JP5956497B2 - 機械の熱変位補正装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の熱変位補正装置に関し、特に主軸部熱変位の補正量の算出方法に関する。

工作機械において、送りねじや主軸はモータによって駆動されることからモータの発熱、軸受の回転による摩擦熱、送りねじのボールネジとボールナットの結合部の摩擦熱によって、主軸や送りねじは膨張し機械位置が変位する。すなわち、位置決めすべきワークと工具の相対位置関係にずれが生じる。この熱による機械位置の変動は、精度の高い加工を行う場合に問題となる。

この変位を除去するために、さまざまな要素から変位量を推定する方法が従来公知である。特許文献１では、機械の三次元モデルを想定し、機械の動作および温度から熱変位補正量を推定する方法が開示されている。この方法は微小区間の温度変化量を推定し、推定した温度変化量から熱変位補正量を推定するため、高精度の補正が可能である。また、特許文献２では、コラムの複数個所の温度の計測結果を基に、温度分布関数を算出し主軸部の熱変位を算出する方法が開示されている。

特許第３８８７１９７号公報 特開２００６−２８１４２０号公報

背景技術で説明した特許文献１の方法では計算量が多いため、計算負荷が大きく、刻一刻と変化する熱変位補正量を推定するのには向いていない。また、特許文献２の方法では、温度センサを用いることで、工作機械のコストがアップし、さらに、温度センサが故障した場合、正確な補正ができなくなる。

そこで本発明の目的は、主軸部を二次元モデルとして捉えることで、計算にかかる負荷が減少し、刻一刻と変化する補正量をより細かいスパンで計算できる機械の熱変位補正装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、主軸を含む主軸部の熱変位を補正する工作機械の熱変位補正装置において、前記主軸部を熱的に対称とする平面における二次元モデルとして捉え、二次元モデルを分割し区間を設定し、それぞれの区間に対応する線膨張係数と発熱係数と放熱係数と隣接する各区間との間の熱伝導係数を保存するメモリと、前記メモリに保存されたそれぞれの区間に対応する発熱係数と放熱係数と隣接する各区間との間の熱伝導係数とから、各区間の温度を推定する温度推定手段と、前記温度推定手段により推定した温度と、前記メモリに保存されたそれぞれの区間に対応する線膨張係数から補正量を推定する補正量推定手段と、送り軸の指令位置への移動において、送り軸の位置指令値に対して該補正量を加算することによって補正を行う熱変位補正手段と、を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正装置である。

請求項２に係る発明は、主軸を含む主軸部の熱変位を補正する工作機械の熱変位補正装置において、前記主軸部を熱的に対称とする平面における二次元モデルとして捉え、二次元モデルを分割し区間を設定し、それぞれの区間に対応する線膨張係数と発熱係数と放熱係数と隣接する各区間との間の熱伝導係数を保存するメモリと、主軸の回転数を計測する主軸回転数計測手段を持ち、前記メモリに保存されたそれぞれの区間に対応する発熱係数と放熱係数と隣接する各区間との間の熱伝導係数と、前記主軸回転数計測手段によって得られる主軸回転数とから各区間の温度を推定する温度推定手段と、前記温度推定手段により推定した温度と、前記メモリに保存されたそれぞれの区間に対応する線膨張係数から補正量を推定する補正量推定手段と、送り軸の指令位置への移動において、送り軸の位置指令値に対して該補正量を加算することによって補正を行う熱変位補正手段と、を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正装置である。
請求項３に係る発明は、主軸を含む主軸部の熱変位を補正する工作機械の熱変位補正装置において、前記主軸部を熱的に対称とする平面における二次元モデルとして捉え、二次元モデルを分割し区間を設定し、それぞれの区間に対応する線膨張係数と発熱係数と放熱係数と隣接する各区間との間の熱伝導係数を保存するメモリと、前記主軸部の各区間の内、少なくとも一箇所の温度を測定する温度測定手段を持ち、前記メモリに保存されたそれぞれの区間に対応する発熱係数と放熱係数と隣接する各区間との間の熱伝導係数と、前記温度測定手段によって得られる主軸部の温度とから、各区間の温度を推定する温度推定手段と、前記温度推定手段により推定した温度と、前記メモリに保存されたそれぞれの区間に対応する線膨張係数から補正量を推定する補正量推定手段と、送り軸の指令位置への移動において、送り軸の位置指令値に対して該補正量を加算することによって補正を行う熱変位補正手段と、を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正装置である。
請求項４に係る発明は、主軸を含む主軸部の熱変位を補正する工作機械の熱変位補正装置において、前記主軸部を熱的に対称とする平面における二次元モデルとして捉え、二次元モデルを分割し区間を設定し、それぞれの区間に対応する線膨張係数と発熱係数と放熱係数と隣接する各区間との間の熱伝導係数を保存するメモリと、主軸の回転数を計測する主軸回転数計測手段と、前記主軸部の各区間の内、少なくとも一箇所の温度を測定する温度測定手段とを持ち、前記メモリに保存されたそれぞれの区間に対応する発熱係数と放熱係数と隣接する各区間との間の熱伝導係数と、前記主軸回転数計測手段によって得られる主軸回転数と、前記温度測定手段によって得られる各区間の温度とから、各区間の温度を推定する温度推定手段と、前記温度推定手段により推定した温度と、前記メモリに保存されたそれぞれの区間に対応する線膨張係数から補正量を推定する補正量推定手段と、送り軸の指令位置への移動において、送り軸の位置指令値に対して該補正量を加算することによって補正を行う熱変位補正手段と、を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正装置である。

本発明により、主軸部を二次元モデルとして捉えることで、計算にかかる負荷が減少し、刻一刻と変化する補正量をより細かいスパンで計算できる機械の熱変位補正装置を提供できる。

工作機械の要部を示す図である。 主軸部を複数の区分に分割することを示す図である。 熱変位補正方法を実行する処理のフローチャートである。 熱伝導のイメージを示す図である。 時刻Ｎにおける区間Ｉの温度推定方法を実行する処理のフローチャートである。 主軸部の熱変形を模式的に示す図である。 コラム部の熱変形を模式的に示す図である。 区間Ｉを模式的に示す図である。 時刻ＮにおけるＹ軸方向およびＺ軸方向の熱変位量推定方法を実行する処理のフローチャートである。 工作機械を制御する数値制御装置の要部を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は工作機械の要部を示す図である。工作機械は図示しないベッド上に、コラム８０とサドル８７が固定されている。図示しないベッドに立設したコラム８０の側方には主軸取付台８１が取り付けられている。主軸取付台８１にはスピンドルモータ８２を備えた主軸８３が取り付けられている。主軸８３の工具装着部には工具８４が保持される。サドル８７上のテーブル８６にはワーク８５が固定されている。主軸８３に保持された工具８４によってワーク８５が加工される。

背景技術で説明したように、工作機械において、可動部の送りねじや主軸はモータによって駆動されることからモータの発熱、軸受の回転による摩擦熱、送りねじのボールネジとボールナットの結合部の摩擦熱によって、主軸や送りねじは膨張し機械位置が変位する。

ここで、本発明の熱変位の補正方法を説明する。
主軸８３の回転軸と主軸８３の回転軸と直交する軸を含む面に対して、構造的かつ熱的に対称となる主軸８３を持つ工作機械について考える。この場合、対称面に対して直交する軸の方向に均等に熱が伝わるため、熱変位も対称面に対して対称となる。そのため、主軸８３の回転軸に着目すると、対称面に対して垂直な軸方向においては、互いに打ち消しあい、熱変位がないものとして考えることができる。

そこで、主軸部を対称面に対して垂直な軸を排除した二次元のモデルとして扱うことで、主軸部の補正量の計算をより単純化することができる。また、各区間の温度変化はスピンドルモータの温度、放熱と、機械の加減速に起因する発熱と、隣接する区間との間の熱伝導を考慮して算出する。これらの厳選した要素から補正量を推定することができる。

以下では、Ｚ軸に平行な主軸の回転軸とＹ軸を含む面を対称面とし、対称面に対して対称な構造をとる主軸部を持つ縦型マシニングセンタの場合について説明する。

１．主軸部のモデルの設定
主軸を含む主軸部を、図２に示すようなＹ−Ｚ平面上の二次元のモデルとして考える。このモデルを１２箇所の区間に分割し、各区間の温度を記憶する領域を制御装置（図１０参照）のメモリ上に確保する（時刻Ｎにおける区間Ｉの温度をＴ_ＩＮとする）。なお、この例では、図２に示すように、区間１〜区間１２の１２箇所の区間に分割しているが、区間の数や大きさは問わない。また、図２には主軸部の構成として、主軸８３、スピンドルモータ８２、主軸取付台８１、コラム８０を示したが、この構成に限らない。ここで、設定した区間の数や形や大きさに従って適切な放熱係数と、発熱係数と、隣接する区間との間の熱伝導係数を設定する。これらの係数を、制御装置のメモリに保存する。コールドスタート時の各区間の温度Ｔ_Ｉ０をメモリに保存する。

図３は熱変位補正方法を実行する処理のフローチャートである。
（ステップｓａ０１）
主軸部の二次元モデルを幾つかに分割する。
（ステップｓａ０２）
各区間の初期温度を設定する。
（ステップｓａ０３）
時刻Ｎにおける温度を推定する。
（ステップｓａ０４）
主軸部の補正量を推定する。
（ステップｓａ０５）
主軸部の補正量を更新する。
（ステップｓａ０６）
変位を推定した時刻を保存する。
（ステップｓａ０７）
処理の終了か否かを判断する。
（ステップｓａ０８）
一致期間時間が経過したか否か判断し、一定時間が経過するとステップｓａ０３へ移行する。

２．各区間の温度の初期値を保存
各区間の温度の初期値を算出し、制御装置のメモリに保存する。
・最後に温度分布を算出した時の時刻と、そのときの各区間の温度を制御装置のメモリから読込む。
・現在の時刻を読み込む。

・３．に記載する内容の温度分布推定方法を用いて、最後に温度分布を算出した時刻から一定間隔ごとに温度分布を推定し、現在の時刻における温度分布を推定する。
・計算結果を制御装置のメモリに保存する。

３．各区間の温度を推定
図４は、分割したそれぞれの区間における発熱と放熱及び熱伝導について模式的に表している。この図で示した３つの要素（各区間の放熱と、各区間の発熱と、隣接する区間との間の熱伝導に起因する温度変化量）をそれぞれ推定し、現在の時刻における温度を推定する。

次に、図５に示されるフローチャートに従って、時刻Ｎにおける区間Ｉの温度Ｔ_ＩＮを推定する方法を説明する。
（ステップｓｂ０１）
時刻Ｎ−１に推定した区間Ｉの温度Ｔ_{Ｉ（Ｎ−１）}と、区間Ｉに隣接する区間ｉの温度Ｔ_{ｉ（Ｎ−１）}を、制御装置のメモリから呼び出す。

（ステップｓｂ０２）
以下の式に従って、時刻Ｎにおける隣接区間ｉとの熱伝導に起因する温度変化量ΔＴ_{（ｉ−Ｉ）Ｎ}を推定する。
ΔＴ_{（ｉ−Ｉ）Ｎ}＝Ｃ_ｉ−Ｉ×（Ｔ_{ｉ（Ｎ−１）}−Ｔ_{Ｉ（Ｎ−１）}）
Ｃ_ｉ−Ｉ：区間ｉと区間Ｉの熱伝導係数

（ステップｓｂ０３）
次に機械動作に起因する区間Ｉの温度変化量を推定するために、時刻Ｎにおける機械動作状態の主軸回転数Ｓ_Ｎとスピンドルモータの負荷Ｌｍ_Ｎと、主軸部の移動速度ｖ_Ｎを取得する。

（ステップｓｂ０４）
時刻Ｎにおける機械動作に起因する温度変化量ΔＴ_ＭＮを推定する。以下では、温度変化量ΔＴ_Ｍとして、ΔＴ_ＳＰとΔＴ_ＬＭとΔＴ_ｖが機械動作に起因する温度変化量として計算されている。
・主軸回転数Ｓ_Ｎから、時刻Ｎにおける主軸回転に起因する温度変化量ΔＴ_ＳＰＮを、以下の式に従って推定する。
ΔＴ_ＳＰＮ＝Ａ_ＳＰＩ×Ｓ_Ｎ＋Ｂ_２Ｉ×Ｓ_Ｎ×Ｔ_{Ｉ（Ｎ−１）}
Ａ_ＳＰＩ：区間Ｉにおける主軸回転に起因する発熱係数
Ｂ_２Ｉ：区間Ｉにおける主軸回転に起因する放熱係数
・スピンドルモータの負荷Ｌｍ_Ｎから、スピンドルモータの動作に起因する温度変化量ΔＴ_ＬＭＮは、以下の式にしたがって推定する。
ΔＴ_ＬＭＮ＝Ａ_ＬＭＩ×Ｌｍ_Ｎ
Ａ_ＬＭＩ：区間Ｉにおけるスピンドルモータの動作に起因する発熱係数
・軸移動速度ｖ_Ｎから、主軸部の移動に起因する温度変化量ΔＴ_VＮを推定する。
ΔＴ_VＮ＝Ａ_V×ｖ_Ｎ＋Ｂ_V×ｖ_Ｎ×Ｔ_{Ｉ（Ｎ−１）}
Ａ_V：軸移動に起因する主軸部の発熱係数
Ｂ_V：軸移動に起因する主軸部の放熱係数
・時刻Ｎにおける機械動作に起因する温度変化量ΔＴ_ＭＮを、以下の式にしたがって推定する。
ΔＴ_ＭＮ＝ΔＴ_ＳＰＮ＋ΔＴ_ＬＭＮ＋ΔＴ_ｖＮ
・ここでは、主軸部の温度変化に影響を与える機械動作の例として、主軸回転と、スピンドルモータの動作と、主軸部の移動を挙げたが、機械の構成によってこれらの項目は増減する。
・また、これらの式は軸受の種類や主軸の形状によって、変わる場合がある。

（ステップｓｂ０５）
以下の式に従って、時刻Ｎにおける放熱に起因する温度変化量ΔＴ_ＲＮを推定する。
ΔＴ_ＲＮ＝Ｂ_１Ｉ×Ｔ_{Ｉ（Ｎ−１）}
Ｂ_１Ｉ：区間Ｉにおける放熱係数

（ステップｓｂ０６）
上記で算出した温度変化量から、時刻Ｎにおける区間Ｉの温度Ｔ_ＩＮを推定する。
Ｔ_ＩＮ＝Ｔ_{Ｉ（Ｎ−１）}＋ΔＴ_ＭＮ＋ΔＴ_ＲＮ＋ΣΔＴ_{（ｉ−Ｉ）Ｎ}

（ステップｓｂ０７）
算出した温度Ｔ_ＩＮを、制御装置のメモリに保存し、処理を終了する。

４．温度からＹ軸方向及びＺ軸方向の補正量を推定
図６はＹ−Ｚ平面における主軸部のモデルであり、機械動作時における、主軸部のＹ軸方向とＺ軸方向の熱変位について模式的に表している。また、図７は、機械動作時におけるコラム部の熱変形について模式的に表している。加えて、図８は、区間Ｉを模式的に表している。

上述した３．で推定した各区間の温度を用いて、主軸取付台上部のＹ軸方向の熱変位量δ_Ｈと、主軸取付台下部のＹ軸方向の熱変位量δ_Ｌと、主軸のＺ軸方向の熱変位量δ_SPと、コラムの主軸取付台に近い箇所の熱変位量δ_ＣＯＬ１と、コラムの主軸取付台から離れた箇所の熱変位量δ_ＣＯＬ２と、主軸部の傾きθ_ＳＰと、コラムの傾きθ_ＣＯＬと、Ｙ軸方向の補正量δ_Ｙと、Ｚ軸方向の補正量δ_Ｚを推定する。

図９は時刻ＮにおけるＹ軸方向およびＺ軸方向の補正量推定方法を実行する処理のフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。

（ステップｓｃ０１）
時刻Ｎに推定した温度を制御装置のメモリから読み込む。つまり、上述した３．で推定した各区間の主軸部の温度を、制御装置のメモリから読み込む。

（ステップｓｃ０２）
読込んだ温度をもとに、主軸取付台とコラムの熱変位量を推定する。
・主軸取付台上部のＹ軸方向の熱変位量δ_Ｈと、主軸取付台下部のＹ軸方向の熱変位量δ_Ｌと、主軸のＺ軸方向の熱変位量δ_SPと、コラムの主軸取付台に近い箇所の熱変位量δ_ＣＯＬ１と、コラムの主軸取付台から離れた箇所の熱変位量δ_ＣＯＬ２と、一般的な熱膨張の計算式に従ってそれぞれ推定する。

主軸取付台上部のＹ軸方向の熱変位量δ_Ｈ（区間Ｉ：４，６）
δ_Ｈ＝Σ（α×Ｌ_ＩＹ×（Ｔ_ＩＮ−Ｔ_Ｉ０））
α：線膨張係数
Ｌ_ＩＹ：区間ＩのＹ軸方向の長さ
Ｔ_ＩＮ：時刻Ｎにおける区間Ｉの温度
Ｔ_Ｉ０：コールドスタート時の区間Ｉの温度

主軸取付台下部のＹ軸方向の熱変位量δ_Ｌ（区間Ｉ：５，７）
δ_Ｌ＝Σ（α×Ｌ_ＩＹ×（Ｔ_ＩＮ−Ｔ_Ｉ０））
α：線膨張係数
Ｌ_ＩＹ：区間ＩのＹ軸方向の長さ
Ｔ_ＩＮ：時刻Ｎにおける区間Ｉの温度
Ｔ_Ｉ０：コールドスタート時の区間Ｉの温度

主軸のZ軸方向の熱変位量δ_SP（区間Ｉ：２，３，１２）
δ_SP＝Σ（α×Ｌ_ＩZ×（Ｔ_ＩＮ−Ｔ_Ｉ０））
α：線膨張係数
Ｌ_ＩZ：区間ＩのＺ軸方向の長さ
Ｔ_ＩＮ：時刻Ｎにおける区間Ｉの温度
Ｔ_Ｉ０：コールドスタート時の区間Ｉの温度

コラム熱源側の熱変位量δ_ＣＯＬ１（区間Ｉ：８，９）
δ_ＣＯＬ１＝Σ（α×Ｌ_ＩＺ×（Ｔ_ＩＮ−Ｔ_Ｉ０））
α：線膨張係数
Ｌ_ＩＺ：区間ＩのＺ軸方向の長さ
Ｔ_ＩＮ：時刻Ｎにおける区間Ｉの温度
Ｔ_Ｉ０：コールドスタート時の区間Ｉの温度

コラムの熱変位量δ_ＣＯＬ２（区間Ｉ：１０，１１）
δ_ＣＯＬ２＝Σ（α×Ｌ_ＩＺ×（Ｔ_ＩＮ−Ｔ_Ｉ０））
α：線膨張係数
Ｌ_ＩＺ：区間ＩのＺ軸方向の長さ
Ｔ_ＩＮ：時刻Ｎにおける区間Ｉの温度
Ｔ_Ｉ０：コールドスタート時の区間Ｉの温度

（ステップｓｃ０３）
主軸取付台の傾きθ_ＳＰ（＝主軸部の傾きθ_ＳＰ）は、上記で算出した熱変位量から、以下の式に従って推定する。
θ_ＳＰ＝ｔａｎ^−１（（δ_Ｈ−δ_Ｌ） ／ Ｌ_Ｓ）

（ステップｓｃ０４）
コラムの傾きθ_ＣＯＬは、上記で算出した熱変位量から、以下の式に従って推定する。
θ_ＣＯＬ＝ｔａｎ^−１（（δ_ＣＯＬ１−δ_ＣＯＬ２）／Ｌ_ＣＯＬ）

（ステップｓｃ０５）
主軸部の最下部と工具先端の距離をＬ_Ｔとすると、Ｙ軸方向の補正量δ_Ｙを、以下の式に従って推定する。
δ_Ｙ＝δ_Ｌ＋Ｌ_Ｔ×ｓｉｎ（θ_ＳＰ＋θ_ＣＯＬ）
また、以下の式に従ってＺ軸方向の補正量δ_Ｚを推定する。
δ_Ｚ＝δ_ＣＯＬ１＋δ_ＳＰ＋Ｌ_Ｔ×ｓｉｎθ_ＣＯＬ

５．補正量の更新
前記４．で推定した補正量を適用して、補正を行う。
６．推定した時刻の保存
補正量を推定した時刻Ｎを制御装置のメモリに保存する。
７．一定の時間間隔で、３．〜６．を繰り返す。

図１０は工作機械の数値制御装置の要部を示す機能ブロック図である。上述した工作機械の熱変位補正装置は数値制御装置２０によって構成できる。工作機械を制御する数値制御装置２０のプロセッサ（ＣＰＵ）２１は、数値制御装置２０を全体的に制御するプロセッサである。プロセッサ２１は、ＲＯＭ２２に格納されたシステムプログラムをバス３１を介して読み出し、このシステムプログラムに従って数値制御装置２０を全体的に制御する。ＲＡＭ２３には一時的な計算データや表示データ及びＬＣＤ／ＭＤＩユニット７０を介してオペレータが入力した各種データ等が格納される。

ＳＲＡＭ２４は図示しないバッテリでバックアップされ、数値制御装置２０の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成され、初期位置を測定するプログラムや工作機械の熱変位補正を行うプログラム、インタフェース２８を介して読み込まれた後述する加工プログラム、ＬＣＤ／ＭＤＩユニット７０を介して入力された加工プログラム等が記憶されるようになっている。また、ＲＯＭ２２には、加工プログラムの作成及び編集のために必要とされる編集モードの処理や自動運転のための処理を実施するための各種のシステムプログラムがあらかじめ書き込まれている。

インタフェース２５は数値制御装置２０に接続可能な外部機器のためのインタフェースであり、外部記憶装置などの外部機器７２が接続される。外部記憶装置からは加工プログラム、熱変位測定プログラムなどが読み込まれる。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）２６は、数値制御装置２０に内蔵されたシーケンスプログラムで工作機械側の補助装置等を制御する。すなわち、加工プログラムで指令されたＭ機能、Ｓ機能及びＴ機能に従って、これらシーケンスプログラムにより補助装置側で必要な信号を変換し、Ｉ／Ｏユニット２７から補助装置側に出力する。この出力信号により各種アクチュエータ等の補助装置が作動する。また、工作機械の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な処理をしてプロセッサ２１に渡す。

工作機械の各軸の現在位置、アラーム、パラメータ、画像データ等の画像信号はＬＣＤ／ＭＤＩユニット７０に送られ、そのディスプレイに表示される。ＬＣＤ／ＭＤＩユニット７０はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インタフェース２８はＬＣＤ／ＭＤＩユニット７０のキーボードからデータを受けてプロセッサ２１に渡す。

インタフェース２９は手動パルス発生器７１に接続され、手動パルス発生器７１は工作機械の操作盤に実装され、手動操作に基づく分配パルスによる各軸制御で工作機械の可動部を精密に位置決めするために使用される。工作機械のテーブルＴを移動させるＸ，Ｙ軸の軸制御回路及びＺ軸の制御回路３３，３４，３６はプロセッサ２１からの各軸の移動指令を受けて、各軸の指令をサーボアンプ３３，３５，３７に出力する。サーボアンプ３３，３５，３７はこの指令を受けて工作機械の各軸のサーボモータ５０〜５２を駆動する。各軸のサーボモータ５０〜５２には位置検出用のパルスコーダが内蔵されており、このパルスコーダからの位置信号がパルス列としてフィードバックされる。

スピンドル制御回路６０は、工作機械への主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はこのスピンドル速度信号を受けて、工作機械のスピンドルモータ（主軸モータ）６２を指令された回転速度で回転させ、工具を駆動する。スピンドルモータ（主軸モータ）６２には歯車あるいはベルト等でポジションコーダ６３が結合され、ポジションコーダ６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはインタフェース３０を経由してプロセッサ２１によって読み取られる。６５は現在時刻に同期するように調整された時計回路である。

上述したように本発明は、刻一刻と変動する熱変位をリアルタイムに補正するために、推定に必要な計算時間を減少するとともに、又、機械のコストダウン、信頼性向上のため、少ないセンサで熱変位を補正することが可能な機械の熱変位補正装置を提供できる。

８０ コラム
８１ 主軸取付台
８２ スピンドルモータ
８３ 主軸
８４ 工具
８５ ワーク
８６ テーブル
８７ サドル
８８ ベッド

２０ 数値制御装置
２１ プロセッサ
２２ ＲＯＭ
２３ ＲＡＭ
２４ ＳＲＡＭ
２５ インタフェース
２６ ＰＭＣ
２７ Ｉ／Ｏユニット
２８，２９，３０ インタフェース
３１ バス
３２，３４，３６ 軸制御回路

４０，４１，４２ サーボアンプ
５０，５１，５２ サーボモータ
６０ スピンドル制御回路
６１ スピンドルアンプ
６２ スピンドルモータ
６３ ポジションコーダ
６５ 時計回路

Claims (4)

1. 主軸を含む主軸部の熱変位を補正する工作機械の熱変位補正装置において、
   前記主軸部を熱的に対称とする平面における二次元モデルとして捉え、二次元モデルを分割し区間を設定し、それぞれの区間に対応する線膨張係数と発熱係数と放熱係数と隣接する各区間との間の熱伝導係数を保存するメモリと、
   前記メモリに保存されたそれぞれの区間に対応する発熱係数と放熱係数と隣接する各区間との間の熱伝導係数とから、各区間の温度を推定する温度推定手段と、
   前記温度推定手段により推定した温度と、前記メモリに保存されたそれぞれの区間に対応する線膨張係数から補正量を推定する補正量推定手段と、
   送り軸の指令位置への移動において、送り軸の位置指令値に対して該補正量を加算することによって補正を行う熱変位補正手段と、
   を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。
2. 主軸を含む主軸部の熱変位を補正する工作機械の熱変位補正装置において、
   前記主軸部を熱的に対称とする平面における二次元モデルとして捉え、二次元モデルを分割し区間を設定し、それぞれの区間に対応する線膨張係数と発熱係数と放熱係数と隣接する各区間との間の熱伝導係数を保存するメモリと、
   主軸の回転数を計測する主軸回転数計測手段を持ち、前記メモリに保存されたそれぞれの区間に対応する発熱係数と放熱係数と隣接する各区間との間の熱伝導係数と、前記主軸回転数計測手段によって得られる主軸回転数とから各区間の温度を推定する温度推定手段と、
   前記温度推定手段により推定した温度と、前記メモリに保存されたそれぞれの区間に対応する線膨張係数から補正量を推定する補正量推定手段と、
   送り軸の指令位置への移動において、送り軸の位置指令値に対して該補正量を加算することによって補正を行う熱変位補正手段と、
   を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。
3. 主軸を含む主軸部の熱変位を補正する工作機械の熱変位補正装置において、
   前記主軸部を熱的に対称とする平面における二次元モデルとして捉え、二次元モデルを分割し区間を設定し、それぞれの区間に対応する線膨張係数と発熱係数と放熱係数と隣接する各区間との間の熱伝導係数を保存するメモリと、
   前記主軸部の各区間の内、少なくとも一箇所の温度を測定する温度測定手段を持ち、前記メモリに保存されたそれぞれの区間に対応する発熱係数と放熱係数と隣接する各区間との間の熱伝導係数と、前記温度測定手段によって得られる主軸部の温度とから、各区間の温度を推定する温度推定手段と、
   前記温度推定手段により推定した温度と、前記メモリに保存されたそれぞれの区間に対応する線膨張係数から補正量を推定する補正量推定手段と、
   送り軸の指令位置への移動において、送り軸の位置指令値に対して該補正量を加算することによって補正を行う熱変位補正手段と、
   を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。
4. 主軸を含む主軸部の熱変位を補正する工作機械の熱変位補正装置において、
   前記主軸部を熱的に対称とする平面における二次元モデルとして捉え、二次元モデルを分割し区間を設定し、それぞれの区間に対応する線膨張係数と発熱係数と放熱係数と隣接する各区間との間の熱伝導係数を保存するメモリと、
   主軸の回転数を計測する主軸回転数計測手段と、前記主軸部の各区間の内、少なくとも一箇所の温度を測定する温度測定手段とを持ち、前記メモリに保存されたそれぞれの区間に対応する発熱係数と放熱係数と隣接する各区間との間の熱伝導係数と、前記主軸回転数計測手段によって得られる主軸回転数と、前記温度測定手段によって得られる各区間の温度とから、各区間の温度を推定する温度推定手段と、
   前記温度推定手段により推定した温度と、前記メモリに保存されたそれぞれの区間に対応する線膨張係数から補正量を推定する補正量推定手段と、
   送り軸の指令位置への移動において、送り軸の位置指令値に対して該補正量を加算することによって補正を行う熱変位補正手段と、
   を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。