JP2013202741A - Control device for machine tool and machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工具と被加工物との間の熱変位に起因する位置関係の変位を補正する工作機械制御装置および工作機械に関する。 The present invention relates to a machine tool control device and a machine tool that correct displacement in a positional relationship caused by thermal displacement between a tool and a workpiece.
一般的に、工作機械で被加工物を加工する際には、駆動軸に取り付けられた工具と、定盤などに取り付けられた被加工物との位置関係を、測定作業などによって加工前に把握しておく。そして、位置関係を保った状態で作業者の指示する加工動作を工作機械が実行することで、被加工物が所望の形状に加工される。 Generally, when machining a work piece with a machine tool, the positional relationship between the tool attached to the drive shaft and the work piece attached to a surface plate is grasped before machining by measuring work etc. Keep it. Then, the machine tool performs a machining operation instructed by the operator while maintaining the positional relationship, whereby the workpiece is machined into a desired shape.
このような工作機械では、工作機械が有している駆動軸を手動操作や自動操作することで、工具と被加工物は作業者の意図する位置関係に保たれるが、制御装置が制御を行っていない軸に関しては、制御装置が位置関係を認識することはできない。例えば、工作機械の温度が上昇することによって機械の構造体である鋳物が熱膨張により伸びた場合、鋳物の伸びた量は変位量として位置関係に影響を及ぼし、作業者の意図した位置関係を崩すこととなる。すなわち、工作機械の設置環境の温度変化が大きい場合、工作機械の構造体は、設置環境の温度変化に応じて伸縮し、構造体の位置に変位が生じる。この変位によって工具と工作物の位置関係が所定量（以下、変位量という）だけずれてしまう。 In such a machine tool, the tool and workpiece are kept in the positional relationship intended by the operator by manually or automatically operating the drive shaft of the machine tool. The control device cannot recognize the positional relationship with respect to an axis that has not been performed. For example, when a casting that is a machine structure is stretched due to thermal expansion due to an increase in the temperature of the machine tool, the amount of elongation of the casting affects the positional relationship as a displacement amount, and the positional relationship intended by the operator is changed. It will break down. That is, when the temperature change of the installation environment of the machine tool is large, the structure of the machine tool expands and contracts according to the temperature change of the installation environment, and the position of the structure is displaced. This displacement causes the positional relationship between the tool and the workpiece to shift by a predetermined amount (hereinafter referred to as a displacement amount).
工作機械の構造体は、材質の違いや構造の違いによって部分的に異なった変位が生じるので、一律に伸縮するわけではなく、温度変化の状態によって変位の発生の仕方が異なる。そのため、精度良く位置関係を保てるよう変位量を抑制するためには、設置環境の温度変化は小さい方が好ましく、恒温環境に工作機械を設置するなどの対策がとられることもある。 Since the machine tool structure is partially displaced due to the difference in material and structure, it does not expand and contract uniformly, and the manner in which the displacement occurs differs depending on the temperature change state. Therefore, in order to suppress the amount of displacement so as to maintain the positional relationship with high accuracy, it is preferable that the temperature change in the installation environment is small, and measures such as installing a machine tool in a constant temperature environment may be taken.
設置環境の温度変化により発生する変位量に対して補正を行う従来技術として、制御装置が、設置環境の温度と工作機械の温度との温度差に基づいて、発生する変位量を想定し、想定した変位量を打ち消す方向に軸を補正する技術がある。 As a conventional technology for correcting displacement caused by temperature changes in the installation environment, the control device assumes the amount of displacement generated based on the temperature difference between the temperature of the installation environment and the temperature of the machine tool. There is a technique for correcting the axis in a direction that cancels the amount of displacement.
例えば、特許文献１には、温度検出器から検出される温度が所定時間でどれだけ変化したかの差分から変位量を想定し、変位量を打消す方向に補正をかけることで、変位を抑制することが記載されている。
For example, in
また、特許文献２には、工作機械の温度が上昇または下降していく過程での変位量の検出精度を上げていく技術が記載されている。この技術では、工作機械の温度が上昇した場合と下降した場合とで、補正量を変えている。そして、温度の上昇時には変位量を少なめに設定し、温度が下降時には変位量を多めに設定することで、一定の係数を固定値とした熱変位補正方式に比べて補正効果が向上することが記載されている。
上記前者の従来技術では、設置環境温度と工作機械本体との温度差によって生じる変位量は一定として考えているので、温度差が大きくなれば変位量は大きくなり、温度差が小さくなれば変位量は小さくなるものとして変位量を想定している。しかしながら、上記前者の従来技術で使用されている計算式は、所定の係数を固定値として使用しているので、特定の設置環境温度下や特定の動作条件下以外では変位抑制に対して十分な効果を得ることができないという問題があった。 In the former prior art, the amount of displacement caused by the temperature difference between the installation environment temperature and the machine tool body is assumed to be constant, so the amount of displacement increases as the temperature difference increases, and the amount of displacement increases as the temperature difference decreases. The amount of displacement is assumed to be small. However, since the calculation formula used in the former prior art uses a predetermined coefficient as a fixed value, it is sufficient for suppressing displacement except under a specific installation environment temperature or a specific operation condition. There was a problem that the effect could not be obtained.
また、工作機械に発生する変位は単純に温度上昇状態、温度下降状態で決まるものではないので、上記後者の従来技術では、変位抑制に対して十分な効果が得られないという問題があった。工作機械に発生する熱変位は、温度上昇状態であるか温度下降状態であるかだけでなく、他の影響も受けるからである。 Further, since the displacement generated in the machine tool is not simply determined by the temperature rise state and the temperature fall state, the latter prior art has a problem that a sufficient effect for displacement suppression cannot be obtained. This is because the thermal displacement generated in the machine tool is affected not only by the temperature rising state or the temperature falling state but also by other influences.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、熱変位に起因する工具と被加工物との間の位置関係の変位を適切に補正することができる工作機械制御装置および工作機械を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and obtains a machine tool control device and a machine tool that can appropriately correct a displacement of a positional relationship between a tool and a workpiece caused by thermal displacement. For the purpose.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、工具を移動させて被加工物を加工する工作機械を制御する工作機械制御装置において、前記工作機械が設置された環境の温度である環境温度を解析するとともに、前記工作機械に関する時々刻々の温度変化の傾向である温度変化状態の状態遷移を解析する温度解析部と、前記環境温度の解析結果と、前記状態遷移の解析結果と、に基づいて、前記工作機械が備える機械構造体の熱変位に起因する前記工具と前記被加工物との間の位置関係の変位量を算出するとともに、前記変位量を補正する補正量を算出する補正量算出部と、前記工具を移動させる駆動部を、前記補正量を用いて制御する駆動制御部と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a machine tool control apparatus for controlling a machine tool that processes a workpiece by moving a tool, and a temperature of an environment in which the machine tool is installed. A temperature analysis unit that analyzes a state transition of a temperature change state that is a tendency of a temperature change with respect to the machine tool, an analysis result of the environment temperature, and an analysis result of the state transition And calculating a displacement amount of a positional relationship between the tool and the workpiece caused by thermal displacement of a machine structure included in the machine tool, and a correction amount for correcting the displacement amount. It has a correction amount calculation unit to be calculated, and a drive control unit that controls a drive unit for moving the tool using the correction amount.
本発明によれば、熱変位に起因する工具と被加工物との間の位置関係の変位を適切に補正することが可能になるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to appropriately correct the displacement of the positional relationship between the tool and the workpiece due to the thermal displacement.
以下に、本発明の実施の形態に係る工作機械制御装置および工作機械を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。以下の実施の形態では、工作機械が放電加工機であり、工作機械制御装置が放電加工機制御装置である場合について説明する。 Hereinafter, a machine tool control device and a machine tool according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments. In the following embodiments, a case where the machine tool is an electric discharge machine and the machine tool control device is an electric discharge machine control device will be described.
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る放電加工機の構成を示す図である。工作機械の一例である放電加工機（放電加工装置）１は、被加工物２を放電加工によって所望の形状に加工する装置である。本実施の形態の放電加工機１は、放電加工機１の状態（設置環境の温度変化、温度変化状態の遷移、駆動状態の変化）を判別し、判別した状態に応じて工具と被加工物との間の位置ずれを補正（熱変位補正）する機能（状態別熱変位補正機能）を備えている。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an electric discharge machine according to the first embodiment. An electric discharge machine (electric discharge machine) 1 that is an example of a machine tool is an apparatus that processes a
放電加工機１は、Ｘ軸方向に直線駆動するＸ軸部１０ｘ、Ｙ軸方向に直線駆動するＹ軸部１０ｙ、Ｚ軸方向に直線駆動するＺ軸部１０ｚ、Ｚ軸方向を回転軸として回転駆動するＣ軸部１０ｃを有している。また、放電加工機１は、Ｘ軸部１０ｘ、Ｙ軸部１０ｙ、Ｚ軸部１０ｚ、Ｃ軸部１０ｃを駆動させるためのモータ１１ｘ，１１ｙ，１１ｚ，１１ｃを有している。
The
また、放電加工機１は、Ｘ軸部１０ｘ、Ｙ軸部１０ｙ、Ｚ軸部１０ｚ、Ｃ軸部１０ｃを制御する制御装置３０と、放電加工を行うための電気エネルギーを生成する電源２２とを有している。なお、以下の説明では、モータ１１ｘ，１１ｙ，１１ｚ，１１ｃをモータ群という場合がある。また、以下の説明では、Ｘ軸部１０ｘ、Ｙ軸部１０ｙ、Ｚ軸部１０ｚ、Ｃ軸部１０ｃを軸部群という場合がある。
Further, the
また、放電加工機１は、Ｚ軸部１０ｚに把持されて工具となる電極（工具電極）２３と、被加工物２を固定するための定盤２１と、温度検出器１５〜１７と、を有している。工具電極２３は、被加工物２を加工する工具であり、Ｘ軸部１０ｘ、Ｙ軸部１０ｙ、Ｚ軸部１０ｚ、Ｃ軸部１０ｃの動作に応じた位置に移動する。
In addition, the
温度検出器１５〜１７は、放電加工機１に関する時々刻々の温度を検出する。温度検出器１５は、放電加工機１が設置された環境（設置環境）の温度（環境温度）を検出し、温度検出器１６は、放電加工機１の構造体である鋳物の温度（鋳物温度）を検出し、温度検出器１７は、局所発熱する部位に取付けられた局所発熱部の温度（局所発熱温度）を検出する。
The
温度検出器１５は、設置環境の温度変化を正確に捉えることができるよう温度変化が大きくなる位置に配置されることが好ましい。鋳物の温度は、設置環境の温度変化に対して緩やかに温度変化する。このため、温度検出器１６は、鋳物の緩やかな温度変化を捉えることができる位置に配置されることが好ましい。換言すると、温度検出器１５と温度検出器１６から検出される温度が、設置環境の温度変化に対して大きな温度差を生じる位置に温度検出器１５と温度検出器１６が取付けられることが好ましい。
The
また、温度検出器１７は、局所的に温度変化が生じる位置であって、且つその温度変化が複数軸に対して熱変位を生じさせるものではなく、特定の軸に対してのみ熱変位を生じさせるような位置に取付けることが望ましい。
Further, the
また、放電加工機１は、放電加工機１の温度に関する種々の情報（後述する環境温度、鋳物温度、局所発熱温度、温度変化状態など）を表示させる表示装置２０を有している。表示装置２０は、制御装置３０からの指示に従って放電加工機１の温度に関する種々の情報を表示する。放電加工機１では、軸部群、モータ群が被加工物２の加工を行う加工部として機能し、制御装置３０が加工部を制御する制御部として機能する。
The
このように、放電加工機１は、Ｘ軸部１０ｘ、Ｙ軸部１０ｙ、Ｚ軸部１０ｚのような直線座標系、Ｃ軸部１０ｃのような回転座標系に分類される駆動軸を有している。放電加工機１は、各軸部を駆動することで、工作機械作業者の意図する座標に向けて工具を移動し、加工動作を行う。各軸部の動作は放電加工機１に取付けられた制御装置３０により制御されており、手動操作や加工プログラムによる自動操作を行うことで、工作機械作業者の意図する座標に向けて各軸部が移動する。なお、放電加工機１は、Ａ軸部やＢ軸部などの回転座標系に分類される駆動軸を有していてもよい。
As described above, the
図２は、実施の形態１に係る制御装置の構成を示す図である。工作機械制御装置の一例である制御装置３０は、温度記憶部３１と、温度解析部３２と、駆動制御部３３と、位置認識部３４Ａと、位置記憶部３４Ｂと、駆動状態認識部３５と、補正量算出部３６と、温度表示制御部３７と、温度変化状態表示制御部３８とを有している。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the control device according to the first embodiment. A
温度記憶部３１は、温度検出器１５、温度検出器１６、温度検出器１７から検出される放電加工機１に関する温度（環境温度、鋳物温度、局所発熱温度）を記憶しておくメモリなどである。
The
温度解析部３２は、放電加工機１が設置された環境の温度である環境温度を解析するとともに、放電加工機１に関する時々刻々の温度変化の傾向（温度変化状態）の状態遷移を解析する。温度解析部３２は、温度記憶部３１が記憶している温度に基づいて、放電加工機１の環境温度と、温度変化状態の状態遷移を解析する。
The
また、温度解析部３２は、駆動状態認識部３５から送られてくる軸部群（各軸部）の駆動状態を解析する。温度解析部３２は、温度変化（環境温度、温度変化状態、駆動状態）に関する解析結果を補正量算出部３６に送る。温度解析部３２は、例えば、温度変化に関する解析結果として、熱変位（軸部の位置ずれ量）の変位量と温度変化との関係を示す式などを補正量算出部３６に送る。
Further, the
駆動制御部３３は、軸部群の駆動部であるモータ群（モータ１１ｘ，１１ｙ，１１ｚ，１１ｃ）の駆動を行う。駆動制御部３３は、制御装置３０に与えられた加工プログラムと、補正量算出部３６から送られてくる補正量（駆動補正量）とを用いて、モータ群の駆動を行う。なお、駆動制御部３３は、放電加工機１の使用者（工作機械使用者）によって行われる手動操作に基づいて、モータ群の駆動を行なってもよい。
The
位置認識部３４Ａは、モータ群の駆動によって移動する軸部群（Ｘ軸部１０ｘ、Ｙ軸部１０ｙ、Ｚ軸部１０ｚ、Ｃ軸部１０ｃ）の現在位置を認識する。位置認識部３４Ａは、駆動制御部３３がモータ１１ｘ，１１ｙ，１１ｚ，１１ｃへ送る駆動指示に基づいて、軸部群の現在位置を認識する。
The position recognition unit 34A recognizes the current position of the shaft group (
位置記憶部３４Ｂは、位置認識部３４Ａが認識した軸部群の現在位置を記憶しておくメモリなどである。位置記憶部３４Ｂが記憶しておく軸部群の現在位置は、駆動制御部３３によるフィードバック制御に用いられる。
The
駆動状態認識部３５は、駆動制御部３３がモータ１１ｘ，１１ｙ，１１ｚ，１１ｃへ送る駆動指示に基づいて、軸部群の駆動状態を認識する。補正量算出部３６は、温度解析部３２から送られてくる温度変化に関する解析結果と温度変化状態（温度変化状態の解析結果）に基づいて、補正量（モータ群へ送る駆動量の補正量）を算出する。算出される補正量は、放電加工機１が備える機械構造体の熱変位に起因する工具電極２３と被加工物２との間の位置関係の変位を補正する値である。補正量算出部３６は、算出した補正量を駆動制御部３３に送る。
The drive
温度表示制御部３７は、温度記憶部３１に記憶されている温度を表示装置２０に表示させる。温度表示制御部３７は、環境温度、鋳物温度、局所発熱温度を表示装置２０に表示させることにより、工作機械使用者に環境温度、鋳物温度、局所発熱温度を通知する。
The temperature
温度変化状態表示制御部３８は、温度解析部３２で解析された温度変化状態を表示装置２０に表示させる。温度変化状態表示制御部３８は、温度変化状態を表示装置２０に表示させることにより、工作機械使用者に温度変化状態を通知する。
The temperature change state
表示装置２０は、温度記憶部３１に記憶されている温度や温度解析部３２で解析された温度変化状態を表示する液晶モニタなどの表示装置である。表示装置２０は、温度表示制御部３７や温度変化状態表示制御部３８の指示に従って、環境温度、鋳物温度、局所発熱温度、温度変化状態などを表示する。
The
つぎに、放電加工機１の動作処理手順について説明する。図３は、実施の形態１に係る放電加工機の動作処理手順を示すフローチャートである。ここでは、ある程度の時間の経過に伴って設置環境の温度が変化していく場所に放電加工機１が設置された場合の、放電加工機１の動作処理手順について説明する。
Next, an operation processing procedure of the
温度検出器１５〜１７は、温度検出を常時行っており（ステップＳ１）、所定周期毎に温度記憶部３１が検出温度の読取りを行う。ここでは、ある検出時間（検出タイミング）ｎにおいて温度検出器１５〜１７が検出した温度（検出温度）を、それぞれＴ１（ｎ）、Ｔ２（ｎ）、Ｔ３（ｎ）として説明する。また、温度記憶部３１は常時検出している温度の他に、各温度検出器１５〜１７が検出する温度の基準となる基準温度としてＴ１（１）、Ｔ２（１）、Ｔ３（１）を記憶している。
The
なお、基準温度がＴ１（１）、Ｔ２（１）、Ｔ３（１）である場合の放電加工機１の各軸部（Ｘ軸部１０ｘ、Ｙ軸部１０ｙ、Ｚ軸部１０ｚ）の位置をＸ（１）、Ｙ（１）、Ｚ（１）とする。また、放電加工機１の各軸部の位置がＸ（１）、Ｙ（１）、Ｚ（１）の場合に、工具電極２３と被加工物２との間の位置関係が正しく保たれているものとする。
In addition, the position of each shaft part (
制御装置３０は、基準温度を取得していなければ（ステップＳ２、Ｎｏ）、基準温度を取得し、温度記憶部３１に記憶させる（ステップＳ３）。そして、温度検出器１５〜１７は、温度検出を継続する（ステップＳ１）。
If the reference temperature has not been acquired (step S2, No), the
制御装置３０は、基準温度を取得すると（ステップＳ２、Ｙｅｓ）、温度検出時間になったか否かを判断する（ステップＳ４）。温度検出時間でなければ（ステップＳ４、Ｎｏ）、温度検出器１５〜１７は、温度検出を継続する（ステップＳ１）。
When acquiring the reference temperature (step S2, Yes), the
制御装置３０は、温度検出時間になると（ステップＳ４、Ｙｅｓ）、温度検出器１５〜１７が検出した各温度を温度検出器１５〜１７から取得して温度記憶部３１に記憶させる（ステップＳ５）。
When the temperature detection time comes (step S4, Yes), the
ここで、放電加工機１の設置環境の温度が変化し、検出温度のＴ１（ｎ）、Ｔ２（ｎ）、Ｔ３（ｎ）に温度が変化したとする。放電加工機１の構成物が設置環境の温度変化によって熱変位を起こすと考えた場合、検出時間ｎにおける各軸部の位置をＸ（ｎ）、Ｙ（ｎ）、Ｚ（ｎ）とすると、熱変位によって生じる工具電極２３と被加工物２との間の位置関係の変位量（位置ずれ量）は、以下の式（１）〜（３）で表される。なお、Ｈｘ（ｎ）、Ｈｙ（ｎ）、Ｈｚ（ｎ）は、それぞれ工具電極２３と被加工物２との間のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の位置の変位量である。
Here, it is assumed that the temperature of the installation environment of the
Ｈｘ（ｎ）＝Ｘ（ｎ）−Ｘ（１）・・・（１）
Ｈｙ（ｎ）＝Ｙ（ｎ）−Ｙ（１）・・・（２）
Ｈｚ（ｎ）＝Ｚ（ｎ）−Ｚ（１）・・・（３）
Hx (n) = X (n) -X (1) (1)
Hy (n) = Y (n) −Y (1) (2)
Hz (n) = Z (n) −Z (1) (3)
これらの変位量が設置環境の温度変化によるものであるとした場合、変位量は温度変化との相関関係を持つ。ここで、変位量と温度変化の関係について説明する。なお、Ｘ軸方向の変位量と温度変化の関係、Ｙ軸方向の変位量と温度変化の関係、Ｚ軸方向の変位量と温度変化の関係は、それぞれ同様の関係を示すので、ここではＺ軸方向の変位量と温度変化の関係について説明する。Ｚ軸方向の変位量と温度変化の関係は、以下の式（４）によって表すことができる。 If these displacement amounts are due to temperature changes in the installation environment, the displacement amounts have a correlation with temperature changes. Here, the relationship between the displacement and the temperature change will be described. The relationship between the displacement amount in the X-axis direction and the temperature change, the relationship between the displacement amount in the Y-axis direction and the temperature change, and the relationship between the displacement amount in the Z-axis direction and the temperature change show the same relationship. The relationship between the axial displacement and the temperature change will be described. The relationship between the amount of displacement in the Z-axis direction and the temperature change can be expressed by the following equation (4).
Ｈｚ（ｎ）＝α・（Ｔ１（ｎ）−Ｔ１（１））＋β・（Ｔ２（ｎ）−Ｔ２（１））＋γ・（Ｔ３（ｎ）−Ｔ３（１）） ・・・（４） Hz (n) = α · (T1 (n) −T1 (1)) + β · (T2 (n) −T2 (1)) + γ · (T3 (n) −T3 (1)) (4)
式（４）は、基準温度であるＴ１（１）、Ｔ２（１）、Ｔ３（１）と検出時間ｎにおける検出温度であるＴ１（ｎ）、Ｔ２（ｎ）、Ｔ３（ｎ）の温度差を比較することで、温度変化によって基準位置からどれだけの変位が生じたかを類推する式となっている。温度解析部３２は、式（４）における係数α，β，γに、温度検出器１５〜１７から検出される各検出温度に対して相関関係を有する値を設定しておく。具体的には、温度検出器１５で検出された温度に対して相関関係を有する値が係数αに設定され、温度検出器１６で検出された温度に対して相関関係を有する値が係数βに設定され、温度検出器１７で検出された温度に対して相関関係を有する値が係数γに設定される。
Equation (4) is a temperature difference between T1 (1), T2 (1), and T3 (1) that are reference temperatures and T1 (n), T2 (n), and T3 (n) that are detection temperatures at a detection time n. By comparing the above, the equation gives an analogy to how much displacement has occurred from the reference position due to temperature change. The
補正量算出部３６は、基準温度に対する温度変化と、検出温度に対して相関関係をもつ係数と、を用いて定義された式（４）などから変位量を算出（類推）する（ステップＳ６）。そして、補正量算出部３６が、類推した変位量を打消す方向に各軸部の位置が補正されるような補正量を算出し、駆動制御部３３が、算出された補正量をモータ群の駆動に反映することによって（ステップＳ７）、熱変位補正が行われる。この後、ステップＳ１〜Ｓ７の処理が繰り返される。
The correction
ところで、設置環境と放電加工機１の温度差を比較することだけでは、発生する熱変位を想定することは難しい。放電加工機１が有する構造体の部分的な材質の違いや構造の違いによる影響、放電加工機１の駆動状態による局所的な発熱の影響など、設置環境と放電加工機１の温度差以外の様々な要因によって変位の発生の仕方は異なってくるからである。
By the way, it is difficult to assume the generated thermal displacement only by comparing the temperature difference between the installation environment and the
放電加工機１の構造体の部分的な材質の違いや構造の違いは、構造体の部分的な熱時定数の違いとなるので、温度変化状態がどのように遷移するかで変位の発生の仕方が異なってくる。例えば、温度変化状態として、放電加工機１の温度が徐々に上がっていく状態を温度上昇状態とし、温度が徐々に下がっていく状態を温度下降状態とし、温度が一定時間変化していない状態を温度安定状態とし、それぞれの状態の変化を状態遷移と呼ぶこととする。温度上昇状態時に生じる変位量を精度よく想定するために定義された一定の計算式で温度下降状態時に生じる変位量を想定しようとすると、そこで想定されてくる変位量は正しい変位量とは限らない。これは放電加工機１の構造部品が多種多様であるため、それぞれの熱時定数の違いなどによって、変位の発生の仕方が温度上昇状態と温度下降状態で異なるためである。
Differences in the material and structure of the structure of the
図４−１および図４−２は、放電加工機における温度変化と変位量の関係を説明するための図である。図４−１は、放電加工機が緩やかに温度変化した場合の変位量の変化を示す図であり、図４−２は、放電加工機が急激に温度変化した場合の変位量の変化を示す図である。 4A and 4B are diagrams for explaining the relationship between the temperature change and the displacement amount in the electric discharge machine. FIG. 4-1 is a diagram illustrating a change in the displacement amount when the temperature of the electric discharge machine changes gradually, and FIG. 4-2 illustrates a change in the displacement amount when the temperature of the electric discharge machine changes suddenly. FIG.
図４−１や図４−２に示すように、環境温度の温度変化状態が温度安定状態から温度上昇状態に状態遷移した場合、温度変化に対し、所定の熱時定数による遅れを伴って熱変位が発生する。そして、温度変化の勾配が緩やかであるか急激であるかによって、熱変位の発生の仕方（変位量の変化態様）が異なる。このように、放電加工機１の構造体には、部分的な材質の違いや構造に違いがあるので、変位量の変化を予め定義された一定の計算式から想定することは困難である。
As shown in FIG. 4A and FIG. 4B, when the temperature change state of the environmental temperature transitions from the temperature stable state to the temperature rise state, the heat changes with a delay due to a predetermined thermal time constant with respect to the temperature change. Displacement occurs. The manner of occurrence of thermal displacement (change mode of displacement amount) differs depending on whether the gradient of the temperature change is gentle or abrupt. Thus, since the structure of the
温度変化の勾配が急激に変化する状態の１つとして、放電加工機１の駆動動作が挙げられる。設置環境の温度変化は、比較的緩やかな場合が多い。一方、直線軸の高速移動動作や、回転軸の高速回転動作が実施される場合、モータ群の負荷による発熱や、各軸部を保持している周辺部材の摩擦による発熱などにより、局所的に急激な温度変化が生じる場合がある。
As one of the states in which the gradient of the temperature change changes abruptly, there is a driving operation of the
局所的な発熱を伴う駆動動作を行う工作機械では、発熱量がある程度一定になるまで暖機を行うことで、駆動制御が行われる前に意図的に変位を発生させておき、変位量の変化が略最小になってから位置を把握するための測定動作を行うことが一般的である。この場合、工作機械の稼動前に暖機を行うことで機械運転中の変位量の変化を抑制することが可能となるが、暖機に要する時間が必要である。また、加工の状態に合せて工作機械の動作が刻々と変化するような運用を行う場合、変位量を抑制することが難しい。 In machine tools that perform drive operations with local heat generation, warm-up is performed until the heat generation amount becomes constant to a certain extent, so that displacement is intentionally generated before drive control is performed, and the change in displacement amount Generally, a measurement operation for grasping the position is performed after the value becomes substantially minimum. In this case, it is possible to suppress a change in the amount of displacement during machine operation by performing warm-up before the machine tool is operated, but time required for warm-up is required. In addition, when the operation is performed such that the operation of the machine tool changes every moment according to the machining state, it is difficult to suppress the displacement amount.
切削を目的とした工作機械などの場合、回転軸の回転速度などから予め変位量を想定しておき、想定していた変位量を補正する技術がある。例えば、形彫放電加工機のように、工具と工作物との間の加工屑を排除する場合や、加工状態の安定を目的として軸を高速移動させるジャンプ制御などの場合は、加工の安定状態や進行状況に応じて軸の駆動速度や駆動量が刻々と変化する。このため、軸の駆動速度や駆動量が刻々と変化する際に発生する変位量を予め想定しておくことは難しいので、駆動状態の変化に応じた温度変化から変位量を想定する必要がある。 In the case of a machine tool for the purpose of cutting, there is a technique that assumes a displacement amount in advance from the rotational speed of a rotating shaft and corrects the assumed displacement amount. For example, when removing scraps between the tool and the workpiece, such as a sculpting electric discharge machine, or when jump control that moves the axis at high speed for the purpose of stabilizing the machining state, the machining stable state The driving speed and driving amount of the shaft change every moment depending on the progress. For this reason, it is difficult to assume in advance the amount of displacement that occurs when the shaft driving speed and amount of driving change every moment, so it is necessary to assume the amount of displacement from the temperature change according to the change in the driving state. .
このように複数の要因によって複合的に生じる熱変位は、発生する量を想定することが難しく、予め定義された一定の補正式で変位量を抑制していくことは困難である。そのため、制御装置３０は、工作機械（放電加工機１）の設置環境の温度変化、温度変化状態の状態遷移、駆動状態の変化など、時々刻々と変化する工作機械の状態を識別し、各状態に対応したモータ群への駆動補正を行なうことによって変位量を抑制する。
In this way, it is difficult to assume the amount of thermal displacement that is generated in combination by a plurality of factors, and it is difficult to suppress the amount of displacement with a predetermined correction equation. Therefore, the
ここで、温度変化の状態遷移と各軸部群の変位量との関係について説明する。なお、各軸部群は、同様の変位量を有するので、ここではＺ軸変位量について説明する。図５は、温度変化の状態遷移とＺ軸変位量との関係を説明するための図である。まず、図５に示すような温度（環境温度、鋳物温度、局所発熱温度）の温度変化と、この温度変化によって生じるＺ軸変位量に対する従来の補正後変位量について説明する。 Here, the relationship between the state transition of the temperature change and the displacement amount of each shaft group will be described. In addition, since each axial part group has the same displacement amount, Z-axis displacement amount is demonstrated here. FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the state transition of the temperature change and the Z-axis displacement amount. First, the temperature change of the temperature (environment temperature, casting temperature, local heating temperature) as shown in FIG. 5 and the conventional corrected displacement amount with respect to the Z-axis displacement amount caused by the temperature change will be described.
温度変化状態は、温度安定状態、温度上昇状態、温度下降状態が混在しているものとする。温度変化状態は、例えば、温度検出器１５で検出された温度に基づいて判定される。なお、温度変化状態は、温度検出器１６，１７で検出された温度を参照して判定してもよい。
It is assumed that the temperature change state includes a temperature stable state, a temperature rise state, and a temperature drop state. The temperature change state is determined based on, for example, the temperature detected by the
温度安定状態（１）おいては、変位量に変化が生じることはなく変位量が略一定となる。また、温度上昇状態（１），（２）、温度下降状態（１），（２）においては、所定の時定数分の遅れをもって、変位量の変化が発生する。また、温度安定状態（２）においては、温度上昇状態（２）からの状態遷移により、温度安定状態にも関わらず、変位量の変化が発生する。 In the temperature stable state (1), the displacement amount does not change and the displacement amount becomes substantially constant. Further, in the temperature rising states (1) and (2) and the temperature falling states (1) and (2), the displacement changes with a delay corresponding to a predetermined time constant. Further, in the temperature stable state (2), a change in displacement occurs due to the state transition from the temperature rising state (2), regardless of the temperature stable state.
一定の計算式でこの変位量を想定する従来技術の場合、温度安定状態（２）における変位量の変化（温度の状態遷移の変化）までは捉えることができないので、変位量の低減効果は少ししか見込めない。 In the case of the prior art that assumes this amount of displacement with a constant calculation formula, it is impossible to capture the change in the amount of displacement in the temperature stable state (2) (change in the state transition of temperature), so the effect of reducing the amount of displacement is a little. I can only expect.
図５における温度変化の傾向を見た場合、温度検出器１５〜１７が検出する各温度は、温度検出する対象物の違いや温度検出器１５〜１７の取付け位置の違いによって、温度上昇状態や温度下降状態の遷移タイミングが異なる。これを変位（Ｚ軸変位量）と照らし合わせてみた場合、変位の大きさが変わる状態遷移のタイミングは、温度検出器１５の温度変化に比較的近いタイミングとなる。一方、温度検出器１６、温度検出器１７の時定数分の遅れ分に関係して、温度上昇状態と温度下降状態のそれぞれで、変位量の変化の傾向が異なる。
When the tendency of the temperature change in FIG. 5 is seen, each temperature detected by the
このように、温度の勾配が何れのタイミングで切替わったかによって変位量の変化態様が異なっており、温度安定状態であったとしても、前後の温度変化が温度上昇状態や温度下降状態となっている場合は、熱時定数の遅れ分の変位量が残存する。そのため、温度安定状態であるか、温度上昇状態か、温度下降状態かだけで単純に温度変化に相関をもつ係数（温度相関係数）α，β，γを決定することはできない。 In this way, the change mode of the displacement amount differs depending on at which timing the temperature gradient is switched, and even if the temperature is stable, the temperature change before and after becomes a temperature rising state or a temperature falling state. If there is, a displacement amount corresponding to the delay of the thermal time constant remains. Therefore, the coefficients (temperature correlation coefficients) α, β, γ that are simply correlated with the temperature change cannot be determined only in the temperature stable state, the temperature rising state, or the temperature falling state.
そこで、本実施の形態では、温度解析部３２が、温度変化状態の遷移に基づいて、温度変化状態を解析する。なお、本実施の形態では、駆動状態の変化が変位量に影響を与えない場合について説明する。温度解析部３２は、例えば、図６に示すアルゴリズムで温度変化状態の解析を行う。
Therefore, in the present embodiment, the
図６は、実施の形態１に係る放電加工機が行う補正量算出処理の処理手順を示すフローチャートである。前述したように、温度変化によって生じる変位量は、単純に温度上昇状態か温度下降状態かだけでは判断できない。このため、温度解析部３２は、状態がどのように遷移していくかを判断（状態遷移を確認）し（ステップＳ１１）、対象となる状態変化において最適となる係数α，β，γを設定する。本実施の意形態では、例えば、温度解析部３２に予め状態遷移の判断基準を設定しておく。これにより、温度解析部３２は、状態遷移の判断基準に基づいて、温度変化状態がどのように遷移していくかを判断する。
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of correction amount calculation processing performed by the electric discharge machine according to the first embodiment. As described above, the amount of displacement caused by a temperature change cannot be determined by simply determining whether the temperature is rising or falling. For this reason, the
温度解析部３２は、状態遷移を認識していなければ（ステップＳ１２、Ｎｏ）、基準温度と温度検出器１５〜１７が検出した検出温度とに基づいて、補正量を算出する（ステップＳ１７）。一方、温度解析部３２は、状態遷移を認識すると（ステップＳ１２、Ｙｅｓ）、状態遷移の判断基準に基づいて、後述の状態遷移パターンを分析する（ステップＳ１３）。
If the
図７は、状態遷移の判断基準の一例を示す図である。図７に示す判断基準情報５１では、状態遷移パターンと状態遷移条件とが対応付けされている。判断基準情報５１は、各状態遷移パターンが満たすべき状態遷移条件を規定している。換言すると、判断基準情報５１に示した状態遷移条件を満たした場合に、この状態遷移条件に対応する状態遷移になったと判断される。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of determination criteria for state transition. In the
温度解析部３２は、ある温度検出時間ｎにおける温度と、一周期前の検出時間（ｎ−１）における温度とを比較し、その温度差が所定の閾値を上回るか下回るかで温度が上昇しているのか下降しているのかの判断を行う。
The
閾値を超えなかった場合、温度解析部３２は、温度変化状態を安定状態として認識する。また、温度解析部３２は、温度検出時間ｎと温度検出時間（ｎ−１）との温度差からだけで上昇、下降、安定の各状態を判断するのではなく、過去複数回の状態に基づいて状態遷移を認識する。具体的には、温度解析部３２は、過去複数回の検出周期に対して、上昇、下降、安定を判断し、規定された回数以上に渡って上昇、下降、安定の状態が継続した場合に、温度変化状態が遷移したと判定する。
When the threshold value is not exceeded, the
例えば、温度解析部３２には、安定状態を示す閾値としてＴｓｔ、上昇状態を示す閾値としてＴｕｐ、下降状態を示す閾値としてＴｄｎを設定しておく。温度解析部３２は、状態遷移の判断を行う検出周期をｍ回とする。この場合において、検出時間ｎと温度検出時間（ｎ−１）の温度差をΔＴとすると、温度変化状態（温度推移の種類）の判断基準は以下のようになる。
・温度安定状態：−Ｔｓｔ≦ΔＴ≦Ｔｓｔ
・温度上昇状態：Ｔｕｐ≦ΔＴ
・温度下降状態：ΔＴ≦Ｔｄｎ
For example, in the
Temperature stable state: −Tst ≦ ΔT ≦ Tst
・ Temperature rise: Tup ≦ ΔT
・ Temperature drop state: ΔT ≦ Tdn
温度解析部３２は、検出時間ｎを含む過去ｍ回の温度検出周期の中で、上記判断基準を満たした温度検出時間が何回あったかを記憶しておく。温度解析部３２は、この結果が状態遷移の遷移条件を満たす回数であるか否かで、状態遷移を判断する。
The
例えば、図７のパターンＰａに示すように、温度解析部３２が、ａ回の温度安定状態（条件１）とｂ回の温度上昇状態（条件２）を認識しており、かつ温度解析部３２が温度検出時間ｎからみて過去連続ｃ回分の温度上昇状態（条件３）を認識している場合、温度解析部３２は、温度安定状態から温度上昇状態への状態遷移であると認識する。
For example, as shown in a pattern Pa in FIG. 7, the
この状態遷移が認識された温度検出周期は、状態遷移周期として温度解析部３２で記憶される。温度解析部３２は、以降のモータ群の駆動補正に使用する係数α，β，γに、温度安定状態から温度上昇状態への状態遷移時用に予め調整しておいたα、β、γを設定する。このように、温度解析部３２は、状態遷移パターンの分析結果に基づいて、温度相関を有した係数α，β，γを設定する（ステップＳ１４）。
The temperature detection period in which the state transition is recognized is stored in the
温度解析部３２は、状態遷移タイミングを確認し（ステップＳ１５）、状態遷移タイミングに応じた補正係数である状態遷移係数Ｓｔ（ｎ）を設定する（ステップＳ１６）。状態遷移係数Ｓｔ（ｎ）は、状態遷移が生じたと認識された検出時間（状態遷移タイミング）に対して重み付けを与える係数であり、ここでは温度変化に対する変位の熱時定数遅れを表すために使用される。
The
温度安定状態から温度上昇状態に状態遷移したケースをパターンＰａとした場合、パターンＰａに対して設定された係数をそれぞれ係数αＡ，βＡ，γＡとすると、状態遷移を加味する前の想定変位量であるＨｚ’（ｎ）は、以下の式（５），（６）の関係を満たす。 When the case where the state transition from the temperature stable state to the temperature rising state is assumed to be a pattern Pa, and the coefficients set for the pattern Pa are the coefficients αA, βA, and γA, respectively, the estimated displacement before taking the state transition into account A certain Hz ′ (n) satisfies the relationship of the following expressions (5) and (6).
Ｈｚ’（ｎ）＝αＡ・（Ｔ１（ｎ）−Ｔ１（１））＋βＡ・（Ｔ２（ｎ）−Ｔ２（１））＋γＡ・（Ｔ３（ｎ）−Ｔ３（１））・・・（５）
Ｈｚ（ｎ）＝Ｓｔ（ｎ）・Ｈｚ’（ｎ）・・・（６）
Hz ′ (n) = αA · (T1 (n) −T1 (1)) + βA · (T2 (n) −T2 (1)) + γA · (T3 (n) −T3 (1)) (5) )
Hz (n) = St (n) · Hz ′ (n) (6)
補正量算出部３６は、Ｈｚ（ｎ）を想定変位量として算出し、想定変位量を打消す方向への補正量を算出する（ステップＳ１７）。そして、補正量算出部３６は、算出した補正量を駆動制御部３３に与える。
The correction
ここで、状態遷移が認識されたタイミングと変位量の変化タイミングとの関係について説明する。図８−１は、温度安定状態から温度上昇状態に状態遷移した場合のＺ軸変位量を説明するための図である。図８−１では、Ｔ１（ｎ−７）〜Ｔ１（ｎ−３）までが温度安定状態であり、Ｔ１（ｎ−３）の後、温度上昇状態になる場合の変位量（Ｚ軸変位量）の変化を示している。 Here, the relationship between the timing when the state transition is recognized and the change timing of the displacement amount will be described. FIG. 8A is a diagram for explaining the Z-axis displacement when the state transition is from the temperature stable state to the temperature rising state. In FIG. 8A, the displacement amount (Z-axis displacement amount) when T1 (n−7) to T1 (n−3) are in a temperature stable state and the temperature rises after T1 (n−3). ) Changes.
例えば、現在から見て最新の温度検出時間をＴ１（ｎ）とし、検出周期毎に温度取得した過去の検出時間をそれぞれＴ１（ｎ−１）、Ｔ１（ｎ−２）、・・・とし、状態遷移が認識された温度検出時間（状態遷移時間）をＴ１（ｎ−３）とする。この場合において、図８−１に示すような温度変化が生じると、状態遷移時間であるＴ１（ｎ−３）に対して所定の遅れを持って変位量の変化が生じる。 For example, let T1 (n) be the latest temperature detection time viewed from the present, and T1 (n-1), T1 (n-2),... The temperature detection time (state transition time) in which the state transition is recognized is assumed to be T1 (n-3). In this case, when a temperature change as shown in FIG. 8A occurs, a change in the displacement amount occurs with a predetermined delay with respect to T1 (n-3) which is the state transition time.
このような遅れは、熱時定数遅れに起因するものであり、類推した熱時定数遅れを解消するための状態遷移係数としてＳｔ（ｎ）が設定される。例えば、状態遷移が発生した温度検出時間のＴ１（ｎ−３）の次の検出周期であるＴ１（ｎ−２）において、式（５）から算出される想定変位量Ｈｚ’（ｎ）が、実際に放電加工機１に生じている変位量よりも大きな想定変位値が算出される場合がある。この場合、温度解析部３２は、想定変位量の値が小さくなるような所定の係数をＳｔ（ｎ−２）に設定する。
Such a delay is caused by a thermal time constant delay, and St (n) is set as a state transition coefficient for eliminating the analog thermal time constant delay. For example, in T1 (n-2) which is the next detection cycle of T1 (n-3) of the temperature detection time at which the state transition has occurred, the assumed displacement amount Hz ′ (n) calculated from Expression (5) is In some cases, an assumed displacement value that is larger than the displacement amount actually generated in the
温度解析部３２は、このＳｔ（ｎ−２）を想定変位量に掛け合わせることで、補正値が過剰に大きくなって悪影響を与えることを制限する。本実施の形態では、温度変化状態が温度安定状態、温度上昇状態、温度下降状態のように時間によって変化していく状態遷移を伴っていたとしても、このように温度変化と相関を持つ係数と熱時定数の変化を常時認識することによって、放電加工機１の変位を精度良く補正することができる。
The
図８−２は、温度安定状態から温度上昇状態に状態遷移した場合に設定される状態遷移係数の一例を示す図である。図８−２では、図８−１に示した温度変化状態（状態遷移）に対して設定される状態遷移係数の一例を示している。例えば、温度安定状態では状態遷移係数としてＳｔ＝１．０が設定される。また、温度変化状態の変化（状態遷移）が最初に認識された温度検出時間のＴ１（ｎ−３）では、状態遷移係数としてＳｔ＝０．５が設定される。また、状態遷移が認識された後、温度上昇状態が続く場合は、Ｔ１（ｎ−３）の状態遷移係数よりも少しずつ状態遷移係数が大きくなっていくよう状態遷移係数が設定される。ここでは、Ｔ１（ｎ−２）にＳｔ＝０．７が設定され、Ｔ１（ｎ−１）にＳｔ＝０．９が設定され、Ｔ１（ｎ）にＳｔ＝１．０が設定されている場合を示している。 FIG. 8-2 is a diagram illustrating an example of a state transition coefficient that is set when a state transition is made from a temperature stable state to a temperature rising state. FIG. 8B illustrates an example of the state transition coefficient set for the temperature change state (state transition) illustrated in FIG. For example, St = 1.0 is set as the state transition coefficient in the temperature stable state. In addition, St = 0.5 is set as the state transition coefficient at T1 (n−3) of the temperature detection time when the temperature change state change (state transition) is first recognized. In addition, when the temperature rising state continues after the state transition is recognized, the state transition coefficient is set so that the state transition coefficient gradually becomes larger than the state transition coefficient of T1 (n-3). Here, St = 0.7 is set for T1 (n-2), St = 0.9 is set for T1 (n-1), and St = 1.0 is set for T1 (n). Shows the case.
温度記憶部３１で記憶されている温度および温度解析部３２で解析された温度変化状態の解析結果は、それぞれ温度表示制御部３７、温度変化状態表示制御部３８による制御によって表示装置２０で表示される。
The temperature stored in the
図９は、表示装置に表示される情報の一例を示す図である。図９では、表示装置２０で表示される情報を概念的に図示している。図９に示すグラフは、横軸が時刻であり、縦軸が温度である。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of information displayed on the display device. In FIG. 9, information displayed on the
表示装置２０における温度表示は、現在時刻が最新の時間となるので、表示の右端が現在の温度を示し、横軸を左に行くにつれて過去の温度が表示されている。そして、時刻の推移に応じて表示装置２０の表示画面は更新されていく。表示装置２０に表示される温度に関する情報は、所定の周期で更新されていき、解析周期に合わせて制御装置３０が何れの温度変化状態であるかを認識したかが表示される。
In the temperature display on the
表示装置２０は、温度上昇状態と判断された解析周期では温度上昇状態を示すマーク４１で温度変化状態を表示する。同様に、表示装置２０は、温度下降状態と判断された解析周期では温度下降状態を示すマーク４３で温度変化状態を示し、温度安定状態と判断された解析周期では温度安定状態を示すマーク４２で温度変化状態を示す。なお、表示装置２０は、温度検出器１５〜１７の故障や異常温度が検出された際には、マーク４１〜４３とは異なるマーク（例えば、×印）を表示してもよい。
The
このように、表示装置２０は、温度変化状態毎に種々のマークで視覚的に温度変化状態を表示するので、状態遷移を何れのタイミングで判断したかを工作機械使用者に明確に通知することができる。さらに、表示装置２０は、各マーク４１〜４３を縦軸の温度に応じた位置に表示させることにより、設置環境の温度を工作機械使用者に示すことができる。また、表示装置２０は、補正機能が正しく動作していることの確認や温度検出器１５〜１７の故障発生などを工作機械使用者に知らしめることができる。
Thus, since the
このように、本実施形態の制御装置３０は、放電加工機１の設置環境の温度や温度変化状態（状態遷移）に基づいて、工具電極２３と被加工物２との間の位置関係の変位（被加工物２に対する工具電極２３の位置変位）を補正するための補正量を算出している。これにより、放電加工機１の設置環境の温度変化や、温度変化状態の遷移などの複合的な要因によって時々刻々と変化する熱変位を正確に算出できる。
As described above, the
また、状態遷移条件に基づいて、状態遷移を判定しているので、放電加工機１の温度変化状態の状態遷移を正確に捉えることが可能となる。また、熱変位を正確に算出できるので、適切な補正量を算出することが可能となる。したがって、熱変位に起因する加工位置の位置ずれを抑制することが可能となる。
Moreover, since the state transition is determined based on the state transition condition, the state transition of the temperature change state of the
なお、本実施の形態では、係数α，β，γを用いてＨｚ（ｎ）を算出する場合について説明したが、γ・（Ｔ３（ｎ）−Ｔ３（１））を用いることなく、α・（Ｔ１（ｎ）−Ｔ１（１））とβ・（Ｔ２（ｎ）−Ｔ２（１））を用いてＨｚ（ｎ）を算出してもよい。また、放電加工機１が本実施の形態の動作を行う場合、制御装置３０は、駆動状態認識部３５を備えていなくてもよい。
In the present embodiment, the case where Hz (n) is calculated using the coefficients α, β, and γ has been described, but α · (T3 (n) −T3 (1)) is not used and α · Hz (n) may be calculated using (T1 (n) −T1 (1)) and β · (T2 (n) −T2 (1)). Further, when the
このように、実施の形態１によれば、放電加工機１の温度や、温度変化状態の状態遷移に基づいて工具電極２３と被加工物２との間の位置関係の変位を算出しているので、熱変位を適切に補正することが可能になる。したがって、熱変位に起因する加工精度の悪化を抑制することが可能となる。
Thus, according to the first embodiment, the displacement of the positional relationship between the
実施の形態２．
つぎに、図１０〜図１３−２を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、急激な温度変化が発生した場合（局所的な発熱が生じた場合）の、工具電極２３と被加工物２との間の位置関係の変位算出方法について説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, a displacement calculation method for the positional relationship between the
まず、急激な温度変化が発生した場合の状態遷移と各軸部群の変位量との関係について説明する。なお、各軸部群は、同様の変位量を有するので、ここではＺ軸変位量について説明する。 First, the relationship between the state transition and the displacement amount of each shaft group when a sudden temperature change occurs will be described. In addition, since each axial part group has the same displacement amount, Z-axis displacement amount is demonstrated here.
図１０は、急激な温度変化が発生した場合の状態遷移とＺ軸変位量との関係を説明するための図である。まず、図１０に示すような温度変化と、この温度変化によって生じるＺ軸変位量に対する従来の補正後変位量について説明する。 FIG. 10 is a diagram for explaining the relationship between the state transition and the Z-axis displacement when a sudden temperature change occurs. First, a temperature change as shown in FIG. 10 and a conventional corrected displacement amount with respect to the Z-axis displacement amount caused by the temperature change will be described.
温度検出器１７は、例えば特定の軸に対してのみ熱変位を生じさせるような温度変化が発生することが予めわかっている位置に取付けられている。この温度検出器１７で温度変化が検出される駆動状態（大きな温度変化が生じる駆動状態）になった場合に、図１０に示すような温度変化と変位量が生じたとする。
The
図１０では、温度変化状態が、以下の順番で変化する場合を示している。すなわち、図１０では、温度安定状態（１）、温度下降状態（１）、温度上昇状態（１）、特定温度上昇状態、温度安定状態（２）、特定温度下降状態、温度下降状態（２）、温度上昇状態（２）、温度安定状態（３）の順番で温度変化状態が変化している場合を示している。 FIG. 10 shows a case where the temperature change state changes in the following order. That is, in FIG. 10, the temperature stable state (1), the temperature lowered state (1), the temperature raised state (1), the specific temperature raised state, the temperature stable state (2), the specific temperature lowered state, and the temperature lowered state (2). The temperature change state is changing in the order of the temperature rise state (2) and the temperature stable state (3).
局所的な発熱による温度変化があった場合、本実施の形態の温度解析部３２は、例えば、図１１に示すアルゴリズムで、局所発熱温度変化の解析と、温度変化状態の解析を行う。図１１は、実施の形態２に係る放電加工機が行う補正量算出処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、図１１に示す処理のうち実施の形態１の図６で説明した処理と同様の処理については、その説明を省略する。
When there is a temperature change due to local heat generation, the
駆動状態認識部３５は、駆動制御部３３がモータ１１ｘ，１１ｙ，１１ｚ，１１ｃへ送る駆動指示に基づいて、軸部群の駆動状態を確認する（ステップＳ３１）。駆動状態認識部３５は、局所的な発熱（温度変化）を生じる駆動状態（特定駆動状態）が開始されていないと判断すると（ステップＳ３２、Ｎｏ）、状態遷移を確認する（ステップＳ３４）。その後、制御装置３０は、実施の形態１で説明したステップＳ１２〜Ｓ１７に対応する処理として、ステップＳ３５〜Ｓ４０の処理を行う。
The drive
一方、駆動状態認識部３５は、局所的な発熱（温度変化）を生じる駆動状態（特定駆動状態）が開始されたと判断すると（ステップＳ３２、Ｙｅｓ）、特定駆動状態になったことを温度解析部３２に通知する。ここでいう局所的な温度変化を生じる駆動状態の開始は、駆動制御部３３が特定の駆動指令（局所発熱を発生させる駆動指令）をモータ群の何れかに送ったか否かなどの判断基準などに基づいて判断される。駆動状態認識部３５は、特定の駆動指令が有った場合に、特定駆動状態が開始されたと判断する。
On the other hand, when the drive
特定駆動状態が開始されると、温度変化状態は、温度安定状態から急激な温度上昇状態に遷移する。温度解析部３２は、温度安定状態から急激な温度上昇状態に遷移したケースであるか否かを判断する。温度安定状態から急激な温度上昇状態への状態遷移に対応する状態遷移条件を満たす場合、温度解析部３２は、温度安定状態から急激な温度上昇状態に状態遷移したと認識する。この状態遷移のケースをパターンＰｇとした場合、温度解析部３２は、パターンＰｇに応じた係数α，β，γ（特定駆動状態用）、および状態遷移係数Ｓｔ（ｎ）を設定する。
When the specific drive state is started, the temperature change state transitions from a temperature stable state to a rapid temperature rise state. The
パターンＰｇに対して設定された係数をそれぞれ係数αＧ，βＧ，γＧとすると、状態遷移を加味する前の想定変位量であるＨｚ’（ｎ）は、以下の式（７），（８）の関係を満たす。 Assuming that the coefficients set for the pattern Pg are coefficients αG, βG, and γG, respectively, Hz ′ (n) that is an assumed displacement amount before taking the state transition into consideration is expressed by the following equations (7) and (8). Satisfy the relationship.
Ｈｚ’（ｎ）＝αＧ・（Ｔ１（ｎ）−Ｔ１（１））＋βＧ・（Ｔ２（ｎ）−Ｔ２（１））＋γＧ・（Ｔ３（ｎ）−Ｔ３（１））・・・（７）
Ｈｚ（ｎ）＝Ｓｔ（ｎ）・Ｈｚ’（ｎ）・・・（８）
Hz ′ (n) = αG · (T1 (n) −T1 (1)) + βG · (T2 (n) −T2 (1)) + γG · (T3 (n) −T3 (1)) (7) )
Hz (n) = St (n) · Hz ′ (n) (8)
このとき、温度解析部３２は、急激な温度上昇に対して急激に変位量が変化していくと判断し、パターンＰｇに応じた状態遷移係数Ｓｔ（ｎ）を設定する。具体的には、温度解析部３２は、状態遷移が生じたと認識された検出時間に、実施の形態１の図７で示したパターンＰａの場合よりも熱時定数が大きくなるように状態遷移係数Ｓｔ（ｎ）を設定する。
At this time, the
例えば、現在から見て最新の温度検出時間をＴ１（ｎ）とし、検出周期毎に温度取得した過去の検出時間をそれぞれＴ１（ｎ−１）、Ｔ１（ｎ−２）、・・・とする。この場合において、図１２−１に示すような温度変化が生じると、急激な温度変化に対して生じる変位量は、温度の検出周期に対して早い速度で変化する可能性がある。 For example, the latest temperature detection time viewed from the current time is T1 (n), and the past detection times acquired at each detection cycle are T1 (n-1), T1 (n-2),. . In this case, when a temperature change as shown in FIG. 12A occurs, the amount of displacement caused by the rapid temperature change may change at a high speed with respect to the temperature detection cycle.
図１２−１は、局所的な発熱による温度変化があった場合のＺ軸変位量を説明するための図である。図１２−１では、Ｔ１（ｎ−７）〜Ｔ１（ｎ−３）までが温度安定状態であり、Ｔ１（ｎ−３）の後、局所的な発熱による温度変化（局所発熱温度変化）があった場合の変位量（Ｚ軸変位量）の変化を示している。 FIG. 12A is a diagram for explaining the Z-axis displacement when there is a temperature change due to local heat generation. In FIG. 12A, T1 (n-7) to T1 (n-3) are in a temperature stable state, and after T1 (n-3), a temperature change due to local heat generation (local heat generation temperature change) occurs. The change of the displacement amount (Z-axis displacement amount) in the case of being present is shown.
図１２−１に示す例では、局所的な発熱による温度変化があった場合に、温度の検出周期に対して早い速度で変位量が変化している。検出周期の遅れは補正量の反映遅れとなるので、急峻な反映を行う係数としてＳｔ（ｎ）が設定される。制御装置３０は、急激な変位量の発生に対し、すぐに変位を打消すように補正量を制御することで、放電加工機１の変位に即した補正を行うことができる。
In the example shown in FIG. 12A, when there is a temperature change due to local heat generation, the amount of displacement changes at a speed faster than the temperature detection cycle. Since the delay of the detection cycle becomes a reflection delay of the correction amount, St (n) is set as a coefficient for performing a sharp reflection. The
図１２−２は、局所的な発熱による温度変化があった場合に設定される状態遷移係数の一例を示す図である。図１２−２では、図１２−１に示した温度変化状態（状態遷移）に対して設定される状態遷移係数の一例を示している。例えば、温度安定状態では状態遷移係数としてＳｔ＝１．０が設定される。また、局所的な発熱による温度変化（状態遷移）が最初に認識された温度検出時間のＴ１（ｎ−３）では、状態遷移係数としてＳｔ＝２．０が設定される。また、状態遷移が認識された後、温度上昇状態が続く場合は、Ｔ１（ｎ−３）の状態遷移係数よりも少しずつ状態遷移係数が小さくなっていくよう状態遷移係数が設定される。ここでは、Ｔ１（ｎ−２）にＳｔ＝１．５が設定され、Ｔ１（ｎ−１）にＳｔ＝１．２が設定され、Ｔ１（ｎ）にＳｔ＝１．０が設定されている場合を示している。 FIG. 12-2 is a diagram illustrating an example of a state transition coefficient set when there is a temperature change due to local heat generation. 12B illustrates an example of the state transition coefficient set for the temperature change state (state transition) illustrated in FIG. For example, St = 1.0 is set as the state transition coefficient in the temperature stable state. Moreover, St = 2.0 is set as the state transition coefficient at T1 (n-3) of the temperature detection time when the temperature change (state transition) due to local heat generation is first recognized. In addition, when the temperature rising state continues after the state transition is recognized, the state transition coefficient is set so that the state transition coefficient gradually becomes smaller than the state transition coefficient of T1 (n-3). Here, St = 1.5 is set for T1 (n-2), St = 1.2 is set for T1 (n-1), and St = 1.0 is set for T1 (n). Shows the case.
同様に、発熱が生じている駆動状態（温度安定状態）から、発熱していない駆動状態（急激な温度下降状態）に温度変化状態が変化した場合（特定駆動状態が終了した場合）、駆動状態認識部３５は、駆動状態の変化を温度解析部３２に通知する。
Similarly, when the temperature change state changes (when the specific drive state ends) from the drive state where the heat is generated (temperature stable state) to the drive state where the heat is not generated (rapid temperature drop state), the drive state The
特定駆動状態が終了すると、温度変化状態は、温度安定状態から急激な温度下降状態に遷移する。温度解析部３２は、温度安定状態から急激な温度下降状態に遷移したケースであるか否かを判断する。温度安定状態から急激な温度下降状態への状態遷移に対応する状態遷移条件を満たす場合、温度解析部３２は、温度安定状態から急激な温度下降状態に状態遷移したと認識する。この状態遷移のケースをパターンＰｈとした場合、温度解析部３２は、パターンＰｈに応じた係数α，β，γ（特定駆動状態用）、および状態遷移係数Ｓｔ（ｎ）を設定する。
When the specific drive state ends, the temperature change state transitions from a temperature stable state to a rapid temperature drop state. The
パターンＰｈに対して設定された係数をそれぞれ係数αＨ，βＨ，γＨとすると、状態遷移を加味する前の想定変位量であるＨｚ’（ｎ）は、以下の式（９），（１０）の関係を満たす。 Assuming that the coefficients set for the pattern Ph are coefficients αH, βH, and γH, respectively, Hz ′ (n) that is an assumed displacement amount before taking the state transition into consideration is expressed by the following equations (9) and (10). Satisfy the relationship.
Ｈｚ’（ｎ）＝αＨ・（Ｔ１（ｎ）−Ｔ１（１））＋βＨ・（Ｔ２（ｎ）−Ｔ２（１））＋γＨ・（Ｔ３（ｎ）−Ｔ３（１））・・・（９）
Ｈｚ（ｎ）＝Ｓｔ（ｎ）・Ｈｚ’（ｎ）・・・（１０）
Hz ′ (n) = αH · (T1 (n) −T1 (1)) + βH · (T2 (n) −T2 (1)) + γH · (T3 (n) −T3 (1)) (9) )
Hz (n) = St (n) · Hz ′ (n) (10)
このとき、温度解析部３２は、図１３−１に示すように、急激な温度下降に対して緩やかに変位量が変化していくと判断し、パターンＰｈに応じた状態遷移係数Ｓｔ（ｎ）を設定する。具体的には、温度解析部３２は、状態遷移が生じたと認識された検出時間の状態遷移係数Ｓｔ（ｎ）に対して熱時定数を設定する。
At this time, as shown in FIG. 13A, the
図１３−１は、発熱が生じている駆動状態から発熱していない駆動状態に遷移した場合のＺ軸変位量を説明するための図である。図１３−１では、Ｔ１（ｎ−７）〜Ｔ１（ｎ−３）までが局所的な発熱の生じている状態であり、Ｔ１（ｎ−３）の後、発熱の発生していない状態に遷移した場合の変位量（Ｚ軸変位量）の変化を示している。 FIG. 13A is a diagram for explaining the Z-axis displacement when the driving state in which heat is generated is changed to the driving state in which heat is not generated. In FIG. 13A, T1 (n−7) to T1 (n−3) are in a state where local heat generation occurs, and no heat generation occurs after T1 (n−3). A change in the displacement amount (Z-axis displacement amount) in the case of transition is shown.
図１３−１に示す例では、局所的な発熱が無くなった場合に、温度の検出周期に対して早い速度で変位量が変化している。検出周期の遅れは補正量の反映遅れとなるので、急峻な反映を行う係数としてＳｔ（ｎ）が設定される。 In the example shown in FIG. 13A, when the local heat generation disappears, the displacement amount changes at a speed faster than the temperature detection cycle. Since the delay of the detection cycle becomes a reflection delay of the correction amount, St (n) is set as a coefficient for performing a sharp reflection.
局所的な発熱が生じる駆動状態から、発熱しない駆動状態に状態が変化すると、急激な温度変化を伴うので、式（９）をそのまま適用すると、算出される変位量が大きくなる。ところが、実際の放電加工機１は所定の熱時定数をもって緩やかに変位していく。そのため、制御装置３０は、状態遷移が生じたことを認識した検出時間以降に状態遷移係数Ｓｔ（ｎ）による重み付けを行うことで、急激な温度変化が発生した場合でも、緩やかに変位を打消すように補正量を制御する。
If the state changes from a driving state in which local heat generation occurs to a driving state in which heat generation does not occur, an abrupt temperature change is caused. Therefore, if the equation (9) is applied as it is, the calculated displacement amount increases. However, the actual
図１３−２は、局所的な発熱による温度変化があった場合に設定される状態遷移係数の一例を示す図である。図１３−２では、図１３−１に示した温度変化状態（状態遷移）に対して設定される状態遷移係数の一例を示している。例えば、温度安定状態では状態遷移係数としてＳｔ＝１．０が設定される。また、局所的な発熱が無くなったこと（状態遷移）が最初に認識された温度検出時間のＴ１（ｎ−３）では、状態遷移係数としてＳｔ＝０．７が設定される。また、状態遷移が認識された後、温度上昇状態が続く場合は、Ｔ１（ｎ−３）の状態遷移係数よりも少しずつ状態遷移係数が大きくなっていくよう状態遷移係数が設定される。ここでは、Ｔ１（ｎ−２）にＳｔ＝０．８が設定され、Ｔ１（ｎ−１）にＳｔ＝０．９が設定され、Ｔ１（ｎ）にＳｔ＝１．０が設定されている場合を示している。 FIG. 13B is a diagram illustrating an example of a state transition coefficient set when there is a temperature change due to local heat generation. FIG. 13-2 illustrates an example of a state transition coefficient set for the temperature change state (state transition) illustrated in FIG. For example, St = 1.0 is set as the state transition coefficient in the temperature stable state. In addition, St = 0.7 is set as the state transition coefficient at T1 (n−3) of the temperature detection time when the local heat generation is no longer detected (state transition). In addition, when the temperature rising state continues after the state transition is recognized, the state transition coefficient is set so that the state transition coefficient gradually becomes larger than the state transition coefficient of T1 (n-3). Here, St = 0.8 is set for T1 (n−2), St = 0.9 is set for T1 (n−1), and St = 1.0 is set for T1 (n). Shows the case.
このように、設置環境の温度変化だけでなく、局所的な温度変化が生じるような駆動状態で放電加工機１が使用されたとしても、温度変化と相関を持つ係数と熱時定数の変化を常時認識することによって、放電加工機１自身の発熱よる変位を精度良く補正することができる。
Thus, even if the
パターンＰｇやパターンＰｈに応じた係数として、温度相関を有した特定駆動状態用の係数α，β，γが設定されると（ステップＳ３３）、温度解析部３２は、状態がどのように遷移していくかを判断（状態遷移を確認）する（ステップＳ３４）。その後、制御装置３０は、実施の形態１で説明したステップＳ１２〜Ｓ１７に対応する処理として、ステップＳ３５〜Ｓ４０の処理を行う。なお、本実施の形態のステップＳ３７では、温度解析部３２が、状態遷移パターンの分析結果に基づいて、温度相関を有した係数α，β，γを再設定する。
When the coefficients α, β, and γ for the specific driving state having temperature correlation are set as the coefficients according to the pattern Pg and the pattern Ph (step S33), the
このように、実施の形態２によれば、急激な温度変化が発生した場合であっても、放電加工機１の温度や温度変化状態の状態遷移に基づいて工具電極２３と被加工物２との間の位置関係の変位を算出しているので、熱変位を適切に補正することが可能になる。したがって、熱変位に起因する加工精度の悪化を抑制することが可能となる。
As described above, according to the second embodiment, the
以上のように、本発明に係る工作機械制御装置および工作機械は、熱変位に起因する工具と被加工物との間の位置関係の変位の補正に適している。 As described above, the machine tool control device and the machine tool according to the present invention are suitable for correcting displacement in the positional relationship between the tool and the workpiece due to thermal displacement.
１ 放電加工機
２ 被加工物
１０ｃ Ｃ軸部
１０ｘ Ｘ軸部
１０ｙ Ｙ軸部
１０ｚ Ｚ軸部
１１ｘ，１１ｙ，１１ｚ，１１ｃ モータ
１５〜１７ 温度検出器
２０ 表示装置
２３ 工具電極
３０ 制御装置
３２ 温度解析部
３３ 駆動制御部
３５ 駆動状態認識部
３６ 補正量算出部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記工作機械が設置された環境の温度である環境温度を解析するとともに、前記工作機械に関する時々刻々の温度変化の傾向である温度変化状態の状態遷移を解析する温度解析部と、
前記環境温度の解析結果と、前記状態遷移の解析結果と、に基づいて、前記工作機械が備える機械構造体の熱変位に起因する前記工具と前記被加工物との間の位置関係の変位量を算出するとともに、前記変位量を補正する補正量を算出する補正量算出部と、
前記工具を移動させる駆動部を、前記補正量を用いて制御する駆動制御部と、
を有することを特徴とする工作機械制御装置。 In a machine tool control device that controls a machine tool that processes a workpiece by moving a tool,
A temperature analysis unit that analyzes an environmental temperature that is a temperature of an environment in which the machine tool is installed, and that analyzes a state transition of a temperature change state that is a tendency of a temperature change with respect to the machine tool;
Based on the analysis result of the environmental temperature and the analysis result of the state transition, the displacement amount of the positional relationship between the tool and the workpiece due to the thermal displacement of the machine structure included in the machine tool And a correction amount calculation unit for calculating a correction amount for correcting the displacement amount;
A drive control unit that controls the drive unit that moves the tool using the correction amount; and
A machine tool control device comprising:
前記工作機械のうち局所発熱する部位で測定された時々刻々の温度変化である局所発熱温度変化をさらに解析し、前記局所発熱温度変化の解析結果を用いて前記変位量を算出することを特徴とする請求項１に記載の工作機械制御装置。 The temperature analysis unit
The machine tool further analyzes a local heat generation temperature change, which is an instantaneous temperature change measured at a site that generates local heat, and calculates the displacement amount using an analysis result of the local heat generation temperature change. The machine tool control device according to claim 1.
前記温度解析部は、
前記駆動部の駆動状態に基づいて前記状態遷移を解析することを特徴とする請求項２に記載の工作機械制御装置。 A driving state recognition unit for recognizing a driving state of the driving unit based on an operation of the driving control unit;
The temperature analysis unit
The machine tool control device according to claim 2, wherein the state transition is analyzed based on a drive state of the drive unit.
前記状態遷移が生じたタイミングに対して重み付けを与える係数であって前記局所発熱温度変化に対する熱変位の熱時定数遅れを表す補正係数を、前記局所発熱温度変化の解析結果に基づいて設定し、設定した補正係数を用いて前記変位量を算出することを特徴とする請求項２または３に記載の工作機械制御装置。 The temperature analysis unit
A coefficient that gives weight to the timing at which the state transition occurs, and a correction coefficient that represents a thermal time constant delay of thermal displacement with respect to the local heat generation temperature change is set based on the analysis result of the local heat generation temperature change, The machine tool control device according to claim 2 or 3, wherein the displacement amount is calculated using a set correction coefficient.
前記状態遷移が生じたタイミングに対して重み付けを与える係数であって前記状態遷移に対する熱変位の熱時定数遅れを表す補正係数を、前記状態遷移の解析結果に基づいて設定し、設定した補正係数を用いて前記変位量を算出することを特徴とする請求項１に記載の工作機械制御装置。 The temperature analysis unit
A correction coefficient that gives a weight to the timing at which the state transition occurs and sets a correction coefficient that represents a thermal time constant delay of the thermal displacement with respect to the state transition, based on the analysis result of the state transition. The machine tool control device according to claim 1, wherein the displacement amount is calculated by using a machine tool.
前記被加工物の加工を行う加工部と、
前記加工部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記加工部が設置された環境の温度である環境温度を解析するとともに、前記加工部に関する時々刻々の温度変化の傾向である温度変化状態の状態遷移を解析する温度解析部と、
前記環境温度の解析結果と、前記状態遷移の解析結果と、に基づいて、前記加工部が備える機械構造体の熱変位に起因する前記工具と前記被加工物との間の位置関係の変位量を算出するとともに、前記変位量を補正する補正量を算出する補正量算出部と、
前記工具を移動させる駆動部を、前記補正量を用いて制御する駆動制御部と、
を有することを特徴とする工作機械。 In machine tools that move workpieces and process workpieces,
A processing section for processing the workpiece;
A control unit for controlling the processing unit;
With
The controller is
Analyzing the environmental temperature, which is the temperature of the environment in which the processing unit is installed, and analyzing the state transition of the temperature change state, which is the tendency of the temperature change with respect to the processing unit,
Based on the analysis result of the environmental temperature and the analysis result of the state transition, the displacement amount of the positional relationship between the tool and the workpiece due to the thermal displacement of the mechanical structure included in the processing unit And a correction amount calculation unit for calculating a correction amount for correcting the displacement amount;
A drive control unit that controls the drive unit that moves the tool using the correction amount; and
A machine tool characterized by comprising:
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