JP6285396B2 - 工作機械の実測定の要否を自動判定する熱変位補正装置 - Google Patents
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Description
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、工作機械の実測定の要否を自動判定する熱変位補正装置を提供することである。
請求項3に係る発明は、前記判定手段は、予め機械に参照値を記憶し、指定した時刻における調整値と予め設定された参照値の差が基準値を超えた場合、測定が必要であると判断することを特徴とする請求項1に記載の工作機械の熱変位補正装置である。
(1)第1ステップは、機械仕様(機械構造、制御部など)に依存するため、機械仕様の変更がない限り、原則として一度だけ実施すればよい。従って、工作機械メーカが予め第1ステップを実施して換算係数kを決定してメモリに保存しておけば、ユーザは行う必要はない。加工プログラムについて説明すると、機械の熱変位量が発生する可能性のある範囲をカバーするプログラムを選択する。つまり、機械が熱変位を発生していない状態から加工プログラムを運転し、熱変位量が安定する状態で、機械の各動作方向の熱変位量が最大程度と最小程度に発生するような前記加工プログラムを選択する。
(2)第2ステップは、加工環境(加工状況)に変更がある場合は、少なくとも1回の計測を実施する必要がある。その後、調整値をリアルタイムで変更し、補正に反映する。補正値(熱変位補正量と調整値とをかけた値)と実変位値の差が大きくなったことから実測定を行う。実測定により調整値を変更することで、補正値を補正する。
E=D/F(Fは0ではない、DとFは同じ符号である。) (数2式)
ここで、次のような仮定をする。
仮定1)
Dを定数とする、つまり、上記の関数を上図のグラフに表示する。短い期間において実際の熱変位量Dは一定である。
仮定2)
Eの計算範囲は(Emin〜Emax)、一般的な調整係数はEmin=0.01、Emax=10が限界とする。
まず、後述の第1ステップを実施し、E=a+k|F|(数4式)の係数kを決定する。この係数kは、機械仕様(機械構造、制御部など)に依存するため、機械仕様の変更がない限り、原則として第1ステップは一度だけ実施すればよい。従って、工作機械メーカが予め第1ステップを実施して係数kを決定して工作機械を制御する数値制御装置のメモリに保存しておけば、ユーザが行う必要はない。
次に、実際の加工にあたり、係数aが未設定の場合は、後述の第2ステップを実施して、係数aを設定する。係数aは、同一の加工プログラムに対しては再度算出する必要はない。
係数kとaを予め決定したら、以下の手順で熱変位補正の調整を行う。
(ステップSA01)
熱変位補正手段を有効にし、加工プログラムの運転を開始する。なお、熱変位補正手段は、従来公知の手段を用いることができる。
(ステップSA02)
熱変位補正量Fを算出する。熱変位補正量Fの算出方法は従来公知の方法を用いることができる。
E=a+k|F|(数4式)より、調整値Eを算出する。
(ステップSA04)
調整後の熱変位補正量F´=E×F(数5式)を算出し、熱変位補正手段に送る。
予めいくつかの加工プログラムを用意し、各加工プログラムに対して以下の手順で換算係数kを求める。なお、熱変位補正手段を有効にした上で、熱変位が発生していない状態(停止状態で十分放置した状態)から加工プログラムの運転を開始し、以下の手順を実行する。熱変位補正手段は、公知のものを使用できる。また、下記の手順を実行する回数と実行する時間間隔を予め決めておく。
(ステップSB01)
機械の予め決めた測定箇所の実変位値を測定し、結果(測定値)をAiとして保存する。(iは実行回数を表す。i=1,2,3,…。以下同様。)測定方法はどのような方法でもよい。前述のとおり、Aiは熱変位補正手段がONの状態で測定した値である。
(ステップSB02)
熱変位補正量をFiとして保存する。
実測した測定値Aiと熱変位補正量Fiから、実際の熱変位量Diを算出する(Di=Ai+Fi)。厳密に説明すると、実際の熱変位量Diは補正機能OFFでの熱変位量に相当する。
(ステップSB04)
実際の熱変位量Diと熱変位補正量Fiとの比を算出する(ri=Di/Fi)。ただし、Fi=0の場合は、この処理をスキップする。
1. 機械が停止状態から加工プログラムO0001を運転する。熱変位補正機能をONして、1分毎に計測を実施する。
2. 計測により、測定結果A1〜A30、補正機能により熱変位補正値F1〜F30を取得する。Di=Ai+FiよりD1〜D30を計算する。
3. ri=Di/Fiより、r1〜r30を計算する。r1〜r30と|F1|〜|F30|のプロットを作成する。ri<0のデータを外す。
4. 最小二乗法により、前記プロットからy=a+k1・xを求める。
5. 機械を停止する。
6. 機械が停止状態から加工プログラムO0002を運転して、ステップ1.〜ステップ4.の手順を実行して、y=a+k2・xを求める。
7. この機械のk係数をk=(k1+k2)/2と設定する。kは、各加工プログラムを実行することにより求められる係数の平均値である。
(ステップSC01)
加工プログラム運転開始、予め機械の調整値Eを設定する。この調整値は加工プログラムに対して適当な数値を選ぶ、適当な数値が分からない場合E=1に設定する。
(ステップSC02)
予め決めた測定箇所を測定し、結果(測定値)をAとして保存する。測定方法はどのような方法でもよい。
(ステップSC03)
熱変位補正量をFとして保存する。
実測した測定値Aと熱変位補正量Fから、実際の熱変位量Dを算出する(D=A+F)。
(ステップSC05)
実際の熱変位量Dと熱変位補正量Fとの比を算出する(r = D/F)。
ただし、F=0の場合は、r=Eとする。Eはこの計測時刻の既存熱変位の調整値
(ステップSC06)
r=a+k|F|より、係数aを算出。(kは前記第1ステップで算出した係数)
算出した係数aを加工プログラムに関連付けて記憶しておく。
<実施形態1>
図8は実計測を行うか否かを判断する判定基準の第1の例を示す図である。予め指定した調整値の変化量の閾値をEmとする。サイクルタイム中、調整値の変化量ΔEを求める。ΔEをEmと比較し、ΔE<Emの場合、実測を行わない。ΔE≦Emの場合、実測を行う。
図10は実計測を行うか否かを判断する判定基準の第2の例を示す図である。図11は図10に示される判定基準により判定するフローを示す図である。
図12は実計測を行うか否かを判断する判定基準の第3の例を示す図である。予め指定したサンプリング時刻T1、予め指定した数値Em、予め記憶した参照値、この参照値は、ユーザの加工要求を満たすとき、サイクルタイム時刻単位に対する調整値である。また、サンプリング時刻の関数と参照値の設定はユーザが決める。サイクルタイム中、T1で、調整値を参照値のデータと比較し、その差ΔEを求めます。ΔEをEmと比較し、ΔE<Emの場合、実測を行わない。ΔE≧Emの場合、実測を行う。
加工を開始し、本発明の機能処理開始する(SC01)。予め指定した時刻T1時刻で、実際の調整値と参照値の差ΔEを求める(SC02)。ΔEと予め指定したEmと比較する。ΔE<Emの場合、ステップSC02に戻り、ΔE≧Emの場合、ステップSC04に進む(SC03)。ΔE≧Emの場合、測定が必要と判定し、計測機器により測定を実行し、測定の完了後、SA02に戻る。
11 プロセッサ(CPU)
12 ROM
13 RAM
14 SRAM
15 インタフェース
16 PMC(プログラマブル・マシン・コントローラ)
17 I/Oユニット
18 インタフェース
19 インタフェース
20 インタフェース
21 バス
30,31,32 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 主軸モータ
63 ポジションコーダ
65 時計装置
70 LCD/MDIユニット
71 手動パルス発生器
72 外部機器
Claims (3)
- 機械の動作または機械の各部位の温度から熱変位量を予測し、該予測した熱変位量を打ち消す熱変位補正量を算出し、前記熱変位補正量を送り軸の位置指令値に加算することにより熱変位を補正する熱変位補正部と、前記熱変位補正量を調整する調整値を求める熱変位補正量調整部とを備えた工作機械の熱変位補正装置において、
前記工作機械の実変位値を測定する計測手段と、
前記調整値の変化状況に基づいて、前記計測手段による計測の実施要否を判定する判定手段と、
前記判定手段により測定が必要と判断された場合、前記計測手段により前記実変位値の測定を実行する測定実行部と、
を有し、
前記調整値は、加工プログラムを実際に運転して得られる、熱変位補正量、前記実変位値を用いて算出されることを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。 - 前記判定手段は、前記調整値が指定時間間隔で所定のサンプルタイム内の最大値と最小値の差が基準値を超えた場合、測定が必要であると判断することを特徴とする請求項1に記載の工作機械の熱変位補正装置。
- 前記判定手段は、予め機械に参照値を記憶し、指定した時刻における調整値と予め設定された参照値の差が基準値を超えた場合、測定が必要であると判断することを特徴とする請求項1に記載の工作機械の熱変位補正装置。
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