JP6435655B2 - Condition determination method used for thermal displacement estimation device of machine tool - Google Patents

Condition determination method used for thermal displacement estimation device of machine tool Download PDF

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本発明は、工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法に関するものである。   The present invention relates to a condition determination method used in a thermal displacement estimation device for a machine tool.

特許文献1には、工作機械の構造体モデルを複数のブロックに分割して、各々のブロック温度を均一値として構造解析を行うことにより、構造体モデルの熱変位量を推定することが記載されている。つまり、同一のブロック内に含まれる節点における温度が、同一値となる。そして、各節点の熱変位量ベクトルは、{δ}=[K]−1[F]{T}で表される。ここで、{δ}は各節点の熱変位量ベクトルであり、[K]は構造体モデルの剛性マトリックスであり、[F]は各節点の力係数マトリックスであり、{T}は各ブロックの温度ベクトルである。なお、本明細書において用いるベクトルは、すべて列ベクトルを意味する。 Patent Document 1 describes that a structural model of a machine tool is divided into a plurality of blocks, and a structural analysis is performed with each block temperature being a uniform value, thereby estimating a thermal displacement amount of the structural body model. ing. That is, the temperatures at the nodes included in the same block have the same value. And the thermal displacement vector of each node is represented by {δ} = [K] −1 [F] {T}. Here, {δ} is a thermal displacement vector of each node, [K] is a stiffness matrix of the structure model, [F] is a force coefficient matrix of each node, and {T} is each block. It is a temperature vector. In addition, all the vectors used in this specification mean column vectors.

各ブロックの温度ベクトル{T}の要素数はブロック数に応じたものであり、各節点数に比べて大幅に少ない。そのため、各節点の熱変位量ベクトル{δ}の演算量が、大幅に低減する。従って、各節点の熱変位量ベクトル{δ}の演算速度の高速化を図ることができる。その結果、当該演算を加工中にリアルタイムに行いながら、リアルタイムな熱変位補正が可能となる。   The number of elements of the temperature vector {T} of each block depends on the number of blocks, and is significantly smaller than the number of nodes. Therefore, the calculation amount of the thermal displacement vector {δ} at each node is greatly reduced. Therefore, the calculation speed of the thermal displacement vector {δ} at each node can be increased. As a result, real-time thermal displacement correction can be performed while performing the calculation in real time during machining.

国際公開第2012/157687号International Publication No. 2012/157687

ここで、各ブロック温度は、ブロック内に配置される温度センサにより取得される。上記演算においては、同一ブロック内に含まれる節点における温度は、実際には異なる温度であるが、演算の高速化のため均一値としている。つまり、温度センサが配置される節点と温度センサから離れた節点とを均一温度として構造解析が行われる。従って、温度センサから離れた節点においては、実際の温度と構造解析に用いる温度とのずれが大きくなる。温度のずれが大きいほど、実際の熱変位量と推定される熱変位量とのずれが大きくなる。   Here, each block temperature is acquired by a temperature sensor arranged in the block. In the above calculation, the temperatures at the nodes included in the same block are actually different temperatures, but are set to a uniform value for speeding up the calculation. That is, the structural analysis is performed with a node at which the temperature sensor is disposed and a node remote from the temperature sensor as a uniform temperature. Therefore, the difference between the actual temperature and the temperature used for the structural analysis becomes large at the node far from the temperature sensor. The greater the temperature deviation, the greater the deviation between the actual thermal displacement amount and the estimated thermal displacement amount.

多数の温度センサを配置して、分割するブロック数を多くすることにより、同一ブロック内における温度のずれが小さくなる。その結果、高精度な熱変位量が推定できる。しかし、温度センサの数が多くなればなるほど、高コストとなる。   By disposing a large number of temperature sensors and increasing the number of blocks to be divided, temperature deviation within the same block is reduced. As a result, a highly accurate thermal displacement amount can be estimated. However, the higher the number of temperature sensors, the higher the cost.

本発明は、分割するブロックの数を少なくしつつ、高精度な熱変位量が推定できる、工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the condition determination method used for the thermal displacement amount estimation apparatus of a machine tool which can estimate a thermal displacement amount with high precision, reducing the number of blocks to divide | segment.

(請求項1)第一発明に係る工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法は、工作機械の構造体モデルの熱解析を行うことにより前記構造体モデルの少なくとも1つの温度分布を取得する熱解析工程と、前記熱解析により取得された前記構造体モデルの温度分布に基づいて前記構造体モデルの構造解析を行うことにより、前記構造体モデルの少なくとも一部の節点における第一熱変位量を取得する第一構造解析工程と、前記構造体モデルを複数のブロックに分割した場合に各々のブロック温度を均一値とし、前記各々のブロック温度を複数の組合せのパターンとした場合に前記構造体モデルの構造解析をそれぞれ行うことにより、前記構造体モデルの少なくとも一部の節点における各パターンの第二熱変位量を取得する第二構造解析工程と、対応する節点における前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差が小さいほど最適であるとして、前記各パターンから前記各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定する最適パターン決定工程と、1つの前記ブロックに1つの温度検出位置を有するようにした場合において、前記熱解析により得られた前記温度分布の中から、前記最適組合せパターンにおける前記ブロック温度に一致する節点の位置を、前記工作機械の構造体における前記温度検出位置として決定する温度検出位置決定工程とを備える。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a condition determining method used in a thermal displacement estimation apparatus for a machine tool, wherein at least one temperature distribution of the structure model is obtained by performing a thermal analysis of the structure model of the machine tool. A first thermal displacement at at least some nodes of the structure model by performing a structure analysis of the structure model based on a thermal analysis step of performing and a temperature distribution of the structure model acquired by the thermal analysis A first structural analysis step for obtaining a quantity, and when the structure model is divided into a plurality of blocks, each block temperature is a uniform value, and when each block temperature is a combination pattern, the structure A second structural analysis method for obtaining a second thermal displacement amount of each pattern at at least some nodes of the structural model by performing a structural analysis of the body model. When, as is as the difference between the second thermal displacement amount of each pattern and the first thermal displacement amount in the corresponding node is less optimal, optimal for determining the optimum combination pattern of block temperature of said each from the respective patterns In the pattern determination step, and when one temperature detection position is provided in one block, a node corresponding to the block temperature in the optimum combination pattern is selected from the temperature distribution obtained by the thermal analysis. position, and a temperature detection position determining step of determining as the temperature detection position in the structure of the machine tool.

第一熱変位量は、熱解析により取得された構造体モデルの温度分布に基づいて構造体モデルの構造解析を行っているため、実際の構造体の熱変位量にほぼ等しい。一方、第二熱変位量は、構造体モデルを複数のブロックに分割した場合に各々のブロック温度を均一値とするため、実際の構造体の熱変位量からずれた値となる。   The first thermal displacement amount is approximately equal to the actual thermal displacement amount of the structure because the structure model is analyzed based on the temperature distribution of the structure model obtained by the thermal analysis. On the other hand, when the structural body model is divided into a plurality of blocks, the second thermal displacement amount is a value that deviates from the actual thermal displacement amount of the structural body in order to make each block temperature a uniform value.

最適パターン決定工程にて、第一熱変位量と第二熱変位量との差が小さいほど最適であるとして、ブロック温度の最適組合せパターンが決定される。つまり、当該差が小さくなるようなブロック温度の組合せパターンが最適組合せパターンとされる。ブロック温度の最適組合せパターンが決定された後には、当該最適組合せパターンに対応する温度検出位置を決定する。温度検出位置の決定に際しては、熱解析による温度分布を用いる。従って、得られた温度検出位置に温度センサを配置することで、高精度な熱変位量の推定が可能となる。 In the optimum pattern determination step, the optimum combination pattern of the block temperatures is determined as being optimal as the difference between the first thermal displacement amount and the second thermal displacement amount is smaller . That is, the combination pattern of the block temperature as the difference becomes smaller is the optimum combination pattern. After the optimum combination pattern of block temperatures is determined, the temperature detection position corresponding to the optimum combination pattern is determined. In determining the temperature detection position, a temperature distribution by thermal analysis is used. Therefore, it is possible to estimate the amount of thermal displacement with high accuracy by arranging the temperature sensor at the obtained temperature detection position.

請求項2また、前記第二構造解析工程は、前記各々のブロック温度を複数の組合せのパターンとし、且つ、ブロック境界位置を複数の位置のパターンとした場合に、前記構造体モデルの構造解析をそれぞれ行うことにより、前記構造体モデルの少なくとも一部の節点における各パターンの第二熱変位量を取得し、前記最適パターン決定工程は、対応する節点における前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差が小さいほど最適であるとして、前記ブロック境界位置の最適位置パターン及び前記各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定するとよい。 (Claim 2) In addition, the second structure analysis process, a block temperature of said each a pattern of a plurality of combinations, and, in the case where the block boundary position and pattern of a plurality of positions, the structure of the structure model By performing each analysis, the second thermal displacement amount of each pattern at at least some of the nodes of the structure model is obtained, and the optimum pattern determining step includes the first thermal displacement amount at the corresponding nodes and the respective thermal displacement amounts. The optimum position pattern of the block boundary position and the optimum combination pattern of the respective block temperatures may be determined as the smaller the difference from the second thermal displacement amount of the pattern, the more optimal .

最適パターン決定工程にて、第一熱変位量と第二熱変位量との差が小さくなるようなブロック境界位置の最適位置パターン及びブロック温度の最適組合せパターンが決定される。つまり、当該差が小さくなるようなブロック境界位置のパターン及びブロック温度の組合せパターンが最適パターンとされる。ブロック温度の最適組合せパターンが決定された後には、当該最適組合せパターンに対応する温度検出位置を決定する。温度検出位置の決定に際しては、熱解析による温度分布を用いる。従って、得られた温度検出位置に温度センサを配置すると共に、構造解析において分割するブロック境界位置を最適位置パターンとすることで、高精度な熱変位量の推定が可能となる。 In the optimum pattern determining step, the optimum position pattern of the block boundary position and the optimum combination pattern of the block temperature are determined such that the difference between the first thermal displacement amount and the second thermal displacement amount is reduced . That is, the combination pattern of the block boundary position and the block temperature that makes the difference small is the optimum pattern. After the optimum combination pattern of block temperatures is determined, the temperature detection position corresponding to the optimum combination pattern is determined. In determining the temperature detection position, a temperature distribution by thermal analysis is used. Therefore, by arranging the temperature sensor at the obtained temperature detection position and setting the block boundary position to be divided in the structural analysis as the optimum position pattern, it is possible to estimate the thermal displacement amount with high accuracy.

請求項3)また、前記第二構造解析工程における前記各々のブロック温度は、前記温度分布のうち前記各々のブロック内における最小値と最大値との範囲内であることを条件とするようにしてもよい。ブロック内に配置された温度センサによる検出温度は、熱解析による温度分布のうち当該ブロック内の温度の中から選択される温度となる。そこで、上記条件を与えることで、第二構造解析に要する演算負荷が低減する。 ( Claim 3 ) Further, the respective block temperatures in the second structural analysis step are conditioned on being in a range between a minimum value and a maximum value in the respective blocks in the temperature distribution. May be. The temperature detected by the temperature sensor arranged in the block is a temperature selected from the temperatures in the block in the temperature distribution obtained by the thermal analysis. Therefore, by giving the above conditions, the calculation load required for the second structure analysis is reduced.

請求項4)また、前記熱解析工程は、複数の状態における複数の温度分布をそれぞれ取得し、前記第一構造解析工程は、前記複数の温度分布に基づいて前記構造体モデルの構造解析を行うことにより、各々の温度分布における前記第一熱変位量を取得し、前記第二構造解析工程は、第一状態における前記各パターンの第二熱変位量を取得すると共に、他の状態における前記各パターンの第二熱変位量を前記複数の温度分布における各節点の対応温度に基づいて取得し、前記最適パターン決定工程は、各々の状態における前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差に基づいて、前記複数の状態における前記各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定するようにしてもよい。 ( Claim 4 ) Further, the thermal analysis step acquires a plurality of temperature distributions in a plurality of states, respectively, and the first structure analysis step performs a structural analysis of the structure model based on the plurality of temperature distributions. By performing the first thermal displacement amount in each temperature distribution, the second structure analysis step acquires the second thermal displacement amount of each pattern in the first state, and in the other state The second thermal displacement amount of each pattern is acquired based on the corresponding temperature of each node in the plurality of temperature distributions, and the optimum pattern determination step includes the first thermal displacement amount in each state and the second thermal displacement amount of each pattern. The optimum combination pattern of the respective block temperatures in the plurality of states may be determined based on the difference from the thermal displacement amount.

工作機械の構造体の温度分布は、時間帯によって異なるし、季節や設置環境によって異なる。そこで、複数の温度分布を考慮してブロック温度の最適組合せパターンが決定されることで、環境が変化したとしても、高精度な熱変位量を推定できる。   The temperature distribution of the structure of the machine tool varies depending on the time zone, and varies depending on the season and installation environment. Therefore, by determining an optimal combination pattern of block temperatures in consideration of a plurality of temperature distributions, it is possible to estimate the amount of thermal displacement with high accuracy even if the environment changes.

請求項5)また、前記熱解析工程は、複数の状態における複数の温度分布をそれぞれ取得し、前記第一構造解析工程は、前記複数の温度分布に基づいて前記構造体モデルの構造解析を行うことにより、各々の温度分布における前記第一熱変位量を取得し、前記第二構造解析工程は、第一状態における前記各パターンの第二熱変位量を取得すると共に、他の状態における前記各パターンの第二熱変位量を前記複数の温度分布における各節点の対応温度に基づいて取得し、前記最適パターン決定工程は、各々の状態における前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差に基づいて、前記第一状態における前記ブロック境界位置の最適位置パターンを決定するようにしてもよい。
複数の温度分布を考慮してブロック境界位置の最適位置パターンが決定されることで、環境が変化したとしても、高精度な熱変位量を推定できる。
( Claim 5 ) Further, the thermal analysis step acquires a plurality of temperature distributions in a plurality of states, respectively, and the first structure analysis step performs a structural analysis of the structure model based on the plurality of temperature distributions. By performing the first thermal displacement amount in each temperature distribution, the second structure analysis step acquires the second thermal displacement amount of each pattern in the first state, and in the other state The second thermal displacement amount of each pattern is acquired based on the corresponding temperature of each node in the plurality of temperature distributions, and the optimum pattern determination step includes the first thermal displacement amount in each state and the second thermal displacement amount of each pattern. The optimum position pattern of the block boundary position in the first state may be determined based on the difference from the thermal displacement amount.
By determining the optimum position pattern of the block boundary position in consideration of a plurality of temperature distributions, it is possible to estimate the amount of thermal displacement with high accuracy even if the environment changes.

請求項6)また、前記第一構造解析工程及び前記第二構造解析工程は、前記構造体モデルに含まれる複数の節点のうち一部のみの節点における前記第一熱変位量及び前記第二熱変位量を取得するようにしてもよい。一部のみの節点について変位量の比較が行われるため、最適パターン決定工程における演算負荷が低くなる。 ( Claim 6 ) In addition, the first structure analysis step and the second structure analysis step include the first thermal displacement amount and the second structure at only some of the plurality of nodes included in the structure model. You may make it acquire the amount of thermal displacement. Since the displacement amounts are compared for only some of the nodes, the calculation load in the optimum pattern determination step is reduced.

請求項7)また、前記工作機械は、少なくとも直交3軸方向の移動軸を備え、前記第一構造解析工程及び前記第二構造解析工程は、1つの移動軸のみにおける前記第一熱変位量及び前記第二熱変位量をそれぞれ取得し、前記最適パターン決定工程は、前記1つの移動軸のみにおける前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差に基づいて、対応する最適パターンを決定するようにしてもよい。 ( Claim 7 ) Further, the machine tool is provided with at least three moving axes in orthogonal directions, and the first structural analysis step and the second structural analysis step include the first thermal displacement amount only on one moving axis. And the second thermal displacement amount respectively, and the optimum pattern determination step is performed based on a difference between the first thermal displacement amount and the second thermal displacement amount of each pattern only on the one moving axis. The optimum pattern to be determined may be determined.

直交3軸方向の移動軸において、加工精度への影響度は、それぞれ異なる。そこで、特に加工精度に影響の大きな移動軸のみを考慮して最適パターンを決定することで、演算負荷を低く抑えつつ、加工精度に対して高い効果を得ることができる。   The degree of influence on the machining accuracy is different for the movement axes in the three orthogonal directions. Therefore, by determining only the optimum pattern in consideration of only the movement axis that has a great influence on the machining accuracy, it is possible to obtain a high effect on the machining accuracy while keeping the calculation load low.

本実施形態の工作機械の機械構成を示す図である。It is a figure which shows the machine structure of the machine tool of this embodiment. 本実施形態の工作機械の非構造体の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the non-structure of the machine tool of this embodiment. コラムの構造体モデルを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure model of a column. コラムの構造体モデルにおいてブロック及びブロック境界位置を示す図である。It is a figure which shows a block and a block boundary position in the structure model of a column. 第一実施形態における条件決定装置による条件(温度検出位置)の決定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the determination method of the conditions (temperature detection position) by the condition determination apparatus in 1st embodiment. 図5のS2にて取得される第一熱変位量である。It is the 1st thermal displacement amount acquired in S2 of FIG. 図5のS3にて生成されるブロック温度テーブルである。It is a block temperature table produced | generated by S3 of FIG. 図5のS4にて生成されるブロック温度パターンである。It is a block temperature pattern produced | generated by S4 of FIG. 図5のS5にて取得される各パターンの第二熱変位量である。It is the 2nd thermal displacement amount of each pattern acquired in S5 of FIG. 図5のS7にて決定される温度検出位置を示すコラムの図である。It is a figure of the column which shows the temperature detection position determined in S7 of FIG. 第二実施形態において取得される第一熱変位量である。It is the 1st thermal displacement amount acquired in 2nd embodiment. 第二実施形態において取得される各パターンの第二熱変位量である。It is the 2nd thermal displacement amount of each pattern acquired in a second embodiment. 第三実施形態における条件決定装置による条件(温度検出位置)の決定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the determination method of the conditions (temperature detection position) by the condition determination apparatus in 3rd embodiment. 図13のS12にて取得される第一熱変位量である。It is the 1st thermal displacement amount acquired in S12 of FIG. 図13のS13にて生成されるブロック温度テーブルである。It is a block temperature table produced | generated in S13 of FIG. 図13のS14にて生成される、朝のブロック温度パターンである。It is a morning block temperature pattern produced | generated in S14 of FIG. 図13のS14にて生成される、昼のブロック温度パターンである。It is a daytime block temperature pattern produced | generated in S14 of FIG. 図13のS14にて生成される、夕のブロック温度パターンである。It is the evening block temperature pattern produced | generated in S14 of FIG. 図13のS15にて生成される、朝の各パターンの第二熱変位量である。It is the second thermal displacement amount of each morning pattern generated in S15 of FIG. 図13のS15にて生成される、昼の各パターンの第二熱変位量である。It is the second thermal displacement amount of each daytime pattern generated in S15 of FIG. 図13のS15にて生成される、夕の各パターンの第二熱変位量である。It is the 2nd thermal displacement amount of each pattern of evening produced | generated in S15 of FIG. 第四実施形態において決定されるコラムの構造体モデルにおけるブロック境界位置を示す図である。It is a figure which shows the block boundary position in the structure model of the column determined in 4th embodiment. 第四実施形態における条件決定装置による条件(ブロック境界位置)の決定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the determination method of the conditions (block boundary position) by the condition determination apparatus in 4th embodiment. 第五実施形態における条件決定装置による条件(温度検出位置及びブロック境界位置)の決定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the determination method of the conditions (temperature detection position and block boundary position) by the condition determination apparatus in 5th embodiment.

<第一実施形態>
(1.工作機械の機械構成)
工作機械10の一例としての横型マシニングセンタについて図1を参照して説明する。工作機械10は移動軸として、相互に直交する3つの直進軸(X,Y,Z軸)(本発明の「移動軸」に相当)および鉛直方向の回転軸(B軸)を有する工作機械である。なお、本発明が適用される工作機械10は、以下に説明する工作機械10に限られるものではない。
<First embodiment>
(1. Machine configuration of machine tool)
A horizontal machining center as an example of the machine tool 10 will be described with reference to FIG. The machine tool 10 is a machine tool having three rectilinear axes (X, Y, Z axes) orthogonal to each other (corresponding to the “movement axis” of the present invention) and a vertical rotation axis (B axis) as movement axes. is there. The machine tool 10 to which the present invention is applied is not limited to the machine tool 10 described below.

図1に示すように、工作機械10の機械本体は、構造体としての、ベッド11、コラム12、サドル13、主軸14、スライドテーブル15及びターンテーブル16を備える。ベッド11は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。ベッド11上には、コラム12が、X軸方向(図1の紙面前後方向)に移動可能に設けられる。コラム12の側面には、サドル13が、Y軸方向(図1の紙面上下方向)に移動可能に設けられる。サドル13には、主軸14が、Z軸方向に平行な軸回りに回転可能に設けられる。主軸14の先端には、回転工具19が取り付けられる。また、ベッド11上には、スライドテーブル15がZ軸方向に移動可能に設けられる。スライドテーブル15上には、ターンテーブル16がY軸回り(B軸)に回転可能に設けられる。ターンテーブル16には、被加工物Wが治具を介して固定している。   As shown in FIG. 1, the machine body of the machine tool 10 includes a bed 11, a column 12, a saddle 13, a main shaft 14, a slide table 15, and a turntable 16 as structures. The bed 11 has a substantially rectangular shape and is arranged on the floor. A column 12 is provided on the bed 11 so as to be movable in the X-axis direction (the front-rear direction in FIG. 1). A saddle 13 is provided on the side surface of the column 12 so as to be movable in the Y-axis direction (up and down direction in FIG. 1). The saddle 13 is provided with a main shaft 14 so as to be rotatable about an axis parallel to the Z-axis direction. A rotary tool 19 is attached to the tip of the main shaft 14. A slide table 15 is provided on the bed 11 so as to be movable in the Z-axis direction. A turntable 16 is provided on the slide table 15 so as to be rotatable around the Y axis (B axis). A workpiece W is fixed to the turntable 16 via a jig.

(2.工作機械の非構造体の構成の概要)
図2に示すように、工作機械10は、上述した構造体11〜16に加えて、非構造体としての、熱変位量推定装置20、熱変位補正装置30及び制御装置40とを備える。本発明の条件決定方法は、熱変位量推定装置20の条件を決定するものである。
(2. Outline of non-structure structure of machine tool)
As illustrated in FIG. 2, the machine tool 10 includes a thermal displacement estimation device 20, a thermal displacement correction device 30, and a control device 40 as non-structural bodies in addition to the structures 11 to 16 described above. The condition determination method of the present invention determines the condition of the thermal displacement amount estimation device 20.

制御装置40は、移動体としての構造体12〜16を駆動するためのアクチュエータ(図示せず)を制御して、回転工具19による被加工物Wの加工を行う。詳細には、制御装置40は、移動する構造体12〜16に対する位置指令値に基づいて、各アクチュエータを制御する。   The control device 40 controls an actuator (not shown) for driving the structures 12 to 16 as the moving body to process the workpiece W with the rotary tool 19. In detail, the control apparatus 40 controls each actuator based on the position command value with respect to the structures 12-16 which move.

熱変位量推定装置20は、構造体11〜16の所定位置に配置された複数の温度センサ21a〜21dの各々により検出される検出温度T1〜T4に基づいて、リアルタイムに構造体モデルの構造解析を行うことにより、各構造体11〜16の所定位置における熱変位量を推定する。   The thermal displacement estimation device 20 analyzes the structure model in real time based on the detected temperatures T1 to T4 detected by each of the plurality of temperature sensors 21a to 21d arranged at predetermined positions of the structures 11 to 16. By performing the above, the amount of thermal displacement at a predetermined position of each of the structures 11 to 16 is estimated.

例えば、熱変位量推定装置20は、コラム12に配置された複数の温度センサ21a〜21d(図1に示す)による検出温度T1〜T4に基づいてコラム12の構造体モデルの構造解析を行うことにより、加工点熱変位に寄与するコラム12のサドル13との摺動面(図1の左側面)の複数位置における熱変位量を推定する。なお、複数の温度センサ21a〜21dは、コラム12のみに限らず、工作機械10の各構造体11〜16の所定位置に配置されるようにしてもよい。なお、熱変位量推定装置20の詳細は、後述する。   For example, the thermal displacement estimation device 20 performs the structural analysis of the structure model of the column 12 based on the detected temperatures T1 to T4 by the plurality of temperature sensors 21a to 21d (shown in FIG. 1) arranged in the column 12. Thus, the amount of thermal displacement at a plurality of positions on the sliding surface (left side surface in FIG. 1) of the column 12 that contributes to the machining point thermal displacement with the saddle 13 is estimated. The plurality of temperature sensors 21 a to 21 d are not limited to the column 12 and may be arranged at predetermined positions of the structures 11 to 16 of the machine tool 10. Details of the thermal displacement estimation device 20 will be described later.

熱変位補正装置30は、工作機械10の各構造体11〜16の熱変位に伴って生じる被加工物Wと回転工具19との相対位置のずれを解消するために、移動体としての構造体12〜16の位置指令値に対する補正を行う。   The thermal displacement correction device 30 is a structure as a moving body in order to eliminate a shift in the relative position between the workpiece W and the rotary tool 19 caused by the thermal displacement of each structure 11 to 16 of the machine tool 10. Correction for position command values of 12 to 16 is performed.

具体的には、図2に示すように、熱変位補正装置30は、補正値演算部31と、補正部32とを備える。補正値演算部31は、熱変位量推定装置20により得られた熱変位量に基づいて、リアルタイムに、移動体としての構造体12〜16に対する位置指令値の補正値を演算する。補正部32は、補正値演算部31により得られた補正値に基づいて、制御装置40による位置指令値を補正する。   Specifically, as shown in FIG. 2, the thermal displacement correction device 30 includes a correction value calculation unit 31 and a correction unit 32. The correction value calculation unit 31 calculates the correction value of the position command value for the structures 12 to 16 as the moving body in real time based on the thermal displacement amount obtained by the thermal displacement amount estimation device 20. The correction unit 32 corrects the position command value by the control device 40 based on the correction value obtained by the correction value calculation unit 31.

(3.構造解析の基本説明)
次に、熱変位量推定装置20の構造解析部23(図2に示す)による構造解析の基本について説明する。工作機械10の構造体の一つであるコラム12の熱変位に伴う熱変位補正を行う場合を例に挙げて、コラム12の熱変位量を推定する場合における構造解析の基本について図3を参照して説明する。なお、構造解析部23による構造解析は、コラム12の他に、ベッド11などの他の構造体にも同様に適用できる。
(3. Basic explanation of structural analysis)
Next, the basics of the structural analysis by the structural analysis unit 23 (shown in FIG. 2) of the thermal displacement estimation device 20 will be described. With reference to FIG. 3 for the basics of the structural analysis when estimating the amount of thermal displacement of the column 12 by taking as an example the case of performing the thermal displacement correction accompanying the thermal displacement of the column 12 which is one of the structures of the machine tool 10. To explain. The structural analysis by the structural analysis unit 23 can be similarly applied to other structures such as the bed 11 in addition to the column 12.

構造解析部23は、構造体モデルを用いて、有限要素法による構造解析を行う。図3において、太線L1は、コラム12の形状線であり、細線L2は、有限要素法による構造解析における要素Sの境界線分である。各細線L2の端点が節点Po1,Po2,Po3,・・・となる。図3においては、各要素Sは、四面体一次要素としている。なお、各要素Sは、四面体一次要素に限られることなく、四面体二次要素、六面体一次要素、六面体二次要素などを適用できる。   The structural analysis unit 23 performs structural analysis by a finite element method using the structure model. In FIG. 3, a thick line L1 is a shape line of the column 12, and a thin line L2 is a boundary line segment of the element S in the structural analysis by the finite element method. The end points of each thin line L2 are nodes Po1, Po2, Po3,. In FIG. 3, each element S is a tetrahedral primary element. Each element S is not limited to a tetrahedral primary element, and a tetrahedral secondary element, a hexahedral primary element, a hexahedral secondary element, or the like can be applied.

つまり、構造解析部23は、図3の各要素Sに基づいて、コラム12の構造体モデルについてリアルタイムに有限要素法による構造解析を行い、加工点熱変位に寄与するコラム12の構造体モデルの一部の節点Po1,Po2,Po3における熱変位量を推定する。ここで、コラム12の構造体モデルについて有限要素法による構造解析における解析条件として、全ての節点の温度が必要である。   That is, the structural analysis unit 23 performs real-time structural analysis on the structure model of the column 12 by the finite element method based on each element S of FIG. 3, and the structure model of the column 12 that contributes to the machining point thermal displacement. The amount of thermal displacement at some nodes Po1, Po2 and Po3 is estimated. Here, the temperature of all nodes is necessary as an analysis condition in the structural analysis by the finite element method for the structure model of the column 12.

(4.構造解析のブロック化及びブロック温度の説明)
構造解析部23は、構造体モデルの全ての節点の温度を実際の構造体11〜16の対応する位置における温度として構造解析を行うと、非常に多数の演算回数を要し、長時間の演算時間を要する。
(4. Description of block of structural analysis and block temperature)
When the structure analysis unit 23 performs the structure analysis using the temperatures of all the nodes of the structure model as the temperatures at the corresponding positions of the actual structures 11 to 16, it requires a very large number of calculations and requires a long time calculation. It takes time.

そこで、構造解析部23は、構造体モデルを複数のブロックに分割して、複数のブロックの各々のブロック温度が均一値であるとして、構造解析を行う。従って、構造解析部23が構造解析に用いる各節点の温度は、実際の構造体11〜16の各部位の温度とは異なる値となるが、ブロック温度を均一値とすることにより、構造解析部23による構造解析の演算量が大幅に低減し、高速な演算が可能となる。   Therefore, the structure analysis unit 23 divides the structure model into a plurality of blocks, and performs the structure analysis assuming that the block temperatures of the plurality of blocks are uniform values. Therefore, the temperature of each node used for the structural analysis by the structural analysis unit 23 is a value different from the temperature of each part of the actual structural bodies 11 to 16, but the structural analysis unit 23 can have a uniform block temperature. The amount of calculation of the structural analysis by 23 is greatly reduced, and high-speed calculation is possible.

コラム12の構造体モデルを分割した複数のブロックB1〜B4について、図4を参照して説明する。図4に示すように、コラム12の構造体モデルは、Y方向ブロック境界Ly及びZ方向ブロック境界Lzにより分割される。つまり、コラム12の構造体モデルは、複数のブロックB1〜B4に分割される。実際には、コラム12の構造体モデルは、X軸方向についても複数のブロックに分割されるが、図4においては、簡易的に示すため、Y−Z平面のみにおいて分割するものとする。   A plurality of blocks B1 to B4 obtained by dividing the structure model of the column 12 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the structure model of the column 12 is divided by a Y-direction block boundary Ly and a Z-direction block boundary Lz. That is, the structure model of the column 12 is divided into a plurality of blocks B1 to B4. Actually, the structure model of the column 12 is divided into a plurality of blocks also in the X-axis direction. However, in FIG. 4, it is assumed that the structure model is divided only in the YZ plane.

複数のブロックB1〜B4の各々の内部には、各々の温度センサ21a〜21dが配置される。つまり、ブロックB1〜B4の数は、温度センサ21a〜21dの数と一致する。複数のブロックB1〜B4の各々のブロック温度T1〜T4は、均一値であって、複数の温度センサ21a〜21dの各々による検出温度T1〜T4である。従って、ブロックB1〜B4の各々に含まれる節点の温度は、対応するブロック温度T1〜T4とされる。例えば、ブロックB1に含まれる全ての節点の温度は、ブロックB1の内部に配置される温度センサ21aによる検出温度T1となる。   Each temperature sensor 21a-21d is arrange | positioned inside each of several block B1-B4. That is, the number of blocks B1 to B4 matches the number of temperature sensors 21a to 21d. Each of the block temperatures T1 to T4 of the plurality of blocks B1 to B4 is a uniform value, and is a detection temperature T1 to T4 detected by each of the plurality of temperature sensors 21a to 21d. Therefore, the temperatures of the nodes included in each of the blocks B1 to B4 are the corresponding block temperatures T1 to T4. For example, the temperatures of all nodes included in the block B1 are detected temperatures T1 by the temperature sensor 21a disposed inside the block B1.

ここで、温度センサ21a〜21dによる検出温度T1〜T4は、温度センサ21a〜21dが配置される位置によって異なる値となる。従って、構造解析に用いるブロック温度T1〜T4は、温度センサ21a〜21dの位置によって異なる値となる。ブロック温度T1〜T4は、解析精度に影響を及ぼす。そこで、以下に説明する条件決定方法によって、高精度な熱変位量を推定できる温度センサ21a〜21dの位置を決定する。   Here, the detected temperatures T1 to T4 by the temperature sensors 21a to 21d have different values depending on the positions where the temperature sensors 21a to 21d are arranged. Accordingly, the block temperatures T1 to T4 used for the structural analysis have different values depending on the positions of the temperature sensors 21a to 21d. The block temperatures T1 to T4 affect the analysis accuracy. Therefore, the position of the temperature sensors 21a to 21d that can estimate the thermal displacement amount with high accuracy is determined by the condition determination method described below.

(5.熱変位量推定装置20の詳細説明)
次に、熱変位量推定装置20による熱変位量推定方法について、図2及び図4を参照して説明する。熱変位量推定装置20は、図2に示すように、温度センサ21a〜21dと、ブロック温度取得部22と、構造解析部23とを備える。
(5. Detailed description of the thermal displacement estimation device 20)
Next, a thermal displacement amount estimation method by the thermal displacement amount estimation device 20 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the thermal displacement estimation device 20 includes temperature sensors 21 a to 21 d, a block temperature acquisition unit 22, and a structure analysis unit 23.

温度センサ21a〜21dは、図1に示すように、コラム12の内部に配置される。図4に示すように、各々の温度センサ21a〜21dは、ブロックB1〜B4の内部に配置される。ブロック温度取得部22は、ブロック温度T1〜T4を、対応する温度センサ21a〜21dの検出温度として取得する。   As shown in FIG. 1, the temperature sensors 21 a to 21 d are arranged inside the column 12. As shown in FIG. 4, each temperature sensor 21a-21d is arrange | positioned inside the block B1-B4. The block temperature acquisition unit 22 acquires the block temperatures T1 to T4 as the detected temperatures of the corresponding temperature sensors 21a to 21d.

構造解析部23は、複数のブロックB1〜B4の各々におけるブロック温度T1〜T4に基づいて、コラム12の構造体モデルの構造解析を行う。本実施形態においては、構造解析部23は、コラム12の構造体モデルについて有限要素法による構造解析を行い、コラム12におけるサドル13の摺動面のうち、所定の節点Po1,Po2,Po3の熱変位量を推定する。構造解析の条件として、材料定数、各節点における温度、構造上の拘束条件、支持構造におけるばね要素等が必要となる。ここで、構造解析の条件のうち各節点における温度のみ変化するものであって、他の条件は既知である。そして、各節点における温度情報は、ブロック温度取得部22により取得されたブロック温度T1〜T4を用いる。   The structure analysis unit 23 performs the structure analysis of the structure model of the column 12 based on the block temperatures T1 to T4 in each of the plurality of blocks B1 to B4. In the present embodiment, the structural analysis unit 23 performs a structural analysis by the finite element method on the structural body model of the column 12, and among the sliding surfaces of the saddle 13 in the column 12, the heat of predetermined nodes Po 1, Po 2, Po 3. Estimate the amount of displacement. As conditions for the structural analysis, material constants, temperatures at each node, structural constraints, spring elements in the support structure, and the like are required. Here, among the conditions of the structural analysis, only the temperature at each node changes, and other conditions are known. And the block temperature T1-T4 acquired by the block temperature acquisition part 22 is used for the temperature information in each node.

構造解析部23による構造解析は、式(1)のような行列演算式により表される。式(1)の演算回数は、Npart1×2×Nblock回となる。ここで、以下の式において、行数および列数、もしくは要素数を示す表記としている。 The structural analysis by the structural analysis unit 23 is expressed by a matrix arithmetic expression such as Expression (1). The number of computations of equation (1) is N part1 × 2 × N block times. Here, in the following formulas, the number of rows and columns or the number of elements is used.

Figure 0006435655
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ここで、{δpart1}は、節点Po1,Po2,Po3の熱変位量ベクトル(要素数Npart1)である。[P1part1]は、節点Po1,Po2,Po3に関係する係数マトリックス(行数Npart1、列数Nblock)である。{Tblock}は、各ブロックB1〜B4の温度ベクトル(要素数Nblock)である。つまり、{Tblock}は、ブロック温度T1〜T4を列ベクトルとして表示したものに相当する。 Here, {[delta] part1} is a node Po1, Po2, Po3 thermal displacement amount vector of (number of elements N part1). [P1 part1] is node Po1, Po2, Po3 coefficient related to the matrix (the number of rows N part1, the number of columns N block) is. {T block } is a temperature vector (number of elements N block ) of each of the blocks B1 to B4. That is, {T block } corresponds to the block temperature T1 to T4 displayed as a column vector.

つまり、構造解析部23は、予め記憶する係数マトリックス[P1part1]、ブロック温度取得部22により取得されたブロック温度T1〜T4を用いて、式(1)に従って節点Po1,Po2,Po3の熱変位量を得る。 That is, the structural analysis unit 23 uses the coefficient matrix [P1 part1 ] stored in advance and the block temperatures T1 to T4 acquired by the block temperature acquisition unit 22, and the thermal displacement of the nodes Po1, Po2, Po3 according to the equation (1). Get quantity.

(6.構造解析式の導出方法)
以下に、構造解析部23による構造解析に用いる行列演算式(式(1))の導出方法について説明する。構造体モデルの剛性方程式は、式(2)により表される。{f}は、各節点の外力ベクトル(要素数Nall)である。[K]は、剛性マトリックス(行数Nall、列数Nall)であって、コラム12の材料定数およびコラム12の形状により得られる既知の値である。{δall}は、各節点の変位ベクトル(要素数Nall)である。allは、全ての節点数を意味する。明細書において用いるベクトルは、すべて列ベクトルを意味する。
(6. Method for deriving structural analysis formula)
Hereinafter, a method for deriving the matrix arithmetic expression (formula (1)) used for the structural analysis by the structural analysis unit 23 will be described. The stiffness equation of the structure model is expressed by equation (2). {F} is an external force vector (number of elements N all ) at each node. [K] is a stiffness matrix (number of rows N all , number of columns N all ), which is a known value obtained from the material constant of the column 12 and the shape of the column 12. {Δ all } is a displacement vector (number of elements N all ) of each node. all means the number of all nodes. All vectors used in the specification mean column vectors.

Figure 0006435655
Figure 0006435655

また、節点の温度に応じた節点力の関係式は、式(3)により表される。[F]は、節点力係数マトリックス(行数Nall、列数Nall)であって、コラム12の材料定数およびコラム12の形状により得られる既知の値である。{Tall}は、各節点の温度ベクトル(要素数Nall)である。 Further, the relational expression of the nodal force according to the temperature of the nodal point is expressed by the formula (3). [F] is a nodal force coefficient matrix (number of rows N all , number of columns N all ), which is a known value obtained from the material constant of the column 12 and the shape of the column 12. {T all } is a temperature vector (number of elements N all ) at each node.

Figure 0006435655
Figure 0006435655

式(2)(3)の左辺が共通するため、各節点の熱変位量ベクトル{δall}は式(4)のように表される。つまり、式(4)における各節点の熱変位量ベクトル{δall}は、各節点の熱変位量に相当する。ここで、後の説明の容易化のため、式(5)のように、剛性マトリックス[K]の逆行列と節点力係数マトリックス[F]の乗算行列は[P]と表す。 Since the left sides of Expressions (2) and (3) are common, the thermal displacement vector {δ all } at each node is expressed as Expression (4). That is, the thermal displacement vector {δ all } at each node in Equation (4) corresponds to the thermal displacement at each node. Here, for ease of later explanation, the multiplication matrix of the inverse matrix of the stiffness matrix [K] and the nodal force coefficient matrix [F] is expressed as [P] as shown in Equation (5).

Figure 0006435655
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Figure 0006435655
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式(5)に基づいて全ての節点の熱変位量ベクトル{δall}、すなわち全ての節点の熱変位量を演算するためには、非常に多数の演算回数を要し、長時間の演算時間を要する。しかし、本実施形態においては、コラム12の構造体モデルを複数に分割したブロックB1〜B4の各々における節点の温度は、均一値である。つまり、温度の種類は、ブロックB1〜B4の総数と同数となる。そうすると、上述した式(5)は、以下のように、式(6)のように表される。 In order to calculate the thermal displacement vector {δ all } of all the nodes, that is, the thermal displacement amount of all the nodes based on the equation (5), a very large number of calculation times are required and a long calculation time is required. Cost. However, in the present embodiment, the temperatures of the nodes in each of the blocks B1 to B4 obtained by dividing the structure model of the column 12 into a plurality are uniform values. That is, the type of temperature is the same as the total number of blocks B1 to B4. Then, the above-described equation (5) is expressed as equation (6) as follows.

Figure 0006435655
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式(6)の演算回数は、上述した式(5)の演算回数に比べると大幅に少なくできるが、以下のようにすることで、さらに少なくなる。熱変位量ベクトル{δall}は、コラム12の構造体モデルの全ての節点における熱変位量を示している。しかし、熱変位補正装置30による補正を行うためには、コラム12全体の熱変位量は必要ではなく、コラム12のうちサドル13が摺動する部位だけで十分である。そこで、式(6)における熱変位量ベクトル{δall}を、コラム12の一部の節点Po1,Po2,Po3における熱変位量ベクトル{δpart1}と、それ以外の部位の節点における熱変位量ベクトル{δpart2}とに分けて表すと、式(7)のようになる。 The number of calculations in equation (6) can be significantly reduced compared to the number of calculations in equation (5) described above, but it can be further reduced by doing the following. The thermal displacement vector {δ all } indicates the thermal displacement at all nodes of the structure model of the column 12. However, in order to perform correction by the thermal displacement correction device 30, the amount of thermal displacement of the entire column 12 is not necessary, and only a portion of the column 12 where the saddle 13 slides is sufficient. Therefore, the equation (6) thermal displacement amount vector {[delta] all} in, some of the nodes of column 12 Po1, Po2, the thermal displacement amount vectors {[delta] part1} in Po3, thermal displacement at the nodes of the other sites When divided into vectors {δ part2 }, the following equation (7) is obtained.

Figure 0006435655
Figure 0006435655

式(7)のうち、コラム12の構造体モデルの節点Po1,Po2,Po3における熱変位量ベクトル{δpart1}のみを抽出すると、上述した式(1)のように表すことができる。 Of the formula (7), when to extract only thermal displacement vector {[delta] part1} at the nodes Po1, Po2, Po3 of the structure model of the column 12 can be expressed as the above-mentioned equation (1).

(7.条件決定方法)
本実施形態の条件決定方法は、温度センサ21a〜21dを配置する位置、すなわちブロック温度T1〜T4を検出する位置を決定する。条件決定方法について、図5〜図10を参照して説明する。ここで、条件決定方法は、コンピュータによって構成される条件決定装置によって行われる。つまり、以下の処理は、条件決定装置による処理である。
(7. Condition determination method)
The condition determination method of this embodiment determines the position where the temperature sensors 21a to 21d are arranged, that is, the position where the block temperatures T1 to T4 are detected. The condition determination method will be described with reference to FIGS. Here, the condition determination method is performed by a condition determination apparatus configured by a computer. That is, the following processing is processing by the condition determining device.

図5に示すように、条件決定装置は、コラム12の構造体モデルについて、熱解析を行う(図5のS1:熱解析工程)。熱解析は、構造体モデル、構造体の熱伝達条件、構造体に付与される外的付与熱条件、拘束条件等に基づいて行われる。熱伝達条件は、例えば構造体の材料に応じたものである。外的付与熱条件は、例えば、構造体の環境温度、外部の構造体(例えば主軸14など)から受ける熱などである。拘束条件は、熱変位が規制される条件などである。   As shown in FIG. 5, the condition determining device performs thermal analysis on the structure model of the column 12 (S <b> 1: thermal analysis step in FIG. 5). The thermal analysis is performed based on a structure model, a heat transfer condition of the structure, an externally applied heat condition applied to the structure, a constraint condition, and the like. The heat transfer condition depends on the material of the structure, for example. The externally applied heat condition is, for example, the environmental temperature of the structure, heat received from an external structure (for example, the main shaft 14). The constraint condition is a condition in which thermal displacement is restricted.

条件決定装置は、熱解析によって、コラム12の構造体モデルの温度分布を取得する。本実施形態においては、条件決定装置は、例えば、一日における平均的な環境温度変化を条件とした場合における構造体モデルの温度分布を取得する。なお、条件決定装置が複数の温度分布を取得する場合については、別の実施形態にて説明する。   The condition determining device acquires the temperature distribution of the structure model of the column 12 by thermal analysis. In the present embodiment, the condition determining device acquires the temperature distribution of the structure model when, for example, an average environmental temperature change in one day is used as a condition. Note that the case where the condition determining device acquires a plurality of temperature distributions will be described in another embodiment.

続いて、条件決定装置は、熱解析により取得されたコラム12の構造体モデルの温度分布に基づいて構造体モデルの第一構造解析を行う(図5のS2:第一構造解析工程)。その結果、条件決定装置は、図6に示すように、構造体モデルの少なくとも一部の節点Po1,Po2,Po3(図3及び図4に示す)における第一熱変位量δNo1,Z1、δNo1,Z2、δNo1,Z3を取得する。 Subsequently, the condition determination device performs a first structure analysis of the structure model based on the temperature distribution of the structure model of the column 12 acquired by the thermal analysis (S2 in FIG. 5: first structure analysis step). As a result, the condition determining device, as shown in FIG. 6, the first thermal displacement amounts δ No1, Z1 , δ at at least some of the nodes Po1, Po2, Po3 (shown in FIGS. 3 and 4) of the structure model. Get No1, Z2 and δNo1, Z3 .

本実施形態においては、条件決定装置が取得する第一熱変位量δNo1,Z1、δNo1,Z2、δNo1,Z3は、Z軸方向の熱変位量のみを取得するものとする。添え字No1は、第一熱変位量であることに対応し、添え字Z1,Z2,Z3は、節点Po1,Po2,Po3に対応する。第一熱変位量δNo1,Z1、δNo1,Z2、δNo1,Z3は、熱解析に用いた条件のときにおける実際のコラム12の節点Po1,Po2,Po3の熱変位量に一致する。 In the present embodiment, the first thermal displacement amounts ΔNo1, Z1 , ΔNo1, Z2 , and ΔNo1, Z3 acquired by the condition determining device acquire only the thermal displacement amount in the Z-axis direction. The suffix No. 1 corresponds to the first thermal displacement amount, and the suffixes Z1, Z2, and Z3 correspond to the nodes Po1, Po2, and Po3. The first thermal displacement amounts δ No1, Z1 , δ No1, Z2 , δ No1, Z3 coincide with the actual thermal displacement amounts of the nodes Po1, Po2, Po3 of the column 12 under the conditions used in the thermal analysis.

条件決定装置は、第一熱解析工程と並列に、以下の処理を行う。条件決定装置は、熱解析により取得されたコラム12の構造体モデルの温度分布に基づいて、図7に示すような、ブロックB1〜B4に関するブロック温度テーブルを生成する(図5のS3:ブロック温度テーブル生成工程)。   The condition determining device performs the following processing in parallel with the first thermal analysis step. The condition determining device generates a block temperature table related to the blocks B1 to B4 as shown in FIG. 7 based on the temperature distribution of the structure model of the column 12 obtained by thermal analysis (S3 in FIG. 5: block temperature). Table generation step).

図7に示すように、ブロック温度テーブルは、ブロックB1〜B4の各々について、節点温度の最小値TaB1,1、TaB2,1、TaB3,1、TaB4,1から最大値TaB1,n1、TaB2,n2、TaB3,n3、TaB4,n4の順に並べて配置される。節点温度の添え字B1〜B4は、ブロックB1〜B4に対応し、添え字n1,n2,n3,n4は、ブロックB1〜B4の各々における節点温度の種類の数に対応する。つまり、n1,n2,n3,n4は、ブロックB1〜B4の各々の節点数以下の数となる。 As shown in FIG. 7, the block temperature table shows the minimum values Ta B1,1 , Ta B2,1 , Ta B3,1 , Ta B4,1 to the maximum value Ta B1,1 for each of the blocks B1 to B4 . n1 , Ta B2, n2 , Ta B3, n3 , Ta B4, n4 are arranged in this order. The node temperature subscripts B1 to B4 correspond to the blocks B1 to B4, and the subscripts n1, n2, n3, and n4 correspond to the number of types of node temperatures in each of the blocks B1 to B4. That is, n1, n2, n3, and n4 are numbers equal to or less than the number of nodes in each of the blocks B1 to B4.

続いて、条件決定装置は、ブロック温度テーブルに基づいて、各々のブロック温度を複数の組合せパターンとした場合のブロック温度パターンCを生成する(図5のS4:ブロック温度パターン生成工程)。ブロック温度パターンC1〜Cjの各々は、図8に示すように、ブロックB1〜B4の各々のブロック温度TaB1,1〜TaB1,n1、TaB2,1〜TaB2,n2、TaB3,1〜TaB3,n3、TaB4,1〜TaB4,n4を含む。例えば、パターンC1は、TaB1,1、TaB2,1、TaB3,1、TaB4,1を含むパターンである。つまり、パターンCの数は、「n1×n2×n3×n4」となる。 Subsequently, the condition determining device generates a block temperature pattern C when each block temperature is a plurality of combination patterns based on the block temperature table (S4 in FIG. 5: block temperature pattern generating step). As shown in FIG. 8, each of the block temperature patterns C1 to Cj includes the block temperatures Ta B1,1 to Ta B1, n1 , Ta B2,1 to Ta B2, n2 , and Ta B3,1 of the blocks B1 to B4. -TaB3 , n3 , TaB4,1 -TaB4 , n4 are included. For example, the pattern C1 is a pattern including Ta B1,1 , Ta B2,1 , Ta B3,1 and Ta B4,1 . That is, the number of patterns C is “n1 × n2 × n3 × n4”.

続いて、条件決定装置は、ブロック温度パターンCの各々について、コラム12の構造体モデルの第二構造解析をそれぞれ行う(図5のS5:第二構造解析工程)。その結果、条件決定装置は、図9に示すように、構造体モデルの少なくとも一部の節点Po1,Po2,Po3(図3及び図4に示す)における第二熱変位量δNo2,Z1,C1〜δNo2,Z1,Cj、δNo2,Z2,C1〜δNo2,Z2,Cj、δNo2,Z3,C1〜δNo2,Z3,Cjを取得する。 Subsequently, the condition determining apparatus performs the second structure analysis of the structure model of the column 12 for each of the block temperature patterns C (S5 in FIG. 5: second structure analysis step). As a result, the condition determining apparatus, as shown in FIG. 9, the second thermal displacement amount δ No2, Z1, C1 at at least some nodes Po1, Po2, Po3 (shown in FIGS. 3 and 4) of the structure model. ~δ No2, Z1, Cj, δ No2, Z2, C1 ~δ No2, Z2, Cj, δ No2, Z3, C1 ~δ No2, Z3, acquires Cj.

本実施形態においては、条件決定装置が取得する第二熱変位量δNo2,Z1,C1〜δNo2,Z1,Cj、δNo2,Z2,C1〜δNo2,Z2,Cj、δNo2,Z3,C1〜δNo2,Z3,Cjは、Z軸方向の熱変位量のみを取得するものとする。添え字No2は、第二熱変位量であることに対応し、添え字Z1,Z2,Z3は、節点Po1,Po2,Po3に対応し、添え字C1〜Cjは、ブロック温度パターンCに対応する。 In the present embodiment, the second thermal displacement amounts δ No2, Z1, C1 to δ No2, Z1, Cj , δ No2, Z2, C1 to δ No2, Z2, Cj , δ No2, Z3, acquired by the condition determining device . C1 to δ No2, Z3, and Cj shall acquire only the amount of thermal displacement in the Z-axis direction. Subscript No2 corresponds to the second thermal displacement amount, subscripts Z1, Z2, and Z3 correspond to nodes Po1, Po2, and Po3, and subscripts C1 to Cj correspond to block temperature pattern C. .

ここで、条件決定装置における第二構造解析は、構造解析部23にて式(1)に従って行われる構造解析である。ブロック数が4つであり、節点数が3つであるため、式(1)における係数マトリックス[P1part1]は、式(8)のように表される。 Here, the second structural analysis in the condition determining apparatus is a structural analysis performed by the structural analysis unit 23 according to the equation (1). Since the number of blocks is four and the number of nodes is three, the coefficient matrix [P1 part1 ] in Expression (1) is expressed as Expression (8).

Figure 0006435655
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そうすると、パターンC1における第二熱変位量δNo2,Z1,C1、δNo2,Z2,C1、δNo2,Z3,C1は、式(9)のように表される。また、パターンCjにおける第二熱変位量δNo2,Z1,Cj、δNo2,Z2,Cj、δNo2,Z3,Cjは、式(10)のように表される。 Then, the second thermal displacement amounts δ No2, Z1, C1 , δ No2, Z2, C1 , and δ No2, Z3, C1 in the pattern C1 are expressed as in Expression (9). Further, the second thermal displacement amounts δ No2, Z1, Cj , δ No2, Z2, Cj , and δ No2, Z3, Cj in the pattern Cj are expressed as in Expression (10).

Figure 0006435655
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Figure 0006435655
Figure 0006435655

続いて、条件決定装置は、対応する節点Po1,Po2,Po3における第一熱変位量δNo1,Z1、δNo1,Z2、δNo1,Z3と各パターンCの第二熱変位量δNo2,Z1,C1〜δNo2,Z1,Cj、δNo2,Z2,C1〜δNo2,Z2,Cj、δNo2,Z3,C1〜δNo2,Z3,Cjとのそれぞれの差に基づいて、各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定する(図5のS6:最適パターン決定工程)。つまり、条件決定装置は、パターンC1〜Cjの中から1つのパターンを選択する。 Subsequently, the condition determining device determines the first thermal displacement amounts δ No1, Z1 , δ No1, Z2 , δ No1, Z3 and the second thermal displacement amounts δ No2, Z1 of the respective patterns C at the corresponding nodes Po1, Po2, Po3. , C1 to δ No2, Z1, Cj , δ No2, Z2, C1 to δ No2, Z2, Cj , δ No2, Z3, C1 to δ No2, Z3, Cj Is determined (S6 in FIG. 5: optimal pattern determination step). That is, the condition determining device selects one pattern from the patterns C1 to Cj.

各々のブロック温度の最適組合せパターンは、式(11)に示す評価関数Φ1が最小となる組合せパターンとなる。つまり、パターンC1〜Cjの各々についての第二熱変位量δNo2,Z1,C1〜δNo2,Z1,Cj、δNo2,Z2,C1〜δNo2,Z2,Cj、δNo2,Z3,C1〜δNo2,Z3,Cjをそれぞれ式(11)に代入した場合に、評価関数Φ1が最小となるパターンCが、最適組合せパターンとなる。ここで、式(11)において、添え字Z(m)は、Z1,Z2,Z3に対応し、添え字Cは、パターンC1〜Cjの何れかに対応する。 The optimum combination pattern of each block temperature is a combination pattern that minimizes the evaluation function Φ1 shown in Expression (11). That is, the second thermal displacement amounts δ No2, Z1, C1 to δ No2, Z1, Cj , δ No2, Z2, C1 to δ No2, Z2, Cj , δ No2, Z3, C1 to each of the patterns C1 to Cj When δ No 2, Z 3, and Cj are respectively substituted into Expression (11), the pattern C that minimizes the evaluation function Φ1 is the optimum combination pattern. Here, in Expression (11), the subscript Z (m) corresponds to Z1, Z2, and Z3, and the subscript C corresponds to any one of the patterns C1 to Cj.

Figure 0006435655
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続いて、条件決定装置は、各々のブロック温度の最適組合せパターンと熱解析により取得された構造体モデルの温度分布とに基づいて、工作機械の構造体(コラム12)における温度検出位置、すなわち温度センサ21a〜21dの配置位置を決定する(図5のS7:温度検出位置決定工程)。   Subsequently, based on the optimum combination pattern of each block temperature and the temperature distribution of the structure model obtained by the thermal analysis, the condition determining device determines the temperature detection position, that is, the temperature in the machine tool structure (column 12). The arrangement positions of the sensors 21a to 21d are determined (S7 in FIG. 5: temperature detection position determination step).

例えば、最適パターン決定工程において、パターンC2がブロック温度の最適組合せパターンと決定された場合には、図8に示すように、ブロックB1〜B4の各々の最適なブロック温度は、TaB1,2、TaB2,1、TaB3,1、TaB4,1となる。 For example, when the pattern C2 is determined as the optimal combination pattern of the block temperatures in the optimal pattern determination step, the optimal block temperature of each of the blocks B1 to B4 is Ta B1,2 , Ta B2,1 , Ta B3,1 and Ta B4,1 .

ブロックB1における温度検出位置の決定について説明する。条件決定装置は、熱解析により得られたブロックB1内の温度分布の中から、最適なブロック温度TaB1,2に一致する節点を抽出する。抽出された節点の位置が、温度検出位置、すなわち温度センサ21aが配置される位置となる。ブロックB2〜B4における温度検出位置の決定も、同様である。 The determination of the temperature detection position in block B1 will be described. The condition determining device extracts a node coincident with the optimum block temperature Ta B1,2 from the temperature distribution in the block B1 obtained by the thermal analysis. The position of the extracted node is the temperature detection position, that is, the position where the temperature sensor 21a is arranged. The determination of the temperature detection position in the blocks B2 to B4 is the same.

図10は、パターンC2に対応する節点の位置に温度センサ21a(C2)、21b(C2)、21c(C2)、21d(C2)を配置した状態を示す。温度センサ21a〜21dが図10に示す位置に配置され、図2に示すブロック温度取得部22が各ブロック温度T1〜T4を取得し、構造解析部23がブロック温度T1〜T4に基づいて構造解析を行う。   FIG. 10 shows a state in which the temperature sensors 21a (C2), 21b (C2), 21c (C2), and 21d (C2) are arranged at the positions of the nodes corresponding to the pattern C2. The temperature sensors 21a to 21d are arranged at the positions shown in FIG. 10, the block temperature acquisition unit 22 shown in FIG. 2 acquires the block temperatures T1 to T4, and the structural analysis unit 23 performs structural analysis based on the block temperatures T1 to T4. I do.

ここで、第一熱変位量δNo1,Z1、δNo1,Z2、δNo1,Z3は、熱解析により取得されたコラム12の構造体モデルの温度分布に基づいて構造体モデルの第一構造解析を行っているため、実際のコラム12の熱変位量にほぼ等しい。一方、第二熱変位量δNo2,Z1,C1〜δNo2,Z1,Cj、δNo2,Z2,C1〜δNo2,Z2,Cj、δNo2,Z3,C1〜δNo2,Z3,Cjは、コラム12の構造体モデルを複数のブロックB1〜B4に分割した場合に各々のブロック温度TaB1,1〜TaB1,n1、TaB2,1〜TaB2,n2、TaB3,1〜TaB3,n3、TaB4,1〜TaB4,n4を均一値とするため、実際の構造体の熱変位量からずれた値となる。 Here, the first thermal displacement amounts δ No1, Z1 , δ No1, Z2 , δ No1, Z3 are the first structure analysis of the structure model based on the temperature distribution of the structure model of the column 12 obtained by the thermal analysis. Therefore, the actual thermal displacement amount of the column 12 is substantially equal. On the other hand, the second thermal displacement δ No2, Z1, C1 to δ No2, Z1, Cj , δ No2, Z2, C1 to δ No2, Z2, Cj , δ No2, Z3, C1 to δ No2, Z3, Cj are When the structure model of the column 12 is divided into a plurality of blocks B1 to B4, the block temperatures Ta B1,1 to Ta B1, n1 , Ta B2,1 to Ta B2, n2 , Ta B3,1 to Ta B3, Since n3 and Ta B4,1 to Ta B4, n4 are set to uniform values, the values deviate from the actual thermal displacement of the structure.

しかし、最適パターン決定工程にて、第一熱変位量δNo1,Z1、δNo1,Z2、δNo1,Z3と第二熱変位量δNo2,Z1,C1〜δNo2,Z1,Cj、δNo2,Z2,C1〜δNo2,Z2,Cj、δNo2,Z3,C1〜δNo2,Z3,Cjとの差に基づいて、ブロック温度の最適組合せパターンが決定される。第一熱変位量δNo1,Z1、δNo1,Z2、δNo1,Z3と第二熱変位量δNo2,Z1,C1〜δNo2,Z1,Cj、δNo2,Z2,C1〜δNo2,Z2,Cj、δNo2,Z3,C1〜δNo2,Z3,Cjとの差が小さいほど最適であると言える。つまり、当該差が小さくなるようなブロック温度の組合せパターンが最適組合せパターンとされる。ブロック温度の最適組合せパターンが決定された後には、当該最適組合せパターンに対応する温度検出位置を決定する。温度検出位置の決定に際しては、熱解析による温度分布を用いる。従って、得られた温度検出位置に温度センサ21a(C2)、21b(C2)、21c(C2)、21d(C2)を配置することで、高精度な熱変位量の推定が可能となる。 However, in the optimum pattern determination process, the first thermal displacement amount δ No1, Z1 , δ No1, Z2 , δ No1, Z3 and the second thermal displacement amount δ No2, Z1, C1 to δ No2, Z1, Cj , δ No2 , Z2, C1 ~δ No2, Z2 , Cj, based on the difference between the δ No2, Z3, C1 ~δ No2 , Z3, Cj, optimal combination pattern of the block temperature is determined. First thermal displacement δ No1, Z1 , δ No1, Z2 , δ No1, Z3 and second thermal displacement δ No2, Z1, C1 to δ No2, Z1, Cj , δ No2, Z2, C1 to δ No2, Z2 , Cj , δ No2, Z3, C1 to δ No2, Z3, Cj , the smaller the difference, the more optimal. That is, the combination pattern of the block temperature that makes the difference small is the optimum combination pattern. After the optimum combination pattern of block temperatures is determined, the temperature detection position corresponding to the optimum combination pattern is determined. In determining the temperature detection position, a temperature distribution by thermal analysis is used. Therefore, by arranging the temperature sensors 21a (C2), 21b (C2), 21c (C2), and 21d (C2) at the obtained temperature detection positions, it is possible to estimate the amount of thermal displacement with high accuracy.

また、第二構造解析工程における各々のブロック温度TaB1,1〜TaB1,n1、TaB2,1〜TaB2,n2、TaB3,1〜TaB3,n3、TaB4,1〜TaB4,n4は、図7に示すブロック温度テーブルを用いる。つまり、各々のブロック温度TaB1,1〜TaB1,n1、TaB2,1〜TaB2,n2、TaB3,1〜TaB3,n3、TaB4,1〜TaB4,n4は、熱解析により得られる温度分布のうち各々のブロックB1〜B4内における最小値と最大値との範囲内であることを条件とする。ブロックB1〜B4内に配置された温度センサ21a〜21dによる検出温度T1〜T4は、熱解析による温度分布のうち当該ブロックB1〜B4内の温度の中から選択される温度となる。そこで、上記条件を与えることで、第二構造解析に要する演算負荷が低減する。 In addition, each block temperature Ta B1,1 to Ta B1, n1 , Ta B2,1 to Ta B2, n2 , Ta B3,1 to Ta B3, n3 , Ta B4,1 to Ta B4, For n4 , the block temperature table shown in FIG. 7 is used. That is, each block temperature Ta B1,1 to Ta B1, n1 , Ta B2,1 to Ta B2, n2 , Ta B3,1 to Ta B3, n3 , Ta B4,1 to Ta B4, n4 is determined by thermal analysis. The condition is that the temperature distribution is within the range between the minimum value and the maximum value in each of the blocks B1 to B4. The detected temperatures T1 to T4 by the temperature sensors 21a to 21d arranged in the blocks B1 to B4 are temperatures selected from the temperatures in the blocks B1 to B4 in the temperature distribution by the thermal analysis. Therefore, by giving the above conditions, the calculation load required for the second structure analysis is reduced.

また、条件決定装置における第一構造解析工程及び第二構造解析工程は、コラム12の構造体モデルに含まれる複数の節点のうち一部のみの節点Po1,Po2,Po3における第一熱変位量及び第二熱変位量を取得する。一部のみの節点Po1,Po2,Po3について変位量の比較が行われるため、最適パターン決定工程における演算負荷が低くなる。   Further, the first structure analysis step and the second structure analysis step in the condition determining apparatus include the first thermal displacement amount at only some of the nodes Po1, Po2, Po3 among the plurality of nodes included in the structure model of the column 12. Obtain the second thermal displacement. Since the displacement amounts are compared for only some of the nodes Po1, Po2 and Po3, the calculation load in the optimum pattern determination step is reduced.

また、工作機械は、直交3軸方向の移動軸を備える。しかし、構造解析部23による構造解析、並びに、条件決定装置における第一構造解析及び第二構造解析は、1つの移動軸(Z軸)のみにおける熱変位量、第一熱変位量及び第二熱変位量をそれぞれ取得する。そして、1つの移動軸(Z軸)のみにおける第一熱変位量と各パターンの第二熱変位量との差に基づいて、対応する最適パターンが決定される。   Further, the machine tool is provided with a moving axis in three orthogonal directions. However, the structural analysis by the structural analysis unit 23, and the first structural analysis and the second structural analysis in the condition determining device are the thermal displacement amount, the first thermal displacement amount and the second thermal displacement only on one moving axis (Z axis). Get the displacement amount. A corresponding optimum pattern is determined based on the difference between the first thermal displacement amount on only one movement axis (Z-axis) and the second thermal displacement amount of each pattern.

ここで、直交3軸方向の移動軸において、加工精度への影響度は、それぞれ異なる。そこで、特に加工精度に影響の大きな移動軸(Z軸)のみを考慮して最適パターンを決定することで、演算負荷を低く抑えつつ、加工精度に対して高い効果を得ることができる。   Here, the degree of influence on the machining accuracy differs in the movement axes in the three orthogonal axes. Therefore, by determining the optimum pattern in consideration of only the movement axis (Z axis) that has a great influence on the machining accuracy, it is possible to obtain a high effect on the machining accuracy while keeping the calculation load low.

<第二実施形態>
第一実施形態においては、条件決定装置は、Z軸方向の第一熱変位量と第二熱変位量とに基づいて温度検出位置を決定した。第二実施形態においては、条件決定装置は、X,Y,Z軸方向の第一熱変位量と第二熱変位量とに基づいて温度検出位置を決定する。
<Second embodiment>
In the first embodiment, the condition determination device determines the temperature detection position based on the first thermal displacement amount and the second thermal displacement amount in the Z-axis direction. In the second embodiment, the condition determining device determines the temperature detection position based on the first thermal displacement amount and the second thermal displacement amount in the X, Y, and Z axis directions.

条件決定装置は、図5のS1における熱解析により取得されたコラム12の構造体モデルの温度分布に基づいて構造体モデルの第一構造解析を行う(図5のS2:第一構造解析工程)。その結果、条件決定装置は、図11に示すように、構造体モデルの一部の節点Po1,Po2,Po3(図3及び図4に示す)における第一熱変位量δNo1,X1、δNo1,X2、δNo1,X3、δNo1,Y1、δNo1,Y2、δNo1,Y3、δNo1,Z1、δNo1,Z2、δNo1,Z3を取得する。 The condition determining apparatus performs the first structure analysis of the structure model based on the temperature distribution of the structure model of the column 12 acquired by the thermal analysis in S1 of FIG. 5 (S2 of FIG. 5: first structure analysis step). . As a result, the condition determining device, as shown in FIG. 11, has first thermal displacement amounts δ No1, X1 , δ No1 at some nodes Po1, Po2, Po3 (shown in FIGS. 3 and 4) of the structure model. , X2 , δ No1, X3 , δ No1, Y1 , δ No1, Y2 , δ No1, Y3 , δ No1, Z1 , δ No1, Z2 , δ No1, Z3 .

添え字X1,X2,X3は、節点Po1,Po2,Po3のX軸方向に対応する。添え字Y1,Y2,Y3は、節点Po1,Po2,Po3のY軸方向に対応する。添え字Z1,Z2,Z3は、節点Po1,Po2,Po3のZ軸方向に対応する。   The subscripts X1, X2, and X3 correspond to the X-axis direction of the nodes Po1, Po2, and Po3. The subscripts Y1, Y2, and Y3 correspond to the Y-axis direction of the nodes Po1, Po2, and Po3. Subscripts Z1, Z2, and Z3 correspond to the Z-axis direction of nodes Po1, Po2, and Po3.

そして、条件決定装置が図5のS5における第二構造解析を行うことで、図12に示すように、構造体モデルの一部の節点Po1,Po2,Po3における第二熱変位量δNo2を取得する(図5のS5:第二構造解析工程)。 Then, the condition determination device performs the second structural analysis in S5 of FIG. 5 to obtain the second thermal displacement amount δ No2 at some nodes Po1, Po2, Po3 of the structure model as shown in FIG. (S5 in FIG. 5: second structure analysis step).

条件決定装置は、対応する節点Po1,Po2,Po3における第一熱変位量δNo1(図11に示す)と各パターンCの第二熱変位量δNo2(図12に示す)とのそれぞれの差に基づいて、各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定する(図5のS6:最適パターン決定工程)。つまり、条件決定装置は、図12に示すパターンC1〜Cjの中から1つのパターンを選択する。 The condition determining apparatus determines the difference between the first thermal displacement amount δ No1 (shown in FIG. 11) at the corresponding nodes Po1, Po2, Po3 and the second thermal displacement amount δ No2 (shown in FIG. 12) of each pattern C. Based on the above, the optimum combination pattern of each block temperature is determined (S6 in FIG. 5: optimum pattern determination step). That is, the condition determining apparatus selects one pattern from the patterns C1 to Cj shown in FIG.

各々のブロック温度の最適組合せパターンは、式(12)に示す評価関数Φ2が最小となる組合せパターンとなる。つまり、パターンC1〜Cjの各々についての第二熱変位量δNo2をそれぞれ式(12)に代入した場合に、評価関数Φ2が最小となるパターンCが、最適組合せパターンとなる。 The optimum combination pattern of each block temperature is a combination pattern that minimizes the evaluation function Φ2 shown in Expression (12). That is, when the second thermal displacement amount δ No2 for each of the patterns C1 to Cj is substituted into the equation (12), the pattern C that minimizes the evaluation function Φ2 is the optimal combination pattern.

Figure 0006435655
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続いて、条件決定装置は、各々のブロック温度の最適組合せパターンと熱解析により取得された構造体モデルの温度分布とに基づいて、工作機械の構造体(コラム12)における温度検出位置を決定する(図5のS7:温度検出位置決定工程)。
本実施形態のように、X,Y,Z軸方向を考慮して温度検出位置を決定することで、演算負荷が高くなるが、より高精度な熱変位量が推定できる。
Subsequently, the condition determining device determines the temperature detection position in the structure (column 12) of the machine tool based on the optimum combination pattern of each block temperature and the temperature distribution of the structure model acquired by thermal analysis. (S7 in FIG. 5: temperature detection position determination step).
As in the present embodiment, by determining the temperature detection position in consideration of the X, Y, and Z axis directions, the calculation load increases, but a more accurate thermal displacement amount can be estimated.

<第三実施形態>
第一実施形態においては、所定の一状態(所定季節における所定時刻の状態又は平均的な状態に相当)における温度分布を用いて温度検出位置を決定した。第三実施形態においては、複数の状態における温度分布を用いて温度検出位置を決定する。ここで、複数の状態とは、一日における複数の時刻における状態、複数の季節の各々の所定時刻における状態、複数の季節の各々について複数の時刻における状態などに相当する。以下には、朝、昼、夕の3つの状態について考慮する。
<Third embodiment>
In the first embodiment, the temperature detection position is determined using the temperature distribution in a predetermined state (corresponding to a predetermined time state or an average state in a predetermined season). In the third embodiment, the temperature detection position is determined using temperature distributions in a plurality of states. Here, the plurality of states correspond to a state at a plurality of times in a day, a state at each predetermined time of a plurality of seasons, a state at a plurality of times for each of the plurality of seasons, and the like. In the following, three states of morning, noon and evening are considered.

本実施形態における条件決定装置の処理について、図13〜図17Cを参照して説明する。図13に示すように、条件決定装置は、コラム12の構造体モデルについて、朝、昼、夕の3つの状態のそれぞれの熱解析を行う(図13のS11:熱解析工程)。つまり、時間帯によって、構造体に付与される外的付与熱条件が異なる。従って、条件決定装置は、熱解析によって、コラム12の構造体モデルの3つの状態の温度分布を取得する。   Processing of the condition determining device in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 13 to 17C. As shown in FIG. 13, the condition determining device performs thermal analysis for each of the three states of morning, noon, and evening for the structure model of the column 12 (S <b> 11 in FIG. 13: thermal analysis step). That is, the externally applied heat condition applied to the structure varies depending on the time zone. Therefore, the condition determination device acquires the temperature distribution of the three states of the structure model of the column 12 by thermal analysis.

続いて、条件決定装置は、熱解析により取得されたコラム12の構造体モデルの3つの温度部分布の各々に基づいて、構造体モデルの第一構造解析を行う(図13のS12:第一構造解析工程)。その結果、条件決定装置は、図14に示すように、朝、昼、夕の3つの状態の各々について、構造体モデルの少なくとも一部の節点Po1,Po2,Po3(図3及び図4に示す)における第一熱変位量δNo1,Z1,D1、δNo1,Z2,D1、δNo1,Z3,D1、δNo1,Z1,D2、δNo1,Z2,D2、δNo1,Z3,D2、δNo1,Z1,D3、δNo1,Z2,D3、δNo1,Z3,D3を取得する。添え字D1,D2,D3は、朝、昼、夕に対応する。 Subsequently, the condition determining apparatus performs a first structure analysis of the structure model based on each of the three temperature part distributions of the structure model of the column 12 acquired by the thermal analysis (S12 in FIG. 13: first Structural analysis process). As a result, as shown in FIG. 14, the condition determining apparatus performs at least some nodes Po1, Po2, Po3 (shown in FIGS. 3 and 4) of the structure model for each of the three states of morning, noon, and evening. ) First thermal displacement δ No1, Z1, D1 , δ No1, Z2, D1 , δ No1, Z3, D1 , δ No1, Z1, D2 , δ No1, Z2, D2 , δ No1, Z3, D2 , δ Get No1, Z1, D3 , δNo1, Z2, D3 , δNo1, Z3, D3 . Subscripts D1, D2, and D3 correspond to morning, noon, and evening.

条件決定装置は、第一熱解析工程と並列に、以下の処理を行う。条件決定装置は、熱解析により取得されたコラム12の構造体モデルの温度分布に基づいて、図15に示すような、朝、昼、夕の3つの状態の各々について、ブロックB1〜B4に関するブロック温度テーブルを生成する(図13のS13:ブロック温度テーブル生成工程)。   The condition determining device performs the following processing in parallel with the first thermal analysis step. Based on the temperature distribution of the structure model of the column 12 obtained by the thermal analysis, the condition determining apparatus performs blocks related to blocks B1 to B4 for each of the three states of morning, noon, and evening as shown in FIG. A temperature table is generated (S13 in FIG. 13: block temperature table generation step).

ここで、図15に示すように、ブロック温度テーブルの昼、夕の節点温度は、朝の節点温度を基準としたときに、朝の節点に対応する昼、夕の節点における温度として生成される。つまり、図15において、同列に記載される節点温度は、同一節点における朝、昼、夕の温度である。   Here, as shown in FIG. 15, the daytime and evening node temperatures in the block temperature table are generated as the temperatures at the daytime and evening nodes corresponding to the morning nodes when the morning node temperatures are used as a reference. . That is, in FIG. 15, the node temperatures described in the same row are the morning, noon, and evening temperatures at the same node.

図15のブロックB1の節点温度の第一列及び第二列に示すように、朝の節点温度がTaB1,1,D1、となる節点が複数存在する場合であって、当該節点の昼及び夕の温度が異なる場合がある。このような場合には、それぞれを別の種類と考え、朝の節点温度の一方をTaB1,1,D1,case1とし、朝の節点温度の他方をTaB1,1,D1,case2とする。 As shown in the first column and the second column of the node temperature of the block B1 in FIG. 15, there are a plurality of nodes whose morning node temperatures are Ta B1,1, D1 . Evening temperatures may vary. In such a case, each is considered as a different type, and one of the morning node temperatures is Ta B1,1, D1, case1, and the other morning node temperature is Ta B1,1, D1, case2 .

続いて、条件決定装置は、ブロック温度テーブルに基づいて、各々のブロック温度を複数の組合せパターンとした場合のブロック温度パターンCを生成する(図13のS14:ブロック温度パターン生成工程)。つまり、朝に関するブロック温度パターンC1D1〜CjD1は、図16Aに示すようになる。昼、夕に関するブロック温度パターンは、C1D2〜CjD2及びC1D3〜CjD3は、図16B及び図16Cに示すようになる。 Subsequently, the condition determining device generates a block temperature pattern C when each block temperature is a plurality of combination patterns based on the block temperature table (S14 in FIG. 13: block temperature pattern generation step). That is, the block temperature patterns C1 D1 to Cj D1 related to the morning are as shown in FIG. 16A. The block temperature patterns related to daytime and evening are as shown in FIGS. 16B and 16C for C1 D2 to Cj D2 and C1 D3 to Cj D3 .

ここで、同一パターンCにおける朝、昼、夕の各ブロック温度は、各ブロック内の同一節点の温度である。例え番号(Cに続く数字が同一の場合を意味する)ば、パターンC1D1におけるブロックB1の温度が、節点Xの朝の温度であるとした場合に、パターンC1D2におけるブロックB1の温度は、節点Xの昼の温度であり、且つ、パターンC1D3におけるブロックB1の温度は、節点Xの夕の温度である。 Here, the morning, noon, and evening block temperatures in the same pattern C are the temperatures of the same nodes in each block. For example, if the numbers following C are the same, it means that the temperature of block B1 in pattern C1 D1 is the morning temperature of node X, and the temperature of block B1 in pattern C1 D2 is The temperature is the daytime temperature of the node X, and the temperature of the block B1 in the pattern C1 D3 is the evening temperature of the node X.

続いて、条件決定装置は、朝、昼、夕の3つの状態の各々におけるブロック温度パターンCの各々について、コラム12の構造体モデルの第二構造解析をそれぞれ行う(図13のS15:第二構造解析工程)。その結果、条件決定装置は、図17A、図17B、図17Cに示すように、構造体モデルの少なくとも一部の節点Po1,Po2,Po3(図3及び図4に示す)における第二熱変位量δNo2を取得する。 Subsequently, the condition determining device performs the second structural analysis of the structure model of the column 12 for each of the block temperature patterns C in each of the three states of morning, noon, and evening (S15 in FIG. 13: second). Structural analysis process). As a result, as shown in FIGS. 17A, 17B, and 17C, the condition determining apparatus performs the second thermal displacement amount at at least some nodes Po1, Po2, Po3 (shown in FIGS. 3 and 4) of the structure model. δ No2 is acquired.

つまり、条件決定装置は、第二構造解析によって、第一状態としての朝における各パターンC1D1〜CjD1の第二熱変位量δNo2を取得すると共に、他の状態としての昼、夕における各パターンC1D2〜CjD2、C1D3〜CjD3の第二熱変位量δNo2を3つの状態の温度分布における各節点の対応温度に基づいて取得する。 That is, the condition determination device acquires the second thermal displacement amount δ No2 of each pattern C1 D1 to Cj D1 in the morning as the first state by the second structural analysis, and each day and evening in the other states. The second thermal displacement amounts δ No2 of the patterns C1 D2 to Cj D2 and C1 D3 to Cj D3 are acquired based on the corresponding temperatures of the nodes in the temperature distribution of the three states.

続いて、条件決定装置は、朝、昼、夕の3つの状態について、対応する節点Po1,Po2,Po3における第一熱変位量δNo1と各パターンCの第二熱変位量δNo2とのそれぞれの差に基づいて、各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定する(図13のS16:最適パターン決定工程)。つまり、条件決定装置は、パターンC1〜Cjの中から1つのパターンを選択する。各々のブロック温度の最適組合せパターンは、式(13)に示す評価関数Φ3が最小となる組合せパターンとなる。ここで、式(13)において、添え字D(q)は、D1,D2,D3に対応する。 Subsequently, the condition determining apparatus determines each of the first thermal displacement amount δ No1 at the corresponding nodes Po1, Po2, Po3 and the second thermal displacement amount δ No2 of each pattern C in the three states of morning, noon, and evening. Based on the difference, an optimal combination pattern of each block temperature is determined (S16 in FIG. 13: optimal pattern determination step). That is, the condition determining device selects one pattern from the patterns C1 to Cj. The optimum combination pattern of each block temperature is a combination pattern that minimizes the evaluation function Φ3 shown in Expression (13). Here, in Expression (13), the subscript D (q) corresponds to D1, D2, and D3.

Figure 0006435655
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例えば、最適組合せパターンは、C2であるとする。つまり、朝における各々のブロック温度の最適組合せパターンは、図16Aに示すC2D1となる。昼における各々のブロック温度の最適組合せパターンは、図16Bに示すC2D2となる。夕における各々のブロック温度の最適組合せパターンは、図16Cに示すC2D3となる。 For example, it is assumed that the optimum combination pattern is C2. That is, the optimum combination pattern of each block temperature in the morning is C2 D1 shown in FIG. 16A. The optimum combination pattern of the respective block temperatures in the daytime is C2 D2 shown in FIG. 16B. The optimum combination pattern of each block temperature in the evening is C2 D3 shown in FIG. 16C.

続いて、条件決定装置は、各々のブロック温度の最適組合せパターンと熱解析により取得された構造体モデルの温度分布とに基づいて、工作機械の構造体(コラム12)における温度検出位置、すなわち温度センサ21a〜21dの配置位置を決定する(図13のS17:温度検出位置決定工程)。つまり、各ブロック温度のパターンC2に対応する節点の位置が、温度検出位置となる。   Subsequently, based on the optimum combination pattern of each block temperature and the temperature distribution of the structure model obtained by the thermal analysis, the condition determining device determines the temperature detection position, that is, the temperature in the machine tool structure (column 12). The arrangement positions of the sensors 21a to 21d are determined (S17 in FIG. 13: temperature detection position determination step). That is, the position of the node corresponding to each block temperature pattern C2 is the temperature detection position.

工作機械の構造体の温度分布は、上述したように、時間帯によって異なるし、季節や設置環境によって異なる。そこで、複数の温度分布を考慮してブロック温度の最適組合せパターンが決定されることで、環境が変化したとしても、高精度な熱変位量を推定できる。   As described above, the temperature distribution of the structure of the machine tool varies depending on the time zone, and varies depending on the season and the installation environment. Therefore, by determining an optimal combination pattern of block temperatures in consideration of a plurality of temperature distributions, it is possible to estimate the amount of thermal displacement with high accuracy even if the environment changes.

<第四実施形態>
上記実施形態においては、ブロックB1〜B4の境界位置が固定した状態において、第一構造解析による第一熱変位量δNo1と第二構造解析による第二熱変位量δNo2との差に基づいて、各ブロックB1〜B4の温度検出位置を決定した。本実施形態においては、各ブロックB1〜B4における温度検出位置を固定した状態において、各ブロックB1〜B4の境界位置を決定する。
<Fourth embodiment>
In the above embodiment, based on the difference between the first thermal displacement amount δ No1 based on the first structural analysis and the second thermal displacement amount δ No2 based on the second structural analysis in a state where the boundary positions of the blocks B1 to B4 are fixed. The temperature detection positions of the blocks B1 to B4 were determined. In the present embodiment, the boundary positions of the blocks B1 to B4 are determined in a state where the temperature detection positions in the blocks B1 to B4 are fixed.

例えば、コラム12の場合を例にあげて説明する。図4及び図18に示すように、コラム12の構造体モデルにおける複数のブロックB1〜B4は、ブロック境界Ly,Lzによって区画される。温度検出位置、すなわち温度センサ21a〜21dの配置位置は、図4及び図18に示すように、固定した位置とする。この場合に、ブロック境界Ly、Lzの位置は、図4に示す位置とすることもでき、図18に示す位置とすることもできる。本実施形態においては、ブロック境界Ly,Lzの位置を決定する。   For example, the case of column 12 will be described as an example. As shown in FIGS. 4 and 18, the plurality of blocks B1 to B4 in the structure model of the column 12 are partitioned by block boundaries Ly and Lz. The temperature detection positions, that is, the arrangement positions of the temperature sensors 21a to 21d are fixed positions as shown in FIGS. In this case, the positions of the block boundaries Ly and Lz can be the positions shown in FIG. 4 or the positions shown in FIG. In the present embodiment, the positions of the block boundaries Ly and Lz are determined.

本実施形態における条件決定装置の処理について、図19を参照して説明する。条件決定装置は、熱解析を行い(図19のS21)、第一構造解析を行って第一熱変位量δNo1を取得する(図19のS22)。熱解析及び第一構造解析は、第一実施形態と同様である。 Processing of the condition determining device in the present embodiment will be described with reference to FIG. The condition determining apparatus performs a thermal analysis (S21 in FIG. 19), and performs a first structural analysis to obtain a first thermal displacement amount δ No1 (S22 in FIG. 19). Thermal analysis and first structural analysis are the same as in the first embodiment.

条件決定装置は、第一構造解析と並列して、以下の処理を行う。条件決定装置は、熱解析により取得されたコラム12の構造体モデルの温度分布に基づいて、予め設定した複数の所定位置の温度を取得する(図19のS23、ブロック温度取得工程)。複数の所定位置は、温度センサ21a〜21dが配置される位置で、予め決定した位置である。   The condition determination device performs the following processing in parallel with the first structural analysis. The condition determining device acquires temperatures at a plurality of predetermined positions set in advance based on the temperature distribution of the structure model of the column 12 acquired by thermal analysis (S23 in FIG. 19, block temperature acquisition step). The plurality of predetermined positions are positions where the temperature sensors 21a to 21d are arranged, and are predetermined positions.

続いて、ブロック境界Ly,Lzの位置を変化させた複数のパターンEの各々について、第二構造解析を行うことで第二熱変位量δNo2を取得する(図19のS24、第二構造解析工程)。ここで、Y軸方向のブロック境界Lyは、2つの温度センサ21a,21cのうちのY軸マイナス側(図18の下側)に位置する温度センサのY軸位置と、2つの温度センサ21b,21dのうちのY軸プラス側(図18の上側)に位置する温度センサのY軸位置との間で、変化させる。Z軸方向のブロック境界Lzは、2つの温度センサ21a,21bのうちのZ軸マイナス側(図18の右側)に位置する温度センサのZ軸位置と、2つの温度センサ21c,21dのうちのZ軸プラス側(図18の左側)に位置する温度センサのZ軸位置との間で、変化させる。 Subsequently, the second thermal displacement amount δ No2 is obtained by performing the second structural analysis for each of the plurality of patterns E in which the positions of the block boundaries Ly and Lz are changed (S24 in FIG. 19, the second structural analysis). Process). Here, the block boundary Ly in the Y-axis direction includes the Y-axis position of the temperature sensor located on the Y-axis minus side (the lower side in FIG. 18) of the two temperature sensors 21a and 21c, and the two temperature sensors 21b, It is changed between the Y axis position of the temperature sensor located on the Y axis plus side (upper side in FIG. 18) of 21d. The block boundary Lz in the Z-axis direction is the Z-axis position of the temperature sensor located on the Z-axis minus side (the right side in FIG. 18) of the two temperature sensors 21a and 21b, and the two temperature sensors 21c and 21d. It is changed between the Z axis position of the temperature sensor located on the Z axis plus side (left side in FIG. 18).

従って、位置パターンEの各々において、条件決定装置における第二構造解析の関する式(1)における係数マトリックス[P1part1]が異なる。つまり、第二構造解析における式(1)は、位置パターンE1の場合には式(14)で表され、位置パターンEkの場合には式(15)で表される。ここで、それぞれの位置パターンE1,Ekにおける係数マトリックス[P1part1(E1)]、[P1part1(Ek)]は、式(16)(17)にて表される。 Therefore, in each of the position patterns E, the coefficient matrix [P1 part1 ] in Expression (1) relating to the second structure analysis in the condition determining device is different. That is, Expression (1) in the second structure analysis is represented by Expression (14) in the case of the position pattern E1, and is represented by Expression (15) in the case of the position pattern Ek. Here, the coefficient matrices [P1 part1 (E1)] and [P1 part1 (Ek)] in the respective position patterns E1 and Ek are expressed by equations (16) and (17).

Figure 0006435655
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式(14)(15)を展開すると、各位置パターンE1,Ekにおける各節点Po1,Po2,Po3の第二熱変位量δNo2は、式(18)(19)にて表される。 When Expressions (14) and (15) are developed, the second thermal displacement amounts δ No2 of the nodes Po1, Po2 and Po3 in the position patterns E1 and Ek are expressed by Expressions (18) and (19).

Figure 0006435655
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続いて、条件決定装置は、対応する節点Po1,Po2,Po3における第一熱変位量δNo1と各位置パターンEの第二熱変位量δNo2とのそれぞれの差に基づいて、ブロック境界位置の最適位置パターンを決定する(図19のS25:最適パターン決定工程)。つまり、条件決定装置は、複数の位置パターンEの中から1つのパターンを選択する。 Subsequently, the condition determining device determines the block boundary position based on the difference between the first thermal displacement amount δ No1 at the corresponding nodes Po1, Po2, Po3 and the second thermal displacement amount δ No2 of each position pattern E. An optimal position pattern is determined (S25 in FIG. 19: optimal pattern determination step). That is, the condition determining device selects one pattern from among the plurality of position patterns E.

ブロック境界位置の最適位置パターンは、式(20)に示す評価関数Φ4が最小となるパターンとなる。つまり、パターンE1〜Ekの各々についての第二熱変位量δNo2,Z1,E1〜δNo2,Z1,Ej、δNo2,Z2,E1〜δNo2,Z2,Ek、δNo2,Z3,E1〜δNo2,Z3,Ekをそれぞれ式(20)に代入した場合に、評価関数Φ4が最小となるパターンEが、最適位置パターンとなる。ここで、式(20)において、添え字Eは、パターンE1〜Ekの何れかに対応する。 The optimum position pattern of the block boundary position is a pattern that minimizes the evaluation function Φ4 shown in Expression (20). That is, the second thermal displacement amounts δ No2, Z1, E1 to δ No2, Z1, Ej , δ No2, Z2, E1 to δ No2, Z2, Ek , δ No2, Z3, E1 to each of the patterns E1 to Ek When δ No 2, Z 3, and Ek are respectively substituted into Expression (20), the pattern E that minimizes the evaluation function Φ4 is the optimum position pattern. Here, in the equation (20), the subscript E corresponds to any of the patterns E1 to Ek.

Figure 0006435655
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以上より、例えば、図18に示すブロック境界Ly,Lzの位置が、最適位置パターンEであると決定される。式(22)より、第一熱変位量δNo1と第二熱変位量δNo2との差が小さいほど最適であると言える。つまり、当該差が小さくなるようなブロック境界位置のパターンEが最適位置パターンとされる。従って、決定されたブロック境界Ly,Lzの位置に基づいて複数のブロックB1〜B4に分割することで、高精度な熱変位量の推定が可能となる。 From the above, for example, the positions of the block boundaries Ly and Lz shown in FIG. From equation (22), it can be said that the smaller the difference between the first thermal displacement amount δ No1 and the second thermal displacement amount δ No2 , the more optimal. That is, the block boundary position pattern E that makes the difference small is the optimum position pattern. Therefore, by dividing into the plurality of blocks B1 to B4 based on the determined positions of the block boundaries Ly and Lz, it is possible to estimate the thermal displacement amount with high accuracy.

なお、第三実施形態におけるブロック温度の決定において、複数の温度分布を用いて最適なブロック温度を決定することを、本実施形態におけるブロック境界位置の決定に適用することができる。この場合、環境が変化したとしても、高精度な熱変位量が推定される。   In the determination of the block temperature in the third embodiment, the determination of the optimum block temperature using a plurality of temperature distributions can be applied to the determination of the block boundary position in the present embodiment. In this case, even if the environment changes, a highly accurate thermal displacement amount is estimated.

<第五実施形態>
本実施形態においては、ブロックB1〜B4の境界位置を変化させると共に、温度検出位置を変化させたときのそれぞれのパターンの第二熱変位量δNo2と、第一熱変位量δNo1との差に基づいて、最適なブロック境界Ly,Lzの位置を決定すると共に、決定されたブロック境界Ly,Lzにより分割されたブロックB1〜B4における最適な温度検出位置を決定する。
<Fifth embodiment>
In the present embodiment, the boundary position between the blocks B1 to B4 is changed, and the difference between the second thermal displacement amount δ No2 and the first thermal displacement amount δ No1 of each pattern when the temperature detection position is changed. Based on the above, the optimal positions of the block boundaries Ly and Lz are determined, and the optimal temperature detection positions in the blocks B1 to B4 divided by the determined block boundaries Ly and Lz are determined.

本実施形態における条件決定装置の処理について、図20を参照して説明する。条件決定装置は、熱解析を行い(図20のS31)、第一構造解析を行って第一熱変位量δNo1を取得する(図20のS32)。熱解析及び第一構造解析は、第一実施形態と同様である。 Processing of the condition determining device in the present embodiment will be described with reference to FIG. The condition determining device performs a thermal analysis (S31 in FIG. 20), performs a first structural analysis, and obtains a first thermal displacement amount δ No1 (S32 in FIG. 20). Thermal analysis and first structural analysis are the same as in the first embodiment.

条件決定装置は、第一構造解析と並列して、以下の処理を行う。条件決定装置は、熱解析により取得されたコラム12の構造体モデルの温度分布に基づいて、ブロック境界位置のパターンE毎のブロック温度テーブルを生成する(図20のS33:ブロック温度テーブル生成工程)。つまり、条件決定装置は、図7に示すようなブロック温度テーブルを、ブロック境界Ly,Lzの位置パターンE毎に生成する。   The condition determination device performs the following processing in parallel with the first structural analysis. The condition determining device generates a block temperature table for each pattern E of the block boundary position based on the temperature distribution of the structure model of the column 12 obtained by thermal analysis (S33 in FIG. 20: block temperature table generating step). . That is, the condition determining apparatus generates a block temperature table as shown in FIG. 7 for each position pattern E of the block boundaries Ly and Lz.

続いて、条件決定装置は、ブロック温度テーブルに基づいて、位置パターンE毎に、各々のブロック温度を複数の組合せパターンとした場合のブロック温度パターンCを生成する(図20のS34:ブロック温度パターン生成工程)。つまり、条件決定装置は、図8に示すようなブロック温度テーブルを、ブロック境界Ly,Lzの位置パターンE毎に生成する。   Subsequently, based on the block temperature table, the condition determining device generates a block temperature pattern C when each block temperature is a plurality of combination patterns for each position pattern E (S34 in FIG. 20: block temperature pattern). Production process). That is, the condition determining apparatus generates a block temperature table as shown in FIG. 8 for each position pattern E of the block boundaries Ly and Lz.

続いて、条件決定装置は、位置パターンE毎に、ブロック温度パターンCの各々について、コラム12の構造体モデルの第二構造解析をそれぞれ行う(図20のS35:第二構造解析工程)。   Subsequently, the condition determining apparatus performs the second structure analysis of the structure model of the column 12 for each of the block temperature patterns C for each position pattern E (S35 in FIG. 20: second structure analysis step).

続いて、条件決定装置は、対応する節点Po1,Po2,Po3における第一熱変位量δNo1と位置パターンE毎における温度パターンCの第二熱変位量δNo2とのそれぞれの差に基づいて、ブロック境界位置の最適位置パターンを決定すると共に、決定された最適位置パターンにおいてブロック温度の最適組合せパターン(図20のS36:最適パターン決定工程)。 Subsequently, the condition determining device determines the difference between the first thermal displacement amount δ No1 at the corresponding nodes Po1, Po2, Po3 and the second thermal displacement amount δ No2 of the temperature pattern C for each position pattern E, An optimum position pattern of the block boundary position is determined, and an optimum combination pattern of block temperatures in the determined optimum position pattern (S36 in FIG. 20: optimum pattern determination step).

ブロック境界位置及びブロック温度に関する最適パターンは、式(21)に示す評価関数Φ5が最小となるパターンとなる。つまり、パターンE1〜Ekの各々について、且つ、パターンC1〜Cjの各々についての第二熱変位量δNo2をそれぞれ式(21)に代入した場合に、評価関数Φ5が最小となるパターンE且つパターンCが、最適パターンとなる。 The optimum pattern related to the block boundary position and the block temperature is a pattern that minimizes the evaluation function Φ5 shown in Expression (21). That is, when the second thermal displacement amount δ No2 for each of the patterns E1 to Ek and for each of the patterns C1 to Cj is substituted into the equation (21), the pattern E and the pattern that minimizes the evaluation function Φ5 C is the optimum pattern.

Figure 0006435655
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続いて、条件決定装置は、各々のブロック温度の最適組合せパターンと熱解析により取得された構造体モデルの温度分布とに基づいて、工作機械の構造体(コラム12)における温度検出位置、すなわち温度センサ21a〜21dの配置位置を決定する(図20のS37:温度検出位置決定工程)。   Subsequently, based on the optimum combination pattern of each block temperature and the temperature distribution of the structure model obtained by the thermal analysis, the condition determining device determines the temperature detection position, that is, the temperature in the machine tool structure (column 12). The arrangement positions of the sensors 21a to 21d are determined (S37 in FIG. 20: temperature detection position determination step).

以上のように、最適パターン決定工程にて、第一熱変位量と第二熱変位量との差が小さくなるようなブロック境界位置のパターン及びブロック温度の組合せパターンが最適パターンとされる。ブロック温度の最適組合せパターンが決定された後には、当該最適組合せパターンに対応する温度検出位置を決定する。そして、温度検出位置の決定に際しては、熱解析による温度分布を用いる。従って、得られた温度検出位置に温度センサを配置すると共に、構造解析において分割するブロック境界位置を最適位置パターンとすることで、高精度な熱変位量の推定が可能となる。   As described above, in the optimum pattern determination step, the block boundary position pattern and the block temperature combination pattern that reduce the difference between the first thermal displacement amount and the second thermal displacement amount are set as the optimum patterns. After the optimum combination pattern of block temperatures is determined, the temperature detection position corresponding to the optimum combination pattern is determined. In determining the temperature detection position, a temperature distribution based on thermal analysis is used. Therefore, by arranging the temperature sensor at the obtained temperature detection position and setting the block boundary position to be divided in the structural analysis as the optimum position pattern, it is possible to estimate the thermal displacement amount with high accuracy.

10:工作機械、 11:ベッド、 12:コラム、 13:サドル、 14:主軸、 15:スライドテーブル、 16:ターンテーブル、 19:回転工具、 20:熱変位量推定装置、 21a−21d:温度センサ、 B1−B4:ブロック、 Ly,Lz:ブロック境界、 Po1,Po2,Po3:節点


10: Machine tool, 11: Bed, 12: Column, 13: Saddle, 14: Spindle, 15: Slide table, 16: Turntable, 19: Rotary tool, 20: Thermal displacement estimation device, 21a-21d: Temperature sensor B1-B4: Block, Ly, Lz: Block boundary, Po1, Po2, Po3: Node


Claims (7)

工作機械の構造体モデルの熱解析を行うことにより前記構造体モデルの少なくとも1つの温度分布を取得する熱解析工程と、
前記熱解析により取得された前記構造体モデルの温度分布に基づいて前記構造体モデルの構造解析を行うことにより、前記構造体モデルの少なくとも一部の節点における第一熱変位量を取得する第一構造解析工程と、
前記構造体モデルを複数のブロックに分割した場合に各々のブロック温度を均一値とし、前記各々のブロック温度を複数の組合せのパターンとした場合に前記構造体モデルの構造解析をそれぞれ行うことにより、前記構造体モデルの少なくとも一部の節点における各パターンの第二熱変位量を取得する第二構造解析工程と、
対応する節点における前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差が小さいほど最適であるとして、前記各パターンから前記各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定する最適パターン決定工程と、
1つの前記ブロックに1つの温度検出位置を有するようにした場合において、前記熱解析により得られた前記温度分布の中から、前記最適組合せパターンにおける前記ブロック温度に一致する節点の位置を、前記工作機械の構造体における前記温度検出位置として決定する温度検出位置決定工程と、
を備える、工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法。
A thermal analysis step of obtaining at least one temperature distribution of the structure model by performing a thermal analysis of the structure model of the machine tool;
A first thermal displacement amount is acquired at at least some nodes of the structure model by performing a structure analysis of the structure model based on a temperature distribution of the structure model acquired by the thermal analysis. Structural analysis process;
When the structure model is divided into a plurality of blocks, each block temperature is a uniform value, and when each of the block temperatures is a plurality of combinations of patterns, the structure model is subjected to a structural analysis. A second structural analysis step of obtaining a second thermal displacement amount of each pattern at at least some nodes of the structure model;
Optimal pattern determination that determines the optimum combination pattern of each block temperature from each pattern, assuming that the smaller the difference between the first thermal displacement amount at the corresponding node and the second thermal displacement amount of each pattern, the more optimal Process,
In the case where one block has one temperature detection position, the position of the node corresponding to the block temperature in the optimum combination pattern is selected from the temperature distribution obtained by the thermal analysis. a temperature detecting position determination step of determining, as the temperature detection position in a structure of the machine,
The condition determination method used for the thermal displacement amount estimation apparatus of a machine tool provided with.
前記第二構造解析工程は、前記各々のブロック温度を複数の組合せのパターンとし、且つ、ブロック境界位置を複数の位置のパターンとした場合に、前記構造体モデルの構造解析をそれぞれ行うことにより、前記構造体モデルの少なくとも一部の節点における各パターンの第二熱変位量を取得し、
前記最適パターン決定工程は、対応する節点における前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差が小さいほど最適であるとして、前記ブロック境界位置の最適位置パターン及び前記各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定する、
請求項1に記載の工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法。
In the second structural analysis step, when each block temperature is a pattern of a plurality of combinations, and the block boundary position is a pattern of a plurality of positions, by performing a structural analysis of the structure model, Obtaining a second thermal displacement amount of each pattern at at least some nodes of the structure model;
The optimum pattern determining step is assumed to be optimal as the difference between the first thermal displacement amount at the corresponding node and the second thermal displacement amount of each pattern is smaller, and the optimum position pattern of the block boundary position and the respective Determine the optimal combination of block temperatures,
The condition determination method used for the thermal displacement amount estimation apparatus of the machine tool according to claim 1.
前記第二構造解析工程における前記各々のブロック温度は、前記温度分布のうち前記各々のブロック内における最小値と最大値との範囲内であることを条件とする、請求項1又は2に記載の工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法。 Each said block temperature in said 2nd structure analysis process is on the condition that it is in the range of the minimum value and the maximum value in each said block among said temperature distribution, The condition of Claim 1 or 2 A condition determination method used in a thermal displacement estimation device for a machine tool. 前記熱解析工程は、複数の状態における複数の温度分布をそれぞれ取得し、
前記第一構造解析工程は、前記複数の温度分布に基づいて前記構造体モデルの構造解析を行うことにより、各々の温度分布における前記第一熱変位量を取得し、
前記第二構造解析工程は、第一状態における前記各パターンの第二熱変位量を取得すると共に、他の状態における前記各パターンの第二熱変位量を前記複数の温度分布における各節点の対応温度に基づいて取得し、
前記最適パターン決定工程は、各々の状態における前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差に基づいて、前記複数の状態における前記各々のブロック温度の最適組合せパターンを決定する、
請求項1〜3の何れか一項に記載の工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法。
The thermal analysis step acquires a plurality of temperature distributions in a plurality of states,
The first structural analysis step acquires the first thermal displacement amount in each temperature distribution by performing a structural analysis of the structure model based on the plurality of temperature distributions,
The second structural analysis step acquires the second thermal displacement amount of each pattern in the first state, and the second thermal displacement amount of each pattern in another state corresponds to each node in the plurality of temperature distributions. Get based on temperature,
The optimum pattern determining step determines an optimum combination pattern of the respective block temperatures in the plurality of states based on a difference between the first thermal displacement amount in each state and the second thermal displacement amount of each pattern. To
The condition determination method used for the thermal displacement estimation apparatus of the machine tool as described in any one of Claims 1-3.
前記熱解析工程は、複数の状態における複数の温度分布をそれぞれ取得し、
前記第一構造解析工程は、前記複数の温度分布に基づいて前記構造体モデルの構造解析を行うことにより、各々の温度分布における前記第一熱変位量を取得し、
前記第二構造解析工程は、第一状態における前記各パターンの第二熱変位量を取得すると共に、他の状態における前記各パターンの第二熱変位量を前記複数の温度分布における各節点の対応温度に基づいて取得し、
前記最適パターン決定工程は、各々の状態における前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差に基づいて、前記第一状態における前記ブロック境界位置の最適位置パターンを決定する、
請求項に記載の工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法。
The thermal analysis step acquires a plurality of temperature distributions in a plurality of states,
The first structural analysis step acquires the first thermal displacement amount in each temperature distribution by performing a structural analysis of the structure model based on the plurality of temperature distributions,
The second structural analysis step acquires the second thermal displacement amount of each pattern in the first state, and the second thermal displacement amount of each pattern in another state corresponds to each node in the plurality of temperature distributions. Get based on temperature,
The optimum pattern determining step determines an optimum position pattern of the block boundary position in the first state based on a difference between the first thermal displacement amount in each state and the second thermal displacement amount of each pattern. ,
The condition determination method used for the thermal displacement amount estimation apparatus of the machine tool according to claim 2 .
前記第一構造解析工程及び前記第二構造解析工程は、前記構造体モデルに含まれる複数の節点のうち一部のみの節点における前記第一熱変位量及び前記第二熱変位量を取得する、請求項1〜の何れか一項に記載の工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法。 The first structural analysis step and the second structural analysis step acquire the first thermal displacement amount and the second thermal displacement amount at only some of the nodes included in the structure model, The condition determination method used for the thermal displacement amount estimation apparatus of the machine tool as described in any one of Claims 1-5 . 前記工作機械は、少なくとも直交3軸方向の移動軸を備え、
前記第一構造解析工程及び前記第二構造解析工程は、1つの移動軸のみにおける前記第一熱変位量及び前記第二熱変位量をそれぞれ取得し、
前記最適パターン決定工程は、前記1つの移動軸のみにおける前記第一熱変位量と前記各パターンの第二熱変位量との差に基づいて、対応する最適パターンを決定する、
請求項1〜の何れか一項に記載の工作機械の熱変位量推定装置に用いる条件決定方法。
The machine tool includes at least three orthogonal axes of movement,
The first structural analysis step and the second structural analysis step acquire the first thermal displacement amount and the second thermal displacement amount in only one moving axis, respectively.
The optimum pattern determination step determines a corresponding optimum pattern based on a difference between the first thermal displacement amount and the second thermal displacement amount of each pattern only on the one movement axis.
The condition determination method used for the thermal displacement estimation apparatus of the machine tool as described in any one of Claims 1-6 .
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