CN102596496A - 机床的机械位移修正系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种使用能够直接检测出立柱等机械结构物的倾斜角度的水平仪等倾斜角度检测器的机床的机械位移修正系统。因此，所述机床的机械位移修正系统具备：倾斜角度检测器(水平仪)，设置于所述机床的结构物，检测所述结构物的倾斜角度并输出倾斜量数据；及修正装置(92)；其中，该修正装置(92)具有：倾斜量数据输入部(93)，从所述倾斜角度检测器输入所述倾斜量数据(c1～c6)；机械位移量计算部(94)，基于由所述倾斜量数据输入部输入的所述倾斜量数据(c1～c6)来计算所述结构物的机械位移量；及修正量计算部(95)，基于由所述机械位移量计算部计算出的所述结构物的机械位移量来计算所述机床的移动轴(X轴、Y轴、Z轴)的修正量。

Description

机床的机械位移修正系统

技术领域

本发明涉及用于修正机床的机械位移(热位移、自重位移、水平位移)的机械位移修正系统。

背景技术

一般而言，在进行机床的定位控制的伺服控制装置中采用图7所示那样的全闭环的反馈控制系统。省略了具体的说明，在图7所示的伺服控制装置中，基于来自设置于移动体1的位置检测器2的位置反馈信息(即机械端的位置信息)和由设置于伺服电机3的脉冲编码器4经由微分运算部5而反馈的速度反馈信息来控制伺服电机3的旋转，由此，以使移动体1的位置追随位置命令的方式进行定位控制。另外，在图7中，Kp是位置环增益，Kv是速度环比例增益，Kvi是速度环积分增益，s是拉普拉斯算子。

如上述那样，在全闭环的反馈控制系统中，将机械端的位置信息用作位置反馈信息，但是，当由于机床内所具有的主轴及伺服电机3等热源及外部气体的温度变化而在机床的各结构物上产生机械位移时，机床的各移动轴的定位精度及三维空间中的工具的定位精度等静态精度恶化。机械位移不仅仅因热位移而产生，也因由自重引起的挠曲及由水平位移引起的结构物的挠曲等而产生。

另外，作为机床的控制系统，当采用如图8所示的半闭环的反馈控制系统时，将伺服电机3的位置信息(通过脉冲编码器4检测出的伺服电机3的旋转角度)用作位置反馈信息，因此，静态精度趋于进一步恶化。另外，即使在机械人等的控制中，此种机械位移也同样会产生。

因这些机械位移而导致的静态精度的恶化、特别是因热量等引起的机械位移而导致的静态精度恶化是加工误差増大的较大的主要原因之一，即使现在也仍然是个较大的问题。作为这些静态精度恶化的对策，以往，已知有将如下的热位移修正系统设置于机床的控制系统：将温度传感器嵌入机械，根据该温度传感器的温度数据利用简易的算数式来推测机械的热位移量，并通过使机械坐标等移动与该位移量相当的量而对机械位移量进行补偿。该热位移修正系统的具体例由图9及图10表示。

图9是卧式加工中心的情况，温度传感器23-1～23-10分别配置于机座11、立柱12、可在X轴方向上移动的滑鞍13、设置有主轴25且可在Z轴方向上移动的头部14、可在Y轴方向上移动的工作台15和载置于工作台15上的工件W。利用这些温度传感器23-1～23-10来检测各结构物(机座11、立柱12、滑鞍13、头部14及工作台15)及工件W的温度并输出温度数据(温度检测信号)a1～a10。

修正装置24具有温度数据输入部16、热位移量计算部17和修正量计算部18。在温度数据输入部16，从温度传感器23-1～23-10输入温度数据a1～a10。在热位移量计算部17，基于由温度数据输入部16输入的温度数据a1～a10来计算因热量而产生的各结构物(机座11、立柱12、滑鞍13、头部14及工作台15)及工件W的位移量。在修正量计算部18，基于由热位移量计算部17计算出的各结构物(机座11、立柱12、滑鞍13、头部14及工作台15)及工件W的热位移量来计算各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)上的位移量，将这些位移量的相反符号的值设成各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)的修正量，并将这些修正量向各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)的伺服控制装置19、20、21发送。

在X轴的伺服控制装置19中，在偏差运算部22，通过将在修正量计算部18计算出的X轴的修正量(＝“-X轴的位移量”)加在X轴位置命令上来修正X轴位置命令，并运算该修正后的X轴位置命令和X轴的位置反馈信息的偏差。在Y轴的伺服控制装置20中，在偏差运算部22，通过将在修正量计算部18计算出的Y轴的修正量(＝“-Y轴的位移量”)加在Y轴位置命令上来修正Y轴位置命令，并运算该修正后的Y轴位置命令和Y轴的位置反馈信息的偏差。在Z轴的伺服控制装置21中，在偏差运算部22，通过将在修正量计算部18计算出的Z轴的修正量(＝“-Z轴的位移量”)加在Z轴位置命令上来修正Z轴位置命令，并运算该修正后的Z轴位置命令和Z轴的位置反馈信息的偏差。

图10是门形加工中心的情况，温度传感器45-1～45-8分别配置于机座31、门形的立柱32、内置有主轴36的滑枕35、工作台37和载置于工作台37的工件W。利用这些温度传感器45-1～45-8检测各结构物(机座31、立柱32、滑枕35及工作台37)及工件W的温度并输出温度数据(温度检测信号)b1～b8。另外，工作台37可在X轴方向上移动，滑鞍34可以沿着横轨33在Y轴方向上移动，滑枕35(主轴36)可在Z轴方向上移动。

修正装置46具有温度数据输入部38、热位移量计算部39和修正量计算部40。在温度数据输入部38，通过温度传感器45-1～45-8输入温度数据b1～b8。在热位移量计算部39，基于在温度数据输入部38输入的温度数据b1～b8来计算因热量而引起的各结构物(机座31、立柱32、滑枕35及工作台37)及工件W的位移量。在修正量计算部40，基于在热位移量计算部39计算出的各结构物(机座31、立柱32、滑枕35及工作台37)及工件W的热位移量来算出各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)中的位移量，将这些位移量的相反符号的值设成各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)的修正量，并将这些修正量向各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)的伺服控制装置41、42、43发送。

在X轴的伺服控制装置41中，在偏差运算部44，通过将在修正量计算部40计算出的X轴的修正量(＝“-X轴的位移量”)加在X轴位置命令上来修正X轴位置命令，并运算该修正后的X轴位置命令和X轴的位置反馈信息的偏差。在Y轴的伺服控制装置42中，在偏差运算部44，通过将在修正量计算部40计算出的Y轴的修正量(＝“-Y轴的位移量”)加在Y轴位置命令上来修正Y轴位置命令，并运算该修正后的Y轴位置命令和Y轴的位置反馈信息的偏差。在Z轴的伺服控制装置43中，在偏差运算部44，通过将在修正量计算部40计算出的Z轴的修正量(＝“-Z轴的位移量”)加在Z轴位置命令上来修正Z轴位置命令，并运算该修正后的Z轴位置命令与Z轴的位置反馈信息的偏差。

作为与使用这样的温度传感器的热位移修正系统相关的现有技术文献，有下述的专利文献1～5。

专利文献1：日本特开平10-6183号公报

专利文献2：日本特开2006-281420号公报

专利文献3：日本特开2006-15461号公报

专利文献4：日本特开2007-15094号公报

专利文献5：日本特开2008-183653号公报

专利文献6：日本特开2007-175818号公报

专利文献7：日本特开平11-226846号公报

发明内容

但是，用于推测机械的热位移量的温度传感器的个数并不是没有限制的，因此难以完全地把握机械的热位移量，另外，在现有的方法中，根据温度传感器的检测值而对机械的热位移模式及热位移量进行推定求算，因此不能完全地补偿热位移。

另一方面，为了将机械的热位移设成尽可能纯粹的热位移模式为目的，提出了上述专利文献6所记载的发明等。但是，难以将因外部气体温度的变化等产生的机械的热位移完全地设成纯粹的热位移模式(排除立柱等的翘曲、歪斜等，仅设成伸缩模式)，难以将因外部气体温度的变化等而产生的立柱等的翘曲、歪斜完全排除。

因此，本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种使用能够对立柱等机械结构物的倾斜角度进行直接检测的水平仪等的倾斜角度检测器的机床的机械位移修正系统。

另外，在上述专利文献7中，提出了使用水平仪的发明，但该发明涉及组合水平仪和压电促动器而成的姿势控制装置，而不是修正机械位移的系统，与本发明的目的不同。

解决上述问题的第一发明的机床的机械位移修正系统是修正机床的机械位移的机械位移修正系统，其特征在于，具备：

倾斜角度检测器，设置于所述机床的结构物，检测所述结构物的倾斜角度并输出倾斜量数据；及

修正装置；

该修正装置具有：

倾斜量数据输入部，从所述倾斜角度检测器输入所述倾斜量数据；

机械位移量计算部，基于由所述倾斜量数据输入部输入的所述倾斜量数据来计算所述结构物的机械位移量；及

修正量计算部，基于由所述机械位移量计算部计算出的所述结构物的机械位移量来计算所述机床的移动轴的修正量。

另外，第二发明的机床的机械位移修正系统是修正机床的机械位移的机械位移修正系统，其特征在于，具备：

倾斜角度检测器，设置于所述机床的结构物，检测所述结构物的倾斜角度并输出倾斜量数据；

温度传感器，所述机床的结构物或工件，检测所述结构物或工件的温度并输出温度数据；及

修正装置；

该修正装置具有：

倾斜量数据输入部，从所述倾斜角度检测器输入所述倾斜量数据；

机械位移量计算部，基于由所述倾斜量数据输入部输入的所述倾斜量数据来计算所述结构物的机械位移量；

第一修正量计算部，基于由所述机械位移量计算部计算出的所述结构物的机械位移量来计算所述机床的移动轴的第一修正量；

温度数据输入部，从所述温度传感器输入所述温度数据；

热位移量计算部，基于由所述温度数据输入部输入的所述温度数据来计算所述结构物或所述工件的热位移量；

第二修正量计算部，基于由所述热位移量计算部计算出的所述结构物或所述工件的热位移量来计算所述移动轴的第二修正量；及

修正量加法运算部，将由所述第一修正量计算部计算出的所述第一修正量和由所述第二修正量计算部计算出的所述第二修正量相加。

发明效果

根据第一发明的机床的机械位移修正系统，当由于翘曲、歪斜等机械位移(热位移、自重位移及水平位移，或者，热位移、自重位移及水平位移的混合)而使机床的结构物倾斜时，能够直接通过倾斜角度检测器(例如水平仪)来把握该结构物的倾斜量(倾斜角度)。因此，基于以该倾斜角度检测器而直接把握的结构物的倾斜量数据来计算结构物的机械位移量，由此，能够高精度地推定该机械位移量，能够基于该机械位移量而得到高精度的移动轴的修正量。因此，能够实现高精度的补偿系统。

根据第二发明的机床的机械位移修正系统，与上述第一发明同样地，当由于翘曲、歪斜等机械位移(热位移、自重位移及水平位移，或者，热位移、自重位移及水平位移的混合)而使机床的结构物倾斜时，能够直接通过倾斜角度检测器(例如水平仪)来把握该结构物的倾斜量(倾斜角度)，因此，基于以该倾斜角度检测器而直接把握的结构物的倾斜量数据来计算结构物的机械位移量，由此，能够高精度地推定该机械位移量，能够基于该机械位移量而得到高精度的移动轴的第一修正量。

而且，在第二发明中，将基于温度传感器的温度数据而求算出的移动轴的第二修正量加在该移动轴的第一修正量上，由此，不仅能够应对翘曲及歪斜等机械位移，还能够应对因热量而产生的结构物及工件的拉伸等热位移，因此，能够得到高精度的移动轴的修正量。因此能够实现高精度的补偿系统。

附图说明

图1是与使用有本发明的实施方式一涉及的水平仪的机械位移修正系统相关的图，是表示上述水平仪的布局的机床(门形加工中心)的立体图。

图2是与使用有本发明的实施方式一涉及的水平仪的机械位移修正相关系统的图，是表示修正装置侧的结构的图。

图3是表示因倾斜而产生的机械位移量的计算例的图。

图4是与使用有本发明的实施方式二涉及的水平仪的机械位移修正系统相关的图，是表示上述水平仪的布局的机床(门形加工中心)的立体图。

图5是与使用有本发明的实施方式二涉及的水平仪的机械位移修正系统相关的图，是表示修正装置侧的结构的图。

图6是表示因温度变化而产生的热位移量的计算例的图。

图7是表示全闭环的伺服控制装置(反馈控制系统)的结构的框图。

图8是表示半闭环的伺服控制装置(反馈控制系统)的结构的框图。

图9是表示使用有现有的温度传感器的热位移修正系统的结构例的图。

图10是表示使用有现有的温度传感器的热位移修正系统的其他结构例的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细的说明。

实施方式一

基于图1～图3，对使用有本发明的实施方式一涉及的水平仪的机械位移修正系统进行说明。

如图1所示，机床(在图示例中为门形加工中心)具有：机座51、工作台52、立柱53、横轨54、滑鞍56及内置有主轴58的滑枕57。

在机座51上设置有工作台52，在工作台52上载置有工件W。工作台52通过进给机构(在图1中省略了图示，参照图2)能够在水平的X轴方向上移动。立柱53具有水平部53A和水平部53A的两侧的脚部53B而形成门形，并以横跨机座51的方式配置。横轨54设置于立柱53的前侧，能够沿着设置于立柱53的前表面53a的导轨55并通过进给机构(省略图示)而在铅垂的W轴方向上移动。滑鞍56设置于横轨54的前侧，能够沿着横轨54并通过进给机构(在图1省略了图示，参照图2)在水平的Y轴方向上移动。滑枕57设置于滑鞍56内，能够通过进给机构(在图1中省略了图示，参照图2)在铅垂的Z轴方向上移动。另外，X、Y、Z轴彼此正交。

接着，在该机床上设置有数字水平仪61-1～61-6。水平仪61-1、61-2设置于立柱53的上表面53b的两端部，对因立柱53的机械位移而产生的立柱53的倾斜的角度进行检测，并将倾斜量数据(倾斜角度检测信号)c1、c2向修正装置92(参照图2，详细情况在后文说明)输出。

上述机械位移中存在：因热位移、自重位移及水平位移等而产生的位移。热位移是因主轴58及伺服电机(在图1中省略了图示，参照图2)等热源及外部气体的温度变化在立柱53等结构物的前后及左右产生温度差而在结构物上产生的翘曲等机械位移。自重位移是因结构物的自重而产生的结构物的翘曲及倾斜等的机械位移。水平位移是因铺设机座51的水平面(基面)的变化而产生的结构物的翘曲及歪斜等机械位移。因此，作为因机械位移而使立柱53等结构物倾斜的情况，存在：因热位移而倾斜的情况、因自重位移而倾斜的情况、因水平位移而倾斜的情况及因热位移、自重位移和水平位移的混合而倾斜的情况。

水平仪61-3设置于立柱53的侧面53c的中间的高度位置上，对因立柱53的机械位移而产生的立柱53的倾斜的角度进行检测，并将倾斜量数据(倾斜角度检测信号)c3向修正装置92输出。水平仪61-4、61-5设置于横轨54的上表面54a的两端部，对因横轨54的机械位移而产生的横轨54的倾斜的角度进行检测，并将倾斜量数据(倾斜角度检测信号)c4、c5向修正装置92输出。水平仪61-6设置于滑鞍56的上表面56a，对因滑鞍56的机械位移而产生的滑鞍56的倾斜的角度进行检测，并将倾斜量数据(倾斜角度检测信号)c6向修正装置92输出。

如图2所示，修正装置92是使用个人计算机等的装置，具有倾斜量数据输入部93、机械位移量计算部94和修正量计算部95。

通过倾斜量数据输入部93输入从水平仪61-1～61-6输出的各结构物(立柱53、横轨54及滑鞍56)的倾斜量数据c1～c6。

在机械位移量计算部94，基于在倾斜量数据输入部93输入的各结构物(立柱53、横轨54、滑鞍56)的倾斜量数据(倾斜角度检测值)来计算因倾斜而产生的各结构物(立柱53、横轨54及滑鞍56)的机械位移量。

基于图3，对立柱53的机械位移量的计算例进行说明。在图3(a)中，H是立柱53的高度(m)，L是立柱53的宽度(m)，θ是立柱53的倾斜角度(radiun)。接着，立柱53的机械位移量δ通过下述的式(1)来计算。

[数学式1]

$\mathrm{\δ}=H*\frac{\mathrm{\θ}}{2}\·\·\·\left(1\right)$

关于式(1)的推导，由图3(b)表示。当通过翘曲及歪斜等而在立柱53产生如图3(b)所示那样的圆弧状的机械位移时，将圆弧的半径设为R，该半径R、立柱位移量δ及立柱高度H的关系如下述的式(2)所示。接着，将该式(2)如下述的式(3)、式(4)、式(5)那样地进行变形，由此导出式(1)。

[数学式2]

(R-δ)²+H²＝R²        …(2)

R²-2Rδ+δ²+H²＝R²    …(3)

2Rδ＝δ²+H²≈H²      …(4)

$\mathrm{\δ}=\frac{H^2}{2*R}=\frac{H^2}{2*[\frac{H}{\mathrm{\θ}}]}=\frac{H*\mathrm{\θ}}{2}\·\·\·\left(5\right)$

另外，对于式(1)中使用的立柱倾斜角度θ，可以使用两个水平仪61-1、61-2的倾斜角度检测值(倾斜量数据c1、c2)的平均值，也可以使用任一倾斜角度检测值。另外，当计算立柱53的中间的高度位置处的立柱位移量δ时，将水平仪61-3的倾斜角度检测值(倾斜量数据c3)用作立柱倾斜角度θ。当计算横轨54的位移量δ时，作为横轨倾斜角度θ，可以使用两个水平仪61-4、61-5的倾斜角度检测值(倾斜量数据c4、c5)的平均值，也可以使用任一倾斜角度检测值。当计算滑鞍54的位移量δ时，将水平仪61-6的倾斜角度检测值(倾斜量数据c6)用作滑鞍倾斜角度θ。

如图2所示，在修正量计算部95，基于在机械位移量计算部94计算出的各结构物(立柱53、横轨54及滑鞍56)的机械位移量来计算各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)上的位移量，将这些位移量的相反符号的值设成各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)的修正量，并将这些修正量向各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)的伺服控制装置81、82、83发送。即，将X轴的修正量(＝“-X轴的位移量”)向X轴的伺服控制装置81发送，将Y轴的修正量(＝“-Y轴的位移量”)向Y轴的伺服控制装置82发送，将Z轴的修正量(＝“-Z轴的位移量”)向Z轴的伺服控制装置83发送。另外，在基于结构物的机械位移量来计算移动轴的位移量时，可以使用式(1)等理论式来计算，但是，例如也可以使用预先由试验及模拟等而求算出的表示结构物的机械位移量和移动轴的位移量的关系的计算式及表格数据等。

如图2所示，X轴的进给机构71由伺服电机74、减速齿轮75及滚珠丝杠76(丝杠部76a、螺母部76b)等构成。

伺服电机74经由减速齿轮75而与滚珠丝杠76的丝杠部76a连接。滚珠丝杠76的丝杠部76a与螺母部76b彼此螺合，螺母部76b安装于移动体即工作台52。另外，在工作台52上安装有位置检测器77，在伺服电机74上安装有脉冲编码器78。

因此，伺服电机74的旋转力经由减速齿轮75而被传递至滚珠丝杠76的丝杠部76a，当丝杠部76a如箭头A所示地旋转时，工作台52与螺母部76b一同沿X轴方向移动。此时工作台52的移动位置由位置检测器77来检测，且该位置检测信号被发送(位置反馈)至X轴的伺服控制装置81。另外，伺服电机74的旋转角度由脉冲编码器78来检测，且该旋转角度检测信号经由伺服控制装置81的微分运算部91而被发送(速度反馈)至伺服控制装置81。

伺服控制装置81具有偏差运算部84、乘法运算部85、偏差运算部86、比例运算部87、积分运算部88、加法运算部89、电流控制部90及微分运算部91。

在偏差运算部84，将从修正装置92(修正量计算部95)发送来的X轴的修正量(＝“-X轴的位移量”)加在从数值控制装置(省略图示)发送来的X轴位置命令上，由此，修正上述X轴位置命令，并运算该修正后的X轴位置命令与来自位置检测器77的位置反馈信息即工作台52的位置之差，由此求算位置偏差d1。

在乘法运算部85，通过在位置偏差d1上乘以位置环增益Kp来求算速度命令d2。在微分运算部91，通过按时间对由脉冲编码器78检测出的伺服电机74的旋转角度进行微分来求算伺服电机74的旋转速度。在偏差运算部86，通过计算速度命令d2与在微分运算部86求算的伺服电机74的旋转速度之差来求算速度偏差d3。在比例运算部87，通过在速度偏差d3上乘以速度环比例增益Kv来求算比例值d4。在积分运算部88，通过在速度偏差d3上乘以速度环积分增益Kvi、且对相乘值进行积分来求算积分值d5。在加法运算部89，通过将比例值d4和积分值d5相加来求算转矩命令d6。在电流控制部90，以伺服电机74的转矩追随转矩命令d6的方式来控制向伺服电机74供给的电流。

因此，在该X轴的伺服控制装置81中，以X轴的伺服电机74的旋转速度追随速度命令d2、且工作台52的X轴方向的移动位置追随修正后的X轴位置命令的方式进行控制。

另外，关于Y轴和Z轴的进给机构72、73及伺服控制装置82、83的结构，由于X轴的进给机构71及伺服控制装置81的结构相同(对相同的结构部分标以相同的标号)，所以省略详细的说明。

在Y轴的伺服控制装置82中，在偏差运算部84，将从修正装置92(修正量计算部95)发送来的Y轴的修正量(＝“-Y轴的位移量””)加在从数值控制装置发送来的Y轴位置命令上，由此，修正所述Y轴位置命令，并求算修正后的Y轴位置命令。接着，在伺服控制装置82，以Y轴的伺服电机74的旋转速度追随速度命令d2、且滑鞍56的Y轴方向的移动位置追随修正后的Y轴位置命令的方式进行控制。

在Z轴的伺服控制装置83中，在偏差运算部84，将从修正装置92(修正量计算部95)发送来的Z轴的修正量(＝“-Z轴的位移量”)加在从数值控制装置发送来的Z轴位置命令上，由此，修正所述Z轴位置命令，并求算修正后的Z轴位置命令。接着，在该伺服控制装置83中，以Z轴的伺服电机74的旋转速度追随速度命令d2、且滑枕57(主轴58)的Z轴方向的移动位置追随修正后的Z轴位置命令的方式进行控制。

由以上可知，根据本实施方式一的机床的机械位移修正系统，当机床的结构物(立柱53、横轨54及滑鞍56)因翘曲、歪斜等机械位移(热位移及/或自重位移)而倾斜时，能够通过水平仪61-1～61-6来直接把握该结构物的倾斜量(倾斜角度)。因此，基于由该水平仪61-1～61-6直接把握的结构物(立柱53、横轨54及滑鞍56)的倾斜量数据c1～c6来计算结构物(立柱53、横轨54及滑鞍56)的机械位移量，由此，能够高精度地推定该机械位移量，能够基于该机械位移量而得到高精度的移动轴(X轴、Y轴、Z轴)的修正量。因此，能够实现高精度的补偿系统。

实施方式二

基于图4～图6对使用本发明的实施方式二涉及的水平仪的机械位移修正系统进行说明。另外，在本实施方式二的机械位移修正系统中，关于与上述实施方式一的机械位移修正系统(参照图1、图2)相同的部分，标以相同的标号而省略重复的说明。

如图4所示，在本实施方式二中，在机床(门形加工中心)上，不仅与上述实施方式一相同地设置数字水平仪61-1～61-6，还设置有温度传感器101-1～101-8。

温度传感器101-1、101-2设置于立柱53的侧面53c的上部和下部，检测立柱53的温度并将温度数据(温度检测信号)e1、e2向修正装置92(参照图5，详细情况在后文说明)输出。温度传感器101-3、101-4设置于滑枕57的上部和下部，检测滑枕57的温度并将温度数据(温度检测信号)e3、e4向修正装置92输出。温度传感器101-5设置于工作台52，检测工作台52的温度并将温度数据(温度检测信号)e5向修正装置92输出。温度传感器101-6设置于工件W，检测工件W的温度并将温度数据(温度检测信号)e6向修正装置92输出。温度传感器101-7、101-8设置于机座51的前部和后部，检测机座51的温度并将温度数据(温度检测信号)e7、e8向修正装置92输出。

如图5所示，本实施方式二的修正装置92中，不仅与上述实施方式一相同地具有倾斜量数据输入部93、机械位移量计算部94和修正量计算部95(第一修正量计算部)，还具有温度数据输入部103、热位移量计算部104、修正量计算部105(第二修正量计算部)和修正量加法运算部106。

在温度数据输入部103，输入从温度传感器101-1～101-8输出的各结构物(立柱53、滑枕57、工作台52及机座51)及工件W的温度数据e1～e8。

在热位移量计算部104，基于在温度数据输入部103输入的各结构物(立柱53、滑枕57、工作台52及机座51)及工件W的温度数据(温度检测值)来计算各结构物(立柱53、滑枕57、工作台52及机座51)及工件W的热位移量。

基于图6，当对与立柱53、滑枕57等相当的物体107的热位移量的计算例进行说明时，物体107的热位移量(因热量而产生的拉伸量)δ通过下述的式(6)来计算。在图6及式(6)中，L是物体107的有效长度(m)，ΔT是物体107的温度变化(℃)(＝T-T₀)，β是物体107的线膨胀系数(m/℃*m)(物体107的每1(m)变化1(℃)时的位移量)。另外，T是物体107的温度(℃)，T₀是物体107的基准温度(℃)。

σ＝ΔT*L*β…(6)

将从温度传感器101-1～101-8输入的温度数据e1～e8用作物体107的温度T。在热位移量计算部104预先设定物体107的基准温度。另外，也可以将两个温度传感器101-1、101-2的温度检测值(温度数据e1、A2)的平均值或该两个温度传感器101-1、101-2的温度检测值中的任一温度检测值用作用于计算立柱53的热位移量的温度数据。也可以将两个温度传感器101-3、101-4的温度检测值(温度数据e3、e4)的平均值或该两个温度传感器101-3、101-4的温度检测值中的任一温度检测值用作用于计算滑枕57的热位移量的温度数据。将温度传感器101-5的温度检测值(温度数据e5)用作用于计算工作台52的热位移量的温度数据。将温度传感器101-6的温度检测值(温度数据e6)用作用于计算工件W的热位移量的温度数据。也可以将两个温度传感器101-7、101-8的温度检测值(温度数据e7、e8)的平均值或该两个温度传感器101-7、101-8的温度检测值中的任一温度检测值用作用于计算机座51的热位移量的温度数据。

如图5所示，在修正量计算部105，基于在热位移量计算部104计算出的各结构物(立柱53、滑枕57、工作台52及机座51)及工件W的热位移量来计算各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)上的位移量，并将与这些位移量相反符号的值设为各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)的修正量。即，求算X轴的修正量(＝“-X轴的位移量”)、Y轴的修正量(＝“-Y轴的位移量”)、Z轴的修正量(＝“-Z轴的位移量”)。另外，在通过结构物的热位移量来计算移动轴的位移量时，也可以使用式(6)等理论式来计算，例如，也可以使用通过预先试验及模拟等求算出的表示结构物的热位移量和移动轴的位移量之间的关系的计算式及表格数据等。

在修正量加法运算部106，将修正量计算部95计算出的各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)的修正量(第一修正量)和在修正量计算部105计算出的各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)的修正量(第二修正量)相加，并将该相加值分别向各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)的伺服控制装置81、82、83发送。

即，向X轴的伺服控制装置81发送的X轴的修正量是在第一修正量计算部95计算出的X轴的第一修正量和在第二修正量计算部105计算出的X轴的第二修正量的相加值。向Y轴的伺服控制装置82发送的Y轴的修正量是在第一修正量计算部95计算出的Y轴的第一修正量和在第二修正量计算部105计算出的Y轴的第二修正量的相加值。向Z轴的伺服控制装置83发送的Z轴的修正量是在第一修正量计算部95计算出的Z轴的第一修正量和在第二修正量计算部105计算出的Z轴的第二修正量的相加值。

在X轴的伺服控制装置81的偏差运算部84，将从修正装置92(修正量加法运算部106)发送来的X轴的修正量(＝“-X轴的位移量”)加在从数值控制装置(图示省略)发送来的X轴位置命令上，由此，修正上述X轴位置命令，并运算该修正后的X轴位置命令和来自位置检测器77的位置反馈信息即工作台52的位置之差，由此求算位置偏差d1。

在Y轴的伺服控制装置82的偏差运算部84，将从修正装置92(修正量加法运算部106)发送来的Y轴的修正量(＝“-Y轴的位移量”)加在从数值控制装置发送来的Y轴位置命令上，由此，修正上述Y轴位置命令，并运算该修正后的Y轴位置命令和来自位置检测器77的位置反馈信息即滑鞍56的位置之差，由此求算位置偏差d1。

在Z轴的伺服控制装置83的偏差运算部84，将从修正装置92(修正量加法运算部106)发送来的Z轴的修正量(＝“-Z轴的位移量”)加在从数值控制装置发送来的Z轴位置命令上，由此，修正上述Z轴位置命令，并运算该修正后的Z轴位置命令和来自位置检测器77的位置反馈信息即滑枕57(主轴58)的位置之差，由此求算位置偏差d1。

由以上可知，根据本实施方式二的机床的机械位移修正系统，当机床的结构物(立柱53、横轨54及滑鞍56)与上述实施方式一相同地、因翘曲、歪斜等机械位移(热位移及/或自重位移)而倾斜时，由于能够通过水平仪61-1～61-6而直接把握该结构物的倾斜量(倾斜角度)，所以，能够基于由该水平仪61-1～61-6直接把握的结构物(立柱53、横轨54及滑鞍56)的倾斜量数据c1～c6来计算结构物(立柱53、横轨54、滑鞍56)的机械位移量，由此，能够高精度地推定该机械位移量，能够基于该机械位移量而得到高精度的移动轴(X轴、Y轴、Z轴)的第一修正量。

而且，在本实施方式二中，将基于温度传感器101-1～101-8的温度数据e1～e8求算出的移动轴(X轴、Y轴、Z轴)的第二修正量加在该移动轴(X轴、Y轴、Z轴)的第一修正量上，由此，不仅能够应对翘曲及歪斜等机械位移，还能够应对因热量而产生的结构物(立柱53、滑枕57、工作台52及机座51)及工件W的拉伸等热位移，因此，能够得到更高精度的移动轴(X轴、Y轴、Z轴)的修正量。因此，能够实现更高精度的补偿系统。

另外，在上述实施方式一、二中使用了水平仪，但不一定限定于此，若能够直接检测机床的结构物的倾斜角度，则也可以使用除水平仪以外的倾斜角度检测器。

工业实用性

本发明与机床的机械位移修正系统相关，是在应用于对机床的立柱等所产生的机械位移(热位移、自重位移、水平位移)进行修正时有用的发明。

标号说明

51  机座

52  工作台

53  立柱

53A  水平部

53B  脚部

53a  前表面

53b  上表面

53c  侧面

54  横轨

54a  上表面

55  导轨

56  滑鞍

56a  上表面

57  滑枕

58  主轴

61-1～61-6  水平仪

71、72、73  进给机构

74  伺服电机

75  减速齿轮

76  滚珠丝杠

76a  丝杠部

76b  螺母部

77  位置检测器

78  脉冲编码器

81、82、83  伺服控制装置

84  偏差运算部

85  乘法运算部

86  偏差运算部

87  比例运算部

88  积分运算部

89  加法运算部

90  电流控制部

91  微分运算部

92  修正装置

93  倾斜量数据输入部

94  机械位移量计算部

95  修正量计算部

101-1～101-8  温度传感器

103  温度数据输入部

104  热位移量计算部

105  修正量计算部

106  修正量加法运算部

c1～c6  倾斜量数据(倾斜角度检测信号)

e1～e8  温度数据(温度检测信号)

W  工件

Claims (2)

1.一种机床的机械位移修正系统，用于修正机床的机械位移，其特征在于，具备：

倾斜角度检测器，设置于所述机床的结构物，检测所述结构物的倾斜角度并输出倾斜量数据；及

修正装置；

该修正装置具有：

倾斜量数据输入部，从所述倾斜角度检测器输入所述倾斜量数据；

机械位移量计算部，基于由所述倾斜量数据输入部输入的所述倾斜量数据来计算所述结构物的机械位移量；及

修正量计算部，基于由所述机械位移量计算部计算出的所述结构物的机械位移量来计算所述机床的移动轴的修正量。

2.一种机床的机械位移修正系统，用于修正机床的机械位移，其特征在于，具备：

倾斜角度检测器，设置于所述机床的结构物，检测所述结构物的倾斜角度并输出倾斜量数据；

温度传感器，所述机床的结构物或工件，检测所述结构物或工件的温度并输出温度数据；及

修正装置；

该修正装置具有：

倾斜量数据输入部，从所述倾斜角度检测器输入所述倾斜量数据；

机械位移量计算部，基于由所述倾斜量数据输入部输入的所述倾斜量数据来计算所述结构物的机械位移量；

第一修正量计算部，基于由所述机械位移量计算部计算出的所述结构物的机械位移量来计算所述机床的移动轴的第一修正量；

温度数据输入部，从所述温度传感器输入所述温度数据；

热位移量计算部，基于由所述温度数据输入部输入的所述温度数据来计算所述结构物或所述工件的热位移量；

第二修正量计算部，基于由所述热位移量计算部计算出的所述结构物或所述工件的热位移量来计算所述移动轴的第二修正量；及

修正量加法运算部，将由所述第一修正量计算部计算出的所述第一修正量和由所述第二修正量计算部计算出的所述第二修正量相加。

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