JP2018030195A - Method for correction of thermal displacement of machine tool and reference gauge - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械による加工時の熱変位を補正するための工作機械の熱変位補正方法とこの補正方法で用いる基準ゲージに関する。 The present invention relates to a thermal displacement correction method for a machine tool for correcting thermal displacement during machining by a machine tool, and a reference gauge used in the correction method.
一般に工作機械は、環境温度の変化や、摩擦や駆動モータ等の発熱等によって熱変形する。また、ワークを設置する工作機械のテーブルは、環境温度の変化や、テーブルを移動させるボールねじ軸の熱による伸縮や構造体の熱変形等によって変形を来たすため、ワークの加工精度の悪化を招くという問題があった。
このような熱変位に対する改善策として、工作機械の各部に温度センサを取り付けて温度の変化を検知してワークや主軸の位置を補正する技術等が提案されている。
In general, a machine tool is thermally deformed by a change in environmental temperature, friction, heat generated by a drive motor, or the like. In addition, the table of the machine tool on which the workpiece is installed is deformed due to changes in the environmental temperature, expansion / contraction due to the heat of the ball screw shaft that moves the table, thermal deformation of the structure, etc., leading to deterioration of workpiece machining accuracy. There was a problem.
As an improvement measure against such thermal displacement, a technique has been proposed in which a temperature sensor is attached to each part of a machine tool to detect a change in temperature and correct the position of the workpiece or the spindle.
例えば、特許文献1に記載された熱変位補償型工作機械では、工具本体を取り付ける主軸に温度センサを設けると共にワークを載置するテーブルの送り軸にヒータ付きのブッシュを連結している。そして、主軸の温度センサで検出した温度に対して、制御装置によってヒータ付きブッシュで送り軸を加熱または冷却させることで、主軸と送り軸とがほぼ等しく熱変位されて相対位置関係をほぼ一定に維持している。 For example, in a thermal displacement compensation type machine tool described in Patent Document 1, a temperature sensor is provided on a main shaft to which a tool body is attached, and a bush with a heater is connected to a feed shaft of a table on which a workpiece is placed. The feed shaft is heated or cooled with a heater-equipped bush by the controller with respect to the temperature detected by the spindle temperature sensor, so that the spindle and the feed shaft are almost equally thermally displaced and the relative positional relationship is made substantially constant. Is maintained.
しかしながら、上述した改善策では、工作機械の稼働状況や周囲環境等により各部の温度変化の度合いがそれぞれ異なるため、熱変位の補正が正確なものにならない欠点がある。また、特許文献1に記載の工作機械ではワークの材質が主軸や送り軸の材質と異なる場合には精度のよい熱変位の補正ができなかった。
また、位置決め精度向上のために工作機械のX,Y,Z軸方向のストローク範囲に亘ってステージにスケールを貼り付けて熱変位を含む主軸の相対的ストローク範囲の変位を測定し、その測定値の変化を工作機械にフィードバックする方法も考えられる。
しかし、ワーク自体の熱膨張長さとスケールの熱膨張長さが異なることから熱膨張誤差が生じ、加工精度に影響を与えるという欠点があった。
However, the above-described improvement measures have a drawback in that correction of thermal displacement is not accurate because the degree of temperature change of each part differs depending on the operating status of the machine tool, the surrounding environment, and the like. Further, in the machine tool described in Patent Literature 1, when the material of the workpiece is different from the material of the main shaft or the feed shaft, the thermal displacement cannot be corrected with high accuracy.
In order to improve positioning accuracy, a scale is attached to the stage over the stroke range in the X, Y, and Z axis directions of the machine tool, and the displacement in the relative stroke range of the spindle including thermal displacement is measured. A method of feeding back the change to the machine tool is also conceivable.
However, since the thermal expansion length of the workpiece itself and the thermal expansion length of the scale are different, there is a drawback that a thermal expansion error occurs and affects the machining accuracy.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で加工精度を向上させて安定した加工精度を得られるようにした工作機械の熱変位補正方法とその熱変位補正方法に用いる基準ゲージを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a thermal displacement correction method for a machine tool and a thermal displacement correction method for the machine tool that can improve the machining accuracy with a simple configuration and obtain stable machining accuracy. The purpose is to provide a reference gauge for use in
本発明に係る工作機械の熱変位補正方法は、ワークと同一材質の基準ゲージについて、互いに交差する2軸方向に第一アーム部及び第二アーム部を有しており、予め設定された基準温度下における第一アーム部及び第二アーム部の基準寸法と第一アーム部及び第二アーム部の間の角度を測定しておき、加工温度下において、基準ゲージをワークを支持する部材またはその近傍に取り付ける工程と、工作機械の主軸に取り付けたセンサで基準ゲージの第一アーム部及び第二アーム部の長さを長さ測定データとして測定すると共に第一アーム部及び第二アーム部の間の角度を角度測定データとして測定する工程とを備え、基準ゲージの基準温度下における基準寸法及び角度と加工温度における長さ測定データ及び角度測定データとの誤差に基づいて、ワーク加工時の補正を行うことを特徴とする。
本発明によれば、加工環境下で基準ゲージを治具やテーブル等のワークを支持する部材またはその近傍に設置し、加工温度下で主軸に取り付けたセンサにより基準ゲージの第一アーム部及び第二アーム部の長さを長さ測定データとして測定し、基準温度における第一アーム部及び第二アーム部の基準寸法との誤差により、ワーク加工時の長さの補正を行う。しかも、加工温度下における第一アーム部及び第二アーム部の間の角度を角度測定データとして測定し、基準温度における第一アーム部及び第二アーム部の間の角度との誤差により、ワーク加工時の補正を行うことで工作機械の温度による傾き等の加工誤差を補正できる。
The thermal displacement correction method for a machine tool according to the present invention has a first arm part and a second arm part in a biaxial direction intersecting each other with respect to a reference gauge made of the same material as the workpiece, and a preset reference temperature The reference dimension of the first arm part and the second arm part below and the angle between the first arm part and the second arm part are measured, and the reference gauge is a member that supports the workpiece or its vicinity under the processing temperature. And measuring the length of the first arm part and the second arm part of the reference gauge as length measurement data with a sensor attached to the spindle of the machine tool, and between the first arm part and the second arm part Measuring an angle as angle measurement data, and based on an error between a reference dimension and angle of the reference gauge at a reference temperature and a length measurement data and an angle measurement data at a processing temperature. , And it performs the correction during workpiece machining.
According to the present invention, the reference gauge is installed in or near a member that supports a workpiece such as a jig or a table in a machining environment, and the first arm portion and the first gauge of the reference gauge are detected by a sensor attached to the spindle at the machining temperature. The length of the two arm portions is measured as length measurement data, and the length at the time of workpiece machining is corrected based on an error from the reference dimensions of the first arm portion and the second arm portion at the reference temperature. In addition, the angle between the first arm part and the second arm part under the processing temperature is measured as angle measurement data, and the workpiece is processed due to an error from the angle between the first arm part and the second arm part at the reference temperature. By correcting the time, machining errors such as tilt due to the temperature of the machine tool can be corrected.
また、基準ゲージは、中央孔を挟んで互いに交差する2軸方向に第一アーム部及び第二アーム部を有しており、中央孔の内壁の互いに直交して対向する4点を測定して中心点を求め、第一アーム部及び第二アーム部の長手方向の両端部が円弧状にそれぞれ形成されていて、第一アーム部及び第二アーム部の両端部間の長さを基準寸法及び長さ測定データとして測定するようにしてもよい。
基準ゲージにおける中央孔内壁の互いに直交する方向の各2点の中間点の座標同士から中央孔の中心点を求め、中央孔の中心点と第一アーム部及び第二アーム部の円弧状の両端部との間で外径までの長さを長さ測定データとして測定できるため、基準温度における基準寸法と加工温度における長さ測定データとの誤差からワーク加工時の長さの補正を行える。
The reference gauge has a first arm part and a second arm part in two axial directions intersecting each other across the center hole, and measures four points on the inner wall of the center hole that are orthogonal to each other. The center point is obtained, and both end portions in the longitudinal direction of the first arm portion and the second arm portion are respectively formed in an arc shape, and the length between the both end portions of the first arm portion and the second arm portion is defined as a reference dimension and You may make it measure as length measurement data.
The center point of the center hole is obtained from the coordinates of the two intermediate points in the direction perpendicular to the center hole inner wall of the reference gauge, and the center point of the center hole and the arc-shaped ends of the first arm part and the second arm part Since the length to the outer diameter can be measured as the length measurement data with respect to the part, the length at the time of workpiece machining can be corrected from the error between the reference dimension at the reference temperature and the length measurement data at the machining temperature.
また、センサにより、第一アーム部及び第二アーム部における各側面のそれぞれ2カ所の測定点から前記第一アーム部及び第二アーム部の間の角度として直角度を測定し、第一アーム部及び第二アーム部の一方の軸方向を基準として他方の軸方向との直角度を測定し、基準温度下の角度との誤差を補正するようにしてもよい。
基準ゲージは温度が変化しても第一アーム部と第二アーム部の交角の直角度に変化はないから、各2か所の測定点から割り出した第一アーム部及び第二アーム部の直角度について、基準温度下の直角度との誤差を工作機械の熱変位によるものとして加工時に補正することができる。
Further, the sensor measures the squareness as the angle between the first arm part and the second arm part from the two measurement points on each side of the first arm part and the second arm part, and the first arm part The squareness of the second arm portion with respect to one axial direction as a reference may be measured to correct an error from the angle under the reference temperature.
Since the reference gauge does not change the perpendicularity of the crossing angle between the first arm and the second arm even if the temperature changes, the straightness between the first arm and the second arm determined from each of the two measurement points. As for the angle, an error from the squareness under the reference temperature can be corrected at the time of machining as a result of thermal displacement of the machine tool.
また、本発明による基準ゲージは、工作機械の熱変位を測定するための基準ゲージであって、互いに直交して交差させた第一アーム部及び第二アーム部と、第一アーム部及び第二アーム部の交差部分に設けられていて中央孔を有する交差部とを備え、第一アーム部及び第二アーム部の各両端部は円弧状に形成されていることを特徴とする。
本発明による基準ゲージによれば、中央孔と第一アーム部及び第二アーム部の円弧状の端部との間で最長長さを長さ測定データとして測定することができるため、熱変位による長さの変化を測定できる。
The reference gauge according to the present invention is a reference gauge for measuring the thermal displacement of a machine tool, and includes a first arm part and a second arm part, a first arm part and a second arm which intersect each other at right angles. It is provided with the crossing part which is provided in the crossing part of an arm part, and has a central hole, and each both ends of the 1st arm part and the 2nd arm part are formed in circular arc shape, It is characterized by the above-mentioned.
According to the reference gauge of the present invention, the longest length can be measured as the length measurement data between the center hole and the arc-shaped ends of the first arm portion and the second arm portion. The change in length can be measured.
また、中央孔に設けた中心点は、第一アーム部及び第二アーム部の両端部までの長さが等しく設定されていることが好ましい。
これにより、中心点から第一アーム部及び第二アーム部の両端部までの長さを測定することで、第一アーム部及び第二アーム部の外径長さを測定できる。
Moreover, it is preferable that the center point provided in the center hole is set to be equal in length to both end portions of the first arm portion and the second arm portion.
Thereby, the outer diameter length of a 1st arm part and a 2nd arm part can be measured by measuring the length from a center point to the both ends of a 1st arm part and a 2nd arm part.
本発明に係る工作機械の熱変位補正方法によれば、ワークと同一材質の基準ゲージを用いて、加工温度下でセンサによって基準ゲージの第一アーム部及び第二アーム部の長さ測定データを測定し、基準温度における第一アーム部及び第二アーム部の基準長さ寸法との誤差により、ワーク加工時の長さの補正を行うことができる。
しかも、加工温度下で第一アーム部及び第二アーム部の間の角度を角度測定データとして測定し、基準温度における第一アーム部及び第二アーム部の間の角度との誤差により、ワーク加工時の補正を行うことで工作機械の熱変位による傾き等の加工誤差を補正できる。
According to the thermal displacement correction method for a machine tool according to the present invention, using the reference gauge made of the same material as the workpiece, the length measurement data of the first arm portion and the second arm portion of the reference gauge is obtained by the sensor at the processing temperature. The length at the time of workpiece processing can be corrected by measuring and error from the reference length dimension of the first arm part and the second arm part at the reference temperature.
Moreover, the angle between the first arm part and the second arm part is measured as angle measurement data under the processing temperature, and the workpiece is processed due to an error from the angle between the first arm part and the second arm part at the reference temperature. By correcting for time, machining errors such as tilt due to thermal displacement of the machine tool can be corrected.
また、本発明による基準ゲージによれば、第一アーム部及び第二アーム部の各両端部を円弧状に形成したため熱変位による長さの誤差をワークの加工時に補正でき、第一アーム部及び第二アーム部の間の角度のずれを工作機械の熱変位による誤差としてワークの加工時に補正できるため、精度のよい加工を行うことができる。 In addition, according to the reference gauge of the present invention, since both end portions of the first arm portion and the second arm portion are formed in an arc shape, an error in length due to thermal displacement can be corrected when the workpiece is processed. Since the deviation of the angle between the second arm parts can be corrected as an error due to the thermal displacement of the machine tool at the time of processing the workpiece, it is possible to perform highly accurate processing.
以下、本発明の実施形態による工作機械とその熱変位補正方法について図1乃至図5に基づいて説明する。
図1は実施形態による工作機械1の要部構成を示すものであり、ベッド2の上面にテーブル3がX軸方向に移動可能に設置され、テーブル3の上面に治具4を介してワークWが設置されている。ベッド2の上面において、ワークWに対向する位置にはベッド2上にコラム5がZ軸方向に移動可能に設置されており、Z軸はX軸と水平面内で直交する方向である。また、コラム5には主軸ヘッド6がX軸とZ軸に直交するY軸方向(上下方向)に昇降可能に支持されている。主軸ヘッド6の前面側には工具を把持する主軸7が設置されている。図2に示すように、ワークWはテーブル3の下部(または上部)に設けた回転テーブル9によって旋回・割出可能としてもよい。
Hereinafter, a machine tool and a thermal displacement correction method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a configuration of a main part of a machine tool 1 according to an embodiment. A table 3 is installed on the upper surface of a
本実施形態による工作機械1において、ワークWを切削加工する現場の環境(以下、加工環境、加工温度という)内で工作機械1自体が駆動モータの熱や加工環境の温度等で熱膨張や熱収縮(以下、熱変位ということがある)することがある。また、テーブル3に設置されたワークWも加工環境の温度や工具による切削加工時の発熱等で熱膨張や熱収縮することがある。本実施形態による工作機械1はこのような熱変位を受ける工作機械1やワークWがワークWの加工精度に影響を与えることを考慮して、工作機械1やワークWの熱影響による熱膨張や熱収縮を補正して安定した高い加工精度を得られるようにした。 In the machine tool 1 according to the present embodiment, the machine tool 1 itself is thermally expanded or heated by the heat of the drive motor or the temperature of the machining environment in the environment (hereinafter referred to as the machining environment or machining temperature) where the workpiece W is machined. There is a case of contraction (hereinafter sometimes referred to as thermal displacement). In addition, the workpiece W installed on the table 3 may be thermally expanded or contracted due to the temperature of the processing environment or the heat generated during cutting with a tool. The machine tool 1 according to the present embodiment takes into account that the machine tool 1 and the workpiece W that are subject to such thermal displacement affect the machining accuracy of the workpiece W. The heat shrinkage was corrected so that stable high processing accuracy was obtained.
本実施形態では、図2に示すように、このような熱変位を測定するための治具として基準ゲージ12とタッチセンサ15を用いるものとする。
図2は工作機械1やワークWの熱影響による熱膨張量(や熱収縮量)を測定するための測定方法を示すものであり、主軸7に工具に代えてタッチセンサ15の固定部16を取り付けて固定し、固定部16から先端側にプローブ17が延びている。また、テーブル3またはその上の治具4の側部には熱変位の測定治具として基準ゲージ12が固定ねじやクランプ部材等で固定されている。
そして、タッチセンサ15のプローブ17を基準ゲージ12の厚み方向の側面に当接させることで相互の位置を例えば三次元座標データ(座標)として順次計測するものとする。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a
FIG. 2 shows a measurement method for measuring the amount of thermal expansion (or amount of thermal shrinkage) due to the thermal influence of the machine tool 1 or the workpiece W. The
Then, the mutual position is sequentially measured as, for example, three-dimensional coordinate data (coordinates) by bringing the
図3(a)、(b)は基準ゲージ12を示すものであり、正面視略十字形板状を有しており、例えば同一寸法の長方形板状からなる横方向の第一アーム部20と縦方向の第二アーム部21とが互いに直交して一体形成されている。第一アーム部20及び第二アーム部21の交差部23は例えば略正方形状(または円板形状)に拡幅して形成され、その角部が第一アーム部20及び第二アーム部21と一体化されている。交差部23の中央には円形状の中央孔22が形成されている。
第一アーム部20と第二アーム部21の各長手方向両端部20a、21aは基準ゲージ12の各アーム部20、21が内接する仮想円Rの一部の円弧を形成している。仮想円Rの中心点Oは基準ゲージ12の中央孔22の中心点でもあり、中心点Oから第一アーム部20の両端部20aを結ぶ線は仮想円Rの直径L1とされている。同様に中心点Oから第二アーム部21の両端部21aを結ぶ線も仮想円Rの直径L2とされている。第一アーム部20と第二アーム部21は中心点Oで直交する中心軸線O1、O2を有している。
3 (a) and 3 (b) show a
Both
また、図3(b)に示す基準ゲージ12の中央縦断面において、基準ゲージ12の交差部23は第一及び第二アーム部20、21の厚さより大きな厚さを有する略角筒形状(または円筒形状)を有すると共に中央孔22の底部には所定厚さの封止部23aを有している。この封止部23aには中心点Oと同軸に挿通穴23bが形成されている。交差部23内で中央孔22の周囲にも複数の挿通穴23cが所定間隔で形成されている。
これら挿通穴23b、23cを通して固定ねじをテーブル3の側面や治具4の側部のワーク取付部に形成したねじ穴(図示せず)に捩じ込むことで、基準ゲージ12をテーブル3上の治具4に固定する。
In the central longitudinal section of the
The
しかも、基準ゲージ12は、加工するワークWと同一材質のものを用いるものとする。これによって、基準ゲージ12はワークWと同一温度下で同程度に熱膨張(または熱収縮)するため、加工環境における任意の温度下での熱変位を測定できる。しかも、基準ゲージ12は工作機械1の駆動モータ等の熱影響や加工環境下の温度変化による傾き等の熱変位も測定できる。
例えば温度20℃を基準温度として、基準ゲージ12の第一アーム部20及び第二アーム部21の外径寸法(全長長さ)L1、L2(L1=L2)と第一アーム部20及び第二アーム部21の4つの交差角である直角度A1、A2,A3、A4とを、図示しない三次元測定器で予め測定して基準データとする。
Moreover, the
For example, with a temperature of 20 ° C. as the reference temperature, the outer diameter dimensions (full length length) L1, L2 (L1 = L2) of the
そして、加工環境下でテーブル3に固定した基準ゲージ12の熱膨張(または熱収縮)した第一アーム部20及び第二アーム部21の外径寸法L1a、L2a(長さ測定データ)と第一アーム部20及び第二アーム部21の直角度A1a〜A4a(角度測定データ)とをタッチセンサ15でそれぞれ測定すれば、熱膨張や熱収縮による熱変位を基準データに対する誤差として演算できる。この誤差を補正値として工作機械1のNC装置にフィードバックして、予め設置した図示しない公知の補正制御手段で演算してワークWの加工時に勾配(ピッチ)補正することで、熱変位による影響を低減させた高精度なワークWの加工を行える。
なお、第一アーム部20及び第二アーム部21の長さL1、L2は同一で仮想円Rの直径であるとしたが、異なっていてもよい。
Then, the outer diameters L1a and L2a (length measurement data) of the
Although the lengths L1 and L2 of the
また、基準ゲージ12に対するタッチセンサ15による測定点を図4に示す。中央孔22の中心点Oの位置を決定するには中央孔22の内壁上の互いに直交して対向する例えばX軸とY軸上の2点d2−d4、d1−d3の各中間点を測定し、各中間点の座標に基づいて中心点Oの座標を割り出す。第一アーム部20、第二アーム部21の全長を測定するには中心点Oに対する円弧状の両端部20a、21aの4点e1〜e4までの距離を測定する。
また、第一アーム部20と第二アーム部21の交差角である直角度は、次のように測定する。即ち、中心点Oから距離h/2を半径とする仮想円Qと第一アーム部20及び第二アーム部21の各一側面20b、21bとの交点である4点f1〜f4を測定点として測定する。そして、第一アーム部20の側面20b上の2点f1、f2と第二アーム部21の側面21b上の2点f3、f4と中心点Oとの位置関係から、第一アーム部20及び第二アーム部21の交差角の直角度A1、A2,A3、A4の誤差を測定できる。
Further, the measurement points by the
Moreover, the squareness which is the crossing angle of the
なお、基準ゲージ12は上下左右に対称な形状を有しているため、第一アーム部20及び第二アーム部21の直角度A1、A2,A3、A4に基準データからの熱による変化は考えられず、直角度の変化である測定値の誤差は工作機械1の熱変位といえる。
また、図4において、第一アーム部20と第二アーム部21の端部20a、21a近傍の側面20b、21bは先端側に向けて幅が少し狭くなっているため、タッチセンサ15のプローブ17の接触部の位置決めをし易い。第一アーム部20の2つの測定点f1、f2間、f3、f4間の距離(直径)hは仮想円Rの直径L1、L2より少し短い長さに設定されている。距離hの長さは適宜決定できる。
Since the
Further, in FIG. 4, the side surfaces 20b and 21b in the vicinity of the
本実施形態による工作機械1の基準ゲージ12を用いた補正機構は上述した構成を備えており、次に取付治具をなす基準ゲージ12とタッチセンサ15を用いた熱変位補正方法について図5に示すフローチャートに沿って説明する。
なお、本実施形態で用いるワークWは例えば円盤型のフランジであり、フランジの中心とその周囲に高精度に穴あけ加工を行うものとする。この熱変位補正方法はワークWを粗加工した後で仕上げ加工する前の段階で行うことで工作機械1に粗加工工程の熱が残っており、ワークWの仕上げ加工精度を安定して向上させる上で好ましい。
The correction mechanism using the
In addition, the workpiece | work W used by this embodiment is a disk-shaped flange, for example, and shall drill a hole with high precision in the center of a flange and its circumference | surroundings. This thermal displacement correction method is performed at a stage after roughing the workpiece W and before finishing, so that the heat of the roughing process remains in the machine tool 1, and the finishing accuracy of the workpiece W is stably improved. Preferred above.
まず、工作機械1でワークWを加工するに先立って、ワークWと同一材質の基準ゲージ12を用意する。そして、例えば20℃の基準温度下で三次元測定機を用いて基準ゲージ12の中央孔22の中心点Oと,第一アーム部20及び第二アーム部21の中心点Oを通る全長L1、L2(基準寸法)と、第一アーム部20及び第二アーム部21の4カ所の挟角である直角度A1〜A4とを予め測定して基準データとする(S101)。
First, prior to processing the workpiece W with the machine tool 1, a
次に、この基準ゲージ12を図1及び図2に示す工作機械1におけるテーブル3の治具4またはワークWの取付部等に図示しない固定ねじ等を用いて固定する(S102)。その際、基準ゲージ12はその表面が主軸7に対向するように設定するが、主軸7との平行度や第一アーム部20(または第二アーム部21)の水平度は多少ラフでもよく、厳密さを要求されない。基準ゲージ12の固定位置は主軸7がX軸方向とY軸方向に相対的にストロークする範囲内に基準ゲージ12の全体が納まるように固定する。
以上は事前準備のための測定であり、基準ゲージ12の各寸法とその治具4への取り付け位置が決まれば、測定対象である同一材質のワークWが変わっても再度の測定をしなくてもよい。
Next, the
The above is a measurement for preparatory preparation, and once each dimension of the
次に各ワークWに応じた熱変位の補正方法を実行する。まず、主軸7にタッチセンサ15を取り付け固定する(S103)。Z軸方向については、このワークWの例ではフランジに貫通孔を形成するためフランジを貫通できる長さのストロークがあればよいのでZ軸方向の誤差は考慮しない。なお、加工環境の温度は任意であり、基準温度(20℃)と相違している。
次に、加工環境下において、取り付け位置にある基準ゲージ12の中心点Oの座標を求め、加工環境下における基準ゲージ12の熱影響による長さの誤差や直角度の誤差を基準ゲージ12の基準データに対する測定値の誤差として割出す。そして、これらの誤差のデータを工作機械1内のNC装置の補正制御手段によって均等に分散して工具によるワークWの加工割合を調整することで補正する。
Next, a thermal displacement correction method corresponding to each workpiece W is executed. First, the
Next, in the processing environment, the coordinates of the center point O of the
(長さの調整)
即ち、図2及び図4に示すように、コラム5をZ軸方向に相対移動させてタッチセンサ15を相対移動させ、プローブ17の先端を基準ゲージ12の中央孔22内の内壁に押圧接触させる。次いで、図4において、中央孔22の内壁における1点d2とこれに水平なX軸上の他の1点d4を結ぶ線の中間点をとり、他の1点d1とこれに垂直なY軸上の他の1点d3を結ぶ線の中間点をとる。これら2つの中間点の座標の中間点を中央孔22の中心点Oの座標として割り出す(S104)。
(Length adjustment)
That is, as shown in FIGS. 2 and 4, the
次に図4において、中心点Oを基準として第一アーム部20の両側の円弧状の端部20aに沿ってプローブ17を接触させて接触点e1,e2と中心点Oの座標からの最大距離をそれぞれ半径(L1a/2)として決定し、直径L1aを得る。同様に中心点Oを基準として第二アーム部21の両側の円弧状の端部21aに沿ってプローブ17を接触させて接触点e3、e4と中心点Oの座標からの最大距離をそれぞれ半径(L2a/2)として決定し、直径L2aを得る(S105)。
得られた基準ゲージ12の第一アーム部20及び第二アーム部21の各直径L1a、L2aと基準データの各直径L1,L2との誤差は、加工環境の温度誤差と主軸7を含む工作機械1の環境温度や熱等に起因する熱伸縮等による熱変位誤差とを含むX軸及びY軸方向長さの補正値になる。
Next, in FIG. 4, the
The error between the diameters L1a and L2a of the
(直角度の調整)
次に、加工環境下で、図4に示すように、基準ゲージ12の第一アーム部20の一方の側面20bにおける測定点f1、f2と第二アーム部21の一方の側面21bにおける測定点f3、f4をプローブ17でそれぞれ測定する(S106)。そして、これら測定点f1、f2、f3、f4の基準データに対する誤差を算出する。ここで、基準ゲージ12はワークWと同一材質で上下左右に対称な形状を有するから、環境温度が変わっても直角度に変化はないといえる。
(Adjustment of squareness)
Next, under the processing environment, as shown in FIG. 4, measurement points f <b> 1 and f <b> 2 on one
そのため、測定点f1、f2、f3、f4の誤差は主軸7を備えた工作機械1の熱変位による誤差であるといえる。そして、基準データとの関係で、第一アーム部20(X軸方向)の側面20b上の2つの測定点f1、f2の誤差と第二アーム部21(Y軸方向)の側面21b上の2つの測定点f3、f4の誤差について真直度補正(傾き補正)をかける。即ち、第一アーム部20の姿勢を基準にして第二アーム部21の姿勢を調整する。これらの誤差はNC装置の補正制御手段によって補正できる(S107)。
Therefore, it can be said that the error of the measurement points f1, f2, f3, and f4 is an error due to the thermal displacement of the machine tool 1 provided with the
基準ゲージ12の直角度に生じる誤差は、基準ゲージ12自体のものではなく工作機械の傾き等の熱変位の現象であるから、X軸方向の2測定点f1、f2とY軸方向の2測定点f3、f4を比較して直角度の傾きを補正することができる。
その際、第一アーム部20の測定点f1とf2を結ぶ仮想線によるX軸基準が水平線に対して傾斜していても、X軸と測定点f3、f4を結ぶY軸との関係を得られるので問題はない。
また、基準ゲージ12を治具4等に固定する際、第一アーム部20の水平方向の配置が多少ずれていたとしても、中央孔22の中心点Oの座標を基準としてタッチセンサ15で求めた第一アーム20の傾斜角度を演算し、傾いたX軸を基準にしてY軸の方向を設定するので測定誤差が拡大することはなく問題はない。
なお、基準ゲージ12に基づいて補正加工したワークWの長さと直角度は基準温度下で三次元測定器によって測定することで、補正の度合いを確認できる。
The error that occurs in the squareness of the
At that time, even if the X-axis reference by the virtual line connecting the measurement points f1 and f2 of the
Further, when the
Note that the degree of correction can be confirmed by measuring the length and perpendicularity of the workpiece W corrected based on the
(実施例)
なお、基準ゲージ12において、第一アーム部20と第二アーム部21の温度変化による長さ調整は単に基準温度と加工温度における長さの差を工作機械1の主軸7のX軸方向とY軸方向の相対的ストロークによって分配することで、ワークWの加工補正が行える。
次に基準ゲージ12の第一アーム部20及び第二アーム部21の直角度の補正方法の実施例1,2について、図6から図8により説明する。
図6は20℃の基準温度下で治具4に固定した基準ゲージ12の直角度を測定したものであり、第一アーム部20と第二アーム部21は例えば外径長さL1=L2=φ300mmとする。第一アーム部20をX軸基準とするため第一アーム部20の倒れは0μmである。一方、第二アーム部21はY軸に対して2μm右側に傾いているという特性を有している。
(Example)
In the
Next,
FIG. 6 shows the measurement of the squareness of the
これに対し、図7に示す実施例1では、図7(a)において、加工環境下でテーブル3上に固定されたワークWの粗加工後で仕上げ加工前に基準ゲージ12を治具4に固定した状態で、タッチセンサ15による測定結果は、第一アーム部20は右側に2μm傾いており、第二アーム部21は下部が左側に2μm傾いている。この姿勢の第一アーム部20が図7(b)に示すようにX軸上(X軸基準という)にあるとみなすと第一アーム部20の傾きは0μmである。第二アーム部21は上側が2μm右側に傾いた姿勢になり、基準ゲージ12の三次元測定時の形状と同一になる。
そのため、ワークWの加工時に、NC装置の補正制御手段による工作機械1の直角度の補正はしないでよい。
On the other hand, in Example 1 shown in FIG. 7, in FIG. 7A, the
Therefore, when the workpiece W is machined, the squareness of the machine tool 1 need not be corrected by the correction control means of the NC device.
次に、図8に示す実施例2では、図8(a)において、加工環境下でワークWの仕上げ加工前に基準ゲージ12を治具4に固定した状態で、タッチセンサ15による測定結果では、第一アーム部20は右側に4μm傾いており、第二アーム部21は下部が左側に2μm傾いている。この姿勢の第一アーム部20を図8(b)に示すようにX軸基準上にあるとみなすと、第二アーム部21は上側が4μm右側に傾いた姿勢になり、下側が左側に2μm傾いた姿勢になる。そのため、結果的に第二アーム部21のY軸は6μm右側に倒れて基準ゲージ12は基準温度下で2μm右側に倒れたことになる。
そのため、工作機械1は、基準ゲージ12の測定点f1−f2、測定点f3−f4間の距離hで4μm右側に倒れていることを認識できる。これをNC装置の補正制御手段によって、主軸7のフルストローク範囲の長さに換算して補正することで、ワークWの加工精度を向上させてしかも安定させることができる。
Next, in Example 2 shown in FIG. 8, the measurement result by the
Therefore, the machine tool 1 can recognize that it has fallen to the right by 4 μm at the distance h between the measurement points f1-f2 and f3-f4 of the
上述したように、本実施形態による基準ゲージ12と工作機械1の熱変位補正方法によれば、基準ゲージ12の基準データに対し、加工温度下における、基準ゲージ12の第一アーム部20及び第二アーム部21の全長と、第一アーム部20及び第二アーム部21の直角度とを測定して誤差を得ることで、ワークWの温度変化による熱膨張量または熱収縮量と主軸7を含む工作機械の熱変位による傾きを補正して加工することができて、ワークWの加工精度を向上できる。しかも、温度センサやスケール等を設置しないで加工補正を行える。そのため、工作機械1とワークWの設置環境の変化によらずワークWの加工精度を安定して向上できる。
更に、基準ゲージ12をワークWと同じ材質のものを用いたため、熱膨張と熱収縮が同レベルで生じるため、この点でも高精度な加工補正を行える。
As described above, according to the
Further, since the
また、本実施形態による基準ゲージ12は、第一アーム部20及び第二アーム部21の交差部23に中央孔22を設けたため、中心点Oの座標をタッチセンサ15で容易に検出できると共に第一アーム部20及び第二アーム部21の両端部20a、21aを内接する仮想円Rの円弧状に形成したため、第一アーム部20及び第二アーム部21の全長と直角度を容易に測定できる。
しかも、粗加工後の仕上げ加工直前にタッチセンサ15による測定と加工補正を行うため粗加工時の熱が工作機械1やテーブル3に残留しており、熱影響を基準ゲージ12や工作機械1に伝達できて現実的であり、加工環境や工作機械1の稼働状況による加工補正を大幅に改善できる。
In addition, since the
Moreover, since the measurement by the
なお、上述の実施形態では、直角度を測定するためにタッチセンサ15のプローブ17が当接する第一及び第二アーム部20,21の厚み方向の側面20b、21bは両側面のいずれに設定してもよい。また、プローブ17の当接する位置は仮想円Qとの交差部に限定されることなく、第一及び第二アーム部20,21の側面20b、21b上の長手方向の適宜位置を選択できる。
In the above-described embodiment, the side surfaces 20b and 21b in the thickness direction of the first and
また、上述した実施形態では、ワークWとしての円板型フランジに加工する貫通孔の位置と間隔を精度よく加工するものであるため、X軸、Y軸方向のみ補正し、Z軸方向の加工位置の補正方法について考慮しなかったが、ワークWによってはZ軸方向の加工位置の測定と補正についても行うことができる。要するに、本発明はX,Y,Z軸方向の適宜の2軸以上の加工箇所の補正方法に採用できる。
なお、工作機械1において、実施形態ではワークWのテーブル3をX軸方向に移動させ、主軸7をY軸方向とZ軸方向に移動可能に構成したが、ワークWと主軸7のX、Y、Z軸方向の移動構造は適宜に組み合わせることができる。
In the above-described embodiment, since the position and interval of the through-holes to be machined into the disk-shaped flange as the workpiece W are precisely machined, only the X-axis and Y-axis directions are corrected and machining in the Z-axis direction is performed. Although the position correction method was not considered, depending on the workpiece W, measurement and correction of the machining position in the Z-axis direction can also be performed. In short, the present invention can be applied to a method for correcting machining points of appropriate two or more axes in the X, Y, and Z axis directions.
In the machine tool 1, in the embodiment, the table 3 of the workpiece W is moved in the X-axis direction and the
また、基準ゲージ12の長さや直角度を測定するセンサはタッチセンサ15等の接触型センサに限定されるものではなく、光センサ等の非接触型センサを用いてもよい。
なお、上述した実施形態では、基準ゲージ12における第一アーム部20と第二アーム部21を例えばX軸方向とY軸方向の2軸方向としてその直角度を測定するものとしたが2軸方向の角度は必ずしも直角に設定する必要はなく適宜の挟角を設定できる。
また、実施形態では基準ゲージ12はワークWと同一材質としたが、同一材質でなくてもワークWと熱膨張係数がほぼ同一の材質であれば異なる材質の部材でもよい。
The sensor for measuring the length and perpendicularity of the
In the above-described embodiment, the
In the embodiment, the
1 工作機械
3 テーブル
4 治具
6 主軸ヘッド
7 主軸
12 基準ゲージ
15 タッチセンサ
17 プローブ
20 第一アーム部
20a、21a 端部
20b、21b 側面
21 第二アーム部
22 中央孔
23 交差部
W ワーク
d1、d2、d3、d4 測定点
e1,e2,e3,e4 測定点
f1、f2、f3、f4 測定点
1 Machine tool 3 Table
4 Jig 6
Claims (5)
加工温度下において、前記基準ゲージをワークを支持する部材またはその近傍に取り付ける工程と、
工作機械の主軸に取り付けたセンサで前記基準ゲージの前記第一アーム部及び第二アーム部の長さを長さ測定データとして測定すると共に前記第一アーム部及び第二アーム部の間の角度を角度測定データとして測定する工程とを備え、
前記基準ゲージの基準温度における基準寸法及び角度と加工温度における測定データ及び角度測定データとの誤差に基づいて、前記ワーク加工時の補正を行うことを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。 A reference gauge made of the same material as the workpiece has a first arm part and a second arm part in two axial directions intersecting each other, and the first arm part and the second arm part at a preset reference temperature. Measure the angle between the reference dimension and the first arm part and the second arm part,
A step of attaching the reference gauge to a member supporting the workpiece or the vicinity thereof under a processing temperature;
A sensor attached to the spindle of the machine tool measures the lengths of the first arm part and the second arm part of the reference gauge as length measurement data and determines the angle between the first arm part and the second arm part. A step of measuring as angle measurement data,
A method for correcting a thermal displacement of a machine tool, comprising: performing correction at the time of workpiece processing based on an error between a reference dimension and angle at a reference temperature of the reference gauge and measurement data and angle measurement data at a processing temperature.
前記中央孔の内壁の互いに直交して対向する4点を測定して中心点を求めると共に、
前記第一アーム部及び第二アーム部の長手方向の両端部が円弧状にそれぞれ形成されていて、前記第一アーム部及び第二アーム部の両端部間の長さを前記基準寸法及び前記測定データとして測定するようにした請求項1に記載された工作機械の熱変位補正方法。 The reference gauge has the first arm portion and the second arm portion in two axial directions intersecting each other across a central hole,
While measuring four points of the inner wall of the central hole that are orthogonal to each other and obtaining the central point,
Both end portions in the longitudinal direction of the first arm portion and the second arm portion are respectively formed in an arc shape, and the length between the both end portions of the first arm portion and the second arm portion is determined by the reference dimension and the measurement. The thermal displacement correction method for a machine tool according to claim 1, wherein the method is measured as data.
互いに直交して交差させた第一アーム部及び第二アーム部と、
前記第一アーム部及び第二アーム部の交差部分に設けられていて中央孔を有する交差部とを備え、
前記第一アーム部及び第二アーム部の各両端部は円弧状に形成されていることを特徴とする基準ゲージ。 A reference gauge for measuring thermal displacement of a machine tool,
A first arm part and a second arm part intersecting at right angles to each other;
An intersection portion provided at the intersection of the first arm portion and the second arm portion and having a central hole,
The reference gauge according to claim 1, wherein both end portions of the first arm portion and the second arm portion are formed in an arc shape.
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