JPH04240045A - Ｎｃ工作機械におけるボールねじの熱変位補正方法 - Google Patents
Ｎｃ工作機械におけるボールねじの熱変位補正方法Info
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- JPH04240045A JPH04240045A JP1566391A JP1566391A JPH04240045A JP H04240045 A JPH04240045 A JP H04240045A JP 1566391 A JP1566391 A JP 1566391A JP 1566391 A JP1566391 A JP 1566391A JP H04240045 A JPH04240045 A JP H04240045A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49211—Compensation dilatation using calculated temperature from velocity
Landscapes
- Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ＮＣ工作機械の運転
中に生じる送り駆動用のボールねじの熱変位による位置
決め誤差を補正する方法に関する。詳しくは、運転状態
からボールねじの熱変位量を時々刻々計算によって推定
し、その熱変位量をＮＣ装置にピッチエラー補正として
与えることによりインプロセス補正する方法に関するも
のである。
中に生じる送り駆動用のボールねじの熱変位による位置
決め誤差を補正する方法に関する。詳しくは、運転状態
からボールねじの熱変位量を時々刻々計算によって推定
し、その熱変位量をＮＣ装置にピッチエラー補正として
与えることによりインプロセス補正する方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】ボールねじは工作機械の１つの要素であ
り、送り台、テーブルなどを移動させるためのものであ
る。これは機械効率が極めて高いなど多くの特徴をもち
、駆動用あるいは位置決め要素として広く使用されてい
る。しかし、ボールねじはナット、軸受各部の摩擦力や
サーボモータの発熱が伝導するために温度が上昇し熱膨
脹を起こし、熱変位を生じる。現在のＮＣ工作機械では
セミクローズドループ方式が一般的であるが、この方式
のＮＣ工作機械ではボールねじの熱変位が、そのまま位
置決め誤差となって現れる。このため、ボールねじに予
張力を与え、熱膨脹を吸収する方式が対策として使用さ
れてきた。ところが、最近では、径が大きいボールねじ
を使用するうえに送り速度が非常に速くなっているので
、発熱量が増大し、予張力方式で対応しようとすると、
非常に大きな引張力を加えねばならず、構造体が変形し
たり、スラスト軸受に無理な力が加わって焼き付くなど
の問題があった。
り、送り台、テーブルなどを移動させるためのものであ
る。これは機械効率が極めて高いなど多くの特徴をもち
、駆動用あるいは位置決め要素として広く使用されてい
る。しかし、ボールねじはナット、軸受各部の摩擦力や
サーボモータの発熱が伝導するために温度が上昇し熱膨
脹を起こし、熱変位を生じる。現在のＮＣ工作機械では
セミクローズドループ方式が一般的であるが、この方式
のＮＣ工作機械ではボールねじの熱変位が、そのまま位
置決め誤差となって現れる。このため、ボールねじに予
張力を与え、熱膨脹を吸収する方式が対策として使用さ
れてきた。ところが、最近では、径が大きいボールねじ
を使用するうえに送り速度が非常に速くなっているので
、発熱量が増大し、予張力方式で対応しようとすると、
非常に大きな引張力を加えねばならず、構造体が変形し
たり、スラスト軸受に無理な力が加わって焼き付くなど
の問題があった。
【０００３】そこで、ボールねじに無理な予張力を与え
ず、しかも、特別な測定装置を必要としないボールねじ
の熱変位補正方法が開発され、特開昭６３−２５６３３
６号（以下、既提案方法という。）においてその方法が
提案されている。これは、ボールねじの発熱量からボー
ルねじの温度分布を求め、さらにボールねじの熱変位量
を時々刻々に予測して、この熱変位量をＮＣ装置にピッ
チエラー補正として与えることにより、インプロセスで
補正する方法である。
ず、しかも、特別な測定装置を必要としないボールねじ
の熱変位補正方法が開発され、特開昭６３−２５６３３
６号（以下、既提案方法という。）においてその方法が
提案されている。これは、ボールねじの発熱量からボー
ルねじの温度分布を求め、さらにボールねじの熱変位量
を時々刻々に予測して、この熱変位量をＮＣ装置にピッ
チエラー補正として与えることにより、インプロセスで
補正する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記既提案
の方法では、ボールねじの発熱量を具体的にはサーボモ
ータの電機子電流と電圧との積から求めている。そのた
め、以下に記載するような欠点があった。
の方法では、ボールねじの発熱量を具体的にはサーボモ
ータの電機子電流と電圧との積から求めている。そのた
め、以下に記載するような欠点があった。
【０００５】すなわち、この発明の発明者らは、図６（
Ａ），（Ｂ）に示すようなナットつまりテーブルの送り
パターン（以下、図６（Ａ）を送りパターンＡ、図６（
Ｂ）を送りパターンＢという。）でＮＣ工作機械を運転
し、既提案の方法に基づくボールねじの補正量を求める
とともに、実際の伸びを測定した。なお、送りパターン
Ａはボールねじの中央領域（２００ｍｍ）を送り速度５
ｍ／ｍｉｎで往復させたもの、送りパターンＢは同領域
を送り速度６．５ｍ／ｍｉｎ、２０ｍｍピッチで往復さ
せたものである。そして、両パターンとも３０分間運転
して、３分ごとにボールねじの補正量を計算するととも
に、実際の伸びを測定した。その結果が図７（Ａ），（
Ｂ）に示されている。図７（Ａ）は送りパターンＡによ
るもの、図７（Ｂ）は送りパターンＢによるものである
。
Ａ），（Ｂ）に示すようなナットつまりテーブルの送り
パターン（以下、図６（Ａ）を送りパターンＡ、図６（
Ｂ）を送りパターンＢという。）でＮＣ工作機械を運転
し、既提案の方法に基づくボールねじの補正量を求める
とともに、実際の伸びを測定した。なお、送りパターン
Ａはボールねじの中央領域（２００ｍｍ）を送り速度５
ｍ／ｍｉｎで往復させたもの、送りパターンＢは同領域
を送り速度６．５ｍ／ｍｉｎ、２０ｍｍピッチで往復さ
せたものである。そして、両パターンとも３０分間運転
して、３分ごとにボールねじの補正量を計算するととも
に、実際の伸びを測定した。その結果が図７（Ａ），（
Ｂ）に示されている。図７（Ａ）は送りパターンＡによ
るもの、図７（Ｂ）は送りパターンＢによるものである
。
【０００６】実験結果によれば、送りパターンＡ，Ｂと
もボールねじの実際の伸びに大差はない。それにもかか
わらず、送りパターンＢの補正量は、送りパターンＡの
補正量よりも大きく、およそ２倍になっている。このよ
うに補正量に違いが生ずる理由として、サーボモータを
加減速するときには非常に大きな電流が流れるので、加
減速の回数が多い送りパターンＢについては、発熱量に
サーボモータ自身を加減速するためのエネルギーが多く
含まれてしまうことが考えられる。
もボールねじの実際の伸びに大差はない。それにもかか
わらず、送りパターンＢの補正量は、送りパターンＡの
補正量よりも大きく、およそ２倍になっている。このよ
うに補正量に違いが生ずる理由として、サーボモータを
加減速するときには非常に大きな電流が流れるので、加
減速の回数が多い送りパターンＢについては、発熱量に
サーボモータ自身を加減速するためのエネルギーが多く
含まれてしまうことが考えられる。
【０００７】したがって、既提案の方法では、サーボモ
ータの加減速に要するエネルギーまでも、ボールねじの
発熱量として計算してしまうので、送りパターンＢのよ
うにサーボモータの加減速の回数を多くすると、実際の
伸びよりも補正量の方が大きくなってしまうというとい
う欠点があった。このため、既提案の方法は、サーボモ
ータの加減速の回数が多い場合や送り速度が高速の場合
には、実用に供することができない。
ータの加減速に要するエネルギーまでも、ボールねじの
発熱量として計算してしまうので、送りパターンＢのよ
うにサーボモータの加減速の回数を多くすると、実際の
伸びよりも補正量の方が大きくなってしまうというとい
う欠点があった。このため、既提案の方法は、サーボモ
ータの加減速の回数が多い場合や送り速度が高速の場合
には、実用に供することができない。
【０００８】この発明の目的は、サーボモータの加減速
の回数にかかわらず、補正量をボールねじの実際の伸び
に近似させることができるＮＣ工作機械におけるボール
ねじの熱変位補正方法を提供することにある。
の回数にかかわらず、補正量をボールねじの実際の伸び
に近似させることができるＮＣ工作機械におけるボール
ねじの熱変位補正方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用】この発明は、
前記課題を解決するために次のような手段を採る。
前記課題を解決するために次のような手段を採る。
【００１０】この発明は、位置決め用ボールねじと、こ
のボールねじを回転駆動するためのサーボモータと、こ
のサーボモータの回転速度を制御するための速度制御手
段とを有するＮＣ工作機械における前記ボールねじの熱
変位補正方法であって、以下の手順を有する。
のボールねじを回転駆動するためのサーボモータと、こ
のサーボモータの回転速度を制御するための速度制御手
段とを有するＮＣ工作機械における前記ボールねじの熱
変位補正方法であって、以下の手順を有する。
【００１１】ａ．前記サーボモータの回転速度を測定す
ること ｂ．前記回転速度から前記ボールねじに発生する発熱量
を求めること ｃ．前記発熱量から前記ボールねじの温度分布を算出す
ること ｄ．前記温度分布から前記ボールねじの熱変位量を算出
すること ｅ．前記熱変位量をＮＣ装置のピッチエラ補正データメ
モリエリアに入力してボールねじのピッチエラー補正量
を修正させること。
ること ｂ．前記回転速度から前記ボールねじに発生する発熱量
を求めること ｃ．前記発熱量から前記ボールねじの温度分布を算出す
ること ｄ．前記温度分布から前記ボールねじの熱変位量を算出
すること ｅ．前記熱変位量をＮＣ装置のピッチエラ補正データメ
モリエリアに入力してボールねじのピッチエラー補正量
を修正させること。
【００１２】前記回転速度の測定、前記発熱量の算出、
前記温度分布の算出、前記熱変位量の算出および前記ピ
ッチエラー補正量の修正を前記ＮＣ工作機械の運転時間
終了まで所定時間ごとに繰り返す。
前記温度分布の算出、前記熱変位量の算出および前記ピ
ッチエラー補正量の修正を前記ＮＣ工作機械の運転時間
終了まで所定時間ごとに繰り返す。
【００１３】前記ＮＣ工作機械の運転停止中の電源が切
られた時間から前記ボールねじの縮み量を算出し、前記
ＮＣ工作機械の運転開始時に前記縮み量を加味して前記
ボールねじのピッチエラーの補正量の初期設定を行う。
られた時間から前記ボールねじの縮み量を算出し、前記
ＮＣ工作機械の運転開始時に前記縮み量を加味して前記
ボールねじのピッチエラーの補正量の初期設定を行う。
【００１４】前記発熱量を前記ボールねじの前部軸受部
、ナット移動部および後部軸受部ごとに求め、前記各部
ごとに前記温度分布および前記熱変位量を算出する。
、ナット移動部および後部軸受部ごとに求め、前記各部
ごとに前記温度分布および前記熱変位量を算出する。
【００１５】前記ナット移動部を複数の区分に分割し、
各分割区分ごとにナットの存在確率を求め、この存在確
率と前記ナット移動部全体の発熱量とから各分割区分ご
とに前記温度分布および前記熱変位量を算出する。
各分割区分ごとにナットの存在確率を求め、この存在確
率と前記ナット移動部全体の発熱量とから各分割区分ご
とに前記温度分布および前記熱変位量を算出する。
【００１６】前記温度分布を所定の非定常熱伝導方程式
から算出する。
から算出する。
【００１７】
【実施例】以下に示す実施例では、ボールねじの前部軸
受部、ナット移動部および後部軸受部ごとに発熱量を求
め、さらにナット移動部については、複数の区分に分割
し、各分割区分ごとに発熱量を求めている。そして、各
部または各分割区分ごとに非定常熱伝導方程式を解いて
温度分布を算出し、これから熱変位を算出している。ま
ず、発熱量の算出方法について説明する。
受部、ナット移動部および後部軸受部ごとに発熱量を求
め、さらにナット移動部については、複数の区分に分割
し、各分割区分ごとに発熱量を求めている。そして、各
部または各分割区分ごとに非定常熱伝導方程式を解いて
温度分布を算出し、これから熱変位を算出している。ま
ず、発熱量の算出方法について説明する。
【００１８】合計熱量の算出
ナット移動部は図３に示すように、例えば所定の長
さＬ／８，Ｌ／４をもつ５つの区分に分割される。一定
時間（５０ｍｓ）ごとにナットが図３のどの区分に存在
するかを判別し、そのときのサーボモータの実回転数か
ら発生熱量を求め、後述する温度分布演算回路のデータ
エリアに格納する。発生熱量は次式により求められる。
さＬ／８，Ｌ／４をもつ５つの区分に分割される。一定
時間（５０ｍｓ）ごとにナットが図３のどの区分に存在
するかを判別し、そのときのサーボモータの実回転数か
ら発生熱量を求め、後述する温度分布演算回路のデータ
エリアに格納する。発生熱量は次式により求められる。
【００１９】
【数２】
ここで、Ｑ：発生熱量、Ｆ：送り速度（回転数）、Ｋ，
Ｔ：係数である。
Ｔ：係数である。
【００２０】前記データエリアは次表に示すように、ボ
ールねじ１軸分として７つのデータエリアを２組持って
いる。
ールねじ１軸分として７つのデータエリアを２組持って
いる。
【００２１】
【表１】
なお、一軸について２組のデータエリアをもつのは、１
つの組のデータエリアから温度分布を求めて補正量を算
出している間、逐次算出される熱量を他の組のデータエ
リアに格納するためである。
つの組のデータエリアから温度分布を求めて補正量を算
出している間、逐次算出される熱量を他の組のデータエ
リアに格納するためである。
【００２２】各区分でのナット移動による発生熱量は、
５０ｍｓごとに一定時間（６４００ｍｓ）すなわち１２
８回算出され、これらの熱量は各区分ごと５０ｍｓごと
に合計されて各区分１〜５に対応したデータエリア（Ｃ
）〜（Ｇ）に格納される。また６４００ｍｓに発生した
各区分１〜５の熱量１〜５の合計熱量および各区分１〜
５での回転数の合計回転数がそれぞれデータエリア（Ａ
），（Ｂ）に格納される。
５０ｍｓごとに一定時間（６４００ｍｓ）すなわち１２
８回算出され、これらの熱量は各区分ごと５０ｍｓごと
に合計されて各区分１〜５に対応したデータエリア（Ｃ
）〜（Ｇ）に格納される。また６４００ｍｓに発生した
各区分１〜５の熱量１〜５の合計熱量および各区分１〜
５での回転数の合計回転数がそれぞれデータエリア（Ａ
），（Ｂ）に格納される。
【００２３】ここでいう各区分の熱量および合計熱量は
、ボールねじのナット移動部Ｌのみに発生する正味の熱
量ではなく、前後軸受部に発生する熱量も含まれている
。したがって、ナット移動部、前後軸受部についての正
味の発生熱量を合計熱量から分配してやる必要がある。
、ボールねじのナット移動部Ｌのみに発生する正味の熱
量ではなく、前後軸受部に発生する熱量も含まれている
。したがって、ナット移動部、前後軸受部についての正
味の発生熱量を合計熱量から分配してやる必要がある。
【００２４】合計熱量の分配
以下に示す合計熱量の分配方法は、既提案方法と同
様にナット移動部および前後軸受部において互いに他の
部分への熱伝導が生じず、熱的には近似的に独立してい
るとみなすことができること、また合計発熱量に対する
各熱源部の比率は送り速度の如何にかかわらずほぼ一定
であるという知見に基づいている。
様にナット移動部および前後軸受部において互いに他の
部分への熱伝導が生じず、熱的には近似的に独立してい
るとみなすことができること、また合計発熱量に対する
各熱源部の比率は送り速度の如何にかかわらずほぼ一定
であるという知見に基づいている。
【００２５】すなわち、合計発熱量ＱＯ 、ナット移動
部発熱量ＱＮ 、前部軸受発熱量ＱＦ 、後部軸受発熱
量ＱＢ とすると、各熱源部の発熱量は、次式
部発熱量ＱＮ 、前部軸受発熱量ＱＦ 、後部軸受発熱
量ＱＢ とすると、各熱源部の発熱量は、次式
【００２６】
【数３】
から算出される。ここで比率ηＮ ，ηＦ ，ηＢ は
前記知見により一定であり、実機についてＱＯ ，ＱＮ
，ＱＦ ，ＱＢ を測定し、比率ηＮ ，ηＦ ，η
Ｂ をあらかじめ求めておけばよい。
前記知見により一定であり、実機についてＱＯ ，ＱＮ
，ＱＦ ，ＱＢ を測定し、比率ηＮ ，ηＦ ，η
Ｂ をあらかじめ求めておけばよい。
【００２７】ナット移動部の各分割区分への熱量の分配
この実施例では、前記のようにナット移動部の各分
割区分の熱量も算出している。これは、次のようにして
求められる。すなわち前記データエリア（Ｃ）〜（Ｇ）
に格納されている熱量は５０ｍｓごとに算出した合計値
であり、このこの合計値から各区分ごとに５０ｍｓあた
りの平均熱量を求める。
この実施例では、前記のようにナット移動部の各分
割区分の熱量も算出している。これは、次のようにして
求められる。すなわち前記データエリア（Ｃ）〜（Ｇ）
に格納されている熱量は５０ｍｓごとに算出した合計値
であり、このこの合計値から各区分ごとに５０ｍｓあた
りの平均熱量を求める。
【００２８】そして、この平均熱量と合計熱量とから各
区分について、次式からナットの存在確率Ｘ１，Ｘ２…
Ｘ５を求める。
区分について、次式からナットの存在確率Ｘ１，Ｘ２…
Ｘ５を求める。
【００２９】
【数４】
このようにして、各区分についての存在確率Ｘ１，Ｘ２
…Ｘ５が求められたら、この存在確率と前記ナット移動
部についての分配熱量ＱＮ とから、次式により各区分
についての分配熱量ＱＮ１，ＱＮ２…ＱＮ５を求める。
…Ｘ５が求められたら、この存在確率と前記ナット移動
部についての分配熱量ＱＮ とから、次式により各区分
についての分配熱量ＱＮ１，ＱＮ２…ＱＮ５を求める。
【００３０】
【数５】
温度分布の算出
以上のようにして各熱源部の発生熱量が求められた
ら、この熱量から温度分布を算出する。温度分布は既提
案の方法と同様に次の非定常熱伝導方程式、
ら、この熱量から温度分布を算出する。温度分布は既提
案の方法と同様に次の非定常熱伝導方程式、
【００３１
】
】
【数６】
を初期条件｛θ｝ｔ ＝０ 、ｄ｛θ｝／ｄｔｔ ＝０
の下に解けば求められる。ここで［Ｃ］：熱容量マト
リクス、［Ｈ］：熱伝導マトリクス、［θ］：温度分布
、ｔ：時間である。
の下に解けば求められる。ここで［Ｃ］：熱容量マト
リクス、［Ｈ］：熱伝導マトリクス、［θ］：温度分布
、ｔ：時間である。
【００３２】熱変位量の算出
ボールねじの各熱源部の温度分布が求められたら、
これから熱変位量を算出する。熱変位量は、既提案の方
法と同様に次式、
これから熱変位量を算出する。熱変位量は、既提案の方
法と同様に次式、
【００３３】
【数７】
から求められる。ここでΔＬ： 熱変位量、β：ボール
ねじ材料の線膨脹係数である。
ねじ材料の線膨脹係数である。
【００３４】次にこの発明による熱変位補正方法の具体
的な手順を説明する。図１は熱変位補正を実施するため
の機能ブロック図である。
的な手順を説明する。図１は熱変位補正を実施するため
の機能ブロック図である。
【００３５】補間制御回路１は、ＮＣテープ２に読み込
まれた加工データに基づきボールねじの送り量を計算す
るための回路である。パルス分配器３はボールねじの送
り量に応じたパルス信号を各軸に分けて分配し、そのパ
ルス信号を速度制御回路４に与えるためのものである。 このパルス信号は、位置レジスタ５にも与えられ、ナッ
トの位置データが格納される。速度制御回路４はパルス
信号によりサーボモータ６の回転速度を制御するもので
ある。サーボモータ６の回転速度はロータリエンコーダ
などの速度検出器７により常時検出され、検出信号は速
度制御回路４および温度分布演算回路９に入力される。
まれた加工データに基づきボールねじの送り量を計算す
るための回路である。パルス分配器３はボールねじの送
り量に応じたパルス信号を各軸に分けて分配し、そのパ
ルス信号を速度制御回路４に与えるためのものである。 このパルス信号は、位置レジスタ５にも与えられ、ナッ
トの位置データが格納される。速度制御回路４はパルス
信号によりサーボモータ６の回転速度を制御するもので
ある。サーボモータ６の回転速度はロータリエンコーダ
などの速度検出器７により常時検出され、検出信号は速
度制御回路４および温度分布演算回路９に入力される。
【００３６】パラメータメモリ８には、ボールねじの長
さ、径などの機械構造に関するパラメータ、ボールねじ
の密度、比熱などの物理的性質に関するパラメータおよ
び前記熱量分配係数（比率）ηＮ ，ηＦ ，ηＢなど
が入力される。温度分布演算回路９は、サーボモータの
回転速度検出信号から式（１）に基づきボールねじの各
区分でのナットの移動による発熱量を５０ｍｓごとに算
出し、６４００ｍｓ後、合計発熱量から各熱源部の発熱
量の分配計算をする。
さ、径などの機械構造に関するパラメータ、ボールねじ
の密度、比熱などの物理的性質に関するパラメータおよ
び前記熱量分配係数（比率）ηＮ ，ηＦ ，ηＢなど
が入力される。温度分布演算回路９は、サーボモータの
回転速度検出信号から式（１）に基づきボールねじの各
区分でのナットの移動による発熱量を５０ｍｓごとに算
出し、６４００ｍｓ後、合計発熱量から各熱源部の発熱
量の分配計算をする。
【００３７】また、温度分布演算回路９は、ナットの存
在確率を算出し、ボールねじの各区分の発熱量を算出す
る。そして、温度分布演算回路９は、これらの発熱量と
パラメータメモリ８に記憶された各種データとから式（
２）を解き、各熱源部の温度分布を算出する。
在確率を算出し、ボールねじの各区分の発熱量を算出す
る。そして、温度分布演算回路９は、これらの発熱量と
パラメータメモリ８に記憶された各種データとから式（
２）を解き、各熱源部の温度分布を算出する。
【００３８】補正データ演算回路１０は、温度分布演算
回路９により算出された温度分布から式（３）に基づき
補正量を算出する。補正パルス発生器１１は、補正デー
タ演算回路１０により算出された補正量に応じた補正パ
ルスを発生し、速度制御回路４に与える。
回路９により算出された温度分布から式（３）に基づき
補正量を算出する。補正パルス発生器１１は、補正デー
タ演算回路１０により算出された補正量に応じた補正パ
ルスを発生し、速度制御回路４に与える。
【００３９】図２は熱変位補正を実施するためのフロー
チャートである。このフローチャートにしたがって具体
的な手順を説明する。
チャートである。このフローチャートにしたがって具体
的な手順を説明する。
【００４０】初期設定
パラメータなどの設定データから、有限要素法によ
る演算に必要なマトリックスを設定する（Ｓ１ ）。
る演算に必要なマトリックスを設定する（Ｓ１ ）。
【００４１】ＮＣ機械の運転停止により電源を切ると、
時間が経過するにつれボールねじは縮むので、この縮み
量を加味して電源再投入時に補正データを変更する必要
がある。このため、電源が切られた時間を計算し（Ｓ２
）、その時間をΔＴ、発生熱量を０、送り速度を０と
してデータ計算し、温度分布を初期設定する（Ｓ３ ）
。そして、初期設定された温度分布と電源を切る前の温
度分布とから縮み量を計算し、補正データの変更を行う
（Ｓ４ ）。
時間が経過するにつれボールねじは縮むので、この縮み
量を加味して電源再投入時に補正データを変更する必要
がある。このため、電源が切られた時間を計算し（Ｓ２
）、その時間をΔＴ、発生熱量を０、送り速度を０と
してデータ計算し、温度分布を初期設定する（Ｓ３ ）
。そして、初期設定された温度分布と電源を切る前の温
度分布とから縮み量を計算し、補正データの変更を行う
（Ｓ４ ）。
【００４２】なお、このように縮み量を計算するため、
温度分布は電源が切られても消えないエリアに格納され
る。
温度分布は電源が切られても消えないエリアに格納され
る。
【００４３】リアルタイムデータ入力
５０ｍｓごとに、ナットの現在位置、送り速度のデ
ータが温度分布演算回路９に入力され（Ｓ５ ）、各区
分ごとに発生熱量が式（１）に基づいて計算される。
ータが温度分布演算回路９に入力され（Ｓ５ ）、各区
分ごとに発生熱量が式（１）に基づいて計算される。
【００４４】データ計算
一定時間（６４００ｍｓ）経過すると（Ｓ６ ）、
温度分布演算回路９により合計発熱量からナットの存在
確率および各熱源部の温度分布が計算される（Ｓ７ ）
。
温度分布演算回路９により合計発熱量からナットの存在
確率および各熱源部の温度分布が計算される（Ｓ７ ）
。
【００４５】補正データの変更
補正モードがＯＮであれば（Ｓ８ ）、補正データ
演算回路１０により温度分布から式（３）に基づきボー
ルねじの伸びが補正量として演算され、補正データが変
更される（Ｓ９ ）。そしてこの補正データに応じた補
正パルスが、補正パルス発生器１１から速度制御回路４
に送られる。
演算回路１０により温度分布から式（３）に基づきボー
ルねじの伸びが補正量として演算され、補正データが変
更される（Ｓ９ ）。そしてこの補正データに応じた補
正パルスが、補正パルス発生器１１から速度制御回路４
に送られる。
【００４６】このように電源投入後すなわち初期設定後
は、一定時間（６４００ｍｓ）経過ごとに補正データの
変更が行われる。
は、一定時間（６４００ｍｓ）経過ごとに補正データの
変更が行われる。
【００４７】実験例
図４は、この発明方法による熱変位補正量と実際の
伸びとを比較するための実験装置を示している。実験に
は立型マシニングセンタのＸ軸を使用した。サーボモー
タ２０に連結されるボールねじ２１は、前後部軸受２２
，２３に支持されている。テーブル２４はナット２５を
介してボールねじ２１に取付けられている。
伸びとを比較するための実験装置を示している。実験に
は立型マシニングセンタのＸ軸を使用した。サーボモー
タ２０に連結されるボールねじ２１は、前後部軸受２２
，２３に支持されている。テーブル２４はナット２５を
介してボールねじ２１に取付けられている。
【００４８】ボールねじ２１の伸びは、マシニングセン
タの主軸ヘッド２６にダイヤルゲージ２７を固定し、テ
ーブル２４上のＸ軸線上にある三点（両端と中央）に基
準ブロック２８を設け、これにダイヤルゲージ２７の接
触子を当接させることにより測定した。またサーボモー
タ２０の送り速度は、ＮＣ装置２９の内部の送り速度モ
ニタデータを電圧として出力させ、データメモリ付レコ
ーダ３０により測定した。
タの主軸ヘッド２６にダイヤルゲージ２７を固定し、テ
ーブル２４上のＸ軸線上にある三点（両端と中央）に基
準ブロック２８を設け、これにダイヤルゲージ２７の接
触子を当接させることにより測定した。またサーボモー
タ２０の送り速度は、ＮＣ装置２９の内部の送り速度モ
ニタデータを電圧として出力させ、データメモリ付レコ
ーダ３０により測定した。
【００４９】なお、Ｘ軸ストロークは７６０ｍｍ、サー
ボモータ定格出力はＡＣ２．３ＫＷ、ｍａｘ３，０００
Ｒ．Ｐ．Ｍ、ボールねじ寸法は長さ１，１４０ｍｍ，直
径４０ｍｍφ、ピッチ１２ｍｍ、最大早送り速度は３０
ｍ／ｍｉｎである。
ボモータ定格出力はＡＣ２．３ＫＷ、ｍａｘ３，０００
Ｒ．Ｐ．Ｍ、ボールねじ寸法は長さ１，１４０ｍｍ，直
径４０ｍｍφ、ピッチ１２ｍｍ、最大早送り速度は３０
ｍ／ｍｉｎである。
【００５０】以上の実験装置により、既提案方法の場合
と同様に図６に示す送りパターンＡ，Ｂでマシニングセ
ンタを運転し、補正量を求めるとともに、実際の伸びを
測定した。
と同様に図６に示す送りパターンＡ，Ｂでマシニングセ
ンタを運転し、補正量を求めるとともに、実際の伸びを
測定した。
【００５１】なお、既提案の場合と同様に、送りパター
ンＡはボールねじの中央領域（２００ｍｍ）を送り速度
５ｍ／ｍｉｎで往復させたもの、送りパターンＢは同領
域を送り速度６．５ｍ／ｍｉｎ、２０ｍｍピッチで往復
させたものである。そして、両パターンとも３０分間運
転して、３分ごとにボールねじの補正量を計算するとと
もに、実際の伸びを測定した。その結果が図５（Ａ），
（Ｂ）に示されている。図５（Ａ）は送りパターンＡに
よるもの、図５（Ｂ）は送りパターンＢによるものであ
る。
ンＡはボールねじの中央領域（２００ｍｍ）を送り速度
５ｍ／ｍｉｎで往復させたもの、送りパターンＢは同領
域を送り速度６．５ｍ／ｍｉｎ、２０ｍｍピッチで往復
させたものである。そして、両パターンとも３０分間運
転して、３分ごとにボールねじの補正量を計算するとと
もに、実際の伸びを測定した。その結果が図５（Ａ），
（Ｂ）に示されている。図５（Ａ）は送りパターンＡに
よるもの、図５（Ｂ）は送りパターンＢによるものであ
る。
【００５２】実験結果によれば、送りパターンＡのみな
らず、送りパターンＢについても補正量と実際の伸びが
近似していることがわかる。
らず、送りパターンＢについても補正量と実際の伸びが
近似していることがわかる。
【００５３】
【発明の効果】以上詳記したように、この発明によれば
、サーボモータの加減速の頻度にかかわらず、補正量を
ボールねじの実際の伸びに近似させることができ、した
がってセミクローズドループ方式のＮＣ工作機械におい
て高精度の加工を行うことができる。
、サーボモータの加減速の頻度にかかわらず、補正量を
ボールねじの実際の伸びに近似させることができ、した
がってセミクローズドループ方式のＮＣ工作機械におい
て高精度の加工を行うことができる。
【図１】この発明方法を実施するための機能ブロック図
である。
である。
【図２】この発明を実施するためのフローチャートであ
る。
る。
【図３】ボールねじを区分して熱量を求める場合の説明
図である。
図である。
【図４】この発明方法を実験するための装置の概略図で
ある。
ある。
【図５】この発明方法の実験結果を示すグラフである。
【図６】この発明方法および既提案方法を実験するため
に選択した送りパターンを示す図である。
に選択した送りパターンを示す図である。
【図７】既提案方法の実験結果を示すグラフである。
Claims (6)
- 【請求項１】位置決め用ボールねじと、このボールねじ
を回転駆動するためのサーボモータと、このサーボモー
タの回転速度を制御するための速度制御手段とを有する
ＮＣ工作機械における前記ボールねじの熱変位補正方法
であって、以下の手順を有する。 ａ．前記サーボモータの回転速度を測定することｂ．前
記回転速度から前記ボールねじに発生する発熱量を求め
ること ｃ．前記発熱量から前記ボールねじの温度分布を算出す
ること ｄ．前記温度分布から前記ボールねじの熱変位量を算出
すること ｅ．前記熱変位量をＮＣ装置のピッチエラ補正データメ
モリエリアに入力してボールねじのピッチエラー補正量
を修正させること。 - 【請求項２】請求項１において、前記回転速度の測定、
前記発熱量の算出、前記温度分布の算出、前記熱変位量
の算出および前記ピッチエラー補正量の修正を前記ＮＣ
工作機械の運転時間終了まで所定時間ごとに繰り返すこ
とを特徴とするボールねじの熱変位補正方法。 - 【請求項３】請求項２において、前記ＮＣ工作機械の運
転停止中の電源が切られた時間から前記ボールねじの縮
み量を算出し、前記ＮＣ工作機械の運転開始時に前記縮
み量を加味して前記ボールねじのピッチエラーの補正量
の初期設定を行うことを特徴とするボールねじの熱変位
補正方法。 - 【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１において、
前記発熱量を前記ボールねじの前部軸受部、ナット移動
部および後部軸受部ごとに求め、前記各部ごとに前記温
度分布および前記熱変位量を算出することを特徴とする
ボールねじの熱変位補正方法。 - 【請求項５】請求項４において、前記ナット移動部を複
数の区分に分割し、各分割区分ごとにナットの存在確率
を求め、この存在確率と前記ナット移動部全体の発熱量
とから各分割区分ごとに前記温度分布および前記熱変位
量を算出することを特徴とするボールねじの熱変位補正
方法。 - 【請求項６】請求項１ないし５のいずれか１において、
前記温度分布を以下の非定常熱伝導方程式、【数１】 ここで、［Ｃ］：熱容量マトリクス、［Ｈ］：熱伝導マ
トリクス、｛θ｝：温度分布、ｔ：時間から算出するこ
とを特徴とするボールねじの熱変位補正方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1566391A JPH0815702B2 (ja) | 1991-01-17 | 1991-01-17 | Ｎｃ工作機械におけるボールねじの熱変位補正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1566391A JPH0815702B2 (ja) | 1991-01-17 | 1991-01-17 | Ｎｃ工作機械におけるボールねじの熱変位補正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04240045A true JPH04240045A (ja) | 1992-08-27 |
| JPH0815702B2 JPH0815702B2 (ja) | 1996-02-21 |
Family
ID=11894981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1566391A Expired - Lifetime JPH0815702B2 (ja) | 1991-01-17 | 1991-01-17 | Ｎｃ工作機械におけるボールねじの熱変位補正方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0815702B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998021006A1 (fr) * | 1996-11-11 | 1998-05-22 | Fanuc Ltd | Methode de correction de deplacement thermique de machine-outil |
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| EP1170647A3 (en) * | 2000-07-06 | 2004-03-17 | Fanuc Ltd | Method of correcting thermal displacement of machine tool |
| JP2009061557A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-03-26 | Kira Corporation:Kk | ボールねじの熱変位補償方法と、その補償方法を実行するｎｃ工作機械 |
| DE102009013043A1 (de) | 2008-03-13 | 2009-09-24 | BROTHER KOGYO K.K., Nagoya-shi | Thermische Verschiebungskorrektion für Werkzeugmaschne |
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| CN102481674A (zh) * | 2009-08-28 | 2012-05-30 | 兄弟工业株式会社 | 机床的热变位修正方法及热变位修正装置 |
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-
1991
- 1991-01-17 JP JP1566391A patent/JPH0815702B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (21)
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| DE102013111831B4 (de) * | 2012-10-30 | 2016-06-16 | Fanuc Corporation | Servo-Regelvorrichtung für eine Korrektur auf Basis der Dehn- oder Kontraktionsgröße einer Kugelgewindespindel |
| US9448545B2 (en) | 2012-10-30 | 2016-09-20 | Fanuc Corporation | Servo control device for performing correction based on amount of stretch or contraction of ball screw |
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| US10514320B2 (en) | 2017-09-07 | 2019-12-24 | Fanuc Corporation | Temperature estimation device and temperature estimation method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0815702B2 (ja) | 1996-02-21 |
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