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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine thermische Verschiebungskorrekturvorrichtung, die in einer Werkzeugmaschine eingerichtet ist und einen thermischen Verschiebungsbetrag, der in der Werkzeugmaschine auftritt, korrigiert.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Da die Vorschubspindeln und eine Hauptspindel durch Motoren angetrieben werden, erweitern sich bei einer Werkzeugmaschine die Hauptspindel und die Vorschubspindeln, um deren Verschiebungen in Maschinenpositionen aufgrund einer Wärme, die von den Motoren erzeugt wird, einer Reibungswärme, die durch das Drehen von Lagern hervorgerufen wird, und einer Reibungswärme in den Eingriffsteilen von Kugelgewindespindeln und Kugelmuttern der Vorschubspindeln hervorzurufen. D. h., es entsteht eine Verschiebung in einer relativen Positionsbeziehung zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug, welche zu positionieren sind. Diese Änderung der Maschinenpositionen aufgrund der Wärme ist problematisch, wenn eine hochpräzise Bearbeitung durchgeführt wird.
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Als Verfahren zum Entfernen dieser Verschiebung in der Maschinenposition aufgrund der Wärme hat es herkömmlich angepasste Verfahren zum Bereitstellen einer Kühlvorrichtung gegeben, die eine Struktur ausbildet, in welcher die Kugelgewindespindel der Vorschubspindel anfangs gespannt wird, so dass sie nicht durch die Erweiterung aufgrund der Wärme beeinträchtigt wird, und die einen Verschiebungssensor oder einen Temperatursensor bereitstellt und eine Befehlsposition auf Grundlage einer erfassten Verschiebung oder einer erfassten Temperatur korrigiert.
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Beim Korrigieren, wo ein thermischer Verschiebungsbetrag aus einer Bedienung der Werkzeugmaschine, Temperaturen von jeweiligen Teilen der Werkzeugmaschine o. Ä. berechnet wird, kann ein Fall vorliegen, wo der thermische Verschiebungsbetrag nicht korrekt berechnet werden kann, was einen großen Unterschied (Korrekturfehler) zwischen einem thermischen Verschiebungskorrekturbetrag und einem tatsächlichen thermischen Verschiebungsbetrag hervorruft und zu einer falschen Korrektur führt. In einem solchen Fall ist der thermische Verschiebungskorrekturbetrag typischerweise zum Anpassen erhöht oder verringert, um die Korrekturgenauigkeit zu verbessern.
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Der Stand der Technik bezüglich des Anpassens des thermischen Verschiebungskorrekturbetrags ist zum Beispiel in der
Japanischen Offenlegungsschrift der Patentanmeldung Nr. 11-90779 offenbart, in welcher ein tatsächlicher Verschiebungsbetrag unter Verwendung eines Messgeräts beim Durchführen des Bearbeitens gemessen wird, und der gemessene tatsächliche Verschiebungsbetrag mit dem thermischen Verschiebungskorrekturbetrag verglichen wird, um einen Anpassungswert zu erhalten, und der so erhaltene Anpassungswert zu dem thermischen Verschiebungskorrekturbetrag hinzugefügt oder von diesem subtrahiert wird, welcher berechnet wird, wobei der thermische Verschiebungskorrekturbetrag verändert und eingestellt wird.
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Das zuvor genannte Anpassen des thermischen Verschiebungskorrekturbetrags, das in der
Japanischen Offenlegungsschrift der Patentanmeldung Nr. 11-90779 offenbart ist, erfordert ein Messen des tatsächlichen Verschiebungsbetrags an einer Bearbeitungsstelle, wenn der thermische Verschiebungskorrekturbetrag eingestellt wird, was mühsam ist. Ferner kann in einigen Fällen das entsprechende Verhältnis eine große Abweichung je nach einer Maschineneigenschaft oder Umgebung der Bearbeitung annehmen, wenngleich diese Technologie ein entsprechendes Verhältnis zwischen dem maximalen Verschiebungsbetrag und der durchschnittlichen Bewegungsdistanz bereitstellt.
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Bei dem herkömmlichen Verfahren ist ein Anpassungswert zum Anpassen des thermischen Verschiebungskorrekturwerts ein konstanter Wert, nachdem er vorab festgelegt wird oder ein tatsächlicher Verschiebungsbetrag gemessen wird. Danach muss in einigen Fällen der Anpassungswert je nach einer äußeren Umgebung oder einer Bearbeitungssituation verändert werden. In diesem Fall ist es manchmal notwendig, mehrere Male eine manuelle Festlegung oder Messung mit einem aufgeschobenen Bearbeitungszyklus durchzuführen, um den thermischen Verschiebungskorrekturbetrag mit dem tatsächlichen Verschiebungsbetrag abzugleichen.
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8 ist ein Diagramm zum Erläutern des herkömmlichen Stands der Technik.
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Die „entsprechenden relevanten Daten zwischen dem thermischen Verschiebungsbetrag und der Hauptspindelbewegung” in (1) zeigen, dass entsprechende relevante Daten zwischen dem thermischen Verschiebungsbetrag und dem Drehbewegungsbetrag der Hauptspindel in der Maschine durch ein vorläufiges Durchführen eines thermischen Verschiebungsexperiments erhalten werden, und die so erhaltenen Daten in der Maschine gespeichert werden (genauer in einem Speicher einer numerischen Steuerung, die die Maschine steuert, gespeichert werden). Mit dem herkömmlichen Stand der Technik, welcher in der vorherigen
Japanischen Offenlegungsschrift der Patentanmeldung Nr. 11-90779 offenbart ist, können die relevanten Daten bezüglich des thermischen Verschiebungsexperiments jedoch nicht von einem Nutzer der Maschine geändert werden, und ferner sind die Daten lediglich auf die bestimmte Maschine und Hauptspindel anwendbar.
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Die „tatsächliche Messung” in (2) zeigt, dass es notwendig ist, mehrere Male eine tatsächliche Messung durchzuführen, um den Anpassungswert zum Korrigieren des Korrekturwerts zu ändern, wenn eine Differenz zwischen dem Korrekturwert (durch Multiplizieren des thermischen Verschiebungskorrekturbetrags mit dem Anpassungswert erhalten) und dem tatsächlichen Verschiebungswert, welcher ein vorbestimmtes Niveau überschreitet, vorliegt.
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9 ist ein Diagramm zum Erläutern, dass es zum Ändern des Anpassungswerts je nach der äußeren Umgebung oder Bearbeitungssituation in dem herkömmlichen Stand der Technik notwendig ist, den Bearbeitungszyklus aufzuschieben, um die Messung durchzuführen.
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9 veranschaulicht zwei Messzeiten, die zu den Messzeitpunkten 1 und 2 durchgeführt werden. Zu dem Messzeitpunkt 1 wird der Anpassungswert geändert, da ein großer Unterschied zwischen dem thermischen Verschiebungskorrekturbetrag und dem tatsächlichen Verschiebungsbetrag besteht. Gleichermaßen wird zu dem Messzeitpunkt 2 der Anpassungswert erneut geändert, da ein großer Unterschied zwischen dem thermischen Verschiebungskorrekturbetrag und dem tatsächlichen Verschiebungsbetrag besteht. Bei dem herkömmlichen Stand der Technik wird der Anpassungswert auf einen konstanten numerischen Wert nach der Messung festgelegt. Daher ist es zum Verbessern der Präzision beim Korrigieren des thermischen Verschiebungsbetrags notwendig, erneut eine Messung durchzuführen, um einen Anpassungsbetrag zum Anpassen des thermischen Verschiebungsbetrags auf einen geeigneten Wert zu ändern, welcher problematischerweise dazu führt, dass der Bearbeitungszyklus zur Messung aufgeschoben wird.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Daher ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung das Bereitstellen einer thermischen Verschiebungskorrekturvorrichtung für eine Werkzeugmaschine, welche ein geeignetes Anpassen in weniger Messzeiten in Echtzeit durchführen kann, die eine Abweichung verringert, selbst wenn sie keine Neumessung durchführt, und Zyklusaufschubfrequenzen aufgrund einer zu verringernden Messung ermöglicht, wenn ein großer Unterschied zwischen einem thermischen Verschiebungskorrekturbetrag und einem tatsächlichen Verschiebungsbetrag besteht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Umwandlungskoeffizient vorab festgelegt oder nach einmaligem Durchführen einer Messung festgelegt, und ein Anpassungswert kann automatisch gemäß einer Änderung der Bearbeitungssituation geändert werden. Daher können Aufschubfrequenzen des Bearbeitungszyklus verringert werden.
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Mit der vorliegenden Erfindung soll ein tatsächlicher thermischer Verschiebungsbetrag aus einem thermischen Verschiebungskorrekturbetrag, der unter Verwendung eines beliebigen herkömmlichen Verfahrens und eines Messwerts, der durch Messen eines vorbestimmten Orts erhalten wird, berechnet wird, erhalten werden, und ein geeigneter Anpassungswert zum korrekten Anpassen des thermischen Verschiebungskorrekturbetrags berechnet werden.
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Zum Berechnen des Anpassungswerts wird eine relevante Funktion (Näherungsausdruck) zwischen dem thermischen Verschiebungskorrekturbetrag und dem Anpassungswert auf Grundlage von Informationen zu dem thermischen Verschiebungskorrekturbetrag, der durch ein beliebiges bekanntes Verfahren berechnet wird, und dem tatsächlichen Verschiebungsbetrag, erhalten. Der Anpassungswert wird auf Grundlage der relevanten Funktion (Näherungsausdruck) aus einer Veränderung des thermischen Verschiebungskorrekturbetrags verändert. Dies wird speziell in zwei Schritten, die später genannt werden, durchgeführt.
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Es wird eine thermische Verschiebungskorrekturvorrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt einschließlich: einer thermischen Verschiebungskorrektureinheit, die einen thermischen Verschiebungsbetrag aus einem Betrieb einer Maschine oder einer Temperatur jedes Abschnitts der Maschine schätzt und einen thermischen Verschiebungskorrekturbetrag berechnet, zum Korrigieren der thermischen Verschiebung durch Hinzufügen des thermischen Verschiebungskorrekturbetrags zu einem Positionsbefehlswert einer Vorschubachse zum Löschen des so geschätzten thermischen Verschiebungsbetrags; und einer thermischen Verschiebungskorrekturbetraganpassungseinheit, die Informationen einer tatsächlichen Position in der Maschine durch eine Messeinheit gewinnt und den thermischen Verschiebungskorrekturbetrag mit einem Anpassungswert anpasst, wobei die Vorrichtung ferner Folgendes umfasst: eine Einheit zum Berechnen eines maschinenabhängigen Koeffizienten, die einen maschinenabhängigen Koeffizienten zum Berechnen des Anpassungswerts auf Grundlage des thermischen Verschiebungskorrekturbetrags, der beim Antreiben der Maschine berechnet worden ist, der tatsächlichen Position in der Maschine, die durch die Messeinheit gemessen wird, und eines Näherungsausdrucks, der ein Verhältnis zwischen dem thermischen Verschiebungsbetrag und dem Anpassungswert darstellt, berechnet; eine Einheit zum Berechnen eines vom Maschinenzustand abhängigen Koeffizienten, die einen von einem Maschinenzustand abhängigen Koeffizienten berechnet zum Berechnen des Anpassungswerts auf Grundlage des thermischen Verschiebungskorrekturbetrags, der beim Bearbeiten eines Werkstücks auf Grundlage eines Bearbeitungsprogramms, der tatsächlichen Position in der Maschine, die durch Messen durch die Messeinheit gewonnen wird, und des Näherungsausdrucks, der das Verhältnis zwischen dem thermischen Verschiebungsbetrag und dem Anpassungswert darstellt, geschätzt worden ist; und eine Recheneinheit, die den Anpassungswert berechnet, der dem geschätzten thermischen Verschiebungsbetrag aus dem Näherungsausdruck entspricht, wobei die thermische Verschiebungskorrekturbetraganpassungseinheit den thermischen Verschiebungskorrekturbetrag mit dem Anpassungswert korrigiert, der von der Recheneinheit berechnet wird.
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Der Näherungsausdruck kann vorläufig in der Maschine auf Grundlage der Experimentdaten zur Bearbeitung gespeichert werden.
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Der Näherungsausdruck kann auf Grundlage eines Ausdrucks E = a + k|F| erhalten werden, wobei E der Anpassungswert ist, a der von dem Bearbeitungszustand abhängige Koeffizient ist, k der von der Maschine abhängige Koeffizient ist und F der thermische Verschiebungskorrekturbetrag ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein geeignetes Anpassen in weniger Messzeiten in Echtzeit durchgeführt werden. Im Falle eines herkömmlichen Stands der Technik ist es notwendig, erneut eine Messung durchzuführen, wenn ein großer Unterschied zwischen dem thermischen Verschiebungskorrekturbetrag, der nach dem Messen erhalten wird, und dem tatsächlichen Verschiebungsbetrag besteht. Im Falle der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, Zyklusaufschubfrequenzen aufgrund der Messung zu verringern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die zuvor genannten und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen bezüglich der beigefügten Zeichnungen deutlich, bei welchen:
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1 ein Diagramm zum Erläutern der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ein Diagramm zum Erläutern, dass ein Anpassungswert, welcher zu dem thermischen Verschiebungskorrekturbetrag hinzugefügt oder von diesem subtrahiert wird, in Echtzeit in der vorliegenden Erfindung geändert wird;
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3 ein Diagramm zum Erläutern eines Prinzips der vorliegenden Erfindung ist;
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4 ein Gesamtflussdiagramm eines Prozesses gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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5 ein Flussdiagramm eines ersten Schritts ist;
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6 ein Flussdiagramm eines zweiten Schritts ist;
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7 ein Blockdiagramm zum Erläutern einer Übersicht einer numerischen Steuerung, die eine Werkzeugmaschine steuert, ist;
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8 ein Diagramm zum Erläutern eines herkömmlichen Stands der Technik ist; und
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9 ein Diagramm zum Erläutern, dass es notwendig ist, einen Bearbeitungszyklus zu unterbrechen, um eine Messung durchzuführen, um den Anpassungswert gemäß einer äußeren Umgebung und einer Bearbeitungssituation in dem herkömmlichen Stand der Technik zu ändern.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist ein Diagramm zum Erläutern der vorliegenden Erfindung. 2 ist ein Diagramm zum Erläutern, dass ein Anpassungswert, welcher zu dem thermischen Verschiebungskorrekturbetrag hinzugefügt oder von diesem subtrahiert wird, in Echtzeit in der vorliegenden Erfindung geändert wird. 3 ist ein Diagramm zum Erläutern des Prinzips der vorliegenden Erfindung.
- (1) Da der erste Schritt von den Spezifikationen der Maschine (der Struktur der Maschine, der Steuereinheit davon o. Ä.) abhängt, muss dieser Schritt im Prinzip lediglich ein Mal durchgeführt werden, so lange die Spezifikationen der Maschine unverändert bleiben. Dementsprechend muss ein Nutzer diesen Schritt nicht durchführen, wenn ein Hersteller der Werkzeugmaschine den ersten Schritt vorläufig durchführt, um den Umwandlungskoeffizienten k davon zu bestimmen und in einem Speicher zu speichern.
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Beim Beschreiben eines Bearbeitungsprogramms wird ein Programm ausgewählt, das einen Bereich abdeckt, innerhalb dessen möglicherweise ein thermischer Verschiebungsbetrag der Maschine entstehen kann. Mit anderen Worten wird der Betrieb eines Bearbeitungsprogramms in einem Zustand gestartet, wo keine thermische Verschiebung in der Maschine entsteht, und dann wird ein solches Bearbeitungsprogramm ausgewählt, das einen thermischen Verschiebungsbetrag in maximalem Ausmaß und in minimalem Ausmaß bei jeder Betriebsrichtung der Maschine in einem Zustand, wo der thermische Verschiebungsbetrag stabil wird, hervorruft.
- (2) Wenn eine Bearbeitungsumgebung (Bearbeitungssituation) geändert wird, muss der zweite Schritt derart durchgeführt werden, dass eine Messung mindestens ein Mal durchgeführt wird. Danach wird der Anpassungswert in Echtzeit geändert und der so geänderte Anpassungswert wird in der Korrektur wiedergegeben. Eine tatsächliche Messung wird durchgeführt, wenn die Differenz zwischen dem Korrekturwert (durch Multiplizieren des thermischen Verschiebungskorrekturbetrags mit dem Anpassungswert erhaltener Wert) und einem tatsächlichen Verschiebungswert groß wird. Der Anpassungswert wird durch die tatsächliche Messung geändert, und dadurch wird der Korrekturwert korrigiert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Funktion einer Steuerung der Werkzeugmaschine, welche einen thermischen Verschiebungsbetrag schätzt und eine thermische Verschiebungskorrektur durchführt, kann das Verhältnis zwischen dem thermischen Verschiebungskorrekturbetrag und dem tatsächlichen thermischen Verschiebungsbetrag derart verstanden werden, dass es den geeigneten Anpassungswert zu jeder Zeit in weniger Messzeiten erhält.
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Es existieren Verhältnisse in dem folgenden Ausdruck (1) und Ausdruck (2), welcher dessen Veränderung ist, zwischen einem thermischen Verschiebungskorrekturbetrag F, einem tatsächlichen thermischen Verschiebungsbetrag D und einem Anpassungswert E ist, welche aus einem tatsächlichen Betrieb durch Auswahl mehrerer Bearbeitungsprogramme erhalten werden. Es ist hier darauf hinzuweisen, dass der thermische Verschiebungskorrekturbetrag F und der tatsächliche thermische Verschiebungsbetrag D positive oder negative Werte je nach der Art der Bestimmung einer Position, die als die Referenz beim Messen dieser Beträge verwendet wird, annehmen können. E × F = D (1) E = D/F (F ≠ 0; D und F haben dieselben Vorzeichen) (2)
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Hier werden Annahmen folgendermaßen getroffen.
- • Annahme 1: D ist eine Konstante, und mit anderen Worten wird die zuvor genannte Funktion als eine Grafik angezeigt. Der tatsächliche thermische Verschiebungsbetrag D ist während eines kurzen Zeitraums konstant.
- • Annahme 2: E wird innerhalb eines Bereichs von dem Mindestwert bis zum Höchstwert von E berechnet (Emin bis Emax). Ein typischer Anpassungswert beträgt Emin = 0,01 und beträgt mutmaßlich Emax = 10 als Grenze.
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Innerhalb des zuvor genannten Berechnungsbereichs von E wird folgende Näherungsfunktion y = a + kx (3) in der Methode der kleinsten Quadrate erhalten. Mit anderen Worten wird E = a + k|F| (4) erhalten.
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Ferner ändert sich der Wert von k in der zuvor genannten Näherungsfunktion nicht sehr, selbst wenn sich D ändert (für den Fall, dass sich die Kurve oder Krümmung der gestrichelten Linie ändert). Aufgrund dessen ist bei der Bearbeitung der Wert von k typischerweise fast konstant bezüglich sowohl des Höchstwerts als auch des Mindestwerts des tatsächlichen thermischen Verschiebungsbetrags D. Im Übrigen ist a in dem Ausdruck (4) ein numerischer Wert, der je nach dem Bearbeitungsprogramm spezifiziert wird.
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4 ist ein Gesamtflussdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Zunächst wird ein später genannter „erster Schritt” durchgeführt, um den Koeffizienten K in dem Ausdruck (4), E = a + k|F|, zu bestimmen. Da der Koeffizient k von den Spezifikationen der Maschine (der Struktur der Maschine, der Steuereinheit davon o. Ä.) abhängt, muss der zuvor genannte „erste Schritt” im Prinzip lediglich ein Mal durchgeführt werden, so lange die Spezifikationen der Maschine unverändert bleiben. Dementsprechend muss ein Nutzer diesen Schritt nicht durchführen, wenn ein Hersteller der Werkzeugmaschine den ersten Schritt vorläufig durchführt, um den Koeffizienten K zu bestimmen und in einem Speicher der numerischen Steuerung, die die Werkzeugmaschine steuert, zu speichern.
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Als nächstes wird der später genannte „zweite Schritt” derart durchgeführt, dass der Koeffizient a festgelegt wird, für den Fall, dass der Koeffizient a nicht in dem tatsächlichen Bearbeiten festgelegt worden ist. Bezüglich desselben Bearbeitungsprogramms muss der Koeffizient a nicht erneut berechnet werden.
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Nachdem die Koeffizienten k und a vorab bestimmt sind, wird das Anpassen der thermischen Verschiebungskorrektur gemäß folgendem Verfahren durchgeführt.
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Im Folgenden wird die Verarbeitung nun gemäß jeweiligen Schritten bezüglich des Flussdiagramms von 4 erläutert.
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(Schritt SA01)
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Ein thermisches Verschiebungskorrekturmittel wird aktiviert, um den Betrieb des Bearbeitungsprogramms zu starten. Als thermisches Verschiebungskorrekturmittel kann ein herkömmlich bekanntes verwendet werden.
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(Schritt SA02)
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Der thermische Verschiebungskorrekturbetrag F wird berechnet. Als Verfahren zum Berechnen des thermischen Verschiebungskorrekturbetrags F kann ein herkömmlich bekanntes Verfahren verwendet werden.
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(Schritt SA03)
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Der Anpassungswert E wird unter Verwendung des zuvor genannten Ausdrucks (4), E = a + k|F|, berechnet.
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(Schritt SA04)
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Ein thermischer Verschiebungskorrekturbetrag F' nach dem Anpassen wird unter Verwendung des nachstehenden Ausdrucks (5) F' = E × F(5) berechnet
und das Rechenergebnis wird zu dem thermischen Verschiebungskorrekturmittel gesendet.
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5 ist ein Flussdiagramm des ersten Schritts.
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Bearbeitungsprogramme werden vorläufig vorbereitet, und der Umwandlungskoeffizient k wird für jedes Bearbeitungsprogramm gemäß dem folgenden Verfahren erhalten. Mit dem aktivierten thermischen Verschiebungskorrekturmittel wird der Betrieb eines Bearbeitungsprogramms in einem Zustand gestartet, wo eine thermische Verschiebung nicht auftritt (oder einem Zustand, indem es ausreichend in einem angehaltenen Zustand belassen wird) und das folgende Verfahren wird durchgeführt. Als thermisches Verschiebungskorrekturmittel kann ein bekanntes verwendet werden. Ferner werden die Häufigkeit und der Zeitraum, mit der bzw. in dem das folgende Verfahren ausgeführt wird, vorab bestimmt.
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Im Folgenden wird die Verarbeitung gemäß jeweiliger Schritte bezüglich des Flussdiagramms von 5 erläutert.
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(Schritt SB01)
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Es wird ein tatsächlicher Verschiebungswert an einer vorbestimmten Messstelle in der Maschine gemessen, und der so gemessene Wert wird als Ai gespeichert (i bezeichnet die Wiederholungsanzahl i = 1, 2, 3, ...; dasselbe gilt im Folgenden). Die Messung des Verschiebungswerts kann in einem beliebigen Verfahren durchgeführt werden. Wie zuvor genannt, ist Ai ein Wert, der in dem Zustand gemessen wird, wo das thermische Verschiebungskorrekturmittel aktiviert wird.
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(Schritt SB02)
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Das thermische Verschiebungskorrekturmittel wird als Fi gespeichert.
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(Schritt SB03)
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Der tatsächliche thermische Verschiebungsbetrag Di wird anhand des Messwerts Ai berechnet, welcher tatsächlich gemessen wird, und des thermischen Verschiebungskorrekturbetrags Fi unter Verwendung des Ausdrucks Di = Ai + Fi. Streng genommen entspricht der tatsächliche thermische Verschiebungsbetrag Di einem thermischen Verschiebungsbetrag in einem Zustand, wo die Korrekturfunktion deaktiviert ist.
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(Schritt SB04)
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Es wird das Verhältnis ri (= Di/Fi) des tatsächlichen thermischen Verschiebungsbetrags Di zu dem thermischen Verschiebungskorrekturbetrag Fi berechnet. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Prozess übersprungen wird, wenn Fi = 0.
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Nachdem die zuvor genannten Prozesse mit einer vorbestimmten Häufigkeit durchgeführt wurden, wird die Funktion y = a + kx anhand der Verhältnisse ri (= Di/Fi) und der thermischen Verschiebungskorrekturbeträgen Fi in den Methoden der kleinsten Quadrate erhalten. In dieser Stufe ist es wünschenswert, dass Daten, in denen ri < 0 gilt, ausgeschlossen werden. Die zuvor genannten Prozesse werden ähnlich auf die anderen Bearbeitungsprogramme angewendet, um die Funktion y = a + kx zu erhalten. Der Durchschnittswert der Koeffizienten k in den so erhaltenen Funktionen y = a + kx wird berechnet und wird erneut auf k gesetzt. Ferner wird der tatsächliche thermische Verschiebungsbetrag an der vorbestimmten Messstelle beim Betreiben des Bearbeitungsprogramms gemessen, um den Koeffizienten a zu erhalten. Wenn der Koeffizient a bereits für dasselbe Bearbeitungsprogramm in derselben Bearbeitungsumgebung erhalten worden ist, muss der zweite Schritt nicht durchgeführt werden.
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Hierin wird eine genauere Beschreibung unter Verwendung zweier Bearbeitungsprogramme 00001 und 00002 gemacht. Es wird vermutet, dass die Zykluszeit jedes Bearbeitungsprogramms ungefähr 30 Minuten beträgt.
- (1) Das Bearbeitungsprogramm 00001 wird von dem Zustand aus betrieben, wo die Maschine angehalten wird. Die thermische Verschiebungskorrekturfunktion wird aktiviert, und die Messung wird jede Minute durchgeführt.
- (2) Die Messergebnisse A1 bis A30 werden durch Messungen gewonnen, und die thermischen Verschiebungskorrekturwerte F1 bis F30 werden durch die Korrekturfunktion gewonnen. D1 bis D30 werden unter Verwendung des Ausdrucks Di = Ai + Fi berechnet.
- (3) Mit dem Ausdruck ri = Di/Fi werden r1 bis r30 berechnet. Dann wird das Diagramm (ri, |Fi|) (i = 1, 2, ..., 30) von r1 bis r30 und |F1| bis |F30| geschaffen. Es ist darauf hinzuweisen, dass Daten, bei welchen ri < 0 gilt, ausgeschlossen werden.
- (4) Bei der Methode der kleinsten Quadrate wird y = a + k1xx aus den zuvor genannten Diagrammen erhalten.
- (5) Die Maschine wird angehalten.
- (6) Das Bearbeitungsprogramm 00002 wird aus dem Zustand betrieben, wo die Maschine angehalten ist, und das Verfahren von Schritt (1) bis Schritt (4) wird durchgeführt, um y = a + k2xx zu erhalten.
- (7) Der Koeffizient k dieser Maschine wird derart bestimmt, dass k = (k1 + k2)/2 gilt, wobei der Wert k ein Durchschnittswert der Koeffizienten ist, die durch das Durchführen der jeweiligen Bearbeitungsprogramme erhalten werden.
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6 ist ein Flussdiagramm des zweiten Schritts.
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Im Folgenden wird die Verarbeitung gemäß jeweiliger Schritte bezüglich des Flussdiagramms von 6 erläutert.
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(Schritt SC01)
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Der Betrieb des Bearbeitungsprogramms wird gestartet und der Anpassungswert E der Maschine wird voreingestellt. Als dieser Anpassungswert wird ein Wert ausgewählt, der für das Bearbeitungsprogramm geeignet ist. Wenn ein solcher geeigneter Wert nicht klar ist, wird er auf E = 1 eingestellt.
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(Schritt SC02)
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Die Messung wird an der vorbestimmten Messstelle durchgeführt und das Messergebnis (Messwert) wird als A gespeichert. Diese Messung kann in einem beliebigen Verfahren durchgeführt werden.
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(Schritt SC03)
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Der thermische Verschiebungskorrekturbetrag wird als F gespeichert.
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(Schritt SC04)
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Der tatsächliche thermische Verschiebungsbetrag D wird anhand des Messwerts A berechnet, welcher tatsächlich gemessen wird, und des thermischen Verschiebungskorrekturbetrags F (unter Verwendung des Ausdrucks D = A + F).
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(Schritt SC05)
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Es wird das Verhältnis r (= D/F) des tatsächlichen thermischen Verschiebungsbetrags D zu dem thermischen Verschiebungskorrekturbetrag F berechnet. Es ist darauf hinzuweisen, dass r = E (der Anpassungswert für die vorhandene thermische Verschiebung zu dem Zeitpunkt dieser Messung) gilt, wenn F = 0 gilt.
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(Schritt SC06)
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Es wird der Koeffizient a unter Verwendung von r = a + k|F| (k ist ein Koeffizient, der in dem zuvor genannten ersten Schritt berechnet wird) berechnet. Der so berechnete Koeffizient a wird in Verbindung mit dem Bearbeitungsprogramm gespeichert.
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7 ist ein Blockdiagramm zum Erläutern einer Übersicht einer numerischen Steuerung, die eine Werkzeugmaschine steuert.
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Eine thermische Verschiebungskorrekturvorrichtung für eine Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einer numerischen Steuerung 10, die die Werkzeugmaschine steuert. Ein Prozessor (CPU) 11 der numerischen Steuerung 10 ist ein Prozessor, der vollständig die numerische Steuerung 10 steuert. Der Prozessor 11 liest über einen Bus 21 ein Systemprogramm aus, das in einer ROM 12 gespeichert ist, und steuert vollständig die numerische Steuerung 10 gemäß dem Systemprogramm. Eine LCD/MDI-Einheit 70 ist eine manuelle Dateneingabevorrichtung, die mit einem Flüssigkristallbildschirm (LCD) ausgestattet ist. In einer RAM 13 sind vorübergehende Berechnungsdaten und Anzeigedaten, diverse Arten von Daten, die von einem Betreiber über die LCD/MDI-Einheit 70 eingegeben wurden o. Ä. gespeichert.
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Eine SRAM 14 wird von einer Batterie (nicht gezeigt) unterstützt, wird als ein nichtflüchtiger Speicher ausgebildet, bei welchem der Speicherzustand aufrechterhalten wird, selbst wenn die Stromversorgung der numerischen Steuerung 10 abgeschaltet ist, und speichert ein Programm zum Messen der Anfangsposition, ein Programm zum Durchführen der thermischen Verschiebungskorrektur der Werkzeugmaschine, Bearbeitungsprogramme, welche über eine Schnittstelle 15 gelesen werden und später genannt werden, Bearbeitungsprogramme, die über die LCD/MDI-Einheit 70 eingegeben werden o. Ä. Ferner werden in der ROM 12 diverse Systemprogramme zum Durchführen eines Prozesses eines Editiermodus, der zum Schaffen und Editieren der Bearbeitungsprogramme benötigt wird, und eines Prozesses zum automatischen Betreiben zuvor geschrieben.
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Die Schnittstelle 15 ist eine Schnittstelle für eine externe Vorrichtung, die mit der numerischen Steuerung 10 verbindbar ist, und eine externe Vorrichtung 72 wie eine externe Speichervorrichtung ist mit der Schnittstelle 15 verbunden. Von der externen Speichervorrichtung werden die Bearbeitungsprogramme, ein thermisches Verschiebungsmessprogramm o. Ä. gelesen. Eine programmierbare Maschinensteuerung (PMC) 16 steuert eine Hilfsvorrichtung o. Ä. auf der Werkzeugmaschinenseite mit Sequenzprogrammen, die in der numerischen Steuerung 10 eingebettet sind. D. h., Signale, die auf der Hilfsvorrichtungsseite benötigt werden, werden mit diesen Sequenzprogrammen umgewandelt und zu der Hilfsvorrichtungsseite von einer Eingabe/Ausgabe-Einheit 17 gemäß der M-Funktion, S-Funktion und T-Funktion, die von dem Bearbeitungsprogramm angeordnet wurden, ausgegeben. Die Hilfsvorrichtung einschließlich diverser Aktoren o. Ä. wird gemäß den ausgegebenen Signalen betätigt. Ferner werden Signale von diversen Schaltern o. Ä. auf einem Bedienpanel, das in dem Hauptkörper der Werkzeugmaschine installiert ist, empfangen, notwendigen Prozessen unterzogen und werden zu dem Prozessor 11 gesendet.
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Bildsignale für aktuelle Positionen der Achsen der Werkzeugmaschine, Alarme, Parameter, Bilddaten o. Ä. werden zu der LCD/MDI-Einheit 70 gesendet und auf ihrem Anzeigebildschirm angezeigt. Die LCD/MDI-Einheit 70 ist eine manuelle Dateneingabevorrichtung einschließlich eines Displays, einer Tastatur o. Ä. Von der Tastatur der LCD/MDI-Einheit 70 empfängt eine Schnittstelle 18 Daten, welche zu dem Prozessor 11 gesendet werden.
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Eine Schnittstelle 19 ist mit einem manuellen Impulsgenerator 71 verbunden. Der manuelle Impulsgenerator 71 ist auf einem Bedienpanel der Werkzeugmaschine montiert und wird verwendet, um bewegliche Einheiten der Werkzeugmaschine genau durch die Steuerung der Achsen mit einem Verteilungsimpuls auf Grundlage einer manuellen Bedienung zu positionieren. Achsensteuerschaltungen 30 und 31 für die X- und Y-Achsen und eine Steuerschaltung 32 für die Z-Achse, mit welchem ein Tisch T der Werkzeugmaschine bewegt wird, empfangen Bewegungsbefehle für die Achsen von dem Prozessor 11, und geben die Befehle für die Achsen zu Servoverstärkern 40 bis 42 aus. Die Servoverstärker 40 bis 42 empfangen die Befehle und steuern die Servomotoren 50 bis 52 der Achsen der Werkzeugmaschine an. Positionsdetektoren sind auf den Servomotoren 50 bis 52 der Achsen montiert, und Positionssignale von den Impulskodierern werden als eine Impulssequenz zurückgeleitet.
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Eine Spindelsteuerschaltung 60 empfängt einen Hauptspindeldrehbefehl zu der Werkzeugmaschine und gibt ein Spindelgeschwindigkeitssignal zu einem Spindelverstärker 61 aus. Der Spindelverstärker 61 empfängt das Spindelgeschwindigkeitssignal und bewirkt, dass sich ein Hauptspindelmotor 62 der Werkzeugmaschine mit der angeordneten Drehgeschwindigkeit dreht und ein Werkzeug antreibt. Ein Positionsdetektor 63 ist mit dem Hauptspindelmotor 62 durch Getriebe, einen Riemen o. Ä. gekoppelt. Der Positionsdetektor 63 gibt ein Rückleitungsimpuls synchronisiert mit der Drehung der Hauptspindel aus, und der Rückleitungsimpuls wird von dem Prozessor 11 über eine Schnittstelle 20 gelesen. Das Bezugszeichen 65 bezeichnet eine Uhrvorrichtung, welche derart eingestellt wird, dass sie mit der aktuellen Zeit synchronisiert ist.
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Die numerische Steuerung
10 weist eine thermische Verschiebungskorrektureinheit auf, die zum Beispiel in der
Japanischen Offenlegungsschrift der Patentanmeldung Nr. 11-90779 oder der
Japanischen Offenlegungsschrift der Patentanmeldung Nr. 2002-18677 offenbart ist, welche den thermischen Verschiebungsbetrag auf Grundlage des Betriebs der Maschine oder der Temperaturen der jeweiligen Teile der Maschine schätzt und die thermische Verschiebung korrigiert, durch Hinzufügen des thermischen Verschiebungskorrekturbetrags zu dem Positionsbefehlswert der Vorschubachse zum Löschen des so geschätzten thermischen Verschiebungsbetrags. Eine solche thermische Verschiebungskorrektureinheit ist herkömmlich bekannt wie sie zum Beispiel in der Japanischen Offenlegungsschrift der Patentanmeldung Nr. 11-90779 und der Japanischen Offenlegungsschrift der Patentanmeldung Nr. 2002-18677 offenbart ist und daher hier nicht ausführlich beschrieben ist. Die numerische Steuerung
10 beinhaltet eine Messeinheit, die in der Japanischen Offenlegungsschrift der Patentanmeldung Nr. 11-90779 offenbart ist, und kann die tatsächliche Position in der Maschine messen. Die numerische Steuerung
10 beinhaltet ferner Software zum Durchführen der Prozesse in den Flussdiagrammen, die in
4,
5 und
6 veranschaulicht sind, und stellt dadurch die thermische Verschiebungskorrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 11-90779 [0005, 0006, 0009, 0071]
- JP 2002-18677 [0071]
