(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータ上に、仮想工作機械装置と、前記仮想工作機械装置を仮想的に制御する仮想工作機械制御装置と、前記仮想工作機械装置および前記仮想工作機械制御装置を操作する仮想工作機械操作装置と、仮想工作機械表示装置と、を有する熱変位補正訓練装置であって、
前記仮想工作機械装置は、
前記仮想工作機械装置で運転中に熱によって発生する加工精度低下を模擬する精度低下模擬部と、
前記精度低下模擬部により模擬される前記仮想工作機械装置の加工精度低下を表す精度低下量を求める精度低下算出部と、
を有し、
前記仮想工作機械制御装置は、
熱変位に対する加工位置の補正を行う補正量を求める精度補正部と、
前記精度補正部で求められた補正量を、作業者の指示に基づいて調整する補正量調整部と、
を有し、
前記精度低下模擬部による精度低下の模擬時、前記精度低下算出部による精度低下量および前記精度補正部による精度補正量のうち、少なくとも一つをあらかじめ設定しておき、
前記仮想工作機械表示装置は、
前記仮想工作機械装置の前記精度低下算出部により求められた精度低下量と、前記仮想工作機械制御装置の前記補正量調整部により調整された補正量と、を表示することを特徴とする熱変位補正訓練装置。
【請求項２】
前記仮想工作機械表示装置は、前記精度低下模擬部による前記仮想工作機械装置の加工位置の変化と、前記精度補正部による加工位置の変化と、のうち少なくともいずれか一つを表示することを特徴とする請求項１に記載の熱変位補正訓練装置。
【請求項３】
前記仮想工作機械表示装置は、前記仮想工作機械装置を表示することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱変位補正訓練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータ上に工作機械の精度補正方法およびその調整方法をシミュレートする熱変位補正訓練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械を用いてワークの加工を行うと、工作機械を構成するモータやボールネジやワークの加工部分からの発熱と、冷却油や冷却空気による冷却、および外気温による外乱によって、工作機械の構造物に微小な変位（以下、「熱変位」という）が発生する。これによりワークへの加工位置にずれが発生し、加工精度に大きく影響する要因の一つとなっている。この熱変位の対策として、加工時の発熱量や構造物の変化量を予測し、加工位置のずれを補正する方法（以下、「熱変位補正」という）がある。
【０００３】
また、前述の通り熱変位は外気温や冷却油の影響を受けて変化するため、同じ機械でも状況に応じて熱変位量は異なる。そのため、熱変位補正時も加工後にワークの寸法の実測定を行い、ワークの加工精度が十分でなければ、熱変位補正量を状況に応じて増減させ、熱変位量と熱変位補正量の差を縮小させる操作（以下、「熱変位補正の調整」という）を行う場合もある。この熱変位補正の調整について、特許文献１では、作業者が画面内のワークもしくは工具の画像を移動させることにより、調整を視覚的に行うことができる方法について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−５４７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術の課題として、以下のような問題点が挙げられる。  
一般に熱変位量およびその補正量は微小であるため、補正の調整量も同様に微小となり、補正量を調整しても正しく調整できているのかを視覚的に判断することは難しい。また、特許文献１に開示された技術では、熱変位補正の調整が正しく行われているかを判定する方法が開示されていない。工作機械を操作する作業者は、熱変位補正の調整を適切に実行できるように、熱変位補正の調整の操作を十分に訓練する必要がある。
【０００６】
また、作業者が熱変位補正の使用方法を学ぶためには、工作機械の実機を用意して訓練を行う必要がある。しかし、工作機械は一般に高価であり、熱変位補正の訓練用に工作機械を用意することは経済的に難しい。また、実際にワークの加工に用いている工作機械によるワークの加工を一時的に停止して訓練を行うことも、その他の工程に影響を与える恐れがある。  
そのため、実機の工作機械を用いて熱変位補正の訓練を行う機会を作業者が得ることは、現実的に厳しい。
【０００７】
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正の調整方法を実機の工作機械を用いることなく作業者が訓練することが可能な熱変位補正訓練装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る熱変位補正訓練装置は、コンピュータ上に、仮想工作機械装置と、前記仮想工作機械装置を仮想的に制御する仮想工作機械制御装置と、前記仮想工作機械装置および前記仮想工作機械制御装置を操作する仮想工作機械操作装置と、仮想工作機械表示装置と、を有する熱変位補正訓練装置であって、前記仮想工作機械装置は、前記仮想工作機械装置で運転中に熱によって発生する加工精度低下を模擬する精度低下模擬部と、前記精度低下模擬部により模擬される前記仮想工作機械装置の加工精度低下を表す精度低下量を求める精度低下算出部と、を有し、前記仮想工作機械制御装置は、熱変位に対する加工位置の補正を行う補正量を求める精度補正部と、前記精度補正部で求められた補正量を、作業者の指示に基づいて調整する補正量調整部と、を有し、前記精度低下模擬部による精度低下の模擬時、前記精度低下算出部による精度低下量および前記精度補正部による精度補正量のうち、少なくとも一つをあらかじめ設定しておき、前記仮想工作機械表示装置は、前記仮想工作機械装置の前記精度低下算出部により求められた精度低下量と、前記仮想工作機械制御装置の前記補正量調整部により調整された補正量と、を表示することを特徴とする熱変位補正訓練装置である。
【０００９】
上記本発明は、実際の機械を用意することなく、工作機械に発生した精度低下の精度補正手段およびその補正量の調整手段について訓練できる効果を持つ。
加えて、上記本発明は、精度低下量または精度補正量の算出にかかる時間を削減することが可能である。
【００１０】
また、本発明に係る熱変位補正訓練装置は、前記精度低下模擬部による前記仮想工作機械装置の加工位置の変化と、前記精度補正部による加工位置の変化と、のうち少なくともいずれか一つを前記仮想工作機械表示装置に表示してもよい。これによって、本発明は、精度低下前後および補正前後の仮想工作機械の加工位置の変化を視覚的に表示することで、精度補正作業に対する作業者の理解を容易とする効果を持つ。
【００１１】
前記仮想工作機械表示装置は、前記仮想工作機械装置を表示できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正の調整方法を実機の工作機械を用いることなく作業者の訓練を行うことが可能な熱変位補正訓練装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかる熱変位補正訓練装置の機能ブロック図である。
【図２】精度低下量と補正量との比較による熱変位補正量の調整を実行する処理のフローを示す図である。
【図３】本発明にかかる熱変位補正訓練装置の一例の外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。  
図１は本発明にかかる熱変位補正訓練装置の機能ブロック図である。実際の工作機械を必要としない熱変位補正に関する熱変位補正訓練装置１９を用意する。工作機械の作業者は熱変位補正訓練装置１９を用いて熱変位補正の方法や熱変位の調整方法を学習する。
【００１５】
熱変位補正訓練装置１９は、コンピュータ１８上に、仮想工作機械制御装置１０、仮想工作機械装置１３、仮想工作機械表示装置１４を備えている。  
工作機械の作業者の訓練のため、熱変位補正訓練装置１９の仮想工作機械装置１３は工作機械の仮想モデルを計算して、計算結果を仮想工作機械表示装置１４のモニタ１５上に表示させる。仮想工作機械制御装置１０は、仮想工作機械装置１３の仮想モデルを制御する。ここで、コンピュータ１８にはパーソナルコンピュータの他、ＣＮＣ（工作機械を制御する数値制御装置）も含まれる。
【００１６】
仮想工作機械装置１３は、工作機械の任意の部分に任意の熱量を加え、その熱の移動による温度分布の変化を計算し、仮想モデルの熱変位量を精度補正量として算出する精度低下模擬部１１と、それによって発生する加工の精度低下を求める精度低下算出部１２を有する。なお、前記精度低下模擬部１１については、加工プログラムの動作指令から熱が加わる箇所およびその熱量を予測し、前記熱量を仮想モデルに与えてもよい。
【００１７】
精度低下模擬部１１によって模擬される加工の精度低下量は、実際の工作機械で発生する精度低下量と必ずしも一致しなくてもよいものとする。加える熱量は負の場合もあり、その場合は冷却を意味する。
【００１８】
仮想工作機械制御装置１０には、実際の工作機械と同じく熱変位による加工精度低下に対して補正を行うための補正量を計算により求める精度補正部８と、その補正量を手動で調整する補正量調整部９を有する。また、仮想工作機械制御装置１０は、実際の工作機械を制御する実際の数値制御装置と同様に、仮想工作機械装置１３に出力される制御指令を生成するＮＣ制御部６およびＰＬＣ部７を備えている。仮想工作機械装置１３は仮想工作機械制御装置１０からの制御指令により仮想モデルを駆動する。
【００１９】
コンピュータ１８は、熱変位が発生した場合に熱変位前後の比較の基準とするために、仮想モデルに熱変位が発生していない状態のデータを記憶する構造記憶部１６を備えている。さらに、コンピュータ１８は、精度低下量と補正量の許容差分ｄを設定する精度設定部１７を備えている。
【００２０】
次に、熱変位補正の訓練の手順について説明する。仮想工作機械装置１３において、精度低下模擬部１１は、工作機械の仮想モデルの一部分、もしくは複数個所にそれぞれ熱量を与え、仮想モデルの熱変形を発生させる。つまり、工作機械の任意の部分に任意の熱量を加え、その熱の移動による温度分布の変化を計算し、仮想モデルの熱変位量を算出し、仮想工作機械装置１３の運転中に熱によって発生する加工精度の低下を模擬する。
【００２１】
精度低下算出部１２はそれによって発生する加工の精度低下を求める。このとき、精度低下算出部１２は、精度低下模擬部１１で計算された仮想モデルの熱変位量と、構造記憶部１６上に保存された熱変形発生前の仮想モデルの状態と比較し、その差分を仮想工作機械装置１３によるワークの加工位置の変位量を表す精度低下量として記憶する。
【００２２】
一方で、仮想工作機械制御装置１０では精度補正部８を利用して、熱変位に対する加工位置の補正（ここで、補正する量を補正量という）を行う。前記の補正量は、任意に設定した補正量でも、実際の工作機械と同じ精度補正方法で算出される補正量でもよいものとする。ただし、精度補正部８で求めた補正量は、必ずしも前述の精度低下量（精度低下算出部１２に記憶された精度低下量）と一致しないものとする。
【００２３】
仮想工作機械制御装置１０の精度補正部８における補正量の計算後、精度低下算出部１２に記憶された精度低下量と、前記補正量（精度補正部８で計算された補正量）およびそれらの差分を、コンピュータ１８の仮想工作機械表示装置１４のモニタ１５上に表示する。作業員である被訓練者は、その結果から精度低下が十分に補正されているかを判断することが可能である。
【００２４】
もし前記精度低下量と前記補正量との差分が十分小さく、仮想工作機械制御装置１０の補正量調整部９を使用する必要が無い場合は、調整を終了する。逆に、前記精度低下量と補正量との差分が大きく、調整が必要であると判断される場合、作業員である被訓練者は補正量の調整を行う（図２参照）。なお、調整後、調整された補正量と前記精度低下量との差分を求め、前記差分が調整前後でどのように変化したのかをモニタの面面上に表示してもよい（図３参照）。
【００２５】
ここで、図２により、精度低下量と補正量との比較による熱変位補正量の調整を実行する処理のフローを説明する。また、図３は本発明にかかる熱変位補正訓練装置の一例の外観図である。
●［ステップｓａ０１］時間ｔ＝Ｔにおける仮想工作機械の精度低下量ｘ（Ｔ）を算出する（精度低下量は仮想工作機械装置１３の精度低下算出部１２の計算により求められる。）
●［ステップｓａ０２］同じ時間ｔ＝Ｔにおける補正量ｙ（Ｔ）を算出する（仮想工作機械制御装置１０の精度補正部８の計算により求められる。）  
●［ステップｓａ０３］精度低下量ｘ（Ｔ）と補正量ｙ（Ｔ）の許容差分ｄを決定する（つまり、精度設定部１７から予め設定された許容差分ｄを読み込む）。
●［ステップｓａ０４］精度低下量ｘ（Ｔ）と補正量ｙ（Ｔ）の差分の絶対値は許容差分ｄ以下か否かを判断し、以下の場合には処理を終了し、以下でない場合ステップｓａ０５へ移行する。  
●［ステップｓａ０５］補正量の調整を行い、処理を終了する。補正量の調整は仮想工作機械制御装置１０の補正量調整部９で手動により行う。手動による調整は、図１の仮想工作機械操作装置５として示されている少なくとも一つの手段により行うことができる。マウス１、キーボード２、タッチパネル３、あるいは、実際の工作機械の操作盤４を用いることが可能である。
【００２６】
前記訓練時、補正量の調整には工作機械の操作盤４を使用することができる。操作盤４は、コンピュータ１８内に用意された仮想的な操作盤でも、コンピュータ１８に接続された実際の工作機械の操作盤でもよいものとする。その他、マウス１やキーボード２、タッチパネル３を工作機械操作装置として使用することも可能である。
【００２７】
また、前記訓練時、モニタ１５上に表示される工作機械の仮想モデルを使用して、熱変形がない場合と、熱変形が発生した場合のそれぞれの立体構造を表示し、熱によってどのような変位が発生するのかを視覚的に確認できるようにする。また、工作機械の熱変形は一般に微小なため、モニタ上に表示する工作機械の仮想モデルには、熱変形量に一定の倍率をかけ、仮想モデルの変形の程度を実際よりも大きくして、モニタ上に表示する。これにより、被訓練者に対して、機械の熱変形および加工座標の熱変位を分かりやすく提示する場合もある。
【００２８】
熱変位補正訓練装置１９の精度設定部１７に、精度低下量（精度低下算出部１２により算出される量）および補正量（精度補正部８により算出される量）の少なくとも一方を事前に設定しておいてもよい。これにより、精度低下量や補正量の計算に必要な時間を省略することも可能とする。仮想工作機械制御装置１０は、コンピュータ１８内に用意された装置である他、コンピュータ１８とは別の装置を用いてもよい。
【００２９】
本発明の実施形態によれば、次のような効果を奏する。  
訓練用の工作機械を準備することなく、熱変位に対する精度補正部の調整訓練を行うことができる。  
被訓練者は、調整前後の精度低下量と補正量との差分の変化から、調整の成果を確認でき、補正の調整方法を学習することが可能となる。  
調整の訓練によって、熱変位補正での調整ミスを低減させることができる。  
工作機械の操作盤での調整により、実際の工作機械に近い状態で補正の調整訓練を行うことが可能である。  
熱変位による工作機械の変形の程度を大きくしてモニタ上に提示することで、被訓練者が熱変位および補正の影響を容易に理解することが可能となる。  
事前に設定した精度低下量や補正量を用いることで、加工プログラムや与える熱量の設定を行うことなく、簡単に補正の調整訓練を行うことができるようにする。
【符号の説明】
【００３０】
１  マウス
２  キーボード
３  タッチパネル
４  操作盤
５  仮想工作機械操作装置
６  ＮＣ制御部
７  ＰＬＣ部
８  精度補正部
９  補正量調整部
１０  仮想工作機械制御装置
１１  精度低下模擬部
１２  精度低下算出部
１３  仮想工作機械装置
１４  仮想工作機械表示装置
１５  モニタ
１６  構造記憶部
１７  精度設定部
１８  コンピュータ
１９  熱変位補正訓練装置
【図１】
0006280078.tif 000002
【図２】
0006280078.tif 000003
【図３】
0006280078.tif 000004