JPH05237742A - 工作機械の熱変位補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工作機械の工作物加工に要するトータルサイ
クルタイムを短縮し、加工能率を向上することを目的と
する。 【構成】 工作物Ｗを支持するワークテーブル１２と砥
石台１１の砥石１１１間の相対的熱変位量を変位センサ
１７ａ，１７ｂにより検出し、この熱変位量に応じてワ
ークテーブル１２を砥石１１１に対し位置制御すること
により熱変位を補正する補正サイクルを研削盤１０の研
削サイクル間に投入するものであって、研削盤１０が起
動してからの稼働時間をタイマ２５により計数し、この
計数値が予め定められた設定時間に達するまでの間前記
補正サイクルを、例えば数個の工作物Ｗが研削される短
い間隔で投入し、そして、研削盤の稼働時間が前記設定
時間を越えた稼働段階では、前記補正サイクルを、例え
ば１０個程度の工作物Ｗが研削される長い間隔で投入す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、研削盤等の切削工作機
械に適用される工作機械の熱変位補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】研削盤、その他の切削工作機械において
は、可動部分の温度変化、あるいは潤滑油の温度変化な
どにより、工作物の加工に関与する主軸などの部分に熱
変位が生じ、これが工作物の加工精度にばらつきを生じ
させ、工作物の歩留りを低下させる要因となる。従っ
て、工作機械可動部および潤滑油などの温度変化に左右
されることなく常に安定した加工精度を得るには工作機
械、特に砥石等の加工具と工作物間の熱変位を補正する
必要がある。

【０００３】図３は、従来の熱変位補正方法を適用した
研削盤の概略図である。図３において、１はベッド、２
はベッド１上に移動可能に設けたワークテーブルであ
り、このワークテーブル２上には工作物Ｗがセットさ
れ、さらに非接触の変位センサ３ａ，３ｂが設置されて
いる。また、４はベッド１上に移動可能に設置したコラ
ムであり、このコラム４のワークテーブル２と対向する
側面には主軸ヘッド５が上下移動可能に取り付けられて
いる。主軸ヘッド５の主軸５ａには、工作物Ｗの前加工
溝ｗを研削する砥石６が取り付けられている。

【０００４】このように構成された研削盤において、研
削を開始する前にワークテーブル２をコラム４側へ予め
設定された量移動した後、主軸ヘッド５を下降動作させ
て、研削砥石６の周縁を図４に示すように変位センサ３
ａ，３ｂ間に位置させる。これにより各変位センサ３
ａ，３ｂは、これにそれぞれ対向する砥石側面との間隔
ｌ₁ ，ｌ₂ を検出し、この検出値の差（ｌ₁ −ｌ₂ ）か
ら主軸５ａの熱変位量を求める。その後、熱変位量がゼ
ロ、すなわち砥石幅中心と変位センサ３ａ，３ｂ間の中
心（工作物Ｗの前加工溝ｗの中心に相当）とが一致する
ようにワークテーブル２を図３の矢印方向に移動させる
ことにより、砥石とワークテーブルとの相対的位置を補
正する。そして、上述の位置補正サイクルが終了したな
らば、研削プログラムにしたがってワークテーブル２お
よび主軸ヘッド５を制御することにより、工作物Ｗの前
加工溝ｗを所定の寸法に加工する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の熱変位補正方法では、その位置補正サイク
ルを研削盤の稼動中に一定の間隔、例えば工作物が所定
個数研削される毎に入れる方式を採用しているため、以
下に述べる問題がある。研削盤等の工作機械における熱
変位の変化率は、図５に示すように工作機械の稼動時間
がスタートしてからｔ₁ になるまでの初期段階で大き
く、そして、可動部分の温度変化および潤滑油の温度変
化等が安定してくるｔ₁ 以上の稼動時間段階になると小
さくなって、熱変位補正の必要性が小さくなる。

【０００６】したがって、位置補正サイクルの投入間隔
を稼動開始からｔ₁ の時間までの初期段階における熱変
位変化に適合させて設定すると、位置補正サイクルの投
入間隔が短かくなり、この補正サイクル間隔は熱変位補
正の必要性が大きい稼動初期の段階での研削加工には好
適となるが、熱変位が安定化して熱変位補正の必要性が
小さくなった段階では不必要に位置補正サイクルが入る
ため、工作機械の工作物加工にかかるトータルのサイク
ルタイムが増大し、工作機械の加工能率が低下してしま
う。

【０００７】また、上述と反対に熱変位が安定化する稼
動段階の熱変位変化に適合させて位置補正サイクルの投
入間隔を設定した場合には、稼動初期段階での熱変位補
正が不十分となって工作物の加工精度が悪化し、製品歩
留りが低下することになる。本発明は、上記のような問
題を解決するものであり、工作機械の工作物加工に要す
るトータルサイクルタイムを短縮し、加工能率を向上で
きる工作機械の熱変位補正方法を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、工作機械が起動してからの稼動時間を計時
手段により計数し、この計時手段の計数値が予め定めた
設定時間に達するまでの間は前記工作機械の熱変位補正
サイクルを短かい間隔で投入し、前記稼動時間が前記設
定時間を越えた段階では前記工作機械の熱変位補正サイ
クルを長い間隔で投入するようにしたものである。

【０００９】

【作用】上記の構成により、工作機械の熱変位率が大き
い稼動開始時間の初期段階では、例えば工作物が数個研
削される短い間隔で熱変位補正サイクルが投入れ、そし
て、工作機械の熱変位率が小さくなる安定稼動段階で
は、例えば工作物が１０個程度研削される長い間隔で熱
変位補正サイクルが投入されるから、工作機械の熱変化
状態に応じた熱変位補正が可能になり、加工能率および
精度の高い工作物加工が可能になる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は本発明方法を適用した研削盤の熱変位補正装置の全
体の構成図である。図１において、１０は研削盤、２０
は研削盤を制御する数値制御装置である。研削盤１０
は、不図示のベッド上にＹ軸方向に移動可能に設けた砥
石台１１と、不図示のベッド上にＺ軸方向に移動可能に
設けたワークテーブル１２を備え、砥石台１１はサーボ
モータ１３およびこれにより回転されるボールねじ１４
によってＹ軸方向に移動され、ワークテーブル１２はサ
ーボモータ１５およびこれにより回転されるボールねじ
１６によってＺ軸方向に移動される。

【００１１】砥石台１１は、溝加工用の砥石１１１およ
びこの砥石１１１を回転駆動するモータ１１２を備え
る。ワークテーブル１２上には、溝加工される工作物Ｗ
が載置され、この工作物Ｗは前加工溝ｗを有する。ま
た、ワークテーブル１２上には、砥石１２１とワークテ
ーブル１３間のＺ軸方向の相対的熱変位量を検出する熱
変位検出ユニット１７が設置されている。

【００１２】熱変位検出ユニット１７は、ワークテーブ
ル１２上に取り付けたチャネル状の支持部材１７１を備
え、この支持部材１７１の左右先端部には、砥石１１１
の幅寸法より大きい間隔を離して変位センサ１７ａ，１
７ｂが対向設置されており、この変位センサ１７ａ，１
７ｂ間に砥石１１１の周縁を予め定めた位置で挿入する
ことにより、研削盤の熱変位による砥石とワークテーブ
ル間の相対的変位量を検出する。

【００１３】数値制御装置２０は、全体を管理し制御す
る中央処理装置（以下ＣＰＵという）２１、研削プログ
ラムおよび熱変位補正用プログラム等のデータを格納す
るメモリ２２、変位センサ１７ａ，１７ｂで検出された
検出値から砥石とワークテーブル間の相対的熱変位量を
算出する演算部２３、１つの工作物の研削終了から次の
工作物の研削開始までの時間を計数する第１のタイマ２
４、研削盤の運転起動後からの時間を計数する第２のタ
イマ２５とから構成され、これらはＣＰＵ２１に接続さ
れている。

【００１４】数値制御装置２０のＣＰＵ２１には操作盤
２６が接続されており、この操作盤２６は、研削プログ
ラムなどを表示するＣＲＴ（陰極録音）２７、電源オン
／オフボタン２８、運転停止ボタン２９、運転起動ボタ
ン３０および研削サイクル起動ボタン３１を備える。ま
た、ＣＰＵ２１には、それぞれの駆動回路３２，３３を
介して砥石台用サーボモータ１３およびワークテーブル
用サーボモータ１５が接続されている。

【００１５】次に、本実施例の動作を図２のフローチャ
ートを参照して説明する。まず、ステップＳ１において
操作盤２６上の電源オン／オフボタン２８を操作して、
研削盤１０，数値制御装置２０の電源をオンする。次の
ステップＳ２では、操作盤２６上の運動起動ボタン３０
を操作することにより運転起動スイッチをオンする。こ
のオン信号がＣＰＵ２１に取り込まれると、公知のクー
ラント供給装置，軸受油供給装置が駆動されて、研削盤
１０は研削動作が可能な状態に移行する。そして、ステ
ップＳ３において第１および第２のタイマ２４，２５を
リセットしスタートさせるとともに、ＣＰＵ２１とメモ
リ２２によりソフト的に構成される熱変位測定インター
バルカウンタ（不図示）の値Ａを、Ａ＝Ａ１＋１に設定
する。ここで、Ａ１は熱変位の補正の必要性が大きい研
削盤の稼動初期の段階における工作物の適正研削個数を
表わす第１の設定値で、例えば数個に相当し、そして、
この第１の設定値Ａ１に＋１する理由は、研削盤が休止
から運転を再開したときに必ず熱変位補正サイクルが入
るようにするためである。

【００１６】次のステップＳ４では、操作盤２６上の研
削サイクル起動ボタン３１を操作して研削サイクル起動
スイッチをオンする。このオン信号がＣＰＵ２１に取り
込まれると、ステップＳ５において第１のタイマ２４の
計数値が設定値Ｔ１以下か否かを判定する。この設定値
Ｔ１は、前の研削終了から次の研削開始までに工作物Ｗ
の加工のための準備や後始末に費やされる準備時間に相
当し、この設定値Ｔ１以上のときは研削盤の故障その他
で使用できない遊休時間と判定する。

【００１７】ステップＳ５において計数値が設定値Ｔ１
以下か等しい場合はステップＳ６に移行して、第２のタ
イマ２５の計数値が設定値Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）以下か等
しいかを判定する。この設定値Ｔ２は研削盤の可動部分
および潤滑油等の温度変化が安定して、図５に示すよう
に熱変位補正の必要性が小さくなる研削盤の稼動時間ｔ
₁ に相当する。

【００１８】また、ステップＳ５において設定値Ｔ１以
上であると判定されたときはステップＳ７に進み、第２
のタイマ２５をリセットし再起動する。そして、次のス
テップＳ８において熱変位測定インターバルカウンタの
値Ａを、Ａ＝Ａ１＋１に設定し、ステップＳ６へ進む。
ステップＳ６において、第２タイマ２５の計数値が設定
値Ｔ２以下か等しいと判定されたときは、ステップＳ９
に移行して熱変位測定インターバルカウンタの値Ａが第
１の設定値Ａ１以下かを判定する。また、第２タイマ２
５の計数値が設定値Ｔ２以上であると判定されたときは
ステップＳ１０に移行して熱変位測定インターバルカウ
ンタの値Ａが第２の設定値Ａ２以下かを判定する。ここ
で、設定値Ａ２は研削盤の稼動時間が設定値Ｔ２以上と
なって熱変位の変化が比較的安定し、熱変位補正の必要
性が小となった段階における工作物の適正研削個数を表
わし、第１の設定値Ａ１より大きい、例えば１０個程度
の数に設定される。

【００１９】ステップＳ９において、熱変位測定インタ
ーバルカウンタの値Ａが第１の設定値Ａ１以下と判定さ
れたときはステップＳ１４に進み、砥石１１１による工
作物Ｗの溝研削が実行される。また、熱変位測定インタ
ーバルカウンタの値Ａが第１の設定値Ａ１以上であると
判定されたときはステップＳ１１に進み、熱変位測定が
行われる。

【００２０】すなわち、熱変位測定プログラムをスター
トさせることにより、サーボモータ１５を駆動してワー
クテーブル１２を図１の矢印Ｚ１方向に移動させ、熱変
位検出ユニット１７を予め決められた熱変位測定位置に
割出す。その後、砥石台１１を図１の矢印Ｙ１方向へ移
動させて砥石１１１の周縁部を位置決めされた変位セン
サ１７ａ，１７ｂ間に挿入する。これにより、砥石１１
１の両側面とこれに対向する変位センサ１７ａ，１７ｂ
間の間隙ｌ₁ ，ｌ₂ を検出して、その検出信号を演算部
２３に出力する。演算部２３では、Ｌ＝ｌ₁ −ｌ₂ の演
算を行うことにより、研削盤の熱変位により生じる砥石
１１１とワークテーブル１２間の相対的熱変位量を算出
し、これをＣＰＵ２１に出力する。

【００２１】ＣＰＵ２１では、算出された熱変位量に応
じた駆動信号（パルス）を駆動回路３３を通してサーボ
モータ１５に加えることにより、サーボモータ１５を駆
動してワークテーブル１２を図１の矢印Ｚ１、またはＺ
２方向に移動させ、両変位センサ１７ａ，１７ｂで検出
される信号が等しくなるようにワークテーブル１２の位
置、すなわち熱変位量を補正する（ステップＳ１２）。

【００２２】その後、ステップＳ１３において、熱変位
測定インターバルカウンタの値Ａをリセットし、ステッ
プＳ１４の研削サイクルへ移行する。一方、ステップＳ
１０において、熱変位測定インターバルカウンタの値Ａ
が第２の設定値Ａ２以下と判定されたときはステップＳ
１４に進み、工作物Ｗの溝研削を行う。また、熱変位測
定インターバルカウンタの値Ａが第２の設定値Ａ２以上
であると判定されたときはステップＳ１１に進み、この
ステップＳ１１以下の処理を実行する。

【００２３】ステップＳ１５では、工作物Ｗの前加工溝
ｗに対する研削加工が終了したかを判定する。研削が終
了したことが判定されると、ステップＳ１６において熱
変位測定インターバルカウンタの値Ａに＋１する。その
後、ステップＳ１７において第１タイマ２４をリセット
し再スタートさせる。次のステップＳ１８では運転起動
スイッチがオフされたかを判定し、オフされないときは
ステップＳ４に戻り、ステップＳ４以下の処理を実行す
る。また、運転起動スイッチがオフされたことが判定さ
れると、ステップＳ１９に進み、電源をオフする。

【００２４】このような本実施例においては、研削盤１
０の運転起動により第１および第２のタイマ２４，２５
をスタートさせ、そして研削サイクル再開までの時間を
第１のタイマ２４により計数して設定値Ｔ１と比較判定
し、その計数値が設定値Ｔ１以下のときは第２のタイマ
２５により計数される研削盤１０の稼動時間が設定値Ｔ
２になったか否かを判定し、また、第１のタイマ２４の
計数値が設定値Ｔ１以上のときは第２のタイマ２５をリ
セットし再スタートさせた後、その計数値が設定値Ｔ２
か否かを判定し、研削盤１０の稼動時間が設定値Ｔ２以
下のときは、例えば数個の工作物Ｗが研削される毎に熱
変位補正サイクルを入れ、また、研削盤１０の稼動時間
が設定値Ｔ２以上のときは、例えば１０個程度の工作物
Ｗが研削される毎に熱変位補正サイクルを入れ、これに
より、熱変位補正の必要性が大きい稼動の初期段階と熱
変位補正の必要性が小さい安定段階に分けて、それぞれ
の熱変位補正サイクルの投入間隔を適正に設定するよう
にしたので、研削盤の工作物研削に要するトータルのサ
イクルタイムを短縮できるとともに研削能率も向上で
き、製品歩留りの良い高精度の研削が可能になる。

【００２５】なお、上記実施例では、溝加工用研削盤の
熱変位補正について説明したが、これに限らず、熱変位
が工作物の加工精度に影響を及ぼすその他の工作機械に
も同様に適用することができる。また、本発明方法は、
上記実施例に示す構成のものに限定されず、請求項に記
載した範囲を逸脱しない限り、種々に変形することがで
きる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、工
作機械が起動されてからの稼動時間が予め定めた設定時
間に達するまでの間は工作機械の熱変位補正サイクルを
短かい間隔で投入し、稼動時間が設定時間を越えている
ときは工作機械の熱変位補正サイクルを長い間隔で投入
するようにしたので、工作機械の熱変位率が大きい稼動
開始時間の初期段階および熱変位率が小さくなる稼動段
階に適合した無駄のない間隔で熱変位補正サイクルを投
入することができる。これに伴い工作機械の工作物加工
に要するトータルのサイクルタイムが短縮されるととも
に加工能率が向上し、かつ製品歩留りの良い高精度の加
工ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を研削盤に適用した場合の一実施例
を示す構成図である。

【図２】本実施例における熱変位補正の動作手順を示す
フローチャートである。

【図３】従来の熱変位補正方法を適用した研削盤の概略
図である。

【図４】従来における熱変位検出時の変位センサと砥石
との関係を示す説明図である。

【図５】研削盤の稼動時間と熱変位量との関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

Ｗ 工作物 １０ 研削盤 １１ 砥石台 １１１ 砥石 １２ ワークテーブル １３ サーボモータ １５ サーボモータ ２０ 数値制御装置 ２１ ＣＰＵ ２２ メモリ ２３ 演算部 ２４ 第１のタイマ ２５ 第２のタイマ ２６ 操作盤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉見 隆行 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作物を支持するワークテーブルと工作
   物を加工する加工具間の相対的熱変位量を変位センサに
   より検出し、この熱変位量に応じて前記ワークテーブル
   および加工具の少なくとも一方を位置制御することによ
   り熱変位を補正する補正サイクルを加工サイクル間に投
   入する工作機械の熱変位補正方法において、前記工作機
   械が起動してからの稼動時間を計時手段により計数し、
   この計時手段の計数値が予め定めた設定時間に達するま
   での間は前記工作機械の熱変位補正サイクルを短かい間
   隔で投入し、前記稼動時間が前記設定時間を越えた段階
   では前記工作機械の熱変位補正サイクルを長い間隔で投
   入することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。