JPH0847842A - 工作機械及び工作方法 - Google Patents

工作機械及び工作方法

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JPH0847842A
JPH0847842A JP18337394A JP18337394A JPH0847842A JP H0847842 A JPH0847842 A JP H0847842A JP 18337394 A JP18337394 A JP 18337394A JP 18337394 A JP18337394 A JP 18337394A JP H0847842 A JPH0847842 A JP H0847842A
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JP
Japan
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displacement
work
rotary shaft
holding
rotating shaft
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JP18337394A
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English (en)
Inventor
Takao Yokomatsu
孝夫 横松
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ウォームアップ時間なしに主軸の熱変位による
加工誤差を除去することが出来る工作機械及び工作方法
を提供する。 【構成】バイト3を保持した状態で回転する回転軸1b
と、ワーク4を保持する保持装置5と、回転軸1bを移
動させる移動機構6,7と、回転軸1bの回転に伴うこ
の回転軸1bの温度変化を検出する温度センサ10と、
この温度変化に伴う回転軸の熱膨張によるバイト3位置
変化を検出する位置センサと、温度センサ10により検
出される温度変化と位置センサにより検出される位置変
化との関係を記憶しておくメモリと、このメモリに記憶
されている情報に基づいて、回転軸1bの熱膨張による
バイト3の位置変化を相殺する様に、移動機構6,7に
よる移動量を制御する制御装置9とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主軸の熱変位による加
工誤差を抑制して高い加工精度と生産性を実現するフラ
イス盤、旋盤などの工作機械及び工作方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】工作機械に搭載されている主軸は回転に
より軸受け部及び駆動部において発熱する。このため、
主軸ロータは熱膨張しロータに取付けられた工具或はワ
ークは初期設定位置より変位し、切込み量が変化して加
工精度が劣化する。そこで従来では、主軸ハウジング内
に冷却水路を設けこれに温度管理された冷却水を流し、
主軸の温度上昇を抑えている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら主軸ハウ
ジング内を冷却する方法では、主軸ハウジングの温度変
化が工作機械の他の部分に影響を与えないようにハウジ
ング温度を調整するため、ロータが数℃レベルで温度上
昇することはまぬがれられない。このため、ロータの工
具またはワーク取付け位置は数μm程度熱変位し高い寸
法精度、形状精度が得られない。ロータの温度上昇がな
いようにハウジング側の冷却条件を設定すると、ハウジ
ングが逆に収縮し、やはり工具またはワーク取付位置は
変化してしまう。主軸温度が定常に達した状態でのロー
タ位置変位を事前に測定し、この変位量を考慮した工具
またはワークの切込み設定を行い、定常状態になった時
点で(所謂ウオームアップを行なって)加工を開始すれ
ば加工誤差は生じない。しかし、主軸温度が定常状態に
なるには一時間オーダーの時間がかかり加工能率が非常
に悪い。
【0004】本発明は以上のような事情に鑑みてなされ
たものであり、ウォームアップ時間なしに主軸の熱変位
による加工誤差を除去することが出来る工作機械及び工
作方法を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明の工作機械は、バイトある
いはワークの内の一方を保持した状態で回転する回転軸
と、前記バイトあるいはワークの他方を保持する保持手
段と、前記バイトの前記ワークに対する切り込み量を調
節するために、前記回転軸あるいは前記保持手段の少な
くとも一方を移動させる移動手段と、前記回転軸の回転
に伴う該回転軸の温度変化を検出する温度変化検出手段
と、前記温度変化に伴う回転軸の熱膨張による前記バイ
トあるいはワークの位置変化を検出する位置変化検出手
段と、前記温度変化検出手段により検出される温度変化
と前記位置変化検出手段により検出される位置変化との
関係を記憶しておく記憶手段と、該記憶手段に記憶され
ている情報に基づいて、前記回転軸の熱膨張による前記
バイトあるいはワークの位置変化を相殺する様に、前記
移動手段による移動量を制御する制御手段とを具備する
ことを特徴としている。
【0006】また、この発明に係わる工作機械におい
て、前記位置変化検出手段は、前記回転軸の前記バイト
あるいはワークを保持する保持面に対向して配置され、
該保持面の変位を非接触で測定する変位計からなること
を特徴としている。
【0007】また、この発明に係わる工作機械におい
て、前記変位計は、静電容量型変位計あるいは渦電流型
変位計あるいは光学変位計であることを特徴としてい
る。
【0008】また、本発明の工作方法は、バイトあるい
はワークの内の一方を保持するための回転軸を回転させ
る第1の工程と、前記回転軸の回転に伴う該回転軸の温
度変化を計測すると共に、該回転軸の熱膨張による変位
を計測する第2の工程と、前記回転軸の温度変化と前記
回転軸の熱膨張による変位の関係をメモリに記憶する第
3の工程と、前記メモリに記憶されている前記回転軸の
温度変化と変位の関係に基づいて、前記回転軸の熱膨張
による前記バイトあるいはワークの変位を相殺しなが
ら、前記バイトにより前記ワークを加工する第4の工程
とを具備することを特徴としている。
【0009】また、この発明に係わる工作方法におい
て、前記第2の工程において、前記回転軸の熱膨張によ
る変位の計測は、前記バイトあるいはワークの他方を保
持するための保持手段に取り付けられた非接触変位計に
より行なわれることを特徴としている。
【0010】
【作用】以上の様にこの発明に係わる工作機械及び工作
方法は構成されているので、回転軸を回転させ始めてか
ら温度が定常状態になるまで、回転軸の温度と回転軸の
のバイトまたはワーク取付位置の熱変位を測定し、この
回転軸の温度と変位の関係を記録しておき、加工時には
この回転軸の温度と変位の関係に基づいて、回転軸の変
位量をキャンセルするようにバイトとワークの相対位置
の補正をリアルタイムで行うことにより、加工中のバイ
トまたはワークの熱変位を除去でき、ウォームアップ時
間なしで高精度で能率のよい加工が可能となる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の好適な一実施例について添付
図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の一実
施例に係わる工作機械の構成を示す図である。フライカ
ットによる平面切削加工の例で、1μmオーダーの寸法
精度と、0.1μmオーダーの平面度を得ようとするも
のである。1は主軸、1aは主軸ハウジング、1bは主
軸ロータである。主軸ハウジング1aの内部には、主軸
ロータ1bを回転させるためのモータが内蔵されてい
る。バイトホルダ2にはダイヤモンドバイト3が取り付
けられ、主軸ロータ1bの回転によりワーク4をフライ
カット加工する。5はワーク送りスライドである。主軸
1は切込みスライド6に搭載されている。7は切込みス
ライド駆動用のリニアモーター、8は切込みスライドの
位置検出用リニアエンコーダである。また、9は加工中
に切込みスライド6の位置を制御するための制御装置で
ある。
【0012】この状態で加工を開始すると、主軸1の軸
受け部及びモーター部の発熱によりバイト位置での切込
み方向変位は、例えば回転数が4000rpmの場合1
0μmを越える。しかもこの切込み変動は主軸温度が整
定するまで一時間以上続き、この間に複数のワークを加
工するとワーク間の寸法誤差が生じ、また一個で10分
程度の加工の場合は場所により切込み量が変化するため
形状精度が劣化する。主軸ハウジングを冷却すれば、以
上の寸法誤差、形状誤差を半分以下にすることは可能で
あるが、本発明では主軸冷却をしてもしなくても同様の
高い加工精度が得られるため、冷凍機が必要でコストア
ップとなる主軸の冷却は行わない。
【0013】このような加工誤差を補正・除去するた
め、まず加工前に主軸ハウジング1aの温度変化とバイ
ト位置での変位を測定しておく。即ち、主軸ハウジング
1aに0.01℃レベルの分解能を持つ熱電対、サーミ
スタ等の温度センサ10を取付け、図2に示すようにワ
ーク4を取り付ける位置に0.01μmの分解能を持つ
静電容量、渦電流、光学変位計などの変位センサ11を
取り付ける。変位センサ11のターゲットはバイト取付
け位置をフラットにしたバイトホルダ2であり、これに
よりワークとバイト位置での相対位置変動が測定でき
る。
【0014】この状態で実際の加工時と同様の速度カー
ブで主軸1を起動させ、バイトホルダ2の熱変位が整定
するまで約1時間、主軸ハウジング1aの温度とバイト
位置での熱変位を同時に測定する。この際、温度センサ
10と変位センサ11の出力を夫々図示しないアンプを
通して制御装置9に取り込む。制御装置9内では、それ
ぞれの信号をA/D変換し、メモリ上にテーブル化して
ストアする。両者の関係をグラフ化すると、図3の様な
ほぼ比例関係となる。
【0015】なお、このグラフの形状は温度センサを取
り付ける主軸ハウジングの位置により異なる。主軸ハウ
ジングが切込みスライド6と接する近傍では、主軸の熱
が切込みスライド側に逃げるため、主軸ハウジングの温
度上昇が少ない。このため、ハウジング温度変化に対す
る熱変位の変化量が増加する。温度センサの分解能が一
定なので、変位分解能が落ちてしまい不利である。ま
た、主軸駆動用のモータ付近のハウジングは、モータの
発熱のため主軸ロータより温度上昇が速く、ハウジング
温度と熱変位は単純な比例関係になりにくい。したがっ
て温度センサ取付け位置は、切込みスライドやモータか
ら遠く、バイト取付け位置に近い部分がよい。本実施例
では、ハウジング上面のバイト側に取りつけてある。更
に、以上のような温度、変位測定の結果は工作機械が置
かれた環境温度に大きく影響されるため、温度管理され
た環境での事前測定及び使用が望まれる。
【0016】以上のような切込み補正の準備をした状態
で加工を開始する。温度センサのみを取付け、変位セン
サは取り外しワークをセッティングする。主軸1は一時
間程度かけ温度上昇し、その間主軸ロータ1bは徐々に
熱膨張するが、温度センサ10の検出信号を受けた制御
装置9が前記の温度−変位テーブルから温度に対する熱
変位量を取り出し、切込み量が変動しないように変位量
分だけ切込みスライド6を熱変位と逆方向即ちワークか
ら遠ざかる方向に移動させる。このようにリアルタイム
で切込み量補正を行うことにより、主軸起動直後から主
軸発熱による精度劣化のない加工が実現できる。 (他の実施例)以上、バイトが主軸の軸方向に取りつく
正面フライスの例を説明したが、バイトが主軸ロータの
半径方向に取りつくフライカット加工でも同様の切込み
補正ができる。即ち、加工前の補正量測定において変位
センサをワーク位置から主軸ロータの半径方向に向けて
設置し、バイト位置の半径方向変位と主軸ハウジングの
温度との関係を測定し制御装置に入力すればよい。旋盤
タイプでワークが主軸に取り付けられ回転する場合は、
バイト位置からワーク側の変位を測定すればよい。ま
た、図1の例ではバイトが切込み方向に移動するが、ワ
ークが切込み方向に移動する構成でもよい。さらに、バ
イトは砥石であっても測定、補正が可能である。
【0017】以上説明したように、上記の実施例によれ
ば主軸発熱に起因する工具或はワークの位置変動による
加工誤差をウォームアップ時間無しに除去でき、能率が
高く高精度な加工が実現できる。しかも主軸の冷却を行
わないため、冷凍機が必要でなく装置コストの低減も図
れる。
【0018】なお、本発明はその主旨を逸脱しない範囲
で、上記実施例を修正または変形したものに適用可能で
ある。
【0019】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の工作機械及
び工作方法によれば、回転軸を回転させ始めてから温度
が定常状態になるまで、回転軸の温度と回転軸ののバイ
トまたはワーク取付位置の熱変位を測定し、この回転軸
の温度と変位の関係を記録しておき、加工時にはこの回
転軸の温度と変位の関係に基づいて、回転軸の変位量を
キャンセルするようにバイトとワークの相対位置の補正
をリアルタイムで行うことにより、加工中のバイトまた
はワークの熱変位を除去でき、ウォームアップ時間なし
で高精度で能率のよい加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の工作機械の構成を示す図で
ある。
【図2】バイト位置の変位測定方法を説明するための図
である。
【図3】主軸ハウジング温度とバイト位置熱変位の関係
を示した図である。
【符号の説明】
1 主軸 1a 主軸ハウジング 1b 主軸ロータ 2 バイトホルダ 3 バイト 4 ワーク 5 ワーク送りスライド 6 切り込みスライド 7 リニアモーター 8 リニアエンコーダ 9 制御装置 10 温度センサ 11 変位センサ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バイトあるいはワークの内の一方を保持
    した状態で回転する回転軸と、 前記バイトあるいはワークの他方を保持する保持手段
    と、 前記バイトの前記ワークに対する切り込み量を調節する
    ために、前記回転軸あるいは前記保持手段の少なくとも
    一方を移動させる移動手段と、 前記回転軸の回転に伴う該回転軸の温度変化を検出する
    温度変化検出手段と、 前記温度変化に伴う回転軸の熱膨張による前記バイトあ
    るいはワークの位置変化を検出する位置変化検出手段
    と、 前記温度変化検出手段により検出される温度変化と前記
    位置変化検出手段により検出される位置変化との関係を
    記憶しておく記憶手段と、 該記憶手段に記憶されている情報に基づいて、前記回転
    軸の熱膨張による前記バイトあるいはワークの位置変化
    を相殺する様に、前記移動手段による移動量を制御する
    制御手段とを具備することを特徴とする工作機械。
  2. 【請求項2】 前記位置変化検出手段は、前記回転軸の
    前記バイトあるいはワークを保持する保持面に対向して
    配置され、該保持面の変位を非接触で測定する変位計か
    らなることを特徴とする請求項1に記載の工作機械。
  3. 【請求項3】 前記変位計は、静電容量型変位計あるい
    は渦電流型変位計あるいは光学変位計であることを特徴
    とする請求項2に記載の工作機械。
  4. 【請求項4】 バイトあるいはワークの内の一方を保持
    するための回転軸を回転させる第1の工程と、 前記回転軸の回転に伴う該回転軸の温度変化を計測する
    と共に、該回転軸の熱膨張による変位を計測する第2の
    工程と、 前記回転軸の温度変化と前記回転軸の熱膨張による変位
    の関係をメモリに記憶する第3の工程と、 前記メモリに記憶されている前記回転軸の温度変化と変
    位の関係に基づいて、前記回転軸の熱膨張による前記バ
    イトあるいはワークの変位を相殺しながら、前記バイト
    により前記ワークを加工する第4の工程とを具備するこ
    とを特徴とする工作方法。
  5. 【請求項5】 前記第2の工程において、前記回転軸の
    熱膨張による変位の計測は、前記バイトあるいはワーク
    の他方を保持するための保持手段に取り付けられた非接
    触変位計により行なわれることを特徴とする請求項4に
    記載の工作方法。
JP18337394A 1994-08-04 1994-08-04 工作機械及び工作方法 Withdrawn JPH0847842A (ja)

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