DE102019201967A1

DE102019201967A1 - Genauigkeitsdiagnosevorrichtung für Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE102019201967A1
Application number: DE102019201967.6A
Authority: DE
Inventors: Eiji Shamoto; Takashi Ueda; Seiei YAMAMOTO
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2018-02-14
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2019-08-14
Also published as: JP2019136846A; JP6985174B2

Abstract

Eine Genauigkeitsdiagnosevorrichtung (D) für eine Werkzeugmaschine (M) diagnostiziert einen Einfluss auf eine Genauigkeit aufgrund einer thermischen Verschiebung der Werkzeugmaschine (M). Die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung (D) beinhaltet eine Temperaturänderungsratenberechnungseinheit (31) und eine Genauigkeitseinflussgradberechnungseinheit (32). Die Temperaturänderungsratenberechnungseinheit (31) berechnet eine Temperaturänderungsrate an einer vorbestimmten Stelle in der Werkzeugmaschine (M). Die Genauigkeitseinflussgradberechnungseinheit (32) berechnet einen Einflussgrad auf die Genauigkeit der Werkzeugmaschine (M) aufgrund der thermischen Verschiebung basierend auf der von der Temperaturänderungsberechnungseinheit (31) berechneten Temperaturänderungsrate.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, die einen Einfluss auf die Genauigkeit einer Werkzeugmaschine vorhersagen und diagnostizieren, wenn sich eine Temperatur in einer Umgebung, in der die Werkzeugmaschine platziert ist, ändert.
Wenn die Bearbeitung unter Verwendung einer Werkzeugmaschine durchgeführt wird, führt eine Änderung der Raumtemperatur in einem Werk zu einer thermischen Verschiebung in der Werkzeugmaschine, was die Bearbeitungsgenauigkeit eines Werkstücks beeinträchtigt. Als Verfahren zur Reduzierung dieser thermischen Verschiebung in der Werkzeugmaschine wurde eine thermische Verschiebungskorrektur weit verbreitet angewendet. Bei der thermischen Verschiebungskorrektur ist an jedem Abschnitt einer Struktur (im Folgenden als Werkzeugmaschinenkörper bezeichnet) der Werkzeugmaschine ein Temperatursensor angebracht, aus der gemessenen Temperatur wird ein Verschiebungsbetrag berechnet und ein Betrag der axialen Bewegung entsprechend dem Verschiebungsbetrag geändert. Eine Genauigkeit der thermischen Verschiebungskorrektur hat jedoch eine Beschränkung, und ein Fehler tritt auf, wenn eine Temperaturänderung groß ist. Insbesondere wenn sich die Raumtemperatur schnell ändert, z.B. bei der Inbetriebnahme einer Klimaanlage, wird der Fehler der thermischen Verschiebungskorrektur groß.
Um das Problem der thermischen Verschiebungskorrektur zu lösen, hat JP-A Nr. 2017-24108 ein Verfahren zur Durchführung einer thermischen Verschiebungskorrektur vorgeschlagen, bei dem nicht nur die Temperaturen an den jeweiligen Abschnitten in der Struktur der Werkzeugmaschine, sondern auch eine Temperatur in einer Umgebung wie eine Raumtemperatur und eine Kühlmitteltemperatur gemessen werden und eine Temperaturänderung an einem nicht direkt gemessenen Teil geschätzt wird. Ein solches Verfahren ermöglicht eine thermische Verschiebungskorrektur, obwohl eine schnelle Temperaturänderung in der Umgebung auftritt. Weiterhin hat das japanische Patent Nr. 5912756 ein Verfahren zum Schätzen einer Temperaturänderung in einer Umgebung vorgeschlagen, in der die Werkzeugmaschine platziert wird, basierend auf einer Temperatur in der Struktur der Werkzeugmaschine, um eine Installationsumgebung und einen Zustand der Werkzeugmaschine basierend auf der Temperaturänderung in der Umgebung zu diagnostizieren. Bei dem Diagnoseverfahren im japanischen Patent Nr. 5912756 werden die Einbauumgebung und der Zustand der Werkzeugmaschine durch Berechnung einer zeitlichen Änderung der Temperatur in der Struktur, die direkt von der Genauigkeit der Werkzeugmaschine beeinflusst wird, diagnostiziert.
Bei dem Verfahren von JP-A Nr. 2017-24108 werden die Temperaturänderung und die thermische Verschiebung nach einer zuvor festgelegten Formel berechnet. Wenn also ein Fehler in einem Parametersatz in der Formel vorliegt, tritt auch bei der thermischen Verschiebungskorrektur ein Fehler auf. Insbesondere bei großen und schnellen Temperaturschwankungen ist es wahrscheinlich, dass Fehler auftreten. Darüber hinaus ist die in JP-A Nr. 2017-24108 offenbarte thermische Verschiebungskorrektur nicht geeignet für eine Änderung der Rechtwinkligkeit durch eine Neigung eines Ständers und eine Neigung einer Schneidekante.
In dem durch das japanische Patent Nr. 5912756 offenbarte Verfahren gibt es einen instabilen Fall, in dem die Temperaturänderung des Gehäuses der Werkzeugmaschine auch nach Stabilisierung der Raumtemperatur anhält und das Verfahren nicht auf eine solche Situation reagieren kann. Da die Diagnose durch Berechnung der zeitlichen Änderungsrate der Temperatur des Maschinenkörpers durchgeführt wird, ändert sich die Temperatur des Maschinenkörpers nach der Umgebungstemperatur. Weiterhin wird in dem Verfahren die zeitliche Änderungsrate aus einer Differenz zur vergangenen Temperatur berechnet und in der Diagnose wird eine zeitliche Verzögerung erzeugt. Insbesondere da die durch die Temperaturänderung in der Umgebung verursachte Temperaturänderung im Werkzeugmaschinekörper langsam ist, ist ein leistungsstarker Temperatursensor erforderlich, um eine zeitnahe und genaue zeitliche Änderungsrate zu erhalten, was zu erheblichen Kosten führt.
Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Genauigkeitsdiagnosevorrichtung für eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, die die Probleme der konventionellen Genauigkeitsdiagnosemethoden für die Werkzeugmaschine wie in JP-A Nr. 2017-24108 und Japanisches Patent Nr. 5912756 lösen kann. Ein weiteres Ziel ist es, einen Einfluss auf die Genauigkeit der Werkzeugmaschine durch eine Umgebungstemperaturänderung in Echtzeit vorherzusagen, um eine Situation geeignet zu diagnostizieren, in der eine thermische Verschiebung groß wird, was eine Kostensenkung erreicht.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist die Erfindung nach Anspruch 1 eine Genauigkeitsdiagnosevorrichtung für eine Werkzeugmaschine, die einen Einfluss auf eine Genauigkeit aufgrund einer thermischen Verschiebung der Werkzeugmaschine diagnostiziert. Die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung beinhaltet eine Temperaturänderungsratenberechnungseinheit und eine Genauigkeitseinflussgradberechnungseinheit. Die Temperaturänderungsratenberechnungseinheit berechnet (schätzt) eine Temperaturänderungsrate an einer vorbestimmten Stelle in der Werkzeugmaschine. Die Genauigkeitseinflussgradberechnungseinheit berechnet einen Einflussgrad auf die Genauigkeit der Werkzeugmaschine aufgrund der thermischen Verschiebung basierend auf der von der Temperaturänderungsratenberechnungseinheit berechneten (geschätzten) Temperaturänderungsrate.
Die Erfindung nach Anspruch 2 ist wie folgt. In der Genauigkeitsdiagnosevorrichtung für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 berechnet (schätzt) die Temperaturänderungsratenberechnungseinheit eine Rate einer Temperaturänderung an einem Ort, an dem sich die thermische Verschiebung in einer Plusrichtung („+“-Richtung) eines optionalen Vektors durch eine Temperaturänderung in der Werkzeugmaschine ändert, und eine Rate einer Temperaturänderung an einem Ort, an dem sich die thermische Verschiebung in eine Minusrichtung („-“-Richtung) des optionalen Vektors durch die Temperaturänderung in der Werkzeugmaschine ändert.
Die Erfindung nach Anspruch 3 ist wie folgt. In der Genauigkeitsdiagnosevorrichtung für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2 beinhaltet die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung einen Werkzeugmaschinenkörpertemperatursensor und einen Umgebungstemperatursensor. Der Werkzeugmaschinenkörpertemperatursensor misst eine Temperatur von Werkzeugkörpern an jedem der Stellen. Der Umgebungstemperatursensor misst mindestens eine Temperatur aus der Umgebungstemperatur der Werkzeugmaschine und der Kühlmitteltemperatur. Die Temperaturänderungsratenberechnungseinheit erhält die Temperaturänderungsrate unter Verwendung einer Temperaturdifferenz zwischen der vom Werkzeugmaschinenkörpertemperatursensor gemessenen Werkzeugmaschinenkörpertemperatur und der vom Umgebungstemperatursensor gemessenen Umgebungstemperatur und einer Zeitkonstante einer Werkzeugmaschinenkörpertemperaturänderung in Bezug auf eine für jeden der Standorte bestimmte Umgebungstemperaturänderung.
Die Erfindung nach Anspruch 4 ist wie folgt. In der Genauigkeitsdiagnosevorrichtung für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 3 verwendet die Temperaturänderungsratenberechnungseinheit die Kühlmitteltemperatur als Umgebungstemperatur wenn ein Kühlmittel verwendet wird und die umgebende Temperatur als Umgebungstemperatur bei Nichtverwendung des Kühlmittels.
Die Erfindung nach Anspruch 5 ist wie folgt. In der Genauigkeitsdiagnosevorrichtung für die Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4 berechnet die Genauigkeitseinflussgradberechnungseinheit jeden Einflussgrad auf entweder eine Positionsgenauigkeit an einer Schneidkante in jede Achsrichtung in der Werkzeugmaschine, eine Neigung an der Schneidkante, Expansion und Kontraktion jeder geradlinigen Achse, eine Änderung der Geradheit oder eine Änderung des geometrischen Fehlers zwischen den jeweiligen Achsen durch die thermische Verschiebung.
Die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung nach Anspruch 1 kann den Einfluss auf die Bearbeitungsgenauigkeit aufgrund der thermischen Verschiebung der Werkzeugmaschine genau vorhersagen, indem sie den Einflussfaktor auf die Genauigkeit basierend auf der Änderungsrate der Körpertemperatur der Werkzeugmaschine und nicht auf der thermischen Verschiebung des Werkzeugmaschinenkörpers selbst erhält.
Die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung gemäß Anspruch 2 erhält die jeweiligen Temperaturänderungsraten an dem Ort, an dem die Temperaturänderung die „+“-Richtung einer jeglichen thermischen Verschiebung beeinflusst, und an dem Ort, an dem die Temperaturänderung die „-“-Richtung einer jeglichen thermischen Verschiebung beeinflusst, um zu berechnen, wieviel sich eine Temperaturbalance (ein Gleichgewicht zwischen der Umgebungstemperatur und der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur) schnell ändert als der Genauigkeitseinflussgrad, um so ihre Ausgabe in Echtzeit sicherzustellen. Daher kann die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung gemäß Anspruch 2 sofort erkennen, dass je größer der Genauigkeitseinflussgrad ist, desto größer der thermische Verschiebungsfehler ist und desto höher die Wahrscheinlichkeit ist, dass die Genauigkeit sinkt. So können ein Zeitpunkt zum Beginn der Bearbeitung und ein messbarer Zeitpunkt sofort und genau bestimmt werden.
In einem allgemeinen thermischen Verschiebungskorrekturverfahren, das eine Korrektur durch Schätzen der Wärmeverschiebung basierend auf der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur durchführt, gibt es einen Trend, dass bei einer schnellen Änderung des Temperaturausgleichs eine Verschiebung zwischen der Temperaturverteilung des tatsächlichen Werkzeugmaschinenkörpers und der erfassten Temperatur des Sensors auftreten kann, wodurch sich der Fehler erhöht. In der Genauigkeitsdiagnosevorrichtung gemäß Anspruch 2 tritt jedoch eine solche Situation nicht auf, und es kann ein genauer Genauigkeitseinflussgrad mit geringem Fehler berechnet werden, auch wenn sich die Temperaturbalance schnell ändert.
Die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung gemäß Anspruch 3 erhält die Änderungsraten der Werkzeugmaschinenkörpertemperaturen an den jeweiligen Stellen in Echtzeit, um die Genauigkeit aus diesen Änderungsraten zu diagnostizieren. So kann auch in einer kostengünstigen Konfiguration bei der Verwendung eines Temperatursensors mit einer geringen Auflösung von ca. 0,1 °C der Einfluss auf die Genauigkeit entsprechend diagnostiziert werden.
Das heißt, ein allgemeines Verfahren zum Erlangen der Temperaturänderungsrate erhält die Differenz zwischen der aktuellen Temperatur und der Temperatur zu einem vorbestimmten vorherigen Zeitraum, um die Differenz in eine Temperaturänderung für einen bestimmten Zeitraum umzuwandeln. Allerdings tritt bei der Temperaturänderung im Werkzeugmaschinenkörper durch den Einfluss der Raumtemperaturänderung eine Zeitverzögerung auf, und die Änderung selbst ist im Allgemeinen langsam, was die Erfassung der Temperaturänderungsrate in Echtzeit erschwert. Andererseits ändern sich die Temperaturänderungen im Werkzeugmaschinenkörper durch die umgebende Umgebungstemperatur. Wenn also die umgebende Umgebungstemperatur zusammen mit der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur gemessen wird, kann die Änderung der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur vorhergesagt werden. Je größer die Differenz zwischen der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur und der Umgebungstemperatur ist, desto größer ist die nachfolgende Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur. Darüber hinaus ist die Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur umgekehrt proportional zur Zeitkonstante der Temperaturänderung im Werkzeugmaschinenkörper in Bezug auf die Änderung der Umgebungstemperatur an seiner Stelle. An einer Stelle, an der die Wärmekapazität groß und die Zeitkonstante der Temperaturänderung im Maschinenkörper in Bezug auf die Änderung der Umgebungstemperatur groß ist, wird dann erwartet, dass die Änderungsrate der Maschinenkörpertemperatur langsam ist, selbst wenn es die Differenz zwischen der Maschinenkörpertemperatur und der Umgebungstemperatur gibt. Umgekehrt, an einer Stelle, an der die Wärmekapazität klein ist und die Zeitkonstante der Temperaturänderung im Maschinenkörper in Bezug auf die Änderung der Umgebungstemperatur klein ist, wird erwartet, dass die Änderungsrate der Maschinenkörpertemperatur groß ist, auch wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Maschinenkörpertemperatur und der Umgebungstemperatur gering ist. Dementsprechend wird die Zeitkonstante der Temperaturänderung an der Stelle, an der die Werkzeugmaschinenkörpertemperatur gemessen wird, vorläufig mit dem Experiment oder dergleichen ermittelt. Anschließend werden die Änderungsraten der Werkzeugmaschinenkörpertemperaturen an den jeweiligen Stellen aus den Messergebnissen der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur und der Umgebungstemperatur und der Zeitkonstante berechnet und damit die Einhaltung dieser Änderungsraten in Echtzeit sichergestellt. Die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung gemäß Anspruch 3 erhält die Änderungsraten der Werkzeugmaschinenkörpertemperaturen an den jeweiligen Stellen in Echtzeit, um die Genauigkeit aus diesen Änderungsraten basierend auf der vorstehend beschriebenen Denkweise zu diagnostizieren. So kann auch in einer kostengünstigen Konfiguration mit einem Temperatursensor mit niedriger Auflösung der Einfluss auf die Genauigkeit entsprechend diagnostiziert werden.
Die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung gemäß Anspruch 4 kann die Umgebungstemperatur zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Umgebungstemperatur entsprechend der Anwesenheit/Abwesenheit des Kühlmittels umschalten, um die Temperaturänderungsrate an der Stelle, die wahrscheinlich durch das Kühlmittel beeinflusst wird, wie beispielsweise ein Tisch als ein Bearbeitungszentrum, genau zu berechnen, und so eine angemessene Diagnose des Einflusses auf die Genauigkeit zu gewährleisten.
Die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung gemäß Anspruch 5 berechnet den Genauigkeitseinfluss durch die thermische Verschiebung der Werkzeugmaschine für jede thermische Verschiebekomponente, wie beispielsweise den Positionsfehler an der Schneide in jede axiale Richtung, den Neigungsfehler an der Schneide, den Expansions- und Kontraktionsfehler jeder geradlinigen Achse, den Geradheitsfehler, den geometrischen Fehler zwischen den jeweiligen Achsen, wodurch die Bestimmung erleichtert wird, ob ein Risiko für einen Fehler der Bearbeitungsgenauigkeit besteht (Risiko unter Berücksichtigung einer für das Werkstück erforderlichen Genauigkeit).

1A ist ein konzeptionelles Schaubild einer Werkzeugmaschine (vertikales Bearbeitungszentrum), auf der eine Genauigkeitsdiagnosevorrichtung montiert ist.
1 B ist ein konzeptionelles Schaubild der Werkzeugmaschine (vertikales Bearbeitungszentrum), auf der die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung montiert ist.
2 ist eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen einer zu diagnostizierenden Fehlerkomponente und einer Stelle, an der eine Temperaturänderungsrate erhalten wird, darstellt.
3 ist ein Flussdiagramm, das den Inhalt eines Genauigkeitsdiagnoseprozesses veranschaulicht.
4A ist ein erklärendes Diagramm, das ein Temperaturerfassungsergebnis in einer Umgebung veranschaulicht, in der eine Raumtemperatur schnell ansteigt.
4B ist ein erklärendes Diagramm, das ein Berechnungsergebnis einer Temperaturänderungsrate in einer Umgebung veranschaulicht, in der die Raumtemperatur schnell ansteigt.
4C ist ein erklärendes Diagramm, das ein Ergebnis der Genauigkeitsdiagnose in einer Umgebung veranschaulicht, in der die Raumtemperatur schnell ansteigt.
5A ist ein erklärendes Diagramm, das ein Temperaturerfassungsergebnis in einer Umgebung veranschaulicht, in der die Raumtemperatur langsam ansteigt.
5B ist ein erklärendes Diagramm, das ein Berechnungsergebnis einer Temperaturänderungsrate in einer Umgebung veranschaulicht, in der die Raumtemperatur langsam ansteigt.
5C ist ein erklärendes Diagramm, das ein Ergebnis der Genauigkeitsdiagnose in einer Umgebung veranschaulicht, in der die Raumtemperatur langsam ansteigt.
6A ist ein erklärendes Diagramm, das ein Temperaturerfassungsergebnis beim Abgeben einer Schneidflüssigkeit veranschaulicht.
6B ist ein erklärendes Diagramm, das ein Genauigkeitsdiagnosenergebnis veranschaulicht, wenn eine Temperaturänderungsrate unter Verwendung einer Schneidflüssigkeitstemperatur berechnet wird.

Im Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Konfigurationen von Werkzeugmaschinen und Genauigkeitsdiagnosegeräten
Die 1A und 1B zeigen eine exemplarische Werkzeugmaschine (vertikales Bearbeitungszentrum), auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird. In den 1A und 1B entfällt zur anschaulichen Darstellung einer Maschinenstruktur die Darstellung einer Abdeckung, die einen äußeren Umfang einer Werkzeugmaschine M abdeckt, und dergleichen.
Die Werkzeugmaschine M ist durch ein Bett 6 als Basis, eine Spindel 5, auf der ein Schneidwerkzeug montierbar ist, einen Sattel 3, auf dem die Spindel 5 montiert ist, einen vertikalen plattenförmigen Ständer 1, auf dem der Sattel 3 montiert ist, einen Tisch 8, auf dem ein zu bearbeitendes Material platziert ist, eine Steuereinrichtung C, die den Betrieb steuert, und dergleichen konfiguriert. Dann hat die Werkzeugmaschine M eine Achskonfiguration, bei der sich die Spindel 5 in einer X-Achsenrichtung und einer Z-Achsenrichtung bewegt und sich der Tisch 8 in einer Y-Achsenrichtung bewegt.
An dem Ständer 1 ist eine X-Achsenführung 2 montiert. Der Sattel 3 ist in X-Achsenrichtung über die X-Achsenführung 2 beweglich. Eine Z-Achsenführung 4 ist am Sattel 3 montiert. Die Spindel 5 ist in Z-Achsenrichtung über die Z-Achsenführung 4 beweglich. Andererseits ist auf dem Bett 6 eine Y-Achsenführung 7 montiert. Der Tisch 8 ist in Y-Achsenrichtung über die Y-Achsenführung 7 beweglich. Darüber hinaus ist hinter dem Bett 6 ein Kühlmitteltank 9 installiert, der Kühlmittel zurückhält, das zur Kühlung der Spindel 5 und dergleichen verwendet wird.
Ein Ständervorderseitentemperatursensor 11, ein Ständerrückseitentemperatursensor 12, ein Betttemperatursensor 13, ein Tischtemperatursensor 14 sind als Werkzeugmaschinenkörpertemperatursensoren an der Werkzeugmaschine M montiert. Ein Raumtemperatursensor 20, ein Ständervorderseitenumgebungstemperatursensor 21, ein Ständerrückseitenumgebungstemperatursensor 22, ein Bettumgebungstemperatursensor 23, ein Bearbeitungsrauminnentemperatursensor 24, ein Schneidflüssigkeitstemperatursensor 25 sind als Umgebungstemperatursensoren an der Werkzeugmaschine M montiert. Zudem befinden sich diese Werkzeugmaschinenkörpertemperatursensoren und Umgebungstemperatursensoren in einem mit der Steuervorrichtung C gekoppelten Zustand.
Andererseits beinhaltet die Steuervorrichtung C eine CPU, Speichermittel, einen Timer, Eingabemittel (z.B. eine Tastatur und ein Touchpanel), Ausgabemittel (z.B. einen Monitor), eine Schnittstelle, die diese Eingabemittel und Ausgabemittel mit der CPU verbindet, und dergleichen. Dann wird in der Steuervorrichtung C eine Rate einer Temperaturänderung an einer vorbestimmten Stelle in der Werkzeugmaschine M basierend auf erfassten Temperaturen in den vorstehend beschriebenen Werkzeugmaschinenkörpertemperatursensoren und Umgebungstemperatursensoren gemäß einem in den Speichermitteln gespeicherten Programm geschätzt, und ein Einflussfaktor auf eine Genauigkeit der Werkzeugmaschine aufgrund von thermischer Verschiebung wird basierend auf der geschätzten Temperaturänderungsrate berechnet. Das heißt, die Werkzeugmaschinenkörpertemperatursensoren, die Umgebungstemperatursensoren und die Steuervorrichtung C bilden eine Genauigkeitsdiagnosevorrichtung D in der Werkzeugmaschine M, um das Temperaturänderungsratenberechnungsmittel 31 und das Genauigkeitseinflussgradberechnungsmittel 32 in der Steuervorrichtung C zu konfigurieren.
Wenn die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung D die Genauigkeit der Werkzeugmaschine M diagnostiziert, diagnostiziert die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung D insgesamt fünf thermische Verschiebungskomponenten: eine Position in Y-Achsenrichtung, eine Position in Z-Achsenrichtung, Expansion und Kontraktion in X-Achsenrichtung, Expansion und Kontraktion in Y-Achsenrichtung und eine YZ-Rechtwinkligkeit. In der folgenden Beschreibung ist, wie in den 1A und 1B veranschaulicht, eine vordere Richtung der Werkzeugmaschine M als „+“-Richtung und eine hintere Richtung der Werkzeugmaschine M als „-“-Richtung für die Position in der Y-Achsenrichtung definiert, und eine vertikale Aufwärtsrichtung der Werkzeugmaschine M als „+“-Richtung und eine vertikale Abwärtsrichtung der Werkzeugmaschine M als „-“-Richtung für die Position in der Z-Achsenrichtung. Für die Expansion und Kontraktion in X-Achsenrichtung und die Expansion und Kontraktion in Y-Achsenrichtung ist eine Richtung, in der eine Werkstückabmessung zunimmt, als „+“-Richtung und eine Richtung, in der die Werkstückabmessung abnimmt, als „-“-Richtung definiert. Wenn die Einstellung so durchgeführt wird, werden die Temperaturen der jeweiligen Stellen in der Werkzeugmaschine M in Bezug auf die vorstehend beschriebenen fünf thermischen Verschiebungskomponenten in 2 dargestellt.
Wie in 2 dargestellt, tritt bei einer Temperaturdifferenz zwischen einer Vorderseite des Ständers und einer Rückseite des Ständers eine Neigung in dem Ständer 1 auf. Somit beeinflusst die Temperaturdifferenz zwischen der Ständervorderseite und der Ständerrückseite nicht nur die Position in Z-Achsenrichtung, sondern auch die YZ-Rechtwinkligkeit. Wenn der Ständer 1 geneigt ist, ändert sich auch die Höhe der Spindel 5, die von der Säule 1 überhängt. Somit beeinflusst die Temperaturdifferenz zwischen der Ständervorderseite und der Ständerrückseite die Position in Richtung der Z-Achse.
Die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung D berechnet die Temperaturänderungsraten an einer jeweiligen Stelle, die sich in der „+“-Richtung ändert, und an einer Stelle, die sich in der „-“-Richtung ändert, wenn die Temperatur steigt, basierend auf einer Relevanz zwischen den fünf in 2 dargestellten thermischen Verschiebungskomponenten und den Temperaturen an den jeweiligen Stellen in der Werkzeugmaschine M. Anschließend berechnet die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung D Einflussgrade (Genauigkeitseinflussgrade) auf die jeweiligen thermischen Verschiebungskomponenten basierend auf den Temperaturänderungsraten, um die Genauigkeit der Werkzeugmaschine M zu diagnostizieren. Das Folgende beschreibt entsprechende Verfahren, die die Temperaturänderungsrate und den Genauigkeitseinflussgrad berechnen, der zu diesem Zeitpunkt in der Genauigkeitsdiagnosevorrichtung D durchgeführt wurde.
Berechnungsmethode der Temperaturänderungsrate
Ein herkömmliches Verfahren zum Erhalten der Temperaturänderungsrate an jeder Stelle in der Werkzeugmaschine M ist ein Verfahren zum Berechnen einer Differenz zwischen einer aktuellen Temperatur und einer Temperatur zu einem Zeitpunkt Δt, bevor die Differenz in eine Temperaturänderung pro Zeiteinheit wie in Formel 1 umgewandelt wird. ${\dot{θ}}_{m} (t) = \frac{1}{Δ t} {θ_{m} (t) - θ_{m} (t - Δ t)}$

Δt: Zeitspanne (s)
θ_m(t): Werkzeugmaschinenkörpertemperatur (°C)
θ̇_m(t): Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur (°C)

Wie vorstehend beschrieben, ist es jedoch bei der Methode nach Formel 1 schwierig, die Änderungsrate zu erhalten, wenn die Temperaturänderung gering ist. Unterdessen kann die Änderung der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur durch eine Differentialgleichung erster Ordnung in den folgenden Formeln 2 und 3 durch Eingabe der Umgebungstemperatur ausgedrückt werden. ${\dot{θ}}_{m} = \frac{1}{T_{m, a i r}} (θ_{a i r} - θ_{m})$
$T_{m, a i r} = \frac{p c V}{h_{m, a i r} A_{a i r}}$

θ_air: Umgebungstemperatur (°C)
T_m,air: Zeitkonstante der Änderung in Werkzeugmaschinenkörpertemperatur, wenn die Umgebungstemperatur der Eingabewert (s) ist
ρ: Dichte der Struktur des Werkzeugs (kg/m³)
c: Spezifische Wärme der Struktur des Werkzeugs (J/(kg•K))
V: Volumen der Struktur des Werkzeugs (m³)
h_m,air: Wärmeübertragungskoeffizient zwischen Werkzeugstruktur und Umgebungsluft (W/(m²•K))
A_air: Strukturbereich des Werkzeugs der in Kontakt mit der Umgebungsluft ist (m²)

Im Sinne der Formel 2 ist die Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur proportional zur Differenz zwischen der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur und der Umgebungstemperatur und umgekehrt proportional zur Zeitkonstante der Werkzeugmaschinenkörpertemperaturänderung bei Eingabe der Umgebungstemperatur. Das Bestimmen der Zeitkonstante durch vorher durchgeführtes Berechnen und Experimentieren kann die Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur aus der Differenz zwischen der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur und der Umgebungstemperatur berechnen.
Für eine Stelle, die während der Bearbeitung von dem Kühlmittel erfasst wird, wie beispielsweise ein Tisch des Bearbeitungszentrums, kann die Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur auch durch Eingabe der Temperatur des Kühlmittels und nicht der Umgebungstemperatur berechnet werden. In diesem Fall sind Differentialgleichungen, die die Änderung der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur anzeigen, wie in folgenden Formeln 4 und 5 definiert. In Flüssigkeiten ist im Vergleich zu Luft ein Wert des Wärmeübertragungskoeffizienten groß. Somit hat die Zeitkonstante in den Formeln 4 und 5 den Trend, einen kleinen Wert zu haben. ${\dot{θ}}_{m} = \frac{1}{T_{m, c}} (θ_{c} - θ_{m})$
$T_{m, c} = \frac{p c V}{h_{m, c} A_{c}}$

θ_c: Kühlmitteltemperatur (°C)
T_m,c: Zeitkonstante der Änderung der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur, wenn das Kühlmittel der Eingabewert (s) ist
h_m,c: Wärmeübertragungskoeffizient zwischen Werkzeugstruktur und Kühlmittel (W/(m²•K))
A_c: Strukturbereich des Werkzeugs, das in Kontakt mit dem Kühlmittel ist (m²)

Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren werden die jeweiligen Temperaturänderungsraten an der Stelle, die in „+“-Richtung beeinflusst, und die Stelle, die in „-“-Richtung beeinflusst, wenn die Temperatur ansteigt, berechnet.
Berechnungsmethode des Genauigkeitsbeeinflussungsgrades
Aus dem Ergebnis der wie vorstehend beschrieben berechneten Temperaturänderungsrate wird dann mit einer Funktion f wie in Formel 6 ein Genauigkeitseinflussgrad E in Bezug auf eine entsprechende thermische Verschiebungskomponente berechnet. $E = f ({\dot{θ}}_{m, + 1}, {\dot{θ}}_{m, + 2}, \dots, {\dot{θ}}_{m, + N}, {\dot{θ}}_{m, - 1}, {\dot{θ}}_{m, - 2}, \dots, {\dot{θ}}_{m, - M})$

E: Genauigkeitseinflussgrad der thermischen Verschiebungskomponente
θ̇̇_m,+1, θ̇_m,+2, ..., θ̇_m,+N: Temperaturänderungsrate an einer Stelle die nach „+“ ändert, wenn die Temperatur steigt
θ̇_m,-1, θ̇_m,-2, ..., θ̇_m,-M: Temperaturänderungsrate an einer Stelle die nach „-“ ändert, wenn die Temperatur steigt

Ein repräsentatives Beispiel für die Funktion f zum Erhalten des Genauigkeitseinflussgrades in Bezug auf die thermische Verschiebungskomponente ist eine Funktion zum Erhalten entsprechender linearer Summen für die Stelle, die in der „+“-Richtung beeinflusst, und die Stelle, die in der „-“-Richtung beeinflusst, um die Differenz zu erhalten, wie in folgender Formel 7 ausgedrückt. $E = (k_{+ 1} {\dot{θ}}_{m, + 1} + k_{+ 2} {\dot{θ}}_{m, + 2} + \dots + k_{+ N} {\dot{θ}}_{m, + N}) - (k_{- 1} {\dot{θ}}_{m, - 1} + k_{- 2} {\dot{θ}}_{m, - 2} + \dots + k_{- M} {\dot{θ}}_{m, - M})$

Beachte dass k₊₁ + k₊₂ + ... + k_+N = k_-1 + k_-2 + ... + k_-N

Die Funktion f, um so die Differenz durch das Erhalten der linearen Summen zu erhalten, wenn es nur jeweils eine Komponente auf der „+“-Seite und der „-“-Seite gibt, wird durch eine einfache Differenz beider Seiten wie in Formel 8 ausgedrückt. $E = {\dot{θ}}_{m, + 1} - {\dot{θ}}_{m, - 1}$
Die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung D diagnostiziert die Genauigkeit der Werkzeugmaschine M, indem sie die jeweiligen Temperaturänderungsraten an der Stelle berechnet, die sich in der „+“-Richtung ändert, und an der Stelle, die sich in der „-“-Richtung ändert, wenn die Temperatur steigt, unter Verwendung der Differentialgleichungen, die in den Formeln 2 und 3 oder den Formeln 4 ausgedrückt sind. Anschließend diagnostiziert die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung D die Genauigkeit der Werkzeugmaschine M, indem sie aus diesen Temperaturänderungsraten den Genauigkeitseinfluss auf die thermische Verschiebungskomponente unter Verwendung der in Formel 7 oder Formel 8 ausgedrückten Funktion f gemäß dem vorgegebenen Programm in der Steuervorrichtung C berechnet. Das Folgende beschreibt zwei Beispiele zur Diagnose der durch die Umgebungstemperaturänderung verursachten Änderung der Genauigkeit der Werkzeugmaschine unter Verwendung der Genauigkeitsdiagnosevorrichtung D.
Beispiel für eine Genauigkeitsdiagnose für Werkzeugmaschine 1
In einem Beispiel 1 für eine Genauigkeitsdiagnose wird anhand der Zeichnungen ein Verfahren zur Diagnose der Änderung der YZ-Rechtwinkligkeit basierend auf den Temperaturänderungsraten auf der Ständervorderseite und der Ständerrückseite beschrieben. Das Genauigkeitsdiagnosebeispiel 1 ist ein Diagnosebeispiel, wenn eine Klimaanlage in einer Anlage in Betrieb genommen wird, um eine Raumtemperatur innerhalb der Anlage schnell von 10°C auf 20°C zu erhöhen.
Die Diagnose der Änderung der YZ-Rechtwinkligkeit wird gemäß dem Programm durchgeführt, das in den Speichermedien in der Steuervorrichtung C gespeichert ist. 3 ist ein Flussdiagramm, das dessen Prozessinhalt veranschaulicht. Wenn die Änderung der YZ-Rechtwinkligkeit diagnostiziert wird, werden nach Eingabe eines Diagnose-Startsignals bei S (Schritt) 1 durch einen Bediener die Umgebungstemperaturen vor und hinter dem Ständer 1 und die Werkzeugmaschinenkörpertemperaturen vor und hinter dem Ständer 1 durch die Verwendung des säulenvorderseitigen Umgebungstemperatursensors 21 und des säulenvorderseitigen Temperatursensors 11 als Nächstes in S2 erfasst.
4A stellt die Umgebungstemperaturen vor und hinter dem Ständer 1 und die Werkzeugmaschinenkörpertemperaturen vor und hinter dem Ständer 1 über der Zeit ab dem Start der Klimatisierung in der Anlage dar. Wie in 4A dargestellt, ändern sich, wenn der Start der Klimaanlage die Umgebungstemperatur der Werkzeugmaschine M schnell erhöht, auch die Werkzeugmaschinenkörpertemperaturen vor und hinter dem Ständer 1 nach der Umgebungstemperatur. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich die Temperatur hinter dem Ständer 1 schnell, da die Rückseite des Ständers eine kleine Zeitkonstante hat. Währenddessen ändert sich die Temperatur vor dem Ständer 1 langsam, da die Vorderseite des Ständers eine große Zeitkonstante aufweist. Die Werkzeugmaschine M weist eine Struktur auf, bei der sich die YZ-Rechtwinkligkeit auf die „+“-Seite ändert, wenn die Temperatur auf der Rückseite des Ständers steigt, und die YZ-Rechtwinkligkeit auf die „-“-Seite, wenn die Temperatur auf der Ständervorderseite steigt. Wenn sich also die Temperaturdifferenz zwischen vor und hinter dem Ständer um die Differenz der Zeitkonstanten ändert, ändert sich die YZ-Rechtwinkligkeit.
Wie vorstehend beschrieben, werden nach dem Erfassen der Umgebungstemperaturen vor und hinter dem Ständer 1 und der Werkzeugmaschinenkörpertemperaturen vor und hinter dem Ständer 1 in S2 die Differenzen zwischen den Umgebungstemperaturen und den Werkzeugmaschinenkörpertemperaturen für die jeweilige Ständervorder- und - rückseite ermittelt, um die Änderungsraten der Werkzeugmaschinenkörpertemperaturen basierend auf Formel 2 als Nächstes in S3 zu berechnen. Das heißt, für die Vorderseite des Ständers 1 wird die Differenz zwischen der Umgebungstemperatur an der Säulenvorderseite und der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur an der Säulenvorderseite basierend auf den Messergebnissen des säulenvorderseitigen Umgebungstemperatursensors 21 und des säulenvorderseitigen Temperatursensors 11 ermittelt. Anschließend wird die Temperaturdifferenz durch eine Zeitkonstante (z.B. 150 Minuten) dividiert, die zuvor mit dem Experiment ermittelt wurde, um die Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur mit den vorstehenden Formeln 2 und 3 zu berechnen.
Ebenso wird für die Ständerrückseite die Differenz zwischen der Umgebungstemperatur auf der Ständerrückseite und der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur auf der Ständerrückseite basierend auf den Messergebnissen des säulenrückseitigen Umgebungstemperatursensors 22 und des säulenrückseitigen Temperatursensors 12 ermittelt. Dann wird die Temperaturdifferenz durch die Zeitkonstante (z.B. 75 Minuten) dividiert, die zuvor mit dem Experiment erhalten wurde, um die Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur mit den vorstehenden Formeln 2 und 3 zu berechnen. 4B stellt die Änderungsraten der Werkzeugmaschinenkörpertemperaturen vor und hinter dem Ständer 1 über der Zeit ab dem Start der Klimatisierung in der Anlage dar.
Wie vorstehend beschrieben, wird nach der Berechnung der Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur in S3 der Genauigkeitseinflussgrad berechnet, indem die Differenz zwischen der berechneten Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur auf der Vorderseite des Ständers 1 und der berechneten Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur auf der Rückseite des Ständers 1 unter Verwendung der vorstehenden Formel 8 als Nächstes in S4 ermittelt wird. 4C stellt die Differenz (= Genauigkeitseinflussgrad) der Änderungsraten der Werkzeugmaschinenkörpertemperaturen vor und hinter dem Ständer 1 über der Zeit ab dem Start der Klimatisierung in der Anlage dar. Betrachtet man die Differenz (= Genauigkeitseinflussgrad) der Änderungsraten der in 4C dargestellten Temperaturen, so steigt der Genauigkeitseinflussgrad unmittelbar nach dem Start der Klimaanlage deutlich an und nimmt nach Erreichen eines Spitzenwertes etwa 10 Minuten später allmählich ab. Das heißt, wenn sich die Temperatur (insbesondere die Umgebungstemperaturen vor und hinter dem Ständer 1) unmittelbar nach der Inbetriebnahme der Klimaanlage schnell ändert, ist die Genauigkeit der Werkzeugmaschine M instabil. Nach Ablauf der Zeit kehrt die Genauigkeit der Werkzeugmaschine M jedoch wieder in einen stabilen Zustand zurück.
Daher macht das Genauigkeitsdiagnosegerät D eine Diagnose, dass je größer ein Absolutwert eines Zahlenwertes des berechneten Genauigkeitseinflusses ist, desto schneller sich der Zustand der Werkzeugmaschine M ändert und desto instabiler der Zustand ist. Wenn dann der Genauigkeitseinflussgrad einen zuvor eingestellten Grenzwert überschreitet, wird diese Tatsache über die Ausgabemittel an die Steuereinrichtung C in S5 gemeldet. Beispielsweise in 4C fällt die Änderung, wenn der Schwellenwert auf 2°C/Stunde eingestellt ist, etwa 40 Minuten später ab Inbetriebnahme der Klimaanlage auf oder unter den Grenzwert. Somit macht das Genauigkeitsdiagnosegerät D eine Diagnose, dass die Bearbeitung gestartet werden kann, um diese Tatsache zu melden.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung D den Einfluss auf die Genauigkeit durch die schnelle Temperaturänderung der Raumtemperatur diagnostizieren, indem sie die Differenz zwischen der Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur auf der Ständervorderseite und der Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur auf der Ständerrückseite ermittelt.
Genauigkeitsdiagnosebeispiel für Werkzeugmaschine 2
In einem Genauigkeitsdiagnosebeispiel 2 wird anhand der Zeichnungen ein Verfahren zur Diagnose einer Situation der Expansion und Kontraktion in X-Achsenrichtung basierend auf den Änderungsraten der Temperaturen auf der Vorderseite des Ständers 1 und des Tischs 8 beschrieben. Das Genauigkeitsdiagnosebeispiel 2 ist ein Diagnosebeispiel, wenn ab Beginn der Bearbeitung die Raumtemperatur und die Temperatur an der Ständervorderseite jeweils 20°C betragen, die Bearbeitungsrauminnentemperatur 21°C beträgt und die Kühlmitteltemperatur, die deutlich niedriger ist als die Werkzeugmaschinenkörpertemperatur und die Raumtemperatur, 15°C beträgt. Die Bearbeitung wird durch das Starten der Abgabe des Kühlmittels 60 Minuten nach Einschalten der Stromversorgung der Werkzeugmaschine M gestartet.
Wenn die Situation der Expansion und Kontraktion in der X-Achsenrichtung diagnostiziert wird, werden nachdem der Arbeiter das Diagnosestartsignal in S1 eingegeben hat, die Umgebungstemperatur auf der Vorderseite des Ständers 1 (= Umgebungstemperatur des Tisches 8), die Werkzeugmaschinenkörpertemperatur auf der Vorderseite des Ständers 1, die Werkzeugmaschinenkörpertemperatur des Tisches 8, und die Bearbeitungsrauminnentemperatur (d.h. die Temperatur in einem mit einer Abdeckung abgedeckten Bearbeitungsraum (nicht dargestellt)) unter Verwendung des ständervorderseitigen Umgebungstemperatursensors 21, des ständervorderseitigen Temperatursensors 11, des Tischtemperatursensors 14 und des Bearbeitungsrauminnentemperatursensors 24 als Nächstes in S2 erfasst. 6A stellt die Umgebungstemperaturen vor und hinter dem Ständer 1, die Werkzeugmaschinenkörpertemperaturen vor und hinter dem Ständer 1, die Kühlmitteltemperatur und die Werkzeugmaschinenkörpertemperatur des Tisches 8 über der Zeit ab dem Einschalten der Stromversorgung der Werkzeugmaschine M dar. Wie in 6A dargestellt, nimmt die Temperatur des Tisches 8 nach dem Kontakt des Tisches mit dem Kühlmittel 60 Minuten nach dem Einschalten der Stromversorgung der Werkzeugmaschine M schnell ab. Dann, etwa 30 Minuten nachdem der Tisch 8 beginnt mit dem Kühlmittel im Kontakt zu stehen, wird die Temperatur des Tischs 8 ungefähr identisch mit der Kühlmitteltemperatur und nähert sich anschließend langsam der Raumtemperatur.
Wie vorstehend beschrieben, werden nach der Umgebungstemperatur auf der Vorderseite des Ständers 1, der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur auf der Vorderseite des Ständers 1, der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur des Tisches 8 und der Bearbeitungsrauminnentemperatur in S2 erfasst, die jeweiligen Unterschiede zwischen den Umgebungstemperaturen und den Werkzeugmaschinenkörpertemperaturen für die Ständervorderseite und den Tisch 8, um die Änderungsraten der Werkzeugmaschinenkörpertemperaturen basierend auf Formel 2 als Nächstes in S3 zu berechnen. Das heißt, für die Vorderseite des Ständers 1 wird die Differenz zwischen der Umgebungstemperatur auf der Vorderseite des Ständers und der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur auf der Vorderseite des Ständers mit dem säulenvorderseitigen Umgebungstemperatursensor 21 und dem säulenvorderseitigen Temperatursensor 11 ermittelt. Weiterhin wird die Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur berechnet, indem die Temperaturdifferenz durch die Zeitkonstante (z.B. 150 Minuten) dividiert wird, die zuvor mit dem Experiment unter Verwendung der vorstehenden Formeln 2 und 3 erhalten wurde.
In der Zwischenzeit wird für den Tisch 8 die Temperaturänderungsrate berechnet, indem ein Berechnungsverfahren entsprechend der Anwesenheit/Abwesenheit der Verwendung des Kühlmittels geändert wird. Das heißt, wenn das Kühlmittel ungenutzt ist (bis 60 Minuten nach dem Einschalten des Stroms), wird die Differenz zwischen der Rauminnentemperatur der Bearbeitung und der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur des Tischs 8 unter Verwendung der erfassten Temperaturen durch den Rauminnentemperatursensor 24 und den Tischtemperatursensor 14 ermittelt. Weiterhin wird die Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur berechnet, indem die Temperaturdifferenz durch die Zeitkonstante (z.B. 75 Minuten) dividiert wird, die zuvor mit dem Experiment unter Verwendung der vorstehenden Formeln 2 und 3 erhalten wurde.
Bei Verwendung des Kühlmittels (nach Ablauf von 60 Minuten nach dem Einschalten der Stromversorgung) wird die Differenz zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur des Tischs 8 unter Verwendung der erfassten Temperaturen durch den Schneidflüssigkeitstemperatursensor 25 und den Tischtemperatursensor 14 ermittelt. Weiterhin wird die Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur berechnet, indem die Temperaturdifferenz durch die Zeitkonstante (z.B. 15 Minuten) dividiert wird, die zuvor mit dem Experiment unter Verwendung der vorstehenden Formeln 4 und 5 erhalten wurde. Unter der vorstehend angenommenen Bedingung betragen für die Vorderseite des Ständers 1 die vom ständervorderseitigen Umgebungstemperatursensor 21 erfasste Umgebungstemperatur auf der Vorderseite des Ständers 1 und die vom säulenvorderseitigen Temperatursensor 11 erfasste Werkzeugmaschinenkörpertemperatur auf der Vorderseite des Ständers 1 jeweils 20°C. Da die Temperaturänderung also nicht auftritt, ist die Änderungsrate 0.
Wie vorstehend beschrieben, wird nach der Berechnung der Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur in S3 der Genauigkeitseinflussgrad berechnet, indem die Differenz zwischen der berechneten Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur auf der Vorderseite des Ständers 1 und der berechneten Änderungsrate der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur des Tischs 8 unter Verwendung der vorstehenden Formel 8 als Nächstes in S4 ermittelt wird. 6B stellt die Differenz (= Genauigkeitseinflussgrad) zwischen den Änderungsraten der Werkzeugmaschinenkörpertemperaturen auf der Vorderseite des Ständers 1 und des Tischs 8 über der Zeit ab dem Einschalten der Stromversorgung der Werkzeugmaschine M. Aus 6B geht hervor, dass die Differenz (= Genauigkeitseinflussgrad) zwischen der Temperaturänderungsrate auf der Vorderseite des Ständers 1 und der Temperaturänderungsrate des Tischs 8 einen größten negativen Wert zum Zeitpunkt des Beginns der Abgabe des Kühlmittels aufweist und sich anschließend allmählich 0 nähert.
Deshalb macht die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung D eine Diagnose, dass je größer ein absoluter Wert eines numerischen Werts des berechneten Genauigkeitseinflussgrads ist, desto schneller sich der Zustand der Werkzeugmaschine M ändert und desto instabiler dieser Zustand ist. Anschließend, wenn der Genauigkeitseinflussgrad unter den zuvor bestimmten Grenzwert fällt, wird diese Tatsache unter der Verwendung der Ausgabemittel in der Steuervorrichtung C in S5 festgestellt. Zum Beispiel, in 6B, wenn der Grenzwert auf ±2°C/Stunde eingestellt ist, fällt der Unterschied (Genauigkeitseinflussgrad) der Änderungsraten der Temperaturen ungefähr 75 Minuten nach dem Einschalten der Stromversorgung der Werkzeugmaschine M (15 Minuten nach dem Start der Abgabe des Kühlmittels) auf oder unter den Grenzwert. Somit macht die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung D eine Diagnose, dass die Bearbeitung starten kann um diese Tatsache festzustellen.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung D den Einfluss auf die Genauigkeit durch die schnelle Temperaturänderung durch das Kühlmittel diagnostizieren, indem sie die Temperaturänderungsrate basierend auf der Differenz zwischen der Kühlmitteltemperatur und der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur erhält.
Wirkung der Genauigkeitsdiagnosevorrichtung
Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung D das Temperaturänderungsratenberechnungsmittel 31, das die Geschwindigkeit der Temperaturänderung an der vorbestimmten Stelle in der Werkzeugmaschine M schätzt, und das Genauigkeitseinflussgradberechnungsmittel 32, das den Einflussgrad auf die Genauigkeit der Werkzeugmaschine M aufgrund der thermischen Verschiebung basierend auf der Temperaturänderungsrate berechnet, die von der Temperaturänderungsratenberechnungsmittel 31 geschätzt wird. Somit kann das Genauigkeitsdiagnosegerät D den Einfluss auf die Genauigkeit durch die thermische Verschiebung der Werkzeugmaschine M angemessen vorhersagen.
Änderungsbeispiel für eine Genauigkeitsdiagnosevorrichtung
Die Konfiguration der Genauigkeitsdiagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschränkt sich nicht auf den Aspekt der oben beschriebenen Ausführungsform. Die Konfiguration wie die Form des Temperaturänderungsratenberechnungsmittels, des Genauigkeitseinflussgradberechnungsmittels, des Werkzeugmaschinen-Körpertemperatursensors, des Umgebungstemperatursensors und dergleichen kann bei Bedarf geändert werden, ohne vom Grundgedanken der Offenbarung abzuweichen.
Beispielsweise in dem vorstehend beschriebenen Genauigkeitsdiagnosebeispiel 1 wird die Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur durch Anbringen der Temperatursensoren (der ständervorderseitige Umgebungstemperatursensor 21 und der ständerrückseitige Umgebungstemperatursensor 22) um die jeweilige Vorder- und Rückseite des Ständers ermittelt. Es kann jedoch ein Verfahren zum Erhalten der Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Werkzeugmaschinenkörpertemperatur unter Verwendung des Ergebnisses eines dargestellten Raumtemperatursensors (z.B. des dargestellten Raumtemperatursensors 20 in 1A) anstelle der Temperatursensoren verwendet werden. Wie das oben beschriebene Genauigkeitsdiagnosebeispiel 1, ist bei dem Verfahren, bei dem der Umgebungstemperatursensor für jede Stelle angeordnet ist, die Diagnose mit einer guten Genauigkeit möglich, da die Verteilung der Umgebungstemperaturen genauer erfasst werden kann, allerdings gibt es einen Nachteil der Erhöhung der Anzahl der Sensoren. Andererseits, wie vorstehend beschrieben, gibt es bei dem Verfahren zur Verwendung der erfassten Temperatur des dargestellten Raumtemperatursensors einen Nachteil geringer Genauigkeit in der Diagnose, wenn die Temperaturverteilung der Umgebungstemperaturen groß ist. Die Anzahl der Sensoren kann jedoch durch die Berechnung von Werten einer kleinen Anzahl von Raumtemperatursensoren als Umgebungstemperaturen der jeweiligen Abschnitte reduziert werden.
In dem oben beschriebenen Genauigkeitsdiagnosebeispiel 1 wird für die Temperaturänderungsrate an der Stelle, die sich zur „+“-Seite ändert, und die Temperaturänderungsrate an der Stelle, die sich zur „-“-Seite ändert, wenn die Temperatur steigt, eine einfache Differenz als Genauigkeitseinflussgrad berechnet, jedoch ist das Berechnungsverfahren des Genauigkeitseinflussgrades nicht auf ein solches Verfahren beschränkt. Zum Beispiel können ein Verfahren zum Bewerten der Summe aus dem Absolutwert der Komponente auf der „+“-Seite und dem Absolutwert der Komponente auf der „-“-Seite als Genauigkeitseinflussgrad und ein Verfahren zum Bewerten eines numerischen Wertes, der unter Verwendung einer beliebigen Funktion aus der berechneten Temperaturänderungsrate erhalten wird, als Genauigkeitseinflussgrad, verwendet werden.
Darüber hinaus ist die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung, wie die oben beschriebenen Genauigkeitsdiagnostikbeispiele 1 und 2, nicht auf die Vorrichtung beschränkt, die insgesamt fünf thermischen Verschiebungskomponenten diagnostiziert: die Position in Y-Achsenrichtung, die Position in Z-Achsenrichtung, die Expansion und Kontraktion in X-Achsenrichtung, die Expansion und Kontraktion in Y-Achsenrichtung und die YZ-Rechtwinkligkeit, und kann die Vorrichtung sein, die einen Teil dieser thermischen Verschiebungskomponenten diagnostiziert oder andere thermische Verschiebungskomponenten diagnostiziert.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale getrennt und unabhängig voneinander zum Zwecke der ursprünglichen Offenbarung sowie zur Einschränkung der beanspruchten Erfindung unabhängig von der Zusammensetzung der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen offenbart werden sollen. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Gruppen aus Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder jede Zwischeneinheit sowohl für den Zweck der ursprünglichen Offenbarung als auch für den Zweck der Beschränkung der beanspruchten Erfindung, insbesondere als Grenzen von Wertebereichen, offenlegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 201724108 A [0003, 0004, 0006]
JP 5912756 [0003, 0005, 0006]

Claims

Ein Genauigkeitsdiagnosevorrichtung (D) für eine Werkzeugmaschine (M), die einen Einfluss auf eine Genauigkeit aufgrund einer thermischen Verschiebung der Werkzeugmaschine (M) diagnostiziert, wobei die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung (D) aufweist: eine Temperaturänderungsratenberechnungseinheit (31), die eine Rate einer Temperaturänderung an einer vorbestimmten Stelle in der Werkzeugmaschine (M) berechnet; und eine Genauigkeitseinflussgradberechnungseinheit (32), die einen Einflussgrad auf die Genauigkeit der Werkzeugmaschine (M) aufgrund der thermischen Verschiebung basierend auf der von der Temperaturänderungsberechnungseinheit (31) berechneten Temperaturänderungsrate berechnet.
Die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung (D) für die Werkzeugmaschine (M) nach Anspruch 1, wobei die Temperaturänderungsratenberechnungseinheit (31) eine Rate einer Temperaturänderung an einer Stelle berechnet, an der sich die thermische Verschiebung in einer „+“-Richtung eines optionalen Vektors durch eine Temperaturänderung in der Werkzeugmaschine (M) ändert, und eine Rate einer Temperaturänderung an einer Stelle, an der sich die thermische Verschiebung in einer „-“-Richtung des optionalen Vektors durch die Temperaturänderung in der Werkzeugmaschine (M) ändert.
Die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung (D) für die Werkzeugmaschine (M) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung (D) aufweist: einen Werkzeugmaschinenkörpertemperatursensor (11, 12, 13, 14), der eine Temperatur der Werkzeugmaschinenkörper an jeder der Stellen misst; und einen Umgebungstemperatursensor (20, 21, 22, 23, 24, 25), der mindestens eine Temperatur aus der Umgebungstemperatur der Werkzeugmaschine (M) und der Kühlmitteltemperatur misst, wobei die Temperaturänderungsratenberechnungseinheit (31) die Temperaturänderungsrate unter Verwendung einer Temperaturdifferenz zwischen der vom Werkzeugmaschinenkörpertemperatursensor (11, 12, 13, 14) gemessenen Werkzeugmaschinenkörpertemperatur und der vom Umgebungstemperatursensor (20, 21, 22, 23, 24, 25) gemessenen Umgebungstemperatur und einer Zeitkonstante einer Werkzeugmaschinenkörpertemperaturänderung in Bezug auf eine für jeden der Stellen bestimmte Umgebungstemperaturänderung erhält.
Die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung (D) für die Werkzeugmaschine (M) nach Anspruch 3, wobei die Temperaturänderungsratenberechnungseinheit (31) die Kühlmitteltemperatur als Umgebungstemperatur verwendet, wenn ein Kühlmittel verwendet wird, und die umgebende Temperatur als Umgebungstemperatur verwendet, wenn das Kühlmittel nicht verwendet wird.
Die Genauigkeitsdiagnosevorrichtung (D) für die Werkzeugmaschine (M) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Genauigkeitseinflussgradberechnungseinheit (32) jeden Einflussgrad auf eine beliebige Positionsgenauigkeit auf einer Schneidkante in jeder axialen Richtung in der Werkzeugmaschine (M), eine Neigung auf der Schneidkante, Expansion und Kontraktion jeder geradlinigen Achse, eine Änderung der Geradheit und eine Änderung des geometrischen Fehlers zwischen den jeweiligen Achsen aufgrund der thermischen Verschiebung berechnet.