(57)【要約】【課題】工具に温度センサを設けることなく工具の熱変位を高精度で推定でき、工具を交換した直後でも良好な熱変位補正が可能な工具の熱変位補正方法を提供する。【解決手段】工具近傍の主軸１１軸受付近に第１温度センサ１を設けると共に、ベッド１０に第２温度センサ２を設け、双方の温度データを基に所定の計算式により補正量を算出し、ＮＣ装置６の指令値に加えた。補正量の計算式は、個々の工具や工具ホルダにより定めた温度勾配と時定数の関数で設定され、第１温度センサと第２温度センサの検出温度の差を基に所定の一次遅れ式とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸の軸受近傍の第１工作機械温度と工作機械の熱安定性の高い部位の第２工作機械温度を測定して、工具の熱変位量を前記第１工作機械温度と前記第２工作機械温度との差を基に所定の一次遅れ式から推定し、推定した補正量により工具位置を補正することを特徴とする工具の熱変位補正方法。
【請求項２】
一次遅れ式は、工具や工具ホルダの種類によって変化する係数を有する請求項１記載の工具の熱変位補正方法。
【請求項３】
工作機械がＮＣ工作機械であって、推定した補正量をＮＣ装置の指令値に加え、補正量を加えたデータでＮＣ工作機械を制御する請求項１又は２記載の工具の熱変位補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械に装着した工具の熱変位を補正する工具の熱変位補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械の加工精度に大きく影響を与える要因としては、環境温度の変化や機械各部の発熱による熱変形が主に挙げられる。そのうち、機械各部の発熱による熱変形は、主に主軸が高速回転することによって生じる工具の熱変形が大きく作用し、加工精度維持を困難にしている。
そのため、工具の熱変形を主軸ノーズの温度変化と室温の変化に対する即時応答要素として主軸軸線方向の熱変位を求めて補正する方法（特許文献１参照）や、工具の温度を測定する温度センサを設けて、その温度情報より加工データの補正を行う方法（特許文献２参照）のように、主軸温度、主軸回転数、工具温度などの情報を用いて熱変位量を推定し、補正を行う方法が実施されている。
【０００３】
【特許文献１】
特公平６−２２７７９号公報
【特許文献２】
特開昭６３−２６４５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように熱変位量を推定して補正し、加工を行った場合でも、仕上げ加工中に工具交換を行ってすぐに加工を再開すると、主軸と工具との間で温度差があるため、工具に熱変形が生じて加工精度に影響を与えていた。例えば、工具交換を行ってすぐに穴加工やタップ加工等を行うと、工具の熱変形が飽和する前と後で加工されたものでは加工誤差が生じていた。
また、上記特許文献１ではノーズ部の温度変化を室温の変化の即時応答要素としているため、補正間隔を短くすると補正誤差を生ずる問題を有していたし、特許文献２では、工具の温度を測定するための温度センサが別途必要であり、コスト高となっていた。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、工具に温度センサを設けることなく工具の熱変位を高精度で推定でき、工具を交換した直後でも良好な熱変位補正が可能な工具の熱変位補正方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明に係る工具の熱変位補正方法は、主軸の軸受近傍の第１工作機械温度と工作機械の熱安定性の高い部位の第２工作機械温度を測定して、工具の熱変位量を前記第１工作機械温度と前記第２工作機械温度との差を基に所定の一次遅れ式から推定し、推定した補正量により工具位置を補正することを特徴とする。
尚、ここで言う工作機械の熱安定性の高い部位とは、工作機械の構造体の中でも比較的大きくて熱容量が大きいこと、主軸回転や主軸又はワークの移動を行うためのモータ及びモータの駆動伝達部位に用いられる軸受や工具がワークを加工する場所などの発熱源から離れていること、加工により生じた熱を帯びた切り子や切削液等の影響を受けないこと、などを基準に決めた部位であり、例えばベッド等の部位を言う。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、一次遅れ式は、工具や工具ホルダの種類によって変化する係数を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、工作機械がＮＣ工作機械であって、推定した補正量をＮＣ装置の指令値に加え、補正量を加えたデータでＮＣ工作機械を制御することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る工具の熱変位補正方法を実行するＮＣ工作機械の１つであるマシニングセンタの説明図であり、１０はマシニングセンタのベッド、１１は主軸を示し、第１温度センサ１が工具近傍である主軸１１の軸受付近に取付けられて第１工作機械温度を測定し、第２温度センサ２がベッド１０に取付けられて第２工作機械温度を測定している。
この第１温度センサ１及び第２温度センサ２からの情報は温度を演算する温度演算装置３に送られ、演算した温度情報は温度記憶メモリ４に記憶される。また、５は温度情報から補正量を算出する補正量算出装置、６は算出された補正量を工作機械に軸移動指令として指示するＮＣ装置である。尚、矢印はデータの流れを示している。
【０００９】
第１温度センサ１及び第２温度センサ２より得られたデータは温度演算装置３により温度情報に換算された後、温度記憶メモリ４へデータが格納されると共に格納された値を用いて予め設定された計算式に則って補正量演算装置５にて補正量が算出される。この工具の熱変位量を推定するのに用いる計算式は、次の数１で表される。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
数１において、δは補正量、αは温度勾配、Ｔは時定数、ｔは経過時間であるが、図４に示す異なる長さの２種類（Ｘ１，Ｘ２）の工具の熱変位測定データから明らかなように、工具長が異なると熱変位の挙動も異なる。そのため、温度勾配α、時定数Ｔは、工具長さ、工具径、工具材質、更には工具ホルダ等によって個々に設定される。
このように、工具種類、工具ホルダ種類によって決められた温度勾配、時定数を用いた補正量算出式は数２に示すように温度の関数として決定される。
【００１２】
【数２】
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【００１３】
こうして算出された補正値をＮＣ装置６に送り、ＮＣ装置６はその補正量をオフセット量として軸移動量に加える。
【００１４】
次に、補正量算出の手順を図２のフローチャートを基に具体的に説明する。工具交換を行った際に、ＮＣ装置６に設けた工具の熱変位補正スイッチ（図示せず）が有効になるとＳ１からＳ２に進み、Ｓ２で工具、工具ホルダ等によって異なる温度勾配、時定数を適用した補正量算出式として上記数２をセットする。続いて、Ｓ３で設置された第１温度センサ１及び第２温度センサ２より工具近傍の温度Ｔとベッド温度Ｔ０の温度データを取得する。そして、Ｓ４でこの取得した温度データを数２に適用して補正量δを算出し、Ｓ５で算出した補正量δをＮＣ装置６の軸指令にオフセット値として加え、工具の熱変位を補正する。
その後、引続き工具の熱変位補正を行う場合は、Ｓ３からＳ５までの処理を繰り返して行い、補正を終了する場合はＳ６からＳ７に進み処理を終了させる。
こうして補正処理を行い、実際に変位を推定して補正を行った結果を図３に示す。図３において、Ｙ１は実際の変位、Ｙ２は推定変位、ΔＹは誤差を示し、図に示すように、計算による熱変位推定値は実際の工具の熱変位にほぼ等しく、誤差の発生は僅かとなる。
【００１５】
このように、工具近傍の温度から工具の熱変位量を推定して補正するので、工具を交換しても工具の熱変形が飽和するまで待つ必要なく加工精度を維持でき、工具に温度センサを設ける必要がない。
また、工具の長さや径或いは工具ホルダの形状が変わっても、一次遅れ式の係数を変更するだけで良好に補正量の推定を実施することが可能であるし、計算した補正量をＮＣ装置の指令値に加えることで、ＮＣ工作機械を別途温度補正操作することなく自動で熱変位補正動作でき、簡易な操作で高精度な加工が実施できる。
尚、上記実施形態は、マシニングセンタについて説明したが、数値制御する他のＮＣ工作機械に対しても上記工具の熱変位補正方法は容易に適用できる。また、ベッドに第２温度センサが取り付けられた形態について説明したが、第２温度センサの位置は工作機械の構造体の中でも比較的大きくて熱容量の大きいこと、主軸回転や主軸又はワークの移動を行うためのモータ及びモータの駆動伝達部位に用いられる軸受や工具がワークを加工する場所などの発熱源から離れていること、等を基準に各種工作機械各々に応じて決められるものである。
【００１６】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１の発明によれば、工具近傍の温度から工具の熱変位量を推定して補正するので、工具を交換しても工具の熱変形が飽和するまで待つ必要なく加工精度を維持でき、工具に温度センサを設ける必要がない。
【００１７】
請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加えて、工具の長さや径或いは工具ホルダの形状が変わっても、一次遅れ式に係数を変更するだけで良好に補正量の推定を実施できる。
また、請求項３の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、ＮＣ工作機械を別途温度補正操作することなく自動で熱変位補正動作でき、簡易な操作で高精度な加工が実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工具の熱変位補正方法をマシニングセンタに適用した説明図である。
【図２】本発明の工具の熱変位補正方法のフローチャートである。
【図３】図２のフローチャートに従い補正動作させたマシニングセンタの変位量時間変化、及び実際の工具変位と推定変位を示すグラフである。
【図４】工具長さが異なる２種類の工具の変位量時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・第１温度センサ、２・・第２温度センサ、３・・温度演算装置、４・・温度記憶メモリ、５・・補正量算出装置、６・・ＮＣ装置、１０・・ベッド、１１・・主軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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