JPH0364264B2

JPH0364264B2 -

Info

Publication number: JPH0364264B2
Application number: JP58117955A
Authority: JP
Inventors: Satoru Hasegawa; Isao Wakamya
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1983-06-29
Filing date: 1983-06-29
Publication date: 1991-10-04
Also published as: DE3423495A1; DE3423495C2; US4775926A; JPS609635A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は移動部材およびこの移動部材を摺動自
在に支持する支持部材を備えた工作機械における
変位補正装置に係り、とりわけ変位の補正を移動
部材の移動位置に応じて最適に行うことのできる
変位補正装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

横中ぐり盤、横フライス盤、ドローカツトシエ
ーパ、型彫盤などの工作機械は、移動部材、例え
ばラム、およびこの移動部材を摺動自在に支持す
る支持部材、例えば主軸頭を備えている。このよ
うな工作機械においては、ラムの繰出しあるいは
大型の工具、アタツチメントの取付け等により、
ラム自身がたわんだり、主軸頭の重心位置が変化
して主軸頭が傾いたりするなどの変位を生ずる。

工作機械の加工精度の維持を図るためには、こ
れらの変位を補正する必要があり、従来種々の変
位補正装置が用いられている。例えば、特公昭40
―2185号（特願昭36−24588号）公報には、主軸
頭の重心位置変動によつて生ずるモーメントの変
位を自動的に防ぐよう、ラムの繰出しに対応させ
てバランスウエイトに設けられた油圧シリンダへ
の油圧を変化させる重心位置変動補償装置付バラ
ンス装置が開示され、また、特公昭50−38827号
（特願昭43−12347号）公報には、ラム上部にテン
シヨンバーを埋設し、このテンシヨンバーの後端
部を油圧シリンダにより引張り、ラム自体のたわ
みを補正する、ラム応力補償装置が開示されてい
る。この他にも、例えば、主軸頭のラム摺動面の
下面の前端部と後端部に油圧ポケツトを設け、こ
の油圧ポケツトに圧力油を供給することにより、
ラム摺動面の前端部と後端部の隙間を常に均一に
保ち、隙間の差によるラムの傾斜を補正するよう
にした装置、あるいは、主軸頭前部の上下に油圧
シリンダを設け、主軸頭前下部のたわみを補正す
る主軸頭応力補償装置などが採用されている。

これらの変位補正装置においては、油圧ポンプ
を備えた油圧供給装置により発生された油圧を、
圧力調整弁を用いてラム繰出し量に応じて調整
し、油圧シリンダに供給することにより、ラムあ
るいは主軸頭に生ずる変位を補正するようにして
あるが、圧力調整弁としては、２方向からそれぞ
れ単独に二次圧（油圧シリンダへ供給される油
圧）を調整できるパイロツトバルブを持つたバラ
ンスピストン型の圧力調整弁が用いられている。
すなわち、パイロツトバルブの両端に調整ねじを
設け、一方の調整ねじをラム送りねじの軸と歯車
機構を介して連結し、ラムの移動と連動して調整
ねじを回転させて自動的に二次圧を調整し得るよ
うにするとともに、他方の調整ねじを主軸頭の調
整ダイヤルに直結し、ラムまたは主軸に工具ある
いはアタツチメントを取付けたとき、調整ダイヤ
ルを用いて調整ねじを回転させ、重量により主軸
頭重心位置が変動した分だけあらかじめ初圧を調
整し得るようにしてある。

このように、従来の変位補正装置においては、
バランスピストン型の圧力調整弁を用い、パイロ
ツトバルブの一端に設けられた調整ねじを所定の
比率で回転させて油圧の調整を行つているが、こ
のような従来の油圧調整方法では、ラムの繰出し
量に応じてある一定の比率でしか油圧の調整を行
うことができず、ラムの繰出しの途中で調整率を
変更することはできなかつた。すなわち、バラン
スピストン型圧力調整弁の圧力調整率（圧力特
性）は、内蔵されているバネ力により一率的に決
定され、特性を変更するにはバネを交換しなけれ
ばならない。

ところが、一般に、ラムの繰出し量とラムのた
わみあるいは主軸頭の重心位置変動率は一定の比
例関係にはなく、ラムの繰出し量が大きくなると
急激に変位量が大きくなる傾向にある。これは、
ラムあるいは主軸の先端に大重量の工具、アタツ
チメント等が装着されたとき、特に顕著である。
それゆえ、圧力を一定の比率でしか調整できない
バランスピストン型圧力調整弁を用いた従来の変
位補正装置では、ラムの全繰出し位置において最
適となる変位補正は不可能で、ある特定の位置あ
るいは範囲においてのみしか良好な補正を行うこ
とができなかつた。このため、特に、大型の床上
形中ぐり盤、大型のアタツチメントを装着する工
作機械あるいはラム繰出し量の大きい工作機械な
どでは、良好な加工精度の維持が困難であるとい
う問題が生じていた。

また、アタツチメントの交換装着など付加荷重
の変動があるごとに圧力調整弁の調整を手動で行
わねばならず、調整が面倒で時間がかかるととも
に、圧力調整弁を作動させるため機械的連結部を
調整しつつ組付けねばならず、変位補正装置の組
立工数が多くなるという欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点を考慮してなされたもの
であり、工作機械の構成要素の移動によつて生ず
る変位を、移動の全範囲にわたつて最適に補正す
ることのできる工作機械における変位補正装置を
提供することを目的とする。

また、本発明は交換装着されるアタツチメン
ト、工具等に応じて最適な変位の補正を行うこと
のできる変位補正装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の概要〕

第１図は本発明の構成を示す全体構成図であ
る。本発明は、圧力油あるいは圧力空気などを発
生供給する圧力流体供給装置と、圧力流体供給装
置から供給された圧力流体の圧力に応じた補正荷
重を、工作機械の構成要素である、移動部材ある
いはこの移動部材を摺動自在に支持する支持部材
に付与して前記部材に生ずる変位を補正する補正
荷重付与装置と、圧力流体供給装置と補正荷重付
与装置との間に配設され、変位補正値信号により
補正荷重付与装置への流体供給圧力を制御する圧
力制御手段と、移動部材の位置を検出し、位置信
号を発する位置検出器と、位置検出器からの位置
信号により、変位補正値を演算し圧力制御手段に
変位補正値信号を送出する変位補正値演算手段と
からなる工作機械における変位補正装置である。

本発明によれば、移動部材の移動によつて生ず
る変位を、その全移動位置において最適に補正す
ることができ、工作機械の加工精度の維持ならび
に向上を図ることができる。

〔発明の実施例〕

以下第２図を参照して本発明の一実施例につい
て説明する。

第２図は本発明による変位補正装置を床上形横
中ぐり盤に適用した例を示す概要図である。床上
形横中ぐり盤１０は、ベツド１１上に水平移動可
能に搭載された垂直コラム１２に対し上下動可能
に取付けられた主軸頭１３を備え、この主軸頭１
３に主軸１４を回転保持するラム１５が軸方向に
摺動自在に支持されている。このような構造から
なる横中ぐり盤１０においては、ラム１５が加工
のために繰出されると、ラム自身の重量および先
端に装着された工具１６あるいはアタツチメント
１７ａ，１７ｂ，１７ｃの重量により、ラム１５
のたわみ、主軸頭１３全体の傾き、主軸頭前下部
の弾性変形などの変位を生ずる。そのため、これ
らの変位を補正するため、ラム１５の繰出し量に
対応して、ラム１５および主軸頭１３の各変位部
に補正荷動を付与する補正荷重付与装置が設けら
れている。この補正荷重付与装置としては、ラム
自身のたわみを補正するためのラム応力補償装
置、主軸頭のラム摺動面の前端部と後端部との隙
間の差によるラムの傾斜を補正する傾斜補償装
置、主軸頭の重心位置移動により生ずる傾きを補
正する重心位置変動補償装置および主軸頭前下部
の弾性変形を補正する主軸頭応力補償装置が設け
られている。すなわち、ラム応力補償装置は、ラ
ム１５の上部に軸方向に埋設されたテンシヨンバ
ー１８およびこのテンシヨンバー１８の後端部に
接続された油圧シリンダ１９からなり、油圧シリ
ンダ１９に補正用油圧を供給することによりテン
シヨンバー１８を引張り、ラム１５のたわみを補
正することができる。また、傾斜補償装置は、主
軸頭１３のラム摺動面の下面の前端部と後端部と
にそれぞれ設けられた油圧ポケツト２１および２
２からなり、ラム１５の繰出し位置に対応した油
圧をそれぞれの油圧ポケツト２１，２２に供給
し、ラム摺動面の前端部と後端部に生ずる隙間を
常に均一に保つことによりラム１５の傾斜を補正
することができる。重心位置変動補償装置は、主
軸頭１３の前端部と後端部を、それぞれ滑車２３
ａ，２３ｂを介してチエーン（あるいはロープ）
２４ａ，２４ｂにより吊り上げるバランスウエイ
ト２５および前端側チエーン２４ａに接続された
油圧シリンダ２６からなり、ラム１５の繰出し量
に対応した油圧を油圧シリンダ２６に供給するこ
とにより前端側チエーン２４ａの張力を増加さ
せ、主軸頭１３を常に水平に保つことができる。
また、主軸頭応力補償装置は、主軸頭１３の前部
にラム上部からラム下部に至るまでラム１５の軸
方向と直交して埋設されたクランプバー２７と、
このクランプバー２７のの上端に接続された油圧
シリンダ２８とからなり、油圧シリンダ２８にラ
ム繰出し量に応じた補正用油圧を供給することに
より主軸頭１３のラム支持部を引上げ、主軸頭１
３の前下部の弾性変形を補正することができる。
なお、この主軸頭応力補償装置は、主軸頭１３の
後部にも取付け、ラム後退時の主軸頭の変形も補
正するようにしてもよい。

これらの補正荷重付与装置は、油圧ポンプ２９
を備えた圧力油供給装置から供給される圧力油に
より作動されるが、この圧力油は比例電磁式圧力
制御弁により所定の補正用油圧に制御されて供給
される。すなわち、ラム応力補償装置の圧力シリ
ンダ１９は比例電磁式圧力制御弁２０Ａを介して
油圧ポンプ２９と接続され、傾斜補償装置の、後
端部油圧ポケツト２２は比例電磁式圧力制御弁２
０Ｂを、前端部油圧ポケツト２１は比例電磁式圧
力制御弁２０Ｃを、それぞれ介して油圧ポンプ２
９と接続され、さらに重心位置変動補償装置の油
圧シリンダ２６および主軸頭応力補償装置の油圧
シリンダ２８は比例電磁式圧力制御弁２０Ｄを介
して油圧ポンプ２９と接続されている。ここで重
心位置変動補償装置の油圧シリンダ２６と主軸頭
応力補償装置の油圧シリンダ２８とが比例電磁式
圧力制御弁２０Ｄを共用しているのは、両油圧シ
リンダ２６，２８に供給される補正用油圧の特性
が近似しているからであり、それぞれ個別の比例
電磁式圧力制御弁を用いてももちろんよい。

比例電磁式圧力制御弁はソレノイドによりパイ
ロツト弁を制御するようにしたものであり、ソレ
ノイドに加えられる入力電流値に比例して二次圧
力（補正荷重付与装置に供給される油圧）を制御
することができるものである。この入力電流は、
変位補正値演算手段より変位補正値信号として入
力される。

変位補正値演算手段３０は、ラム１５の先端に
装着される工具１６あるいはアタツチメント１７
ａ，１７ｂ，１７ｃの種別、有無等の条件ごとに
あらかじめ作成されている演算プログラムを記憶
する記憶部３１、ラム繰出し位置検出器からの位
置信号を所定の演算プログラムにより演算処理す
る演算部３２および演算結果を電流信号としての
変位補正値信号に変換し比例電磁式圧力制御弁に
送出する変位補正値信号発生手段３３を有してい
る。

ラム繰出し位置検出器としては、例えばインデ
ツクスパルサ３４が用いられ、ラム送り用ボール
ねじ３５の端部に設けた歯車列３６を介してイン
デツクスパルサ３４を回転駆動し、発生するパル
スを位置信号として検出するようにしてある。位
置検出器としては、この他に例えばポテンシヨメ
ータ、エンコーダ、レゾルバ等を用いることがで
きる。また、位置検出器をラム送り用ボールねじ
３５の回転駆動モータ３７に取付け、モータ３７
の回転位置から位置信号を得るようにしてもよ
い。

演算プログラムは、それぞれ力学的計算あるい
は実測により求めることのできるラムの繰出しに
より生ずるラムおよび主軸頭の変位と、この変位
を補正するに必要な補正荷重との関係を、各変位
補正装置の油圧シリンダ、油圧ポケツトに供給す
る補正用油圧計算式として求められ、記憶部３１
にあらかじめ記憶されている。また、演算プログ
ラムは、ラムの先端に装着される工具、アタツチ
メントの重量、重心位置等を考慮し、それぞれの
種別ごとに作成されている。あるいはまた、それ
ぞれの種別ごとに、演算修正係数を用いて重量等
の変化の修正を行うようにしてもよい。

補正用油圧計算式は、ラム繰出し位置のすべて
の点において完全に変位補正されるよう、理論的
あるいは実測により求められる高次関係の演算式
であることが理想であるが、演算の容易化を図る
ため、ラム繰出し位置を複数の範囲に分割し、そ
の範囲ごとに適用される比較的低次（例えば一
次）関数の計算式を用いて完全補正用油圧の近似
計算を行うようにしてもよい。すなわち、ある所
定の範囲内においてはラム繰出し量に対し補正用
油圧を一定の比率で変化させ、次の所定の範囲内
では前記とは異なる一定比率で変化させるように
しても、比較的良好な変位補正を行うことがで
き、製品の品質を損わない程度の加工精度を維持
することが可能である。本実施例においては、後
述するように、ラムストロークを３つの範囲に分
割し、それぞれの範囲において補正用油圧計算式
を相違させ、ラムの繰出し量が大きくなる程補正
用油圧の増加率が増大するようにして実際の変位
の増加傾向に対応させるとともに、それぞれ比較
的簡単な一次関数で表わされる補正用油圧計算式
を用いて演算の容易化を図つている。

次にこのような構成からなる本実施例の作用に
ついて説明する。第３図は本実施例による変位補
正装置を用いて変位を補正する手順を示すフロー
チヤートである。まず、ラム先端に装着される工
具あるいはアタツチメントの種別を変位補正値演
算手段に入力し、対応する演算プログラムを選択
する。この入力は、押釦スイツチによる手動操作
の他に、例えばラムのアタツチメント取付面に複
数の検知スイツチを取付けておき、アタツチメン
トを装着した時、アタツチメント側に種別に応じ
て設けられた凹凸状のコードあるいは検知スイツ
チに当接するドツグを検知スイツチに接触させそ
の接触された検知スイツチの種類、組合せあるい
は位置でアタツチメントの種別を自動的に検知す
ることにより行うこともできる。その他、工具、
アタツチメントの選択、自動交換の指令値を利用
して、所要の演算プログラムを選択することもで
きる。

次に工作機械の作動によりラム１５の繰出し動
作が開始されると、インデツクスパルサ３４から
ラム１５の位置信号がパルス信号として演算部３
２に送られてくる。演算部３２ではこの位置信号
を選択された演算プログラムにより演算処理し、
変位補正値を算出する。この変位補正値は変位補
正値信号発生手段３３により電流信号としての変
位補正値信号に変換され、それぞれの比例電磁式
圧力制御弁２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄに送
出される。比例電磁式圧力制御弁においては、変
位補正値信号に基づいてパイロツト弁の動作制御
が行われ、油ポンプ２９から送られたた油圧（一
次圧力）が、所望の補正用油圧（二次圧力）に変
換される。この補正用油圧はそれぞれの補償装置
の油圧シリンダあるいは油圧ポケツトに供給さ
れ、補償装置を作動させることにより所定の変位
補正機能を発揮させる。これにより、ラム繰出し
によるラム１５および主軸頭１３における変位の
補正を、ラム繰出しの全位置において連続自動的
かつ良好に行うことができる。

第４図は本実施例による変位補正装置を用い
て、ラム１５のたわみおよび主軸頭１３の傾きを
補正した結果を示す説明図である。図において左
側はラム１５を繰出したときのラム１５および主
軸頭１３の変位の状態を示し、右側はラムストロ
ークに対する補正用油圧の大きさを示している。

第４図ａにおいては、ラム１５の先端に工具１
６が装着され、補正用油圧は全く供給されていな
い。このように、変位補正装置を作動させない場
合には、ラム１５のたわみとともに主軸頭１３に
角度θ₁の傾きが生ずる。

第４図ｂは本実施例による変位補正装置を用い
て第４図ａに示すような変位を補正した結果を示
している。補正用油圧はラムの繰出し量（ストロ
ーク）に比例して変化されているが、この変化率
は、ラムのストロータの途中において変えられて
いる。すなわち、ラムのストロークを３つの範囲
に分割し、繰出し初期の補正用油圧増加率より
も、繰出し終期の補正用油圧増加率を大きくして
ある。図中において符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それ
ぞれ比例電磁式圧力制御弁２０Ａ，２０Ｂ，２０
Ｃ，２０Ｄ（第２図参照）により制御された油圧
を示している。なお、主軸頭１３の後端部油圧ポ
ケツト２２へ供給される補正用油圧Ｂは、ラム１
５が後退した際の主軸頭１３の後端部の傾きを補
正するためのものであり、補正用油圧のカーブが
他の補正用油圧Ａ，Ｃ，Ｄのものと逆になつてい
る。

第４図ｃは、第４図ｂと同様の補正用油圧を供
給して、アタツチメント１７ｃの装着されたラム
１５および主軸頭１３の変位を補正した結果を示
す図である。この図からも明らかなように、アタ
ツチメント１７ｃが装着された場合には、その重
量によりラム１５のたわみ、主軸頭１３の傾きが
大きくなり、工具１６装着時と同様の補正用油圧
では、ラム１５のたわみおよび主軸頭１３の傾き
θ₂を完全に補正することができない。

第４図ｄは、アタツチメント１７ｃの装着検知
信号により、アタツチメント１７ｃに対応した演
算プログラムを選択し、その演算プログラムによ
つて算出された補正用油圧を用いて補正した結果
を示す図である。図からも明らかなように、アタ
ツチメントが装着された場合の補正用油圧の供給
カーブは、重量の軽い工具が装着された場合のも
の（第４図ｂ）と比べ急傾斜となつており、ラム
の繰出し量に対する補正用油圧の変化率が大き
い。特にラムの繰出し終期においては、その差が
顕著である。このように、アタツチメントの種別
に応じた演算プログラムを選択して補正用油圧を
算出供給することにより、確実な変位補正を行う
ことができる。

本実施例の説明においては、補正荷重付与装置
として４種類の補償装置を用いた例を示したが、
これらの補償装置は、適用されるラムの重量等に
応じて適宜選択、組合せすることができる。例え
ば、比較的小型軽量の工作機械においては、ラム
応力補償装置、傾斜補償装置などを省略すること
ができ、また、大型大重量の工作機械において
は、ラム応力補償装置のテンシヨンバー１８を増
加したり、主軸頭応力補償装置のクランプバー２
７を主軸頭後下部にも設ける必要がある。また、
本実施例には開示されていない、他の同様の機能
を備えた補正荷重付与装置を採用することも可能
である。

また本実施例では補正荷重を付与する手段とし
て油圧を用いる例を示したが、他の流体圧、例え
ば空気圧、水圧を用いることも可能である。

また、本実施例においては、ラムの全ストロー
クに対し３種類のカーブを描く補正用油圧計算式
を用いて油圧制御してあるが、この種類を多くす
ることにより、より精度の高い変位の補正を行う
ことができる。

さらに、実際の加工中において、ラムおよび主
軸頭の変位を検出し、これをフイードバツク信号
として演算手段に入力し、変位補正値の演算の修
正を行うようにすれば、より精度の向上を図るこ
とができる。また、比例電磁式圧力制御弁の精度
が十分でないときは、圧力制御された後の補正用
油圧を検出し、演算手段にフイードバツクするこ
とにより精度の補償を行うことができる。

また、変位補正値演算プログラムに、工具、ア
タツチメントの種別による修正係数の他に、例え
ばワークの種別、主軸回転数などに対応する修正
係数を含ませておけば、より多角的観点からの変
位補正を行うことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、工作機
械の構成要素である移動部材の各移動位置におい
て、所要の補正荷重を演算し付与することができ
るようにしてあるので、移動部材の移動位置に応
じた最適な変位補正を行うことができる。また、
移動部材の移動量に対する補正荷重の変化率を移
動部材の移動ストロークの途中においても変更可
能であり、移動部材の全移動ストロークに対し一
定の比例関係でしか補正荷重を変化させることが
できない従来の変位補正装置に比べ、変位補正精
度を大幅に向上させることができる。これは特
に、移動ストロークの大きい工作機械において顕
著である。

また、工具、アタツチメントなどの装着部材の
種別に応じて最適な変位補正値演算プログラムを
選択することができ、変位補正精度を一層向上さ
せることができる。また、この演算プログラムの
選択を、工具、アタツチメントの交換時に連動さ
せて自動的に行うことが可能であり、工作機械の
運転の完全自動化を図る上において有利である。

なお、本発明は移動部材の移動により変位を生
ずる工作機械において用いることができ、前述し
た種類の工作機械の他に、例えば垂直ダブルコラ
ムに両端支持されたクロスバーに沿つて摺動する
主軸頭を備えた、いわゆる門型マシニングセンタ
などにも用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す全体構成図、第２
図は本発明の一実施例を示す概要図、第３図は本
発明による補正手順を示すフローチヤート、第４
図は本発明の効果を示す説明図である。１３…主軸頭、１５…ラム、１６…工具、１７
ａ，１７ｂ，１７ｃ…アタツチメント、１９，２
６，２８…油圧シリンダ、２１，２２…油圧ポケ
ツト、２９…油圧ポンプ、２０Ａ，２０ｂ，２０
Ｃ，２０Ｄ…比例電磁式圧力制御弁、３０…変位
補正値演算手段、３１…記憶部、３２…演算部、
３３…変位補正値信号発生手段、３４…インデツ
クスパルサ。

Claims

【特許請求の範囲】１垂直コラムと、前記垂直コラムに沿つて摺動
する主軸頭と、前記主軸頭に水平方向に摺動可能
に保持されたラムとを備え、工具あるいはアタツ
チメントが装着保持される工作機械のラムの変位
を補正する装置において、前記変位補正装置は、圧力流体供給装置と；前記圧力流体の圧力を制御する手段と；ラムのたわみを補正するラム圧力補償装置と、
ラムの傾斜を補正する傾斜補償装置と、主軸頭の
重心位置移動により生ずる主軸頭の傾きを補正す
る重心位置変動補償装置と、主軸頭の前あるいは
後下部の弾性変形を補正する主軸頭応力補償装置
とを備えた補正荷重付与装置と；ラムの移動位置を検出し、位置信号を発する位
置検出器と；ラムの先端に装着される工具あるいはアタツチ
メントの種別、有無の条件ごとにあらかじめ作成
されている演算プログラムを記憶する記憶部と、
前記位置検出器からの位置信号を前記演算プログ
ラムにより演算し変位補正値信号を出力する演算
部とを有する変位補正値演算手段と；前記補正荷重付与装置へ供給する圧力流体の圧
力を制御するために、前記変位補正値信号を前記
圧力制御手段に送る手段と；からなる工作機械における変位補正装置。２ラム応力補償装置は、ラムの上部に軸方向に
埋設されたテンシヨンバーおよびこのテンシヨン
バーの後端部に接続された油圧シリンダからな
り、傾斜補償装置は、主軸頭のラム摺動面の下面の
前端部と後端部とにそれぞれ設けられた油圧ポケ
ツトからなり、重心位置変動補償装置は、主軸頭の前端部と後
端部をそれぞれ吊り上げるバランスウエイトと、
主軸頭の前端側に接続された油圧シリンダとから
なり、主軸頭応力補償装置は、主軸頭の前部にラム上
部からラム下部に至るまでラムの軸方向と直交し
て埋設されたクランプバーと、このクランプバー
に接続された油圧シリンダとからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の変
位補正装置。