DE102009013043A1 - Thermal displacement correction for tool mesh - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein computerlesbares Medium, das ein Programm zum Korrigieren eines Fehlers aufgrund einer thermischen Verschiebung in einem Kugelspindelmechanismus speichert, die während des Antriebs einer Werkzeugmaschine (M) auftritt. Ein Berechnungsabschnitt (51) eines ersten Wärmewerts berechnet einen ersten Wärmewert, der in einer Schraubenwelle (81) von einer Mutter (8a) erzeugt wird, auf der Grundlage einer Drehgeschwindigkeit. Ein Berechnungsabschnitt (51) eines zweiten Wärmewerts berechnet einen zweiten Wärmewert, der in der Schraubenwelle (81) von einem Servomotor (71) erzeugt wird, auf der Grundlage einer Temperaturzunahme. Ein Berechnungsabschnitt (51) einer Temperaturverteilung berechnet eine Temperaturverteilung einer Mehrzahl von Abschnitten, die durch Unterteilen der Schraubenwelle (81) in einer Längsrichtung erhalten sind, aus dem ersten und dem zweiten Wärmewert. Ein Berechnungsabschnitt (51) eines thermischen Verschiebungswerts berechnet einen thermischen Verschiebungswert eines jeden der Abschnitte aus der Temperaturverteilung. Der Berechnungsabschnitt (51) des Korrektionsbetrags berechnet einen Korrektionsbetrag von Prozessdaten zum Berechnen eines Vorschubbetrags der Mutter (8a) auf der Grundlage des thermischen Verschiebungsbetrags.The present invention relates to a method, an apparatus, and a computer readable medium that stores a program for correcting a thermal displacement error in a ball screw mechanism occurring during drive of a machine tool (M). A first heat value calculating section (51) calculates a first calorific value generated in a screw shaft (81) from a nut (8a) based on a rotational speed. A second heat value calculating portion (51) calculates a second calorific value generated in the propeller shaft (81) by a servo motor (71) based on a temperature increase. A temperature distribution calculating section (51) calculates a temperature distribution of a plurality of sections obtained by dividing the screw shaft (81) in a longitudinal direction from the first and second calorific values. A thermal shift value calculating section (51) calculates a thermal shift value of each of the temperature distribution sections. The correction amount calculating section (51) calculates a correction amount of process data for calculating a feed amount of the nut (8a) on the basis of the thermal shift amount.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine thermische Verschiebungskorrektion für eine Werkzeugmaschine, insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Korrektionsverfahren einer thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine, ein Korrektionsgerät für eine thermische Verschiebung und ein computerlesbares Medium, das ein Programm für eine Korrektion einer thermischen Verschiebung speichert. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und ein Gerät zum Korrigieren eines Fehlers aufgrund einer thermischen Verschiebung eines Kugelspindelmechanismus, die während eines Betriebs der Werkzeugmaschine auftritt, und auf ein computerlesbares Medium, das ein Programm zum Korrigieren solch eines Fehlers speichert.The The present invention relates to a thermal displacement correction for a machine tool, in particular the relates Invention on a correction method of a thermal displacement for a machine tool, a correction device for a thermal shift and a computer readable Medium, which is a program for a correction of a thermal Shift saves. In particular, the present invention relates The invention relates to a method and a device for correcting a failure due to thermal displacement of a ball screw mechanism, which occurs during operation of the machine tool, and on a computer-readable medium having a program for correcting such stores an error.
Ein Kugelspindelmechanismus ist weit verbreitet als ein Positionsmechanismus für eine Werkzeugmaschine. Eine Temperatur des Kugelspindelmechanismus kann aufgrund eines Reibungswiderstands zwischen einer Schraubenwelle und einer Mutter, eines Reibungswiderstands zwischen der Schraubenwelle und eines jeden Lagerabschnitts und einer Wärmeerzeugung eines Servomotors zunehmen. Der Kugelspindelmechanismus kann einer thermischen Verschiebung (Verlängerung) aufgrund der oben erwähnten Temperaturzunahme un terliegen. Heutige NC-Werkzeugmaschinen werden allgemein durch ein halbgeschlossenes Rückkopplungs- oder Schleifensystem gesteuert. Bei der NC-Werkzeugmaschine, die das halbgeschlossene Rückkopplungssystem benutzt, kann die thermische Verschiebung der Schraubenwelle direkt als ein Positionsfehler auftauchen. Als Gegenmaßnahme wird ein Vorspannungsverfahren vorgeschlagen. Bei dem Vorspannungsverfahren wird eine Vorspannung an die Schraubenwelle zum Absorbieren einer thermischen Expansion angelegt. Seit Kurzem kann eine dicke Schraubenwelle in einer NC-Werkzeugmaschine benutzt werden, und eine Vorschubgeschwindigkeit der NC-Werkzeugmaschine kann sehr hoch sein. In solch einem Fall kann mehr Wärme erzeugt werden. Daher kann, wenn das Vorspannungsverfahren angenommen wird, eine sehr große Spannung benötigt werden, um sie anzulegen. Folglich kann es ein Problem geben, dass der Aufbau des Kugelspindelmechanismus verformt wird, und ein Drucklager kann brennen oder sich festfressen aufgrund des Anlegens einer unvernünftigen Kraft.One Ball screw mechanism is widely used as a position mechanism for a machine tool. A temperature of the ball screw mechanism may due to a frictional resistance between a propeller shaft and a nut, a frictional resistance between the propeller shaft and each storage section and a heat generation of a servomotor increase. The ball screw mechanism can one thermal displacement (extension) due to the above mentioned temperature increase un subject. Today's NC machine tools are generally defined by a semi-closed feedback or loop system controlled. In the NC machine tool, the can use the half-closed feedback system the thermal displacement of the propeller shaft directly as a position error Pop up. As a countermeasure is a biasing method proposed. The bias method becomes a bias voltage to the propeller shaft for absorbing thermal expansion created. Recently, a thick screw shaft in an NC machine tool be used, and a feed rate of the NC machine tool can be very high. In such a case can be more heat be generated. Therefore, if the preload method is adopted will be needed, a very big voltage, to put on. Consequently, there may be a problem that the construction the ball screw mechanism is deformed, and a thrust bearing can burn or seize due to the creation of an unreasonable Force.
Bei
einem Korrektionsverfahren einer thermischen Verschiebung für
eine Schraubenwelle, wie sie in der
Die
Bei
dem in der
Der
Erfinder der vorliegenden Erfindung betrieb tatsächliche
einen Servomotor und maß eine Temperatur eines Endes einer
Schraubenwelle. Der Erfinder erzeugte ein thermisches Verteilungsmo dell,
das in der
Die Bedingungen des Experiments waren wie folgt.The Conditions of the experiment were as follows.
(Bedingung 1)(Condition 1)
Ein
mittlerer Strom, der durch den Servomotor
(Bedingung 2)(Condition 2)
Der
Tisch
Als
nächstes erzeugte der Erfinder der vorliegenden Erfindung
ein thermisches Verteilungsmodell. Da der mittlere Strom, der durch
der Servomotor
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Korrektionsverfahren einer thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine, ein Korrektionsgerät einer thermischen Verschiebung, und ein computerlesbares Medium, das ein Programm für eine thermische Verschiebungskorrektion speichert, die einen Korrektionswert ermöglicht, einen tatsächlichen Verlängerungsbetrag einer Schraubenwelle in einem Übergangszustand von einem Start eines Betriebs der Werkzeugmaschine zu einer Stabilisierung einer Temperaturzunahme zu approximieren, vorzusehen.It It is therefore an object of the present invention to provide a correction method a thermal displacement for a machine tool, a thermal displacement correcting device, and a computer readable medium, which is a program for a thermal displacement correction stores a correction value allows for an actual extension amount a propeller shaft in a transient state of one Start of operation of the machine tool for stabilization to approximate an increase in temperature.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Korrektionsverfahren einer thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 1.These Task is solved by a correction method of thermal displacement for a machine tool Claim 1.
Die Werkzeugmaschine für das Korrektionsverfahren einer thermischen Verschiebung enthält einen Kugelspindelmechanismus für einen Vorschubantrieb, der mit einer Schraubenwelle und einer Mutter versehen ist. Eine Vorschubbetragssteuerung berechnet einen Vorschubbetrag der Mutter durch die Schraubenwelle auf der Grundlage von Prozessdaten. Ein Servomotor treibt drehmäßig die Schraubenwelle an. Eine Geschwindigkeitssteuerung steuert eine Drehgeschwindigkeit des Servomotors auf der Grundlage der Prozessdaten. Das Korrektionsverfahren enthält einen ersten Schritt des Berechnens eines ersten Wärmewerts, der in der Schraubenwelle aufgrund einer Bewegung der Mutter erzeugt wird, auf der Grundlage der Drehgeschwindigkeit. Das Verfahren enthält einen zweiten Schritt des Erfassens einer Temperatur, die in dem Ser vomotor ansteigt, und Berechnen eines zweiten Wärmewerts, der von dem Servomotor zu der Schraubenwelle übertragen wird, auf der Grundlage des Temperaturanstiegs. Das Korrektionsverfahren enthält einen dritten Schritt des Berechnens einer Temperaturverteilung in einer Mehrzahl von Abschnitten, die durch Unterteilen der Schraubenwelle in einer Längsrichtung erhalten werden, aus dem ersten und dem zweiten Wärmewert. Das Korrektionsverfahren enthält einen vierten Schritt des Berechnens eines thermischen Verschiebungsbetrags von jedem der Mehrzahl von Abschnitten aus der Temperaturverteilung. Das Korrektionsverfahren enthält einen fünften Schritt des Berechnens eines Korrektionsbetrags der Prozessdaten auf der Grundlage des thermischen Verschiebungsbetrags.The machine tool for the thermal displacement correction method includes a ball screw mechanism for a feed drive provided with a screw shaft and a nut. A feed amount control calculates a feed amount of the nut by the screw shaft based on process data. A servomotor rotatively drives the propeller shaft. A speed controller controls a rotational speed of the servomotor based on the process data. The correction method includes a first step of calculating a first heat value, which in the screw shaft is generated due to a movement of the nut, based on the rotational speed. The method includes a second step of detecting a temperature increasing in the engine, and calculating a second heat value transmitted from the servo motor to the screw shaft based on the temperature rise. The correction method includes a third step of calculating a temperature distribution in a plurality of sections obtained by dividing the screw shaft in a longitudinal direction from the first and second heat values. The correction method includes a fourth step of calculating a thermal displacement amount of each of the plurality of temperature distribution sections. The correction method includes a fifth step of calculating a correction amount of the process data based on the thermal shift amount.
Gemäß dem Korrektionsverfahren der thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine kann die Temperaturverteilung in der Mehrzahl von Abschnitten der Kugelspindelwelle berechnet werden, indem nicht nur der erste Wärmewert benutzt wird, der in der Kugelspindelwelle aufgrund der Bewegung der Mutter erzeugt wird, sondern auch ein zweiter Wärmewert aufgrund des Temperaturanstiegs des Servomotors, und somit wird ein Korrektionsbetrag erhalten. Daher kann der Korrektionsbetrag einen tatsächlichen Längenbetrag der Kugelspindelwelle approximieren, selbst in einem Übergangszustand, der auftritt, bevor die Temperatur des Servomotors stabilisiert ist. Eine Wärmeeingabe von dem Servomotor an die Kugelspindelwelle kann durch die Temperaturzunahme in dem Servomotor beeinflusst werden. Die Temperaturzunahme in dem Servomotor selbst kann einem Einfluss von Antriebselementen wie einer Last zugeordnet werden. Insbesondere kann die Temperatur des Servomotors sich während einer Dauer konstant ändern, bis der Wärmewert des Servomotors und ein Wärmefreigabewert einander ausgleichen. In dem Korrektionsverfahren der thermischen Ver schiebung kann der zweite Wärmewert auf der Grundlage der Temperaturzunahme in dem Servomotor benutzt werden beim Berechnen des Korrektionswerts, wodurch der Korrektionsbetrag, der der Änderung in der Temperatur des Servomotors folgt, erhalten werden kann. Im Hinblick auf die Wärmeeingaben ungleich der von dem Servomotor an die Kugelspindelwelle, kann der thermische Verschiebungsbetrag berechnet werden für jeden der Mehrzahl von Abschnitten, indem der erste Wärmewert benutzt wird, der in der Kugelspindelwelle aufgrund der Bewegung der Mutter erzeugt wird. Daher kann bei dem Korrektionsverfahren der thermischen Verschiebung der Korrektionsbetrag mit hoher Genauigkeit ohne ein getrenntes Vorsehen eines Sensors erhalten werden.According to the Correction method of thermal displacement for a Machine tool can control the temperature distribution in the majority of Sections of the ball screw shaft are calculated by not only the first calorific value is used in the ball screw shaft generated due to the movement of the mother, but also a second heat value due to the temperature rise of the servomotor, and thus a correction amount is obtained. Therefore, the correction amount an actual length amount of the ball screw shaft approximate even in a transient state that occurs before the temperature of the servomotor is stabilized. A heat input from the servomotor to the ball screw shaft may be due to the temperature increase be influenced in the servo motor. The temperature increase in the Servo motor itself can influence drive components such as be assigned to a load. In particular, the temperature of the Servomotor constantly changing during a period, to the calorific value of the servomotor and a heat release value compensate each other. In the Korrektionsverfahren the thermal shift may be the second calorific value based on the temperature increase are used in the servomotor in calculating the correction value, whereby the correction amount, the change in temperature the servo motor follows can be obtained. In terms of Heat input unlike that of the servomotor to the ball screw shaft, For example, the thermal shift amount can be calculated for each the plurality of sections, adding the first heat value used in the ball screw shaft due to the movement the mother is generated. Therefore, in the correction process the thermal displacement of the correction amount with high accuracy be obtained without a separate provision of a sensor.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Korrektionsvorrichtung einer thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 3.The Task is also solved by a correction device a thermal displacement for a machine tool according to claim 3.
Die Korrektionsvorrichtung für die thermische Verschiebung für eine Werkzeugmaschine enthält einen Kugelspindelmechanismus für einen Vorschubantrieb, der mit einer Schraubenwelle und einer Mutter versehen ist. Eine Vorschubbetragssteuerung berechnet einen Vorschubbetrag der Mutter durch die Schraubenwelle auf der Grundlage von Prozessdaten. Ein Servomotor treibt drehmäßig die Schraubenwelle. Eine Geschwindigkeitssteuerung steuert eine Drehgeschwindigkeit des Servomotors auf der Grundlage der Prozessdaten. Die Korrektionsvorrichtung der thermischen Verschiebung enthält eine Geschwindigkeitserfassungsvorrichtung, einen Temperaturerfassungsabschnitt, einen Berechnungsabschnitt eines ersten Wärmewerts, einen Berechnungsabschnitt eines zweiten Wärmewerts, einen Berechnungsabschnitt einer Temperaturverteilung, einen Berechnungsabschnitt eines Temperaturverschiebungsbetrags und einen Berechnungsabschnitt eines Korrektionsbetrags. Die Ge schwindigkeitserfassungsvorrichtung erfaßt die Drehgeschwindigkeit. Der Temperaturerfassungsabschnitt erfaßt eine Temperaturzunahme in dem Servomotor. Der Berechnungsabschnitt des ersten Wärmewerts berechnet einen ersten Wärmewert, der in der Schraubenwelle aufgrund einer Bewegung der Mutter erzeugt ist, auf der Grundlage der Drehgeschwindigkeit, die von der Geschwindigkeitserfassungsvorrichtung erfaßt ist. Der Berechnungsabschnitt des zweiten Wärmewerts berechnet einen zweiten Wärmewert, der von dem Servomotor zu der Schraubenwelle übertragen ist, auf der Grundlage der Temperaturzunahme, die von dem Temperaturerfassungsabschnitt erfaßt ist. Der Berechnungsabschnitt der Temperaturverteilung berechnet eine Temperaturverteilung in einer Mehrzahl von Abschnitten, die durch Unterteilen der Schraubenwelle in einer Längsrichtung erhalten sind, aus dem ersten Wärmewert, der von dem Berechnungsabschnitt des ersten Wärmewerts berechnet ist, und dem zweiten Wärmewert, der von dem Berechnungsabschnitt des zweiten Wärmewerts berechnet ist. Der Berechnungsabschnitt des thermischen Verschiebungsbetrags berechnet einen thermischen Verschiebungsbetrag von jedem der Mehrzahl von Abschnitten aus der Temperaturverteilung, die von dem Berechnungsabschnitt der Temperaturverteilung berechnet ist. Der Berechnungsabschnitt des Korrektionsbetrags berechnet einen Korrektionsbetrag der Prozessdaten auf der Grundlage des thermischen Verschiebungsbetrags, der von dem Berechnungsabschnitt des thermischen Verschiebungsbetrags berechnet ist.The Correction device for thermal displacement for a machine tool includes a ball screw mechanism for a feed drive, with a propeller shaft and a mother is provided. A feed amount control is calculated a feed amount of the nut by the screw shaft on the Basis of process data. A servomotor drives rotationally the screw shaft. A speed control controls one Rotational speed of the servomotor based on the process data. The Contains thermal displacement correction device a speed detecting device, a temperature detecting section, a calculating portion of a first heat value, a Calculation section of a second heat value, a calculation section a temperature distribution, a calculating portion of a temperature shift amount and a calculating portion of a correction amount. The speed detection device detects the rotational speed. The temperature detection section detects a temperature increase in the servomotor. The calculation section of the first calorific value calculates a first calorific value, which is generated in the propeller shaft due to movement of the nut is, on the basis of the rotational speed, that of the speed detecting device is detected. The calculation section of the second heat value calculates a second calorific value from the servomotor is transmitted to the propeller shaft, on the basis the temperature increase generated by the temperature detecting section is detected. The calculation section of the temperature distribution calculates a temperature distribution in a plurality of sections, by dividing the screw shaft in a longitudinal direction are obtained from the first calorific value obtained by the calculating section of the first calorific value, and the second calorific value, that of the second heat value calculation section is calculated. The calculation portion of the thermal shift amount calculates a thermal shift amount of each of the plurality portions of the temperature distribution obtained by the calculating section the temperature distribution is calculated. The calculation section of the correction amount calculates a correction amount of the process data on the basis of the thermal shift amount generated by the calculation portion of the thermal shift amount is calculated is.
Die Korrektionsvorrichtung der thermischen Verschiebung für eine Werkzeugmaschine weist den Temperaturerfassungsabschnitt auf, der die Temperaturzunahme in dem Servomotor erfasst. Weiter wird die Temperaturverteilung in der Mehrzahl von Abschnitten der Kugelspindelwelle berechnet unter Benutzung des zweiten Wärmewerts auf der Grundlage der Temperaturzunahme, und somit wird der Kor rektionsbetrag erhalten. Daher kann der Korrektionsbetrag einen tatsächlichen Längenbetrag der Kugelspindelwelle selbst in einem Übergangszustand approximieren, der vorliegt, bevor die Temperaturzunahme in dem Servomotor stabilisiert ist. Im Hinblick auf Wärmeeingaben ungleich von jenen von dem Servomotor an die Kugelspindelwelle kann der thermische Verschiebungsbetrag berechnet werden für jeden der Mehrzahl von Abschnitten, in denen der Wärmewert benutzt wird, der in der Kugelspindelwelle aufgrund der Bewegung der Mutter erzeugt ist. Daher kann der Korrektionsbetrag mit hoher Genauigkeit ohne getrenntes Vorsehen eines Sensors erhalten werden.The Correction device of thermal displacement for a machine tool has the temperature detection section, which detects the temperature increase in the servomotor. Next will the temperature distribution in the plurality of sections of the ball screw shaft calculated using the second heat value on the Basis of the temperature increase, and thus the Kor rektionsbetrag receive. Therefore, the correction amount may be an actual Length of the ball screw shaft even in a transient state approximate, which is present before the temperature increase in the Servo motor is stabilized. With regard to heat input unlike those of the servomotor to the ball screw shaft of the thermal shift amount will be calculated for each the majority of sections where the calorific value is used which is in the ball screw shaft due to the movement of the nut is generated. Therefore, the correction amount can be with high accuracy can be obtained without separately providing a sensor.
Die Temperaturzunahme in dem Servomotor kann erfasst werden auf der Grundlage von mindestens der Drehgeschwindigkeit des Servomotors und des Antriebsstromwerts. In solch einem Fall kann der Korrektionsbetrag mit hoher Genauigkeit erzielt werden, indem ein vorhandener Sensor benutzt wird, ohne dass ein getrennt vorgesehener Sensor benutzt wird.The Temperature increase in the servomotor can be detected on the Basis of at least the rotational speed of the servomotor and the drive current value. In such a case, the correction amount be achieved with high accuracy by using an existing sensor is used without a separately provided sensor used becomes.
Diese Aufgabe wird auch gelöst durch ein computerlesbares Medium, das ein Korrektionsprogramm für eine thermische Verschiebung für eine Werkzeugmaschine speichert, nach Anspruch 5.These Task is also solved by a computer readable medium, this is a correction program for a thermal shift for a machine tool stores, according to claim 5.
Die Werkzeugmaschine des Korrektionsprogramms der thermischen Verschiebung des computerlesbaren Mediums enthält einen Kugelspindelmechanismus für einen Vorschubantrieb, der mit einer Schraubenwelle und einer Mutter versehen ist. Eine Vorschubbetragssteuerung berechnet einen Vorschubbetrag der Mutter durch die Schraubenwelle auf der Grundlage von Prozessdaten. Ein Servomotor treibt drehmäßig die Schraubenwelle. Eine Geschwindigkeitssteuerung steuert eine Drehgeschwindigkeit des Servomotors auf der Grundlage der Prozessdaten. Das Korrektionsprogramm der thermischen Verschiebung enthält Befehle, die bewirken, dass eine Steuerung der Werkzeugmaschine einen ersten Schritt des Berechnens eines ersten Wärmewerts, der in der Schraubenwelle aufgrund der Bewegung der Mutter erzeugt wird, auf der Grundlage der Drehgeschwindigkeit; einen zweiten Schritt des Erfassens eines Temperaturanstiegs in dem Servomotor und Berechnens eines zweiten Wärmewerts, der von dem Servomotor zu der Schraubenwelle übertragen wird, auf der Grundlage der Temperaturzunahme; einen dritten Schritt des Berechnens einer Temperaturverteilung in einer Mehrzahl von Abschnitten, die erhalten werden durch Unterteilen der Schraubenwelle in einer Längsrichtung, aus dem ersten und dem zweiten Wärmewert; einen vierten Schritt des Berechnens eines thermischen Verschiebungsbetrags von jedem der Mehrzahl von Abschnitten aus der Temperaturverteilung; und einen fünften Schritt des Berechnens eines Korrektionsbetrags der Prozessdaten auf der Grundlage des thermischen Verschiebungsbetrags ausführt.The Machine tool of thermal displacement correction program The computer readable medium includes a ball screw mechanism for a feed drive, with a propeller shaft and a mother is provided. A feed amount control is calculated a feed amount of the nut by the screw shaft on the Basis of process data. A servomotor drives rotationally the screw shaft. A speed control controls one Rotational speed of the servomotor based on the process data. Contains the thermal displacement correction program Commands that cause a control of the machine tool a first step of calculating a first heat value, which is generated in the propeller shaft due to the movement of the nut is based on the rotational speed; a second step detecting a temperature rise in the servomotor and calculating a second heat value supplied from the servomotor to the Screw shaft is transmitted, based on the temperature increase; a third step of calculating a temperature distribution in a plurality of sections obtained by dividing the propeller shaft in a longitudinal direction, from the first and the second heat value; a fourth step of calculating a thermal shift amount of each of the plurality of Sections from the temperature distribution; and a fifth Step of calculating a correction amount of the process data based on the thermal shift amount.
Gemäß dem computerlesbaren Medium, das ein Korrektionsprogramm einer thermischen Verschiebung speichert, berechnet die Steuerung der Werkzeugmaschine die Temperaturverteilung in der Mehrzahl von Abschnitten der Kugelspindelwelle unter der Benutzung nicht nur des ersten Wärmewerts, der erzeugt wird von der Mutter auf der Kugelspindelwelle, sondern auch des zweiten Wärmewerts auf der Grundlage der Temperaturzunahme in dem Servomotor. Somit kann der Korrektionsbetrag erhalten werden. Daher kann der Korrektionsbetrag einen tatsächlichen Längenbetrag der Kugelspindelwelle approximieren, selbst in einem Übergangszustand, der stattfindet, bevor die Temperatur des Servomotors stabilisiert ist.According to the computer-readable medium containing a thermal correction program Shift stores, calculates the control of the machine tool the temperature distribution in the plurality of sections of the ball screw shaft using not only the first heat value, the is generated by the nut on the ball screw shaft, but also of the second heat value based on the temperature increase in the servomotor. Thus, the correction amount can be obtained. Therefore, the correction amount can be an actual length amount approximate the ball screw shaft, even in a transient state, which takes place before the temperature of the servomotor stabilizes is.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:Further Features and benefits of the invention result from the following description of exemplary embodiments based on the figures. From the figures show:
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.preferred Embodiments of the present invention will be below described with reference to the drawings.
[Erste Ausführungsform]First Embodiment
Ein
Aufbau eines Maschinenzentrums M (Werkzeugmaschine) wird unter Bezugnahme
auf
Die
Basis
Als
nächstes wird der Maschinenkörper
Als
nächstes wird ein Bewegungsmechanismus des Tischs
Ein
Paar von y-Achsenführungsschienen, die auf der oberen Oberfläche
der Basis
Teleskopabdeckungen
Als
nächstes wird ein Anhebe-/Absenkmechanismus des Hauptspindelkopfs
Wie
in
Der
x-Achsenmotor
Die
Spindelstangenabschnitte
Die
Spindelsteuerabschnitte
Der
Spindelsteuerabschnitt
Der
RAM
Als nächstes wird eine Beschreibung über ein Verfahren zum Berechnen eines thermischen Verschiebungsbetrags gegeben, das in der numerischen Steuerung des Maschinenzentrums M benutzt wird. Zur Erleichterung wird ein Kugelspindelmechanismus einer x-Achse als ein Bespiel beschriebe, grundsätzlich ist dasselbe auch richtig für einen Kugelspindelmechanismus einer y-Achse und einen Kugelspindelmechanismus einer z-Achse. Bei diesem Berechnungsverfahren werden die Wärmewerte von drei Bereichen der Schraubenwelle, d. h. eines vorderen Lagerabschnitts, eines Mut terbewegungsabschnitts und eines hinteren Lagerabschnitts erhalten. Der Mutterbewegungsabschnitt ist in eine Mehrzahl von Abschnitten unterteilt. Der Wärmewert eines jeden der Mehrzahl von Abschnitten wird erhalten.When Next, a description will be made about a method for calculating a thermal shift amount, the is used in the numerical control of the machine center M. To facilitate a ball screw mechanism of an x-axis as an example, basically the same thing also correct for a ball screw mechanism of a y-axis and a ball screw mechanism of a z-axis. In this calculation method the heat values of three areas of the propeller shaft, d. H. a front bearing portion, a mother terbewegungsabschnitts and a rear bearing section. The mothers move section is divided into a plurality of sections. The heat value Each of the plurality of sections is obtained.
(Berechnung des gesamten Wärmewerts)(Calculation of the total heat value)
Wie
in
Bei
der vorliegenden Ausführungsform wird der Wärmewert
aufgrund der Bewegung der Mutter in jedem Abschnitt für
jede feste Zeit während einer festen Dauer berechnet. Bei
der vorliegenden Ausführungsform wird der Wärmewert
(Verteilung des Gesamtwärmewerts: 1)(Distribution of total heat value: 1)
Das
vorliegende Verfahren des Verteilens des Gesamtwärmewerts
QTTL basiert auf der Grundlage des gleichen
Verfahrens, wie es in der
Bei
der vorliegenden Ausführungsform werden auf der Grundlage
des obigen Verfahrens ein Wärmewert QN eines
Bewegungsabschnitts und ein Wärmewert QB eines
hinteren Lagerabschnitts aus der folgenden Formel berechnet:
(Verteilung des Wärmewerts für jeden Abschnitt des Mutterbewegungsabschnitts)(Distribution of the heat value for each section of the mother's movement section)
Als
nächstes wird bei der vorliegenden Ausführungsform
der Wärmewert für jeden Abschnitt des Mutterbewegungsabschnitts
erhalten. Der in dem RAM
Nachdem die Existenzwahrscheinlichkeiten X1, ..., Xi, ... und Xn der Mutter in jedem Abschnitt erhalten sind, werden die Verteilungswärmewerte QN1, ..., QNi, ... und QNn, die für jeden der Abschnitte 1 bis n zu verteilen sind, aus den Existenzwahrscheinlichkeiten und den Wärmewerten QN des Mutterbewegungsabschnitts berechnet, indem die folgenden Formeln benutzt werden: After the existence probabilities X 1 ,..., X i ,..., And X n of the mother in each section are obtained, the distribution heat values Q N1 ,..., Q Ni ,..., And Q Nn are given for each of the portions 1 to n are calculated from the existence probabilities and the heat values Q N of the mother motion portion by using the following formulas:
(Verteilung des Gesamtwärmewerts: 2)(Distribution of total heat value: 2)
Als nächstes wird ein Wärmewert QF des vorderen Lagers berechnet. Der Wärmewert QF des vorderen Lagerabschnitts wird einer Wärmeeingabe aufgrund einer Temperaturzunahme in dem Servomotor zugeordnet. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Temperatur eines Körpers des Servomotors berechnet. Dann kann ein Betrag der Wärmeeingabe an dem Endabschnitt der Schraubenwelle, d. h. der Wärmewert QF des vorderen Lagers (ein zweiter Wärmebetrag) erhalten werden aus einer Differenz zwischen der berechneten Temperatur des Servomotorkörpers und der Temperatur des Endabschnitts der Schraubenwelle.Next, a heat value Q F of the front bearing is calculated. The calorific value Q F of the front bearing portion is associated with heat input due to an increase in temperature in the servomotor. Therefore, in the present embodiment, the temperature of a body of the servomotor is calculated. Then, an amount of heat input at the end portion of the screw shaft, ie, the heat value Q F of the front bearing (a second heat amount) may be obtained from a difference between the calculated temperature of the servo motor body and the temperature of the end portion of the screw shaft.
Ein
Verfahren des Berechnens der Temperatur des Servomotorkörpers
wird beschrieben. Die Temperaturänderung in dem Servomotor
in einem Fall, in dem die Drehgeschwindigkeit des Servomotors und
der Antriebsstrom konstant sind, wird unter Bezugnahme auf
Die
Kurve
Eine
Motorkörpertemperatur ΘM1a,
nachdem „a” Minuten von dem Start des Antriebs
des Maschinenzentrums M vergangen sind, kann durch die folgende
Formel auf der Grundlage der Formel (3) dargestellt werden:
Eine
Motorkörpertemperatur ΘM-1a,
nachdem ”a” Minuten von dem Stopp des Antriebs
des Maschinenzentrums M vergangen sind, kann durch die folgende
Formel auf der Grundlage der Formel (4) dargestellt werden:
Bis jetzt ist die Temperaturänderung in dem Servomotor beschrieben worden unter der Annahme, dass die Drehgeschwindigkeit des Servomotors und der Treiberstrom konstant sind. Die Drehgeschwindigkeit und der Treiberstrom des Servomotors brauchen jedoch nicht immer bei dem tatsächlichen Antrieb des Maschinenzentrums M konstant zu sein. Insbesondere brauchen bei einem Übergangszustand an dem anfänglichen Betriebszustand die Drehgeschwindigkeit und der Treiberstrom nicht konstant zu sein. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Sättigungstemperatur des Servomotors unter Benutzung der Formel (2) von einer tatsächlichen Drehgeschwindigkeit und einem tatsächlichen Treiberstrom (insbesondere jeder Durchschnittswert der Drehgeschwindigkeit und des Treiberstroms, die während 50 ms gemessen werden) für jede vorbestimmte abgelaufene Zeit (insbesondere 6400 ms) genommen. Die Temperaturänderung in dem Servomotorkörper wird dann unter Benutzung der Formeln (3) und (4) von der Sättigungstemperatur und der abgelaufenen Zeit erhalten. Die erhaltenen Temperaturänderungen werde zusammenaddiert, wodurch die tatsächliche Temperatur des Servomotorkörpers berechnet werden kann.To now the temperature change in the servo motor is described been assuming that the rotational speed of the servomotor and the drive current are constant. The rotational speed and the Driver power of the servomotor, however, do not always need in the actual drive of the machine center M constant to be. In particular, need in a transient state at the initial operating state, the rotational speed and the drive current is not constant. Therefore, at the present embodiment, the saturation temperature of the servomotor using formula (2) from an actual one Rotational speed and an actual drive current (In particular, each average value of the rotational speed and of the drive current measured during 50 ms) for every predetermined elapsed time (in particular 6400 ms) is taken. The temperature change in the servo motor body then becomes the saturation temperature using formulas (3) and (4) and the elapsed time. The temperature changes obtained will be added together, reducing the actual temperature of the servo motor body can be calculated.
Ein
Verfahren des Berechnens der tatsächlichen Temperatur des
Servomotorkörpers wird unten unter Bezugnahme auf
Bei
der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass
die Motorkörpertemperatur ΘM gemäß der
Formel (3) während der abgelaufenen Zeit zunimmt und danach
gemäß der Formel (4) abnimmt. Wie in
Entsprechend
können die Werte ΘMt1-3 und ΘMt1-4 zu den Zeiten t3 und t4 der Motorkörpertemperatur ΘMt1 entsprechend wie folgt berechnet werden:
Wie
in
Wie
in
Die
Werte der Motorkörpertemperaturen ΘMt1, ΘMt2, ΘMt3 und
... zu jeder Zeit, die, wie oben beschrieben, berechnet sind, werden
zum Berechnen der tatsächlichen Motortemperatur Θ addiert.
Es sei z. B. angenommen, dass die Motorkörpertemperaturen ΘMt1, ΘMt2 und ΘMt3, wie sie durch die Kurven
Bei
der vorliegenden Ausführungsform wird der Wärmewert
QF des vorderen Lagers unter Benutzung der
Motorkörpertemperatur Θ berechnet, die, wie oben
beschrieben wurde, berechnet ist, gemäß der folgenden
Formel (5):
(Berechnung der Temperaturverteilung)(Calculation of the temperature distribution)
Nachdem
der Wärmewert für jede Wärmequelle, wie
oben beschrieben, berechnet worden ist, berechnet die CPU
Genauer, der Antrieb des Maschinenzentrums M wird gestartet (t = 0), und die Temperaturverteilung, wenn die Zeit t1, t2 und ... (Minuten) vergangen ist, wird berechnet.More accurate, the drive of the machine center M is started (t = 0), and the temperature distribution when the time t1, t2 and ... (minutes) has passed is calculated.
Wenn
der Mutterbewegungsabschnitt in Abschnitte unterteilt ist, wie in
Die
Temperaturverteilung {θ} von jedem Abschnitt der Schraubenwelle
zu der Zeit t0 und die Motorkörpertemperatur Θ sind
bereits bekannt. Daher kann der wärmewert QF des
vorderen Lagers aus der Formel (5) berechnet werden. Die Verteilungswärmewerte
QN1 bis QNn in jedem
Abschnitt des Mutterbewegungsabschnitts und der Wärmewert
QB des hinteren Lagers können auch
aus der Formel (1) erhalten werden. Die berechneten Werte werden
der rechten Seite der Formel (7) zugeordnet. D. h., wie in
Weiter
kann QF zu t = t1 gemäß der
Formel (5) berechnet werden aus der Temperatur des Endabschnitts
der Schraubenwelle TS von {θ}t = t1 und der Motorkörpertemperatur Θ,
die unter Benutzung der Formeln (3) und (4) berechnet ist. Der berechnete
Wert wird dann der Formel (7) zugeordnet, wodurch d{θ}t = t1/dt erhalten werden kann. Als Resultat
kann die Temperatur an jedem Abschnitt zu t = t2 aus der folgenden
Formel berechnet werden:
Die Temperaturen zu t = t3 und zu anderen Zeiten können auf die ähnliche Weise erhalten werden.The Temperatures can be up to t = t3 and at other times the similar way are obtained.
(Berechnung des thermischen Verschiebungsbetrags)(Calculation of thermal shift amount)
Nachdem
die Temperaturverteilung der Schraubenwelle, wie oben beschrieben
ist, erhalten worden ist, kann der thermische Verschiebungsbetrag
aus der Temperaturverteilung berechnet werden. Der thermische Verschiebungsbetrag
kann aus der folgenden Formel (8) berechnet werden:
Als
nächstes wird eine spezifische Prozedur der numerischen
Steuerung des Maschinenzentrums M unter Bezugnahme auf das in
Als
nächstes setzt die CPU
Die
CPU
Die
CPU
Die
CPU
Die
CPU
[Zweite Ausführungsform]Second Embodiment
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass die Temperaturzunahme in dem Servomotor nicht aus dem Strom und der Drehgeschwindigkeit berechnet wird, sondern indem ein Temperatursensor benutzt wird, der an dem Servomotor angebracht ist, und ein Zimmertemperatursensor, der eine Zimmertemperatur misst.When Next, a second embodiment will be described. The second embodiment is different from the first one Embodiment in that the temperature increase in the Servo motor is not calculated from the current and the rotational speed but by using a temperature sensor attached to the Servo motor is attached, and a room temperature sensor, which is a Room temperature measures.
Die
Temperatur ΘM0 des Servomotorkörpers
wird durch den Temperatursensor erfaßt (die Darstellung ist
weggelassen), der getrennt in den x-Achsenmotor
Die
CPU
Der
Wärmewert QF des vorderen Lagers
wird einer Wärmeeingabe aufgrund der Temperaturzunahme in
dem Servomotor zugeordnet. Daher berechnet die CPU
Als
nächstes wird eine modifizierte Ausführungsform,
bei der die obigen Ausführungsformen teilweise modifiziert
sind, beschrieben. In der ersten oben beschriebenen Ausführungsform
wird die Temperaturzunahme Θ in dem Servomotorkörper
berechnet, indem die Formeln (3) und (4) benutzt werden. Die Temperaturzunahme Θ in
dem Servomotorkörper kann auch berechnet werden auf der
Grundlage eines primären Verzögerungssystems,
in dem die Temperaturzunahme in dem Servomotor diskretisiert wird,
indem die folgenden Formeln benutzt werden:
Wenn
die Temperaturzunahme in dem Servomotor nur aus der Drehgeschwindigkeit
berechnet wird, kann die Formel (2) wie folgt geändert
werden:
Alternativ,
wenn die Temperaturzunahme in dem Servomotor nur aus dem Treiberstromwert
berechnet wird, kann die Formel (2) wie folgt geändert
werden:
Wenn
weiter die Temperaturzunahme in dem Servomotorkörper nur
aus der Drehgeschwindigkeit unter Benutzung des diskretisierten
primären Verzögerungssystems berechnet wird, kann
die Formel (9) wie folgt geändert werden:
Alternativ,
wenn die Temperaturzunahme in dem Servomotorkörper nur
aus dem Treiberstromwert berechnet wird, kann die Formel (9) wie
folgt geändert werden:
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