JP3517738B2 - 工作機械の簡易熱変位補正方法 - Google Patents
工作機械の簡易熱変位補正方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，工作機械の熱変位
を，簡単な発熱関数及び冷却関数で表し, 予め該熱変位
を測定し, 位置補正を行う工作機械の簡易熱変位補正方
法に関する。
を，簡単な発熱関数及び冷却関数で表し, 予め該熱変位
を測定し, 位置補正を行う工作機械の簡易熱変位補正方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術の工作機械の熱変位補正方法
は，各種あるが, 例えば, 特許第3154946 号「工作機械
の熱変位補正方法」があり，ここには「数値制御装置を
用いて制御される工作機械において，送り軸の平均移動
速度, 移動頻度及び移動位置から，熱変位に対する補正
量を求める近似式, 及び該近似式によって求められた補
正量より指令位置に対する位置補正量を求める近似式を
予め数値制御装置に記憶させておき, 送り軸の位置をモ
ニタリングし，モニタリングされた送り軸の位置より送
り軸のの平均移動速度及び移動頻度を求めて上記近似式
より送り軸に対する指令位置に対する位置補正量を求め
て，指令位置を該位置補正量で補正して出力するように
した熱変位補正方法」があった。
は，各種あるが, 例えば, 特許第3154946 号「工作機械
の熱変位補正方法」があり，ここには「数値制御装置を
用いて制御される工作機械において，送り軸の平均移動
速度, 移動頻度及び移動位置から，熱変位に対する補正
量を求める近似式, 及び該近似式によって求められた補
正量より指令位置に対する位置補正量を求める近似式を
予め数値制御装置に記憶させておき, 送り軸の位置をモ
ニタリングし，モニタリングされた送り軸の位置より送
り軸のの平均移動速度及び移動頻度を求めて上記近似式
より送り軸に対する指令位置に対する位置補正量を求め
て，指令位置を該位置補正量で補正して出力するように
した熱変位補正方法」があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の上記工作機
械の熱変位補正方法において，近似式として，例えば
「段落0026」に示す様に, 単位時間当たりの発熱変位量
Qnは，Qn=A・[f(Bn)] a ・Cnb と，べき乗の係数:a,bで
表しており，該近似式を測定値で近似するのが, 複雑で
容易に算出するのが困難で時間を要する，問題点があっ
た。
械の熱変位補正方法において，近似式として，例えば
「段落0026」に示す様に, 単位時間当たりの発熱変位量
Qnは，Qn=A・[f(Bn)] a ・Cnb と，べき乗の係数:a,bで
表しており，該近似式を測定値で近似するのが, 複雑で
容易に算出するのが困難で時間を要する，問題点があっ
た。
【０００４】従来技術の上記工作機械の熱変位補正方法
において，熱変位の補正方法は，例えば移動軸の補正量
の場合，「段落0026」に示す様に, 単位時間の補正量δ
n は, δn=δn-1 + Qn-qn と微分形式の加算で補正し
ており，この様な微分形式の加算では，誤差が加算さ
れ, 位置の算出において, 補正量の誤差が大きくなる恐
れがある，問題点があった。
において，熱変位の補正方法は，例えば移動軸の補正量
の場合，「段落0026」に示す様に, 単位時間の補正量δ
n は, δn=δn-1 + Qn-qn と微分形式の加算で補正し
ており，この様な微分形式の加算では，誤差が加算さ
れ, 位置の算出において, 補正量の誤差が大きくなる恐
れがある，問題点があった。
【０００５】従来技術の上記工作機械の熱変位補正方法
において，熱変位の測定方法は，例えばＺ軸の熱変位の
測定の場合，「段落0019」に示す様に, Ｚ軸の-50mm,-1
50mm,-300mm 位置の変位を測定する変位測定器S1,S2,S3
を用い,3箇所測定しており, Ｚ軸のストロークの変位を
固定した一端部の変位固定端(Fz)と，他端部の変位自在
な変位自由端(Ez)を考慮せずに，測定を行っており，測
定箇所が多く, 測定に時間がかかり，それだけ解析に時
間を要する，問題点があった。
において，熱変位の測定方法は，例えばＺ軸の熱変位の
測定の場合，「段落0019」に示す様に, Ｚ軸の-50mm,-1
50mm,-300mm 位置の変位を測定する変位測定器S1,S2,S3
を用い,3箇所測定しており, Ｚ軸のストロークの変位を
固定した一端部の変位固定端(Fz)と，他端部の変位自在
な変位自由端(Ez)を考慮せずに，測定を行っており，測
定箇所が多く, 測定に時間がかかり，それだけ解析に時
間を要する，問題点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために，本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法は，各
変位量δを表す発熱関数f(t)として．到達変位量δm
が，発熱時定数τh で時間t と共に飽和に達する, 一次
遅れの式とし，該到達変位量δm は, 対応する比例係数
である特性係数K を有し, 移動頻度を含む平均速度V に
比例することとし，一方, 各冷却関数g(t)は，対応する
作動を停止した時点で, 初期変位量δ miから指数関数的
に冷却時定数τc で時間t と共に減衰する, 指数減衰式
とする事を特徴とする。
ために，本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法は，各
変位量δを表す発熱関数f(t)として．到達変位量δm
が，発熱時定数τh で時間t と共に飽和に達する, 一次
遅れの式とし，該到達変位量δm は, 対応する比例係数
である特性係数K を有し, 移動頻度を含む平均速度V に
比例することとし，一方, 各冷却関数g(t)は，対応する
作動を停止した時点で, 初期変位量δ miから指数関数的
に冷却時定数τc で時間t と共に減衰する, 指数減衰式
とする事を特徴とする。
【０００７】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法
は，発熱関数及び冷却関数が，それぞれ簡単な二定数で
定まる一次遅れの式及び指数減衰式で容易に表されるの
で，変位量演算手段において，該関数の解析的解法で,
各変位量δの演算が行われる事を特徴とする。
は，発熱関数及び冷却関数が，それぞれ簡単な二定数で
定まる一次遅れの式及び指数減衰式で容易に表されるの
で，変位量演算手段において，該関数の解析的解法で,
各変位量δの演算が行われる事を特徴とする。
【０００８】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法
は，熱変位補正前処理工程において，各軸の熱変位測定
手段は，ストローク(ST)一端部の変位自在な変位自由端
(E) に対応する最大変位を表す変位量δを測定する事を
特徴とする。
は，熱変位補正前処理工程において，各軸の熱変位測定
手段は，ストローク(ST)一端部の変位自在な変位自由端
(E) に対応する最大変位を表す変位量δを測定する事を
特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に対応する工作
機械の簡易熱変位補正方法は，主軸本体(1a)の回転平均
速度(Vs),3次元(x,y,z軸) 各軸方向のボールネジ等から
成る送り部材(2b,3b,4b)上を動く移動部材(2c,3c,4c)の
送り平均速度(Vx,Vy,Vz)とその稼働時間(t),更にこれら
の作動熱環境条件に起因する, 発熱及び冷却熱変位によ
る主軸前端面(1b)の主軸位置を常時補正する為の位置補
正主工程を, 切削加工工程と共に, 制御手段(5) により
行う工作機械の簡易熱変位補正方法であって，該位置補
正主工程に用いる各変位量δ( δx,δy,δz,δs)をそれ
ぞれ表す発熱関数f(t)及び冷却関数g(t)を予め定めるた
めに, 熱変位補正前処理工程を，熱変位測定手段を用い
て行うこととし，該工作機械において, 主軸(s) 軸心を
z 軸とし，各該発熱関数f(t)は，到達変位量δm が，発
熱時定数τh で時間t と共に飽和に達する, 一次遅れの
式とし，該到達変位量δm は, 対応する比例係数である
特性係数K (kx,ky,kz,ks) を有し, 移動頻度を含む平均
速度V(Vx,Vy,Vz,Vs)に比例することとし，一方, 各該冷
却関数g(t)は，対応する作動を停止した時点で, 初期変
位量δ miから指数関数的に冷却時定数τc で時間t と共
に減衰する, 指数減衰式とし，そして該主軸の熱変位測
定手段は，該主軸前端面のz 軸方向の変位量δs を，ピ
ックテスタ等の位置測定手段(10)により測定し, 一方,z
軸の熱変位測定手段は，回転自在な該送り部材のストロ
ーク(STz) を定める, z 軸方向の変位を固定した一端部
の変位固定端(Fz)と，他端部の変位自在な変位自由端(E
z)において，該変位自由端(Ez)に対応するz 軸移動台(4
a)端部で, 変位量δz を該位置測定手段により測定し,
そしてx 及びy 軸の熱変位測定手段は，該主軸前端面の
対応する側周角部近傍を, 各ストローク(STx,STy) の変
位自由端(Ex,Ey) で, 変位量( δx,δy)をそれぞれ該
位置測定手段により測定し，該位置補正主工程におい
て，各変位量δ( δx,δy,δz,δs)による，該主軸前端
面の主軸位置の補正量C は，勾配補正工程(S51) を用
い,z軸の補正量Czは，該変位量δz を該ストローク(ST
z) 間に直線勾配を用いて比例配分し，かつ該変位量δs
を一様に加算して補正確保し, 他方,x及びy 軸の補正
量Cx,Cy は，それぞれ各該変位量( δx,δy)を, 対応す
る各該ストローク(STx,STy) 間に直線勾配を用いて比例
配分して補正確保し，該熱変位補正前処理工程を行う作
動熱環境条件が，周囲雰囲気温度中で該主軸が無負荷で
ある事を特徴とする。
機械の簡易熱変位補正方法は，主軸本体(1a)の回転平均
速度(Vs),3次元(x,y,z軸) 各軸方向のボールネジ等から
成る送り部材(2b,3b,4b)上を動く移動部材(2c,3c,4c)の
送り平均速度(Vx,Vy,Vz)とその稼働時間(t),更にこれら
の作動熱環境条件に起因する, 発熱及び冷却熱変位によ
る主軸前端面(1b)の主軸位置を常時補正する為の位置補
正主工程を, 切削加工工程と共に, 制御手段(5) により
行う工作機械の簡易熱変位補正方法であって，該位置補
正主工程に用いる各変位量δ( δx,δy,δz,δs)をそれ
ぞれ表す発熱関数f(t)及び冷却関数g(t)を予め定めるた
めに, 熱変位補正前処理工程を，熱変位測定手段を用い
て行うこととし，該工作機械において, 主軸(s) 軸心を
z 軸とし，各該発熱関数f(t)は，到達変位量δm が，発
熱時定数τh で時間t と共に飽和に達する, 一次遅れの
式とし，該到達変位量δm は, 対応する比例係数である
特性係数K (kx,ky,kz,ks) を有し, 移動頻度を含む平均
速度V(Vx,Vy,Vz,Vs)に比例することとし，一方, 各該冷
却関数g(t)は，対応する作動を停止した時点で, 初期変
位量δ miから指数関数的に冷却時定数τc で時間t と共
に減衰する, 指数減衰式とし，そして該主軸の熱変位測
定手段は，該主軸前端面のz 軸方向の変位量δs を，ピ
ックテスタ等の位置測定手段(10)により測定し, 一方,z
軸の熱変位測定手段は，回転自在な該送り部材のストロ
ーク(STz) を定める, z 軸方向の変位を固定した一端部
の変位固定端(Fz)と，他端部の変位自在な変位自由端(E
z)において，該変位自由端(Ez)に対応するz 軸移動台(4
a)端部で, 変位量δz を該位置測定手段により測定し,
そしてx 及びy 軸の熱変位測定手段は，該主軸前端面の
対応する側周角部近傍を, 各ストローク(STx,STy) の変
位自由端(Ex,Ey) で, 変位量( δx,δy)をそれぞれ該
位置測定手段により測定し，該位置補正主工程におい
て，各変位量δ( δx,δy,δz,δs)による，該主軸前端
面の主軸位置の補正量C は，勾配補正工程(S51) を用
い,z軸の補正量Czは，該変位量δz を該ストローク(ST
z) 間に直線勾配を用いて比例配分し，かつ該変位量δs
を一様に加算して補正確保し, 他方,x及びy 軸の補正
量Cx,Cy は，それぞれ各該変位量( δx,δy)を, 対応す
る各該ストローク(STx,STy) 間に直線勾配を用いて比例
配分して補正確保し，該熱変位補正前処理工程を行う作
動熱環境条件が，周囲雰囲気温度中で該主軸が無負荷で
ある事を特徴とする。
【００１０】本発明の請求項２に対応する工作機械の簡
易熱変位補正方法は，熱変位補正前処理工程を行う作動
熱環境条件が，主軸本体 (1a) ・切削工具 (1c) が所定量の
負荷状態であり，該負荷の大きさを，主軸モータ (1d) 等
の負荷で計測可能で，該熱変位補正前処理工程を行う事
も出来る。
易熱変位補正方法は，熱変位補正前処理工程を行う作動
熱環境条件が，主軸本体 (1a) ・切削工具 (1c) が所定量の
負荷状態であり，該負荷の大きさを，主軸モータ (1d) 等
の負荷で計測可能で，該熱変位補正前処理工程を行う事
も出来る。
【００１１】本発明の請求項３に対応する工作機械の簡
易熱変位補正方法は，熱変位補正前処理工程を行う作動
熱環境条件が，主軸本体 (1a) ・切削工具 (1c) ・加工物
(7) 等から成る加工部近傍を冷却する所定の量のクーラ
ント液を循環使用し，クーラント装置を装備する事も出
来る。
易熱変位補正方法は，熱変位補正前処理工程を行う作動
熱環境条件が，主軸本体 (1a) ・切削工具 (1c) ・加工物
(7) 等から成る加工部近傍を冷却する所定の量のクーラ
ント液を循環使用し，クーラント装置を装備する事も出
来る。
【００１２】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法の
熱変位補正前処理工程において，各軸の熱変位測定手段
に用いる, ストローク(ST)を定める, 回転自在に各軸方
向の変位を固定した一端部の変位固定端(F) は，送り部
材にリング部材を固定し, 該リング部材を軸受け部材で
挟持して確保する事も出来る。
熱変位補正前処理工程において，各軸の熱変位測定手段
に用いる, ストローク(ST)を定める, 回転自在に各軸方
向の変位を固定した一端部の変位固定端(F) は，送り部
材にリング部材を固定し, 該リング部材を軸受け部材で
挟持して確保する事も出来る。
【００１３】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法の
熱変位補正前処理工程において，発熱関数は，一次遅れ
の式である，f(t)= δm ・[1- exp(-t/ τh)] とし，こ
こで, 時定数τh 及び到達変位量δm の二つの定数で容
易に定まり, 該到達変位量δm は, 平均速度(V) にほぼ
比例する事が実証され，故に, 該発熱関数f(t)は，一般
的に二つの定数，特性係数K と時定数τh とを用い, f
(t)=K・V ・[1- exp(-t/ τh)] と容易に表す事を特徴
とする。
熱変位補正前処理工程において，発熱関数は，一次遅れ
の式である，f(t)= δm ・[1- exp(-t/ τh)] とし，こ
こで, 時定数τh 及び到達変位量δm の二つの定数で容
易に定まり, 該到達変位量δm は, 平均速度(V) にほぼ
比例する事が実証され，故に, 該発熱関数f(t)は，一般
的に二つの定数，特性係数K と時定数τh とを用い, f
(t)=K・V ・[1- exp(-t/ τh)] と容易に表す事を特徴
とする。
【００１４】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法の
熱変位補正前処理工程において，冷却関数は，指数減衰
式である，g(t)= δ mi・exp(-t/ τc)とし，ここで, 時
定数τc 及び初期変位量δ miの二つの定数で容易に表す
事を特徴とする。
熱変位補正前処理工程において，冷却関数は，指数減衰
式である，g(t)= δ mi・exp(-t/ τc)とし，ここで, 時
定数τc 及び初期変位量δ miの二つの定数で容易に表す
事を特徴とする。
【００１５】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法に
おいて，位置補正主工程は，工作機械の電源投入(S0)と
共にプログラムとして開始し, 先ず初期設定工程(S1)に
おいて，各変位量δを, 所定のサンプリング時間(Tm)間
隔で, 演算して制御手段の制御メモリ(M31) に格納し表
示する該サンプリング時間(Tm)の選択設定, 及び各軸の
位置補正を行う, 変位量補正工程(S5)を実行する時間間
隔としての補正時間 (Tc>Tm) の選択設定を行い, 次に
変位量サンプリング時間到達工程(S2)において，Δt=Tm
に到達すると, 変位量サンプリング工程(S2)において，
変位量演算手段を用い，前回のサンプリング時刻:ti-1
における, 各変位量δi-1 から，制御メモリ(M31) から
読み出した時間間隔Tm=ti -ti-1 間に変化した移動頻度
を含む平均速度データセットDS(Vi ) 値を用い, 発熱状
態移行か冷却状態移行かを判定し, 現行のサンプリング
時刻:ti の各変位量δi を演算確保し，そして該変位量
δi をデータセットDS( δ) として, 該制御メモリ(M
31) に格納し, 操作部に有する表示手段で表示可能と
し，次に変位量補正時間到達工程(S4)において，Δt=Tc
に到達すると, 変位量補正工程(S5)において，現行時間
に最も近い該データセットDS( δ) を該制御メモリ(M3
1) から読み出し, 勾配補正工程(S51) において，補正
量演算手段を用い, 各軸の補正量C を演算確保し，該制
御手段の補正メモリ(M51) に格納し, 加工制御工程(W1)
からの移動指令に従い, 該補正メモリ(M51) の補正量C
を読み出し, インターフェイス(W2)を介して, 各軸移動
装置の位置を補正する事も出来る。
おいて，位置補正主工程は，工作機械の電源投入(S0)と
共にプログラムとして開始し, 先ず初期設定工程(S1)に
おいて，各変位量δを, 所定のサンプリング時間(Tm)間
隔で, 演算して制御手段の制御メモリ(M31) に格納し表
示する該サンプリング時間(Tm)の選択設定, 及び各軸の
位置補正を行う, 変位量補正工程(S5)を実行する時間間
隔としての補正時間 (Tc>Tm) の選択設定を行い, 次に
変位量サンプリング時間到達工程(S2)において，Δt=Tm
に到達すると, 変位量サンプリング工程(S2)において，
変位量演算手段を用い，前回のサンプリング時刻:ti-1
における, 各変位量δi-1 から，制御メモリ(M31) から
読み出した時間間隔Tm=ti -ti-1 間に変化した移動頻度
を含む平均速度データセットDS(Vi ) 値を用い, 発熱状
態移行か冷却状態移行かを判定し, 現行のサンプリング
時刻:ti の各変位量δi を演算確保し，そして該変位量
δi をデータセットDS( δ) として, 該制御メモリ(M
31) に格納し, 操作部に有する表示手段で表示可能と
し，次に変位量補正時間到達工程(S4)において，Δt=Tc
に到達すると, 変位量補正工程(S5)において，現行時間
に最も近い該データセットDS( δ) を該制御メモリ(M3
1) から読み出し, 勾配補正工程(S51) において，補正
量演算手段を用い, 各軸の補正量C を演算確保し，該制
御手段の補正メモリ(M51) に格納し, 加工制御工程(W1)
からの移動指令に従い, 該補正メモリ(M51) の補正量C
を読み出し, インターフェイス(W2)を介して, 各軸移動
装置の位置を補正する事も出来る。
【００１６】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法に
おいて，位置補正主工程の初期設定工程(S1)は，電源投
入(S0)以前の工作機械の停止時間を計測し，前回の最終
サンプリング時刻より今回の電源投入までの経過時間を
算出する工程を含む事も出来る。
おいて，位置補正主工程の初期設定工程(S1)は，電源投
入(S0)以前の工作機械の停止時間を計測し，前回の最終
サンプリング時刻より今回の電源投入までの経過時間を
算出する工程を含む事も出来る。
【００１７】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法
は，熱変位補正前処理工程における発熱関数及び冷却関
数として，それぞれ簡単な二定数で定まる一次遅れの式
及び指数減衰式を用いたにも係わらず，驚くべきこと
に，位置補正主工程において，各軸ストローク間にわた
って，最大変位量を約１０μm 以下に抑える作用を有す
る。
は，熱変位補正前処理工程における発熱関数及び冷却関
数として，それぞれ簡単な二定数で定まる一次遅れの式
及び指数減衰式を用いたにも係わらず，驚くべきこと
に，位置補正主工程において，各軸ストローク間にわた
って，最大変位量を約１０μm 以下に抑える作用を有す
る。
【００１８】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法の
熱変位補正前処理工程において，発熱関数は，時定数τ
h 及び到達変位量δm の二つの定数で表されるので，平
衡に達する到達変位量δm は, 容易に定まり，更に該時
定数τh は，該到達変位量 δm の1/2 をδ1=δm/2 と
し，δ1 に対応する時間t1を確保し, τh=t1/In2=t1/0.
693 により，容易に該時定数τh を求める事も出来る。
熱変位補正前処理工程において，発熱関数は，時定数τ
h 及び到達変位量δm の二つの定数で表されるので，平
衡に達する到達変位量δm は, 容易に定まり，更に該時
定数τh は，該到達変位量 δm の1/2 をδ1=δm/2 と
し，δ1 に対応する時間t1を確保し, τh=t1/In2=t1/0.
693 により，容易に該時定数τh を求める事も出来る。
【００１９】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法の
熱変位補正前処理工程において，冷却関数は，時定数τ
c 及び初期変位量δ miの二つの定数で表されるので，該
時定数τc は，該初期変位量δ miの1/2 をδ1=δ mi/2と
し，δ1 に対応する時間t1を確保し, τc=t1/In2=t1/0.
693 により，容易に該時定数τc を求める事も出来る。
熱変位補正前処理工程において，冷却関数は，時定数τ
c 及び初期変位量δ miの二つの定数で表されるので，該
時定数τc は，該初期変位量δ miの1/2 をδ1=δ mi/2と
し，δ1 に対応する時間t1を確保し, τc=t1/In2=t1/0.
693 により，容易に該時定数τc を求める事も出来る。
【００２０】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法の
熱変位補正前処理工程において，各軸(x,y,z) の熱変位
測定手段は，ストローク(ST)一端部の変位自在な変位自
由端(E) に対応する最大変位を表す変位量δを測定する
ので，変位量の値が大きく, 相対誤差を小さくして容易
に測定でき，且つ測定・解析に時間を要しない作用を有
する。
熱変位補正前処理工程において，各軸(x,y,z) の熱変位
測定手段は，ストローク(ST)一端部の変位自在な変位自
由端(E) に対応する最大変位を表す変位量δを測定する
ので，変位量の値が大きく, 相対誤差を小さくして容易
に測定でき，且つ測定・解析に時間を要しない作用を有
する。
【００２１】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法の
位置補正主工程において，勾配補正工程(S51) を用い,z
軸の補正量： Cz= ─ z ( δ z/STz)+ δ s は，変位量δz
をストローク(STz) 間に直線勾配を用いて比例配分し，
かつ変位量δs を一様に加算して補正確保し, 他方,x及
びy 軸の補正量Cx及び Cy ： Cx= ─ ( δ x/STx)[x +(STx
/2)], 及び Cy= ─ ( δ y/STy)[y -STy] は，それぞれ各
変位量( δx,δy)を, 対応する各ストローク(STx,STy)
間に直線勾配を用いて比例配分して補正確保するので，
該各ストローク間の補正が可能となり, 補正量C の算出
が線型補正になり，算出方法が簡単で, 且つ補正量C を
補正メモリ(M51) に格納する値は，各軸ストローク間の
両端補正値を格納するだけで良い作用を有する。
位置補正主工程において，勾配補正工程(S51) を用い,z
軸の補正量： Cz= ─ z ( δ z/STz)+ δ s は，変位量δz
をストローク(STz) 間に直線勾配を用いて比例配分し，
かつ変位量δs を一様に加算して補正確保し, 他方,x及
びy 軸の補正量Cx及び Cy ： Cx= ─ ( δ x/STx)[x +(STx
/2)], 及び Cy= ─ ( δ y/STy)[y -STy] は，それぞれ各
変位量( δx,δy)を, 対応する各ストローク(STx,STy)
間に直線勾配を用いて比例配分して補正確保するので，
該各ストローク間の補正が可能となり, 補正量C の算出
が線型補正になり，算出方法が簡単で, 且つ補正量C を
補正メモリ(M51) に格納する値は，各軸ストローク間の
両端補正値を格納するだけで良い作用を有する。
【００２２】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法の
位置補正主工程において，発熱関数及び冷却関数が，そ
れぞれ簡単な二定数で定まる一次遅れの式及び指数減衰
式で容易に表されるので，変位量サンプリング工程(S2)
の変位量演算手段により，該関数の解析的解法で, 現行
のサンプリング時刻:ti の各変位量δi の演算が容易に
行われ, 微分的加算を行わないので, 加算誤差を小さく
する作用を有する。
位置補正主工程において，発熱関数及び冷却関数が，そ
れぞれ簡単な二定数で定まる一次遅れの式及び指数減衰
式で容易に表されるので，変位量サンプリング工程(S2)
の変位量演算手段により，該関数の解析的解法で, 現行
のサンプリング時刻:ti の各変位量δi の演算が容易に
行われ, 微分的加算を行わないので, 加算誤差を小さく
する作用を有する。
【００２３】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法
は，クーラント装置を装備する工作機械，そして主軸・
切削工具が所定量の負荷状態である工作機械等，各種の
作動熱環境条件に対応して用いる事が出来る。
は，クーラント装置を装備する工作機械，そして主軸・
切削工具が所定量の負荷状態である工作機械等，各種の
作動熱環境条件に対応して用いる事が出来る。
【００２４】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法
は，一次元或いは二次元各軸に移動装置を装備する工作
機械にも，対応する装備各軸に対し，該簡易熱変位補正
方法を適用できるものとする。
は，一次元或いは二次元各軸に移動装置を装備する工作
機械にも，対応する装備各軸に対し，該簡易熱変位補正
方法を適用できるものとする。
【００２５】
【実施例】この発明の実施例の図面において，図１は，
本発明の実施例を示す，工作機械の簡易熱変位補正方法
における，（Ａ）は熱変位補正前処理工程に用いる，熱
変位測定手段を示す概略説明ブロック図，そして（Ｂ）
は該概略説明図の座標軸における，変位量δ，変位固定
端F,そして変位自由端E との関係を示す。図２は，工作
機械の簡易熱変位補正方法における，Ｚ軸発熱変位量測
定, そして図３は, Ｚ軸冷却変位量測定結果である。図
４は，工作機械の簡易熱変位補正方法における，（Ａ）
はＸ軸発熱変位測定量，及び（Ｂ）はＺ軸発熱変位測定
量, そして図５において, （Ａ）は主軸発熱変位測定
量，及び（Ｂ）は冷却変位測定量である。図６は，工作
機械の簡易熱変位補正方法における，位置補正主工程で
ある。図７は，位置補正主工程の変位量サンプリング工
程に用いる概略変位量演算手段説明図, そして図８にお
いて，位置補正主工程の勾配補正工程を示す，（Ａ）は
Ｘ軸補正量:Cx ，（Ｂ）はＹ軸補正量:Cy ，そして
（Ｃ）はＺ軸補正量:Cz の概略補正量演算手段説明図で
ある。図９は，工作機械の簡易熱変位補正方法におけ
る，補正無しと補正有りの比較変位量測定結果の，
（Ａ）はＹ軸測定値，そして（Ｂ）はＺ軸測定値であ
る。
本発明の実施例を示す，工作機械の簡易熱変位補正方法
における，（Ａ）は熱変位補正前処理工程に用いる，熱
変位測定手段を示す概略説明ブロック図，そして（Ｂ）
は該概略説明図の座標軸における，変位量δ，変位固定
端F,そして変位自由端E との関係を示す。図２は，工作
機械の簡易熱変位補正方法における，Ｚ軸発熱変位量測
定, そして図３は, Ｚ軸冷却変位量測定結果である。図
４は，工作機械の簡易熱変位補正方法における，（Ａ）
はＸ軸発熱変位測定量，及び（Ｂ）はＺ軸発熱変位測定
量, そして図５において, （Ａ）は主軸発熱変位測定
量，及び（Ｂ）は冷却変位測定量である。図６は，工作
機械の簡易熱変位補正方法における，位置補正主工程で
ある。図７は，位置補正主工程の変位量サンプリング工
程に用いる概略変位量演算手段説明図, そして図８にお
いて，位置補正主工程の勾配補正工程を示す，（Ａ）は
Ｘ軸補正量:Cx ，（Ｂ）はＹ軸補正量:Cy ，そして
（Ｃ）はＺ軸補正量:Cz の概略補正量演算手段説明図で
ある。図９は，工作機械の簡易熱変位補正方法におけ
る，補正無しと補正有りの比較変位量測定結果の，
（Ａ）はＹ軸測定値，そして（Ｂ）はＺ軸測定値であ
る。
【００２６】この発明の実施例を以下説明すると，請求
項１に対応する工作機械の簡易熱変位補正方法は，図１
に示すように，主軸本体(1a)の回転平均速度(Vs),3次元
(x,y,z軸) 各軸方向のボールネジ等から成る送り部材(2
b,3b,4b)上を動く移動部材 (2c,3c,4c)の送り平均速度
(Vx,Vy,Vz)とその稼働時間(t),更にこれらの作動熱環境
条件に起因する, 発熱及び冷却熱変位による主軸前端面
(1b)の主軸位置を常時補正する為の位置補正主工程を,
切削加工工程と共に, 制御手段(5) により行う工作機械
の簡易熱変位補正方法であって，該位置補正主工程に用
いる各変位量δ( δx,δy,δz,δs)をそれぞれ表す発熱
関数f(t)及び冷却関数g(t)を予め定めるために, 熱変位
補正前処理工程を，熱変位測定手段を用いて行うことと
し，該工作機械において, 主軸(s) 軸心をz 軸とし，各
該発熱関数f(t)は，到達変位量 δm が，発熱時定数τ
h で時間t と共に飽和に達する, 一次遅れの式とし，該
到達変位量δm は, 対応する比例係数である特性係数K
(kx,ky,kz,ks)を有し, 移動頻度を含む平均速度V(Vx,V
y,Vz,Vs)に比例することとし，一方, 各該冷却関数 g
(t)は，対応する作動を停止した時点で, 初期変位量δ m
iから指数関数的に冷却時定数τc で時間t と共に減衰
する, 指数減衰式とし，そして該主軸の熱変位測定手段
は，該主軸前端面のz 軸方向の変位量δs を，ピックテ
スタ等の位置測定手段(10)により測定し, 一方,z軸の熱
変位測定手段は，回転自在な該送り部材 (4b)のストロ
ーク(STz) を定める, z 軸方向の変位を固定した一端部
の変位固定端(Fz)と，他端部の変位自在な変位自由端(E
z)において，該変位自由端(Ez)に対応するz 軸移動台(4
a)端部で, 変位量δz を該位置測定手段により測定し,
そしてx 及びy 軸の熱変位測定手段は，該主軸前端面の
対応する側周角部近傍を, 各ストローク(STx,STy) の変
位自由端(Ex,Ey) で, 変位量( δx,δy)をそれぞれ該位
置測定手段により測定し，該位置補正主工程において，
各変位量δ( δx,δy,δz,δs)による，該主軸前端面の
主軸位置の補正量C は，図８に示す様に，勾配補正工程
(S51) を用い,z軸の補正量Czは，該変位量δz を該スト
ローク(STz) 間に直線勾配を用いて比例配分し，かつ該
変位量δs を一様に加算して補正確保し, 他方,x及びy
軸の補正量Cx,Cy は，それぞれ各該変位量( δx,δy)
を, 対応する各該ストローク(STx,STy) 間に直線勾配を
用いて比例配分して補正確保し，特に該熱変位補正前処
理工程を行う作動熱環境条件が，周囲雰囲気温度中で該
主軸が無負荷である事を特徴とする。
項１に対応する工作機械の簡易熱変位補正方法は，図１
に示すように，主軸本体(1a)の回転平均速度(Vs),3次元
(x,y,z軸) 各軸方向のボールネジ等から成る送り部材(2
b,3b,4b)上を動く移動部材 (2c,3c,4c)の送り平均速度
(Vx,Vy,Vz)とその稼働時間(t),更にこれらの作動熱環境
条件に起因する, 発熱及び冷却熱変位による主軸前端面
(1b)の主軸位置を常時補正する為の位置補正主工程を,
切削加工工程と共に, 制御手段(5) により行う工作機械
の簡易熱変位補正方法であって，該位置補正主工程に用
いる各変位量δ( δx,δy,δz,δs)をそれぞれ表す発熱
関数f(t)及び冷却関数g(t)を予め定めるために, 熱変位
補正前処理工程を，熱変位測定手段を用いて行うことと
し，該工作機械において, 主軸(s) 軸心をz 軸とし，各
該発熱関数f(t)は，到達変位量 δm が，発熱時定数τ
h で時間t と共に飽和に達する, 一次遅れの式とし，該
到達変位量δm は, 対応する比例係数である特性係数K
(kx,ky,kz,ks)を有し, 移動頻度を含む平均速度V(Vx,V
y,Vz,Vs)に比例することとし，一方, 各該冷却関数 g
(t)は，対応する作動を停止した時点で, 初期変位量δ m
iから指数関数的に冷却時定数τc で時間t と共に減衰
する, 指数減衰式とし，そして該主軸の熱変位測定手段
は，該主軸前端面のz 軸方向の変位量δs を，ピックテ
スタ等の位置測定手段(10)により測定し, 一方,z軸の熱
変位測定手段は，回転自在な該送り部材 (4b)のストロ
ーク(STz) を定める, z 軸方向の変位を固定した一端部
の変位固定端(Fz)と，他端部の変位自在な変位自由端(E
z)において，該変位自由端(Ez)に対応するz 軸移動台(4
a)端部で, 変位量δz を該位置測定手段により測定し,
そしてx 及びy 軸の熱変位測定手段は，該主軸前端面の
対応する側周角部近傍を, 各ストローク(STx,STy) の変
位自由端(Ex,Ey) で, 変位量( δx,δy)をそれぞれ該位
置測定手段により測定し，該位置補正主工程において，
各変位量δ( δx,δy,δz,δs)による，該主軸前端面の
主軸位置の補正量C は，図８に示す様に，勾配補正工程
(S51) を用い,z軸の補正量Czは，該変位量δz を該スト
ローク(STz) 間に直線勾配を用いて比例配分し，かつ該
変位量δs を一様に加算して補正確保し, 他方,x及びy
軸の補正量Cx,Cy は，それぞれ各該変位量( δx,δy)
を, 対応する各該ストローク(STx,STy) 間に直線勾配を
用いて比例配分して補正確保し，特に該熱変位補正前処
理工程を行う作動熱環境条件が，周囲雰囲気温度中で該
主軸が無負荷である事を特徴とする。
【００２７】本発明の実施例の請求項１に対応する工作
機械の簡易熱変位補正方法において，Ｚ軸発熱変位量測
定の結果は，図２に示すように，測定条件として，移動
部材(4c)の送り平均速度:Vz=10m/min とし，ストローク
長:STz=500mmの往復移動を行いながら，変位自由端(Ez)
に対応するz 軸移動台(4a)端部で, 変位量δz の増加を
経過時間（ｔ）の関数として，位置測定手段(10)により
測定した。δz=fz(t) の発熱関数は，fz(t)=δmz・[1-
exp(-t/ τh z )]とし，該発熱関数の時定数τh は，測
定点を滑らかな曲線で結び, 到達変位量δm の 1/2 を
δ1=δm/2 とし，δ1 に対応する時間t1を確保し, τh=
t1/In2=t1/0.693 により，容易に該時定数τh を求める
事が出来る。該位置測定手段として，ピックテスタを用
い，接触子（ピック）により該変位量δz を精度：10μ
m/目盛で測定した。更に, 該到達変位量δm に対応する
送り部材(4b)の温度を，接触式サーモメータ(11)( 熱伝
対式ディジタル温度計:0.1℃分解表示温度) で，変位自
由端(Ez)の内側: 約100mm でモニター測定し, 温度変化
量は約14℃であった。
機械の簡易熱変位補正方法において，Ｚ軸発熱変位量測
定の結果は，図２に示すように，測定条件として，移動
部材(4c)の送り平均速度:Vz=10m/min とし，ストローク
長:STz=500mmの往復移動を行いながら，変位自由端(Ez)
に対応するz 軸移動台(4a)端部で, 変位量δz の増加を
経過時間（ｔ）の関数として，位置測定手段(10)により
測定した。δz=fz(t) の発熱関数は，fz(t)=δmz・[1-
exp(-t/ τh z )]とし，該発熱関数の時定数τh は，測
定点を滑らかな曲線で結び, 到達変位量δm の 1/2 を
δ1=δm/2 とし，δ1 に対応する時間t1を確保し, τh=
t1/In2=t1/0.693 により，容易に該時定数τh を求める
事が出来る。該位置測定手段として，ピックテスタを用
い，接触子（ピック）により該変位量δz を精度：10μ
m/目盛で測定した。更に, 該到達変位量δm に対応する
送り部材(4b)の温度を，接触式サーモメータ(11)( 熱伝
対式ディジタル温度計:0.1℃分解表示温度) で，変位自
由端(Ez)の内側: 約100mm でモニター測定し, 温度変化
量は約14℃であった。
【００２８】本発明の実施例の請求項１に対応する工作
機械の簡易熱変位補正方法において，Ｚ軸冷却変位量測
定の結果は，図３に示すように，測定条件として，上
記，到達変位量δm に到達した後，移動部材(4c)の往復
送り作動を停止し，変位自由端(Ez)に対応するz 軸移動
台(4a)端部で, 該変位量δm を初期変位量δ miとし，変
位量δz の減衰を経過時間（ｔ）の関数として，位置測
定手段(10)により測定した。δz=gz(t) の冷却関数は，
gz(t)=δmz・exp(-t/ τc z ) とし，該冷却関数の時定
数τc は，測定点を滑らかな曲線で結び, 該初期変位量
δ miの1/2 をδ1=δ mi/2とし，δ1 に対応する時間t1を
確保し, τc=t1/In2=t1/0.693 により，容易に該時定数
τc を求める事が出来る。
機械の簡易熱変位補正方法において，Ｚ軸冷却変位量測
定の結果は，図３に示すように，測定条件として，上
記，到達変位量δm に到達した後，移動部材(4c)の往復
送り作動を停止し，変位自由端(Ez)に対応するz 軸移動
台(4a)端部で, 該変位量δm を初期変位量δ miとし，変
位量δz の減衰を経過時間（ｔ）の関数として，位置測
定手段(10)により測定した。δz=gz(t) の冷却関数は，
gz(t)=δmz・exp(-t/ τc z ) とし，該冷却関数の時定
数τc は，測定点を滑らかな曲線で結び, 該初期変位量
δ miの1/2 をδ1=δ mi/2とし，δ1 に対応する時間t1を
確保し, τc=t1/In2=t1/0.693 により，容易に該時定数
τc を求める事が出来る。
【００２９】本発明の実施例の請求項１に対応する工作
機械の簡易熱変位補正方法において，この様にして求め
た，各種の測定条件としての平均速度V(=Vx,Vy,Vz,Vs)
に対する, 各発熱関数f(t)及び及び冷却関数g(t)を定め
る, それぞれの特性係数K(= kx,ky,kz,ks)及び時定数τ
(=τh,τc)の測定結果の例を, 図４及び図５に示す。こ
れらの該測定結果から分かる様に，特に該発熱関数f(t)
においては，特定の軸に対して，対応する該平均速度
(V) を変えても, 時定数τは，誤差e=10% 以内で一致
し, 更にその特性係数(k) も, 誤差e=14% 以内で一致
し，従って到達変位量δm は, 該平均速度(V) にほぼ比
例する事を実証した。故に, 該発熱関数f(t)は，一般的
に, f(t)=K ・V ・[1- exp(-t/ τh)] と表す事が出来る。
機械の簡易熱変位補正方法において，この様にして求め
た，各種の測定条件としての平均速度V(=Vx,Vy,Vz,Vs)
に対する, 各発熱関数f(t)及び及び冷却関数g(t)を定め
る, それぞれの特性係数K(= kx,ky,kz,ks)及び時定数τ
(=τh,τc)の測定結果の例を, 図４及び図５に示す。こ
れらの該測定結果から分かる様に，特に該発熱関数f(t)
においては，特定の軸に対して，対応する該平均速度
(V) を変えても, 時定数τは，誤差e=10% 以内で一致
し, 更にその特性係数(k) も, 誤差e=14% 以内で一致
し，従って到達変位量δm は, 該平均速度(V) にほぼ比
例する事を実証した。故に, 該発熱関数f(t)は，一般的
に, f(t)=K ・V ・[1- exp(-t/ τh)] と表す事が出来る。
【００３０】本発明の実施例の請求項１に対応する工作
機械の簡易熱変位補正方法において，位置補正主工程
は，図６に示すように，工作機械の電源投入(S0)と共に
プログラムとして開始し, 先ず初期設定工程(S1)におい
て，各変位量δ( δx,δy,δz,δs)を, 所定のサンプリ
ング時間(Tm)間隔で, 演算して制御手段(5) の制御メモ
リ(M31) に格納し表示する該サンプリング時間(Tm)の選
択設定, 及び各軸の位置補正を行う, 変位量補正工程(S
5)を実行する時間間隔としての補正時間(Tc)の選択設定
を行い, 次に変位量サンプリング時間到達工程(S2)にお
いて，Δt=Tm( 例えば,30 秒毎) に到達すると, 変位量
サンプリング工程(S2)において，変位量演算手段を用
い，前回のサンプリング時刻:ti-1 における, 各変位量
δi-1(δx, δy,δz,δs)から，制御メモリ(M31) から
読み出した時間間隔Tm=ti -ti-1 間に変化した移動頻度
を含む平均速度データセットDS(Vi ) 値を用い, 発熱状
態移行(CASE I)か冷却状態移行(CASE II) かを判定し,
現行のサンプリング時刻:ti の各変位量δi を演算確保
し，そして該変位量δi をデータセットDS( δ) とし
て, 該制御メモリ(M31) に格納し, 操作部(5a)に有する
表示手段で表示可能とし，次に変位量補正時間到達工程
(S4)において，Δt=Tc( 例えば,3分毎) に到達すると,
変位量補正工程(S5)において，現行時間に最も近い該デ
ータセットDS( δ) を該制御メモリ(M31) から読み出
し, 勾配補正工程(S51) において，補正量演算手段を用
い, 各軸の補正量Cx,Cy,Czを演算確保し，該制御手段の
補正メモリ(M51) に格納し, 加工制御工程(W1)からの移
動指令に従い, 該補正メモリ(M51) の補正量Cx,Cy,Czを
読み出し, インターフェイス(W2)を介して, 各軸移動装
置(2,3, 4)の位置を補正する事を特徴とする。
機械の簡易熱変位補正方法において，位置補正主工程
は，図６に示すように，工作機械の電源投入(S0)と共に
プログラムとして開始し, 先ず初期設定工程(S1)におい
て，各変位量δ( δx,δy,δz,δs)を, 所定のサンプリ
ング時間(Tm)間隔で, 演算して制御手段(5) の制御メモ
リ(M31) に格納し表示する該サンプリング時間(Tm)の選
択設定, 及び各軸の位置補正を行う, 変位量補正工程(S
5)を実行する時間間隔としての補正時間(Tc)の選択設定
を行い, 次に変位量サンプリング時間到達工程(S2)にお
いて，Δt=Tm( 例えば,30 秒毎) に到達すると, 変位量
サンプリング工程(S2)において，変位量演算手段を用
い，前回のサンプリング時刻:ti-1 における, 各変位量
δi-1(δx, δy,δz,δs)から，制御メモリ(M31) から
読み出した時間間隔Tm=ti -ti-1 間に変化した移動頻度
を含む平均速度データセットDS(Vi ) 値を用い, 発熱状
態移行(CASE I)か冷却状態移行(CASE II) かを判定し,
現行のサンプリング時刻:ti の各変位量δi を演算確保
し，そして該変位量δi をデータセットDS( δ) とし
て, 該制御メモリ(M31) に格納し, 操作部(5a)に有する
表示手段で表示可能とし，次に変位量補正時間到達工程
(S4)において，Δt=Tc( 例えば,3分毎) に到達すると,
変位量補正工程(S5)において，現行時間に最も近い該デ
ータセットDS( δ) を該制御メモリ(M31) から読み出
し, 勾配補正工程(S51) において，補正量演算手段を用
い, 各軸の補正量Cx,Cy,Czを演算確保し，該制御手段の
補正メモリ(M51) に格納し, 加工制御工程(W1)からの移
動指令に従い, 該補正メモリ(M51) の補正量Cx,Cy,Czを
読み出し, インターフェイス(W2)を介して, 各軸移動装
置(2,3, 4)の位置を補正する事を特徴とする。
【００３１】本発明の実施例の請求項１に対応する工作
機械の簡易熱変位補正方法において，位置補正主工程に
おける，変位量サンプリング工程(S2)に用いる変位量演
算手段は，図７に示すように，各変位量δ( δx,δy,δ
z,δs)に対応する,t- δ平面上の現行点:Pi の現行のサ
ンプリング時刻:ti の各変位量δi を演算確保するため
に，前回のサンプリング時刻:ti-1 における点:Pi-1 に
おいて，制御メモリ (M31) から読み出した時間間隔Tm
=ti -ti-1 間に変化した移動頻度を含む平均速度データ
セットDS(Vi ) 値を用い, 前回の変位量: δi-1 と，今
回の平均速度データ:Vi とを比較し, 次の場合を判定す
る。CASE I:Vi > δi-1/K の場合は発熱状態移行とな
る。従って, 該点:Pi-1 と現行点:Pi を通る, 発熱関数
は, f(t)=K ・V i ・[1- exp(-t/ τh)] となり， この時間軸:tの原点とt i-1 時刻との時間間隔:M
i-1 は，Mi-1= -τh ・In[1- δi-1/(K・V i )] によ
り，与えられT i =Mi-1+Tmなので, 従って現行点:Pi に
おいて， δi =f(T i)=f(M i-1+Tm) に移行する。CASE II:V i ≦δi-1/K の場合は冷却状態
移行となる。従って, 該点:Pi-1 のδi-1 から，対応す
る冷却時定数τc で減衰する, 冷却 関数は， g(t)= δi-1 ・exp(-t/ τc)となり， 従って現行点:Pi ′において， δi =g(Tm) =δi-1 ・exp(-Tm/τc) に移行する。この様にして, 現行のサンプリング時刻:t
i の各変位量δi を演算確保し，そして該変位量δi を
データセットDS( δ) として, 該制御メモリ(M31) に格
納し, 操作部(5a)に有する表示手段で表示可能とする。
機械の簡易熱変位補正方法において，位置補正主工程に
おける，変位量サンプリング工程(S2)に用いる変位量演
算手段は，図７に示すように，各変位量δ( δx,δy,δ
z,δs)に対応する,t- δ平面上の現行点:Pi の現行のサ
ンプリング時刻:ti の各変位量δi を演算確保するため
に，前回のサンプリング時刻:ti-1 における点:Pi-1 に
おいて，制御メモリ (M31) から読み出した時間間隔Tm
=ti -ti-1 間に変化した移動頻度を含む平均速度データ
セットDS(Vi ) 値を用い, 前回の変位量: δi-1 と，今
回の平均速度データ:Vi とを比較し, 次の場合を判定す
る。CASE I:Vi > δi-1/K の場合は発熱状態移行とな
る。従って, 該点:Pi-1 と現行点:Pi を通る, 発熱関数
は, f(t)=K ・V i ・[1- exp(-t/ τh)] となり， この時間軸:tの原点とt i-1 時刻との時間間隔:M
i-1 は，Mi-1= -τh ・In[1- δi-1/(K・V i )] によ
り，与えられT i =Mi-1+Tmなので, 従って現行点:Pi に
おいて， δi =f(T i)=f(M i-1+Tm) に移行する。CASE II:V i ≦δi-1/K の場合は冷却状態
移行となる。従って, 該点:Pi-1 のδi-1 から，対応す
る冷却時定数τc で減衰する, 冷却 関数は， g(t)= δi-1 ・exp(-t/ τc)となり， 従って現行点:Pi ′において， δi =g(Tm) =δi-1 ・exp(-Tm/τc) に移行する。この様にして, 現行のサンプリング時刻:t
i の各変位量δi を演算確保し，そして該変位量δi を
データセットDS( δ) として, 該制御メモリ(M31) に格
納し, 操作部(5a)に有する表示手段で表示可能とする。
【００３２】本発明の実施例の請求項１に対応する工作
機械の簡易熱変位補正方法において，位置補正主工程の
勾配補正工程(S51) に用いる補正量演算手段は，図８に
示すように， （Ａ）Ｘ軸の補正量Cx= ─ ( δ x/STx)[x +(STx/2)]の場
合，Ｘ軸ストローク長:STxの中間を, 原点とし，該STx
の両端を，それぞれ変位固定端(Fx)及び変位自由端(Ex)
とし，該変位自由端(Ex)において，変位量δx が発生す
るので，Ｘ軸の補正量Cx(x) は，該STx の両端におい
て，Cx(-STx/2)=0, そしてCx(STx/2)=- δx を与え, 該
ストローク長(STx) 間に直線勾配を用いて比例配分して
補正を確保する。 （Ｂ）Ｙ軸の補正量Cy= ─ ( δ y/STy)[y - STy] の場
合， Ｙ軸ストローク長:STyの一端部である変位自由端
(Ey)を原点とし，他端部を変位固定端(Fy)とし，該変位
自由端(Ey)において，変位量- δy が発生するので，Ｙ
軸の補正量Cy(y) は，該STy の両端において，Cy(STy)=
0,そしてCy(0)=δy を与え, 該ストローク長(STy) 間に
直線勾配を用いて比例配分して補正を確保する。 （Ｃ）Ｚ軸の補正量Cz= ─ z ( δ z/STz)+ δ s の場合，
Ｚ軸ストローク長:STzの一端部である変位固定端(Fz)を
原点とし，他端部を変位自由端(Ez)とし，該変位自由端
(Ez)において, 変位量δz が発生すると共に, 主軸前端
面(1b)の変位量- δs が, 原点において発生するので，
z 軸方向の補正量Cz(z) は, 該変位量δz を該ストロー
ク(STz) 間に直線勾配を用いて比例配分し，かつ該変位
量δs を一様に加算して補正確保するので，Cz(0)=δs,
そしてCz(STz)=δs-δz となり, 該ストローク(STz) 間
に直線勾配を用いて補正確保する事が出来る。これらの
補正量Cx,Cy,Czを補正メモリ(M51) に格納する値は，各
軸ストローク間は両端補正値を結ぶ直線勾配補正なの
で，それぞれ両端補正値を格納するだけで良い事を特徴
とする。
機械の簡易熱変位補正方法において，位置補正主工程の
勾配補正工程(S51) に用いる補正量演算手段は，図８に
示すように， （Ａ）Ｘ軸の補正量Cx= ─ ( δ x/STx)[x +(STx/2)]の場
合，Ｘ軸ストローク長:STxの中間を, 原点とし，該STx
の両端を，それぞれ変位固定端(Fx)及び変位自由端(Ex)
とし，該変位自由端(Ex)において，変位量δx が発生す
るので，Ｘ軸の補正量Cx(x) は，該STx の両端におい
て，Cx(-STx/2)=0, そしてCx(STx/2)=- δx を与え, 該
ストローク長(STx) 間に直線勾配を用いて比例配分して
補正を確保する。 （Ｂ）Ｙ軸の補正量Cy= ─ ( δ y/STy)[y - STy] の場
合， Ｙ軸ストローク長:STyの一端部である変位自由端
(Ey)を原点とし，他端部を変位固定端(Fy)とし，該変位
自由端(Ey)において，変位量- δy が発生するので，Ｙ
軸の補正量Cy(y) は，該STy の両端において，Cy(STy)=
0,そしてCy(0)=δy を与え, 該ストローク長(STy) 間に
直線勾配を用いて比例配分して補正を確保する。 （Ｃ）Ｚ軸の補正量Cz= ─ z ( δ z/STz)+ δ s の場合，
Ｚ軸ストローク長:STzの一端部である変位固定端(Fz)を
原点とし，他端部を変位自由端(Ez)とし，該変位自由端
(Ez)において, 変位量δz が発生すると共に, 主軸前端
面(1b)の変位量- δs が, 原点において発生するので，
z 軸方向の補正量Cz(z) は, 該変位量δz を該ストロー
ク(STz) 間に直線勾配を用いて比例配分し，かつ該変位
量δs を一様に加算して補正確保するので，Cz(0)=δs,
そしてCz(STz)=δs-δz となり, 該ストローク(STz) 間
に直線勾配を用いて補正確保する事が出来る。これらの
補正量Cx,Cy,Czを補正メモリ(M51) に格納する値は，各
軸ストローク間は両端補正値を結ぶ直線勾配補正なの
で，それぞれ両端補正値を格納するだけで良い事を特徴
とする。
【００３３】本発明の実施例の請求項１に対応する工作
機械の簡易熱変位補正方法において，変位量測定結果
は，図９（Ａ）に示すように，補正無しと補正有りの比
較変位量Ｙ軸測定結果において，補正無しの場合の最大
変位量は，16μm であったが，補正有りにより，最大変
位量を2 μm 以下に抑えることができ，そして図９
（Ｂ）に示すように，補正無しと補正有りの比較変位量
Ｚ軸測定結果において，補正無しの場合の最大変位量
は，32μm であったが，補正有りにより，最大変位量を
10μm 以下に抑えることができ, この様に該簡易熱変位
補正方法を用いることにより，最大変位量を10μm 程度
以下に抑える事が出来る。
機械の簡易熱変位補正方法において，変位量測定結果
は，図９（Ａ）に示すように，補正無しと補正有りの比
較変位量Ｙ軸測定結果において，補正無しの場合の最大
変位量は，16μm であったが，補正有りにより，最大変
位量を2 μm 以下に抑えることができ，そして図９
（Ｂ）に示すように，補正無しと補正有りの比較変位量
Ｚ軸測定結果において，補正無しの場合の最大変位量
は，32μm であったが，補正有りにより，最大変位量を
10μm 以下に抑えることができ, この様に該簡易熱変位
補正方法を用いることにより，最大変位量を10μm 程度
以下に抑える事が出来る。
【００３４】
【発明の効果】本発明は，以上説明した様な形態で実施
され，以下に記載される様な効果を有する。
され，以下に記載される様な効果を有する。
【００３５】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法
は，発熱関数及び冷却関数として，それぞれ簡単な二定
数で定まる一次遅れの式及び指数減衰式を用いたにも係
わらず，驚くべきことに，位置補正主工程において，各
軸ストローク間にわたって，最大変位量を約１０μm 以
下に抑える効果を有する。
は，発熱関数及び冷却関数として，それぞれ簡単な二定
数で定まる一次遅れの式及び指数減衰式を用いたにも係
わらず，驚くべきことに，位置補正主工程において，各
軸ストローク間にわたって，最大変位量を約１０μm 以
下に抑える効果を有する。
【００３６】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法
は，熱変位測定手段において，各軸の変位量は，ストロ
ーク一端部の変位自在な変位自由端に対応する最大変位
を表す変位量δを測定するので，変位量の値が大きく,
相対誤差を小さくして容易に測定でき，且つ測定・解析
に時間を要しない効果を有する。
は，熱変位測定手段において，各軸の変位量は，ストロ
ーク一端部の変位自在な変位自由端に対応する最大変位
を表す変位量δを測定するので，変位量の値が大きく,
相対誤差を小さくして容易に測定でき，且つ測定・解析
に時間を要しない効果を有する。
【００３７】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法
は，勾配補正工程において,z軸の補正量Czが，変位量δ
z をストローク(STz) 間に直線勾配を用いて比例配分
し，かつ変位量δs を一様に加算して補正確保し, 他
方,x及びy 軸の補正量Cx,Cy は，それぞれ各変位量( δ
x,δy)を, 対応する各ストローク(STx,STy) 間に直線勾
配を用いて比例配分して補正確保するので，該各ストロ
ーク間の補正が可能となり, 補正量C の算出が線型補正
になり，算出方法が簡単で, 且つ補正量C を補正メモリ
に格納する値は，各軸ストローク間の両端補正値を格納
するだけで良い効果を有する。
は，勾配補正工程において,z軸の補正量Czが，変位量δ
z をストローク(STz) 間に直線勾配を用いて比例配分
し，かつ変位量δs を一様に加算して補正確保し, 他
方,x及びy 軸の補正量Cx,Cy は，それぞれ各変位量( δ
x,δy)を, 対応する各ストローク(STx,STy) 間に直線勾
配を用いて比例配分して補正確保するので，該各ストロ
ーク間の補正が可能となり, 補正量C の算出が線型補正
になり，算出方法が簡単で, 且つ補正量C を補正メモリ
に格納する値は，各軸ストローク間の両端補正値を格納
するだけで良い効果を有する。
【００３８】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法
は，発熱関数及び冷却関数が，それぞれ簡単な二定数で
定まる一次遅れの式及び指数減衰式で容易に表されるの
で，変位量サンプリング工程の変位量演算手段により，
該関数の解析的解法で, 現行のサンプリング時刻の各変
位量の演算が容易に行われ, 微分的加算を行わないの
で, 加算誤差を小さくする効果を有する。
は，発熱関数及び冷却関数が，それぞれ簡単な二定数で
定まる一次遅れの式及び指数減衰式で容易に表されるの
で，変位量サンプリング工程の変位量演算手段により，
該関数の解析的解法で, 現行のサンプリング時刻の各変
位量の演算が容易に行われ, 微分的加算を行わないの
で, 加算誤差を小さくする効果を有する。
【００３９】本発明の工作機械の簡易熱変位補正方法
は，クーラント装置を装備する工作機械，そして主軸・
切削工具が所定量の負荷状態である工作機械等，各種の
作動熱環境条件に対応して用いる事が出来る。
は，クーラント装置を装備する工作機械，そして主軸・
切削工具が所定量の負荷状態である工作機械等，各種の
作動熱環境条件に対応して用いる事が出来る。
【図１】本発明の実施例を示す，工作機械の簡易熱変位
補正方法における，（Ａ）は熱変位補正前処理工程に用
いる，熱変位測定手段を示す概略説明ブロック図，そし
て（Ｂ）は該概略説明図の座標軸における，変位量δ，
変位固定端F,そして変位自由端E との関係。
補正方法における，（Ａ）は熱変位補正前処理工程に用
いる，熱変位測定手段を示す概略説明ブロック図，そし
て（Ｂ）は該概略説明図の座標軸における，変位量δ，
変位固定端F,そして変位自由端E との関係。
【図２】本発明の実施例を示す，工作機械の簡易熱変位
補正方法における，Ｚ軸発熱変位量測定。
補正方法における，Ｚ軸発熱変位量測定。
【図３】本発明の実施例を示す，工作機械の簡易熱変位
補正方法における，Ｚ軸冷却変位量測定。
補正方法における，Ｚ軸冷却変位量測定。
【図４】本発明の実施例を示す，工作機械の簡易熱変位
補正方法における，（Ａ）はＸ軸発熱変位測定量，そし
て（Ｂ）はＺ軸発熱変位測定量。
補正方法における，（Ａ）はＸ軸発熱変位測定量，そし
て（Ｂ）はＺ軸発熱変位測定量。
【図５】本発明の実施例を示す，工作機械の簡易熱変位
補正方法における，（Ａ）は主軸発熱変位測定量，そし
て（Ｂ）は冷却変位測定量。
補正方法における，（Ａ）は主軸発熱変位測定量，そし
て（Ｂ）は冷却変位測定量。
【図６】本発明の実施例を示す，工作機械の簡易熱変位
補正方法における，位置補正主工程。
補正方法における，位置補正主工程。
【図７】本発明の実施例を示す，工作機械の簡易熱変位
補正方法における，位置補正主工程の変位量サンプリン
グ工程に用いる概略変位量演算手段説明図。
補正方法における，位置補正主工程の変位量サンプリン
グ工程に用いる概略変位量演算手段説明図。
【図８】本発明の実施例を示す，工作機械の簡易熱変位
補正方法における，位置補正主工程の勾配補正工程を示
す，（Ａ）はＸ軸補正量:Cx ，（Ｂ）はＹ軸補正量:Cy
，そして（Ｃ）はＺ軸補正量:Cz の概略補正量演算手
段説明図。
補正方法における，位置補正主工程の勾配補正工程を示
す，（Ａ）はＸ軸補正量:Cx ，（Ｂ）はＹ軸補正量:Cy
，そして（Ｃ）はＺ軸補正量:Cz の概略補正量演算手
段説明図。
【図９】本発明の実施例を示す，工作機械の簡易熱変位
補正方法における，補正無しと補正有りの比較変位量測
定結果の，（Ａ）はＹ軸測定値，そして（Ｂ）はＺ軸測
定値。
補正方法における，補正無しと補正有りの比較変位量測
定結果の，（Ａ）はＹ軸測定値，そして（Ｂ）はＺ軸測
定値。
１ 主軸回転装置
１ａ 主軸本体
１ｂ 主軸前端面
１ｃ 切削工具
１ｄ 主軸モータ
２ Ｘ軸移動装置
２ｄ Ｘ軸モータ
３ Ｙ軸移動装置
３ａ Ｙ軸移動台
３ｂ Ｙ軸送り部材
３ｃ Ｙ軸移動部材
３ｄ Ｙ軸モータ
３ｅ Ｙ軸変位固定部材
４ Ｚ軸移動装置
４ａ Ｚ軸移動台
４ｂ Ｚ軸送り部材
４ｃ Ｚ軸移動部材
４ｄ Ｚ軸モータ
４ｅ Ｚ軸変位固定部材
５ 制御手段
５ａ 操作部
６ 治具
７ 加工物
８ 架台
１０ 位置測定手段
１１ 温度測定手段
δ 変位量（添字x,y,z は各軸, そしてs は主軸に
属する) δm 到達変位量（添字x,y,z は各軸, そしてs は主
軸に属する) δ mi 初期変位量 τ 時定数( 添字h は発熱状態, そしてc は冷却状
態に属する) e 誤差 f(t) 発熱関数（添字x,y,z は各軸, そしてs は主軸
に属する) g(t) 冷却関数（添字x,y,z は各軸, そしてs は主軸
に属する) rpm 回転平均速度: 分当たりの回転数 s 主軸 t 時間 C 補正量( 添字x,y,z は各軸に属する) DS データ・セット E 変位自由端（添字x,y,z は各軸に属する) F 変位固定端（添字x,y,z は各軸に属する) K 特性係数(=δm/V)（添字x,y,z は各軸, そして
s は主軸に属する) ST ストローク（添字x,y,z は各軸に属する) Tc 補正時間 Tm サンフ゜リンク゛時間 V 平均速度（添字x,y,z は各軸の送り速度, そし
てs は主軸の回転速度に属する)
属する) δm 到達変位量（添字x,y,z は各軸, そしてs は主
軸に属する) δ mi 初期変位量 τ 時定数( 添字h は発熱状態, そしてc は冷却状
態に属する) e 誤差 f(t) 発熱関数（添字x,y,z は各軸, そしてs は主軸
に属する) g(t) 冷却関数（添字x,y,z は各軸, そしてs は主軸
に属する) rpm 回転平均速度: 分当たりの回転数 s 主軸 t 時間 C 補正量( 添字x,y,z は各軸に属する) DS データ・セット E 変位自由端（添字x,y,z は各軸に属する) F 変位固定端（添字x,y,z は各軸に属する) K 特性係数(=δm/V)（添字x,y,z は各軸, そして
s は主軸に属する) ST ストローク（添字x,y,z は各軸に属する) Tc 補正時間 Tm サンフ゜リンク゛時間 V 平均速度（添字x,y,z は各軸の送り速度, そし
てs は主軸の回転速度に属する)
Claims (3)
- 【請求項１】主軸本体(1a)の回転平均速度(Vs),3次元各
軸方向の送り部材(2b,3b,4b)上を動く移動部材(2c,3c,4
c)の送り平均速度(Vx,Vy,Vz)とその稼働時間(t),更にこ
れらの作動熱環境条件に起因する, 発熱及び冷却熱変位
による主軸前端面(1b)の主軸位置を常時補正する為の位
置補正主工程を, 切削加工工程と共に, 制御手段(5) に
より行う工作機械の簡易熱変位補正方法であって， 該位置補正主工程に用いる各変位量δをそれぞれ表す発
熱関数f(t)及び冷却関数g(t)を予め定めるために, 熱変
位補正前処理工程を，熱変位測定手段を用いて，行うこ
ととし，該工作機械において, 主軸(s) 軸心をz 軸と
し， 各該発熱関数:f(t)= δ m ・ [1- exp(-t/ τ h)] は，到達
変位量δm が，発熱時定数τh で時間t と共に飽和に達
する, 一次遅れの式とし，該到達変位量δm ＝Ｋ・Ｖ
は, 対応する比例係数である特性係数K(kx,ky,kz,ks)を
有し, 移動頻度を含む平均速度V(Vx,Vy,Vz,Vs)に比例す
ることとし，一方, 各該冷却関数:g(t)= δ mi ・ exp(-t/ τ c)は，対応する作
動を停止した時点で, 初期変位量δ miから指数関数的に
冷却時定数τc で時間t と共に減衰する, 指数減衰式と
し，そして該主軸の熱変位測定手段は，該主軸前端面の
z 軸方向の変位量δs を，位置測定手段(10)により測定
し, 一方, z 軸の熱変位測定手段は，回転自在な該送り部材(4b)の
ストローク(STz) を定める, z 軸方向の変位を固定した
一端部の変位固定端(Fz)と，他端部の変位自在な変位自
由端(Ez)において，該変位自由端(Ez)に対応する位置
で, 変位量δz を該位置測定手段により測定し, そして x 及びy 軸の熱変位測定手段は，該主軸前端面の対応す
る側周角部近傍を, 各ストローク(STx,STy) の変位自由
端(Ex,Ey) で, 変位量( δx,δy)をそれぞれ該位置測定
手段により測定し，各変位量δ ( δ x, δ y, δ z, δ s) に対
応する該到達変位量δ m ＝Ｋ・Ｖ，τ h , そしてτ c を
定め , 該位置補正主工程において，各変位自由端の時刻 :t の該
各変位量δは，所定のサンプリン時刻毎に , 発熱状態か
冷却状態移行かの判定を行いながら所定の該発熱関数及
び冷却関数を用い , Ｖに対応する変位量演算手段により
逐次的に求め， 各軸の時刻 :t の変位量δ ( δ x, δ y, δ z ) に対応する補
正量 C(Cx,Cy,Cz) において， z 軸の補正量： Cz= ─ z (
δ z/STz)+ δ s は，該変位量δz を該ストローク(STz)
間に直線勾配を用いて比例配分し，かつ該変位量δs を
一様に加算して補正確保し, 他方,x及びy 軸の補正量：
Cx= ─ ( δ x/STx)[x +(STx/2)], 及び Cy= ─ ( δ y/STy)[y - STy] は，それぞれ各該変位量(
δx,δy)を, 対応する各該ストローク(STx,STy) 間に直
線勾配を用いて比例配分して補正確保し， 該熱変位補正前処理工程を行う作動熱環境条件が，周囲
雰囲気温度中で該主軸が無負荷である事を特徴とする工
作機械の簡易熱変位補正方法。 - 【請求項２】主軸本体 (1a) の回転平均速度 (Vs),3 次元各
軸方向の送り部材 (2b,3b,4b) 上を動く移動部材 (2c,3c,4
c) の送り平均速度 (Vx,Vy,Vz) とその稼働時間 (t), 更にこ
れらの作動熱環境条件に起因する , 発熱及び冷却熱変位
による主軸前端面 (1b) の主軸位置を常時補正する為の位
置補正主工程を , 切削加工工程と共に , 制御手段 (5) に
より行う工作機械の簡易熱変位補正方法であって， 該位置補正主工程に用いる各変位量δをそれぞれ表す発
熱関数 f(t) 及び冷却関数 g(t) を予め定めるために , 熱変
位補正前処理工程を，熱変位測定手段を用いて，行うこ
ととし，該工作機械において , 主軸 (s) 軸心を z 軸と
し， 各該発熱関数 :f(t)= δ m ・ [1- exp(-t/ τ h)] は，到達
変位量δ m が，発熱時定数τ h で時間 t と共に飽和に達
する , 一次遅れの式とし，該到達変位量δ m ＝Ｋ・Ｖ
は , 対応する比例係数である特性係数 K(kx,ky,kz,ks) を
有し , 移動頻度を含む平均速度 V(Vx,Vy,Vz,Vs) に比例す
ることとし，一方 , 各該冷却関数 :g(t)= δ mi ・ exp(-t/ τ c) は，対応する作
動を停止した時点で , 初期変位量δ mi から指数関数的に
冷却時定数τ c で時間 t と共に減衰する , 指数減衰式と
し，そして該主軸の熱変位測定手段は，該主軸前端面の
z 軸方向の変位量δ s を，位置測定手段 (10) により測定
し , 一方 , z 軸の熱変位測定手段は，回転自在な該送り部材 (4b) の
ストローク (STz) を定める , z 軸方向の変位を固定した
一端部の変位固定端 (Fz) と，他端部の変位自在な変位自
由端 (Ez) において，該変位自由端 (Ez) に対応する位置
で , 変位量δ z を該位置測定手段により測定し , そして x 及び y 軸の熱変位測定手段は，該主軸前端面の対応す
る側周角部近傍を , 各ストローク (STx,STy) の変位自由
端 (Ex,Ey) で , 変位量 ( δ x, δ y) をそれぞれ該位置測定
手段により測定し，各変位量δ ( δ x, δ y, δ z, δ s) に対
応する該到達変位量δ m ＝Ｋ・Ｖ，τ h , そしてτ c を
定め , 該位置補正主工程において，各変位自由端の時刻 :t の該
各変位量δは，所定のサンプリン時刻毎に , 発熱状態か
冷却状態移行かの判定を行いながら所定の該発熱関数及
び冷却関数を用い , Ｖに対応する変位量演算手段により
逐次的に求め， 各軸の時刻 :t の変位量δ ( δ x, δ y, δ z ) に対応する補
正量 C(Cx,Cy,Cz) において， z 軸の補正量： Cz= ─ z (
δ z/STz)+ δ s は，該変位量δ z を該ストローク (STz)
間に直線勾配を用いて比例配分し，かつ該変位量δ s を
一様に加算して補正確保し , 他方 ,x 及び y 軸の補正量：
Cx= ─ ( δ x/STx)[x +(STx/2)], 及び Cy= ─ ( δ y/STy)[y - STy] は，それぞれ各該変位量 (
δ x, δ y) を , 対応する各該ストローク (STx,STy) 間に直
線勾配を用いて比例配分して補正確保し， 該熱変位補正前処理工程を行う作動熱環境条件が，主軸
本体 (1a) ・切削工具 (1c) が所定量の負荷状態である事を
特徴とする , 工作機械の簡易熱変位補正方法。 - 【請求項３】熱変位補正前処理工程を行う作動熱環境条
件が，加工部近傍を冷却する所定の量のクーラント液を
循環使用し，クーラント装置を装備する，請求項１又は
請求項２記載の工作機械の簡易熱変位補正方法。
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|---|---|
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