机床的热位移补偿方法以及热位移补偿装置的制作方法

专利名称：机床的热位移补偿方法以及热位移补偿装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机床中的热位移补偿方法以及热位移补偿装置。
技术背景
在机床中，进给螺杆和主轴通过电动机驱动，因此，由于电动机的发热、轴承的旋转所引起的摩擦热、进给螺杆的滚珠螺杆和滚珠螺母的啮合部的摩擦热，主轴或进给螺杆膨胀，机械位置发生位移。即，应该定位的工件与刀具的相对位置关系中产生了偏移。在进行高精度加工的情况下这种由热所导致的机械位置的位移成为问题。
为了除去这种由热导致的机械位置的位移，以往使用不使用温度传感器而简单地、低成本地补偿热位移的技术，或使用位移传感器或温度传感器，根据检测位移或检测温度来补偿指令位置的技术，或者采用了通过对进给螺杆施加初始张力使得不受由热引起的膨胀的影响的构造。
以下表示与热位移的补偿相关的现有技术的例子。
(1)在日本特开2002-18677号公报中公开了以下技术首先将进给轴的全行程划分为多个区间，然后分别检测该进给轴的各区间的位置，并根据该检测位置求出该区间的平均移动速度，根据该求出的平均移动速度推定该区间的热位移量(由于发热和散热、以及从与该区间邻接的其它区间通过热传递而传来的发热所导致的热位移量)。根据该技术， 可以不取决于进给轴的位置地(在全部位置)高精度地进行补偿。另外，不仅进给螺杆，可以进一步考虑主轴或主轴电动机的发热所导致的热位移来高精度地补偿热位移。而且，可以根据推定出的热位移量(补偿量)和实际的机械位置的偏移量(补偿误差)，修正热位移量计算式中的发热系数，进行更准确的补偿。
如上所述，上述专利文献所公开的技术，可以根据进给轴的位置以及速度、主轴的速度、主轴电动机的负荷来推定热位移量，并且与进给轴的位置无关地进行高精度的补偿， 但是为了使补偿的精度进一步提高，有考虑室温或切削液的温度等、周围环境的温度变化所导致的热位移的余地。另外，上述专利文献中公开了使用补偿误差来修正热位移量计算式的发热系数的方法，但是在计算式中除此以外还包含系数(散热系数或计算来自邻接区间的热传递的热传递系数)，因此，为使补偿的精度进一步提高，有时仅修正发热系数是不够的，另外，虽然在实际测量了补偿误差的位置的补偿变得更准确，但是在其它位置不一定好。
(2)在日本特开2010-827M号公报中公开了以下技术不使用传感器地检测伺服电动机的旋转速度，求出滚珠螺杆轴热位移量(不仅包含滚珠螺杆轴的螺母移动部，还包含螺母不可移动的区间的滚珠螺杆轴整个区域的热位移量)。
上述专利文献所公开的技术与所述日本特开2002-18677号公报中公开的技术同样不使用传感器地高精度地推定热位移量来进行补偿，但是由于未考虑室温或切削液的温度等、周围环境的温度变化导致的对热位移的影响，因此存在无法准确补偿的情况，此外， 未公开补偿误差产生时的应对方法。
(3)在日本特开2007-21721号公报中公开了以下技术使用传感器求出滚珠螺杆的热位移量，根据该求出的热位移量求出滚珠螺杆的螺距误差补偿值。详细来说，首先，将滚珠螺杆的长度(A)、将该滚珠螺杆的全长(行程)划分为多个区间而得的各区间的螺距误差补偿值(Pn)、所述各区间的位置(Dn)预先登录在NC装置中。然后，通过传感器测定滚珠螺杆的热位移引起的长度的变化量(ΔΑ)，通过DnXAA/A的式子求出各区间位置(Dn) 的所述滚珠螺杆的长度的变化量，将在该区间的螺距误差补偿值(Pn)上加上所述变化量 (DnX ΔΑ/Α)所得的结果作为该区间的新的螺距误差补偿值登录在NC装置中。于是，根据所登录的新的螺距误差补偿值进行螺距误差补偿。
在上述专利文献所公开的技术中，以滚珠螺杆与位置无关地均勻变化为前提来进行新的螺距误差补偿值的运算。但是，通常根据滚珠螺杆的旋转速度(螺母的移动速度) 和移动位置，滚珠螺杆的各区间中的位移量不同。因此，通过该方法无法进行与滚珠螺杆的位置对应的准确的补偿。在该专利文献所公开的技术中与所述日本特开2002-18677号公报所公开的技术不同，使用位置检测器来检测位移量，但是由于未考虑滚珠螺杆的各位置的热位移的分布，因此无法进行准确的补偿。
(4)在日本特开2002-144192号公报中公开了以下技术一种进给螺杆的两点间位移补偿方法，其求出进给螺杆的两端两点差，进行根据该误差决定了原点偏移量以及螺距误差补偿量的整个行程的误差补偿。
上述专利文献所公开的技术与所述日本特开2007-21721号公报同样，以在两点间热位移的分布均等为前提，因此无法进行与滚珠螺杆的位置对应的准确的补偿。在该专利文献所公开的技术中与所述日本特开2002-18677号公报所公开的技术不同，使用位置检测器来检测位移量，但是未考虑滚珠螺杆的各位置的热位移的分布，因此无法进行准确的补偿。
(5)在日本特开平10-138091号公报中公开了以下技术根据进给轴的平均移动速度、移动频度、移动位置以及干扰负荷转矩，通过近似式求出补偿量，当该求出的补偿量的变化在设定值以上时，通过传感器测定位置或温度，根据测定值来更新补偿量。
上述专利文献所公开的技术，当补偿量的变化大时，不是采用使用近似式预先测定的热位移量，而是采用使用传感器测定的热位移量作为补偿量，不是根据用传感器测定的结果来修正用于推定热位移量的计算式的系数等，因此，用传感器测定的结果未被反映到此后的热位移量的推定中，热位移量的推定精度不高。发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种机床的热位移补偿方法以及热位移补偿装置， 其推定进给轴的各位置的热位移的分布，而且使用位置检测传感器检测进给轴的位置，并根据检测出的位置增减对进给轴的位置指令的补偿量，由此，可以也考虑周围环境的温度变化等不取决于机械的动作的热位移来进行补偿。
在本发明的机床的热位移补偿方法中，求出进给轴部热位移量，并将抵消该求出的进给轴部热位移量的量作为热位移补偿量加到进给轴的位置指令中，由此进行进给轴的位置指令的补偿。该方法包含以下步骤将位置检测传感器设置在可对所述机床的可动部的位置进行检测的可检测位置，当该可动部到达所述可检测位置时，所述位置检测传感器输出信号，预先存储所述位置检测传感器最初输出信号的位置作为初始位置；检测所述位置检测传感器输出所述信号的位置作为实际位置；计算所述存储的初始位置与所述检测出的实际位置的差，作为所述初始位置中的补偿误差；以及根据所述计算出的补偿误差来修正所述热位移补偿量。
所述初始位置可以在加工开始前预先被存储。
可以根据所述初始位置中的补偿误差相对于热位移补偿量的比例求出误差补偿率，通过将该求出的误差补偿率与所述进给轴热位移量相乘，使所述进给轴部热位移量增加或减少，由此进行所述热位移补偿量的修正。
可以通过根据进给轴的位置来求出进给轴部热位移量来进行所述热位移补偿，根据进给轴的位置中的进给轴部热位移量相对于初始位置中的进给轴部热位移量的比例和补偿误差，求出误差补偿量，将该求出的误差补偿量与所述进给轴部热位移量相加来使所述进给轴部热位移量增加或减少，由此来进行所述热位移补偿量的修正。
可以将进给轴划分为多个区间，求出各区间的进给轴部热位移量，由此来进行所述热位移补偿，根据补偿误差、和所述区间中初始位置所属的区间中的热位移补偿量来进行所述热位移补偿量的修正，或者根据所述区间中初始位置所属的区间和进给轴的位置所属的区间中的进给轴部热位移量来进行所述热位移补偿量的修正。
所述位置检测传感器可以被设置在可在所述可动部通过加工程序而移动的范围内检测位置的部位，在该加工程序的执行过程中修正热位移补偿量。
本发明的机床的热位移补偿装置，具有对进给轴部的热位移量进行运算的进给轴部热位移量运算单元、将抵消通过所述进给轴部热位移量运算单元运算出的进给轴部热位移量的量设为热位移补偿量的热位移补偿量运算单元、以及通过在进给轴的位置指令中加入所述热位移补偿量来进行补偿的补偿单元，还具备位置检测单元，其使用了位置检测传感器，该位置检测传感器被设置在可对机床的可动部的位置进行检测的可检测位置，当可动部到达该可检测位置时输出信号；初始位置存储单元，其预先存储通过所述位置检测单元最初输出所述信号的位置作为初始位置；实际位置检测单元，其检测通过所述位置检测单元输出所述信号的位置作为实际位置；补偿误差运算单元，其运算在所述初始位置存储单元中存储的初始位置和通过所述实际位置检测单元检测出的实际位置的差，作为所述初始位置中的补偿误差；以及热位移补偿量修正单元，其根据所述补偿误差来修正所述热位移补偿量。
所述初始位置存储单元可以在加工开始前预先存储了初始位置。
所述热位移补偿量修正单元可以根据初始位置中的补偿误差相对于热位移补偿量的比例求出误差补偿率，将该求出的误差补偿率与所述进给轴部热位移量相乘，使所述进给轴部热位移量增加或减少。
所述进给轴部热位移量运算单元可以根据进给轴的位置来运算进给轴部的热位移量，所述热位移补偿量修正单元可以根据进给轴的位置中的进给轴部热位移量相对于初始位置中的进给轴部热位移量的比例和补偿误差，求出误差补偿量，将该求出的误差补偿量与所述进给轴部热位移量相加，使所述进给轴部热位移量增加或减少。
所述进给轴部热位移量运算单元可以将进给轴划分为多个区间，求出各区间的进给轴部热位移量，由此来运算进给轴部的热位移量，所述热位移补偿量修正单元可以根据补偿误差、和所述区间中初始位置所属的区间中的热位移补偿量，或者根据所述区间中初始位置所属的区间和进给轴的位置所属的区间中的进给轴部热位移量，来修正热位移补偿量。
所述位置检测单元可以被设置在可在所述可动部通过加工程序而移动的范围内检测位置的部位，所述热位移补偿量修正单元可以在加工程序执行过程中修正热位移补偿量。
根据本发明，可以提供一种机床的热位移补偿方法以及热位移补偿装置，其推定进给轴的各位置的热位移的分布，进而使用位置检测传感器检测进给轴的位置，并根据检测出的位置增减对于进给轴的位置指令的补偿量，由此也可以考虑周围环境的温度变化等不取决于机械的动作的热位移来进行补偿。另外，根据本发明，推定进给轴的各位置的热位移的分布，进而基于用位置检测传感器检测出的位置，对在保持所推定出的热位移的分布的情况下对补偿的量进行修正，因此，可以进行与进给螺杆的位置无关、也考虑到周围环境的温度变化等不取决于机械的动作的热位移的高精度的补偿。另外，根据本发明，不需要进行用于检测位置的特别的动作，可以不对加工时间造成影响地检测位置，进行补偿。


根据参照附图进行的以下的实施例的说明，可以明了本发明的上述以及其他目的和特征。附图中
图1是说明在本发明的机床的热位移补偿中使用的、检测进给轴的位置的位置检测传感器的设置位置的例子的图。
图2是表示机床的数值控制装置的要部的功能框图。
图3是说明将构成进给轴的进给螺杆的全长划分为多个区间的图。
图4是表示热位移补偿的处理步骤的流程图。
图5是表示热位移量的计算的处理步骤的流程图。
图6是表示误差补偿率的计算的处理步骤的流程图。
图7是表示热位移量的计算的处理步骤的流程图。
图8是表示补偿误差的计算的处理步骤的流程图。
具体实施方式
A.首先，参照图1说明在本发明的机床的热位移补偿中使用的、检测进给轴的位置的位置检测传感器。
图1是说明检测机床的进给轴的热位移的位置检测传感器的设置位置的例子的图。
为了检测作为进给轴的Z轴的位置，在机床的机械主体的预定位置安装位置检测传感器。作为该位置检测传感器，例如使用非接触式的、由检测头4和发磁体5构成的磁性无触点开关(以下称为“无触点开关”)。检测头4被设置在机床的固定部(基座、立柱、床鞍(saddle)等相对各进给轴不移动的部分)上，发磁体5被设置在机床的可动部(主轴头、 工作台、床鞍、与进给轴螺合的螺母等在各进给轴方向上移动的部分)上。此外，作为替代方式也可以将发磁体5设置在机械主体的固定部上，将检测头4安装在机械主体的可动部上。
向机床安装无触点开关的位置，可以是能够检测该机床的可动部的位置的范围内的任意位置。当设置无触点开关以使通过无触点开关检测出的可动部的位置成为加工点的附近时，能够进行更高精度的补偿。
至少如果在加工动作中机床的可动部移动的范围内的任意的位置设置无触点开关，即使不进行用于检测的特别动作也可以在加工中检测位置。其结果，可以不影响加工循环时间地检测可动部的位置，并进行可动部的位置补偿。此外，即使在加工动作中移动的范围内设置了无触点开关的情况下，也可以进行用于检测的特别动作来检测可动部的位置。 另外，若无触点开关的设置部位位于加工动作中移动的范围外，则在适当的时刻进行用于检测位置的特别动作。
在工件的加工开始前，把预先通过无触点开关检测出的位置作为初始位置，保存在非易失性存储器中。所谓工件的加工开始前，例如是机床的出厂前，在机床的出厂前将通过无触点开关检测出的位置作为初始位置保存在非易失性存储器中。此外，所谓工件的加工开始前不限于出厂前，也可以是在出厂后配合加工内容变更了无触点开关的安装位置的情况、或每天早晨的开始工作时。另外，不限于加工开始前，也可以是可以忽视伴随机床的运转的热位移的影响的加工刚开始后。
当在非易失性存储器中保存的初始位置和从无触点开关检测出的位置大于预先设定的阈值时，可以判断出无触点开关的安装位置已被变更(或安装位置已偏移)，发出需要再次进行初始位置的登录的意思的警告。
此外，作为位置检测传感器，不限于所述磁性无触点开关，也可以使用感应型无触点开关、静电容型无触点开关等非接触式的位置检测用开关，或限位开关、微动开关等接触式的位置检测用开关。
图2是表示机床的数值控制装置的要部的功能框图。
数值控制装置10的处理器(CPU) 11经由总线21读出在R0M12中存储的系统程序，并按照该读出的系统程序来整体控制数值控制装置10。在RAM13中存储临时的计算数据或显示数据、以及经由IXD/MDI单元70由操作员输入的各种数据等。
SRAM14由未图示的电池来后备，构成为即使切断数值控制装置10的电源也保持存储状态的非易失性存储器，存储了测定初始位置的程序或进行机床的热位移补偿的程序、经由接口 15读入的后述的加工程序、经由IXD/MDI单元70输入的加工程序等。另外，在 R0M12中预先写入了用于实施生成以及编辑加工程序所需要的编辑模式的处理或用于自动运转的处理的各种系统程序。
接口 15是用于能够在数值控制装置10上连接外部设备的接口，连接外部存储装置等外部设备(TR)72。从外部存储装置读入加工程序、热位移测定程序等。PMC(可编程机床控制器programmable machine controller) 16通过内置在数值控制装置10中的序列程序控制机床侧的辅助装置等。即，按照由加工程序指示的M功能、S功能以及T功能，通过这些序列程序变换在辅助装置侧需要的信号，并将变换后的信号从I/O单元17输出到辅助装置侧。各种致动器(actuator)等辅助装置根据该输出信号进行动作。另外，接受在机床的主体上配备的操作盘等各种开关等的信号，进行必要的处理后传送到处理器11。
IXD/MDI单元70是具备显示器或键盘等的手动数据输入装置，机床的各轴的当前位置、警报、参数、图像数据等的图像信号被发送到IXD/MDI单元70并显示在其显示器上。 接口(INT) 18从IXD/MDI单元70的键盘取得数据，传送到处理器11。
接口 19与手动脉冲发生器71连接。该手动脉冲发生器71被安装在机床的操作盘上，在通过基于手动操作的分配脉冲进行的各轴控制中用于对机床的可动部进行精密定位。
使机床的工作台(未图示)移动的X、Y轴的轴控制电路30、31以及作为机床的进给轴的Z轴的轴控制电路32取得来自处理器11的各种的移动指令，将各轴的指令输出到伺服放大器40 42。伺服放大器40 42取得该指令，驱动机床的各轴的伺服电动机 (M) 50 52。在各轴的伺服电动机50 52中内置了位置检测用的编码器，来自该编码器的位置信号作为脉冲列被反馈。
主轴控制电路60接受对机床的主轴旋转指令，向主轴放大器61输出主轴速度信号。主轴放大器61取得该主轴速度信号，使机床的主轴电动机(SM) 62以所指示的旋转速度旋转，驱动刀具。
在主轴电动机62上通过齿轮或带等结合了位置检测器63。该位置检测器63与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲，该反馈脉冲经由接口 20被处理器11读取。此外，符号65 是被调整为与当前时刻同步的时钟装置。
B.接着，说明本发明的用于机床的热位移补偿的第一实施方式。
(bl)用于进给轴的热位移量的推定和补偿的区间的设定
首先，说明进给轴的热位移量的计算和补偿。在此说明的热位移量的计算(推定) 方法与所述日本特开2002-18677号公报中公开的方法相同。
首先，如图3所示，将构成进给轴的进给螺杆2的全长(行程)划分为多个区间。 在此，所谓进给螺杆2的全长，是从支承该进给螺杆的一端的固定轴承的一个端面(详细来说，是固定轴承的螺母6侧的端面，将该端面设为基准位置7)到与该进给螺杆2啮合的螺母6在进给螺杆2上移动并移动到距离所述固定轴承最远的位置时的该螺母6的一个端面 (详细来说，是该螺母6的与所述固定轴承侧的端面相反侧的端面)的距离。将该进给螺杆 2的全长划分为多个区间，将与基准位置7邻接的区间设为区间0，将与其相邻的区间设为区间1，并且将离基准位置7最远的区间设为区间X。
当将进给螺杆2的全长划分为X个的有限个区间时，由于进给轴的热位移而产生的位置X处的热位移量(进给轴部热位移量)、即时刻η的区间X中的进给轴部热位移量 LnX如下述(1)式那样通过将每个区间的热位移量从基准位置7到区间X相加来求出。
Lnx = δη0+δη1+... + δηΙ+...+ δηΧ ……(1)
上式中，δηΙ是区间1( = 0、1、2、……X)中的热位移量，Lnx是时刻η的区间X中的进给轴部热位移量。
(b2)进给轴的热位移的补偿
接着，说明热位移的补偿。在热位移的补偿中，在每个预定的短周期(例如每-s) 中执行图4的流程图所示的处理。
在该处理中，首先检测进给轴的位置并存储在存储器中。然后，从存储器读出与检测出的进给轴的位置对应的区间I的“修正后的进给轴部热位移量Lnl’ ”，将抵消该读出的修正后的进给轴部热位移量Lnl’的量设为热位移补偿量。即，将热位移补偿量设为-IX [修正后的进给轴部热位移量Lnl’]。如上所述，通过将热位移补偿量加入进给轴的位置指令来进行进给轴的位置指令的补偿。
按照各步骤来说明图4所示的流程图。
[步骤SA01]检测进给轴的位置，存储在存储器中。
[步骤SA02]从存储器读出与在步骤SAOl中检测出的进给轴的位置对应的区间 1(1=0、1、2、……X)的、修正后的进给轴部热位移量Lnl’。此外，在后面对修正后的进给轴部热位移量Lnl’进行说明。
[步骤SA03]将抵消在步骤SA02中读出的、修正后的进给轴部热位移量Lnl’的量 (-IXLn/ )作为热位移补偿量，发送给补偿单元。
[步骤SA04]所述补偿单元根据在步骤SA03发送来的各个区间的热位移补偿量 (-IXLnl')进行补偿处理，结束处理。
(b3)进给轴的热位移量的计算
为了计算热位移量，在每个预定周期(例如每1秒)中进行图5的流程图所示的处理。按照各步骤来说明图5所示的流程图。
[步骤SB01]针对过去1秒期间，从存储器中读出通过图4的流程图所示的处理 (步骤SA01)存储在存储器中的进给轴的位置。
[步骤SB02]基于在步骤SBOl中从存储器读出的进给轴的位置，求出各区间中的平均移动速度。
[步骤SB03]基于在步骤SB02中求出的各区间的平均移动速度，求出各区间中的热位移量并存储在非易失性存储器中。
[步骤SB04]使用作为上述(1)式的变形的下述(1’)式，求出从基准位置7到区间1(1 =0、1、2……)的进给轴部的热位移量Lnl并存储在存储器中。_] Lnl= δη0+δη1+δη,.. + δηΙ ……(1，)
例如区间0的进给轴部热位移量Lntl = δ η(ι，区间1的进给轴部热位移量Lnl = δ η0+ δ η1，区间2的进给轴部热位移量Ln2 = δη0+δ η1+ δ η2。
[步骤SB05]从存储器中读出在步骤SB04中存储在存储器中的各区间I(I = 0、 1、2……)中的进给轴部热位移量Lnl和预先存储的误差补偿率Ε。
[步骤SB06]使用在步骤SB05中从存储器中读出的误差补偿率Ε，按照下述(2)式对在该步骤SB05中从存储器读出的各区间1(1 = 0、1、2……)中的进给轴部热位移量Lnl 进行修正，并且将各个修正后的进给轴部热位移量Lnl’存储在存储器中，结束处理。
Lnl，= LnlXE ……(2)
(b4)误差补偿率E的计算
接着，说明误差补偿率E的计算方法。为了计算误差补偿率E，在每个预定短周期 (例如与图4相同，每細8)中进行图6的流程图所示的处理。按照各步骤说明图6所示的流程图。
[步骤SC01]判断是否从位置检测传感器输出信号，当有信号输出时转移到步骤 SC02，当没有信号输出时结束处理。
[步骤SC02]在进给轴移动时接收到来自位置检测传感器的输出信号的情况下， 基于来自位置检测传感器的信号检测该进给轴的实际位置。该实际位置是进行了热位移补偿的状态下的检测位置。
[步骤SC03]根据预先存储的初始位置和在步骤SC02中检测出的实际位置的差， 求出初始位置的误差ε。该误差ε是预先存储的初始位置与加工中的热位移补偿后的检测位置的差，即补偿误差。
[步骤SC04]从存储器中读出初始位置所属的区间(设为S)中的修正后的进给轴部热位移量Lns ’。
[步骤SC05]从非易失性存储器中读出误差补偿率Ε。
[步骤SC06]根据在步骤SC04中读出的、初始位置所属的区间(设为S)中的修正后的进给轴部热位移量Lns’、在步骤SC03中求出的补偿误差ε、在步骤SC05中读出的误差补偿率Ε，通过下述C3)式求出修正后的误差补偿率Ε’。
E' = EX (1+( ε /Lns'))……(3)
[步骤SC07]将在步骤S06中求出的修正后的误差补偿率Ε’作为新的误差补差率 E存储在非易失性存储器中，结束处理。
在该图6的流程图表示的处理中，基于通过作为位置检测传感器的无触点开关所检测出的实际位置，不断更新误差补偿率Ε，即在图6的流程图的步骤SC06中基于初始位置和实际位置的差ε不断更新误差补偿率Ε，因此能够进行也考虑到时时刻刻变化的周围环境的温度变化等不取决于机械动作的热位移的高精度的补偿。
在切断机床的电源后再接通了电源的情况下，由于误差补偿率E已被存储在非易失性存储器中，因此可以使用电源刚切断前的误差补偿率E的值来重新开始补偿。因此，可以代替在出厂时设定的误差补偿率E而使用根据设置机床的环境而修正后的误差补偿率 Ε。此外，误差补偿率E在机床的出厂时被初始化为1.0，存储在所述存储器中。
C.接下来，说明本发明的用于机床的热位移补偿的第二实施方式。
(cl)用于进给轴的热位移量的推定和补偿的区间的设定
与所述第一实施方式中的“(bl)用于进给轴的热位移量的推定和补偿的区间的设定”相同，因此省略说明。
(c2)进给轴的热位移的补偿
与所述的第一实施方式中的“ (b2)进给轴的热位移的补偿”相同，因此省略说明。
(c3)进给轴的热位移量的计算
在进给轴的热位移量的计算中，在每个预定周期(例如每1秒)中进行图7的流程图所述的处理。按照各步骤来说明图7所示的流程图。
[步骤SD01]针对过去1秒期间，从存储器中读出通过图4的流程图所示的处理 (步骤SA01)存储在存储器中的进给轴的位置。
[步骤SD02]基于在步骤SDOl中从存储器中读出的进给轴的位置，求出各区间中的平均移动速度。
[步骤SD03]基于在步骤SD02中求出的各区间的平均移动速度，求出各区间中的热位移量并存储在非易失性存储器中。
[步骤SD04]使用所述的式(1，)，将从基准位置7到各区间I(I = 0、1、2、……) 的热位移量相加，求出各区间I中的进给轴部热位移量Lnl并存储在存储器中。例如区间0 的进给轴部热位移量Lntl = δ η(ι、区间1的进给轴部热位移量Lnl = δη0+δη1,区间2的进给轴部热位移量Ln2= δη0+δη1+δη2Ο
[步骤SD05]计算区间I的进给轴部热位移量Lnl相对于初始位置所属的区间S的进给轴部热位移量Lns的比例Dnl ( = LnlZlns)(以下称为进给轴部热位移量的分布)，存储在存储器中。
[步骤SD06]从存储器中读出区间1(1=0、1、2……)中的进给轴部热位移量LnI、 进给轴部热位移量的分布Dnl和补偿误差ε。
[步骤SD07]通过在区间1(1= 0、1、2……)的进给轴部热位移量Lnl上加上误差补偿量(DnlX O，求出修正后的进给轴部热位移量Lnl ’，存储在存储器中。即，使用在步骤 SD06中读出的进给轴部热位移量Lnl、进给轴部热位移量的分布Dnl和补偿误差ε，通过下述的(4)式求出区间I的修正后的进给轴部热位移量Lnl’，存储在存储器中。然后结束处理。
Lnl，= Lnl+(DnlX O...... (4)
(c4)补偿误差ε的计算
在补偿误差ε的计算中，在每个预定短周期(例如与图4相同，每細8)中进行图 8的流程图所示的处理。按照各步骤来说明图8所示的流程图。
[步骤SE01]判断是否有来自位置检测传感器的信号输出，当有信号输出时转移到步骤SE02，当没有信号输出时结束处理。
[步骤SE02]在进给轴移动时接收到来自位置检测传感器的输出信号的情况下， 基于来自位置检测传感器的信号检测实际位置。该实际位置是进行了热位移补偿的状态下的检测位置。
[步骤SE03]根据预先存储的初始位置和在步骤SE02中求出的实际位置的差，求出初始位置中的误差ε。该误差ε是预先存储的初始位置和加工中的热位移补偿后的检测位置的差、即补偿误差。
[步骤SE04]从存储器中读出初始位置所属的区间(设为幻中的进给轴部热位移量Lns和修正后的进给轴部热位移量Lns’。
[步骤SE05]根据在步骤SE04中读出的、初始位置所属的区间(设为S)中的进给轴部热位移量Lns和修正后的进给轴部热位移量Lns’、以及在步骤SE03中求出的补偿误差 ε，通过下述( 式求出修正后的补偿误差ε ’。
ε ‘ = ε +(Lns' -Lns)……(5)
[步骤SE06]将步骤SE05中求出的修正后的补偿误差ε’作为新的补偿误差ε， 存储在非易失性存储器中，结束处理。
D.接下来，说明本发明的用于机床的热位移补偿的第三实施方式。
在上述的第一以及第二实施方式中，关于进给轴部的热位移量的运算，通过将进给轴的全长划分为多个区间并求出各区间的热位移量，运算进给轴部热位移量。
本发明不限定于上述第一以及第二实施方式中说明的方法，如第三实施方式说明的那样，在不将进给轴划分为区间而求出进给轴部的热位移量的情况下也可以应用。在该第三实施方式中，与上述第一和第二实施方式相同，根据预先存储的初始位置和实际位置的差求出初始位置的补偿误差。
在求误差补偿率的情况下，如上述第一实施方式中的“ (b4)误差补偿率E的计算”中所说明的那样，根据初始位置的修正后的进给轴部热位移量、补偿误差和误差补偿率，求出修正后的误差补偿率，将其作为新的误差补偿率E存储在非易失性存储器中。在进行补偿误差的计算的情况下，如上述第二实施方式中的“(c4)补偿误差ε的计算”中所说明的那样，根据初始位置的进给轴部热位移量、修正后的进给轴部热位移量和补偿误差，求出修正后的补偿误差，将其作为新的补偿误差ε存储在非易失性存储器中。
另外，上述的热位移量的计算可以不取决于上述进给轴的平均移动速度，而根据电动机的旋转速度、电动机的温度、电动机的负荷、电动机的电流值、电动机的消耗功率、电动机产生的能量中的任意一种以上来进行。另外，也可以基于来自在预定部位设置的温度传感器的温度信息来进行计算。
另外，也可以设置将上述热位移补偿量的修正设为有效或无效的单元。例如使用来自画面的设定或来自操作盘或外部开关等的信号，在来自画面的设定的情况下读出其设定值，另外，在来自操作盘或外部开关等的信号的情况下，读出信号的值并判断是使热位移补偿量的修正为有效的值还是为无效的值的哪一个，在判断为有效的情况下，如上述各实施例那样进行处理。在判断为无效的情况下，即使接收来自位置检测传感器的输出信号，在求误差补偿率的情况下也不进行实际位置的检测、补偿误差ε的计算、补偿误差率E的修正，将误差补偿率E设为1.0即可，在进行补偿误差的计算的情况下，不进行实际位置的检测、补偿误差ε的计算以及修正，将补偿误差ε设为0即可。
权利要求
1.一种机床的热位移补偿方法，其求出进给轴部热位移量，并将抵消该求出的进给轴部热位移量的量作为热位移补偿量加到进给轴的位置指令中，由此进行进给轴的位置指令的补偿，其特征在于，包含以下步骤将位置检测传感器设置在可对所述机床的可动部的位置进行检测的可检测位置，当该可动部到达所述可检测位置时，所述位置检测传感器输出信号，预先存储所述位置检测传感器最初输出信号的位置作为初始位置；检测所述位置检测传感器输出所述信号的位置作为实际位置；计算所述存储的初始位置与所述检测出的实际位置的差，作为所述初始位置中的补偿误差；以及根据所述计算出的补偿误差来修正所述热位移补偿量。
2.根据权利要求1所述的机床的热位移补偿方法，其特征在于，所述初始位置在加工开始前预先被存储。
3.根据权利要求1所述的机床的热位移补偿方法，其特征在于，根据所述初始位置中的补偿误差相对于热位移补偿量的比例求出误差补偿率，通过将该求出的误差补偿率与所述进给轴热位移量相乘，使所述进给轴部热位移量增加或减少， 由此进行所述热位移补偿量的修正。
4.根据权利要求1所述的机床的热位移补偿方法，其特征在于，通过根据进给轴的位置来求出进给轴部热位移量来进行所述热位移补偿，根据进给轴的位置中的进给轴部热位移量相对于初始位置中的进给轴部热位移量的比例和补偿误差，求出误差补偿量，将该求出的误差补偿量与所述进给轴部热位移量相加来使所述进给轴部热位移量增加或减少，由此来进行所述热位移补偿量的修正。
5.根据权利要求1所述的机床的热位移补偿方法，其特征在于，将进给轴划分为多个区间，求出各区间的进给轴部热位移量，由此来进行所述热位移补偿，根据补偿误差、和所述区间中初始位置所属的区间中的热位移补偿量来进行所述热位移补偿量的修正，或者根据所述区间中初始位置所属的区间和进给轴的位置所属的区间中的进给轴部热位移量来进行所述热位移补偿量的修正。
6.根据权利要求1所述的机床的热位移补偿方法，其特征在于，所述位置检测传感器被设置在可在所述可动部通过加工程序而移动的范围内检测位置的部位，在该加工程序的执行过程中进行热位移补偿量的修正。
7.一种机床的热位移补偿装置，具有对进给轴部的热位移量进行运算的进给轴部热位移量运算单元、将抵消通过所述进给轴部热位移量运算单元运算出的进给轴部热位移量的量设为热位移补偿量的热位移补偿量运算单元、以及通过在进给轴的位置指令中加入所述热位移补偿量来进行补偿的补偿单元，所述机床的热位移补偿装置的特征在于，具备位置检测单元，其使用了位置检测传感器，该位置检测传感器被设置在可对机床的可动部的位置进行检测的可检测位置，当可动部到达该可检测位置时输出信号；初始位置存储单元，其预先存储通过所述位置检测单元最初输出所述信号的位置作为初始位置；实际位置检测单元，其检测通过所述位置检测单元输出所述信号的位置作为实际位置；补偿误差运算单元，其运算在所述初始位置存储单元中存储的初始位置和通过所述实际位置检测单元检测出的实际位置的差，作为所述初始位置中的补偿误差；以及热位移补偿量修正单元，其根据所述补偿误差来修正所述热位移补偿量。
8.根据权利要求7所述的机床的热位移补偿装置，其特征在于， 所述初始位置存储单元在加工开始前预先存储了初始位置。
9.根据权利要求7所述的机床的热位移补偿装置，其特征在于，所述热位移补偿量修正单元根据初始位置中的补偿误差相对于热位移补偿量的比例求出误差补偿率，将该求出的误差补偿率与所述进给轴部热位移量相乘，使所述进给轴部热位移量增加或减少。
10.根据权利要求7所述的机床的热位移补偿装置，其特征在于，所述进给轴部热位移量运算单元根据进给轴的位置来运算进给轴部的热位移量， 所述热位移补偿量修正单元根据进给轴的位置中的进给轴部热位移量相对于初始位置中的进给轴部热位移量的比例和补偿误差，求出误差补偿量，将该求出的误差补偿量与所述进给轴部热位移量相加，使所述进给轴部热位移量增加或减少。
11.根据权利要求7所述的机床的热位移补偿装置，其特征在于，所述进给轴部热位移量运算单元将进给轴划分为多个区间，求出各区间的进给轴部热位移量，由此来运算进给轴部的热位移量，所述热位移补偿量修正单元根据补偿误差、和所述区间中初始位置所属的区间中的热位移补偿量，或者根据所述区间中初始位置所属的区间和进给轴的位置所属的区间中的进给轴部热位移量，来修正热位移补偿量。
12.根据权利要求7所述的机床的热位移补偿装置，其特征在于，所述位置检测单元被设置在可在所述可动部通过加工程序而移动的范围内检测位置的部位，所述热位移补偿量修正单元在加工程序执行过程中修正热位移补偿量。
全文摘要
本发明提供一种机床的热位移补偿方法以及热位移补偿装置。所述机床的热位移补偿方法求出进给轴部热位移量，并将抵消该求出的进给轴部热位移量的量作为热位移补偿量加到进给轴的位置指令中，其中，首先将检测机床的可动部的位置的位置检测传感器最初输出信号的位置作为初始位置来存储。然后，检测位置检测传感器输出信号的位置，将该检测位置(实际位置)与所述初始位置的差作为补偿误差，根据该补偿误差来修正所述热位移补偿量。
文档编号B23Q15/18GK102528558SQ20111037210
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月10日 优先权日2010年11月11日
发明者前川进, 远藤高弘 申请人:发那科株式会社