JP4972925B2 - Temperature measurement position determination method for machine tool and temperature measurement position determination program for machine tool - Google Patents

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Description

本発明は、機械本体の複数個所の温度測定に基づいて熱的な変位を補正する機能を備えた工作機械における、最適な温度測定位置を決定する工作機械の温度測定位置決定方法及び工作機械の温度測定位置決定プログラムに関する。 The present invention, thermal displacement in the machine tool having a function of correcting the optimum temperature Temperature measuring location method及beauty Engineering work of a machine tool for determining the measurement position on the basis of the temperature measurements of the plurality of locations of the machine body The present invention relates to a temperature measurement position determination program for a machine.

例えば、金属材からなるワークに対して穴あけや切削等の加工を行う工作機械(マシニングセンタ)の本体は、ベース、このベースの前部側に設けられワークを支持するテーブル、ベースの後部側に上方に延びて設けられXY移動機構によりX(左右)及びY(前後)方向に移動されるコラム、このコラムの前面側にZ(上下)方向に移動されるように設けられ工具が装着される主軸を有する主軸ヘッド等を備えて構成されている。また、この種の工作機械本体には、工具部分の冷却を図ると共に、加工時に発生する切削屑を洗い流すために、切削水循環機構を備えるものもある。そして、機械本体に添設される制御装置は、加工データに基づいて、XY移動機構のX軸及びY軸サーボモータ、Z軸サーボモータ、主軸モータを制御して加工を自動で実行するようになっている。   For example, the body of a machine tool (machining center) that performs machining such as drilling and cutting on a workpiece made of a metal material is a base, a table provided on the front side of the base, and supporting the workpiece, and upward on the rear side of the base A column that extends in the direction of movement in the X (left and right) and Y (front and back) directions by an XY movement mechanism, and a spindle on which a tool is mounted on the front side of the column so as to be moved in the Z (up and down) direction The spindle head etc. which have are comprised. Some machine tool bodies of this type are provided with a cutting water circulation mechanism in order to cool the tool portion and wash away cutting waste generated during processing. The control device attached to the machine main body automatically controls the machining by controlling the X-axis and Y-axis servo motors, the Z-axis servo motors, and the main shaft motors of the XY moving mechanism based on the machining data. It has become.

ところで、上記のような工作機械においては、モータの発熱による温度上昇や、切削水の温度上昇などの様々な発熱環境により、機械本体の各部に熱膨張による変形が発生し、ひいては、主軸(工具)とテーブル(ワーク)との間の間隔が変化し、加工誤差を発生させる虞がある。そこで、そのような不具合を防止するために、従来から、主として、次の(a)〜(d)の4つの対策が考えられていた。   By the way, in the machine tool as described above, deformation due to thermal expansion occurs in various parts of the machine body due to various heat generation environments such as a temperature rise due to heat generation of the motor and a temperature rise of the cutting water. ) And the table (work) may change, which may cause machining errors. Therefore, in order to prevent such problems, conventionally, the following four countermeasures (a) to (d) have been mainly considered.

(a)断熱カバー等の断熱構造を設けて熱の伝わりを遮断する方法
(b)冷媒を利用して強制的に冷却することにより熱変形を防止する方法
(c)熱変位量を直接的に計測し、その分の補正を加える方法
(d)熱変位量を推測し、その分の補正を加える方法
(A) A method of blocking heat transfer by providing a heat insulating structure such as a heat insulating cover (b) A method of preventing thermal deformation by forcibly cooling using a refrigerant (c) Directly changing the amount of thermal displacement A method of measuring and adding the correction (d) A method of estimating the amount of thermal displacement and adding the correction

ところが、上記(a)の断熱構造を設ける構成では、雰囲気温度の上昇による各部の熱膨張は避け難く、さほどの効果が得られず、また構成が複雑となる問題点があった。また、(b)の強制冷却を行う方法では、コストがかかり過ぎる問題があった。さらに、(c)の熱変位量を直接的に計測する方法では、構成が複雑となってコストがかかり、その割には十分な精度が得られない問題があった、   However, in the configuration in which the heat insulation structure (a) is provided, there is a problem that it is difficult to avoid thermal expansion of each part due to an increase in the ambient temperature, so that a significant effect cannot be obtained and the configuration is complicated. Further, the method of forced cooling (b) has a problem that it is too costly. Furthermore, in the method of directly measuring the amount of thermal displacement in (c), the configuration is complicated and expensive, and there is a problem that sufficient accuracy cannot be obtained.

(d)の熱変位量を推測し補正する方法としては、特許文献1に示されるように、工作機械の要所に温度センサを設け、それら温度センサの検出に基づいて熱変位量を推測し、その熱変位を打消すように各軸の移動量(主軸の位置)を補正するものがある。この方法では、温度変化の比較的小さい部位に基準温度を検出する熱電対等の温度センサを設けると共に、温度変化の比較的大きい部位に鋳物温度を検出する温度センサを設け、さらに、機械上部の気温を検出する温度センサを設けるようにしている。そして、所定時間間隔で各温度センサにより温度を検出し、鋳物温度及び気温の夫々について、前回(n−1回目)検出した温度の基準温度との温度差、今回(n回目)検出した基準温度との温度差を算出し、それらの値と、予め実験により求められた熱時定数及び熱変位係数とを用いた演算により、各軸の補正量を求めるようになっている。
特開2003−94290号公報
As a method of estimating and correcting the thermal displacement amount of (d), as shown in Patent Document 1, a temperature sensor is provided at a key point of the machine tool, and the thermal displacement amount is estimated based on the detection of the temperature sensor. In some cases, the movement amount (main shaft position) of each axis is corrected so as to cancel the thermal displacement. In this method, a temperature sensor such as a thermocouple for detecting a reference temperature is provided at a portion where the temperature change is relatively small, a temperature sensor for detecting a casting temperature is provided at a portion where the temperature change is relatively large, and the temperature of the upper part of the machine is further increased. A temperature sensor for detecting the above is provided. Then, the temperature is detected by each temperature sensor at predetermined time intervals, and for each of the casting temperature and the air temperature, the temperature difference from the reference temperature of the temperature detected last time (n-1 time), the reference temperature detected this time (n time). The amount of correction for each axis is obtained by calculation using these values and the thermal time constant and thermal displacement coefficient obtained in advance through experiments.
JP 2003-94290 A

しかしながら、上記特許文献1に示された技術では、温度変化の比較的小さい部位、及び、温度変化の比較的大きい部位の夫々一箇所についての温度を検出しているが、2箇所(気温を含めば3箇所)の温度検出だけでは、夫々の構成部位に関してどの軸方向にどれだけの熱変位が起こっているかを推定することは困難である。従って、特許文献1に示された従来技術では、的確な熱変位量を推定することは難しく、補正によって加工精度を高めるには未だ不十分であった。   However, in the technique disclosed in Patent Document 1, the temperature is detected at each of a part having a relatively small temperature change and a part having a relatively large temperature change. It is difficult to estimate how much thermal displacement is occurring in which axial direction with respect to each constituent part only by detecting the temperature at three locations. Therefore, in the prior art disclosed in Patent Document 1, it is difficult to estimate an accurate amount of thermal displacement, and it is still insufficient to improve machining accuracy by correction.

そこで、本出願人は、機械本体の複数の温度測定個所(例えば9箇所)に温度センサを設け、各温度センサの測定した温度変化から所定の関係式により各部の熱的変位量(ひいては加工点における変位量)を算出し、補正を行なうようにした熱変位補正方法を開発し、先に出願している(特願2005−99684、特願2005−99685:いずれも未公開)。上記所定の関係式は、加工点における変位量δが、n個(例えば9個)の温度測定点における基準温度からの温度変化量(X1 〜Xn )を変数とした関数{δ=f(X1,X2,‥Xn)}で表され、理論的に求められるようになっている。この方法によれば、加工点における変位量を的確に推定することができ、加工精度を十分に高めることができる。   Therefore, the present applicant provides temperature sensors at a plurality of temperature measurement locations (for example, 9 locations) of the machine body, and determines the amount of thermal displacement (and thus the processing point) of each part according to a predetermined relational expression from the temperature change measured by each temperature sensor. The thermal displacement correction method that calculates and corrects (displacement amount) in Japanese Patent Application No. 2005-99684 and Japanese Patent Application No. 2005-99685 has been filed earlier. The above-mentioned predetermined relational expression is such that the displacement amount δ at the machining point is a function {δ = f (X1) with the amount of temperature change (X1 to Xn) from the reference temperature at n (for example, nine) temperature measurement points as variables. , X2,... Xn)} and is theoretically required. According to this method, the amount of displacement at the machining point can be accurately estimated, and the machining accuracy can be sufficiently increased.

ところが、ここで問題となるのは、温度測定位置(温度センサを設ける位置)をどこに設定すれば最適位置となるかについて、必ずしもその決定手法が確立されていない点にある。例えば、コラムに1点の温度測定位置を設定する場合でも、コラムの上部と下部とでは温度の変化の様子が異なってくるので、温度測定位置を適当に選んだ場合には、必ずしも関係式に適合しない場合が生ずるものとなる。また、ある機種によっては、適切な温度測定位置が得られていたとしても、異なった形態を有する機種の場合には、その位置がそのまま適用できないケースが生ずる。   However, the problem here is that the determination method has not been established as to where the temperature measurement position (position where the temperature sensor is provided) should be set. For example, even if one temperature measurement position is set for a column, the temperature changes at the top and bottom of the column. Incompatible cases will occur. Further, depending on a certain model, even if an appropriate temperature measurement position is obtained, in the case of a model having a different form, the position cannot be applied as it is.

この場合、関係式に適合する温度測定位置をどこにもってくれば良いかを、例えば実機を用いて実験的に求めることが考えられるが、工作機械本体の複数の部位の夫々について温度測定位置の候補点を複数設けるとすると、その組合せの数は膨大なものとなり、その分多数回の実験を繰返し行なわなければならず、多大な時間がかかって効率が非常に悪く、非現実的なものとなる。また、工作機械の設計段階においては、上記実験自体ができないものとなる。   In this case, it is conceivable to experimentally obtain the temperature measurement position that fits the relational expression using, for example, an actual machine, but candidates for the temperature measurement position for each of a plurality of parts of the machine tool body. If a plurality of points are provided, the number of combinations becomes enormous, and many experiments must be repeated accordingly, which takes a lot of time and is very inefficient and unrealistic. . Further, the experiment itself cannot be performed at the design stage of the machine tool.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、機械本体の複数個所の温度測定に基づいて加工点における熱的な変位量を推定し補正する機能を備えた工作機械における、補正に用いられる所定の関係式に適合する最適な温度測定位置を容易に求めることができる工作機械の温度測定位置決定方法及び工作機械の温度測定位置決定プログラムを提供するにある The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is correction in a machine tool having a function of estimating and correcting the amount of thermal displacement at a processing point based on temperature measurements at a plurality of locations on the machine body. The present invention provides a machine tool temperature measurement position determination method and a machine tool temperature measurement position determination program capable of easily obtaining an optimum temperature measurement position conforming to a predetermined relational expression used in the above .

上記目的を達成するために、本発明の工作機械の温度測定位置決定方法は、機械本体の複数個所の温度測定に基づいて所定の関係式により加工点における熱的な変位量を推定し補正する機能を備えた工作機械における、温度測定を行なうべき位置を決定するための方法であって、機械本体を複数の温度測定ブロックに分け、それら各ブロック毎に複数個の温度測定の候補点を設定する候補点設定工程と、加工時において想定される機械本体の熱的な状態変化に伴う、時系列毎の各候補点の温度変化及び加工点の変位量のデータを求めるデータ取得工程と、各候補点の温度変化及び加工点の変位量のデータから、遺伝的アルゴリズムを用いて、各ブロック毎において1個ずつ測定位置を選択しそれに対応するビットを1として構成される個体について評価し、前記各ブロック毎に1個ずつの前記各候補点の温度変化と加工点の変位量のデータとの差異が小さい前記温度測定の候補点である温度測定位置を求める最適位置算出工程とを実行するところに特徴を有する(請求項1の発明)。   In order to achieve the above object, a temperature measurement position determining method for a machine tool according to the present invention estimates and corrects a thermal displacement amount at a machining point by a predetermined relational expression based on temperature measurements at a plurality of locations on the machine body. This is a method for determining the position where temperature measurement should be performed on a machine tool equipped with a function. The machine body is divided into multiple temperature measurement blocks, and multiple temperature measurement candidate points are set for each block. A candidate point setting step to perform, a data acquisition step for obtaining data of temperature change of each candidate point and displacement amount of the processing point for each time series accompanying a thermal state change of the machine body assumed at the time of machining, From the data of temperature change of candidate point and displacement amount of machining point, using genetic algorithm, select one measurement position for each block and set the corresponding bit as 1 And an optimum position calculating step for obtaining a temperature measurement position that is a candidate point of the temperature measurement with a small difference between the temperature change of each candidate point and the displacement amount data of the machining point, one for each block. (1) (Invention of claim 1).

本発明の工作機械の温度測定位置決定プログラムは、機械本体の複数個所の温度測定に基づいて所定の関係式により加工点における熱的な変位量を推定し補正する機能を備えた工作機械における、温度測定を行なうべき位置を決定するために、コンピュータに、機械本体を複数の温度測定ブロックに分け、それら各ブロック毎に複数個の温度測定の候補点を設定する候補点設定ステップと、加工時において想定される機械本体の熱的な状態変化に伴う、時系列毎の各候補点の温度変化及び加工点の変位量のデータを求めるデータ取得ステップと、各候補点の温度変化及び加工点の変位量のデータから、遺伝的アルゴリズムを用いて、各ブロック毎において1個ずつ測定位置を選択しそれに対応するビットを1として構成される個体について評価し、前記各ブロック毎に1個ずつの前記各候補点の温度変化と加工点の変位量のデータとの差異が小さい前記温度測定の候補点である温度測定位置を求める最適位置算出ステップとを実行させるところに特徴を有する(請求項6の発明)。 The machine tool temperature measurement position determination program of the present invention is a machine tool having a function of estimating and correcting a thermal displacement amount at a machining point by a predetermined relational expression based on temperature measurement at a plurality of locations of the machine body. In order to determine the position where temperature measurement is to be performed, the computer main body is divided into a plurality of temperature measurement blocks, and a candidate point setting step for setting a plurality of temperature measurement candidate points for each block; A data acquisition step for obtaining temperature change and displacement data at each candidate point for each time series in accordance with a thermal state change of the machine body assumed in FIG. Using a genetic algorithm, one measurement position is selected for each block from the displacement data, and the individual configured with the corresponding bit as 1 is evaluated. And an optimum position calculating step for obtaining a temperature measurement position which is a candidate point of the temperature measurement with a small difference between the temperature change of each candidate point and the displacement amount data of the machining point, one for each block. It is characterized in that it is executed (the invention of claim 6 ).

上記構成によれば、候補点設定工程(ステップ)において、機械本体が、温度測定を行いたい部分毎に複数の温度測定ブロックに分けられると共に、それら各ブロック毎に複数個の温度測定の候補点が設定される。次のデータ取得工程(ステップ)において、加工時において想定される機械本体の熱的な状態変化に伴う、時系列毎の各候補点の温度変化及び加工点の変位量のデータが求められる。そして、最適位置算出工程(ステップ)において、上記データから、遺伝的アルゴリズムを用いて、各ブロック毎に1個ずつの、所定の関係式を満たす最適な温度測定位置が求められる。   According to the above configuration, in the candidate point setting step (step), the machine body is divided into a plurality of temperature measurement blocks for each part where temperature measurement is desired, and a plurality of temperature measurement candidate points for each block. Is set. In the next data acquisition step (step), data of temperature change of each candidate point and displacement amount of the machining point for each time series accompanying the thermal state change of the machine body assumed at the time of machining is obtained. Then, in the optimum position calculating step (step), the optimum temperature measurement position satisfying a predetermined relational expression, one for each block, is obtained from the data using a genetic algorithm.

ここで、遺伝的アルゴリズムとは、生物の進化の過程をまねて、初期の集団から自然淘汰と生殖活動を行なうことにより、より優秀な個体だけを選び出していくもので、最適解をランダム且つ速やかに探索する手法である。本発明においては、このような遺伝的アルゴリズムを用いて、各ブロック毎に1個ずつの、所定の関係式を満たす最適な温度測定位置の組合せを効率的に求めることができる。   Here, the genetic algorithm is to select only the more excellent individuals by performing natural selection and reproductive activity from the initial population, imitating the evolution process of living organisms, and the optimal solution is randomly and promptly selected. It is a technique to search for. In the present invention, using such a genetic algorithm, one optimal combination of temperature measurement positions satisfying a predetermined relational expression can be efficiently obtained for each block.

このとき、上記データ取得工程を、コンピュータを用いた解析により実行するように構成することができる(請求項2の発明)。これによれば、設計の段階において、必要なデータを得ることが可能となり、最適な温度測定位置を求めることができる。或いは、上記データ取得工程を、実機を用いた実験により実行するように構成することもでき(請求項3の発明)、これにより、信頼性の高いデータを得ることができる。   At this time, the data acquisition step can be configured to be executed by analysis using a computer (invention of claim 2). Accordingly, necessary data can be obtained at the design stage, and an optimum temperature measurement position can be obtained. Alternatively, the data acquisition step can be executed by an experiment using an actual machine (the invention of claim 3), whereby highly reliable data can be obtained.

ここで、機械本体として、より具体的には、ベース上に、ワークを支持するテーブル、及び、工具を備える主軸ヘッドを有したコラムを前後に位置して備えると共に、ベースの上面部に切削液を流すように構成されたものがある。この場合、高温となった切削水が流れるベース上面部分が、下面部分に比べて温度上昇が激しくなり、また、ベースの前後においても温度変化度合が相違してくる。そこで、このような機械本体を備えるものにあっては、ベースに関して、その上面側及び下面側の夫々前後部の合計4つの温度測定ブロックを設定することが好ましく(請求項4の発明)、これによれば、機械本体の各構成部位の温度変化度合をより緻密に検出することができ、ひいては加工点における熱的な変位量を、十分な確かさで求めて補正することが可能となる。   Here, more specifically, as the machine body, a column having a spindle head having a table and a tool supporting the workpiece on the base is provided at the front and back, and a cutting fluid is provided on the upper surface of the base. Is configured to flow. In this case, the temperature of the upper surface portion of the base through which the cutting water having a high temperature flows increases more rapidly than the lower surface portion, and the degree of temperature change is different between before and after the base. Therefore, in the case of such a machine main body, it is preferable to set a total of four temperature measurement blocks on the upper surface side and the lower surface side, respectively, on the upper and lower sides of the base (invention of claim 4). Accordingly, it is possible to more precisely detect the temperature change degree of each component part of the machine main body, and it is possible to obtain and correct the thermal displacement amount at the processing point with sufficient certainty.

さらにこのとき、温度変化度合の相違に起因したベースの反りが、熱的な変位量として無視できない程度にまで生ずるものとなる事情がある。上記所定の関係式を、機械本体の各部位の熱膨張・熱収縮に加えて、ベースの上面側及び下面側の前後部における温度上昇度合の相違に起因する反りを考慮したものとすることができる(請求項5の発明)。これによれば、加工点の熱的な変位量を、ベースの反りを含めて十分な確かさで求めて補正することが可能となり、ひいては加工精度を十分に高めることができるようになる。   Further, at this time, there is a circumstance in which the warp of the base due to the difference in the degree of temperature change occurs to a level that cannot be ignored as the amount of thermal displacement. In addition to the thermal expansion / contraction of each part of the machine body, the predetermined relational expression may take into account the warpage caused by the difference in temperature rise between the front and back portions of the upper surface side and the lower surface side of the base. (Invention of claim 5) According to this, it becomes possible to obtain and correct the thermal displacement amount of the machining point with sufficient certainty including the warp of the base, and as a result, the machining accuracy can be sufficiently increased.

本発明の工作機械の温度測定位置決定方法及び工作機械の温度測定位置決定プログラムによれば、機械本体の複数個所の温度測定に基づいて加工点における熱的な変位量を推定し補正する機能を備えた工作機械における、補正に用いられる所定の関係式に適合する最適な温度測定位置を容易に求めることができるという優れた効果を奏する According to the temperature measurement position determination method for a machine tool and the temperature measurement position determination program for a machine tool according to the present invention, a function for estimating and correcting a thermal displacement amount at a processing point based on temperature measurement at a plurality of locations on the machine body. In the machine tool provided, an excellent effect is obtained in that an optimum temperature measurement position that conforms to a predetermined relational expression used for correction can be easily obtained .

以下、本発明の一実施形態について、図1ないし図13を参照しながら説明する。まず、図1ないし図6を参照して、本実施形態に係る工作機械について述べる。本実施形態に係る工作機械は、工作機械本体(マシニングセンタ)1と、後述する制御装置15(図2参照)とを備えて構成される。図1は、工作機械の本体1の外観構成を概略的に示している。尚、この実施形態では、本体1の左右方向をX軸方向、前後方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向としている。各軸の制御は、装置固有の三次元(XYZ)座標系に基づいて行われるようになっている。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a machine tool according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The machine tool according to this embodiment includes a machine tool main body (machining center) 1 and a control device 15 (see FIG. 2) described later. FIG. 1 schematically shows an external configuration of a main body 1 of a machine tool. In this embodiment, the left-right direction of the main body 1 is the X-axis direction, the front-rear direction is the Y-axis direction, and the vertical direction is the Z-axis direction. Control of each axis is performed based on a three-dimensional (XYZ) coordinate system unique to the apparatus.

工作機械の本体1は、図4,図5にも示すように、構成部位としての、例えば工場の床部に設置されるベース2、このベース2上の前側に設けられワークW(図4参照)を支持するテーブル3、前記ベース2上の後側に位置して上方に延びて設けられるコラム4、このコラム4の前面側に設けられた主軸ヘッド5を備えて構成される。前記コラム4は、ベース2に対し、周知のXY移動機構6を介して設けられ、共にサーボモータからなるX軸モータ7及びY軸モータ8(図2にのみ図示)の駆動により、左右(X軸)及び前後(Y軸)方向に自在に移動されるようになっている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the machine tool body 1 includes a base 2 installed on a floor of a factory, for example, as a component, and a workpiece W provided on the front side of the base 2 (see FIG. 4). ), A column 4 provided on the rear side of the base 2 and extending upward, and a spindle head 5 provided on the front side of the column 4. The column 4 is provided to the base 2 via a well-known XY moving mechanism 6, and both the left and right (X) are driven by driving an X-axis motor 7 and a Y-axis motor 8 (illustrated only in FIG. 2) that are servo motors. (Axis) and forward / backward (Y-axis) direction.

前記主軸ヘッド5は、前記コラム4に上下動可能に設けられており、コラム4内には、主軸ヘッド5を上下(Z軸)方向に自在に移動させるための、サーボモータからなるZ軸モータ9(図2にのみ図示)及び周知のボールネジ機構(図示せず)等からなる上下移動機構が設けられている。そして、主軸ヘッド5には、下向きの主軸10が設けられていると共に、その主軸10を回転させるための、サーボモータからなる主軸モータ11(図2にのみ図示)が設けられている。前記主軸10の先端(下端)には、ドリルやタップなどの工具12が交換可能に取付けられている。図示は省略しているが、コラム4にはその工具12を自動で交換する工具交換装置も設けられている。   The spindle head 5 is provided on the column 4 so as to be movable up and down. In the column 4, a Z-axis motor comprising a servo motor for freely moving the spindle head 5 in the vertical (Z-axis) direction. 9 (shown only in FIG. 2) and a vertically moving mechanism including a well-known ball screw mechanism (not shown) and the like are provided. The spindle head 5 is provided with a downward spindle 10 and a spindle motor 11 (illustrated only in FIG. 2), which is a servo motor for rotating the spindle 10. A tool 12 such as a drill or a tap is attached to the tip (lower end) of the main shaft 10 in a replaceable manner. Although not shown, the column 4 is also provided with a tool changer for automatically changing the tool 12.

前記ベース2は、例えば鋳鉄(鋳物)製とされており、その左右方向中間部の上面は、後方に向かうに従い下降傾斜する形態とされている。また、前記テーブル3上には、前記ワークWを支持するための治具(図示せず)がセットされるようになっている。加工時においては、ワークWは、テーブル3上の後部側に配置されるようになっている。さらに、これも図示はしないが、この工作機械の本体1はスプラッシュカバーにより囲まれるようになっている。   The base 2 is made of, for example, cast iron (casting), and the upper surface of the intermediate portion in the left-right direction is configured to be inclined downward toward the rear. A jig (not shown) for supporting the workpiece W is set on the table 3. At the time of processing, the workpiece W is arranged on the rear side on the table 3. Further, although not shown, the main body 1 of the machine tool is surrounded by a splash cover.

また、詳しく図示はしないが、この本体1には、工具12(加工点P)部分の冷却を図ると共に、加工時に発生する切削屑を洗い流すために、切削水循環機構が設けられる。この切削水循環機構は、切削液としての切削水が収容されるタンク及び切削水循環ポンプ14(図2にのみ図示)、配管やバルブ等を有し、タンクから汲み出した切削水を、例えば切削加工箇所に向けて吐出し、切削水をベース2の上面部分を流してタンクに戻し、そのタンク部分にて切削屑を捕獲するといった循環を行うように構成されている。   Although not shown in detail, the main body 1 is provided with a cutting water circulation mechanism for cooling the tool 12 (processing point P) and for washing away the cutting waste generated during the processing. This cutting water circulation mechanism has a tank in which cutting water as cutting fluid is stored, a cutting water circulation pump 14 (shown only in FIG. 2), piping, valves, and the like. It is configured to circulate in such a manner that the cutting water is discharged toward the surface, and the cutting water is made to flow through the upper surface portion of the base 2 and returned to the tank, and the cutting waste is captured in the tank portion.

そして、上記工作機械の本体1には、図2に示すように、該本体1を制御するための制御装置(NC装置)15が添設される(あるいは一体的に設けられる)ようになっている。この制御装置15は、マイクロコンピュータを主体として構成され、記憶装置16を備えている。この記憶装置16には、後述する熱的変位補正のプログラムを含む全体の制御用のプログラムが記憶されると共に、加工データ(NCプログラム)、後述する基準温度のデータを含む各種のデータ等が記憶されるようになっている。   Then, as shown in FIG. 2, a control device (NC device) 15 for controlling the main body 1 is attached to (or provided integrally with) the main body 1 of the machine tool. Yes. The control device 15 is mainly composed of a microcomputer and includes a storage device 16. The storage device 16 stores an overall control program including a thermal displacement correction program, which will be described later, and also stores various data including machining data (NC program), reference temperature data, which will be described later. It has come to be.

この制御装置15は、図示しない駆動回路(サーボアンプ)を介して、前記X軸モータ7、Y軸モータ8、Z軸モータ9、及び主軸モータ11を制御し、これと共に、工具交換装置や切削水循環機構(切削水循環ポンプ14)も制御するようになっている。また、この制御装置15には、操作パネル17からの操作信号が入力されるようになっている。   The control device 15 controls the X-axis motor 7, the Y-axis motor 8, the Z-axis motor 9, and the main shaft motor 11 through a drive circuit (servo amplifier) (not shown), and at the same time, a tool changer and a cutting device. The water circulation mechanism (the cutting water circulation pump 14) is also controlled. In addition, an operation signal from the operation panel 17 is input to the control device 15.

これにて、制御装置15は、予め入力された加工データ(NCプログラム)に基づいて、主軸10に必要な工具12を取付け、テーブル3上に支持されたワークWに対し、XY移動機構6によりコラム4を水平方向(X軸及びY軸方向)に自在に位置決めすると共に、主軸ヘッド5をZ軸方向に上下動させながら、工具12(主軸10)を回転させてワークWの所定位置(加工点P)に作用させることにより、ワークWに対する穴あけ、切削等の加工作業を自動で実行するようになっているのである。また、このとき、制御装置15は、切削水循環機構(切削水循環ポンプ14)を制御し、工具12(加工点P)部分の冷却を図ると共に、加工時に発生する切削屑をテーブル3更にはベース2の上面から洗い流すようになっている。   Thus, the control device 15 attaches a necessary tool 12 to the spindle 10 based on machining data (NC program) inputted in advance, and moves the workpiece W supported on the table 3 by the XY moving mechanism 6. The column 4 is positioned freely in the horizontal direction (X-axis and Y-axis directions), and while the spindle head 5 is moved up and down in the Z-axis direction, the tool 12 (spindle 10) is rotated to rotate the workpiece W at a predetermined position (machining). By acting on the point P), machining operations such as drilling and cutting of the workpiece W are automatically executed. At this time, the control device 15 controls the cutting water circulation mechanism (cutting water circulation pump 14) to cool the tool 12 (processing point P) portion, and to remove cutting waste generated during processing from the table 3 and the base 2 as well. It is designed to wash away from the top surface.

さて、前記制御装置15は、そのソフトウエア的構成(熱的変位補正のプログラムの実行)により、上記加工作業を行うにあたって、本体1の各構成部位の熱膨張などの熱的変位に起因する加工点Pにおける変位量(本来の加工点からのずれ量)を推定し、その変位を打消すように各軸(X軸モータ7、Y軸モータ8、Z軸モータ9)の移動量(X軸モータ7、Y軸モータ8、Z軸モータ9の目標位置)を補正するようになっている。   Now, the control device 15 performs processing due to thermal displacement such as thermal expansion of each component of the main body 1 when performing the above-described processing operation by its software configuration (execution of thermal displacement correction program). The amount of displacement (the amount of deviation from the original machining point) at the point P is estimated, and the amount of movement (X-axis) of each axis (X-axis motor 7, Y-axis motor 8, Z-axis motor 9) so as to cancel the displacement. The target positions of the motor 7, the Y-axis motor 8, and the Z-axis motor 9) are corrected.

この熱変位補正のために、本実施形態では、本体1を構成する各構成部位に関して、夫々温度変化度合の相違する複数(例えば7箇所)の温度測定位置に、合計7個の温度センサ18〜24が設けられる。これら温度センサ18〜24からの温度測定信号は、前記制御装置15に入力されるようになっている。このとき、詳しくは後述するように、温度測定位置(温度センサ18〜24)は、本実施形態に係る温度測定位置決定方法(温度測定位置決定プログラム)によって決定されるようになっている。   For this thermal displacement correction, in the present embodiment, a total of seven temperature sensors 18 to 18 are provided at a plurality of (for example, seven) temperature measurement positions having different degrees of temperature change with respect to the respective components constituting the main body 1. 24 is provided. Temperature measurement signals from these temperature sensors 18 to 24 are input to the control device 15. At this time, as will be described in detail later, the temperature measurement positions (temperature sensors 18 to 24) are determined by the temperature measurement position determination method (temperature measurement position determination program) according to the present embodiment.

具体的には、図1に示すように、前記ベース2には、該ベース2の前側(テーブル3側)の上面の温度(TB-UF)を測定する温度センサ18、前側の底面の温度(TB-BF)を測定する温度センサ19、後側(コラム4側)の上面の温度(TB-UR)を測定する温度センサ20、後側の底面の温度(TB-BR)を測定する温度センサ21が設けられている。前記コラム4には、該コラム4の温度(TC )を測定する温度センサ22が設けられている。前記主軸ヘッド5には、該主軸ヘッド5の温度(TSP)を測定する温度センサ23が設けられている。前記テーブル3には、該テーブル3の温度(TT )を測定する温度センサ24が設けられている。   Specifically, as shown in FIG. 1, the base 2 includes a temperature sensor 18 for measuring the temperature (TB-UF) of the upper surface of the front side (table 3 side) of the base 2, and the temperature of the bottom surface of the front side (TB-UF). A temperature sensor 19 for measuring TB-BF), a temperature sensor 20 for measuring the temperature (TB-UR) of the upper surface of the rear side (column 4 side), and a temperature sensor for measuring the temperature of the bottom surface of the rear side (TB-BR). 21 is provided. The column 4 is provided with a temperature sensor 22 for measuring the temperature (TC) of the column 4. The spindle head 5 is provided with a temperature sensor 23 for measuring the temperature (TSP) of the spindle head 5. The table 3 is provided with a temperature sensor 24 for measuring the temperature (T T) of the table 3.

詳しくは後述するように、前記制御装置15は、前記各温度センサ18〜24により同一時刻に測定された初期の温度を基準温度(T0 )として記憶装置16に記憶するようになっている。このとき、本実施形態では、例えば、加工作業開始前の工作機械本体1に対する治具のセッティング完了時に測定された値を基準温度(T0 )とするようになっている。基準温度の測定のタイミングとしては、工作機械の電源オン時等であっても良い。   As will be described in detail later, the control device 15 stores the initial temperature measured by the temperature sensors 18 to 24 at the same time in the storage device 16 as a reference temperature (T0). At this time, in this embodiment, for example, a value measured at the completion of setting of the jig with respect to the machine tool main body 1 before the start of the machining operation is set as the reference temperature (T0). The reference temperature may be measured when the machine tool is turned on.

そして、制御装置15は、任意の時点(加工データ(NCプログラム)中に補正指令信号があった時点)における前記各温度センサ18〜24の現在の測定温度(T)を取込み、各測定温度(T)を前記各基準温度(T0 )と比較して各温度測定箇所における温度変化(ΔT)を求め、その温度変化(ΔT)に基づいて前記各構成部位(ベース2、テーブル3、コラム4、主軸ヘッド5)の熱的な変位量を求めて加工点Pにおける各軸方向の変位量に換算し、その換算された変位量に応じて各軸の移動量(主軸10の位置)を補正するようになっている。従って、制御装置15が、変位量検出手段及び補正手段として機能するのである。   Then, the control device 15 takes in the current measured temperatures (T) of the temperature sensors 18 to 24 at an arbitrary time point (the time point when the correction command signal is present in the machining data (NC program)), and takes each measured temperature ( T) is compared with each reference temperature (T0) to obtain a temperature change (ΔT) at each temperature measurement location, and based on the temperature change (ΔT), each component (base 2, table 3, column 4, The thermal displacement amount of the spindle head 5) is obtained and converted into the displacement amount in each axial direction at the machining point P, and the movement amount of each axis (position of the spindle 10) is corrected according to the converted displacement amount. It is like that. Therefore, the control device 15 functions as a displacement amount detection unit and a correction unit.

またこのとき、制御装置15は、各構成部位の熱的な変位量を、各構成部位の熱膨張・熱収縮と、特にベース2の上下両面側における温度上昇度合の相違に起因する反りとを考慮して推定し、後述する所定の関係式により加工点P(主軸10)の熱的な変位量を求めるようになっている。具体的には、ベース2の前後方向の伸びによる変位量、ベース2の前後方向に関する反りによる傾き変位量、コラム4、主軸ヘッド5及びテーブル3の前後方向の伸びによる変位量、を夫々求めることにより、それらの総和から加工点Pにおける各軸方向、特にY軸方向の加工点P(主軸10)の熱的な変位量を推定するようになっている。   Further, at this time, the control device 15 determines the thermal displacement amount of each constituent part by the thermal expansion / shrinkage of each constituent part and, particularly, the warp caused by the difference in temperature rise between the upper and lower surfaces of the base 2. The amount of thermal displacement of the machining point P (spindle 10) is calculated by a predetermined relational expression described later. Specifically, the displacement amount due to the longitudinal extension of the base 2, the tilt displacement amount due to the warp in the longitudinal direction of the base 2, and the displacement amount due to the longitudinal extension of the column 4, the spindle head 5 and the table 3 are respectively obtained. Thus, the thermal displacement amount of the machining point P (main shaft 10) in each axial direction, particularly in the Y-axis direction, at the machining point P is estimated from the sum of them.

ここで、上記した工作機械の本体1の熱による変位の現象について説明する。工作機械の本体1においては、加工作業を行うに伴い、各モータ7、8、9、11の発熱、駆動機構部分の摩擦熱、工具12とワークWとの間の摩擦による発熱といった様々な発熱環境により、各構成部位の熱膨張が生ずる。これと共に、切削水がかなり高温となる事情があり、切削水が流れるベース2の上面部分の温度上昇による熱膨張も大きくなる。このような各構成部位の熱的な変位が、加工点Pにおける加工誤差を発生させることになり、それを防止するため、制御装置15は、加工点Pにおける熱的な変位量δを、後述する関係式(計算式)により推定し、その変位を打消すように各軸(ここでは特にY軸方向)の移動量(主軸10の位置)を補正する。   Here, the phenomenon of displacement due to heat of the main body 1 of the machine tool will be described. In the machine tool main body 1, various heat generations such as heat generation of the motors 7, 8, 9, and 11, frictional heat of the drive mechanism portion, and heat generation due to friction between the tool 12 and the workpiece W as the machining operation is performed. Depending on the environment, thermal expansion of each component occurs. At the same time, there is a circumstance that the cutting water becomes very hot, and the thermal expansion due to the temperature rise of the upper surface portion of the base 2 through which the cutting water flows increases. Such a thermal displacement of each component part causes a machining error at the machining point P, and in order to prevent this, the control device 15 determines the thermal displacement amount δ at the machining point P as described later. The movement amount (position of the main shaft 10) of each axis (here, particularly in the Y-axis direction) is corrected so as to cancel the displacement.

この場合、熱的な変位は、X軸、Y軸、Z軸の3軸方向に生ずるが、そのうちX軸方向の熱的変位については、各部の熱膨張等が加工点Pに対し左右対称的に生ずるため、加工点Pでは加工精度上ほとんど影響がないものとなっている。また、Z軸方向の熱的変位に関しては、主軸ヘッド5を上下動させるためのボールネジ機構の摩擦熱によるボールネジ軸の熱膨張、収縮が最も大きくなる。ところが、このボールネジの熱膨張、収縮に起因するZ軸方向の熱変位を補正する熱変位補正方法については、本出願人の先の出願(例えば特開2000−135653号公報など)にて周知であるため、ここでは、詳しい説明を省略する。   In this case, thermal displacement occurs in the three axial directions of the X axis, Y axis, and Z axis. Of the thermal displacement in the X axis direction, the thermal expansion of each part is symmetrical with respect to the machining point P. Therefore, the processing point P has almost no influence on the processing accuracy. Regarding the thermal displacement in the Z-axis direction, the thermal expansion and contraction of the ball screw shaft due to the frictional heat of the ball screw mechanism for moving the spindle head 5 up and down is the largest. However, a thermal displacement correction method for correcting the thermal displacement in the Z-axis direction due to the thermal expansion and contraction of the ball screw is well known in an earlier application (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-135653) by the present applicant. Therefore, detailed description is omitted here.

そこで、本実施形態では、各構成部位の熱的な変位が最も問題となるY軸方向の熱的な変位について述べる。図4は、上記工作機械本体1の各構成部位の熱的な変位の様子を誇大的に示すものである。尚、この図4中、丸の中に「高」の文字は、温度変化の大きい面を示し、丸の中に「低」の文字は、それとは反対側の温度変化の比較的小さい面を示している。尚、ここでは、主軸10とテーブル3との間隔が広がる方向(主軸10については後方側、テーブル3については前方側)をプラス(+)方向、それとは反対の方向をマイナス(−)方向として説明する。   Therefore, in this embodiment, the thermal displacement in the Y-axis direction in which the thermal displacement of each component part is the most problematic will be described. FIG. 4 shows exaggeratedly how the components of the machine tool body 1 are thermally displaced. In FIG. 4, the letter “high” in the circle indicates a surface with a large temperature change, and the letter “low” in a circle indicates a surface with a relatively small temperature change on the opposite side. Show. Here, the direction in which the distance between the main shaft 10 and the table 3 is widened (the rear side for the main shaft 10 and the front side for the table 3) is the positive (+) direction, and the opposite direction is the negative (−) direction. explain.

図4(a)は、ベース2の熱膨張によるY軸方向の伸びの様子を示している。この膨張変位は、ベース2の前後方向中心Ob に対して、前側(テーブル3側)と後側(コラム4側)との双方が互いに前後に離れる方向に生ずる。図4(b)は、ベース2の反り変形の様子を示している。この場合、温度変化の大きいベース2の上面側の方が、底面側に比べて熱膨張がより大きくなるため、ベース2の上面側において中央側が上方に膨らむ(ひいてはテーブル3及び主軸10が傾く)ような反り変形が生ずる。   FIG. 4A shows how the base 2 extends in the Y-axis direction due to thermal expansion. This expansion displacement occurs in a direction in which both the front side (table 3 side) and the rear side (column 4 side) are separated from each other in the front-rear direction center Ob of the base 2. FIG. 4B shows a state of warping deformation of the base 2. In this case, since the thermal expansion of the upper surface side of the base 2 having a large temperature change is larger than that of the bottom surface side, the center side swells upward on the upper surface side of the base 2 (as a result, the table 3 and the spindle 10 are inclined). Such warpage deformation occurs.

図4(c)は、コラム4及び主軸ヘッド5、並びにテーブル3の熱膨張によるY軸方向の伸びの様子を示している。コラム4及び主軸ヘッド5の膨張変位は、主軸10が前方に変位するように生じ、テーブル3の後端側(ワークWの配置側)が後方に変位するように生ずる。尚、コラム4、主軸ヘッド5、テーブル3の反りによる変位はきわめて小さく、無視できる程度である。   FIG. 4C shows how the column 4, the spindle head 5, and the table 3 extend in the Y-axis direction due to thermal expansion. The expansion displacement of the column 4 and the spindle head 5 occurs so that the spindle 10 is displaced forward, and the rear end side of the table 3 (work W arrangement side) is displaced rearward. The displacement due to the warp of the column 4, the spindle head 5 and the table 3 is extremely small and can be ignored.

加工点P(主軸10)におけるY軸方向に関する熱的な変位量δは、上記各構成部位のY軸方向の変位量の総和となり、次の式により求めることができる。
変位量δ=Σ(各部位の伸び+そりによる傾き変位)
=(ベース2のテーブル3側膨張変位+コラム4側膨張変位)
+(ベース2のテーブル3側傾きY軸換算変位+コラム4側側傾きY軸換算変位)
−(コラム4の膨張変位+主軸ヘッド5の膨張変位+テーブル3の膨張変位)
従って、上記式の各項を夫々求める(推定する)ことによって、変位量δを算出することができる。各項については、各温度測定箇所における基準温度からの温度変化、線膨張係数や各部の寸法等の定数(一部可変)、予め実験等により求められるパラメータ(補正係数)を用いることにより算出することが可能となる。
The thermal displacement amount δ in the Y-axis direction at the processing point P (main shaft 10) is the sum of the displacement amounts in the Y-axis direction of the respective constituent parts, and can be obtained by the following equation.
Displacement amount δ = Σ (Elongation of each part + Inclination displacement due to warpage)
= (Base 2 table 3 side expansion displacement + column 4 side expansion displacement)
+ (Table 3 side tilt Y-axis conversion displacement of the base 2 + Column 4 side tilt Y-axis conversion displacement)
-(Expansion displacement of column 4 + expansion displacement of spindle head 5 + expansion displacement of table 3)
Therefore, the displacement amount δ can be calculated by obtaining (estimating) each term of the above equation. Each term is calculated by using a temperature change from the reference temperature at each temperature measurement location, a constant (partially variable) such as a linear expansion coefficient and dimensions of each part, and a parameter (correction coefficient) obtained in advance through experiments or the like. It becomes possible.

この場合、膨張変位については、各温度測定箇所における測定温度(T)とその箇所の基準温度(T0 )との差ΔTと、線膨張係数λとから求めることが可能となる。また、傾きのY軸方向換算変位については、傾き角度θの正弦から求めることが可能となり、その傾きは、温度変化の大きい側および小さい側の膨張変位の差から求めることができる。具体的な計算例について、図5及び図6も参照して以下述べる。   In this case, the expansion displacement can be obtained from the difference ΔT between the measured temperature (T) at each temperature measurement location and the reference temperature (T0) at that location, and the linear expansion coefficient λ. Further, the Y-axis direction displacement of the inclination can be obtained from the sine of the inclination angle θ, and the inclination can be obtained from the difference between the expansion displacement on the side with the larger temperature change and the side with the smaller temperature change. A specific calculation example will be described below with reference to FIGS.

図5は、この計算に用いられる工作機械本体1の各部の寸法を示している。ベース2のY軸方向全長をL、ベース2のY軸方向中心Ob からテーブル3のY軸方向中心Ot までの長さをS-table、ベース2のY軸方向中心Ob からコラム4のY軸方向中心Oc までの長さをS-column としている。ベース2の前端部の高さ寸法をH-base-F 、後端部の高さ寸法をH-base-R としている。テーブル3の高さをH-table、ワークWの高さ(テーブル3上面から加工点Pまでの高さ)をH-work (変動する値)としている。   FIG. 5 shows the dimensions of each part of the machine tool main body 1 used for this calculation. The total length of the base 2 in the Y-axis direction is L, the length from the Y-axis direction center Ob of the base 2 to the Y-axis direction center Ot of the table 3 is S-table, and the Y-axis direction of the base 2 is Y-axis of the column 4 The length to the direction center Oc is S-column. The height dimension of the front end of the base 2 is H-base-F, and the height dimension of the rear end is H-base-R. The height of the table 3 is H-table, and the height of the workpiece W (height from the upper surface of the table 3 to the processing point P) is H-work (a variable value).

コラム4(XY移動機構6を含む)のテーブル3上面までの高さをH-column3、テーブル3上面からコラム4の本体部の下端部までの高さをH-column2、コラム4の本体部の高さをH-column1、主軸ヘッド5の現在のZ軸の位置をZ-center (変動する値)、コラム4のY軸方向中心Oc からコラム4の前面までの長さをL-column としている。コラム4の前面から主軸10の中心Os までの長さをL-SP 、主軸10の中心Os からテーブル3の中心Ot までの長さをL-tableとしている。   The height of the column 4 (including the XY moving mechanism 6) to the upper surface of the table 3 is H-column3, the height from the upper surface of the table 3 to the lower end of the main body of the column 4 is H-column2, and the height of the main body of the column 4 is The height is H-column1, the current Z-axis position of the spindle head 5 is Z-center (variable value), and the length from the center Oc of the column 4 to the front surface of the column 4 is L-column. . The length from the front surface of the column 4 to the center Os of the spindle 10 is L-SP, and the length from the center Os of the spindle 10 to the center Ot of the table 3 is L-table.

主軸ヘッド5の基部の高さをH-SP-1 、主軸ヘッド5の下面部からZ軸の位置までの高さをH-SP-2 、工具12の高さをH-tool としている。このとき、H-work +H-tool +H-SP-2 =Z-center +H-column2の関係があり、H-work 及びZ-center が可変の値であってその他は固定された値となる。現在のZ-center の値とH-tool の値とからH-work の値を求めることができる。   The height of the base of the spindle head 5 is H-SP-1, the height from the bottom surface of the spindle head 5 to the Z-axis position is H-SP-2, and the height of the tool 12 is H-tool. At this time, there is a relationship of H-work + H-tool + H-SP-2 = Z-center + H-column2, where H-work and Z-center are variable values and the others are fixed values. The value of H-work can be obtained from the current Z-center value and H-tool value.

また、図6は、この計算に用いられる工作機械本体1の各部の反りによる傾き角度を示している。ここでは、ベース2のY軸方向中心Ob 線を基準線とし、ベース2の前端面の傾き角度をθ-base-F 、ベース2の後端面の傾き角度をθ-base-R としている。また、テーブル3の中心Ot での傾き角度をθ-table、コラム4の中心Oc での傾き角度をθ-column としている。   Moreover, FIG. 6 shows the inclination angle due to the warp of each part of the machine tool main body 1 used for this calculation. Here, the Y axis direction center Ob line of the base 2 is used as a reference line, the inclination angle of the front end face of the base 2 is θ-base-F, and the inclination angle of the rear end face of the base 2 is θ-base-R. The tilt angle at the center Ot of the table 3 is θ-table, and the tilt angle at the center Oc of the column 4 is θ-column.

さて、計算例について以下順に説明する。尚、以下の説明では、各温度センサ18〜24により測定されて記憶される基準温度を、夫々、TB-UF-0、TB-BF-0、TB-UR-0、TB-BR-0、TC-0 、TSP-0、TT-0 で表す。つまり、各温度センサ18〜24の測定温度(Tプラス添字)の後にさらに添字「-0」を付したものとする。   Now, calculation examples will be described in the following order. In the following description, the reference temperatures measured and stored by the temperature sensors 18 to 24 are respectively TB-UF-0, TB-BF-0, TB-UR-0, TB-BR-0, It is represented by TC-0, TSP-0, and TT-0. That is, it is assumed that a subscript “−0” is added after the measured temperature (T plus subscript) of each of the temperature sensors 18 to 24.

(a)ベース2の伸びによる変位量
ベース2のテーブル3側膨張変位による伸び[δb1-table]は、
[δb1-table]=λ×ΔTBF×(S-table)
となる。但し、ΔTBF=(TB-BF)−(TB-BF-0)である。
(A) Displacement amount due to elongation of base 2 Elongation [δb1-table] due to expansion displacement on the table 3 side of the base 2 is
[Δb1-table] = λ × ΔTBF × (S-table)
It becomes. However, ΔTBF = (TB−BF) − (TB−BF−0).

同様に、ベース2のコラム4側膨張変位による伸び[δb1-column ]は、
[δb1-column ]=λ×ΔTUR×(S-column )
となる。但し、ΔTUR=(TB-UR)−(TB-UR-0)である。
Similarly, the elongation [δb1-column] due to the expansion displacement on the column 4 side of the base 2 is
[Δb1-column] = λ × ΔTUR × (S-column)
It becomes. However, ΔTUR = (TB−UR) − (TB−UR−0).

ベース2の伸びによる変位量は、それらの和であるから、[δb1-table]+[δb1-column ]となる。
(b)ベース2の反りによる傾き変位量
まず、ベース2のテーブル3側の傾きによる加工点Pでの変位量[δb2-table]を次のようにして求める。
Since the displacement amount due to the elongation of the base 2 is the sum of them, [δb1-table] + [δb1-column].
(B) Inclination displacement amount due to warping of base 2 First, the displacement amount [δb2-table] at the machining point P due to the inclination of the base 2 on the table 3 side is obtained as follows.

(b−1)ベース2の前端部の傾き[θ-base-F ]は次の式で求められる。

Figure 0004972925
(B-1) The inclination [θ-base-F] of the front end portion of the base 2 is obtained by the following equation.
Figure 0004972925

(b−2)テーブル3の中心Ot での傾き[θ-table]は、比例配分により次のようになる。

Figure 0004972925
(B-2) The inclination [θ-table] at the center Ot of the table 3 is as follows by proportional distribution.
Figure 0004972925

(b−3)テーブル3の中心Ot と加工点Pとの間で変位量の相違は極く僅か(誤差程度)であるため、[δb2-table]は次のように近似できる。

Figure 0004972925
(B-3) Since the difference in displacement amount between the center Ot of the table 3 and the machining point P is very small (about error), [δb2-table] can be approximated as follows.
Figure 0004972925

同様に、ベース2のコラム4側の傾きによる加工点Pでの変位量[δb2-column ]を次のようにして求める。   Similarly, the displacement [δb2-column] at the machining point P due to the inclination of the base 2 on the column 4 side is obtained as follows.

(b−4)ベース2の後端部の傾き[θ-base-R ]は次の式で求められる。

Figure 0004972925
(B-4) The inclination [θ-base-R] of the rear end portion of the base 2 is obtained by the following equation.
Figure 0004972925

(b−5)コラム4の中心Oc での傾き[θ-column ]は、比例配分により次のようになる。

Figure 0004972925
(B-5) The inclination [θ-column] at the center Oc of the column 4 is as follows by proportional distribution.
Figure 0004972925

(b−6)加工点Pでの変位量[δb2-column ]は次のように近似できる。

Figure 0004972925
(B-6) The displacement [δb2-column] at the processing point P can be approximated as follows.
Figure 0004972925

ベース2の反りによる傾き変位量は、[δb2-table]+[δb2-column ]で求めることができる。   The amount of tilt displacement due to the warp of the base 2 can be obtained by [δb2-table] + [δb2-column].

(c)コラム4,主軸ヘッド5,テーブル3の伸びによる変位量
コラム4,主軸ヘッド5,テーブル3の伸びによる加工点Pでの変位量[δ-other]は、次の式で求めることができる。
(C) Displacement amount due to elongation of column 4, spindle head 5, table 3 The displacement amount [δ-other] at machining point P due to elongation of column 4, spindle head 5, table 3 can be obtained by the following equation. it can.

[δ-other]=λ×[(ΔTSP)×(L-SP )+(ΔTC )×(L-column)
+(ΔTT )×(L-table)]
上記(a)〜(c)から、加工点Pにおける全体としてのY軸方向変位量δは、
変位量δ=[δb1-table]+[δb1-column ]+[δb2-table]
+[δb2-column ]−[δ-other] ‥(1)
となる。
[Δ-other] = λ × [(ΔTSP) × (L-SP) + (ΔTC) × (L-column)
+ (ΔT T) × (L-table)]
From the above (a) to (c), the displacement amount δ in the Y-axis direction as a whole at the processing point P is:
Displacement amount δ = [δb1-table] + [δb1-column] + [δb2-table]
+ [Δb2-column]-[δ-other] (1)
It becomes.

但し、上記はいわば理論値であるため、機械の構造によって若干の補正を加えることがより望ましい。即ち、次のように各項に補正係数(パラメータ)を掛合わせることが有効である。   However, since the above is a theoretical value, it is more desirable to add some correction depending on the structure of the machine. That is, it is effective to multiply each term by a correction coefficient (parameter) as follows.

変位量δ=α1×[δb1-table]+β1×[δb2-table]+
α2×[δb1-column ]+β2×[δb2-column ]−
γ×[δ-other] ‥(2)
尚、この際のパラメータα1、β1、α2、β2、γの決定については、数理工学でいう周知の線形計画法を利用することにより、比較的簡単に最適化することができる。
Displacement amount δ = α1 × [δb1-table] + β1 × [δb2-table] +
α2 × [δb1-column] + β2 × [δb2-column] −
γ × [δ-other] (2)
Note that the determination of the parameters α1, β1, α2, β2, and γ at this time can be optimized relatively easily by using a well-known linear programming method in mathematical engineering.

図3のフローチャートは、制御装置15が実行する、上記熱変位の補正を含んだ加工作業の処理手順を示している。即ち、まず、ステップS1では、例えばオペレータの操作パネル17の操作に基づき、各温度センサ18〜24により、同一時刻に各温度測定箇所の初期の温度が測定される。このとき、例えば加工作業開始前の工作機械本体1に対する治具のセッティング完了時(加工作業開始前)の初期状態の温度が測定される。ステップS2では、それら測定された温度が基準温度TB-UF-0、TB-BF-0、TB-UR-0、TB-BR-0、TC -0 、TSP-0、TT-0として記憶装置16に記憶(登録)される。   The flowchart of FIG. 3 shows the processing procedure of the machining operation including the correction of the thermal displacement executed by the control device 15. That is, first, in step S1, for example, based on the operation of the operation panel 17 of the operator, the initial temperature of each temperature measurement location is measured by the temperature sensors 18 to 24 at the same time. At this time, for example, the temperature in the initial state when the setting of the jig with respect to the machine tool main body 1 before the machining operation is completed (before the machining operation is started) is measured. In step S2, the measured temperatures are stored as reference temperatures TB-UF-0, TB-BF-0, TB-UR-0, TB-BR-0, TC-0, TSP-0, TT-0. 16 (stored).

ステップS3では、加工プログラムが起動され、次のステップS4では、加工プログラムのブロック毎の解釈が行われる。ここで、加工プログラムの適宜の位置に熱的変位の補正指令が挿入されており、ステップS5にて、補正指令信号の有無が判断される。補正指令信号がない場合には(ステップS5にてNo)、ステップS6にて、プログラムエンドコードかどうかが判断される。プログラムエンドコードでない場合には(ステップS6にてNo)、ステップS7に進み、加工作業が実行される。1ブロックの加工作業が行われると、ステップS4に戻って次のブロックの解釈が行われる、また、プログラムエンドコードである場合には(ステップS6にてYes)、処理を終了する。   In step S3, the machining program is activated, and in the next step S4, the machining program is interpreted for each block. Here, a thermal displacement correction command is inserted at an appropriate position in the machining program, and the presence or absence of a correction command signal is determined in step S5. If there is no correction command signal (No in step S5), it is determined in step S6 whether it is a program end code. If it is not a program end code (No in step S6), the process proceeds to step S7 and the machining operation is executed. When the machining operation for one block is performed, the process returns to step S4, and the next block is interpreted. If it is a program end code (Yes in step S6), the process is terminated.

そして、加工プログラムのブロック中に、補正指令信号があった場合には(ステップS5にてYes)、まず、ステップS8にて、各温度センサ18〜24により、各温度測定箇所の現在の温度TB-UF、TB-BF、TB-UR、TB-BR、TC 、TSP、TT が測定される。次のステップS9では、各温度測定箇所において、夫々測定温度と記憶されている基準温度との温度差が算出される。   If there is a correction command signal in the block of the machining program (Yes in step S5), first, in step S8, each temperature sensor 18-24 uses the current temperature TB of each temperature measurement location. -UF, TB-BF, TB-UR, TB-BR, TC, TSP, TT are measured. In the next step S9, the temperature difference between the measured temperature and the stored reference temperature is calculated at each temperature measurement location.

次のステップS10では、現在の位置決め機械座標(Z-center の値を含む)が読取られ、ステップS11では、工具長(H-tool )のデータが読取られる。ステップS12では、上記した関係式((1)式又は(2)式)を用いて加工点Pの変位量δひいては補正量が算出される。次いで、ステップS3にて、その変位量δを打消すように各軸方向の位置がシフトされ、以て、熱的な変位の補正が行われる。尚、このとき、Y軸方向の補正が上記のように行われるのであるが、これと共に、主としてボールネジの熱膨張、収縮に起因するZ軸方向の熱変位の補正が併せて行われる。そして、ステップS7にて加工作業が実行される。   In the next step S10, the current positioning machine coordinates (including the value of Z-center) are read, and in step S11, tool length (H-tool) data is read. In step S12, the displacement amount δ and thus the correction amount of the machining point P is calculated using the above-described relational expression (the expression (1) or (2)). Next, in step S3, the position in each axial direction is shifted so as to cancel the displacement amount δ, and thus the thermal displacement is corrected. At this time, the correction in the Y-axis direction is performed as described above, and at the same time, the correction of the thermal displacement in the Z-axis direction caused mainly by the thermal expansion and contraction of the ball screw is also performed. In step S7, the machining operation is executed.

これにより、工作機械本体1の各構成部位について複数個の温度センサ18〜24により温度を測定するようにしており、しかも、ベース2に関しては上下両面側における温度変化度合の相違に起因する反りを考慮する位置(上下両面の夫々前後部)に温度センサ18〜21を設けるようにした。これにより、各構成部位の温度変化度合をより緻密に検出することができ、各構成部位の各軸方向特にY軸方向に関する熱的な変位量を、十分な確かさで推定(計算)することが可能となり、補正によって加工精度を十分に高めることができるものである。   As a result, the temperature of each component of the machine tool body 1 is measured by the plurality of temperature sensors 18 to 24, and the warp caused by the difference in temperature change between the upper and lower surfaces of the base 2 is caused. The temperature sensors 18 to 21 are provided at the positions to be considered (front and rear portions on the upper and lower surfaces, respectively). As a result, the degree of temperature change of each constituent part can be detected more precisely, and the amount of thermal displacement of each constituent part in each axial direction, particularly in the Y-axis direction, can be estimated (calculated) with sufficient certainty. Thus, the machining accuracy can be sufficiently increased by the correction.

さて、次に、本実施形態に係る、最適な温度測定位置(温度センサ18〜24の取付位置)の決定方法について、図7〜図13を参照しながら以下述べる。本実施形態では、この決定方法を実施するにあたって、例えば汎用のパーソナルコンピュータが用いられ、温度測定位置決定プログラムを実行させることにより行なわれる。また、本実施形態では、例えば工作機械(機械本体1)の設計の段階において、最適な温度測定位置を決定するようにしており、後述するデータ取得工程も、前記コンピュータを用いた解析により実行されるものとしている。   Now, a method for determining the optimum temperature measurement position (attachment position of the temperature sensors 18 to 24) according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS. In the present embodiment, for example, a general-purpose personal computer is used to execute this determination method, and a temperature measurement position determination program is executed. In the present embodiment, for example, in the design stage of the machine tool (machine main body 1), an optimum temperature measurement position is determined, and a data acquisition process described later is also executed by analysis using the computer. It is supposed to be.

本実施形態に係る温度測定位置決定方法にあっては、機械本体1を複数の温度測定ブロックに分け、それら各ブロック毎に複数個の温度測定の候補点を設定する候補点設定工程(候補点設定ステップ)と、加工時において想定される機械本体1の熱的な状態変化に伴う、時系列毎の各候補点の温度変化及び加工点の変位量のデータを求めるデータ取得工程(データ取得ステップ)と、前記各候補点の温度変化及び加工点の変位量のデータから、遺伝的アルゴリズムを用いて、各ブロック毎に1個ずつの、所定の関係式(上記(1)式又は(2)式)を満たす最適な温度測定位置を求める最適位置算出工程(最適位置算出ステップ)とが順に実行される。   In the temperature measurement position determination method according to the present embodiment, the machine body 1 is divided into a plurality of temperature measurement blocks, and a candidate point setting step (candidate points) for setting a plurality of temperature measurement candidate points for each block. Setting step) and a data acquisition step (data acquisition step) for obtaining data of temperature change of each candidate point and displacement amount of the processing point for each time series in accordance with a thermal state change of the machine body 1 assumed at the time of processing ) And data on the temperature change of each candidate point and the displacement amount of the machining point, using a genetic algorithm, one predetermined relational expression for each block (the above formula (1) or (2) And an optimum position calculation step (optimum position calculation step) for obtaining an optimum temperature measurement position satisfying the equation (1) is sequentially executed.

図7のフローチャートは、温度測定位置決定プログラムにより前記コンピュータが実行する処理手順(メインルーチン)を示している。また、図8のフローチャートは、そのうちのステップS24の遺伝的アルゴリズムを用いた最適温度測定位置決定の具体的な処理手順を示すものである。   The flowchart of FIG. 7 shows a processing procedure (main routine) executed by the computer according to the temperature measurement position determination program. The flowchart of FIG. 8 shows a specific processing procedure for determining the optimum temperature measurement position using the genetic algorithm in step S24.

図7において、まず、ステップS21では、上記工作機械本体1の解析用の3Dモデルが作成される。この際、後の解析処理に必要な解析条件、物性値、境界条件等も入力される。次のステップS22では、温度測定ブロックを設定すると共に、各ブロック毎に複数個の候補点を設定する処理が実行される。ここでは、上記のように、工作機械本体1において7箇所の温度測定位置が設けられるので、ブロックは、ベース2の前部上面側、ベース2の前部下面側、ベース2の後部上面側、ベース2の後部下面側、テーブル3、主軸ヘッド5、コラム4の7つとなる。   In FIG. 7, first, in step S21, a 3D model for analysis of the machine tool body 1 is created. At this time, analysis conditions, physical property values, boundary conditions and the like necessary for the subsequent analysis processing are also input. In the next step S22, a temperature measurement block is set, and a process for setting a plurality of candidate points for each block is executed. Here, as described above, since seven temperature measurement positions are provided in the machine tool main body 1, the block includes the front upper surface side of the base 2, the front lower surface side of the base 2, the rear upper surface side of the base 2, There are seven of the lower surface of the rear part of the base 2, the table 3, the spindle head 5, and the column 4.

本実施形態では、それら各ブロックに、5点〜7点の候補点、全体では39点の候補点を設定した。具体的には、図9及び図10に示すように、ベース2の前部上面側にはM1〜M6の6点(図10(d),(e)参照)、ベース2の前部下面側にはM7〜M11の5点(図9、図10(d)参照)、ベース2の後部上面側にはM12〜M16の5点(図10(a),(e)参照)、ベース2の後部下面側にはM17〜M21の5点(図9、図10(a)参照)、テーブル3(後部上面側)にはM22〜M28の7点(図9、図10(c)参照)、主軸ヘッド5(後部上面側)にはM29〜M34の6点(図9、図10(b)参照)、コラム4にはM35〜M39の5点(図9、図10(a)参照)の候補点を夫々設定した。尚、以下の説明では、上記7つのブロックを、順にAブロック〜Gブロックと称する。   In the present embodiment, 5 to 7 candidate points, and 39 candidate points as a whole, are set in each block. Specifically, as shown in FIGS. 9 and 10, there are six points M <b> 1 to M <b> 6 (see FIGS. 10D and 10E) on the front upper surface side of the base 2, and the front lower surface side of the base 2. There are five points M7 to M11 (see FIGS. 9 and 10D), and five points M12 to M16 (see FIGS. 10A and 10E) on the rear upper surface side of the base 2, and Five points M17 to M21 (see FIG. 9 and FIG. 10A) on the rear lower surface side, and seven points M22 to M28 on the table 3 (rear upper surface side) (see FIG. 9 and FIG. 10C), The spindle head 5 (the rear upper surface side) has six points M29 to M34 (see FIGS. 9 and 10B), and the column 4 has five points M35 to M39 (see FIGS. 9 and 10A). Candidate points were set for each. In the following description, the seven blocks are referred to as A block to G block in order.

次いで、ステップS23では、解析処理(CAE)により、工作機械本体1に所定の温度変化を与えた際の、時系列毎の各候補点(M1〜M39)の温度変化Δt、及び加工点Pにおける変位量δのデータ(温度データと称する)を算出する処理が実行される。この解析処理は、非定常(非線形)の伝熱解析を行なうことができるソフトウエアが用いられ、本実施形態では、例えば、MSC.Software社の「MSC.Marc(登録商標)」を用いた。   Next, in step S23, the temperature change Δt of each candidate point (M1 to M39) for each time series and the machining point P when a predetermined temperature change is given to the machine tool body 1 by the analysis process (CAE). A process of calculating data of the displacement amount δ (referred to as temperature data) is executed. For this analysis process, software capable of performing non-stationary (non-linear) heat transfer analysis is used. In this embodiment, for example, MSC. “MSC.Marc®” from Software was used.

そして、ここでは、ベース2の上面に流れる切削水の温度が次第に変化(上昇)していくことを想定し、図11(a)に示すように、ベース2の上面の温度を、常温(20℃)から6時間かけて緩やかに上昇(例えば10deg程度)させていき、その後、放置冷却(6時間)することにより、常温に緩やかに戻すものとしている。温度データは、図11(b)に示すように、そのようなベース2上面の温度変化を与えたときの、各候補点(M1〜M39)の温度変化Δtと、加工点Pにおける変位量δを、10分毎(0分〜720分)にとったものとされる。   Here, assuming that the temperature of the cutting water flowing on the upper surface of the base 2 gradually changes (rises), the temperature of the upper surface of the base 2 is set to room temperature (20 as shown in FIG. 11A). The temperature is gradually increased (for example, about 10 deg.) Over 6 hours from the temperature (° C.), and then allowed to cool to room temperature by being left to cool (6 hours). As shown in FIG. 11B, the temperature data includes the temperature change Δt of each candidate point (M1 to M39) and the displacement δ at the processing point P when such a temperature change of the upper surface of the base 2 is given. Is taken every 10 minutes (0 to 720 minutes).

このように図11(b)に示すような温度データが取得されると、次のステップS24にて、前記温度データから、遺伝的アルゴリズムを用いて各ブロックに1個ずつの最適な温度測定位置が求められる。このとき、最適な温度測定位置は、A〜Gの各ブロックにおける、各1個の候補点の温度変化Δtと加工点Pにおける変位量δとが、全時間に渡って、上記関係式((1)式又は(2)式)を満たすような候補点の組合せとして求められる。ステップS25では、決定された最適な温度測定位置が出力され、処理が終了する。   When the temperature data as shown in FIG. 11B is obtained in this way, in the next step S24, one optimal temperature measurement position for each block using the genetic algorithm from the temperature data. Is required. At this time, the optimum temperature measurement position is the relationship between the temperature change Δt of each candidate point in each of the blocks A to G and the displacement amount δ at the processing point P over the entire time ((( It is obtained as a combination of candidate points satisfying the expression (1) or (2)). In step S25, the determined optimum temperature measurement position is output, and the process ends.

さて、上記遺伝的アルゴリズムを用いた最適な温度測定位置の決定の処理(ステップS24)の詳細な手順について、図8のフローチャート及び図12、図13も参照して説明する。この処理においては、まずステップS31にて、個体群(初期集団)の作成が行なわれる。本実施形態では、図12に示すように、個体は、前記39個の候補点M1〜M39に対応した39ビットの遺伝子から構成される。   Now, a detailed procedure of the process of determining the optimum temperature measurement position (step S24) using the genetic algorithm will be described with reference to the flowchart of FIG. 8 and FIGS. In this process, an individual group (initial group) is first created in step S31. In the present embodiment, as shown in FIG. 12, the individual is composed of 39-bit genes corresponding to the 39 candidate points M1 to M39.

この場合、個体の、先頭(左)から6個目までのビットは、Aブロックの候補点M1〜M6に夫々対応し、7個目から11個目までのビットは、Bブロックの候補点M7〜M11に夫々対応していることになる。そして、A〜Gの各ブロックにおいて、夫々1箇所だけランダムに測定点を選択しそれに対応するビットを1とする。それ以外のビットは0となる。また、図12では、ブロック間の境界を縦棒で区切っており、この区切られた位置(6箇所のうちいずれか)が後述する交叉の点とされる。尚、全個体数(組合せ数)は、6×5×5×5×7×6×5=157500個(種類)となる。   In this case, the sixth to sixth bits of the individual correspond to the A block candidate points M1 to M6, respectively, and the seventh to eleventh bits correspond to the B block candidate point M7. It corresponds to each of ~ M11. In each of the blocks A to G, only one measurement point is selected at random, and the corresponding bit is set to 1. The other bits are 0. In FIG. 12, the boundaries between the blocks are divided by vertical bars, and the divided positions (any one of the six locations) are crossover points to be described later. The total number of individuals (number of combinations) is 6 × 5 × 5 × 5 × 7 × 6 × 5 = 157500 (type).

次のステップS32では、n個例えば20個の個体についての評価が行なわれる。第1回目の処理(第1世代)については、ランダムな20個の個体が選ばれる。評価は、ビットが1となっている候補点の温度変化Δtのデータを採用して、上記関係式に代入して変位量を求め、温度データ中の変位量δとの差の絶対値を算出することを、全時間(72通り)に渡って行い、その平均値の逆数を適応度とした。従って、誤差の小さいものほど、適応度が高いものとなる。   In the next step S32, n, for example, 20 individuals are evaluated. For the first process (first generation), 20 random individuals are selected. For the evaluation, the data of the temperature change Δt of the candidate point where the bit is 1 is adopted, and the displacement amount is obtained by substituting it into the above relational expression, and the absolute value of the difference from the displacement amount δ in the temperature data is calculated. This was performed over the entire time (72 ways), and the reciprocal of the average value was used as the fitness. Therefore, the smaller the error, the higher the fitness.

ステップS33においては、収束したかどうかが判断される。未だ収束していない場合には(No)、ステップS34の選択、ステップS35の交叉、ステップS36の突然変異の処理が順に行なわれる。具体的には、図13に示すように、選択(ステップS34)の処理では、20個の個体の評価が行なわれると(図13(a))、その個体が評価順(適応度の高い順)に並び替えられ、1位〜10位の個体のみが選択され、11位〜20位の個体が削除(淘汰)される(図13(b))。   In step S33, it is determined whether or not it has converged. If it has not converged yet (No), the selection in step S34, the crossover in step S35, and the mutation process in step S36 are performed in order. Specifically, as shown in FIG. 13, in the process of selection (step S34), when 20 individuals are evaluated (FIG. 13 (a)), the individuals are evaluated in order of evaluation (in order of high fitness). ), Only the 1st to 10th individuals are selected, and the 11th to 20th individuals are deleted (淘汰) (FIG. 13B).

次の交叉(ステップS35)では、図13(c)に示すように、評価が1位の個体と10位の個体、2位の個体と9位の個体、3位の個体と8位の個体、4位の個体と7位の個体、5位の個体と6位の個体、が夫々ペアになって交叉が行なわれる。この交叉は、各個体を、交叉点で上位ビットと下位ビットとに分割し、下位ビット同士を交換することにより行なわれ、このとき、交叉点は、上記ブロック間の境界(図12で縦棒で示す位置)のうち、その回ごとにランダムにいずれかが選択される。これにより、交叉した10個の個体が得られる。   In the next crossover (step S35), as shown in FIG. 13 (c), the first-ranked individual, the tenth-ranked individual, the second-ranked individual, the ninth-thick individual, the third-ranked individual, and the eighth-ranked individual The 4th individual and the 7th individual, the 5th individual and the 6th individual are crossed in pairs. This crossover is performed by dividing each individual into upper bits and lower bits at the crossover points and exchanging the lower bits. At this time, the crossover points are the boundaries between the blocks (vertical bars in FIG. 12). Is selected at random each time. As a result, 10 crossed individuals are obtained.

突然変異(ステップS36)は、上記1位の個体を、2つ複製し、それら個体について、いずれかの1のビットをランダムに選択して0とし、それと同じブロックの他のいずれかのビットをランダムに選択して1にすることにより行なわれる(図13(d))。これにより、突然変異した2個の個体が得られる。そして、図13(e)に示すように、交叉による10個の個体及び突然変異による2個の個体、並びに、上記第1位から8位までの8個の個体をエリート保存として残した、合計20個の個体が次の世代に残され、ステップS32に戻って再び評価が繰返されるのである。   The mutation (step S36) duplicates the above-mentioned first-ranked individuals twice, and randomly selects any one bit of these individuals to be 0, and sets any other bit in the same block. This is performed by selecting a random number to 1 (FIG. 13D). This gives two mutated individuals. Then, as shown in FIG. 13 (e), 10 individuals by crossover and 2 individuals by mutation, and 8 individuals from the first to the eighth place were left as elite preservation, Twenty individuals are left in the next generation, and the process returns to step S32 and the evaluation is repeated again.

以上の処理を何世代にも渡って繰返していくことにより、優秀な個体のみが残されていくようになり、最終的には収束(20個の個体に差異がほとんどなく適応度が一致する状態)して最適解が求められるようになり(ステップS33にてYes)、この処理が終了する。これにより、短時間で効率的に最適解を求めることができるのである。   By repeating the above process over generations, only excellent individuals will be left, and eventually converge (the 20 individuals will have almost no difference and the fitness will match. ) And an optimum solution is obtained (Yes in step S33), and this process ends. Thereby, the optimum solution can be obtained efficiently in a short time.

ちなみに、本実施形態では、約250世代にて収束した。その結果、最適な温度測定位置として、Aブロック(ベース2の前部上面側)では候補点M3(或いはM4)、Bブロック(ベース2の前部下面側)では候補点M11、Cブロック(ベース2の後部上面側)では候補点M15、Dブロック(ベース2の後部下面側)では候補点M20、Eブロック(テーブル3)では候補点M25、Fブロック(主軸ヘッド5)では候補点M31、Gブロック(コラム4)では候補点M35、が夫々選択(決定)された。   By the way, in this embodiment, it converged in about 250 generations. As a result, as the optimum temperature measurement position, the candidate point M3 (or M4) in the A block (the front upper surface side of the base 2), and the candidate point M11, C block (the base in the front lower surface side of the base 2) 2 at the rear upper surface side), candidate point M20 at the D block (base 2 rear lower surface side), candidate point M25 at the E block (Table 3), candidate point M31 at the F block (spindle head 5), G In the block (column 4), the candidate point M35 is selected (determined).

この場合、ベース2の前部上面側及び後部上面側については、ベース2の左右方向ほぼ中央部に位置する候補点M3及びM15が夫々選択された。また、主軸ヘッド5及びコラム4についても、ほぼ中央部に位置する候補点M31及びM35が夫々選択された。これらは、ほぼ予想通りの結果と言える。これに対し、ベース2の前下面側及び後部下面側では、中央ではなく側面部分に位置する候補点M11及びM20が選択された。テーブル3についても、中央部ではなく角部に位置する候補点M25が選択された。これらは予想外であったものの、これらベース2の下面側や、テーブル3については、中央部と端部とで温度的にほとんど差がないため、このような結果となったものと考えられる。   In this case, candidate points M3 and M15 located at the substantially central portion in the left-right direction of the base 2 were selected for the front upper surface side and the rear upper surface side of the base 2, respectively. For the spindle head 5 and the column 4, candidate points M31 and M35 located substantially in the center are selected. These are almost as expected. On the other hand, on the front lower surface side and the rear lower surface side of the base 2, candidate points M11 and M20 located on the side surface portion instead of the center are selected. Also for Table 3, candidate point M25 located at the corner instead of the center was selected. Although these were unexpected, it is considered that such a result is obtained because there is almost no difference in temperature between the lower surface side of the base 2 and the table 3 between the central portion and the end portion.

このように本実施形態によれば、機械本体1の複数個所の温度測定に基づいて加工点Pにおける熱的な変位量δを推定し補正する機能を備えた工作機械にあって、複数の温度測定ブロック毎に多数個の候補点M1〜M39を設定し、時系列毎の各候補点M1〜M39の温度変化Δt及び加工点Pの変位量の温度データを取得し、その温度データから、遺伝的アルゴリズムの手法を用いることにより、各ブロック毎に1個ずつの最適な温度測定位置を容易に求めることができるという優れた効果を得ることができる。特に本実施形態では、上記温度データの取得の工程を、コンピュータを用いた解析により実行するようにしたので、未だ実機が存在しない設計の段階において、必要な温度データを得ることが可能となり、最適な温度測定位置を求めておくことができるものである。   As described above, according to the present embodiment, there is provided a machine tool having a function of estimating and correcting the thermal displacement amount δ at the processing point P based on the temperature measurement at a plurality of positions of the machine body 1. A large number of candidate points M1 to M39 are set for each measurement block, temperature data Δt of each candidate point M1 to M39 for each time series and temperature data of the displacement amount of the processing point P are obtained, and genetic data is obtained from the temperature data. By using the method of the genetic algorithm, it is possible to obtain an excellent effect that one optimum temperature measurement position can be easily obtained for each block. In particular, in the present embodiment, since the temperature data acquisition process is performed by analysis using a computer, it is possible to obtain necessary temperature data at the design stage where there is no actual machine yet. It is possible to obtain a suitable temperature measurement position.

尚、本実施形態のステップS34において、1位〜10位の個体のみ選択するようにしているが、1位〜20位の個体のうちランダムに10個選択するようにしても良い。
図14は、本発明の他の実施形態を示すものである。この実施形態が、上記実施形態と異なるところは、工作機械本体1の最適な温度測定位置を決定する温度測定位置決定方法にあって、温度データを求めるデータ取得工程(データ取得ステップ)を、実機を用いた実験により実行するようにした点にある。以下、上記実施形態における図7のフローチャートと異なる点についてのみ述べる。尚、工作機本体1の構成については、上記実施形態で説明したものと同等のものとし、符合も共通して使用する。
In step S34 of the present embodiment, only the 1st to 10th individuals are selected, but 10 individuals among the 1st to 20th individuals may be selected at random.
FIG. 14 shows another embodiment of the present invention. This embodiment differs from the above embodiment in a temperature measurement position determination method for determining an optimum temperature measurement position of the machine tool main body 1, and a data acquisition step (data acquisition step) for obtaining temperature data is performed on an actual machine. It is in the point made to carry out by the experiment using. Only differences from the flowchart of FIG. 7 in the above embodiment will be described below. In addition, about the structure of the machine tool main body 1, it shall be equivalent to what was demonstrated in the said embodiment, and a code | symbol is also used in common.

図14のフローチャートは、温度測定位置決定の処理手順を示しており。ここでは、上記実施形態(図7のフローチャート)のステップS21〜S23の処理に代えて、ステップS41〜S44の処理が実行される。即ち、まずステップS41では、実機(工作機械本体1)の複数の候補点(例えばM1〜M39の39点)の全てに温度センサが設置される。ステップS42では、主軸10とテーブル3との間の距離(Y軸方向)ひいては相対変位量δを測定するための変位量測定センサが設置される。この変位量測定センサとしては、例えば渦電流型近接センサが用いられる。   The flowchart of FIG. 14 shows a processing procedure for determining the temperature measurement position. Here, instead of the processing of steps S21 to S23 in the above embodiment (flowchart of FIG. 7), the processing of steps S41 to S44 is executed. That is, first, in step S41, temperature sensors are installed at all of a plurality of candidate points (for example, 39 points M1 to M39) of the actual machine (machine tool main body 1). In step S42, a displacement measuring sensor is installed to measure the distance (in the Y-axis direction) between the main shaft 10 and the table 3, and thus the relative displacement δ. For example, an eddy current proximity sensor is used as the displacement measuring sensor.

次のステップS43では、ベース2上面に切削水を流しながら、その切削水をヒータにより加熱してその温度を次第に上昇させ、上記実施形態と同様に、ベース12の上面に対し、図11(a)に示すように、常温(20℃)から6時間かけて緩やかに上昇(例えば10deg程度)させていき、その後、放置冷却(6時間)することにより、常温に緩やかに戻すという温度変化を与える。ステップS44では、その際の、各温度センサにより検出された各候補点(M1〜M39)における温度変化Δtと、変位量測定センサの計測した変位量δを、10分毎(0分〜720分)に読込んで、図11(b)に示したような温度データを取得することが行なわれる。   In the next step S43, the cutting water is heated by the heater while flowing the cutting water on the upper surface of the base 2, and the temperature is gradually raised. As in the above-described embodiment, the upper surface of the base 12 is shown in FIG. As shown in (2), the temperature is gradually raised from room temperature (20 ° C.) over 6 hours (for example, about 10 deg), and then allowed to cool (6 hours), thereby gradually returning to room temperature. . In step S44, the temperature change Δt at each candidate point (M1 to M39) detected by each temperature sensor and the displacement amount δ measured by the displacement amount measuring sensor at that time are obtained every 10 minutes (0 minute to 720 minutes). ) To obtain temperature data as shown in FIG. 11 (b).

この後は、上記実施形態と同様に、次のステップS24にて、取得した温度データから、遺伝的アルゴリズムを用いて各ブロックに1個ずつの最適な温度測定位置が求められ(ステップS24)、決定された最適な温度測定位置が出力され(ステップS25)、処理が終了する。   Thereafter, as in the above embodiment, in the next step S24, one optimal temperature measurement position is obtained for each block from the acquired temperature data using a genetic algorithm (step S24). The determined optimum temperature measurement position is output (step S25), and the process ends.

このような構成によれば、上記実施形態と同様に、機械本体1の複数個所の温度測定に基づいて加工点Pにおける熱的な変位量δを推定し補正する機能を備えた工作機械にあって、複数の温度測定ブロック毎に多数個の候補点M1〜M39を設定し、時系列毎の各候補点M1〜M39の温度変化Δt及び加工点Pの変位量の温度データを取得し、その温度データから、遺伝的アルゴリズムの手法を用いることにより、各ブロック毎に1個ずつの最適な温度測定位置を容易に求めることができるという優れた効果を得ることができる。しかも、温度データの取得の工程を、実機を用いた実験により実行するようにしたので、より信頼性の高い温度データを得ることができるものである。   According to such a configuration, similarly to the above embodiment, the machine tool having a function of estimating and correcting the thermal displacement amount δ at the processing point P based on the temperature measurement at a plurality of locations of the machine body 1 is provided. Then, a large number of candidate points M1 to M39 are set for each of the plurality of temperature measurement blocks, and temperature data Δt of each candidate point M1 to M39 for each time series and the displacement amount temperature data of the processing point P are obtained, By using a genetic algorithm method from the temperature data, it is possible to obtain an excellent effect that one optimal temperature measurement position can be easily obtained for each block. In addition, since the temperature data acquisition process is executed by an experiment using an actual machine, more reliable temperature data can be obtained.

尚、上記した各実施形態においては、工作機械本体1に7つの温度ブロックを設定するようにしたが、コラム4については前後部に2個のブロックを設定し、主軸ヘッド5についても上下に2個のブロックを設定するようにしても良いなど、温度測定ブロックの設定の仕方などについては、種々の変形が可能である。工作機械本体の構成としても、例えば水平方向に延びる主軸を有するいわゆる横型のものであっても良いなど、本発明は様々なタイプの工作機械に適用できることは勿論である。このとき、所定の関係式については、工作機械の機種毎に設定されることは言うまでもない。   In each of the embodiments described above, seven temperature blocks are set in the machine tool body 1, but two blocks are set in the front and rear portions of the column 4, and the spindle head 5 is also set up and down two. Various modifications can be made to the setting method of the temperature measurement block, such as setting of individual blocks. Of course, the present invention can be applied to various types of machine tools, such as a so-called horizontal type having a main shaft extending in the horizontal direction. At this time, needless to say, the predetermined relational expression is set for each model of the machine tool.

そして、温度測定の候補点としても、1個のブロックに10点或いは20点と多数個設定するようにしても良く、また、遺伝的アルゴリズムを用いた最適位置算出の工程の具体的な手法についても、上記実施形態では一例を示したに過ぎず、例えば選択する個体数や、交叉の方法などに関して様々な変形が可能である。その他、本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。   Also, as temperature measurement candidate points, a large number of 10 points or 20 points may be set in one block, and a specific method of the optimum position calculation process using a genetic algorithm will be described. However, the above embodiment only shows an example, and various modifications can be made with respect to, for example, the number of individuals to be selected and the crossover method. In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified and implemented without departing from the scope.

本発明の一実施形態を示すもので、一部を破断した工作機械の本体の構成を概略的に示す斜視図The perspective view which shows one Embodiment of this invention, and shows schematically the structure of the main body of the machine tool which fractured | ruptured one part 工作機械の電気的構成を概略的に示すブロック図Block diagram schematically showing the electrical configuration of the machine tool 制御装置が実行する熱変位の補正を含んだ加工作業の処理手順を示すフローチャートThe flowchart which shows the process sequence of the processing operation including correction | amendment of the thermal displacement which a control apparatus performs 工作機械本体の各構成部位の熱的な変位の様子を誇大的に示す右側面図Right side view exaggeratingly showing the thermal displacement of each component of the machine tool body 変位量の推定に用いられる工作機械本体の各部の寸法を示す右側面図Right side view showing the dimensions of each part of the machine tool body used to estimate the displacement ベースの反りによる傾き角度を示す右側面図Right side view showing the tilt angle due to the warp of the base 温度測定位置決定の処理手順を示すフローチャートFlow chart showing processing procedure for determining temperature measurement position 図7のステップS24の処理内容を詳細に示すフローチャートThe flowchart which shows the processing content of step S24 of FIG. 7 in detail. 設定された候補点の位置を示すための工作機械本体の左側面図Left side view of the machine tool body to indicate the position of the set candidate points 設定された候補点の位置を示すためのもので、工作機械本体の背面図(a)、上面図(b)、テーブルの背面図(c)、工作機械本体の正面図(d)、ベースの上面図(e)It is for showing the position of the set candidate point. The rear view (a) of the machine tool body, the top view (b), the rear view (c) of the table, the front view (d) of the machine tool body, Top view (e) 解析時にベース上面に与える温度変化を示す図(a)及び解析により得られた温度データを表形式にして示す図(b)A diagram showing a temperature change given to the upper surface of the base at the time of analysis and a diagram showing the temperature data obtained by the analysis in a tabular format (b) 遺伝的アルゴリズムによる決定処理における個体を説明するための図Diagram for explaining individual in decision processing by genetic algorithm 評価、選択、交叉、突然変異の処理を説明するための図Diagram for explaining the process of evaluation, selection, crossover, and mutation 本発明の他の実施形態を示す図7相当図FIG. 7 equivalent view showing another embodiment of the present invention

図面中、1は工作機械本体、2はベース、3はテーブル、4はコラム、5は主軸ヘッド、6はXY移動機構、10は主軸、12は工具、15は制御装置(変位量検出手段,補正手段)、18〜24は温度センサ、Wはワーク、Pは加工点、M1〜M39は候補点を示す。   In the drawings, 1 is a machine tool body, 2 is a base, 3 is a table, 4 is a column, 5 is a spindle head, 6 is an XY moving mechanism, 10 is a spindle, 12 is a tool, 15 is a control device (displacement amount detection means, Correction means), 18 to 24 are temperature sensors, W is a workpiece, P is a machining point, and M1 to M39 are candidate points.

Claims (6)

加工データに従ってワークに対し工具を相対的に移動させながら加工を行うと共に、機械本体の複数個所の温度測定に基づいて、所定の関係式により加工点の熱的な変位量を求めて前記ワークに対する工具の相対移動量を補正する機能を有する工作機械における、前記温度測定を行なうべき位置を決定するための方法であって、
前記機械本体を複数の温度測定ブロックに分け、それら各ブロック毎に複数個の温度測定の候補点を設定する候補点設定工程と、
加工時において想定される前記機械本体の熱的な状態変化に伴う、時系列毎の前記各候補点の温度変化及び加工点の変位量のデータを求めるデータ取得工程と、
前記各候補点の温度変化及び加工点の変位量のデータから、遺伝的アルゴリズムを用いて、前記各ブロック毎において1個ずつ測定位置を選択しそれに対応するビットを1として構成される個体について評価し、前記各ブロック毎に1個ずつの前記各候補点の温度変化と加工点の変位量のデータとの差異が小さい前記温度測定の候補点である温度測定位置を求める最適位置算出工程とを含むことを特徴とする工作機械の温度測定位置決定方法。
The machining is performed while moving the tool relative to the workpiece according to the machining data, and the thermal displacement amount of the machining point is obtained by a predetermined relational expression based on the temperature measurement at a plurality of locations of the machine body. In a machine tool having a function of correcting a relative movement amount of a tool, a method for determining a position where the temperature measurement is to be performed,
The machine body is divided into a plurality of temperature measurement blocks, a candidate point setting step for setting a plurality of temperature measurement candidate points for each block, and
A data acquisition step for obtaining data of temperature change of each candidate point and displacement amount of the machining point for each time series accompanying a thermal state change of the machine body assumed at the time of machining,
Using a genetic algorithm, one individual measurement position is selected for each block from the data on the temperature change of each candidate point and the displacement amount of the machining point, and an individual configured with 1 corresponding bit is evaluated. And an optimum position calculating step for obtaining a temperature measurement position which is a candidate point of the temperature measurement with a small difference between the temperature change of each candidate point and the displacement amount data of the machining point, one for each block. A method for determining a temperature measurement position of a machine tool, comprising:
前記データ取得工程は、コンピュータを用いた解析により実行されることを特徴とする請求項1記載の工作機械の温度測定位置決定方法。   2. The method for determining a temperature measurement position of a machine tool according to claim 1, wherein the data acquisition step is executed by analysis using a computer. 前記データ取得工程は、実機を用いた実験により実行されることを特徴とする請求項1記載の工作機械の温度測定位置決定方法。   The method for determining a temperature measurement position of a machine tool according to claim 1, wherein the data acquisition step is executed by an experiment using an actual machine. 前記機械本体は、ベース上に、前記ワークを支持するテーブル、及び、前記工具を備える主軸ヘッドを有したコラムを前後に位置して備えると共に、前記ベースの上面部に切削液を流すように構成されており、
前記ベースに関しては、その上面側及び下面側の夫々前後部の合計4つの温度測定ブロックが設定されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の工作機械の温度測定位置決定方法。
The machine body includes a column having a spindle head provided with a table for supporting the workpiece and the tool on the base, and is configured to flow a cutting fluid on the upper surface of the base. Has been
4. The temperature measurement position determination method for a machine tool according to any one of claims 1 to 3, wherein a total of four temperature measurement blocks are set for the base on the upper surface side and the lower surface side respectively on the front and back sides. .
前記所定の関係式は、前記機械本体の各部位の熱膨張・熱収縮に加えて、前記ベースの上面側及び下面側の前後部における温度上昇度合の相違に起因する反りを考慮したものとされていることを特徴とする請求項4記載の工作機械の温度測定位置決定方法。   In addition to the thermal expansion / contraction of each part of the machine main body, the predetermined relational expression takes into account the warpage caused by the difference in the temperature rise between the front and back portions of the upper surface side and the lower surface side of the base. 5. The temperature measurement position determining method for a machine tool according to claim 4, wherein the temperature measurement position is determined. 加工データに従ってワークに対し工具を相対的に移動させながら加工を行うと共に、機械本体の複数個所の温度測定に基づいて、所定の関係式により加工点の熱的な変位量を求めて前記ワークに対する工具の相対移動量を補正する機能を有する工作機械における、前記温度測定を行なうべき位置を決定するために、コンピュータに以下のステップを実行させることを特徴とする工作機械の温度測定位置決定プログラム。
前記機械本体を複数の温度測定ブロックに分け、それら各ブロック毎に複数個の温度測定の候補点を設定する候補点設定ステップ。
加工時において想定される前記機械本体の熱的な状態変化に伴う、時系列毎の前記各候補点の温度変化及び加工点の変位量のデータを求めるデータ取得ステップ。
前記各候補点の温度変化及び加工点の変位量のデータから、遺伝的アルゴリズムを用いて、前記各ブロック毎において1個ずつ測定位置を選択しそれに対応するビットを1として構成される個体について評価し、前記各ブロック毎に1個ずつの前記各候補点の温度変化と加工点の変位量のデータとの差異が小さい前記温度測定の候補点である温度測定位置を求める最適位置算出ステップ。
The machining is performed while moving the tool relative to the workpiece according to the machining data, and the thermal displacement amount of the machining point is obtained by a predetermined relational expression based on the temperature measurement at a plurality of locations of the machine body. A temperature measurement position determination program for a machine tool, which causes a computer to execute the following steps in order to determine the position where the temperature measurement is to be performed in a machine tool having a function of correcting the relative movement amount of a tool.
A candidate point setting step of dividing the machine main body into a plurality of temperature measurement blocks and setting a plurality of temperature measurement candidate points for each block.
A data acquisition step for obtaining data of temperature change of each candidate point and displacement amount of the machining point for each time series accompanying a thermal state change of the machine main body assumed at the time of machining.
Using a genetic algorithm, one individual measurement position is selected for each block from the data on the temperature change of each candidate point and the displacement amount of the machining point, and an individual configured with 1 corresponding bit is evaluated. And an optimum position calculating step for obtaining a temperature measurement position which is a candidate point of the temperature measurement with a small difference between the temperature change of each candidate point and the displacement amount data of the machining point, one for each block.
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