CN116475839A - 机床的加工精度诊断装置以及加工精度诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供机床的加工精度诊断装置以及加工精度诊断方法。机床的加工精度诊断装置具备：空调运转模式设定部，其设定空调的动作模式；加工条件设定部，其设定机床的加工开始预定时刻和加工结束预定时刻；室温用温度传感器和外部气温用温度传感器，它们取得空调的工厂内的室温和工厂外的气温；以及加工精度影响量预测部，其根据从空调运转模式设定部取得的空调的动作模式、从加工条件设定单元取得的加工开始预定时刻和加工结束预定时刻、以及从室温用温度传感器和外部气温用温度传感器取得的工厂内的室温和工厂外的气温、从空调运转模式设定部取得的空调的设定温度，预测空调对机床的加工精度的影响量。

Description

机床的加工精度诊断装置以及加工精度诊断方法

技术领域

本公开涉及对于在放置有机床的环境的室温等发生了变化的情况下对机床的加工精度的影响进行预测、诊断的装置以及方法。

背景技术

在使用机床进行加工的情况下，若工厂内的室温变化，则在机床产生热位移，工件的加工精度恶化。

为了维持机床的加工精度，使用空调(包括空调设备以及空调机)来使工厂内的室温不会大幅变化是有效的。但是，当24小时始终实施高度的温度管理时，空调的消耗能量变大，成本的负担也增加。因此，优选在没有作业者的夜间或周末将空调的电源断开。但是，在该情况下，存在如下问题：在再次启动空调时室温急剧变化，到机床的精度变得稳定为止需要较长时间。

另外，作为抑制机床的热位移的其他方法，广泛使用如下的热位移校正：在机床的结构体各部分安装温度传感器，基于测定出的温度而计算位移量，并与此对应地改变轴移动量。但是，热位移校正的精度存在限度，在温度变化大的情况下产生误差。例如在冬季启动空调时等室温急剧变化的情况下，认为热位移校正的误差也变大。

作为针对以上问题的对策，在专利文献1中公开了如下方法：根据机床的结构体的温度来推定放置有机床的环境的温度变化，并根据该温度变化来诊断对热位移的影响的大小。

另外，在专利文献2中公开了如下方法：利用罩包围机床整体，利用空调将罩内控制为恒定温度，由此即使在室温变化的环境下也使机床的温度恒定来抑制热位移。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5912756号公报

专利文献2：日本实开昭59-183340号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1的方法中，知道当前时刻的热位移的影响的大小，但不知道该影响持续到什么时候，因此难以基于诊断结果建立加工计划。

认为专利文献2的方法对于抑制由室温变化引起的热位移是非常有效的。但是，由于是机床用的空调，因此消耗能量。另外，该方法是在机床单体的对策方法，在工厂内的新旧各种机床中想要确保精度的情况下，如以往那样需要工厂的空调。

以往，在由于启动空调等而室温发生变化的情况下，大多情况下通过经验法则来预测到机床的精度变得稳定为止的时间，决定进行加工的时刻、启动空调的时刻。但是，到精度变得稳定为止的时间除了因外部气温等的影响而变化以外，还根据机床的大小、加工的所需时间、要求精度，判断基准而不同。在每次工件相同的情况下容易预测，但在工件不同的情况下，难以仅通过经验法则来预测。

因此，本公开的目的在于提供一种能够定量地预测空调等温度调整单元对机床的加工精度的影响的机床的加工精度诊断装置以及加工精度诊断方法。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本公开的第一结构是一种加工精度诊断装置，该加工精度诊断装置对于在设置机床的工厂中由于温度调整单元而所述机床的机体温度发生了变化的情况下对加工精度的影响进行预测、诊断，该温度调整单元对所述机体温度造成影响，其特征在于，

所述机床的加工精度诊断装置具备：

温度调整动作模式设定单元，其设定所述温度调整单元的动作模式；

加工条件设定单元，其至少设定所述机床的加工开始预定时刻和加工结束预定时刻；

温度信息取得单元，其取得所述温度调整单元对所述机体温度的影响温度和/或所述工厂外的气温；以及

加工精度影响量预测单元，其根据从所述温度调整动作模式设定单元取得的所述温度调整单元的动作模式、从所述加工条件设定单元取得的所述加工开始预定时刻和所述加工结束预定时刻、以及从所述温度信息取得单元取得的所述影响温度和/或所述工厂外的气温、从所述温度调整动作模式设定单元取得的所述温度调整单元的设定温度中的至少一个，预测所述温度调整单元对所述加工精度的影响量。

此外，本公开中的“影响温度”是指空调能够对工厂内的室温、直接设置于机床的油套等温度调节装置的设定温度等、机床的机体温度造成影响的温度。

第一结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，还具备计划变更单元，该计划变更单元根据预测出的对所述加工精度的影响量，变更由所述温度调整动作模式设定单元设定的所述温度调整单元的动作模式和由所述加工条件设定单元设定的所述加工开始预定时刻中的至少一方。

第一结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，所述计划变更单元根据由所述加工精度影响量预测单元预测的对所述加工精度的影响量与容许值的比较，变更所述温度调整单元的动作模式，该容许值是在从所述加工条件设定单元取得的加工时间中预先设定的所述影响量的容许值。

第一结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，所述计划变更单元使用所述影响温度、所述温度调整单元的设定温度以及所述工厂外的气温来预测所述温度调整单元的消耗能量，并以满足对所述加工精度的影响量小于所述容许值的条件、且所述温度调整单元的消耗能量成为最小的方式变更所述温度调整单元的动作模式。

第一结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，所述计划变更单元以由所述加工精度影响量预测单元预测出的对所述加工精度的影响量小于在从所述加工条件设定单元取得的加工时间中预先设定的所述影响量的容许值的方式变更所述加工开始预定时刻。

第一结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，所述温度信息取得单元包括：室温用温度传感器，其测定成为所述影响温度的所述工厂内的室温；以及外部气温用温度传感器，其测定所述工厂外的气温，

所述加工精度影响量预测单元在从所述加工条件设定单元取得的加工时间内，利用预先设定的室温变化推定式，基于由所述室温用温度传感器测定出的所述工厂内的当前室温、和所述温度调整单元的设定温度或所述工厂外的气温而推定所述工厂内的室温变化，并且基于推定出的所述工厂内的室温变化，利用预先设定的机体温度变化推定式推定所述机床的机体温度变化，并基于预测出的所述机床的机体温度变化，利用预先设定的热位移推定式推定所述机床的热位移，从而求出所述加工时间内的所述热位移的变化量作为对加工精度的影响量。

第一结构的其他方式的特征在于，在上述结构中，所述温度调整单元是设置在所述工厂内的空调，

所述加工精度影响量预测单元在利用所述室温变化推定式推定所述室温变化时，在所述空调的电源已接通时将所述空调的设定温度作为输入，并在所述空调的电源被断开时将所述工厂外的气温作为输入而推定所述工厂内的室温变化。

第一结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，所述加工精度影响量预测单元对由所述室温用温度传感器测定出的温度和由所述室温变化推定式推定出的室温变化进行比较而修正所述室温变化推定式。

第一结构的另一方式在上述结构的基础上，其特征在于，所述机床的加工精度诊断装置具备机体温度传感器，该机体温度传感器测定所述机床的机体温度，

所述加工精度影响量预测单元对由所述机体温度传感器测定出的温度和由所述机体温度变化推定式推定出的机体温度进行比较而修正所述机体温度变化推定式。

为了实现上述目的，本公开的第二结构是一种机床的加工精度诊断方法，对于在设置机床的工厂中由于温度调整单元而所述机床的机体温度发生了变化的情况下对加工精度的影响进行预测、诊断，该温度调整单元对所述机体温度造成影响，其特征在于，在所述机床的加工精度诊断方法中执行如下步骤：

温度调整动作模式取得步骤，取得所述温度调整单元的动作模式；

加工条件取得步骤，至少取得所述机床的加工开始预定时刻和加工结束预定时刻；

温度信息取得步骤，取得所述温度调整单元对所述机体温度的影响温度和/或所述工厂外的气温、所述温度调整单元的设定温度中的至少一个；以及

加工精度影响量预测步骤，根据所取得的所述温度调整单元的动作模式、所取得的所述加工开始预定时刻和所述加工结束预定时刻、以及所取得的所述影响温度和/或所述工厂外的气温、所述温度调整单元的设定温度中的至少一个，预测所述温度调整单元对所述加工精度的影响量。

第二结构的另一方式的特征在于，在上述结构中，还执行计划变更步骤，在该计划变更步骤中，根据预测出的对所述加工精度的影响量，变更在所述温度调整动作模式取得步骤中取得的所述温度调整单元的动作模式和在所述加工条件取得步骤中取得的所述加工开始预定时刻中的至少一方。

发明效果

根据本公开，能够使用温度调整单元的动作模式(例如如果是空调则是进行电源的接通/切断、设定温度的变更的时刻的信息)、加工开始预定时刻以及加工结束预定时刻、影响温度等信息，定量地预测温度调整单元对加工精度的影响。

根据本公开的另一方式，除了上述效果以外，通过采用计划变更单元，能够根据预测出的对加工精度的影响，适当且容易地变更用于维持加工精度的温度调整单元的动作模式和/或加工计划。

根据本公开的另一方式，除了上述效果以外，在预先决定了加工工件的时间的情况下，通过计划变更单元以能够满足工件的要求精度的方式变更温度调整单元的动作模式，因此在预定了需要高精度的加工时，预先使温度调整单元动作等，能够在加工开始前使机器的温度稳定而确保加工精度。在该情况下，在没有预定需要高精度的加工时，通过关闭温度调整单元，或者放宽设定温度的幅度，能够节约能量。

根据本公开的另一方式，除了上述效果以外，由于以使温度调整单元的消耗能量变小的方式变更温度调整单元的动作模式，因此能够以节约消耗能量并且满足要求精度的方式决定温度调整单元的动作模式。

根据本公开的另一方式，除了上述效果以外，计划变更单元以对加工精度的影响量小于容许值的方式变更加工开始预定时刻，因此通过预测直到温度调整单元对加工精度的影响量成为容许值以下为止的时间，从而考虑对加工精度的影响而制定加工计划。这在温度调整单元的动作模式被预先确定的情况下是有效的。

根据本公开的另一方式，除了上述效果以外，还通过使用了物理模型的计算来推定基于温度调整单元的工厂内的室温变化，基于该室温变化来推定机床的机体温度变化，而且基于机体温度变化来推定机床的热位移而求出对加工精度的影响量，因此能够准确地推定对实际的工件精度的影响。

根据本公开的另一方式，除了上述效果以外，通过根据空调的电源的状态来改变室温变化的预测方法，能够高精度地预测工厂内的室温变化。

根据本公开的另一方式，除了上述效果以外，还对室温的推定结果和实测结果进行比较来修正室温变化推定式，因此能够提高预测精度。

根据本公开的另一技术方案，除了上述效果以外，还将机体温度变化的推定结果与实测结果进行比较来修正机体温度变化推定式，因此能够提高预测精度。

附图说明

图1是设置了机床的工厂以及加工精度诊断装置的概念图。

图2是确定空调的电源接通时刻的方式1的加工精度诊断方法的流程图。

图3是表示确定空调的电源接通时刻时的温度变化预测结果的图表。

图4是表示确定空调的电源接通时刻时的精度变化函数的计算结果的图表。

图5是在预先确定了空调的计划的情况下确定加工计划的方式2的加工精度诊断方法的流程图。

附图标记说明

1…工厂、2…机床、3…空调、4…机体温度传感器、5…室温用温度传感器、6…外部气温用温度传感器、10…加工精度诊断装置、11…空调运转模式设定部、12…加工条件设定部、13…精度变化容许值设定部、14…加工精度影响量预测部、15…计划变更部。

具体实施方式

以下，将方式1作为本公开的实施方式之一，基于附图进行说明。

图1示出设置有本公开的第一结构的加工精度诊断装置的工厂的一例。

在工厂1中具备机床2、2和控制工厂1内的温度的空调3。空调3是本公开的温度调整单元的一例。

另外，在机床2、2的各部分设置有多个机体温度传感器4、4…。在工厂1内设置有多个室温用温度传感器5、5…。在工厂1的外部设置有外部气温用温度传感器6。室温用温度传感器5和外部气温用温度传感器6是本公开的温度信息取得单元的一例。由室温用温度传感器5取得的室温是本公开的影响温度的一例。

加工精度诊断装置10取得各温度传感器4～6的信息，基于它们进行分析，确定机床2的加工计划(schedule)，或者确定空调3的运转模式。加工精度诊断装置10可以与机床2分开设置，也可以与机床2的NC(Numerical Control：数字控制)装置兼用一部分或全部的功能。加工精度诊断装置10也可以不设置在工厂1的内部。另外，加工精度诊断装置10构成为包含CPU(Central Processing Unit：中央处理器)以及与CPU连接的存储器，通过它们来实现动作控制。

具体而言，加工精度诊断装置10具备空调运转模式设定部11、加工条件设定部12、精度变化容许值设定部13、加工精度影响量预测部14以及计划变更部15。

空调运转模式设定部11设定开启/关闭空调3的时间点、设定温度等运转模式。运转模式的设定除了通过未图示的输入单元来进行以外，还通过来自计划变更部15的指令来进行。空调运转模式设定部11是本公开的温度调整动作模式设定单元的一例。

加工条件设定部12至少设定基于机床2中的加工程序的加工开始预定时刻和加工结束预定时刻。该设定除了通过未图示的输入单元来进行以外，还通过来自计划变更部15的指令来进行。加工条件设定部12是本公开的加工条件设定单元的一例。

精度变化容许值设定部13设定由加工条件设定部12设定的加工时间中的机床2的精度变化的容许值。该设定也通过未图示的输入单元来进行。

加工精度影响量预测部14根据由空调运转模式设定部11设定的空调3的运转模式、由加工条件设定部12设定的加工开始预定时刻以及加工结束预定时刻、各温度传感器4～6的信息，预测空调3对加工精度的影响量。加工精度影响量预测部14是本公开的加工精度影响量预测单元的一例。

计划变更部15根据由加工精度影响量预测部14预测出的对加工精度的影响量和由精度变化容许值设定部13设定的容许值，变更(重新设定)空调运转模式设定部11的运转模式和加工条件设定部12的加工开始预定时刻中的任意内容。计划变更部15是本公开的计划变更单元的一例。

在本方式1中，以已经由加工条件设定部12确定了机床2侧的加工计划的情况为例，成为如下方式：加工精度影响量预测部14预测对空调3的加工精度的影响量，计划变更部15以能够确保该预测的精度的方式变更空调3的运转模式。

通常，在加工中存在不需要高的加工精度的粗加工的阶段和需要高的加工精度的精加工的阶段，因此如果在精加工的时间点机床2的温度变化变小，则能够满足工件的要求精度。

但是，如图3所示，机床2的机体温度相对于工厂1内室温的变化延迟变化。因此，即使室温变化变得稳定，机床2的温度变化也持续，存在精度变得不稳定的情况。因此，需要与工厂1内的室温变化一起监视机床2的机体温度变化并进行预测。

因此，关于加工精度影响量预测部14预测机床2的精度变化，计划变更部15确定接通空调3的电源的时间点的加工精度诊断方法，以下使用图2的流程图和图3以及图4的图表进行说明。

阶段A1：取得工厂1侧的信息(温度调整动作模式取得步骤和温度信息取得步骤)。

作为工厂1侧的信息，取得当前工厂1内的室温、工厂1外的气温以及空调3的电源的接通/断开、设定温度。作为工厂1内的室温，使用由设置在工厂1内的室温用温度传感器5测定出的当前值。关于工厂1外的气温，在本实施方式1中由外部气温用温度传感器6进行测定，但也可以利用气象数据等外部的数据。进而，不仅可以利用当前值，还可以根据需要而利用将来的变化的预报值。关于空调3的电源的接通/切断、设定温度的信息，也根据需要而不仅利用当前信息，还根据空调3的计划而利用与将来的设定内容有关的信息。

阶段A2：取得机床2侧的信息(加工条件取得步骤)。

作为机床2侧的信息，取得当前的机体温度、加工计划以及精度变化的容许值(容许精度变化)。加工计划以及容许精度变化的信息例如如图4那样预先设定在机床2中。首先，针对根据待加工的工件的种类和粗加工/精加工等加工的阶段而准备的加工程序，设定它们的加工要求精度。并且，通过对机床2设定将各个加工程序在哪个时间段执行的预定，来设定机床2的各个时间段中的容许精度变化。在图4的例中，在星期一的9点至13点进行粗加工，因而容许精度变化被设定为50μm，在13点至19点进行精加工，因而容许精度变化被设定为10μm。

阶段A3：假设当前为空调3的电源接通(或变更设定温度)时刻。之后，在从当前到加工结束为止的期间内改变电源接通时刻而进行阶段A4～A7的计算，预测热位移对加工精度的影响。

阶段A4：预测伴随空调3的接通/断开、设定变更的工厂1内的室温变化。

预测关闭了空调3的情况下的工厂1内的室温变化。在关闭了空调3的情况下，工厂1内的室温：θ_in如以下的式1那样通过以工厂1外的气温：θ_out为输入的一阶延迟的变化来表示。式1是本公开的室温变化推定式(空调电源断开)的一例。

i＝1，2，…，N

θ_in(n)：工厂内的室温n＝0是当前温度(实测值)

θ_out(n)：工厂外的气温

T_off：空调关闭时的工厂内的室温变化的时间常数

Δt：计算周期

另一方面，在开启了空调3的情况下，工厂1内的室温：θ_in如以下的式2那样通过以空调3的设定温度：θ_C为输入的一阶延迟的变化来表示。式2是本公开的室温变化推定式(空调电源接通)的一例。

i＝1，2，...，N

θ_in(n)：工厂内的室温n＝0是当前温度(实测值)

θ_out(n)：工厂外的气温

T_on：空调关闭时的工厂内的室温变化的时间常数

Δt：计算周期

在式1和式2中，由时间常数T_off和T_on的值来表示室温变化对输入温度的追随性，时间常数的值越小则变化越快，空调3开启时的室温变化快，因此T_off＞T_on。另外，该值根据工厂1内的空间的面积、工厂1的隔热性、空调3的输出等而变化。如果预先辨识该值，则能够预测室温变化。

另外，考虑到室温变化是在空调3开启时也会受到外部气温的影响。对此，取入气温变化的预测值，并以此为基础修正时间常数T_on的值。例如，在预测在冬季使用了暖气设备时的变化的情况下，外部气温越低室温越难以上升，因此考虑以时间常数T_on变大的方式修正值的方法。在本方式1中使用式1和式2进行预测，但也可以基于测定结果等而将其他式使用于预测中。

阶段A5：预测空调3的耗电。例如，能够通过以下的式3来估算耗电。式3的第一项是空调3启动时所需的耗电，第二项是在受到工厂1外的气温的影响的情况下，为了将工厂1内的室温保持为恒定温度所需的耗电。

P＝c_a(θ_c-θ_ino)+∫c₂(θ_c-θ_out(t))dt (式3)

θ_in0：工厂内的室温的初始值

θ_c：空调的设定温度

θ_out(t)：工厂外的气温

c₁，c₂：常数

阶段A6：预测空调3的电源接通后的机床2的机体温度变化以及热位移。若放置有机床2的环境的室温变化，则机体温度也晚于此而变化。此时的机体温度变化通过以室温变化为输入的一阶延迟的响应来表示。该响应通过使用以下的式4那样的差分方程式依次计算来求出。式4是本公开的机体温度变化推定式的一例。

i＝1，2，...，N

θ_in(n)：工厂内的室温n＝0是当前温度(实测值)

θ_m，i(n)：机床的机体温度n＝0是当前温度(实测值)

T_m，i：相对于室温变化的机体温度变化的常数

Δt：计算周期

(i是表示温度传感器的场所的下角标)

按各个机床2以及按各个温度测定部位进行式4的计算，推定产生了由式1和式2预测的室温变化时的各部分的机体温度变化。进而，根据推定出的机床2的机体温度变化，预测由机床2的热位移引起的精度变化。该精度变化能够如以下的式5那样由机体温度的函数表示。以下，将该函数称为机床2的精度变化函数。关于将精度变化函数设为什么样的函数，基于实验、分析而预先确定。

ΔX_m＝F(θ_m，1，θ_m，2，...，θ_m，N) (式5)

ΔX_m：机床的精度变化函数

具体而言，精度变化函数例如能够如以下的式6那样通过机床2的各部分的温度的一次式来表示。

ΔX_m＝k₀+k₁θ_m，1+k₂θ_m，2+…+k_Nθ_m，N (式6)

k₀，k₁，k₂，…，k_N：常数

N：测定或估计的温度的数量

在该方法中，在机床2的多个构造体、例如床身、立柱、主轴等安装温度传感器，对它们的温度乘以预先设定的比例常数并相加，由此推定机床2的热位移。比例常数可以通过FEM分析或实测求出温度与热位移的关系来确定。

在本方式1中，在机床2设置机体温度传感器4，使用当前的温度信息来预测机体的温度变化，但无需为了预测机床的精度变化而一定设置机体温度传感器。另外，作为机床的精度变化函数，也可以考虑式6所示的一次式以外的式。并且，也能够使用例如机器的周围的室温的偏差等机体温度以外的变量。

阶段A7：预测工件加工中的机床2的精度变化。关于在阶段A6中求出的机床2的精度变化函数，通过计算与在阶段A2中设定的加工计划对应的时间段内的变化的幅度，能够如以下的式7那样预测、推定各个工件加工中的机床2的精度变化。式5～式7是本公开的热位移推定式的一例，由式7求出的精度变化是加工时间内的热位移的变化量(对加工精度的影响量)的一例。

ΔX_w：工件加工中的精度变化

t_w，start：工件的加工开始时刻

t_w，end：工件的加工结束时刻

阶段A8：对所有的电源接通时刻，判定计算是否结束。若电源接通时刻＝加工结束预定时刻，则结束计算。

阶段A9：如果在阶段A8的判定中不是电源接通时刻＝加工结束预定时刻，则将假定的空调3的电源接通时刻向后错开，反复进行阶段A4～A7的计算。阶段A3～A9成为本公开的加工精度影响量预测步骤。

阶段A10：将满足工件加工中的精度变化＜精度变化的容许值(容许精度变化)的条件、且空调3的耗电的预测值成为最小的时刻设为空调3的电源接通时刻(计划变更步骤)。

在图3中示出基于以上的流程来确定空调3的电源接通的时间点的例。在该例中，在星期五的晚上断开空调3的电源时，为了在周末休息后的星期一进行的加工中确保精度，求出在哪个时间点启动空调3较好。在该模拟中，为了容易理解结果，假定空调的设定温度θ_C恒定为20℃，工厂1外的气温θ_out恒定为10℃。另外，作为空调关闭时的室温变化的时间常数T_off＝360(分钟)、空调开启时的室温变化的时间常数T_on＝60(分钟)，基于式1和式2进行计算。这些值通过实验或计算而预先辨识。

当在星期五的傍晚关闭空调3时，由于外部气温的影响，工厂1的室温θ_in逐渐下降。相对于室温变化延迟，各部位的机体温度θ_m，1、θ_m，2、θ_m，3也降低。相对于室温变化的延迟程度根据部位而不同，由于该延迟程度的不同而在机器中产生温度差，因此产生热位移。另外，该延迟程度能够由式4所示的时间常数表示。在图3的例中，将机体温度变化的时间常数分别设为T_m，1＝240(分钟)、T_m，2＝180(分钟)、T_m，3＝120(分钟)，基于式4进行计算。机体温度变化的时间常数的值也通过实验、计算预先辨识。

另一方面，在接通了空调3的电源时，首先工厂1的室温θ_in以接近设定温度的方式上升，机体温度θ_m，1、θ_m，2、θ_m，3也延迟上升。这里的问题是，即使室温恢复到原来的温度而成为恒定，机体温度变化也持续，有时加工精度变得不稳定。因此，需要在进行加工之前充分提前而启动空调3的电源。另外，空调3的耗电通过式3求出，但在该例中，空调3的电源接通时的室温为10℃，启动时的耗电与接通时刻无关而恒定。由于假定外部气温也恒定为10℃，因此空调3的耗电成为根据接通电源的时间而变长的计算。因此，在能够满足加工精度的范围内，尽可能地使电源接通时刻延迟即可。

在图4的例中，在星期一9点至13点进行粗加工，因而容许精度变化被设定为50μm，在13点至19点进行精加工因而容许精度变化被设定为10μm。另外，在该例中，机床2的精度变化函数ΔX_m使用3个部位的机体温度，通过以下的式8来计算。

ΔX_m＝10×θ_m，1+5×θ_m，2-15×θ_m，3 (式8)

此时，可知若按照图2的流程图的方法计算工件的精度变化ΔX_w，则如果在星期一的上午3点启动空调3的电源，则粗加工、精加工均收敛于容许精度变化内。如果根据判断结果设定为空调3的电源自动地启动，则能够在星期一的开始作业前的上午3点，工厂1的空调3自动启动，在开始作业后，在机器的温度变化稳定的状态下开始加工。

在式5中，简单地假定为与某个场所的机体温度成比例而求出了精度变化函数，但精度变化函数的式能够任意地设定。例如，也可以考虑多个部位的室温、机体温度的偏差、温度变化的微分值等式。

这样，上述方式1的机床2的加工精度诊断装置10具备：空调运转模式设定部11，其设定空调3的运转模式；加工条件设定部12，其设定机床2的加工开始预定时刻和加工结束预定时刻；室温用温度传感器5和外部气温用温度传感器6，它们取得基于空调3的工厂1内的室温和工厂1外的气温；以及加工精度影响量预测部14，其根据从空调运转模式设定部11取得的空调3的动作模式、从加工条件设定部12取得的加工开始预定时刻和加工结束预定时刻、从室温用温度传感器5和外部气温用温度传感器6取得的工厂1内的室温和工厂1外的气温、从空调运转模式设定部11取得的空调3的设定温度，预测空调3对加工精度的影响量，并执行上述加工精度诊断方法。

根据该结构，能够使用空调3的动作模式、加工开始预定时刻和加工结束预定时刻、工厂1内的室温等信息，定量地预测空调3对加工精度的影响。

特别是，还具备计划变更部15，该计划变更部15基于预测出的对加工精度的影响量，变更由空调运转模式设定部11设定的空调3的动作模式，因此，能够根据预测出的对加工精度的影响，适当且容易地变更用于维持加工精度的空调3的动作模式。

另外，计划变更部15基于由加工精度影响量预测部14预测出的对加工精度的影响量与容许值的比较，变更空调3的动作模式，该容许值是在从加工条件设定部12取得的加工时间中预先设定的精度变化的容许值，因此在预定了需要高精度的加工时，预先使空调3动作等，能够在加工开始前使机器的温度变得稳定而确保加工精度。在该情况下，在没有预定需要高精度的加工的时，将空调3关闭，或者放宽设定温度的幅度，由此能够节约能量。

进而，计划变更部15使用工厂1内的室温、空调3的设定温度、工厂1外的气温来预测空调3的耗电(消耗能量)，以满足对加工精度的影响量小于精度变化的容许值的条件、且空调3的耗电的预测值成为最小的方式变更空调3的动作模式，因此能够以节约消耗能量且满足要求精度的方式确定空调3的动作模式。

然后，加工精度影响量预测部14在从加工条件设定部12取得的加工时间内，利用预先设定的室温变化推定式，基于由室温用温度传感器5测定出的工厂1内的当前室温和工厂1外的气温而推定工厂1内的室温变化，并且基于推定出的工厂1内的室温变化，利用预先设定的机体温度变化推定式来推定机床2的机体温度变化，并基于预测出的机床2的机体温度变化，利用预先设定的热位移推定式来推定机床2的热位移，从而求出加工时间内的热位移的变化量作为对加工精度的影响量。

即，通过使用了物理模型的计算来推定基于空调3的工厂1内的室温变化，基于该室温变化来推定机床2的机体温度变化，进而基于机体温度变化来推定机床2的热位移，从而求出对加工精度的影响量，因此能够准确地估算对实际的工件精度的影响。

特别是，加工精度影响量预测部14在基于室温变化推定式进行室温变化的推定时，在空调3的电源已接通时将空调3的设定温度作为输入，在空调3的电源被断开时将工厂1外的气温作为输入而推定工厂1内的室温变化，因此能够高精度地预测工厂1内的室温变化。

以下，对本公开的方式2进行说明。

在上述方式1中，说明了预先确定了加工计划，并基于该加工计划以能够确保要求精度的方式预先接通空调3的电源的方法。另一方面，也考虑已经确定了接通空调3的电源的时间，相对于此确定加工开始预定时刻的情况。在该情况下，求出直到室温变化变得稳定而能够确保要求精度为止所需的时间即可。以下，关于本公开的第二结构的具体例进行说明。但是，由于加工精度诊断装置10的结构与上述方式1相同，所以基于图5的流程图对于处理不同的加工精度诊断方法进行说明。

阶段B1：作为工厂1侧的信息，取得当前的工厂1内的室温、工厂1外的气温以及空调3的电源的接通/断开、设定温度(温度调整动作模式取得步骤以及温度信息取得步骤)。与图2的阶段A1中说明的处理相同。

阶段B2：作为机床2侧的信息，取得当前的机体温度和加工计划以及容许精度变化的信息(加工条件取得步骤)。关于加工计划，由于加工所需时间根据加工而确定，因此是固定值，但加工开始预定时刻在该时间点未定，在进行了之后的阶段B6的处理之后确定。

阶段B3：设定空调3的电源接通或变更设定温度的时刻。

阶段B4：预测伴随空调3的接通/切断、设定变更的工厂1内的室温变化。计算方法与阶段A4相同。

阶段B5：预测空调3的电源接通后的机床2的机体温度变化以及热位移。计算方法与阶段A6相同。

阶段B6：预测改变了工件加工开始预定时刻时的工件加工中的精度变化。

由于工件的加工所需的时间是恒定的，因此若使工件的加工开始时刻t_w，start向后偏移，则工件的加工结束时刻t_w，end也向后偏移。在式4中，改变t_w，start和t_w，end的同时，求出工件加工中的精度变化ΔX_w。阶段B3～B6成为本公开的加工精度影响量预测步骤。

阶段B7：作为阶段B6的处理结果，显示满足工件加工中的精度变化＜精度变化的容许值的条件的加工开始预定时刻(计划变更步骤)。

在图3和图4所示的条件下，可知在空调3的电源接通后，直到机床2的温度变化变得稳定而能够进行精加工为止需要10小时。若将该时间作为加工精度稳定化时间显示于机床2的操作画面等，则操作员能够以在机床2的温度变化变得稳定之后进行精加工的方式确定加工计划。

这样，在上述方式2的加工精度诊断装置10以及加工精度诊断方法中，也能够使用空调3的动作模式、加工开始预定时刻以及加工结束预定时刻、工厂1内的室温等信息，定量地预测空调3对加工精度的影响。

特别是，由于还具备根据预测出的对加工精度的影响量而变更由加工条件设定部12设定的加工开始预定时刻的计划变更部15，因此能够根据预测出的对加工精度的影响，适当且容易地变更用于维持加工精度的加工计划。

另外，计划变更部15以由加工精度影响量预测部14预测出的对加工精度的影响量小于在从加工条件设定部12取得的加工时间中预先设定的精度变化的容许值的方式变更加工开始预定时刻，因此通过预测直到空调3对加工精度的影响量成为容许值以下为止的时间，考虑对加工精度的影响而制定加工计划。这在空调3的动作模式被预先确定的情况下是有效的。

以下，对各方式1、2共同的变更例进行说明。

在上述式1、式2、式4中，在预测温度变化时，分别使用了时间常数T_on、T_off、T_m，i，但在进行预测时，需要预先辨识这些值。除了根据工厂1的面积、机械结构的体积、材料的物性值等通过计算来求出以外，还考虑基于实测结果而辨识值的方法。使用公知的参数搜索方法，以使实测结果与预测结果的误差变小的方式确定时间常数T_on、T_off、T_m，i的值即可。如果这样比较推定结果和实测结果而修正推定式，则能够提高预测精度。

并且，在运用加工精度诊断装置10时，如果能够使用由工厂1内的室温用温度传感器5、机床2的机体温度传感器4实测了的温度的信息来辨识并更新参数，则能够进一步提高预测精度。

另外，在上述方式1、2中，使用基于式1至式5所示那样的物理模型的式，按照室温变化、机床2的温度变化、机床2的热位移的顺序进行计算，从而计算了对加工精度的影响量，但在求出对加工精度的影响量时，也可以不一定进行基于理论的式的计算。例如，也能够使用机器学习的方法，制作将加工时间、温度信息等作为输入来计算对加工精度的影响量的模型。

而且，在上述方式1、2中，计划变更部根据对加工精度的影响量，变更空调的动作模式和加工开始预定时刻中的一方，但也能够变更双方。

机床以及空调、各温度传感器的数量、配置并不限定于上述方式1、方式2。

温度调整单元除了上述方式1、方式2中例示的空调以外，例如还包括如设置于立柱的油套(冷却通路)那样直接设置于机床的机体而进行温度调整的温度调整装置。在该情况下，取得的影响温度成为冷却液的温度，机体温度变化的时间常数也成为使用油套时的值。“温度调整”不限于冷却，也包括加热的情况。

Claims (11)

1.一种机床的加工精度诊断装置，该加工精度诊断装置对于在设置机床的工厂中由于温度调整单元而所述机床的机体温度发生了变化的情况下对加工精度的影响进行预测、诊断，该温度调整单元对所述机体温度造成影响，其特征在于，

所述机床的加工精度诊断装置具备：

温度调整动作模式设定单元，其设定所述温度调整单元的动作模式；

加工条件设定单元，其至少设定所述机床的加工开始预定时刻和加工结束预定时刻；

温度信息取得单元，其取得所述温度调整单元对所述机体温度的影响温度和/或所述工厂外的气温；以及

加工精度影响量预测单元，其根据从所述温度调整动作模式设定单元取得的所述温度调整单元的动作模式、从所述加工条件设定单元取得的所述加工开始预定时刻和所述加工结束预定时刻、以及从所述温度信息取得单元取得的所述影响温度和/或所述工厂外的气温、从所述温度调整动作模式设定单元取得的所述温度调整单元的设定温度中的至少一个，预测所述温度调整单元对所述加工精度的影响量。

2.根据权利要求1所述的机床的加工精度诊断装置，其特征在于，

该机床的加工精度诊断装置还具备计划变更单元，该计划变更单元根据预测出的对所述加工精度的影响量，变更由所述温度调整动作模式设定单元设定的所述温度调整单元的动作模式和由所述加工条件设定单元设定的所述加工开始预定时刻中的至少一方。

3.根据权利要求2所述的机床的加工精度诊断装置，其特征在于，

所述计划变更单元基于由所述加工精度影响量预测单元预测的对所述加工精度的影响量与容许值的比较，变更所述温度调整单元的动作模式，该容许值是在从所述加工条件设定单元取得的加工时间中预先设定的所述影响量的容许值。

4.根据权利要求3所述的机床的加工精度诊断装置，其特征在于，

所述计划变更单元使用所述影响温度、所述温度调整单元的设定温度以及所述工厂外的气温来预测所述温度调整单元的消耗能量，并以满足对所述加工精度的影响量小于所述容许值的条件、且所述温度调整单元的消耗能量成为最小的方式变更所述温度调整单元的动作模式。

5.根据权利要求2所述的机床的加工精度诊断装置，其特征在于，

所述计划变更单元以由所述加工精度影响量预测单元预测出的对所述加工精度的影响量小于在从所述加工条件设定单元取得的加工时间中预先设定的所述影响量的容许值的方式变更所述加工开始预定时刻。

6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的机床的加工精度诊断装置，其特征在于，

所述温度信息取得单元包括：室温用温度传感器，其测定成为所述影响温度的所述工厂内的室温；以及外部气温用温度传感器，其测定所述工厂外的气温，

所述加工精度影响量预测单元在从所述加工条件设定单元取得的加工时间内，利用预先设定的室温变化推定式，基于由所述室温用温度传感器测定出的所述工厂内的当前室温和所述温度调整单元的设定温度或所述工厂外的气温而推定所述工厂内的室温变化，并且基于推定出的所述工厂内的室温变化，利用预先设定的机体温度变化推定式来推定所述机床的机体温度变化，并基于预测出的所述机床的机体温度变化，利用预先设定的热位移推定式来推定所述机床的热位移，从而求出所述加工时间内的所述热位移的变化量作为对加工精度的影响量。

7.根据权利要求6所述的机床的加工精度诊断装置，其特征在于，

所述温度调整单元是设置在所述工厂内的空调，

所述加工精度影响量预测单元在利用所述室温变化推定式推定所述室温变化时，在所述空调的电源已接通时将所述空调的设定温度作为输入，并在所述空调的电源被断开时将所述工厂外的气温作为输入而推定所述工厂内的室温变化。

8.根据权利要求6所述的机床的加工精度诊断装置，其特征在于，

所述加工精度影响量预测单元对由所述室温用温度传感器测定出的温度和由所述室温变化推定式推定出的室温变化进行比较而修正所述室温变化推定式。

9.根据权利要求6所述的机床的加工精度诊断装置，其特征在于，

所述机床的加工精度诊断装置具备机体温度传感器，该机体温度传感器测定所述机床的机体温度，

所述加工精度影响量预测单元对由所述机体温度传感器测定出的温度和由所述机体温度变化推定式推定出的机体温度进行比较而修正所述机体温度变化推定式。

10.一种机床的加工精度诊断方法，对于在设置机床的工厂中由于温度调整单元而所述机床的机体温度发生了变化的情况下对加工精度的影响进行预测、诊断，该温度调整单元对所述机体温度造成影响，其特征在于，在所述机床的加工精度诊断方法中执行如下步骤：

温度调整动作模式取得步骤，取得所述温度调整单元的动作模式；

加工条件取得步骤，至少取得所述机床的加工开始预定时刻和加工结束预定时刻；

温度信息取得步骤，取得所述温度调整单元对所述机体温度的影响温度和/或所述工厂外的气温、所述温度调整单元的设定温度中的至少一个；以及

加工精度影响量预测步骤，根据所取得的所述温度调整单元的动作模式、所取得的所述加工开始预定时刻和所述加工结束预定时刻、以及所取得的所述影响温度和/或所述工厂外的气温、所述温度调整单元的设定温度中的至少一个，预测所述温度调整单元对所述加工精度的影响量。

11.根据权利要求10所述的机床的加工精度诊断方法，其特征在于，

还执行计划变更步骤，在该计划变更步骤中，根据预测出的对所述加工精度的影响量，变更在所述温度调整动作模式取得步骤中取得的所述温度调整单元的动作模式和在所述加工条件取得步骤中取得的所述加工开始预定时刻中的至少一方。