JP5515639B2

JP5515639B2 - 工作機械

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Publication number: JP5515639B2
Application number: JP2009251736A
Authority: JP
Inventors: 篤中川
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-11-02
Also published as: JP2011093069A; KR20120083551A; US20130104707A1; KR101344892B1; EP2481521A4; WO2011052442A1; CN102666007A; US8631727B2; EP2481521B1; EP2481521A1; CN102666007B

Description

この発明は、旋盤、ドリル、研削盤等の工作機械、特に熱変位補正等のための計測機能を備えた工作機械に関する。

旋盤等の工作機械では、切削熱や機械運転に伴う各部位の発熱のために、ベッドや他の各部位の熱膨張，熱変形が生じる。このような熱膨張，熱変形は、加工精度の低下に繋がる。冷却装置を装備してその対策とするものもあるが、熱膨張を十分に抑えるには、冷却装置が大掛かりとなり、また冷却だけでは加工精度を確保することができない。そのため、従来より、熱膨張を計測して工具の切り込み量等の熱変位補正を行なうものが種々提案されている。

例えば特許文献１に記載の工作機械は、図１２に示すように、主軸台５１がベッド５２上に位置固定され、刃物台５３を搭載した送り台５４が主軸半径方向（Ｘ軸方向）に移動可能に設けられた旋盤であり、主軸台５１に取付けられ主軸半径方向に延びるスケール５５を、送り台５４に取付けられた読取部５６で読み取ることにより、刃物台５３の主軸半径方向における位置を計測する。この刃物台５３の主軸半径方向位置の計測値は、熱変位等により変化する。そこで、計測値に応じて刃物台５３の工具５７の切り込み量等を補正することで、常に適正な加工精度を確保する。

特開２００２−１４４１９１号公報

特許文献１のように、主軸台５１と送り台５４との相対位置だけを計測するのでは、送り台５４に対する刃物台５３の熱変位が生じた場合に、主軸軸心と工具の間の距離に誤差が生じる。また、特許文献１の工作機械は、主軸台５１と刃物台５３の送り台５４とが主軸半径方向に並んで配置され、常に両者の主軸軸心方向（Ｚ軸方向）の位置関係が同じであるため、主軸台５１に取付けたスケール５５を送り台５４に取付けた読取部５６で読み取ることができる。しかし、刃物台が主軸半径方向および主軸軸心方向の両方に移動する構成の工作機械の場合、主軸台と送り台との主軸軸心方向の位置関係が常に同じでないため、前記のようにスケールおよび読取部を設けることができない。刃物台が位置固定で、主軸台が主軸半径方向および主軸軸心方向の両方に移動する構成の工作機械の場合も、同様である。また、主軸台および刃物台が、主軸半径方向と主軸軸心方向とにそれぞれ個別に移動する構成の工作機械の場合も、同様である。

この発明の目的は、主軸の軸心と工具の刃先間の主軸半径方向の距離を精度良く計測し、補正することができて、機械精度を左右する最大の要因である機械の寸法変化への処置が行え、加工精度の向上が図れる工作機械を提供することである。
この発明の他の目的は、前記工作機械に設けられる計測手段を、主軸台または刃物台の移動に対応して必要な位置計測を行える構成としつつ、なるべく低コストで製作できるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、前記機械の寸法変化に対して、主軸の軸心と工具の刃先間の距離を精度良く補正できるようにすることである。

この発明の基本構成の工作機械は、ワークを把持するチャックを先端に有する主軸を回転自在に支持した主軸台と、工具が取付けられた刃物台とを、互いに主軸半径方向と主軸軸心方向とに相対的に移動可能にベッドに設置した工作機械において、
前記主軸半径方向に延びるスケールおよびこのスケールを読み取る読取部からなり、これらスケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記主軸台またはこの主軸台と共に主軸半径方向に移動する部材における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が第１基準位置に設けられてこの第１基準位置に対する前記主軸半径方向の主軸軸心位置を計測する主軸側位置計測手段と、
前記主軸半径方向に延びるスケールおよびこのスケールを読み取る読取部からなり、これらスケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記刃物台またはこの刃物台と共に主軸半径方向に移動する部材に設置され、他方が第２基準位置に設けられてこの第２基準位置に対する前記刃物台の位置を計測する刃物側位置計測手段とを設け、
前記第１基準位置と第２基準位置とを前記主軸半径方向に対して互いに位置固定とし、前記主軸側位置計測手段の読み取り値と前記刃物側位置計測手段の読み取り値とから前記主軸半径方向における前記主軸軸心と刃物台間の距離である主軸軸心・刃先間相対距離を演算し、または前記主軸台と刃物台との主軸半径方向の相対移動量の補正に用いる値を演算する演算手段を設けたことを特徴とする。

この構成によると、主軸側位置計測手段により、第１基準位置に対する主軸半径方向の主軸軸心位置が計測でき、かつ刃物側位置計測手段により、第２基準位置に対する刃物台の位置を計測するとが計測できる。第１基準位置と第２基準位置とは互いに位置固定であり、位置関係が変化しない。したがって、これら主軸側位置計測手段の読み取り値と刃物側位置計測手段の読み取り値とから、主軸半径方向における主軸軸心と刃物台間の距離である主軸軸心・刃先間相対距離が演算できる。
このように、主軸軸心位置および刃物台の位置の両方を計測するようにしたため、主軸軸心・刃先間相対距離が精度良く計測できる。すなわち、主軸軸心位置および刃物台の位置は、いずれもベッドやベッド上の機械部分の熱変位によって変化する。この両方の位置の熱変位を計測するため、主軸軸心・刃先間相対距離が精度良く計測できる。
また、主軸側位置計測手段は、スケールの基端および読取部のいずれか一方が、主軸台またはこの主軸台と共に主軸半径方向に移動する部材における主軸軸心の付近に設置されるため、主軸軸心からずれた位置にスケールや読取部が設けられる場合と異なり、そのずれ範囲での機械の熱変位等の影響を避けて計測することができる。そのため、より精度良く計測することができる。
このように、主軸の軸心と工具の刃先間の主軸半径方向の距離を精度良く計測することができて、機械精度を左右する最大の要因である機械の寸法変化への処置が行え、加工精度の向上を図ることができる。
前記演算手段は、主軸軸心・刃先間相対距離の演算に限らず、主軸台と刃物台との主軸半径方向の移動量の補正に用いる値を演算するものであっても良い。この場合も、主軸軸心位置および刃物台の位置の両方を計測するようにしたため、精度の良い補正が行え、加工精度の向上を図ることができる。

なお、前記の「前記第１基準位置と第２基準位置とを前記主軸半径方向に対して互いに位置固定」とは、主軸半径方向における第１基準位置と第２基準位置との相対的な位置関係が変わらず固定であることを意味し、第１基準位置と第２基準位置とが一緒に主軸半径方向に移動してもよい。ただし、第１基準位置と第２基準位置とは、機械の熱変位によっては変わる。このため、第１基準位置と第２基準位置とは、前記主軸半径方向に対して、互いに必ずしも一致していなくても良いが、熱変位の影響が無視できる程度に近接した位置、または熱変位の影響を精度良く補正できる程度に近接した位置とする。

この発明の工作機械は、主軸台と刃物台のいずれをどの方向に移動させるようにした構成であるかによって、次の第１〜第４の構成の工作機械に大別される。これら第１〜第４の構成の工作機械は、いずれもこの発明の前記基本構成を備える。

この発明の第１の構成の工作機械は、前記基本構成において、前記主軸台が、ベッド上に前記主軸半径方向に移動可能に設けられた送り台に、主軸軸心方向に移動自在に搭載され、前記刃物台が前記ベッド上に位置固定に設けられた形式である。前記主軸側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記送り台における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が前記ベッド上に位置固定の第１基準位置に設けられる。前記刃物側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が前記刃物台に取付けられ、他方が前記ベッド上に位置固定の第２基準位置に設けられる。

この構成の場合、主軸側位置計測手段のスケールの目盛りを読取部で読み取った値は、送り台の移動した位置によって変わり、ベッド等の熱変位によって変わるが、第１基準位置と主軸軸心間の現在の実際の距離が読み取り値となる。刃物側位置計測手段の計測値は、本来は一定の値となるが、機械の熱変位があれば、その変位が加わった値となり、第２基準位置に対する刃物台の位置、しいては刃物台に取付けられた工具の刃先位置の現在の実際の値を示す。第１基準位置と第２基準位置は、互いに位置固定である。このため、前記演算手段により、主軸側位置計測手段の読み取り値と前記刃物側位置計測手段の読み取り値とから主軸軸心・刃先間相対距離を演算することで、精度良く、熱変位等を含む実際の主軸軸心・刃先間相対距離を求めることができる。

この発明の第２の構成の工作機械は、前記基本構成において、前記主軸台がベッド上に位置固定に設けられ、前記刃物台が、前記ベッド上に半径方向送り台および軸方向送り台を介して設置されて、前記半径方向送り台は前記ベッド上に前記主軸半径方向に移動可能に設けられ、前記軸方向送り台は前記半径方向送り台上に主軸軸心方向に移動自在に搭載され、前記刃物台は前記軸方向送り台に搭載された形式である。前記主軸側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記主軸台における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が前記半径方向送り台上の位置となる第１基準位置に設けられる。前記刃物側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記刃物台に取付けられ、他方が前記軸方向送り台上の位置となる第２基準位置に設けられる。

この構成の場合、第１基準位置は半径方向送り台上の位置となり、第２基準位置は軸方向送り台上の位置となるとなるが、軸方向送り台は半径方向送り台上に軸方向移動自在に設置されているため、第１基準位置と第２基準位置は、互いに一緒に、半径方向送り台と共に移動することになり、第１基準位置と第２基準位置との相対位置は固定である。半径方向送り台の移動により、主軸軸心に対して刃物台が移動するが、半径方向送り台の実際の位置が主軸側位置計測手段によって計測され、半径方向送り台に対する刃物台の機械熱変位等が刃物側位置計測手段の計測からわかる。そのため、この構成においても、前記演算手段により、主軸側位置計測手段の読み取り値と前記刃物側位置計測手段の読み取り値とから主軸軸心・刃先間相対距離を演算することで、精度良く、熱変位等を含む実際の主軸軸心・刃先間相対距離を求めることができる。

この発明の第３の構成の工作機械は、前記基本構成において、前記主軸台がベッド上に前記主軸半径方向に移動可能に設けられ、前記刃物台が、前記ベッド上に主軸軸心方向に移動自在に設けられた軸方向送り台に搭載された形式である。前記主軸側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記主軸台における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が前記ベッド上に位置固定の第１基準位置に設けられる。前記刃物側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記刃物台に取付けられ、他方が前記軸方向送り台上の位置となる第２基準位置に設けられる。

この構成の場合、主軸台が主軸半径方向に移動し、刃物台が主軸軸方向に移動することになるが、主軸側位置計測手段により、第１基準位置に対する主軸軸心の実際の位置が計測され、刃物側位置計測手段により、第２基準位置に対する刃物台の実際の位置が計測される。そのため、この構成においても、前記演算手段により、主軸側位置計測手段の読み取り値と前記刃物側位置計測手段の読み取り値とから主軸軸心・刃先間相対距離を演算することで、精度良く、熱変位等を含む実際の主軸軸心・刃先間相対距離を求めることができる。

この発明の第３の構成の工作機械は、前記基本構成において、前記主軸台が、ベッド上に主軸軸心方向に移動可能に設けられ、前記刃物台は、前記ベッド上に前記主軸半径方向に移動可能に設置された半径方向送り台に搭載された構成である。前記主軸側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記主軸台における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が前記半径方向送り台上の位置となる第１基準位置に設けられる。前記刃物側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記刃物台に取付けられ、他方が前記半径方向送り台上の位置となる第２基準位置に設けられる。

この構成の場合、第１基準位置および第２基準位置は、共に半径方向送り台上の位置となる。半径方向送り台は、主軸半径方向に移動するが、半径方向送り台上の第１基準位置に対する実際の主軸軸心の位置が主軸側位置計測手段によって計測され、半径方向送り台に対する刃物台の機械熱変位等が刃物側位置計測手段の計測からわかる。そのため、この構成においても、前記演算手段により、主軸側位置計測手段の読み取り値と前記刃物側位置計測手段の読み取り値とから主軸軸心・刃先間相対距離を演算することで、精度良く、熱変位等を含む実際の主軸軸心・刃先間相対距離を求めることができる。

この発明における第１の構成の工作機械および第３構成の工作機械のように、主軸台が直接または間接的に主軸半径方向へ移動可能である場合、前記主軸側位置計測手段の主軸側スケールは、前記チャックに把持され加工可能な最大径のワークの外径に前記刃物台の工具の刃先が接する位置に前記主軸台が位置するときに前記主軸側読取部が対応する位置から、前記主軸の軸心が前記工具の刃先と同じ前記主軸半径方向位置となるときに前記主軸側読取部が対応する位置である原点位置までの範囲に、またはその範囲内の１点もしくは複数の点で最大熱変位量が計測できる長さの範囲に、前記目盛りが付けられていれば良い。
前記のように、主軸側位置計測手段の主軸側スケールにつき必要不可欠な最小の範囲にだけ目盛りを付ければ、主軸台の移動に対応して必要な位置計測を行うことができる。目盛りの範囲を最小にすることで、コスト低下が図れる。

また、この発明における第２の構成の工作機械および第４構成の工作機械のように、刃物台が直接または間接的に主軸半径方向へ移動可能である場合、前記主軸側位置計測手段の主軸側スケールは、前記チャックに把持され加工可能な最大径のワークの外径に前記刃物台の工具の刃先が接する位置に前記刃物台が位置するときに前記主軸側読取部が対応する位置から、前記主軸の軸心が前記工具の刃先と同じ前記主軸半径方向位置となるときに前記主軸側読取部が対応する位置である原点位置までの範囲に、またはその範囲内の１点もしくは複数の点で最大熱変位量が計測できる長さの範囲に、前記目盛りが付けられていれば良い。
前記のように、主軸側位置計測手段の主軸側スケールにつき必要不可欠な最小の範囲にだけ目盛りを付ければ、主軸台の移動に対応して必要な位置計測を行うことができる。目盛りの範囲を最小にすることで、コスト低下が図れる。

この発明の前記各構成の工作機械において、移動命令の指令値に従って前記刃物台を前記主軸台に対して相対移動させる制御装置を設け、この制御装置に、前記指令値に対して、前記演算手段が求めた主軸軸心位置・刃先位置間相対距離によって補正を行う熱変位補正手段を設けても良い。
ワーク径の加工精度は、主軸軸心に対する工具の刃先位置の精度によって定まる。前記のように、主軸軸心位置・刃先位置間相対距離を精度良く計測することができれば、刃物台に対して主軸台を、または主軸台に対して刃物台を相対移動させる指令値に対して、前記演算手段で求められた主軸軸心位置・刃先位置間相対距離によって補正を行うことで、熱変位に対して精度の良い加工を行うことができる。
一般的に、一日における工作機械の温度変化は、一定ではない。この発明の構成では、その計測時の熱変位状態での主軸軸心位置・刃先位置間相対距離が正確に検出されることになる。したがって、適宜の時間をおいて計測を行い、計測後に前記熱変位補正手段による補正を行うことで、精度の良い加工が行える。

この発明の第５の構成の工作機械は、ワークを把持するチャックを先端に有する主軸を回転自在に支持した主軸台と、工具が取付けられた刃物台とを、互いに主軸半径方向と主軸軸心方向とに相対的に移動可能にベッドに設置した工作機械において、
前記主軸半径方向に延びるスケールおよびこのスケールを読み取る読取部からなり、これらスケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記主軸台またはこの主軸台と共に主軸半径方向に移動する部材における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が第１基準位置に設けられてこの第１基準位置に対する前記主軸半径方向の主軸軸心位置を計測する主軸側位置計測手段と、
第２基準位置に対する前記主軸半径方向の前記刃物台の位置を計測する刃物側位置計測手段とを設け、
前記第１基準位置と第２基準位置とを前記主軸半径方向に対して互いに位置固定とし、かつ前記第１基準位置と第２基準位置とは、前記主軸半径方向に対して、互いに一致するか、または熱変位の影響が無視できる程度に近接し、または熱変位の影響を精度良く補正できる程度に近接した位置とし、
前記主軸側位置計測手段の読み取り値と前記刃物側位置計測手段の読み取り値とから前記主軸半径方向における前記主軸軸心と刃物台間の距離である主軸軸心・刃先間相対距離を演算し、または前記主軸台と刃物台との主軸半径方向の相対移動量の補正に用いる値を演算する演算手段を設けたことを特徴とする。

この構成の工作機械は、前記基本構成の工作機械において、刃物側位置計測手段を、スケールを有する構成に限定せず、「第２基準位置に対する前記主軸半径方向の前記刃物台の位置を計測する刃物側位置計測手段」とした発明である。刃物側位置計測手段としては、スケールを有する構成の他に、温度を計測して刃物台の位置を計測する構成、例えば、前記刃物台の温度を計測する温度計測手段と、この温度計測手段の温度計測値から、前記第２基準位置に対する前記主軸半径方向の前記刃物台の位置を求める温度対応刃物側位置計算手段とでなるものとできる。
このように構成した場合も、主軸側位置計測手段により、第１基準位置に対する主軸半径方向の主軸軸心位置が計測し、かつ刃物側位置計測手段により、第２基準位置に対する刃物台の位置を計測し、主軸軸心位置および刃物台の位置の両方を計測するようにしたため、主軸軸心・刃先間相対距離が精度良く計測できる。

この発明における基本構成となる工作機械は、ワークを把持するチャックを先端に有する主軸を回転自在に支持した主軸台と、工具が取付けられた刃物台とを、互いに主軸半径方向と主軸軸心方向とに相対的に移動可能にベッドに設置した工作機械において、前記主軸半径方向に延びるスケールおよびこのスケールを読み取る読取部からなり、これらスケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記主軸台またはこの主軸台と共に主軸半径方向に移動する部材における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が第１基準位置に設けられてこの第１基準位置に対する前記主軸半径方向の主軸軸心位置を計測する主軸側位置計測手段と、前記主軸半径方向に延びるスケールおよびこのスケールを読み取る読取部からなり、これらスケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記刃物台またはこの刃物台と共に主軸半径方向に移動する部材に設置され、他方が第２基準位置に設けられてこの第２基準位置に対する前記刃物台の位置を計測する刃物側位置計測手段とを設け、前記第１基準位置と第２基準位置とを前記主軸半径方向に対して互いに位置固定とし、かつ前記第１基準位置と第２基準位置とは、前記主軸半径方向に対して、互いに一致するか、または熱変位の影響が無視できる程度に近接し、または熱変位の影響を精度良く補正できる程度に近接した位置とし、前記主軸側位置計測手段の読み取り値と前記刃物側位置計測手段の読み取り値とから前記主軸半径方向における前記主軸軸心と刃物台間の距離である主軸軸心・刃先間相対距離を演算し、または前記主軸台と刃物台との主軸半径方向の相対移動量の補正に用いる値を演算する演算手段を設けたため、主軸の軸心と工具の刃先間の主軸半径方向の距離を精度良く計測し、補正することができて、機械精度を左右する最大の要因である機械の寸法変化への処置が行え、加工精度の向上を図ることができる。

この発明の第１の構成の工作機械は、前記基本構成において、前記主軸台は、ベッド上に前記主軸半径方向に移動可能に設けられた送り台に、主軸軸心方向に移動自在に搭載され、前記刃物台は前記ベッド上に位置固定に設けられ、前記主軸側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記送り台における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が前記ベッド上に位置固定の第１基準位置に設けられ、前記刃物側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が前記刃物台に取付けられ、他方が前記ベッド上に位置固定の第２基準位置に設けられたため、主軸移動型でありながら、主軸の軸心と工具の刃先間の主軸半径方向の距離を精度良く計測し、補正することができて、機械精度を左右する最大の要因である機械の寸法変化への処置が行え、加工精度の向上を図ることができる。

この発明の第２の構成の工作機械は、前記基本構成において、前記主軸台はベッド上に位置固定に設けられ、前記刃物台は、前記ベッド上に半径方向送り台および軸方向送り台を介して設置されて、前記半径方向送り台は前記ベッド上に前記主軸半径方向に移動可能に設けられ、前記軸方向送り台は前記半径方向送り台上に主軸軸心方向に移動自在に搭載され、前記刃物台は前記軸方向送り台に搭載され、前記主軸側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記主軸台における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が前記半径方向送り台上の位置となる第１基準位置に設けられ、前記刃物側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記刃物台に取付けられ、他方が前記軸方向送り台上の位置となる第２基準位置に設けられたため、刃物台移動型でありながら、主軸の軸心と工具の刃先間の主軸半径方向の距離を精度良く計測し、補正することができて、機械精度を左右する最大の要因である機械の寸法変化への処置が行え、加工精度の向上を図ることができる。

この発明の第３の構成の工作機械は、前記基本構成において、前記主軸台はベッド上に前記主軸半径方向に移動可能に設けられ、前記刃物台は、前記ベッド上に主軸軸心方向に移動自在に設けられた軸方向送り台に搭載され、前記主軸側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記主軸台における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が前記ベッド上に位置固定の第１基準位置に設けられ、前記刃物側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記刃物台に取付けられ、他方が前記軸方向送り台上の位置となる第２基準位置に設けられたため、主軸台および刃物台の双方移動型でありながら、主軸の軸心と工具の刃先間の主軸半径方向の距離を精度良く計測し、補正することができて、機械精度を左右する最大の要因である機械の寸法変化への処置が行え、加工精度の向上を図ることができる。

この発明の第４の構成の工作機械は、前記基本構成において、前記主軸台は、ベッド上に主軸軸心方向に移動可能に設けられ、前記刃物台は、前記ベッド上に前記主軸半径方向に移動可能に設置された半径方向送り台に搭載され、前記主軸側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記主軸台における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が前記半径方向送り台上の位置となる第１基準位置に設けられ、前記刃物側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記刃物台に取付けられ、他方が前記半径方向送り台上の位置となる第２基準位置に設けられたため、主軸台および刃物台の双方移動型でありながら、主軸の軸心と工具の刃先間の主軸半径方向の距離を精度良く計測し、補正することができて、機械精度を左右する最大の要因である機械の寸法変化への処置が行え、加工精度の向上を図ることができる。

第１または第３の構成の工作機械において、前記主軸側位置計測手段のスケールは、前記チャックに把持され加工可能な最大径のワークの外径に前記刃物台の工具の刃先が接する位置に前記主軸台が位置するときに前記読取部が対応する位置から、前記主軸の軸心が前記工具の刃先と同じ前記主軸半径方向位置となるときに前記読取部が対応する位置である原点位置までの範囲に、またはその範囲内の１点もしくは複数の点で最大熱変位量が計測できる長さの範囲に前記目盛りが付けられている場合は、主軸側位置計測手段を、主軸台の移動に対応して必要な位置計測を行える構成としつつ、なるべく低コストで製作できる。

第２または第４の構成の工作機械において、前記主軸側位置計測手段のスケールは、前記チャックに把持され加工可能な最大径のワークの外径に前記刃物台の工具の刃先が接する位置に前記刃物台が位置するときに前記読取部が対応する位置から、前記主軸の軸心が前記工具の刃先と同じ前記主軸半径方向位置となるときに前記読取部が対応する位置である原点位置までの範囲に、またはその範囲内の１点もしくは複数の点で最大熱変位量が計測できる長さの範囲に前記目盛りが付けられている場合は、主軸側位置計測手段を、刃物台の移動に対応して必要な位置計測を行える構成としつつ、なるべく低コストで製作できる。

この発明の第５の構成の工作機械は、ワークを把持するチャックを先端に有する主軸を回転自在に支持した主軸台と、工具が取付けられた刃物台とを、互いに主軸半径方向と主軸軸心方向とに相対的に移動可能にベッドに設置した工作機械において、前記主軸半径方向に延びるスケールおよびこのスケールを読み取る読取部からなり、これらスケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記主軸台またはこの主軸台と共に主軸半径方向に移動する部材における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が第１基準位置に設けられてこの第１基準位置に対する前記主軸半径方向の主軸軸心位置を計測する主軸側位置計測手段と、第２基準位置に対する前記主軸半径方向の前記刃物台の位置を計測する刃物側位置計測手段とを設け、前記第１基準位置と第２基準位置とを前記主軸半径方向に対して互いに位置固定とし、かつ前記第１基準位置と第２基準位置とは、前記主軸半径方向に対して、互いに一致するか、または熱変位の影響が無視できる程度に近接し、または熱変位の影響を精度良く補正できる程度に近接した位置とし、前記主軸側位置計測手段の読み取り値と前記刃物側位置計測手段の読み取り値とから前記主軸半径方向における前記主軸軸心と刃物台間の距離である主軸軸心・刃先間相対距離を演算し、または前記主軸台と刃物台との主軸半径方向の相対移動量の補正に用いる値を演算する演算手段を設けたため、主軸の軸心と工具の刃先間の主軸半径方向の距離を精度良く計測し、補正することができて、機械精度を左右する最大の要因である機械の寸法変化への処置が行え、加工精度の向上を図ることができる。

この発明の第１の実施形態に係る工作機械おける工作機械本体の平面図と制御装置の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図である。同工作機械本体の斜視図である。同工作機械の加工動作を示す部分平面図である。同工作機械の主軸台部分の正面図である。同工作機械の刃物台および工具を示す部分省略側面図である。常温時の主軸軸心位置・刃先位置間相対距離と加工時の主軸軸心位置・刃先位置間相対距離を示す説明図である。この発明の第２の実施形態に係る工作機械おける工作機械本体の平面図と制御装置の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図である。この発明の第３の実施形態に係る工作機械おける工作機械本体の平面図と制御装置の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図である。この発明の第４の実施形態に係る工作機械おける工作機械本体の平面図と制御装置の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図である。同工作機械の一部を示す斜視図である。この発明の第５の実施形態に係る工作機械おける工作機械本体の平面図と制御装置の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図である。従来の工作機械における工作機械本体の平面図である。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図６と共に説明する。この工作機械は数値制御式の工作機械であり、機械部分である工作機械本体１と、この工作機械本体１を制御する制御装置２とで構成される。工作機械本体１は、主軸移動型の旋盤であり、ベッド３上に送り台４を介して設置された主軸台５に、主軸６が回転自在に支持され、ベッド３上に刃物台７が、支持台２６を介して設置されている。支持台２６は、ベッド３に固定して設置されている。刃物台７はタレットからなり、支持台２６に回転割出可能に支持されている。

送り台４は、ベッド３に設けられたＸ軸案内９上を、主軸６の軸心Ｏに対して直交する水平な主軸半径方向（Ｘ軸方向）に移動自在に設置され、ベッド３上に設置されたサーボモータ等のモータ１０とその回転出力を直線動作に変換する送りねじ機構１１とからなるＸ軸移動機構１２によって左右に進退駆動される。前記送りねじ機構１１は、ねじ軸とナットとからなる。図４のように、主軸台５は、送り台４上に設けられたＺ軸案内１３上に主軸軸心方向（Ｚ軸方向）に移動自在に設置され、送り台４上に設置されたモータ１４（図１、図２）とその回転出力を直線動作に変換する送りねじ機構１５からなるＺ軸移動機構１６によって前後に進退駆動される。前記送りねじ機構１５は、ねじ軸とナットとからなる。主軸６の回転駆動は、主軸台５に内蔵の主軸モータ（図示せず）よって行われる。主軸６の前端にはチャック１７が着脱可能に設けられている。チャック１７は、チャック半径方向に移動する複数のチャック爪１７ａにより、ワークＷ（図３）を把持可能である。

刃物台７は、支持台２６に対してＸ軸方向に沿う水平な回転中心Ｔ回りに回転自在であり、図５に示すように、外周部に円周方向に並ぶ複数の工具取付部７ａを有している。各工具取付部７ａに、工具ホルダ１８ａを介してバイトや回転工具等の工具１８が取付けられる。図１に示すように、刃物台７は、軸受８を介して支持台２６に回転自在に支持された中空軸７ｃの先端に固定されており、割出用モータ（図示せず）で中空軸７ｃを回転させることにより、任意の工具取付部７ａが主軸６に対向する位置に旋回割出しされる。刃物台７は、その正面形状が、図５に示すような多角形状であっても、また円形であっても良い。なお、図５では工具１８は一部の工具取付部７ａに取付けられたもののみを示し、他は図示を省略してある。

図１、図２において、この実施形態の工作機械は、前記基本構造の工作機械本体１に、主軸側位置計測手段２０および刃物側位置計測手段３０を設けたものである。

主軸側位置計測手段２０は、第１基準位置Ｐ１に対する前記主軸半径方向（Ｘ軸方向）の主軸軸心Ｏの位置を計測する手段であり、スケール２１と読取部２２とからなる。スケール２１は棒状の部材であり、送り台４における主軸半径方向位置が主軸６の軸心Ｏの付近の箇所に基部２１ａが取付けられ、この基部２１ａから主軸半径方向に沿って延びている。なお、前記「軸心付近」とは、軸心位置を含む意味であり、スケール２１の基部２１ａを軸心位置に取付けた場合に比べて、熱変位で生じる計測結果の違いが無視できる程度に離れた範囲を「軸心付近」と称している。以下で言う「軸心付近」も、前記と同様な意味である。スケール２１は、図示の例では送り台４の前面にスペース部材２５を介して取付けられているが、他の箇所、例えば送り台４の上面または下面の前端付近に取付けてもよい。スケール２１の読取部２２を向く面の所定の範囲には、主軸半径方向に沿って目盛り２３が付けられている。読取部２２は、スケール２１の目盛り２３を読み取るものであり、ベッド３上の位置となる第１基準位置Ｐ１に、取付部材２４を介して位置固定に取付けられている。例えば、読取部２２は光学式のものであり、検知用光を投光しその反射光を受光することで目盛り２３を読み込む。あるいは、読取部２２は、磁気式のものであってもよい。

スケール２１における目盛り２３の付けられた範囲は、チャック１７ａに把持され加工可能な最大径のワークＷ（図３）の外径に刃物台７の工具１８の刃先が接する位置に主軸台５が位置するときに読取部２２が対応する位置から、主軸６の軸心Ｏが前記工具１２の刃先と同じ主軸半径方向位置となるときに読取部２２が対応する位置である原点位置までの範囲、またはその範囲内の１点もしくは複数の点で最大熱変位量が計測できる長さの範囲とされている。この実施形態のように、主軸台５が主軸半径方向へ移動可能である場合に、前記のようにスケール２２の目盛り２３を必要不可欠な最小の範囲にだけ付ければ、主軸台５の移動に対応して必要な位置計測を行うができる。目盛り２３の範囲を最小にすることで、コスト低下が図れる。さらに、加工時での主軸台５の移動に対応する範囲については目盛り２３を細かくし、加工時以外、例えばワーク交換、チャック交換等の際にだけ主軸台５が移動する範囲については目盛り２３を粗くすれば、より一層のコスト低下を図れる。目盛り２３をスケール２２の全長にわたって設けてもよい。

刃物側位置計測手段３０は、第２基準位置Ｐ２に対する刃物台７の前記主軸半径方向（Ｘ軸方向）の位置を検出する手段であり、スケール３１と読取部３２とからなる。スケール３１は丸棒状の部材で、基部３１ａが刃物台７の回転中心に取付けられ、主軸半径方向すなわち回転中心Ｔに沿って中空軸７ｃを貫通して延びている。スケール３１の基部３１ａは刃物台７に固定であるが、基部３１ａ以外は中空軸７ｃに対し回転自在かつ進退自在である。スケール３１の中空軸７ｃから突出した端部に、読取部２２に対応させて、主軸半径方向に並ぶ目盛り３３が全周に付けられている。読取部３２は、スケール３１の目盛り３３を読み取る円環状のものであり、ベッド３上の位置となる第２基準位置Ｐ２に、取付部材３４を介して位置固定に取付けられている。読取部３２も、光学式のものであっても、磁気式のものであってもよい。

主軸側位置計測手段２０の読取部２２および刃物側位置計測手段３０の読取部３２は、互いに主軸半径方向位置を完全に一致させるか、または両読取部２２，３２の主軸半径方向位置の差による主軸半径方向の熱変位を無視または推定できる程度に揃える。すなわち第１基準位置Ｐ１と第２基準位置Ｐ２との主軸半径方向位置を揃える。

主軸側位置計測手段２０の読取部２２および刃物側位置計測手段３０の読取部３２の各読取値は、制御装置２の演算手段４０に入力される。この実施形態では、演算手段４０が制御装置２に設けられているが、制御装置２とは別に設けても良い。
演算手段４０は、主軸側位置計測手段２０の読取部２２の読み取り値と、刃物側位置計測手段３０の読取部３２の読み取り値とから、前記主軸半径方向（Ｘ軸方向）における主軸軸心Ｏと刃物台７の特定位置との間の距離である主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを演算する手段である。刃物台７の特定位置は、刃物台７上の位置、および刃物台７に取付けられる工具１８上の位置であって、特定した位置であれば、何処であっても良いが、この実施形態では、刃物台７に取付けた標準の工具７の刃先位置を特定位置としている。前記標準の工具７は任意の工具であっても良く、例えば、この工作機械で最も多く使用される工具７とされる。

図６に、常温時の主軸台５および刃物台７の位置（実線）と、昇温時の主軸台５および刃物台７の位置（二点鎖線）とを示す。常温時（例えば１５°Ｃ）の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌ０は、工作機械および工具１８の既知の寸法から求まる。演算手段４０は、主軸側位置計測手段２０の読取部２２および刃物側位置計測手段３０の読取部３２の各読取値から昇温による主軸台５の主軸半径方向の熱変位量ΔＬ１および刃物台７の主軸半径方向の熱変位量ΔＬ２を求め、その熱変位量ΔＬ１，ΔＬ２を常温時の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌ０に加算することで、運転中の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを演算する。

さらに詳しく説明する。
主軸側位置計測手段２０は、スケール２１の目盛り２３を読取部２２で読み取る。読取部２２はベッド３上に位置固定に取付けられているため、読取部２３の読取値から、スケール２１が取付けられた送り台４の主軸半径方向位置が分かる。この送り台４の位置に、送り台４と主軸台５の位置関係を加えることで、主軸台５の主軸半径方向位置が分かる。すなわち、第１基準位置Ｐ１と主軸軸心Ｏとの間の距離Ｌ１が分かる。送り台４は加工時に主軸半径方向に移動するが、その移動量を別の検出手段（図示せず）で検出し、検出された移動量を加算することで、常に主軸台５の主軸半径方向位置を求めることができる。その主軸台５の主軸半径方向位置から、常温時に対する加工時の主軸半径方向の熱変位量ΔＬ１が求まる。

また、刃物側位置計測手段３０は、スケール３１の目盛り３３を読取部３２で読み取る。読取部３２はベッド３上に位置固定に取付けられているため、読取部３２の読取値から、スケール３１が取付けられた刃物台７の主軸半径方向位置が分かる。すなわち、第２基準位置Ｐ２と刃物台７の特定位置（例えば、工具１８の刃先位置）との間の距離Ｌ２が分かる。その刃物台７の主軸半径方向位置から、常温時に対する加工時の主軸半径方向の熱変位量ΔＬ２が求まる。なお、ここでは、刃物台７の熱変位量を、刃物台７に取付けられた工具１８の刃先位置の熱変位量と見なしているが、工具刃先位置の熱変位量は、刃物台７の熱変位量に対して適宜の補正を加えて求めるようにしても良い。

先に述べたように、演算手段４０は、これらの求められた熱変位量ΔＬ１，ΔＬ２を、常温時の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌ０に加算することで、運転中等の昇温時の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを演算する。この主軸軸心・刃先間相対距離Ｌは、常温時の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌ０に熱変位による寸法変化が加味されたものであり、現時点の正確な距離を示している。演算手段４０の演算結果は、演算手段４０または熱変位補正手段４３（図１）に記憶される。主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを求めるのに代えて、主軸軸心・刃先間相対距離Ｌの変化を求めてもよい。

図１において、制御装置２はコンピュータ式の数値制御装置からなり、加工プログラム４１の各命令を、演算制御部４２で解読して実行し、工作機械本体１の各駆動源に制御命令を与える。加工プログラム４１のＸ軸方向の移動命令４１ａは、移動先を示す指令値の位置へ刃物台７をＸ軸方向へ相対的に移動させる命令であり、演算制御部４２により、Ｘ軸のモータ１０を駆動する命令として出力される。

演算制御部４２は、熱変位補正手段４３を有していて、加工プログラム４１におけるＸ軸方向の移動命令４１ａの指令値に対し、モータ１０へ出力する指令値を、前記演算手段４０によって算出された主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを用いて補正する。熱変位補正手段４３は、例えば、演算手段４０から主軸軸心・刃先間相対距離Ｌが入力されると、その値が更新されるまでは常に記憶しておき、その記憶した値を用いて補正を行うものとされる。この場合、主軸側位置計測手段２０および刃物側位置計測手段３０が位置計測を行い、演算手段４０によって算出される主軸軸心・刃先間相対距離Ｌの値が更新されると、その後に行う熱変位補正手段４３の補正量が変わることになる。熱変位補正手段４３による補正量については、後で説明する。

なお、熱変位補正手段４３は、スイッチ操作等による所定の入力により能動状態と非能動状態とに切換可能とされる。また、主軸側位置計測手段２０および刃物側位置計測手段３０の計測動作は、制御装置２に付属の操作盤（図示せず）の入力操作によって手動で行うようにしても良く、また計測用のプログラム（図示せず）を設けておいて、その計測用プログラムを制御装置２に実行させることで一連の計測動作を自動で行うようにしても良い。計測を自動で行うようにする場合、タイマ（図示せず）等で設定時刻に計測を行うようにしても、また開始用スイッチをオペレータがオンすることで、一連の自動計測が開始されるようにしても良い。

熱変位補正手段４３は、演算手段４０または熱変位補正手段４３に記憶されている主軸軸心・刃先間相対距離Ｌに応じて、加工プログラム４１のＸ軸移動命令４１ａを演算制御部４２で実行し、図３のように加工するときに、そのＸ軸移動命令４１ａの指令値を補正する。この補正は、例えば、主軸軸心・刃先間相対距離Ｌと設計寸法との差を、前記指令値に加算する補正とする。なお、熱変位補正手段４３は、例えば前記演算手段４０の計算結果に対して補正量を定める演算式またはテーブル等の関係設定手段を有していて、この手段を用いて定めた補正量によって前記指令値を補正するようにしても良い。前記関係設定手段で定める関係は、例えば、実際の運転結果等に基づき、演算手段４０で求められる距離と指令値との差に対する補正量等の関係を定めたものとしても良い。このように熱変位補正手段４３により補正を行うことにより、熱変位に対応して精度良く補正できて、加工精度が向上する。
なお、一日のうち、例えば１時間おき等の設定時間毎、あるいは設定時刻毎に計測を行い、演算手段４０の演算結果を更新しておくことで、適切な熱変位補正が行える。

図７は、この発明の第２の実施形態を示す。この工作機械の工作機械本体１は、刃物台移動型の旋盤であり、主軸台５はベッド３上に位置固定に設けられ、刃物台７はベッド３上に半径方向送り台４Ａおよび軸方向送り台２７を介して主軸半径方向（Ｘ軸方向）および主軸軸心方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。半径方向送り台４は、ベッド３に設けられたＸ軸案内９上を水平な主軸半径方向に移動自在に設置され、Ｘ軸移動機構１２によって進退駆動される。軸方向送り台２７は、半径方向送り台４Ａ上に設けられたＺ軸案内１３上に主軸軸心方向に移動自在に設置され、Ｚ軸移動機構１６によって進退駆動される。刃物台７はタレットからなり、軸方向送り台２７に、Ｘ軸方向に沿う水平な回転中心Ｔ回りに回転自在に設置されている。前記以外の工作機械本体１の基本構造は、第１の実施形態と同じであり、対応する部分については同一符号を付して表し説明は省略する。

この実施形態の工作機械も、工作機械本体１に主軸側位置計測手段２０および刃物側位置計測手段３０が設けられている。

主軸側位置計測手段２０は、第１基準位置Ｐ１に対する主軸半径方向（Ｘ軸方向）の主軸軸心Ｏの位置を計測する手段であり、スケール２１と読取部２２とからなる。スケール２１は棒状の部材であり、主軸台５における主軸半径方向位置が主軸６の軸心付近の箇所に基部２１ａが取付けられ、この基部２１ａから主軸半径方向に沿って延びている。スケール２１の基部２１ａは、主軸台５に対し、例えば上面に取付けられているが、下面または前面に取付けられていても、あるいは主軸台５の内部に取付けられていてもよい。スケール２１の読取部２２を向く面の読取部２２に対応する箇所に、主軸半径方向に並ぶ目盛り２３が付けられている。読取部２２は、スケール２１の目盛り２３を読み取るものであり、第１基準位置Ｐ１となる半径方向送り台４の特定位置に、取付部材２４Ａを介して取付けられている。したがって、この実施形態では第１基準位置Ｐ１は可動であり、半径方向送り台４と共に移動する。半径方向送り台４Ａの前記特定位置は、例えば半径方向送り台４のＸ軸方向幅の中心位置とされる。

刃物側位置計測手段３０は、第２基準位置Ｐ２に対する刃物台７の前記主軸半径方向（Ｘ軸方向）の位置を検出する手段であり、スケール３１と読取部３２とからなる。スケール３１は棒状の部材であり、刃物台７に基部３１ａが取付けられ、この基部３１ａから主軸半径方向に沿って延びている。スケール３１の読取部３２を向く面の所定の範囲には、主軸半径方向に並ぶ目盛り３３が付けられている。目盛り３３の付けられた範囲は、第１の実施形態で説明したのと同様の範囲である。読取部３２は、スケール３１の目盛り３３を読み取るものであり、第２基準位置Ｐ２に設置されている。第２基準位置Ｐ２は、この例では、軸方向送り台２７上の特定位置に定められていて、読取部３２は軸方向送り台２７に取付部材（図示せず）を介して、または直接に固定されている。前記特定位置は、軸方向送り台２７上に任意に特定した位置であれば良いが、この実施形態では第１基準位置Ｐ１と同じＸ方向位置としてある。

前記同様、読取部２２および読取部３２の読取値が演算手段４０に入力され、演算手段４０により、常温時に対する加工時の主軸台５の主軸半径方向の熱変位量ΔＬ１（図６）と、常温時に対する加工時の刃物台７の主軸半径方向の熱変位量ΔＬ２（図６）とが求められ、これらの熱変位量ΔＬ１，ΔＬ２を、常温時の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌ０（図６）に加算することで、運転中等の昇温時の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを演算する。この場合も、常温時の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌ０に熱変位による寸法変化が加味された正確な主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを得ることができ、この主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを用いて、熱変位補正手段４３により補正を行うことにより、熱変位に対応して精度良く補正できて、加工精度が向上する。

図８は、この発明の第３の実施形態を示す。この工作機械の工作機械本体１は、主軸台および刃物台が共に移動する型の旋盤である。主軸台５はベッド３上に主軸半径方向（Ｘ軸方向）に移動可能に設けられ、刃物台７はベッド３上に軸方向送り台２７Ｂを介して主軸軸心方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。主軸台５は、ベッド３に設けられたＸ軸案内９上を水平な主軸半径方向に移動自在に設置され、Ｘ軸移動機構１２によって進退駆動される。軸方向送り台２８は、ベッド３に設けられたＺ軸案内１３上に主軸軸心方向に移動自在に設置され、Ｚ軸移動機構１６によって進退駆動される。刃物台７はタレットからなり、軸方向送り台２７Ｂに、Ｘ軸方向に沿う水平な回転中心Ｔ回りに回転自在に設置されている。前記以外の工作機械本体１の基本構造は、第１および第２の実施形態と同じであり、対応部分については同一符号を付して表し説明は省略する。

主軸側位置計測手段２０は、第１基準位置Ｐ１に対する主軸半径方向（Ｘ軸方向）の主軸軸心Ｏの位置を計測する手段であり、スケール２１と読取部２２とからなる。スケール２１は棒状の部材であり、主軸台５における主軸半径方向位置が主軸６の軸心付近の箇所に基部２１ａが取付けられ、この基部２１ａから主軸半径方向に沿って延びている。スケール２１の基部２１ａは、主軸台５に対し、例えば上面に取付けられているが、下面または前面に取付けられていても、あるいは主軸台５の内部に取付けられていてもよい。スケール２１の読取部２２を向く面の所定の範囲には、主軸半径方向に並ぶ目盛り２３が付けられている。目盛り３３の付けられた範囲は、第１の実施形態で説明したのと同様の範囲である。読取部２２は、スケール２１の目盛り２３を読み取るものであり、ベッド３上の位置となる第１基準位置Ｐ１に、取付部材２４を介して位置固定に取付けられている。

刃物側位置計測手段３０は、第２基準位置Ｐ２に対する刃物台７の前記主軸半径方向（Ｘ軸方向）の位置を検出する手段であり、スケール３１と読取部３２とからなる。スケール３１は丸棒状の部材で、基部３１ａが刃物台７の中心に取付けられ、この基部３１ａから主軸半径方向に沿って中空軸７ｃを貫通して延びている。スケール３１の中空軸７ｃから突出した端部には、主軸半径方向に並ぶ目盛り３３が全周に付けられている。スケール３１は、刃物台本体７ｂと一体に回転する。読取部３２は、スケール３１の目盛り３３を読み取るものであり、第２基準位置Ｐ２に設置されている。第２基準位置Ｐ２は、この例では、軸方向送り台２８に対して位置固定の特定位置に定められていて、読取部３２は軸方向送り台２８上の第２基準位置Ｐ２に取付部材３４Ｂを介して固定されている。前記特定位置は、軸方向送り台２８に対して位置固定で任意に特定した位置であれば良いが、この実施形態では第１基準位置Ｐ１と同じＸ方向位置としてある。

この実施形態も、前記各実施形態と同様、読取部２２および読取部３２の読取値が演算手段４０に入力され、演算手段４０により前記同様の演算処理を行うことで、常温時の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌ０に熱変位による寸法変化が加味された正確な主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを得ることができる。さらに、この主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを用いて、熱変位補正手段４３により補正を行うことにより、熱変位に対応して精度良く補正できて、加工精度が向上する。

図９は、この発明の第４の実施形態を示す。この工作機械の工作機械本体１も、主軸台および刃物台が共に移動する型の旋盤であるが、前記第３の実施形態とは逆に、主軸台５がベッド３上に主軸軸心方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられ、刃物台７がベッド３上に半径方向送り台４Ｃを介して主軸半径方向（Ｘ軸方向）に移動可能に設けられている。主軸台５は、ベッド３に設けられたＺ軸案内１３上に主軸軸心方向に移動自在に設置され、Ｚ軸移動機構１６によって進退駆動される。半径方向送り台４Ｃは、ベッド３に設けられたＸ軸案内９上を水平な主軸半径方向に移動自在に設置され、Ｘ軸移動機構１２によって進退駆動される。刃物台７はタレットからなり、半径方向送り台４Ｃに、Ｘ軸方向に沿う水平な回転中心Ｔ回りに回転自在に設置されている。前記以外の工作機械本体１の基本構造は、前記第１〜第３の実施形態と同じであり、対応部分については同一符号を付して表し説明は省略する。

主軸側位置計測手段２０は、第１基準位置Ｐ１に対する主軸半径方向（Ｘ軸方向）の主軸軸心Ｏの位置を計測する手段であり、スケール２１と読取部２２とからなる。スケール２１は棒状の部材であり、ベッド３における主軸半径方向位置が主軸６の軸心付近の箇所に基部２１ａが取付けられ、この基部２１ａから主軸半径方向に沿って延びている。スケール２１の読取部２２を向く面の読取部２２に対応する箇所に、主軸半径方向に並ぶ目盛り２３が付けられている。読取部２２は、スケール２１の目盛り２３を読み取るものであり、第１基準位置Ｐ１となる半径方向送り台４Ｃの特定位置に、取付部材２４Ｃを介して取付けられている。したがって、この実施形態では第１基準位置Ｐ１は可動であり、半径方向送り台２９と共に移動する。半径方向送り台４Ｃの前記特定位置は、例えば半径方向送り台２９のＸ軸方向幅の中心位置とされる。

図例では、図１０に示すように、ベッド３上に固定した板状のベース部材１３ａの上に一対のＺ軸案内１３が設けられ、前記ベース部材１３ａの前面にスペース部材２５を介してスケール２１の基部２１ａを取付けてある。ベース部材１３ａの上面に、スケール２１の基部２１ａを取付けてもよい。これらの場合、ベース部材１３ａはベッド３の一部を構成するものであり、ベッド３は、具体的にはベッド本体とその上に設けられたベース部材１３ａとでなる。ベース部材１３ａを設けずに、ベッド３にスケール２１の基部２１ａを直接取付けても良い。

刃物側位置計測手段３０は、第２基準位置Ｐ２に対する刃物台７の前記主軸半径方向（Ｘ軸方向）の位置を検出する手段であり、スケール３１と読取部３２とからなる。スケール３１は棒状の部材であり、軸方向送り台２９に基部３１ａが取付けられ、この基部３１ａから主軸半径方向に沿って延びている。スケール３１の読取部３２を向く面の所定の範囲には、主軸半径方向に並ぶ目盛り３３が付けられている。目盛り３３の付けられた範囲は、第１の実施形態で説明したのと同様の範囲である。読取部３２は、スケール３１の目盛り３３を読み取るものであり、第２基準位置Ｐ２に設置されている。第２基準位置Ｐ２は、この例では、軸方向送り台２９上の特定位置に定められていて、読取部３２は軸方向送り台２９上の第２基準位置Ｐ２に（図示せず）を介して、または直接に固定されている。前記特定位置は、軸方向送り台２７上に任意に特定した位置であれば良いが、この実施形態では第１基準位置Ｐ１と同じＸ方向位置としてある。

この実施形態も、前記各実施形態と同様、読取部２２および読取部３２の読取値が演算手段４０に入力され、演算手段４０により前記同様の演算処理を行うことで、常温時の主軸軸心・刃先間相対距離Ｌ０に加工等による熱変位分が加味された正確な主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを得ることができる。さらに、この主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを用いて、熱変位補正手段４３により補正を行うことにより、熱変位に対応して精度良く補正できて、加工精度が向上する。

なお、前記各実施形態では、いずれも、主軸側位置計測手段２０は、第１基準位置Ｐ１に読取部２２を設け、主軸軸心Ｏの付近にスケール２１の基部２１ａを設けたが、これとは逆に、第１基準位置Ｐ１にスケール２１の基部２１ａを設け、主軸軸心Ｏの付近に読取部２２を設けても良い。刃物側位置計測手段３０についても、前記各実施形態では、いずれも、第２基準位置Ｐ２に読取部３２を設け、刃物台７にスケール３１の基部３１ａを設けたが、これとは逆に、第２基準位置Ｐ２にスケール３１の基部３１ａを設け、刃物台７に読取部３２を設けても良い。

また、前記各実施形態では、いずれも演算手段４０が主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを演算するものとしたが、演算手段４０は、必ずしも主軸軸心・刃先間相対距離Ｌを演算することなく、主軸台５と刃物台７との主軸半径方向の移動量の補正に用いる値、例えば送り量指令値に対する補正量を演算するものとしても良い。その場合も、主軸軸心位置Ｏおよび刃物台７の位置の両方を計測するようにしたため、精度の良い補正が行え、結果として主軸軸心・刃先間相対距離を精度良く制御でき、加工精度の向上を図ることができる。
さらに、前記各実施形態では、いずれも刃物台７がタレット型の刃物台である場合につき説明したが、刃物台７は、櫛歯型等の他の形式のものであっても良い。
前記各実施形態は工作機械が旋盤であるが、この発明は工作機械がドリリングマシン、研削盤等である場合にも適用できる。

図１１は、この発明の第５の実施形態を示す。この実施形態は、図１〜図６に示した第１の実施形態において、刃物側位置計測手段３０を、スケール３１と読取部３２とでなるものとする構成に代えて、図１１の温度計測手段４４と温度対応刃物側位置計算手段４５とでなる刃物側位置計測手段３０Ａを設けたものである。温度計測手段４４は、刃物台７の温度を計測する手段であり、熱電対等の温度計等からある。温度対応刃物側位置計算手段４５は、温度計測手段７の温度計測値から、前記第２基準位置Ｐ２に対する前記主軸半径方向の刃物台７の位置を計算するものである。温度対応刃物側位置計算手段４５は、温度計測手段４４と刃物台７の主軸半径方向の位置との関係を設定したテーブルまたは演算式等からなる関係設定手段（図示せず）を有し、温度計測手段７の温度計測値と前記関係設定手段に設定された関係とから、刃物台７の主軸半径方向の位置を計算する。前記関係設定手段に設定されるテーブル，演算式等は、試験やシミュレーション等によって定めれたものとされる。温度対応刃物側位置計算手段４５は、例えば制御装置２に設けられ、刃物側位置計測手段３０Ａの計測結果として前記演算手段４０に入力される。第２基準位置Ｐ２は、例えば、ベッド３上における前記第１基準位置Ｐ１と同じ前記主軸半径方向の位置である。この実施形態におけるその他の構成は、第１の実施形態と同じである。

刃物台７の位置と温度とには、定まった関係があるため、上記のように温度計測することによっても、刃物台７の主軸半径方向の位置が精度良く求められる。そのため、この実施形態においても、主軸６の軸心位置および刃物台７の位置の両方を計測して、主軸軸心・刃先間相対距離を精度良く計測することができる。

１…工作機械本体
２…制御装置
３…ベッド
４…送り台
４Ａ，４Ｃ…半径方向送り台
５…主軸台
６…主軸
７…刃物台
１２…Ｘ軸移動機構
１６…Ｚ軸移動機構
１７…チャック
１８…工具
２０…主軸側位置計測手段
２１…スケール
２１ａ…基部
２２…読取部
２４，２４Ａ，２４Ｃ…取付部材
２６…支持台
２７，２７Ｂ…軸方向送り台
３０，３０Ａ…刃物側位置計測手段
３１…スケール
３１ａ…基部
３２…読取部
３４，３４Ｂ…取付部材
４０…演算手段
４３…熱変位補正手段
４４…温度計測手段
４５…温度対応刃物側位置計算手段
Ｌ，Ｌ０…主軸軸心・刃先間相対距離
Ｌ１，Ｌ２…距離
ΔＬ１，ΔＬ２…熱変位量
Ｏ…主軸の軸心
Ｐ１…第１基準位置
Ｐ２…第２基準位置
Ｗ…ワーク

Claims

ワークを把持するチャックを先端に有する主軸を回転自在に支持した主軸台と、工具が取付けられた刃物台とを、互いに主軸半径方向と主軸軸心方向とに相対的に移動可能にベッドに設置した工作機械において、
前記主軸半径方向に延びるスケールおよびこのスケールを読み取る読取部からなり、これらスケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記主軸台またはこの主軸台と共に主軸半径方向に移動する部材における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が第１基準位置に設けられてこの第１基準位置に対する前記主軸半径方向の主軸軸心位置を計測する主軸側位置計測手段と、
前記主軸半径方向に延びるスケールおよびこのスケールを読み取る読取部からなり、これらスケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記刃物台またはこの刃物台と共に主軸半径方向に移動する部材に設置され、他方が第２基準位置に設けられてこの第２基準位置に対する前記刃物台の位置を計測する刃物側位置計測手段とを設け、
前記第１基準位置と第２基準位置とを前記主軸半径方向に対して互いに位置固定とし、かつ前記第１基準位置と第２基準位置とは、前記主軸半径方向に対して、互いに一致するか、または熱変位の影響が無視できる程度に近接し、または熱変位の影響を精度良く補正できる程度に近接した位置とし、
前記主軸側位置計測手段の読み取り値と前記刃物側位置計測手段の読み取り値とから前記主軸半径方向における前記主軸軸心と刃物台間の距離である主軸軸心・刃先間相対距離を演算し、または前記主軸台と刃物台との主軸半径方向の相対移動量の補正に用いる値を演算する演算手段を設けた、
工作機械。
前記主軸台は、ベッド上に前記主軸半径方向に移動可能に設けられた送り台に、主軸軸心方向に移動自在に搭載され、前記刃物台は前記ベッド上に位置固定に設けられ、
前記主軸側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記送り台における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が前記ベッド上に位置固定の第１基準位置に設けられ、
前記刃物側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が前記刃物台に取付けられ、他方が前記ベッド上に位置固定の第２基準位置に設けられた
請求項１記載の工作機械。
前記主軸台はベッド上に位置固定に設けられ、前記刃物台は、前記ベッド上に半径方向送り台および軸方向送り台を介して設置されて、前記半径方向送り台は前記ベッド上に前記主軸半径方向に移動可能に設けられ、前記軸方向送り台は前記半径方向送り台上に主軸軸心方向に移動自在に搭載され、前記刃物台は前記軸方向送り台に搭載され、
前記主軸側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記主軸台における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が前記半径方向送り台上の位置となる第１基準位置に設けられ、
前記刃物側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記刃物台に取付けられ、他方が前記軸方向送り台上の位置となる第２基準位置に設けられた請求項１記載の工作機械。
前記主軸台はベッド上に前記主軸半径方向に移動可能に設けられ、前記刃物台は、前記ベッド上に主軸軸心方向に移動自在に設けられた軸方向送り台に搭載され、
前記主軸側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記主軸台における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が前記ベッド上に位置固定の第１基準位置に設けられ、
前記刃物側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記刃物台に取付けられ、他方が前記軸方向送り台上の位置となる第２基準位置に設けられた請求項１記載の工作機械。
前記主軸台は、ベッド上に主軸軸心方向に移動可能に設けられ、前記刃物台は、前記ベッド上に前記主軸半径方向に移動可能に設置された半径方向送り台に搭載され、
前記主軸側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記主軸台における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が前記半径方向送り台上の位置となる第１基準位置に設けられ、
前記刃物側位置計測手段は、前記スケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記刃物台に取付けられ、他方が前記半径方向送り台上の位置となる第２基準位置に設けられた
請求項１記載の工作機械。
前記主軸側位置計測手段のスケールは、前記チャックに把持され加工可能な最大径のワークの外径に前記刃物台の工具の刃先が接する位置に前記主軸台が位置するときに前記読取部が対応する位置から、前記主軸の軸心が前記工具の刃先と同じ前記主軸半径方向位置となるときに前記読取部が対応する位置である原点位置までの範囲に前記目盛りが付けられている請求項２または請求項４に記載の工作機械。
前記主軸側位置計測手段のスケールは、前記チャックに把持され加工可能な最大径のワークの外径に前記刃物台の工具の刃先が接する位置に前記刃物台が位置するときに前記読取部が対応する位置から、前記主軸の軸心が前記工具の刃先と同じ前記主軸半径方向位置となるときに前記読取部が対応する位置である原点位置までの範囲に前記目盛りが付けられている請求項３または請求項５に記載の工作機械。
ワークを把持するチャックを先端に有する主軸を回転自在に支持した主軸台と、工具が取付けられた刃物台とを、互いに主軸半径方向と主軸軸心方向とに相対的に移動可能にベッドに設置した工作機械において、
前記主軸半径方向に延びるスケールおよびこのスケールを読み取る読取部からなり、これらスケールの基端および読取部のいずれか一方が、前記主軸台またはこの主軸台と共に主軸半径方向に移動する部材における前記主軸半径方向の前記主軸軸心の付近に設置され、他方が第１基準位置に設けられてこの第１基準位置に対する前記主軸半径方向の主軸軸心位置を計測する主軸側位置計測手段と、
第２基準位置に対する前記主軸半径方向の前記刃物台の位置を計測する刃物側位置計測手段とを設け、
前記第１基準位置と第２基準位置とを前記主軸半径方向に対して互いに位置固定とし、かつ前記第１基準位置と第２基準位置とは、前記主軸半径方向に対して、互いに一致するか、または熱変位の影響が無視できる程度に近接し、または熱変位の影響を精度良く補正できる程度に近接した位置とし、
前記主軸側位置計測手段の読み取り値と前記刃物側位置計測手段の読み取り値とから前記主軸半径方向における前記主軸軸心と刃物台間の距離である主軸軸心・刃先間相対距離を演算し、または前記主軸台と刃物台との主軸半径方向の相対移動量の補正に用いる値を演算する演算手段を設けた、
工作機械。