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STAND DER TECHNIK
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine thermische Verschiebungskorrekturvorrichtung für eine Werkzeugmaschine und insbesondere ein Verfahren zum Berechnen einer Korrektur für thermische Verschiebung einer Spindeleinheit.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Eine Vorschubspindel und eine Spindel einer Werkzeugmaschine werden durch Motoren angetrieben, sodass Wärmeerzeugung der Motoren, Reibungswärme, die durch die Drehung von Lagern erzeugt ist, und Reibungswärme eines Kupplungsabschnitts einer Kugelumlaufspindel und einer Kugelmutter, die die Vorschubspindel bilden, bewirken, dass sich die Vorschubspindel und die Spindel ausdehnen und mechanische Positionen verschoben werden. Das bedeutet, dass die relative Position eines Werkstücks, das angeordnet werden soll, und eines Werkzeugs verschoben ist. Veränderungen der mechanischen Position aufgrund von Wärme sind im Falle hochgradig präziser maschineller Bearbeitung problematisch.
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Verfahren zum Schätzen einer Verschiebung auf Grundlage von verschiedenen Elementen zum Beseitigen der Verschiebung sind allgemein bekannt.
JP 2003-108206 A offenbart eine Korrekturvorrichtung, die ein dreidimensionales Modell einer Maschine herstellt und thermische Verschiebungskorrekturen auf Grundlage des Betriebs und der Temperatur der Maschine schätzt. Diese Korrekturvorrichtung schätzt eine Änderung der Temperatur von Mikrobereichen und schätzt eine thermische Verschiebungskorrektur auf Grundlage der geschätzten Temperaturänderung, wodurch eine genaue Korrektur ermöglicht ist.
JP 2006-281420 A offenbart ein Korrekturverfahren für eine NC-Werkzeugmaschine, das eine Temperaturverteilungsfunktion auf Grundlage von Temperaturmessungen an mehreren Punkten eines Ständers berechnet und dadurch thermische Verschiebung einer Spindeleinheit berechnet.
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Die Korrekturvorrichtung, die in
JP 2003-108206 A beschrieben ist, ist aufgrund zahlreicher Berechnungen rechnerisch komplex, sodass sie zum Schätzen der thermischen Verschiebungskorrekturen, die von einem Moment zum nächsten variieren, nicht geeignet ist. Das Korrekturverfahren, das in
JP 2006-281420 A beschrieben ist und Temperatursensoren nutzt, erhöht die Kosten einer Werkzeugmaschine und kann bei Ausfall des Temperatursensors keine genaue Korrektur mehr durchführen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine thermische Verschiebungskorrekturvorrichtung für eine Maschine vorzusehen, die eine Rechenlast durch Definieren einer Spindeleinheit als zweidimensionales Modell und Berechnen einer Korrektur, die von Moment zu Moment variiert, in kleineren Inkrementen reduziert.
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Eine thermische Verschiebungskorrekturvorrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung, die thermische Verschiebung einer Spindeleinheit mit einer Spindel korrigiert, enthält Folgendes: einen Speicher, der zum Definieren der Spindeleinheit als zweidimensionales Modell in einer thermisch symmetrischen Ebene oder in einer Ebene, die parallel zur thermisch symmetrischen Ebene verläuft, Aufteilen des zweidimensionalen Modells in Bereiche und Speichern eines linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, eines Erhitzungskoeffizienten und eines Strahlungskoeffizienten, die jedem Bereich entsprechen, und eines thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten zwischen jedem Bereich und seinem benachbarten Bereich konfiguriert ist; eine Temperaturschätzeinheit, die eine Temperatur jeden Bereichs schätzt; eine Korrekturschätzeinheit, die zum Schätzen einer Korrektur auf Grundlage der durch die Temperaturschätzeinheit geschätzten Temperatur und des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der jedem Bereich entspricht und im Speicher gespeichert ist, konfiguriert ist; und eine thermische Verschiebungskorrektureinheit, die zum Ausführen einer Korrektur durch Addieren der Korrektur zu einem Positionsbefehlswert für eine Zugspindel beim Treiben der Zugspindel zu einer Befehlsposition konfiguriert ist.
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Die Temperaturschätzeinheit kann die Temperatur jeden Bereichs auf Grundlage des Erhitzungskoeffizienten und des Strahlungskoeffizienten, die jedem Bereich entsprechen, und des thermischen Leitungsfähigkeitskoeffizienten zwischen jedem Bereich und seinem benachbarten Bereich, die im Speicher gespeichert sind, schätzen.
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Die Temperaturschätzeinheit kann eine Spindeldrehzahlmesseinheit enthalten, die zum Messen einer Spindeldrehzahl konfiguriert ist, und die Temperatur jeden Bereichs auf Grundlage des Erhitzungskoeffizienten und des Strahlungskoeffizienten, die jedem Bereich entsprechen, des thermischen Leitungsfähigkeitskoeffizienten zwischen jedem Bereich und seinem benachbarten Bereich, die im Speicher gespeichert sind, und der Spindeldrehzahl, die durch die Spindeldrehzahlmesseinheit erhalten ist, schätzen.
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Die Temperaturschätzeinheit kann eine Temperaturmesseinheit enthalten, die zum Messen einer Temperatur in zumindest einem der Bereiche der Spindeleinheit konfiguriert ist, und die Temperatur in den Bereichen auf Grundlage des Erhitzungskoeffizienten und des Strahlungskoeffizienten, die jedem Bereich entsprechen, des thermischen Leitungsfähigkeitskoeffizienten zwischen jedem Bereich und seinem benachbarten Bereich, die im Speicher gespeichert sind, und der Temperatur der Spindeleinheit, die durch die Temperaturmesseinheit erhalten ist, schätzen.
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Die Temperaturschätzeinheit kann eine Spindeldrehzahlmesseinheit, die zum Messen einer Spindeldrehzahl konfiguriert ist, und eine Temperaturmesseinheit, die zum Messen einer Temperatur in zumindest einem der Bereiche der Spindeleinheit konfiguriert ist, enthalten und die Temperatur in den Bereichen auf Grundlage des Erhitzungskoeffizienten und des Strahlungskoeffizienten, die jedem Bereich entsprechen, des thermischen Leitungsfähigkeitskoeffizienten zwischen jedem Bereich und seinem benachbarten Bereich, die im Speicher gespeichert sind, der Spindeldrehzahl, die durch die Spindeldrehzahlmesseinheit erhalten ist, und der Temperatur der Bereiche, die durch die Temperaturmesseinheit erhalten ist, schätzen.
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Die vorliegende, derart gebaute Erfindung sieht die thermische Verschiebungskorrekturvorrichtung für die Maschine vor, die die Rechenlast durch Definieren der Spindeleinheit als das zweidimensionale Modell und Berechnen der Korrektur von Moment zu Moment in kleineren Inkrementen reduzieren kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung der Ausführungsform unten unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor. Diese Zeichnungen zeigen Folgendes:
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1 ein Teil einer Werkzeugmaschine;
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2 mehrere Bereiche, in die eine Spindeleinheit aufgeteilt ist;
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3 ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess für ein Verfahren zum Korrigieren thermischer Verschiebung zeigt;
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4 ein Wärmeleitungsschaubild;
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5 ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess für ein Verfahren zum Schätzen einer Temperatur im Bereich I zur Zeit N zeigt;
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6 schematisch thermische Verformung der Spindeleinheit;
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7 schematisch thermische Verformung eines Ständers;
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8 schematisch Bereich I;
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9 ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess für ein Verfahren zum Schätzen thermischer Verschiebungen in der Y-Achsen- und Z-Achsen-Richtung zur Zeit N zeigt; und
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10 ein Blockdiagramm, das ein Teil einer numerischen Steuerungseinheit zum Steuern der Werkzeugmaschine zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 stellt ein Teil einer Werkzeugmaschine dar. Ein Ständer 80 und ein Sattel 87 sind auf einem Bett (nicht gezeigt) einer Werkzeugmaschine befestigt. Die Seite des Ständers 80, der auf dem Bett (nicht gezeigt) errichtet ist, ist mit einer Spindelanbringung 81 versehen. Die Spindelanbringung 81 ist mit einer Spindel 83 versehen, die mit einem Spindelmotor 82 ausgestattet ist. Der Werkzeughalter der Spindel 83 hält ein Werkzeug 84. Ein Werkstück 85 ist an einem Tisch 86 auf dem Sattel 87 befestigt. Das Werkstück 85 wird durch das Werkzeug 84 bearbeitet, das in der Spindel 83 gehalten ist.
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Bei einer wie oben beschriebenen Werkzeugmaschine werden eine Vorschubspindel und eine Spindel als bewegliche Teile durch Motoren angetrieben, sodass Wärmeerzeugung der Motoren, Reibungswärme, die durch die Drehung von Lagern erzeugt ist, und Reibungswärme eines Kupplungsabschnitts einer Kugelumlaufspindel und einer Kugelmutter, die die Vorschubspindel bilden, bewirken, dass sich die Vorschubspindel und die Spindel ausdehnen und mechanische Positionen verschoben werden.
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Es wird nun ein Verfahren zum Korrigieren von thermischer Verschiebung in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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Nehmen wir eine Werkzeugmaschine mit der Spindel 83 an, die strukturell und thermisch symmetrisch bezüglich einer Ebene ist, die die Drehachse der Spindel 83 und eine senkrecht zur Drehachse der Spindel 83 stehende Achse beinhaltet. In diesem Fall sind, da Wärme gleichmäßig in der Richtung der senkrecht zu einer Symmetrieebene stehenden Achse übertragen wird, thermische Verschiebungen ebenfalls symmetrisch bezüglich der Symmetrieebene. Bei Konzentration auf die Drehachse der Spindel 83 gleichen sich die thermischen Verschiebungen daher in der Richtung der senkrecht zur Symmetrieebene stehenden Achse aus, und dies ermöglicht, dass keine thermischen Verschiebungen als erzeugt erachtet werden.
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Das Definieren einer Spindeleinheit als zweidimensionales Modell unter Ausschluss der senkrecht zur Symmetrieebene stehenden Achse kann die Berechnung einer Korrektur der Spindeleinheit weiter vereinfachen. Die Temperaturänderung in jedem Bereich wird unter Berücksichtigung einer Temperatur eines Spindelmotors, Wärmestrahlung, Wärme, die durch die Beschleunigung und Verlangsamung der Maschine erzeugt ist, und Wärmeleitung zwischen jedem Bereich und seinem benachbarten Bereich berechnet. Die Korrektur kann auf Grundlage dieser sorgfältig ausgewählten Elemente geschätzt werden.
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In der folgenden Beschreibung ist eine Ebene, die Drehachse der Spindel parallel zur Z-Achse und der Y-Achse beinhaltet, als die Symmetrieebene definiert, und es ist ein Fall eines vertikalen Bearbeitungszentrums mit einer Spindeleinheit mit einer symmetrischen Struktur bezüglich der Symmetrieebene beschrieben.
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1. Einrichten eines Spindeleinheitsmodells
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Die Spindeleinheit mit der Spindel wird als zweidimensionales Modell auf der Y-Z-Ebene betrachtet, wie in 2 gezeigt.
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Dieses Modell ist in 12 Bereiche aufgeteilt, und ein Platz zum Speichern einer Temperatur in jedem der Bereiche ist in einem Speicher einer Steuerung (siehe 10) reserviert, in dem eine Temperatur von Bereich I zu einer Zeit N als TIN bezeichnet ist. Obgleich dieses beispielhafte Modell in 12 Bereiche aufgeteilt ist, beginnend von Bereich 1 bis 12, wie in 2 gezeigt, kann jegliche Anzahl und Größe von Bereichen benutzt werden. Die Spindeleinheit ist durch die Spindel 83, den Spindelmotor 82, die Spindelanbringung 81 und den Ständer 80 gebildet, wie in 2 gezeigt, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Ein geeigneter Strahlungskoeffizient, Erhitzungskoeffizient und thermischer Leitfähigkeitskoeffizient zwischen jedem Bereich und seinem benachbarten Bereich werden auf Grundlage der Anzahl, Form und Größe der eingerichteten Bereiche bestimmt. Diese Koeffizienten werden im Speicher der Steuerung gespeichert. Eine Temperatur TI0 jeden Bereichs zum Kaltstartzeitpunkt wird im Speicher gespeichert.
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3 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess für ein Verfahren zum Korrigieren thermischer Verschiebung zeigt.
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(Schritt sa01)
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Ein zweidimensionales Modell der Spindeleinheit in eine Anzahl von Bereichen aufteilen.
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(Schritt sa02)
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Anfangstemperatur jedes Bereichs einstellen.
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(Schritt sa03)
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Temperatur zur Zeit N schätzen.
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(Schritt sa04)
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Korrekturen der Spindeleinheit schätzen.
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(Schritt sa05)
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Korrekturen der Spindeleinheit aktualisieren.
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(Schritt sa06)
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Zeit, zu der Verschiebungen geschätzt wurden, speichern.
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(Schritt sa07)
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Bestimmen, ob der Prozess abgeschlossen ist.
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(Schritt sa08)
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Bestimmen, ob ein vorgegebenes Zeitintervall abgelaufen ist, und zu Schritt sa03 weiterleiten, wenn die vorgegebene Zeit abgelaufen ist.
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2. Speichern eines Temperaturanfangswerts jeden Bereichs
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Ein Anfangswert der Temperatur jeden Bereichs wird berechnet und im Speicher der Steuerung gespeichert.
- – Eine Zeit, zu der die letzte Temperaturverteilung berechnet wurde, und die Temperatur jeden Bereichs zu der Zeit werden aus dem Speicher der Steuerung ausgelesen.
- – Die laufende Zeit wird ausgelesen.
- – Unter Anwendung eines Verfahrens zum Schätzen einer Temperaturverteilung, das in Absatz 3 beschrieben ist, wird die Temperaturverteilung in vorgegebenen Zeitintervallen ab der Zeit, zu der die letzte Temperaturverteilung berechnet wurde, geschätzt, und die Temperaturverteilung zur laufenden Zeit wird geschätzt.
- – Berechnete Werte werden im Speicher der Steuerung gespeichert.
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3. Schätzen der Temperatur jeden Bereichs
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4 stellt schematisch Wärmeerzeugung, Wärmestrahlung und Wärmeleitung von jedem der aufgeteilten Bereiche dar. Drei Elemente (d. h. Temperaturänderungen aufgrund von Wärmestrahlung jeden Bereichs, Wärmeerzeugung jeden Bereichs und Wärmeleitung zwischen jedem Bereich und seinem benachbarten Bereich), die in 4 gezeigt sind, werden geschätzt, und dadurch wird die Temperatur zur laufenden Zeit geschätzt.
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Es wird nun ein Verfahren zum Schätzen einer Temperatur TIN von Bereich I zur Zeit N unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm beschrieben, das in 5 gezeigt ist.
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(Schritt sb01)
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Eine Temperatur TI(N-1) von Bereich I und eine Temperatur Ti(N-1) von Bereich i, der Bereich I benachbart ist, beide zur Zeit N – 1 geschätzt, werden aus dem Speicher der Steuerung ausgelesen.
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(Schritt sb02)
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Eine Temperaturänderung ΔT(i-I)N aufgrund von Wärmeleitung zum benachbarten Bereich i zur Zeit N wird auf folgender Gleichung basierend geschätzt. ΔT(i-I)N = Ci-I × (Ti(N-1) – TI(N-1))
- Ci-I:
- thermischer Leitfähigkeitskoeffizient zwischen Bereich i und Bereich I
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(Schritt sb03)
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Maschinenbetriebsbedingungen zur Zeit N, d. h. eine Spindeldrehzahl SN, eine Last LmN des Spindelmotors und eine Bewegungsgeschwindigkeit vN der Spindeleinheit, werden zum Schätzen einer Änderung der Temperatur von Bereich I, die durch Maschinenbetrieb bewirkt ist, werden erhalten.
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(Schritt sb04)
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Eine Temperaturänderung ΔTMN, die durch den Maschinenbetrieb zur Zeit N bewirkt ist, wird geschätzt. In der folgenden Beschreibung werden ΔTSP, ΔTLM, und ΔTv als die Temperaturänderung ΔTMN berechnet, die durch den Maschinenbetrieb bewirkt ist.
- – Eine Temperaturänderung ΔTSPN, die durch Spindeldrehung zur Zeit N bewirkt ist, wird auf Grundlage der Spindeldrehzahl SN unter Anwendung der folgenden Gleichung geschätzt.
ΔTSPN = ASPI × SN + B2I × SN × TI(N-1) - ASPI:
- Erhitzungskoeffizient, der durch Spindeldrehung im Bereich I bewirkt ist
- B2I:
- Strahlungskoeffizient, der durch Spindeldrehung im Bereich I bewirkt ist
- – Eine Temperaturänderung ΔTLMN, die durch den Betrieb des Spindelmotors bewirkt ist, wird auf Grundlage der Last LmN des Spindelmotors unter Anwendung der folgenden Gleichung geschätzt.
ΔTLMN = ALMI × LmN - ALMI:
- Erhitzungskoeffizient, der durch betrieb des Spindelmotors im Bereich bewirkt ist
- – Eine Temperaturänderung ΔTVN, die durch die Bewegung der Spindeleinheit bewirkt ist, wird auf Grundlage der Bewegungsgeschwindigkeit vN der Spindeleinheit geschätzt.
ΔTVN = AV × vN + BV × vN × TI(N-1) - AV:
- Erhitzungskoeffizient der Spindeleinheit, der durch ihre Bewegung bewirkt ist
- BV:
- Strahlungskoeffizient der Spindeleinheit, der durch ihre Bewegung bewirkt ist
- – Die Temperaturänderung ΔTMN, die durch den Maschinenbetrieb zur Zeit N bewirkt ist, wird auf Grundlage der folgenden Gleichung geschätzt.
ΔTMN = ΔTSPN + ΔTLMN + ΔTvN - – Während die Spindeldrehung, der Betrieb des Spindelmotors und die Bewegung der Spindeleinheit hier als ein Beispiel des Maschinenbetriebs gegeben sind, der sich auf die Änderung der Temperatur der Spindeleinheit auswirkt, werden diese Faktoren abhängig von der Konfiguration der Maschine erhöht oder herabgesetzt.
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Diese Gleichungen können gemäß der Lagerart und der Form der Spindel modifiziert werden.
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(Schritt sb05)
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Eine Temperaturänderung ΔTRN aufgrund von Wärmestrahlung zur Zeit N wird auf Grundlage der folgenden Gleichung geschätzt. ΔTRN = B1I × TI(N-1)
- B1I:
- Strahlungskoeffizient im Bereich I
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(Schritt sb06)
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Eine Temperatur TIN von Bereich I zur Zeit N wird auf Grundlage der oben berechneten Temperaturänderung geschätzt. TIN = TI(N-1) + ΔTMN + ΔTRN + ΣΔT(i-I)N
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(Schritt sb07)
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Die berechnete Temperatur TIN wird im Speicher der Steuerung gespeichert und der Prozess abgeschlossen.
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4. Schätzen von Korrekturen in der Y-Achsen- und Z-Achsen-Richtung auf Grundlage der Temperatur
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6, die ein Modell der Spindeleinheit auf der Y-Z-Ebene zeigt, stellt schematisch thermische Verschiebungen in der Y-Achsen- und Z-Achsen-Richtung der Spindeleinheit während des Maschinenbetriebs dar. 7 stellt schematisch thermische Verformung einer Ständereinheit während des Maschinenbetriebs dar, und zudem stellt 8 den Bereich I schematisch dar. Ein Bett ist mit Bezugszeichen 88 bezeichnet.
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Die folgenden Parameter werden unter Nutzung der in Absatz 3 oben geschätzten Temperatur jeden Bereichs geschätzt: Thermische Verschiebung δH in der Y-Achsen-Richtung am höheren Abschnitt der Spindelanbringung, thermische Verschiebung δL in der Y-Achsen-Richtung am niedrigeren Abschnitt der Spindelanbringung, thermische Verschiebung δSP in der Z-Achsen-Richtung der Spindel, thermische Verschiebung δCOL1 des Ständers an einem Punkt nahe der Spindelanbringung, thermische Verschiebung δCOL2 des Ständers an einem Punkt weg von der Spindelanbringung, Neigung θSP der Spindeleinheit, Neigung θCOL des Ständers, Korrektur δγ in der Y-Achsen-Richtung und Korrektur δz in der Z-Achsen-Richtung.
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9 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess für ein Verfahren zum Schätzen von Korrekturen in der Y-Achsen- und Z-Achsen-Richtung zur Zeit N zeigt. Die Beschreibung erfolgt untenstehend unter Bezugnahme auf die folgenden Schritte.
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(Schritt sc01)
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Die Temperatur, die zur Zeit N geschätzt wird, wird aus dem Speicher der Steuerung ausgelesen. Anders gesagt wird die Temperatur der Spindeleinheit in den Bereichen, die in Absatz 3 geschätzt wurden, aus dem Speicher der Steuerung ausgelesen.
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(Schritt sc02)
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Die thermischen Verschiebungen der Spindelanbringung und des Ständers werden auf Grundlage der ausgelesenen Temperatur geschätzt.
- – Thermische Verschiebung δH in der Y-Achsen-Richtung am höheren Abschnitt der Spindelanbringung, thermische Verschiebung δL in der Y-Achsen-Richtung am niedrigeren Abschnitt der Spindelanbringung, thermische Verschiebung δSP in der Z-Achsen-Richtung der Spindel, thermische Verschiebung δCOL1 des Ständers an einem Punkt nahe der Spindelanbringung und thermische Verschiebung δCOL2 des Ständers an einem Punkt weg von der Spindelanbringung werden auf Grundlage der allgemeinen Wärmeausdehnungsgleichung geschätzt.
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Thermische Verschiebung δH (Bereich I: 4, 6) in der Y-Richtung am höheren Abschnitt der Spindelanbringung wird folgendermaßen berechnet: δH = Σ(α × LIY × (TIN – TI0))
- α:
- linearer Ausdehnungskoeffizient
- LIY:
- Länge des Bereichs I in der Y-Richtung
- TIN:
- Temperatur des Bereichs I zur Zeit N
- TI0:
- Temperatur des Bereichs I zur Kaltstartzeit
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Thermische Verschiebung δL (Bereich I: 5, 7) in der Y-Achsenrichtung am niedrigeren Abschnitt der Spindelanbringung wird folgendermaßen berechnet: δL = Σ(α × LIY × (TIN – TI0))
- α:
- linearer Ausdehnungskoeffizient
- LIY:
- Länge des Bereichs I in der Y-Achsen-Richtung
- TIN:
- Temperatur des Bereichs I zur Zeit N
- TI0:
- Temperatur des Bereichs I zur Kaltstartzeit
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Thermische Verschiebung δSP (Bereich I: 1, 2, 3, 12) in der Z-Achsen-Richtung der Spindel wird folgendermaßen berechnet: δSP = Σ(α × LIZ × (TIN – TI0))
- α:
- linearer Ausdehnungskoeffizient
- LIZ:
- Länge des Bereichs I in der Z-Achsen-Richtung
- TIN:
- Temperatur des Bereichs I zur Zeit N
- TI0:
- Temperatur des Bereichs I zur Kaltstartzeit
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Thermische Verschiebung δCOL1 (Bereich I: 8, 9) auf der Heizquellenseite des Ständers wird folgendermaßen berechnet: δCOL1 = Σ(α × LIZ × (TIN – TI0))
- α:
- linearer Ausdehnungskoeffizient
- LIZ:
- Länge des Bereichs I in der Z-Achsenrichtung
- TIN:
- Temperatur des Bereichs I zur Zeit N
- TI0:
- Temperatur des Bereichs I zur Kaltstartzeit
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Thermische Verschiebung δCOL2 (Bereich I: 10, 11) des Ständers wird folgendermaßen berechnet: δCOL2 = Σ(α × LIZ × (TIN – TI0))
- α:
- linearer Ausdehnungskoeffizient
- LIZ:
- Länge des Bereichs I in der Z-Achsen-Richtung
- TIN:
- Temperatur des Bereichs I zur Zeit N
- TI0:
- Temperatur des Bereichs I zur Kaltstartzeit
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(Schritt sc03)
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Neigung θSP der Spindelanbringung (gleich der Neigung θSP der Spindeleinheit) wird auf Grundlage der oben berechneten thermischen Verschiebungen unter Anwendung der folgenden Gleichung berechnet. θSP = tan–1(δH – δL)/LS)
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(Schritt sc04)
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Neigung θCOL des Ständers wird auf Grundlage der oben berechneten thermischen Verschiebungen unter Anwendung der folgenden Gleichung geschätzt. θCOL = tan–1((δCOL1 – δCOL2)/LCOL)
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(Schritt sc05)
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Korrektur δY in der Y-Achsen-Richtung wird auf Grundlage der folgenden Gleichung geschätzt, wobei der Abstand zwischen einem unteren Abschnitt der Spindeleinheit und einer Werkzeugspitze LT ist. δY = δL + LT × sin(θSP + θCOL)
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Korrektur δZ in der Z-Achsen-Richtung wird auf Grundlage der folgenden Gleichung berechnet. δZ = δCOL1 + δSP + LT × sinθCOL
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5. Korrekturen aktualisieren
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Aktualisierung wird unter Nutzung der in Absatz 4 vier oben geschätzten Korrekturen durchgeführt.
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6. Zeit, zu der Korrekturen geschätzt wurden, speichern
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Zeit N, zu der die Korrekturen geschätzt wurden, wird im Speicher der Steuerung gespeichert.
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7. Wiederholen von Absatz 3 bis 6 in vorgegebenem Zeitintervall
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10 ist ein Blockdiagramm, das ein Teil einer numerischen Steuereinheit der Werkzeugmaschine zeigt.
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Eine numerische Steuereinheit 20 kann eine thermische Verschiebungskorrekturvorrichtung für die oben beschriebene Werkzeugmaschine vorsehen. Ein Prozessor (CPU) 21 der numerischen Steuereinheit 20 zum Steuern der Werkzeugmaschine versieht Gesamtsteuerung der numerischen Steuereinheit 20. Der Prozessor 21 liest ein Systemprogramm, das in einem ROM 22 gespeichert ist, über einen Bus 31 und versieht Gesamtsteuerung der numerischen Steuereinheit 20 gemäß dem Systemprogramm. Ein RAM 23 speichert Daten, wie etwa temporäre Berechnungsdaten, Anzeigedaten und verschiedene Daten, die von einer Bedienungsperson über eine LCD/MDI-Einheit 70 eingegeben werden.
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Ein SRAM 24, der durch eine Batterie (nicht gezeigt) unterstützt ist, ist als nichtflüchtiger Speicher konfiguriert, der seinen Speicherzustand auch dann beibehält, wenn der Strom der numerischen Steuereinheit 20 abgeschaltet wird. Der SRAM 24 speichert Programme, wie etwa ein Programm zum Messen einer Anfangsposition, ein Programm zum Korrigieren der thermischen Verschiebungen der Werkzeugmaschine, ein untenstehend beschriebenes Maschinenbearbeitungsprogramm, das über eine Schnittstelle 25 eingerichtet ist, und ein Maschinenbearbeitungsprogramm, das über die LCD/MDI-Einheit 70 eingegeben wird. Der ROM 22 ist im Voraus mit verschiedenen Systemprogrammen versehen, die die Verarbeitung für einen Editiermodus, der zum Erstellen und Editieren eines Maschinenbearbeitungsprogramms erforderlich ist, und die Verarbeitung für Automatikbetrieb durchführen.
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Eine Schnittstelle 25 ist zum Verbinden mit externen Geräten benutzt, die mit der numerischen Steuereinheit 20 verbunden werden können, und ein externes Gerät 72, wie etwa ein externes Speichergerät, ist mit der Schnittstelle 25 verbunden. Ein Maschinenbearbeitungsprogramm, ein Programm zum Messen der thermischen Verschiebungen und andere Programme werden aus dem externen Speichergerät eingerichtet. Eine programmierbare Maschinensteuerung (PMC) 26 steuert Zusatzgeräte usw. der Werkzeugmaschine unter Benutzung von Sequenzprogrammen, die in der numerischen Steuereinheit 20 eingegliedert sind. Das bedeutet, die Sequenzprogramme formen Signale, die für die Zusatzgeräte notwendig sind, gemäß M-Funktion, S-Funktion und T-Funktion, welche durch das Maschinenbearbeitungsprogramm befehligt werden, um und geben die Signale von einer E/A-Einheit 27 an die Zusatzgeräte aus. Die Ausgangssignale aktivieren die Zusatzgeräte, wie etwa Stellglieder. Die PMC 26 empfängt außerdem Signale von verschiedenen Schaltern usw. von einer Schalttafel, die an einem Werkzeugmaschinenkörper angebracht ist, und sendet die Signale nach dem notwendigen Verarbeiten an den Prozessor 21.
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Die LCD/MDI-Einheit 70 empfängt laufende Positionen der Achsen, Warnungen, Parameter und Bildsignale, wie etwa Bilddaten, in der Werkzeugmaschine und zeigt sie auf ihrer Anzeige an. Die LCD/MDI-Einheit 70 ist ein manuelles Dateneingabegerät mit einer Anzeige, Tastatur usw., und eine Schnittstelle 28 gibt Daten, die von der Tastatur der LCD/MDI-Einheit 70 empfangen wurden, an den Prozessor 21 weiter.
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Eine Schnittstelle 29 ist mit einem manuellen Impulsgenerator 71 verbunden. Der manuelle Impulsgenerator 71 ist an der Schalttafel der Werkzeugmaschine angebracht und wird zum genauen Positionieren von beweglichen Teilen der Werkzeugmaschine durch Steuern der Achsen unter Nutzung von Impulsen, die durch manuellen Betrieb verteilt werden, benutzt. Der Bus ist mit Bezugszeichen 31 bezeichnet. Steuerkreise 32, 34, 36 für die X-Achse, Y-Achse bzw. Z-Achse, die den Tisch T der Werkzeugmaschine bewegen, empfangen Antriebsbefehle für die Achsen vom Prozessor 21 und geben die Befehle für die Achsen an Servoverstärker 40, 41 bzw. 42 aus. In Reaktion auf die Befehle treiben die Servoverstärker 40, 41, 42 jeweils Servomotoren 50 bis 52 für die Achsen der Werkzeugmaschine an. Die Servomotoren 50 bis 52 für die Achsen weisen einen eingebauten Impulscodierer zur Positionserkennung auf, und ein Impulssignal vom Impulscodierer wird als Impulsfolge rückgeführt.
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Ein Spindelsteuerkreis 60 empfängt einen Spindeldrehbefehl von der Werkzeugmaschine und gibt ein Spindeldrehzahlsignal an einen Spindelverstärker 61 aus. In Reaktion auf das Spindeldrehzahlsignal dreht der Spindelverstärker 61 einen Spindelmotor (Hauptspindelmotor) 62 der Werkzeugmaschine auf der befohlenen Drehzahl zum Antreiben des Werkzeugs. Ein Positionscodierer 63, der über Getriebe, einen Riemen oder dergleichen mit dem Spindelmotor (Hauptspindelmotor) 62 verbunden ist, gibt einen Rückführimpuls in Synchronisation mit der Drehung der Spindel aus. Der Rückführimpuls wird über eine Schnittfläche 30 in den Prozessor 21 eingegeben. Ein Taktgeberkreis ist mit Bezugszeichen 65 bezeichnet und zum Synchronisieren mit der Laufzeit eingestellt.
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Die oben beschriebene Konfiguration sieht eine thermische Verschiebungskorrekturvorrichtung für eine Maschine vor, die für die Schätzung erforderliche Rechenzeit zum Korrigieren der thermischen Verschiebung, die von Moment zu Moment variiert, in Echtzeit herabsetzen und die thermische Verschiebung mit einer kleinen Anzahl von Sensoren zum Herabsetzen der Kosten der Maschine und Verbessern ihrer Zuverlässigkeit korrigieren kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003-108206 A [0003, 0004]
- JP 2006-281420 A [0003, 0004]
