專利名稱：機床熱位移的修正方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機床的熱位移的修正方法及其裝置。
在機床的機體各部分有許多熱源，例如主軸的軸承里的滾動摩擦熱或者從切削部分產(chǎn)生的熱量等。這些熱量傳遞到機體各部分，使機體變形，而這種變形又會大大影響加工精度。
因此，曾提出種種方案，這些方案是關(guān)于預測由各種原因引起的機體的熱位移，并把熱位移形成的誤差部分反饋給伺服系統(tǒng)地進行修正的修正方法及其裝置的。
在有這種修正機能的機床中，如何正確地估計隨機械運動發(fā)生的熱位移是重要的，為此作了種種嘗試。例如，有根據(jù)主軸的轉(zhuǎn)數(shù)等運轉(zhuǎn)條件來預測熱位移的，或者在機體里組裝進位移傳感器后直接檢測熱位移的等等。
本申請人在日本專利公報特公平6-22779號和特開平3-79256號里提出過根據(jù)機體的溫度算出熱位移的方式的機床的熱位移修正方法。這個方法中的熱位移的算出基本上是根據(jù)下式(1)的原理。
ΔL＝L×線膨脹系數(shù)×溫度變化……(1)其中ΔL＝機體結(jié)構(gòu)部分的熱位移L＝機體構(gòu)成部分的長度用上述原有技術(shù)的，修正后的加工精度的極限是20至30[μm]程度。而近幾年來，機床使用者一般要求把修正后的加工精度抑制在10[μm]以下。這是由于必需用高精度加工陶瓷材料等新坯料和更小型化的工件。
又由于上述的計算方法是從機體的結(jié)構(gòu)來估計它的結(jié)構(gòu)部分的長度L，從長度L的中央位置檢測它的溫度變化，因而溫度傳感器的安裝位置有限制。而且，要高精度地估計熱位移就必需把機體分割成細小的結(jié)構(gòu)部分，必需用多個溫度傳感器來分別算出各個部分的溫度變化。此外，還必需做機體結(jié)構(gòu)部分的長度L的測定或機體的各部分材料的線膨脹系數(shù)的確認工作。
這些都成了實際安裝從機體溫度算出熱位移的這種機床的熱位移修正裝置的障礙。
另一方面，在日本專利公報特開昭58-109250號中提出過這種方案，即用熱性能和機床相似的金屬片，把它的溫度看作代表機床的溫度，通過對冷卻用的噴射空氣溫度的控制來修正機床熱位移的熱位移修正裝置。但是在這種情況下，必須通過別的途徑準備熱性能相似的金屬片。
在日本專利公報特開昭60-9634號中提出過使用那種具有已經(jīng)把Y軸熱位移特性考慮在內(nèi)的熱時間常數(shù)的溫度傳感器的熱位移修正裝置的方案。但是沒有詳細說明這種修正裝置中的具有已考慮進熱位移特性的熱時間常數(shù)的溫度傳感器。
在有多個主軸的機床的場合下，由于加在主軸的軸承上的預壓力的偏差、由主軸的安裝位置決定的溫度傳遞等都是不一樣的，還有軸承潤滑的狀態(tài)等因素，都會使各個主軸的伸縮情況不一樣。
為此，把裝在主軸上的多個工件同時粗加工成同樣形狀之后，限定用一個主軸來進行精加工，使這個主軸以外的主軸都停止，由此來抑制主軸的發(fā)熱，同時只注意所用的主軸的熱變形地進行熱位移修正，進行精加工。這時，為了防止停止中的主軸所把持的工具與工件的干擾，還必需預先把停止中的工具卸下。因此使精加工作業(yè)效率極差。
日本專利公報特開平5-84628號提出過一種具有多個主軸的機床的熱位移修正裝置的方案。但由這修正裝置對熱位移的修正有一定限度，難使修正后的加工誤差無限地趨于零。
本發(fā)明是為了解決上述這種問題而作出的，其目的是提供一種能對熱形成的加工誤差進行高精度的修正的機床的熱位移修正方法及其裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種不要進行機床的機體結(jié)構(gòu)部分的長度測定和機體結(jié)構(gòu)材料的線膨脹系數(shù)的確認工作，而且能使從實際機體抽取熱位移特性的實測工作簡化。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種使溫度傳感器的安裝位置的制約大幅度地緩和，同時用少數(shù)的溫度傳感器就能高精度估計熱位移的自由度高的機床熱位移修正方法及其裝置。
此外，本發(fā)明的再一個目的是提供一種即使在多個主軸的機床情況下，也能同時高精度地加工多個工件，同時能使作業(yè)效率大幅度提高。
為了達到上述的目的，本發(fā)明在使機床以任意主軸轉(zhuǎn)數(shù)運轉(zhuǎn)時，檢測規(guī)定軸向的由延伸引起的熱位移或者由主軸傾斜引起的熱位移，同時由溫度傳感器檢測機體適當位置的溫度變化。
若這個溫度變化和熱位移的時間序列性都相同時，則溫度變化和熱位移就成為單純的線性函數(shù)關(guān)系，因而就能容易地從溫度變化來預計熱位移。這是本發(fā)明的前提。
但是，從機體的適當位置檢測的溫度變化所有的「時間常數(shù)」未必和規(guī)定軸向的熱位移所有的「時間常數(shù)」相同。為此，尋求對這溫度變化數(shù)據(jù)進行適當加工并使它與熱位移所具有的時間常數(shù)一致的處理方法。
本發(fā)明的熱位移修正方法是檢測受熱源影響的機體的溫度變化，用檢測的這個溫度變化，運算變換成具有與機床的熱位移的時間常數(shù)大致相同的時間常數(shù)的溫度變化，根據(jù)這個計算出的溫度變化和熱位移的關(guān)系所確定的函數(shù)而得出的熱位移來修正加工誤差。
所謂「機床的熱位移」是指由理想的工具引起的加工點上的熱位移，但實際上是例如在主軸前端部或者在主軸前端部暫時所裝的試驗棒的適當位置上的熱位移。
而且，實現(xiàn)上述修正方法用的熱位移修正裝置具有檢測受熱源影響的機體的溫度變化的溫度檢測手段；用這個溫度檢測手段檢測的溫度變化運算具有與機床的熱位移的時間常數(shù)大致相同時間常數(shù)的溫度變化的溫度運算手段；用這溫度運算手段算出的溫度變化和上述的熱位移的關(guān)系所確定的函數(shù)運算熱位移的熱位移運算手段；根據(jù)這熱位移運算手段算出的熱位移修正加工誤差的修正手段。
把「混合法」和「假設(shè)法」用作使檢測到的上述溫度變化的數(shù)據(jù)與熱位移所具有的時間常數(shù)一致的數(shù)據(jù)的處理方法。
用混合法是先檢測機床在以任意主軸轉(zhuǎn)數(shù)運轉(zhuǎn)時的熱位移。與此同時，檢測兩個位置上的溫度變化，一個是具有比上述熱位移的時間常數(shù)小的溫度變化的時間常數(shù)的位置，另一個是具有比上述熱位移的時間常數(shù)大的溫度變化的時間常數(shù)的位置。然后把這至少為兩個時間常數(shù)相互不同的溫度變化加以合成，創(chuàng)制具有與熱位移時間常數(shù)相同的時間常數(shù)的合成溫度變化在用混合法創(chuàng)制上述合成溫度變化時，一旦創(chuàng)制多個合成溫度變化，則可以把這多個合成溫度變化進一步合成，創(chuàng)制具有與熱位移的時間常數(shù)大致相同時間常數(shù)的合成溫度變化。
在用混合法創(chuàng)制上述合成溫度變化時，其溫度數(shù)據(jù)都是直接使用時時刻刻從溫度傳感器得到的數(shù)據(jù)，因此合成溫度變化的精度的可靠性高，但只能合成位于多個溫度變化的時間常數(shù)之間的熱位移的時間常數(shù)。
與此相對的，假設(shè)法則是檢測機床以任意主軸轉(zhuǎn)數(shù)運轉(zhuǎn)時的熱位移的同時，在具有比這熱位移時間常數(shù)小的溫度變化的時間常數(shù)的位置上檢測溫度變化。然后，設(shè)定一個假設(shè)的熱容量并估計比這檢測溫度變化更滯后顯示的滯后溫度變化的舉動，估計檢測溫度變化的滯后，由反復運算使具有與滯后顯示的熱位移時間常數(shù)大致相同時間常數(shù)的滯后溫度變化創(chuàng)制的方法。
在用假設(shè)法創(chuàng)制上述的滯后溫度變化時，一旦創(chuàng)制另一個滯后溫度變化，可以在這滯后溫度變化上再估計一個滯后，創(chuàng)制具有與熱位移時間常數(shù)大致相同時間常數(shù)的滯后溫度變化。
這樣，假設(shè)法是通過在溫度變化上估計一個滯后地反復運算而算出滯后溫度變化。因此運算式較簡單，但形成較粗糙的近似計算，因而精度的可靠性稍差。
具有與機床的熱位移時間常數(shù)相同的時間常數(shù)的創(chuàng)制溫度變化與熱位移的線性函數(shù)關(guān)系由于熱位移的滯后響應成分而緩慢地受到破壞，熱位移的滯后響應成分是由隨主軸回轉(zhuǎn)的主軸箱的發(fā)熱傳到立柱等的影響、或者室溫等其他熱源影響而確定的。
因此，為了長時間地維持創(chuàng)制溫度變化和熱位移之間的線性函數(shù)關(guān)系，在用混合法或者假設(shè)法創(chuàng)制的溫度變化而估算的熱位移上加上漸漸顯示的熱位移的滯后響應成分進行估算。
例如，用至少從兩個位置上檢測受熱源影響的相互時間常數(shù)不同溫度變化的溫度數(shù)據(jù)，用混合法創(chuàng)制合成溫度變化，同時用與這混合溫度變化的線性函數(shù)關(guān)系運算熱位移。然后，用前面的溫度數(shù)據(jù)中的一個或者從別的位置的溫度變化比較緩慢的位置檢測的溫度數(shù)據(jù)，運算由在充分估計溫度變化的滯后的基礎(chǔ)上創(chuàng)制的滯后溫度變化的線性關(guān)系得到位移的滯后響應成分。
最好用混合法和假設(shè)法組合的方法創(chuàng)制的溫度變化所確定的熱位移的估計，精度的可靠性高。
用熱源附近的溫度急驟而且大幅度變化的位置上檢測的溫度數(shù)據(jù)，用假設(shè)法創(chuàng)制第1滯后溫度變化，同時運算與這滯后溫度變化的線性關(guān)系得到熱位移。
然后，用前面的溫度數(shù)據(jù)或者從另外方法檢測的溫度變化比較緩和的位置上檢測的溫度數(shù)據(jù)，運算與充分估計溫度變化滯后的基礎(chǔ)上創(chuàng)制的第2滯后溫度變化的線性關(guān)系得到位移的滯后響應成分。
用假設(shè)法和假設(shè)法組合的方法創(chuàng)制的溫度變化所確定的熱位移的估計與用混合法和假設(shè)法組合的方法創(chuàng)制的溫度變化所確定的估計相比，精度的可靠性稍差些。
把混合法和假設(shè)法組合，或者把假設(shè)法與混合法組合的方法是把主軸箱作為熱源的加工中心(以下記成MC)或者把熱源裝在主軸箱內(nèi)的數(shù)控車床(以下記成NC)作為例子詳細說明的。
首先，混合法和假設(shè)法的組合方法是在以任意主軸轉(zhuǎn)數(shù)運轉(zhuǎn)MC等時檢測熱位移，與此同時，分別在具有比這熱位移時間常數(shù)小的溫度變化時間常數(shù)的主軸鼻位置以及比這熱位移時間常數(shù)大的溫度變化時間常數(shù)的頭部位置上檢測機體的溫度變化。然后用混合法創(chuàng)制具有與上述熱位移時間常數(shù)相同的時間常數(shù)的合成溫度變化，計算與這合成溫度變化相對應地變化的熱位移。
而假設(shè)法和假設(shè)法的組合方法是在MC以任意的主軸轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時檢測熱位移，與此同時，在具有比這熱位移時間常數(shù)小的溫度變化時間常數(shù)的主軸鼻位置上檢測機體的溫度變化。然后，用假設(shè)法創(chuàng)制具有與上述熱位移時間常數(shù)相同時間常數(shù)的滯后溫度變化，計算與這滯后溫度變化相對應地變化的熱位移。
混合法和假設(shè)法的組合或者假設(shè)法與假設(shè)法的組合中的任何一種場合下可再附加下一個假設(shè)法。
即，在MC等的上述主軸箱位置檢測的溫度變化上估計一個滯后，用實際的熱位移和合成溫度變化或滯后溫度變化與前面計算的熱位移反復運算地創(chuàng)制與緩慢形成的位移滯后響應成分大致相同的時效特性的滯后溫度變化。計算與這滯后溫度變化相對應地變化的滯后響應成分。
把檢測的溫度變化數(shù)據(jù)加工成與熱位移所具有的時間常數(shù)大約一致的數(shù)據(jù)加工法還有「線性化」法，本發(fā)明也使用這方法。
線性化法是檢測機床在以任意的主軸轉(zhuǎn)數(shù)運轉(zhuǎn)時的熱位移。與此同時，檢測受熱源發(fā)熱影響而溫度變化的機體適當位置上的溫度變化。用這檢測溫度變化計算上述熱源的溫度變化。然后用這熱源的溫度變化計算具有與熱位移時間常數(shù)大致相同時間常數(shù)的創(chuàng)制溫度變化。
在用線性化法計算上述創(chuàng)制溫度變化時，一旦用熱源的溫度變化計算成另一個創(chuàng)制溫度變化，也可以再用這個創(chuàng)制溫度變化，計算具有與熱位移時間常數(shù)相同時間常數(shù)的創(chuàng)制溫度變化。
用線性化法不一定需要檢測具有比熱位移時間常數(shù)小的溫度變化時間常數(shù)的位置上的溫度變化。因此，配置溫度傳感器的位置的自由度高，相反計算創(chuàng)制溫度變化的程序則稍許復雜。
另外，把線性化法與假設(shè)法組合的方法是檢測機床以任意主軸轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時的熱位移。與此同時，檢測受發(fā)熱源影響而溫度變化的機體適當位置上的溫度變化。然后用線性化法計算具有與上述熱位移時間常數(shù)大致相同的時間常數(shù)的創(chuàng)制溫度變化，再計算與這創(chuàng)制溫度變化相對應地變化的熱位移。
接著，在上述檢測的溫度變化或者在別的位置上檢測的比較緩和地溫度變化的位置上檢測的溫度數(shù)據(jù)上估計一個滯后，反復計算而創(chuàng)制實際的熱位移與用創(chuàng)制溫度變化在前面計算的熱位移漸漸偏離具有與位移滯后響應成分大致相同時效特性的滯后溫度變化。計算與這滯后溫度變化相對應地變化的滯后響應成分。
上述混合法的條件在于檢測溫度變化的時間常數(shù)中的一個比熱位移時間常數(shù)小，即使是假設(shè)法，檢測溫度變化的時間常數(shù)也必須比熱位移的時間常數(shù)小。因此用這些方法創(chuàng)制的溫度變化來估計熱位移時，檢測溫度變化的位置受限制。
與此相對，線性化法在檢測溫度變化的時間常數(shù)的大小方面沒有條件，而且對一個熱源檢測溫度一個就可以。因此，與溫度變化相比熱位移更敏感地顯示的主軸箱的MC和NC車床，或者有多個影響精加工的熱源的機床的創(chuàng)制溫度的運算是有利的例如，NC車床具有把持工件或工具的主軸；通過支承這主軸的在加工位置側(cè)的前軸承及與加工側(cè)相反位置上的后軸承、能自由回轉(zhuǎn)地支承這主軸的主軸箱；配設(shè)在上述前、后軸承之間、裝在主軸箱里的使上述主軸回轉(zhuǎn)驅(qū)動的內(nèi)裝馬達。
而且，NC車床是由上述后軸承把上述主軸相對于中心軸向定位的，上述前軸承保持著因熱位移而伸縮的主軸沿中心軸方向可以滑動，在主軸箱上安裝3個分別檢測構(gòu)成熱源的上述前、后軸承和上述內(nèi)裝馬達附近的溫度變化的溫度傳感器。
在把線性化法用在有多個這樣熱源的機床時，用各個溫度傳感器檢測的溫度變化，計算各個熱源的溫度變化。然后用這溫度變化，計算具有與多熱源的影響引起的熱位移的時間常數(shù)相同時間常數(shù)的各個創(chuàng)制溫度變化。使這樣計算的各個創(chuàng)制溫度變化與各熱源影響引起的熱位移成線性相關(guān)。
隨著機床的主軸回轉(zhuǎn)，主軸軸承和驅(qū)動主軸的馬達等熱源都發(fā)出熱量，這熱量傳遞到機體的結(jié)構(gòu)部分，結(jié)果引起溫度變化。通常機床的結(jié)構(gòu)材料主要用鑄鐵或者鋼材。
因此，當有溫度變化時，在各部分就產(chǎn)生與這些結(jié)構(gòu)材料所具有的線膨脹系數(shù)成比例的熱位移。各部分的熱位移相加在一起就使機床的加工精度降低。
而且，隨著機床主軸回轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的溫度變化，在熱源附近迅速顯示，而頭部(主軸箱)、頭部安裝部分和立柱等離熱源遠的就較滯后顯示，各個溫度變化的時效特性不同。因此機體的任意位置上的溫度變化和熱位移通常不直接相關(guān)連。
但是，在機床以任意主軸轉(zhuǎn)數(shù)運轉(zhuǎn)時的熱位移的時間序列數(shù)據(jù)，以及在受熱源影響的機體的適當位置上檢測的溫度變化的時間序列數(shù)據(jù)上套入近似單一的一次滯后因素的階躍輸入響應函數(shù)時，就能分別抽取變化到飽和為至的時間常數(shù)。這個熱位移的時間常數(shù)和溫度變化時間常數(shù)的平衡成為主軸轉(zhuǎn)數(shù)較大范圍里都是共同的代表機床熱特性的參數(shù)。
由于對溫度變化的數(shù)據(jù)進行適當?shù)募庸ぃ脤哂信c熱位移的時間常數(shù)大略一致的時間常數(shù)的創(chuàng)制溫度變化進行計算的方法，能使這創(chuàng)制溫度變化與熱位移的線性函數(shù)關(guān)系成立，因而能從溫度變化間接地相當正確地估計熱位移。
把熱位移現(xiàn)象作為是單一的一次滯后因素的溫度變化所起的作用而作近似假定時，會產(chǎn)生與實際的機體結(jié)構(gòu)復雜程度不同而形成的熱位移估計誤差。為此，把這誤差成分再作為是不同的單一的一次滯后因素的溫度變化所起的作用而作近似假定，由此反復進行相同作業(yè)就可以了。
因此，可從機體的適當位置檢測的溫度變化數(shù)據(jù)，相當高精度地估計熱位移。
具體地說，為了抽出這機床的熱特性，先用預備試驗，用電氣測微儀等檢測以任意主軸轉(zhuǎn)數(shù)運轉(zhuǎn)時的熱位移。與此同時，用熱敏電阻溫度傳感器檢測受熱源影響而溫度變化的機體適當位置的溫度變化。
接著，把一次滯后因素的階躍輸入響應函數(shù)套用到這個變化直到飽和為至的各個時間序列數(shù)據(jù)上抽出各時間常數(shù)。用這溫度變化數(shù)據(jù)，適當選擇用來換算出具有與熱位移時間常數(shù)相同的時間常數(shù)的溫度變化的混合法、假設(shè)法、線性化法或者把它們組合的方法中的一種，計算各個方法中確定的溫度變換式的系數(shù)。
把前面的溫度變化的時間序列數(shù)據(jù)代入到所選擇的方法中的溫度變換式里，就成為具有與熱位移相同時間常數(shù)的創(chuàng)制溫度變化。使這創(chuàng)制溫度變化與前面的熱位移數(shù)據(jù)的線性函數(shù)關(guān)系成立，它的斜率就構(gòu)成從創(chuàng)制溫度變化算出熱位移的比例系數(shù)。
機械運轉(zhuǎn)時進行熱位移修正，是用前面選擇的方法中的溫度變換式，把從前面檢測溫度變化的位置時時刻刻檢測的溫度變化的數(shù)據(jù)，隨時變換成創(chuàng)制溫度變化。接著，在這創(chuàng)制溫度變化上，乘以前面算出的比例系數(shù)，就求出要修正的熱位移。


圖1是表示本發(fā)明的第1實施例的方框圖。
圖2是表示本發(fā)明的第2實施例的方框圖。
圖3是表示第1實施例的動作的流程圖。
圖4是表示第2實施例的動作的流程圖。
圖5是表示Z軸熱位移時效變化的曲線圖。
圖6是表示分別在主軸鼻位置和頭部位置檢測的溫度變化和合成溫度變化的曲線圖。
圖7是表示主軸鼻的溫度變化和Z軸熱位移的關(guān)系的曲線圖。
圖8是表示頭部的溫度變化和Z軸熱位移的關(guān)系的曲線圖。
圖9是表示合成溫度變化和Z軸熱位移的關(guān)系的曲線圖。
圖10是說明滯后的溫度變化的運算方法的曲線圖。
圖11是表示從溫度變化運算滯后響應成分的方法的曲線圖。
圖12是表示運算的Z軸熱位移和實測的Z軸熱位移的關(guān)系的曲線圖。
圖13是表示滯后溫度變化和Z軸熱位移的關(guān)系的曲線圖。
圖14是表示Z軸熱位移的實測數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖15是表示Z軸熱位移的另一條實測數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖16是表示Y軸熱位移的實測數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖17是表示Y軸熱位移的另一條實測數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖18是表示本發(fā)明第3實施例的方框圖。
圖19是表示第3實施例的動作的流程圖。
圖20是表示取樣溫度變化和Z軸熱位移的曲線圖。
圖21是表示取樣溫度變化和Z軸的熱位移的關(guān)系的曲線圖。
圖22是表示取樣溫度變化和溫度變化＂A，B＂的曲線圖。
圖23是表示取樣溫度變化，溫度變化＂A，B＂和創(chuàng)制溫度變化的曲線圖。
圖24是表示創(chuàng)制溫度變化和Z軸的熱位移的關(guān)系的曲線圖。
圖25是表示Z軸熱位移含有滯后響應成分時、創(chuàng)制溫度變化和Z軸熱位移的關(guān)系的曲線圖。
圖26是表示取樣溫度變化，滯后溫度變化和創(chuàng)制的滯后溫度變化的曲線圖。
圖27是表示滯后溫度變化和滯后響應成分的關(guān)系的曲線圖。
圖28是表示從創(chuàng)制溫度變化和滯后溫度變化估計的熱位移和Z軸熱位移的關(guān)系的曲線圖。
圖29是表示本發(fā)明的第4實施例的方框圖。
圖30是NC車床的主軸箱的斷面圖。
圖31是表示各個發(fā)熱源的Z軸熱位移的曲線圖。
圖32是表示Z軸熱位移的實測數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖33是表示本發(fā)明第5實施例的方框圖。
圖34是表示主軸冷卻裝置的說明圖。
圖35是表示主軸加熱裝置的說明圖。
圖36是表示第5實施例的動作的流程圖。
圖37是表示第5實施例的應用例的示意圖，是含有多個主軸的機床的平面結(jié)構(gòu)的方框圖。
實施例下面，參照著圖1至圖37來說明本發(fā)明的實施例。
(第1，第2實施例)圖1至圖17是說明本發(fā)明的第1，第2實施例的附圖。
圖1所示的數(shù)字控制(NC)機床雖然是立式的加工中心(MC)1，但也可以是除了MC以外的其它種類的NC的機床。在床身2上直立地設(shè)置著立柱3，在立柱3上能沿Z軸方向移動地安裝著主軸箱5。立柱3能沿著Y軸方向在床身2上移動。
主軸箱5里主軸6沿Z軸方向設(shè)置著，主軸6的前端裝著工具7。主軸6由安裝在主軸箱5上的主軸馬達4回轉(zhuǎn)驅(qū)動。在床身2上設(shè)置著工作臺8，放在工作臺8上的加工件9由工具7切削加工。工作臺8能沿X軸方向在床身2上移動。把主軸6的軸線方向作為Z軸，把與Z軸垂直相交的直角座標系的各個方向作為X軸，Y軸。
在MC1上設(shè)置著檢測機體10的溫度變化的溫度檢測裝置。在第1實施例中還分別安裝著主軸鼻溫度傳感器S1和頭部溫度傳感器S2，主軸鼻溫度傳感器S1是用來檢測主軸箱5的主軸前端側(cè)的主軸鼻位置上的溫度，頭部溫度傳感器S2是設(shè)置在離開主軸鼻位置的任意位置上、是用來檢測主軸箱5的溫度的。作為溫度檢測裝置的溫度傳感器S1、S2可以是任何式樣，但最好是用抗干擾性強的熱敏電阻溫度傳感器。
由于主軸鼻溫度傳感器S1靠近作為主發(fā)熱源的主軸6的主軸承，因而能立刻顯示溫度變化，時間常數(shù)小。另一方面，由于頭部溫度傳感器S2離主軸承較遠，所以滯后地顯示溫度變化，因此時間常數(shù)大。
在第2實施例中，分別安裝著上述的主軸鼻溫度傳感器S1和作為溫度檢測裝置的溫度傳感器S3，溫度傳感器S3是用來檢測發(fā)熱源對機體滯后地影響的位置的溫度。
下面，說明本發(fā)明的熱位移修正的原理。
雖然本發(fā)明能夠?qū)，Y，Z的各個軸向的熱位移都能修正，但由于對X軸向來說，立柱3和主軸箱5有相對X軸的左右對稱結(jié)構(gòu)，所以X軸向的修正通常是沒有必要的。下面的說明主要是以Y軸，Z軸中的Z軸方向的修正作為例子加以說明的。
Z軸方向的熱位移的運算式如下ΔZ＝a·(ΔZ1＋ΔZ2)…………(2)其中，ΔZ—Z軸熱位移a—整體修正系數(shù)(這個系數(shù)＂a＂是修正運算式2的結(jié)果和實際精度的差的系數(shù))ΔZ1—Z軸熱位移的立刻響應成分ΔZ2—Z軸熱位移的滯后響應成分即，運算式(2)含有能從溫度變化直接預測熱位移的立刻響應成分ΔZ1和隨著熱位移滯后地顯示的滯后響應成分ΔZ2。上述的溫度變化是作為從各個溫度傳感器檢測并從輸出的溫度中扣除基準溫度的溫度差而算出的。
基準溫度是采用MC1的電源接通時的溫度傳感器的第1次輸出或是把多次輸出相加的平均值，或者采用20℃的絕對基準溫度。把每個溫度傳感器的基準溫度儲存在RAM11內(nèi)。
在設(shè)置機床的環(huán)境的溫度變化比較緩慢的場合下，由室溫變化引起的機床整體的熱變形包括工具和加工件都是大致相似地變化。即，由于這種緩慢的室溫變化不會產(chǎn)生加工誤差。因而由含有這個室溫變化的溫度變化所預測的熱變形是和實際的熱變形不同的。
因此，這種場合下，把另外設(shè)置在機床床身上的溫度傳感器所測出的時時刻刻的溫度用做基準溫度。把從各個溫度傳感器輸出的溫度中扣除這個基準溫度的值用作溫度變化。這樣，即使室溫有變化也能進行精度良好的熱變形修正。
本發(fā)明可以用如式(3)所示的只根據(jù)立刻響應成分ΔZ1的運算式?；蛘呤褂萌缡?4)所示的只根據(jù)滯后響應成分ΔZ2的運算式。
ΔZ＝a·ΔZ1…………………(3)ΔZ＝a·ΔZ2…………………(4)立刻響應成分ΔZ1由下式算出。
ΔZ1＝b·ΔT1＋c·ΔT2…………………(5)其中，ΔT1—從溫度傳感器S1的輸出扣除基準溫度的溫度變化[℃]ΔT2—從溫度傳感器S2的輸出扣除基準溫度的溫度變化[℃]b—內(nèi)部修正系數(shù)[±μm/℃]c—內(nèi)部修正系數(shù)[±μm/℃]第1實施例所用的式(5)是由設(shè)置在兩個位置上的溫度傳感器的輸出計算機體10的熱位移的運算式。因而是由溫度變化ΔT1和溫度變化ΔT2來計算立刻響應成分ΔZ1，溫度變化ΔT1是由主軸鼻溫度傳感器S1檢測的溫度算出的，溫度變化ΔT2是由頭部溫度傳感器S2檢測的溫度算出的。
在計算立刻響應成分ΔZ1中，溫度傳感器的設(shè)置位置至少兩個就可以了，但應根據(jù)發(fā)熱源的個數(shù)適當?shù)卦黾?。另外，溫度傳感器的設(shè)置位置只要是受發(fā)熱源發(fā)熱影響的，也可以是主軸鼻位置和頭部位置以外的場所。
另一方面，運算滯后響應成分ΔZ2的運算式如下ΔZ2＝e·Y1＋f·Y2…………(6)其中，e—內(nèi)部修正系數(shù)[±μm/℃]f—內(nèi)部修正系數(shù)[±μm/℃]
Y1—第1滯后溫度變化[℃]Y2—第2滯后溫度變化[℃]運算式(6)是由第1和第2滯后溫度變化計算機體時的熱位移的運算式。
在第1實施例中，由于滯后溫度變化1個，因而內(nèi)部修正系數(shù)f為零。而且由滯后溫度Y1來計算滯后響應成分ΔZ2，滯后溫度Y1是估計了溫度變化ΔT2上的滯后算出的，溫度變化ΔT2是由頭部溫度傳感器檢測的溫度的溫度變化。
第2實施例中，由于滯后溫度變化使用了2個，因而就由第1滯后溫度變化Y1和第2滯后溫度變化Y2來計算滯后響應成分ΔZ2，第1滯后溫度變化Y1是估計了溫度變化ΔT1上的滯后算出的，溫度變化ΔT1是由刀尖溫度傳感器S1檢測的溫度的溫度變化，第2滯后溫度變化Y2是估計了溫度變化ΔT2上的滯后算出的，溫度變化ΔT2是由立柱溫度傳感器S3檢測的溫度的溫度變化。
滯后響應成分ΔZ2的運算所使用的溫度情報可以是1個或2個，但應根據(jù)發(fā)熱源的個數(shù)適當?shù)卦黾印?br> 圖1是表示本發(fā)明的第1實施例的方框圖。
如圖所示，通過回路36，37把各個溫度傳感器S1，S2的各個輸出信號輸入到熱位移修正裝置12的A/D變換器13，輸入的模擬信號在這兒變化成數(shù)字信號。從A/D變換器13輸出的數(shù)字信號被輸入到運算儲存部14，在此計算熱位移。
根據(jù)算出的熱位移，由修正手段33修正加工誤差。修正手段33的輸出信號通過可編程序控制器15輸入到數(shù)字控制裝置16，被反饋到伺服系統(tǒng)地進行位置修正。
即，修正手段33把計算結(jié)果輸出到外部補償裝置，外部補償裝置把補償從外部加入到數(shù)字控制裝置16的移動指令值上，結(jié)果使直角座標系的原點位置得到補償，數(shù)字控制裝置16控制MC1的工具7的軌跡。
可變程序控制器15接受數(shù)值控制裝置16的指令，管理MC1的動作順序。
各個溫度傳感器S1，S2的檢測值通過A/D變換器13由計算儲存部14計算，將它的指令寫入RAM11內(nèi)的被指定供各個溫度傳感器S1，S2用的存儲地址。而在RAM11里各個溫度傳感器S1，S2每隔一定時間儲存取樣的溫度數(shù)據(jù)。這個溫度數(shù)據(jù)被顯示在數(shù)值控制裝置16的顯示部上。
在ROM17里儲存著計算本發(fā)明的熱位移用的程序和修正系數(shù)等。時鐘18是普通的鐘，是用來決定各個溫度傳感器S1，S2的檢測時間的。
熱位移修正裝置12具有合成溫度運算手段31和熱位移運算手段32和修正手段33。合成溫度運算手段31是用由溫度傳感器S1，S2檢測的溫度的溫度變化來計算具有與熱位移的時間常數(shù)大致相同的時間常數(shù)的假想位置P1上的合成溫度變化，熱位移運算手段32是用來計算與由合成溫度運算手段31算出的合成溫度變化相對應地變化的立刻響應成份ΔZ1，即，計算熱位移，修正手段33是根據(jù)由熱位移運算手段32算出的熱位移來修正加工誤差的。
第1實施例的熱位移修正裝置12最好還具有滯后溫度運算手段34，它是用來計算比由溫度傳感器2檢測的溫度的溫度變化更遲后地顯示的滯后溫度變化及估算上述溫度變化的滯后的。
熱位移運算手段32算出與由滯后溫度運算手段34算出的滯后溫度變化相對應地變化的滯后響應成分ΔZ2，把這個滯后響應成分與上述的立刻響應成分ΔZ1相加。修正手段33根據(jù)這個所加的合計值，即，根據(jù)熱位移進行加工誤差的修正的計算并輸出這結(jié)果。
由儲存手段35給出使滯后溫度的運算中斷時的補償，儲存手段35是用來同時儲存滯后溫度運算手段34的最終運算結(jié)果和到下一次再開始運轉(zhuǎn)的機床電源切斷時間的。
只考慮立刻響應成分ΔZ1場合下的本發(fā)明的熱位移修正方法是根據(jù)算式(3)的方法。對于依據(jù)立刻響應成分ΔZ1考慮滯后立刻響應成分ΔZ2的算式(2)的熱位移修正方法能更高精度地進行修正，因而是更好的方法。
圖2是表示本發(fā)明的第2實施例的方框圖。第2實施例的熱位移修正方法是根據(jù)只考慮滯后響應成分ΔZ2場合的算式(4)的方法。
第2實施例的熱位移修正裝置12A具有第1滯后溫度運算裝置34a和熱位移運算手段32和修正手段33，第1滯后溫度運算手段34a是估計由溫度傳感器S1檢測的溫度的溫度變化的滯后，計算具有與熱位移的時間常數(shù)大致相同的時間常數(shù)的假想位置P1上的溫度變化的，熱位移運算手段32是計算由第1滯后溫度運算手段34a算出的第1滯后溫度變化相對應地變化的滯后響應成分ΔZ2的，修正手段33是根據(jù)由熱位移運算手段32算出的熱位移修正加工誤差的。
第2實施例的熱位移修正裝置12a最好還具有第2滯后溫度運算手段34b，它是估計上述溫度變化的滯后，計算比由溫度傳感器S3檢測的溫度的溫度變化更滯后地顯示的溫度變化，溫度傳感器S3是設(shè)置在發(fā)熱源的發(fā)熱緩慢地影響到機體10的位置上的。
熱位移運算手段32算出由第2滯后溫度運算手段34b算出的滯后溫度變化相對應地變化的第2滯后響應成分，把這個第2滯后響應成分和前面的滯后響應成分ΔZ2相加。修正手段33是根據(jù)這個相加的合計值，即，熱變形來修正加工誤差，并輸出結(jié)果。
第2實施例雖然用一個溫度傳感器S1的輸出就能修正熱位移，但是，在另一位置上加入了溫度傳感器S3的輸出的熱位移修正方法由于能更高精度地修正，因而就更可取。
第2實施例中省略了與第1實施例相同的或者相當?shù)臋C能部分的說明。
下面，參照圖1至圖13來說明第1和第2實施例的具體的程序。
圖3是表示第1實施例的動作流程圖，圖4是表示第2實施例的動作的流程圖，圖5是表示Z軸熱位時效變化的曲線圖，圖6是表示分別在主軸鼻位置和頭部位置檢測的溫度變化和合成溫度變化的曲線圖，圖7是表示主軸鼻的溫度變化和Z軸熱位移的關(guān)系的曲線圖，圖8是表示頭部的溫度變化和Z軸熱位移的關(guān)系的曲線圖，圖9是表示合成溫度變化和Z軸熱位移的關(guān)系的曲線圖。
圖10是說明滯后的溫度變化的運算方法的曲線圖，圖11是表示從溫度變化算出滯后響應成分的方法的曲線圖，圖12是表示運算的Z軸熱位移和實測的Z軸熱位移的關(guān)系的曲線圖，圖13是表示滯后的溫度變化和Z軸的熱位移的關(guān)系的曲線圖。
第1實施例，開始是預先根據(jù)圖5的數(shù)據(jù)算出MC1中的Z軸方向的熱位移的時間常數(shù)。圖5的橫軸是時間，縱軸是Z方向的熱位移。在算出Z軸方向熱位移的時間常數(shù)時，用主軸的轉(zhuǎn)數(shù)S(例S＝10000[min-1])連續(xù)運轉(zhuǎn)MC1。而且在主軸6的前端或者主軸前端部所裝的試驗棒的適當位置上實際測量Z軸方向的熱位移做為時間序列數(shù)據(jù)39。
在由發(fā)熱引起主軸傾斜的場合下，最好在試驗棒的根部和前端部上實測熱位移。
由于上述數(shù)據(jù)39(圖中「○」印記的)通常包含室溫變化的影響，因而運算具有對室溫變化的影響經(jīng)過修正的、有飽和值40(例如43[μm])的室溫修正數(shù)據(jù)41(圖中標「●」印記的。
所謂「時間常數(shù)」是指「線性一次滯后系統(tǒng)中加入階躍狀輸入時、輸出達到飽和值的63.2％所需要的時間」。因此，用最小二乘法把一次滯后要素的階躍狀輸入響應函數(shù)輸入室溫修正數(shù)據(jù)41就能得到Z軸方向的熱位移時間常數(shù)τZ(例如τZ＝0.57[h])。
而且在檢測Z軸方向熱位移時，同時根據(jù)由主軸鼻溫度傳感器S1和頭部傳感器S2檢測的溫度變化數(shù)據(jù)，分別算出溫度變化的時間常數(shù)。計算時間常數(shù)的順序和前面算出Z軸方向的熱變形的時間常數(shù)是相同的。
圖6的橫軸是時間，縱軸是溫度變化。如圖所示，由于靠近發(fā)熱源的主軸鼻溫度變化TN很快地達到飽和溫度變化“A”(A＝6.5[℃])所以主軸鼻溫度時間常數(shù)τN是較小的0.39[h]。
另一方面，離發(fā)熱源較遠位置的頭部溫度變化TH進行較遲緩的溫度變化，由于達到飽和溫度變化＂B＂(B＝3.7[℃])所需要的時間較長因而它的頭部溫度時間常數(shù)τH是較大的1.31[h]。
如圖1和圖3所示，在啟動MC1后，由工具7開始對工件9進行切削加工(步驟101)。分別檢測主軸鼻位置和頭部位置的溫度(步驟102)、把檢測的結(jié)果輸入到合成溫度運算手段31。
接著，用＂混合法＂將主軸鼻溫度變化TN和頭部溫度變化TH的各個溫度變化合成，計算有與圖5所示的Z軸方向的熱位移數(shù)據(jù)的時間常數(shù)τZ(τZ＝0.57[h])相同的時間常數(shù)的假想溫度變化TZ。
在進行合成溫度時的主軸鼻溫度變化TN和頭部溫度變化TH的各個溫度混合比MNZ，MHZ是由下式計算的。下式是混合法的一個例子，也可以用其它各種混合法。這些溫度混合比是每種車床的固有值，即使主軸轉(zhuǎn)數(shù)等運轉(zhuǎn)條件改變時，這個值也不變。所以只要進行一次混合比的計算就可以了。
主軸鼻溫度混合比MNZ＝(τH－τZ)/(τH－τN)·(k/A)＝(1.31－0.57)÷(1.31－0.39)×(10/6.5)＝1.24 …………………………(7)頭部溫度混合比MHZ＝(τZ－τN)/(τH－τN)·(k/B)＝(0.57－0.39)÷(1.31－0.39)×(10/3.7)＝0.53 …………………………(8)其中，K—任意的系數(shù)(這里K＝10)當與圖5的上述順序同樣地算出Y軸方向的熱位移的時間常數(shù)τY＝1.15[h]時就能同樣地算出如圖6所示的與Y軸方向有關(guān)的合成溫度變化TY。
這時的主軸鼻溫度變化TN和頭部溫度變化TH的各個溫度混合比MNY、MHY用下式算出的。
主軸鼻溫度混合比MNY＝(τH－τY)/(τH－τN)·(k/A)＝(1.31－1.15)÷(1.31－0.39)×(10/6.5)＝0.27 …………………………(9)頭部溫度混合比MHY＝(τY－τN)/(τH－τN)·(k/B)＝(1.15－0.39)÷(1.31－0.39)×(10/3.7)＝2.23 …………………………(10)其中，K—任意的系數(shù)(這里K＝10)根據(jù)由合成溫度運算手段31，用算式(7)，(8)算出的溫度混合比MNZ，MHZ和各個溫度變化TN，TH，用下式計算合成溫度變化TZ(步驟103)。算式(11)是溫度變換式、MNZ，MHZ是它的系數(shù)。
TZ＝MNZ·TN＋MHZ·TH＝1.24×TN＋0.53×TH……(11)圖7的橫軸和圖8的橫軸分別表示主軸鼻的溫度變化TN和頭部的溫度變化TH，圖7和圖8的縱軸表示Z軸方向的熱位移。如圖所示，各個溫度變化TN，TH和Z軸熱位移沒有比例等的對應關(guān)系。
與此相對的，如圖9所示合成溫度變化和Z軸熱位移則有斜率α(α＝3.88)的直線42代表的線性函數(shù)關(guān)系的區(qū)域。這個斜率α是由合成溫度變化TZ算出立刻響應成分ΔZ1時的比例常數(shù)，結(jié)果是下式成立。
ΔZ1＝α·TZ……………(12)由熱位移運算手段32用算式(12)算出與合成溫度變化TZ對應地變化的立刻響應成分ΔZ1(步驟104)。
接著，判斷是否考慮滯后響應成分ΔZ2(步驟105)、在不考慮時根據(jù)用熱位移手段32運算的結(jié)果由修正手段33修正加工誤差。具體地說，例如補償直角座標系的原點位置(步驟106)。
此后，判斷是否結(jié)束修正(步驟107)、在結(jié)束的情況下使MC1停止(步驟108)、整個程序結(jié)束。在修正不結(jié)束情況下回歸到步驟102。
另一方面，在步驟105的判斷中考慮滯后響應成分ΔZ2時，把由頭部溫度傳感器S2檢測的頭部位置的溫度輸入到滯后溫度裝置34。
由于立柱3等質(zhì)量較大，而且離作為主要的發(fā)熱源的主軸6較遠，因而溫度變化滯后成比頭部位置更后地顯示溫度變化。這個滯后溫度變化是如圖9中的經(jīng)過較長時間的區(qū)域D，對合成溫度變化TZ和Z軸熱位移的線性函數(shù)關(guān)系會帶來誤差。
計算滯后溫度變化的方法有＂假設(shè)法＂，它是通過設(shè)定一個假設(shè)的熱容量C來估計比頭部溫度變化TH更滯后顯示的滯后溫度變化Y的舉動。
具體地說，能得到微分方程式(13)的近似解。
C·dY/dt＋Y＝TH………………(13)圖10的橫軸表示時間，縱軸表示滯后溫度變化，由圖10能得到下式。
Y＝Y(jié)0＋(dYo/dt＋dY/dt)/2·Δt………………(14)從算式(13)算出dY/dt和dyo/dt，代入算式(14)，就構(gòu)成算出滯后溫度變化Y的算式(15)。這個算式(15)是溫度變化式，符號C相當于它的系數(shù)。式(15)計算的是滯后溫度變化和假想的溫度變化，是一種與前面的算式(11)的合成溫度變化相同的創(chuàng)制溫度變化。Y＝[THO＋TH＋(C/Δt)·Yo－Yo]/(C/Δt)＋1]……(15)其中，Δt—運算時間間隔TH—頭部溫度變化的輸入THO—前一次的頭部溫度變化的輸入Y—滯后溫度變化的輸入Yo—前一次滯后溫度變化的輸入C—假設(shè)的熱容量由于滯后溫度變化輸出Y的單位是[℃]，因而，在計算滯后響應成分ΔZ2時所用的內(nèi)部修正系數(shù)e是溫度和熱位移的變換系數(shù)。
ΔZ2＝e·Y……………………(16)圖11的橫軸是時間，左側(cè)的從零開始向上的縱軸是頭部溫度變化，右側(cè)的從零開始向下的縱軸是滯后響應成分。圖中表示頭部溫度變化的時間序列數(shù)據(jù)43和圖9中從Z軸熱位移扣除直線42的縱軸的值后的誤差44和使用頭部溫度變化的時間序列數(shù)據(jù)43經(jīng)過式(15)和(16)得到的運算結(jié)果45。上述誤差44和運算結(jié)果45分別和滯后響應成分ΔZ2的實測數(shù)據(jù)和運算數(shù)據(jù)相當。
即，通過適當?shù)剡x擇算式(15)所含的假設(shè)熱容量C和算式(16)的內(nèi)部修正系數(shù)e就能使運算數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)接近，能分別決定最佳值。這里定出的熱容量C和系數(shù)e的值是每種機床的固有值，不管主軸的轉(zhuǎn)數(shù)等運轉(zhuǎn)條件怎樣變化，這值不變，因此只要進行一次作業(yè)就可以。
例如，若根據(jù)上述的頭部溫度變化的時間序列數(shù)據(jù)43，通過反復的計算，算出滯后響應成分ΔZ2，則能得到C＝900、e＝-4時的表1的結(jié)果。表1的滯后響應成分ΔZ2的值是立柱3等的滯后響應成分，相當于圖9中的Z軸熱位移和直線42的縱軸方向的誤差。
表11
<p>ΔZ＝4.8×TN＋2.1×TH＋ΔZ2……………(17)這個算式(17)中主軸鼻溫度變化TN這一項的系數(shù)和頭部溫度TH這項的系數(shù)分別與前面的算式(5)的內(nèi)部修正系數(shù)b、c相當，可用下式算出。這些系數(shù)的值用從機體10檢測中的溫度，因而匯集了計算立刻響應成分場合下的這個機床的熱特性。
b＝a·MNZ＝3.98×1.24＝4.8 ……………(18)c＝α·MHZ＝3.88×0.53＝2.1 ……………(19)另外，算式(17)的滯后響應成分ΔZ2用表1所示的結(jié)果。
在圖12中，縱軸的實測的Z軸熱位移和用算式(17)求得的橫軸的Z軸熱位移ΔZ值在45度的傾斜直線46上大略一致。這意味著這兩者是相同值，因此，通過使用從機體10檢測的較少的溫度數(shù)據(jù)的計算就能高精度地估計Z軸熱位移。
這樣，根據(jù)在步驟111計算的Z軸熱位移ΔZ，通過由修正裝置33修正加工誤差就能進行熱位移的修正(步驟112)，能高精度地切削加工工件9。
此后，判別修正是否結(jié)束(步驟107)，在修正結(jié)束場合下，使MC1停止(步驟108)，使整個程序結(jié)束。在修正沒結(jié)束場合下，回歸到步驟102。
下面，說明第2實施例的順序。在第2實施例中沒必要預先算出熱位移或溫度變化的時間常數(shù)。
如圖2和圖4所示，使MC1起動后，由工具7開始切削加工工件9(步驟201)。檢測第1個位置例如主軸鼻位置的溫度(步驟202)，并把這檢測信號輸入到第1滯后溫度運算手段34a。
接著，用前述的“假設(shè)法”，通過設(shè)定一個假設(shè)的熱容量C1，估計具有比主軸鼻溫度變化TN更滯后地顯示Z軸熱位移的時間常數(shù)相同的時間常數(shù)的第1滯后溫度變化Y1的舉動。
進行與上述的算式(13)、(14)同樣的展開，就能構(gòu)成計算第1滯后溫度變化Y1的下式。Y1＝[TNO＋TN＋(C1/Δt)·Y10－Y10]/[(C1/Δt)＋1]……(20)其中，Δt—運算的時間間隙
TN—主軸鼻的溫度變化輸入TNO—前一次的滯后溫度變化輸入Y1—第1滯后溫度變化輸出Y10—前一次的第1滯后溫度變化輸出C1—假設(shè)的熱容量如圖13所示，Z軸熱位移和第1滯后溫度變化Y1產(chǎn)生具有斜率e的直線47為代表的、具有線性函數(shù)關(guān)系的區(qū)域。這個斜率e是計算與第1滯后溫度變化Y1相對應的Z軸熱位移時的比例常數(shù)，這里算出的Z軸熱位移相當于前述算式(6)的第1項。
這第1項的反復運算的結(jié)果可把假設(shè)的熱容量C1和內(nèi)部修正系數(shù)e的值適當?shù)剡x擇成與前面圖5所示的Z軸熱位移的一系列時間上的數(shù)據(jù)相一致。由于這樣確定的熱容量C1和系數(shù)e的值是每個機床的固有值，因而這種工作只進行一次就可以了。
由第1滯后溫度運算手段34a，用確定了假設(shè)的熱容量C1的算式(20)計算與主軸鼻溫度變化TN相對應的第1滯后溫度變化Y1(步驟203)。
用熱位移運算手段32把這滯后溫度變化Y1代入確定了內(nèi)部修正系數(shù)e的算式(6)的第1項里，算出第1滯后響應成分(步驟204)。
接著，判斷是否考慮第2滯后響應成分(步驟205)，在不考慮的場合下，根據(jù)由熱位移運算手段32運算的結(jié)果，由修正手段33修正加工誤差(步驟206)。
此后，判斷是否使修正結(jié)束(步驟207)，在修正結(jié)束的場合下，使MC1停止(步驟208)，使整個順序結(jié)束。在不修正結(jié)束的場合下，回歸到步驟202。
另一方面，在步驟205的判斷中，在考慮第2滯后響應成分的場合下，用溫度傳感器S3檢測第2個位置，例如立柱位置的溫度變化TC(步驟209)，輸入到第2滯后溫度運算手段34b里。
顯示立柱位置上的溫度變化TC，例如圖13的長時間經(jīng)過的區(qū)域的使第1滯后溫度變化Y1和Z軸熱位移的線性函數(shù)關(guān)系帶上誤差。再次用上述的“假設(shè)法”，設(shè)定一個假設(shè)的熱容量，由立柱的溫度變化TC估計第2滯后溫度變化Y2的舉動。
構(gòu)成計算第2滯后溫度變化Y2的如下算式。Y2＝[TCO＋TC＋(C2/Δt)·Y20－Y20]/[(C2/Δt)＋1]……(21)其中，Δt—運算時間間隙TC—立柱溫度變化輸入TCO—前一次的立柱溫度變化輸入Y2—第2滯后溫度變化輸出Y20—前一次的第2滯后溫度變化輸出C2—假設(shè)的熱容量與這第2滯后溫度變化Y2對應的Z軸熱位移相當于含有溫度和熱位移的變換系數(shù)f的前面的算式(6)的第2項。
在圖13中，適當選擇假設(shè)的熱容量C2和系數(shù)f的值，使這個第2項的反復運算的結(jié)果與從Z軸熱位移扣除直線47的誤差一致。這里決定的熱容量C2和系數(shù)f的值是每種機床的固有值，因而只進行一次作業(yè)就可以了。
由第2滯后溫度運算手段34b、用確定了熱容量C2的式(21)計算與立柱溫度變化TC相對應的第2滯后溫度變化Y2(步驟210)。接著，將第2滯后溫度Y2代入確定了內(nèi)部修正系數(shù)f的算式(6)的第2項，計算第2滯后響應成分(步驟211)。
用算出與上述算式(6)的第1項相當?shù)牡?滯后響應成分的熱位移運算手段32，加上這樣算出的第2滯后響應成分，計算Z軸熱位移ΔZ2(步驟212)。
根據(jù)在步驟212，所算的Z軸熱位移ΔZ2，用修正手段33修正加工誤差，對熱位移作出修正(步驟213)，能高精度加工工作9。
此后，判斷修正是否結(jié)束(步驟207)，在使修正結(jié)束的場合下，使MC1停止(步驟208)，使整個順序結(jié)束。在不使修正結(jié)束場合下，回歸到步驟202。
圖14至圖17是使MC1實際運轉(zhuǎn)時的實測數(shù)據(jù)。
圖14表示Z軸熱位移數(shù)據(jù)的曲線圖，圖15表示Z軸熱位移的另一些數(shù)據(jù)的曲線圖，圖16是表示Y軸熱位移數(shù)據(jù)的曲線圖，圖17表示Y軸熱位移的另一些數(shù)據(jù)的曲線圖。
任意一個主軸6的回轉(zhuǎn)數(shù)S都是S＝10,000[min-1]，圖14和圖16表示連續(xù)運轉(zhuǎn)的場合。圖15和圖17如時間記錄線所示的那樣，大約50分鐘間隔的回轉(zhuǎn)，10分鐘間隔停止(中間有一停止70分鐘間隔)場合下的熱位移。圖14至圖17的橫軸是時間。
如圖14和圖16所示，用實線48.52表示的修正前的熱位移最大約40[μm]，與此相對地，本發(fā)明能使修正后的熱位移的目標值接近于零。在進行由本發(fā)明的熱位移的修正場合下，如圖中虛線49、53所示，能使殘留熱位移減小到±5[μm]以下。
修正前的熱位移100[μm]以上場合下，本發(fā)明已確認能使修正后的熱位移減小到±5[μm]以下。這樣，本發(fā)明能進行高精度的熱位移修正。
在如圖15和圖17所示地進行斷續(xù)運轉(zhuǎn)場合下，本發(fā)明能如點劃線50、54所示地，能把修正后的殘余熱位移減小到±5[μm]以下。
(第3實施例)圖18至圖28是說明第3實施例的圖。
例如，由圖18所示MC1a具有裝著工具7的主軸6，和通過主軸承20和上部軸承(另一個軸承)22、能自由回轉(zhuǎn)地支承主軸6的主軸箱5a。使主軸6回轉(zhuǎn)驅(qū)動的內(nèi)裝馬達21配設(shè)在兩個軸承20、22之間，與它們一起裝在主軸箱5a內(nèi)。
主軸承20把主軸6定位在中心軸向上，上部軸承22保持著因熱位移而伸縮的主軸6在中心軸向上滑動。這樣，即使上部軸承22和馬達21因回轉(zhuǎn)而發(fā)熱，由于主軸6朝上方伸展，不會影響到工具7。
結(jié)果，MC1a的場合下，可只把主軸承20認為發(fā)熱源進行熱位移修正。把作為檢測主軸承20的溫度變化的溫度檢測手段的頭部溫度傳感器S2安裝在主軸箱5a里。
只要是能顯示由作為發(fā)熱源的主軸承20形成的溫度變化的場所的，可以在頭部位置以外的，例如檢測主軸鼻或立柱溫度。此外，也可以在主軸把持工件式的機床的場合。
與第1、第2實施例相同或者相當?shù)牟糠侄紭松舷嗤姆?，而且省略對其說明。
下面，說明第3實施例的熱位移修正的原理。
與第1、第2實施例同樣地，把Z軸方向的修正作為例子加以說明。第3實施例的Z軸方向的熱位移的算式如下ΔZ＝a·(ΔZ3＋ΔZ4)………(22)其中ΔZ—Z軸熱位移a—整體修正系數(shù)(與式2的相同)ΔZ3—Z軸熱位移的創(chuàng)制位移成分ΔZ4—Z軸熱位移的滯后響應成分即，即算式(22)含有由溫度變化引起的創(chuàng)制位移成分ΔZ3和滯后響應成分ΔZ4，前者是根據(jù)有與熱位移的時間常數(shù)相同的創(chuàng)制溫度變化運算的，后者是相對于溫度變化較滯后地顯示熱位移。
這里處理的溫度變化是用各個溫度傳感器輸出的溫度和基準溫度的差算出的。基準溫度采用和前面第1、第2實施例相同的考慮。
如算式(23)所示，本發(fā)明也可使用只根據(jù)創(chuàng)制位移成分ΔZ3的算式。
ΔZ＝a·ΔZ3……………………(23)創(chuàng)制位移成分ΔZ3由下式算出。
ΔZ3＝g·Y3…………………(24)其中Y3—創(chuàng)制溫度變化[℃]g—內(nèi)部修正系數(shù)[±μm/℃]第3實施例使用的算式(24)是用設(shè)置在一個位置上的溫度傳感器的輸出來計算機體10的熱位移的算式。而且，是從用頭部溫度傳感器S2檢測的溫度變化T展開而得到創(chuàng)制溫度變化Y3來計算創(chuàng)制位移成分ΔZ3。
溫度傳感器設(shè)置的位置可以至少是一個、但應根據(jù)發(fā)熱源數(shù)適當?shù)卦黾印６抑灰獪囟葌鞲衅鞯脑O(shè)置位置是受發(fā)熱源發(fā)熱影響的位置，也可以在主軸箱以外的其他位置上。
另一方面，計算滯后響應成分ΔZ4的算式如下ΔZ4＝h·Y4…………………(25)其中Y4—滯后溫度變化[℃]h—內(nèi)部修正系數(shù)[±μm/℃]算式(25)是估計對頭部溫度傳感器S2檢測的溫度變化T的滯后而算出的滯后溫度變化Y4，再由此計算滯后響應成分ΔZ4。
溫度傳感器設(shè)置的位置至少可以是一個，但應根據(jù)發(fā)熱源的數(shù)目適當?shù)卦黾印?br> 圖18是表示本發(fā)明第3實施例的方框圖。
第3實施例的熱位移修正裝置12b具有把由溫度傳感器S2檢測的溫度展開并計算有與熱位移的時間常數(shù)大致相同的時間常數(shù)的假想位置P1上的溫度變化的創(chuàng)制溫度運算手段31a、計算與創(chuàng)制溫度運算手段31a算出的創(chuàng)制溫度變化相對應地變化的創(chuàng)制位移成分ΔZ3的熱位移運算手段32、根據(jù)熱位移運算手段32算出的熱位移修正加工誤差的修正手段33。
熱位移修正裝置12b最好還具有滯后溫度運算手段34。滯后溫度運算手段34是估計上述溫度變化的滯后并計算比由溫度傳感器S2檢測的溫度變化更滯后地顯示的滯后溫度變化。
熱位移運算手段32是算出與滯后溫度運算手段34算出的滯后溫度化相對應地變化的滯后響應成分ΔZ4，并與前面的創(chuàng)制位移成分ΔZ3相加。修正手段33根據(jù)這相加的熱位移修正加工誤差，輸出它的信號。
本實施例中省略了與前面的第1、第2實施例相同的或相當?shù)臋C能部分的說明。
下面，參照著圖19～圖28來說明第3實施例的具體程序。
圖19是表示第3實施例動作的流程圖，圖20是表示Z軸熱位移和在頭部位置檢測到的溫度變化T的代表例(取樣溫度變化)隨時間變化的曲線圖，圖21是表示取樣溫度變化和Z軸熱位移的標準關(guān)系的曲線圖。
圖22是表示取樣溫度變化和時間常數(shù)比取樣溫度變化小的溫度變化＂A＂和時間常數(shù)比取樣溫度變化大的溫度變化＂B＂的曲線圖。圖23是表示在圖22所示的溫度變化上加入用取樣溫度變化創(chuàng)制的創(chuàng)制溫度變化Y3A、Y3B(圖中「○」印記)的曲線圖。
圖24是表示創(chuàng)制溫度變化和Z軸熱位移的關(guān)系的曲線圖，圖25是表示在Z軸熱位移含有滯后響應成分的場合下的創(chuàng)制溫度變化和Z軸熱位移的關(guān)系的曲線圖。
圖26是表示取樣的溫度變化和比取樣溫度變化滯后地顯示的滯后溫度變化C和用取樣溫度變化創(chuàng)制的滯后溫度變化Y4(圖中「○」印記)的曲線圖，圖27是表示滯后溫度變化和滯后響應成分的關(guān)系的曲線圖，圖28是表示從創(chuàng)制溫度變化和滯后溫度變化估計的熱位移和Z軸熱位移的關(guān)系的曲線圖。
在第3實施例中，預先檢測Z軸方向的熱位移。與此同時，根據(jù)由頭部溫度傳感器S2檢測的溫度變化的數(shù)據(jù)算出各個時間常數(shù)。計算時間常數(shù)的順序是和前面的第1實施例中的計算Z軸方向的熱位移的時間常數(shù)相同的。
圖20是表示在主軸一定回轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)數(shù)S＝10,000[min-1])的情況下，由頭部傳感器S2檢測的溫度變化T的代表例(取樣溫度變化)和Z軸熱位移的兩個例子(熱位移＂A、B＂)的時間序列數(shù)據(jù)。
Z軸熱位移的時間常數(shù)比取樣溫度變化T的時間常數(shù)τS小時，即在熱位移迅速顯示的場合下，就形成熱位移＂A＂(時間常數(shù)為τA)。另一方面，上述熱位移的時間常數(shù)比取樣溫度變化T的時間常數(shù)τS大時，即，緩慢地顯示熱位移場合下，就形成熱位移＂B＂(時間常數(shù)τB)。因此，實際上就由MC1a的熱位移特性形成熱位移＂A、B＂中的任意一方的數(shù)據(jù)。
這里抽取的Z軸熱位移的時間常數(shù)和取樣溫度變化T的時間常數(shù)的值的平衡是每種機床的固有熱特性，與主軸轉(zhuǎn)數(shù)等運轉(zhuǎn)條件變化多少無關(guān)。因此只要進行一次就可把兩個時間常數(shù)的計算出。
下面，如圖18和圖19所示，起動MC1a后，由工具7開始對工件9進行切削(步驟301)。而且檢測頭部位置的溫度(步驟302)，輸入到創(chuàng)制溫度運算手段31a。
但當根據(jù)如圖20所示的數(shù)據(jù)、表示取樣溫度變化T和熱位移＂A＂的關(guān)系和取樣溫度變化T與熱位移＂B＂的關(guān)系時，就分別形成如圖21所示的弓形曲線55、56。
即，由于取樣溫度變化T和Z軸熱位移不形成單純的線性關(guān)系，因而不能從頭部位置隨時檢測的溫度變化直接估計熱位移。
這樣，用「線性化」方法，用從頭部位置檢測的溫度的溫度變化計算有與熱位移的時間常數(shù)大致相同的時間常數(shù)的創(chuàng)制溫度變化。
圖22是表示把時間常數(shù)取為τS的取樣溫度變化57和具有與熱位移＂A＂相同時間常數(shù)τA的溫度變化＂A＂的模擬例58以及具有與熱位移＂B＂相同時間常數(shù)τB的溫度變化＂B＂的模擬例59。
曲線57至59所示的溫度變化中任意一個的值都以下max為飽和，下面表示各個時間常數(shù)的一例。
τA＝5(min)τS＝10(min)τB＝15(min)而且各個溫度變化57至59的舉動關(guān)系分別可用下列微分方程式(26)至(28)表示。
τS·dT/dt＋T＝X …………………(26)τA·dY3A/dt＋Y3A＝X…………………(27)τB·dY3B/dt＋Y3B＝X…………………(28)算式(27)、(28)可用一般的微分方程式(29)表示。
τZ·dY3/dt＋Y3＝X…………………(29)其中T—由頭部溫度傳感器S2檢測的溫度變化[℃]X—發(fā)熱部的溫度變化[℃]Y3—創(chuàng)制溫度變化[℃]
Y3A—創(chuàng)制溫度變化＂A＂的創(chuàng)制溫度變化[℃]Y3B—創(chuàng)制溫度變化＂B＂的創(chuàng)制溫度變化[℃]τZ—Z軸熱位移的時間常數(shù)[min]由于由算式(26)可從取樣溫度變化T了解發(fā)熱部的溫度變化，當把X值代入算式(29)則可得到具有與取樣溫度變化的時間常數(shù)τS不同的時間常數(shù)τZ的創(chuàng)制溫度變化Y3。時間常數(shù)τZ是MC1a的熱特性確定的，是每種機床固有的值。
實際上，在創(chuàng)制溫度運算手段31a(圖18)運算場合下，是對微分方程式(26)、(29)分別加以離散的下式(30)、(31)反復計算而得到解的(步驟303)。x＝τS·(T－To)/Δt＋To…………(30)Y3＝(2x＋2τZ·Y30/Δt－Y30)/(2τZ/Δt＋1)……(31)其中，Δt—運算時間間隔[min]To—前一次的試樣溫度變化的輸入[℃]Y30—前一次的創(chuàng)制溫度變化Y3的輸入[℃]圖23是表示在取樣溫度變化T和溫度變化＂A，B＂上加入由算式(30)、(31)，用取樣溫度變化T加以展開的創(chuàng)制溫度變化Y3(具體是指創(chuàng)制溫度變化Y3A或Y3B)(圖中「○」印記)。這個「○」印記是表示測定時間間隔，即計算時間間隔Δt是1.0[min]的場合。
通過用算式(30)、(31)的反復計算，能創(chuàng)制成具有與任意時間常數(shù)的熱位移大致相同的時間常數(shù)的創(chuàng)制溫度變化。
由于創(chuàng)制溫度變化Y3有與熱位移相同的時間常數(shù)，因而如圖24的直線60所示，它與Z軸熱位移就成線性關(guān)系。直線的斜率g表示創(chuàng)制溫度變化Y3和熱位移的相關(guān)。用熱位移運算手段32和算式(24)，從創(chuàng)制溫度變化Y3算出熱位移(即，創(chuàng)制位移成分ΔZ3)(步驟304)。
如上所述，線性化方法基本上是從離發(fā)熱源較遠的例如在頭部位置檢測的溫度的溫度變化T估計時間常數(shù)小的敏感的熱位移。由于用這方法算出的創(chuàng)制位移成分ΔZ3與算式(2)的立刻響應成分ΔZ1相當，因而單獨用這方法就能進行高精度的熱位移的修正。
接著，判斷是否考慮滯后響應成分ΔZ4(步驟305)，在不考慮的場合下，根據(jù)由熱位移運算手段32計算的結(jié)果，由修正手段33修正加工誤差(步驟306)。
接著，判斷是否使修正結(jié)束(步驟307)，在使結(jié)束的場合下，使MC1a停止(步驟308)，并結(jié)束整個程序。在不使修正結(jié)束場合下，回歸到步驟302。
另一方面，在步驟305的判斷中，在考慮滯后響應成分ΔZ4的場合下，把用頭部溫度傳感器S2檢測頭部位置的溫度輸入到滯后溫度運算手段34。
由于立柱3等的質(zhì)量較大，而且還和作為發(fā)熱源的主軸6分離的，因而比溫度變化滯后的頭部位置更滯后地顯示溫度變化。這個滯后溫度變化和第1及第2實施例的圖9，圖13所示的一樣，在圖25中產(chǎn)生經(jīng)過較長時間的區(qū)域D，由此使創(chuàng)制溫度變化Y3和Z軸熱位移的線性的函數(shù)關(guān)系有些誤差。
在考慮滯后響應成分ΔZ4場合下，用上述的「假設(shè)法」，設(shè)定一個假設(shè)的熱容量C4，估計比用頭部傳感器S2檢測的溫度的溫度變化T更滯后顯示的滯后溫度變化Y4的舉動。
計算滯后溫度變化Y4的算式成為下式。Y4＝[To＋T＋(C4/Δt)·Y40－Y40]/[(C4/Δt)＋1]…(32)其中，Δt—計算時間間隔[min]T—由頭部溫度傳感器S2檢測的溫度的溫度變化輸入To—前一次的溫度變化T輸入[℃]Y4—滯后溫度變化輸入[℃]Y40—前一次的滯后溫度變化Y4的輸出[℃]C4—假設(shè)的熱容量[min]圖26表示用前面的頭部溫度傳感器S2檢測的溫度的溫度變化T作為代表例的取樣溫度變化57以及與滯后響應成分相同地顯示熱的舉動的滯后溫度變化的模擬例61(溫度變化C，時間常數(shù)τC)。圖26中還用「○」印記表示用算式(32)和取樣溫度變化T創(chuàng)制的滯后溫度變化Y4。
以溫度變化C經(jīng)過長時間，達到飽和值Tmax，和取樣溫度變化T相等為前提，「○」印記表示測定時間間隔，即，計算的時間間隔Δt是1.0[min]的場合。
由這樣適當?shù)剡x擇算式(32)的熱容量C4后的反復計算，就能創(chuàng)制滯后溫度變化Y4，滯后溫度變化Y4是作出與任意的時間常數(shù)τC(τC)τS)的溫度變化C大致相同的溫度變化舉動的。
如圖27所示，由于這個滯后溫度變化Y4和滯后響應成分形成線性函數(shù)關(guān)系的直線62，因而前面的算式(25)成立。實際上，進行抽出溫度變化C的程序沒特別必要。例如，用取樣溫度變化，適當選擇算式(32)中的假設(shè)的熱容量C4和算式(25)的內(nèi)部修正系數(shù)h的反復計算結(jié)果與從前面圖25的Z軸熱位移(包含區(qū)域D的線)中扣除直線60的誤差一致，可決定熱容量C4和系數(shù)h的最佳值。這里決定的熱容量C4和系數(shù)h的值是每種機床固有的值，這工作進行一次就可以。
在滯后溫度運算手段34，用確定了假設(shè)的熱容量C4的算式(32)計算與由頭部溫度傳感器S2檢測的溫度的溫度變化T相對應滯后溫度變化Y4(步驟309)。接著，把這滯后溫度變化Y4代入到確定了內(nèi)部修正系數(shù)h的算式(25)，即可得到滯后響應成分ΔZ4(步驟310)。
用前面利用算式(24)算出創(chuàng)制位移成分ΔZ3的熱位移運算手段32把這樣算出的滯后響應成分ΔZ4與創(chuàng)制位移成分ΔZ3相加，并計算Z軸熱位移ΔZ(步驟311)。
圖28的縱軸是實測的Z軸熱位移，橫軸是用取樣溫度變化T，經(jīng)過直到步驟311的程序而估計的Z軸熱位移。在這熱位移ΔZ的運算中使用把整體修正系數(shù)＂a＂取為1的下式。
ΔZ＝g·Y3＋h·Y4……………(33)圖28的縱軸表示的實測的Z軸熱位移，橫軸表示的用算式(33)求得的Z軸熱位移ΔZ的值在45°傾斜的直線63上大致一致，這意味著這兩者的值是相同的。
因此，由設(shè)置在機體10的受主軸承發(fā)熱影響的位置上頭部溫度傳感器S2的溫度數(shù)據(jù)就能十分高精度地估計Z軸熱位移。
這樣，根據(jù)在步驟311算出的Z軸熱位移ΔZ，由修正手段33修正加工誤差，由此作出熱位移修正(步驟312)此后就能高精度地切削加工工件9。
此后，判斷是否使修正結(jié)束(步驟307)，在使修正結(jié)束的場合下，使MC1a停止，(步驟308)，并結(jié)束整個程序。在不結(jié)束修正的場合下，回歸到步驟302。
(第4實施例)下面，用圖29至圖32來說明應用線性化法的第4實施例。
在上述第1至第3實施例中主要說明的是成為熱位移原因的發(fā)熱源的數(shù)目是一個的例子，但在本發(fā)明中構(gòu)成熱位移原因的發(fā)熱源是多個的，而且即使在認為發(fā)熱源的影響是相互獨立的場合下，也還可能形成展開式的結(jié)構(gòu)。
第4實施例是考慮多個發(fā)熱源(稱為多發(fā)熱源)相互影響同時使其發(fā)生熱位移的機床的場合，補足前面各個實施例沒有說明的部分。
圖29是方框圖，圖30是主軸箱的斷面圖。
NC車床64是把主軸箱66這一機體作為發(fā)熱源的機床。如圖所示，NC車床64具有通過卡盤65和卡瓜67把持工件68的主軸69和主軸箱66以及內(nèi)裝馬達70。主軸箱66通過支承主軸69的加工位置側(cè)的前軸承71和加工位置相反側(cè)的后軸承72能自由回轉(zhuǎn)地支承著主軸69。
含有轉(zhuǎn)子70a的馬達70配設(shè)在前、后軸承71、72之間，而且裝在主軸箱66里，回轉(zhuǎn)驅(qū)動主軸69。
后軸承72上使用止推球軸承，使主軸69相對于中心軸向01定位。受熱位移而伸縮的主軸69就能沿中心軸向01在前軸承71內(nèi)伸縮。由于在接近工件68的前軸承71上有大的載荷作用，為承受這載荷并提高切削性能，因而在前軸承71上是使用額定載荷大的多列園筒滾柱軸承。
這里所示的結(jié)構(gòu)與用皮帶驅(qū)動主軸69的結(jié)構(gòu)相比，由于是用內(nèi)裝馬達70直接驅(qū)動主軸69，因而能高速回轉(zhuǎn)。另外，由于能抑制主軸69的振動，因而能進行高精度的切削加工。
使NC車床64起動后，使內(nèi)裝馬達70的轉(zhuǎn)子70a回轉(zhuǎn)，當前、后軸承71、72和轉(zhuǎn)子70a分別發(fā)熱時，主軸69向前方伸長(圖中右方)從而使工件68沿中心軸向01移動，就會降低加工精度。
為此，把熱位移修正裝置12b分別配置在成為發(fā)熱源的前、后軸承71、72和馬達70的定子等各附近位置上并把三個溫度傳感器s1、s2、s3安裝在主軸箱66上。
這樣，即使在有多個對Z軸方向(即中心軸方向01)的熱位移產(chǎn)生影響的發(fā)熱源情況下，通過如上述的線性化法就能進行高精度的熱位移修正。
通過回路36a、36b、36c把作為溫度檢測手段的溫度傳感器s1、s2、s3的各輸出信號輸入A/D變換器13，從A/D變換器13輸出的信號被輸入到創(chuàng)制溫度運算手段31a和滯后溫度運算手段34。由于其他結(jié)構(gòu)都和第3實施例同樣，因而省略對它們說明。
在多熱源場合下，由各發(fā)熱源產(chǎn)生的熱位移由熱位移運算手段32分別加以算出。z軸方向總的熱位移Δz用下面的一般式表示。
Δz＝a·(Δz1＋Δz2＋……＋Δzn)……(34)Δz1＝β1·YA1＋γ1·YB1Δz2＝β2·YA2＋γ2·YB2Δzn＝βn·YAn＋γn·YBn其中，Δz—Z軸總的熱位移Δz1至Δzn—由第1至第n個發(fā)熱源形成Z軸方向的熱位移
a—整體修正系數(shù)(與算式(2)的相同)β1至βn—創(chuàng)制溫度變化的內(nèi)部修正系數(shù)γ1至γn—滯后溫度變化的內(nèi)部修正系數(shù)YA1至YAn—創(chuàng)制溫度變化YB1至YBn—滯后溫度變化這樣，第3實施例的算式(33)與算式(34)的第1項的熱位移Δz1相當。而由于第3實施例是1個發(fā)熱源，因而就把算式(34)的第2項以下的各項取為零地計算。
由于第4實施例中的發(fā)熱源有3個，n＝3，因而算式(34)就能如下地展開。
Δz＝a·(Δz1＋Δz2＋Δz3)………(35)Δz1＝K1·ΔzΔz2＝K2·Δz ……………………………(36)Δz3＝K3·ΔzK1＝P·T1/(P·T1＋Q·T2＋R·T3)K2＝Q·T2/(P·T1＋Q·T2＋R·T3)………(37)K3＝R·T3/(P·T1＋Q·T2＋R·T3)其中T1—由溫度傳感器s1檢測的溫度的溫度變化T2—由溫度傳感器s2檢測的溫度的溫度變化T3—由溫度傳感器s3檢測的溫度的溫度變化P，Q，R—內(nèi)部修正系數(shù)上述三個算式(37)中的內(nèi)部修正系數(shù)P，Q，R是指各個溫度變化T1至T3的加權(quán)，由于改變發(fā)熱條件三次以上的試驗中取樣的溫度變化的飽和值不同，由下式?jīng)Q定。
由于這里決定的系數(shù)P，Q，R的值的平衡是表示每種機床的固有熱特性，即使主軸轉(zhuǎn)數(shù)等回轉(zhuǎn)條件改變它們也很少改變，因而這種工作只要做一次就可以了。
P·T1s＋Q·T2s＋R·T3s＝Δz………(38)其中，T1s—取樣溫度變化T1的飽和值T2s—取樣溫度變化T2的飽和值
T3s—取樣溫度變化T3的飽和值由于通過把內(nèi)部修正系數(shù)P，Q，R的值代入算式(37)能定出系數(shù)K1、K2、K3的值，因而三個算式(36)能如圖31那樣地表示。結(jié)果，由發(fā)熱源71、72、70a的影響形成的各個熱位移Δz1、Δz2、Δz3和各取樣溫度變化的相關(guān)關(guān)系就可用線性化法等方法進行線性化處理。圖31是表示各個發(fā)熱源的Z軸熱位移的曲線圖。
一般，由于NC車床等切削機床的熱容量小，與MC相比，顯示出熱位移敏感，因而溫度傳感器的安裝位置沒有限制的第3實施例的方法是特別有效的。
又由于用第3實施例的方法，對一個發(fā)熱源設(shè)置一個溫度傳感器就可以了，因而在有多發(fā)熱源NC車床64等場合下，能減少溫度傳感器的個數(shù)。
圖32是表示在組合地使用線性化法和假設(shè)法，在使NC車床64實際運轉(zhuǎn)的場合下實測的Z軸熱位移的數(shù)據(jù)的曲線圖。
如圖所示，圖中用實線73、74表示的修正前的熱位移約是70[μm]。與此相對，進行本發(fā)明的熱位移修正的場合下，如圖中用虛線73a、74a表示的熱位移減小到±10[μm]以下。圖中的符號S是指主軸轉(zhuǎn)數(shù)。
(第5實施例)下面，參照圖33至圖37來說明第5實施例。
第5實施例是把本發(fā)明上述的各種方法中的任意一種適當?shù)赜迷谟卸鄠€主軸的機床中，進行熱位移修正。
主軸把持著工件和工具中的任意一個。由溫度調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)這主軸的溫度，使各個主軸的熱位移大約均等，由溫度檢測手段至少對一個主軸檢測機體的溫度變化，進行熱位移修正。
在第5實施例中，與上述各實施例相同或相當?shù)牟糠侄紭松舷嗤柌⑹÷詫λ鼈兊恼f明。
例如，圖33所示的機床是具有多軸機頭的立式MC75，由四個工具將四個工件同時加工成同樣形狀的。床身76上固定著的床面上所設(shè)置的立柱77的上部，向Y軸方向，即向水平方向固定著橫梁78。
在橫梁78上沿Y軸方向安裝著可移動的大拖板79，由設(shè)置在橫梁78上的y軸伺服馬達78使大拖板79往復移動。
在大拖板79上沿Z軸方向安裝著可移動的主軸箱81。由設(shè)置在大拖板79上的Z軸伺服馬達82使主軸箱81相對于大拖板79沿Z軸方向往復移動，并使它與大拖板79一起相對于橫梁28沿y軸方向往復移動。
在主軸箱81上并列地設(shè)置著多個(例如4個)向著Z軸方向的主軸6a至6d，在各個主軸的前端分別裝著工具7a至7d。
在床身76上沿x軸方向安裝著用來載放與主軸相同個數(shù)(例如4個)的工件9a到9d的可移動的工作臺83。由設(shè)置在床身76上的x軸伺服馬達84使工作臺83往復移動。
立柱77的側(cè)旁設(shè)置著冷卻油供給裝置85。這個冷卻油供給裝置85由作為溫度調(diào)節(jié)裝置的主軸冷卻裝置構(gòu)成，用來調(diào)節(jié)主軸6a至6d的溫度，使各個主軸的熱位移大致均等。
圖34是說明主軸冷卻裝置87的示意圖。
如圖所示，主軸6a至6d的軸承附近分別形成流過冷卻油、冷卻軸承用的流路85a至85d。從冷卻油供給裝置85供給的冷卻油分別沿管路88a至88d流動，用手動或自動操作的流量調(diào)節(jié)閥89a至89d調(diào)節(jié)流量。由此分別地調(diào)節(jié)各主軸6a至6d的溫度。冷卻油沿流路85a至85d流動，冷卻主軸6a至6d的軸承之后，回歸到供給裝置85，在此冷卻后再被循環(huán)使用。
也可以用流量調(diào)節(jié)加上由供給裝置85調(diào)節(jié)冷卻油溫度來替代流量調(diào)節(jié)，由此對每個主軸的主軸溫度進行調(diào)節(jié)。也可用冷卻劑(切削油劑)或水來替代冷卻油。
在使四個主軸回轉(zhuǎn)的情況下，對熱位移進行比較后可見，通常，圖中的左右兩側(cè)的主軸6a、6d的熱位移比內(nèi)側(cè)的主軸6b、6c的小，這是由于各個主軸的安裝位置不同形成的。即，兩側(cè)的主軸6a、6d的軸承產(chǎn)生的熱量迅速地傳導到主軸箱81，從而而抑制了主軸6a、6d的溫度上升。
把作為溫度檢測裝置的主軸鼻溫度傳感器S1安裝在處于作為熱位移最小的代表性主軸6a發(fā)熱部附近的主軸箱81上。通過由這傳感器S1檢測機體86的溫度變化，由使用上述各實施例中的熱位移修正裝置12、12a、12b的方法，對代表性主軸6a的熱位移進行修正。
而且用流量調(diào)節(jié)閥89a至89d調(diào)節(jié)流量(和/或油溫度調(diào)節(jié))，通過對各個主軸冷卻，使另外三個主軸6b到6d的熱位移與代表性主軸6a的熱位移略一致，由此消除主軸間的熱位移的偏差。
由于代表性主軸6a的熱位移最小，最好是對這主軸6a不冷卻冷或者稍微冷卻，而調(diào)節(jié)其他主軸6b至6d的冷卻油，這樣從供給裝置85供給的油量從整體來說就可減少。
圖35表示著替代主軸冷卻裝置87，把主軸加熱裝置90作為溫度調(diào)節(jié)裝置加以使用的情況。
如圖所示，最好在主軸6a至6d附近分別配置著加熱器91a至91d等加熱構(gòu)件。由電流控制裝置91分別控制各個加熱器91a至91d里流過的電流，由此調(diào)節(jié)加熱器91a至91d的發(fā)熱量。由于電流控制比冷卻油量和溫度控制較容易，響應也快，而且整個主軸加熱裝置也較緊湊。
在這種場合下，在熱位移最大的主軸，例如以6b為代表的這個主軸6b附近安裝主軸鼻溫度傳感器S1，檢測機體86的溫度變化。而且用電流控制裝置91控制電流地加熱各個主軸，由此使其他3個主軸6a、6c、6d的熱位移和代表性主軸6b的熱位移大約一致，消除主軸間的熱位移的偏差。
最好不加熱代表性主軸6b或稍微加熱，而調(diào)節(jié)其他主軸的溫度，就能使主軸加熱裝置90的全體電流減少。
在本實施例中，可根據(jù)需要，安裝與傳感器S1不同地在離主軸位置的任意位置(例如在主軸箱81的適當位置)配置的并檢測這位置的機體86的溫度變化的頭部溫度傳感器S2。這樣，可單獨使用混合法或?qū)⒒旌戏ㄅc假設(shè)法組合的上述方法來進熱位移修正。
各個傳感器S1，S2的輸出信號被輸入到熱位移修正裝置12、12a、12b的A/D變換器13之后，與上述各實施例同樣地處理。
如圖34、圖35的虛線所示，最好在代表性主軸以外的各個主軸附近也分別安裝溫度傳感器S10，檢測各主軸的溫度。雖然在熱位移修正中不用傳感器S10檢測的溫度的溫度變化，但從這個溫度變化可推定其他各主軸的熱位移，能用主軸冷卻裝置87或主軸加熱裝置90來消除主軸間熱位移偏差地加以管理。
圖36是表示用主軸冷卻裝置87的場合下的本實施例的程序的流程圖。下面說明中的括號內(nèi)記載著用主軸加熱裝置90的場合。
首先，操作調(diào)節(jié)閥89a至89d，把流過各主軸6a至6d的冷卻油量(或者流過加熱器91a至91d的電流)縮小到必要的最小限度(步驟401)。接著，使全部主軸開始同步回轉(zhuǎn)(步驟402)。以一定回轉(zhuǎn)數(shù)運轉(zhuǎn)，經(jīng)過規(guī)定的時間后，實測出根據(jù)各主軸的伸長而產(chǎn)生的主軸前端部的Z軸方向的熱位移(步驟403)。
由調(diào)節(jié)閥89a至89d調(diào)節(jié)在各個主軸的流路85a至85d里流過的流量(或者由電流控制裝置91調(diào)節(jié)流過加熱器91a至91d的電流)，使各個主軸的熱位移，即延伸量大約相同，設(shè)定此調(diào)節(jié)量(步驟404)。
使全部主軸的回轉(zhuǎn)停止，使機體86全體充分放熱到運轉(zhuǎn)停止(步驟405)。
此后，再開始使全部主軸同步回轉(zhuǎn)，根據(jù)在步驟404設(shè)定的調(diào)節(jié)量，使冷卻油(或者電流)分別流過各個主軸(步驟406)。
接著，實測代表性主軸6a(或者6b)的前端部的Z軸方向的熱位移的時間序列數(shù)據(jù)，同時用傳感器S1，S2中的一個或者兩個檢測機體86的溫度變化(步驟407)。
用這樣檢測的溫度變化，與上述各個實施例同樣地抽出主軸鼻溫度時間常數(shù)τN、頭部溫度時間常數(shù)τH、取樣溫度時間常數(shù)τS等，再算出假設(shè)的熱容量和內(nèi)部修正系數(shù)。而且把這些值設(shè)置到熱位移修正裝置12、12a、12b里(步驟408)。
在步驟409開始修正，進行由代表性主軸形成的熱位移修正(步驟410)。在步驟411結(jié)束修正場合下，停止全部主軸的同步回轉(zhuǎn)(步驟412)，使全部程序結(jié)束。在不停止修正的場合下，回歸到步驟410。
如圖33所示，用修正裝置12、12a、12b算出的被修正的代表性主軸的熱位移通過可編程序控制器15被輸運到數(shù)值控制裝置16，被反饋給Z軸伺服馬達82。由此，Z軸伺服馬達82使主軸箱81沿Z軸方向移動微小距離地進行位置修正。
由于用主軸冷卻裝置87(或者主軸加熱裝置90)使代表性主軸和其他主軸的熱位移大約均等，因而能把4個工件9a至9d由裝在主軸6a至6d上的工具7a至7d同時進行高精度地加工。
圖37是含有帶多個主軸的機床平面結(jié)構(gòu)的方框圖，是第5實施例的應用例。
圖示的機床是多軸NC車床92，具有兩組與第4實施例同樣的結(jié)構(gòu)的主軸箱66和主軸69。因此這NC車床92是有多發(fā)熱源和多軸的。
在床身93上并列地設(shè)置著2臺主軸箱66，而且大拖板94沿Z軸方向可移動地安裝著。大拖板94由Z軸伺服馬達95使其往復移動。
在大拖板94上沿x軸方向安裝著可移動的橫刀架96，由x軸伺服馬達97使其往復移動。橫刀架96上安裝著多個帶有工具98的塊件99。由通過卡盤65等把持工件的主軸69的回轉(zhuǎn)，工具98就切削加工工件。
在床身93上設(shè)置著冷卻供給裝置100，其構(gòu)成與圖34所示的主軸冷卻裝置87同樣原理的主軸冷卻裝置。這個主軸冷卻裝置分別調(diào)節(jié)兩個主軸69的溫度，使兩主軸的熱位移大約均等。
在兩個主軸69的前、后軸承71、72及內(nèi)裝馬達70(見圖30)的附近，在主軸箱66內(nèi)形成流過冷卻油的抑制主軸伸長用的流路。主軸冷卻裝置具有與圖34同樣的管路和流量調(diào)節(jié)閥，能個別地調(diào)節(jié)流向各個主軸69的流量。
由于在一側(cè)的主軸箱66里與第4實施例同樣地安裝著傳感器s1、s2、s3，因而能與第4實施例同樣地由熱位移修正裝置12b進行熱位移修正。把安裝著傳感器s1、s2、s3的一側(cè)的主軸69作為代表性主軸，由主軸冷卻裝置使這代表性主軸69和另一側(cè)的主軸69的熱位移大約一致地消除主軸間的熱位移的偏差。
若與圖36所示的程序相同地進行代表性主軸的熱位移修正，則能由各個工具98高精度地同時對分別把持在代表性主軸69和另一側(cè)主軸69里的工件進行加工。
第5實施例是表示一個代表性主軸的場合，但在進行不同的加工的場合下，也可以對多個代表性主軸分別獨立地進行熱位移修正。而且也可把利用珀爾帖效應的冷卻裝置或加熱裝置用作溫度調(diào)節(jié)裝置。
為了減少原有的多軸式的機床上由于發(fā)熱形成的主軸延伸，有把多量的冷卻油等冷卻劑在各個主軸承附近的流路里流動，進行強制冷卻的。這種方法，通過把各個主軸的熱位移在物理上接近為零，欲把各個主軸間的熱位移的偏差同時吸收。
但是用這種方法，熱位移的吸收有限，不可能使熱位移降到+10[μm]以下。又由于使大量的冷卻油循環(huán)，需要大容量的冷卻裝置，大量的能量就被浪費。而且由強力致冷效果會在軸承上產(chǎn)生變形，有使主軸燒蝕之慮。
與此相對地，第5實施例并沒使各個主軸的熱位移從物理上近于零，而是消除各主軸間的熱位移的偏差使代表性主軸和其他主軸的熱位移大約成一致，同時進行代表性主軸的熱位移修正。因此能使修正后的加工誤差接近于零，使主軸泠卻裝置85充分小型化，也節(jié)省能量，而且由于冷卻效果弱，軸承不會被燒蝕。
還有，在第1至第5實施例中進行著反復運算。因而，如圖1、圖2、圖18、圖29和圖37所示，最好在熱位移修正裝置12、12a、12b上設(shè)置存儲上次運算的結(jié)果且也能存儲機床的電源從斷開到再次接通期間的時間的存儲手段35。
存儲手段35在滯后溫度運算手段34、34a、34b和創(chuàng)制溫度運算手段31a之間進行數(shù)據(jù)的交接。若這樣做，即使在電源斷開場合，由于保存了熱位移修正的經(jīng)歷，反復運算是有效的。
又，在使用與混合法組合的假設(shè)法或與線性化法組合的假設(shè)的場合，也可以用不是設(shè)置在機床的立柱、床身、橫梁上的溫度傳感器檢測機體的溫度變化。
還有，也可以使用應變計(Strain gauge)作為本發(fā)明的溫度檢測手段來代替溫度傳感器，檢測因溫度變化而引起的機體的伸縮。即，為代替用溫度傳感器直接檢測機體的溫度變化，而在機體上安裝和溫度變化有同樣輸出特性的應變計。而且，若將該應變計的輸出信號輸入到A/D變換13，則就能得到和實際上檢測溫度變化相同的同樣作用效果。
可是，各實施例的相關(guān)值可以是一定的對應關(guān)系，也可以是一次相關(guān)值以外的場合。
本發(fā)明由于不使用原有的那種機體構(gòu)成部分的長度，所以機體結(jié)構(gòu)上的長度沒有限制，同樣也不必要多方改變機體構(gòu)成部分的長度測定或轉(zhuǎn)速來進行數(shù)據(jù)的實測作業(yè)。
因而，轉(zhuǎn)速的測定可以只測定一次，能簡化用實際機體的提取熱位移特性的實測作業(yè)。同樣，也不要機體構(gòu)成材料的線膨脹系數(shù)的確認作業(yè)。
溫度傳感器由于可以安裝在任意位置，所以可緩和溫度傳感器安裝位置的限制，同時只用少量的溫度傳感器(例如，對一個發(fā)熱源用1個或2個)，能使高精度估計熱位移的自由度增加。
同樣，根據(jù)機體的溫度進行修正，不必直接檢測室溫。因而，例如即使在冬季房間的門打開或在夏季冷風機運轉(zhuǎn)等而引起室溫急劇變化，也不會有室溫變化引起的影響，所以能高精度地維持修正的精度。
本發(fā)明的熱位移修正方法及其裝置，即使適用在熱位移給與機械的精度和性能產(chǎn)生不良影響的其他種類的機械設(shè)備、例如印刷機、壓力機、激光加工機等的自動控制機械設(shè)備上，也有同樣的作用效果。這種自動控制機械設(shè)備可用NC裝置等的自動控制裝置進行控制。
本發(fā)明由于如上述那樣構(gòu)成的，所以能對熱位移進行高精度的修正。
還有，各圖中的同一符號表示同一或相當?shù)牟糠帧?br> 權(quán)利要求
1.一種機床的熱位移修正方法，其特征是，檢測受發(fā)熱源影響的機體(10、66、86)的溫度變化；用這種檢測的溫度變化，運算和上述機床熱位移的時間常數(shù)有大致相同的時間常數(shù)的溫度變化；根據(jù)與該運算的溫度變化相對應地變化的熱位移來修正加工誤差。
2.一種機床的熱位移修正方法，其特征是，檢測受發(fā)熱源影響的機體(10、66、86)的溫度變化；用這種檢測的溫度變化，運算和上述機床熱位移的時間常數(shù)有大致相同的時間常數(shù)的溫度變化；運算與該運算的溫度變化相對應地變化的熱位移；檢測上述機體的適當位置的溫度變化，估計該檢測的溫度變化的滯后，運算與使上述熱位移和上述運算的熱位移慢慢地偏移的滯后響應成分有大致相同的時效特性的滯后溫度變化；根據(jù)將與該滯后溫度變化相對應地變化的滯后響應成分和上述運算的熱位移相加而得到的合計值，修正加工誤差。
3.一種機床的熱位移修正方法，其特征是，檢測受發(fā)熱源影響并至少在二個位置相互間時間常數(shù)不同的溫度變化的機體(10、66、86)的溫度變化；合成檢測的各個溫度變化，運算和上述機床熱位移的時間常數(shù)有大致相同時間常數(shù)的合成溫度變化；根據(jù)與該合成溫度變化相對應地變化的熱位移修正加工誤差。
4.一種機床的熱位移修正方法，其特征是，檢測發(fā)熱源附近的機體(10、66、86)的溫度變化；估計該檢測溫度變化的滯后，運算和上述機床熱位移的時間常數(shù)有大致相同的時間常數(shù)的滯后溫度變化；根據(jù)與該滯后溫度變化相對應地變化的熱位移修正加工誤差。
5.一種機床的熱位移修正方法，其特征是，檢測受發(fā)熱源影響的機體(10、66、86)的適當位置的溫度變化；用該檢測的溫度變化，運算上述發(fā)熱源的溫度變化；用該發(fā)熱源的溫度變化，運算和上述機床熱位移的時間常數(shù)有大致相同時間常數(shù)的創(chuàng)制溫度變化；根據(jù)與該創(chuàng)制溫度變化相對應地變化的熱位移修正加工誤差。
6.一種機床的熱位移修正方法，其特征是，檢測受發(fā)熱源影響并至少在二個位置相互間時間常數(shù)不同的溫度變化的機體(10、66、86)的溫度變化；合成該檢測的各個溫度變化，運算和上述機床熱位移的時間常數(shù)有大致相同時間常數(shù)的合成溫度變化；運算與該合成溫度變化相對應地變化的熱位移；檢測上述機體的適當位置的溫度變化；估計該檢測的溫度變化的滯后，運算與使上述熱位移和上述運算的熱位移慢慢地偏移的滯后響應成分有大致相同的時效特性的滯后溫度變化；根據(jù)將與該滯后溫度變化相對應地變化的滯后響應成分和上述運算的熱位移相加而得到合計值，修正加工誤差。
7.一種機床的熱位移修正方法，其特征是，檢測發(fā)熱源附近的機體(10、66、86)的溫度變化；估計該檢測的溫度變化的滯后，運算與上述機床熱位移的時間常數(shù)有大致相同時間常數(shù)的第1滯后溫度變化；運算與該第1滯后溫度變化相對應地變化的熱位移，檢測上述機體適當位置的溫度變化；估計該檢測的溫度變化的滯后，運算與使上述熱位移和上述運算的熱位移慢慢地偏移的滯后響應成分有大致相同時效特性的第2滯后溫度變化；根據(jù)將與該第2滯后溫度變化相對應地變化的滯后響應成分和上述運算的熱位移相加而得到的合計值，修正加工誤差。
8.一種機床的熱位移修正方法，其特征是，檢測受發(fā)熱源影響的機體(10、66、86)的適當位置的溫度變化；用該檢測的溫度變化運算上述發(fā)熱源的溫度變化；用該發(fā)熱源的溫度變化運算和上述機床熱位移的時間常數(shù)有大致相同時間常數(shù)的創(chuàng)制溫度變化；運算與該創(chuàng)制溫度變化相對應地變化的熱位移；檢測上述機體的適當位置的溫度變化；估計該檢測的溫度變化的滯后，運算與使上述熱位移和上述運算的熱位移慢慢地偏移的滯后響應成分有大致相同時效特性的滯后溫度變化；根據(jù)將與該滯后溫度變化相對應地變化的滯后響應成分和上述運算的熱位移相加而得到的合計值，修正加工誤差。
9.如權(quán)利要求1至8中任何一項所述的機床的熱位移修正方法，其特征是，上述機床是將主軸箱(5、5a、81)作為上述發(fā)熱源的加工中心(1、1a、75)和將主軸箱(66)作為上述發(fā)熱源的NC車床(64、92)的任何一個。
10.如權(quán)利要求1、2、5或8所述的機床的熱位移修正方法，其特征是，上述機床備有把持工件和工具中任何一個的主軸(6、6a至6d)，和通過將該主軸以軸支承的加工位置側(cè)的主軸承(20)和非加工位置側(cè)的另一軸承(22)能回轉(zhuǎn)自如地支持上述主軸的主軸箱(5a、81)，和在上述兩軸承(20、22)之間配設(shè)的、使在上述主軸箱(5a、81)中內(nèi)裝的使上述主軸回轉(zhuǎn)驅(qū)動的內(nèi)裝馬達(21)；上述主軸承(20)使上述主軸相對于中心軸方向定位，上述另一軸承(22)使因熱位移而伸縮的上述主軸在上述中心軸方向保持能滑動；將在受上述發(fā)熱源影響的頭部位置檢測上述溫度變化的頭部溫度傳感器(S2)安裝在上述主軸箱(5a、81)上。
11.如權(quán)利要求1、2、5或5所述的機床的熱位移修正方法，其特征是，上述機床備有把持工件和工具中任何一個的主軸(69)，和通過將該主軸以軸支承的加工位置側(cè)的前軸承(71)和非加工位置側(cè)的后軸承(72)能回轉(zhuǎn)自如地支持上述主軸(69)的主軸箱(66)，和在上述前、后軸承(71、72)間配設(shè)的、使在上述主軸箱(66)中內(nèi)裝的上述主軸回轉(zhuǎn)驅(qū)動的內(nèi)裝馬達(70)；上述后軸承(72)使上述主軸相對于中心軸方向定位，上述前軸承(71)使因熱位移而伸縮的上述主軸在上述中心軸方向保持能滑動；將分別檢測在上述發(fā)熱源的上述前、后軸承和上述內(nèi)裝馬達附近的溫度變化的3個溫度傳感器(S1、S2、S3)安裝在上述主軸箱(66)上。
12.如權(quán)利要求1至8中任何一項所述的機床熱位移修正方法，其特征是，上述機床在主軸箱(81)上具有把持工件和工具中任何一個且同步回轉(zhuǎn)的多個主軸(6a至6d)；還有根據(jù)與上述多個主軸的回轉(zhuǎn)相應的不同發(fā)熱特性，控制在上述各主軸的主軸鼻部所設(shè)置的水套部中流過的冷卻油量或冷卻油溫度，或控制在上述各主軸的主軸鼻部所設(shè)置的加熱器的通電量，使熱位移均勻化的上述主軸箱(81)；上述主軸的至少一個是上述發(fā)熱源。
13.如權(quán)利要求1至8中的任何一項所述的機床的熱變位修正方法，其特征是，上述溫度變化是從檢測的溫度中扣除基準溫度而算出的。
14.一種機床的熱位移修正裝置，其特征是，該裝置備有檢測受發(fā)熱源影響的機體(10、66、86)的溫度變化的溫度檢測手段(S1至S3、s1至s3)，和用該溫度檢測手段檢測的上述溫度變化，運算和上述機床的熱位移時間常數(shù)有大致相同時間常數(shù)的溫度變化的溫度運算手段(31、31a、34、34a、34b)，和運算與該溫度運算手段運算的上述溫度變化相對應地變化的熱位移的熱位移運算手段(32)，和根據(jù)該熱位移運算手段運算的上述熱位移修正加工誤差的修正手段(33)。
15.一種機床的熱位移修正裝置，其特征是，該裝置備有檢測受發(fā)熱源影響的機體(10、66、86)的溫度變化的溫度檢測手段(S1至S3、s1至s3)，和用該溫度檢測手段檢測的溫度變化，運算和上述機床熱位移的時間常數(shù)有大致相同時間常數(shù)的溫度變化的溫度運算手段(31、31a、34、34a、34b)，和運算與該溫度運算手段運算的上述溫度變化相對應地變化的熱位移的熱位移運算手段(32)，和根據(jù)需要用另外方法檢測上述機體適當位置的溫度變化的溫度檢測手段(S1至S3、s1至s3)，和估計上述任何一個溫度檢測手段檢測的上述溫度變化的滯后，運算與使上述熱位移和上述熱位移運算手段的輸出慢慢地偏移的滯后響應成分有大致相同時效特性的滯后溫度變化的滯后溫度運算手段(34、34a、34b)；用上述熱位移運算手段(32)運算與上述滯后溫度變化相對應地變化的滯后響應成分的同時，算出使該滯后響應成分和上述熱位移相加后的合計值，根據(jù)該合計值，用修正手段(33)修正加工誤差。
16.一種機床的熱位移修正裝置，其特征是，該裝置備有檢測受發(fā)熱源的影響并至少在二個位置相互間時間常數(shù)不同的溫度變化的機體(10、66、86)的溫度變化的溫度檢測手段(S1、s2)，和合成該溫度檢測手段檢測的上述各溫度變化并運算和規(guī)定軸方向熱位移的時間常數(shù)有大致相同時間常數(shù)的合成溫度變化的合成溫度運算手段(31)，和運算與該合成溫度運算手段運算的上述合成溫度變化相對應地變化的熱位移的熱位移運算手段(32)，和根據(jù)該熱位移運算手段運算的上述規(guī)定軸方向的上述熱位移，修正加工誤差的修正手段(33)。
17.一種機床的熱位移的修正裝置，其特征是，該裝置備有檢測發(fā)熱源附近的機體(10、66、86)的溫度變化的溫度檢測手段(S1至S3、s1至s3)，和估計該溫度檢測手段檢測的上述溫度變化的滯后，運算與規(guī)定軸方向的熱位移的時間常數(shù)有大致相同時間常數(shù)的滯后溫度變化的滯后溫度運算手段(34、34a、34b)，和運算與該滯后溫度運算手段運算的上述滯后溫度變化相對應地變化的熱位移的熱位移運算手段(32)，和根據(jù)該熱位移運算手段運算的上述規(guī)定軸方向的上述熱位移，修正加工誤差的修正手段(33)。
18.一種機床的熱位移修正裝置，其特征是，該裝置備有檢測受發(fā)熱源影響的機體(10、66、86)的適當位置的溫度變化的溫度檢測手段(S1、S3、s1至s3)，和用該溫度檢測手段檢測的溫度變化運算上述發(fā)熱源的溫度變化，并用該發(fā)熱源的溫度變化運算與規(guī)定軸方向的熱變化的時間常數(shù)有大致相同時間常數(shù)的創(chuàng)制溫度變化的創(chuàng)制溫度運算手段(31a)，和運算與該創(chuàng)制溫度運算手段運算的上述創(chuàng)制溫度變化相對應地變化的熱位移的熱位移運算手段(32)，和根據(jù)該熱位移運算手段運算的上述規(guī)定軸方向的上述熱位移修正加工誤差的修正手段(33)。
19.一種機床的熱位移修正裝置，其特征是，該裝置備有檢測受發(fā)熱源的影響并至少在二個位置相互間時間常數(shù)不同的溫度變化的機體(10、66、86)的溫度變化的溫度檢測手段(S1至S3、s1至s3)，和合成該溫度檢測手段檢測的上述溫度變化并運算與規(guī)定軸方向的熱位移的時間常數(shù)有大致相同時間常數(shù)的合成溫度變化的合成溫度運算手段(31)，和運算與該合成溫度運算手段運算的上述合成溫度變化相對應地變化的熱位移的熱位移運算手段(32)，和根據(jù)需要用另外方法檢測上述機體的適當位置的溫度變化的溫度檢測手段(S1至S3、s1至s3)，和估計上述任何一個溫度檢測手段檢測的上述溫度變化的滯后，運算與使上述規(guī)定軸方向的熱位移和上述熱位移運算手段的輸出慢慢地偏移的滯后響應成分有大致相同時效特性的滯后溫度變化的滯后溫度運算手段(34、34a、34b)；用上述熱位移運算手段(32)運算與上述滯后溫度變化相對應地變化的滯后響應成分的同時，算出將該滯后響應成分和上述熱位移相加后的合計值，根據(jù)該合計值，用修正裝置(33)修正加工誤差。
20.一種機床的熱位移修正裝置，其特征是，該裝置備有檢測發(fā)熱源附近的機體(10、66、86)的溫度變化的溫度檢測手段(S1至S3、s1至s3)，和估計該溫度檢測手段檢測的上述溫度變化的滯后，運算與規(guī)定軸方向的熱位移的時間常數(shù)有大致相同的時間常數(shù)的滯后溫度變化的第1滯后溫度運算手段(34a)，和運算與該第1滯后溫度運算手段運算的上述滯后溫度化相對應地變化的熱位移的熱位移運算手段(32)，和根據(jù)需要用另外方法檢測上述機體的適當位置的溫度變化的溫度檢測手段(S1至S3、s1至s3)，和估計上述任何一個溫度檢測手段檢測的上述溫度變化的滯后，并運算與使上述規(guī)定軸方向的熱位移和上述熱位移運算手段的輸出慢慢地偏移的滯后響應成分有大致相同的時效特性的滯后溫度變化的第2滯后溫度運算手段(34b)；用上述熱位移運算手段(32)，運算與上述第2滯后溫度運算手段(34b)運算的上述滯后溫度變化相對應地變化的滯后響應成分的同時，算出將該滯后響應成分與上述熱位移相加后的合計值，根據(jù)該合計值，用修正手段(32)修正加工誤差。
21.一種機床的熱位移修正裝置，其特征是，該裝置備有檢測受發(fā)熱源影響的機體(10、66、86)的適當位置的溫度變化的溫度檢測手段(S1、S2、s1至s3)，和用該溫度檢測手段檢測的溫度變化運算上述發(fā)熱源的溫度變化，并用上述發(fā)熱源的溫度變化運算與規(guī)定軸方向的熱位移的時間常數(shù)有大致相同時間常數(shù)的創(chuàng)制溫度變化的創(chuàng)制溫度運算手段(31)，和運算與該創(chuàng)制溫度運算手段運算的上述創(chuàng)制溫度變化相對應地變化的熱位移的熱位移運算手段(32)，和根據(jù)需要用另外方法檢測上述機體的適當位置的溫度變化的溫度檢測手段(S1至S3、s1至s3)，和估計上述任何一個溫度檢測手段所檢測的上述溫度變化的滯后，運算與使上述規(guī)定軸方向的熱位移和上述熱位移運算手段的輸出慢慢地偏移的滯后響應成分有大致相同的時效特性的滯后溫度變化的滯后溫度運算手段(34、34a、34b)；用上述熱位移運算手段(32)運算與上述滯后溫度變化相對應地變化的滯后響應成分的同時，算出將該滯后響應成分與上述熱位移相加后的合計值，根據(jù)該合計值，用修正手段(33)修正加工誤差。
22.如權(quán)利要求14至21中任何一項所述的機床的熱位移修正裝置，其特征是，上述機床是將主軸箱(5、5a、81)作為上述發(fā)熱源的加工中心(1、1a、75)和將主軸箱(66)作為上述發(fā)熱源的NC車床(64、92)中的任何一個。
23.如權(quán)利要求14、15、18或21所述的機床的熱位移修正裝置，其特征是，上述機床備有把持工件和工具中任何一個的主軸(6、6a至6d)，和通過將該主軸以軸支承的加工位置側(cè)的主軸承(20)和非加工位置側(cè)的另一軸承(22)能回轉(zhuǎn)自如地支持上述主軸的主軸箱(5a、81)，和在上述兩軸承(20、22)之間配設(shè)的、使在上述主軸箱(5a、81)中內(nèi)裝的使上述主軸回轉(zhuǎn)驅(qū)動的內(nèi)裝馬達(21)；上述主軸承(20)使上述主軸相對于中心軸方向定位，上述另一軸承(22)使因熱位移而伸縮的上述主軸在上述中心軸方向能保持滑動；將在受上述發(fā)熱源影響的頭部位置檢測上述溫度變化的頭部溫度傳感器(S2)安裝在上述主軸箱(5a、81)上。
24.如權(quán)利要求14、15、18或21所述的機床的熱位移修正裝置，其特征是，上述機床備有把持工件和工具的任何一個的主軸(69)，和通過將該主軸以軸支承的加工位置側(cè)的主軸承(71)和非加工位置側(cè)的后軸承(72)能回轉(zhuǎn)自如地支持上述主軸(69)的主軸箱(66)，和在上述前、后軸承(71、72)之間配設(shè)的、使在上述主軸箱(66)中內(nèi)裝的使上述主軸(69)回轉(zhuǎn)驅(qū)動的內(nèi)裝馬達(70)；上述后軸承(72)使上述主軸相對于中心軸方向(O1)定位，上述前軸承(71)使因熱位移而伸縮的上述主軸在上述中心軸方向能保持滑動；將分別檢測在上述發(fā)熱源的上述前、后軸承和上述內(nèi)裝馬達附近的溫度變化的3個溫度傳感器(S1、S2、S3)安裝在上述主軸箱(66)上。
25.如權(quán)利要求14至21中任何一項所述的機床的熱位移修正裝置，其特征是，該裝置在主軸箱(81)有把持工件和工具中任何一個且同步地回轉(zhuǎn)的多個主軸(6a至6d)；還有根據(jù)與上述多個主軸的回轉(zhuǎn)相應的不同發(fā)熱特性，控制上述各主軸的主軸鼻部所設(shè)置的水套部中流過的冷卻油量或冷卻油溫度，或控制上述各主軸的主軸鼻部所設(shè)置的加熱器的通電量，使熱位移均勻化的上述主軸箱(81)；上述主軸的至少一個是上述發(fā)熱源。
26.如權(quán)利要求14至21中任何一個所述的機床的熱位移修正裝置，其特征是，上述的溫度變化是從檢測的溫度中扣除基準溫度而算出的。
全文摘要
用溫度傳感器(S根據(jù)本發(fā)明的熱位移修正方法及其裝置，能高精度地修正熱位移。本發(fā)明適用在加工中心和NC車床等的機床中。
文檔編號B23Q15/18GK1126130SQ95105559
公開日1996年7月10日 申請日期1995年6月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月16日
發(fā)明者櫻庭肇 申請人:日立精機株式會社