專利名稱：機床的熱位移校正系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及機床的熱位移校正系統。
背景技術：
一般來說，機床等的控制系統中，采用圖12所示的機床端的位置信息由位置檢測器I檢測，并作為位置反饋使用的全閉環的反饋控制系統，但由于機床內的主軸或伺服電機2等的熱源和外部溫度的變化導致發生機械位移，因此，各移動軸的定位精度或3維空間中的定位精度等的靜態精度惡化。又，機械位移不僅僅由于熱位移產生，也會由于因機械的自重導致的撓曲等而產生。
進一步的，當采用如圖13所示的半閉環的反饋控制系統作為機床等的控制系統時，使用脈沖編碼器3檢測的伺服電機2的旋轉位置作為位置反饋，因此靜態精度有進一步惡化的傾向。這樣的機械位移在機器人等的控制中也同樣發生。
上述那樣的機械位移導致的靜態精度的惡化、尤其是熱等因素導致的機械位移引起的靜態精度惡化是加工誤差增大的一個較大的主因，現在仍然是較大的問題，作為由熱所引發的機械位移導致的靜態精度惡化的對策，以往提出有采用如圖14和圖15所示的溫度傳感器的熱位移校正系統等。
省略詳細說明，但圖14顯示立形加工中心的熱位移校正系統(熱位移校正功能)，該熱位移校正系統中，溫度傳感器11埋設于機床各部(立柱12、床鞍13、頭部14、工作臺16、工件W、床身18)，基于這些溫度傳感器11計測的溫度數據采用簡易的算式推測機械的熱位移量，通過使機械坐標等僅偏移該位移量來對機械位移量進行補償。又，圖13中的15為主軸。
圖15為門式加工中心的熱位移校正系統(熱位移校正功能)，該熱位移校正系統中，溫度傳感器21埋設在機床各部(立柱22、橫梁23、床鞍24、主軸27、工作臺26、工件W、床身28)，基于這些溫度傳感器21計測的溫度數據采用簡易的算式推測機械的熱位移量，通過使得機械坐標等僅偏移該位移量來補償機械位移量。又，圖9中的25為滑枕。
又，作為關聯的現有技術文獻，有下述的專利文獻I 5。
另一方面，機床的熱位移不僅在具有熱源的主軸或立柱等機械構造處，工作臺也可能發生。因此，作為工作臺的熱位移對策，在下述的專利文獻6中，提出了考慮了工作臺的熱位移的機床的熱位移校正方法。
現有技術文獻 專利文獻專利文獻1:特開平10-6183號公報 專利文獻2:特開2006-281420號公報 專利文獻3:特開2006-15461號公報 專利文獻4:特開2007-15094號公報 專利文獻5:特開2008-183653號公報 專利文獻6:專利第4359573號公報
發明內容
發明所要解決的問題
但是，上述專利文獻6所提出的機床的熱位移校正方法有以下問題點。
(O專利文獻6的方法中，假設工作臺的溫度均勻，但大型的機床中，尤其是工作臺的尺寸較大，工作臺整體不一定都為均勻的溫度，因此，熱位移量也隨著工作臺的各部位不同而不同(工作臺沒有特定的熱源，因此大多是工作臺受到外界溫度的變化或加工所使用的冷卻劑等的影響而造成熱位移)。
(2)專利文獻6的方法中，規定了工作臺上的工件的固定位置，但是這樣規定工件的固定位置對于較小的工件來說是可能的，但對于大型的機床工件來說較為困難。即，將變形工件作為基準位置規定的方法是不現實的。
(3)專利文獻6的方法中，使熱位移的基準位置為工具中心位置，但實際上以立柱前表面為基準位置，有以下兩個系統的熱位移。對此，專利文獻6的方法中，僅討論一個系統側的熱位移，基準位置也與立柱前表面不同。.Γ.作臺系統的熱位移；》>:找測器m修臺(件)..1.:軸系統的熱位移:立柱.....>橫梁...>床鞍^ ( 件Til
因此，本發明鑒于上述情況，將立柱前表面作為基準位置評價熱位移量，且，即使工作臺產生的溫度分布導致工作臺的熱位移量不均勻，也可進行高精度的熱位移校正，進一步的，可提供能夠進行不僅考慮工作臺系統也考慮主軸系統的位移的綜合的高精度的位移校正的機床的熱位移校正系統。
解決問題的手段
解決上述課題的第I發明的機床的熱位移校正系統具有:安裝有工具的主軸、立柱、介設于所述主軸和所述立柱之間的主軸系統的支持構件、在所述立柱的前后方向即X軸方向能夠移動的工作臺、檢測所述工作臺的X軸方向的位置的位置檢測器，該機床的熱位移校正系統還包括:設置在所述位置檢測器，檢測所述位置檢測器的溫度并輸出溫度數據的位置檢測器溫度傳感器；設置在所述X軸方向的所述工作臺的各部的、檢測所述工作臺的各部的溫度并輸出溫度數據的多個工作臺溫度傳感器；位移校正裝置，其包括有:輸入來自所述位置檢測器溫度傳感器的所述溫度數據的位置檢測器溫度數據輸入部、基于所述位置檢測器溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述位置檢測器的熱位移量的位置檢測器熱位移量算出部、輸入來自所述工作臺溫度傳感器的所述溫度數據的工作臺溫度數據輸入部、基于所述工作臺溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述工作臺上所產生的對應于X軸方向的溫度分布的所述工作臺的熱位移量的工作臺熱位移量算出部、基于所述位置檢測器熱位移量算出部所算出的所述位置檢測器的熱位移量和所述工作臺熱位移量算出部所算出的所述工作臺的熱位移量算出將所述立柱的前表面作為基準位置的工作臺系統的熱位移量的工作臺系統熱位移量算出部、基于所述工作臺系統熱位移量算出部所算出的所述工作臺系統的熱位移量求得X軸的校正量輸出該X軸的校正量的X軸校正量輸出部。
又，第2發明的機床的熱位移校正系統具有:安裝有工具的主軸、立柱、介設于所述主軸和所述立柱之間的主軸系統的支持構件、在所述立柱的前后方向即X軸方向能夠移動的工作臺、檢測所述工作臺的X軸方向的位置的位置檢測器，該機床的熱位移校正系統包括:設置于所述位置檢測器、檢測所述位置檢測器的溫度并輸出溫度數據的位置檢測器溫度傳感器；設置在所述X軸方向的所述工作臺的各部、檢測所述工作臺的各部的溫度并輸出溫度數據的多個工作臺溫度傳感器；設置在所述主軸系統的支持構件、檢測所述主軸系統的支持構件的溫度并輸出溫度數據的支持構件溫度傳感器；位移校正裝置，其包括:輸入來自所述位置檢測器溫度傳感器的所述溫度數據的位置檢測器溫度數據輸入部、基于所述位置檢測器溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述位置檢測器的熱位移量的位置檢測器熱位移量算出部、輸入來自所述工作臺溫度傳感器的所述溫度數據的工作臺溫度數據輸入部、基于所述工作臺溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述工作臺上所產生的對應于X軸方向的溫度分布的所述工作臺的熱位移量的工作臺熱位移量算出部、基于所述位置檢測器熱位移量算出部所算出的所述位置檢測器的熱位移量和所述工作臺熱位移量算出部所算出的所述工作臺的熱位移量算出將立柱前表面作為基準位置的工作臺系統的熱位移量的工作臺系統熱位移量算出部、輸入來自所述支持構件溫度傳感器的所述溫度數據的主軸系統溫度數據輸入部、基于所述主軸系統溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出將立柱前表面作為基準位置的主軸系統的熱位移量的主軸系統熱位移量算出部、基于所述工作臺系統熱位移量算出部所算出的所述工作臺系統的熱位移量和所述主軸系統熱位移量算出部所算出的所述主軸系統的熱位移量求得X軸的校正量并輸出該X軸的校正量的X軸校正量輸出部。
又，第3發明的機床的熱位移校正系統具有:安裝有工具的主軸、立柱、介設于所述主軸和所述立柱之間的主軸系統的支持構件、在所述立柱的前后方向即X軸方向能夠移動的工作臺、檢測所述工作臺的X軸方向的位置的位置檢測器，該機床的熱位移校正系統包括:設置于所述位置檢測器、檢測所述位置檢測器的溫度并輸出溫度數據的位置檢測器溫度傳感器；設置于所述X軸方向中的所述工作臺的各部、檢測所述工作臺的各部的溫度并輸出溫度數據的多個工作臺溫度傳感器；設置于所述主軸系統的支持構件、檢測所述主軸系統的支持構件的溫度并輸出溫度數據的支持構件溫度傳感器；設置于所述立柱的前表面側和后表面側、檢測所述立柱的前表面側和后表面側的溫度并輸出溫度數據的立柱溫度傳感器；位移校正裝置，其包括:輸入來自所述位置檢測器溫度傳感器的所述溫度數據的位置檢測器溫度數據輸入部、基于所述位置檢測器溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述位置檢測器的熱位移量的位置檢測器熱位移量算出部、輸入來自所述工作臺溫度傳感器的所述溫度數據的工作臺溫度數據輸入部、基于所述工作臺溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述工作臺上所產生的對應于X軸方向的溫度分布的所述工作臺的熱位移量的工作臺熱位移量算出部、基于所述位置檢測器熱位移量算出部所算出的所述位置檢測器的熱位移量和所述工作臺熱位移量算出部所算出的所述工作臺的熱位移量算出將立柱前表面作為基準位置的工作臺系統的熱位移量的工作臺系統熱位移量算出部、輸入來自所述支持構件溫度傳感器的所述溫度數據的主軸系統溫度數據輸入部、基于所述主軸系統溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出將立柱前表面作為基準位置的主軸系統的熱位移量的主軸系統熱位移量算出部、輸入來自所述立柱溫度傳感器的所述溫度數據的立柱溫度數據輸入部、基于所述立柱溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述立柱的傾斜位移量的立柱傾斜位移量算出部、基于所述主軸系統熱位移量算出部所算出的所述主軸系統的熱位移量和所述立柱傾斜位移量算出部所算出的所述立柱的傾斜位移量算出主軸系統的位移量的主軸系統位移量算出部、基于所述工作臺系統熱位移量算出部所算出的所述工作臺系統的熱位移量和所述主軸系統位移量算出部所算出的所述主軸系統的位移量求得X軸的校正量并輸出該X軸的校正量的X軸校正量輸出部。
又，第4發明的機床的熱位移校正系統為第3發明的機床的熱位移校正系統，其中所述主軸系統溫度數據輸入部輸入來自所述支持構件溫度傳感器和所述立柱溫度傳感器的所述溫度數據，所述主軸系統熱位移量算出部基于所述主軸系統溫度數據輸入部所輸入的所述支持構件溫度傳感器和所述立柱溫度傳感器的溫度數據算出將立柱前表面作為基準位置的主軸系統的熱位移量。
根據第5發明的機床的熱位移校正系統，該機床的熱位移校正系統具有:安裝有工具的主軸、立柱、介設于所述主軸和所述立柱之間的主軸系統的支持構件、在所述立柱的前后方向即X軸方向能夠移動的工作臺、檢測所述工作臺的X軸方向的位置的位置檢測器，其特征在于，包括:設置在所述位置檢測器、檢測所述位置檢測器的溫度并輸出溫度數據的位置檢測器溫度傳感器；設置在所述X軸方向中的所述工作臺的各部、檢測所述工作臺的各部的溫度并輸出溫度數據的多個工作臺溫度傳感器；設置在所述主軸系統的支持構件、檢測所述主軸系統的支持構件的溫度并輸出溫度數據的支持構件溫度傳感器；設置在所述立柱、檢測所述立柱的傾斜角度并輸出傾斜數據的水平儀、位移校正裝置，其包括:輸入來自所述位置檢測器溫度傳感器的所述溫度數據的位置檢測器溫度數據輸入部、基于所述位置檢測器溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述位置檢測器的熱位移量的位置檢測器熱位移量算出部、輸入來自所述工作臺溫度傳感器的所述溫度數據的工作臺溫度數據輸入部、基于所述工作臺溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出對應于所述工作臺上所產生的X軸方向的溫度分布的所述工作臺的熱位移量的工作臺熱位移量算出部、基于所述位置檢測器熱位移量算出部所算出的所述位置檢測器的熱位移量和所述工作臺熱位移量算出部所算出的所述工作臺的熱位移量算出將立柱前表面作為基準位置的工作臺系統的熱位移量的工作臺系統熱位移量算出部、輸入來自所述支持構件溫度傳感器的所述溫度數據的主軸系統溫度數據輸入部、基于所述主軸系統溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出將立柱前表面作為基準位置的主軸系統的熱位移量的主軸系統熱位移量算出部、輸入來自所述水平儀的所述傾斜數據的立柱傾斜數據輸入部、基于所述立柱傾斜數據輸入部所輸入的所述傾斜數據算出所述立柱的傾斜位移量的立柱傾斜位移量算出部、基于所述主軸系統熱位移量算出部所算出的所述主軸系統的熱位移量和所述立柱傾斜位移量算出部所算出的所述立柱的傾斜位移量算出主軸系統的位移量的主軸系統位移量算出部、基于所述工作臺系統熱位移量算出部所算出的所述工作臺系統的熱位移量和所述主軸系統位移量算出部所算出的所述主軸系統的位移量求得X軸的校正量并輸出該X軸的校正量的X軸校正量輸出部。
第6發明的機床的熱位移校正系統為采用第5發明所述的機床的熱位移校正系統，進一步包括，設置在所述立柱、檢測所述立柱的溫度并輸出溫度數據的立柱溫度傳感器，所述主軸系統溫度數據輸入部輸入來自所述支持構件溫度傳感器和所述立柱溫度傳感器的所述溫度數據，所述主軸系統熱位移量算出部基于所述主軸系統溫度數據輸入部所輸入的所述支持構件溫度傳感器和所述立柱溫度傳感器的溫度數據算出將立柱前表面作為基準位置的主軸系統的熱位移量。
發明效果
根據第I發明的機床的熱位移校正系統，具有:安裝有工具的主軸、立柱、介設于所述王軸和所述立柱之間的王軸系統的支持構件、在所述立柱的如后方向即X軸方向能夠移動的工作臺、檢測所述工作臺的X軸方向的位置的位置檢測器，其還包括:設置在所述位置檢測器，檢測所述位置檢測器的溫度并輸出溫度數據的位置檢測器溫度傳感器；設置在所述X軸方向的所述工作臺的各部的、檢測所述工作臺的各部的溫度并輸出溫度數據的多個工作臺溫度傳感器；位移校正裝置，其包括有:輸入來自所述位置檢測器溫度傳感器的所述溫度數據的位置檢測器溫度數據輸入部、基于所述位置檢測器溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述位置檢測器的熱位移量的位置檢測器熱位移量算出部、輸入來自所述工作臺溫度傳感器的所述溫度數據的工作臺溫度數據輸入部、基于所述工作臺溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述工作臺上所產生的對應于X軸方向的溫度分布的所述工作臺的熱位移量的工作臺熱位移量算出部、基于所述位置檢測器熱位移量算出部所算出的所述位置檢測器的熱位移量和所述工作臺熱位移量算出部所算出的所述工作臺的熱位移量算出將所述立柱的前表面作為基準位置的工作臺系統的熱位移量的工作臺系統熱位移量算出部、基于所述工作臺系統熱位移量算出部所算出的所述工作臺系統的熱位移量求得X軸的校正量輸出該X軸的校正量的X軸校正量輸出部。由于上述這些特征，可對將立柱前表面作為基準位置的工作臺系統(.、>:.往 >位《檢測器> + 1:作臺)的熱位移量進行評價。而且，即使工作臺產生溫度分布，工作臺的熱位移量為不均勻，也可進行高精度的位移校正。
根據第2發明的機床的熱位移校正系統，其具有:安裝有工具的主軸、立柱、介設于所述主軸和所述立柱之間的主軸系統的支持構件、在所述立柱的前后方向即X軸方向能夠移動的工作臺、檢測所述工作臺的X軸方向的位置的位置檢測器，該機床的熱位移校正系統包括:設置于所述位置檢測器、檢測所述位置檢測器的溫度并輸出溫度數據的位置檢測器溫度傳感器；設置在所述X軸方向的所述工作臺的各部、檢測所述工作臺的各部的溫度并輸出溫度數據的多個工作臺溫度傳感器；設置在所述主軸系統的支持構件、檢測所述主軸系統的支持構件的溫度并輸出溫度數據的支持構件溫度傳感器；位移校正裝置，其包括:輸入來自所述位置檢測器溫度傳感器的所述溫度數據的位置檢測器溫度數據輸入部、基于所述位置檢測器溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述位置檢測器的熱位移量的位置檢測器熱位移量算出部、輸入來自所述工作臺溫度傳感器的所述溫度數據的工作臺溫度數據輸入部、基于所述工作臺溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述工作臺上所產生的對應于X軸方向的溫度分布的所述工作臺的熱位移量的工作臺熱位移量算出部、基于所述位置檢測器熱位移量算出部所算出的所述位置檢測器的熱位移量和所述工作臺熱位移量算出部所算出的所述工作臺的熱位移量算出將立柱前表面作為基準位置的工作臺系統的熱位移量的工作臺系統熱位移量算出部、輸入來自所述支持構件溫度傳感器的所述溫度數據的主軸系統溫度數據輸入部、基于所述主軸系統溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出將立柱前表面作為基準位置的主軸系統的熱位移量的主軸系統熱位移量算出部、基于所述工作臺系統熱位移量算出部所算出的所述工作臺系統的熱位移量和所述主軸系統熱位移量算出部所算出的所述主軸系統的熱位移量求得X軸的校正量并輸出該X軸的校正量的X軸校正量輸出部。通過上述特征，可評價將立柱前表面作為基準位置的工作臺系統(立柱 >位置檢測器 >工作臺)的熱位移量和主軸系統(立tt#主軸系統的支持構件:>主軸)的熱位移量，且即使工作臺上產生溫度分布導致工作臺的熱位移量不均勻，也可實現高精度的位移校正。進一步的，可實現綜合捕捉工作臺系統的熱位移量和主軸系統的熱位移量的機床整體的熱位移模型，形成高精度的位移校正系統。
根據第3發明的機床的熱位移校正系統，其具有:安裝有工具的主軸、立柱、介設于所述主軸和所述立柱之間的主軸系統的支持構件、在所述立柱的前后方向即X軸方向能夠移動的工作臺、檢測所述工作臺的X軸方向的位置的位置檢測器，該機床的熱位移校正系統包括:設置于所述位置檢測器、檢測所述位置檢測器的溫度并輸出溫度數據的位置檢測器溫度傳感器；設置于所述X軸方向中的所述工作臺的各部、檢測所述工作臺的各部的溫度并輸出溫度數據的多個工作臺溫度傳感器；設置于所述主軸系統的支持構件、檢測所述主軸系統的支持構件的溫度并輸出溫度數據的支持構件溫度傳感器；設置于所述立柱的前表面側和后表面側、檢測所述立柱的前表面側和后表面側的溫度并輸出溫度數據的立柱溫度傳感器；位移校正裝置，其包括:輸入來自所述位置檢測器溫度傳感器的所述溫度數據的位置檢測器溫度數據輸入部、基于所述位置檢測器溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述位置檢測器的熱位移量的位置檢測器熱位移量算出部、輸入來自所述工作臺溫度傳感器的所述溫度數據的工作臺溫度數據輸入部、基于所述工作臺溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述工作臺上所產生的對應于X軸方向的溫度分布的所述工作臺的熱位移量的工作臺熱位移量算出部、基于所述位置檢測器熱位移量算出部所算出的所述位置檢測器的熱位移量和所述工作臺熱位移量算出部所算出的所述工作臺的熱位移量算出將立柱前表面作為基準位置的工作臺系統的熱位移量的工作臺系統熱位移量算出部、輸入來自所述支持構件溫度傳感器的所述溫度數據的主軸系統溫度數據輸入部、基于所述主軸系統溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出將立柱前表面作為基準位置的主軸系統的熱位移量的主軸系統熱位移量算出部、輸入來自所述立柱溫度傳感器的所述溫度數據的立柱溫度數據輸入部、基于所述立柱溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述立柱的傾斜位移量的立柱傾斜位移量算出部、基于所述主軸系統熱位移量算出部所算出的所述主軸系統的熱位移量和所述立柱傾斜位移量算出部所算出的所述立柱的傾斜位移量算出主軸系統的位移量的主軸系統位移量算出部、基于所述工作臺系統熱位移量算出部所算出的所述工作臺系統的熱位移量和所述主軸系統位移量算出部所算出的所述主軸系統的位移量求得X軸的校正量并輸出該X軸的校正量的X軸校正量輸出部。通過上述特征，可評價將立柱前表面作為基準位置的工作臺系統(立柱 >位《檢測器 >工作臺)的熱位移量和主軸系統(立柱-H.:軸系統的支持構件七軸)的熱位移量，且即使工作臺上產生溫度分布導致工作臺的熱位移量不均勻，也可實現高精度的位移校正。又，可實現綜合捕捉工作臺系統的熱位移量和主軸系統的熱位移量的機床整體的熱位移模型，實現更高精度的位移校正系統。進一步的，通過不僅考慮工作臺系統和主軸系統的熱位移量，還考慮立柱的傾斜位移量，實現更高精度的位移校正。
根據第4發明的機床的熱位移校正系統，其為第3發明的機床的熱位移校正系統，其中所述主軸系統溫度數據輸入部輸入來自所述支持構件溫度傳感器和所述立柱溫度傳感器的所述溫度數據，所述主軸系統熱位移量算出部基于所述主軸系統溫度數據輸入部所輸入的所述支持構件溫度傳感器和所述立柱溫度傳感器的溫度數據算出將立柱前表面作為基準位置的主軸系統的熱位移量。通過上述的特征，通過評價考慮了立柱的溫度數據的主軸系統的熱位移量，能夠進行精度更高的位移校正。
根據第5發明的機床的熱位移校正系統，該機床的熱位移校正系統具有:安裝有工具的主軸、立柱、介設于所述主軸和所述立柱之間的主軸系統的支持構件、在所述立柱的前后方向即X軸方向能夠移動的工作臺、檢測所述工作臺的X軸方向的位置的位置檢測器，其特征在于，包括:設置在所述位置檢測器、檢測所述位置檢測器的溫度并輸出溫度數據的位置檢測器溫度傳感器；設置在所述X軸方向中的所述工作臺的各部、檢測所述工作臺的各部的溫度并輸出溫度數據的多個工作臺溫度傳感器；設置在所述主軸系統的支持構件、檢測所述主軸系統的支持構件的溫度并輸出溫度數據的支持構件溫度傳感器；設置在所述立柱、檢測所述立柱的傾斜角度并輸出傾斜數據的水平儀、位移校正裝置，其包括:輸入來自所述位置檢測器溫度傳感器的所述溫度數據的位置檢測器溫度數據輸入部、基于所述位置檢測器溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述位置檢測器的熱位移量的位置檢測器熱位移量算出部、輸入來自所述工作臺溫度傳感器的所述溫度數據的工作臺溫度數據輸入部、基于所述工作臺溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出對應于所述工作臺上所產生的X軸方向的溫度分布的所述工作臺的熱位移量的工作臺熱位移量算出部、基于所述位置檢測器熱位移量算出部所算出的所述位置檢測器的熱位移量和所述工作臺熱位移量算出部所算出的所述工作臺的熱位移量算出將立柱前表面作為基準位置的工作臺系統的熱位移量的工作臺系統熱位移量算出部、輸入來自所述支持構件溫度傳感器的所述溫度數據的主軸系統溫度數據輸入部、基于所述主軸系統溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出將立柱前表面作為基準位置的主軸系統的熱位移量的主軸系統熱位移量算出部、輸入來自所述水平儀的所述傾斜數據的立柱傾斜數據輸入部、基于所述立柱傾斜數據輸入部所輸入的所述傾斜數據算出所述立柱的傾斜位移量的立柱傾斜位移量算出部、基于所述主軸系統熱位移量算出部所算出的所述主軸系統的熱位移量和所述立柱傾斜位移量算出部所算出的所述立柱的傾斜位移量算出主軸系統的位移量的主軸系統位移量算出部、基于所述工作臺系統熱位移量算出部所算出的所述工作臺系統的熱位移量和所述主軸系統位移量算出部所算出的所述主軸系統的位移量求得X軸的校正量并輸出該X軸的校正量的X軸校正量輸出部。由于具有上述技術特征，可評價將立柱前表面作為基準位置的工作臺系統(立柱 >位+霄:檢測器 >工作臺)的熱位移量與主軸系統(立柱軸系統的支持構件 軸)的熱位移量，而且即使工作臺上產生溫度分布，工作臺的熱位移量不均勻，也可進行高精度的位移校正。又，可實現綜合捕捉了工作臺系統的熱位移量和主軸系統的熱位移量的機床整體的熱位移模型，形成更高精度的位移校正系統。進一步的，通過不僅僅考慮工作臺系統和主軸系統的熱位移量，還考慮立柱的傾斜位移量，能夠實現更高精度的位移校正。
根據第6發明的機床的熱位移校正系統，其為采用第5發明所述的機床的熱位移校正系統，進一步包括，設置在所述立柱、檢測所述立柱的溫度并輸出溫度數據的立柱溫度傳感器，所述主軸系統溫度數據輸入部輸入來自所述支持構件溫度傳感器和所述立柱溫度傳感器的所述溫度數據，所述主軸系統熱位移量算出部基于所述主軸系統溫度數據輸入部所輸入的所述支持構件溫度傳感器和所述立柱溫度傳感器的溫度數據算出將立柱前表面作為基準位置的主軸系統的熱位移量。通過以上特征，通過評價還考慮了立柱的溫度數據的主軸系統的熱位移量，實現更高精度的位移校正。
圖1是顯示本發明的實施方式例I的機床的熱位移校正系統的圖，為顯示溫度傳感器的配置的機床的側視圖。
圖2是涉及本發明的實施方式例I的機床的熱位移校正系統的圖，為顯示位移校正裝置側的構成的框圖。
圖3的(a)是顯示工作臺的溫度分布的圖、(b)是顯示單位長度的工作臺熱位移量的分布的圖。
圖4是涉及本發明的實施方式例2的機床的熱位移校正系統的圖、是顯示溫度傳感器的配置的機床的側視圖。
圖5是涉及本發明的實施方式例2的機床的熱位移校正系統的圖、是顯示位移校正裝置側的構成的框圖。
圖6是涉及本發明的實施方式例3的機床的熱位移校正系統的圖、是顯示溫度傳感器的配置的機床的側視圖。
圖7是涉及本發明的實施方式例3的機床的熱位移校正系統的圖、是顯示位移校正裝置側的構成的框圖。
圖8是關于立柱的前表面側與后表面側的溫度差導致的立柱傾斜位移量的計算式的說明圖。
圖9是關于立柱的前表面側與后表面側的溫度差導致的立柱傾斜位移量的計算式的說明圖。
圖10是涉及本發明的實施方式例4的機床的熱位移校正系統的圖、為顯示溫度傳感器和水平儀的配置的機床的側視圖。
圖11是涉及本發明的實施方式例4的機床的熱位移校正系統的圖、為顯示位移校正裝置側的構成的框圖。
圖12是以往的全閉環的反饋控制裝置的框圖。
圖13是以往的半閉環的反饋控制裝置的框圖。
圖14是以往的根據立形加工中心的溫度傳感器的熱位移校正系統的框圖。
圖15是以往的根據門式加工中心的溫度傳感器的熱位移校正系統的框圖。
具體實施方式
下面，基于附圖對本發明的實施方式例進行詳細說明。
<實施方式例1>
基于圖1 圖3，對本發明的實施方式例I的機床的熱位移校正系統進行說明。
如圖1所示，機床包括:床身31、工作臺32、門式的立柱33、橫梁34、床鞍35、滑枕36、以能夠旋轉地支持于滑枕36的狀態內置的主軸37、通過附件38安裝于主軸37的工具39、位置檢測器42。
床身31設置在床面40。床身31上設有工作臺32和立柱33、工作臺32上載置工件W。工作臺32能夠沿著在床身31的上表面31a鋪設的導軌(圖示省略)，通過進給機構(圖1中，圖示省略:圖2參照)在箭頭A所示的水平X軸方向(立柱33的前后方向)直線移動。橫梁34設置在立柱33的前表面33a，能夠沿立柱前表面33a鋪設的導軌(圖示省略)，通過進給機構(圖示省略)在箭頭B所示的鉛直的Z軸方向直線移動。床鞍35設置在橫梁34的前表面34a，沿橫梁34，通過進給機構(圖示省略)在水平的Y軸方向(與圖1的紙面正交的方向)能夠直線移動。滑枕36設于床鞍35，通過進給機構(圖示省略)能夠在箭頭C所示的Z軸方向移動。主軸37設于滑枕36內，通過主軸軸承40能夠旋轉地被支持。又，X，Y，Z軸相互正交。
接著，工作臺32上設有多個(圖示例中為5個)工作臺溫度傳感器41-1，41-2，41-3，41-4，41-5。這些工作臺溫度傳感器41-1 41-5沿X軸方向等間隔地配置在工作臺32的各部。因此，工作臺溫度傳感器41-1 41-5分別檢測工作臺32的各部的溫度，并將這些檢測溫度數據al，a2，a3，a4，a5輸出到機床的位移校正裝置51 (參照圖2:詳細后述)。
位置檢測器42為一般的位移感應式的直線標尺，包括有滑塊42a和標尺42b。標尺42b包括蜿蜒狀的線圈42b-l，安裝于床身31并沿X軸方向延伸(長度方向沿著X軸方向)。滑塊42a具有蜿蜒狀的線圈42a-l，以與標尺42b相對的狀態安裝于工作臺32。滑塊42a的線圈42a-l —旦流過電流，由于電磁感應作用而在標尺42b的線圈42b_l中產生電壓。因此，一旦滑塊42a隨工作臺32在X軸方向移動，則滑塊42a和標尺42b的相對位置變化，所述電壓也變化，因此根據該電壓的變化可檢測滑塊42a的X軸方向的位置、即，工作臺32 (工件W)的X軸方向的位置。如此，位置檢測器42檢測工作臺32 (工件W)的位置，該檢測位置數據向機床的反饋控制裝置61 (圖2參照:詳細后述)輸出(位置反饋)。
接著，位置檢測器42的標尺42b上設有位置檢測器溫度傳感器41-6。位置檢測器溫度傳感器41-6檢測位置檢測器42 (標尺42b)的溫度，將該檢測溫度數據a6向機床的位移校正裝置51輸出。
又，上述對作為位置檢測器42的位移感應式直線標尺進行了記述，但直線標尺不限于位移感應式，也可采用其他形式的直線標尺作為位置檢測器42。
下面，基于圖1，圖2和圖3，對機床的位移校正裝置51、反饋控制裝置61和工作臺進給機構71進行說明。
如圖2所示，位移校正裝置51采用個人計算機等，包括:位置檢測器溫度數據輸入部52、位置檢測器熱位移量算出部53、工作臺溫度數據輸入部54、工作臺熱位移量算出部55、工作臺系統熱位移量算出部56、X軸校正量輸出部57。
位置檢測器溫度數據輸入部52輸入從位置檢測器溫度傳感器41-6輸出的位置檢測器42 (標尺42b)的溫度數據a6。
位置檢測器熱位移量算出部53基于位置檢測器溫度數據輸入部52所輸入的位置檢測器42 (標尺42b)的溫度數據a6，算出位置檢測器42 (標尺42b)的X軸方向的熱位移量
AL1O
下述的(I)式為，位置檢測器42 (標尺42b)、其它的機床各部(滑枕36、主軸軸承40、床鞍35、橫梁34、立柱33等)的熱位移量的計算式例。又，對于位置檢測器42以外的機床各部的熱位移量，以其他的實施方式例說明。
[數式I]
=λ, XXATxLx\(f..(l)
此處，Δ L為位置檢測器42 (標尺42b)等的機床各部的熱位移量[μ m]、Ii1為校正系
數、β為位置檢測器42 (標尺42b)等的機床各部的線膨脹系數[I/ (V Xm) ]0 Ttl為基準溫度[°c ]、T為位置檢測器42 (標尺42b)等的機床各部的溫度數據[°C ]、Λ T為溫度數據T和基準溫度Ttl的溫度差(T-Tq) [°C ]、L為位置檢測器42 (標尺42b)等的機床各部的物體有效長度(機床各部中與X軸方向的熱位移量相關的部分的長度)[m]。
因此，位置檢測器42 (標尺42b)的X軸方向的熱位移量AL1通過將位置檢測器42 (標尺42b)的線膨脹系數β、基準溫度Ttl與位置檢測器42 (標尺42b)的溫度數據T (位置檢測器溫度傳感器41-6的溫度數據a6)的溫度差AT、位置檢測器42 (標尺42a)的物體有效長度L代入(I)式算出AL來獲得。又，位置檢測器42 (標尺42a)中的物體有效長度L為從如圖1所示的作為立柱前表面33a的基準位置XK(X軸方向的基準位置)到滑塊42a的位置(圖示例中，滑塊42a中的X軸方向的中心位置)的長度L1中的長度，其與滑塊42a的移動相應地發生變化。又，位置檢測器42 (標尺42b)的熱位移量AL1為，從立柱前表面33a的基準位置Xk到滑塊42a的位置的長度L1的范圍所產生的熱位移量，即，所述長度L1的范圍中位置檢測器42 (標尺42b)的熱位移所導致的誤差量。
工作臺溫度數據輸入部54輸入工作臺溫度傳感器41-1 41-5輸出的工作臺32各部的溫度數據al a5。
工作臺熱位移量算出部55基于工作臺溫度數據輸入部54所輸入的工作臺32的各部的溫度數據al a5，算出工作臺32上所產生的對應X軸方向的溫度分布的工作臺32的熱位移量AL2。
下述的(2)式和(3)式為用于計算工作臺32上所產生的對應于X軸方向的溫度分布的工作臺32的熱位移量AL2的計算式例。
[數式2]
權利要求
1.一種機床的熱位移校正系統，該機床的熱位移校正系統具有:安裝有工具的主軸、立柱、設于所述主軸和所述立柱之間的主軸系統的支持構件、在所述立柱的前后方向即X軸方向能夠移動的工作臺、檢測所述工作臺的X軸方向的位置的位置檢測器，其特征在于，所述機床的熱位移校正系統包括: 設置在所述位置檢測器上的、檢測所述位置檢測器的溫度并輸出溫度數據的位置檢測器溫度傳感器； 在所述X軸方向設置于所述工作臺的各部上的、檢測所述工作臺的各部的溫度并輸出溫度數據的多個工作臺溫度傳感器；以及 位移校正裝置，其包括:輸入來自所述位置檢測器溫度傳感器的所述溫度數據的位置檢測器溫度數據輸入部、基于所述位置檢測器溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述位置檢測器的熱位移量的位置檢測器熱位移量算出部、輸入來自所述工作臺溫度傳感器的所述溫度數據的工作臺溫度數據輸入部、基于所述工作臺溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述工作臺上所產生的對應于X軸方向的溫度分布的所述工作臺的熱位移量的工作臺熱位移量算出部、基于所述位置檢測器熱位移量算出部所算出的所述位置檢測器的熱位移量和所述工作臺熱位移量算出部所算出的所述工作臺的熱位移量算出將所述立柱的前表面作為基準位置的工作臺系統的熱位移量的工作臺系統熱位移量算出部、基于所述工作臺系統熱位移量算出部所算出的所述工作臺系統的熱位移量求得X軸的校正量并輸出該X軸的校正量的X軸校正量輸出部。
2.一種機床的熱位移校正系統，該機床的熱位移校正系統具有:安裝有工具的主軸、立柱、設于所述主軸和所述立柱之間的主軸系統的支持構件、在所述立柱的前后方向即X軸方向能夠移動的工作臺、檢測所述工作臺的X軸方向的位置的位置檢測器，其特征在于，所述機床的熱位移校正系統包括: 設置于所述位置檢測器上的、檢測所述位置檢測器的溫度并輸出溫度數據的位置檢測器溫度傳感器； 在所述X軸方向設置于所述工作臺的各部上的、檢測所述工作臺的各部的溫度并輸出溫度數據的多個工作臺溫度傳感器； 設置在所述主軸系 統的支持構件上的、檢測所述主軸系統的支持構件的溫度并輸出溫度數據的支持構件溫度傳感器；以及 位移校正裝置，其包括:輸入來自所述位置檢測器溫度傳感器的所述溫度數據的位置檢測器溫度數據輸入部、基于所述位置檢測器溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述位置檢測器的熱位移量的位置檢測器熱位移量算出部、輸入來自所述工作臺溫度傳感器的所述溫度數據的工作臺溫度數據輸入部、基于所述工作臺溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述工作臺上所產生的對應于X軸方向的溫度分布的所述工作臺的熱位移量的工作臺熱位移量算出部、基于所述位置檢測器熱位移量算出部所算出的所述位置檢測器的熱位移量和所述工作臺熱位移量算出部所算出的所述工作臺的熱位移量算出將立柱前表面作為基準位置的工作臺系統的熱位移量的工作臺系統熱位移量算出部、輸入來自所述支持構件溫度傳感器的所述溫度數據的主軸系統溫度數據輸入部、基于所述主軸系統溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出將立柱前表面作為基準位置的主軸系統的熱位移量的主軸系統熱位移量算出部、基于所述工作臺系統熱位移量算出部所算出的所述工作臺系統的熱位移量和所述主軸系統熱位移量算出部所算出的所述主軸系統的熱位移量求得X軸的校正量并輸出該X軸的校正量的X軸校正量輸出部。
3.一種機床的熱位移校正系統，該機床的熱位移校正系統具有:安裝有工具的主軸、立柱、設于所述主軸和所述立柱之間的主軸系統的支持構件、在所述立柱的前后方向即X軸方向能夠移動的工作臺、檢測所述工作臺的X軸方向的位置的位置檢測器，其特征在于，所述機床的熱位移校正系統包括: 設置于所述位置檢測器上的、檢測所述位置檢測器的溫度并輸出溫度數據的位置檢測器溫度傳感器； 在所述X軸方向設置于所述工作臺的各部上的、檢測所述工作臺的各部的溫度并輸出溫度數據的多個工作臺溫度傳感器； 設置于所述主軸系統的支持構件上的、檢測所述主軸系統的支持構件的溫度并輸出溫度數據的支持構件溫度傳感器； 設置于所述立柱的前表面側和后表面側的、檢測所述立柱的前表面側和后表面側的溫度并輸出溫度數據的立柱溫度傳感器；以及 位移校正裝置，其包括:輸入來自所述位置檢測器溫度傳感器的所述溫度數據的位置檢測器溫度數據輸入部、基于所述位置檢測器溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述位置檢測器的熱位移量的位置檢測器熱位移量算出部、輸入來自所述工作臺溫度傳感器的所述溫度數據的工作臺溫度數據輸入部、基于所述工作臺溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述工作臺上所產生的對應于X軸方向的溫度分布的所述工作臺的熱位移量的工作臺熱位移量算出部、基于所述位置檢測器熱位移量算出部所算出的所述位置檢測器的熱位移量和所述工作臺熱位移量算出部所算出的所述工作臺的熱位移量算出將立柱前表面作為基準位置的工作臺系統的熱位移量的工作臺系統熱位移量算出部、輸入來自所述支持構件溫度傳感器的所述溫度數據的主軸系統溫度數據輸入部、基于所述主軸系統溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出將立柱前表面作為基準位置的主軸系統的熱位移量的主軸系統熱位移量算出部、輸入來自所述立柱溫度傳感器的所述溫度數據的立柱溫度數據輸入部、基于 所述立柱溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述立柱的傾斜位移量的立柱傾斜位移量算出部、基于所述主軸系統熱位移量算出部所算出的所述主軸系統的熱位移量和所述立柱傾斜位移量算出部所算出的所述立柱的傾斜位移量算出主軸系統的位移量的主軸系統位移量算出部、基于所述工作臺系統熱位移量算出部所算出的所述工作臺系統的熱位移量和所述主軸系統位移量算出部所算出的所述主軸系統的位移量求得X軸的校正量并輸出該X軸的校正量的X軸校正量輸出部。
4.如權利要求3所述的機床的熱位移校正系統，其特征在于: 所述主軸系統溫度數據輸入部輸入來自所述支持構件溫度傳感器和所述立柱溫度傳感器的所述溫度數據，所述主軸系統熱位移量算出部基于所述主軸系統溫度數據輸入部所輸入的所述支持構件溫度傳感器和所述立柱溫度傳感器的溫度數據算出將立柱前表面作為基準位置的主軸系統的熱位移量。
5.一種機床的熱位移校正系統，該機床的熱位移校正系統具有:安裝有工具的主軸、立柱、設于所述主軸和所述立柱之間的主軸系統的支持構件、在所述立柱的前后方向即X軸方向能夠移動的工作臺、檢測所述工作臺的X軸方向的位置的位置檢測器，其特征在于，所述機床的熱位移校正系統包括: 設置在所述位置檢測器上的、檢測所述位置檢測器的溫度并輸出溫度數據的位置檢測器溫度傳感器； 在所述X軸方向設置于所述工作臺的各部上的、檢測所述工作臺的各部的溫度并輸出溫度數據的多個工作臺溫度傳感器； 設置在所述主軸系統的支持構件上的、檢測所述主軸系統的支持構件的溫度并輸出溫度數據的支持構件溫度傳感器； 設置在所述立柱上的、檢測所述立柱的傾斜角度并輸出傾斜數據的水平儀；以及位移校正裝置，其包括:輸入來自所述位置檢測器溫度傳感器的所述溫度數據的位置檢測器溫度數據輸入部、基于所述位置檢測器溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述位置檢測器的熱位移量的位置檢測器熱位移量算出部、輸入來自所述工作臺溫度傳感器的所述溫度數據的工作臺溫度數據輸入部、基于所述工作臺溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出所述工作臺上所產生的對應于X軸方向的溫度分布的所述工作臺的熱位移量的工作臺熱位移量算出部、基于所述位置檢測器熱位移量算出部所算出的所述位置檢測器的熱位移量和所述工作臺熱位移量算出部所算出的所述工作臺的熱位移量算出將立柱前表面作為基準位置的工作臺系統的熱位移量的工作臺系統熱位移量算出部、輸入來自所述支持構件溫度傳感器的所述溫度數據的主軸系統溫度數據輸入部、基于所述主軸系統溫度數據輸入部所輸入的所述溫度數據算出將立柱前表面作為基準位置的主軸系統的熱位移量的主軸系統熱位移量算出部、輸入來自所述水平儀的所述傾斜數據的立柱傾斜數據輸入部、基于所述立柱傾斜數據輸入部所輸入的所述傾斜數據算出所述立柱的傾斜位移量的立柱傾斜位移量算出部、基于所述主軸系統熱位移量算出部所算出的所述主軸系統的熱位移量和所述立柱傾斜位移量算出部所算出的所述立柱的傾斜位移量算出主軸系統的位移量的主軸系統位移量算出部、基于所述工作臺系統熱位移量算出部所算出的所述工作臺系統的熱位移量和所述主軸系統位移量算出部所算出的所述主軸系統的位移量求得X軸的校正量并輸出該X軸的校正量的X軸校正量輸出部。
6.如權利要求5所述的機床的熱位移校正系統，其特征在于:包括，設置在所述立柱上的、檢測所述立柱的溫度并輸出溫度數據的立柱溫度傳感器，所述主軸系統溫度數據輸入部輸入來自所述支持構件溫度傳感器和所述立柱溫度傳感器的所述溫度數據，所述 主軸系統熱位移量算出部基于所述主軸系統溫度數據輸入部所輸入的所述支持構件溫度傳感器和所述立柱溫度傳感器的溫度數據算出將立柱前表面作為基準位置的主軸系統的熱位移量。
全文摘要
本發明的目的在于提供將立柱前表面作為基準位置評價熱位移量，且，即使工作臺的熱位移量不均勻也可進行高精度的熱位移校正等的機床的熱位移校正系統。該機床的熱位移校正系統包括例如，位置檢測器溫度傳感器(41-6)、工作臺溫度傳感器(41-1～41-5)、位移校正裝置。該位移校正裝置包括輸入溫度數據(a6)的溫度數據輸入部、基于溫度數據(a6)算出位置檢測器的熱位移量的熱位移量算出部、輸入溫度數據(a1～a5)的溫度數據輸入部、基于溫度數據(a1～a5)算出對應于X軸方向的溫度分布的工作臺的熱位移量的熱位移量算出部、基于所述位置檢測器的熱位移量和所述工作臺的熱位移量算出將立柱前表面作為基準位置的工作臺系統的熱位移量的熱位移量算出部、基于所述工作臺系統的熱位移量算出X軸的校正量的X軸校正量輸出部。
文檔編號G05B19/404GK103153534SQ20118004628
公開日2013年6月12日 申請日期2011年10月5日 優先權日2010年10月21日
發明者山本英明 申請人:三菱重工業株式會社