JP2007038323A - Thermal displacement correcting device of machining tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は工作機械の熱変位を補正して被加工物の加工精度を高めるようにした熱変位補正技術に関する。 The present invention relates to a thermal displacement correction technique in which the thermal displacement of a machine tool is corrected to increase the processing accuracy of a workpiece.
工作機械は主に金属製の被加工物の不要部分を切断、研削その他の方法によって除去して被加工物を所要の寸法に加工する機械であり、マシニングセンタ、旋盤など種々のものがある。これらの工作機械はベースやおよびベッドなどの固定構造物と、固定構造物に対して移動自在に装着される移動構造物とがあり、移動構造物としては、ベッドに移動自在に装着される往復台およびベースに移動自在に装着されるワークテーブルなどがある。例えば、旋盤においては、ベッドとこれに固定されて被加工物を回転する主軸が組み込まれる主軸台とがそれぞれ固定構造物を構成し、ベッドに主軸の方向に往復動自在に装着される往復動台と、この往復動台に横方向に往復動自在に装着される刃物台とがそれぞれ移動構造物を構成する。一方、被加工物の加工方式としては、旋盤のように被加工物を回転させ、加工工具を刃物台の移動により被加工物に対して送り移動させる方式、およびマシニングセンタのように加工工具を回転させ、被加工物と加工工具の一方または双方を相対的に送り移動させる方式などがあり、送り移動は電動モータや油圧モータなどを有する駆動機構に制御装置から制御信号を送ることにより行われている。 A machine tool is a machine that mainly cuts unnecessary parts of a metal workpiece by cutting, grinding, or other methods to process the workpiece into a required dimension, and includes various types such as a machining center and a lathe. These machine tools include a fixed structure such as a base and a bed, and a moving structure that is movably mounted on the fixed structure. The moving structure is a reciprocating that is movably mounted on the bed. There are work tables that are movably mounted on the base and base. For example, in a lathe, a reciprocating motion in which a bed and a headstock on which a main shaft for rotating a workpiece fixed to the bed constitutes a fixed structure, and is reciprocally mounted on the bed in the direction of the main shaft. The platform and the tool post mounted on the reciprocating table so as to be able to reciprocate in the lateral direction constitute moving structures. On the other hand, the processing method of the workpiece is a method in which the workpiece is rotated like a lathe, the processing tool is moved to the workpiece by moving the tool post, and the processing tool is rotated as in a machining center. There is a method in which one or both of the work piece and the processing tool are moved relative to each other, and the feed movement is performed by sending a control signal from a control device to a drive mechanism having an electric motor, a hydraulic motor, or the like. Yes.
これらの工作機械には、被加工物を回転駆動したり、移動構造物を駆動したりするための駆動源として複数の電動モータや油圧モータが搭載されており、これらが発熱源となって工作機械の構造物を加熱することになる。また、加工工具が被加工物の不要部分を切除する際にもその部分が発熱源となって構造物を加熱することになる。そのため、電動モータなどの駆動源が過加熱されるのを防止するために冷却油や冷却空気を駆動源に供給しており、加工工具が加工時に過加熱されるのを防止するために切削液などを冷却液として加工工具に吹き付けるようにしているが、加工の進行に伴って固定構造物や移動構造物は発熱源の影響を受けて温度が変動することになる。固定構造物や移動構造物の温度が変動すると、加工工具と被加工物との送り移動による相対位置が設定位置よりもずれることになり、加工精度を高めることができなくなる。 These machine tools are equipped with a plurality of electric motors and hydraulic motors as drive sources for rotationally driving a workpiece or driving a moving structure, and these serve as a heat generation source. The machine structure will be heated. In addition, when the processing tool cuts out an unnecessary portion of the workpiece, the portion serves as a heat source to heat the structure. Therefore, cooling oil or cooling air is supplied to the drive source to prevent the drive source such as an electric motor from being overheated, and the cutting fluid is used to prevent the machining tool from being overheated during machining. However, the temperature of the fixed structure and the moving structure is affected by the heat source as the machining proceeds. When the temperature of the fixed structure or the moving structure fluctuates, the relative position due to the feed movement between the processing tool and the workpiece is shifted from the set position, and the processing accuracy cannot be increased.
そのため、従来では、特許文献1,2に記載されるように、工作機械の熱変位を起こす部位に温度センサを取り付け、温度センサにより得られた温度値とその部位の熱変位との相関を重回帰解析などにより演算し、加工工具と被加工物との相対位置が設定位置となるように、移動構造物の送り移動を補正するようにしている。
しかしながら、複数の構造物の集合体である工作機械の変位は複雑であり、複数の構造物の熱変位が複合されて加工工具と被加工物との送り移動の相対的位置が設定位置よりもずれることになるので、設定位置のずれに影響を与えることになる熱変位の発生部位を的確に特定することは困難である。そのため、繰り返して熱変位実験を行って、温度センサを取り付けるべき部位を特定する必要があり、その特定には多くの時間を要している。 However, the displacement of a machine tool, which is an assembly of a plurality of structures, is complicated, and the thermal displacement of the plurality of structures is combined so that the relative position of the feed movement between the processing tool and the workpiece is greater than the set position. Therefore, it is difficult to accurately specify the location of the thermal displacement that will affect the deviation of the set position. For this reason, it is necessary to repeatedly perform a thermal displacement experiment to specify a part to which the temperature sensor is to be attached, which requires a lot of time.
ところで、工作機械の各構造物に熱変位を発生させる熱源としては、工作機械に組み込まれて被加工物を回転駆動したり移動構造物を駆動したりするためのモータ、および加工工具や被加工物に吹き付けてこれらを冷却するために工作機械に収容されている切削液などの液体があり、発熱源の発生部位は限られており、その特定は比較的容易である。そこで、従来では、加工工具を回転駆動する電動モータを冷却する冷却油の温度を測定する温度センサと、切削液の温度を測定する温度センサとからの測定信号をも加味して補正値を演算することが行われているが、補正精度には限度があった。 By the way, as a heat source for generating thermal displacement in each structure of the machine tool, a motor that is incorporated in the machine tool to drive the workpiece or drive the moving structure, and a processing tool or workpiece There is a liquid such as a cutting fluid contained in a machine tool to cool an object by spraying it, and the generation site of the heat source is limited, and its specification is relatively easy. Therefore, conventionally, the correction value is calculated in consideration of the measurement signals from the temperature sensor that measures the temperature of the cooling oil that cools the electric motor that rotates the machining tool and the temperature sensor that measures the temperature of the cutting fluid. However, there was a limit to the correction accuracy.
この理由は、例えば切削液の温度と切削液により加熱される固定構造物であるベッドの温度との間には、切削液である液体と金属材料からなる構造物とでは比熱、熱伝導率および熱膨張率などの熱的特性が相違するので、比例関係がないからであると考えられる。つまり、切削液の温度データに基づいて固定構造物の熱変位を演算するようにすると、液位と金属とでは熱的特性が相互に相違するので、両者は非線形の関係となってしまい、切削液の温度データに基づいて送り移動を補正したのでは、加工精度を高めることができないと考えられる。 This is because, for example, between the temperature of the cutting fluid and the temperature of the bed, which is a fixed structure heated by the cutting fluid, the specific fluid, thermal conductivity and This is probably because the thermal characteristics such as the coefficient of thermal expansion are different and there is no proportional relationship. In other words, if the thermal displacement of the fixed structure is calculated based on the temperature data of the cutting fluid, the thermal characteristics of the liquid level and the metal are different from each other, so the two have a non-linear relationship, and the cutting If the feed movement is corrected based on the temperature data of the liquid, it is considered that the processing accuracy cannot be increased.
そこで、本発明者は発熱源の温度を直接測定することなく、固定構造物や移動構造物の比熱、熱伝導率および熱膨張率などの熱的特性に対応した等価の熱的特性を有する等価金属体に切削液をさらしたり、駆動源の過加熱を防止する冷却液をさらしたりすることにより、これら流体からの熱伝達による等価金属体の温度変化は、固定構造物や移動構造物の温度変化に対応していると考えて、等価金属体の温度データに基づいて駆動機構による送り移動を制御する技術の検討を行った。その結果、切削液や冷却液などの流体の温度データに基づいて駆動機構を補正制御することなく、等価金属体の温度データに基づいて駆動機構を補正制御すると、高精度で送り移動量を制御することができることが判明した。 Therefore, the present inventor does not directly measure the temperature of the heat source, but has equivalent thermal characteristics corresponding to thermal characteristics such as specific heat, thermal conductivity, and thermal expansion coefficient of the fixed structure or moving structure. When the cutting fluid is exposed to the metal body or the cooling fluid that prevents overheating of the drive source is applied, the temperature change of the equivalent metal body due to heat transfer from these fluids is the temperature of the fixed structure or moving structure. Considering that it corresponds to the change, we examined the technology to control the feed movement by the drive mechanism based on the temperature data of the equivalent metal body. As a result, if the drive mechanism is corrected and controlled based on the temperature data of the equivalent metal body without correcting and controlling the drive mechanism based on the temperature data of the fluid such as cutting fluid and coolant, the feed movement amount is controlled with high accuracy. It turns out that you can.
本発明の目的は、工作機械の構造物の熱変位を補正して被加工物を高精度に加工し得るようにすることにある。 An object of the present invention is to correct a thermal displacement of a structure of a machine tool so that a workpiece can be processed with high accuracy.
本発明の工作機械の熱変位補正装置は、固定構造物と当該固定構造物に対して移動自在に装着される移動構造物と当該移動構造物を駆動して加工工具を被加工物に対して相対移動させる駆動機構とを有し、前記加工工具により被加工物を加工する工作機械の熱変位補正装置であって、工作機械の発熱源に冷却媒体を供給して前記発熱源を冷却する冷却媒体供給手段と、前記構造物の熱的特性に対応した熱的特性を有し、前記発熱源に供給されて加熱された後の前記冷却媒体にさらされる等価金属体と、当該等価金属体の温度を検出する温度検出器と、当該温度検出器により検出された温度データに基づいて、前記加工工具と前記被加工物との相対移動を制御する制御手段とを有することを特徴とする。 A thermal displacement correction device for a machine tool according to the present invention includes a fixed structure, a moving structure that is movably mounted on the fixed structure, and the moving structure to drive the processing tool to the workpiece. A heat displacement correction device for a machine tool that has a drive mechanism for relative movement and that processes a workpiece by the processing tool, and that cools the heat source by supplying a cooling medium to the heat source of the machine tool Medium supply means, an equivalent metal body having thermal characteristics corresponding to the thermal characteristics of the structure, and being exposed to the cooling medium after being supplied to the heat source and heated; and A temperature detector for detecting a temperature, and a control unit for controlling relative movement between the processing tool and the workpiece based on temperature data detected by the temperature detector.
本発明の工作機械の熱変位補正装置は、加工工具に供給される冷却液が前記冷却媒体であることを特徴とする。 The thermal displacement correction apparatus for a machine tool according to the present invention is characterized in that the cooling liquid supplied to the machining tool is the cooling medium.
本発明の工作機械の熱変位補正装置は、前記移動構造物または被加工物を駆動するモータを冷却する冷却液または冷却空気が前記冷却媒体であることを特徴とする。 The thermal displacement correction device for a machine tool according to the present invention is characterized in that a coolant or cooling air that cools a motor that drives the moving structure or the workpiece is the cooling medium.
本発明によれば、工作機械を構成する固定構造物や移動構造物を熱変形させる要因となる発熱源を冷却するための冷却液などの冷却媒体を、構造物を構成する金属の比熱、熱伝導率および熱膨張率などの構造物の熱的特性に対応した熱的特性を有する等価金属体にさらすようにして、加工工具の被加工物に対する送り移動を等価金属体の温度に基づいて補正するようにしたので、送り移動量を高精度で制御することができ、被加工物の加工精度を高めることができる。 According to the present invention, a cooling medium such as a cooling liquid for cooling a heat generation source that causes thermal deformation of a fixed structure or a moving structure constituting a machine tool is used as a specific heat, heat of a metal constituting the structure. Correct the feed movement of the work tool relative to the workpiece based on the temperature of the equivalent metal body by exposing it to an equivalent metal body with thermal properties corresponding to the thermal properties of the structure, such as conductivity and coefficient of thermal expansion. Thus, the feed movement amount can be controlled with high accuracy, and the processing accuracy of the workpiece can be increased.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1(A)は工作機械である旋盤を示す正面図であり、図1(B)は同図(A)の平面図であり、図1(C)は同図(A)の右側面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1A is a front view showing a lathe which is a machine tool, FIG. 1B is a plan view of FIG. 1A, and FIG. 1C is a right side view of FIG. It is.
旋盤10は、図1に示すように、鋳鉄や鋳鋼などの金属製の固定構造物であるベッド11と、このベッド11に固定され固定構造物である主軸台12とを有しており、主軸台12には被加工物Wを把持するチャック13が設けられた主軸14が組み込まれている。ベッド11の長手方向つまりZ軸方向に敷設されたガイドレール15には、これに沿って直線往復動自在にキャリッジつまり往復台16が装着されている。この往復台16にはガイドレール15に対して直角方向つまりX軸方向にガイドレール17が敷設され、このガイドレール17に沿って直線往復動自在に横送り台18が装着されており、往復台16および横送り台18はそれぞれ移動構造物となっている。横送り台18には加工工具である刃物Tが着脱自在に取り付けられる刃物台19が固定されている。
As shown in FIG. 1, a
旋盤10においては、主軸14を回転駆動させた状態のもとで、往復台16をZ軸方向に移動させるとともに横送り台18をX軸方向に移動させて刃物Tを被加工物Wに対して送り移動することにより、被加工物Wは刃物Tにより切削加工される。ベッド11には往復台16をZ軸方向に駆動するためのZ軸サーボモータが設けられ、往復台16には横送り台18をX軸方向に駆動するためのX軸サーボモータが設けられている。
In the
切削加工時には刃物Tが被加工物Wの不要部分を切除する際にこれらの部分から発熱することから、発熱部の冷却と切削性の確保のために、刃物台19に設けられたノズル21から切削液が加工工具である刃物Tと被加工物Wとに冷却液つまり冷却媒体として塗布され、塗布された切削液はベッド11内に設けられた液タンク22内に戻される。
Since the tool T generates heat from these parts when cutting unnecessary parts of the workpiece W at the time of cutting, from the
一方、主軸台12内には主軸14を回転駆動するために電動モータ23が組み込まれている。この電動モータ23はロータが主軸14に設けられ、主軸14の外側にステータが配置されたビルドインタイプのモータであり、ステータの外側には電動モータ23を冷却するための冷却媒体としての冷却油を案内する螺旋状の冷却通路24が設けられている。
On the other hand, an
図2(A)は刃物Tと被加工物Wとに切削液を供給するための切削液供給装置を示す概略図であり、図2(B)は電動モータ23に冷却油を供給するためのモータ冷却装置を示す概略図である。
2A is a schematic view showing a cutting fluid supply device for supplying a cutting fluid to the blade T and the workpiece W, and FIG. 2B is a diagram for supplying cooling oil to the
図2(A)に示すように、液タンク22内に設けられたストレーナ25とノズル21とを接続する供給管26には、電動モータ27により駆動されるポンプ28が設けられ、液タンク22内の切削液はポンプ28によりノズル21から塗布される。液タンク22には塗布された切削液が戻されるとともに、新たな切削液が補充されるようになっている。
As shown in FIG. 2A, the
図2(B)に示すように、電動モータ23はロータとしての主軸14の外側に配置されるステータ23aを有し、その外側には冷却油を案内する冷却通路24が螺旋状に連なって設けられている。ベッド11内には冷却油を収容する油タンク31が設けられており、油タンク31内に設けられたストレーナ32と冷却通路24の入口33とを接続する供給管34には、電動モータ35により駆動されるポンプ36が設けられている。冷却通路24を通過して電動モータ23を冷却した冷却油を油タンク31に戻すために、出口37と油タンク31との間には排出管38が設けられている。
As shown in FIG. 2B, the
図2(A)に示すように、ベッド11内にはノズル21から刃物Tと被加工物Wとに供給されてこれらにより加熱された後の切削液が流入する収容室40が設けられており、この収容室40内には、ベッド11を構成する金属材料の比熱、熱伝導率および熱膨張率などの熱的特性に対応した熱的特性を有し、ベッド11と同種の金属材料からなる等価金属体41が配置され、等価金属体41は収容室40内に流入する切削液にさらされるようになっている。固定構造物としてのベッド11は、刃物Tなどにより加熱された後の切削液により熱的影響を受けてその材料の熱伝導率に応じた速度で内部に熱が伝わるとともに外部に放熱されて温度変化が起こり、さらに熱膨張率に応じた変形量で熱膨張収縮することになる。等価金属体41はベッド11と同種の金属材料により形成されているので、加熱された後の切削液により変化するベッド11の温度に線形に対応して温度変化することになる。等価金属体41にはその温度を検出するために温度センサ42が設けられており、検出温度は制御部に送られる。
As shown in FIG. 2A, the
図2(B)に示すように、ベッド11内に配置された等価金属体41aは排出管38に取り付けられており、等価金属体41aに形成された貫通孔を冷却油が流れることにより等価金属体41aは冷却油にさらされるようになっている。固定構造物としての主軸台12は、冷却通路24内を流れて加熱された後の冷却油により熱的影響を受けてその材料の熱伝導率に応じた速度で内部に熱が伝わるとともに外部に放熱されて温度変化が起こり、さらに熱膨張率に応じた変形量で熱膨張収縮することになる。等価金属体41aは主軸台12と同種の金属材料により形成されているので、加熱された後の冷却油により変化する主軸台12の温度に線形に対応して温度変化することになる。等価金属体41aにはその温度を検出するために温度センサ42aが設けられており、温度センサ42と同様に、検出温度は制御部に送られる。
As shown in FIG. 2 (B), the
図2(C)は電動モータ23を冷却するためのモータ冷却装置の変形例を示す概略図である。このモータ冷却装置は主軸台12に形成された冷却通路24aに冷却空気を供給するようにしており、冷却通路24aの入口33aに接続される供給管43にはモータ44により駆動されるコンプレッサ45を有しており、フィルタ50を通って浄化された外部空気は冷却通路24aに供給される。冷却通路24aの出口37aには冷却通路24aを通過して電動モータ23を冷却した冷却空気を案内する排出管46が接続されており、この排出管46は等価金属体41bが収容された空気室47に連通し、空気室47内に流入した空気は等価金属体41bに熱を伝達した後に外部に排出される。等価金属体41bにはこれの温度を検出するために温度センサ42bが取り付けられている。このように、モータ冷却装置における冷却媒体としては、油などの液体でも空気などの気体でもいずれでも良い。
FIG. 2C is a schematic diagram showing a modified example of the motor cooling device for cooling the
図1に示す主軸台12には、図2(B)に示すように冷却油を案内する冷却通路24と、図2(C)に示すように冷却空気を案内する冷却通路24aとがそれぞれ設けられており、図1に示すように、冷却油にさらされる等価金属体41aと冷却空気にさらされる等価金属体41bとが旋盤10に設けられ、それぞれの温度を温度センサ42a,42bによりそれぞれ検出するようにしている。ただし、冷却空気と冷却油の一方にさらされる等価金属体の温度を検出するようにしても良い。
1 is provided with a
等価金属体41,41aに対する冷却媒体としての冷却油や冷却液のさらし方としては、図2(A)に示すように冷却媒体に等価金属体41をほぼ浸すようにしても良く、または一部を浸すようにしても良い。さらには図2(B)に示すように等価金属体41aに冷却媒体が貫通する孔を形成するようにしても良く、図2(C)に示すように等価金属体41bに冷却媒体を吹き付けるようにしても良い。
As a method of exposing the cooling oil or the cooling liquid as the cooling medium to the
図1に示すように、ベッド11にはその温度を検出するために温度センサ48が取り付けられるとともに、往復台16にはその温度を検出するために温度センサ49が取り付けられており、それぞれの検出温度は制御部に送られる。
As shown in FIG. 1, a
図3はチャック13に取り付けられた被加工物Wに対する刃物Tの送り移動、つまり被加工物Wと刃物Tとの相対位置を制御するための制御機構を示すブロック図であり、図2(A)に示す温度センサ42、図2(B)に示す温度センサ42a、図2(c)に示す温度センサ42b、および図1(A)にそれぞれ示す温度センサ48,49からの検出温度に対応した電気信号は、マイクロプロセッサ、RAM,ROMなどを有する制御部51にそれぞれA/D変換器を介して送られるようになっている。制御部51からの制御信号はNC装置52に送られ、NC装置52からの作動信号によって、横送り台18をX軸方向に駆動するX軸サーボモータ53と、往復台16をZ軸方向に駆動するZ軸サーボモータ54とが駆動されるようになっている。
FIG. 3 is a block diagram showing a control mechanism for controlling the feed movement of the cutter T with respect to the workpiece W attached to the
制御部51に設けられたROMには、それぞれの温度センサ42,42a,42b,48,49により得られた温度データに応じて工作機械の各部位の熱変位を補正する熱変位補正式や温度補正テーブルなどが格納されており、それぞれの検出値に基づいてサーボモータ53,54の駆動が制御され、被加工物Wに対する刃物Tの位置が設定位置となるように刃物Tの位置が補正される。
The ROM provided in the
図4は(A)は工作機械であるマシニングセンタを示す正面図であり、図4(B)は同図(A)の右側面図である。マシニングセンタ10aは鋳鉄や鋳鋼などの金属製の固定構造物であるベース61を有し、ベース61の長手方向つまりY軸方向およびこれに直角の方向であるX方向にそれぞれ移動自在のコラム62と、被加工物Wを支持するとともに符号Rで示すように回転自在となったワークテーブル63とがベース61に設けられており、コラム62およびワークテーブル63はそれぞれ移動構造物となっている。コラム62には加工工具Tを回転駆動する主軸頭64が上下方向に移動自在となっており、主軸頭64内には加工工具Tが装着されるチャック65を駆動するために電動モータが組み込まれている。さらに、コラム62には多数の加工工具を保持するマガジンユニット66が回転自在に装着され、自動工具交換機(ATC)67がコラム62に取り付けられている。
4A is a front view showing a machining center which is a machine tool, and FIG. 4B is a right side view of FIG. 4A. The
このようなマシニングセンタ10aにおいても、上述した旋盤10と同様に、発熱源である加工工具Tと被加工物Wとの接触部に塗布された切削液に等価金属体をさらすようにし、等価金属体に取り付けられた温度センサからの温度データを制御部に送るようにしている。さらに、主軸頭64内に組み込まれた電動モータを冷却する冷却油や冷却空気に等価金属体をさらすようにし、等価金属体に取り付けられた温度センサからの温度データを制御部に送るようにしている。これらの温度センサに加えて、ベース61の温度を検出する温度センサとコラム62の温度を検出する温度センサからの温度データも制御部に送られるようになっており、これらの温度データに基づいて被加工物Wに対する加工工具Tの送り移動が補正される。
In such a
図5(A)は本発明の熱変位補正を示す特性線図であり、図5(B)は比較例による熱変位補正を示す特性線図である。図5(A)おける実線Aは、旋盤を用いて被加工物を加工しているときにおける主軸先端面の軸方向の熱変位の一例を示す。一方、図5(A)における一点鎖線Bは、実線と同一条件で旋盤を作動させた状態のもとで、本発明の熱変位補正を行った場合における主軸先端面の位置補正結果を示す。本発明においては、図2(C)に示すように、主軸台12に形成された冷却通路24aにコンプレッサ45から冷却空気を供給するようにし、この冷却空気にされされた等価金属体41bの温度を温度センサ42bにより検出し、この温度センサ42bによる検出温度と、他の温度センサ42,42a,48,49からの検出温度とに基づいて得られた温度データにより熱変位補正を行った。
FIG. 5A is a characteristic diagram showing thermal displacement correction of the present invention, and FIG. 5B is a characteristic diagram showing thermal displacement correction according to a comparative example. A solid line A in FIG. 5A shows an example of the axial thermal displacement of the front end surface of the main spindle when a workpiece is machined using a lathe. On the other hand, an alternate long and short dash line B in FIG. 5A shows the position correction result of the spindle tip surface when the thermal displacement correction of the present invention is performed under the condition that the lathe is operated under the same conditions as the solid line. In the present invention, as shown in FIG. 2 (C), the cooling air is supplied from the
主軸先端面が熱により変位すると被加工物Wの加工部位も主軸先端面により同一の変位量だけ変位するので、加工工具Tで被加工物Wを加工する場合には、加工工具Tが補正された位置となるように加工工具Tをそれぞれのサーボモータ53,54により補正された位置となるように送りが制御される。
When the spindle tip surface is displaced by heat, the machining part of the workpiece W is also displaced by the same amount of displacement by the spindle tip surface. Therefore, when machining the workpiece W with the machining tool T, the machining tool T is corrected. The feed is controlled so that the machining tool T is in a position corrected by the
図5(B)における実線Aは、図5(A)の実線Aと同一の主軸先端面の軸方向の熱変位を示し、破線Cは、図2(C)に示す旋盤の主軸台12の温度を測定し、その検出温度と、他の温度センサ42,48,49からの検出温度とに基づいて得られた温度データにより熱変位補正を行った場合における主軸先端面の補正結果を比較例として示す。
A solid line A in FIG. 5B indicates the thermal displacement in the axial direction of the same spindle front end surface as the solid line A in FIG. 5A, and a broken line C indicates the
図5(A)における一点鎖線Bと図5(B)における破線Cとの比較から分かるように、等価金属体41bの温度に基づいて熱変位補正を行うと、実際の主軸14の先端面の熱変位と補正値との偏差が、主軸台12の温度を検出する場合よりも小さくなり、被加工物の加工精度を向上させることができる。破線Cで示すように、主軸台12の温度を測定して熱変位補正を行うと、主軸台12の温度と主軸14の軸方向熱変位量との間の相関関係は、冷却空気と主軸14の軸方向熱変位量との間の相関関係よりも低いので、高精度の熱変位補正を行うことができないが、本発明によれば冷却空気によりさらされる等価金属体41bの温度データに基づいて熱変位補正することにより、図5(A)に示されるように、高精度の熱変位補正を行うことができる。
As can be seen from a comparison between the alternate long and short dash line B in FIG. 5A and the broken line C in FIG. 5B, when the thermal displacement correction is performed based on the temperature of the
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、工作機械としては、上述したように旋盤10およびマシニングセンタ10aに本発明を適用した場合について説明したが、これらの工作機械以外に中ぐり盤、フライス盤、形削り盤、研削盤など種々の工作機械があり、固定構造物と、これに対して移動自在に装着される移動構造物と、移動構造物を駆動するモータなどの発熱源とを有する工作機械であれば、本発明を適用することができる。また、等価金属体としては図示するように構造物から独立した金属ブロックが使用されているが、構造物のうち発熱源からの熱的影響を受けない部分を等価金属体として使用するようにしても良い。さらに、マシニングセンタ10aの場合には、ワークテーブル63を回転駆動するためのモータを冷却する冷却媒体にさらされる等価金属体を設けてこれの温度を検出して制御部に検出データを送るようにしても良い。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, as the machine tool, the case where the present invention is applied to the
10 旋盤
10a マシニングセンタ
11 ベッド
12 主軸台
14 主軸
16 往復台
18 横送り台
21 ノズル
22 液タンク
23 電動モータ
24 冷却通路
31 油タンク
41,41a,41b 等価金属体
42,42a,42b 温度センサ(温度検出器)
51 制御部(制御手段)
T 加工工具(刃物)
W 被加工物
DESCRIPTION OF
51 Control unit (control means)
T Machining tool (blade)
W Workpiece
Claims (3)
工作機械の発熱源に冷却媒体を供給して前記発熱源を冷却する冷却媒体供給手段と、
前記構造物の熱的特性に対応した熱的特性を有し、前記発熱源に供給されて加熱された後の前記冷却媒体にさらされる等価金属体と、
当該等価金属体の温度を検出する温度検出器と、
当該温度検出器により検出された温度データに基づいて、前記加工工具と前記被加工物との相対移動を制御する制御手段とを有することを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。 A fixed structure, a movable structure that is movably mounted on the fixed structure, and a drive mechanism that drives the movable structure to move the machining tool relative to the workpiece; A thermal displacement correction device for a machine tool that processes a workpiece with a tool,
Cooling medium supply means for supplying a cooling medium to a heat source of the machine tool and cooling the heat source;
An equivalent metal body having thermal characteristics corresponding to the thermal characteristics of the structure and being exposed to the cooling medium after being supplied to the heat source and heated;
A temperature detector for detecting the temperature of the equivalent metal body;
A thermal displacement correction apparatus for a machine tool, comprising: control means for controlling relative movement between the processing tool and the workpiece based on temperature data detected by the temperature detector.
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