マシニングセンタの熱変形によって生じる加工位置誤差の補正制御

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本研究は、三次元空間位置となる加工範囲全般の直方体形状からの変形状態を把握するために、CAE解析と変位測定実験を行い、得られた各位置の変位量から、構造部の温度変化によって生じる加工位置誤差と検出温度の関係を求め、本研究が採用する熱変位補正プログラムに反映させることで加工範囲位置全般の補正効果を向上させることを目的に実施した。その結果、構造部の温度変化の要因となる室温、モータ発熱、制御回路、クーラント及び各揺動部の摩擦熱の複合要因の温度変化から加工位置をμmの精度で導き出すことは、現段階のCAE解析の境界条件では困難であるため、構造部温度の変化によって生じる変形状態の傾向の確認に解析結果を活用した。本研究の制御法は、予め構造部の温度測定と加工位置変位を測定する実験から得られる温度と変位の関係式から導き出す変位量を補正値として使用する。X軸変位は構造上、加工位置に対し左右対称であるため、主軸部の変位は室温変化、電源起動及び主軸回転による発熱の影響は小さいが、高速で加工位置が頻繁に移動する場合はボールねじ構成部の温度が変化しモータ取り付け部を起点にして加工位置終端部になるほど大きく位置誤差が生じる。また、移動する位置によっては発熱位置が異なり、各位置の変位も異なる。Y軸とZ軸の変位においては、加工位置が変化しない場合でも室温変化、電源起動及び主軸回転の発熱で加工位置が変位するため、加工テーブル側のボールねじ構成部変位を加味し、補正する。本研究の実験により、加工範囲各位置の補正値を求める本手法で位置精度が向上し、有効に働くことを確認し、工作機械構造部温度の測定点及び各位置の加工速度と、加工位置変位の関係式を用いて、構造部温度から加工位置の変位分を補正する本手法は加工位置全般において有効に働く手段になることが明らかとなった。