专利名称：机床的热位移校正系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及机床的热位移校正系统。
背景技术：
一般来说，机床等的控制系统中，采用图12所示的机床端的位置信息由位置检测器I检测，并作为位置反馈使用的全闭环的反馈控制系统，但由于机床内的主轴或伺服电机2等的热源和外部温度的变化导致发生机械位移，因此，各移动轴的定位精度或3维空间中的定位精度等的静态精度恶化。又，机械位移不仅仅由于热位移产生，也会由于因机械的自重导致的挠曲等而产生。
进一步的，当采用如图13所示的半闭环的反馈控制系统作为机床等的控制系统时，使用脉冲编码器3检测的伺服电机2的旋转位置作为位置反馈，因此静态精度有进一步恶化的倾向。这样的机械位移在机器人等的控制中也同样发生。
上述那样的机械位移导致的静态精度的恶化、尤其是热等因素导致的机械位移引起的静态精度恶化是加工误差增大的一个较大的主因，现在仍然是较大的问题，作为由热所引发的机械位移导致的静态精度恶化的对策，以往提出有采用如图14和图15所示的温度传感器的热位移校正系统等。
省略详细说明，但图14显示立形加工中心的热位移校正系统(热位移校正功能)，该热位移校正系统中，温度传感器11埋设于机床各部(立柱12、床鞍13、头部14、工作台16、工件W、床身18)，基于这些温度传感器11计测的温度数据采用简易的算式推测机械的热位移量，通过使机械坐标等仅偏移该位移量来对机械位移量进行补偿。又，图13中的15为主轴。
图15为门式加工中心的热位移校正系统(热位移校正功能)，该热位移校正系统中，温度传感器21埋设在机床各部(立柱22、横梁23、床鞍24、主轴27、工作台26、工件W、床身28)，基于这些温度传感器21计测的温度数据采用简易的算式推测机械的热位移量，通过使得机械坐标等仅偏移该位移量来补偿机械位移量。又，图9中的25为滑枕。
又，作为关联的现有技术文献，有下述的专利文献I 5。
另一方面，机床的热位移不仅在具有热源的主轴或立柱等机械构造处，工作台也可能发生。因此，作为工作台的热位移对策，在下述的专利文献6中，提出了考虑了工作台的热位移的机床的热位移校正方法。
现有技术文献 专利文献专利文献1:特开平10-6183号公报 专利文献2:特开2006-281420号公报 专利文献3:特开2006-15461号公报 专利文献4:特开2007-15094号公报 专利文献5:特开2008-183653号公报 专利文献6:专利第4359573号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，上述专利文献6所提出的机床的热位移校正方法有以下问题点。
(O专利文献6的方法中，假设工作台的温度均匀，但大型的机床中，尤其是工作台的尺寸较大，工作台整体不一定都为均匀的温度，因此，热位移量也随着工作台的各部位不同而不同(工作台没有特定的热源，因此大多是工作台受到外界温度的变化或加工所使用的冷却剂等的影响而造成热位移)。
(2)专利文献6的方法中，规定了工作台上的工件的固定位置，但是这样规定工件的固定位置对于较小的工件来说是可能的，但对于大型的机床工件来说较为困难。即，将变形工件作为基准位置规定的方法是不现实的。
(3)专利文献6的方法中，使热位移的基准位置为工具中心位置，但实际上以立柱前表面为基准位置，有以下两个系统的热位移。对此，专利文献6的方法中，仅讨论一个系统侧的热位移，基准位置也与立柱前表面不同。.Γ.作台系统的热位移；》>:找测器m修台(件)..1.:轴系统的热位移:立柱.....>横梁...>床鞍^ ( 件Til
因此，本发明鉴于上述情况，将立柱前表面作为基准位置评价热位移量，且，即使工作台产生的温度分布导致工作台的热位移量不均匀，也可进行高精度的热位移校正，进一步的，可提供能够进行不仅考虑工作台系统也考虑主轴系统的位移的综合的高精度的位移校正的机床的热位移校正系统。
解决问题的手段
解决上述课题的第I发明的机床的热位移校正系统具有:安装有工具的主轴、立柱、介设于所述主轴和所述立柱之间的主轴系统的支持构件、在所述立柱的前后方向即X轴方向能够移动的工作台、检测所述工作台的X轴方向的位置的位置检测器，该机床的热位移校正系统还包括:设置在所述位置检测器，检测所述位置检测器的温度并输出温度数据的位置检测器温度传感器；设置在所述X轴方向的所述工作台的各部的、检测所述工作台的各部的温度并输出温度数据的多个工作台温度传感器；位移校正装置，其包括有:输入来自所述位置检测器温度传感器的所述温度数据的位置检测器温度数据输入部、基于所述位置检测器温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述位置检测器的热位移量的位置检测器热位移量算出部、输入来自所述工作台温度传感器的所述温度数据的工作台温度数据输入部、基于所述工作台温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述工作台上所产生的对应于X轴方向的温度分布的所述工作台的热位移量的工作台热位移量算出部、基于所述位置检测器热位移量算出部所算出的所述位置检测器的热位移量和所述工作台热位移量算出部所算出的所述工作台的热位移量算出将所述立柱的前表面作为基准位置的工作台系统的热位移量的工作台系统热位移量算出部、基于所述工作台系统热位移量算出部所算出的所述工作台系统的热位移量求得X轴的校正量输出该X轴的校正量的X轴校正量输出部。
又，第2发明的机床的热位移校正系统具有:安装有工具的主轴、立柱、介设于所述主轴和所述立柱之间的主轴系统的支持构件、在所述立柱的前后方向即X轴方向能够移动的工作台、检测所述工作台的X轴方向的位置的位置检测器，该机床的热位移校正系统包括:设置于所述位置检测器、检测所述位置检测器的温度并输出温度数据的位置检测器温度传感器；设置在所述X轴方向的所述工作台的各部、检测所述工作台的各部的温度并输出温度数据的多个工作台温度传感器；设置在所述主轴系统的支持构件、检测所述主轴系统的支持构件的温度并输出温度数据的支持构件温度传感器；位移校正装置，其包括:输入来自所述位置检测器温度传感器的所述温度数据的位置检测器温度数据输入部、基于所述位置检测器温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述位置检测器的热位移量的位置检测器热位移量算出部、输入来自所述工作台温度传感器的所述温度数据的工作台温度数据输入部、基于所述工作台温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述工作台上所产生的对应于X轴方向的温度分布的所述工作台的热位移量的工作台热位移量算出部、基于所述位置检测器热位移量算出部所算出的所述位置检测器的热位移量和所述工作台热位移量算出部所算出的所述工作台的热位移量算出将立柱前表面作为基准位置的工作台系统的热位移量的工作台系统热位移量算出部、输入来自所述支持构件温度传感器的所述温度数据的主轴系统温度数据输入部、基于所述主轴系统温度数据输入部所输入的所述温度数据算出将立柱前表面作为基准位置的主轴系统的热位移量的主轴系统热位移量算出部、基于所述工作台系统热位移量算出部所算出的所述工作台系统的热位移量和所述主轴系统热位移量算出部所算出的所述主轴系统的热位移量求得X轴的校正量并输出该X轴的校正量的X轴校正量输出部。
又，第3发明的机床的热位移校正系统具有:安装有工具的主轴、立柱、介设于所述主轴和所述立柱之间的主轴系统的支持构件、在所述立柱的前后方向即X轴方向能够移动的工作台、检测所述工作台的X轴方向的位置的位置检测器，该机床的热位移校正系统包括:设置于所述位置检测器、检测所述位置检测器的温度并输出温度数据的位置检测器温度传感器；设置于所述X轴方向中的所述工作台的各部、检测所述工作台的各部的温度并输出温度数据的多个工作台温度传感器；设置于所述主轴系统的支持构件、检测所述主轴系统的支持构件的温度并输出温度数据的支持构件温度传感器；设置于所述立柱的前表面侧和后表面侧、检测所述立柱的前表面侧和后表面侧的温度并输出温度数据的立柱温度传感器；位移校正装置，其包括:输入来自所述位置检测器温度传感器的所述温度数据的位置检测器温度数据输入部、基于所述位置检测器温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述位置检测器的热位移量的位置检测器热位移量算出部、输入来自所述工作台温度传感器的所述温度数据的工作台温度数据输入部、基于所述工作台温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述工作台上所产生的对应于X轴方向的温度分布的所述工作台的热位移量的工作台热位移量算出部、基于所述位置检测器热位移量算出部所算出的所述位置检测器的热位移量和所述工作台热位移量算出部所算出的所述工作台的热位移量算出将立柱前表面作为基准位置的工作台系统的热位移量的工作台系统热位移量算出部、输入来自所述支持构件温度传感器的所述温度数据的主轴系统温度数据输入部、基于所述主轴系统温度数据输入部所输入的所述温度数据算出将立柱前表面作为基准位置的主轴系统的热位移量的主轴系统热位移量算出部、输入来自所述立柱温度传感器的所述温度数据的立柱温度数据输入部、基于所述立柱温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述立柱的倾斜位移量的立柱倾斜位移量算出部、基于所述主轴系统热位移量算出部所算出的所述主轴系统的热位移量和所述立柱倾斜位移量算出部所算出的所述立柱的倾斜位移量算出主轴系统的位移量的主轴系统位移量算出部、基于所述工作台系统热位移量算出部所算出的所述工作台系统的热位移量和所述主轴系统位移量算出部所算出的所述主轴系统的位移量求得X轴的校正量并输出该X轴的校正量的X轴校正量输出部。
又，第4发明的机床的热位移校正系统为第3发明的机床的热位移校正系统，其中所述主轴系统温度数据输入部输入来自所述支持构件温度传感器和所述立柱温度传感器的所述温度数据，所述主轴系统热位移量算出部基于所述主轴系统温度数据输入部所输入的所述支持构件温度传感器和所述立柱温度传感器的温度数据算出将立柱前表面作为基准位置的主轴系统的热位移量。
根据第5发明的机床的热位移校正系统，该机床的热位移校正系统具有:安装有工具的主轴、立柱、介设于所述主轴和所述立柱之间的主轴系统的支持构件、在所述立柱的前后方向即X轴方向能够移动的工作台、检测所述工作台的X轴方向的位置的位置检测器，其特征在于，包括:设置在所述位置检测器、检测所述位置检测器的温度并输出温度数据的位置检测器温度传感器；设置在所述X轴方向中的所述工作台的各部、检测所述工作台的各部的温度并输出温度数据的多个工作台温度传感器；设置在所述主轴系统的支持构件、检测所述主轴系统的支持构件的温度并输出温度数据的支持构件温度传感器；设置在所述立柱、检测所述立柱的倾斜角度并输出倾斜数据的水平仪、位移校正装置，其包括:输入来自所述位置检测器温度传感器的所述温度数据的位置检测器温度数据输入部、基于所述位置检测器温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述位置检测器的热位移量的位置检测器热位移量算出部、输入来自所述工作台温度传感器的所述温度数据的工作台温度数据输入部、基于所述工作台温度数据输入部所输入的所述温度数据算出对应于所述工作台上所产生的X轴方向的温度分布的所述工作台的热位移量的工作台热位移量算出部、基于所述位置检测器热位移量算出部所算出的所述位置检测器的热位移量和所述工作台热位移量算出部所算出的所述工作台的热位移量算出将立柱前表面作为基准位置的工作台系统的热位移量的工作台系统热位移量算出部、输入来自所述支持构件温度传感器的所述温度数据的主轴系统温度数据输入部、基于所述主轴系统温度数据输入部所输入的所述温度数据算出将立柱前表面作为基准位置的主轴系统的热位移量的主轴系统热位移量算出部、输入来自所述水平仪的所述倾斜数据的立柱倾斜数据输入部、基于所述立柱倾斜数据输入部所输入的所述倾斜数据算出所述立柱的倾斜位移量的立柱倾斜位移量算出部、基于所述主轴系统热位移量算出部所算出的所述主轴系统的热位移量和所述立柱倾斜位移量算出部所算出的所述立柱的倾斜位移量算出主轴系统的位移量的主轴系统位移量算出部、基于所述工作台系统热位移量算出部所算出的所述工作台系统的热位移量和所述主轴系统位移量算出部所算出的所述主轴系统的位移量求得X轴的校正量并输出该X轴的校正量的X轴校正量输出部。
第6发明的机床的热位移校正系统为采用第5发明所述的机床的热位移校正系统，进一步包括，设置在所述立柱、检测所述立柱的温度并输出温度数据的立柱温度传感器，所述主轴系统温度数据输入部输入来自所述支持构件温度传感器和所述立柱温度传感器的所述温度数据，所述主轴系统热位移量算出部基于所述主轴系统温度数据输入部所输入的所述支持构件温度传感器和所述立柱温度传感器的温度数据算出将立柱前表面作为基准位置的主轴系统的热位移量。
发明效果
根据第I发明的机床的热位移校正系统，具有:安装有工具的主轴、立柱、介设于所述王轴和所述立柱之间的王轴系统的支持构件、在所述立柱的如后方向即X轴方向能够移动的工作台、检测所述工作台的X轴方向的位置的位置检测器，其还包括:设置在所述位置检测器，检测所述位置检测器的温度并输出温度数据的位置检测器温度传感器；设置在所述X轴方向的所述工作台的各部的、检测所述工作台的各部的温度并输出温度数据的多个工作台温度传感器；位移校正装置，其包括有:输入来自所述位置检测器温度传感器的所述温度数据的位置检测器温度数据输入部、基于所述位置检测器温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述位置检测器的热位移量的位置检测器热位移量算出部、输入来自所述工作台温度传感器的所述温度数据的工作台温度数据输入部、基于所述工作台温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述工作台上所产生的对应于X轴方向的温度分布的所述工作台的热位移量的工作台热位移量算出部、基于所述位置检测器热位移量算出部所算出的所述位置检测器的热位移量和所述工作台热位移量算出部所算出的所述工作台的热位移量算出将所述立柱的前表面作为基准位置的工作台系统的热位移量的工作台系统热位移量算出部、基于所述工作台系统热位移量算出部所算出的所述工作台系统的热位移量求得X轴的校正量输出该X轴的校正量的X轴校正量输出部。由于上述这些特征，可对将立柱前表面作为基准位置的工作台系统(.、>:.往 >位《检测器> + 1:作台)的热位移量进行评价。而且，即使工作台产生温度分布，工作台的热位移量为不均匀，也可进行高精度的位移校正。
根据第2发明的机床的热位移校正系统，其具有:安装有工具的主轴、立柱、介设于所述主轴和所述立柱之间的主轴系统的支持构件、在所述立柱的前后方向即X轴方向能够移动的工作台、检测所述工作台的X轴方向的位置的位置检测器，该机床的热位移校正系统包括:设置于所述位置检测器、检测所述位置检测器的温度并输出温度数据的位置检测器温度传感器；设置在所述X轴方向的所述工作台的各部、检测所述工作台的各部的温度并输出温度数据的多个工作台温度传感器；设置在所述主轴系统的支持构件、检测所述主轴系统的支持构件的温度并输出温度数据的支持构件温度传感器；位移校正装置，其包括:输入来自所述位置检测器温度传感器的所述温度数据的位置检测器温度数据输入部、基于所述位置检测器温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述位置检测器的热位移量的位置检测器热位移量算出部、输入来自所述工作台温度传感器的所述温度数据的工作台温度数据输入部、基于所述工作台温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述工作台上所产生的对应于X轴方向的温度分布的所述工作台的热位移量的工作台热位移量算出部、基于所述位置检测器热位移量算出部所算出的所述位置检测器的热位移量和所述工作台热位移量算出部所算出的所述工作台的热位移量算出将立柱前表面作为基准位置的工作台系统的热位移量的工作台系统热位移量算出部、输入来自所述支持构件温度传感器的所述温度数据的主轴系统温度数据输入部、基于所述主轴系统温度数据输入部所输入的所述温度数据算出将立柱前表面作为基准位置的主轴系统的热位移量的主轴系统热位移量算出部、基于所述工作台系统热位移量算出部所算出的所述工作台系统的热位移量和所述主轴系统热位移量算出部所算出的所述主轴系统的热位移量求得X轴的校正量并输出该X轴的校正量的X轴校正量输出部。通过上述特征，可评价将立柱前表面作为基准位置的工作台系统(立柱 >位置检测器 >工作台)的热位移量和主轴系统(立tt#主轴系统的支持构件:>主轴)的热位移量，且即使工作台上产生温度分布导致工作台的热位移量不均匀，也可实现高精度的位移校正。进一步的，可实现综合捕捉工作台系统的热位移量和主轴系统的热位移量的机床整体的热位移模型，形成高精度的位移校正系统。
根据第3发明的机床的热位移校正系统，其具有:安装有工具的主轴、立柱、介设于所述主轴和所述立柱之间的主轴系统的支持构件、在所述立柱的前后方向即X轴方向能够移动的工作台、检测所述工作台的X轴方向的位置的位置检测器，该机床的热位移校正系统包括:设置于所述位置检测器、检测所述位置检测器的温度并输出温度数据的位置检测器温度传感器；设置于所述X轴方向中的所述工作台的各部、检测所述工作台的各部的温度并输出温度数据的多个工作台温度传感器；设置于所述主轴系统的支持构件、检测所述主轴系统的支持构件的温度并输出温度数据的支持构件温度传感器；设置于所述立柱的前表面侧和后表面侧、检测所述立柱的前表面侧和后表面侧的温度并输出温度数据的立柱温度传感器；位移校正装置，其包括:输入来自所述位置检测器温度传感器的所述温度数据的位置检测器温度数据输入部、基于所述位置检测器温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述位置检测器的热位移量的位置检测器热位移量算出部、输入来自所述工作台温度传感器的所述温度数据的工作台温度数据输入部、基于所述工作台温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述工作台上所产生的对应于X轴方向的温度分布的所述工作台的热位移量的工作台热位移量算出部、基于所述位置检测器热位移量算出部所算出的所述位置检测器的热位移量和所述工作台热位移量算出部所算出的所述工作台的热位移量算出将立柱前表面作为基准位置的工作台系统的热位移量的工作台系统热位移量算出部、输入来自所述支持构件温度传感器的所述温度数据的主轴系统温度数据输入部、基于所述主轴系统温度数据输入部所输入的所述温度数据算出将立柱前表面作为基准位置的主轴系统的热位移量的主轴系统热位移量算出部、输入来自所述立柱温度传感器的所述温度数据的立柱温度数据输入部、基于所述立柱温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述立柱的倾斜位移量的立柱倾斜位移量算出部、基于所述主轴系统热位移量算出部所算出的所述主轴系统的热位移量和所述立柱倾斜位移量算出部所算出的所述立柱的倾斜位移量算出主轴系统的位移量的主轴系统位移量算出部、基于所述工作台系统热位移量算出部所算出的所述工作台系统的热位移量和所述主轴系统位移量算出部所算出的所述主轴系统的位移量求得X轴的校正量并输出该X轴的校正量的X轴校正量输出部。通过上述特征，可评价将立柱前表面作为基准位置的工作台系统(立柱 >位《检测器 >工作台)的热位移量和主轴系统(立柱-H.:轴系统的支持构件七轴)的热位移量，且即使工作台上产生温度分布导致工作台的热位移量不均匀，也可实现高精度的位移校正。又，可实现综合捕捉工作台系统的热位移量和主轴系统的热位移量的机床整体的热位移模型，实现更高精度的位移校正系统。进一步的，通过不仅考虑工作台系统和主轴系统的热位移量，还考虑立柱的倾斜位移量，实现更高精度的位移校正。
根据第4发明的机床的热位移校正系统，其为第3发明的机床的热位移校正系统，其中所述主轴系统温度数据输入部输入来自所述支持构件温度传感器和所述立柱温度传感器的所述温度数据，所述主轴系统热位移量算出部基于所述主轴系统温度数据输入部所输入的所述支持构件温度传感器和所述立柱温度传感器的温度数据算出将立柱前表面作为基准位置的主轴系统的热位移量。通过上述的特征，通过评价考虑了立柱的温度数据的主轴系统的热位移量，能够进行精度更高的位移校正。
根据第5发明的机床的热位移校正系统，该机床的热位移校正系统具有:安装有工具的主轴、立柱、介设于所述主轴和所述立柱之间的主轴系统的支持构件、在所述立柱的前后方向即X轴方向能够移动的工作台、检测所述工作台的X轴方向的位置的位置检测器，其特征在于，包括:设置在所述位置检测器、检测所述位置检测器的温度并输出温度数据的位置检测器温度传感器；设置在所述X轴方向中的所述工作台的各部、检测所述工作台的各部的温度并输出温度数据的多个工作台温度传感器；设置在所述主轴系统的支持构件、检测所述主轴系统的支持构件的温度并输出温度数据的支持构件温度传感器；设置在所述立柱、检测所述立柱的倾斜角度并输出倾斜数据的水平仪、位移校正装置，其包括:输入来自所述位置检测器温度传感器的所述温度数据的位置检测器温度数据输入部、基于所述位置检测器温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述位置检测器的热位移量的位置检测器热位移量算出部、输入来自所述工作台温度传感器的所述温度数据的工作台温度数据输入部、基于所述工作台温度数据输入部所输入的所述温度数据算出对应于所述工作台上所产生的X轴方向的温度分布的所述工作台的热位移量的工作台热位移量算出部、基于所述位置检测器热位移量算出部所算出的所述位置检测器的热位移量和所述工作台热位移量算出部所算出的所述工作台的热位移量算出将立柱前表面作为基准位置的工作台系统的热位移量的工作台系统热位移量算出部、输入来自所述支持构件温度传感器的所述温度数据的主轴系统温度数据输入部、基于所述主轴系统温度数据输入部所输入的所述温度数据算出将立柱前表面作为基准位置的主轴系统的热位移量的主轴系统热位移量算出部、输入来自所述水平仪的所述倾斜数据的立柱倾斜数据输入部、基于所述立柱倾斜数据输入部所输入的所述倾斜数据算出所述立柱的倾斜位移量的立柱倾斜位移量算出部、基于所述主轴系统热位移量算出部所算出的所述主轴系统的热位移量和所述立柱倾斜位移量算出部所算出的所述立柱的倾斜位移量算出主轴系统的位移量的主轴系统位移量算出部、基于所述工作台系统热位移量算出部所算出的所述工作台系统的热位移量和所述主轴系统位移量算出部所算出的所述主轴系统的位移量求得X轴的校正量并输出该X轴的校正量的X轴校正量输出部。由于具有上述技术特征，可评价将立柱前表面作为基准位置的工作台系统(立柱 >位+霄:检测器 >工作台)的热位移量与主轴系统(立柱轴系统的支持构件 轴)的热位移量，而且即使工作台上产生温度分布，工作台的热位移量不均匀，也可进行高精度的位移校正。又，可实现综合捕捉了工作台系统的热位移量和主轴系统的热位移量的机床整体的热位移模型，形成更高精度的位移校正系统。进一步的，通过不仅仅考虑工作台系统和主轴系统的热位移量，还考虑立柱的倾斜位移量，能够实现更高精度的位移校正。
根据第6发明的机床的热位移校正系统，其为采用第5发明所述的机床的热位移校正系统，进一步包括，设置在所述立柱、检测所述立柱的温度并输出温度数据的立柱温度传感器，所述主轴系统温度数据输入部输入来自所述支持构件温度传感器和所述立柱温度传感器的所述温度数据，所述主轴系统热位移量算出部基于所述主轴系统温度数据输入部所输入的所述支持构件温度传感器和所述立柱温度传感器的温度数据算出将立柱前表面作为基准位置的主轴系统的热位移量。通过以上特征，通过评价还考虑了立柱的温度数据的主轴系统的热位移量，实现更高精度的位移校正。
图1是显示本发明的实施方式例I的机床的热位移校正系统的图，为显示温度传感器的配置的机床的侧视图。
图2是涉及本发明的实施方式例I的机床的热位移校正系统的图，为显示位移校正装置侧的构成的框图。
图3的(a)是显示工作台的温度分布的图、(b)是显示单位长度的工作台热位移量的分布的图。
图4是涉及本发明的实施方式例2的机床的热位移校正系统的图、是显示温度传感器的配置的机床的侧视图。
图5是涉及本发明的实施方式例2的机床的热位移校正系统的图、是显示位移校正装置侧的构成的框图。
图6是涉及本发明的实施方式例3的机床的热位移校正系统的图、是显示温度传感器的配置的机床的侧视图。
图7是涉及本发明的实施方式例3的机床的热位移校正系统的图、是显示位移校正装置侧的构成的框图。
图8是关于立柱的前表面侧与后表面侧的温度差导致的立柱倾斜位移量的计算式的说明图。
图9是关于立柱的前表面侧与后表面侧的温度差导致的立柱倾斜位移量的计算式的说明图。
图10是涉及本发明的实施方式例4的机床的热位移校正系统的图、为显示温度传感器和水平仪的配置的机床的侧视图。
图11是涉及本发明的实施方式例4的机床的热位移校正系统的图、为显示位移校正装置侧的构成的框图。
图12是以往的全闭环的反馈控制装置的框图。
图13是以往的半闭环的反馈控制装置的框图。
图14是以往的根据立形加工中心的温度传感器的热位移校正系统的框图。
图15是以往的根据门式加工中心的温度传感器的热位移校正系统的框图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式例进行详细说明。
<实施方式例1>
基于图1 图3，对本发明的实施方式例I的机床的热位移校正系统进行说明。
如图1所示，机床包括:床身31、工作台32、门式的立柱33、横梁34、床鞍35、滑枕36、以能够旋转地支持于滑枕36的状态内置的主轴37、通过附件38安装于主轴37的工具39、位置检测器42。
床身31设置在床面40。床身31上设有工作台32和立柱33、工作台32上载置工件W。工作台32能够沿着在床身31的上表面31a铺设的导轨(图示省略)，通过进给机构(图1中，图示省略:图2参照)在箭头A所示的水平X轴方向(立柱33的前后方向)直线移动。横梁34设置在立柱33的前表面33a，能够沿立柱前表面33a铺设的导轨(图示省略)，通过进给机构(图示省略)在箭头B所示的铅直的Z轴方向直线移动。床鞍35设置在横梁34的前表面34a，沿横梁34，通过进给机构(图示省略)在水平的Y轴方向(与图1的纸面正交的方向)能够直线移动。滑枕36设于床鞍35，通过进给机构(图示省略)能够在箭头C所示的Z轴方向移动。主轴37设于滑枕36内，通过主轴轴承40能够旋转地被支持。又，X，Y，Z轴相互正交。
接着，工作台32上设有多个(图示例中为5个)工作台温度传感器41-1，41-2，41-3，41-4，41-5。这些工作台温度传感器41-1 41-5沿X轴方向等间隔地配置在工作台32的各部。因此，工作台温度传感器41-1 41-5分别检测工作台32的各部的温度，并将这些检测温度数据al，a2，a3，a4，a5输出到机床的位移校正装置51 (参照图2:详细后述)。
位置检测器42为一般的位移感应式的直线标尺，包括有滑块42a和标尺42b。标尺42b包括蜿蜒状的线圈42b-l，安装于床身31并沿X轴方向延伸(长度方向沿着X轴方向)。滑块42a具有蜿蜒状的线圈42a-l，以与标尺42b相对的状态安装于工作台32。滑块42a的线圈42a-l —旦流过电流，由于电磁感应作用而在标尺42b的线圈42b_l中产生电压。因此，一旦滑块42a随工作台32在X轴方向移动，则滑块42a和标尺42b的相对位置变化，所述电压也变化，因此根据该电压的变化可检测滑块42a的X轴方向的位置、即，工作台32 (工件W)的X轴方向的位置。如此，位置检测器42检测工作台32 (工件W)的位置，该检测位置数据向机床的反馈控制装置61 (图2参照:详细后述)输出(位置反馈)。
接着，位置检测器42的标尺42b上设有位置检测器温度传感器41-6。位置检测器温度传感器41-6检测位置检测器42 (标尺42b)的温度，将该检测温度数据a6向机床的位移校正装置51输出。
又，上述对作为位置检测器42的位移感应式直线标尺进行了记述，但直线标尺不限于位移感应式，也可采用其他形式的直线标尺作为位置检测器42。
下面，基于图1，图2和图3，对机床的位移校正装置51、反馈控制装置61和工作台进给机构71进行说明。
如图2所示，位移校正装置51采用个人计算机等，包括:位置检测器温度数据输入部52、位置检测器热位移量算出部53、工作台温度数据输入部54、工作台热位移量算出部55、工作台系统热位移量算出部56、X轴校正量输出部57。
位置检测器温度数据输入部52输入从位置检测器温度传感器41-6输出的位置检测器42 (标尺42b)的温度数据a6。
位置检测器热位移量算出部53基于位置检测器温度数据输入部52所输入的位置检测器42 (标尺42b)的温度数据a6，算出位置检测器42 (标尺42b)的X轴方向的热位移量
AL1O
下述的(I)式为，位置检测器42 (标尺42b)、其它的机床各部(滑枕36、主轴轴承40、床鞍35、横梁34、立柱33等)的热位移量的计算式例。又，对于位置检测器42以外的机床各部的热位移量，以其他的实施方式例说明。
[数式I]
=λ, XXATxLx\(f..(l)
此处，Δ L为位置检测器42 (标尺42b)等的机床各部的热位移量[μ m]、Ii1为校正系
数、β为位置检测器42 (标尺42b)等的机床各部的线膨胀系数[I/ (V Xm) ]0 Ttl为基准温度[°c ]、T为位置检测器42 (标尺42b)等的机床各部的温度数据[°C ]、Λ T为温度数据T和基准温度Ttl的温度差(T-Tq) [°C ]、L为位置检测器42 (标尺42b)等的机床各部的物体有效长度(机床各部中与X轴方向的热位移量相关的部分的长度)[m]。
因此，位置检测器42 (标尺42b)的X轴方向的热位移量AL1通过将位置检测器42 (标尺42b)的线膨胀系数β、基准温度Ttl与位置检测器42 (标尺42b)的温度数据T (位置检测器温度传感器41-6的温度数据a6)的温度差AT、位置检测器42 (标尺42a)的物体有效长度L代入(I)式算出AL来获得。又，位置检测器42 (标尺42a)中的物体有效长度L为从如图1所示的作为立柱前表面33a的基准位置XK(X轴方向的基准位置)到滑块42a的位置(图示例中，滑块42a中的X轴方向的中心位置)的长度L1中的长度，其与滑块42a的移动相应地发生变化。又，位置检测器42 (标尺42b)的热位移量AL1为，从立柱前表面33a的基准位置Xk到滑块42a的位置的长度L1的范围所产生的热位移量，即，所述长度L1的范围中位置检测器42 (标尺42b)的热位移所导致的误差量。
工作台温度数据输入部54输入工作台温度传感器41-1 41-5输出的工作台32各部的温度数据al a5。
工作台热位移量算出部55基于工作台温度数据输入部54所输入的工作台32的各部的温度数据al a5，算出工作台32上所产生的对应X轴方向的温度分布的工作台32的热位移量AL2。
下述的(2)式和(3)式为用于计算工作台32上所产生的对应于X轴方向的温度分布的工作台32的热位移量AL2的计算式例。
[数式2]
权利要求
1.一种机床的热位移校正系统，该机床的热位移校正系统具有:安装有工具的主轴、立柱、设于所述主轴和所述立柱之间的主轴系统的支持构件、在所述立柱的前后方向即X轴方向能够移动的工作台、检测所述工作台的X轴方向的位置的位置检测器，其特征在于，所述机床的热位移校正系统包括: 设置在所述位置检测器上的、检测所述位置检测器的温度并输出温度数据的位置检测器温度传感器； 在所述X轴方向设置于所述工作台的各部上的、检测所述工作台的各部的温度并输出温度数据的多个工作台温度传感器；以及 位移校正装置，其包括:输入来自所述位置检测器温度传感器的所述温度数据的位置检测器温度数据输入部、基于所述位置检测器温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述位置检测器的热位移量的位置检测器热位移量算出部、输入来自所述工作台温度传感器的所述温度数据的工作台温度数据输入部、基于所述工作台温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述工作台上所产生的对应于X轴方向的温度分布的所述工作台的热位移量的工作台热位移量算出部、基于所述位置检测器热位移量算出部所算出的所述位置检测器的热位移量和所述工作台热位移量算出部所算出的所述工作台的热位移量算出将所述立柱的前表面作为基准位置的工作台系统的热位移量的工作台系统热位移量算出部、基于所述工作台系统热位移量算出部所算出的所述工作台系统的热位移量求得X轴的校正量并输出该X轴的校正量的X轴校正量输出部。
2.一种机床的热位移校正系统，该机床的热位移校正系统具有:安装有工具的主轴、立柱、设于所述主轴和所述立柱之间的主轴系统的支持构件、在所述立柱的前后方向即X轴方向能够移动的工作台、检测所述工作台的X轴方向的位置的位置检测器，其特征在于，所述机床的热位移校正系统包括: 设置于所述位置检测器上的、检测所述位置检测器的温度并输出温度数据的位置检测器温度传感器； 在所述X轴方向设置于所述工作台的各部上的、检测所述工作台的各部的温度并输出温度数据的多个工作台温度传感器； 设置在所述主轴系 统的支持构件上的、检测所述主轴系统的支持构件的温度并输出温度数据的支持构件温度传感器；以及 位移校正装置，其包括:输入来自所述位置检测器温度传感器的所述温度数据的位置检测器温度数据输入部、基于所述位置检测器温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述位置检测器的热位移量的位置检测器热位移量算出部、输入来自所述工作台温度传感器的所述温度数据的工作台温度数据输入部、基于所述工作台温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述工作台上所产生的对应于X轴方向的温度分布的所述工作台的热位移量的工作台热位移量算出部、基于所述位置检测器热位移量算出部所算出的所述位置检测器的热位移量和所述工作台热位移量算出部所算出的所述工作台的热位移量算出将立柱前表面作为基准位置的工作台系统的热位移量的工作台系统热位移量算出部、输入来自所述支持构件温度传感器的所述温度数据的主轴系统温度数据输入部、基于所述主轴系统温度数据输入部所输入的所述温度数据算出将立柱前表面作为基准位置的主轴系统的热位移量的主轴系统热位移量算出部、基于所述工作台系统热位移量算出部所算出的所述工作台系统的热位移量和所述主轴系统热位移量算出部所算出的所述主轴系统的热位移量求得X轴的校正量并输出该X轴的校正量的X轴校正量输出部。
3.一种机床的热位移校正系统，该机床的热位移校正系统具有:安装有工具的主轴、立柱、设于所述主轴和所述立柱之间的主轴系统的支持构件、在所述立柱的前后方向即X轴方向能够移动的工作台、检测所述工作台的X轴方向的位置的位置检测器，其特征在于，所述机床的热位移校正系统包括: 设置于所述位置检测器上的、检测所述位置检测器的温度并输出温度数据的位置检测器温度传感器； 在所述X轴方向设置于所述工作台的各部上的、检测所述工作台的各部的温度并输出温度数据的多个工作台温度传感器； 设置于所述主轴系统的支持构件上的、检测所述主轴系统的支持构件的温度并输出温度数据的支持构件温度传感器； 设置于所述立柱的前表面侧和后表面侧的、检测所述立柱的前表面侧和后表面侧的温度并输出温度数据的立柱温度传感器；以及 位移校正装置，其包括:输入来自所述位置检测器温度传感器的所述温度数据的位置检测器温度数据输入部、基于所述位置检测器温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述位置检测器的热位移量的位置检测器热位移量算出部、输入来自所述工作台温度传感器的所述温度数据的工作台温度数据输入部、基于所述工作台温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述工作台上所产生的对应于X轴方向的温度分布的所述工作台的热位移量的工作台热位移量算出部、基于所述位置检测器热位移量算出部所算出的所述位置检测器的热位移量和所述工作台热位移量算出部所算出的所述工作台的热位移量算出将立柱前表面作为基准位置的工作台系统的热位移量的工作台系统热位移量算出部、输入来自所述支持构件温度传感器的所述温度数据的主轴系统温度数据输入部、基于所述主轴系统温度数据输入部所输入的所述温度数据算出将立柱前表面作为基准位置的主轴系统的热位移量的主轴系统热位移量算出部、输入来自所述立柱温度传感器的所述温度数据的立柱温度数据输入部、基于 所述立柱温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述立柱的倾斜位移量的立柱倾斜位移量算出部、基于所述主轴系统热位移量算出部所算出的所述主轴系统的热位移量和所述立柱倾斜位移量算出部所算出的所述立柱的倾斜位移量算出主轴系统的位移量的主轴系统位移量算出部、基于所述工作台系统热位移量算出部所算出的所述工作台系统的热位移量和所述主轴系统位移量算出部所算出的所述主轴系统的位移量求得X轴的校正量并输出该X轴的校正量的X轴校正量输出部。
4.如权利要求3所述的机床的热位移校正系统，其特征在于: 所述主轴系统温度数据输入部输入来自所述支持构件温度传感器和所述立柱温度传感器的所述温度数据，所述主轴系统热位移量算出部基于所述主轴系统温度数据输入部所输入的所述支持构件温度传感器和所述立柱温度传感器的温度数据算出将立柱前表面作为基准位置的主轴系统的热位移量。
5.一种机床的热位移校正系统，该机床的热位移校正系统具有:安装有工具的主轴、立柱、设于所述主轴和所述立柱之间的主轴系统的支持构件、在所述立柱的前后方向即X轴方向能够移动的工作台、检测所述工作台的X轴方向的位置的位置检测器，其特征在于，所述机床的热位移校正系统包括: 设置在所述位置检测器上的、检测所述位置检测器的温度并输出温度数据的位置检测器温度传感器； 在所述X轴方向设置于所述工作台的各部上的、检测所述工作台的各部的温度并输出温度数据的多个工作台温度传感器； 设置在所述主轴系统的支持构件上的、检测所述主轴系统的支持构件的温度并输出温度数据的支持构件温度传感器； 设置在所述立柱上的、检测所述立柱的倾斜角度并输出倾斜数据的水平仪；以及位移校正装置，其包括:输入来自所述位置检测器温度传感器的所述温度数据的位置检测器温度数据输入部、基于所述位置检测器温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述位置检测器的热位移量的位置检测器热位移量算出部、输入来自所述工作台温度传感器的所述温度数据的工作台温度数据输入部、基于所述工作台温度数据输入部所输入的所述温度数据算出所述工作台上所产生的对应于X轴方向的温度分布的所述工作台的热位移量的工作台热位移量算出部、基于所述位置检测器热位移量算出部所算出的所述位置检测器的热位移量和所述工作台热位移量算出部所算出的所述工作台的热位移量算出将立柱前表面作为基准位置的工作台系统的热位移量的工作台系统热位移量算出部、输入来自所述支持构件温度传感器的所述温度数据的主轴系统温度数据输入部、基于所述主轴系统温度数据输入部所输入的所述温度数据算出将立柱前表面作为基准位置的主轴系统的热位移量的主轴系统热位移量算出部、输入来自所述水平仪的所述倾斜数据的立柱倾斜数据输入部、基于所述立柱倾斜数据输入部所输入的所述倾斜数据算出所述立柱的倾斜位移量的立柱倾斜位移量算出部、基于所述主轴系统热位移量算出部所算出的所述主轴系统的热位移量和所述立柱倾斜位移量算出部所算出的所述立柱的倾斜位移量算出主轴系统的位移量的主轴系统位移量算出部、基于所述工作台系统热位移量算出部所算出的所述工作台系统的热位移量和所述主轴系统位移量算出部所算出的所述主轴系统的位移量求得X轴的校正量并输出该X轴的校正量的X轴校正量输出部。
6.如权利要求5所述的机床的热位移校正系统，其特征在于:包括，设置在所述立柱上的、检测所述立柱的温度并输出温度数据的立柱温度传感器，所述主轴系统温度数据输入部输入来自所述支持构件温度传感器和所述立柱温度传感器的所述温度数据，所述 主轴系统热位移量算出部基于所述主轴系统温度数据输入部所输入的所述支持构件温度传感器和所述立柱温度传感器的温度数据算出将立柱前表面作为基准位置的主轴系统的热位移量。
全文摘要
本发明的目的在于提供将立柱前表面作为基准位置评价热位移量，且，即使工作台的热位移量不均匀也可进行高精度的热位移校正等的机床的热位移校正系统。该机床的热位移校正系统包括例如，位置检测器温度传感器(41-6)、工作台温度传感器(41-1～41-5)、位移校正装置。该位移校正装置包括输入温度数据(a6)的温度数据输入部、基于温度数据(a6)算出位置检测器的热位移量的热位移量算出部、输入温度数据(a1～a5)的温度数据输入部、基于温度数据(a1～a5)算出对应于X轴方向的温度分布的工作台的热位移量的热位移量算出部、基于所述位置检测器的热位移量和所述工作台的热位移量算出将立柱前表面作为基准位置的工作台系统的热位移量的热位移量算出部、基于所述工作台系统的热位移量算出X轴的校正量的X轴校正量输出部。
文档编号G05B19/404GK103153534SQ20118004628
公开日2013年6月12日 申请日期2011年10月5日 优先权日2010年10月21日
发明者山本英明 申请人:三菱重工业株式会社