JP2002273642A

JP2002273642A - ボールネジ送り駆動補正方法及びボールネジ送り駆動装置

Info

Publication number: JP2002273642A
Application number: JP2001075694A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Kitamura; 彰浩北村; Kosaku Kitamura; 耕作北村
Original assignee: Kitamura Machinery Co Ltd
Current assignee: Kitamura Machinery Co Ltd
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2002-09-25
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: JP4172614B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ボールネジの熱膨張による誤差を補正して送
り駆動を行うことができるボールネジ補正方法及び送り
駆動装置を提供する。【解決手段】加工前にストロークエンドの座標値を測
定し、これを基準位置とし、ワーク１個加工後もしくは
設定した個数加工後に再度ストロークエンドの座標値を
測定する。加工前に測定した座標値と、加工後に測定し
た座標値との差を求め、機械各点に取り付けた温度セン
サーから求めた主軸の伸び量をその差から引いた値をボ
ールネジの伸び量とする。さらに、この伸び量をボール
ネジストロークで分割し、この分割した値をピッチエラ
ー補正パラメータに加算して、ボールネジを補正する。
ボールネジ送り駆動装置は、コラムに沿ってボールネジ
を設け、ボールネジの一端にサーボモーターを接続し、
コラムにヘッドを設ける。ヘッドはボールネジの回転駆
動により移動可能に構成されている。ヘッドの所定部分
にタッチセンサを装着し、移動部がベースに移動可能に
構成されている。タッチセンサが移動部の一部に接触可
能に構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ボールネジ補正
方法と、マシニングセンターその他の工作機械用のボー
ルネジ送り駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボールネジを用いた送り駆動装置では、
送り制御の高精度化が進んでいる。高精度の送り駆動を
行うために、高精度のボールネジが使用される。

【０００３】

【発明が解決しようする課題】しかしながら、摩耗によ
る精度の低下や、熱膨張によるボールネジの長さの変化
等により、所望の高精度でボールネジの送り駆動ができ
ない。

【０００４】本発明は、ボールネジの高精度の送り駆動
を行うことができるようにする、ボールネジ駆動の補正
方法とボールネジ送り駆動装置を提供することを目的と
している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の解決手段を例示
すると、各請求項に記載のボールネジ送り駆動補正方法
とボールネジ送り駆動装置である。すなわち、（１）工作機械用のボールネジ送り駆動を補正する方法
において、ワークの加工前にサーボモーターとは反対側
のボールネジのストロークエンドの座標値を測定し、こ
の座標値を基準位置とし、所定数のワークを加工した後
に再度サーボモーターとは反対側のボールネジのストロ
ークエンドの座標値を測定し、加工前に測定した座標値
と加工後に測定した座標値との差を求め、かつ、工作機
械の所定箇所に取り付けた温度センサーの検出値から求
めた主軸の伸び量を前述の両座標値の差から差し引いた
値をボールネジの伸び量とすることを特徴とする方法。

【０００６】（２）ボールネジの伸び量をボールネジの
ストロークで分割し、このように分割して求めた値をピ
ッチエラー補正パラメータに加算して、ボールネジの送
り駆動を補正する請求項１に記載の方法。

【０００７】（３）ボールネジの長さに対してボールネ
ジの伸び量を均等に分配して補正することを特徴とする
請求項１又は２に記載の方法。

【０００８】（４）ボールネジの伸び量をボールネジの
ストロークで分割し、このように分割して求めた値をピ
ッチエラー補正パラメータに加算することを特徴とする
請求項１又は２又は３に記載の方法。

【０００９】（５）コラムに沿ってボールネジを設け、
ボールネジの一端にサーボモーターを接続し、コラムに
ヘッドを設け、ヘッドはボールネジの回転駆動により移
動可能に構成されており、ヘッドの所定部分にタッチセ
ンサを装着し、移動部がベースに移動可能に構成されて
おり、タッチセンサが移動部の一部に接触可能に構成さ
れていることを特徴とするボールネジ送り駆動装置。

【００１０】（６）サーボモーターとは反対側のストロ
ークエンドまでタッチセンサーが移動したとき移動部と
接触し、その時、座標値が測定され、そのようなボール
ネジのストロークエンドの座標値の測定が所定数のワー
クの加工の前後で行われることを特徴とする請求項５に
記載のボールネジ送り駆動装置。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明によるボールネジ送り駆動
補正方法とボールネジ送り駆動装置においては、ボール
ネジの特に熱膨張による変形を補正して正確な送り駆動
を行う。

【００１２】たとえば、マシニングセンターにおいて、
稼動前（加工前）にボールネジの、モーターと反対側に
位置するストロークエンドの座標値を測定し、これを基
準位置とし、ワークを所定数加工した後に（たとえば１
個のワークの加工後もしくは設定した個数のワークの加
工後に）、再度、同じ側のストロークエンドの座標値を
測定する。加工前に測定した同じ側のストロークエンド
の座標値と、加工後に測定した同じ側のストロークエン
ドの座標値との差を求め、さらに、機械各点に取り付け
た温度センサーの検出値から求めた主軸の伸び量を両座
標値の差から差し引いた値をボールネジの伸び量とす
る。好ましくは、さらに、この伸び量をボールネジスト
ロークで分割し、この分割した値をピッチエラー補正パ
ラメータ（つまり、ピッチ誤差補正）に加算して、ボー
ルネジを補正する。

【００１３】ボールネジの伸び量に関しては、ボールネ
ジ長さに対して均等に分配するのが好ましい。。

【００１４】本発明の１つの実施態様によるボールネジ
送り装置は、ベースにコラムを垂直に固定し、コラムに
沿ってボールネジが垂直に設けられている。、ボールネ
ジの一端（上端）にサーボモーターを接続し、ボールネ
ジの他端（下端）が軸受により支承されている。コラム
には、ヘッドがボールネジの回転駆動により移動可能に
構成されている。ヘッドの所定部位にタッチセンサを着
脱可能に装着する。移動部（たとえば加工テーブル）を
ベースに水平な方向に移動可能に設ける。

【００１５】移動部の一部タッチセンサと接触可能に構
成されている。

【００１６】本発明の駆動装置の好ましい操作手順の一
例を説明する。

【００１７】まず、マシニングセンターにおいて装置稼
動前（加工前）にボールネジのストロークエンド（たと
えばモーターとは反対側に位置しているボールネジのス
トロークエンド）の座標値を測定し、これを基準位置と
する。

【００１８】このようなボールネジのストロークエンド
の座標値の測定は、例えば以下の様にして行う。まず、
ヘッドの所定部位にタッチセンサーを装着して、ボール
ネジに対して移動可能に設ける。ヘッドをボールネジの
回転駆動によってサーボモーターとは反対側のストロー
クエンドまで移動させる。タッチセンサーは、ストロー
クエンドに到来したとき、マシニングセンターの移動部
（たとえば加工テーブル）に接触する。そのように移動
部にタッチセンサーが接触したとき、ヘッド又はタッチ
センサーの座標値を測定する。そのタッチセンサーの座
標値をボールネジのストロークエンドの座標値とする。

【００１９】ワーク１個を加工した後、もしくは設定し
た個数のワークを加工した後、装置の温度は上昇する。
その温度上昇後に、再度、モーターとは反対側のボール
ネジのストロークエンドの座標値を測定する。座標値の
測定は装置の稼動前に測定した方法と同様の方法を用い
る。

【００２０】このように、装置の稼動前のストロークエ
ンドの座標値と稼動後のストロークエンドのを測定す
る。これらの両座標値より、装置稼動後の温度上昇で生
じるボールネジの熱膨張量を求めるのである。そして、
その誤差を補正する。

【００２１】モーターとは反対側のストロークエンドの
座標値を測定するのは、モーターとは反対側のストロー
クエンドでボールネジの熱膨張が最大に出ることに着目
したからである。

【００２２】好ましくは、稼動前に測定した座標値と稼
動後に測定した座標値との差から、装置各点に取り付け
た温度センサーによって求めた主軸の伸び量を差し引い
た値をボールネジの伸び量とする。

【００２３】本発明の１つの好ましい形態においては、
ボールネジの伸び量をボールネジの所定の単位長さで分
割し、このように分割した単位長さの値をボールネジの
ピッチエラー補正パラメータに加算する。ピッチエラー
補正パラメータへの加算に際しては、ボールネジ１回転
当りの仕様上の移動量と、実際の移動量との差を求め、
その差をパラメータとして設定する。

【００２４】こうしてボールネジの熱膨張による変形を
補正する。ボールネジの伸び量を分割した単位長さの値
をピッチエラー補正パラメータに加算する際には、ボー
ルネジの所定の単位長さに対して均等に分配する様にす
るのが好ましい。

【００２５】

【実施例】以下、図１〜２を参照して本発明の１つの実
施例を説明する。

【００２６】図１は本発明によるボールネジ送り駆動装
置の一例を概念的に示す斜視図である。図２は図１に示
されているボールネジ送り駆動装置の側面図である。

【００２７】図１及び図２を参照して、代表的に、Ｚ軸
のボールネジ２２の温度上昇による伸びを補正する場合
を説明する。

【００２８】駆動装置１０は、少なくとも３本のボール
ネジを用いて、移動部１６をＸ方向とＹ方向に移動し、
ヘッド２６をＺ方向に移動するものである。

【００２９】図１及び図２において、移動部１６は、加
工テーブルであり、Ｘ軸ボールネジ１２とＹ軸ボールネ
ジ１４に沿って移動するように構成されている。Ｘ軸の
ボールネジ１２及びＹ軸のボールネジ１４は、水平方向
に、かつ互いに直角に配置されている。

【００３０】Ｙ軸のボールネジ１４の一端にはＹ軸のサ
ーボモーター２０が接続されている。Ｙ軸のボールネジ
１４の他端は軸受１５よりに支持されている。Ｙ軸のサ
ーボモーター２０及び軸受１５は駆動装置１０のベース
（図示省略）に設定されている。Ｙ軸のボールネジ１４
はＹ軸のサーボモーター２０により回転するようになっ
ている。

【００３１】Ｙ軸のボールネジ１４は、ボールナット
（図示省略）と係合している。ボールナットはテーブル
（図示省略）に固定されていて、テーブルはＹ軸方向に
移動可能となっている。

【００３２】Ｘ軸のボールネジ１２の一端にはＸ軸のサ
ーボモーター１８が接続されている。Ｘ軸のボールネジ
１２の他端は軸受１３により支持されている。Ｘ軸のサ
ーボモーター１８及び軸受１３は先述のテーブル（図示
省略）に固定されている。Ｘ軸のボールネジ１２はＸ軸
のサーボモーター１８により回転するようになってい
る。

【００３３】Ｘ軸のボールネジ１２は、ボールナット１
９と係合している。ボールナット１９は移動部１６に固
定されていて、移動部１６はＸ軸方向に移動可能となっ
ている。

【００３４】Ｘ軸のサーボモーター１８及びＹ軸のサー
ボモーター２０は制御手段（図示省略）によって制御さ
れる。

【００３５】ヘッド２６は、Ｚ軸方向のボールネジ２２
に沿って移動するように構成されている。Ｚ軸のボール
ネジ２２はＸ軸のボールネジ１２及びＹ軸のボールネジ
１４と直角になるように配置される。

【００３６】Ｚ軸のボールネジ２２の上端にはＺ軸用の
サーボモーター２４が接続されている。Ｚ軸のボールネ
ジ２２の他端は軸受２３により支持されている。Ｚ軸の
サーボモーター２４及び軸受２３は駆動装置１０のベー
スに固定されたコラム（図示省略）に設定されている。
Ｚ軸のボールネジ２２はＺ軸用のサーボモーター２４に
より回転するようになっている。

【００３７】Ｚ軸のサーボモーター２４は制御手段（図
示せず）によって制御される。

【００３８】ヘッド２６の所定部位（たとえばツールス
ピンドル）にタッチセンサー２８が着脱可能に設けられ
る。タッチセンサー２８は下端に接触子２９を有してい
る。接触子２９はヘッド２６とともに矢印Ｚの方向に移
動可能である。

【００３９】装置の各点（たとえばヘッド２６その他の
複数箇所）に所望の温度センサー（図示省略）が取り付
けられている。それらにより装置の各点の温度を測定
し、得られた温度に基いてヘッド２６に設けられている
主軸の伸び量を算出する。ここで、主軸の伸び量はＺ軸
方向の熱膨張量を意味するものとする。

【００４０】次に、Ｚ軸のボールネジ２２の伸び量を測
定する手順の一例を説明する。

【００４１】装置稼動前ヘッド２６のツールスピンドルにタッチセンサー２８を
設定する。

【００４２】Ｘ軸とＹ軸のボールネジの熱変形の影響を
最小にするために、移動部１６をＸ軸及びＹ軸のサーボ
モーター１８、２０側の端部に配置する。

【００４３】Ｚ軸のボールネジ２２を回転させ、ヘッド
２６をＺ軸のボールネジ２２の下方のストロークエンド
（Ｚ軸のサーボモーター２４とは反対側に位置するボー
ルネジのストロークエンド）に移動させる。ヘッド２６
が下方に移動していくと、タッチセンサー２８の接触子
２９が移動部１６の一部と接触する。つまり、Ｘ軸のサ
ーボモーター１８を作動させて、Ｘ軸のボールネジ１２
を回転させ、ヘッド２６を下方に向かって移動させる。
そのヘッド２６の移動は、タッチセンサー２８の接触子
２９が移動部１６の表面に接触するまで続行する。両者
の接触が生じたら、制御装置がタッチセンサー２８から
の信号に応じてその位置の座標値を求める。

【００４４】装置稼動後所定数のワークを加工したあと、ヘッド２６のツールス
ピンドルにタッチセンサー２８を設定する。

【００４５】Ｚ軸のボールネジ２２を回転させ、ヘッド
２６をＺ軸ボールネジ２２の下方のストロークエンドに
移動させる。

【００４６】温度上昇によりＺ軸のボールネジ２２と、
ヘッド２６は熱膨張しているが、装置稼動後も、前述の
装置稼動前と同じ手順でＺ軸ボールネジ２２の下方のス
トロークエンドの座標値を求める。すなわち、タッチセ
ンサー２８の接触子２９が移動部１６の表面に接触する
まで、ヘッド２６を加工させる。接触が生じたとき、制
御装置がタッチセンサー２８からの信号に応じてその位
置の座標値を求める。

【００４７】装置各点に取り付けられた温度センサーの
検出値に基いて装置稼動後の主軸の伸び量を求める。

【００４８】Ｚ軸ボールネジ２２の伸び量をＺ軸ボール
ネジ２２の所定の単位長さで分割し、この分割した値を
Ｚ軸ボールネジ２２のピッチエラー補正パラメータに加
算する。こうしてボールネジの伸び量をボールネジ長さ
に均等に分配し、ボールネジの補正が所定のピッチに対
して均等に行われるようにする。

【００４９】なお、本発明は前述の実施例に限定されな
い。タッチセンサーをＺ軸のみでなく、Ｘ軸とＹ軸にも
設けて、Ｚ軸と同様に装置稼動の前後の熱膨張によるボ
ールネジの誤差を測定し、その誤差を補正して装置を稼
動することができる。ただし、Ｘ軸とＹ軸では、タッチ
センサーはツールスピンドル以外の適当な取付手段に取
りつける。

【００５０】

【発明の効果】本発明のボールネジ補正方法及び送り駆
動装置によれば、装置稼動の前後の熱膨張によるボール
ネジの誤差を測定し、その誤差を補正して装置を稼動す
ることができる。そのため、高精度の送り駆動を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるボールネジ送り駆動装置の一例を
概念的に示す斜視図。

【図２】図１に示したボールネジ送り駆動装置の側面
図。

【符号の説明】

１０駆動装置１２Ｘ軸のボールネジ１３、１５、２３軸受１４Ｙ軸のボールネジ１６移動部１８Ｘ軸のサーボモーター１９ボールナット２０Ｙ軸のサーボモーター２２Ｚ軸のボールネジ２４Ｚ軸のサーボモーター２６ヘッド２８タッチセンサー２９接触子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工作機械用のボールネジ送り駆動を補正
する方法において、ワークの加工前にサーボモーターと
は反対側のボールネジのストロークエンドの座標値を測
定し、この座標値を基準位置とし、所定数のワークを加
工した後に再度サーボモーターとは反対側のボールネジ
のストロークエンドの座標値を測定し、加工前に測定し
た座標値と加工後に測定した座標値との差を求め、か
つ、工作機械の所定箇所に取り付けた温度センサーの検
出値から求めた主軸の伸び量を前述の両座標値の差から
差し引いた値をボールネジの伸び量とすることを特徴と
する方法。
【請求項２】ボールネジの伸び量をボールネジのスト
ロークで分割し、このように分割して求めた値をピッチ
エラー補正パラメータに加算して、ボールネジの送り駆
動を補正する請求項１に記載の方法。
【請求項３】ボールネジの長さに対してボールネジの
伸び量を均等に分配して補正することを特徴とする請求
項１又は２に記載の方法。
【請求項４】ボールネジの伸び量をボールネジのスト
ロークで分割し、このように分割して求めた値をピッチ
エラー補正パラメータに加算することを特徴とする請求
項１又は２又は３に記載の方法。
【請求項５】コラムに沿ってボールネジを設け、ボー
ルネジの一端にサーボモーターを接続し、コラムにヘッ
ドを設け、ヘッドはボールネジの回転駆動により移動可
能に構成されており、ヘッドの所定部分にタッチセンサ
を装着し、移動部がベースに移動可能に構成されてお
り、タッチセンサが移動部の一部に接触可能に構成され
ていることを特徴とするボールネジ送り駆動装置。
【請求項６】サーボモーターとは反対側のストローク
エンドまでタッチセンサーが移動したとき移動部と接触
し、その時、座標値が測定され、そのようなボールネジ
のストロークエンドの座標値の測定が所定数のワークの
加工の前後で行われることを特徴とする請求項５に記載
のボールネジ送り駆動装置。