JP6910057B2 - 工作機械の熱変位の補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の熱変位によってワークに加工誤差が生ずるのを抑えるための熱変位の補正方法に関し、特に環境温度の変化量に基づく補正係数の選定及び変更方法に係る。

旋盤、複合加工機等の工作機械にてワークを加工する際に、主軸モーター、工具主軸モーター等の駆動部、旋削、ミーリング等の加工部に熱が発生する。
これらの発生熱や室温の変化等により機械温度が変化し、この温度変化により機械自体が熱変位し、ワークに加工誤差が生じるようになる。
一般的には工作機械のベッド、主軸台、刃物台等の要所要所に温度センサを取り付けて検出した検出値ｔκに係数ακを乗じ、それと定数βにより補正値δを求めている。

式（１）で求めた補正値でＮＣ装置の指令値を補正している。
本出願人は更に補正精度を向上すべく、例えば特許文献１に補正式に時間遅れに起因する項を取り入れた技術を提案し、特許文献２に予知できない外乱の影響を抑えるべく、補正値に隣接設定値なる項を加える技術を提案している。
本発明は、さらに補正精度の向上を目的に環境温度の変化量に応じて、補正係数を選定、変更することを提案する。

特許第４４６９６８１号公報 特許第４１０５５９８号公報

本発明は、工作機械の熱変位の補正において、環境温度の変化量に基づいて補正係数（環境パラメータ）の選定、変更が可能な熱変位の補正方法の提供を目的とする。

本発明に係る工作機械の熱変位の補正方法は、環境温度の経時変化を記録する記録部を備え、前回稼働時の環境温度変化量に基づいて、次回の稼働開始時に環境温度の変化による熱変位の補正係数を設定することを特徴とする。
この設定あるいは変更された補正係数を式（１）の係数ακに取り込み熱変位補正が行われることになる。
環境温度が大きく変化すると、一定の補正式だけでは充分に対応できない場合があり、工作機械の稼働開始時に前回の稼働時の環境温度の変化量をチェックし、補正係数を変更できるようにした点に特徴がある。
ここで前回の稼動時とは、工作機械を所定期間、停止した後に稼働しようとする際の前回の稼働をいう。
従って、工作機械の稼働体制により、異なることになるが、一般的には稼働開始時の前日の１日の環境温度の変化量が対象になる。

本発明にて環境温度とは、工作機械の環境状態を示すパラメータをいい、例えば工作機械が設置されている室温、循環制御されている冷却液（クーラント）、駆動部の温度等が例として挙げられる。
本発明者の調査によると、その中でも冷却液の影響が大きく、次に室温、ミーリングモーターの温度の影響が大きいことが明らかになった。
そこで本発明は、室温の変化量（Ａ）、クーラントの温度の変化量（Ｂ）、ミーリングモーターの温度の変化量（Ｃ）に着目し、それぞれの変化量に合せて予め係数化した係数テーブルを作成し、式（１）の補正係数を選択あるいは変更できるようにした。

本発明においては、冷却液の温度、室温、ミーリングモーターの温度の経時的変化を制御部等に設けた記録部に記録しておき、稼動時に前日の温度変化量を演算し、その変化に合せて熱変位の補正式の補正係数を選定、あるいは変更できるようにしたので熱変位の補正精度が向上し、工作機械のチューニングが容易になる。
この場合に補正係数を自動的に変更してもよく、また、ユーザーの確認指令に基づいて変更することもできる。

本発明に係る環境パラメータの自動選定，変更システムのフローチャートを示す。 環境温度の経時変化の記録例を示す。 クーラント（冷却液）の温度変化の警告例を示す。 本発明を適用した加工の経時変化量の比較例を示す。

本発明の構成例を図１に示したフローチャートに基づいて、以下説明する。
ＮＣ工作機械においてＮＣ制御部等に、環境温度の経時変化の記録部を有する。
この記録部には、工作機械に取り付けられた温度センサーで計測された値が送り込まれてくる。
図１に示したフローチャートでは、環境温度として、（Ａ）：室温の温度変化，（Ｂ）：クーラント（冷却液）の温度変化，（Ｃ）：ミーリングモータの温度変化を用いた例を示す。
図２にそのグラフを示す。

工作機械をスタートさせると、前日の温度変化量の値を算出し、予め定められている各温度の閾値と比較する。
例えば、室温の変化量ＲＴ_１℃未満，クーラントの温度の変化量ＣＴ_１℃未満，ミーリングモータの温度の変化量ＭＴ_１℃未満と設定する。
いずれも閾値を超えていない場合には、工作機械の加工プログラムが進行する。
いずれかの温度が閾値を超えている場合には、補正係数の選定に進む。
この際に例えば、室温の変化量がＲＴ_１より大きいＲＴ_２℃超、又はクーラントの温度変化量がＣＴ_１より大きいＣＴ_２℃超であれば、警告表示も合せて出力する。
その例を図３に示す。

次に、各温度の変化量から表中Ａ，Ｂ，Ｃの区分に応じて式（２）のＡ，Ｂ，Ｃに「０」，「１」，「１．１」のいずれかの値を入力し、Ｘの値を求める。
表中ＣＴ_３はＣＴ_１より大きくＣＴ_２より小さい値である。

制御部には、図１の表中に示したようにＸ＝０〜７の８つの区分に分けた係数テーブル表が記憶され、その中から式（１）の係数ακの組み合せを選定する。
この場合に、Ｘの式で求められた値の小数点第１位が０を超える場合に、クーラントの係数を２倍にして適用する。
さらに、補正式（１）の差分から定数βを修正する。
なお、この修正は自動制御してもよく、ユーザーの確認指令に基づいて実行してもよい。
制御部には、係数を変更した日付，時刻が記録される。
なお、表中隣接ｍとは本出願人による特許文献２に示した隣接設定値に対応する。

図４に図１に示したフローチャートに基づき、係数テーブルから最適な係数の組み合せを選定した環境パラメータを適用したものと適用なしのワークの加工寸法の経時変化量を示す。
本発明により、加工誤差が少なくなることが確認できた。

Claims (3)

1. 環境温度の経時変化を記録する記録部を備え、
   前回稼働時の環境温度と次回の稼働開始時の環境温度とを比較し、その温度差により熱変位の補正係数を設定することを特徴とする工作機械の熱変位の補正方法。
2. 前記環境温度には、工作機械の冷却液の温度差が含まれることを特徴とする請求項１記載の工作機械の熱変位の補正方法。
3. 前記環境温度の温度差には、冷却液の温度差の他に室温の温度差及びミーリングモーターの温度差が含まれ、それぞれの温度差に基づいて、それぞれの補正係数を選定することを特徴とする請求項２記載の工作機械の熱変位の補正方法。

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