JP2011045985A - Method and device for correcting thermal displacement of numerical control machine tool - Google Patents

Method and device for correcting thermal displacement of numerical control machine tool Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and device for correcting the thermal displacement of a numerical control machine tool, accurately correcting a thermal displacement while suppressing a load for calculation processing in a numerical control unit. <P>SOLUTION: The front shaft part and the nut part moving range of a ball screw shaft are divided into five calculation zones at intervals of 80 mm, and the rear shaft part of the ball screw shaft is used as one calculation zone. Based on the feed rate and feed data of a table, the heating amounts generated in the six calculation zones are obtained every 50 ms. Based on the total heating amounts Q<SB>1</SB>-Q<SB>6</SB>and Q<SB>T</SB>obtained by accumulating the heating amounts obtained in 6,400 ms and a non-steady heat conduction equation, the temperature distributions in the six calculation zones are calculated every 6,400 ms. From the temperature distributions, the amounts of thermal displacement in the six calculation zones are calculated every 6,400 ms. Based on the calculated amounts of thermal displacement, the correction amounts for correcting the pitch error correction amounts of the divided positions of sixteen correction zones, respectively, are calculated for every 6,400 ms. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、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に関し、特に工作機械の運転中に生じるボールネジ機構の熱変位による誤差を補正するように構成したものに関する。   The present invention relates to a thermal displacement correction method for a numerically controlled machine tool and a thermal displacement correction apparatus thereof, and more particularly to a configuration configured to correct an error due to thermal displacement of a ball screw mechanism that occurs during operation of a machine tool.

ボールネジ機構は、位置決め機構として工作機械に広く採用されている。ボールネジ機構は、製造公差等によりボールネジシャフトの回転量とナットの移動量とのピッチ誤差を生じるので、予め設定したピッチ誤差補正量のテーブルに基づいてピッチ誤差を補正するようになっている。   The ball screw mechanism is widely adopted in machine tools as a positioning mechanism. Since the ball screw mechanism generates a pitch error between the rotation amount of the ball screw shaft and the amount of movement of the nut due to manufacturing tolerances or the like, the pitch error is corrected based on a preset table of pitch error correction amounts.

また、ボールネジ機構はボールネジシャフトとナット及び各軸受部との摩擦抵抗により温度上昇による熱膨張を起こし、熱変位を生じる。現在のNC工作機械ではセミクローズドループ型が一般的であるが、この方式のNC工作機械ではボールネジシャフトの熱変位が、そのまま位置決め誤差となって現れる。そのため、ボールネジシャフトに予張力を与え、熱膨張を吸収する方式が対策として使用されてきた。   In addition, the ball screw mechanism causes thermal expansion due to a temperature rise due to frictional resistance between the ball screw shaft, the nut, and each bearing portion, thereby causing thermal displacement. A semi-closed loop type is generally used in current NC machine tools. However, in this type of NC machine tool, the thermal displacement of the ball screw shaft appears as a positioning error as it is. Therefore, a method of applying pretension to the ball screw shaft and absorbing thermal expansion has been used as a countermeasure.

最近では、太いボールネジシャフトを使用する上に送り速度が非常に速くなっているので発熱量が増大し、予張力方式で対応しようとすると、非常に大きな引張力を加えなければならない。そのため、ボールネジ機構の構造体が変形したり、スラスト軸受に無理な力が加わって焼き付く等の問題があった。   Recently, a thick ball screw shaft has been used and the feed rate has become very fast, so the amount of heat generated has increased, and a very large tensile force has to be applied when trying to cope with the pre-tension method. For this reason, there has been a problem that the structure of the ball screw mechanism is deformed, or an excessive force is applied to the thrust bearing and seizes.

そこで、ボールネジシャフトに無理な予張力を与えず、しかも、特別な測定装置を必要としないボールネジシャフトの熱変位補正方法が特許文献1〜3に開示してある。特許文献1〜3では、サーボモータの回転速度からボールネジシャフトの各区間の発熱量を算出し、ボールネジシャフトのうちのナット移動部を複数の区間に分割したモデルを使用して温度分布を求める。次に、ボールネジシャフトの熱変位量を時々刻々に予想し、この熱変位量をNC装置(制御手段)にピッチ誤差補正量を補正する補正量として与えることにより、インプロセスで補正する方法である。この方法によれば、算出した補正量をボールネジシャフトの実際の伸びに近似させることができる。   Therefore, Patent Documents 1 to 3 disclose thermal displacement correction methods for a ball screw shaft that do not apply excessive pretension to the ball screw shaft and do not require a special measuring device. In Patent Documents 1 to 3, the amount of heat generated in each section of the ball screw shaft is calculated from the rotation speed of the servo motor, and the temperature distribution is obtained using a model in which the nut moving part of the ball screw shaft is divided into a plurality of sections. Next, the thermal displacement amount of the ball screw shaft is predicted from moment to moment, and this thermal displacement amount is corrected in-process by giving the NC device (control means) as a correction amount for correcting the pitch error correction amount. . According to this method, the calculated correction amount can be approximated to the actual elongation of the ball screw shaft.

例えば、図8に示すようにボールネジ機構においては、ボールネジシャフト81のナット部移動範囲(機械座標におけるX0とX300との間)81bについて20mmの設定長で分割した補正区間毎にピッチ誤差補正を行う。この場合、熱変位補正量は、ピッチ誤差補正の補正区間と同じ設定長で分割した演算区間毎に求めていた。
前記演算区間が短い場合、該演算区間数が増大し、決められた時間(演算周期)内に演算ができないという問題が発生する。前述した20mmの設定長は、演算区間長としては短いため、演算周期を短くする必要があった。そのため、数値制御装置により熱変位補正量を求めるには演算処理の負荷が高くなっていた。
For example, as shown in FIG. 8, in the ball screw mechanism, pitch error correction is performed for each correction section divided by a set length of 20 mm for the nut portion movement range (between X0 and X300 in machine coordinates) 81b of the ball screw shaft 81. . In this case, the thermal displacement correction amount is obtained for each calculation section divided by the same set length as the correction section for pitch error correction.
When the calculation interval is short, the number of calculation intervals increases, and there is a problem that the calculation cannot be performed within a predetermined time (calculation cycle). The set length of 20 mm described above is short as the calculation section length, and thus the calculation cycle has to be shortened. For this reason, the calculation processing load is high in order to obtain the thermal displacement correction amount by the numerical control device.

一方、演算区間の長さが長くなるようにボールネジシャフト81を分割すると、演算区間数が減少し、数値制御装置における演算処理の負荷は減少する。しかし、熱変位量の演算精度が低下するため、加工精度が低下するという問題がある。それ故、数値制御装置における演算処理の負荷を抑制しつつ、目標とする加工精度を達成するために演算区間の長さを適切な長さに設定する必要がある。   On the other hand, when the ball screw shaft 81 is divided so that the length of the calculation section becomes long, the number of calculation sections decreases, and the calculation processing load in the numerical control device decreases. However, since the calculation accuracy of the thermal displacement amount is lowered, there is a problem that the machining accuracy is lowered. Therefore, it is necessary to set the length of the calculation section to an appropriate length in order to achieve the target machining accuracy while suppressing the calculation processing load in the numerical control device.

そこで、ボールネジシャフト81を熱変位補正の演算区間に分割する場合、演算区間の区切り位置を機械座標の原点(X0)と一致させて、且つボールネジシャフト81のナット部移動範囲81bにおける演算区間の長さがピッチ誤差補正の補正区間の設定長の整数倍になるように分割する。例えば、演算区間の設定長を20mm×4=80mmとして、機械座標のX0で演算区間の区切り位置を一致させた場合、図12のようになる。   Therefore, when the ball screw shaft 81 is divided into calculation sections for thermal displacement correction, the section of the calculation section is made to coincide with the origin (X0) of the machine coordinates, and the length of the calculation section in the nut portion movement range 81b of the ball screw shaft 81 is set. Is divided so as to be an integral multiple of the set length of the pitch error correction interval. For example, when the set length of the calculation section is set to 20 mm × 4 = 80 mm and the division position of the calculation section is matched with the machine coordinate X0, the result is as shown in FIG.

ここで、前側軸部81aの長さが100mm,ナット部移動範囲81bの長さが300mm,後側軸部81cの長さが100mmとすると、演算区間1の長さは80mm、演算区間2の長さは20mm、演算区間3〜演算区間5の長さは80mm、演算区間6の長さは60mm、演算区間7の長さは80mm、演算区間8の長さは20mmである。尚、演算区間2と演算区間6と演算区間8には、演算区間の区間長(80mm)で分割できない余りが配置されている。   Here, assuming that the length of the front shaft portion 81a is 100 mm, the length of the nut portion moving range 81b is 300 mm, and the length of the rear shaft portion 81c is 100 mm, the length of the calculation section 1 is 80 mm, The length is 20 mm, the length of the calculation sections 3 to 5 is 80 mm, the length of the calculation section 6 is 60 mm, the length of the calculation section 7 is 80 mm, and the length of the calculation section 8 is 20 mm. In addition, in the calculation section 2, the calculation section 6, and the calculation section 8, a remainder that cannot be divided by the section length (80 mm) of the calculation section is arranged.

この演算区間で求めた熱変位量を用いてピッチ誤差補正量を補正する場合、次の方法で行う。先ず、演算区間1と演算区間2の熱変位量の合計を位置X0の熱変位量とし、X0のピッチ誤差補正量を補正する。次に、演算区間3の長さは補正区間の設定長の4倍であるので、位置X20,X40,X60,X80に演算区間3の熱変位量の1/4を等分配して夫々の位置の熱変位量を求める。求めた熱変位量を用いて夫々の位置のピッチ誤差補正量を補正する。他の演算区間についても同様にしてピッチ誤差補正量を補正する。   When the pitch error correction amount is corrected using the thermal displacement amount obtained in this calculation interval, the following method is used. First, the sum of the thermal displacement amounts of the calculation interval 1 and the calculation interval 2 is set as the thermal displacement amount at the position X0, and the pitch error correction amount of X0 is corrected. Next, since the length of the calculation section 3 is four times the set length of the correction section, ¼ of the thermal displacement amount of the calculation section 3 is equally distributed to the positions X20, X40, X60, and X80, so that the respective positions are calculated. The amount of thermal displacement is obtained. The pitch error correction amount at each position is corrected using the obtained thermal displacement amount. The pitch error correction amount is corrected in the same manner for the other calculation sections.

特開昭63−256336号公報JP-A 63-256336 特開平4−240045号公報JP-A-4-240045 特開平7−299701号公報JP 7-299701 A

しかし、前記の分割方法では、演算区間2と演算区間6と演算区間8の長さが短くなる。
このような分割方法では、演算区間の区間長で分割できない余りのうちの最小の長さの演算区間2と演算区間8の長さ(20mm)により熱変位量を演算する演算周期を小さく設定しなければならないので、数値制御装置における演算処理の負荷が高くなる。
However, in the above dividing method, the lengths of the calculation interval 2, the calculation interval 6, and the calculation interval 8 are shortened.
In such a division method, the calculation cycle for calculating the thermal displacement amount is set to be small by the length (20 mm) of the calculation section 2 and the calculation section 8 having the minimum length among the remainders that cannot be divided by the section length of the calculation section. As a result, the processing load on the numerical controller increases.

一方、図13に示すように、図12における演算区間2、演算区間6、演算区間8をボールネジシャフト81の固定側(図12において左側)に隣接する区間に加える方法がある。この場合、演算区間2と演算区間3の長さ(80mm)が熱変位量を演算する演算周期を決める長さとなるので、数値制御装置の演算処理の負荷を抑制することができる。しかし、熱変位量の演算精度に影響を及ぼすボールネジシャフト81の前側軸部81aからナット部移動範囲81bにおいて、演算区間1と演算区間4が演算区間の設定長よりも長くなる。それ故、熱変位量の演算精度が低下するので、目標とする加工精度を達成できない可能性があった。   On the other hand, as shown in FIG. 13, there is a method of adding the calculation section 2, the calculation section 6, and the calculation section 8 in FIG. 12 to a section adjacent to the fixed side (left side in FIG. 12) of the ball screw shaft 81. In this case, since the length (80 mm) of the calculation section 2 and the calculation section 3 is a length that determines the calculation cycle for calculating the thermal displacement amount, it is possible to suppress the load of calculation processing of the numerical control device. However, in the movement range 81b from the front shaft portion 81a of the ball screw shaft 81 that affects the calculation accuracy of the thermal displacement amount, the calculation section 1 and the calculation section 4 are longer than the set length of the calculation section. Therefore, since the calculation accuracy of the thermal displacement amount is lowered, there is a possibility that the target machining accuracy cannot be achieved.

本発明の目的は、数値制御装置における演算処理の負荷を抑制しつつ、高精度な熱変位補正を行うことができる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を提供することである。   An object of the present invention is to provide a thermal displacement correction method for a numerically controlled machine tool capable of performing highly accurate thermal displacement correction while suppressing the processing load in the numerical control device, and a thermal displacement correction device thereof. It is.

請求項1の数値制御式工作機械の熱変位補正方法は、送り駆動用ボールネジ機構と、このボールネジ機構のナットが螺合したシャフトを回転駆動するサーボモータと、このサーボモータを制御データに基づき制御する制御手段とを有する数値制御式工作機械の熱変位補正方法において、前記シャフトに前記サーボモータに連結される固定側端部と、この固定側端部と反対側の可動側端部とを予め設け、工作機械の稼働中に前記シャフトの熱変位量を算出する際に、前記シャフトの全長を、前記固定側端部から一定長さの演算区間で分割すると共に、前記可動側端部を含む演算区間の長さを、前記一定長さ以上に設定し、該複数の演算区間の発熱量と温度分布を算出することを特徴としている。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a numerically controlled machine tool thermal displacement correction method comprising: a feed screw ball screw mechanism; a servo motor that rotationally drives a shaft screwed with a nut of the ball screw mechanism; and the servo motor is controlled based on control data. In a method for correcting thermal displacement of a numerically controlled machine tool having a control means, a fixed side end connected to the shaft and the servo motor, and a movable side end opposite to the fixed side end are preliminarily provided. When the thermal displacement amount of the shaft is calculated during operation of the machine tool, the entire length of the shaft is divided by a fixed length calculation section from the fixed side end and includes the movable side end The length of the calculation section is set to be equal to or greater than the predetermined length, and the heat generation amount and the temperature distribution of the plurality of calculation sections are calculated.

この数値制御式工作機械の熱変位補正方法では、演算区間の発熱量と温度分布を算出する。先ず、シャフトにサーボモータに連結される固定側端部と、この固定側端部と反対側の可動側端部とを予め設けておき、シャフトの全長を固定側端部から一定長さの演算区間で分割すると共に、可動側端部を含む演算区間の長さを一定長さ以上に設定する。最後に、分割した複数の演算区間の発熱量と温度分布を算出する。   In this thermal displacement correction method for a numerically controlled machine tool, a heat generation amount and a temperature distribution in a calculation section are calculated. First, the fixed side end connected to the servo motor on the shaft and the movable side end opposite to the fixed side end are provided in advance, and the total length of the shaft is calculated from the fixed side end by a certain length. While dividing | segmenting in an area, the length of the calculation area containing a movable side edge part is set more than fixed length. Finally, the calorific value and temperature distribution of the plurality of divided calculation sections are calculated.

このように、シャフトの全長を固定側端部から一定長さの演算区間で分割すると共に、可動側端部を含む演算区間の長さを一定長さ以上に設定するので、熱変位補正の演算区間の区切り位置とピッチ誤差補正の補正区間の区切り位置とを一致させる必要がない。それ故、演算区間の区間長を長く設定することで熱変位量を演算する演算周期を長くすることができ、数値制御装置における演算処理の負荷を低減できる。また、可動側端部を含む演算区間が、他の演算区間よりも長くなった場合、温度分布を演算する際、誤差が生じるが、可動側端部は熱源であるサーボモータから離れているため、他の演算区間よりも影響度が少ないので問題ない。   In this way, the total length of the shaft is divided into fixed length calculation sections from the fixed side end, and the length of the calculation section including the movable side end is set to be equal to or greater than a certain length, so that the calculation of thermal displacement correction There is no need to match the section position of the section and the section position of the correction section for pitch error correction. Therefore, by setting the section length of the calculation section to be long, the calculation cycle for calculating the thermal displacement amount can be lengthened, and the calculation processing load in the numerical controller can be reduced. In addition, if the calculation section including the movable side end is longer than the other calculation sections, an error occurs when calculating the temperature distribution, but the movable side end is away from the servo motor that is the heat source. There is no problem because the degree of influence is less than that of other calculation intervals.

請求項2の数値制御式工作機械の熱変位補正方法は、請求項1の発明において、前記シャフトのナット移動範囲を前記演算区間よりも短い複数の補正区間に分割し、その複数の補正区間毎にピッチ誤差補正するピッチ誤差補正量を、前記熱変位量を用いて補正することを特徴としている。   The thermal displacement correction method for a numerically controlled machine tool according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the nut movement range of the shaft is divided into a plurality of correction sections shorter than the calculation section, and each of the plurality of correction sections is divided. The pitch error correction amount for correcting the pitch error is corrected using the thermal displacement amount.

請求項3の数値制御式工作機械の熱変位補正方法は、送り駆動用ボールネジ機構と、このボールネジ機構のナットが螺合したシャフトを回転駆動するサーボモータと、このサーボモータを制御データに基づき制御する制御手段とを有し、前記シャフトのナット移動範囲を複数の補正区間に分割し、その複数の補正区間毎にピッチ誤差補正する数値制御式工作機械の熱変位補正方法において、前記シャフトに前記サーボモータに連結される固定側端部と、この固定側端部と反対側の可動側端部とを予め設け、前記シャフトの全長を、前記固定側端部から前記補正区間よりも長い一定長さの演算区間に分割すると共に、前記可動側端部を含む演算区間の長さを、前記一定長さ以上に設定した複数の演算区間に発生する発熱量を、前記サーボモータの回転速度と制御データとに基づいて所定時間毎に求める第1ステップと、前記複数の演算区間の発熱量を所定期間分累積した合計発熱量と非定常熱伝導方程式とに基づいて、複数の演算区間の温度分布を前記所定期間毎に演算する第2ステップと、前記温度分布から前記シャフトの複数の演算区間の熱変位量を前記所定期間毎に演算する第3ステップと、前記複数の演算区間の熱変位量に基づいて、前記複数の補正区間のピッチ誤差補正量を夫々補正する補正量を前記所定期間毎に演算する第4ステップとを備えたことを特徴としている。   A thermal displacement correction method for a numerically controlled machine tool according to claim 3 includes: a ball screw mechanism for driving driving; a servo motor that rotationally drives a shaft into which a nut of the ball screw mechanism is screwed; and the servo motor is controlled based on control data. And a control means that divides the nut movement range of the shaft into a plurality of correction sections, and corrects a pitch error for each of the plurality of correction sections. A fixed side end connected to the servo motor and a movable side end opposite to the fixed side end are provided in advance, and the entire length of the shaft is longer than the correction interval from the fixed side end. The servo motor is configured to divide the heat generation amount generated in the plurality of calculation sections in which the length of the calculation section including the movable side end portion is set to the predetermined length or more. A plurality of computations based on a first step obtained every predetermined time based on the rotation speed and control data, a total calorific value obtained by accumulating the calorific values of the plurality of computation sections for a predetermined period, and an unsteady heat conduction equation A second step of calculating a temperature distribution of the section for each predetermined period; a third step of calculating a thermal displacement amount of the plurality of calculation sections of the shaft for each predetermined period from the temperature distribution; and the plurality of calculation sections And a fourth step of calculating a correction amount for correcting the pitch error correction amount of each of the plurality of correction sections for each of the predetermined periods.

この数値制御式工作機械の熱変位補正方法では、次の手順でピッチ誤差補正量を補正する補正量を求める。シャフトにサーボモータに連結される固定側端部と、この固定側端部と反対側の可動側端部とを予め設けておく。先ず、シャフトの全長を、固定側端部から補正区間よりも長い一定長さの演算区間に分割すると共に、可動側端部を含む演算区間の長さを、一定長さ以上に設定した複数の演算区間に発生する発熱量を、サーボモータの回転速度と制御データに基づいて所定時間毎に求める。求めた発熱量を所定期間分累積した合計発熱量と非定常熱伝導方程式とに基づいて、複数の演算区間の温度分布を所定期間毎に演算する。温度分布からシャフトの複数の演算区間の熱変位量を所定期間毎に演算する。最後に、演算した熱変位量に基づき、複数の補正区間のピッチ誤差補正量を夫々補正する補正量を所定期間毎に演算する。これにより、請求項1と同様の作用を奏する。   In this thermal displacement correction method for a numerically controlled machine tool, a correction amount for correcting the pitch error correction amount is obtained by the following procedure. A fixed-side end connected to the shaft to the servo motor and a movable-side end opposite to the fixed-side end are provided in advance. First, the total length of the shaft is divided into fixed length calculation sections longer than the correction section from the fixed side end, and the length of the calculation section including the movable side end is set to a certain length or more. The amount of heat generated in the calculation interval is obtained every predetermined time based on the rotation speed of the servo motor and control data. Based on the total calorific value obtained by accumulating the obtained calorific value for a predetermined period and the unsteady heat conduction equation, the temperature distribution of the plurality of calculation sections is calculated for each predetermined period. The amount of thermal displacement in a plurality of calculation sections of the shaft is calculated for each predetermined period from the temperature distribution. Finally, based on the calculated thermal displacement amount, a correction amount for correcting the pitch error correction amount in each of the plurality of correction sections is calculated for each predetermined period. Thus, the same effect as that of claim 1 is obtained.

請求項4の数値制御式工作機械の熱変位補正装置は、送り駆動用ボールネジ機構と、このボールネジ機構のナットが螺合したシャフトを回転駆動するサーボモータと、このサーボモータを制御データに基づき制御する制御手段とを有し、前記シャフトのナット移動範囲を複数の補正区間に分割し、その複数の補正区間毎にピッチ誤差補正する数値制御式工作機械の熱変位補正装置において、前記シャフトは前記サーボモータに連結される固定側端部と、この固定側端部と反対側の可動側端部とを有し、前記サーボモータの回転速度を検出する速度検出手段と、前記シャフトの全長を、前記固定側端部から前記補正区間よりも長い一定長さの演算区間に分割すると共に、前記可動側端部を含む演算区間の長さを、前記一定長さ以上に設定した複数の演算区間に発生する発熱量を、前記サーボモータの回転速度と制御データとに基づいて所定時間毎に求める発熱量演算手段と、前記複数の演算区間の発熱量を所定期間分累積した合計発熱量と非定常熱伝導方程式とに基づいて、複数の演算区間の温度分布を前記所定期間毎に演算する温度分布演算手段と、前記温度分布から前記シャフトの複数の演算区間の熱変位量を前記所定期間毎に演算する熱変位量演算手段と、前記複数の演算区間の熱変位量に基づいて、前記複数の補正区間のピッチ誤差補正量を夫々補正する補正量を前記所定期間毎に演算する補正量演算手段とを備えたことを特徴としている。   According to another aspect of the present invention, there is provided a ball screw mechanism for feed drive, a servo motor for rotationally driving a shaft into which a nut of the ball screw mechanism is screwed, and the servo motor based on control data. And a control means that divides the nut movement range of the shaft into a plurality of correction sections, and corrects a pitch error for each of the plurality of correction sections. A fixed side end connected to the servo motor, a movable side end opposite to the fixed side end, a speed detecting means for detecting the rotational speed of the servo motor, and the total length of the shaft, The calculation side is divided into a calculation section having a fixed length longer than the correction section from the fixed side end, and a length of the calculation section including the movable side end is set to be equal to or more than the predetermined length. A calorific value calculation means for obtaining a calorific value generated in the calculation interval every predetermined time based on a rotation speed of the servo motor and control data, and a total heat generation in which the calorific values in the calculation intervals are accumulated for a predetermined period. A temperature distribution calculating means for calculating a temperature distribution of a plurality of calculation sections for each of the predetermined periods based on the amount and the unsteady heat conduction equation; and a thermal displacement amount of the plurality of calculation sections of the shaft from the temperature distribution. Based on the thermal displacement amount calculation means that calculates every predetermined period and the thermal displacement amount of the plurality of calculation sections, a correction amount that respectively corrects the pitch error correction amount of the plurality of correction sections is calculated for each predetermined period. And a correction amount calculating means.

この数値制御式工作機械の熱変位補正装置では、先ず、速度検出手段がサーボモータの回転速度を検出する。次に発熱量演算手段が、シャフトの全長を、固定側端部から補正区間よりも長い一定長さの演算区間に分割すると共に、可動側端部を含む演算区間の長さを、一定長さ以上に設定した複数の演算区間に発生する発熱量を、サーボモータの回転速度と制御データに基づいて所定時間毎に求める。温度分布演算手段が、発熱量を所定期間分累積した合計発熱量と非定常熱伝導方程式とに基づいて、複数の演算区間の温度分布を所定期間毎に演算する。熱変位量演算手段が、温度分布からシャフトの複数の演算区間の熱変位量を所定期間毎に演算する。最後に補正量演算手段が熱変位量に基づき、複数の補正区間のピッチ誤差補正量を夫々補正する補正量を所定期間毎に演算する。これにより、請求項1と同様の作用を奏する。   In this numerically controlled machine tool thermal displacement compensator, first, the speed detecting means detects the rotational speed of the servo motor. Next, the calorific value calculation means divides the entire length of the shaft into a calculation section having a fixed length longer than the correction section from the fixed side end, and sets the length of the calculation section including the movable side end to a fixed length. The amount of heat generated in the plurality of calculation intervals set as described above is obtained every predetermined time based on the rotation speed of the servo motor and control data. The temperature distribution calculation means calculates the temperature distribution of the plurality of calculation sections for each predetermined period based on the total heat generation amount obtained by accumulating the heat generation amount for a predetermined period and the unsteady heat conduction equation. The thermal displacement amount calculation means calculates the thermal displacement amount of the plurality of calculation sections of the shaft for each predetermined period from the temperature distribution. Finally, the correction amount calculation means calculates a correction amount for correcting the pitch error correction amount of each of the plurality of correction sections for each predetermined period based on the thermal displacement amount. Thus, the same effect as that of claim 1 is obtained.

請求項1の発明によれば、シャフトにサーボモータに連結される固定側端部と、この固定側端部と反対側の可動側端部とを予め設け、工作機械の稼働中にシャフトの熱変位量を算出する際に、シャフトの全長を固定側端部から一定長さの演算区間で分割すると共に、可動側端部を含む演算区間の長さを一定長さ以上に設定し、複数の演算区間の発熱量と温度分布を算出するので、熱変位補正の演算区間の区切り位置とピッチ誤差補正の補正区間の区切り位置とを一致させる必要がない。それ故、演算区間の区間長を長く設定することで熱変位量を演算する演算周期を長くすることができ、数値制御装置における演算処理の負荷を低減できる。   According to the first aspect of the present invention, the fixed side end connected to the shaft to the servo motor and the movable side end opposite to the fixed side end are provided in advance so that the heat of the shaft can be obtained during operation of the machine tool. When calculating the amount of displacement, the entire length of the shaft is divided from the fixed side end into a fixed length calculation section, and the length of the calculation section including the movable side end is set to a certain length or more, Since the calorific value and temperature distribution in the calculation section are calculated, it is not necessary to match the break position of the heat displacement correction calculation section and the break position of the pitch error correction correction section. Therefore, by setting the section length of the calculation section to be long, the calculation cycle for calculating the thermal displacement amount can be lengthened, and the calculation processing load in the numerical controller can be reduced.

さらに、演算区間の区間長を不必要に長くならないように設定することで、高精度な熱変位補正を行うことができる。前記演算区間の区間長を適切な大きさに設定することにより、数値制御装置における演算処理の負荷を抑制しつつ、目標とする加工精度を達成することが可能となる。   Furthermore, by setting the section length of the calculation section so as not to become unnecessarily long, highly accurate thermal displacement correction can be performed. By setting the section length of the calculation section to an appropriate size, it is possible to achieve the target machining accuracy while suppressing the load of calculation processing in the numerical controller.

請求項2の発明によれば、シャフトのナット移動範囲を演算区間よりも短い複数の補正区間に分割し、その複数の補正区間毎にピッチ誤差補正するピッチ誤差補正量を、熱変位量を用いて補正するので、熱変位量を演算する演算周期を長くすることができ、数値制御装置における演算処理の負荷を低減できる。   According to the invention of claim 2, the nut movement range of the shaft is divided into a plurality of correction sections shorter than the calculation section, and the pitch error correction amount for correcting the pitch error for each of the plurality of correction sections is determined using the thermal displacement amount. Therefore, the calculation cycle for calculating the thermal displacement amount can be lengthened, and the calculation processing load in the numerical controller can be reduced.

請求項3の発明によれば、シャフトの全長を固定側端部から補正区間よりも長い一定長さの演算区間に分割すると共に、可動側端部を含む演算区間の長さを一定長さ以上に設定するので、熱変位量を演算する演算周期を長くすることができ、数値制御装置における演算処理の負荷を低減できる。また、演算区間の区間長を適切な大きさに設定することにより、数値制御装置における演算処理の負荷を抑制しつつ、目標とする加工精度を達成することが可能となる。   According to invention of Claim 3, while dividing the full length of a shaft into the calculation area of fixed length longer than a correction area from a fixed side edge part, the length of the calculation area containing a movable side edge part is more than fixed length Therefore, the calculation cycle for calculating the thermal displacement amount can be lengthened, and the calculation processing load in the numerical controller can be reduced. Further, by setting the section length of the calculation section to an appropriate size, it is possible to achieve the target machining accuracy while suppressing the load of calculation processing in the numerical controller.

請求項4の発明によれば、速度検出手段と、発熱量演算手段と、温度分布演算手段と、熱変位量演算手段と、補正量演算手段とを備えたので、請求項3と同様の効果を奏する。   According to the invention of claim 4, since the speed detecting means, the calorific value calculating means, the temperature distribution calculating means, the thermal displacement calculating means, and the correction amount calculating means are provided, the same effect as in claim 3 is provided. Play.

本発明の実施例に係る数値制御式工作機械の全体斜視図である。1 is an overall perspective view of a numerically controlled machine tool according to an embodiment of the present invention. 本工作機械の側面図である。It is a side view of this machine tool. X軸ボールネジ機構の構成図である。It is a block diagram of an X-axis ball screw mechanism. 工作機械の制御系のブロック図である。It is a block diagram of the control system of a machine tool. ボールネジシャフトを複数分割した複数演算区間を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the multiple calculation area which divided | segmented the ball screw shaft into multiple. 複数演算区間の合計の発熱量等の記憶データを説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining memory | storage data, such as the total emitted-heat amount of a some calculation area. 複数演算区間に分配した分配発熱量と温度を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the emitted-heat amount and temperature distributed to the several calculation area. ピッチ誤差補正量の為の補正区間の説明図である。It is explanatory drawing of the correction area for a pitch error correction amount. 固定軸受からの各区間区切り位置における熱変位量を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the thermal displacement amount in each section division position from a fixed bearing. 熱変位補正制御プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of a thermal displacement correction control program. 補正量演算処理プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of a correction amount calculation processing program. 従来技術の図5相当図である。FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 5 of the prior art. 別の従来技術の図5相当図である。FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 5 of another prior art.

以下、本発明を実施するための形態について説明する。   Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.

図1〜図4に基づいて工作機械Mの構成について説明する。
工作機械Mは、ワークと工具6とをXYZ直交座標系における各軸方向へ独立に相対移動させることによって、ワークに所望の機械加工(例えば、「フライス削り」、「穴空け」、「切削」等)を施すことができる。図1に示すように、工作機械Mは、ベース1と、ベース1の上部に設けて、ワークの切削加工を行う機械本体2と、ベース1の上部に固定した、機械本体2とベース1の上部を覆う箱状の図示しないスプラッシュカバーとを主体に構成してある。ベース1はY軸方向(図1において右下が工作機械Mの前方であり、Y軸方向は、工作機械Mの前後方向である)に長い略直方体状の鋳造品である。
The configuration of the machine tool M will be described with reference to FIGS.
The machine tool M performs a desired machining (for example, “milling”, “drilling”, “cutting”) on the workpiece by moving the workpiece and the tool 6 relative to each other in the XYZ orthogonal coordinate system independently. Etc.). As shown in FIG. 1, a machine tool M includes a base 1, a machine main body 2 that is provided on an upper part of the base 1 and performs workpiece cutting, and a machine main body 2 and a base 1 that are fixed to the upper part of the base 1. A box-shaped splash cover (not shown) covering the upper part is mainly configured. The base 1 is a substantially rectangular parallelepiped cast product that is long in the Y-axis direction (the lower right in FIG. 1 is the front of the machine tool M, and the Y-axis direction is the front-rear direction of the machine tool M).

次に、機械本体2について説明する。
機械本体2は、ベース1の後部上のコラム座部3に固定され且つ鉛直上方に延びるコラム4と、このコラム4に沿って昇降可能な主軸ヘッド5と、この主軸ヘッド5の内部に回転可能に支持した主軸5Aと、主軸ヘッド5の右側に設け且つ主軸5Aの先端に工具6の工具ホルダを取り付けて交換する工具交換装置(ATC)7と、ベース1の上部に設け且つワークを着脱可能に固定するテーブル8とを主体に構成してある。コラム4の背面側には、箱状の制御ボックス9を設け、この制御ボックス9の内側には、工作機械Mの動作を制御する数値制御装置50(図4参照)を設けてある。
Next, the machine body 2 will be described.
The machine body 2 is fixed to a column seat 3 on the rear part of the base 1 and extends vertically upward, a spindle head 5 that can be moved up and down along the column 4, and can be rotated inside the spindle head 5. 5A, a tool changer (ATC) 7 which is provided on the right side of the spindle head 5 and attaches and replaces the tool holder of the tool 6 at the tip of the spindle 5A, and is provided on the upper part of the base 1 and can be attached and detached. The table 8 is fixed to the main body. A box-shaped control box 9 is provided on the back side of the column 4, and a numerical control device 50 (see FIG. 4) for controlling the operation of the machine tool M is provided inside the control box 9.

次に、テーブル8をX軸方向とY軸方向に移動させる移動機構について説明する。
図1、図4に示すように、サーボモータからなるX軸モータ71は、X軸方向(図1の機械本体2の左右方向)にテーブル8を移動駆動する。サーボモータからなるY軸モータ72は、Y軸方向にテーブル8を移動駆動する。この移動機構は以下の構成からなる。テーブル8の下側には直方体状の支持台10を設けてある。その支持台10にはX軸方向に沿って延びる1対のX軸送りガイドを設け、1対のX軸送りガイド上にテーブル8を移動可能に支持している。
Next, a moving mechanism that moves the table 8 in the X-axis direction and the Y-axis direction will be described.
As shown in FIGS. 1 and 4, an X-axis motor 71 formed of a servo motor moves and drives the table 8 in the X-axis direction (the left-right direction of the machine body 2 in FIG. 1). A Y-axis motor 72 formed of a servo motor moves and drives the table 8 in the Y-axis direction. This moving mechanism has the following configuration. A rectangular parallelepiped support 10 is provided below the table 8. The support base 10 is provided with a pair of X-axis feed guides extending along the X-axis direction, and the table 8 is movably supported on the pair of X-axis feed guides.

図3に示すように、テーブル8の下面にはナット部8aを配置してある。ナット部8aは、カップリング17を介してX軸モータ71と接続したX軸ボールネジシャフト81と螺合することでボールネジ機構を構成している。支持台10に固定した固定軸受18が、X軸ボールネジシャフト81のX軸モータ71側(固定側)の端部81eを支持している。可動軸受19は、X軸ボールネジシャフト81の反対側(可動側)の端部81fを支持している。可動軸受19は、X軸ボールネジシャフト81の軸方向へ移動可能である。   As shown in FIG. 3, a nut portion 8 a is disposed on the lower surface of the table 8. The nut portion 8 a constitutes a ball screw mechanism by screwing with an X-axis ball screw shaft 81 connected to the X-axis motor 71 via the coupling 17. A fixed bearing 18 fixed to the support base 10 supports an end portion 81 e of the X-axis ball screw shaft 81 on the X-axis motor 71 side (fixed side). The movable bearing 19 supports an end 81 f on the opposite side (movable side) of the X-axis ball screw shaft 81. The movable bearing 19 is movable in the axial direction of the X-axis ball screw shaft 81.

ベース1の上側にベース1の長手方向に沿って延びる1対のY軸送りガイドを設けている。該Y軸送りガイドは、支持台10を移動可能に支持している。支持台10上に設けたX軸モータ71がX軸送りガイドに沿ってX軸方向にテーブル8を移動駆動する。ベース1上に設けたY軸モータ72がY軸送りガイドに沿ってY軸方向に支持台10を移動駆動する。尚、Y軸の移動機構もX軸と同様にボールネジ機構である。   A pair of Y-axis feed guides extending along the longitudinal direction of the base 1 are provided above the base 1. The Y-axis feed guide supports the support 10 so as to be movable. An X-axis motor 71 provided on the support base 10 moves and drives the table 8 in the X-axis direction along the X-axis feed guide. A Y-axis motor 72 provided on the base 1 moves and drives the support base 10 in the Y-axis direction along the Y-axis feed guide. The Y-axis moving mechanism is a ball screw mechanism as in the X-axis.

X軸送りガイドには、テレスコピック式に収縮するテレスコピックカバー11,12がテーブル8の左右両側に設けてある。Y軸送りガイドには、テレスコピックカバー13とY軸後カバーとが、支持台10の前後に夫々設けてある。これら複数のカバーによって、テーブル8がX軸方向とY軸方向の何れの方向に移動した場合でも、テレスコピックカバー11,12,13とY軸後カバーが、常にX軸送りガイドとY軸送りガイドを覆っている。テレスコピックカバー11,12,13とY軸後カバーは、加工領域から飛散する切粉や、クーラント液が各レール上に落下するのを防止する。   The X-axis feed guide is provided with telescopic covers 11 and 12 that contract telescopically on both the left and right sides of the table 8. In the Y-axis feed guide, a telescopic cover 13 and a Y-axis rear cover are provided before and after the support base 10, respectively. Even if the table 8 is moved in any of the X-axis direction and the Y-axis direction by these plural covers, the telescopic covers 11, 12, 13 and the Y-axis rear cover are always the X-axis feed guide and the Y-axis feed guide. Covering. The telescopic covers 11, 12, 13 and the Y-axis rear cover prevent chips and coolant liquid scattered from the processing area from falling on each rail.

次に、主軸ヘッド5の昇降機構について説明する。
図1,図2に示すように、コラム4は、上下方向に延びるZ軸ボールネジシャフトを支持している。主軸ヘッド5は、Z軸ボールネジシャフトに螺合したナット部に支持されている。Z軸モータ73(図4参照)がZ軸ボールネジシャフトを正逆方向に回転駆動することで、主軸ヘッド5がZ軸方向(図1の機械本体2の上下方向)に昇降駆動する。従って、数値制御装置50のCPU51(図4参照)からの制御信号に基づいて、軸制御部63a(図4参照)によりZ軸モータ73が主軸ヘッド5を昇降駆動するようになっている。
Next, the elevating mechanism of the spindle head 5 will be described.
As shown in FIGS. 1 and 2, the column 4 supports a Z-axis ball screw shaft extending in the vertical direction. The spindle head 5 is supported by a nut portion screwed onto the Z-axis ball screw shaft. The Z-axis motor 73 (see FIG. 4) rotationally drives the Z-axis ball screw shaft in the forward and reverse directions, so that the spindle head 5 is driven up and down in the Z-axis direction (the vertical direction of the machine body 2 in FIG. 1). Therefore, based on a control signal from the CPU 51 (see FIG. 4) of the numerical controller 50, the Z-axis motor 73 drives the spindle head 5 up and down by the shaft control unit 63a (see FIG. 4).

図1,図2に示すように、工具交換装置7は、工具マガジン14と、工具交換アーム15とを備えている。工具マガジン14は、工具6を支持する工具ホルダを複数格納する。工具交換アーム15は、主軸5Aに取付けた工具ホルダと他の工具ホルダとを把持し、且つ搬送して交換する。工具マガジン14は、その内側に複数の工具ポット(図示外)と、搬送機構(図示外)とを備えている。工具ポットは、工具ホルダを支持する。搬送機構は、工具ポットを工具マガジン14内で搬送する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the tool changer 7 includes a tool magazine 14 and a tool change arm 15. The tool magazine 14 stores a plurality of tool holders that support the tool 6. The tool exchange arm 15 grips the tool holder attached to the main shaft 5A and another tool holder, and conveys and exchanges them. The tool magazine 14 includes a plurality of tool pots (not shown) and a transport mechanism (not shown) inside. The tool pot supports the tool holder. The transport mechanism transports the tool pot in the tool magazine 14.

次に、数値制御装置50の電気的構成について説明する。
図4に示すように、数値制御装置50は、マイクロコンピュータを含んで構成してあり、入出力インタフェース54と、CPU51と、ROM52と、RAM53と、軸制御部61a〜64a,75aと、サーボアンプ61〜64と、微分器71b〜74bなどを備えている。軸制御部61a〜64aは、夫々サーボアンプ61〜64に接続している。サーボアンプ61〜64は、夫々X軸モータ71、Y軸モータ72、Z軸モータ73、主軸モータ74に接続している。軸制御部75aはマガジンモータ75に接続している。
Next, the electrical configuration of the numerical controller 50 will be described.
As shown in FIG. 4, the numerical control device 50 includes a microcomputer, and includes an input / output interface 54, a CPU 51, a ROM 52, a RAM 53, axis control units 61 a to 64 a and 75 a, and a servo amplifier. 61-64, differentiators 71b-74b, etc. are provided. The axis controllers 61a to 64a are connected to the servo amplifiers 61 to 64, respectively. The servo amplifiers 61 to 64 are connected to the X-axis motor 71, the Y-axis motor 72, the Z-axis motor 73, and the main shaft motor 74, respectively. The shaft control unit 75 a is connected to the magazine motor 75.

X軸モータ71、Y軸モータ72は、夫々、テーブル8をX軸方向、Y軸方向に移動させるものである。Z軸モータ73は、主軸ヘッド5をZ軸方向に昇降駆動させるものである。マガジンモータ75は工具マガジン14を回転移動させる為のものである。主軸モータ74は、前記主軸5Aを回転させる為のものである。尚、X軸モータ71、Y軸モータ72、Z軸モータ73、主軸モータ74は、夫々エンコーダ71a〜74aを備えている。   The X axis motor 71 and the Y axis motor 72 are for moving the table 8 in the X axis direction and the Y axis direction, respectively. The Z-axis motor 73 drives the spindle head 5 to move up and down in the Z-axis direction. The magazine motor 75 is for rotating the tool magazine 14. The main shaft motor 74 is for rotating the main shaft 5A. The X-axis motor 71, the Y-axis motor 72, the Z-axis motor 73, and the main shaft motor 74 are provided with encoders 71a to 74a, respectively.

軸制御部61a〜64aは、CPU51からの移動指令量を受けて、電流指令(モータトルク指令値)をサーボアンプ61〜64に出力する。サーボアンプ61〜64は、電流指令を受けてモータ71〜74に駆動電流を出力する。軸制御部61a〜64aは、エンコーダ71a〜74aから位置フィードバック信号を受けて、位置のフィードバック制御を行う。微分器71b〜74bは、エンコーダ71a〜74aから入力した位置フィードバック信号を微分して速度フィードバック信号に変換し、軸制御部61a〜64aに速度フィードバック信号を出力する。   The axis controllers 61a to 64a receive a movement command amount from the CPU 51 and output a current command (motor torque command value) to the servo amplifiers 61 to 64. The servo amplifiers 61 to 64 receive a current command and output a drive current to the motors 71 to 74. The axis controllers 61a to 64a receive position feedback signals from the encoders 71a to 74a and perform position feedback control. The differentiators 71b to 74b differentiate the position feedback signals input from the encoders 71a to 74a, convert them into speed feedback signals, and output the speed feedback signals to the axis controllers 61a to 64a.

軸制御部61a〜64aは、微分器71b〜74bから速度フィードバック信号を受けて、速度フィードバックの制御を行う。電流検出器61b〜64bが、サーボアンプ61〜64からモータ71〜74に出力した駆動電流を検出する。電流検出器61b〜64bで検出した駆動電流を、軸制御部61a〜64aにフィードバックする。軸制御部61a〜64aはフィードバックされた駆動電流に基づいて電流(トルク)制御を行う。軸制御部75aは、CPU51からの移動指令量を受けて、マガジンモータ75を駆動する。   The axis controllers 61a to 64a receive the speed feedback signal from the differentiators 71b to 74b and control the speed feedback. Current detectors 61b to 64b detect drive currents output from servo amplifiers 61 to 64 to motors 71 to 74. The drive current detected by the current detectors 61b to 64b is fed back to the axis controllers 61a to 64a. The shaft controllers 61a to 64a perform current (torque) control based on the fed back drive current. The axis control unit 75 a receives the movement command amount from the CPU 51 and drives the magazine motor 75.

ROM52は、工作機械Mの加工プログラムを機能させるメインの制御プログラム、図10に示す熱変位補正制御の制御プログラム、図11に示すピッチ誤差補正量の補正量を演算する補正量演算処理の制御プログラム等を記憶している。RAM53は、ボールネジシャフト81の長さ、径等の機械構造に関するパラメータ、密度、比熱等の物理的性質に関するパラメータ及び熱分配係数(比率)ηN ,ηF ,ηB、ピッチ誤差補正量のテーブル等を格納している。RAM53は、種々のワークを機械加工する為の複数の加工プログラムも適宜格納している。 The ROM 52 is a main control program for causing the machining program of the machine tool M to function, a control program for thermal displacement correction control shown in FIG. 10, and a control program for correction amount calculation processing for calculating the correction amount of the pitch error correction amount shown in FIG. Etc. are remembered. The RAM 53 is a table of parameters relating to the mechanical structure such as the length and diameter of the ball screw shaft 81, parameters relating to physical properties such as density and specific heat, and heat distribution coefficients (ratio) η N , η F , η B and pitch error correction amount. Etc. are stored. The RAM 53 appropriately stores a plurality of machining programs for machining various workpieces.

ピッチ誤差補正量のテーブルは、X軸、Y軸、Z軸ボールネジ機構のピッチ誤差を夫々補正する為のテーブルである。即ち、ボールネジ機構は、製造公差等によりボールネジシャフト81の回転量とナット部8aの移動量とのピッチ誤差が避けられないので、予め設定したピッチ誤差補正量のテーブルに基づいてピッチ誤差を補正するようになっている。
本実施例では、X軸ボールネジシャフト81の熱変位を補正する例について説明する。
The pitch error correction amount table is a table for correcting pitch errors of the X-axis, Y-axis, and Z-axis ball screw mechanisms. That is, in the ball screw mechanism, a pitch error between the rotation amount of the ball screw shaft 81 and the movement amount of the nut portion 8a is unavoidable due to manufacturing tolerances and the like, so that the pitch error is corrected based on a preset pitch error correction amount table. It is like that.
In this embodiment, an example in which the thermal displacement of the X-axis ball screw shaft 81 is corrected will be described.

図8に示すように、X軸ボールネジシャフト81のナット部移動範囲81bを後述する演算区間よりも短い複数の補正区間、具体的には、20mmの設定長で15個の補正区間に分割し、補正区間毎にピッチ誤差補正を行う。このピッチ誤差を補正するためのピッチ誤差補正量は、メーカーが工作機械Mを製作後の出荷前の調整段階において、ナット部8aを位置X0から位置X300までX軸方向へ20mm間隔にて補正区間毎に移動させる。指令値に対する誤差、つまり(目標値−実移動量)である誤差を精密に測定し、ピッチ誤差補正量のテーブルを作成し、そのテーブルをRAM53に予め格納して出荷する。Y軸、Z軸方向についても同様にしてピッチ誤差補正量のテーブルを作成する。   As shown in FIG. 8, the nut portion movement range 81b of the X-axis ball screw shaft 81 is divided into a plurality of correction sections shorter than a calculation section described later, specifically, 15 correction sections with a set length of 20 mm, Pitch error correction is performed for each correction section. The pitch error correction amount for correcting the pitch error is a correction interval at an interval of 20 mm in the X-axis direction from the position X0 to the position X300 in the adjustment stage before shipment after the manufacturer manufactures the machine tool M. Move every time. An error with respect to the command value, that is, an error which is (target value−actual movement amount) is precisely measured, a pitch error correction amount table is created, the table is stored in the RAM 53 in advance and shipped. Similarly, a table of pitch error correction amounts is created for the Y-axis and Z-axis directions.

次に、工作機械Mの稼働中における数値制御に付随して発生する熱変位量の算出方法について説明する。
本算出方法では、図5に示すように、ボールネジシャフト81の前側軸部81aと、ナット部移動範囲81bと、ボールネジシャフト81の後側軸部81cの3領域の発熱量を求める。この発熱量に基づいて、ボールネジシャフト81を長さ方向に全長に亙って分割した6つの演算区間の発熱量を求める。
Next, a method for calculating the amount of thermal displacement generated accompanying numerical control during operation of the machine tool M will be described.
In this calculation method, as shown in FIG. 5, the amount of heat generated in three regions of the front shaft portion 81 a of the ball screw shaft 81, the nut portion movement range 81 b, and the rear shaft portion 81 c of the ball screw shaft 81 is obtained. Based on this calorific value, the calorific value of six calculation sections obtained by dividing the ball screw shaft 81 in the length direction over the entire length is obtained.

[合計発熱量の算出]
図5に示すボールネジシャフト81は、前側軸部81a、後側軸部81cをそれぞれ100mmとし、ナット部移動範囲81bを300mmとし、全長は、500mmとなる。
演算区間の長さは、80mmとしている。それ故、固定側端部81eから演算区間で等間隔に区切ると、ナット部移動範囲81bの可動軸受19側の終端は、演算区間5の区切りと一致する。後側軸部81cは、演算区間で区切ると、80mmと20mmとなってしまう。本願では、可動側端部81fを含む演算区間は、80mmの演算区間以上に設定するため、演算区間6の長さは、100mmとなる。
[Calculation of total calorific value]
The ball screw shaft 81 shown in FIG. 5 has a front shaft portion 81a and a rear shaft portion 81c of 100 mm, a nut portion moving range 81b of 300 mm, and a total length of 500 mm.
The length of the calculation section is 80 mm. Therefore, if the fixed side end portion 81e is divided at equal intervals in the calculation interval, the end of the nut portion moving range 81b on the movable bearing 19 side coincides with the division of the calculation interval 5. The rear shaft portion 81c is 80 mm and 20 mm when divided by the calculation section. In the present application, since the calculation section including the movable side end portion 81f is set to be equal to or greater than the calculation section of 80 mm, the length of the calculation section 6 is 100 mm.

所定時間(例えば、50ms)毎に、加工プログラムのX軸送りデータ(制御データ)に基づいて、ナット部8aがどの演算区間に存在するかを判別し、エンコーダ71aの検出信号から求めるX軸モータ71の実回転数から決まるテーブル8の送り速度に基づいて次式により発熱量を求め、RAM53のデータエリアに格納する。   An X-axis motor that determines the calculation section in which the nut portion 8a exists based on the X-axis feed data (control data) of the machining program every predetermined time (for example, 50 ms) and obtains from the detection signal of the encoder 71a Based on the feed speed of the table 8 determined from the actual rotational speed of 71, the heat generation amount is obtained by the following equation and stored in the data area of the RAM 53.

Q=K1 ×FT
ここで、Q:発熱量、F:テーブル8の送り速度、K1 ,T:所定の定数である。
Q = K 1 × F T
Here, Q is the calorific value, F is the feed speed of the table 8, K 1 and T are predetermined constants.

上記の発熱量演算式を用いて、各演算区間でのナット部8aの移動による発熱量を、所定期間(例えば、6400ms)の間、50ms毎に128回算出する。これらの所定期間の発熱量を演算区間毎に合計し、図6に示すように、この合計発熱量Q1〜Q6を演算区間1〜6に対応させてRAM53に格納する。所定期間の間に発生した6つの演算区間1〜6の発熱量Q1〜Q6の合計発熱量QTも演算してRAM53に格納する。 Using the above calorific value calculation formula, the calorific value due to the movement of the nut portion 8a in each calculation interval is calculated 128 times every 50 ms for a predetermined period (for example, 6400 ms). The calorific values of these predetermined periods are summed for each calculation section, and the total calorific values Q 1 to Q 6 are stored in the RAM 53 in correspondence with the calculation sections 1 to 6 as shown in FIG. The total calorific value Q T of the calorific values Q 1 to Q 6 of the six computation sections 1 to 6 generated during the predetermined period is also calculated and stored in the RAM 53.

[合計発熱量の分配]
以下に示す合計発熱量QTの分配方法は、ボールネジシャフト81のナット部移動範囲81bと前側軸部81aと後側軸部81cにおいて互いに他の部分への熱伝導が生じず、熱的には近似的に独立しているとみなすことができること、合計発熱量QTに対する各発熱部の比率は送り速度の如何に関わらずほぼ一定であるという知見に基づいている。
[Distribution of total calorific value]
In the distribution method of the total calorific value Q T shown below, heat conduction to other parts does not occur in the nut portion moving range 81b, the front shaft portion 81a and the rear shaft portion 81c of the ball screw shaft 81, and the This is based on the fact that it can be regarded as being approximately independent, and the ratio of each heat generating portion to the total heat generation amount Q T is substantially constant regardless of the feed rate.

合計発熱量QT、固定軸受18の回転により発熱した前部軸受部発熱量QF、ナット部移動範囲発熱量QN、可動軸受19の回転により発熱した後部軸受部発熱量QBとすると、各発熱部の分配発熱量は、次式から算出する。 When the total heat generation amount Q T , the front bearing portion heat generation amount Q F generated by rotation of the fixed bearing 18, the nut portion moving range heat generation amount Q N , and the rear bearing portion heat generation amount Q B generated by rotation of the movable bearing 19, The distribution calorific value of each heat generating part is calculated from the following equation.

F=ηF ×QT
N=ηN ×QT
B=ηB ×QT
ここで比率ηF ,ηN ,ηBは前記知見により一定であり、実機によりQF ,QN ,QBを測定し、比率ηF ,ηN ,ηBを予め求めておいた値を用いる。
Q F = η F × Q T
Q N = η N × Q T
Q B = η B × Q T
Here, the ratios η F , η N , and η B are constant according to the above knowledge, and Q F , Q N , and Q B are measured by an actual machine, and the ratios η F , η N , and η B are obtained in advance. Use.

[ナット部移動範囲発熱量の分配]
次に、ナット部移動範囲の分配発熱量QNを6つの演算区間に分配する。前記データエリアに格納されている6つの演算区間の合計発熱量Q1〜Q6と合計発熱量QTに基づいて、次式からナット部移動範囲発熱量QNについての6つの演算区間における発熱量の分配比率X1〜X6 を求める。
[Nut movement range calorific value distribution]
Next, the distributed calorific value Q N of the nut portion movement range is distributed to six calculation sections. Based on the total calorific values Q 1 to Q 6 and the total calorific value Q T of the six calculation sections stored in the data area, the heat generation in the six calculation intervals for the nut portion moving range calorific value Q N is obtained from the following equation. The quantity distribution ratios X 1 to X 6 are obtained.

1 =演算区間1の合計発熱量Q1/ QT

6 =演算区間6の合計発熱量Q6/ QT
こうして、6つの演算区間の分配比率X1〜X6 を求めてから、この分配比率と前記ナット部移動範囲発熱量QN とから、次式により6つの演算区間の分配発熱量QN1〜QN6を求める。
X 1 = Total calorific value Q 1 / Q T of calculation section 1
:
X 6 = total calorific value Q 6 / Q T of calculation section 6
In this way, after the distribution ratios X 1 to X 6 of the six calculation sections are obtained, the distribution calorific values Q N1 to Q N of the six calculation sections are calculated from the distribution ratio and the nut movement range heat generation quantity Q N by the following formula. Find N6 .

N1=X1 ×QN

N6=X6 ×QN
図5に基づき各部の温度、各演算区間の分配発熱量を図7のように表すことができる。
Q N1 = X 1 × Q N
:
Q N6 = X 6 × Q N
Based on FIG. 5, the temperature of each part and the distributed heat generation amount of each calculation section can be expressed as shown in FIG.

[温度分布の算出]
以上のようにして6つの演算区間の分配発熱量を求めてから、これらの分配発熱量に基づいて温度分布を算出する。温度分布は次の非定常熱伝導方程式を、初期条件{θ}t=0 ={θ0}の下に解けば求めることができる。尚、θ0は初期温度である。
[Calculation of temperature distribution]
As described above, the distribution heat generation amount of the six calculation sections is obtained, and the temperature distribution is calculated based on these distribution heat generation amounts. The temperature distribution can be obtained by solving the following unsteady heat conduction equation under the initial condition {θ} t = 0 = {θ 0 }. Θ 0 is the initial temperature.

[C]d{θ}/dt+[H]{θ}+{Q}=0
ここで、[C]:熱容量マトリックス、[H]:熱伝導マトリックス、{θ}:温度分布、{Q}:発熱量、t:時間である。
[C] d {θ} / dt + [H] {θ} + {Q} = 0
Here, [C]: heat capacity matrix, [H]: heat conduction matrix, {θ}: temperature distribution, {Q}: calorific value, t: time.

[熱変位量の算出]
図7に示すように、ボールネジシャフト81の6つの演算区間の温度θ1〜θ6を求めてから、これらの温度θ1〜θ6に基づいて、ボールネジシャフト81の6つの演算区間区切り位置(図7のθ1〜θ6に対応する位置)の熱変位量を算出する。6つの演算区間区切り位置の熱変位量は、次式から求めることができる。
[Calculation of thermal displacement]
As shown in FIG. 7, from seeking temperature theta 1 through? 6 six computation area of the ball screw shaft 81, on the basis of these temperature theta 1 through? 6, six operation section break position of the ball screw shaft 81 ( The amount of thermal displacement at positions corresponding to θ 1 to θ 6 in FIG. 7 is calculated. The amount of thermal displacement at the six calculation section break positions can be obtained from the following equation.

ΔL=∫L 0 β×θ(L)dL ・・・(1)
ここで、ΔL:熱変位量、β:ボールネジシャフト材料の線膨張係数である。
積分記号は0〜Lの範囲についての積分を示し、Lは6つの演算区間に関する演算区間区切り位置までの長さを示す。具体的には、0〜80、0〜160、0〜240、・・・等の範囲についての積分を示す。
ΔL = ∫ L 0 β × θ (L) dL (1)
Here, ΔL: thermal displacement amount, β: linear expansion coefficient of the ball screw shaft material.
The integration symbol indicates integration in the range of 0 to L, and L indicates the length to the calculation interval delimitation positions for the six calculation intervals. Specifically, the integration over a range of 0 to 80, 0 to 160, 0 to 240,.

[補正量の算出]
ボールネジシャフト81の6つの演算区間区切り位置の熱変位量を求めてから、16個の補正区間区切り位置のピッチ誤差補正量を夫々補正する補正量を算出する。尚、本実施例では、ナットの移動範囲がX0〜X300(300mmの範囲)であり、各補正区間の長さが20mmである。そのため、補正量はX0,X20,X40,‥‥,X300の16個の位置での補正量を算出する。16個の補正区間区切り位置の補正量は、図9と後述する[補正量演算式]の式から求めることができる。
[Calculation of correction amount]
After obtaining the thermal displacement amounts at the six calculation section break positions of the ball screw shaft 81, correction amounts for correcting the pitch error correction amounts at the 16 correction section break positions are calculated. In this embodiment, the moving range of the nut is X0 to X300 (300 mm range), and the length of each correction section is 20 mm. Therefore, the correction amounts are calculated at 16 positions of X0, X20, X40,. The correction amounts of the 16 correction section break positions can be obtained from FIG. 9 and the equation of [correction amount calculation formula] described later.

図9は、ピッチ誤差補正量を補正する補正量を求める場合の説明図である。図9において、縦軸は固定軸受18の位置を基準とする熱変位量、上側の横軸は固定軸受18を基準とするボールネジシャフト81の各部の位置であり、下側の横軸は16個の補正区間の区切り位置(X0,X20・・・,X300)を示す。
ここで、DF1は演算区間1における熱変位量、
F2は演算区間1と演算区間2における熱変位量の合計、

F6は演算区間1〜演算区間6における熱変位量の合計である。
FIG. 9 is an explanatory diagram for obtaining a correction amount for correcting the pitch error correction amount. In FIG. 9, the vertical axis represents the amount of thermal displacement with respect to the position of the fixed bearing 18, the upper horizontal axis represents the position of each part of the ball screw shaft 81 with respect to the fixed bearing 18, and the lower horizontal axis represents 16 pieces. The correction section delimiter positions (X0, X20..., X300) are indicated.
Here, D F1 is the amount of thermal displacement in the calculation interval 1,
DF2 is the total amount of thermal displacement in calculation interval 1 and calculation interval 2,
:
D F6 is the total amount of thermal displacement in the calculation interval 1 to calculation interval 6.

図9に示すように、16個の補正区間の区切り位置(X0,X20,・・・,X300)の補正量を次式から求める。
[補正量演算式]
X0の補正量=演算区間1の熱変位量+演算区間2の熱変位量×{(演算区間2の左区切り位置とX0間の長さ)/演算区間2の長さ}
X20の補正量=演算区間1の熱変位量+演算区間2の熱変位量×{(演算区間2の左区切り位置とX20間の長さ)/演算区間2の長さ}−X0の補正量
X40の補正量=演算区間1の熱変位量+演算区間2の熱変位量×{(演算区間2の左区切り位置とX40間の長さ)/演算区間2の長さ}−X20の補正量
X60の補正量=演算区間1の熱変位量+演算区間2の熱変位量×{(演算区間2の左区切り位置とX60間の長さ)/演算区間2の長さ}−X40の補正量
X80の補正量=演算区間1の熱変位量+演算区間2の熱変位量+演算区間3の熱変位量×{(演算区間3の左区切り位置とX80間の長さ)/演算区間3の長さ}−X60の補正量

X300の補正量=演算区間1の熱変位量+演算区間2の熱変位量+演算区間3の熱変位量+演算区間4の熱変位量+演算区間5の熱変位量+演算区間6の熱変位量×{(演算区間6の左区切り位置とX300間の長さ)/演算区間6の長さ}−X280の補正量
As shown in FIG. 9, the correction amount at the delimiter positions (X0, X20,..., X300) of the 16 correction sections is obtained from the following equation.
[Correction amount calculation formula]
X0 correction amount = thermal displacement amount in computation section 1 + thermal displacement amount in computation section 2 × {(length between left delimiter position of computation section 2 and X0) / length of computation section 2}
Correction amount of X20 = thermal displacement amount of calculation section 1 + thermal displacement amount of calculation section 2 × {(length between left delimiter position of calculation section 2 and X20) / length of calculation section 2} −correction amount of X0 Correction amount of X40 = thermal displacement amount of calculation section 1 + thermal displacement amount of calculation section 2 × {(length between left delimiter position of calculation section 2 and X40) / length of calculation section 2} −correction amount of X20 Correction amount of X60 = thermal displacement amount of calculation section 1 + heat displacement amount of calculation section 2 × {(length between left delimiter position of calculation section 2 and X60) / length of calculation section 2} −correction amount of X40 Correction amount of X80 = thermal displacement amount of calculation section 1 + thermal displacement amount of calculation section 2 + heat displacement amount of calculation section 3 × {(length between left delimiter position of calculation section 3 and X80) / calculation section 3 Length}-Correction amount of X60
:
X300 correction amount = thermal displacement amount in computation section 1 + thermal displacement amount in computation section 2 + thermal displacement amount in computation section 3 + thermal displacement amount in computation section 4 + thermal displacement amount in computation section 5 + heat in computation section 6 Displacement amount × {(length between the left delimiter position of calculation section 6 and X300) / length of calculation section 6} −correction amount of X280

次に、数値制御装置50が実行する熱変位補正制御について、図10のフローチャートに基づいて説明する。尚、図中Si(i=1,2・・・)は各ステップを示す。但し、この熱変位補正制御は、以上説明した内容と重複する部分が多いので簡単に説明する。また、
この熱変位補正制御と並行的に実際のワークに対する数値制御による機械加工が実行されているものとする。
Next, thermal displacement correction control executed by the numerical controller 50 will be described based on the flowchart of FIG. In the figure, Si (i = 1, 2,...) Indicates each step. However, this thermal displacement correction control will be briefly described because there are many overlapping parts with the contents described above. Also,
It is assumed that machining by numerical control for an actual workpiece is performed in parallel with this thermal displacement correction control.

この制御が開始されると、最初にS1において初期設定が実行される。この初期設定においては、先ず、パラメータ等の設定データから有限要素法による演算に必要なマトリックスを設定すると共に、初期温度を設定したり、RAM53の関連するメモリエリアをクリアする等の処理が実行される。次に、S2において、ボールネジシャフト81が図5に示すように6つの演算区間1〜6に分割される。   When this control is started, initial setting is first executed in S1. In this initial setting, first, processing such as setting a matrix necessary for calculation by the finite element method from setting data such as parameters, setting an initial temperature, and clearing a memory area related to the RAM 53 is executed. The Next, in S2, the ball screw shaft 81 is divided into six calculation sections 1 to 6 as shown in FIG.

次に、S3においてカウンタIが0に設定され、S4では、X軸送りデータ、エンコータ71aの検出信号が読み込まれる。次に、S5においては、演算区間1〜6の50ms毎の発熱量が演算されてメモリに記憶される。次のS6では、カウンタIが「1」だけインクリメントされ、S7ではカウンタIのカウンタ値が「127」か否か判定され、その判定がNoのうちはS4へ戻ってS4〜S6が繰り返される。S7の判定がYesになるとS8へ移行する。S8では、演算区間1〜6における6400ms間の合計発熱量Q1〜Q6、その合計発熱量QTが演算されてメモリに記憶される。 Next, in S3, the counter I is set to 0, and in S4, the X-axis feed data and the detection signal of the encoder 41a are read. Next, in S5, the amount of heat generated every 50 ms in the calculation sections 1 to 6 is calculated and stored in the memory. In the next S6, the counter I is incremented by “1”. In S7, it is determined whether or not the counter value of the counter I is “127”. If the determination is No, the process returns to S4 and S4 to S6 are repeated. When the determination in S7 is Yes, the process proceeds to S8. In S8, the total heat generation amount Q 1 to Q 6 and the total heat generation amount Q T for 6400 ms in the calculation sections 1 to 6 are calculated and stored in the memory.

S9では、前述の各部の発熱量QF、QN、QBが演算されてメモリに記憶され、発熱量QNへ分配した演算区間1〜6への分配発熱量QN1〜QN6が演算されてメモリに記憶される。さらに演算区間1〜6についての図7に示す分配発熱量も演算されてメモリに記憶される。S10では、図7に示す分配発熱量に基づいて演算区間1〜6の温度θ1〜θ6が演算されてメモリに記憶される。 In S9, the calorific value Q F of the aforementioned respective units, Q N, Q B is stored is computed in the memory, the distribution calorific value Q N1 to Q N6 arithmetic operation to the arithmetic section 1-6 was distributed to the calorific value Q N And stored in the memory. Further, the distribution heat generation amount shown in FIG. 7 for the calculation sections 1 to 6 is also calculated and stored in the memory. In S10, the temperatures θ 1 to θ 6 of the calculation sections 1 to 6 are calculated based on the distributed heat generation amount shown in FIG. 7 and stored in the memory.

S11では、前記の(1)式に基づいて、6つの演算区間についての演算区間区切り位置の熱変位量が演算されてメモリに記憶される。S12では、[補正量演算式]に基づいて、前述のようにして16個の補正区間区切り位置における補正量が演算される。次に、S13では、S12において求めた補正量を用いて、16個の補正区間区切り位置に対して予め設定されているピッチ誤差補正量に対する補正処理が実行され、その補正処理したピッチ誤差補正量による送り量補正処理が実行される。S14においては、熱変位補正の処理を終了するか否か判定され、その判定がNoの場合はS3へ戻ってS3以降が繰り返し実行され、S14の判定がYesになると、この制御が終了する。   In S11, based on the above equation (1), the thermal displacement amounts at the calculation section break positions for the six calculation sections are calculated and stored in the memory. In S12, based on the [correction amount calculation formula], the correction amounts at the 16 correction section break positions are calculated as described above. Next, in S13, using the correction amount obtained in S12, correction processing for a pitch error correction amount set in advance for the 16 correction section break positions is executed, and the corrected pitch error correction amount is executed. Is executed. In S14, it is determined whether or not the thermal displacement correction process is to be terminated. If the determination is No, the process returns to S3 and is repeatedly executed after S3. When the determination in S14 is Yes, this control is terminated.

次に、S12のピッチ誤差補正量を補正する補正量を演算する補正量演算処理について、図11のフローチャートに基づいて説明する。尚、図中Si(i=20,21・・・)は各ステップを示す。この処理が開始されると、カウンタnを0にリセットし(S20)、次に位置Xnの補正量ΔMnを次式により演算する(S21)。 Next, the correction amount calculation processing for calculating the correction amount for correcting the pitch error correction amount in S12 will be described based on the flowchart of FIG. In the figure, Si (i = 20, 21...) Indicates each step. When this process is started, the counter n is reset to 0 (S20), and then the correction amount ΔM n of the position Xn is calculated by the following equation (S21).

最初に、ΔMn=DF+ΔDn×{(Xn−XF)/Ln}−ΔMn-20、n=0 により、位置X0の補正量ΔM0を求める。尚、この式は[補正量演算式]を簡単に表したものである。
ここで、DF:位置Xnよりも固定側の演算区間で発生した熱変位量の合計、
ΔDn:位置Xnを含む演算区間で発生した熱変位量、
F:位置Xnを含む演算区間の左区切り位置、
n:位置Xnを含む演算区間の長さである。
但し、ΔM0を求める場合に用いるΔM-20を0とする。
First, the correction amount ΔM 0 of the position X0 is obtained from ΔM n = D F + ΔD n × {(Xn−X F ) / L n } −ΔM n−20, n = 0. Note that this equation simply represents [correction amount calculation equation].
Here, D F : the total amount of thermal displacement generated in the calculation section on the fixed side from the position Xn,
ΔD n : thermal displacement amount generated in the calculation section including the position Xn,
X F : Left separation position of the calculation section including the position Xn,
L n is the length of the calculation interval including the position Xn.
However, the .DELTA.M -20 used when seeking .DELTA.M 0 to 0.

S22においてnを20インクリメントした後、S23においてnが320であるか否か判定する。nが320でない場合(S23;No)、位置X300までの補正量についての演算を終了していないものと判定し、S21へ戻って位置Xnの補正量ΔMnを演算する。位置X300の補正量ΔM300を求めるまではS21〜S23を繰り返し実行する。 補正量ΔM300を求めてから(S21)、S22においてn=320となり、S23の判定がYesとなるため、この処理を終了して、図10のS14へ移行する。 After n is incremented by 20 in S22, it is determined whether or not n is 320 in S23. When n is not 320 (S23; No), it is determined that the calculation for the correction amount up to the position X300 is not completed, and the process returns to S21 to calculate the correction amount ΔM n for the position Xn. Until obtaining a correction amount .DELTA.M 300 position X300 is repeatedly executes S21 to S23. After obtaining the correction amount ΔM 300 (S21), n = 320 in S22, and the determination in S23 is Yes, so this process ends and the process proceeds to S14 in FIG.

エンコーダ71aが「速度検出手段」に相当し、S3〜S7を実行する数値制御装置50が「発熱量演算手段」に相当し、S8〜S10を実行する数値制御装置50が「温度分布演算手段」に相当し、S11を実行する数値制御装置50が「熱変位量演算手段」に相当し、S12を実行する数値制御装置50が「補正量演算手段」に相当する。   The encoder 71a corresponds to “speed detection means”, the numerical control device 50 that executes S3 to S7 corresponds to “heat generation amount calculation means”, and the numerical control device 50 that executes S8 to S10 corresponds to “temperature distribution calculation means”. The numerical control device 50 that executes S11 corresponds to “thermal displacement amount calculation means”, and the numerical control device 50 that executes S12 corresponds to “correction amount calculation means”.

次に、以上説明した工作機械Mの熱変位補正方法及びその熱変位補正装置の作用、効果について説明する。ボールネジ機構のボールネジシャフト81の全長を、固定側端部81eから補正区間よりも長い一定長さの演算区間に分割すると共に、可動側端部81fを含む演算区間の長さを一定長さ以上に設定するため、これら複数の演算区間の発熱量と温度分布を算出し、それに基づいて複数の演算区間の区切り位置での熱変位量を演算し、ピッチ誤差補正量を補正する補正量を決定するので、次のような効果が得られる。   Next, the operation and effect of the thermal displacement correction method for the machine tool M described above and the thermal displacement correction apparatus will be described. The entire length of the ball screw shaft 81 of the ball screw mechanism is divided into fixed length calculation sections longer than the correction section from the fixed side end 81e, and the length of the calculation section including the movable side end 81f is greater than or equal to a certain length. In order to set, the calorific value and temperature distribution of the plurality of calculation sections are calculated, and based on the calculation, the thermal displacement amount is calculated at the break position of the plurality of calculation sections, and the correction amount for correcting the pitch error correction amount is determined. Therefore, the following effects can be obtained.

演算区間の区切り位置と補正区間の区切り位置とを一致させる必要がなくなる。それ故、演算区間の区間長を長く設定することで熱変位量を演算する演算周期を長くすることができ、数値制御装置50における演算処理の負荷を低減できる。   It is not necessary to match the dividing position of the calculation section with the dividing position of the correction section. Therefore, by setting the section length of the calculation section to be long, the calculation cycle for calculating the thermal displacement amount can be lengthened, and the calculation processing load in the numerical controller 50 can be reduced.

さらに、演算区間の区間長を不必要に長くならないように設定することで、高精度な熱変位補正を行うことができる。演算区間の区間長を適切な大きさに設定することにより、数値制御装置50における演算処理の負荷を抑制しつつ、目標とする加工精度を達成することが可能となる。   Furthermore, by setting the section length of the calculation section so as not to become unnecessarily long, highly accurate thermal displacement correction can be performed. By setting the section length of the computation section to an appropriate size, it is possible to achieve the target machining accuracy while suppressing the computation processing load in the numerical controller 50.

次に、前記実施例を部分的に変更した変更例について説明する。
1]前記実施例においては、本発明の熱変位補正装置及びその熱変位補正方法をX軸のボールネジ機構の熱変位補正に適用した場合について説明したが、Y軸のボールネジ機構やZ軸のボールネジ機構の熱変位補正に適用することも可能である。
2]前記実施例においては、ボールネジシャフト81の前側軸部81aとナット部移動範囲81bを80mm間隔(補正区間の設定長の4倍)で5つの演算区間に分割したが、補正区間よりも長い演算区間であればよく、例えば補正区間の設定長の1.5倍や3倍など4倍以外の長さに分割してもよい。
Next, a modified example in which the above embodiment is partially modified will be described.
1] In the above embodiment, the case where the thermal displacement correction device and the thermal displacement correction method of the present invention are applied to the thermal displacement correction of the X-axis ball screw mechanism has been described. However, the Y-axis ball screw mechanism and the Z-axis ball screw have been described. It is also possible to apply the correction to the thermal displacement of the mechanism.
2] In the above-described embodiment, the front shaft portion 81a and the nut portion moving range 81b of the ball screw shaft 81 are divided into five calculation sections at intervals of 80 mm (four times the set length of the correction section), but longer than the correction section. Any calculation section may be used. For example, the calculation section may be divided into lengths other than four times, such as 1.5 times or three times the set length of the correction section.

3]前記実施例においては、ボールネジシャフト81の前側軸部81a側にX軸モータ71を設けたが、ボールネジシャフト81の後側軸部81c側にX軸モータ71を設けた場合も前記実施例と同様の方法で、ボールネジシャフト81の6つの演算区間の熱変位量を求めることができる。
4]前記実施例では、発熱量を演算する演算周期50msを例にして説明したが、この演算周期は50msに限るものではない。また、前記の所定期間の6400msも一例に過ぎず、これに限定される訳ではない。例えば、所定期間を20〜30sのオーダーに設定してもよい。
3] In the above embodiment, the X-axis motor 71 is provided on the front shaft portion 81a side of the ball screw shaft 81. However, the X-axis motor 71 is also provided on the rear shaft portion 81c side of the ball screw shaft 81. In the same manner as described above, the thermal displacement amounts of the six calculation sections of the ball screw shaft 81 can be obtained.
4] In the above embodiment, the calculation period of 50 ms for calculating the calorific value has been described as an example, but this calculation period is not limited to 50 ms. The 6400 ms of the predetermined period is only an example, and the present invention is not limited to this. For example, the predetermined period may be set to an order of 20 to 30 s.

M 工作機械
8a ナット部
50 数値制御装置
51 CPU
71 X軸モータ
71a エンコーダ
81 ボールネジシャフト
81b ナット部移動範囲
81e 固定側端部
81f 可動側端部
M Machine tool 8a Nut 50 Numerical control device 51 CPU
71 X-axis motor 71a Encoder 81 Ball screw shaft 81b Nut portion moving range 81e Fixed side end 81f Movable side end

Claims (4)

送り駆動用ボールネジ機構と、このボールネジ機構のナットが螺合したシャフトを回転駆動するサーボモータと、このサーボモータを制御データに基づき制御する制御手段とを有する数値制御式工作機械の熱変位補正方法において、
前記シャフトに前記サーボモータに連結される固定側端部と、この固定側端部と反対側の可動側端部とを予め設け、
工作機械の稼働中に前記シャフトの熱変位量を算出する際に、
前記シャフトの全長を、前記固定側端部から一定長さの演算区間で分割すると共に、前記可動側端部を含む演算区間の長さを、前記一定長さ以上に設定し、該複数の演算区間の発熱量と温度分布を算出することを特徴とする数値制御式工作機械の熱変位補正方法。
A method for correcting thermal displacement of a numerically controlled machine tool having a ball screw mechanism for feed driving, a servo motor for rotationally driving a shaft into which a nut of the ball screw mechanism is screwed, and a control means for controlling the servo motor based on control data In
A fixed side end connected to the servo motor on the shaft, and a movable side end opposite to the fixed side end are provided in advance,
When calculating the amount of thermal displacement of the shaft during operation of the machine tool,
The total length of the shaft is divided by a fixed length calculation section from the fixed side end, and the length of the calculation section including the movable side end is set to be equal to or greater than the fixed length, and the plurality of calculations A method of correcting a thermal displacement of a numerically controlled machine tool, characterized by calculating a calorific value and a temperature distribution of a section.
前記シャフトのナット移動範囲を前記演算区間よりも短い複数の補正区間に分割し、その複数の補正区間毎にピッチ誤差補正するピッチ誤差補正量を、前記熱変位量を用いて補正することを特徴とする請求項1に記載の数値制御式工作機械の熱変位補正方法。   The nut movement range of the shaft is divided into a plurality of correction sections shorter than the calculation section, and a pitch error correction amount for correcting a pitch error for each of the plurality of correction sections is corrected using the thermal displacement amount. The thermal displacement correction method for a numerically controlled machine tool according to claim 1. 送り駆動用ボールネジ機構と、このボールネジ機構のナットが螺合したシャフトを回転駆動するサーボモータと、このサーボモータを制御データに基づき制御する制御手段とを有し、前記シャフトのナット移動範囲を複数の補正区間に分割し、その複数の補正区間毎にピッチ誤差補正する数値制御式工作機械の熱変位補正方法において、
前記シャフトに前記サーボモータに連結される固定側端部と、この固定側端部と反対側の可動側端部とを予め設け、
前記シャフトの全長を、前記固定側端部から前記補正区間よりも長い一定長さの演算区間に分割すると共に、前記可動側端部を含む演算区間の長さを、前記一定長さ以上に設定した複数の演算区間に発生する発熱量を、前記サーボモータの回転速度と制御データとに基づいて所定時間毎に求める第1ステップと、
前記複数の演算区間の発熱量を所定期間分累積した合計発熱量と非定常熱伝導方程式とに基づいて、複数の演算区間の温度分布を前記所定期間毎に演算する第2ステップと、
前記温度分布から前記シャフトの複数の演算区間の熱変位量を前記所定期間毎に演算する第3ステップと、
前記複数の演算区間の熱変位量に基づいて、前記複数の補正区間のピッチ誤差補正量を夫々補正する補正量を前記所定期間毎に演算する第4ステップと、
を備えたことを特徴とする数値制御式工作機械の熱変位補正方法。
A feed drive ball screw mechanism; a servo motor that rotationally drives a shaft into which a nut of the ball screw mechanism is screwed; and a control unit that controls the servo motor based on control data. In a thermal displacement correction method for a numerically controlled machine tool that divides the correction section into a plurality of correction sections and corrects pitch error for each of the plurality of correction sections
A fixed side end connected to the servo motor on the shaft, and a movable side end opposite to the fixed side end are provided in advance,
The total length of the shaft is divided into a calculation section having a fixed length longer than the correction section from the fixed side end, and the length of the calculation section including the movable side end is set to the fixed length or more. A first step for obtaining a calorific value generated in the plurality of calculation sections at predetermined time intervals based on the rotation speed of the servo motor and control data;
A second step of calculating a temperature distribution of the plurality of calculation sections for each predetermined period based on a total heat generation amount obtained by accumulating the heat generation amounts of the plurality of calculation sections for a predetermined period and an unsteady heat conduction equation;
A third step of calculating a thermal displacement amount of a plurality of calculation sections of the shaft from the temperature distribution for each predetermined period;
A fourth step of calculating a correction amount for correcting a pitch error correction amount of each of the plurality of correction sections based on the thermal displacement amounts of the plurality of calculation sections for each predetermined period;
A thermal displacement correction method for a numerically controlled machine tool, comprising:
送り駆動用ボールネジ機構と、このボールネジ機構のナットが螺合したシャフトを回転駆動するサーボモータと、このサーボモータを制御データに基づき制御する制御手段とを有し、前記シャフトのナット移動範囲を複数の補正区間に分割し、その複数の補正区間毎にピッチ誤差補正する数値制御式工作機械の熱変位補正装置において、
前記シャフトは前記サーボモータに連結される固定側端部と、この固定側端部と反対側の可動側端部とを有し、
前記サーボモータの回転速度を検出する速度検出手段と、
前記シャフトの全長を、前記固定側端部から前記補正区間よりも長い一定長さの演算区間に分割すると共に、前記可動側端部を含む演算区間の長さを、前記一定長さ以上に設定した複数の演算区間に発生する発熱量を、前記サーボモータの回転速度と制御データとに基づいて所定時間毎に求める発熱量演算手段と、
前記複数の演算区間の発熱量を所定期間分累積した合計発熱量と非定常熱伝導方程式とに基づいて、複数の演算区間の温度分布を前記所定期間毎に演算する温度分布演算手段と、
前記温度分布から前記シャフトの複数の演算区間の熱変位量を前記所定期間毎に演算する熱変位量演算手段と、
前記複数の演算区間の熱変位量に基づいて、前記複数の補正区間のピッチ誤差補正量を夫々補正する補正量を前記所定期間毎に演算する補正量演算手段と、
を備えたことを特徴とする数値制御式工作機械の熱変位補正装置。
A feed drive ball screw mechanism; a servo motor that rotationally drives a shaft into which a nut of the ball screw mechanism is screwed; and a control unit that controls the servo motor based on control data. In the thermal displacement correction device for a numerically controlled machine tool that divides the correction interval into a plurality of correction intervals and corrects the pitch error for each of the correction intervals,
The shaft has a fixed side end connected to the servo motor, and a movable side end opposite to the fixed side end,
Speed detecting means for detecting the rotational speed of the servo motor;
The total length of the shaft is divided into a calculation section having a fixed length longer than the correction section from the fixed side end, and the length of the calculation section including the movable side end is set to the fixed length or more. A calorific value calculation means for obtaining a calorific value generated in the plurality of calculation sections at predetermined time intervals based on the rotation speed of the servo motor and control data;
Based on the total calorific value obtained by accumulating the calorific value of the plurality of calculation sections for a predetermined period and the unsteady heat conduction equation, temperature distribution calculating means for calculating the temperature distribution of the plurality of calculation sections for each predetermined period;
Thermal displacement amount calculating means for calculating the thermal displacement amount of the plurality of calculation sections of the shaft for each predetermined period from the temperature distribution;
Correction amount calculation means for calculating a correction amount for correcting the pitch error correction amount of each of the plurality of correction sections based on the thermal displacement amounts of the plurality of calculation sections for each predetermined period;
A thermal displacement correction device for a numerically controlled machine tool, comprising:
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