机床的热位移校正方法以及热位移校正装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供机床的热位移校正方法和热位移校正装置。热位移校正方法执行以下步骤：初始工具温度设定步骤，设定初始工具温度；工具温度估计步骤，根据初始工具温度和主轴的温度来估计工具或位置计测传感器的温度；热位移量估计步骤，基于在工具温度估计步骤中估计出的温度，利用预先设定的工具热位移估计式来估计工具或位置计测传感器的热位移量；热位移校正步骤，根据估计出的热位移量，使机床的进给轴移动而进行校正，该方法的特征在于，在工具温度估计步骤中，根据测定出的主轴的温度来估计主轴的工具安装部温度，根据工具安装部温度、工具或所述位置计测传感器的初始工具温度以及预先设定的工具温度估计式来估计工具或位置计测传感器的温度。

【技术实现步骤摘要】
机床的热位移校正方法以及热位移校正装置
本专利技术涉及对安装于机床的主轴而使用的工具和位置计测传感器的热位移进行校正以提高加工精度和计测精度的方法以及装置。
技术介绍
在加工中心，在主轴上安装触式探头等位置计测传感器，进行工件原点位置的计测、加工后的工件尺寸的测定以及机械精度的校正等。但是，根据使用方法，有时会产生触式探头的热变形而使位置计测精度恶化。例如，当在主轴刚进行高速旋转而完成加工之后将触式探头安装于主轴来进行位置计测时，主轴的热会传递给触式探头而产生热变形，导致计测精度恶化。同样，在主轴上安装基准工具并设定工件的原点位置的情况下，当在轴刚进行高速旋转而完成加工之后将基准工具安装于主轴进行计测时，主轴的热也会传递给基准工具而产生热变形，存在计测精度恶化的情况。基于以上问题，为了高精度地进行计测，需要在主轴冷却的状态下进行，以往，在使主轴旋转而进行加工之后进行计测的情况下，需要在使主轴停止之后等待至冷却为止。另一方面，对在机床中的问题即主轴发热引起的热位移进行校正的技术被广泛使用。例如，在专利文献1～3中，公开了对工具的因主轴发热的影响而引起的热位移进行校正的方法。在专利文献1中，示出了基于机床的主轴的轴承附近的温度与热稳定性较高的部位的温度之间的温度差，根据一次延迟式来估计工具的温度变化的方法。进而，根据工具或工具架的种类变更在一次延迟式中使用的参数，能够对每个工具进行最佳的估计。在专利文献2中，示出了一种为了还能够应对工具安装后的过渡性的工具温度的变化，基于工具即将使用前的温度和主轴的温度来估计使用中的工具温度并进行校正的方法。并且，在该方法中，预先对每个工具记录它们的使用历史，通过估计工具安装于主轴时和存储在工具库中时的各自的温度变化，能够正确地估计工具安装时的初始温度。在专利文献3中，示出了一种针对安装部为锥形的工具(所谓的BT柄的工具)，而对工具安装时的牵入引起的位移进行校正的技术。在该专利技术中，使用主轴的轴承附近的温度求出工具安装部的温度上升值，基于根据温度上升值预先求出的式子计算工具的牵入量，对工具的牵入引起的位移进行校正。在先技术文献专利文献1：日本特开2004-148443号公报专利文献2：日本特许第4469325号公报专利文献3：日本特开2010-172981号公报但是，在专利文献1的专利技术中，没有考虑对工具进行安装时的初始温度。实际上，虽然在将工具安装于主轴之后，工具温度会逐渐上升，但在该专利技术中，假定了工具温度与在工具安装时的瞬间根据主轴温度计算出的工具估计温度一致。在该方法中，在工具安装后工具温度正在变化的过渡状态下，估计误差较大。在专利文献2的专利技术中，基于工具即将使用前的温度和主轴的温度来估计工具使用中的温度，由此能够在工具安装后的过渡状态下高精度地进行校正。但是，没有充分示出温度的具体的估计方法。此外，在专利文献2中，以使用加工工具的情况为前提进行了描述，没有设想在主轴上安装触式探头那样的位置计测传感器的情况。关于温度的估计方法，在实施例中记载了“工具温度的估计例如是根据经验得到的关系或通过实验得到的关系且基于对每个工具设定的关系等来进行”，作为例子，记载为“工具温度的估计以如下方式进行，简单地示出了主轴的温度变化和安装于该主轴的工具的温度变化大致相同的温度上升曲线和温度下降曲线，设定成工具的温度相对于主轴的温度延迟固定时间t而变化”，但是仅通过延迟固定时间，对于使主轴停止而使用的触式探头那样的位置计测传感器而言，难以高精度地估计温度。另一方面，例如可以考虑如下方法：将专利文献1和专利文献2的方法进行组合，将根据工具的使用历史求出的工具即将使用前的温度定义为初始值，将机床的主轴的轴承附近的温度与热稳定性较高的部位的温度之间的温度差作为输入温度，根据一次延迟的式子计算工具的温度变化。在主轴温度由于主轴旋转时的发热而上升的情况下，认为能够通过该方法高精度地估计工具的温度变化。但是，例如如使用触式探头的情况那样，在主轴旋转停止后的冷却的过程中安装工具的情况下，由于以下的原因，认为难以通过该方法进行估计。在轴承附近多设置有冷却回路，在主轴旋转停止后温度会急速下降。因此，即使是视为已从所测定到的轴承附近的温度起进行了充分冷却，工具安装部仍残留有热，在安装工具时会发生热传递而引起工具热变形。因此，为了估计在主轴旋转停止后冷却的过程中安装工具时的变化，认为需要考虑工具安装部的温度变化。但是，由于工具安装部位于高速旋转的轴上，因此难以直接测定温度。因此，在很多情况下，将主轴的温度传感器安装在能够容易地进行测定的固定部上。因此，在专利文献3中，记载了根据接近主轴的工具安装部分的主轴轴承附近的温度上升值求出工具安装部分的温度上升值。但是，在该专利技术中，考虑了瞬间的温度上升值的比例关系，而没有考虑工具安装部分的温度延迟变化的情况。主轴停止后的冷却时与主轴旋转时是不同的，轴承附近的温度与工具安装部的温度不是简单的比例关系。此外，该专利技术的对象是在安装工具的瞬间产生的因工具的牵入引起的位移，而不是以工具安装后伴随时间的经过而变化的工具的热位移作为对象。如以上所示，专利文献1～3所公开的方法虽然对于使主轴旋转而使用的加工工具是有效的，但对于使主轴停止而使用的基准工具或触式探头则不能发挥充分的效果。即，无法解决在使主轴高速旋转而进行加工之后安装基准工具或触式探头时，主轴的热传递给基准工具或触式探头而产生热变形从而导致计测精度恶化的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供机床的热位移校正方法以及热位移校正装置，在使主轴高速旋转地进行加工之后安装了位置计测传感器时等，无论安装工具或位置计测传感器的时机如何，都能够高精度地对工具或位置计测传感器的热变形进行校正，从而能够提高加工精度和计测精度。为了实现上述目的，技术方案1所述的专利技术是一种热位移校正方法，它是在能够在如下机床中执行如下步骤的方法，该机床将工具或位置计测传感器在工具安装部中装卸，并具备供所述工具安装且能够进行旋转的主轴，其特征在于，所述步骤是：初始工具温度设定步骤，使用所述工具或所述位置计测传感器的使用历史、所述工具或所述位置计测传感器的在被安装于所述主轴之前的时刻的温度、所述机床的机体温度以及所述机床的周围气温中的任意一个信息来设定所述工具或所述位置计测传感器的被安装于所述主轴的时刻的初始工具温度；工具温度估计步骤，根据所述初始工具温度和所述主轴的温度来估计所述工具或所述位置计测传感器的温度；热位移量估计步骤，基于在所述工具温度估计步骤中估计出的温度，利用预先设定的工具热位移估计式来估计所述工具或所述位置计测传感器的热位移量；以及热位移校正步骤，基于估计出的热位移量，使所述机床的进给轴移动来进行校正，在所述工具温度估计步骤中，利用安装于所述主轴的温度传感器来测定所述主轴的温度，并且根据测定出的所述主轴的温度和在所述主轴的旋转和停止中被进行了不同的设定的工具安装部温度估计式，来估计所述主轴的工具安装部温度，根据所述工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机床的热位移校正方法，该热位移校正方法在如下机床中执行如下步骤，其中，该机床将工具或位置计测传感器(6)在工具安装部(5)中装卸，并具备供所述工具安装且能够进行旋转的主轴(1)，其特征在于，/n所述步骤包括：/n初始工具温度设定步骤，使用所述工具或所述位置计测传感器(6)的使用历史、所述工具或所述位置计测传感器(6)的在被安装于所述主轴(1)之前的时刻的温度、所述机床的机体温度、以及所述机床的周围气温中的任意一个信息，来设定所述工具或所述位置计测传感器(6)的被安装于所述主轴(1)的时刻的初始工具温度；/n工具温度估计步骤，根据所述初始工具温度和所述主轴(1)的温度来估计所述工具或所述位置计测传感器(6)的温度；/n热位移量估计步骤，基于在所述工具温度估计步骤中估计出的温度，利用预先设定的工具热位移估计式来估计所述工具或所述位置计测传感器(6)的热位移量；以及/n热位移校正步骤，基于估计出的热位移量，使所述机床的进给轴移动来进行校正，/n在所述工具温度估计步骤中，利用安装于所述主轴(1)的温度传感器(8)测定所述主轴(1)的温度，并且根据测定出的所述主轴(1)的温度和在所述主轴(1)的旋转和停止中被进行了不同的设定的工具安装部温度估计式，来估计所述主轴(1)的工具安装部温度，/n根据所述工具安装部温度、所述工具或所述位置计测传感器(6)的所述初始工具温度、以及预先设定的工具温度估计式，来估计所述工具或所述位置计测传感器(6)的温度。/n...

【技术特征摘要】
20190121 JP 2019-0079471.一种机床的热位移校正方法，该热位移校正方法在如下机床中执行如下步骤，其中，该机床将工具或位置计测传感器(6)在工具安装部(5)中装卸，并具备供所述工具安装且能够进行旋转的主轴(1)，其特征在于，
所述步骤包括：
初始工具温度设定步骤，使用所述工具或所述位置计测传感器(6)的使用历史、所述工具或所述位置计测传感器(6)的在被安装于所述主轴(1)之前的时刻的温度、所述机床的机体温度、以及所述机床的周围气温中的任意一个信息，来设定所述工具或所述位置计测传感器(6)的被安装于所述主轴(1)的时刻的初始工具温度；
工具温度估计步骤，根据所述初始工具温度和所述主轴(1)的温度来估计所述工具或所述位置计测传感器(6)的温度；
热位移量估计步骤，基于在所述工具温度估计步骤中估计出的温度，利用预先设定的工具热位移估计式来估计所述工具或所述位置计测传感器(6)的热位移量；以及
热位移校正步骤，基于估计出的热位移量，使所述机床的进给轴移动来进行校正，
在所述工具温度估计步骤中，利用安装于所述主轴(1)的温度传感器(8)测定所述主轴(1)的温度，并且根据测定出的所述主轴(1)的温度和在所述主轴(1)的旋转和停止中被进行了不同的设定的工具安装部温度估计式，来估计所述主轴(1)的工具安装部温度，
根据所述工具安装部温度、所述工具或所述位置计测传感器(6)的所述初始工具温度、以及预先设定的工具温度估计式，来估计所述工具或所述位置计测传感器(6)的温度。


2.根据权利要求1所述的机床的热位移校正方法，其特征在于，
所述工具安装部温度估计式根据在所述主轴(1)从正在旋转的状态停止之后是否进行了工具更换、以及在所述主轴(1)上是否安装有所述工具而被设定为不同的式子。


3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：沟口祐司，
申请(专利权)人：大隈株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP