JP2012011509A - Thermal displacement correcting method and thermal displacement correcting device of machine tool - Google Patents

Thermal displacement correcting method and thermal displacement correcting device of machine tool Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal displacement correcting method and the like of a machine tool capable of highly accurately correcting thermal displacement with a simple construction.SOLUTION: A supporting rigidity estimating part 54 estimates supporting rigidity Kh in a horizontal direction and supporting rigidity Kv in a vertical direction changed by passing time to a column 10 on the basis of a thermal extension amount ΔL and a temperature change amount Δt of a member 15 (the column 10) acquired by a thermal extension amount acquiring part 52 and a temperature change amount acquiring part 53. When the supporting rigidities Kh and Kv greatly affecting an attitude of the column 10 are changed by passing time, the supporting rigidity estimating part 54 once estimates supporting rigidities Kh and Kv changed by passing time on the basis of a thermal extension amount ΔL and a temperature change amount Δt and a thermal displacement amount deriving part 55 determines a thermal displacement amount ΔM1h in the horizontal direction and a thermal displacement amount ΔM1v in the vertical direction of the column 10 on the basis of the supporting rigidities Kh and Kv. Thereby, accuracy of the thermal displacement amount ΔM1h in the horizontal direction and the thermal displacement amount ΔM1v in the vertical direction can be heightened and highly accurate thermal displacement correction can be made possible with a simple construction.

Description

本発明は、工作機械における熱変位補正方法および熱変位補正装置に関する。   The present invention relates to a thermal displacement correction method and a thermal displacement correction apparatus for a machine tool.

工作機械は、制御装置により各駆動軸を位置制御することにより工作物の加工を行っている。この工作機械において、工具による加工やモータの回転等の内的要因による発熱および設置環境の室温変動等の外的要因による熱伝達により、移動体を支持する支持体が熱変形することがある。支持体の熱変形は、移動体の位置に影響を及ぼすため、加工精度の低下を招来するおそれがある。   A machine tool processes a workpiece by controlling the position of each drive shaft by a control device. In this machine tool, the support that supports the moving body may be thermally deformed due to heat generation due to internal factors such as machining by a tool or rotation of a motor and heat transfer due to external factors such as room temperature fluctuations in the installation environment. Since the thermal deformation of the support affects the position of the moving body, the processing accuracy may be reduced.

そこで、例えば、特許文献1には、以下の工作機械における熱変位補正装置(姿勢制御装置)が開示されている。この装置は、支持体(コラム)の壁面に発生した温度変化による変位を、支持体の壁面に設置されている歪みセンサ(変位センサ)により検出する。そして、検出した変位値に応じて、支持体の壁面に設置されている熱アクチュエータに制御信号を出力し、支持体の壁面を加熱または冷却して支持体の壁面を伸縮制御し、移動体を所定の位置に保持する。   Therefore, for example, Patent Document 1 discloses a thermal displacement correction device (attitude control device) in the following machine tool. This apparatus detects a displacement due to a temperature change generated on a wall surface of a support (column) by a strain sensor (displacement sensor) installed on the wall surface of the support. Then, according to the detected displacement value, a control signal is output to the thermal actuator installed on the wall surface of the support body, and the wall surface of the support body is heated or cooled to control expansion and contraction of the wall surface of the support body. Hold in place.

また、例えば、特許文献2には、以下の工作機械における熱変位補正方法が開示されている。この方法は、発熱源の影響を受ける支持体の温度変化を検出し、検出した温度変化を用いて、ある時定数等の熱特性を有する工作機械の熱変位の熱的挙動と略同じ挙動をするような温度変化を演算する。そして、算出した演算温度変化と上述の熱変位との関係を定める関数を用いて得た熱変位に基づいて加工誤差を補正する。   For example, Patent Document 2 discloses a thermal displacement correction method for the following machine tools. This method detects the temperature change of the support that is affected by the heat source, and uses the detected temperature change to achieve a behavior that is almost the same as the thermal behavior of a thermal displacement of a machine tool having a thermal characteristic such as a certain time constant. The temperature change is calculated. And a processing error is correct | amended based on the thermal displacement obtained using the function which defines the relationship between the calculated calculated temperature change and the above-mentioned thermal displacement.

特開平4−82649号公報(第3頁右上欄第18行から左下欄第7行、図1)JP-A-4-82649 (page 3, upper right column, line 18 to lower left column, line 7, FIG. 1) 特開平9−108992号公報(段落0010、図1)Japanese Patent Laid-Open No. 9-108992 (paragraph 0010, FIG. 1)

従来の特許文献1に記載の熱変位補正装置では、歪みセンサにより支持体の傾倒を検出して熱アクチュエータにより支持体を起立させる装置であるが、この装置では支持体の位置精度を高めるためには非常に多数の歪みセンサおよび熱アクチュエータが必要となり、装置の構成が複雑となり高価になる傾向にある。   The conventional thermal displacement correction device described in Patent Document 1 is a device that detects the tilt of the support by a strain sensor and raises the support by a thermal actuator. In this device, in order to increase the positional accuracy of the support. Requires a very large number of strain sensors and thermal actuators, and tends to be complicated and expensive.

また、従来の特許文献2に記載の熱変位補正方法では、温度測定により支持体の熱変位を補正できる。ここで、一般的に、支持体の熱変形による伸び量や姿勢は、支持体の熱変形により発生する力と支持体の静剛性による釣り合いで決定される。しかし、特許文献2に記載の熱変位補正方法では、支持体の静剛性や拘束条件が変化しないことが前提となっている。   Moreover, in the conventional thermal displacement correction method described in Patent Document 2, the thermal displacement of the support can be corrected by measuring the temperature. Here, in general, the elongation amount and posture due to the thermal deformation of the support are determined by the balance between the force generated by the thermal deformation of the support and the static rigidity of the support. However, in the thermal displacement correction method described in Patent Document 2, it is assumed that the static rigidity and restraint conditions of the support do not change.

よって、例えば、支持体とベッド上のレールとの間に設けられ、支持体を移動可能に支持する転がりガイドは、運動を繰り返す間に摩耗してガイド内の予圧が低下し、支持剛性が経時変化するので、特許文献2に記載の熱変位補正方法では高精度な熱変位補正が困難となるおそれがある。   Thus, for example, a rolling guide that is provided between the support and the rail on the bed and supports the support in a movable manner is worn during repeated movements, so that the preload in the guide is reduced and the support rigidity is deteriorated over time. Therefore, the thermal displacement correction method described in Patent Document 2 may be difficult to perform highly accurate thermal displacement correction.

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、簡易な構成でより高精度に熱変位補正が可能な工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a thermal displacement correction method and a thermal displacement correction apparatus for a machine tool that can correct thermal displacement with higher accuracy with a simple configuration.

(工作機械の熱変位補正方法)
上記の課題を解決するため、請求項1に記載の工作機械の熱変位補正方法に係る発明の構成上の特徴は、
工作機械の基台に水平方向に移動可能に支持され第1指令位置に基づいて前記基台に対して移動し、経時変化により前記基台に対する支持剛性が変化する支持体と、当該支持体に垂直方向に移動可能に支持され第2指令位置に基づいて前記支持体に対して移動する移動体と、を備える工作機械の熱変位補正方法において、
前記支持体の熱変形前後において、前記支持体に設定された熱伸長検査点の水平方向の熱伸長量を取得する熱伸長量取得工程と、
前記支持体の熱変形前後において、前記支持体に設定された温度検査点の温度変化量を取得する温度変化量取得工程と、
前記熱伸長量および前記温度変化量に基づいて、前記支持体に対する経時変化した水平方向の支持剛性および垂直方向の支持剛性を推定する支持剛性推定工程と、
前記支持体に対する経時変化した前記水平方向の支持剛性および前記垂直方向の支持剛性に基づいて、前記支持体の熱変位量を求める熱変位量導出工程と、
前記熱変位量に基づいて、前記第2指令位置に対する補正値を算出する補正値算出工程と、
前記補正値により前記移動体の前記第2指令位置を補正する補正工程と、
を備えることである。
(Machine tool thermal displacement compensation method)
In order to solve the above problems, the structural features of the invention relating to the thermal displacement correction method for a machine tool according to claim 1 are:
A support body that is supported by a base of a machine tool so as to be movable in a horizontal direction, moves relative to the base based on a first command position, and a support rigidity with respect to the base changes with time; In a thermal displacement correction method for a machine tool, comprising: a movable body supported so as to be movable in a vertical direction and moving relative to the support body based on a second command position;
Before and after thermal deformation of the support, a thermal extension amount acquisition step of acquiring a horizontal thermal extension amount of a thermal extension inspection point set on the support;
Before and after thermal deformation of the support, a temperature change acquisition step of acquiring a temperature change of a temperature inspection point set on the support;
A support stiffness estimation step of estimating a horizontal support stiffness and a vertical support stiffness that have changed over time with respect to the support, based on the thermal extension amount and the temperature change amount;
A thermal displacement amount derivation step for obtaining a thermal displacement amount of the support based on the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness that have changed over time with respect to the support; and
A correction value calculating step of calculating a correction value for the second command position based on the thermal displacement amount;
A correction step of correcting the second command position of the movable body by the correction value;
It is to provide.

請求項2に記載の発明の構成上の特徴は、請求項1において、
前記支持体が前記工作機械の基台に水平方向に2箇所の支持点で支持されている場合、前記熱伸長量取得工程は、2箇所の前記支持点の中間に設定された前記熱伸長検査点の水平方向の熱伸長量を取得し、前記温度変化量取得工程は、前記熱伸長検査点の水平方向の片側もしくは両側に設定された前記温度検査点の温度変化量を取得することである。
The structural feature of the invention described in claim 2 is that in claim 1,
When the support is supported at two support points in the horizontal direction on the base of the machine tool, the thermal extension amount acquisition step is performed at the thermal extension inspection set between the two support points. The horizontal thermal expansion amount of the point is acquired, and the temperature change acquisition step is to acquire the temperature change amount of the temperature inspection point set on one side or both sides of the thermal extension inspection point in the horizontal direction. .

請求項3に記載の発明の構成上の特徴は、請求項2において、
前記支持体が2箇所の前記支持点で転がりガイドにより支持されている場合、前記支持剛性推定工程は、取得した前記熱伸長量および前記温度変化量に基づいて、前記支持体に対する経時変化した前記水平方向の支持剛性を推定し、該水平方向の支持剛性が前記支持体に対する経時変化した前記垂直方向の支持剛性と等しいとして該垂直方向の支持剛性を推定することである。
The structural feature of the invention described in claim 3 is that in claim 2,
When the support is supported by a rolling guide at the two support points, the support rigidity estimation step is based on the acquired amount of thermal expansion and the amount of temperature change, and the time-dependent change with respect to the support is performed. The horizontal support stiffness is estimated, and the vertical support stiffness is estimated assuming that the horizontal support stiffness is equal to the vertical support stiffness that has changed over time with respect to the support.

請求項4に記載の発明の構成上の特徴は、請求項2において、
前記支持剛性推定工程は、予め記憶されている前記熱伸長量と前記温度変化量との関係式と、取得した前記熱伸長量および前記温度変化量とに基づいて、前記支持体に対する経時変化した前記水平方向の支持剛性および前記垂直方向の支持剛性を推定することである。
The constitutional feature of the invention described in claim 4 is that in claim 2,
The support stiffness estimation step is a time-dependent change with respect to the support, based on a relational expression between the thermal extension amount and the temperature change amount stored in advance and the acquired thermal extension amount and the temperature change amount. Estimating the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness.

請求項5に記載の発明の構成上の特徴は、請求項1〜4の何れか一項において、
前記熱伸長量取得工程は、前記熱伸長検査点に配置された歪みセンサにより測定される前記支持体の歪みに基づいて前記熱伸長量を取得することである。
The structural feature of the invention according to claim 5 is the structure according to any one of claims 1 to 4,
The thermal expansion amount acquisition step is to acquire the thermal expansion amount based on the strain of the support measured by a strain sensor arranged at the thermal expansion inspection point.

請求項6に記載の発明の構成上の特徴は、請求項1〜5の何れか一項において、
前記熱変位量導出工程は、前記支持体に対する経時変化した前記水平方向の支持剛性および前記垂直方向の支持剛性と、前記移動体が移動することにより発生する前記支持体の摺動面における温度変化量とから前記支持体の熱変位量を求めることである。
The constitutional feature of the invention according to claim 6 is the structure according to any one of claims 1 to 5,
The thermal displacement amount derivation step includes the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness that have changed over time with respect to the support, and the temperature change on the sliding surface of the support that occurs as the moving body moves. The amount of thermal displacement of the support is obtained from the amount.

(工作機械の熱変位補正装置)
上記の課題を解決するため、請求項7に記載の工作機械の熱変位補正装置に係る発明の構成上の特徴は、
工作機械の基台に水平方向に移動可能に支持され第1指令位置に基づいて前記基台に対して移動し、経時変化により前記基台に対する支持剛性が変化する支持体と、当該支持体に垂直方向に移動可能に支持され第2指令位置に基づいて前記支持体に対して移動する移動体と、を備える工作機械の熱変位補正装置において、
前記支持体の熱変形前後において、前記支持体に設定された熱伸長検査点の水平方向の熱伸長量を取得する熱伸長量取得手段と、
前記支持体の熱変形前後において、前記支持体に設定された温度検査点の温度変化量を取得する温度変化量取得手段と、
前記熱伸長量および前記温度変化量に基づいて、前記支持体に対する経時変化した水平方向の支持剛性および垂直方向の支持剛性を推定する支持剛性推定手段と、
前記支持体に対する経時変化した前記水平方向の支持剛性および前記垂直方向の支持剛性に基づいて、前記支持体の熱変位量を求める熱変位量導出手段と、
前記熱変位量に基づいて、前記第2指令位置に対する補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値により前記移動体の前記第2指令位置を補正する補正手段と、
を備えることである。
(Machine tool thermal displacement compensation device)
In order to solve the above problem, the structural features of the invention relating to the thermal displacement correction device for a machine tool according to claim 7 are:
A support body that is supported by a base of a machine tool so as to be movable in a horizontal direction, moves relative to the base based on a first command position, and a support rigidity with respect to the base changes with time; In a thermal displacement correction device for a machine tool, comprising: a movable body supported so as to be movable in a vertical direction and moving relative to the support body based on a second command position;
Before and after thermal deformation of the support, a thermal extension amount acquisition means for acquiring a horizontal thermal extension amount of a thermal extension inspection point set on the support;
Before and after thermal deformation of the support, a temperature change amount acquisition means for acquiring a temperature change amount of a temperature inspection point set in the support;
A support stiffness estimating means for estimating a horizontal support stiffness and a vertical support stiffness that have changed over time with respect to the support, based on the thermal extension amount and the temperature change amount;
A thermal displacement amount deriving means for obtaining a thermal displacement amount of the support based on the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness that have changed over time with respect to the support;
Correction value calculating means for calculating a correction value for the second command position based on the thermal displacement amount;
Correction means for correcting the second command position of the movable body by the correction value;
It is to provide.

請求項1に係る発明によると、支持剛性推定工程において推定される支持体に対する経時変化した水平方向の支持剛性および垂直方向の支持剛性は、熱伸長量取得工程および温度変化量取得工程において取得される支持体の熱伸長量および温度変化量に基づいて推定される構成としている。支持体の姿勢に大きく影響する水平方向の支持剛性および垂直方向の支持剛性が経時変化した場合、支持体の温度変化量のみでは支持体の熱変位量を高精度に推定することは困難であるが、本発明のように、熱伸長量および温度変化量に基づいて経時変化した水平方向の支持剛性および垂直方向の支持剛性を一旦推定し、該水平方向の支持剛性および該垂直方向の支持剛性に基づいて支持体の熱変位量を求めているので、該熱変位量の精度を高めることができ、簡易な構成でより高精度な熱変位補正が可能となる。   According to the first aspect of the invention, the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness that have changed over time with respect to the support estimated in the support stiffness estimation step are acquired in the thermal extension amount acquisition step and the temperature change amount acquisition step. It is set as the structure estimated based on the thermal expansion amount and temperature variation of a support. When the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness, which greatly affect the posture of the support, change with time, it is difficult to accurately estimate the thermal displacement of the support with only the temperature change of the support. However, as in the present invention, the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness that have changed over time based on the amount of thermal expansion and temperature change are once estimated, and the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness are estimated. Since the thermal displacement amount of the support is obtained based on the above, the accuracy of the thermal displacement amount can be increased, and more accurate thermal displacement correction can be performed with a simple configuration.

請求項2に係る発明によると、熱伸長量取得工程は、支持体を支持する水平方向の2箇所の支持点の中間に設定された熱伸長検査点の熱伸長量を取得し、温度変化量取得工程は、熱伸長検査点の水平方向の片側もしくは両側に設定された温度検査点の温度変化量を取得する構成としている。2箇所の支持点の中間に設定した熱伸長検査点の熱伸長量は、経時変化した水平方向の支持剛性を推定する上で精度を高めることができる。そして、その近傍の温度検査点の温度変化量も、経時変化した水平方向の支持剛性を推定する上で精度を高めることができる。特に、温度検査点を熱伸長検査点の両側に設定することで、経時変化した水平方向の支持剛性の推定精度をさらに高めることができる。   According to the invention of claim 2, the thermal elongation amount acquisition step acquires the thermal elongation amount of the thermal elongation inspection point set in the middle between the two support points in the horizontal direction supporting the support, and the temperature change amount The acquisition process is configured to acquire the temperature change amount of the temperature inspection point set on one side or both sides of the thermal extension inspection point in the horizontal direction. The thermal extension amount at the thermal extension inspection point set in the middle between the two support points can increase the accuracy in estimating the horizontal support stiffness that has changed over time. And the temperature change amount of the temperature test point in the vicinity can also improve the precision in estimating the horizontal support rigidity which changed with time. In particular, by setting the temperature inspection points on both sides of the thermal extension inspection point, it is possible to further increase the estimation accuracy of the horizontal support stiffness that has changed over time.

請求項3に係る発明によると、支持体は、工作機械の基台に転がりガイドにより支持されている構成としている。転がりガイドの例えば予圧低下による支持剛性の経時変化は、一般的に垂直方向および水平方向ともに同様に変化する。したがって、経時変化した水平方向の支持剛性を推定することにより、経時変化した垂直方向の支持剛性を容易に推定することができる。よって、経時変化した水平方向の支持剛性および垂直方向の支持剛性に基づいて支持体の熱変位量を高精度に求めることができる。   According to the invention which concerns on Claim 3, the support body is set as the structure currently supported by the base of the machine tool by the rolling guide. The change over time of the support rigidity due to, for example, a decrease in the preload of the rolling guide generally changes similarly in the vertical direction and the horizontal direction. Therefore, by estimating the support stiffness in the horizontal direction that has changed over time, the support stiffness in the vertical direction that has changed over time can be easily estimated. Therefore, the thermal displacement amount of the support can be obtained with high accuracy based on the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness that have changed over time.

請求項4に係る発明によると、支持剛性推定工程は、予め記憶されている熱伸長量と温度変化量との関係式と、取得した熱伸長量および温度変化量とに基づいて、支持体の経時変化した水平方向の支持剛性および垂直方向の支持剛性を推定する構成としている。熱伸長量と温度変化量との関係式は、水平方向の支持剛性又は垂直方向の支持剛性を係数とした式で表されるため、取得した熱伸長量および温度変化量に対応する関係式を求めることにより、経時変化した水平方向の支持剛性および垂直方向の支持剛性を容易に推定することができる。よって、経時変化した水平方向の支持剛性および垂直方向の支持剛性に基づいて支持体の熱変位量を高精度に求めることができる。   According to the invention according to claim 4, the support rigidity estimation step is based on the relational expression between the amount of thermal expansion and temperature change stored in advance and the acquired amount of thermal expansion and temperature change. The horizontal support stiffness and the vertical support stiffness that have changed over time are estimated. Since the relational expression between the amount of thermal expansion and the amount of temperature change is expressed as a coefficient with the support rigidity in the horizontal direction or the support rigidity in the vertical direction as a coefficient, the relational expression corresponding to the acquired amount of thermal extension and temperature change is As a result, it is possible to easily estimate the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness that have changed over time. Therefore, the thermal displacement amount of the support can be obtained with high accuracy based on the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness that have changed over time.

請求項5に係る発明によると、熱伸長量取得工程は、熱伸長検査点に配置された歪みセンサにより測定される支持体の歪みに基づいて熱伸長量を取得する構成としている。この歪みセンサは、例えば、支持体の伸縮により内部の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化により歪みを測定する歪みゲージとしてもよい。そして、熱伸長量取得工程は、支持体の熱変形に伴う歪みを測定し、この歪みから支持体の熱伸長量を検出することができる。   According to the invention which concerns on Claim 5, the thermal expansion amount acquisition process is set as the structure which acquires thermal expansion amount based on the distortion | strain of a support body measured by the distortion sensor arrange | positioned at the thermal expansion inspection point. The strain sensor may be, for example, a strain gauge that changes the internal resistance value due to the expansion and contraction of the support and measures the strain based on the change in the resistance value. And a thermal expansion amount acquisition process measures the distortion accompanying the thermal deformation of a support body, and can detect the thermal expansion amount of a support body from this distortion.

請求項6に係る発明によると、熱変位量導出工程は、移動体が移動することにより発生する支持体の摺動面における温度変化量から支持体の熱変位量を求める構成としている。支持体は、工作機械の加工や環境温度の変化等の熱影響により熱膨張して変形する。特に、支持している移動体が移動することによる発熱が支持体の熱変形に大きく影響している。そこで、工作機械の熱影響を移動体が移動する支持体の摺動面における熱影響とするものとしてもよい。これにより、支持体の変形形状をこの摺動面として直線近似することができる。よって、摺動面を対象とした補正値を算出し、より適切な熱変位補正を行うことができる。   According to the invention of claim 6, the thermal displacement amount deriving step is configured to obtain the thermal displacement amount of the support body from the temperature change amount on the sliding surface of the support body generated by the movement of the moving body. The support is thermally expanded and deformed due to thermal effects such as machining of the machine tool and changes in environmental temperature. In particular, the heat generated by the movement of the supporting moving body greatly affects the thermal deformation of the supporting body. Therefore, the thermal effect of the machine tool may be the thermal effect on the sliding surface of the support body on which the moving body moves. Thereby, the deformation | transformation shape of a support body can be linearly approximated as this sliding surface. Therefore, it is possible to calculate a correction value for the sliding surface and perform more appropriate thermal displacement correction.

請求項7に係る発明によると、支持剛性推定手段において推定される支持体に対する経時変化した水平方向の支持剛性および垂直方向の支持剛性は、熱伸長量取得手段および温度変化量取得手段において取得される支持体の熱伸長量および温度変化量に基づいて推定される構成としている。支持体の姿勢に大きく影響する水平方向の支持剛性および垂直方向の支持剛性が経時変化した場合、支持体の温度変化量のみでは支持体の熱変位量を高精度に推定することは困難であるが、本発明のように、熱伸長量および温度変化量に基づいて経時変化した水平方向の支持剛性および垂直方向の支持剛性を一旦推定し、該水平方向の支持剛性および該垂直方向の支持剛性に基づいて支持体の熱変位量を求めているので、該熱変位量の精度を高めることができ、より高精度な熱変位補正が可能となる。   According to the seventh aspect of the invention, the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness that have changed over time with respect to the support estimated by the support stiffness estimation means are acquired by the thermal extension amount acquisition means and the temperature change amount acquisition means. It is set as the structure estimated based on the thermal expansion amount and temperature variation of a support. When the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness, which greatly affect the posture of the support, change with time, it is difficult to accurately estimate the thermal displacement of the support with only the temperature change of the support. However, as in the present invention, the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness that have changed over time based on the amount of thermal expansion and temperature change are once estimated, and the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness are estimated. Since the amount of thermal displacement of the support is obtained based on the above, the accuracy of the amount of thermal displacement can be increased, and more accurate thermal displacement correction can be performed.

また、本発明の工作機械の熱変位補正方法としての他の特徴部分について、本発明の工作機械の熱変位補正装置に同様に適用可能である。そして、この場合における効果についても、上記工作機械の熱変位補正方法としての効果と同様の効果を奏する。   Further, the other characteristic portions of the machine tool thermal displacement correction method of the present invention can be similarly applied to the machine tool thermal displacement correction apparatus of the present invention. And the effect in this case also has the same effect as the effect as the thermal displacement correction method for the machine tool.

本発明の実施の形態に係る工作機械の全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing the whole machine tool composition concerning an embodiment of the invention. 図1の工作機械の数値制御装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the numerical control apparatus of the machine tool of FIG. 図1の工作機械のコラムの一部の概略側面図であり、歪みセンサおよび温度センサの取付位置を示す図である。FIG. 2 is a schematic side view of a part of the column of the machine tool in FIG. 1, showing a mounting position of a strain sensor and a temperature sensor. コラムに対するボールガイドの支持剛性を表す図である。It is a figure showing the support rigidity of the ball guide with respect to a column. コラムに対するボールガイドの経時変化した支持剛性を求めるための、支持剛性を係数とした熱伸長量と温度変化量との関係式を表すグラフである。It is a graph showing the relational expression of the amount of thermal expansion and the amount of change in temperature with the support stiffness as a coefficient for obtaining the support stiffness of the ball guide with respect to the column that has changed over time. 数値制御装置の熱変位量導出部および補正値算出部における熱変位量の導出および補正値の算出を説明するための図である。It is a figure for demonstrating derivation | leading-out of the thermal displacement amount and calculation of a correction value in the thermal displacement amount derivation | leading-out part and correction value calculation part of a numerical controller.

以下、本発明の工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。工作機械として、3軸マシニングセンタを例に挙げて説明する。つまり、当該工作機械は駆動軸として、相互に直交する3つの直進軸(X,Y,Z軸)を有する工作機械である。実施形態の工作機械の熱変位補正装置について図1〜図3を参照して説明する。図1は、工作機械の全体図である。図2は、工作機械の数値制御装置(熱変位補正装置)を示すブロック図である。図3は、工作機械のコラムの一部の概略側面図である。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a thermal displacement correction method and a thermal displacement correction apparatus for a machine tool according to the present invention will be described with reference to the drawings. As a machine tool, a three-axis machining center will be described as an example. That is, the machine tool is a machine tool having three rectilinear axes (X, Y, Z axes) orthogonal to each other as drive axes. A thermal displacement correction device for a machine tool according to an embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall view of a machine tool. FIG. 2 is a block diagram showing a numerical control device (thermal displacement correction device) of a machine tool. FIG. 3 is a schematic side view of a part of a column of a machine tool.

工作機械1は、図1に示すように、ベッド2と、コラム10(本発明の「支持体」に相当する)と、サドル20(本発明の「移動体」に相当する)と、回転主軸30と、テーブル40と、図2に示す数値制御装置50(本発明の「熱変位補正装置」に相当する)とを備えている。工作物Wは、工作機械1によって加工される被加工部材である。ベッド2は、床面に設置されており、上面にX軸方向(水平方向)に延在する一対のレール3およびX軸方向と直交するZ軸方向(水平方向)に延在する一対のレール4が設けられている。   As shown in FIG. 1, the machine tool 1 includes a bed 2, a column 10 (corresponding to a “supporting body” of the present invention), a saddle 20 (corresponding to a “moving body” of the present invention), a rotating spindle 30, a table 40, and a numerical control device 50 (corresponding to the “thermal displacement correction device” of the present invention) shown in FIG. 2. The workpiece W is a workpiece to be processed by the machine tool 1. The bed 2 is installed on the floor surface, and a pair of rails 3 extending on the upper surface in the X-axis direction (horizontal direction) and a pair of rails extending in the Z-axis direction (horizontal direction) orthogonal to the X-axis direction. 4 is provided.

コラム10は、底面にX軸方向に延在する一対のガイド溝10aが形成され、ベッド2に対してX軸方向に移動可能なように、一対のガイド溝10aがX軸方向に延在する一対のレール3上にボールガイド11(本発明の「転がりガイド」、「支持点」に相当する)を介して嵌め込まれ、底面がベッド2の上面に密接されている。このボールガイド11は、図3に示すように、上下左右の4箇所で45°の方向に支持するボール11aが配置されたガイドである。   The column 10 has a pair of guide grooves 10a extending in the X-axis direction on the bottom surface, and the pair of guide grooves 10a extends in the X-axis direction so as to be movable in the X-axis direction with respect to the bed 2. The ball guides 11 (corresponding to “rolling guides” and “support points” of the present invention) are fitted on the pair of rails 3, and the bottom surfaces are in close contact with the top surface of the bed 2. As shown in FIG. 3, the ball guide 11 is a guide in which balls 11a that support in a 45 ° direction at four locations, up, down, left and right, are arranged.

コラム10は、ベッド2に固定された図略のX軸モータの回転駆動によりレール3にガイドされながらベッド2の上面に沿ってX軸方向へ摺動する。このコラム10は、サドル20をY軸方向に摺動可能に支持する支持体であり、摺動面10b(X軸に平行な側面)にはX軸方向およびZ軸方向と直交するY軸方向(垂直方向)に延在する一対のレール5が設けられている。   The column 10 slides in the X-axis direction along the upper surface of the bed 2 while being guided by the rail 3 by the rotational drive of an unillustrated X-axis motor fixed to the bed 2. The column 10 is a support that supports the saddle 20 so as to be slidable in the Y-axis direction. The Y-axis direction perpendicular to the X-axis direction and the Z-axis direction is provided on the sliding surface 10b (side surface parallel to the X-axis). A pair of rails 5 extending in the (vertical direction) is provided.

コラム10の摺動面10bに直交する側面10c(Z軸に平行な側面)には、熱変位補正を行うために、図3に示すように、1つの熱伸長検査点P1および2つの温度検査点P2,P2が設定され、熱伸長検査点P1には歪みゲージ等の歪みセンサ12(本発明の「歪みセンサ」に相当する)が貼着され、温度検査点P2,P2にはサーミスタ等の第1温度センサ13(本発明の「温度センサ」に相当する)が夫々貼着されている。熱伸長検査点P1は、コラム10の側面10cにおいて、一対のレール3上のボールガイド11の中間に設定され、温度検査点P2,P2は、熱伸長検査点P1の水平方向の両側に設定されている。   On the side surface 10c (side surface parallel to the Z-axis) orthogonal to the sliding surface 10b of the column 10, as shown in FIG. 3, one thermal extension inspection point P1 and two temperature inspections are performed in order to perform thermal displacement correction. Points P2 and P2 are set, a strain sensor 12 (corresponding to the “strain sensor” of the present invention) such as a strain gauge is attached to the thermal extension inspection point P1, and a thermistor or the like is attached to the temperature inspection points P2 and P2. A first temperature sensor 13 (corresponding to a “temperature sensor” of the present invention) is attached. The thermal extension inspection point P1 is set in the middle of the ball guide 11 on the pair of rails 3 on the side surface 10c of the column 10, and the temperature inspection points P2 and P2 are set on both sides in the horizontal direction of the thermal extension inspection point P1. ing.

歪みセンサ12は、設置された箇所において、コラム10の歪みを検知して、歪みに応じた信号を数値制御装置50に出力している。各第1温度センサ13は、設置された各箇所において、コラム10の温度を検知して、温度に応じた信号を数値制御装置50に出力している。また、温度検査点P2は、熱伸長検査点P1の水平方向の片側のみに設定し、そこに第1温度センサ13を1つ貼着するようにしてもよい。   The strain sensor 12 detects the strain of the column 10 at the installed location and outputs a signal corresponding to the strain to the numerical controller 50. Each first temperature sensor 13 detects the temperature of the column 10 at each installed location, and outputs a signal corresponding to the temperature to the numerical controller 50. Alternatively, the temperature inspection point P2 may be set only on one side in the horizontal direction of the thermal extension inspection point P1, and one first temperature sensor 13 may be attached thereto.

コラム10の摺動面10bの内部には、熱変位補正を行うために、図3に示すように、複数(本例では6つ)のサーミスタ等の第2温度センサ14が設置されている。各第2温度センサ14は、コラム10の摺動面10bの内部において、基準検査点Pa0、第1検査点Pa1および第2検査点Pa2の3箇所、並びにコラム10の背面10dの内部において第3検査点Pa3、第4検査点Pa4および第5検査点Pa5の3箇所の計6箇所に設置されている。基準検査点Pa0、第1検査点Pa1および第2検査点Pa2は、ベッド2からコラム10の全高に対して、それぞれ2割程度の高さ、4割程度の高さおよび8割程度の高さに設定されている。第3検査点Pa3、第4検査点Pa4および第5検査点Pa5も、ベッド2からコラム10の全高に対して、それぞれ2割程度の高さ、4割程度の高さおよび8割程度の高さに設定されている。各第2温度センサ14は、設置された各箇所において、コラム10の温度を検知して、温度に応じた信号を数値制御装置50に出力している。   In order to perform thermal displacement correction, a plurality of (six in this example) second temperature sensors 14 such as thermistors are installed inside the sliding surface 10b of the column 10 as shown in FIG. Each of the second temperature sensors 14 has a reference inspection point Pa0, a first inspection point Pa1, and a second inspection point Pa2 inside the sliding surface 10b of the column 10, and a third inside the back surface 10d of the column 10. The inspection points Pa3, the fourth inspection point Pa4, and the fifth inspection point Pa5 are installed at a total of six locations. The reference inspection point Pa0, the first inspection point Pa1, and the second inspection point Pa2 are about 20% high, about 40% high, and about 80% high with respect to the total height of the column 10 from the bed 2. Is set to The third inspection point Pa3, the fourth inspection point Pa4 and the fifth inspection point Pa5 are also about 20% high, about 40% high and about 80% high with respect to the total height of the column 10 from the bed 2. Is set. Each second temperature sensor 14 detects the temperature of the column 10 at each installed location, and outputs a signal corresponding to the temperature to the numerical controller 50.

このコラム10が工具による加工やモータの回転等の内的要因による発熱および設置環境の室温変動等の外的要因による熱伝達等の工作機械1の熱影響により熱変形することから、数値制御装置50は、コラム10の熱変形に伴うサドル20の熱変位を補正の対象としている。そして、コラム10を支持するボールガイド11は、転がりガイドであるため滑りガイドや静圧ガイドと異なり、運動を繰り返す間に摩耗してガイド内の予圧が低下し、コラム10に対する支持剛性が経時変化するので、本実施形態では、歪みセンサ12および第1温度センサ13から取得した熱伸長量および温度変化量に基づいて、コラム10に対する経時変化した支持剛性を推定して熱変位補正を行うものとしている。転がりガイドとしては、ボールガイド11の他に、例えばニードルガイドであってもよい。なお、熱変位補正の詳細については後述する。   Since this column 10 is thermally deformed by the thermal influence of the machine tool 1 such as heat generation due to internal factors such as machining with tools and rotation of the motor and external factors such as room temperature fluctuations in the installation environment, the numerical control device Reference numeral 50 denotes a correction target for the thermal displacement of the saddle 20 accompanying the thermal deformation of the column 10. Since the ball guide 11 that supports the column 10 is a rolling guide, unlike the sliding guide and the static pressure guide, the ball guide 11 is worn during repeated movements, so that the preload in the guide decreases, and the support rigidity with respect to the column 10 changes with time. Therefore, in this embodiment, the thermal displacement correction is performed by estimating the support stiffness that has changed over time with respect to the column 10 based on the thermal expansion amount and the temperature change amount acquired from the strain sensor 12 and the first temperature sensor 13. Yes. As the rolling guide, in addition to the ball guide 11, for example, a needle guide may be used. Details of the thermal displacement correction will be described later.

サドル20は、コラム10の摺動面10bに対向する側面20bにZ軸方向に延在する一対のガイド溝20aが形成され、コラム10に対してY軸方向に移動可能なように、一対のガイド溝20aがY軸方向に延在する一対のレール5に嵌め込まれ、側面20bがコラム10の摺動面10bに密接されている。サドル20は、コラム10に固定された図略のY軸モータの回転駆動によりレール5にガイドされながらコラム10の摺動面10bに沿ってY軸方向へ摺動する。このサドル20は、回転主軸30を軸回りで回転可能に支持してY軸方向に移動する移動体である。   The saddle 20 is formed with a pair of guide grooves 20a extending in the Z-axis direction on the side surface 20b facing the sliding surface 10b of the column 10 and is movable in the Y-axis direction with respect to the column 10 The guide groove 20 a is fitted into a pair of rails 5 extending in the Y-axis direction, and the side surface 20 b is in close contact with the sliding surface 10 b of the column 10. The saddle 20 slides in the Y-axis direction along the sliding surface 10b of the column 10 while being guided by the rail 5 by the rotational drive of a Y-axis motor (not shown) fixed to the column 10. The saddle 20 is a moving body that moves in the Y-axis direction while rotatably supporting the rotary spindle 30 around the axis.

回転主軸30は、サドル20内に収容された図略の主軸モータにより回転可能に設けられ、工具31を支持している。工具31は、回転主軸30の先端に固定され、回転主軸30の回転に伴って回転する。また、工具31は、コラム10およびサドル20の移動に伴ってベッド2に対してX軸方向およびY軸方向に移動する。なお、工具31としては、例えば、ボールエンドミル、エンドミル、ドリル、タップ等である。   The rotation spindle 30 is rotatably provided by a spindle motor (not shown) housed in the saddle 20 and supports a tool 31. The tool 31 is fixed to the tip of the rotary spindle 30 and rotates with the rotation of the rotary spindle 30. Further, the tool 31 moves in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the bed 2 as the column 10 and the saddle 20 move. The tool 31 is, for example, a ball end mill, an end mill, a drill, a tap, or the like.

テーブル40は、ベッド2に対してZ軸方向に移動可能なように、Z軸方向に延在する一対のレール4上に設けられている。テーブル40は、ベッド2に固定された図略のZ軸モータの回転駆動によりレール4にガイドされながらZ軸方向へ移動する。このテーブル40は、上面に工作物Wを固定する治具41が設置されており、工作物WをZ軸方向に移動する送り台である。このような工作機械1においては、制御装置50による指令位置に基づいて、コラム10、サドル20、および、テーブル40が指令位置に移動するように制御される。これにより、工作物Wに対して工具31を相対移動させて加工を行っている。   The table 40 is provided on a pair of rails 4 extending in the Z-axis direction so as to be movable in the Z-axis direction with respect to the bed 2. The table 40 moves in the Z-axis direction while being guided by the rail 4 by the rotational drive of a not-illustrated Z-axis motor fixed to the bed 2. The table 40 is provided with a jig 41 for fixing the workpiece W on the upper surface, and is a feed base for moving the workpiece W in the Z-axis direction. In such a machine tool 1, the column 10, the saddle 20, and the table 40 are controlled to move to the command position based on the command position by the control device 50. Thereby, the tool 31 is moved relative to the workpiece W for processing.

数値制御装置50は、工作機械1の熱影響による熱変位を補正し、NCデータに基づいて各軸モータおよび主軸モータ等を制御する装置であり、以下、本発明の特徴的な部分の構成について説明する。数値制御装置50は、図2に示すように、制御部51と、熱伸長量取得部52と、温度変化量取得部53と、支持剛性推定部54と、熱変位量導出部55と、補正値算出部56と、補正部57と、メモリ58とを有する。ここで、制御部51、熱伸長量取得部52、温度変化量取得部53、支持剛性推定部54、熱変位量導出部55、補正値算出部56、および補正部57は、それぞれ個別のハードウエアによる構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。   The numerical control device 50 is a device that corrects thermal displacement due to the thermal influence of the machine tool 1 and controls each axis motor, main shaft motor, and the like based on NC data. explain. As shown in FIG. 2, the numerical controller 50 includes a control unit 51, a thermal expansion amount acquisition unit 52, a temperature change amount acquisition unit 53, a support stiffness estimation unit 54, a thermal displacement amount derivation unit 55, and a correction. A value calculation unit 56, a correction unit 57, and a memory 58 are included. Here, the control unit 51, the thermal expansion amount acquisition unit 52, the temperature change amount acquisition unit 53, the support rigidity estimation unit 54, the thermal displacement amount derivation unit 55, the correction value calculation unit 56, and the correction unit 57 are individually hardware components. It can be configured by software, or can be configured by software.

制御部51は、入力されるNCデータに基づいて各軸モータおよび主軸モータ等の駆動モータ60を制御する。これにより、数値制御装置50は、コラム10、サドル20、およびテーブル40を移動制御し、回転主軸30を回転制御し、工作物Wに対して回転駆動させた工具31を相対移動させて加工を行っている。   The control unit 51 controls the drive motor 60 such as each axis motor and spindle motor based on the input NC data. As a result, the numerical controller 50 controls the movement of the column 10, the saddle 20, and the table 40, controls the rotation of the rotary spindle 30, and relatively moves the tool 31 that is driven to rotate with respect to the workpiece W. Is going.

上述したように、数値制御装置50は、コラム10に対する経時変化した支持剛性に基づいて工作機械1の熱影響による熱変位を補正する熱変位補正装置である。つまり、数値制御装置50は、コラム10に対する経時変化した支持剛性を推定し、その支持剛性に基づいて工作機械1の熱影響によるコラム10の熱変形に対応した補正値を算出し、この補正値に基づいて制御部51による駆動モータ60の制御を補正することで加工の高精度化を図っている。   As described above, the numerical control device 50 is a thermal displacement correction device that corrects the thermal displacement due to the thermal effect of the machine tool 1 based on the support stiffness that has changed over time with respect to the column 10. That is, the numerical controller 50 estimates the support stiffness that has changed over time with respect to the column 10, calculates a correction value corresponding to the thermal deformation of the column 10 due to the thermal effect of the machine tool 1 based on the support stiffness, and this correction value. Based on the above, the control of the drive motor 60 by the control unit 51 is corrected to achieve high processing accuracy.

熱伸長量取得部52は、コラム10の熱変形前後において、熱伸長検査点P1の熱伸長量を取得する熱伸長量取得手段である。温度変化量取得部53は、コラム10の熱変形前後において、2つの温度検査点P2,P2の温度変化量を取得する温度変化量取得手段である。支持剛性推定部54は、熱伸長量および温度変化量に基づいて、コラム10に対する経時変化した水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvを推定する支持剛性推定手段である。   The thermal extension amount acquisition unit 52 is a thermal extension amount acquisition unit that acquires the thermal extension amount of the thermal extension inspection point P1 before and after thermal deformation of the column 10. The temperature change amount acquisition unit 53 is a temperature change amount acquisition unit that acquires the temperature change amounts of the two temperature inspection points P2 and P2 before and after thermal deformation of the column 10. The support stiffness estimator 54 is a support stiffness estimator that estimates the support stiffness Kh in the horizontal direction and the support stiffness Kv in the vertical direction that have changed over time with respect to the column 10 based on the amount of thermal expansion and the amount of temperature change.

熱変位量導出部55は、コラム10に対する経時変化した水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvに基づいて、コラム10の熱変位量を求める熱変位量導出手段である。補正値算出部56は、コラム10の熱変位量に基づいて、サドル20の指令位置(本発明の「第2指令位置」に相当する)に対する補正値を算出する補正値算出手段である。この指令位置とは、制御部51が入力されるNCデータに基づいて各軸モータを制御するために出力する値である。補正部57は、算出した補正値によりサドル20の指令位置を補正する補正手段である。   The thermal displacement amount deriving unit 55 is thermal displacement amount deriving means for obtaining the thermal displacement amount of the column 10 based on the horizontal support stiffness Kh and the vertical support stiffness Kv that have changed over time with respect to the column 10. The correction value calculator 56 is a correction value calculator that calculates a correction value for the command position of the saddle 20 (corresponding to the “second command position” of the present invention) based on the thermal displacement amount of the column 10. The command position is a value output for controlling each axis motor based on the NC data input by the control unit 51. The correction unit 57 is a correction unit that corrects the command position of the saddle 20 with the calculated correction value.

以上のような構成の数値制御装置50の動作を説明する。ここで、図4に示すように、コラム10は一対のレール3上のボールガイド11により支持剛性Khの水平方向のバネ11bと支持剛性Kvの垂直方向のバネ11cに支持されていると考えられる。そこで、以下の説明では、一対のレール3上のボールガイド11間において、長さL、断面積Aの仮想の部材15の両端に、水平方向のバネ11bからバネ力Fが掛かっているとして、コラム10に対する経時変化した水平方向の支持剛性Khを推定する。   The operation of the numerical controller 50 having the above configuration will be described. Here, as shown in FIG. 4, the column 10 is considered to be supported by a horizontal spring 11b having a support rigidity Kh and a vertical spring 11c having a support rigidity Kv by ball guides 11 on a pair of rails 3. . Therefore, in the following description, between the ball guides 11 on the pair of rails 3, it is assumed that the spring force F is applied from the horizontal spring 11 b to both ends of the virtual member 15 having the length L and the cross-sectional area A. A horizontal support stiffness Kh that has changed over time with respect to the column 10 is estimated.

そして、ボールガイド11は上下左右にボール11aが配置されているため、ボール11aの摩耗による剛性低下の影響は上下左右同等に受けると考えられる。よって、コラム10に対する経時変化した垂直方向の支持剛性Kvは、コラム10に対する経時変化した水平方向の支持剛性Khと等しいと推定する。   And since the ball | bowl guide 11 has the ball | bowl 11a arrange | positioned up and down and right and left, it is thought that the influence of the rigidity fall by abrasion of the ball | bowl 11a is received equally to the up and down, right and left. Therefore, it is estimated that the vertical support rigidity Kv with respect to the column 10 that has changed over time is equal to the horizontal support rigidity Kh with respect to the column 10 that has changed over time.

先ず、熱伸長量取得工程において、コラム10の熱変形前後における熱伸長検査点P1の熱伸長量を取得する。つまり、熱伸長量取得部52は、熱伸長検査点P1に貼着されている歪みセンサ12から部材15の熱変形前後における歪みεの信号を入力し、メモリ58に予め記憶されている部材15の長さLを読み出して部材15の熱伸長量ΔL(=εL)を取得する。   First, in the thermal elongation amount acquisition step, the thermal elongation amount of the thermal elongation inspection point P1 before and after thermal deformation of the column 10 is acquired. That is, the thermal extension amount acquisition unit 52 inputs a signal of strain ε before and after thermal deformation of the member 15 from the strain sensor 12 attached to the thermal extension inspection point P1, and stores the member 15 stored in advance in the memory 58. Is obtained, and the thermal expansion amount ΔL (= εL) of the member 15 is acquired.

また、温度変化量取得工程において、コラム10の熱変形前後における2つの温度検査点P2,P2の温度変化量を取得する。つまり、温度変化量取得部53は、2つの温度検査点P2,P2に貼着されている第1温度センサ13,13から部材15の熱変形前後における温度t1,t2およびt11,t12の信号を夫々入力し、各温度差t1−t2,t11−t12の平均値((t1−t2)+(t11−t12))/2を部材15の温度変化量Δtとして取得する。   Further, in the temperature change amount acquisition step, the temperature change amounts of the two temperature inspection points P2 and P2 before and after thermal deformation of the column 10 are acquired. That is, the temperature change amount acquisition unit 53 outputs the signals of the temperatures t1, t2 and t11, t12 before and after thermal deformation of the member 15 from the first temperature sensors 13, 13 attached to the two temperature inspection points P2, P2. Each is input, and the average value ((t1−t2) + (t11−t12)) / 2 of the temperature differences t1−t2 and t11−t12 is acquired as the temperature change amount Δt of the member 15.

そして、支持剛性推定工程において、熱伸長量ΔLおよび温度変化量Δtに基づいて、コラム10に対する経時変化した水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvを推定する。つまり、支持剛性推定部54は、熱伸長量取得部52および温度変化量取得部53から部材15の熱伸長量ΔLおよび部材15の温度変化量Δtを入力し、メモリ58に予め記憶されている部材15の長さL、部材15の断面積A、および部材15のヤング率Eを読み出して、メモリ58に予め記憶されているコラム10に対する経時変化した水平方向の支持剛性Khを表す式(5)に代入して該支持剛性Khを推定し、次に、コラム10に対する経時変化した垂直方向の支持剛性Kvを推定する。   Then, in the support stiffness estimation step, the horizontal support stiffness Kh and the vertical support stiffness Kv that have changed over time with respect to the column 10 are estimated based on the thermal expansion amount ΔL and the temperature change amount Δt. That is, the support rigidity estimation unit 54 inputs the thermal expansion amount ΔL of the member 15 and the temperature change amount Δt of the member 15 from the thermal expansion amount acquisition unit 52 and the temperature change amount acquisition unit 53 and is stored in the memory 58 in advance. The length (L) of the member 15, the cross-sectional area A of the member 15, and the Young's modulus E of the member 15 are read out, and an expression (5 ) To estimate the support stiffness Kh, and then estimate the support stiffness Kv in the vertical direction with respect to the column 10 which has changed over time.

ここで、コラム10に対する経時変化した水平方向の支持剛性Khが、式(5)で表されることを説明する。先ず、フックの法則から、バネ11bのバネ力Fは、コラム10に対する経時変化した水平方向の支持剛性Khと、部材15の熱伸長量ΔLとにより式(1)で表される。
F=Kh・ΔL/2…(1)
Here, it will be described that the horizontal support stiffness Kh that has changed with time with respect to the column 10 is expressed by Expression (5). First, from the Hooke's law, the spring force F of the spring 11b is expressed by equation (1) by the horizontal support stiffness Kh that has changed over time with respect to the column 10 and the thermal expansion amount ΔL of the member 15.
F = Kh · ΔL / 2 (1)

また、フックの法則から、バネ11bのバネ力Fは、部材15の断面積Aと、部材15のヤング率Eと、部材15の熱伸長量ΔLと、部材15の熱変形前後における部材15の本来の熱伸長量ΔLtとにより式(2)で表される。
F=A・E(ΔLt−ΔL)/L…(2)
Further, from the Hooke's law, the spring force F of the spring 11b is such that the sectional area A of the member 15, the Young's modulus E of the member 15, the thermal expansion amount ΔL of the member 15, and the member 15 before and after thermal deformation of the member 15. It is represented by the formula (2) by the original thermal extension amount ΔLt.
F = A · E (ΔLt−ΔL) / L (2)

よって、式(1)および式(2)から、コラム10に対する経時変化した水平方向の支持剛性Khは、式(3)で表される。
Kh=2・A・E(ΔLt−ΔL)/(L・ΔL)…(3)
Therefore, the horizontal support stiffness Kh that has changed with time with respect to the column 10 is expressed by the equation (3) from the equations (1) and (2).
Kh = 2 · A · E (ΔLt−ΔL) / (L · ΔL) (3)

また、部材15の熱変形前後における部材15の本来の熱伸長量ΔLtは、部材15の熱膨張率αと、部材15の長さLと、部材15の温度変化量Δtとにより式(4)で表される。
ΔLt=α・L・Δt…(4)
The original thermal expansion amount ΔLt of the member 15 before and after the thermal deformation of the member 15 is expressed by the equation (4) by the thermal expansion coefficient α of the member 15, the length L of the member 15, and the temperature change amount Δt of the member 15. It is represented by
ΔLt = α · L · Δt (4)

よって、式(3)および式(4)から、コラム10に対する経時変化した水平方向の支持剛性Khは、式(5)で表される。そして、コラム10に対する経時変化した垂直方向の支持剛性Kvは、コラム10に対する経時変化した水平方向の支持剛性Khと等しいので、支持剛性Khをそのまま支持剛性Kvとする。
Kh=2・A・E((α・Δt/ΔL)−(1/L))…(5)
Therefore, the horizontal support stiffness Kh that has changed over time with respect to the column 10 is expressed by the equation (5) from the equations (3) and (4). Since the vertical support rigidity Kv of the column 10 that has changed with time is equal to the horizontal support rigidity Kh of the column 10 that has changed with time, the support rigidity Kh is directly used as the support rigidity Kv.
Kh = 2 · A · E ((α · Δt / ΔL) − (1 / L)) (5)

また、支持剛性推定部54は、熱伸長量取得部52および温度変化量取得部53から部材15の熱伸長量ΔLおよび部材15の温度変化量Δtを入力し、メモリ58に予め記憶されている図5に示すような支持剛性Kを係数とした熱伸長量ΔLと温度変化量Δtとの関係式を表すグラフに基づいて、コラム10に対する経時変化した水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvを推定するようにしてもよい。   Further, the support rigidity estimation unit 54 inputs the thermal expansion amount ΔL of the member 15 and the temperature change amount Δt of the member 15 from the thermal expansion amount acquisition unit 52 and the temperature change amount acquisition unit 53 and is stored in the memory 58 in advance. Based on the graph showing the relational expression between the thermal expansion amount ΔL and the temperature change amount Δt with the support stiffness K as a coefficient as shown in FIG. The stiffness Kv may be estimated.

すなわち、温度変化量Δtに対する熱伸長量ΔLの値は、支持剛性KがK2>K0>K1と小さくなるほど大きく増加する傾向があるが、これらの関係式を表すグラフを予め求めておくことにより、取得した部材15の熱伸長量ΔLおよび部材15の温度変化量Δtに基づいて、コラム10に対する経時変化した水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvを推定することができる。   That is, the value of the thermal expansion amount ΔL with respect to the temperature change amount Δt tends to increase as the support rigidity K decreases as K2> K0> K1, but by obtaining a graph representing these relational expressions in advance, Based on the obtained thermal expansion amount ΔL of the member 15 and the temperature change amount Δt of the member 15, it is possible to estimate the horizontal support stiffness Kh and the vertical support stiffness Kv that have changed over time with respect to the column 10.

ここで、本実施形態における熱変位補正は、工作機械1の熱影響によるコラム10の熱変形に伴う回転主軸30の先端の熱変位を補正の対象としている。そこで先ず、熱変位量導出工程において、コラム10の熱変位量を推定する。つまり、熱変位量導出部55は、各検査点Pa0〜Pa6に設けられている各第2温度センサ14からコラム10の熱変形前後における温度の信号を夫々入力し、各温度信号に基づいて既知の方法によりコラム10の熱変位量を推定する。   Here, the thermal displacement correction in the present embodiment is targeted for correction of the thermal displacement at the tip of the rotary spindle 30 accompanying the thermal deformation of the column 10 due to the thermal effect of the machine tool 1. Therefore, first, in the thermal displacement amount deriving step, the thermal displacement amount of the column 10 is estimated. In other words, the thermal displacement amount deriving unit 55 inputs temperature signals before and after thermal deformation of the column 10 from each second temperature sensor 14 provided at each inspection point Pa0 to Pa6, and is known based on each temperature signal. The amount of thermal displacement of the column 10 is estimated by this method.

そして次に、補正値算出工程において、コラム10の熱変位量を回転主軸30の先端の熱変位量に換算して補正値を算出する。つまり、補正値算出部56は、支持剛性推定部54からコラム10の経時変化した水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvを入力し、各支持剛性Kh,Kvに基づいて既知の方法によりコラム10の熱変位量を回転主軸30の先端の熱変位量に換算して補正値を算出する。このようにして、数値制御装置50は、工作機械1の加工中において、コラム10の経時変化した水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvを加味したコラム10の熱変形に伴う回転主軸30の先端の熱変位を逐次補正することにより、加工の高精度化を図っている。   Then, in the correction value calculation step, the correction value is calculated by converting the thermal displacement amount of the column 10 into the thermal displacement amount at the tip of the rotary spindle 30. That is, the correction value calculation unit 56 inputs the horizontal support stiffness Kh and the vertical support stiffness Kv of the column 10 that have changed over time from the support stiffness estimation unit 54, and is a known method based on the support stiffnesses Kh and Kv. Thus, the correction value is calculated by converting the thermal displacement amount of the column 10 into the thermal displacement amount at the tip of the rotary spindle 30. In this way, the numerical control device 50 allows the rotation spindle to accompany the thermal deformation of the column 10 taking into account the horizontal support stiffness Kh and the vertical support stiffness Kv of the column 10 that have changed over time during machining of the machine tool 1. The accuracy of processing is improved by sequentially correcting the thermal displacement at the tip of 30.

また、本実施形態における熱変位補正の別例としては、工作機械1の熱影響によるコラム10の熱変形に伴うサドル20の熱変位を補正の対象としている。そして、説明を簡易化するために、図6に示すように、コラム10は、熱影響によりテーブル40側のZ軸方向に屈み込むように熱変形するものとする。換言すると、熱影響によるコラム10の変形のうち、Y−Z平面に投影される変形形状に係る熱変位を補正対象としている。よって、熱変位補正は、移動体であるサドル20の移動方向(Y軸方向)の駆動軸およびテーブル40の移動方向(Z軸方向)の駆動軸の補正値を算出するものとする。   Further, as another example of the thermal displacement correction in the present embodiment, the thermal displacement of the saddle 20 due to the thermal deformation of the column 10 due to the thermal effect of the machine tool 1 is targeted for correction. In order to simplify the explanation, as shown in FIG. 6, the column 10 is assumed to be thermally deformed so as to bend in the Z-axis direction on the table 40 side due to thermal influence. In other words, of the deformation of the column 10 due to thermal influence, the thermal displacement related to the deformed shape projected on the YZ plane is the correction target. Therefore, in the thermal displacement correction, the correction value of the drive shaft in the moving direction (Y-axis direction) of the saddle 20 as a moving body and the drive shaft in the moving direction (Z-axis direction) of the table 40 are calculated.

そこで、熱変位量導出工程において、コラム10に対する経時変化した水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvに基づいて、コラム10の熱変位量を求める。つまり、熱変位量導出部55は、支持剛性推定部54からコラム10の経時変化した水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvを入力し、例えば、第1検査点Pa1に設けられている第2温度センサ14からコラム10の熱変形前後における温度の信号を夫々入力し、水平方向の熱変位量ΔM1hおよび垂直方向の熱変位量ΔM1vと、第1検査点Pa1における温度変化量とに基づいて、既知の方法により第1検査点Pa1における水平方向の熱変位量ΔM1hおよび垂直方向の熱変位量ΔM1vを求め、第1検査点Pa1に対する第1変位点Pb1を特定する。   Therefore, in the thermal displacement amount derivation step, the thermal displacement amount of the column 10 is obtained based on the horizontal support stiffness Kh and the vertical support stiffness Kv that have changed over time with respect to the column 10. That is, the thermal displacement amount deriving unit 55 receives the horizontal support stiffness Kh and the vertical support stiffness Kv of the column 10 that have changed over time from the support stiffness estimation unit 54, and is provided at the first inspection point Pa1, for example. The temperature signals before and after the thermal deformation of the column 10 are respectively input from the second temperature sensor 14 and the horizontal thermal displacement amount ΔM1h, the vertical thermal displacement amount ΔM1v, and the temperature change amount at the first inspection point Pa1. Based on the known method, a horizontal thermal displacement amount ΔM1h and a vertical thermal displacement amount ΔM1v at the first inspection point Pa1 are obtained, and the first displacement point Pb1 with respect to the first inspection point Pa1 is specified.

同様に、水平方向の熱変位量ΔM1hおよび垂直方向の熱変位量ΔM1vと、例えば、第2検査点Pa2における温度変化量とに基づいて、第2検査点Pa2に対する第2変位点Pb2も特定する。そして、第1変位点Pb1と第2変位点Pb2とを通る直線の式Cを求めてメモリ58に記憶する。なお、上述の熱変位量導出工程は、あくまでも例示であり、既知の方法により熱変位量は導出可能であるため、この工程に限定されるものではない。   Similarly, the second displacement point Pb2 with respect to the second inspection point Pa2 is also specified based on the horizontal thermal displacement amount ΔM1h, the vertical thermal displacement amount ΔM1v, and the amount of temperature change at the second inspection point Pa2, for example. . Then, an equation C of a straight line passing through the first displacement point Pb1 and the second displacement point Pb2 is obtained and stored in the memory 58. The above-described thermal displacement amount derivation step is merely an example, and the thermal displacement amount can be derived by a known method, and is not limited to this step.

補正値算出工程において、サドル20の指令位置に対する補正値を算出する。そこで、先ず、補正値算出部56は、数値制御装置50におけるサドル20の指令位置Pyzを取得する。次に、補正値算出部56は、メモリ58から第1変位点Pb1と第2変位点Pb2とを通る直線の式Cを読み出し、該式Cにおいてサドル20の指令位置Pyzを対応させ、補正値Ry,Rzを算出する。そして、補正工程において、補正値Ry,Rzによりサドル20の指令位置Pyzを補正する。つまり、補正部57は、補正値算出部56から入力した補正値Ry,Rzにより制御部51が出力する指令位置Pyzを補正指令位置PYZに補正する。   In the correction value calculation step, a correction value for the command position of the saddle 20 is calculated. Therefore, first, the correction value calculation unit 56 obtains the command position Pyz of the saddle 20 in the numerical controller 50. Next, the correction value calculation unit 56 reads the equation C of the straight line passing through the first displacement point Pb1 and the second displacement point Pb2 from the memory 58, associates the command position Pyz of the saddle 20 with the equation C, and corrects the correction value. Ry and Rz are calculated. In the correction step, the command position Pyz of the saddle 20 is corrected by the correction values Ry and Rz. That is, the correction unit 57 corrects the command position Pyz output from the control unit 51 to the correction command position PYZ based on the correction values Ry and Rz input from the correction value calculation unit 56.

これにより、サドル20の指令位置に加えてテーブル40の指令位置も補正され、工作物WがY軸方向に補正値Ryだけさらに移動すると共にZ軸方向に補正値Rzだけさらに移動し、適切な加工位置で加工されることになる。このようにして、数値制御装置50は、工作機械1の加工中において、コラム10の経時変化した水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvを加味したコラム10の熱変形に伴うサドル20の熱変位を逐次補正することにより、加工の高精度化を図っている。   Thereby, in addition to the command position of the saddle 20, the command position of the table 40 is also corrected, and the workpiece W is further moved by the correction value Ry in the Y-axis direction and further moved by the correction value Rz in the Z-axis direction. It will be processed at the processing position. In this way, the numerical control device 50 allows the saddle 20 to accompany the thermal deformation of the column 10 taking into account the horizontal support stiffness Kh and the vertical support stiffness Kv of the column 10 that have changed over time during machining of the machine tool 1. By successively correcting the thermal displacement, the processing accuracy is increased.

以上のように、本実施形態によれば、支持剛性推定部54は、コラム10に対する経時変化した水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvを、熱伸長量取得部52および温度変化量取得部53において取得される部材15(コラム10)の熱伸長量ΔLおよび温度変化量Δtに基づいて推定している。コラム10の姿勢に大きく影響する水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvが経時変化した場合、コラム10の温度変化量Δtのみではコラム10の熱変位量を高精度に推定することは困難である。   As described above, according to the present embodiment, the support rigidity estimation unit 54 calculates the horizontal direction support rigidity Kh and the vertical direction support rigidity Kv with respect to the column 10 as the thermal expansion amount acquisition unit 52 and the temperature change amount. It is estimated based on the thermal expansion amount ΔL and the temperature change amount Δt of the member 15 (column 10) acquired in the acquisition unit 53. When the horizontal support stiffness Kh and the vertical support stiffness Kv that greatly affect the posture of the column 10 change with time, it is possible to estimate the thermal displacement amount of the column 10 with high accuracy only by the temperature change amount Δt of the column 10. Have difficulty.

しかし、支持剛性推定部54は、熱伸長量ΔLおよび温度変化量Δtに基づいて経時変化した水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvを一旦推定し、熱変位量導出部55は、該水平方向の支持剛性Khおよび該垂直方向の支持剛性Kvに基づいてコラム10の水平方向の熱変位量および垂直方向の熱変位量を求めている。よって、水平方向の熱変位量および垂直方向の熱変位量の精度を高めることができ、簡易な構成でより高精度な熱変位補正が可能となる。   However, the support stiffness estimation unit 54 temporarily estimates the horizontal support stiffness Kh and the vertical support stiffness Kv that have changed over time based on the thermal expansion amount ΔL and the temperature change amount Δt, and the thermal displacement amount deriving unit 55 Based on the horizontal support rigidity Kh and the vertical support rigidity Kv, the horizontal thermal displacement amount and the vertical thermal displacement amount of the column 10 are obtained. Therefore, the accuracy of the horizontal thermal displacement amount and the vertical thermal displacement amount can be increased, and more accurate thermal displacement correction can be performed with a simple configuration.

また、本実施形態によれば、熱伸長量取得部52は、コラム10を支持する水平方向の2箇所のボールガイド11の中間に設定された熱伸長検査点P1の熱伸長量ΔLを取得し、温度変化量取得部53は、熱伸長検査点P1の水平方向の片側もしくは両側に設定された温度検査点P2,P2の温度変化量Δtを取得している。2箇所のボールガイド11の中間に設定した熱伸長検査点P1の熱伸長量ΔLは、経時変化した水平方向の支持剛性Khを推定する上で精度を高めることができる。   Further, according to the present embodiment, the thermal extension amount acquisition unit 52 acquires the thermal extension amount ΔL of the thermal extension inspection point P <b> 1 set in the middle between the two ball guides 11 in the horizontal direction that support the column 10. The temperature change amount acquisition unit 53 acquires the temperature change amount Δt of the temperature inspection points P2 and P2 set on one side or both sides of the thermal extension inspection point P1 in the horizontal direction. The thermal extension amount ΔL at the thermal extension inspection point P1 set in the middle between the two ball guides 11 can improve accuracy in estimating the horizontal support rigidity Kh that has changed over time.

そして、その近傍の温度検査点P2,P2の温度変化量Δtも、経時変化した水平方向の支持剛性Khを推定する上で精度を高めることができる。特に、温度検査点P2,P2を熱伸長検査点P1の両側に設定することで、経時変化した水平方向の支持剛性Khの推定精度をさらに高めることができる。   Further, the temperature change amount Δt of the temperature test points P2 and P2 in the vicinity thereof can also be improved in accuracy in estimating the horizontal support stiffness Kh that has changed over time. In particular, by setting the temperature inspection points P2, P2 on both sides of the thermal extension inspection point P1, it is possible to further increase the estimation accuracy of the horizontal support stiffness Kh that has changed over time.

また、本実施形態によれば、コラム10は、ベッド2にボールガイド11により支持されている。ボールガイド11の例えば予圧低下による支持剛性の経時変化は、一般的に垂直方向および水平方向ともに同様に変化する。したがって、経時変化した水平方向の支持剛性Khを推定することにより、経時変化した垂直方向の支持剛性Kvを容易に推定することができる。よって、経時変化した水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvに基づいてコラム10の熱変位量を高精度に求めることができる。   Further, according to the present embodiment, the column 10 is supported on the bed 2 by the ball guide 11. The change in the support stiffness with time due to, for example, a decrease in the preload of the ball guide 11 generally changes similarly in the vertical and horizontal directions. Therefore, by estimating the support stiffness Kh in the horizontal direction that has changed over time, the support stiffness Kv in the vertical direction that has changed over time can be easily estimated. Therefore, the thermal displacement amount of the column 10 can be obtained with high accuracy based on the horizontal support stiffness Kh and the vertical support stiffness Kv that have changed over time.

また、本実施形態によれば、支持剛性推定部54は、予め記憶されている熱伸長量ΔLと温度変化量Δtとの関係式と、取得した熱伸長量ΔLおよび温度変化量Δtとに基づいて、コラム10に対する経時変化した水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvを推定している。熱伸長量ΔLと温度変化量Δtとの関係式は、水平方向の支持剛性Kh又は垂直方向の支持剛性Kvを係数とした式で表されるため、取得した熱伸長量ΔLおよび温度変化量Δtに対応する関係式を求めることにより、経時変化した水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvを容易に推定することができる。よって、経時変化した水平方向の支持剛性Khおよび垂直方向の支持剛性Kvに基づいてコラム10の熱変位量を高精度に求めることができる。   Further, according to the present embodiment, the support stiffness estimation unit 54 is based on the relational expression between the thermal expansion amount ΔL and the temperature change amount Δt stored in advance and the acquired thermal extension amount ΔL and the temperature change amount Δt. Thus, the horizontal support rigidity Kh and the vertical support rigidity Kv of the column 10 that have changed over time are estimated. Since the relational expression between the thermal extension amount ΔL and the temperature change amount Δt is expressed by a formula using the horizontal support stiffness Kh or the vertical support stiffness Kv as a coefficient, the acquired thermal extension amount ΔL and temperature change amount Δt By obtaining the relational expression corresponding to, the horizontal support stiffness Kh and the vertical support stiffness Kv that have changed over time can be easily estimated. Therefore, the thermal displacement amount of the column 10 can be obtained with high accuracy based on the horizontal support stiffness Kh and the vertical support stiffness Kv that have changed over time.

また、本実施形態によれば、熱変位量導出部55は、サドル20が移動することにより発生するコラム10の摺動面10aにおける温度変化量からコラム10の熱変位量を求めている。コラム10は、工作機械1の熱影響により熱膨張して変形する。特に、支持しているサドル20が移動することによる発熱がコラム10の熱変形に大きく影響している。そこで、工作機械1の熱影響をサドル20が移動するコラム10の摺動面10aにおける熱影響とするものとして、コラム10の変形形状をこの摺動面10aとして直線近似することができる。よって、摺動面10aを対象とした補正値を算出し、より適切な熱変位補正を行うことができる。   Further, according to the present embodiment, the thermal displacement amount deriving unit 55 obtains the thermal displacement amount of the column 10 from the amount of temperature change in the sliding surface 10a of the column 10 generated by the movement of the saddle 20. The column 10 is thermally expanded and deformed by the thermal effect of the machine tool 1. In particular, heat generated by the movement of the supporting saddle 20 greatly affects the thermal deformation of the column 10. Therefore, assuming that the thermal effect of the machine tool 1 is the thermal effect on the sliding surface 10a of the column 10 on which the saddle 20 moves, the deformed shape of the column 10 can be linearly approximated as this sliding surface 10a. Therefore, it is possible to calculate a correction value for the sliding surface 10a and perform more appropriate thermal displacement correction.

なお、上述した実施形態では、コラム10は、上下左右の4箇所で45°の方向に支持するボール11aが配置されたボールガイド11により支持された構成としたが、運動を繰り返す間に摩耗してガイド内の予圧が低下し、コラム10に対する支持剛性が経時変化するガイドであれば、例えば、上下に2箇所ずつ垂直方向に支持すると共に、左右に2箇所で水平方向に支持するボールが配置されたボールガイドであっても、同様にコラム10に対する経時変化した支持剛性を推定することが可能である。   In the above-described embodiment, the column 10 is configured to be supported by the ball guide 11 in which the balls 11a that are supported in the 45 ° direction are arranged at four positions, upper, lower, left, and right. If the preload in the guide decreases and the support rigidity with respect to the column 10 changes with time, for example, two balls are supported vertically at the top and bottom and horizontally supported at two positions on the left and right. Even in the case of the ball guide, it is possible to similarly estimate the support stiffness that has changed over time with respect to the column 10.

また、歪みセンサ12を一対のレール3上に配置されたボールガイド11の中間に設けて熱伸長量を取得するようにしたが、歪みセンサ12をレール3の長手方向と直交する方向の断面の中央部に設けても同様に熱伸長量を取得することができ、同様にコラム10に対する経時変化した支持剛性を推定することが可能である。   In addition, the strain sensor 12 is provided in the middle of the ball guides 11 disposed on the pair of rails 3 so as to acquire the thermal expansion amount. However, the strain sensor 12 has a cross section in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the rails 3. Even if it is provided in the central portion, the amount of thermal expansion can be obtained in the same manner, and it is also possible to estimate the support rigidity of the column 10 that has changed over time.

また、熱変位補正は、支持体であるコラム10の熱変形によるものとして説明した。これに対して、工具31または工作物Wを支持し、工作機械1の熱影響により熱変位が生じる部材、例えばサドル20やテーブル40等であれば、本発明の熱変位補正方法を適用することができる。その他に、工作機械1は、3軸マシニングセンタを例に挙げて説明した。これに対して、工作機械1は、例えば、さらに回転軸(A,B軸)を有する5軸マシニングセンタとしてもよい。このような構成においても同様の効果を奏する。   Further, the thermal displacement correction has been described as being due to thermal deformation of the column 10 as a support. On the other hand, the thermal displacement correction method of the present invention is applied to a member that supports the tool 31 or the workpiece W and causes thermal displacement due to the thermal influence of the machine tool 1, such as the saddle 20 or the table 40. Can do. In addition, the machine tool 1 has been described by taking a three-axis machining center as an example. On the other hand, the machine tool 1 may be, for example, a 5-axis machining center having a rotation axis (A, B axis). Even in such a configuration, the same effect can be obtained.

1:工作機械、 2:ベッド、 3,4,5:レール
10:コラム(支持体)、 10b:摺動面、 11:ボールガイド、 12:歪みセンサ、 13:第1温度センサ、 14:第2温度センサ
20:サドル(移動体)
30:回転主軸、 31:工具
40:テーブル、 41:治具
50:制御装置(熱変位補正装置)、 51:制御部、 52:熱伸長量取得部、 53:温度変化量取得部、 54:支持剛性推定部、 55:熱変位量導出部、 56:補正値算出部、 57:補正部、 58:メモリ、 60:駆動モータ
W:工作物、 P1:熱伸長検査点、 P2:温度検査点
1: Machine tool, 2: Bed, 3, 4, 5: Rail 10: Column (support), 10b: Sliding surface, 11: Ball guide, 12: Strain sensor, 13: First temperature sensor, 14: First 2 Temperature sensor 20: Saddle (moving body)
30: Rotating spindle 31: Tool 40: Table 41: Jig 50: Control device (thermal displacement correction device) 51: Control unit 52: Thermal elongation acquisition unit 53: Temperature change acquisition unit 54: Support stiffness estimation unit, 55: thermal displacement amount derivation unit, 56: correction value calculation unit, 57: correction unit, 58: memory, 60: drive motor W: workpiece, P1: thermal extension inspection point, P2: temperature inspection point

Claims (7)

工作機械の基台に水平方向に移動可能に支持され第1指令位置に基づいて前記基台に対して移動し、経時変化により前記基台に対する支持剛性が変化する支持体と、当該支持体に垂直方向に移動可能に支持され第2指令位置に基づいて前記支持体に対して移動する移動体と、を備える工作機械の熱変位補正方法において、
前記支持体の熱変形前後において、前記支持体に設定された熱伸長検査点の水平方向の熱伸長量を取得する熱伸長量取得工程と、
前記支持体の熱変形前後において、前記支持体に設定された温度検査点の温度変化量を取得する温度変化量取得工程と、
前記熱伸長量および前記温度変化量に基づいて、前記支持体に対する経時変化した水平方向の支持剛性および垂直方向の支持剛性を推定する支持剛性推定工程と、
前記支持体に対する経時変化した前記水平方向の支持剛性および前記垂直方向の支持剛性に基づいて、前記支持体の熱変位量を求める熱変位量導出工程と、
前記熱変位量に基づいて、前記第2指令位置に対する補正値を算出する補正値算出工程と、
前記補正値により前記移動体の前記第2指令位置を補正する補正工程と、
を備えることを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
A support body that is supported by a base of a machine tool so as to be movable in a horizontal direction, moves relative to the base based on a first command position, and a support rigidity with respect to the base changes with time; In a thermal displacement correction method for a machine tool, comprising: a movable body supported so as to be movable in a vertical direction and moving relative to the support body based on a second command position;
Before and after thermal deformation of the support, a thermal extension amount acquisition step of acquiring a horizontal thermal extension amount of a thermal extension inspection point set on the support;
Before and after thermal deformation of the support, a temperature change acquisition step of acquiring a temperature change of a temperature inspection point set on the support;
A support stiffness estimation step of estimating a horizontal support stiffness and a vertical support stiffness that have changed over time with respect to the support, based on the thermal extension amount and the temperature change amount;
A thermal displacement amount derivation step for obtaining a thermal displacement amount of the support based on the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness that have changed over time with respect to the support; and
A correction value calculating step of calculating a correction value for the second command position based on the thermal displacement amount;
A correction step of correcting the second command position of the movable body by the correction value;
A method for correcting thermal displacement of a machine tool, comprising:
請求項1において、
前記支持体が前記工作機械の基台に水平方向に2箇所の支持点で支持されている場合、前記熱伸長量取得工程は、2箇所の前記支持点の中間に設定された前記熱伸長検査点の水平方向の熱伸長量を取得し、前記温度変化量取得工程は、前記熱伸長検査点の水平方向の片側もしくは両側に設定された前記温度検査点の温度変化量を取得することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
In claim 1,
When the support is supported at two support points in the horizontal direction on the base of the machine tool, the thermal extension amount acquisition step is performed at the thermal extension inspection set between the two support points. A horizontal thermal expansion amount of a point is acquired, and the temperature change amount acquiring step acquires a temperature change amount of the temperature inspection point set on one side or both sides of the thermal extension inspection point in the horizontal direction. A thermal displacement correction method for machine tools.
請求項2において、
前記支持体が2箇所の前記支持点で転がりガイドにより支持されている場合、前記支持剛性推定工程は、取得した前記熱伸長量および前記温度変化量に基づいて、前記支持体に対する経時変化した前記水平方向の支持剛性を推定し、該水平方向の支持剛性が前記支持体に対する経時変化した前記垂直方向の支持剛性と等しいとして該垂直方向の支持剛性を推定することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
In claim 2,
When the support is supported by a rolling guide at the two support points, the support rigidity estimation step is based on the acquired amount of thermal expansion and the amount of temperature change, and the time-dependent change with respect to the support is performed. The horizontal support stiffness is estimated, and the vertical support stiffness is estimated by assuming that the horizontal support stiffness is equal to the vertical support stiffness that has changed over time with respect to the support. Displacement correction method.
請求項2において、
前記支持剛性推定工程は、予め記憶されている前記熱伸長量と前記温度変化量との関係式と、取得した前記熱伸長量および前記温度変化量とに基づいて、前記支持体に対する経時変化した前記水平方向の支持剛性および前記垂直方向の支持剛性を推定することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
In claim 2,
The support stiffness estimation step is a time-dependent change with respect to the support, based on a relational expression between the thermal extension amount and the temperature change amount stored in advance and the acquired thermal extension amount and the temperature change amount. A thermal displacement correction method for a machine tool, wherein the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness are estimated.
請求項1〜4の何れか一項において、
前記熱伸長量取得工程は、前記熱伸長検査点に配置された歪みセンサにより測定される前記支持体の歪みに基づいて前記熱伸長量を取得することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
In any one of Claims 1-4,
The thermal extension correction method for a machine tool, wherein the thermal extension amount acquisition step acquires the thermal extension amount based on strain of the support measured by a strain sensor arranged at the thermal extension inspection point. .
請求項1〜5の何れか一項において、
前記熱変位量導出工程は、前記支持体に対する経時変化した前記水平方向の支持剛性および前記垂直方向の支持剛性と、前記移動体が移動することにより発生する前記支持体の摺動面における温度変化量とから前記支持体の熱変位量を求めることを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
In any one of Claims 1-5,
The thermal displacement amount derivation step includes the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness that have changed over time with respect to the support, and the temperature change on the sliding surface of the support that occurs as the moving body moves. A thermal displacement correction method for a machine tool, wherein the thermal displacement amount of the support is determined from the amount.
工作機械の基台に水平方向に移動可能に支持され第1指令位置に基づいて前記基台に対して移動し、経時変化により前記基台に対する支持剛性が変化する支持体と、当該支持体に垂直方向に移動可能に支持され第2指令位置に基づいて前記支持体に対して移動する移動体と、を備える工作機械の熱変位補正装置において、
前記支持体の熱変形前後において、前記支持体に設定された熱伸長検査点の水平方向の熱伸長量を取得する熱伸長量取得手段と、
前記支持体の熱変形前後において、前記支持体に設定された温度検査点の温度変化量を取得する温度変化量取得手段と、
前記熱伸長量および前記温度変化量に基づいて、前記支持体に対する経時変化した水平方向の支持剛性および垂直方向の支持剛性を推定する支持剛性推定手段と、
前記支持体に対する経時変化した前記水平方向の支持剛性および前記垂直方向の支持剛性に基づいて、前記支持体の熱変位量を求める熱変位量導出手段と、
前記熱変位量に基づいて、前記第2指令位置に対する補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値により前記移動体の前記第2指令位置を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。
A support body that is supported by a base of a machine tool so as to be movable in a horizontal direction, moves relative to the base based on a first command position, and a support rigidity with respect to the base changes with time; In a thermal displacement correction device for a machine tool, comprising: a movable body supported so as to be movable in a vertical direction and moving relative to the support body based on a second command position;
Before and after thermal deformation of the support, a thermal extension amount acquisition means for acquiring a horizontal thermal extension amount of a thermal extension inspection point set on the support;
Before and after thermal deformation of the support, a temperature change amount acquisition means for acquiring a temperature change amount of a temperature inspection point set in the support;
A support stiffness estimating means for estimating a horizontal support stiffness and a vertical support stiffness that have changed over time with respect to the support, based on the thermal extension amount and the temperature change amount;
A thermal displacement amount deriving means for obtaining a thermal displacement amount of the support based on the horizontal support stiffness and the vertical support stiffness that have changed over time with respect to the support;
Correction value calculating means for calculating a correction value for the second command position based on the thermal displacement amount;
Correction means for correcting the second command position of the movable body by the correction value;
A thermal displacement correction apparatus for machine tools, comprising:
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105404237A (en) * 2015-11-10 2016-03-16 湖北文理学院 Numerical control machine tool space error modeling method based on space grid compensation mode
CN108803485A (en) * 2018-07-05 2018-11-13 大连理工大学 Numerically-controlled machine tool external type heat error compensating method based on i5 iport agreements
CN109143967A (en) * 2018-08-28 2019-01-04 大连理工大学 A kind of the feed system Thermal Error test device and method of simulation cutting power load condition
CN110253337A (en) * 2019-07-15 2019-09-20 北京工业大学 A kind of main shaft of numerical control machine tool thermal stretching various dimensions detection device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105404237A (en) * 2015-11-10 2016-03-16 湖北文理学院 Numerical control machine tool space error modeling method based on space grid compensation mode
CN108803485A (en) * 2018-07-05 2018-11-13 大连理工大学 Numerically-controlled machine tool external type heat error compensating method based on i5 iport agreements
CN108803485B (en) * 2018-07-05 2020-08-14 大连理工大学 I5iport protocol-based external thermal error compensation method for numerical control machine tool
CN109143967A (en) * 2018-08-28 2019-01-04 大连理工大学 A kind of the feed system Thermal Error test device and method of simulation cutting power load condition
CN110253337A (en) * 2019-07-15 2019-09-20 北京工业大学 A kind of main shaft of numerical control machine tool thermal stretching various dimensions detection device

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