JP2005046944A - 工作機械の熱変位補正方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 一つの移動体位置検出器を移動体に簡単に取付けてボールねじの熱変位による移動体の位置変化量を容易に測定することができ、ボールねじの熱変位に対する補正を高精度に行なって加工誤差を補正する工作機械の熱変位補正方法を提供する。
【解決手段】 熱変位補正方法は、Ｘ軸方向に関する加工位置の近傍の一箇所の測定位置Ｐ2で、ボールねじの熱変位による移動体２０の位置変化量λ1，λ2を検出器４２により直接測定し、この測定された移動体の位置変化量に対応して、移動体に支持されている工作物の座標系の原位置を補正し、この補正された新たな原位置に基づいて、移動体のＸ軸方向の移動動作を制御する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、一箇所の測定位置で移動体位置検出器によりボールねじの熱変位による移動体の位置変化量を測定して熱変位補正を行う、工作機械の熱変位補正方法およびその装置に関する。

工作機械には、工作物または工具を支持する移動体を移動させるのに、ボールねじを用いた送り機構を使用する場合が多い。ボールねじは、そのねじ軸をサーボモータで回転させることにより、ねじ軸に螺合しているボールナットを直線移動させて、ボールナットに固定された移動体を移動させる。
しかしながら、ボールねじを駆動すると、ねじ軸，ボールナットおよび内部の鋼球の摩擦によって熱が発生し、ねじ軸が熱膨張により伸びるので、このねじ軸の変形は工作機械の加工精度に大きく影響する。

そこで、ボールねじの熱変位を補正する技術が、特許第２６９８０６９号公報（特許文献１）に提案されている。
特許第２６９８０６９号公報

前記特許文献１に記載されたボールねじの熱変位補正装置は、ボールねじのねじ軸に二つの測定部位を設け、二個の変位センサをボールねじの変形の影響を受けない位置に配置し、それぞれ二つの測定部位のうちの一方の変位を測定するように構成している。
すなわち、この従来技術は、ボールねじの熱変位による移動体の位置変化量を、加工位置またはその近傍で直接測定するようにはなっておらず、ボールねじの軸線と平行な方向に関して測定部位は加工位置とは離れている。
また、移動体の位置変化量を直接測定するのではなく、ボールねじのねじ軸に設けられた二つの測定部位でそれぞれ測定した二つの隙間寸法のデータに基づいて、移動体の位置変化量を間接的に演算するようにしている。
したがって、この従来技術では、ボールねじの熱変位に対する補正の精度が低下する恐れがあった。

この従来技術は、ボールねじのねじ軸の全体が均一に熱膨張して伸びるのを前提として、二つの測定部位での測定結果に基づいて、移動体の位置変化量を演算している。その結果、もし、ボールねじのねじ軸全体が不均一に熱膨張した場合には、熱変位補正の精度が低下する恐れがあった。
また、ボールねじのねじ軸に二つの測定部位を設けるのは、スペース的，構造的に困難な場合が多かった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、一つの移動体位置検出器を移動体に簡単に取付けてボールねじの熱変位による移動体の位置変化量を容易に測定することができ、ボールねじの熱変位に対する補正を高精度に行なって加工誤差を補正することができる工作機械の熱変位補正方法およびその装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明にかかる工作機械の熱変位補正方法は、工作物または工具を支持する移動体がボールねじを介して少なくともこのボールねじの軸線と平行な第１の方向に移動し、加工位置で前記工具により前記工作物を加工する工作機械における熱変位補正方法であって、前記第１の方向に関する前記加工位置またはその近傍の一箇所の測定位置で、前記ボールねじの熱変位による前記移動体の位置変化量を一つの移動体位置検出器により直接測定し、この測定された前記移動体の位置変化量に対応して、前記移動体に支持されている前記工作物または前記工具の座標系の原位置を補正し、この補正された新たな原位置に基づいて、前記移動体の少なくとも前記第１の方向の移動動作を制御する。
前記方法を実施する上で好適な熱変位補正装置は、工作物または工具を支持する移動体がボールねじを介して少なくともこのボールねじの軸線と平行な第１の方向に移動し、加工位置で前記工具により前記工作物を加工する工作機械における熱変位補正装置であって、前記第１の方向に関する前記加工位置またはその近傍の一箇所の測定位置で、前記ボールねじの熱変位による前記移動体の位置変化量を直接測定する一つの移動体位置検出器と、この移動体位置検出器で測定された前記移動体の位置変化量に対応して、前記移動体に支持されている前記工作物または前記工具の座標系の原位置を補正する補正演算部と、この補正演算部で補正された新たな原位置に基づいて、前記移動体の少なくとも前記第１の方向の移動動作を制御する移動体制御部とを備えている。
前記移動体は主軸台を有しており、前記工作機械は、床面に対してほぼ垂直方向を向いている軸線を有し先端にチャックが設けられた主軸と、この主軸を回転可能に支持し、この主軸の軸線と平行な第２の方向に移動可能な前記主軸台と、一つまたは複数の前記工具を取付け可能に前記工作機械の基体に設けられた刃物台とを備え、前記主軸台が前記刃物台に対して前記第１の方向および前記第２の方向に相対移動して前記工作物を加工する主軸移動型立形工作機械であるのが好ましい。
前記移動体位置検出器は、前記工作機械の基体に設定された非移動側基準位置に対して、前記移動体側に設定された移動側基準位置が前記ボールねじの熱変位により前記測定位置でどれだけ変位しているかを示す前記位置変化量を測定するのが好ましい。

本発明の工作機械の熱変位補正方法およびその装置は、上述のように構成したので、一つの移動体位置検出器を移動体に簡単に取付けてボールねじの熱変位による移動体の位置変化量を容易に測定することができ、ボールねじの熱変位に対する補正を高精度に行なって加工誤差を補正することができる。

下記の実施例では、ボールねじの熱変位による移動体の位置変化量を一つの移動体位置検出器により直接測定することにより、ボールねじの熱変位に対する補正を高精度に行うという目的を実現している。
本発明における工作機械は、ＮＣ（数値制御）装置により制御されており、工作物または工具を支持する移動体を移動させるのに、ボールねじを用いた送り機構を使用している。そして、移動体がボールねじを介して少なくともこのボールねじの軸線と平行な第１の方向に移動し、加工位置で工具により工作物を加工する。
このような工作機械として、下記の実施例では、主軸移動型工作機械の場合を示している。この主軸移動型工作機械の主軸の軸線が、床面に対して垂直方向を向いている場合を示しているが、主軸軸線は、この垂直方向に対して所定角度傾斜した方向（この場合も、「床面に対してほぼ垂直方向」とする）を向いている場合でもよい。

下記の実施例では、主軸移動型立形工作機械として立て旋盤を例にとって示しており、この立て旋盤は、主軸の軸線が床面に対してほぼ垂直方向を向いている立形の主軸移動型工作機械の一つである。
なお、本発明にかかる熱変位補正方法およびその装置が適用される工作機械として、工作物または工具を支持する移動体がボールねじを介して少なくともこのボールねじの軸線と平行な第１の方向に移動し、加工位置で工具により工作物を加工する構成とした、立て旋盤以外のＮＣ旋盤，マシニングセンタ，ターニングセンタ，旋削盤などであってもよい。
このような各種工作機械において、工作物または工具を支持して第１の方向に移動する移動体は、主軸台，主軸頭，刃物台またはテーブルなどを有していることになる。

以下、本発明にかかる一実施例を、図１ないし図８を参照して説明する。
図１ないし図８は本発明の一実施例を示す図で、図１はブロック図、図２は主軸移動型の立て旋盤の正面図、図３，図４は、それぞれ図２に示す立て旋盤の平面図，右側面図である。
図５は、図２に示す立て旋盤の拡大概略正面図、図６は図５の概略平面図、図７は、図６の部分拡大図で、熱変位補正のための動作を示す平面図である。

図１ないし図６に示すように、熱変位補正装置１が設けられた主軸移動型立形工作機械としての立て旋盤（以下、旋盤と記載）２には、工作物搬送装置３が設けられている。
工作物搬送装置３は、旋盤２の基体５の近傍に設けられている。工作物搬送装置３は、旋盤２が未加工工作物（未加工の工作物で、たとえば素材ワーク）７を受け取るための未加工工作物受け取り位置Ｂ1に、未加工工作物７を搬送するとともに載置する。
工作物搬送装置３は、旋盤２が加工済工作物（加工済の工作物で、たとえば完成品ワーク）８を渡すための加工済工作物渡し位置Ｂ2で、旋盤２から加工済工作物８を受け取って載置するとともに搬出する。工作物７，８を載置するための複数の工作物載置台３ａの旋回割出し動作は、自動制御されている。

旋盤２は、主軸１０を回転可能に支持する主軸台１１を備えている。主軸１０は、床面に対して垂直方向に軸線ＣＬ1を有し、主軸１０の下方端部（主軸の先端）にはチャック１２が設けられている。
サドル１３は、主軸台１１を主軸軸線ＣＬ1と平行なＺ軸方向（第２の方向）に移動可能に支持するとともに、Ｚ軸方向に対して直交するＸ軸方向（第１の方向）に移動する。主軸台１１，主軸１０およびサドル１３などにより、Ｘ軸方向に移動可能な移動体２０が構成されている。

移動体２０は、この移動体２０をＸ軸方向に移動させるＸ軸用送り機構を構成するＸ軸用のボールねじを介して、少なくともＸ軸用ボールねじの軸線ＣＬ3と平行なＸ軸方向に移動する。したがって、主軸台１１は、Ｚ軸方向およびＸ軸方向に移動可能であり、加工位置Ｐ1では工具１５により工作物が加工される。
移動体２０において、加工動作（加工サイクル）時には、主軸１０の軸線ＣＬ1は加工ストロークＳＴ1（たとえば、ＳＴ1＝約２００ｍｍ）内でＸ軸方向に移動し、工作物を搬出入するための搬出入動作時には、主軸軸線ＣＬ1は搬出入ストロークＳＴ2（たとえば、ＳＴ2＝約１,０００ｍｍ）内でＸ軸方向に移動する。

刃物台１４は、割出し用の駆動モータを有して基体５に設けられ、一つまたは複数の工具１５を取付け可能である。刃物台１４には、工具１５を取付けるためのタレット１６が、所定の方向（たとえば、Ｘ軸方向）と平行な軸線ＣＬ2を中心に、旋回割出し可能に設けられている。
タレット１６には、工作物を所定の形状に旋削加工するための一つまたは複数の工具（内径工具，外径工具など）１５が取付けられている。
なお、主軸台１１がＺ軸方向のほかＸ軸方向にも移動し、刃物台１４が移動しないタイプの旋盤２で説明を行なっているが、変形例として、主軸台がＺ軸方向にのみ移動し、刃物台がＸ軸方向に移動するタイプの主軸移動型工作機械であってもよい。その場合には、刃物台が移動体となって、主軸台に対してＸ軸方向に相対的に移動することになる。

旋盤２は、主軸１０のチャック１２に把持された工作物を加工するための加工領域２１を有している。加工領域２１では、チャック１２に把持された工作物を主軸１０により所定の回転速度で回転させるとともに、刃物台１４の工具１５と工作物とをＸ軸方向，Ｚ軸方向に相対移動させて、工作物を所定の形状に加工する。
主軸１０の中心は、Ｘ軸方向と平行な移動軌跡Ｃ0上を、加工領域２１内で加工が行われる位置（加工位置Ｐ1）と、加工領域２１外の未加工工作物受け取り位置Ｂ1および加工済工作物渡し位置Ｂ2との間で移動する。

旋盤２のベッド２２は、前部ベッド２３と後部ベッド２４を有し、側面視でほぼＬ字状をなしている。加工領域２１の下方に位置する前部ベッド２３より、後部ベッド２４の方が高くなっている。
後部ベッド２４の前面には刃物台１４が取付けられ、後部ベッド２４の上部前面には、一対の平行なＸ軸用ガイドレール２５がＸ軸方向に設けられている。
サドル１３には、スライド本体２６が固定されている。Ｘ軸用ガイドレール２５とスライド本体２６は、直動転がり案内を構成している。サドル１３は、Ｘ軸用ガイドレール２５に沿ってＸ軸方向に移動可能に配置されている。

二本のＸ軸用ガイドレール２５の間には、Ｘ軸用のボールねじのねじ軸３０が、Ｘ軸用ガイドレール２５と平行に配置されている。ねじ軸３０には、サドル１３に固定されたボールナットがねじ込まれている。
基体５にはＸ軸用サーボモータ３１が取付けられている。Ｘ軸用サーボモータ３１は、その出力軸とねじ軸３０とを連結する連結部材を介して、ねじ軸３０を正逆方向に回転駆動するようになっている。
Ｘ軸用サーボモータ３１に駆動されてねじ軸３０が回転すると、ボールナットが固定されているサドル１３が、一対のＸ軸用ガイドレール２５に案内支持されてＸ軸方向に往復移動する。サドル１３を含む移動体２０の移動動作が、工具１５に対する主軸台１１のＸ軸方向の移動となる。
この旋盤２では、Ｘ軸方向へのサドル１３の移動可能な距離が、工作物搬送装置３の方向に長くなっている。

サドル１３の前面には、一対の平行なＺ軸用ガイドレール３５がＺ軸方向に設けられている。主軸台１１にはスライド本体３６が固定されている。Ｚ軸用ガイドレール３５とスライド本体３６は、直動転がり案内を構成している。主軸台１１は、Ｚ軸用ガイドレール３５に沿ってＺ軸方向に移動可能に配置されている。

二本のＺ軸用ガイドレール３５の間には、主軸台１１をＺ軸方向に移動させるＺ軸用送り機構を構成するＺ軸用のボールねじのねじ軸が、Ｚ軸用ガイドレール３５と平行に配置されている。Ｚ軸用のボールねじのねじ軸には、主軸台１１に固定されたボールナットがねじ込まれている。
サドル１３の上部には、Ｚ軸用サーボモータ３７が取付けられている。Ｚ軸用サーボモータ３７は、その出力軸とＺ軸用のボールねじのねじ軸とを連結する連結部材を介して、このねじ軸を正逆方向に回転駆動する。
Ｚ軸用サーボモータ３７に駆動されてねじ軸が回転すれば、ボールナットが固定されている主軸台１１が、Ｚ軸用ガイドレール３５に案内支持されてＺ軸方向に往復移動する。主軸台１１の移動動作が、工具１５に対する主軸台１１のＺ軸方向の移動となる。

主軸台１１の上部には、チャック１２の複数の爪（たとえば、三つ爪）１２ａを駆動するための、中空型のチャックシリンダ３８が設けられている。チャック１２の爪１２ａは、チャックシリンダ３８に駆動されて開閉動作を行い、工作物の把持，把持解除を行う。
主軸台１１の内部には、ビルトイン型の主軸モータが組み込まれている。主軸台１１に回転可能に支持されている主軸１０は、チャック１２で工作物を把持した状態で、主軸モータにより所定の回転速度で回転駆動される。

旋盤２には、スプラッシュガードが設けられている。このスプラッシュガードは、主軸台１１が加工領域２１内で工作物を加工しているとき、加工領域２１内の切りくずや切削油剤（クーラント）などが加工領域２１の外部に飛散するのを防止している。

チャック１２は、旋盤２でこれから加工を行う予定の未加工の工作物７を、未加工工作物受け取り位置Ｂ1で爪１２ａで直接把持して工作物搬送装置３から受け取る。このとき、チャック１２の爪１２ａは、チャックシリンダ３８に駆動されて開閉動作を行い、工作物の把持，把持解除を行う。
その後、主軸台１１は加工領域２１に移動し、加工領域２１の加工位置Ｐ1では、主軸台１１と刃物台１４との相対移動により未加工工作物７が加工される。このときの加工のサイクルとしては、一つの加工サイクルの場合と、複数の加工サイクルの場合とがある。
加工が完了すると、主軸台１１は加工領域２１から加工済工作物渡し位置Ｂ2に移動し、チャック１２は、加工済工作物渡し位置Ｂ2で加工済工作物８の把持を解除して、この加工済工作物８を工作物搬送装置３に渡す。
主軸台１１がＸ軸方向およびＺ軸方向に移動する旋盤２では、主軸台１１の移動動作が、工作物の搬送（搬出入）の機能も発揮している。

工作物搬送装置３は、未加工工作物受け取り位置Ｂ1において、チャック１２との間で未加工工作物７の授受を行う。未加工工作物７は、一つまたは複数の工作物載置台３ａに載置される。
未加工工作物受け取り位置Ｂ1では、旋盤２でこれから未加工工作物７を加工するために移動してきたチャック１２と対向するように、工作物載置台３ａが割り出されて位置決めされる。そして、工作物載置台３ａに載置された未加工工作物７を、チャック１２の爪１２ａで把持して受け取る。
工作物搬送装置３の一部（たとえば、未加工工作物受け取り位置Ｂ1と加工済工作物渡し位置Ｂ2の部位）は、工作物授受領域ＡＲ1に位置し、他の部位は、作業領域ＡＲ2に位置している。作業領域ＡＲ2では、作業者による未加工工作物７の載置作業や加工済工作物８の取外し作業などが行われる。

加工済工作物渡し位置Ｂ2では、旋盤２での加工が完了した加工済工作物８を把持して移動してきたチャック１２と対向して、たとえば空の工作物載置台３ａが加工済工作物８を載置可能に割り出されて位置決めされる。そして、チャック１２は、加工済工作物渡し位置Ｂ2で、加工済工作物８を工作物載置台３ａ上に載置したのち把持解除して渡す。
このようなことから、未加工工作物受け取り位置Ｂ1，加工済工作物渡し位置Ｂ2および加工位置Ｐ1は、主軸１０のほぼ移動軌跡Ｃ0上に配置されている。
工作物搬送装置３が付設された旋盤２は、ＮＣ（数値制御）装置４とＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）４０とを有する制御装置４１により制御されている。

熱変位補正装置１は、Ｘ軸用のボールねじの熱変位（主として、ねじ軸３０の熱変位）による移動体２０の熱変位補正のために設けられている。
熱変位補正装置１は、一つの移動体位置検出器（以下、検出器と記載）４２と補正演算部４３と移動体制御部４４とを備え、必要に応じて熱変位補正を行うようになっている。なお、変形例として、熱変位補正装置は、第１の方向としてのＺ軸方向に主軸台１１を移動させるためのＺ軸用のボールねじの熱変位を補正する場合であってもよい。

検出器４２は非接触式の検出器である。検出器４２は、Ｘ軸方向（第１の方向）に関する加工位置Ｐ1またはその近傍（本実施例では、加工位置Ｐ1の近傍）の一箇所の測定位置Ｐ2で、Ｘ軸用のボールねじの熱変位による移動体２０の位置変化量（たとえば、位置変化量λ1または位置変化量λ2）を直接測定している。
Ｘ軸用のボールねじの熱変位により移動体２０が位置変化すると、主軸軸線ＣＬ1の位置も、ほぼ同じ位置変化量λ1，λ2だけ熱変位することになる（図５）。図５中、実線と鎖線は、ボールねじが熱変位する前と熱変位した後の、移動体２０の各位置をそれぞれ示している。

補正演算部４３は、検出器４２で測定された移動体２０の位置変化量λ1，λ2に対応して、移動体２０に支持されている工作物または工具（本実施例では、工作物）の座標系の原位置を補正している。本実施例における「座標系の原位置」は、Ｘ軸方向の座標の原点位置（または、基準となる位置）のことである。
移動体制御部４４は、補正演算部４３で補正された新たな原位置（工作物の座標系の新たな原位置）に基づいて、移動体２０の少なくともＸ軸方向（本実施例では、Ｘ軸方向とＺ軸方向）の移動動作を制御している。

検出器４２は、旋盤２の基体５に設定された非移動側基準位置Ｅ1に対して、移動体２０側に設定された移動側基準位置Ｅ2が、Ｘ軸用のボールねじの熱変位により測定位置Ｐ2でどれだけ変位しているかを示す位置変化量λ1，λ2を測定している。この位置変化量λ1，λ2は、ねじ軸３０が温度変化により伸縮した結果、移動体２０に生じた変位量に相当するものである。
検出器４２は、移動側に設けられた被検出体５０と、固定側（非移動側）に設けられた検出部５１とを有している。主軸台１１が加工ストロークＳＴ1内でＸ軸方向に移動するときに、被検出体５０が検出部５１に対向可能なように、一箇所の測定位置Ｐ2が設定されている。
被検出体５０は、移動側であるサドル１３の後側に取付けられている。検出部５１は、固定側であるベッド２２の上部に取付けられ、被検出体５０を検出可能になっている。なお、被検出体５０を固定側に取付け、検出部５１を移動側に取付けた場合であってもよい。

検出部５１には、一つまたは複数の巻線コイル（または、永久磁石）が所定位置に配置されている。検出部５１は、巻線コイルと被検出体５０との間のリラクタンスによるインピーダンス変化で、検出部５１側の非移動側基準位置Ｅ1に対する被検出体５０側の移動側基準位置Ｅ2のオフセット量（位置変化量λ1，位置変化量λ2など）を測定している。
このタイプの検出器４２は、たとえば、分解能が約０.１〜０.２μｍ，繰り返し精度が±０.２５μｍ，検出幅が±５ｍｍであるので、位置変化量λ1，λ2がたとえば１.０μｍ程度であっても検出可能である。
また、検出器４２は、前記従来技術のように検出部と被検出体との間の隙間寸法を測定するのではなく、検出部５１に対する被検出体５０の微小な位置ずれ（すなわち、オフセット量であり位置変化量λ1，λ2など）を測定できるので、本発明に適用可能である。

補正演算部４３は、記憶部４５と、工作物の座標系の原位置を演算する座標系原位置演算部４６とを有している。記憶部４５には、非移動側基準位置Ｅ1，移動側基準位置Ｅ2，前回補正済みの座標系の原位置Ｏ1など各種データが記憶されている。
座標系原位置演算部４６は、記憶部４５に記憶されたデータＥ1，Ｅ2，Ｏ1に基づいて、今回の座標系の原位置を演算し、移動体制御部４４の主演算部４７に信号を出力するとともに、今回の座標系の原位置を記憶部４５に出力して記憶させる。
移動体制御部４４は、移動体２０を少なくともＸ軸方向に移動させるための演算を行う主演算部４７と、主演算部４７の演算結果に基づいて、Ｘ軸用サーボモータ３１を制御するためのＸ軸用サーボモータ制御部４８とを有している。
なお、本実施例では、移動体制御部４４は、Ｚ軸用サーボモータ３７を制御するためのＺ軸用サーボモータ制御部も有している。また、主演算部４７は、主軸台１１をＺ軸方向に移動させるための演算も行なっている。

検出器４２で測定された移動体２０の位置変化量λ1，λ2は、座標系原位置演算部４６に出力される。座標系原位置演算部４６は、記憶部４５に記憶された非移動側基準位置Ｅ1，移動側基準位置Ｅ2，前回補正済みの座標系の原位置Ｏ1などに基づいて、今回の座標系の原位置を演算する。
すなわち、座標系原位置演算部４６は、検出器４２で測定された移動体２０の位置変化量λ1，λ2に対応して、移動体２０に支持されている工作物の今回の座標系の原位置を補正し、その結果を主演算部４７に出力している。
移動体制御部４４の信号はＮＣ装置４に送信される。ＰＬＣ４０は、ＮＣ装置４の指令を受けて旋盤２の動作シーケンスを管理する。
主演算部４７は、ＮＣデータ（ＮＣ加工データ）５２に基づいてＮＣプログラム（ＮＣ加工プログラム）を実行する。ＮＣデータ５２には、Ｘ軸用のボールねじによる熱変位を検出器４２で検出して監視するための監視間隔Ｔ，監視回数Ｎなどに関する指令が含まれている。

次に、旋盤２の動作および熱変位補正の手順について、図１ないし図８を参照して説明する。図８は、熱変位補正の手順を示すフローチャートである。
図１ないし図８に示すように、旋盤２における熱変位補正方法は、少なくとも第１の手順ないし第３の手順を有し、必要に応じて熱変位補正を行うようになっている。
第１の手順では、Ｘ軸方向（Ｘ軸用のボールねじの軸線ＣＬ3と平行な第１の方向）に関する加工位置Ｐ1またはその近傍（本実施例では、加工位置Ｐ1の近傍）の一箇所の測定位置Ｐ2で、Ｘ軸用のボールねじの熱変位による移動体２０の位置変化量λ1，λ2を、一つの検出器４２により直接測定する。
次に、第２の手順では、この測定された移動体２０の位置変化量λ1，λ2に対応して、移動体２０に支持されている工作物の座標系の原位置（たとえば、前回補正済みの座標系の原位置Ｏ1）を補正する。
次いで、第３の手順では、この補正された新たな原位置（今回の座標系の原位置Ｏ1）に基づいて、移動体２０の少なくともＸ軸方向の移動動作を制御する。

旋盤２で加工するためのサイクルが開始し、電源が投入された後（ステップ１０１）、油圧ポンプによる油圧の所定値までの上昇や運転条件の設定などの初期処理が行われる（ステップ１０２）。
運転開始時には、工作物搬送装置３の所定数の工作物載置台３ａには、未加工工作物７を載置しておく。待機状態の工作物搬送装置３では、未加工工作物７が載置されている一つの工作物載置台３ａは、未加工工作物受け取り位置Ｂ1に割り出されて位置決めされている。加工済工作物８を載置するためのたとえば空の他の工作物載置台３ａは、加工済工作物渡し位置Ｂ2に割り出されて位置決めされている。

旋盤２の運転が開始されると、主軸台１１が移動軌跡Ｃo上を移動して、図７（Ａ）に示すように測定位置合わせを行う（ステップ１０３）。
この測定位置合わせでは、被検出体５０を検出部５１に対向させ、移動側基準位置Ｅ2を非移動側基準位置Ｅ1に一致させる。移動側基準位置Ｅ2が非移動側基準位置Ｅ1に一致したとき、一致した旨の信号が検出器４２から補正演算部４３に出力される。
すると、座標系原位置演算部４６は、互いに一致した二つの基準位置Ｅ1，Ｅ2に基づいて、工作物の座標系の原位置Ｏ1を演算する。こうして、検出器４２における基準位置が設定される（ステップ１０４）。
ステップ１０３の測定位置合わせと、ステップ１０４の検出器４２における基準位置の設定は、旋盤２におけるサイクル開始後に一回だけ行われる。

主演算部４７は、補正演算部４３から出力された非移動側基準位置Ｅ1，移動側基準位置Ｅ2および座標系の原位置Ｏ1に基づいて、Ｘ軸用サーボモータ制御部４８に指令を出力する。指令を受けたＸ軸用サーボモータ制御部４８は、Ｘ軸用サーボモータ３１を動作させることにより、移動体２０のＸ軸方向の移動動作を制御する。
また、主演算部４７は、Ｚ軸用サーボモータ制御部にも指令を出力し、Ｚ軸用サーボモータ制御部は、Ｚ軸用サーボモータ３７を動作させることにより、主軸台１１のＺ軸方向の移動動作を制御する。

次に、図７（Ｂ）に示すように、搬出入サイクルに移行する（ステップ１０５）。この搬出入サイクルでは、主軸台１１が、移動軌跡Ｃ0上を矢印Ｇに示すようにＸ軸方向に移動する。そして、チャック１２が、未加工工作物受け取り位置Ｂ1で、工作物搬送装置３から未加工工作物７を受け取る。その後、主軸台１１が、移動軌跡Ｃ0上を工作物搬送装置３から加工領域２１に移動する。
次いで、熱変位補正を行う必要があるか否かが判別される（ステップ１０６）。熱変位補正を行う旨を選択した場合には、図７（Ｃ）に示すように、移動体２０を測定位置Ｐ2に位置決めして位置補正を行う（ステップ１０７）。
すなわち、Ｘ軸方向に関する加工位置Ｐ1の近傍の一箇所の測定位置Ｐ2で、Ｘ軸用のボールねじの熱変位による移動体２０の位置変化量λ1を、検出器４２で測定する。移動体２０の位置変化量λ1が、主としてねじ軸３０が熱により変形した熱変位量に相当する。位置変化量λ1は、測定位置Ｐ2において、非移動側基準位置Ｅ1に対する移動側基準位置Ｅ2のＸ軸方向のオフセット量である。
検出器４２で測定された移動体２０の位置変化量λ1に対応して、補正演算部４３は、工作物（ここでは、未加工工作物７）の座標系の原位置を補正するという熱変位補正を行う（ステップ１０８）。

こうして熱変位補正された状態で、図７（Ｄ）に示すように、加工サイクル１に移行する（ステップ１０９）。加工サイクル１では、主軸台１１と刃物台１４との相対移動により、加工位置Ｐ1で未加工工作物７に対する加工サイクル１の加工（たとえば、外径の旋削加工）を行う。
このとき、移動体制御部４４は、補正演算部４３で補正された新たな原位置（工作物の座標系の新たな原位置）に基づいて、移動体２０のＸ軸方向（矢印Ｇ）の移動動作を制御する。また、移動体制御部４４は、主軸台１１のＺ軸方向の移動動作も制御する。

そして、チャック１２に把持された未加工工作物７が所定の回転速度で回転し、主軸台１１が刃物台１４の工具１５に対して相対的にＸ軸方向およびＺ軸方向に移動することにより、未加工工作物７が所定の形状に旋削加工される。切削加工中は、切削油剤が工具１５の刃先部に供給される。
工具１５の種類を変更する場合には、タレットインデックスを行う（ステップ１１０）。この場合、主軸台１１を待避位置に移動させた後、タレット１６を旋回させて所望の工具１５を加工位置に割り出す。なお、工具１５の種類を変えない場合には、タレットインデックス（ステップ１１０）を省略して次のステップ１１１に移行する。

熱変位補正を行う必要がなく、ステップ１０６で熱変位補正を行わないことを選択すれば、ステップ１０７，１０８を省略してステップ１０９の加工サイクル（この場合には、加工サイクル１）に移行する。
この場合には、加工誤差の補正の精度は低下するが、次行程の加工サイクルに早く移行できるので、全体のサイクル時間が短縮する。

ステップ１１０のタレットインデックスを行なった後（または、タレットインデックスを省略して）、加工サイクル１の加工動作が終了すると、次の工程の加工に移行するか否かが判別される（ステップ１１１）。
次行程で次工具による加工を行う場合には、前記タレットインデックスで加工位置に次工具１５が割り出された状態で、ステップ１０６に戻って、ステップ１０６からステップ１１１までの手順を繰り返して次工具による加工を行う。

ステップ１１１で、次行程で次の工作物の加工を行う場合には、搬出入サイクル（ステップ１０５）に戻り、主軸台１１を加工領域２１と工作物搬送装置３との間で移動させて工作物を搬出入する。そして、ステップ１０５からステップ１１１までの手順を繰り返して、次の工作物の加工を行う。

搬出入サイクル１０５に移行する場合、現在の工作物に対する加工が終了すると、主軸台１１は、加工領域２１の加工位置Ｐ1から移動軌跡Ｃ0上を加工済工作物渡し位置Ｂ2まで移動する。
そして、主軸台１１は、この加工済工作物渡し位置Ｂ2で加工済工作物８を工作物載置台３ａ上に載置して渡したのち、未加工工作物受け取り位置Ｂ1に移動し、この未加工工作物受け取り位置Ｂ1に位置決めされた工作物載置台３ａ上の未加工工作物７を受け取る。その後、主軸台１１は、未加工工作物受け取り位置Ｂ1から移動軌跡Ｃ0上を加工領域２１に移動する。
こうして、ステップ１０５の搬出入サイクルが行われる。その後、工作物搬送装置３は、必要に応じて工作物載置台３ａを旋回割出し動作させる。

このようにして、ステップ１１１で次工程の加工（たとえば、次工具による加工）があり、ステップ１０６で熱変位補正を繰り返す場合には、図７（Ｅ）に示すように、移動体２０を測定位置Ｐ2に位置決めする（ステップ１０７）。
すなわち、測定位置Ｐ2で、Ｘ軸用のボールねじの熱変位による移動体２０の位置変化量λ2を、検出器４２により直接測定する。検出器４２で測定された移動体２０の位置変化量λ2に対応して、補正演算部４３は、移動体２０に支持されている工作物の座標系の原位置を補正する。
このとき、補正演算部４３は、非移動側基準位置Ｅ1，移動側基準位置Ｅ2，前回補正済みの座標系の原位置Ｏ1と、今回測定された移動体２０の位置変化量λ2とを用いて、工作物の今回の座標系の新たな原位置を演算する。
移動体制御部４４は、補正演算部４３で得られた新たな原位置に基づいて、移動体２０のＸ軸方向の移動動作を制御し、また、主軸台１１のＺ軸方向の移動動作も制御する。

こうして熱変位補正がされた状態で（ステップ１０８）、ステップ１０９の加工サイクル（この場合には、加工サイクル２）に移行する。図７（Ｆ）に示すように、加工サイクル２では、主軸台１１と刃物台１４との相対移動により、加工領域２１の加工位置Ｐ1で工作物に対する加工サイクル２の加工（たとえば、内径の旋削加工）を行う。
このとき、移動体制御部４４は、補正演算部４３で補正された新たな原位置（工作物の座標系の新たな原位置）に基づいて、移動体２０のＸ軸方向（矢印Ｇ）の移動動作を制御し、また、主軸台１１のＺ軸方向の移動動作も制御する。
その後、必要な場合にはステップ１１０のタレットインデックス動作を行なったのち、ステップ１１１に移行する。ステップ１１１で次工程の加工がなく、全工作物の加工が完了すると、一連の加工のためのサイクルが終了する。

上述の熱変位補正方法および熱変位補正装置１によれば、一つの検出器４２を移動体２０に簡単に取付けて、Ｘ軸用のボールねじの熱変位による移動体２０の位置変化量λ1，λ2を容易に測定することができる。そして、Ｘ軸用のボールねじの熱変位に対する補正を高精度に行なって、加工誤差を補正することができる。
測定位置Ｐ2と加工位置Ｐ1との間のＸ軸方向の距離Ｄは、たとえば最大でも約２５ｍｍ程度である。このように、測定位置Ｐ2が加工位置Ｐ1とほぼ一致するかまたは極めて近いので、高精度の熱変位補正ができる。
しかも、一箇所の測定位置Ｐ2で、一つの検出器４２により移動体２０の位置変化量λ1，λ2を直接測定することにより、熱変位補正を行なっている。したがって、従来のような二つの検出データから移動体２０の位置変化量を間接的に演算する必要がなく、また、ねじ軸３０全体の熱変形が不均一な場合であっても高精度な熱変位補正が可能である。

検出器４２は、旋盤２の外部に配置すればよく、しかもその数が一つですむので、取付け用のスペースの制約が少なく取付け作業も容易である。
検出器４２は非接触式なので、ステップ１０３，ステップ１０７の手順のときに、移動体２０を高速で移動させて、被検出体５０を検出部５１に短時間で対向させることができる。したがって、これらの手順にかかる時間を短縮することができる。
なお、本発明における、「検出器４２により直接測定された移動体２０の位置変化量λ1，λ2に対応して、工作物または工具の座標系の原位置を補正し、この補正された新たな原位置に基づいて、移動体２０の少なくともＸ軸方向の移動動作を制御する」という構成には、「工作物の座標系の原位置を補正する」という本実施例の場合のほか、「各工具のオフセットを変更（補正）する場合」や、「原位置からある範囲までのボールねじピッチ誤差の補正データを変更する場合」も含まれ、これらの場合にも本実施例と同様の作用効果を奏する。

以上、本発明の一実施例を説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲で種々の変形，付加などが可能である。
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

本発明は、上述の主軸移動型の立て旋盤など主軸移動型工作機械のほか、旋盤，マシニングセンタ，ターニングセンタ，研削盤などに適用可能である。

図１ないし図８は本発明の一実施例を示す図で、図１はブロック図である。 主軸移動型の立て旋盤の正面図である。 図２に示す立て旋盤の平面図である。 図２に示す立て旋盤の右側面図である。 図２に示す立て旋盤の拡大概略正面図である。 図５の概略平面図である。 図６の部分拡大図で、熱変位補正のための動作を示す平面図である。 熱変位補正の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 熱変位補正装置
２ 主軸移動型の立て旋盤（工作機械）
５ 基体
７ 未加工工作物（工作物）
８ 加工済工作物（工作物）
１０ 主軸
１１ 主軸台
１２ チャック
１４ 刃物台
１５ 工具
２０ 移動体
３０ ねじ軸（Ｘ軸用のボールねじのねじ軸）
４２ 移動体位置検出器
４３ 補正演算部
４４ 移動体制御部
ＣＬ1 主軸の軸線
ＣＬ3 ボールねじの軸線（Ｘ軸用のボールねじの軸線）
Ｅ1 非移動側基準位置
Ｅ2 移動側基準位置
Ｐ1 加工位置
Ｐ2 測定位置
Ｘ軸方向 第１の方向
Ｚ軸方向 第２の方向
λ1，λ2 位置変化量

Claims (4)

1. 工作物または工具を支持する移動体がボールねじを介して少なくともこのボールねじの軸線と平行な第１の方向に移動し、加工位置で前記工具により前記工作物を加工する工作機械における熱変位補正方法であって、
   前記第１の方向に関する前記加工位置またはその近傍の一箇所の測定位置で、前記ボールねじの熱変位による前記移動体の位置変化量を一つの移動体位置検出器により直接測定し、
   この測定された前記移動体の位置変化量に対応して、前記移動体に支持されている前記工作物または前記工具の座標系の原位置を補正し、
   この補正された新たな原位置に基づいて、前記移動体の少なくとも前記第１の方向の移動動作を制御することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
2. 工作物または工具を支持する移動体がボールねじを介して少なくともこのボールねじの軸線と平行な第１の方向に移動し、加工位置で前記工具により前記工作物を加工する工作機械における熱変位補正装置であって、
   前記第１の方向に関する前記加工位置またはその近傍の一箇所の測定位置で、前記ボールねじの熱変位による前記移動体の位置変化量を直接測定する一つの移動体位置検出器と、
   この移動体位置検出器で測定された前記移動体の位置変化量に対応して、前記移動体に支持されている前記工作物または前記工具の座標系の原位置を補正する補正演算部と、
   この補正演算部で補正された新たな原位置に基づいて、前記移動体の少なくとも前記第１の方向の移動動作を制御する移動体制御部とを備えたことを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。
3. 前記移動体は主軸台を有しており、
   前記工作機械は、
   床面に対してほぼ垂直方向を向いている軸線を有し先端にチャックが設けられた主軸と、この主軸を回転可能に支持し、この主軸の軸線と平行な第２の方向に移動可能な前記主軸台と、一つまたは複数の前記工具を取付け可能に前記工作機械の基体に設けられた刃物台とを備え、
   前記主軸台が前記刃物台に対して前記第１の方向および前記第２の方向に相対移動して前記工作物を加工する主軸移動型立形工作機械であることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の熱変位補正装置。
4. 前記移動体位置検出器は、前記工作機械の基体に設定された非移動側基準位置に対して、前記移動体側に設定された移動側基準位置が前記ボールねじの熱変位により前記測定位置でどれだけ変位しているかを示す前記位置変化量を測定することを特徴とする請求項２または３に記載の工作機械の熱変位補正装置。

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