JP4469325B2

JP4469325B2 - 熱変位補正装置

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Publication number: JP4469325B2
Application number: JP2005320476A
Authority: JP
Inventors: 伸彦家藤
Original assignee: DMG Mori Co Ltd; Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2005-11-04
Filing date: 2005-11-04
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2025-11-04
Also published as: US7354386B2; DE102006051988A1; JP2007125648A; US20070105697A1

Description

本発明は、工作機械の主軸に装着された工具の前記主軸軸線方向の熱変位を補正する熱変位補正装置に関する。

マシニングセンタなどの工作機械では、主軸を回転自在に支持する軸受が発熱して、この発熱により生じた熱が主軸及びこれに装着された工具に伝導し、当該工具が伸張する。そして、このような工具の伸張により加工精度が低下する。

そこで、このような加工精度の低下を防止すべく、従来、例えば、特開２００４−１４８４４３号公報に開示されたような、工具の主軸軸線方向の熱変位を補正する補正方法が提案されている。

この補正方法は、主軸の軸受近傍の第１工作機械温度と、ベッドなど工作機械の熱安定性の高い部位の第２工作機械温度とを測定し、測定した第１工作機械温度と第２工作機械温度との温度差を基に所定の算出式から工具の主軸軸線方向の熱変位量（補正量）を推定して、推定した熱変位量（補正量）を基に主軸軸線方向における工具位置を補正するというものであり、このようにして補正を行うことで、工具の熱変位量を打ち消し、加工精度の低下を防止しつつワークを加工することができる。

特開２００４−１４８４４３号公報

ところで、工作機械には、工具が格納される工具マガジンを有し、当該工具マガジンに格納された工具と前記主軸に装着された工具とを交換する工具交換装置が付設され、ワークの加工は、この工具交換装置によって工具マガジン側の工具と主軸側の工具とが交換されつつ各種の工具を用いて行われる。

また、主軸から取り外され工具マガジンに格納された工具は、徐々に冷却され、やがては室温と同程度の温度になるが、室温と同程度になるには一定の時間がかかるため、工具マガジンに格納された工具は、主軸に装着されていない未使用のものであるか、工具マガジンに格納されてから一定時間が経過し、室温と同程度にまで低下したものであるか、工具マガジンに格納されてから前記一定時間が経過しておらず、温度低下中のものであるかによって、それぞれその温度が異なる。

このため、工具交換によって主軸に装着される工具の主軸装着当初の温度は、工具によって異なることとなり、主軸装着当初の工具温度が異なれば、その後の工具の温度変化（熱変位量）も変わってくる。

したがって、熱変位補正をより厳密に行うには、工具の熱変位量を算出するに当たり、主軸装着当初の工具温度を考慮する必要があるが、上記従来の熱変位補正方法のように、主軸の軸受近傍の第１工作機械温度と工作機械の熱安定性の高い部位の第２工作機械温度とを測定して工具の熱変位量を推定する方法では、この点が考慮されておらず、高精度な補正を行うことができない。

また、第１工作機械温度や第２工作機械温度を測定するためのセンサが必要であり、製造コストが上昇したり、装置構成が複雑になるという問題もある。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、工作機械の主軸に装着された工具の前記主軸軸線方向の熱変位を打ち消すための補正量をより高精度に設定して、より精度の高い加工を行うことができる熱変位補正装置の提供をその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、
工具が装着される主軸を有し、該主軸を軸線中心に回転させるとともに、該主軸の軸線方向に相対移動自在に設けられる主軸装置と、前記主軸装置を前記主軸の軸線方向に相対移動させる送り装置と、工具が格納される工具マガジンを有し、該工具マガジンに格納された工具と前記主軸装置の主軸に装着された工具とを交換する工具交換装置と、前記主軸装置，送り装置及び工具交換装置の作動を制御するとともに、前記送り装置については、前記主軸装置の目標移動位置に関するデータを基に制御して該主軸装置を前記目標移動位置に相対移動させるように構成され、前記工具交換装置については、前記工具マガジンに格納された交換対象の工具に関する識別データを基に制御して、該識別データに対応した工具と前記主軸の工具とを交換させるように構成された制御装置とを備える工作機械に設けられ、
前記主軸に装着された工具に生じる前記主軸軸線方向の熱変位を補正する装置であって、
前記制御装置から得られる前記識別データを基に、該識別データに対応した交換対象の工具を認識し、認識した工具の使用直前の温度を、該工具の使用履歴に関する情報を基に推定する処理と、
前記推定した使用直前の工具温度と前記主軸の温度とを基に、使用中の工具温度を推定する処理と、
前記推定した使用中の工具温度を基に、前記工具の主軸軸線方向の熱変位量を推定し、これを打ち消すための補正量を設定する処理と、
前記設定した補正量を基に前記目標移動位置を補正する処理とを行うように構成されてなることを特徴とする熱変位補正装置に係る。

この発明によれば、まず、制御装置から得られる識別データを基に、当該識別データに対応した交換対象の工具を認識し、認識した工具の使用直前（主軸装着直前）の温度を、当該工具の使用履歴に関する情報を基に推定する処理が行われた後、推定した使用直前の工具温度と主軸の温度とを基に、使用中（主軸装着中）の工具温度を推定する処理が行われ、次に、推定した使用中の工具温度を基に、工具の主軸軸線方向の熱変位量を推定し、これを打ち消すための補正量を設定する処理が行われ、そして、設定した補正量を基に、送り装置によって相対移動せしめられる主軸装置の主軸軸線方向における目標移動位置を補正する処理が行われる。

このように、本発明に係る熱変位補正装置によれば、工具交換によって主軸に装着される工具の使用直前の温度を推定して、推定した使用直前の工具温度などを基に使用中の工具温度を推定し、推定した使用中の工具温度を基に工具の主軸軸線方向の熱変位量（補正量）を推定しているので、より高精度に熱変位量（補正量）を推定することができ、これにより、より精度の高い加工を実現することができる。

尚、前記熱変位補正装置は、前記工具マガジンに格納される工具毎に、その使用直後の温度を前記使用履歴に関する情報として記憶する履歴情報記憶部と、前記制御装置から得られる前記識別データを基に、該識別データに対応した工具を認識して、認識した工具の使用直後の温度を前記履歴情報記憶部から読み出し、読み出した工具温度と、前記制御装置から得られる、前記識別データに対応した工具の前回使用時からの経過時間とを基に、使用直前の工具温度を推定する処理と、前記推定した使用直前の工具温度と前記主軸の温度とを基に、使用中の工具温度を推定する処理と、前記工具交換装置による工具交換直前の、前記主軸に装着された工具の温度を、前記使用直後の温度として前記履歴情報記憶部に格納する処理とを実行する工具温度推定部と、前記工具温度推定部によって推定された使用中の工具温度を基に、前記工具の主軸軸線方向の熱変位量を推定し、これを打ち消すための補正量を設定する補正量設定部と、前記補正量設定部によって設定された補正量を基に前記目標移動位置を補正する補正実行部とから構成されていても良い。

この場合、熱変位補正は、次のようにして行われる。即ち、まず、工具温度推定部において、制御装置から得られる識別データを基に、当該識別データに対応した工具が認識されて、認識された工具の使用直後の温度が履歴情報記憶部から読み出され、読み出された工具温度と、制御装置から得られる、識別データに対応した工具の前回使用時からの経過時間とを基に、使用直前の工具温度が推定された後、推定された使用直前の工具温度と主軸の温度とを基に、使用中の工具温度が推定される。

この後、補正量設定部において、工具温度推定部により推定された使用中の工具温度を基に、工具の主軸軸線方向の熱変位量が推定されて、これを打ち消すための補正量が設定され、設定された補正量を基に、目標移動位置が補正実行部により補正される。尚、履歴情報記憶部には、工具交換装置によって工具交換が行われる際に、工具交換直前の、主軸に装着された工具の温度が、工具温度推定部により、使用直後の工具温度として格納される。

また、前記熱変位補正装置は、上記構成に代えて、前記工具マガジンに格納される工具毎に、その使用直後の温度、前回使用時からの経過時間、及び一定時間おきに更新される工具の実温度を前記使用履歴に関する情報として記憶する履歴情報記憶部と、前記工具マガジンに格納されている各工具について、前記履歴情報記憶部に格納された前回使用時からの経過時間を更新するとともに、該履歴情報記憶部に格納された前記使用直後の温度及び前回使用時からの経過時間を基に、前記工具の実温度を推定して、推定した実温度で前記履歴情報記憶部に格納された実温度を更新する履歴情報更新部と、前記制御装置から得られる前記識別データを基に、該識別データに対応した工具を認識して、認識した工具の実温度を前記履歴情報記憶部から読み出し、読み出した実温度と前記主軸の温度とを基に、使用中の工具温度を推定する処理と、前記工具交換装置による工具交換直前の、前記主軸に装着された工具の温度を、前記使用直後の温度として前記履歴情報記憶部に格納する処理とを実行する工具温度推定部と、前記工具温度推定部によって推定された使用中の工具温度を基に、前記工具の主軸軸線方向の熱変位量を推定し、これを打ち消すための補正量を設定する補正量設定部と、前記補正量設定部によって設定された補正量を基に前記目標移動位置を補正する補正実行部とから構成されていても良い。

この場合、熱変位補正は、次のようにして行われる。即ち、まず、工具温度推定部において、制御装置から得られる識別データを基に、当該識別データに対応した工具が認識されて、認識された工具の実温度が履歴情報記憶部から読み出され、読み出された実温度と主軸の温度とを基に、使用中の工具温度が推定される。

この後、補正量設定部において、工具温度推定部により推定された使用中の工具温度を基に、工具の主軸軸線方向の熱変位量が推定されて、これを打ち消すための補正量が設定され、設定された補正量を基に、目標移動位置が補正実行部により補正される。

尚、履歴情報記憶部には、工具交換装置によって工具交換が行われる際に、工具交換直前の、主軸に装着された工具の温度が、工具温度推定部により、使用直後の工具温度として格納される。また、履歴情報更新部によって、履歴情報記憶部に格納された前回使用時からの経過時間が更新されるとともに、履歴情報記憶部に格納された使用直後の温度及び前回使用時からの経過時間を基に、工具の実温度が推定されて、推定された実温度で履歴情報記憶部に格納された実温度が更新される。

また、前記工具温度推定部及び補正量設定部は、前記工具によって異なる推定条件に基づいて、前記使用直前の工具温度、前記使用中の工具温度、及び前記工具の主軸軸線方向の熱変位量をそれぞれ推定するように構成されていたり、前記履歴情報更新部，工具温度推定部及び補正量設定部は、前記工具によって異なる推定条件に基づいて、前記工具の実温度、前記使用中の工具温度、及び前記工具の主軸軸線方向の熱変位量をそれぞれ推定するように構成されていても良く、このようにすれば、工具毎に、長さや径、材質、線膨張係数などが異なって工具の示す挙動がそれぞれ異なっても、より正確に、使用直前の工具温度、工具の実温度、使用中の工具温度、工具の主軸軸線方向の熱変位量を推定することができる。

また、前記熱変位補正装置は、前記制御装置から得られる主軸装置の稼働状況を基に前記主軸の温度を推定する主軸温度推定部を更に備え、前記工具温度推定部は、前記主軸温度推定部により推定された主軸の温度に基づいて前記使用中の工具温度を推定するように構成されていても良く、このようにすれば、主軸の温度を測定するためのセンサを不要にすることができるので、製造コストを低く抑えたり、装置構成が複雑になるのを防止することができる。

以上のように、本発明に係る熱変位補正装置によれば、工具交換によって主軸に装着される工具の使用直前の温度を推定して、推定した使用直前の工具温度などを基に使用中の工具温度を推定し、推定した使用中の工具温度を基に工具の主軸軸線方向の熱変位量（補正量）を推定しているので、より正確な熱変位量（補正量）を推定してより高精度に加工することができる。また、制御装置から得られる主軸装置の稼働状況を基に主軸の温度を推定すれば、主軸の温度を測定するためのセンサを不要にして、製造コストを低く抑えたり、装置構成が複雑になるのを防止することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本発明の一実施形態に係る熱変位補正装置などの概略構成を示したブロック図である。

図１に示すように、本例の熱変位補正装置１は、履歴情報記憶部１１，主軸温度推定部１２，主軸温度記憶部１３，工具温度推定部１４，工具温度記憶部１５，補正量設定部１６及び補正実行部１７から構成されており、例えば、鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動自在に配設される主軸装置３１と、水平面内で直交する２軸方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動自在に配設され、ワークが載置されるテーブル（図示せず）と、主軸装置３１をＺ軸方向に、テーブル（図示せず）をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる送り装置３２と、工具交換を行う工具交換装置３３と、主軸装置３１，送り装置３２及び工具交換装置３３の作動を制御する制御装置２０などを備えた工作機械の前記制御装置２０内に設けられる。

まず、前記制御装置２０，主軸装置３１，送り装置３２及び工具交換装置３３について説明する。

前記制御装置２０は、熱変位補正装置１の他、プログラム記憶部２１，動作指令生成部２２，駆動制御部２３，使用実績蓄積処理部２４及び工具使用実績記憶部２５などを備える。

前記プログラム記憶部２１には、適宜作成された加工プログラムが予め格納され、前記動作指令生成部２２は、前記プログラム記憶部２１に格納された加工プログラムを解析して、主軸装置３１の主軸の回転速度などに関する指令信号、主軸装置３１及びテーブル（図示せず）の移動位置などに関する指令信号、交換対象となる工具を特定するための工具番号データ（識別データ）などを含んだ、工具交換に関する指令信号を抽出し、抽出した指令信号などを基に、主軸の目標回転速度に関するデータ（動作指令信号）、主軸装置３１及びテーブル（図示せず）の目標移動位置に関するデータ（動作指令信号）、工具交換に係る動作指令信号を生成して、生成した動作指令信号を駆動制御部２３に送信する。尚、工具交換に係る動作指令信号は、前記使用実績蓄積処理部２４及び熱変位補正装置１にも送信される。

前記駆動制御部２３は、動作指令生成部２２から受信した動作指令信号（主軸の目標回転速度データ）、及び主軸装置３１からフィードバックされる信号（主軸回転速度に係る信号）を基に駆動指令信号を生成し、生成した駆動指令信号を主軸装置３１に送信する処理と、動作指令生成部２２から受信した動作指令信号（主軸装置３１及びテーブル（図示せず）の目標移動位置データ）、及び送り装置３２からフィードバックされる信号（主軸装置３１のＺ軸方向における移動位置、並びにテーブル（図示せず）のＸ軸方向及びＹ軸方向における移動位置に係る信号）を基に駆動指令信号を生成し、生成した駆動指令信号を送り装置３２に送信する処理と、動作指令生成部２２から受信した工具交換に係る動作指令信号を基に駆動指令信号を生成し、生成した駆動指令信号を工具交換装置３３に送信する処理とを行う。

前記使用実績蓄積処理部２４は、動作指令生成部２２から受信した工具交換に係る動作指令信号を基に、工具交換の行われる時間や、工具交換により主軸装置３１の主軸に装着される工具の工具番号を認識し、これらを、図２に示すように工具の使用実績として前記工具使用実績記憶部２５に格納する処理を行う。

前記主軸装置３１は、軸線がＺ軸と平行に配置された、工具が装着される主軸を備え、当該主軸をその軸線中心に回転させるように構成される。また、主軸装置３１は、主軸回転速度を検出し、検出した主軸回転速度に関する信号をフィードバック信号として制御装置２０（駆動制御部２３及び主軸温度推定部１２）に送信する検出センサを備えている。尚、主軸回転速度は、駆動制御部２３から受信した駆動指令信号に従って制御され、これにより、主軸は、目標回転速度で回転する。

前記送り装置３２は、主軸装置３１をＺ軸方向に、テーブル（図示せず）をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させて、工具とワークとを直交３軸方向に相対移動させるように構成される。また、送り装置３２は、主軸装置３１のＺ軸方向における移動位置、並びにテーブル（図示せず）のＸ軸方向及びＹ軸方向における移動位置をそれぞれ検出し、検出した移動位置に関する信号をフィードバック信号として制御装置２０（駆動制御部２３）に送信する検出センサを備えている。

尚、主軸装置３１のＺ軸方向における移動位置、テーブル（図示せず）のＸ軸方向及びＹ軸方向における移動位置は、駆動制御部２３から受信した駆動指令信号に従って制御され、これにより、主軸装置３１及びテーブル（図示せず）は、Ｚ軸方向の目標移動位置や、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の目標移動位置に移動する。

前記工具交換装置３３は、各種の工具が格納される工具マガジンを備え、当該工具マガジンに格納された工具と主軸装置３１の主軸に装着された工具とを交換するように構成される。尚、工具交換装置３３は、駆動制御部２３から受信した駆動指令信号に従って動作し、工具マガジンに格納された複数の工具の内、工具交換指令の工具番号データに対応した工具番号の工具と主軸装置３１側の工具とを交換する。

次に、前記熱変位補正装置１について説明する。上記のように、当該熱変位補正装置１は、履歴情報記憶部１１，主軸温度推定部１２，主軸温度記憶部１３，工具温度推定部１４，工具温度記憶部１５，補正量設定部１６及び補正実行部１７の各部を備えて構成される。

前記履歴情報記憶部１１には、工具交換装置３３の工具マガジンに格納されるすべての工具について、その使用直後の温度が少なくとも当該各工具の履歴情報として格納される。具体的には、図３に示すように、工具番号と、当該工具番号に対応した工具の使用直後の温度とが関連付けられて格納される。尚、この工具温度は、後述のように、前記工具温度推定部１４によって格納される。

前記主軸温度推定部１２は、主軸装置３１から駆動制御部２３にフィードバックされる信号（主軸回転速度に係る信号）を受信して、主軸装置３１の稼働状況（主軸の回転動作状況）を収集し、収集した主軸の回転動作状況を基に、主軸の動作実績（主軸回転速度や主軸回転時間など）を認識して、認識した主軸動作実績を基に主軸の温度を推定して前記主軸温度記憶部１３に格納する処理を行う。

尚、この主軸温度の推定は、例えば、経験的に得られた関係や、実験的に得られた関係などに基づいて行われる。また、主軸の動作時間と温度との関係は、例えば、図４に示すようなものとなっており、同図の実線で示すように、主軸回転後の時間経過に伴って主軸の温度が上昇し、一定時間が経過すると、定常状態となる。また、二点鎖線で示すように、主軸の回転が停止すると、その後の時間経過に伴い、主軸の温度は低下する。

前記工具温度推定部１４は、図５に示すような一連の処理を行って、主軸装置３１の主軸に装着された工具の温度を推定する処理を行う。具体的には、動作指令生成部２２から工具交換に係る動作指令信号を受信して一連の処理を開始し、まず、受信した工具交換に係る動作指令信号の工具番号データを基に、当該工具番号データに対応した工具番号の工具を交換対象の工具として認識する（ステップＳ１）。

ついで、前記認識した工具番号の工具の使用直後の温度を履歴情報記憶部１１から読み出し（ステップＳ２）、次に、工具使用実績記憶部２５に格納された、前記認識した工具番号の工具の使用実績を読み出して、前記認識した工具番号の工具の前回使用時からの経過時間（工具交換後の経過時間（工具マガジン格納後の経過時間））を認識する（ステップＳ３）。

この後、前記読み出した使用直後の温度と、前記認識した前回使用時からの経過時間とを基に、使用直前（主軸装着直前）（現在）の工具温度を推定し（ステップＳ４）、主軸温度記憶部１３に格納された主軸の温度を読み出す（ステップＳ５）。尚、ステップＳ４における工具温度の推定は、例えば、経験的に得られた関係や、実験的に得られた関係であり、工具毎に設定された関係などに基づいて行われる。

そして、前記推定した使用直前の工具温度と、前記読み出した主軸の温度とを基に、使用中（主軸装着中）の工具温度を推定して前記工具温度記憶部１５に格納する（ステップＳ６）。尚、この工具温度の推定も、例えば、経験的に得られた関係や、実験的に得られた関係であり、工具毎に設定された関係などに基づいて行われる。また、工具温度の推定は、簡易的には、例えば、図６に示すように、主軸の温度変化と、これに装着された工具の温度変化とが略同様の温度上昇曲線及び温度低下曲線を示し、工具の温度が主軸の温度に対し一定時間ｔ遅れて変化するものとして行うことができる。

ついで、運転継続中であるか否かを確認して（ステップＳ７）、運転停止となった場合には、一連の処理を終了し、運転継続中である場合には、ステップＳ８に進んで、動作指令生成部２２から工具交換に係る動作指令信号を受信したか否かを確認し、受信していない場合には、上記ステップＳ５以降の処理を繰り返して実行する。

一方、ステップＳ８で、受信したと判断した場合には、上記ステップＳ６で推定された工具温度の内、最新のものを、即ち、工具交換装置３３による工具交換直前の、主軸に装着された工具の温度を、前記使用直後の工具温度として履歴情報記憶部１１に格納した後（ステップＳ９）、上記ステップＳ１以降の処理を実行する。

前記補正量設定部１６は、工具温度記憶部１５に格納された使用中の工具温度を基に、当該工具に生じる主軸軸線方向の熱変位量を推定し、これを打ち消すための補正量を設定する。尚、この熱変位量の推定は、例えば、経験的に得られた関係や、実験的に得られた関係であり、工具毎に設定された関係などに基づいて行われる。

前記補正実行部１７は、補正量設定部１６によって設定された補正量を駆動制御部２３に送信することにより、主軸装置３１のＺ軸方向における目標移動位置を補正する処理を行う。これにより、駆動制御部２３では、補正実行部１７から送信された補正量を基に、主軸装置３１のＺ軸方向における目標移動位置が補正され、補正後の目標移動位置などに基づいて駆動指令信号が生成される。

以上のように構成された本例の熱変位補正装置１によれば、工具温度推定部１４において、動作指令生成部２２から受信した動作指令信号を基に交換対象となる工具の工具番号が認識された後、認識された工具番号の工具の使用直後の温度と、認識された工具番号の工具の前回使用時からの経過時間とを基に、使用直前の工具温度が推定され、推定された使用直前の工具温度と、主軸装置３１の稼働状況を基に主軸温度推定部１２によって推定された主軸の温度とを基に、使用中の工具温度が推定される。

そして、工具温度推定部１４により使用中の工具温度が推定されると、推定された使用中の工具温度を基に、補正量設定部１６により、当該工具に生じる主軸軸線方向の熱変位量が推定されてこれを打ち消すための補正量が設定され、設定された補正量を基に、補正実行部１７によって主軸装置３１のＺ軸方向における目標移動位置が補正される。

このように、本例の熱変位補正装置１によれば、工具交換によって主軸に装着される工具の使用直前の温度を推定して、推定した使用直前の工具温度などを基に使用中の工具温度を推定し、推定した使用中の工具温度を基に工具の主軸軸線方向の熱変位量（補正量）を推定しているので、より高精度に熱変位量（補正量）を推定することができ、これにより、より精度の高い加工を実現することができる。

また、前記使用直前の工具温度、前記使用中の工具温度、及び前記工具の主軸軸線方向の熱変位量を、工具毎に設定された関係に従ってそれぞれ推定しているので、工具によって長さや径、材質、線膨張係数などが異なり、工具の示す挙動がそれぞれ異なっても、前記使用直前の工具温度、前記使用中の工具温度、及び前記工具の主軸軸線方向の熱変位量を、より正確に推定することができる。

また、主軸装置３１の稼働状況を基に主軸の温度を推定しているので、主軸の温度を測定するためのセンサを不要にすることができ、製造コストを低く抑えたり、装置構成が複雑になるのを防止することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。

上例では、熱変位補正装置１を、履歴情報記憶部１１，主軸温度推定部１２，主軸温度記憶部１３，工具温度推定部１４，工具温度記憶部１５，補正量設定部１６及び補正実行部１７から構成したが、これに限られるものではなく、例えば、図７に示すように、履歴情報記憶部４１，履歴情報更新部４２，主軸温度推定部１２，主軸温度記憶部１３，工具温度推定部４３，工具温度記憶部１５，補正量設定部１６及び補正実行部１７を備えた熱変位補正装置４０として構成することもできる。

この場合、当該熱変位補正装置４０は、プログラム記憶部２１，動作指令生成部２２及び駆動制御部２３などを備えた制御装置２９内に設けられる。尚、上記熱変位補正装置１や制御装置２０の構成と同じ構成部分については同一の符号を付して、その詳しい説明を省略する。また、動作指令生成部２２からの、工具交換に係る動作指令信号は、前記履歴情報更新部４２にも送信されるようになっている。

前記履歴情報記憶部４１には、工具交換装置３３の工具マガジンに格納されるすべての工具について、その使用直後の温度、前回使用時からの経過時間（工具交換後の経過時間（工具マガジン格納後の経過時間））、及び工具の実温度（現在温度）が少なくとも当該各工具の履歴情報として格納される。具体的には、図８に示すように、工具番号と、当該工具番号に対応した工具の使用直後の温度、前回使用時からの経過時間、実温度とが関連付けられて格納される。

前記履歴情報更新部４２は、履歴情報記憶部４１に格納された履歴情報（前回使用時からの経過時間及び工具の実温度）を更新する処理を行う。具体的には、動作指令生成部２２から受信した工具交換に係る動作指令信号の工具番号データを基に、当該工具番号データに対応した工具番号の工具を交換対象の工具として認識し、主軸に装着された工具と、工具マガジンに格納された工具とをそれぞれ認識する。

そして、前記認識した、工具マガジンに格納された各工具について、履歴情報記憶部４１に格納された前回使用時からの経過時間を更新するとともに、履歴情報記憶部４１に格納された使用直後の温度及び前回使用時からの経過時間を基に、工具の実温度を推定して、推定した実温度で履歴情報記憶部４１に格納された実温度を更新する。尚、この経過時間及び実温度の更新は、一定時間おきに実行される。また、工具実温度の推定は、例えば、経験的に得られた関係や、実験的に得られた関係であり、工具毎に設定された関係などに基づいて行われる。

前記工具温度推定部４３は、図９に示すような一連の処理を行って、主軸装置３１の主軸に装着された工具の温度を推定する処理を行う。具体的には、動作指令生成部２２から工具交換に係る動作指令信号を受信して一連の処理を開始し、まず、受信した工具交換に係る動作指令信号の工具番号データを基に、当該工具番号データに対応した工具番号の工具を交換対象の工具として認識する（ステップＳ１１）。

ついで、前記認識した工具番号の工具の実温度を履歴情報記憶部４１から読み出し（ステップＳ１２）、主軸温度記憶部１３に格納された主軸の温度を読み出した後（ステップＳ１３）、前記読み出した工具の実温度及び主軸の温度を基に、使用中（主軸装着中）の工具温度を推定して前記工具温度記憶部１５に格納する（ステップＳ１４）。尚、この工具温度の推定は、上記と同様に、例えば、経験的に得られた関係や、実験的に得られた関係であり、工具毎に設定された関係などに基づいて行われる。また、工具温度の推定は、簡易的には、例えば、図６に示すように、主軸の温度変化と、これに装着された工具の温度変化とが略同様の温度上昇曲線及び温度低下曲線を示し、工具の温度が主軸の温度に対し一定時間ｔ遅れて変化するものとして行うことができる。

この後、運転継続中であるか否かを確認して（ステップＳ１５）、運転停止となった場合には、一連の処理を終了し、運転継続中である場合には、ステップＳ１６に進んで、動作指令生成部２２から工具交換に係る動作指令信号を受信したか否かを確認し、受信していない場合には、上記ステップＳ１３以降の処理を繰り返して実行する。

一方、ステップＳ１６で、受信したと判断した場合には、上記ステップＳ１４で推定された工具温度の内、最新のものを、即ち、工具交換装置３３による工具交換直前の、主軸に装着された工具の温度を、前記使用直後の温度として履歴情報記憶部４１に格納した後（ステップＳ１７）、上記ステップＳ１１以降の処理を実行する。

このように熱変位補正装置４０を構成しても、工具交換によって主軸に装着される工具の実温度を推定して、推定した実温度などを基に使用中の工具温度を推定し、推定した使用中の工具温度を基に工具の主軸軸線方向の熱変位量（補正量）を推定しているので、より正確な熱変位量（補正量）を推定してより高精度に加工することができるなど、上記と同様の効果を得ることができる。

また、上例では、工具の熱変位量のみを推定し、これを打ち消すための補正量を設定するようにしたが、これに限られるものではなく、主軸の熱変位量についても、これを適宜推定したり、適宜算出し、主軸の熱変位量及び工具の熱変位量を打ち消すための補正量を設定するようにしても良い。尚、主軸の熱変位量は、例えば、主軸装置３１の稼働状況を基に推定した主軸温度から主軸の伸びを推定し、推定した主軸の伸びを基に推定することができる。

また、上例では、主軸装置３１の稼働状況を基に主軸の温度を推定したが、主軸装置３１に温度を測定するためのセンサを設けて、このセンサにより主軸の温度を測定するようにしても良い。

また、工具温度の具体的な推定手法は、上述のものに限られず、どのような手法を採用しても良い。

本発明の一実施形態に係る熱変位補正装置などの概略構成を示したブロック図である。本実施形態に係る工具使用実績記憶部に格納されるデータの構成を示した説明図である。本実施形態に係る履歴情報記憶部に格納されるデータテーブルを示した説明図である。主軸の温度と時間との関係を示したグラフである。本実施形態に係る工具温度推定部の一連の処理を示したフローチャートである。主軸及び工具の温度と時間との関係を示したグラフである。本発明の他の実施形態に係る熱変位補正装置などの概略構成を示したブロック図である。本発明の他の実施形態に係る履歴情報記憶部に格納されるデータテーブルを示した説明図である。本発明の他の実施形態に係る工具温度推定部の一連の処理を示したフローチャートである。

符号の説明

１熱変位補正装置
１１履歴情報記憶部
１２主軸温度推定部
１３主軸温度記憶部
１４工具温度推定部
１５工具温度記憶部
１６補正量設定部
１７補正実行部
２０制御装置
２１プログラム記憶部
２２動作指令生成部
２３駆動制御部
２４使用実績蓄積処理部
２５工具使用実績記憶部
３１主軸装置
３２送り装置
３３工具交換装置

Claims

工具が装着される主軸を有し、該主軸を軸線中心に回転させるとともに、該主軸の軸線方向に相対移動自在に設けられる主軸装置と、前記主軸装置を前記主軸の軸線方向に相対移動させる送り装置と、工具が格納される工具マガジンを有し、該工具マガジンに格納された工具と前記主軸装置の主軸に装着された工具とを交換する工具交換装置と、前記主軸装置，送り装置及び工具交換装置の作動を制御するとともに、前記送り装置については、前記主軸装置の目標移動位置に関するデータを基に制御して該主軸装置を前記目標移動位置に相対移動させるように構成され、前記工具交換装置については、前記工具マガジンに格納された交換対象の工具に関する識別データを基に制御して、該識別データに対応した工具と前記主軸の工具とを交換させるように構成された制御装置とを備える工作機械に設けられ、
前記主軸に装着された工具に生じる前記主軸軸線方向の熱変位を補正する装置であって、
前記制御装置から得られる前記識別データを基に、該識別データに対応した交換対象の工具を認識し、認識した工具の使用直前の温度を、該工具の使用履歴に関する情報を基に推定する処理と、
前記推定した使用直前の工具温度と前記主軸の温度とを基に、使用中の工具温度を推定する処理と、
前記推定した使用中の工具温度を基に、前記工具の主軸軸線方向の熱変位量を推定し、これを打ち消すための補正量を設定する処理と、
前記設定した補正量を基に前記目標移動位置を補正する処理とを行うように構成されてなることを特徴とする熱変位補正装置。
前記工具マガジンに格納される工具毎に、その使用直後の温度を前記使用履歴に関する情報として記憶する履歴情報記憶部と、
前記制御装置から得られる前記識別データを基に、該識別データに対応した工具を認識して、認識した工具の使用直後の温度を前記履歴情報記憶部から読み出し、読み出した工具温度と、前記制御装置から得られる、前記識別データに対応した工具の前回使用時からの経過時間とを基に、使用直前の工具温度を推定する処理と、前記推定した使用直前の工具温度と前記主軸の温度とを基に、使用中の工具温度を推定する処理と、前記工具交換装置による工具交換直前の、前記主軸に装着された工具の温度を、前記使用直後の温度として前記履歴情報記憶部に格納する処理とを実行する工具温度推定部と、
前記工具温度推定部によって推定された使用中の工具温度を基に、前記工具の主軸軸線方向の熱変位量を推定し、これを打ち消すための補正量を設定する補正量設定部と、
前記補正量設定部によって設定された補正量を基に前記目標移動位置を補正する補正実行部とから構成されてなることを特徴とする請求項１記載の熱変位補正装置。
前記工具マガジンに格納される工具毎に、その使用直後の温度、前回使用時からの経過時間、及び一定時間おきに更新される工具の実温度を前記使用履歴に関する情報として記憶する履歴情報記憶部と、
前記工具マガジンに格納されている各工具について、前記履歴情報記憶部に格納された前回使用時からの経過時間を更新するとともに、該履歴情報記憶部に格納された前記使用直後の温度及び前回使用時からの経過時間を基に、前記工具の実温度を推定して、推定した実温度で前記履歴情報記憶部に格納された実温度を更新する履歴情報更新部と、
前記制御装置から得られる前記識別データを基に、該識別データに対応した工具を認識して、認識した工具の実温度を前記履歴情報記憶部から読み出し、読み出した実温度と前記主軸の温度とを基に、使用中の工具温度を推定する処理と、前記工具交換装置による工具交換直前の、前記主軸に装着された工具の温度を、前記使用直後の温度として前記履歴情報記憶部に格納する処理とを実行する工具温度推定部と、
前記工具温度推定部によって推定された使用中の工具温度を基に、前記工具の主軸軸線方向の熱変位量を推定し、これを打ち消すための補正量を設定する補正量設定部と、
前記補正量設定部によって設定された補正量を基に前記目標移動位置を補正する補正実行部とから構成されてなることを特徴とする請求項１記載の熱変位補正装置。
前記工具温度推定部及び補正量設定部は、前記工具によって異なる推定条件に基づいて、前記使用直前の工具温度、前記使用中の工具温度、及び前記工具の主軸軸線方向の熱変位量をそれぞれ推定するように構成されてなることを特徴とする請求項２記載の熱変位補正装置。
前記履歴情報更新部，工具温度推定部及び補正量設定部は、前記工具によって異なる推定条件に基づいて、前記工具の実温度、前記使用中の工具温度、及び前記工具の主軸軸線方向の熱変位量をそれぞれ推定するように構成されてなることを特徴とする請求項３記載の熱変位補正装置。
前記制御装置から得られる主軸装置の稼働状況を基に前記主軸の温度を推定する主軸温度推定部を更に備え、
前記工具温度推定部は、前記主軸温度推定部により推定された主軸の温度に基づいて前記使用中の工具温度を推定するように構成されてなることを特徴とする請求項２乃至５記載のいずれかの熱変位補正装置。