공작 기계 및 공작 기계의 변위 보정 방법 document_id A220623068322

종래부터, 예를 들어 금속재로 이루어지는 워크에 대해 펀칭이나 절삭 등의 가공을 행하는 공작 기계(머시닝센터)가 제공되어 있다. 이 공작 기계는 가공 데이터를 기초로 하여, 워크에 대해 공구를 상대적으로 이동시키면서 가공을 행하도록 구성되어 있다. 도20은 이러한 종류의 공작 기계의 본체(1)의 구성을 개략적으로 도시하는 측면도이다. 즉, 베이스(2) 상의 전방부측(도면에서 좌측)에는 워크(W)가 지지되는 테이블(3)이 설치되어 있다. 베이스(2) 상의 후방부측(도면에서 우측)에는 상방으로 연장되는 컬럼(4)이 설치되어 있다. 이 컬럼(4)은 XY 이동 기구(도시하지 않음)에 의해 좌우(X축) 및 전후(Y축) 방향으로 이동된다. 또한, 컬럼(4)의 전방면측에는 하향의 메인축(5)을 갖는 메인축 헤드(6)가 상하(Z축) 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 도시는 하지 않지만, 상기 메인축(5)의 선단부에는 공구가 교환 가능하게 설치되도록 되어 있다. 컬럼(4)에는 그 공구를 자동으로 교환하는 공구 교환 장치도 설치되어 있다. 도시는 하지 않지만, 본체(1)에는 제어 장치가 설치된다. 이 제어 장치는 가공 데이터를 기초로 하여, XY 이동 기구의 X축 및 Y축 서보 모터, Z축 서보 모터, 메인축 모터를 제어한다. 이에 의해, 컬럼(4)이 수평 방향으로 이동되는 동시에, 메인축 헤드(6)가 Z축 방향으로 이동되고, 또한 메인축이 회전된다. 이에 의해, 가공이 자동으로 실행된다. 이것도 도시는 하지 않지만, 상기 본체(1)에는 공구 부분의 냉각을 도모하는 동시에, 가공 시에 발생하는 절삭 칩을 씻어내기 위해, 절삭수 순환 기구가 설치된다. 이 절삭수 순환 기구는 절삭수가 수용되는 탱크 및 펌프 등을 갖고 있다. 이 절삭수 순환 기구에 의해 탱크로부터 퍼내어진 절삭수가, 예를 들어 절삭 가공 부위를 향해 토출된다. 그 절삭수는 베이스(2)의 상면 부분을 흐르고, 그 후 탱크로 복귀된다. 그 탱크 부분에서 절삭 칩이 포획되는 등의 순환이 행해진다. 그런데, 상기와 같은 공작 기계의 본체(1)에 있어서는, 상기 절삭수가 꽤 고온이 되는 사정이 있다. 그 이유로서는, 절삭수 순환 기구의 탱크 구조의 밀폐화, 펌프의 대용량화, 고압화, 고속 절삭에 의한 절삭수의 온도 상승을 들 수 있다. 또한, 메인축의 회전 속도의 고속화나 각 부의 이송 속도의 고속화에 의한 분위기 온도의 상승 등의 다양한 발열 환경도 절삭수의 온도 상승을 초래한다. 그리고, 예를 들어 주철(주물)제의 베이스(2)의 상면을 그 절삭수가 흐름으로써, 열팽창에 의한 베이스(2)의 Y축 방향의 신장 변형이 생긴다. 이 신장에 의해, 메인축(5)과 테이블(3) 사이의 거리가 변화되어 가공 오차를 발생시키는 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 방지하기 위해, 종래에는 강제적으로 베이스(2)의 온도를 균일화하기 위해, 절삭수를 베이스(2)의 내부에 순환시키는 구조로 하는 것이 행해지고 있었다. 혹은, 베이스(2) 전체를 단열 커버나 판금 커버로 덮는 물리적인 처치 방법이 행해지고 있었다. 그런데, 베이스(2) 전체를 아무리 커버로 덮었다고 해도, 절삭수가 흐르는 면이나, 주위의 기구 부분으로부터의 열의 출입에 의해, 베이스(2) 전체의 온도 분포를 똑같이 하는 것은 매우 곤란하다. 게다가, 가령 베이스(2) 전체의 온도 분포를 균일하게 할 수 있었다고 해도, 분위기 온도의 상승에 의해 베이스(2)의 열팽창은 피할 수 없는 것이었다. 또한, 이와 같은 물리적인 방법에서는, 비용이 드는 문제점도 있었다. 그래서, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2003-94290호 공보에 개시되는 보정 방법이 고려되고 있다. 이 방법에서는, 공작 기계의 요소에 온도 센서가 설치되고, 이들 온도 센서의 검출을 기초로 하여 열 변위량이 추측되고, 그 열 변위를 상쇄하도록 각 축의 이동량(메인축의 위치)이 보정된다. 구체적으로는, 온도 변화가 비교적 작은 부위에 기준 온도를 검출하는 열전대 등의 온도 센서가 설치되는 동시에, 온도 변화가 비교적 큰 부위에 주물 온도를 검출하는 온도 센서가 설치되고, 또한 기계 상부의 기온을 검출하는 온도 센서가 설치된다. 이들 각 온도 센서에 의해 소정 시간 간격으로 온도가 검출된다. 그리고, 주물 온도 및 기온의 각각에 대해, 전회(n － 1회째) 검출한 온도의 기준 온도와의 온도차, 금회(n회째) 검출한 기준 온도와의 온도차가 산출된다. 이들의 값과, 미리 실험에 의해 구해진 열시상수 및 열 변위 계수를 이용한 연산에 의해 각 축의 보정량이 구해진다.