CN105312962B - 机床的控制装置 - Google Patents

机床的控制装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105312962B
CN105312962B CN201510382180.9A CN201510382180A CN105312962B CN 105312962 B CN105312962 B CN 105312962B CN 201510382180 A CN201510382180 A CN 201510382180A CN 105312962 B CN105312962 B CN 105312962B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mentioned
preheating
thermal
state
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510382180.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105312962A (zh
Inventor
小山泰明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FANUC Corp
Original Assignee
FANUC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2014-137969 priority Critical
Priority to JP2014137969A priority patent/JP6285297B2/ja
Application filed by FANUC Corp filed Critical FANUC Corp
Publication of CN105312962A publication Critical patent/CN105312962A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105312962B publication Critical patent/CN105312962B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/14Methods or arrangements for maintaining a constant temperature in parts of machine tools
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0003Arrangements for preventing undesired thermal effects on tools or parts of the machine
    • B23Q11/0007Arrangements for preventing undesired thermal effects on tools or parts of the machine by compensating occurring thermal dilations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/12Adaptive control, i.e. adjusting itself to have a performance which is optimum according to a preassigned criterion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/18Compensation of tool-deflection due to temperature or force
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/37Measurements
    • G05B2219/37428Temperature of tool
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/37Measurements
    • G05B2219/37429Temperature of motor
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/49Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49204Control of heat to compensate for dilatation, thermal displacement
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/49Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49213Active thermal preload regulation for spindle

Abstract

本发明涉及一种机床的控制装置,预先存储根据加工程序使上述机床动作时的该机床的热位移在饱和状态下的热位移状态(目标热位移状态),决定电动机的预热运行动作模式,使得接近该目标热位移状态。按照预热运行动作模式驱动电动机,当机床的热位移状态在预定的范围内时,停止该电动机的预热运行。

Description

机床的控制装置
技术领域
本发明涉及一种机床的控制装置,特别涉及根据在热位移饱和的时刻的热位移状态进行高效的预热运行控制的机床的控制装置。
背景技术
在机床中,通过电动机驱动进给丝杠和主轴,因此,由于电动机的发热、轴承的旋转产生的摩擦热、进给丝杠的滚珠丝杠和滚珠螺母的接触部的摩擦热,主轴和进给丝杠膨胀,机械位置发生变化。即,应该定位的工件和工具的相对位置关系会产生偏差。由该热造成的机械位置的变化在进行高精度的加工时成为问题。
为了去除由于热造成的机械位置的位移,使用根据由位移传感器或温度传感器测量出的检测位移或检测温度来修正指令位置的技术(热位移修正)、对进给丝杠赋予初始张力而不受热造成的膨胀的影响的方法、在工件加工前运行设备使精度稳定的预热运行。
在预热运行中,使主轴以用于实际的工件加工的转速旋转,或不安装工件而重复运行加工程序的空运行。通过进行空运行直到机床的热位移稳定为止而能够使加工精度稳定,不过空运行的内容和时间是基于熟练操作者的经验和直觉,有可能产生无用的预热运行时间。因此,例如在日本特开平07-124846号公报、日本特开2004-261934号公报、日本特开平08-215981号公报中提出了判断预热运行的结束定时的方法、高效地进行预热运行的方法。
日本特开平07-124846号公报中记载的机床,在早晨的最先的动作中与通常相比,液压传动器的运动要差,着眼于在预热运行中对各种异常检测的吸引,在预热运行模式选择时,增大液压伺服系统的位置容许值、位置到达时间的设定值,省略忽略工件检测开关的检测信号等预定的动作,从而不产生无用的动作停止,能够顺利地进行预热运行。
不过,上述技术通过消除无用的动作停止而缩短预热运行时间,但进行空运行的加工程序用于实际的加工,作为预热运行,大多例如是加工中进行指示的暂停、低速的加工动作、工具交换动作等无用的动作,相应地要花费额外的时间。
日本特开2004-261934号公报所记载的机床在主轴的预热运行中检测工具的刀尖位置,如果该工具刀尖位置的变化被收纳到预先设定的容许范围内,则判断为不需要预热运行,由此不进行无用的预热运行地进行控制,能够缩短预热运行时间。
虽然在上述技术中能够判断结束预热运行的定时,但预热运行的效率自身不变,所以预热运行时间的缩短有极限。另外,预热运行的对象限于主轴,没有说明滚珠丝杠的预热运行。
日本特开平08-215981号公报所记载的机床预先使主轴以用于实际加工的转速旋转,测量在热位移饱和的时刻的热位移量,在实际的预热运行动作中,使主轴以转速更高的预备加热转速旋转,直到达到与该测量值相同的热位移量为止,之后返回用于实际加工的转速,以发生的热位移量修正相对位置后开始加工,由此能够得到与等到热位移稳定为止开始加工的情况相同程度的高加工精度,能够缩短预热运行时间。
但是,上述技术通过比较热位移饱和状态下的热位移量和当前的热位移量来判断结束预热运行的定时,不过主轴的热位移量也包括主轴安装台或柱的变形,所述热位移不单纯地增加而进行复杂的变化,因此会弄错结束预热运行的定时。另外,上述文献只描述了以一定的预备加热转速进行预热运行的情况,没有描述考虑了主轴的加减速等高效的预热运行,并且预热运行的对象限于主轴,没有描述滚珠丝杠的预热运行。
发明内容
因此,本发明的目的为提供一种机床的控制装置,通过进行省去了无用的动作的预热运行,能够缩短预热运行时间。
本发明的机床的控制装置根据加工程序驱动电动机来驱动主轴和进给丝杠,具备:存储部,其将预先根据上述加工程序使上述机床动作时的上述机床的热位移在饱和状态下的热位移状态存储为目标热位移状态;预热运行动作决定部,其决定电动机的预热运行动作模式,使得接近上述目标热位移状态;热位移状态计算部,其计算上述机床的热位移状态;电动机驱动部,其根据通过上述预热运行动作决定部决定的上述预热运行动作模式来驱动上述电动机;以及电动机停止部,其通过上述热位移状态计算部针对每个预定的周期计算上述机床的热位移状态,将该计算出的热位移状态与上述目标热位移状态进行比较,当上述计算出的热位移状态与上述目标热位移状态之间的差在预定的阈值以内时,停止上述电动机驱动部。
上述热位移状态计算部具备:温度分布推定部,其将主轴部捕捉为分割为多个区间的模型,推定这些区间的各区间温度;和主轴热位移量推定部,其根据上述温度分布推定部来推定热位移量。并且,上述预热运行动作决定部根据上述温度分布推定部的推定值来决定驱动主轴的预热运行动作模式,上述电动机停止部在通过上述温度分布推定部计算出的温度与上述目标热位移状态下的温度之间的差在预定的阈值以内的情况下,停止上述电动机驱动部。
上述热位移状态计算部具备:发热场所推定部,其将进给丝杠分割为多个区间,推定各区间的热位移量;和进给丝杠热位移量推定部,其通过相加上述热位移量来推定进给丝杠整体的热位移量。并且,上述预热运行动作决定部根据上述发热场所推定部的推定值来决定驱动进给丝杠的预热运行动作模式,上述电动机停止部在通过上述进给丝杠热位移量推定部计算出的进给丝杠的热位移量与上述目标热位移状态下的进给丝杠的热位移量之间的差在预定的阈值以内的情况下,停止上述电动机驱动部。
上述控制装置在停止了上述电动机驱动部后也通过上述热位移状态计算部计算热位移量,当计算出的热位移状态与上述目标热位移状态不一致时,能够重新开始由上述电动机驱动部进行的电动机的驱动。
在这样构成的本发明中,为了与在热位移饱和时刻的热位移状态一致而驱动进给丝杠和主轴,由此进行省去了无用的动作的预热运行,能够缩短预热运行时间。为了针对主轴以实际的工件加工以上的转速断续地进行加减速,针对进给丝杠部分地进行加热,通过在一定区间进行往复运动而能够进行高效的预热运行。
另外,通过比较热位移饱和时刻的热位移状态和当前的热位移状态来判断结束预热运行的定时,能够消除无用的预热运行时间,进而能够缩短预热运行时间。
附图说明
参照附图说明以下的实施方式,明确本发明的上述以及其他的目的和特征。
图1是表示本发明的机床的控制装置的框图。
图2是表示主轴的二维模型的图。
图3是表示主轴上的热量移动的示意图。
图4是表示进给丝杠的一维模型的图。
图5是表示进给丝杠上的热量移动的示意图。
图6A和图6B是表示通过图1的数值控制装置执行的预热运行动作的处理步骤的流程图。
图7是表示由图1的数值控制装置执行的主轴的预热运行程序的例子的图。
图8是由图1的数值控制装置执行的、决定主轴的预热运行动作模式的处理的流程图。
图9是表示由图1的数值控制装置执行的进给丝杠的预热运行程序的例子的图。
图10是由图1的数值控制装置执行的、决定进给丝杠的预热运行动作模式的处理的流程图。
图11是说明由图1的数值控制装置执行的、进给丝杠的预热运行动作模式的折返地点的计算方法的图。
具体实施方式
使用图1的数值控制装置的框图说明本发明的机床的控制装置。
控制机床的数值控制装置10构成后述的机床的热位移修正装置。数值控制装置10的处理器(CPU)11经由总线21读出在ROM12中存储的系统程序,根据该系统程序整体地控制数值控制装置10。在RAM13中存储有暂时的计算数据和显示数据以及操作者经由LCD/MDI单元(带液晶显示装置的手动输入装置)70而输入的各种数据等。
SRAM14通过未图示的电池进行备份,构成为即使切断数值控制装置10的电源也保持存储状态的非易失性存储器,存储有测量初始位置的程序和进行机床的热位移修正的程序、经由接口15读入的后述加工程序、经由LCD/MDI单元70输入的加工程序等。另外,在ROM12中预先写入用于实施为了生成和编辑加工程序所需要的编辑模式的处理和用于自动运行的处理的各种系统程序。
接口15是用于能够与数值控制装置10连接的接口,连接外部存储装置等外部设备72。从该外部存储装置读入加工程序和热位移测量程序等。可编程控制器(PMC)16通过内置在数值控制装置10中的时序程序控制机床侧的辅助装置等。即,根据由加工程序进行指示的M功能、S功能以及T功能,通过这些时序程序在辅助装置侧变换必要的信号,从I/O单元17输出到辅助装置侧。各种传动器等辅助装置通过该输出信号进行动作。另外,接收配置在机床本体上的操作盘的各种开关等的信号,进行必要的处理后转给处理器1。
机床各轴的当前位置、警报、参数、图像数据等图像信号被发送到LCD/MDI单元70,显示在该显示器上。LCD/MDI单元70是具备显示器、键盘等的手动数据输入装置,接口18从LCD/MDI单元70的键盘接收数据后转给处理器11。
接口19与手动脉冲发生器71连接,手动脉冲发生器71被安装在机床的操作盘上,用于通过基于手动操作的分配脉冲的各轴控制来精密地定位机床的可动部。使机床的工作台移动的X轴、Y轴的轴控制电路30、31以及Z轴的控制电路32接收来自处理器11的各轴的移动指令,将各轴的指令输出到伺服放大器40~42。伺服放大器40~42接收该指令,驱动机床的各轴伺服电动机50~52。在各轴的伺服电动机50~52内置用于位置检测的位置检测器,将来自该位置检测器的位置信号作为脉冲列进行反馈。
主轴控制电路60接收对机床的主轴旋转指令,对主轴放大器61输出主轴速度信号。主轴放大器61接收该主轴速度信号,使机床的主轴电动机62以所指示的旋转速度旋转,驱动工具。在主轴电动机62通过齿轮或传送带等与位置检测器63结合,位置检测器63与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲,由处理器11经由接口20读取该反馈脉冲。符号65是调整为与当前时刻同步的时钟装置。
以下,说明通过上述数值控制装置10执行的各个处理。
<1.热位移状态的计算>
首先,说明通过图1的数值控制装置10执行的热位移状态的计算方法。热位移状态表示主轴、进给丝杠等机床的构成要素的热位移量和热位移的分布、温度分布等。
<1.1主轴热位移状态的计算>
作为计算主轴的热位移状态的方法的一例,有从机床的驱动状态推定主轴系的热位移状态的方法。例如,如图2所示,将由主轴80和主轴安装台81和柱82组成的结构体(主轴系)捕捉为平面状的二维模型,分割为多个区间(1~9),根据表现了热的交接的计算式来计算各区间的温度。由于在区间1和区间2、区间2和区间3这样相邻的区间之间产生热传导,因此按照每个预定周期进行热传导的计算。
作为发热源设想主轴的摩擦和主轴电动机,进行针对它们相邻的区间赋予热的计算。另外,各区间在大气中进行散热,所以也进行从各区间吸收热的计算。通过组合这些计算,推定各区间的温度分布。
图3是表示区间1的热量Q的移动的示意图。区间1与区间2以及区间3连接并且也与室外空气连接。另外,作为相邻的热源有主轴电动机和主轴自身的摩擦热。这时候,通过下述公式(1)表示在区间1和外部之间进行交换的热量Q1。
Q1=Q21+Q31+QSM+QSP-Qair ……(1)
另外,热量Q21、热量Q31分别是在区间2、区间3和区间1之间进行交换的热量,热量Qair是区间1和空气之间进行交换的热量。另外,热量QSM、QSP分别是从作为热源的主轴电动机、主轴赋予区间1的热量。
这里,分别通过各区间之间的温度差来求出热量Q21、热量Q31,通过下述公式(2)表示。
Q21=k21-(T2-T1)
Q31=k31-(T3-T1) ......(2)
另外,上述公式(2)的T1、T2、T3分别是区间1、2、3的温度。另外,k21、k31分别是区间2和区间1之间、区间3和区间1之间的热传导系数,例如预先通过实验等计算并存储在存储器中。
另外,能够通过区间1的温度和室外气温之间的差求出热量Qair,通过下述公式(3)表示。
Qair=f1(Tair-T1) ……(3)
另外,上述公式(3)的f1是表示对室外空气的散热状态的函数,例如通过实验等对每个区间以函数或表的形式预先求出,存储在存储器等中。
进而,关于QSM、QSP,例如通过实验等以表的形式预先求出主轴电动机的绕线温度和主轴的转速等参数与赋予的热量QSM、热量QSP的关系,存储在存储器等中。
如下述公式(4)所示,通过用区间1的热容量q1除上述热量Q1来求出进行了热交换的区间1的温度变化ΔT1
这样,按照每个预定周期对区间1计算ΔT1,如下述公式(5)所示,通过将ΔT1与区间1的温度T1相加,能够求出区间1的温度T1
T1←T1+ΔT1 ……(5)
上述公式是用于图2的二维模型的区间1的温度推定的计算式,不过关于其他区间也同样,考虑二维模型的区间的相邻状态后对每个区间生成计算式,由此能够推定各区间的温度Ti。这样根据推定的温度Ti,推定各区间的伸缩,计算主轴的伸长和斜率。关于温度变化引起的各区间的伸缩的推定方法,例如通过实验等预先测量温度变化造成的各区间的变化量,存储在表等中,或者通过公知的热膨胀模拟等进行计算即可。通过使用该方法,能够同时推定热位移量和温度分布。
另外,图2的区间分割方法是一例,本发明中主轴的热位移状态的推定方法不限于上述方法。
另外,可以不推定热位移状态,而使用位置传感器求出热位移量和热位移分布的实测值,也可以使用温度传感器求出温度分布的实测值。可以组合两者,求出一部分的热位移状态的实测值,从中推定剩余部分的热位移状态。
<1.2进给丝杠热位移状态的计算>
作为通过本发明的控制装置执行的进给丝杠的热位移状态的计算方法的一例,有根据机床的驱动状态推定进给丝杠的热位移状态的方法。例如,如图4所示,将进给丝杠90的所有冲程捕捉为一维模型,将其分割为多个区间(1~X),根据表现了热的交接的计算式来计算各区间的温度。在区间I和区间(I-1)、区间I和区间(I+1)这样相邻的区间之间产生热传导,因此按照每个预定周期进行热传导的计算。
作为发热源,设想由轴移动造成的进给丝杠90和滚珠螺母91之间的摩擦热,进行针对这些相邻的区间赋予热的计算。另外,各区间在大气中进行散热,因此也进行从各区间吸收热的计算。通过组合这些计算,推定各区间的温度分布。
图5是表示了区间I的热量Q的移动的示意图。区间I与区间(I-1)和区间(I+1)连接,并且也和室外空气连接。另外,作为相邻的热源有与滚珠螺母的摩擦热。这时候,通过以下公式(6)表示在区间I和外部之间进行交换的热量QI
QI=QI-1+QI+1+QBNQair ……(6)
另外,热量QI-1、热量QI+1分别是在区间(I-1)、区间(I+1)和区间I之间进行交换的热量,热量Qair是区间I和室外空气之间进行交换的热量。另外,热量QBN是通过与滚珠螺母的摩擦热赋予区间I的热量。这里,分别通过区间之间的温度差来求出热量QI-1、热量QI+1,通过下述公式(7)表示。
QI-1=kI·(TI-1-TI)
QI+1=kI·(TI+1-TI) ……(7)
另外,上述公式(7)的TI、TI-1、TI+1分别是区间I、区间(I-1)、区间(I+1)的温度。另外,KI是区间I与区间(I-1)、区间(I+1)之间的热传导系数,例如预先通过实验等计算并存储在存储器中。另外,能够通过区间I的温度和室外气温之间的差求出Qair,通过下述公式(8)表示。
Qair=gI(Tair-TI) ……(8)
另外,上述公式(8)的gI是表示对室外空气的散热状态的函数,例如预先通过实验等对每个区间以函数或表的形式求出,存储在存储器等中。进而,关于热量QBN,例如通过实验等以表的形式预先求出滚珠螺母91的移动速度和热量QBN的关系,存储在存储器等中。
如下述公式(9)所示,通过用区间I的热容量qI除上述热量QI来求出上述公式(6)所示的进行了热交换的区间I的温度变化ΔTI
这样,按照每个预定周期对区间I计算ΔTI,如下述公式(10)所示,通过将ΔTI与区间I的温度TI相加,能够求出区间I的温度TI
TI←TI+ΔTI ……(10)
另外,在成为计算对象的周期中滚珠螺母91没有和区间I连接的情况下,将上述公式(6)的热量QBN的项处理为热量0。
并且,根据这样推定的温度TI,推定各区间的伸缩,计算进给丝杠的伸长。根据推定的温度TI由以下公式(11)来推定各区间(区间0~区间X)的热位移量δnI
δnI=αI·WI·(TI-T0)……(11)
在上述公式(11)中,T0是初始温度,WI是区间I的长度,αI是线膨胀系数。另外,通过下述公式(12)来推定进给丝杠的各位置的热位移的分布LnI
LnI=δn0n1+...+δnI ……(12)
通过这样的方法能够同时推定热位移量和热位移的分布。另外,本发明中进给丝杠的热位移状态的推定方法不限于上述的方法,例如也能够使用日本特开平2002-018677号公报等公开的公知方法进行推定。
另外,可以不推定热位移状态,而使用位置传感器来求出热位移量和热位移分布的实测值,也可以使用温度传感器求出温度分布的实测值。可以组合两者,求出一部分的热位移状态的实测值,从中推定剩余部分的热位移状态。
<2.预热运行动作的整体流程>
接着,说明通过图1的数值控制装置10执行的预热运行动作的整体流程。
图6A和图6B是表示预热运行动作的处理步骤的流程图。该预热运行动作的流程由预先记录进行通常的运行所需要的数据的工序(图6A)、根据记录的数据实际进行高效的预热运行的工序(图6B)组成。
图6A的流程图所示的工序为以下工序,即运行机床直到热位移饱和的时间为止,将热位移饱和的状态下的热位移状态记录在存储器等中。该工序不需要每天在运行开始前执行,而是只要加工程序和加工间的间隔不变,最初执行一次即可。
[步骤SA01]以与实际工件的加工相同的动作进行运行,直到机床的热位移饱和为止。关于机床的热位移是否饱和,在以与实际工件的加工相同的动作进行运行过程中在每个预定周期测量各进给丝杠和主轴的位移等,判断为在变位稳定的阶段热位移饱和即可。
[步骤SA02]根据在机床热位移饱和的阶段机床的驱动状态计算各进给丝杠和主轴的热位移状态。在本实施方式中,例如通过上述<1.热位移状态的计算>所说明的方法等计算热位移状态。
[步骤SA03]将在步骤SA02中计算出的热位移状态存储在存储器中,决定各进给丝杠和主轴的预热运行动作模式。将在后面描述预热运行动作模式的决定方法。
图6B的流程图所示的工序是根据图6A的流程图的步骤SA03中存储在存储器中的热位移状态,按照所决定的预热运行动作模式执行预热运行控制的工序。例如在每天的运行开始前执行该工序。
[步骤SB01]按照由图6A的流程图的步骤SA03的处理所决定的预热运行动作模式,重复预热运行控制。
[步骤SB02]比较在预热运行动作中计算出的当前各进给丝杠和主轴的热位移状态、在步骤SA03进行了存储的热位移饱和的时刻的各进给丝杠和主轴的热位移状态。比较的结果为,在当前的热位移状态与机床的热位移饱和了的时刻的热位移状态之间的差比预定的阈值大时,转到步骤SB01,另一方面,在预定的阈值以下时,转到步骤SB03。
[步骤SB03]结束预热运行动作。
<3.预热运行动作模式的决定方法>
接着,说明通过图1的数值控制装置10执行的预热运行动作模式的决定方法。
在该预热运行动作模式的决定中,使用预热运行程序,不利用实际的工件加工所使用的加工程序。在该预热运行程序中记载有各进给丝杠和主轴的预热运行动作模式,通过变更参数,能够分别个别地运行、停止各进给丝杠和主轴。
<3.1主轴的预热运行动作模式的决定>
在决定再现热位移饱和的状态的预热运行动作模式时,希望不仅再现主轴的部分温度,也再现主轴系整体的温度分布。根据主轴系的温度分布主轴安装台和柱的变形不同,是由于主轴的倾斜引起的热位移量发生了变化的缘故。
主轴一般是高旋转比低旋转容易变热。另外,如果使主轴连续旋转,则主轴电动机和主轴的温度缓慢上升,成为在接近主轴的区间温度变高,在远离的区间温度下降这样缓慢的温度分布。不过,如果重复旋转和停止后断断续续地旋转,则主轴电动机特别容易变热。如果主轴电动机急剧地变暖,则相邻的区间的温度会急剧上升,成为激变的温度分布,通过预热运行以能够再现带有这些缓急的温度分布的方式决定预热运行动作模式。
在本实施方式的预热运行动作模式中,将主轴转速Rs和频率f设为参数。主轴以频率f重复旋转和停止,旋转时指示主轴转速Rs。例如使用图7的程序。这里频率f是在一分钟进行加减速的次数。
根据图8所示的流程图,决定预热运行动作模式。按照各个步骤说明图8所示的流程图。
另外,在执行本处理之前,通过实验等预先测量温度的合计值TSUM、温度差的平均值TDIF与主轴转速RS以及主轴旋转频率f之间的关系,将关联了这些各值的表作为数据库存储在数值控制装置的SRAM14等存储器中,在后述的步骤SC03、步骤SC04中使用该表求出主轴转速RS、主轴旋转频率f。在实验中,记录例如使主轴以主轴转速RS、主轴旋转频率f断断续续地旋转时的热位移饱和的时刻的温度合计值TSUM和温度差的平均值TDIF
[步骤SC01]计算热位移饱和的时刻的主轴系的所有区间的温度合计值TSUM。如果设TI为区间I的温度,则在图2所示的二维模型中,通过下述公式(13)表示温度的合计值TSUM
TSUM=T1+T2+...+T9 ……(13)
[步骤SC02]计算热位移饱和的时刻的主轴系的相邻区间的温度差的平均值TDIF。在图2所示的二维模型中,通过以下公式(14)表示温度差的平均值TDIF
[步骤SC03]根据与主轴转速和温度的合计值TSUM有关的数据,决定与温度的合计值TSUM对应的主轴转速RS。当温度的合计值TSUM大时决定高的主轴转速RS,当温度的合计值TSUM小时决定低的主轴转速RS
[步骤SC04]根据在步骤SC03决定的主轴转速RS的与主轴转速和温度差的平均值TDIF有关的数据,决定与温度差的平均值TDIF对应的主轴旋转频率f。当温度差的平均值TDIF大时决定短的频率f,当温度差的平均值TDIF小时决定长的频率f。
[步骤SC05]根据主轴转速RS和主轴旋转频率f决定主轴的预热运行动作模式,根据该决定的预热运行动作模式生成预热运行程序。
<3.2进给丝杠的预热运行动作模式的决定>
在决定再现热位移饱和的状态的预热运行动作模式时,不仅希望使进给丝杠整体的热位移量一致,也希望能再现由于实际的工件加工动作而发热的范围。因为一般进给丝杠不均等地发热,滚珠螺母移动的场所局部发热,因此存在热位移大的位置和热位移少的位置。
进给丝杠一般不以低速而以高速进行移动的一方的摩擦大,从而容易变热。并且与滚珠螺母连接的场所发热,热随时间向进给丝杠一端传播。通过预热运行以能够再现这些热位移的分布的方式来决定预热运行动作模式。
在通过图1的数值控制装置10执行的预热运行动作模式中,将折返地点R1、R2和进给速度FB设为参数。以进给速度FB使机床的工作台在折返地点R1和R2之间进行往复运行。使用例如图9那样的程序。这里将X轴的进给速度表现为FBx,将折返地点表现为Rx1和Rx2,将Y轴的进给速度表现为FBY,将折返地点表现为RY1和RY2,将Z轴的进给速度表现为FBZ,将折返地点表现为RZ1和RZ2
根据图10所示的流程图,决定预热运行动作模式。按照各个步骤说明图10所示的流程图。
另外,在执行本处理之前,通过实验等预先测量在步骤SD01描述的热位移量的合计值LnX和进给速度的关系,将关联了这些各值的表作为数据库存储在数值控制装置的SRAM14等存储器中,在后述的步骤SD03使用该表,根据热位移量的合计值LnX求出进给速度FB。例如,记录以进给速度FB使机床的工作台往复运行时的、在热位移饱和的时刻的热位移量的合计值LnX。另外,决定通过进给丝杠的热传导特性确定的偏移量α。
[步骤SD01]使用下述公式(15)计算热位移量的合计值LnX
LnX=δn0n1+...+δnI+...+δnX ……(15)
[步骤SD02]计算折返地点R1、R2。使用图11说明折返地点R1、R2的计算处理。首先,如图11的图表A所示,连接进给丝杠的相邻区间的热位移量δnI而表现为图表。该图表和X轴(表示区间的横轴)相交的范围表示进给丝杠的发热范围。接着,如图11的图表B所示,在位移量变小的方向使图表A偏移预先设定的偏移量α。然后,将图表B和X轴相交的点或进给丝杠的一端计算为折返地点R1、R2。通过热传导,进给丝杠在比滚珠螺母移动的范围要广的范围产生热位移。因此,将通过偏移量α而变得比图表A小的范围设为折返地点R1、R2。也考虑通过加工程序折返地点存在2个以上的情况,所以在该情况下,通过生成用于变更定期往复的范围的预热运行动作模式,表现热位移的分布。
[步骤SD03]根据与进给速度和热位移量的合计值LnX有关的数据,决定与热位移量的合计值LnX对应的进给速度FB。当热位移量的合计值LnX大时,决定快的进给速度FB,当热位移量的合计值LnX小时,决定慢的进给速度FB
[步骤SD04]根据折返地点R1、R2和进给速度FB决定进给丝杠的预热运行动作模式,生成基于所决定的预热运行动作模式的预热运行程序。
另外,为了降低周围环境的温度变化等的影响,也可以根据预热运行中的温度和热位移量的计算结果来实时切换预热运行动作模式。
<4.预热运行的结束判定>
接着,说明判定预热运行的结束的单元。
<4.1主轴的预热运行的结束判定>
一边进行预热运行,一边按照每个预定周期进行主轴的热位移状态的计算。将在步骤SA02计算出的各区间的温度和当前的温度进行比较,如果在所有区间中,当差成为预先设定的阈值以下时,通过变更参数来停止主轴的预热运行。
<4.2进给丝杠的预热运行的结束判定>
一边进行预热运行,一边按照每个预定周期进行各进给丝杠的热位移状态的计算。将在步骤SA02计算出的热位移量和当前的热位移量δnI在所有区间0~X进行比较,该比较结果,如果差成为预先设定的阈值以下时,通过变更参数来停止相应的进给丝杠的预热运行。

Claims (3)

1.一种机床的控制装置,根据加工程序驱动电动机来驱动主轴和进给丝杠,其特征在于,具备:
存储部,其将预先根据上述加工程序使上述机床动作时的上述机床的热位移在饱和状态下的热位移状态存储为目标热位移状态;
预热运行动作决定部,其决定电动机的预热运行动作模式,使得接近上述目标热位移状态;
热位移状态计算部,其计算上述机床的热位移状态;
电动机驱动部,其根据通过上述预热运行动作决定部决定的上述预热运行动作模式来驱动上述电动机;以及
电动机停止部,其通过上述热位移状态计算部针对每个预定的周期计算上述机床的热位移状态,将该计算出的热位移状态与上述目标热位移状态进行比较,当上述计算出的热位移状态与上述目标热位移状态之间的差在预定的阈值以内时,停止上述电动机驱动部,
上述热位移状态计算部具备:
温度分布推定部,其将主轴部捕捉为分割为多个区间的模型,推定这些区间的各区间温度;和
主轴热位移量推定部,其根据上述温度分布推定部来推定热位移量,
上述预热运行动作决定部根据上述温度分布推定部的推定值、主轴转速以及主轴旋转频率来决定用于驱动主轴的预热运行动作模式,其中,上述推定值包含热位移饱和的时刻的上述多个区间的温度合计值和上述多个区间的相邻区间的温度差的平均值,
上述电动机停止部在通过上述温度分布推定部计算出的温度与上述目标热位移状态下的温度之间的差在预定的阈值以内的情况下,停止上述电动机驱动部。
2.一种机床的控制装置,根据加工程序驱动电动机来驱动主轴和进给丝杠,其特征在于,具备:
存储部,其将预先根据上述加工程序使上述机床动作时的上述机床的热位移在饱和状态下的热位移状态存储为目标热位移状态;
预热运行动作决定部,其决定电动机的预热运行动作模式,使得接近上述目标热位移状态;
热位移状态计算部,其计算上述机床的热位移状态;
电动机驱动部,其根据通过上述预热运行动作决定部决定的上述预热运行动作模式来驱动上述电动机;以及
电动机停止部,其通过上述热位移状态计算部针对每个预定的周期计算上述机床的热位移状态,将该计算出的热位移状态与上述目标热位移状态进行比较,当上述计算出的热位移状态与上述目标热位移状态之间的差在预定的阈值以内时,停止上述电动机驱动部,
上述热位移状态计算部具备:
发热场所推定部,其将进给丝杠分割为多个区间,推定各区间的热位移量;和
进给丝杠热位移量推定部,其通过相加上述热位移量来推定进给丝杠整体的热位移量,
上述预热运行动作决定部根据上述进给丝杠整体的热位移量、进给速度以及折返地点来决定用于驱动进给丝杠的预热运行动作模式,
上述电动机停止部在通过上述进给丝杠热位移量推定部计算出的进给丝杠的热位移量与上述目标热位移状态下的进给丝杠的热位移量之间的差在预定的阈值以内的情况下,停止上述电动机驱动部。
3.根据权利要求1或2所述的机床的控制装置,其特征在于,
上述控制装置在停止了上述电动机驱动部后也通过上述热位移状态计算部计算热位移量,当计算出的热位移状态与上述目标热位移状态不一致时,重新开始由上述电动机驱动部进行的电动机的驱动。
CN201510382180.9A 2014-07-03 2015-07-02 机床的控制装置 Active CN105312962B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-137969 2014-07-03
JP2014137969A JP6285297B2 (ja) 2014-07-03 2014-07-03 工作機械の制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105312962A CN105312962A (zh) 2016-02-10
CN105312962B true CN105312962B (zh) 2019-06-14

Family

ID=54866336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510382180.9A Active CN105312962B (zh) 2014-07-03 2015-07-02 机床的控制装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9956660B2 (zh)
JP (1) JP6285297B2 (zh)
CN (1) CN105312962B (zh)
DE (1) DE102015110290B4 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6077497B2 (ja) * 2014-07-18 2017-02-08 ファナック株式会社 繰返し加工を行う数値制御装置
JP6105674B2 (ja) * 2015-05-28 2017-03-29 ファナック株式会社 ロボットと人間との接触力を監視するロボットシステム
JP6499707B2 (ja) * 2017-04-03 2019-04-10 ファナック株式会社 シミュレーション装置、プログラム生成装置、制御装置およびコンピュータの表示方法
JP6538746B2 (ja) 2017-04-06 2019-07-03 ファナック株式会社 暖機運転計画装置及び暖機運転計画方法
CN107009189A (zh) * 2017-04-26 2017-08-04 广西大学 一种应用于铣镗床滑枕的热伸长补偿机构
JP6603272B2 (ja) * 2017-07-18 2019-11-06 ファナック株式会社 情報収集装置及び情報収集方法
TWI628035B (zh) * 2017-08-09 2018-07-01 財團法人工業技術研究院 熱穩定控制系統與方法
TWI649648B (zh) * 2017-12-05 2019-02-01 財團法人工業技術研究院 加工機熱補償控制系統及其方法
JP6687650B2 (ja) * 2018-01-31 2020-04-28 ファナック株式会社 熱変位補正装置及び機械学習装置
CN108490883B (zh) * 2018-03-19 2020-12-01 成都飞机工业(集团)有限责任公司 一种数控机床预热方法
JP6660976B2 (ja) * 2018-05-21 2020-03-11 Dmg森精機株式会社 工作機械監視装置
CN109047797B (zh) * 2018-08-22 2020-12-29 崴立机电(苏州)有限公司 一种用于防止主轴轴承烧毁的控制方法
DE102019213883A1 (de) * 2019-09-11 2021-03-11 Hiwin Technologies Corp. Aufwärmverfahren für Maschinensystem

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1170647A2 (en) * 2000-07-06 2002-01-09 Fanuc Ltd Method of correcting thermal displacement of machine tool
JP2005034929A (ja) * 2003-07-17 2005-02-10 Toyoda Mach Works Ltd 工作機械制御装置、工作機械制御方法、工作機械制御プログラム及び工作機械制御プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体
JP2006065716A (ja) * 2004-08-30 2006-03-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 変形誤差の補正方法
CN102736559A (zh) * 2011-04-04 2012-10-17 大隈株式会社 机床的校正值运算方法以及程序
CN103240640A (zh) * 2012-02-13 2013-08-14 发那科株式会社 机床的暖机运转控制装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0815702B2 (ja) * 1991-01-17 1996-02-21 垣野 義昭 Nc工作機械におけるボールねじの熱変位補正方法
JPH07124846A (ja) * 1993-10-28 1995-05-16 Murata Mach Ltd 工作機械の暖気運転時制御装置
JPH08215981A (ja) * 1995-02-13 1996-08-27 Toyota Motor Corp 主軸熱変位を補正した加工方法および装置
JP3897501B2 (ja) * 1999-11-09 2007-03-28 株式会社ジェイテクト ボールねじの熱変位補正装置
JP3887197B2 (ja) * 2001-10-02 2007-02-28 株式会社森精機製作所 Nc工作機械の補正装置
JP4245375B2 (ja) 2003-03-03 2009-03-25 株式会社牧野フライス製作所 工作機械の制御方法及び工作機械
JP4874756B2 (ja) * 2006-10-05 2012-02-15 オークマ株式会社 工作機械
JP5206555B2 (ja) * 2009-03-31 2013-06-12 ブラザー工業株式会社 数値制御式工作機械及びその熱変位補正方法
JP5502912B2 (ja) * 2012-01-19 2014-05-28 ファナック株式会社 工作機械の熱変位補正装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1170647A2 (en) * 2000-07-06 2002-01-09 Fanuc Ltd Method of correcting thermal displacement of machine tool
JP2005034929A (ja) * 2003-07-17 2005-02-10 Toyoda Mach Works Ltd 工作機械制御装置、工作機械制御方法、工作機械制御プログラム及び工作機械制御プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体
JP2006065716A (ja) * 2004-08-30 2006-03-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 変形誤差の補正方法
CN102736559A (zh) * 2011-04-04 2012-10-17 大隈株式会社 机床的校正值运算方法以及程序
CN103240640A (zh) * 2012-02-13 2013-08-14 发那科株式会社 机床的暖机运转控制装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20160001410A1 (en) 2016-01-07
JP6285297B2 (ja) 2018-02-28
CN105312962A (zh) 2016-02-10
DE102015110290B4 (de) 2020-10-29
JP2016013605A (ja) 2016-01-28
US9956660B2 (en) 2018-05-01
DE102015110290A1 (de) 2016-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105312962B (zh) 机床的控制装置
CN104942651B (zh) 机床的热位移补偿装置
JP4917665B1 (ja) 工作機械の熱変位補正方法及び熱変位補正装置
CN103034169B (zh) 一种数控机床热误差建模与补偿的方法
US10234843B2 (en) Thermal displacement correction device for machine tool
CN104227498B (zh) 具有热位移量修正功能的机床
Liu et al. Modeling and compensation for spindle's radial thermal drift error on a vertical machining center
CN108176897A (zh) 毛刺去除装置
JP2010221314A (ja) 工作機械における工作物測定装置およびその方法
CN102245349A (zh) 机械运动轨迹测定装置、数控机床及机械运动轨迹测定方法
JPH11333670A (ja) 工作機械の熱変形誤差測定及び補正システム
CN105814506B (zh) 摩擦辨识方法以及摩擦辨识装置
CN102343550B (zh) 磨削方法以及磨床
CN105269399A (zh) 具有暖机运转功能的机床
JP2014174680A (ja) 部品点検時期通知機能を有する機械の数値制御装置
Yang et al. Modified Elman network for thermal deformation compensation modeling in machine tools
CN108188821B (zh) 一种数控机床滚珠丝杠进给系统热误差预测方法
CN105843167A (zh) 机床的热位移校正装置
Liu et al. Thermally induced volumetric error modeling based on thermal drift and its compensation in Z-axis
Yang et al. Experiments and simulation of thermal behaviors of the dual-drive servo feed system
Tseng A real-time thermal inaccuracy compensation method on a machining centre
CN105278450B (zh) 进行重复加工的数值控制装置
KURIC et al. EXPERIMENTAL DEVICE FOR PRACTICING ROUTINES OF MACHINE TOOL PRECISION MEASUREMENT.
Horejš et al. Complex verification of thermal error compensation model of a portal milling centre
WO2012082543A2 (en) Method for automatic compensation of thermal distortion in a gantry machine

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C06 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant