CN106346304A - 机床的热位移修正装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机床的热位移修正装置，其具备：热位移修正部，其根据机床的动作或机床的各部位的温度预测热位移量，将抵消该预测出的热位移量的热位移修正量加到进给轴的位置指令值，来计算出修正热位移的热位移修正量；以及热位移修正量调整部，其根据上述热位移修正量，求出调整上述热位移修正量的调整值，该热位移修正装置求出从加工开始起的变化量ΔE，比较ΔE与所指定的Em，在ΔE≥Em的情况下，自动判定是否需要进行通过测量单元进行实际测量的机床的实际测定。

Description

机床的热位移修正装置

技术领域

本发明涉及一种机床的热位移修正装置，尤其涉及一种自动判定是否需要实际测定机床各部的热位移的机床的热位移修正装置。

背景技术

机床具有根据其动作、各部位的温度等计算出热位移量并进行修正的修正功能。在该修正功能中，有时无法准确地计算出热位移量，修正计算出的热位移量的热位移修正量与实际的热位移量的差(修正误差)变大，无法正确地进行修正。在这样的情况下，一般使用测量设备，测量机床各部的实际的位移量，与热位移修正量进行比较。根据该比较信息，向修正误差减少的方向控制热位移修正量的计算部分，来对热位移修正量进行修正，由此提高热位移的修正精度。

作为现有技术中热位移修正量的调整方法的例子，在日本特开平11-90779号公报中公开了如下的方法：加工时，使用测量设备，测量机床各部的实际的位移量，对计算出的热位移修正量加上或减去与热位移修正量进行比较来求出的调整值，由此修正并调整上述热位移修正量。

此外，在使用测量设备，测量实际的位移量的情况下，需要预先设定测定时刻(实际测定定时)。此外，在日本特开平11-114775号公报中公开了如下的方法：利用加工程序、上次测定时刻等信息，自动地判定是否需要进行实际的测定。此外，通过实施上述实际测定，计算调整值，并自动地进行变更。

但是，因机械特性或加工环境，在上述预先设定的测定时刻进行测定的方法和根据上述加工程序和上次测定时刻等信息进行测定的方法，有时无法掌握基于调整值的修正误差，无法恰当地判定是否需要机床各部的热位移的实际测定。因此，在现有方法中，为了测量实际的热位移，需要预先决定测定时刻，需要对每个加工程序变更测定时刻。此外，因加工中的机械特性或加工环境，有时无法判定是否需要进行恰当的测定。

发明内容

因此，本发明的目的在于，鉴于上述现有技术的问题点，提供一种自动判定是否需要进行机床各部的位移的实际测定的热位移修正装置。

在本发明的机床的热位移修正装置，具备：热位移修正部，其根据机床的动作或机床的各部位的温度预测热位移量，将抵消该预测出的热位移量的热位移修正量加到进给轴的位置指令值上，由此计算出修正热位移的热位移修正量；以及热位移修正量调整部，其根据上述热位移修正量，求出调整上述热位移修正量的调整值，该机床的热位移修正装置中具有：测量单元，其测定上述机床的工件实际尺寸；判定单元，其根据上述调整值的变化状况，判定是否需要实施基于上述测量单元的测量；以及测定执行部，其在通过上述判定单元判断为需要进行测定的情况下，通过上述测量单元执行工件实际尺寸的测定。

以指定时间间隔，预定采样时间内的上述调整值的最大值与最小值的差超过了基准值的情况下，上述判定单元可以判断为需要进行测定。

此外，预先针对机床存储参照值，在所指定的时刻的调整值与预先设定的参照值的差超过了基准值的情况下，上述判定单元可以判断为需要进行测定。

通过本发明可以提供一种自动判定是否需要进行机床的实际测定的热位移修正装置。

附图说明

根据参照附图的以下的实施例的说明，使本发明的上述以及其他目的和特征变得更加明确。

图1A是说明本发明的第1步骤的图。

图1B是说明本发明的第2步骤的图。

图2是说明实时变更对热位移修正量进行加法运算或减法运算的调整值的图。

图3是说明本发明的原理的图。

图4是本发明的处理的整体流程图。

图5是第1步骤的流程图。

图6是第2步骤的流程图。

图7是说明对机床进行控制的数值控制装置的概要的框图。

图8是表示判断是否进行实际测量的判定基准的第1例的图。

图9是表示通过图8所示的判定基准判定的流程的图。

图10是表示判断是否进行实际测量的判定基准的第2例的图。

图11是表示通过图10所示的判定基准判定的流程的图。

图12是表示判断是否进行实际测量的判定基准的第3例的图。

图13是表示通过图12所示的判定基准判定的流程的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1A、图1B是说明本发明的图。图2是说明在本发明中实时变更对热位移修正量进行加法运算或减法运算的调整值的图。图3是说明本发明的原理的图。

(1)第1步骤依存于机床规格(机床结构、控制部等)，因此只要机床规格不变，原则上只要实施一次即可。因此，只要机床制造商预先实施第1步骤来决定换算系数k并保存在存储器中，则用户不需要进行。若对加工程序进行说明，则选择覆盖有可能发生机床的热位移量的范围的程序。也就是说，从机床没有发生热位移的状态开始运行加工程序，在热位移量稳定的状态下，选择机床的各动作方向的热位移量最大程度和最小程度地发生的上述加工程序。

(2)在第2步骤中，在加工环境(加工状况)变化的情况下，需要实施至少1次测量。之后，实时变更调整值，反映到热位移量的修正中。在修正值(热位移修正量乘上调整值而得的值)与实际位移值的差变大的情况下，进行实际测定。通过实际测定变更调整值，由此对修正值进行修正。

在本发明中，在预测热位移量，进行热位移修正的机床的控制装置所具备的功能中，以较少的测定次数掌握热位移修正量与实际热位移量的关系，始终能够求出适当的调整值。

选择多个加工程序并实际进行运行而得到的热位移修正量F、实际的热位移量D、调整值E存在式1、式2的关系。另外，式2为对式1进行变形而得的式。另外，关于热位移修正量F、实际的热位移量D，根据成为测定这些量时的基准的位置的决定方法，热位移修正量F、实际的热位移量D可以取正或负的数值。

E·F＝D (式1)

E＝D/F(F不为0，D和F为相同符号) (式2)

在此，进行如下的假定。

假定1)

将实际的热位移量D设为常数，也就是说，在上图的图表中显示上述的函数。在较短的期间内，实际的热位移量D固定。

假定2)

关于调整值E的计算范围(Emin～Emax)，一般的调整系数以Emin＝0.01、Emax＝10为界限。

在上述调整值E的计算范围内，通过最小二乘法求出近似函数y＝a+kx(式3)。也就是说，求出E＝a+k|F|(式4)。

并且，即使热位移量D变化(虚线的曲线、曲率变化的情况下)，上述近似函数k的值几乎不变化。因此，对于加工，一般对应于实际的热位移量D的最大值和最小值的k值几乎是恒定的。另外，a为根据加工程序确定的数值。

图4是本发明的整体流程图。

首先，实施后述的第1步骤，决定E＝a+k|F|(式4)的系数k。该系数k依存于机床规格(机床结构、控制部等)，因此只要机床规格不变，则原则上只要实施一次第1步骤即可。因此，只要机床制造商预先实施第1步骤来决定系数k并保存在用于控制机床的数值控制装置的存储器中，则用户不需要进行。

接着，在进行实际的加工时未设定系数a的情况下，实施后述的第2步骤来设定系数a。对于同一加工程序，不需要再次计算系数a。

若预先决定了系数k和a，则按照以下的顺序进行热位移修正的调整。

以下，按各步骤进行说明。

(步骤SA01)

将热位移修正单元设为有效，开始加工程序的运行。另外，热位移修正单元可以使用以往公知的单元。

(步骤SA02)

计算出热位移修正量F。热位移修正量F的计算方法可以使用以往公知的方法。

(步骤SA03)

通过E＝a+k|F|(式4)，计算出调整值E。

(步骤SA04)

计算出调整后的热位移修正量F′＝E×F(式5)，发送给热位移修正单元。

图5是第1步骤的流程图。

预先准备几个加工程序，针对各加工程序按照以下的顺序求出换算系数k。另外，将热位移修正单元设为有效后，从未发生热位移的状态(在停止状态下充分放置的状态)起开始加工程序的运行，执行以下的步骤。热位移修正单元可以使用公知的单元。此外，预先决定执行下述步骤的次数和执行的时间间隔。

以下，按各步骤进行说明。

(步骤SB01)

对机床的预先决定的测定位置的实际位移值进行测定，将结果(测定值)作为Ai而保存(i表示执行次数。i＝1、2、3、…。以下相同)。测定方法可以是任意的方法。如上所述，Ai为在热位移修正单元开启状态下测定的值。

(步骤SB02)

将热位移修正量作为Fi而保存。

(步骤SB03)

根据实测的测定值Ai和热位移修正量Fi，计算出实际的热位移量Di(Di＝Ai+Fi)。严格而言，实际的热位移量Di相当于修正功能关闭时的热位移量。

(步骤SB04)

计算出实际的热位移量Di与热位移修正量Fi的比(ri＝Di/Fi)。其中，在Fi＝0的情况下，跳过该处理。

若执行预定次数的上述处理，则根据比ri和热位移修正量Fi，通过最小二乘法求出函数y＝a+kx，此时，希望排除ri＜0的数据。对于其他加工程序，也同样执行上述处理，求出函数y＝a+kx。计算出求出的多个函数y＝a+kx的系数k的平均值，将其重新设为k。为了求出系数a，根据在加工程序运行中预先决定的测定位置来测定实际的热位移量。另外，若针对相同加工环境和加工程序已经求出了系数a，则不需要实施第2步骤。

在此，使用2个加工程序O0001和O0002来进行更具体的说明。将各个加工程序的周期时间设为约30分钟。

1.从机床停止状态起运行加工程序O0001。开启热位移修正功能，每隔1分钟实施测量。

2.通过测定取得测定结果A1～A30，通过修正功能取得热位移修正值F1～F30。根据Di＝Ai+Fi，计算D1～D30。

3.根据ri＝Di/Fi，计算r1～r30。生成r1～r30和|F1|～|F30|的图表。排除ri＜0的数据。

4.通过最小二乘法，从上述图表求出y＝a+k1·x。

5.停止机床。

6.从机床停止状态起运行加工程序O0002，执行步骤1.～步骤4.的步骤，来求出y＝a+k2·x。

7.将该机床的系数k设定为k＝(k1+k2)/2。k为通过执行各加工程序来求出的系数的平均值。

图6是第2步骤的流程图。

(步骤SC01)

开始运行加工程序，预先设定机床的调整值E。该调整值对加工程序选择适当的数值，在不知道适当的数值的情况下设定为E＝1。

(步骤SC02)

对预先决定的测定位置进行测定，将结果(测定值)作为A而保存。测定方法可以是任意的方法。

(步骤SC03)

将热位移修正量作为F而保存。

(步骤SC04)

根据实际测定的测定值A和热位移修正量F，计算出实际的热位移量D(D＝A+F)。

(步骤SC05)

计算出实际的热位移量D与热位移修正量F的比(r＝D/F)。

其中，在F＝0的情况下，设为r＝E。E为该测量时刻的已有热位移的调整值。

(步骤SC06)

通过r＝a+k|F|计算出系数a(k为在上述第1步骤中计算出的系数)。

将计算出的系数a与加工程序关联起来进行存储。

图7是说明对机床进行控制的数值控制装置的概要的框图。本发明的机床的热位移修正装置由控制机床的数值控制装置10构成。数值控制装置10的处理器(CPU)11为整体控制数值控制装置10的处理器。处理器11经由总线21读出存储在ROM12中的系统程序，按照该系统程序整体地控制数值控制装置10。LCD/MDI单元70为带显示装置的手动输入装置。另外，LCD表示液晶显示装置。在RAM13中存储临时的计算数据或显示数据、以及经由LCD/MDI单元70由操作员输入的各种数据等。

SRAM14通过未图示的电池进行后备供电，构成为即使数值控制装置10的电源关闭也保持存储状态的非易失性存储器，存储测定初始位置的程序或进行机床的热位移修正的程序、经由接口15读入的后述的加工程序、经由LCD/MDI单元70输入的加工程序等。此外，预先向ROM12写入用于实施加工程序的生成以及编辑所需要的编辑模式的处理或用于自动运行的处理的各种系统程序。

接口15为可与数值控制装置10连接的外部设备的接口，与外部存储装置等外部设备72连接。从外部存储装置读入加工程序、热位移测定程序等。PMC(可编程机床控制器)16通过内置于数值控制装置10的序列程序来控制机床侧的辅助装置等。即，按照由加工程序指示的M功能、S功能以及T功能，通过这些序列程序在辅助装置侧对必要的信号进行变换，从I/O单元17输出到辅助装置侧。通过该输出信号，各种致动器等辅助装置动作。此外，接受配置于机床本体的操作盘的各种开关等的信号，进行必要的处理并传递给处理器11。

机床的各轴的当前位置、警报、参数、图像数据等的图像信号被发送到LCD/MDI单元70，显示在其显示器上。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的键盘接受数据并传递给处理器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精确地定位机床的可动部。使机床的工作台T移动的X、Y轴的轴控制电路以及Z轴的控制电路30～32接受来自处理器11的各轴的移动指令，将各轴的指令输出给伺服放大器40～42。伺服放大器40～42接受该指令并驱动机床的各轴的伺服电动机50～52。各轴的伺服电动机50～52内设有位置检测用脉冲编码器，反馈来自该脉冲编码器的位置信号作为脉冲列。

主轴控制电路60接受向机床的主轴旋转指令，向主轴放大器61输出主轴速度信号。主轴放大器61接受该主轴速度信号，使机床的主轴电动机62以所指示的转速旋转，驱动刀具。主轴电动机62通过齿轮或传送带等与位置编码器63结合，位置编码器63与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲，经由接口20通过处理器11读取该反馈脉冲。65为调整成与当前时刻同步的时钟装置。

数值控制装置10具有：例如日本特开平11-90779号公报、日本特开平11-114775号所公开的热位移修正部，其根据机床的动作或机床的各部位的温度预测热位移量，对进给轴的位置指令值加上抵消该预测的热位移量的热位移修正量来修正热位移。上述热位移修正部例如如日本特开平11-90779号公报、日本特开平11-114775号所公开的那样是公知的，因此不进行详细叙述。数值控制装置10具备专利文献1(参照0032段、图1)所公开的测量器，可以测量机床的实际位置。并且，数值控制装置10具备执行图4、图5、图6所示的流程图的处理的软件，由此构成本发明的热位移修正装置。

以下，按照各实施方式对本发明的自动判定是否需要机床的实际测定的热位移修正装置进行说明。

＜实施方式1＞

图8是表示判断是否进行实际测量的判定基准的第1例的图。将预先指定的调整值的变化量的阈值设为Em。在周期时间中，求出调整值的变化量ΔE。比较ΔE与Em，在ΔE＜Em的情况下，不进行实际测量。ΔE≥Em的情况下，进行实际测量。

若加工开始，则随着时间经过，调整值变动。若调整值的变化量ΔE超过指定的Em，则表示需要进行实际测定。在调整值增加时和减少时进行温度测定。在图8中，在T1和T2的时间点需要进行测定。

图9是表示通过图8所示的判定基准判定的流程的图。开始加工(SA01)，求出从加工开始起的变化量ΔE(SA02)，比较ΔE与所指定的Em，在ΔE＜Em的情况下，返回到步骤SA02，在ΔE≥Em的情况下，向步骤SA04前进(SA03)。ΔE≥Em的情况下，判断为需要进行实际测定(SA04)。测定完成后，返回到SA02。

＜实施方式2＞

图10是表示判断是否进行实际测量的判定基准的第2例的图。图11是表示通过图10所示的判定基准判定的流程的图。

将预先指定的调整值的变化量的阈值设为Em。在周期时间中，每ΔT间求出调整值的最大值与最小值的差ΔE。比较ΔE与Em，在ΔE＜Em的情况下，不进行实际测量。ΔE≥Em的情况下，进行实际测量。在图9中，在T1和T2的时间点需要进行测定。

图11是表示通过图10所示的判定基准判定的流程的图。开始加工(SB01)，求出与采样时间ΔT对应的ΔE(SB02)，比较ΔE与所指定的Em，在ΔE＜Em的情况下，返回到步骤SB02，在ΔE≥Em的情况下，向步骤SB04前进(SB03)。ΔE≥Em的情况下，判断为需要进行实际测定(SB04)。测定完成后，返回到SB02。

＜实施方式3＞

图12是表示判断是否进行实际测量的判定基准的第3例的图。预先指定的采样时刻T1、预先指定的数值Em、预先存储的参照值，该参照值在满足用户的加工请求时，为与周期时间时刻单位对应的调整值。此外，用户决定采样时刻的函数和参照值的设定。在周期时间中，在T1比较调整值与参照值的数据，求出其差ΔE。比较ΔE与Em，在ΔE＜Em的情况下，不进行实际测量。ΔE≥Em的情况下，进行实际测量。

图13是表示通过图12所示的判定基准判定的流程的图。

加工开始，开始本发明的功能处理(SC01)。在预先指定的时刻T1，求出实际的调整值与参照值的差ΔE(SC02)。比较ΔE与预先指定的Em。在ΔE＜Em的情况下，返回到步骤SC02，在ΔE≥Em的情况下，向步骤SC04前进(SC03)。在ΔE≥Em的情况下，判定为需要测定，通过测量设备执行测定，测定完成后，返回到步骤SC02。

Claims (3)

1.一种机床的热位移修正装置，具备：热位移修正部，其根据机床的动作或机床的各部位的温度预测热位移量，将抵消该预测出的热位移量的热位移修正量加到进给轴的位置指令值上，由此计算出修正热位移的热位移修正量；以及热位移修正量调整部，其根据上述热位移修正量，求出调整上述热位移修正量的调整值，该机床的热位移修正装置的特征在于，具有：

测量单元，其测定上述机床的工件实际尺寸；

判定单元，其根据上述调整值的变化状况，判定是否需要实施基于上述测量单元的测量；以及

测定执行部，其在通过上述判定单元判断为需要进行测定的情况下，通过上述测量单元执行工件实际尺寸的测定。

2.根据权利要求1所述的机床的热位移修正装置，其特征在于，

以指定时间间隔，预定采样时间内的上述调整值的最大值与最小值的差超过了基准值的情况下，上述判定单元判断为需要进行测定。

3.根据权利要求1所述的机床的热位移修正装置，其特征在于，

预先针对机床存储参照值，在所指定的时刻的调整值与预先设定的参照值的差超过了基准值的情况下，上述判定单元判断为需要进行测定。