DE60116192T2

DE60116192T2 - Verfahren zur Korrektur thermischer Verschiebung in einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE60116192T2
Application number: DE60116192T
Authority: DE
Inventors: Kunio Minamitsuru-gun Yamanashi Kojima; Susumu Minamitsuru-gun Yamanashi Maekawa
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2021-07-07
Also published as: US6471451B2; EP1170647B1; JP2002018677A; EP1170647A3; DE60116192D1; US20020004688A1; EP1170647A2; JP3405965B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren der thermischen Verschiebung in einer Werkzeugmaschine.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In einer Werkzeugmaschine dehnen sich durch die Wärme, die ein Motor für den Antrieb einer Vorschubspindel und einer Welle erzeugt, die Reibungswärme, die durch die Drehung von Lagern entsteht, und durch die Reibungswärme am Verbindungsabschnitt einer Kugelumlaufspindel und einer Kugelmutter die Vorschubspindel und die Welle, und die Position des Werkzeugs verschiebt sich. D. h., die Lage des Werkstücks, das angeordnet werden muss, verschiebt sich gegen das Werkzeug. Diese Verschiebung der Werkzeugposition durch Wärme ist in den Fällen problematisch, in denen eine hochpräzise Bearbeitung erfolgen muss.
Bisher wurden als Mittel zum Beseitigen der Verschiebung der Werkzeugposition durch Wärme Vorgehensweisen verwendet, bei denen eine Kühleinrichtung bereitgestellt wird, oder es wird an der Vorschubspindel eine Vorspannung auf die Kugelmutter ausgeübt, damit sie von der Wärmedehnung nicht beeinflusst wird. Man hat auch einen Verschiebungssensor oder einen Temperatursensor bereitgestellt und die zugewiesene Position abhängig von der erfassten Verschiebung oder der erfassten Temperatur korrigiert.
Bei dem Verfahren, bei dem eine Vorspannung auf die Kugelmutter an der Vorschubspindel ausgeübt wird, damit diese nicht von der Wärmedehnung beeinflusst wird, und bei dem Verfahren, bei dem ein Sensor bereitgestellt und die thermische Verschiebung korrigiert wird, treten jedoch Schwierigkeiten bezüglich der Grenzen der Struktur oder Position auf, an der ein Sensor montiert wird, oder es treten Schwierigkeiten in der Vorrichtung auf, die man zum Schutz des Sensors vor Kühlmittel und Spänen benötigt, damit der Sensor zuverlässig bleibt. Stellt man einen Sensor bereit, so tritt auch die Schwierigkeit auf, dass man Zeit für die Messung benötigt. Dadurch verlängert sich die Bearbeitungszeit, und man kann die Verschiebung zu Beginn des Bearbeitungsvorgangs nicht korrigieren.
EP 0878267 offenbart ein Verfahren zum Korrigieren der thermischen Verschiebung einer Werkzeugmaschine durch das Berechnen von Korrekturgrößen für die thermische Verschiebung einer bewegten Achse, für die thermische Verschiebung durch die Drehung einer Welle und für die thermische Verschiebung aufgrund der Last, die auf eine Maschine wirkt.
US-6,000,889 offenbart ein Verfahren zum Berechnen einer thermischen Änderungsgröße einer Werkzeugmaschine, das auf dem Umfang der Bewegung an einer Hauptwelle der Werkzeugmaschine zwischen zwei Abtastzeiten beruht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist im unabhängigen Anspruch 1 bestimmt.
Dem gemäß wird in einer Werkzeugmaschine, die gemäß dem Verfahren mit einer numerischen Steuerungseinrichtung gesteuert wird, die Größe der thermischen Verschiebung einer Welle aufgrund der Wärme, die ein Wellenmotor erzeugt, und der entstehenden Wärmeleitung bestimmt. Zusätzlich wird die Wärme einbezogen, die durch die Drehung der Welle erzeugt wird.
Damit wird als Verfahren zum Ermitteln einer thermischen Verschiebung durch die Wärmeerzeugung der Welle und die Wärmeerzeugung des Wellenmotors eine Berechnungsformel zum Berechnen der thermischen Verschiebung abhängig von der Drehzahl der Welle und der Belastung des Wellenmotors vorab ermittelt. Beim tatsächlichen Betrieb der Werkzeugmaschine werden die Drehzahl der Welle und die Belastung des Wellenmotors überwacht. Die beobachtete Wellendrehzahl und Wellenmotorlast werden in die Berechnungsformel eingesetzt, und eine thermische Verschiebung durch die Drehung der Welle und eine thermische Verschiebung durch die Wärmeerzeugung des Wellenmotors werden ermittelt. Die gewonnene thermische Verschiebung durch die Drehung der Welle und die thermische Verschiebung durch die Wärmeerzeugung des Wellenmotors werden addiert. Die Summe wird als Größe der thermischen Verschiebung der Welle verwendet.
Im beschriebenen Verfahren zum Korrigieren der thermischen Verschiebung wird nicht nur die Wärme, die durch die Wellendrehung entsteht, sondern auch die Wärme, die der Wellenmotor erzeugt, als Ursache der thermischen Verschiebung betrachtet. Damit kann man auch in Fällen, in denen sehr häufig beschleunigt und abgebremst wird, beispielsweise beim Schneiden von Innengewinden, und in denen der Wellenmotor sehr viel Wärme erzeugt, die thermische Verschiebung der Welle exakt bestimmen. Zudem kann man erreichen, dass in die thermische Verschiebung der Welle nicht nur die thermische Verschiebung aufgrund der von der Welle und vom Wellenmotor erzeugten Wärmemenge eingeht, sondern auch die thermische Verschiebung durch die Wärmestrahlung und Wärmeleitung, die in dem Werkzeugabschnitt auftreten.
Zudem wird gemäß dem Verfahren des ersten Aspekts der Erfindung der Gesamthub einer Vorschubspindel der Werkzeugmaschine in eine endliche Anzahl Abschnitte unterteilt, und es wird die thermische Verschiebung eines jeden Abschnitts verwendet. Für jeden Abschnitt, den man durch das Unterteilen des Gesamthubs der Vorschubspindel in eine endliche Anzahl Abschnitte erhält, wird eine thermische Verschiebung aufgrund der Axialbewegung der Vorschubspindel ermittelt.
Damit wird als Verfahren zum Bestimmen der thermischen Verschiebung durch die Vorschubspindel eine Berechnungsformel für die Vorschubspindelverschiebung hergeleitet, deren Parameter die Bewegungsgeschwindigkeit in jedem Teilabschnitt ist.
Beim tatsächlichen Betrieb der Werkzeugmaschine wird eine Position eines jeden Abschnitts der Vorschubspindel überwacht, und die mittlere Bewegungsgeschwindigkeit der Vorschubspindel in jedem Abschnitt aus den beobachteten Positionen wird für jeden Abschnitt bestimmt. Durch das Einsetzen der ermittelten mittleren Bewegungsgeschwindigkeit in die Berechnungsformel für die thermische Vorschubspindelverschiebung wird die thermische Verschiebung festgelegt. Durch das Addieren der thermischen Verschiebung eines jeden Abschnitts vom ersten Abschnitt benachbart zu einem Bezugspunkt bis zum letzten Abschnitt, der am weitesten vom Bezugspunkt entfernt ist, erhält man eine thermische Verschiebung der Vorschubspindel. Zudem kann die Berechnungsformel eine Formel sein, die die thermische Verschiebung durch Wärmestrahlung in jedem Abschnitt und durch Wärmeleitung vom benachbarten Abschnitt enthält.
Damit werden zum Ermitteln der thermischen Verschiebung der Vorschubspindel für jeden Teilabschnitt, den man durch das Unterteilen des Gesamthubs der Vorschubspindel erhält, die Wirkung der erzeugten Wärme im Abschnitt, in den sich die Vorschubspindel momentan bewegt hat, und die Wirkung der erzeugten Wärme, die durch Wärmeleitung vom benachbarten Abschnitt übertragen wird, für jeden Abschnitt geschätzt. Die thermische Verschiebung für jeden Abschnitt wird vom Bezugspunkt bis zu einer Korrekturposition aufaddiert. Damit kann man eine exakte Korrektur vornehmen, die nicht von der Position abhängt. Durch das Einbeziehen der Auswirkungen der Welle und der Vorschubspindel kann man eine genaue Korrektur ausführen.
In einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung wird zusätzlich zur thermischen Verschiebung der Vorschubspindel die thermische Verschiebung durch den Vorschubspindelmotor einbezogen. Die thermische Verschiebung der Vorschubspindel enthält die Verschiebung durch die Wärmeerzeugung der Vorschubspindel und die thermische Verschiebung aufgrund der im Vorschubspindelmotor erzeugten Wärme.
Gemäß dem Korrekturverfahren für die thermische Verschiebung der obigen Ausführungsform kann man zusätzlich zu den Effekten der in der Vorschubspindel erzeugten Wärme die Effekte der im Vorschubspindelmotor erzeugten Wärme einbeziehen und eine präzise Korrektur vornehmen.
In einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung werden die Korrekturergebnisse zurückgeführt, und die Berechnungsformel für die thermische Ver schiebung wird korrigiert. Mit Hilfe der thermischen Verschiebung, die in irgendeiner der beschriebenen Ausführungsformen ermittelt wird, und dem Versatz (Korrekturfehler), den man aus einer Abweichung von der tatsächlichen Werkzeugposition bestimmt, wird ein Wärmeerzeugungsfaktor korrigiert, der in der Berechnungsformel für die thermische Verschiebung enthalten ist, und der Korrekturfehler wird korrigiert.
Gemäß dem Korrekturverfahren für die thermische Verschiebung der obigen Ausführungsform kann man abhängig vom tatsächlichen Antriebszustand eine exakte Korrektur vornehmen.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung zum Korrigieren der thermischen Verschiebung kann man die thermische Verschiebung einfach und kostengünstig korrigieren.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt eine Werkzeugmaschine bereit, die im unabhängigen Anspruch 6 bestimmt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine Skizze einer vertikalen Säulenbohrmaschine als Beispiel einer Werkzeugmaschine, auf die das Verfahren der Erfindung zum Korrigieren der thermischen Verschiebung angewendet wird;
2 ein Funktionsblockdiagramm der Hauptabschnitte einer numerischen Steuerungsvorrichtung der Säulenbohrmaschine in 1;
3A eine Skizze der Ausdehnung einer Welle und der entsprechenden Achsen durch die Wärmeerzeugung, und zwar zu dem Zeitpunkt, zu dem die Werkzeugmaschine mit der Bearbeitung beginnt und die Welle und die Vorschubspindel antreibt;
3B eine Skizze der Kontraktion der Welle und der entsprechenden Achsen durch die Wärmestrahlung, und zwar zu dem Zeitpunkt, zu dem die Arbeit der Werkzeugmaschine angehalten wird;
4 eine Skizze mit einem Beispiel für die Korrektur der thermischen Verschiebung der Welle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5 eine Skizze, die das Unterteilen der Vorschubspindel in Abschnitte erklärt;
6 eine Skizze mit einem Beispiel für die Korrektur der thermischen Verschiebung der Vorschubspindel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
7 ein Flussdiagramm, das die Messvorgänge der thermischen Verschiebung der Vorschubspindel darstellt;
8 eine Skizze mit einem Beispiel für die Korrektur der thermischen Verschiebung der Vorschubspindel gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
9 ein Beispiel für die Korrektur der thermischen Verschiebung sowohl der Vorschubspindel als auch der Welle;
10 ein Flussdiagramm, das die Vorgänge der Korrekturverarbeitung mit Hilfe der thermischen Verschiebung darstellt, die in den obigen Ausführungsformen gewonnen wird;
11 ein Beispiel für die tatsächliche Messung einer thermischen Verschiebung, wenn die Korrektur der thermischen Verschiebung gemäß der Erfindung vorgenommen wird; und
12 eine Skizze mit den Ergebnissen der Abwandlung eines Wärmeerzeugungsfaktors abhängig von einem Korrekturfehler.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine Skizze einer vertikalen Säulenbohrmaschine 1 als Werkzeugmaschine, auf die die Erfindung angewendet wird.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 62 einen Wellenmotor, 52 bezeichnet einen Servomotor für die Z-Achse, die eine vertikale Vorschubspindel 53 ist, 10 eine numerische Steuerungsvorrichtung (CNC), die als Steuervorrichtung zum Steuern der Säulenbohrmaschine dient, 64 eine Welle und 66 ein Werkzeug, das an der Welle 64 montiert ist. Der Tisch T wird in den Richtungen einer X-Achse und einer Y-Achse bewegt, die senkrecht aufeinander und auf der Z-Achse stehen, und zwar von nicht dargestellten Servomotoren für die X-Achse und die Y-Achse. Der Aufbau der Säulenbohrmaschine 1 unterscheidet sich nicht von herkömmlichen Säulenbohrmaschinen und wird daher nicht weiter erläutert.
2 zeigt ein Funktionsblockdiagramm der Hauptabschnitte einer numerischen Steuerungsvorrichtung 10 der beschriebenen Säulenbohrmaschine.
Der Prozessor 11 der numerischen Steuerungsvorrichtung 10 ist ein Prozessor, der die numerische Steuerungsvorrichtung 10 insgesamt steuert. Der Prozessor 11 liest über einen Bus 21 ein Systemprogramm, das in einem ROM 12 gespeichert ist, und steuert die gesamte numerische Steuerungsvorrichtung 10 anhand dieses Systemprogramms. In einem RAM 13 werden temporäre Berechnungsdaten, Anzeigedaten, unterschiedliche Datenarten, die eine Bedienperson über eine CRT/MDI-Einheit 70 eingibt usw. abgelegt. Ein CMOS-Speicher 14 wird von einer Batterie (nicht dargestellt) gepuffert; er ist als nicht flüchtiger Speicher aufgebaut, dessen Speicherzustand auch dann erhalten bleibt, wenn die Stromversorgung der numerischen Steuerungsvorrichtung 10 abgeschaltet wird. Im CMOS-Speicher 14 sind ein Messprogramm für die thermische Verschiebung, das im Folgenden erklärt wird, ein Korrekturgrößen-Aktualisierungsprogramm, ein Bearbeitungsprogramm, das im Folgenden erklärt und über eine Schnittstelle 15 gelesen wird, ein über die CRT/MDI-Einheit 70 eingegebenes Bearbeitungsprogramm usw. gespeichert. Zudem werden verschiedene Systemprogramme zum Implementieren einer Editormodus- Verarbeitung, die man zum Erstellen und Überarbeiten des Bearbeitungsprogramms braucht sowie zum Durchführen des automatischen Betriebs, vorab in das ROM 12 geschrieben.
Die Schnittstelle 15 ist eine Schnittstelle zu externen Einrichtungen, die mit der numerischen Steuerungsvorrichtung 10 verbunden werden können. Mit der Schnittstelle 15 sind externe Einrichtungen 72 verbunden, beispielsweise ein Lochstreifenleser oder ein Lochstreifenstanzer oder eine externe Speichervorrichtung usw. Ein Bearbeitungsprogramm, das Messprogramm für die thermische Verschiebung, das im Folgenden erklärt wird, usw. werden vom Lochstreifenleser oder der externen Speichervorrichtung gelesen. Ein Bearbeitungsprogramm, das in der numerischen Steuerungsvorrichtung 10 editiert worden ist, kann an den Lochstreifenstanzer oder eine externe Speichervorrichtung ausgegeben werden.
Ein programmierbarer Controller 16 (PMC) kontrolliert Hilfsvorrichtungen usw. an der Säulenbohrmaschine 1 (Werkzeugmaschine) durch ein Folgeprogramm, das im ROM 12 der numerischen Steuerungsvorrichtung 10 abgelegt ist. Gemäß einer M-Funktion, einer S-Funktion und einer T-Funktion, die vom Bearbeitungsprogramm befohlen werden, konvertiert der PMC 16 mit diesen Folgeprogrammen auf Signale, die in den Hilfsvorrichtungen benötigt werden, und gibt sie über eine I/O-Einheit 17 an die Hilfsvorrichtungen aus. Die Ausgabesignale betätigen die Hilfsvorrichtungen, beispielsweise verschiedene Arten von Stellgliedern usw. Zudem empfängt der PMC 16 Signale von verschiedenen Schalterarten auf einer Bedientafel, die auf dem Hauptkörper der Werkzeugmaschine 1 vorhanden ist, führt die erforderlichen Verarbeitungen aus und überträgt die Ergebnisse an den Prozessor 11.
Die momentanen Positionen der jeweiligen Achsen der Säulenbohrmaschine 1, Alarme, Parameter und Bildsignale, beispielsweise Bilddaten usw. werden an die CRT/MDI-Einheit 70 gesendet und dort auf der Anzeige dargestellt. Die CRT/MDI-Einheit 70 ist eine Vorrichtung zur manuellen Dateneingabe, die mit einer Anzeige, einer Tastatur usw. ausgestattet ist. Eine Schnittstelle 18 empfängt Daten von der Tastatur der CRT/MDI-Einheit 70 und überträgt die Daten an den Prozessor 11. Eine Schnittstelle 19 ist mit einem manuellen Impulsgenerator 71 verbunden und empfängt Impulse vom manuellen Impulsgenerator 71. Der manuelle Impulsgenerator 71 ist an der Bedientafel der Säulenbohrmaschine 1 montiert und dient dem exakten Positionieren beweglicher Teile der Werkzeugmaschine 1 durch die Steuerung der jeweiligen Achsen mit Hilfe verteilter Impulse, die von Hand erzeugt werden.
Die Achsensteuerschaltungen 30–32 der X-, Y- und Z-Achse, die den Tisch T der Säulenbohrmaschine 1 bewegen, erhalten vom Prozessor 11 Befehle für das Bewegen der jeweiligen Achsen und geben Befehle für die entsprechenden Achsen an die Servo verstärker 40–42 aus. Die Servoverstärker 40–42 empfangen diese Befehle und steuern die Servomotoren 50–52 der jeweiligen Achsen der Säulenbohrmaschine 1. In jedem der Servomotoren 50–52 der jeweiligen Achsen ist ein Codierer für die Positionserkennung enthalten. Das Positionssignal vom Codierer wird als Impulsfolge zurückgeführt. Abhängig vom Fall kann man eine lineare Skala für den Positionserkenner verwenden. Zudem kann man durch eine F/V-Umsetzung (Spannungs/Frequenz-Umsetzung) der Impulsfolge ein Geschwindigkeitssignal erzeugen. In 2 sind die Erklärung der Rückführung des Positionssignals und die Geschwindigkeitsrückführung weggelassen.
Eine Wellensteuerschaltung 60 gibt nach dem Empfang eines Wellendrehzahlbefehls für die Säulenbohrmaschine 1 ein Wellendrehzahlsignal an einen Wellenverstärker 61 aus. Der Wellenverstärker 61 versetzt nach dem Erhalt des Wellendrehzahlsignals den Wellenmotor 62 der Säulenbohrmaschine 1 mit einer befohlenen Drehzahl in Drehung, damit das Werkzeug angetrieben wird. Der Wellenmotor 62 ist über ein Zahnrad oder einen Riemen mit einem Positionscodierer 63 verbunden. Der Positionscodierer 63 gibt synchron zur Drehung der Welle 64 Rückführimpulse aus, die der Prozessor 11 über eine Schnittstelle 20 liest. 65 bezeichnet eine Ohrenvorrichtung, die so justiert ist, dass sie mit der momentanen Zeit synchronisiert ist. Zudem ist eine Verschiebungsmessvorrichtung S (Erkennungsschalter), die am Tisch T der Säulenbohrmaschine 1 montiert wird, wenn die später beschriebenen thermischen Verschiebungsdaten gewonnen werden, mit der I/O-Einheit 17 verbunden. Der Prozessor 11 kann über den PMC 16 den ein- bzw. ausgeschalteten Zustand des Schalters S erkennen.
Die Verschiebungsmessvorrichtung, die in jeder beliebigen Höhe angebracht werden kann, erkennt eine Berührung aus der Richtung der Z-Achse der Arbeitsfläche am distalen Ende des Werkzeugs 66. Bei Bedarf kann man auch eine Verschiebungsmessvorrichtung bereitstellen, die eine Berührung aus der Richtung der X-Achse der äußeren Randarbeitsfläche des Werkzeugs 66 erkennt, und eine Verschiebungsmessvorrichtung, die eine Berührung aus der Richtung der Y-Achse der äußeren Randarbeitsfläche des Werkzeugs 66 erkennt.
3A zeigt eine Skizze einer thermischen Verschiebungskurve, die den Dehnzustand der Welle und jeder Achse aufgrund der Wärme darstellt, die erzeugt wird, wenn die Maschine mit der Bearbeitung beginnt und die Welle und die Vorschubspindel antreibt. 3A zeigt, dass sich die Welle und die Vorschubspindel im Anfangszustand durch die Wärmeerzeugung sofort ausdehnen. Danach, wenn der Umfang der Wärmestrahlung in die Nähe der Wärmeerzeugung kommt, wird der Zuwachs der Ausdehnung gering.
Dagegen zeigt 3B eine Skizze der thermischen Verschiebungskurve, die den Kontraktionszustand der Welle und der entsprechenden Achsen durch die Wärmestrahlung darstellt, und zwar zu dem Zeitpunkt, zu dem die Arbeit der Werkzeugmaschine an gehalten wird. 3B zeigt, dass sich die Welle und die entsprechenden Achsen durch die Wärmestrahlung zusammenziehen, wenn die Bearbeitung beendet ist und die Bewegung zum Stillstand kommt.
In der Erfindung wird die thermische Verschiebungskurve der Welle und der Vorschubspindel aufgrund der Wärmeerzeugung und der Wärmestrahlung im Versuchsbetrieb der Werkzeugmaschine gemessen. Ausgehend von den gemessenen thermischen Verschiebungskurven wird eine Berechnungsformel für die thermische Verschiebung ermittelt, und die Berechnungsformel wird gespeichert. Bei Betrieb der Werkzeugmaschine wird die angewiesene Position ausgehend von der Berechnungsformel für die thermische Verschiebung korrigiert.
Zunächst wird ein Beispiel für das Bestimmen der thermischen Verschiebung der Welle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
In diesem Beispiel wird die thermische Verschiebung bestimmt, die aufgrund der Wärmeerzeugung durch die Drehung der Welle und der Wärmeerzeugung durch die Wärmeleitung aufgrund des Wellenmotorbetriebs entsteht. Da in diesem Fall die thermische Verschiebung der Welle als Positionsverschiebung der Z-Achse ausgedrückt wird, ermittelt man die thermische Verschiebung der Welle durch das Messen der Positionsverschiebung der Z-Achse.
Zum Messen der thermischen Verschiebung dreht sich der Wellenmotor mit einer vorbestimmten Drehzahl. Jeweils nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls wird die Höhe der Verschiebungsmessvorrichtung justiert, und die Arbeitsfläche am distalen Ende des Werkzeugs wird aus der Richtung der Z-Achse berührt. Dadurch wird die thermische Verschiebung der Welle gemessen. Bei den Messdaten kann man zahlreiche Messreihen gewinnen, indem man die Drehzahl des Wellenmotors ändert oder das montierte Werkzeug wechselt usw.
Als Berechnungsformel zum Schätzen der thermischen Verschiebung der Welle erhält man die folgende Formel (1). Die Formel (1) entsteht durch das Beobachten der Wellendrehzahl aus den gemessenen Daten, δn = δn-1 + A1n – B1n + Cn-1, (1)wobei gilt Cn = Cn-1 + A2n – B2n – δn-1. (2)
Dabei bezeichnet

n: die Abtastzeit;
δ_n:: die Ausdehnung der gesamten Welle (thermische Verschiebung der Welle);
A1_n:: die Ausdehnung der Welle durch die Wärmeerzeugung je Zeiteinheit;
B1_n:: die Kontraktion der Welle durch die Wärmestrahlung je Zeiteinheit;
C_n:: die Verschiebung durch die Wärmeleitung vom Wellenmotor;
A2_n:: die Ausdehnung des Wellenmotors durch die Wärmeerzeugung zwischen der Abtastzeit i und der folgenden Abtastzeit i+1;
B2_n:: die Kontraktion des Wellenmotors durch die Wärmestrahlung zwischen der Abtastzeit i und der folgenden Abtastzeit i+1.

Die Größe A1_n in Formel (1) wird durch die folgende Gleichung angegeben, wobei der Ausdruck f1(S_n) verwendet wird, der die mittlere Wellendrehzahl angibt, A1n = K1·{f1(Sn)}α1. (3)
Die Formel (3) entspricht der in 3A als A^α dargestellten thermischen Verschiebungskurve. Man beachte, dass in der obigen Gleichung (3) k1 und α1 Koeffizienten sind. Seien ferner N die Gesamtanzahl der Daten in einer Einheitszeitperiode und Si(i = 1 bis N) die Wellendrehzahl, so gilt für f1(S_n) f1(Sn) = (S1 + S2 + ... + Si + ... SN)/N.
A2_n in Formel (1) wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt, wobei f2(L_n) verwendet wird, das die mittlere Wellenmotorlast L_n angibt A2n = K2·{f2(Ln)}α2. (4)
Man beachte, dass in Gleichung (4) k2 und α2 Koeffizienten sind. Seien ferner N die Gesamtanzahl der Daten in einer Einheitszeitperiode und Li(i = 1 bis N) die Wellenmotorlast, so gilt für f2(L_n) f2(Ln) = (L1 + ... + Li + ... LN)/N.
B1_n und B2_n in Gleichung (1) entsprechen der in 3B als B^β angegebenen thermischen Verschiebungskurve. Dafür gelten die folgenden Gleichungen, B1n = k3·δn-1 α3, (5) B2n = k4·δn-1 α4. (6)
Dabei sind α3, α4, k3 und k4 Koeffizienten.
Die angegebenen Koeffizienten α1, α2, α3, α4, k1, k2, k3 und k4 kann man jeweils mit der Methode der kleinsten Quadrate ermitteln, um die Kurve der thermischen Verschiebung durch gemessene Daten anzunähern.
In Gleichung (1) wird die thermische Verschiebung (δ_n) mit Hilfe der Parameter mittlere Wellendrehzahl S_n und mittlere Wellenmotorlast L_n ausgedrückt. Auf diese Weise kann man in dieser Ausführungsform die Auswirkungen der zeitlichen Schwankungen der Wellendrehzahl und der Motorlast beseitigen, da die thermische Verschiebung (δ_n) der Welle aus der mittleren Wellendrehzahl (S_n) und der mittleren Wellenmotorlast (L_n) ermittelt wird. Es sei daran erinnert, dass man die Last des Wellenmotors mit einem Lastmessgerät bestimmen kann.
4 zeigt ein Beispiel für die Korrektur der thermischen Verschiebung der Welle und des Wellenmotors. In 4 zeigt (a) einen Fall, in dem Auswirkungen der Wärme, die der Wellenmotor erzeugt, nicht berücksichtigt werden. Es werden die Korrekturwerte der thermischen Verschiebung für die in der Welle erzeugte Wärme mit tatsächlich gemessenen Werten verglichen. In (b) ist der Fall dargestellt, dass die Auswirkungen der Wärme, die der Wellenmotor erzeugt, berücksichtigt werden. Die Korrektur der thermischen Verschiebung für die in der Welle erzeugte Wärme und die Korrektur der thermischen Verschiebung für die im Wellenmotor erzeugte Wärme wird mit tatsächlich gemessenen Werten verglichen. Aus 4 geht hervor, dass man eine im Wesentlichen genaue Approximation erhalten kann, wenn man die Effekte der im Wellenmotor erzeugten Wärme berücksichtigt.
Nun wird ein Beispiel für das Bestimmen der thermischen Verschiebung der Vorschubspindel gemäß der Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
In diesem Beispiel wird der Gesamthub der Vorschubspindel in eine endliche Anzahl Abschnitte unterteilt. Die Korrektur der thermischen Verschiebung für die Vorschubspindel erfolgt mit Hilfe der thermischen Verschiebung für jeden einzelnen Abschnitt.
5 zeigt eine Skizze, die das Unterteilen der Vorschubspindel in Abschnitte erklärt. In 5 ist der Gesamthub der Vorschubspindel in X+1 Abschnitte unterteilt, und zwar von einem Abschnitt 0 (einem Abschnitt, der der Bezugsposition benachbart ist) bis zu einem Abschnitt X (dem Abschnitt, der am weitesten von der Bezugsposition entfernt ist). Die thermische Verschiebung δ_nI eines Abschnitts I zum Zeitpunkt n wird durch die folgende Gleichung angegeben δnI = δ(n-1)I + A3nI – B3nI + DnI, (8)wobei gilt DnI = k5·{δ(n-1)I+1 + δ(n-1)I-1 – 2δ(n-1)I}. (9)
Dabei bedeuten

n: die Abtastzeit,
δ_nI:: die thermische Verschiebung des Abschnitts I;
A3_nI:: die Ausdehnung des Abschnitts I je Zeiteinheit aufgrund der in der Vorschub spindel erzeugten Wärme;
B3_nI:: die Kontraktion des Abschnitts I je Zeiteinheit aufgrund der von der Vorschubspindel abgestrahlten Wärme;
D_nI:: Verschiebung aufgrund der Wärmeleitung aus dem Abschnitt, der dem Abschnitt I benachbart ist.

Dabei kann man mit Hilfe des Ausdrucks f3(v_nI), der die mittlere Bewegungsgeschwindigkeit der Vorschubspindel im Abschnitt I angibt, A3_nI in Gleichung (8) wie folgt ausdrücken: A3nI = K6·{f3(vnI)}α5. (10)
Bezieht man zudem ein, dass die Kontraktion des Abschnitts I aufgrund der von der Vorschubspindel je Zeiteinheit abgestrahlten Wärme und die Kontraktion aufgrund der Wärmestrahlung an die freie Luft durch eine Kurve B^β siehe 3B, der thermischen Verschiebung gegeben sind, so kann man die Kontraktion B3_nI der Vorschubspindel durch die Wärmestrahlung je Zeiteinheit mit Hilfe der folgenden Gleichung ausdrücken B3n = k7·δn-1 α6. (11)
Man beachte, dass α5, α6, k5, k6 und k7 Koeffizienten sind.
Wie beschrieben wird in diesen Beispiel die thermische Verschiebung für jeden Abschnitt, der durch Unterteilen des Bewegungsbereichs der Vorschubspindel erhalten wird, mit Hilfe der mittleren Bewegungsgeschwindigkeit der Vorschubspindel als Parameter ausgedrückt. Für die Korrektur der thermischen Verschiebung wird die Position eines jeden Abschnitts der Vorschubspindel erfasst, die mittlere Bewegungsgeschwindigkeit wird aus den Änderungen der Positionen bestimmt, und die ermittelte mittlere Bewegungsgeschwindigkeit wird in die Berechnungsformel eingesetzt.
Teilt man den Gesamthub in eine endliche Anzahl (X) Abschnitte ein, so gilt für die thermische Verschiebung (thermische Verschiebung der Vorschubspindel) L_nX in einer Position X, die durch die thermische Verschiebung der Vorschubspindel entsteht, die folgende Formel, in der die thermische Verschiebung für jeden Abschnitt I von der Bezugsposition bis zur Position X aufaddiert wird: LnX = δn0 + δn1 + ... + δnI + ... + δnX. (12)
6 zeigt einen Vergleich einer thermischen Verschiebung bei Z = –100 mm für den Fall, dass die Vorschubspindel momentan schnell vorgeschoben wird oder für einen Schneidevorgang vorgeschoben wird, mit den Berechnungsergebnissen, die mit Hilfe von Gleichung (8) und (12) erhalten wurden. Dabei ist die thermische Verschiebung für jeweils eine Sekunde (Zeiteinheit) dargestellt, und die Positionen der Vorschubspindel wurde alle 8 Millisekunden abgetastet. 6 zeigt, dass man eine im Wesentlichen exakte Approximation erhält.
Die Messung der thermischen Verschiebung der Vorschubspindel kann beispielsweise mit den Vorgängen erfolgen, die im Flussdiagramm in 7 dargestellt sind.
Zunächst wird die Verschiebungsmessvorrichtung S, deren Höhe eingestellt werden kann, auf dem Tisch T montiert, und das Werkzeug 66 (ein Schaftfräser oder ein ähnliches Werkzeug), dessen distales Ende eben ist, wird an der Welle 64 montiert. Im nicht flüchtigen Speicher 14 wird über die Schnittstelle 15 ein Verschiebungsmessprogramm gespeichert. Der Gesamthub der Z-Achse zum Ermitteln der thermischen Verschiebungsdaten, die Anzahl der Unterteilungen I, die Anzahl der vorgenommenen Messvorgänge usw. werden über die CRT/MDI-Einheit 70 eingestellt, und das Ausführen des Messprogramms für die thermische Verschiebung wird angewiesen.
Wird der Befehl zum Ausführen des Messprogramms für die thermische Verschiebung eingegeben, so beginnt der Prozessor 11 mit der in 7 dargestellten Verarbeitung. Zuerst wird ein Zähler n auf "0" gesetzt (Schritt S1), der die Anzahl der Messvorgänge zählt. Ein Zähler i, der einen der Abschnitte einstellt, die man durch das Unterteilen des Gesamthubs der Vorschubspindel erhält, wird auf "0" gesetzt Schritt (S2).
Die X- und die Y-Achse werden so angetrieben, dass die Position des Tisches T eingestellt wird und dass die Position der Verschiebungsmessvorrichtung S bezüglich der Welle bestimmt wird. Anschließend wird die Position der Verschiebungsmessvorrichtung S auf eine Höhe eines eingestellten Abschnitts i justiert (Schritt S3). Die Position des eingestellten Abschnitts i wird mit der Verschiebungsmessvorrichtung S gemessen (Schritt S4). Zum Zähler i wird "1" addiert, und vom Abschnitt wird auf den folgenden Abschnitt i übergegangen (Schritt S5). Die Verarbeitung in den Schritten S3, S4 und S5 wird wiederholt, bis der Zähler i den Wert "I" annimmt. Auf diese Weise erhält man Positionsdaten für alle Teilabschnitte (Schritt S6).
Zum Zähler n wird "1" addiert (Schritt S7). Der Zähler n und eine eingestellte Anzahl N von Messvorgängen werden verglichen. Die Verarbeitung von Schritt S2 bis Schritt S6 wird N Mal wiederholt, wobei N die Anzahl der Messvorgänge ist (Schritt S8).
Mit Hilfe der beschriebenen Abläufe erhält man Positionsdaten für jeden Teilabschnitt, der durch das Unterteilen des Gesamthubs der Vorschubspindel eingestellt wird. Ausgehend von den ermittelten Positionsdaten für die jeweiligen Teilabschnitte wird die Größe der Bewegung für jeden Teilabschnitt bestimmt.
Es wird nun eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
In dieser Ausführungsform wird die Verschiebung betrachtet, die durch Wärme entsteht, die bei der Drehung der Schnecke der Vorschubspindel anfällt, und die Ver schiebung aufgrund der Wärmeerzeugung eines Vorschubspindelmotors. Die Berechnungsformel für die Korrektur der thermischen Verschiebung erhält man in dieser Ausführungsform, indem man zur Berechnungsformel für die Korrektur der thermischen Verschiebung aus dem vorigen Beispiel einen Term addiert, der die Auswirkung der Wärmeleitung aufgrund der im Vorschubspindelmotor erzeugten Wärme berücksichtigt.
Bei der thermischen Verschiebung der Vorschubspindel wird die Verschiebung aufgrund der Wärme, die durch die Drehung der Schnecke der Vorschubspindel entsteht, durch die angegebene Berechnungsformel (8) ausgedrückt.
Die Auswirkung der Wärmeleitung aufgrund der Wärme, die im Vorschubspindelmotor erzeugt wird, ist unter den jeweiligen Teilabschnitten im Gesamthub der Vorschubspindel in dem Abschnitt am stärksten, der dem Vorschubspindelmotor benachbart ist. Die Auswirkungen auf einen Abschnitt nehmen allmählich ab, wenn der Abschnitt vom angesprochenen Nachbarabschnitt des Vorschubspindelmotors weiter entfernt liegt.
Ist die im Vorschubspindelmotor erzeugte Wärmemenge gering, so reicht es aus, nur die thermische Verschiebung des Abschnitts zu berücksichtigen, der der Vorschubspindel benachbart ist. Wird die Auswirkung der Wärmeleitung aufgrund der im Vorschubspindelmotor erzeugten Wärme nur für den Abschnitt betrachtet, der dem Vorschubspindelmotor benachbart ist (hier ist dieser Abschnitt als Abschnitt 0 bezeichnet) so kann man die thermische Verschiebung δ_n0 dieses Abschnitts durch die folgende Formel ausdrücken, in der die thermische Verschiebung H aufgrund der im Vorschubspindelmotor erzeugten Wärme zur angegebenen Berechnungsformel (8) addiert wird δn0 = δ(n-1)0 + A3n0 – B3n0 + Dn0 + H. (13)
Überwiegt bei der im Vorschubspindelmotor erzeugten Wärme die Wärme aufgrund der Erregung, so ist H in der obigen Gleichung eine thermische Verschiebung aufgrund der Wärme, die durch die Erregung des Vorschubspindelmotors erzeugt wird. Befindet sich die Werkzeugmaschine in einem Nothalt-Zustand oder einem ähnlichen Status und wird der Vorschubspindelmotor nicht erregt, so kann H auf den Wert "0" gesetzt werden.
In der angegebenen Formel (13) ist die Verschiebung H ein Wert, in den die Auswirkungen anderer Faktoren nicht eingehen, da man annimmt, dass die im Vorschubspindelmotor erzeugte Wärmemenge gering ist. Ist jedoch die im Vorschubspindelmotor erzeugte Wärmemenge groß, so gilt die folgende Formel, in die die Auswirkungen weiterer Faktoren eingeht δn0 = δ(n-1)0 + A3n0 – B3n0 + Dn0 + Hn-1, (14) wobei gilt Hn = δ(n-1)1 + (Hn-1 + A4n + B4n) – 2δ(n-1)0. (15)
Dabei bedeutet

A4_n:: Ausdehnung (umgesetzter Wert) aufgrund der Wärme, die pro Zeiteinheit im Vorschubspindelmotor erzeugt wird;
B4_n:: Kontraktion (umgesetzter Wert) aufgrund der Wärme, die pro Zeiteinheit vom Vorschubspindelmotor abgestrahlt wird.

Für alle anderen Abschnitte außer dem Abschnitt, der dem Vorschubspindelmotor benachbart ist, kann man Gleichung (8) verwenden. Die thermische Verschiebung L_nX für jede Position kann man mit Gleichung (12) ausdrücken.
In 8 wird die thermische Verschiebung bei Z = –250 mm für den Fall verglichen, dass die Vorschubspindel momentan mit der schnellen Vorschubgeschwindigkeit betrieben wird, wobei die Berechnungsergebnisse der thermischen Verschiebung mit Hilfe von Gleichung (12) und Gleichung (14) gewonnen werden. In 8 ist bei (a) der Fall dargestellt, dass die Messung unmittelbar nach dem Einschalten der Stromversorgung beginnt. Bei (b) ist der Fall dargestellt, dass die Messung drei Stunden nach dem Einschalten der Stromversorgung beginnt und eine Verschiebung aufgrund der Wärme, die durch die Erregung des Vorschubspindelmotors erzeugt wird, bereits erfolgt ist. Man kann sehen, dass in beiden Fällen eine im Wesentlichen genaue Approximation erhalten wird.
Nun wird ein Beispiel für die Berechnung einer thermischen Gesamtverschiebung beschrieben.
In diesem Beispiel wird die thermische Verschiebung der Welle zusätzlich zur thermischen Verschiebung der Vorschubspindel betrachtet. Auf diese Weise erfolgt eine Korrektur sowohl der thermischen Verschiebung der Welle als auch der thermischen Verschiebung der Vorschubspindel.
Die thermische Verschiebung der Welle wird durch Gleichung (1) beschrieben, und die thermische Verschiebung der Vorschubspindel wird durch die Gleichung (12) beschrieben. Die gesamte thermische Verschiebung Δ_nX, in die sowohl die thermische Verschiebung der Welle als auch die thermische Verschiebung der Vorschubspindel eingehen, wird durch die folgende Formel beschrieben, die man durch Addieren von Gleichung (1) und Gleichung (2) gewinnt ΔnX = δn + LnX. (16)
Dabei bezeichnet

Δ_nX:: gesamte thermische Verschiebung an der Position X;
δ_n:: thermische Verschiebung der Welle (thermische Wellenverschiebung);
L_nX:: thermische Verschiebung der Vorschubspindel (thermische Vorschubspindel-Verschiebung) an der Position X.

In 9 werden die thermischen Verschiebungen bei Z = –100 mm mit den Ergebnissen der Berechnung der thermischen Verschiebung nach Gleichung (16) verglichen, und zwar für den Fall, dass die Welle und die Vorschubspindel gerade einen Bohrvorgang und einen Gewindeschneidvorgang ausführen. Man kann 9 entnehmen, dass man eine im Wesentlichen exakte Näherung erhält.
Nun wird anhand des Flussdiagramms in 10 ein Vorgang zum Korrigieren der ermittelten thermischen Verschiebung beschrieben.
Zuerst wird die Position der Vorschubspindel erfasst (Schritt S11). Aus der erfassten Positionsinformation werden die thermischen Verschiebungen aller Abschnitte beispielsweise nach jeweils einer Sekunde berechnet, und zwar mit Hilfe der Berechnungsformel für die thermische Verschiebung (Schritt S12). Die an dieser Position berechnete thermische Verschiebung wird an eine Korrekturvorrichtung gesendet (Schritt S13), und die Korrektur erfolgt anhand der thermischen Verschiebung. Der Korrekturvorgang kann dadurch vorgenommen werden, dass man eine Korrekturgröße, die der thermischen Verschiebung entspricht, in einer Korrekturgrößen-Speichervorrichtung speichert, und durch eine Funktion; die die Bezugsposition einstellt, beispielsweise eine Funktion, die einen erweiterten äußeren Maschinenursprung der Werkzeugmaschine verschiebt (Schritt S14).
Die Positionserfassung kann man beispielsweise alle 8 ms (Millisekunden) vornehmen (Schritt S15). Die Verarbeitung (Schritt S16) zum Berechnen der thermischen Verschiebung kann beispielsweise einmal pro Sekunde erfolgen. Beide Vorgänge werden so lange wiederholt (Schritt S17), bis die Korrekturverarbeitung abgeschlossen ist.
11 zeigt Werte, die man durch die tatsächliche Messung von thermischen Verschiebungen für den Fall erhält, dass eine Korrekturverarbeitung vorgenommen wird, wenn gerade Bohrvorgänge und Gewindeschneidvorgänge ablaufen. Man kann 11 entnehmen, dass man eine im Wesentlichen präzise Korrektur erhält.
Im Folgenden wird ein Beispiel für die Korrektur der Berechnungsformel für thermische Verschiebungen mit Hilfe eines Korrekturfehlers beschrieben. In dem Beispiel geht die Differenz zwischen der in den obigen Beispielen und Ausführungsformen erhaltenen thermischen Verschiebung und der tatsächlichen thermischen Verschiebung (Korrekturfehler) in einen Wärmeerzeugungsfaktor in der Berechnungsformel der thermischen Verschiebung ein. Durch die Korrektur des Wärmeerzeugungsfaktors kann man eine genauere Korrektur der thermischen Verschiebung vornehmen.
Im Weiteren wird ein Beispiel für Verarbeitungen zum Korrigieren der Berechnungsformel für thermische Verschiebungen angegeben. Bei dieser Korrektur wird die thermische Verschiebung durch eine Berechnung gemäß der beschriebenen Ausfüh rungsformen ermittelt. Die thermische Verschiebung wird durch eine tatsächliche Messung bestimmt. Mit Hilfe des ermittelten Berechnungswerts und des tatsächlichen Messwerts (Korrekturfehler) wird der Wärmeerzeugungsfaktor korrigiert. Sei der Wärmeerzeugungsfaktor der Welle A1 und der Wärmeerzeugungsfaktor der Vorschubspindel A3, so werden diese Wärmeerzeugungsfaktoren mit Hilfe des Verhältnisses des Korrekturfehlers zur berechneten thermischen Verschiebung korrigiert.
Sei im Fall der Welle das Verhältnis (λ_nX/Δ_nX) aus dem Korrekturfehler (λ_nX) zum Zeitpunkt n an der Position X und dem berechneten Wert (Δ_nX) der gesamten thermischen Verschiebung an der Position X der Fehler, und sei das Verhältnis (Δ_nX/δ_n) des berechneten Werts (Δ_nX) der Gesamtverschiebung an der Position X zum berechneten Wert (δ_n) der gesamten thermischen Verschiebung der vollständigen Welle die thermische Verschiebung, die durch Berechnung ermittelt wird, so kann man das Verhältnis ((λ_nX/Δ_nX)/( Δ_nX/δ_n)) des genannten Fehlers zur genannten thermischen Verschiebung als das Verhältnis λ_nX·δ_n/Δ_nX ² angeben. Den Wärmeerzeugungsfaktor A1' nach der Korrektur kann man gemäß der folgenden Formel mit Hilfe dieses Verhältnisses ausdrücken A1' = A1·(1 + λnX·δn/ΔnX 2). (17)
Sei im Fall der Vorschubspindel das Verhältnis (λ_nX/Δ_nX) aus dem Korrekturfehler (λ_nX) zum Zeitpunkt n an der Position X und dem berechneten Wert (Δ_nX) der gesamten thermischen Verschiebung an der Position X der Fehler, und sei das Verhältnis (Δ_nX/L_nX) des berechneten Werts (Δ_nX) der Gesamtverschiebung an der Position X zum berechneten Wert (L_nX) der gesamten thermischen Verschiebung der Vorschubspindel von der Bezugsposition an der Position X die thermische Verschiebung, die durch Berechnung ermittelt wird, so kann man das Verhältnis ((L_nX/Δ_nX)/(Δ_nX/δ_n)) des genannten Fehlers zur genannten thermischen Verschiebung als das Verhältnis λ_nX·L/Δ_nX ² angeben.
Den Wärmeerzeugungsfaktor A3' nach der Korrektur kann man mit Hilfe dieses Verhältnisses durch die folgende Gleichung angeben A3' = A1·(1 + λnX·LnX/ΔnX 2). (18)
Dabei bezeichnen

λ_nX:: Korrekturfehler zum Zeitpunkt n an der Position X;
Δ_nX:: berechnete thermische Gesamtverschiebung an der Position X;
δ_n:: berechnete thermische Gesamtverschiebung der vollständigen Welle;
A1:: Wärmeerzeugungsfaktor der Welle;
A1':: korrigierter Wärmeerzeugungsfaktor der Welle;
L_nX:: berechnete thermische Verschiebung der Vorschubspindel vom Bezugspunkt an der Position X;
A3:: Wärmeerzeugungsfaktor der Vorschubspindel;
A3':: korrigierter Wärmeerzeugungsfaktor der Vorschubspindel.

Bei der Korrektur der Berechnungsformel der thermischen Verschiebung wird die Position X eingegeben, an der die Korrektur erfolgen soll. Die berechnete thermische Verschiebung L_nX vom Bezugspunkt der Vorschubspindel an der Position X und die berechnete thermische Gesamtverschiebung δ_n der vollständigen Welle werden beispielsweise alle 10 Minuten über eine dreistündige Zeitperiode gespeichert. Natürlich kann man das Messintervall und die Messzeit willkürlich einstellen.
Nun werden der zum Zeitpunkt n an der Position X tatsächlich gemessene Korrekturfehler λ_nX und die gespeicherten L_nX und δ_n eingegeben, und die korrigierten Wärmeerzeugungsfaktoren der Welle und der Vorschubspindel werden anhand der Gleichungen (17) und (18) berechnet.
12 zeigt eine Skizze mit den Korrekturergebnissen der Wärmeerzeugungsfaktoren anhand der Korrekturfehler. In 12 bezeichnet (a) Zustand vor der Korrektur, und (b) gibt den Status nach der Korrektur an.
In 12 zeigt (a) die tatsächlichen Verschiebungen für den Fall, dass Bohrvorgänge und Gewindeschneidvorgänge erfolgen, und es sind die durch Berechnung ermittelten thermischen Verschiebungen dargestellt. Die Differenz zwischen diesen Größen bildet den Korrekturfehler. In (b) ist der Fall dargestellt, dass die korrigierten Wärmeerzeugungsfaktoren verwendet werden, die anhand der Korrekturfehler ermittelt wurden. Man kann sehen, dass der Fehler durch die Korrektur im Wesentlichen beseitigt wird.
Anhand diese Beispiels für die Korrektur des Wärmeerzeugungsfaktors kann man die tatsächliche Größe des Versatzes in die Berechnungsformel für die thermische Verschiebung zurückführen. Damit lässt sich eine geeignete Korrektur für jeden Fall vornehmen.

Claims

Verfahren zum Korrigieren der thermischen Verschiebung einer Werkzeugmaschine, die eine Welle (64) und eine Vorschubspindel (53) aufweist, umfassend: das Erfassen der Drehzahl der Welle (64) der Werkzeugmaschine und einer Last eines Wellenmotors (62), der die Welle antreibt; das Bestimmen einer mittleren Wellendrehzahl und einer mittleren Wellenmotorlast ausgehend von der Drehzahl der Welle (64) und der Last des Wellenmotors (62); das Bestimmen der Größe der thermischen Verschiebung der Welle (64) durch das Einsetzen der mittleren Wellendrehzahl und der mittleren Wellenmotorlast in eine vorab ermittelte Berechnungsformel für die thermische Verschiebung der Welle; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zudem umfasst: das Unterteilen eines Bewegungsbereichs der Vorschubspindel (53) in zahlreiche Abschnitte (I) von einem ersten Abschnitt (0), der einer Bezugsposition benachbart ist, bis zu einem letzten Abschnitt (X), der am weitesten von der Bezugsposition entfernt ist; das Erfassen einer Position für jeden Abschnitt (I) der Vorschubspindel (53) für n Messzeitpunkte; das Bestimmen einer mittleren Bewegungsgeschwindigkeit in jedem Abschnitt (I) der Vorschubspindel (53) ausgehend von den erfassten Positionen dieses Abschnitts; das Bestimmen einer thermischen Verschiebung (δ_nI) in jedem Abschnitt (I) durch das Einsetzen der ermittelten mittleren Bewegungsgeschwindigkeit in diesem Abschnitt in eine Berechnungsformel für die thermische Verschiebung der Vorschubspindel; das Addieren der thermischen Verschiebung (δ_nI) eines jeden Abschnitts (I) vom ersten Abschnitt (0) benachbart zur Bezugsposition bis zum letzten Abschnitt (X), damit die thermische Verschiebung (L_nX) der Vorschubspindel gewonnen wird; das Addieren der Größe der thermischen Verschiebung der Welle (64) zur thermischen Verschiebung (L_nX) der Vorschubspindel, damit die gesamte thermische Verschiebung der Werkzeugmaschine gewonnen wird; und das Bestimmen einer Korrekturgröße, die die gesamte thermische Verschiebung kompensiert, und das Korrigieren der gesamten thermischen Verschie bung durch das Addieren der Korrekturgröße zu einem Positionsbefehlswert der Vorschubspindel.
Verfahren zum Korrigieren der thermischen Verschiebung einer Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, worin die thermische Verschiebung der Welle (64) eine thermische Verschiebung aufgrund von Wärmestrahlung und/oder Wärmeleitung durch die Werkzeugmaschine enthält.
Verfahren zum Korrigieren der thermischen Verschiebung einer Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, worin die thermische Verschiebung (δ_nI) in jedem Abschnitt (I) der Vorschubspindel (53) eine thermische Verschiebung aufgrund von Wärmestrahlung in diesem Abschnitt und von Wärmeleitung zwischen diesem Abschnitt und einem Abschnitt I+1 sowie I-1 neben diesem Abschnitt enthält.
Verfahren zum Korrigieren der thermischen Verschiebung einer Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin die thermische Verschiebung (δ_nI) in jedem Abschnitt (I) der Vorschubspindel (53) eine Verschiebung aufgrund der Wärmeerzeugung einer Vorschubspindel und eine thermische Verschiebung aufgrund der Wärmeerzeugung eines Vorschubspindelmotors (52) enthält.
Verfahren zum Korrigieren der thermischen Verschiebung einer Werkzeugmaschine nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin ein Wärmeerzeugungsfaktor in der Berechnungsformel für die thermische Verschiebung der Welle oder in der Berechnungsformel für die thermische Verschiebung der Vorschubspindel abhängig von einem Fehler zwischen der berechneten thermischen Gesamtverschiebung und der tatsächlich gemessenen Verschiebung eines Werkzeugs (66) korrigiert wird.
Werkzeugmaschine, die eine Welle (64) und eine Vorschubspindel (53) aufweist, umfassend: eine Wellendrehzahl-Erfassungsvorrichtung, die die Drehzahl der Welle (64) erfasst; eine Wellenmotorlast-Erfassungsvorrichtung, die die Last eines Wellenmotors (62) erfasst; eine Berechnungsvorrichtung für die thermische Verschiebung der Welle, die die Größe der thermischen Verschiebung der Welle (64) dadurch ermittelt, dass sie eine mittlere Wellendrehzahl, die die Wellendrehzahl-Erfassungsvorrichtung er fasst, und eine mittlere Wellenmotorlast, die die Wellenmotorlast-Erfassungsvorrichtung erfasst, in eine vorab ermittelte Berechnungsformel für die thermische Verschiebung der Welle einsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine ferner umfasst: eine Verschiebungs-Messvorrichtung (S), die eine Position eines jeden der zahlreichen Abschnitte (I) der Vorschubspindel (53) zu allen n Messzeitpunkten erfasst; eine Erfassungsvorrichtung für die mittlere Bewegungsgeschwindigkeit, die eine mittlere Bewegungsgeschwindigkeit eines jeden Abschnitts (I) der Vorschubspindel (53) abhängig von den erfassten Positionen dieses Abschnitts bestimmt; eine Erfassungsvorrichtung für die thermische Verschiebung des Abschnitts, die eine thermische Verschiebung (δ_nI) eines jeden Abschnitts (I) dadurch ermittelt, dass sie die bestimmte mittlere Bewegungsgeschwindigkeit in diesem Abschnitt in eine Berechnungsformel für die thermische Verschiebung der Vorschubspindel einsetzt; eine erste Addiervorrichtung, die die thermische Verschiebung (δ_nI) eines jeden Abschnitts (I) von einem ersten Abschnitt (0), der einer Bezugsposition benachbart ist, bis zu einem letzten Abschnitt (X) addiert, um die thermische Verschiebung (L_nX) der Vorschubspindel zu gewinnen; eine zweite Addiervorrichtung, die die Größe der thermischen Verschiebung der Welle zur thermischen Verschiebung (L_nX) der Vorschubspindel addiert, um die thermische Gesamtverschiebung der Werkzeugmaschine zu erhalten; und eine Korrekturgrößen-Bestimmungsvorrichtung, die eine Korrekturgröße ermittelt, die die thermische Gesamtverschiebung kompensiert, und die die thermische Gesamtverschiebung korrigiert, indem sie die Korrekturgröße zu einem Positionsbefehlswert der Vorschubspindel (53) addiert.