机床的精度诊断装置以及精度诊断方法与流程

1.本发明涉及对机床自身的温度或放置机床的环境的温度发生了变化的情况下的对机床的精度的影响进行预测、诊断的装置及方法。


背景技术：

2.在使用机床进行加工的情况下，若工厂内的室温发生变化，则会产生使机床的结构发生膨胀或弯曲的热变形，其结果是，产生使安装于机床的工具与工件的位置关系发生变化的热位移，从而工件的加工精度恶化。
3.作为抑制机床的热位移的方法，广泛使用如下热位移校正：在机床的结构体各部分安装温度传感器，根据测定出的温度计算位移量，相应地使轴移动量变化。但是，热位移校正的精度存在限制，在温度变化大的情况下会产生误差。特别是，认为在空调启动时等室温急剧变化的情况下，热位移校正的误差会变大。
4.作为针对以上的问题的对策，在专利文献1中公开了如下方法：计算机床的规定部位的温度变化的速度，并根据该温度变化的速度来计算热位移对机床的精度的影响度。在该方法中，在发生了急剧的温度变化等时，诊断为机床的精度恶化，并通知该情况。另一方面，在温度变化平稳时，诊断为机床的精度变得稳定，能够开始加工。由此，能够防止加工精度不良。
5.专利文献1：日本特开2019-136846号公报
6.在专利文献1的方法中，在诊断为产生了急剧的温度变化等而使机床的精度恶化的情况下，在该期间不进行加工，由此能够防止加工精度不良。但是，在诊断为精度恶化时无法进行加工，不知道何时机床的精度能够再次稳定地开始加工，因此无法制定生产计划。


技术实现要素：

7.因此，本发明的目的在于提供一种机床的精度诊断装置以及精度诊断方法，其能够实时地预测温度变化对机床的精度的影响，恰当地诊断出热位移变大的状况，能够容易地制定生产计划。
8.为了实现上述目的，本发明中的第一发明是一种精度诊断装置，其诊断在机床中热变形对精度的影响，其特征在于，具有：
9.温度变化速度计算单元，其计算出机床的规定部位的温度变化的速度来作为温度变化速度；
10.精度影响度计算单元，其根据温度变化速度计算出热变形对机床的精度的影响度来作为精度影响度；以及
11.精度稳定时间计算单元，其根据温度变化速度计算出至机床的精度稳定为止的时间来作为精度稳定时间。
12.在第一发明的其他方式中，在上述结构中，精度稳定时间计算单元将当前的精度影响度与预先规定的精度影响度的允许值进行比较，在当前的精度影响度偏离了允许值的
情况下，计算出至精度影响度再次进入允许值以内为止的时间来作为精度稳定时间。
13.第一发明的另一方式的特征在于，在上述结构中，还具备显示精度稳定时间的精度稳定时间显示单元。
14.为了实现上述目的，本发明中的第二发明是一种精度诊断方法，诊断在机床中热变形对精度的影响，其特征在于，执行如下步骤：
15.温度变化速度计算步骤，计算出机床的规定部位的温度变化的速度来作为温度变化速度；
16.精度影响度计算步骤，根据温度变化速度计算出热变形对机床的精度的影响度来作为精度影响度；以及，
17.精度稳定时间计算步骤，根据温度变化速度计算出至机床的精度稳定为止的时间来作为精度稳定时间。
18.第二发明的其他方式在上述结构中，在精度稳定时间计算步骤中，将当前的精度影响度与预先规定的精度影响度的允许值进行比较，在当前的精度影响度偏离了允许值的情况下，计算出至精度影响度再次进入允许值以内为止的时间来作为精度稳定时间。
19.第二发明的另一方式的特征在于，在上述结构中，还执行显示精度稳定时间的精度稳定时间显示步骤。
20.发明效果
21.根据本发明，能够适当地预测机床的热位移对精度的影响，并且在诊断为精度变得不稳定的情况下，将到精度稳定为止的时间作为精度稳定时间预测出来。
22.通过显示预测出的结果并通知给操作员，可知何时机床的精度能够再次稳定地开始加工。由此，容易在确保所需的精度的前提下制定生产的计划。例如，如果精度稳定时间短，则制定等待至精度稳定为止而再次开始加工，如果精度稳定时间长，则能够以先进行要求精度不高的加工的方式变更计划。
附图说明
23.图1是机床(立式多工序自动数控机床)以及精度诊断装置的概念图。
24.图2是精度诊断方法的流程图。
25.图3是精度诊断结果和精度稳定时间的显示例。
26.标号说明
27.m：机床(多工序自动数控机床)；c：控制装置；d：精度诊断装置；10：机体温度传感器；20：环境温度传感器；31：温度变化速度计算单元；32：精度影响度计算单元；33：精度稳定时间计算单元；34：精度稳定时间显示单元。
具体实施方式
28.以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
29.图1是应用了本发明的机床(立式多工序自动数控机床)的一例。另外，在图1中，为了将机械的构造容易理解地示出，省略了覆盖机床m的外周的罩等的记载。另外，所应用的机床也可以是立式多工序自动数控机床以外的形态的多工序自动数控机床、可以是车床、磨床等其他形态的机床。
30.在机床m上安装有机体温度传感器10和测定周围的室温以及切削液的温度的环境温度传感器20，成为与控制装置c连接的状态。机体温度传感器10和环境温度传感器20在图1中为各1处，但也可以根据需要设置于多处。也可以省略环境温度传感器20。
31.另一方面，控制装置c具备cpu、存储单元、计时器、输入单元(键盘、触摸面板等)、输出单元(显示器等)、和连接这些输入单元、输出单元和cpu的接口等。
32.而且，在控制装置c中，构成了温度变化速度计算单元31，该温度变化速度计算单元31基于上述的机体温度传感器10、环境温度传感器20的检测温度，按照存储在存储单元中的精度诊断程序，估计机床m的规定部位的温度变化的速度。
33.另外，在控制装置c中，构成了精度影响度计算单元32，该精度影响度计算单元32按照精度诊断程序，基于由温度变化速度计算单元31估计出的温度变化速度，计算热位移对机床m的精度的影响度。
34.并且，在控制装置c中，构成了精度稳定时间计算单元33，在诊断出对机床m的精度的影响大、精度发生恶化的情况下，该精度稳定时间计算单元33按照精度诊断程序，基于由温度变化速度计算单元31估计出的温度变化速度，计算直到精度再次稳定为止所需要的时间来作为精度稳定时间。
35.此外，在控制装置c中，构成了精度稳定时间显示单元34，该精度稳定时间显示单元34按照精度诊断程序，在显示器上显示计算出的精度稳定时间。即，由机体温度传感器10、环境温度传感器20、控制装置c构成机床m的精度诊断装置d。
36.接下来，基于图2的流程图，说明由精度诊断装置d进行的各处理的流程、以及温度变化速度、精度影响度、精度稳定时间的计算的各方法。
37.在诊断机床m的精度变化的情况下，在s(步骤)1中，当作业者输入诊断开始信号时开始精度诊断处理。在接下来的s2中，通过设置于机床m各处的温度传感器10、20进行温度检测。但是也可以省略s1，不输入诊断开始信号，而是以规定的时间周期自动地执行精度诊断处理s2～s7。
38.在s3中，计算机床m的各部位的机体温度的变化速度(温度变化速度计算步骤)。温度变化速度例如如以下的式1所示，计算当前的温度与时间δt之前的温度的差并换算为每单位时间的温度变化而求出。
[0039][0040]
δt：时间间隔(s)
[0041]
θm(t)：机体温度(℃)
[0042][0043]
式1是计算方法的一例，也可以通过带滤波器的数值微分的方法、根据上述的专利文献1所记载的根据机体温度与周围气温的差进行求解的方法等其他计算方法来求出温度变化速度。
[0044]
在s4中，根据在s3中计算出的温度变化速度的结果，如以下的式2那样，用函数f计算精度影响度e(精度影响度计算步骤)。接着，在s5中，输出计算出的精度影响度e。关于输出的方法，在后面详细说明。
[0045]
[0046]
e：精度影响度
[0047][0048]
在s6中，根据在s3中计算出的温度变化速度的结果，在接下来求出至精度稳定为止的时间即精度稳定时间ts(精度稳定时间计算步骤)。接着，在s7中，输出计算出的精度稳定时间ts(精度稳定时间显示步骤)。关于输出的方法，在后面详细说明。精度稳定时间ts也可以如以下的式3那样，与精度影响度e同样地表示为温度变化速度的函数。
[0049][0050]
ts：精度稳定时间
[0051][0052]
精度稳定时间ts的具体的计算的例子如以下的式4a～式4c所示。在式4a～式4c的例子中，精度影响度e被定义为在精度不稳定时值较大，在精度稳定时值变小。此时，求出精度影响度e的变化速度。在当前的精度影响度e超过被视为精度稳定的阈值(允许值)e
limit
，且精度影响度e的变化速度为正，即精度会变得更加不稳定、精度影响度e的值正在变大的过程中，无法计算精度稳定时间，精度稳定时间成为无限大(式4a)。另一方面，在当前的精度影响度e超过阈值e
limit
，但精度影响度e的变化速度也为负，即精度趋向于稳定，精度影响度e的值正在变小的过程中，能够假设精度影响度e以当前的速度变化，计算直至再次成为阈值e
limit
以下为止的时间(式4b)。如果当前的精度影响度e的值为阈值e
limit
以下，则精度稳定时间为0(式4c)。
[0053][0054][0055]
ts(t)＝0 e(t)≤e
limit
ꢀꢀ
(式4c)
[0056]elimit
：精度影响度e的阈值
[0057]
式4a～式4c的精度影响度e如式2所示那样是温度变化速度的函数，因此能够根据温度变化速度计算精度稳定时间ts。另外，也可以不设定阈值，而设为e
limit
＝0来进行计算。另外，在将精度影响度e定义为精度不稳定时值较小、精度稳定时值变大的情况下，只要使式4a～4c的不等式的关系相反来进行计算即可。
[0058]
接着，根据图3，对“s5：精度影响度输出”以及“s7：精度稳定时间输出”的例子进行说明。
[0059]
图3的(a)、图3的(b)、图3的(c)是精度诊断装置d的显示画面的例子。该显示画面显示于机床m的控制装置c的显示器。但是，也可以显示在与机床m连接的pc等的画面上。在精度诊断装置d的显示画面中设置用“好”或“不好”来显示诊断结果的诊断结果显示栏m1、精度稳定时间的显示栏m2、精度影响度的显示栏m3、阈值设定栏m4。并且，为了容易理解结果，根据需要设置图表的显示栏m5、消息的显示栏m6。
[0060]
在精度影响度的显示栏m3中显示通过式2计算出的精度影响度e。在阈值设定栏m4中进行精度被视为稳定的阈值e
limit
的设定以及显示。在诊断结果显示栏m1中，在精度影响度e大于阈值e
limit
的情况下显示为“不好”，在小于阈值e
limit
的情况下显示为“好”(精度影响度e被定义为精度不稳定时值较大，精度稳定时值变小的情况)。在该例中，是按照“好”或“不好”而用文字显示在画面上的，但也可以通过改变颜色等其他方法来显示。并且，也可以
考虑在“不好”的情况下生成警报，通过警报音或邮件通知等进行通知，或使机床停止的方法。另外，阈值e
limit
也可以设为固定值，从而省略阈值设定栏m4。
[0061]
在精度稳定时间的显示栏m2中显示精度稳定时间ts。此时，也可以直接显示式4a～式4c的结果，还可以如以下的式5a～式5b所示那样显示对ts(t)进行了变换的ts’(t)。
[0062]
ts
′
(t)＝ts
limit (ts(t)≥ts
limit
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式5a)
[0063]
ts
′
(t)＝ts(t) (ts(t)＜ts
limit
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式5b)
[0064]
ts(t)：精度稳定时时间的计算值
[0065]
ts
′
(t)：精度稳定时间的显示值
[0066]
t
slimit
：精度稳定时间ts的上限值
[0067]
ts’(t)在通过式4a～式4c计算出的值大于预先设定的上限值ts
limit
的情况下，设为ts
limit
。即，在精度影响度e的值正在恶化的情况下、或在虽然正在恢复但恢复地非常缓慢，预测在恢复之前需要非常长的时间的情况下，难以高精度地计算精度稳定时间，因此显示为固定值以上。
[0068]
图3的(a)示出式5b的情况下的显示画面的例子，图3的(b)示出式5a的情况下的显示画面的例子。在该例子中，ts
limit
＝120，在图3的(b)中将精度稳定时间显示为“120分钟以上”。另外，在精度影响度e比阈值小时，即在诊断结果显示栏m1中显示为“好”的情况下，不需要显示精度稳定时间。在图3的(c)中示出该情况下的显示例。
[0069]
如图3的(a)～图3的(c)所示，通过将精度诊断结果以“好”或“不好”来进行显示，并且显示诊断结果成为“好”为止的预想时间(精度稳定时间)，操作员可以容易地在维持精度的前提下制定用于生产的计划。例如，即使在诊断结果为“不好”的情况下，如果精度稳定时间短，则可以制定等待至精度稳定后再次开始加工的计划。如果精度稳定时间长，则可以变更计划而先进行要求精度不高的加工，或者实施如下对策：检查空调等的工厂环境而使机床的精度稳定。
[0070]
根据上述方式的精度诊断装置d和精度诊断方法，计算出机床m的规定部位的温度变化的速度作为温度变化速度，并基于温度变化速度，计算出热变形对机床m的精度的影响度作为精度影响度e，并且基于温度变化速度，计算出至机床m的精度稳定为止的时间作为精度稳定时间ts。
[0071]
根据该结构，能够恰当地预测机床m的热位移对精度的影响，并且在诊断为精度变得不稳定的情况下，将至精度稳定为止的时间预测为精度稳定时间ts。由此，通过显示预测出的结果并通知给操作员，可以知晓何时机床m的精度能够再次稳定地开始加工。由此，容易在确保所需的精度的前提下制定生产的计划。
[0072]
另外，虽然在上述方式中，是用温度变化速度的函数计算精度影响度和精度稳定时间的，但也可以预先生成设定了温度变化速度的数值或规定的范围与对应的精度影响度和精度稳定时间之间的关系的数据库，参照数据库计算基于温度变化速度的精度影响度和精度稳定时间。
[0073]
另外，精度诊断装置不限于利用机床的控制装置来构成，例如也可以在外部的服务器计算机中设置温度变化速度计算单元、精度影响度计算单元、精度稳定时间计算单元和精度稳定时间显示单元，并将温度传感器的检测温度发送到该服务器计算机来进行精度诊断。在该情况下，能够在一处对多个机床进行诊断。也可以在外部进行精度诊断的一部
分、例如精度稳定时间的计算，在各机床进行精度稳定时间等的显示。