JPH08215983A - Thermal displacement correcting method of machine tool and device thereof - Google Patents
Thermal displacement correcting method of machine tool and device thereofInfo
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- JPH08215983A JPH08215983A JP4628895A JP4628895A JPH08215983A JP H08215983 A JPH08215983 A JP H08215983A JP 4628895 A JP4628895 A JP 4628895A JP 4628895 A JP4628895 A JP 4628895A JP H08215983 A JPH08215983 A JP H08215983A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は工作機械の熱変位補正方
法及びその装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a machine tool thermal displacement correction method and apparatus.
【0002】[0002]
【従来の技術】工作機械には機体各部に発熱源があり、
例えば主軸の軸受のころがり摩擦熱や、切削部分からの
発熱など数多い。これらの熱は機体各部に伝導して機体
を変形させるが、この機体の変形は加工精度に大きく影
響する。そこで、これら各種原因による機体の熱変位を
予測して熱変位による誤差の分をサーボ系にフィードバ
ックして補正する補正方法やその装置が種々提案されて
いる。2. Description of the Related Art Machine tools have heat sources at various parts of the machine,
For example, rolling friction heat of the bearing of the main shaft and heat generated from the cutting portion are many. These heats are conducted to each part of the machine body and deform the machine body, and the deformation of the machine body greatly affects the processing accuracy. Therefore, there have been proposed various correction methods and devices for predicting the thermal displacement of the machine body due to these various causes and feeding back the error caused by the thermal displacement to the servo system to correct the error.
【0003】斯かる補正機能を有する工作機械では、機
械の運転に伴う熱変位を如何に正確に見込むかが重要で
あり、そのために種々の試みがなされている。例えば、
主軸の回転数等の運転条件から熱変位を予測するもの、
あるいは機体に組込んだ変位センサで直接熱変位を検出
するもの等がある。In a machine tool having such a correction function, it is important to accurately estimate the thermal displacement due to the operation of the machine, and various attempts have been made for that purpose. For example,
Prediction of thermal displacement from operating conditions such as spindle speed,
Alternatively, there is one that directly detects thermal displacement with a displacement sensor incorporated in the machine body.
【0004】本出願人は、特公平6−22779号公報
及び特開平3−79256号公報で、機体温度から熱変
位を算出する方式の工作機械の熱変位補正方法を提案し
た。この方法における熱変位の算出は、基本的には次式
(1)の原理に基づいている。 ΔL=L×線膨張係数×温度変化 …(1) ここで、ΔL:機体構成部分の熱変位 L:機体構成部分の長さ である。The applicant of the present invention has proposed, in Japanese Patent Publication No. 6-22779 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-79256, a thermal displacement correction method for a machine tool which calculates thermal displacement from a machine body temperature. The calculation of the thermal displacement in this method is basically based on the principle of the following equation (1). ΔL = L × coefficient of linear expansion × temperature change (1) Here, ΔL: thermal displacement of the airframe component, L: length of the airframe component.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術における
補正後の加工精度としては、20乃至30〔μm〕程度
が限界である。ところが、近年の工作機械ユーザーから
は、補正後の精度として10〔μm〕以下の加工誤差
(即ち、残留熱変位)に抑えることが一般的に要求され
ている。これは、セラミック材など新素材や、さらに小
型化された工作物等を高精度で加工する必要性があるか
らである。The processing accuracy after correction in the prior art is limited to about 20 to 30 [μm]. However, in recent years, machine tool users have generally requested that the accuracy after correction be suppressed to a processing error of 10 μm or less (that is, residual thermal displacement). This is because it is necessary to process a new material such as a ceramic material or a further downsized work piece with high precision.
【0006】また、前記算出手法では、機体の構成から
その構成部分の長さLを見込み、その温度変化を長さL
の中央位置から検出しているので、温度センサの取付位
置に制約があった。さらに、精度よく熱変位を見込むに
は、機体を細かな構成部分に分割する必要が生じ、それ
ぞれの部分の温度変化を算出するために多数の温度セン
サを要した。また、機体構成部分の長さLの測定や、各
機体構成材料それぞれの線膨張係数の確認作業が必要で
あった。これらは、機体温度から熱変位を算出する方式
の工作機械の熱変位補正装置を実装する上での障害とな
っていた。Further, in the above-mentioned calculation method, the length L of the constituent part is estimated from the structure of the machine body, and the temperature change is calculated as the length L.
Since the temperature is detected from the center position of, the mounting position of the temperature sensor is limited. Furthermore, in order to accurately estimate the thermal displacement, the airframe needs to be divided into small components, and a large number of temperature sensors are required to calculate the temperature change of each part. Further, it is necessary to measure the length L of the machine body component and to confirm the linear expansion coefficient of each machine body constituent material. These have been obstacles in mounting a thermal displacement correction device for a machine tool that calculates thermal displacement from the machine body temperature.
【0007】一方、特開昭58−109250号公報に
は、工作機械と熱的相似の金属片を用いて、その温度を
工作機械を代表する温度と見做して、冷却用噴射空気の
温度を制御することにより、工作機械の熱変位の補正を
する熱変位補正装置が提案されている。しかしながら、
この場合には熱的相似の金属片を別途準備しなければな
らなかった。さらに、特開昭60−9634号公報に
は、Y軸熱変位の特性に合わせた熱的時定数を持った温
度センサを使用する熱変位補正装置が提案されている。
しかし、この補正装置では、熱変位の特性に合わせた熱
的時定数を持つ温度センサの詳細が明らかにされていな
い。On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 58-109250, a metal piece that is thermally similar to a machine tool is used, and its temperature is regarded as a temperature representative of the machine tool. There has been proposed a thermal displacement correction device that corrects thermal displacement of a machine tool by controlling. However,
In this case, a metal piece having thermal similarity must be prepared separately. Further, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 60-9634 proposes a thermal displacement correction device using a temperature sensor having a thermal time constant that matches the characteristics of the Y-axis thermal displacement.
However, in this correction device, details of the temperature sensor having a thermal time constant matched to the characteristic of thermal displacement have not been clarified.
【0008】本発明は、斯かる課題を解決するためにな
されたもので、熱による加工誤差に対する補正を高精度
で行うことができる工作機械の熱変位補正方法及びその
装置を提供することを目的とする。また、本発明の別の
目的は、工作機械の機体構成部分の長さ測定や、機体構
成材料の線膨張係数の確認作業を不要とし、且つ、実機
を用いた熱変位特性の抽出の実測作業を簡略化すること
である。更に、本発明の別の目的は、温度センサの取付
け位置の制約を大幅に緩和すると同時に、少数の温度セ
ンサで熱変位を精度よく見込むことのできる自由度の高
い工作機械の熱変位補正方法及びその装置を提供するこ
とである。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a thermal displacement correction method for a machine tool and a device therefor capable of highly accurately correcting a processing error due to heat. And Another object of the present invention is to eliminate the need to measure the length of the machine body component of the machine tool and to confirm the linear expansion coefficient of the machine body constituent material, and to measure the thermal displacement characteristics using an actual machine. Is to be simplified. Further, another object of the present invention is to greatly relax the restriction on the mounting position of the temperature sensor, and at the same time, to provide a thermal displacement correction method for a machine tool having a high degree of freedom in which thermal displacement can be accurately estimated with a small number of temperature sensors. It is to provide the device.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明では、工作機械に任意の主軸回転数を与えた
際の所定軸方向の伸びによる熱変位又は主軸傾きによる
熱変位を検出すると同時に、機体の適当箇所の温度変化
を温度センサにより検出する。この温度変化と前記熱変
位が時系列的に同じであれば、温度変化と熱変位は単純
にリニアの相関になるので、温度変化から工作機械の熱
変位を容易に見積もることが可能であることを前提にし
ている。In order to achieve the above object, the present invention detects a thermal displacement due to elongation in a predetermined axial direction or a thermal displacement due to a spindle inclination when a machine tool is given an arbitrary spindle rotational speed. At the same time, the temperature sensor detects a temperature change in an appropriate portion of the machine body. If the temperature change and the thermal displacement are the same in time series, the temperature change and the thermal displacement simply have a linear correlation, so that the thermal displacement of the machine tool can be easily estimated from the temperature change. Is assumed.
【0010】しかしながら、機体の適当箇所から検出し
た温度変化が有する「時定数」は、必ずしも熱変位が有
する「時定数」と同じではない。そのため、発熱源の発
熱の影響を受ける機体の適当箇所に設置した温度センサ
の出力特性が工作機械の熱変位の特性に一致するよう
に、前記温度センサの熱的時定数を変化させる手法が求
められる。なお「工作機械の熱変位」とは、主軸熱変位
のことであり、理想としては、工具による加工点におけ
る熱変位であるが、現実的には、例えば主軸先端部又は
主軸先端部に一時的に装着されたテストバーの適当箇所
における熱変位のことである。However, the "time constant" of the temperature change detected from the appropriate portion of the airframe is not necessarily the same as the "time constant" of the thermal displacement. Therefore, a method is required to change the thermal time constant of the temperature sensor so that the output characteristics of the temperature sensor installed at an appropriate location of the machine affected by the heat generated by the heat source match the characteristics of the thermal displacement of the machine tool. To be The "thermal displacement of machine tool" is the thermal displacement of the spindle, ideally the thermal displacement at the machining point of the tool, but in reality, for example, the spindle tip or the spindle tip may be temporarily It is the thermal displacement at an appropriate point of the test bar attached to the.
【0011】そこで、本発明では、温度センサの熱的時
定数を調整することによって、工作機械の熱変位の特性
と温度センサの出力特性とを略一致させ、この温度セン
サの出力とのリニアな相関で得られる熱変位に基づい
て、所定軸方向の移動量を補正することにより加工誤差
を補正している。また、例えば主軸軸受からの発熱は、
温度センサを取付けた発熱源近傍の温度を上昇させると
ともに、この発熱源近傍位置を通過した熱流が、この位
置以外の箇所にある構造物の温度をゆっくり上昇させて
いく。したがって、前記温度センサ出力と熱変位のリニ
アな相関は、この温度変化がゆっくり表れる部分の熱変
位の影響で、長時間経過すると徐々に誤差を含んでく
る。そこで、前記温度センサの出力に遅れを見込んで、
前記誤差と同じ熱特性を有する遅れ温度変化を演算し、
この遅れ温度変化とリニアな相関で得られる熱変位に基
づいて、加工誤差をさらに補正している。Therefore, in the present invention, by adjusting the thermal time constant of the temperature sensor, the characteristic of the thermal displacement of the machine tool and the output characteristic of the temperature sensor are made to substantially match, and the output of this temperature sensor is linear. The processing error is corrected by correcting the movement amount in the predetermined axis direction based on the thermal displacement obtained by the correlation. Also, for example, the heat generated from the main shaft bearing is
While raising the temperature near the heat source to which the temperature sensor is attached, the heat flow passing through the position near the heat source slowly raises the temperature of the structure other than this position. Therefore, the linear correlation between the temperature sensor output and the thermal displacement gradually includes an error after a long time due to the influence of the thermal displacement of the portion where the temperature change appears slowly. Therefore, considering the delay in the output of the temperature sensor,
Calculating a delay temperature change having the same thermal characteristics as the error,
The processing error is further corrected based on the thermal displacement obtained by the linear correlation with the delay temperature change.
【0012】即ち、本発明に係る熱変位補正方法は、発
熱源の発熱の影響を受ける工作機械の機体の温度変化を
検出する温度センサの熱特性を、前記発熱源の発熱の影
響を受けて生じる主軸熱変位の時定数に略一致するよう
に感度調節し、前記温度センサの出力に対応する熱変位
を前記温度センサの出力から算出し、前記算出熱変位と
実熱変位とが徐々にずれていく誤差を、前記温度センサ
の出力に遅れを見込んで演算し、この演算結果を前記算
出熱変位に加算した合計値を用いて所定軸方向の移動量
を補正している。That is, according to the thermal displacement correction method of the present invention, the thermal characteristics of the temperature sensor for detecting the temperature change of the machine body of the machine tool which is affected by the heat generation of the heat generation source are influenced by the heat generation of the heat generation source. Sensitivity is adjusted so as to approximately match the time constant of the generated spindle thermal displacement, and the thermal displacement corresponding to the output of the temperature sensor is calculated from the output of the temperature sensor, and the calculated thermal displacement and the actual thermal displacement gradually deviate. The moving error is calculated by considering the delay in the output of the temperature sensor, and the movement amount in the predetermined axis direction is corrected using the total value obtained by adding the calculation result to the calculated thermal displacement.
【0013】そして、この補正方法を実現するための熱
変位補正装置は、前記機体の温度変化を検出し、前記発
熱源の発熱の影響を受けて生じる主軸熱変位の時定数に
略一致する熱特性を有するように感度調節された温度セ
ンサと、この温度センサの出力に対応する熱変位を前記
温度センサの出力から算出する第1の熱変位演算手段
と、この第1の熱変位演算手段の出力と実熱変位とが徐
々にずれていく誤差を、前記温度センサの出力に遅れを
見込んで演算し、この演算結果を前記第1の熱変位演算
手段の出力に加算して合計値を算出する第2の熱変位演
算手段と、この第2の熱変位演算手段の出力を用いて所
定軸方向の移動量を補正する補正手段とを備えている。A thermal displacement compensating device for realizing this compensating method detects a temperature change of the machine body and detects a heat which is substantially equal to a time constant of a spindle thermal displacement caused by the heat generated by the heat source. A temperature sensor whose sensitivity is adjusted so as to have characteristics, a first thermal displacement calculating means for calculating a thermal displacement corresponding to the output of the temperature sensor from the output of the temperature sensor, and a first thermal displacement calculating means of the first thermal displacement calculating means. An error in which the output and the actual thermal displacement gradually deviate is calculated with a delay in the output of the temperature sensor, and the calculation result is added to the output of the first thermal displacement calculating means to calculate a total value. The second thermal displacement calculating means and the correcting means for correcting the movement amount in the predetermined axis direction by using the output of the second thermal displacement calculating means.
【0014】発熱源の発熱の影響を受ける機体の適当箇
所に設置した温度センサの出力には、温度センサを設置
した箇所の機体の熱特性に加えて、温度センサ自体の熱
特性が含まれる。そこで、温度センサの感熱部に断熱材
を付加する等をして、温度センサ自身の感度を調整する
ことにより、機体の温度変化に遅れを見込んだ出力を温
度センサから得ることができる。この温度センサの出力
の熱的時定数を工作機械の熱変位の特性に一致させた結
果、温度センサの熱的時定数は、当初の温度センサ自身
の熱的時定数より大きな値になる。そのため、温度セン
サの取付け位置としては、温度センサの出力特性が熱変
位の特性より敏感である箇所を予め選定する。このよう
にして、感度調整された温度センサで検出された温度の
温度変化と工作機械の熱変位とは、リニアな相関で直接
的に対応付けられることになる。The output of the temperature sensor installed at an appropriate location of the machine body affected by the heat generated by the heat source includes the thermal characteristics of the machine body at the location where the temperature sensor is installed, as well as the thermal characteristics of the temperature sensor itself. Therefore, by adding a heat insulating material to the heat-sensitive portion of the temperature sensor and adjusting the sensitivity of the temperature sensor itself, it is possible to obtain from the temperature sensor an output that allows for a delay in the temperature change of the airframe. As a result of matching the thermal time constant of the output of the temperature sensor with the characteristic of the thermal displacement of the machine tool, the thermal time constant of the temperature sensor becomes a value larger than the initial thermal time constant of the temperature sensor itself. Therefore, as the mounting position of the temperature sensor, a location where the output characteristic of the temperature sensor is more sensitive than the thermal displacement characteristic is selected in advance. In this way, the temperature change of the temperature detected by the temperature sensor whose sensitivity is adjusted and the thermal displacement of the machine tool are directly associated with each other by a linear correlation.
【0015】長時間にわたって徐々に表れるところの前
記温度センサの出力から見込んだ熱変位と実熱変位との
誤差は、熱変位の遅れ応答成分である。熱的時定数が調
整された前記温度センサの出力データを、この遅れ応答
成分が有する熱特性に一致させるデータ加工法の一例と
して、本発明では「ダミー手法」を使用している。ダミ
ー手法は、工作機械に任意の主軸回転数を与えた際の主
軸熱変位を検出すると同時に、この主軸熱変位の時定数
より小さい温度変化の時定数を持つ適当箇所の温度変化
を検出する。そして、この検出温度変化より遅れて表わ
れる遅れ温度変化の挙動を、ダミーの熱容量を設定して
見込むもので、遅れて表われる熱変位の時定数と略同じ
時定数を有する架空の遅れ温度変化を、検出温度変化に
遅れを見込んだ繰り返し演算により創成する手法であ
る。なお、ダミー手法では、前記遅れ温度変化を創成す
る際に、一旦他の遅れ温度変化を創成し、この遅れ温度
変化に更に遅れを見込んで、熱変位の時定数と略同じ時
定数を有する遅れ温度変化を創成してもよい。The error between the thermal displacement and the actual thermal displacement, which appears from the output of the temperature sensor, which gradually appears over a long period of time, is a delayed response component of the thermal displacement. In the present invention, a "dummy method" is used as an example of a data processing method for matching the output data of the temperature sensor whose thermal time constant is adjusted with the thermal characteristics of the delayed response component. The dummy method detects the thermal displacement of the spindle when an arbitrary rotational speed of the spindle is applied to the machine tool, and at the same time, detects the temperature change of an appropriate portion having a time constant of the temperature change smaller than the time constant of the thermal displacement of the spindle. The behavior of the delayed temperature change that appears later than the detected temperature change is expected by setting a dummy heat capacity, and a fictitious delayed temperature change that has a time constant approximately the same as the time constant of the thermal displacement that appears late. This is a method of creating by the iterative calculation in which the change in the detected temperature is expected to be delayed. In the dummy method, when creating the lag temperature change, another lag temperature change is created once, and a lag having a time constant that is substantially the same as the time constant of the thermal displacement is created by allowing for further lag in this lag temperature change. A temperature change may be created.
【0016】ところで、遅れ応答成分を考慮しなくても
よい場合には、熱変位補正装置は、前記温度センサと、
この温度センサの出力に対応する熱変位を前記温度セン
サの出力から算出する第1の熱変位演算手段と、この第
1の熱変位演算手段の出力を用いて所定軸方向の移動量
を補正する補正手段とを備えたものであってもよい。By the way, when the delay response component does not have to be taken into consideration, the thermal displacement correction device includes the temperature sensor,
A first thermal displacement calculating means for calculating a thermal displacement corresponding to the output of the temperature sensor from the output of the temperature sensor, and a movement amount in the predetermined axial direction is corrected by using the output of the first thermal displacement calculating means. It may be provided with a correction means.
【0017】次に、熱変位の特性に一致するように感度
調節された温度センサとダミー手法とを組み合わせた熱
変位補正方法を、主軸頭(ヘッド)内の主軸部を発熱源
とするマシニングセンタを例にして述べる。まず、主軸
頭のノーズ位置に取付けた感度調節済みのノーズ温度セ
ンサで検出した温度の温度変化に対応して変化する熱変
位を演算する。次いで、ノーズ温度センサで検出した温
度の温度変化に遅れを見込んで演算した遅れ温度変化に
対応して変化する熱変位の遅れ応答成分を演算し、先に
演算した熱変位にこの遅れ応答成分を加算して合計値を
得る。次いで、このノーズ温度センサの出力を用いて算
出した熱変位の合計値を、サーボ系の軸移動量のオフセ
ット量として与えることにより、加工位置の補正が実行
されるので、熱による加工誤差を最少に押さえることが
できる。Next, a thermal displacement correction method combining a temperature sensor whose sensitivity is adjusted so as to match the characteristics of thermal displacement and a dummy method is applied to a machining center using a spindle portion in a spindle head as a heat source. Take for example. First, the thermal displacement that changes in response to the temperature change of the temperature detected by the nose temperature sensor whose sensitivity is adjusted at the nose position of the spindle head is calculated. Next, calculate the delay response component of the thermal displacement that changes in response to the delay temperature change calculated with a delay in the temperature change of the temperature detected by the nose temperature sensor, and add this delay response component to the previously calculated thermal displacement. Add up to get the total value. Then, by giving the total value of thermal displacement calculated using the output of this nose temperature sensor as the offset amount of the axis movement amount of the servo system, the machining position is corrected, so the machining error due to heat is minimized. Can be held down.
【0018】[0018]
【作用】工作機械の主軸回転に伴い、主軸軸受や主軸モ
ータ等の発熱源から発熱が起こり、これが機体の構成部
分に伝導し、結果として機体の温度変化をきたす。通常
の工作機械では構造材料として鋳鉄又は鋼材を主として
用いている。そのため、機体の温度変化があると、これ
ら構造材料が持つ線膨張係数に比例した熱変位が各部で
発生する。これら各部の熱変位が加算されて、工作機械
の加工精度を劣化させる。また、工作機械の主軸回転に
伴う温度変化は、発熱源近傍で早く表れるが、ヘッド,
ヘッド取付け部及びコラムなど発熱源から離れるほど遅
れて表れることになり、それぞれの位置における温度変
化の経時特性が異なる。このため、機体の任意箇所の温
度変化と熱変位とは、通常は直接結びつかない。With the rotation of the main shaft of the machine tool, heat is generated from a heat source such as a main shaft bearing and a main shaft motor, and the heat is conducted to the components of the main body, resulting in a temperature change of the main body. Ordinary machine tools mainly use cast iron or steel as the structural material. Therefore, if the temperature of the airframe changes, thermal displacement proportional to the linear expansion coefficient of these structural materials occurs in each part. The thermal displacement of each of these parts is added to deteriorate the machining accuracy of the machine tool. In addition, the temperature change due to the rotation of the machine tool spindle appears early near the heat source,
The longer the distance from the heat source such as the head mounting portion and the column, the later the temperature appears, and the temperature change characteristics at each position differ. For this reason, the temperature change and the thermal displacement of any part of the airframe are not usually directly connected.
【0019】しかし、工作機械に任意の主軸回転数を与
えた際の主軸熱変位の時系列データ、及び発熱源の発熱
の影響を受ける機体の適当箇所から検出された温度変化
の時系列データに、近似的に単一の一次遅れ要素のステ
ップ入力応答関数を当てはめると、温度変化が飽和する
迄の時定数をそれぞれ抽出することができる。この熱変
位の時定数と温度変化の時定数とのバランスは、主軸回
転数の広い領域にわたって共通する当該工作機械の経時
特性を代表するものになる。However, the time series data of the thermal displacement of the spindle when an arbitrary number of spindle revolutions is given to the machine tool and the time series data of the temperature change detected from the appropriate portion of the machine body affected by the heat generation of the heat source are used. By applying a step input response function of a single first-order lag element approximately, the time constant until the temperature change is saturated can be extracted respectively. The balance between the time constant of thermal displacement and the time constant of temperature change is representative of the time-dependent characteristics of the machine tool that are common over a wide range of the spindle rotational speed.
【0020】そこで、先の温度変化の時系列データを検
出した温度センサ自体の検出感度を変化させると、あた
かも温度センサを取付けた箇所の機体の熱特性が変化し
たかのような温度変化の時系列データが得られる。この
時系列データから抽出した時定数が先の主軸熱変位の時
定数に略一致するように、温度センサの検出感度が調整
される。Therefore, when the detection sensitivity of the temperature sensor itself which has detected the time-series data of the temperature change is changed, it is possible to detect the temperature change as if the thermal characteristics of the machine body at the location where the temperature sensor is attached have changed. Series data is obtained. The detection sensitivity of the temperature sensor is adjusted so that the time constant extracted from the time series data substantially matches the time constant of the main spindle thermal displacement.
【0021】[0021]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1乃至図12に
基づいて説明する。例えば、図1に示す数値制御(N
C)工作機械は立形のマシニングセンタ(以下、MCと
記載)1であるが、本発明の対象は、MC以外の他の種
類のNC工作機械であってもよい。ベッド2上にはコラ
ム3が立設されており、コラム3には、主軸モータ4を
有する主軸頭5がZ軸方向に移動可能に取付けられてい
る。コラム3は、ベッド2上をY軸方向に移動できるよ
うになっている。主軸頭5には主軸6がZ軸方向に向け
て設けられており、主軸モータ4により回転駆動される
主軸6の先端には工具7が装着されている。ベッド2上
に設けられたテーブル8に載置された工作物9を工具7
により切削加工する。テーブル8はベッド2上をX軸方
向に移動する。なお、主軸6の軸線方向をZ軸とし、こ
れに直交して直交座標系をなす各方向をX軸,Y軸とす
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. For example, the numerical control (N
C) The machine tool is a vertical machining center (hereinafter referred to as MC) 1, but the present invention may be applied to other types of NC machine tools other than MC. A column 3 is erected on the bed 2, and a spindle head 5 having a spindle motor 4 is attached to the column 3 so as to be movable in the Z-axis direction. The column 3 can move on the bed 2 in the Y-axis direction. A spindle 6 is provided on the spindle head 5 in the Z-axis direction, and a tool 7 is attached to the tip of the spindle 6 which is driven to rotate by the spindle motor 4. The work 9 placed on the table 8 provided on the bed 2 is attached to the tool 7
By cutting. The table 8 moves on the bed 2 in the X-axis direction. The axis of the main shaft 6 is defined as the Z axis, and the directions orthogonal to the Z axis and forming the orthogonal coordinate system are defined as the X axis and the Y axis.
【0022】MC1には、発熱源の発熱の影響を受ける
MC1の機体10の温度変化を検出する温度センサが取
付けられている。本実施例では、主軸頭5の主軸前端側
のノーズ位置にノーズ温度センサS1 を取付けて、この
ノーズ位置の温度変化を検出している。ノーズ温度セン
サS1 は、発熱源の発熱の影響を受けて生じる主軸熱変
位の時定数に略一致する熱特性を有するように、感度調
節可能になっている。この温度センサS1 はどのタイプ
でもよいが、外乱に強いサーミスタ温度センサが望まし
い。ノーズ位置は主な発熱源である主軸6の主軸受に近
いので、ノーズ温度センサS1 には温度変化が直ぐに表
れることになり、この温度変化の時定数は小さい。A temperature sensor for detecting a temperature change of the body 10 of the MC1, which is affected by the heat generated by the heat source, is attached to the MC1. In this embodiment, a nose temperature sensor S 1 is attached to the nose position on the spindle front end side of the spindle head 5 to detect the temperature change at this nose position. The nose temperature sensor S 1 can be adjusted in sensitivity so as to have a thermal characteristic that substantially matches the time constant of the thermal displacement of the spindle caused by the heat generated by the heat source. The temperature sensor S 1 may be of any type, but a thermistor temperature sensor resistant to disturbance is desirable. Since the nose position is close to the main bearing of the main shaft 6 which is the main heat source, the temperature change immediately appears on the nose temperature sensor S 1, and the time constant of this temperature change is small.
【0023】ここで、本発明における熱変位補正の原理
を説明する。本発明によれば、X,Y,Zの各軸方向の
熱変位に対する補正ができるが、例えばX軸方向につい
ては、コラム3及び主軸頭5がX軸に対して左右対称形
の構造を有しているため、X軸方向の補正は通常必要な
い。Y軸とZ軸の補正は必要であるが、両軸は同じ扱い
になるので、以下の説明ではZ軸方向の補正を例にとっ
て説明する。Here, the principle of thermal displacement correction in the present invention will be described. According to the present invention, it is possible to correct the thermal displacement in each of the X, Y, and Z axial directions. Therefore, correction in the X-axis direction is usually unnecessary. Although it is necessary to correct the Y-axis and the Z-axis, both axes are treated in the same way, so the following description will be made taking the correction in the Z-axis direction as an example.
【0024】Z軸方向の熱変位の演算式は次式で示され
る。 ΔZ=a・(ΔZ1 +ΔZ2 ) …(2) ここで、ΔZ:Z軸熱変位 a :全体補正係数(この係数aは、演算式(2)の結
果と実際の精度との差を修正するための係数) ΔZ1 :Z軸熱変位の即時応答成分 ΔZ2 :Z軸熱変位の遅れ応答成分 である。The calculation formula of the thermal displacement in the Z-axis direction is shown by the following formula. ΔZ = a · (ΔZ 1 + ΔZ 2 ) (2) where ΔZ: Z-axis thermal displacement a: overall correction coefficient (this coefficient a corrects the difference between the result of the equation (2) and the actual accuracy. ΔZ 1 : Immediate response component of Z-axis thermal displacement ΔZ 2 : Delayed response component of Z-axis thermal displacement.
【0025】即ち、演算式(2)は、温度変化から直ち
に熱変位が予測できる即時応答成分ΔZ1 と、遅れを伴
って熱変位が表われる遅れ応答成分ΔZ2 とを含んでい
る。前記温度変化は、温度センサで検出されて出力され
る温度から基準温度を差し引いた温度差として算出され
る。「基準温度」としては、MC1の電源投入時におけ
る1回目の温度センサの出力、又はこの出力を複数回加
算したものの平均値、あるいは例えば20〔℃〕のよう
な絶対基準等が採用され、RAM11内に保存される。
温度センサが複数ある場合には、温度センサ毎の基準温
度がRAM11内に保存される。That is, the arithmetic expression (2) includes an immediate response component ΔZ 1 in which the thermal displacement can be predicted immediately from the temperature change and a delayed response component ΔZ 2 in which the thermal displacement appears with a delay. The temperature change is calculated as a temperature difference obtained by subtracting the reference temperature from the temperature detected and output by the temperature sensor. As the “reference temperature”, the output of the temperature sensor at the first time when the power of the MC1 is turned on, or the average value of multiple additions of this output, or an absolute reference such as 20 [° C.] is adopted. Is stored in.
When there are a plurality of temperature sensors, the reference temperature for each temperature sensor is stored in the RAM 11.
【0026】ところで、工作機械を設置した環境の温度
変化が比較的ゆっくりしたものである場合には、室温変
化による工作機械全体の熱変形は、工具7と工作物9を
含めて略相似形に変化する。即ち、このようなゆっくり
した室温変化では熱による加工誤差は生じないので、こ
の室温変化を含んだ温度変化から熱変位を予測した結果
は、実際の熱変位とは異なる。したがって、この場合に
は、工作機械のベッド等に別途設けた温度センサで検出
した時々刻々の温度を基準温度して採用し、各温度セン
サから出力される温度からこの基準温度を差し引いたも
のを温度変化として使用する。このようにすれば、室温
変化があっても、精度のよい熱変位補正ができる。By the way, when the temperature change of the environment in which the machine tool is installed is relatively slow, the thermal deformation of the whole machine tool due to the room temperature change is substantially similar to that of the tool 7 and the workpiece 9. Change. That is, since a processing error due to heat does not occur in such a slow room temperature change, the result of predicting the thermal displacement from the temperature change including the room temperature change is different from the actual thermal displacement. Therefore, in this case, the momentary temperature detected by the temperature sensor separately provided on the bed of the machine tool is adopted as the reference temperature, and the value obtained by subtracting this reference temperature from the temperature output from each temperature sensor is used. Used as a temperature change. By doing so, even if there is a change in room temperature, accurate thermal displacement correction can be performed.
【0027】次に、即時応答成分ΔZ1 は次式により算
出される。 ΔZ1 =b・ΔT1 …(3) ここで、ΔT1 :検出感度調節済みノーズ温度センサS
1 の出力から基準温度を差し引いた温度変化〔℃〕 b :内部補正係数〔±μm/℃〕 である。なお、即時応答成分ΔZ1 の算出には、温度セ
ンサの設置箇所は少なくとも一箇所あればよいが、発熱
源の数に応じて適宜追加される。また、温度センサの設
置箇所は、発熱源の発熱の影響を敏感に受ける箇所なら
ば、ノーズ位置以外の場所であってもよい。Next, the immediate response component ΔZ 1 is calculated by the following equation. ΔZ 1 = b · ΔT 1 (3) where ΔT 1 : detection sensitivity adjusted nose temperature sensor S
Temperature change obtained by subtracting the reference temperature from the output of 1 [° C] b: Internal correction coefficient [± μm / ° C]. In addition, in order to calculate the immediate response component ΔZ 1 , it suffices that at least one temperature sensor is installed, but it is added as appropriate according to the number of heat sources. Further, the temperature sensor may be installed at a place other than the nose position as long as it is a place sensitive to the heat generated by the heat source.
【0028】一方、遅れ応答成分ΔZ2 を演算する式は
下記の通りである。 ΔZ2 =c・Y1 …(4) ここで、Y1 :温度変化ΔT1 を用いて演算した遅れ温
度変化〔℃〕 c :内部補正係数〔±μm/℃〕 である。On the other hand, the equation for calculating the delay response component ΔZ 2 is as follows. ΔZ 2 = c · Y 1 (4) Here, Y 1 is a delay temperature change calculated by using a temperature change ΔT 1 [° C.] c is an internal correction coefficient [± μm / ° C.].
【0029】なお、遅れ応答成分ΔZ2 の演算で使用す
る温度情報としては、最小限1個あればよいが、発熱源
の数に応じて適宜追加される。また、温度情報として、
先のノーズ温度センサS1 の出力を用いずに、発熱源の
発熱の影響を受ける機械の適宜の箇所に別途設置した温
度センサの出力を用いてもよい。例えば図1には、主軸
頭5のコラム3近傍位置にヘッド温度センサS2 を取付
けてもよい場合を示している。この別途設置したヘッド
温度センサS2 の検出感度を調節しない場合の、遅れ応
答成分ΔZ2 を演算する式は次式になる。 ΔZ2 =c・Y2 …(5) ここで、Y2 :検出感度を調節しないヘッド温度センサ
S2 の出力から基準温度を差引いた温度変化を用いて演
算した遅れ温度変化〔℃〕 である。It should be noted that the temperature information used in the calculation of the delay response component ΔZ 2 may be at least one, but may be appropriately added depending on the number of heat sources. Also, as temperature information,
Instead of using the output of the nose temperature sensor S 1 described above, the output of a temperature sensor separately installed at an appropriate location of the machine that is affected by the heat generated by the heat source may be used. For example, FIG. 1 shows a case where the head temperature sensor S 2 may be attached to a position near the column 3 of the spindle head 5. When the detection sensitivity of the separately installed head temperature sensor S 2 is not adjusted, the equation for calculating the delay response component ΔZ 2 is as follows. ΔZ 2 = c · Y 2 (5) Here, Y 2 is a delay temperature change [° C.] calculated using the temperature change obtained by subtracting the reference temperature from the output of the head temperature sensor S 2 that does not adjust the detection sensitivity. .
【0030】あるいは、ヘッド温度センサS2 の検出感
度を、遅れ応答成分ΔZ2 の時定数に略一致するように
調整することで、遅れ応答成分ΔZ2 を、先の即時応答
成分ΔZ1 を算出した式(3)と同様にして次式から算
出することも可能である。 ΔZ2 =c・ΔT2 …(6) ここで、ΔT2 :検出感度調節済みヘッド温度センサS
2 の出力から基準温度を差し引いた温度変化〔℃〕 である。[0030] Alternatively, the detection sensitivity of the head temperature sensor S 2, by adjusting to match substantially to the time constant of the response delay component [Delta] Z 2, the delay response component [Delta] Z 2, calculates the previous immediate response component [Delta] Z 1 It is also possible to calculate from the following equation in the same manner as the equation (3). ΔZ 2 = c · ΔT 2 (6) Here, ΔT 2 : detection sensitivity adjusted head temperature sensor S
It is the temperature change [° C] obtained by subtracting the reference temperature from the output of 2 .
【0031】式(5)及び式(6)の取扱いは、それぞ
れ先の式(4)及び式(3)と同じであるので、式
(5),(6)の詳細説明は式(4),(3)の説明で
代用する。以下、ノーズ温度センサS1 を用いる場合に
ついて主に説明するが、遅れ応答成分ΔZ2 の算出につ
いては、ヘッド温度センサS2 で温度変化を検出しても
同様に熱変位補正ができる。Since the handling of the equations (5) and (6) is the same as the above equations (4) and (3), the detailed explanation of the equations (5) and (6) is given by the equation (4). , (3) will be used instead. Hereinafter, the case where the nose temperature sensor S 1 is used will be mainly described, but regarding the calculation of the delay response component ΔZ 2 , the thermal displacement correction can be similarly performed even if the temperature change is detected by the head temperature sensor S 2 .
【0032】図1は、本発明の実施例を示すブロック図
である。図示するように、ノーズ温度センサS1 (及
び、ヘッド温度センサS2 )の出力信号は、回路24
(及び、回路25)を介して熱変位補正装置12のA/
D変換器13に入力し、入力したアナログ信号はここで
ディジタル信号に変換される。A/D変換器13からの
ディジタル信号は演算記憶部14に入力されて、ここで
熱変位が演算される。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. As shown, the output signal of the nose temperature sensor S 1 (and head temperature sensor S 2 ) is
(And the circuit 25), A / of the thermal displacement correction device 12
The analog signal input to the D converter 13 is converted into a digital signal here. The digital signal from the A / D converter 13 is input to the arithmetic storage unit 14 where the thermal displacement is calculated.
【0033】演算された熱変位に基づいて、補正手段2
1により所定軸方向の移動量が補正される。補正手段2
1の出力信号は、プログラマブルコントローラ15を介
して数値制御装置16に送信され、サーボ系にフィード
バックされて位置補正される。即ち、補正手段21は、
数値制御装置16の移動指令値に外部からオフセットを
与える外部オフセット手段に、演算結果を出力する。そ
の結果、例えば直交座標系の原点位置がオフセットされ
て、数値制御装置16は、MC1の工具7の軌跡などを
制御する。プログラマブルコントローラ15は、数値制
御装置16の指令を受けてMC1の動作シーケンスを管
理する。なお、プログラマブルコントローラ15が熱変
位補正装置12を含む場合であってもよい。Correcting means 2 based on the calculated thermal displacement
By 1, the amount of movement in the predetermined axis direction is corrected. Correction means 2
The output signal of No. 1 is transmitted to the numerical controller 16 via the programmable controller 15, is fed back to the servo system, and the position is corrected. That is, the correction means 21
The calculation result is output to the external offset means that externally offsets the movement command value of the numerical controller 16. As a result, for example, the origin position of the Cartesian coordinate system is offset, and the numerical controller 16 controls the trajectory of the tool 7 of the MC1 and the like. The programmable controller 15 receives an instruction from the numerical controller 16 and manages the operation sequence of MC1. The programmable controller 15 may include the thermal displacement correction device 12.
【0034】ノーズ温度センサS1 (及び、ヘッド温度
センサS2 )の検出値は、A/D変換器13を介して演
算記憶部14で演算されるとともに、その指令により、
ノーズ温度センサS1 (及び、ヘッド温度センサS2 )
用に指定されたRAM11内のメモリ番地に書き込まれ
る。さらにRAM11には、ノーズ温度センサS1 (及
び、ヘッド温度センサS2)が一定時間毎にサンプリン
グした温度データが記憶されている。この温度データは
数値制御装置16の表示部に表示される。ROM17に
は、本発明に係る熱変位を演算するためのプログラムや
補正係数等が記憶されている。クロック18はノーズ温
度センサS1 (及び、ヘッド温度センサS2 )の温度検
出の時間を決定するためのものである。The detected value of the nose temperature sensor S 1 (and the head temperature sensor S 2 ) is calculated by the calculation storage unit 14 via the A / D converter 13, and the command causes
Nose temperature sensor S 1 (and head temperature sensor S 2 )
It is written in the memory address in the RAM 11 designated for. Further, the RAM 11 stores temperature data sampled by the nose temperature sensor S 1 (and the head temperature sensor S 2 ) at regular intervals. This temperature data is displayed on the display unit of the numerical controller 16. The ROM 17 stores a program for calculating the thermal displacement according to the present invention, a correction coefficient, and the like. The clock 18 is for determining the temperature detection time of the nose temperature sensor S 1 (and the head temperature sensor S 2 ).
【0035】演算記憶部14は、検出感度が適宜調節さ
れたノーズ温度センサS1 で検出した温度の温度変化Δ
T1 を用いて、この温度変化ΔT1 に対応する熱変位の
即時応答成分ΔZ1 を演算する第1の熱変位演算手段1
9と、前記温度変化ΔT1 より遅れて表れる遅れ温度変
化Y1 を、前記温度変化ΔT1 に遅れを見込んで演算す
る遅れ温度演算手段22と、前記遅れ温度変化Y1 を用
いて熱変位の遅れ応答成分ΔZ2 を演算する第2の熱変
位演算手段20とを備えている。第2の熱変位演算手段
20は、演算した遅れ応答成分ΔZ2 を前記第1の熱変
位演算手段19で演算した即時応答成分ΔZ1 に加算す
る。補正手段21は、この加算された熱変位の合計値を
用いて、Z軸方向の移動量を補正する。The arithmetic storage unit 14 stores the temperature change Δ of the temperature detected by the nose temperature sensor S 1 whose detection sensitivity is appropriately adjusted.
With T 1, the first thermal distortion calculating means for calculating an immediate response component [Delta] Z 1 of thermal displacement which corresponds to the temperature change [Delta] T 1 1
9, the delay temperature change Y 1 appearing later than the temperature change [Delta] T 1, the delay temperature calculating means 22 for calculating expected to delay in the temperature change [Delta] T 1, the thermal displacement by using the delay temperature change Y 1 Second thermal displacement calculating means 20 for calculating the delay response component ΔZ 2 is provided. The second thermal displacement calculation means 20 adds the calculated delayed response component ΔZ 2 to the immediate response component ΔZ 1 calculated by the first thermal displacement calculation means 19. The correction unit 21 corrects the movement amount in the Z-axis direction using the added total value of the thermal displacements.
【0036】図2は、ノーズ温度センサS1 を設置した
状態を示す拡大断面図である。図示するように、発熱源
の影響を受ける機体10の被検出部30(例えば、本実
施例では主軸頭5のノーズ位置)には凹部31が形成さ
れている。温度センサとしてのノーズ温度センサS
1 は、被検出部30に温度センサS1 を固定するための
固定用部材32と、固定用部材32に取付けられて凹部
31内に挿入される棒状の感熱部33と、感熱部33の
表面に適当量被着されて温度センサS1 の熱特性を所要
値に調節するための断熱材としての紙34とを有してい
る。なお、断熱材は、ゴム,合成樹脂材,金属片又は塗
料等であってもよい。FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a state in which the nose temperature sensor S 1 is installed. As shown in the drawing, a recess 31 is formed in the detected portion 30 of the machine body 10 affected by the heat source (for example, the nose position of the spindle head 5 in this embodiment). Nose temperature sensor S as a temperature sensor
Reference numeral 1 denotes a fixing member 32 for fixing the temperature sensor S 1 to the detected portion 30, a rod-shaped heat sensitive portion 33 attached to the fixing member 32 and inserted into the recess 31, and a surface of the heat sensitive portion 33. And a paper 34 as a heat insulating material for adjusting the thermal characteristics of the temperature sensor S 1 to a required value. The heat insulating material may be rubber, synthetic resin material, metal pieces, paint, or the like.
【0037】固定用部材32の基体35の雄ねじ部36
を凹部31の雌ねじ部37に螺合させることにより、ノ
ーズ温度センサS1 を被検出部30に対して着脱可能に
固定している。感熱部33に巻回される紙34の量を増
減することにより、ノーズ温度センサS1 で検出される
温度変化の時定数を、主軸位置(望ましくは、工具7に
よる加工点)におけるZ軸方向の熱変位の時定数と略同
じ値に調節できるようにしている。凹部31内の空隙部
には、熱伝導率の大きなシリコングリースなど充填剤3
9が充填されているので、被検出部30の温度は充填剤
39を介して速やかに感熱部33により検出される。な
お、感度調節可能なヘッド温度センサS2 も、ノーズ温
度センサS1 と略同じ構造を有している。なお、凹部3
1と感熱部33との間に介在する充填剤39の熱伝導率
を調節してもよい。即ち、紙34の使用に併せて又は紙
34の代わりに充填剤39を前記断熱材として用いるこ
とにより、温度センサS1 の熱特性を所要値に調節する
ことができる。例えば、シリコングリースに適当量の発
泡スチロールの粉末を添加した充填剤にすることが好ま
しい。Male screw portion 36 of base 35 of fixing member 32
The nose temperature sensor S 1 is detachably fixed to the detected portion 30 by screwing the screw into the female screw portion 37 of the recess 31. By increasing or decreasing the amount of the paper 34 wound around the heat-sensitive portion 33, the time constant of the temperature change detected by the nose temperature sensor S 1 can be calculated in the Z-axis direction at the spindle position (preferably, the machining point by the tool 7). The time constant of thermal displacement of is adjusted to be approximately the same value. A filler 3 such as silicon grease having a large thermal conductivity is provided in the void in the recess 31.
Since 9 is filled, the temperature of the detected part 30 is quickly detected by the heat sensitive part 33 via the filler 39. The head temperature sensor S 2 with adjustable sensitivity has substantially the same structure as the nose temperature sensor S 1 . The recess 3
You may adjust the thermal conductivity of the filler 39 interposed between 1 and the heat sensitive part 33. That is, the thermal characteristics of the temperature sensor S 1 can be adjusted to a required value by using the filler 39 as the heat insulating material together with or instead of using the paper 34. For example, it is preferable to use a filler obtained by adding an appropriate amount of Styrofoam powder to silicon grease.
【0038】以下に、本実施例の具体的な手順を図3乃
至図12に基づいて説明する。図3は本実施例の動作を
示すフローチャート、図4はZ軸熱変位の経時変化を示
すグラフ、図5はZ軸熱変位及びノーズ温度変化Tの代
表例(サンプル温度変化)の経時変化を示すグラフ、図
6はサンプル温度変化とZ軸熱変位との標準的関係を示
すグラフである。図7はノーズ温度変化に対するZ軸熱
変位を示すグラフ、図8はZ軸熱変位が遅れ応答成分を
含んでいる場合の、ノーズ温度変化に対するZ軸熱変位
を示すグラフ、図9は遅れ温度変化を算出する手法を説
明するグラフである。The specific procedure of this embodiment will be described below with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the present embodiment, FIG. 4 is a graph showing changes over time in Z-axis thermal displacement, and FIG. 5 is a graph showing changes over time in a typical example of Z-axis thermal displacement and nose temperature change T (change in sample temperature). The graph shown in FIG. 6 is a graph showing the standard relationship between sample temperature change and Z-axis thermal displacement. FIG. 7 is a graph showing the Z-axis thermal displacement with respect to the nose temperature change, FIG. 8 is a graph showing the Z-axis thermal displacement with respect to the nose temperature change when the Z-axis thermal displacement contains a delayed response component, and FIG. 9 is the delayed temperature. It is a graph explaining the method of calculating a change.
【0039】まず初めに、予め図4のデータに基づい
て、MC1における例えばZ軸方向の主軸熱変位の時定
数を算出しておく。図4の横軸は時間、縦軸はZ軸方向
の熱変位である。Z軸方向の熱変位の時定数を算出する
場合には、MC1を主軸回転数S(例えば、S=10,
000〔min-1〕)で連続運転する。そして、主軸6の
先端部、又は主軸先端部に一時的に装着されたテストバ
ーの適当箇所における、Z軸方向の熱変位を時系列デー
タ40として実測する。なお、発熱によって主軸が傾斜
する場合には、例えば、テストバーの根元部と先端部な
どにおける熱変位を実測するのが好ましい。First, the time constant of the thermal displacement of the spindle in MC1, for example, in the Z-axis direction is calculated in advance based on the data shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents thermal displacement in the Z-axis direction. When calculating the time constant of the thermal displacement in the Z-axis direction, MC1 is set to the spindle rotation speed S (for example, S = 10,
000 [min -1 ]) for continuous operation. Then, the thermal displacement in the Z-axis direction at the tip portion of the spindle 6 or at an appropriate portion of the test bar temporarily attached to the tip portion of the spindle 6 is measured as time series data 40. When the main axis is tilted due to heat generation, it is preferable to measure the thermal displacement at the root portion and the tip portion of the test bar, for example.
【0040】前記データ40(図中「○」印)には、通
常は室温変化の影響が含まれているので、室温変化の影
響を補正した、飽和値Zmax を有する室温補正データ4
1(図中「●」印)を演算する。「時定数」とは、「線
形一次遅れシステムにおいて、ステップ状入力を加えた
時、出力が飽和値Zmax の63.2%に達するのに要す
る時間」である。したがって、室温補正データ41に、
最小二乗法で一次遅れ要素のステップ入力応答関数を当
てはめて、Z軸方向の熱変位時定数τz (例えば、τz
=0.57〔h〕)を得る。Since the data 40 (marked with "○" in the figure) usually includes the influence of the room temperature change, the room temperature correction data 4 having the saturation value Z max corrected for the influence of the room temperature change 4
Calculate 1 (marked with "●" in the figure). The "time constant" is "the time required for the output to reach 63.2% of the saturation value Z max when a stepwise input is applied in the linear first-order delay system". Therefore, in the room temperature correction data 41,
By applying the step input response function of the first-order lag element by the least squares method, the thermal displacement time constant τ z in the Z-axis direction (for example, τ z
= 0.57 [h]) is obtained.
【0041】ノーズ位置は発熱源に近いので温度変化が
早く表れる。したがって、ノーズ温度センサS1 に紙3
4を巻回しない状態で温度変化を検出した場合には、図
5に示すように、主軸先端部等におけるZ軸熱変位Eの
時定数τz より、ノーズ位置でのサンプル温度変化Tの
時定数τS の方が小さいデータが得られる。ここで抽出
されたZ軸熱変位Eの時定数τz と、サンプル温度変化
Tの時定数τS との値のバランスは、工作機械毎に固有
の熱特性を表すものであり、主軸回転数等運転条件が変
わっても変化がない。したがって、一度両時定数τz ,
τSを算出する作業を行なっておけばよい。Since the nose position is close to the heat source, the temperature changes rapidly. Therefore, the nose temperature sensor S 1 has a paper 3
When the temperature change is detected in the state where 4 is not wound, as shown in FIG. 5, when the sample temperature change T at the nose position is based on the time constant τ z of the Z-axis thermal displacement E at the tip of the main shaft, etc. Data with a smaller constant τ S is obtained. The balance of the values of the time constant τ z of the Z-axis thermal displacement E extracted here and the time constant τ S of the sample temperature change T represents the thermal characteristics peculiar to each machine tool, and the spindle rotational speed. Even if operating conditions change, there is no change. Therefore, once both time constants τ z ,
It is sufficient to perform the work of calculating τ S.
【0042】しかしながら、例えば図5のデータに基づ
いて、サンプル温度変化TとZ軸熱変位Eとの関係を表
すと、図6に示すように弓状曲線42になる。即ち、こ
の場合にはサンプル温度変化TとZ軸熱変位Eとが単純
なリニアの関係にならないので、ノーズ位置から随時検
出した温度の温度変化から直ちに熱変位を見込むことは
できない。However, when the relationship between the sample temperature change T and the Z-axis thermal displacement E is represented based on the data of FIG. 5, for example, an arcuate curve 42 is obtained as shown in FIG. That is, in this case, since the sample temperature change T and the Z-axis thermal displacement E do not have a simple linear relationship, it is not possible to immediately estimate the thermal displacement from the temperature change of the temperature detected from the nose position at any time.
【0043】そこで、ノーズ温度センサS1 で検出され
る温度変化の時定数τS が主軸熱変位の時定数τZ と略
同じ値になるように、予めノーズ温度センサS1 の熱感
部33に紙34を適当量巻回して感度調節しておく。こ
のようにすれば、ノーズ温度センサS1 で検出されるノ
ーズ温度変化ΔT1は、主軸熱変位と同じ時定数を有し
ているので、図7の直線43に示すようにZ軸熱変位と
リニアの関係になる。直線43の傾きbが、ノーズ温度
変化ΔT1 とZ軸熱変位の相関を表している。Therefore, the thermal sensation part 33 of the nose temperature sensor S 1 is previously set so that the time constant τ S of the temperature change detected by the nose temperature sensor S 1 becomes substantially the same value as the time constant τ Z of the spindle thermal displacement. A sheet of paper 34 is wound around the sheet to adjust the sensitivity. In this way, since the nose temperature change ΔT 1 detected by the nose temperature sensor S 1 has the same time constant as the main spindle thermal displacement, the nose temperature variation ΔT 1 is the Z axis thermal displacement as indicated by the straight line 43 in FIG. It has a linear relationship. The slope b of the straight line 43 represents the correlation between the nose temperature change ΔT 1 and the Z-axis thermal displacement.
【0044】次に、フローチャートにより本実施例の手
順を説明する。図1及び図3に示すように、MC1を起
動して工具7により工作物9の切削加工を開始する(ス
テップ101)。ノーズ温度センサS1 によりノーズ位
置の温度変化ΔT1 を検出して(ステップ102)、検
出結果を第1の熱変位演算手段19と遅れ温度演算手段
22に入力する。第1の熱変位演算手段19は、式
(3)を用いて、ノーズ温度センサS1 の出力に対応す
る熱変位即ち即時応答成分ΔZ1 を算出する(ステップ
103)。Next, the procedure of this embodiment will be described with reference to the flow chart. As shown in FIGS. 1 and 3, the MC 1 is activated to start cutting the workpiece 9 with the tool 7 (step 101). The temperature change ΔT 1 at the nose position is detected by the nose temperature sensor S 1 (step 102), and the detection result is input to the first thermal displacement calculating means 19 and the delay temperature calculating means 22. The first thermal displacement calculation means 19 calculates the thermal displacement corresponding to the output of the nose temperature sensor S 1 , that is, the immediate response component ΔZ 1 by using the equation (3) (step 103).
【0045】この手法単独でもかなり精度のよい熱変位
補正ができるが、コラム3等は、その質量が大きく、ま
た主な発熱源である主軸6とも離れているので、その温
度変化が遅れて表れる。この遅れ温度変化Y1 は、例え
ば図8では長時間経過した領域Bで、ノーズ温度変化Δ
T1 とZ軸熱変位とのリニアな相関関係に対して誤差を
与えている。そのため、温度変化の線43aに示すよう
に、第1の熱変位演算手段19から出力される即時応答
成分ΔZ1 と実熱変位とが徐々にずれていく誤差が生じ
ることになる。そこで、ノーズ温度変化ΔT1 が入力し
た遅れ温度演算手段22は、ノーズ温度変化ΔT1 から
遅れ温度変化Y1 を演算する(ステップ104)。Although this method alone can correct the thermal displacement with high accuracy, the column 3 and the like have a large mass and are apart from the main shaft 6, which is a main heat source, so that the temperature change appears with a delay. . This delay temperature change Y 1 is, for example, in the region B where a long time has elapsed in FIG.
An error is given to the linear correlation between T 1 and the Z-axis thermal displacement. Therefore, as indicated by the temperature change line 43a, an error occurs in which the immediate response component ΔZ 1 output from the first thermal displacement calculation means 19 and the actual thermal displacement gradually deviate. Therefore, the delay temperature calculation means 22 to which the nose temperature change ΔT 1 is input calculates the delay temperature change Y 1 from the nose temperature change ΔT 1 (step 104).
【0046】遅れ温度変化Y1 を演算する手法としては
前述の「ダミー手法」があり、ノーズ温度変化ΔT1 よ
り遅れて表われる遅れ温度変化Y1 の挙動を、ダミーの
熱容量Cを設定して見込む。具体的には、微分方程式
(7)の近似解で得られる。 C・dY1 /dt+Y1 =ΔT1 …(7)As a method of calculating the delay temperature change Y 1 , there is the above-mentioned "dummy method". The behavior of the delay temperature change Y 1 appearing after the nose temperature change ΔT 1 is set by setting the dummy heat capacity C. Anticipate. Specifically, it is obtained by an approximate solution of the differential equation (7). C · dY 1 / dt + Y 1 = ΔT 1 (7)
【0047】図9の横軸は時間、縦軸は遅れ温度変化を
示しており、図9より次式が得られる。 Y1 =Y0 +(dY0 /dt+dY1 /dt)/2・Δt …(8)The horizontal axis of FIG. 9 represents time, and the vertical axis represents delay temperature change. From FIG. 9, the following equation is obtained. Y 1 = Y 0 + (dY 0 / dt + dY 1 / dt) / 2 · Δt (8)
【0048】式(7)からdY1 /dt及びdY0 /d
tを算出して、式(8)に代入すると、遅れ温度変化Y
1 を算出する式は次式(9)になる。この式(9)は温
度変換式であり、符号Cはその係数に相当する。式
(9)で演算される遅れ温度変化Y1 は仮想の創成され
た温度変化である。 Y1=[ΔT0+ΔT1+(C/Δt)・Y0−Y0]/[(C/Δt)+1] …(9) ここで、Δt:演算インターバル〔min〕 ΔT1 :ノーズ温度センサS1 で検出されるノーズ温度
の温度変化入力〔℃〕 ΔT0 :前回の温度変化入力〔℃〕 Y1 :遅れ温度変化出力〔℃〕 Y0 :前回の遅れ温度変化出力〔℃〕 C :ダミー熱容量〔min〕 である。From equation (7), dY 1 / dt and dY 0 / d
When t is calculated and substituted into the equation (8), the delay temperature change Y
The formula for calculating 1 is the following formula (9). This equation (9) is a temperature conversion equation, and the symbol C corresponds to its coefficient. The delay temperature change Y 1 calculated by the equation (9) is a virtual created temperature change. Y 1 = [ΔT 0 + ΔT 1 + (C / Δt) · Y 0 −Y 0 ] / [(C / Δt) +1] (9) where Δt: calculation interval [min] ΔT 1 : nose temperature sensor Temperature change input of nose temperature detected by S 1 [° C] ΔT 0 : Previous temperature change input [° C] Y 1 : Delayed temperature change output [° C] Y 0 : Previous delayed temperature change output [° C] C: This is the dummy heat capacity [min].
【0049】図10は、検出感度を調節する前のノーズ
温度センサS1 で検出された温度の温度変化の代表例で
あるサンプル温度変化Tと、遅れ応答成分と同じ熱的挙
動を示す遅れ温度変化の模擬例50(温度変化A、時定
数τB )とを示している。更に、図10には、式(9)
によりノーズ温度の温度変化ΔT1 を用いて創成した遅
れ温度変化Y1 を「○」印で表示している。温度変化A
は、長時間経過すると飽和値Tmax でサンプル温度変化
Tに等しくなることを前提としており、「○」印は、測
定間隔即ち演算インターバルΔtが1.0〔min〕の場合
を示している。このように、式(9)の熱容量Cを適宜
選択した繰り返し演算により、任意の時定数τB (τB
>τS )の温度変化Aと略同じ温度変化の挙動をする遅
れ温度変化Y1 を創成することができる。FIG. 10 shows a sample temperature change T, which is a typical example of the temperature change of the temperature detected by the nose temperature sensor S 1 before adjusting the detection sensitivity, and a delay temperature showing the same thermal behavior as the delay response component. A simulated example 50 of change (temperature change A, time constant τ B ) is shown. Further, in FIG. 10, equation (9)
The delay temperature change Y 1 created by using the temperature change ΔT 1 of the nose temperature is indicated by the mark "○". Temperature change A
Is based on the assumption that the saturation value T max becomes equal to the sample temperature change T after a long time has passed, and the mark “◯” indicates the case where the measurement interval, that is, the calculation interval Δt is 1.0 [min]. In this way, the time capacity τ B (τ B
It is possible to create a delayed temperature change Y 1 that behaves in the same manner as the temperature change A of> τ S ).
【0050】この遅れ温度変化Y1 と遅れ応答成分ΔZ
2 とは、図11に示すようにリニアの関係の直線51に
なるので、先の式(4)が成立する。実際には温度変化
Y1を抽出する手順を踏む必要は特にはない。例えば、
サンプル温度変化Tを用いて、式(9)のダミー熱容量
C及び式(4)の内部補正係数cを適宜選択した繰り返
し演算結果が、先の図8におけるZ軸熱変位(領域Bを
含む線43a)を直線43から差し引いた誤差に一致す
るように、熱容量Cと係数cの最良値が決定される。こ
こで決まる熱容量Cと係数cの値は工作機械毎に固有の
値であり、この作業は一度行なっておけばよい。第2の
熱変位演算手段20は、遅れ温度演算手段22で算出さ
れた遅れ温度変化Y1 を、内部補正係数cが確定した式
(4)に代入することにより、遅れ応答成分ΔZ2 を算
出する(ステップ105)。次いで、式(2)を用いる
ことにより、第2の熱変位演算手段20は、上述のよう
にして算出された遅れ応答成分ΔZ2 を即時応答成分Δ
Z1 に加算して合計値即ちZ軸熱変位ΔZを算出する
(ステップ106)。This delay temperature change Y 1 and delay response component ΔZ
Since 2 is a straight line 51 having a linear relationship as shown in FIG. 11, the above equation (4) is established. Actually, it is not necessary to take the procedure of extracting the temperature change Y 1 . For example,
Using the sample temperature change T, the dummy heat capacity C of the equation (9) and the internal correction coefficient c of the equation (4) are appropriately selected. The result of the repeated calculation is the Z-axis thermal displacement (the line including the region B) in FIG. The best values of the heat capacity C and the coefficient c are determined so as to match the error obtained by subtracting 43a) from the straight line 43. The heat capacity C and the coefficient c determined here are values unique to each machine tool, and this work may be performed once. The second thermal displacement calculation means 20 calculates the delay response component ΔZ 2 by substituting the delay temperature change Y 1 calculated by the delay temperature calculation means 22 into the equation (4) in which the internal correction coefficient c is fixed. (Step 105). Then, by using the equation (2), the second thermal displacement calculation means 20 uses the delay response component ΔZ 2 calculated as described above to obtain the immediate response component Δ.
It is added to Z 1 to calculate the total value, that is, the Z-axis thermal displacement ΔZ (step 106).
【0051】図12の縦軸は実測されたZ軸熱変位であ
り、横軸はノーズ温度変化ΔT1 及び遅れ温度変化Y1
を用いてステップ106までの手順を経て見積もったZ
軸熱変位ΔZである。この熱変位ΔZの演算には、式
(2)の全体補正係数aを1とした次式を用いている。 ΔZ=b・ΔT1 +c・Y1 …(10)The vertical axis in FIG. 12 is the measured Z-axis thermal displacement, and the horizontal axis is the nose temperature change ΔT 1 and the delay temperature change Y 1.
Z estimated using the procedure up to step 106
Axial thermal displacement ΔZ. For the calculation of this thermal displacement ΔZ, the following equation in which the overall correction coefficient a of equation (2) is 1 is used. ΔZ = b · ΔT 1 + c · Y 1 (10)
【0052】図12に示す実測された縦軸のZ軸熱変位
と、式(10)で求めた横軸のZ軸熱変位ΔZの値と
は、45°の傾きの直線52上で略一致する。これは両
者が同じ値であることを意味している。したがって、主
軸受の発熱の影響を受ける箇所に設置したノーズ温度セ
ンサS1 の温度データにより、Z軸熱変位ΔZを十分高
精度に算出することができる。The actually measured Z-axis thermal displacement on the vertical axis shown in FIG. 12 and the value of the Z-axis thermal displacement ΔZ on the horizontal axis obtained by the equation (10) are substantially coincident with each other on the straight line 52 having an inclination of 45 °. To do. This means that both have the same value. Therefore, the Z-axis thermal displacement ΔZ can be calculated with sufficiently high accuracy based on the temperature data of the nose temperature sensor S 1 installed at the location affected by the heat generation of the main bearing.
【0053】このようにして、ステップ106で演算さ
れたZ軸熱変位ΔZに基づいて補正手段21でZ軸方向
の移動量を補正することにより、加工誤差の補正がなさ
れて(ステップ107)、工具7により工作物9を高精
度で切削加工することができる。その後、補正終了か否
かを判別し(ステップ108)、終了させる場合にはM
C1を停止して(ステップ109)、全体の手順が終了
する。補正が終了しない場合にはステップ102に戻
る。In this way, the processing error is corrected by correcting the movement amount in the Z-axis direction by the correction means 21 based on the Z-axis thermal displacement ΔZ calculated in step 106 (step 107). The workpiece 7 can be cut with high precision by the tool 7. After that, it is determined whether or not the correction is completed (step 108).
C1 is stopped (step 109), and the entire procedure ends. If the correction is not completed, the process returns to step 102.
【0054】なお、本実施例では繰り返し演算を行なっ
ている。したがって、図1に示すように、熱変位補正装
置12は記憶手段23を備えることが好ましい。この記
憶手段23は、遅れ温度演算手段22の前回の最終演算
結果と、MC1の電源をOFFしたのち再度ONして運
転を再開するまでの間の電源OFF時間とを、同時に記
憶するようになっている。記憶手段23は、遅れ温度演
算手段22との間でデータの授受を行うことになる。こ
のようにすれば、MC1の電源をOFFして遅れ温度変
化の演算が中断した場合でも、熱変位補正の演算の経歴
が保存されるので、繰り返し演算が有効になる。In this embodiment, repetitive calculation is performed. Therefore, as shown in FIG. 1, the thermal displacement correction device 12 preferably includes the storage means 23. This storage means 23 simultaneously stores the last final calculation result of the delay temperature calculation means 22 and the power-off time until the MC1 power is turned off and then turned on again to restart the operation. ing. The storage means 23 exchanges data with the delay temperature calculation means 22. By doing so, even if the calculation of the delay temperature change is interrupted by turning off the power supply of the MC1, the history of the calculation of the thermal displacement correction is saved, and therefore the repeated calculation becomes effective.
【0055】本発明者の行なった実験によれば、補正前
の熱変位は約40乃至50〔μm〕であったが、本発明
では、補正後の熱変位の目標値を零に近づけることがで
きる。即ち、本発明による熱変位の補正を行った場合
は、±5〔μm〕以下にまで残留熱変位を小さくするこ
とができる。なお、補正前の熱変位が100〔μm〕以
上の場合も、本発明によれば補正後の残留熱変位を±5
〔μm〕以下にまで小さくできることが確認されてい
る。このように、本発明は熱変位の補正を高精度で行う
ことができる。また、断続運転を行なった場合も、本発
明によれば、補正後の残留熱変位を±5〔μm〕以下に
することができる。According to the experiment conducted by the present inventor, the thermal displacement before correction was about 40 to 50 [μm], but in the present invention, the target value of the thermal displacement after correction can be brought close to zero. it can. That is, when the thermal displacement is corrected according to the present invention, the residual thermal displacement can be reduced to ± 5 [μm] or less. Even when the thermal displacement before correction is 100 μm or more, the residual thermal displacement after correction is ± 5 according to the present invention.
It has been confirmed that the size can be reduced to [μm] or less. As described above, according to the present invention, the thermal displacement can be corrected with high accuracy. Further, even when the intermittent operation is performed, according to the present invention, the residual thermal displacement after correction can be set to ± 5 [μm] or less.
【0056】上述のように、本発明によれば、感応時定
数を調節した温度センサの出力を用いることによって、
機械固有の熱変位特性がそのまま温度センサの検出特性
になる。したがって、温度センサの出力が直ちに熱変位
の見積りに反映されるので、温度センサ出力を用いた熱
変位予測の複雑な演算が不要になる。また、長時間経過
するのに伴って表れる遅れ応答成分は大きな間隔で時々
その量を演算すればよいので、演算頻度が少なくてよく
且つ演算量も少なくなるので、プログラムを組み込む上
での負担が軽減される。なお、ダミー手法を用いる場合
に、工作機械のコラム,ベッド,クロスレール等に別途
設けた温度センサにより機体の温度変化を検出してもよ
い。また、本実施例における相関は一定の対応関係があ
ればよく、一次の相関以外の場合でもよい。As described above, according to the present invention, by using the output of the temperature sensor whose sensitive time constant is adjusted,
The thermal displacement characteristic peculiar to the machine becomes the detection characteristic of the temperature sensor as it is. Therefore, since the output of the temperature sensor is immediately reflected in the estimation of the thermal displacement, the complicated calculation of the thermal displacement prediction using the temperature sensor output becomes unnecessary. In addition, since the delay response component that appears with the passage of a long time may be calculated from time to time at large intervals, the calculation frequency may be low and the calculation amount may be small. It will be reduced. When the dummy method is used, the temperature change of the machine body may be detected by a temperature sensor separately provided on the column, bed, cross rail, etc. of the machine tool. Further, the correlation in the present embodiment only needs to have a certain correspondence relationship, and may be a case other than the primary correlation.
【0057】本発明は、従来のような機体構成部分の長
さを使用していないので、機体構造上の長さは制約がな
く、また、機体構成部分の長さ測定や回転数を種々変え
てデータの実測作業をする必要はない。したがって、あ
る一定回転数のもとで熱変位と温度変化の測定を一回の
み行えばよいことになり、実機を用いた熱変位特性抽出
の実測作業が簡略化される。また、機体構成材料の線膨
張係数の確認作業も不要である。Since the present invention does not use the length of the conventional airframe component, the length of the airframe is not limited, and the length measurement and the rotational speed of the airframe component are variously changed. It is not necessary to actually measure the data. Therefore, the thermal displacement and the temperature change only have to be measured once under a certain number of rotations, and the actual measurement work of the thermal displacement characteristic extraction using an actual machine is simplified. Further, the work of confirming the linear expansion coefficient of the airframe constituent material is unnecessary.
【0058】また、温度センサは任意の位置に取付けて
よいので、温度センサの取付位置の制約が緩和されると
同時に、少数(例えば、一つの発熱源について1本)の
温度センサのみで熱変位を精度よく見込むことができる
自由度の高いものにすることができる。また、機体の温
度に基づいて補正をしており、室温を直接検出していな
い。したがって、例えば冬季に部屋の扉を開けたり夏季
にクーラーを運転するなどして室温が急激に変化して
も、室温による影響がなくなり、補正の精度を高精度に
維持することができる。また、本発明の熱変位補正方法
及びその装置は、熱変位が機械の精度や性能に悪影響を
与える他の種類の機械、例えば印刷機械、プレス、レー
ザ加工機等の自動制御機械に適用しても、同様の作用効
果を奏する。この自動制御機械は、NC装置等の自動制
御装置によって制御されている。なお、各図中同一符号
は同一又は相当部分を示す。Further, since the temperature sensor may be mounted at any position, the restriction on the mounting position of the temperature sensor is relaxed, and at the same time, thermal displacement is caused by only a small number of temperature sensors (for example, one for one heat source). Can be expected with high accuracy and can be made highly flexible. In addition, the temperature is corrected based on the temperature of the aircraft, and the room temperature is not directly detected. Therefore, even if the room temperature suddenly changes, for example, by opening the door of the room in winter or operating the cooler in summer, the effect of room temperature is eliminated, and the correction accuracy can be maintained with high accuracy. Further, the thermal displacement correction method and its apparatus of the present invention are applied to other types of machines in which thermal displacement adversely affects the accuracy and performance of the machine, for example, automatic control machines such as printing machines, presses, and laser processing machines. Also has the same effect. This automatic control machine is controlled by an automatic control device such as an NC device. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
【0059】[0059]
【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、熱
変位に対する補正を高精度で行うことができる。Since the present invention is configured as described above, it is possible to correct the thermal displacement with high accuracy.
【図1】本発明の実施例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
【図2】ノーズ温度センサを設置した状態を示す拡大断
面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a state in which a nose temperature sensor is installed.
【図3】本実施例の動作を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing the operation of this embodiment.
【図4】Z軸熱変位の経時変化を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing changes with time of Z-axis thermal displacement.
【図5】Z軸熱変位及びサンプル温度変化の経時変化を
示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing changes with time of Z-axis thermal displacement and sample temperature change.
【図6】サンプル温度変化とZ軸熱変位との関係を示す
グラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between sample temperature change and Z-axis thermal displacement.
【図7】ノーズ温度変化に対するZ軸熱変位を示すグラ
フである。FIG. 7 is a graph showing Z-axis thermal displacement with respect to change in nose temperature.
【図8】Z軸熱変位が遅れ応答成分を含んでいる場合
の、ノーズ温度変化に対するZ軸熱変位を示すグラフで
ある。FIG. 8 is a graph showing the Z-axis thermal displacement with respect to the change in the nose temperature when the Z-axis thermal displacement includes a delayed response component.
【図9】遅れ温度変化を算出する手法を説明するグラフ
である。FIG. 9 is a graph illustrating a method of calculating a delay temperature change.
【図10】サンプル温度変化,遅れ温度変化,及び創成
した遅れ温度変化を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing sample temperature change, delay temperature change, and created delay temperature change.
【図11】遅れ温度変化に対する遅れ応答成分を示すグ
ラフである。FIG. 11 is a graph showing a delay response component with respect to a delay temperature change.
【図12】ノーズ温度変化及び遅れ温度変化から見積も
った熱変位に対するZ軸熱変位を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing Z-axis thermal displacement with respect to thermal displacement estimated from changes in nose temperature and delay temperature.
1 立形マシニングセンタ(工作機械) 6 主軸 7 工具 10 機体 12 熱変位補正装置 19 第1の熱変位演算手段 20 第2の熱変位演算手段 21 補正手段 30 被検出部 31 凹部 32 固定用部材 33 感熱部 34 紙(断熱材) S1 ノーズ温度センサ(温度センサ) S2 ヘッド温度センサ(温度センサ)1 Vertical Machining Center (Machine Tool) 6 Spindle 7 Tool 10 Machine Body 12 Thermal Displacement Correcting Device 19 First Thermal Displacement Calculating Means 20 Second Thermal Displacement Calculating Means 21 Correcting Means 30 Detected Part 31 Recessed Part 32 Fixing Member 33 Heat Sensitive Part 34 Paper (heat insulating material) S 1 Nose temperature sensor (temperature sensor) S 2 Head temperature sensor (temperature sensor)
Claims (4)
機体の温度変化を検出する温度センサの熱特性を、前記
発熱源の発熱の影響を受けて生じる主軸熱変位の時定数
に略一致するように感度調節し、 前記温度センサの出力に対応する熱変位を前記温度セン
サの出力から算出し、 前記算出熱変位と実熱変位とが徐々にずれていく誤差
を、前記温度センサの出力に遅れを見込んで演算し、 この演算結果を前記算出熱変位に加算した合計値を用い
て所定軸方向の移動量を補正することを特徴とする工作
機械の熱変位補正方法。1. A thermal characteristic of a temperature sensor for detecting a temperature change of a machine body of a machine tool which is affected by heat generation of a heat source is substantially equal to a time constant of a spindle thermal displacement generated by the heat generation of the heat source. The sensitivity is adjusted so that the thermal displacement corresponding to the output of the temperature sensor is calculated from the output of the temperature sensor, and the error in which the calculated thermal displacement and the actual thermal displacement are gradually deviated is the output of the temperature sensor. A method for correcting thermal displacement of a machine tool, characterized in that the amount of movement in a predetermined axis direction is corrected using a total value obtained by adding the calculated result to the calculated thermal displacement.
機体の温度変化を検出し、前記発熱源の発熱の影響を受
けて生じる主軸熱変位の時定数に略一致する熱特性を有
するように感度調節された温度センサと、 この温度センサの出力に対応する熱変位を前記温度セン
サの出力から算出する第1の熱変位演算手段と、 この第1の熱変位演算手段の出力を用いて所定軸方向の
移動量を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする
工作機械の熱変位補正装置。2. A temperature characteristic of a machine body of a machine tool that is affected by heat generation of a heat source is detected, and has a thermal characteristic that is substantially equal to a time constant of a spindle thermal displacement that is caused by the heat of the heat source. Using a temperature sensor whose sensitivity is adjusted, a first thermal displacement calculation means for calculating a thermal displacement corresponding to the output of the temperature sensor from the output of the temperature sensor, and an output of the first thermal displacement calculation means. A thermal displacement correction device for a machine tool, comprising: a correction unit that corrects a movement amount in a predetermined axis direction.
機体の温度変化を検出し、前記発熱源の発熱の影響を受
けて生じる主軸熱変位の時定数に略一致する熱特性を有
するように感度調節された温度センサと、 この温度センサの出力に対応する熱変位を前記温度セン
サの出力から算出する第1の熱変位演算手段と、 この第1の熱変位演算手段の出力と実熱変位とが徐々に
ずれていく誤差を、前記温度センサの出力に遅れを見込
んで演算し、この演算結果を前記第1の熱変位演算手段
の出力に加算して合計値を算出する第2の熱変位演算手
段と、 この第2の熱変位演算手段の出力を用いて所定軸方向の
移動量を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする
工作機械の熱変位補正装置。3. A temperature characteristic of a machine body of a machine tool that is affected by heat generated by a heat source is detected, and has thermal characteristics that substantially match a time constant of spindle thermal displacement that occurs due to the heat generated by the heat source. A temperature sensor whose sensitivity is adjusted, first thermal displacement calculating means for calculating thermal displacement corresponding to the output of the temperature sensor from the output of the temperature sensor, and output of the first thermal displacement calculating means and actual heat. An error in which the displacement is gradually deviated is calculated with a delay in the output of the temperature sensor, and the calculation result is added to the output of the first thermal displacement calculation means to calculate a total value. A thermal displacement compensating device for a machine tool, comprising: a thermal displacement computing means; and a compensating means for compensating a movement amount in a predetermined axial direction by using an output of the second thermal displacement computing means.
記機体の被検出部に該温度センサを固定するための固定
用部材と、この固定用部材に取付けられて前記凹部内に
挿入される感熱部と、この感熱部の表面に適当量被着さ
れて前記温度センサの前記熱特性を所要値に調節するた
めの断熱材とを有することを特徴とする請求項2又は3
に記載の工作機械の熱変位補正装置。4. The temperature sensor, a fixing member for fixing the temperature sensor to a detected portion of the machine body having a concave portion, and a fixing member attached to the fixing member and inserted into the concave portion. 4. A heat-sensitive part, and a heat insulating material, which is applied to the surface of the heat-sensitive part in an appropriate amount to adjust the thermal characteristics of the temperature sensor to a required value.
A thermal displacement compensating device for a machine tool according to.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4628895A JPH08215983A (en) | 1995-02-12 | 1995-02-12 | Thermal displacement correcting method of machine tool and device thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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JP4628895A JPH08215983A (en) | 1995-02-12 | 1995-02-12 | Thermal displacement correcting method of machine tool and device thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08215983A true JPH08215983A (en) | 1996-08-27 |
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ID=12743036
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JP4628895A Pending JPH08215983A (en) | 1995-02-12 | 1995-02-12 | Thermal displacement correcting method of machine tool and device thereof |
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