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WO2006109445A1 - 工作機械及び工作機械の変位補正方法 - Google Patents

工作機械及び工作機械の変位補正方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2006109445A1
WO2006109445A1 PCT/JP2006/305546 JP2006305546W WO2006109445A1 WO 2006109445 A1 WO2006109445 A1 WO 2006109445A1 JP 2006305546 W JP2006305546 W JP 2006305546W WO 2006109445 A1 WO2006109445 A1 WO 2006109445A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
machine tool
temperature
displacement
displacement amount
column
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/305546
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hiroyuki Takahashi
Original Assignee
Brother Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brother Kogyo Kabushiki Kaisha filed Critical Brother Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority to CN2006800104682A priority Critical patent/CN101151122B/zh
Priority to KR1020077024911A priority patent/KR101248241B1/ko
Priority to DE112006000774T priority patent/DE112006000774B4/de
Publication of WO2006109445A1 publication Critical patent/WO2006109445A1/ja

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/18—Compensation of tool-deflection due to temperature or force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0003—Arrangements for preventing undesired thermal effects on tools or parts of the machine
    • B23Q11/0007—Arrangements for preventing undesired thermal effects on tools or parts of the machine by compensating occurring thermal dilations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49206—Compensation temperature, thermal displacement, use measured temperature

Definitions

  • the present invention corrects a thermal displacement caused by a temperature change of each component part of a machine tool that performs machining while moving a tool relative to a workpiece based on machining data.
  • the present invention relates to a displacement correction method for a machine tool.
  • FIG. 20 is a side view schematically showing the configuration of the main body 1 of this type of machine tool.
  • a table 3 on which the workpiece W is supported is provided on the front side (left side in the figure) on the base 2.
  • a column 4 extending upward is provided on the rear side (right side in the figure) on the base 2.
  • the column 4 is moved in the left-right (X-axis) and front-back (Y-axis) directions by an XY moving mechanism (not shown).
  • a spindle head 6 having a downwardly facing spindle 5 is provided so as to be movable in the vertical direction (Z axis).
  • a tool can be attached to the tip of the main shaft 5 in a replaceable manner.
  • Column 4 is also equipped with a tool changer that automatically changes the tool.
  • a control device is attached to the main body 1.
  • This control device controls the X-axis and Y-axis servo motors, Z-axis servo motors and spindle motors of the XY movement mechanism based on the machining data.
  • the column 4 is moved in the horizontal direction
  • the spindle head 6 is moved in the Z-axis direction
  • the spindle is further rotated. This will automatically execute the machining.
  • the main body 1 is provided with a cutting water circulation mechanism in order to cool the tool portion and to wash away cutting waste generated during processing.
  • This cutting water circulation mechanism has a tank and a pump for storing cutting water.
  • the cutting hydraulic power pumped out from the tank for example, discharged toward the cutting point .
  • the cutting water flows through the upper surface portion of the base 2 and is then returned to the tank. Circulation is performed such that cutting waste is captured in the tank.
  • a correction method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-94290 has been considered.
  • temperature sensors are provided at the key points of the machine tool, and the amount of thermal displacement is estimated based on the detection of these temperature sensors.
  • Position is corrected.
  • a temperature sensor such as a thermocouple that detects the reference temperature is provided at a portion where the temperature change is relatively small, and a temperature sensor that detects the container temperature is provided at a portion where the temperature change is relatively large.
  • a temperature sensor is provided to detect the air temperature at the top of the machine. These temperature sensors detect the temperature at predetermined time intervals.
  • the temperature is detected at each of a site where the temperature change is relatively small and a site where the temperature change is relatively large.
  • the temperature is detected at a predetermined time interval, and minute correction is repeated by detecting the temperature only for the nth time to be corrected and the previous time (n_ 1st). For this reason, for example, when the temperature measurement value includes an error, the error is accumulated, the error increases as time passes, and the hysteresis is restored even though the error returns to the initial state. May remain.
  • the applicant has invented a thermal displacement correction method that mainly corrects the thermal displacement in the Z-axis (vertical) direction caused by the thermal expansion and contraction of the ball screw for moving the spindle head up and down.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-135653 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-135653.
  • it is possible to appropriately estimate the amount of thermal displacement in the vertical direction of the main shaft and the tool due to the elongation of the ball screw, and correct the force S.
  • machine tools The thermal displacement in the longitudinal direction (Y-axis) at each component of the machine body cannot be ignored, and it is important to correctly estimate the thermal displacement in the longitudinal direction.
  • An object of the present invention is to estimate the amount of thermal displacement at a machining point and to correct the amount of movement of each axis so as to cancel the displacement.
  • the object of the present invention is to provide a machine tool and a displacement correction method for a machine tool that can accurately perform estimation and can sufficiently increase the accuracy of the correction by the correction.
  • the machine tool of the present invention includes a temperature sensor that is provided at a plurality of locations on the machine tool main body and measures the temperature of the portion, and each of the machine tool main body that is configured based on the measurement of these temperature sensors.
  • Displacement amount detecting means for obtaining a thermal displacement amount of the constituent part; and a converting means for converting the thermal displacement amount of each constituent part detected by the displacement amount detecting means into a displacement amount in each axial direction at the machining point; Correction means for correcting the relative movement amount for each axis in accordance with the conversion of the conversion means, and the temperature sensor has at least a surface with a large temperature change and its opposite side with respect to each component part.
  • the displacement amount detecting means includes a surface having a large temperature change and a surface positioned on the opposite side thereof. Due to differences in temperature rise of Rio consideration configured to determine the amount of displacement is, Ru.
  • the thermal displacement correction method for a machine tool is a method for correcting thermal displacement caused by a temperature change of each component part of the machine tool. Then, at least a temperature sensor for measuring the temperature of the part is provided on both the surface where the temperature change is large and the surface located on the opposite side, and based on the measurement of these temperature sensors, In addition to the thermal expansion and thermal contraction of each constituent part, the amount of thermal displacement of each constituent part is warped due to the difference in temperature rise between the surface with the large temperature change and the surface located on the opposite side. The amount of displacement is converted into the amount of displacement in each axial direction at the cache point, and the amount of movement of each axis is corrected according to the amount of displacement converted.
  • the temperature at a plurality of locations is measured by the temperature sensor for each component of the machine tool body.
  • the temperature sensor For each component, at least the temperature of the surface where the temperature change is large and the surface located on the opposite side are measured by the temperature sensor. Can be measured. Therefore, the degree of temperature change of each component can be detected more precisely.
  • the displacement amount including the warpage obtained for each component part is converted into the displacement amount in each axial direction as a whole at the machining point, and the displacement amount of each axis so as to cancel the displacement amount. Can be corrected.
  • the amount of thermal displacement can be accurately estimated, and the machining accuracy can be sufficiently increased by the correction.
  • the initial temperature measured at the same time by each temperature sensor is stored as a reference temperature, and the measurement temperature of each temperature sensor at an arbitrary time point is compared with the reference temperature for each measurement location. It is possible to determine the temperature change at, and to determine the thermal displacement of each component based on the temperature change. Since the initial temperature measured at the same time by each temperature sensor is used as a reference temperature, the amount of thermal displacement of each component is obtained based on the temperature change at an arbitrary time point. Even if there is an error in the temperature measurement value, there is no hysteresis that is not accumulated.
  • the reference temperature may be a value measured when the setting of a jig or the like with respect to the machine tool body before the start of machining is completed. As a result, it has been confirmed that an appropriate reference temperature can be obtained without being affected by thermal expansion, thermal contraction, or ambient temperature due to temperature changes.
  • a base In the machine tool of the present invention, a base, a table that is provided on the base and supports the workpiece, and is positioned at the rear of the table on the base as each component part constituting the machine tool main body.
  • a column provided and a spindle head provided with a tool provided in the column can be included. Machining accuracy can be sufficiently increased by estimating and correcting the amount of thermal displacement at each component.
  • the thermal displacement particularly as a deviation in the front-rear direction at the machining point, mainly affects the elongation in the front-rear direction of the base and the front-rear direction of the base. Warpage, warpage in the vertical direction of the column, warpage in the vertical direction of the spindle head, and elongation in the longitudinal direction of the column, spindle head and table.
  • the displacement amount detection means can determine the displacement amount in consideration of the tilt displacement amount due to the warp in the front-rear direction in addition to the front-rear direction extension with respect to the base. Further, the displacement amount detecting means can determine the displacement amount in consideration of the amount of inclination displacement due to the warp in the vertical direction in addition to the longitudinal extension in the column. Further, the displacement amount detection means can determine the displacement amount of the spindle head in consideration of the tilt displacement amount due to the warp in the vertical direction in addition to the longitudinal extension. With the displacement amount detection means, the displacement amount due to the longitudinal stretching of the table can be obtained. The displacement in the longitudinal direction at the machining point can be corrected, and high machining accuracy in the longitudinal direction can be obtained.
  • a machine tool and a displacement correction method for a machine tool estimate a thermal displacement amount at a machining point, and correct a movement amount of each axis so as to cancel the displacement.
  • temperature sensors are provided at multiple locations on the machine tool body, and based on the measurement of these temperature sensors, the amount of thermal displacement of each component is determined based on the temperature of the surface located on the opposite side to the surface where the temperature change is large.
  • a configuration in which the amount of thermal displacement of each component part is converted into the amount of displacement in each axial direction at the machining point, and the relative movement amount for each axis is corrected according to the conversion. Therefore, the amount of thermal displacement can be accurately estimated, and the machining accuracy can be sufficiently increased by the correction.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, and is a perspective view schematically showing a configuration of a main body of a machine tool partially broken.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing an electrical configuration of the machine tool.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of a carpentry work including correction of thermal displacement performed by the control device.
  • FIG. 4A is a side view showing exaggeratedly how the base extends in the Y-axis direction.
  • FIG. 4B is a side view exaggeratingly showing the warping deformation of the base.
  • FIG. 4C is a side view showing the column warping deformation exaggeratedly.
  • FIG. 4D is a side view exaggeratingly showing the warping deformation of the spindle head.
  • FIG. 4E is a side view exaggeratingly showing the column, spindle head, and table extending in the Y-axis direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing the presence / absence of displacement due to thermal expansion and contraction in the Y-axis direction and the displacement due to warpage of each component, and the direction of the displacement.
  • Fig. 6 is a side view showing the dimensions of each part of the machine tool body used to estimate the displacement.
  • FIG. 7 is a side view showing an inclination angle caused by warping of each part of the machine tool body.
  • Figure 8A shows the temperature change of each part in the first test over time.
  • FIG. 8B is a diagram (part 2) showing the temperature change of each part in the first test over time.
  • FIG. 9 is a diagram showing measured values of displacement amounts of the respective constituent parts.
  • FIG. 10 is a side view showing a measurement position by the measurement sensor.
  • Fig. 11 shows the measured and calculated values of the displacement on the upper surface side of the front end surface of the base.
  • FIG. 12A is a diagram showing measured values and calculated values of the displacement at the upper part of the spindle.
  • FIG. 12B is a diagram showing measured values and calculated values of the displacement at the lower part of the spindle.
  • Fig. 13 is a diagram showing changes in room temperature, cutting water temperature, and internal temperature over time in the second test.
  • FIG. 14A is a diagram showing the actually measured value of the displacement amount in the Y-axis direction at the upper part of the main shaft and the deviation amount when the correction based on the equation (1) is executed.
  • FIG. 14B is a diagram showing the measured value of the amount of displacement in the Y-axis direction at the lower part of the main shaft and the amount of deviation when correction based on equation (1) is executed.
  • FIG. 15A is a diagram showing the measured value of the displacement amount in the Y-axis direction at the upper part of the main shaft and the deviation amount when the correction based on the equation (2) is executed.
  • Fig. 15B is based on the measured value of the amount of displacement in the Y-axis direction at the bottom of the main shaft and equation (2). It is a figure which shows the deviation
  • FIG. 16 is a view corresponding to FIG. 13 in the third test.
  • FIG. 17A is a view corresponding to FIG. 14A in the third test.
  • FIG. 17B is a view corresponding to FIG. 14B in the third test.
  • FIG. 18A is a view corresponding to FIG. 15A in the third test.
  • FIG. 18B is a view corresponding to FIG. 15B in the third test.
  • FIG. 19 is a view corresponding to FIG. 6, showing a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 shows a conventional example, and is a side view schematically showing a configuration of a machine tool main body.
  • 11 and 41 are machine tool bodies
  • 12 is a base
  • 13 is a table
  • 14 is a column
  • 15 and 43 are spindle heads
  • 16 is an XY movement mechanism
  • 20 and 42 are spindles
  • 22 is a tool
  • 25 is control Equipment (displacement detection means, conversion means, correction means)
  • 26 is a storage device (reference temperature storage means)
  • 27 is an operation panel
  • 28 to 36 are temperature sensors
  • W is a workpiece
  • P is a machining point.
  • FIG. 1 schematically shows an external configuration of a machine tool main body 11.
  • the horizontal direction of the main body 11 is the X-axis direction
  • the front-rear direction is the Y-axis direction
  • the vertical direction is the Z-axis direction.
  • Each axis is controlled based on the three-dimensional (XYZ) coordinate system unique to the device.
  • the machine tool main body 11 includes a base 12, a table 13, a column 14, and a spindle head 15 as constituent parts, as shown in FIGS. 4A to 4E and FIG.
  • the base 12 is installed on the floor of a factory, for example.
  • the table 13 is provided on the front side of the base 12 and supports the workpiece W (see FIG. 4A and the like).
  • the column 14 is provided on the rear side of the base 12 and extends upward through a known XY moving mechanism 16.
  • the spindle head 15 is provided on the front side of the column 14.
  • the XY movement mechanism 16 is an X-axis motor, both of which are servo motors. 17 and Y-axis motor 18 (shown only in Fig. 2).
  • the column 14 is freely moved relative to the base 12 in the left-right (X-axis) and front-rear (coaxial) directions.
  • the spindle head 15 is provided on the column 14 so as to be movable up and down.
  • a vertical movement mechanism is provided for freely moving the spindle head 15 in the vertical (coaxial) direction.
  • This up-and-down moving mechanism is composed of a vertical shaft motor 19 (shown only in FIG. 2) that also has a servo motor force, a known ball screw mechanism (not shown), and the like.
  • the spindle head 15 is provided with a downward spindle 20.
  • a spindle motor 21 (shown only in FIG. 2) composed of a servo motor for rotating the spindle 20.
  • a tool 22 such as a drill or a tap is replaceably attached to the tip (lower end) of the main shaft 20.
  • the column 14 is also provided with a tool changer for automatically changing the tool 22.
  • the base 12 is made, for example, of pig iron, and the upper surface of the middle portion in the left-right direction is configured to be inclined downward as it is directed rearward.
  • a jig (not shown) for supporting the workpiece W is set on the table 13. At the time of machining, the workpiece W is arranged on the rear side on the table 13. Further, this is not shown, but the main body 11 of the machine tool is surrounded by a splash cover.
  • the main body 11 has a cutting water circulation mechanism in order to cool the tool 22 (processing point ⁇ ) and to wash away cutting waste generated during processing. It is provided.
  • This cutting water circulation mechanism has a tank in which cutting water is stored, a cutting water circulation pump 24 (shown only in FIG. 2), piping, valves, and the like.
  • the cutting water circulation mechanism discharges the cutting water pumped out from the tank, for example, toward the cutting processing location, flows the cutting water through the upper surface portion of the base 12 and returns it to the tank, and captures cutting waste in the tank portion. Then, it is configured to carry out circulation.
  • a control device (NC device) 25 for controlling the main body 11 is attached to the main body 11 of the machine tool.
  • the control device 25 may be provided integrally with the main body 11.
  • This control device 25 is mainly composed of a microcomputer, and has a memory.
  • Device 26 is provided.
  • the storage device 26 stores an overall control program including a thermal displacement correction program described later. Furthermore, the storage device 26 stores various data including caloche data (NC program) and reference temperature data described later.
  • the control device 25 controls the X-axis motor 17, the Y-axis motor 18, the Z-axis motor 19, and the main shaft motor 21 through a drive circuit (servo amplifier) (not shown). At the same time, the tool changer and the cutting water circulation mechanism (cutting water circulation pump 24) are also controlled. In addition, an operation signal from the operation panel 27 is input to the control circuit 25.
  • the control device 25 attaches the necessary tool 22 to the spindle 20 based on machining data (NC program) input in advance. Then, the column 14 is positioned freely in the horizontal direction (X-axis and Y-axis directions) by the XY moving mechanism 16 with respect to the work W supported on the table 13. At the same time, while moving the spindle head 15 up and down in the Z-axis direction, the tool 22 (spindle 20) is rotated to act on a predetermined position (machining point P) of the workpiece W. As a result, machining operations such as drilling and cutting of the workpiece W are automatically performed. At this time, the control device 25 controls the cutting water circulation mechanism (cutting water circulation pump 24) to cool the tool 22 (processing point P), and to remove cutting waste generated during processing from the table 13 and the base 12 Wash from the top and begin to flow.
  • NC program machining data
  • the control device 25 due to its software configuration (execution of the thermal displacement correction program), is caused by thermal displacement such as thermal expansion of each component part of the main body 11 when performing the above-described machining operation.
  • thermal displacement such as thermal expansion of each component part of the main body 11 when performing the above-described machining operation.
  • the movement amount of each axis X-axis motor 17, Y-axis motor 18, Z-axis motor 19
  • the thermal displacement correction method is executed.
  • each component part constituting the main body 11 is located at a plurality of temperature measurement points having different degrees of temperature change, and the temperature sensor 28 is provided. ⁇ 36 are provided. Temperature measurement signals from these temperature sensors 28 to 36 are input to the control device 25. At this time, each temperature sensor 28-36 Parts In this case, the base 12, the column 14, and the spindle head 15 are provided on both the surface having a large temperature change and the surface having a relatively small temperature change located on the opposite side.
  • the base 12 includes a temperature sensor 28 that measures the temperature (TB-UF) of the upper surface of the front side (table 13 side) of the base 12, and the bottom surface of the front side.
  • the temperature sensor 29 measures the temperature (TB-B F), and the rear surface (column 14 side) top surface temperature (TB-UR) measures the temperature sensor 30, the rear bottom surface temperature (TB-BR)
  • a temperature sensor 31 to measure is provided.
  • the upper surface side of the base 12 has a large temperature change.
  • the column 14 is provided with a temperature sensor 32 for measuring the temperature (TC-F) on the front side of the column 14 and a temperature sensor 33 for measuring the temperature (TC-B) on the rear side. Yes. In this case, the front side of the column 14 has a large temperature change.
  • the spindle head 15 is provided with a temperature sensor 34 for measuring the temperature (TSP-U) on the upper surface side of the spindle head 15 and a temperature sensor 35 for measuring the temperature (TSP-D) on the lower surface side. ing. In this case, the upper surface side of the spindle head 15 has a large temperature change.
  • the table 13 is provided with a temperature sensor 36 for measuring the temperature (TT) of the table 13.
  • the control device 25 stores the initial temperature measured by the temperature sensors 28 to 36 at the same time in the storage device 26 as a reference temperature (TO). To do. Therefore, the storage device 26 functions as a reference temperature storage means. At this time, in the present embodiment, the value measured when the setting of the jig with respect to the machine tool body 11 before the start of the machining operation is completed is set as the reference temperature (TO).
  • the control device 25 takes in the current measured temperature (T) of each of the temperature sensors 28 to 36 at an arbitrary time (when a correction command signal is present in the machining data (NC program)). Mu Each measured temperature (T) is compared with each reference temperature (TO) to determine the temperature change ( ⁇ ) at each temperature measurement location. Then, based on the temperature change ( ⁇ ⁇ ⁇ ), the amount of thermal displacement of each component (base 12, table 13, column 14, spindle head 15) is obtained, and each axial direction at force point P is determined. Convert to displacement. The movement of each axis (position of spindle 20) is corrected according to the converted displacement.
  • the control device 25 functions as a temperature difference detection means, a displacement amount detection means, a conversion means, and a correction means. [0039] At this time, in the present embodiment, the control device 25 determines (estimates) the thermal displacement amount of each component part by determining the thermal displacement amount of each component part. The thermal expansion is determined in consideration of both the thermal contraction and the warp caused by the difference in temperature rise.
  • the displacement due to the longitudinal extension of the base 12, the tilt displacement due to the warp in the longitudinal direction of the base 12, the tilt displacement due to the warp in the vertical direction of the column 14, the tilt due to the warp in the vertical direction of the spindle head 15 The displacement amount, the displacement amount due to the longitudinal extension of the column 14, the spindle head 15 and the tape head 13 are obtained. From these sums, the amount of thermal displacement at each machining point P, especially the machining point P (spindle 20) in the Y-axis direction, is estimated.
  • the thermal displacement is the force generated in the three directions of the X, Y and Z axes.
  • the thermal expansion of each part is relative to the machining point P. Since it occurs symmetrically, there is almost no effect on machining accuracy at machining point P.
  • the thermal displacement in the Z-axis direction the thermal expansion and contraction of the ball screw shaft due to the frictional heat of the ball screw mechanism for moving the spindle head 15 up and down is the largest.
  • the thermal displacement correction method for correcting the thermal displacement in the Z-axis direction caused by the thermal expansion and contraction of the ball screw is well known in the earlier application of the present applicant (for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-135653). Therefore, detailed explanation is omitted here.
  • FIG. 5 shows a list of the presence or absence of displacement due to thermal expansion and contraction in the Y-axis direction and the displacement due to warpage of each component, and the direction of the displacement.
  • the direction in which the distance between the spindle 20 and the table 13 increases is the plus (+) direction, and that direction is also used in the following explanation. is doing.
  • FIG. 4A shows how the base 12 extends in the Y-axis direction due to thermal expansion. This expansion displacement occurs in a direction in which both the front side (table 13 side) and the rear side (column 14 side) are separated from each other with respect to the center Ob of the base 12 in the front-rear direction.
  • Figure 4B shows how the base 12 warps deformed. In this case, since the thermal expansion is larger than the bottom surface side of the top surface of the base 12 having a large temperature change, the center side swells upward on the top surface side of the base 12 (as a result, the table 13 and the spindle 20 are inclined). Warping deformation occurs.
  • FIG. 4C shows the state of warping deformation of the column 14.
  • the thermal expansion of the front side of the column 14 having a large temperature change is larger than that of the rear side
  • the upper side of the column 14 is tilted backward (and the main shaft 20 is tilted). Will occur.
  • FIG. 4D shows the warp deformation of the spindle head 15.
  • the thermal expansion of the upper surface side of the spindle head 15 having a large temperature change is larger than that of the lower surface side, the center side of the upper surface side of the spindle head 15 swells upward (the main shaft 20 tilts). Warp deformation occurs.
  • FIG. 4E shows how the column 14, the spindle head 15, and the table 13 extend in the Y-axis direction due to thermal expansion.
  • the expansion displacement of the column 14 and the spindle head 15 occurs so that the spindle 20 is displaced forward, and the rear end side (work W arrangement side) of the table 13 is displaced rearward.
  • the displacement due to the warp of the table 13 is extremely small and can be ignored.
  • the thermal displacement amount ⁇ in the Y-axis direction at the machining point P (main shaft 20) is the sum of the displacement amounts in the radial direction of the above-mentioned constituent parts, and can be obtained by the following equation.
  • the displacement S can be calculated.
  • the displacement S is calculated by using the temperature change from the reference temperature at each temperature measurement location, constants (partially variable) such as linear expansion coefficient and dimensions of each part, and parameters (correction coefficient) obtained in advance through experiments. It becomes possible to do.
  • the expansion displacement can be obtained from the difference ⁇ between the measured temperature ( ⁇ ) at each temperature measurement location and the reference temperature (TO) at that location, and the linear expansion coefficient ⁇ .
  • FIG. 6 shows dimensions of each part of the machine tool main body 11 used for this calculation.
  • Base 12's total length in the ⁇ axis direction is L
  • Base 12's center Y force in the Y axis direction is S-table
  • the length up to the center in the axial direction is as S-column.
  • the height of the front end of base 12 is H-base-F
  • the height of the rear end is H_base_R.
  • the height of table 13 is H_table
  • the height of workpiece W (the height from the top surface of table 13 to machining point P) is H-work (a variable value).
  • the height from column 14 (including XY movement mechanism 16) to the top surface of table 13 is H-column3, and the height from table 13 to the bottom edge of the main body of column 14 is H_column2
  • the height of the main body is H_columnl
  • the current Z-axis position of the spindle head 15 is Z-center (a variable value)
  • the center Oc force in the Y-axis direction of the column 14 is L.
  • the length from the front of column 14 to the center Os of the spindle 20 is L-SP
  • the length from the center Os of the spindle 20 to the center Ot of the tape knob 13 is L-table.
  • the height of the base of the spindle head 15 is set to H-SP-1, and the bottom surface force of the spindle head 15 is set to the Z-axis position.
  • the height of the tool is H-SP-2 and the height of tool 22 is H-tool.
  • H-work + H_tool + H-SP-2 Z-center + H_column2, where H-work and Z-center are variable values and the others are fixed values.
  • the H-work value can be obtained from the current Z-center value and H-tool value.
  • FIG. 7 shows inclination angles due to warping of each part of the machine tool main body 11 used for this calculation.
  • the Y axis direction center line b of the base 12 is the reference line
  • the inclination angle of the front end face of the base 12 is ⁇ -base-F
  • the inclination angle of the rear end face of the base 12 is ⁇ -base-R.
  • the tilt angle at the center Ot of the table 13 is ⁇ -table
  • the angle at the center Oc of the column 14 is ⁇ -column.
  • the reference temperatures measured and stored by the temperature sensors 28 to 36 are respectively TB-UF-0, TB-BF-0, TB-UR-0, TB-BR-0, It is expressed as TC-F-0, TC-B-0, TSP-U-0, TSP-D-0, or TT-0.
  • the subscript “-0” is added after the measured temperature (T plus subscript) of each temperature sensor 28-36.
  • a TBF (TB-BF)-(TB-BF-0).
  • a TBR (TB-BR)-(TB-BR-0).
  • [0-table] [i9-base-F] x (S-table) / (L / 2)
  • [ ⁇ -base-S] sin— 1 ( ⁇ ( ⁇ TUE— ⁇ TBR) x (L / 2) / (H-base-E))
  • the amount of tilt displacement due to the warp of the base 12 can be obtained by [ ⁇ b2-table] + [ ⁇ b2- column].
  • the inclination [ ⁇ -column-U] at the front end face of column 14 can be obtained by the following equation.
  • [ ⁇ -column-U] sin " 1 (People x ( ⁇ TC-F ⁇ TC-H)) x ((H- cohmnl) / ((L-column) x 2))
  • the inclination [ ⁇ -sp] at the center of the spindle head 15 is as follows according to the Z-axis height.
  • the inclination [ ⁇ -SP-U] of the center Os of the spindle 20 can be obtained by the following equation.
  • [ ⁇ -SP-U] s i n -1 ( ⁇ (AT-SP-U-ATSP-D) x (L-SP) / (H-SP2))
  • the displacement amount [ ⁇ sp] at the machining point P due to the warp of the spindle head 15 is obtained as follows. Ability to do S.
  • [5SP] s in [ ⁇ -SP-U] x ((H-SP-2) + (H-tool))
  • [ ⁇ -other] ⁇ X [(ATSP) X (L-SP) + (ATC-F) X (L-column)
  • Displacement 5 [5 b l-table] + [ ⁇ bl- column] + [5 b2_table]
  • the parameters ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 1, / 31, 2 2, j32, ⁇ can be optimized relatively easily by using a well-known linear programming method called mathematical engineering.
  • step S1 the initial temperature of each temperature measurement location is measured by the temperature sensors 28 to 36 at the same time.
  • step S2 the temperature in the initial state when the setting of the jig with respect to the machine tool main body 11 before the machining operation is completed (before the machining operation is started) is measured.
  • step S2 these measured temperatures are used as reference temperatures TB-UF-0 and TB-B.
  • step S3 the machining program is activated.
  • step S4 the processing program is interpreted for each block.
  • a thermal displacement correction command is inserted at an appropriate position in the machining program.
  • step S5 the presence / absence of a correction command signal is determined. If there is no correction command signal (No in step S5), it is determined in step S6 whether it is a program end code. In the case of a program end code, in this case (Step
  • step S6 proceed to step S7 and the machining operation is executed.
  • the process returns to step S4 and the next block is interpreted. If it is a program code (Yes in step S6), the process ends.
  • step S8 each temperature sensor 28-36 Current temperature TB_UF, TB_BF, TB_UR, TB_BR, TC-F, TC-B, TSP_U, TSP_D, TT force S Measured.
  • step S9 the temperature difference between the measured temperature and the stored reference temperature is calculated at each temperature measurement location.
  • step S10 the current positioning machine coordinates (including the Z-center value) are read.
  • step S11 tool length (H-tool) data is read.
  • step S 12 the displacement amount ⁇ and hence the correction amount of the force point P is calculated using the above-described calculation formula (Equation (1) or (2)).
  • step S13 the position in each axial direction is shifted so as to cancel the displacement amount ⁇ , and thus the thermal displacement is corrected.
  • the correction in the axial direction is performed as described above, and at the same time, the thermal displacement in the Z-axis direction mainly due to the thermal expansion and contraction of the ball screw is also corrected.
  • the machining operation is executed in step S7.
  • the temperature of each component of the machine tool body 11 is measured by the plurality of temperature sensors 28-36.
  • temperature sensors 28-35 are installed at multiple locations (both the surface where the temperature change is large and the surface located on the opposite side) where the degree of temperature change is different. I made it.
  • the temperature of each component part It was possible to detect the degree of change more precisely, and to estimate (calculate) the amount of thermal displacement of each component in each axial direction, particularly in the Y-axis direction, with sufficient accuracy.
  • the amount of thermal displacement of each constituent part is obtained in consideration of both the thermal expansion and thermal contraction of each constituent part and the warp caused by the difference in the degree of temperature rise. . Therefore, by targeting both thermal expansion and displacement caused by thermal contraction and warping, the amount of thermal displacement can be estimated more accurately, and the machining accuracy can be sufficiently increased by correction. .
  • the initial temperature measured at the same time by the temperature sensors 28 to 36 is used as a reference temperature, and the thermal components of the constituent parts are thermally detected based on temperature changes at arbitrary points in time. The amount of displacement is obtained. Therefore, even if there is a slight error in the temperature measurement values of the temperature sensors 28 to 36, the error does not accumulate and no hysteresis remains.
  • FIGS. 8A to 12B show the results in the first test.
  • Figures 8 and 8 show that when cutting water flows on the top surface of the base 12, the cutting water is heated by a heater to gradually increase the temperature, and after 5 hours, the cutting water is stopped and left to cool. It shows how the temperature changes over time (separated into two figures for convenience).
  • Fig. 9 shows the measured values of the displacement (axial direction) of each component at that time.
  • an eddy current proximity sensor is used for the measurement of the displacement.
  • Fig. 10 shows the measurement position of the measurement sensor in the test of Fig. 9.
  • the circled numbers in the figure correspond to the circled numbers in Figure 9.
  • Sensors for measurement are installed on the floor and measure changes in the distance between the upper and lower parts of the front side of the base 12 respectively. Further, it is installed on the table 13 so as to measure the change in the distance between the upper and lower parts of the front side of the spindle 20.
  • the displacement amount in FIG. 9 is “ten” in the direction in which the distance from the measurement sensor increases (separates) and “-” in the direction in which the distance decreases (approaches).
  • FIG. 11 shows measured values of the displacement (inclination) on the upper surface side of the front end surface of the base 12 with the passage of time and theoretical values (values obtained by the above-described calculation formula). The actual It can be understood that the amount of displacement and the value obtained by calculation are almost the same. In addition, the figure
  • FIGS. 12A and 12B show measured values of displacement (inclination) and theoretical values (values obtained by the above-described calculation formulas) at the upper and lower parts of the spindle 20, respectively.
  • FIGS. 12A and 12B also show the error between the measured value and the theoretical value. From these, it can be understood that the measured value of displacement and the theoretical value (estimated value) obtained by calculation are very close, and the error between them is close to zero.
  • FIG. 13 to FIG. 15B show the results in the second test.
  • the cutting water is heated by a heater and the temperature is gradually raised, and after 5 hours, the cutting water is stopped and left to cool.
  • the room temperature of the room where the machine tool is installed is raised 5 degrees in 5 hours and then returned to the beginning, the operation is added.
  • Figure 13 shows the changes in room temperature, cutting water temperature, and machine temperature (in the splash cover) over time.
  • FIG. 14A and FIG. 14B show the measured values of the displacement amount in the Y-axis direction and the displacement in the Y-axis direction calculated by the above equation (1) at the upper and lower parts of the main shaft 20 at that time, respectively.
  • the amount of deviation when the position of the spindle 20 is corrected by the amount. It can be understood that the displacement in the Y-axis direction can be canceled almost accurately by performing the correction.
  • FIGS. 15A and 15B show the measured value of the displacement amount in the Y-axis direction at the upper and lower parts of the main shaft 20 and the displacement amount in the Y-axis direction calculated by the above equation (2), respectively. Shows the amount of deviation in the Y-axis direction when correction of the position of the spindle 20 is executed. It can be understood that a more accurate correction is made.
  • FIGS. 16-18B show the results in the third test.
  • the cutting water is heated by a heater and the temperature is gradually increased. After 5 hours, the cutting water is stopped and left to cool.
  • the room temperature in the room where the machine tool is installed is moved up and down in the range of plus or minus 2 degrees.
  • Figure 16 shows the changes in room temperature, cutting water temperature, and internal temperature (in the splash cover) over time.
  • FIGS. 17A and 17B show the measured value of the displacement amount in the Y-axis direction at the upper and lower portions of the main shaft 20 at that time, and the above equation (1). Based on It shows the amount of deviation when the correction of the position of the axis 20 is executed. It can be understood that the displacement amount in the Y-axis direction can be canceled almost accurately by performing the correction. Further, FIGS. 18 and 18B show the correction of the position of the spindle 20 based on the measured value of the displacement amount in the Y-axis direction at the upper and lower parts of the spindle 20 and the above equation (2), respectively. It shows the amount of deviation when executed. It can be seen that a more accurate correction is made.
  • FIG. 19 shows a second embodiment of the present invention, and only points different from the first embodiment will be described below.
  • the main body 41 of the machine tool according to the present embodiment is a so-called horizontal type, and a spindle head 43 having a spindle 42 extending forward in the horizontal direction is provided on the front surface of the column 14.
  • the left-right direction of the main body 41 is the X-axis direction
  • the front-rear direction is the Z-axis direction
  • the vertical direction is the Y-axis direction.
  • the XY movement mechanism 16 of the first embodiment is an XZ movement mechanism 16.
  • a vertical movement mechanism including a motor and a ball screw mechanism is provided for freely moving the spindle head 43 in the vertical (Y-axis) direction.
  • the spindle head 43 is provided with a spindle motor 21 for rotating the spindle 42, and a tool 22 such as a drill or a tap is replaceably attached to the tip (front end) of the spindle 42. In this case, force is applied to the rear surface side of the work W supported on the table 13.
  • the current Y-axis position of the spindle head 43 (the vertical height from the bottom surface of the column 14 body) is defined as Y-center (a value that varies depending on the current position).
  • the length from the front of column 14 to the front of spindle head 43 is L-SP.
  • the center Ot force in the direction of the Z axis of the tape cutter 13 is the length from the top of the table 13 to the tool 22 (machining point P) from the top of the tool 22 to L-work, and the height from the top of the table 13 to H-work ( Both values vary depending on the current position).
  • the thermal displacement amount ⁇ in the Z-axis direction at the machining point P is a force that is the sum of the displacement amounts in the radial direction of the respective components.
  • the inclination [ ⁇ -column-U] at the upper end surface of the column 14 can be obtained by the following equation.
  • [ ⁇ -other] ⁇ X [(A TSP) X (L— SP) + (A TC-F) X (L-column) + ( ⁇ )) X (L-work)]
  • each term may be multiplied by a correction coefficient (parameter).
  • the amount of thermal displacement at the processing point P is estimated, and the movement amount of each axis is corrected so as to cancel the displacement. I tried to do it. At this time, it is possible to accurately estimate the amount of thermal displacement including the warpage of each component, and to obtain the same result that the machining accuracy can be sufficiently improved by the correction.
  • the thermal warping deformation of each component is reflected in the correction of the longitudinal displacement of the machine tool body. You may make it consider the curvature of each structure part for the correction
  • the timing for measuring the reference temperature (initial temperature) can also be changed, for example, when the machine tool is turned on.
  • the stored reference temperature need not be updated so frequently. In some cases, such as when the room temperature has fluctuated significantly due to changes in seasons, it may not be desirable to use the standard temperature up to that point. Therefore, the user operates the operation panel 27 as a selection means to newly measure the reference temperature stored (registered) in the storage device 26 or to use the reference temperature stored last time as it is. It can be configured so that it can be selected according to. A more appropriate reference temperature can be adopted
  • the machine tool and the displacement correction method of the machine tool according to the present invention estimate the thermal displacement amount at the machining point and correct the movement amount of each axis so as to cancel the displacement. Useful for.

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Abstract

　本発明は、工作機械本体（１１，４１）の複数箇所に設けられた温度センサ（２８～３６）と、これら温度センサ（２８～３６）の測定に基づいて、各構成部位（１２～１５）の熱的な変位量を、温度変化の大きい面とその反対側に位置する面の温度変化による反りを考慮して求める変位量検出手段（２５）と、この変位量検出手段（２５）の検出した各構成部位（１２～１５）の熱的な変位量を、加工点（Ｐ）における各軸方向の変位量に換算する換算手段（２５）と、この換算手段（２５）の換算に応じて各軸に関する相対移動量を補正する補正手段（２５）とを備えた工作機械である。

Description

明 細 書
工作機械及び工作機械の変位補正方法
技術分野
[0001] 本発明は、加工データに基づいて、ワークに対し工具を相対的に移動させながら 加工を行う工作機械、及び、工作機械の各構成部位の温度変化に起因する熱的な 変位を補正するための工作機械の変位補正方法に関する。
背景技術
[0002] 従来から、例えば金属材からなるワークに対して穴あけや切削等の加工を行う工作 機械（マシニングセンタ）が供されている。この工作機械は、加工データに基づいて、 ワークに対し工具を相対的に移動させながら加工を行うように構成されている。図 20 は、この種の工作機械の本体 1の構成を概略的に示す側面図である。
[0003] 即ち、ベース 2上の前部側（図で左側）には、ワーク Wが支持されるテーブル 3が設 けられている。ベース 2上の後部側（図で右側）には、上方に延びるコラム 4が設けら れている。このコラム 4は、 XY移動機構（図示せず）により、左右 (X軸)及び前後（Y 軸）方向に移動される。また、コラム 4の前面側には、下向きの主軸 5を有する主軸へ ッド 6が上下 (Z軸)方向に移動可能に設けられている。図示はしないが、前記主軸 5 の先端には、工具が交換可能に取付けられるようになつている。コラム 4にはそのェ 具を自動で交換する工具交換装置も設けられてレ、る。
[0004] 図示はしなレ、が、本体 1には制御装置が添設される。この制御装置は、加工データ に基づいて、 XY移動機構の X軸及び Y軸サーボモータ、 Z軸サーボモータ、主軸モ ータを制御する。これにより、コラム 4が水平方向に移動されると共に、主軸ヘッド 6が Z軸方向に移動され、さらに、主軸が回転される。これにて、加工が自動で実行される
[0005] これも図示はしないが、前記本体 1には、工具部分の冷却を図ると共に、加工時に 発生する切削屑を洗い流すために、切削水循環機構が設けられる。この切削水循環 機構は、切削水が収容されるタンク及びポンプ等を有している。この切削水循環機構 により、タンクから汲み出された切削水力 例えば切削加工箇所に向けて吐出される 。その切削水はベース 2の上面部分を流れ、その後タンクに戻される。そのタンク部 分にて切削屑が捕獲されるといった循環が行われる。
[0006] ところで、上記のような工作機械の本体 1においては、上記切削水がかなり高温とな る事情がある。その理由としては、切削水循環機構のタンク構造の密閉化、ポンプの 大容量化、高圧化、高速切削による切削水の温度上昇があげられる。また、主軸の 回転速度の高速化や各部の送り速度の高速化による雰囲気温度の上昇といった様 々な発熱環境も切削水の温度上昇を招く。そして、例えば錡鉄 (錡物)製のベース 2 の上面をその切削水が流れることにより、熱膨張によるベース 2の Y軸方向の伸び変 形が生ずる。この伸びにより、主軸 5とテーブル 3との間の距離が変化し、加工誤差を 発生させる不具合がある。
[0007] このような不具合を防止するために、従来では、強制的にベース 2の温度を均一化 するために、切削水をベース 2の内部に循環させるような構造とすることが行われて いた。あるいは、ベース 2全体を断熱カバーや板金カバーで覆ったりする物理的な処 置方法が行われていた。ところ力 ベース 2全体をいくらカバーで覆ったとしても、切 削水の流れる面や、周囲の機構部分からの熱の出入りにより、ベース 2全体の温度 分布を一様とすることはかなり困難である。しかも、例えベース 2全体の温度分布を均 一にできたとしても、雰囲気温度の上昇によりベース 2の熱膨張は避けられないもの であった。また、このような物理的な方法では、コストがかかる不具合もあった。
[0008] そこで、例えば日本国特開 2003— 94290号公報に示される補正方法が考えられ ている。この方法では、工作機械の要所に温度センサが設けられ、それら温度センサ の検出に基づレ、て熱変位量が推測され、その熱変位を打消すように各軸の移動量（ 主軸の位置）が補正される。具体的には、温度変化の比較的小さい部位に基準温度 を検出する熱電対等の温度センサが設けられると共に、温度変化の比較的大きい部 位に錡物温度を検出する温度センサが設けられ、さらに、機械上部の気温を検出す る温度センサが設けられる。これら各温度センサにより所定時間間隔で温度が検出さ れる。そして、铸物温度及び気温の夫々について、前回 (n_ l回目）検出した温度 の基準温度との温度差、今回 (n回目）検出した基準温度との温度差が算出される。 それらの値と、予め実験により求められた熱時定数及び熱変位係数とを用いた演算 により、各軸の補正量が求められる。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 上記文献に示された技術では、熱変位が、熱膨張、熱収縮による素直な（直線的な )伸びであることを前提として、温度情報をボールネジの伸びに代用して位置補正が 行われる。ところが、現実の工作機械を構成する構成部位は、ベース 2、コラム 4、主 軸ヘッド 6など様々な温度変化が存在しており、温度のむらや部分拘束などにより、 反り変形が少なからず発生する。特に、上記したような切削水を流すものにおいては 、高温となった切削水が流れるベース 2上面部分において、下面部分に比べて温度 上昇が激しくなる。このため、それに起因したベース 2の反りが、熱的な変位量として 無視できない程度にまで生ずるものとなる。このような反り変形による変位は、特に Y 軸方向について問題となる。
[0010] 尚、上記文献に示された技術では、温度変化の比較的小さい部位、及び、温度変 化の比較的大きい部位の夫々一箇所についての温度を検出している。ところ力 2箇 所 (気温を含めば 3箇所）の温度検出だけでは、夫々の構成部位に関してどの軸方 向にどれだけの熱変位が起こっているかを推定することは困難である。さらには、所 定時間間隔で温度を検出し、補正の対象となる n回目と、その前回 (n_ 1回目）のみ の温度検出によって、微小な補正を繰返していくようにしている。このため、例えば温 度測定値に誤差が含まれるものである場合に、その誤差が蓄積されていき、時間が 経つにつれて誤差が拡大すると共に、最初の状態に戻ったにもかかわらず、ヒステリ シスが残ってしまう虞もある。
[0011] このように、上記文献に示された従来技術では、的確な熱変位量を推定することは 難しぐ補正によって加工精度を高めるには未だ不十分であった。
尚、本出願人は、主として、主軸ヘッドを上下動させるためのボールネジの熱膨張 、収縮に起因する Z軸（上下)方向の熱変位を補正する熱変位補正方法を発明し、先 に出願している（日本国特開 2000— 135653号公報）。この発明によれば、ボール ネジの伸びに起因する主軸ひいては工具の上下方向の熱変位量を適切に推定する ことができ、補正すること力 Sできる。しかし、より高精度な加工を行うためには、工作機 械本体の各構成部位における前後（Y軸)方向の熱的な変位を無視することはでき ず、前後方向の熱的な変位量を正しく推定することが重要となる。
[0012] 本発明の目的は、加工点における熱的な変位量を推定し、その変位を打消すよう に各軸の移動量を補正するようにしたものにあって、熱的な変位量の推定を的確に 行うことができ、補正によってカ卩ェ精度を十分に高めることができる工作機械及びェ 作機械の変位補正方法を提供することである。
課題を解決するための手段
[0013] 本発明の工作機械は、工作機械本体の複数箇所に設けられ該部位の温度を測定 する温度センサと、これら温度センサの測定に基づレ、て前記工作機械本体を構成す る各構成部位の熱的な変位量を求める変位量検出手段と、この変位量検出手段の 検出した各構成部位の熱的な変位量を、加工点における各軸方向の変位量に換算 する換算手段と、この換算手段の換算に応じて各軸に関する相対移動量を補正する 補正手段とを具備すると共に、前記温度センサは、前記各構成部位に関して、少なく とも、温度変化の大きい面と、その反対側に位置する面との双方に設けられており、 前記変位量検出手段は、前記各構成部位の熱膨張 '熱収縮に加えて、前記温度変 化の大きい面とその反対側に位置する面との温度上昇度合の相違に起因する反りを 考慮して変位量を求めるように構成されてレ、る。
[0014] また、本発明の工作機械の熱的変位補正方法は、工作機械の各構成部位の温度 変化に起因する熱的な変位を補正するための方法にあって、前記各構成部位に関 して、少なくとも、温度変化の大きい面と、その反対側に位置する面との双方に該部 位の温度を測定する温度センサを夫々設け、これら温度センサの測定に基づレ、て、 前記各構成部位の熱的な変位量を、各構成部位の熱膨張'熱収縮に加えて、前記 温度変化の大きい面とその反対側に位置する面との温度上昇度合の相違に起因す る反りを考慮して求め、その変位量をカ卩ェ点における各軸方向の変位量に換算し、 その換算された変位量に応じて各軸の移動量を補正する。
[0015] 本発明においては、工作機械本体の各構成部位について温度センサにより複数 箇所の温度を測定するようにしている。し力も、各構成部位に対して、少なくとも、温 度変化の大きい面と、その反対側に位置する面との双方の温度を温度センサにより 測定することができる。従って、各構成部位の温度変化度合をより緻密に検出するこ とができる。これと共に、温度変化の大きい面とその反対側に位置する面との間での 温度上昇度合の差、つまり熱膨張差による反り等の変位をも推定することができる。 従って、各構成部位の各軸方向に関する熱的な変位量を、反りを含めて十分な確か さで推定することが可能となる。
[0016] そして、各構成部位に関して求められた反りを含んだ変位量から、加工点における 全体としての各軸方向の変位量に換算されて、その変位量を打消すように各軸の移 動量を補正することができる。この結果、本発明によれば、熱的な変位量の推定を的 確に行うことができ、補正によって加工精度を十分に高めることができる。
[0017] 本発明においては、各温度センサにより同一時刻に測定された初期の温度を基準 温度として記憶し、任意の時点における前記各温度センサの測定温度を前記基準 温度と比較して各測定箇所における温度変化を求め、その温度変化に基づいて各 構成部位の熱的な変位量を求めることができる。各温度センサにより同一時刻に測 定された初期の温度を基準温度として、任意の時点での温度変化に基づいて前記 各構成部位の熱的な変位量を求めるようにしているので、仮に温度センサの温度測 定値に誤差があつたとしてもその誤差が蓄積されることはなぐヒステリシスが残ること もない。
[0018] このとき、上記基準温度を、加工開始前の工作機械本体に対する治具等のセッティ ング完了時に測定された値とすることができる。これにより、未だ温度変化による熱膨 張、熱収縮や、雰囲気温度の影響のない状態で、適切な基準温度をとることができる ことが確認されている。
[0019] 本発明の工作機械においては、工作機械本体を構成する各構成部位として、ベー ス、このベース上に設けられワークを支持するテーブル、前記ベース上に前記テープ ルの後部に位置して設けられたコラム、このコラムに設けられ工具を備える主軸ヘッド 、が含まれるものとすることができる。各構成部位における熱的な変位量の推定を行 レ、、補正によって加工精度を十分に高めることができる。
[0020] そのうち、熱的な変位が、加工点における特に前後方向に関するずれとなって影響 する対象としては、主として、ベースの前後方向の伸び、ベースの前後方向に関する 反り、コラムの上下方向に関する反り、主軸ヘッドの上下方向に関する反り、コラム、 主軸ヘッド及びテーブルの前後方向の伸びである。
[0021] 従って、変位量検出手段により、ベースに関して、前後方向の伸びに加えて、前後 方向に関する反りによる傾き変位量を考慮して変位量を求めることができる。また、変 位量検出手段により、コラムに関して、前後方向の伸びに加えて、上下方向に関する 反りによる傾き変位量を考慮して変位量を求めることができる。さらには、変位量検出 手段により、主軸ヘッドに関して、前後方向の伸びに加えて、上下方向に関する反り による傾き変位量を考慮して変位量を求めることができる。変位量検出手段により、 テーブルに関して、前後方向の伸びによる変位量を求めることができる。加工点にお ける前後方向に関する変位を補正することができ、前後方向に関する高い加工精度 を得ること力できる。
発明の効果
[0022] 本発明の工作機械及び工作機械の変位補正方法は、加工点における熱的な変位 量を推定し、その変位を打消すように各軸の移動量を補正するようにしたものにあつ て、工作機械本体の複数箇所に温度センサを設け、それら温度センサの測定に基づ いて、各構成部位の熱的な変位量を、温度変化の大きい面とその反対側に位置する 面の温度変化による反りを考慮して求め、各構成部位の熱的な変位量を、加工点に おける各軸方向の変位量に換算し、その換算に応じて各軸に関する相対移動量を 補正する構成としたので、熱的な変位量の推定を的確に行うことができ、補正によつ て加工精度を十分に高めることができる。
図面の簡単な説明
[0023] [図 1]図 1は本発明の第 1の実施形態を示すもので、一部を破断した工作機械の本体 の構成を概略的に示す斜視図である。
[図 2]図 2は工作機械の電気的構成を概略的に示すブロック図である。
[図 3]図 3は制御装置が実行する熱変位の補正を含んだカ卩工作業の処理手順を示 すフローチャートである。
[図 4A]図 4Aはベースの Y軸方向の伸びの様子を誇大的に示す側面図である。
[図 4B]図 4Bはベースの反り変形の様子を誇大的に示す側面図である。 園 4C]図 4Cはコラムの反り変形の様子を誇大的に示す側面図である。
園 4D]図 4Dは主軸ヘッドの反り変形の様子を誇大的に示す側面図である。
[図 4E]図 4Eはコラム、主軸ヘッド、テーブルの Y軸方向の伸びの様子を誇大的に示 す側面図である。
園 5]図 5は各構成部位の Y軸方向の熱膨張、収縮による変位、及び反りによる変位 の有無、並びに、その変位の方向を示す図である。
園 6]図 6は変位量の推定に用いられる工作機械本体の各部の寸法を示す側面図で ある。
園 7]図 7は工作機械本体の各部の反りによる傾き角度を示す側面図である。
園 8A]図 8Aは第 1の試験における各部の温度変化の様子を時間経過と共に示す図
(その 1)である。
園 8B]図 8Bは第 1の試験における各部の温度変化の様子を時間経過と共に示す図 (その 2)である。
園 9]図 9は各構成部位の変位量の実測値を示す図である。
園 10]図 10は測定用センサによる測定位置を示す側面図である。
園 11]図 11はベース前端面における上面側の変位量の実測値と計算値とを示す図 である。
園 12A]図 12Aは主軸の上部における変位量の実測値と計算値とを示す図である。 園 12B]図 12Bは主軸の下部における変位量の実測値と計算値とを示す図である。 園 13]図 13は第 2の試験における時間経過に伴う室温、切削水の水温、機内の温度 の変化の様子を示す図である。
園 14A]図 14Aは主軸の上部における Y軸方向の変位量の実測値と、（1)式に基づ く補正を実行した場合のずれ量とを示す図である。
園 14B]図 14Bは主軸の下部における Y軸方向の変位量の実測値と、 (1)式に基づ く補正を実行した場合のずれ量とを示す図である。
園 15A]図 15Aは主軸の上部における Y軸方向の変位量の実測値と、（2)式に基づ く補正を実行した場合のずれ量とを示す図である。
園 15B]図 15Bは主軸の下部における Y軸方向の変位量の実測値と、（2)式に基づ く補正を実行した場合のずれ量とを示す図である。
[図 16]図 16は第 3の試験における図 13相当図である。
[図 17A]図 17Aは第 3の試験における図 14A相当図である。
[図 17B]図 17Bは第 3の試験における図 14B相当図である。
[図 18A]図 18Aは第 3の試験における図 15A相当図である。
[図 18B]図 18Bは第 3の試験における図 15B相当図である。
[図 19]図 19は本発明の第 2の実施形態を示す図 6相当図である。
[図 20]図 20は従来例を示すもので、工作機械本体の構成を概略的に示す側面図で ある。
符号の説明
[0024] 11 , 41は工作機械本体、 12はベース、 13はテーブル、 14はコラム、 15, 43は主 軸ヘッド、 16は XY移動機構、 20, 42は主軸、 22は工具、 25は制御装置（変位量検 出手段，換算手段，補正手段）、 26は記憶装置 (基準温度記憶手段）、 27は操作パ ネル、 28〜36は温度センサ、 Wはワーク、 Pは加工点である。
発明を実施するための最良の形態
[0025] 本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。
図 1ないし図 18Bは本発明の第 1の実施形態を示すものである。本実施形態に係る 工作機械は、工作機械本体（マシニングセンタ） 11と、後述する制御装置 25 (図 2参 照）とを備えて構成される。まず、図 1は、工作機械の本体 11の外観構成を概略的に 示している。尚、この実施形態では、本体 11の左右方向を X軸方向、前後方向を Y 軸方向、上下方向を Z軸方向としている。各軸の制御は、装置固有の三次元 (XYZ) 座標系に基づレ、て行われるようになってレ、る。
[0026] 工作機械の本体 11は、図 4A〜図 4E,図 6にも示すように、構成部位としての、ベ ース 12、テーブル 13、コラム 14、主軸ヘッド 15を備えている。前記ベース 12は、例 えば工場の床部に設置される。テーブル 13は、ベース 12上の前側に設けられワーク W (図 4A等参照）を支持する。コラム 14は、前記ベース 12上の後側に位置して周知 の XY移動機構 16を介して上方に延びて設けられる。主軸ヘッド 15は、コラム 14の 前面側に設けられている。 XY移動機構 16は、共にサーボモータからなる X軸モータ 17及び Y軸モータ 18 (図 2にのみ図示）を備えている。これにより、前記コラム 14は、 ベース 12に対し、左右 (X軸)及び前後（Υ軸)方向に自在に移動されるようになって いる。
[0027] 前記主軸ヘッド 15は、前記コラム 14に上下動可能に設けられている。コラム 14内 には、主軸ヘッド 15を上下 (Ζ軸）方向に自在に移動させるための上下移動機構が 設けられている。この上下移動機構は、サーボモータ力もなる Ζ軸モータ 19 (図 2にの み図示）及び周知のボールネジ機構（図示せず)等から構成されている。そして、主 軸ヘッド 15には、下向きの主軸 20が設けられている。これと共に、その主軸 20を回 転させるための、サーボモータからなる主軸モータ 21 (図 2にのみ図示）が設けられ ている。前記主軸 20の先端（下端）には、ドリルやタップなどの工具 22が交換可能に 取付けられている。図示は省略している力 コラム 14にはその工具 22を自動で交換 する工具交換装置も設けられてレ、る。
[0028] 前記ベース 12は、例えば铸鉄 (铸物)製とされており、その左右方向中間部の上面 は、後方に向力うに従い下降傾斜する形態とされている。また、前記テーブル 13上 には、前記ワーク Wを支持するための治具（図示せず）がセットされるようになってい る。加工時においては、ワーク Wは、テーブル 13上の後部側に配置されるようになつ ている。さらに、これも図示はしなレ、が、この工作機械の本体 11はスプラッシュカバー により囲まれるようになってレ、る。
[0029] また、詳しく図示はしなレ、が、この本体 11には、工具 22 (加工点 Ρ)部分の冷却を図 ると共に、加工時に発生する切削屑を洗い流すために、切削水循環機構が設けられ る。この切削水循環機構は、切削水が収容されるタンク及び切削水循環ポンプ 24 ( 図 2にのみ図示）、配管やバルブ等を有している。切削水循環機構は、タンクから汲 み出した切削水を、例えば切削加工箇所に向けて吐出し、切削水をベース 12の上 面部分を流してタンクに戻し、そのタンク部分にて切削屑を捕獲するといつた循環を 行うように構成されている。
[0030] そして、上記工作機械の本体 11には、図 2に示すように、該本体 11を制御するた めの制御装置（NC装置） 25が添設されている。制御装置 25を、本体 11に一体的に 設けても良レ、。この制御装置 25は、マイクロコンピュータを主体として構成され、記憶 装置 26を備えている。この記憶装置 26には、後述する熱的変位補正のプログラムを 含む全体の制御用のプログラムが記憶されている。さらには、記憶装置 26には、カロ ェデータ（NCプログラム）、後述する基準温度のデータを含む各種のデータ等が記 憶されるようになっている。
[0031] この制御装置 25は、図示しない駆動回路（サーボアンプ）を介して、前記 X軸モー タ 17、 Y軸モータ 18、 Z軸モータ 19、及び主軸モータ 21を制御する。これと共に、ェ 具交換装置や切削水循環機構 (切削水循環ポンプ 24)も制御するようになっている。 また、この制御回路 25には、操作パネル 27からの操作信号が入力される。
[0032] これにて、制御装置 25は、予め入力された加工データ（NCプログラム）に基づいて 、主軸 20に必要な工具 22を取付ける。そして、テーブル 13上に支持されたワーク W に対し、 XY移動機構 16によりコラム 14を水平方向（X軸及び Y軸方向）に自在に位 置決めする。これと共に、主軸ヘッド 15を Z軸方向に上下動させながら、工具 22 (主 軸 20)を回転させてワーク Wの所定位置 (加工点 P)に作用させる。これにより、ワーク Wに対する穴あけ、切削等の加工作業を自動で実行する。また、このとき、制御装置 25は、切削水循環機構 (切削水循環ポンプ 24)を制御し、工具 22 (加工点 P)部分 の冷却を図ると共に、加工時に発生する切削屑をテーブル 13更にはベース 12の上 面から洗レ、流すようになってレ、る。
[0033] さて、前記制御装置 25は、そのソフトウェア的構成（熱的変位補正のプログラムの 実行）により、上記加工作業を行うにあたって、本体 11の各構成部位の熱膨張など の熱的変位に起因する加工点 Pにおける変位量 (本来の加工点からのずれ量)を推 定する。そして、その変位を打消すように、各軸 (X軸モータ 17、 Y軸モータ 18、 Z軸 モータ 19)の移動量 (X軸モータ 17、 Y軸モータ 18、 Z軸モータ 19の目標位置）を補 正するようになっている。これにて、本実施形態に係る熱的変位補正方法が実行され るようになっている。
[0034] この熱的変位補正のために、本実施形態では、本体 11を構成する各構成部位に 関して、夫々温度変化度合の相違する複数の温度測定箇所に位置して、温度セン サ 28〜36が設けられる。これら温度センサ 28〜36からの温度測定信号は、前記制 御装置 25に入力されるようになっている。このとき、各温度センサ 28〜36は、各構成 部位この場合ベース 12、コラム 14、主軸ヘッド 15に関しては、温度変化の大きい面 と、その反対側に位置する温度変化の比較的小さい面との双方に設けられるようにな つている。
[0035] 具体的には、図 1に示すように、前記ベース 12には、該ベース 12の前側（テーブル 13側）の上面の温度 (TB-UF)を測定する温度センサ 28、前側の底面の温度 (TB-B F)を測定する温度センサ 29、後側（コラム 14側）の上面の温度 (TB-UR)を測定する 温度センサ 30、後側の底面の温度 (TB-BR)を測定する温度センサ 31が設けられて いる。この場合、ベース 12の上面側が温度変化の大きい面となっている。
[0036] 前記コラム 14には、該コラム 14の前面側の温度 (TC-F )を測定する温度センサ 32 、及び、後面側の温度 (TC-B )を測定する温度センサ 33が設けられている。この場 合、コラム 14の前面側が温度変化の大きい面となっている。また、前記主軸ヘッド 15 には、該主軸ヘッド 15の上面側の温度 (TSP-U)を測定する温度センサ 34、及び、 下面側の温度 (TSP-D)を測定する温度センサ 35が設けられている。この場合、主軸 ヘッド 15の上面側が温度変化の大きい面となっている。さらに、前記テーブル 13に は、該テーブル 13の温度 (TT )を測定する温度センサ 36が設けられている。
[0037] 詳しくは後の作用説明でも述べるように、前記制御装置 25は、前記各温度センサ 2 8〜36により同一時刻に測定された初期の温度を基準温度 (TO )として記憶装置 26 に記憶する。従って、記憶装置 26が基準温度記憶手段として機能する。このとき、本 実施形態では、加工作業開始前の工作機械本体 11に対する治具のセッティング完 了時に測定された値が基準温度 (TO )とされる。
[0038] そして、制御装置 25は、任意の時点 (加工データ（NCプログラム）中に補正指令信 号があった時点）における前記各温度センサ 28〜36の現在の測定温度 (T)を取込 む。取込んだ各測定温度 (T)を前記各基準温度 (TO )と比較して各温度測定箇所 における温度変化（Δ Τ)を求める。そして、その温度変化（Δ Τ)に基づいて前記各 構成部位（ベース 12、テーブル 13、コラム 14、主軸ヘッド 15)の熱的な変位量を求 めて力卩ェ点 Pにおける各軸方向の変位量に換算する。その換算された変位量に応じ て各軸の移動量（主軸 20の位置）を補正する。従って、制御装置 25が、温度差検出 手段、変位量検出手段、換算手段、補正手段として機能する。 [0039] またこのとき、本実施形態では、制御装置 25は、各構成部位の熱的な変位量を求 める (推定する）にあたり、各構成部位の熱的な変位量を、各構成部位の熱膨張'熱 収縮と、温度上昇度合の相違に起因する反りとの双方を考慮して求める。具体的に は、ベース 12の前後方向の伸びによる変位量、ベース 12の前後方向に関する反り による傾き変位量、コラム 14の上下方向に関する反りによる傾き変位量、主軸ヘッド 15の上下方向に関する反りによる傾き変位量、コラム 14、主軸ヘッド 15及びテープ ノレ 13の前後方向の伸びによる変位量、を夫々求める。それらの総和から加工点 P おける各軸方向、特に Y軸方向の加工点 P (主軸 20)の熱的な変位量を推定するよう になっている。
[0040] 次に、上記構成の作用について、図 3ないし図 6も参照して述べる。上記した工作 機械の本体 11においては、加工作業を行うに伴レ、、各モータ 17、 18、 19、 21の発 熱、駆動機構部分の摩擦熱、工具 22とワーク Wとの間の摩擦による発熱といった様 々な発熱環境により、各構成部位の熱膨張が生ずる。これと共に、切削水がかなり高 温となる事情があり、切削水が流れるベース 12の上面部分の温度上昇による熱膨張 も大きくなる。このような各構成部位の熱的な変位が、加工点 Pにおける加工誤差を 発生させることになる。それを防止するため、制御装置 25は、加工点 Pにおける熱的 な変位量を、後述する計算式により推定し、その変位を打消すように各軸の移動量（ 主軸 20の位置）を補正する。
[0041] この場合、熱的な変位は、 X軸、 Y軸、 Z軸の 3軸方向に生ずる力 そのうち X軸方 向の熱的変位については、各部の熱膨張等が加工点 Pに対し左右対称的に生ずる ため、加工点 Pでは加工精度上ほとんど影響がない。また、 Z軸方向の熱的変位に 関しては、主軸ヘッド 15を上下動させるためのボールネジ機構の摩擦熱によるボー ルネジ軸の熱膨張、収縮が最も大きくなる。このボールネジの熱膨張、収縮に起因す る Z軸方向の熱変位を補正する熱変位補正方法については、本出願人の先の出願（ 例えば日本国特開 2000— 135653号公報など）にて周知であるため、ここでは、詳 しい説明を省略する。
[0042] そこで、本実施形態では、各構成部位の熱的な変位が最も問題となる Y軸方向の 熱的な変位について述べる。図 4A〜図 4Eは、上記工作機械本体 11の各構成部位 の熱的な変位の様子を誇大的に示すものである。尚、図 4B,図 4C,図 4D中、丸の 中に「高」の文字は、温度変化の大きい面を示し、丸の中に「低」の文字は、それとは 反対側の温度変化の比較的小さい面を示している。また、図 5は、各構成部位の Y軸 方向の熱膨張、収縮による変位、及び反りによる変位の有無、並びに、その変位の 方向を一覧で示したものである。尚、この図 5では、主軸 20とテーブル 13との間隔が 広がる方向（主軸 20については後方側、テーブル 13については前方側）をプラス（ + )方向としており、以下の説明でもその方向を採用している。
[0043] 図 4Aは、ベース 12の熱膨張による Y軸方向の伸びの様子を示している。この膨張 変位は、ベース 12の前後方向中心 Obに対して、前側（テーブル 13側）と後側（コラ ム 14側）との双方が互いに前後に離れる方向に生ずる。図 4Bは、ベース 12の反り変 形の様子を示している。この場合、温度変化の大きいベース 12の上面側の方力 底 面側に比べて熱膨張がより大きくなるため、ベース 12の上面側において中央側が上 方に膨らむ（ひいてはテーブル 13及び主軸 20が傾く）ような反り変形が生ずる。
[0044] 図 4Cは、コラム 14の反り変形の様子を示している。この場合、温度変化の大きいコ ラム 14の前面側の方が、後面側に比べて熱膨張がより大きくなるため、コラム 14の上 部側が後方に傾く（ひいては主軸 20が傾く）ような反り変形が生ずる。図 4Dは、主軸 ヘッド 15の反り変形の様子を示している。この場合、温度変化の大きい主軸ヘッド 15 の上面側の方が、下面側に比べて熱膨張がより大きくなるため、主軸ヘッド 15の上 面側において中央側が上方に膨らむ（主軸 20が傾く）ような反り変形が生ずる。
[0045] 図 4Eは、コラム 14及び主軸ヘッド 15、並びにテーブル 13の熱膨張による Y軸方向 の伸びの様子を示している。コラム 14及び主軸ヘッド 15の膨張変位は、主軸 20が前 方に変位するように生じ、テーブル 13の後端側（ワーク Wの配置側）が後方に変位す るように生ずる。尚、テーブル 13の反りによる変位はきわめて小さぐ無視できる程度 である。
[0046] 加工点 P (主軸 20)における Y軸方向に関する熱的な変位量 δは、上記各構成部 位の Υ軸方向の変位量の総和となり、次の式により求めることができる。
変位量 δ =∑ (各部位の伸び +そりによる傾き変位）
= (ベース 12のテーブル 13側膨張変位 +ベース 12のコラム 14側膨張変位） + (ベース 12のテーブル 13側傾き Y軸換算変位 +ベース 12のコラム 14側側傾き Y 軸換算変位）
+ (コラム 14の傾き Υ軸換算変位）
+ (主軸ヘッド 15の傾き Υ軸換算変位）
—(コラム 14の膨張変位 +主軸ヘッド 15の膨張変位 +テーブル 13の膨張変位） 従って、上記式の各項を夫々求める (推定する）ことによって、変位量 δを算出する こと力 Sできる。各項については、各温度測定箇所における基準温度からの温度変化 、線膨張係数や各部の寸法等の定数 (一部可変）、予め実験等により求められるパラ メータ（補正係数）を用いることにより算出することが可能となる。
[0047] この場合、膨張変位については、各温度測定箇所における測定温度 (Τ)とその箇 所の基準温度 (TO )との差 ΔΤと、線膨張係数 λとから求めることが可能となる。また 、傾きの Υ軸方向換算変位については、傾き角度 Θの正弦から求めることが可能とな り、その傾きは、温度変化の大きい側および小さい側の膨張変位の差から求めること ができる。具体的な計算例について、図 6及び図 7も参照して以下述べる。
[0048] ここで、図 6は、この計算に用いられる工作機械本体 11の各部の寸法を示している 。ベース 12の Υ軸方向全長を L、ベース 12の Y軸方向中心 Ob力 テーブル 13の Y 軸方向中心 Otまでの長さを S-table、ベース 12の Y軸方向中心 Ob力 らコラム 14の Y軸方向中心〇cまでの長さを S-columnとしてレヽる。ベース 12の前端部の高さ寸法 を H-base-F、後端部の高さ寸法を H_base_Rとしてレヽる。テーブル 13の高さを H_ta ble、ワーク Wの高さ（テーブル 13上面から加工点 Pまでの高さ）を H-work (変動する 値）としている。
[0049] コラム 14 (XY移動機構 16を含む）のテーブル 13上面までの高さを H-column3、テ 一ブル 13上面からコラム 14の本体部の下端部までの高さを H_column2、コラム 14の 本体部の高さを H_columnl、主軸ヘッド 15の現在の Z軸の位置を Z-center (変動す る値）、コラム 14の Y軸方向中心 Oc力、らコラム 14の前面までの長さを L-columnとし ている。コラム 14の前面から主軸 20の中心 Osまでの長さを L-SP、主軸 20の中心〇 sからテープノレ 13の中心 Otまでの長さを L-tableとしている。
[0050] 主軸ヘッド 15の基部の高さを H-SP-1、主軸ヘッド 15の下面部力 Z軸の位置まで の高さを H-SP-2、工具 22の高さを H- toolとしてレヽる。このとき、 H-work + H_tool + H-SP-2 = Z-center + H_column2の関係があり、 H-work及び Z-centerが可変 の値であってその他は固定された値となる。現在の Z-centerの値と H-toolの値とか ら H-workの値を求めることができる。
[0051] また、図 7は、この計算に用いられる工作機械本体 11の各部の反りによる傾き角度 を示している。ここでは、ベース 12の Y軸方向中心〇b線を基準線とし、ベース 12の 前端面の傾き角度を Θ -base-F、ベース 12の後端面の傾き角度を Θ -base-Rとして いる。また、テーブル 13の中心 Otでの傾き角度を Θ -table,コラム 14の中心〇cで のィ頃き角度を Θ -columnとしている。
[0052] さて、計算例について以下順に説明する。尚、以下の説明では、各温度センサ 28 〜36により測定されて記憶される基準温度を、夫々、 TB-UF-0、 TB-BF-0、 TB-UR -0、 TB-BR-0, TC-F-0、 TC- B- 0、 TSP-U- 0、 TSP- D- 0、 TT- 0で表す。つまり、 各温度センサ 28〜36の測定温度 (Tプラス添字）の後にさらに添字「-0」を付したも のとする。
[0053] (a)ベース 12の伸びによる変位量
ベース 12のテーブル 13側膨張変位による伸び [ δ bl-table]は、
[ δ bl-table] = λ Χ A TBF X (S-table)
となる。但し、 A TBF= (TB-BF) - (TB-BF-0)である。
[0054] 同様に、ベース 12のコラム 14側膨張変位による伸び [ δ bl-column ]は、
[ δ bl-column ] = λ X A TBR X (S-column )
となる。但し、 A TBR= (TB-BR) - (TB-BR-0)である。
ベース 12の伸びによる変位量は、それらの和であるから、 [ δ bl-table] + [ δ bl_c olumn ]となる。
[0055] (b)ベース 12の反りによる傾き変位量
まず、ベース 12のテーブル 13側の傾きによる加工点 Pでの変位量 [ δ b2-table]を 次のようにして求める。
[0056] (b _ l)ベース 12の前端部の傾き [ Θ _base_F ]は次の式で求められる。
[数 1] [θ-base-F] = s i n—1 (λχ (ATUF-ATBF) x (L/2) / (H-base-F) )
[0057] (b_2)テーブル 13の中心〇tでの傾き [ Θ -table]は、比例配分により次のようにな る。
[数 2]
[0 - table] = [i9-base-F] x (S-table) / (L/2)
[0058] (b_3)テーブル 13の中心〇tと加工点 Pとの間で変位量の相違は極く僅力、 (誤差 程度）であるため、 [ δ b2_table]は次のように近似できる。
[数 3]
[db 2-table] = s i n [S- table] x ( (H-table) + (H-work) )
[0059] 同様に、ベース 12のコラム 14側の傾きによる加工点 Pでの変位量 [ δ b2-column ] を次のようにして求める。
[0060] (b— 4)ベース 12の後端部の傾き [ Θ -base-R ]は次の式で求められる。
[数 4]
[θ-base-S] =s i n— 1 (λχ (Δ TUE— Δ TBR) x (L/2) / (H-base-E) )
[0061] (b— 5)コラム 14の中心〇cでの傾き [ Θ -column ]は、比例配分により次のようにな る。
[数 5]
[0- col n] = [θ-base- ] x (S-column) / (L/2 ) [0062] (b_6)加工点 Pでの変位量 [ δ b2-column ]は次のように近似できる。 [数 6]
16b 2-column] = s i n [θ-column] x ( (H-column3) + (H-work) )
[0063] ベース 12の反りによる傾き変位量は、 [ δ b2-table] + [ δ b2- column ]で求めるこ とができる。
[0064] (c)コラム 14の反りによる傾き変位量 [ δ c]
コラム 14の前端面での傾き [ Θ -column-U ]は、次の式で求めることができる。
[数 7]
[Θ -column-U] =s i n"1 (人 x (厶 TC-F 厶 TC-H) ) x ( (H- cohmnl) / ( (L-column) x 2) )
[0065] 主軸ヘッド 15中心での傾き [ Θ -sp ]は、 Z軸高さに応じて次のようになる。
[数 8]
[θ-sp] = [θ-column-U] x (Z-center) / (H-columnl)
[0066] これらから、コラム 14の反りによる加工点 Pでの変位量 [ δ c]は、次のように求めるこ とができる。
[数 9]
[<5 c] = s i η [θ-sp] x (L-SP)
[0067] (d)主軸ヘッド 15の反りによる傾き変位量 [ δ sp]
主軸 20の中心〇sの傾き [ Θ -SP-U ]は、次の式で求めることができる。
[数 10]
[Θ-SP-U] = s i n -1 (λχ (AT-SP-U-ATSP-D) x (L-SP) / (H-SP2) )
[0068] 従って、主軸ヘッド 15の反りによる加工点 Pでの変位量 [ δ sp]は、次のように求め ること力 Sできる。
[数 11]
[5SP] =s in [Θ-SP-U] x ( (H-SP-2) + (H-tool) )
[0069] (e)コラム 14，主軸ヘッド 15，テーブル 13の伸びによる変位量
コラム 14,主軸ヘッド 15,テーブル 13の伸びによる加工点 Pでの変位量 [S -other] は、次の式で求めることができる。
[ δ -other] = λ X [ (ATSP) X (L-SP ) + (ATC-F ) X (L-column)
+ (ΔΤΤ ) X (L-table) ]
[0070] 上記（a)〜（e)から、加工点 Pにおける全体としての Y軸方向変位量 δは、
変位量 5 =[ 5 b l-table] + [ δ bl- column ] + [ 5 b2_table]
+ [ 5 b2-column ] + [ δ c] + [ 5 sp] - [ 5 -other]
•• (1)
となる。
[0071] 但し、上記はいわば理論値であるため、機械の構造によって若干の補正を加えるこ とがより望ましい。即ち、次のように各項に補正係数 (パラメータ）を掛合わせることが 有効である。
変位量 δ =ひ 1 X [ δ b l-table] + /31 X [ δ b2-table] +
ひ 2 X [ δ bl -column ]+ j32X [ δ b2_column ] +
γ X ([ δ c] + [ δ sp] - [ δ -other]) · · (2)
尚、この際のパラメータひ 1、 /31、 ひ 2、 j32、 γの決定については、数理工学でい う周知の線形計画法を利用することにより、比較的簡単に最適化することができる。
[0072] さて、図 3のフローチャートは、制御装置 25が実行する、上記熱変位の補正を含ん だ加工作業の処理手順を示している。即ち、まず、ステップ S1では、例えばオペレー タの操作パネル 27の操作に基づき、各温度センサ 28〜36により、同一時刻に各温 度測定箇所の初期の温度が測定される。このとき、例えば加工作業開始前の工作機 械本体 11に対する治具のセッティング完了時 (加工作業開始前）の初期状態の温度 が測定される。ステップ S2では、それら測定された温度が基準温度 TB-UF-0、 TB-B F— 0、 TB-UR-0, TB-BR-0, TC—F—0、 TC—B—O、 TSP_U_0、 TSP_D_0、 TT— 0として 記憶装置 26に記憶 (登録)される。
[0073] ステップ S3では、加工プログラムが起動される。次のステップ S4では、加工プロダラ ムのブロック毎の解釈が行われる。ここで、加工プログラムの適宜の位置に熱的変位 の補正指令が揷入されている。ステップ S5にて、補正指令信号の有無が判断される 。補正指令信号がない場合には (ステップ S5にて No)、ステップ S6にて、プログラム エンドコードかどうかが判断される。プログラムエンドコードでなレ、場合には (ステップ
S6にて No)、ステップ S7に進み、加工作業が実行される。 1ブロックの加工作業が行 われると、ステップ S4に戻って次のブロックの解釈が行われる、また、プログラム工ン ドコードである場合には (ステップ S6にて Yes)、処理を終了する。
[0074] そして、加工プログラムのブロック中に、補正指令信号があった場合には (ステップ S5にて Yes)、まず、ステップ S8にて、各温度センサ 28〜36により、各温度測定箇 所の現在の温度 TB_UF、 TB_BF、 TB_UR、 TB_BR、 TC-F、 TC-B、 TSP_U、 TSP_ D、 TT力 S測定される。次のステップ S9では、各温度測定箇所において、夫々測定温 度と記憶されている基準温度との温度差が算出される。
[0075] 次のステップ S 10では、現在の位置決め機械座標（Z-centerの値を含む）が読取 られる。ステップ S 11では、工具長（H-tool )のデータが読取られる。ステップ S 12で は、上記した計算式（（1)式又は（2)式）を用いて力卩ェ点 Pの変位量 δひいては補正 量が算出される。次いで、ステップ S 13にて、その変位量 δを打消すように各軸方向 の位置がシフトされ、以て、熱的な変位の補正が行われる。尚、このとき、 Υ軸方向の 補正が上記のように行われるのである力 S、これと共に、主としてボールネジの熱膨張、 収縮に起因する Z軸方向の熱変位の補正が併せて行われる。そして、ステップ S7に て加工作業が実行される。
[0076] このように本実施形態によれば、次のような効果を奏する。即ち、本実施形態では、 工作機械本体 11の各構成部位について複数個の温度センサ 28〜36により温度を 測定するようにしている。し力も、ベース 12、コラム 14、主軸ヘッド 15に関しては、温 度変化度合の相違する複数箇所 (温度変化の大きい面と、その反対側に位置する面 との双方）に温度センサ 28〜35を設けるようにした。これにより、各構成部位の温度 変化度合をより緻密に検出することができ、各構成部位の各軸方向特に Y軸方向に 関する熱的な変位量を、十分な確力さで推定 (計算)することが可能となった。
[0077] このとき、各構成部位の熱的な変位量を、各構成部位の熱膨張'熱収縮と、温度上 昇度合の相違に起因する反りとの双方を考慮して求めるようにしている。従って、熱 膨張 '熱収縮による変位及び反りによる変位の双方を対象とすることにより、熱的な変 位量の推定をより的確に行うことができ、補正によって加工精度を十分に高めること ができる。
[0078] そして、本実施形態においては、各温度センサ 28〜36により同一時刻に測定され た初期の温度を基準温度として、任意の時点での温度変化に基づいて前記各構成 部位の熱的な変位量を求めるようにしている。従って、仮に温度センサ 28〜36の温 度測定値に多少の誤差があつたとしてもその誤差が蓄積されることはなぐヒステリシ スが残るといったこともない。
[0079] ちなみに、本発明者は、本実施形態の効果を確認するために、いくつかの試験を 行った。その試験結果について、図 8Α〜図 18Bを参照して述べる。即ち、図 8Α〜 図 12Bは第 1の試験における結果を示している。図 8Α,図 8Βは、ベース 12上面に 切削水を流しながら、その切削水をヒータにより加熱してその温度を次第に上昇させ 、 5時間後に切削水を停止して放置冷却した際の、各部の温度変化の様子を時間経 過と共に示したものである（便宜上、 2つの図に分けている）。そして、図 9は、その際 の、各構成部位の変位量 (Υ軸方向）の実測値を示している。
[0080] 尚、この変位量の測定には、例えば渦電流型近接センサが用いられる。図 10は、 図 9の試験における測定用センサによる測定位置を示している。図中の丸数字は、 図 9の丸数字と対応している。測定用センサは、床面上に設置されて、ベース 12の 前側の上下部の距離の変化をそれぞれ測定する。また、テーブル 13上に設置され て、主軸 20の前側の上下部の距離の変化をそれぞれ測定するように設けられている 。図 9における変位量は、測定用センサからの距離が大きくなる（離れる）方向が「十」 、小さくなる（近づく）方向が「-」となっている。
[0081] 図 11は、その際の時間経過に伴うベース 12前端面における上面側の変位量 (傾き )の実測値と、理論値 (上記した計算式により求められる値）とを示している。実際の 変位量と、計算により求められた値とがほぼ一致していることが理解できる。更に、図
12A,図 12Bは、夫々主軸 20の上部及び下部における、変位量 (傾き）の実測値と、 理論値（上記した計算式により求められる値）とを示している。また、この図 12A,図 1 2Bでは、実測値と理論値との誤差も併せて示している。これらから、変位量の実測値 と、計算により求められた理論値 (推定値）とが極めて近似し、それらの間の誤差が 0 に近い値となっていることが理解できる。
[0082] 図 13〜図 15Bは、第 2の試験における結果を示している。この試験は、ベース 12 上面に切削水を流しながら、その切削水をヒータにより加熱してその温度を次第に上 昇させ、 5時間後に切削水を停止して放置冷却するようにしている。これと共に、工作 機械が設置されている室の室温を、 5時間で 5度上昇させてその後初めに戻すといつ た操作を加えたものである。図 13は、その際の、時間経過に伴う、室温、切削水の水 温、機内（スプラッシュカバー内）の温度の変化の様子を示している。
[0083] そして、図 14A及び図 14Bは、夫々、その際の主軸 20の上部及び下部における、 Y軸方向の変位量の実測値と、上記（1)式により算出された Y軸方向の変位量にて 主軸 20の位置の補正を実行した場合のずれ量とを示している。補正を行うことによつ て、 Y軸方向の変位をほぼ正確に打消すことができることが理解できる。更に、図 15 A及び図 15Bは、夫々、その際の主軸 20の上部及び下部における、 Y軸方向の変 位量の実測値と、上記（2)式により算出された Y軸方向の変位量にて主軸 20の位置 の補正を実行した場合の Y軸方向のずれ量とを示している。より一層正確な補正が 行われることが理解できる。
[0084] 図 16〜図 18Bは、第 3の試験における結果を示している。この試験は、ベース 12 上面に切削水を流しながら、その切削水をヒータにより加熱してその温度を次第に上 昇させ、 5時間後に切削水を停止して放置冷却する。これと共に、工作機械が設置さ れている室の室温を、プラスマイナス 2度の範囲で上下動させるといった操作を加え たものである。図 16は、その際の、時間経過に伴う、室温、切削水の水温、機内（ス プラッシュカバー内）の温度の変化の様子を示している。
[0085] そして、上記第 2の試験と同様に、図 17A及び図 17Bは、夫々、その際の主軸 20 の上部及び下部における、 Y軸方向の変位量の実測値と、上記（1)式に基づいて主 軸 20の位置の補正を実行した場合のずれ量とを示している。補正を行うことによって 、Y軸方向の変位量をほぼ正確に打消すことができることが理解できる。更に、図 18 Α及び図 18Bは、夫々、その際の主軸 20の上部及び下部における、 Y軸方向の変 位量の実測値と、上記（2)式に基づいて主軸 20の位置の補正を実行した場合のず れ量とを示している。より一層正確な補正が行われることが理解できる。
[0086] 図 19は、本発明の第 2の実施形態を示しており、以下、上記第 1の実施形態と異な る点についてのみ述べる。本実施形態に係る工作機械の本体 41は、いわゆる横型 のものであり、コラム 14の前面部には、水平方向前方に延びる主軸 42を有する主軸 ヘッド 43が設けられている。この工作機械では、本体 41の左右方向を X軸方向、前 後方向を Z軸方向、上下方向を Y軸方向としている。
[0087] 従って、上記第 1の実施形態の XY移動機構 16は、 XZ移動機構 16となる。また、コ ラム 14内には、主軸ヘッド 43を上下（Y軸）方向に自在に移動させるための、モータ 及びボールネジ機構からなる上下移動機構が設けられている。主軸ヘッド 43には、 主軸 42を回転させるための主軸モータ 21が設けられ、主軸 42の先端（前端）には、 ドリルやタップなどの工具 22が交換可能に取付けられている。この場合、テーブル 1 3上に支持されたワーク Wの後面側に対して力卩ェが行われるようになつている。
[0088] かかる工作機械本体 41においても、上記第 1の実施形態と同様の考え方で、熱的 な変位に対する補正が行われる。この場合、計算式が上記第 1の実施形態とは異な つてくる。ここでは、主軸ヘッド 43の現在の Y軸の位置（コラム 14の本体の底面から の上下方向高さ）を Y-center (現在位置によって変動する値）としている。コラム 14の 前面から主軸ヘッド 43の前面までの長さを L-SPとしている。さらに、テープノレ 13の Z 軸方向中心 Ot力も工具 22先端 (加工点 P)までの長さを L-work、テーブル 13の上 面から工具 22 (加工点 P)までの高さを H-work (共に現在位置によって変動する値） としている。
[0089] 本実施形態においては、加工点 Pにおける Z軸方向に関する熱的な変位量 δは、 各構成部位の Ζ軸方向の変位量の総和となるのである力 ここでは、主軸ヘッド 43の 反りによる Ζ軸方向の変位は、極めて小さく無視できる程度である。従って、変位量 δ は、次の式により求めることができる。 [0090] 変位量 δ = (ベース 12のテーブル 13側膨張変位 +コラム 14側膨張変位） + (ベー ス 12のテーブル 13側傾き Ζ軸換算変位 +コラム 14側側傾き Ζ軸換算変位）
+ (コラム 14の傾き Ζ軸換算変位）
—(コラム 14の膨張変位 +主軸ヘッド 43の膨張変位 +テーブル 13の膨張変位） 上記式の各項を求める具体的計算例は、次の通りである。
[0091] (a)ベース 12の伸びによる変位量
これは、上記第 1の実施形態と同様に求めることができ、ベース 12の伸びによる変 位量は、 [ δ bl -table] + [ δ bl -column ]となる。
[0092] (b)ベース 12の反りによる傾き変位量
これも、上記第 1の実施形態と同様に求めることができ、ベース 12の反りによる傾き 変位量は、 [ δ b2-table] + [ δ b2-column ]となる。
[0093] ( ）コラム 14の反りによる傾き変位量 [ δ c]
コラム 14の上端面での傾き [ Θ -column-U ]は、次の式で求めることができる。
[数 12]
[θ-cohmn-U] s i n_l (人 x (△ TC- F_ Δ TC- B) ) x ( (H-columnl) / ( (L-cohmn) x 2) ) 主軸 42中心位置での傾き [ Θ -sp ]は、 Y軸高さに応じて次のようになる。
[数 13]
[θ-sp] = [θ-cohran-U] x (Y-center) / (H-cohmnl)
[0094] これら力、ら、主軸 42中心位置での Z軸方向の変位量 [ δ c]は、次のように求めること ができる。
[数 14]
[d c ] ^ s i n L ^~s ] x (Y-center)
[0095] (e コラム 14,主軸ヘッド 43,テーブル 13の伸びによる Z軸変位量 コラム 14,主軸ヘッド 43,テーブル 13の Z軸方向の伸びによる変位量 [ δ -other]は 、次の式で求めることができる。
[ δ -other] = λ X [ ( A TSP) X (L— SP ) + ( A TC-F ) X (L-column) + ( Δ ΤΤ ) X (L-work ) ]
[0096] 以上から、主軸 42中心（加工点 P)における全体としての Z軸方向変位量 δは、 変位量 δ = [ δ bl -table] + [ δ b l-column ] + [ δ b2-table]
+ [ δ b2-column ] + [ δ c] _ [ δ -other] · · (3)
により求めることができる。この場合も、各項に補正係数 (パラメータ）を掛合わせるよ うにしても良い。
[0097] このような第 2の実施形態によっても、いわゆる横型の工作機械本体 41において、 加工点 Pにおける熱的な変位量を推定し、その変位を打消すように各軸の移動量を 補正するようにした。このとき、各構成部位の反りを含んだ熱的な変位量の推定を的 確に行うことができ、補正によって加工精度を十分に高めることができるという同様の 果を得ること力 Sできる。
[0098] 尚、上記した各実施形態においては、各構成部位の熱的な反り変形を、工作機械 本体の前後方向の変位の補正に反映させるようにしたが、これと併せて、上下方向の 変位の補正 (変位量の推定）に各構成部位の反りを考慮するようにしても良い。また、 上記した基準温度 (初期温度）を測定する時期についても、例えば工作機械の電源 オン時等の変更が可能である。
[0099] このとき、記憶される基準温度については、さほど頻繁に更新する必要はなレ、。例 えば季節の移り変りにより室温が大きく変動してきたような場合など、それまでの基準 温度をそのまま用いることは望ましくないケースがある。そこで、記憶装置 26に記憶（ 登録)される基準温度を新たに測定するか、前回に記憶されている基準温度をその まま使用するかを、ユーザが選択手段としての操作パネル 27を操作することにより選 択できるように構成しても良レ、。より適切な基準温度を採用することができるようになる
[0100] その他、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなぐ当業者であれば 、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記実施形態に種々の変更を付加して実施 することができ、本発明はそれらの変更形態をも包含するものである。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係る工作機械及び工作機械の変位補正方法は、加工点に おける熱的な変位量を推定し、その変位を打消すように各軸の移動量を補正する場 合に有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 加工データに基づいて、ワークに対し工具を相対的に移動させながら加工を行うェ 作機械において、
工作機械本体（11 , 41)の複数箇所に設けられ該部位の温度を測定する温度セン サ（28〜36)と、
これら温度センサ（28〜36)の測定に基づいて前記工作機械本体（11， 41)を構 成する各構成部位（12〜： 15)の熱的な変位量を求める変位量検出手段（25)と、 この変位量検出手段（25)の検出した各構成部位（12〜15)の熱的な変位量を、 加工点 (P)における各軸方向の変位量に換算する換算手段（25)と、
この換算手段（25)の換算に応じて各軸に関する相対移動量を補正する補正手段 (25)とを具備すると共に、
前記温度センサ（28〜36)は、前記各構成部位（12〜15)に関して、少なくとも、 温度変化の大きい面と、その反対側に位置する面との双方に設けられており、 前記変位量検出手段（25)は、前記各構成部位（12〜15)の熱膨張 *熱収縮に加 えて、前記温度変化の大きい面とその反対側に位置する面との温度上昇度合の相 違に起因する反りを考慮して変位量を求めるように構成されていることを特徴とする 工作機械。
[2] 請求の範囲第 1項記載の工作機械において、
前記各温度センサ（28〜36)により同一時刻に測定された初期の温度を基準温度 として記憶する基準温度記憶手段（26)と、
前記各温度センサ（28〜36)の測定温度を前記基準温度と比較して各測定箇所 における温度変化を求める温度差検出手段（25)とを備え、
前記変位量検出手段（25)は、前記温度差検出手段（25)の検出に基づいて前記 各構成部位の熱的な変位量を求めるように構成されていることを特徴とする工作機 板。
[3] 請求の範囲第 2項記載の工作機械において、
前記基準温度は、加工開始前の前記工作機械本体（11 , 41)に対する治具等の セッティング完了時に測定された値とされることを特徴とする工作機械。
[4] 請求の範囲第 1項乃至第 3項のいずれかに記載の工作機械において、
前記工作機械本体（11 , 41)を構成する各構成部位（12〜15)には、ベース（12) 、このベース（12)上に設けられ前記ワークを支持するテーブル（13)、前記ベース（1 2)上に前記テーブル（13)の後部に位置して設けられたコラム（14)、このコラム（14 )に設けられ前記工具（22)を備える主軸ヘッド（15, 43)、が含まれることを特徴とす る工作機械。
[5] 請求の範囲第 4項記載の工作機械において、
前記変位量検出手段（25)は、前記ベース（12)に関して、前後方向の伸びに加え て、前後方向に関する反りによる傾き変位量を考慮して変位量を求めることを特徴と する工作機械。
[6] 請求の範囲第 4項記載の工作機械において、
前記変位量検出手段（25)は、前記コラム（14)に関して、前後方向の伸びに加え て、上下方向に関する反りによる傾き変位量を考慮して変位量を求めることを特徴と する工作機械。
[7] 請求の範囲第 5項記載の工作機械において、
前記変位量検出手段（25)は、前記コラム（14)に関して、前後方向の伸びに加え て、上下方向に関する反りによる傾き変位量を考慮して変位量を求めることを特徴と する工作機械。
[8] 請求の範囲第 4項記載の工作機械において、
前記変位量検出手段（25)は、前記主軸ヘッド（15, 43)に関して、前後方向の伸 びに加えて、上下方向に関する反りによる傾き変位量を考慮して変位量を求めること を特徴とする工作機械。
[9] 請求の範囲第 5項乃至第 7項のいずれかに記載の工作機械において、
前記変位量検出手段（25)は、前記主軸ヘッド（15, 43)に関して、前後方向の伸 びに加えて、上下方向に関する反りによる傾き変位量を考慮して変位量を求めること を特徴とする工作機械。
[10] 請求の範囲第 4項記載の工作機械において、
前記変位量検出手段（25)は、前記テーブル（13)に関しては、前後方向の伸びに よる変位量を求めることを特徴とする工作機械。
[11] 請求の範囲第 9項記載の工作機械において、
前記変位量検出手段（25)は、前記テーブル（13)に関しては、前後方向の伸びに よる変位量を求めることを特徴とする工作機械。
[12] 請求の範囲第 5項乃至第 8項のいずれかに記載の工作機械において、
前記変位量検出手段（25)は、前記テーブル（13)に関しては、前後方向の伸びに よる変位量を求めることを特徴とする工作機械。
[13] 加工データに基づいて、ワークに対し工具を相対的に移動させながら加工を行うェ 作機械における、工作機械の各構成部位の温度変化に起因する熱的な変位を補正 するための方法であって、
前記各構成部位（12〜15)に関して、少なくとも、温度変化の大きい面と、その反 対側に位置する面との双方に該部位の温度を測定する温度センサ（28〜36)を夫 々設け、
これら温度センサ（28〜36)の測定に基づいて、前記各構成部位（12〜： 15)の熱 的な変位量を、各構成部位（12〜15)の熱膨張'熱収縮に加えて、前記温度変化の 大きい面とその反対側に位置する面との温度上昇度合の相違に起因する反りを考慮 して求め、その変位量を加工点（P)における各軸方向の変位量に換算し、
その換算された変位量に応じて各軸の移動量を補正することを特徴とする工作機 械の変位補正方法。
[14] 請求の範囲第 13項記載の工作機械の変位補正方法において、
前記各温度センサ（28〜36)により同一時刻に測定された初期の温度を基準温度 として記憶し、
任意の時点における前記各温度センサ（28〜36)の測定温度を前記基準温度と 比較して各測定箇所における温度変化を求め、
その温度変化に基づいて前記各構成部位（12〜15)の熱的な変位量を求めること を特徴とする工作機械の変位補正方法。
[15] 請求の範囲第 14項記載の工作機械の変位補正方法において、
前記基準温度は、加工開始前の工作機械本体（11 , 41)に対する治具等のセッテ イング完了時に測定され、記憶されることを特徴とする工作機械の変位補正方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101221425B (zh) * 2006-11-10 2011-09-14 东芝机械株式会社 五轴机床中用于斜向加工的位置保证系统
CN114502322A (zh) * 2019-10-03 2022-05-13 芝浦机械株式会社 机床

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5452973B2 (ja) * 2009-04-28 2014-03-26 富士機械製造株式会社 撮像装置及びその撮像装置を備える切削機械
JP5397095B2 (ja) * 2009-08-28 2014-01-22 ブラザー工業株式会社 数値制御式工作機械の熱変位補正方法及びその熱変位補正装置
JP2011140098A (ja) * 2010-01-08 2011-07-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 工作機械の機械変位補正システム
JP5418272B2 (ja) * 2010-02-15 2014-02-19 株式会社ジェイテクト 工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正装置
JP5816475B2 (ja) * 2010-08-02 2015-11-18 株式会社ミツトヨ 産業機械
JP5606838B2 (ja) * 2010-09-07 2014-10-15 株式会社ディスコ 切削ブレードを装着する回転スピンドルの取り付け状態確認治具および取り付け状態確認方法
CN102166722B (zh) * 2010-12-22 2013-03-20 西安交通大学苏州研究院 高速数控车床的温度和热变形综合监测系统及监测方法
JP5568005B2 (ja) * 2010-12-28 2014-08-06 オークマ株式会社 工作機械の熱変位補正装置及び方法
JP5674033B2 (ja) * 2011-03-28 2015-02-18 西部電機株式会社 ワイヤ放電加工機、ヘッド制御方法、及びそのプログラム
CN102794672A (zh) * 2011-05-27 2012-11-28 财团法人精密机械研究发展中心 综合加工机的进给轴热变位测量方法
KR101847210B1 (ko) 2011-07-15 2018-04-10 두산공작기계 주식회사 공작기계 구조물의 열변위 저감구조
JP5749596B2 (ja) * 2011-07-27 2015-07-15 シチズンホールディングス株式会社 工作機械用制御装置
JP5502912B2 (ja) * 2012-01-19 2014-05-28 ファナック株式会社 工作機械の熱変位補正装置
JP5859900B2 (ja) * 2012-04-09 2016-02-16 富士機械製造株式会社 工作機械
CN105121074B (zh) * 2013-04-19 2018-04-27 住友化学株式会社 切削方法及切削设备
JP2015009352A (ja) * 2013-07-02 2015-01-19 株式会社ジェイテクト 熱変位補正方法および熱変位補正装置
JP5800884B2 (ja) 2013-11-19 2015-10-28 ファナック株式会社 面取り加工を行う工作機械および面取り加工方法
US10088826B2 (en) * 2014-08-20 2018-10-02 Ford Global Technologies, Llc CNC machine thermal growth characterization and thermal compensation correction
CN105269404B (zh) * 2014-11-20 2018-11-23 电子科技大学 数控机床刀尖动态特性精度检测装置及其方法
JP6582522B2 (ja) * 2015-04-30 2019-10-02 ブラザー工業株式会社 工作機械、演算方法及びコンピュータプログラム
CN105415092A (zh) * 2016-01-07 2016-03-23 宁波天瑞精工机械有限公司 数控机床的电主轴的温度补偿方法
KR101842992B1 (ko) 2016-10-27 2018-03-28 한국생산기술연구원 공구위치 세팅장치 및 그것을 이용한 공구위치 세팅방법
CN107414582A (zh) * 2017-08-03 2017-12-01 安徽科创生产力促进中心有限责任公司 一种摇臂钻床精度增加装置
JP6673950B2 (ja) 2018-01-31 2020-04-01 ファナック株式会社 基準温度設定装置、基準温度設定方法及び基準温度設定プログラム
JP6813521B2 (ja) * 2018-02-08 2021-01-13 ファナック株式会社 温度計測装置
CN110557410B (zh) * 2018-05-30 2021-03-23 苏州维嘉科技股份有限公司 监控系统和pcb板制造系统
DE102019108388A1 (de) * 2019-04-01 2020-10-01 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Versatzmaßkompensation
CN111289554A (zh) * 2020-03-16 2020-06-16 大连理工大学 一种模拟内喷式冷却主轴热变形的装置
JP6854953B1 (ja) * 2020-06-16 2021-04-07 株式会社ソディック ワイヤ放電加工装置
JP7486358B2 (ja) 2020-06-25 2024-05-17 オークマ株式会社 工作機械の精度診断装置及び精度診断方法
TWI790830B (zh) * 2021-11-24 2023-01-21 台中精機廠股份有限公司 自動化拆裝系統
CN114353653A (zh) * 2021-12-17 2022-04-15 华能核能技术研究院有限公司 一种高温气冷堆核电汽轮机轴向位移测量方法
EP4296808A1 (en) * 2022-06-20 2023-12-27 Hexagon Technology Center GmbH Temperature compensation for machine tools
CN117047737B (zh) * 2023-06-12 2024-01-12 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于热膨胀原理的差动式六自由度并联微动平台
DE102023115430A1 (de) * 2023-06-13 2024-12-19 Icm - Institut Chemnitzer Maschinen- Und Anlagenbau E.V. Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung von Verformungen und/oder Verlagerungen von im Kraftfluss befindlicher Baugruppen einer umformenden Werkzeugmaschine

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04135141A (ja) * 1990-09-26 1992-05-08 Yotaro Hatamura 加工機械

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2566345B2 (ja) * 1991-05-27 1996-12-25 洋太郎 畑村 加工機械
JP2942547B2 (ja) * 1997-06-10 1999-08-30 真一 中平 工作機械の熱変位補正方法および装置
DE19809931A1 (de) * 1998-03-07 1999-09-09 Traub Drehmaschinen Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken
JP3361760B2 (ja) * 1998-10-30 2003-01-07 ブラザー工業株式会社 工作機械の熱変位補正方法及びその熱変位補正装置
JP2003094290A (ja) * 2001-09-26 2003-04-03 Mitsubishi Electric Corp 工作機械及びその熱変位補正方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04135141A (ja) * 1990-09-26 1992-05-08 Yotaro Hatamura 加工機械

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101221425B (zh) * 2006-11-10 2011-09-14 东芝机械株式会社 五轴机床中用于斜向加工的位置保证系统
CN114502322A (zh) * 2019-10-03 2022-05-13 芝浦机械株式会社 机床

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