マシニングセンタの熱変位補正制御に関する研究

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工作機械の加工精度は機械や工具などの様々な要因によって決まるが, その一つに, モータ発熱やベアリング等の摩擦熱及び周囲温度等が及ぼす工作機械構造物の熱変形が挙げられる. その対策として, 熱変位量の予測により, 加工位置を補正し, 加工精度を向上する熱変位補正システムが注目されている. そのためには工作機械を動作する時に各構造部の温度状態を多点測定し, 構造解析で求める加工位置変位を補正すれば位置精度向上が期待できる. しかし, 解析時間等による遅れや, ハードウェアに多くの費用が必要である. 本研究では, マシニングセンタに及ぼす熱影響で変化する主軸とテーブル位置との熱変位分を少数箇所の温度測定で予測し, リアルタイムに補正する省エネで効果的な熱変位補正制御システムを構築することを目的に行った.本研究で行う熱変位補正法は, 機械構造の表面温度と工具位置の関係を測定し, その工作機械が持つ熱変位の特性を重回帰分析することで得られる熱変位式を用いて, 測定温度から熱変位量を求める. 本研究では, CAEを用いた解析によりマシニングセンタ構造部の温度分布が影響する構造変形の状態を把握し, 最適な温度取得箇所の検討を行った. また, 実機による測定実験を行い, 主軸回転および室温を変化させたときの構造部温度と, Y軸, Z軸の変位との関係を調べた. さらに, 送り駆動によって生じる熱変位成分を把握するために各軸の送り速度と構造部温度の関係を測定し, その相関から, 送り速度と各位置の変位の関係を見出した. この二つの測定結果を分析し得られた式から変位量を求め, CNC装置が有する補正機能を用いて補正を行った.本研究の制御法の有効性を確認するために実機で検証実験を行い, 各軸方向全般において位置精度が向上でき, 熱変位補正に有効であることを確認することができた.