(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送りねじの一端部を軸受により軸方向の移動不能に支持し、他端部を軸受により軸方向の移動可能に支持した送り装置において、
前記送りねじに形成された螺旋溝の両端部のうち該送りねじを軸方向の移動可能に支持する前記軸受側の螺旋溝の端部と対向するように、かつ前記軸方向と直交するように設けた流体噴射ノズルから前記螺旋溝に向かって、流体を噴射するとともに、前記送りねじを回転させて、前記流体の圧力を検出し、前記送りねじの回転量と、検出された圧力とに基づいて、送りねじの軸方向の座標を演算し、先に演算して記憶された基準の座標と新たに演算して得られた実際の座標とに基づいて、送りねじの熱変位量を演算することを特徴とする送り装置における送りねじの熱変位量演算方法。
【請求項２】
請求項１において、前記送りねじが回転されて、流体の噴射が送りねじの外周面から螺旋溝の溝部に移行する際の流体の圧力降下状態の圧力及び流体の噴射が螺旋溝の溝部から外周面に移行する際の流体の圧力上昇状態の圧力が予め設定された閾値となったときの送りねじの回転量を第１座標及び第２座標として演算した後、両座標の中間値から前記送りねじの軸方向の座標を演算し、先に演算して記憶された基準の座標と新たに演算して得られた実際の座標とに基づいて、送りねじの熱変位量を演算することを特徴とする送り装置における送りねじの熱変位量演算方法。
【請求項３】
請求項１において、前記送りねじが回転されて、流体の噴射が送りねじの外周面から螺旋溝に移行する際の流体の圧力降下状態の圧力及び流体の噴射が螺旋溝から外周面に移行する際の流体の圧力上昇状態の圧力のいずれか一方の圧力が予め設定された閾値となったときの送りねじの回転量を基準の座標として演算し、この基準の座標と新たに演算して得られた実際の座標とに基づいて、送りねじの熱変位量を演算することを特徴とする送り装置における送りねじの熱変位量演算方法。
【請求項４】
送りねじの一端部を軸受により軸方向の移動不能に支持し、他端部を軸受により軸方向の移動可能に支持した送り装置において、
前記両軸受を支持するフレームに、前記送りねじの螺旋溝の両端部のうち該送りねじを軸方向の移動可能に支持する前記軸受側の螺旋溝の端部と対向するように、かつ前記軸方向と直交するように設けられ、圧力流体供給源から流体を回転中の前記螺旋溝に向かって噴射する流体噴射ノズルと、
上記流体噴射ノズルから噴射される流体の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記送りねじの回転量を検出する回転量検出手段と、
前記圧力検出手段により検出された圧力と、前記回転量検出手段により検出された回転量とに基づいて、送りねじの軸方向の座標を演算する座標演算手段と、
上記座標演算手段により先に演算して記憶された基準の座標と、上記座標演算手段により新たに演算して得られた実際の座標とに基づいて、送りねじの熱変位量を演算する熱変位量演算手段と
を備えることを特徴とする送り装置における送りねじの熱変位量演算装置。
【請求項５】
請求項４において、前記座標演算手段は、前記送りねじが回転されて、流体の噴射が送りねじの外周面から螺旋溝の溝部に移行する際の流体の圧力降下状態の圧力及び流体の噴射が螺旋溝の溝部から外周面に移行する際の流体の圧力上昇状態の圧力が予め設定された閾値となったときの送りねじの回転量を第１座標及び第２座標として演算した後、両座標の中間値から前記送りねじの軸方向の座標を演算するように構成されていることを特徴とする送り装置における送りねじの熱変位量演算装置。
【請求項６】
請求項４において、前記座標演算手段は、前記送りねじが回転されて、流体の噴射が送りねじの外周面から螺旋溝に移行する際の流体の圧力降下状態の圧力及び流体の噴射が螺旋溝から外周面に移行する際の流体の圧力上昇状態の圧力のいずれか一方の圧力が予め設定された閾値となったときの送りねじの回転量を基準座標として演算するように構成されていることを特徴とする送り装置における送りねじの熱変位量演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば工作機械の主軸装置の送り装置における送りねじの熱変位量演算方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械においては、ベッド上に前後方向の案内レールを介して前後動サドルが装着され、この前後動サドルには、左右方向の案内レールを介して左右動サドルが装着され、該左右動サドルには上下方向の案内レールを介して昇降サドルが装着され、この昇降サドルには工具を把持する主軸装置が装着されている。前記各サドルは、サーボモータにより所定位置において正逆回転される送りねじと、該ねじに螺合され、かつ各サドルに取り付けられたナットとよりなる送り装置により往復動されるようになっている。そして、制御装置に予めプログラムされたプロファイルデータに基づいて前記各送り装置を作動して、前記主軸装置に装着した工具を初期座標から数値制御移動して、ワークの加工を行うようになっている。
【０００３】
上述した主軸装置の初期座標は、送り装置の送りねじが熱膨張により伸張すると変化する。このため、ワークの加工精度の低下を防止するために、送りねじの熱変位量を検出して、前記主軸装置の初期座標を補正する必要がある。これに対処するため、特許文献１には、コラムの所定位置に位置センサを設け、一方、スピンドルヘッドの下面に取り付けられ、かつ送りねじ軸（送りねじ）に螺合されためねじ部材（ナット）の外周に磁石を取り付け、該磁石の位置を前記位置センサにより検出して、基準位置での送りねじ軸の基準熱変位量を検出し、これに基づいてスピンドルヘッドの送り量を補正するようになっている。
【０００４】
又、特許文献２には、送りねじの先端面又は先端外周面に対し、該ねじの長さの変化を測定する検出器を対向配置し、この検出器により測定された値に基づいて、可動体の送り量を補正するようになっている。
【特許文献１】特開平６−１５５４８号公報
【特許文献２】特開２００１−１３８１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１の送りねじ軸の熱変位量補正方法は、めねじ部材の外周に磁石を取り付ける必要があるので、部品点数が多くなって、構造が複雑となり、製造及び組み付け作業が面倒で、コストを低減することができないという問題があった。又、磁石に塵埃が付着すると、熱変位量の測定精度が低下するという問題もあった。
【０００６】
一方、特許文献２に開示された送りねじの熱変位補正装置は、送りねじの先端面又は送りねじ先端の外周面と対応する位置に検出器を配置する構成のため、送りねじ送り装置の軸方向の長さ寸法が大きくなるという問題があった。
【０００７】
又、送りねじの先端部を回転可能に、かつ軸方向移動不能に支持し、送りねじを回転するサーボモータ側の送りねじの基端部を回転可能に、かつ軸方向移動可能に支持する方式の送り装置に適用することができないという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来の技術に存す問題点を解消して、部品点数を低減して、コストを低減することができるとともに、熱変位量の測定精度を向上することができ、さらに取付位置の自由度を向上することができる送り装置における送りねじの熱変位量演算方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、送りねじの一端部を軸受により軸方向の移動不能に支持し、他端部を軸受により軸方向の移動可能に支持した送り装置において、前記送りねじに形成された螺旋溝の両端部のうち該送りねじを軸方向の移動可能に支持する前記軸受側の螺旋溝の端部と対向するように、かつ前記軸方向と直交するように設けた流体噴射ノズルから前記螺旋溝に向かって、流体を噴射するとともに、前記送りねじを回転させて、前記流体の圧力を検出し、前記送りねじの回転量と、検出された圧力とに基づいて、送りねじの軸方向の座標を演算し、先に演算して記憶された基準の座標と新たに演算して得られた実際の座標とに基づいて、送りねじの熱変位量を演算することを要旨とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記送りねじが回転されて、流体の噴射が送りねじの外周面から螺旋溝の溝部に移行する際の流体の圧力降下状態の圧力及び流体の噴射が螺旋溝の溝部から外周面に移行する際の流体の圧力上昇状態の圧力が予め設定された閾値となったときの送りねじの回転量を第１座標及び第２座標として演算した後、両座標の中間値から前記送りねじの軸方向の座標を演算し、先に演算して記憶された基準の座標と新たに演算して得られた実際の座標とに基づいて、送りねじの熱変位量を演算することを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記送りねじが回転されて、流体の噴射が送りねじの外周面から螺旋溝に移行する際の流体の圧力降下状態の圧力及び流体の噴射が螺旋溝から外周面に移行する際の流体の圧力上昇状態の圧力のいずれか一方の圧力が予め設定された閾値となったときの送りねじの回転量を基準の座標として演算し、この基準の座標と新たに演算して得られた実際の座標とに基づいて、送りねじの熱変位量を演算することを要旨とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、送りねじの一端部を軸受により軸方向の移動不能に支持し、他端部を軸受により軸方向の移動可能に支持した送り装置において、前記両軸受を支持するフレームに、前記送りねじの螺旋溝の両端部のうち該送りねじを軸方向の移動可能に支持する前記軸受側の螺旋溝の端部と対向するように、かつ前記軸方向と直交するように設けられ、圧力流体供給源から流体を回転中の前記螺旋溝に向かって噴射する流体噴射ノズルと、上記流体噴射ノズルから噴射される流体の圧力を検出する圧力検出手段と、前記送りねじの回転量を検出する回転量検出手段と、前記圧力検出手段により検出された圧力と、前記回転量検出手段により検出された回転量とに基づいて、送りねじの軸方向の座標を演算する座標演算手段と、上記座標演算手段により先に演算して記憶された基準の座標と、上記座標演算手段により新たに演算して得られた実際の座標とに基づいて、送りねじの熱変位量を演算する熱変位量演算手段とを備えることを要旨とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記座標演算手段は、前記送りねじが回転されて、流体の噴射が送りねじの外周面から螺旋溝の溝部に移行する際の流体の圧力降下状態の圧力及び流体の噴射が螺旋溝の溝部から外周面に移行する際の流体の圧力上昇状態の圧力が予め設定された閾値となったときの送りねじの回転量を第１座標及び第２座標として演算した後、両座標の中間値から前記送りねじの軸方向の座標を演算するように構成されていることを要旨とする。
請求項６に記載の発明は、請求項４において、前記座標演算手段は、前記送りねじが回転されて、流体の噴射が送りねじの外周面から螺旋溝に移行する際の流体の圧力降下状態の圧力及び流体の噴射が螺旋溝から外周面に移行する際の流体の圧力上昇状態の圧力のいずれか一方の圧力が予め設定された閾値となったときの送りねじの回転量を基準座標として演算するように構成されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、前記送りねじの回転量と、検出された圧力とに基づいて、送りねじの軸方向の座標を演算し、先に演算して記憶された基準の座標と新たに演算して得られた実際の座標とに基づいて、送りねじの熱変位量を演算するため、送りねじに被測定物を設ける必要がなく、部品点数を低減して、コストを低減することができる。
【００１４】
又、送りねじに流体が噴射されるので、ねじの外周面が清掃され、熱変位量の測定精度を向上することができ、流体噴射ノズルの取付位置の自由度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を工作機械の送りねじ送り装置に具体化した一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、工作機械のベース( フレーム) １１の上面には一対の軸受台１２，１３が所定の間隔をおいて立設され、両軸受台１２，１３にはベアリング( 軸受) １４，１５を介して送りねじ１６が回転可能に支持されている。送りねじ１６の外周面１６ａには、両端部を除いて螺旋溝１６ｂが形成されるとともに、送りねじ１６の基端部１６ｃの外周面にはストッパ１７が嵌合固定され、送りねじ１６がその軸方向の移動不能に支持されている。送りねじ１６の先端部１６ｄは、前記ベアリング１５によって軸方向の移動可能に支持されている。
【００１６】
前記ベース１１の上面には、ブラケット１８を介してサーボモータ１９が取り付けられ、このサーボモータ１９の回転軸１９ａ、前記基端部１６ｃは継手２０により連結されている。前記サーボモータ１９には、前記回転軸１９ａの回転量を検出するための回転量検出手段としてのエンコーダ２１が設けられている。
【００１７】
前記ベース１１の上面には、前記送りねじ１６の螺旋溝１６ｂのうち先端部１６ｄ寄りの螺旋溝１６ｂの端部と一側で対向するようにブラケット２４を介して流体噴射ノズルとしてのエア噴射ノズル２５が立設されている。このエア噴射ノズル２５の先端面と送りねじ１６の外周面１６ａとの距離Ｌは、例えば０．５〜１．０ｍｍに設定されている。前記エア噴射ノズル２５には、圧力流体供給源としてのコンプレッサ２６から配管２７及び開閉弁２８を通してエアが供給されるようになっている。配管２７にはエア噴射ノズル２５から送りねじ１６の外周面に向かって噴射されるエアの圧力を検出するための圧力検出手段としての圧力検出器２９が接続されている。
【００１８】
次に、図２に基づいて、前記のように構成された送り装置の制御システムについて説明する。
制御装置３１には各種の演算処理を行うための中央演算処理装置（ＣＰＵ）３２が設けられている。このＣＰＵ３２には、工作機械の動作を制御するための加工プログラム、あるいは測定プログラム等の各種のデータを記憶した書き換え可能な不揮発性の記憶媒体としてのリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）３３が接続されている。又、前記ＣＰＵ３２には、各種のデータを記憶するための読み出し書き込み可能な記憶媒体としてのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３４が接続されている。前記ＣＰＵ３２には、入出力インターフェース３５及び図示しないＡ／Ｄ変換器を介して前記圧力検出器２９及びエンコーダ２１が接続されている。同じく前記ＣＰＵ３２には、入出力インターフェース３６及び駆動回路３７を介して、前記サーボモータ１９、コンプレッサ２６及び開閉弁２８が接続されている。
【００１９】
さらに、前記ＣＰＵ３２には、入出力インターフェース３８を介して表示部３９及びキーボードあるいはマウス等の操作入力部４０が接続されている。
前記ＣＰＵ３２には、前記エンコーダ２１により検出された送りねじ１６の回転量θｘと、圧力検出器２９により検出された圧力Ｐｘとに基づいて送りねじ１６の螺旋溝１６ｂの軸方向の座標Ｚｘを演算するための座標演算手段としての座標演算部４１が設けられている。前記ランダムアクセスメモリ３４には、圧力の閾値を記憶するための閾値記憶部４２が設けられるとともに、座標演算部４１により演算された送りねじ１６の螺旋溝１６ｂの基準の座標Ｚｋを記憶するための基準座標記憶部４３及び新たに演算された実際の座標Ｚｇを記憶するための実座標記憶部４４が設けられている。前記中央演算処理装置３２には、前記送りねじ１６の螺旋溝１６ｂの基準の座標Ｚｋと、実際の座標Ｚｇとに基づいて、可動体２２の移動指令値（初期座標）を補正するための移動指令値補正演算部４５が設けられている。
【００２０】
次に、前記のように構成した前記制御装置３１のＣＰＵ３２の動作及び制御装置３１から出力される各種の信号によって行われる送り装置の動作について図３を中心に説明する。
【００２１】
前記送りねじ１６が原点位置に停止された状態では、図３に示すように送りねじ１６の外周面１６ａの円周方向の中心部がエア噴射ノズル２５の先端の噴射口２５ａと対応するとともに、エンコーダ２１から出力される回転量θの信号は、０°に設定されている。  
【００２２】
この状態で、エア噴射ノズル２５からエアを送りねじ１６の外周面１６ａに向かって噴射すると、圧力検出器２９によってエアの圧力が検出され、その検出圧力Ｐｓが制御装置３１に入力される。これと同期して、制御装置３１からサーボモータ１９に起動信号が出力されて送りねじ１６が低速度で回転されると、送りねじ１６の外周面１６ａと螺旋溝１６ｂの回転方向に関して溝部先行側の第１エッジ部１６ｅがエア噴射ノズル２５に接近され、エアが螺旋溝１６ｂの溝部へも入るようになりエアの噴射抵抗が小さくなるので、図３に曲線で示すように圧力の降下が始まる。そして、第１エッジ部１６ｅがエア噴射ノズル２５から完全に離隔されて螺旋溝１６ｂの溝部のみがエア噴射ノズル２５と対応すると、検出圧力Ｐｓは最低となる。その後、送りねじ１６の螺旋溝１６ｂの回転方向に関して溝部後行側の第２エッジ部１６ｆがエア噴射ノズル２５に接近すると、エアの噴射抵抗が大きくなるので、圧力の上昇が始まる。さらに、第２エッジ部１６ｆがエア噴射ノズル２５から完全に離隔されて外周面１６ａのみがエア噴射ノズル２５と対応すると、検出圧力Ｐｓは最大となる。
【００２３】
図３において、検出圧力Ｐｓが閾値Ｐｃとなったときの第１エッジ部１６ｅの回転量θ１が座標演算部４１によって演算され、これが第１エッジ部１６ｅのＺ軸方向の第１エッジ座標Ｚ１としてＲＡＭ３４に記憶される。同様にして、検出圧力Ｐｓが閾値Ｐｃとなったときの第２エッジ部１６ｆの回転量θ２が座標演算部４１によって演算され、これが第２エッジ部１６ｆのＺ軸方向の第２エッジ座標Ｚ２としてＲＡＭ３４に記憶される。さらに、前記第１エッジ座標Ｚ１及び第２エッジ座標Ｚ２に基づいて、座標演算部４１により前記両座標の中間値から螺旋溝１６ｂの溝部の円周方向の中心点の座標が演算され、これが基準の座標Ｚｋとして前記基準座標記憶部４３に記憶される。
【００２４】
以上のようにして、送りねじ１６の螺旋溝１６ｂの溝部の円周方向の中心点の基準の座標Ｚｋが記憶された後に、サーボモータ１９を回転して可動体２２を送りねじ１６の軸方向に往復動すると、螺旋溝１６ｂとナット２３側のボールとの摩擦抵抗やモータの発熱により送りねじ１６が加熱されて熱膨張する。この送りねじ１６の熱膨張により前記螺旋溝１６ｂの溝部の中心点の座標も変化する。このため、図３に二点鎖線で示すように検出圧力Ｐｓが変化し、これに基づいて座標演算部４１により実際の第１エッジ座標Ｚ１´、第２エッジ座標Ｚ２´、及び螺旋溝１６ｂの前記中心点の実際の座標Ｚｇが演算され、これが実座標記憶部４４に記憶される。そして、前記基準の座標Ｚｋ及び実際の座標Ｚｇに基づいて移動指令値補正演算部４５により座標誤差ΔＺ（＝Ｚｋ−Ｚｇ）が演算され、この座標誤差ΔＺに基づいて、移動指令値（初期座標）が補正される。この結果、可動体２２の移動量が適正に補正され、ワークの加工精度を向上することができる。
【００２５】
上記実施形態の送り装置における送りねじの熱変位量演算装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、送りねじ１６の螺旋溝１６ｂと対応する位置にエア噴射ノズル２５を配置し、送りねじ１６を回転させて噴射されるエアの検出圧力Ｐｓ及び送りねじ１６の検出された回転量θに基づいて、送りねじ１６の螺旋溝１６ｂの周方向の中心点の基準の座標Ｚｋを演算し、これと実際の座標Ｚｇに基づいて送りねじ１６の熱変位量を演算するようにした。このため、測定される送りねじ１６側に測定専用の部品を取り付けなくてもよく、部品点数を低減して、製造を容易に行い、コストを低減することができる。
【００２６】
（２）上記実施形態では、エア噴射ノズル２５からエアを送りねじ１６に噴射するようにしたので、送りねじ１６に付着した塵埃を除去して、熱変位量の測定精度を向上することができる。
【００２７】
（３）上記実施形態では、送りねじ１６の螺旋溝１６ｂと対応する位置にエア噴射ノズル２５を配置するようにしたので、送りねじ１６の先端面と対応して検出器を設ける従来の構成と比較して、エア噴射ノズル２５の取付位置の自由度を向上することができる。又、送りねじ１６の先端部１６ｄを軸方向に移動不能にするとともに、基端部１６ｃを移動可能にした構成の送り装置にも前記エア噴射ノズル２５を容易に適用することができ、この点からもエア噴射ノズル２５の取付位置の自由度を向上することができる。
【００２８】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・図３において、前記送りねじ１６が回転されて、エアの噴射が送りねじ１６の外周面１６ａから螺旋溝１６ｂの溝部に移行する際の流体の圧力降下状態の検出圧力Ｐｓ及びエアの噴射が螺旋溝１６ｂの溝部から外周面１６ａに移行する際の流体の圧力上昇状態の検出圧力Ｐｓが予め設定された閾値Ｐｃとなったときの送りねじ１６の回転量θ１又はθ２のいずれか一方を基準の座標Ｚｋとして演算する。そして、この基準の座標Ｚｋと、この演算方法と同様にして新たに演算して得られた実際の座標とに基づいて、送りねじの熱変位量を演算するように構成してもよい。
【００２９】
・エアに代えて、クーラント等の液体を噴射するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明を工作機械の送り装置に具体化した一実施形態を示す縦断面図。
【図２】送り装置の制御システムを示すブロック回路図。
【図３】送り装置の動作を説明するためのタイミングチャート。
【符号の説明】
【００３２】
Ｐｃ…閾値、Ｚｇ…実際の座標、Ｚｋ…基準の座標、１６…送りねじ、１６ａ…外周面、１６ｂ…螺旋溝。
【図１】
0004522973.tif 000002
【図２】
0004522973.tif 000003
【図３】
0004522973.tif 000004