TW201915626A - 電腦數値控制工具機溫升熱變形自動補償系統及其方法 - Google Patents

Abstract

一種電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償方法，包括以下步驟：於工具機本體設置感測模組；工具機本體對一工件實施切削加工作業；於切削加工作業過程中，達到切削加工時間的累積或加工次數的累積之設定值時，刃物移動模組以第一或第二、三方向進行移動，由感測模組與工具機本體的該主軸觸碰，以取得一量測點之一比較座標值，比較一基準點之一基準座標值與比較座標值而獲得一誤差量，藉由誤差量並依據一熱變形補償模型，計算出一熱變形補償值。此外，一種電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統亦被提出。

Description

電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統及其方法

本發明是有關於一種電腦數值控制工具機，且特別是有關於一種電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統及其方法。

在工具機的運轉過程中通常是藉由馬達驅動主軸進行高速旋轉，工具機之熱變形誤差，是工具機中所有靜態與動態誤差佔最大比例之誤差。

工具機對於熱變形誤差尤其敏感，原因在於主軸台與刀具之間的相對位移量，對於加工工件的直徑會造成加倍的誤差量。一般而言，機構熱變形的其一原因為，切削加工過程中的冷卻液體，在通過工件後會流向床面，使床面受熱而產生熱脹的形體變形。機構熱變形的另一原因為，熱源是在切削加工時，主軸高速旋轉所產生的熱源也會傳導到工具機本體，導致工具機本體結構受到熱脹的影響而變形。再者，環境溫度也會造成機台的熱變形。上述這三種熱源會造成切削加工的品質變差。

因此，如何改良並能提供一種『電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統及其方法』來避免上述所遭遇到的問題，係業界所亟待解決之課題。

本發明提供一種電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償方法，可針對實際加工時產生的熱變形，對其進行熱變形補償的方法。

本發明提供一種電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統，可針對實際加工時產生的熱變形，對其進行熱變形補償的系統。

本發明提出一種電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統，包括一工具機本體、一刃物移動模組以及一感測模組。工具機本體包含一主軸。刃物移動模組可移動地連接於工具機本體。感測模組位於工具機本體，工具機本體對一工件實施切削加工作業，於切削加工作業過程中，達到一設定值時，刃物移動模組由原點開始以一第一方向或第二方向、第三方向進行移動，由感測模組與工具機本體的主軸觸碰，以取得一量測點之一比較座標值，比較一基準點之一基準座標值與比較座標值而獲得一誤差量，藉由誤差量並依據一熱變形補償模型，計算出一熱變形補償值，其中設定值為切削加工時間的累積或加工次數的累積。

本發明另提出一種電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償方法，包括以下步驟：於一工具機本體設置一感測模組；該工具機本體對一工件實施切削加工作業；於切削加工作業過程中，達到一設定值時，刃物移動模組由原點開始以第一方向或第二方向、第三方向進行移動，由感測模組與工具機本體的該主軸觸碰，以取得一量測點之一比較座標值，比較一基準點之一基準座標值與比較座標值而獲得一誤差量，藉由誤差量並依據一熱變形補償模型，計算出一熱變形補償值，其中設定值為切削加 工時間的累積或加工次數的累積。

為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、200、300‧‧‧電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統

110、310‧‧‧工具機本體

111‧‧‧主軸台

112‧‧‧主軸

113‧‧‧主軸夾頭

114、314‧‧‧床面

120、320‧‧‧刃物移動模組

121‧‧‧刃物台

122‧‧‧刀架

124、324‧‧‧刀具

126‧‧‧刀片

130‧‧‧控制模組

140、240‧‧‧感測模組

150‧‧‧無線傳輸元件

152‧‧‧無線傳輸發射模組

154‧‧‧無線傳輸接收模組

260‧‧‧保護蓋體

311‧‧‧立柱

321‧‧‧主軸箱

322‧‧‧滑台

323‧‧‧工作臺

325‧‧‧刀庫

50‧‧‧工件

D1‧‧‧第一誤差量

D2‧‧‧第二誤差量

T1‧‧‧基準點狀態

O1‧‧‧原點

PT‧‧‧基準點座標值

S1‧‧‧熱變形狀態

S2‧‧‧熱變形狀態

X‧‧‧第一方向

Y‧‧‧第二方向

Z‧‧‧第三方向

S100‧‧‧電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償方法

S110~S150‧‧‧步驟

S132~S136‧‧‧步驟

圖1為本發明的電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統一實施例的示意圖。

圖2為圖1中電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統的示意圖。

圖3為本發明的電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統另一實施例的示意圖。

圖4為本發明之電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償方法的流程圖。

圖5A為本發明設定基準點的示意圖。

圖5B及圖5C分別為本發明產生熱變形狀態中量測的示意圖。

圖6為本發明建立一熱變形補償模型的流程圖。

圖7為本發明的電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統又一實施例的示意圖。

以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此 限制本發明的保護範圍。

圖1為本發明的電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統一實施例的示意圖。圖2為圖1中電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統的示意圖。請先參閱圖1。

在本實施例中，電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統100包括一工具機本體110、一刃物移動模組120、一控制模組130以及一感測模組140。

工具機本體110包含一主軸台111、一主軸112、一主軸夾頭113以及一床面114，其中主軸台111連接可轉動的主軸112，主軸112與主軸夾頭113分別位於床面114之上，主軸112連接主軸夾頭113，主軸夾頭113用以夾持工件50以進行切削加工。

刃物移動模組120可移動地連接於工具機本體110，刃物移動模組120包含一刃物台121、一可轉動的刀架122、一刀具124以及一刀片126。刃物台120連接刀架122，刀架122上安裝刀具124，刀具124上安裝刀片126。刃物台120移動方式可為朝一第一方向X、一第二方向Y及一第三方向Z動作。

控制模組130設置於工具機本體110，控制模組130用以提供加工程式座標與刀具磨耗及補償偏移之設定。

在上述的配置之下，當主軸112轉動時，主軸112帶動主軸夾頭113，使得主軸夾頭113所夾持的工件50也跟著轉動。刃物移動模組120中的刃物台121以第一方向X、第二方向Y或第三方向Z移動，使得刀片126與轉動中的工件50碰觸，此動作稱之為切削加工。於切削加工工件50時，工 具機本體110會供應一冷卻液體，冷卻液體會流經刀片126與工件50碰觸之區域，用以協助在切削加工過程中對工件50降溫。

在本實施例中，感測模組140位於工具機本體110，感測模組140連接於控制模組130，詳細而言，本實施例的感測模組140係透過無線傳輸的方式而連接控制模組130，感測模組140訊號連接一無線傳輸元件150，無線傳輸元件150包括一無線傳輸發射模組152以及一無線傳輸接收模組154。無線傳輸發射模組152固定於刀架122上的某一刀具124位置。感測模組140固定於無線傳輸發射模組152，感測模組140訊號連接於無線傳輸發射模組152。無線傳輸發射模組152訊號連接無線傳輸接收模組154，無線傳輸接收模組154訊號連接控制模組130。

然，本實施例不對上述感測模組140的設置方式加以限制，可參閱圖3所示，圖3為本發明的電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統另一實施例的示意圖。圖3的電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統200與圖1的電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統100相似，其中相同的元件以相同的標號表示且具有相同的功效而不再重複說明，以下僅說明差異處。

圖3與圖1的差異在於，本實施例的感測模組240設置在主軸112之上，感測模組240係透過有線傳輸的方式接至控制模組130，可將線路配置在主軸台111內並連接至控制模組130。

在一實施例中，感測模組240可移動至主軸112之上，換言之，於未達到設定值(如切削加工時間的累積或加工次數的累積)時，感測模組240可移動至主軸台111之內。於實施量測時，感測模組240可移動至主軸 112之上。

在一實施例中，電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統200包括一保護蓋體260，保護蓋體260覆蓋住感測模組240，如此可在未實施偵測時保護感測模組240，防止在切削過程中的鐵屑及切削水破壞感測模組240；或者，保護蓋體260亦可與感測模組240一起移動至主軸台111之內。於實施量測時，保護蓋體260可開啟以供感測模組240感測。

圖4為本發明之電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償方法的流程圖。請參閱圖4，本實施例之電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償方法S100包括步驟S110~步驟S150。

步驟S110，於工具機本體110設置一感測模組140。

詳細而言，感測模組140可為如圖1及圖2所示透過無線傳輸的方式而連接控制模組130，或者，感測模組140可為如圖3所示透過有線傳輸的方式接至控制模組130。

步驟S120，設定一基準點。

在設定基準點的過程中，首先進行校刀設定，校刀的意思是透過改變控制模組130的加工程式座標與刀具磨耗及補償偏移之設定，將切削加工的工件50精度調整至容許範圍內。接著，將刃物移動模組120中的刃物台121由原點O1開始以第一方向X或第二方向Y、第三方向Z進行移動，使感測模組140碰觸主軸112，當感測模組140訊號為開啟狀態時，則將感測模組140碰觸至主軸112周圍表面的座標以及刀具磨耗補償值輸入至控制模組130，用來當作基準點位置。

以圖1及圖2為例，將刃物台121移動至主軸112上方，並將刀 架122轉換至具有感測模組140的刀具124位置後，具有感測模組140的刀具124由原點O1開始以第一方向X進行移動，使感測模組140碰觸主軸112，於此同時，碰觸的訊號將由無線傳輸發射模組152傳輸至無線傳輸接收模組154，無線傳輸接收模組154再將碰觸的訊號傳輸至控制模組130，來完成上述動作，如圖5A所示，圖5A為本發明設定基準點的示意圖。於步驟S120過程中，感測模組140於基準點狀態T1具有一基準點座標值PT。然，本實施例不以此為限，亦可透過圖3，刀具124由原點O1開始以第一方向X進行移動，使刀具124碰觸感測模組240，使感測模組140碰觸主軸112，當感測模組140訊號為開啟狀態時，則將感測模組140碰觸至主軸112周圍表面的座標以及刀具磨耗補償值輸入至控制模組130，來獲知基準點座標值PT。

步驟S130，建立一熱變形補償模型。

請參閱圖6，步驟S132，工具機本體110的溫度變化時，分別記錄量測點的位移量與切削點的位移量，其中量測點為感測模組140至主軸112進行自動量測的補償量，切削點為刀片126至工件50進行切削加工的補償量。

在設定量測點的過程中，控制模組130執行一量測專用訊號，使刃物台121的刀具124由原點O1開始以第一方向X或第二方向Y、第三方向Z進行移動，感測模組140碰觸至主軸112，當感測模組140訊號為開啟狀態時，則將感測模組140碰觸至主軸112周圍表面的座標輸入至控制模組130，用來當作比較點位置。

步驟S134，由控制模組130收集於步驟S132中所得之多個量測點的位移量與切削點的位移量。

步驟S136，由控制模組130依據步驟S134中所得之多個量測點的位移量與切削點的位移量，分析出量測點的位移量與切削點的位移量相對變化之關係，以建立一熱變形補償模型。

請復參閱圖4，步驟S140，工具機本體110對工件50實施切削加工作業。

步驟S150，於切削加工作業過程中，達到一設定值時，刃物移動模組120由原點O1開始以一第一方向X或第二方向Y、第三方向Z進行移動，由感測模組130與工具機本體110的主軸112觸碰，以取得量測點之比較座標值，比較基準點座標值與比較座標值而獲得一誤差量，依據熱變形補償模型，計算出熱變形補償值，其中所述設定值為切削加工時間的累積或加工次數的累積。

如圖5B及圖5C所示，圖5B及圖5C，圖5B及圖5C分別為本發明產生熱變形狀態中量測的示意圖。

當工具機本體110產生熱變形時，改變主軸112與感測模組140之間的相對位移量，會出現熱變形狀態S1或者熱變形狀態S2，其經自動量測後，熱變形狀態S1會取得比較座標值P1，熱變形狀態S2會取得比較座標值P2，而比較座標值P1與基準點座標值PT的誤差為第一誤差量D1，比較座標值P2與基準點座標值PT的誤差為第二誤差量D2。依據將前述誤差量傳輸至控制模組130，以寫入刀具形狀補正，來完成補償的動作。

圖7為本發明的電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統又一實施例的示意圖。圖7的電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統300與圖1的電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統100相似，其中 相同的元件以相同的標號表示且具有相同的功效而不再重複說明，以下僅說明差異處。

在本實施例中，電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統300係為一立式加工機，其包括一工具機本體310、一刃物移動模組320、一控制模組130以及一感測模組140。

工具機本體310包括一立柱311、一主軸112以及一床面314。

刃物移動模組320可移動地連接於工具機本體310，刃物移動模組320包括一主軸箱321、一滑台322、一工作台323、一刀具324、一刀庫325。

在本實施例中，立柱311連接於主軸箱321，主軸箱321連接於刀庫325，且主軸箱321連接可轉動的主軸112，主軸112夾持刀具324，主軸箱321移動方式為朝一第三方向Z動作。

在本實施例中，床面314上連接一可移動的滑台322，滑台322上安裝一工作台323，於工作台323上固定一工件50以進行加工，滑台322移動方式為朝一第一方向X及一第二方向Y動作。

控制模組130設置於工具機本體310，控制模組130設置於用以提供加工程式座標與刀具磨耗及補償偏移之設定。

在上述的配置之下，當主軸112轉動時，主軸112所夾持的刀具324也同時轉動。刃物移動模組320中的主軸箱321以第三方向Z移動，而刃物移動模組320中的滑台322以第一方向X、第二方向Y移動，使得轉動中的刀具324與工作台323的工件50碰觸，此動作稱之為切削加工。立式加工機在進行切削加工工件50時，工具機本體310會供應一冷卻液體，冷卻液體 會流經刀具324與工件50碰觸之區域，用以協助立式加工機在切削加工過程中對工件50降溫。

在本實施例中，感測模組140位於工具機本體310，感測模組140連接於控制模組130。需說明的是，感測模組140與控制模組130可如同前述圖1以無線的方式連接，然不對此加以限制。

本實施例的電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償方法可如前述圖4的說明。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統，包括：一工具機本體，包含一主軸；一刃物移動模組，可移動地連接於該工具機本體；以及一感測模組，位於該工具機本體，其中該工具機本體對一工件實施切削加工作業，於切削加工作業過程中，達到一設定值時，該刃物移動模組由一原點開始以一第一方向、一第二方向或一第三方向進行移動，由該感測模組與該工具機本體的該主軸觸碰，以取得一量測點之一比較座標值，比較一基準點之一基準座標值與該比較座標值而獲得一誤差量，藉由該誤差量並依據一熱變形補償模型，計算出一熱變形補償值，其中該設定值為切削加工時間的累積或加工次數的累積。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統，更包括：一控制模組，連接於感測模組。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統，其中該感測模組係透過無線傳輸的方式而連接該控制模組。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統，其中該刃物移動模組包括一刃物台及一刀架，該刃物台連接該刀架，該感測模組訊號連接一無線傳輸元件，該無線傳輸元件包括一無線傳輸發射模組以及一無線傳輸接收模組，該無線傳輸發射模組固定於該刀架，該無線傳輸發射模組訊號連接無線傳輸接收模組，該無線傳輸接收模組訊號連接該控制模組。
5. 如申請專利範圍第2項所述之電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統，其中該感測模組係透過有線傳輸的方式接至該控制模組。
6. 如申請專利範圍第2項所述之電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統，其中該感測模組可移動至該主軸之上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償系統，更包括：一保護蓋體，覆蓋住該感測模組。
8. 一種電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償方法，包括以下步驟：於一工具機本體設置一感測模組；該工具機本體對一工件實施切削加工作業；以及於切削加工作業過程中，達到一設定值時，刃物移動模組由原點開始以一第一方向、一第二方向或一第三方向進行移動，由該感測模組與該工具機本體的該主軸觸碰，以取得一量測點之一比較座標值，比較一基準點之一基準座標值與該比較座標值而獲得一誤差量，藉由該誤差量並依據一熱變形補償模型，計算出一熱變形補償值，其中該設定值為切削加工時間的累積或加工次數的累積。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償方法，包括以下步驟：設定一基準點；以及建立一熱變形補償模型。
10. 如申請專利範圍第8項所述之電腦數值控制工具機溫升熱變形自動補償方法，其中建立該熱變形補償模型包括以下步驟： 工具機本體的溫度變化時，分別記錄多個量測點的位移量與多個切削點的位移量，其中各該量測點為該感測模組至該工具機本體的一主軸進行量測的補償量，各該切削點為該工具機本體的一刀片至該工件進行切削加工的補償量；以及依據所得之各該量測點的位移量與各該切削點的位移量，分析出各該量測點的位移量與各該切削點的位移量相對變化之關係，以建立該熱變形補償模型。