JP5769456B2 - Thermal displacement correction apparatus and thermal displacement correction method - Google Patents
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Description
本発明は、工作機械においてワークの熱変位を補正する熱変位補正装置および熱変位補正方法に関するものである。 The present invention relates to a thermal displacement correction device and a thermal displacement correction method for correcting a thermal displacement of a workpiece in a machine tool.
特開2006−281335号公報(特許文献1)にワークの熱変位を補正する熱変位補正方法が記載されている。当該文献には、ワークの熱変位量を考慮して、工具の刃先位置を補正することが記載されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2006-281335 (Patent Document 1) describes a thermal displacement correction method for correcting thermal displacement of a workpiece. This document describes that the cutting edge position of the tool is corrected in consideration of the thermal displacement amount of the workpiece.
ここで、本発明者らは、ワークの線膨張係数を理論値として、かつ、熱変位の方向を基準点と結ぶ直線方向に伸びるものと考え、ワークの熱変位量を理論値を用いて算出した。しかしながら、実際に実験を行った熱変位量の実測値と理論値としての熱変位量とを比較すると、両者にずれが生じていることを発見した。 Here, the present inventors consider that the linear expansion coefficient of the workpiece is a theoretical value and that it extends in a linear direction connecting the direction of thermal displacement with the reference point, and the thermal displacement amount of the workpiece is calculated using the theoretical value. did. However, when comparing the actual measured thermal displacement value and the theoretical thermal displacement amount, we found that there was a shift between the two.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、より高精度にワーク自身の熱変位補正を行うことができる熱変位補正装置および熱変位補正方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the thermal displacement correction apparatus and the thermal displacement correction method which can correct | amend the thermal displacement of workpiece | work itself with higher precision.
(熱変位補正装置)
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、ワークの形状の影響によって、熱変位する方向や熱変位の大きさが、理論値とは異なることを見出した。具体的には、基準点から見た所定点の熱変位方向は、基準点と所定点とを結ぶ直線上からずれていることを発見した。
(Thermal displacement correction device)
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the direction of thermal displacement and the magnitude of thermal displacement differ from theoretical values due to the influence of the shape of the workpiece. Specifically, it has been found that the thermal displacement direction of a predetermined point viewed from the reference point is deviated from a straight line connecting the reference point and the predetermined point.
(請求項1)そこで、本発明に係る熱変位補正装置は、ワークの熱変位に基づいて前記ワークの基準点に対する工具の相対位置を補正する熱変位補正装置であって、前記ワークの温度を実際に変化させた時に予め測定した前記ワークの基準点に対する前記ワークの所定点の熱変位方向を記憶するデータベースと、加工時における前記ワークの温度を直接または間接に計測する温度計測手段と、前記データベースに記憶されている前記ワークの所定点の熱変位方向、前記温度計測手段により計測された前記ワークの温度、および、前記ワークの線膨張係数に基づいて、加工時における前記ワークの所定点の熱変位補正位置を算出する熱変位補正位置算出手段と、前記ワークの所定点を前記工具により加工する際に、前記熱変位補正位置に基づいて前記ワークの基準点に対する前記工具の相対位置を補正する補正手段とを備える。 (Claim 1) Accordingly, a thermal displacement correction device according to the present invention is a thermal displacement correction device that corrects the relative position of a tool with respect to a reference point of the workpiece based on the thermal displacement of the workpiece, and the temperature of the workpiece is adjusted. A database that stores a thermal displacement direction of a predetermined point of the workpiece with respect to a reference point of the workpiece measured in advance when actually changed, a temperature measuring unit that directly or indirectly measures the temperature of the workpiece at the time of machining, Based on the thermal displacement direction of the predetermined point of the workpiece stored in the database, the temperature of the workpiece measured by the temperature measuring means, and the linear expansion coefficient of the workpiece, the predetermined point of the workpiece at the time of machining Based on the thermal displacement correction position when processing a predetermined point of the workpiece with the tool, a thermal displacement correction position calculating means for calculating a thermal displacement correction position And a correcting means for correcting the relative position of the tool relative to the reference point of the workpiece.
(請求項2)また、前記データベースは、前記ワークの温度を実際に変化させた時に予め測定した前記ワークの基準点に対する前記ワークの所定点の熱変位量と前記ワークの温度とに基づいて算出した前記ワークの線膨張係数をさらに記憶し、前記熱変位補正位置算出手段は、前記データベースに記憶されている前記ワークの線膨張係数を用いて、前記ワークの所定点の熱変位補正位置を算出するようにしてもよい。 (Claim 2) Further, the database is calculated based on a thermal displacement amount of a predetermined point of the workpiece with respect to a reference point of the workpiece measured in advance when the temperature of the workpiece is actually changed, and the temperature of the workpiece. The thermal expansion correction position calculation means calculates a thermal displacement correction position at a predetermined point of the workpiece using the linear expansion coefficient of the workpiece stored in the database. You may make it do.
(請求項3)また、前記ワークの所定点は、複数であり、前記データベースに記憶されている前記線膨張係数は、前記ワークの複数の所定点における線膨張係数の平均値であるとしてもよい。 (Claim 3) Further, there may be a plurality of predetermined points of the workpiece, and the linear expansion coefficient stored in the database may be an average value of linear expansion coefficients at a plurality of predetermined points of the workpiece. .
(請求項4)また、前記ワークの加工部位は、複数の穴であり、前記ワークの所定点は、それぞれの前記穴であり、前記データベースに記憶されている前記線膨張係数は、前記ワークのそれぞれの所定点の線膨張係数であり、前記熱変位補正位置算出手段は、前記データベースに記憶されている前記ワークのそれぞれの所定点の線膨張係数を用いて、前記ワークのそれぞれの所定点の熱変位補正位置を算出するようにしてもよい。 (Claim 4) In addition, the machining part of the workpiece is a plurality of holes, the predetermined points of the workpiece are the holes, and the linear expansion coefficient stored in the database is A linear expansion coefficient of each predetermined point, and the thermal displacement correction position calculating means uses the linear expansion coefficient of each predetermined point of the workpiece stored in the database to calculate the predetermined point of each of the workpieces. The thermal displacement correction position may be calculated.
(請求項5)また、前記ワークの加工部位は、曲面形状部位または平面形状部位であり、前記ワークの所定点は、前記ワークの加工部位に含まれる複数の点であり、前記データベースに記憶されている前記熱変位方向は、前記ワークのそれぞれの所定点の熱変位方向であり、前記熱変位補正位置算出手段は、前記ワークの加工点に応じた熱変位方向を、前記データベースに記憶されている前記ワークのそれぞれの所定点の熱変位方向を用いて補間することにより算出するようにしてもよい。
(Claim 5) Further, the processing part of the workpiece is a curved surface part or a planar shape part, and the predetermined points of the workpiece are a plurality of points included in the processing part of the workpiece, and are stored in the database. and the thermal displacement direction, said the thermal displacement direction of the respective predetermined points of the work, the thermal displacement correction position calculating means, the thermal displacement direction depending on the machining point of the workpiece, is stored in the database It may be calculated by interpolation using the thermal displacement direction of each predetermined point of the workpiece.
(熱変位補正方法)
上記においては、本発明を熱変位補正装置として捉えたものとして記載した。この他に、本発明は、熱変位補正方法として捉えることもできる。
(Thermal displacement correction method)
In the above description, the present invention is described as a thermal displacement correction device. In addition, the present invention can also be regarded as a thermal displacement correction method.
(請求項6)本発明に係る熱変位補正方法は、ワークの熱変位に基づいて前記ワークの基準点に対する工具の相対位置を補正する熱変位補正方法であって、前記ワークの温度を実際に変化させた時に前記ワークの基準点に対する前記ワークの所定点の熱変位方向を予め測定する測定工程と、加工時における前記ワークの温度を直接または間接に計測する温度計測工程と、予め測定した前記ワークの所定点の熱変位方向、前記温度計測工程にて計測された前記ワークの温度、および、前記ワークの線膨張係数に基づいて、加工時における前記ワークの所定点の熱変位補正位置を算出する熱変位補正位置算出工程と、前記ワークの所定点を前記工具により加工する際に、前記熱変位補正位置に基づいて前記ワークの基準点に対する前記工具の相対位置を補正する補正工程とを備える。なお、上述した本発明に係る熱変位補正装置についての特徴部分は、当該熱変位補正方法についても同様に適用できる。 (Claim 6) A thermal displacement correction method according to the present invention is a thermal displacement correction method for correcting a relative position of a tool with respect to a reference point of the workpiece on the basis of the thermal displacement of the workpiece, wherein the temperature of the workpiece is actually set. A measuring step for measuring in advance a thermal displacement direction of a predetermined point of the workpiece with respect to a reference point of the workpiece when changed, a temperature measuring step for directly or indirectly measuring the temperature of the workpiece during processing, and the previously measured Based on the thermal displacement direction at a predetermined point of the workpiece, the temperature of the workpiece measured in the temperature measuring step, and the linear expansion coefficient of the workpiece, the thermal displacement correction position at the predetermined point of the workpiece at the time of machining is calculated. A thermal displacement correction position calculating step, and a relative position of the tool with respect to a reference point of the workpiece based on the thermal displacement correction position when the predetermined point of the workpiece is machined by the tool. And a correcting step of correcting the location. In addition, the characteristic part about the thermal displacement correction | amendment apparatus which concerns on this invention mentioned above is applicable similarly also to the said thermal displacement correction method.
(請求項1)本発明によれば、ワークの基準点に対するワークの所定点の熱変位方向を、実際に実験を行って測定することにより取得している。つまり、実測値としての熱変位方向がデータベースに記憶されている。そして、このデータベースに記憶されている実測値としての熱変位方向を用いて、加工時のワークの温度に応じた熱変位補正位置を算出している。ここで、熱変位位置とは、ワークの温度が基準温度の場合におけるワークの所定点を原点として、ワークの温度が基準温度から変化することに伴って、ワークの所定点が移動した座標を意味する。 (Claim 1) According to the present invention, the thermal displacement direction of a predetermined point of the workpiece with respect to the reference point of the workpiece is obtained by actually performing an experiment and measuring. That is, the thermal displacement direction as an actual measurement value is stored in the database. And the thermal displacement correction position according to the temperature of the workpiece | work at the time of a process is calculated using the thermal displacement direction as a measured value memorize | stored in this database. Here, the thermal displacement position means the coordinates at which the predetermined point of the workpiece has moved as the workpiece temperature has changed from the reference temperature with the predetermined point of the workpiece when the workpiece temperature is the reference temperature as the origin. To do.
従って、本発明によれば、熱変位補正を行うための熱変位補正位置を、実際の熱変位位置に高精度に一致させることができる。その結果、加工精度を向上することができる。ここで、ワークの温度を直接に測定する手段として、ワークに対して接触式または非接触式の温度センサを用いることができる。また、ワークの温度を間接に測定する手段として、ワークの加工点に供給するクーラントの温度をワークの温度と推定する手段や、室温をワークの温度と推定する手段がある。 Therefore, according to the present invention, the thermal displacement correction position for performing the thermal displacement correction can be matched with the actual thermal displacement position with high accuracy. As a result, processing accuracy can be improved. Here, as a means for directly measuring the temperature of the workpiece, a contact-type or non-contact-type temperature sensor can be used for the workpiece. As means for indirectly measuring the workpiece temperature, there are means for estimating the coolant temperature supplied to the workpiece machining point as the workpiece temperature, and means for estimating the room temperature as the workpiece temperature.
(請求項2)本発明者らは、熱変位方向のみならず、線膨張係数についても、ワークの形状などの影響によりワークの部位毎に異なることを見出した。そこで、本発明においては、実際に実験を行って、各所定点における線膨張係数を測定することとした。そして、加工時のワークの温度と実験により測定された線膨張係数を用いて熱変位量を算出することとした。従って、各所定点における熱変位量を、実際の熱変位量に高精度に一致させることができる。つまり、各所定点における熱変位方向および熱変位量を、実際の熱変位方向および熱変位量に高精度に一致させることができる。その結果、各所定点における熱変位補正位置を、より高精度に実際の熱変位位置に一致させることができる。 (Claim 2) The present inventors have found that not only the thermal displacement direction but also the linear expansion coefficient differs for each part of the workpiece due to the influence of the shape of the workpiece. Therefore, in the present invention, an experiment was actually performed to measure the linear expansion coefficient at each predetermined point. Then, the amount of thermal displacement was calculated using the workpiece temperature during processing and the linear expansion coefficient measured by experiment. Therefore, the thermal displacement amount at each predetermined point can be matched with the actual thermal displacement amount with high accuracy. That is, the thermal displacement direction and the thermal displacement amount at each predetermined point can be matched with the actual thermal displacement direction and the thermal displacement amount with high accuracy. As a result, the thermal displacement correction position at each predetermined point can be matched with the actual thermal displacement position with higher accuracy.
(請求項3)本発明のように、熱変位量の算出に用いる線膨張係数として、実験により測定された値の平均値を用いることで、当該線膨張係数を実際のワークの線膨張係数に近似した値にできる。その結果、各所定点における熱変位量を、実際の熱変位量に高精度に一致させることができる。さらに、線膨張係数として、複数の所定点に対して一定の値を用いることにより、熱変位量の演算処理速度を高速にできる。これにより、加工位置に対して高い追従性を確保することができるため、加工精度を向上することができる。 (Claim 3) As in the present invention, by using the average value of the values measured by experiments as the linear expansion coefficient used for calculating the thermal displacement, the linear expansion coefficient is used as the linear expansion coefficient of the actual workpiece. It can be approximated. As a result, the thermal displacement amount at each predetermined point can be matched with the actual thermal displacement amount with high accuracy. Furthermore, by using a constant value for a plurality of predetermined points as the linear expansion coefficient, the calculation processing speed of the thermal displacement amount can be increased. Thereby, since high followability to a processing position can be secured, processing accuracy can be improved.
(請求項4)本発明によれば、加工部位としての複数の穴に対して、それぞれの線膨張係数をデータベースに記憶している。従って、各所定点に応じた線膨張係数を用いて、各所定点の熱変位量を算出している。その結果、各所定点における熱変位量を、実際の熱変位量に確実に一致させることができる。 (Claim 4) According to the present invention, the respective linear expansion coefficients are stored in the database for a plurality of holes as processing parts. Therefore, the amount of thermal displacement at each predetermined point is calculated using the linear expansion coefficient corresponding to each predetermined point. As a result, the amount of thermal displacement at each predetermined point can be surely matched with the actual amount of thermal displacement.
(請求項5)曲面形状部位または平面形状部位を加工する場合において、散在する所定点における熱変位量を高精度に算出することができると共に、各所定点の間においても熱変位量を補間することにより高精度に算出することができる。従って、曲面形状部位または平面形状部位を加工する場合であっても、各部位の実際の熱変位量に応じた補正が可能となる。その結果、高精度な加工を実現できる。 (Claim 5) When machining a curved surface portion or a planar shape portion, it is possible to calculate the thermal displacement amount at predetermined scattered points with high accuracy and to interpolate the thermal displacement amount between the predetermined points. Can be calculated with high accuracy. Therefore, even when a curved surface portion or a planar shape portion is processed, correction according to the actual thermal displacement amount of each portion can be performed. As a result, highly accurate processing can be realized.
(請求項6)本発明の熱変位補正方法においては、上述した本発明の熱変位補正装置における効果と同様の効果を奏することができる。また、熱変位補正装置についての上述した特徴部分を熱変位補正方法に適用した場合には、それぞれの特徴による効果を同様の効果を奏する。 (Claim 6) In the thermal displacement correction method of the present invention, the same effects as those of the thermal displacement correction apparatus of the present invention described above can be obtained. In addition, when the above-described characteristic portions of the thermal displacement correction device are applied to the thermal displacement correction method, the same effects can be achieved by the respective features.
(1.工作機械の機械構成)
本発明の熱変位補正装置および熱変位補正方法を適用した工作機械の一例として、横型マシニングセンタを例に挙げ、図1を参照して説明する。当該工作機械は駆動軸として、相互に直交する3つの直進軸(X,Y,Z軸)を有する工作機械である。
(1. Machine configuration of machine tool)
As an example of a machine tool to which the thermal displacement correction apparatus and the thermal displacement correction method of the present invention are applied, a horizontal machining center is taken as an example and described with reference to FIG. The machine tool is a machine tool having three rectilinear axes (X, Y, Z axes) orthogonal to each other as drive axes.
図1に示すように、工作機械は、ベッド1と、ベッド1上にてX軸方向に移動可能なコラム2と、コラム2の前面(図1の左面)にてY軸方向に移動可能なサドル3と、サドル3に回転可能に支持され工具5を保持する回転主軸4と、ベッド1上にてZ軸方向に移動可能でありワークWを載置するテーブル6とを備える。
As shown in FIG. 1, the machine tool is movable in the Y-axis direction on the
(2.ワークの形状)
次に、ワークWの一例について図2および図3を参照して説明する。図2および図3に示すように、台形の開口部を有する有底箱形に形成された箱形本体11と、箱形本体11の開口縁全周にて外側へ延在したフランジ部12と、箱形本体11の内部にて側面と底面とに固定された複数のリブ13〜16とを備える。さらに、フランジ部12には、7個の穴P1〜P7が貫通形成されている。このワークWは、例えば、アルミニウムや鉄などの金属製からなる。つまり、ワークWは、X軸方向においても、Y軸方向においても、非対称形状である。特に、このような非対称形状からなるワークWは、理論値とは異なる熱変位をすることが分かった。
(2. Shape of workpiece)
Next, an example of the workpiece W will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 2 and 3, a box-shaped
ここで、当該ワークWにおいて、穴P1〜P7を加工部位とする。図2および図3には図示しないが、ワークWの温度が基準温度T0の場合において、穴P1の中心位置O1の座標は(X1,Y1)であり、穴P2の中心位置O2の座標は(X2,Y2)であり、穴P3の中心位置O3の座標は(X3,Y3)であり、穴P4の中心位置O4の座標は(X4,Y4)であり、穴P5の中心位置O5の座標は(X5,Y5)であり、穴P6の中心位置O6の座標は(X6,Y6)であり、穴P7の中心位置O7の座標は(X7,Y7)である。 Here, in the workpiece W, the holes P1 to P7 are set as processing parts. Although not shown in FIGS. 2 and 3, when the temperature of the workpiece W is the reference temperature T0, the coordinates of the center position O1 of the hole P1 are (X1, Y1), and the coordinates of the center position O2 of the hole P2 are ( X2, Y2), the coordinates of the center position O3 of the hole P3 are (X3, Y3), the coordinates of the center position O4 of the hole P4 are (X4, Y4), and the coordinates of the center position O5 of the hole P5 are (X5, Y5), the coordinates of the center position O6 of the hole P6 are (X6, Y6), and the coordinates of the center position O7 of the hole P7 are (X7, Y7).
(3.熱変位補正の手順)
本実施形態における熱変位補正に関する手順について、図4のフローチャートを参照して説明する。図4に示すように、まず、測定室における事前測定により、穴P1の中心位置O1を基準点とした場合に、各穴P2〜P7の熱変位方向を表す角度θ2〜θ7、および、各穴P2〜P7の線膨張係数a2〜a7を算出して、後述するデータベースに記憶しておく(ステップS1)。その後に、データベースに記憶されている情報を用いた熱変位補正を行いながら、ワークWの穴P1〜P7を工具5により加工する(ステップS2)。以下に、それぞれのステップにおける詳細について説明する。
(3. Procedure for thermal displacement correction)
A procedure relating to thermal displacement correction in the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. As shown in FIG. 4, first, in advance measurement in the measurement chamber, when the center position O1 of the hole P1 is used as a reference point, the angles θ2 to θ7 representing the thermal displacement directions of the holes P2 to P7 and the holes Linear expansion coefficients a2 to a7 of P2 to P7 are calculated and stored in a database to be described later (step S1). Thereafter, the holes P1 to P7 of the workpiece W are machined by the
(4.熱変位位置の事前測定)
図4のステップS1における事前測定について、図3および図5を参照して説明する。上述したワークWにおいて、穴P1〜P7を加工部位とした場合に、各穴P1〜P7の熱変位位置を実際に測定する。ここで、熱変位位置とは、ワークWの温度Twが基準温度T0の場合における各穴P2〜P7の中心位置O2〜O7のそれぞれを原点として、ワークWの温度Twが基準温度T0から変化することに伴って、穴P2〜P7の中心位置O2〜O7が移動した座標を意味する。
(4. Pre-measurement of thermal displacement position)
The prior measurement in step S1 of FIG. 4 will be described with reference to FIG. 3 and FIG. In the above-described workpiece W, when the holes P1 to P7 are set as the processing parts, the thermal displacement positions of the holes P1 to P7 are actually measured. Here, the thermal displacement position means that the temperature Tw of the workpiece W changes from the reference temperature T0 with the origins of the center positions O2 to O7 of the holes P2 to P7 when the temperature Tw of the workpiece W is the reference temperature T0. Along with this, it means the coordinates where the center positions O2 to O7 of the holes P2 to P7 have moved.
まず、熱変位位置の実測に際して、ワークWを測定室に設置して、測定室の温度を基準温度T0にして、ワークWの温度が安定した状態となった後に、穴P1〜P7の中心位置O1〜O7を測定した。このときの穴P1〜P7の中心位置O1〜O7を、それぞれの穴P1〜P7の基準位置とする。 First, when actually measuring the thermal displacement position, the workpiece W is set in the measurement chamber, the temperature of the measurement chamber is set to the reference temperature T0, and the temperature of the workpiece W becomes stable. O1 to O7 were measured. The center positions O1 to O7 of the holes P1 to P7 at this time are set as reference positions of the holes P1 to P7.
続いて、測定室の温度を基準温度T0から変化させて所定の設定温度Tにし、ワークWの温度が安定した状態となった後に、穴P2〜P7の中心位置Oa2(Xa2,Ya2),・・・,Oa7(Xa7,Ya7)を測定した。ここで、穴P1を基準点とするため、穴P1の中心位置(X1,Y1)は、測定室の温度を基準温度T0から変化させた場合であっても移動しないものとする。 Subsequently, after the temperature of the measurement chamber is changed from the reference temperature T0 to a predetermined set temperature T, and the temperature of the workpiece W becomes stable, the center positions Oa2 (Xa2, Ya2) of the holes P2 to P7,. .., Oa7 (Xa7, Ya7) was measured. Here, since the hole P1 is used as a reference point, the center position (X1, Y1) of the hole P1 does not move even when the temperature of the measurement chamber is changed from the reference temperature T0.
そして、基準温度T0における中心位置O2〜O7と変化後の設定温度Tにおける中心位置Oa2〜Oa7とにより、ワークWの温度を基準温度T0から実際に変化させた時に穴P1の中心位置O1を基準点とした場合のワークWの所定点である穴P2〜P7の中心位置O2〜O7の熱変位方向および熱変位量を予め測定する。 The center position O1 of the hole P1 when the temperature of the workpiece W is actually changed from the reference temperature T0 based on the center positions O2 to O7 at the reference temperature T0 and the center positions Oa2 to Oa7 at the set temperature T after the change. The thermal displacement direction and the amount of thermal displacement of the center positions O2 to O7 of the holes P2 to P7, which are predetermined points of the workpiece W when the points are set, are measured in advance.
ここで、穴P5を例に挙げて、図5を参照して詳細に説明する。図5に示すように、ワークWの温度を基準温度T0から設定温度Tに変化させることで、穴P5の中心位置O5は、中心位置Oa5へ熱変位する。つまり、穴P5の熱変位量は、ΔP5であった。穴P2〜P7の熱変位量ΔP2〜ΔP7は、式(1)に従って算出される。 Here, the hole P5 will be described as an example and will be described in detail with reference to FIG. As shown in FIG. 5, by changing the temperature of the workpiece W from the reference temperature T0 to the set temperature T, the center position O5 of the hole P5 is thermally displaced to the center position Oa5. That is, the thermal displacement amount of the hole P5 was ΔP5. The thermal displacement amounts ΔP2 to ΔP7 of the holes P2 to P7 are calculated according to the equation (1).
また、穴P5の熱変位方向は、Y軸プラス方向から反時計回りにθ5の角度となる方向であった。この穴P5の熱変位方向は、基準穴P1と穴P5の中心位置O1,O5同士を結ぶ直線に対してずれた方向であった。穴P2〜P7の熱変位方向を表すY軸プラス方向からの角度θ2〜θ7は、式(2)に従って算出される。 Further, the direction of thermal displacement of the hole P5 was a direction having an angle of θ5 counterclockwise from the Y axis plus direction. The heat displacement direction of the hole P5 was shifted from the straight line connecting the center positions O1 and O5 of the reference hole P1 and the hole P5. Angles θ2 to θ7 from the positive Y-axis direction that indicate the heat displacement directions of the holes P2 to P7 are calculated according to the equation (2).
そして、図3に示すように、測定の結果、測定室の温度が所定の設定温度Tの場合において、穴P1の中心位置O1を基準点とした場合に、穴P2〜P7の中心位置O2〜O7の熱変位量ΔP2〜ΔP7は、図3の各穴P2〜P7の矢印の大きさに比例した量であった。なお、図3において、矢印の大きさは、実際の熱変位量に対して設定された倍率を乗じた長さとして拡大図示している。さらに、穴P2〜P7の中心位置O2〜O7の熱変位方向は、各穴P2〜P7の矢印にて示す方向であった。ここで、測定室の温度を上記設定温度Tから変更した場合にも、穴P2〜P7の中心位置O2〜O7の熱変位方向は、図3の各穴P2〜P7の矢印にて示す方向に一致した。 As shown in FIG. 3, when the temperature of the measurement chamber is a predetermined set temperature T as a result of the measurement, the center position O2 of the holes P2 to P7 is used when the center position O1 of the hole P1 is used as a reference point. The thermal displacement amounts ΔP2 to ΔP7 of O7 were amounts proportional to the size of the arrows in the holes P2 to P7 in FIG. In FIG. 3, the size of the arrow is enlarged as a length obtained by multiplying the actual thermal displacement amount by a set magnification. Furthermore, the thermal displacement directions of the center positions O2 to O7 of the holes P2 to P7 were the directions indicated by the arrows of the holes P2 to P7. Here, even when the temperature of the measurement chamber is changed from the set temperature T, the thermal displacement directions of the center positions O2 to O7 of the holes P2 to P7 are in the directions indicated by the arrows of the holes P2 to P7 in FIG. Matched.
続いて、これらの各穴P1〜P7の実測値に基づいて、穴P1の中心位置O1を基準点とした場合に、各穴P2〜P7の線膨張係数a2〜a7を算出した。ここで、再び、図5を参照して、穴P5を例に挙げて詳細に説明する。基準穴P1に対する穴P5の線膨張係数はa5であった。線膨張係数a5は、ワークWの温度変化ΔT(=T−T0)と熱変位量ΔP5との関係から算出される。また、穴P3〜P7の線膨張係数はa3〜a7であった。ここで、線膨張係数anは、式(3)に従って算出される。 Subsequently, based on the actually measured values of the holes P1 to P7, the linear expansion coefficients a2 to a7 of the holes P2 to P7 were calculated when the center position O1 of the hole P1 was used as a reference point. Here, referring to FIG. 5 again, the hole P5 will be described as an example in detail. The linear expansion coefficient of the hole P5 with respect to the reference hole P1 was a5. The linear expansion coefficient a5 is calculated from the relationship between the temperature change ΔT (= T−T0) of the workpiece W and the thermal displacement amount ΔP5. Moreover, the linear expansion coefficients of the holes P3 to P7 were a3 to a7. Here, the linear expansion coefficient an is calculated according to the equation (3).
以上説明したように、測定室における事前測定により、穴P1の中心位置O1を基準点とした場合に、各穴P2〜P7の熱変位方向を表す角度θ2〜θ7、および、各穴P2〜P7の線膨張係数a2〜a7を算出して、後述するデータベースに記憶しておく。 As described above, when the center position O1 of the hole P1 is used as a reference point by prior measurement in the measurement chamber, the angles θ2 to θ7 representing the thermal displacement directions of the holes P2 to P7 and the holes P2 to P7 are shown. Are calculated and stored in a database to be described later.
(5.工作機械の制御ブロック構成)
次に、上述した工作機械の制御ブロック構成について図6〜図9を参照して説明する。図6に示すように、工作機械は、NCプログラム41に基づいて、各軸モータ43を制御する制御装置30を備える。そして、ワークWに対して工具5が相対移動することによって、工具5によりワークWが加工される。また、ワークWの加工は、ワークWにクーラントをかけながら行う。ここで、ワークWの温度Twは、室温Trおよびクーラント温度Tcに影響を受ける。ただし、クーラント温度Tcは、室温Trに一致するように温度制御されている。そのため、ワークWの温度Twはクーラント温度Tcにほぼ一致する。
(5. Control block configuration of machine tools)
Next, the control block configuration of the above-described machine tool will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 6, the machine tool includes a
クーラント温度Tcの温度制御を行うために、工作機械には、クーラント温度Tcを計測するクーラント温度センサ42が設けられている。本実施形態においては、このクーラント温度センサ42により計測されるクーラント温度Tcを用いて、制御装置30が熱変位補正を行う。なお、以下に説明する熱変位補正において、クーラント温度Tcを用いているが、このクーラント温度TcはワークWの温度Twの推定値として用いられている。つまり、クーラント温度センサ42により、ワークWの温度Twを間接に計測していることになる。
In order to perform temperature control of the coolant temperature Tc, the machine tool is provided with a
この制御装置30は、基準制御値算出部31と、データベース32と、熱変位補正位置算出部33と、補正部34と、各軸ドライバ35とを備える。基準制御値算出部31は、NCプログラム41の指令値と各軸モータ43の現在位置に基づいて基準位置制御値を算出する。基準位置制御値とは、後述する熱変位補正を行う前における各軸モータ43に対する位置制御値である。
The
データベース32は、上述において図3および図5を用いて説明したように、測定室にてワークWの温度Twを実際に変化させた時に予め測定した情報、具体的には、穴P1の中心位置O1を基準点とした場合において、穴P2〜P7における熱変位方向を表す角度θ2〜θ7および線膨張係数a2〜a7を記憶している。つまり、図7に示すように、データベース32には、各穴P2〜P7に関連づけて、線膨張係数a2〜a7と熱変位方向を表す角度θ2〜θ7とが記憶されている。
As described above with reference to FIGS. 3 and 5, the
熱変位補正位置算出部33は、基準制御値算出部31により算出された基準位置制御値に応じた熱変位補正位置Obnを算出する。熱変位補正位置算出部33による処理について、図9のフローチャートを参照しながら説明する。さらに、熱変位補正位置算出部33により算出される熱変位補正位置Obnについては、図6および図8を参照して説明する。なお、図8は、穴P5を例に挙げて図示している。
The thermal displacement correction
熱変位補正位置算出部33は、基準制御値算出部31から出力される基準位置制御値、すなわち加工位置としての穴P1〜P7の何れであるかを取得する(ステップS11)。続いて、熱変位補正位置算出部33は、取得した加工位置である穴Pnに対応する線膨張係数anおよび角度θnを、データベース32から取得する(ステップS12)。続いて、クーラント温度センサ42からクーラント温度Tcを取得する(ステップS13)。
The thermal displacement correction
そして、熱変位補正位置算出部33は、データベース32から取得した該当する穴Pnの線膨張係数anと、クーラント温度センサ42により計測されるクーラント温度Tcとに基づいて、式(4)に従って、穴P1の中心位置O1を基準点とした場合に該当する穴Pnの熱変位量ΔPbnを算出する(ステップS14)。
The thermal displacement correction
続いて、熱変位補正位置算出部33は、算出した熱変位量ΔPbnと、データベース32から取得した該当する穴Pnの熱変位方向を表す角度θnとに基づいて、式(5)に従って、穴P1の中心位置O1を基準点とした場合に該当する穴Pnの熱変位補正位置Obnを算出する。ここで、上記にも記載したように、熱変位補正位置Ob2〜Ob7とは、基準温度T0における各穴P2〜P7の中心位置O2〜O7のそれぞれを原点として、ワークWの温度Twが基準温度T0から変化することに伴って、穴P2〜P7の中心位置O2〜O7が移動した座標である。式(5)に従って、各穴Pbnの熱変位補正位置ObnのX軸座標ΔPbxnおよびY軸座標ΔPbynを算出する。そして、処理を終了する。
Subsequently, the thermal displacement
図6に戻り、制御装置30の機能ブロック構成についての説明を継続する。補正部34は、基準制御値算出部31により算出された基準位置制御値に対して、熱変位補正位置算出部33により算出された熱変位補正位置Ob2〜Ob7の分を補正して、補正位置制御値を算出する。補正部34は、補正位置制御値を各軸ドライバ35に出力して、各軸ドライバ35を駆動する。各軸ドライバ35は、各軸モータ43を駆動する。つまり、補正部34は、ワークWの各穴O2〜O7を工具5により加工する際に、熱変位補正位置Ob2〜Ob7に基づいてワークWの基準点である穴P1の中心位置O1に対する工具5の相対位置を補正する。
Returning to FIG. 6, the description of the functional block configuration of the
以上説明したように、ワークWの基準点である穴P1の中心位置O1に対する他の穴P2〜P7の中心位置O2〜O7の熱変位方向および線膨張係数を、実際に実験を行って測定することにより取得している。つまり、実測値としての熱変位方向および線膨張係数がデータベース32に記憶されている。そして、このデータベース32に記憶されている実測値としての熱変位方向および線膨張係数を用いて、加工時のワークWの温度Twに応じた熱変位補正位置Ob2〜Ob7を算出している。従って、熱変位補正を行うための熱変位補正位置Ob2〜Ob7を、ワークWの実際の熱変位位置に高精度に一致させることができる。その結果、加工精度を向上することができる。
As described above, the thermal displacement direction and the linear expansion coefficient of the center positions O2 to O7 of the other holes P2 to P7 with respect to the center position O1 of the hole P1, which is the reference point of the workpiece W, are actually measured through experiments. It is acquired by That is, the thermal displacement direction and the linear expansion coefficient as measured values are stored in the
さらに、基準点としての穴P1以外の穴P2〜P7それぞれに対して、それぞれの線膨張係数a2〜a7をデータベース32に記憶している。従って、各穴P2〜P7に応じた線膨張係数a2〜a7を用いて、各穴P2〜P7の中心位置O2〜O7の熱変位量ΔPb2〜ΔPb7を算出している。その結果、各穴P2〜P7の中心位置O2〜O7における熱変位量ΔPb2〜ΔPb7を、ワークWの実際の熱変位量に確実に一致させることができる。
Further, the respective linear expansion coefficients a2 to a7 are stored in the
<第二実施形態>
データベース32に記憶する情報についての第二実施形態について、図10を参照して説明する。図10に示すように、データベース32において、穴P2〜P7における線膨張係数として、穴P2〜P7全てについて一定値aaveを記憶している。この線膨張係数aaveは、実測した各穴P2〜P7における線膨張係数a1〜a7の平均値である。この平均値である線膨張係数aaveは、当然ではあるが、理論値と一致するとは限らない。そして、熱変位補正位置算出部33による熱変位補正位置算出処理は、線膨張係数aaveが相違するのみで、上記と同様の処理となる。
<Second embodiment>
A second embodiment of information stored in the
このように、熱変位補正位置算出部33における熱変位量ΔPbnの算出に用いる線膨張係数aaveとして、実験により測定された値の平均値を用いることで、当該線膨張係数aaveを実際のワークWの線膨張係数に近似した値にできる。その結果、各穴P2〜P7における熱変位量ΔPbnを、実際の熱変位量に高精度に一致させることができる。さらに、線膨張係数aaveとして、複数の穴P2〜P7に対して一定の値を用いることにより、熱変位補正位置算出部33における熱変位量ΔPbnの演算処理速度を高速にできる。これにより、加工位置に対して高い追従性を確保することができるため、加工精度を向上することができる。
As described above, by using the average value of the values measured by experiments as the linear expansion coefficient a ave used for calculating the thermal displacement amount ΔPbn in the thermal displacement correction
<第三実施形態>
上記においては、ワークWの穴P1〜P7を加工部位とした場合について説明した。この他に、図11に示すワークWの面を加工部位として、上記の熱変位補正を適用することもできる。ワークWの面などの加工部位としては、曲面形状部位であってもよいし、平面形状部位であってもよい。
<Third embodiment>
In the above, the case where the holes P1 to P7 of the workpiece W were used as the machining parts was described. In addition, the above-described thermal displacement correction can be applied using the surface of the workpiece W shown in FIG. The processing part such as the surface of the workpiece W may be a curved part or a planar part.
この場合、図11に示すように、ワークWの加工部位における複数の点P11,P12,P13,P14についての実際の熱変位位置の事前測定を行って、データベース32に記憶しておく。そして、加工時において、データベース32に記憶されている情報を用いて補間することにより、基準制御値算出部31にて算出された基準位置制御値に対応するワークWの加工位置Pにおける熱変位補正位置ΔPを算出する。具体的には、当該ワークWの加工位置Pにおける熱変位方向を表す角度θは、データベース32に記憶されている情報の中から、当該加工位置Pに隣接する複数の位置P11,P12,P13,P14における熱変位方向を表す角度θを補間することにより算出する。さらに、当該ワークWの加工位置Pにおける線膨張係数aは、データベース32に記憶されている情報の中から、当該加工位置Pに隣接する複数の位置P11,P12,P13,P14における線膨張係数を補間することにより算出する。なお、線膨張係数は、第二実施形態にて説明したように、平均値としての一定値を用いることもできる。そして、補正部34にて、当該熱変位補正位置を用いて熱変位補正を行いながら面加工を行う。
In this case, as shown in FIG. 11, actual thermal displacement positions for a plurality of points P11, P12, P13, and P14 in the machining part of the workpiece W are measured in advance and stored in the
<その他>
上記実施形態においては、ワークWの温度Twについてクーラント温度Tcを用いた。この他に、ワークWの温度Twが室温Trに一致するのであれば、室温Trを計測して、計測した室温TrをワークWの温度Twとして適用することもできる。また、非接触温度センサを用いることで、ワークW自身の温度Twを直接計測できる。
<Others>
In the above embodiment, the coolant temperature Tc is used for the temperature Tw of the workpiece W. In addition, if the temperature Tw of the workpiece W matches the room temperature Tr, the room temperature Tr can be measured and the measured room temperature Tr can be applied as the temperature Tw of the workpiece W. Moreover, the temperature Tw of the workpiece | work W itself can be directly measured by using a non-contact temperature sensor.
5:工具、 30:制御装置、 31:基準制御値算出部
32:データベース、 33:熱変位補正位置算出部、 34:補正部
42:クーラント温度センサ
P1:基準穴、 P2〜P7:熱変位補正対象の穴、 W:ワーク
5: Tool, 30: Control device, 31: Reference control value calculation unit 32: Database, 33: Thermal displacement correction position calculation unit, 34: Correction unit 42: Coolant temperature sensor P1: Reference hole, P2 to P7: Thermal displacement correction Target hole, W: Workpiece
Claims (6)
前記ワークの温度を実際に変化させた時に予め測定した前記ワークの基準点に対する前記ワークの所定点の熱変位方向を記憶するデータベースと、
加工時における前記ワークの温度を直接または間接に計測する温度計測手段と、
前記データベースに記憶されている前記ワークの所定点の熱変位方向、前記温度計測手段により計測された前記ワークの温度、および、前記ワークの線膨張係数に基づいて、加工時における前記ワークの所定点の熱変位補正位置を算出する熱変位補正位置算出手段と、
前記ワークの所定点を前記工具により加工する際に、前記熱変位補正位置に基づいて前記ワークの基準点に対する前記工具の相対位置を補正する補正手段と、
を備える熱変位補正装置。 A thermal displacement correction device that corrects the relative position of the tool with respect to a reference point of the workpiece based on the thermal displacement of the workpiece,
A database for storing a thermal displacement direction of a predetermined point of the workpiece with respect to a reference point of the workpiece measured in advance when the temperature of the workpiece is actually changed;
Temperature measuring means for directly or indirectly measuring the temperature of the workpiece during processing;
Based on the thermal displacement direction of the predetermined point of the workpiece stored in the database, the temperature of the workpiece measured by the temperature measuring means, and the linear expansion coefficient of the workpiece, the predetermined point of the workpiece at the time of machining Thermal displacement correction position calculating means for calculating the thermal displacement correction position of
Correction means for correcting a relative position of the tool with respect to a reference point of the workpiece based on the thermal displacement correction position when processing the predetermined point of the workpiece with the tool;
A thermal displacement correction device comprising:
前記データベースは、前記ワークの温度を実際に変化させた時に予め測定した前記ワークの基準点に対する前記ワークの所定点の熱変位量と前記ワークの温度とに基づいて算出した前記ワークの線膨張係数をさらに記憶し、
前記熱変位補正位置算出手段は、前記データベースに記憶されている前記ワークの線膨張係数を用いて、前記ワークの所定点の熱変位補正位置を算出する熱変位補正装置。 In claim 1,
The database is a coefficient of linear expansion of the workpiece calculated based on a thermal displacement amount of the predetermined point of the workpiece with respect to a reference point of the workpiece measured in advance when the temperature of the workpiece is actually changed, and the temperature of the workpiece. Remember more,
The thermal displacement correction position calculating unit calculates a thermal displacement correction position at a predetermined point of the workpiece using a linear expansion coefficient of the workpiece stored in the database.
前記ワークの所定点は、複数であり、
前記データベースに記憶されている前記線膨張係数は、前記ワークの複数の所定点における線膨張係数の平均値である熱変位補正装置。 In claim 2,
The predetermined points of the workpiece are plural,
The thermal displacement correction device, wherein the linear expansion coefficient stored in the database is an average value of linear expansion coefficients at a plurality of predetermined points of the workpiece.
前記ワークの加工部位は、複数の穴であり、
前記ワークの所定点は、それぞれの前記穴であり、
前記データベースに記憶されている前記線膨張係数は、前記ワークのそれぞれの所定点の線膨張係数であり、
前記熱変位補正位置算出手段は、前記データベースに記憶されている前記ワークのそれぞれの所定点の線膨張係数を用いて、前記ワークのそれぞれの所定点の熱変位補正位置を算出する熱変位補正装置。 In claim 2,
The processing part of the workpiece is a plurality of holes,
The predetermined points of the workpiece are the holes, respectively.
The linear expansion coefficient stored in the database is a linear expansion coefficient of each predetermined point of the workpiece,
The thermal displacement correction position calculating means calculates a thermal displacement correction position of each predetermined point of the workpiece using a linear expansion coefficient of each predetermined point of the workpiece stored in the database. .
前記ワークの加工部位は、曲面形状部位または平面形状部位であり、
前記ワークの所定点は、前記ワークの加工部位に含まれる複数の点であり、
前記データベースに記憶されている前記熱変位方向は、前記ワークのそれぞれの所定点の熱変位方向であり、
前記熱変位補正位置算出手段は、前記ワークの加工点に応じた熱変位方向を、前記データベースに記憶されている前記ワークのそれぞれの所定点の熱変位方向を用いて補間することにより算出する熱変位補正装置。 In claim 1,
The processing part of the workpiece is a curved surface part or a planar part,
The predetermined points of the workpiece are a plurality of points included in the processed part of the workpiece,
The thermal displacement direction stored in the database is the thermal displacement direction of each predetermined point of the workpiece,
The thermal displacement correction position calculating means, the thermal displacement direction depending on the machining point of the workpiece is calculated by interpolation using the thermal displacement direction of each of the predetermined points of the work stored in said database Thermal displacement correction device.
前記ワークの温度を実際に変化させた時に前記ワークの基準点に対する前記ワークの所定点の熱変位方向を予め測定する測定工程と、
加工時における前記ワークの温度を直接または間接に計測する温度計測工程と、
予め測定した前記ワークの所定点の熱変位方向、前記温度計測工程にて計測された前記ワークの温度、および、前記ワークの線膨張係数に基づいて、加工時における前記ワークの所定点の熱変位補正位置を算出する熱変位補正位置算出工程と、
前記ワークの所定点を前記工具により加工する際に、前記熱変位補正位置に基づいて前記ワークの基準点に対する前記工具の相対位置を補正する補正工程と、
を備える熱変位補正方法。 A thermal displacement correction method for correcting a relative position of a tool with respect to a reference point of the workpiece based on a thermal displacement of the workpiece,
A measurement step of measuring in advance a thermal displacement direction of a predetermined point of the workpiece with respect to a reference point of the workpiece when the temperature of the workpiece is actually changed;
A temperature measurement step for directly or indirectly measuring the temperature of the workpiece during processing;
Based on the thermal displacement direction of the predetermined point of the workpiece measured in advance, the temperature of the workpiece measured in the temperature measurement step, and the linear expansion coefficient of the workpiece, the thermal displacement of the predetermined point of the workpiece during processing A thermal displacement correction position calculating step for calculating a correction position;
A correction step of correcting a relative position of the tool with respect to a reference point of the workpiece based on the thermal displacement correction position when processing the predetermined point of the workpiece with the tool;
A thermal displacement correction method comprising:
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