工具の位置を決定する方法
【課題】工作機械において、熱的変位の影響を受けないで工作物に対する工具の位置を正確に求める。
【解決手段】工作機械（10）が機械制御装置（26）を介すると共に関連の測定システム（26ａ）を介して座標系（27）において工作物ホルダ（12）に対して動くことができる主軸（24）及び工具貯蔵空間（30，38）を備えた工具マガジン（31）を有し、主軸（24）は使用済み工具（25）が新たな工具（32）と交換される工具交換位置に動かされる。主軸が工具交換と関連して測定位置（50）を占めたかどうかを指示する別個の測定システム（43，46）が設けられ、測定位置では座標系原点に対する主軸の位置が機械制御装置及び関連測定システムにより求められ、それにより少なくとも１つの補正値（Δｙ，Δｘ）が求められる。
【解決手段】工作機械（10）が機械制御装置（26）を介すると共に関連の測定システム（26ａ）を介して座標系（27）において工作物ホルダ（12）に対して動くことができる主軸（24）及び工具貯蔵空間（30，38）を備えた工具マガジン（31）を有し、主軸（24）は使用済み工具（25）が新たな工具（32）と交換される工具交換位置に動かされる。主軸が工具交換と関連して測定位置（50）を占めたかどうかを指示する別個の測定システム（43，46）が設けられ、測定位置では座標系原点に対する主軸の位置が機械制御装置及び関連測定システムにより求められ、それにより少なくとも１つの補正値（Δｙ，Δｘ）が求められる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械に関する熱的変位を補償する方法であって、工作機械が機械制御装置を介すると共に関連の測定システムを介して座標系原点を備えた座標系中で工作物ホルダに対して動くことができる主軸を有し、工作機械が工具のための貯蔵空間を備えた工具マガジンを有し、主軸を使用済み工具が使用されるべき新たな工具と交換される工具交換位置に動かすようになっている方法に関する。
【０００２】
本発明は又、工作機械であって、機械制御装置及び関連の測定システムを介して座標系原点を備えた座標系中で工作物ホルダに対して動くことができる主軸を有すると共に工具のための貯蔵空間を備えた工具マガジンを有し、主軸が使用済み工具が使用されるべき新たな工具と交換される工具交換位置に動かされるようになっている工作機械に関する。
【背景技術】
【０００３】
このような方法及び工作機械は、本出願人にとって公然実施の技術である。このような公知の工作機械では、機械加工の精度は、特に、特に主軸のところ及び座標原点に対する主軸の位置を求める測定システムのところで生じる熱的変位によって悪影響を受ける。他方、これら熱的変位の主要な原因は、モータ、ボールねじシャフト、直線案内及び主軸軸受のところの膨張である。
【０００４】
他方、種々の機械コンポーネントの不均一な加熱により生じる変形も又、機械加工の精度に悪影響を及ぼす。
【０００５】
これら熱的変位の原因は、内部熱源及び外部熱源であり、外部熱源は、部屋を正しい温度にすると共に工作機械をこれが太陽に直接当たらないように配置することにより対抗できる。
【０００６】
内部熱源は、主として、熱を発生させる機械コンポーネントであり、このような機械コンポーネントの自己発熱は、動作温度に達するまで種々の影響をもたらす場合がある。これは、スピンドル回転、内部摩擦及び特に切削プロセスそれ自体、このプロセス中に生じる高温金属チップ及び供給された冷却用潤滑剤を含む。
【０００７】
これら全ての要因は、工作機械の熱的挙動に悪影響を及ぼすので、適正な機械加工精度を達成するためにはこれら要因を減らさなければならない。
【０００８】
これら要因を設計上の対策により減少させるか、目的上、直接的及び間接的方法が用いられる制御工学の観点で補償するかのいずれかを行なう場合がある。
【０００９】
熱的変位により生じた精度の問題を設計上の対策により軽減する一例が独国特許出願公開第１０３４３３２０（Ａ１）号明細書に記載されており、この場合、或る特定のコンポーネントを正確な温度に至らせて保持する。
【００１０】
直接的補償方式では、主軸の実際の位置を別個の測定システムにより各場合において現時点であらかじめ定められた所望の位置と比較する。求めた偏差を制御装置で用いて経路制御指令を是正する。
【００１１】
このような方法は、例えば、独国特許出願公開第１０３３０９１５（Ａ１）号明細書から知られている。
【００１２】
この公知の方法では、レーザ光バリヤの形態の別個の測定システムを工作機械の作業空間に設け、このレーザ光バリヤは、主軸頭の直線移動軸線に対して斜めに配置されている。測定ツールを或る特定の時点で主軸頭内の定位置に掴み、次に、測定ツールを移動軸線に平行に光バリヤに近づけ、光バリヤが遮られたときに主軸頭の位置を測定する。このようにして測定した実際の値を制御装置によってあらかじめ定められた所望の値と比較し、補正値をこの比較から算出し、制御装置は、新たな所望値を割り当てるときにこの補正値を考慮に入れる。
【００１３】
この方法は非常に正確であるが、製造プロセスを測定作業のために中断しなければならず、したがって、測定は、主要加工時間中に実施されない。製造プロセスの中断が或る特定の製造ステップ中において可能ではないということは、もう一つの問題と見なされる場合がある。これら製造ステップが長引いた場合、この時間間隔中に補償を行なうことができない。
【００１４】
独国特許第１０２５１８２９（Ｂ４）号明細書、同第１０２００５０６０１０４（Ｂ４）号明細書及び同第３８３６２６３（Ｃ１）号明細書は、工作機械における熱的変位を補償するそれぞれ別の方法を開示している。これら３通りの方法の全てに関し、測定ツールを主軸内の定位置にクランプすることが必要であり、更に主軸を次に熱的変位の発生を示す測定値が得られる測定箇所まで移動させる必要がある。これら方法も又、時間がかかり、主要加工時間中にこれら方法を実施することができない。
【００１５】
間接的な補償では、工作物に対する主軸の位置の熱により生じる偏差を測定された補助変数、例えば工作機械中の種々の箇所での温度から数学的モデルによって計算し、このような偏差を補償のために制御装置で用いる。
【００１６】
この方法は、例えば、独国特許出願公開第１０３４４９０３（Ａ１）号明細書から知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０３４３３２０（Ａ１）号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０３３０９１５（Ａ１）号明細書
【特許文献３】独国特許第１０２５１８２９（Ｂ４）号明細書
【特許文献４】独国特許第１０２００５０６０１０４（Ｂ４）号明細書
【特許文献５】独国特許第３８３６２６３（Ｃ１）号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開第１０３４４９０３（Ａ１）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
これら測定は、主要加工時間中に可能であるが、測定は、数学的モデルに入力されるパラメータを求めるために多岐にわたらなければならない。さらに、数学的モデルは、実際の作動状態を部分的にしか再現しない場合が多く、したがって、これら方法は、上述の直接的補償と同じほど正確であるというわけではない。
【００１９】
この点に関して説明した先行技術の主要な欠点は、測定を十分に正確且つ迅速には実施できず、しかも主要加工時間中に実施することができない場合が多いということにある。
【００２０】
これら全ての理由により、工作物に対する工具の位置を正確に求めることができるようにすると共に熱的変位がこの精度に悪影響を及ぼさないようにする新規な工作機械及び新規な方法に対する要望が依然として存在する。
【００２１】
上記記載を考慮して、本発明の目的は、製造プロセスを中断せず又は過度に遅延させない状態で熱的変位を迅速に検出して設計の面で簡単な仕方で補償することができるように本明細書の導入部で言及した方法及び工作機械を改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本明細書の導入部で言及した工作機械に関し、熱的変位を補償する方法において、この目的は、好ましくは工具交換と関連して、別個の測定システムの助けにより、主軸を座標系原点に対する主軸の位置が機械制御装置及び関連測定システムにより求められる測定位置に移動させ又は該位置を通過させ、それにより少なくとも１つの補正値を求めることによって達成される。
【００２３】
本明細書の導入部で言及した工作機械に関し、この目的は、主軸が好ましくは工具交換と関連して、測定位置を占めたかどうかを指示する別個の測定システムが設けられ、測定位置において、座標系原点に対する主軸の位置が機械制御装置及び関連測定システムにより求められ、そして主軸位置が少なくとも１つの補正値を求めるために利用されることによって達成される。
【００２４】
即ち、本出願の発明者は、特に、主軸の工具交換位置により、熱的変位に関する補正値を迅速に且つ設計の面で簡単な仕方で求めることができるという知見を得た。
【００２５】
ピックアップ法による工具交換中、どのような場合であっても、主軸を工作物から取り外し、これまで用いられた工具を自由貯蔵空間内に置かなければならない。その後、主軸は、置いた工具から遠ざかり、次に、工具マガジン内の新たな貯蔵位置に接近するか工具マガジンが割送り運動を実施し、即ち、用いられるべき次の工具の入った貯蔵空間を移送位置に動かすまで待機するかのいずれかを行なわなければならない。
【００２６】
この待機時間又は移送時間は、今や、本発明によれば、主軸を測定位置に近づけ又はこれを通過させ、このような接近位置において、次に、占められた位置の所望の値と実際の値の比較を行なうために用いられる。次に、新たな所望の値が割り当てられると、機械制御装置によって考慮に入れられる補正値をこの比較から算出する。この場合、別個の測定システムは、主軸が測定位置に達したどうかに関する情報を機械制御装置に送り、機械制御装置は、次に、主軸の移動を可能にするためにとにかく設けられている測定システムによって主軸の実際の位置を求める。次に、この実際の位置を熱的変位がなかった場合に主軸が占めると共に機械制御装置に記憶されている所望の位置と比較する。主軸は、この場合、測定位置で直接停止することができるか主軸を更に移動させることができるかのいずれかである。というのは、主軸は、別の位置に近づいているときに測定位置を単に通過して関連の測定システムが実際の値をいわば「オンザフライ（on the fly）」で検出するようになるからであり、或いは、主軸が慣性及び制御装置の遅延により測定位置をオーバーランするまで停止しないからである。
【００２７】
工具交換が工具交換装置を用いて又は実際には移動工具マガジンのところで行なわれる場合、本発明に従って利用できる待機時間又は移送時間が同様に生じる。
【００２８】
測定位置に達する箇所は、本発明によれば、別個の測定システムが主軸又は主軸を取り付けた主軸台と直接相互作用することにより検出される。したがって、別個の測定ツールを主軸中に導入し又は主要加工時間中に別個の測定位置に近づくことは必要ではない。これとは対照的に、主軸の現在の位置は、好ましくは、工具交換と関連して、即ち、工作物の機械加工がどのようにしても可能ではない時点で求められる。
【００２９】
このように、毎回の工具交換中、主軸台の熱的変位を検出し、必要ならば是正することが可能である。これは、本発明者が熱的変位を工具交換時に補償すればほとんどの用途について十分であり、頻繁な補正が不要であることを認識しているからである。しかしながら、本発明の方法では、精度を優先して製造速度の関連の低下を許容できれば工具交換時間を超えて測定位置に近づき又はこれを通過することも可能である。それにもかかわらず、新規な方法は、この場合であっても、先行技術の方法よりも迅速である。というのは、主軸に別個の測定ツールを組み込む必要がないからである。
【００３０】
したがって、本発明の目的は、このようにして完全に解決される。
【００３１】
この場合、別個の測定システムは、主軸と工作物ホルダに対して少なくとも１つの座標方向に固定された測定場所との間で間接的に又は直接的に働くことが好ましく、別個の測定システムは、少なくとも１つの測定面及び少なくとも１つの測定センサを有し、測定面か測定センサかのいずれかが主軸に連結され、測定センサ又は測定面は、測定場所に配置されている。
【００３２】
これら対策により、設計が簡単であり、更に特に測定プローブが別個の測定システムで、即ち、イエス／ノー決定のように、主軸が測定位置を占めたかどうかを示す切り換え測定システムが用いられた場合、迅速且つ確実に働く安価な測定システムの実現が可能である。
【００３３】
この新規な方法では、この関係で、主軸を別個の測定システムが応答するまで測定位置に向かう方向に動かすことが好ましい。
【００３４】
この場合、測定位置を迅速且つ確実に占めることができることが有利である。この方法では、主軸をクリープ速度で動かすことができる。
【００３５】
一般に、主軸は、使用済み工具を自由貯蔵空間内に置き、使用されるべき新たな工具を被占有貯蔵空間から取り出すことが好ましく、主軸は、好ましくは、使用済み工具が自由貯蔵空間内に置かれた後、測定位置に接近し又はこれを通過し、工具マガジンは、これ叉好ましくは、主軸が測定位置に移動している間、使用済み工具によって占有された貯蔵空間を使用されるべき新たな工具を備えた貯蔵空間と交換し、工具マガジンは、ピックアップ法による工具交換を可能にする。
【００３６】
この場合、主要加工時間が全く無駄にされず又は少なくとも事実上主要加工時間が無駄にされないことが有利であり、測定位置に近づくと同時に工具マガジンは割送り運動を実施する。
【００３７】
別の利点は、以下の説明及び添付の図面から明らかになろう。
【００３８】
上述の特徴及び以下に更に説明される特徴をそれぞれ指定された組み合わせだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく他の組み合わせにおいて又はこれら自体で用いることができるということはいうまでもない。
【００３９】
本発明の実施形態が図面に示されており、以下これについて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】新規の工作機械の概略側面図であり、工具マガジン及び主軸台の工具交換位置が破線で示されている図である。
【図２】図１の工具マガジンの概略切除平面図である。
【図３】主軸の付近において且つ工具交換中の図１の工作機械の別の実施形態の概略拡大詳細図である。
【図４】工具交換の後の段階における図３と同様な図である。
【図５】工具交換の更に後の段階における図３と同様な図であり、工具マガジンが割送り運動を実施し、主軸台の位置がそれと同時に求められる状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
垂直移動コラム型機械として設計された工作機械１０が図１に概略側面図で示されている。新規な工作機械は、門形構成タイプ又は他の従来構成タイプのうちの任意のものにおいて水平移動コラム型機械として提供されても良く、垂直移動コラム型機械は、本明細書において、本発明の内容を説明するのに役立つに過ぎない。
【００４２】
工作機械１０は、補強バー網状組織又はコンクリートポリマー、鋼又は鋳鉄から製作できるベース１１を有する。ベース１１上には、工作物ホルダ１２として工作物台が概略的に示されており、工作物１４が、図１においてこの工作物ホルダ１２上に見え、この工作物は、掴み手段１５，１６を介して工作物台１２上に取り付けられている。
【００４３】
ｘ‐スライダ１８が直線案内１７を介してベース１１上に配置されており、このｘ‐スライダは、工作機械１０のｘ軸に対応した図の紙面に対して出入りすることができる。
【００４４】
案内シュー１９がｘ‐スライダ１８上に配置されており、このような案内シュー内において、コラム２１をｘ方向に対して横断方向に、即ち、ベース１１に対してｙ方向に動かすことができる。
【００４５】
コラム２１は、その前側に案内２２を有し、主軸台２３をこの案内２２上でｘ方向に対して横方向に且つｙ方向に対して横方向に、即ち、ベース１１に対してｚ方向に動かすことができる。
【００４６】
主軸台２３は、それ自体知られているやり方で、回転駆動される主軸２４を支持し、この主軸２４内において、加工物１４を機械加工するツール２５を公知の仕方で掴むことができる。
【００４７】
直線案内１７、ｘ‐スライダ１８、案内シュー１９、コラム２１、案内２２及び主軸台２３は、別個の駆動装置及び線形（等分）目盛又は他の測定システムを備えたコンポーネントであり、これらの目的は、特に、符号２６で示された機械制御装置によって工具ホルダ２４を工作物ホルダ１２に対して動かしてそれぞれのコンポーネントの位置を制御することにある。図１では、これら関連の測定システムが２６ａで示されている。
【００４８】
したがって、上述した程度まで説明した仕方で、工具２５を符号２７で示された座標系で示されているように、互いに直交した３つの軸線に沿って工作物１４に対して動かすことができる。座標系２７は、座標原点２８を定めており、工作物１４の位置は、この原点に対して既知であり、工作物１４を機械加工するために工具２５を機械制御装置２６の管理下において且つ測定システム２６ａの助けを借りて作業空間２９内で動かす。
【００４９】
また、図１には、工具マガジン３１が示されており、この工具マガジンは、工具２５の交換品として主軸中に導入することができる工具３２，３３，３４のための複数の貯蔵空間３０を有している。図１には、貯蔵空間が３つしか示されていないが、最大６０又は６１個以上の貯蔵空間を設けることができる。
【００５０】
工具交換のため、工具マガジン３１をこの前側端部３６が自由貯蔵空間が設けられているその前側端部３６が作業空間２９内に位置するようにベース１１に対して矢印３５の方向に動かす。工具マガジン３１のこの位置は、図１に破線で示されると共に符号３１′で指示されている。
【００５１】
次に、主軸台２３を主軸２４が工具２５を工具マガジン３１の自由貯蔵空間内に置くことができるよう動かす。主軸台２３のこの工具交換位置は、符号２３′で示されている。主軸２４及び工具２５の位置は、それぞれ、２４′及び２５′で示されている。
【００５２】
工具２５が工具マガジン３１の自由貯蔵空間内に置かれた後、主軸台２３は、工具２５を主軸２４から解除するために上方に、即ちｚ方向に移動する。次に、工具マガジン３１は、新たな工具３２，３３又は３４をその前側端部３６に移動させ、ここで、新たな工具を主軸２４によってピックアップする。
【００５３】
この種の工具交換は、ピックアップ法と呼ばれており、先行技術においてそれ自体十分に良く知られている。
【００５４】
説明のため、工具マガジン３１は、図２の切除概略平面図に再度示されている。工具マガジン３１は、工具のための馬蹄形又は閉鎖搬送経路３７を有するのが良い。工具マガジンの自由前側端部３６のところには自由貯蔵空間３８が示されており、この自由貯蔵空間は、上述の工具交換中、工具２５を主軸２４から受け入れる。
【００５５】
既に図１に示した工具３２，３３，３４とは別に、別個の工具３９，４１が示されており、これら工具３９，４１を矢印４２で示されているように搬送経路３７に沿って前後に動かすことができる。このようにすると、各工具３２，３３，３４，３９，４１を前側端部３６まで動かすことができ、そして交換品として主軸２４内に導入することができる。このような工具マガジンは、チェーンマガジンとも呼ばれている。
【００５６】
工具の交換後、工具マガジン３１を再び図１の矢印３５の方向とは逆に作業空間２９から出し、そして新たな工具を用いて工作物１４の機械加工を続行する。
【００５７】
完全を期すために、この場合、新規な工作機械は、ピックアップ法による工具交換方式の静止工具マガジン又は工具交換がピックアップ法によっては行なわれず、関連の工具交換装置によって行なわれる他の工具マガジンを装備しても良いことが注目される。この場合、チェーンマガジンは、本発明の内容を説明するのに役立つに過ぎない。
【００５８】
工作機械１０の作動中、今や、熱的変位が本明細書の導入部で上述したように起こる。これら熱的変位の結果として、座標原点２８に対する工具２５の所望の位置が測定システム２６ａによって求められた実際の位置から外れ、したがって、工作物１４を所要の精度及び再現性で機械加工することができない。これら熱的変位を補償するため、本発明によれば、座標原点２８に対する主軸台２３の位置を工具交換中に求め、この目的のため、工作機械１０は、別個の測定システムを備えている。
【００５９】
図３は、主軸２４の付近の図１の工作機械１０の概略拡大詳細図であり、主軸２４は、その工具交換位置に配置されており、この工具交換位置では、工具２５は、工具マガジン３１の前側端部３６のところの自由貯蔵空間３８内に置かれる。２つの測定面４４，４５を備えたブロック４３が主軸台２３上に配置されており、これら測定面は、以下に説明する仕方で測定装置４６と相互作用する。ブロック４３及び測定装置４６は、熱的変位を補償する上述の別個の測定システムを構成する。
【００６０】
ブロック４３及び測定装置４６は、図１にも示されており、この場合、測定装置４６は、ｘ‐スライダ１８に固定されていることが理解されている。しかしながら、測定装置４６は、図３〜図５の実施形態の場合と同様、ベース１１に直接締結されても良い。
【００６１】
図３を参照すると、測定装置４６は、機械制御装置２６に接続されていて、測定プローブ４７，４８の形態をした２つの測定センサを有し、測定プローブ４７，４８は、水平に動く測定面４４、即ちｘ／ｙ平面内に位置した測定面４４と相互作用すると共にそれぞれ垂直に動く測定面４５、即ちｘ／ｚ平面内に位置した測定面４５と相互作用する。ｚ方向におけるブロック及び主軸台の位置は、測定面４４及び測定プローブ４７により検出され、ｙ方向におけるブロック及び主軸台の位置は、測定面４５及び測定プローブ４８により検出され、これについては以下に詳細に説明する。
【００６２】
先ず最初に、図４は、主軸２４が前もって自由であり又は空になっている貯蔵空間３８内に工具２５を置いたときの工具交換の後の段階における状態を示している。主軸２４は、今や、工具２５を解除しなければならず、この目的のため、主軸台２３は、上方に移動しなければならない。次に、工具マガジン３１は、工具２５を前側端部３６から出すと同時に別の工具をその位置に動かすことができ、図５では、これは、工具３２である。工具マガジン３１内におけるこの運動シーケンスは、「割送り」とも呼ばれている。
【００６３】
工具マガジン３１がこのような割送り運動を実施している間、主軸台２３は、それと同時に図４に示された矢印５１，５２の方向に移動して符号５０で示された測定位置に至り、その結果、ブロック４３は、測定装置４６の「測定コーナー部」内に動かされる。矢印５１，５２の方向におけるこれら運動は、機械制御装置２６により測定プローブ４７が測定面４４に触れ、測定プローブ４８が測定面４５に触れていることが認識されるまで続けられる。したがって、別個の測定システム４３，４６は、主軸２４が測定位置５０を占めた時点を認識する。この方法では、主軸２４それ自体が測定位置で停止することは必要ではなく、例えば、主軸２４は、クリープ速度で測定位置を通過することも可能であり、この場合、機械制御装置２６は、別個の測定システム４３，４６により測定位置に達したことが分かると、関連の測定システム２６ａによって実際の値を検出する。
【００６４】
したがって、ブロック４３が座標原点２８に対してｙ軸及びｚ軸に沿って測定位置５０に達すると占める相対位置は、機械制御装置２６及び測定システム２６ａによって検出され、この位置は、主軸台２３の実際の位置に一致している。次に、この実際の位置を主軸台２３が占める所望の位置と比較し、次に、ブロック４３が上述した仕方で「測定コーナー部」４６中に動かされて熱的変位が生じなかった場合、この所望の位置を測定システム２６ａによって検出する。このような所望の位置を機械制御装置２６にファイルする。
【００６５】
補正値Δｙ，Δｚを所望の位置と実際の位置の偏差から算出し、これら補正値Δｙ，Δｚは、それぞれ、ｙ軸及びｚ軸の方向における所望の位置と実際の位置との差に対応しており、これら補正値を機械制御装置２６による工作物１４の次の機械加工中、機械制御装置２６により考慮に入れ、この機械制御装置は、記憶している所望の値を所望の位置に交換し、工作物１４の次の機械加工中、補正値Δｙ，Δｚだけ主軸２４又は工具３２を追随させる。換言すると、新たな所望の値が割り当てられると、補正値を機械制御装置によって考慮に入れる。
【００６６】
例えば工具３２が座標原点２８に対して位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）に近づくべき場合、今や、補正された位置（ｘ１，ｙ１＋Δｙ，ｚ１＋Δｚ）に近づく。
【００６７】
このようにすると、毎回の工具交換の際、主軸台２３の熱的変位を検出し、必要ならばこれを是正することが可能である。このために設けられたブロック４３及び測定装置４６から成る追加の測定システムは、機械制御装置２６及び駆動装置及びこれら自体の測定システムを備えたとにかく存在しているコンポーネントと一緒に用いられる。その目的は、特に、機械制御装置２６によって主軸台２３を動かして「測定コーナー部」によってあらかじめ定められた実際の位置を求めることにある。別個の測定装置４３，４６は、この場合、主軸２４又は主軸台２３が測定位置５０に達したことを機械制御装置２６に示すためにのみ用いられる。
【００６８】
この場合、設計及び制御工学の面で必要な追加のコストが僅かであるに過ぎず、実際の位置は、もしそのように構成されていなければ工具マガジン３１が割送り運動を行なうために主軸台２３が待機する時間の間に求められる。したがって、「工具交換の際」における熱的変位のこの測定は、設計の面で簡単であるだけでなく（これは又、本発明に従って熱的変位を補償しない作業と比較して遅延なしに又は少なくとも事実上遅延なしに行なわれる）、機械加工の精度及び再現性に関して追加の利点をもたらす。
【００６９】
この場合、ｙ方向及びｚ方向における偏差の測定は、熱的変位を補償するのに十分であることが判明した。というのは、工作機械は、ｙ／ｚ平面に関して対称に構成されているからである。換言すると、ｚ方向における傾きモーメントがなく、ｚ方向における移動精度も又、ｙ方向及びｚ方向における移動精度よりも高い。というのは、ｘ‐スライダ１８は、ガラス目盛によって補償されるボールねじスピンドルによって動かされるからである。したがって、本発明によれば、ｙ軸及びｚ軸の方向における熱的変位のみが補償される。
【００７０】
この理由で、測定装置４６をベース１１だけでなくｘ‐スライダ１８にも取り付けるのが良い。これは、いわば測定場所を形成する測定装置４６が工作物ホルダ１２に対してｙ方向及びｚ方向に固定されていることが必要不可欠だからである。
【００７１】
当然のことながら、運動学的逆転手法に類似した仕方で、ブロック４３をｘ‐スライダ１８又はベース１８に、即ち測定場所に固定し、主軸台２３に測定装置４６を設けることも又可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１０ 工作機械
１１ ベース
１２ 工作物ホルダ
１４ 工作物
１５，１６ 掴み手段
１７，２２ 案内
１８ ｘ‐スライダ
１９ 案内シュー
２３ 主軸台
２４ 主軸
２５，３２，３３，３４，３９ 工具
２６ 工作機械制御装置
２６ａ 測定システム
２７ 座標系
２８ 座標系の原点
２９ 作業空間
３０ 貯蔵空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械に関する熱的変位を補償する方法であって、工作機械が機械制御装置を介すると共に関連の測定システムを介して座標系原点を備えた座標系中で工作物ホルダに対して動くことができる主軸を有し、工作機械が工具のための貯蔵空間を備えた工具マガジンを有し、主軸を使用済み工具が使用されるべき新たな工具と交換される工具交換位置に動かすようになっている方法に関する。
【０００２】
本発明は又、工作機械であって、機械制御装置及び関連の測定システムを介して座標系原点を備えた座標系中で工作物ホルダに対して動くことができる主軸を有すると共に工具のための貯蔵空間を備えた工具マガジンを有し、主軸が使用済み工具が使用されるべき新たな工具と交換される工具交換位置に動かされるようになっている工作機械に関する。
【背景技術】
【０００３】
このような方法及び工作機械は、本出願人にとって公然実施の技術である。このような公知の工作機械では、機械加工の精度は、特に、特に主軸のところ及び座標原点に対する主軸の位置を求める測定システムのところで生じる熱的変位によって悪影響を受ける。他方、これら熱的変位の主要な原因は、モータ、ボールねじシャフト、直線案内及び主軸軸受のところの膨張である。
【０００４】
他方、種々の機械コンポーネントの不均一な加熱により生じる変形も又、機械加工の精度に悪影響を及ぼす。
【０００５】
これら熱的変位の原因は、内部熱源及び外部熱源であり、外部熱源は、部屋を正しい温度にすると共に工作機械をこれが太陽に直接当たらないように配置することにより対抗できる。
【０００６】
内部熱源は、主として、熱を発生させる機械コンポーネントであり、このような機械コンポーネントの自己発熱は、動作温度に達するまで種々の影響をもたらす場合がある。これは、スピンドル回転、内部摩擦及び特に切削プロセスそれ自体、このプロセス中に生じる高温金属チップ及び供給された冷却用潤滑剤を含む。
【０００７】
これら全ての要因は、工作機械の熱的挙動に悪影響を及ぼすので、適正な機械加工精度を達成するためにはこれら要因を減らさなければならない。
【０００８】
これら要因を設計上の対策により減少させるか、目的上、直接的及び間接的方法が用いられる制御工学の観点で補償するかのいずれかを行なう場合がある。
【０００９】
熱的変位により生じた精度の問題を設計上の対策により軽減する一例が独国特許出願公開第１０３４３３２０（Ａ１）号明細書に記載されており、この場合、或る特定のコンポーネントを正確な温度に至らせて保持する。
【００１０】
直接的補償方式では、主軸の実際の位置を別個の測定システムにより各場合において現時点であらかじめ定められた所望の位置と比較する。求めた偏差を制御装置で用いて経路制御指令を是正する。
【００１１】
このような方法は、例えば、独国特許出願公開第１０３３０９１５（Ａ１）号明細書から知られている。
【００１２】
この公知の方法では、レーザ光バリヤの形態の別個の測定システムを工作機械の作業空間に設け、このレーザ光バリヤは、主軸頭の直線移動軸線に対して斜めに配置されている。測定ツールを或る特定の時点で主軸頭内の定位置に掴み、次に、測定ツールを移動軸線に平行に光バリヤに近づけ、光バリヤが遮られたときに主軸頭の位置を測定する。このようにして測定した実際の値を制御装置によってあらかじめ定められた所望の値と比較し、補正値をこの比較から算出し、制御装置は、新たな所望値を割り当てるときにこの補正値を考慮に入れる。
【００１３】
この方法は非常に正確であるが、製造プロセスを測定作業のために中断しなければならず、したがって、測定は、主要加工時間中に実施されない。製造プロセスの中断が或る特定の製造ステップ中において可能ではないということは、もう一つの問題と見なされる場合がある。これら製造ステップが長引いた場合、この時間間隔中に補償を行なうことができない。
【００１４】
独国特許第１０２５１８２９（Ｂ４）号明細書、同第１０２００５０６０１０４（Ｂ４）号明細書及び同第３８３６２６３（Ｃ１）号明細書は、工作機械における熱的変位を補償するそれぞれ別の方法を開示している。これら３通りの方法の全てに関し、測定ツールを主軸内の定位置にクランプすることが必要であり、更に主軸を次に熱的変位の発生を示す測定値が得られる測定箇所まで移動させる必要がある。これら方法も又、時間がかかり、主要加工時間中にこれら方法を実施することができない。
【００１５】
間接的な補償では、工作物に対する主軸の位置の熱により生じる偏差を測定された補助変数、例えば工作機械中の種々の箇所での温度から数学的モデルによって計算し、このような偏差を補償のために制御装置で用いる。
【００１６】
この方法は、例えば、独国特許出願公開第１０３４４９０３（Ａ１）号明細書から知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０３４３３２０（Ａ１）号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０３３０９１５（Ａ１）号明細書
【特許文献３】独国特許第１０２５１８２９（Ｂ４）号明細書
【特許文献４】独国特許第１０２００５０６０１０４（Ｂ４）号明細書
【特許文献５】独国特許第３８３６２６３（Ｃ１）号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開第１０３４４９０３（Ａ１）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
これら測定は、主要加工時間中に可能であるが、測定は、数学的モデルに入力されるパラメータを求めるために多岐にわたらなければならない。さらに、数学的モデルは、実際の作動状態を部分的にしか再現しない場合が多く、したがって、これら方法は、上述の直接的補償と同じほど正確であるというわけではない。
【００１９】
この点に関して説明した先行技術の主要な欠点は、測定を十分に正確且つ迅速には実施できず、しかも主要加工時間中に実施することができない場合が多いということにある。
【００２０】
これら全ての理由により、工作物に対する工具の位置を正確に求めることができるようにすると共に熱的変位がこの精度に悪影響を及ぼさないようにする新規な工作機械及び新規な方法に対する要望が依然として存在する。
【００２１】
上記記載を考慮して、本発明の目的は、製造プロセスを中断せず又は過度に遅延させない状態で熱的変位を迅速に検出して設計の面で簡単な仕方で補償することができるように本明細書の導入部で言及した方法及び工作機械を改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本明細書の導入部で言及した工作機械に関し、熱的変位を補償する方法において、この目的は、好ましくは工具交換と関連して、別個の測定システムの助けにより、主軸を座標系原点に対する主軸の位置が機械制御装置及び関連測定システムにより求められる測定位置に移動させ又は該位置を通過させ、それにより少なくとも１つの補正値を求めることによって達成される。
【００２３】
本明細書の導入部で言及した工作機械に関し、この目的は、主軸が好ましくは工具交換と関連して、測定位置を占めたかどうかを指示する別個の測定システムが設けられ、測定位置において、座標系原点に対する主軸の位置が機械制御装置及び関連測定システムにより求められ、そして主軸位置が少なくとも１つの補正値を求めるために利用されることによって達成される。
【００２４】
即ち、本出願の発明者は、特に、主軸の工具交換位置により、熱的変位に関する補正値を迅速に且つ設計の面で簡単な仕方で求めることができるという知見を得た。
【００２５】
ピックアップ法による工具交換中、どのような場合であっても、主軸を工作物から取り外し、これまで用いられた工具を自由貯蔵空間内に置かなければならない。その後、主軸は、置いた工具から遠ざかり、次に、工具マガジン内の新たな貯蔵位置に接近するか工具マガジンが割送り運動を実施し、即ち、用いられるべき次の工具の入った貯蔵空間を移送位置に動かすまで待機するかのいずれかを行なわなければならない。
【００２６】
この待機時間又は移送時間は、今や、本発明によれば、主軸を測定位置に近づけ又はこれを通過させ、このような接近位置において、次に、占められた位置の所望の値と実際の値の比較を行なうために用いられる。次に、新たな所望の値が割り当てられると、機械制御装置によって考慮に入れられる補正値をこの比較から算出する。この場合、別個の測定システムは、主軸が測定位置に達したどうかに関する情報を機械制御装置に送り、機械制御装置は、次に、主軸の移動を可能にするためにとにかく設けられている測定システムによって主軸の実際の位置を求める。次に、この実際の位置を熱的変位がなかった場合に主軸が占めると共に機械制御装置に記憶されている所望の位置と比較する。主軸は、この場合、測定位置で直接停止することができるか主軸を更に移動させることができるかのいずれかである。というのは、主軸は、別の位置に近づいているときに測定位置を単に通過して関連の測定システムが実際の値をいわば「オンザフライ（on the fly）」で検出するようになるからであり、或いは、主軸が慣性及び制御装置の遅延により測定位置をオーバーランするまで停止しないからである。
【００２７】
工具交換が工具交換装置を用いて又は実際には移動工具マガジンのところで行なわれる場合、本発明に従って利用できる待機時間又は移送時間が同様に生じる。
【００２８】
測定位置に達する箇所は、本発明によれば、別個の測定システムが主軸又は主軸を取り付けた主軸台と直接相互作用することにより検出される。したがって、別個の測定ツールを主軸中に導入し又は主要加工時間中に別個の測定位置に近づくことは必要ではない。これとは対照的に、主軸の現在の位置は、好ましくは、工具交換と関連して、即ち、工作物の機械加工がどのようにしても可能ではない時点で求められる。
【００２９】
このように、毎回の工具交換中、主軸台の熱的変位を検出し、必要ならば是正することが可能である。これは、本発明者が熱的変位を工具交換時に補償すればほとんどの用途について十分であり、頻繁な補正が不要であることを認識しているからである。しかしながら、本発明の方法では、精度を優先して製造速度の関連の低下を許容できれば工具交換時間を超えて測定位置に近づき又はこれを通過することも可能である。それにもかかわらず、新規な方法は、この場合であっても、先行技術の方法よりも迅速である。というのは、主軸に別個の測定ツールを組み込む必要がないからである。
【００３０】
したがって、本発明の目的は、このようにして完全に解決される。
【００３１】
この場合、別個の測定システムは、主軸と工作物ホルダに対して少なくとも１つの座標方向に固定された測定場所との間で間接的に又は直接的に働くことが好ましく、別個の測定システムは、少なくとも１つの測定面及び少なくとも１つの測定センサを有し、測定面か測定センサかのいずれかが主軸に連結され、測定センサ又は測定面は、測定場所に配置されている。
【００３２】
これら対策により、設計が簡単であり、更に特に測定プローブが別個の測定システムで、即ち、イエス／ノー決定のように、主軸が測定位置を占めたかどうかを示す切り換え測定システムが用いられた場合、迅速且つ確実に働く安価な測定システムの実現が可能である。
【００３３】
この新規な方法では、この関係で、主軸を別個の測定システムが応答するまで測定位置に向かう方向に動かすことが好ましい。
【００３４】
この場合、測定位置を迅速且つ確実に占めることができることが有利である。この方法では、主軸をクリープ速度で動かすことができる。
【００３５】
一般に、主軸は、使用済み工具を自由貯蔵空間内に置き、使用されるべき新たな工具を被占有貯蔵空間から取り出すことが好ましく、主軸は、好ましくは、使用済み工具が自由貯蔵空間内に置かれた後、測定位置に接近し又はこれを通過し、工具マガジンは、これ叉好ましくは、主軸が測定位置に移動している間、使用済み工具によって占有された貯蔵空間を使用されるべき新たな工具を備えた貯蔵空間と交換し、工具マガジンは、ピックアップ法による工具交換を可能にする。
【００３６】
この場合、主要加工時間が全く無駄にされず又は少なくとも事実上主要加工時間が無駄にされないことが有利であり、測定位置に近づくと同時に工具マガジンは割送り運動を実施する。
【００３７】
別の利点は、以下の説明及び添付の図面から明らかになろう。
【００３８】
上述の特徴及び以下に更に説明される特徴をそれぞれ指定された組み合わせだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく他の組み合わせにおいて又はこれら自体で用いることができるということはいうまでもない。
【００３９】
本発明の実施形態が図面に示されており、以下これについて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】新規の工作機械の概略側面図であり、工具マガジン及び主軸台の工具交換位置が破線で示されている図である。
【図２】図１の工具マガジンの概略切除平面図である。
【図３】主軸の付近において且つ工具交換中の図１の工作機械の別の実施形態の概略拡大詳細図である。
【図４】工具交換の後の段階における図３と同様な図である。
【図５】工具交換の更に後の段階における図３と同様な図であり、工具マガジンが割送り運動を実施し、主軸台の位置がそれと同時に求められる状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
垂直移動コラム型機械として設計された工作機械１０が図１に概略側面図で示されている。新規な工作機械は、門形構成タイプ又は他の従来構成タイプのうちの任意のものにおいて水平移動コラム型機械として提供されても良く、垂直移動コラム型機械は、本明細書において、本発明の内容を説明するのに役立つに過ぎない。
【００４２】
工作機械１０は、補強バー網状組織又はコンクリートポリマー、鋼又は鋳鉄から製作できるベース１１を有する。ベース１１上には、工作物ホルダ１２として工作物台が概略的に示されており、工作物１４が、図１においてこの工作物ホルダ１２上に見え、この工作物は、掴み手段１５，１６を介して工作物台１２上に取り付けられている。
【００４３】
ｘ‐スライダ１８が直線案内１７を介してベース１１上に配置されており、このｘ‐スライダは、工作機械１０のｘ軸に対応した図の紙面に対して出入りすることができる。
【００４４】
案内シュー１９がｘ‐スライダ１８上に配置されており、このような案内シュー内において、コラム２１をｘ方向に対して横断方向に、即ち、ベース１１に対してｙ方向に動かすことができる。
【００４５】
コラム２１は、その前側に案内２２を有し、主軸台２３をこの案内２２上でｘ方向に対して横方向に且つｙ方向に対して横方向に、即ち、ベース１１に対してｚ方向に動かすことができる。
【００４６】
主軸台２３は、それ自体知られているやり方で、回転駆動される主軸２４を支持し、この主軸２４内において、加工物１４を機械加工するツール２５を公知の仕方で掴むことができる。
【００４７】
直線案内１７、ｘ‐スライダ１８、案内シュー１９、コラム２１、案内２２及び主軸台２３は、別個の駆動装置及び線形（等分）目盛又は他の測定システムを備えたコンポーネントであり、これらの目的は、特に、符号２６で示された機械制御装置によって工具ホルダ２４を工作物ホルダ１２に対して動かしてそれぞれのコンポーネントの位置を制御することにある。図１では、これら関連の測定システムが２６ａで示されている。
【００４８】
したがって、上述した程度まで説明した仕方で、工具２５を符号２７で示された座標系で示されているように、互いに直交した３つの軸線に沿って工作物１４に対して動かすことができる。座標系２７は、座標原点２８を定めており、工作物１４の位置は、この原点に対して既知であり、工作物１４を機械加工するために工具２５を機械制御装置２６の管理下において且つ測定システム２６ａの助けを借りて作業空間２９内で動かす。
【００４９】
また、図１には、工具マガジン３１が示されており、この工具マガジンは、工具２５の交換品として主軸中に導入することができる工具３２，３３，３４のための複数の貯蔵空間３０を有している。図１には、貯蔵空間が３つしか示されていないが、最大６０又は６１個以上の貯蔵空間を設けることができる。
【００５０】
工具交換のため、工具マガジン３１をこの前側端部３６が自由貯蔵空間が設けられているその前側端部３６が作業空間２９内に位置するようにベース１１に対して矢印３５の方向に動かす。工具マガジン３１のこの位置は、図１に破線で示されると共に符号３１′で指示されている。
【００５１】
次に、主軸台２３を主軸２４が工具２５を工具マガジン３１の自由貯蔵空間内に置くことができるよう動かす。主軸台２３のこの工具交換位置は、符号２３′で示されている。主軸２４及び工具２５の位置は、それぞれ、２４′及び２５′で示されている。
【００５２】
工具２５が工具マガジン３１の自由貯蔵空間内に置かれた後、主軸台２３は、工具２５を主軸２４から解除するために上方に、即ちｚ方向に移動する。次に、工具マガジン３１は、新たな工具３２，３３又は３４をその前側端部３６に移動させ、ここで、新たな工具を主軸２４によってピックアップする。
【００５３】
この種の工具交換は、ピックアップ法と呼ばれており、先行技術においてそれ自体十分に良く知られている。
【００５４】
説明のため、工具マガジン３１は、図２の切除概略平面図に再度示されている。工具マガジン３１は、工具のための馬蹄形又は閉鎖搬送経路３７を有するのが良い。工具マガジンの自由前側端部３６のところには自由貯蔵空間３８が示されており、この自由貯蔵空間は、上述の工具交換中、工具２５を主軸２４から受け入れる。
【００５５】
既に図１に示した工具３２，３３，３４とは別に、別個の工具３９，４１が示されており、これら工具３９，４１を矢印４２で示されているように搬送経路３７に沿って前後に動かすことができる。このようにすると、各工具３２，３３，３４，３９，４１を前側端部３６まで動かすことができ、そして交換品として主軸２４内に導入することができる。このような工具マガジンは、チェーンマガジンとも呼ばれている。
【００５６】
工具の交換後、工具マガジン３１を再び図１の矢印３５の方向とは逆に作業空間２９から出し、そして新たな工具を用いて工作物１４の機械加工を続行する。
【００５７】
完全を期すために、この場合、新規な工作機械は、ピックアップ法による工具交換方式の静止工具マガジン又は工具交換がピックアップ法によっては行なわれず、関連の工具交換装置によって行なわれる他の工具マガジンを装備しても良いことが注目される。この場合、チェーンマガジンは、本発明の内容を説明するのに役立つに過ぎない。
【００５８】
工作機械１０の作動中、今や、熱的変位が本明細書の導入部で上述したように起こる。これら熱的変位の結果として、座標原点２８に対する工具２５の所望の位置が測定システム２６ａによって求められた実際の位置から外れ、したがって、工作物１４を所要の精度及び再現性で機械加工することができない。これら熱的変位を補償するため、本発明によれば、座標原点２８に対する主軸台２３の位置を工具交換中に求め、この目的のため、工作機械１０は、別個の測定システムを備えている。
【００５９】
図３は、主軸２４の付近の図１の工作機械１０の概略拡大詳細図であり、主軸２４は、その工具交換位置に配置されており、この工具交換位置では、工具２５は、工具マガジン３１の前側端部３６のところの自由貯蔵空間３８内に置かれる。２つの測定面４４，４５を備えたブロック４３が主軸台２３上に配置されており、これら測定面は、以下に説明する仕方で測定装置４６と相互作用する。ブロック４３及び測定装置４６は、熱的変位を補償する上述の別個の測定システムを構成する。
【００６０】
ブロック４３及び測定装置４６は、図１にも示されており、この場合、測定装置４６は、ｘ‐スライダ１８に固定されていることが理解されている。しかしながら、測定装置４６は、図３〜図５の実施形態の場合と同様、ベース１１に直接締結されても良い。
【００６１】
図３を参照すると、測定装置４６は、機械制御装置２６に接続されていて、測定プローブ４７，４８の形態をした２つの測定センサを有し、測定プローブ４７，４８は、水平に動く測定面４４、即ちｘ／ｙ平面内に位置した測定面４４と相互作用すると共にそれぞれ垂直に動く測定面４５、即ちｘ／ｚ平面内に位置した測定面４５と相互作用する。ｚ方向におけるブロック及び主軸台の位置は、測定面４４及び測定プローブ４７により検出され、ｙ方向におけるブロック及び主軸台の位置は、測定面４５及び測定プローブ４８により検出され、これについては以下に詳細に説明する。
【００６２】
先ず最初に、図４は、主軸２４が前もって自由であり又は空になっている貯蔵空間３８内に工具２５を置いたときの工具交換の後の段階における状態を示している。主軸２４は、今や、工具２５を解除しなければならず、この目的のため、主軸台２３は、上方に移動しなければならない。次に、工具マガジン３１は、工具２５を前側端部３６から出すと同時に別の工具をその位置に動かすことができ、図５では、これは、工具３２である。工具マガジン３１内におけるこの運動シーケンスは、「割送り」とも呼ばれている。
【００６３】
工具マガジン３１がこのような割送り運動を実施している間、主軸台２３は、それと同時に図４に示された矢印５１，５２の方向に移動して符号５０で示された測定位置に至り、その結果、ブロック４３は、測定装置４６の「測定コーナー部」内に動かされる。矢印５１，５２の方向におけるこれら運動は、機械制御装置２６により測定プローブ４７が測定面４４に触れ、測定プローブ４８が測定面４５に触れていることが認識されるまで続けられる。したがって、別個の測定システム４３，４６は、主軸２４が測定位置５０を占めた時点を認識する。この方法では、主軸２４それ自体が測定位置で停止することは必要ではなく、例えば、主軸２４は、クリープ速度で測定位置を通過することも可能であり、この場合、機械制御装置２６は、別個の測定システム４３，４６により測定位置に達したことが分かると、関連の測定システム２６ａによって実際の値を検出する。
【００６４】
したがって、ブロック４３が座標原点２８に対してｙ軸及びｚ軸に沿って測定位置５０に達すると占める相対位置は、機械制御装置２６及び測定システム２６ａによって検出され、この位置は、主軸台２３の実際の位置に一致している。次に、この実際の位置を主軸台２３が占める所望の位置と比較し、次に、ブロック４３が上述した仕方で「測定コーナー部」４６中に動かされて熱的変位が生じなかった場合、この所望の位置を測定システム２６ａによって検出する。このような所望の位置を機械制御装置２６にファイルする。
【００６５】
補正値Δｙ，Δｚを所望の位置と実際の位置の偏差から算出し、これら補正値Δｙ，Δｚは、それぞれ、ｙ軸及びｚ軸の方向における所望の位置と実際の位置との差に対応しており、これら補正値を機械制御装置２６による工作物１４の次の機械加工中、機械制御装置２６により考慮に入れ、この機械制御装置は、記憶している所望の値を所望の位置に交換し、工作物１４の次の機械加工中、補正値Δｙ，Δｚだけ主軸２４又は工具３２を追随させる。換言すると、新たな所望の値が割り当てられると、補正値を機械制御装置によって考慮に入れる。
【００６６】
例えば工具３２が座標原点２８に対して位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）に近づくべき場合、今や、補正された位置（ｘ１，ｙ１＋Δｙ，ｚ１＋Δｚ）に近づく。
【００６７】
このようにすると、毎回の工具交換の際、主軸台２３の熱的変位を検出し、必要ならばこれを是正することが可能である。このために設けられたブロック４３及び測定装置４６から成る追加の測定システムは、機械制御装置２６及び駆動装置及びこれら自体の測定システムを備えたとにかく存在しているコンポーネントと一緒に用いられる。その目的は、特に、機械制御装置２６によって主軸台２３を動かして「測定コーナー部」によってあらかじめ定められた実際の位置を求めることにある。別個の測定装置４３，４６は、この場合、主軸２４又は主軸台２３が測定位置５０に達したことを機械制御装置２６に示すためにのみ用いられる。
【００６８】
この場合、設計及び制御工学の面で必要な追加のコストが僅かであるに過ぎず、実際の位置は、もしそのように構成されていなければ工具マガジン３１が割送り運動を行なうために主軸台２３が待機する時間の間に求められる。したがって、「工具交換の際」における熱的変位のこの測定は、設計の面で簡単であるだけでなく（これは又、本発明に従って熱的変位を補償しない作業と比較して遅延なしに又は少なくとも事実上遅延なしに行なわれる）、機械加工の精度及び再現性に関して追加の利点をもたらす。
【００６９】
この場合、ｙ方向及びｚ方向における偏差の測定は、熱的変位を補償するのに十分であることが判明した。というのは、工作機械は、ｙ／ｚ平面に関して対称に構成されているからである。換言すると、ｚ方向における傾きモーメントがなく、ｚ方向における移動精度も又、ｙ方向及びｚ方向における移動精度よりも高い。というのは、ｘ‐スライダ１８は、ガラス目盛によって補償されるボールねじスピンドルによって動かされるからである。したがって、本発明によれば、ｙ軸及びｚ軸の方向における熱的変位のみが補償される。
【００７０】
この理由で、測定装置４６をベース１１だけでなくｘ‐スライダ１８にも取り付けるのが良い。これは、いわば測定場所を形成する測定装置４６が工作物ホルダ１２に対してｙ方向及びｚ方向に固定されていることが必要不可欠だからである。
【００７１】
当然のことながら、運動学的逆転手法に類似した仕方で、ブロック４３をｘ‐スライダ１８又はベース１８に、即ち測定場所に固定し、主軸台２３に測定装置４６を設けることも又可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１０ 工作機械
１１ ベース
１２ 工作物ホルダ
１４ 工作物
１５，１６ 掴み手段
１７，２２ 案内
１８ ｘ‐スライダ
１９ 案内シュー
２３ 主軸台
２４ 主軸
２５，３２，３３，３４，３９ 工具
２６ 工作機械制御装置
２６ａ 測定システム
２７ 座標系
２８ 座標系の原点
２９ 作業空間
３０ 貯蔵空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械に関する熱的変位を補償する方法であって、前記工作機械が機械制御装置（２６）を介すると共に関連の測定システム（２６ａ）を介して座標系原点（２８）を備えた座標系（２７）中で工作物ホルダ（１２）に対して動くことができる主軸（２４）を有し、前記工作機械が工具（２５，３２，３３，３４，３９）のための貯蔵空間（３０，３８）を備えた工具マガジン（３１）を有し、前記主軸（２４）を使用済み工具（２５）が使用されるべき新たな工具（３２）と交換される工具交換位置に動かす方法において、
好ましくは前記工具交換と関連して、別個の測定システム（４３，４６）の助けにより、前記主軸（２４）を前記座標系原点（２８）に対する前記主軸（２４）の位置が前記機械制御装置（２６）及び前記関連測定システム（２６ａ）により求められる測定位置（５０）に移動させ又は該位置を通過させ、それにより少なくとも１つの補正値（Δｙ，Δｘ）を求める、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記別個の測定システム（４３，４６）は、前記主軸（２４）と前記工作物ホルダ（１２）に対して少なくとも１つの座標方向（ｙ，ｚ）に固定された測定場所との間で間接的に又は直接的に働く、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記別個の測定システム（４３，４６）は、少なくとも１つの測定面（４４，４５）及び少なくとも１つの測定センサ（４７，４８）を有し、前記測定面（４４，４５）か前記測定センサ（４７，４８）かのいずれかが前記主軸（２４）に連結され、前記測定センサ（４７，４８）又は前記測定面（４４，４５）は、前記測定場所に配置されている、
請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記主軸（２４）を前記別個の測定システム（４３，４６）が応答するまで前記測定位置（５０）に向かう方向（５１，５２）に動かす、
請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
前記主軸（２４）は、前記使用済み工具（２５）を自由貯蔵空間（３８）内に置き、使用されるべき新たな工具（３２）を被占有貯蔵空間から取り出す、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記主軸（２４）は、前記使用済み工具（２５）が前記自由貯蔵空間（３８）内に置かれた後、前記測定位置（５０）に接近し又はこれを通過する、
請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記工具マガジン（３１）は、前記主軸（２４）が前記測定位置（５０）に移動している間、前記使用済み工具（２５）によって占有された前記貯蔵空間（３８）を使用されるべき前記新たな工具（３２）を備えた貯蔵空間と交換する、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
工作機械であって、機械制御装置（２６）及び関連の測定システム（２６ａ）を介して座標系原点（２８）を備えた座標系（２７）中で工作物ホルダ（１２）に対して動くことができる主軸（２４）を有すると共に工具（２５，３２，３３，３４，３９）のための貯蔵空間（３０，３８）を備えた工具マガジン（３１）を有し、前記主軸（２４）が使用済み工具（２５）が使用されるべき新たな工具（３２）と交換される工具交換位置に動かされる工作機械において、
前記主軸（２４）が好ましくは前記工具交換と関連して、測定位置（５０）を占めたかどうかを指示する別個の測定システム（４３，４６）が設けられ、前記測定位置（５０）において、前記座標系原点（２８）に対する前記主軸（２４）の位置が前記機械制御装置（２６）及び前記関連測定システム（２６ａ）により求められ、そして前記主軸位置が少なくとも１つの補正値（Δｙ，Δｘ）を求めるために利用される、
ことを特徴とする工作機械。
【請求項９】
前記別個の測定システム（４３，４６）は、前記主軸（２４）と前記工作物ホルダ（１２）に対して少なくとも１つの座標方向（ｙ，ｚ）に固定された測定場所との間で間接的に又は直接的に働く、
請求項８記載の工作機械。
【請求項１０】
前記別個の測定システム（４３，４６）は、少なくとも１つの測定面（４４，４５）及び少なくとも１つの測定センサ（４７，４８）を有し、前記測定面（４４，４５）か前記測定センサ（４７，４８）かのいずれかが前記主軸（２４）に連結され、前記測定センサ（４７，４８）又は前記測定面（４４，４５）は、前記測定場所に配置されている、
請求項９記載の工作機械。
【請求項１１】
前記測定センサ（４７，４８）は、測定プローブ（４７，４８）である、
請求項１０記載の工作機械。
【請求項１２】
前記工具マガジン（３１）は、ピックアップ法による工具交換を可能にする、
請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項１】
工作機械に関する熱的変位を補償する方法であって、前記工作機械が機械制御装置（２６）を介すると共に関連の測定システム（２６ａ）を介して座標系原点（２８）を備えた座標系（２７）中で工作物ホルダ（１２）に対して動くことができる主軸（２４）を有し、前記工作機械が工具（２５，３２，３３，３４，３９）のための貯蔵空間（３０，３８）を備えた工具マガジン（３１）を有し、前記主軸（２４）を使用済み工具（２５）が使用されるべき新たな工具（３２）と交換される工具交換位置に動かす方法において、
好ましくは前記工具交換と関連して、別個の測定システム（４３，４６）の助けにより、前記主軸（２４）を前記座標系原点（２８）に対する前記主軸（２４）の位置が前記機械制御装置（２６）及び前記関連測定システム（２６ａ）により求められる測定位置（５０）に移動させ又は該位置を通過させ、それにより少なくとも１つの補正値（Δｙ，Δｘ）を求める、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記別個の測定システム（４３，４６）は、前記主軸（２４）と前記工作物ホルダ（１２）に対して少なくとも１つの座標方向（ｙ，ｚ）に固定された測定場所との間で間接的に又は直接的に働く、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記別個の測定システム（４３，４６）は、少なくとも１つの測定面（４４，４５）及び少なくとも１つの測定センサ（４７，４８）を有し、前記測定面（４４，４５）か前記測定センサ（４７，４８）かのいずれかが前記主軸（２４）に連結され、前記測定センサ（４７，４８）又は前記測定面（４４，４５）は、前記測定場所に配置されている、
請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記主軸（２４）を前記別個の測定システム（４３，４６）が応答するまで前記測定位置（５０）に向かう方向（５１，５２）に動かす、
請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
前記主軸（２４）は、前記使用済み工具（２５）を自由貯蔵空間（３８）内に置き、使用されるべき新たな工具（３２）を被占有貯蔵空間から取り出す、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記主軸（２４）は、前記使用済み工具（２５）が前記自由貯蔵空間（３８）内に置かれた後、前記測定位置（５０）に接近し又はこれを通過する、
請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記工具マガジン（３１）は、前記主軸（２４）が前記測定位置（５０）に移動している間、前記使用済み工具（２５）によって占有された前記貯蔵空間（３８）を使用されるべき前記新たな工具（３２）を備えた貯蔵空間と交換する、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
工作機械であって、機械制御装置（２６）及び関連の測定システム（２６ａ）を介して座標系原点（２８）を備えた座標系（２７）中で工作物ホルダ（１２）に対して動くことができる主軸（２４）を有すると共に工具（２５，３２，３３，３４，３９）のための貯蔵空間（３０，３８）を備えた工具マガジン（３１）を有し、前記主軸（２４）が使用済み工具（２５）が使用されるべき新たな工具（３２）と交換される工具交換位置に動かされる工作機械において、
前記主軸（２４）が好ましくは前記工具交換と関連して、測定位置（５０）を占めたかどうかを指示する別個の測定システム（４３，４６）が設けられ、前記測定位置（５０）において、前記座標系原点（２８）に対する前記主軸（２４）の位置が前記機械制御装置（２６）及び前記関連測定システム（２６ａ）により求められ、そして前記主軸位置が少なくとも１つの補正値（Δｙ，Δｘ）を求めるために利用される、
ことを特徴とする工作機械。
【請求項９】
前記別個の測定システム（４３，４６）は、前記主軸（２４）と前記工作物ホルダ（１２）に対して少なくとも１つの座標方向（ｙ，ｚ）に固定された測定場所との間で間接的に又は直接的に働く、
請求項８記載の工作機械。
【請求項１０】
前記別個の測定システム（４３，４６）は、少なくとも１つの測定面（４４，４５）及び少なくとも１つの測定センサ（４７，４８）を有し、前記測定面（４４，４５）か前記測定センサ（４７，４８）かのいずれかが前記主軸（２４）に連結され、前記測定センサ（４７，４８）又は前記測定面（４４，４５）は、前記測定場所に配置されている、
請求項９記載の工作機械。
【請求項１１】
前記測定センサ（４７，４８）は、測定プローブ（４７，４８）である、
請求項１０記載の工作機械。
【請求項１２】
前記工具マガジン（３１）は、ピックアップ法による工具交換を可能にする、
請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の工作機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１２１１３４（Ｐ２０１２−１２１１３４Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２８４３０１（Ｐ２０１１−２８４３０１）
【出願日】平成２３年１２月７日（２０１１．１２．７）
【出願人】（５１１３１５６７７）チロン ヴェルケ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンデイトゲゼルシャフト (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８４３０１（Ｐ２０１１−２８４３０１）
【出願日】平成２３年１２月７日（２０１１．１２．７）
【出願人】（５１１３１５６７７）チロン ヴェルケ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンデイトゲゼルシャフト (1)
【Ｆターム（参考）】
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