JPH0985582A - 工作機械の熱変位推定装置 - Google Patents
工作機械の熱変位推定装置Info
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- JPH0985582A JPH0985582A JP24790095A JP24790095A JPH0985582A JP H0985582 A JPH0985582 A JP H0985582A JP 24790095 A JP24790095 A JP 24790095A JP 24790095 A JP24790095 A JP 24790095A JP H0985582 A JPH0985582 A JP H0985582A
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- Japan
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- sensor
- spindle
- main spindle
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- Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 主軸系全体の温度分布を把握して、工具刃先
とワークとの相対変位を正確に推定する。 【構成】 主軸１の先端部を支持する軸受１０の外輪温
度を第１センサ２１で測定する。モータ１５におけるス
テータ１５ｂの外周温度を第２センサ２２で測定する。
第１センサ２１及び第２センサ２２から離れた位置の主
軸頭２に第３センサ２３を設けて、主軸回転時の熱伝導
によって発熱する中間部位の温度を測定する。主軸回転
に伴って発熱しないベッドに基準温度を測定する第４セ
ンサ２４を設ける。各センサの出力をアナログデジタル
変換器２５を介してＮＣ装置２６に入力し、その演算手
段によって各センサの測定温度に基づき主軸先端の工具
１８とワークとの相対変位を演算する。
とワークとの相対変位を正確に推定する。 【構成】 主軸１の先端部を支持する軸受１０の外輪温
度を第１センサ２１で測定する。モータ１５におけるス
テータ１５ｂの外周温度を第２センサ２２で測定する。
第１センサ２１及び第２センサ２２から離れた位置の主
軸頭２に第３センサ２３を設けて、主軸回転時の熱伝導
によって発熱する中間部位の温度を測定する。主軸回転
に伴って発熱しないベッドに基準温度を測定する第４セ
ンサ２４を設ける。各センサの出力をアナログデジタル
変換器２５を介してＮＣ装置２６に入力し、その演算手
段によって各センサの測定温度に基づき主軸先端の工具
１８とワークとの相対変位を演算する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械において
主軸回転時の発熱により発生する工具刃先とワークとの
相対変位を推定する装置に関するものである。
主軸回転時の発熱により発生する工具刃先とワークとの
相対変位を推定する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】主軸の熱変位を推定する方法として、従
来、熱源である軸受近傍の温度と、主軸回転時に発熱し
ない部位（例えばベッド）の基準温度とをそれぞれセン
サで測定し、各測定温度の差に基づいて主軸端とワーク
との相対変位を推定する技術が提案されている。
来、熱源である軸受近傍の温度と、主軸回転時に発熱し
ない部位（例えばベッド）の基準温度とをそれぞれセン
サで測定し、各測定温度の差に基づいて主軸端とワーク
との相対変位を推定する技術が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の推定
方法によると、熱源を軸受に限定しているため、主軸系
全体の温度状況を正確に把握することができず、熱変位
の推定値と実際値とに誤差が発生するという問題点があ
った。なぜなら、主軸の発熱要因は軸受の損失のみなら
ず主軸駆動モータの損失をも含むからである。しかも、
軸受の発熱量は基本的に主軸回転数の増加に伴って増大
するのに対し、モータの発熱量はモータ効率や負荷状況
によって変動する。つまり、軸受の昇温特性とモータの
昇温特性との間に関連性がないため、軸受近傍の温度の
みによっては主軸系全体の温度分布を一義的に特定する
ことができず、結果、推定誤差を招く。また、モータの
温度を測定し、このモータ温度と軸受温度と基準温度と
の差に基づいて熱変位を推定したとしても、温度変化の
熱源を特定できないため、主軸系全体の温度分布を把握
することは困難である。
方法によると、熱源を軸受に限定しているため、主軸系
全体の温度状況を正確に把握することができず、熱変位
の推定値と実際値とに誤差が発生するという問題点があ
った。なぜなら、主軸の発熱要因は軸受の損失のみなら
ず主軸駆動モータの損失をも含むからである。しかも、
軸受の発熱量は基本的に主軸回転数の増加に伴って増大
するのに対し、モータの発熱量はモータ効率や負荷状況
によって変動する。つまり、軸受の昇温特性とモータの
昇温特性との間に関連性がないため、軸受近傍の温度の
みによっては主軸系全体の温度分布を一義的に特定する
ことができず、結果、推定誤差を招く。また、モータの
温度を測定し、このモータ温度と軸受温度と基準温度と
の差に基づいて熱変位を推定したとしても、温度変化の
熱源を特定できないため、主軸系全体の温度分布を把握
することは困難である。
【０００４】そこで、本発明の課題は、主軸系全体の温
度分布を把握して、主軸端とワークとの相対変位を正確
に推定できる工作機械の熱変位推定装置を提供すること
にある。
度分布を把握して、主軸端とワークとの相対変位を正確
に推定できる工作機械の熱変位推定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、本発明の熱変位推定装置は、工作機械において、
主軸回転時の発熱により発生する工具刃先とワークとの
相対変位を推定する装置であって、主軸を支持する軸受
近傍の温度を測定する第１センサと、主軸を駆動するモ
ータ近傍の温度を測定する第２センサと、第１センサ及
び第２センサから離れた位置で主軸時に温度変化する部
位の温度を測定する第３センサと、第１乃至第３センサ
から離れた位置で主軸回転時に発熱しない部位の温度を
測定する第４センサと、第１乃至第４センサの測定温度
に基づいて主軸端とワークとの相対変位を演算する手段
とから構成される。
めに、本発明の熱変位推定装置は、工作機械において、
主軸回転時の発熱により発生する工具刃先とワークとの
相対変位を推定する装置であって、主軸を支持する軸受
近傍の温度を測定する第１センサと、主軸を駆動するモ
ータ近傍の温度を測定する第２センサと、第１センサ及
び第２センサから離れた位置で主軸時に温度変化する部
位の温度を測定する第３センサと、第１乃至第３センサ
から離れた位置で主軸回転時に発熱しない部位の温度を
測定する第４センサと、第１乃至第４センサの測定温度
に基づいて主軸端とワークとの相対変位を演算する手段
とから構成される。
【０００６】ここで、ＮＣ工作機械の場合、前記演算手
段がＮＣ装置の一部によって構成され、ＮＣ装置のプロ
グラムメモリには所定の関数式がストアされ、この関数
式に第１乃至第４センサの測定温度を変数として代入す
ることで、工具刃先−ワークの相対変位が求められる。
また、この関数式を用いて各温度毎に予め求めた相対変
位量をプログラムメモリにストアすることで、機械運転
中のＮＣ装置の演算処理量を軽減できるように構成して
もよい。
段がＮＣ装置の一部によって構成され、ＮＣ装置のプロ
グラムメモリには所定の関数式がストアされ、この関数
式に第１乃至第４センサの測定温度を変数として代入す
ることで、工具刃先−ワークの相対変位が求められる。
また、この関数式を用いて各温度毎に予め求めた相対変
位量をプログラムメモリにストアすることで、機械運転
中のＮＣ装置の演算処理量を軽減できるように構成して
もよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明をマシニングセンタ
に具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。図
１に示すように、横型マシニングセンタの主軸１は主軸
頭２に回転可能に支持されている。主軸頭２はサドル３
を介しコラム４に支持され、サーボモータ（図示略）に
よってＹ方向の任意位置に位置めされる。コラム４はベ
ッド５上に設置され、サーボモータ（図示略）によって
Ｚ方向の任意位置に位置決めされる。ワーク６はテーブ
ル７上に載置され、テーブル７はベッド５に対しサーボ
モータ（図示略）によりＸ−Ｙ方向の任意位置に位置決
めされる。
に具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。図
１に示すように、横型マシニングセンタの主軸１は主軸
頭２に回転可能に支持されている。主軸頭２はサドル３
を介しコラム４に支持され、サーボモータ（図示略）に
よってＹ方向の任意位置に位置めされる。コラム４はベ
ッド５上に設置され、サーボモータ（図示略）によって
Ｚ方向の任意位置に位置決めされる。ワーク６はテーブ
ル７上に載置され、テーブル７はベッド５に対しサーボ
モータ（図示略）によりＸ−Ｙ方向の任意位置に位置決
めされる。
【０００８】図２に示すように、主軸１上には３つの軸
受１０，１１，１２が配設されている。軸受１０，１１
はスリーブ１３を介し、軸受１２はスリーブ１４を介し
てそれぞれ主軸頭２の内側に挿着されている。主軸頭２
には主軸１を回転駆動するビルトイン型のモータ１５が
内蔵され、該モータ１５は主軸１側のロータ１５ａと主
軸頭２側のステータ１５ｂとから構成されている。主軸
頭２及びスリーブ１３には冷却通路１６が形成され、こ
こを流れる冷却液１７によって主軸１が冷却される。主
軸１の先端にはワーク６を加工する工具１８が挿入さ
れ、スプリング１９によりドローシャフト２０を介して
保持されている。
受１０，１１，１２が配設されている。軸受１０，１１
はスリーブ１３を介し、軸受１２はスリーブ１４を介し
てそれぞれ主軸頭２の内側に挿着されている。主軸頭２
には主軸１を回転駆動するビルトイン型のモータ１５が
内蔵され、該モータ１５は主軸１側のロータ１５ａと主
軸頭２側のステータ１５ｂとから構成されている。主軸
頭２及びスリーブ１３には冷却通路１６が形成され、こ
こを流れる冷却液１７によって主軸１が冷却される。主
軸１の先端にはワーク６を加工する工具１８が挿入さ
れ、スプリング１９によりドローシャフト２０を介して
保持されている。
【０００９】主軸１の先端部を支持する軸受１０の近傍
においてスリーブ１３には、軸受１０の外輪温度Ｔ１を
測定する第１センサ２１が設けられている。モータ１５
の近傍において主軸頭２には、ステータ１５ｂの外周温
度Ｔ２を測定する第２センサ２２が設けられている。第
１センサ２１及び第２センサ２２から離れた位置におい
て主軸頭２には、主軸１の回転時に主に軸受１０，１１
及びモータ１５からの熱伝導によって発熱する中間部位
の温度Ｔ３を測定する第３センサ２３が設けられてい
る。また、図１に示すように、第１乃至第３センサ２
１，２２，２３から遠く離れた位置のベッド５には、主
軸１の回転時に軸受１０，１１，１２及びモータ１５か
らの熱伝導によって発熱しない部位の温度Ｔ４を基準温
度として測定する第４センサ２４が設けられている。そ
して、各センサ２１，２２，２３，２４の出力はアナロ
グデジタル変換器２５で数値情報に変換されたのちにＮ
Ｃ装置２６に入力され、該装置２６の演算手段によって
以下に述べる処理が実行され、各センサ２１〜２４の測
定温度に基づき主軸１先端の工具１８とワーク６との相
対変位が演算されるようになっている。
においてスリーブ１３には、軸受１０の外輪温度Ｔ１を
測定する第１センサ２１が設けられている。モータ１５
の近傍において主軸頭２には、ステータ１５ｂの外周温
度Ｔ２を測定する第２センサ２２が設けられている。第
１センサ２１及び第２センサ２２から離れた位置におい
て主軸頭２には、主軸１の回転時に主に軸受１０，１１
及びモータ１５からの熱伝導によって発熱する中間部位
の温度Ｔ３を測定する第３センサ２３が設けられてい
る。また、図１に示すように、第１乃至第３センサ２
１，２２，２３から遠く離れた位置のベッド５には、主
軸１の回転時に軸受１０，１１，１２及びモータ１５か
らの熱伝導によって発熱しない部位の温度Ｔ４を基準温
度として測定する第４センサ２４が設けられている。そ
して、各センサ２１，２２，２３，２４の出力はアナロ
グデジタル変換器２５で数値情報に変換されたのちにＮ
Ｃ装置２６に入力され、該装置２６の演算手段によって
以下に述べる処理が実行され、各センサ２１〜２４の測
定温度に基づき主軸１先端の工具１８とワーク６との相
対変位が演算されるようになっている。
【００１０】すなわち、図３に示すフローチャートにお
いて、まず、各センサ２１〜２４の出力に基づいて数値
化された温度情報、つまり、軸受温度Ｔ１、モータ温度
Ｔ２、中間部位温度Ｔ３、及び基準温度Ｔ４がＮＣ装置
２６に入力される（ステップＳ１）。次いで、Ｔ１とＴ
３との差分ΔＴ１３、及び、Ｔ２とＴ３との差分ΔＴ２
３が算出される（ステップＳ２）。次に、実験等で予め
求めた定数ａ，ｂと前記差分ΔＴ１３及びΔＴ２３とに
より温度分布補正係数Ｔｋが算出されるとともに、Ｔ３
とＴ４との差分ΔＴ３４が算出される（ステップＳ
３）。続いて、ΔＴ３４とＴｋとを加算して実効温度上
昇量ΔＴが算出される（ステップＳ４）。さらに、前記
ΔＴに実験等で予め求めた定数ｃを掛け、主軸回転時に
おける工具１８とワーク６との相対変位量Δｌが算出さ
れる（ステップＳ５）。そして、この相対変位量Δｌは
ＮＣ装置２６の補正部に出力され（ステップＳ６）、そ
の後、ＮＣ装置２６による周知の補正方法に従って工具
−ワークの相対変位が補正される。
いて、まず、各センサ２１〜２４の出力に基づいて数値
化された温度情報、つまり、軸受温度Ｔ１、モータ温度
Ｔ２、中間部位温度Ｔ３、及び基準温度Ｔ４がＮＣ装置
２６に入力される（ステップＳ１）。次いで、Ｔ１とＴ
３との差分ΔＴ１３、及び、Ｔ２とＴ３との差分ΔＴ２
３が算出される（ステップＳ２）。次に、実験等で予め
求めた定数ａ，ｂと前記差分ΔＴ１３及びΔＴ２３とに
より温度分布補正係数Ｔｋが算出されるとともに、Ｔ３
とＴ４との差分ΔＴ３４が算出される（ステップＳ
３）。続いて、ΔＴ３４とＴｋとを加算して実効温度上
昇量ΔＴが算出される（ステップＳ４）。さらに、前記
ΔＴに実験等で予め求めた定数ｃを掛け、主軸回転時に
おける工具１８とワーク６との相対変位量Δｌが算出さ
れる（ステップＳ５）。そして、この相対変位量Δｌは
ＮＣ装置２６の補正部に出力され（ステップＳ６）、そ
の後、ＮＣ装置２６による周知の補正方法に従って工具
−ワークの相対変位が補正される。
【００１１】なお、前記定数ａ，ｂ，ｃは事前に測定し
た相対変位と温度との関係から求めた係数であることが
望ましい。図３のフローチャートに示す近似式は、同一
設計の機械に対し共通に適用可能であるが、各機械毎に
その特性に応じて定数ａ，ｂ，ｃを調整すれば、推定精
度をより向上させることができる。上記実施形態では、
温度分布補正係数ΔＴｋを線形式を用いて算出したが、
温度の測定位置や主軸系冷却機構の特性によっては非線
形式を用いて近似的に算出することも勿論可能である。
また、変数としては、温度測定値のほか、温度測定値の
変化履歴情報や時間平均値等を用いることも有効であ
る。
た相対変位と温度との関係から求めた係数であることが
望ましい。図３のフローチャートに示す近似式は、同一
設計の機械に対し共通に適用可能であるが、各機械毎に
その特性に応じて定数ａ，ｂ，ｃを調整すれば、推定精
度をより向上させることができる。上記実施形態では、
温度分布補正係数ΔＴｋを線形式を用いて算出したが、
温度の測定位置や主軸系冷却機構の特性によっては非線
形式を用いて近似的に算出することも勿論可能である。
また、変数としては、温度測定値のほか、温度測定値の
変化履歴情報や時間平均値等を用いることも有効であ
る。
【００１２】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
４つのセンサの測定温度に基づき主軸系全体の温度分布
を把握して、工具刃先とワークとの相対変位を正確に推
定できるという優れた効果を奏する。特に、発熱部であ
る軸受け温度およびモータ温度と、その影響を受ける中
間部位の温度の差分を取り、これより補正係数を算出
し、これと基準温度より温度分布を推定することによ
り、工具刃先とワークの相対変位をより高精度に推定で
きる。
４つのセンサの測定温度に基づき主軸系全体の温度分布
を把握して、工具刃先とワークとの相対変位を正確に推
定できるという優れた効果を奏する。特に、発熱部であ
る軸受け温度およびモータ温度と、その影響を受ける中
間部位の温度の差分を取り、これより補正係数を算出
し、これと基準温度より温度分布を推定することによ
り、工具刃先とワークの相対変位をより高精度に推定で
きる。
【図１】本発明の一実施形態を示すマシニングセンタの
概略図である。
概略図である。
【図２】同マシニングセンタの熱変位推定装置を示す主
軸頭の断面図である。
軸頭の断面図である。
【図３】同推定装置の演算処理内容を示すフローチャー
トである。
トである。
１・・主軸、５・・ベッド、１０，１１，１２・・軸
受、１５・・モータ、１８・・工具、２１・・第１セン
サ、２２・・第２センサ、２３・・第３センサ、２４・
・第４センサ、２６・・ＮＣ装置。
受、１５・・モータ、１８・・工具、２１・・第１セン
サ、２２・・第２センサ、２３・・第３センサ、２４・
・第４センサ、２６・・ＮＣ装置。
Claims (1)
- 【請求項１】 工作機械において、主軸回転時の発熱に
より発生する工具刃先とワークとの相対変位を推定する
装置であって、主軸を支持する軸受近傍の温度を測定す
る第１センサと、主軸を駆動するモータ近傍の温度を測
定する第２センサと、第１センサ及び第２センサから離
れた位置で主軸回転時に温度変化する部位の温度を測定
する第３センサと、第１乃至第３センサから離れた位置
で主軸回転時に発熱しない部位の温度を測定する第４セ
ンサと、第１乃至第４センサの測定温度に基づいて主軸
端とワークとの相対変位を演算する手段とからなる工作
機械の熱変位推定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24790095A JPH0985582A (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | 工作機械の熱変位推定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24790095A JPH0985582A (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | 工作機械の熱変位推定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0985582A true JPH0985582A (ja) | 1997-03-31 |
Family
ID=17170240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24790095A Pending JPH0985582A (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | 工作機械の熱変位推定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0985582A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015075994A (ja) * | 2013-10-10 | 2015-04-20 | ファナック株式会社 | モータ温度に応じて動作を変更する工作機械の制御装置及び制御方法 |
| CN110253337A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-09-20 | 北京工业大学 | 一种数控机床主轴热伸长多维度检测装置 |
| WO2025022496A1 (ja) * | 2023-07-21 | 2025-01-30 | 三菱電機株式会社 | 制御装置、工作機械システム、および加工方法 |
-
1995
- 1995-09-26 JP JP24790095A patent/JPH0985582A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015075994A (ja) * | 2013-10-10 | 2015-04-20 | ファナック株式会社 | モータ温度に応じて動作を変更する工作機械の制御装置及び制御方法 |
| US9755566B2 (en) | 2013-10-10 | 2017-09-05 | Fanuc Corporation | Controller and control method for machine tool capable of changing motion depending on motor temperature |
| CN110253337A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-09-20 | 北京工业大学 | 一种数控机床主轴热伸长多维度检测装置 |
| WO2025022496A1 (ja) * | 2023-07-21 | 2025-01-30 | 三菱電機株式会社 | 制御装置、工作機械システム、および加工方法 |
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