專利名稱：機床的熱變位修正方法及熱變位修正裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機床的熱變位修正方法及熱變位修正裝置。
背景技術(shù)：
機床使用滾珠絲杠機構(gòu)作為定位機構(gòu)。在滾珠絲杠機構(gòu)中，因制造公差等會在滾珠絲杠軸的旋轉(zhuǎn)量與螺母的移動量之間產(chǎn)生節(jié)距誤差。因此，機床根據(jù)預先設定的節(jié)距誤差修正量的圖表，對節(jié)距誤差進行修正。滾珠絲杠機構(gòu)因滾珠絲杠軸與螺母及各軸承部的摩擦阻力而溫度上升進而引起熱膨脹，從而產(chǎn)生熱變位。滾珠絲杠軸的熱變位成為定位誤差。為了解決上述定位誤差的問題，機床采用了對滾珠絲杠軸施加預張力來吸收熱膨脹的方式。由于機床使用較粗的滾珠絲杠軸，且送料速度變得非常快，因此發(fā)熱量增加。在采用預張力方式的情況下，機床必須對滾珠絲杠軸施加非常大的張力。在機床施加非常大的張力的情況下，存在滾珠絲杠機構(gòu)變形的問題。對推力軸承進一步施加過度的力，則存在燒結(jié)的問題。在專利文獻1所公開的滾珠絲杠軸的熱變位修正方法中，不對滾珠絲杠軸施加過度的張力，無需特別的測定裝置。專利文獻1的方法根據(jù)伺服馬達的電樞電流和電壓的乘積來對滾珠絲杠軸的發(fā)熱量進行運算。此外，根據(jù)滾珠絲杠軸的發(fā)熱量和預先求出的比例 (熱分配系數(shù))，對因螺母移動而產(chǎn)生的螺母移動發(fā)熱量、因前部軸承旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的前部軸承發(fā)熱量、因后部軸承旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的后部軸承發(fā)熱量進行運算。然后，根據(jù)運算出的發(fā)熱量，從不穩(wěn)定熱傳導方程式中求出溫度分布。在機床工作中修正滾珠絲杠軸的熱變位的方法時時刻刻預想滾珠絲杠軸的熱變位量，將預想的熱變位量作為修正節(jié)距誤差修正量的修正量輸入到數(shù)控裝置中。本方法在伺服馬達的加減速次數(shù)較多的情況下，存在修正量比實際的伸長量大的問題。專利文獻2著眼于專利文獻1的問題的主要原因，即伺服馬達自身的加減速的能量包含在發(fā)熱量內(nèi)。在專利文獻2所公開的熱變位量修正方法中，根據(jù)伺服馬達的轉(zhuǎn)速運算滾珠絲杠軸的發(fā)熱量，并根據(jù)該滾珠絲杠軸的發(fā)熱量對螺母移動發(fā)熱量、前部軸承發(fā)熱量和后部軸承發(fā)熱量進行運算?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1 日本專利特開昭63-256336號公報專利文獻2 日本專利特開平4-M0045號公報

發(fā)明內(nèi)容
專利文獻2的方法沒有考慮當驅(qū)動電流流過伺服馬達時發(fā)生的伺服馬達的發(fā)熱量。伺服馬達的發(fā)熱量經(jīng)由前部軸承傳遞到滾珠絲杠軸。因此，為了進行高精度的熱變位修正，不僅要計算螺母移動發(fā)熱量、前部軸承發(fā)熱量和后部軸承發(fā)熱量，還需要如專利文獻1的方法那樣，考慮伺服馬達的發(fā)熱量。在圖3所示的滾珠絲杠機構(gòu)中，將固定軸承18隔著軸承保持件20固定于支撐臺 10。固定軸承18對X軸滾珠絲杠軸81的端部81e (X軸馬達71側(cè)的端部)進行支撐。可動軸承19可沿X軸滾珠絲杠軸81的軸向移動?？蓜虞S承19對X軸滾珠絲杠軸81的與固定軸承18相反一側(cè)的端部81f進行支撐。X軸馬達71的發(fā)熱量的一部分放熱的路徑是朝X軸馬達71周圍放熱的路徑、從X 軸馬達71經(jīng)由軸承保持件20放熱至支撐臺10的路徑、從X軸馬達71經(jīng)由軸承保持件20 朝周圍放熱的路徑。放熱量例如由馬達溫度與周圍溫度的溫度差等兩物體間的溫度差決定。專利文獻1的方法沒有考慮伺服馬達的發(fā)熱量的一部分放熱這一點。當驅(qū)動X軸馬達71時，X軸馬達71的溫度上升。該上升的溫度傳遞至軸承保持件20，軸承保持件20的溫度上升。軸承保持件20的溫度傳遞至滾珠絲杠軸81的馬達側(cè)端部81e，馬達側(cè)端部81e的溫度上升。馬達側(cè)端部81e的溫度上升是在驅(qū)動X軸馬達71后經(jīng)過規(guī)定時間后開始的。在專利文獻1的方法中，根據(jù)從X軸馬達71供給到滾珠絲杠軸81的發(fā)熱量和熱分配系數(shù)算出了前部軸承發(fā)熱量，但沒有考慮上述規(guī)定時間。熱分配系數(shù)為一定值。因此， 專利文獻1的方法無法準確地運算出馬達側(cè)端部81e的溫度變化，無法進行精度良好的熱變位修正。本發(fā)明的目的在于提供一種能進行高精度的熱變位修正的機床的熱變位修正方法及熱變位修正裝置。解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案技術(shù)方案1的機床的熱變位修正方法是具有送料驅(qū)動用滾珠絲杠機構(gòu)、驅(qū)動與該滾珠絲杠機構(gòu)的螺母螺合的軸旋轉(zhuǎn)的伺服馬達、根據(jù)控制數(shù)據(jù)控制該伺服馬達的控制設備的機床的熱變位修正方法，包括第一步驟，在該第一步驟中，每隔規(guī)定時間，根據(jù)上述伺服馬達的轉(zhuǎn)速和控制數(shù)據(jù)，對在將上述軸的全長分割多塊而形成的多個區(qū)間中產(chǎn)生的發(fā)熱量進行運算，此外，每隔上述規(guī)定時間，對通過軸承將軸的馬達側(cè)支撐成能自由旋轉(zhuǎn)的軸承保持件的溫度上升進行運算；第二步驟，在該第二步驟中，根據(jù)總計發(fā)熱量和不穩(wěn)定熱傳導方程式每隔規(guī)定期間對多個區(qū)間的溫度分布進行運算，上述總計發(fā)熱量是將上述多個區(qū)間的發(fā)熱量累積上述規(guī)定期間而得到的，在上述不穩(wěn)定熱傳導方程式中，使用上述軸承保持件的溫度上升來代替上述軸的馬達側(cè)端部的溫度上升；第三步驟，在該第三步驟中，每隔上述規(guī)定期間，根據(jù)上述溫度分布對上述軸的多個區(qū)間的熱變位量進行運算；以及第四步驟，在該第四步驟中，每隔上述規(guī)定期間，根據(jù)上述多個區(qū)間的熱變位量，對修正量進行運算，該修正量對將上述軸的螺母移動范圍分割多塊而形成的多個修正區(qū)間中的每個修正區(qū)間分別修正上述控制數(shù)據(jù)。在技術(shù)方案1的機床的熱變位修正方法中，不穩(wěn)定熱傳導方程式使用因從伺服馬達傳遞來的發(fā)熱量而上升的軸承保持件的溫度上升。因此，能使用考慮了伺服馬達的發(fā)熱量中的放熱部分的發(fā)熱量對熱變位量進行運算。每隔規(guī)定時間對軸承保持件的溫度上升進行運算。因此，能運算出考慮了從電流流過伺服馬達到軸的馬達側(cè)端部受到來自伺服馬達的熱影響之間的時間延遲的熱變位量。機床的熱變位修正方法能運算出考慮了伺服馬達的放熱及上述時間延遲的熱變位量，因此能進行高精度的熱變位修正。
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在技術(shù)方案2的機床的熱變位修正方法中，上述軸承保持件的溫度上升是根據(jù)上述伺服馬達的轉(zhuǎn)速和驅(qū)動電流值而運算出的。技術(shù)方案2的機床的熱變位修正方法根據(jù)伺服馬達的轉(zhuǎn)速和驅(qū)動電流值，對軸承保持件的溫度上升進行運算。因此，無需另外重新設置傳感器等，能使用已有的傳感器進行高精度的熱變位修正。技術(shù)方案3的機床的熱變位修正裝置是具有送料驅(qū)動用滾珠絲杠機構(gòu)、驅(qū)動與該滾珠絲杠機構(gòu)的螺母螺合的軸旋轉(zhuǎn)的伺服馬達、根據(jù)控制數(shù)據(jù)控制該伺服馬達的控制設備的機床的熱變位修正裝置，包括速度檢測設備，該速度檢測設備檢測上述伺服馬達的轉(zhuǎn)速；發(fā)熱量運算部，該發(fā)熱量運算部每隔規(guī)定時間，根據(jù)上述伺服馬達的轉(zhuǎn)速和控制數(shù)據(jù)， 對在將上述軸的全長分割多塊而形成的多個區(qū)間中產(chǎn)生的發(fā)熱量進行運算；溫度運算部， 該溫度運算部每隔上述規(guī)定時間，對通過軸承將上述軸的馬達側(cè)支撐成能自由旋轉(zhuǎn)的軸承保持件的溫度上升進行檢測；溫度分布運算部，該溫度分布運算部根據(jù)總計發(fā)熱量和不穩(wěn)定熱傳導方程式每隔規(guī)定期間對多個區(qū)間的溫度分布進行運算，上述總計發(fā)熱量是將上述多個區(qū)間的發(fā)熱量累積上述規(guī)定期間而得到的，在上述不穩(wěn)定熱傳導方程式中，使用上述軸承保持件的溫度上升來代替上述軸的馬達側(cè)端部的溫度上升；熱變位量運算部，該熱變位量運算部每隔上述規(guī)定期間，根據(jù)上述溫度分布對上述軸的多個區(qū)間的熱變位量進行運算；以及修正量運算部，該修正量運算部每隔上述規(guī)定期間，根據(jù)上述多個區(qū)間的熱變位量，對修正量進行運算，該修正量對將上述軸的螺母移動范圍分割多塊而形成的多個修正區(qū)間中的每個修正區(qū)間分別修正上述控制數(shù)據(jù)。技術(shù)方案3的機床的熱變位修正裝置包括每隔規(guī)定時間對軸承保持件的溫度上升進行運算的溫度運算部；以及根據(jù)總計發(fā)熱量和不穩(wěn)定熱傳導方程式每隔規(guī)定期間對多個區(qū)間的溫度分布進行運算的溫度分布運算部，上述總計發(fā)熱量是將多個區(qū)間的發(fā)熱量累積規(guī)定期間而得到的，在上述不穩(wěn)定熱傳導方程式中，使用軸承保持件的溫度上升來代替軸的馬達側(cè)端部的溫度上升，因此，起到了與技術(shù)方案1同樣的效果。在技術(shù)方案4的機床的熱變位修正裝置中，上述溫度運算部根據(jù)上述伺服馬達的轉(zhuǎn)速和驅(qū)動電流值對上述軸承保持件的溫度上升進行運算。在技術(shù)方案4的機床的熱變位修正裝置中，溫度運算部根據(jù)伺服馬達的轉(zhuǎn)速和驅(qū)動電流值對軸承保持件的溫度上升進行運算。因此，無需另外重新設置傳感器等，能使用已有的傳感器，藉此能降低制造成本。


圖1是機床M的整體立體圖。圖2是機床M的側(cè)視圖。圖3是X軸滾珠絲杠機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖4是機床M的控制系統(tǒng)的框圖。圖5是將滾珠絲杠軸分割多塊而形成的多個運算區(qū)間的說明圖。圖6是多個運算區(qū)間的總計發(fā)熱量等的存儲數(shù)據(jù)的說明圖。圖7是分配到軸承保持件和多個運算區(qū)間的分割位置的分配發(fā)熱量與溫度的說明圖。
圖8是表示時間t與軸承保持件的溫度上升θ Jt)的關(guān)系的圖表。圖9是軸承保持件的溫度上升θ At)的傾斜度的計算方法的說明圖。圖10是用于節(jié)距誤差修正的修正區(qū)間的說明圖。圖11是表示以固定軸承為基準的各運算區(qū)間分隔位置處的熱變位量的說明圖。圖12是熱變位修正控制程序的流程圖。圖13是修正量運算處理程序的流程圖。
具體實施例方式以下，對用于實施本發(fā)明的實施方式進行說明。參照圖1 圖4，對機床M的結(jié)構(gòu)進行說明。圖1的右下方是機床M的前方。機床M使工件(未圖示)和工具6朝CTZ正交坐標系的各軸向獨立地相對移動，從而能對工件進行所期望的機械加工(例如，“銑削”、“鉆孔”、“切削”等)。機床M(機床主體2)的X軸方向、Y軸方向、Z軸方向分別是機床M(機床主體幻的左右方向、前后方向、上下方向。如圖1所示，機床M將底座1、機床主體2、蓋(未圖示)作為結(jié)構(gòu)的主體。底座1 是Y軸方向較長的大致長方體狀的鑄造件。機床主體2設于底座1的上部。機床主體2對工件進行切削加工。蓋固定于底座1的上部。蓋形成覆蓋機床主體2和底座1上部的箱狀。下面對機床主體2進行說明。機床主體2將立柱4、主軸頭5、主軸5A、工具更換裝置7、工作臺8作為結(jié)構(gòu)的主體。立柱4呈大致棱柱狀，固定在設于底座1后部的立柱座部 3上。主軸頭5可沿立柱4升降。主軸頭5將主軸5A支撐成能在其內(nèi)部旋轉(zhuǎn)。工具更換裝置7設于主軸頭5的右側(cè)。工具更換裝置7使安裝于主軸5A前端的工具6與工具庫14中收納的工具進行更換。工作臺8設于底座1的上部。工作臺8將工件固定成可裝拆?？刂葡?呈箱狀?？刂葡?設于立柱4的背面?zhèn)?。?shù)控裝置50 (參照圖4)設于控制箱9的內(nèi)側(cè)。數(shù)控裝置50控制機床M的動作。數(shù)控裝置50具有熱變位量修正裝置的功能。參照圖1、圖4，對工作臺8的移動機構(gòu)進行說明。伺服馬達即X軸馬達71驅(qū)動工作臺8在X軸方向上移動。X軸馬達71設于長方體狀的支撐臺10上。伺服馬達即Y軸馬達72驅(qū)動工作臺8在Y軸方向上移動。Y軸馬達72設于底座1上。支撐臺10設于工作臺 8的下側(cè)。支撐臺10在其上表面設有沿X軸方向延伸的一對X軸送料導向件(未圖示)。 一對X軸送料導向件將工作臺8支撐成能在其上部移動。如圖3所示，螺母部8a配置于工作臺8的下表面。螺母部8a與X軸滾珠絲杠軸 81螺合，從而構(gòu)成X軸滾珠絲杠機構(gòu)。X軸滾珠絲杠軸81經(jīng)由連接器17與X軸馬達71連接。固定軸承18固定于支撐臺10。固定軸承18對X軸滾珠絲杠軸81的靠X軸馬達71側(cè) (固定側(cè))的固定側(cè)端部81e進行支撐?？蓜虞S承19對可動側(cè)端部81f進行支撐?？蓜觽?cè)端部81f位于固定側(cè)端部81e的相反側(cè)(可動側(cè))?？蓜虞S承19可沿X軸滾珠絲杠軸81 的軸向移動。一對Y軸送料導向件(未圖示)設于底座1的上側(cè)，并沿Y軸方向延伸。一對Y軸送料導向件將支撐臺10支撐成能移動。工作臺8在X軸馬達71的驅(qū)動下，沿著一對X軸送料導向件在X軸方向上移動。支撐臺10在Y軸馬達72的驅(qū)動下，沿著一對Y軸送料導向件在Y軸方向上移動。Y軸的移動機構(gòu)與X軸的移動機構(gòu)相同，也是滾珠絲杠機構(gòu)。蓋11、12在工作臺8的左右兩側(cè)覆蓋X軸送料導向件。蓋11、12能伸縮。蓋13和Y軸后蓋(未圖示)分別在支撐臺10的前后兩側(cè)覆蓋Y軸送料導向件。即便在工作臺 8在X軸方向和Y軸方向中的任一個方向上移動的情況下，蓋11、12、13和Y軸后蓋也始終能覆蓋X軸送料導向件和Y軸送料導向件。蓋11、12、13和Y軸后蓋能防止從加工區(qū)域飛散出的切屑及冷卻液落到各送料導向件的導軌上。參照圖1、圖2，對主軸頭5的升降機構(gòu)進行說明。立柱4對沿上下方向延伸的Z 軸滾珠絲杠軸(未圖示)進行支撐。螺母部(未圖示)與Z軸滾珠絲杠軸螺合。螺母部對主軸頭5進行支撐。Z軸馬達73(參照圖4)驅(qū)動Z軸滾珠絲杠軸沿正反方向旋轉(zhuǎn)。根據(jù) Z軸滾珠絲杠軸的正反方向的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，主軸頭5被驅(qū)動而在Z軸方向上升降。軸控制部 63a(參照圖4)根據(jù)數(shù)控裝置50的參照圖4)的控制信號，驅(qū)動Z軸馬達73。因此， 主軸頭5在Z軸馬達73的驅(qū)動下被驅(qū)動而升降。如圖1、圖2所示，工具更換裝置7包括工具庫14、工具更換臂15。工具庫14收納有多個支撐工具6的工具保持件(未圖示)。工具更換臂15把持住安裝于主軸5A的工具保持件和其它工具保持件，且進行搬運和更換。工具庫14在其內(nèi)側(cè)設有多個工具座(未圖示)和搬運機構(gòu)(未圖示)。工具座支撐工具保持件。搬運機構(gòu)在工具庫14內(nèi)搬運工具座。參照圖4，對數(shù)控裝置50的電氣結(jié)構(gòu)進行說明。數(shù)控裝置50包括微型計算機。數(shù)控裝置50包括輸入輸出接口 54、CPU51、R0M52、閃速存儲器53、軸控制部61a 6 及75a、 伺服放大器61 64、微分器71b 74b等。軸控制部61a 6 分別與伺服放大器61 64連接。伺服放大器61 64分別與X軸馬達71、Y軸馬達72、Z軸馬達73、主軸馬達74 連接。軸控制部75a與庫馬達75連接。X軸馬達71及Y軸馬達72是用于使工作臺8分別在X軸方向、Y軸方向上移動的馬達。Z軸馬達73是用于驅(qū)動主軸頭5在Z軸方向上升降的馬達。庫馬達75是用于使工具庫14旋轉(zhuǎn)移動的馬達。主軸馬達74是用于使主軸5A旋轉(zhuǎn)的馬達。X軸馬達71、Y軸馬達72、Z軸馬達73、主軸馬達74分別包括編碼器71a 74a。軸控制部61a 6 接收到來自CPTOl的移動指令量，并將電流指令(馬達轉(zhuǎn)矩指令值)輸出到伺服放大器61 64。伺服放大器61 64接收到電流指令，將驅(qū)動電流輸出到馬達71 74。軸控制部61a 6 從編碼器71a 7 接收到位置反饋信號，進行位置的反饋控制。微分器71b 74b對編碼器71a 7 輸出的位置反饋信號進行微分運算，將其轉(zhuǎn)換成速度反饋信號。微分器71b 74b將速度反饋信號輸出到軸控制部61a 64a。軸控制部61a 6 從微分器71b 74b接收到速度反饋信號，進行速度反饋控制。電流檢測器61b 64b對伺服放大器61 64輸出到馬達71 74的驅(qū)動電流進行檢測。電流檢測器61b 64b將檢測到的驅(qū)動電流反饋到軸控制部61a 64a。軸控制部 61a 6 根據(jù)電流檢測器61b 64b反饋的驅(qū)動電流進行電流(轉(zhuǎn)矩)控制。軸控制部 7 接收到來自CPTOl的移動指令量，驅(qū)動庫馬達75。R0M52中存儲有執(zhí)行機床M的加工程序的主要的控制程序、熱變位量修正控制的控制程序(參照圖12)、運算對節(jié)距誤差修正量進行修正的修正量的修正量運算處理的控制程序(參照圖13)。閃速存儲器53中存儲有關(guān)于機床結(jié)構(gòu)的參數(shù)、關(guān)于物理性質(zhì)的參數(shù)、 熱分配系數(shù)(比例)％、、及ηΒ、節(jié)距誤差修正量的圖表等。有關(guān)機床結(jié)構(gòu)的參數(shù)例如有滾珠絲杠軸81的長度及直徑。有關(guān)物理性質(zhì)的參數(shù)例如有密度及比熱。閃速存儲器53具有對圖6所示的發(fā)熱量、總計發(fā)熱量、馬達71的轉(zhuǎn)速及驅(qū)動電流、圖7所示的分配發(fā)熱量進行更新并存儲的數(shù)據(jù)區(qū)域。閃速存儲器53還合適地存儲有用于對各種工件進行機械加工的多個加工程序。節(jié)距誤差修正量的圖表是用于分別修正X軸、Y軸、Z軸的各軸滾珠絲杠機構(gòu)的節(jié)距誤差的圖表。滾珠絲杠機構(gòu)的節(jié)距誤差因制造公差等而引起。在本實施例中，根據(jù)預先設定的節(jié)距誤差修正量的圖表對滾珠絲杠軸81的旋轉(zhuǎn)量與螺母部8a的移動量之間的節(jié)距誤差進行修正。在通過本實施例的熱變位量修正方法修正熱變位的情況下，使用運算出的熱變位來修正上述節(jié)距誤差修正量。本實施例是修正X軸滾珠絲杠軸81的熱變位的例子，但對于Y軸的滾珠絲杠機構(gòu)、Z軸的滾珠絲杠機構(gòu)也基本相同。如圖10所示，螺母部8a可在X軸滾珠絲杠軸81的螺母部移動范圍81b內(nèi)移動。 在每個修正區(qū)間都進行節(jié)距誤差修正。修正區(qū)間是將螺母部移動范圍81b以例如20mm的設定長度分割而成的15個區(qū)間。修正節(jié)距誤差的節(jié)距誤差修正量是在出貨前的調(diào)節(jié)階段按照以下步驟獲取的值。螺母部8a根據(jù)移動指令值，在從位置XO至位置X300沿X軸方向以 20mm的間隔設置的各修正區(qū)間中移動。在本實施例中，對移動指令值的誤差(目標值-實際移動量)進行精密地測定。在本實施例中，根據(jù)測定結(jié)果，制成節(jié)距誤差修正量的圖表。 在本實施例中，將制成的圖表預先存儲于閃速存儲器53后出貨。在本實施例中，對于Y軸方向及Z軸方向也同樣地制成節(jié)距誤差修正量的圖表。下面對熱變位量的運算方法進行說明。在機床M工作中，隨著數(shù)控動作，產(chǎn)生熱變位量。如圖5所示，在本實施例中，求出滾珠絲杠軸81的前側(cè)軸部81a、螺母部移動范圍 81b、滾珠絲杠軸81的后側(cè)軸部81c這三個區(qū)域的發(fā)熱量。如圖5所示，在本實施例中，將從滾珠絲杠軸81的端部8Ie至端部8If的區(qū)間一分為四。在本實施例中，例如將運算區(qū)間1 3分割成120mm(修正區(qū)間的設定長度的6倍) 的區(qū)間長度，將運算區(qū)間4分割成140mm(修正區(qū)間的設定長度的7倍)的區(qū)間長度。不過，一分為四只是一例，本實施例并不限定于一分為四。在本實施例中，對于上述多個運算區(qū)間，每隔規(guī)定時間(例如50ms)求出各運算區(qū)間的發(fā)熱量。如圖5、圖6所示，閃速存儲器53具有對規(guī)定期間(例如6400ms)內(nèi)在運算區(qū)間 1 4中產(chǎn)生的總計的發(fā)熱量A A、發(fā)熱量A A的總計發(fā)熱量QT、X軸馬達71的轉(zhuǎn)速 ω、驅(qū)動電流i進行存儲的數(shù)據(jù)區(qū)域。[總計發(fā)熱量的運算]在本實施例中，每隔上述規(guī)定時間(例如50ms)，根據(jù)加工程序的X軸送料數(shù)據(jù) (控制數(shù)據(jù))，判斷螺母部8a存在于哪個運算區(qū)間。在本實施例中，根據(jù)工作臺8的送料速度，按照下式運算出發(fā)熱量。工作臺8的送料速度是根據(jù)X軸馬達71的實際轉(zhuǎn)速而確定的。 X軸馬達71的實際轉(zhuǎn)速是根據(jù)編碼器71a的檢測信號而確定的。閃速存儲器53的數(shù)據(jù)區(qū)域中存儲有運算出的發(fā)熱量。按照下式運算發(fā)熱量。Q = K1XFt (1)Q是發(fā)熱量。F是工作臺8的送料速度。K1及T是規(guī)定的常數(shù)。
在本實施例中，使用上述發(fā)熱量運算式，在規(guī)定期間(例如6400ms)內(nèi)每隔50ms 對各運算區(qū)間內(nèi)因螺母部8a的移動而產(chǎn)生的發(fā)熱量進行運算，共運算1 次。在本實施例中，對各運算區(qū)間合計在規(guī)定期間內(nèi)運算得到的發(fā)熱量，從而運算出各運算區(qū)間的發(fā)熱量仏 仏。如圖6所示，本實施例將發(fā)熱量仏 A與運算區(qū)間1 4對應地存儲于閃速存儲器53。在本實施例中，運算出總計發(fā)熱量&，并將其存儲于閃速存儲器53。總計發(fā)熱量Qt 是將發(fā)熱量A A加起來得到的發(fā)熱量。在本實施例中，將6400ms內(nèi)X軸馬達71的每隔 50ms的轉(zhuǎn)速ω (即ω。、ω”……、ω 127)的數(shù)據(jù)和6400ms內(nèi)X軸馬達71的每隔50ms的驅(qū)動電流i (即、、“、……、i127)的數(shù)據(jù)分別存儲于閃速存儲器53。[總計發(fā)熱量的分配]以下所示的總計發(fā)熱量Qt的分配方法是基于與日本專利特許公開1992年第 240045號公報中同樣的方法進行的。即，在滾珠絲杠軸81的螺母部移動范圍81b、前側(cè)軸部81a和后側(cè)軸部81c中，相互不會產(chǎn)生朝向其它部分的熱傳導，可認為在熱傳導上近似獨立。各發(fā)熱部的發(fā)熱量與總計發(fā)熱量A的比例與送料速度的變化無關(guān)，大致恒定。CPU51按照下式對各發(fā)熱部的分配發(fā)熱量進行運算。Qf = nFXQTQn = nNXQTQb = nBXQT發(fā)熱量％是因固定軸承18的旋轉(zhuǎn)而引起的前側(cè)軸部81a的發(fā)熱量。發(fā)熱量％是螺母部移動范圍81b的發(fā)熱量。發(fā)熱量A是因可動軸承19的旋轉(zhuǎn)而引起的后側(cè)軸部81c 的發(fā)熱量。比例nF是發(fā)熱量％與總計發(fā)熱量屮的比例。比例nN是發(fā)熱量仏與總計發(fā)熱量Qt的比例。比例ηΒ是發(fā)熱量％與總計發(fā)熱量Qt的比例。如上述方法所示，比例nF、 nN、nB是一定的。因此，比例nF、nN、nB是使用實際設備測定QF、QN、QB而預先求出的值。[對于螺母部移動范圍內(nèi)的各運算區(qū)間的發(fā)熱量的分配]在本實施例中，將螺母部移動范圍81b的發(fā)熱量( 分配到軸承保持件20和四個運算區(qū)間分割位置(圖5的與Θ2 Θ5對應的位置)。在本實施例中，根據(jù)存儲于上述數(shù)據(jù)區(qū)域的四個運算區(qū)間的發(fā)熱量A A和總計發(fā)熱量QT，按照下式求出分配比例& &。 分配比例& &是將發(fā)熱量( 分別分配到四個運算區(qū)間的發(fā)熱量的比例。發(fā)熱量A A 和總計發(fā)熱量A分別存儲于數(shù)據(jù)區(qū)域。X1 =運算區(qū)間1的發(fā)熱量Q1MtX4 =運算區(qū)間4的發(fā)熱量Q4/Qt在本實施例中，根據(jù)四個運算區(qū)間的分配比例和螺母部移動范圍81b的分配發(fā)熱量％，按照下式對四個運算區(qū)間1 4的分配發(fā)熱量⑷ Qn4進行運算。Qni = X1XQnQn4 = X4XQn在本實施例中，使用上述結(jié)果能如圖7所示地表示軸承保持件20和四個運算區(qū)間分割位置的分配發(fā)熱量。[溫度分布的運算]
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在本實施例中，在運算出軸承保持件20和四個運算區(qū)間分割位置的分配發(fā)熱量之后，根據(jù)各分配發(fā)熱量對溫度分布進行運算。若解出下面的不穩(wěn)定熱傳導方程式，則能求出溫度分布。其中，初始條件為{9}t = Q= {θ J, 9a是初始溫度。[C] d { θ } /dt+ [H] { θ } + {Q} = 0 (2)[C]是熱容量矩陣，[H]是熱傳導矩陣，{ θ }是溫度分布，{Q}是發(fā)熱量，t是時間。 在本實施例中，將與熱傳導矩陣相乘的溫度分布稱為溫度上升矩陣。溫度分布{ θ }和發(fā)熱量{0}能分別表示成下式。[數(shù)學式1]
權(quán)利要求
1.一種機床的熱變位修正方法，該機床具有送料驅(qū)動用滾珠絲杠機構(gòu)、驅(qū)動與該滾珠絲杠機構(gòu)的螺母螺合的軸旋轉(zhuǎn)的伺服馬達、根據(jù)控制數(shù)據(jù)控制該伺服馬達的控制設備， 所述熱變位修正方法的特征在于，包括第一步驟，在該第一步驟中，每隔規(guī)定時間，根據(jù)所述伺服馬達的轉(zhuǎn)速和控制數(shù)據(jù)，對在將所述軸的全長分割多塊而形成的多個區(qū)間中產(chǎn)生的發(fā)熱量進行運算，此外，每隔所述規(guī)定時間，對通過軸承將軸的馬達側(cè)支撐成能自由旋轉(zhuǎn)的軸承保持件的溫度上升進行運算；第二步驟，在該第二步驟中，根據(jù)總計發(fā)熱量和不穩(wěn)定熱傳導方程式每隔規(guī)定期間對多個區(qū)間的溫度分布進行運算，所述總計發(fā)熱量是將所述多個區(qū)間的發(fā)熱量累積所述規(guī)定期間而得到的，在所述不穩(wěn)定熱傳導方程式中，使用所述軸承保持件的溫度上升來代替所述軸的馬達側(cè)端部的溫度上升；第三步驟，在該第三步驟中，每隔所述規(guī)定期間，根據(jù)所述溫度分布對所述軸的多個區(qū)間的熱變位量進行運算；以及第四步驟，在該第四步驟中，每隔所述規(guī)定期間，根據(jù)所述多個區(qū)間的熱變位量，對修正量進行運算，該修正量對將所述軸的螺母移動范圍分割多塊而形成的多個修正區(qū)間中的每個修正區(qū)間分別修正所述控制數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的機床的熱變位修正方法，其特征在于，所述軸承保持件的溫度上升是根據(jù)所述伺服馬達的轉(zhuǎn)速和驅(qū)動電流值而運算出的。
3.一種機床的熱變位修正裝置，該機床具有送料驅(qū)動用滾珠絲杠機構(gòu)、驅(qū)動與該滾珠絲杠機構(gòu)的螺母螺合的軸旋轉(zhuǎn)的伺服馬達、根據(jù)控制數(shù)據(jù)控制該伺服馬達的控制設備， 所述熱變位修正裝置的特征在于，包括速度檢測設備，該速度檢測設備檢測所述伺服馬達的轉(zhuǎn)速；發(fā)熱量運算部，該發(fā)熱量運算部每隔規(guī)定時間，根據(jù)所述伺服馬達的轉(zhuǎn)速和控制數(shù)據(jù)， 對在將所述軸的全長分割多塊而形成的多個區(qū)間中產(chǎn)生的發(fā)熱量進行運算；溫度運算部，該溫度運算部每隔所述規(guī)定時間，對通過軸承將所述軸的馬達側(cè)支撐成能自由旋轉(zhuǎn)的軸承保持件的溫度上升進行運算；溫度分布運算部，該溫度分布運算部根據(jù)總計發(fā)熱量和不穩(wěn)定熱傳導方程式每隔規(guī)定期間對多個區(qū)間的溫度分布進行運算，所述總計發(fā)熱量是將所述多個區(qū)間的發(fā)熱量累積所述規(guī)定期間而得到的，在所述不穩(wěn)定熱傳導方程式中，使用所述軸承保持件的溫度上升來代替所述軸的馬達側(cè)端部的溫度上升；熱變位量運算部，該熱變位量運算部每隔所述規(guī)定期間，根據(jù)所述溫度分布對所述軸的多個區(qū)間的熱變位量進行運算；以及修正量運算部，該修正量運算部每隔所述規(guī)定期間，根據(jù)所述多個區(qū)間的熱變位量，對修正量進行運算，該修正量對將所述軸的螺母移動范圍分割多塊而形成的多個修正區(qū)間中的每個修正區(qū)間分別修正所述控制數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求3所述的機床的熱變位修正裝置，其特征在于，所述溫度運算部根據(jù)所述伺服馬達的轉(zhuǎn)速和驅(qū)動電流值對所述軸承保持件的溫度上升進行運算。
全文摘要
數(shù)控裝置每隔50ms根據(jù)X軸馬達的轉(zhuǎn)速和控制數(shù)據(jù)，對將滾珠絲杠軸分割而成的多個區(qū)間的發(fā)熱量進行運算，此外，每隔50ms，對軸承保持件的溫度上升進行運算。根據(jù)總計發(fā)熱量和不穩(wěn)定熱傳導方程式，每隔6400ms對多個區(qū)間的溫度分布進行運算，所述總計發(fā)熱量是將多個區(qū)間的發(fā)熱量累積6400ms而得到的，在所述不穩(wěn)定熱傳導方程式中，使用軸承保持件的溫度上升。每隔6400ms，根據(jù)溫度分布對滾珠絲杠軸的多個區(qū)間的熱變位量進行運算。每隔6400ms，根據(jù)多個區(qū)間的熱變位量，對將螺母移動范圍分割而成的修正區(qū)間中的每個修正區(qū)間運算修正量。
文檔編號G05B19/404GK102481674SQ20108003705
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者倉橋初, 小林治夫 申請人:兄弟工業(yè)株式會社