(57)【要約】【課題】工作機械の熱変形による加工誤差の補正方法に関し、外乱を受けやすい温度センサを用いた場合でも、ワークの加工誤差を高い精度で補正できる技術手段を得る。【解決手段】工作機械に取付けた複数の温度センサの検出値から補正値δを演算して、当該演算値でＮＣ装置の指令値を補正する工作機械における熱変形誤差の補正方法において、隣接設定値εを登録し、所定の時間間隔毎に演算した補正値δの値と前回の補正値δｆの値との差が隣接設定値εを超えているときは、前回補正値δｆに隣接設定値εを加えた値δｆ＋εを補正値とする。また、補正値の最大値δｍａｘと最小値δｍｉｎとを登録し、演算した補正値δが当該最大値より大きいか又は最小値より小さいときは、当該最大値又は最小値を補正値とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械に取付けた複数の温度センサ（ｓ１，ｓ２）・・・の検出値（ｔ１，ｔ２）・・・から補正値（δ）を演算して、当該演算値でＮＣ装置の指令値を補正する工作機械における熱変形誤差の補正方法において、隣接設定値（ε）を登録し、所定の時間間隔毎に演算した補正値（δ）の値と前回の補正値（δｆ）の値との差が前記隣接設定値を超えているときは、前回補正値（δｆ）に隣接設定値を加えた値（δｆ＋ε）を補正値とすることを特徴とする、工作機械における熱変形誤差の補正方法。
【請求項２】
補正値の最大値（δｍａｘ）と最小値（δｍｉｎ）とを登録し、演算した補正値（δ）が当該最大値より大きいか又は最小値より小さいときは、当該最大値又は最小値を補正値とすることを特徴とする、請求項１記載の熱変形誤差の補正方法。
【請求項３】
基準温度（ｔ０）を登録し、所定時間間隔で計測した２４時間分の検出温度の平均値と、前記基準温度の差（δｔ）を用いて演算した季節変動値（γ）で前記補正値又は最大値及び最小値を更に補正することを特徴とする、請求項２記載の熱変形誤差の補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、工作機械の熱変形によってワークに生ずる加工誤差を補正する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械を運転すると、加工熱、モータや軸受部の発熱、作動油や切削液の温度上昇などにより、機械温度が上昇し、それに伴う工作機械各部の熱変形がワークの加工精度を低下させる。そこで工作機械の各部の温度を計測し、そのとき加工されたワークの加工誤差を計測することにより、機械温度と加工誤差の関係を求めて、ＮＣ装置の指令値を補正する演算式ないし演算テーブルを作成し、これをＮＣ装置に登録して、ＮＣ装置の指令値を補正することにより、加工誤差が生じないようにしている。
【０００３】
工作機械の熱変形量は、温度に比例すると見做してよいので、一般的には図２に示すように、工作機械のベッド１、主軸台２、刃物台３の要所要所に温度センサｓ１、ｓ２・・・を取付け、各センサの検出値ｔ１、ｔ２・・・に乗ずる係数α１、α２・・・と定数βとを試験加工により決定して、補正値δを次式
δ＝α１ｔ１＋α２ｔ２＋・・・αｎｔｎ＋β
で演算するというような方法が採用されている。
【０００４】
要求される加工精度が高くなるに従い、より厳格な補正が必要になることは当然で、１ミクロン代の加工精度を実現しようとすると、機械温度を０．１℃程度の精度で検出して補正を行う必要がある。従って、精度の高い加工を行うためには、高精度でかつ外乱に強いセンサを用いて機械各部の温度検出を行う必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、検出精度が高く外乱に強いセンサは高価であり、また加工位置における熱変位を正確に演算しようとすると、温度センサの取付個数も多くしなければならない。そのため精度の高い補正を行おうとすると、機械に取付けるセンサの価格が高くなり、装置コストの上昇を招く。また、工作機械の設置環境は、必ずしも良好であるとは限らないので、例えばセンサ近くへの切削液や切粉の飛散等のために、一時的な温度変動を生ずる。このような外乱を含む検出温度によって演算された補正値で補正をすると、工作機械の加工精度を低下させてしまうという問題が生ずる。
【０００６】
この発明は、上記問題を解決するためになされたもので、外乱を受けやすい（従って安価な）温度センサを用いた場合でも、ワークの加工誤差を高い精度で補正することができる技術手段を得ることを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の工作機械における熱変形誤差の補正方法は、工作機械に取付けた複数の温度センサｓ１、ｓ２・・・の検出値ｔ１、ｔ２・・・から補正値δを演算して、当該演算値でＮＣ装置の指令値を補正する工作機械における熱変形誤差の補正方法において、隣接設定値εを登録し、所定の時間間隔毎に演算した補正値δの値と前回の補正値δｆの値との差が前記隣接設定値を超えているときは、前回補正値δｆに隣接設定値を加えた値δｆ＋εを補正値とすることを特徴とすることにより、上記課題を解決したものである。
【０００８】
請求項２の発明に係る熱変形誤差の補正方法は、上記方法に加えて更に、補正値の最大値δｍａｘと最小値δｍｉｎとを登録し、演算した補正値δが当該最大値より大きいか又は最小値より小さいときは、当該最大値又は最小値を補正値とするというものである。
【０００９】
また請求項３の発明に係る熱変形誤差の補正方法は、上記請求項２記載の補正方法において、基準温度ｔ０を登録し、所定時間間隔で計測した２４時間分の検出温度の平均値と、前記基準温度の差δｔを用いて演算した季節変動値γで前記補正値又は最大値及び最小値を更に補正するというものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、前述した演算式で補正値δを演算する場合を例にして、この発明の実施形態を説明する。機械の運転を開始してから、所定時間（例えば３時間）毎に温度センサｓ１、ｓ２・・・の検出値ｔ１、ｔ２・・・が読み込まれて、ＮＣ装置５のメモリ１７に記録される。ＮＣ装置５には、隣接設定値ε、補正値の最大値δｍａｘ、補正値の最小値δｍｉｎ及び基準温度ｔ０の登録領域１５が設けられており、試験加工などのデータに基づいてこれらの値が予め登録されている。また、図には示してないが、検出値ｔ１、ｔ２・・・から補正値δを演算するのに使用する係数α１、α２・・・及びβも試験加工の結果に基づき、予めＮＣ装置５に登録されている。ＮＣ装置の補正手段１６は、適時メモリ１７に記録された最新の温度データに基づき、次式
δ＝α１ｔ１＋α２ｔ２＋・・・αｎｔｎ＋β
により、補正値δを演算する。この補正値を経時的にプロットした例を図１に示す。ここで破線上に示した補正値δａ及びδｂは、外乱のためにいずれかの温度センサの検出値が大きく変動したために、演算された補正値δが大きく変動したことを示している（図では誇張して描かれている）。
【００１１】
この発明の方法では、演算された補正値δと、前回の補正値δｆとを比較し、その偏差が隣接設定値εを超えているときは、前回の補正値δｆに隣接設定値εを加えた値を新たな補正値として設定する。これにより図１に破線イで示した補正値の大きな変動がキャンセルされて、図に実線ロ上の補正値δａ’、δｂ’で示すように、補正値の大きな変動を回避できる。
【００１２】
演算された補正値δと前回補正値δｆの差δ−δｆが隣接設定値ε以下のときは、更にその補正値δが最大値δｍａｘや最小値δｍｉｎを超えていないかどうかが判定される。もし、演算された補正値δが登録された最大値又は最小値を超えているときは、その最大値又は最小値を新たな補正値として設定する。これにより図１に破線ハで示す最大値δｍａｘや最小値δｍｉｎを超えた補正値がキャンセルされて、同図に実線ニで示す最大値δｍａｘ又はδｍｉｎが新たな補正値として設定される。
【００１３】
ＮＣ装置５は、設定された補正値で刃物などの位置座標の原点を補正する。実行されている加工プログラム６から、例えば刃物台３の移動指令が出力されたとき、ＮＣ装置５は、補正された原点を基準として刃物台３の位置を制御する。従って、図１に破線イやハで示されているような過大な補正値で指令値が補正されることによって生ずる加工精度の逆方向への変動を防止することができる。
【００１４】
演算された補正値δを最大値δｍａｘ及び最小値δｍｉｎと比較して、補正値の最大値及び最小値をこの設定値の範囲内にするような処理を行った場合、環境温度の季節変動などによって補正値δの最大値と最小値とが過度に制限されることが起こり得る。この問題を避けるには、登録された基準温度ｔ０と検出された１日分の環境温度の平均値との差から、季節係数（環境温度係数）γを演算して、補正値δ又は設定された最大値δｍａｘ及びδｍｉｎを修正する処理を行ってやればよい。
【００１５】
補正値δを上述した演算式で演算する場合を例にして、当該補正値δの季節係数γによる修正の例を以下に説明する。
【００１６】
この場合の補正値δは、次式
δ＝α１ｔ１＋α２ｔ２＋・・・αｎｔｎ＋β＋γ
で与える。係数α１、α２・・・及びβは、前記登録された値を用い、季節係数γは次のようにして求める。即ち、連続運転時における１日分のデータ、例えば３時間毎に環境温度ｔｅの取り込みを行っているとすれば、連続した８つの環境温度の検出値、ｔｅ１、ｔｅ２・・・ｔｅ８からその平均値ｔａｖを次式
ｔａｖ＝（ｔｅ１＋ｔｅ２＋・・・ｔｅ８）／８
で求め、この平均環境温度ｔａｖと登録された基準温度ｔ０との差δｔを
δｔ＝ｔａｖ−ｔ０
で計算し、季節係数γを次式
γ＝（α１＋α２＋・・・αｎ）×δｔ
のような演算処理で求める。この演算は、環境温度の基準値からの変動がそのまま各温度センサの検出値ｔ１、ｔ２・・・の偏差になるとの仮定に基づいているが、補正値の演算としては、実用上十分である。そして、このような温度係数を加味した演算式で補正値δを計算し、前述した実施例と同様に補正値δと前回値δｆの差が隣接設定値εを超えたときの置換処理、及び補正値δが最大値δｍａｘ又はδｍｉｎを超えたときの当該最大値又は最小値との置換処理を行って、指令値の補正を行う。
【００１７】
季節係数γを加味して補正値δを演算したときは、環境温度が基準温度より低いときには、補正値δが小さくなり、高いときには、補正値δが大きくなる。そのため、環境温度の変動によって、補正値δの最大値と最小値とが過度に制限されるのを防止することができる。
【００１８】
なお、上記の例では、環境係数γで補正値δを修正するようにしているが、補正値δの演算には環境係数γを含ませないで、登録された最大値δｍａｘ及び最小値δｍｉｎに季節係数γを加えたものを当該時点での最大値及び最小値として用いることにより、同様な作用効果を達成することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したこの発明により、工作機械の温度変化による補正値を演算するために機械に取付けたセンサの検出値の外乱等による変動によって、補正値が逆方向に働いて、一時的にワークの加工精度を低下させるという問題を回避することができる。これにより、センサの外乱や精度に対するマージンを大きくすることができ、従って、外乱の影響を受けやすい簡単な構造の安価な温度センサを用いても、高い加工精度を実現することができ、加工精度の高い工作機械をより安価に提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】経過時間（横軸）と補正値（縦軸）との関係の一例を従来技術の場合を波線で示し、実施例の場合を実線で示したグラフ
【図２】旋盤を例にした温度センサの配置とＮＣ装置の制御の例を示す模式的なブロック図
【符号の説明】
ｓ１、ｓ２・・・  温度センサ
ｔ１、ｔ２・・・  温度センサの検出値
δ  補正値
ε  隣接設定値
δｍａｘ  補正値の最大値
δｍｉｎ  補正値最小値
【図１】
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【図２】
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