DE102006013767B4

DE102006013767B4 - Verfahren zur Korrektur wärmebedingter Verschiebungen in einem maschinellen Bearbeitungswerkzeug

Info

Publication number: DE102006013767B4
Application number: DE102006013767.1A
Authority: DE
Inventors: Reiji Sato
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2026-03-25
Also published as: US7266903B2; US20060218811A1; JP2006281335A; DE102006013767A1; JP4359573B2

Abstract

Verfahren zum Korrigieren der wärmebedingten Verschiebung eines Werkstücks (5) bezüglich einer Schneidkantenposition unter Verwendung einer Zuführspindel durch Schätzen des Betrags der wärmebedingten Verschiebung basierend auf einer erfassten Temperatur, die erhalten wird durch Erfassen der Temperatur eines jeden Bauteils eines maschinellen Bearbeitungswerkzeugs und der Koordinatendaten der Schneidkantenposition innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Voreinstellen der Koordinatendaten Xw an einer festeingestellten Position des Werkstücks (5) auf einem Tisch (4); – Bestimmen des Betrags der Verschiebung der festeingestellten Position des Werkstücks (5) bei einer aktuellen Schneidkantenposition basierend auf der erfassten Temperatur, den Koordinatendaten der Schneidkantenposition und den Koordinatendaten Xw der festeingestellten Position des Werkstücks (5); – Berechnen des Unterschieds in den Koordinatendaten zwischen der festeingestellten Position des Werkstücks (5) und der Schneidkantenposition; – Bestimmen eines Betrags der Verschiebung des Werkstücks (5) zwischen seiner festeingestellten Position und der Schneidkantenposition basierend auf der erfassten Temperatur und der Differenz in den Koordinatendaten zwischen der festeingestellten Position des Werkstücks (5) und der Schneidkantenposition, und Berechnen einer Summe für einen jeden Betrag der Verschiebung, um einen Schätzwert festzulegen sowie eine wärmebedingte Verschiebung zu korrigieren unter Verwendung einer NC-Einheit (14) basierend auf dem Schätzwert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Korrektur wärmebedingter Verschiebungen, welche abhängig von der Position eines Werkzeugs oder eines zu bearbeitenden Werkstücks in einem maschinellen Bearbeitungswerkzeug variieren.
Beschreibung des Stands der Technik
Bei maschinellen Bearbeitungsverfahren mittels eines maschinellen Bearbeitungswerkzeugs unterliegen das maschinelle Bearbeitungswerkzeug und ein zu bearbeitendes Werkstück wärmebedingter Verformung aufgrund der Änderung der Umgebungstemperatur in einem Raum, Wärme, die von dem maschinellen Bearbeitungswerkzeug ausgestrahlt wird, und Schneidwärme. Diese wärmebedingte Verschiebung führt zu Abmessungsfehlern bei der maschinellen Bearbeitung. Als ein Verfahren zum Reduzieren der Abmessungsfehler, sind von einem mechanischen oder strukturellen Standpunkt aus Verfahren zum Konstanthalten der Temperatur der Maschine und des Werkstücks vorgeschlagen worden, z. B. die Installation der Maschine in einem temperaturgeregelten Raum und eine Temperaturregelung der Schneidflüssigkeit. Jedoch erfordern diese Verfahren erhöhte Betriebskosten und weisen weiterhin insofern ein Problem auf, als dass es schwierig ist, eine Normtemperatur für die Schneidflüssigkeit einzustellen. Andererseits sind vom Standpunkt einer elektrischen Regelung ein Verfahren zum Schätzen und Korrigieren der wärmebedingten Verschiebung aufgrund von Temperaturinformationen oder der Information einer NC-Einheit vorgeschlagen worden. Als ein Beispiel für dieses Verfahren offenbart der Anmelder der vorliegenden Erfindung die japanische veröffentlichte ungeprüfte Patentanmeldung Nr. 2001-341049 . Dieses spezielle Verfahren umfasst die Schritte des Erfassen der Koordinatendaten des Bearbeitungspunkts, d. h. die Koordinatendaten der Schneidkantenposition bei der maschinellen Bearbeitung (welche im Folgenden der Einfachkeit halber als ”Schneidkantenkoordinatendaten” bezeichnet werden), und Schätzen der wärmebedingten Verschiebung in Übereinstimmung mit den Koordinatendaten des Bearbeitungspunkts und einer Temperaturinformation. Die japanische veröffentlichte geprüfte Patentanmeldung Nr. 06-61674 offenbart ein weiteres Verfahren, welches die wärmebedingte Verschiebung in Übereinstimmung mit der Differenz zwischen einer Hauptspindelposition und einer Normposition abschätzt, sowie auch einer Temperaturinformation. Weiterhin offenbart ein Dokument Katagijutsu (dies bedeutet ”Gesenk-/Formteiltechnologie”), Band 18, Ausgabe 8, Seiten 44–45 ein weiteres Verfahren zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung, die erzeugt wird auf einem Tisch eines zweisäuligen Bearbeitungszentrums in Übereinstimmung mit Temperaturinformationen und Positionsinformationen.
Die oben genannten Verfahren zum Schätzen wärmebedingter Verschiebungen in Übereinstimmung mit Temperaturinformationen oder Positionsinformationen von einer NC-Einheit arbeiten nur dann effektiv, wenn ein Werkstück zugeschnitten wird auf einer Drehmaschine, bei welcher die festeingestellte Position eines Werkstücks definiert ist als die Mitte der Hauptspindel, oder nur dann, wenn ein kleines Werkstück angebracht ist auf einem Tisch eines maschinellen Bearbeitungszentrums usw. Wenn jedoch ein relativ großes Werkstück wie z. B. ein Formteil zugeschnitten wird, gibt es das Problem, dass die wärmebedingte Verschiebung des Werkstücks in Abhängigkeit von seiner festeingestellten Position auf einem Tisch variiert.
9 ist eine schematische Seitenansicht eines herkömmlichen zweisäuligen maschinellen Bearbeitungszentrums. Die Säulen 6, 6 sind angebracht auf gegenüberliegenden Seiten eines Betts 1 (in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene). Zwischen den Säulen 6, 6 ist eine Querschiene (nicht gezeigt) in Querrichtung ausgerichtet, und ein Querschieber 7 ist auf der Querschiene 6 verschiebbar in der Richtung der Y-Achse senkrecht zur Zeichenebene verschiebbar. Eine Hauptspindel 8 ist auf dem Querschieber 7 verschiebbar in Richtung der Z-Achse angebracht, d. h. vertikal. Am distalen Ende der Hauptspindel 8 ist ein Werkzeug 9 drehbar angebracht. Oberhalb des Betts 1 ist ein Tisch 4 in der X-Richtung parallel zur Zeichenebene verschiebbar angebracht und ein Werkstück 5 ist am Tisch 4 befestigt.
In den 9B und 9C ist ein jeder Schneidkantenkoordinatendatensatz X als an derselben Position liegend gezeigt. Andererseits ist ein jeder Koordinatendatensatz der feststehenden Position des Werkstücks XW als an einer anderen Position liegend gezeigt, z. B. XWa in 9B und XWb in 9C. 11 zeigt die durch wärmebedingte Verschiebung bewirkte Änderung in der X-Achsenrichtung in Übereinstimmung mit den feststehenden Positionen in 9A bis 9D bei einer wie in 10 gezeigten Zimmertemperatur. Die Lehre der 11 ist, dass die Veränderung der wärmebedingten Verschiebung abhängig von den Koordinatendaten der feststehenden Position variiert, selbst dann, falls die Schneidkantenkoordinatendaten unverändert sind. Aus diesem Grunde und um die wärmebedingte Verschiebung des Werkstücks nur basierend auf den Schneidkantenkoordinatendaten zu erhalten, ist es notwendig, Korrekturparameter in Übereinstimmung mit den Koordinatendaten der feststehenden Position zu Ändern.
Weiterhin könnte beim maschinellen Bearbeiten eines relativ großen Werkstücks, wie z. B. eines Formteils, wenn das Werkstück an einem Ort angebracht ist, dessen Umgebungstemperatur sich davon unterscheidet, ein weiteres Problem darin bestehen, dass die Abmessung und der Aufbau des Werkstücks sich von den gewünschten unterscheiden könnten, aufgrund der wärmebedingten Verformung, die verursacht wird durch Temperaturänderungen des Werkstücks, selbst dann, wenn das Werkstück maschinell bearbeitet wird in einer gleichförmigen Umgebungstemperatur, wie z. B. einem temperaturgeregelten Raum, wo keine wärmebedingte Verschiebung auf einem maschinellen Bearbeitungswerkzeug und dem Werkstück erzeugt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die oben genannten Probleme zu lösen umfasst ein Verfahren zum Korrigieren wärmebedingter Verschiebung in Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte:
Erfassen der Temperatur eines jeden Bauteils eines maschinellen Bearbeitungswerkzeugs; Umwandeln der erfassten Temperatur in nummerische Werte, und
Schätzen des Betrags einer wärmebedingten Verschiebung basierend auf den nummerischen Werten der Temperatur und der Koordinatendaten der Schneidkantenposition unter Verwendung einer Berechnungs-gleichung.
Weiterhin umfasst der Schritt des Schätzen des Betrages einer wärmebedingten Verschiebung weiterhin die folgenden Schritte:
Voreinstellen der Koordinatendaten einer feststehenden Position des Werkstücks auf einem Tisch (dies wird im Folgenden der Einfachkeit halber als ”die Koordinatendaten der festeingestellten Position” oder die ”Koordinatendaten der festeingestellten Position des Werkstücks” bezeichnet);
Berechnen der nachfolgenden Werte unter Verwendung der Koordinatendaten der festeingestellten Position des Werkstücks:

(A) Eines Betrags der Verschiebung der festeingestellten Position des Werkstücks an einer aktuellen Schneidkantenposition als ΔAB1,
(B) Eines Betrags der Verschiebungs des Werkstücks zwischen seiner festeingetellten Position und der aktuellen Schneidkantenposition als ΔC1 und Berechnen einer Summe aus ΔAB1 und ΔC1 um einen Schätzwert festzulegen.

[Gleichung 1]

Ein Betrag für die Korrektur der Koordinatendaten der Schneidkantenposition = –(ΔAB1 + ΔC1) wobei, ΔAB1: ein Betrag der Verschiebung der festeingestellten Position des Werkstücks an einer aktuellen Schneidkantenposition ΔC1: ein Betrag der Verschiebung des Werkstücks zwischen seiner festeingestellten Position und der Schneidkantenposition

Zusätzlich ist ein Verfahren zur Korrektur der wärmebedingten Verschiebung gemäß einem zweiten Aspekt der vorhergehenden Erfindung gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte:
Berechnen eines Betrags der Verschiebung der festeingestellten Position des Werkstücks an der Position am positiven Ende der Verschiebungsentfernung einer Schneidkante relativ zu einem Tisch (im Folgenden wird dies der Einfachkeit halber als ”Hub” oder ”Schneidhub” bezeichnet) als ΔAB2, und eines Betrags einer Verschiebung der festeingestellten Position des Werkstücks an einer Position des negativen Endes des Schneidhubs als ΔAB3 anstelle des oben beschriebenen ΔAB1;
Berechnen eines Betrags einer Verschiebung des Werkstücks zwischen der festeingestellten Position und der Position am positiven Ende des Schneidhubs als ΔC2, und eines Betrags der Verschiebung des Werkstücks zwischen der festeingestellten Position und der Position am negativen Ende des Schneidhubs als ΔC3 anstelle von ΔC1 wie oben beschrieben;
Berechnen einer Summe aus ΔAB2 und ΔC2, um einen Schätzwert festzulegen am positiven Ende des Schneidhubs, und einer Summe aus ΔAB3 und ΔC3, um einen Schätzwert, am negativen Ende des Schneidhubs festzulegen, und
Verwendung einer Zweipunktkorrekturfunktion eines Regelsystems.
[Gleichung 2]

Ein Betrag der Korrektur am positiven Ende des Schneidhubs = –(ΔAB2 + ΔC2)

[Gleichung 3]

Ein Betrag der Korrektur am negativen Ende des Schneidhubs = –(ΔAB3 + ΔC3) wobei: ΔAB2: ein Betrag der Verschiebung am feststehenden Ende des Werkstücks an der Position des positiven Endes des Schneidhubs ΔAB3: ein Betrag der Verschiebung an der feststehenden Position des Werkstücks und der Position am negativen Ende des Schneidhubs ΔC2: ein Betrag der Verschiebung des Werkstücks zwischen der festeingestellten Position und der Position am positiven Ende des Schneidhubs ΔC3: ein Betrag der Verschiebung des Werkstücks zwischen der festeingestellten Position und der Position am negativen Ende des Schneidhubs.

Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung leicht ausgeführt werden kann, z. B. durch Bereitstellen einer NC-Werkzeugmaschine (einem maschinellen Bearbeitungszentrum), wie in 1 gezeigt, welches ein Objekt einer wärmebedingten Verschiebungskorrektur ist, mit folgenden Vorgaben: Einem Temperatursensor; einem Temperaturmessgerät; einer Parameterspeichervorrichtung, welche einen jeden Parameter speichert, und einer Korrekturvorrichtung zum Berechnen eines Korrekturwertes basierend auf einer erfassten Temperatur und Information einer NC-Einheit. In der Parameterspeichervorrichtung werden verschiedene Werte eingestellt, wie z. B. die X-Koordinaten der festeingestellten Position des Werkstücks Xw, ein Koeffizient der linearen Wärmeausdehnung α, eine Normtemperatur, die X-Koordinaten der Position am positiven Ende des Schneidhubs Xlp, und die X-Koordinaten der Position am negativen Ende des Schneidhubs Xlm.
Hierbei wird als ein mehr konkretisiertes Verfahren ein Betrag der Verschiebung ΔAb1 aus Gleichung 4 erhalten durch Berechnen einer Summe aus ΔA1 (2), ein Betrag der Verschiebung einer Skala an der Position der Schneidkante und ΔB (2), einem Betrag der Verschiebung eines Tisches. (Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung)
[Gleichung 4]

ΔAB1 = (ΔA1 + ΔB) wobei,

[Gleichung 5]

ΔA1 = (eine Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung, welche erhalten wird basierend auf einer Temperatur einer Skala und einer Normtemperatur) × (den Koordinatendaten der Schneidkantenposition – den Koordinatendaten der Skalensensorposition) × (einem Koeffizienten der linearen Wärmeausdehnung der Skala)

[Gleichung 6]

ΔB = (eine Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung, welche erhalten wird basierend auf einer Temperatur eines Tisches und einer Normtemperatur) ×(den Koordinatendaten der Skalensensorposition – den Koordinatendaten einer festeingestellten Position des Werkstücks) × (einem Koeffizienten der linearen Wärmeausdehnung des Tisches)

Weiterhin wird ein Betrag der Verschiebung ΔC1 (2) aus Gleichung 7 erhalten. (Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung)
[Gleichung 7]

ΔC1 = (eine Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung, welche erhalten wird basierend auf einer Temperatur des Werkstücks und einer Normtemperatur) × (den Koordinatendaten der festeingestellten Position des Werkstücks – den Koordinatendaten der Schneidkantenposition) × (einem Koeffizienten der linearen Wärmeausdehnung des Werkstücks)

Weiterhin wird ein Betrag der Verschiebung ΔAB2 erhalten aus Gleichung 8 durch Berechnen einer Summe aus ΔA2 (3A), einem Betrag der Verschiebung der Skala an dem positiven Ende des Schneidhubs und dem oben beschriebenen ΔB. (Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung).
[Gleichung 8]

ΔAB2 = (ΔA2 + ΔB) wobei,

[Gleichung 9]

ΔA2 = (Eine Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung, welche erhalten wird basierend auf einer Temperatur einer Skala und einer Normtemperatur) × (den Koordinatendaten der Position am positiven Ende des Schneidhubs – den Koordinatendaten der Skalensensorposition) × (einem Koeffizienten der linearen Wärmeausdehnung der Skala).

Auf ähnliche Weise wird ein Betrag der Verschiebung ΔAB3 erhalten aus Gleichung 10 durch Berechnen einer Summe ΔA3 (3B), einem Betrag der Verschiebung der Skala am negativen Ende des Schneidhubs und dem oben beschriebenen ΔB (3B). (Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung)
[Gleichung 10]

ΔAB3 = (ΔA3 + ΔB) wobei,

[Gleichung 11]

ΔA3 = (Eine Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung, welche erhalten wird basierend auf einer Temperatur einer Skala und einer Normtemperatur) × (den Koordinatendaten der Position am negativen Ende des Schneidhubs – den Koordinatendaten der Skalensensorposition) × (einem Koeffizienten der linearen Wärmeausdehnung der Skala)

Weiterhin werden ein Verschiebungsbetrag ΔC2 (3A) und ein Verschiebungsbetrag ΔC3 (3B) aus den unten folgenden Gleichungen erhalten. (Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung)
[Gleichung 12]

ΔC2 = (Eine Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung, welche erhalten wird basierend auf einer Temperatur des Werkstücks und einer Normtemperatur) × (den Koordinatendaten der feststehenden Position des Werkstücks – den Koordinatendaten der Position am positiven Ende des Schneidhubs) × (einem Koeffizienten der linearen Wärmeausdehnung des Werkstücks)

[Gleichung 13]

ΔC3 = (Eine Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung, welche erhalten wird basierend auf einer Temperatur des Werkstücks und einer Normtemperatur) × (den Koordinatendaten der feststehenden Position des Werkstücks – den Koordinatendaten der Position am negativen Ende des Schneidhubs) × (einem Koeffizienten der linearen Wärmeaus dehnung des Werkstücks)

Es sei angemerkt, dass eine Normtemperatur eingestellt wird auf eine Temperatur, welche Abmessungsgenauigkeit des Werkstücks erfordert, z. B. eine Umgebungstemperatur, welche in der Lage ist, die Abmessungsgenauigkeit des Werkstücks zu messen, oder eine Umgebungstemperatur, welche in der Lage ist, einen Artikel unter Verwendung des Werkstücks zu montieren. Mit dieser Einstellung ist es möglich, das Werkstück maschinell zu bearbeiten mit Abmessungen, die geeignet sind für eine Umgebungstemperatur, welche Abmessungsgenauigkeit erfordert, selbst dann, wenn ein maschinelles Verfahren in einer anderen Umgebung durchgeführt wird. (Ein siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung)
Weiterhin werden Informationen bezüglich des Werkstücks, wie z. B. die Koordinatendaten der festeingestellten Position des Werkstücks, ein Koeffizient der linearen Wärmeausdehnung des Werkstücks und eine Normtemperatur (welche Abmessungsgenauigkeit des Werkstücks erforderlich macht) bevorzugterweise eingestellt für ein jedes Werkstück durch Bereitstellen eines Einstellmonitors an einer NC-Einheit, oder eingestellt mittels eines NC-Programms. (Ein achter bis bis dreizehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung)
Durch Einstellen der Information bezüglich des Werkstücks, wie z. B. den Koordinatendaten der festeingestellten Position des Werkstücks, einen Koeffizienten der linearen Wärmeausdehnung des Werkstücks, und eine Normtemperatur des Werkstücks, ist es möglich eine Korrektur durchzuführen, die für die Umgebung gemäß der festeingestellten Position des Werkstücks geeignet ist, für das Werkstückmaterial, und für eine Position einer Maschine. Weiterhin wird durch Einstellen der Werkstückinformation über eine Bedientafel die Einstelloperation erleichtert. Weiterhin kann durch Einstellen der Werkstückinformation unter Verwendung eines NC-Programms eine Korrektur angewandt werden auf den nicht überwachten maschinellen Bearbeitungsprozess des Werkstücks.
KURZE FIGURENBESCHREIBUNG
Es zeigen:
1 ein Beispiel für eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ein Diagramm, welches den Zusammenhang zeigt zwischen einem Verschiebungsbetrag einer Skala und dem Betrag der Verschiebung eines Tisches bei den Koordinatendaten der Schneidkantenposition.
3 ein Diagramm, welches den Zusammenhang zeigt zwischen dem Betrag der Verschiebung einer Skala und einem Betrag der Verschiebung eines Tisches bei den Koordinatendaten an der Position des positiven Endes des Schneidhubs.
3B ein Diagramm, welches den Zusammenhang zeigt zwischen einem Betrag der Verschiebung einer Skala und einem Betrag der Verschiebung eines Tisches bei den Koordinatendaten an der Position am negativen Ende des Schneidhubs.
4 einen Einstellmonitor eines NC-Maschinenwerkzeugs, welcher die Koordinatendaten der festeingestellten Position eines Werkstücks zeigt, einen Koeffizienten der linearen Wärmeausdehnung des Werkstücks und eine Normtemperatur.
5 einen Graphen, der die Temperatur eines Werkstücks zeigt, eines Tisches, und z. B. eines Betts, welche einer Korrektur der wärmebedingten Verschiebung gemäß der vorliegenden Erfindung unterliegen.
6 ein Flußdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ein Flußdiagramm einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 einen Graphen, welcher ein Ergebnis zeigt der Messung der wärmebedingten Verschiebung in einem Zustand, in dem die erfindungsgemäße Korrektur der wärmebedingten Verschiebung durchgeführt wird.
9A bis 9D Diagramme, welche den Zusammenhang zeigen zwischen den Koordinatendaten der festeingestellten Position des Werkstücks und den Koordinatendaten der Schneidkantenposition gemäß dem Stand der Technik.
10 einen Graphen, welcher eine Zimmertemperaturveränderung zeigt beim Messen der wärmebedingten Verschiebung.
11 einen Graphen, welcher ein Ergebnis der Messung der wärmebedingten Verschiebung gemäß dem Stand der Technik zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung besteht aus einem NC-Maschinenwerkzeug (maschinelles Bearbeitungszentrum), welche eine wärmebedingte Verschiebungskorrektur durchführt, einen Temperatursensor, einer Temperaturmessvorrichtung, einer Speichervorrichtung, welche einen jeden Parameter speichert, einer Korrekturvorrichtung, welche einen Korrekturwert basierend auf der erfassten Temperatur und NC-Einheit-Information berechnet, und einer NC-Einheit, welche eine nummerische Reglung am maschinellen Bearbeitungswerkzeug durchführt. Hierbei wird die wärmebedingte Verschiebung in X-Achsenrichtung, wo die Abmessungen eines Werkstücks und die Verschiebungsentfernung groß sind, im Folgenden als ein Beispiel erläutert.
1 ist eine schematische Seitenansicht eines zweisäuligen maschinellen Bearbeitungszentrums. Die Säulen 6, 6 sind angebracht auf gegenüberliegenden Seiten eines Betts 1 (in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene). Zwischen den Säulen 6, 6 verläuft eine Querschiene (nicht gezeigt) in Querichtung, und ein Querschieber 7 ist auf der Querschiene bewegbar in Y-Achsenrichtung senkrecht zur Zeichenebene aufgesetzt. Eine Hauptspindel 8 ist angebracht auf dem Querreiter 7, der verschiebbar ist in der Z-Achsenrichtung, welche vertikal verläuft. Am distalen Ende der Hauptspindel 8 ist ein Werkzeug 9 drehbar angekoppelt. Oberhalb des Betts 1 ist ein Tisch 4 verschiebbar in X-Achsenrichtung parallel zur Zeichenebene angebracht, und ein Werkstück 5 ist auf dem Tisch 4 angebracht. Die Position des Tisches 4 in der X-Achsenrichtung wird festgelegt durch eine Skala 2, die auf dem Bett 1 angebracht ist, und einem Skalensensor 3, der am Tisch 4 befestigt ist.
Die Temperatursensoren sind bevorzugterweise angebracht auf einem jeden Bauteil des maschinellen Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere auf einem Bauteil, welches sich relativ zu einer Schneidkante und einem Werkstück in axialer Richtung, die zu korrigieren ist, bewegt. Bei dieser Ausführungsform ist ein Temperatursensor 10a auf dem Bett 1 angebracht in der Nähe einer Skala, um eine Temperatur der Skala zu messen, und ein Temperatursensor 10b ist angebracht auf dem Tisch 4, um eine Temperatur des Tisches zu messen, ein Temperatursensor 10 ist angebracht auf dem Werkstück 5, um eine Temperatur des Werkstücks zu messen.
Im Folgenden werden die Korrektur der wärmebedingten Verschiebung in der X-Achsenrichtung bei den Koordinatendaten an der festeingestellten Position des in 1 gezeigten Werkstücks gezeigt unter Verwendung der in 5 gezeigten Temperaturen des Werkstücks, des Tisches, und des Bettes. In 1 sind die X-Koordinaten an der Position des positiven Endes des Schneidhubs Xlp, die X-Koordinaten an der Position des negativen Endes des Schneidhubs XIm, und die X-Koordinaten an der festeingestellten Position des Werkstücks Xw wie folgt.
Xlp = 6000 mm
Xlm = 0 mm
Xw = 1500 mm
[Erste Ausführungsform]
Die erste Ausführungsform wird erläutert basierend auf dem in 6 gezeigten Flussdiagramm. Bei S1 wandelt eine Temperaturmessvorrichtung 11 die analogen Signale in nummerisch ausgedrückte digitale Signale um, welche die Temperaturen bei einem jeden Sensor 10a bis 10c innerhalb eines vorbestimmten Intervalls (10 Sekunden) mittels eines wohlbekannten Verfahrens darstellen. In einer Parameterspeichervorrichtung 13 sind die X-Koordinaten der festeingestellten Position des Werkstücks Xw, ein Koeffizient für die lineare Wärmeausdehnung α und eine Normtemperatur voreingestellt.
Bei S2 werden die X-Koordinaten der aktuellen Schneidkantenposition erfasst durch eine NC-Einheit 14. Bei S3 werden mittels einer Korrekturbetragsberechnungseinheit 12 der Betrag der Verschiebung der Skala ΔA1, ein Betrag der Verschiebung des Tisches AB und ein Betrag der Verschiebung des Werkstücks ΔA2 berechnet unter Verwendung der Gleichungen 5, 6 bzw. 7.
Hierbei wird als ein Berechnungsverfahren zum Erhalten einer Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung, welche im ersten Term auf der rechten Seite der Gleichung 5 gezeigt ist, ein exponentielles Glättungsfilter verwendet, wie in der japanischen veröffentlichten, nicht geprüften Patentanmeldung Nr. 9-225781 gezeigt, die durch den Anmelder der vorliegenden Erfindung eingereicht wurde. Dementsprechend kann Gleichung 5 wie folgt ausgedrückt werden.
[Gleichung 5a]

X_7n = Y_7n·(X – Xs)·K₇ wobei, Y_7n = Y_7n-1 + (T_70n – Y_7n-1)·α₇ T₇₀ = T₇ – T₀ T₀ = 20 wobei, X_n: n-ter Betrag der Verschiebung Y_n: n-te Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung T_n: n-te Eingabetemperatur α: ein Koeffizient für ein Filter (α₇ = 3.2 × 10², α₂ = 8.3 × 10^–3) X: die X-Koordinaten Xs: die X-Koordinaten eines Skalensensors (= 6000 mm) K: ein Koeffizient einer linearen Wärmeausdehnung (K₇ = 11 × 10^–6) Index 7: ein Skalenwert Index 0: ein Normwert

Auf ähnliche Weise können die Gleichungen 6 und 7 wie folgt ausgedrückt werden.
[Gleichung 6a]

X_8n = Y_8n·(Xs – Xw)·K₈ wobei, Y_8n = Y_8n-1 + (T_80n – Y_8n-1)·α₈ T₈₀ = T₈ – T₀ T₀ = 20

[Gleichung 7a]

X_2n = Y_2n·(Xw – X)·K₂ wobei, Y_2n = Y_2-1 + (T_20n – Y_2n-1)·α₂ T₂₀ = T₈ – T₀ T₀ = 20 wobei, X_an: n-ter Betrag der Verschiebung Y_n: n-te Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung T_n: n-te Eingabetemperatur X: die X-Koordinaten Xs: die X-Koordinaten eines Skalensensors (= 6000 mm) α: ein Koeffizient für ein Filter (α₇ = 3.2 × 10^–2, α₂ = 8.3 × 10^–3) K: ein Koeffizient einer linearen Wärmeausdehnung (K₇ = 11 × 10^–6, K₂ = 11 × 10^–6) Index 8: ein Skalenwert Index 2: ein Werkstückwert Index 0: ein Normwert

Dann wird aus den Gleichungen 1 und 4 der Betrag der Korrektur der X-Koordinaten XC berechnet.
[Gleichung 1a]

XC = –(X₇ + X₈ + X₂)

Bei S4 führt die NC-Einheit die Korrektur der wärmebedingten Verschiebung durch und bewegt sich um den Betrag der Korrektur XC in Achsrichtung. Bei S5 kehrt sie zu S1 zurück, wenn die Korrektur fortgesetzt wird, oder das Verfahren wird beendet, wenn die Korrektur nicht fortgesetzt wird.
[Zweite Ausführungsform]
Eine weitere Ausführngsform der vorliegenden Erfindung wird erläutert, basierend auf einem in 7 gezeigten Flussdiagramm. Bei S11 wandelt die Temperaturmessvorrichtung 11 die analogen Signale in nummerisch ausgedrückte digitale Signale um, die Temperaturen darstellen für einen jeden Sensor 10a bis 10c innerhalb eines vorbestimmten Intervalls (10 Sekunden) mittels eines wohlbekannten Verfahrens. In der Parameterspeichervorrichtung werden die X-Koordinaten an der Position des positiven Endes des Schneidhubs Xlp, die X-Koordinaten an der Position des negativen Endes des Schneidhubs Xlm, die X-Koordinaten an der festeingestellten Position des Werkstücks Xw und eine Normtemperatur voreingestellt.
Bei S12 wird mit der Korrekturbetragsberechnungseinheit 12 ein Korrekturbetrag XCP für die Koordinatendaten an der Position des positiven Endes des Schneidhubs berechnet, basierend auf einem Betrag der Verschiebung der Skala ΔA2 (aus Gleichung 9), einem Betrag der Verschiebung des Tisches ΔB (aus Gleichung 6) im Betrag der Verschiebung des Werkstücks ΔC2 (aus Gleichung 12) unter Verwendung der Gleichungen 1 und 8.
[Gleichung 1b]

XCP = –(X₉ + X₈ + X₅)

[Gleichung 9b]

X_9n = Y_9n·(Xlp – Xs)·K₉

[Gleichung 6b]

X_8n = Y_8n·(Xs – Xw)·K₈

[Gleichung 12b]

X_5n = Y_5n·(Xw – Xlp)·K₈ wobei, Y_9n = Y_9n-1 + (T_90n – Y_9n-1)·α₉ T₉₀ = T₉ – T₀ T₀ = 20 Y_8n = Y_8n-1 + (T_80n – Y_8n-1)·α₈ T₈₀ = T₈ – T₀ T₀ = 20 Y_5n = Y_5n-1 + (T_50n – Y_5n-1)·α₅ T₅₀ = T₅ – T₀ T₀ = 20 wobei, X_n: n-ter Betrag der Verschiebung Y_n: n-te Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung T_n: n-te Eingabetemperatur α: ein Koeffizient für ein Filter (α₇ = 3.2 × 10^–2, α₂ = 3.2 × 10^–2, α₅ = 8.3 × 10^–3) Xs: die X-Koordinaten eines Skalensensors (= 6000 mm) K: ein Koeffizient einer linearen Wärmeausdehnung (K₉ = 11 × 10^–6, K₈ = 11 × 10^–6, K₅ = 11 × 10^–6) Index 9: ein Skalenwert Index 8: ein Tabellenwert Index 5: ein Werkstückwert Index 0: ein Normwert

Auf ähnliche Weise wird ein Korrekturbetrag für die Koordinatendaten an der Position des negativen Endes des Schneidhubs XCM berechnet basierend auf einem Betrag der Verschiebung der Skala ΔA3 (aus Gleichung 11), einen Betrag der Verschiebung der Tabelle ΔB (aus Gleichung 6), einem Betrag der Verschiebung des Werkstücks ΔC3 (aus Gleichung 13) unter Verwendung der Gleichungen 1 und 10.
[Gleichung 1c]

XCM = –(X₁₀ + X₈ + X₆)

[Gleichung 11c]

X_10n = Y_10n·(Xlm – Xs)·K₁₀

[Gleichung 6c]

X_8n = Y_8n·(Xs – Xw)·K₈

[Gleichung 13c]

X_6n = Y_6n·(Xw – Xlm)·K₆ wobei, Y_10n = Y_10n-1 + (T_100n – Y_10n-1)·α₁₀ T₁₀₀ = T₁₀ – T₀ T₀ = 20 Y_8n = Y_8n-1 + (T_80n – Y_8n-1)·α₈ T₈₀ = T₈ – T₀ T₀ = 20 Y_6n = Y_6n-1 + (T_60n – Y_6n-1)·α₆ T₆₀ = T₆ – T₀ T₀ = 20 wobei, X_n: n-ter Betrag der Verschiebung Y_n: n-te Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung. T_n: n-te Eingabetemperatur α: ein Koeffizient eines Filters (α₉ = 3.2 × 10^–2, α₈ = 3.2 × 10^–2, α₅ = 8.3 × 10^–3) Xs: die X-Koordinaten des Skalensensors (= 6000 mm) K: ein Koeffizient einer linearen Wärmeausdehnung (K₉ = 11 × 10^–6, K₈ = 11 × 10^–6, K₅= 11 × 10^–6) Index 9: ein Skalenwert Index 8: ein Tabellenwert Index 5: ein Werkstückwerk Index 0: ein Normwert

Bei S13 werden die berechneten Korrekturbeträge auf ein Regelsystem übertragen. In diesem Regelsystem werden die Korrekturbeträge an beiden Enden des Schneidhubs verarbeitet mit einem linearen Interpolationsverfahren und eine Korrektur wird ausgeführt in Übereinstimmung mit den Koordinatendaten der Schneidkantenposition unter Verwendung einer wohlbekannten Zweipunktkorrekturmethode. Bei S14 kehrt man zu S11 zurück, wenn die Korrektur fortgesetzt wird, oder das Verfahren wird beendet, wenn die Korrektur nicht fortgesetzt wird.
8 zeigt ein Ergebnis der wärmebedingten Verschiebungskorrektur in der X-Achsenrichtung bei einer jeden maschinellen Bearbeitungsposition der 9a bis 9d unter Verwendung der Verfahren der ersten und zweiten Aspekte der vorliegenden Erfindung. Dieses Ergebnis zeigt, dass die wärmebedingte Verschiebung geregelt wird, unabhängig von der Schneidkantenposition und der festeingestellten Position des Werkstücks. Obwohl in dieser Figur die wärmebedingte Verschiebung in der X-Achsenrichtung erläutert wird, kann die wärmebedingte Verschiebung in der Y-Achsenrichtung korrigiert werden durch Verwenden der Temperatur der Querschiene an Stelle der Temperatur des Betts. Ähnlich kann die wärmebedingte Verschiebung in der Z-Achsenrichtung korrigiert werden durch Verwendung der Temperatur der Säule anstelle des Betts, und der Temperatur der Hauptspindel an Stelle der des Betts.
[Dritte Ausführungsform]
Weiterhin wird benötigt, dass Werkstückinformationen, wie z. B. die Koordinatendaten der festeingestellten Position des Werkstücks, ein Koeffizient der linearen Wärmeausdehnung des Werkstücks und eine Normtemperatur (welche Abmessungsgenauigkeit des Werkstücks erfordert) für ein jedes maschinell zu bearbeitendes Werkstück eingestellt werden. Aus diesem Grunde wird durch Bereitstellen eines Eingabemonitors, wie in 4 gezeigt, um die Information mit einer Eingabetafel einzustellen, die Einstelloperation vereinfacht. Weiterhin kann durch Einstellen der Werkstückinformation unter Verwendung des NC-Programms die Werkstückinformation eingestellt werden bei einem unbeaufsichtigten maschinellen Bearbeitungsverfahren für das Werkstück, z. B. mit einem automatischen Palettenwechsler.

Claims

Verfahren zum Korrigieren der wärmebedingten Verschiebung eines Werkstücks (5) bezüglich einer Schneidkantenposition unter Verwendung einer Zuführspindel durch Schätzen des Betrags der wärmebedingten Verschiebung basierend auf einer erfassten Temperatur, die erhalten wird durch Erfassen der Temperatur eines jeden Bauteils eines maschinellen Bearbeitungswerkzeugs und der Koordinatendaten der Schneidkantenposition innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Voreinstellen der Koordinatendaten Xw an einer festeingestellten Position des Werkstücks (5) auf einem Tisch (4); – Bestimmen des Betrags der Verschiebung der festeingestellten Position des Werkstücks (5) bei einer aktuellen Schneidkantenposition basierend auf der erfassten Temperatur, den Koordinatendaten der Schneidkantenposition und den Koordinatendaten Xw der festeingestellten Position des Werkstücks (5); – Berechnen des Unterschieds in den Koordinatendaten zwischen der festeingestellten Position des Werkstücks (5) und der Schneidkantenposition; – Bestimmen eines Betrags der Verschiebung des Werkstücks (5) zwischen seiner festeingestellten Position und der Schneidkantenposition basierend auf der erfassten Temperatur und der Differenz in den Koordinatendaten zwischen der festeingestellten Position des Werkstücks (5) und der Schneidkantenposition, und Berechnen einer Summe für einen jeden Betrag der Verschiebung, um einen Schätzwert festzulegen sowie eine wärmebedingte Verschiebung zu korrigieren unter Verwendung einer NC-Einheit (14) basierend auf dem Schätzwert.
Verfahren zum Korrigieren der wärmebedingten Verschiebung in einem maschinellen Bearbeitungswerkzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Verschiebung an der feststehenden Position die Summe ist eines Betrags der Verschiebung eines Tisches (4) und eines Betrags der Verschiebung einer Skala (2) in einem Antriebssystem einer Zuführspindel, die an der Schneidkantenposition zu korrigieren ist, wobei der Betrag der Verschiebung der Skala (2) ein Produkt ist von: (A) einer Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung, welche erhalten wird basierend auf der Differenz zwischen einer Temperatur der Skala (2) und einer Normtemperatur, (B) der Differenz in den Koordinatendaten zwischen der Schneidkantenposition und einer Skalensensor (3) Position, und (C) einem Koeffizienten K der linearen Wärmeausdehnung der Skala (2), und wobei der Betrag der Verschiebung des Tisches (4) ein Produkt ist von: (A) einer Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung, welche erhalten wird basierend auf der Differenz zwischen einer Temperatur des Tisches (4) und einer Normtemperatur, (B) der Differenz in den Koordinatendaten zwischen der Skalensensor-(3)-Position und der feststehenden Position, und (C) einem Koeffizienten K der linearen Wärmeausdehnung des Tisches (4).
Verfahren zum Korrigieren der wärmebedingten Verschiebung in einem maschinellen Bearbeitungswerkzeug gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Verschiebung des zu bearbeitenden Werkstücks (5) zwischen der feststehenden Position und der Schneidkantenposition ein Produkt ist von: (A) einer Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung, welche erhalten wird basierend auf der Differenz zwischen einer Temperatur des Werkstücks (5) und einer Normtemperatur, (B) der Differenz in den Koordinatendaten zwischen der feststehenden Position und der Schneidkantenposition, und (C) einem Koeffizienten K der linearen Wärmeausdehnung des zu bearbeitenden Werkstücks (5).
Verfahren zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung eines Werkstücks (5) bezüglich einer Schneidkantenposition durch Schätzen eines Betrags der wärmebedingten Verschiebung basierend auf erfassten Temperaturen, die erhalten werden durch Erfassen der Temperatur eines jeden Bauteils eines maschinellen Bearbeitungswerkzeugs und des zu bearbeitenden Werkstücks (5) und der Koordinatendaten der Schneidkantenposition innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Voreinstellen der Koordinatendaten sowohl einer Endposition mit maximalem Koordinatenwert Xlp als auch einer Endposition mit minimalem Koordinatenwert Xlm des Schneidhubs, und der Koordinatendaten Xw einer festeingestellten Position des Werkstücks (5) auf einem Tisch (4); – Bestimmen eines Betrags der Verschiebung der festeingestellten Position des Werkstücks (5) an der Endposition mit maximalem Koordinatenwert Xlp basierend auf der erfassten Temperatur, den Koordinatendaten Xw der festeingestellten Position und den Koordinatendaten der Endposition mit maximalem Koordinatenwert Xlp; – Bestimmen eines Betrags der Verschiebung der festeingestellten Position des zu bearbeitenden Werkstücks (5) an der Endposition mit minimalem Koordinatenwert Xlm basierend auf der erfassten Temperatur, den Koordinatendaten Xw der festeingestellten Position und den Koordinatendaten an der Endposition mit minimalem Koordinatenwert Xlm; – Berechnen des Unterschieds in den Koordinatendaten Xw zwischen der festeingestellten Position des zu bearbeitenden Werkstücks (5) und der Endposition mit maximalem Koordinatenwert Xlp, und zwischen der festeingestellten Position am Werkstück (5) bzw. der Endposition mit minimalem Koordinatenwert Xlm; – Bestimmen eines Betrags der Verschiebung des zu bearbeitenden Werkstücks (5) zwischen der feststehenden Position und der Endposition mit maximalem Koordinatenwert Xlp basierend auf der erfassten Temperatur und dem Unterschied in den Koordinatendaten Xw zwischen der feststehenden Position des zu bearbeitenden Werkstücks (5) und der Endposition mit maximalem Koordinatenwert Xlp; – Bestimmen eines Betrags der Verschiebung des zu bearbeitenden Werkstücks (5) zwischen der feststehenden Position und der Endposition mit minimalem Koordinatenwert Xlm basierend auf der erfassten Temperatur und dem Unterschied in den Koordinatendaten Xw zwischen der feststehenden Position des zu bearbeitenden Werkstücks (5) und der Endposition mit minimalem Koordinatenwert Xlm; – Berechnen einer Summe eines Betrags der Verschiebung der feststehenden Position des zu bearbeitenden Werkstücks (5) an der Endposition mit maximalem Koordinatenwert Xlp und einem Betrag der Verschiebung des zu bearbeitenden Werkstücks (5) zwischen der feststehenden Position und der Endposition mit maximalem Koordinatenwert Xlp, um einen Schätzwert an der Endposition mit maximalem Koordinatenwert Xlp festzulegen; – Berechnen einer Summe eines Betrags der Verschiebung der feststehenden Position des zu bearbeitenden Werkstücks (5) an der Endposition mit minimalem Koordinatenwert Xlm und einem Betrag der Verschiebung des zu bearbeitenden Werkstücks (5) zwischen der feststehenden Position und der Endposition mit minimalem Koordinatenwert Xlm, um einen Schätzwert festzulegen an der Endposition mit minimalemkoordinatenwert Xlm, und Korrigieren der wärmebedingten Verschiebung durch eine Zweipunktkorrekturfunktion eines Regelsystems basierend auf den Schätzwerten an der Endposition mit maximalem Koordinatenwert Xlp und minimalem Koordinatenwert Xlm.
Verfahren zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung in einen maschinellen Bearbeitungswerkzeug gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Verschiebung des Werkstücks (5) an der feststehenden Position die Summe ist aus einem Betrag der Verschiebung eines Tisches (4) und einem Betrag der Verschiebung einer Skala (2) in einem Antriebssystem einer Zuführspindel (2), die zu korrigieren ist an der Endposition mit maximalem Koordinatenwert Xlp und an der Endposition mit minimalem Koordinatenwert Xlm, wobei der Betrag der Verschiebung der Skala (2), ein Produkt ist von: (A) einer Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung, welche erhalten wird basierend auf der Differenz zwischen einer Temperatur der Skala (2) und einer Normtemperatur, (B) der Differenz in den Koordinatendaten zwischen einem jeden Ende des Schneidhubs und der Skalensensor-(3)-Position, und (C) einem Koeffizienten K der linearen Wärmeausdehnung der Skala (2), und wobei der Betrag der Verschiebung des Tisches (4) ein Produkt ist von: (A) einer Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung, welche erhalten wird basierend auf der Differenz zwischen einer Temperatur des Tisches (4) und einer Normtemperatur, (B) der Differenz in den Koordinatendaten zwischen der Skalensensor-(3)-Position und der feststehenden Position, und (C) einem Koeffizienten K einer linearen Wärmeausdehnung des Tisches (4).
Verfahren zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung in einem maschinellen Bearbeitungswerkzeug gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Verschiebung des zu bearbeitenden Werkstücks (5) zwischen der feststehenden Position und der Endposition mit maximalem Koordinatenwert Xlp ein Produkt ist von: (A) einer Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung, welche erhalten wird basierend auf der Differenz zwischen einer Temperatur des Werkstücks (5) und einer Normtemperatur, (B) der Differenz in den Koordinatendaten zwischen der feststehenden Position und einer Position am positiven Ende, und (C) einem Koeffizienten K der linearen Wärmeausdehnung des Werkstücks (5), und wobei der Betrag der Verschiebung des Werkstücks (5) zwischen der feststehenden Position und der Endposition mit minimalem Koordinatenwert Xlm ein Produkt ist von: (A) einer Temperatur zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung, welche erhalten wird basierend auf der Differenz zwischen einer Temperatur des zu bearbeitenden Werkstücks (5) und einer Normtemperatur, (B) der Differenz in den Koordinatendaten zwischen der feststehenden Position und der Endposition mit minimalem Koordinatenwert Xlm, und (C) einem Koeffizienten K der linearen Wärmeausdehnung des Werkstücks (5).
Verfahren zum Schätzen der wärmebedingten Verschiebung in einem maschinellen Bearbeitungswerkzeug gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Normtemperatur eine Temperatur ist, welche eine Abmessungsgenauigkeit des Werkstücks (5) bedingt.