JP2007038323A - Thermal displacement correcting device of machining tool - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To machine a workpiece with high accuracy by correcting the thermal displacement of a structure of a machine tool. <P>SOLUTION: A lathe 10 includes a bed 11 and a spindle stock 12 fixed thereto, the bed 11 is provided with a carriage 16 to freely move, and the carriage 16 is provided with a cross slide 18 to freely move. The bed 11 and the spindle stock 12 are of movable structure, and the workpiece W is machined by the machining tool T. An equivalent metal body 41 having a thermal characteristic corresponding to the thermal characteristic of the structure is exposed to a cutting liquid sprayed to the machining tool T, and the similar equivalent metal body 41a is exposed to cooling oil for cooling an electric motor 23. Signals from a temperature sensors provided on the equivalent metal bodies 41, 41a are transmitted to a control part for controlling the feed travel of the machining tool T to thereby correct the feed travel. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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。
特開平６−２２６５９０号公報 特開平１１−５８１７９号公報 Therefore, conventionally, as described in Patent Documents 1 and 2, a temperature sensor is attached to a part that causes thermal displacement of the machine tool, and the correlation between the temperature value obtained by the temperature sensor and the thermal displacement of the part is overlapped. It is calculated by regression analysis or the like, and the feed movement of the moving structure is corrected so that the relative position between the machining tool and the workpiece becomes the set position.
JP-A-6-226590 JP-A-11-58179

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 lathe 10 includes a bed 11 that is a fixed structure made of metal such as cast iron or cast steel, and a headstock 12 that is fixed to the bed 11 and is a fixed structure. A spindle 14 provided with a chuck 13 for gripping the workpiece W is incorporated in the base 12. A guide rail 15 laid in the longitudinal direction of the bed 11, that is, the Z-axis direction, is mounted with a carriage, that is, a carriage 16 so as to be linearly reciprocable along the guide rail 15. A guide rail 17 is laid on the carriage 16 in a direction perpendicular to the guide rail 15, that is, in the X-axis direction, and a lateral feed base 18 is mounted along the guide rail 17 so as to be capable of linear reciprocation. 16 and the lateral feed base 18 are each a moving structure. A tool rest 19 to which a tool T as a processing tool is detachably attached is fixed to the lateral feed base 18.

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 lathe 10, the carriage 16 is moved in the Z-axis direction and the horizontal feed base 18 is moved in the X-axis direction while the spindle 14 is rotationally driven, and the cutting tool T is moved with respect to the workpiece W. The workpiece W is cut by the blade T by being fed and moved. The bed 11 is provided with a Z-axis servo motor for driving the carriage 16 in the Z-axis direction, and the carriage 16 is provided with an X-axis servo motor for driving the lateral feed base 18 in the X-axis direction. Yes.

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 nozzle 21 provided on the tool post 19 in order to cool the heat generating part and ensure cutting performance. The cutting fluid is applied as a cooling fluid, that is, a cooling medium, to the cutting tool T that is a processing tool and the workpiece W, and the applied cutting fluid is returned to a liquid tank 22 provided in the bed 11.

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 electric motor 23 is incorporated in the head stock 12 for rotationally driving the main shaft 14. The electric motor 23 is a built-in type motor in which a rotor is provided on the main shaft 14 and a stator is disposed outside the main shaft 14. Cooling oil as a cooling medium for cooling the electric motor 23 is applied to the outside of the stator. A guiding cooling passage 24 is provided.

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 electric motor 23. It is the schematic which shows a motor cooling device.

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 supply pipe 26 connecting the strainer 25 and the nozzle 21 provided in the liquid tank 22 is provided with a pump 28 driven by an electric motor 27. The cutting fluid is applied from the nozzle 21 by the pump 28. The applied cutting fluid is returned to the liquid tank 22 and new cutting fluid is replenished.

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 electric motor 23 has a stator 23a disposed outside the main shaft 14 as a rotor, and a cooling passage 24 for guiding cooling oil is provided outside the stator 23a in a spiral manner. It has been. An oil tank 31 for storing cooling oil is provided in the bed 11. An electric motor 35 is connected to a supply pipe 34 that connects the strainer 32 provided in the oil tank 31 and the inlet 33 of the cooling passage 24. A driven pump 36 is provided. In order to return the cooling oil that has passed through the cooling passage 24 and has cooled the electric motor 23 to the oil tank 31, a discharge pipe 38 is provided between the outlet 37 and the oil tank 31.

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 bed 11 is provided with a storage chamber 40 into which the cutting fluid supplied from the nozzle 21 to the cutting tool T and the workpiece W and heated by these flows. The interior of the storage chamber 40 has thermal characteristics corresponding to thermal characteristics such as specific heat, thermal conductivity, and thermal expansion coefficient of the metal material constituting the bed 11 and is made of the same metal material as the bed 11. An equivalent metal body 41 is disposed, and the equivalent metal body 41 is exposed to the cutting fluid flowing into the storage chamber 40. The bed 11 as a fixed structure is thermally influenced by the cutting fluid after being heated by the blade T or the like, and heat is transmitted to the inside at a speed corresponding to the thermal conductivity of the material, and is also radiated to the outside to be a temperature. A change occurs, and further, thermal expansion and contraction occur with a deformation amount corresponding to the thermal expansion coefficient. Since the equivalent metal body 41 is made of the same metal material as the bed 11, the temperature changes linearly corresponding to the temperature of the bed 11 that changes due to the cutting fluid after being heated. The equivalent metal body 41 is provided with a temperature sensor 42 for detecting its temperature, and the detected temperature is sent to the control unit.

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 equivalent metal body 41a arranged in the bed 11 is attached to the discharge pipe 38, and the equivalent metal is obtained by flowing the cooling oil through the through hole formed in the equivalent metal body 41a. The body 41a is exposed to the cooling oil. The headstock 12 as a fixed structure is thermally influenced by the cooling oil after flowing through the cooling passage 24 and heated, and heat is transferred to the inside at a speed corresponding to the thermal conductivity of the material. As a result of the heat dissipation, a temperature change occurs, and the thermal expansion and contraction occur with a deformation amount corresponding to the thermal expansion coefficient. Since the equivalent metal body 41a is formed of the same kind of metal material as that of the head stock 12, the temperature changes linearly corresponding to the temperature of the head stock 12 which is changed by the cooling oil after being heated. The equivalent metal body 41a is provided with a temperature sensor 42a for detecting the temperature, and the detected temperature is sent to the control unit in the same manner as the temperature sensor 42.

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 electric motor 23. This motor cooling device supplies cooling air to a cooling passage 24a formed in the headstock 12. A supply pipe 43 connected to an inlet 33a of the cooling passage 24a is provided with a compressor 45 driven by a motor 44. The external air that has been purified through the filter 50 is supplied to the cooling passage 24a. The outlet 37a of the cooling passage 24a is connected to a discharge pipe 46 that guides the cooling air that has passed through the cooling passage 24a and has cooled the electric motor 23. The discharge pipe 46 is an air chamber in which an equivalent metal body 41b is accommodated. The air that flows into the air chamber 47 and communicates with the air chamber 47 is transferred to the equivalent metal body 41b and then discharged to the outside. A temperature sensor 42b is attached to the equivalent metal body 41b in order to detect the temperature thereof. Thus, the cooling medium in the motor cooling device may be either a liquid such as oil or a gas such as air.

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 cooling passage 24 for guiding cooling oil as shown in FIG. 2 (B) and a cooling passage 24a for guiding cooling air as shown in FIG. 2 (C). As shown in FIG. 1, an equivalent metal body 41a exposed to cooling oil and an equivalent metal body 41b exposed to cooling air are provided in the lathe 10, and the respective temperatures are detected by temperature sensors 42a and 42b, respectively. Like to do. However, the temperature of the equivalent metal body exposed to one of the cooling air and the cooling oil may be detected.

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 equivalent metal bodies 41 and 41a, the equivalent metal body 41 may be substantially immersed in the cooling medium as shown in FIG. May be soaked. Further, as shown in FIG. 2 (B), a hole through which the cooling medium passes may be formed in the equivalent metal body 41a, and the cooling medium is sprayed on the equivalent metal body 41b as shown in FIG. 2 (C). Anyway.

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 temperature sensor 48 is attached to the bed 11 to detect its temperature, and a temperature sensor 49 is attached to the carriage 16 to detect its temperature. The temperature is sent to the control unit.

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 chuck 13, that is, the relative position between the workpiece W and the cutter T. FIG. ), The temperature sensor 42a shown in FIG. 2B, the temperature sensor 42b shown in FIG. 2C, and the temperature sensors 48 and 49 shown in FIG. 1A, respectively. The electrical signals are sent to the control unit 51 having a microprocessor, RAM, ROM, etc. via A / D converters. A control signal from the control unit 51 is sent to the NC device 52, and an X-axis servo motor 53 that drives the lateral feed base 18 in the X-axis direction and a carriage 16 in the Z-axis direction by an operation signal from the NC device 52. The Z-axis servo motor 54 to be driven is driven.

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 control unit 51 includes a thermal displacement correction formula and a temperature for correcting the thermal displacement of each part of the machine tool according to the temperature data obtained by the temperature sensors 42, 42a, 42b, 48, 49. A correction table or the like is stored, and the drive of the servo motors 53 and 54 is controlled based on the respective detection values, and the position of the cutter T is corrected so that the position of the cutter T with respect to the workpiece W becomes the set position. 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 machining center 10a includes a base 61 that is a fixed structure made of metal such as cast iron or cast steel, and a column 62 that is movable in the longitudinal direction of the base 61, that is, the Y-axis direction and the X direction that is perpendicular to the base 61, A work table 63 that supports the workpiece W and is rotatable as indicated by symbol R is provided on the base 61, and the column 62 and the work table 63 are each a moving structure. A spindle head 64 that rotationally drives the machining tool T is movable in the column 62 in the vertical direction, and an electric motor is incorporated in the spindle head 64 to drive a chuck 65 on which the machining tool T is mounted. ing. Further, a magazine unit 66 that holds a number of machining tools is rotatably mounted on the column 62, and an automatic tool changer (ATC) 67 is attached to the column 62.

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 machining center 10a as well as the lathe 10 described above, the equivalent metal body is exposed to the cutting fluid applied to the contact portion between the machining tool T that is a heat source and the workpiece W. The temperature data from the temperature sensor attached to is sent to the control unit. Furthermore, the equivalent metal body is exposed to cooling oil or cooling air that cools the electric motor incorporated in the spindle head 64, and temperature data from a temperature sensor attached to the equivalent metal body is sent to the control unit. Yes. In addition to these temperature sensors, temperature data from the temperature sensor that detects the temperature of the base 61 and the temperature sensor that detects the temperature of the column 62 are also sent to the control unit. Based on these temperature data, The feed movement of the machining tool T relative to the workpiece W is corrected.

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 compressor 45 to the cooling passage 24a formed in the headstock 12, and the temperature of the equivalent metal body 41b made into this cooling air is supplied. Is detected by the temperature sensor 42b, and thermal displacement correction is performed based on the temperature data obtained based on the temperature detected by the temperature sensor 42b and the temperature detected by the other temperature sensors 42, 42a, 48, and 49.

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 respective servo motors 53 and 54 so as to be in the correct position.

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 headstock 12 of the lathe shown in FIG. A comparative example of the correction result of the spindle tip surface when the temperature is measured and the thermal displacement correction is performed based on the temperature data obtained based on the detected temperature and the detected temperature from the other temperature sensors 42, 48, 49 As shown.

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 equivalent metal body 41 b, The deviation between the thermal displacement and the correction value is smaller than when detecting the temperature of the headstock 12, and the machining accuracy of the workpiece can be improved. As indicated by the broken line C, when the temperature of the headstock 12 is measured and the thermal displacement correction is performed, the correlation between the temperature of the headstock 12 and the amount of axial thermal displacement of the main shaft 14 is as follows. However, according to the present invention, based on the temperature data of the equivalent metal body 41b exposed to the cooling air, it is impossible to correct the thermal displacement with high accuracy. By correcting the thermal displacement, as shown in FIG. 5A, it is possible to perform a highly accurate thermal displacement correction.

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 lathe 10 and the machining center 10a as described above has been described. However, in addition to these machine tools, various machines such as a boring machine, a milling machine, a shaper, and a grinding machine are used. The present invention is applied to any machine tool having a fixed structure, a movable structure that is movably mounted on the fixed structure, and a heat source such as a motor that drives the movable structure. Can do. In addition, as shown in the figure, a metal block independent from the structure is used as the equivalent metal body. However, a portion of the structure that is not affected by the heat from the heat source is used as the equivalent metal body. Also good. Further, in the case of the machining center 10a, an equivalent metal body that is exposed to a cooling medium that cools a motor for rotating the work table 63 is provided, the temperature of the metal body is detected, and detection data is sent to the control unit. Also good.

（Ａ）は工作機械である旋盤を示す正面図であり、（Ｂ）は同図（Ａ）の平面図であり、（Ｃ）は同図（Ａ）の右側面図である。(A) is a front view which shows the lathe which is a machine tool, (B) is the top view of the figure (A), (C) is a right view of the figure (A). （Ａ）は刃物と被加工物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、（Ｂ）は電動モータ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り、（Ｃ）は電動モータ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。(A) is schematic which shows the cutting fluid supply apparatus for supplying cutting fluid to a cutter and a workpiece, (B) is schematic which shows the motor cooling device for supplying cooling oil to an electric motor (C) is a schematic diagram showing a modification of the motor cooling device for cooling the electric motor. 被加工物と刃物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る。It is a block diagram which shows the control mechanism for controlling the relative position of a to-be-processed object and a blade. （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、（Ｂ）は同図（Ａ）の右側面図である。(A) is a front view which shows the machining center which is a machine tool, (B) is a right view of the same figure (A). （Ａ）は本発明の熱変位補正を示す特性線図であり、（Ｂ）は比較例による熱変位補正を示す特性線図である。(A) is a characteristic diagram showing thermal displacement correction of the present invention, and (B) is a characteristic diagram showing thermal displacement correction according to a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 10 Lathe 10a Machining center 11 Bed 12 Spindle base 14 Spindle 16 Reciprocating base 18 Horizontal feed base 21 Nozzle 22 Liquid tank 23 Electric motor 24 Cooling passage 31 Oil tank 41, 41a, 41b Equivalent metal body 42, 42a, 42b Temperature sensor (temperature detection) vessel)
51 Control unit (control means)
T Machining tool (blade)
W Workpiece

Claims (3)

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. 請求項１記載の工作機械の熱変位補正装置において、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工作機械の熱変位補正装置。   The thermal displacement correction device for a machine tool according to claim 1, wherein the coolant supplied to the machining tool is the cooling medium. 請求項１記載の工作機械の熱変位補正装置において、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工作機械の熱変位補正装置。   2. The thermal displacement correction device for a machine tool according to claim 1, wherein a coolant or cooling air for cooling a motor for driving the moving structure or the workpiece is the cooling medium. Correction device.
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