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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024147389
(43)【公開日】2024-10-16
(54)【発明の名称】工作機械の熱変位補正方法及び熱変位補正システム
(51)【国際特許分類】
B23Q 15/18 20060101AFI20241008BHJP
B23Q 17/00 20060101ALI20241008BHJP
G05B 19/404 20060101ALI20241008BHJP
【ＦＩ】
B23Q15/18
B23Q17/00 A
G05B19/404 K
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023060357
(22)【出願日】2023-04-03
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2024-09-17
(71)【出願人】
【識別番号】000154990
【氏名又は名称】株式会社牧野フライス製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100160705
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 健太郎
(74)【代理人】
【識別番号】100227835
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 剛孝
(72)【発明者】
【氏名】坂上 昭裕
【テーマコード（参考）】
3C001
3C029
3C269
【Ｆターム（参考）】
3C001KA05
3C001KB04
3C001TA02
3C001TB02
3C001TB10
3C001TC05
3C029EE01
3C269AB05
3C269BB03
3C269CC02
3C269EF10
3C269JJ18
3C269MN16
3C269MN28
3C269QD00
3C269QE34
(57)【要約】
【課題】工作機械の熱変位補正において、最適な補正パラメータを高精度かつ容易に取得できる方法及びシステムを提供する。
【解決手段】熱変位補正方法は、テーブル１８に固定した校正球４４と、校正球４４の位置を測定するプローブ２８と、温度計４８ａ～４８ｄとを備えること、温度変化量を積算した値が校正球４４の位置の熱変位に相当する固定係数及び重み付けのために固定係数に積算する変動係数を設定すること、温度が変化する１周期間に複数回の校正球４４の位置及び温度変化量の測定を同時に行うこと、測定した温度変化量と固定係数との積に、複数の変動係数を積算して複数の予測熱変位量Ｚを算出することと、複数の予測熱変位量Ｚのうち校正球４４の位置の１周期の変動量との差が最小となる１つの変動係数を特定すること、熱変位補正を固定係数、温度変化量及び決定した変動係数から算出した予測熱変位量Ｚに基づいて行うことを含む。
【選択図】図１
【解決手段】熱変位補正方法は、テーブル１８に固定した校正球４４と、校正球４４の位置を測定するプローブ２８と、温度計４８ａ～４８ｄとを備えること、温度変化量を積算した値が校正球４４の位置の熱変位に相当する固定係数及び重み付けのために固定係数に積算する変動係数を設定すること、温度が変化する１周期間に複数回の校正球４４の位置及び温度変化量の測定を同時に行うこと、測定した温度変化量と固定係数との積に、複数の変動係数を積算して複数の予測熱変位量Ｚを算出することと、複数の予測熱変位量Ｚのうち校正球４４の位置の１周期の変動量との差が最小となる１つの変動係数を特定すること、熱変位補正を固定係数、温度変化量及び決定した変動係数から算出した予測熱変位量Ｚに基づいて行うことを含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
周期的に温度変化が生じる設置環境において設置され、工具が取り付けられた主軸と被加工物を載置したテーブルとを相対的に移動し、前記被加工物を前記工具によって加工する工作機械の熱変位補正方法であって、
前記テーブルに対して固定された測定基準と、前記工作機械の前記主軸に配置され、前記測定基準の位置を測定する位置測定手段と、前記工作機械に取り付けられた温度計とを備えることと、
定数であって、温度変化量を積算した値が前記測定基準の位置の熱変位量に相当する固定係数と、重み付けのために前記固定係数に積算する変数であって、所定の範囲で変動する変動係数とを設定することと、
前記設置環境において、温度変化が生じる１周期の間に複数回にわたって、前記位置測定手段を用いた前記測定基準の位置の測定と前記温度計を用いた前記温度変化量の測定とを同時に行うことと、
測定した前記温度変化量と前記固定係数とを積算した値に、複数の前記変動係数をそれぞれ積算して複数の予測熱変位量を算出することと、
複数の前記予測熱変位量について、測定した前記測定基準の位置の１周期の変動量との差を算出し、当該差が最小となる場合の前記変動係数を特定することと、
前記設置環境における前記被加工物の加工時の熱変位補正を、前記固定係数と前記温度変化量と当該特定した前記変動係数との積によって算出した前記予測熱変位量に基づいて行うことを含む、工作機械の熱変位補正方法。
前記テーブルに対して固定された測定基準と、前記工作機械の前記主軸に配置され、前記測定基準の位置を測定する位置測定手段と、前記工作機械に取り付けられた温度計とを備えることと、
定数であって、温度変化量を積算した値が前記測定基準の位置の熱変位量に相当する固定係数と、重み付けのために前記固定係数に積算する変数であって、所定の範囲で変動する変動係数とを設定することと、
前記設置環境において、温度変化が生じる１周期の間に複数回にわたって、前記位置測定手段を用いた前記測定基準の位置の測定と前記温度計を用いた前記温度変化量の測定とを同時に行うことと、
測定した前記温度変化量と前記固定係数とを積算した値に、複数の前記変動係数をそれぞれ積算して複数の予測熱変位量を算出することと、
複数の前記予測熱変位量について、測定した前記測定基準の位置の１周期の変動量との差を算出し、当該差が最小となる場合の前記変動係数を特定することと、
前記設置環境における前記被加工物の加工時の熱変位補正を、前記固定係数と前記温度変化量と当該特定した前記変動係数との積によって算出した前記予測熱変位量に基づいて行うことを含む、工作機械の熱変位補正方法。
【請求項2】
複数の前記温度計を前記工作機械の複数個所に取り付けることをさらに含む、請求項１に記載の熱変位補正方法。
【請求項3】
前記測定基準は、前記被加工物の表面、リング形状を有する物体の上面及び内周面、球体状物体の表面、又は、円柱状物体の上面及び外周面の何れかで構成し、前記位置測定手段は、前記主軸に保持されたプローブであることを特徴とする、請求項２に記載の熱変位補正方法。
【請求項4】
前記１周期は２４時間であり、前記測定基準の位置及び前記温度変化量の測定は当該１周期又は複数周期にわたって行うことを特徴とする、請求項３に記載の熱変位補正方法。
【請求項5】
前記固定係数及び複数の前記変動係数のデータを記憶するための記憶部を前記工作機械に備えることと、
測定した前記測定基準の位置の前記１周期の前記変動量と、複数の前記変動係数から選択した１つの前記変動係数を用いて算出した前記予測熱変位量に基づいて前記変動量を補正した場合の補正後変動量とを前記記憶部に接続されたディスプレイに表示することと、
ユーザが、表示された前記変動量及び前記補正後変動量に基づいて、複数の前記変動係数の中から１つの前記変動係数を特定することをさらに含む、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の熱変位補正方法。
測定した前記測定基準の位置の前記１周期の前記変動量と、複数の前記変動係数から選択した１つの前記変動係数を用いて算出した前記予測熱変位量に基づいて前記変動量を補正した場合の補正後変動量とを前記記憶部に接続されたディスプレイに表示することと、
ユーザが、表示された前記変動量及び前記補正後変動量に基づいて、複数の前記変動係数の中から１つの前記変動係数を特定することをさらに含む、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の熱変位補正方法。
【請求項6】
周期的に温度変化が生じる設置環境において設置され、工具が取り付けられた主軸と被加工物を載置したテーブルとを相対的に移動し、前記被加工物を前記工具によって加工する工作機械の熱変位補正システムであって、
前記テーブルに対して固定された測定基準と、
前記工作機械の前記主軸に配置され、前記測定基準の位置を測定する位置測定手段と、
前記工作機械に取り付けられた温度計と、
前記位置測定手段及び前記温度計と電気的に接続され、前記設置環境において前記位置測定手段及び前記温度計を作動して、温度変化が生じる１周期の間に複数回にわたって前記測定基準の位置及び前記温度計を用いた温度変化量の測定を同時に行うように構成された制御部とを備え、
前記制御部は、
予め設定された定数であって、前記温度変化量を積算した値が前記測定基準の位置の熱変位に相当する固定係数と、重み付けのために前記固定係数に積算するために予め設定された変数であって、所定の範囲で変動する変動係数とを記憶し、
測定した前記温度変化量と前記固定係数とを積算した値に、複数の前記変動係数をそれぞれ積算して複数の予測熱変位量を算出し、
複数の前記予測熱変位量について、測定した前記測定基準の位置の１周期の変動量との差を算出し、当該差が最小となる場合の前記変動係数を特定し、
前記設置環境における前記被加工物の加工時の熱変位補正を、前記固定係数と前記温度変化量と当該特定した前記変動係数との積によって算出した前記予測熱変位量に基づいて行うことを特徴とする、工作機械の熱変位補正システム。
前記テーブルに対して固定された測定基準と、
前記工作機械の前記主軸に配置され、前記測定基準の位置を測定する位置測定手段と、
前記工作機械に取り付けられた温度計と、
前記位置測定手段及び前記温度計と電気的に接続され、前記設置環境において前記位置測定手段及び前記温度計を作動して、温度変化が生じる１周期の間に複数回にわたって前記測定基準の位置及び前記温度計を用いた温度変化量の測定を同時に行うように構成された制御部とを備え、
前記制御部は、
予め設定された定数であって、前記温度変化量を積算した値が前記測定基準の位置の熱変位に相当する固定係数と、重み付けのために前記固定係数に積算するために予め設定された変数であって、所定の範囲で変動する変動係数とを記憶し、
測定した前記温度変化量と前記固定係数とを積算した値に、複数の前記変動係数をそれぞれ積算して複数の予測熱変位量を算出し、
複数の前記予測熱変位量について、測定した前記測定基準の位置の１周期の変動量との差を算出し、当該差が最小となる場合の前記変動係数を特定し、
前記設置環境における前記被加工物の加工時の熱変位補正を、前記固定係数と前記温度変化量と当該特定した前記変動係数との積によって算出した前記予測熱変位量に基づいて行うことを特徴とする、工作機械の熱変位補正システム。
【請求項7】
前記温度計は、前記工作機械の複数個所に取り付けること特徴とする、請求項６に記載の熱変位補正システム。
【請求項8】
前記測定基準は、前記被加工物の表面、リング形状を有する物体の上面及び内周面、球体状物体の表面、又は、円柱状物体の上面及び外周面の何れかで構成し、前記位置測定手段は、前記主軸に保持されたプローブであることを特徴とする、請求項７に記載の熱変位補正システム。
【請求項9】
前記１周期は２４時間であり、前記測定基準の位置及び前記温度変化量の測定は当該１周期又は複数周期にわたって行うことを特徴とする、請求項８に記載の熱変位補正システム。
【請求項10】
前記工作機械は、前記固定係数及び複数の前記変動係数のデータを記憶するための記憶部と、
前記記憶部と電気的に接続され、測定した前記測定基準の位置の前記１周期の前記変動量と、複数の前記変動係数から選択した１つの前記変動係数を用いて算出した前記予測熱変位量に基づいて前記変動量を補正した場合の補正後変動量とを表示するディスプレイとを備え、
ユーザが、表示された前記変動量及び前記補正後変動量に基づいて、複数の前記変動係数の中から１つの前記変動係数を特定できることを特徴とする、請求項６から請求項９の何れか１項に記載の熱変位補正システム。
前記記憶部と電気的に接続され、測定した前記測定基準の位置の前記１周期の前記変動量と、複数の前記変動係数から選択した１つの前記変動係数を用いて算出した前記予測熱変位量に基づいて前記変動量を補正した場合の補正後変動量とを表示するディスプレイとを備え、
ユーザが、表示された前記変動量及び前記補正後変動量に基づいて、複数の前記変動係数の中から１つの前記変動係数を特定できることを特徴とする、請求項６から請求項９の何れか１項に記載の熱変位補正システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、工作機械の熱変位補正方法及び熱変位補正システムに関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械には、工作機械が稼働することによる内部発熱、加工熱、工作機械が設置されている工場等の室温変化等に起因して熱変位が生じる。このような熱変位は、加工寸法の精度に影響を及ぼすため、熱変位を最小化することが望ましい。そこで、近年では、熱変位補正システムを備えた工作機械が広く提供されている。
【0003】
しかしながら、工作機械の製造時の外的環境と実際に工作機械を使用する工場等の設置環境は異なることが多く、製造時に設定した熱変位補正システムでは、適切に熱変位を補正することができない場合がある。このような場合には、工作機械の設置環境において熱変位補正システムを再度設定することとなり、工作機械の効率低下や作業工数及びコストの増加を招いている。また、特許文献１には、２４時間測定した工作機械の温度を用いて熱変位を補正する補正方法が開示されている。ここでは、熱変位は工作機械の温度に比例するものと仮定として補正値を決定している。しかしながら、実際に発生した熱変位がどの程度補正されているのか明確ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第５３９２５４０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、工作機械の熱変位補正において、最適な補正パラメータを高精度かつ容易に取得できる熱変位補正方法及び熱変位補正システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明によれば、周期的に温度変化が生じる設置環境において設置され、工具が取り付けられた主軸と被加工物を載置したテーブルとを相対的に移動し、被加工物を工具によって加工する工作機械の熱変位補正方法であって、テーブルに対して固定された測定基準と、工作機械の主軸に配置され、測定基準の位置を測定する位置測定手段と、工作機械に取り付けられた温度計とを備えることと、定数であって、温度変化量を積算した値が測定基準の位置の熱変位量に相当する固定係数と、重み付けのために固定係数に積算する変数であって、所定の範囲で変動する変動係数とを設定することと、設置環境において、温度変化が生じる１周期の間に複数回にわたって、位置測定手段を用いた測定基準の位置の測定と温度計を用いた温度変化量の測定とを同時に行うことと、測定した温度変化量と固定係数とを積算した値に、複数の変動係数をそれぞれ積算して複数の予測熱変位量を算出することと、複数の予測熱変位量について、測定した測定基準の位置の１周期の変動量との差を算出し、当該差が最小となる場合の変動係数を特定することと、設置環境における被加工物の加工時の熱変位補正を、固定係数と温度変化量と当該特定した変動係数との積によって算出した予測熱変位量に基づいて行うことを含む、工作機械の熱変位補正方法が提供される。
【0007】
また、本発明によれば、周期的に温度変化が生じる設置環境において設置され、工具が取り付けられた主軸と被加工物を載置したテーブルとを相対的に移動し、被加工物を工具によって加工する工作機械の熱変位補正システムであって、テーブルに対して固定された測定基準と、工作機械の主軸に配置され、測定基準の位置を測定する位置測定手段と、工作機械に取り付けられた温度計と、位置測定手段及び温度計と電気的に接続され、設置環境において位置測定手段及び温度計を作動して、温度変化が生じる１周期の間に複数回にわたって測定基準の位置及び温度計を用いた温度変化量の測定を同時に行うように構成された制御部とを備え、制御部は、予め設定された定数であって、温度変化量を積算した値が測定基準の位置の熱変位に相当する固定係数と、重み付けのために固定係数に積算するために予め設定された変数であって、所定の範囲で変動する変動係数とを記憶し、測定した温度変化量と固定係数とを積算した値に、複数の変動係数をそれぞれ積算して複数の予測熱変位量を算出し、複数の予測熱変位量について、測定した測定基準の位置の１周期の変動量との差を算出し、当該差が最小となる場合の変動係数を特定し、設置環境における被加工物の加工時の熱変位補正を、固定係数と温度変化量と当該特定した変動係数との積によって算出した予測熱変位量に基づいて行うことを特徴とする、工作機械の熱変位補正システムが提供される。
【発明の効果】
【0008】
本発明に係る熱変位補正方法及び熱変位補正システムによれば、工作機械は、テーブルに対して固定された測定基準と、工作機械の主軸に配置され、測定基準の位置を測定する位置測定手段と、工作機械に取り付けられた温度計とを備える。このため、周期的に温度変化が生じる設置環境において、温度変化が生じる１周期の間に複数回にわたって、位置測定手段を用いた測定基準の位置の測定と温度計を用いた温度変化量の測定とを同時に行うことができる。これによって、工作機械が実際に稼働する設置環境における温度変化量と測定基準の位置の変動量との関係を把握することができる。これによって、設置環境の影響を反映した変動係数を決定することができる。
【0009】
また、本発明に係る熱変位補正方法及び熱変位補正システムによれば、測定した温度変化量と固定係数とを積算した値に、重み付けのための複数の変動係数をそれぞれ積算して複数の予測熱変位量を算出し、これらの測定した測定基準の位置の１周期の変動量との差を算出し、当該差が最小となる場合の変動係数を特定することができる。このため、特定した変動係数から算出した予測熱変位量に基づいて変動量を補正することによって、熱変位による変動量を最も小さくすることができ、最適な熱変位補正を行うことができる。また、測定した測定基準の位置の変動量と温度変化量とを対比することによって変動係数を特定することができるため、ユーザが試行錯誤や経験則に基づくことなく、熱変位補正をするための変動係数を高精度かつ容易に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、添付図面を参照して、実施形態に係る工作機械の熱変位補正システムを説明する。同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。理解を容易にするために、図の縮尺を変更して説明する場合がある。
【0012】
図１には、本実施形態に係る熱変位補正システム１０を備えた工作機械１２の斜視図を示す。工作機械１２は、基台となるベッド１４と、ベッド１４の上面に立設されたコラム１６とを備える。ベッド１４の上面には、被加工物であるワーク（図示省略）を配置及び固定するためのテーブル１８が配置されている。
【0013】
コラム１６の前面にはサドル２０が配置され、サドル２０の前面にはＺスライダ２２が配置されている。また、Ｚスライダ２２の下方側には、主軸ヘッド２４が配置され、主軸ヘッド２４の先端側、ここでは、下方側には、主軸ヘッド２４に対してＺ軸に平行な軸線回りに回転可能に構成された主軸２６が取り付けられている。主軸２６は、これと共に回転しながらワークを加工するための工具（図示省略）を着脱可能に構成されている。
【0014】
ここでは、主軸２６の先端側には、位置測定手段としてのプローブ２８が取り付けられている。プローブ２８の先端には、測定対象に接触したことを検出できる接触部２８ａが配置されている。接触を検知した際のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の位置を取得することで、測定対象の位置を検出することができる。
【0015】
本実施形態に係る工作機械１２は、加工対象となるワークに対する工具の相対位置を変更可能に構成されている。工作機械１２には、所定の位置を原点とした機械座標が予め設定されており、互いに直交する直動軸として、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を含む。
【0016】
本実施形態に係る工作機械１２は立形であり、Ｚ軸は鉛直方向に沿って延在する。また、Ｘ軸及びＹ軸は、Ｚ軸に垂直な平面上、ここでは、水平面上に設定する。本実施形態に係る工作機械１２では、テーブル１８は、Ｙ軸方向（機械前後方向）に沿って移動するように構成されている。また、サドル２０は、Ｘ軸方向（機械左右方向）に沿って移動可能に構成されている。さらに、Ｚスライダ２２は、Ｚ軸方向（機械上下方向）に沿って移動可能に構成されている。これによって、工作機械１２は、工具（図示省略）を取り付けるための主軸２６と被加工物としてのワーク（図示省略）を配置するテーブル１８とをＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って相対移動可能に構成されている。
【0017】
工作機械１２は、工具とワークとをＸ軸方向に沿って相対移動させるために、コラム１６の前面に形成された一対のＸ軸レール３０ａ、３０ｂを有する。サドル２０は、Ｘ軸レール３０ａ、３０ｂに取り付けられ、Ｘ軸方向に沿った往復移動が可能となるように構成されている。また、工作機械１２は、ボールねじ機構等によりサドル２０を移動させるＸ軸モータ３２を有する。このため、主軸２６は、サドル２０と共にＸ軸方向に沿って移動させることができる。
【0018】
工作機械１２は、工具とワークとをＹ軸方向に沿って相対移動させるために、ベッド１４の上面に配置された一対のＹ軸レール３４ａ、３４ｂを有する。テーブル１８は、ガイドブロック３６を介してＹ軸レール３４ａ、３４ｂに支持され、Ｙ軸方向に沿った往復移動が可能となるように構成されている。また、工作機械１２は、テーブル１８をＹ軸レール３４ａ、３４ｂに沿って移動させるためのＹ軸モータ３８を有する。
【0019】
工作機械１２は、工具とワークとをＺ軸方向に沿って相対移動させるために、サドル２０の前面に形成された一対のＺ軸レール４０ａ、４０ｂを有する。Ｚスライダ２２は、Ｚ軸レール４０ａ、４０ｂに取り付けられ、Ｚ軸方向に沿って往復移動が可能となるように構成されている。また、工作機械１２は、ボールねじ機構等によりＺスライダ２２を移動させるためのＺ軸モータ４２を有する。このため、工具及び主軸２６は、主軸ヘッド２４と共にＺ軸方向に沿って移動させることができる。さらに、主軸ヘッド２４の内部には、主軸２６をＺ軸方向に沿った軸線回りに回転させるための駆動モータ（図示省略）が配置されている。
【0020】
テーブル１８の上面には、半径の寸法が既知である測定基準としての校正球４４が固定されている。熱変位補正システム１０は、工作機械１２を作動させて主軸２６とテーブル１８とを相対移動させる制御部４６を有する。制御部４６は、工作機械１２を作動してプローブ２８を基準位置からテーブル１８上の校正球４４へと移動し、プローブ２８の接触部２８ａを校正球４４に複数方向から接触させる。接触したときのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の位置から、基準位置に対する校正球４４の位置を求めることができる。なお、以下の説明では、測定基準として校正球４４が用いられているとして説明するが、これに限らず、測定基準には、テーブルに固定された寸法が既知であるワーク、内径、外径及び高さの寸法が既知であるリングゲージ、並びに、半径及び高さの寸法が既知の円柱形状物体等が用いられてもよい。
【0021】
工作機械１２の内部には複数の温度計、ここでは、４つの温度計４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄが配置されている。具体的には、コラム１６の内部には第１の温度計４８ａが配置されており、サドル２０の内部には第２の温度計４８ｂが配置されている。また、主軸ヘッド２４の内部には第３の温度計４８ｃが配置されており、ベッド１４の内部には第４の温度計４８ｄが配置されている。
【0022】
４つの温度計４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄは、熱変位補正システム１０の制御部４６と電気的に接続されており、計測した温度データを熱変位補正システム１０の記憶部５０に記憶、すなわち記録するように構成されている。また、制御部４６は、プローブ２８と電気的に接続されている。このため、プローブ２８によって測定した校正球４４の位置データを記憶部５０に記録するように構成されている。
【0023】
さらに、制御部４６の記憶部５０は、ユーザによって設定された固定係数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄと変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとを予め記録できるように構成されている。固定係数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄは、工作機械１２の形状やこれを構成する部材の線膨張係数等に基づいて決定される定数であって、温度変化量を積算した値が熱変位によって生じる校正球４４の位置の変動量に相当する、すなわち、校正球４４の位置の変動量を温度変化量の関数とした場合の定数（係数）である。固定係数は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及び、Ｚ軸方向の軸方向成分に定義されており、図１に示す固定係数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄは、これらのうち、Ｚ軸方向、すなわち主軸２６の軸線方向の成分を表す。ここでは、固定係数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄは、変動量に対する影響因子ごとに分解して定義されている。具体的には、コラム１６が熱変位、すなわち熱で伸縮することに起因する変動量に相当する固定係数Ｚａ、主軸２６が熱で伸縮することに起因する変動量に相当する固定係数Ｚｂ、テーブル１８が熱で伸縮することに起因する変動量に相当する固定係数Ｚｃ、及び、ベッド１４が熱で伸縮することに起因する変動量に相当する固定係数Ｚｄに分解して定義されている。このため、熱変位により生じる校正球４４の位置の変動量である予測熱変位量Ｚは、これらの４つの固定係数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄにそれぞれ温度変化量を掛けた値を足し合わせて算出する。
【0024】
また、これらの４つの固定係数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄは、工作機械１２の設置環境や工作機械１２の使用状況によって予測熱変位量Ｚに及ぼす影響の度合いが変わり得るため、重み付けをしたうえで足し合わせるように定義されている。具体的には、４つの固定係数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄと温度変化量との積に、重み付けのための４つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄをそれぞれ掛けた値を足し合わせて予測熱変位量Ｚを算出する。このため、図１にも示すように、Ｚ軸方向の予測熱変位量Ｚは、以下の式で算出することができる。
Ｚ＝Ｚａ×Ａ＋Ｚｂ×Ｂ＋Ｚｃ×Ｃ＋Ｚｄ×Ｄ （１）
なお、式（１）では、便宜上、温度変化量を積算して校正球４４の位置の変動量に相当する値に換算したものを固定係数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄとして表している。４つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、所定の範囲で変動する変数であり、変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄごとに複数の値が予め設定、すなわち準備され、記憶部５０に記録されている。
Ｚ＝Ｚａ×Ａ＋Ｚｂ×Ｂ＋Ｚｃ×Ｃ＋Ｚｄ×Ｄ （１）
なお、式（１）では、便宜上、温度変化量を積算して校正球４４の位置の変動量に相当する値に換算したものを固定係数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄとして表している。４つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、所定の範囲で変動する変数であり、変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄごとに複数の値が予め設定、すなわち準備され、記憶部５０に記録されている。
【0025】
以下の説明では、主に、代表例として、Ｚ軸方向の予測熱変位量Ｚについて説明するが、Ｘ軸方向成分の予測熱変位量Ｘ、Ｙ軸方向成分の予測熱変位量ＹもＺ軸方向の予測熱変位量Ｚと同様に取り扱うことができ、以下の式で算出することができる。
Ｘ＝Ｘａ×Ｅ＋Ｘｂ×Ｆ＋Ｘｃ×Ｇ＋Ｘｄ×Ｈ （２）
Ｙ＝Ｙａ×Ｉ＋Ｙｂ×Ｊ＋Ｙｃ×Ｋ＋Ｙｄ×Ｌ （３）
ここで、固定係数Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄ及び固定係数Ｙａ、Ｙｂ、Ｙｃ、Ｙｄは、コラム１６、主軸２６、テーブル１８、及び、ベッド１４が熱で伸縮することに起因するＸ軸方向及びＹ軸方向の変動量に相当する固定係数であり、変動係数Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ及び変動係数Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌは、固定係数Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄ及び固定係数Ｙａ、Ｙｂ、Ｙｃ、Ｙｄにそれぞれ対応する変動係数である。また、式（１）と同様に、式（２）及び式（３）についても、便宜上、温度変化量を積算して校正球４４の位置の変動量に相当する値に換算したものを固定係数Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄ及び固定係数Ｙａ、Ｙｂ、Ｙｃ、Ｙｄとして表している。
Ｘ＝Ｘａ×Ｅ＋Ｘｂ×Ｆ＋Ｘｃ×Ｇ＋Ｘｄ×Ｈ （２）
Ｙ＝Ｙａ×Ｉ＋Ｙｂ×Ｊ＋Ｙｃ×Ｋ＋Ｙｄ×Ｌ （３）
ここで、固定係数Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄ及び固定係数Ｙａ、Ｙｂ、Ｙｃ、Ｙｄは、コラム１６、主軸２６、テーブル１８、及び、ベッド１４が熱で伸縮することに起因するＸ軸方向及びＹ軸方向の変動量に相当する固定係数であり、変動係数Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ及び変動係数Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌは、固定係数Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄ及び固定係数Ｙａ、Ｙｂ、Ｙｃ、Ｙｄにそれぞれ対応する変動係数である。また、式（１）と同様に、式（２）及び式（３）についても、便宜上、温度変化量を積算して校正球４４の位置の変動量に相当する値に換算したものを固定係数Ｘａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄ及び固定係数Ｙａ、Ｙｂ、Ｙｃ、Ｙｄとして表している。
【0026】
図１及び図２に示すように、熱変位補正システム１０は、制御部４６及び記憶部５０と電気的に接続されたディスプレイ５２を備える。図２には、ディスプレイ５２の表示例を示す。ディスプレイ５２には、工作機械１２の温度計測位置Ａ－０１、Ａ－０２、Ａ－０３における温度の時間変化（時系列）が表示される。ここでは、１周期を２４時間とする複数周期、すなわち数日間、校正球４４の位置と温度を計測している。１周期を２４時間とするのは、図中に示すように、昼夜の気温変化のような外的環境の変化が熱変位に及ぼす影響を適切に考慮するためであり、これを複数周期（数日間）連続して行うことによって計測データの信頼性を向上させることができる。
【0027】
図２のディスプレイ５２には、また、プローブ２８によって測定した校正球４４の位置の１周期の変動量ＥＤ１及び変動量ＥＤ１のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向成分の棒グラフＣＰ１が表示される。ディスプレイ５２中の変位量ＥＤ１は、視認を容易にするために、数値ではなく、測定手段の画像の上に半径が変位量ＥＤ１に相当する円で表示されている。さらに、ディスプレイ５２には、記憶部５０に記録された複数の変動係数Ａ～Ｌのセットの中の１つを用いて変位量ＥＤ１を補正した補正後変動量ＥＤ２及び補正後変動量ＥＤ２のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向成分の棒グラフＣＰ２が表示される。補正後変動量ＥＤ２は、予め設定され、記憶部５０に記録された複数の変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットの中の１つと固定係数Ｘａ～Ｘｄ、Ｙａ～Ｙｄ、Ｚａ～Ｚｄと測定した温度変化量との積から予測熱変位量Ｚを算出し、これを変位量ＥＤ１から引くことによって算出する。ディスプレイ５２中の補正後変動量ＥＤ２は、視認を容易にするために、数値ではなく、測定手段の画像の上に半径が補正後変動量ＥＤ２に相当する円で表示されている。このため、ユーザは、ディスプレイ５２に表示された変動量ＥＤ１及び補正後変動量ＥＤ２に基づいて、複数の変動係数Ａ～Ｌのセットの中から最適に熱変位補正を行うための１つの変動係数Ａ～Ｌのセットを簡便に特定することができる。
【0028】
続いて、本実施形態に係る熱変位補正システム１０を使用した熱変位補正の説明を通じて、熱変位補正方法及び熱変位補正システム１０の作用及び効果を説明する。
【0029】
本実施形態に係る熱変位補正システム１０によれば、工作機械１２の設置環境において、１周期として定義した２４時間の間に温度変化の影響が分かるようにユーザが選択した複数の時間において、プローブ２８を用いた校正球４４の位置の測定と温度計４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄを用いた温度変化量の測定とを同時に行うことができる。
【0030】
また、測定した温度変化量と固定係数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄとを積算した値に、複数の変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットをそれぞれ積算して複数の予測熱変位量Ｚを算出し、複数の予測熱変位量Ｚについて、測定した校正球４４の位置の１周期の変動量との差を算出し、当該差が最小となる場合の１つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットを特定することができる。
【0031】
さらに、設置環境におけるワーク（図示省略）の加工時の熱変位補正を、固定係数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄと温度変化量と当該特定した１つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットとの積によって算出した予測熱変位量Ｚに基づいて行うことができる。
【0032】
本実施形態に係る熱変位補正方法及び熱変位補正システム１０によれば、工作機械１２は、テーブル１８に対して固定された校正球４４と、工作機械１２の主軸２６の軸線に沿って配置され、校正球４４の位置を測定するプローブ２８と、工作機械１２に取り付けられた温度計４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄとを備える。このため、周期的に温度変化が生じる設置環境において、温度変化が生じる２４時間に複数回にわたって、プローブ２８を用いた校正球４４の位置の測定と温度計４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄを用いた温度変化量の測定とを同時に行うことができる。これによって、工作機械１２が実際に稼働する設置環境における温度変化量と校正球４４の位置の変動量との関係を把握することができる。これによって、設置環境の影響を反映した１つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットを決定することができる。
【0033】
また、本実施形態に係る熱変位補正方法及び熱変位補正システム１０によれば、測定した温度変化量と固定係数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄとを積算した値に、重み付けのための複数の変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットをそれぞれ積算して複数の予測熱変位量Ｚを算出し、これらの測定した校正球４４の位置の１周期の変動量との差を算出し、当該差が最小となる場合の１つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットを特定することができる。このため、特定した１つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットから算出した予測熱変位量Ｚに基づいて変動量を補正することによって、熱変位による変動量を最も小さくすることができ、最適な熱変位補正を行うことができる。また、測定した校正球４４の位置の変動量と温度変化量とを対比することによって変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを特定することができるため、ユーザが試行錯誤や経験則に基づくことなく、熱変位補正をするための１つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットを高精度かつ容易に決定することができる。
【0034】
さらに、本実施形態に係る熱変位補正方法及び熱変位補正システム１０によれば、温度計４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄは、工作機械１２の複数個所に取り付けられている。このため、熱変位が比較的生じやすいコラム１６、サドル２０、主軸ヘッド２４、及び、ベッド１４等に近い位置で温度変化量を測定することができ、温度変化量と変動量との相関を精度よく把握することができる。これによって、熱変位補正をするのに最適な１つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットを高精度で取得することができる。
【0035】
また、本実施形態に係る熱変位補正方法及び熱変位補正システム１０によれば、主軸２６に取り付けたプローブ２８を用いてテーブル１８に固定された寸法が既知の校正球４４の位置を計測することができる。このため、校正球４４の位置を精度よく計測することができ、校正球４４の位置計測に及ぼす工作機械１２の熱変位の影響を精度よく把握することができる。これによって、熱変位補正をするのに最適な１つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットを高精度で取得することができる。
【0036】
さらに、本実施形態に係る熱変位補正方法及び熱変位補正システム１０によれば、測定を行う１周期は２４時間であり、校正球４４の位置及び温度変化量の測定は当該１周期又は複数周期にわたって行う。このため、２４時間単位で変動する気温の影響を考慮して温度変化量と変動量との相関を精度よく把握することができる。これによって、熱変位補正をするのに最適な１つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットを高精度で取得することができる。
【0037】
また、本実施形態に係る熱変位補正方法及び熱変位補正システム１０によれば、工作機械１２は、固定係数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄ及び複数の変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットのデータを記憶するための記憶部５０を備える。また、記憶部５０と電気的に接続され、測定した校正球４４の位置の１周期、ここでは２４時間の変動量と、複数の変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットの中から選択した１つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットを用いて算出した予測熱変位量Ｚに基づいて変動量を補正した場合の補正後変動量とを表示するディスプレイ５２とを備える。このため、ユーザは、ディスプレイ５２に表示された変動量ＥＤ１及び補正後変動量ＥＤ２に基づいて、複数の変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットの中から１つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットを特定することができる。これによって、熱変位補正をするのに最適な１つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットを容易に取得することができる。
【0038】
以上の説明のとおり、本実施形態に係る熱変位補正システム１０は、工作機械１２の熱変位補正において、最適な変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを高精度かつ容易に取得することができる。
【0039】
（変形例）
以下、本実施形態に係る熱変位補正システム１０の変形例について説明する。本実施形態と同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
以下、本実施形態に係る熱変位補正システム１０の変形例について説明する。本実施形態と同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0040】
図３に示すように、変形例に係る熱変位補正システム７０によれば、工作機械７２は横形であり、主軸２６の軸線方向（Ｚ軸方向）は、機械前後方向に沿って延在し、鉛直方向がＹ軸方向とされている。。このため、Ｘ軸及びＺ軸は、Ｙ軸に垂直な平面上、ここでは、水平面上に設定する。
【0041】
コラム１６の前面には一対のＹ軸レール７４ａ、７４ｂが形成され、Ｙ軸レール７４ａ、７４ｂには、スライダ７６がＹ軸方向に沿ってスライド可能に取り付けられている。また、工作機械７２は、ボールねじ機構等によりスライダ７６をＹ軸方向に沿って移動させるためのＹ軸モータ７８を有する。さらに、コラム１６は、図示しないＸ軸モータによってＸ軸方向に沿ってスライド可能に構成されている。このため、スライダ７６は、Ｙ軸方向（鉛直方向）及びＸ軸方向（機械左右方向）に沿ってスライド可能に構成されている。これによって、軸線がＹ軸方向に沿って延在する主軸ヘッド２４及び主軸２６は、スライダ７６のスライドに合わせてＹ軸方向（鉛直方向）及びＸ軸方向（機械左右方向）に沿ってスライド可能に構成されている。
【0042】
工作機械７２は、工具とワークとをＺ軸方向に沿って相対移動させるために、ベッド１４の上面に配置された一対のＺ軸レール８０ａ、８０ｂを有する。テーブル１８は、ガイドブロック３６を介してＺ軸レール８０ａ、８０ｂに支持され、Ｚ軸方向に沿った往復移動が可能となるように構成されている。また、工作機械７２は、テーブル１８をＺ軸レール８０ａ、８０ｂに沿って移動させるためのＺ軸モータ８２を有する。
【0043】
テーブル１８の上面には、イケール８４が立設されており、Ｚ軸方向に沿って主軸２６と対向する側のイケール８４の側面には校正球４４が固定されている。校正球４４は、プローブ２８の方へ向けて固定されている。
【0044】
工作機械７２の内部には複数の温度計、ここでは、３つの温度計８６ａ、８６ｂ、８６ｃが配置されている。ベッド１４の内部には第１の温度計８６ａが配置されており、コラム１６の内部には第２の温度計８６ｂが配置されている。また、主軸ヘッド２４の内部には第３の温度計８６ｃが配置されており、３つの温度計８６ａ、８６ｂ、８６ｃは、熱変位補正システム１０の制御部４６と電気的に接続されており、計測した温度データを熱変位補正システム１０の記憶部５０に記録するように構成されている。
【0045】
本実施形態に係る熱変位補正方法及び熱変位補正システム７０によれば、測定した温度変化量と固定係数Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄとを積算した値に、重み付けのための複数の変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットをそれぞれ積算して複数の予測熱変位量Ｚを算出し、これらの測定した校正球４４の位置の１周期の変動量との差を算出し、当該差が最小となる１つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットを特定することができる。このため、特定した１つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットから算出した予測熱変位量Ｚに基づいて変動量を補正することによって、熱変位による変動量を最も小さくすることができ、最適な熱変位補正を行うことができる。また、測定した校正球４４の位置の変動量と温度変化量とを対比することによって１つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットを特定することができるため、ユーザが試行錯誤や経験則に基づくことなく、熱変位補正をするための１つの変動係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのセットを高精度かつ容易に決定することができる。
【0046】
以上、工作機械１２、７２の熱変位補正システム１０、７０の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。当業者が想到する範囲において、上記の実施形態の様々な変形が本発明の実施形態に含まれる。
【符号の説明】
【0047】
１０ 熱変位補正システム
１２ 工作機械
１８ テーブル
２６ 主軸
２８ プローブ（位置測定手段）
４４ 校正球（測定基準）
４６ 制御部
４８ａ 第１の温度計
４８ｂ 第２の温度計
４８ｃ 第３の温度計
４８ｄ 第４の温度計
５０ 記憶部
５２ ディスプレイ
７０ 熱変位補正システム
７２ 工作機械
８６ａ 第１の温度計
８６ｂ 第２の温度計
８６ｃ 第３の温度計
Ａ～Ｄ 変動係数
Ｅ～Ｈ 変動係数
Ｉ～Ｌ 変動係数
ＥＤ１ 変動量
ＥＤ２ 補正後変動量
Ｘａ～Ｘｄ 固定係数
Ｙａ～Ｙｄ 固定係数
Ｚａ～Ｚｄ 固定係数
Ｚ 予測熱変位量
１２ 工作機械
１８ テーブル
２６ 主軸
２８ プローブ（位置測定手段）
４４ 校正球（測定基準）
４６ 制御部
４８ａ 第１の温度計
４８ｂ 第２の温度計
４８ｃ 第３の温度計
４８ｄ 第４の温度計
５０ 記憶部
５２ ディスプレイ
７０ 熱変位補正システム
７２ 工作機械
８６ａ 第１の温度計
８６ｂ 第２の温度計
８６ｃ 第３の温度計
Ａ～Ｄ 変動係数
Ｅ～Ｈ 変動係数
Ｉ～Ｌ 変動係数
ＥＤ１ 変動量
ＥＤ２ 補正後変動量
Ｘａ～Ｘｄ 固定係数
Ｙａ～Ｙｄ 固定係数
Ｚａ～Ｚｄ 固定係数
Ｚ 予測熱変位量
【図1】
【図2】
【図3】
【手続補正書】
【提出日】2024-07-16
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
周期的に温度変化が生じる設置環境において設置され、工具が取り付けられた主軸と被加工物を載置したテーブルとを相対的に移動し、前記被加工物を前記工具によって加工する工作機械の熱変位補正方法であって、
前記テーブルに対して固定された測定基準と、前記工作機械の前記主軸に配置され、前記測定基準の位置を測定する位置測定手段と、前記工作機械に取り付けられた温度計とを備えることと、
定数であって、温度変化量を積算した値が前記測定基準の位置の熱変位量に相当する固定係数と、重み付けのために前記固定係数に積算する変数であって、所定の範囲で変動する変動係数とを設定することと、
前記設置環境において、温度変化が生じる１周期の間に複数回にわたって、前記位置測定手段を用いた前記測定基準の位置の測定と前記温度計を用いた前記温度変化量の測定とを同時に行うことと、
測定した前記温度変化量と前記固定係数とを積算した値に、複数の前記変動係数をそれぞれ積算して複数の予測熱変位量を算出することと、
複数の前記予測熱変位量について、測定した前記測定基準の位置の変動量との差を算出し、当該差が最小となる場合の前記変動係数を特定することと、
前記設置環境における前記被加工物の加工時の熱変位補正を、前記固定係数と前記温度変化量と当該特定した前記変動係数との積によって算出した前記予測熱変位量に基づいて行うことを含む、工作機械の熱変位補正方法。
前記テーブルに対して固定された測定基準と、前記工作機械の前記主軸に配置され、前記測定基準の位置を測定する位置測定手段と、前記工作機械に取り付けられた温度計とを備えることと、
定数であって、温度変化量を積算した値が前記測定基準の位置の熱変位量に相当する固定係数と、重み付けのために前記固定係数に積算する変数であって、所定の範囲で変動する変動係数とを設定することと、
前記設置環境において、温度変化が生じる１周期の間に複数回にわたって、前記位置測定手段を用いた前記測定基準の位置の測定と前記温度計を用いた前記温度変化量の測定とを同時に行うことと、
測定した前記温度変化量と前記固定係数とを積算した値に、複数の前記変動係数をそれぞれ積算して複数の予測熱変位量を算出することと、
複数の前記予測熱変位量について、測定した前記測定基準の位置の変動量との差を算出し、当該差が最小となる場合の前記変動係数を特定することと、
前記設置環境における前記被加工物の加工時の熱変位補正を、前記固定係数と前記温度変化量と当該特定した前記変動係数との積によって算出した前記予測熱変位量に基づいて行うことを含む、工作機械の熱変位補正方法。
【請求項2】
複数の前記温度計を前記工作機械の複数個所に取り付けることをさらに含む、請求項１に記載の熱変位補正方法。
【請求項3】
前記測定基準は、前記被加工物の表面、リング形状を有する物体の上面及び内周面、球体状物体の表面、又は、円柱状物体の上面及び外周面の何れかで構成し、前記位置測定手段は、前記主軸に保持されたプローブであることを特徴とする、請求項２に記載の熱変位補正方法。
【請求項4】
前記１周期は２４時間であり、前記測定基準の位置及び前記温度変化量の測定は当該１周期又は複数周期にわたって行うことを特徴とする、請求項３に記載の熱変位補正方法。
【請求項5】
前記固定係数及び複数の前記変動係数のデータを記憶するための記憶部を前記工作機械に備えることと、
測定した前記測定基準の位置の前記１周期の前記変動量と、複数の前記変動係数から選択した１つの前記変動係数を用いて算出した前記予測熱変位量に基づいて前記変動量を補正した場合の補正後変動量とを前記記憶部に接続されたディスプレイに表示することと、
ユーザが、表示された前記変動量及び前記補正後変動量に基づいて、複数の前記変動係数の中から１つの前記変動係数を特定することをさらに含む、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の熱変位補正方法。
測定した前記測定基準の位置の前記１周期の前記変動量と、複数の前記変動係数から選択した１つの前記変動係数を用いて算出した前記予測熱変位量に基づいて前記変動量を補正した場合の補正後変動量とを前記記憶部に接続されたディスプレイに表示することと、
ユーザが、表示された前記変動量及び前記補正後変動量に基づいて、複数の前記変動係数の中から１つの前記変動係数を特定することをさらに含む、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の熱変位補正方法。
【請求項6】
周期的に温度変化が生じる設置環境において設置され、工具が取り付けられた主軸と被加工物を載置したテーブルとを相対的に移動し、前記被加工物を前記工具によって加工する工作機械の熱変位補正システムであって、
前記テーブルに対して固定された測定基準と、
前記工作機械の前記主軸に配置され、前記測定基準の位置を測定する位置測定手段と、
前記工作機械に取り付けられた温度計と、
前記位置測定手段及び前記温度計と電気的に接続され、前記設置環境において前記位置測定手段及び前記温度計を作動して、温度変化が生じる１周期の間に複数回にわたって前記測定基準の位置及び前記温度計を用いた温度変化量の測定を同時に行うように構成された制御部とを備え、
前記制御部は、
予め設定された定数であって、前記温度変化量を積算した値が前記測定基準の位置の熱変位に相当する固定係数と、重み付けのために前記固定係数に積算するために予め設定された変数であって、所定の範囲で変動する変動係数とを記憶し、
測定した前記温度変化量と前記固定係数とを積算した値に、複数の前記変動係数をそれぞれ積算して複数の予測熱変位量を算出し、
複数の前記予測熱変位量について、測定した前記測定基準の位置の変動量との差を算出し、当該差が最小となる場合の前記変動係数を特定し、
前記設置環境における前記被加工物の加工時の熱変位補正を、前記固定係数と前記温度変化量と当該特定した前記変動係数との積によって算出した前記予測熱変位量に基づいて行うことを特徴とする、工作機械の熱変位補正システム。
前記テーブルに対して固定された測定基準と、
前記工作機械の前記主軸に配置され、前記測定基準の位置を測定する位置測定手段と、
前記工作機械に取り付けられた温度計と、
前記位置測定手段及び前記温度計と電気的に接続され、前記設置環境において前記位置測定手段及び前記温度計を作動して、温度変化が生じる１周期の間に複数回にわたって前記測定基準の位置及び前記温度計を用いた温度変化量の測定を同時に行うように構成された制御部とを備え、
前記制御部は、
予め設定された定数であって、前記温度変化量を積算した値が前記測定基準の位置の熱変位に相当する固定係数と、重み付けのために前記固定係数に積算するために予め設定された変数であって、所定の範囲で変動する変動係数とを記憶し、
測定した前記温度変化量と前記固定係数とを積算した値に、複数の前記変動係数をそれぞれ積算して複数の予測熱変位量を算出し、
複数の前記予測熱変位量について、測定した前記測定基準の位置の変動量との差を算出し、当該差が最小となる場合の前記変動係数を特定し、
前記設置環境における前記被加工物の加工時の熱変位補正を、前記固定係数と前記温度変化量と当該特定した前記変動係数との積によって算出した前記予測熱変位量に基づいて行うことを特徴とする、工作機械の熱変位補正システム。
【請求項7】
前記温度計は、前記工作機械の複数個所に取り付けること特徴とする、請求項６に記載の熱変位補正システム。
【請求項8】
前記測定基準は、前記被加工物の表面、リング形状を有する物体の上面及び内周面、球体状物体の表面、又は、円柱状物体の上面及び外周面の何れかで構成し、前記位置測定手段は、前記主軸に保持されたプローブであることを特徴とする、請求項７に記載の熱変位補正システム。
【請求項9】
前記１周期は２４時間であり、前記測定基準の位置及び前記温度変化量の測定は当該１周期又は複数周期にわたって行うことを特徴とする、請求項８に記載の熱変位補正システム。
【請求項10】
前記工作機械は、前記固定係数及び複数の前記変動係数のデータを記憶するための記憶部と、
前記記憶部と電気的に接続され、測定した前記測定基準の位置の前記１周期の前記変動量と、複数の前記変動係数から選択した１つの前記変動係数を用いて算出した前記予測熱変位量に基づいて前記変動量を補正した場合の補正後変動量とを表示するディスプレイとを備え、
ユーザが、表示された前記変動量及び前記補正後変動量に基づいて、複数の前記変動係数の中から１つの前記変動係数を特定できることを特徴とする、請求項６から請求項９の何れか１項に記載の熱変位補正システム。
前記記憶部と電気的に接続され、測定した前記測定基準の位置の前記１周期の前記変動量と、複数の前記変動係数から選択した１つの前記変動係数を用いて算出した前記予測熱変位量に基づいて前記変動量を補正した場合の補正後変動量とを表示するディスプレイとを備え、
ユーザが、表示された前記変動量及び前記補正後変動量に基づいて、複数の前記変動係数の中から１つの前記変動係数を特定できることを特徴とする、請求項６から請求項９の何れか１項に記載の熱変位補正システム。