專利名稱：熱變位校正裝置以及熱變位校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)床的熱變位校正裝置以及熱變位校正方法。
背景技術(shù)：
在日本特開平6-190687號(hào)公報(bào)、日本特開2003-108206號(hào)公報(bào)、日本特開2004-237394號(hào)公報(bào)中，記載了一種進(jìn)行基于有限元分法的構(gòu)造解析，并推定機(jī)床的構(gòu)造體的熱變位量的技術(shù)。但是，由于基于有限元分法的構(gòu)造解析所需要的時(shí)間非常長(zhǎng)，所以難以在加工中實(shí)時(shí)地推定熱變位量。因此，在進(jìn)行構(gòu)造解析行的期間，不得不基于其之前剛剛進(jìn)行了的構(gòu)造解析的結(jié)果來進(jìn)行熱變位校正。因此，有時(shí)實(shí)際的熱變位量與推定出的熱變位量之間會(huì)產(chǎn)生偏差，從而無法進(jìn)行高精度的熱變位校正。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這樣的情況而完成的，其目的在于提供一種能夠高速地進(jìn)行基于有限元分法的構(gòu)造解析，從而能夠高精度并實(shí)時(shí)地進(jìn)行熱變位校正的機(jī)床的熱變位校正裝置以及熱變位校正方法。(機(jī)床的熱變位校正裝置)本技術(shù)方案所涉及的機(jī)床的熱變位校正裝置具備:溫度傳感器，其被配置在機(jī)床的構(gòu)造體的規(guī)定部位；塊溫度取得單元，在把將所述機(jī)床的構(gòu)造體分割成多個(gè)后的各塊的溫度定義為固定值時(shí)，所述塊溫度取得單元基于由所述溫度傳感器檢測(cè)出的溫度信息，來取得所述各塊的溫度；有限元分法解析單元，其基于由所述塊溫度取得單元取得的所述各塊的溫度來進(jìn)行基于有限元分法的構(gòu)造解析，并推定所述機(jī)床的構(gòu)造體的熱變位量；校正值運(yùn)算單元，其基于由所述有限元分法解析單元推定出的所述機(jī)床的構(gòu)造體的熱變位量，來求出對(duì)由NC程序發(fā)出的所述機(jī)床的移動(dòng)體的指令位置處的校正值；以及校正單元，其根據(jù)由所述校正值運(yùn)算單元得到的所述校正值來校正所述指令位置。根據(jù)本技術(shù)方案，作為用于進(jìn)行基于有限元分法的構(gòu)造解析的溫度條件，將機(jī)床的構(gòu)造體分割成多個(gè)塊，將各塊的溫度設(shè)為固定值。因此，同一塊內(nèi)所含的節(jié)點(diǎn)的溫度條件是相同值。而且，根據(jù)基于有限元分法的構(gòu)造解析的基本式和與節(jié)點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)力的關(guān)系式，利用{ δ I = CK]-1 [F] {Τ}來表示各節(jié)點(diǎn)處的熱變位量向量。因此，{ δ }是各節(jié)點(diǎn)處的熱變位量向量，[K]是構(gòu)造體的剛性矩陣，[F]是各節(jié)點(diǎn)的力系數(shù)矩陣，{Τ}是各塊的溫度向量。此外，在本說明書利用的向量是指全部列向量。因此，各塊的溫度向量{Τ}的要素?cái)?shù)量對(duì)應(yīng)于塊數(shù)，其與各節(jié)點(diǎn)數(shù)相比可以大幅減少。因此，能夠大幅地降低各節(jié)點(diǎn)處的熱變位量向量{ S }的運(yùn)算量。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)各節(jié)點(diǎn)處的熱變位量向量{ S }的運(yùn)算速度的高速化。而且，在加工中實(shí)時(shí)地進(jìn)行該運(yùn)算，并進(jìn)行熱變位校正。這樣，能夠高速地進(jìn)行基于有限元分法的構(gòu)造解析，從而能夠高精度并實(shí)時(shí)地進(jìn)行熱變位校正。
另外，所述有限元分法解析單元進(jìn)行基于所述有限元分法的構(gòu)造解析，并推定所述機(jī)床的構(gòu)造體的一部分節(jié)點(diǎn)處的熱變位量，所述校正值運(yùn)算單元也可以基于推定出的所述機(jī)床的構(gòu)造體的一部分節(jié)點(diǎn)處的熱變位量來求出所述校正值。該情況下，推定構(gòu)造體的一部分節(jié)點(diǎn)熱變位量。在此，無需為了進(jìn)行熱變位校正，而把握構(gòu)造體所有部位的熱變位量。因此，通過僅求出所需部位的熱變位量，能夠進(jìn)一步地降低運(yùn)算量。其結(jié)果，能夠進(jìn)一步地縮短基于有限元分法的構(gòu)造解析所需要的時(shí)間，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的實(shí)時(shí)性。另外，在所述機(jī)床的所述構(gòu)造體具有使所述機(jī)床的其他移動(dòng)體滑動(dòng)的滑動(dòng)面的情況下，所述一部分節(jié)點(diǎn)也可以是所述機(jī)床的所述構(gòu)造體中位于使所述機(jī)床的移動(dòng)體滑動(dòng)的所述滑動(dòng)面的節(jié)點(diǎn)。在構(gòu)造體具有使移動(dòng)體滑動(dòng)的滑動(dòng)面的情況下，構(gòu)造體的滑動(dòng)面的熱變位會(huì)對(duì)在構(gòu)造體的滑動(dòng)面上滑動(dòng)的移動(dòng)體的位置造成影響。即，構(gòu)造體的滑動(dòng)面的熱變位會(huì)影響加工點(diǎn)。因此，通過將利用基于有限元分法的構(gòu)造解析來求出熱變位量的一部分節(jié)點(diǎn)設(shè)為位于該滑動(dòng)面的節(jié)點(diǎn)，能夠可靠地推定待校正的熱變位量。另外，所述一部分節(jié)點(diǎn)也可以作為用于使所述機(jī)床的移動(dòng)體相對(duì)于所述機(jī)床的所述構(gòu)造體移動(dòng)的滾珠絲杠的支承基準(zhǔn)位置。通常，滾珠絲杠會(huì)由于熱而伸長(zhǎng)，因此將構(gòu)造體中對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行支承的多個(gè)位置中的一處作為支承基準(zhǔn)位置。即，即使在滾珠絲杠伸長(zhǎng)的情況下，構(gòu)造體的滾珠絲杠的支承基準(zhǔn)位置也不會(huì)發(fā)生移動(dòng)。但是，在構(gòu)造體自身發(fā)生了熱變位的情況下，滾珠絲杠的支承基準(zhǔn)位置其本身會(huì)發(fā)生變位。因此，在構(gòu)造體具有滾珠絲杠的支承基準(zhǔn)位置的情況下，滾珠絲杠的支承基準(zhǔn)位置處的熱變位量會(huì)影響移動(dòng)體的位置。即，構(gòu)造體的滾珠絲杠的支承基準(zhǔn)位置處的熱變位會(huì)影響加工點(diǎn)。因此，通過將利用基于有限元分法的構(gòu)造解析來求出熱變位量的一部分節(jié)點(diǎn)作為滾珠絲杠的支承基準(zhǔn)位置，能夠可靠地推定待校正的熱變位量。另外，也可以是所述構(gòu)造體被支承成能夠相對(duì)于支承體移動(dòng)，所述熱變位校正裝置具備存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)與所述構(gòu)造體的多個(gè)基準(zhǔn)位置處的支承剛性對(duì)應(yīng)的多個(gè)系數(shù)矩陣，所述有限元分法解析單元基于所述多個(gè)系數(shù)矩陣和所述各塊的溫度，來進(jìn)行基于有限元分法的構(gòu)造解析，并推定所述機(jī)床的構(gòu)造體的熱變位量。在此，可移動(dòng)的構(gòu)造體有時(shí)會(huì)由于其位置的不同而支承剛性不同。而且，利用與多個(gè)基準(zhǔn)位置處的支承剛性對(duì)應(yīng)的多個(gè)系數(shù)矩陣，來推定構(gòu)造體的熱變位量，從而能夠高精度地算出針對(duì)當(dāng)前位置處的移動(dòng)體的指令位置的校正值。另外，也可以是所述有限元分法解析單元基于所述多個(gè)系數(shù)矩陣和所述各塊的溫度，來分別推定所述構(gòu)造體的各所述基準(zhǔn)位置處的所述構(gòu)造體的熱變位量，所述校正值運(yùn)算單元基于各個(gè)所述基準(zhǔn)位置處的所述構(gòu)造體的熱變位量和所述構(gòu)造體的當(dāng)前位置，通過內(nèi)插法來算出針對(duì)所述構(gòu)造體的當(dāng)前位置處的所述移動(dòng)體的指令位置的校正值。在當(dāng)前位置與基準(zhǔn)位置一致的情況下，利用該基準(zhǔn)位置處的系數(shù)矩陣來推定構(gòu)造體的熱變位量，利用該熱變位量來算出針對(duì)移動(dòng)體的指令位置的校正值。此時(shí)算出的校正值相當(dāng)于當(dāng)前位置的校正值。另一方面，在當(dāng)前位置與基準(zhǔn)位置不一致的情況下，能夠基于根據(jù)多個(gè)基準(zhǔn)位置而算出的構(gòu)造體的熱變位量，通過內(nèi)插法來算出校正值。這樣，通過利用內(nèi)插法來算出，能夠高精度地算出當(dāng)前位置的校正值。
另外，也可以是在所述機(jī)床的所述構(gòu)造體具有使所述機(jī)床的其他移動(dòng)體滑動(dòng)的滑動(dòng)面的情況下，所述塊是所述機(jī)床的所述構(gòu)造體被分割成所述滑動(dòng)面?zhèn)群头椿瑒?dòng)面?zhèn)榷纬傻?。在?gòu)造體具有使移動(dòng)體滑動(dòng)的滑動(dòng)面的情況下，會(huì)由于滑動(dòng)面?zhèn)扰c反滑動(dòng)面?zhèn)鹊臒崛萘康牟町?、發(fā)熱的影響等，而在滑動(dòng)面?zhèn)扰c反滑動(dòng)面?zhèn)戎g產(chǎn)生溫度梯度。因此，在將構(gòu)造體分割成多個(gè)塊時(shí)，通過分割成滑動(dòng)面?zhèn)群头椿瑒?dòng)面?zhèn)?，即使將塊內(nèi)的溫度定義成固定值，也能夠形成接近實(shí)際溫度部分的狀態(tài)。其結(jié)果，能夠高精度地推定熱變位量。另外，所述機(jī)床的熱變位校正裝置也可以還具備塊變更單元，所述塊變更單元基于由所述溫度傳感器檢測(cè)出的溫度信息來變更所述塊的分割方式。通過具備塊變更單元，能夠根據(jù)機(jī)床的構(gòu)造體的狀態(tài)來適當(dāng)?shù)刈兏鼔K的分割方式。例如，按照同一塊的溫度幅度進(jìn)入設(shè)定幅度的方式來形成各個(gè)塊。由此，即使將同一塊的溫度定義成相同值，也能夠形成接近機(jī)床的構(gòu)造體的實(shí)際溫度的狀態(tài)。其結(jié)果，能夠高精度地推定熱變位量。(機(jī)床的熱變位校正方法)另外，本技術(shù)方案所涉及的機(jī)床的熱變位校正方法具備:塊溫度取得步驟，在將機(jī)床的構(gòu)造體分割成多個(gè)后的各塊的溫度定義為固定值時(shí)，基于由溫度傳感器檢測(cè)出的溫度信息來取得所述各塊的溫度，其中，所述溫度傳感器被配置在所述機(jī)床的構(gòu)造體的規(guī)定部位；有限元分法解析步驟，基于在所述塊溫度取得步驟中取得的所述各塊的溫度來進(jìn)行基于有限元分法的構(gòu)造解析，并推定所述機(jī)床的構(gòu)造體的熱變位量；校正值運(yùn)算步驟，基于在所述有限元分法解析步驟中推定出的所述機(jī)床的構(gòu)造體的熱變位量，來求出對(duì)由NC程序發(fā)出的所述機(jī)床的移動(dòng)體的指令位置的校正值；以及校正步驟，利用在所述校正值運(yùn)算步驟中得到的所述校正值來校正所述指令位置。根據(jù)本技術(shù)方案所涉及的機(jī)床的熱變位校正方法，能夠發(fā)揮與上述機(jī)床的熱變位校正裝置的效果相同的效果。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的機(jī)床的整體構(gòu)成的立體圖。圖2是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的熱變位校正裝置的圖。圖3是表示對(duì)立柱進(jìn)行基于有限元分法的構(gòu)造解析時(shí)的四面體一次要素(細(xì)線)以及塊(粗線)的立體圖。圖4是表示熱變位校正裝置的動(dòng)作的流程圖。圖5是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的熱變位校正裝置的圖。圖6A是表示X軸位置為Xa時(shí)的立柱的位置的圖。圖6B是表示X軸位置為Xb時(shí)的立柱的位置的圖。圖6C是表示X軸位置為Xe時(shí)的立柱的位置的圖。圖7是表示第二實(shí)施方式的FEM解析部的執(zhí)行處理的流程圖。圖8是表示第二實(shí)施方式的校正值的運(yùn)算處理的流程圖。圖9是表示立柱的X軸位置與Z軸校正值之間的關(guān)系的圖。圖10是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式所涉及的立柱的支承基準(zhǔn)位置的圖。
圖11是表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式的熱變位校正裝置的圖。
具體實(shí)施例方式<第一實(shí)施方式>(1.機(jī)床的機(jī)械構(gòu)成)作為機(jī)床I的一例，舉出了橫向式加工中心為例，參照?qǐng)D1以及圖2來進(jìn)行說明。即，該機(jī)床是具有相互正交的3個(gè)直進(jìn)軸(X，Y，Z軸)以及豎直方向的旋轉(zhuǎn)軸(B軸)作為驅(qū)動(dòng)軸的機(jī)床。如圖1以及圖2所示，機(jī)床I由床身10、立柱20、床鞍30、旋轉(zhuǎn)主軸40、載臺(tái)50、旋轉(zhuǎn)載臺(tái)60、溫度傳感器70、控制裝置80以及熱變位校正裝置90構(gòu)成。床身10大致矩形狀地形成，其配置在地板上。但是，床身10的形狀不限于矩形狀。在該床身10的上面，立柱20能夠滑動(dòng)的一對(duì)X軸導(dǎo)軌IlaUlb沿著X軸方向(水平方向)延伸，并且相互平行地形成。并且，對(duì)于床身10，在一對(duì)X軸導(dǎo)軌IlaUlb之間配置有用于沿X軸方向驅(qū)動(dòng)立柱20的圖示省略的X軸滾珠絲杠，并配置有驅(qū)動(dòng)該X軸滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)的X軸電動(dòng)機(jī)11c。并且，在床身10的上面，載臺(tái)50能夠滑動(dòng)的一對(duì)Z軸導(dǎo)軌12a、12b沿著與X軸方向正交的Z軸方向(水平方向)延伸，并且相互地平行形成。并且，對(duì)于床身10，在一對(duì)Z軸導(dǎo)軌12a、12b之間配置有用于沿著Z軸方向驅(qū)動(dòng)載臺(tái)50的圖示省略的Z軸滾珠絲杠，并配置有驅(qū)動(dòng)該Z軸滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)的Z軸電動(dòng)機(jī)12c。在立柱20的底面(X軸滑動(dòng)面)，一對(duì)X軸引導(dǎo)槽2la、2Ib沿著X軸方向延伸，并且相互平行地形成。為了能夠相對(duì)于床身10沿X軸方向移動(dòng),立柱20在一對(duì)X軸導(dǎo)軌11a、Ilb上經(jīng)由滾珠引導(dǎo)件22a、22b嵌入一對(duì)X軸引導(dǎo)槽21a、21b。并且，在立柱20的與Y軸平行的側(cè)面(Y軸滑動(dòng)面)20a，床鞍30能夠滑動(dòng)的一對(duì)Y軸導(dǎo)軌23a、23b沿著Y軸方向(豎直方向)延伸并且相互平行地形成。并且，對(duì)于立柱20在一對(duì)Y軸導(dǎo)軌23a、23b之間配置有用于沿著Y軸方向驅(qū)動(dòng)床鞍30的圖示省略的Y軸滾珠絲杠，并配置有驅(qū)動(dòng)該Y軸滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)的Y軸電動(dòng)機(jī)23c。在立柱20的與Y軸滑動(dòng)面20a對(duì)置的床鞍30的側(cè)面30a，一對(duì)Y軸引導(dǎo)槽31a、31b沿著Y軸方向延伸并且相互平行地形成。為了相對(duì)于立柱20能夠沿著Y軸方向移動(dòng)，床鞍30在一對(duì)Y軸導(dǎo)軌23a、23b中嵌入一對(duì)Y軸引導(dǎo)槽3la、3lb。旋轉(zhuǎn)主軸40被設(shè)置成能夠利用在床鞍30內(nèi)收納的主軸電動(dòng)機(jī)41而旋轉(zhuǎn)，對(duì)工具42進(jìn)行支承。工具42被固定在旋轉(zhuǎn)主軸40的頂端，伴隨著旋轉(zhuǎn)主軸40的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。另夕卜，工具42伴隨著立柱20以及床鞍30的移動(dòng)而相對(duì)于床身10沿著X軸方向以及Y軸方向移動(dòng)。此外，作為工具42，是例如滾珠立銑刀、立銑刀、轉(zhuǎn)頭、錘子等。載臺(tái)50按照能夠相對(duì)于床身10沿著Z軸方向移動(dòng)的方式，設(shè)置在一對(duì)Z軸導(dǎo)軌12a、12b上。在載臺(tái)50的上面，旋轉(zhuǎn)載臺(tái)60被支承成能夠繞豎直方向的B軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)載臺(tái)60被設(shè)置成能夠根據(jù)在床身10內(nèi)收納的B軸電動(dòng)機(jī)61而旋轉(zhuǎn)，利用夾具、磁吸附等來固定工件W。溫度傳感器70被安裝在機(jī)床I的各構(gòu)造體，即床身10、立柱20、床鞍30、旋轉(zhuǎn)主軸40、載臺(tái)50以及旋轉(zhuǎn)載臺(tái)60的任意部位。作為該溫度傳感器70，例如利用熱電對(duì)、熱敏電阻。由該溫度傳感器70檢測(cè)出的溫度信息用于機(jī)床I的各構(gòu)造體的構(gòu)造解析?？刂蒲b置80通過控制主軸電動(dòng)機(jī)41，使工具42旋轉(zhuǎn)，對(duì)X軸電動(dòng)機(jī)11c、Z軸電動(dòng)機(jī)12c、Y軸電動(dòng)機(jī)23c以及B軸電動(dòng)機(jī)61進(jìn)行控制，來使工件W和工具42繞X軸方向、Z軸方向、Y軸方向以及B軸相對(duì)移動(dòng)，從而進(jìn)行工件W的加工。另外，控制裝置80為了消除伴隨著床身10、立柱20等構(gòu)造體的熱變位而產(chǎn)生的工件W與工具42之間的相對(duì)位置的錯(cuò)位，而具備進(jìn)行熱變位校正的熱變位校正裝置90。但是，熱變位校正裝置90不限于安裝在控制裝置80的內(nèi)部，也可以作為外部裝置而應(yīng)用。(2.熱變位校正的概要說明)下面，說明熱變位校正裝置90對(duì)熱變位的校正的概要。在本實(shí)施方式中，參照?qǐng)D3說明進(jìn)行伴隨作為機(jī)床I的構(gòu)造體之一的立柱20的熱變位的熱變位校正的情況。此外，除了立柱20之外，也可以同樣地應(yīng)用床身10等其他構(gòu)造體。在圖3中使用了細(xì)線L1、粗線L2以及中粗線L3。在此，中粗線L3是立柱20的形狀線。細(xì)線LI表示基于有限元分法的構(gòu)造解析要素的邊界線段，以各細(xì)線LI的頂點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)。SP，在圖3中，該要素是四面體一次要素。另外，在圖3中，粗線L2表示塊100、100、...的分割線。即，各個(gè)塊100的大小被設(shè)定得大于基于有限元分法的構(gòu)造解析的各要素的大小。因此，在I個(gè)塊100中，含有多個(gè)要素，含有多個(gè)節(jié)點(diǎn)。在此，在作為本實(shí)施方式的例示的圖3中，將I個(gè)要素圖示為四面體一次要素，但是不限于此，也可以應(yīng)用四面體二次要素、六面體一次要素、六面體二次要素等。而且，基于由圖3的細(xì)線所示的要素，對(duì)立柱20實(shí)時(shí)地進(jìn)行基于有限元分法的構(gòu)造解析，推定立柱20的一部分節(jié)點(diǎn)處的熱變位量，基于該熱變位量來求出針對(duì)加工指令位置的校正值。利用該校正值來校正加工指令位置。在此，加工指令位置是指由用于進(jìn)行加工、測(cè)量等的NC程序指示的機(jī)床I的移動(dòng)體的位置指令值。例如，加工指令位置以及校正值是旋轉(zhuǎn)主軸40相對(duì)于工件W的頂端位置的指令值，即工具42相對(duì)于工件W的頂端位置的指令值。另外，加工指令位置也可以作為相對(duì)于各軸電動(dòng)機(jī)的指令位置而加以捕獲。該加工指令位置在本實(shí)施方式的機(jī)床I中，以X軸、Y軸、Z軸、B軸坐標(biāo)來加以表示。此外，校正值為了進(jìn)行針對(duì)X軸、Y軸、Z軸的校正，而表示為X軸、Y軸、Z軸坐標(biāo)。在此，作為關(guān)于立柱20基于有限元分法的構(gòu)造解析時(shí)的解析條件，需要各節(jié)點(diǎn)的溫度。但是，在本實(shí)施方式中，將立柱20分割成由圖3的粗線L2所示的多個(gè)塊100、100、...，將同一塊100、100、...內(nèi)所含的多個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度作為固定值來進(jìn)行構(gòu)造解析。并且,不求出全節(jié)點(diǎn)處的熱變位量,而僅求出所需部位,例如立柱20的Y軸滑動(dòng)面20a的熱變位量。由此，能夠大幅降低基于有限元分法的構(gòu)造解析所需要的運(yùn)算，能夠高速運(yùn)算。因此，如圖3所示，各塊100、100、...是按照如下方式分割立柱20而形成的。即，將立柱20分割成在立柱20上使床鞍30沿著Y軸方向滑動(dòng)的Y軸滑動(dòng)面20a側(cè)和Y軸滑動(dòng)面20a的相反側(cè)(背面?zhèn)?(沿著Z軸方向)，并且分割成立柱20的X軸引導(dǎo)槽21a、21b側(cè)(立柱20自身分割成相對(duì)于床身10滑動(dòng)的X軸滑動(dòng)面?zhèn)?和X軸滑動(dòng)面的相反側(cè)(沿著Y軸方向)。在此，將立柱20分割成24個(gè)塊100。(3.熱變位校正裝置的構(gòu)成)下面，參照?qǐng)D2說明熱變位校正裝置90。熱變位校正裝置90具備塊溫度取得部91、FEM解析部92、校正值運(yùn)算部93以及校正部94而構(gòu)成。因此，塊溫度取得部91、FEM解析部92、校正值運(yùn)算部93以及校正部94能夠由各個(gè)單獨(dú)的硬件構(gòu)成，也可以采用由軟件來分別實(shí)現(xiàn)的構(gòu)成。塊溫度取得部91基于由溫度傳感器70檢測(cè)出的溫度信息，取得如圖3所示那樣將立柱20分割成多個(gè)的各塊100、100...的溫度。在此，立柱20的各部位的實(shí)際溫度彼此不同。因此，即使在同一塊100內(nèi)，也存在不同溫度的部位。但是，定義同一塊100內(nèi)的各部位的溫度是固定值，在作為本實(shí)施方式的有限元分法的構(gòu)造解析的解析條件的溫度信息中利用。另外，在立柱20中配置至少一個(gè)、更為優(yōu)選配置多個(gè)溫度傳感器70。而且，塊溫度取得部91基于由溫度傳感器70檢測(cè)出的溫度信息，來取得各塊100的溫度。例如，通過預(yù)先把握立柱20的溫度梯度，能夠基于由溫度傳感器70檢測(cè)出的溫度信息，來算出各塊100的溫度。作為塊100的溫度，例如采用各塊100的中心部的溫度等。此外，在各塊100中配置一個(gè)溫度傳感器70的情況下，各塊100的溫度能夠利用由各個(gè)溫度傳感器70檢測(cè)出的溫度信息。FEM解析部92 (相當(dāng)于本發(fā)明的“有限元分法解析單元”)對(duì)立柱20進(jìn)行基于有限元分法的構(gòu)造解析，來推定立柱20的Y軸滑動(dòng)面20a的熱變位量。作為該構(gòu)造解析的條件，需要材料常數(shù)、各節(jié)點(diǎn)的溫度信息、約束條件、支承部的彈簧要素。在此，構(gòu)造解析的條件中僅各節(jié)點(diǎn)的溫度信息變化，其他的條件是已知的。而且，各節(jié)點(diǎn)的溫度信息利用由塊溫度取得部91取得的各塊100、100、...的溫度。即，同一塊100所含的全部節(jié)點(diǎn)的溫度信息是相同值。該條件下基于有限元分法的構(gòu)造解析能夠由如式(I)那樣的行列運(yùn)算式來表示。該式(I)的運(yùn)算次數(shù) 是Npartl X 2 XNbl。。,次。此外，對(duì)于該構(gòu)造解析的式(I)的導(dǎo)出方法，后述。[數(shù)1]
權(quán)利要求
1.一種機(jī)床的熱變位校正裝置，其特征在于，具備: 溫度傳感器，其被配置在機(jī)床的構(gòu)造體的規(guī)定部位； 塊溫度取得單元，在把各塊的溫度定義為固定值時(shí)，該塊溫度取得單元基于由所述溫度傳感器檢測(cè)出的溫度信息來取得所述各塊的溫度，其中，所述各塊是通過將所述機(jī)床的構(gòu)造體分割成多個(gè)而形成的； 有限元分法解析單元，其基于由所述塊溫度取得單元取得的所述各塊的溫度來進(jìn)行基于有限元分法的構(gòu)造解析，推定所述機(jī)床的構(gòu)造體的熱變位量； 校正值運(yùn)算單元，其基于由所述有限元分法解析單元推定出的所述機(jī)床的構(gòu)造體的熱變位量，來求出對(duì)由NC程序發(fā)出的所述機(jī)床的移動(dòng)體的指令位置的校正值；以及校正單元，其利用由所述校正值運(yùn)算單元得到的所述校正值來校正所述指令位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)床的熱變位校正裝置，其特征在于， 所述有限元分法解析單元進(jìn)行基于所述有限元分法的構(gòu)造解析，并推定所述機(jī)床的構(gòu)造體的一部分節(jié)點(diǎn)處的熱變位量， 所述校正值運(yùn)算單元基于推定出的所述機(jī)床的構(gòu)造體的一部分節(jié)點(diǎn)處的熱變位量來求出所述校正值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)床的熱變位校正裝置，其特征在于， 在所述機(jī)床的所述構(gòu)造體具有使所述機(jī)床的其他移動(dòng)體滑動(dòng)的滑動(dòng)面的情況下，所述一部分節(jié)點(diǎn)是所述機(jī)床的所述構(gòu)造體中位于使所述機(jī)床的移動(dòng)體滑動(dòng)的所述滑動(dòng)面的節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)床的熱變位校正裝置，其特征在于， 所述一部分節(jié)點(diǎn)是用于使所述機(jī)床的移動(dòng)體相對(duì)于所述機(jī)床的所述構(gòu)造體移動(dòng)的滾珠絲杠的支承基準(zhǔn)位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的機(jī)床的熱變位校正裝置，其特征在于， 所述構(gòu)造體被支承成能夠相對(duì)于支承體移動(dòng)， 所述熱變位校正裝置具備存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)與所述構(gòu)造體的多個(gè)基準(zhǔn)位置處的支承剛性對(duì)應(yīng)的多個(gè)系數(shù)矩陣， 所述有限元分法解析單元基于所述多個(gè)系數(shù)矩陣和所述各塊的溫度來進(jìn)行基于有限元分法的構(gòu)造解析，并推定所述機(jī)床的構(gòu)造體的熱變位量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的機(jī)床的熱變位校正裝置，其特征在于， 所述有限元分法解析單元基于所述多個(gè)系數(shù)矩陣和所述各塊的溫度，來分別推定所述構(gòu)造體的各個(gè)所述基準(zhǔn)位置處的所述構(gòu)造體的熱變位量， 所述校正值運(yùn)算單元基于各個(gè)所述基準(zhǔn)位置處的所述構(gòu)造體的熱變位量和所述構(gòu)造體的當(dāng)前位置，通過內(nèi)插法來算出對(duì)所述構(gòu)造體的當(dāng)前位置處的所述移動(dòng)體的指令位置的校正值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的機(jī)床的熱變位校正裝置，其特征在于， 在所述機(jī)床的所述構(gòu)造體具有使所述機(jī)床的其他移動(dòng)體滑動(dòng)的滑動(dòng)面的情況下， 所述塊是所述機(jī)床的所述構(gòu)造體被分割成所述滑動(dòng)面?zhèn)群头椿瑒?dòng)面?zhèn)榷纬傻摹?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的機(jī)床的熱變位校正裝置，其特征在于， 所述機(jī)床的熱變位校正裝置還具備塊變更單元，所述塊變更單元基于由所述溫度傳感器檢測(cè)出的溫度信息，來變更所述塊的分割方式。
9.一種機(jī)床的熱變位校正方法,其特征在于,具備: 塊溫度取得步驟，在將機(jī)床的構(gòu)造體分割成多個(gè)后的各塊的溫度定義為固定值時(shí)，基于由溫度傳感器檢測(cè)出的溫度信息來取得所述各塊的溫度，其中，所述溫度傳感器被配置在所述機(jī)床的構(gòu)造體的規(guī)定部位； 有限元分法解析步驟，基于在所述塊溫度取得步驟中取得的所述各塊的溫度來進(jìn)行基于有限元分法的構(gòu)造解析，推定所述機(jī)床的構(gòu)造體的熱變位量； 校正值運(yùn)算步驟，基于在所述有限元分法解析步驟中推定出的所述機(jī)床的構(gòu)造體的熱變位量，來求出對(duì)由NC程序發(fā)出的所述機(jī)床的移動(dòng)體的指令位置處的校正值；以及校正步驟，利用在 所述校正值運(yùn)算步驟中得到的所述校正值來校正所述指令位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠高速地進(jìn)行基于有限元分法的構(gòu)造解析，從而能夠高精度并實(shí)時(shí)地進(jìn)行熱變位校正的機(jī)床的熱變位校正裝置以及熱變位校正方法。塊溫度取得部(91)取得將立柱分割成多個(gè)后的各塊的溫度。在由塊溫度取得部(91)取得的各塊的溫度中，定義同一塊內(nèi)的各部位的溫度是固定值，F(xiàn)EM解析部(92)基于該固定值來進(jìn)行基于有限元分法的構(gòu)造解析，推定立柱的熱變位量。校正值運(yùn)算部(93)基于由FEM解析部(92)推定出的立柱的熱變位量，來求出針對(duì)加工指令位置的校正值。校正部利用由校正值運(yùn)算部(93)得到的校正值來校正加工指令位置。
文檔編號(hào)B23Q15/18GK103140324SQ201280003066
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者佐佐木雄二, 巖井英樹, 櫻井康匡, 大西主洋, 若園賀生, 山本吉二 申請(qǐng)人:株式會(huì)社捷太格特