JPS6227945B2

JPS6227945B2 -

Info

Publication number: JPS6227945B2
Application number: JP53010301A
Authority: JP
Inventors: Jiro Takashita; Shigeo Mukozaka; Masao Kato; Yukio Izumi
Original assignee: Hitachi Seiki Co Ltd
Current assignee: Hitachi Seiki Co Ltd
Priority date: 1978-01-31
Filing date: 1978-01-31
Publication date: 1987-06-17
Also published as: JPS54102671A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、数値制御工作機械の摺動台の真直
度、平行度及び摺動台相互間の運動の直角度を保
つ為、摺動台の運動に対して直角方向の変位を測
定して、その結果を工作機械のサーボモータの駆
動を制御する制御部にフイードバツクすることに
より、工作機械の加工精度を向上させるようにし
た工作機械の真直度補正装置に関するものであ
る。刃物もしくは被加工物を担持して往復摺動す
ることにより加工を行う工作機械の加工誤差は、
案内面の製作誤差、案内面と摺動台の間の隙間等
の製作誤差と、加工時の切削力による変形や摩耗
等によつて生ずるが、この誤差を皆無にすること
は不可能であつて、一定以上の精度を上げるには
限界がある。

近年数値制御（NC）等の電子的制御技術及び
光学的制御技術の発達により、高い精度で機械側
を制御することが可能となつてきたが、このよう
な制御装置の機能を十分に活用した高精度の送り
や位置決めを行うには、機械側自身の精度も高く
しなければならない。しかし、１ミクロンあるい
はそれ以上の高精度に機械自体を製作することは
不可能ではないにしても、実際上は製作費が高く
なり過ぎて不経済であるし、切削力や熱変形によ
る機械系の複雑な変形までも考慮したものを製作
することは難しい。

よつて、機械自体の真直度や平行度を高精度に
仕上げる必要がないような別の方法を採用した方
が良いという提案が以前からなされていた。その
１つの方向として、理論的所要経路からの摺動台
の偏差を連続的に測定し、その結果をサーボモー
タの制御部にフイードバツクすることにより、所
要の精度を満足するように制御指令を補正すると
いう基本的考えは提案されているが、測定の方法
や測定値の処理が複雑になるという問題がある
為、いまだ実用的なものは作られていないのが現
状である。

本発明は、前記した問題点を解決した実用的な
加工誤差補正装置を提供する為に発明されたもの
であつて、その原理を、互いに直交する方向に運
動する２個の摺動台の関係でいうと、摺動台もし
くは固定側のいずれか一方に、摺動台の摺動の基
準となる理想的直線を形成する手段を設け、他方
に摺動台と理想的直線を形成する手段との間の距
離を測定する測定装置を設け、一方の摺動台側の
測定装置で測定された測定値の偏差が、設定され
た基準値を越える毎に補正信号を他方の摺動台の
駆動を制御するサーボモータ制御部に送る補正信
号発生装置を設けることにより、各摺動台の運動
方向に直角な方向の総合的誤差を、各摺動台の駆
動を制御することによつて、リアルタイムで互い
に高精度に補正しあうようにした工作機械の真直
度補正装置を提供することにある。

本発明の実施例においては、理想的直線を形成
する手段として、高精度に仕上げられた基準ブロ
ツクを使用し、その位置を調整ねじによつて正確
に調整できるようにしている。もちろん、理想的
直線を形成する手段としては、他にもレーザ光線
等があり、要求される精度の度合と価格のバラン
スによつて選択されるものである。このような高
精度の直線を形成する手段を摺動台の案内を行う
基準として使用する効果としては以下のものがあ
る。

Ａ案内面に比較して形状が単純でよいから、容
易に高精度のものを製作できる。

Ｂ摺動台の正味ストローク量だけの長さがあれ
ばよいから、案内面に比較して長さが短くて済
む。

Ｃ理想的直線を形成する手段には切削時の力が
かからないから摩耗や変形が生じない。従つて
高精度を永く維持できる。

Ｄ交換及び修正が簡単にできる。

Ｅ例えば、旋削機の面削りの場合、検査に関す
るJIS規格では、中低に仕上げなければならな
いという規定があるが、理想的直線を形成する
手段同志の交差角を任意を調整できるから、容
易に所要の中低精度に仕上がる。

本発明で使用される測定装置として高精度のも
のが要求されるが、例えば摺動台と理想的直線を
形成する手段との間の距離の変化により生ずる静
電容量の変化を検出することにより非接触で変位
を測定する測定装置を使用すれば0.1ミクロン単
位の測定を行うことが可能であり、また接触式で
あるが、電気マイクロメータを使用しても同程度
の測定が行える。

以下本発明の実施例を図面を参照しながら詳細
に説明する。第１図は数値制御旋盤に応用した実
施例を示すものであり、ベツド１上にはヘツドス
トツク２が載置され、ヘツドストツク２に回転可
能に軸承された主軸３の前端には、チヤツク４が
取り付けられて、被加工物Ｗを杷持している。ベ
ツド１上に形成された案内面５Ａ，５Ｂ上には、
サドル６が主軸軸線方向に摺動可能に載置され、
サドル６上に主軸軸線と直交する方向に形成され
た案内面７Ａ，７Ｂ上には、クロススライド８が
摺動可能に載置されている。

サドル６は、Ｚ軸サーボモータ９によつて駆動
されるスクリユウ１０によりナツト１１を介して
主軸軸線に平行に往復摺動せしめられる。また、
スロススライド８は、Ｘ軸サーボモータ１２によ
つて駆動されるスクリユウ１３により、ナツト１
４を介して主軸軸線に直角に往復摺動せしめられ
る。ベツド１からの前面張り出し部１Ａ上には、
理想的直線を形成する手段として基準ブロツク１
５がボルト等の固定手段により取り付けられてお
り、ブロツク１６にねじ込まれた調整ねじ１７を
基準ブロツク１５に当てて、基準ブロツク１５を
若干揺動させ、正確に仕上げられた基準面１５Ａ
を、主軸軸線に対して平行に正しくセツトする。
サドル６には、基準面１５Ａに対向して前述した
非接触形測定装置１８が取り付けられており、非
接触形測定装置１８と基準面１５Ａの間の間隙l₀
を、サドルのＺ軸方向の全ストロークにわたつて
測定する。同様に、サドル６上にも基準ブロツク
１９が取り付けられ、ブロツク２０にねじ込まれ
た調整ねじ２１によつて、基準面１９Ａが主軸軸
線に対して直角に正しくセツトされている。クロ
ススライド６には、基準面１９Ａに対向して非接
触形測定装置２２が取り付けられ、測定装置２２
と基準面１９Ａの間の間隙Ｌを、クロススライド
８のＸ軸方向の全ストロークにわたつて測定す
る。基準ブロツク１５，１９は矩形断面を有する
単純な形状をしている。

基準ブロツク１５はＺ軸方向のストローク量、
基準ブロツク１９はＸ軸方向のストローク量だけ
の長さを有し、各測定装置１８，２２と基準ブロ
ツク１５，１９は、切粉や切削油等から基準面を
保護する為、カバー等で覆われていることが望ま
しい。クロススライド８上には刃物台２３が取り
付けられ、刃物台２３には刃物Ｔがセツトされて
いる。

第１図に示すように、測定装置１８を刃物Ｔの
Ｚ軸方向の刃先位置と一致させ、また測定装置２
２を刃物ＴのＸ軸方向の刃先位置と一致させて設
定すれば、切削点における誤差を正確に測定でき
る。

第２図イ、ロに補正の原理図を示す。今、Ｚ軸
サーボモータには移動指令を与えてないで、Ｘ軸
サーボモータに移動指令を与えた時、Ｘ軸の移動
に伴い計測装置２２から得られる測定値は間隙距
離ｌとして第２図の曲線Ａが得られる。またＸ軸
サーボモータに移動指令を与えないで、Ｚ軸サー
ボモータに移動指令を与えた時は、Ｚ軸の移動に
伴い計測装置１８から得られる測定値は間隙距離
Ｌとして第２図の曲線Ａが得られる。」イに示すように、測定装置１８及び２２で測定
された間隙の測定値は、一般に曲線Ａのようなア
ナログ量であり、これをAD変換器により補正単
位にデジタル化して、階段状の曲線Ｄに変換す
る。そして、後述するデータ演算部により演算さ
れて、テープスタート時の間隙L₀（l₀）に対して
補正単位量（例えば１ミクロン）間隙が増減する
毎に、ロに示すように１パルスずつ、プラス側も
しくはマイナス側の補正パルスが発生し、この補
正パルスがＺ軸サーボモータ９（Ｘ軸サーボモー
タ１２）に送られてＺ軸サーボモータ９（Ｘ軸サ
ーボモータ１２）は、テープからの指令値に対し
て補正パルス分だけ修正されて、駆動される。

簡単のために、Ｚ軸に対するテープからの指令
がないとするとＺ軸サーボモータ９に送られるパ
ルスは補正パルスだけとなり、従つて、サドル６
は補正パルスが発生する毎に補正単位量だけ動か
されるので、刃先の動きは第３図のように誤差が
少なくなる。

第４図及び第５図に、本発明を横中ぐりフライ
ス盤に応用した実施例を示す。ベツド２４にはサ
ドル２５がＸ軸方向に摺動可能に載置され、Ｘ軸
サーボモータ２６によつて駆動される。サドル２
５上にはテーブル２７がＺ軸方向に摺動可能に載
置され、Ｚ軸サーボモータ２８によつて駆動され
る。ベツド２４の側面に取り付けられたコラム２
９には、主軸頭３０がＹ軸方向に上下摺動可能に
載置され、Ｙ軸サーボモータ３１によつて駆動さ
れる。

第４図に示すように、ベツド２４の前面には、
前述したのと同様な測定装置３２が主軸中心のＸ
軸方向位置に対応して取り付けられ、サドル２５
の前面に取り付けられた基準ブロツク３３とのＺ
軸方向の間隙ｌ＝l₀＋△ｌを測定し、その補正パ
ルスをＺ軸サーボモータ２８に送つてテーブル２
７を補正量動かし、サドル２５のＸ軸方向の運動
に伴うＺ軸方向の誤差の補正を行わせる。

第５図に示すように、ベツド２４の後面には、
測定装置３４が主軸中心のＸ軸方向位置に対応し
て取り付けられ、サドル２５の後面に取り付けら
れた基準ブロツク３５とのＹ軸方向の間隙を測定
し、その補正パルスをＹ軸サーボモータ３１に送
つて主軸頭３０を補正量動かし、サドル２５のＸ
軸方向の運動に伴うＹ軸方向の誤差の補正を行わ
せる。

第４図に示すように、テーブル２７の下面には
測定装置３６が取り付けられ、サドル２５の右側
面に取り付けられた基準ブロツク３７とのＹ軸方
向の間隙を測定し、その補正パルスをＹ軸サーボ
モータ３１に送つて主軸頭３０を補正量動かし、
テーブル２７のＺ軸方向の運動に伴うＹ軸方向の
誤差の補正を行わせる。

さらに第５図に示すように、テーブル２７の左
側面には測定装置３８が取り付けられ、サドル２
５の上面に取り付けられた基準ブロツク３９との
Ｘ軸方向の間隙を測定し、その補正パルスをＸ軸
サーボモータ２６に送つてサドル２５を補正量動
かし、テーブル２７のＺ軸方向の運動に伴うＸ軸
方向の誤差の補正を行わせる。

また第４図に示すように、主軸頭３０の左側面
には、測定装置４０が主軸中心のＹ軸方向位置に
対応して取り付けられ、コラム２９の前面に取り
付けられた基準ブロツク４１とのＸ軸方向の間隙
を測定し、その補正パルスをＸ軸サーボモータ２
６に送つてサドル２５を補正量動かし、主軸頭３
０のＹ軸方向の上下運動に伴うＸ軸方向の誤差の
補正を行わせる。

さらに第５図に示すように、主軸頭３０の後面
には、測定装置４２が主軸中心のＹ軸方向位置に
対応して取り付けられ、コラム２９の後面に取り
付けられた基準ブロツク４３とのＺ軸方向の間隙
を測定し、その補正パルスをＺ軸サーボモータ２
８に送つてテーブル２７を補正量動かし、主軸頭
３０のＹ軸方向の上下運動に伴うＺ軸方向の誤差
の補正を行わせる。

すなわち、互いに直交する方向に摺動可能で、
かつ一方の案内面を含む平面に対して他方の案内
面が平行な関係にある２個の摺動台間で、その運
動方向に直角方向の誤差を互いに補正し合うこと
により、摺動台運動時の全ての方向の誤差を正確
に補正することができる。

第６図に本発明の実施例である第１図の同時２
軸制御の数値制御旋盤の全体制御ブロツク図を示
す。指令テープに穿孔された制御データがテープ
リーダで読み取られ、データ制御部を経て逐次補
間演算部に入り、通常の数値制御に必要な演算処
理が加えられ、必要に応じてＸ軸あるいはＺ軸の
パルス発生部に入る。各パルス発生部で発生した
パルスは、加減速部、ドループ量検出部、Ｄ・Ａ
変換部、速度増幅部、サーボ駆動部を経て、動く
べき方向、距離と設定速度によつて決まる電圧を
発生し、Ｘ軸あるいはＺ軸サーボモータを回転さ
せる。

各サーボモータには、パルスジエネレータ及び
タコジエネレータが接続されていて、タコジエネ
レータはサーボモータの回転数に比例した電圧を
発生し、これを速度増幅部にフイードバツクする
ことにより、サーボモータの回転速度を制御して
いる。また、パルスジエネレータは、サーボモー
タの回転角に比例したパルスを発生し、これを方
向帰還パルス発生部を経てドループ量検出部にフ
イードバツクすることにより、サーボモータを指
令された回転角度位置まで回転させ、保持するこ
とができるようになつている。

次にクロススライド８がＸ軸方向に動く時の運
動方向に直角方向の誤差を、Ｚ軸サーボモータ９
によつて補正する制御動作を説明する。ｔ＝tnの
時、測定装置２２から出力されたアナログ信号Ｖ
_ztnを信号増幅部にてAV_ztnまで増幅してから、
Ａ・Ｄ変換して、デジタル量Ｄ_ztn出力する。次
にデータ転送部において、ｔ＝tnの時、出力され
たデジタル量Ｄ_ztnをシフトレジスタＳ１に格納
すると同時に、Ｓ１に格納されていたｔ＝tn―１
の時に出力されたデジタル量Ｄ_ztn―１をシフト
レジスタＳ２に転送する。次にデータ演算部にお
いてＤ_ztn―１とＤ_ztnの差△Ｄ_zを検出する。△Ｄ
_zは補正データ出力部から出力する。△Ｄ_zはもち
ろんプラスの場合とマイナスの場合の２種類あ
る。

補正データ出力部からの出力△Ｄ_zは、さらに
Ｚ軸駆動パルス発生部に送られ、補間演算部から
の指令データＤ_zとの整合をとりながら、△Ｄ_zが
零になるように駆動パルスを発生させて補正す
る。この補正動作は、サドル６がＺ軸方向に動く
時の運動方向に直角方向の誤差を、Ｘ軸サーボモ
ータ１２によつて補正する場合も、全く同一であ
る。

また、別の補正方法として、破線で示すように
補正データ出力部からの補正信号△Ｄ_zを方向帰
還パルス発生部に送り、方向帰還パルス発生部に
おいて、パルスジエネレータからの帰還パルスと
の整合をとりながら、△Ｄ_zが零になるように駆
動パルスを発生させて補正することもできる。ま
た、同時３軸の場合の制御ブロツク図を示してい
ないが、前記同時２軸の制御と同様の原理制御で
きる。

以上述べたごとく、本発明は実施例に示された
構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲
に示された本発明の技術思想を逸脱しない範囲内
での変更は予期されるところである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を数値制御装旋盤に適用した実
施例を示す平面図、第２図は本発明の補正原理
図、第３図は補正を与えた時のクロススライドの
動きを示すグラフ、第４図、第５図は本発明を横
中ぐりスライス盤に適用した実施例を示す斜視
図、第６図は同時２軸制御の旋盤の場合の全体制
御ブロツク図である。１…ベツド、５Ａ，５Ｂ…案内面、６…サド
ル、７Ａ，７Ｂ…案内面、８…クロススライド、
９…Ｚ軸サーボモータ、１２…Ｘ軸サーボモー
タ、１５，１９…基準ブロツク、１８，２２…測
定装置、２４…ベツド、２５…サドル、２６…Ｘ
軸サーボモータ、２８…Ｚ軸サーボモータ、３０
…主軸頭、３１…Ｙ軸サーボモータ、３３，３
５，３７，３９，４１，４３…基準ブロツク、３
２，３４，３６，３８，４０，４２…測定装置、
４４…データ演算部。

Claims

【特許請求の範囲】

１第１の案内部材上の第１の案内面に沿つて第
１の方向に摺動可能に設けられた第１の摺動台
と、該第１の摺動台の摺動方向に直交する第２の
案内部材上の第２の案内面に沿つて第２の方向に
摺動可能に設けられた第２の摺動台と、前記第１
の摺動台を第１の案内面に沿つて摺動させる第１
のサーボモータと、該第１のサーボモータを制御
する第１の制御部と、前記第２の摺動台を第２の
方向に摺動せしめる第２のサーボモータと、該第
２のサーボモータを制御する第２の制御部とを有
し、前記第１、２の摺動台の運動の組合せによつ
て工具で被加工物の加工を行う数値制御工作機械
において、前記第１の摺動台もしくは第１の摺動
台の第１の案内部材のいずれか一方に設けられ第
１の摺動台の第２の方向の基準となる基準直線を
形成する手段と、前記第１の摺動台もしくは、第
１の摺動台の第１の案内部材のいずれか他方に設
けられ前記第１の摺動台の移動軌跡と前記基準直
線を形成する手段との間の距離を測定する測定装
置と、該測定装置で測定された測定値の偏差が設
定された基準値を越える毎に補正信号を前記第２
のサーボモータ制御部に送る補正演算部とからな
り、前記第１の摺動台の移動軌跡と前記基準直線
との偏差が許容値以上になつた時、第２のサーボ
モータを補正駆動するようにしたことを特徴とす
る工作機械の真直度補正装置。