(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コラムの案内に沿って上下に移動する主軸頭と、主軸ユニットを内蔵し前記主軸頭の案内に沿って水平方向に移動するラムと、第１のボールねじ送り機構および第２のボールねじ送り機構からなり前記主軸頭を上下に移動させる一対のボールねじ送り機構と、前記第１ボールねじ送り機構を駆動する第１のサーボモータと、前記第２ボールねじ送り機構を駆動する第２のサーボモータと、ＮＣ装置と、を有するＮＣ工作機械において、前記ラムの移動による前記主軸頭の重心変動に起因する主軸頭の傾きおよび当該ラムの上下方向の偏位を補正するための主軸頭重心補正装置であって、
前記ＮＣ装置から与えられる主軸頭移動指令に基づき前記第１サーボモータ、第２サーボモータを制御するＹ軸制御部と、
前記ラムの上下方向の偏位を測定する基準となる基準ブロックと、
前記ラムの先端に配置される第１のインジケータと、
前記基準ブロックに配置される第２のインジケータと、
前記ラムを任意の繰り出し量で移動させ、任意の繰り出し量におけるラム先端位置の上下方向偏位を前記基準ブロックと前記第１および第２インジケータを用いて検出し、前記第１インジケータで検出した第１サーボモータに対する移動指令の補正量Δｙ１、前記第２インジケータで検出した第２サーボモータに対する移動指令の補正量Δｙ２としてあらかじめ任意の繰り出し量に対応させた補正量データを記憶する補正データ記憶手段と、
ＮＣ装置から与えられるラム移動指令を取り込むとともに、前記補正データ記憶手段から当該ラムの繰り出し量に対応する補正量Δｙ１、Δｙ２を読み込み、この補正量Δｙ１を第１サーボモータに対する移動指令に加減し、補正量Δｙ２を第２サーボモータに対する移動指令に加減し主軸頭の姿勢を水平に維持しラム先端位置の上下方向偏位を補正する補正手段と、
からなることを特徴とする主軸頭重心補正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、横中ぐり盤などの数値制御工作機械に係り、特に、主軸頭のラムの水平移動に伴う重心の変動による誤差を補正する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
横中ぐり盤では、主軸頭がコラムの案内に沿って昇降し、主軸頭に組み込まれているラムが水平方向に移動する。このラムが水平方向に移動すると主軸頭は重心の変化により傾くという現象が生じる。大型の横中ぐり盤にもなると、ラムそのものに重量があり、ラムの移動がないときと、ラムがもっとも繰り出されたときとでは、主軸頭の重心の位置は大きく変わる。この重心位置の変動によりラムの水平移動の真直度が保てずにラム先端の主軸の位置に上下方向の誤差が生じるため、加工精度を確保するためには、何らかの補正が必要不可欠となる。
【０００３】
従来技術にかかる重心補正方式として、主軸頭の重量を支える左右２本のワイヤのつり上げ力の割合を油圧により自動的に変化させ、ラムの水平移動の真直度を保つようにしたものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、油圧による重心補正の場合、応答遅れがどうしても生じ、追従性が悪いという油圧方式の制約を受け、実際の主軸先端の位置と、補正した位置との間に誤差が生じている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、ラムの繰り出しに伴い重心位置が変動しても、応答性が高く正確にラムの水平移動の真直度を保つことができるようにした主軸頭の重心補正装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、
コラムの案内に沿って上下に移動する主軸頭と、主軸ユニットを内蔵し前記主軸頭の案内に沿って水平方向に移動するラムと、第１のボールねじ送り機構および第２のボールねじ送り機構からなり前記主軸頭を上下に移動させる一対のボールねじ送り機構と、前記第１ボールねじ送り機構を駆動する第１のサーボモータと、前記第２ボールねじ送り機構を駆動する第２のサーボモータと、ＮＣ装置と、を有するＮＣ工作機械において、前記ラムの移動による前記主軸頭の重心変動に起因する主軸頭の傾きおよび当該ラムの上下方向の偏位を補正するための主軸頭重心補正装置であって、前記ＮＣ装置から与えられる主軸頭移動指令に基づき前記第１サーボモータ、第２サーボモータを制御するＹ軸制御部と、前記ラムの上下方向の偏位を測定する基準となる基準ブロックと、前記ラムの先端に配置される第１のインジケータと、前記基準ブロックに配置される第２のインジケータと、前記ラムを任意の繰り出し量で移動させ、任意の繰り出し量におけるラム先端位置の上下方向偏位を前記基準ブロックと前記第１および第２インジケータを用いて検出し、前記第１インジケータで検出した第１サーボモータに対する移動指令の補正量Δｙ１、前記第２インジケータで検出した第２サーボモータに対する移動指令の補正量Δｙ２としてあらかじめ任意の繰り出し量に対応させた補正量データを記憶する補正データ記憶手段と、ＮＣ装置から与えられるラム移動指令を取り込むとともに、前記補正データ記憶手段から当該ラムの繰り出し量に対応する補正量Δｙ１、Δｙ２を読み込み、この補正量Δｙ１を第１サーボモータに対する移動指令に加減し、補正量Δｙ２を第２サーボモータに対する移動指令に加減し主軸頭の姿勢を水平に維持しラム先端位置の上下方向偏位を補正する補正手段と、からなることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明によれば、第１サーボモータは、補正前の主軸移動指令に比べてより多くボールねじを回転させて主軸頭を吊り上げるようにし、第２サーボモータは、補正前の主軸移動指令に比べてより少なくボールねじを回転させて主軸頭が下がるようにして、全体として主軸頭の姿勢を水平に維持し、ラムの案内面を水平に保ち、ラム（主軸）先端の位置に誤差が生じるのを防止する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による主軸頭重心補正装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【０００９】
図１は、本発明が適用されるＮＣ横中ぐり盤を示す。参照符号１０は床面を示す。この床面１０にはベッド１１が固定され、ベッド１１上には、案内面に沿って紙面に垂直な方向に移動可能にコラムベース１２が設置されている。コラム１４は、コラムベース１２に固定されている。
【００１０】
コラム１４の側面には主軸頭１６の上下移動を案内する案内面（図示せず）が設けられ、主軸頭１６は、この案内面に沿って上下に昇降自在にコラム１４に取り付けられている。主軸頭１６の内部には、ラム１８が水平方向に移動可能に組み込まれている。このラム１８には、主軸ユニットが内蔵されている。この実施形態では、主軸頭１６のラム案内面は、箱形のラム１８の４面を案内するクローズドタイプの案内面が採用され、これにより高剛性の主軸頭構造となっている。
【００１１】
コラム１４の頂部には、カウンターウェイト用のプーリ１９が設置され、このプーリーに巻かれたワイヤー２０の一端部が主軸頭１６に止着され、他端側には図示しない主軸頭１６の重量に釣り合うカウンターウェイトが止着されている。
【００１２】
この横中ぐり盤では、主軸頭１６の昇降送りを２本のボールねじ２２ａ、２２ｂからなる第１のボールねじ機構および第２のボールねじ機構と、それぞれを駆動する第１Ｙ軸サーボモータ２４ａ、第２Ｙ軸サーボモータ２４ｂによって行っている。ラム１８を繰り出しは、ボールねじ機構２６をラム送り（Ｚ軸）サーボモータ２８で駆動することにより行っている。なお、参照符号２９は、主軸を回転駆動するモータである。この横中ぐり盤では、ＮＣ装置により数値制御する上で、主軸頭１６の移動を制御する軸がＹ軸で、ラム１８の繰り出しを制御する軸がＺ軸である。
【００１３】
このような主軸頭１６では、ラム１８が繰り出されると、その位置によって主軸頭１６の重心位置が変動し、主軸頭１６とともにラムの案内面が水平から僅かに傾く。この案内面の傾きによって、ラム１８（主軸）の先端の位置は、ラム１８の案内面が水平に維持されていた場合に比べると上下方向に偏位することになる。そこで、図２に、このようなラムの偏位の補正を実行する制御装置のブロック構成図を示す。
【００１４】
図２において、３０は横中ぐり盤を数値制御するＮＣ装置を示す。このＮＣ装置３０は、入力される指令データを解析して指令を演算する演算部３２を有している。演算部３２から出力された主軸頭移動指令（Ｙ軸移動指令）、ラム移動指令（Ｚ軸移動指令）は、それぞれサーボ制御部３１のＹ軸サーボアンプ３２ａ、３２ｂと、Ｚ軸サーボアンプ３４に導入される。なお、他の軸に属するサーボアンプおよび位置等をフィードバック制御する制御ループについては、重心補正とは直接関係がないので省略されている。
【００１５】
ＮＣ装置３０から出力される主軸頭移動指令は、それぞれＹ軸サーボアンプ３２ａ、３２ｂに入力され、この主軸頭移動指令に基づいてＹ軸サーボアンプ３２ａ、３２ｂは、主軸頭１６の上下方向の送りを駆動するサーボモータ２４ａ、２４ｂのそれぞれに指令を与えて制御する。同じように、ＮＣ装置３０から出力されるラム移動指令は、Ｚ軸サーボアンプ３４に入力され、このラム移動指令に基づいてＺ軸サーボアンプ３４は、ラムの送りを駆動するラム送りサーボモータ２８に指令してその回転を制御する。３６は、補正に必要な補正データテーブルが記憶された記憶装置である。
【００１６】
次に、重心補正に必要な補正データテーブルについて説明する。
【００１７】
この補正データテーブルは、ラム１８の移動量と、このラム１８の移動量におけるラム１８の上下方向の偏位を補正する補正量とが一対一に関係づけられた補正データからなるものである。
【００１８】
図３は、ラム１８が繰り出されたときのラム１８の上下方向の偏位の測定を説明する図である。４０は測定の基準に用いられる基準ブロックである。この場合、一対のインジケータ４２ａ、４２ｂが用いられており、インジケータ４２ａはラム１８の先端部に取り付けられ、他方のインジケータ４２ｂは基準ブロック４２に取り付けられている。図３に示すように、ラム１８が所定の量Ｚ1だけ繰り出されると、ラム１８が移動した分の重量だけ重心が変動してモーメントが主軸頭１６に作用し、ラム１８は先端に向かって下に傾くことになる。このとき、基準ブロック４０の上面を水平な基準として鉛直上方をＹ軸の正の方向とすると、インジケータ４２ａの位置ではＹ軸の負の方向に偏位し、インジケータ４２ｂの位置ではＹ軸正方向に変位していることになる。
【００１９】
このラムの繰り出し量Ｚ1のときに、第１のＹ軸サーボモータ２４ａ、第２のＹ軸サーボモータ２４ｂを駆動し、それまで接触していたインジケータ４２ａが基準ブロック４２の上面から離れる直前までの第１Ｙ軸サーボモータ２４ａの回転角度に対応するパルス数、インジケータ４２ｂがラム１８に接触する直前までの第２Ｙ軸サーボモータ２４ｂの回転角度に対応するパルス数を計数すれば、ラム繰り出し量Ｚ1における補正量を計測することができる。
【００２０】
図４は、このようにして多数の異なる繰り出し量Ｚについて補正量を測定した結果を示すグラフである。図４のようなグラフから図２の補正データテーブルとして用いられる補正データが作成され、任意のラム１８の繰り出し量が与えられたときに、それぞれ第１Ｙ軸サーボモータ２４ａに対する補正量Δｙ1、第２Ｙ軸サーボモータ２４ｂに対する補正量Δｙ2が一対一に関係付けられている。なお、主軸にアタッチメントが取り付けられ場合には、そのアタッチメントを取り付けた状態で新たな補正量を計測し、補正データテーブルを作成しておく必要がある。
【００２１】
次に、図２において、４４は、補正演算部を示す。この補正演算部４４は、ラム移動指令を取り込むとともに、前記補正データテーブルを記憶した記憶装置３６からこのときのラム移動量に対応した補正量を読み込み、この補正量を主軸頭移動指令に加減するようになっている。
【００２２】
すなわち、ラム１８の任意の繰り出し量がｚであれば、補正演算部４４は、ラム移動指令を取り込むことで、繰り出し量ｚに対応する補正量Δｙ1、Δｙ２を補正データテーブルから読み取り、第１Ｙ軸サーボアンプ３２ａに対する主軸頭移動指令に対しては補正量Δｙ1を加算し、第２Ｙ軸サーボアンプ３２ｂに対する主軸頭移動指令に対しては補正量Δｙ２を減算して補正する。
【００２３】
この結果、第１Ｙ軸サーボモータ２２ａは、補正前の主軸移動指令に比べてより多くボールネジ２２ａを回転させて主軸頭１６を吊り上げるようにし、第２Ｙ軸サーボモータ２２ｂは、補正前の主軸移動指令に比べてより少なくボールネジ２２ｂを回転させて主軸頭１６が下がるようにして、全体として主軸頭１６の姿勢を水平に維持する。したがって、ラム１８の案内面は水平に保たれるため、ラム（主軸）先端の位置に誤差が生じるのを防止することができる。
【００２４】
しかも、ＮＣ装置３０から与えられる指令に補正量を増減することで、主軸頭を送るサーボモータ２２ａ、２２ｂの回転量を異ならせることによって主軸頭１６の重心の変動を補正しているので、従来の油圧式に比べてはるかに応答性を高め、補正の精度を高めることが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ラムの繰り出しに伴い重心位置が変動しても、応答性が高く正確に主軸頭を水平に保ちラムの水平移動の真直度を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による主軸頭重心補正が適用される横中ぐり盤の構成説明図。
【図２】本発明による主軸頭重心補正装置のブロック構成図。
【図３】図１の横中ぐり盤において、補正データの測定を説明する図。
【図４】主軸頭重心補正の基礎となる補正データテーブルの例を示す図。
【符号の説明】
１０  床面
１１  ベッド
１２  コラムベース
１４  コラム
１６  主軸頭
１８  ラム
２４ａ、２４ｂ  Ｙ軸サーボモータ
２８  Ｚ軸サーボモータ
３０  ＮＣ装置
４４  補正演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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