JP5803261B2 - Thermal displacement correction method and thermal displacement correction apparatus for machine tool - Google Patents
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Description
本発明は、工作機械における熱変位補正方法および熱変位補正装置に関する。 The present invention relates to a thermal displacement correction method and a thermal displacement correction apparatus for a machine tool.
工作機械は、制御装置により各駆動軸を位置制御することにより工作物の加工を行っている。この工作機械において、工具による加工やモータの回転等の内的要因による発熱および設置環境の室温変動等の外的要因による熱伝達により、構造体が熱変形することがある。構造体の熱変形は、加工位置に影響を及ぼすため、加工精度の低下を招来するおそれがある。 A machine tool processes a workpiece by controlling the position of each drive shaft by a control device. In this machine tool, the structure may be thermally deformed due to heat generation due to internal factors such as machining by tools and rotation of the motor, and heat transfer due to external factors such as room temperature fluctuations in the installation environment. Since the thermal deformation of the structure affects the processing position, the processing accuracy may be reduced.
そこで、例えば、特許文献1には、ニューラルネットワークの学習機能を利用して、工作機械における熱変位を高精度に補正する方法が開示されている。この方法は、工作機械の各部に配置された複数の温度測定手段の出力と、テーブル上に配置された位置測定手段の出力とから、ニューラルネットワーク理論に基づいて、各温度測定手段の出力に対応する工作機械の熱変位量を予測する教師データのテーブルを作成する。そして、工作物の加工時に、各温度測定手段の出力から、データテーブルに基づいて工作機械の熱変位量を予測する。その予測結果に基づいて工作機械の動きを補正する。 Thus, for example, Patent Document 1 discloses a method of correcting a thermal displacement in a machine tool with high accuracy using a learning function of a neural network. This method corresponds to the output of each temperature measuring means based on the neural network theory from the output of a plurality of temperature measuring means arranged in each part of the machine tool and the output of the position measuring means arranged on the table. Create a teacher data table that predicts the thermal displacement of the machine tool. Then, when machining the workpiece, the thermal displacement amount of the machine tool is predicted based on the data table from the output of each temperature measuring means. The movement of the machine tool is corrected based on the prediction result.
また、例えば、特許文献2には、ニューラルネットワークを用いて熱変位量を補正することにより高い加工精度を確保することができる工作機械が開示されている。この工作機械は、機械部の各要素部分に配置された温度センサからの温度情報を温度記憶手段に記憶し、また、この時の各軸の熱変位量を熱変位量記憶手段に記憶する。そして、温度記憶手段からの温度情報を入力し、熱変位量記憶手段から熱変位量を教師データとして入力し、ニューラルネットワークにて学習を行って関数を同定する。そして、実際の制御時には、関数および温度センサからの温度情報に基づいて機械部の熱変位量推論値を求め、この推論値に基づいて各軸の熱変位量の補正値を求める。この補正値に基づいて各軸の移動量を補正する。 Further, for example, Patent Document 2 discloses a machine tool that can ensure high machining accuracy by correcting the amount of thermal displacement using a neural network. This machine tool stores the temperature information from the temperature sensor arranged in each element part of the machine part in the temperature storage means, and also stores the thermal displacement amount of each axis at this time in the thermal displacement amount storage means. Then, the temperature information from the temperature storage means is input, the thermal displacement amount is input from the thermal displacement amount storage means as teacher data, and learning is performed by a neural network to identify the function. At the time of actual control, a thermal displacement amount inference value of the mechanical unit is obtained based on the function and temperature information from the temperature sensor, and a correction value of the thermal displacement amount of each axis is obtained based on the inference value. Based on this correction value, the movement amount of each axis is corrected.
また、例えば、特許文献3には、ニューラルネットワークを用いて、工作物の生産性を低下させることなく、高い精度の熱変位補正が可能な熱変位補正装置が開示されている。この熱変位補正装置は、工作機械各部の温度センサから温度情報を受け、ニューラルネットワーク定数値を用いて工具と工作物との熱変位の補正量を演算する。教師データ記憶部から読み出した熱変位および温度情報を教師データとして学習することにより、ニューラルネットワーク定数値を調整する。そして、工作物の加工時に、各温度センサから温度情報を受け、ニューラルネットワーク定数値に基づいて工作機械の熱変位量を演算する。その演算結果に基づいて工作機械の動きを補正する。 Further, for example, Patent Document 3 discloses a thermal displacement correction device that can perform thermal displacement correction with high accuracy without using a neural network to reduce the productivity of a workpiece. This thermal displacement correction device receives temperature information from temperature sensors in each part of the machine tool and calculates a correction amount of thermal displacement between the tool and the workpiece using a neural network constant value. The neural network constant value is adjusted by learning the thermal displacement and temperature information read from the teacher data storage unit as teacher data. When machining the workpiece, the temperature information is received from each temperature sensor, and the thermal displacement amount of the machine tool is calculated based on the neural network constant value. Based on the calculation result, the movement of the machine tool is corrected.
上述の各特許文献に記載のニューラルネットワークを用いた熱変位補正では、未学習の教師データに対しては、数学的に熱変位補正の精度の保証が得られない。また、学習のノウハウが必要であり、過学習や局所解等により安定した学習結果が常に得られるとは限らない。また、熱変位箇所の寸法や物性値等の物理設計情報が何も盛り込まれておらず、あくまで測定データに対する数字合わせに過ぎないという問題がある。 In the thermal displacement correction using the neural network described in each of the above patent documents, it is not possible to mathematically guarantee the accuracy of the thermal displacement correction for unlearned teacher data. Moreover, learning know-how is necessary, and stable learning results are not always obtained by over-learning, local solutions, or the like. In addition, there is a problem that physical design information such as dimensions and physical property values of the thermal displacement portion is not included, and is merely a numerical alignment with the measurement data.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、工作機械の熱変形に対し信頼性の高い熱変位補正が可能な工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a thermal displacement correction method and a thermal displacement correction apparatus for a machine tool capable of performing highly reliable thermal displacement correction with respect to thermal deformation of the machine tool. With the goal.
(工作機械の熱変位補正方法)
(請求項1)本発明の工作機械の熱変位補正方法は、工作機械の所定部位に配置された温度センサからの温度情報に基づいて、前記工作機械の熱変位の推定が可能な異なる2種類の熱変位推定処理を用いて、工作物の加工中に発生する前記工作機械の熱変位を補正する方法であって、前記2種類の熱変位推定処理のうち、処理時間が短時間の熱変位推定処理を前記工作物の加工開始から連続的に実行する第1熱変位推定処理実行工程と、前記2種類の熱変位推定処理のうち、処理時間が長時間の熱変位推定処理を前記工作物の加工開始から所定時間ごとに実行する第2熱変位推定処理実行工程と、前記第1熱変位推定処理実行工程にて得られる第1熱変位推定値と、前記第2熱変位推定処理実行工程にて得られる第2熱変位推定値との差を、予め記憶している前記工作機械の熱変位の許容範囲である閾値と比較する熱変位推定値比較工程と、前記熱変位推定値比較工程にて得られる熱変位推定値の差が前記閾値の範囲内のとき、前記第1熱変位推定値に基づいて、NCプログラムによる前記工作機械の移動体の指令位置に対する補正値を求める補正値演算工程と、前記補正値演算工程にて得られる前記補正値により前記指令位置を補正する補正工程と、前記熱変位推定値比較工程にて得られる熱変位推定値の差が前記閾値の範囲外のとき、前記工作物の加工を停止する加工停止工程と、を備える。
(Machine tool thermal displacement compensation method)
Thermal displacement correction method for a machine tool (claim 1) the present invention is based on the temperature information from the temperature sensor disposed at a predetermined position of the machine tool, differ estimate possible of the machine tool thermal displacement 2 A method of correcting the thermal displacement of the machine tool generated during machining of a workpiece using a type of thermal displacement estimation process, wherein the heat of which processing time is short among the two types of thermal displacement estimation processes. A first thermal displacement estimation process executing step for continuously executing the displacement estimation process from the start of machining the workpiece, and a thermal displacement estimation process having a long processing time among the two types of thermal displacement estimation processes. A second thermal displacement estimation process execution step executed every predetermined time from the start of processing of the object, a first thermal displacement estimation value obtained in the first thermal displacement estimation process execution step, and the second thermal displacement estimation process execution The difference from the second thermal displacement estimated value obtained in the process is The difference between the thermal displacement estimated value comparison step for comparison with the stored threshold value which is the allowable range of thermal displacement of the machine tool and the thermal displacement estimated value obtained in the thermal displacement estimated value comparison step is the range of the threshold value. A correction value calculation step for obtaining a correction value for the command position of the moving body of the machine tool based on the NC program based on the first thermal displacement estimated value, and the correction value obtained in the correction value calculation step A correction step of correcting the command position and a machining stop step of stopping machining of the workpiece when the difference between the thermal displacement estimation values obtained in the thermal displacement estimation value comparison step is outside the threshold range; Is provided.
(請求項2)また、前記第1熱変位推定処理実行工程にて実行される熱変位推定処理は、人工知能による処理もしくは統計による処理であり、前記第2熱変位推定処理実行工程にて実行される熱変位推定処理は、物理構造解析であるとよい。 (Claim 2) Further, the thermal displacement estimation process executed in the first thermal displacement estimation process execution step is a process based on artificial intelligence or a process based on statistics, and is executed in the second thermal displacement estimation process execution step. The thermal displacement estimation process to be performed may be physical structure analysis.
(工作機械の熱変位補正装置)
(請求項3)本発明の工作機械の熱変位補正装置は、異なる2種類の熱変位の推定が可能な熱変位推定処理を用いて、工作物の加工中に発生する工作機械の熱変位を補正する装置であって、前記工作機械の所定部位に配置された温度センサと、前記温度センサからの温度情報に基づいて、前記2種類の熱変位推定処理のうち、処理時間が短時間の熱変位推定処理を前記工作物の加工開始から連続的に実行する第1熱変位推定処理実行手段と、前記温度センサからの温度情報に基づいて、前記2種類の熱変位推定処理のうち、処理時間が長時間の熱変位推定処理を前記工作物の加工開始から所定時間ごとに実行する第2熱変位推定処理実行手段と、前記工作機械の熱変位の許容範囲である閾値を記憶する閾値記憶手段と、前記第1熱変位推定処理実行手段にて得られる第1熱変位推定値と、前記第2熱変位推定処理実行手段にて得られる第2熱変位推定値との差を求め、前記閾値記憶手段に記憶されている前記閾値と比較する熱変位推定値比較手段と、前記熱変位推定値比較手段にて得られる熱変位推定値の差が前記閾値の範囲内のとき、前記第1熱変位推定値に基づいて、NCプログラムによる前記工作機械の移動体の指令位置に対する補正値を求める補正値演算手段と、前記補正値演算手段にて得られる前記補正値により前記指令位置を補正する補正手段と、前記熱変位推定値比較手段にて得られる熱変位推定値の差が前記閾値の範囲外のとき、前記加工を停止する加工停止手段と、を備える。
(Machine tool thermal displacement compensation device)
Temperature compensation apparatus of a machine tool of a third aspect of the present invention uses different two putative possible thermal displacement estimation process thermal displacement, thermal displacement of a machine tool that occurs during processing of the workpiece And a temperature sensor disposed at a predetermined part of the machine tool, and based on temperature information from the temperature sensor, the processing time is short among the two types of thermal displacement estimation processes. Based on the temperature information from the first thermal displacement estimation processing execution means and temperature information from the temperature sensor, the thermal displacement estimation processing is performed out of the two types of thermal displacement estimation processing. Second thermal displacement estimation processing execution means for executing thermal displacement estimation processing for a long time every predetermined time from the start of machining of the workpiece, and threshold storage for storing a threshold that is an allowable range of thermal displacement of the machine tool And a first thermal displacement estimation process The difference between the first thermal displacement estimated value obtained by the execution means and the second thermal displacement estimated value obtained by the second thermal displacement estimation processing execution means is obtained, and the threshold value stored in the threshold storage means When the difference between the thermal displacement estimated value comparing means to be compared with the thermal displacement estimated value obtained by the thermal displacement estimated value comparing means is within the threshold value range, the NC program is based on the first thermal displacement estimated value. a correction value calculating means for obtaining a correction value for the commanded position of the moving body of the machine tool according to a correction means for correcting the commanded position by the pre-Symbol correction values Ru obtained by the correction value calculating means, the thermal displacement estimation Machining stop means for stopping the machining when the difference between the thermal displacement estimated values obtained by the value comparison means is outside the threshold range.
(請求項1)本発明によると、第1熱変位推定処理は、第2熱変位推定処理よりも処理時間が短く、熱変位推定値にリアルタイム性があるため、工作物の加工開始から継続的に実行される。一方、第2熱変位推定処理は、多くの情報を処理する必要があるため第1熱変位推定処理よりも処理時間が長いが、多くの情報を処理する分、熱変位推定値に信頼性があるため、工作物Wの加工開始から定期的に実行される。これにより、第1熱変位推定処理による熱変位推定値を、第2熱変位推定処理による熱変位推定値で監視することができ、相互補完して熱変位推定値の信頼性を向上させることが可能となる。 (Claim 1) According to the present invention, the first thermal displacement estimation process has a shorter processing time than the second thermal displacement estimation process, and the thermal displacement estimation value has real-time characteristics. To be executed. On the other hand, since the second thermal displacement estimation process needs to process a lot of information, the processing time is longer than that of the first thermal displacement estimation process. Therefore, it is periodically executed from the start of machining the workpiece W. Thereby, the thermal displacement estimated value by the 1st thermal displacement estimation process can be monitored by the thermal displacement estimated value by the 2nd thermal displacement estimation process, and it can mutually complement and improve the reliability of a thermal displacement estimated value. It becomes possible.
(請求項2)第1熱変位推定処理として、人工知能もしくは統計処理を行うことにより、リアルタイムに熱変位推定値を得ることができる。また、第2熱変位推定処理として、物理構造解析を行うことにより、信頼性の高い熱変位推定値を得ることができる。 (Claim 2) By performing artificial intelligence or statistical processing as the first thermal displacement estimation processing, the thermal displacement estimation value can be obtained in real time. In addition, a highly reliable thermal displacement estimated value can be obtained by performing a physical structure analysis as the second thermal displacement estimating process.
(請求項3)本発明の工作機械の熱変位補正装置によれば、上述した工作機械の熱変位補正方法における効果と同様の効果を奏する。 (Claim 3) According to the thermal displacement correction apparatus for a machine tool of the present invention, the same effects as those in the above-described thermal displacement correction method for a machine tool can be obtained.
(1.工作機械の機械構成)
工作機械1の一例として、横型マシニングセンタを例に挙げ、図1および図2を参照して説明する。つまり、当該工作機械は駆動軸として、相互に直交する3つの直進軸(X,Y,Z軸)および鉛直方向の回転軸(B軸)を有する工作機械である。
(1. Machine configuration of machine tool)
As an example of the machine tool 1, a horizontal machining center will be described as an example and will be described with reference to FIGS. That is, the machine tool is a machine tool having three rectilinear axes (X, Y, Z axes) orthogonal to each other and a vertical rotation axis (B axis) as drive axes.
図1および図2に示すように、工作機械1は、ベッド10と、コラム20と、サドル30と、回転主軸40と、テーブル50と、ターンテーブル60と、複数の温度センサ70と、制御装置80と、熱変位補正装置90とから構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the machine tool 1 includes a
ベッド10は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。ただし、ベッド10の形状派矩形状に限定されるものではない。このベッド10の上面には、コラム20が摺動可能な一対のX軸ガイドレール11a,11bが、X軸方向(水平方向)に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。さらに、ベッド10には、一対のX軸ガイドレール11a,11bの間に、コラム20をX軸方向に駆動するための、図略のX軸ボールねじが配置され、このX軸ボールねじを回転駆動するX軸モータ11cが配置されている。
The
さらに、ベッド10の上面には、テーブル50が摺動可能な一対のZ軸ガイドレール12a,12bがX軸方向と直交するZ軸方向(水平方向)に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。さらに、ベッド10には、一対のZ軸ガイドレール12a,12bの間に、テーブル50をZ軸方向に駆動するための、図略のZ軸ボールねじが配置され、このZ軸ボールねじを回転駆動するZ軸モータ12cが配置されている。
Further, on the upper surface of the
コラム20の底面には、一対のX軸ガイド溝21a,21bがX軸方向に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。コラム20は、ベッド10に対してX軸方向に移動可能なように、一対のX軸ガイド溝21a,21bが一対のX軸ガイドレール11a,11b上にボールガイド22a,22bを介して嵌め込まれ、コラム20の底面がベッド10の上面に密接されている。
A pair of
さらに、コラム20のX軸に平行な側面(摺動面)20aには、サドル30が摺動可能な一対のY軸ガイドレール23a,23bがY軸方向(鉛直方向)に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。さらに、コラム20には、一対のY軸ガイドレール23a,23bの間に、サドル30をY軸方向に駆動するための、図略のY軸ボールねじが配置され、このY軸ボールねじを回転駆動するY軸モータ23cが配置されている。
Further, on a side surface (sliding surface) 20a parallel to the X axis of the
コラム20の摺動面20aに対向するサドル30の側面30aには、一対のY軸ガイド溝31a,31bがY軸方向に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。サドル30は、コラム20に対してY軸方向に移動可能なように、一対のY軸ガイド溝31a,31bが一対のY軸ガイドレール23a,23bに嵌め込まれ、サドル30の側面30aがコラム20の摺動面20aに密接されている。
A pair of Y-
回転主軸40は、サドル30内に収容された主軸モータ41により回転可能に設けられ、工具42を支持している。工具42は、回転主軸40の先端に固定され、回転主軸40の回転に伴って回転する。また、工具42は、コラム20およびサドル30の移動に伴ってベッド10に対してX軸方向およびY軸方向に移動する。なお、工具42としては、例えば、ボールエンドミル、エンドミル、ドリル、タップ等である。
The
テーブル50は、ベッド10に対してZ軸方向に移動可能なように、一対のZ軸ガイドレール12a,12b上に設けられている。テーブル50の上面には、ターンテーブル60が鉛直方向のB軸回りで回転可能に支持されている。
ターンテーブル60は、ベッド10内に収容されたB軸モータ61により回転可能に設けられ、工作物Wを磁気吸着等により固定している。
The table 50 is provided on the pair of Z-axis guide rails 12 a and 12 b so as to be movable in the Z-axis direction with respect to the
The
温度センサ70は、工作機械1の所定部位、すなわちベッド10、コラム20、サドル30、回転主軸40、テーブル50およびターンテーブル60の任意の部位に取付けられている。この温度センサ70としては、例えば、熱電対やサーミスタが用いられる。
The
制御装置80は、主軸モータ41を制御して、工具42を回転させ、X軸モータ11c、Z軸モータ12c、Y軸モータ23c、およびB軸モータ61を制御して、工作物Wと工具42とをX軸方向、Z軸方向、Y軸方向およびB軸回りに相対移動することにより、工作物Wの加工を行う。また、制御装置80は、工作機械1の熱変位補正を行う熱変位補正装置90を備えている。ただし、熱変位補正装置90は、制御装置80の内部に備えるものに限られず、外部装置として適用することもできる。
The
(2.熱変位補正の説明)
次に、熱変位補正装置90による熱変位の補正について説明する。熱変位補正装置90による熱変位補正は、工作物Wの加工中に行うもので、温度センサ70からの温度情報に基づいて、工作機械1の熱変位の推定が可能な異なる2種類の熱変位推定処理が用いられる。2種類の熱変位推定処理は、処理時間が比較的短時間の熱変位推定処理(第1熱変位推定処理)と、処理時間が比較的長時間の熱変位推定処理(第2熱変位推定処理)である。
(2. Explanation of thermal displacement correction)
Next, correction of thermal displacement by the thermal displacement correction device 90 will be described. The thermal displacement correction by the thermal displacement correction device 90 is performed during the processing of the workpiece W, and two different types of thermal displacement that can estimate the thermal displacement of the machine tool 1 based on the temperature information from the
第1熱変位推定処理としては、人工知能もしくは統計処理があり、第2熱変位推定処理としては、物理構造解析がある。人工知能としては、例えば、ニューラルネットワーク、ファジィ推論、遺伝的アルゴリズム等のパターン認識があり、統計処理としては、例えば、重回帰、応答曲面法、クラスター分析等の統計処理がある。物理構造解析としては、例えば、有限要素法、境界要素法等がある。 The first thermal displacement estimation process includes artificial intelligence or statistical processing, and the second thermal displacement estimation process includes physical structure analysis. Examples of artificial intelligence include pattern recognition such as neural network, fuzzy reasoning, and genetic algorithm. Examples of statistical processing include statistical processing such as multiple regression, response surface methodology, and cluster analysis. Examples of the physical structure analysis include a finite element method and a boundary element method.
人工知能もしくは統計処理は、物理構造解析よりも処理時間が短く、熱変位推定値にリアルタイム性があるため、工作物Wの加工開始から継続的に実行される。一方、多くの情報を処理する必要があるため、人工知能もしくは統計処理よりも処理時間が長い物理構造解析は、熱変位推定値に信頼性があるため、工作物Wの加工開始から定期的に実行される。そして、人工知能もしくは統計処理による熱変位推定値を、物理構造解析による熱変位推定値で監視することにより、相互補完して熱変位推定値の信頼性を向上させることが可能となる。 Artificial intelligence or statistical processing is executed continuously from the start of machining of the workpiece W because the processing time is shorter than the physical structure analysis and the thermal displacement estimated value has real-time characteristics. On the other hand, since it is necessary to process a large amount of information, the physical structure analysis with a longer processing time than artificial intelligence or statistical processing is reliable in the thermal displacement estimation value. Executed. And by monitoring the thermal displacement estimated value by artificial intelligence or statistical processing with the thermal displacement estimated value by physical structure analysis, it becomes possible to complement each other and improve the reliability of the thermal displacement estimated value.
(3.熱変位補正装置の構成)
次に、熱変位補正装置90について、図2を参照して説明する。熱変位補正装置90は、第1熱変位推定処理実行部91と、第2熱変位推定処理実行部92と、閾値記憶部93と、熱変位推定値比較部94と、補正値演算部95と、補正部96と、加工停止部97とを備えて構成される。ここで、第1熱変位推定処理実行部91と、第2熱変位推定処理実行部92と、閾値記憶部93と、熱変位推定値比較部94と、補正値演算部95と、補正部96と、加工停止部97は、それぞれ個別のハードウエアによる構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。
(3. Configuration of thermal displacement correction device)
Next, the thermal displacement correction device 90 will be described with reference to FIG. The thermal displacement correction device 90 includes a first thermal displacement estimation
第1熱変位推定処理実行部91は、温度センサ70からの温度情報に基づいて、第1熱変位推定処理、例えば、ニューラルネットワークによる熱変位推定処理を工作物Wの加工開始から連続的に実行する。
第2熱変位推定処理実行部92は、温度センサ70からの温度情報に基づいて、第2熱変位推定処理、例えば、有限要素法による熱変位推定処理を工作物の加工開始Wから所定時間ごとに実行する。
Based on the temperature information from the
Based on the temperature information from the
閾値記憶部93には、工作機械1の熱変位量の許容範囲である閾値が記憶されている。この閾値は、第1熱変位推定処理実行部91で得られる第1熱変位推定値と第2熱変位推定処理実行部92で得られる第2熱変位推定値との差の許容範囲である。この閾値は、図4に示すように、第2熱変位推定処理の実行時点t1,t2,t3・・・ごとに設定されている。
熱変位推定値比較部94は、第1熱変位推定処理実行部91にて得られる第1熱変位推定値と、第2熱変位推定処理実行部92にて得られる第2熱変位推定値との差を求め、閾値記憶部93に記憶されている閾値と比較する。
The threshold
The thermal displacement estimated
補正値演算部95は、熱変位推定値比較部94にて得られる熱変位推定値の差が閾値の範囲内のとき、第1熱変位推定値に基づいて、加工指令位置に対する補正値を求める。
補正部96は、補正値演算部95にて得られる補正値により加工指令位置を補正する。
加工停止部97は、熱変位推定値比較部94にて得られる熱変位推定値の差が閾値の範囲外のとき、工作物Wの加工を停止する。
The correction
The
The machining stop unit 97 stops machining the workpiece W when the difference between the thermal displacement estimated values obtained by the thermal displacement estimated
(4.熱変位補正装置による処理)
次に、熱変位補正装置90による処理について、図3を参照して説明する。この熱変位補正装置90による処理は、加工中において実行可能である。
(4. Processing by thermal displacement correction device)
Next, processing by the thermal displacement correction device 90 will be described with reference to FIG. The processing by the thermal displacement correction device 90 can be executed during machining.
図3に示すように、工作物Wの加工が開始されたら(ステップS1)、連続的に温度センサ70および図略の変位センサから、工作機械1の所定部位、すなわちベッド10、コラム20、サドル30、回転主軸40、テーブル50およびターンテーブル60の任意の部位の温度情報および変位情報を入力する(ステップS2)。そして、第1熱変位推定処理としてニューラルネットワークによる熱変位推定処理を実行し(ステップS3)、得られた第1熱変位推定値を記憶する(ステップS4)。この処理は、既知の技術によるものであり、以下に概略を説明する。
As shown in FIG. 3, when machining of the workpiece W is started (step S <b> 1), predetermined portions of the machine tool 1, that is, the
上述の工作機械1の所定部位のニューラルネットワークの重み係数の初期値を設定する。そして、入力した温度情報と設定したニューラルネットワークの重み係数の初期値とから熱変位量を演算する。そして、入力した変位情報を教師データとして演算結果と比較し、推論誤差を算出する。推論誤差が大きい場合には、その誤差に対する重み係数の偏微分を求め、新たな重み係数を算出する。 The initial value of the weighting coefficient of the neural network of the predetermined part of the machine tool 1 described above is set. Then, the amount of thermal displacement is calculated from the input temperature information and the set initial value of the weighting coefficient of the neural network. Then, the input displacement information is compared with the calculation result as teacher data, and an inference error is calculated. When the inference error is large, a partial derivative of the weighting coefficient with respect to the error is obtained, and a new weighting coefficient is calculated.
そして、推論誤差が十分に小さくなるまで上述の演算を繰り返す。推論誤差が十分に小さくなると、熱変位量を推論できたことになり収束する。そして、その時の重み係数をニューラルネットワークの重み係数として再設定する。以上により、第1熱変位推定処理が完了する。 Then, the above calculation is repeated until the inference error becomes sufficiently small. When the inference error is sufficiently small, the thermal displacement amount can be inferred and the convergence is achieved. Then, the weighting coefficient at that time is reset as the weighting coefficient of the neural network. Thus, the first thermal displacement estimation process is completed.
そして、予め設定されている第2熱変位推定処理を実行する所定時間が経過したか否かを判定し(ステップS5)、所定時間が経過していない場合には、ステップS2に戻って上述の処理を繰り返す。一方、所定時間が経過した場合には、第2熱変位推定処理として有限要素法による熱変位推定処理を実行し(ステップS6)、得られた第2熱変位推定値を記憶する(ステップS7)。この処理は、既知の技術によるものであり、以下に概略を説明する。 Then, it is determined whether or not a predetermined time for executing the preset second thermal displacement estimation process has elapsed (step S5), and when the predetermined time has not elapsed, the process returns to step S2 and described above. Repeat the process. On the other hand, when the predetermined time has elapsed, thermal displacement estimation processing by the finite element method is executed as second thermal displacement estimation processing (step S6), and the obtained second thermal displacement estimation value is stored (step S7). . This process is based on a known technique and will be outlined below.
工作機械1全体の3次元モデルデータや熱変形解析用の条件データを設定する。この3次元モデルデータは、例えば、3次元CADシステムを用いて作成された工作機械1全体の3次元形状データを微小要素に分割し、これを解析に必要なモデルデータとして変換したものである。また、条件データは、工作機械1を構成する材料固有の熱伝達率、線膨張係数、ヤング率、ポアソン比や比重等からなる物性値の他、材料と雰囲気との間の熱伝達率等である。 Three-dimensional model data of the entire machine tool 1 and condition data for thermal deformation analysis are set. This three-dimensional model data is obtained by, for example, dividing the three-dimensional shape data of the entire machine tool 1 created by using a three-dimensional CAD system into minute elements and converting this into model data necessary for analysis. The condition data includes the heat transfer coefficient, the linear expansion coefficient, the Young's modulus, the physical property value including the Poisson's ratio and the specific gravity of the material constituting the machine tool 1, and the heat transfer coefficient between the material and the atmosphere. is there.
そして、入力した温度情報と設定した3次元モデルデータおよび条件データとに基づいて、各微小要素ごとの温度分布を算出する。そして、算出した温度分布を基に各微小要素の熱変位量を算出し、さらに上述の工作機械1の所定部位の熱変位量を算出する。以上により、第2熱変位推定処理が完了する。 Based on the input temperature information and the set three-dimensional model data and condition data, a temperature distribution for each minute element is calculated. Then, based on the calculated temperature distribution, the thermal displacement amount of each microelement is calculated, and further, the thermal displacement amount of the predetermined part of the machine tool 1 described above is calculated. Thus, the second thermal displacement estimation process is completed.
そして、第1熱変位推定値と第2熱変位推定値との差を求め(ステップS7)、求めた差が閾値の範囲内であるか否かを判定する(ステップS8)。そして、求めた差が閾値の範囲内(例えば、図4に示す時点t1,t2での第1熱変位推定値と第2熱変位推定値との差D1,D2)である場合には、第1熱変位推定値に基づいて、回転主軸40の先端の指令位置に対する補正値を演算する(ステップS9)。
Then, a difference between the first thermal displacement estimated value and the second thermal displacement estimated value is obtained (step S7), and it is determined whether or not the obtained difference is within a threshold range (step S8). When the obtained difference is within a threshold range (for example, the difference D1, D2 between the first thermal displacement estimated value and the second thermal displacement estimated value at the time points t1, t2 shown in FIG. 4), Based on the estimated thermal displacement value, a correction value for the command position at the tip of the
そして、演算した補正値により回転主軸40の先端の指令位置を補正する(ステップS10)。つまり、補正値により制御装置80が出力する指令位置を補正指令位置に補正する。そして、熱変位補正をさらに実行するか否かを判定し(ステップS11)、熱変位補正をさらに実行する場合には、ステップS2に戻って上述の処理を繰り返し、熱変位補正を実行しない場合には熱変位補正プログラムを終了する。
And the command position of the front-end | tip of the
一方、ステップS8において、求めた差が閾値の範囲外(例えば、図4に示す時点t3での第1熱変位推定値と第2熱変位推定値との差D3)である場合には、工作物Wの加工を停止させ、熱変位補正プログラムを終了する。これにより、工作物Wが不良となることを防止することができる。このときは、ニューラルネットワークの重み係数を再設定した後に加工を再開する。 On the other hand, in step S8, when the obtained difference is outside the range of the threshold value (for example, the difference D3 between the first thermal displacement estimated value and the second thermal displacement estimated value at time t3 shown in FIG. 4), The processing of the object W is stopped, and the thermal displacement correction program is terminated. Thereby, it can prevent that the workpiece W becomes defective. At this time, the processing is resumed after resetting the weighting coefficient of the neural network.
(5.変形態様)
なお、上述した実施形態では、熱変位補正方法は、異なる2種類の熱変位推定処理を用いたが、3種類以上の熱変位推定処理を用いてもよく、さらに熱変位推定値の信頼性を向上させることが可能となる。
(5. Modifications)
In the above-described embodiment, the thermal displacement correction method uses two different types of thermal displacement estimation processing. However, three or more types of thermal displacement estimation processing may be used, and the reliability of the thermal displacement estimation value is further improved. It becomes possible to improve.
1:工作機械
10:ベッド、 11a,11b:X軸ガイドレール、 11c:X軸モータ
12a,12b:Z軸ガイドレール、 12c:Z軸モータ
20:コラム、 21a,21b:X軸ガイド溝、 22a,22b:ボールガイド
23a,23b:Y軸ガイドレール、 23c:Y軸モータ
30:サドル、 31a,31b:Y軸ガイド溝
40:回転主軸、 41:主軸モータ、 42:工具
50:テーブル
60:ターンテーブル、 61:B軸モータ
70:温度センサ
80:制御装置
90:熱変位補正装置、 91:第1熱変位推定処理実行部
92:第2熱変位推定処理実行部、 93:閾値記憶部、 94:熱変位推定値比較部
95:補正値演算部、 96:補正部、97:加工停止部
1: Machine tool 10: Bed, 11a, 11b: X-axis guide rail, 11c:
Claims (3)
前記2種類の熱変位推定処理のうち、処理時間が短時間の熱変位推定処理を前記工作物の加工開始から連続的に実行する第1熱変位推定処理実行工程と、
前記2種類の熱変位推定処理のうち、処理時間が長時間の熱変位推定処理を前記工作物の加工開始から所定時間ごとに実行する第2熱変位推定処理実行工程と、
前記第1熱変位推定処理実行工程にて得られる第1熱変位推定値と、前記第2熱変位推定処理実行工程にて得られる第2熱変位推定値との差を、予め記憶している前記工作機械の熱変位の許容範囲である閾値と比較する熱変位推定値比較工程と、
前記熱変位推定値比較工程にて得られる熱変位推定値の差が前記閾値の範囲内のとき、前記第1熱変位推定値に基づいて、NCプログラムによる前記工作機械の移動体の指令位置に対する補正値を求める補正値演算工程と、
前記補正値演算工程にて得られる前記補正値により前記指令位置を補正する補正工程と、
前記熱変位推定値比較工程にて得られる熱変位推定値の差が前記閾値の範囲外のとき、前記工作物の加工を停止する加工停止工程と、
を備える工作機械の熱変位補正方法。 Based on the temperature information from the temperature sensor disposed at a predetermined position of the machine tool, with the machine tool 2 kinds estimation differ capable of thermal displacement of the thermal displacement estimation process occurs during the machining of the workpiece A method for correcting thermal displacement of the machine tool,
Of the two types of thermal displacement estimation processing, a first thermal displacement estimation processing execution step for continuously executing thermal displacement estimation processing with a short processing time from the start of machining the workpiece;
Of the two types of thermal displacement estimation processes, a second thermal displacement estimation process execution step for executing a thermal displacement estimation process with a long processing time every predetermined time from the start of machining the workpiece;
The difference between the first thermal displacement estimation value obtained in the first thermal displacement estimation processing execution step and the second thermal displacement estimation value obtained in the second thermal displacement estimation processing execution step is stored in advance. A thermal displacement estimated value comparison step for comparing with a threshold value that is an allowable range of thermal displacement of the machine tool;
When the difference between the thermal displacement estimated values obtained in the thermal displacement estimated value comparing step is within the threshold value range, based on the first thermal displacement estimated value, with respect to the command position of the moving body of the machine tool by the NC program A correction value calculation step for obtaining a correction value;
A correction step of correcting the command position by the correction value obtained in the correction value calculation step;
When the difference in thermal displacement estimated value obtained in the thermal displacement estimated value comparison step is outside the threshold range, a machining stop step for stopping machining of the workpiece;
A thermal displacement correction method for a machine tool comprising:
前記第1熱変位推定処理実行工程にて実行される熱変位推定処理は、人工知能による処理もしくは統計による処理であり、前記第2熱変位推定処理実行工程にて実行される熱変位推定処理は、物理構造解析である工作機械の熱変位補正方法。 In claim 1,
The thermal displacement estimation process executed in the first thermal displacement estimation process execution step is a process by artificial intelligence or a process by statistics, and the thermal displacement estimation process executed in the second thermal displacement estimation process execution step is A thermal displacement correction method for machine tools, which is physical structure analysis.
前記工作機械の所定部位に配置された温度センサと、
前記温度センサからの温度情報に基づいて、前記2種類の熱変位推定処理のうち、処理時間が短時間の熱変位推定処理を前記工作物の加工開始から連続的に実行する第1熱変位推定処理実行手段と、
前記温度センサからの温度情報に基づいて、前記2種類の熱変位推定処理のうち、処理時間が長時間の熱変位推定処理を前記工作物の加工開始から所定時間ごとに実行する第2熱変位推定処理実行手段と、
前記工作機械の熱変位の許容範囲である閾値を記憶する閾値記憶手段と、
前記第1熱変位推定処理実行手段にて得られる第1熱変位推定値と、前記第2熱変位推定処理実行手段にて得られる第2熱変位推定値との差を求め、前記閾値記憶手段に記憶されている前記閾値と比較する熱変位推定値比較手段と、
前記熱変位推定値比較手段にて得られる熱変位推定値の差が前記閾値の範囲内のとき、前記第1熱変位推定値に基づいて、NCプログラムによる前記工作機械の移動体の指令位置に対する補正値を求める補正値演算手段と、
前記補正値演算手段にて得られる前記補正値により前記指令位置を補正する補正手段と、
前記熱変位推定値比較手段にて得られる熱変位推定値の差が前記閾値の範囲外のとき、前記加工を停止する加工停止手段と、
を備える工作機械の熱変位補正装置。 A device that corrects thermal displacement of a machine tool that occurs during machining of a workpiece using thermal displacement estimation processing that can estimate two different types of thermal displacement,
A temperature sensor disposed in a predetermined part of the machine tool;
Based on the temperature information from the temperature sensor, a first thermal displacement estimation that continuously executes a thermal displacement estimation process with a short processing time from the start of machining the workpiece among the two types of thermal displacement estimation processes. Processing execution means;
Based on temperature information from the temperature sensor, among the two types of thermal displacement estimation processes, a second thermal displacement that executes thermal displacement estimation processing with a long processing time at predetermined intervals from the start of machining the workpiece. An estimation processing execution means;
Threshold storage means for storing a threshold that is an allowable range of thermal displacement of the machine tool;
A difference between a first thermal displacement estimated value obtained by the first thermal displacement estimating process executing means and a second thermal displacement estimated value obtained by the second thermal displacement estimating process executing means; Thermal displacement estimated value comparison means for comparing with the threshold value stored in
When the difference between the thermal displacement estimated values obtained by the thermal displacement estimated value comparing means is within the threshold range, based on the first thermal displacement estimated value, with respect to the command position of the moving body of the machine tool by the NC program Correction value calculation means for obtaining a correction value;
And correcting means for correcting the commanded position by the correction value before Symbol correction values Ru obtained by calculation means,
When the difference between the thermal displacement estimated values obtained by the thermal displacement estimated value comparing means is outside the threshold range, a machining stopping means for stopping the machining;
A thermal displacement correction device for a machine tool comprising:
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