JPH02224949A - 工作機械の熱変位補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は工作機械の運転等によって生ずる環境温度の変
化による熱変位を補正する方法に関するものである。

従来の技術 従来工作機械の主として運転により発生する環境温度の
変化に起因する熱変位の補正方法としては、機械各部の
温度又は温度変化を測定し、各部温度と機体変位の関係
式を予め実験的に求め、これに測定データを当てはめて
、機体の変位量を算出し、この値をＮＣ指令値に加減算
して熱変位補正を行う方法が行われている。

また仕上げ加工に入る直前にタッチプローブ等の測定器
を使用して機械の熱変位量を測定し、この値をＮＣに入
力してＮＣ指令値に加減算して熱変位補正を行う方法等
がある。

発明が解決しようとする課題 従来の技術で延べた前者においては、種々な環境温度条
件に対して高精度な関係式を実験的に得ることが難しい
という問題点を有し、後者においては、精度上の安全を
主体に考えれば頻繁に測定する必要があり、加工能率が
低下するという問題点を有している。

本発明は、従来の技術のこのような問題点に鑑みなされ
たものであり、その目的とするところは、高精度かつ加
工能率を低下させることのない実用的な熱変位補正方法
を提供しようするものである。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明における工作機械の
熱変位補正方法は、機械の熱変位と関係の深い発熱部又
はその周辺の温度変化及び前記機械又はその周辺の自然
環境温度の変化を同時に測定し、両者の温度差が設定許
容値と同等又は越えているとき、加工プログラムの切れ
目でタッチプローブを使用して工作物又は基準ゲージの
基準点の座標値の計測を実行し、該計測座標値と前記基
準点の限定の座標値との差を補正量として原点補正を行
うものである。

また温度差は機械の熱変位と関係の深い発熱部又はその
周辺の始動時の初期温度と前記発熱部の運転中の温度変
化との差とすることもできる。

また機械の熱変位と関係の深い発熱部又はその周辺の温
度変化を一定時間毎に測定して温度変化率を求め、該温
度上昇率が設定許容値と同等又は越えることにもとづい
て原点補正を行うものとすることもできる。

また温度差又は温度変化率の何れが一方がそれぞれの設
定許容値と同等又は越えることにもとづいて原点補正を
行うものとすることもできる。

作用 請求項１は、機械の熱変位に関係の深い発熱部、例えば
主軸頭の主軸前側軸受対応位置と、ヘッドの自然環境温
度が保たれ易い位置との複数個所の温度変化を同時に測
定して、この温度差を求め、温度差が予め設定された設
定許容値と同等又は越えているとき、タッチプローブに
より、工作物又は基準ゲージの基準面又は基準穴等の座
標値を計測し、この計測した座標値と基準点の既定座標
値との差を補正量として原点補正を行う。

請求項２は、機械の熱変位に関係の深い発熱部、例えば
主軸頭の主軸前側軸受対応位置の始動時の初期温度を記
憶しておき、運転中の温度変化を測定して温度差を求め
る。

請求項３は、機械の熱変位に関係の深い発熱部の温度を
一定時間ごとに検出して、温度変化率を求め、この温度
変化率が予め設定された設定許容値と同等又は越えてい
るとき、タッチプローブによる計測を行って補正量を求
め、原点補正を行う。

請求項４は、請求項１又は２の作用と、請求項３の作用
との合成で何れか一方がそれぞれの設定許容値を越えて
いるとき原点補正を行う。

実施例 第１実施例について第１図〜第３図を参照して説明する
。公知の横形マシニングセンタにおいて、ベツド１の上
面に削設されたＸ軸方向のすべり案内面上に、サドル２
が移動可能に載置され、サドル２はＮＣにより移動位置
決めされる。サドル２の上面に削設されたＸ軸方向のす
べり案内面上に、ＮＣにより移動位置決め可能にテーブ
ル本体が載置され、テーブル本体上に旋回テーブル３が
旋回可能に設けられており、旋回テーブル３はＮＧによ
り着口割出される。そして旋回テーブル３上に工作物Ｗ
を固着するパレット４が着脱可能に載置されており、パ
レット４はベツド右側床上に設置されるパレットチェン
ジャ５により自動交換されるようになっている。

更にベツド１上左側には中央に垂直方向の長窓を有する
コラム６が立設されており、長窓両側面のＹ軸方向のす
べり案内面に沿って主軸頭７が移動可能に設けられ、主
軸頭７に水平主軸８が回転可能に設けられている。

更にコラム６の片側面に隣接して工具マガジン装置９が
設置されており、マガジン装置９はタッチプローブ１４
等を含む必要工具を軸心をＸ軸方向外側に向けて貯蔵す
るマガジンボット１０がリンク状の鎖によりエンドレス
に連結されて図示しない旋回割出装置により工具交換位
置に割出されるようになっている。更にコラム６には工
具マガジン装置９の交換位置に割出されたマガジンポ・
７ト１０と、所定の工具交換位置に位置決めされた主軸
８との間で工具交換を行うツインアーム１２を有する工
具交換装置ｌｌが取付けられている。

そして主軸頭６の主軸８前側軸受対応位置に温度センサ
Ｔ１が取付けられており、またベツド１の右側寄りの自
然環境温度が保たれ易い位置に温度センサＴ２が取付け
られている。そして温度センサＴｌ、Ｔ２によって計測
される温度１．．１２は、第１図のブロック線図に示す
ように第１絶対値減算回路１５に送られて、ここで温度
差Ｂが算出され、第１比較回路１６に送られる。第１比
較回路には第１設定許容値α。が記憶されており、ここ
でα。とＢとの比較が行われる。この比較は、始動時の
電源投入信号によって作動開始され、所定時間毎にタイ
ムアツプして演算開始１ショット信号を出力する演算開
始タイマの出力信号によって行われ、後述のタッチプロ
ーブによる計測完了後は、演算開始信号発生回路１８の
出力信号により行われるようになっている。そして第１
比較回路１６からは、比較回路結果がＢ〈α０の場合に
ＮＣ装置１９に正常信号が出力され、Ｂ≧α。の場合に
は第２比較回路２０に温度差Ｂが送られるようになって
いる。第２比較回路２０には予め第２設定許容値αが記
憶されており、ここでＢとαとを比較してその結果がＢ
〈αの場合には、ＮＣ装置１９にタッチプローブ計測信
号が出力され、また結果がＢ≧αの場合には、ＮＣ装置
１９にアラーム信号が出力されるようになっている。Ｎ
Ｃ装置１９は第１比較回路１６からの正常信号で加工を
続行し、第２比較回路２０からのタッチプローブ計測信
号で、ＮＣ内に設定されている第３図に示す自動修復及
びアラーム停止実施タイミングパラメータに登録される
パラメータ中から、ＮＣ加工プログラムにより指定され
た実施タイミングパラメータに従って後述の自動修復プ
ログラムを実行し、また第２比較回路からのアラーム信
号でＮＣ加工プログラムにより指定された実施タイミン
グパラメータに従って本機のアラーム停止を実行する。

自動修復プログラムが終了すると、ＮＣ装置１９からタ
ッチプローブ計測完了信号がＢ値記憶回路２２及び演算
回路タイマ１７に送られ、Ｂ値記憶回路２２ではこの信
号により直ちにその時点の温度センサＴｌとＴ２の温度
差Ｂ０を記憶し、演算開始クイマ１７ではこの信号によ
りこれ以降の作動が停止されるようになっている。そし
てＢ値記憶回路２２に記憶されたＢｏは、第２絶対値減
算回路２３に送られ、第２絶対値減算回路２３は一方で
第１絶対値減算回路１５より温度差Ｂが入力されており
、常にＢ　　Ｂｏを演算して第２温度差Ｃを求める。温
度差Ｃの値は予め第３設定許容値βを記憶する第３比較
回路２４に送られ、ここでＣとβとが比較され、第２温
度差Ｃが許容値βに達すると、演算開始信号発生回路１
８に信号を出力する。そして演算開始信号発生回路１８
から演算指令が第１比較回路１６に出力され、第１比較
回路１６では自動修復プログラム実施後の演算が開始さ
れる。そして第１絶対値減算回路１５からの温度差Ｂと
第１設定許容値α。の比較結果がＢ〉α。となり、再び
第２比較回路２０でＢとαの比較が行われ、その結果が
Ｂくαの場合には、実施タイミングパラメータに従って
加工プログラムの切れ目で自動修復プログラムを実施す
る。

尚演算開始信号は自動修復プログラムに入る直前まで出
ており、加ニブロック終了以前にＢ≧αとなった時には
アラーム停止信号がでて本機がアラーム停止される。

続いて第２比較回路２０からの信号によって行われるタ
ッチプローブによる自動修復プログラムの作用について
第２図のフローチャートを参照して説明する。尚自動修
復実施タイミングパラメー夕は、加工プログラムにより
次シーケンス移行時に修復プログラムを実施するよう指
定されているものとする。

ステップＳ１において、今実行中の加工工程が加工プロ
グラムの１シーケンス終了の切れ目であるかが確認され
、Ｎｏの場合には、シーケンスの切れ目になるまでこの
確認が繰り返される。そしてＹＥＳになると、ステップ
Ｓ２において、ＮＣ装置１９内でｘ、ｙ、ｚのそれぞれ
の現在値と、Ｇ、Ｆ、Ｍ、Ｓ、Ｈ，Ｄ等の有効コードを
記憶し、ステップＳ３において第２比較回路２０からタ
ッチプローブ乙こよる計測信号がでているかが確認され
、ＹＥＳの場合にはステップＳ４において、既に次工具
が自動工具交換装置１１の待機場所にて待機中かが確認
され、ＹＥＳの場合にはステップＳ５において、次工具
番号を記憶し、ステップＳ６において、工具マガジン装
置９へ待機中の次工具の返却サイクルが実行される。次
いでステップＳ７において、タッチプローブ１４を次工
具指令し、ステップＳ８において引続き工具交換指令が
出て、自動工具交換装置１１により主軸８にタッチプロ
ーブ１４が装着され、主軸工具が工具マガジン９に収納
される。続いてステップｓ９において、主軸からの返却
工具を引続き使用するかが確認され、Ｎｏの場合にはス
テップＳ１０において、先に記憶した次工具番号を次工
具指令する。またステップＳ４においてＮＯの場合には
、ステップＳｌｌにおいて、タッチプローブを次工具指
定し、ステップＳ１２において工具交換指令が出て、工
具交換サイクルが行われ、タッチプローブが主軸に装着
されて主軸工具が工具マガジンに収納され、ステップ３
１３において次工具なしという次工具指令が出る。

次いでステップ５１４において、主軸からの返却工具を
続いて使用するかが確認され、ＹＥＳの場合にはステッ
プＳ１５において返却した工具を次工具指令する。そし
てステップＳ１４においてＮｏの場合又はステップＳＩ
Ｏ或いはステ・２プＳ１５が終わると、ステップＳ］６
において、テーブル３上にパレット４を介して固定の工
作物Ｗの基準面又は基準穴等の既に座標値が設定されて
いる計測位置を主軸のタッチプローブ１４にて測定し、
ステップ５１７において、測定した座標値と既に設定さ
れている座標値との差をオフセント量として原点オフセ
ントして、測定した座標値が既設定座標値になるよう補
正する。次いでステップ３１Ｂにおいて、再び工具交換
サイクルが実行されて、タッチプローブ１４が主軸８か
ら工具マガジン装置９に返却され、代わって次工具が主
軸に装着される。

またステップＳ９において、ＹＥＳの場合には、ステッ
プＳ１９において、主軸より返却された工具を次工具指
令し、ステップＳ２０において、既に座標値が設定され
ている工作物Ｗの基準面又は基準穴等をタッチプローブ
により計測し、ステップＳ２１において、測定した座標
値と既定の座標値との差をオフセント量として原点オフ
セットして、測定した座標値が既設定座標値になるよう
補正する。次いでステップＳ２２において、工具交換サ
イクルが実行されて、タッチプローブ１４が主軸８から
工具マガジン装置９に返却され、代わって先に主軸から
返却された工具が再び主軸に装着され、ステップＳ２３
において、先に記憶した次工具番号を次工具指令する。

ステップ３１８又はステップＳ２３が終わると、ステッ
プＳ２４において、先に記憶した現在値へテーブル３及
び主軸頭７がＸ軸及びＹ軸移動して位置決めされたのち
、テーブルがＺ軸移動して位置決めされ、先に記憶した
Ｇ、Ｆ、Ｓ、Ｈ，Ｄ等の各コードを有効指令する。また
ステップＳ３において、Ｎｏの場合には、ステップＳ２
４に入るがこの場合には、テーブル及び主軸頭は軸方向
移動せず、先に記憶した各コードのみ有効指令する。

続いて第２実施例を第５図を参照して説明する。

第１実施例と異なるところは、温度センサＴ２がなく、
代わりに温度センサＴ１の電源投入時の初期温度を記憶
する初期値メモリ回路２６が設けられているところであ
り、他は第１実施例と同じであり重複を避けるため同一
符合を付して説明を省略する。従って絶対値減算回路１
５により算出される温度差Ｂは運転中の温度センサＴ１
の出力温度も、と初期値メモリ回路２６の記憶する温度
センサＴ１の始動時の初期温度ｔ０との差である。

続いて第３実施例を第６図のブロック線図を参照して説
明する。

第１及び第２実施例と同一のところは重複を避けるため
同一符合を付して説明を上略する。温度センサＴｌから
出力される温度ｔ１　は第１記憶回路３０に送られ、第
１記憶回路では、ＮＣ装置１９からの電源投入信号によ
り電源投入時の温度を記憶し、以降はタイムアツプカウ
ンタ３１により一定時間Δを経過ごとの温度ＴＮＥ−に
記憶を書き換え、前に記憶した温度はＴ　ＯＬＤとして
第２記憶回路に送りだす。但し電源投入時には第１記憶
回路から送り出されるＴ　ＯＬＤがないので第２記憶回
路はゼロのままである。そして第２記憶回路に記憶する
Ｔ　ＯＬＤは判別回路３６に送られてＴＯＬＤ　＝０の
場合を除き、すべて演算回路３２に送られる。

演算回路３２では第１記憶回路３０から送られてくるＴ
ＮＥ−とこのＴ　ＯＬＤから（ＴＮＥＷ　−ＴＯＬＤ　
）／Δｔを演算して温度変化率Ａが求められる。求めら
れた温度変化率Ａは、第４設定許容値Ｔｏが予め入力さ
れ記憶している第４比較回路３４に入力される。一方判
別回路３６でＴＯＬＤ＝Ｏとして分別された信号は、Ａ
＝Ｏとして第４比較回路３４に入力される。第４比較回
路の比較結果がＡ〈γ。のときＮＣ装置１９に正常信号
が出力され、またＡ≧γ。のときこの温度変化率Ａが第
５比較回路３５に送られる。第５比較回路３５には第５
設定許容値γが予め入され記憶されており、ここでＡど
Ｔとが比較されＡくγのときタッチプローブによる計測
信号が、またＡ≧αのときアラーム信号がそれぞれＮＣ
装置１９に出力されるようになっている。

続いて第４実施例について第７図のブロック線図を参照
して説明する。第４実施例は、第２実施例と第３実施例
の両方の要素により構成されたものであり、重複を避け
るため同一符合を付して詳細な説明を省略する。従って
第５比較回路３５による比較結果がＡ〈γのとき又は第
２比較回路２０の比較回路がＢ〈αのときの何れか一方
により、タッチプローブによる計測信号がＭＣ装置１９
に出力され、また比較結果がＡ≧γのとき又はＢ≧αの
ときの何れか一方によりアラーム信号がＭ’Ｃ装置１９
に出力されるようになっている。

また第４実施例の他の実施例は、第１実施例と第３実施
例の両方の要素により構成されたものであり、重複を避
けるため図示しないが、前記第４実施例との相違点は、
この場合は温度差ＢがセンサＴ１とＴ２の出力ｔＩ＋ｔ
２の差であるのに対し、前記実施例の場合は温度差Ｂが
温度センサＴ１の運転中の温度ｔ、と初期温度ｔｏとの
差である。

発明の効果 本発明は、上述のとおり構成されているので次に記載す
る効果を奏する。

機械又はその周辺の熱変位と関係の深い部位の温度変化
を測定して、その温度差又は及び温度変化率を求め、予
め設定された許容値と比較して、許容値と同等若しくは
越しているとき、プログラムの切れ目で自動修復プログ
ラムに従って熱変位補正を行うようになしたので、最小
限のロスタイムで精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の熱変位補正回路を示すブロック線
図、第２図は自動修復プログラムの作用を示すフローチ
ャート図、第３図は自動修復及びアラーム停止実施タイ
ミングパラメータ表を示す図、第４図は横形マシニング
センタの側面図、第５図は第２実施例の熱変位補正回路
を示すブロック線図、第６図は第３実施例の熱変位補正
回路を示すブロック線図、第７図は第４実施例の熱変位
補正回路の一例を示すブロック線図である。 Ｔｌ、Ｔ２・・温度センサ １４・・タッチプローブ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）機械の熱変位と関係の深い発熱部又はその周辺の
   温度変化及び前記機械又はその周辺の自然環境温度の変
   化を同時に測定し、両者の温度差（Ｂ）が設定許容値（
   α）と同等又は越えているとき、加工プログラムの切れ
   目でタッチプローブ（１４）を使用して工作物（Ｗ）又
   は基準ゲージの基準点の座標値の計測を実行し、該計測
   座標値と前記基準点の既定の座標値との差を補正量とし
   て原点補正を行うことを特徴とする工作機械の熱変位補
   正方法。
2. （２）温度差（Ｂ）は機械の熱変位と関係の深い発熱部
   又はその周辺の始動時の初期温度と前記発熱部の運転中
   の温度変化との差とすることを特徴とする請求項１記載
   の工作機械の熱変位補正方法。
3. （３）機械の熱変位と関係の深い発熱部又はその周辺の
   温度変化を一定時間（Δｔ）毎に測定して温度変化率（
   Ａ）を求め、該温度上昇率が設定許容値（γ）と同等又
   は越えることにもとづいて原点補正を行うことを特徴と
   する請求項１記載の工作機械の熱変位補正方法。
4. （４）温度差（Ｂ）又は温度変化率（Ａ）の何れか一方
   がそれぞれの設定許容値（α又はγ）と同等又は越える
   ことにもとづいて原点補正を行うことを特徴とする請求
   項１記載の工作機械の熱変位補正方法。