特開 2024-32030 工作機械の熱変位量導出方法、制御装置及び工作機械

(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】P2024032030

(43)【公開日】2024-03-11

(54)【発明の名称】工作機械の熱変位量導出方法、制御装置及び工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 15/18 20060101AFI20240304BHJP

   G05B 19/404 20060101ALI20240304BHJP

【ＦＩ】

B23Q15/18

G05B19/404 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022135462

(22)【出願日】2022-08-28

(71)【出願人】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】株式会社ＦＵＪＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100190333

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 群司

(74)【代理人】

【識別番号】100147625

【弁理士】

【氏名又は名称】澤田 高志

(74)【代理人】

【識別番号】100155099

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 裕輔

(72)【発明者】

【氏名】水田 賢治

(72)【発明者】

【氏名】古川 和也

【テーマコード（参考）】

3C001

3C269

【Ｆターム（参考）】

3C001KA05

3C001KB01

3C001KB09

3C001TA02

3C001TB10

3C001TC01

3C269AB02

3C269AB31

3C269BB03

3C269CC02

3C269CC13

3C269CC19

3C269EF10

3C269MN28

(57)【要約】

【課題】 工作機械及び工作機械の熱変位量導出方法において、より精度よく熱変位量を導出（予測）する。
【解決手段】 工作機械の熱変位量導出方法は、工作機械を構成する機械要素の温度に係るデータである温度データを測定して記憶する測定記憶工程と、前記測定記憶工程にて記憶した所定回数分の前記温度データを、前記機械要素の温度変化量をパラメータとして有しかつ前記工作機械の熱変位量を導出するための演算式に使用することにより、前記熱変位量を導出する導出工程と、を有する。
【選択図】 図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機械を構成する機械要素の温度に係るデータである温度データを測定して記憶する測定記憶工程と、
前記測定記憶工程にて記憶した所定回数分の前記温度データを、前記機械要素の温度変化量をパラメータとして有しかつ前記工作機械の熱変位量を導出するための演算式に使用することにより、前記熱変位量を導出する導出工程と、
を有する工作機械の熱変位量導出方法。

【請求項2】

前記導出工程は、前記熱変位量を導出する時点の直近の前記所定回数分の前記温度データを使用して、前記熱変位量を導出する請求項１に記載の工作機械の熱変位量導出方法。

【請求項3】

前記演算式は、前記熱変位量を、前記工作機械の任意の測定箇所の温度変化量に所定係数を乗算して得た乗算値の総和で表しており、
前記導出工程は、前記所定回数分の前記温度データの平均値を前記測定箇所の温度変化量として使用して前記熱変位量を導出する請求項１または請求項２に記載の工作機械の熱変位量導出方法。

【請求項4】

前記測定箇所の前記温度変化量は、使用する前記所定回数分の前記温度データを重み付けして算出される請求項３に記載の工作機械の熱変位量導出方法。

【請求項5】

前記演算式は、
Ｐ＝Ｋ１・ΔＴａ＋Ｋ２・ΔＴｂ＋… （数１）
であり、
Ｐは前記熱変位量であり、Ｋ＊は係数であり、ΔＴ＊は前記工作機械の任意の測定箇所の温度変化量である請求項１に記載の工作機械の熱変位量導出方法。

【請求項6】

前記測定箇所の温度変化量ΔＴ＊は、
ΔＴ＊＝（α１／ｎ）・Ｔ＊（１）＋（α２／ｎ）・Ｔ＊（２）＋…＋（αｎ／ｎ）・Ｔ＊（ｎ）
（数２）
により算出され、
α＊／ｎは重み付け係数であり、Ｔ＊（ｎ）はｎ番目に測定した温度変化量であり、ｎは前記所定回数である請求項５に記載の工作機械の熱変位量導出方法。

【請求項7】

工作機械を構成する機械要素の温度に係るデータである温度データを測定して記憶する測定記憶部と、
前記測定記憶部にて記憶した所定回数分の前記温度データを、前記機械要素の温度変化量をパラメータとして有しかつ前記工作機械の熱変位量を導出するための演算式に使用することにより、前記熱変位量を導出する導出部と、
を有する制御装置。

【請求項8】

請求項７に記載の制御装置を備えた工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、工作機械の熱変位量導出方法、制御装置及び工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械の熱変位量導出方法の一形式として、特許文献１には、主軸旋回型多軸工作機械の発熱上の主要部に温度センサを取り付ける過程と、実稼働時の前に、主軸を回転させて、前記温度センサにより前記発熱上の主要部の温度変化およびこの温度変化に伴う変位を測定する過程と、前記温度変化と変位との関係を重回帰分析することにより補正式を得る過程と、実稼働時に得られた温度データを前記補正式に代入して予測変位を求める過程と、前記予測変位をもとに位置補正値を求めてNC装置へ送出する過程と、を備えた多軸工作機械の熱変位補正方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－１５４９０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した特許文献１に記載されている多軸工作機械の熱変位補正方法において、実稼働時に得られた温度データを、前記温度変化と変位との関係を重回帰分析することにより得られた補正式に代入して予測変位（熱変位量）を求めることができるものの、より精度よく熱変位量を導出（予測）することが要請されている。

【0005】

このような事情に鑑みて、本明細書は、より精度よく熱変位量を導出（予測）することができる工作機械及び工作機械の熱変位量導出方法を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書は、工作機械を構成する機械要素の温度に係るデータである温度データを測定して記憶する測定記憶工程と、前記測定記憶工程にて記憶した所定回数分の前記温度データを、前記機械要素の温度変化量をパラメータとして有しかつ前記工作機械の熱変位量を導出するための演算式に使用することにより、前記熱変位量を導出する導出工程と、を有する工作機械の熱変位量導出方法を開示する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、熱変位量を導出する演算式のパラメータである温度データとして、所定回数分すなわち多数の測定データを使用するため、比較的高精度にて（より精度よく）熱変位量を導出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】工作機械が適用された複合加工機１の内部を示す斜視図である。

【図2】図１に示す複合加工機１の内部を示す側面図である。

【図3】図１に示す工具主軸装置２を示す側面図である。

【図4】図１に示す複合加工機１の外観正面図である。

【図5】複合加工機１を示すブロック図である。

【図6】図５に示す制御装置９０にて実施されるプログラムを表すフローチャートである。

【図7】図５に示す制御装置９０にて実施されるプログラムを表すフローチャートである。

【図8】図５に示す制御装置９０にて実施されるプログラムを表すフローチャート（ワーク加工サブルーチン）である。

【図9】図５に示す制御装置９０にて実施されるワークＷの加工の実施例１及び比較例１を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、工作機械及び工作機械の熱変位量導出方法が適用された複合加工機の一実施形態について説明する。本実施形態の複合加工機１は、ＮＣ旋盤とマシニングセンタの両方の機能を持った工作機械である。この複合加工機１は、図１に示すように、把持したワークＷに回転を与える第１ワーク主軸装置３および第２ワーク主軸装置４と、ワークＷの加工に対応した複数の工具Ｔ（タレット工具）を有する第１タレット装置５および第２タレット装置６が、それぞれ左右対称に配置された対向二軸旋盤に加え、機体中央に旋盤では難しい加工を実行するための工具主軸装置２が設けられている。

【0010】

（複合加工機）
複合加工機１は、ワークＷを加工する工作機械（ワーク加工装置）であり、第１ワーク主軸装置３および第２ワーク主軸装置４、第１タレット装置５および第２タレット装置６、工具主軸装置２が一つのベッド７に搭載されている。特に、複合加工機１は、省スペース化を達成することができるようにコンパクトな構成になっている。具体的には、機体前方側に第１ワーク主軸装置３と第２ワーク主軸装置４とが配置され、その後方には第１タレット装置５と第２タレット装置６が配置されている（図２参照）。そして、複合加工機１は、こうした対向二軸旋盤に加えて第１タレット装置５と第２タレット装置６に挟まれるようにして機体中央に工具主軸装置２が配置されている。

【0011】

（対向二軸旋盤）
第１ワーク主軸装置３および第２ワーク主軸装置４は、主軸の中心線が機体幅方向であって且つ水平になるよう設計されており、その移動方向は主軸と平行なＺ軸方向である。第１および第２タレット装置５，６と工具主軸装置２とは、いずれも主軸（Ｚ軸）と直交する機体前後方向と機体上下方向に沿って移動するものである。特に、工具主軸装置２の移動方向が水平なＹ軸と鉛直なＸ軸であるのに対し、第１および第２タレット装置５，６の移動方向は、Ｙ軸及びＸ軸を４５度傾けたＹＬ軸（図２参照）とＸＬ軸である。

【0012】

複合加工機１は、機体前後方向の寸法を抑えるため、ベッド７がスラントベッド構造であり、第１および第２ワーク主軸装置３，４の搭載面が前を低くした前側傾斜面１１であり、逆に機体後方側に配置された第１および第２タレット装置５，６の搭載面は後を低くした後側傾斜面１２（図２参照）である。そして、装置全体の配置が前傾になるように、前側傾斜面１１は低い位置に形成され、後側傾斜面１２は高い位置に形成されている。

【0013】

第１および第２ワーク主軸装置３，４（以下、両装置共通の説明をする場合はワーク主軸装置３，４とする）は同じ構造であり、図１，図２に示すように、円筒形状の主軸台２２にスピンドルが回転自在に組み込まれ、そこに加工対象であるワークＷを把持および解放するチャック機構２１が組付けられている。スピンドルにはスピンドルモータ２３の回転軸との間にプーリを介してベルトが掛け渡され、チャック機構２１に把持されたワークＷに対する加工時の位相決めや所定速度での回転が与えられるようになっている。

【0014】

ワーク主軸装置３，４は、主軸台２２やスピンドルモータ２３が主軸スライド２４に搭載され、ベッド７の前側傾斜面１１をＺ軸方向に沿って移動するようにした駆動機構が設けられている。前側傾斜面１１には、Ｚ軸に平行な２本のガイドレール２５が固定され、主軸スライド２４の下面に固定されたガイドブロック２６が摺動可能に噛み合っている。主軸スライド２４は、下面が前側傾斜面１１の角度に合わせられ、主軸台２２およびスピンドルモータ２３が、前側傾斜面１１から前方側に大きく突き出ないように、上下に搭載されている。尚、図２に示すように、主軸台２２は、主軸台固定用部材（イケール）２４ａを介して主軸スライド２４に設けられている。

【0015】

ワーク主軸装置３，４は、図１に示すように、ボールネジ機構によってＺ軸方向に沿った移動が可能であり、２本のガイドレール２５の間にはＺ軸に平行なネジ軸２７が軸受を介して支持されている。機体幅方向の外側にＺ軸サーボモータ２８が設けられ、その回転軸がネジ軸２７に連結されている。一方、主軸スライド２４にはネジ軸２７が通ったナット部材が固定され、Ｚ軸サーボモータ２８の回転出力により主軸スライド２４がＺ軸方向に沿って直線移動するよう構成されている。

【0016】

次に、第１タレット装置５および第２タレット装置６（以下、両装置共通の説明をする場合はタレット装置５，６とする）は、複数の工具Ｔの中から該当する工具Ｔを旋回割出しによって選択し、ワークＷに対する切削など所定の加工を行うものである。工具Ｔは、本実施形態では、バイト、ドリルなどの切削工具であり、ワークＷを加工する加工工具の一種である。タレット装置５，６は、図１，図２に示すように、円盤状のタレット３１に複数の工具Ｔが円周方向に沿って等間隔で取り付けられ、割出し用サーボモータ３２の回転制御によって、任意の工具Ｔを円周上の加工位置に位置決めできるよう構成されている。タレット３１の工具Ｔは、バイトやドリルなどの先端が機体幅方向の外側（対になっているワーク主軸装置）を向いて取り付けられている。従って、加工時には、ワーク主軸装置３，４がＺ軸方向に沿って移動することにより、Ｚ軸方向に沿って移動するワークＷに対して工具Ｔが機体中央側から当てられることになる。

【0017】

タレット装置５，６は、図２に示すように、工具Ｔを加工位置へと移動させるため、タレット３１をＺ軸に直交するＸＹ平面上であって、水平方向および鉛直方向に対して４５度の角度をもったＹＬ軸方向とＸＬ軸方向に沿って移動させるようにした駆動機構が設けられている。ベッド７にはＹＬ軸に平行な後側傾斜面１２が形成され、そこにＹＬ軸ガイドレール３３が固定されている。断面略三角形状のベーススライド（Ｙｔコラムと称してもよい。）３４は、その一面にＹＬ軸ガイドレール３３を摺動するガイド部３５が設けられ、９０度で隣り合う面がタレット３１の搭載面であり、そこにはＸＬ軸ガイドレール３６が設けられている。タレットスライド３７は、そのガイド部４０がＸＬ軸ガイドレール３６に対して摺動可能に噛み合っている。尚、タレット３１は、ベーススライド３４に設けられたタレットボックス３１ａに回転自在に支持されている。

【0018】

ベーススライド３４とタレットスライド３７にはボールネジ機構が設けられている。ＹＬ軸ガイドレール３３とＸＬ軸ガイドレール３６とのそれぞれに平行なネジ軸が軸受によって支持され、そのネジ軸がベーススライド３４やタレットスライド３７に固定されたナット部材を通っている。各々のネジ軸はＹＬ軸サーボモータ３８またはＸＬ軸サーボモータ３９の回転軸に連結されている。従って、タレット装置５，６は、ＹＬ軸サーボモータ３８とＸＬ軸サーボモータ３９の駆動制御によってタレット３１のＹＬ軸およびＸＬ軸の各方向に沿った移動制御のほか、両軸方向の移動を合成した水平方向に沿った移動制御が可能になっている。尚、ＸＬ軸サーボモータ３９は、モータブラケット３９ａを介してタレットスライド３７に固定されている。

【0019】

（工具主軸装置）
工具主軸装置２は、タレット装置５，６ではできない深さや角度でのワーク加工を可能にするものである。工具主軸装置２は、図３に示すように、主軸ヘッド４１内に主軸用サーボモータ４１ａ（図５参照）や工具スピンドルが内蔵され、その下端部に設けられた工具装着部に対して、自動工具交換装置８（図４参照）に収められた様々な工具Ｔ（主軸ヘッド工具）の取り替えが行われるようになっている。図３に示すように、主軸ヘッド４１は、主軸スライド４２に対して回転可能に取り付けられ、回転伝達機構を介してＢ軸モータ４３の回転が伝達されるよう構成されている。

【0020】

工具主軸装置２は、工具Ｔを加工位置へと移動させるため、主軸ヘッド４１を水平なＹ軸方向と鉛直なＸ軸方向に沿って移動させるようにした駆動機構が設けられている。ベッド７（工具主軸装置搭載面１３）上に水平なガイドレール４４が固定され、ベーススライド４５のガイド部４６が摺動可能に噛み合っている。ベーススライド４５には、前側に鉛直な（Ｘ軸方向に沿って延びる）ガイドレール５１が構成され、そこに主軸スライド４２のガイド部４７が摺動可能に噛み合っている。ベーススライド４５と主軸スライド４２は、ともにボールネジ機構が設けられている。各方向のネジ軸がベーススライド４５または主軸スライド４２に固定されたナット部材を通り、Ｙ軸サーボモータ４８またはＸ軸サーボモータ４９が連結されている。尚、Ｘ軸サーボモータ４９は、モータブラケット４９ａを介してベーススライド４５の上端部に固定されている。

【0021】

複合加工機１は、第１ワーク主軸装置３と第２ワーク主軸装置４で同時にワークＷを加工するほか、工具主軸装置２における工具交換も行うことが可能である。そのため、図１に示すように、各装置がクーラントや切屑などの影響を受けないように、２枚の分離シャッタ１５が設けられている。分離シャッタ１５は、工具主軸装置２の幅方向両側に配置され、駆動機構によって機体前後方向に沿って水平移動するよう構成されたものである。複合加工機１は、この分離シャッタ１５によって、第１ワーク主軸装置３と第１タレット装置５による第１加工室１０Ａと、第２ワーク主軸装置４と第２タレット装置６による第２加工室１０Ｂと、工具主軸装置２に対して行われる工具交換室１０Ｃとに分けることができる。なお、一方の分離シャッタ１５だけを閉じることにより、工具交換室１０Ｃを含めた空間を第１加工室１０Ａまたは第２加工室１０Ｂとすることもできる。

【0022】

さらに、複合加工機１は、図４に示すように、ベッド７上の第１ワーク主軸装置３などのほか、機体カバー１００、自動工具交換装置８、ワーク自動搬送装置９、制御装置９０などを備えている。工具主軸装置２、ワーク主軸装置３，４、タレット装置５，６、自動工具交換装置８、ワーク自動搬送装置９、制御装置９０などは、機体カバー１００によって覆われている。ガントリ式のワーク自動搬送装置９は、機体カバー１００から上方に突き出すようにして設けられ、機体の内部では把持したワークＷを３軸方向に沿って移動させるよう構成されている。機体正面には中央に操作盤１１０が設けられ、その左右両側には左正面扉１５１と右正面扉１５２とが形成されている。操作盤１１０の奥には工具主軸装置２が位置し、左正面扉１５１と右正面扉１５２の奥には第１および第２加工室１０Ａ，１０Ｂがある。そして、自動工具交換装置８は、そのツールマガジンが機体前面の左右正面扉１５１，１５２よりも前方に突き出すようにして配置され、マガジンカバー１５３によって覆われている。

【0023】

（温度センサ）
複合加工機１は、多数の温度センサＴＨ１１～ＴＨ１６，ＴＨ２１～ＴＨ２６，ＴＨ３１～ＴＨ３５を備えている。温度センサＴＨ１１～ＴＨ１６は、第１温度センサ群ＴＨ１０（図５参照）と称してもよく、ワーク主軸装置３，４に設けられた温度センサである（図１参照）。本実施形態では、ワーク主軸装置４の温度センサＴＨ１１～ＴＨ１６を表示し、ワーク主軸装置３の温度センサを省略している。

【0024】

温度センサＴＨ２１～ＴＨ２６は、第２温度センサ群ＴＨ２０（図５参照）と称してもよく、タレット装置５，６に設けられた温度センサである（図１及び図２参照）。本実施形態では、タレット装置６の温度センサＴＨ２１～ＴＨ２６を表示し、タレット装置５の温度センサを省略している。温度センサＴＨ３１～ＴＨ３５は、第３温度センサ群ＴＨ３０（図５参照）と称してもよく、工具主軸装置２に設けられた温度センサである（図３参照）。

【0025】

温度センサＴＨ１１は、主軸スライド２４の下部後部（図１にて右下部）に設けられ、主軸スライド２４の下部後部の温度を検出する。温度センサＴＨ１２は、主軸台固定用部材（イケール）２４ａの下部前部（図１にて左下部）に設けられ、主軸台固定用部材２４ａの下部前部の温度を検出する。温度センサＴＨ１３は、主軸台固定用部材２４ａの下部後部（図１にて右下部）に設けられ、主軸台固定用部材２４ａの下部後部の温度を検出する。温度センサＴＨ１４は、主軸台固定用部材２４ａの上下方向中間部に設けられ、主軸台固定用部材２４ａの中間部の温度を検出する。温度センサＴＨ１５は、主軸台２２の前側ベアリング部（図１にて左側のベアリング部）に設けられ、主軸台２２の前側ベアリング部の温度を検出する。温度センサＴＨ１６は、主軸台２２の後側ベアリング部（図１にて右側のベアリング部）に設けられ、主軸台２２の後側ベアリング部の温度を検出する。

【0026】

第１温度センサ群ＴＨ１０は、ワーク主軸装置３，４に関する温度センサであり、ワーク主軸装置３，４に関する温度を検出する。温度センサＴＨ１１～ＴＨ１６の各検出結果は、制御装置９０に出力されている。

【0027】

温度センサＴＨ２１は、図２に示すように、ベッド７の後側傾斜面１２の下端部（ベッド下）に設けられ、ベッド７の後側傾斜面１２の下端部の温度を検出する。温度センサＴＨ２２は、ベッド７の後側傾斜面１２の上端部（ベッド上）に設けられ、ベッド７の後側傾斜面１２の上端部の温度を検出する。温度センサＴＨ２３は、ベーススライド３４のタレット搭載面の下端部（Ｙｔコラムの下前部）に設けられ、ベーススライド３４のタレット搭載面の下端部の温度を検出する。温度センサＴＨ２４は、ベーススライド３４のタレット搭載面の上端部（Ｙｔコラムの上端部）に設けられ、ベーススライド３４のタレット搭載面の上端部の温度を検出する。温度センサＴＨ２５は、ＸＬ軸サーボモータ３９をタレットスライド３７に固定するためのモータブラケット３９ａの下端部に設けられ、モータブラケット３９ａの下端部（タレットスライド３７の上端部）の温度を検出する。温度センサＴＨ２６は、図１に示すように、タレットボックス３１ａに設けられ、タレットボックス３１ａの温度を検出する。

【0028】

第２温度センサ群ＴＨ２０は、タレット装置５，６に関する温度センサであり、タレット装置５，６に関する温度を検出する。温度センサＴＨ２１～ＴＨ２６の各検出結果は、制御装置９０に出力されている。

【0029】

温度センサＴＨ３１は、図３に示すように、ベッド７の工具主軸装置搭載面１３の後端部（ベッド後）に設けられ、ベッド７の工具主軸装置搭載面１３の後端部の温度を検出する。温度センサＴＨ３２は、ベーススライド４５の下前部に設けられ、ベーススライド４５の下前部の温度を検出する。温度センサＴＨ３３は、Ｘ軸サーボモータ４９をベーススライド４５に固定するためのモータブラケット４９ａ（モータブラケット４９ａの取付部）に設けられ、モータブラケット４９ａの取付部すなわちベーススライド４５の上端部の温度を検出する。温度センサＴＨ３４は、主軸スライド４２のボールネジ機構のハウジング４５ａの上端部に設けられ、ハウジング４５ａの上端部すなわち主軸スライド４２のボールネジ機構の温度を検出する。温度センサＴＨ３５は、主軸スライド４２の下端部に設けられ、主軸スライド４２の下端部を検出する。

【0030】

第３温度センサ群ＴＨ３０は、工具主軸装置２に関する温度センサであり、工具主軸装置２に関する温度を検出する。温度センサＴＨ３１～ＴＨ３５の各検出結果は、制御装置９０に出力されている。

【0031】

機械要素は、工作機械を構成する機能部品であり、本実施形態では、工具主軸装置２、ワーク主軸装置３，４、及びタレット装置５，６を構成する各機能部品である。具体的には、工具主軸装置２において、ベッド７、ベーススライド４５、モータブラケット４９ａ、主軸スライド４２のボールネジ機構、主軸スライド４２などが挙げられる。ワーク主軸装置３，４において、主軸スライド２４、主軸台固定用部材（イケール）２４ａ、主軸台２２の前側ベアリング部、主軸台２２の後側ベアリング部などが挙げられる。タレット装置５，６において、ベッド７、ベーススライド３４、モータブラケット３９ａ、タレットボックス３１ａなどが挙げられる。

【0032】

（制御装置）
制御装置９０は、工具主軸装置２、ワーク主軸装置３，４、タレット装置５，６、自動工具交換装置８、及びワーク自動搬送装置９を駆動制御する制御装置である。特に、制御装置９０は、所定回数分の温度データを、機械要素の温度変化量をパラメータとして有しかつ工作機械の熱変位量を導出するための演算式に使用することにより、熱変位量を導出する。制御装置９０は、図５に示すように、入力装置９０ａ、表示装置９０ｂ、記憶装置９０ｃ、各温度センサＴＨ１１～ＴＨ１６，ＴＨ２１～ＴＨ２６，ＴＨ３１～ＴＨ３５、各モータ２３，２８，３２，３８，３９，４１ａ，４３，４８，４９、自動工具交換装置８、及び、ワーク自動搬送装置９に接続されている。

【0033】

入力装置９０ａは、複合加工機１の前面に設けられており、作業者（ユーザ）が各種設定、各種指示などを制御装置９０に入力するためのものである。表示装置９０ｂは、複合加工機１の前面に設けられており、作業者に対して運転状況やメンテナンス状況などの情報を表示するためのものである。記憶装置９０ｃは、複合加工機１の制御に係るデータ、例えば、制御プログラム（加工プログラム）、制御プログラムで使用するパラメータ、各種設定や各種指示に関するデータ、実検出データ、関連付けデータなどを記憶している（記憶部）。特に、記憶装置９０ｃは、上述した機械要素の温度データを記憶する。

【0034】

制御装置９０は、マイクロコンピュータ（不図示）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも不図示）を備えている。ＣＰＵは、各種プログラムを実施して、入力装置９０ａ、記憶装置９０ｃ及び各温度センサＴＨ１１～ＴＨ１６，ＴＨ２１～ＴＨ２６，ＴＨ３１～ＴＨ３５からデータ、検出信号、制御情報などを取得したり、表示装置９０ｂ、各モータ２３，２８，３２，３８，３９，４１ａ，４３，４８，４９、自動工具交換装置８、及び、ワーク自動搬送装置９を制御したりする。ＲＡＭは同プログラムの実施に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。

【0035】

制御装置９０は、図５に示すように、測定記憶部９１、導出部９２、補正部９３、及び加工部９４を備えている。測定記憶部９１は、複合加工機１（工作機械）を構成する機械要素の温度に係るデータである温度データを測定して記憶する。導出部９２は、測定記憶部９１にて記憶した所定回数分の温度データを、機械要素の温度変化量をパラメータとして有しかつ複合加工機１の熱変位量を導出するための演算式に使用することにより、熱変位量を導出する。補正部９３は、導出部９２にて導出された熱変位量に基づいて、モータ２３，２８，３２，３８，３９，４１ａ，４３，４８，４９、自動工具交換装置８、及び、ワーク自動搬送装置９などへの制御指令値（指示値）を補正して補正後指令値（指示値）を導出する。加工部９４は、補正部９３にて導出した補正後指令値により、モータ２３，２８，３２，３８，３９，４１ａ，４３，４８，４９を制御してワークＷを加工する。

【0036】

（ワーク加工）
さらに、上述した工作機械（複合加工機１）におけるワーク加工について図６に示すフローチャートに沿って説明をする。制御装置９０は、自動運転開始の指示があれば、ワーク加工に係る自動運転を開始する。自動運転においては、加工工具によるワークＷの加工が加工プログラムに沿って実施される。加工プログラムは、複数の加工グループにグループ分けされている。加工グループは、加工の内容によりグループ分けされている。加工の内容としては、加工工具の種別、加工が実施される加工部位などが挙げられる。加工部位としては、端面加工、内径加工、外径加工などが挙げられる。

【0037】

制御装置９０は、自動運転開始の指示があれば、ワーク加工に係る自動運転を開始する。具体的には、ステップＳ１０２において、制御装置９０は、自動起動スイッチ（不図示）のオン・オフに基づいて自動運転が開始されたか否かを判定する。制御装置９０は、自動起動スイッチがオンであれば自動運転が開始されたと判定し（ステップＳ１０２にて「ＹＥＳ」）、プログラムをステップＳ１０４に進める。一方、制御装置９０は、自動起動スイッチがオフであれば自動運転が開始されていないと判定し（ステップＳ１０２にて「ＮＯ」）、ステップＳ１０２の処理を繰り返す。

【0038】

ステップＳ１０４において、制御装置９０は、ワークＷの加工（ワーク加工）を実施する自動運転を実施する。例えば、複合加工機１では、次のような流れによってワークＷの加工が行われる。入力側ストッカのワークＷがワーク自動搬送装置９によって第１ワーク主軸装置３へと運ばれ、チャック機構２１によって把持される。第１タレット装置５では、タレット３１の駆動によって選択された工具Ｔが、ＹＬ軸に平行な加工移動線上を移動し、ワークＷに対する加工位置に位置決めされる。第１ワーク主軸装置３では、スピンドルモータ２３の駆動によりチャック機構２１に把持されたワークＷが回転し、主軸スライド２４がガイドレール２５に沿ってＺ軸方向に沿って移動することにより、ワークＷに対して工具Ｔが当てられて所定の加工が行われる。

【0039】

第１ワーク主軸装置３におけるワークＷの第１加工は、第１タレット装置５による加工のほか、工具主軸装置２を加えた加工、或いは工具主軸装置２のみによる加工が行われる。工具主軸装置２によってワークＷの加工が行われる場合には、タレット３１が第１ワーク主軸装置３から離れる。工具主軸装置２は、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に沿った移動によって位置決めが行われ、主軸ヘッド４１がＢ軸の回転により工具Ｔの角度が調整される。

【0040】

次に、第１ワーク主軸装置３から第２ワーク主軸装置４へとワークＷを移すため、両装置が機体中央に近づき、先に停止した第１ワーク主軸装置３に対して第２ワーク主軸装置４がワークＷを取りにいき、チャック機構２１同士によるワークＷの掴み替えが行われる。第２ワーク主軸装置４では、第１加工と同様にワークＷに対して第２タレット装置６による第２加工が実行され、或いは工具主軸装置２による加工を加え、また、工具主軸装置２のみによる加工が行われる。そして、第２加工が終了したワークＷは、ワーク自動搬送装置９によって取り出されて、出力側ストッカに回収される。

【0041】

制御装置９０は、加工プログラムが終了するまで、すなわちワーク加工が終了するまで異常が発生しない場合（ステップＳ１０６，Ｓ１０８にてそれぞれ「ＮＯ」と判定し）、自動運転を継続し、加工プログラムが終了しワーク加工が終了すると（ステップＳ１０６にて「ＹＥＳ」と判定し）、本プログラムを終了して自動運転を終了する。

【0042】

一方、制御装置９０は、自動運転中（ワーク加工中）に異常が発生した場合に（ステップＳ１０６，Ｓ１０８にて「ＮＯ」，「ＹＥＳ」と判定し）、自動運転を停止する。具体的には、制御装置９０は、ステップＳ１０８において、ステップＳ１０４によるワーク加工の途中（自動運転中（ワーク加工中））に異常を検出する。例えば、制御装置９０は、駆動軸に係る加工負荷の実検出データと、記憶装置９０ｃに記憶されている監視範囲（ティーチングデータ）とを比較し、実検出データが監視範囲外であるか否かを判定することにより、ワークＷの加工に関する加工負荷の異常（ワークＷの負荷異常）の有無を判定する。例えば、駆動軸に係る加工負荷の実検出データにおいては、ワーク主軸のスピンドルを駆動するためのスピンドルモータ２３の駆動電流を検出する電流センサ（不図示）から取得し、その検出電流からスピンドルモータ２３の加工負荷（ワーク主軸にかかるトルク負荷（ワーク主軸加工負荷）、Ｚ軸加工負荷、工具主軸加工負荷など）を導出することができる。

【0043】

制御装置９０は、実検出データが監視範囲内にある場合には、加工負荷に異常はないと判定し（ステップＳ１０８にて「ＮＯ」）、一方、実検出データが監視範囲外である場合には、加工負荷に異常がある（即停止異常が発生した旨）と判定し（ステップＳ１０８にて「ＹＥＳ」）、プログラムをステップＳ１１０に進める。ステップＳ１１０において、制御装置９０は、自動運転を停止する。

【0044】

さらに、制御装置９０は、図７に示すフローチャートに沿ってプログラムを実施し、自動運転中において、所定の測定箇所の温度を測定・記憶する。制御装置９０は、自動起動スイッチがオンであれば自動運転が開始されたと判定し（ステップＳ２０２（上述したステップＳ１０２と同様の処理）にて「ＹＥＳ」）、プログラムをステップＳ２０４に進める。一方、制御装置９０は、自動起動スイッチがオフであれば自動運転が開始されていないと判定し（ステップＳ２０２にて「ＮＯ」）、ステップＳ２０２の処理を繰り返す。

【0045】

ステップＳ２０４において、制御装置９０は、所定の測定箇所にそれぞれ配置されている各温度センサＴＨ１１～ＴＨ１６，ＴＨ２１～ＴＨ２６，ＴＨ３１～ＴＨ３５を使用して、例えば、所定時間毎、工具Ｔの加工（使用）タイミング毎などにて、前記所定の測定箇所の温度を測定（入力）し、記憶装置９０ｃに工具Ｔ毎に記憶する。すなわち、制御装置９０は、ステップＳ２０４において、複合加工機１（工作機械）を構成する機械要素の温度に係るデータである温度データを測定して記憶する（測定記憶工程）。

【0046】

このように、制御装置９０は、加工が終了するまで（ステップＳ２０６にて「ＮＯ」）、前述した温度の測定・記憶を継続し、加工が終了すると（ステップＳ２０６にて「ＹＥＳ」）、本プログラムを終了する。尚、ステップＳ２０６は、上述したステップＳ１０６と同様な処理である。

【0047】

また、制御装置９０は、自動運転中（ワーク加工中）において、図８に示すフローチャート（ワーク加工サブルーチン）に沿ってプログラムを実施する。具体的には、制御装置９０は、ステップＳ３０２において、記憶装置９０ｃから加工プログラムを読み込む。すなわち、制御装置９０は、読み込んだ加工プログラムに係る加工の内容に関する駆動軸を認識（決定）する。

【0048】

制御装置９０は、ステップＳ３０４において、先に認識した駆動軸に係る温度データを記憶装置９０ｃから読み込む。そして、制御装置９０は、ステップＳ３０６において、先に読み込んだ温度データを使用して、先に認識した駆動軸に係る熱変位量を導出する。すなわち、ステップＳ３０６において、ステップＳ２０４（測定記憶工程）にて記憶した温度データのうち所定回数分の温度データを、前記機械要素の温度変化量をパラメータとして有しかつ複合加工機１（工作機械）の熱変位量を導出するための演算式に使用することにより、熱変位量Ｐを導出する（導出工程）。

【0049】

ステップＳ３０６において、制御装置９０は、上述した導出部９２と同様に、熱変位量を導出する時点の直近の所定回数分の温度データを使用して、熱変位量Ｐを導出する。尚、制御装置９０は、熱変位量を導出する時点の直近の所定回数分の温度データに限定されず、所定回数分の温度データを使用すればよく、熱変位量を導出する時点より所定時間前の時点から所定回数分の温度データを使用して、熱変位量Ｐを導出することも可能である。また、温度データには、検出した検出温度、及び検出温度から導出した温度変化量を含めることが可能である。

【0050】

尚、温度変化量は、温度を測定する毎に、前回測定した温度と今回測定した温度との差として導出して記憶装置９０ｃに記憶してもよい。記憶装置９０ｃには、測定温度だけ記憶してもよく、測定温度と温度変化量の両方を記憶してもよい。

【0051】

制御装置９０は、上述した導出工程において下記数１に示す演算式を使用する。
[数１]
Ｐ＝Ｋ１・ΔＴａ＋Ｋ２・ΔＴｂ＋…
ここで、Ｐは上述した熱変位量であり、Ｋ＊は任意の測定箇所の温度変化量に対する係数であり、ΔＴ＊は複合加工機１（工作機械）の任意の測定箇所の温度変化量である。

【0052】

具体的には、第１タレット装置５による加工に係る熱変位量Ｐａを導出する場合には、任意の測定箇所の温度は、第１温度センサ群ＴＨ１０によって測定された温度、及び第２温度センサ群ＴＨ２０によって測定された温度が好適である。これは、熱変位量Ｐａは、タレット装置５，６の工具Ｔとワーク主軸装置３，４のワークＷとの間の距離（相対変位量）がこれらに係る機械要素の熱膨張により変動するために発生するからである。熱変位量Ｐａは、温度センサＴＨ１１～ＴＨ１６により測定された温度の変化量及び温度センサＴＨ２１～ＴＨ２６により測定された温度の変化量を使用して導出される。例えば、ΔＴａとしては、温度センサＴＨ１１によって測定される主軸スライド２４の下部後部の温度の変化量が挙げられ、ΔＴｂとしては、温度センサＴＨ１２によって測定される主軸台固定用部材２４ａの下部前部の温度の変化量が挙げられる。尚、温度センサＴＨ１１によって測定される主軸スライド２４の下部後部の温度はＴａで表され、温度センサＴＨ１２によって測定される主軸台固定用部材２４ａの下部前部の温度はＴｂで表される。

【0053】

上述した演算式は、工作機械の任意の測定箇所の温度変化量から熱変位量Ｐを算出できるものであればよく、熱変位量を、工作機械の任意の測定箇所の温度変化量に所定係数を乗算して得た乗算値の総和で表すのが好ましい。

【0054】

上述した導出工程においては、所定回数分の温度変化量の平均値を測定箇所の温度変化量として使用して熱変位量Ｐを導出するのが好ましい。この場合、温度センサＴＨ１１によって測定される主軸スライド２４の下部後部の温度Ｔａの温度変化量ΔＴａは、具体的には、下記数３により演算することが可能である。
[数３]
ΔＴａ＝（ΔＴａ（１）＋ΔＴａ（２）＋…＋ΔＴａ（ｎ））×（１／ｎ）
ここで、ΔＴａ（ｎ）はｎ番目に測定または演算した温度変化量であり、ｎは所定回数である。尚、他の測定箇所の温度（温度変化量）についても、主軸スライド２４の下部後部の温度Ｔａ（温度変化量ΔＴａ）と同様に、演算することが可能である。

【0055】

よって、所定回数分の温度変化量の平均値を測定箇所の温度変化量として使用する場合には、熱変位量Ｐは、上記数１に上記数３を代入して算出できる下記数４により導出することが可能である。
[数４]
Ｐ＝Ｋ１×（（ΔＴａ（１）＋ΔＴａ（２）＋…＋ΔＴａ（ｎ））×（１／ｎ））
＋Ｋ２×（（ΔＴｂ（１）＋ΔＴｂ（２）＋…＋ΔＴｂ（ｎ））×（１／ｎ））
＋・・・
ここで、（（ΔＴａ（１）＋ΔＴａ（２）＋…＋ΔＴａ（ｎ））×（１／ｎ））は、温度センサＴＨ１１によって測定される主軸スライド２４の下部後部の温度Ｔａの温度変化量ΔＴａについての所定回数分の温度変化量の平均値であり、（（ΔＴｂ（１）＋ΔＴｂ（２）＋…＋ΔＴｂ（ｎ））×（１／ｎ））は、温度センサＴＨ１２によって測定される主軸台固定用部材２４ａの下部前部の温度Ｔｂの温度変化量ΔＴｂについての所定回数分の温度変化量の平均値である。

【0056】

また、工具主軸装置２による加工に係る熱変位量Ｐｂを導出する場合には、任意の測定箇所の温度は、第１温度センサ群ＴＨ１０によって測定された温度、及び第２温度センサ群ＴＨ２０によって測定された温度が好適である。熱変位量Ｐｂも、熱変位量Ｐａと同様に導出することが可能である。

【0057】

さらに、制御装置９０は、ステップＳ３０８において、上述した補正部９３と同様に、先にステップＳ３０６にて導出した熱変位量Ｐを使用して制御指令値を補正する。例えば、制御装置９０は、制御指令値に熱変位量Ｐを加算または減算した値を補正後指令値として導出（演算）する。

【0058】

制御装置９０は、ステップＳ３１０において、上述した加工部９４と同様に、補正後指令値にて駆動軸（モータ２３，２８，３２，３８，３９，４１ａ，４３，４８，４９）を制御してワークＷを加工する。

【実施例0059】

以下に実施例を示し、本実施形態をさらに具体的に説明をする。ただし、本実施形態は、この実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。

【0060】

図９に比較例１、実施例１及び実測値の寸法変化量（熱変位量）を示す。実施例１の制御装置９０は、上述した数１によって熱変位量Ｐを演算し、その演算した熱変位量Ｐを使用して補正後指令値を演算し、その演算した補正後指令値を使用してワークＷを加工する。比較例１の制御装置９０は、上述した数１において加工前（または加工直前）の一つの温度変化量（または測定温度）を使用することで熱変位量を演算し、その演算した熱変位量を使用して補正後指令値を演算し、その演算した補正後指令値を使用してワークＷを加工する。さらに、実測値（実際の変位量である実変位量）は、熱変位量（工具とワークＷの相対変位量）を実際に測定したものである。尚、実測値は、シミュレーションした値でもよい。

【0061】

図９において、実測値を太い実線で示し、実施例１を細い実線で示し、比較例１を細い破線で示す。比較例１は、実測値に対して比較的大きく乖離する場合がある。これに対して、実施例１は、実測値に対して乖離する度合は小さく、かつ、実測値によく追従している。このように、本実施形態によれば、熱変位量を導出する演算式のパラメータである温度データとして、所定回数分すなわち多数の測定データを使用するため、比較的高精度にて（より精度よく）熱変位量を導出することが可能となる。すなわち、測定分解能の低い温度センサを使用する工作機械においても、比較的高精度にて熱変位量を導出（予測）することが可能となり（温度センサの分解能を疑似的に高くすることが可能となり）、ひいては補正誤差（実変位量と誤差）を小さく抑制することが可能となる。よって、高コストを招くことなく、比較的高精度にて熱変位量を導出（予測）し、補正誤差ひいては加工誤差を小さく抑制することが可能となる。

【0062】

尚、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

【0063】

（本実施形態の作用効果）
上述した実施形態による工作機械の熱変位量導出方法は、複合加工機１（工作機械）を構成する機械要素の温度に係るデータである温度データを測定して記憶するステップＳ２０４（測定記憶工程）と、ステップＳ２０４にて記憶した所定回数分の温度データを、前記機械要素の温度変化量をパラメータとして有しかつ複合加工機１の熱変位量Ｐを導出するための演算式に使用することにより、熱変位量Ｐを導出するステップＳ３０６（導出工程）と、を有する。

【0064】

本実施形態によれば、熱変位量Ｐを導出する演算式のパラメータである温度データとして、所定回数分すなわち多数の測定データを使用するため、比較的高精度にて（より精度よく）熱変位量Ｐを導出することが可能となる。

【0065】

また、ステップＳ３０６は、熱変位量Ｐを導出する時点の直近の所定回数分の温度データを使用して、熱変位量Ｐを導出する。これによれば、熱変位量Ｐを導出する演算式のパラメータである温度データとして、直近の所定回数分すなわち多数の測定データを使用するため、直近の温度を最も反映することにより、より比較的高精度にて熱変位量Ｐを導出することが可能となる。

【0066】

また、上記演算式は、熱変位量Ｐを、複合加工機１の任意の測定箇所の温度変化量に所定係数を乗算して得た乗算値の総和で表しており、ステップＳ３０６は、所定回数分の温度データの平均値を測定箇所の温度変化量として使用して熱変位量Ｐを導出する。これによれば、測定分解能の低い温度センサを使用する複合加工機１においても、比較的高精度にて熱変位量Ｐを導出（予測）することが可能となり（温度センサの分解能を疑似的に高くすることが可能となり）、ひいては補正誤差（実変位量と誤差）を小さく抑制することが可能となる。

【0067】

また、上記演算式は、
Ｐ＝Ｋ１・ΔＴａ＋Ｋ２・ΔＴｂ＋… （上記数１）
であり、
Ｐは熱変位量であり、Ｋ＊は係数であり、ΔＴ＊は複合加工機１の任意の測定箇所の温度変化量である。これによれば、熱変位量Ｐを簡便かつ比較的高精度に演算することが可能となる。

【0068】

また、本実施形態による制御装置９０は、複合加工機１を構成する機械要素の温度に係るデータである温度データを測定して記憶する測定記憶部９１と、測定記憶部９１にて記憶した所定回数分の温度データを、前記機械要素の温度変化量をパラメータとして有しかつ複合加工機１の熱変位量Ｐを導出するための演算式に使用することにより、熱変位量Ｐを導出する導出部９２と、を有する。これによれば、複合加工機１の制御装置９０において、熱変位量Ｐを導出する演算式のパラメータである温度データとして、所定回数分すなわち多数の測定データを使用するため、比較的高精度にて（より精度よく）熱変位量Ｐを導出することが可能となる。

【0069】

また、本実施形態による複合加工機１は、上述した制御装置９０を備えている。これによれば、複合加工機１において、熱変位量Ｐを導出する演算式のパラメータである温度データとして、所定回数分すなわち多数の測定データを使用するため、比較的高精度にて（より精度よく）熱変位量Ｐを導出することが可能となる。

【0070】

尚、上述した実施形態においては、複合加工機１（工作機械）の任意の測定箇所の温度変化量として、所定回数分の温度変化量の平均値を採用するようにしたが、これに限定されず、使用する所定回数分の温度データを重み付けして算出するようにしてもよい。具体的には、測定箇所の温度変化量ΔＴ＊は、下記数２により算出することが可能である。
[数２]
ΔＴ＊＝（α１／ｎ）・Ｔ＊（１）＋（α２／ｎ）・Ｔ＊（２）＋…＋（αｎ／ｎ）・Ｔ＊（ｎ）
ここで、α＊／ｎは重み付け係数であり、α１／ｎ＋α２／ｎ＋…＋（αｎ／ｎ）＝１であり、Ｔ＊（ｎ）はｎ番目に測定した温度変化量であり、ｎは所定回数である。

【0071】

このように、測定箇所の温度変化量ΔＴａ，ΔＴｂなどは、使用する所定回数分の温度データを重み付けして算出される。これによれば、重み付けを任意に設定（変更）することにより、フィードバック的またはフィードフォワード的などの所望の熱変位量Ｐを導出することが可能となる。

【0072】

また、上述した実施形態においては、加工工具として切削工具を使用するようにしたが、ワークＷを加工する他の加工工具を使用するようにしてもよい。また、工作機械として、複合加工機１を採用することとしたが、これに限定されず、ワークＷを加工する装置であればよく、単なる旋盤加工装置、マシニングセンタを採用するようにしてもよい。

【0073】

尚、本明細書では、請求項５において「請求項１に記載の工作機械の熱変位量導出方法」を「請求項１から請求項４の何れか1項に記載の工作機械の熱変位量導出方法」に変更した技術思想も開示されている。

【符号の説明】

【0074】

１…複合加工機（工作機械）、９０…制御装置、９１…測定記憶部、９２…導出部、Ｋ＊…係数、ｎ…所定回数、Ｐ…熱変位量、Ｓ２０４…ステップＳ２０４（測定記憶工程）、Ｓ３０６…ステップＳ３０６（導出工程）、Ｔ…工具加工（工具）、Ｔ＊（ｎ）…ｎ番目に測定した温度変化量、Ｗ…ワーク、α＊／ｎ…重み付け係数、ΔＴ＊…複合加工機１の任意の測定箇所の温度変化量。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】