CN103140324A - 热变位校正装置以及热变位校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够高速地进行基于有限元分法的构造解析，从而能够高精度并实时地进行热变位校正的机床的热变位校正装置以及热变位校正方法。块温度取得部（91）取得将立柱分割成多个后的各块的温度。在由块温度取得部（91）取得的各块的温度中，定义同一块内的各部位的温度是固定值，FEM解析部（92）基于该固定值来进行基于有限元分法的构造解析，推定立柱的热变位量。校正值运算部（93）基于由FEM解析部（92）推定出的立柱的热变位量，来求出针对加工指令位置的校正值。校正部利用由校正值运算部（93）得到的校正值来校正加工指令位置。

Description

热变位校正装置以及热变位校正方法

技术领域

本发明涉及机床的热变位校正装置以及热变位校正方法。

背景技术

在日本特开平6-190687号公报、日本特开2003-108206号公报、日本特开2004-237394号公报中，记载了一种进行基于有限元分法的构造解析，并推定机床的构造体的热变位量的技术。

但是，由于基于有限元分法的构造解析所需要的时间非常长，所以难以在加工中实时地推定热变位量。因此，在进行构造解析行的期间，不得不基于其之前刚刚进行了的构造解析的结果来进行热变位校正。因此，有时实际的热变位量与推定出的热变位量之间会产生偏差，从而无法进行高精度的热变位校正。

发明内容

本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种能够高速地进行基于有限元分法的构造解析，从而能够高精度并实时地进行热变位校正的机床的热变位校正装置以及热变位校正方法。

（机床的热变位校正装置）

本技术方案所涉及的机床的热变位校正装置具备：温度传感器，其被配置在机床的构造体的规定部位；块温度取得单元，在把将所述机床的构造体分割成多个后的各块的温度定义为固定值时，所述块温度取得单元基于由所述温度传感器检测出的温度信息，来取得所述各块的温度；有限元分法解析单元，其基于由所述块温度取得单元取得的所述各块的温度来进行基于有限元分法的构造解析，并推定所述机床的构造体的热变位量；校正值运算单元，其基于由所述有限元分法解析单元推定出的所述机床的构造体的热变位量，来求出对由NC程序发出的所述机床的移动体的指令位置处的校正值；以及校正单元，其根据由所述校正值运算单元得到的所述校正值来校正所述指令位置。

根据本技术方案，作为用于进行基于有限元分法的构造解析的温度条件，将机床的构造体分割成多个块，将各块的温度设为固定值。因此，同一块内所含的节点的温度条件是相同值。而且，根据基于有限元分法的构造解析的基本式和与节点温度对应的节点力的关系式，利用｛δ｝＝［K］^－1［F］｛T｝来表示各节点处的热变位量向量。因此，｛δ｝是各节点处的热变位量向量，［K］是构造体的刚性矩阵，［F］是各节点的力系数矩阵，｛T｝是各块的温度向量。此外，在本说明书利用的向量是指全部列向量。

因此，各块的温度向量｛T｝的要素数量对应于块数，其与各节点数相比可以大幅减少。因此，能够大幅地降低各节点处的热变位量向量｛δ｝的运算量。因此，能够实现各节点处的热变位量向量｛δ｝的运算速度的高速化。而且，在加工中实时地进行该运算，并进行热变位校正。这样，能够高速地进行基于有限元分法的构造解析，从而能够高精度并实时地进行热变位校正。

另外，所述有限元分法解析单元进行基于所述有限元分法的构造解析，并推定所述机床的构造体的一部分节点处的热变位量，所述校正值运算单元也可以基于推定出的所述机床的构造体的一部分节点处的热变位量来求出所述校正值。

该情况下，推定构造体的一部分节点热变位量。在此，无需为了进行热变位校正，而把握构造体所有部位的热变位量。因此，通过仅求出所需部位的热变位量，能够进一步地降低运算量。其结果，能够进一步地缩短基于有限元分法的构造解析所需要的时间，能够实现更高的实时性。

另外，在所述机床的所述构造体具有使所述机床的其他移动体滑动的滑动面的情况下，所述一部分节点也可以是所述机床的所述构造体中位于使所述机床的移动体滑动的所述滑动面的节点。

在构造体具有使移动体滑动的滑动面的情况下，构造体的滑动面的热变位会对在构造体的滑动面上滑动的移动体的位置造成影响。即，构造体的滑动面的热变位会影响加工点。因此，通过将利用基于有限元分法的构造解析来求出热变位量的一部分节点设为位于该滑动面的节点，能够可靠地推定待校正的热变位量。

另外，所述一部分节点也可以作为用于使所述机床的移动体相对于所述机床的所述构造体移动的滚珠丝杠的支承基准位置。

通常，滚珠丝杠会由于热而伸长，因此将构造体中对滚珠丝杠进行支承的多个位置中的一处作为支承基准位置。即，即使在滚珠丝杠伸长的情况下，构造体的滚珠丝杠的支承基准位置也不会发生移动。但是，在构造体自身发生了热变位的情况下，滚珠丝杠的支承基准位置其本身会发生变位。因此，在构造体具有滚珠丝杠的支承基准位置的情况下，滚珠丝杠的支承基准位置处的热变位量会影响移动体的位置。即，构造体的滚珠丝杠的支承基准位置处的热变位会影响加工点。因此，通过将利用基于有限元分法的构造解析来求出热变位量的一部分节点作为滚珠丝杠的支承基准位置，能够可靠地推定待校正的热变位量。

另外，也可以是所述构造体被支承成能够相对于支承体移动，所述热变位校正装置具备存储单元，所述存储单元存储与所述构造体的多个基准位置处的支承刚性对应的多个系数矩阵，所述有限元分法解析单元基于所述多个系数矩阵和所述各块的温度，来进行基于有限元分法的构造解析，并推定所述机床的构造体的热变位量。

在此，可移动的构造体有时会由于其位置的不同而支承刚性不同。而且，利用与多个基准位置处的支承刚性对应的多个系数矩阵，来推定构造体的热变位量，从而能够高精度地算出针对当前位置处的移动体的指令位置的校正值。

另外，也可以是所述有限元分法解析单元基于所述多个系数矩阵和所述各块的温度，来分别推定所述构造体的各所述基准位置处的所述构造体的热变位量，所述校正值运算单元基于各个所述基准位置处的所述构造体的热变位量和所述构造体的当前位置，通过内插法来算出针对所述构造体的当前位置处的所述移动体的指令位置的校正值。

在当前位置与基准位置一致的情况下，利用该基准位置处的系数矩阵来推定构造体的热变位量，利用该热变位量来算出针对移动体的指令位置的校正值。此时算出的校正值相当于当前位置的校正值。另一方面，在当前位置与基准位置不一致的情况下，能够基于根据多个基准位置而算出的构造体的热变位量，通过内插法来算出校正值。这样，通过利用内插法来算出，能够高精度地算出当前位置的校正值。

另外，也可以是在所述机床的所述构造体具有使所述机床的其他移动体滑动的滑动面的情况下，所述块是所述机床的所述构造体被分割成所述滑动面侧和反滑动面侧而形成的。

在构造体具有使移动体滑动的滑动面的情况下，会由于滑动面侧与反滑动面侧的热容量的差异、发热的影响等，而在滑动面侧与反滑动面侧之间产生温度梯度。因此，在将构造体分割成多个块时，通过分割成滑动面侧和反滑动面侧，即使将块内的温度定义成固定值，也能够形成接近实际温度部分的状态。其结果，能够高精度地推定热变位量。

另外，所述机床的热变位校正装置也可以还具备块变更单元，所述块变更单元基于由所述温度传感器检测出的温度信息来变更所述块的分割方式。

通过具备块变更单元，能够根据机床的构造体的状态来适当地变更块的分割方式。例如，按照同一块的温度幅度进入设定幅度的方式来形成各个块。由此，即使将同一块的温度定义成相同值，也能够形成接近机床的构造体的实际温度的状态。其结果，能够高精度地推定热变位量。

（机床的热变位校正方法）

另外，本技术方案所涉及的机床的热变位校正方法具备：块温度取得步骤，在将机床的构造体分割成多个后的各块的温度定义为固定值时，基于由温度传感器检测出的温度信息来取得所述各块的温度，其中，所述温度传感器被配置在所述机床的构造体的规定部位；有限元分法解析步骤，基于在所述块温度取得步骤中取得的所述各块的温度来进行基于有限元分法的构造解析，并推定所述机床的构造体的热变位量；校正值运算步骤，基于在所述有限元分法解析步骤中推定出的所述机床的构造体的热变位量，来求出对由NC程序发出的所述机床的移动体的指令位置的校正值；以及校正步骤，利用在所述校正值运算步骤中得到的所述校正值来校正所述指令位置。

根据本技术方案所涉及的机床的热变位校正方法，能够发挥与上述机床的热变位校正装置的效果相同的效果。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的机床的整体构成的立体图。

图2是表示本发明的第一实施方式的热变位校正装置的图。

图3是表示对立柱进行基于有限元分法的构造解析时的四面体一次要素（细线）以及块（粗线）的立体图。

图4是表示热变位校正装置的动作的流程图。

图5是表示本发明的第二实施方式的热变位校正装置的图。

图6A是表示X轴位置为Xa时的立柱的位置的图。

图6B是表示X轴位置为Xb时的立柱的位置的图。

图6C是表示X轴位置为Xc时的立柱的位置的图。

图7是表示第二实施方式的FEM解析部的执行处理的流程图。

图8是表示第二实施方式的校正值的运算处理的流程图。

图9是表示立柱的X轴位置与Z轴校正值之间的关系的图。

图10是表示本发明的第三实施方式所涉及的立柱的支承基准位置的图。

图11是表示本发明的第四实施方式的热变位校正装置的图。

具体实施方式

＜第一实施方式＞

（1．机床的机械构成）

作为机床1的一例，举出了横向式加工中心为例，参照图1以及图2来进行说明。即，该机床是具有相互正交的3个直进轴（X，Y，Z轴）以及竖直方向的旋转轴（B轴）作为驱动轴的机床。

如图1以及图2所示，机床1由床身10、立柱20、床鞍30、旋转主轴40、载台50、旋转载台60、温度传感器70、控制装置80以及热变位校正装置90构成。

床身10大致矩形状地形成，其配置在地板上。但是，床身10的形状不限于矩形状。在该床身10的上面，立柱20能够滑动的一对X轴导轨11a、11b沿着X轴方向（水平方向）延伸，并且相互平行地形成。并且，对于床身10，在一对X轴导轨11a、11b之间配置有用于沿X轴方向驱动立柱20的图示省略的X轴滚珠丝杠，并配置有驱动该X轴滚珠丝杠旋转的X轴电动机11c。

并且，在床身10的上面，载台50能够滑动的一对Z轴导轨12a、12b沿着与X轴方向正交的Z轴方向（水平方向）延伸，并且相互地平行形成。并且，对于床身10，在一对Z轴导轨12a、12b之间配置有用于沿着Z轴方向驱动载台50的图示省略的Z轴滚珠丝杠，并配置有驱动该Z轴滚珠丝杠旋转的Z轴电动机12c。

在立柱20的底面（X轴滑动面），一对X轴引导槽21a、21b沿着X轴方向延伸，并且相互平行地形成。为了能够相对于床身10沿X轴方向移动，立柱20在一对X轴导轨11a、11b上经由滚珠引导件22a、22b嵌入一对X轴引导槽21a、21b。

并且，在立柱20的与Y轴平行的侧面（Y轴滑动面）20a，床鞍30能够滑动的一对Y轴导轨23a、23b沿着Y轴方向（竖直方向）延伸并且相互平行地形成。并且，对于立柱20在一对Y轴导轨23a、23b之间配置有用于沿着Y轴方向驱动床鞍30的图示省略的Y轴滚珠丝杠，并配置有驱动该Y轴滚珠丝杠旋转的Y轴电动机23c。

在立柱20的与Y轴滑动面20a对置的床鞍30的侧面30a，一对Y轴引导槽31a、31b沿着Y轴方向延伸并且相互平行地形成。为了相对于立柱20能够沿着Y轴方向移动，床鞍30在一对Y轴导轨23a、23b中嵌入一对Y轴引导槽31a、31b。

旋转主轴40被设置成能够利用在床鞍30内收纳的主轴电动机41而旋转，对工具42进行支承。工具42被固定在旋转主轴40的顶端，伴随着旋转主轴40的旋转而旋转。另外，工具42伴随着立柱20以及床鞍30的移动而相对于床身10沿着X轴方向以及Y轴方向移动。此外，作为工具42，是例如滚珠立铣刀、立铣刀、转头、锤子等。

载台50按照能够相对于床身10沿着Z轴方向移动的方式，设置在一对Z轴导轨12a、12b上。在载台50的上面，旋转载台60被支承成能够绕竖直方向的B轴旋转。旋转载台60被设置成能够根据在床身10内收纳的B轴电动机61而旋转，利用夹具、磁吸附等来固定工件W。

温度传感器70被安装在机床1的各构造体，即床身10、立柱20、床鞍30、旋转主轴40、载台50以及旋转载台60的任意部位。作为该温度传感器70，例如利用热电对、热敏电阻。由该温度传感器70检测出的温度信息用于机床1的各构造体的构造解析。

控制装置80通过控制主轴电动机41，使工具42旋转，对X轴电动机11c、Z轴电动机12c、Y轴电动机23c以及B轴电动机61进行控制，来使工件W和工具42绕X轴方向、Z轴方向、Y轴方向以及B轴相对移动，从而进行工件W的加工。另外，控制装置80为了消除伴随着床身10、立柱20等构造体的热变位而产生的工件W与工具42之间的相对位置的错位，而具备进行热变位校正的热变位校正装置90。但是，热变位校正装置90不限于安装在控制装置80的内部，也可以作为外部装置而应用。

（2．热变位校正的概要说明）

下面，说明热变位校正装置90对热变位的校正的概要。在本实施方式中，参照图3说明进行伴随作为机床1的构造体之一的立柱20的热变位的热变位校正的情况。此外，除了立柱20之外，也可以同样地应用床身10等其他构造体。

在图3中使用了细线L1、粗线L2以及中粗线L3。在此，中粗线L3是立柱20的形状线。细线L1表示基于有限元分法的构造解析要素的边界线段，以各细线L1的顶点为节点。即，在图3中，该要素是四面体一次要素。另外，在图3中，粗线L2表示块100、100、...的分割线。即，各个块100的大小被设定得大于基于有限元分法的构造解析的各要素的大小。因此，在1个块100中，含有多个要素，含有多个节点。在此，在作为本实施方式的例示的图3中，将1个要素图示为四面体一次要素，但是不限于此，也可以应用四面体二次要素、六面体一次要素、六面体二次要素等。

而且，基于由图3的细线所示的要素，对立柱20实时地进行基于有限元分法的构造解析，推定立柱20的一部分节点处的热变位量，基于该热变位量来求出针对加工指令位置的校正值。利用该校正值来校正加工指令位置。在此，加工指令位置是指由用于进行加工、测量等的NC程序指示的机床1的移动体的位置指令值。例如，加工指令位置以及校正值是旋转主轴40相对于工件W的顶端位置的指令值，即工具42相对于工件W的顶端位置的指令值。另外，加工指令位置也可以作为相对于各轴电动机的指令位置而加以捕获。该加工指令位置在本实施方式的机床1中，以X轴、Y轴、Z轴、B轴坐标来加以表示。此外，校正值为了进行针对X轴、Y轴、Z轴的校正，而表示为X轴、Y轴、Z轴坐标。

在此，作为关于立柱20基于有限元分法的构造解析时的解析条件，需要各节点的温度。但是，在本实施方式中，将立柱20分割成由图3的粗线L2所示的多个块100、100、...，将同一块100、100、...内所含的多个节点的温度作为固定值来进行构造解析。并且，不求出全节点处的热变位量，而仅求出所需部位，例如立柱20的Y轴滑动面20a的热变位量。由此，能够大幅降低基于有限元分法的构造解析所需要的运算，能够高速运算。

因此，如图3所示，各块100、100、...是按照如下方式分割立柱20而形成的。即，将立柱20分割成在立柱20上使床鞍30沿着Y轴方向滑动的Y轴滑动面20a侧和Y轴滑动面20a的相反侧（背面侧）（沿着Z轴方向），并且分割成立柱20的X轴引导槽21a、21b侧（立柱20自身分割成相对于床身10滑动的X轴滑动面侧）和X轴滑动面的相反侧（沿着Y轴方向）。在此，将立柱20分割成24个块100。

（3．热变位校正装置的构成）

下面，参照图2说明热变位校正装置90。热变位校正装置90具备块温度取得部91、FEM解析部92、校正值运算部93以及校正部94而构成。因此，块温度取得部91、FEM解析部92、校正值运算部93以及校正部94能够由各个单独的硬件构成，也可以采用由软件来分别实现的构成。

块温度取得部91基于由温度传感器70检测出的温度信息，取得如图3所示那样将立柱20分割成多个的各块100、100...的温度。在此，立柱20的各部位的实际温度彼此不同。因此，即使在同一块100内，也存在不同温度的部位。但是，定义同一块100内的各部位的温度是固定值，在作为本实施方式的有限元分法的构造解析的解析条件的温度信息中利用。

另外，在立柱20中配置至少一个、更为优选配置多个温度传感器70。而且，块温度取得部91基于由温度传感器70检测出的温度信息，来取得各块100的温度。例如，通过预先把握立柱20的温度梯度，能够基于由温度传感器70检测出的温度信息，来算出各块100的温度。作为块100的温度，例如采用各块100的中心部的温度等。此外，在各块100中配置一个温度传感器70的情况下，各块100的温度能够利用由各个温度传感器70检测出的温度信息。

FEM解析部92（相当于本发明的“有限元分法解析单元”）对立柱20进行基于有限元分法的构造解析，来推定立柱20的Y轴滑动面20a的热变位量。作为该构造解析的条件，需要材料常数、各节点的温度信息、约束条件、支承部的弹簧要素。在此，构造解析的条件中仅各节点的温度信息变化，其他的条件是已知的。而且，各节点的温度信息利用由块温度取得部91取得的各块100、100、...的温度。即，同一块100所含的全部节点的温度信息是相同值。

该条件下基于有限元分法的构造解析能够由如式（1）那样的行列运算式来表示。该式（1）的运算次数是N_part1×2×N_block次。此外，对于该构造解析的式（1）的导出方法，后述。

[数1]

$\left\{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{part}1}\right\}=\left[{P1}_{\mathrm{part}1}\right]\left\{T_{\mathrm{block}}\right\}...\left(1\right)$

{δ_part1}:立柱的Y轴滑动面的节点处的热变位量向量（要素数：N_part）

[P1_part1]:系数矩阵（行数：N_part、列数：N_block）

{T_block}:各块的温度向量（要素数：N_block）

校正值运算部93（相当于本发明的“校正值运算单元”）基于在FEM解析部92中得到的立柱20的Y轴滑动面20a的热变位量来求出对加工指令位置的校正值求。校正部94（相当于本发明的“校正单元”）利用在校正值运算部93中得到的校正值来校正加工指令位置。

（4．基于热变位校正装置的处理）

下面，参照图4说明基于热变位校正装置90的处理。基于该热变位校正装置90的处理在对机床1接通电源后进行。例如，在工件W的加工中，在利用触摸探测器（未图示）等进行测量工件W时，进行热变位校正处理。

如图4所示，若接通机床1的电源（步骤S1），则在块温度取得部91中连续地从温度传感器70输入立柱20的温度信息（步骤S2）。接着，在块温度取得部91中算出各块100、100、...的温度信息（步骤S3）。此外，在各块100、100、...的温度信息能够从温度传感器70直接输入的情况下，块温度取得部91直接利用该温度信息，无需计算。

接着，在FEM解析部92中，按照式（1）来执行基于有限元分法的构造解析（步骤S4）。而且，FEM解析部92存储所得到的立柱20的Y轴滑动面20a的热变位量的推定值（步骤S5）。接着，在校正值运算部93中，基于Y轴滑动面20a的热变位量的推定值，运算对旋转主轴40的顶端的指令位置的校正值（步骤S6）。例如，基于当前的床鞍30的Y轴位置和与该Y轴位置对应的滑动面20a的热变位量的推定值，来算出旋转主轴40的顶端位置的热变位量。如此算出的旋转主轴40的顶端位置的热变位量是对旋转主轴40的顶端的指令位置的校正值。

然后，根据运算出的校正值来校正旋转主轴40的顶端的指令位置（步骤S7）。即，根据校正值将控制装置80输出的指令位置校正成校正指令位置。而且，利用控制装置80来执行热变位校正（步骤S8），在机床1的电源被切断之前持续进行（步骤S9）。即，如果机床1的电源被切断，则返回步骤S2来反复进行上述处理，在机床1的电源被切断的情况下结束热变位校正程序。

（5．基于FEM解析部的构造解析式的导出方法）

基于有限元分法的构造解析的基本式由式（2）表示。该式（2）是构造体的刚性方程式。在此，刚性矩阵［K］是根据立柱20的材料常数以及立柱20的形状得到的已知值。此外，在式（2）中，采用行数以及列数或者表示要素数的表记。另外，在本说明书中利用的向量是指全部列向量。

[数2]

{f}：各节点的外力向量（要素数：N_all）

［F］：刚性矩阵（行数：N_all；列数：N_all）

｛δ_all｝：各节点的变位向量（要素数：N_all）

另外，对应于节点温度的节点力的关系式由式（3）表示。在此，节点力矩阵［F］是根据立柱20的材料常数以及立柱20的形状而得到5的已知值。此外，在式（2）中，采用了行数以及列数，或者表示要素数的表记。

[数3]

{f}：各节点的外力向量（要素数：N_all）

［F］：节点力系数矩阵（行数：N_all；列数：N_all）

｛T_all｝：各节点的温度向量（要素数：N_all）

式（2）（3）的左边是共通的，因此各节点处的热变位量向量｛δ_all｝如式（4）那样表示。即，式（4）中的各节点处的热变位量向量｛δ_all｝相当于各节点处的热变位量。在此，为了便于后述说明，如式（5）那样，将刚性矩阵［K］的逆行列和节点力系数矩阵［F］的行列乘积表示为［P］。

[数4]

[数5]

为了基于式（5）来运算各节点处的热变位量向量｛δ｝即各节点处的热变位量，需要非常多的运算次数。因此，运算时间也需要长时间。另一方面，在本实施方式中，将立柱20分割成多个块100内的全部节点的温度是固定值。即，温度的种类与块100的数量相同。由此，关于与上述节点温度对应的节点力的关系式的式（3）如以下那样按照式（6）的方式表示。

[数6]

{f}：各节点的外力向量（要素数：N_all）

［F1］：节点力系数矩阵（行数：N_all；列数：N_all）

｛T_block｝：各块的温度向量（要素数：N_all）

由此，上述各节点处的热变位量向量｛δ_all｝如式（7）那样表示。式（7）的T_block的要素数小于式（4）的T_all的要素数。因此，与式（4）相比，式（7）的运算次数非常少。另外，如式（8）那样，将刚性矩阵［K］的逆行列和节点力系数矩阵［F1］的行列乘积表示成［P1］。

[数7]

[数8]

式（8）的运算次数与上述式（5）的运算次数相比能够大幅地减少，但是通过如下方式也能够进一步地降低运算次数。热变位量向量｛δ_all｝表示立柱20的全部节点处的热变位量。但是，热变位校正所需部位不是立柱20整体，只要能够把握立柱20的Y轴滑动面20a的热变位量即可。因此，如果将式（8）的热变位量向量｛δ_all｝分成立柱20的Y轴滑动面20a的部位的节点处的热变位量向量｛δ_part1｝和除此之外的部位的节点处的热变位量向量｛δ_part2｝来加以表示，则如式（9）所示。

[数9]

而且，如果仅提取出式（9）中的立柱20的Y轴滑动面20a的部位的接点的热变位量向量｛δ_part1｝，则能够如式（10）那样表示。

[数10]

可知该式（10）的运算次数与式（8）的运算次数相比能够大幅地降低。即，式（10）的运算次数与式（5）的运算次数相比是极少的次数。该式（10）是与上述的式（1）相同的式子。即，这样就导出式（1）。

而且，通过利用上述式（1）来进行基于有限元分法的构造解析，能够实现加工指令位置的校正所需的节点处的热变位量向量｛δ_part1｝的运算速度的高速化。而且，能够在加工中实时地进行该运算，进行热变位校正。这样，能够高速地进行基于有限元分法的构造解析，由此能够高精度实时地进行热变位校正。此外，利用式（8）来进行基于有限元分法的构造解析时的运算速度是充分高速的情况下，也能够利用式（8）。但是，与式（8）相比，利用式（1）更能够可靠地高速地进行运算。

另外，将立柱20分割成多个块100、100、...是将立柱20分割成立柱20的滑动面侧和反滑动面侧而形成的。一般地，在机床的构造体具有使移动体滑动的滑动面的情况下，由于滑动面侧与反滑动面侧的热容量的差异、发热的影响等，会在滑动面侧与反滑动面侧之间产生温度梯度。因此，在将立柱20分割成多个块100时，通过分割成滑动面侧和反滑动面侧，即使将块100内的温度定义成固定值，也能够形成靠近实际温度部分的状态。其结果，能够高精度地推定热变位量。

＜第二实施方式＞

在上述实施方式中，与立柱20的X轴位置无关地推定立柱20的热变位量，利用该推定值来算出旋转主轴40的顶端位置的热变位量。在本实施方式中，根据立柱20的X轴位置，按照旋转主轴40的顶端位置的热变位量成为不同值的方式来进行算出。以下，详细地说明。

本实施方式的热变异校正装置190具备块温度取得部91、存储部195、FEM解析部192、校正值运算部193以及校正部94而构成。因此，对于各构成中与上述实施方式相同的构成，标注相同附图标记并省略说明。

存储部195存储与立柱20的多个基准位置Xa、Xb、Xc对应的多个系数矩阵［Pa1_part1］、［Pb1_part1］、［Pc1_part1］。在此，图6A表示立柱20位于基准位置Xa的状态，图6B表示立柱20位于基准位置Xb的状态，图6C表示立柱20位于基准位置Xc的状态。

根据立柱20的X轴位置的不同，立柱20的支承刚性是不同的。即，刚性矩阵［K］根据立柱20的X轴位置的不同是不同的。因此，如式（7）所示，系数矩阵［P1_part1］是刚性矩阵［K］的函数，因此根据立柱20的X轴位置的不同是不同的。因此，如图6A～图6C所示，预先设定并存储将立柱20与多个基准位置Xa、Xb、Xc对应的多个系数矩阵［Pa1_part1］、［Pb1_part1］、［Pc1_part1］。

FEM解析部192基于由块温度取得部91算出的各块100的温度｛T_block｝和存储部195所存储的多个系数矩阵［Pa1_part1］，［Pb1_part1］、［Pc1_part1］，对立柱20分别进行基于有限元分法的构造解析，并推定立柱20的Y轴滑动面20a的热变位量。

对于基于该FEM解析部192的处理，参照图7来加以说明。如图7所示，FEM解析部192利用块温度取得部91取得算出的各块100的温度（步骤S11）。接着，从存储部195取得与各基准位置Xa、Xb、Xc对应的多个系数矩阵［Pa1_part1］、［Pb1_part1］、［Pc1_part1］（步骤S12）。

接着，利用各块100的温度｛T_block｝和各系数矩阵［Pa1_part1］、［Pb1_part1］、［Pc1_part1］，按照式（11）（12）（13），来算出各基准位置Xa、Xb、Xc的热变位量向量｛δa_part1｝、｛δb_part1｝、｛δc_part1｝（步骤S13）。

[数11]

[数12]

[数13]

校正值运算部193基于各基准位置Xa、Xb、Xc的立柱20的热变位量向量｛δa_part1｝、｛δb_part1｝、｛δc_part1｝和立柱20的X轴当前位置，通过内插法来算出对立柱20的当前位置处的旋转主轴40的顶端的加工指令位置的校正值。

对于该处理，参照图8以及图9来加以说明。如图8所示，根据各基准位置Xa、Xb、Xc的热变位量向量｛δa_part1｝、｛δb_part1｝、｛δc_part1｝，来求出对旋转主轴40的顶端的加工指令位置的校正值（因此是Z轴校正值）。这些校正值如图9所示是ΔZa、ΔZb、ΔZc。根据这些校正值ΔZa、ΔZb、ΔZc来算出X轴位置与Z轴校正值之间的关系（步骤S21）。

该关系的算出例如能够应用基于最小二乘法的近似式的算出。例如，在使基准位置为3个部位以上的情况下，可以是2次近似，也可以是1次近似。即，利用与3个部位的基准位置Xa、Xb、Xc对应的校正值ΔZa、ΔZb、ΔZc，利用内插法来算出对他们之间的X轴位置的校正值。

接着，如图8以及图9所示，根据算出的算出的关系和当前位置X_now来算出当前位置的校正值ΔZ_now（步骤S22）。这样，能够高精度地算出与立柱20当前的X轴位置X_now对应的校正值ΔZ_now。而且，校正部94利用在校正值运算部193中得到的校正值ΔZ_now来校正加工指令位置。

如上所述，相对于床身10可移动的立柱20根据其X轴位置的不同支承刚性是不同的。根据本实施方式，利用与多个基准位置Xa、Xb、Xc的支承刚性对应的多个系数矩阵［Pa1_part1］、［Pb1_part1］、［Pc1_part1］，来推定立柱20的热变位量向量｛δa_part1｝、｛δb_part1｝、｛δc_part1｝。

因此，在当前位置X_now与基准位置Xa、Xb、Xc一致的情况下，利用该基准位置Xa、Xb、Xc的系数矩阵［Pa1_part1］、［Pb1_part1］、［Pc1_part1］其自身来推定立柱20的热变位量向量｛δa_part1｝、｛δb_part1｝、｛δc_part1｝，利用该热变位量向量来算出对旋转主轴40的顶端的加工指令位置的校正值。此时算出的校正值相当于当前位置X_now的校正值ΔZ_now其自身。

另一方面，在当前位置X_now与基准位置Xa、Xb、Xc不一致的情况下，基于根据多个基准位置Xa、Xb、Xc算出的立柱20的热变位量向量｛δa_part1｝、｛δb_part1｝、｛δc_part1｝通过内插法来算出校正值ΔZ_now。这样，通过内插法来算出，由此能够高精度地算出当前位置X_now的校正值ΔZ_now。

＜第三实施方式＞

在上述实施方式中，FEM解析部92算出立柱20的Y轴滑动面20a的节点处的热变位量向量｛δ｝。除此之外，FEM解析部92也可以如图10所示，对立柱20算出用于移动床鞍30的Y轴滚珠丝杠24的支承基准位置处的节点处的热变位量向量｛δ｝。

在此，参照图5说明立柱20床鞍30的连结构造。立柱20、Y轴滚珠丝杠24被基准支承体25和辅助支承体26支承在立柱20的主体两端。一般地，滚珠丝杠如果被加热则会沿轴方向伸长。在如此地伸长的情况下，被基准支承体25支承的Y轴滚珠丝杠24的部位位置不变，被辅助支承体26支承的Y轴滚珠丝杠24的部位伸长。床鞍30具备滚珠丝杠螺母31与Y轴滚珠丝杠24螺合。

而且，支承基准位置是指利用基准支承体25来对Y轴滚珠丝杠24进行支承的部位。即，在FEM解析部92中，算出利用基准支承体25来对Y轴滚珠丝杠24进行支承的部位的节点处的热变位量向量｛δ｝。而且，校正值运算部93基于算出的热变位量向量｛δ｝，来求出加工指令位置的校正值。

根据本实施方式，与上述实施方式同样地，不运算立柱20的所有节点处的热变位量向量｛δ｝，而运算一部分节点处的热变位量向量｛δ｝，因此运算次数非常少。因此，能够高速地处理基于有限元分法的构造解析。

另外，FEM解析部92除了运算在第一实施方式中运算的Y轴滑动面20a的节点处的热变位量向量｛δ｝之外，还运算在第二实施方式中运算的支承基准位置的节点处的热变位量向量｛δ｝。由此，能够更高精度地进行加工指令位置的热变位校正。

＜第四实施方式＞

在上述实施方式中，如图2所示的块温度取得部91取得预先设定的各块100、100、...的温度。除此之外，基于实际的构造体的温度信息，适当变更各块100的分割方式，在此基础上，块温度取得部91也能够取得变更后的各块100、100、...的温度信息。在该实施方式中，参照图11详细地说明。在此，在图11中，对于与第一实施方式相同构成标注相同的附图标记并省略说明。

本实施方式的热变位校正装置290具备块分割方式变更部296、块温度取得部291、FEM解析部92、校正值运算部93以及校正部94而构成。

块分割方式变更部296基于由温度传感器70检测到的立柱20的各部位的温度信息，来变更块100、100、...的分割方式。具体地，块分割方式变更部296按照同一块100的温度宽度进入设定宽度的方式，来形成各个块100、100、...。在作为立柱20整体温度梯度变大的情况下，被分割的块数多、而在立柱20整体温度梯度小的情况下，分割的块数少。另外，在温度分布的局部变动大的情况下，分割后的块数多。而且，块温度取得部291取得利用块分割方式变更部296适当变更分割方式后的各块100、100、...的温度。对于其他构成，与上述实施方式相同。

这样，即使在基于有限元分法的构造解析中将同一块100的温度定义成相同值，各个温度也是接近立柱20实际温度的状态。其结果，能够高精度地推定热变位量。

附图标记说明

1：机床；10：床身；20：立柱；20a：Y轴滑动面；25：基准支承体；26：辅助支承体；30：床鞍；30a：侧面；31：螺母；40：旋转主轴；42：工具；50：载台；60：旋转载台；70：温度传感器；80：控制装置；90、190、290：热变位校正装置；91、291：块温度取得部；92、192：FEM解析部；93、193：校正值运算部；94：校正部；195：存储部；296：块分割方式变更部；100：块。

Claims (9)

1.一种机床的热变位校正装置，其特征在于，具备：

温度传感器，其被配置在机床的构造体的规定部位；

块温度取得单元，在把各块的温度定义为固定值时，该块温度取得单元基于由所述温度传感器检测出的温度信息来取得所述各块的温度，其中，所述各块是通过将所述机床的构造体分割成多个而形成的；

有限元分法解析单元，其基于由所述块温度取得单元取得的所述各块的温度来进行基于有限元分法的构造解析，推定所述机床的构造体的热变位量；

校正值运算单元，其基于由所述有限元分法解析单元推定出的所述机床的构造体的热变位量，来求出对由NC程序发出的所述机床的移动体的指令位置的校正值；以及

校正单元，其利用由所述校正值运算单元得到的所述校正值来校正所述指令位置。

2.根据权利要求1所述的机床的热变位校正装置，其特征在于，

所述有限元分法解析单元进行基于所述有限元分法的构造解析，并推定所述机床的构造体的一部分节点处的热变位量，

所述校正值运算单元基于推定出的所述机床的构造体的一部分节点处的热变位量来求出所述校正值。

3.根据权利要求2所述的机床的热变位校正装置，其特征在于，

在所述机床的所述构造体具有使所述机床的其他移动体滑动的滑动面的情况下，

所述一部分节点是所述机床的所述构造体中位于使所述机床的移动体滑动的所述滑动面的节点。

4.根据权利要求2所述的机床的热变位校正装置，其特征在于，

所述一部分节点是用于使所述机床的移动体相对于所述机床的所述构造体移动的滚珠丝杠的支承基准位置。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的机床的热变位校正装置，其特征在于，

所述构造体被支承成能够相对于支承体移动，

所述热变位校正装置具备存储单元，所述存储单元存储与所述构造体的多个基准位置处的支承刚性对应的多个系数矩阵，

所述有限元分法解析单元基于所述多个系数矩阵和所述各块的温度来进行基于有限元分法的构造解析，并推定所述机床的构造体的热变位量。

6.根据权利要求5所述的机床的热变位校正装置，其特征在于，

所述有限元分法解析单元基于所述多个系数矩阵和所述各块的温度，来分别推定所述构造体的各个所述基准位置处的所述构造体的热变位量，

所述校正值运算单元基于各个所述基准位置处的所述构造体的热变位量和所述构造体的当前位置，通过内插法来算出对所述构造体的当前位置处的所述移动体的指令位置的校正值。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的机床的热变位校正装置，其特征在于，

在所述机床的所述构造体具有使所述机床的其他移动体滑动的滑动面的情况下，

所述块是所述机床的所述构造体被分割成所述滑动面侧和反滑动面侧而形成的。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的机床的热变位校正装置，其特征在于，

所述机床的热变位校正装置还具备块变更单元，所述块变更单元基于由所述温度传感器检测出的温度信息，来变更所述块的分割方式。

9.一种机床的热变位校正方法，其特征在于，具备：

块温度取得步骤，在将机床的构造体分割成多个后的各块的温度定义为固定值时，基于由温度传感器检测出的温度信息来取得所述各块的温度，其中，所述温度传感器被配置在所述机床的构造体的规定部位；

有限元分法解析步骤，基于在所述块温度取得步骤中取得的所述各块的温度来进行基于有限元分法的构造解析，推定所述机床的构造体的热变位量；

校正值运算步骤，基于在所述有限元分法解析步骤中推定出的所述机床的构造体的热变位量，来求出对由NC程序发出的所述机床的移动体的指令位置处的校正值；以及

校正步骤，利用在所述校正值运算步骤中得到的所述校正值来校正所述指令位置。

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