工作機械の熱変位補正装置及び方法
【課題】仕様の数が多くても設定や運用を正確且つ簡易に行うことができる工作機械の熱変位補正装置あるいは方法を提供する。
【解決手段】スケール２の有無やベッド１・テーブル５の長さの割り出し方式が相違することによって互いに異なる２つの仕様が存在する工作機械にあって、各仕様における当該工作機械の熱変位補正量を推定する補正量推定装置１３・パラメータ自動選択装置１４を備えており、補正量推定装置１３・パラメータ自動選択装置１４は、ベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６にそれぞれ対応する推定熱変位演算用のパラメータの集合をデータベースとして記憶すると共に、各仕様に応じた機械情報に基づいて前記データベースから前記仕様に属する前記パラメータを選択し、選択された前記パラメータによりベッド１・テーブル５・ワーク６あるいは更にスケール２における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算する。
【解決手段】スケール２の有無やベッド１・テーブル５の長さの割り出し方式が相違することによって互いに異なる２つの仕様が存在する工作機械にあって、各仕様における当該工作機械の熱変位補正量を推定する補正量推定装置１３・パラメータ自動選択装置１４を備えており、補正量推定装置１３・パラメータ自動選択装置１４は、ベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６にそれぞれ対応する推定熱変位演算用のパラメータの集合をデータベースとして記憶すると共に、各仕様に応じた機械情報に基づいて前記データベースから前記仕様に属する前記パラメータを選択し、選択された前記パラメータによりベッド１・テーブル５・ワーク６あるいは更にスケール２における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＣ旋盤やマシニングセンタ等の工作機械における熱変位補正装置及び熱変位補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械は、動力部・摺動部等の発熱の機械各部への伝達や環境温度の変化により、熱変形を引き起こす。この熱変形は加工精度に影響を及ぼすので、機体温度情報から熱変形量を推定し加工の際に補正する装置が提案されている（例えば下記特許文献１に記載の装置）。この熱変位補正装置は、スケール・テーブル・ワークにおける位置情報・線膨張係数・温度等といったパラメータを用いてワーク−刃先間の熱変位を推定し補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８１３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような熱変位補正装置では、同一機種における異なる仕様の機械に適用させようとすると、それぞれについてパラメータを用意する必要が生じ、煩雑となる。即ち、例えば同一機種であっても、スケールの有無や取付位置・テーブルの取付態様が相違する機械仕様が存在する場合に、スケールやテーブルの位置情報や線膨張係数等をそれぞれの仕様について設定し、各自のパラメータファイルとして熱変位補正装置内に記憶させる必要が生じるが、仕様の数が多い程、パラメータの設定や各種パラメータファイルの運用が煩雑となり、パラメータの誤設定による誤動作の発生リスクが高まって、熱変位補正装置の生産性や管理性が良好でなくなる。
【０００５】
そこで、請求項１〜４に記載の発明は、仕様の数が多くても設定や運用を正確且つ簡易に行うことができる工作機械の熱変位補正装置あるいは方法を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、工作機械の熱変位補正装置において、推定要素の少なくとも一部が相違することによって互いに異なる仕様が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する補正量推定部を備えており、当該補正量推定部は、前記推定要素の全てにそれぞれ対応する推定熱変位演算用のパラメータの集合を、パラメータ群として記憶すると共に、前記仕様に応じた機械情報を読み取り可能であり、当該機械情報に基づいて前記パラメータ群から前記仕様に属する前記推定要素に対応する前記パラメータを選択し、選択された前記パラメータにより各推定要素における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出することを特徴とするものである。
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、工作機械の熱変位補正装置において、推定要素の少なくとも一部が相違することによって互いに異なる仕様が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する補正量推定部と、推定要素の温度を測定する温度センサとを備えており、当該補正量推定部は、前記推定要素の全てにそれぞれ対応する前記温度センサの種類の集合を、温度センサ選択用データベースとして記憶すると共に、前記仕様に応じた機械情報を読み取り可能であり、当該機械情報に基づいて前記温度センサ選択用データベースから前記仕様に属する前記推定要素に対応する前記温度センサの種類を選択し、選択された種類における前記温度センサにより把握される前記推定要素の温度に基づき、各推定要素における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出することを特徴とするものである。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、工作機械の熱変位補正方法において、推定要素の少なくとも一部が相違することによって互いに異なる仕様が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する方法であり、前記推定要素の全てにそれぞれ対応する推定熱変位演算用のパラメータの集合を、パラメータ群として記憶するステップと、前記仕様に応じた機械情報を読み取って、当該機械情報に基づいて前記パラメータ群から前記仕様に属する前記推定要素に対応する前記パラメータを選択するステップと、選択された前記パラメータにより各推定要素における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出するステップとを有することを特徴とするものである。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、工作機械の熱変位補正方法において、推定要素の少なくとも一部が相違することによって互いに異なる仕様が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する方法であり、前記推定要素の全てにそれぞれ対応する前記推定要素の温度を測定する温度センサの種類の集合を、温度センサ選択用データベースとして記憶するステップと、前記仕様に応じた機械情報を読み取って、当該機械情報に基づいて前記温度センサ選択用データベースから前記仕様に属する前記推定要素に対応する前記温度センサの種類を選択するステップと、選択された種類における前記温度センサにより把握される前記推定要素の温度に基づき、各推定要素における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出するステップとを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、機械情報に基づいてデータベースから補正対象の工作機械の仕様に関する推定要素に対応するパラメータや温度センサを選択する。よって、複数の仕様が存在しても共通のデータベースを用意すれば済み、熱変位補正装置ないし方法の生産性（構築容易性）や管理性が極めて良好なものとなる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１形態に係る工作機械ないし熱変位補正装置の説明図である。
【図２】（ａ）は図１の一部説明図であり、（ｂ）は別の仕様に係る工作機械の説明図である。
【図３】パラメータ群（パラメータデータベース、パラメータファイル）の説明図である。
【図４】図２の工作機械ないし熱変位補正装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２形態に係る工作機械ないし熱変位補正装置の説明図である。
【図６】図６の工作機械ないし熱変位補正装置と同一機種ではあるが別仕様の工作機械ないし熱変位補正装置の説明図である。
【図７】図４，５の工作機械ないし熱変位補正装置の温度センサ選択データベースを示す模式図である。
【図８】図４，５の工作機械ないし熱変位補正装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る実施の形態の例につき、適宜図面に基づいて説明する。なお、当該形態は、下記の例に限定されない。
【００１３】
［第１形態］
図１は本発明の第１形態に係る熱変位補正装置を適用した工作機械（門形マシニングセンタ）の側面説明図であって、ベッド１がＸ軸（図１の左右方向に沿う軸、右が正）に沿うように配置されており、ベッド１には、ナット４を介して、ワーク６を搭載可能なテーブル５が、Ｘ軸方向に移動可能に支持されている。
【００１４】
又、ベッド１の両側面にはそれぞれコラム７が立てられており、各コラム７の間にはクロスレール（図示せず）が固定され、当該クロスレールにはサドル８がＹ軸（図１で紙面に直交する方向に沿う軸、手前が正）方向に移動可能に支持されている。更に、サドル８には主軸９がＺ軸（図１の上下方向に沿う軸、上が正）方向に移動可能に支持されており、主軸９の先端にはワーク６を加工するための工具１０が回転可能に固定されている。
【００１５】
図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ同じ機種に属する互いに異なる仕様の門形マシニングセンタの説明図であって、図２（ａ）は図１の門形マシニングセンタと同一である。これらの門形マシニングセンタでは、テーブル５のＸ軸方向に沿う移動量の検出に係る構造が相違する。
【００１６】
即ち、図２（ａ）の仕様（仕様（ａ）とする）において、テーブル５はナット４に組み合わせられたボールネジ（図示せず）により移動する。当該ボールネジはベッド１側に回転可能に固定され、ナット４はテーブル５に固定されている。本仕様では位置検出器を構成するスケール２及びスライダ３を有する。スケール２はベッド１に固定され、スライダ３はテーブル５に固定されている。テーブル５のＸ位置は、例えばスライダ３がスケール２の示す位置情報を読み取って後述のＮＣ装置１５に送信するといったように、位置検出器によって決定される。
【００１７】
一方、図２（ｂ）の仕様（仕様（ｂ）とする）では、テーブル５はナット４に組み合わせられたボールネジ（図示せず）により移動する。当該ボールネジはベッド１側に回転可能に固定され、ナット４はテーブル５に固定されている。テーブル５のＸ位置は、例えば当該ボールネジの端部に配置された回転位置検出器（図示せず）により検出された回転位置（回転数）を後述のＮＣ装置１５においてＸ位置に変換するといったように、当該ボールネジの回転制御（回転位置検出器）によって決定される。
【００１８】
そして、図１に示すように、仕様（ａ）にあっては、ベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６の温度を検出する温度センサ１１Ａ〜１１Ｄが設置されていると共に、各温度センサ１１Ａ〜１１Ｄから検出温度を示す信号を受信して各温度を把握する温度測定装置１２と、温度測定装置１２及びパラメータ自動選択装置１４から情報を受信して熱変位に関する補正量を算出する補正量推定装置１３と、テーブル５・サドル８・主軸９等を数値制御するＮＣ装置１５とを備えている。パラメータ自動選択装置１４は、ＮＣ装置１５における機械情報を通信により読み取り、読み取った当該機械情報に基づいて熱変位の推定演算パラメータを自動選択する。なお、補正量推定装置１３ないしパラメータ自動選択装置１４が本発明に係る熱変位補正装置を構成するが、これらに温度センサ１１Ａ〜１１Ｄないし温度測定装置１２を加えたものを熱変位補正装置とみることもできる。又、補正量推定装置１３ないしパラメータ自動選択装置１４が本発明に係る補正量推定部を構成する。
【００１９】
又、仕様（ｂ）にあっても、仕様（ａ）と同様に熱変位補正装置が構成されるが、スケール２が設置されていないためスケール２に係る温度センサ１１Ｂが配置されていないことが仕様（ａ）と異なる。
【００２０】
ここで、各仕様における工作機械の推定要素について更に詳述する。仕様（ａ）では、熱変位推定に関する推定要素として、ベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６を挙げることができる。一方、仕様（ｂ）では、熱変位推定に関する推定要素として、ベッド１・テーブル５・ワーク６を挙げることができる。そして、仕様（ａ），（ｂ）では、熱変位補正に関し、スケール２の有無において推定要素が相違し、残りの推定要素は一応共通であるが、各推定要素における長さのパラメータの内容が異なっている。即ち、仕様（ａ）ではスケール２やスライダ３の位置が長さのパラメータの一部となるが、仕様（ｂ）ではナット４の位置が長さのパラメータの一部となる。
【００２１】
図３は補正量推定装置１３に記憶されている推定演算パラメータ選択用のパラメータ群としてのデータベースの模式図（表）である。このデータベースは、同一機種内で共通であり、仕様（ａ）及び仕様（ｂ）の双方において記憶されている。ここで、δｉは各推定要素ｉ（ｉがＡ，１又はベッドならベッド１、Ｂ・２・スケールならスケール２、Ｃ・３・テーブルならテーブル５、Ｄ・４・ワークならワーク６）の熱変位であり、αｉは推定要素ｉの線膨張係数であり、Ｔｉは推定要素ｉの検出温度であり、Ｌｉは推定要素ｉの長さである。又、Ｘは工具１０の刃先のＸ軸における位置であり、Ｘａはスケール２のＸ軸における位置であり、Ｘｂはスライダ３のＸ軸における位置であり、Ｘｗはワーク６のＸ軸における位置であり、Ｘｅはナット４のＸ軸における位置である（図２参照）。
【００２２】
このような第１形態に係る熱変位補正装置ないし工作機械は、主に図４で説明するように動作して、熱変位を推定し、熱変位補正方法を実行する。
【００２３】
即ちまず仕様（ａ）の場合、温度測定装置１２は、各推定要素ｉに係る温度センサ１１Ａ〜１１Ｄから信号を受信して、各推定要素ｉの温度を測定する（ステップＳ１）。
【００２４】
次に、パラメータ自動選択装置１４は、ＮＣ装置１５から機械情報を読み取る（ステップＳ２）。機械情報は、ここでは仕様（ａ）を示す識別情報であり、パラメータ自動選択装置１４は、この機械情報に基づき、図３のデータベースを参照して仕様（ａ）に係る熱変位パラメータを選択する（ステップＳ３）。具体的には、仕様（ａ）の欄を参照し、αＡ〜αＤ，ＴＡ〜ＴＤ，（Ｘａ−Ｘ）・（Ｘｂ−Ｘａ）・（Ｘｗ−Ｘｂ）・（Ｘ−Ｘｗ）を熱変位パラメータとして選択する。
【００２５】
続いて、補正量推定装置１３は、ステップＳ３で選択された熱変位パラメータを受信し、これらの熱変位パラメータを用いて熱変位の推定演算を行う（ステップＳ４）。各推定要素ｉの推定熱変位δｉは、次の［数１］で表される。
【００２６】
【数１】
【００２７】
よって、ワーク６と工具１０の刃先間の相対的な推定熱変位Δは、次の［数２］で表される。ここで、ｎは（推定熱変位Δに影響する）推定要素の数である。
【００２８】
【数２】
【００２９】
そして、ステップＳ３で選択された熱変位パラメータにより、推定熱変位Δは、図２（ａ）のＡ１（δベッド），Ｂ１（δスケール），Ｃ１（δテーブル），Ｄ１（δワーク）の和となることが分かる。Ａ１〜Ｄ１は次の［数３］の通りであり、よって推定熱変位Δは次の［数４］の通りである。
【００３０】
【数３】
【数４】
【００３１】
このようにして推定熱変位Δが算出されると、補正量推定装置１３はＮＣ装置１５へこれを発信し、ＮＣ装置１５は受信した推定熱変位Δを加味した移動制御を行う（ステップＳ５）。そして、補正を続行する場合にはステップＳ１に戻って動作を継続し、続行しない場合には終了する（ステップＳ６）。
【００３２】
一方、仕様（ｂ）の場合、次に説明するステップ以外は仕様（ａ）と同様に動作する。即ち、ステップＳ２で仕様（ｂ）の機械情報を読み取ると、ステップＳ３で仕様（ｂ）に係る熱変位パラメータを選択する（ステップＳ３）。具体的には、仕様（ｂ）の欄を参照し、αＡ・αＣ・αＤ，ＴＡ・ＴＣ・ＴＤ，（Ｘｅ−Ｘ）・（Ｘｗ−Ｘｅ）・（Ｘ−Ｘｗ）を熱変位パラメータとして選択する。なお、「０」は当該パラメータがないことを意味する。
【００３３】
そして、推定熱変位Δは、図２（ｂ）のＡ２（δベッド），Ｃ２（δテーブル），Ｄ２（δワーク）の合計であることが判明し、Ａ２，Ｃ２，Ｄ２は次の［数５］の通りであり、推定熱変位Δは次の［数６］の通りとなる。
【００３４】
【数５】
【数６】
【００３５】
以上の第１形態に係る熱変位補正装置では、スケール２の有無やベッド１・テーブル５の長さの割り出し方式が相違することによって互いに異なる２つの仕様が存在する工作機械にあって、各仕様における当該工作機械の熱変位補正量を推定する補正量推定装置１３・パラメータ自動選択装置１４を備えており、補正量推定装置１３・パラメータ自動選択装置１４は、ベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６にそれぞれ対応する推定熱変位演算用のパラメータの集合を、データベースとして記憶すると共に、各仕様に応じた機械情報を読み取り可能であり、当該機械情報に基づいて前記データベースから前記仕様に属するベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６に対応する前記パラメータ（仕様（ａ）ならベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６に係るもので長さの割り出しはスケール２・スライダ３を基準とするもの，仕様（ｂ）ならベッド１・テーブル５・ワーク６に係るもので長さの割り出しはナット４を基準とするもの）を選択し、選択された前記パラメータによりベッド１・テーブル５・ワーク６あるいは更にスケール２における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、各仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出する。
【００３６】
従って、パラメータのデータベースないし熱変位補正装置として、仕様にかかわらず工作機械の同一機種毎に１種類を用意すれば良く、仕様毎にパラメータのデータベースを用意したりパラメータの設定変更を行う必要がなくなって、膨大な種類のパラメータデータベースの運用やパラメータデータベースの仕様との照合の必要がなくなり、仕様とパラメータの不一致に基づく誤動作発生のリスクを低減することができ、複数の仕様を有する工作機械に関する熱変位補正装置の生産性や管理性が極めて良好なものとなる。
【００３７】
又、第１形態に係る熱変位補正方法では、スケール２の有無やベッド１・テーブル５の長さの割り出し方式が相違することによって互いに異なる２つの仕様が存在する工作機械にあって、各仕様における当該工作機械の熱変位補正量を推定する方法であり、補正量推定装置１３・パラメータ自動選択装置１４は、ベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６にそれぞれ対応する推定熱変位演算用のパラメータの集合を、予めデータベースとして記憶するステップと、各仕様に応じた機械情報を読み取って、当該機械情報に基づいて前記データベースから前記仕様に属するベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６に対応する前記パラメータ（仕様（ａ）ならベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６に係るもので長さの割り出しはスケール２・スライダ３を基準とするもの，仕様（ｂ）ならベッド１・テーブル５・ワーク６に係るもので長さの割り出しはナット４を基準とするもの）を選択するステップと、選択された前記パラメータによりベッド１・テーブル５・ワーク６あるいは更にスケール２における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、各仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出するステップとを有する。
【００３８】
従って、パラメータ群につき仕様にかかわらず１種類を用意すれば良く、仕様毎にパラメータのデータベースを用意したりパラメータの設定変更を行う必要がなくなって、膨大な種類のパラメータデータベースの運用やパラメータデータベースの仕様との照合の必要がなくなり、仕様とパラメータの不一致に基づく誤動作発生のリスクを低減することができ、複数の仕様を有する工作機械に関する熱変位補正方法の構築容易性や管理性が極めて良好なものとなる。
【００３９】
［第２形態］
図５は本発明の第２形態に係る熱変位補正装置を適用した工作機械（標準仕様）の側面説明図であって、脚１０１上のベッド１０２に主軸台１０３が配置されている。主軸台１０３は、ワークを保持するチャック（図示せず）を有する主軸１０４を回転可能に支持する。又、ベッド１０２にはサドル１０５が主軸１０４の軸線方向（図５における紙面に垂直な方向）へ移動可能に設置され、サドル１０５上に刃物台１０６が主軸径方向へ移動可能に支持され、刃物台１０６に工具１０７を保持するタレット１０８が設けられている。
【００４０】
又、ベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６には、それぞれ温度センサｃｈ１〜ｃｈ４が設置されており、これらの温度センサが出力したアナログ信号をデジタル信号に変換して数値化する温度測定装置１０９と、数値化された温度測定値から熱変位との関係式を演算する補正量推定部としての変位式演算装置１１０と、その関係式を用いて補正量を求める補正装置１１１と、補正量に基づいてサドル１０５及び刃物台１０６を制御するＮＣ装置１１２とが配置されている。なお、変位式演算装置１１０には、設置先の工作機械の仕様を示す機械情報が記憶されている。
【００４１】
図６は図５の工作機械と同一機種であるが推定要素（構成要素）として更に下刃物台１１４等を有する別仕様の工作機械の説明図である。即ち、この工作機械は図５の工作機械と同様になるが、更にベッド１０２上に下サドル１１３が設けられており、下サドル１１３上に下刃物台１１４が主軸１０４の径方向に移動可能に支持され、下刃物台１１４に下工具１１５を保持する下タレット１１６が設けられている。又、下サドル１１３・下刃物台１１４には、温度センサｃｈ５，ｃｈ６が設置されている。
【００４２】
図７は温度センサ選択用のデータベース（温度センサ選択データベース、温度センサ選択ファイル）を示す表であって、当該データベースは変位式演算装置１１０において記憶されている。当該データベースにおいては、温度センサｃｈ１〜ｃｈ６毎に、上記双方の仕様で用いるものであるか（ここでは「０」）、図６の下刃物台１１４等を有する仕様のみで用いるものであるか（ここでは「１」）、何れの仕様でも使用しないものであるか（ここでは「２」）を示す情報が対応付けられている。
【００４３】
このような第２形態に係る熱変位補正装置ないし工作機械は、主に図８で説明するように動作して、熱変位を推定し、熱変位補正方法を実行する。
【００４４】
即ち、上記標準仕様の場合、標準仕様に対応する機械情報を読み取って仕様が標準仕様であることを把握し（ステップＳ１０１）、これに基づいて温度センサ選択データベースにおいて「０」が付与されている温度センサｃｈ１〜ｃｈ４を選択し、温度センサｃｈ１〜ｃｈ４が有効である（他の温度センサｃｈ５，ｃｈ６は無効である）として設定を切替える（ステップＳ１０２）。そして、有効な温度センサｃｈ１〜ｃｈ４により各構造体（推定要素、ここではベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６）の温度を測定し（ステップＳ１０３）、第１形態と同様にして測定された温度から変位量（推定熱変位）を演算し（ステップＳ１０４）、補正量を演算して（ステップＳ１０５）、適宜補正を続行する（ステップＳ１０６）。
【００４５】
一方、上記別仕様の場合、別仕様に対応する機械情報を読み取って仕様が別仕様であることを把握し（ステップＳ１０１）、これに基づいて温度センサ選択データベースにおいて「０」及び「１」が付与されている温度センサｃｈ１〜ｃｈ６を選択し、温度センサｃｈ１〜ｃｈ６が有効であるとして設定を切替え（ステップＳ１０２）、有効な温度センサｃｈ１〜ｃｈ６により各構造体（推定要素、ここではベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６・下サドル１１３・下刃物台１１４）の温度を測定し（ステップＳ１０３）、標準仕様と同様に変位量や補正量を演算し（ステップＳ１０４，Ｓ１０５）、適宜補正を続行する（ステップＳ１０６）。
【００４６】
以上の第２形態に係る熱変位補正装置では、下サドル１１３・下刃物台１１４の有無が相違することによって互いに異なる仕様（標準仕様・別仕様）が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する変位式演算装置１１０と、ベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６・下サドル１１３・下刃物台１１４の温度を測定する温度センサｃｈ１〜ｃｈ６とを備えており、変位式演算装置１１０は、ベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６・下サドル１１３・下刃物台１１４の全てにそれぞれ対応する温度センサｃｈ１〜ｃｈ６の種類の集合を、温度センサ選択用データベースとして記憶すると共に、前記仕様に応じた機械情報を読み取り可能であり、当該機械情報に基づいて前記温度センサ選択用データベースから前記仕様に属するベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６（ないしは更に下サドル１１３・下刃物台１１４）に対応する温度センサｃｈ１〜ｃｈ６の種類を選択し（標準仕様なら温度センサｃｈ１〜ｃｈ４，別仕様なら温度センサｃｈ１〜ｃｈ６）、選択された種類における温度センサｃｈ１〜ｃｈ４（あるいは温度センサｃｈ１〜ｃｈ６）により把握されるベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６（ないしは更に下サドル１１３・下刃物台１１４）の温度に基づき、ベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６（ないしは更に下サドル１１３・下刃物台１１４）における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出する。
【００４７】
従って、第２形態に係る熱変位補正装置では、仕様毎に温度センサの配置が相違していても、共通の温度センサ選択用データベースにより、補正対象の仕様において使用する温度センサを適切に選択することができ、仕様毎に温度センサに関する設定を変更する必要がなくなり、このような設定に関する時間を費やす必要がなくなって、生産性や管理性を極めて良好なものとすることができる。
【００４８】
又、第２形態に係る熱変位補正方法では、下サドル１１３・下刃物台１１４の有無が相違することによって互いに異なる仕様（標準仕様・別仕様）が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する方法であり、変位式演算装置１１０は、ベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６・下サドル１１３・下刃物台１１４の全てにそれぞれ対応する温度センサｃｈ１〜ｃｈ６の種類の集合を、温度センサ選択用データベースとして記憶するステップと、前記仕様に応じた機械情報を読み取って、当該機械情報に基づいて前記温度センサ選択用データベースから前記仕様に属するベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６（ないしは更に下サドル１１３・下刃物台１１４）に対応する温度センサｃｈ１〜ｃｈ６の種類を選択するステップと（標準仕様なら温度センサｃｈ１〜ｃｈ４，別仕様なら温度センサｃｈ１〜ｃｈ６）、選択された種類における温度センサｃｈ１〜ｃｈ４（あるいは温度センサｃｈ１〜ｃｈ６）により把握されるベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６（ないしは更に下サドル１１３・下刃物台１１４）の温度に基づき、ベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６（ないしは更に下サドル１１３・下刃物台１１４）における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出するステップとを有する。
【００４９】
従って、第２形態に係る熱変位補正方法では、仕様毎に温度センサの配置が相違していても、共通の温度センサ選択用データベースにより、補正対象の仕様において使用する温度センサを適切に選択することができ、仕様毎に温度センサに関する設定を変更する必要がなくなり、このような設定に関する時間を費やす必要がなくなって、方法の構築を極めて容易にすることができるし、方法実施の際の管理性を極めて良好なものとすることができる。
【００５０】
［変更例］
なお、主に上記形態を変更して成る、本発明の他の形態を例示する。
【００５１】
第１形態に係る熱変位推定に際し、温度センサからの検出温度を次の［数７］で表される推定用温度としても良い。ここで、Ｏｉ，ｔは推定要素ｉの推定用温度であり、Ｏｉ，ｔ−１は前回演算時の推定要素ｉの推定用温度であり（適宜記憶手段に記憶される）、Ｔｉ，ｔは推定要素ｉの検出温度であり、ｂは演算の時間間隔であり、βｉは推定要素ｉの変位時定数である。又、βｉを機械情報と関連付けておき、機械情報に基づいてパラメータとして自動選択する。このように推定用温度を用いることによって、熱変位につき高精度に補正することができる。
【００５２】
【数７】
【００５３】
機械情報につき、ＮＣ装置や変位式演算装置に記憶することに代えて、補正量推定装置や温度測定装置あるいはこれらの組み合わせにおいて記憶しても良いし、仕様の識別情報とすることに代えて、推定要素の組み合わせを示す情報としても良い。補正量推定装置（変位式演算装置）や温度測定装置、ＮＣ装置の少なくとも２つを組み合わせて一体化しても良い。各種データベースデータ形式や内容につき、第２形態の温度センサ選択データベースにおいて機械情報毎に温度センサ番号を並べたものとする等、様々な態様とすることができる。第１形態において第２形態に係る温度センサの選択を適用しても良いし、第２形態において第１形態に係るパラメータの選択を実施しても良い。本発明に係る熱変位補正装置を、門形マシニングセンタ以外の工作機械に適用して良い。
【符号の説明】
【００５４】
１，１０２ ベッド（推定要素）
２ スケール（推定要素）
５ テーブル（推定要素）
６ ワーク（推定要素）
１３ 補正量推定装置（補正量推定部）
１４ パラメータ自動選択装置（補正量推定部）
１０４ 主軸（推定要素）
１０５ サドル（推定要素）
１０６ 刃物台（推定要素）
１１０ 変位式演算装置１１０（補正量推定部）
１１３ 下サドル（推定要素）
１１４ 下刃物台（推定要素）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＣ旋盤やマシニングセンタ等の工作機械における熱変位補正装置及び熱変位補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械は、動力部・摺動部等の発熱の機械各部への伝達や環境温度の変化により、熱変形を引き起こす。この熱変形は加工精度に影響を及ぼすので、機体温度情報から熱変形量を推定し加工の際に補正する装置が提案されている（例えば下記特許文献１に記載の装置）。この熱変位補正装置は、スケール・テーブル・ワークにおける位置情報・線膨張係数・温度等といったパラメータを用いてワーク−刃先間の熱変位を推定し補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８１３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような熱変位補正装置では、同一機種における異なる仕様の機械に適用させようとすると、それぞれについてパラメータを用意する必要が生じ、煩雑となる。即ち、例えば同一機種であっても、スケールの有無や取付位置・テーブルの取付態様が相違する機械仕様が存在する場合に、スケールやテーブルの位置情報や線膨張係数等をそれぞれの仕様について設定し、各自のパラメータファイルとして熱変位補正装置内に記憶させる必要が生じるが、仕様の数が多い程、パラメータの設定や各種パラメータファイルの運用が煩雑となり、パラメータの誤設定による誤動作の発生リスクが高まって、熱変位補正装置の生産性や管理性が良好でなくなる。
【０００５】
そこで、請求項１〜４に記載の発明は、仕様の数が多くても設定や運用を正確且つ簡易に行うことができる工作機械の熱変位補正装置あるいは方法を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、工作機械の熱変位補正装置において、推定要素の少なくとも一部が相違することによって互いに異なる仕様が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する補正量推定部を備えており、当該補正量推定部は、前記推定要素の全てにそれぞれ対応する推定熱変位演算用のパラメータの集合を、パラメータ群として記憶すると共に、前記仕様に応じた機械情報を読み取り可能であり、当該機械情報に基づいて前記パラメータ群から前記仕様に属する前記推定要素に対応する前記パラメータを選択し、選択された前記パラメータにより各推定要素における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出することを特徴とするものである。
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、工作機械の熱変位補正装置において、推定要素の少なくとも一部が相違することによって互いに異なる仕様が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する補正量推定部と、推定要素の温度を測定する温度センサとを備えており、当該補正量推定部は、前記推定要素の全てにそれぞれ対応する前記温度センサの種類の集合を、温度センサ選択用データベースとして記憶すると共に、前記仕様に応じた機械情報を読み取り可能であり、当該機械情報に基づいて前記温度センサ選択用データベースから前記仕様に属する前記推定要素に対応する前記温度センサの種類を選択し、選択された種類における前記温度センサにより把握される前記推定要素の温度に基づき、各推定要素における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出することを特徴とするものである。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、工作機械の熱変位補正方法において、推定要素の少なくとも一部が相違することによって互いに異なる仕様が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する方法であり、前記推定要素の全てにそれぞれ対応する推定熱変位演算用のパラメータの集合を、パラメータ群として記憶するステップと、前記仕様に応じた機械情報を読み取って、当該機械情報に基づいて前記パラメータ群から前記仕様に属する前記推定要素に対応する前記パラメータを選択するステップと、選択された前記パラメータにより各推定要素における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出するステップとを有することを特徴とするものである。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、工作機械の熱変位補正方法において、推定要素の少なくとも一部が相違することによって互いに異なる仕様が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する方法であり、前記推定要素の全てにそれぞれ対応する前記推定要素の温度を測定する温度センサの種類の集合を、温度センサ選択用データベースとして記憶するステップと、前記仕様に応じた機械情報を読み取って、当該機械情報に基づいて前記温度センサ選択用データベースから前記仕様に属する前記推定要素に対応する前記温度センサの種類を選択するステップと、選択された種類における前記温度センサにより把握される前記推定要素の温度に基づき、各推定要素における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出するステップとを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、機械情報に基づいてデータベースから補正対象の工作機械の仕様に関する推定要素に対応するパラメータや温度センサを選択する。よって、複数の仕様が存在しても共通のデータベースを用意すれば済み、熱変位補正装置ないし方法の生産性（構築容易性）や管理性が極めて良好なものとなる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１形態に係る工作機械ないし熱変位補正装置の説明図である。
【図２】（ａ）は図１の一部説明図であり、（ｂ）は別の仕様に係る工作機械の説明図である。
【図３】パラメータ群（パラメータデータベース、パラメータファイル）の説明図である。
【図４】図２の工作機械ないし熱変位補正装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２形態に係る工作機械ないし熱変位補正装置の説明図である。
【図６】図６の工作機械ないし熱変位補正装置と同一機種ではあるが別仕様の工作機械ないし熱変位補正装置の説明図である。
【図７】図４，５の工作機械ないし熱変位補正装置の温度センサ選択データベースを示す模式図である。
【図８】図４，５の工作機械ないし熱変位補正装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る実施の形態の例につき、適宜図面に基づいて説明する。なお、当該形態は、下記の例に限定されない。
【００１３】
［第１形態］
図１は本発明の第１形態に係る熱変位補正装置を適用した工作機械（門形マシニングセンタ）の側面説明図であって、ベッド１がＸ軸（図１の左右方向に沿う軸、右が正）に沿うように配置されており、ベッド１には、ナット４を介して、ワーク６を搭載可能なテーブル５が、Ｘ軸方向に移動可能に支持されている。
【００１４】
又、ベッド１の両側面にはそれぞれコラム７が立てられており、各コラム７の間にはクロスレール（図示せず）が固定され、当該クロスレールにはサドル８がＹ軸（図１で紙面に直交する方向に沿う軸、手前が正）方向に移動可能に支持されている。更に、サドル８には主軸９がＺ軸（図１の上下方向に沿う軸、上が正）方向に移動可能に支持されており、主軸９の先端にはワーク６を加工するための工具１０が回転可能に固定されている。
【００１５】
図２（ａ），（ｂ）はそれぞれ同じ機種に属する互いに異なる仕様の門形マシニングセンタの説明図であって、図２（ａ）は図１の門形マシニングセンタと同一である。これらの門形マシニングセンタでは、テーブル５のＸ軸方向に沿う移動量の検出に係る構造が相違する。
【００１６】
即ち、図２（ａ）の仕様（仕様（ａ）とする）において、テーブル５はナット４に組み合わせられたボールネジ（図示せず）により移動する。当該ボールネジはベッド１側に回転可能に固定され、ナット４はテーブル５に固定されている。本仕様では位置検出器を構成するスケール２及びスライダ３を有する。スケール２はベッド１に固定され、スライダ３はテーブル５に固定されている。テーブル５のＸ位置は、例えばスライダ３がスケール２の示す位置情報を読み取って後述のＮＣ装置１５に送信するといったように、位置検出器によって決定される。
【００１７】
一方、図２（ｂ）の仕様（仕様（ｂ）とする）では、テーブル５はナット４に組み合わせられたボールネジ（図示せず）により移動する。当該ボールネジはベッド１側に回転可能に固定され、ナット４はテーブル５に固定されている。テーブル５のＸ位置は、例えば当該ボールネジの端部に配置された回転位置検出器（図示せず）により検出された回転位置（回転数）を後述のＮＣ装置１５においてＸ位置に変換するといったように、当該ボールネジの回転制御（回転位置検出器）によって決定される。
【００１８】
そして、図１に示すように、仕様（ａ）にあっては、ベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６の温度を検出する温度センサ１１Ａ〜１１Ｄが設置されていると共に、各温度センサ１１Ａ〜１１Ｄから検出温度を示す信号を受信して各温度を把握する温度測定装置１２と、温度測定装置１２及びパラメータ自動選択装置１４から情報を受信して熱変位に関する補正量を算出する補正量推定装置１３と、テーブル５・サドル８・主軸９等を数値制御するＮＣ装置１５とを備えている。パラメータ自動選択装置１４は、ＮＣ装置１５における機械情報を通信により読み取り、読み取った当該機械情報に基づいて熱変位の推定演算パラメータを自動選択する。なお、補正量推定装置１３ないしパラメータ自動選択装置１４が本発明に係る熱変位補正装置を構成するが、これらに温度センサ１１Ａ〜１１Ｄないし温度測定装置１２を加えたものを熱変位補正装置とみることもできる。又、補正量推定装置１３ないしパラメータ自動選択装置１４が本発明に係る補正量推定部を構成する。
【００１９】
又、仕様（ｂ）にあっても、仕様（ａ）と同様に熱変位補正装置が構成されるが、スケール２が設置されていないためスケール２に係る温度センサ１１Ｂが配置されていないことが仕様（ａ）と異なる。
【００２０】
ここで、各仕様における工作機械の推定要素について更に詳述する。仕様（ａ）では、熱変位推定に関する推定要素として、ベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６を挙げることができる。一方、仕様（ｂ）では、熱変位推定に関する推定要素として、ベッド１・テーブル５・ワーク６を挙げることができる。そして、仕様（ａ），（ｂ）では、熱変位補正に関し、スケール２の有無において推定要素が相違し、残りの推定要素は一応共通であるが、各推定要素における長さのパラメータの内容が異なっている。即ち、仕様（ａ）ではスケール２やスライダ３の位置が長さのパラメータの一部となるが、仕様（ｂ）ではナット４の位置が長さのパラメータの一部となる。
【００２１】
図３は補正量推定装置１３に記憶されている推定演算パラメータ選択用のパラメータ群としてのデータベースの模式図（表）である。このデータベースは、同一機種内で共通であり、仕様（ａ）及び仕様（ｂ）の双方において記憶されている。ここで、δｉは各推定要素ｉ（ｉがＡ，１又はベッドならベッド１、Ｂ・２・スケールならスケール２、Ｃ・３・テーブルならテーブル５、Ｄ・４・ワークならワーク６）の熱変位であり、αｉは推定要素ｉの線膨張係数であり、Ｔｉは推定要素ｉの検出温度であり、Ｌｉは推定要素ｉの長さである。又、Ｘは工具１０の刃先のＸ軸における位置であり、Ｘａはスケール２のＸ軸における位置であり、Ｘｂはスライダ３のＸ軸における位置であり、Ｘｗはワーク６のＸ軸における位置であり、Ｘｅはナット４のＸ軸における位置である（図２参照）。
【００２２】
このような第１形態に係る熱変位補正装置ないし工作機械は、主に図４で説明するように動作して、熱変位を推定し、熱変位補正方法を実行する。
【００２３】
即ちまず仕様（ａ）の場合、温度測定装置１２は、各推定要素ｉに係る温度センサ１１Ａ〜１１Ｄから信号を受信して、各推定要素ｉの温度を測定する（ステップＳ１）。
【００２４】
次に、パラメータ自動選択装置１４は、ＮＣ装置１５から機械情報を読み取る（ステップＳ２）。機械情報は、ここでは仕様（ａ）を示す識別情報であり、パラメータ自動選択装置１４は、この機械情報に基づき、図３のデータベースを参照して仕様（ａ）に係る熱変位パラメータを選択する（ステップＳ３）。具体的には、仕様（ａ）の欄を参照し、αＡ〜αＤ，ＴＡ〜ＴＤ，（Ｘａ−Ｘ）・（Ｘｂ−Ｘａ）・（Ｘｗ−Ｘｂ）・（Ｘ−Ｘｗ）を熱変位パラメータとして選択する。
【００２５】
続いて、補正量推定装置１３は、ステップＳ３で選択された熱変位パラメータを受信し、これらの熱変位パラメータを用いて熱変位の推定演算を行う（ステップＳ４）。各推定要素ｉの推定熱変位δｉは、次の［数１］で表される。
【００２６】
【数１】
【００２７】
よって、ワーク６と工具１０の刃先間の相対的な推定熱変位Δは、次の［数２］で表される。ここで、ｎは（推定熱変位Δに影響する）推定要素の数である。
【００２８】
【数２】
【００２９】
そして、ステップＳ３で選択された熱変位パラメータにより、推定熱変位Δは、図２（ａ）のＡ１（δベッド），Ｂ１（δスケール），Ｃ１（δテーブル），Ｄ１（δワーク）の和となることが分かる。Ａ１〜Ｄ１は次の［数３］の通りであり、よって推定熱変位Δは次の［数４］の通りである。
【００３０】
【数３】
【数４】
【００３１】
このようにして推定熱変位Δが算出されると、補正量推定装置１３はＮＣ装置１５へこれを発信し、ＮＣ装置１５は受信した推定熱変位Δを加味した移動制御を行う（ステップＳ５）。そして、補正を続行する場合にはステップＳ１に戻って動作を継続し、続行しない場合には終了する（ステップＳ６）。
【００３２】
一方、仕様（ｂ）の場合、次に説明するステップ以外は仕様（ａ）と同様に動作する。即ち、ステップＳ２で仕様（ｂ）の機械情報を読み取ると、ステップＳ３で仕様（ｂ）に係る熱変位パラメータを選択する（ステップＳ３）。具体的には、仕様（ｂ）の欄を参照し、αＡ・αＣ・αＤ，ＴＡ・ＴＣ・ＴＤ，（Ｘｅ−Ｘ）・（Ｘｗ−Ｘｅ）・（Ｘ−Ｘｗ）を熱変位パラメータとして選択する。なお、「０」は当該パラメータがないことを意味する。
【００３３】
そして、推定熱変位Δは、図２（ｂ）のＡ２（δベッド），Ｃ２（δテーブル），Ｄ２（δワーク）の合計であることが判明し、Ａ２，Ｃ２，Ｄ２は次の［数５］の通りであり、推定熱変位Δは次の［数６］の通りとなる。
【００３４】
【数５】
【数６】
【００３５】
以上の第１形態に係る熱変位補正装置では、スケール２の有無やベッド１・テーブル５の長さの割り出し方式が相違することによって互いに異なる２つの仕様が存在する工作機械にあって、各仕様における当該工作機械の熱変位補正量を推定する補正量推定装置１３・パラメータ自動選択装置１４を備えており、補正量推定装置１３・パラメータ自動選択装置１４は、ベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６にそれぞれ対応する推定熱変位演算用のパラメータの集合を、データベースとして記憶すると共に、各仕様に応じた機械情報を読み取り可能であり、当該機械情報に基づいて前記データベースから前記仕様に属するベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６に対応する前記パラメータ（仕様（ａ）ならベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６に係るもので長さの割り出しはスケール２・スライダ３を基準とするもの，仕様（ｂ）ならベッド１・テーブル５・ワーク６に係るもので長さの割り出しはナット４を基準とするもの）を選択し、選択された前記パラメータによりベッド１・テーブル５・ワーク６あるいは更にスケール２における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、各仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出する。
【００３６】
従って、パラメータのデータベースないし熱変位補正装置として、仕様にかかわらず工作機械の同一機種毎に１種類を用意すれば良く、仕様毎にパラメータのデータベースを用意したりパラメータの設定変更を行う必要がなくなって、膨大な種類のパラメータデータベースの運用やパラメータデータベースの仕様との照合の必要がなくなり、仕様とパラメータの不一致に基づく誤動作発生のリスクを低減することができ、複数の仕様を有する工作機械に関する熱変位補正装置の生産性や管理性が極めて良好なものとなる。
【００３７】
又、第１形態に係る熱変位補正方法では、スケール２の有無やベッド１・テーブル５の長さの割り出し方式が相違することによって互いに異なる２つの仕様が存在する工作機械にあって、各仕様における当該工作機械の熱変位補正量を推定する方法であり、補正量推定装置１３・パラメータ自動選択装置１４は、ベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６にそれぞれ対応する推定熱変位演算用のパラメータの集合を、予めデータベースとして記憶するステップと、各仕様に応じた機械情報を読み取って、当該機械情報に基づいて前記データベースから前記仕様に属するベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６に対応する前記パラメータ（仕様（ａ）ならベッド１・スケール２・テーブル５・ワーク６に係るもので長さの割り出しはスケール２・スライダ３を基準とするもの，仕様（ｂ）ならベッド１・テーブル５・ワーク６に係るもので長さの割り出しはナット４を基準とするもの）を選択するステップと、選択された前記パラメータによりベッド１・テーブル５・ワーク６あるいは更にスケール２における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、各仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出するステップとを有する。
【００３８】
従って、パラメータ群につき仕様にかかわらず１種類を用意すれば良く、仕様毎にパラメータのデータベースを用意したりパラメータの設定変更を行う必要がなくなって、膨大な種類のパラメータデータベースの運用やパラメータデータベースの仕様との照合の必要がなくなり、仕様とパラメータの不一致に基づく誤動作発生のリスクを低減することができ、複数の仕様を有する工作機械に関する熱変位補正方法の構築容易性や管理性が極めて良好なものとなる。
【００３９】
［第２形態］
図５は本発明の第２形態に係る熱変位補正装置を適用した工作機械（標準仕様）の側面説明図であって、脚１０１上のベッド１０２に主軸台１０３が配置されている。主軸台１０３は、ワークを保持するチャック（図示せず）を有する主軸１０４を回転可能に支持する。又、ベッド１０２にはサドル１０５が主軸１０４の軸線方向（図５における紙面に垂直な方向）へ移動可能に設置され、サドル１０５上に刃物台１０６が主軸径方向へ移動可能に支持され、刃物台１０６に工具１０７を保持するタレット１０８が設けられている。
【００４０】
又、ベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６には、それぞれ温度センサｃｈ１〜ｃｈ４が設置されており、これらの温度センサが出力したアナログ信号をデジタル信号に変換して数値化する温度測定装置１０９と、数値化された温度測定値から熱変位との関係式を演算する補正量推定部としての変位式演算装置１１０と、その関係式を用いて補正量を求める補正装置１１１と、補正量に基づいてサドル１０５及び刃物台１０６を制御するＮＣ装置１１２とが配置されている。なお、変位式演算装置１１０には、設置先の工作機械の仕様を示す機械情報が記憶されている。
【００４１】
図６は図５の工作機械と同一機種であるが推定要素（構成要素）として更に下刃物台１１４等を有する別仕様の工作機械の説明図である。即ち、この工作機械は図５の工作機械と同様になるが、更にベッド１０２上に下サドル１１３が設けられており、下サドル１１３上に下刃物台１１４が主軸１０４の径方向に移動可能に支持され、下刃物台１１４に下工具１１５を保持する下タレット１１６が設けられている。又、下サドル１１３・下刃物台１１４には、温度センサｃｈ５，ｃｈ６が設置されている。
【００４２】
図７は温度センサ選択用のデータベース（温度センサ選択データベース、温度センサ選択ファイル）を示す表であって、当該データベースは変位式演算装置１１０において記憶されている。当該データベースにおいては、温度センサｃｈ１〜ｃｈ６毎に、上記双方の仕様で用いるものであるか（ここでは「０」）、図６の下刃物台１１４等を有する仕様のみで用いるものであるか（ここでは「１」）、何れの仕様でも使用しないものであるか（ここでは「２」）を示す情報が対応付けられている。
【００４３】
このような第２形態に係る熱変位補正装置ないし工作機械は、主に図８で説明するように動作して、熱変位を推定し、熱変位補正方法を実行する。
【００４４】
即ち、上記標準仕様の場合、標準仕様に対応する機械情報を読み取って仕様が標準仕様であることを把握し（ステップＳ１０１）、これに基づいて温度センサ選択データベースにおいて「０」が付与されている温度センサｃｈ１〜ｃｈ４を選択し、温度センサｃｈ１〜ｃｈ４が有効である（他の温度センサｃｈ５，ｃｈ６は無効である）として設定を切替える（ステップＳ１０２）。そして、有効な温度センサｃｈ１〜ｃｈ４により各構造体（推定要素、ここではベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６）の温度を測定し（ステップＳ１０３）、第１形態と同様にして測定された温度から変位量（推定熱変位）を演算し（ステップＳ１０４）、補正量を演算して（ステップＳ１０５）、適宜補正を続行する（ステップＳ１０６）。
【００４５】
一方、上記別仕様の場合、別仕様に対応する機械情報を読み取って仕様が別仕様であることを把握し（ステップＳ１０１）、これに基づいて温度センサ選択データベースにおいて「０」及び「１」が付与されている温度センサｃｈ１〜ｃｈ６を選択し、温度センサｃｈ１〜ｃｈ６が有効であるとして設定を切替え（ステップＳ１０２）、有効な温度センサｃｈ１〜ｃｈ６により各構造体（推定要素、ここではベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６・下サドル１１３・下刃物台１１４）の温度を測定し（ステップＳ１０３）、標準仕様と同様に変位量や補正量を演算し（ステップＳ１０４，Ｓ１０５）、適宜補正を続行する（ステップＳ１０６）。
【００４６】
以上の第２形態に係る熱変位補正装置では、下サドル１１３・下刃物台１１４の有無が相違することによって互いに異なる仕様（標準仕様・別仕様）が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する変位式演算装置１１０と、ベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６・下サドル１１３・下刃物台１１４の温度を測定する温度センサｃｈ１〜ｃｈ６とを備えており、変位式演算装置１１０は、ベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６・下サドル１１３・下刃物台１１４の全てにそれぞれ対応する温度センサｃｈ１〜ｃｈ６の種類の集合を、温度センサ選択用データベースとして記憶すると共に、前記仕様に応じた機械情報を読み取り可能であり、当該機械情報に基づいて前記温度センサ選択用データベースから前記仕様に属するベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６（ないしは更に下サドル１１３・下刃物台１１４）に対応する温度センサｃｈ１〜ｃｈ６の種類を選択し（標準仕様なら温度センサｃｈ１〜ｃｈ４，別仕様なら温度センサｃｈ１〜ｃｈ６）、選択された種類における温度センサｃｈ１〜ｃｈ４（あるいは温度センサｃｈ１〜ｃｈ６）により把握されるベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６（ないしは更に下サドル１１３・下刃物台１１４）の温度に基づき、ベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６（ないしは更に下サドル１１３・下刃物台１１４）における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出する。
【００４７】
従って、第２形態に係る熱変位補正装置では、仕様毎に温度センサの配置が相違していても、共通の温度センサ選択用データベースにより、補正対象の仕様において使用する温度センサを適切に選択することができ、仕様毎に温度センサに関する設定を変更する必要がなくなり、このような設定に関する時間を費やす必要がなくなって、生産性や管理性を極めて良好なものとすることができる。
【００４８】
又、第２形態に係る熱変位補正方法では、下サドル１１３・下刃物台１１４の有無が相違することによって互いに異なる仕様（標準仕様・別仕様）が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する方法であり、変位式演算装置１１０は、ベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６・下サドル１１３・下刃物台１１４の全てにそれぞれ対応する温度センサｃｈ１〜ｃｈ６の種類の集合を、温度センサ選択用データベースとして記憶するステップと、前記仕様に応じた機械情報を読み取って、当該機械情報に基づいて前記温度センサ選択用データベースから前記仕様に属するベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６（ないしは更に下サドル１１３・下刃物台１１４）に対応する温度センサｃｈ１〜ｃｈ６の種類を選択するステップと（標準仕様なら温度センサｃｈ１〜ｃｈ４，別仕様なら温度センサｃｈ１〜ｃｈ６）、選択された種類における温度センサｃｈ１〜ｃｈ４（あるいは温度センサｃｈ１〜ｃｈ６）により把握されるベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６（ないしは更に下サドル１１３・下刃物台１１４）の温度に基づき、ベッド１０２・主軸１０４・サドル１０５・刃物台１０６（ないしは更に下サドル１１３・下刃物台１１４）における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出するステップとを有する。
【００４９】
従って、第２形態に係る熱変位補正方法では、仕様毎に温度センサの配置が相違していても、共通の温度センサ選択用データベースにより、補正対象の仕様において使用する温度センサを適切に選択することができ、仕様毎に温度センサに関する設定を変更する必要がなくなり、このような設定に関する時間を費やす必要がなくなって、方法の構築を極めて容易にすることができるし、方法実施の際の管理性を極めて良好なものとすることができる。
【００５０】
［変更例］
なお、主に上記形態を変更して成る、本発明の他の形態を例示する。
【００５１】
第１形態に係る熱変位推定に際し、温度センサからの検出温度を次の［数７］で表される推定用温度としても良い。ここで、Ｏｉ，ｔは推定要素ｉの推定用温度であり、Ｏｉ，ｔ−１は前回演算時の推定要素ｉの推定用温度であり（適宜記憶手段に記憶される）、Ｔｉ，ｔは推定要素ｉの検出温度であり、ｂは演算の時間間隔であり、βｉは推定要素ｉの変位時定数である。又、βｉを機械情報と関連付けておき、機械情報に基づいてパラメータとして自動選択する。このように推定用温度を用いることによって、熱変位につき高精度に補正することができる。
【００５２】
【数７】
【００５３】
機械情報につき、ＮＣ装置や変位式演算装置に記憶することに代えて、補正量推定装置や温度測定装置あるいはこれらの組み合わせにおいて記憶しても良いし、仕様の識別情報とすることに代えて、推定要素の組み合わせを示す情報としても良い。補正量推定装置（変位式演算装置）や温度測定装置、ＮＣ装置の少なくとも２つを組み合わせて一体化しても良い。各種データベースデータ形式や内容につき、第２形態の温度センサ選択データベースにおいて機械情報毎に温度センサ番号を並べたものとする等、様々な態様とすることができる。第１形態において第２形態に係る温度センサの選択を適用しても良いし、第２形態において第１形態に係るパラメータの選択を実施しても良い。本発明に係る熱変位補正装置を、門形マシニングセンタ以外の工作機械に適用して良い。
【符号の説明】
【００５４】
１，１０２ ベッド（推定要素）
２ スケール（推定要素）
５ テーブル（推定要素）
６ ワーク（推定要素）
１３ 補正量推定装置（補正量推定部）
１４ パラメータ自動選択装置（補正量推定部）
１０４ 主軸（推定要素）
１０５ サドル（推定要素）
１０６ 刃物台（推定要素）
１１０ 変位式演算装置１１０（補正量推定部）
１１３ 下サドル（推定要素）
１１４ 下刃物台（推定要素）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
推定要素の少なくとも一部が相違することによって互いに異なる仕様が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する補正量推定部を備えており、
当該補正量推定部は、
前記推定要素の全てにそれぞれ対応する推定熱変位演算用のパラメータの集合を、パラメータ群として記憶すると共に、
前記仕様に応じた機械情報を読み取り可能であり、当該機械情報に基づいて前記パラメータ群から前記仕様に属する前記推定要素に対応する前記パラメータを選択し、
選択された前記パラメータにより各推定要素における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出する
ことを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。
【請求項２】
推定要素の少なくとも一部が相違することによって互いに異なる仕様が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する補正量推定部と、
推定要素の温度を測定する温度センサとを備えており、
当該補正量推定部は、
前記推定要素の全てにそれぞれ対応する前記温度センサの種類の集合を、温度センサ選択用データベースとして記憶すると共に、
前記仕様に応じた機械情報を読み取り可能であり、当該機械情報に基づいて前記温度センサ選択用データベースから前記仕様に属する前記推定要素に対応する前記温度センサの種類を選択し、
選択された種類における前記温度センサにより把握される前記推定要素の温度に基づき、各推定要素における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出する
ことを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。
【請求項３】
推定要素の少なくとも一部が相違することによって互いに異なる仕様が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する方法であり、
前記推定要素の全てにそれぞれ対応する推定熱変位演算用のパラメータの集合を、パラメータ群として記憶するステップと、
前記仕様に応じた機械情報を読み取って、当該機械情報に基づいて前記パラメータ群から前記仕様に属する前記推定要素に対応する前記パラメータを選択するステップと、
選択された前記パラメータにより各推定要素における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出するステップと
を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項４】
推定要素の少なくとも一部が相違することによって互いに異なる仕様が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する方法であり、
前記推定要素の全てにそれぞれ対応する前記推定要素の温度を測定する温度センサの種類の集合を、温度センサ選択用データベースとして記憶するステップと、
前記仕様に応じた機械情報を読み取って、当該機械情報に基づいて前記温度センサ選択用データベースから前記仕様に属する前記推定要素に対応する前記温度センサの種類を選択するステップと、
選択された種類における前記温度センサにより把握される前記推定要素の温度に基づき、各推定要素における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出するステップと
を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項１】
推定要素の少なくとも一部が相違することによって互いに異なる仕様が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する補正量推定部を備えており、
当該補正量推定部は、
前記推定要素の全てにそれぞれ対応する推定熱変位演算用のパラメータの集合を、パラメータ群として記憶すると共に、
前記仕様に応じた機械情報を読み取り可能であり、当該機械情報に基づいて前記パラメータ群から前記仕様に属する前記推定要素に対応する前記パラメータを選択し、
選択された前記パラメータにより各推定要素における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出する
ことを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。
【請求項２】
推定要素の少なくとも一部が相違することによって互いに異なる仕様が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する補正量推定部と、
推定要素の温度を測定する温度センサとを備えており、
当該補正量推定部は、
前記推定要素の全てにそれぞれ対応する前記温度センサの種類の集合を、温度センサ選択用データベースとして記憶すると共に、
前記仕様に応じた機械情報を読み取り可能であり、当該機械情報に基づいて前記温度センサ選択用データベースから前記仕様に属する前記推定要素に対応する前記温度センサの種類を選択し、
選択された種類における前記温度センサにより把握される前記推定要素の温度に基づき、各推定要素における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出する
ことを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。
【請求項３】
推定要素の少なくとも一部が相違することによって互いに異なる仕様が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する方法であり、
前記推定要素の全てにそれぞれ対応する推定熱変位演算用のパラメータの集合を、パラメータ群として記憶するステップと、
前記仕様に応じた機械情報を読み取って、当該機械情報に基づいて前記パラメータ群から前記仕様に属する前記推定要素に対応する前記パラメータを選択するステップと、
選択された前記パラメータにより各推定要素における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出するステップと
を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【請求項４】
推定要素の少なくとも一部が相違することによって互いに異なる仕様が存在する工作機械にあって、少なくとも何れかの仕様における当該工作機械の熱変位補正量を算出する方法であり、
前記推定要素の全てにそれぞれ対応する前記推定要素の温度を測定する温度センサの種類の集合を、温度センサ選択用データベースとして記憶するステップと、
前記仕様に応じた機械情報を読み取って、当該機械情報に基づいて前記温度センサ選択用データベースから前記仕様に属する前記推定要素に対応する前記温度センサの種類を選択するステップと、
選択された種類における前記温度センサにより把握される前記推定要素の温度に基づき、各推定要素における推定熱変位を演算し、当該推定熱変位を合算することで、前記仕様における前記工作機械の熱変位補正量を算出するステップと
を有することを特徴とする工作機械の熱変位補正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１３９７４１（Ｐ２０１２−１３９７４１Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９２０２６（Ｐ２０１０−２９２０２６）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００１４９０６６）オークマ株式会社 (476)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００１４９０６６）オークマ株式会社 (476)
【Ｆターム（参考）】
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