JPH0620720B2 - 工作機械 - Google Patents

工作機械

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JPH0620720B2
JPH0620720B2 JP59209921A JP20992184A JPH0620720B2 JP H0620720 B2 JPH0620720 B2 JP H0620720B2 JP 59209921 A JP59209921 A JP 59209921A JP 20992184 A JP20992184 A JP 20992184A JP H0620720 B2 JPH0620720 B2 JP H0620720B2
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JP
Japan
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spindle
reference frame
spindle head
displacement
position detector
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JP59209921A
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道夫 長田
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Hitachi Seiko Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/70Stationary or movable members for carrying working-spindles for attachment of tools or work
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/38Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members using fluid bearings or fluid cushion supports
    • B23Q1/385Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members using fluid bearings or fluid cushion supports in which the thickness of the fluid-layer is adjustable

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
  • Turning (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はNC装置により制御される工作機械に関するも
のである。
〔発明の背景〕
従来、工作機械の主軸頭の熱変位(位置ずれ)対策とし
ては、主軸頭内の潤滑油を常に室温と同一温度になるよ
うに冷却し、かつ主軸の軸受部で発生した熱を前記潤滑
油に吸収させるようにし、主軸頭の温度上昇を防ぐ方法
が採られている。この方法では、発生した熱の約50%が
主軸頭本体を介して冷却油に吸収されているため、主軸
頭は局部的に冷却油より高い温度になつている。従つ
て、このような潤滑油を冷却する方法では主軸頭の熱変
位を根本的に無くすことはできなかった。また、特開昭
50−130081号公報には主軸頭の熱変位を補正す
る技術が記載されているが、主軸頭の熱変位は補正でき
るものの、主軸の熱変位を補正することはできない。さ
らに、工作機械においては、ベツドを主軸頭が摺動する
摺動面には、最少限(約0.01mm程度)の隙間があり、主
軸頭が送りねじからの推力を受けると、その隙間に相当
した平行精度の低下を生じる。すなわち、前記推力の掛
かる方向により主軸につけたテストバーの先端が先上り
になつたり、先下りになつたりする。従来、この問題に
対しては、摺動面に設けられるベアリングにリニアボー
ルベアリングを用い、予圧をかけることにより対処して
いる。
以上のように従来は、主軸頭の熱変位や平行精度につい
て、ある程度の対策をしているが、静的に出した精度が
運転開始後どの程度に保たれているか検出することがで
きず、従つて高精度加工が要求される場合は、得られた
製品の精度を1つ1つ確認し、それに基づき再対策を施
す方法が採られていた。
しかし、このように加工後に製品精度を確認することは
消極的な防御策であり非効率的であるため、従来、工作
機械の運転中の主軸の変位を自動的に検出して誤差を修
正し、その後に加工して高精度の製品を効率よく得られ
る方法が要望されていた。
〔発明の目的〕
本発明は上記のような要望に鑑みてなされたもので、工
作機械の運転中の主軸の位置ずれや平行精度の低下が自
動的に防止でき、高精度の製品を効率よく得られるよう
にした工作機械を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明では、主軸を回転自在に支持する主軸頭をNC装
置によりベッドに対して主軸の軸方向に移動させながら
位置決めして加工をする工作機械において、熱膨張係数
の小さい材料で形成した基準フレームと、指示器とスケ
ールとからなる第1の位置検出器と、第2の位置検出器
とを備え、基準フレームを主軸頭に接続し、スケールが
主軸の軸方向と平行になるようにして指示器またはスケ
ールのうちの一方を基準フレームに他方をベッドに載置
し、第2の位置検出器を主軸のフランジと対向させて基
準フレームの工具側に配置し、第2の位置検出器の出力
の変化分すなわち基準フレームと主軸のフランジとの距
離の変化分だけ主軸頭の送り量を補正することにより、
加工の高精度、高効率化をはかったものである。
〔発明の実施例〕
以下第1図〜第3図を参照して本発明の実施例を説明す
る。第1図は本発明による工作機械の主軸の姿勢制御方
法が適用された工作機械主軸頭部分の一例を一部切断し
て示す側面図、第2図は第1図中のII−II線断面図で、
両図において1はベツド、2は主軸頭、3は主軸であ
る。4はベツドの摺動面1a,1bに沿つてスライドする基
準フレームで、主軸頭2とは分離独立して設けられてい
る。この基準フレーム4とベツド1の間のスライド部に
はリニアボールベアリング(平面軌道上を無限直線運動
する形式の軸受)5〜8が設けられている。9〜11は基
準フレームに対し、主軸3の回転中心を原点として直交
するX,Y方向に予圧を与えるコイルスプリングであ
る。なお、これらベアリング5〜8及びスプリング9〜
11は、主軸頭2の前後側に各々設けられている。
前記基準フレーム4は、主軸3の軸方向(以下、Z方向
という)に主軸3と一体に駆動させるために、ボルト12
を用いてピース13を介し、Z方向に隙間が生じないよう
主軸頭2に連結されている。この連結に際しては、主軸
頭2の前記X,Y方向の微少変位に対して拘束力が生じ
ないようにすることが望ましく、また、基準フレーム4
は熱膨張係数が極小のアンバーで形成し、熱変形を受け
ないようにしてある。これらによれば、基準フレーム4
は切削力など外力や熱変位を受けず、また主軸頭2との
連結も第1図に示すように摺動面1a,1b近くでされて
いるため、ほぼ純料な推力だけが作用することになる。
従つて、基準フレーム4は摺動面1a,1bに沿つて精度よ
く移動することになる。
上記基準フレーム4には、主軸3のツール、例えばドリ
ル(図示せず)が取着される前側及び駆動源(図示せ
ず)と連結する後側に対応する個所A,Bに各々4つの
非接触変位計、ここではエアーマイクロメータ(ノズル
14〜17のみ図示)が内蔵されている。この4つのマイク
ロメータを前後各側に設けたのは、主軸3の回転中心の
変位を検出するためで、各側について、主軸3のX,Y
各方向に2つ、対向配置されている。主軸3の回転中心
の変位検出は、上記の合計8つのエアーマイクロメータ
により、主軸3の前後各側について、基準フレーム4に
対する主軸3のX,Y方向の隙間18〜21を測定すること
によつて行われる。
22は主軸3の前側の軸受、23は同じく後側の軸受で、後
側の軸受23は軸受筒24に収納されており、またこの軸受
筒24と主軸頭2の間には微少隙間と4つの油圧パツト25
〜28とが設けられている。この場合、油圧パツト25〜28
は、第3図に示すようにエアーマイクロメータのノズル
14〜17に対応した主軸3のX,Y方向に設けられてお
り、各油圧源29〜32により印加圧力P1〜P4を制御するこ
とにより軸受筒24を前記X,Y方向に微少変位させる
ことができる。33は環状の弾性材、例えばゴムよりなる
Oリングで、軸受筒24を弾性的に支持している。
34は主軸3のZ方向の変位を検出するためのエアーマイ
クロメータ(図示せず)のノズルで、主軸3の前端近傍
部分外周に設けられたフランジ35との隙間36を測定す
る。
37は主軸頭2に設けられたボールナツトで、ボールねじ
38に螺合し、ボールねじ38の回転により主軸頭2をベツ
ド1の摺動面1a,1bに沿つてZ方向にスライドさせる。
39は駆動側の基準フレーム4と静止側のベース1との間
に構成された主軸頭2のZ方向の位置検出器(例えば磁
気スケールなど)で、主軸頭2の位置決めなどに用いら
れる。
なお、ここでの工作機械はNC装置(図示せず)により
制御され、また、前記エアーマイクロメータにより検出
された隙間18〜21,36の測定値から主軸3の回転中心,
平行度及びZ方向の各変位を検出し、補正する機能を備
えている。ここで、主軸3の回転中心の変位、ここでは
第1図中A,B点におけるX,Y方向の変位Δx1,Δ
x2,Δy1,Δy2は下記第1表に示す算式により求められ
る。式中、とは隙間18の測定値を指す。〜につい
ても同様である。
また、主軸3の平行度の変位は、前,後エアーマイクロ
メータのノズル14〜17相互間距離をL1とすると、 X方向については、 (Δx1−Δx2)/L1 ………(1) により、 Y方向については、 (Δy1−Δy2)/L1 ………(2) により、各々求められる。
次に上述工作機械における主軸3の姿勢制御について説
明する。まず、主軸3のX,Y方向の変位補正について
述べる。工作機械運転開始前の静的精度を出した時点で
Δx1−Δx2=δxが或る値をもつている場合、運転後も
そのδxが同じ値であればX方向の平行は維持している
とみなせる。Y方向についても同様で、運転前後におけ
るδx(=Δx1−Δx2),δy(=Δy1−Δy2)の値を
一定に保つことが平行を維持させることになる。
上述工作機械主軸頭2の後側軸受23の外周側のX,Y方
向には油圧パツト25〜28が設けられている。いま、油圧
パツト27,28に加えられる圧力P3,P4を変化させると、
軸受筒24はX方向に微少変位する。従つて、Δx1に対し
てΔx2が相対的に変化した場合は、その差を0にするよ
うに、すなわち、Δx1−Δx2=δx=一定となるように
圧力P3,P4を調整する。Y方向についても同様に、Δy1
−Δy2=δy=一定となるように圧力P1,P2を調整する
もので、以上により主軸3は平行に補正される。
工作機械運転後、Δx1≒0,Δy1≒0、すなわち、運転
前の静的な原点であるPA(X1,Y1)の位置に変位が生じ
たときは、その変位量だけX,Yの原点補正をする。N
C装置は原点シフト機能を備えており、NCテープによ
り任意に原点シフトを行い得るもので、前記原点補正は
この原点シフトによつて行われる。
次に、主軸3のZ方向の変位補正について述べる。い
ま、主軸3が回転して軸受22,23部分が発熱すると、そ
の熱の約50%は主軸3に伝わり、主軸3の温度を上昇さ
せて主軸3の前側(ツール側)端部を軸方向(Z方向)
に伸ばす。この伸び量はZ方向変位検出用のエアーマイ
クロメータ(図示せず)で検出される。ここで、Z方向
の位置決めは位置検出器39によるZ方向の位置測定で行
うが、基準フレーム4の位置検出器39取付個所Cとエア
ーマイクロメータノズル39の開口端位置Dとの間の距離
L2が変わらない限り、前記主軸3の伸び量は全て隙間36
の変化量として現われる。一方、前記距離L2は、基準フ
レーム4には外力が加わらず、かつその材質がアンバー
であつて温度の影響は受けないことから実質的には不変
である。従つて、前記Z方向変位検出用のエアーマイク
ロメータで隙間36を工作機械の運転前後に亘り、又は運
転後一定時間間隔置いて測定し、隙間36の変化量を求め
ればZ方向の変位が求められる。例えば、隙間36が運転
前の静的精度を出した時点でΔZ0であり、運転後、それ
がΔZtに変化したとすれば、 ΔZt−ΔZ0=δZ ………(3) により変位δZが求められる。
このZ方向の変位δZが生じた時は、その量だけZ方向
の原点補正をする。この補正もNC装置によつて可能
で、NCテープにより変位δZに応じた量だけZ方向の
原点シフトを行い、補正される。
以上によりX,Y,Z方向の全ての原点補正が行われ、
工作機械の運転前後、又は運転中において、主軸3の加
工に当たつての位置が高精度に保持されるべく姿勢制御
されることになる。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明は、主軸を回転自在に支持する
主軸頭をNC装置によりベッドに対して主軸の軸方向に
移動させながら位置決めして加工をする工作機械におい
て、熱膨張係数の小さい材料で形成した基準フレーム
と、指示器とスケールとからなる第1の位置検出器と、
第2の位置検出器とを備え、基準フレームを主軸頭に接
続し、スケールが主軸の軸方向と平行になるようにして
指示器またはスケールのうちの一方を基準フレームに他
方をベッドに載置し、第2の位置検出器を主軸のフラン
ジと対向させて基準フレームの工具側に配置し、第2の
位置検出器の出力の変化分すなわち基準フレームと主軸
のフランジとの距離の変化分を検出し、その検出値に応
じて前記NC装置でZ方向の原点補正を行うようにした
ので、工作機械の運転中の主軸の位置ずれや平行精度の
低下が自動的に防止でき、高精度の製品を効率よく得る
ことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法が適用された工作機械主軸頭部分の
一例を一部切断して示す側面図、第2図は第1図中のII
−II線断面図、第3図は同じくIII−III線断面図であ
る。 1……ベツド、2……主軸頭、3……主軸、4……基準
フレーム、14〜17,34……エアーマイクロメータノズ
ル、24……軸受筒、25〜28……油圧パツト、29〜32……
油圧源、33……ゴム製Oリング、35……フランジ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主軸を回転自在に支持する主軸頭を主軸の
    軸方向に移動させNC装置によりベッドに対して位置決
    めしながら加工をする工作機械において、熱膨張係数の
    小さい材料で形成した基準フレームと、指示器とスケー
    ルとからなる第1の位置検出器と、第2の位置検出器と
    を備え、基準フレームを主軸頭に接続し、指示器または
    主軸の軸方向と平行に配置するスケールのうちの一方を
    基準フレームに載置し、第2の位置検出器を基準フレー
    ムの工具側に配置して主軸のフランジと対向させ、指示
    器または主軸の軸方向と平行に配置するスケールのうち
    の他方をベッドに載置し、ベッドに対する主軸頭の位置
    を第1の位置検出器で管理するとともに第2の位置検出
    器で検出した位置の変化分だけ主軸頭の位置を補正する
    ことを特徴とする工作機械。
JP59209921A 1984-10-08 1984-10-08 工作機械 Expired - Lifetime JPH0620720B2 (ja)

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JP59209921A JPH0620720B2 (ja) 1984-10-08 1984-10-08 工作機械

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JP59209921A JPH0620720B2 (ja) 1984-10-08 1984-10-08 工作機械

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Publication Number Publication Date
JPS6190804A JPS6190804A (ja) 1986-05-09
JPH0620720B2 true JPH0620720B2 (ja) 1994-03-23

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ID=16580869

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JP59209921A Expired - Lifetime JPH0620720B2 (ja) 1984-10-08 1984-10-08 工作機械

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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61241050A (ja) * 1985-04-16 1986-10-27 Citizen Watch Co Ltd 研削盤
JPS6423341U (ja) * 1987-08-04 1989-02-07
JPH01295743A (ja) * 1988-05-20 1989-11-29 Toyoda Mach Works Ltd 工作機械の主軸熱変位補正装置
CN101270533B (zh) * 2007-03-19 2012-10-03 兄弟工业株式会社 圆头锁眼缝纫机

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50130081A (ja) * 1974-03-30 1975-10-14
JPS5467278A (en) * 1977-11-07 1979-05-30 Toshiba Corp Device for finely controlling the angle of a spindle
JPS57178625A (en) * 1981-04-27 1982-11-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Correcting method of thermal deformation in machine tool
JPS6240751Y2 (ja) * 1981-06-11 1987-10-19
JPS5818180A (ja) * 1981-07-24 1983-02-02 Akitomo Kobayashi マルチ ピンホ−ルコリメ−タ

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