DE69736221T2

DE69736221T2 - Verfahren zur korrektur thermischer verschiebung in einer werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE69736221T2
Application number: DE69736221T
Authority: DE
Inventors: Susumu Ito; Masao Minamitsuru-gun Kamiguchi; Hisao Bunkyo-ku ISHII; Fanuc Manshonharimomi Masanobu Minamitsuru-gun TAKEMOTO; Fanuc Dai3virakaramatsu Susumu Minamitsuru-gun MAEKAWA; Fanuc Dai3virakaramatsu Kunio Minamitsuru-gun KOJIMA
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1996-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2017-11-12
Also published as: JPH10138091A; EP0878267B1; EP0878267A4; WO1998021006A1; DE69736221D1; JP3154946B2; EP0878267A1; US6456896B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren von thermischer Verstellung für eine Werkzeugmaschine.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Bei einer Werkzeugmaschine werden eine Vorschubschraube und eine Hauptspindel von einem Motor angetrieben. Die Hauptspindel und die Vorschubschraube dehnen sich durch Wärme vom Motor, Reibungswärme von Drehlagern und Reibungswärme von einem ineinander greifenden Abschnitt zwischen einer Kugelumlaufspindel und einer Kugelmutter der Vorschubschraube aus, was zu Verstellung der Maschinenlage, d.h. der relativen Positionen von einem zu positionierenden Werkstück und einem Werkzeug, führt. Die Veränderung der Maschinenlage aufgrund von Wärme führt zu Problemen bei der sehr genauen Bearbeitung.
Üblicherweise wird zur Verhinderung von thermischer Verstellung zum Beispiel das folgende Verfahren eingesetzt.

(a) Bereitstellen einer Kühlvorrichtung und Ausüben von Anfangsspannung auf die Kugelumlaufspindel der Vorschubschraube, wodurch eine von Einflüssen durch Wärmesausdehnung freie Struktur bereitgestellt wird, oder
(b) Bereitstellen eines Verstellungssensors und eines Temperatursensors, so dass die befohlene Position s anhand ermittelter Verstellungen und Temperaturen korrigiert werden kann.

Die oben genannten Verfahren, nämlich (a), wobei die von Wärmeausdehnungseinflüssen freie Struktur durch Ausüben einer Anfangsspannung auf die Kugelumlaufspindel der Vorschubschraube bereitgestellt wird, und (b), wobei die thermische Verstellung mithilfe von Sensoren korrigiert wird, unterliegen strukturellen Beschränkungen sowie Problemen hinsichtlich der Sensorinstallationspositionen. Sie erfordern zudem Maßnahmen zum Schutz der Sensoren gegen ein Kühlmittel und Einschnitte zum Gewährleisten der Zuverlässigkeit. Werden Sensoren verwendet, benötigt die Messung zudem viel Zeit, so dass die Bearbeitungszeit lang ist und eine erste Verstellung nicht korrigiert werden kann. Ein Verfahren zur Korrektur von thermischer Verstellung nach der Präambel von Anspruch 1 ist in US-A-5444640 offenbart.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Korrigieren von thermischer Verstellung, das eine thermische Verstellung leicht und zu niedrigen Kosten korrigieren kann, ohne dass Sensoren benötigt werden.
Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Korrigieren von thermischer Verstellung, das eine genauere Korrektur von thermischer Verstellung vornehmen kann, weil es in Kombination mit Sensoren verwendet werden kann.
Unter einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Korrigieren von thermischer Verstellung für eine Werkzeugmaschine bereitgestellt, die mit einer numerischen Steuerung gesteuert wird, wobei in der numerischen Steuerung zuvor Daten gespeichert werden über die thermische Verstellung einer Vorschubwelle bei einem früheren Arbeitsschritt der Werkzeugmaschine, und die zuvor gespeicherten Daten zur Bestimmung von einem Lagekorrekturausmaß für die Vorschubwelle verwendet werden, so dass eine Lage der Vorschubwelle um das Lagekorrekturausmaß korrigiert und die korrigierte Vorschubwellenlage dann ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass: die zuvor gespeicherten Daten eine Näherungsformel umfassen, die eine aus den Ergebnissen des früheren Arbeitsschritts entwickelte Formel ist, zum Vorhersagen der annähernden thermischen Verstellung der Vorschubwelle, wobei der frühere Arbeitsschritt ein Experiment ist zur Bestimmung einer Kurve der thermischen Verstellung der Vorschubwelle in Abhängigkeit von der mittleren Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsfrequenz der Vorschubwelle; und beim Betrieb der Werkzeugmaschine: die Lage der Vorschubwelle überwacht wird zur Bestimmung der mittleren Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsfrequenz der Vorschubwelle; ein Lagekorrekturausmaß für eine befohlene Lage der Vorschubwelle anhand der gespeicherten Näherungsformel bestimmt wird; und die befohlene Lage um das bestimmte Lagekorrekturausmaß korrigiert und die korrigierte befohlene Lage ausgegeben wird.
Unter einem zweiten Aspektstellt die Erfindung eine Werkzeugmaschine bereit, die gesteuert wird mit einer numerischen Steuerung, die für den Betrieb nach dem ersten Aspekt der Erfindung ausgelegt ist.
Die zuvor gespeicherten Daten umfassen bevorzugt eine erste Näherungsformel, wie bereits definiert, und eine zweite Näherungsformel, wobei die erste Näherungsformel ein Korrekturausmaß gegen eine thermische Verstellung aus der mittleren Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsfrequenz der Vorschubwelle erhält und die zweite Näherungsformel das Lagekorrekturausmaß für die befohlene Vorschubwellenlage aus dem korrigierten Ausmaß erhält, das mit der ersten Näherungsformel erhalten wurde.
Vorzugsweise werden in der numerischen Steuerung zuvor gespeichert: eine Näherungsformel zur Bestimmung eines Korrekturausmaßes gegen eine thermische Verstellung einer Achse während einer Abschaltperiode der Werkzeugmaschine, die Zeit, während der die Werkzeugmaschine nicht an die Stromquelle angeschlossen ist, und ein Korrekturausmaß für diese Zeit. Ein Korrekturausmaß wird aus dem zuvor gespeicherten Korrekturausmaß und der Abschaltzeit anhand der Näherungsformel bestimmt, wird die Werkzeugmaschine wieder an die Stromquelle angeschlossen, und wird als Korrekturausmaß für die Wiederanschlusszeit an die Stromquelle verwendet.
Erfindungsgemäß kann eine Lageverschiebung aufgrund von thermischen Verstellungen der Vorschubwelle und einer Hauptspindel korrigiert werden, ohne dass Sensoren verwendet werden, so dass nicht nur Kosten gesenkt werden können, sondern auch die Zuverlässigkeit von Sensoren nicht berücksichtigt werden muss. Weil die Korrektur der thermischen Verstellung jederzeit durchgeführt werden kann, kann die thermische Verstellung bei jedem Start der Bearbeitung korrigiert werden, so dass die Bearbeitungsgenauigkeit besser wird.
Die Genauigkeit der Lagekorrektur kann zudem erhöht werden durch Kombination mit einem Verfahren, bei dem thermische Verstellungen zur Bestimmung von Korrekturausmaßen mithilfe von Sensoren gemessen werden. Bei diesem Verfahren kann die Häufigkeit der Messung mit den Sensoren gesenkt werden, so dass die Gesamtbearbeitungszeit kürzer ist als bei Messung der thermischen Verstellung zur Lagekorrektur nur mit Sensoren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt/zeigen:
1 schematische eine Vertikalbohrmaschine, auf die eine Ausführungsform der Erfindung angewendet wird;
2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen numerischen Steuerung;
3 eine Konzeptzeichnung der Verlängerung einer Vorschubwelle, beispielsweise einer Kugelumlaufspindel, ab dem Betriebsstart einer Werkzeugmaschine und der Kontraktion nach Beendigung des Betriebs;
4 ein Fließschema der Messung von thermischer Verstellung an der Vorschubwelle;
5 Verstellungskurven, die die Ergebnisse eines Tests der Messung von thermischen Verstellungen aufgrund einer 300-mm-Hubbewegung wiedergeben;
6 Verstellungskurven, die die Ergebnisse eines Tests der Messung von thermischen Verstellungen aufgrund einer geänderten Bewegungsgeschwindigkeit wiedergeben;
7 Verstellungskurven, die die Ergebnisse eines Tests der Messung von thermischen Verstellungen aufgrund eines veränderten Hubs wiedergeben;
8 Verstellungskurven, die die Lageverstellungen vor der Korrektur der thermischen Verstellung und nach der erfindungsgemäßen Korrektur wiedergeben;
9 Verstellungskurven, die thermische Verstellungen aufgrund der Rotation einer Hauptspindel wiedergeben;
10 Verstellungskurven, die die Lageverstellungen vor der Korrektur der thermischen Verstellung der Hauptspindel und nach der erfindungsgemäßen Korrektur wiedergeben;
11 Verstellungskurven, die die Lageverstellungen vor der Korrektur der thermischen Verstellung aufgrund der Abschaltperiode und nach der erfindungsgemäßen Korrektur wiedergeben;
12 Verstellungskurven, die thermische Verstellungen aufgrund des Schmierverfahrens und die Verstellung nach der Korrektur wiedergeben;
13 in einem Diagramm ein Beispiel für die Anzeige von Lagekorrekturausmaßen auf einer Anzeigevorrichtung;
14 in Umrissen ein Fließschema einer Verarbeitung zur Aktualisierung eines Korrekturausmaßes; und
15 in Umrissen ein Fließschema einer Verarbeitung zur Aktualisierung eines Korrekturausmaßes unter Verwendung von Sensoren.
Siehe 1: Schematisch ist eine Vertikalbohrmaschine als Beispiel für eine Werkzeugmaschine dargestellt, auf die die Erfindung angewendet wird.
Die Bohrmaschine 1 wird von einer numerischen Steuerung (CNC) 10 gesteuert, die als Steuervorrichtung verwendet wird. Eine Hauptspindel 64 der vertikalen Bohrmaschine 1 ist mit einem Werkzeug 65 ausgestattet und wird durch einen Spindelmotor 62 angetrieben. Ein Z-Achsen-Servomotor 52 treibt eine Kugelumlaufspindel 53 für die Z-Achse an, die eine vertikale Vorschubwelle ist. Ein Tisch T wird hinsichtlich der Bewegung in Richtung der X- und Y-Achsen gesteuert, die senkrecht zur Z-Achse und zueinander sind. Die Konstruktion der Vertikalbohrmaschine 1 in 1 unterscheidet sich nicht von herkömmlichen Bohrmaschinen, so dass ihre Beschreibung entfällt.
Siehe 2: Das funktionelle Blockschema zeigt den Hauptteil der numerischen Steuerung 10 der Vertikalbohrmaschine 1.
Ein Prozessor 11 der numerischen Steuerung 10 steuert allgemein die numerische Steuerung 10. Der Prozessor 11 liest Systemprogramme, die in einem ROM 12 gespeichert sind, über einen Bus 21 und steuert allgemein die numerische Steuerung 10 anhand der Systemprogramme. Ein RAM 13 ist beladen mit temporären Berechnungsdaten, Anzeigedaten, verschiedenen Daten, die ein Benutzer über eine CRT/MDI-Vorrichtung 70 eingibt, usw.
Ein durch eine Batterie (nicht gezeigt) unterstützter CMOS-Speicher 14 besteht aus einem Permanentspeicher, dessen Speicherung sogar beim Abschalten der numerischen Steuerung 10 erhalten bleibt, und ist ausgestattet mit einem Programm zur Messung von thermischer Verstellung, einem Programm einer Verarbeitung zur Aktualisierung des Korrekturausmaßes, das später noch beschrieben wird, einer Bearbeitungsprogrammeingabe über eine Schnittstelle 15, die später noch beschrieben wird, und einer Bearbeitungsprogrammeingabe über die CRT/MDI-Vorrichtung 70 und dergleichen. Ferner sind im ROM 12 bereits verschiedene Systemprogramme zum Durchführen einer Editierungsverarbeitung, die zum Erzeugen und Editieren der Arbeitsprogramme benötigt wird, und einer Verarbeitung für automatischen Betrieb gespeichert.
Eine Schnittstelle 15 ist für externe Vorrichtungen bestimmt, die mit der numerischen Steuerung 10 verbunden werden können. Sie ist mit externen Vorrichtungen 72 verbunden, wie Lochsteifenleser, Lochstreifenstanzer, externer Speicher usw. Die Bearbeitungsprogramme, das Programm zur Messung von thermischer Verstellung usw. werden vom Lochsteifenleser und vom externen Speicher gelesen. Die in der numerischen Steuerung 10 editierten Bearbeitungsprogramme können an den Lochstreifenstanzer und den externen Speicher ausgegeben werden.
Ein Programmable Controller (PC) 16 steuert Hilfsvorrichtungen auf Seiten der Vertikalbohrmaschine (Werkzeugmaschine) 1 anhand von Sequenzprogrammen, die in der numerischen Steuerung 10 gespeichert sind. D.h. anhand einer vom Arbeitsprogramm instruierten M-Funktion, S-Funktion und T-Funktion werden vom Sequenzprogramm Signale erzeugt, die auf Seiten der Hilfsvorrichtung benötigt werden, und von einer I/O-Vorrichtung 17 auf die Seite der Hilfsvorrichtung geleitet. Die Hilfsvorrichtungen, wie verschiedene Stellglieder, werden durch diese Ausgabesignale betätigt. Zudem wird die notwendige Verarbeitung in Reaktion auf Signale von verschiedenen Schaltern auf einer Steuertafel im Körper der Werkzeugmaschine 1 durchgeführt und dem Prozessor 11 zugeleitet.
Daten zu derzeitigen Lagen der einzelnen Achsen der Vertikalbohrmaschine 1, zu Alarmen, Parametern und zum Bildsignal, beispielsweise für Bilddaten, werden an der CRT/MDI-Vorrichtung 70 eingegeben und auf deren Schirm angezeigt. Die CRT/MDI-Vorrichtung 70 ist eine mit Anzeige, Tastatur usw. ausgestattete manuelle Dateneingabevorrichtung. Eine Schnittstelle 18 empfängt Daten von der Tastatur der CRT/MDI-Vorrichtung 70 und liefert sie an den Prozessor 10. Eine Schnittstelle 19 ist mit einem manuellen Impulsgenerator 71 verbunden und empfängt Impulse vom manuellen Impulsgenerator 71. Der manuelle Impulsgenerator 71 ist auf der Steuertafel der Vertikalbohrmaschine 1 montiert und wird dazu verwendet, bewegliche Teile der Werkzeugmaschine 1 durch Einzelachsensteuerung unter Verwendung von Verteilungsimpulsen anhand von manuellem Betrieb genau zu positionieren.
X- und Y-Achsen-Steuerkreise 30 und 31 zum Bewegen des Tisches T und der Steuerkreis 32, der die Z-Achse der Vertikalbohrmaschine 1 steuert, empfangen Befehle zur Bewegung einzelner Achsen vom Prozessor 11 und liefern die Einzelachsenbefehle jeweils an die Servoverstärker 40 bis 42. Als Reaktion auf diese Befehle treiben die Servoverstärker 40 bis 42 jeweils Einzelachsen-Servomotoren 50 bis 52 der Vertikalbohrmaschine 1 an. Jeder Achsen-Servomotor 50 bis 52 enthält einen eingebauten Impulscodierer zur Lageermittlung. Von diesen Impulscodierern erfolgt ein Feedback von Lagesignalen als Impulsfolge. In einigen Fällen wird eine lineare Skala als Lagedetektor verwendet. Ein Geschwindigkeitssignal kann mittels F/V-(Frequenz/Geschwindigkeits-) Umwandlung der Impulsfolge erzeugt werden. In 2 entfällt eine Beschreibung des Feedbacks dieser Lagesignale sowie des Geschwindigkeitsfeedbacks.
Als Reaktion auf einen Hauptspindelrotationsbefehl an die Vertikalbohrmaschine 1 liefert ein Spindelsteuerkreis 60 ein Spindelgeschwindigkeitssignal an einen Spindelverstärker 61. Nach Empfang dieses Spindelgeschwindigkeitssignals lässt der Spindelverstärker 61 den Spindelmotor 62 der Vertikalbohrmaschine 1 mit einer befohlenen Rotationsgeschwindigkeit rotieren, wodurch das Werkzeug 65 angetrieben wird. Ein Positionscodierer 63 ist mit dem Spindelmotor 62 über ein Getriebe oder einen Riemen verbunden. Der Positionscodierer 63 gibt einen Feedbackimpuls synchron mit der Rotation der Hauptspindel 64 aus. Der Feedbackimpuls wird über eine Schnittstelle 20 vom Prozessor 11 gelesen. Die Bezugszahl 66 bezeichnet eine Uhr, die so eingestellt ist, dass sie mit der gegenwärtigen Zeit synchron ist. Verstellungsmessvorrichtungen (Ermittlungsschalter) S1, S2 und S3, die am Tisch T der Vertikalbohrmaschine 1 befestigt sind und später noch beschriebene Daten über die thermische Verstellung gewinnen, sind mit der I/O-Vorrichtung 17 verbunden. Der An/Aus-Zustand jedes Ermittlungsschalters wird durch den Prozessor 11 über den PC 16 überprüft.
Die Verstellungsmessvorrichtungen S1, S2 und S3 sind dieser Ausführungsform zufolge so ausgelegt, dass sie den Kontakt der Spitze des Werkzeugs 65 mit dem Werkstück auf der Arbeitsoberfläche von der Z-Achsenrichtung her ermitteln. Man kann aber, wenn nötig, eine Verstellungsmessvorrichtung bereitstellen, die den Kontakt der äußeren Peripherie der Arbeitsoberfläche des Werkzeugs von der X-Achsenrichtung bzw. der Y-Achsenrichtung her misst.
Siehe 3: Ein Konzeptdiagramm zeigt, wie sich eine Kugelumlaufspindel, die eine Vorschubschraube darstellt, verlängert, wenn die Vorschubschraube angetrieben wird, und wie sich die Kugelumlaufspindel kontrahiert, wenn sie nach Beenden der Bearbeitung Wärme abgibt. Beim Antreiben der Kugelumlaufspindel verlängert sich diese durch Wärme, die an einem Lagerabschnitt durch Reibung erzeugt wird. Diese Verlängerung ist zunächst scharf. Wenn sich jedoch Wärmeerzeugung und Wärmeabgabe ausgleichen, verlangsamt sich die Zunahme der Verlängerung. Endet die Bearbeitung und die Bewegung der Vorschubschraube stoppt, kontrahiert dagegen die Kugelumlaufspindel und gibt ihre Wärme ab. Dies ist in der Kurve der thermischen Verstellung gegen die Zeit in 3 dargestellt. Erfindungsgemäß wird daher die Werkzeugmaschine (die Vertikalbohrmaschine 1) in einem Experiment betrieben, um eine Kurve der thermischen Verstellung der Kugelumlaufspindel aufgrund von Wärme und Wärmeabgabe zu bestimmen. Anhand der bestimmten Kurve der thermischen Verstellung wird eine Näherungsformel zur Vorhersage der ungefähren thermischen Verstellung entwickelt und in einem Speicher gespeichert. So kann bei der tatsächlichen Bearbeitung mit der Vertikalbohrmaschine 1 (Werkzeugmaschine) die befohlene Lage mithilfe der Näherungsformel für die thermische Verstellung korrigiert werden.
Dann wird ein Experiment durchgeführt, um thermische Verstellungsdaten für die Z-Achsen-Kugelumlaufspindel zu erhalten, wobei die Z-Achse der Vertikalbohrmaschine 1 verwendet wird. Mit einem weiteren Experiment werden Daten über die thermische Verstellung aufgrund von Wärme erhalten, die der Antrieb der Hauptspindel durch das Antreiben der Hauptspindel 64 erzeugt.
Zunächst werden die Verstellungsmessvorrichtungen S1, S2 und S3 zum Messen von Verstellungen an den Positionen –50 mm, –150 mm und –300 mm auf der Z-Achse am Tisch T befestigt. Das Werkzeug (Schaftfräser oder dergleichen) 65 mit flacher Spitze wird an der Hauptspindel 64 befestigt. Das Verstellungsmessprogramm wird über die Schnittstelle 15 in den Permanentspeicher 14 geladen. Zudem werden für die Z-Achse Hub, Geschwindigkeit, Frequenz, Verstellungsdatenmessintervall und Antriebsdauer (die Frequenz wird als Produkt aus Verstellungsdatenmessintervall und Messfrequenz eingestellt) sowie Zeit der Beendigung der Verstellungsdatenmessung (Messfrequenz wird eingestellt) über CRT/MDI 70 eingestellt. So werden die Daten über die thermische Verstellung erhalten, und die Ausführung des Programms zur Messung thermischer Verstellungsdaten wird befohlen.
Wird ein Befehl zur Ausführung des Messprogramms für die thermische Verstellung eingegeben, beginnt der Prozessor 11 mit der in 4 dargestellten Verarbeitung. Nachdem ein Zähler n zum Zählen der Messfrequenz auf "0" gesetzt wurde (Schritt a1), werden die X- und die Y-Achse zum Bewegen des Tisches T angetrieben. Die Verstellungsmessvorrichtung S1 zum Ermitteln der –50-mm-Position auf der Z-Achse befindet sich auf der Achse der Hauptspindel 64 (Schritt a2). Dann wird die Z-Achse angetrieben, wodurch die Verstellungsmessvorrichtung S1 abgesenkt wird, bis sie dadurch angeschaltet wird, dass sie die Spitze des Werkzeugs 65 trifft. Wird ein AN-Signal von der Verstellungsmessvorrichtung S1 eingegeben, wird die Position z(–50) auf der Z-Achse abgelesen. Eine Abweichung zwischen der abgelesenen Position z(–50) und –50 mm wird erhalten und in einer Tabelle im RAM 13 gespeichert (Schritt a3).
Dann wird die Z-Achse erhöht, und die X- und die Y-Achse werden angetrieben, so dass der Tisch T bewegt wird. Die Verstellungsmessvorrichtung S2 zum Ermitteln der –150-mm-Position auf der Z-Achse befindet sich auf der Achse der Hauptspindel 64 (Schritt a4). Dann wird die Z-Achse angetrieben, wodurch die Verstellungsmessvorrichtung S2 abgesenkt wird, bis sie dadurch angeschaltet wird, dass sie die Spitze des Werkzeugs 65 trifft. Wird ein AN-Signal von der Verstellungsmessvorrichtung S2 eingegeben, wird die Position z(–150) auf der Z-Achse abgelesen. Eine Abweichung zwischen der abgelesenen Position z(–150) und –150 mm wird erhalten und in einer Tabelle im RAM 13 gespeichert (Schritt a5).
Dann wird die Z-Achse erneut angehoben, und die X- und die Y-Achse werden angetrieben, so dass der Tisch T bewegt wird. Die Verstellungsmessvorrichtung S3 zum Ermitteln der –300-mm-Position auf der Z-Achse befindet sich auf der Achse der Hauptspindel 64 (Schritt a6). Dann wird die Z-Achse angetrieben, wodurch die Verstellungsmessvorrichtung S3 abgesenkt wird, bis sie dadurch angeschaltet wird, dass sie die Spitze des Werkzeugs 65 trifft. Wird ein AN-Signal von der Verstellungsmessvorrichtung S3 eingegeben, wird die Position z(–300) auf der Z-Achse abgelesen. Die Abweichung zwischen der abgelesenen Position z(–300) und –300 mm wird erhalten und in einer Tabelle im RAM 13 gespeichert (Schritt a7).
Dann wird der Tisch T auf eine Position zurückbewegt, an der das Werkzeug 65 und die Verstellungsmessvorrichtungen S1 bis S3 keinen Kontakt haben (Schritt a8). Zu dem Wert im Zähler n wird "1" hinzuaddiert. Es wird bestimmt, ob der Wert n in diesem Zähler nicht kleiner als eine Messfrequenz n(op) ist, die als Betriebszeit eingestellt wurde (Schritte a9 und a10). Wird n(op) von dem Wert im Zählern nicht erreicht, wird der für die Z-Achse eingestellte Hub gestartet, eine in einem Zeitgeber eingestellte Messintervallzeit eingestellt, der Zeitgeber gestartet und die Z-Achsenhubbewegung fortgesetzt, bis die im Zeitgeber eingestellte Zeit abgelaufen ist (Schritte a11 bis a13). Ist die eingestellte Zeit beendet, wird die Hubbewegung gestoppt (Schritt a14). Das Programm kehrt zum Schritt a2 zurück, wodurch das oben genannte Verstellungsmessverfahren wiederholt wird.
Danach werden die obigen Verfahren der Schritte a2 bis a14 ausgeführt, bis der Zählerwert n gleich oder höher als die als Betriebszeit eingestellte Messfrequenz n(op) wird. Die gemessenen Lageverstellungsdaten werden in der Tabelle im RAM 13 gespeichert.
Hat der Zählerwert n den Stellwert n(op) erreicht, wird bestimmt, ob der Zählerwert n nicht kleiner als eine Messfrequenz n(dm) ist, die als Zeit zur Beendigung der Messung von Verstellungsdaten eingestellt wurde (Schritt a15). Wird n(dm) vom Zählerwert n nicht erreicht, wird die Messintervallzeit eingestellt und der Zeitgeber gestartet. Ist die im Zeitgeber eingestellte Zeit abgelaufen (Schritte a16 und a17), kehrt das Programm zum Schritt a2 zurück. Danach werden die Lageverstellungsdaten gemessen und in der Tabelle im RAM 13 gespeichert.
Die Verfahren der Schritte a2 bis a10 und a15 bis a17 werden ausgeführt, bis der Zählerwert n gleich dem Stellwert n(dm) wird. Ist schließlich der Stellwert n(dm) erreicht, ist dieses Verfahren zum Messen von thermischer Verstellung beendet.
5 zeigt Verstellungskurven (mit durchgezogenen Linien dargestellt). Dazu wurden die Ergebnisse der Messung von Verstellungen für Z = –50 mm, –150 mm und –300 mm mithilfe eines XY-Plotters gezeichnet, der mit der Schnittstelle 15 verbunden ist. In diesem Fall wird die Z-Achse 120 Minuten lang angetrieben (entspricht dem obigen n(op)), wobei die Bewegungsgeschwindigkeit der Z-Achse auf 30 m/min für 30 Zyklen pro Minute, der Hub auf 300 mm (Z = 0 bis –300 mm) und das Verstellungsdatenmessintervall auf 5 Minuten eingestellt wurden.
6 zeigt Verstellungskurven (mit durchgezogenen Linien dargestellt) der Ergebnisse einer Verstellungsmessung, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit der Z-Achsenwelle auf 15 m/min, d.h. der Hälfte der Bewegungsgeschwindigkeit von 5, geändert wurde und die übrigen Stellwerte die gleichen wie bei 5 waren.
7 zeigt Verstellungskurven der Ergebnisse, die durch Messung der Verstellung von Z = –150 mm (Verstellungsmessvorrichtung S2) in Intervallen von 5 Minuten erhalten wurden, wobei der Hub auf Z = 0 bis –100 mm, –100 mm bis –200 mm und –200 bis –300 mm geändert wurde und die Z-Achse sich 30 Mal pro Minute bei einer Bewegungsgeschwindigkeit von 30 mm/min hin- und herbewegte.
Näherungsformeln, die den Verstellungskurven entsprechen, werden aus diesen Verstellungskurven erhalten und zur Bestimmung des Korrekturausmaßes verwendet. Die in 5 bis 7 durch gestrichelte Linien dargestellten Kurven basieren auf den erhaltenen Näherungsformeln.
Korrekturausmaß für die thermische Verstellung der bewegten Achse
Bei dieser Ausführungsform werden die mittlere Bewegungsgeschwindigkeit und die Bewegungsfrequenz pro Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc) (= 36 Sekunden) durch Überwachen der Lage jeder bewegten Achse mit jeder zuvor festgelegten Prüfzeit ΔT (72 Millisekunden) erhalten. Eine Näherungsformel zur Vorhersage der thermischen Verstellung wird wie folgt hergeleitet: δn = δn – 1 + Qn – qn (1)wobei

δn:: Korrekturausmaß (thermische Verstellung),
Qn:: Verstellung durch Wärmeerzeugung pro Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc),
qn:: Verstellung durch Wärmeabgabe pro Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc),
n:: Zahl (1, 2, 3, ..., n, ...), die nach Durchlaufen der Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc) jeweils um eins zunimmt.

Hier ist die Verstellung Qn aufgrund von Wärmeerzeugung pro Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc) wie folgt definiert: Qn = A·[f(bn)]rCns,wobei

A:: Koeffizient,
Bn:: mittlere Bewegungsgeschwindigkeit,
r:: Koeffizient,
Cn:: Bewegungsfrequenz,
s:: Koeffizient.

Hier wird die mittlere Bewegungsgeschwindigkeit Bn anhand des folgenden Ausdrucks erhalten: Bn = [(|x1 – x0|/ΔT + (|x2 – x1|/ΔT)+ ... + (|xi – xi – 1|/ΔT) + ... + (|xN – XN – 1|/ΔT)]/K,wobei

xi:: Position jeder bewegten Achse (i = 0, 1, 2, ..., N),
ΔT:: Prüfzeit (z.B. 72 Millisekunden),
K:: Anzahl an Daten mit einer Geschwindigkeit ungleich 0 für die Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc),
N:: Gesamtanzahl an Daten, die in der Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc) erhalten werden, (z.B. N = 36/72/1000) = 500, wenn t(pc) gleich 36 Sekunden), und f(bn) = Bn f(xi) gegeben ist. In diesem Fall erhält man f(xi) = γ·xi, wobei γ ein Koeffizient ist.

Die Bewegungsfrequenz Cn ist durch Cn = K/N gegeben.
Die Verstellung qn durch Wärmeabgabe pro Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc) ist durch den folgenden Ausdruck definiert: qn = D·F(δn – 1),wobei

D:: Koeffizient in Verbindung mit Wärmeabgabe,
δn – 1:: Vorverstellung.

F(δn – 1) ist definiert als F(δn – 1) = δn – 1^u.
Weil die Verstellung je nach der Achsenlage (befohlenen Lage) variiert, wie in 5 und 6 dargestellt, wird das Korrekturausmaß mit der befohlenen Lage als Parameter berechnet. Dieses Korrekturausmaß auf Basis der befohlenen Lage als Parameter wird als Lagekorrekturausmaß bezeichnet. Das Lagekorrekturausmaß Δn wird nach dem folgenden Ausdruck erhalten: Δn = f(x)·δn (2) wobei

x:: befohlene Lage.

Hier ist F(x) = x^v gegeben, wobei v ein Koeffizient ist.
Die in 5, 6 und 7 dargestellten Verstellungskurven werden experimentell erhalten. Die jeweiligen Optimalwerte für die oben genannten Koeffizienten A, D, r, s, γ, u und v werden so erhalten, dass das Korrekturausmaß Δn mit den Verstellungskurven übereinstimmt. Also stellen die gestrichelten Kurven in 5, 6 und 7 Lagekorrekturausmaße (Verstellungskurven) dar, die unter Verwendung der Funktion der Näherungsformel zum Erhalten des Lagekorrekturausmaßes Δn erhalten wurden.
8 zeigt ein Beispiel für Ergebnisse einer Korrektur, die durch Subtrahieren des Korrekturausmaßes von der befohlenen Position unter Verwendung der experimentell erhaltenen Koeffizienten und Näherungsformeln erhalten wurden. 8 zeigt korrigierte Verstellungen, die nach Bewegung bei einer Geschwindigkeit von 30 m/min, 30 Zyklen/min und einem Hub von 300 mm erhalten werden. Die thermischen Verstellungen sind bei dem in 8 dargestellten Fall korrigiert, so dass genauere Lagen erhalten werden.
Korrekturausmaß für thermische Verstellung aufgrund von Rotation der Hauptspindel
Dann wird die thermische Verstellung der Hauptspindel gemessen, die bei Rotation der Hauptspindel entsteht. In diesem Fall entwickelt sich die thermische Verstellung der Hauptspindel als Lageverstellung der Z-Achse, so dass die Lageverstellung der Z-Achse zur Ermittlung der thermischen Verstellung der Hauptspindel gemessen wird. Die Hauptspindel wird experimentell bei 4000 U/min und 8000 U/min rotiert. Die thermische Verstellung der Hauptspindel wird in Intervallen von 5 Minuten gemessen. Danach werden die in 9 gezeigten experimentellen Ergebnisse erhalten. Auf Basis dieser experimentellen Ergebnisse wird eine Näherungsformel zur Vorhersage der thermischen Verstellung der Hauptspindel durch Überwachen der Rotationsgeschwindigkeit der Hauptspindel wie folgt erhalten: δn = δn – 1 + Qn – qn (3)wobei

δn:: Korrekturausmaß,
Qn:: Verstellung durch Wärmeerzeugung pro Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc),
qn:: Verstellung durch Wärmeabgabe pro Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc).

Hier wird die Verstellung Qn aufgrund von Wärmeerzeugung pro Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc) nach dem folgenden Ausdruck erhalten: Qn = E·f(Sn)]w wobei

E:: Koeffizient in Verbindung mit Wärmeerzeugung,
Si:: Anzahl der Rotationen einer Hauptspindel während der Prüfzeit ΔT,
w:: Koeffizient

Zudem wird f(Sn) nach folgendem Ausdruck erhalten: f(Sn) = (S1/ΔT) + (S2/ΔT) + (Si/ΔT)... + (SN/ΔT),wobei

ΔT:: Prüfzeit,
N:: Gesamtanzahl an Daten, die in der Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc) erhalten werden.

Zudem wird die Verstellung qn aufgrund von Wärmeabgabe pro Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc) nach dem folgenden Ausdruck erhalten: qn = R·δn – 1h,wobei

R:: Koeffizient in Verbindung mit Wärmeabgabe,
h:: Koeffizient.

10 zeigt ein Beispiel für Ergebnisse, die durch Korrektur der befohlenen Lage auf der Z-Achse mit der oben genannten Näherungsformel nach dem Erhalten der jeweiligen Optimalwerte für die obigen Koeffizienten E, R, w und h entsprechend den experimentell erhaltenen Verstellungskurven der 9 erhalten wurden.
Korrekturausmaß für thermische Verstellung bei Neustart des Maschinenbetriebs
Wird der Betrieb der Werkzeugmaschine wieder aufgenommen, nachdem er für kurze Zeit gestoppt wurde, bleiben die Vorschubschraube und dergleichen durch Wärme ausgedehnt. Deshalb werden die Zeit, bei der die Stromquelle der Werkzeugmaschine abgeschaltet wurde, und das obige Korrekturausmaß zuvor gespeichert, so dass das Korrekturausmaß δon zu dem Zeitpunkt, wenn die Stromquelle wieder angeschaltet wird, anhand der zuvor gespeicherten Abschaltzeit der Stromquelle und des Korrekturausmaßes δoff zu diesem Zeitpunkt unter Verwendung der folgenden Näherungsberechnungsformel approximiert werden kann. δon = δoff – (q1 + q2 + ... qj + ... qT) (4)wobei qj = D·δn – 1u oder qj = R·δn – 1h, T = (Ton – Toff)/t(pc),wobei

Ton:: Anschaltzeit,
Toff:: Abschaltzeit,
t(pc):: Lagekorrektur-Zeiteinheit (= N·ΔT).

Das Diagramm in 11 zeigt die Verstellungen vor und nach der Korrektur für Z = –150 durch wiederholten 60-Minuten-Betrieb bei einer Geschwindigkeit von 30 m/min, 30 Zyklen pro Minute und einem Hub von 300 mm und 60-minütiger Abschaltzeit.
Korrektur von Verstellung durch ein Schmierverfahren
Die Verstellung kann auch in Abhängigkeit vom Schmierverfahren variieren. Zum Beispiel bringt Fettschmierung einen höheren Kalorienwert mit sich als Ölschmierung und führt somit zu größerer Verstellung. 12 zeigt Prä- und Post-Korrektur-Verstellungskurven, die experimentelle Ergebnisse für das Fett- bzw. Ölschmierungsverfahren darstellen. Dieses Experiment zeigt eine Lageverstellung bei Z = –150 mm bei einer Geschwindigkeit von 30 m/min, 30 Zyklen/min und 30-mm-Hub.
Dann wird das Korrekturausmaß δn wie folgt mit einem Korrekturkoeffizienten multipliziert: δn' = H·δn (5)wobei H ein Koeffizient ist.
Der Optimalwert für den Koeffizienten N wird experimentell erhalten. Die Korrektur durch dieses Schmierverfahren erfolgt anhand eines Unterschieds im Kalorienwert aufgrund des Schmierverfahrens. Daher ist der Koeffizient H in den Koeffizienten A und E der Ausdrücke (1) und (2) für die Verstellungen Qn an der Vorschubwelle und der Hauptspindel auf Basis der Wärmeerzeugung pro Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc) enthalten, so dass die Koeffizienten A und E je nach dem Schmierverfahren ersetzt werden können.
Korrektur von Verstellung durch Belastung
Zudem variiert die Verstellung je nach den Belastungen (Schneidekraft, Tischtragegewicht usw.), die auf die Maschine einwirken. Dann wird durch einen Beobachter oder dergleichen ein Störlastdrehmoment bestimmt. Das Korrekturausmaß δn wird mit einem Korrekturkoeffizienten wie folgt multipliziert: δn' = Mn·δn (6)wobei Mn ein Koeffizient in Verbindung mit dem Störlastdrehmoment ist und durch folgenden Ausdruck gegeben ist: Mn = I·f(RN)/Rf,wobei:

I:: Koeffizient,
Ri:: Störlastdrehmoment (i = 1, 2, ... N)
Rf:: Bezugsdrehmoment.

Zudem wird f(RN) durch den folgenden Ausdruck erhalten: f(RN) = (R1 + R2 + ... + RN)/N.
Der Optimalwert für den Koeffizienten I wird ebenfalls experimentell erhalten.
Dann werden die obigen Ausdrücke (1) bis (4) und (6) im Permanentspeicher 14 eingestellt. Weil die Koeffizienten A und E je nach dem Schmierverfahren ersetzt werden können, wird Ausdruck (5) nicht eingestellt. Beim Betrieb der Vertikalbohrmaschine (Werkzeugmaschine) 1 werden die Vorschubwellenlage xi, die Hauptspindelrotationsfrequenz Si, das Störlastdrehmoment R ermittelt und mit jeder Prüfzeit ΔT gespeichert, das Korrekturausmaß und das Lagekorrekturausmaß werden zu jeder Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc) ermittelt, und die befohlene Lage wird korrigiert.
Siehe das Fließschema in 14: In Umrissen ist eine Verarbeitung zur Aktualisierung des Korrekturausmaßes beschrieben, die als Hintergrundverarbeitung zum Betrieb der Vertikalbohrmaschine (Werkzeugmaschine) 1 ausgeführt wird.
Wird die Werkzeugmaschine angeschaltet, wird die gegenwärtige Zeit Ton abgelesen. Eine Zeit T, während der der Strom abgeschaltet war, wird als Differenz zu der zuvor gespeicherten Abschaltzeit Toff erhalten (Schritte b1 und b2). Es wird ermittelt, ob eine eingestellte Zeit (bei dieser Ausführungsform 6 Stunden) von der Zeit T überschritten wird (Schritt b3). Wird die eingestellte Zeit überschritten, werden alle Korrekturausmaße auf "0" gesetzt (Schritt b4). Ist die eingestellte Zeit nicht überschritten, wird die arithmetische Operation von Ausdruck (4) ausgeführt, und das Korrekturausmaß δon für jede bewegte Welle sowie das Korrekturausmaß δon für die Hauptspindel werden erhalten und als δn neu geschrieben (Schritte b5 und b6).
Ist die Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc) (bei dieser Ausführungsform 36 Sekunden) abgelaufen, werden die arithmetischen Operationen der Ausdrücke (1) und (3) ausgeführt. Das Korrekturausmaß δn für jede bewegte Welle und das Korrekturausmaß δn für die Hauptspindel werden erhalten. Zudem werden die Korrekturausmaße aufgrund des Störlastdrehmoments korrigiert, indem die arithmetische Operation von Ausdruck (6) ausgeführt wird. Dadurch werden das Korrekturausmaß δn' für jede bewegte Welle und das Korrekturausmaß δn' für die Hauptspindel erhalten und die Korrekturausmaße (Korrekturausmaße δn für jede bewegte Welle und die Hauptspindel und das um das Störlastdrehmoment korrigierte Korrekturausmaß δn') aktualisiert (Schritte b7 und b8). Dann geht das Programm zum Schritt b9, wonach bestimmt wird, ob der Strom abgeschaltet ist. Ist der Strom nicht abgeschaltet, geht das Programm zum Schritt b7. Danach wird der oben genannte Schritt wiederholt. Ist der Strom abgeschaltet, wird dagegen die gegenwärtige Zeit als Abschaltzeit Toff im Permanentspeicher 14 gespeichert. Die zurzeit gespeicherten Korrekturausmaße δn für jede bewegte Welle und die Hauptspindel werden im Permanentspeicher 14 gespeichert (Schritt b10). Danach wird die Verarbeitung zum Aktualisieren des Lagekorrekturausmaßes beendet.
Werden die Bearbeitungsprogramme in einem Vordergrundprozess durchgeführt, wird dagegen bestimmt, ob der Korrekturmodus für thermische Verstellung eingestellt ist. Ist dieser Modus eingestellt, unterliegt die befohlene Lage auf Basis der Bearbeitungsprogramme einer Korrektur. Dann wird jede bewegte Achse, wie die X- und Y-Achsen, die nicht zur Bewegung der Hauptspindel dienen, hinsichtlich ihrer befohlenen Lage korrigiert, indem für das gespeicherte Korrekturausmaß δn' für die bewegte Achse die Operation des Ausdrucks (2) ausgeführt wird. Dadurch wird ein Lagekorrekturausmaß Δn erhalten. Bei der Achse (Z-Achse) zum Bewegen der Hauptspindel wird die befohlene Lage mit einem Korrekturausmaß korrigiert, das erhalten wird durch Addieren des Korrekturausmaßes δn' für die Hauptspindel zu dem Lagekorrekturausmaß Δn für die bewegte Welle, das auf die zuvor beschriebene Weise erhalten wird.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Korrekturausmaße (für die Verstellung) anhand von Näherungsformeln erhalten, ohne dass Lageverstellungen mit Sensoren ermittelt werden. Damit die thermischen Verstellungen genauer bestimmt werden können, ist aber zu empfehlen, Verstellungen oder Temperaturen mithilfe von Lagesensoren oder Temperatursensoren zu messen. Bei einem System, bei dem thermische Verstellungen oder Temperaturen mithilfe herkömmlicher Sensoren gemessen werden, um Korrekturausmaße zu erhalten, tritt das Problem auf, dass die Sensormessung und die Computerverarbeitung der Korrekturausmaße recht lange dauern und die Korrektur gegen Verstellung beim Starten des Bearbeitungsbetriebs aufgrund fester Messintervalle nicht ausreichend durchgeführt werden kann. Siehe daher das Fließschema einer Verarbeitung zum Aktualisieren des Korrekturausmaßes in 15: Bei der beschriebenen Ausführungsform erfolgt eine Korrektur gegen Verstellung genauer, indem die Verstellungsvorhersage mit den oben genannten Näherungsformeln mit der Sensormessung kombiniert wird.
Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Sensormessung, wenn die Differenz zwischen dem durch die Näherungsformel vorhergesagten Korrekturausmaß δn und dem zuvor vorhergesagten Korrekturausmaß δn – 1 nicht kleiner ist als ein gegebener Wert. Diese Differenz für die Sensormessung wird zuvor als Stellwert in der numerischen Steuerung 10 eingestellt. Bei der Durchführung einer Korrektur gegen thermische Verstellung wird zudem voreingestellt, ob eine Korrektur auf Basis der Sensormessung vorgenommen werden soll oder nicht. Wird die Vertikalbohrmaschine (Werkzeugmaschine) 1 in Betrieb genommen, beginnt der Prozessor 11 mit der in dem Fließschema in 15 gezeigten Verarbeitung als Hintergrundverarbeitung. Die Schritte c1 bis c8 sind identisch zu den Schritten b1 bis b8 in 14.
Nachdem das Korrekturausmaß im Schritt c8 aktualisiert wurde, wird ermittelt, ob das System für die Korrektur auf Basis von Sensormessung eingestellt ist (Schritt c9). Wenn es nicht für die Korrektur eingestellt ist, geht das Programm zum Schritt c13. Ist es für die Korrektur durch einen Sensor eingestellt, wird dagegen ermittelt, ob die Differenzen zwischen den jeweiligen Korrekturausmaßen δn der Vorschubwellen und der Hauptspindel, die während der Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc) erhalten wurden, und den zuvor erhaltenen Korrekturausmaßen δn – 1 höher als ein Stellwert sind (Schritt c10). Ist keine der Differenzen höher, geht das Programm zum Schritt c13. Ist eine der Differenzen höher, wird ein ähnliches Messprogramm wie das herkömmliche Programm auf Basis von Sensoren ausgeführt, und die Verstellungen werden erhalten (Schritt c11). In diesem Fall können die Verstellungen aller Vorschubwellen und der Hauptspindel gemessen werden oder nur die Verstellungen der Wellen, für die die Differenzen zwischen den mittels Näherungsformelvorhersage erhaltenen Korrekturausmaßen höher als der Stellwert sind. Ersatzweise können Temperaturen mittels Temperatursensoren gemessen und so die Verstellungen erhalten werden.
Die so erhaltenen Korrekturausmaße werden als Korrekturausmaße δn für die Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc) aktualisiert (Schritt c12). Dann geht das Programm zum Schritt c13, wonach ermittelt wird, ob der Strom abgeschaltet ist. Ist der Strom nicht aus, kehrt das Programm zurück zum Schritt c7, wonach anschließende Verfahren durchgeführt werden. Ist der Strom ausgeschaltet, wird die gegenwärtige Zeit als Abschaltzeit Toff behandelt, und die gegenwärtig gespeicherten Korrekturausmaße δn für die bewegten Wellen und die Hauptspindel werden im Permanentspeicher 14 gespeichert (Schritt c14). Dann wird die Verarbeitung zur Aktualisierung des Lagekorrekturausmaßes beendet.
Bei der in 15 gezeigten Ausführungsform werden thermische Verstellungen mithilfe von Sensoren gemessen, wenn die Schwankungen der Korrekturausmaße erheblich sind. Die gemessenen Verstellungen werden als Korrekturausmaße aktualisiert, so dass eine genauere Korrektur der thermischen Verstellung vorgenommen werden kann. Weil die Messung der thermischen Verstellung durch Sensoren nur durchgeführt wird, wenn die durch die Näherungsformeln vorhergesagten Korrekturausmaße erheblich sind, ist zudem die Häufigkeit der Messung mithilfe der Sensoren so niedrig, dass sich die Bearbeitungszeit nicht sehr verlängert. Bei dieser Ausführungsform bestimmt man anhand der Differenz zwischen dem vorhergesagten Korrekturausmaß für die gegenwärtige Zeit und dem Korrekturausmaß für die Zeit, die der gegenwärtigen Zeit um die Korrekturausmaßvorhersage-Zeiteinheit t(pc) unmittelbar vorausgeht, ob die Sensormessung durchgeführt wird oder nicht. Ersatzweise kann jedoch die Sensormessung durchgeführt werden, wenn ein Stellwert durch eine Schwankung des vorhergesagten Korrekturausmaßes überstiegen wird, die mit jedem Mehrfachen der Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc) enthalten wird. In diesem Fall wird "1" zu dem Wert im Zähler nach dem Verfahren von Schritt c9 hinzuaddiert. Wird ein Stellwert von dem Wert im Zähler überschritten, wird der Zähler zurückgesetzt, und das Programm geht zum Schritt c10. Danach wird eine Differenz erhalten durch Subtrahieren des im Speicher für die Zeit der vorhergehenden Bestimmung gespeicherten Korrekturausmaßes von dem im Schritt c8 erhaltenen vorhergesagten Korrekturausmaß. Übersteigt die Differenz einen Stellwert nicht, wird das im Schritt c8 erhaltene vorhergesagte Korrekturausmaß als Korrekturausmaß gespeichert, das für die nächste Bestimmung verwendet werden soll. Danach geht das Programm zum Schritt c13. Übersteigt dagegen die Differenz den Stellwert, geht das Programm zum Schritt c11. Dann wird eine Sensormessung durchgeführt und die erhaltene Verstellung zur Aktualisierung eines Korrekturausmaßes verwendet (Schritt c12). Dieses aktualisierte Korrekturausmaß wird im Speicher als Korrekturausmaß gespeichert, das für die nächste Bestimmung verwendet werden soll. Danach geht das Programm zum Schritt c13.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird zudem das Korrekturausmaß mit jeder Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc) in den Schritten b7 und c7 vorhergesagt. Auf Basis dieses vorhergesagten Korrekturausmaßes werden die Korrekturausmaße für die Vorschubwellen und die Hauptspindel auf dem Anzeigeschirm der CRT/MDI-Vorrichtung 70 angezeigt. Werden die Wellen, für die Korrekturausmaße angezeigt werden sollen, und die Lagen der Wellen, wenn diese Wellen Vorschubwellen sind, festgelegt und über die CRT/MDI-Vorrichtung 70 eingegeben, liest der Prozessor 11 die in den Schritten b8 und c8 zu jeder Lagekorrektur-Zeiteinheit t(pc) aktualisierten Korrekturausmaße. Sind die Wellen Vorschubwellen, wird die arithmetische Operation des Ausdrucks (2) anhand der eingegebenen Lagen ausgeführt. Korrekturausmaße für diese Lagen werden graphisch dargestellt, wie in 13 gezeigt. Im Fall der Vorschubwelle (Z-Achse) zum Bewegen der Hauptspindel wird das Korrekturausmaß für die Hauptspindel zu dem Korrekturausmaß für diese Vorschubwelle addiert und angezeigt. Zudem werden die in den Schritten b8 und c8 gespeicherten Hauptspindel-Korrekturausmaße direkt als Korrekturausmaß für die Hauptspindel angezeigt.

Claims

Verfahren zum Korrigieren von thermischer Verstellung einer Werkzeugmaschine (1), die mit einer numerischen Steuervorrichtung (10) gesteuert wird, wobei in der numerischen Steuervorrichtung (10) zuvor Daten gespeichert werden über die thermische Verstellung einer Vorschubwelle (53) bei einem früheren Arbeitsschritt der Werkzeugmaschine (1), und die zuvor gespeicherten Daten zur Bestimmung von einem Lagekorrekturausmaß (Δn) für die Vorschubwelle (53) verwendet werden, so dass eine Lage der Vorschubwelle (53) um das Lagekorrekturausmaß (Δn) korrigiert und die korrigierte Vorschubwellenlage dann ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass: die zuvor gespeicherten Daten eine Näherungsformel umfassen, die eine aus den Ergebnissen des früheren Arbeitsschritts entwickelte Formel ist, zum Vorhersagen der annähernden thermischen Verstellung der Vorschubwelle (53), wobei der frühere Arbeitsschritt ein Experiment ist zur Bestimmung einer Kurve der thermischen Verstellung der Vorschubwelle (53) in Abhängigkeit von der mittleren Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsfrequenz der Vorschubwelle (53); und beim Betrieb der Werkzeugmaschine (1): die Lage der Vorschubwelle (53) überwacht wird zur Bestimmung der mittleren Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsfrequenz der Vorschubwelle (53); ein Lagekorrekturausmaß (Δn) für eine befohlene Lage (x) der Vorschubwelle (53) anhand der gespeicherten Näherungsformel bestimmt wird; und die befohlene Lage (x) um das bestimmte Lagekorrekturausmaß (Δn) korrigiert und die korrigierte befohlene Lage ausgegeben wird.
Verfahren zum Korrigieren von thermischer Verstellung einer Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 1, wobei die zuvor gespeicherten Daten eine erste Näherungsformel wie bereits definiert und eine zweite Näherungsformel umfassen, wobei die erste Näherungsformel ein Korrekturausmaß (δn) gegen eine thermische Verstellung aus der mittleren Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsfrequenz der Vorschubwelle (53) erhält und die zweite Näherungsformel das Lagekorrekturausmaß (Δn) für die befohlene Vorschubwellenlage (x) aus dem korrigierten Ausmaß (δn) erhält, das mit der ersten Näherungsformel erhalten wurde.
Verfahren zum Korrigieren von thermischer Verstellung einer Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Näherungsformel zur Bestimmung von einem Korrekturausmaß gegen thermische Verstellung einer Hauptspindel (64) aus der Rotationsgeschwindigkeit der Hauptspindel (64) ebenfalls zuvor in der numerischen Steuervorrichtung (10) gespeichert wird, die Rotationsgeschwindigkeit der Hauptspindel (64) überwacht wird, ein Korrekturausmaß aus der überwachten Rotationsgeschwindigkeit der Hauptspindel (64) nach der Näherungsformel bestimmt und zu dem Lagekorrekturausmaß für die befohlene Lage der Vorschubwelle (53) zum Bewegen der Hauptspindel (64) addiert wird, und das erhaltene Ausmaß als Korrekturausmaß für die Vorschubwelle (53) verwendet wird.
Verfahren zum Korrigieren von thermischer Verstellung einer Werkzeugmaschine nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Näherungsformel zur Bestimmung eines Korrekturausmaßes gegen eine thermische Verstellung der Vorschubwelle während der Abschaltperiode der Werkzeugmaschine (1) ebenfalls zuvor in der numerischen Steuervorrichtung gespeichert wird, die Zeit, während der die Werkzeugmaschine (1) nicht an eine Stromquelle angeschlossen ist, und ein Korrekturausmaß für die Zeit zuvor gespeichert werden, und ein Korrekturausmaß aus dem zuvor gespeicherten Korrekturausmaß und der Abschaltzeit nach der Näherungsformel bestimmt wird, wird die Werkzeugmaschine (1) wieder an die Stromquelle angeschlossen, und als Korrekturausmaß für die Wiederanschlusszeit an die Stromquelle verwendet wird.
Verfahren zum Korrigieren von thermischer Verstellung einer Werkzeugmaschine nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Koeffizient der Näherungsformel zum Bestimmen des Korrekturausmaßes je nach dem Wellenschmierverfahren verändert wird.
Verfahren zum Korrigieren von thermischer Verstellung einer Werkzeugmaschine nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Störlastdrehmoment auf die Vorschubwelle ermittelt wird und das Korrekturausmaß je nach der Größe des ermittelten Störlastdrehmoments verändert wird.
Verfahren zum Korrigieren von thermischer Verstellung einer Werkzeugmaschine nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Lageverstellung oder Temperatur mit einem Sensor gemessen wird, wird die Veränderung des anhand der Näherungsformel bestimmten Korrekturausmaßes gleich oder höher als ein Stellwert, und ein Korrekturausmaß aus dem Messwert bestimmt wird.
Verfahren zum Korrigieren von thermischer Verstellung einer Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei Daten über eine Achse und eine Lage in die numerische Steuervorrichtung (10) eingegeben werden und ein Lagekorrekturausmaß für die eingegebene Lage, das anhand der Näherungsformel bestimmt wird, auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt wird.
Werkzeugmaschine (1), gesteuert mit einer numerischen Steuervorrichtung (10), wobei in der numerischen Steuervorrichtung (10) zuvor Daten gespeichert werden über die thermische Verstellung einer Vorschubwelle (53) bei einem früheren Arbeitsschritt der Werkzeugmaschine (1), und die numerische Steuervorrichtung (10) eingerichtet ist zum Verwenden der zuvor gespeicherten Daten zur Bestimmung von einem Lagekorrekturausmaß (Δn) für die Vorschubwelle (53), ist die Werkzeugmaschine in Betrieb, zum Korrigieren einer Position der Vorschubwelle (53) um das Lagekorrekturausmaß (Δn) und zum anschließenden Ausgeben der korrigierten Vorschubwellenlage, dadurch gekennzeichnet, dass: die zuvor gespeicherten Daten eine Näherungsformel umfassen, die eine aus den Ergebnissen des früheren Arbeitsschritts entwickelte Formel ist, zum Vorhersagen der annähernden thermischen Verstellung der Vorschubwelle (53), wobei der frühere Arbeitsschritt ein Experiment ist zur Bestimmung einer Kurve der thermischen Verstellung der Vorschubwelle (53) in Abhängigkeit von der mittleren Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsfrequenz der Vorschubwelle (53); so dass beim Betrieb der Werkzeugmaschine (1): die Lage der Vorschubwelle (53) überwacht werden kann zur Bestimmung der mittleren Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsfrequenz der Vorschubwelle (53); ein Lagekorrekturausmaß (Δn) für eine befohlene Lage (x) der Vorschubwelle (53) anhand der gespeicherten Näherungsformel bestimmt werden kann; und die befohlene Lage (x) um das bestimmte Lagekorrekturausmaß (Δn) korrigiert und die korrigierte befohlene Lage ausgegeben werden kann.
Werkzeugmaschine (1), gesteuert mit einer numerischen Steuervorrichtung (10), nach Anspruch 9, wobei die zuvor gespeicherten Daten eine erste Näherungsformel wie bereits definiert und eine zweite Näherungsformel umfassen, wobei die erste Näherungsformel ein Korrekturausmaß (δn) gegen eine thermische Verstellung aus der mittleren Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsfrequenz der Vorschubwelle (53) erhält und die zweite Näherungsformel das Lagekorrekturausmaß (Δn) für die befohlene Vorschubwellenlage (x) aus dem korrigierten Ausmaß (δn) erhält, das nach der ersten Näherungsformel erhalten wird.
Werkzeugmaschine (1), gesteuert mit einer CNC (10), nach Anspruch 9 oder 10, umfassend: eine Vorrichtung zum Ermitteln der Lage der Vorschubwelle (53) der Werkzeugmaschine (1) zu jedem voreingestellten Prüfzeitpunkt ΔT und Bestimmen einer mittleren Bewegungsgeschwindigkeit und einer Bewegungsfrequenz zu jeder voreingestellten Korrektureinheitszeit t(pc) (t(pc) = N·ΔT; N ist eine ganze Zahl größer als 1); eine Berechnungsvorrichtung für die thermische Verstellung zum Eingeben der ermittelten Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsfrequenz und der gegenwärtigen Lage der bestimmten Vorschubwelle und Abschätzen und Speichern einer thermischen Verstellung der Vorschubwelle (53) in der gegenwärtigen Lage während der Korrektureinheitszeit anhand der eingegebenen Werte; und eine Lagebefehlkorrekturvorrichtung zum Korrigieren eines Lagebefehls für die bestimmte Vorschubwelle gegen die thermische Verstellung, die durch die Berechnungsvorrichtung für die thermische Verstellung während der nächsten Korrektureinheitszeit t(pc) bestimmt wird.
Werkzeugmaschine (1), gesteuert mit einer CNC (10), nach Anspruch 11, wobei die Bewegungsfrequenz definiert ist als das Verhältnis (K/N) zwischen der Gesamtzahl (N) von Prüfzeiträumen ΔT in jeder Korrektureinheitszeit t(pc) und der Anzahl (K) von Prüfzeiträumen, in denen die ermittelte Geschwindigkeit der bestimmten Vorschubwelle nicht null ist.
Werkzeugmaschine (1), gesteuert mit einer CNC (10), nach Anspruch 11 oder 12, die zudem eine Speichervorrichtung umfasst zum Speichern, wird die Werkzeugmaschine gestoppt, des Zeitpunkts, an dem der Betrieb der Werkzeugmaschine gestoppt wird, und einer von der Berechnungsvorrichtung für die thermische Verstellung berechneten thermischem Verstellung zu dem Zeitpunkt, wenn der Betrieb der Werkzeugmaschine gestoppt wird, und eine Rechenvorrichtung zum Eingeben, wird der Betrieb der Werkzeugmaschine nach dem Abstoppen wieder aufgenommen, des Zeitpunkts, an dem der Betrieb wieder aufgenommen wird, und der in der Speichervorrichtung gespeicherten Verstellung zu dem Zeitpunkt, wenn der Betrieb gestoppt wird, wodurch eine thermische Verstellung zu dem Zeitpunkt, wenn der Betrieb wiederaufgenommen wird, abgeschätzt und gespeichert wird.