JPH04146046A - 旋盤の熱変位補正装置 - 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〕 この発明は、タレット旋盤等における旋盤の熱変位補正
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

旋盤では、切削によって大量の熱が発生するため、各部
の熱変位によって、主軸の細心位置や方向のずれ、ある
いはタレット等の刃物台の軸心位置や方向のずれが生じ
る。そのため加工精度が低下する。

従来、ＮＣ旋盤において、このような熱変位や、工具の
磨耗等に対処するため、タレット等に設けたタッチセン
サにより、加工済みのワークの直径を計測し、次のワー
クを加工するときに、加工誤差が寸法公差内に収まるよ
うに工具位置を補正することが行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、加工後にその加工誤差を計測し、次のワークの
加工時に補正する方式であるため、熱変位に対して補正
を行う場合、運転休止後の最初の１個は補正することが
できない。すなわち、運転の休止によって旋盤の熱変位
が戻るため、休止後の運転再開時には、前のワークの誤
差計測値が使用できない。

この発明の目的は、休止後の運転開始時から、熱変位に
対する工具位置の補正ができる旋盤の熱変位補正装置を
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の構成を実施例に対応する第１図と共に説明す
る。

この旋盤の熱変位補正装置は、主軸（６）の軸方向に離
れた複数箇所において、主軸台（７）と刃物台（８）と
の相対熱変位量を検出する熱変位量検出手段（Ｓｌ）、
　（Ｓ２）を設け、かつその検出値から所定の演算をし
て刃物台（８）の送り指令値を補正する補正演算手段（
２４）を設けたものである。刃物台（８）は、主軸（６
）と直交方向に移動するものである。

〔作　用〕

熱変位量検出手段（ＳＬ）、　（Ｓ２）による検出は、
旋盤（１）の運転開始時や、開始後の任意時に行う。

熱変位量検出手段（Ｓｌ）、　（Ｓ２）は、刃物台（８
）が主軸台（７）に近接した状態で、主軸台（７）と刃
物台（８）との相対熱変位量を検出する。補正演算手段
（２４）は、この検出された複数箇所の熱変位量から刃
物台（８）の工具位置（Ｔ）の熱変位量を演算し、その
演算した熱変位量で送り指令値（２５）を補正する。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図ないし第５図に基づいて説
明する。

第２図において、旋盤１はタレット旋盤からなり、タレ
ット２を搭載したクロススライド３が、ベツド４のレー
ル５上に、主軸６の軸方向（Ｚ軸方向）と直交する方向
（Ｘ軸方向）に移動自在に設置されている。前記タレッ
ト２とクロススライド３とで刃物台８が構成される。主
軸６はベット４に設置した主軸台７に支持され、主軸チ
ャック６ａ、６ｂが交換自在に装着される。

第１図に示すように、主軸６の後部には回転駆動用のプ
ーリ９が設けられ、かつチャックシリンダ１０が連結さ
れている。チャックシリンダ１０は、主軸６内を貫通し
たチャックドローバ（図示せず）を介して主軸チャック
６ａ、６ｂを開閉駆動するものである。

クロススライド３は、タレット軸２ａを介してタレット
２を回転および前後（Ｚ軸方向）移動自在に支持したも
のであり、タレット２の割り出し回転機構と前後送り機
構とを内蔵している。クロススライド３の移動は、Ｘ紬
ボールねじＩＩを介してサーボモータ（図示せず）によ
り行われる。

タレット２は、正面形状が多角形のドラ・ム状のもので
あり、各周面部分に工具１２が取付けられる。

主軸台７の側面には、熱変位量検出手段である２個の検
出器Ｓ１．Ｓ２が取付治具１３を介して取付けである。

これら検出器Ｓｌ、Ｓ２は、クロススライド３を主軸台
７に近接させた状態で、クロススライド３の側面に設け
られた被検出板１４に接触して変位量を検出するもので
あり、作動トランスが用いられている。両検出器Ｓｌ、
Ｓ２は、互いに主軸６の軸方向に離して配置し、かつ主
軸６の細心と同一高さに配置しである。

これら検出器Ｓ１．Ｓ２の出力は、各々熱変位コントロ
ーラ１８におけるアンプ１５，１６を介してコントロー
ラ１７に人力し、コントローラ１７内でＡ／Ｄ変換した
後、＊＊装置ｆ１９に直列伝送で転送する。

ｆ１４１１Ｉ装置１９は、プログラマブルコントローラ
とＮＣ装置とからなり、加ニブログラム２０を解析して
実行する演算制御部２１と、各軸サーボモータ２３を駆
動するサーボドライバ２２とを備えている。演算制御部
２１に補正演算手段２４が設けである。

補正演算手段２４は、熱変位コントローラＩ８の出力に
よって得られる２箇所の熱変位量から後述の補正演算を
行って、工具座標系をシフトし、クロススライド３のＸ
軸送り指令値２５を補正するものである。Ｙ軸送り指令
値２６および２軸送り指令値２７はそのままサーボドラ
イバ２２に転送される。

上記構成による補正動作を説明する。熱変位の検出は、
運転の開始時や、開始後の所定の時間間隔おきの時点な
どに、次のようにして行う。

すなわち、クロススライド３を主軸台７に設定位置まで
近接させ、両検出器Ｓ１．Ｓ２をクロススライド３の被
検出板Ｉ４に接触させる。この接触により、作動トラン
スからなる検出器Ｓ１．Ｓ２により、主軸６の軸方向の
２箇所における主軸台７とクロススライド３とのＸ軸方
向の相対熱変位置ｓｌ、ｓ２　　（第４図）が検出され
る。

補正演算手段２４は、この相対熱変位量ｓｌ、　ｓ２に
より、次式■に従って、工具１２の刃先Ｔと、目標座標
であるワーク加工点Ｗ（ワーク２８の先端位置）とのＸ
軸方向の誤差δＸを演算する。

δｘ＝［（ａ＋ｂ）ｓｌ　−ｂｓ２］／ａ　　　　　■
上式■において、ａは両横出器ＳＬ、３２間の距離（第
５図）、ｂは検出器Ｓ２からワーク加工点Ｗまでの距離
である。第４図から相対熱変位量ｓ１．ｓ２によって誤
差δＸが式のにより演算できることがわかる。なお、こ
の演算は、各部の熱変位が線形性を有するものとして近
似計算するものである。

第２図において、主軸チャック６ａを短いワーク２８の
把持用の主軸チャック６ｂに交換した場合は、ワーク加
工点がｗｂに移動するため、前記の距離すはｂ２　　（
第５図）に変える。

補正演算手段２４は、このように演算した誤差δＸだけ
、Ｘ軸送り指令値２５を補正してサーボドライバ２２に
出力する。

このようにＸ軸送り指令値２５を補正することにより、
熱変位による主軸７の細心位置や細心方向のずれ、およ
びタレット２の細心位置や細心方向のずれに対して、目
標座標であるワーク加工点Ｗと工具１２の刃先ＴとのＸ
軸方向の誤差を無くし、加工精度の向上が図れる。しか
も、加工前に誤差検出して補正を行うので、運転休止後
の最初の１個のワーク２８を加工する時から熱変位に対
する誤差補正が行える。そのため不良品の発生が防止で
きる。なお、Ｙ紬およびＺ軸方向の熱変位の補正は行っ
ていないが、これらの方向の熱変位は加工精度に殆ど影
響しない。

また、上記の誤差補正は、主軸６と主軸台７の座標系が
一致するものとして演算したが、チャックシリンダｌＯ
やチャックドローバの温度変化が大きいために、厳密に
は各部の熱変位によって主軸６が主軸台７に対して傾き
を生じる。そのため、さらに精度良く補正を行う必要が
ある場合は、主軸６の傾きと温度との関係を実験等によ
って求めておき、補正演算手段２４で補正を行うように
する。すなわち、適宜の温度測定手段を設けておいて、
前記変位検出を行うときに温度測定を行い、主軸６の主
軸台７に対する傾き分の補正量を、前記の式■の演算結
果であるδＸの値に加算して補正を行う。

つぎに、第３図に示す単純モデルにより、熱変位と補正
との関係を説明する。同図は、旋盤の各部をｘ、　ｙ、
　ｚの各方向の線分でモデル化したものであり、主軸台
７と、主軸６と、ベツド４およびＸ輪ボールねじ１１か
らなる部分３２と、クロススライド３と、タレット軸２
ａと、タレット２とにつき表現しである。Ｏ印は摺動部
を示す。Ｏは基準点、ｆｌ−Ｊ！７は各部の長さである
。

同図において、加工点誤差をｆδＪとすると、ｆδ）＝
ＴＷで与えられる。ＴＷのＸ軸方向の成分がＸ軸方向の
誤差δＸであり、この誤差δＸが旋盤の精度に影響する
。δＸは、次式■で示される。

δ　ｘ＝−＋７ｘ（１）　　＋ｎｘ（丁）＋１１　θ、
。

１３θ−ｚ　　ｆ５　θｒｓ＋Ｉ１６　θ７□　　■こ
こで、ｎＸは平行移動誤差を、θは角度誤差を各々示す
。θに付記した１〜３の符号は、各々１がＸ軸回り、２
がＹ軸回り、３が２軸回りの回転であることを示す。上
式■において、ｎＸ帽）はワークのＸ軸方向の伸びであ
り、Ｂ（冒）　　＝　ηｘ（ｊ’ｌ）＋　ηｘＵ’２）
＋　ηｘ（ｊ！３）ηｘ　（Ｔ）は工具のＸ軸方向の伸
びであり、ｎＸ　　（Ｔ）　　　＝ｒｔＸ（１４）＋１
ｘ（１５ン＋　ｒｔ　ｘ（１６）−ηｘ（７７） θ１．は主軸台７の２軸回りの回転であり、θｗ、＝θ
１゜ θ１．は主軸台７のＹ軸回りの回転であり、θＷ２°θ
Ｉ２＋θズ２ θア、は工具の２軸回りの回転であり、θＴ、＝θ３．
＋θ４゜ θア、は工具のＹ軸回りの回転であり、θ７．＝θ３．
＋θ４．＋θ、。

である。なお、θ１．は、！１〜１７で長さを示した部
分の各軸回りの角度誤差である。

このように前記の式■で示される誤差δＸが、前記の相
対熱変位量ｓ１．　ｓ２から、前記の式■のＪうに近似
的に演算されて補正される。

第６図は他の実施例を示す。この例は、黒変ａ量検出手
段Ｓｌ、３２にタッチセンサを用い、クロススライド３
が各熱変位量検出手段ＳＬ、Ｓ２に接触したときのＸ軸
ボールねじＩｆの送り検ｄ器２９の出力から変位量を検
出するようにしたものである。送り検出器２９は、Ｘ軸
サーボモータに連結したロータリエンコーダからなる。

熱変位コントローラ３０では、原点位置からクロススラ
イド３が各熱変位量検出手段Ｓ１．Ｓ２に接触するとき
までのパルス数をカウントする。その他の構成効果は前
記実施例と同様である。

なお、第１図の実施例において、検出器３１゜Ｓ２とし
て非接触で検出を行う変位計を用いても良い。

第７図はさらに他の実施例を示す。この例は、主軸台７
の上面における主軸６の細心位置から、主軸台７の側面
に延びる取付治具３１を設け、主軸６の高さに検出器Ｓ
ｌ、Ｓ２を取付けたものである。

このように構成した場合、主軸６と主軸台７の座標系の
熱変位によるずれが少なくなり、より一層精度良く補正
することができる。

なお、前記実施例はタレット旋盤に適用した場合につき
説明したが、この発明は他の種々の刃物台形式の旋盤に
適用することができる。

〔発明の効果〕

この発明の旋盤の熱変位補正装置は、主軸の軸方向に離
れた複数箇所において、主軸台と刃物台との相対熱変位
量を検出する熱変位量検出手段を設け、かつその検出値
から所定の演算をして刃物台の送り指令値を補正する補
正演算手段を設けたため、熱変位による加工誤差をなく
し、加工精度を向上させることができる。しかも、休止
後の最初の１個のワークに対しても、熱変位の誤差補正
が行えるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成説明図、第２図はそ
の旋盤の斜視図、第３図は同じくその旋盤の形状モデル
の説明図、第４図は同じくその相対熱変位量と誤差との
関係の説明図、第５図は同じくその距離関係の説明図、
第６図は他の実施例の構成説明図、第７図はさらに他の
実施例における旋盤の部分正面図である。 ２−・・タレット、３・・・クロススライド、６・・・
主軸、７・・・主軸台、８・・・刃物台、１２・・・工
具、１４・・・被検出板、１８・・・熱変位コントロー
ラ、１９・・・制御装置、２４・・・補正演算手段、２
５・・・Ｘ軸送り指令値、２８・・・ワーク、３１．Ｓ
２・・・検出器（熱変位量検出手段）　、ｓｌ、ｓ２・
・・相対熱変位量、Ｔ・−・刃先、Ｗ・・・ワーク加工
点、δＸ・・・誤差特許出願人　　村田機械株式会社 代　理　人　　弁理士　野田雅士 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主軸と直交方向に移動する刃物台を主軸台に近接させた
   状態で、主軸の軸方向に離れた複数箇所における主軸台
   と前記刃物台との相対熱変位量を検出する熱変位量検出
   手段と、この検出した複数箇所の熱変位量から前記刃物
   台の工具位置の熱変位量を演算し、前記刃物台の送り指
   令値を前記の演算した熱変位量で補正する補正演算手段
   とを備えた旋盤の熱変位補正装置。