JP6561788B2 - Thermal displacement correction device - Google Patents
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Description
本発明は、熱変位補正装置に関するものである。 The present invention relates to a thermal displacement correction apparatus.
特許文献1には、高精度でリアルタイムに熱変位補正を行う熱変位補正装置が記載されている。この装置は、温度センサにより検出される温度情報に基づいて、有限要素法による構造解析を高速に行う。構造解析は、工作機械の構造体を複数のブロックに分割して、各ブロック内に含まれる各節点の温度を一定値とすることにより、各節点の熱変位量の演算量を大幅に低減している。 Patent Document 1 describes a thermal displacement correction device that performs thermal displacement correction with high accuracy in real time. This apparatus performs high-speed structural analysis by a finite element method based on temperature information detected by a temperature sensor. In structural analysis, the machine tool structure is divided into multiple blocks, and the temperature at each node contained in each block is set to a constant value, greatly reducing the amount of heat displacement calculated at each node. ing.
また、特許文献2には、NCデータの指令値に対する熱変位の補正値の算出方法が記載されている。加工領域の全範囲を格子状に分割し、熱変位量の補正値を各格子点に関連付けて記憶し、現在加工点が存在する単位格子を構成する各格子点における補正値に基づいて、指令値に対する補正値を算出する。 Patent Document 2 describes a method of calculating a thermal displacement correction value for a command value of NC data. The entire range of the machining area is divided into grids, the thermal displacement correction value is stored in association with each grid point, and the command is based on the correction value at each grid point constituting the unit grid where the current machining point exists. A correction value for the value is calculated.
特許文献2において、各格子点に関連付けられる熱変位量の補正値は、特定の位置を原点とする値とされている。ここで、工作機械が加工中に熱変位補正を行う際には、指令値毎に熱変位量の補正値を演算する。そして、熱変位量の補正値のデータ型(整数型)のビット数は、熱変位量の補正値の最大値に応じた数とされる。そのため、熱変位量の補正値の最大値が大きいほど、データ型のビット数が大きくなり、熱変位補正の演算に多大な時間を要する。その結果、移動体の位置決め精度が低下するおそれがあり、また、加工時間が長くなるおそれがある。 In Patent Document 2, the correction value of the thermal displacement amount associated with each lattice point is a value having a specific position as an origin. Here, when the machine tool performs thermal displacement correction during machining, a correction value for the thermal displacement amount is calculated for each command value. The number of bits of the data type (integer type) of the thermal displacement correction value is a number corresponding to the maximum value of the thermal displacement correction value. Therefore, the larger the maximum value of the thermal displacement correction value, the larger the number of bits of the data type, and a longer time is required for the thermal displacement correction calculation. As a result, the positioning accuracy of the moving body may be lowered, and the processing time may be increased.
そこで、データ型のビット数を小さくするために、熱変位量の最大値まで含まないようにすることが考えられる。しかし、これでは、熱変位量の最大値付近において、熱変位補正の効果を得ることができない。 Therefore, in order to reduce the number of bits of the data type, it can be considered not to include the maximum value of the thermal displacement amount. However, in this case, the effect of the thermal displacement correction cannot be obtained near the maximum value of the thermal displacement amount.
本発明は、データ型を小さくしつつ、熱変位補正の効果を確実に得ることができる熱変位補正装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the thermal displacement correction apparatus which can acquire the effect of thermal displacement correction reliably, reducing a data type.
熱変位補正装置は、工作機械の所定軸方向における第一位置を基準として、加工領域全範囲について各加工点に応じた前記所定軸方向の第一熱変位量を設定する第一熱変位量設定部と、設定された前記第一熱変位量の最大値と最小値の間に位置する第二位置を基準として、前記加工領域全範囲について各加工点に応じた前記所定軸に対する第二熱変位量を設定する第二熱変位量設定部と、前記第一位置から前記第二位置への原点シフト量を記憶する原点シフト量記憶部と、前記工作機械による工作物の加工中に、前記所定軸方向における指令加工点を取得する指令加工点取得部と、前記指令加工点、及び、前記第二熱変位量設定部により設定された前記第二熱変位量に基づいて、前記指令加工点に対応する前記第二熱変位量を補正値として取得する補正値取得部と、取得した前記補正値及び前記原点シフト量に基づいて、前記所定軸方向の指令値を補正する補正部とを備える。 The thermal displacement correction device is configured to set a first thermal displacement amount setting the first thermal displacement amount in the predetermined axis direction corresponding to each machining point for the entire machining area with respect to the first position in the predetermined axis direction of the machine tool. And a second position located between the set maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount as a reference, the second thermal displacement relative to the predetermined axis corresponding to each processing point for the entire processing region range A second thermal displacement amount setting unit for setting an amount; an origin shift amount storage unit for storing an origin shift amount from the first position to the second position; and during the machining of the workpiece by the machine tool, the predetermined amount Based on the command machining point acquisition unit that acquires the command machining point in the axial direction, the command machining point, and the second thermal displacement amount set by the second thermal displacement amount setting unit, the command machining point The corresponding second thermal displacement amount is taken as a correction value. Comprising a correction value acquisition unit that, based on the obtained the correction value and the origin shift amount, and a correction unit that corrects the command value of the predetermined axis direction.
加工中において、指令値に対する補正値は、第二熱変位量のうちの指令加工点に対応するものである。第二熱変位量は、第一熱変位量の最大値と最小値の間に位置する第二位置を基準とされている。つまり、第二熱変位量の最大値は、第一熱変位量の最大値と最小値との差以下となる。従って、補正値のデータ型のビット数は、第二熱変位量の最大値に応じた数で足りる。このように、補正値のデータ型のビット数を小さくすることができ、補正値の取得に要する時間を短くできる。従って、熱変位補正を全範囲について確実に行うことができる。つまり、熱変位補正の効果を確実に得ることができる。 During machining, the correction value for the command value corresponds to the command machining point in the second thermal displacement amount. The second thermal displacement amount is based on a second position located between the maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount. That is, the maximum value of the second thermal displacement amount is equal to or less than the difference between the maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount. Accordingly, the number of bits of the data type of the correction value is sufficient according to the maximum value of the second thermal displacement amount. As described above, the number of bits of the data type of the correction value can be reduced, and the time required for acquiring the correction value can be shortened. Therefore, the thermal displacement correction can be reliably performed for the entire range. That is, the effect of thermal displacement correction can be obtained with certainty.
(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は移動軸部材として、相互に直交する3つの直進軸部材(X,Y,Z軸)および鉛直方向の回転軸部材(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。
(1. Machine configuration of machine tool)
A horizontal machining center as an example of the
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軸方向に平行な軸線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、工作物Wが治具を介して固定している。
As shown in FIG. 1, the machine body of the
(2.工作機械の熱変位状態の説明)
次に、工作機械10の熱変位状態について図2及び図3を参照して説明する。ただし、図2は、熱変位を誇張して表現している。ただし、図2に示す熱変位状態は、一例であり、変形形状は、工作機械10の構造によって異なる。ここで、本実施形態においては、Z軸位置の熱変位補正について説明するが、X軸位置又はY軸位置の熱変位補正、さらには他の軸方向位置の熱変位補正についても同様に適用できる。
(2. Explanation of thermal displacement state of machine tools)
Next, the thermal displacement state of the
図2には、熱変位補正を行うための基準である第一位置O1を示す。第一位置O1は、機械制御の初期設定時や機械設計時に選ばれた基準位置等である。図2に示すように、ベッド11の上面が左側に伸びるように変形する。つまり、工作物Wの位置は、スライドテーブル15のZ軸位置が大きくなるほど、Z軸プラス方向に変位する。また、コラム12のサドル13の摺動面は、先端側ほど左側に傾くように変形する。つまり、回転工具19の位置は、サドル13のY1位置が大きくなるほど、Z軸プラス方向に変位する。
FIG. 2 shows a first position O1, which is a reference for performing thermal displacement correction. The first position O1 is a reference position selected at the time of initial setting of machine control or machine design. As shown in FIG. 2, the upper surface of the
上記の熱変位状態において、加工領域全範囲について各加工点に応じたZ軸方向の第一熱変位量Z1は、図3に示すとおりである。ここで、第一熱変位量Z1は、第一位置O1を基準としたときの各加工点の熱変位量である。同様に、X軸方向及びY軸方向の熱変位量についても同様に表すことができる。ただし、Z軸方向の第一熱変位量Z1が、加工精度に最も影響を及ぼすため、Z軸方向のみについて説明する。 In the above-described thermal displacement state, the first thermal displacement amount Z1 in the Z-axis direction corresponding to each machining point for the entire machining area is as shown in FIG. Here, the first thermal displacement amount Z1 is a thermal displacement amount at each machining point when the first position O1 is used as a reference. Similarly, the amount of thermal displacement in the X-axis direction and the Y-axis direction can be similarly expressed. However, since the first thermal displacement amount Z1 in the Z-axis direction has the most influence on the machining accuracy, only the Z-axis direction will be described.
図3には、スライドテーブル15のZ軸位置がZ=0,100,200,300,400のそれぞれの場合について、サドル13のY軸位置に応じた第一熱変位量Z1が示される。
FIG. 3 shows the first thermal displacement amount Z1 corresponding to the Y-axis position of the
スライドテーブル15のZ軸座標値に関わりなく、サドル13のY軸座標値が大きいほど、第一熱変位量Z1は大きくなる。また、サドル13のY軸位置に関わりなく、スライドテーブル15のZ軸座標値が大きくなるほど、第一熱変位量Z1が大きくなる。従って、サドル13のY軸座標値が小さいときには、第一熱変位量Z1の最小値と最大値の差が小さい。一方、サドル13のY軸座標値が大きいときには、第一熱変位量Z1の最小値と最大値の差が大きい。
Regardless of the Z-axis coordinate value of the slide table 15, the greater the Y-axis coordinate value of the
(3.工作機械の熱変位補正装置に関する機能ブロック構成)
次に、工作機械10の熱変位補正装置20に関する機能ブロック構成について図4〜図9を参照して説明する。熱変位補正装置20は、工作機械10の構造体の熱変位による位置ずれを解消するために、NCデータによる指令値に対する補正を行う。
(3. Functional block configuration related to thermal displacement correction device for machine tool)
Next, a functional block configuration related to the thermal
熱変位補正装置20は、図4に示す各部21〜29を備える。温度センサ21は、工作機械10の構造体のうち、解析部22による構造解析の対象物に設けられる。例えば、温度センサ21は、ベッド11及びコラム12に設けられる。温度センサ21は、加工中にリアルタイムに計測している。温度センサ21は、例えば、数秒毎に温度を取得する。
The thermal
解析部22は、温度センサ21の温度情報に基づいて、有限要素法等による構造解析を行うことにより、構造体の熱変位量を算出する。解析部22は、例えば、ベッド11のうちスライドテーブル15の摺動面の熱変位量、及び、コラム12のうちサドル13の摺動面の熱変位量を算出することができる。
The
解析部22は、例えば、国際公開第2012/157687号に記載されている方法を適用する。解析部22は、当該方法を適用することにより、加工中にリアルタイムに実行することができる。解析部22は、温度センサ21による温度情報の取得タイミングと同様に、例えば、数秒毎に実行する。
The
解析部22は、対象物である構造体モデルを構造解析における複数の要素により形成する。各要素は、四面体一次要素、四面体二次要素、六面体一次要素、六面体二次要素等である。そして、解析部22は、構造体モデルの各節点(要素の頂点)の境界条件を設定する。境界条件は、位置に関する拘束条件、温度条件等である。解析部22は、各節点の温度条件として、構造体モデルを複数のブロックに分割して、複数のブロックに含まれる複数の節点の温度を均一値とする。なお、1つのブロックは、複数の要素を含む大きさである。このように、各ブロック内の節点の温度を均一値とすることにより、解析部22による構造解析の演算量が大幅に低減し、リアルタイムな高速演算が可能となる。
The
第一熱変位量設定部23は、解析部22により得られる構造体の熱変位量に基づいて、第一位置O1を基準として、加工領域全範囲について各加工点に応じたZ軸方向の第一熱変位量Z1を設定する。第一熱変位量設定部23による処理は、加工中にリアルタイムに実行される。
Based on the thermal displacement amount of the structure obtained by the
第一熱変位量Z1について、図5を参照して説明する。図5に示すように、工作機械10の加工領域全範囲を格子状に分割して、第一熱変位量Z1が各格子点Pに関連付けられる。つまり、各格子点Pに、異なる第一熱変位量Z1が設定されている。第一熱変位量Z1は、第一位置O1を基準(原点)とした値である。各格子点Pにおける第一熱変位量Z1は、図2に示すように、Y軸座標値が大きいほど大きな値となり、Z軸座標値が大きいほど大きな値となる。なお、図2には図示しないが、第一熱変位量Z1は、X軸座標値に応じて変化する。
The first thermal displacement amount Z1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the entire machining area of the
第二熱変位量設定部24は、第一熱変位量設定部23により設定された第一熱変位量Z1に基づいて、加工領域全範囲について各格子点Pに応じたZ軸方向の第二熱変位量Z2を設定する。第二熱変位量設定部24による処理は、加工中にリアルタイムに実行される。
Based on the first thermal displacement amount Z1 set by the first thermal displacement
第二熱変位量Z2は、第一位置O1とは異なる第二位置O2を基準(原点)とする値である。本実施形態においては、第二位置O2は、第一位置O1に対してZ軸方向にずれた位置とする。第二位置O2は、第一熱変位量Z1の最大値と最小値の間に位置する。ここで、第二位置O2は、後述する熱変位の補正値のデータ型のビット数を小さくさせることを目的として、演算の際に用いる補正値の原点として第一位置O1からシフトさせた位置である。第二位置O2は、例えば、以下に示す4例のうち何れかを採用する。 The second thermal displacement amount Z2 is a value with the second position O2 different from the first position O1 as a reference (origin). In the present embodiment, the second position O2 is a position shifted in the Z-axis direction with respect to the first position O1. The second position O2 is located between the maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount Z1. Here, the second position O2 is a position shifted from the first position O1 as the origin of the correction value used in the calculation for the purpose of reducing the number of bits of the data type of the correction value of thermal displacement described later. is there. For example, one of the following four examples is adopted as the second position O2.
(第一例)第一例の第二位置O2aについて、図6を参照して説明する。第一例の第二位置O2aは、第一熱変位量Z1の最大値と最小値との中間値である。従って、各格子点Pの第二熱変位量Z2のデータ型は、正負両方の整数を表せる符号あり整数型である。この場合、Y軸が、Y2aとなる。また、第一位置O1から第二位置O2aへの原点シフト量は、ΔZaとなる。 (First Example) The second position O2a of the first example will be described with reference to FIG. The second position O2a in the first example is an intermediate value between the maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount Z1. Therefore, the data type of the second thermal displacement amount Z2 at each grid point P is a signed integer type that can represent both positive and negative integers. In this case, the Y axis is Y2a. The origin shift amount from the first position O1 to the second position O2a is ΔZa.
(第二例)第二例の第二位置O2bについて、図7を参照して説明する。第二例の第二位置O2bは、第一熱変位量Z1の最大値と最小値の間のうち所定の代表位置Pbである。本例では、代表位置Pbは、サドル13が最も下方に位置し、スライドテーブル15が最もコラム12側に位置する状態の加工点に相当する。つまり、代表位置Pbは、第一熱変位量Z1が最も小さな位置である。ただし、代表位置Pbは、第一熱変位量Z1が小ささの観点に限定されず、他の観点から選ばれた点としてもよい。例えば、代表位置Pbは、加工精度に影響しやすい部位である工作物W付近の点等としてもよい。
(Second Example) The second position O2b of the second example will be described with reference to FIG. The second position O2b in the second example is a predetermined representative position Pb between the maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount Z1. In this example, the representative position Pb corresponds to a processing point in a state in which the
この場合、各格子点Pの第二熱変位量Z2のデータ型は、符号なし整数型(正値のみの整数型)である。この場合、Y軸が、Y2bとなる。また、第一位置O1から第二位置O2bへの原点シフト量は、ΔZbとなる。 In this case, the data type of the second thermal displacement amount Z2 at each lattice point P is an unsigned integer type (an integer type with only positive values). In this case, the Y axis is Y2b. The origin shift amount from the first position O1 to the second position O2b is ΔZb.
(第三例)第三例の第二位置O2cについて、図8を参照して説明する。第三例の第二位置O2cは、工作物WのZ軸方向の加工範囲において、第一熱変位量Z1の最大値と最小値の間に位置する。図8には、例えば、工作物WのZ軸方向の加工範囲は、Z=100からZ=300の範囲である場合を示す。 (Third Example) The second position O2c of the third example will be described with reference to FIG. The second position O2c of the third example is located between the maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount Z1 in the machining range of the workpiece W in the Z-axis direction. FIG. 8 shows a case where the machining range of the workpiece W in the Z-axis direction is a range from Z = 100 to Z = 300, for example.
第一例の第二位置O2aは、Z軸方向の全範囲を対象としているため、Z=0からZ=400の範囲を対象とした。一方、第三例の第二位置O2cは、Z軸方向の一部範囲(Z=100〜Z=300)を対象としている。特に、第二位置O2cは、工作物WのZ軸方向の加工範囲において、第一熱変位量Z1の最大値と最小値との中間値である。従って、各格子点Pの第二熱変位量Z2のデータ型は、正負両方の整数を表せる符号あり整数型である。この場合、Y軸が、Y2cとなる。また、第一位置O1から第二位置O2cへの原点シフト量は、ΔZcとなる。 Since the second position O2a in the first example covers the entire range in the Z-axis direction, the range from Z = 0 to Z = 400 is targeted. On the other hand, the second position O2c in the third example targets a partial range (Z = 100 to Z = 300) in the Z-axis direction. In particular, the second position O2c is an intermediate value between the maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount Z1 in the machining range of the workpiece W in the Z-axis direction. Therefore, the data type of the second thermal displacement amount Z2 at each grid point P is a signed integer type that can represent both positive and negative integers. In this case, the Y axis is Y2c. The origin shift amount from the first position O1 to the second position O2c is ΔZc.
(第四例)第四例の第二位置O2dは、図9を参照して説明する。第四例の第二位置O2dは、工作物WのZ軸方向の加工範囲において、第一熱変位量Z1の最大値と最小値の間に位置する。さらに、第四例の第二位置O2dは、第一熱変位量Z1の最大値と最小値の間のうち所定の代表位置Pdである。本例では、代表位置Pdは、工作物座標系の原点Pdに相当する位置である。 (Fourth Example) The second position O2d of the fourth example will be described with reference to FIG. The second position O2d of the fourth example is located between the maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount Z1 in the machining range of the workpiece W in the Z-axis direction. Furthermore, the second position O2d of the fourth example is a predetermined representative position Pd between the maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount Z1. In this example, the representative position Pd is a position corresponding to the origin Pd of the workpiece coordinate system.
この場合、各格子点Pの第二熱変位量Z2のデータ型は、符号なし整数型(正値のみの整数型)である。この場合、Y軸が、Y2dとなる。また、第一位置O1から第二位置O2dへの原点シフト量は、ΔZdとなる。 In this case, the data type of the second thermal displacement amount Z2 at each lattice point P is an unsigned integer type (an integer type with only positive values). In this case, the Y axis is Y2d. The origin shift amount from the first position O1 to the second position O2d is ΔZd.
ここで、データ型(整数型)について説明する。符号なし整数型は、ビットの並びをそのまま数値として解釈する。符号あり整数型は、負値の表現方法に応じて異なる。符号あり整数型は、例えば、符号−仮数部、1の補数、2の補数、エクセスN等がある。上記の第一例及び第三例における第二熱変位量Z2は、符号あり整数型の4種のうち何れかを採用する。 Here, the data type (integer type) will be described. The unsigned integer type interprets the bit sequence as it is as a numerical value. The signed integer type differs depending on the negative value representation method. Examples of the signed integer type include a sign-mantissa part, a 1's complement, a 2's complement, and an excess N. As the second thermal displacement amount Z2 in the first example and the third example, any one of four types of signed integer types is employed.
「符号−仮数部」表現は、符号ビットを追加して正負を表す方法である。例えば、「符号−仮数部」表現での「−127」は、8ビットのビットパターン「11111111」で表される。
「1の補数」表現は、負の数の表現に絶対値のビット単位のNOTを適用する。例えば、「1の補数」表現での「−127」は、8ビットのビットパターン「10000000」で表される。
The “sign-mantissa part” expression is a method of adding a sign bit to express positive / negative. For example, “−127” in the expression “sign-significant part” is represented by an 8-bit bit pattern “11111111”.
The “1's complement” representation applies a bitwise NOT of the absolute value to the representation of the negative number. For example, “−127” in the “1's complement” expression is represented by an 8-bit bit pattern “10000000”.
「2の補数」表現は、「1の補数」表現より1だけ大きいビットパターンで表される。例えば、「2の補数」表現での「−127」は、8ビットのビットパターン「10000001」で表される。
「エクセスN」表現は、オフセット・バイナリとも呼ばれ、事前に決めたNという数をバイアス値として使う。0はNで表され、−Nはゼロが並んだビットパターンで表される。例えば、「エクセス127」表現での「−127」は、8ビットのビットパターン「00000000」で表される。
The “2's complement” representation is represented by a bit pattern that is one greater than the “1's complement” representation. For example, “−127” in the “2's complement” expression is represented by an 8-bit bit pattern “10000001”.
The “Excess N” expression is also called an offset binary, and uses a predetermined number N as a bias value. 0 is represented by N, and -N is represented by a bit pattern in which zeros are arranged. For example, “−127” in the expression “Excess 127” is represented by an 8-bit bit pattern “00000000”.
例えば、8ビットの場合に、符号なし整数型、符号あり整数型の上記各表現では、以下の表に示す数値範囲を表すことができる。 For example, in the case of 8 bits, the above-described expressions of the unsigned integer type and the signed integer type can represent the numerical ranges shown in the following table.
従って、上記の第一例の第二位置O2aを基準とした第二熱変位量Z2、及び、第二例の第二位置O2bを基準とした第二熱変位量Z2は、同じビット数で表すことができる。また、第三例の第二位置O2cを基準とした第二熱変位量Z2、及び、第四例の第二位置O2dを基準とした第二熱変位量Z2は、工作物WのZ軸方向の加工範囲を対象とする。そこで、第二熱変位量Z2が、当該加工範囲のみを表すビット数に制限することもできる。この場合、第一例、第二例の場合に比べて、少ないビット数で表すことができる。また、第三例、第四例については、同じビット数で表すことができる。 Therefore, the second thermal displacement amount Z2 based on the second position O2a of the first example and the second thermal displacement amount Z2 based on the second position O2b of the second example are represented by the same number of bits. be able to. Further, the second thermal displacement amount Z2 based on the second position O2c of the third example and the second thermal displacement amount Z2 based on the second position O2d of the fourth example are in the Z-axis direction of the workpiece W. The processing range is targeted. Therefore, the second thermal displacement amount Z2 can be limited to the number of bits representing only the processing range. In this case, it can be expressed by a smaller number of bits than in the first and second examples. The third example and the fourth example can be expressed by the same number of bits.
なお、第二位置O2は、上述した第一例〜第四例の場合以外に、第一熱変位量Z1の最大値と最小値の間にシフトさせ、後述する補正値のデータ型のビット数を小さくさせることができる効果が得られる位置であれば、他の位置であってもよい。 In addition, the second position O2 is shifted between the maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount Z1 in addition to the case of the first to fourth examples described above, and the number of bits of the data type of the correction value described later. Any other position may be used as long as the effect of reducing the size can be obtained.
図4に戻り説明する。原点シフト量記憶部25は、第一位置O1から第二位置(O2a〜O2dの何れか)への原点シフト量(ΔZa〜ΔZdの何れか)を記憶する。
指令加工点取得部26は、工作機械10による工作物Wの加工中に、NCデータによるZ軸方向における指令加工点を取得する。
Returning to FIG. The origin shift
The command machining
補正値取得部27は、指令加工点、及び、第二熱変位量設定部24に設定された第二熱変位量Z2に基づいて、指令加工点に対応する第二熱変位量Z2を補正値として取得する。この補正値の算出方法について、図5を参照して説明する。
The correction
図5の実線にて示す単位格子の中に、指令加工点が位置するとする。この場合、指令加工点が含まれる単位格子の8つの格子点Pの第二熱変位量Z2を取得する。補正値取得部27は、当該単位格子の中における指令加工点の位置に応じて、8つの格子点Pの第二熱変位量Z2に基づいて、指令加工点に対応する補正値を算出する。
Assume that the command machining point is located in the unit cell indicated by the solid line in FIG. In this case, the second thermal displacement amount Z2 of the eight lattice points P of the unit lattice including the command machining point is acquired. The correction
このとき、各格子点Pの第二熱変位量Z2は、所定のビット数で表現されている。従って、補正値の算出において、8つの格子点Pの第二熱変位量Z2を用いるため、補正値の算出処理は、格子点Pの第二熱変位量Z2のビット数に応じた時間を要する。ただし、第二熱変位量Z2は、第一熱変位量Z1に比べて少ないビット数で表現できるため、補正値の算出処理は、第一熱変位量Z1を用いるのではなく、第二熱変位量Z2を用いるため、短時間で処理できる。 At this time, the second thermal displacement amount Z2 of each lattice point P is expressed by a predetermined number of bits. Accordingly, since the second thermal displacement amount Z2 of the eight lattice points P is used in calculating the correction value, the correction value calculation process requires time corresponding to the number of bits of the second thermal displacement amount Z2 of the lattice point P. . However, since the second thermal displacement amount Z2 can be expressed by a smaller number of bits than the first thermal displacement amount Z1, the correction value calculation process does not use the first thermal displacement amount Z1 but the second thermal displacement amount Z1. Since the amount Z2 is used, processing can be performed in a short time.
補正部28は、補正値取得部27が取得した補正値、及び、原点シフト量記憶部25に記憶された原点シフト量(ΔZa〜ΔZdの何れか)に基づいて、Z軸方向の指令値を補正する。ここで、補正値取得部27が取得した補正値は、第二位置(O2a〜O2dの何れか)を基準としている。そこで、補正値に原点シフト量(ΔZa〜ΔZdの何れか)を加えることにより、第一位置O1を基準とした補正値を算出でき、当該補正値を指令値に加えた値に基づいてスライドテーブル15を駆動する。
Based on the correction value acquired by the correction
表示部29は、加工中に、指令加工点に対応する熱変位量を逐次表示する。ただし、表示部29が表示する熱変位量は、第二熱変位量Z2ではなく、第一熱変位量Z1に相当する値である。第二熱変位量Z2の基準となる第二位置(O2a〜O2dの何れか)は、解析部22の処理が行われる都度変化する。しかし、第一熱変位量Z1の基準となる第一位置O1は、不変である。そこで、表示部29は、不変の特定位置である第一位置O1を基準とした場合に、指令加工点に対応する熱変位量を表示する。
The
(4.実施形態の効果)
熱変位補正装置20は、工作機械10のZ軸方向における第一位置O1を基準として、加工領域全範囲について各加工点に応じたZ軸方向の第一熱変位量Z1を設定する第一熱変位量設定部23と、設定された第一熱変位量Z1の最大値と最小値の間に位置する第二位置O2a〜O2dを基準として、加工領域全範囲について各加工点に応じたZ軸に対する第二熱変位量Z2を設定する第二熱変位量設定部24と、第一位置O1から第二位置O2a〜O2dへの原点シフト量ΔZa〜ΔZdを記憶する原点シフト量記憶部25と、工作機械10による工作物Wの加工中に、Z軸方向における指令加工点を取得する指令加工点取得部26と、指令加工点、及び、第二熱変位量設定部24により設定された第二熱変位量Z2に基づいて、指令加工点に対応する第二熱変位量Z2を補正値として取得する補正値取得部27と、取得した補正値及び原点シフト量ΔZa〜ΔZdに基づいて、Z軸方向の指令値を補正する補正部28とを備える。
(4. Effects of the embodiment)
The thermal
加工中において、指令値に対する補正値は、第二熱変位量Z2のうちの指令加工点に対応するものである。第二熱変位量Z2は、第一熱変位量Z1の最大値と最小値の間に位置する第二位置O2a〜O2dを基準とされている。つまり、第二熱変位量Z2の最大値は、第一熱変位量Z1の最大値と最小値との差以下となる。従って、補正値のデータ型(整数型)のビット数は、第二熱変位量Z2の最大値に応じた数で足りる。このように、補正値のデータ型のビット数を小さくすることができ、補正値の取得に要する時間を短くできる。従って、熱変位補正を全範囲について確実に行うことができる。つまり、熱変位補正の効果を確実に得ることができる。 During machining, the correction value for the command value corresponds to the command machining point in the second thermal displacement amount Z2. The second thermal displacement amount Z2 is based on the second positions O2a to O2d located between the maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount Z1. That is, the maximum value of the second thermal displacement amount Z2 is equal to or less than the difference between the maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount Z1. Therefore, the number of bits of the data type (integer type) of the correction value is sufficient according to the maximum value of the second thermal displacement amount Z2. As described above, the number of bits of the data type of the correction value can be reduced, and the time required for acquiring the correction value can be shortened. Therefore, the thermal displacement correction can be reliably performed for the entire range. That is, the effect of thermal displacement correction can be obtained with certainty.
また、熱変位補正装置20は、工作機械10の構造体の所定部位に配置された温度センサ21と、温度センサ21の温度情報に基づいて構造解析を行うことにより構造体の熱変位量を算出する解析部22とを備える。そして、第一熱変位量設定部23は、解析部22により得られる構造体の熱変位量に基づいて、第一熱変位量Z1を設定する。
The thermal
つまり、解析部22により構造解析が行われる度に、第一熱変位量Z1が算出される。従って、第一熱変位量Z1の最大値と最小値は変化する。ここで、第二熱変位量設定部24が、第一熱変位量Z1に基づいて第二熱変位量Z2を算出する。そのため、第一熱変位量Z1の最大値と最小値の変化に応じて、第二熱変位量Z2及び原点シフト量ΔZa〜ΔZdが変化する。つまり、解析結果に応じて第二位置O2a〜O2dを適宜変更することで、補正値のデータ型のビット数が小さくなるようにできる。
That is, each time the structural analysis is performed by the
また、解析部22、第一熱変位量設定部23及び第二熱変位量設定部24は、工作機械10による加工中に実行している。得られた第一熱変位量Z1に応じて第二位置O2a〜O2dを加工中に逐次変更することで、補正値のデータ型のビット数を常に小さな状態とできる。従って、補正値の算出処理を短時間で行うことができる。
Further, the
また、第一例で示したように、第二位置O2aは、第一熱変位量Z1の最大値と最小値との中間値である。この場合、確実に、補正値のデータ型のビット数を小さくできる。第二例で示したように、第二位置O2bは、第一熱変位量Z1の最大値と最小値の間のうち、所定の代表位置Pbである。この場合も、確実に、補正値のデータ型のビット数を小さくできる。 Further, as shown in the first example, the second position O2a is an intermediate value between the maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount Z1. In this case, the number of bits of the data type of the correction value can be surely reduced. As shown in the second example, the second position O2b is a predetermined representative position Pb among the maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount Z1. Also in this case, the number of bits of the data type of the correction value can be surely reduced.
また、第三例で示したように、第二位置O2cは、工作物WのZ軸方向の加工範囲において、第一熱変位量Z1の最大値と最小値の間に位置する。第一例、第二例に比べて、実際に使用する補正値のデータ型のビット数を小さくできる。また、第四例で示したように、第二位置O2dは、工作物WのZ軸方向の加工範囲において、第一熱変位量Z1の最大値と最小値との中間値である。この場合も、第三例と同様に、実際に使用する補正値のデータ型のビット数を小さくできる。 Moreover, as shown in the third example, the second position O2c is located between the maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount Z1 in the machining range of the workpiece W in the Z-axis direction. Compared to the first and second examples, the number of bits of the data type of the correction value actually used can be reduced. Further, as shown in the fourth example, the second position O2d is an intermediate value between the maximum value and the minimum value of the first thermal displacement amount Z1 in the machining range of the workpiece W in the Z-axis direction. In this case, as in the third example, the number of bits of the data type of the correction value actually used can be reduced.
また、熱変位補正装置20は、不変の特定位置(例えば第一位置O1)を基準とした場合に、指令加工点に対応する熱変位量を表示する。ここで、補正値の算出処理においては、変化する第二位置O2a〜O2dを基準とする第二熱変位量Z2を用いる。これに対して、表示部29に表示する熱変位量は、不変の特定位置を基準とした値とする。表示部29に表示する熱変位量が不変の特定位置を基準とする値とすることで、オペレータは、加工中に熱変位量がどのように変化しているかを確実に把握することができる。
Further, the thermal
10:工作機械、 20:熱変位補正装置、 21:温度センサ、 22:解析部、 23:第一熱変位量設定部、 24:第二熱変位量設定部、 25:原点シフト量記憶部、 26:指令加工点取得部、 27:補正値取得部、 28:補正部、 29:表示部、 O1:第一位置、 O2,O2a−O2d:第二位置、 P:格子点、 Pb,Pd:代表位置、 W:工作物、 Z1:第一熱変位量、 Z2:第二熱変位量、 ΔZa-ΔZd:原点シフト量 10: Machine tool, 20: Thermal displacement correction device, 21: Temperature sensor, 22: Analysis unit, 23: First thermal displacement amount setting unit, 24: Second thermal displacement amount setting unit, 25: Origin shift amount storage unit, 26: command machining point acquisition unit, 27: correction value acquisition unit, 28: correction unit, 29: display unit, O1: first position, O2, O2a-O2d: second position, P: lattice point, Pb, Pd: Representative position, W: Workpiece, Z1: First thermal displacement, Z2: Second thermal displacement, ΔZa-ΔZd: Origin shift
Claims (8)
設定された前記第一熱変位量の最大値と最小値の間に位置する第二位置を基準として、前記加工領域全範囲について各加工点に応じた前記所定軸に対する第二熱変位量を設定する第二熱変位量設定部と、
前記第一位置から前記第二位置への原点シフト量を記憶する原点シフト量記憶部と、
前記工作機械による工作物の加工中に、前記所定軸方向における指令加工点を取得する指令加工点取得部と、
前記指令加工点、及び、前記第二熱変位量設定部により設定された前記第二熱変位量に基づいて、前記指令加工点に対応する前記第二熱変位量を補正値として取得する補正値取得部と、
取得した前記補正値及び前記原点シフト量に基づいて、前記所定軸方向の指令値を補正する補正部と、
を備える、熱変位補正装置。 A first thermal displacement amount setting unit configured to set the first thermal displacement amount in the predetermined axis direction according to each machining point with respect to the entire machining region with respect to the first position in the predetermined axis direction of the machine tool;
Based on the second position located between the set maximum value and minimum value of the first thermal displacement amount, the second thermal displacement amount with respect to the predetermined axis corresponding to each processing point is set for the entire processing region range. A second thermal displacement amount setting unit to perform,
An origin shift amount storage unit for storing an origin shift amount from the first position to the second position;
A command machining point acquisition unit that acquires a command machining point in the predetermined axis direction during machining of a workpiece by the machine tool;
A correction value for acquiring the second thermal displacement amount corresponding to the command processing point as a correction value based on the command processing point and the second thermal displacement amount set by the second thermal displacement amount setting unit. An acquisition unit;
A correction unit that corrects the command value in the predetermined axis direction based on the acquired correction value and the origin shift amount;
A thermal displacement correction device comprising:
前記工作機械の構造体の所定部位に配置された温度センサと、
前記温度センサの温度情報に基づいて構造解析を行うことにより前記構造体の熱変位量を算出する解析部と、
を備え、
前記第一熱変位量設定部は、前記解析部により得られる前記構造体の熱変位量に基づいて、前記第一熱変位量を設定する、請求項1に記載の熱変位補正装置。 The thermal displacement correction device is
A temperature sensor disposed at a predetermined part of the structure of the machine tool;
An analysis unit that calculates a thermal displacement amount of the structure by performing a structure analysis based on temperature information of the temperature sensor;
With
The thermal displacement correction device according to claim 1, wherein the first thermal displacement amount setting unit sets the first thermal displacement amount based on a thermal displacement amount of the structure obtained by the analysis unit.
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