JPH0241848A - Correcting method for thermal displacement of machine tool - Google Patents

Correcting method for thermal displacement of machine tool

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JPH0241848A
JPH0241848A JP19281288A JP19281288A JPH0241848A JP H0241848 A JPH0241848 A JP H0241848A JP 19281288 A JP19281288 A JP 19281288A JP 19281288 A JP19281288 A JP 19281288A JP H0241848 A JPH0241848 A JP H0241848A
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tool
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nose
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Abstract

PURPOSE:To approximate the calculation value of a thermal deformation and an observed value by correcting the thermal displacement in the axial direction of a main shaft with the estimated calculation of a thermal deformation from temperature by separating to the thermal deformation of the nose part of the main shaft, the thermal deformation of a tool part and the thermal deformation of a base part. CONSTITUTION:A nose thermal deformation means the deformation in a Z axial line direction of the main shaft 2 part projected from a column 1, a tool thermal deformation the projection quantity in the Z axial line direction of the tool 3 part projected from the main shaft 2 and a base thermal deformation the deformation in the Z axisl direction of the space from the column 1 side of the main shaft 2 to a table 4. The outputs of temp. sensors 12, 16, a nose temp. sensor 13, base temp. sensor 15 are input to a computing element 18 via an A/D converter 17 and the thermal variation amt. in the above three Z axial directions due to temp. is operated according to logic herewith. The correction timing corresponding to work working conditions is then set(at each fixed time at tool changing time) by a correction conditions setter 19. The output of the setter 19 is output to a numerical value control device 20 and a machine Z axial original point is corrected.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、工作機械の熱変位補正装置に関する。1.
?に、主軸の軸線方向の伸びを補正する機能を備えた工
作機械の熱変位補正装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a thermal displacement correction device for a machine tool. 1.
? The present invention relates to a thermal displacement correction device for a machine tool having a function of correcting elongation of a spindle in the axial direction.

[従来技術] 工作機械は、機体各部に発熱源を備えている。[Prior art] Machine tools are equipped with heat sources in each part of the machine.

例えば、主軸の軸受のころがり1↑擦熱、切削部分から
の発熱など数多い。これらの発熱源は、機体各部に伝導
し機体を変形させる。この機体の変形は、加工精度に影
響する。工作機械の機体の熱変形の防止と、変形後の補
正装置については種々の提案が過去されている。マシニ
ングセンタの補正装置は、X、Y軸線方向の補正装置が
知られている。また、Z軸線方向の伸び、ずなわち主軸
々線方向の伸びについての補正装置も提案されている。
For example, there are many causes such as friction heat caused by rolling of the main shaft bearing, heat generated from the cutting part, etc. These heat sources are transmitted to various parts of the fuselage and deform the fuselage. This deformation of the machine body affects machining accuracy. Various proposals have been made in the past regarding prevention of thermal deformation of the body of a machine tool and correction devices after deformation. As a correction device for a machining center, a correction device in the X and Y axis directions is known. Furthermore, a correction device for the elongation in the Z-axis direction, that is, the elongation in the direction of the main axes, has also been proposed.

特公昭6m−59860号公報は、主軸の伸びの実験式
を作り、この実験式をプログラムメモリ内にストアして
、工作a械の主軸頭、機体部分に設けたセンサにより温
度を検出し、この検出値により記憶されている実験式で
計算して変形量を補正するものである。
Japanese Patent Publication No. 6m-59860 creates an experimental formula for the elongation of the spindle, stores this experimental formula in the program memory, detects the temperature with a sensor installed in the spindle head and body of the machine, and calculates the elongation of the spindle. The amount of deformation is corrected by calculating using an experimental formula stored based on the detected value.

[発明が解決しようとする課題」 しかし、前記補正装置ηは、主軸の各要素がどのように
変形するか必ずしも明確でない。単に、近似的直線に変
形量をモデル化したにすぎない。このため、実際の変形
量との151に誤差が生じてしまう、正確に変形誤差を
修正するには、どの要素が、どのように熱変形するか詳
細に分析し、この分析結果から判断しなければならない
。この発明は、これらの問題点に着目したものである。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the correction device η, it is not always clear how each element of the main shaft deforms. The amount of deformation is simply modeled on an approximate straight line. For this reason, an error occurs in the actual deformation amount.In order to accurately correct the deformation error, it is necessary to analyze in detail which elements are thermally deformed and how, and make decisions based on the results of this analysis. Must be. This invention focuses on these problems.

この発明の目的は、主軸の軸線方向の熱変形を主軸を構
成する各要素に分解した実験式を作って、熱変形を正確
に予測して補正する工作fi[の熱変位補正方法を提案
するものである。
The purpose of this invention is to create an empirical formula that breaks down the thermal deformation in the axial direction of the spindle into each element that makes up the spindle, and to propose a thermal displacement correction method for work fi[ that accurately predicts and corrects the thermal deformation. It is something.

この発明の他の目的は、熱変形の計算値と実測値とがき
わめて近い工作機械の熱変位補正方法を提供するもので
ある。
Another object of the present invention is to provide a method for correcting thermal displacement of a machine tool in which the calculated value and the measured value of thermal deformation are very close to each other.

[前記課題を解決するための手段および作用]工作機械
の主軸の軸線方向の熱変位補正方法であって、主軸のノ
ーズ部分の熱変形であるノーズ熱変形、ツール部分の熱
変形であるツール熱変形、ベース部分の熱変形であるベ
ース熱変形とに分離して温度から熱変形を予測計算して
前記主軸の軸線方向の熱変位を補正する工作機械の熱変
位F411正方法である。
[Means and effects for solving the above problems] A method for correcting thermal displacement in the axial direction of a main spindle of a machine tool, which corrects thermal displacement in the axial direction of a main spindle of a machine tool, which includes thermal deformation of the nose portion of the main spindle, and tool heat deformation of the tool portion. This is a thermal displacement F411 positive method for machine tools that corrects thermal displacement in the axial direction of the main spindle by predicting and calculating the thermal deformation from the temperature by separating the deformation and the base thermal deformation, which is the thermal deformation of the base portion.

前記ノーズ熱変形は即時応答要素に、前記ツール熱変形
は即時応答要素に、前記ベース熱変形は即時応答要素と
一次遅れ要素に分解して補正するとより高精度に補正で
きる。
By decomposing the nose thermal deformation into an immediate response element, the tool thermal deformation into an immediate response element, and the base thermal deformation into an immediate response element and a first-order lag element, the correction can be made with higher accuracy.

更に、前記ベース熱変形を室温変化を直線近似(ヒして
補正計算するとなお実測値に近い補正ができる。
Furthermore, if the thermal deformation of the base is calculated by linearly approximating the room temperature change, the correction can be made closer to the actually measured value.

[この発明の原理] 第1図に示すものは、マシニングセンタのコラム1、主
軸2、ツール3、工作物テーブル4を示したものである
。ここでいうノーズとは、主軸2が=1ラム1から突き
出している部分をいう。ツール3は、主軸2に取り付け
た切削工具などの工具部分をいう。工作物テーブル4は
、ベツド上に設けられ加工時に工作物を載置して機械加
工を行うものである。いずれも、これらの横道は、マシ
ニングセンタとして公知の構造である。また、図示した
ものは、主軸が水平タイプの横型マシニングセンタの例
であるが、主軸が1に直タイプの縦型でも軸の名称が変
わるのみで同様である。
[Principle of the Invention] FIG. 1 shows a column 1, a spindle 2, a tool 3, and a workpiece table 4 of a machining center. The nose here refers to the part where the main shaft 2 protrudes from the =1 ram 1. The tool 3 refers to a tool portion such as a cutting tool attached to the spindle 2. The workpiece table 4 is provided on the bed and is used to place a workpiece during machining and perform machining. In both cases, these sideways have a structure known as a machining center. Furthermore, although the illustrated example is a horizontal type machining center with a horizontal type main axis, a vertical type machining center with a straight type main axis is also the same, except that the names of the axes are different.

以下でいうノーズ熱変形とは、前記コラム1から突き出
た主軸2部分のZIllI線方向の変形をいう。ツール
熱変形とは、主軸2から突き出たツール3部分のZ軸線
方向の突出量をいう。ベース熱変形とは、主軸2のコラ
ム2 +11Jからテーブル4 t:’dのZ軸線方向
の変形をいう、以下、熱変形ごとの実測値を示す。日立
精機(株)製(Hr’−300)のマシニングセンタを
使って、実験を行いデータをとった。第2図にその実験
装置を示す。
The thermal deformation of the nose hereinafter refers to the deformation of the portion of the main shaft 2 protruding from the column 1 in the ZIllI line direction. The tool thermal deformation refers to the amount of protrusion of the tool 3 portion protruding from the main shaft 2 in the Z-axis direction. Base thermal deformation refers to deformation in the Z-axis direction from column 2 +11J of main shaft 2 to table 4 t:'d.Hereinafter, actual measured values for each thermal deformation will be shown. Experiments were conducted and data were collected using a machining center manufactured by Hitachi Seiki Co., Ltd. (Hr'-300). Figure 2 shows the experimental setup.

実験装置の仕様は次のとおりである。The specifications of the experimental equipment are as follows.

k叉へLr代灸 イ)温度計 ※メーカ:宝工業(株)製 ※型 式: E641−2 ※人 カニ素子互換式サーミスタセンサ5点(’T’ 
1−”「5 )測定範囲−9,18〜+79.28°C
(使用範囲0〜+40.64°C)※出 力+TI−T
5(各出力のON / OF F”可 : OFF点はデータO出力)シリアルデータ(バイナ
リ16 ビットパラレル:この内7ビツトを使用) ストローブ(負倫理) データ更新:約1秒、71回 オープンコレクタ ※分解能:0.01°C(使用分解能0.32°(E) 口)インテリジェント・モジュール ※メーカ:日立精機(株)製 ・北大 カニ汎用パラレル入力ボート8点く標咽フ゛ル
ア′・γプ2/IVをL2Vに変更)※出 カニPA準
 RS 232 C(M A X 9600  nPs
) zK言 語: SE I K r−52r3 A S 
I <2※その他: RA M 851 Kバイト(電
池バックアップ) ハ〉非接触変位計(静電容量式) ※メーカ:岩崎通信機(株)製 そぐ型 式:メータ部S T −3501プローブ31
D ※測定範囲:  l 、 0 :j= 0 、5 m 
+n※出 カニ上5V、/±0.5…rn ※直線性:±1% 二)アンバー製マグネットスタンド ※メーカ:日立F17機(株)製 ホ)データロガ− ※メーカ:1」本電機三栄(株)製 ※型 式ニアV13 %式% ※出 カニデータ9!、新約0.1秒/1点 (コPB ※分解能:0.0OIV(使用した分解能0゜01■) へ)パソコン 二とメーカ:NEC ※を 式:本体 PC−98XA  カラーデイスプレ
ィ N5923 (1120X750ドツト) ※人 力; QP−T B、R8232Cミ;イ言  
35:MS−oos    N88    BAS[C
(1)ノーズ熱変形 (a)室温一定 主軸回転数を変化させた時の、ノーズ温度とノーズ熱変
形の関係を第3図に示す。同図は、各1Ii1転数にお
いて連続運転し、変化が飽和した時のノーズ温度とノー
ズ熱変形を、コールドスターI・(機械電源を落として
機械が十分安定した状態を居準とする)とホットスター
1〜(油圧電源投入後、機械が十分安定した状態を基準
とする)比較で示している同図から次の3点が明らかで
ある。
Thermometer *Manufacturer: Takara Kogyo Co., Ltd. *Model: E641-2 *Person Crab element compatible thermistor sensor 5 points ('T'
1-""5) Measuring range -9,18~+79.28°C
(Usage range 0 to +40.64°C) *Output + TI-T
5 (ON/OFF of each output possible: OFF point is data O output) Serial data (Binary 16-bit parallel: 7 bits of these are used) Strobe (negative ethics) Data update: Approximately 1 second, 71 times open collector *Resolution: 0.01°C (Used resolution: 0.32° (E)) Intelligent module *Manufacturer: Hitachi Seiki Co., Ltd., Hokkaido University Crab general-purpose parallel input boat with 8 points /IV changed to L2V) *Out Crab PA quasi RS 232 C (MAX 9600 nPs
) zK Language: SE I K r-52r3 A S
I <2*Others: RAM 851 K bytes (battery backup) C> Non-contact displacement meter (capacitance type) *Manufacturer: Iwasaki Tsushinki Co., Ltd. Model: Meter section ST-3501 Probe 31
D *Measurement range: l, 0:j=0, 5 m
+n*Out crab top 5V, /±0.5…rn *Linearity: ±1% 2) Amber magnetic stand *Manufacturer: Hitachi F17 Machine Co., Ltd. E) Data logger *Manufacturer: 1" Hondenki Sanei ( Co., Ltd. *Model Nia V13 % Formula % *Out Crab Data 9! , New approx. 0.1 seconds/1 point (to PB *Resolution: 0.0OIV (resolution used: 0゜01■)) PC Manufacturer: NEC *Formula: Main unit PC-98XA Color display N5923 (1120X750 dots) ) *Human power; QP-T B, R8232C;
35:MS-oos N88 BAS[C
(1) Nose thermal deformation (a) Figure 3 shows the relationship between nose temperature and nose thermal deformation when the main shaft rotational speed is changed at a constant room temperature. The figure shows the nose temperature and nose thermal deformation when the change is saturated during continuous operation at each 1Ii1 rotation number with Cold Star I (the machine is turned off and the machine is in a sufficiently stable state). The following three points are clear from the figure showing a comparison of Hot Star 1 to (based on the state in which the machine is sufficiently stable after the hydraulic power is turned on).

イ)機械の変化が飽和した時点では、ノーズ温度とノー
ズ変形とは1次の関係にある。
b) At the point when mechanical changes are saturated, there is a linear relationship between nose temperature and nose deformation.

口)ホットスタートでは、コールドスタートに対し、約
4.5°Cノーズ温度のレベルが高い。
Mouth) In a hot start, the level of nose temperature is approximately 4.5°C higher than in a cold start.

これは、主軸冷却装置の能力に依存する現象とηえる。This can be considered to be a phenomenon that depends on the capacity of the spindle cooling device.

マシニンクセンタの主軸冷却装置を、機械とのマッナニ
ングのにで評価する1手段となる。
This is a means of evaluating the spindle cooling system of a machining center based on machining with the machine.

ハ)主軸回転数は、基本的1<ラメータにな−1ていな
い。
C) The spindle rotation speed is basically not 1 < Rammeter -1.

次に、一定回転数における回転開々fjから停止に至る
までのノーズ温度とノーズ変形の関係を第11図に示す
。同IAから次の°11が曾える。
Next, FIG. 11 shows the relationship between the nose temperature and the nose deformation from the opening of rotation fj to the stop at a constant rotation speed. The next °11 can be seen from the same IA.

二)10分間隔の測定では、ノーズ温度の変化にfli
うノーズ変形に遅れは生じない。ノーズ温J艶とノーズ
変形の間には、−1−記飽和時と同じ関係がある。
2) When measuring at 10 minute intervals, fli
There is no delay in nose deformation. There is the same relationship between the nose temperature and gloss and the nose deformation as in -1- at the time of saturation.

ボ)ノーズ全長りを105 m rnとすると、ノーズ
変形の線膨張係数αの値は]、02X1♂r/°C1と
なり、ノーズを構成している鋳鉄の線膨張係数にほぼ一
致する。
B) If the total length of the nose is 105 m rn, the value of the linear expansion coefficient α of the nose deformation is 02×1♂r/°C1, which almost matches the linear expansion coefficient of the cast iron forming the nose.

すなわち、ノーズ温度とノーズ変形の関係は、次式で表
現される。
That is, the relationship between nose temperature and nose deformation is expressed by the following equation.

ΔL=αXLXΔT      (1)(ΔL:ノーズ
変形、α:線膨張係数、L:ノーズ全長、Δ]゛:ノー
ズ温度変化) (1))室温変化 室温変化のある時のノーズ温度とノーズ変形の関係金弟
5図に示す。第5図では、ノーズ温度を変える条件とし
て、機械電源OFFの状■から油圧電源を投入してジャ
ケット部に冷却油を循環させ、また設置環境である室温
を図中にあるパターンに従って、変化させた。室温変化
時においても、ノーズ温度とノーズ変形の間には、室温
一定時と同じ(1)式で表される線膨張の理論式が成立
すると言える。
ΔL=αXLXΔT (1) (ΔL: Nose deformation, α: Linear expansion coefficient, L: Nose total length, Δ]゛: Nose temperature change) (1)) Room temperature change Relationship between nose temperature and nose deformation when room temperature changes It is shown in Fig. 5 of Golden Brother. In Figure 5, as conditions for changing the nose temperature, the hydraulic power is turned on from the mechanical power OFF state (■) to circulate cooling oil in the jacket part, and the room temperature, which is the installation environment, is changed according to the pattern shown in the figure. Ta. Even when the room temperature changes, it can be said that the same theoretical formula for linear expansion expressed by equation (1) as when the room temperature is constant holds between the nose temperature and the nose deformation.

(2)ツール熱変形 (:1 )室温一定 主軸回転数を変化させた時の、ノーズ温度とツール変形
の関係を第6図に示す9.第6図では、各回転数におい
て連続運転し、変化が飽和した時のノーズ温度とツール
変形の関係位置を○印で示している。また、図の原点か
ら各飽和位置を直線でモ11んである。これは、主軸回
転数とノーズ温度とは直接的な関係が無いものの[(前
記ハ)参照)]、一定回転数におけるノーズ温度とツー
ル変形の関係はこの線」二にあるからである(これにつ
いては、第9図で詳細に説明する)。
(2) Tool thermal deformation (:1) Figure 6 shows the relationship between nose temperature and tool deformation when the spindle rotation speed is changed at a constant room temperature.9. In FIG. 6, the position of the relationship between the nose temperature and tool deformation when the change is saturated during continuous operation at each rotation speed is indicated by a circle. In addition, each saturation position is drawn by a straight line from the origin of the figure. This is because although there is no direct relationship between spindle rotation speed and nose temperature [see (C) above)], the relationship between nose temperature and tool deformation at a constant rotation speed is on this line. will be explained in detail in FIG. 9).

さらに、ノーズ温度が8°C(任意)の位置がら各線を
よぎってOrpmの線との交点l〕に至る破線を、縦軸
に平行に記しである。第0図から、各回転数におけるツ
ール変形の空冷効県着を求めることができる。図中の破
線がP点から各回転数の線と交わる位置までの長さが、
Orpmの空冷効果に対するそれぞれの回転数の空冷効
果量を意味する。回転数とツール空冷効果の関係を第7
図に示す。第7図は、第6図のノーズ温度が8°Cにお
けるツール空冷効果を各回転数毎に示したものである。
Further, a broken line is drawn parallel to the vertical axis, crossing each line from the position where the nose temperature is 8° C. (arbitrary) and reaching the intersection point 1 with the Orpm line. From FIG. 0, the air cooling effect predetermined value of tool deformation at each rotation speed can be determined. The length of the broken line in the figure from point P to the point where it intersects with each rotation speed line is
It means the air cooling effect amount of each rotation speed with respect to the air cooling effect of Orpm. The relationship between rotation speed and tool air cooling effect is shown in the seventh section.
As shown in the figure. FIG. 7 shows the tool air cooling effect at each rotation speed when the nose temperature of FIG. 6 is 8°C.

回転数が4,0OOrp+n以トでは空冷効果の値はほ
ぼ同じであるが、それ以下の回転数では、空冷効果の値
は回転数の影響を強く受けることがわかる。図中の実線
は、回転数と空冷効果の関係を直線で近似したものであ
る。第6図のQ r p tnのツール変形から第7図
の空冷効果の値を差し引いたものが、実際のツール変形
となる。ノーズ温度をパラメータとした、各回転数にお
けるツール変形を第8図に示す、第81Xlは、ノーズ
温度が定まれば、・1.OOOrpm以上の領域では回
転数に関わらず一定のツール変形量になることを示して
いる。
It can be seen that the value of the air cooling effect is almost the same when the rotation speed is 4,0OOrp+n or higher, but at a rotation speed below that, the value of the air cooling effect is strongly influenced by the rotation speed. The solid line in the figure is a straight line approximation of the relationship between the rotation speed and the air cooling effect. The actual tool deformation is obtained by subtracting the value of the air cooling effect shown in FIG. 7 from the tool deformation Q r p tn shown in FIG. 6. FIG. 8 shows the tool deformation at each rotation speed using the nose temperature as a parameter. It is shown that in the region of OOOrpm or more, the amount of tool deformation is constant regardless of the rotation speed.

これは、ツールの変形を予測するのに際して、この領域
では回転数を取り込む必要の無いことを意味する。また
、ノーズ温度と回転数とは密接な関係が無い[前記ノー
ズ熱変形(a)室温一定ハ)参照1とはいえ、4.Or
)Orpm以下ではノーズ温度は6°Cを越えない(第
6図参照)。
This means that there is no need to incorporate the rotational speed in this region when predicting tool deformation. In addition, there is no close relationship between the nose temperature and the rotational speed [see 1. Or
)Orpm, the nose temperature does not exceed 6°C (see Figure 6).

これは、第8図における4、000rpm以下の大きな
ツール変形は、実際には生じないことを示す。ゆえに、
回転数の全領域にわたって、ノーズ温度とツール変形の
関係を数/A mの誤差内で、第6図における4、00
Orpmの線で代表させることが可能である。
This shows that the large tool deformation below 4,000 rpm in FIG. 8 does not actually occur. therefore,
The relationship between nose temperature and tool deformation over the entire range of rotational speeds is calculated within an error of 4,00 m in Fig. 6.
It can be represented by the Orpm line.

すなわち、ノーズ温度とツール変形の関係は次式で表現
される。
That is, the relationship between nose temperature and tool deformation is expressed by the following equation.

Δ[,5,5,ΔT (Δ1..:ツール変形、Δ′「二ノーズ温度変化)次
に、一定回転数における回転開始(コールド)から停止
(コールド〉に至るまでのノーズ温度とツール変形の関
係を第9し1に示す。回転開始後、時間の経過に伴って
ノーズ温度は上昇しツール変形も進む。このノーズ温度
とツール変形を10分ごとにaI!l定した点は、1λ
1の原点からある傾斜を持たせて引いた直線上を移動す
る。変化がほぼ飽和した時点で回転を停止すると、約1
時間後からはこれも図の原点からI/、3なる傾↑:1
を持たせて引いた直線−Lを点は移動して原点に戻る。
Δ[, 5, 5, ΔT (Δ1..: tool deformation, Δ′ "two-nose temperature change)" Next, the nose temperature and tool deformation from the start (cold) to the stop (cold) at a constant rotation speed. The relationship between is shown in No. 9 and 1. After the start of rotation, the nose temperature increases and the tool deformation progresses as time passes.The point at which the nose temperature and tool deformation are determined every 10 minutes is 1λ
Move on a straight line drawn with a certain slope from the origin of 1. If the rotation is stopped when the change is almost saturated, approximately 1
After time, this also has a slope of I/, 3 from the origin of the figure ↑: 1
The point moves along the straight line -L drawn with , and returns to the origin.

同図から次のことが言える。The following can be said from the figure.

イ)10分間隔の測定では、ノーズ温度の変化に伴うツ
ール変形に遅れは生じない。飽和時を含めて、ノーズ温
度とツール変形とは原点からある傾斜を持たせて引いた
直線で示される関係にある。
b) When measuring at 10 minute intervals, there is no delay in tool deformation due to changes in nose temperature. Nose temperature and tool deformation, including the time of saturation, have a relationship shown by a straight line drawn from the origin with a certain slope.

r7)一定回転数におけるノーズ温度とツール変形の関
係が、回転を停止することによってOrp川時用バラ〉
・ス状!ぶに移行するのに約1時間を要する。
r7) The relationship between nose temperature and tool deformation at a constant rotation speed changes when the rotation is stopped.
・Striped! It takes about 1 hour for the transition to take place.

1′4中の点P L−P5は、  10 、000 r
 p Inグ)状yフかI’) Orp mのバランス
状態へ移行する過程含示すものである。このl) 1−
P 5を、各ノーズ温度においてOr p rn線上の
値から10,000r p In線上の値を引いた数値
に対する飽和率で、経過時間ごとに10ットシたものが
第10図である。
The point P L-P5 in 1'4 is 10,000 r
It includes the process of transitioning to the balanced state of P Ing) y F or I') Orp m. This l) 1-
FIG. 10 shows P 5 as the saturation rate with respect to the value obtained by subtracting the value on the Or p rn line from the value on the 10,000 r p In line at each nose temperature, and is calculated by 10 points for each elapsed time.

飽01率(ノーズ温度)−[ツール伸び(Pi5)  
10.OOOrpm読み]/[Orpm読み−1,00
0rpm読み] すなわち、第10図は、テス1へに使用したツール(ツ
ールート主軸端)のQ r p mにおけるステップ入
熟応答を意味する。同図より、Or p mにおけるツ
ール系の温度飽和時定数は約13 m i nである。
Saturation rate (nose temperature) - [Tool elongation (Pi5)
10. OOOrpm reading] / [Orpm reading - 1,00
0 rpm reading] That is, FIG. 10 means the step ripening response at Q r p m of the tool used for Test 1 (tool root main shaft end). From the figure, the temperature saturation time constant of the tool system at Or p m is approximately 13 min.

また、第9図とは逆にOr p m時のバランス4JQ
 1gから回転時のバランス状態へ移行する過程を調べ
ることにより、回転時のステップ入熱応答を得ることが
できる。しかし、第9図に見るように、10.000r
pmでは回転開始t& 10 m inですでにツール
変形は10,000rprn線上にあるので、この時の
変位飽11時定数は数分後以下であることが予想できる
Also, contrary to Fig. 9, the balance 4JQ at Or p m
By examining the process of transition from 1 g to the balanced state during rotation, the step heat input response during rotation can be obtained. However, as shown in Figure 9, 10.000r
Since the tool deformation is already on the 10,000 rprn line at t & 10 min from the start of rotation at pm, it can be expected that the displacement saturation 11 time constant at this time will be less than a few minutes later.

b)室温変化 室温が変化するとその影響でノーズ温度が変化する。変
化する過程のノーズ温度とツール変形との関係はすでに
明らかにした(第9図)。ここでは、室温の変化がツー
ル変形に直接に与える影響を考える。したがって、室温
変化にfol−ってノーズ温度が変化することによる成
分は除いである。第11図は、主軸回転を停止した状態
で室温を変化させ、変形が飽和した時の室温とツール変
形の関1系を示す。同図から次のことが言える。
b) Room temperature change When the room temperature changes, the nose temperature changes as a result. The relationship between the nose temperature and tool deformation during the process of change has already been clarified (Figure 9). Here, we consider the direct influence of room temperature changes on tool deformation. Therefore, the component caused by a change in nose temperature due to a change in room temperature is excluded. FIG. 11 shows a relationship between room temperature and tool deformation when the room temperature is changed with the spindle rotation stopped and the deformation is saturated. The following can be said from the figure.

イ)ツール変形が飽和した時点では、室温変化とツール
変形とは1次の関係にある。これは、ツール長をツール
長110rnmとし、素材の線膨張(系IJaを1.0
2X 1.0−5E/°C] とし−(’XI−算した
値の約2倍である。
b) At the point when tool deformation is saturated, there is a linear relationship between room temperature change and tool deformation. The tool length is 110 nm, and the linear expansion of the material (system IJa is 1.0 nm).
2X 1.0-5E/°C] -('XI- This is about twice the calculated value.

第9図のノーズ温度の場合と同様に、室温が変化する場
合らツール単体の変形だけでなく、主軸端のfη置も大
きく変化することがうかがわれる。
As in the case of the nose temperature in FIG. 9, it can be seen that when the room temperature changes, not only the tool itself is deformed, but also the fη position at the end of the spindle changes greatly.

次に、第12図に室温変化時のツール変形の経時応答を
示す。同図からの次のことが言える。
Next, FIG. 12 shows the time-dependent response of tool deformation when room temperature changes. The following can be said from the figure.

口)室温変化に対し、Qrpm時のツール変形は20分
程度遅れて応答する。
Mouth) Tool deformation at Qrpm responds to changes in room temperature with a delay of about 20 minutes.

第12図におけるOrpm時の室温変化に対するツール
変形の遅れは、先の第10図の結果にほぼ等しい。これ
は、両テストで基本的な境界条件に差がないことからも
予測され得る。これより回転時の室温変化に伴うツール
変形時定数は、数分以1:であることが予想できる。す
なわち、室温変化とツール変形の関係は次式で表現され
る。
The delay in tool deformation with respect to room temperature change during Orpm in FIG. 12 is approximately equal to the result shown in FIG. 10 above. This can also be expected from the fact that there is no difference in the basic boundary conditions between the two tests. From this, it can be predicted that the tool deformation time constant due to room temperature changes during rotation is several minutes or more. That is, the relationship between room temperature change and tool deformation is expressed by the following equation.

ΔL=2.2XΔT        (3)(Δ1.:
ツール変形、ΔT:室温変化)(3)ベース熱変形 サーミスタ温度計のセンサをベース(ノーズ元部)に接
着剤で収り付けて温度を検出し、これをベース温度とし
た。同時に、別のサーミスタ温度計センサ部を粘土で包
み、応答を多少鈍くした形で室温を検出した。また、テ
ーブルから電気マイクロメータを用いてJlつなベース
変位をベース′変形とした。
ΔL=2.2XΔT (3) (Δ1.:
Tool deformation, ΔT: room temperature change) (3) Base thermal deformation thermistor The sensor of the thermometer was attached to the base (base of the nose) with adhesive to detect the temperature, and this was taken as the base temperature. At the same time, the sensor part of another thermistor thermometer was wrapped in clay to detect room temperature with a somewhat slower response. Furthermore, using an electric micrometer from the table, the base displacement was defined as the base' deformation.

(a)室温一定 主軸回転数を変1ヒさせた時の、ベース温度とベース変
形の関係を第13図に示す。第・13図では、各回転数
において連続運転し、変化が飽和した時のベース温度と
ベース変形の関係位置を○印で示している。同図から次
のことか言える。
(a) Figure 13 shows the relationship between base temperature and base deformation when the spindle rotational speed is varied at a constant room temperature. In Fig. 13, the position of the relationship between the base temperature and base deformation when the change is saturated after continuous operation at each rotation speed is indicated by a circle. From the figure, we can say the following.

イ)変化が飽和した時点では、ベース温度とベース変形
とは1次の関係にある。
b) At the point when the change is saturated, the base temperature and base deformation have a linear relationship.

同じく、変化が飽和した時点では、ベース変形はノーズ
温度ともやや緩い1次の関係が認められた。しかし、ノ
ーズ温度からベース変形を子atIIすると、再現性を
含め数、4z mの誤差が出る。テーブルとベース間の
変位を検討するのに際して、構造の経路であると同時に
熱経路でもあるその経路内に、代表温度の計測点を設定
した方が良い結県を?1)る。
Similarly, at the point when the change was saturated, a somewhat loose first-order relationship between the base deformation and the nose temperature was observed. However, if the base deformation is subtracted from the nose temperature, there will be an error of 4zm, including reproducibility. When considering the displacement between the table and the base, is it better to set a representative temperature measurement point within the path, which is both a structural path and a thermal path? 1).

次に、回転数を変えて行った時のベース温度とベース変
形の関係を第13図に示す。同図ら次のことが言える。
Next, FIG. 13 shows the relationship between base temperature and base deformation when the rotation speed is changed. The following can be said from the figure.

口)10分間隔の測定では、ベース温度の変化に115
うベース変形に遅れは生じない。
(Note) When measuring at 10 minute intervals, 115% of the base temperature changes.
There is no delay in base deformation.

すなわち、ベース温度とベース変形の関係は次式でに現
される。
That is, the relationship between base temperature and base deformation is expressed by the following equation.

Δ1、=2.5XΔ’r         < 71>
(Δ1−二ベース変形、ΔT二ベース温度変化)(1)
)室温変化 室温が変化するとその影響でベース温度が変化する。こ
の変(ヒする過程のベース温度とベース変形の関係はす
でに明らかにした(第14図)。ここでは、室温の変化
がベース変形に直接与える影響を考える。したがって、
室温変化に件ってベース温度が変化することによる成分
は除いである。
Δ1,=2.5XΔ'r<71>
(Δ1-two base deformation, ΔT two base temperature change) (1)
) Room temperature change When the room temperature changes, the base temperature changes as a result. The relationship between base temperature and base deformation during this deformation process has already been clarified (Fig. 14).Here, we will consider the direct influence of room temperature changes on base deformation.Therefore,
Components due to changes in base temperature due to changes in room temperature are excluded.

第15図は、主軸回転を停止した状!5で室温を変1ヒ
させ、変形が飽和した時の室温変化とベース変形の関係
を示す。また、図中にはコラムをZ軸方向に100 r
n m移動した際のデータをかめている。同図から次の
ことが言える。
Figure 15 shows the state in which the main shaft rotation has stopped! The room temperature was changed in step 5, and the relationship between the room temperature change and the base deformation when the deformation was saturated is shown. In addition, in the figure, the column is 100 r in the Z-axis direction.
Data is stored when moving by nm. The following can be said from the figure.

イ)ベース変形が飽和した時点では、室温変化とベース
変形とは1次の関係にある。しかし、室温が4二昇する
とテーブルとベース間が広がる方向に変位し、これまで
の室温」二dに1゛15うノーズ熱変形およびツール変
形を相殺する効用を持つ。
b) At the point when base deformation is saturated, there is a linear relationship between room temperature change and base deformation. However, when the room temperature rises by 42 degrees, the space between the table and the base shifts in the direction of widening, which has the effect of offsetting the thermal deformation of the nose and the tool deformation, which is 1.15 times the room temperature.

口)室温とベース変形との関係は、デープルに対するコ
ラムのZ方向位置、Z軸ボールイ、ジに与えるブリテン
シミ1ンのhl、スケールフィードバック機能の有無な
どに影響される。
The relationship between room temperature and base deformation is influenced by the Z-direction position of the column with respect to the daple, the Z-axis ball position, the HL of the Britten stain 1 applied to the dimple, the presence or absence of a scale feedback function, etc.

ハ)熱変位補正を行う代表的コラム位置の設定からlo
om+nコラムを移動させた位置では、室温変1ヒ1°
Cに付き1μm程度の誤差が生じる。
C) Lo from setting the representative column position for thermal displacement correction
At the position where the om+n column is moved, the room temperature changes by 1 degree.
An error of about 1 μm occurs in C.

これは、ボールネジ100mmの熱膨張の理論値にほぼ
一致する。
This approximately corresponds to the theoretical value of thermal expansion of a 100 mm ball screw.

次に、室温変化などのベース変形の経時応答を第17図
に示す。3時間で6°C室温上昇するパターンにしたが
って、15分ごとに恒温設備のコン1〜ローラを操作し
た。本来恒温設備用のコント1’74用いて各種室温変
化のパターンを設定することは雉しい。しかし、第17
図で与えたような室1.1ム変化のパターン(ランプ入
力)は、不満足ながら比較的容易に作ることができる。
Next, FIG. 17 shows the response over time of base deformation such as changes in room temperature. Controllers 1 to 1 of the constant temperature equipment were operated every 15 minutes according to a pattern in which the room temperature rose by 6°C in 3 hours. It is difficult to set various room temperature change patterns using Control 1'74, which was originally intended for constant temperature equipment. However, the 17th
The pattern of chamber changes (ramp input) as given in the figure can be produced relatively easily, although unsatisfactorily.

同図から次のことが言える。The following can be said from the figure.

二)室温変化のランプ入力に対しベース変形は数時間の
遅れで応答し、室温変化の停止後がら最終的にベース変
形が飽和するには長時間を要する。
2) The base deformation responds to the ramp input of room temperature change with a delay of several hours, and it takes a long time for the base deformation to finally reach saturation even after the room temperature change has stopped.

ポ)ベース変形が飽和した時点では、室温変化とベース
変形の関係は先の第15図に示した直線1−にある。
B) At the point when the base deformation is saturated, the relationship between the room temperature change and the base deformation is along the straight line 1- shown in FIG. 15 above.

今、ベース変形は、ハ)項で示したボールネジのように
室温変化に対し比較的時間遅れの無い熱要素と、二)項
で示した長時間経過して変形が飽和ずろ1次遅れ要素の
か成であると仮定する。つまり、現実に機械を構成して
いる熱要素は多くあるが、2個の特徴的な熱要素でこれ
を代表されることになる。この2個の熱要素の室温変化
に対する応答を数式化することに依り、時々刻々の室温
からベース変位を推定することか11丁能になる。室温
変1ヒである入力の形式は、 (1)数式に古まれる係数を実験値と音わせる必要上、
実験的に設定が容易なものであること。
Now, the base deformation can be caused by a thermal element that has relatively no time lag in response to room temperature changes, such as the ball screw shown in section 3), or a first-order lag element, where the deformation saturates over a long period of time, as shown in section 2). Assume that In other words, there are many thermal elements that actually make up a machine, but these are represented by two characteristic thermal elements. By formulating the response of these two thermal elements to room temperature changes, it becomes possible to estimate the base displacement from the momentary room temperature. The input format for room temperature changes is as follows: (1) Because it is necessary to make the coefficients used in the formula sound like experimental values,
It should be easy to set up experimentally.

■現実の室温変化のパターンを近似できるらのであるこ
と。
■It must be possible to approximate the pattern of actual room temperature changes.

の理由からランプ人力とした。すなわち、室温変化とベ
ース変形の関係は、次式で表現される。
For this reason, the lamp was powered by humans. That is, the relationship between room temperature change and base deformation is expressed by the following equation.

(Δl−:ベース変形、α:No、1要素線膨張係数、
K:温度勾配、β:N o 、 2要素線膨張係数、1
・経過時間、τ:N0,2要素時定数)(5)式に示し
た関1系式は、その中に3(14の未知数(α、β、τ
)を含んでいる。これらの未知数を決定する手順を以下
に説明する。第17図の点Aは室温変化が停止した時刻
を示している。
(Δl-: Base deformation, α: No, 1-element linear expansion coefficient,
K: temperature gradient, β: N o, two-element linear expansion coefficient, 1
・Elapsed time, τ: N0, two-element time constant) The function 1 system equation shown in equation (5) contains 3 (14 unknowns (α, β, τ
). The procedure for determining these unknowns will be explained below. Point A in FIG. 17 indicates the time when the room temperature change stopped.

(5)式は室温変1ヒをランプ入力とした時のベース変
形を示しているので、これは第17図の点A以下の時間
における関係を示したものに過ぎない。室711変1ヒ
が停止した点A以降のベース変形は、即ち次式で表現さ
れる。
Equation (5) shows the base deformation when the room temperature change 1 is used as the lamp input, so it only shows the relationship at the time below point A in FIG. 17. The base deformation after point A where the chamber 711-1-hi stopped is expressed by the following equation.

Δし−(α+β)K・1.+β・K・τ(11/τ e    )−(α+β)K(を−φ)−β・K・(L
−φ/τ) τ(1−e)(6) (Δ1−二ベース変形、α:NO1要素線膨張係数、B
 : NO2要素線膨張係数、K:温度勾配:経過時間
、τ: NO2要素時定数、φ:点Aまでの時間) (6)式の第1項及び第3項は、時々刻々の室温から直
ちに決定される変形成分であり、第2項及び第4項は室
温変化が時間遅れをf「つて変形に影響を与える成分で
ある。この第2項及び第4項は、極めて長時間後にはO
となって無視できる成分でもある。すなわち、(6)式
で表現されるベース変形は、長時間後には次式になる。
Δshi−(α+β)K・1. +β・K・τ(11/τ e )−(α+β)K(−φ)−β・K・(L
-φ/τ) τ(1-e)(6) (Δ1-two base deformation, α: NO1 element linear expansion coefficient, B
: NO2 element linear expansion coefficient, K: temperature gradient: elapsed time, τ: NO2 element time constant, φ: time to point A) The first and third terms of equation (6) are expressed as follows: These are the determined deformation components, and the second and fourth terms are components that affect the deformation due to the time delay caused by room temperature change.
It is also a component that can be ignored. That is, the base deformation expressed by equation (6) becomes the following equation after a long time.

ΔL−(α+β)K・φ (α+β)ΔT       (7) 〈ΔI−:ベース変形、α:NOI要!i:線膨張係数
、β:N02要索線膨張係数、1(:温度勾配、φ:点
A迄の時間、ΔT:室温変化) (7)式におけるαトβの値は、第15図の直線の傾斜
から求めることができる。
ΔL-(α+β)K・φ (α+β)ΔT (7) <ΔI-: Base deformation, α: NOI required! i: coefficient of linear expansion, β: coefficient of linear expansion, 1 (: temperature gradient, φ: time to point A, ΔT: change in room temperature) The values of α and β in equation (7) are as shown in Figure 15. It can be determined from the slope of the straight line.

α + β 二 −4、3[メL 10 /′℃1また
、第17図のベース変形が室温のランプ人力と平行的に
シフl−1,たhl、が時定数τの値になる。第17図
では室温変化のランプ入力に対し、ベース変形が過渡状
態の時点で室温変化を停止しているため、正確なτの値
を得ていない。本来このτの値と先の(Z+βの値を任
意の時点の(5)式の右辺に代入し、左辺にテストによ
る変位実測値を代入することによって、一義的にα及び
βの値を決定する事か可能である。ここでは試行錯誤法
によりτの値を決定した。
α + β 2 −4, 3[MeL 10 /′°C 1 Also, the base deformation in FIG. 17 is shifted parallel to the lamp manual force at room temperature, and the time constant τ becomes the value of the time constant τ. In FIG. 17, in response to the lamp input of room temperature change, the room temperature change stops when the base deformation is in a transient state, so an accurate value of τ is not obtained. Originally, the values of α and β can be uniquely determined by substituting this value of τ and the value of (Z+β) into the right side of equation (5) at any point in time, and substituting the actual measured displacement value from the test into the left side. Here, the value of τ was determined by trial and error method.

第17図では、点Aから縦軸に平行に引いた線がベース
変形の軌跡と交わる位置を点Pで示しである。この点P
において適当なτの値を設定しく5)式に代入する。(
5)式から仮のαとβの値を求め、これら(Z、β、及
び、τの値を(6)式に代入し、任意の時点の変位実測
値との一致度を−とる。この様にして求めた室温変化の
ランプ入力とベース変位との相関は次式となる。
In FIG. 17, a point P indicates a position where a line drawn parallel to the vertical axis from point A intersects with the locus of base deformation. This point P
Set an appropriate value of τ and substitute it into equation 5). (
5) Calculate tentative values of α and β from the equation, substitute these (Z, β, and τ values into equation (6), and calculate the degree of agreement with the actual displacement value at any point in time. The correlation between the lamp input of the room temperature change and the base displacement determined as follows is as follows.

Δ1.=−・l 3XK−t+16XK (1−t−4
,3xK(t−一φ)  16XK(1−(Δ1、二ベ
ース変形、K:温度勾配、1.:経過時間、φ:点A迄
の時間) 室温変化を第17図の直線近似したもので代表させた時
の(8)式による計算値と変形実測との差を第18図に
示す。
Δ1. =-・l 3XK-t+16XK (1-t-4
, 3xK (t-1φ) 16XK (1-(Δ1, two-base deformation, K: temperature gradient, 1.: elapsed time, φ: time to point A) Room temperature change is approximated by a straight line in Figure 17. FIG. 18 shows the difference between the calculated value using equation (8) and the actual deformation measurement when represented.

(11)総り熱変形 ノーズ温度、ベース温度、および、室温のデータからノ
ーズ熱変形、ツール熱変形、及び、ベース熱変形のそれ
ぞれを式(L)−(8)を用いて算出した。さらにこれ
ら熱変形の和を総合計算値とした。また、テーブルから
非接触変位計で測つたツール先端部の変位をツール先端
実測変位とした。
(11) Total thermal deformation Nose thermal deformation, tool thermal deformation, and base thermal deformation were each calculated from the data of nose temperature, base temperature, and room temperature using equations (L)-(8). Furthermore, the sum of these thermal deformations was taken as the comprehensive calculation value. In addition, the displacement of the tool tip measured from the table with a non-contact displacement meter was defined as the actual measured displacement of the tool tip.

(a)室温一定 時々劾々の各部熱変形、および、その総&31算値を、
ツール先端実11jll変位と比較させて第19図に示
す。同図から次の′、11が言える。
(a) Temperature deformation of various parts at constant room temperature, and the total &31 calculated value,
FIG. 19 shows a comparison with the actual tool tip displacement 11jll. From the figure, the following ', 11 can be said.

■特定回転数においては、計算値は実Jjll変位と数
μmの誤差内にある。
(2) At a specific rotation speed, the calculated value is within an error of several μm from the actual Jjll displacement.

(1))室温変化 室温変化のある時、この変化を直線近似した活用を用い
て予測した熱変形の総合計算値をツール先端実測変位と
比較させて第20図に示す。すなわち、 ■40−50μmの熱変形に対し、計算と実測値は約5
μmnの誤差を生じる。
(1)) Room temperature change When there is a room temperature change, the total calculated value of thermal deformation predicted using a linear approximation of this change is shown in Fig. 20 in comparison with the measured displacement of the tool tip. In other words, ■For a thermal deformation of 40-50 μm, the calculated and actual value is approximately 5
This results in an error of μmn.

(5)マシニングセンタの主軸伸び補正具」二のような
テス1−を通じて、機械温度と各部の熱変形の関係を、
それぞれの式を示す事によって明らかにした。温度から
熱変形を予測しこれを補正する方式によるマシニングセ
ンタの主軸伸びhli正システムが以下に示すシミュレ
ーション機構である。
(5) Spindle elongation corrector for machining center” Through test 1-2, the relationship between machine temperature and thermal deformation of each part is determined.
This was clarified by showing each formula. The simulation mechanism shown below is a machining center spindle elongation hli positive system based on a method of predicting thermal deformation from temperature and correcting it.

(6)シミュレーション機構 ノーズ熱変形、ツール熱変形、ベース熱変形に付いてえ
た機械温度と熱変形の関係式は、ここでは基本的に以下
の2種類の熱要素に対する応答式として分類するができ
る。
(6) Simulation mechanism The relational expressions between mechanical temperature and thermal deformation obtained for nose thermal deformation, tool thermal deformation, and base thermal deformation can be basically classified here as response expressions to the following two types of thermal elements. .

イ)即時応答要素 ・;ベ−ス熱変形(ノーズ温度数存分)ΔL−1,02
xlOxi−xΔT  (9)(ΔL;ノーズ変形、I
−コノーズ長、ΔT:ノーズ温度変化) 一りツール熱変形(ノーズ温度数存分)AL=5.”;
/s:<Δ”r     (10)(Δ1−:ツール変
形、ΔT二ノーズ温度変化)・ミぐツール熱変形(室温
依f/:分)   (11)ΔL=2.2XΔT (Δ1−:ツール変形、ΔT:室温変化〉・ニーベース
熱変形(ベース温度依存分)ΔL=2.5XΔT   
    (12>(ΔL二ベース変形、へT二ベース温
度変化)口)−次遅れ要素 ※ベース熱変形(室温依存分) ΔL言−4,3xK−t+16xK (1−(イ)モデ
ル室温の直線近似 第21図は、SINカーブを室温変化に見立てて、これ
を直線近似した例である。直線近似には以下の手法を用
いた。
B) Immediate response element: Base thermal deformation (nose temperature number) ΔL-1,02
xlOxi-xΔT (9) (ΔL; nose deformation, I
-Connose length, ΔT: Nose temperature change) Single tool thermal deformation (nose temperature number) AL=5. ”;
/s:<Δ”r (10) (Δ1-: tool deformation, ΔT two-nose temperature change)・Mig tool thermal deformation (room temperature dependence f/: min) (11) ΔL=2.2XΔT (Δ1-: tool Deformation, ΔT: Room temperature change>・Knee base thermal deformation (base temperature dependence) ΔL=2.5XΔT
(12>(ΔL two base deformation, T two base temperature change) mouth) - next lag element *Base thermal deformation (room temperature dependence) ΔL word -4,3xK-t+16xK (1-(a) Linear approximation of model room temperature Fig. 21 is an example of a linear approximation of the SIN curve, which is likened to a change in room temperature.The following method was used for the linear approximation.

(ΔI−:ベース変形、K:温度勾配、し:経過時間) (7)室温変化の直線近似 即時応答要素に付いては、簡単に式をプログラム化する
事ができる。しかし、−次dれ要素に付いては、ソフト
」二での若干の問題を解決しておく必要がある。(13
)式はランプ人力に対する一次遅れ要素の応答を意味す
る。実際に間代でΔLの値を決定するには、時間に対す
る温度変化の勾配にの値、および温度変化が開始してか
らの経過時間りを知る必要がある。すなわち、時々刻々
の室温変化を過去の任意の時点からの傾斜で近似してラ
ンプ入力化(直線近似)する事が要求される。
(ΔI-: base deformation, K: temperature gradient, shi: elapsed time) (7) Linear approximation of room temperature change For the immediate response element, the equation can be easily programmed. However, for the -order d lag element, it is necessary to solve some problems with the software. (13
) means the response of the first-order lag element to the lamp human power. In order to actually determine the value of ΔL in the clonic state, it is necessary to know the value of the slope of temperature change with respect to time and the elapsed time since the temperature change started. That is, it is required to approximate the momentary change in room temperature by the slope from an arbitrary point in the past and convert it into a ramp input (linear approximation).

次回の予測温度=今回の温度十に×ΔtΔT>(次回の
実際温度−次回の予測温度)(N:カラン!・数、Δt
a1TIl定インターヴアルΔT:fi居値) この手法は、同一基準温度をもつ直線群を1ブI7ツク
として扱うことを意味する。次回の実際温度と次回の予
測温度の差が敷居値を越えるとく例えば2回連続して)
そのときの温度(次回の実際温度)を新たな仏学温度と
して採用し、また、カウント数をリセッl−する。室温
を検出する温度計の分解能と室温外乱を考慮して、セン
サ感度をコントロールする(板金カバーに取り付ける、
粘土でコーティングする)とともに、敷居値を適当に選
定することによって、室温変化を自動的に数本の直線群
で分解近似することができる。第22図は先の第17図
で示した室温変化をこのソフトで自動直線近似した例で
ある。各直線群の区切りを縦軸に平行な線で示しである
Next predicted temperature = current temperature x ΔtΔT > (next actual temperature - next predicted temperature) (N: Karan! number, Δt
a1TIl constant interval ΔT:fi value) This method means that a group of straight lines having the same reference temperature are treated as one block. When the difference between the next actual temperature and the next predicted temperature exceeds a threshold value (for example, twice in a row)
The temperature at that time (the next actual temperature) is adopted as the new Buddhist temperature, and the count number is reset. The sensor sensitivity is controlled by taking into account the resolution of the thermometer that detects room temperature and room temperature disturbances (installed on the sheet metal cover,
By appropriately selecting the threshold value, it is possible to automatically decompose and approximate changes in room temperature using a group of straight lines. FIG. 22 is an example of automatic linear approximation of the room temperature change shown in FIG. 17 using this software. The divisions of each straight line group are shown by lines parallel to the vertical axis.

(ロ)式の積み重ね (13)式で示したものは、室温変化の基準時が1個で
ある時の直線群に対する応答式であって、第21図およ
び第22IyIに示したように幾つかの直線群に室温が
分割される場合は、2個目以降の直線群に対する応答式
を付加する必要がある。ここでは通常の室温変化に対し
て最大5個の直線群が作られるものとしたときの式の構
成を示ず。
(B) Accumulation of Equation (13) Equation (13) is a response equation for a group of straight lines when there is only one reference time for room temperature change, and as shown in Figures 21 and 22IyI, there are several If the room temperature is divided into a group of straight lines, it is necessary to add response equations for the second and subsequent groups of straight lines. Here, we do not show the structure of the equation when it is assumed that a maximum of five straight line groups are created for normal room temperature changes.

八L=−4,3XT4−16XK1 (L  cx+)
(−L7’3.13)1 一16XK1 [1−exp (−(し−φ1)、/’
3.1311 +16 X K 2 [1−e x p (−(を−φ
1)/3.131] 一16xK2 [1−exp (−(を−φ1−φ2>
/3.1311 +16XK3 [1exp <   (t−φ1−φ2
>、/3.13)] 16XK3  [1−exp  +−(t−−φic/
、2−cI)3)/3. 131]+1.6XK4  
[1−exp  (−(t−φl −φ2−$3>/3
. 13)1 16xK4  [1−exp  (−(t−!/)1−
φ2− 、/、 3−φ4)、/3.13)]+16x
K5 [1−exp I−(t−φl−φ2−φ3−φ
4>、/3.1311(Δ1−二ベース変形、T:温度
ポテンシャル、1:経過時間、K1−5:各直線群の温
度勾配、φ1−4:K1−4の継続時間 6個目の直線群が作られた際には、最初の直線Iffの
温度変化の影響が飽和したものとしてその影響を無視す
る。すなわち、常に最新の5個の直線1rtの影響のみ
を積み重ねていることになる。
8L=-4,3XT4-16XK1 (L cx+)
(-L7'3.13)1 -16XK1 [1-exp (-(shi-φ1),/'
3.1311 +16 X K 2 [1-e x p (-(-φ
1)/3.131] -16xK2 [1-exp (-(-φ1-φ2>
/3.1311 +16XK3 [1exp < (t-φ1-φ2
>, /3.13)] 16XK3 [1-exp +-(t--φic/
, 2-cI) 3)/3. 131]+1.6XK4
[1-exp (-(t-φl −φ2-$3>/3
.. 13) 1 16xK4 [1-exp (-(t-!/)1-
φ2- , /, 3-φ4), /3.13)] +16x
K5 [1-exp I-(t-φl-φ2-φ3-φ
4>, /3.1311 (Δ1-two-base deformation, T: temperature potential, 1: elapsed time, K1-5: temperature gradient of each straight line group, φ1-4: duration of K1-4 6th straight line When a group is created, the influence of the temperature change on the first straight line Iff is assumed to be saturated and is ignored.In other words, only the influence of the latest five straight lines 1rt is always accumulated.

へ髪良牡1又1− 第23図に示すものは、この発明の工作機械の熱変位補
正方法を実施するための制御回路の機能ブロック図であ
る。マシニングセンタ10には、室温センサ12.10
、ノーズ温度センサ13、ベース温度15が収り付けら
れている。これらのセンサは、どのタイプでも良いがサ
ーミスタ温度センサが望ましい。室温センサ12は、ス
プラッシュカバー内温度、室温センサ16は機械設置環
境温度を検出する。
Yoshio Hegami 1 or 1 - What is shown in FIG. 23 is a functional block diagram of a control circuit for carrying out the method for correcting thermal displacement of a machine tool according to the present invention. The machining center 10 includes a room temperature sensor 12.10.
, a nose temperature sensor 13, and a base temperature sensor 15 are housed. These sensors may be of any type, but a thermistor temperature sensor is preferred. The room temperature sensor 12 detects the temperature inside the splash cover, and the room temperature sensor 16 detects the temperature of the machine installation environment.

室温センサ12.16、ノーズ温度センサ13、ベース
温度センサ15の出力は、へ/D変換器17に入力され
る。入力されたアナログ信号は、デジタル信号に変換さ
れる。Δ/D変換器17の出力は、演算器18に入力さ
れる。演算器18は、1iif記した理論にしたがって
、Z軸方向の熱変位量を演算する。演算2t18の出力
は、hli正東件設定器1つに出力される。補正条f′
1一般定器1つは、工作物加工条件に応じたhli正タ
イミングを設定する(一定時間毎、ツール交換時)。補
正条件設定器19の出力は、数値制御装置20へ出力さ
れ機械Z軸原点が補正される。
The outputs of the room temperature sensor 12 , 16 , nose temperature sensor 13 , and base temperature sensor 15 are input to the D/D converter 17 . The input analog signal is converted to a digital signal. The output of the Δ/D converter 17 is input to the arithmetic unit 18. The calculator 18 calculates the amount of thermal displacement in the Z-axis direction according to the theory described in 1iif. The output of the operation 2t18 is output to one hli correct event setter. Amendment article f'
1. One general ruler sets the hli positive timing according to the workpiece machining conditions (every fixed time, when changing the tool). The output of the correction condition setter 19 is output to the numerical control device 20, and the machine Z-axis origin is corrected.

[発明の効果] 以上詳記したようにこの発明は、主軸の軸線方向の伸び
を正確に補正することができる。
[Effects of the Invention] As described in detail above, the present invention can accurately correct the elongation of the main shaft in the axial direction.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は主軸の変位測定対象を示す図、第2図は実験装
置を示す図、第3.4.5図はノーズ温度とノーズ変形
の関係を示す図、第6図はノーズ温度とツール変形の関
係を示す図、第7図はツールの空冷効果を示す図、第8
図は主軸回転数とツール変形の関係を示す図、第9図は
ノーズ温度とツール変形の覆歴を示す図、第10図は回
転停止に後のツールの変化を示す図、第11図は室温変
化とツール変形の1旬係を示す図、第12図は室温変化
時のツール変形を示す図、第13.14図はベース温度
とベース変形の関係を示す図、第15図は室温変化とベ
ース変形の関係を示す図、第16図はテーブルとコラム
の位置関係を示す図、第17図は室温変化時のベース変
形の経時応答を示すIa、第18図は計算値と変形実測
値との差を示す図、第19図は各熱変形の実測値および
総合計値を示す図、第20図は室温変化のあるとき熱変
形のP3斤計算値とツール先端実測変位との関係を示す
図、第21図はサインカーブを室温変化に吃立てて直線
近似した例、第22図は第17図で示した室温変化を自
動直線近似した例を示す図、第23図はこの発明のAさ
変位制御装置の実施例を示す図である。 1・・・コラム、2・・主軸、3・・ツール、11・・
工作物テーブル、10・・・マシニングセンタ、12.
16・・・室温センサ、13・・・ノーズl、′!度セ
ンサ、15・・・ベース温度セン!、17・・・A/D
変喚器、18・・・演算器、19・・・補正条件設定器
、20・・・数値制御装置 第 1r7゜ 第 3 !
Figure 1 is a diagram showing the main shaft displacement measurement target, Figure 2 is a diagram showing the experimental equipment, Figure 3.4.5 is a diagram showing the relationship between nose temperature and nose deformation, and Figure 6 is a diagram showing the relationship between nose temperature and tool. Figure 7 shows the relationship between deformation, Figure 7 shows the air cooling effect of the tool, Figure 8 shows the effect of air cooling on the tool.
Figure 9 shows the relationship between spindle rotation speed and tool deformation, Figure 9 shows the history of nose temperature and tool deformation, Figure 10 shows changes in the tool after rotation has stopped, and Figure 11 shows the relationship between the spindle rotation speed and tool deformation. Figure 12 is a diagram showing the relationship between room temperature change and tool deformation, Figure 12 is a diagram showing tool deformation when room temperature is changed, Figures 13 and 14 are diagrams showing the relationship between base temperature and base deformation, and Figure 15 is room temperature change. Figure 16 is a diagram showing the positional relationship between the table and the column, Figure 17 is Ia showing the temporal response of base deformation when room temperature changes, and Figure 18 is the calculated value and the measured value of deformation. Figure 19 is a diagram showing the actual measured value and total value of each thermal deformation, and Figure 20 is a diagram showing the relationship between the calculated P3 loaf value of thermal deformation and the actual measured displacement of the tool tip when there is a change in room temperature. Figure 21 is an example of a linear approximation of a sine curve based on room temperature changes, Figure 22 is an example of automatic linear approximation of the room temperature changes shown in Figure 17, and Figure 23 is an example of the invention. It is a figure showing an example of an A displacement control device. 1...Column, 2...Spindle, 3...Tool, 11...
Workpiece table, 10... machining center, 12.
16...room temperature sensor, 13...nose l,'! Degree sensor, 15...Base temperature sensor! , 17...A/D
Converter, 18...Arithmetic unit, 19...Correction condition setter, 20...Numerical controller No. 1r7゜3rd!

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、工作機械の主軸の軸線方向の熱変位補正方法におい
て、主軸のノーズ部分の熱変形であるノーズ熱変形、ツ
ール部分の熱変形であるツール熱変形、ベース部分の熱
変形であるベース熱変形とに分離して温度から熱変形を
予測計算して前記主軸の軸線方向の熱変位を補正する工
作機械の熱変位補正方法。 2、第1項記載において、前記ノーズ熱変形は即時応答
要素に、前記ツール熱変形は即時応答要素に、前記ベー
ス熱変形は即時応答要素と一次遅れ要素に分解して補正
することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。 3、第2項記載において、前記ベース熱変形を室温変化
を直線近似化して補正計算することを特徴とする工作機
械の熱変位補正方法。
[Claims] 1. In a method for correcting thermal displacement in the axial direction of the main spindle of a machine tool, nose thermal deformation that is thermal deformation of the nose portion of the main spindle, tool thermal deformation that is thermal deformation of the tool portion, and thermal deformation of the base portion A thermal displacement correction method for a machine tool that corrects thermal displacement in the axial direction of the main shaft by predicting and calculating the thermal deformation from the temperature separately from the base thermal deformation that is deformation. 2. In item 1, the nose thermal deformation is corrected by decomposing it into an immediate response element, the tool thermal deformation into an immediate response element, and the base thermal deformation into an immediate response element and a first-order lag element. A thermal displacement correction method for machine tools. 3. The method for correcting thermal displacement of a machine tool according to item 2, characterized in that the base thermal deformation is corrected and calculated by linearly approximating a change in room temperature.
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