CN111451836B - 机床的热位移校正方法以及热位移校正装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供机床的热位移校正方法和热位移校正装置。热位移校正方法执行以下步骤：初始工具温度设定步骤，设定初始工具温度；工具温度估计步骤，根据初始工具温度和主轴的温度来估计工具或位置计测传感器的温度；热位移量估计步骤，基于在工具温度估计步骤中估计出的温度，利用预先设定的工具热位移估计式来估计工具或位置计测传感器的热位移量；热位移校正步骤，根据估计出的热位移量，使机床的进给轴移动而进行校正，该方法的特征在于，在工具温度估计步骤中，根据测定出的主轴的温度来估计主轴的工具安装部温度，根据工具安装部温度、工具或所述位置计测传感器的初始工具温度以及预先设定的工具温度估计式来估计工具或位置计测传感器的温度。

Description

机床的热位移校正方法以及热位移校正装置
技术领域
本发明涉及对安装于机床的主轴而使用的工具和位置计测传感器的热位移进行校正以提高加工精度和计测精度的方法以及装置。
背景技术
在加工中心，在主轴上安装触式探头等位置计测传感器，进行工件原点位置的计测、加工后的工件尺寸的测定以及机械精度的校正等。
但是，根据使用方法，有时会产生触式探头的热变形而使位置计测精度恶化。例如，当在主轴刚进行高速旋转而完成加工之后将触式探头安装于主轴来进行位置计测时，主轴的热会传递给触式探头而产生热变形，导致计测精度恶化。同样，在主轴上安装基准工具并设定工件的原点位置的情况下，当在轴刚进行高速旋转而完成加工之后将基准工具安装于主轴进行计测时，主轴的热也会传递给基准工具而产生热变形，存在计测精度恶化的情况。基于以上问题，为了高精度地进行计测，需要在主轴冷却的状态下进行，以往，在使主轴旋转而进行加工之后进行计测的情况下，需要在使主轴停止之后等待至冷却为止。
另一方面，对在机床中的问题即主轴发热引起的热位移进行校正的技术被广泛使用。例如，在专利文献1～3中，公开了对工具的因主轴发热的影响而引起的热位移进行校正的方法。
在专利文献1中，示出了基于机床的主轴的轴承附近的温度与热稳定性较高的部位的温度之间的温度差，根据一次延迟式来估计工具的温度变化的方法。进而，根据工具或工具架的种类变更在一次延迟式中使用的参数，能够对每个工具进行最佳的估计。
在专利文献2中，示出了一种为了还能够应对工具安装后的过渡性的工具温度的变化，基于工具即将使用前的温度和主轴的温度来估计使用中的工具温度并进行校正的方法。并且，在该方法中，预先对每个工具记录它们的使用历史，通过估计工具安装于主轴时和存储在工具库中时的各自的温度变化，能够正确地估计工具安装时的初始温度。
在专利文献3中，示出了一种针对安装部为锥形的工具(所谓的BT柄的工具)，而对工具安装时的牵入引起的位移进行校正的技术。在该发明中，使用主轴的轴承附近的温度求出工具安装部的温度上升值，基于根据温度上升值预先求出的式子计算工具的牵入量，对工具的牵入引起的位移进行校正。
在先技术文献
专利文献1：日本特开2004-148443号公报
专利文献2：日本特许第4469325号公报
专利文献3：日本特开2010-172981号公报
但是，在专利文献1的发明中，没有考虑对工具进行安装时的初始温度。实际上，虽然在将工具安装于主轴之后，工具温度会逐渐上升，但在该发明中，假定了工具温度与在工具安装时的瞬间根据主轴温度计算出的工具估计温度一致。在该方法中，在工具安装后工具温度正在变化的过渡状态下，估计误差较大。
在专利文献2的发明中，基于工具即将使用前的温度和主轴的温度来估计工具使用中的温度，由此能够在工具安装后的过渡状态下高精度地进行校正。但是，没有充分示出温度的具体的估计方法。此外，在专利文献2中，以使用加工工具的情况为前提进行了描述，没有设想在主轴上安装触式探头那样的位置计测传感器的情况。关于温度的估计方法，在实施例中记载了“工具温度的估计例如是根据经验得到的关系或通过实验得到的关系且基于对每个工具设定的关系等来进行”，作为例子，记载为“工具温度的估计以如下方式进行，简单地示出了主轴的温度变化和安装于该主轴的工具的温度变化大致相同的温度上升曲线和温度下降曲线，设定成工具的温度相对于主轴的温度延迟固定时间t而变化”，但是仅通过延迟固定时间，对于使主轴停止而使用的触式探头那样的位置计测传感器而言，难以高精度地估计温度。
另一方面，例如可以考虑如下方法：将专利文献1和专利文献2的方法进行组合，将根据工具的使用历史求出的工具即将使用前的温度定义为初始值，将机床的主轴的轴承附近的温度与热稳定性较高的部位的温度之间的温度差作为输入温度，根据一次延迟的式子计算工具的温度变化。在主轴温度由于主轴旋转时的发热而上升的情况下，认为能够通过该方法高精度地估计工具的温度变化。但是，例如如使用触式探头的情况那样，在主轴旋转停止后的冷却的过程中安装工具的情况下，由于以下的原因，认为难以通过该方法进行估计。在轴承附近多设置有冷却回路，在主轴旋转停止后温度会急速下降。因此，即使是视为已从所测定到的轴承附近的温度起进行了充分冷却，工具安装部仍残留有热，在安装工具时会发生热传递而引起工具热变形。因此，为了估计在主轴旋转停止后冷却的过程中安装工具时的变化，认为需要考虑工具安装部的温度变化。但是，由于工具安装部位于高速旋转的轴上，因此难以直接测定温度。因此，在很多情况下，将主轴的温度传感器安装在能够容易地进行测定的固定部上。
因此，在专利文献3中，记载了根据接近主轴的工具安装部分的主轴轴承附近的温度上升值求出工具安装部分的温度上升值。但是，在该发明中，考虑了瞬间的温度上升值的比例关系，而没有考虑工具安装部分的温度延迟变化的情况。主轴停止后的冷却时与主轴旋转时是不同的，轴承附近的温度与工具安装部的温度不是简单的比例关系。此外，该发明的对象是在安装工具的瞬间产生的因工具的牵入引起的位移，而不是以工具安装后伴随时间的经过而变化的工具的热位移作为对象。
如以上所示，专利文献1～3所公开的方法虽然对于使主轴旋转而使用的加工工具是有效的，但对于使主轴停止而使用的基准工具或触式探头则不能发挥充分的效果。即，无法解决在使主轴高速旋转而进行加工之后安装基准工具或触式探头时，主轴的热传递给基准工具或触式探头而产生热变形从而导致计测精度恶化的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供机床的热位移校正方法以及热位移校正装置，在使主轴高速旋转地进行加工之后安装了位置计测传感器时等，无论安装工具或位置计测传感器的时机如何，都能够高精度地对工具或位置计测传感器的热变形进行校正，从而能够提高加工精度和计测精度。
为了实现上述目的，技术方案1的发明是一种热位移校正方法，它是在能够在如下机床中执行如下步骤的方法，该机床将工具或位置计测传感器在工具安装部中装卸，并具备供所述工具安装且能够进行旋转的主轴，其特征在于，所述步骤是：初始工具温度设定步骤，使用所述工具或所述位置计测传感器的使用历史、所述工具或所述位置计测传感器的在被安装于所述主轴之前的时刻的温度、所述机床的机体温度以及所述机床的周围气温中的任意一个信息来设定所述工具或所述位置计测传感器的被安装于所述主轴的时刻的初始工具温度；
工具温度估计步骤，根据所述初始工具温度和所述主轴的温度来估计所述工具或所述位置计测传感器的温度；
热位移量估计步骤，基于在所述工具温度估计步骤中估计出的温度，利用预先设定的工具热位移估计式来估计所述工具或所述位置计测传感器的热位移量；以及
热位移校正步骤，基于估计出的热位移量，使所述机床的进给轴移动来进行校正，
在所述工具温度估计步骤中，利用安装于所述主轴的温度传感器来测定所述主轴的温度，并且根据测定出的所述主轴的温度和在所述主轴的旋转和停止中被进行了不同的设定的工具安装部温度估计式，来估计所述主轴的工具安装部温度，
根据所述工具安装部温度、所述工具或所述位置计测传感器的所述初始工具温度以及预先设定的工具温度估计式来估计所述工具或所述位置计测传感器的温度。
技术方案2的发明的特征在于，在技术方案1的结构中，所述工具安装部温度估计式是利用如下式子设定的，该式子根据在所述主轴从正在旋转的状态停止之后是否进行了工具更换、以及在所述主轴上是否安装有所述工具而不同。
技术方案3的发明的特征在于，在技术方案1或2的结构中，所述工具安装部温度估计式由将所述主轴的温度作为输入的一次延迟的式子来表示。
技术方案4的发明的特征在于，在技术方案1至3中的任一个的结构中，所述工具温度估计式和所述工具热位移估计式使用了与所述工具或所述位置计测传感器的种类对应的估计式。
为了实现上述目的，技术方案5的发明是一种热位移校正装置，该热位移校正装置在机床中具备如下单元，该机床能够将工具或位置计测传感器(6)在工具安装部中装卸并具备供所述工具安装且能够进行旋转的主轴(1)，其特征在于，所述单元是：
初始工具温度设定单元，其使用所述工具或所述位置计测传感器(6)的使用历史、所述工具或所述位置计测传感器(6)的在被安装于所述主轴(1)之前的时刻的温度、所述机床的机体温度以及所述机床的周围气温中的任意一个信息来设定所述工具或所述位置计测传感器(6)的被安装于所述主轴(1)的时刻的初始工具温度；
工具温度估计单元，其根据所述初始工具温度和所述主轴(1)的温度来估计所述工具或所述位置计测传感器(6)的温度；
热位移量估计单元，其基于由所述工具温度估计单元估计出的温度，利用预先设定的工具热位移估计式来估计所述工具或所述位置计测传感器(6)的热位移量；以及
热位移校正单元，其基于估计出的热位移量，使所述机床的进给轴移动而进行校正，
所述工具温度估计单元利用安装于所述主轴(1)的温度传感器(8)测定所述主轴(1)的温度，并且根据测定出的所述主轴(1)的温度和在所述主轴(1)的旋转和停止中被进行了不同的设定的工具安装部温度估计式，来估计所述主轴(1)的工具安装部温度，并根据所述工具安装部温度、所述工具或所述位置计测传感器(6)的所述初始工具温度以及预先设定的工具温度估计式来估计所述工具或所述位置计测传感器(6)的温度。
根据技术方案1和5的发明，基于安装于主轴的温度传感器的信息，根据工具安装部温度估计式来估计工具或位置计测传感器的安装部即工具安装部的温度，基于工具安装部温度，根据工具温度估计式来估计工具或位置计测传感器的温度。进而，对于工具安装部温度估计式，通过在旋转时与停止时使用不同的估计式，能够高精度地估计主轴停止后缓慢地冷却的工具安装部的温度。由此，在使主轴高速旋转而发热之后，在停止着而隔开一定时间的状态下安装工具或位置计测传感器的情况下，能够考虑到在安装的时刻残留于工具安装部的热的前提下来估计工具或位置计测传感器的温度变化。因此，无论安装工具或位置计测传感器的时机如何，都能够高精度地估计温度变化和热位移，从而能够提高加工精度和计测精度。
根据技术方案2的发明，在上述效果的基础上，还根据在使主轴从正在旋转的状态停止之后是否进行了工具更换、以及在主轴是否安装有工具而使用不同的工具安装部温度估计式。在使主轴停止之后没有进行工具更换的情况下，由于一直附带有变热的工具，因此工具安装部的温度缓慢地下降。另一方面，在使主轴停止之后进行了工具更换的情况下，由于附带有冷却了的工具，工具安装部的热被转移，温度会迅速下降。通过将该效果反映在工具安装部温度估计式中，无论在何种时机进行工具更换，都能够高精度地估计工具或位置计测传感器的热位移。
根据技术方案3的发明，在上述效果的基础上，由于用将主轴温度作为输入的一次延迟的简单的估计式表示工具安装部温度估计式，因此参数的设定变得容易，还能够减小计算负荷。
根据技术方案4的发明，在上述效果的基础上，通过使用与工具或位置计测传感器的种类对应的工具温度估计式和工具热位移估计式，能够反映出工具或位置计测传感器在热特性和尺寸方面的差异，从而能够高精度地估计温度变化和热位移。
附图说明
图1是应用了本发明的加工中心的主轴和热位移校正装置的概念图。
图2是表示本发明的估计工具安装部温度的处理的流程图。
图3是表示本发明的热位移校正方法的流程的流程图。
图4是示出估计在主轴刚停止之后便安装了触式探头时的温度和热位移，并计算出校正量的例子的曲线图。
图5是示出估计在主轴停止后经过20分钟后安装触式探头时的温度和热位移，并计算出校正量的例子的曲线图。
标号说明
1：主轴；2：旋转轴；3：固定部；4：轴承；5：工具安装部；6：触式探头；7：冷却回路；8：主轴温度传感器；10：热位移校正装置；11：温度测定部；12：存储部；13：校正量运算部；14：NC装置。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是示意性地示出应用了本发明的加工中心的主轴1的图。在该主轴1上具有旋转轴2和固定部3(壳体)，轴承4介于它们之间，该轴承4在旋转轴2旋转时发热。在旋转轴2的末端具有作为安装部的工具安装部5，其供工具或位置计测传感器进行安装。在该图中，安装有作为位置计测传感器的触式探头6。
在轴承4附近的固定部3设置有用于使冷却油流动来抑制发热的影响的冷却回路7，并且安装有检测由于轴承4的发热的影响引起的温度变化的主轴温度传感器8。主轴温度传感器8所取得的温度信息在估计热位移并进行校正时使用。
此外，在该加工中心中设置有热位移校正装置10，该热位移校正装置10由如下部分构成：温度测定部11，其根据主轴温度传感器8的输出数据来测定温度；存储部12，其存储后述的工具安装部温度估计式、工具温度估计式、工具热位移估计式以及在各式中使用的参数等；校正量运算部13，其使用从温度测定部11得到的温度信息和存储在存储部12中的各估计式来估计工具安装部5的温度和工具或触式探头6的温度，并计算工具或触式探头6的热位移量；以及NC装置14，其根据由校正量运算部13运算出的热位移量对向主轴1发出的指令值进行校正。
这里，校正量运算部13分别作为本发明的初始工具温度设定单元、工具温度估计单元、热位移量估计单元发挥功能，NC装置14作为热位移校正单元发挥功能。
当主轴1旋转而在轴承4产生热时，会传递到旋转轴2、工具安装部5，进而还传递到所安装的工具或触式探头6。由于主轴1和工具的热传导特性，工具安装部5的温度会延迟上升。在旋转后主轴1停止的情况下，轴承4由于冷却回路7的效果而被急速冷却，但在远离冷却回路7的工具安装部5中发热的影响会较久地残留，温度缓慢地下降。由此，在安装于固定部3的主轴温度传感器8的检测温度与工具安装部5的实际温度之间会产生偏差。此外，在主轴停止后没有进行工具更换的情况下，由于一直处于安装着被传递了主轴1的旋转中的发热而变热的工具的状态，因此工具安装部5的温度缓慢地下降。另一方面，在使主轴1停止之后卸下工具的情况下，工具安装部5与空气接触，从而工具安装部5的热被传递出去，工具安装部5的温度迅速下降。并且在进行工具更换并安装处于冷却状态的工具的情况下，工具安装部5的热量移动到工具，由此，工具安装部5的温度更迅速地下降。这样，根据在主轴1停止后是否安装有工具以及是否进行了工具更换，工具安装部5的温度变化的倾向也会发生变化。
在本发明中，考虑到所测定出的主轴1的温度与工具安装部5的温度之间的偏差，高精度地估计工具或触式探头6的温度，对热位移进行校正。这里，图2示出估计工具安装部温度的处理的流程图，接着，图3示出根据在图2中估计出的工具安装部温度估计工具或触式探头6的温度和热位移并进行校正的处理的流程图。
首先，在图2的处理中，根据主轴1的状态来设定最佳的工具安装部温度估计式，估计工具安装部5的温度。
如到此为止所叙述的那样，由于主轴1的热传导特性，工具安装部5的温度相对于轴承4附近的温度而延迟变化。对于该延迟，通过用例如式1所示的一次延迟的式子表示工具安装部温度估计式，能够根据由主轴温度传感器8检测出的主轴1的温度来估计工具安装部5的温度。
[式1]
θp(n)：工具安装部温度(当前值)
θp(n-1)：工具安装部温度(Δt过去的值)
θs(n)：主轴温度传感器检测温度(当前值)
Δt：计算的时间周期
Ts：表示工具安装部的温度变化的延迟的时间常数
表示工具安装部5的温度变化的延迟的时间常数TS是式1的参数，在进行计算时需要预先确定该值。通过根据主轴1的状态确定该值，能够高精度地估计工具安装部5的温度。在本发明中，在主轴1的旋转中与停止中设定不同的时间常数TS的值。此外，在主轴1停止后进行了工具更换的情况与不进行工具更换的情况下设定不同的时间常数TS的值。虽然各个时间常数TS通过实验等来预先确定，但是通常情况下相比于旋转中，停止中的工具安装部5的温度更平缓地变化，因此时间常数的值较大。此外，在主轴1停止后进行了工具更换的情况下，由于热会向已冷却的工具传递，从而使得工具安装部5的温度迅速下降，因此，与主轴1停止后不进行工具更换的情况相比，时间常数变小。
然后使用图2的流程对处理的流程进行说明。
首先，在S1中读入主轴温度。这里所说的主轴温度是根据由图1的主轴温度传感器8测定出的温度求出的。也可以直接使用所测定的温度，还可以根据需要进行滤波处理等。此外，也可以将不受室温或主轴发热的影响的部位的机体温度作为基准温度，将所测定出的主轴的温度与基准温度之差作为主轴温度。
接下来，在S2中判定主轴1是在停止中还是旋转中。该判断是根据向主轴马达发出的控制指令以及检测旋转的编码器的信号等来进行。
在S2的判定为主轴处于停止中的情况下，在S3中设定主轴停止中(工具更换前)的工具安装部温度估计式。在本实施例中，针对之前的式1的表示工具安装部5的温度变化的延迟的时间常数TS设定与主轴处于停止中(工具更换前)对应的值。
同样，在主轴处于旋转中的情况下，在S4中设定主轴处于旋转中的工具安装部温度估计式。在本实施例中，针对式1中的表示工具安装部5的温度变化的延迟的时间常数TS设定与主轴处于旋转中对应的值。
接下来，在主轴处于停止中的情况下，在S5中，判定在最后使主轴1停止时，在之后是否进行了工具拆卸。这里，在没有进行工具拆卸的情况下，依旧采用主轴处于停止中(工具更换前)的工具安装部温度估计式，但在进行了工具拆卸的情况下，在S6中，切换为主轴处于停止中(无工具)的工具安装部温度估计式。在本实施例中，针对式1的表示工具安装部5的温度变化的延迟的时间常数TS，设定与主轴处于停止中(无工具)对应的值。
另一方面，在进行了工具拆卸的情况下，在S7中，判定是否已将其它工具安装于主轴1。在未安装其它工具的主轴1上未安装有工具的状态的情况下，依旧采用主轴处于停止中(无工具)的工具安装部温度估计式，但在安装了其它工具的情况下，在S8中，切换为主轴处于停止中(工具更换后)的工具安装部温度估计式。在本实施例中，针对式1的表示工具安装部5的温度变化的延迟的时间常数TS，设定与主轴处于停止中(工具更换后)对应的值。
最后，在S9中，使用在S1中读入的主轴温度和在S2～S8中确定的与主轴1的状态对应的工具安装部温度估计式来估计工具安装部温度。
此外，在本实施例中，将工具安装部温度估计式设为式1那样的单纯的一次延迟的式子，通过使表示工具安装部5的温度变化的延迟的时间常数TS变化来应对主轴1的不同状态，但工具安装部温度估计式也可以是热传导的基于有限元模型的行列式等其它形式的算式。此外，也可以不根据条件变更一个参数，而是将估计式本身设定为其它式子。
此外，虽然利用处于停止中(工具更换前)、处于停止中(无工具)、处于停止中(工具更换后)以及处于旋转中这4个条件对4种式子进行切换，但是，也可以用处于旋转中和处于停止中这两种式子进行切换，也可以用处于旋转中、处于停止中(工具更换前)以及处于停止中(工具更换后)这三种式子进行切换。
接下来，根据图2中估计出的工具安装部温度来估计工具或触式探头的温度和热位移，进行热位移校正。依照图3的流程图对该方法进行说明。
首先，在S11中，对工具或触式探头安装于主轴1的情况进行检测。这是通过检测对工具或触式探头进行夹紧的未图示的夹紧部件的移动或向工具或触式探头的安装面供给的空气的压力等来进行的。
接下来，在S12中，设定工具或触式探头的安装时的初始工具温度(初始工具温度设定步骤)。例如，在进行了工具更换时，将此前计算出的工具的估计温度复位，将工具的估计温度设定为初始工具温度。作为初始工具温度的设定方法，例如考虑在工具库内设置温度传感器，将该温度作为初始工具温度的方法。此外，如专利文献1所描述的那样，也可以根据工具(或触式探头)的使用历史来计算初始工具温度。还可以使用机床的机体温度或周围气温来计算初始工具温度。
接下来，在S13中，根据工具或触式探头的种类读入预先保存在存储部12中的工具温度估计式和工具热位移估计式的参数。即，通过预先设定与工具或触式探头的种类对应的参数，能够对应着该工具或触式探头来高精度地进行温度和热位移的估计。
接下来，在S14中，根据所读入的参数和工具安装部温度估计式，根据主轴温度估计工具安装部温度。即，依照图2的流程图，根据主轴1的旋转/停止、是否有实施工具更换来设定不同的工具安装部温度估计式，估计工具安装部温度。
接下来，在S15中，将在S14中估计出的工具安装部温度设定为输入温度。即，将通过式1求出的工具安装部温度θp设定为输入温度。从安装了工具的时刻起，工具安装部温度θp作为输入温度有效。即，如果在主轴1发热、工具安装部温度θp较高的状态下安装工具，则对工具输入的输入温度变高。相反，如果在主轴1被充分冷却、工具安装部温度θp恢复到常温的状态下安装工具，则对工具输入的输入温度变低。
接下来，在S16中，根据工具温度估计式，根据在图2的S1中读入的主轴温度计算工具或触式探头的温度(S13～S16：工具温度估计步骤)。
即，在S14中估计出的工具安装部温度θp经由接触面传递给工具或触式探头，工具或触式探头的温度发生变化。该温度变化由工具温度估计式来表示。作为估计式的例子，考虑与式1相同的一次延迟的以下的式2。
[式2]
θt(n)：工具或触式探头的温度(当前值)
θt(n-1)：工具或触式探头的温度(Δt过去的值)
θp(n)：工具安装部温度(当前值)
Δt：计算的时间周期
Tt：表示工具或触式探头的温度变化的延迟的时间常数
表示工具或触式探头的温度变化的延迟的时间常数Tt是式2的参数，在进行计算时，需要根据工具或触式探头的种类预先确定该值。此外，式2是工具温度估计式的一例，在工具温度估计式中，也可以使用主轴旋转速度或加工空间温度等其它信息。此外，也可以考虑不采用像式2那样单纯的式子，而是考虑根据基于有限元模型的行列式等来计算工具的温度分布的方法。
接下来，在S17中，根据工具热位移估计式来计算工具或触式探头的热位移量(热位移量估计步骤)。
即，根据在S16中估计出的工具或触式探头的温度来计算工具或触式探头的热位移。对于工具热位移估计式，例如如以下的式3那样，用将温度乘以比例系数的式子来表示。
[算式3]
ΔZt(n)＝Ktθt(n)··式3
ΔZt(n)：工具或触式探头的热位移
θt(n)：工具或触式探头的温度
Kt：比例系数
比例系数Kt是式3的参数，在进行计算时，需要根据工具或触式探头的种类预先确定该值。
接下来，在S18中，利用所估计出的热位移进行校正(热位移校正步骤)。即，使进给轴移动在S17中估计出的热位移的量，对工具刀尖或触式探头的测定点进行校正。
接下来，在S19中，判定工具或触式探头是否已被卸下。这里，在已被卸下的情况下结束处理。在还安装着的情况下，以时间周期Δt反复进行S14至S18的处理。
根据以上流程，能够高精度地估计安装于主轴1的工具或触式探头的热位移。在本实施例中，具有式1中的表示工具安装部5的温度变化的延迟的时间常数TS、式2中的表示工具或触式探头的温度变化的延迟的时间常数Tt以及式3中的比例系数Kt这三个参数，这些参数根据实验和分析预先设定。
根据图3的流程，用图4和图5的曲线图对估计、校正温度和热位移的例子进行说明。均表示在使主轴1旋转120分钟而发热之后，更换成触式探头6并反复测定规定的位置时的位置的变化。图4是在主轴1刚停止之后安装了触式探头6的情况，图5是在停止主轴1并间隔了20分钟之后安装了触式探头6的情况。
在主轴1刚停止之后便进行了安装的情况下，工具安装部5的温度较高，流入触式探头6的热量增多，因此热位移变大。另一方面，在间隔20分钟之后安装的情况下，与刚停止之后便进行安装的情况相比，虽然热位移减少，但依然存在。可知在不进行热位移校正的情况下，为了消除热位移的影响，需要从主轴1的停止起等待较长的时间。
在使主轴1旋转时，由于在轴承4等产生的热的影响，由主轴温度传感器8检测出的主轴1的温度如灰色实线那样上升。另一方面，在停止了主轴1时，由于冷却的效果，该热的影响急速下降，在本实施例中所示的主轴1的情况下，大约20分钟恢复到原来的温度。但是，当在该状态下更换为触式探头6时，会产生热位移。这是由于如曲线图的虚线所示那样，工具安装部5的温度相对于由主轴温度传感器8检测出的主轴1的温度而延迟地下降，因此残留在工具安装部5的热流入触式探头6而引起的现象。此外，如曲线图的虚线所示，虽然工具安装部5的温度示出了在主轴处于旋转中时接近由主轴温度传感器8检测出的主轴1的温度的温度变化，但在主轴处于停止中时，相对于由主轴温度传感器8检测出的主轴1发生大幅度地延迟变化。此外，在停止主轴1之后进行了工具更换的情况下，由于将冷却的工具安装于主轴1而使得主轴1的热被转移，因此，与不进行工具更换的情况相比，工具安装部5的温度迅速下降。由图5的曲线图的虚线可知，与触式探头安装前相比，在安装后温度变化加快。
但是，通过根据式1估计工具安装部5的温度变化，能够示出根据安装的时机而变化的向触式探头6流入的热的差异。这时，通过根据主轴1是在旋转中还是停止中、以及在主轴停止后是否进行了工具更换而改变式1中的表示工具安装部5的温度变化的延迟的时间常数TS，能够根据状况高精度地进行求解。然后利用式2计算出由于从主轴1的工具安装部5流入的热而变化的触式探头6的温度变化，并利用式3换算成位移量，由此进行估计热位移的处理，从而能够如图4和图5所示那样，无论安装触式探头6的时机如何，都能够获得较高的校正精度。
这样，根据上述方式的热位移校正装置10和热位移校正方法，基于主轴温度传感器8的信息，根据工具安装部温度估计式来估计工具安装部5的温度，基于所估计出的工具安装部温度，根据工具温度估计式来估计工具或触式探头6的温度。由此，在使主轴1高速旋转而发热之后间隔一定时间安装工具或触式探头6的情况下，可以考虑在安装的时刻残留于工具安装部5的热来估计工具或触式探头6的温度变化。因此，无论安装工具或触式探头6的时机如何，都能够高精度地估计温度变化和热位移，从而能够提高加工精度和计测精度。
特别是，这里，在S13、S14的工具温度估计步骤中，由于使用的是与工具或触式探头6的种类对应的估计式，因此能够反映出工具或触式探头6的热特性和尺寸的差异，从而能够高精度地估计温度变化和热位移。
此外，由于利用将主轴温度作为输入的一次延迟的简单的估计式来表示工具安装部温度估计式，因此参数的设定变得容易，还能够减小计算负荷。
此外，在S16的工具温度估计步骤中，由于利用将工具安装部温度作为输入的一次延迟的简单的估计式来表示工具温度估计式，因此参数的设定变得容易，还能够减小计算负荷。
另外，虽然在上述方式中，仅示出一个主轴温度传感器，但也可以将多个主轴温度传感器设置在不同的部位，将它们的温度信息的平均值作为主轴温度使用。机床也不限于加工中心。

Claims (5)

1.一种机床的热位移校正方法，该热位移校正方法在如下机床中执行如下步骤，其中，该机床将工具或位置计测传感器(6)在工具安装部(5)中装卸，并具备供所述工具安装且能够进行旋转的主轴(1)，其特征在于，
所述步骤包括：
初始工具温度设定步骤，使用所述工具或所述位置计测传感器(6)的使用历史、所述工具或所述位置计测传感器(6)的在被安装于所述主轴(1)之前的时刻的温度、所述机床的机体温度、以及所述机床的周围气温中的任意一个信息，来设定初始工具温度，该初始工具温度是所述工具或所述位置计测传感器(6)的被安装到所述主轴(1)上的时刻的温度；
工具温度估计步骤，根据所述初始工具温度和所述主轴(1)的温度来估计安装在所述主轴上的所述工具或所述位置计测传感器(6)的温度；
热位移量估计步骤，基于在所述工具温度估计步骤中估计出的温度，利用预先设定的工具热位移估计式来估计所述工具或所述位置计测传感器(6)的热位移量；以及
热位移校正步骤，基于估计出的热位移量，使所述机床的进给轴移动来进行校正，
在所述工具温度估计步骤中，利用安装在所述主轴(1)的固定部(3)上的温度传感器(8)测定所述主轴(1)的温度，并且根据测定出的所述主轴(1)的温度和在所述主轴(1)的旋转和停止中被进行了不同的设定的工具安装部温度估计式，来估计所述主轴(1)的工具安装部温度，
根据所述工具安装部温度、所述工具或所述位置计测传感器(6)的所述初始工具温度、以及预先设定的工具温度估计式，来估计所述工具或所述位置计测传感器(6)的温度。
2.根据权利要求1所述的机床的热位移校正方法，其特征在于，
所述工具安装部温度估计式根据在所述主轴(1)从正在旋转的状态停止之后是否进行了工具更换、以及在所述主轴(1)上是否安装有所述工具而被设定为不同的式子。
3.根据权利要求1或2所述的机床的热位移校正方法，其特征在于，
所述工具安装部温度估计式由将所述主轴(1)的温度作为输入的一次延迟的式子来表示。
4.根据权利要求1或2所述的机床的热位移校正方法，其特征在于，
所述工具温度估计式和所述工具热位移估计式使用了与所述工具或所述位置计测传感器(6)的种类对应的估计式。
5.一种机床的热位移校正装置，该热位移校正装置用于机床并具备如下单元，其中，该机床能够将工具或位置计测传感器(6)在工具安装部中装卸并具备供所述工具安装并能够进行旋转的主轴(1)，其特征在于，
所述单元具有：
初始工具温度设定单元，其使用所述工具或所述位置计测传感器(6)的使用历史、所述工具或所述位置计测传感器(6)的在被安装于所述主轴(1)之前的时刻的温度、所述机床的机体温度、以及所述机床的周围气温中的任意一个信息，来设定初始工具温度，该初始工具温度是所述工具或所述位置计测传感器(6)的被安装到所述主轴(1)上的时刻的温度；
工具温度估计单元，其根据所述初始工具温度和所述主轴(1)的温度来估计安装在所述主轴上的所述工具或所述位置计测传感器(6)的温度；
热位移量估计单元，其基于由所述工具温度估计单元估计出的温度，利用预先设定的工具热位移估计式来估计所述工具或所述位置计测传感器(6)的热位移量；以及
热位移校正单元，其基于估计出的热位移量，使所述机床的进给轴移动来进行校正，
所述工具温度估计单元利用安装在所述主轴(1)的固定部(3)上的温度传感器(8)测定所述主轴(1)的温度，并且根据测定出的所述主轴(1)的温度和在所述主轴(1)的旋转和停止中被进行了不同的设定的工具安装部温度估计式，来估计所述主轴(1)的工具安装部温度，并根据所述工具安装部温度、所述工具或所述位置计测传感器(6)的所述初始工具温度、以及预先设定的工具温度估计式，来估计所述工具或所述位置计测传感器(6)的温度。
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