[发明专利]机床的热位移补偿方法以及热位移补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及机床中的热位移补偿方法以及热位移补偿装置。

背景技术

在机床中，进给螺杆和主轴通过电动机驱动，因此，由于电动机的发热、轴承的旋转所引起的摩擦热、进给螺杆的滚珠螺杆和滚珠螺母的啮合部的摩擦热，主轴或进给螺杆膨胀，机械位置发生位移。即，应该定位的工件与刀具的相对位置关系中产生了偏移。在进行高精度加工的情况下这种由热所导致的机械位置的位移成为问题。

为了除去这种由热导致的机械位置的位移，以往使用不使用温度传感器而简单地、低成本地补偿热位移的技术，或使用位移传感器或温度传感器，根据检测位移或检测温度来补偿指令位置的技术，或者采用了通过对进给螺杆施加初始张力使得不受由热引起的膨胀的影响的构造。

以下表示与热位移的补偿相关的现有技术的例子。

(1)在日本特开2002-18677号公报中公开了以下技术：首先将进给轴的全行程划分为多个区间，然后分别检测该进给轴的各区间的位置，并根据该检测位置求出该区间的平均移动速度，根据该求出的平均移动速度推定该区间的热位移量(由于发热和散热、以及从与该区间邻接的其它区间通过热传递而传来的发热所导致的热位移量)。根据该技术，可以不取决于进给轴的位置地(在全部位置)高精度地进行补偿。另外，不仅进给螺杆，可以进一步考虑主轴或主轴电动机的发热所导致的热位移来高精度地补偿热位移。而且，可以根据推定出的热位移量(补偿量)和实际的机械位置的偏移量(补偿误差)，修正热位移量计算式中的发热系数，进行更准确的补偿。

如上所述，上述专利文献所公开的技术，可以根据进给轴的位置以及速度、主轴的速度、主轴电动机的负荷来推定热位移量，并且与进给轴的位置无关地进行高精度的补偿，但是为了使补偿的精度进一步提高，有考虑室温或切削液的温度等、周围环境的温度变化所导致的热位移的余地。另外，上述专利文献中公开了使用补偿误差来修正热位移量计算式的发热系数的方法，但是在计算式中除此以外还包含系数(散热系数或计算来自邻接区间的热传递的热传递系数)，因此，为使补偿的精度进一步提高，有时仅修正发热系数是不够的，另外，虽然在实际测量了补偿误差的位置的补偿变得更准确，但是在其它位置不一定好。

(2)在日本特开2010-82724号公报中公开了以下技术：不使用传感器地检测伺服电动机的旋转速度，求出滚珠螺杆轴热位移量(不仅包含滚珠螺杆轴的螺母移动部，还包含螺母不可移动的区间的滚珠螺杆轴整个区域的热位移量)。

上述专利文献所公开的技术与所述日本特开2002-18677号公报中公开的技术同样不使用传感器地高精度地推定热位移量来进行补偿，但是由于未考虑室温或切削液的温度等、周围环境的温度变化导致的对热位移的影响，因此存在无法准确补偿的情况，此外，未公开补偿误差产生时的应对方法。

(3)在日本特开2007-21721号公报中公开了以下技术：使用传感器求出滚珠螺杆的热位移量，根据该求出的热位移量求出滚珠螺杆的螺距误差补偿值。详细来说，首先，将滚珠螺杆的长度(A)、将该滚珠螺杆的全长(行程)划分为多个区间而得的各区间的螺距误差补偿值(Pn)、所述各区间的位置(Dn)预先登录在NC装置中。然后，通过传感器测定滚珠螺杆的热位移引起的长度的变化量(ΔA)，通过Dn×ΔA/A的式子求出各区间位置(Dn)的所述滚珠螺杆的长度的变化量，将在该区间的螺距误差补偿值(Pn)上加上所述变化量(Dn×ΔA/A)所得的结果作为该区间的新的螺距误差补偿值登录在NC装置中。于是，根据所登录的新的螺距误差补偿值进行螺距误差补偿。

在上述专利文献所公开的技术中，以滚珠螺杆与位置无关地均匀变化为前提来进行新的螺距误差补偿值的运算。但是，通常根据滚珠螺杆的旋转速度(螺母的移动速度)和移动位置，滚珠螺杆的各区间中的位移量不同。因此，通过该方法无法进行与滚珠螺杆的位置对应的准确的补偿。在该专利文献所公开的技术中与所述日本特开2002-18677号公报所公开的技术不同，使用位置检测器来检测位移量，但是由于未考虑滚珠螺杆的各位置的热位移的分布，因此无法进行准确的补偿。

(4)在日本特开2002-144192号公报中公开了以下技术：一种进给螺杆的两点间位移补偿方法，其求出进给螺杆的两端两点差，进行根据该误差决定了原点偏移量以及螺距误差补偿量的整个行程的误差补偿。