JPH0839399A - 工作機械の熱変位補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工プログラムによる空運転時に所定のタイ
ミングで熱変位量を検出して正確な補正値を求め、機械
的熱変位が加工精度に及ぼす影響を実加工において的確
に除去する。 【構成】 ワークの実際の加工に先立ち、それと同じ加
工プログラムに従って工作機械を空運転する。このと
き、主軸２にテストバー３を取り付け、加工プログラム
の所定のタイミングで主軸の熱変位量を変位検出器４を
用いて検出する。そして、熱変位量に基づき主軸２とワ
ークとの相対位置補正値を算出して記憶する。ワーク加
工時には、補正値に基づいて加工プログラムの各ブロッ
ク毎に主軸２とワークとの相対位置を補正する。補正値
を所定の検出間隔において段階的に変化するように補間
処理し、加工時に細分化された補正値で補正を加えるよ
うにしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワークを切削又は研削
する工作機械において主軸の熱変位を補正する装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、主軸の熱変位はワークの加工精
度に大きく影響し、特に、金型等のように高価で高精度
が要求されるワークに加工不良が発生すると、多大な経
済的損害を蒙る。そこで、従来から各種の熱変位対策が
提案されているが、その一つに、主軸部の温度を手掛か
りに熱変位量を推定して補正を加える装置が知られ、こ
れとは別に、旋盤等においてワークをサンプリングしそ
の寸法を測定して適時に補正を加える方法も公知であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前者の従来
装置によると、熱変位量を温度に基づいて間接的に推定
しているため、発熱部から加工部までの距離や介在物の
熱伝導率等の変動要因まで含めて熱変位量を厳密に検出
することが困難で、正確な補正は不可能であった。ま
た、後者の従来方法によると、特に、マシニングセンタ
による金型加工など加工が長時間に及ぶ場合、連続した
加工により熱変位量も連続的に変化するため、やはり正
確な補正は困難であった。

【０００４】そこで、本発明の課題は、熱変位を正確か
つ容易に補正できる新規な装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の熱変位補正装置は、工作機械の加工プロ
グラムにおける空運転中に主軸の熱変位量を検出する変
位検出器と、変位検出器による熱変位量検出プログラム
を記憶する検出プログラム記憶部と、加工プログラムに
対し熱変位量検出を行うタイミングを記憶する検出時期
記憶部と、熱変位量に基づき主軸とワークとの相対位置
補正値を算出する補正値算出部と、ワーク加工時に加工
プログラムの前記タイミングで前記補正値に基づいて主
軸とワークとの相対位置を補正する制御部とを設けて構
成される。

【０００６】ここで、好ましくは、前記変位検出器は熱
変位量を前記タイミングで検出し、前記相対位置補正値
を前記タイミングの検出間隔に対し段階的に変化するよ
うに補間処理して算出する補間補正値算出部を備え、前
記制御部がワーク加工時に細分化された補正値に基づい
て主軸とワークとの相対位置を補正するように構成され
る。

【０００７】

【作用】本発明の熱変位補正装置によれば、実加工に先
立ち、加工時と同じ加工プログラムに従って工作機械を
空運転し、そのときの主軸の熱変位量を変位検出器を用
いて検出するため、加工時とほぼ同じ状況下で、室温等
の環境要因も含む種々の要因によって発生する熱変位を
所定のタイミングで正確に検出して補正値を求めること
ができる。従って、この補正値で加工時に補正を加えれ
ば、機械的熱変位が加工精度に及ぼす影響を除去又は軽
減することができる。しかも、熱変位量の測定に際して
ワークをサンプリングする必要がないので、加工時間が
長時間に及ぶ場合でも、所定のタイミングで検出及び補
正作業を的確かつ容易に実施できる。

【０００８】また、補正値を検出間隔において補間処理
し、その細分化された補正値で加工時に補正を加えるよ
うにすれば、熱変位量の測定時間を必要最小限に抑える
ことができるとともに、精緻な補正を加えて加工面を滑
らかに加工することが可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例を図面に基
づいて説明する。図１は工作機械の構成を概略的に示す
もので、１は機械本体、２は主軸、３は主軸２に取り付
けられたテストバー、４はテストバー３の位置を測定し
て主軸２の熱変位量を検出するギャップセンサ又はレー
ザ測長器等からなる変位検出器、５は加工時及び検出時
に工作機械の各部を電気的に制御する制御装置、６は操
作盤である。

【００１０】図２は制御装置５の構成を示すもので、８
は加工プログラムを記憶する加工プログラム記憶部であ
る。そして９は、変位検出器による熱変位量検出プログ
ラムを記憶するための検出プログラム記憶部としての、
測定プログラムを記憶することができる測定プログラム
記憶部であり、１０は、加工プログラムに対し熱変位量
検出を行うタイミングを記憶するための検出時期記憶部
としての、検出及び補正時の時間間隔の設定値を記憶す
ることができるインターバル記憶部である。また、１１
は加工プログラム及び測定プログラムを解析するプログ
ラム解析部である。１２はプログラム解析値に基づいて
所定の関数を発生する関数発生部、１３は加算器、１４
はサーボ制御部である。そして、サーボ制御部１４が加
工プログラムに従い工作機械各部の駆動装置１５を制御
して、主軸２に取り付けた工具でワーク（図示略）を加
工するようになっている。

【００１１】同じく図２において、１６はタイムカウン
タ、１７はインターバル記憶部１０の設定値に基づき検
出タイミング及び補正タイミングを判断するタイミング
判断部である。１８は変位検出器４の検出データから主
軸２の熱変位量を算出する変位量算出部、１９は主軸２
及びワークの相対位置の補正値を熱変位量に対応させて
算出する補正値算出部、２０はその補正値を記憶する補
正値記憶部、２１はインターバル記憶部１０に設定され
た検出間隔において補正値が段階的に変化するように補
間処理して、複数の補間補正値を算出する補間補正値算
出部である。

【００１２】次に、上記のように構成された装置による
熱変位補正方法の第一実施例を図３及び図４のフローチ
ャートに従って説明する。図３は熱変位量の測定工程を
示すフローチャートであり、この測定工程では工作機械
がワーク加工時と同じ加工プログラムに従って空運転さ
れる。すなわち、ステップＳ１で、加工を開始すると、
タイムカウンタ１６が起動し、ステップＳ２で、タイミ
ング判断部１７によりタイムカウンタ１６の計数値がイ
ンターバル記憶部１０の設定値に達したか否かが判断さ
れる。計数値が設定値に達した場合は、ステップＳ３
で、加工が中断されるとともに、タイムカウンタ１６が
停止し、このときの加工プログラムのブロック番号が記
憶される。

【００１３】ステップＳ４では、測定プログラムが読み
出されるとともに、機械側において主軸２にテストバー
３が取り付けられ、このテストバー３と相対する所定位
置に変位検出器４が位置決めされる。そして、ステップ
Ｓ５で、変位検出器４によりテストバー３の位置が測定
され、変位量算出部１８が主軸２の熱変位量を検出す
る。ステップＳ６では、補正値算出部１９が主軸２及び
ワークの相対位置の補正値を熱変位量に対応させて算出
し、ステップＳ７で、その補正値が補正値記憶部２０に
記憶される。

【００１４】ステップＳ８では、加工を中断する前のブ
ロック番号の終了点に主軸２及びワークを位置決めした
状態で、タイムカウンタ１６を再起動して加工を再開
し、ステップＳ９で、一つずつブロックを読み出してそ
の加工を実行する。そして、ステップＳ１０で、加工終
了か否かが加工プログラム中の指令の有無によって判断
され、加工続行であれば、ステップＳ２に復帰する。ま
た、加工終了の場合は、ステップＳ１１で、次のワーク
又は加工プログラムの有無が確認され、次加工があれ
ば、ステップＳ１に復帰し、ない場合には、測定工程を
終了する。

【００１５】図４は熱変位量の測定工程を終了したワー
クの加工工程を示すフローチャートであり、ステップＳ
１２で、加工を開始すると、タイムカウンタ１６が起動
し、ステップＳ１３で、タイムカウンタ１６の計数値が
検出間隔の設定値に達したか否かが判断される。計数値
が設定値に達すると、つまり、熱変位量の検出時と同じ
タイミングにおいて、ステップＳ１４で、その計数値に
対応する補正値が補正値記憶部２０から読み出される。
そして、ステップＳ１５で、補正値と関数発生部１２の
出力とに基づき、サーボ制御部１４が工作機械各部の駆
動装置１５を制御して、各ブロックの加工が実行され
る。その後、ステップＳ１６で、加工終了か続行かが判
断され、続行であればステップＳ１３に復帰する。ま
た、終了の場合は、ステップＳ１７で、次のワーク又は
加工プログラムの有無が確認され、次加工があればステ
ップＳ１２に復帰し、なければ加工工程が終了する。

【００１６】この第一実施例の熱変位補正方法によれ
ば、実加工に先立ち、加工時と同じ加工プログラムに従
って工作機械を空運転し、そのときの主軸２の熱変位量
を変位検出器４を用いて検出するため、加工時とほぼ同
じ状況下で、室温等の環境要因も含む種々の要因によっ
て発生する熱変位を正確に検出して補正値を求めること
ができる。従って、この補正値で加工時に補正を加えれ
ば、機械的熱変位が加工精度に及ぼす影響を実加工にお
いて各ブロック毎に除去又は軽減することができ、金型
等の高価で高精度が要求されるワークの加工不良を確実
に防止して、経済的損害を未然に回避することができ
る。また、従来とは異なり、ワークをサンプリングする
必要がないので、加工プログラムが複数のブロックから
なる場合でも、各ブロック毎に検出及び補正作業を的確
かつ容易に実施できる利点もある。

【００１７】図５は熱変位補正方法の第二実施例を示す
フローチャートであり、ここでは、第一実施例の測定工
程と加工工程とが一連のプログラムに統合されている。
ステップＳ１８で、加工を開始すると、ステップＳ１９
で、その加工プログラムに対応する補正値の有無が確認
される。ここでは、加工プログラムに対応する補正デー
タファイルを特定の条件で決めておき、この条件に適合
するファイルの有無を判別して、ない場合は、ステップ
Ｓ２０で、その補正値ファイルが自動作成されたのち、
ステップＳ２１以降で、第一実施例と同様の測定プログ
ラムが実行される。また、補正値が既にある場合は、再
測定が不要であるため、ステップＳ３１以降で、第一実
施例と同様の加工プログラムが実行される。

【００１８】この第二実施例の熱変位補正方法によれ
ば、ワークがパレットチェンジャー又はローダ等で自動
的に搬出入される場合に、補正値がなければ、ワークを
搬入せずに、先に熱変位量を検出し、また、補正値があ
れば、ワークを直ちに搬入して実加工を行うなど、加工
プログラムを制御装置５に記憶しておくだけで、測定及
び加工の両工程を一連のプログラムで自動的に実施でき
る利点がある。なお、補正値の有無を判断する機能は、
タイミング判断部１７が兼備するように構成してもよ
く、或は、判断部１７と補正値記憶部２０との中間にこ
の機能部を設けて実施してもよい。

【００１９】ところで、第一及び第二実施例の補正方法
によると、加工時間が長いワークの場合に、加工中に補
正値が変化する可能性がある。変化の度合は検出間隔
（補正間隔でもある）が短ければ僅少であるが、そうす
ると測定所要時間が非常に長くなる。逆に、検出間隔を
長くすると測定所要時間は短縮されるが、補正値の変化
の度合が大きくなり、金型等のなだらかな曲面を加工す
る際に、加工面に段差が付いてしまうおそれがある。こ
うした問題点を解決するために、本発明の熱変位補正装
置は補間補正値算出部２１を備えている。すなわち、前
記実施例では、検出時と同じタイミングで補正を行って
いるが、次に開示する第三実施例では、補間補正値算出
部２１が１検出間隔において複数の補正値を段階的に変
化するよう補間処理し、ワーク加工時にサーボ制御部１
４が細分化された補正値よって熱変位を補正する。

【００２０】この補正値の補間処理を図６のフローチャ
ートに従って説明すると、まず、測定工程に先立ち、作
業者は操作盤６で検出間隔ａと補正間隔ｂとを予め設定
し、その設定値がインターバル記憶部１０に記憶され
る。そして、前記実施例と同様にして各ブロック毎に熱
変位量が検出される。次いで、図６の補間処理プログラ
ムが開始され、ステップＳ３５で、初回検出時の熱変位
量Ｘt が補間補正値算出部２１に読み込まれる。ステッ
プＳ３６では、次回検出時の熱変位量Ｘt+1 の有無が確
認され、次回もあれば、ステップＳ３７で、その熱変位
量Ｘt+1 が補間補正値算出部２１に読み込まれる。

【００２１】そして、ステップＳ３８〜Ｓ４１で、補正
間隔ｂにおける補間補正値Ｘn が次式を用いて算出され
るとともに、その値が補正値記憶部２０に記憶される。 Ｘn ＝Ｘt ＋Ｘt+1 （ｂ／ａ）ｎ （１≦ｎ≦
〔ａ／ｂ〕） ここで、補間補正値Ｘｎはｂの倍数がａを越えるまでの
範囲で補正間隔ｂ毎に求められ、その後、ステップＳ４
２でｔをｔ＋１に更新して、ステップＳ３５に復帰し、
次回検出時の熱変位量に対応する補間補正値が同様にし
て求められ、熱変位量データがなくなれば、ステップＳ
４３で、ｎ及びｔをそれぞれ０にセットして補間処理を
終了する。なお、補正間隔ｂは、検出間隔ａを等分割し
た値に設定することができる。

【００２２】図７の（Ａ）は第一及び第二実施例で得ら
れた補正値を示し、（Ｂ）は第三実施例で得られた補正
値を示す。両図を比較して明らかなように、この第三実
施例の補正装置によれば、補正値が１検出間隔において
複数に細分化されるため、熱変位量の測定時間を必要最
小限に抑えることができ、かつ、精緻な補正を加えて加
工面を滑らかに加工することも可能となる。

【００２３】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、工具交換直後に熱変位量を検出し
て補正を加えるようにしてもよい。この場合は、図３の
ステップＳ２、図４のステップＳ１３、図５のステップ
Ｓ２１及びＳ３１で、加工指令中に工具交換指令がある
か否かを判定し、あれば検出及び補正を行う。また、工
具交換により加工条件が大幅に変化すると、その加工開
始直後には熱変位量も急激に変動する可能性が高いの
で、これに対処すべく、工具交換指令に伴いタイムカウ
ンタをスタートし、工具交換直後から一定間隔毎に所定
回数の検出及び補正を行うようにしてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、空運転中に所定のタイミングで求めた補正値で
加工時に補正を加えるという装置を採用したので、加工
時とほぼ同じ状況下で所定のタイミングで熱変位量を正
確に検出して補正値を求め、機械的熱変位が加工精度に
及ぼす影響を実加工において的確かつ容易に除去できる
という優れた効果を奏する。

【００２５】請求項２の発明によれば、補正値を検出間
隔において補間処理し、その細分化された補正値で加工
時に補正を加えるという装置を採用したので、熱変位量
の測定時間を必要最小限に抑えることができるととも
に、精緻な補正を加えて加工面を滑らかに加工できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】工作機械の構成を概略的に示す平面図である。

【図２】本発明の熱変位補正装置を示すブロック図であ
る。

【図３】第一実施例の熱変位補正方法の空運転プログラ
ムを示すフローチャートである。

【図４】第一実施例の熱変位補正方法の加工運転プログ
ラムを示すフローチャートである。

【図５】第二実施例の熱変位補正方法を示すフローチャ
ートである。

【図６】第三実施例の熱変位補正方法を示すフローチャ
ートである。

【図７】第一乃至第三実施例の熱変位補正方法による効
果を比較して示す説明図である。

【符号の説明】

１・・機械本体、２・・主軸、３・・テストバー、４・
・変位検出器、５・・制御装置、６・・操作盤、８・・
加工プログラム記憶部、９・・測定プログラム記憶部、
１０・・インターバル記憶部、１２・・関数発生部、１
４・・サーボ制御部、１６・・タイムカウンタ、１７・
・タイミング判断部、１８・・変位量算出部、１９・・
補正値算出部、２０・・補正値記憶部、２１・・補間補
正値算出部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の加工プログラムにおける空運
   転中に主軸の熱変位量を検出する変位検出器と、変位検
   出器による熱変位量検出プログラムを記憶する検出プロ
   グラム記憶部と、加工プログラムに対し熱変位量検出を
   行うタイミングを記憶する検出時期記憶部と、熱変位量
   に基づき主軸とワークとの相対位置補正値を算出する補
   正値算出部と、ワーク加工時に加工プログラムの前記タ
   イミングで前記補正値に基づいて主軸とワークとの相対
   位置を補正する制御部とを備えたことを特徴とする工作
   機械の熱変位補正装置。
2. 【請求項２】 前記変位検出器は熱変位量を前記タイミ
   ングで検出し、前記相対位置補正値を前記タイミングの
   検出間隔に対し段階的に変化するように補間処理して算
   出する補間補正値算出部を備え、前記制御部がワーク加
   工時に細分化された補正値に基づいて主軸とワークとの
   相対位置を補正するように構成したことを特徴とする請
   求項１に記載の工作機械の熱変位補正装置。