JPH0815702B2 - Method for correcting thermal displacement of ball screw in NC machine tool - Google Patents
Method for correcting thermal displacement of ball screw in NC machine toolInfo
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49211—Compensation dilatation using calculated temperature from velocity
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、NC工作機械の運転
中に生じる送り駆動用のボールねじの熱変位による位置
決め誤差を補正する方法に関する。詳しくは、運転状態
からボールねじの熱変位量を時々刻々計算によって推定
し、その熱変位量をNC装置にピッチエラー補正として
与えることによりインプロセス補正する方法に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for correcting a positioning error due to a thermal displacement of a ball screw for driving a feed which occurs during operation of an NC machine tool. More specifically, the present invention relates to a method for in-process correction by estimating the thermal displacement amount of a ball screw from the operating state by calculation every moment and giving the thermal displacement amount to the NC device as pitch error correction.
【0002】[0002]
【従来の技術】ボールねじは工作機械の1つの要素であ
り、送り台、テーブルなどを移動させるためのものであ
る。これは機械効率が極めて高いなど多くの特徴をも
ち、駆動用あるいは位置決め要素として広く使用されて
いる。しかし、ボールねじはナット、軸受各部の摩擦力
やサーボモータの発熱が伝導するために温度が上昇し熱
膨脹を起こし、熱変位を生じる。現在のNC工作機械で
はセミクローズドループ方式が一般的であるが、この方
式のNC工作機械ではボールねじの熱変位が、そのまま
位置決め誤差となって現れる。このため、ボールねじに
予張力を与え、熱膨脹を吸収する方式が対策として使用
されてきた。ところが、最近では、径が大きいボールね
じを使用するうえに送り速度が非常に速くなっているの
で、発熱量が増大し、予張力方式で対応しようとする
と、非常に大きな引張力を加えねばならず、構造体が変
形したり、スラスト軸受に無理な力が加わって焼き付く
などの問題があった。2. Description of the Related Art A ball screw is one element of a machine tool and is used for moving a feed table, a table and the like. It has many features such as extremely high mechanical efficiency and is widely used as a driving or positioning element. However, in the ball screw, the frictional force of each part of the nut and the bearing and the heat generation of the servo motor are conducted, so that the temperature rises and thermal expansion occurs, causing thermal displacement. A semi-closed loop system is generally used in the current NC machine tools, but in the NC machine tool of this system, thermal displacement of the ball screw appears as a positioning error. Therefore, a method of applying pre-tension to the ball screw to absorb thermal expansion has been used as a countermeasure. However, recently, in addition to using a ball screw with a large diameter, the feed rate has become extremely high, so the amount of heat generated increases, and if a pre-tension method is used, a very large pulling force must be applied. However, there is a problem that the structure is deformed or the thrust bearing is seized by applying an excessive force.
【0003】そこで、ボールねじに無理な予張力を与え
ず、しかも、特別な測定装置を必要としないボールねじ
の熱変位補正方法が開発され、特開昭63−25633
6号(以下、既提案方法という。)においてその方法が
提案されている。これは、ボールねじの発熱量からボー
ルねじの温度分布を求め、さらにボールねじの熱変位量
を時々刻々に予測して、この熱変位量をNC装置にピッ
チエラー補正として与えることにより、インプロセスで
補正する方法である。Therefore, a method for correcting the thermal displacement of a ball screw has been developed which does not apply an excessive pretension to the ball screw and which does not require a special measuring device.
The method is proposed in No. 6 (hereinafter referred to as the already proposed method). This is because the temperature distribution of the ball screw is obtained from the heat generation amount of the ball screw, the thermal displacement amount of the ball screw is predicted moment by moment, and this thermal displacement amount is given to the NC device as a pitch error correction. This is the method of correction.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記既提案
の方法では、ボールねじの発熱量を具体的にはサーボモ
ータの電機子電流と電圧との積から求めている。そのた
め、以下に記載するような欠点があった。By the way, in the above proposed method, the heat generation amount of the ball screw is specifically obtained from the product of the armature current and the voltage of the servomotor. Therefore, there are drawbacks as described below.
【0005】すなわち、この発明の発明者らは、図6
(A),(B)に示すようなナットつまりテーブルの送
りパターン(以下、図6(A)を送りパターンA、図6
(B)を送りパターンBという。)でNC工作機械を運
転し、既提案の方法に基づくボールねじの補正量を求め
るとともに、実際の伸びを測定した。なお、送りパター
ンAはボールねじの中央領域(200mm)を送り速度
5m/minで往復させたもの、送りパターンBは同領
域を送り速度6.5m/min、20mmピッチで往復
させたものである。そして、両パターンとも30分間運
転して、3分ごとにボールねじの補正量を計算するとと
もに、実際の伸びを測定した。その結果が図7(A),
(B)に示されている。図7(A)は送りパターンAに
よるもの、図7(B)は送りパターンBによるものであ
る。That is, the inventors of the present invention have shown in FIG.
The feeding pattern of the nut, that is, the table as shown in FIGS. 6A and 6B (hereinafter, FIG.
(B) is called a feed pattern B. ), The NC machine tool was operated, the correction amount of the ball screw based on the method proposed previously was calculated, and the actual elongation was measured. In addition, the feed pattern A is obtained by reciprocating the central region (200 mm) of the ball screw at a feed speed of 5 m / min, and the feed pattern B is obtained by reciprocating the same region at a feed speed of 6.5 m / min and a pitch of 20 mm. . Then, both patterns were operated for 30 minutes, the correction amount of the ball screw was calculated every 3 minutes, and the actual elongation was measured. The result is shown in FIG.
It is shown in (B). FIG. 7A is based on the feed pattern A, and FIG. 7B is based on the feed pattern B.
【0006】実験結果によれば、送りパターンA,Bと
もボールねじの実際の伸びに大差はない。それにもかか
わらず、送りパターンBの補正量は、送りパターンAの
補正量よりも大きく、およそ2倍になっている。このよ
うに補正量に違いが生ずる理由として、サーボモータを
加減速するときには非常に大きな電流が流れるので、加
減速の回数が多い送りパターンBについては、発熱量に
サーボモータ自身を加減速するためのエネルギーが多く
含まれてしまうことが考えられる。According to the experimental results, there is no great difference in the actual elongation of the ball screw between the feed patterns A and B. Nevertheless, the correction amount of the feed pattern B is larger than the correction amount of the feed pattern A and is approximately doubled. The reason for the difference in the correction amount is that a very large current flows when accelerating and decelerating the servo motor. Therefore, for the feed pattern B in which the number of acceleration and deceleration is large, the servo motor itself is accelerated and decelerated due to the heat generation amount. It is conceivable that a lot of energy will be included.
【0007】したがって、既提案の方法では、サーボモ
ータの加減速に要するエネルギーまでも、ボールねじの
発熱量として計算してしまうので、送りパターンBのよ
うにサーボモータの加減速の回数を多くすると、実際の
伸びよりも補正量の方が大きくなってしまうというとい
う欠点があった。このため、既提案の方法は、サーボモ
ータの加減速の回数が多い場合や送り速度が高速の場合
には、実用に供することができない。Therefore, in the proposed method, even the energy required for the acceleration / deceleration of the servo motor is calculated as the heat generation amount of the ball screw, so that the number of times of acceleration / deceleration of the servo motor is increased like the feed pattern B. However, there is a drawback that the correction amount becomes larger than the actual elongation. Therefore, the proposed method cannot be put to practical use when the number of times of acceleration / deceleration of the servo motor is large or the feed speed is high.
【0008】この発明の目的は、サーボモータの加減速
の回数にかかわらず、補正量をボールねじの実際の伸び
に近似させることができるNC工作機械におけるボール
ねじの熱変位補正方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a method for correcting thermal displacement of a ball screw in an NC machine tool, which makes it possible to approximate the correction amount to the actual elongation of the ball screw regardless of the number of acceleration / deceleration of the servo motor. It is in.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段および作用】この発明は、
前記課題を解決するために次のような手段を採る。Means and Actions for Solving the Problems
The following measures are taken to solve the above-mentioned problems.
【0010】この発明は、位置決め用ボールねじと、こ
のボールねじを回転駆動するためのサーボモータと、こ
のサーボモータの回転速度を制御するための速度制御手
段とを有するNC工作機械における前記ボールねじの熱
変位補正方法であって、以下の手順を有する。The present invention provides a ball screw for an NC machine tool having a positioning ball screw, a servo motor for rotationally driving the ball screw, and speed control means for controlling the rotational speed of the servo motor. The thermal displacement correction method of No. 1 has the following steps.
【0011】a.前記サーボモータの回転速度を測定す
ること b.前記回転速度から前記ボールねじに発生する発熱量
を求めること c.前記発熱量から前記ボールねじの温度分布を算出す
ること d.前記温度分布から前記ボールねじの熱変位量を算出
すること e.前記熱変位量をNC装置のピッチエラ補正データメ
モリエリアに入力してボールねじのピッチエラー補正量
を修正させること。A. Measuring the rotational speed of the servo motor b. Obtaining the amount of heat generated in the ball screw from the rotation speed c. Calculating the temperature distribution of the ball screw from the heat value d. Calculating the amount of thermal displacement of the ball screw from the temperature distribution e. Inputting the thermal displacement amount into the pitch error correction data memory area of the NC device to correct the pitch error correction amount of the ball screw.
【0012】前記回転速度の測定、前記発熱量の算出、
前記温度分布の算出、前記熱変位量の算出および前記ピ
ッチエラー補正量の修正を前記NC工作機械の運転時間
終了まで所定時間ごとに繰り返す。Measurement of the rotation speed, calculation of the calorific value,
The calculation of the temperature distribution, the calculation of the thermal displacement amount, and the correction of the pitch error correction amount are repeated every predetermined time until the operation time of the NC machine tool ends.
【0013】前記NC工作機械の運転停止中の電源が切
られた時間から前記ボールねじの縮み量を算出し、前記
NC工作機械の運転開始時に前記縮み量を加味して前記
ボールねじのピッチエラーの補正量の初期設定を行う。The amount of contraction of the ball screw is calculated from the time when the power is turned off while the NC machine tool is stopped, and the pitch error of the ball screw is calculated by taking the amount of contraction into consideration when the operation of the NC machine tool is started. Initialize the correction amount of.
【0014】前記発熱量を前記ボールねじの前部軸受
部、ナット移動部および後部軸受部ごとに求め、前記各
部ごとに前記温度分布および前記熱変位量を算出する。The amount of heat generation is obtained for each of the front bearing portion, the nut moving portion and the rear bearing portion of the ball screw, and the temperature distribution and the thermal displacement amount are calculated for each portion.
【0015】前記ナット移動部を複数の区分に分割し、
各分割区分ごとにナットの存在確率を求め、この存在確
率と前記ナット移動部全体の発熱量とから各分割区分ご
とに前記温度分布および前記熱変位量を算出する。The nut moving section is divided into a plurality of sections,
The existence probability of the nut is obtained for each divided section, and the temperature distribution and the thermal displacement amount are calculated for each divided section from the existence probability and the heat generation amount of the entire nut moving unit.
【0016】前記温度分布を所定の非定常熱伝導方程式
から算出する。The temperature distribution is calculated from a predetermined unsteady heat conduction equation.
【0017】[0017]
【実施例】以下に示す実施例では、ボールねじの前部軸
受部、ナット移動部および後部軸受部ごとに発熱量を求
め、さらにナット移動部については、複数の区分に分割
し、各分割区分ごとに発熱量を求めている。そして、各
部または各分割区分ごとに非定常熱伝導方程式を解いて
温度分布を算出し、これから熱変位を算出している。ま
ず、発熱量の算出方法について説明する。EXAMPLES In the examples shown below, the heat generation amount is obtained for each of the front bearing portion, the nut moving portion and the rear bearing portion of the ball screw, and the nut moving portion is further divided into a plurality of divisions. The calorific value is calculated for each. Then, the temperature distribution is calculated by solving the unsteady heat conduction equation for each part or each division, and the thermal displacement is calculated from this. First, a method of calculating the heat generation amount will be described.
【0018】合計熱量の算出 ナット移動部は図3に示すように、例えば所定の長さ
L/8,L/4をもつ5つの区分に分割される。一定時
間(50ms)ごとにナットが図3のどの区分に存在す
るかを判別し、そのときのサーボモータの実回転数から
発生熱量を求め、後述する温度分布演算回路のデータエ
リアに格納する。発生熱量は次式により求められる。[0018]Calculation of total heat As shown in FIG. 3, the nut moving part has a predetermined length, for example.
It is divided into 5 sections having L / 8 and L / 4. At certain times
In each interval (50 ms), the nut exists in which section of FIG.
Whether or not there is a
Calculate the amount of heat generated and use the data
Store in the rear. The amount of heat generated is calculated by the following equation.
【0019】[0019]
【数2】 ここで、Q:発生熱量、F:送り速度(回転数)、K,
T:係数である。[Equation 2] Here, Q: heat generation amount, F: feed speed (rotation speed), K,
T: A coefficient.
【0020】前記データエリアは次表に示すように、ボ
ールねじ1軸分として7つのデータエリアを2組持って
いる。As shown in the following table, the data area has two sets of seven data areas for one ball screw axis.
【0021】[0021]
【表1】 なお、一軸について2組のデータエリアをもつのは、1
つの組のデータエリアから温度分布を求めて補正量を算
出している間、逐次算出される熱量を他の組のデータエ
リアに格納するためである。[Table 1] It should be noted that there are two sets of data areas for one axis.
This is because the amount of heat that is sequentially calculated is stored in the data area of another group while the correction amount is calculated by obtaining the temperature distribution from the data area of one group.
【0022】各区分でのナット移動による発生熱量は、
50msごとに一定時間(6400ms)すなわち12
8回算出され、これらの熱量は各区分ごと50msごと
に合計されて各区分1〜5に対応したデータエリア
(C)〜(G)に格納される。また6400msに発生
した各区分1〜5の熱量1〜5の合計熱量および各区分
1〜5での回転数の合計回転数がそれぞれデータエリア
(A),(B)に格納される。The amount of heat generated by nut movement in each section is
Every 50ms a fixed time (6400ms) or 12
It is calculated eight times, and these heat amounts are summed every 50 ms for each section and stored in the data areas (C) to (G) corresponding to the sections 1 to 5. Further, the total heat quantity of the heat quantities 1 to 5 of each of the sections 1 to 5 generated in 6400 ms and the total rotation speed of the rotation speed of each of the sections 1 to 5 are stored in the data areas (A) and (B), respectively.
【0023】ここでいう各区分の熱量および合計熱量
は、ボールねじのナット移動部Lのみに発生する正味の
熱量ではなく、前後軸受部に発生する熱量も含まれてい
る。したがって、ナット移動部、前後軸受部についての
正味の発生熱量を合計熱量から分配してやる必要があ
る。The heat quantity of each section and the total heat quantity mentioned here include not only the net heat quantity generated only in the nut moving portion L of the ball screw but also the heat quantity generated in the front and rear bearing portions. Therefore, it is necessary to distribute the net heat generation amount of the nut moving portion and the front and rear bearing portions from the total heat amount.
【0024】合計熱量の分配 以下に示す合計熱量の分配方法は、既提案方法と同様
にナット移動部および前後軸受部において互いに他の部
分への熱伝導が生じず、熱的には近似的に独立している
とみなすことができること、また合計発熱量に対する各
熱源部の比率は送り速度の如何にかかわらずほぼ一定で
あるという知見に基づいている。[0024]Distribution of total heat The distribution method of total heat shown below is the same as the proposed method.
The nut moving part and the front and rear bearing parts are
Is not thermally conductive to the minute and is approximately thermally independent
Can be regarded as
The heat source ratio is almost constant regardless of the feed rate.
It is based on the finding that there is.
【0025】すなわち、合計発熱量QO 、ナット移動部
発熱量QN 、前部軸受発熱量QF 、後部軸受発熱量QB
とすると、各熱源部の発熱量は、次式That is, the total calorific value Q O , nut moving part calorific value Q N , front bearing calorific value Q F , rear bearing calorific value Q B
Then, the calorific value of each heat source is
【0026】[0026]
【数3】 から算出される。ここで比率ηN ,ηF ,ηB は前記知
見により一定であり、実機についてQO ,QN ,QF ,
QB を測定し、比率ηN ,ηF ,ηB をあらかじめ求め
ておけばよい。(Equation 3) Calculated from Here, the ratios η N , η F , η B are constant according to the above findings, and Q O , Q N , Q F , and
It suffices to measure Q B and obtain the ratios η N , η F and η B in advance.
【0027】ナット移動部の各分割区分への熱量の分配 この実施例では、前記のようにナット移動部の各分割
区分の熱量も算出している。これは、次のようにして求
められる。すなわち前記データエリア(C)〜(G)に
格納されている熱量は50msごとに算出した合計値で
あり、このこの合計値から各区分ごとに50msあたり
の平均熱量を求める。[0027]Distribution of heat quantity to each division of nut moving part In this embodiment, as described above, each division of the nut moving portion is performed.
The amount of heat for each category is also calculated. This is calculated as follows.
Can be That is, in the data areas (C) to (G)
The amount of heat stored is the total value calculated every 50 ms.
Yes, from this total value per each 50ms
Calculate the average heat value of.
【0028】そして、この平均熱量と合計熱量とから各
区分について、次式からナットの存在確率X1,X2…
X5を求める。From the average heat quantity and the total heat quantity, the existence probability X1, X2, ...
Find X5.
【0029】[0029]
【数4】 このようにして、各区分についての存在確率X1,X2
…X5が求められたら、この存在確率と前記ナット移動
部についての分配熱量QN とから、次式により各区分に
ついての分配熱量QN1,QN2…QN5を求める。[Equation 4] In this way, the existence probabilities X1, X2 for each section are
When X5 is obtained, the distributed heat amounts Q N1 , Q N2, ... Q N5 for each section are calculated from the existence probability and the distributed heat amount Q N for the nut moving portion by the following equation.
【0030】[0030]
【数5】 温度分布の算出 以上のようにして各熱源部の発生熱量が求められた
ら、この熱量から温度分布を算出する。温度分布は既提
案の方法と同様に次の非定常熱伝導方程式、[Equation 5] Calculation of temperature distribution The amount of heat generated by each heat source was determined as described above.
Then, the temperature distribution is calculated from this heat quantity. Temperature distribution is already proposed
As in the proposed method, the following unsteady heat conduction equation,
【0031】[0031]
【数6】 (Equation 6)
【0032】熱変位量の算出 ボールねじの各熱源部の温度分布が求められたら、こ
れから熱変位量を算出する。熱変位量は、既提案の方法
と同様に次式、[0032]Calculation of thermal displacement When the temperature distribution of each heat source of the ball screw is obtained,
From this, the amount of thermal displacement is calculated. The amount of thermal displacement is the proposed method
Similarly to
【0033】[0033]
【数7】 から求められる。ここでΔL: 熱変位量、β:ボールね
じ材料の線膨脹係数である。(Equation 7) Required from. Here, ΔL: thermal displacement amount, β: linear expansion coefficient of ball screw material.
【0034】次にこの発明による熱変位補正方法の具体
的な手順を説明する。図1は熱変位補正を実施するため
の機能ブロック図である。Next, a specific procedure of the thermal displacement correction method according to the present invention will be described. FIG. 1 is a functional block diagram for performing thermal displacement correction.
【0035】補間制御回路1は、NCテープ2に読み込
まれた加工データに基づきボールねじの送り量を計算す
るための回路である。パルス分配器3はボールねじの送
り量に応じたパルス信号を各軸に分けて分配し、そのパ
ルス信号を速度制御回路4に与えるためのものである。
このパルス信号は、位置レジスタ5にも与えられ、ナッ
トの位置データが格納される。速度制御回路4はパルス
信号によりサーボモータ6の回転速度を制御するもので
ある。サーボモータ6の回転速度はロータリエンコーダ
などの速度検出器7により常時検出され、検出信号は速
度制御回路4および温度分布演算回路9に入力される。The interpolation control circuit 1 is a circuit for calculating the feed amount of the ball screw based on the processing data read into the NC tape 2. The pulse distributor 3 is for distributing a pulse signal corresponding to the feed amount of the ball screw to each axis and distributing the pulse signal to the speed control circuit 4.
This pulse signal is also given to the position register 5 to store the nut position data. The speed control circuit 4 controls the rotation speed of the servo motor 6 by a pulse signal. The rotation speed of the servo motor 6 is constantly detected by a speed detector 7 such as a rotary encoder, and the detection signal is input to the speed control circuit 4 and the temperature distribution calculation circuit 9.
【0036】パラメータメモリ8には、ボールねじの長
さ、径などの機械構造に関するパラメータ、ボールねじ
の密度、比熱などの物理的性質に関するパラメータおよ
び前記熱量分配係数(比率)ηN ,ηF ,ηBなどが入
力される。温度分布演算回路9は、サーボモータの回転
速度検出信号から式(1)に基づきボールねじの各区分
でのナットの移動による発熱量を50msごとに算出
し、6400ms後、合計発熱量から各熱源部の発熱量
の分配計算をする。The parameter memory 8 stores parameters relating to mechanical structures such as ball screw length and diameter, parameters relating to physical properties such as ball screw density and specific heat, and the heat distribution coefficients (ratio) η N , η F , η B etc. is input. The temperature distribution calculation circuit 9 calculates the heat generation amount due to the movement of the nut in each section of the ball screw every 50 ms based on the rotation speed detection signal of the servo motor based on the equation (1), and after 6400 ms, calculates the heat generation amount from each heat source. Calculate the distribution of calorific value of each part.
【0037】また、温度分布演算回路9は、ナットの存
在確率を算出し、ボールねじの各区分の発熱量を算出す
る。そして、温度分布演算回路9は、これらの発熱量と
パラメータメモリ8に記憶された各種データとから式
(2)を解き、各熱源部の温度分布を算出する。Further, the temperature distribution calculation circuit 9 calculates the existence probability of the nut and calculates the heat generation amount of each section of the ball screw. Then, the temperature distribution calculation circuit 9 solves the equation (2) from these heat generation amounts and various data stored in the parameter memory 8 to calculate the temperature distribution of each heat source unit.
【0038】補正データ演算回路10は、温度分布演算
回路9により算出された温度分布から式(3)に基づき
補正量を算出する。補正パルス発生器11は、補正デー
タ演算回路10により算出された補正量に応じた補正パ
ルスを発生し、速度制御回路4に与える。The correction data calculation circuit 10 calculates the correction amount from the temperature distribution calculated by the temperature distribution calculation circuit 9 based on the equation (3). The correction pulse generator 11 generates a correction pulse according to the correction amount calculated by the correction data calculation circuit 10 and supplies it to the speed control circuit 4.
【0039】図2は熱変位補正を実施するためのフロー
チャートである。このフローチャートにしたがって具体
的な手順を説明する。FIG. 2 is a flow chart for performing thermal displacement correction. A specific procedure will be described according to this flowchart.
【0040】初期設定 パラメータなどの設定データから、有限要素法による
演算に必要なマトリックスを設定する(S1 )。[0040]Initial setting By finite element method from setting data such as parameters
Set the matrix required for calculation (S1).
【0041】NC機械の運転停止により電源を切ると、
時間が経過するにつれボールねじは縮むので、この縮み
量を加味して電源再投入時に補正データを変更する必要
がある。このため、電源が切られた時間を計算し
(S2 )、その時間をΔT、発生熱量を0、送り速度を
0としてデータ計算し、温度分布を初期設定する
(S3 )。そして、初期設定された温度分布と電源を切
る前の温度分布とから縮み量を計算し、補正データの変
更を行う(S4 )。When the power is turned off by stopping the operation of the NC machine,
Since the ball screw shrinks over time, it is necessary to change the correction data when the power is turned on again, taking into account this shrinkage amount. For this reason, the time when the power is turned off is calculated (S 2 ), data is calculated by setting the time as ΔT, the generated heat amount as 0, and the feeding speed as 0, and the temperature distribution is initialized (S 3 ). Then, the shrinkage amount is calculated from the initially set temperature distribution and the temperature distribution before the power is turned off, and the correction data is changed (S 4 ).
【0042】なお、このように縮み量を計算するため、
温度分布は電源が切られても消えないエリアに格納され
る。Since the amount of shrinkage is calculated in this way,
The temperature distribution is stored in an area that does not disappear when the power is turned off.
【0043】リアルタイムデータ入力 50msごとに、ナットの現在位置、送り速度のデー
タが温度分布演算回路9に入力され(S5 )、各区分ご
とに発生熱量が式(1)に基づいて計算される。[0043]Real-time data input Every 50 ms, the nut current position and feed speed data
Is input to the temperature distribution calculation circuit 9 (SFive), Each category
The amount of heat generated is calculated based on the equation (1).
【0044】データ計算 一定時間(6400ms)経過すると(S6 )、温度
分布演算回路9により合計発熱量からナットの存在確率
および各熱源部の温度分布が計算される(S7 )。[0044]Data calculation When a certain time (6400 ms) has passed (S6),temperature
The probability of nut existence from the total calorific value by the distribution calculation circuit 9
And the temperature distribution of each heat source is calculated (S7).
【0045】補正データの変更 補正モードがONであれば(S8 )、補正データ演算
回路10により温度分布から式(3)に基づきボールね
じの伸びが補正量として演算され、補正データが変更さ
れる(S9 )。そしてこの補正データに応じた補正パル
スが、補正パルス発生器11から速度制御回路4に送ら
れる。[0045]Change correction data If the correction mode is ON (S8), Correction data calculation
Based on the formula (3) from the temperature distribution by the circuit 10, the ball
The elongation of the edge is calculated as the correction amount and the correction data is changed.
(S9). And the correction pulse corresponding to this correction data
Sent from the correction pulse generator 11 to the speed control circuit 4.
Be done.
【0046】このように電源投入後すなわち初期設定後
は、一定時間(6400ms)経過ごとに補正データの
変更が行われる。As described above, after the power is turned on, that is, after the initial setting, the correction data is changed every fixed time (6400 ms).
【0047】実験例 図4は、この発明方法による熱変位補正量と実際の伸
びとを比較するための実験装置を示している。実験には
立型マシニングセンタのX軸を使用した。サーボモータ
20に連結されるボールねじ21は、前後部軸受22,
23に支持されている。テーブル24はナット25を介
してボールねじ21に取付けられている。[0047]Experimental example FIG. 4 shows a thermal displacement correction amount and an actual elongation according to the method of the present invention.
Figure 3 shows an experimental setup for comparing pigs. In the experiment
The X axis of the vertical machining center was used. Servomotor
The ball screw 21 connected to 20 includes front and rear bearings 22,
It is supported by 23. The table 24 has a nut 25
And is attached to the ball screw 21.
【0048】ボールねじ21の伸びは、マシニングセン
タの主軸ヘッド26にダイヤルゲージ27を固定し、テ
ーブル24上のX軸線上にある三点(両端と中央)に基
準ブロック28を設け、これにダイヤルゲージ27の接
触子を当接させることにより測定した。またサーボモー
タ20の送り速度は、NC装置29の内部の送り速度モ
ニタデータを電圧として出力させ、データメモリ付レコ
ーダ30により測定した。For the extension of the ball screw 21, the dial gauge 27 is fixed to the spindle head 26 of the machining center, and the reference blocks 28 are provided at three points (both ends and the center) on the X axis of the table 24. It was measured by bringing 27 contacts into contact. The feed rate of the servo motor 20 was measured by the recorder 30 with a data memory by outputting feed rate monitor data inside the NC device 29 as a voltage.
【0049】なお、X軸ストロークは760mm、サー
ボモータ定格出力はAC2.3KW、max3,000
R.P.M、ボールねじ寸法は長さ1,140mm,直
径40mmφ、ピッチ12mm、最大早送り速度は30
m/minである。The X-axis stroke is 760 mm, the servomotor rated output is AC 2.3 KW, max 3,000.
R. P. M, ball screw dimensions are length 1,140 mm, diameter 40 mmφ, pitch 12 mm, maximum rapid feed rate is 30
m / min.
【0050】以上の実験装置により、既提案方法の場合
と同様に図6に示す送りパターンA,Bでマシニングセ
ンタを運転し、補正量を求めるとともに、実際の伸びを
測定した。With the above experimental apparatus, the machining center was operated with the feed patterns A and B shown in FIG. 6 as in the case of the proposed method, the correction amount was obtained, and the actual elongation was measured.
【0051】なお、既提案の場合と同様に、送りパター
ンAはボールねじの中央領域(200mm)を送り速度
5m/minで往復させたもの、送りパターンBは同領
域を送り速度6.5m/min、20mmピッチで往復
させたものである。そして、両パターンとも30分間運
転して、3分ごとにボールねじの補正量を計算するとと
もに、実際の伸びを測定した。その結果が図5(A),
(B)に示されている。図5(A)は送りパターンAに
よるもの、図5(B)は送りパターンBによるものであ
る。As in the case of the previously proposed method, the feed pattern A is the central region (200 mm) of the ball screw reciprocated at a feed speed of 5 m / min, and the feed pattern B is the same region at a feed speed of 6.5 m / min. It was reciprocated at a pitch of 20 mm for min. Then, both patterns were operated for 30 minutes, the correction amount of the ball screw was calculated every 3 minutes, and the actual elongation was measured. The result is shown in FIG.
It is shown in (B). 5A is based on the feed pattern A, and FIG. 5B is based on the feed pattern B.
【0052】実験結果によれば、送りパターンAのみな
らず、送りパターンBについても補正量と実際の伸びが
近似していることがわかる。The experimental results show that not only the feed pattern A but also the feed pattern B, the correction amount and the actual elongation are close to each other.
【0053】[0053]
【発明の効果】以上詳記したように、この発明によれ
ば、サーボモータの加減速の頻度にかかわらず、補正量
をボールねじの実際の伸びに近似させることができ、し
たがってセミクローズドループ方式のNC工作機械にお
いて高精度の加工を行うことができる。As described in detail above, according to the present invention, the correction amount can be approximated to the actual elongation of the ball screw regardless of the frequency of acceleration / deceleration of the servomotor, and therefore the semi-closed loop system is used. It is possible to perform high-precision machining with the NC machine tool.
【図1】この発明方法を実施するための機能ブロック図
である。FIG. 1 is a functional block diagram for carrying out the method of the present invention.
【図2】この発明を実施するためのフローチャートであ
る。FIG. 2 is a flowchart for carrying out the present invention.
【図3】ボールねじを区分して熱量を求める場合の説明
図である。FIG. 3 is an explanatory diagram in a case where a ball screw is divided to obtain a heat amount.
【図4】この発明方法を実験するための装置の概略図で
ある。FIG. 4 is a schematic diagram of an apparatus for experimenting with the method of the present invention.
【図5】この発明方法の実験結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing experimental results of the method of the present invention.
【図6】この発明方法および既提案方法を実験するため
に選択した送りパターンを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing feed patterns selected for experimenting the method of the present invention and the method proposed in the prior art.
【図7】既提案方法の実験結果を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing an experimental result of the already proposed method.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑山 聡 千葉県我孫子市我孫子1番地 日立精機株 式会社内 (72)発明者 宮崎 浩和 千葉県我孫子市我孫子1番地 日立精機株 式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−256336(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Satoshi Kuwayama 1 Abiko, Abiko, Chiba Prefecture, Hitachi Seiki Co., Ltd. (72) Inventor, Hirokazu Miyazaki 1 Abiko, Abiko, Chiba, Ltd., Hitachi Seiki Co., Ltd. (56) References JP-A-63-256336 (JP, A)
Claims (6)
を回転駆動するためのサーボモータと、このサーボモー
タの回転速度を制御するための速度制御手段とを有する
NC工作機械における前記ボールねじの熱変位補正方法
であって、以下の手順を有する。 a.前記サーボモータの回転速度を測定すること b.前記回転速度から前記ボールねじに発生する発熱量
を求めること c.前記発熱量から前記ボールねじの温度分布を算出す
ること d.前記温度分布から前記ボールねじの熱変位量を算出
すること e.前記熱変位量をNC装置のピッチエラ補正データメ
モリエリアに入力してボールねじのピッチエラー補正量
を修正させること。Claim: What is claimed is: 1. A ball screw for a NC machine tool, comprising: a positioning ball screw; a servo motor for rotationally driving the ball screw; and speed control means for controlling the rotational speed of the servo motor. The displacement correction method has the following steps. a. Measuring the rotational speed of the servo motor b. Obtaining the amount of heat generated in the ball screw from the rotation speed c. Calculating the temperature distribution of the ball screw from the heat value d. Calculating the amount of thermal displacement of the ball screw from the temperature distribution e. Inputting the thermal displacement amount into the pitch error correction data memory area of the NC device to correct the pitch error correction amount of the ball screw.
前記発熱量の算出、前記温度分布の算出、前記熱変位量
の算出および前記ピッチエラー補正量の修正を前記NC
工作機械の運転時間終了まで所定時間ごとに繰り返すこ
とを特徴とするボールねじの熱変位補正方法。2. The measurement of the rotation speed according to claim 1,
The calculation of the heat generation amount, the temperature distribution, the thermal displacement amount, and the correction of the pitch error correction amount are performed by the NC.
A method for correcting thermal displacement of a ball screw, which is repeated every predetermined time until the operating time of the machine tool ends.
転停止中の電源が切られた時間から前記ボールねじの縮
み量を算出し、前記NC工作機械の運転開始時に前記縮
み量を加味して前記ボールねじのピッチエラーの補正量
の初期設定を行うことを特徴とするボールねじの熱変位
補正方法。3. The amount of shrinkage of the ball screw is calculated from the time when the power is turned off while the operation of the NC machine tool is stopped, and the amount of shrinkage is added when the operation of the NC machine tool is started. A method for correcting thermal displacement of a ball screw, wherein a correction amount of the pitch error of the ball screw is initialized.
前記発熱量を前記ボールねじの前部軸受部、ナット移動
部および後部軸受部ごとに求め、前記各部ごとに前記温
度分布および前記熱変位量を算出することを特徴とする
ボールねじの熱変位補正方法。4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A thermal displacement correction of a ball screw, characterized in that the heat generation amount is obtained for each of the front bearing portion, the nut moving portion and the rear bearing portion of the ball screw, and the temperature distribution and the thermal displacement amount are calculated for each portion. Method.
数の区分に分割し、各分割区分ごとにナットの存在確率
を求め、この存在確率と前記ナット移動部全体の発熱量
とから各分割区分ごとに前記温度分布および前記熱変位
量を算出することを特徴とするボールねじの熱変位補正
方法。5. The nut moving unit according to claim 4, wherein the nut moving unit is divided into a plurality of sections, the existence probability of the nut is obtained for each divided section, and each division is made from the existence probability and the heat generation amount of the entire nut moving unit. A thermal displacement correction method for a ball screw, characterized in that the temperature distribution and the thermal displacement amount are calculated for each section.
前記温度分布を以下の非定常熱伝導方程式、 【数1】 から算出することを特徴とするボールねじの熱変位補正
方法。6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The temperature distribution is calculated by the following unsteady heat conduction equation, A method for correcting thermal displacement of a ball screw, which is calculated from
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1566391A JPH0815702B2 (en) | 1991-01-17 | 1991-01-17 | Method for correcting thermal displacement of ball screw in NC machine tool |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP1566391A JPH0815702B2 (en) | 1991-01-17 | 1991-01-17 | Method for correcting thermal displacement of ball screw in NC machine tool |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04240045A JPH04240045A (en) | 1992-08-27 |
| JPH0815702B2 true JPH0815702B2 (en) | 1996-02-21 |
Family
ID=11894981
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1566391A Expired - Lifetime JPH0815702B2 (en) | 1991-01-17 | 1991-01-17 | Method for correcting thermal displacement of ball screw in NC machine tool |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JPH0815702B2 (en) |
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|---|---|---|---|---|
| DE102013111831B4 (en) * | 2012-10-30 | 2016-06-16 | Fanuc Corporation | A servo control device for correction based on the amount of expansion or contraction of a ball screw |
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1991
- 1991-01-17 JP JP1566391A patent/JPH0815702B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH04240045A (en) | 1992-08-27 |
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