(57)【要約】【課題】工作機械の熱膨張率と被加工物の熱膨張率とが著しく異なる場合でも環境温度を常温化することなく精度よく加工することができ、かつコスト的にも安価に実施し得るＮＣ工作機械の熱変形補正方法を提供する。【解決手段】ＮＣ工作機械は、送り系のピッチ誤差を補正するピッチ誤差補正機能を有する。ＮＣ工作機械の熱変形補正方法は、室温を測定する工程Ｓ１と、ストローク長さ当たりの常温に対するＮＣ工作機械の熱変形量と被加工物の熱変形量の差分を演算する工程Ｓ２と、この差分を基にピッチ誤差補正機能の各補正点の２次補正量を設定する工程Ｓ３と、この２次補正量をピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量にそれぞれ減算又は加算してピッチ誤差補正量を修正する工程Ｓ４とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送り系のピッチ誤差を補正するピッチ誤差補正機能を有するＮＣ工作機械の熱変形補正方法であって、
ＮＣ工作機械の設置場所の室温を測定する工程と、
測定した室温とＮＣ工作機械の線膨張係数及び被加工物の線膨張係数とから送り系のストローク長さ当たりの常温に対するＮＣ工作機械の熱変形量と被加工物の熱変形量の差分を演算する工程と、
上記ピッチ誤差補正機能の各補正点のうち、送り系の基準点でもある補正点の２次補正量を零に、基準点と反対側のストローク端の補正点の２次補正量を上記差分の値に、中間の補正点の２次補正量を上記差分のストローク長さに対する基準点から補正点までの長さの割合に応じた値にするように各補正点の２次補正量を設定する工程と、
この２次補正量を上記ピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量にそれぞれ減算又は加算してピッチ誤差補正量を修正する工程とを備えたことを特徴とするＮＣ工作機械の熱変形補正方法。
【請求項２】
上記送り系がストローク基準点の外側に所定長さの外延軸部を有するものの場合、上記ピッチ誤差補正機能は、この外延軸部の端を真の基準点としてピッチ誤差補正量が設定されており、上記２次補正量の設定工程では外延軸部の熱変形量を加味して各補正点の２次補正量を設定するようになっている請求項１記載のＮＣ工作機械の熱変形補正方法。
【請求項３】
送り系のピッチ誤差を補正するピッチ誤差補正機能を有するＮＣ工作機械の熱変形補正装置であって、
ＮＣ工作機械の設置場所の室温を測定する温度センサと、
この温度センサで測定した室温とＮＣ工作機械の線膨張係数及び被加工物の線膨張係数とから送り系のストローク長さ当たりの常温に対するＮＣ工作機械の熱変形量と被加工物の熱変形量の差分を演算する差分演算手段と、
上記ピッチ誤差補正機能の各補正点のうち、送り系の基準点でもある補正点の２次補正量を零に、基準点と反対側のストローク端の補正点の２次補正量を上記差分の値に、中間の補正点の２次補正量を上記差分のストローク長さに対する基準点から補正点までの長さの割合に応じた値にするように各補正点の２次補正量を設定する２次補正量設定手段と、
この２次補正量を上記ピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量にそれぞれ減算又は加算してピッチ誤差補正量を修正するピッチ誤差補正量修正手段とを備えたことを特徴とするＮＣ工作機械の熱変形補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＣ工作機械と被加工物の熱変形の差異に基づく補正を行う熱変形補正方法及び熱変形補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＮＣ工作機械は、その設置場所の室温（環境温度）に対応するために、ボールねじなどの送り系のピッチ誤差を補正するピッチ誤差補正機能を有しているが、被加工物が例えばセラミックスなどからなり、その熱膨張率が鋳物からなるＮＣ工作機械の熱膨張率と著しく異なる場合には、従来のピッチ誤差補正機能でピッチ誤差を補正してＮＣ工作機械の位置決めスケールを環境温度に対応して正しくしてもこの位置決めスケールと被加工物のスケールとが異なることから、被加工物を精度よく加工することができない。
【０００３】
このため、従来、被加工物の熱膨張率とＮＣ工作機械の熱膨張率が著しく異なる場合には、環境温度を常温（２０℃）に保つようにする必要があり、設備コストが高くつくなどの問題があった。
【０００４】
そこで、このような問題を解決するために、例えば特許文献１に開示されるように、被加工物の寸法を測定プローブで測定するとともに、ＮＣ工作機械の温度及び被加工物の温度をそれぞれ温度センサで測定し、これらの測定値から被加工物の実寸法を求め、この実寸法を基にして被加工物を加工することが提案されている。
【特許文献１】特開２００１−２６９８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記提案のものでは、温度センサのみならず測定プローブを必要とするとともに、被加工物の実寸法を基にして被加工物を加工する時の制御プログラムが複雑となり、それを高速で処理するための高性能のコンピュータを装備する必要がある。このため、ＮＣ工作機械自体が高価なものになるという欠点がある。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、従来のピッチ誤差補正機能を改良して工作機械の位置決めスケールを被加工物のスケールに一致させることにより、工作機械の熱膨張率と被加工物の熱膨張率とが著しく異なる場合でも環境温度を常温化することなく精度よく加工することができ、かつコスト的にも安価に実施し得るＮＣ工作機械の熱変形補正方法及び熱変形補正装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、送り系のピッチ誤差を補正するピッチ誤差補正機能を有するＮＣ工作機械の熱変形補正方法として、ＮＣ工作機械の設置場所の室温を測定する工程と、測定した室温とＮＣ工作機械の線膨張係数及び被加工物の線膨張係数とから送り系のストローク長さ当たりの常温に対するＮＣ工作機械の熱変形量と被加工物の熱変形量の差分を演算する工程と、上記ピッチ誤差補正機能の各補正点のうち、送り系の基準点でもある補正点の２次補正量を零に、基準点と反対側のストローク端の補正点の２次補正量を上記差分の値に、中間の補正点の２次補正量を上記差分のストローク長さに対する基準点から補正点までの長さの割合に応じた値にするように各補正点の２次補正量を設定する工程と、この２次補正量を上記ピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量にそれぞれ減算又は加算してピッチ誤差補正量を修正する工程とを備える構成にする。
【０００８】
この構成では、ＮＣ工作機械の設置場所の室温が常温と相違する場合、その室温とＮＣ工作機械の線膨張係数及び被加工物の線膨張係数とから送り系のストローク長さ当たりの常温に対するＮＣ工作機械の熱変形量と被加工物の熱変形量の差分が演算され、ピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量に対する２次補正量として、送り系の基準点でもある補正点の２次補正量が零に、基準点と反対側のストローク端の補正点の２次補正量が上記差分の値に、中間の補正点の２次補正量が上記差分のストローク長さに対する基準点から補正点までの長さの割合に応じた値に、つまり１次関数的な値にそれぞれ設定され、これらの２次補正量が各補正点のピッチ誤差補正量にそれぞれ減算又は加算してピッチ誤差補正量が修正されることにより、送り系の位置決めスケールが被加工物の長さスケールと一致するようになる。このため、ＮＣ工作機械でセラミックスなど熱膨張率ないし線膨張係数の著しく異なる被加工物を加工する場合でも、室温を常温化することなく精度よく加工することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のＮＣ工作機械の熱変形補正方法として、特に、上記送り系がストローク基準点の外側に所定長さの外延軸部を有するものの場合に好適な形態を提供するものである。すなわち、上記ピッチ誤差補正機能は、この外延軸部の端を真の基準点としてピッチ誤差補正量が設定されており、上記２次補正量の設定工程では外延軸部の熱変形量を加味して各補正点の２次補正量を設定する構成にする。この構成では、送り系の外延軸部の熱変形に対応して、ピッチ誤差補正量が設定されるとともに、この外延軸部の熱変形量を加味して各補正点の２次補正量が設定されるため、送り系の位置決めスケールが外延軸部を含めて被加工物の長さスケールと一致することになる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１記載のＮＣ工作機械の熱変形補正方法を実施するのに適した装置を提供するものである。すなわち、送り系のピッチ誤差を補正するピッチ誤差補正機能を有するＮＣ工作機械の熱変形補正装置として、ＮＣ工作機械の設置場所の室温を測定する温度センサと、この温度センサで測定した室温とＮＣ工作機械の線膨張係数及び被加工物の線膨張係数とから送り系のストローク長さ当たりの常温に対するＮＣ工作機械の熱変形量と被加工物の熱変形量の差分を演算する差分演算手段と、上記ピッチ誤差補正機能の各補正点のうち、送り系の基準点でもある補正点の２次補正量を零に、基準点と反対側のストローク端の補正点の２次補正量を上記差分の値に、中間の補正点の２次補正量を上記差分のストローク長さに対する基準点から補正点までの長さの割合に応じた値にするように各補正点の２次補正量を設定する２次補正量設定手段と、この２次補正量を上記ピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量にそれぞれ減算又は加算してピッチ誤差補正量を修正するピッチ誤差補正量修正手段とを備える構成にする。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明におけるＮＣ工作機械の熱変形補正方法及び熱変形補正装置によれば、室温が常温と相違する場合でも送り系の位置決めスケールが被加工物の長さスケールと一致するため、被加工物がセラミックスなど工作機械と熱膨張率の著しく異なるものでも精度よく加工することができる。しかも、室温を常温化するための設備を必要としないばかりでなく、測定プローブ及び高速・高性能のコンピュータを必要とせず、コスト的に安価に実施することができ、実用性に優れた効果を有するものである。
【００１２】
特に、請求項２に係る発明では、送り系がストローク基準点の外側に所定長さの外延軸部を有するものの場合、送り系の位置決めスケールが外延軸部を含めて被加工物の長さスケールと一致するため、室温を常温化することなく、工作機械と熱膨張率の著しく異なる被加工物に対する加工精度をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態である実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１の実施形態に係るＮＣ工作機械Ａの概略構成を示し、このＮＣ工作機械Ａは、主に機械本体１とその作動を制御するＮＣ装置２とからなる。
【００１５】
上記機械本体１は、ベッド１０と、このベッド１０の一方向であるＸ軸方向にＸ軸送り装置１１の作動により移動するＸ軸テーブル１２と、このＸ軸テーブル１２の移動領域を跨ぐようにベッド１０に立設された門形のコラム１３と、このコラム１３にＹ軸サドル１４を介して支持された主軸頭１５とを備えている。Ｘ軸送り装置１１は、ベッド１０のＸ軸方向に沿って配置されたボールねじ１７と、このボールねじ１７の一端に連結されたサーボモータ１８と、ボールねじ１７に装着されかつＸ軸テーブル１２に固定されたボールスクリューナット部１９とを有し、サーボモータ１８によりボールねじ１７を回転させることによりＸ軸テーブル１２をベッド１０のＸ軸方向に移動させるようになっている。Ｙ軸サドル１４は、ベッド１０のＸ軸方向と直交するＹ軸方向に主軸頭１５を移動させるものであり、主軸頭１５は、その工具装着部１５ａが上下方向つまりＺ軸方向に移動する構成になっている。そして、Ｘ軸テーブル１２上に被加工物ｗ（図３参照）が固定され、この被加工物ｗに対し主軸頭１５の工具装着部１５ａに装着した工具（図示せず）が３軸方向に相対移動しながら加工を行う。尚、Ｙ軸サドル１４の送り装置であるＹ軸送り装置及び主軸頭１５の送り装置であるＺ軸送り装置は、いずれも図示していないが、Ｘ軸送り装置１１と略同様な構成になっている。
【００１６】
一方、上記ＮＣ装置２は、キーボードなどからなる入力部２１と、この入力部２１からの入力データなどに基づいて各種の制御を実行する演算制御部２２と、この演算制御部２２の指令に基づいて機械本体１のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸送り装置１１の各サーボモータ１８を制御するサーボモータ制御部２３とを備えている。演算制御部２２は、その実行する制御の中に各送り装置１１のピッチ誤差を補正するピッチ誤差補正制御を含み、この制御を実行するピッチ誤差補正機能を有している。この場合、ピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量は、予め演算制御部２２に記憶されている。
【００１７】
そして、本発明の特徴点として、ＮＣ工作機械Ａは、その設置場所の室温を測定する温度センサ２５を備えており、この温度センサ２５の温度信号は、ＮＣ装置２の入力部２１を通して演算制御部２２に入力される。演算制御部２２は、この温度信号に基づいてピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量を修正するようになっている。この演算制御部２２及び温度センサ２５により、本発明にいう熱変形補正装置３０が構成されている。以下、上記ピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量に対する修正制御を、Ｘ軸送り装置１１の場合を例に、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００１８】
すなわち、修正制御においては、先ず、温度センサ２５で室温を測定した（ステップＳ１）後、その測定した室温とＮＣ工作機械Ａの機械本体１の線膨張係数（具体的にはＸ軸送り装置１１の位置決めスケールの基準となるボールねじ１７あるいはリニアスケールを構成する鋳物の線膨張係数）及び被加工物ｗの線膨張係数とからＸ軸送り装置１１のストローク長さ当たりの常温に対するＮＣ工作機械Ａの機械本体１の熱変形量と被加工物ｗの熱変形量の差分を演算する（ステップＳ２）。
【００１９】
この差分の演算方法としては、例えば図３においてＸ軸送り装置１１のストロークＬ１が２０００ｍｍ、被加工物ｗの長さＬ２が５００ｍｍ、室温が３０℃、鋳物（機械本体１）の線膨張係数が１２×１０−６／℃、被加工物ｗの線膨張係数が７×１０−６／℃である場合、先ず、室温での常温（２０℃）に対するＮＣ工作機械ＡのＸ軸送り装置１１のストローク長さＬ１当たりの熱変形量（伸び量）ｅ１を算出する。この熱変形量ｅ１は２４０μｍである。次に、室温での常温に対し被加工物ｗがＸ軸送り装置１１のストローク長さＬ１と同じと考えた場合の熱変形量ｅ２を算出する。この熱変形量ｅ２は１４０μｍである。しかる後、上記両熱変形量ｅ１，ｅ２からその差分Δｅを算出する。この差分Δｅは１００μｍである。この差分Δｅの演算を実行するステップＳ２により、本発明の熱変形補正装置３０の構成要素である差分演算手段３１を構成する。
【００２０】
次に、ピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量に対する修正量としての２次補正量を設定する（ステップＳ３）。この２次補正量の設定では、例えば図４に示すように、ピッチ誤差補正機能において、Ｘ軸送り装置１１の基準点からストローク端までの間に５つの補正点Ｘ１〜Ｘ５を等間隔に設定し、かつ差分Δｅが上記例示の如く１００μｍである場合、Ｘ軸送り装置１１の基準点でもある補正点Ｘ１の２次補正量を零に、ストローク端の補正点Ｘ５の２次補正量を差分Δｅの値である１００μｍを、中間の各補正点Ｘ２〜Ｘ４の２次補正量をそれぞれ上記差分Δｅのストローク長さＬ１に対する基準点から各補正点Ｘ２〜Ｘ４までの長さの割合に応じた値である２５μｍ、５０μｍ、７５μｍに各々設定する。この２次補正量の設定を実行するステップＳ３により、本発明の熱変形補正装置３０の構成要素である２次補正量設定手段３２を構成する。
【００２１】
続いて、上記２次補正量をピッチ誤差補正機能の各補正点Ｘ１〜Ｘ５のピッチ誤差補正量にそれぞれ減算又は加算してピッチ誤差補正量を修正する（ステップＳ４）。この修正に際しては、図３に示す如く機械本体１の熱変形量ｅ１が被加工物ｗの熱変形量ｅ２よりも大きい場合、２次補正量はその両変形量ｅ１，ｅ２の差分Δｅの向きと反対向き、換言すればピッチ誤差補正量を減らす方向に加算つまり減算し、逆に、機械本体１の熱変形量ｅ１が被加工物ｗの熱変形量ｅ２よりも小さい場合、２次補正量はピッチ誤差補正量を増やす方向に加算する。ここで、ピッチ誤差補正機能は、機械本体１の熱変形に対応してピッチ誤差を補正するものであり、その各補正点のピッチ誤差補正量は、図３に示す機械本体１の基準点からのストローク端までの熱変形量に対応したものになる。よって、このピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量に２次補正量を減算又は加算してピッチ誤差補正量を修正することは、ピッチ誤差補正量を被加工物ｗの熱変形に対応した値に変更することを意味する。このピッチ誤差補正量の修正を実行するステップＳ４により、本発明の熱変形補正装置３０の構成要素であるピッチ誤差補正量修正手段３３を構成する。
【００２２】
しかる後、修正したピッチ誤差補正量に基づいてサーボモータ制御部２３を介してＸ軸送り装置１１のサーボモータ１８が制御される（ステップＳ５）。以上によって、１回の修正制御が終了する。この修正制御は、被加工物ｗに対し加工を開始する前に行うだけでもよく、またＮＣ装置２に内蔵するタイマーなどにより加工中所定時間毎に繰り返し行ってもよい。
【００２３】
従って、上記ＮＣ工作機械Ａにおいては、その設置場所の室温が常温と相違する場合でもピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量に対する修正制御を行うことにより、ピッチ誤差補正量が被加工物ｗの熱変形に対応した値に変更され、機械本体１の各送り装置１１の位置決めスケールが被加工物ｗの長さスケールと一致するため、被加工物ｗがセラミックスなど機械本体１と熱膨張率の著しく異なるものでも精度よく加工することができる。しかも、室温を常温化するための設備を必要せず、また特許文献１に開示の従来公知のものの如く測定プローブ及び高速・高性能のコンピュータを必要としないので、コスト的に安価に実施することができる。
【００２４】
図５は本発明の第２の実施形態に係るＮＣ工作機械のＸ軸送り装置５１の構成などを示す。この第２の実施形態の場合、Ｘ軸送り装置５１は、第１の実施形態に係るＮＣ工作機械ＡのＸ軸送り装置１１と同じく、サーボモータ５２によりボールねじ５３を回転させてＸ軸テーブル５４をＸ軸方向の基準点Ｘ１とストローク端Ｘｎとの間で移動させるようになっているが、基準点Ｘ１のストローク外側つまりサーボモータ５２寄りに比較的長い外延軸部５５を有している。
【００２５】
上記外延軸部５５は、ボールねじ５３の一部又はこれと同じ材質（鋳物）の部材からなり、室温が常温と相違する場合この外延軸部５５もＸ軸送り装置５１のストローク基準点Ｘ１とストローク端Ｘｎとの間と同様に熱変形し、Ｘ軸送り装置５１の実際の熱変形量ｅは、図５に示す如く外延軸部５５の端を真の基準点Ｘ０とし、この基準点Ｘ０からの距離に比例して１次関数的な値になる。これに対応して、ピッチ誤差補正機能は、各補正点Ｘ１〜Ｘｎのピッチ誤差補正量が外延軸部５５の端を真の基準点Ｘ０とした１次関数的な値に設定されている。
【００２６】
また、上記ピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量に対する修正制御は、基本的には第１の実施形態の場合と同じであるが、２次補正量を設定するときには（図２のステップＳ３）、上記外延軸部５５の熱変形量を加味して２次補正量の設定を行う。具体的には、外延軸部５５の熱変形量をオフセット量Δｅ０とし、このオフセット量Δｅ０に、各補正点のストローク基準点Ｘ１からの位置で決まる補正量Δｅ１（第１の実施形態の場合の２次補正量に相当する値）を加えた値を２次補正量Δｅ（＝Δｅ１＋Δｅ０）にする。尚、オフセット量Δｅ０は、外延軸部５５の長さをＬ３、室温と常温との温度差をΔＴ、鋳物の線膨張係数をαとすると、
【００２７】
Δｅ０＝Ｌ３×△Ｔ×α
である。
【００２８】
そして、上記第２の実施形態においては、Ｘ軸送り装置５１がストローク基準点Ｘ１の外側に比較的長い外延軸部５５を有するものの場合、このＸ軸送り装置５１の位置決めスケールが外延軸部５５を含めて被加工物の長さスケールと一致するため、室温を常温化することなく、機械本体と熱膨張率の著しく異なる被加工物に対する加工精度をより高めることができる。
【００２９】
尚、本発明は上記第１及び第２の実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。例えば上記第１の実施形態では、ピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量に対する修正制御において、温度センサ２５で測定した室温とＮＣ工作機械Ａ及び被加工物ｗの両線膨張係数とから送り装置１１のストローク長さ当たりの常温に対するＮＣ工作機械Ａの熱変形量と被加工物ｗの熱変形量とを別々に計算し、その両熱変形量の差分を演算するようにしたが、本発明は、その演算速度ひいては制御速度を高めるために、予め室温の各温度に対し工作機械Ａの熱変形量と被加工物ｗの熱変形量との差分を決定する対照表を演算制御部２２に記憶しておき、室温を測定するとこの対照表から直ちに差分を算出し、あるいは計算式から求めた差分に対し、実機に即した補正率を積算して差分を決定するようにしてもよい。
【００３０】
また、上記各実施形態では、ピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量に対する修正制御を全てＮＣ装置２の演算制御部２２で自動的に行うようにしたが、本発明、特にＮＣ工作機械の熱変形補正方法の発明としては、その修正制御の一部を作業者が行ってもよい。例えば作業者がＮＣ工作機械の設置場所の室温を温度計で測定し、その測定温度をＮＣ装置２の入力部２１に入力したり、あるいは温度の測定だけでなく工作機械Ａの熱変形量と被加工物ｗの熱変形量との差分の演算を作業者が行い、この差分をＮＣ装置２の入力部２１に入力したりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＮＣ工作機械の概略構成図である。
【図２】ピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量に対する修正制御のフローチャート図である。
【図３】機械本体の熱変形量と被加工物の熱変形量の差分の演算方法を説明するための説明図である。
【図４】ピッチ誤差補正機能の各補正点のピッチ誤差補正量に対する２次補正量の設定方法を説明するための説明図である。
【図５】第２の実施形態を示す図４相当図である。
【符号の説明】
【００３２】
Ａ    ＮＣ工作機械
ｗ    被加工物
１１，５１    Ｘ軸送り装置
２２    演算制御部
２５    温度センサ
３０    熱変形補正装置
３１    差分演算手段
３２    ２次補正量設定手段
３３    ピッチ誤差補正量修正手段
【図１】
2006116654.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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