JPS6288547A - 熱変位補正装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、工作機械等の熱変位を一定時間毎に補正でき
るようにした熱変位補正装置に関するものである。

〈従来の技術〉 一般に、工作機械の熱変位補正装置においては、数値制
御データ中に熱変位補正指令をプログラムしておき、熱
変位補正指令が読出される毎に加ニブログラムに割込ん
で可動部を温度変化に応じて補正移動させ、熱変位を補
正する方式と、検出部の温度が単位温度変化する毎に、
工作機械の可動部を単位量移動させて熱変位を補正する
方式等とがある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、前者の方式においては、数値制御データ
の要所要所に熱変位補正指令をプログラムする必要があ
るばかりでなく、１ブロツクのプログラムの実行時間が
長い場合には、その途中で熱変位を補正できないことか
ら、熱変位補正をりィムリーに実施できない問題がある
。

また後者の方式においては、温度が単位量上昇した場合
には子方向の補正を行い、温度が単位量低下した場合に
は一方向の補正を行うものであるので、運転中において
生じた温度変化による熱変位の補正はできても、運転停
止時に温度変化が生じたような場合には、特別な手段を
講じない限り運転開始時に停止中に生じた熱変位を補正
することができなく、しかも検出部の温度のみでは室温
等の影響によって適正な熱変位補正ができない問題があ
る。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので
、その構成は、工作機械等の検出部の温度と室温もしく
は工作機械等のベース温度との温度差を測定する温度差
測定手段を設け、熱変位補正指令が与えられた場合に、
前記温度差測定手段の出力を一定時間毎に入力して前回
入力との比較演算を行う比較演算手段を設け、この比較
演算手段による比較演算結果に基づいて補正値を算出も
しくは選択する補正値算出手段を設け、この補正値算出
手段にて算出もしくは選択された補正値に応じて工作機
械等の可動部を補正移動させる補正移動手段を設けたも
のである。

く作用〉 上記構成により、熱変位補正指令が与えられると、一定
時間毎に温度差測定手段にて測定された温度差が入力さ
れ、前回入力された温度差と比較演算されて変化温度Δ
Ｔが求められる。この変化温度に基づいて補正値が算出
もしくは選択され、この補正値に対応したパルスが割込
み処理によりサーボモータに与えられ、工作機械等の可
動部が補正移動される。しかしてかかる補正動作は補正
完了指令が与えられるまで一定時間毎に実行され、熱変
位がインプロセス補正される。

〈実施例〉 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図は本発明を適用する数値制御工作機
械を示し、この工作機械のベッド１０上にはテーブル１
１およびコラム１２が互いに直交するＸ軸（左右）方向
およびＺ軸（前後）方向にそれぞれ移動可能に装架され
ている。コラム１２には主軸ヘッド１３がＹ軸（上下）
方向に移動可能に装架され、この主軸ヘッド１３に工具
を着脱可能に装着する主軸（図示せず）が２軸に平行な
水平軸線りまわりに回転可能に軸承されている。しかし
て前記テーブル１１、主軸ヘッド１３およびコラム１２
はサーボモータ１５．１６．１７により各軸方向に送り
制御され、主軸に装着された工具によりテーブル１１上
のワークを加工するようになっている。

かかる構成の数値制御工作機械には、可動部の温度を検
出するために、前記主軸ベンド１３先端の両側２か所に
サーミスタＳＡ、ＳＢが取付けられ、またコラム１２の
前面と後面の２か所にサーミスタＳＣ，ＳＤが取付けら
れている。また加工部から離れたベッド１０の後面には
室温（ベース温度）検出用のサーミスタＳＥが取付けら
れている。これら検出部に取付けられた各サーミスタ５
Ａ−ＳＤと室温検出用サーミスタＳＥとは互いに結線さ
れてそれらの温度差が測定される。

第３図は前記サーミスタＳＡが取付けられた検出部の温
度ＴＡと室温ＴＥとの温度差を測定する温度差測定回路
２０を示すもので、検出部の温度ＴＡを検出するサーミ
スタＳＡを組込んだ温度検出回路２１と、室温ＴＥを検
出するサーミスタＳＥを組込んだ温度検出回路２２と、
これら温度検出回路２１．２２の再出力を入力して減算
処理を行う差動増幅器２３とによって構成され、この差
動増幅器２３の出力はＡＤ変換器２４によりＡＤ変換さ
れ、数値制御装置３０よりＲＥＡＤＹ信号が出力された
際に数値制御装置３０に入力されるようになっている。

同様な構成の温度差測定回路が、サーミスタＳＢにて検
出される検出部の温度ＴＢと室温ＴＥとの温度差（ＴＢ
−ＴＥ）　、サーミスタＳＣにて検出される検出部の温
度ＴＣと室温ＴＥとの温度差（ＴＣ−ＴＥ）ならびにサ
ーミスタＳＤにて検出される検出部の温度ＴＤと室温Ｔ
Ｅとの温度差（ＴＤ−ＴＥ）をそれぞれ測定するために
設けられている。

なお、以下の説明においては、サーミスタＳＡにて検出
される検出部の温度ＴＡとサーミスタＳＥにて検出され
る室温ＴＥとの温度差（Ｔ　Ａ　−ＴＥ）を測定値Ａと
称し、同様に検出部温度ＴＢ。

ＴＣ，ＴＤと室温ＴＥとの各温度差（ＴＢ−ＴＥ。

ＴＣ−ＴＥ、ＴＤ−ＴＥ）を測定値Ｂ、　Ｃ，Ｄと称す
ることにする。

ここで工作機械の熱変位として、測定値ＡとＢの温度差
による主軸ヘッド１３の傾きによってＸ軸方向の熱変位
が生じ、測定値ＣとＤの温度差によるコラム１２の倒れ
によってＹ軸およびＺ軸方向の熱変位が生じ、また測定
値ＡとＢとの絶対値に基づいてＺ軸方向の熱変位が生じ
、測定値ＣとＤとの絶対値に基づいてＹ軸方向の熱変位
が生じるため、以下の実施例においては、下記表に基づ
いてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の熱変位を補正する例について述
べる。

第４図は前記数値制御工作機械を制御する数値制御装置
３０の構成を示すもので、この数値制御装置３０は、マ
イクロプロセッサＭＰＵと、続出専用メモリＲＯＭと、
ランダムアクセスメモリＲＡＭとからなる中央処理装置
ＣＰＵによって主に構成され、この中央処理装置ＣＰＵ
には、前述した各軸サーボモータ１５．１６．１７をそ
れぞれ駆動する駆動回路ＤＵＸ、ＤＵＹ、ＤＵＺに指令
パルスを供給するパルス発生回路３１がインタフェイス
３２を介して接続されている。また中央処理装置ＣＰＵ
には、前記温度差測定回路２０の出力をＡＤ変換するＡ
Ｄ変換器２４がインタフェース３３を介して接続されて
いるとともに、手動パルス発生器３４および補正パルス
発生回路３５がインタフェース３６を介して接続されて
いる。

前記ランダムアクセスメモリＲＡＭには、第５図に示す
ように前記温度差測定回路２０にて測定された測定値Ａ
、Ｂ、Ｃ，Ｄの各データを一時記憶するデータエリアＴ
ＡＡ、ＴＢＡ、ＴＣＡ、ＴＤＡと、数値制御プログラム
を記憶するデータエリアＮＣＤＡとが形成されている。

次に数値制御実行ルーチンを第６図および第７図に基づ
いて説明する。

加工開始指令が与えられると、中央処理装置ＣＰＵは、
第６図に示すようにランダムアクセスメモリＲＡＭの数
値制御データエリアＮＣＤＡに記憶された数値制御デー
タを１ブロツクずつ読出し、これに応じて補助機能等の
処理を行うと同時に、各軸に対するパルス分配を行い、
加工を制御する。

ここで熱変位の補正に関する補助機能として、ｒＭ８０
ＪはＸ軸補正指令を、ｒＭ８１ＪはＹ軸補正指令を、ｒ
Ｍ８２ＪはＺ軸補正指令を、「Ｍ２Ｓ、」は同時３軸補
正指令を、またｒＭ８４Ｊは補正完了指令を示し、数値
制御データ中に加工内容に応じて選択的にプログラムさ
れるようになっている。

しかして第６図に示す数値制御実行ルーチンにおいて、
読出された１ブロツクの数値制御データ中に補助機能Ｍ
８０〜Ｍ８３があると、Ｍコード処理として第７図に示
す数値制御実行ルーチンが実行される。以下−例として
Ｘ軸補正指令Ｍ８０が指令された場合の実行ルーチンに
ついて説明する。

Ｘ軸補正指令Ｍ８０が与えられると、中央処理装置ＣＰ
Ｕは第７図に示すように、ステップ５０においてタイム
カウントを開始し、一定時間が経過してタイムアツプす
ると、ステップ５１においてＲＥＡＤＹ信号を出力する
。次いでステップ５２において、温度差測定回路２０に
て測定された測定値Ａ−Ｄ、すなわち各検出部と室温と
の温度差（ＴＡ−ＴＥ、　ＴＢ−ＴＥ、　ＴＣ−ＴＥ、
　ＴＤ−ＴＥ）が入力され、回路のバッファメモリにそ
れぞれ記憶される。続いてステップ５３において前回入
力された測定値との比較演算が行われ、変化温度ΔＴが
求められる。ここで前記ステップ５２における入力が最
初の場合には、前回の入力は初期値Ｏとなって演算結果
は入力値となり、また前記ステップ５２における入力が
ｎ回目の場合には、変化温度ΔＴは以下のように演算処
理される。

ΔＴＡ＝　Ａｎ−Ａ（ｎ−＋） ＝ＴＡｎ−ＴＥｎ　−（ＴＡ　（ｎ−＋）−ＴＥ　（ｎ
−＋））ΔＴＢ＝　Ｏｎ−Ｂ（ｎ−ｒ） ＝　ＴＢｎ　−ＴＥｎ　−（ＴＢ　（ｎ−＋）−ＴＥ　
（ｎ−＋　）　　）ΔＴＣ＝Ｃｎ−Ｃ（ｎ−＋） ＝　ＴＣｎ　−ＴＥｎ　−（ＴＣ（ｎ−＋）−ＴＥ　（
ｎ−＋　）　　）ΔＴＤ＝　Ｏｎ−Ｄ（ｎ−＋ン ＝ＴＤｎ−ＴＨｎ　−（ＴＤ　ｃｎ−＋）−ＴＨ（ｎ−
＋　）　）かかる比較演算の後、前記ランダムアクセス
メモリＲＡＭのデータエリアＴＡＡ、ＴＢＡ、ＴＣＡ。

ＴＤＡには前回の入力値に替わって今回の入力値が書込
まれる。

次いでステップ５４においては、前述したように演算さ
れた変化温度ΔＴに対応する補正値が算出される。この
補正値はＸ軸補正の場合には下記式より求められる。

ΔＸ＝ｋｔ（ΔＴＡ−ΔＴＢ） ここでに、は予め実験によって求められた定数もしくは
関数である。

次いでステップ５５において補正値ΔＸに対応したパル
ス数を補正パルス発生回路３５より発信して手動パルス
発生器３４の割込み部へ割込ませ、これによってＸ軸駆
動回路ＤＵＸが制御されてＸ軸サーボモーター５が駆動
され、テーブル１１を主軸ヘッド１３の熱変位分だけ補
正移動する。続いてステップ５６において補正完了指令
Ｍ８４が出力されているかどうかが判別され、補正完了
指令Ｍ８４が出力されていない場合には、最初のステッ
プ５０に戻って上述した熱変位補正動作を一定時間間隔
で実行する。なお、時間間隔は任意に設定できるが、加
工に伴う温度変化による熱変化が大きくならない範囲で
設定するのがよく、−例として３０秒間隔程度が適当で
ある。

上記においてはＸ軸補正についで述べたが、Ｘ軸補正（
ＭＢ２）もしくはＺ軸補正（ＭＢ２）の場合には、前記
ステップ５４における補正値ΔＹもしくはΔＺの算出式
は下記のようになる。

ここでに２〜に５は前記に、と同様に予め実験によって
求められた定数もしくは関数である。

なお上記実施例においては、補正値を定数もしくは関数
を用いて計算によ、って算出する例について述べたが、
続出専用メモリＲＯＭに変化温度ΔＴに応じた補正値を
登録しておき、変化温度ΔＴに応じてその変化温度に対
応した補正値を読出して熱変位を補正することもできる
。

また上記実施例においては、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の
補正が可能な例について述べたが、勿論補正軸が１軸の
ものにも通用でき、補正値の算出においても、１つの温
度差測定回路の変化温度に基づいて補正値を算出あるい
は読出すようにすることも可能である。

さらに上記実施例においては、工作機械の熱変位補正に
ついて述べたが、測定機の熱変位補正にも適用できるこ
とは勿論である。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明は、熱変位補正指令が与えられ
た場合に、温度差測定手段の出力を一定時間毎に入力し
て前回入力と比較演算して変化温度を求め、この変化温
度に基づいて補正値を算出して熱変位補正を行う構成で
あるので、数値制御データの１ブロツクのプログラムの
実行時間が長いような場合にも、そのプログラムの実行
中に一定時間毎に熱変位を補正することができ、熱変位
を最少に抑えることができる効果がある。

しかも本発明は、工作機械の検出部の温度と室温もしく
は工作機械のベース温度との温度差の変位に基づいて熱
変位を補正するものであるので、熱変位を室温等の変化
に拘らず正確に補正できる効果も併せて奏せられる。　
　。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は数値制御
工作機械の概要を示す正面図、第２図は同側面図、第３
図は温度差測定回路を示す図、第４図は数値制御装置の
構成を示すブロック図、第５図はメモリへのデータの記
憶状態を示す図、第６図は加工制御の実行ルーチンを示
すフローチャート、第７図は熱変位補正の実行ルーチン
を示す図である。 １５．１６．１７・・・サーボモータ、２０・・・温度
差測定回路、３０・・・数値制御装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）工作機械等の検出部の温度と室温もしくは工作機
   械等のベース温度との温度差を測定する温度差測定手段
   と、熱変位補正指令が与えられた場合に、前記温度差測
   定手段の出力を一定時間毎に入力して前回入力との比較
   演算を行う比較演算手段と、この比較演算手段による比
   較演算結果に基づいて補正値を算出もしくは選択する補
   正値算出手段と、この補正値算出手段にて算出もしくは
   選択された補正値に応じて工作機械等の可動部を補正移
   動させる補正移動手段とによって構成してなる熱変位補
   正装置。
2. （２）前記温度差測定手段は、工作機械等の異なる検出
   部との温度差を測定するために複数設けられ、これら温
   度差の変化温度の差もしくは和に基づいて補正値を算出
   するようにしてなる特許請求の範囲第１項に記載の熱変
   位補正装置。