DE112006000774B4 - Werkzeugmaschine und Verfahren zur Korrektur eines Versatzes der Werkzeugmaschine - Google Patents

Werkzeugmaschine und Verfahren zur Korrektur eines Versatzes der Werkzeugmaschine Download PDF

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Abstract

Die Werkzeugmaschine umfasst Temperatursensoren (28–36), die an einer Vielzahl von Positionen auf dem Werkzeugmaschinenkörper (11, 41) installiert sind, einen Versatzdetektor (25), welcher das Ausmaß der thermischen Deformation der Bauteile (12–15) auf Grundlage von Messungen durch die Temperatursensoren (28– 36) und unter Berücksichtigung der Verzüge detektiert, die durch Temperaturänderungen an Oberflächen mit größeren Temperaturänderungen sowie diesen gegenüberliegenden Oberflächen verursacht sind, eine Umwandlungseinheit (25), die die durch den Versatzdetektor (25) ermittelten Beträge des thermischen Versatzes an den Bearbeitungspunkten (P) in axiale Versatzbeträge umwandelt, sowie eine Korrektureinheit (25), die den Umfang der Relativbewegungen auf den Achsen der Bauteile entsprechend der Umwandlung der Umwandlungseinheit (25) korrigieren.

Description

  • Technisches Gebiet:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, die einen Bearbeitungsvorgang ausführt, bei dem ein Werkzeug relativ zu einem Werkstück auf Basis von Bearbeitungsdaten bewegt wird. Ferner betrifft sie ein Verfahren zur Korrektur des Versatzes einer Werkzeugmaschine, um den thermischen Versatz, der aus Temperaturänderungen verschiedener die Werkzeugmaschine zusammensetzender Abschnitte resultiert, zu korrigieren.
  • Technischer Hintergrund:
  • Herkömmlich sind solche Werkzeugmaschinen bereitgestellt worden, die Aufgaben wie Bohren, Schneiden oder ähnliches an einem Werkstück ausführen, das beispielsweise aus einem Metallmaterial gebildet ist. Die Werkzeugmaschinen sind so aufgebaut oder angeordnet, dass sie eine Bearbeitung ausführen, während der ein Werkzeug relativ zum Werkstück basierend auf Bearbeitungsdaten bewegt wird. 20 bezieht sich auf eine Seitenansicht, die in schematischer Weise den Aufbau eines Körpers 1 der Werkzeugmaschine des vorerwähnten Typs zeigt.
  • Insbesondere ist ein Tisch 3 an einem Vorderteil eines Sockels 2 (in der Figur auf der linken Seite zu sehen) vorgesehen, auf welchem das Werkstück W gehalten wird. Eine sich nach oben erstreckende Säule 4 ist auf einem hinteren Teil des Sockels 2 (in der Figur auf der rechten Seite zu sehen) vorgesehen. Die Säule 4 wird in der Richtung nach vorn und hinten (die X-Richtung) sowie in der Querrichtung (die Y-Richtung) durch eine XY-Bewegungsvorrichtung (nicht dargestellt) bewegt. Ferner ist an der Vorderseite der Säule 4 (in der Figur auf der rechten Seite zu sehen) ein Hauptwellenkopf 6 mit einer nach unten gerichteten Hauptwelle 5 angebracht, um dabei vertikal beweglich zu sein (in der Z-Richtung). Obwohl nicht dargestellt wird ein Werkzeug derart installiert, dass es an einem distalen Ende der Hauptwelle 5 befestigt ist, wobei es mit einem anderen austauschbar ist. Die Säule 4 ist ferner mit einem Werkzeugtauscher versehen, mit welchem das Werkzeug automatisch durch ein anderes ersetzt werden kann.
  • Obwohl in der Figur nicht dargestellt ist eine Steuervorrichtung in dem Körper 1 vorgesehen. Die Steuervorrichtung steuert einen X-Achsen- und einen Y-Achsen-Servomotor der XY-Bewegungsvorrichtung, einen Z-Achsen-Servomotor sowie einen Hauptwellenmotor auf der Grundlage von Bearbeitungsdaten. Somit wird die Säule 4 nach vorn und hinten bewegt, und der Hauptwellenkopf 6 wird in der Z-Richtung bewegt. Ferner wird die Hauptwelle gedreht, wobei der Bearbeitungsvorgang automatisch durchgeführt wird.
  • Eine Zirkulationsvorrichtung für eine Schneidflüssigkeit ist auf dem Körper 1 vorgesehen, um ein Werkzeug zu kühlen und die bei der Bearbeitung anfallenden Späne wegzuwaschen, obwohl dies nicht dargestellt ist. Die Zirkulationsvorrichtung für die Schneidflüssigkeit weist einen Behälter (Tank) zur Aufnahme der Schneidflüssigkeit, eine Pumpe und ähnliches auf. Die aus dem Behälter herausgepumpte Schneidflüssigkeit wird in Richtung auf ein Teil, das beispielsweise aktuell geschnitten wird, ausgestoßen. Die Schneidflüssigkeit fließt entlang einer oberen Oberfläche des Sockels 2, wonach sie wieder in den Behälter zurückgeführt wird. Die Späne werden in dem Behälter gesammelt.
  • Die Temperatur der Schneidflüssigkeit wird in dem Körper 1 der Werkzeugmaschine des oben beschriebenen Typs beträchtlich erhöht. Der Grund für den Temperaturanstieg beinhaltet die Abgeschlossenheit des Behälters, die Zunahme an Pumpenkapazität, der Druckanstieg und der Anstieg der Temperatur der Schneidflüssigkeit aufgrund des Hochgeschwindigkeitsschneidens. Ferner wird die Temperatur der Schneidflüssigkeit auch durch unterschiedliche Wärme erzeugende äußere Einflüsse wie etwa der Anstieg der Lufttemperatur aufgrund der hohen Drehgeschwindigkeit der Hauptwelle oder der hohen Vorschubgeschwindigkeit in jedem Abschnitt angehoben. Wenn beispielsweise die Schneidflüssigkeit entlang der oberen Oberfläche des Sockels 2, der aus Gusseisen (Gussmetall] hergestellt ist, fließt, expandiert der Sockel 2 in der Y-Richtung durch thermische Ausdehnung. Die Ausdehnung des Sockels 2 ändert den Abstand zwischen der Hauptwelle 5 und dem Tisch 3, woraus der Mangel entstehen kann, dass ein Bearbeitungsfehler auftritt.
  • Zum Zweck des Behebens des vorerwähnten Mangels ist der Sockel 2 herkömmlich so aufgebaut, dass die Schneidflüssigkeit durch das Innere des Sockels 2 hindurch zirkuliert wird, so dass die Temperatur des Sockels 2 gleichförmig bleibt. Alternativ wird der gesamte Sockel 2 mit einer wärmeisolierenden Abdeckung oder einem Stahlplattendeckel abgedeckt. Jedoch wird es schwierig, die Temperaturverteilung in dem gesamten Sockel 2 auch dann gleichförmig zu halten, wenn der gesamte Sockel 2 mit einer Abdeckung bedeckt wird, und zwar aufgrund des Ein- und Austritts von Wärme durch die Oberfläche, entlang welcher die Schneidflüssigkeit fließt bzw. über Randabschnitte der Vorrichtung. Darüber hinaus kann auch dann, wenn die Temperaturverteilung in dem gesamten Sockel 2 gleichförmig gehalten werden kann, die thermische Ausdehnung des Sockels 2 aufgrund eines Anstiegs in der Umgebungstemperatur nicht verhindert werden. Ferner weist ein technisches Verfahren wie eingangs beschrieben den Mangel auf, dass die Kosten ansteigen.
  • In anbetracht der vorgenannten Umstände wurde ein Korrekturverfahren, wie es in der offengelegten, Japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-94290 gezeigt ist, vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren sind Temperatursensoren in Schlüsselabschnitten einer Werkzeugmaschine vorgesehen. Der Grad einer thermischen Verschiebung bzw. eines thermischen Versatzes wird auf der Grundlage der Detektion durch diese Temperatursensoren geschätzt. Der Betrag an Bewegung hinsichtlich jeder Achse (die Position der Hauptwelle) wird derart korrigiert, dass die Auswirkungen des thermischen Versatzes vermieden werden. Insbesondere wird ein Temperatursensor wie etwa ein Thermokoppler auf einem Abschnitt mit einer relativ geringeren Temperaturänderung zum Detektieren einer Referenztemperatur vorgesehen, während ein anderer Temperatursensor auf einem Abschnitt mit einer relativ größeren Temperaturänderung zum Detektieren einer Temperatur des Gussmetalls vorgesehen ist. Außerdem ist ein weiterer Temperatursensor zum Detektieren einer atmosphärischen Temperatur in der Umgebung eines oberen Abschnitts der Werkzeugmaschine vorgesehen. Die Temperaturen werden durch diese Temperatursensoren zu vorbestimmten Zeitintervallen detektiert. Der Temperaturunterschied wird zwischen einer Referenztemperatur einer zuvor detektierten (der (n – 1)ten) Temperatur und jeweils der Gussmetalltemperatur wie auch der atmosphärischen Temperatur ermittelt. Und der Temperaturunterschied wird zwischen einer aktuell detektierten (der n-ten) Referenztemperatur und jeweils der Gussmetalltemperatur und der atmosphärischen Temperatur ermittelt. Der Korrekturbetrag hinsichtlich jeder Achse wird durch Berechnung erhalten, wobei die erhaltenen Werte, eine thermische Zeitkonstante sowie ein thermischer Versatzfaktor verwendet werden, wobei die letzten zwei Faktoren vorab durch Experiment bestimmt wurden.
  • In der japanischen Druckschrift JP 04-135141 A Druckschrift JP'141 ist eine Werkzeugmaschine offenbart mit einem Sockel, einer Säule und einem Kopf, die beide ein Werkzeug halten, ferner einen Sattel zum Halten eines Werkstücks, einen Tisch und einen 6-Komponententisch. Die Werkzeugmaschine besitzt mehrere Temperatursensoren. Ferner weist sie einige Verformungssensoren auf. Temperaturänderungen in den Teilen der Werkzeugmaschine werden durch die jeweils zugehörigen Temperatursensoren detektiert. Beträge für eine thermische Expansion können daraus geschätzt werden.
  • Ferner können Verformungen in den Abschnitten der Werkzeugmaschine anhand von mechanischen Verformungssensoren detektiert werden. Somit kann eine Korrektur über mit Hilfe eines thermischen Aktuators durchgeführt werden. Relativpositionen des Werkzeugs und des Werkstücks werden durch Steuerung eines elektrischen Motors über NC-Software korrigiert. Die Korrektur wird durch die Aktuatoren und durch Betreiben eines Vorschubmotors für den Sattel (X-Achse), eines Vorschubmotors (Y-Achse) für den Tisch und eines vertikalen Antriebsmotors (Z-Achse) für den Kopf mittels der NC-Software vorgenommen.
  • Offenbarung der Erfindung:
  • Das durch die Erfindung zu lösende Problem:
  • Entsprechend der in dem vorerwähnten Dokument JP 2003-94290 gezeigten Technik wird die Position auf der Grundlage korrigiert, dass der thermische Versatz eine lineare Längenänderung aufgrund thermischer Expansion und thermischer Schrumpfung betrifft, indem die Temperaturinformationen für die Bestimmung der Längenänderung einer Kugelgewindespindel eingesetzt werden. Jedoch weist eine tatsächliche Werkzeugmaschine verschiedene Bauteile wie etwa einen Sockel 2, eine Säule 4, ein Hauptwellenkopf 6, etc. auf, deren Temperaturen schwanken. Dabei führen die Temperaturschwankungen, die partiellen Verspannungen und ähnliches zu einem Verziehen. Insbesondere ist der Temperaturanstieg auf der oberen Oberfläche des Sockels 2 schärfer als auf dessen Unterseite, wenn die Schneidflüssigkeit dazu veranlasst wird, wie oben beschrieben zu fließen, gerade weil die Schneidflüssigkeit entlang der oberen Oberfläche des Sockels 2 fließt. Entsprechend wird ein Verziehen aufgrund des Temperaturanstiegs in dem Sockel 2 in einem solchen Ausmaß verursacht, dass dieser Verzug hinsichtlich des Beitrags an thermischen Versatz nicht mehr außer acht gelassen werden kann. Der Versatz aufgrund des Verzugs ist insbesondere hinsichtlich der Y-Richtung kritisch.
  • Bei der in dem vorerwähnten Dokument beschriebenen Technik werden die Temperaturen an einem einzelnen Abschnitt detektiert, wo die Temperaturänderung vergleichsweise geringer ausfällt, sowie an einem anderen einzelnen Abschnitt, bei dem die Temperaturänderung vergleichsweise größer ausfällt. Jedoch ist basierend auf der Temperaturdetektion an zwei Abschnitten (drei Abschnitte, wenn die atmosphärische Temperatur eingeschlossen wird) abzuschätzen, welcher Betrag an axialem, thermischem Versatz in allen Abschnitten aufgetreten ist. Ferner wird die Temperatur zu vorbestimmten Intervallen detektiert und eine genaue Korrektur wird basierend auf der n-ten detektierten Temperatur, die zu korrigieren ist, und der letzten ((n – 1)-ten) detektierten Temperatur wiederholt. Wenn dementsprechend ein gemessener Temperaturwert einen Fehler beinhaltet, dann wird dieser Fehler weiter aufakkumuliert, so dass sich mit Ablauf der Zeit der Fehler vergrößert und somit die Möglichkeit entsteht, dass eine Hysterese verbleibt, obwohl die Anfangsbedingung wiederhergestellt wird.
  • Es ist folglich schwer, den richtigen Betrag an thermischem Versatz gemäß der konventionellen Technik zu schätzen, wie sie in dem vorerwähnten Dokument gezeigt ist. Dementsprechend ist die konventionelle Technik bei der Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit anhand einer Korrektur unzureichend.
  • Die Anmelderin erfand ein Korrekturverfahren für thermische Versätze, das den thermischen Versatz im wesentlichen entlang der Z-Achsen-Richtung (vertikal) aufgrund thermischer Ausdehnung und Schrumpfung einer Kugelgewindespindel, die einen Hauptwellenkopf vertikal bewegt, korrigiert, wobei eine Patentanmeldung eingereicht wurde (veröffentlicht unter JP-A-2000-135653 ). Entsprechend der Erfindung ist es möglich einen Betrag des vertikalen thermischen Versatzes einer Hauptwelle und dementsprechend eines Werkzeugs resultierend aus der Längenänderung einer Kugelgewindespindel zu korrigieren. Jedoch kann der thermische Versatz in der Richtung nach vorn und hinten (Y-Achse) nicht in jedem Abschnitt des Werkzeugmaschinenkörpers außer acht gelassen werden, wenn eine noch genauere Bearbeitung auszuführen ist. Es ist wichtig, den Betrag des thermischen Versatzes in der Richtung nach vorn und hinten genau schätzen zu können.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, die einen Betrag des thermischen Versatzes an einem Bearbeitungspunkt schätzt und den Betrag der Bewegung auf jeder Achse so korrigiert, dass die Auswirkungen des Versatzes vermieden werden, und welche den Betrag des thermischen Versatzes am Bearbeitungspunkt genau schätzen kann, und welche die Bearbeitungsgenauigkeit aufgrund der Korrektur verbessern kann. Ferner ist es eine Aufgabe, ein Verfahren zur Korrektur des Versatzes in der Werkzeugmaschine bereitzustellen.
  • Mittel, mit denen das Problem gelöst wird:
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks während der Bewegung eines Werkzeugs relativ zum Werkstück auf der Grundlage von Bearbeitungsdaten bereit, das gekennzeichnet ist durch:
    Temperatursensoren (28–36), die auf einer Vielzahl von Abschnitten eines Werkzeugmaschinenkörpers (11, 41) zum Messen der jeweils vorliegenden Temperaturen vorgesehen sind;
    einen Versatzdetektor (25), welcher auf Grundlage der Messungen durch die Temperatursensoren (28–36) für jedes der den Werkzeugmaschinenkörper (11, 41) zusammensetzenden Bauteile (12–15) den Betrag des thermischen Versatzes ermittelt,
    eine Umwandlungseinheit (25), die den Betrag des thermischen Versatzes jedes der Bauteile (12–15) in einen Versatzbetrag hinsichtlich jeder axialen Richtung an einem Bearbeitungspunkt (P) umwandelt;
    eine Korrektureinheit (25), die den Betrag der Bewegung auf jeder Achse eines X-Achsenmotors (17), eines Y-Achsenmotors (18) und eines Z-Achsenmotors (19) jeweils auf Grundlage der Umwandlung durch die Umwandlungseinheit (25) korrigiert, wobei die den Werkzeugmaschinenkörper (11, 41) zusammensetzenden Bauteile (12–15) beinhalten: einen Sockel (12), einen auf dem Sockel (12) zum Halten des Werkstücks vorgesehenen Tisch (13), eine auf dem Sockel (12) vorgesehene Säule (14), die in einem hinteren Bereich des Tischs (13) positioniert ist, sowie einen Hauptwellenkopf (15, 43), der auf der Säule (14) mit dem daran befestigten Werkzeug (22) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass:
    die Temperatursensoren (28–36) sowohl auf einer ersten Oberfläche von jedem der Bauteile (12–15), an welcher die Temperaturänderung größer ist, als auch auf zumindest einer zweiten Oberfläche jedes der Bauteile (12–15) vorgesehen sind, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt;
    der Versatzdetektor (25) den Versatzbetrag unter Berücksichtigung eines Verzugs ermittelt, der aus einem Unterschied im Temperaturanstieg zwischen der ersten Oberfläche mit der größeren Temperaturänderung und der gegenüberliegenden zweiten Oberfläche resultiert; und
    die Temperatursensoren (28–31) an oberen und unteren Oberflächen des Sockels (12) befestigt sind, und der Versatzdetektor (25) den Versatzbetrag unter Berücksichtigung des Neigungsbetrags des Sockels (12) ermittelt, der von einem vertikalen Verzug und einer Expansion des Sockels (12) nach vorn und hinten herrührt.
  • Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Korrigieren eines Betrags des thermischen Versatzes aufgrund einer Temperaturänderung in jedem der Bauteile einer Werkzeugmaschine (11, 41) vor, die ein Werkstück bearbeitet, während ein Werkzeug relativ zu dem Werkstück auf der Grundlage von Bearbeitungsdaten bewegt wird, gekennzeichnet durch:
    Bereitstellen von Temperatursensoren (28–36) zumindest sowohl auf einer ersten Oberfläche jedes Bauteils (12–15), auf welcher eine Temperaturänderung größer ist, als auch auf zumindest einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, wobei die Temperatursensoren (28–36) eine Temperatur jedes der Bauteile (12–15) messen;
    Ermitteln eines Betrags des thermischen Versatzes jedes Bauteils (12–15) unter Berücksichtigung des Verzugs, der aus einem Unterschied im Temperaturanstieg zwischen der ersten Oberfläche mit der größeren Temperaturänderung und der zweiten Oberfläche resultiert, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, auf der Grundlage der Messungen durch die Temperatursensoren (28–36);
    Umwandeln des Betrags des thermischen Versatzes in einen Versatzbetrag in jeder axialen Richtung an einem Bearbeitungspunkt (P);
    Korrigieren des Betrags der Bewegung relativ zu jeder Achse jeweils eines X-Achsenmotors (17), eines Y-Achsenmotors (18) und eines Z-Achsenmotors (19), entsprechend der Umwandlung durch die Umwandlungseinheit (25), wobei die Bauteile (12–15) den Werkzeugmaschinenkörper (11, 41) zusammensetzen, welcher beinhaltet: einen Sockel (12), einen auf dem Sockel (12) zum Halten des Werkstücks vorgesehenen Tisch (13), eine auf dem Sockel (12) vorgesehene Säule (14), die in einem hinteren Bereich des Tischs (13) positioniert ist, sowie einen Hauptwellenkopf (15, 43), der auf der Säule (14) mit dem daran befestigten Werkzeug (22) eingerichtet ist; und
    Ermitteln des Betrags des thermischen Versatzes unter Berücksichtigung eines Neigungsbetrags des Sockels (12) aufgrund eines Verzugs des Sockels (12) nach vorn und hinten, der auf Grundlage der Messung durch die Temperatursensoren von einem Unterschied im Temperaturanstieg zwischen den oberen und unteren Oberflächen des Sockels (12) herrührt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung messen Temperatursensoren die Temperaturen einer Vielzahl von Abschnitten in bezug auf die Bauteile eines Werkzeugmaschinekörpers. Ferner kann jeder Temperatursensor die Temperaturen sowohl auf einer ersten Oberfläche mit einer größeren Temperaturänderung als auch auf einer zweiten Oberfläche messen, die der ersten Oberfläche in bezug auf jedes Bauteil gegenüberliegt. Entsprechend kann der Grad der Temperaturänderung jedes Bauteils noch ausführlicher detektiert werden. Damit kann auch der Unterschied im Grad des Temperaturanstiegs zwischen der ersten Oberfläche mit der größeren Temperaturänderung und der zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, geschätzt werden, d. h., ein Versatz wie etwa das Verziehen aufgrund der Unterschiede in der thermischen Ausdehnung oder ähnlichem kann geschätzt werden. Somit kann der Betrag des thermischen Versatzes einschließlich Verziehens mit hinreichender Genauigkeit in bezug auf jede axiale Richtung jedes Bauteils geschätzt werden.
  • Der Betrag des Versatzes einschließlich Verziehens, der in Bezug auf jedes Bauteil erhalten wurde, wird an jedem Bearbeitungspunkt zu entsprechenden Beträgen des axialen Versatzes umgewandelt. Ein Bewegungsbetrag hinsichtlich jeder Achse kann korrigiert werden, so dass die Auswirkungen des axialen Versatzes von vornherein zu vermieden werden. Folglich kann entsprechend der vorliegenden Erfindung der Betrag des thermischen Versatzes genau geschätzt und die Bearbeitungsgenauigkeit durch die Korrektur hinreichend verbessert werden.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird eine gleichzeitig durch alle Temperatursensoren gemessene Anfangstemperatur als eine Referenztemperatur gespeichert. Die durch jeden Temperatursensor gemessene Temperatur zu einer gegebenen Zeit wird mit der Referenztemperatur verglichen, wobei eine Temperaturänderung in jedem Messort erhalten wird. Der Betrag des thermischen Versatzes jedes Bauteils kann auf der Grundlage der Temperaturänderung erhalten werden. Folglich wird der Betrag des thermischen Versatzes auf der Grundlage der Temperaturänderung zu einer gegebenen Zeit erhalten, wobei eine durch jeden Temperatursensor gleichzeitig gemessene Anfangszeit als Referenztemperatur dient. Dementsprechend wird auch dann, wenn der gemessene Temperaturwert jedes Temperatursensors einen Fehler beinhaltet, dieser Fehler nicht aufakkumuliert und es verbleibt keine Hysterese im System.
  • In diesem Fall kann jede Referenztemperatur bei Vervollständigung des Einspannvorgangs einer Schablone relativ zum Werkzeugmaschinenkörper vor Beginn der Bearbeitung gemessen werden. Dadurch wurde bestätigt, dass eine geeignete Referenztemperatur unter der Bedingung erhalten wurde, dass keine thermische Ausdehnung oder thermische Schrumpfung aufgrund von Temperaturänderungen oder keine Einflüsse der atmosphärischen Temperatur vorlagen.
  • Bei der Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedes den Werkzeugmaschinenkörper zusammensetzende Bauteil beinhalten: den Sockel, einen auf dem Sockel zum Halten des Werkstücks vorgesehenen Tisch, eine auf dem Sockel vorgesehene Säule, die an einem hinteren Teil des Tisches positioniert ist, sowie einen Hauptwellenkopf, der an der Säule und mit dem Werkzeug daran befestigt vorgesehen ist. Der Betrag des thermischen Versatzes wird in jedem Bauteil geschätzt und die Bearbeitungsgenauigkeit kann durch die Korrektur hinreichend verbessert werden.
  • Eine durch den thermischen Versatz, insbesondere durch einen Versatz in Richtung nach vorn und hinten, an dem Bearbeitungspunkt beeinflusste Zieleigenschaft betrifft im wesentlichen die Ausdehnung des Sockels nach vorn und hinten, ein Verziehen des Sockels in Richtung nach vorn und nach hinten, ein vertikales Verziehen der Säule, ein vertikales Verziehen des Hauptwellenkopfs oder eine Ausdehnung der Säule, des Hauptwellenkopfs und des Tischs nach vorn und nach hinten.
  • Dementsprechend kann der Betrag des Versatzes durch den Versatzdetektor unter Berücksichtigung eines Neigungsgrads des Sockels aufgrund eines Verzugs sowie auch eine Ausdehnung des Sockels nach vorn und/oder hinten ermittelt werden. Ferner kann der Betrag des Versatzes durch den Versatzdetektor unter Berücksichtigung eines Neigungsgrads der Säule aufgrund eines vertikalen Verzugs sowie auch einer Ausdehnung der Säule nach vorn und/oder hinten ermittelt werden. Ferner kann der Betrag des Versatzes durch den Versatzdetektor unter Berücksichtigung eines Neigungsgrads des Hauptwellenkopfs aufgrund eines vertikalen Verzugs sowie auch einer Ausdehnung des Hauptwellenkopfs nach vorn und/oder hinten ermittelt werden. Der Betrag des Versatzes aufgrund einer Ausdehnung des Tischs nach vorn und/oder hinten kann durch den Versatzdetektor ermittelt werden. Der Versatz nach vorn und/oder hinten an dem Maschinenpunkt kann korrigiert werden, so dass eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit in Richtungen nach vorn und hinten erhalten werden kann.
  • Wirkung der Erfindung:
  • Bei der Werkzeugmaschine und dem Korrekturverfahren für den Versatz in der Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird der thermische Versatz an einem Bearbeitungspunkt geschätzt und ein Betrag der Bewegung für jede Achse ermittelt, um den Versatz vorzubeugen. Bei der Werkzeugmaschine und dem Verfahren werden Temperatursensoren an einer Vielzahl von Abschnitten eines Werkzeugmaschinenkörpers eingerichtet. Basierend auf den Messungen durch die Temperatursensoren wird für jedes Bauteil ein Betrag des thermischen Versatzes unter Berücksichtigung eines Verziehens erhalten, das aus einem Unterschied im Temperaturanstieg zwischen einer ersten Oberfläche mit der größeren Temperaturänderung und einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, resultiert. Der Betrag des thermischen Versatzes jedes Bauteils wird in einen Betrag des Versatzes hinsichtlich jeder axialen Richtung an einem Bearbeitungspunkt umgewandelt. Ein Betrag der Bewegung relativ zu jeder Achse wird entsprechend der Umwandlung korrigiert. Folglich kann der Betrag des thermischen Versatzes verlässlich geschätzt und die Bearbeitungsgenauigkeit aufgrund der Korrektur hinreichend verbessert werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, in welcher ein Werkzeugmaschinenkörper gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in teilweisem Aufriss schematisch dargestellt ist;
  • 2 zeigt ein Blockdiagramm, in welchem eine elektronische Anordnung der Werkzeugmaschine schematisch dargestellt ist;
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm, in welchem der Verarbeitungsablauf eines Bearbeitungsvorgangs einschließlich der Korrektur des thermischen Versatzes durch die Werkzeugmaschine dargestellt ist;
  • 4A zeigt in übertriebener Darstellung eine Seitenansicht mit der Ausdehnung eines Sockels in Y-Achsenrichtung;
  • 4B zeigt in übertriebener Darstellung eine Seitenansicht mit einem Verzug des Sockels;
  • 4C zeigt in übertriebener Darstellung eine Seitenansicht mit einem Verzug einer Säule;
  • 4D zeigt in übertriebener Darstellung eine Seitenansicht mit einem Verzug eines Hauptwellenkopfs;
  • 4E zeigt in übertriebener Darstellung eine Seitenansicht mit einem Verzug der Säule, des Hauptwellenkopfs und eines Tischs in der Y-Achsenrichtung;
  • 5 zeigt einen Versatz aufgrund einer thermischen Ausdehnung und Schrumpfung in Y-Richtung, das Vorliegen oder Fehlen eines Versatzes aufgrund eines Verzugs und eine Richtung des Versatzes;
  • 6 zeigt eine Seitenansicht mit den Größendimensionen des Werkzeugmaschinenkörpers, welche zur Schätzung des Betrags des Versatzes verwendet werden;
  • 7 zeigt eine Seitenansicht eines Neigungswinkels aufgrund des Verzugs jedes Bauteils des Werkzeugmaschinenkörpers;
  • 8A zeigt eine Ansicht (Nummer 1) mit den Temperaturänderungen jedes Abschnitts gegen den Ablauf der Zeit gemäß einem ersten Experiment;
  • 8B zeigt eine Ansicht (Nummer 2) mit den Temperaturänderungen jedes Abschnitts gegen den Ablauf der Zeit in einem ersten Experiment;
  • 9 zeigt eine Ansicht mit den tatsächlich gemessenen Werten für den Versatzbetrag jedes Bauteils;
  • 10 zeigt eine Seitenansicht mit einer Messposition eines Messsensors;
  • 11 zeigt eine Ansicht mit dem gemessenen Wert und dem berechneten Wert des Versatzbetrages auf der Oberseite am vorderen Ende des Sockels;
  • 12A zeigt eine Ansicht mit dem gemessenen Wert und dem berechneten Wert für den Versatzbetrag in einem oberen Teil der Hauptwelle;
  • 12B zeigt eine Ansicht mit dem gemessenen Wert und dem berechneten Wert für den Versatzbetrag in einem unteren Teil der Hauptwelle;
  • 13 zeigt eine Ansicht mit den Änderungen in der Raumtemperatur, der Temperatur des Schneidwassers und den Temperaturänderungen in der Werkzeugmaschine gegen den Ablauf der Zeit in einem zweiten Experiment;
  • 14A zeigt eine Ansicht mit den tatsächlich gemessenen Werten für den Versatzbetrag in der Y-Richtung in dem oberen Teil der Hauptwelle und ein Versatzbetrag, wenn eine Korrektur basierend auf der Gleichung (1) ausgeführt wurde;
  • 14B zeigt eine Ansicht mit den tatsächlich gemessenen Werten für den Versatzbetrag in der Y-Richtung in dem unteren Teil der Hauptwelle und ein Versatzbetrag, wenn eine Korrektur basierend auf der Gleichung (1) ausgeführt wurde;
  • 15A zeigt eine Ansicht mit den tatsächlich gemessenen Werten für den Versatzbetrag in der Y-Richtung in dem oberen Teil der Hauptwelle und einen Versatzbetrag, wenn die Korrektur basierend auf der Gleichung (2) ausgeführt wurde;
  • 15b zeigt eine Ansicht mit den tatsächlich gemessenen Werten für den Versatzbetrag in der Y-Richtung in dem unteren Teil der Hauptwelle und einen Versatzbetrag, wenn die Korrektur basierend auf der Gleichung (2) ausgeführt wurde;
  • 16 zeigt eine Ansicht ähnlich 13 gemäß einem dritten Experiment;
  • 17A zeigt eine Ansicht ähnlich 14A gemäß dem dritten Experiment;
  • 17B zeigt eine Ansicht ähnlich 14B gemäß dem dritten Experiment;
  • 18A zeigt eine Ansicht ähnlich 15A gemäß dem dritten Experiment;
  • 18B zeigt eine Ansicht ähnlich 158 gemäß dem dritten Experiment;
  • 19 zeigt eine Ansicht ähnlich 6, wobei ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt ist; und
  • 20 zeigt in schematischer Darstellung eine Seitenansicht der Werkzeugmaschine anhand eines herkömmlichen Beispiels.
  • Bezugszeichenliste
    • 11, 41
    ein Werkzeugmaschinekörper
    12
    ein Sockel
    13
    ein Tisch
    14
    eine Säule
    15, 43
    ein Hauptwellenkopf
    16
    eine XY-Bewegungsvorrichtung
    20, 42
    eine Hauptwelle
    22
    ein Werkzeug
    25
    eine Steuervorrichtung (ein Versatzdetektor, eine Umwandlungseinheit, eine Korrektureinheit)
    26
    eine Speichervorrichtung (Speichereinheit für die Referenztemperatur)
    27
    ein Bedienfeld
    28–36
    Temperatursensoren
    W
    ein Werkstück
    P
    ein Bearbeitungspunkt.
  • Bevorzugte Form zum Ausführen der Erfindung:
  • Die Erfindung wird mit bezug auf die beigefügten Zeichnungen in größerem Detail beschrieben. Die 1 bis 18B illustrieren ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Werkzeugmaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel weist einen Werkzeugmaschinenkörper (Bearbeitungszentrum) 11 und eine Steuervorrichtung 25 (siehe 2) auf, die weiter unten beschrieben wird. Mit bezug auf 1 wird der Aufbau des Werkzeugmaschinenkörpers 11 schematisch dargestellt. In dem Ausführungsbeispiel ist eine X-Richtung auf eine horizontale Richtung mit bezug auf den Körper 11 bezogen, eine Y-Richtung auf eine Vor- und -Zurück-Richtung bezogen, und eine Z-Richtung auf eine vertikale Richtung bezogen. Die Steuerung jeder Achse wird auf der Grundlage eines dreidimensionalen (XYZ) Koordinatensystem speziell für diese Werkzeugmaschine durchgeführt.
  • Der Körper 11 der Werkzeugmaschine weist einen Sockel 12, einen Tisch 13, eine Säule 14 und einen Hauptwellenkopf 15 auf, von welchen jedes als Bauteil dient, wie in den 4A bis 4E und 6 dargestellt ist. Der Sockel 12 wird beispielsweise auf der Bodenfläche einer Werkstatt oder Fabrikanlage installiert. Der Tisch 13 ist an der Vorderseite des Sockels 12 befestigt, um ein Werkstück W (siehe 4A etc.) zu halten. Die Säule 14 ist auf einer XY-Bewegungsvorrichtung 16 positioniert, und ferner in einem hinteren Bereich des Sockels 12 angeordnet, wobei sie sich nach oben erstreckt. Der Hauptwellenkopf 15 ist an der Vorderseite der Säule 14 befestigt. Die XY-Bewegungsvorrichtung 16 schließt einen X-Achsenmotor 17 und einen Y-Achsenmotor 18 ein, von welchen jeder einen Servomotor aufweist. Die Motoren 17 und 18 sind lediglich in 2 gezeigt. Somit ist die Säule 14 dazu eingerichtet, in der horizontalen Richtung (X-Achse) und in der Richtung nach vorn und hinten (Y-Achse) relativ zu dem Sockel 12 bewegt zu werden.
  • Der Hauptwellenkopf 15 ist an der Säule 14 befestigt, um vertikal bewegt zu werden. Eine vertikale Bewegungsvorrichtung ist in der Säule 14 eingeschlossen, um den Hauptwellenkopf 15 frei in der vertikalen Richtung (Z-Achse) zu bewegen. Die vertikale Bewegungsvorrichtung schließt einen Z-Achsenmotor 19 (lediglich in 2 dargestellt) ein, der einen Servomotor und eine bekannte Kugelgewinde-Spindelvorrichtung (nicht dargestellt) aufweist. Der Hauptwellenkopf 15 ist mit einer nach unten gerichteten Hauptwelle 20 versehen. Dazu ist ein Hauptwellenmotor 21 zum Drehen der Hauptwelle 20 vorgesehen, welcher einen Servomotor umfasst. Die Hauptwelle 20 besitzt ein distales Ende (unteres Ende), an welcher ein Werkzeug 22 wie etwa ein Bohrer oder ein Schneidwerkzeug befestigt wird, die austauschbar sind. Ein Werkzeugtauscher ist ebenfalls an der Säule befestigt, um das Werkzeug 22 automatisch auszutauschen, obwohl dies nicht dargestellt ist.
  • Der Sockel 12 ist beispielsweise aus Gusseisen (Gussmetall) hergestellt und besitzt eine horizontal mittige Oberfläche, die in rückwärtiger Richtung nach unten geneigt ist. Eine Schablone (nicht dargestellt) ist dazu eingerichtet, in den Tisch 13 eingespannt zu werden, um das Werkstück W zu halten. Das Werkstück W ist im hinteren Bereich des Tischs 13 bei der Bearbeitung positioniert. Ferner ist ein Spritzschutzdeckel vorgesehen, um den Körper 11 der Werkzeugmaschine – obwohl ebenfalls nicht dargestellt – abzudecken.
  • Eine Zirkulationsvorrichtung für Schneidwasser ist in dem Körper 11 zum Kühlen des Werkzeugs 22 (Bearbeitungspunkt P) und zum Wegwaschen des von der Bearbeitung herrührenden Schneidstaubs vorgesehen, obwohl dies nicht im Detail gezeigt ist. Die Zirkulationsvorrichtung für das Schneidwasser weist einen Behälter (Tank) zum Vorhalten des Schneidwassers, eine Zirkulationspumpe 24 für das Schneidwasser (nur in 2 dargestellt), Leitungen, Ventile und ähnliches auf. Die Zirkulationsvorrichtung für das Schneidwasser stößt das Schneidwasser, das aus dem Behälter herausgepumpt wurde, in Richtung auf das geschnittene Teil aus, und führt dann das Schneidwasser über die Oberseite des Sockels 12 in den Behälter zurück, und fängt dabei den Schneidstaub am Behälter auf, während das Schneidwasser zirkuliert wird.
  • Die Steuervorrichtung (NC-Vorrichtung) 25 ist auf dem Körper 11 der Werkzeugmaschine zum Steuern des Körpers 11 wie in 2 dargestellt vorgesehen. Die Steuervorrichtung 25 kann integral mit dem Körper 11 ausgeführt sein. Die Steuervorrichtung 25 weist im Wesentlichen einen Mikrocomputer (nicht dargestellt) und eine Speichervorrichtung 26 auf. Die Speichervorrichtung 26 speichert ein vollständiges Steuerprogramm einschließlich eines Korrekturprogramms für einen thermischen Versatz, das später zu beschreiben ist. Ferner speichert die Speichervorrichtung 26 Bearbeitungsdaten (NC-Programm) und verschiedene Daten einschließlich Referenztemperaturdaten, die weiter unten zu beschreiben sind.
  • Die Steuervorrichtung 25 steuert über Antriebsschaltungen (Servoverstärker) den X-Achsenmotor 17, den Y-Achsenmotor 18, den Z-Achsenmotor 19 und den Hauptwellenmotor 21. Die Antriebsschaltungen (Servoverstärker) sind nicht dargestellt. Damit steuert die Steuervorrichtung 25 ebenfalls den Werkzeugtauscher und die Zirkulationsvorrichtung für das Schneidwasser (die Zirkulationspumpe 24 für das Schneidwasser). Ferner werden Betriebssignale von dem Bedienfeld 27 an den Steuerschaltkreis 25 geleitet.
  • Im Ergebnis wird ein aktuell erforderliches Werkzeug 22 durch die Steuervorrichtung 25 basierend auf dem vorab eingegebenen Bearbeitungsprogramm (NC-Programm) an der Hauptwelle 20 befestigt. Die Säule 14 wird in der horizontalen Richtung (die X- und Y-Richtungen) durch die XY-Bewegungsvorrichtung relativ zu dem Werkstück W, das auf dem Tisch 13 gehalten wird, positioniert. Anschließend wird das Werkzeug 22 (die Hauptwelle 20) gedreht, während der Hauptwellenkopf 15 vertikal in der Z-Richtung bewegt wird, so dass das Werkstück W dazu gebracht wird, an einer vorbestimmten Position (dem Bearbeitungspunkt P) zu wirken. Im Ergebnis wird ein Bearbeitungsvorgang wie etwa ein Bohren, Schneiden oder ähnliches automatisch an dem Werkstück W ausgeführt. Ferner steuert in diesem Fall die Steuervorrichtung 25 die Zirkulationsvorrichtung für das Schneidwasser (die Zirkulationspumpe 24 für das Schneidwasser), um das Werkzeug 22 (Bearbeitungspunkt P) zu kühlen und den Schneidstaub von dem Tisch 13 und dem Sockel 12 wegzuwaschen.
  • Bei dem Ausführen des Bearbeitungsvorgangs schätzt die Steuervorrichtung 25 einen Betrag für den Versatz (einen Betrag des Versatzes von dem ursprünglichen Bearbeitungspunkt aus gesehen) an dem Bearbeitungspunkt P aufgrund des thermischen Versatzes wie etwa einer thermischen Ausdehnung jedes Bauteils des Körpers 11 mit Hilfe der Softwarekonfiguration (Ausführen des Korrekturprogramms für den thermischen Versatz). Die Steuervorrichtung 25 korrigiert einen Betrag der Bewegung (eine Ziehposition jeweils des X-Achsenmotors 17, des Y-Achsenmotors 18 und des Z-Achsenmotors 19) auf jeder Achse (X-Achsenmotor 17, Y-Achsenmotor 18 und Z-Achsenmotor 19), so dass die Auswirkungen des Versatzes vermieden werden. Insoweit ist das Korrekturverfahren für den thermischen Versatz entsprechend dem Ausführungsbeispiel durchgeführt.
  • Zum Zweck der Korrektur des thermischen Versatzes werden in dem Ausführungsbeispiel Temperatursensoren 28 bis 36 an einer Vielzahl von Temperaturmesspunkten mit verschiedenen Graden der Temperaturänderungen in Bezug auf die den Körper 11 zusammensetzenden Bauteile befestigt. Temperaturmesssignale werden von den Temperatursensoren 28–36 zu der Steuervorrichtung 25 geleitet.
  • In diesem Fall sind die Temperatursensoren 28–36 sowohl auf einer ersten Oberfläche jedes Bauteils, auf welcher eine Temperaturänderung größer ist, als auch auf einer zweiten Oberfläche jedes Bauteils vorgesehen, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, vorgesehen. In diesem Fall wird jedes Bauteil bzw. der Sockel 12, die Säule 14 und der Hauptwellenkopf 15 berücksichtigt.
  • Insbesondere ist auf dem Sockel 12 der Temperatursensor 28 zum Messen der Temperatur (TB-UF) der vorderen oberen Oberfläche des Sockels 12 (zur Seite des Tischs 13 hin), der Temperatursensor 29 zum Messen der Temperatur (TB-BF) der vorderen Unterseite, der Temperatursensor 30 zum Messen der Temperatur (TB-UR) der hinteren oberen Oberfläche (zur Seite der Säule 14 hin) und der Temperatursensor 31 zum Messen der Temperatur (TB-BR) der hinteren Unterseite wie in 1 dargestellt vorgesehen. In diesem Fall dient die obere Oberfläche des Sockels 2 als Oberfläche, an welcher die Temperaturänderung größer ist.
  • An der Säule 14 sind der Temperatursensor 32 zum Messen der Temperatur (TC-F) der Frontoberfläche der Säule 14 und der Temperatursensor 33 zum Messen der Temperatur (TC-B) der Rückoberfläche der Säule 14 eingerichtet. In diesem Fall dient die Vorderoberfläche der Säule 14 als Oberfläche, an welcher die Temperaturänderung größer ist. Ferner sind auf dem Hauptwellenkopf 15 ein Temperatursensor 34 zum Messen der Temperatur (TSP-U) der oberen Oberfläche des Hauptwellenkopfs 15 und der Temperatursensor 35 zum Messen der Temperatur (TSP-D) der Unterseite des Hauptwellenkopfs 15 vorgesehen. In diesem Fall dient die obere Oberfläche des Hauptwellenkopfs 15 als Oberfläche, an welcher die Temperaturänderung größer ist. Auf dem Tisch 13 ist der Temperatursensor 36 zum Messen der Temperatur (TT) des Tischs 13 vorgesehen.
  • Die Steuervorrichtung 25 speichert als Referenztemperaturen T0 Anfangstemperaturen, die zur gleichen Zeit durch die Temperatursensoren 28–36 gemessen wurden, in der Speichervorrichtung 26, wie im Detail noch bei der Beschreibung des Betriebs erläutert wird. Dementsprechend dient die Speichervorrichtung 26 als Speichereinheit für die Referenztemperatur. In diesem Fall ist die Referenztemperatur (T0) derjenige Wert, der zur Zeit der Vervollständigung des Einspannens der Schablone auf dem Werkzeugmaschinenkörper 11 vor Beginn des Bearbeitungsvorgangs in dem Ausführungsbeispiel gemessen wird.
  • Die Steuervorrichtung 25 lädt zu beliebiger Zeit (diejenige Zeit, für die in den Bearbeitungsdaten (NC-Programm) ein Korrektursignal vorliegt) aktuell durch die Temperatursensoren 28–36 gemessene Temperaturen (T). Die geladenen und gemessenen Temperaturen werden mit den Referenztemperaturen (T0) verglichen, wobei Temperaturänderungen (ΔT) für die entsprechenden Temperaturmessabschnitte erhalten werden. Beträge für den thermischen Versatz der Bauteile (der Sockel 12, der Tisch 13, die Säule 14 und der Hauptwellenkopf 15) werden ermittelt und in Beträge für den Versatz in den entsprechenden axialen Richtungen am Bearbeitungspunkt P umgewandelt. Beträge für die Bewegung (Position der Hauptwelle 20) auf den entsprechenden Achsen werden gemäß den umgewandelten Beträgen für den Versatz korrigiert. Dementsprechend dient die Steuervorrichtung 25 als Detektor für den Temperaturunterschied, als Detektor für den Versatzbetrag, als Umwandlungseinheit und als Korrektureinheit.
  • Ferner ermittelt die Steuervorrichtung 25 den Betrag für den thermischen Versatz jedes Bauteils unter Berücksichtigung sowohl der thermischen Ausdehnung und Schrumpfung als auch des Verzugs aufgrund des Unterschieds im Grad des Temperaturanstiegs. Insbesondere erhält die Steuervorrichtung 25 einen Versatzbetrag aufgrund der Ausdehnung in Richtung nach vorn und hinten des Sockels 12, ein Betrag für die Neigung aufgrund des Verziehens nach unten und nach vorn des Sockels 12, einen Betrag der Neigung aufgrund des vertikalen Verziehens der Säule 14, ein Betrag der Neigung aufgrund des vertikalen Verzugs des Hauptwellenkopfs 15, ein Betrag für den Versatz aufgrund der Ausdehnung nach vorn und nach hinten jeweils der Säule 14, des Hauptwellenkopfs 15 und des Tischs 13. Die Steuervorrichtung 25 schätzt den Betrag für den thermischen Versatz in jeder axialen Richtung an dem Bearbeitungspunkt P (Hauptwelle 20) und insbesondere an dem Bearbeitungspunkt P (Hauptwelle 20) in der Y-Richtung aus der Summierung.
  • Der Betrieb wird nun mit bezug auf die 3 bis 6 beschrieben. Jedes Bauteil dehnt sich thermisch aufgrund verschiedener Umstände der Wärmeerzeugung wie etwa die Wärmeerzeugung durch die Motoren 17, 18, 19 und 21, Reibungswärme der Antriebsvorrichtungen, Reibung zwischen dem Werkzeug 22 und dem Werkstück W beim Bearbeitungsvorgang aus. Dadurch wird die Temperatur der Schneidwand auf eine hohe Temperatur angehoben, woraus eine Vergrößerung der thermischen Ausdehnung mit dem Temperaturanstieg in der oberen Oberfläche des Sockels 12 resultiert, auf welcher das Schneidwasser fließt. Der vorerwähnte thermische Versatz jedes Bauteils resultiert in einem Bearbeitungsfehler an dem Bearbeitungspunkt P. Um dem Bearbeitungsfehler vorzubeugen, schätzt die Steuervorrichtung 25 den thermischen Versatz am Bearbeitungspunkt P unter Verwendung von Gleichungen, die später beschrieben werden, und korrigiert den Betrag der Bewegung auf jeder Achse (Position der Hauptwelle 20), so dass dem Versatz entgegengetreten wird.
  • In diesem Fall tritt der thermische Versatz in den drei axialen Richtungen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) auf. In bezug auf den thermischen Versatz in der X-Richtung ist die thermische Ausdehnung jedes Abschnitts usw. beidseitig symmetrisch relativ zum Bearbeitungspunkt P. Folglich wird die Bearbeitungsgenauigkeit nicht am Bearbeitungspunkt P beeinflusst. Mit bezug auf den thermischen Versatz in der Z-Richtung wird die Welle der Kugelgewindespindel durch Reibungswärme der Kugelgewindespindel-Vorrichtung, welche den Hauptwellenkopf 15 vertikal bewegt, thermisch gedehnt oder geschrumpft. Die thermische Ausdehnung oder Schrumpfung der Kugelgewindespindel wird in diesem Fall am größten. Ein Korrekturverfahren für den thermischen Versatz ist bekannt, welches den thermischen Versatz in der Z-Richtung korrigiert, welcher von der thermischen Ausdehnung oder Schrumpfung der Kugelgewindespindel herrührt, siehe z. B. eine frühere Anmeldung durch denselben Anmelder der vorliegenden Erfindung, nämlich JP-A-2000-135653 . Dementsprechend wird an dieser Stelle auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet.
  • Der thermische Versatz jedes der Bauteile wird problematisch hinsichtlich des thermischen Versatzes in der Y-Richtung. Der thermische Versatz in der Y-Richtung wird in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Die 4A bis 4E sind übertrieben dargestellte Seitenansichten, in welchen der thermische Versatz jedes der Bauteile des Werkzeugmaschinenkörpers 11 gezeigt ist. In den 4B, 4C und 4D deutet der Wortlaut ”HIGH” eine Oberfläche mit größerer Temperaturänderung an, während ein Wortlaut ”LOW” eine Oberfläche andeutet, die der Oberfläche der größeren Temperaturänderung gegenüberliegt und die eine vergleichsweise geringere Temperaturänderung aufzeigt. Ferner zeigt 5 anhand einer Liste den Versatz aufgrund der thermischen Ausdehnung und Schrumpfung in der Y-Richtung, das Vorhandensein oder Fehlen des Versatzes aufgrund des Verziehens und eine Richtung des Versatzes. In 5 bezeichnet eine + Richtung eine solche Richtung, in welcher der Raum zwischen der Hauptwelle 20 und dem Tisch 13 verbreitert ist (zwischen der Rückseite in bezug auf die Hauptwelle 20 und der Vorderseite in bezug auf den Tisch 13).
  • 4A zeigt die Ausdehnung des Sockels 12 aufgrund thermischer Ausdehnung in der Y-Achsenrichtung. Dieser Ausdehnungsversatz tritt in derjenigen Richtung auf, in welcher die Vorderseite (die Seite des Tisches 13) und die Rückseite (die Seite hin zur Säule 14) voneinander nach hinten bzw. vorn in bezug auf eine Mitte 0b des Sockels 12 in Richtung der Richtung vor- und rückwärts wegbewegt werden. 4B zeigt den Verzug des Sockels 12. Weil die thermische Ausdehnung größer auf der oberen Oberfläche des Sockels 12 mit einer größeren Temperaturänderung als auf der unteren Seite ist, wird ein solcher Verzug verursacht, dass die mittlere obere Oberfläche des Sockels 12 ausgedehnt wird (und dementsprechend der Tisch 13 und die Hauptwelle 20 geneigt werden).
  • 4C zeigt den Verzug der Säule 14. Weil die thermische Ausdehnung auf der Vorderseite der Säule 14 einer größeren Temperaturänderung unterliegt als auf der Rückseite, wird ein solcher Verzug hervorgerufen, dass die obere Seite der Säule 14 sich nach hinten neigt (und dementsprechend auch die Hauptwelle 20 geneigt wird). 4D zeigt das Verziehen des Hauptwellenkopfs 15. Weil die thermische Ausdehnung auf der oberen Oberfläche des Hauptwellenkopfs 15 mit der größeren Temperaturänderung als auf der Unterseite größer ist, wird ein solcher Verzug hervorgerufen, dass die mittlere obere Oberfläche des Hauptwellenkopfs 15 nach oben ausgedehnt wird (und dementsprechend die Hauptwelle 20 geneigt wird).
  • 4E zeigt die Ausdehnung der Säule 14, des Hauptwellenkopfes 15 und des Tisches 13 in der Y-Richtung. Die Säule 14 und der Hauptwellenkopf 15 werden so ausgedehnt, dass die Hauptwelle 20 nach vorn verschoben wird, und zwar so, dass die Seite des Tisches 13 zum hinteren Ende hin nach hinten vorgeschoben wird (d. h., die Seite auf welcher das Werkstück W angebracht ist).
  • Ein Versatz aufgrund des Verziehens des Tisches 13 ist so gering, dass er außer acht gelassen werden kann.
  • Der Betrag δ des thermischen Versatzes in der Y-Richtung an dem Bearbeitungspunkt P (die Hauptwelle 20) betrifft eine Summation des Versatzbetrages jedes Bauteils in der Y-Richtung und kann aufgrund der folgenden Beziehung erhalten werden:
    Versatzbetrag δ = Σ (Ausdehnung jedes Abschnitts + Neigungaufgrund Verziehens)
    = (Ausdehnung des Sockels 12 zur Seite des Tisches 13 + Ausdehnung des Sockels 12 zur Seite der Säule 14)
    + (Y-Achsenversatz umgewandelt aus der Neigung des Sockels 12 zur Seite des Tisches 13
    + Y-Achsenversatz umgewandelt aus der Neigung des Sockels 12 zur Seite der Säule 14)
    + (Y-Achsenversatz umgewandelt aus der Neigung der Säule 14)
    + (Y-Achsenversatz umgewandelt aus der Neigung des Hauptwellenkopfs 15)
    – (Ausdehnungder Säule 14 + Ausdehnung des Hauptwellenkopfs 15 + Ausdehnung des Tisches 13).
  • Dementsprechend kann der Betrag δ des Versatzes dadurch berechnet werden, dass man die Terme der obigen Gleichung ermittelt (schätzt). Jeder Term kann unter Verwendung der Temperaturänderung aus der Referenztemperatur an jedem Temperaturmesspunkt, Konstanten wie etwa der lineare Ausdehnungskoeffizient, Größendimensionen der Teile und so weiter (soweit erforderlich), sowie Parametern (Korrekturfaktoren) die vorab aus Experimenten und ähnlichem ermittelt wurden, erhalten werden.
  • In diesem Fall kann die Ausdehnung aus der Differenz ΔT der Temperatur (T), die an jedem Temperaturmessort gemessen wurde, und der Referenztemperatur (T0) für den Ort und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten λ erhalten werden. Ferner kann der aus der Neigung umgewandelt Y-Versatz aus dem Sinus der Neigung Θ erhalten werden. Die Neigung kann erhalten werden aus dem Unterschied zwischen der Ausdehnung derjenigen Seite mit der größeren Temperaturänderung und der Ausdehnung der Seite mit der kleineren Temperaturänderung. Ein konkretes Beispiel der Berechnung wird mit bezug auf die 6 und 7 erläutert.
  • 6 zeigt die Größendimensionen der Teile der Werkzeugmaschine 11, die für die Berechnung verwendet werden. Das Symbol ”L” bezeichnet die volle Länge des Sockels 12 in der Y-Richtung. Das Symbol ”S-Tisch” bezeichnet die Länge von der Mitte 0b des Sockels 12 in der Y-Richtung zu der Mitte 0t des Tischs 13 in der Y-Richtung. Das Symbol ”S-Säule” bezeichnet die Länge von der Mitte 0b des Sockels 12 in der Y-Richtung bis zu der Mitte 0c der Säule 12 in der Y-Richtung. Das Symbol ”H-Sockel-F” bezeichnet die Höhe des vorderen Endes des Sockels 12. Das Symbol ”H-Sockel-R” bezeichnet die Höhe des hinteren Endes des Sockels 12. Das Symbol ”H-Tisch” bezeichnet die Höhe des Tischs 13. Das Symbol ”H-Werk” bezeichnet die Höhe (Variable) des Werkstücks W (von der oberen Oberfläche des Tischs 13 bis zum Bearbeitungspunkt P).
  • Das Symbol ”H-Säule 3” bezeichnet die Höhe der Säule 14 (einschließlich der XY-Bewegungsvorrichtung 16) bis zu der oberen Oberfläche des Tischs 13. Das Symbol ”H-Säule 2” bezeichnet die Höhe von der oberen Oberfläche des Tischs 13 bis zu dem unteren Ende des Körpers der Säule 14. Das Symbol ”H-Säule 1” bezeichnet die Höhe des Körpers der Säule 14. Das Symbol ”Z-Mitte” bezeichnet die momentane Position der Z-Achse des Hauptwellenkopfs 15 (variabel). Das Symbol ”L-Säule” bezeichnet die Länge von der Mitte 0c der Säule 14 in der Y-Richtung bis zu der Vorderseite der Säule 14. Das Symbol ”L-SP” bezeichnet die Länge von der Vorderseite der Säule 14 bis zu der Mitte 0s der Hauptwelle 20. Das Symbol ”L-Tisch” bezeichnet die Länge von der Mitte 0s der Hauptwelle 20 bis zu der Mitte 0t des Tischs 13.
  • Das Symbol ”H-SP-1” bezeichnet die Höhe des Sockels des Hauptwellenkopfs 15. Das Symbol ”H-SP-2” bezeichnet die Höhe von der Unterseite des Hauptwellenkopfs 15 bis zu der Position der Z-Achse. Das Symbol ”H-tool” bezeichnet die Höhe des Werkzeugs 22. In diesem Fall gilt die Beziehung H-Werk + H-tool + H-SP-2 = Z-Mitte + H-Säule2.
  • ”H-Werk” und ”Z-Mitte” nehmen variable Werte an, während die anderen Werte fest sind. Der Wert von ”H-Werk” kann aus den aktuellen Werten von ”Z-Mitte” und ”H-tool” erhalten werden.
  • Ferner zeigt 7 die Neigungen der Teile des Werkzeugmaschinenkörpers 11 aufgrund Verzugs, wobei diese Neigungen für die Berechnung verwendet werden. Eine Referenzlinie bezeichnet eine solche Linie, welche durch die Mitte 0b des Sockels 12 in der Y-Richtung verläuft. Das Symbol ”Θ-Sockel-F” bezeichnet eine Neigung des vorderen Endes des Sockels 12. Das Symbol ”Θ-Sockel-R” bezeichnet eine Neigung des hinteren Endes des Sockels 12. Ferner bezeichnet das Symbol ”Θ-Tisch” eine Neigung in der Mitte 0t des Tischs 13. Das Symbol ”Θ-Säule” bezeichnet eine Neigung in der Mitte 0c der Säule 14.
  • Nun werden Berechnungsbeispiele aufeinanderfolgend beschrieben. In der folgenden Beschreibung bezeichnen die Symbole ”TB-UF-0”, ”TB-BF-0”, ”TB-UR-0”, ”TB-BR-0”, ”TC-F-0”, ”TC-B-0”, ”TSP-U-0”, ”TSP-D-0” und ”TT-0” Referenztemperaturen, die durch die entsprechenden Temperatursensoren 28 bis 36 gemessen werden und gespeichert werden. Insbesondere werden die durch die Temperatursensoren 28 bis 36 (T plus Suffix) gemessenen Temperaturen mit einem weiteren Suffix ”-0” versehen.
  • (a) Betrag des Versatzes aufgrund der Ausdehnung des Sockels 12:
  • Die Ausdehnung [δb1-Tisch] aufgrund der Ausdehnung des Sockels 12 zur Seite des Tischs 13 hin wird erhalten durch: [δb1-Tisch] = λ·ΔTBF·(S-Tisch), wobei ΔTBF = (TB-BF) – (TB-BF-0).
  • Ähnlich wird die Ausdehnung [δb1-Säule] aufgrund der Ausdehnung des Sockels 12 hin zu der Säule 14 erhalten durch: [δb1-Säule] = λ·ΔTBR·(S-Säule), wobei ΔTBR = (TB-BR) – (TB-BR-0).
  • Weil ein Versatzbetrag aufgrund der Ausdehnung des Sockels 12 die obige Summe ist, kann der Ausdruck [δb1-Tisch] + [δb1-Säule], erhalten werden.
  • (b) Neigung aufgrund des Verzugs des Sockels 12:
  • Ein Versatzbetrag [δb2-Tisch] am Bearbeitungspunkt 2 aufgrund der Neigung des Sockels 12 hin zu der Seite des Tischs 13 wird zunächst wie folgt erhalten:
    (b-1) Die Neigung [Θ-Sockel-F] wird erhalten aus der folgenden Gleichung: [Θ-Sockel-F] = sin–1(λ·(ΔTUF – ΔTBF)·(L/2)/(H-Sockel-F).
    (b-2) Die Neigung [Θ-Tisch] in der Mitte 0t des Tischs 13 wird durch die proportionale Verteilung erhalten: [Θ-Tisch] ≈ [Θ-Sockel-F]·(S-Tisch)/(L/2).
    (b-3) Weil der Unterschied in dem Versatzbetrag zwischen der Mitte 0t des Tischs 13 und dem Bearbeitungspunkt P so gering ist, kann [δb2-Tisch] wie folgt angenähert werden: [δb2-Tisch] ≈ sin[Θ-Tisch]·((H-Tisch) + (H-Werk).
  • Ähnlich kann der Versatzbetrag [δb2-Säule] am Bearbeitungspunkt P aufgrund der Neigung des Sockels 12 hin zu der Seite der Säule 14 wie folgt erhalten werden:
    (b-4) Die Neigung [Θ-Sockel-R] des hinteren Endes des Sockels 12 kann aus der folgenden Gleichung erhalten werden: [Θ-Sockel-R] = sin–1(λ·(ΔTUR – ΔTBR)·(L/2)/(H-Sockel-R).
    (b-5) Die Neigung [Θ-Säule] in der Mitte 0c der Säule 14 wird durch die proportionale Verteilung erhalten: [Θ-Säule] ≈ [Θ-Sockel-R]·(S-Säule)/(L/2).
    (b-6) Der Versatzbetrag (δb2-Säule] am Bearbeitungspunkt P kann wie folgt angenähert werden: [δb2-Säule] ≈ sin[Θ-Säule]·((H-Säule) + (H-Werk).
  • Die Neigung aufgrund Verziehens des Sockels 12 kann durch [δb2-Tisch] + [δb2-Säule] erhalten werden.
  • (c) Die Neigung [δc] aufgrund des Verzugs der Säule 14:
  • Die Neigung [Θ-Säule-U] des vorderen Endes der Säule 14 kann aus der folgenden Gleichung erhalten werden: [Θ-Säule-U] = sin–1(λ·(ΔTC-F – ΔTC-R)·((H-Säule)/(L-Säule)·2)).
  • Die Neigung [Θ-sp] in der Mitte des Hauptwellenkopfs 15 wird wie folgt erhalten: [Θ-sp] ≈ sin[Θ-Säule-U]·(Z-Mitte)/(H-Säule1)
  • Aus diesem kann der Versatzbetrag [δc] am Bearbeitungspunkt P aufgrund des Verzugs der Säule 14 wie folgt erhalten werden: [δc] ≈ sin[Θ-sp]·(L-SP).
  • (d) Die Neigung [δsp] aufgrund Verziehens des Hauptwellenkopfs 15:
  • Die Neigung [Θ-SP-U] in der Mitte 0s der Hauptwelle 20 kann durch die folgende Gleichung erhalten werden: [Θ-SP-U] = sin–1(λ·(ΔT-SP-U – ΔTSP-D)·(L-SP)/(H-SP2).
  • Dementsprechend kann der Versatzbetrag [δsp] am Bearbeitungspunkt P aufgrund Verziehens des Hauptwellenkopfs 15 wie folgt erhalten werden durch: [δSP] ≈ sin[Θ-SP-U]·((H-SP-2) + (H-tool).
  • (e) Der Versatzbetrag aufgrund der Ausdehnung der Säule 14, des Hauptwellenkopfs 15 und des Tischs 13:
  • Ein Versatzbetrag [δ-andere) am Bearbeitungspunkt P aufgrund der Ausdehnung der Säule 14, des Hauptwellenkopfs 15 und des Tischs 13 kann durch folgende Gleichung erhalten werden: [δ-andere] = λ·{(ΔTSP)·(L-SP) + (ΔTC-F)·(L-Säule) + (ΔTT)·(L-Tisch)].
  • Aus den obigen Abschnitten (a) bis (e) kann der Gesamtversatzbetrag δ am Bearbeitungspunkt P in der Y-Richtung wie folgt erhalten werden: Versatzbetrag δ = [δb1-Tisch] + [δb1-Säule] + [δb2-Tisch] + [δb2-Säule] + [δc] + [δsp] – [δ-andere] (1)
  • Weil es sich bei Obigem um einen theoretischen Wert handelt, ist es wünschenswert, eine Korrektur zu dem Wert in Abhängigkeit von dem Maschinenaufbau hinzuzufügen. Insbesondere ist es wirksam, jeden Term durch einen Korrekturfaktor (Parameter) wie folgt zu multiplizieren: Versatzbetrag δ = α1·[δb1-Tisch] + β1·[δb2-Tisch] + α2·[δb1-Säule] + β2·[δb2-Säule] + γ·[δc] + [δsp] – [δ-andere]) (2)
  • Die Bestimmung der Parameter α1, β1, α2, β2 sowie γ kann noch leichter optimiert werden, indem in dem technischen Gebiet des ”Mathematical Engineering” Gebrauch von der bekannten Linearprogrammierung gemacht wird.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm mit einer Verarbeitungsprozedur für einen Bearbeitungsvorgang einschließlich der Korrektur des thermischen Versatzes, die durch die Steuervorrichtung 25 ausgeführt wird. Insbesondere werden zunächst im Schritt S1 die Anfangstemperaturen an den Temperaturmesspositionen zur gleichen Zeit durch die Temperatursensoren 28 bis 36 jeweils entsprechend gemessen, basierend auf der Betätigung des Bedienfelds 27 durch einen Bediener. In diesem Fall werden beispielsweise die Temperaturen in einem Anfangszustand gemessen, in dem das Einspannen der Schablonen in den Werkzeugmaschinenkörper 11 vor Beginn des Bearbeitungsvorgangs beendet wurde (vor dem Start des Bearbeitens). Im Schritt S2 werden die gemessenen Temperaturen gespeichert (registriert) in der Speichervorrichtung 26 als Referenztemperaturen TB-UF-0, TB-BF-0, TB-UR-0, TB-BR-0, TC-F-0, TC-B-0, TSP-U-0, TSP-D-0 und TT-0.
  • Das Bearbeitungsprogramm läuft im Schritt S3 ab. Im nächsten Schritt S4 wird das Bearbeitungsprogramm für jeden Block interpretiert. Dabei wurde eine Anweisung zur Korrektur eines thermischen Versatzes an einer geeigneten Position im Bearbeitungsprogramm eingeschoben. Ob ein Korrekturanweisungssignal vorliegt, wird im Schritt S5 ermittelt. Wenn kein Korrekturanweisungssignal vorliegt (NEIN im Schritt S55), wird im Schritt S6 ermittelt, ob eine Programm-Ende-Anweisung vorliegt. Wenn keine Programm-Ende-Anweisung vorliegt (NEIN in Schritt S6), dann schreitet die Steuersequenz zum Schritt S7 voran, um den Bearbeitungsvorgang auszuführen. Wenn ein Block des Bearbeitungsvorgangs ausgeführt wurde, kehrt der Steuerablauf zum Schritt S4 zurück, um einen nachfolgenden Block zu interpretieren. Wenn eine Programm-Ende-Anweisung vorliegt (JA im Schritt S7), wird die Verarbeitung beendet.
  • Sobald ein Korrekturanweisungssignal in einem Block des Bearbeitungsprogramms (JA im Schritt S5) vorliegt, werden die aktuellen Temperaturen TB-UF-0, TB-BF-0, TB-UR-0, TB-BR-0, TC-F-0, TC-B-0, TSP-U-0, TSP-D-0 und TT-0 an den Temperaturmesspositionen gemessen mit Hilfe der entsprechenden Temperatursensoren 28–36. Die Temperaturunterschiede zwischen den gemessenen Temperaturen und den Referenztemperaturen an den entsprechenden Temperaturmesspositionen werden im nächsten Schritt S9 berechnet.
  • Die Maschinenkoordinaten für die aktuelle Positionierung (einschließlich des Wertes der Z-Mitte) werden im Schritt S10 gelesen. Die Daten der Werkzeuglänge (H-tool) werden im Schritt S11 gelesen. Ein Versatzbetrag δ im Bearbeitungspunkt P und dementsprechend der Korrekturbetrag werden unter Verwendung der oben beschriebenen Gleichungen (1) oder (2) im Schritt S12 berechnet. Nachfolgend, im Schritt S13, werden die Axialpositionen verschoben, um dem Versatzbetrag δ Rechnung zu tragen, wobei der thermische Versatz korrigiert wird. In diesem Fall wird die Y-Richtung wie oben beschrieben korrigiert. Damit wird der thermische Versatz in der Z-Richtung, der aus der thermischen Ausdehnung und Schrumpfung der Kugelgewindespindel resultiert, ebenfalls korrigiert. Der Bearbeitungsvorgang wird im Schritt S7 ausgeführt.
  • Entsprechend dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die folgende Wirkung erzielt werden. In dem Ausführungsbeispiel werden die Temperaturen anhand einer Vielzahl von Temperatursensoren 28 bis 36 in bezug auf die Bauteile des Werkzeugmaschinenkörpers 11 gemessen. Des weiteren werden in bezug auf den Sockel 12, die Säule 14 und den Hauptwellenkopf 15 die Temperatursensoren 28 bis 35 an einer Vielzahl von Positionen eingerichtet, die in ihrem Grad der Temperaturänderung voneinander abweichen (die Oberfläche mit einer größeren Temperaturänderung und die Oberfläche, welche der Oberfläche mit der größeren Temperaturänderung gegenüberliegt). Im Ergebnis kann, weil der Grad der Temperaturänderung in jedem Bauteil noch ausführlicher detektiert werden kann, der Betrag des thermischen Versatzes in jeder axialen Richtung oder insbesondere in der Y-Richtung in bezug auf jedes Bauteil mit hinreichender Genauigkeit geschätzt (berechnet) werden.
  • In diesem Fall wird der Betrag für den thermischen Versatz jedes Bauteils unter Berücksichtigung sowohl der thermischen Ausdehnung und Schrumpfung jedes Bauteils als auch des aus einem Unterschied im Grad des Temperaturanstiegs resultierenden Verzugs erhalten. Dementsprechend kann der Betrag für den thermischen Versatz mit größerer Genauigkeit geschätzt und die Bearbeitungsgenauigkeit durch die Korrektur hinreichend verbessert werden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel wird der Betrag für den thermischen Versatz jedes Bauteils auf Grundlage der Temperaturänderung zu einer beliebigen Zeit erhalten, wobei die durch die Temperatursensoren 28 bis 36 zur gleichen Zeit gemessenen Anfangstemperaturen als Referenztemperaturen dienen. Dementsprechend wird auch dann, wenn die durch die Temperatursensoren 28 bis 36 gemessenen Temperaturwerte einen Fehler enthalten, dieser Fehler nicht aufakkumuliert, so dass keine Hysterese verbleibt.
  • Der Erfinder hat einige Experimente unternommen, um die Wirkung der Erfindung zu bestätigen. Die experimentellen Ergebnisse werden mit bezug auf die 8A bis 18B beschrieben. Die 8A bis 12B zeigen die Resultate eines ersten Experiments. Schneidwasser wurde mittels eines Heizers erwärmt, während es dazu gebracht wurde, auf der oberen Oberfläche des Sockels 12 zu fließen. Dabei wurde die Temperatur des Schneidwassers allmählich angehoben. Das Schneidwasser wurde nach fünf Stunden angehalten und zum Zweck der Kühlung so belassen. Die 8A und 8B zeigen Temperaturänderungen in den entsprechenden Bauteilen gegen den Ablauf der Zeit für diesen Fall (die Resultate sind auf jeweils zwei Figuren aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit verteilt). Die 9 zeigt tatsächlich gemessene Werte für den Versatzbetrag (in der Y-Richtung).
  • Zum Beispiel wird ein Proximity-Sensor vom Wirbelstromtyp zur Messung des Versatzbetrages benutzt. 10 zeigt Messpositionen für die Messsensoren bei dem in 9 gezeigten Experiment. Die umkreisten Zahlen in 10 entsprechen jenen in 9. Die Messsensoren sind an der Bodenfläche installiert und messen die Änderungen bezüglich des Abstandes zwischen dem oberen und unteren Abschnitten der Vorderseite der Hauptwelle 20. Das Symbol ”+” bezeichnet eine Richtung, in welcher der Abstand von dem Messsensor vergrößert wird (sich fortbewegt), während das Symbol ”–” eine Richtung bezeichnet, in welcher der Abstand reduziert wird (sich annähert).
  • Die 11 zeigt gemessene Werte für den Versatzbetrag (Neigung) auf der oberen Oberfläche des vorderen Endes des Sockels 12 gegenüber dem Ablauf der Zeit sowie einen theoretischen Wert (der Wert, der durch obige Gleichung erhalten wird). Es ist ersichtlich, dass der gemessene Versatzbetrag und der Wert, der durch die Berechnung erhalten wird, im wesentlichen miteinander übereinstimmen. Ferner zeigen die 12A und 12B die gemessenen Werte und die theoretischen Werte (die durch obige Gleichung erhaltenen Werte) für den Versatzbetrag (Neigung) in den oberen und unteren Teilen der Hauptwelle auf entsprechende Weise. Ferner zeigen die 12A und 12B Fehler in den gemessenen und theoretischen Werten. Aus den Figuren wird verständlich, dass die gemessenen Werte für den Versatzbetrag und die theoretischen Werte (geschätzten Werte), die durch Berechnung erhalten wurden, sich einander annähern und der Fehler zwischen den Werten nahezu 0 beträgt.
  • Die 13 bis 15B zeigen die Resultate eines zweiten Experiments. Bei diesem Experiment wurde das Schneidwasser durch einen Heizer erwärmt, während es zum Fließen über die obere Oberfläche des Sockels 12 gebracht wurde, wobei die Temperatur des Schneidwassers allmählich angehoben wurde. Das Schneidwasser wurde nach fünf Stunden angehalten und zur Abkühlung zurückgelassen. Dadurch wurde eine Raumtemperatur in einem Raum, in welchem die Werkzeugmaschine installiert war, um 5°C in fünf Stunden angehoben, wonach die Raumtemperatur wieder auf ihren Anfangswert zurückkehrte. 13 zeigt die Änderungen bezüglich der Raumtemperatur, der Temperatur des Schneidwassers und die Temperaturänderungen in der Maschine (innerhalb des Spritzschutzdeckels) gegenüber dem Ablauf der Zeit.
  • Die 14A und 14B zeigen die tatsächlich gemessenen Werte für den Versatzbetrag in der Y-Richtung in den oberen und unteren Teilen der Hauptwelle und einen Verschiebungsbetrag, sobald die auf der Gleichung (1) basierende Korrektur ausgeführt wurde. Es wird ersichtlich, dass der Versatz in der Y-Richtung durch Ausführen der Korrektur praktisch genau wirkungslos gemacht werden kann. Ferner zeigen die 15A und 15B tatsächlich gemessene Werte für den Versatzbetrag in der Y-Richtung in den oberen und unteren Teilen der Hauptwelle und einen Verschiebungsbetrag, sobald die auf der Gleichung (2) basierende Korrektur ausgeführt wurde. Es wird verständlich, dass ferner eine genaue Korrektur ausgeführt werden kann.
  • Die 16 bis 18B zeigen die Resultate gemäß einem dritten Experiment. Bei diesem Experiment wurde das Schneidwasser durch einen Heizer erwärmt, während es dazu gebracht wurde, auf der oberen Oberfläche des Sockels 12 zu fließen, wobei die Temperatur des Schneidwassers allmählich angehoben wurde. Das Schneidwasser wurde nach fünf Stunden angehalten und zur Kühlung zurückgelassen. Damit wurde eine Raumtemperatur in einem Raum, in welchem die Werkzeugmaschine installiert war, angehoben und abgesenkt in dem Bereich von ±2°C. 16 zeigt die Änderungen bezüglich der Raumtemperatur, der Temperatur des Schneidwassers und die Temperaturänderungen in der Maschine (innerhalb des Spritzschutzdeckels (gegen den Ablauf der Zeit.
  • Auf gleiche Weise wie im zweiten Experiment zeigen die 17A und 17B die tatsächlich gemessenen Werte für den Versatzbetrag in der Y-Richtung in dem oberen und unteren Teilen der Hauptwelle und einen Verschiebungsbetrag, sobald die auf der Gleichung (1) basierenden Korrekturen ausgeführt wurden. Es wird verständlich, dass die Verschiebung in der Y-Richtung praktisch genau durch Ausführung der Korrektur wirkungslos gemacht werden kann. Ferner zeigen die 18A und 18B tatsächlich gemessene Werte für den Versatzbetrag in der Y-Richtung in den oberen und unteren Teilen der Hauptwelle und einen Verschiebungsbetrag, sobald die auf der Gleichung (2) basierenden Korrekturen angewendet wurden. Es wird verständlich, dass ferner eine genauere Korrektur ausgeführt werden kann.
  • Die 19 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Lediglich die Unterschiede des zweiten Ausführungsbeispiels gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel werden erläutert. Der Körper 41 der Werkzeugmaschine des zweiten Ausführungsbeispiels ist vom horizontalen Typ. Die Säule 14 besitzt eine Frontfläche, auf welcher ein Hauptwellenkopf 43 vorgesehen ist. Der Hauptwellenkopf 43 besitzt eine Hauptwelle 42, die sich horizontal nach vorn erstreckt. In dem Ausführungsbeispiel bezieht sich die X-Richtung auf eine horizontale Richtung in bezug auf den Körper 41, eine Z-Richtung bezieht sich auf eine Richtung nach vorn und hinten, und eine Y-Richtung bezieht sich auf die vertikale Richtung.
  • Dementsprechend wird die XY-Bewegungsvorrichtung 16 gemäß dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel durch eine XY-Bewegungsvorrichtung 16 ersetzt. Des Weiteren ist in der Säule 14 eine vertikale Bewegungsvorrichtung vorgesehen, die den Hauptwellenkopf 43 frei in der vertikalen Richtung (Y-Achse) bewegt, und die einen elektrischen Motor sowie eine Kugelgewindespindel-Vorrichtung umfasst. Der Hauptwellenkopf 43 ist mit einem Hauptwellenmotor 21 zum Drehen der Hauptwelle 42 versehen. Die Hauptwelle 42 besitzt ein distales Ende (vorderes Ende), an welches das Werkzeug 22 wie etwa ein Bohrer oder ein Schneidwerkzeug befestigt ist, um dabei austauschbar zu sein. In diesem Fall wird die Bearbeitung auf der Rückseite eines Werkstücks W, das vom Tisch 13 gehalten wird, ausgeführt.
  • Der thermische Versatz wird auch in der Werkzeugmaschine 41 auf gleiche Denkweise wie beim ersten Ausführungsbeispiel korrigiert. In diesem Fall unterscheiden sich die Berechnungsformeln von denjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Symbol ”Y-Mitte” (variabel abhängig von der aktuellen Position) zeigt eine momentane Position des Hauptwellenkopfs 43 in der aktuellen Y-Richtung an (vertikale Höhe von der Körperunterseite der Säule 14). Das Symbol ”L-SP” zeigt die Länge von der Frontoberfläche der Säule 14 zu der Frontoberfläche des Hauptwellenkopfs 43 an.
  • Das Symbol ”L-Werk” zeigt die Länge von der Mitte 0t des Tischs 13 in der Z-Richtung hin zu dem distalen Ende (Bearbeitungspunkt P) des Werkzeugs 22 an. Das Symbol ”H-Werk” zeigt die Höhe von der oberen Oberfläche des Tischs 13 zu dem distalen Ende (Bearbeitungspunkt P) des Werkzeugs 22 an. Die Symbole ”L-Werk” und ”H-Werk” sind Variablen, die von den aktuellen Positionen abhängen.
  • Bei diesen Ausführungsbeispielen betrifft der Betrag δ für den thermischen Versatz in der Z-Richtung an dem Bearbeitungspunkt P eine Summation des Versatzbetrages jedes Bauteils in der Z-Richtung. Jedoch ist hier der Versatz aufgrund des Verziehens des Hauptwellenkopfs 43 so gering, dass er außer acht gelassen werden kann. Dementsprechend kann der Versatzbetrag δ aus der folgenden Formel erhalten werden:
    Versatzbetrag δ = (Ausdehnung des Sockels 12 zur Seite des Tisches 13
    + Ausdehnung des Sockels 12 hinzu der Seite der Säule 14)
    + (Versatz umgewandelt in die Z-Richtung aus der Neigung des Sockels 12 zu der Seite des Tisches 13
    + Versatz umgewandelt in die Z-Richtung aus der Neigung des Sockels 12 hin zu der Seite der Säule 14)
    + (Versatz umgewandelt in die Z-Richtung aus der Neigung der Säule 14)
    – (Ausdehnungder Säule 14
    + Ausdehnung des Hauptwellenkopfs 43
    + Ausdehnung des Tisches 13).
  • Nachfolgend wird ein konkretes Beispiel zum Ermitteln jedes Terms der obigen Formel gezeigt.
  • (a) Versatzbetrag aufgrund der Ausdehnung des Sockels 12:
  • Dieser kann auf gleiche Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel erhalten werden. Ein Versatzbetrag aufgrund der Ausdehnung des Sockels 12 wird erhalten als [δb1-Tisch] + [δb1-Säule].
  • (b) Neigung aufgrund des Verzugs des Sockels 12:
  • Dieser kann ebenso auf gleiche Weise erhalten werden wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Neigung aufgrund des Verzugs des Sockels 12 wird erhalten als [δb2-Tisch] + [δb2-Säule].
  • (c') Neigung [δc] aufgrund des Verzugs der Säule 14:
  • Eine Neigung [Θ-Säule-U] an dem oberen Ende der Säule 14 kann aus der folgenden Formel erhalten werden: [Θ-Säule-U] = sin–1(λ·(ΔTC-F-ΔTC-R)·((H-Säule)/(L-Säule)·2)).
  • Die Neigung [Θ-sp] in der Mitte der Hauptwelle 42 wird entsprechend der Höhe in der Y-Richtung wie folgt erhalten: [Θ-sp] = sin[Θ-Säule-U]·(Y-Mitte)/(H-Säule1).
  • Aus diesem kann der Versatzbetrag [δc] in der Mitte der Hauptwelle 42 in der Z-Richtung wie folgt erhalten werden: [δc] = sin[Θ-sp]·(Y-Mitte).
  • (e') Der Versatzbetrag in der Z-Richtung aufgrund der Ausdehnung der Säule 14, des Hauptwellenkopfs 43 und des Tischs 13:
  • Ein Versatzbetrag [δ-andere] in der Z-Richtung aufgrund der Ausdehnung der Säule 14, des Hauptwellenkopfs 43 und des Tisches 13 kann durch folgende Gleichung erhalten werden: [δ-andere] = λ·[(ΔTSP)·L-SP) + (ΔTC-F)·(L-Säule) + (ΔTT)·(L-Werk)].
  • Aus Obigem kann der Gesamtversatzbetrag δ in der Mitte der Hauptwelle 42 in der Z-Richtung aus dem folgenden erhalten werden: Versatzbetrag δ = [δb1-Tisch] + [δb1-Säule] + [δb2-Tisch] + [δb2-Säule] + [δc] – [δ-andere] (3)
  • In diesem Fall kann ebenfalls ein Korrekturfaktor (Parameter) dazu multipliziert werden.
  • In dem zweiten Ausführungsbeispiel kann ebenfalls ein Betrag für den thermischen Versatz an dem Bearbeitungspunkt P in der Werkzeugmaschine 41 geschätzt werden, und ein Betrag für die Bewegung in jeder Richtung kann korrigiert werden, um den Versatz wirkungslos zu machen. In diesem Fall kann ein Betrag für den thermischen Versatz einschließlich Verzugs jedes Bauteils genau geschätzt werden und die Bearbeitungsgenauigkeit kann hinreichend verbessert werden.
  • In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der thermische Verzug jedes Bauteils in der Korrektur des Versatzes in der Richtung nach vorn und hinten des Werkzeugmaschinenkörpers widergespiegelt. Damit kann das Verziehen jedes Bauteils bei der Korrektur des vertikalen Versatzes berücksichtigt werden (Schätzung des Versatzbetrages). Ferner kann die Zeit, zu welcher die vorerwähnte Referenztemperatur (Anfangstemperatur) gemessen wird, auch auf den Einschaltzeitpunkt der Werkzeugmaschine usw. gesetzt werden.
  • In diesem Fall müssen die zu speichernden Referenzternperaturen nicht so häufig erneuert werden. Zum Beispiel gibt es einen Fall, bei dem es nicht wünschenswert ist, die vorher verwendeten Referenztemperaturen zu erhalten. Ein Beispielsfall betrifft den Jahrzeitenwechsel, durch welchen die Raumtemperatur zu einem größeren Ausmaß geändert wird. Das Bedienfeld 27 kann dann so eingerichtet werden, dass es als Auswahleinheit dient, welche der Bediener betätigt, um eine wiederholte Messung der Referenztemperatur zum Zwecke der Speicherung (Registrierung) in der Speichereinheit 26 auszuführen, oder um die vorher gespeicherten Referenztemperaturen zu erhalten. Folglich kann jeweils eine noch geeignetere Referenztemperatur verwendet werden.
  • Die Erfindung sollte nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt sein. Vielmehr können verschiedene Modifikationen zu jedem der Ausführungsbeispiele durch den einschlägigen Fachmann hinzugefügt werden, ohne dass vom Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird. Die Erfindung beinhaltet solche modifizierten Ausführungsformen.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit:
  • Wie aus dem vorhergehenden offensichtlich ist, sind das Maschinenwerkzeug und das Korrekturverfahren für den Versatz gemäß der Erfindung nützlich, sobald ein Betrag für den thermischen Versatz geschätzt und ein Betrag der Bewegung entlang jeder Achse korrigiert wird, um dem Versatz entgegenzuwirken.

Claims (13)

  1. Eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks während der Bewegung eines Werkzeugs relativ zum Werkstück auf der Grundlage von Bearbeitungsdaten, umfassend: Temperatursensoren (28–36), die auf einer Vielzahl von Abschnitten eines Werkzeugmaschinenkörpers (11, 41) zum Messen der jeweils vorliegenden Temperaturen vorgesehen sind; einen Versatzdetektor (25), welcher auf Grundlage der Messungen durch die Temperatursensoren (28–36) für jedes der den Werkzeugmaschinenkörper (11, 41) zusammensetzenden Bauteile (12–15) den Betrag des thermischen Versatzes ermittelt, eine Umwandlungseinheit (25), die den Betrag des thermischen Versatzes jedes der Bauteile (12–15) in einen Versatzbetrag hinsichtlich jeder axialen Richtung an einem Bearbeitungspunkt (P) umwandelt; eine Korrektureinheit (25), die den Betrag der Bewegung auf jeder Achse eines X-Achsenmotors (17), eines Y-Achsenmotors (18) und eines Z-Achsenmotors (19) jeweils auf Grundlage der Umwandlung durch die Umwandlungseinheit (25) korrigiert, wobei die den Werkzeugmaschinenkörper (11, 41) zusammensetzenden Bauteile (12–15) beinhalten: einen Sockel (12), einen auf dem Sockel (12) zum Halten des Werkstücks vorgesehenen Tisch (13), eine auf dem Sockel (12) vorgesehene Säule (14), die in einem hinteren Bereich des Tischs (13) positioniert ist, sowie einen Hauptwellenkopf (15, 43), der auf der Säule (14) mit dem daran befestigten Werkzeug (22) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass: die Temperatursensoren (28–36) sowohl auf einer ersten Oberfläche von jedem der Bauteile (12–15), an welcher die Temperaturänderung größer ist, als auch auf zumindest einer zweiten Oberfläche jedes der Bauteile (12–15) vorgesehen sind, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt; der Versatzdetektor (25) den Versatzbetrag unter Berücksichtigung eines Verzugs ermittelt, der aus einem Unterschied im Temperaturanstieg zwischen der ersten Oberfläche mit der größeren Temperaturänderung und der gegenüberliegenden zweiten Oberfläche resultiert; und die Temperatursensoren (28–31) an oberen und unteren Oberflächen des Sockels (12) befestigt sind, und der Versatzdetektor (25) den Versatzbetrag unter Berücksichtigung des Neigungsbetrags des Sockels (12) ermittelt, der von einem vertikalen Verzug und einer Expansion des Sockels (12) nach vorn und hinten herrührt.
  2. Die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Temperatursensor (28–36) eine Speichereinheit (26) für Referenztemperaturen aufweist, die eine zur gleichen Zeit durch jeden Temperatursensor (28–36) gemessene Anfangstemperatur als Referenztemperatur speichert, und ein Temperaturunterschiedsdetektor (25) jeweils die durch den entsprechenden Temperatursensor (28–36) gemessene Temperatur mit der Referenztemperatur vergleicht, um eine Temperaturänderung an jeder Messposition zu ermitteln, und der Versatzdetektor (25) den Betrag des thermischen Versatzes jedes Bauteils auf Grundlage der Detektion durch den Temperaturunterschiedsdetektor (25) ermittelt.
  3. Die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Referenztemperaturen bei der Vervollständigung des Einspannvorgangs einer Schablone in Bezug auf den Werkzeugmaschinenkörper (11, 41) vor Beginn des Bearbeitungsvorgangs gemessen wird.
  4. Die Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatzdetektor (25) den Versatzbetrag unter Berücksichtigung des Neigungsbetrags der Säule (14) ermittelt, der von einem vertikalen Verzug und einer Expansion der Säule (14) herrührt.
  5. Die Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatzdetektor (25) den Versatzbetrag unter Berücksichtigung des Neigungsgrads des Hauptwellenkopfs (15, 43) aufgrund eines vertikalen Verzugs sowie einer Expansion des Hauptwellenkopfs (15, 43) nach vorn und hinten ermittelt.
  6. Die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatzdetektor (25) den Versatzbetrag unter Berücksichtigung eines Neigungsgrads des Hauptwellenkopfs (15, 43) aufgrund eines vertikalen Verzugs sowie einer Expansion des Hauptwellenkopfs (15, 43) nach vorn und hinten ermittelt.
  7. Die Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatzdetektor (25) den Versatzbetrag aufgrund einer Expansion des Tischs (13) nach vorn und hinten ermittelt.
  8. Die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatzdetektor (25) den Versatzbetrag aufgrund einer Expansion des Tischs (13) nach vorn und hinten ermittelt.
  9. Die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatzdetektor (25) den Versatzbetrag aufgrund einer Expansion des Tischs (13) nach vorn und hinten ermittelt.
  10. Die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatzdetektor (25) den Versatzbetrag aufgrund einer Expansion des Tischs (13) nach vorn und hinten ermittelt.
  11. Ein Verfahren zum Korrigieren eines Betrags des thermischen Versatzes aufgrund einer Temperaturänderung in jedem der Bauteile einer Werkzeugmaschine (11, 41), die ein Werkstück bearbeitet, während ein Werkzeug relativ zu dem Werkstück auf der Grundlage von Bearbeitungsdaten bewegt wird, gekennzeichnet durch: Bereitstellen von Temperatursensoren (28–36) zumindest sowohl auf einer ersten Oberfläche jedes Bauteils (12–15), auf welcher eine Temperaturänderung größer ist, als auch auf zumindest einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, wobei die Temperatursensoren (28–36) eine Temperatur jedes der Bauteile (12–15) messen; Ermitteln eines Betrags des thermischen Versatzes jedes Bauteils (12–15) unter Berücksichtigung des Verzugs, der aus einem Unterschied im Temperaturanstieg zwischen der ersten Oberfläche mit der größeren Temperaturänderung und der zweiten Oberfläche resultiert, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, auf der Grundlage der Messungen durch die Temperatursensoren (28–36); Umwandeln des Betrags des thermischen Versatzes in einen Versatzbetrag in jeder axialen Richtung an einem Bearbeitungspunkt (P); Korrigieren des Betrags der Bewegung relativ zu jeder Achse eines X-Achsenmotors (17), eines Y-Achsenmotors (18) und eines Z-Achsenmotors (19), entsprechend der Umwandlung durch die Umwandlungseinheit (25), wobei die Bauteile (12–15) den Werkzeugmaschinenkörper (11, 41) zusammensetzen, welcher beinhaltet: einen Sockel (12), einen auf dem Sockel (12) zum Halten des Werkstücks vorgesehenen Tisch (13), eine auf dem Sockel (12) vorgesehene Säule (14), die in einem hinteren Bereich des Tischs (13) positioniert ist, sowie einen Hauptwellenkopf (15, 43), der auf der Säule (14) mit dem daran befestigten Werkzeug (22) eingerichtet ist; und Ermitteln des Betrags des thermischen Versatzes unter Berücksichtigung eines Neigungsbetrags des Sockels (12) aufgrund eines Verzugs des Sockels (12) nach vorn und hinten, der auf Grundlage der Messung durch die Temperatursensoren von einem Unterschied im Temperaturanstieg zwischen den oberen und unteren Oberflächen des Sockels (12) herrührt.
  12. Das Verfahren gemäß Anspruch 11, ferner gekennzeichnet durch: Speichern einer zur gleichen Zeit durch jeden der Temperatursensoren (28–36) gemessenen Anfangstemperatur als Referenztemperatur; Vergleichen der durch jeden der Temperatursensoren (28–36) gemessenen Temperaturen mit der Referenztemperatur, wobei eine Temperaturänderung für jeden Messpunkt erhalten wird; und Ermitteln des Betrags des thermischen Versatzes jedes der Bauteile (12–15) auf Grundlage der Temperaturänderung.
  13. Das Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jede Referenztemperatur bei Vervollständigung des Einspannvorgangs einer Schablone in Bezug auf den Werkzeugmaschinenkörper (11, 41) vor Beginn des Bearbeitungsvorgangs gemessen wird und die Daten jeder Referenztemperatur gespeichert werden.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020201245A1 (de) * 2019-04-01 2020-10-08 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zur versatzmasskompensation
EP4296808A1 (de) * 2022-06-20 2023-12-27 Hexagon Technology Center GmbH Temperaturkompensation für werkzeugmaschinen

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4902316B2 (ja) * 2006-11-10 2012-03-21 東芝機械株式会社 斜め加工のための５軸加工機の姿勢保証システム
JP5452973B2 (ja) * 2009-04-28 2014-03-26 富士機械製造株式会社 撮像装置及びその撮像装置を備える切削機械
JP5397095B2 (ja) * 2009-08-28 2014-01-22 ブラザー工業株式会社 数値制御式工作機械の熱変位補正方法及びその熱変位補正装置
JP2011140098A (ja) * 2010-01-08 2011-07-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 工作機械の機械変位補正システム
JP5418272B2 (ja) * 2010-02-15 2014-02-19 株式会社ジェイテクト 工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正装置
JP5816475B2 (ja) 2010-08-02 2015-11-18 株式会社ミツトヨ 産業機械
JP5606838B2 (ja) * 2010-09-07 2014-10-15 株式会社ディスコ 切削ブレードを装着する回転スピンドルの取り付け状態確認治具および取り付け状態確認方法
CN102166722B (zh) * 2010-12-22 2013-03-20 西安交通大学苏州研究院 高速数控车床的温度和热变形综合监测系统及监测方法
JP5568005B2 (ja) * 2010-12-28 2014-08-06 オークマ株式会社 工作機械の熱変位補正装置及び方法
JP5674033B2 (ja) * 2011-03-28 2015-02-18 西部電機株式会社 ワイヤ放電加工機、ヘッド制御方法、及びそのプログラム
CN102794672A (zh) * 2011-05-27 2012-11-28 财团法人精密机械研究发展中心 综合加工机的进给轴热变位测量方法
KR101847210B1 (ko) 2011-07-15 2018-04-10 두산공작기계 주식회사 공작기계 구조물의 열변위 저감구조
JP5749596B2 (ja) * 2011-07-27 2015-07-15 シチズンホールディングス株式会社 工作機械用制御装置
JP5502912B2 (ja) * 2012-01-19 2014-05-28 ファナック株式会社 工作機械の熱変位補正装置
JP5859900B2 (ja) * 2012-04-09 2016-02-16 富士機械製造株式会社 工作機械
WO2014169402A1 (en) * 2013-04-19 2014-10-23 Sumitomo Chemical Company,Limited Cutting method and cutting apparatus
JP2015009352A (ja) * 2013-07-02 2015-01-19 株式会社ジェイテクト 熱変位補正方法および熱変位補正装置
JP5800884B2 (ja) 2013-11-19 2015-10-28 ファナック株式会社 面取り加工を行う工作機械および面取り加工方法
US10088826B2 (en) * 2014-08-20 2018-10-02 Ford Global Technologies, Llc CNC machine thermal growth characterization and thermal compensation correction
CN105269404B (zh) * 2014-11-20 2018-11-23 电子科技大学 数控机床刀尖动态特性精度检测装置及其方法
JP6582522B2 (ja) * 2015-04-30 2019-10-02 ブラザー工業株式会社 工作機械、演算方法及びコンピュータプログラム
CN105415092A (zh) * 2016-01-07 2016-03-23 宁波天瑞精工机械有限公司 数控机床的电主轴的温度补偿方法
KR101842992B1 (ko) 2016-10-27 2018-03-28 한국생산기술연구원 공구위치 세팅장치 및 그것을 이용한 공구위치 세팅방법
CN107414582A (zh) * 2017-08-03 2017-12-01 安徽科创生产力促进中心有限责任公司 一种摇臂钻床精度增加装置
JP6673950B2 (ja) 2018-01-31 2020-04-01 ファナック株式会社 基準温度設定装置、基準温度設定方法及び基準温度設定プログラム
JP6813521B2 (ja) * 2018-02-08 2021-01-13 ファナック株式会社 温度計測装置
CN110557410B (zh) * 2018-05-30 2021-03-23 苏州维嘉科技股份有限公司 监控系统和pcb板制造系统
WO2021065141A1 (ja) * 2019-10-03 2021-04-08 芝浦機械株式会社 工作機械
CN111289554A (zh) * 2020-03-16 2020-06-16 大连理工大学 一种模拟内喷式冷却主轴热变形的装置
JP6854953B1 (ja) * 2020-06-16 2021-04-07 株式会社ソディック ワイヤ放電加工装置
JP7486358B2 (ja) 2020-06-25 2024-05-17 オークマ株式会社 工作機械の精度診断装置及び精度診断方法
TWI790830B (zh) * 2021-11-24 2023-01-21 台中精機廠股份有限公司 自動化拆裝系統
CN114353653A (zh) * 2021-12-17 2022-04-15 华能核能技术研究院有限公司 一种高温气冷堆核电汽轮机轴向位移测量方法
CN117047737B (zh) * 2023-06-12 2024-01-12 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于热膨胀原理的差动式六自由度并联微动平台

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04135141A (ja) * 1990-09-26 1992-05-08 Yotaro Hatamura 加工機械
DE19809931A1 (de) * 1998-03-07 1999-09-09 Traub Drehmaschinen Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken
JP2000135653A (ja) * 1998-10-30 2000-05-16 Brother Ind Ltd 工作機械の熱変位補正方法及びその熱変位補正装置
JP2003094290A (ja) * 2001-09-26 2003-04-03 Mitsubishi Electric Corp 工作機械及びその熱変位補正方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2566345B2 (ja) * 1991-05-27 1996-12-25 洋太郎 畑村 加工機械
JP2942547B2 (ja) * 1997-06-10 1999-08-30 真一 中平 工作機械の熱変位補正方法および装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04135141A (ja) * 1990-09-26 1992-05-08 Yotaro Hatamura 加工機械
DE19809931A1 (de) * 1998-03-07 1999-09-09 Traub Drehmaschinen Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken
JP2000135653A (ja) * 1998-10-30 2000-05-16 Brother Ind Ltd 工作機械の熱変位補正方法及びその熱変位補正装置
JP2003094290A (ja) * 2001-09-26 2003-04-03 Mitsubishi Electric Corp 工作機械及びその熱変位補正方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020201245A1 (de) * 2019-04-01 2020-10-08 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zur versatzmasskompensation
EP4296808A1 (de) * 2022-06-20 2023-12-27 Hexagon Technology Center GmbH Temperaturkompensation für werkzeugmaschinen

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