(57)【要約】【課題】コラム前面を基準位置として熱変位量を評価し、且つ、テーブルの熱変位量が不均一であっても精度のよい熱変位補正を行うことなどが可能な工作機械の熱変位補正システムを提供する。【解決手段】例えば、位置検出器温度センサ４１−６と、テーブル温度センサ４１−１〜４１−５と、温度データａ６を入力する温度データ入力部、温度データａ６に基づいて位置検出器の熱変位量を算出する熱変位量算出部、温度データａ１〜ａ５を入力する温度データ入力部、温度データａ１〜ａ５に基づいてＸ軸方向の温度分布に応じたテーブルの熱変位量を算出する熱変位量算出部、前記位置検出器の熱変位量と前記テーブルの熱変位量とに基づいてコラム前面を基準位置としたテーブル系統の熱変位量を算出する熱変位量算出部、前記テーブル系統の熱変位量に基づいてＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部を有する変位補正装置とを備えた構成とする。【選択図】図１
2012086326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具が装着された主軸と、コラムと、前記主軸と前記コラムとの間に介設された主軸系統の支持部材と、前記コラムの前後方向であるＸ軸方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルのＸ軸方向の位置を検出する位置検出器とを有する工作機械の熱変位補正システムにおいて、
前記位置検出器に設置され、前記位置検出器の温度を検出して温度データを出力する位置検出器温度センサと、
前記Ｘ軸方向における前記テーブルの各部に設置され、前記テーブルの各部の温度を検出して温度データを出力する複数のテーブル温度センサと、
前記位置検出器温度センサから前記温度データを入力する位置検出器温度データ入力部と、前記位置検出器温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記位置検出器の熱変位量を算出する位置検出器熱変位量算出部と、前記テーブル温度センサから前記温度データを入力するテーブル温度データ入力部と、前記テーブル温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記テーブルに生じるＸ軸方向の温度分布に応じた前記テーブルの熱変位量を算出するテーブル熱変位量算出部と、前記位置検出器熱変位量算出部で算出された前記位置検出器の熱変位量と前記テーブル熱変位量算出部で算出された前記テーブルの熱変位量とに基づいて前記コラムの前面を基準位置としたテーブル系統の熱変位量を算出するテーブル系統熱変位量算出部と、前記テーブル系統熱変位量算出部で算出された前記テーブル系統の熱変位量に基づいてＸ軸の補正量を求めてこのＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部とを有する変位補正装置と、
を備えたことを特徴とする工作機械の熱変位補正システム。
【請求項２】
工具が装着された主軸と、コラムと、前記主軸と前記コラムとの間に介設された主軸系統の支持部材と、前記コラムの前後方向であるＸ軸方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルのＸ軸方向の位置を検出する位置検出器とを有する工作機械の熱変位補正システムにおいて、
前記位置検出器に設置され、前記位置検出器の温度を検出して温度データを出力する位置検出器温度センサと、
前記Ｘ軸方向における前記テーブルの各部に設置され、前記テーブルの各部の温度を検出して温度データを出力する複数のテーブル温度センサと、
前記主軸系統の支持部材に設置され、前記主軸系統の支持部材の温度を検出して温度データを出力する支持部材温度センサと、
前記位置検出器温度センサから前記温度データを入力する位置検出器温度データ入力部と、前記位置検出器温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記位置検出器の熱変位量を算出する位置検出器熱変位量算出部と、前記テーブル温度センサから前記温度データを入力するテーブル温度データ入力部と、前記テーブル温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記テーブルに生じるＸ軸方向の温度分布に応じた前記テーブルの熱変位量を算出するテーブル熱変位量算出部と、前記位置検出器熱変位量算出部で算出された前記位置検出器の熱変位量と前記テーブル熱変位量算出部で算出された前記テーブルの熱変位量とに基づいてコラム前面を基準位置としたテーブル系統の熱変位量を算出するテーブル系統熱変位量算出部と、前記支持部材温度センサから前記温度データを入力する主軸系統温度データ入力部と、前記主軸系統温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいてコラム前面を基準位置とした主軸系統の熱変位量を算出する主軸系統熱変位量算出部と、前記テーブル系統熱変位量算出部で算出された前記テーブル系統の熱変位量と前記主軸系統熱変位量算出部で算出された前記主軸系統の熱変位量とに基づいてＸ軸の補正量を求めてこのＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部とを有する変位補正装置と、
を備えたことを特徴とする工作機械の熱変位補正システム。
【請求項３】
工具が装着された主軸と、コラムと、前記主軸と前記コラムとの間に介設された主軸系統の支持部材と、前記コラムの前後方向であるＸ軸方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルのＸ軸方向の位置を検出する位置検出器とを有する工作機械の熱変位補正システムにおいて、
前記位置検出器に設置され、前記位置検出器の温度を検出して温度データを出力する位置検出器温度センサと、
前記Ｘ軸方向における前記テーブルの各部に設置され、前記テーブルの各部の温度を検出して温度データを出力する複数のテーブル温度センサと、
前記主軸系統の支持部材に設置され、前記主軸系統の支持部材の温度を検出して温度データを出力する支持部材温度センサと、
前記コラムの前面側及び後面側に設置され、前記コラムの前面側及び後面側の温度を検出して温度データを出力するコラム温度センサと、
前記位置検出器温度センサから前記温度データを入力する位置検出器温度データ入力部と、前記位置検出器温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記位置検出器の熱変位量を算出する位置検出器熱変位量算出部と、前記テーブル温度センサから前記温度データを入力するテーブル温度データ入力部と、前記テーブル温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記テーブルに生じるＸ軸方向の温度分布に応じた前記テーブルの熱変位量を算出するテーブル熱変位量算出部と、前記位置検出器熱変位量算出部で算出された前記位置検出器の熱変位量と前記テーブル熱変位量算出部で算出された前記テーブルの熱変位量とに基づいてコラム前面を基準位置としたテーブル系統の熱変位量を算出するテーブル系統熱変位量算出部と、前記支持部材温度センサから前記温度データを入力する主軸系統温度データ入力部と、前記主軸系統温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいてコラム前面を基準位置とした主軸系統の熱変位量を算出する主軸系統熱変位量算出部と、前記コラム温度センサから前記温度データを入力するコラム温度データ入力部と、前記コラム温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記コラムの傾斜変位量を算出するコラム傾斜変位量算出部と、前記主軸系統熱変位量算出部で算出された前記主軸系統の熱変位量と前記コラム傾斜変位量算出部で算出された前記コラムの傾斜変位量とに基づいて主軸系統の変位量を算出する主軸系統変位量算出部と、前記テーブル系統熱変位量算出部で算出された前記テーブル系統の熱変位量と前記主軸系統変位量算出部で算出された前記主軸系統の変位量とに基づいてＸ軸の補正量を求めてこのＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部とを有する変位補正装置と、
を備えたことを特徴とする工作機械の熱変位補正システム。
【請求項４】
請求項３に記載する工作機械の熱変位補正システムにおいて、
前記主軸系統温度データ入力部では、前記支持部材温度センサ及び前記コラム温度センサから前記温度データを入力し、前記主軸系統熱変位量算出部では、前記主軸系統温度データ入力部で入力した前記支持部材温度センサ及び前記コラム温度センサの温度データに基づいてコラム前面を基準位置とした主軸系統の熱変位量を算出することを特徴とする工作機械の熱変位補正システム。
【請求項５】
工具が装着された主軸と、コラムと、前記主軸と前記コラムとの間に介設された主軸系統の支持部材と、前記コラムの前後方向であるＸ軸方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルのＸ軸方向の位置を検出する位置検出器とを有する工作機械の熱変位補正システムにおいて、
前記位置検出器に設置され、前記位置検出器の温度を検出して温度データを出力する位置検出器温度センサと、
前記Ｘ軸方向における前記テーブルの各部に設置され、前記テーブルの各部の温度を検出して温度データを出力する複数のテーブル温度センサと、
前記主軸系統の支持部材に設置され、前記主軸系統の支持部材の温度を検出して温度データを出力する支持部材温度センサと、
前記コラムに設置され、前記コラムの傾斜角度を検出して傾斜データを出力する水準器と、
前記位置検出器温度センサから前記温度データを入力する位置検出器温度データ入力部と、前記位置検出器温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記位置検出器の熱変位量を算出する位置検出器熱変位量算出部と、前記テーブル温度センサから前記温度データを入力するテーブル温度データ入力部と、前記テーブル温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記テーブルに生じるＸ軸方向の温度分布に応じた前記テーブルの熱変位量を算出するテーブル熱変位量算出部と、前記位置検出器熱変位量算出部で算出された前記位置検出器の熱変位量と前記テーブル熱変位量算出部で算出された前記テーブルの熱変位量とに基づいてコラム前面を基準位置としたテーブル系統の熱変位量を算出するテーブル系統熱変位量算出部と、前記支持部材温度センサから前記温度データを入力する主軸系統温度データ入力部と、前記主軸系統温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいてコラム前面を基準位置とした主軸系統の熱変位量を算出する主軸系統熱変位量算出部と、前記水準器から前記傾斜データを入力するコラム傾斜データ入力部と、前記コラム傾斜データ入力部で入力した前記傾斜データに基づいて前記コラムの傾斜変位量を算出するコラム傾斜変位量算出部と、前記主軸系統熱変位量算出部で算出された前記主軸系統の熱変位量と前記コラム傾斜変位量算出部で算出された前記コラムの傾斜変位量とに基づいて主軸系統の変位量を算出する主軸系統変位量算出部と、前記テーブル系統熱変位量算出部で算出された前記テーブル系統の熱変位量と前記主軸系統変位量算出部で算出された前記主軸系統の変位量とに基づいてＸ軸の補正量を求めてこのＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部とを有する変位補正装置と、
を備えたことを特徴とする工作機械の熱変位補正システム。
【請求項６】
請求項５に記載する工作機械の熱変位補正システムにおいて、
前記コラムに設置され、前記コラムの温度を検出して温度データを出力するコラム温度センサを有し、
前記主軸系統温度データ入力部では、前記支持部材温度センサ及び前記コラム温度センサから前記温度データを入力し、前記主軸系統熱変位量算出部では、前記主軸系統温度データ入力部で入力した前記支持部材温度センサ及び前記コラム温度センサの温度データに基づいてコラム前面を基準位置とした主軸系統の熱変位量を算出することを特徴とする工作機械の熱変位補正システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は工作機械の熱変位補正システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に工作機械などの制御系では、図１２に示すような機械端の位置情報を位置検出器１で検出して位置フィードバックとして使用するフルクローズドループのフィードバック制御系を採用しているが、機械内に有する主軸やサーボモータ２などの熱源及び外気温度の変化によって機械変位が発生するため、各移動軸の位置決め精度や３次元空間における位置決め精度などの静的精度は悪化する。なお、機械変位は単に熱変位によるものだけでなく、機械の自重によるたわみなどによっても発生する。
更に、工作機械などの制御系として図１３に示すようなセミクローズドループのフィードバック制御系を採用した場合には、パルスコーダ３で検出するサーボモータ２の回転位置を位置フィードバックとして使用しているため、静的精度は更に悪化する傾向となる。このような機械変位はロボットなどの制御においても同様に発生する。
【０００３】
上記のような機械変位による静的精度の悪化、特に熱などに起因して発生する機械変位による静的精度悪化は加工誤差増大の大きな要因の一つであり、現在でもなお大きな問題であるが、熱に起因して発生する機械変位による静的精度悪化の対策としては、従来より、図１４及び図１５に示すような温度センサによる熱変位補正システムなどが提案されている。
【０００４】
詳細な説明は省略するが、図１４は立形マシニングセンタの熱変位補正システム（熱変位補正機能）であり、この熱変位補正システムでは温度センサ１１を機械の各部（コラム１２、サドル１３、ヘッド１４、テーブル１６、ワークＷ、ベッド１８）に埋め込み、これらの温度センサ１１によって計測した温度データを基にして機械の熱変位量を簡易的な算術式を用いて推測し、その変位量だけ機械座標などをシフトさせることにより機械変位量を補償する。なお、図１３中の１５は主軸である。
図１５は門形マシニングセンタの熱変位補正システム（熱変位補正機能）であり、この熱変位補正システムでは温度センサ２１を機械の各部（コラム２２、クロスレール２３、サドル２４、主軸２７、テーブル２６、ワークＷ、ベッド２８）に埋め込み、これらの温度センサ２１によって計測した温度データを基にして機械の熱変位量を簡易的な算術式を用いて推測し、その変位量だけ機械座標などをシフトさせることにより機械変位量を補償する。なお、図９中の２５はラムである。
なお、これらに関連する先行技術文献としては、下記の特許文献１〜５がある。
【０００５】
一方で、工作機械の熱変位は熱源がある主軸やコラムなどの機械構造物だけでなく、テーブルにおいても発生する。そのため、テーブルの熱変位対策として、下記の特許文献６ではテーブルの熱変位を考慮した工作機械の熱変位補正方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−６１８３号公報
【特許文献２】特開２００６−２８１４２０号公報
【特許文献３】特開２００６−１５４６１号公報
【特許文献４】特開２００７−１５０９４号公報
【特許文献５】特開２００８−１８３６５３号公報
【特許文献６】特許第４３５９５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献６で提案されている工作機械の熱変位補正方法には、次のような問題点がある。
【０００８】
（１）  特許文献６の方法ではテーブルの温度は均一としているが、大形の工作機械では特にテーブルの大きさが大きくテーブル全体が必ずしも均一な温度になることはなく、そのため熱変位量もテーブルの各部位によって異なる（テーブルには熱源は特にないため、テーブルは外気温度の変化や加工で使用するクーラントなどの影響を受けて熱変位することがほとんどである）。
（２）  特許文献６の方法ではテーブル上のワークの固定位置を規定しているが、このようにワークの固定位置を規定することは、小さなワークに対しては可能であるが、大形の工作機械のワークに対しては難しい。つまり、変形するワークを基準位置として規定する方法では現実的でない。
（３）  特許文献６の方法では熱変位の基準位置を工具中心位置としているが、実際にはコラム前面を基準位置として、次の２系統の熱変位が存在する。これに対して特許文献６の方法では、１系統側の熱変位のみを議論しており、基準位置もコラム前面とは異なる。
テーブル系統の熱変位：コラム⇒位置検出器⇒テーブル（⇒ワーク）
主軸系統の熱変位：コラム⇒クロスレール⇒サドル⇒主軸⇒（アタッチメント⇒）工具
【０００９】
従って本発明は上記の事情に鑑み、コラム前面を基準位置として熱変位量を評価し、且つ、テーブルに温度分布が生じてテーブルの熱変位量が不均一であっても精度のよい熱変位補正を行うことができ、更には、テーブル系統だけでなく主軸系統の変位も考慮した総合的な精度のよい変位補正を行うことができる工作機械の熱変位補正システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する第１発明の工作機械の熱変位補正システムは、工具が装着された主軸と、コラムと、前記主軸と前記コラムとの間に介設された主軸系統の支持部材（例えばクロスレール、サドル、ラム、主軸ベアリングなど）と、前記コラムの前後方向であるＸ軸方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルのＸ軸方向の位置を検出する位置検出器とを有する工作機械の熱変位補正システムにおいて、
前記位置検出器に設置され、前記位置検出器の温度を検出して温度データを出力する位置検出器温度センサと、
前記Ｘ軸方向における前記テーブルの各部に設置され、前記テーブルの各部の温度を検出して温度データを出力する複数のテーブル温度センサと、
前記位置検出器温度センサから前記温度データを入力する位置検出器温度データ入力部と、前記位置検出器温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記位置検出器の熱変位量を算出する位置検出器熱変位量算出部と、前記テーブル温度センサから前記温度データを入力するテーブル温度データ入力部と、前記テーブル温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記テーブルに生じるＸ軸方向の温度分布に応じた前記テーブルの熱変位量を算出するテーブル熱変位量算出部と、前記位置検出器熱変位量算出部で算出された前記位置検出器の熱変位量と前記テーブル熱変位量算出部で算出された前記テーブルの熱変位量とに基づいて前記コラムの前面を基準位置としたテーブル系統の熱変位量を算出するテーブル系統熱変位量算出部と、前記テーブル系統熱変位量算出部で算出された前記テーブル系統の熱変位量に基づいてＸ軸の補正量を求めてこのＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部とを有する変位補正装置と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、第２発明の工作機械の熱変位補正システムは、工具が装着された主軸と、コラムと、前記主軸と前記コラムとの間に介設された主軸系統の支持部材（例えばクロスレール、サドル、ラム、主軸ベアリングなど）と、前記コラムの前後方向であるＸ軸方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルのＸ軸方向の位置を検出する位置検出器とを有する工作機械の熱変位補正システムにおいて、
前記位置検出器に設置され、前記位置検出器の温度を検出して温度データを出力する位置検出器温度センサと、
前記Ｘ軸方向における前記テーブルの各部に設置され、前記テーブルの各部の温度を検出して温度データを出力する複数のテーブル温度センサと、
前記主軸系統の支持部材に設置され、前記主軸系統の支持部材の温度を検出して温度データを出力する支持部材温度センサと、
前記位置検出器温度センサから前記温度データを入力する位置検出器温度データ入力部と、前記位置検出器温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記位置検出器の熱変位量を算出する位置検出器熱変位量算出部と、前記テーブル温度センサから前記温度データを入力するテーブル温度データ入力部と、前記テーブル温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記テーブルに生じるＸ軸方向の温度分布に応じた前記テーブルの熱変位量を算出するテーブル熱変位量算出部と、前記位置検出器熱変位量算出部で算出された前記位置検出器の熱変位量と前記テーブル熱変位量算出部で算出された前記テーブルの熱変位量とに基づいてコラム前面を基準位置としたテーブル系統の熱変位量を算出するテーブル系統熱変位量算出部と、前記支持部材温度センサから前記温度データを入力する主軸系統温度データ入力部と、前記主軸系統温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいてコラム前面を基準位置とした主軸系統の熱変位量を算出する主軸系統熱変位量算出部と、前記テーブル系統熱変位量算出部で算出された前記テーブル系統の熱変位量と前記主軸系統熱変位量算出部で算出された前記主軸系統の熱変位量とに基づいてＸ軸の補正量を求めてこのＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部とを有する変位補正装置と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、第３発明の工作機械の熱変位補正システムは、工具が装着された主軸と、コラムと、前記主軸と前記コラムとの間に介設された主軸系統の支持部材（例えばクロスレール、サドル、ラム、主軸ベアリングなど）と、前記コラムの前後方向であるＸ軸方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルのＸ軸方向の位置を検出する位置検出器とを有する工作機械の熱変位補正システムにおいて、
前記位置検出器に設置され、前記位置検出器の温度を検出して温度データを出力する位置検出器温度センサと、
前記Ｘ軸方向における前記テーブルの各部に設置され、前記テーブルの各部の温度を検出して温度データを出力する複数のテーブル温度センサと、
前記主軸系統の支持部材に設置され、前記主軸系統の支持部材の温度を検出して温度データを出力する支持部材温度センサと、
前記コラムの前面側及び後面側に設置され、前記コラムの前面側及び後面側の温度を検出して温度データを出力するコラム温度センサと、
前記位置検出器温度センサから前記温度データを入力する位置検出器温度データ入力部と、前記位置検出器温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記位置検出器の熱変位量を算出する位置検出器熱変位量算出部と、前記テーブル温度センサから前記温度データを入力するテーブル温度データ入力部と、前記テーブル温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記テーブルに生じるＸ軸方向の温度分布に応じた前記テーブルの熱変位量を算出するテーブル熱変位量算出部と、前記位置検出器熱変位量算出部で算出された前記位置検出器の熱変位量と前記テーブル熱変位量算出部で算出された前記テーブルの熱変位量とに基づいてコラム前面を基準位置としたテーブル系統の熱変位量を算出するテーブル系統熱変位量算出部と、前記支持部材温度センサから前記温度データを入力する主軸系統温度データ入力部と、前記主軸系統温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいてコラム前面を基準位置とした主軸系統の熱変位量を算出する主軸系統熱変位量算出部と、前記コラム温度センサから前記温度データを入力するコラム温度データ入力部と、前記コラム温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記コラムの傾斜変位量を算出するコラム傾斜変位量算出部と、前記主軸系統熱変位量算出部で算出された前記主軸系統の熱変位量と前記コラム傾斜変位量算出部で算出された前記コラムの傾斜変位量とに基づいて主軸系統の変位量を算出する主軸系統変位量算出部と、前記テーブル系統熱変位量算出部で算出された前記テーブル系統の熱変位量と前記主軸系統変位量算出部で算出された前記主軸系統の変位量とに基づいてＸ軸の補正量を求めてこのＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部とを有する変位補正装置と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、第４発明の工作機械の熱変位補正システムは、第３発明の工作機械の熱変位補正システムにおいて、
前記主軸系統温度データ入力部では、前記支持部材温度センサ及び前記コラム温度センサから前記温度データを入力し、前記主軸系統熱変位量算出部では、前記主軸系統温度データ入力部で入力した前記支持部材温度センサ及び前記コラム温度センサの温度データに基づいてコラム前面を基準位置とした主軸系統の熱変位量を算出することを特徴とする。
【００１４】
また、第５発明の工作機械の熱変位補正システムは、工具が装着された主軸と、コラムと、前記主軸と前記コラムとの間に介設された主軸系統の支持部材（例えばクロスレール、サドル、ラム、主軸ベアリングなど）と、前記コラムの前後方向であるＸ軸方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルのＸ軸方向の位置を検出する位置検出器とを有する工作機械の熱変位補正システムにおいて、
前記位置検出器に設置され、前記位置検出器の温度を検出して温度データを出力する位置検出器温度センサと、
前記Ｘ軸方向における前記テーブルの各部に設置され、前記テーブルの各部の温度を検出して温度データを出力する複数のテーブル温度センサと、
前記主軸系統の支持部材に設置され、前記主軸系統の支持部材の温度を検出して温度データを出力する支持部材温度センサと、
前記コラムに設置され、前記コラムの傾斜角度を検出して傾斜データを出力する水準器と、
前記位置検出器温度センサから前記温度データを入力する位置検出器温度データ入力部と、前記位置検出器温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記位置検出器の熱変位量を算出する位置検出器熱変位量算出部と、前記テーブル温度センサから前記温度データを入力するテーブル温度データ入力部と、前記テーブル温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記テーブルに生じるＸ軸方向の温度分布に応じた前記テーブルの熱変位量を算出するテーブル熱変位量算出部と、前記位置検出器熱変位量算出部で算出された前記位置検出器の熱変位量と前記テーブル熱変位量算出部で算出された前記テーブルの熱変位量とに基づいてコラム前面を基準位置としたテーブル系統の熱変位量を算出するテーブル系統熱変位量算出部と、前記支持部材温度センサから前記温度データを入力する主軸系統温度データ入力部と、前記主軸系統温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいてコラム前面を基準位置とした主軸系統の熱変位量を算出する主軸系統熱変位量算出部と、前記水準器から前記傾斜データを入力するコラム傾斜データ入力部と、前記コラム傾斜データ入力部で入力した前記傾斜データに基づいて前記コラムの傾斜変位量を算出するコラム傾斜変位量算出部と、前記主軸系統熱変位量算出部で算出された前記主軸系統の熱変位量と前記コラム傾斜変位量算出部で算出された前記コラムの傾斜変位量とに基づいて主軸系統の変位量を算出する主軸系統変位量算出部と、前記テーブル系統熱変位量算出部で算出された前記テーブル系統の熱変位量と前記主軸系統変位量算出部で算出された前記主軸系統の変位量とに基づいてＸ軸の補正量を求めてこのＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部とを有する変位補正装置と、
を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、第６発明の工作機械の熱変位補正システムは、第５発明の工作機械の熱変位補正システムにおいて、
前記コラムに設置され、前記コラムの温度を検出して温度データを出力するコラム温度センサを有し、
前記主軸系統温度データ入力部では、前記支持部材温度センサ及び前記コラム温度センサから前記温度データを入力し、前記主軸系統熱変位量算出部では、前記主軸系統温度データ入力部で入力した前記支持部材温度センサ及び前記コラム温度センサの温度データに基づいてコラム前面を基準位置とした主軸系統の熱変位量を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１発明の工作機械の熱変位補正システムによれば、工具が装着された主軸と、コラムと、前記主軸と前記コラムとの間に介設された主軸系統の支持部材（例えばクロスレール、サドル、ラム、主軸ベアリングなど）と、前記コラムの前後方向であるＸ軸方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルのＸ軸方向の位置を検出する位置検出器とを有する工作機械の熱変位補正システムにおいて、前記位置検出器に設置され、前記位置検出器の温度を検出して温度データを出力する位置検出器温度センサと、前記Ｘ軸方向における前記テーブルの各部に設置され、前記テーブルの各部の温度を検出して温度データを出力する複数のテーブル温度センサと、前記位置検出器温度センサから前記温度データを入力する位置検出器温度データ入力部と、前記位置検出器温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記位置検出器の熱変位量を算出する位置検出器熱変位量算出部と、前記テーブル温度センサから前記温度データを入力するテーブル温度データ入力部と、前記テーブル温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記テーブルに生じるＸ軸方向の温度分布に応じた前記テーブルの熱変位量を算出するテーブル熱変位量算出部と、前記位置検出器熱変位量算出部で算出された前記位置検出器の熱変位量と前記テーブル熱変位量算出部で算出された前記テーブルの熱変位量とに基づいて前記コラムの前面を基準位置としたテーブル系統の熱変位量を算出するテーブル系統熱変位量算出部と、前記テーブル系統熱変位量算出部で算出された前記テーブル系統の熱変位量に基づいてＸ軸の補正量を求めてこのＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部とを有する変位補正装置とを備えたことを特徴としているため、コラム前面を基準位置としたテーブル系統（コラム⇒位置検出器⇒テーブル）の熱変位量を評価することができ、しかも、テーブルに温度分布が生じてテーブルの熱変位量が不均一であっても、精度の良い変位補正が可能になる。
【００１７】
第２発明の工作機械の熱変位補正システムによれば、工具が装着された主軸と、コラムと、前記主軸と前記コラムとの間に介設された主軸系統の支持部材（例えばクロスレール、サドル、ラム、主軸ベアリングなど）と、前記コラムの前後方向であるＸ軸方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルのＸ軸方向の位置を検出する位置検出器とを有する工作機械の熱変位補正システムにおいて、前記位置検出器に設置され、前記位置検出器の温度を検出して温度データを出力する位置検出器温度センサと、前記Ｘ軸方向における前記テーブルの各部に設置され、前記テーブルの各部の温度を検出して温度データを出力する複数のテーブル温度センサと、前記主軸系統の支持部材に設置され、前記主軸系統の支持部材の温度を検出して温度データを出力する支持部材温度センサと、前記位置検出器温度センサから前記温度データを入力する位置検出器温度データ入力部と、前記位置検出器温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記位置検出器の熱変位量を算出する位置検出器熱変位量算出部と、前記テーブル温度センサから前記温度データを入力するテーブル温度データ入力部と、前記テーブル温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記テーブルに生じるＸ軸方向の温度分布に応じた前記テーブルの熱変位量を算出するテーブル熱変位量算出部と、前記位置検出器熱変位量算出部で算出された前記位置検出器の熱変位量と前記テーブル熱変位量算出部で算出された前記テーブルの熱変位量とに基づいてコラム前面を基準位置としたテーブル系統の熱変位量を算出するテーブル系統熱変位量算出部と、前記支持部材温度センサから前記温度データを入力する主軸系統温度データ入力部と、前記主軸系統温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいてコラム前面を基準位置とした主軸系統の熱変位量を算出する主軸系統熱変位量算出部と、前記テーブル系統熱変位量算出部で算出された前記テーブル系統の熱変位量と前記主軸系統熱変位量算出部で算出された前記主軸系統の熱変位量とに基づいてＸ軸の補正量を求めてこのＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部とを有する変位補正装置とを備えたことを特徴としているため、コラム前面を基準位置としたテーブル系統（コラム⇒位置検出器⇒テーブル）の熱変位量と主軸系統（コラム⇒主軸系統の支持部材⇒主軸）の熱変位量を評価することができ、しかも、テーブルに温度分布が生じてテーブルの熱変位量が不均一であっても、精度の良い変位補正が可能になる。更には、テーブル系統の熱変位量と主軸系統の熱変位量とを総合的に捉えた工作機械全体の熱変位モデルを実現することができ、より精度の良い変位補正システムとなる。
【００１８】
第３発明の工作機械の熱変位補正システムによれば、工具が装着された主軸と、コラムと、前記主軸と前記コラムとの間に介設された主軸系統の支持部材（例えばクロスレール、サドル、ラム、主軸ベアリングなど）と、前記コラムの前後方向であるＸ軸方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルのＸ軸方向の位置を検出する位置検出器とを有する工作機械の熱変位補正システムにおいて、前記位置検出器に設置され、前記位置検出器の温度を検出して温度データを出力する位置検出器温度センサと、前記Ｘ軸方向における前記テーブルの各部に設置され、前記テーブルの各部の温度を検出して温度データを出力する複数のテーブル温度センサと、前記主軸系統の支持部材に設置され、前記主軸系統の支持部材の温度を検出して温度データを出力する支持部材温度センサと、前記コラムの前面側及び後面側に設置され、前記コラムの前面側及び後面側の温度を検出して温度データを出力するコラム温度センサと、前記位置検出器温度センサから前記温度データを入力する位置検出器温度データ入力部と、前記位置検出器温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記位置検出器の熱変位量を算出する位置検出器熱変位量算出部と、前記テーブル温度センサから前記温度データを入力するテーブル温度データ入力部と、前記テーブル温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記テーブルに生じるＸ軸方向の温度分布に応じた前記テーブルの熱変位量を算出するテーブル熱変位量算出部と、前記位置検出器熱変位量算出部で算出された前記位置検出器の熱変位量と前記テーブル熱変位量算出部で算出された前記テーブルの熱変位量とに基づいてコラム前面を基準位置としたテーブル系統の熱変位量を算出するテーブル系統熱変位量算出部と、前記支持部材温度センサから前記温度データを入力する主軸系統温度データ入力部と、前記主軸系統温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいてコラム前面を基準位置とした主軸系統の熱変位量を算出する主軸系統熱変位量算出部と、前記コラム温度センサから前記温度データを入力するコラム温度データ入力部と、前記コラム温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記コラムの傾斜変位量を算出するコラム傾斜変位量算出部と、前記主軸系統熱変位量算出部で算出された前記主軸系統の熱変位量と前記コラム傾斜変位量算出部で算出された前記コラムの傾斜変位量とに基づいて主軸系統の変位量を算出する主軸系統変位量算出部と、前記テーブル系統熱変位量算出部で算出された前記テーブル系統の熱変位量と前記主軸系統変位量算出部で算出された前記主軸系統の変位量とに基づいてＸ軸の補正量を求めてこのＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部とを有する変位補正装置とを備えたことを特徴としているため、コラム前面を基準位置としたテーブル系統（コラム⇒位置検出器⇒テーブル）の熱変位量と主軸系統（コラム⇒主軸系統の支持部材⇒主軸）の熱変位量を評価することができ、しかも、テーブルに温度分布が生じてテーブルの熱変位量が不均一であっても、精度の良い変位補正が可能になる。また、テーブル系統の熱変位量と主軸系統の熱変位量とを総合的に捉えた工作機械全体の熱変位モデルを実現することができ、より精度の良い変位補正システムとなる。更には、テーブル系統及び主軸系統の熱変位量だけでなく、コラムの傾斜変位量も考慮することにより、更に精度の良い変位補正が可能になる。
【００１９】
第４発明の工作機械の熱変位補正システムによれば、第３発明の工作機械の熱変位補正システムにおいて、前記主軸系統温度データ入力部では、前記支持部材温度センサ及び前記コラム温度センサから前記温度データを入力し、前記主軸系統熱変位量算出部では、前記主軸系統温度データ入力部で入力した前記支持部材温度センサ及び前記コラム温度センサの温度データに基づいてコラム前面を基準位置とした主軸系統の熱変位量を算出することを特徴としているため、コラムの温度データも考慮した主軸系統の熱変位量を評価することにより、より精度の良い変位補正が可能になる。
【００２０】
第５発明の工作機械の熱変位補正システムによれば、工具が装着された主軸と、コラムと、前記主軸と前記コラムとの間に介設された主軸系統の支持部材（例えばクロスレール、サドル、ラム、主軸ベアリングなど）と、前記コラムの前後方向であるＸ軸方向に移動可能なテーブルと、前記テーブルのＸ軸方向の位置を検出する位置検出器とを有する工作機械の熱変位補正システムにおいて、前記位置検出器に設置され、前記位置検出器の温度を検出して温度データを出力する位置検出器温度センサと、前記Ｘ軸方向における前記テーブルの各部に設置され、前記テーブルの各部の温度を検出して温度データを出力する複数のテーブル温度センサと、前記主軸系統の支持部材に設置され、前記主軸系統の支持部材の温度を検出して温度データを出力する支持部材温度センサと、前記コラムに設置され、前記コラムの傾斜角度を検出して傾斜データを出力する水準器と、前記位置検出器温度センサから前記温度データを入力する位置検出器温度データ入力部と、前記位置検出器温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記位置検出器の熱変位量を算出する位置検出器熱変位量算出部と、前記テーブル温度センサから前記温度データを入力するテーブル温度データ入力部と、前記テーブル温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいて前記テーブルに生じるＸ軸方向の温度分布に応じた前記テーブルの熱変位量を算出するテーブル熱変位量算出部と、前記位置検出器熱変位量算出部で算出された前記位置検出器の熱変位量と前記テーブル熱変位量算出部で算出された前記テーブルの熱変位量とに基づいてコラム前面を基準位置としたテーブル系統の熱変位量を算出するテーブル系統熱変位量算出部と、前記支持部材温度センサから前記温度データを入力する主軸系統温度データ入力部と、前記主軸系統温度データ入力部で入力した前記温度データに基づいてコラム前面を基準位置とした主軸系統の熱変位量を算出する主軸系統熱変位量算出部と、前記水準器から前記傾斜データを入力するコラム傾斜データ入力部と、前記コラム傾斜データ入力部で入力した前記傾斜データに基づいて前記コラムの傾斜変位量を算出するコラム傾斜変位量算出部と、前記主軸系統熱変位量算出部で算出された前記主軸系統の熱変位量と前記コラム傾斜変位量算出部で算出された前記コラムの傾斜変位量とに基づいて主軸系統の変位量を算出する主軸系統変位量算出部と、前記テーブル系統熱変位量算出部で算出された前記テーブル系統の熱変位量と前記主軸系統変位量算出部で算出された前記主軸系統の変位量とに基づいてＸ軸の補正量を求めてこのＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部とを有する変位補正装置とを備えたことを特徴としているため、コラム前面を基準位置としたテーブル系統（コラム⇒位置検出器⇒テーブル）の熱変位量と主軸系統（コラム⇒主軸系統の支持部材⇒主軸）の熱変位量を評価することができ、しかも、テーブルに温度分布が生じてテーブルの熱変位量が不均一であっても、精度の良い変位補正が可能になる。また、テーブル系統の熱変位量と主軸系統の熱変位量とを総合的に捉えた工作機械全体の熱変位モデルを実現することができ、より精度の良い変位補正システムとなる。更には、テーブル系統及び主軸系統の熱変位量だけでなく、コラムの傾斜変位量も考慮することにより、更に精度の良い変位補正が可能になる。
【００２１】
第６発明の工作機械の熱変位補正システムによれば、第５発明の工作機械の熱変位補正システムにおいて、前記コラムに設置され、前記コラムの温度を検出して温度データを出力するコラム温度センサを有し、前記主軸系統温度データ入力部では、前記支持部材温度センサ及び前記コラム温度センサから前記温度データを入力し、前記主軸系統熱変位量算出部では、前記主軸系統温度データ入力部で入力した前記支持部材温度センサ及び前記コラム温度センサの温度データに基づいてコラム前面を基準位置とした主軸系統の熱変位量を算出することを特徴としているため、コラムの温度データも考慮した主軸系統の熱変位量を評価することにより、より精度の良い変位補正が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態例１に係る工作機械の熱変位補正システムに関する図であって、温度センサの配置を示す工作機械の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態例１に係る工作機械の熱変位補正システムに関する図であって、変位補正装置側の構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）はテーブルの温度分布を示す図、（ｂ）は単位長さ当たりのテーブル熱変位量の分布を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態例２に係る工作機械の熱変位補正システムに関する図であって、温度センサの配置を示す工作機械の側面図である。
【図５】本発明の実施の形態例２に係る工作機械の熱変位補正システムに関する図であって、変位補正装置側の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態例３に係る工作機械の熱変位補正システムに関する図であって、温度センサの配置を示す工作機械の側面図である。
【図７】本発明の実施の形態例３に係る工作機械の熱変位補正システムに関する図であって、変位補正装置側の構成を示すブロック図である。
【図８】コラムの前面側と後面側の温度差によるコラム傾斜変位量の算出式に関する説明図である。
【図９】コラムの前面側と後面側の温度差によるコラム傾斜変位量の算出式に関する説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態例４に係る工作機械の熱変位補正システムに関する図であって、温度センサ及び水準器の配置を示す工作機械の側面図である。
【図１１】本発明の実施の形態例４に係る工作機械の熱変位補正システムに関する図であって、変位補正装置側の構成を示すブロック図である。
【図１２】従来のフルクローズドループのフィードバック制御装置のブロック図である。
【図１３】従来のセミクローズドループのフィードバック制御装置のブロック図である。
【図１４】従来の立形マシニングセンタの温度センサによる熱変位補正システムのブロック図である。
【図１５】従来の門形マシニングセンタの温度センサによる熱変位補正システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
＜実施の形態例１＞
【００２５】
図１〜図３に基づき、本発明の実施の形態例１に係る工作機械の熱変位補正システムについて説明する。
【００２６】
図１に示すように、工作機械は、ベッド３１と、テーブル３２と、門形のコラム３３と、クロスレール３４と、サドル３５と、ラム３６と、ラム３６に回転可能に支持された状態で内蔵された主軸３７と、主軸３７にアタッチメント３８を介して装着された工具３９と、位置検出器４２とを有している。
【００２７】
ベッド３１は床面４０に設置されている。ベッド３１上にはテーブル３２及びコラム３３が設置され、テーブル３２上にはワークＷが載置されている。テーブル３２は、ベッド３１の上面３１ａに敷設されたガイドレール（図示省略）に沿って、送り機構（図１では図示省略：図２参照）により矢印Ａの如く水平なＸ軸方向（コラム３３の前後方向）に直線的に移動可能になっている。クロスレール３４はコラム３３の前面３３ａに設置されており、コラム前面３３ａに敷設されたガイドレール（図示省略）に沿って、送り機構（図示省略）により矢印Ｂの如く鉛直なＺ軸方向に直線的に移動可能になっている。サドル３５はクロスレール３４の前面３４ａに設置されており、クロスレール３４に沿って、送り機構（図示省略）により水平なＹ軸方向（図１の紙面と直交する方向）に直線的に移動可能になっている。ラム３６はサドル３５に設けられ、送り機構（図示省略）により矢印Ｃの如くＺ軸方向に移動可能になっている。主軸３７はラム３６内に設けられており、主軸ベアリング４０によって回転可能に支持されている。なお、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸は互いに直交している。
【００２８】
そして、テーブル３２には複数個（図示例では５個）のテーブル温度センサ４１−１，４１−２，４１−３，４１−４，４１−５が設置されている。これらのテーブル温度センサ４１−１〜４１−５はＸ軸方向に沿って等間隔にテーブル３２の各部に配設されている。従って、テーブル温度センサ４１−１〜４１−５はテーブル３２の各部の温度をそれぞれ検出して、これらの検出温度データａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５を工作機械の変位補正装置５１（図２参照：詳細後述）へ出力する。
【００２９】
位置検出器４２は一般的なインダクトシン方式のリニアスケールであり、スライダ４２ａとスケール４２ｂとを有して成るものである。スケール４２ｂはジグザグ状のコイル４２ｂ−１を有しており、ベッド３１に取り付けられてＸ軸方向に延びている（長手方向がＸ軸方向に沿っている）。スライダ４２ａはジグザグ状のコイル４２ａ−１を有し、スケール４２ｂに対向した状態でテーブル３２に取り付けられている。スライダ４２ａのコイル４２ａ−１に電流を流すと、電磁誘導作用でスケール４２ｂのコイル４２ｂ−１に電圧が発生する。従って、テーブル３２とともにスライダ４２ａがＸ軸方向に移動すると、スライダ４２ａとスケール４２ｂの相対位置が変化して前記電圧が変化するため、この電圧の変化によってスライダ４２ａのＸ軸方向の位置、即ちテーブル３２（ワークＷ）のＸ軸方向の位置を検出することができる。このようにして位置検出器４２はテーブル３２（ワークＷ）の位置を検出し、この検出位置データを工作機械のフィードバック制御装置６１（図２参照：詳細後述）へ出力する（位置フィードバック）。
【００３０】
そして、位置検出器４２のスケール４２ｂには位置検出器温度センサ４１−６が設置されている。位置検出器温度センサ４１−６は位置検出器４２（スケール４２ｂ）の温度を検出し、この検出温度データａ６を工作機械の変位補正装置５１へ出力する。
なお、上記では位置検出器４２としてインダクトシン方式のリニアスケールについて記述しているが、リニアスケールはインダクトシン方式に限定するものではなく、他の方式のリニアスケールを位置検出器４２として用いてもよい。
【００３１】
次に、図１，図２及び図３に基づき、工作機械の変位補正装置５１、フィードバック制御装置６１及びテーブル送り機構７１について説明する。
【００３２】
図２に示すように、変位補正装置５１はパーソナルコンピュータなどを用いたものであり、位置検出器温度データ入力部５２と、位置検出器熱変位量算出部５３と、テーブル温度データ入力部５４と、テーブル熱変位量算出部５５と、テーブル系統熱変位量算出部５６と、Ｘ軸補正量出力部５７とを有している。
【００３３】
位置検出器温度データ入力部５２では、位置検出器温度センサ４１−６から出力される位置検出器４２（スケール４２ｂ）の温度データａ６を入力する。
位置検出器熱変位量算出部５３では、位置検出器温度データ入力部５２で入力した位置検出器４２（スケール４２ｂ）の温度データａ６に基づいて、位置検出器４２（スケール４２ｂ）のＸ軸方向の熱変位量ΔＬ1を算出する。
【００３４】
下記の（１）式が、位置検出器４２（スケール４２ｂ）や、その他の工作機械各部（ラム３６、主軸ベアリング４０、サドル３５、クロスレール３４、コラム３３など）の熱変位量の計算式例である。なお、位置検出器４２以外の工作機械各部の熱変位量に関しては、他の実施の形態例で説明する。
【数１】
2012086326.tif 000003
【００３５】
ここで、ΔＬは位置検出器４２（スケール４２ｂ）などの工作機械各部の熱変位量［μｍ］、ｋ1は補正係数、βは位置検出器４２（スケール４２ｂ）などの工作機械各部の線膨張係数［１／(℃×ｍ)］である。Ｔ0は基準温度［℃］、Ｔは位置検出器４２（スケール４２ｂ）などの工作機械各部の温度データ［℃］、ΔＴは温度データＴと基準温度Ｔ0の温度差（Ｔ−Ｔ0）［℃］、Ｌは位置検出器４２（スケール４２ｂ）などの工作機械各部の物体有効長（工作機械各部においてＸ軸方向の熱変位量に関わる部分の長さ）［ｍ］である。
【００３６】
従って、位置検出器４２（スケール４２ｂ）のＸ軸方向の熱変位量ΔＬ1は、位置検出器４２（スケール４２ｂ）の線膨張係数βと、基準温度Ｔ0と位置検出器４２（スケール４２ｂ）の温度データＴ（位置検出器温度センサ４１−６の温度データａ６）との温度差ΔＴと、位置検出器４２（スケール４２ａ）の物体有効長Ｌとを、（１）式に代入してΔＬを算出することによって得られる。なお、位置検出器４２（スケール４２ａ）における物体有効長Ｌは、図１に示すようにコラム前面３３ａである基準位置ＸK（Ｘ軸方向の基準位置）からスライダ４２ａの位置（図示例ではスライダ４２ａにおけるＸ軸方向の中心位置）までの長さＬ1における長さであり、スライダ４２ａの移動に応じて変化する。また、位置検出器４２（スケール４２ｂ）の熱変位量ΔＬ1は、コラム前面３３ａの基準位置ＸKからスライダ４２ａの位置までの長さＬ1の範囲で生じる熱変位量、即ち前記長さＬ1の範囲において位置検出器４２（スケール４２ｂ）の熱変位により生じた誤差量である。
【００３７】
テーブル温度データ入力部５４では、テーブル温度センサ４１−１〜４１−５から出力されるテーブル３２の各部の温度データａ１〜ａ５を入力する。
テーブル熱変位量算出部５５では、テーブル温度データ入力部５４で入力したテーブル３２の各部の温度データａ１〜ａ５に基づいて、テーブル３２に生じるＸ軸方向の温度分布に応じたテーブル３２の熱変位量ΔＬ2を算出する。
【００３８】
下記の（２）式及び（３）式が、テーブル３２に生じるＸ軸方向の温度分布に応じたテーブル３２の熱変位量ΔＬ2を計算するための計算式例である。
【数２】
2012086326.tif 000004
【００３９】
ここで、δは単位長さ当たりのテーブル３２の熱変位量［μｍ／ｍ］、ｋ2は補正係数、βはテーブル３２の線膨張係数［１／(℃×ｍ)］、Ｔ0は基準温度［℃］、Ｔはテーブル３２の温度データ［℃］である。ΔＬはテーブル３２に生じるＸ軸方向の温度分布に応じたテーブル３２の熱変位量［μｍ］、Ｘ、Ｘiはテーブル３２のＸ軸方向の位置である。
【００４０】
図３（ａ）において横軸はテーブル３２におけるＸ軸方向の位置［ｍ］、縦軸はテーブル３２の温度Ｔ［℃］である。図３（ｂ）において横軸はテーブル３２におけるＸ軸方向の位置［ｍ］、縦軸は単位長さ当たりのテーブル３２の熱変位量δ［μｍ／ｍ］である。例えば、テーブル３２において、図３（ａ）のようなテーブル３２のＸ軸方向における温度分布が生じている場合、Ｘ軸方向における単位長さ当たりのテーブル３２の熱変位量δの分布は図３（ｂ）のようになる。従って、この単位長さ当たりのテーブル３２の熱変位量δの分布から、Ｘ軸方向の温度分布に応じたテーブル３２の熱変位量ΔＬ2を算出することができる。なお、Ｘ＝０は図１に示すようにテーブル３２におけるスライダ４２ａの設置位置（図示例ではスライダ４２ａにおけるＸ軸方向の中心位置）である。
【００４１】
詳述すると、テーブル温度センサ４１−１~４１−５の温度データａ１〜ａ５を、順次、温度データＴとして（２）式に代入することにより、Ｘ軸方向における各温度データＴ（ａ１〜ａ５）に応じた単位長さ当たりのテーブル熱変位量δを得る。例えば、Ｘ軸方向において、Ｘ＝０からテーブル温度センサ４１−１の位置までは温度データａ１を用いてδを求め、テーブル温度センサ４１−１の位置（当該位置を含まず）からテーブル温度センサ４１−２の位置までは温度データａ２を用いてδを求め、テーブル温度センサ４１−２の位置（当該位置を含まず）からテーブル温度センサ４１−３の位置までは温度データａ３を用いてδを求め、テーブル温度センサ４１−３の位置（当該位置を含まず）からテーブル温度センサ４１−４の位置までは温度データａ４を用いてδを求め、テーブル温度センサ４１−４の位置（当該位置を含まず）からテーブル温度センサ４１−５の位置（或いはテーブル３２の端）までは温度データａ５を用いてδを求めることができる。
【００４２】
これらのδの値から、図３（ｂ）に例示するようなＸ軸方向における単位長さ当たりテーブル熱変位量δの分布を表す式δ（Ｘ）を得ることができる。そして、このδ（Ｘ）を（３）式のようにＸ軸方向の位置Ｘ（０〜Ｘi）関して積分することにより、テーブル３２に生じるＸ軸方向の温度分布に応じたテーブル熱変位量ΔＬ（ΔＬ2）を算出することができる。例えば、図１に示すＸ＝Ｘ1の位置においては、前述のスライダ４２ａの位置であるＸ＝０の位置からＸ＝Ｘ1の位置までの長さＬ2における熱変位量（即ちテーブル３２の熱変位による生じる誤差量）が、テーブル熱変位量ΔＬ2である。
【００４３】
次に、図２に示すように、テーブル系統熱変位量算出部５６では、位置検出器熱変位量算出部５３で算出された位置検出器４２の熱変位量ΔＬ1と、テーブル熱変位量算出部５５で算出されたテーブル熱変位量ΔＬ2とを加算することにより、テーブル系統の熱変位量（Ｘ軸方向の熱変位量）を算出する。例えば、図１に示すＸ＝Ｘ1の位置においては、コラム前面３３ａの基準位置ＸKからＸ＝Ｘ1の位置までの長さＬ3の範囲に含まれている熱変位量（即ち位置検出器４２（スケール４２ｂ）及びテーブル３２の熱変位によって生じるＸ軸の誤差量）が、テーブル系統の熱変位量である。テーブル系統熱変位量算出部５６では、この算出したテーブル系統の熱変位量を、テーブル系統におけるＸ軸の変位量として、Ｘ軸補正量出力部５７へ出力する。
【００４４】
Ｘ軸補正量出力部５７では、テーブル系統熱変位量算出部５６から入力したテーブル系統におけるＸ軸の変位量（テーブル系統の熱変位量）に基づいて、テーブル系統におけるＸ軸の補正量（＝“−Ｘ軸の変位量”）を求め、このＸ軸の補正量（＝“−Ｘ軸の変位量”）をフィードバック制御装置６１へ出力する。
【００４５】
図２に示すように、テーブル送り機構７１はサーボモータ７４、減速ギヤ７５、ボールスクリュー７６（ネジ部７６ａ，ナット部７６ｂ）、パルスコーダ７７などから構成されている。サーボモータ７４は、減速ギヤ７５を介してボールスクリュー７６のネジ部７６ａに連結されている。ボールスクリュー７６のネジ部７６ａとナット部７６ｂは互いに螺合しており、ナット部７６ｂはテーブル３２に取り付けられている。また、テーブル３２には前述のとおり位置検出器４２のスライダ４２ａが取り付けられ、サーボモータ７４にはパルスコーダ７７が取り付けられている。
【００４６】
従って、サーボモータ７４の回転力が減速ギヤ７５を介してボールスクリュー７６のネジ部７６ａへ伝達され、ネジ部７６ａが矢印Ｄの如く回転すると、ナット部７６ｂとともにテーブル３２が矢印Ａの如くＸ軸方向へ移動する。このときにテーブル３２（ワークＷ）のＸ軸方向への移動位置が位置検出器４２によって検出され、この検出位置データがフィードバック制御装置６１へ送れられる（位置フィードバック）。また、サーボモータ７４の回転角度がパルスコーダ７７によって検出され、この検出回転角度データがフィードバック制御装置６１へ送られる。
【００４７】
フィードバック制御装置６１は偏差演算部６２、乗算部６３、偏差演算部６４、比例演算部６５、積分演算部６６、加算部６７、電流制御部６８、微分演算部６９などから構成されている。
【００４８】
偏差演算部６２では、数値制御装置（図示省略）から送られてきたＸ軸位置指令に対して、変位補正装置５１（Ｘ軸補正量出力部５７）から送られてきたＸ軸の補正量（＝“−Ｘ軸の変位量”）を加算することにより、前記Ｘ軸位置指令を補正し、この補正後のＸ軸位置指令と、位置検出器４２からの位置フィードバック情報であるテーブル３２（ワークＷ）の位置との差を演算することにより、位置偏差ｄ１を求める。
【００４９】
乗算部６３では、位置偏差ｄ１に対して位置ループゲインＫｐを乗算することにより、速度指令ｄ２を求める。微分演算部６９では、パルスコーダ７７によって検出されたサーボモータ７４の回転角度を時間で微分することにより、サーボモータ７４の回転速度を求める。偏差演算部６４では、速度指令ｄ２と、微分演算部６９で求めたサーボモータ７４の回転速度との差を演算することにより、速度偏差ｄ３を求める。比例演算部６５では、速度偏差ｄ３に対して速度ループ比例ゲインＫｖを乗算することにより、比例値ｄ４を求める。積分演算部６６では、速度偏差ｄ３に対して速度ループ積分ゲインＫｖｉを乗算し、且つ、この乗算値を積分することにより、積分値ｄ５を求める。加算部６７では、比例値ｄ４と積分値ｄ５とを加算してトルク指令ｄ６を求める。電流制御部６８では、サーボモータ７４のトルクがトルク指令ｄ６に追従するようにサーボモータ７４へ供給する電流を制御する。
【００５０】
従って、このフィードバック制御装置６１では、サーボモータ７４の回転速度が速度指令ｄ２に追従し、テーブル５２のＸ軸方向の移動位置が補正後のＸ軸位置指令に追従するように制御する。
【００５１】
以上のように、本実施の形態例１における工作機械の熱変位補正システムによれば、工具３９が装着された主軸３７と、コラム３３と、主軸３７とコラム３３との間に介設された主軸系統の支持部材であるクロスレール３４、サドル３５、ラム３６、主軸ベアリング４０と、コラム３３の前後方向であるＸ軸方向に移動可能なテーブル３２と、テーブル３２のＸ軸方向の位置を検出する位置検出器４２とを有する工作機械の熱変位補正システムにおいて、位置検出器４２に設置され、位置検出器４２の温度を検出して温度データａ６を出力する位置検出器温度センサ４１−６と、Ｘ軸方向におけるテーブル３２の各部に設置され、テーブル３２の各部の温度を検出して温度データａ１〜ａ５を出力する複数のテーブル温度センサ４１−１〜４１−５と、位置検出器温度センサ４１−６から温度データａ６を入力する位置検出器温度データ入力部５２と、位置検出器温度データ入力部５２で入力した温度データａ６に基づいて位置検出器４２の熱変位量を算出する位置検出器熱変位量算出部５３と、テーブル温度センサ４１−１〜４１−５から温度データａ１〜ａ５を入力するテーブル温度データ入力部５４と、テーブル温度データ入力部５４で入力した温度データａ１〜ａ５に基づいてテーブル３２に生じるＸ軸方向の温度分布に応じたテーブル３２の熱変位量を算出するテーブル熱変位量算出部５５と、位置検出器熱変位量算出部５３で算出された位置検出器４２の熱変位量とテーブル熱変位量算出部５５で算出されたテーブル３２の熱変位量とに基づいてコラム前面３３ａを基準位置ＸKとしたテーブル系統の熱変位量を算出するテーブル系統熱変位量算出部５６と、テーブル系統熱変位量算出部５６で算出されたテーブル系統の熱変位量に基づいてＸ軸の補正量を求めてこのＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部５７とを有する変位補正装置５１とを備えたことを特徴としているため、コラム前面３３ａを基準位置ＸKとしたテーブル系統（コラム３３⇒位置検出器４２⇒テーブル３２）の熱変位量を評価することができ、しかも、テーブル３２に温度分布が生じてテーブル３２の熱変位量が不均一であっても、精度の良い変位補正が可能になる。
【００５２】
＜実施の形態例２＞
図４及び図５に基づき、本発明の実施の形態例２に係る工作機械の熱変位補正システムについて説明する。なお、図４及び図５に示す熱変位補正システムにおいて、上記実施の形態例１の熱変位補正システムと同様の部分については、同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【００５３】
図４に示すように、本実施の形態例２では、前述と同様の温度センサ４１−１〜４１−６の他に更に複数の温度センサ４１−７，４１−８，４１−９，４１−１０が、工作機械に設置されている。
【００５４】
クロスレール温度センサ４１−７はクロスレール３４に設置されており、クロスレール３４の温度を検出して、この検出温度データａ７を工作機械の変位補正装置８１（図５参照：詳細後述）へ出力する。サドル温度センサ４１−８はサドル３５に設置されており、サドル３５の温度を検出して、この検出温度データａ８を変位補正装置８１へ出力する。ラム温度センサ４１−９はラム３６に設置され、ラム３６の温度を検出して、この検出温度データａ９を変位補正装置８１へ出力する。主軸ベアリング温度センサ４１−１０は主軸ベアリング４０に設置されており、主軸ベアリング４０の温度を検出して、この検出温度データａ１０を変位補正装置８１へ出力する。
【００５５】
図５に示すように、変位補正装置８１はパーソナルコンピュータなどを用いたものであり、前述と同様の位置検出器温度データ入力部５２と、位置検出器熱変位量算出部５３と、テーブル温度データ入力部５４と、テーブル熱変位量算出部５５と、テーブル系統熱変位量算出部５６に加えて、主軸系統温度データ入力部８２と、主軸系統熱変位量算出部８３と、Ｘ軸補正量出力部８４とを有している。
【００５６】
主軸系統温度データ入力部８２では、クロスレール温度センサ４１−７から出力されるクロスレール３４の温度データａ７と、サドル温度センサ４１−８から出力されるサドル３５の温度データａ８と、ラム温度センサ４１−９から出力されるラム３６の温度データａ９と、主軸ベアリング温度センサ４１−１０から出力される主軸ベアリング４０の温度データａ１０を入力する。
【００５７】
主軸系統熱変位量算出部８３では、主軸系統温度データ入力部８２で入力した主軸系統の各部の温度データａ７〜ａ１０に基づいて、主軸系統におけるＸ軸方向の熱変位量を算出する。
【００５８】
即ち、クロスレール３４の線膨張係数βと、基準温度Ｔ0とクロスレール３４の温度データＴ（クロスレール温度センサ４１−７の温度データａ７）との温度差ΔＴと、クロスレール３４の物体有効長Ｌとを上記（１）式に代入して、クロスレール３４のＸ軸方向における熱変位量を算出する。また、サドル３５の線膨張係数βと、基準温度Ｔ0とサドル３５の温度データＴ（サドル温度センサ４１−８の温度データａ８）との温度差ΔＴと、サドル３５の物体有効長Ｌとを上記（１）式に代入して、サドル３５のＸ軸方向における熱変位量を算出する。また、ラム３６の線膨張係数βと、基準温度Ｔ0とラム３６の温度データＴ（ラム温度センサ４１−９の温度データａ９）との温度差ΔＴと、ラム３６の物体有効長Ｌとを上記（１）式に代入して、ラム３６のＸ軸方向における熱変位量を算出する。また、主軸ベアリング４０の線膨張係数βと、基準温度Ｔ0と主軸ベアリング４０の温度データＴ（主軸ベアリング温度センサ４１−１０の温度データａ１０）との温度差ΔＴと、主軸ベアリング４０の物体有効長Ｌとを上記（１）式に代入して、主軸ベアリング４０のＸ軸方向における熱変位量を算出する。
【００５９】
そして更に、主軸系統熱変位量算出部８３では、この算出したクロスレール３４の熱変位量、サドル３５の熱変位量、ラム３６の熱変位量及び主軸ベアリング４０の熱変位量に基づいて（例えばこれらを加算して）、主軸系統におけるＸ軸方向の熱変位量を算出する。例えば、図４に示すＸ＝Ｘ1の位置においては、コラム前面３３ａの基準位置ＸKからＸ＝Ｘ1の位置までの長さＬ4の範囲に含まれている熱変位量（即ちクロスレール３４、サドル３５、ラム３６及び主軸ベアリング４０の熱変位によって生じるＸ軸の誤差量）が、主軸系統の熱変位量である。主軸系統熱変位量算出部８３では、この算出した主軸系統の熱変位量を、主軸系統におけるＸ軸の補正量として、Ｘ軸補正量出力部８４へ出力する。
【００６０】
Ｘ軸補正量出力部８４では、テーブル系統熱変位量算出部５６から入力したテーブル系統におけるＸ軸の変位量（テーブル系統の熱変位量）と、主軸系統熱変位量算出部８３から入力した主軸系統におけるＸ軸の変位量（主軸系統の熱変位量）とに基づいて（例えばこれらを差し引いて）、テーブル系統及び主軸系統におけるＸ軸の補正量（＝“−Ｘ軸の変位量”）を求め、このＸ軸の補正量（＝“−Ｘ軸の変位量”）をフィードバック制御装置６１へ出力する。
【００６１】
フィードバック制御装置６１の偏差演算部６２では、数値制御装置（図示省略）から送られてきたＸ軸位置指令に対して、変位補正装置８１（Ｘ軸補正量出力部８４）から送られてきたＸ軸の補正量（＝“−Ｘ軸の変位量”）を加算することにより、前記Ｘ軸位置指令を補正し、この補正後のＸ軸位置指令と、位置検出器４２からの位置フィードバック情報であるテーブル３２（ワークＷ）の位置との差を演算することにより、位置偏差ｄ１を求める。
【００６２】
本実施の形態例２の熱変位補正システムにおけるその他の構成については、上記実施の形態例１の熱変位補正システムと同様である。
【００６３】
以上のように、本実施の形態例２における工作機械の熱変位補正システムによれば、工具３９が装着された主軸３７と、コラム３３と、主軸３７とコラム３３との間に介設された主軸系統の支持部材であるクロスレール３４、サドル３５、ラム３６、主軸ベアリング４０と、コラム３３の前後方向であるＸ軸方向に移動可能なテーブル３２と、テーブル３２のＸ軸方向の位置を検出する位置検出器４２とを有する工作機械の熱変位補正システムにおいて、位置検出器４２に設置され、位置検出器４２の温度を検出して温度データａ６を出力する位置検出器温度センサ４１−６と、Ｘ軸方向におけるテーブル３２の各部に設置され、テーブル３２の各部の温度を検出して温度データａ１〜ａ５を出力する複数のテーブル温度センサ４１−１〜４１−５と、主軸系統の支持部材であるクロスレール３４、サドル３５、ラム３６、主軸ベアリング４０に設置され、これらのクロスレール３４、サドル３５、ラム３６、主軸ベアリング４０の温度を検出して温度データａ７〜ａ１０を出力する支持部材温度センサとしてのクロスレール温度センサ４１−７、サドル温度センサ４１−８、ラム温度センサ４１−９及び主軸ベアリング温度センサ４１−１０と、位置検出器温度センサ４１−６から温度データａ６を入力する位置検出器温度データ入力部５２と、位置検出器温度データ入力部５２で入力した温度データａ６づいて位置検出器４２の熱変位量を算出する位置検出器熱変位量算出部５３と、テーブル温度センサ４１−１〜４１−５から温度データａ１〜ａ５を入力するテーブル温度データ入力部５４と、テーブル温度データ入力部５４で入力した温度データａ１〜ａ５に基づいてテーブル３２に生じるＸ軸方向の温度分布に応じたテーブルの熱変位量を算出するテーブル熱変位量算出部５５と、位置検出器熱変位量算出部５３で算出された位置検出器４２の熱変位量とテーブル熱変位量算出部５５で算出されたテーブル３２の熱変位量とに基づいてコラム前面３３ａを基準位置ＸKとしたテーブル系統の熱変位量を算出するテーブル系統熱変位量算出部５６と、クロスレール温度センサ４１−７、サドル温度センサ４１−８、ラム温度センサ４１−９及び主軸ベアリング温度センサ４１−１０から温度データａ７〜ａ１０を入力する主軸系統温度データ入力部８２と、主軸系統温度データ入力部８２で入力した温度データａ７〜ａ１０に基づいてコラム前面３３ａを基準位置ＸKとした主軸系統の熱変位量を算出する主軸系統熱変位量算出部８３と、テーブル系統熱変位量算出部５６で算出されたテーブル系統の熱変位量と主軸系統熱変位量算出部８３で算出された主軸系統の熱変位量とに基づいてＸ軸の補正量を求めてこのＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部８４とを有する変位補正装置８１とを備えたことを特徴としているため、コラム前面３３ａを基準位置ＸKとしたテーブル系統（コラム３３⇒位置検出器４２⇒テーブル３２）の熱変位量と主軸系統（コラム３３⇒クロスレール３４⇒サドル３５⇒ラム３６⇒主軸ベアリング４０⇒主軸３７）の熱変位量を評価することができ、しかも、テーブル３２に温度分布が生じてテーブル３２の熱変位量が不均一であっても、精度の良い変位補正が可能になる。更には、テーブル系統の熱変位量と主軸系統の熱変位量とを総合的に捉えた工作機械全体の熱変位モデルを実現することができ、より精度の良い変位補正システムとなる。
【００６４】
＜実施の形態例３＞
図６〜図９に基づき、本発明の実施の形態例３に係る工作機械の熱変位補正システムについて説明する。なお、図６及び図７に示す熱変位補正システムにおいて、上記実施の形態例１，２の熱変位補正システムと同様の部分については、同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【００６５】
図６に示すように、本実施の形態例３では、前述と同様の温度センサ４１−１〜４１−１０の他に更に複数の温度センサ４１−１１，４１−１２，４１−１３，４１−１４，４１−１５，４１−１６が、工作機械に設置されている。
【００６６】
コラム温度センサ４１−１１，４１−１２，４１−１３はコラム３３の前面３３ａ側における上部、中間部及び下部にそれぞれ設置されており、これらの上部、中間部及び下部の温度を検出して、この検出温度データａ１１，ａ１２，ａ１３を工作機械の変位補正装置９１（図７参照：詳細後述）へ出力する。コラム温度センサ４１−１４，４１−１５，４１−１６はコラム３３の後面３３ｂ側における上部、中間部及び下部にそれぞれ設置されており、これらの上部、中間部及び下部の温度を検出して、この検出温度データａ１４，ａ１５，ａ１６を変位補正装置９１へ出力する。
【００６７】
図７に示すように、変位補正装置９１はパーソナルコンピュータなどを用いたものであり、前述と同様の位置検出器温度データ入力部５２と、位置検出器熱変位量算出部５３と、テーブル温度データ入力部５４と、テーブル熱変位量算出部５５と、テーブル系統熱変位量算出部５６に加えて、主軸系統温度データ入力部９２と、主軸系統熱変位量算出部９３と、コラム温度データ入力部９４と、コラム傾斜変位量算出部９５と、主軸系統変位量算出部９６と、Ｘ軸補正量出力部９７とを有している。
【００６８】
主軸系統温度データ入力部９２では、クロスレール温度センサ４１−７から出力されるクロスレール３４の温度データａ７と、サドル温度センサ４１−８から出力されるサドル３５の温度データａ８と、ラム温度センサ４１−９から出力されるラム３６の温度データａ９と、主軸ベアリング温度センサ４１−１０から出力される主軸ベアリング４０の温度データａ１０と、コラム温度センサ４１−１１〜４１−１６から出力されるコラム３３の温度データａ１１〜ａ１６を入力する。
【００６９】
主軸系統熱変位量算出部９３では、主軸系統温度データ入力部９２で入力した主軸系統の各部の温度データａ７〜ａ１６に基づいて、主軸系統におけるＸ軸方向の熱変位量を算出する。
【００７０】
即ち、クロスレール３４の線膨張係数βと、基準温度Ｔ0とクロスレール３４の温度データＴ（クロスレール温度センサ４１−７の温度データａ７）との温度差ΔＴと、クロスレール３４の物体有効長Ｌとを上記（１）式に代入して、クロスレール３４のＸ軸方向における熱変位量を算出する。また、サドル３５の線膨張係数βと、基準温度Ｔ0とサドル３５の温度データＴ（サドル温度センサ４１−８の温度データａ８）との温度差ΔＴと、サドル３５の物体有効長Ｌとを上記（１）式に代入して、サドル３５のＸ軸方向における熱変位量を算出する。また、ラム３６の線膨張係数βと、基準温度Ｔ0とラム３６の温度データＴ（ラム温度センサ４１−９の温度データａ９）との温度差ΔＴと、ラム３６の物体有効長Ｌとを上記（１）式に代入して、ラム３６のＸ軸方向における熱変位量を算出する。また、主軸ベアリング４０の線膨張係数βと、基準温度Ｔ0と主軸ベアリング４０の温度データＴ（主軸ベアリング温度センサ４１−１０の温度データａ１０）との温度差ΔＴと、主軸ベアリング４０の物体有効長Ｌとを上記（１）式に代入して、主軸ベアリング４０のＸ軸方向における熱変位量を算出する。
【００７１】
また、コラム３３の線膨張係数βと、基準温度Ｔ0とコラム３３の温度データＴとの温度差ΔＴと、コラム３３の物体有効長Ｌとを上記（１）式に代入して、コラム３３のＸ軸方向における熱変位量を算出する。なお、コラム３３の温度データＴは、コラム温度センサ４１−１１〜４１−１６の温度データａ１１〜ａ１６に基づくものであり、これらの温度データａ１１〜ａ１６の平均値又は最大値などの適宜の値を用いることができる。
【００７２】
そして更に、主軸系統熱変位量算出部９３では、この算出したクロスレール３４の熱変位量、サドル３５の熱変位量、ラム３６の熱変位量、主軸ベアリング４０の熱変位量及びコラム３３の熱変位量に基づいて（例えばこれらを加算して）、主軸系統におけるＸ軸方向の熱変位量を算出する。例えば、図６に示すＸ＝Ｘ1の位置においては、コラム前面３３ａの基準位置ＸKからＸ＝Ｘ1の位置までの長さＬ4の範囲に含まれている熱変位量（即ちクロスレール３４、サドル３５、ラム３６、主軸ベアリング４０及びコラム３３の熱変位によって生じるＸ軸の誤差量）が、主軸系統の熱変位量である。
【００７３】
コラム温度データ入力部９４では、コラム温度センサ４１−１１〜４１−１６から出力されるコラム３３の温度データａ１１〜ａ１６を入力する。
コラム傾斜変位量算出部９５では、コラム温度データ入力部９４で入力したコラム前面３３ａ側の温度データａ１１〜ａ１３とコラム後面３３ｂ側の温度データａ１４〜ａ１６とに基づいて、コラム３３の傾斜によるＸ軸方向の変位量である傾斜変位量δを算出する。
【００７４】
図８及び図９を参照し、傾斜変位量δの算出式について説明する。図８には傾斜前のコラム３３を一点鎖線で示し、傾斜後（コラム前面３３ａ側とコラム後面３３ｂ側の温度差によって円弧状に変形した状態）のコラム３３を実線で示している。
【００７５】
図８において、コラム３３の高さをＬH、コラム側面３３ｃの幅をε、コラム前面３３ａ側の温度データをＴ1、コラム後面３３ｂ側の温度データをＴ2、傾斜変位量をδ、円弧状に変形したコラム３３における円弧の半径をρ、コラム３３の傾斜角度をθ、傾斜変位量を算出する際に、変位量を修正するための係数をαとすると、下記の（４）式及び（５）式が得られ、これらの（４）式，（５）式から、下記のようにして（６）式が得られる。（６）式において、ΔＴ1はコラム前面３３ａ側の温度データＴ1と基準温度Ｔ0との温度差（Ｔ1−Ｔ0）、ΔＴ2はコラム後面３３ｂ側の温度データＴ2と基準温度Ｔ0との温度差（Ｔ2−Ｔ0）である。
【数３】
2012086326.tif 000005
【００７６】
一方、図９に示すような円の方程式（ｘ−ρ）2＋ｙ2＝ρ2におけるｘ，ｙに、傾斜変位量δ及びコラム３３の高さＬH（図８参照）を代入すると、下記の（７）式が得られ、この（７）式から、下記のようにして（８）式が得られる。そして、この（８）式におけるθに上記の（６）式を代入すると下記の（９）式が得られ、この（９）式から、下記のようにして（１０）式が得られる。従って、この（１０）式に温度データＴ1，Ｔ2を代入すれば、傾斜変位量δを算出することができる。なお、温度データＴ1には、コラム前面３３ａ側の温度データａ１１〜ａ１３の何れかの値又は平均値などを用いることができ、温度データＴ2には、コラム後面３３ｂ側の温度データａ１４〜ａ１６の何れかの値又は平均値などを用いることができる。
【数４】
2012086326.tif 000006
【００７７】
図７に示すように、主軸系統変位量算出部９６では、主軸系統熱変位量算出部９３で算出された主軸系統の熱変位量と、コラム傾斜変位量算出部９５で算出された傾斜変位量δとに基づいて（例えばこれを加算して）、主軸系統におけるＸ軸の変位量を算出し、これをＸ軸補正量出力部９７へ出力する。
【００７８】
Ｘ軸補正量出力部９７では、テーブル系統熱変位量算出部５６から入力したテーブル系統におけるＸ軸の変位量（テーブル系統の熱変位量）と、主軸系統変位量算出部９６から入力した主軸系統におけるＸ軸の変位量（主軸系統の熱変位量及び傾斜変位量）とに基づいて（例えばこれらを差し引いて）、テーブル系統及び主軸系統におけるＸ軸の補正量（＝“−Ｘ軸の変位量”）を求め、このＸ軸の補正量（＝“−Ｘ軸の変位量”）をフィードバック制御装置６１へ出力する。
【００７９】
フィードバック制御装置６１の偏差演算部６２では、数値制御装置（図示省略）から送られてきたＸ軸位置指令に対して、変位補正装置９１（Ｘ軸補正量出力部９７）から送られてきたＸ軸の補正量（＝“−Ｘ軸の変位量”）を加算することにより、前記Ｘ軸位置指令を補正し、この補正後のＸ軸位置指令と、位置検出器４２からの位置フィードバック情報であるテーブル３２（ワークＷ）の位置との差を演算することにより、位置偏差ｄ１を求める。
【００８０】
本実施の形態例３の熱変位補正システムにおけるその他の構成については、上記実施の形態例１，２の熱変位補正システムと同様である。
【００８１】
以上のように、本実施の形態例３における工作機械の熱変位補正システムによれば、工具３９が装着された主軸３７と、コラム３３と、主軸３７とコラム３３との間に介設された主軸系統の支持部材であるクロスレール３４、サドル３５、ラム３６、主軸ベアリング４０と、コラム３３の前後方向であるＸ軸方向に移動可能なテーブル３２と、テーブル３２のＸ軸方向の位置を検出する位置検出器４２とを有する工作機械の熱変位補正システムにおいて、位置検出器４２に設置され、位置検出器４２の温度を検出して温度データａ６を出力する位置検出器温度センサ４１−６と、Ｘ軸方向におけるテーブル３２の各部に設置され、テーブル３２の各部の温度を検出して温度データａ１〜ａ５を出力する複数のテーブル温度センサ４１−１〜４１−５と、主軸系統の支持部材であるクロスレール３４、サドル３５、ラム３６、主軸ベアリング４０に設置され、これらのクロスレール３４、サドル３５、ラム３６、主軸ベアリング４０の温度を検出して温度データａ７〜ａ１０を出力する支持部材温度センサとしてのクロスレール温度センサ４１−７、サドル温度センサ４１−８、ラム温度センサ４１−９及び主軸ベアリング温度センサ４１−１０と、コラム３３の前面３３ａ側及び後面３３ｂ側に設置され、コラム３３の前面３３ａ側及び後面３３ｂ側の温度を検出して温度データａ１１〜ａ１６を出力するコラム温度センサ４１−１１〜４１−１６と、位置検出器温度センサ４１−６から温度データａ６を入力する位置検出器温度データ入力部５２と、位置検出器温度データ入力部５２で入力した温度データａ６に基づいて位置検出器４２の熱変位量を算出する位置検出器熱変位量算出部５３と、テーブル温度センサ４１−１〜４１−５から温度データａ１〜ａ５を入力するテーブル温度データ入力部５４と、テーブル温度データ入力部５４で入力した温度データａ１〜ａ５に基づいてテーブル３２に生じるＸ軸方向の温度分布に応じたテーブル３２の熱変位量を算出するテーブル熱変位量算出部５５と、位置検出器熱変位量算出部５３で算出された位置検出器４２の熱変位量とテーブル熱変位量算出部５５で算出されたテーブル３２の熱変位量とに基づいてコラム前面３３ａを基準位置ＸKとしたテーブル系統の熱変位量を算出するテーブル系統熱変位量算出部５６と、支持部材温度センサとしてのクロスレール温度センサ４１−７、サドル温度センサ４１−８、ラム温度センサ４１−９、主軸ベアリング温度センサ４１−１０及びコラム温度センサ４１−１１〜４１−１６から温度データａ７〜ａ１６を入力する主軸系統温度データ入力部９２と、主軸系統温度データ入力部９２で入力した温度データａ７〜ａ１６に基づいてコラム前面３３ａを基準位置ＸKとした主軸系統の熱変位量を算出する主軸系統熱変位量算出部９３と、コラム温度センサ４１−１１〜４１−１６から温度データａ１１〜ａ１６を入力するコラム温度データ入力部９４と、コラム温度データ入力部９４で入力した温度データａ１１〜ａ１６に基づいてコラム３３の傾斜変位量を算出するコラム傾斜変位量算出部９５と、主軸系統熱変位量算出部９３で算出された主軸系統の熱変位量とコラム傾斜変位量算出部９５で算出されたコラム３３の傾斜変位量とに基���いて主軸系統の変位量を算出する主軸系統変位量算出部９６と、テーブル系統熱変位量算出部５６で算出されたテーブル系統の熱変位量と主軸系統変位量算出部９６で算出された主軸系統の変位量とに基づいてＸ軸の補正量を求めてこのＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部９７とを有する変位補正装置９１とを備えたことを特徴としているため、コラム前面３３ａを基準位置ＸKとしたテーブル系統（コラム３３⇒位置検出器４２⇒テーブル３２）の熱変位量と主軸系統（コラム３３⇒クロスレール３４⇒サドル３５⇒ラム３６⇒主軸ベアリング４０⇒主軸３７）の熱変位量を評価することができ、しかも、テーブル３２に温度分布が生じてテーブル３２の熱変位量が不均一であっても、精度の良い変位補正が可能になる。また、テーブル系統の熱変位量と主軸系統の熱変位量とを総合的に捉えた工作機械全体の熱変位モデルを実現することができ、より精度の良い変位補正システムとなる。更には、テーブル系統及び主軸系統の熱変位量だけでなく、コラム３３の傾斜変位量も考慮することにより、更に精度の良い変位補正が可能になる。
【００８２】
＜実施の形態例４＞
図１０及び図１１に基づき、本発明の実施の形態例４に係る工作機械の熱変位補正システムについて説明する。なお、図１０及び図１１に示す熱変位補正システムにおいて、上記実施の形態例１〜３の熱変位補正システムと同様の部分については、同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【００８３】
図１０に示すように、本実施の形態例４では、前述と同様の温度センサ４１−１〜４１−１６に加えて、水準器１００が工作機械に設置されている。水準器１００はコラム３３の上面３３ｄに設置されており、コラム３３の傾斜角度θを検出して、この検出傾斜データθを工作機械の変位補正装置１０１（図１１参照：詳細後述）へ出力する。
【００８４】
図１１に示すように、変位補正装置１０１はパーソナルコンピュータなどを用いたものであり、前述と同様の位置検出器温度データ入力部５２と、位置検出器熱変位量算出部５３と、テーブル温度データ入力部５４と、テーブル熱変位量算出部５５と、テーブル系統熱変位量算出部５６と、主軸系統温度データ入力部９２と、主軸系統熱変位量算出部９３に加えて、コラム傾斜データ入力部１０２と、コラム傾斜変位量算出部１０３と、主軸系統変位量算出部１０４と、Ｘ軸補正量出力部１０５とを有している。
【００８５】
コラム傾斜データ入力部１０２では、水準器１００から出力されるコラム３３の傾斜データθを入力する。
コラム傾斜変位量算出部１０３では、コラム傾斜データ入力部１０２で入力したコラム３３の傾斜データθに基づいて、コラム３３の傾斜によるＸ軸方向の変位量である傾斜変位量δを算出する。例えば、この傾斜変位量δは、上記（８）式に傾斜データθを代入することによって算出することができる。
【００８６】
主軸系統変位量算出部１０４では、主軸系統熱変位量算出部９３で算出された主軸系統の熱変位量と、コラム傾斜変位量算出部１０３で算出された傾斜変位量δとに基づいて（例えばこれを加算して）、主軸系統におけるＸ軸の変位量を算出し、これをＸ軸補正量出力部１０５へ出力する。
【００８７】
Ｘ軸補正量出力部１０５では、テーブル系統熱変位量算出部５６から入力したテーブル系統におけるＸ軸の変位量（テーブル系統の熱変位量）と、主軸系統変位量算出部１０４から入力した主軸系統におけるＸ軸の変位量（主軸系統の熱変位量及び傾斜変位量）とに基づいて（例えばこれらを差し引いて）、テーブル系統及び主軸系統におけるＸ軸の補正量（＝“−Ｘ軸の変位量”）を求め、このＸ軸の補正量（＝“−Ｘ軸の変位量”）をフィードバック制御装置６１へ出力する。
【００８８】
フィードバック制御装置６１の偏差演算部６２では、数値制御装置（図示省略）から送られてきたＸ軸位置指令に対して、変位補正装置１０１（Ｘ軸補正量出力部１０５）から送られてきたＸ軸の補正量（＝“−Ｘ軸の変位量”）を加算することにより、前記Ｘ軸位置指令を補正し、この補正後のＸ軸位置指令と、位置検出器４２からの位置フィードバック情報であるテーブル３２（ワークＷ）の位置との差を演算することにより、位置偏差ｄ１を求める。
【００８９】
本実施の形態例４の熱変位補正システムにおけるその他の構成については、上記実施の形態例１〜３の熱変位補正システムと同様である。
【００９０】
以上のように、本実施の形態例４における工作機械の熱変位補正システムによれば、工具３９が装着された主軸３７と、コラム３３と、主軸３９とコラム３７との間に介設された主軸系統の支持部材であるクロスレール３４、サドル３５、ラム３６、主軸ベアリング４０と、コラム３３の前後方向であるＸ軸方向に移動可能なテーブル３２と、テーブル３２のＸ軸方向の位置を検出する位置検出器４２とを有する工作機械の熱変位補正システムにおいて、位置検出器４２に設置され、位置検出器４２の温度を検出して温度データａ６を出力する位置検出器温度センサ４１−６と、Ｘ軸方向におけるテーブル３２の各部に設置され、テーブル３２の各部の温度を検出して温度データａ１〜ａ５を出力する複数のテーブル温度センサ４１−１〜４１−５と、主軸系統の支持部材であるクロスレール３４、サドル３５、ラム３６、主軸ベアリング４０に設置され、これらのクロスレール３４、サドル３５、ラム３６、主軸ベアリング４０の温度を検出して温度データａ７〜ａ１０を出力する支持部材温度センサとしてのクロスレール温度センサ４１−７、サドル温度センサ４１−８、ラム温度センサ４１−９及び主軸ベアリング温度センサ４１−１０と、コラム３３に設置され、コラム３３の温度を検出して温度データａ１１〜ａ１６を出力するコラム温度センサ４１−１１〜４１−１６と、コラム３３に設置され、コラム３３の傾斜角度を検出して傾斜データθを出力する水準器１００と、位置検出器温度センサ４１−６から温度データａ６を入力する位置検出器温度データ入力部５２と、位置検出器温度データ入力部５２で入力した温度データａ６に基づいて位置検出器４２の熱変位量を算出する位置検出器熱変位量算出部５３と、テーブル温度センサ４１−１〜４１−５から温度データａ１〜ａ５を入力するテーブル温度データ入力部５４と、テーブル温度データ入力部５４で入力した温度データａ１〜ａ５に基づいてテーブル３２に生じるＸ軸方向の温度分布に応じたテーブル３２の熱変位量を算出するテーブル熱変位量算出部５５と、位置検出器熱変位量算出部５３で算出された位置検出器４２の熱変位量とテーブル熱変位量算出部５５で算出されたテーブル３２の熱変位量とに基づいてコラム前面３３ａを基準位置ＸKとしたテーブル系統の熱変位量を算出するテーブル系統熱変位量算出部５６と、支持部材温度センサとしてのクロスレール温度センサ４１−７、サドル温度センサ４１−８、ラム温度センサ４１−９、主軸ベアリング温度センサ４１−１０及びコラム温度センサ４１−１１〜４１−１６から温度データａ７〜ａ１６を入力する主軸系統温度データ入力部９２と、主軸系統温度データ入力部９２で入力した温度データａ７〜ａ１６に基づいてコラム前面３３ａを基準位置ＸKとした主軸系統の熱変位量を算出する主軸系統熱変位量算出部９３と、水準器１００から傾斜データθを入力するコラム傾斜データ入力部１０２と、コラム傾斜データ入力部１０２で入力した傾斜データθに基づいてコラム３３の傾斜変位量を算出するコラム傾斜変位量算出部１０３と、主軸系統熱変位量算出部９３で算出された主軸系統の熱変位量とコラム傾斜変位量算出部１０３で算出されたコラム３３の傾斜変位量とに基づいて主軸系統���変位量を算出する主軸系統変位量算出部１０４と、テーブル系統熱変位量算出部５６で算出されたテーブル系統の熱変位量と主軸系統変位量算出部１０４で算出された主軸系統の変位量とに基づいてＸ軸の補正量を求めてこのＸ軸の補正量を出力するＸ軸補正量出力部１０５とを有する変位補正装置１０１とを備えたことを特徴としているため、コラム前面３３ａを基準位置ＸKとしたテーブル系統（コラム３３⇒位置検出器４２⇒テーブル３２）の熱変位量と主軸系統（コラム３３⇒クロスレール３４⇒サドル３５⇒ラム３６⇒主軸ベアリング４０⇒主軸３７）の熱変位量を評価することができ、しかも、テーブル３２に温度分布が生じてテーブル３２の熱変位量が不均一であっても、精度の良い変位補正が可能になる。また、テーブル系統の熱変位量と主軸系統の熱変位量とを総合的に捉えた工作機械全体の熱変位モデルを実現することができ、より精度の良い変位補正システムとなる。更には、テーブル系統及び主軸系統の熱変位量だけでなく、コラムの傾斜変位量も考慮することにより、更に精度の良い変位補正が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は工作機械の熱変位補正システムに関するものであり、門形マシニングセンタや立形マシニングセンタなどの各種の工作機械における熱変位補正システムに適用して有用なものである。
【符号の説明】
【００９２】
３１  ベッド
３１ａ  上面
３２  テーブル
３３  コラム
３３ａ  コラム前面
３３ｂ  コラム後面
３３ｃ  コラム側面
３３ｄ  コラム上面
３４  クロスレール
３４ａ  クロスレール前面
３５  サドル
３６  ラム
３７  主軸
３８  アタッチメント
３９  工具
４０  主軸ベアリング
４１−１〜４１−５  テーブル温度センサ
４１−６  位置検出器温度センサ
４１−７  クロスレール温度センサ
４１−８  サドル温度センサ
４１−９  ラム温度センサ
４１−１０  主軸ベアリング温度センサ
４１−１１〜４１−１６  コラム温度センサ
４２  位置検出器
４２ａ  スライダ
４２ａ−１  コイル
４２ｂ  スケール
４２ｂ−１  コイル
５１  変位補正装置
５２  位置検出器温度データ入力部
５３  位置検出器熱変位量算出部
５４  テーブル温度データ入力部
５５  テーブル熱変位量算出部
５６  テーブル系統熱変位量算出部
５７  Ｘ軸補正量出力部
６１  フィードバック制御装置
６２  偏差演算部
６３  乗算部
６４  偏差演算部
６５  比例演算部
６６  積分演算部
６７  加算部
６８  電流制御部
６９  微分演算部
７１  テーブル送り機構
７４  サーボモータ
７５  減速ギヤ
７６  ボールスクリュー
７６ａ  ネジ部
７６ｂ  ナット部
７７  パルスコーダ
８１  変位補正装置
８２  主軸系統温度データ入力部
８３  主軸系統熱変位量算出部
８４  Ｘ軸補正量出力部
９１  変位補正装置
９２  主軸系統温度データ入力部
９３  主軸系統熱変位量算出部
９４  コラム温度データ入力部
９５  コラム傾斜変位量算出部
９６  主軸系統変位量算出部
９７  Ｘ軸補正量出力部
１０１  変位補正装置
１０２  コラム傾斜データ入力部
１０３  コラム傾斜変位量算出部
１０４  主軸系統変位量算出部
１０５  Ｘ軸補正量出力部
【図１】
2012086326.tif 000007
【図２】
2012086326.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012086326.tif 000011
【図６】
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【図７】
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【図８】
2012086326.tif 000014
【図９】
2012086326.tif 000015
【図１０】
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【図１１】
2012086326.tif 000017
【図１２】
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【図１３】
2012086326.tif 000019
【図１４】
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【図１５】
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