本發(fā)明涉及一種機床的熱位移修正裝置，尤其涉及一種自動判定是否需要實際測定機床各部的熱位移的機床的熱位移修正裝置。

背景技術(shù)：

機床具有根據(jù)其動作、各部位的溫度等計算出熱位移量并進行修正的修正功能。在該修正功能中，有時無法準確地計算出熱位移量，修正計算出的熱位移量的熱位移修正量與實際的熱位移量的差(修正誤差)變大，無法正確地進行修正。在這樣的情況下，一般使用測量設(shè)備，測量機床各部的實際的位移量，與熱位移修正量進行比較。根據(jù)該比較信息，向修正誤差減少的方向控制熱位移修正量的計算部分，來對熱位移修正量進行修正，由此提高熱位移的修正精度。

作為現(xiàn)有技術(shù)中熱位移修正量的調(diào)整方法的例子，在日本特開平11-90779號公報中公開了如下的方法：加工時，使用測量設(shè)備，測量機床各部的實際的位移量，對計算出的熱位移修正量加上或減去與熱位移修正量進行比較來求出的調(diào)整值，由此修正并調(diào)整上述熱位移修正量。

此外，在使用測量設(shè)備，測量實際的位移量的情況下，需要預先設(shè)定測定時刻(實際測定定時)。此外，在日本特開平11-114775號公報中公開了如下的方法：利用加工程序、上次測定時刻等信息，自動地判定是否需要進行實際的測定。此外，通過實施上述實際測定，計算調(diào)整值，并自動地進行變更。

但是，因機械特性或加工環(huán)境，在上述預先設(shè)定的測定時刻進行測定的方法和根據(jù)上述加工程序和上次測定時刻等信息進行測定的方法，有時無法掌握基于調(diào)整值的修正誤差，無法恰當?shù)嘏卸ㄊ欠裥枰獧C床各部的熱位移的實際測定。因此，在現(xiàn)有方法中，為了測量實際的熱位移，需要預先決定測定時刻，需要對每個加工程序變更測定時刻。此外，因加工中的機械特性或加工環(huán)境，有時無法判定是否需要進行恰當?shù)臏y定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于，鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問題點，提供一種自動判定是否需要進行機床各部的位移的實際測定的熱位移修正裝置。

在本發(fā)明的機床的熱位移修正裝置，具備：熱位移修正部，其根據(jù)機床的動作或機床的各部位的溫度預測熱位移量，將抵消該預測出的熱位移量的熱位移修正量加到進給軸的位置指令值上，由此計算出修正熱位移的熱位移修正量；以及熱位移修正量調(diào)整部，其根據(jù)上述熱位移修正量，求出調(diào)整上述熱位移修正量的調(diào)整值，該機床的熱位移修正裝置中具有：測量單元，其測定上述機床的工件實際尺寸；判定單元，其根據(jù)上述調(diào)整值的變化狀況，判定是否需要實施基于上述測量單元的測量；以及測定執(zhí)行部，其在通過上述判定單元判斷為需要進行測定的情況下，通過上述測量單元執(zhí)行工件實際尺寸的測定。

以指定時間間隔，預定采樣時間內(nèi)的上述調(diào)整值的最大值與最小值的差超過了基準值的情況下，上述判定單元可以判斷為需要進行測定。

此外，預先針對機床存儲參照值，在所指定的時刻的調(diào)整值與預先設(shè)定的參照值的差超過了基準值的情況下，上述判定單元可以判斷為需要進行測定。

通過本發(fā)明可以提供一種自動判定是否需要進行機床的實際測定的熱位移修正裝置。

附圖說明

根據(jù)參照附圖的以下的實施例的說明，使本發(fā)明的上述以及其他目的和特征變得更加明確。

圖1A是說明本發(fā)明的第1步驟的圖。

圖1B是說明本發(fā)明的第2步驟的圖。

圖2是說明實時變更對熱位移修正量進行加法運算或減法運算的調(diào)整值的圖。

圖3是說明本發(fā)明的原理的圖。

圖4是本發(fā)明的處理的整體流程圖。

圖5是第1步驟的流程圖。

圖6是第2步驟的流程圖。

圖7是說明對機床進行控制的數(shù)值控制裝置的概要的框圖。

圖8是表示判斷是否進行實際測量的判定基準的第1例的圖。

圖9是表示通過圖8所示的判定基準判定的流程的圖。

圖10是表示判斷是否進行實際測量的判定基準的第2例的圖。

圖11是表示通過圖10所示的判定基準判定的流程的圖。

圖12是表示判斷是否進行實際測量的判定基準的第3例的圖。

圖13是表示通過圖12所示的判定基準判定的流程的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。

圖1A、圖1B是說明本發(fā)明的圖。圖2是說明在本發(fā)明中實時變更對熱位移修正量進行加法運算或減法運算的調(diào)整值的圖。圖3是說明本發(fā)明的原理的圖。

(1)第1步驟依存于機床規(guī)格(機床結(jié)構(gòu)、控制部等)，因此只要機床規(guī)格不變，原則上只要實施一次即可。因此，只要機床制造商預先實施第1步驟來決定換算系數(shù)k并保存在存儲器中，則用戶不需要進行。若對加工程序進行說明，則選擇覆蓋有可能發(fā)生機床的熱位移量的范圍的程序。也就是說，從機床沒有發(fā)生熱位移的狀態(tài)開始運行加工程序，在熱位移量穩(wěn)定的狀態(tài)下，選擇機床的各動作方向的熱位移量最大程度和最小程度地發(fā)生的上述加工程序。

(2)在第2步驟中，在加工環(huán)境(加工狀況)變化的情況下，需要實施至少1次測量。之后，實時變更調(diào)整值，反映到熱位移量的修正中。在修正值(熱位移修正量乘上調(diào)整值而得的值)與實際位移值的差變大的情況下，進行實際測定。通過實際測定變更調(diào)整值，由此對修正值進行修正。

在本發(fā)明中，在預測熱位移量，進行熱位移修正的機床的控制裝置所具備的功能中，以較少的測定次數(shù)掌握熱位移修正量與實際熱位移量的關(guān)系，始終能夠求出適當?shù)恼{(diào)整值。

選擇多個加工程序并實際進行運行而得到的熱位移修正量F、實際的熱位移量D、調(diào)整值E存在式1、式2的關(guān)系。另外，式2為對式1進行變形而得的式。另外，關(guān)于熱位移修正量F、實際的熱位移量D，根據(jù)成為測定這些量時的基準的位置的決定方法，熱位移修正量F、實際的熱位移量D可以取正或負的數(shù)值。

E·F＝D (式1)

E＝D/F(F不為0，D和F為相同符號) (式2)

在此，進行如下的假定。

假定1)

將實際的熱位移量D設(shè)為常數(shù)，也就是說，在上圖的圖表中顯示上述的函數(shù)。在較短的期間內(nèi)，實際的熱位移量D固定。

假定2)

關(guān)于調(diào)整值E的計算范圍(Emin～Emax)，一般的調(diào)整系數(shù)以Emin＝0.01、Emax＝10為界限。

在上述調(diào)整值E的計算范圍內(nèi)，通過最小二乘法求出近似函數(shù)y＝a+kx(式3)。也就是說，求出E＝a+k|F|(式4)。

并且，即使熱位移量D變化(虛線的曲線、曲率變化的情況下)，上述近似函數(shù)k的值幾乎不變化。因此，對于加工，一般對應于實際的熱位移量D的最大值和最小值的k值幾乎是恒定的。另外，a為根據(jù)加工程序確定的數(shù)值。

圖4是本發(fā)明的整體流程圖。

首先，實施后述的第1步驟，決定E＝a+k|F|(式4)的系數(shù)k。該系數(shù)k依存于機床規(guī)格(機床結(jié)構(gòu)、控制部等)，因此只要機床規(guī)格不變，則原則上只要實施一次第1步驟即可。因此，只要機床制造商預先實施第1步驟來決定系數(shù)k并保存在用于控制機床的數(shù)值控制裝置的存儲器中，則用戶不需要進行。

接著，在進行實際的加工時未設(shè)定系數(shù)a的情況下，實施后述的第2步驟來設(shè)定系數(shù)a。對于同一加工程序，不需要再次計算系數(shù)a。

若預先決定了系數(shù)k和a，則按照以下的順序進行熱位移修正的調(diào)整。

以下，按各步驟進行說明。

(步驟SA01)

將熱位移修正單元設(shè)為有效，開始加工程序的運行。另外，熱位移修正單元可以使用以往公知的單元。

(步驟SA02)

計算出熱位移修正量F。熱位移修正量F的計算方法可以使用以往公知的方法。

(步驟SA03)

通過E＝a+k|F|(式4)，計算出調(diào)整值E。

(步驟SA04)

計算出調(diào)整后的熱位移修正量F′＝E×F(式5)，發(fā)送給熱位移修正單元。

圖5是第1步驟的流程圖。

預先準備幾個加工程序，針對各加工程序按照以下的順序求出換算系數(shù)k。另外，將熱位移修正單元設(shè)為有效后，從未發(fā)生熱位移的狀態(tài)(在停止狀態(tài)下充分放置的狀態(tài))起開始加工程序的運行，執(zhí)行以下的步驟。熱位移修正單元可以使用公知的單元。此外，預先決定執(zhí)行下述步驟的次數(shù)和執(zhí)行的時間間隔。

以下，按各步驟進行說明。

(步驟SB01)

對機床的預先決定的測定位置的實際位移值進行測定，將結(jié)果(測定值)作為Ai而保存(i表示執(zhí)行次數(shù)。i＝1、2、3、…。以下相同)。測定方法可以是任意的方法。如上所述，Ai為在熱位移修正單元開啟狀態(tài)下測定的值。

(步驟SB02)

將熱位移修正量作為Fi而保存。

(步驟SB03)

根據(jù)實測的測定值A(chǔ)i和熱位移修正量Fi，計算出實際的熱位移量Di(Di＝Ai+Fi)。嚴格而言，實際的熱位移量Di相當于修正功能關(guān)閉時的熱位移量。

(步驟SB04)

計算出實際的熱位移量Di與熱位移修正量Fi的比(ri＝Di/Fi)。其中，在Fi＝0的情況下，跳過該處理。

若執(zhí)行預定次數(shù)的上述處理，則根據(jù)比ri和熱位移修正量Fi，通過最小二乘法求出函數(shù)y＝a+kx，此時，希望排除ri＜0的數(shù)據(jù)。對于其他加工程序，也同樣執(zhí)行上述處理，求出函數(shù)y＝a+kx。計算出求出的多個函數(shù)y＝a+kx的系數(shù)k的平均值，將其重新設(shè)為k。為了求出系數(shù)a，根據(jù)在加工程序運行中預先決定的測定位置來測定實際的熱位移量。另外，若針對相同加工環(huán)境和加工程序已經(jīng)求出了系數(shù)a，則不需要實施第2步驟。

在此，使用2個加工程序O0001和O0002來進行更具體的說明。將各個加工程序的周期時間設(shè)為約30分鐘。

1.從機床停止狀態(tài)起運行加工程序O0001。開啟熱位移修正功能，每隔1分鐘實施測量。

2.通過測定取得測定結(jié)果A1～A30，通過修正功能取得熱位移修正值F1～F30。根據(jù)Di＝Ai+Fi，計算D1～D30。

3.根據(jù)ri＝Di/Fi，計算r1～r30。生成r1～r30和|F1|～|F30|的圖表。排除ri＜0的數(shù)據(jù)。

4.通過最小二乘法，從上述圖表求出y＝a+k1·x。

5.停止機床。

6.從機床停止狀態(tài)起運行加工程序O0002，執(zhí)行步驟1.～步驟4.的步驟，來求出y＝a+k2·x。

7.將該機床的系數(shù)k設(shè)定為k＝(k1+k2)/2。k為通過執(zhí)行各加工程序來求出的系數(shù)的平均值。

圖6是第2步驟的流程圖。

(步驟SC01)

開始運行加工程序，預先設(shè)定機床的調(diào)整值E。該調(diào)整值對加工程序選擇適當?shù)臄?shù)值，在不知道適當?shù)臄?shù)值的情況下設(shè)定為E＝1。

(步驟SC02)

對預先決定的測定位置進行測定，將結(jié)果(測定值)作為A而保存。測定方法可以是任意的方法。

(步驟SC03)

將熱位移修正量作為F而保存。

(步驟SC04)

根據(jù)實際測定的測定值A(chǔ)和熱位移修正量F，計算出實際的熱位移量D(D＝A+F)。

(步驟SC05)

計算出實際的熱位移量D與熱位移修正量F的比(r＝D/F)。

其中，在F＝0的情況下，設(shè)為r＝E。E為該測量時刻的已有熱位移的調(diào)整值。

(步驟SC06)

通過r＝a+k|F|計算出系數(shù)a(k為在上述第1步驟中計算出的系數(shù))。

將計算出的系數(shù)a與加工程序關(guān)聯(lián)起來進行存儲。

圖7是說明對機床進行控制的數(shù)值控制裝置的概要的框圖。本發(fā)明的機床的熱位移修正裝置由控制機床的數(shù)值控制裝置10構(gòu)成。數(shù)值控制裝置10的處理器(CPU)11為整體控制數(shù)值控制裝置10的處理器。處理器11經(jīng)由總線21讀出存儲在ROM12中的系統(tǒng)程序，按照該系統(tǒng)程序整體地控制數(shù)值控制裝置10。LCD/MDI單元70為帶顯示裝置的手動輸入裝置。另外，LCD表示液晶顯示裝置。在RAM13中存儲臨時的計算數(shù)據(jù)或顯示數(shù)據(jù)、以及經(jīng)由LCD/MDI單元70由操作員輸入的各種數(shù)據(jù)等。

SRAM14通過未圖示的電池進行后備供電，構(gòu)成為即使數(shù)值控制裝置10的電源關(guān)閉也保持存儲狀態(tài)的非易失性存儲器，存儲測定初始位置的程序或進行機床的熱位移修正的程序、經(jīng)由接口15讀入的后述的加工程序、經(jīng)由LCD/MDI單元70輸入的加工程序等。此外，預先向ROM12寫入用于實施加工程序的生成以及編輯所需要的編輯模式的處理或用于自動運行的處理的各種系統(tǒng)程序。

接口15為可與數(shù)值控制裝置10連接的外部設(shè)備的接口，與外部存儲裝置等外部設(shè)備72連接。從外部存儲裝置讀入加工程序、熱位移測定程序等。PMC(可編程機床控制器)16通過內(nèi)置于數(shù)值控制裝置10的序列程序來控制機床側(cè)的輔助裝置等。即，按照由加工程序指示的M功能、S功能以及T功能，通過這些序列程序在輔助裝置側(cè)對必要的信號進行變換，從I/O單元17輸出到輔助裝置側(cè)。通過該輸出信號，各種致動器等輔助裝置動作。此外，接受配置于機床本體的操作盤的各種開關(guān)等的信號，進行必要的處理并傳遞給處理器11。

機床的各軸的當前位置、警報、參數(shù)、圖像數(shù)據(jù)等的圖像信號被發(fā)送到LCD/MDI單元70，顯示在其顯示器上。LCD/MDI單元70是具備顯示器、鍵盤等的手動數(shù)據(jù)輸入裝置，接口18從LCD/MDI單元70的鍵盤接受數(shù)據(jù)并傳遞給處理器11。

接口19與手動脈沖發(fā)生器71連接，手動脈沖發(fā)生器71被安裝在機床的操作盤上，用于通過基于手動操作的分配脈沖的各軸控制精確地定位機床的可動部。使機床的工作臺T移動的X、Y軸的軸控制電路以及Z軸的控制電路30～32接受來自處理器11的各軸的移動指令，將各軸的指令輸出給伺服放大器40～42。伺服放大器40～42接受該指令并驅(qū)動機床的各軸的伺服電動機50～52。各軸的伺服電動機50～52內(nèi)設(shè)有位置檢測用脈沖編碼器，反饋來自該脈沖編碼器的位置信號作為脈沖列。

主軸控制電路60接受向機床的主軸旋轉(zhuǎn)指令，向主軸放大器61輸出主軸速度信號。主軸放大器61接受該主軸速度信號，使機床的主軸電動機62以所指示的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動刀具。主軸電動機62通過齒輪或傳送帶等與位置編碼器63結(jié)合，位置編碼器63與主軸的旋轉(zhuǎn)同步地輸出反饋脈沖，經(jīng)由接口20通過處理器11讀取該反饋脈沖。65為調(diào)整成與當前時刻同步的時鐘裝置。

數(shù)值控制裝置10具有：例如日本特開平11-90779號公報、日本特開平11-114775號所公開的熱位移修正部，其根據(jù)機床的動作或機床的各部位的溫度預測熱位移量，對進給軸的位置指令值加上抵消該預測的熱位移量的熱位移修正量來修正熱位移。上述熱位移修正部例如如日本特開平11-90779號公報、日本特開平11-114775號所公開的那樣是公知的，因此不進行詳細敘述。數(shù)值控制裝置10具備專利文獻1(參照0032段、圖1)所公開的測量器，可以測量機床的實際位置。并且，數(shù)值控制裝置10具備執(zhí)行圖4、圖5、圖6所示的流程圖的處理的軟件，由此構(gòu)成本發(fā)明的熱位移修正裝置。

以下，按照各實施方式對本發(fā)明的自動判定是否需要機床的實際測定的熱位移修正裝置進行說明。

＜實施方式1＞

圖8是表示判斷是否進行實際測量的判定基準的第1例的圖。將預先指定的調(diào)整值的變化量的閾值設(shè)為Em。在周期時間中，求出調(diào)整值的變化量ΔE。比較ΔE與Em，在ΔE＜Em的情況下，不進行實際測量。ΔE≥Em的情況下，進行實際測量。

若加工開始，則隨著時間經(jīng)過，調(diào)整值變動。若調(diào)整值的變化量ΔE超過指定的Em，則表示需要進行實際測定。在調(diào)整值增加時和減少時進行溫度測定。在圖8中，在T1和T2的時間點需要進行測定。

圖9是表示通過圖8所示的判定基準判定的流程的圖。開始加工(SA01)，求出從加工開始起的變化量ΔE(SA02)，比較ΔE與所指定的Em，在ΔE＜Em的情況下，返回到步驟SA02，在ΔE≥Em的情況下，向步驟SA04前進(SA03)。ΔE≥Em的情況下，判斷為需要進行實際測定(SA04)。測定完成后，返回到SA02。

＜實施方式2＞

圖10是表示判斷是否進行實際測量的判定基準的第2例的圖。圖11是表示通過圖10所示的判定基準判定的流程的圖。

將預先指定的調(diào)整值的變化量的閾值設(shè)為Em。在周期時間中，每ΔT間求出調(diào)整值的最大值與最小值的差ΔE。比較ΔE與Em，在ΔE＜Em的情況下，不進行實際測量。ΔE≥Em的情況下，進行實際測量。在圖9中，在T1和T2的時間點需要進行測定。

圖11是表示通過圖10所示的判定基準判定的流程的圖。開始加工(SB01)，求出與采樣時間ΔT對應的ΔE(SB02)，比較ΔE與所指定的Em，在ΔE＜Em的情況下，返回到步驟SB02，在ΔE≥Em的情況下，向步驟SB04前進(SB03)。ΔE≥Em的情況下，判斷為需要進行實際測定(SB04)。測定完成后，返回到SB02。

＜實施方式3＞

圖12是表示判斷是否進行實際測量的判定基準的第3例的圖。預先指定的采樣時刻T1、預先指定的數(shù)值Em、預先存儲的參照值，該參照值在滿足用戶的加工請求時，為與周期時間時刻單位對應的調(diào)整值。此外，用戶決定采樣時刻的函數(shù)和參照值的設(shè)定。在周期時間中，在T1比較調(diào)整值與參照值的數(shù)據(jù)，求出其差ΔE。比較ΔE與Em，在ΔE＜Em的情況下，不進行實際測量。ΔE≥Em的情況下，進行實際測量。

圖13是表示通過圖12所示的判定基準判定的流程的圖。

加工開始，開始本發(fā)明的功能處理(SC01)。在預先指定的時刻T1，求出實際的調(diào)整值與參照值的差ΔE(SC02)。比較ΔE與預先指定的Em。在ΔE＜Em的情況下，返回到步驟SC02，在ΔE≥Em的情況下，向步驟SC04前進(SC03)。在ΔE≥Em的情況下，判定為需要測定，通過測量設(shè)備執(zhí)行測定，測定完成后，返回到步驟SC02。