JP2018030195A - 工作機械の熱変位補正方法及び基準ゲージ - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】工作機械１の補正方法は、ワークＷと同一材質の基準ゲージ１２を治具４に固定する。基準ゲージ１２は互いに直交する第一アーム部２０及び第二アーム部２１の交差部に設けた中央孔に中心点を設けた。基準ゲージ１２を基準温度下で第一及び第二アーム部２０、２１の長さの基準寸法と２軸間の直角度を基準データとして測定する。加工温度下で基準ゲージ１２を治具４に固定し、主軸７に固定したタッチセンサ１５で、基準ゲージ１２の２軸方向の長さを長さ測定データとして測定し、２軸方向の各挟角を角度測定データとして測定する。基準ゲージ１２の基準データに対する加工温度下での第一及び第二アーム部２０、２１の長さ測定データ及び角度測定データとの誤差を求めることで、ワークＷを工作機械１で加工する際にＮＣ装置の補正制御手段で補正する。【選択図】図２

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。

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。

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。

特開平８−２６７３４１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施形態による工作機械の主軸とワークを示す説明図である。 図１に示す工作機械において、タッチセンサで治具に取り付けた基準ゲージを測定する状態を示す要部斜視図である。 基準ゲージを示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は中央断面図である。 治具に固定した基準ゲージのタッチセンサによる測定点を示す図である。 基準ゲージの測定点を測定して工作機械で熱変位を補正してワークを加工する工程を示すフローチャートである。 基準温度下で基準ゲージの傾きを三次元測定器によって測定した結果を示す図である。 第一実施例を示すもので、（ａ）は加工環境下での基準ゲージの傾きをタッチセンサで測定した結果を示す図、（ｂ）は第一アーム部をＸ軸基準として第二アーム部の傾きを調整した図である。 第二実施例を示すもので，（ａ）は加工環境下での基準ゲージの傾きをタッチセンサで測定した結果を示す図、（ｂ）は第一アーム部をＸ軸基準として第二アーム部の傾きを調整した図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

(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）。

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。

(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。

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）。

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。

(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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (5)

1. 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前記第一アーム部及び第二アーム部の基準寸法と前記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、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。
2. 前記基準ゲージは、中央孔を挟んで互いに交差する２軸方向に前記第一アーム部及び第二アーム部を有しており、
   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。
3. 前記センサにより、前記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、前記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、前記基準温度の前記角度との誤差を補正するようにした請求項２に記載された工作機械の熱変位補正方法。
4. 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、
   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。
5. 前記中央孔に設けた中心点は、前記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請求項４に記載された基準ゲージ。

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