DE102023208326A1

DE102023208326A1 - Temperaturanstiegswert-Abschätzungsverfahren, Wärmeverschiebungsbetrag-Abschätzungsverfahren und Steuerungsverfahren einer Lagerkühlvorrichtung für eine Werkzeugmaschine und Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102023208326A1
Application number: DE102023208326.4A
Authority: DE
Inventors: Misaki Hida; Reiji KANBE
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2022-09-07
Filing date: 2023-08-30
Publication date: 2024-03-07
Also published as: US20240077115A1; JP2024037534A; CN117655810A

Abstract

Ein Temperaturanstiegswert-Abschätzungsverfahren für eine Werkzeugmaschine, die eine Kühlvorrichtung (7), die konfiguriert ist, um einen spezifischen Abschnitt (4) zu kühlen, und eine Mehrzahl von Sensoren (13, 14) umfasst. Das Temperaturanstiegswert-Abschätzungsverfahren umfasst: Bestimmen eines Kühlzustands des spezifischen Abschnitts (4) durch Bestimmen, ob sich die Kühlvorrichtung (7) in einem Betriebszustand oder einem gestoppten Zustand befindet, und durch Bestimmen, ob eine Zeit, die von einem Basispunkt einer Aktivierung oder eines Stopps der Kühlvorrichtung (7) gemessen wird, eine vorbestimmte Verzögerungszeit hat verstreichen lassen oder nicht; Auswählen eines Abschätzungsmodells, das zu dem bestimmten Kühlzustand des spezifischen Abschnitts (4) korrespondiert, aus mehreren Abschätzungsmodellen, die im Voraus entsprechend verschiedenen Kühlzuständen des spezifischen Abschnitts (4) erstellt wurden; und Berechnen eines abgeschätzten Temperaturanstiegswerts des spezifischen Abschnitts (4) basierend auf dem ausgewählten Abschätzungsmodell und Temperaturdaten, die von einem Messwert abgeleitet werden, der von den mehreren Temperatursensoren (13, 14) erfasst wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zum genauen Abschätzen eines Temperaturanstiegswerts eines wärmegenerierenden Abschnitts, ein Verfahren zum Abschätzen eines Wärmeverschiebungsbetrags des wärmeerzeugenden Abschnitts und ein Verfahren zum Steuern einer Kühlvorrichtung zum Kühlen des wärmegenerierenden Abschnitts einer Werkzeugmaschine in Abhängigkeit von einem Zustand des wärmegenerierenden Abschnitts in der Werkzeugmaschine, die eine Kühlvorrichtung enthält, und die Werkzeugmaschine, die in der Lage ist, das Verfahren zum Abschätzen eines Temperaturanstiegswerts auszuführen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei der Bearbeitung mit einer Werkzeugmaschine, einschließlich einem Bearbeitungszentrum, generiert eine Drehwelle, wie etwa eine Spindel, aufgrund von Reibung zwischen der Drehwelle und einem Lager Wärme und verursacht eine axiale Wärmeverschiebung. Die Wärmeverschiebung kann ein Faktor bei der Verschlechterung ihrer Bearbeitungsgenauigkeit sein. Um ein Auftreten der Wärmeverschiebung zu vermeiden, wird daher im Allgemeinen ein Verfahren eingesetzt, bei dem ein Strömungsweg in einem Gehäuseabschnitt außerhalb des Lagers bereitgestellt wird, um Kühlöl strömen zu lassen, und die Wärme des Kühlöls durch eine Kühlvorrichtung entfernt wird.
Der Energieverbrauch der Kühlvorrichtung für die Drehwellen-Kühlvorrichtung nimmt jedoch einen hohen Anteil an dem von Peripherievorrichtungen der Werkzeugmaschine ein. Aus einer kohlenstoffneutralen Perspektive wurde daher der Energieverbrauch durch Steuern des Betriebs der Kühlvorrichtung reduziert, um den Energieverbrauch zu reduzieren. JP 6445395 B offenbart ein Verfahren zum Reduzieren des Energieverbrauchs durch Steuern des Betriebs einer Kühlvorrichtung, wenn eine Temperatur nahe einer Spindel, die unter Verwendung eines Spindeltemperaturanstiegswerts berechnet wird, einen vorbestimmten Schwellenwert erfüllt, während die Spindel gestoppt ist.
Um andererseits einen Einfluss der Wärmeverschiebung auf die Bearbeitungsgenauigkeit zu unterdrücken, wird in einigen Fällen ein Verfahren zum Abschätzen eines Wärmeverschiebungsbetrags aus Maschinenkörpertemperaturinformationen und Korrigieren einer Phase verwendet. Zum Beispiel offenbart JP 1997-225781 A ein Berechnungsverfahren zum Abschätzen einer Spindelwärmeverschiebung durch Ändern eines Berechnungskoeffizienten einer Wärmeverschiebungsabschätzungsberechnungsformel gemäß Drehzahl und Zeit oder der Anzahl von Korrekturen.
Zusätzlich zur Wärmeerzeugung, wenn eine Anomalie in einem Lager oder eine unzureichende Schmierung des Lagers auftritt, wenn sich eine Drehwelle dreht, tritt in einigen Fällen ein Fehler auf, wie etwa ein Lagerfestfressen. Um den Fehler zu vermeiden, offenbart JP 6967495 B ein Verfahren zum Messen einer Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenringen eines Lagers mit einem Wärmestromsensor, um einen plötzlichen Temperaturanstieg zu einem Zeitpunkt eines Lagerfehlers oder einer Schmierung zu detektieren.
Mit Beschleunigung von Energiesparmaßnahmen zur Realisierung einer dekarbonsierten Gesellschaft sollte die Reduzierung des Energieverbrauchs durch Steuern des Betriebs einer Spindelkühlvorrichtung nicht nur durchgeführt werden, wenn sich eine Maschine in Ruhe befindet, wie in JP 6445395 B offenbart, sondern auch, während eine Maschine läuft. Wenn jedoch ein Betrieb der Spindelkühlvorrichtung während des Maschinenbetriebs gesteuert wird, unterscheidet sich eine Wärmeverschiebungseigenschaft zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Spindelkühlvorrichtung läuft, und dem Zeitpunkt, zu dem sie gestoppt wird. Somit ist das in JP 1997-225781 A offenbarte Verfahren nicht in der Lage, den Wärmeverschiebungsbetrag genau abzuschätzen. Um einen Wärmeverschiebungsbetrag genau abzuschätzen, ist es daher notwendig, Abschätzungsmodelle gemäß Zuständen eines wärmegenerierenden Abschnitts zu verwenden.
Wenn währenddessen eine Kühlkapazität während der Wellendrehung reduziert würde, um eine Schwankung der Wärmeverschiebungseigenschaft zu unterdrücken, könnte die Temperatur des Lagers ansteigen und zu einem Fehler, wie etwa einem Festfressen, führen. Wenn außerdem die reduzierte Kühlkapazität wiederhergestellt wird, wird die Außenringseite des Lagers schnell gekühlt, so dass sich die Temperaturdifferenz zwischen dem Innen- und Außenring erhöht, wodurch möglicherweise ein Festfressen verursacht wird. Angesichts dessen ist es notwendig, die Innenringtemperatur zu messen, um den Betrieb der Kühlvorrichtung zu steuern, während die Temperaturdifferenz zwischen dem Innen- und Außenring während des Maschinenbetriebs überwacht wird. Das in JP 6967495 B offenbarte Verfahren zum Detektieren der Temperaturdifferenz zwischen dem Innen- und Außenring erfordert jedoch einen Wärmestromsensor, der in der Nähe des Lagers installiert ist, und ist mit einer Messeinheit schwierig zu handhaben. Wenn die Verwendung der Modelle gemäß den Zuständen des Lagers als ein wärmegenerierender Abschnitt das genaue Abschätzen eines Werts, der zu der Lagerinnenringtemperatur korrespondiert, ermöglicht, wird dementsprechend angenommen, das Problem der Schwierigkeit bei der Handhabung der Messeinheit zu lösen.
Daher stellt ein Zweck der Offenbarung ein Temperaturanstiegswert-Abschätzungsverfahren für eine Werkzeugmaschine und eine Werkzeugmaschine bereit, die einen Temperaturanstiegswert, der in einem wärmegenerierenden Abschnitt generiert wird, auf Grundlage eines Abschätzungsmodells, das gemäß einem Zustand einer Kühlvorrichtung zum Kühlen des wärmegenerierenden Abschnitts und dem Zustand des wärmegenerierenden Abschnitts ausgewählt wird, genau abschätzen können.
Außerdem stellt ein weiterer Zweck der Offenbarung ein Wärmeverschiebungsbetrag-Abschätzungsverfahren für die Werkzeugmaschine bereit, das einen Wärmeverschiebungsbetrag, der in dem wärmegenerierenden Abschnitt generiert wird, unter Verwendung des Temperaturanstiegswerts des wärmegenerierenden Abschnitts, der auf Grundlage des Abschätzungsmodells, das gemäß dem Zustand der Kühlvorrichtung zum Kühlen des wärmegenerierenden Abschnitts und dem Zustand des wärmegenerierenden Abschnitts ausgewählt wird, abgeschätzt wird, und von Temperaturinformationen des Maschinenkörpers genau abschätzen kann.
Außerdem stellt ein weiterer Zweck der Offenbarung ein Steuerungsverfahren einer Lagerkühlvorrichtung bereit, das in der Lage ist, eine Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenring eines Lagers unter Verwendung des Temperaturanstiegswerts des Lagers, der auf Grundlage des Abschätzungsmodells, das gemäß einem Zustand einer Lagerkühlvorrichtung ausgewählt wird, abgeschätzt wird, und einem Zustand der Lagerkühlvorrichtung und der Temperaturinformationen des Maschinenkörpers zu überwachen, und in der Lage ist, den Betrieb der Lagerkühlvorrichtung während des Maschinenbetriebs zu steuern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, wird eine erste Konfiguration der Offenbarung bereitgestellt. Eine Werkzeugmaschine umfasst eine Kühlvorrichtung, die konfiguriert ist, um einen spezifischen Abschnitt zu kühlen, der aufgrund des Betriebs der Werkzeugmaschine Wärme generiert, und mehrere Sensoren, die an frei ausgewählten Positionen angeordnet sind, einschließlich mindestens einer Position, an der eine Maschinenkörpertemperatur messbar ist, und einer Position, an der eine Temperatur des spezifischen Abschnitts messbar ist. Die erste Konfiguration umfasst: Bestimmen eines Kühlzustands des spezifischen Abschnitts durch Bestimmen, ob sich die Kühlvorrichtung in einem Betriebszustand oder einem gestoppten Zustand befindet, und durch Bestimmen, ob eine Zeit, die von einem Basispunkt einer Aktivierung oder eines Stopps der Kühlvorrichtung gemessen wird, eine vorbestimmte Verzögerungszeit hat verstreichen lassen oder nicht; Auswählen eines Abschätzungsmodells, das zu dem bestimmten Kühlzustand des spezifischen Abschnitts korrespondiert, aus mehreren Abschätzungsmodellen, die im Voraus entsprechend verschiedenen Kühlzuständen des spezifischen Abschnitts erstellt wurden; und Berechnen eines abgeschätzten Temperaturanstiegswerts des spezifischen Abschnitts basierend auf dem ausgewählten Abschätzungsmodell und Temperaturdaten, die von einem Messwert abgeleitet werden, der von den mehreren Temperatursensoren erfasst wird.
Ein weiterer Aspekt der ersten Konfiguration der Offenbarung, die sich in der obigen Konfiguration befindet, bestimmt den Kühlzustand des spezifischen Abschnitts als einen von zumindest vier Zuständen, die einen Temperaturabfall-Übergangszustand von einer Aktivierung der Kühlvorrichtung bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit, einen Temperaturanstieg-Übergangszustand von einem Stopp der Kühlvorrichtung bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit, einen stationären Kühlzustand nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit von der Aktivierung der Kühlvorrichtung und einen stationären Heizzustand nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit von dem Stopp der Kühlvorrichtung umfassen.
In einem weiteren Aspekt der ersten Konfiguration der Offenbarung, die sich in der obigen Konfiguration befindet, wird die Verzögerungszeit aus einem Wert berechnet, der basierend auf einem Betrieb des spezifischen Abschnitts unter Verwendung einer vorbestimmten Funktion ermittelt wird.
In einem weiteren Aspekt der ersten Konfiguration der Offenbarung, die sich in der obigen Konfiguration befindet, ist die Verzögerungszeit eine Zeit, bis ein Änderungsbetrag pro Zeit größer als ein vorbestimmter Schwellenwert wird, wobei der Änderungsbetrag pro Zeit für zumindest eines der Temperaturdaten und des abgeschätzten Temperaturanstiegswerts des spezifischen Abschnitts berechnet wird.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, wird eine zweite Konfiguration der Offenbarung bereitgestellt. Eine Werkzeugmaschine umfasst eine Kühlvorrichtung, die konfiguriert ist, um einen spezifischen Abschnitt zu kühlen, der aufgrund des Betriebs der Werkzeugmaschine Wärme generiert, und mehrere Sensoren, die an frei ausgewählten Positionen angeordnet sind, einschließlich mindestens einer Position, an der eine Maschinenkörpertemperatur messbar ist, und einer Position, an der eine Temperatur des spezifischen Abschnitts messbar ist. Die zweite Konfiguration umfasst: Bestimmen eines Kühlzustands des spezifischen Abschnitts durch Bestimmen, ob sich die Kühlvorrichtung in einem Betriebszustand oder einem gestoppten Zustand befindet, und durch Bestimmen, ob eine Zeit, die von einem Basispunkt einer Aktivierung oder eines Stopps der Kühlvorrichtung gemessen wird, eine vorbestimmte Verzögerungszeit hat verstreichen lassen oder nicht; Auswählen eines Abschätzungsmodells, das zu dem bestimmten Kühlzustand des spezifischen Abschnitts korrespondiert, aus mehreren Abschätzungsmodellen, die im Voraus entsprechend verschiedenen Kühlzuständen des spezifischen Abschnitts erstellt wurden; Berechnen eines abgeschätzten Temperaturanstiegswerts des spezifischen Abschnitts basierend auf dem ausgewählten Abschätzungsmodell und Temperaturdaten, die von einem Messwert abgeleitet werden, der von den mehreren Temperatursensoren erfasst wird; und Abschätzen eines Wärmeverschiebungsbetrags des spezifischen Abschnitts unter Verwendung des berechneten abgeschätzten Temperaturanstiegswerts des spezifischen Abschnitts und eines Koeffizienten zum Umwandeln eines Temperaturanstiegswerts des spezifischen Abschnitts in den Wärmeverschiebungsbetrag, basierend auf dem ausgewählten Abschätzungsmodell.
Ein weiterer Aspekt der zweiten Konfiguration der Offenbarung, die sich in der obigen Konfiguration befindet, bestimmt den Kühlzustand des spezifischen Abschnitts als einen von zumindest vier Zuständen, die einen Temperaturabfall-Übergangszustand von einer Aktivierung der Kühlvorrichtung bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit, einen Temperaturanstieg-Übergangszustand von einem Stopp der Kühlvorrichtung bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit, einen stationären Kühlzustand nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit von der Aktivierung der Kühlvorrichtung und einen stationären Heizzustand nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit von dem Stopp der Kühlvorrichtung umfassen.
In einem weiteren Aspekt der zweiten Konfiguration der Offenbarung, die sich in der obigen Konfiguration befindet, wird die Verzögerungszeit aus einem Wert berechnet, der basierend auf einem Betrieb des spezifischen Abschnitts unter Verwendung einer vorbestimmten Funktion ermittelt wird.
In einem weiteren Aspekt der zweiten Konfiguration der Offenbarung, die sich in der obigen Konfiguration befindet, ist die Verzögerungszeit eine Zeit, bis ein Änderungsbetrag pro Zeit größer als ein vorbestimmter Schwellenwert wird, wobei der Änderungsbetrag pro Zeit für zumindest eines der Temperaturdaten und des abgeschätzten Temperaturanstiegswerts des spezifischen Abschnitts berechnet wird.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, wird eine dritte Konfiguration der Offenbarung bereitgestellt. Eine Werkzeugmaschine umfasst eine Kühlvorrichtung mit einem Pfad, der konfiguriert ist, um eine Außenringseite eines Lagers für zumindest die Drehwelle zu kühlen, und mehrere Sensoren, die an frei ausgewählten Positionen angeordnet sind, einschließlich mindestens einer Position, an der eine Maschinenkörpertemperatur messbar ist, und einer Position, an der eine Temperatur der Außenringseite eines Lagers messbar ist. Das Steuerungsverfahren einer Lagerkühlvorrichtung umfasst: Bestimmen eines Kühlzustands des Lagers durch Bestimmen, ob sich die Kühlvorrichtung in einem Betriebszustand oder einem gestoppten Zustand befindet, und durch Bestimmen, ob eine Zeit, die von einem Basispunkt einer Aktivierung oder eines Stopps der Kühlvorrichtung gemessen wird, eine vorbestimmte Verzögerungszeit hat verstreichen lassen oder nicht; Auswählen eines Abschätzungsmodells, das zu dem bestimmten Kühlzustand des Lagers korrespondiert, aus mehreren Abschätzungsmodellen, die im Voraus entsprechend verschiedenen Kühlzuständen des Lagers erstellt wurden; Berechnen eines abgeschätzten Temperaturanstiegswerts einer Innenringseite des Lagers unter Verwendung eines Koeffizienten basierend auf dem ausgewählten Abschätzungsmodell und Temperaturdaten, die von einem Messwert abgeleitet werden, der von den mehreren Temperatursensoren erfasst wird; Berechnen einer abgeschätzten Innen- und Außenringtemperaturdifferenz aus dem berechneten abgeschätzten Temperaturanstiegswert auf der Innenringseite des Lagers und einem Temperaturanstiegswert der Außenringseite des Lagers, der basierend auf den Temperaturdaten berechnet wird, die von dem Messwert abgeleitet werden, der von dem Temperatursensor erfasst wird, der eine Temperatur der Außenringseite des Lagers misst; und Aktivieren oder Stoppen der Kühlvorrichtung, wenn die abgeschätzte Innen- und Außenringtemperaturdifferenz basierend auf dem ausgewählten Abschätzungsmodell einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet oder unterschreitet.
Ein weiterer Aspekt der dritten Konfiguration der Offenbarung, die sich in der obigen Konfiguration befindet, bestimmt den Kühlzustand des Lagers als einen von zumindest vier Zuständen, die einen Temperaturabfall-Übergangszustand von einer Aktivierung der Kühlvorrichtung bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit, einen Temperaturanstieg-Übergangszustand von einem Stopp der Kühlvorrichtung bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit, einen stationären Kühlzustand nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit von der Aktivierung der Kühlvorrichtung und einen stationären Heizzustand nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit von dem Stopp der Kühlvorrichtung umfassen.
In einem weiteren Aspekt der dritten Konfiguration der Offenbarung, die sich in der obigen Konfiguration befindet, wird die Verzögerungszeit aus einer Drehzahl der Drehwelle unter Verwendung einer vorbestimmten Funktion berechnet.
In einem weiteren Aspekt der dritten Konfiguration der Offenbarung, die sich in der obigen Konfiguration befindet, ist die Verzögerungszeit eine Zeit, bis ein Änderungsbetrag pro Zeit größer als ein vorbestimmter Schwellenwert wird, wobei der Änderungsbetrag pro Zeit für zumindest eines der Temperaturdaten, des abgeschätzten Temperaturanstiegswerts der Innenringseite des Lagers und der abgeschätzten Innen- und Außenringtemperaturdifferenz berechnet wird.
Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, wird eine vierte Konfiguration der Offenbarung bereitgestellt. Eine Werkzeugmaschine umfasst eine Kühlvorrichtung, mehrere Sensoren und eine Vorrichtung. Die Kühlvorrichtung ist konfiguriert, um einen spezifischen Abschnitt zu kühlen, der aufgrund des Betriebs der Werkzeugmaschine Wärme generiert. Die mehreren Sensoren sind an frei ausgewählten Positionen angeordnet, einschließlich mindestens einer Position, an der eine Maschinenkörpertemperatur messbar ist, und einer Position, an der eine Temperatur des spezifischen Abschnitts messbar ist. Die Vorrichtung ist konfiguriert, um: einen Kühlzustand des spezifischen Abschnitts durch Bestimmen, ob sich die Kühlvorrichtung in einem Betriebszustand oder einem gestoppten Zustand befindet, und durch Bestimmen, ob eine Zeit, die von einem Basispunkt einer Aktivierung oder eines Stopps der Kühlvorrichtung gemessen wird, eine vorbestimmte Verzögerungszeit hat verstreichen lassen oder nicht; ein Abschätzungsmodells, das zu dem bestimmten Kühlzustand des spezifischen Abschnitts korrespondiert, aus mehreren Abschätzungsmodellen, die im Voraus entsprechend verschiedenen Kühlzuständen des spezifischen Abschnitts erstellt wurden, auszuwählen; und einen abgeschätzten Temperaturanstiegswert des spezifischen Abschnitts basierend auf dem ausgewählten Abschätzungsmodell und Temperaturdaten, die von einem Messwert abgeleitet werden, der von den mehreren Temperatursensoren erfasst wird, zu berechnen.
Ein weiterer Aspekt der vierten Konfiguration der Offenbarung, die sich in der obigen Konfiguration befindet, bestimmt den Kühlzustand des spezifischen Abschnitts als einen von zumindest vier Zuständen, die einen Temperaturabfall-Übergangszustand von einer Aktivierung der Kühlvorrichtung bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit, einen Temperaturanstieg-Übergangszustand von einem Stopp der Kühlvorrichtung bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit, einen stationären Kühlzustand nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit von der Aktivierung der Kühlvorrichtung und einen stationären Heizzustand nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit von dem Stopp der Kühlvorrichtung umfassen.
Beim Abschätzen des Temperaturanstiegswerts, der in dem spezifischen Abschnitt als ein Kühlziel aufgrund der Aktivierung oder des Stopps der Kühlvorrichtung während des Maschinenbetriebs auftritt, ermöglicht das Auswählen des Abschätzungsmodells, das zu dem Kühlzustand des Abschnitts korrespondiert, der sich aufgrund des Betriebs oder des Stopps der Kühlvorrichtung ändert, gemäß der ersten und der vierten Konfiguration der Offenbarung, die genaue Abschätzung des Temperaturanstiegswerts des spezifischen Abschnitts.
Beim Abschätzen des Wärmeverschiebungsbetrags, der in dem spezifischen Abschnitt als das Kühlziel aufgrund der Aktivierung oder des Stopps der Kühlvorrichtung während des Maschinenbetriebs auftritt, ermöglicht das Auswählen des Abschätzungsmodells, das zu dem Kühlzustand des Abschnitts korrespondiert, der sich aufgrund des Betriebs oder des Stopps der Kühlvorrichtung ändert, gemäß der zweiten Konfiguration der Offenbarung, die genaue Abschätzung des Wärmeverschiebungsbetrags des spezifischen Abschnitts. Selbst wenn die Kühlvorrichtung während des Maschinenbetriebs aktiviert oder gestoppt wird, ist es daher möglich, die in dem Abschnitt auftretende Wärmeverschiebung genau zu kompensieren, um ein Unterdrücken einer Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit zu ermöglichen.
Beim Abschätzen der Innen- und Außenringtemperaturdifferenz, die in dem Lager als das Kühlziel aufgrund der Aktivierung oder des Stopps der Kühlvorrichtung während des Maschinenbetriebs auftritt, ermöglicht das Auswählen des Abschätzungsmodells, das zu dem Kühlzustand des Lagers korrespondiert, der sich aufgrund des Betriebs oder des Stopps der Kühlvorrichtung ändert, gemäß der dritten Konfiguration der Offenbarung, die genaue Abschätzung der abgeschätzten Innen- und Außenringtemperaturdifferenz, die in dem Lager aufgetreten ist. Daher kann die Kühlvorrichtung gemäß der abgeschätzten Innen- und Außenringtemperaturdifferenz gesteuert werden. Da die Temperatur des Lagers während des Betriebs stabilisiert werden kann, ist es möglich, Probleme, wie etwa ein Festfressen des Lagers, zu reduzieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Hauptteil einer Werkzeugmaschine einer Ausführungsform 1 darstellt.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Abschätzungsverfahren eines Wärmeverschiebungsbetrags der Offenbarung darstellt.
3 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Hauptteil einer Werkzeugmaschine einer Ausführungsform 2 darstellt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsverfahren einer Kühlvorrichtung der Offenbarung darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Offenbarung basierend auf den Zeichnungen beschrieben.1 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Hauptteil einer Werkzeugmaschine einer Ausführungsform 1 darstellt. Es sei angemerkt, dass eine in 1 gezeigte Werkzeugmaschine eine Abdeckung und andere Ausrüstung weglässt und in der Praxis mit einer Abdeckung und anderen Ausrüstung versehen ist, die nicht gezeigt sind.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Werkzeugmaschine der Ausführungsform 1 ein Bearbeitungszentrum 6, das mit einem Bett 1, einer Säule 2, einer Spindel 3, einer Spindeleinheit 4 mit einem Lager und einem Tisch 5 versehen ist. Die Werkzeugmaschine der Ausführungsform 1 umfasst auch eine Spindelkühlvorrichtung 7, eine Temperatureinstellvorrichtung 8, eine Korrekturbetragsarithmetikeinheit 9 und eine NC-Vorrichtung 10. Die Spindeleinheit 4 weist einen Spindelgehäuseaußenzylinder auf, der mit einer Kühlölzuführeinheit 11 und einer Kühlölabführeinheit 12 versehen ist. Ein Kühlkreislauf, der zwischen dem Bearbeitungszentrum 6 und der Spindelkühlvorrichtung 7 angeordnet ist, führt ein Kühlöl einer Kühlölzuführeinheit 11 zu und führt es von der Kühlölabführeinheit 12 zur Spindelkühlvorrichtung 7 zurück. Das heißt, in der Ausführungsform 1 ist die Spindeleinheit 4 ein spezifischer Abschnitt, der durch einen Betrieb der Werkzeugmaschine Wärme generiert, und ist ein Kühlziel während des Maschinenbetriebs in der Offenbarung. Die NC-Vorrichtung 10 umfasst eine zentrale Recheneinheit (CPU) und einen Speicher, der mit der CPU verbunden ist, und stellt die Vorgänge sicher.
Das Bearbeitungszentrum 6 umfasst einen Temperatursensor 13, der in der Säule 2 angeordnet ist und eine Maschinenkörpertemperatur als eine Referenztemperatur detektiert, und einen Temperatursensor 14, der in der Spindeleinheit 4 angeordnet ist und eine Spindeltemperatur detektiert. Die Temperatursensoren 13, 14 sind mit der Temperatureinstellvorrichtung 8 verbunden, und gemessene Temperaturwerte, die von den Temperatursensoren 13, 14 gemessen werden, werden an die Temperatureinstellvorrichtung 8 übertragen.
Die NC-Vorrichtung 10 ist mit dem Bearbeitungszentrum 6 verbunden, und das Bearbeitungszentrum 6 wird unter Steuerung durch Empfangen von Befehlen von der NC-Vorrichtung 10 betrieben. Zusätzlich ist die NC-Vorrichtung 10 mit der Spindelkühlvorrichtung 7, der Temperatureinstellvorrichtung 8, die in der Lage ist, einen Digitalisierungsprozess und dergleichen der erfassten gemessenen Temperaturwerte von den Temperatursensoren 13, 14 auszuführen, und der später beschriebenen Korrekturbetragsarithmetikeinheit 9, die einen Korrekturbetrag aus einem abgeschätzten Betrag der Wärmeverschiebung berechnet, verbunden. Die NC-Vorrichtung 10 steuert sie.
Die Spindelkühlvorrichtung 7 ist derart konfiguriert, dass, wenn eine Differenz zwischen der Maschinenkörpertemperatur, die durch den Temperatursensor 13 detektiert wird, wenn die Spindel mit der maximalen Drehzahl betrieben wird, und der Spindeltemperatur, die durch den Temperatursensor 14 detektiert wird, während des Maschinenbetriebs der Werkzeugmaschine Schwellenwerte überschreitet oder unterschreitet, die Spindelkühlvorrichtung 7 zwischen dem Betrieb und dem Stopp umgeschaltet wird.
Nachfolgend erfolgt eine Beschreibung eines Abschätzungsverfahrens für einen Wärmeverschiebungsbetrag der Offenbarung.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Abschätzungsverfahren eines Wärmeverschiebungsbetrags der Offenbarung darstellt.
Die NC-Vorrichtung 10 misst eine Zeit von einem Basispunkt, zu dem die Spindelkühlvorrichtung 7 während des Maschinenbetriebs der Werkzeugmaschine aktiviert oder gestoppt wird (S1). Wenn bei der Zeitmessung bestimmt wird, dass sich die Betriebssteuerung der Spindelkühlvorrichtung 7, wie etwa Aktivierung und Stopp, geändert hat (S2), wird die bisher gemessene Zeit zurückgesetzt (S3). Danach wird die Zeitmessung von einem Basispunkt, zu dem die Messzeit zurückgesetzt wird, das heißt dem Zeitpunkt, zu dem die Spindelkühlvorrichtung 7 zwischen dem Betrieb und dem Stopp umgeschaltet wird, neu gestartet. Es sei angemerkt, dass die Bestimmung, die Berechnungen und dergleichen, die in der folgenden Beschreibung durchgeführt werden, durch die NC-Vorrichtung 10 durchgeführt werden, sofern nicht anders angegeben.
Als Nächstes wird bestimmt, ob die Spindelkühlvorrichtung 7 zum Zeitpunkt des Ausführens der Wärmeverschiebungsbetrag-Abschätzung in Betrieb ist oder nicht (S4).
Wenn bestimmt wird, dass die Spindelkühlvorrichtung 7 in Betrieb ist, wird die Messzeit bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Wärmeverschiebungsbetrag-Abschätzung ausgeführt wird, mit einer vorbestimmten Verzögerungszeit verglichen (S5).
Als ein Ergebnis des Vergleichens der Messzeit und der Verzögerungszeit, wenn die Messzeit länger als die Verzögerungszeit ist, wird ein Kühlzustand der Spindeleinheit 4 als ein stationärer Kühlzustand bestimmt, nachdem die Verzögerungszeit oder mehr verstrichen ist, seit die Spindelkühlvorrichtung 7 aktiviert wurde. Dann wird ein Abschätzungsmodell A, das im Voraus so erstellt wird, dass es zu dem stationären Kühlzustand korrespondiert, als ein Abschätzungsmodell eingestellt, das für die Wärmeverschiebungsbetrag-Abschätzung verwendet wird (S6). Wenn die Messzeit kürzer als die Verzögerungszeit ist, wird der Kühlzustand der Spindeleinheit 4 als ein Temperaturabfall-Übergangszustand von dem Zeitpunkt, zu dem die Spindelkühlvorrichtung 7 aktiviert wird, bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit bestimmt. Dann wird ein Abschätzungsmodell B, das im Voraus so erstellt wird, dass es zu dem Temperaturabfall-Übergangszustand korrespondiert, als das Abschätzungsmodell eingestellt (S7).
Selbst wenn andererseits in S4 bestimmt wird, dass die Spindelkühlvorrichtung 7 gestoppt ist, wird die Messzeit bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Wärmeverschiebungsbetrag-Abschätzung ausgeführt wird, mit einer vorbestimmten Verzögerungszeit verglichen (S8).
Als ein Ergebnis des Vergleichs zwischen der Messzeit und der Verzögerungszeit, wenn die Messzeit länger als die Verzögerungszeit ist, wird der Kühlzustand der Spindeleinheit 4 als ein stationärer Heizzustand bestimmt, nachdem die Verzögerungszeit oder mehr verstrichen ist, seit die Spindelkühlvorrichtung 7 gestoppt wurde. Dann wird ein Abschätzungsmodell C, das im Voraus so erstellt wird, dass es zu dem stationären Heizzustand korrespondiert, als das Abschätzungsmodell eingestellt (S9). Wenn die Messzeit kürzer als die Verzögerungszeit ist, wird der Kühlzustand der Spindeleinheit 4 als ein Temperaturanstieg-Übergangszustand von dem Zeitpunkt, zu dem die Spindelkühlvorrichtung 7 gestoppt wird, bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit bestimmt. Dann wird ein Abschätzungsmodell D, das im Voraus so erstellt wird, dass es zu dem Temperaturanstieg-Übergangszustand korrespondiert, als das Abschätzungsmodell eingestellt (S10).
Die in S5 und S8 verwendeten Verzögerungszeiten werden als Zeiten bestimmt, die durch Messen einer Zeit von dem Zeitpunkt, zu dem die Spindelkühlvorrichtung 7 aktiviert oder gestoppt wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Spindeleinheit 4 auf eine gewünschte Temperatur gekühlt und bei der Temperatur stabilisiert wird, oder einer Zeit, in der die Temperatur von dem Kühlzustand ansteigt und bei einer konstanten Temperatur stabilisiert wird, experimentell im Voraus ermittelt werden.
Die Abschätzungsmodelle A, B, C und D umfassen Koeffizienten, Funktionen und dergleichen, die zum Abschätzen von Temperaturanstiegswerten, Wärmeverschiebungsbeträgen und dergleichen des spezifischen Abschnitts verwendet werden, die später beschrieben werden. Der Koeffizient, die Funktion und dergleichen jedes der Abschätzungsmodelle A, B, C und D werden basierend auf dem, was experimentell im Voraus abgeleitet wurde, derart bestimmt, dass der Temperaturanstiegswert und der Wärmeverschiebungsbetrag der Spindeleinheit 4 zu dem Kühlzustand der Spindeleinheit 4 korrespondieren.
Nach der Auswahl eines Abschätzungsmodells, das zu dem Kühlzustand der Spindeleinheit 4 in S6 bis S7 und S9 bis S10 korrespondiert, werden die Maschinenkörpertemperatur und die Spindeltemperatur von den Temperatursensoren 13, 14 gemessen (S11). Die gemessenen Temperaturen werden von der Temperatureinstellvorrichtung 8 gesammelt, von analogen Signalen in digitale Signale umgewandelt und durch ein bekanntes Verfahren gemäß einem vorbestimmten Zyklus quantifiziert.
Die Temperatureinstellvorrichtung 8 berechnet einen abgeschätzten Spindeltemperaturanstiegswert unter Verwendung von numerischen Temperaturdaten und Formel 1 (S12). Formel 1 umfasst eine Funktion zum Ausgleichen von Zeitantworten der Temperatur und der Wärmeverschiebung, die im Voraus für jedes der Abschätzungsmodelle eingestellt wird. Der berechnete abgeschätzte Spindeltemperaturanstiegswert wird an die Korrekturbetragsarithmetikeinheit 9 übertragen.
$T_{E S T n} = T_{E S T n - 1} + [{Δ T_{M E S n} - d \times e x p (- \frac{t}{τ_{T E M P}})} - T_{E S T n - 1}] \times f (t, τ_{i D E F})$

n: Anzahl von Prozessen
T_ESTn: abgeschätzter Spindeltemperaturanstiegswert
ΔT_MESn: Temperaturanstiegswert der Spindeltemperatur auf Grundlage der Maschinenkörpertemperatur
d: Stufendifferenz (= Drehzahl oder Temperaturanstiegswert, wenn sich die Kühlvorrichtungssteuerung ändert - vorherige Abschätzungstemperatur)
t: Drehzahl oder Zeit ab dem Zeitpunkt, zu dem sich der Betrieb der Spindelkühlvorrichtung ändert
τ_TEMP = Temperaturzeitkonstante
f(t, τ_iDEF): Filterfunktion (= t/(t + τ_iDEF))
τ_iDEF: Wärmeverschiebungszeitkonstante, die im Voraus gemäß dem Kühlzustand der Spindeleinheit eingestellt wird
i: Kühlzustand der Spindeleinheit
„i=1“ gibt den Zustand an, nachdem der Betriebszustand der Spindelkühlvorrichtung auf den Betrieb umgeschaltet ist und die vorbestimmte Verzögerungszeit verstrichen ist, das heißt das Abschätzungsmodell A des stationären Kühlzustands. „i=2“ gibt den Zustand von dem Zeitpunkt, zu dem der Betriebszustand der Spindelkühlvorrichtung auf den Betrieb umgeschaltet ist, bis zum Verstreichen der vorbestimmten Verzögerungszeit an, das heißt das Abschätzungsmodell B des Temperaturabfall-Übergangszustands. „i=3“ gibt den Zustand an, nachdem der Betriebszustand der Spindelkühlvorrichtung auf Stopp umgeschaltet ist und die vorbestimmte Verzögerungszeit verstrichen ist, das heißt das Abschätzungsmodell C des stationären Heizzustands. „i=4“ gibt den Zustand von dem Zeitpunkt, zu dem der Betriebszustand der Spindelkühlvorrichtung auf Stopp umgeschaltet ist, bis zum Verstreichen der vorbestimmten Verzögerungszeit an, das heißt das Abschätzungsmodell D des Temperaturanstieg-Übergangszustands.
Nachfolgend berechnet die Korrekturbetragsarithmetikeinheit 9 einen abgeschätzten Spindelwärmeverschiebungsbetrag unter Verwendung des abgeschätzten Spindeltemperaturanstiegswerts, der durch die Temperatureinstellvorrichtung 8 und Formel 2 (S13) berechnet wird. Formel 2 umfasst einen Umwandlungskoeffizienten von dem Spindeltemperaturanstiegswert zu dem Spindelwärmeverschiebungsbetrag, der im Voraus für jedes der Abschätzungsmodelle vorbestimmt wird.
$Z_{n} = Z_{n - 1} + (T_{E S T n} - T_{E S T n - 1}) \times γ_{i}$

Z_n: Abgeschätzte Spindelwärmeverschiebung
γ_i: Vorbestimmter Temperaturänderungsumwandlungskoeffizient gemäß dem Kühlzustand der Spindeleinheit
Dann berechnet die Korrekturbetragsarithmetikeinheit 9 einen zum Aufrechterhalten einer Bearbeitungsgenauigkeit notwendigen Korrekturbetrag aus dem in S13 berechneten abgeschätzten Spindelwärmeverschiebungsbetrag. Der berechnete Korrekturbetrag wird an die NC-Vorrichtung 10 übertragen und zum Betrieb des Bearbeitungszentrums 6 zurückgeführt.
Nachfolgend wird bestimmt, ob das Abschätzen des Wärmeverschiebungsbetrags fortgesetzt werden soll oder nicht (S14), und wenn bestimmt wird, dass es fortgesetzt werden soll, wird der Prozess von S2 neu gestartet, nämlich dem Schritt des Bestimmens der Änderung der Betriebssteuerung der Spindelkühlvorrichtung 7.
Beim Abschätzen des Wärmeverschiebungsbetrags, der in der Spindel 3 aufgrund der Aktivierung oder des Stopps der Spindelkühlvorrichtung 7 während des Betriebs des Bearbeitungszentrums 6 auftritt, ermöglicht das Auswählen des Abschätzungsmodells, das zu dem Kühlzustand der Spindeleinheit 4 korrespondiert, der sich aufgrund der Aktivierung oder des Stopps der Spindelkühlvorrichtung 7 ändert, wie oben beschrieben, das genaue Abschätzen des Wärmeverschiebungsbetrags, der in der Spindel 3 auftritt. Selbst wenn die Spindelkühlvorrichtung 7 aktiviert oder gestoppt wird, während das Bearbeitungszentrum 6 in Betrieb ist, ist es daher möglich, den in der Spindel 3 auftretenden Wärmeverschiebungsbetrag genau zu korrigieren, um ein Unterdrücken einer Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit zu ermöglichen.
3 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Hauptteil einer Werkzeugmaschine einer Ausführungsform 2 darstellt.
Wie in 3 dargestellt, umfasst die Werkzeugmaschine der Ausführungsform 2 das Bett 1, die Säule 2, die Spindel 3 als Drehwelle, die Spindeleinheit 4 mit dem Lager, das Bearbeitungszentrum 6, das mit dem Tisch 5 versehen ist, die Spindelkühlvorrichtung 7, die Temperatureinstellvorrichtung 8, eine Temperaturdifferenzarithmetikeinheit 15, eine Kühlkapazitätseinstellvorrichtung 16 und die NC-Vorrichtung 10. Die Spindeleinheit 4 weist den Spindelgehäuseaußenzylinder auf, der mit der Kühlölzuführeinheit 11 und der Kühlölabführeinheit 12 versehen ist. Der Kühlkreislauf, der zwischen dem Bearbeitungszentrum 6 und der Spindelkühlvorrichtung 7 angeordnet ist, führt ein Kühlöl der Kühlölzuführeinheit 11 zu und führt es von der Kühlölabführeinheit 12 zur Spindelkühlvorrichtung 7 zurück. Das heißt, in der Ausführungsform 2 ist die Spindeleinheit 4 der spezifische Abschnitt, der durch den Betrieb der Werkzeugmaschine Wärme generiert, und ist ein Kühlziel während des Maschinenbetriebs in der Offenbarung. Die NC-Vorrichtung 10 umfasst eine zentrale Recheneinheit (CPU) und einen Speicher, der mit der CPU verbunden ist, und stellt die Vorgänge sicher.
Das Bearbeitungszentrum 6 umfasst den Temperatursensor 13, der in der Säule 2 angeordnet ist und eine Maschinenkörpertemperatur als eine Referenztemperatur detektiert, und den Temperatursensor 14, der in der Spindeleinheit 4 angeordnet ist und die Spindeltemperatur detektiert. Die Temperatursensoren 13, 14 sind mit der Temperatureinstellvorrichtung 8 verbunden, und die gemessenen Temperaturwerte, die von den Temperatursensoren 13, 14 gemessen werden, werden an die Temperatureinstellvorrichtung 8 übertragen.
Die NC-Vorrichtung 10 ist mit dem Bearbeitungszentrum 6 verbunden, und das Bearbeitungszentrum 6 wird unter Steuerung durch Empfangen von Befehlen von der NC-Vorrichtung 10 betrieben. Zusätzlich ist die NC-Vorrichtung 10 mit der Spindelkühlvorrichtung 7, der Temperatureinstellvorrichtung 8, die in der Lage ist, einen Digitalisierungsprozess und dergleichen der erfassten gemessenen Temperaturwerte von den Temperatursensoren 13, 14 auszuführen, einer Temperaturdifferenzarithmetikeinheit 15, die einen abgeschätzten Betrag einer Innen- und Außenringtemperaturdifferenz der Spindeleinheit 4 aus dem später beschriebenen abgeschätzten Wert des Temperaturanstiegs der Hauptspindel berechnet, und einer Kühlkapazitätseinstellvorrichtung 16, die eine Kühlkapazität der Spindelkühlvorrichtung 7 einstellt, verbunden. Die NC-Vorrichtung 10 steuert sie.
Nachfolgend erfolgt eine Beschreibung eines Steuerungsverfahrens einer Kühlvorrichtung der Offenbarung.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsverfahren einer Kühlvorrichtung der Offenbarung darstellt. Das Flussdiagramm von 4 nimmt an, dass die Spindelkühlvorrichtung 7 in dem Betriebszustand ist, während der Kühlzustand der Spindeleinheit 4 in dem stationären Kühlzustand ist, als eine Anfangseinstellung.
In der Ausführungsform 2 wird zuerst das Abschätzungsmodell ausgewählt (S21). Die Auswahl des Abschätzungsmodells wird gemäß S2 bis S10, die in 2 gezeigt sind, ausgeführt. Wie oben beschrieben, wird das Abschätzungsmodell A hier ausgewählt, weil der Kühlzustand der Spindeleinheit 4 der stationäre Kühlzustand ist.
Nachdem das Abschätzungsmodell in S21 ausgewählt wurde, werden die Temperaturen der jeweiligen Abschnitte von den Temperatursensoren 13, 14 gemessen (S22). Die gemessenen Temperaturen werden von der Temperatureinstellvorrichtung 8 gesammelt, von analogen Signalen in digitale Signale umgewandelt und durch ein bekanntes Verfahren gemäß einem vorbestimmten Zyklus quantifiziert.
Die Temperatureinstellvorrichtung 8 berechnet einen Außenringseitentemperaturanstiegswert Δθb_n, das heißt eine Differenz zwischen einer Maschinenkörpertemperatur θ1_n und einer Außenringtemperatur θ2_n aus den digitalisierten Temperaturdaten (Formel 3). Nachfolgend wird der abgeschätzte Innenringseitentemperaturanstiegswert Δθa_n unter Verwendung von Formel 4 und Formel 5 berechnet (S23). Formel 4 umfasst einen Koeffizienten α bezüglich einer Zeitantwort, die für jedes Abschätzungsmodell vorbestimmt wird, und Formel 5 umfasst einen Koeffizienten β bezüglich eines Änderungsbetrags. Es sei angemerkt, dass die Koeffizienten α und β, die für jedes der Abschätzungsmodelle eingestellt werden, im Voraus durch Experimente oder dergleichen bestimmt werden. Der berechnete abgeschätzte Innenringseitentemperaturanstiegswert Δθa_n wird an die Temperaturdifferenzarithmetikeinheit 15 übertragen.
$Δ θ b_{n} = θ 1_{n} - θ 2_{n}$
$Δ θ_{n} = Δ θ 1_{n - 1} + (Δ θ b_{n} - Δ θ b_{n - 1}) \times (t / t + α)$
$Δ θ a_{n} = Δ θ_{n} \times β$

t: Drehzahl oder Zeit ab dem Zeitpunkt, zu dem sich der Betrieb der Spindelkühlvorrichtung ändert
n: Anzahl von Prozessen
Die Temperaturdifferenzarithmetikeinheit 15 berechnet eine abgeschätzte Innen- und Außenringtemperaturdifferenz Δθab_n aus einer Differenz zwischen dem durch die Temperatureinstellvorrichtung 8 berechneten Außenringseitentemperaturanstiegswert Δθb_n und dem abgeschätzten Innenringseitentemperaturanstiegswert Δθa_n (S24).
Die berechnete abgeschätzte Innen- und Außenringtemperaturdifferenz Δθab_n wird mit einem vorbestimmten Schwellenwert A für die Kühlung-AUS-Bestimmung verglichen (S25). Wenn die abgeschätzte Innen- und Außenringtemperaturdifferenz Δθab_n den Schwellenwert A überschreitet, kann von dem Kühlzustand der Spindeleinheit 4 gesagt werden, dass die Spindeltemperatur eine gewünschte Temperatur erreicht hat und keine weitere Kühlung erforderlich ist. Daher gibt die Kühlkapazitätseinstellvorrichtung 16 einen Befehl an die Spindelkühlvorrichtung 7 über die NC-Vorrichtung 10 aus, anzuhalten oder mit einer Kühlkapazität zu arbeiten, die in der Lage ist, die Spindeleinheit 4 auf einer gewünschten Temperatur zu halten (S26).
Wenn andererseits die abgeschätzte Innen- und Außenringtemperaturdifferenz Δθab_n den Schwellenwert A unterschreitet, wird die abgeschätzte Innen- und Außenringtemperaturdifferenz Δθab_n nachfolgend mit dem vorbestimmten Schwellenwert B für die Kühlung-EIN-Bestimmung verglichen (S27). Wenn die abgeschätzte Innen- und Außenringtemperaturdifferenz Δθab_n den Schwellenwert B für die Kühlung-EIN-Bestimmung unterschreitet, kann von dem Kühlzustand der Spindeleinheit 4 gesagt werden, dass die Spindeltemperatur die gewünschte Temperatur nicht erreicht hat und eine weitere Kühlung erforderlich ist. Daher gibt die Kühlkapazitätseinstellvorrichtung 16 einen Befehl an die Spindelkühlvorrichtung 7 über die NC-Vorrichtung 10 aus, mit einer Kühlkapazität zu arbeiten, die in der Lage ist, die Spindeleinheit 4 auf eine gewünschte Temperatur zu kühlen, wie etwa die Kühlkapazität zu erhöhen (S28).
Als Nächstes wird bestimmt, ob es eine Änderung in der Betriebssteuerung der Spindelkühlvorrichtung 7 im Vergleich zu dem Zustand zum Zeitpunkt der vorherigen Verarbeitung gegeben hat oder nicht (S29). Wenn bestimmt wird, dass sich die Betriebssteuerung der Spindelkühlvorrichtung 7 geändert hat, wird die bisher gemessene Zeit zurückgesetzt, und eine Zeitmessung wird mit dem Zeitpunkt als Basispunkt, zu dem die Messzeit zurückgesetzt wurde, neu gestartet (S30).
Nachfolgend wird bestimmt, ob die Spindelkühlvorrichtung 7 in Betrieb ist oder nicht (S31).
Wenn bestimmt wird, dass die Spindelkühlvorrichtung 7 in Betrieb ist, wird die bisher gemessene Zeit mit der vorbestimmten Verzögerungszeit verglichen (S32).
Als ein Ergebnis des Vergleichens der Messzeit und der Verzögerungszeit, wenn die Messzeit länger als die Verzögerungszeit ist, wird der Kühlzustand der Spindeleinheit 4 als ein stationärer Kühlzustand bestimmt, nachdem die Verzögerungszeit oder mehr verstrichen ist, seit die Spindelkühlvorrichtung 7 aktiviert wurde. Dann wird als ein Abschätzungsmodell das Abschätzungsmodell A, das so eingestellt ist, dass es zu dem stationären Kühlzustand korrespondiert, eingestellt (S33). Wenn die Messzeit kürzer als die Verzögerungszeit ist, wird der Kühlzustand der Spindeleinheit 4 als der Temperaturabfall-Übergangszustand von dem Zeitpunkt, zu dem die Spindelkühlvorrichtung 7 aktiviert wird, bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit bestimmt. Dann wird das Abschätzungsmodell B, das im Voraus so erstellt wird, dass es zu dem Temperaturabfall-Übergangszustand korrespondiert, als das Abschätzungsmodell eingestellt (S34).
Selbst wenn andererseits in S31 bestimmt wird, dass die Spindelkühlvorrichtung 7 gestoppt ist, wird die bisher gemessene Zeit mit der vorbestimmten Verzögerungszeit verglichen (S35).
Als ein Ergebnis des Vergleichens der Messzeit und der Verzögerungszeit, wenn die Messzeit länger als die Verzögerungszeit ist, wird der Kühlzustand der Spindeleinheit 4 als der stationäre Heizzustand bestimmt, nachdem die Verzögerungszeit oder mehr verstrichen ist, seit die Spindelkühlvorrichtung 7 gestoppt wurde. Dann wird das Abschätzungsmodell C, das im Voraus so erstellt wird, dass es zu dem stationären Heizzustand korrespondiert, als das Abschätzungsmodell eingestellt (S36). Wenn die Messzeit kürzer als die Verzögerungszeit ist, wird der Kühlzustand der Spindeleinheit 4 als der Temperaturanstieg-Übergangszustand von dem Zeitpunkt, zu dem die Spindelkühlvorrichtung 7 gestoppt wird, bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit bestimmt. Dann wird das Abschätzungsmodell D, das im Voraus so erstellt wird, dass es zu dem Temperaturanstieg-Übergangszustand korrespondiert, als das Abschätzungsmodell eingestellt (S37).
Nachdem das Abschätzungsmodell eingestellt ist, wird bestimmt, ob die Betriebssteuerung der Spindelkühlvorrichtung fortgesetzt werden soll oder nicht (S38), und wenn bestimmt wird, dass sie fortgesetzt werden soll, wird der Prozess von S22 neu gestartet, nämlich dem Schritt des Messens der Temperatur durch die Temperatursensoren 13, 14.
Die oben beschriebenen Prozesse werden in vorbestimmten Zeitintervallen t durchgeführt.
Beim Abschätzen der Innen- und Außenringtemperaturdifferenz Δθab_n, die in der Spindeleinheit 4 als das Kühlziel aufgrund des Betriebs oder des Stopps der Spindelkühlvorrichtung 7 auftritt, während das Bearbeitungszentrum 6 läuft, ermöglicht das Auswählen des Abschätzungsmodells, das zu dem Kühlzustand der Spindeleinheit 4 korrespondiert, der sich aufgrund des Betriebs oder des Stopps der Spindelkühlvorrichtung 7 ändert, die genaue Abschätzung der abgeschätzten Innen- und Außenringtemperaturdifferenz Δθab_n, die in der Spindeleinheit 4 aufgetreten ist. Daher kann die Spindelkühlvorrichtung 7 gemäß der abgeschätzten Innen- und Außenringtemperaturdifferenz Δθab_n gesteuert werden. Da die Temperatur der Spindeleinheit 4 während des Betriebs stabilisiert werden kann, ist es möglich, Probleme, wie etwa ein Festfressen der Spindeleinheit 4, zu reduzieren.
Die Offenbarung wurde oben basierend auf den dargestellten Beispielen beschrieben, und der technische Umfang davon ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann als der spezifische Abschnitt, der für eines von einem Abschätzen des Temperaturanstiegs, einem Durchführen der Wärmeverschiebungskorrektur und einem Steuern der Kühlvorrichtung, die den Abschnitt kühlt, anvisiert werden soll zusätzlich zu der Spindeleinheit und der Spindel ein beliebiger Abschnitt, bei dem mindestens eines von einer Korrektur der Wärmeverschiebung und einer Kühlung erforderlich ist, da durch den Maschinenbetrieb Wärme generiert wird, wie etwa eine andere Drehwelle, eine Säule, festgelegt werden.
Außerdem können die Temperatureinstellvorrichtung, die Korrekturbetragsarithmetikeinheit, die Temperaturdifferenzarithmetikvorrichtung und die Kühlkapazitätseinstellvorrichtung separat bereitgestellt sein oder können als ein Teil der Funktionen der NC-Vorrichtung vorhanden sein.
Außerdem können die Koeffizienten und die Funktionen, die im Abschätzungsmodell enthalten sind, frei aus denjenigen ausgewählt werden, die den abgeschätzten Temperaturanstiegswert des spezifischen Abschnitts aus geeigneten Temperaturdaten gemäß dem Typ und dem Kühlzustand des spezifischen Abschnitts berechnen können. Hinsichtlich der Berechnung des abgeschätzten Temperaturanstiegswerts kann ein beliebiges Berechnungsverfahren ausgewählt werden, solange ein genauer Temperaturanstiegswert des spezifischen Abschnitts aus den erfassten Temperaturdaten abgeschätzt werden kann.
Außerdem kann die Verzögerungszeit, die beim Auswählen des Abschätzungsmodells verwendet wird, durch Berechnung berechnet und bestimmt werden, anstatt durch Experimente oder dergleichen bestimmt zu werden. Zum Beispiel kann die Verzögerungszeit, die beim Auswählen des Abschätzungsmodells verwendet wird, das der Drehwelle zugeordnet ist, aus der Drehzahl der Drehwelle unter Verwendung einer beliebigen Funktion berechnet werden, wie etwa diejenigen, die als T = P + QN ausgedrückt werden, wobei T die Verzögerungszeit ist, N die Wellendrehzahl ist und P und Q die Koeffizienten sind. Ferner kann die Verzögerungszeit die Zeit sein, bis der Absolutwert |Δθb_n - Δθb_n-1| der Differenz von der vorherigen Verarbeitung des außenringseitigen Temperaturanstiegswerts Δθb_n größer als ein Schwellenwert wird, der im Voraus durch Experimente oder dergleichen bestimmt wird. Ferner kann die Verzögerungszeit anstelle des außenringseitigen Temperaturanstiegswerts durch Berechnen des Absolutwerts der Differenz von der vorherigen Verarbeitung für den abgeschätzten Temperaturanstiegswert der Innenringseite oder der abgeschätzte Innen- und Außenringtemperaturdifferenz auf die Zeit eingestellt werden, bis der berechnete Absolutwert größer als ein Schwellenwert wird.
Außerdem kann die Bestimmung, welche Art von Befehl die Kühlkapazitätseinstellvorrichtung an die Kühlvorrichtung ausgibt, durch Vergleichen des außenringseitigen Temperaturanstiegswerts und eines vorbestimmten Schwellenwerts zusätzlich zum Vergleichen der abgeschätzten Innen- und Außenringtemperaturdifferenz mit dem Schwellenwert bestimmt werden. Ferner kann zum Beispiel ein Temperatursensor in der Nähe eines Motors der Spindel bereitgestellt sein, um eine Motortemperatur zu messen, und die Bestimmung kann durch Vergleichen des Motortemperaturanstiegs Δθc mit einem vorbestimmten Schwellenwert erfolgen. Ferner kann die Bestimmung durch Kombinieren mehrerer der Vergleichsergebnisse erfolgen.
Es wird ausdrücklich angegeben, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale dazu gedacht sind, separat und unabhängig voneinander zum Zwecke der ursprünglichen Offenbarung sowie zum Zwecke der Einschränkung der beanspruchten Erfindung unabhängig von der Zusammensetzung der Merkmale in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen offenbart zu sein. Es wird ausdrücklich angegeben, dass alle Wertebereiche oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder jede mögliche Zwischeneinheit zum Zwecke der ursprünglichen Offenbarung sowie zum Zwecke der Einschränkung der beanspruchten Erfindung, insbesondere als Grenzen von Wertebereichen, offenbaren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 6445395 B [0003, 0006]
JP 9225781 A [0004, 0006]
JP 6967495 B [0005, 0007]

Claims

Ein Temperaturanstiegswert-Abschätzungsverfahren für eine Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine eine Kühlvorrichtung (7), die konfiguriert ist, um einen spezifischen Abschnitt (4) zu kühlen, der aufgrund des Betriebs der Werkzeugmaschine Wärme generiert, und mehrere Sensoren (13, 14), die an frei ausgewählten Positionen angeordnet sind, einschließlich mindestens einer Position, an der eine Maschinenkörpertemperatur messbar ist, und einer Position, an der eine Temperatur des spezifischen Abschnitts (4) messbar ist, umfasst und das Temperaturanstiegswert-Abschätzungsverfahren umfasst: Bestimmen eines Kühlzustands des spezifischen Abschnitts (4) durch Bestimmen, ob sich die Kühlvorrichtung (7) in einem Betriebszustand oder einem gestoppten Zustand befindet, und durch Bestimmen, ob eine Zeit, die von einem Basispunkt einer Aktivierung oder eines Stopps der Kühlvorrichtung (7) gemessen wird, eine vorbestimmte Verzögerungszeit hat verstreichen lassen oder nicht; Auswählen eines Abschätzungsmodells, das zu dem bestimmten Kühlzustand des spezifischen Abschnitts (4) korrespondiert, aus mehreren Abschätzungsmodellen, die im Voraus entsprechend verschiedenen Kühlzuständen des spezifischen Abschnitts (4) erstellt wurden; und Berechnen eines abgeschätzten Temperaturanstiegswerts des spezifischen Abschnitts (4) basierend auf dem ausgewählten Abschätzungsmodell und Temperaturdaten, die von einem Messwert abgeleitet werden, der von den mehreren Temperatursensoren (13, 14) erfasst wird.
Das Temperaturanstiegswert-Abschätzungsverfahren für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei das Temperaturanstiegswert-Abschätzungsverfahren den Kühlzustand des spezifischen Abschnitts (4) als einen von zumindest vier Zuständen bestimmt, die einen Temperaturabfall-Übergangszustand von einer Aktivierung der Kühlvorrichtung (7) bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit, einen Temperaturanstieg-Übergangszustand von einem Stopp der Kühlvorrichtung (7) bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit, einen stationären Kühlzustand nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit von der Aktivierung der Kühlvorrichtung (7) und einen stationären Heizzustand nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit von dem Stopp der Kühlvorrichtung (7) umfassen.
Das Temperaturanstiegswert-Abschätzungsverfahren für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verzögerungszeit aus einem Wert berechnet wird, der basierend auf einem Betrieb des spezifischen Abschnitts (4) unter Verwendung einer vorbestimmten Funktion ermittelt wird.
Das Temperaturanstiegswert-Abschätzungsverfahren für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verzögerungszeit eine Zeit ist, bis ein Änderungsbetrag pro Zeit größer als ein vorbestimmter Schwellenwert wird, wobei der Änderungsbetrag pro Zeit für zumindest eines der Temperaturdaten und des abgeschätzten Temperaturanstiegswerts des spezifischen Abschnitts (4) berechnet wird.
Ein Wärmeverschiebungsbetrag-Abschätzungsverfahren für eine Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine eine Kühlvorrichtung (7), die konfiguriert ist, um einen spezifischen Abschnitt (4) zu kühlen, der aufgrund des Betriebs der Werkzeugmaschine Wärme generiert, und mehrere Sensoren (13, 14), die an frei ausgewählten Positionen angeordnet sind, einschließlich mindestens einer Position, an der eine Maschinenkörpertemperatur messbar ist, und einer Position, an der eine Temperatur des spezifischen Abschnitts (4) messbar ist, umfasst und das Wärmeverschiebungsbetrag-Abschätzungsverfahren umfasst: Bestimmen eines Kühlzustands des spezifischen Abschnitts (4) durch Bestimmen, ob sich die Kühlvorrichtung (7) in einem Betriebszustand oder einem gestoppten Zustand befindet, und durch Bestimmen, ob eine Zeit, die von einem Basispunkt einer Aktivierung oder eines Stopps der Kühlvorrichtung (7) gemessen wird, eine vorbestimmte Verzögerungszeit hat verstreichen lassen oder nicht; Auswählen eines Abschätzungsmodells, das zu dem bestimmten Kühlzustand des spezifischen Abschnitts (4) korrespondiert, aus mehreren Abschätzungsmodellen, die im Voraus entsprechend verschiedenen Kühlzuständen des spezifischen Abschnitts (4) erstellt wurden; Berechnen eines abgeschätzten Temperaturanstiegswerts des spezifischen Abschnitts (4) basierend auf dem ausgewählten Abschätzungsmodell und Temperaturdaten, die von einem Messwert abgeleitet werden, der von den mehreren Temperatursensoren (13, 14) erfasst wird; und Abschätzen eines Wärmeverschiebungsbetrags des spezifischen Abschnitts (4) unter Verwendung des berechneten abgeschätzten Temperaturanstiegswerts des spezifischen Abschnitts (4) und eines Koeffizienten zum Umwandeln eines Temperaturanstiegswerts des spezifischen Abschnitts (4) in den Wärmeverschiebungsbetrag, basierend auf dem ausgewählten Abschätzungsmodell.
Das Wärmeverschiebungsbetrag-Abschätzungsverfahren für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, wobei das Wärmeverschiebungsbetrag-Abschätzungsverfahren den Kühlzustand des spezifischen Abschnitts (4) als einen von zumindest vier Zuständen bestimmt, die einen Temperaturabfall-Übergangszustand von einer Aktivierung der Kühlvorrichtung (7) bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit, einen Temperaturanstieg-Übergangszustand von einem Stopp der Kühlvorrichtung (7) bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit, einen stationären Kühlzustand nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit von der Aktivierung der Kühlvorrichtung (7) und einen stationären Heizzustand nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit von dem Stopp der Kühlvorrichtung (7) umfassen.
Das Wärmeverschiebungsbetrag-Abschätzungsverfahren für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Verzögerungszeit aus einem Wert berechnet wird, der basierend auf einem Betrieb des spezifischen Abschnitts (4) unter Verwendung einer vorbestimmten Funktion ermittelt wird.
Das Wärmeverschiebungsbetrag-Abschätzungsverfahren für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Verzögerungszeit eine Zeit ist, bis ein Änderungsbetrag pro Zeit größer als ein vorbestimmter Schwellenwert wird, wobei der Änderungsbetrag pro Zeit für zumindest eines der Temperaturdaten und des abgeschätzten Temperaturanstiegswerts des spezifischen Abschnitts (4) berechnet wird.
Ein Steuerungsverfahren einer Lagerkühlvorrichtung (7) für eine Werkzeugmaschine mit einer Drehwelle, wobei die Werkzeugmaschine eine Kühlvorrichtung (7) mit einem Pfad, der konfiguriert ist, um eine Außenringseite eines Lagers für zumindest die Drehwelle zu kühlen, und mehrere Sensoren (13, 14), die an frei ausgewählten Positionen angeordnet sind, einschließlich mindestens einer Position, an der eine Maschinenkörpertemperatur messbar ist, und einer Position, an der eine Temperatur der Außenringseite eines Lagers messbar ist, umfasst und das Steuerungsverfahren der Lagerkühlvorrichtung (7) umfasst: Bestimmen eines Kühlzustands des Lagers durch Bestimmen, ob sich die Kühlvorrichtung (7) in einem Betriebszustand oder einem gestoppten Zustand befindet, und durch Bestimmen, ob eine Zeit, die von einem Basispunkt einer Aktivierung oder eines Stopps der Kühlvorrichtung (7) gemessen wird, eine vorbestimmte Verzögerungszeit hat verstreichen lassen oder nicht; Auswählen eines Abschätzungsmodells, das zu dem bestimmten Kühlzustand des Lagers korrespondiert, aus mehreren Abschätzungsmodellen, die im Voraus entsprechend verschiedenen Kühlzuständen des Lagers erstellt wurden; Berechnen eines abgeschätzten Temperaturanstiegswerts einer Innenringseite des Lagers unter Verwendung eines Koeffizienten basierend auf dem ausgewählten Abschätzungsmodell und Temperaturdaten, die von einem Messwert abgeleitet werden, der von den mehreren Temperatursensoren (13, 14) erfasst wird; Berechnen einer abgeschätzten Innen- und Außenringtemperaturdifferenz aus dem berechneten abgeschätzten Temperaturanstiegswert auf der Innenringseite des Lagers und einem Temperaturanstiegswert der Außenringseite des Lagers, der basierend auf den Temperaturdaten berechnet wird, die von dem Messwert abgeleitet werden, der von dem Temperatursensor erfasst wird, der eine Temperatur der Außenringseite des Lagers misst; und Aktivieren oder Stoppen der Kühlvorrichtung (7), wenn die abgeschätzte Innen- und Außenringtemperaturdifferenz basierend auf dem ausgewählten Abschätzungsmodell einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet oder unterschreitet.
Das Steuerungsverfahren einer Lagerkühlvorrichtung (7) für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, wobei das Steuerungsverfahren der Lagerkühlvorrichtung (7) den Kühlzustand des Lagers als einen von zumindest vier Zuständen bestimmt, die einen Temperaturabfall-Übergangszustand von einer Aktivierung der Kühlvorrichtung (7) bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit, einen Temperaturanstieg-Übergangszustand von einem Stopp der Kühlvorrichtung (7) bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit, einen stationären Kühlzustand nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit von der Aktivierung der Kühlvorrichtung (7) und einen stationären Heizzustand nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit von dem Stopp der Kühlvorrichtung (7) umfassen.
Das Steuerungsverfahren einer Lagerkühlvorrichtung (7) für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Verzögerungszeit aus einer Drehzahl der Drehwelle unter Verwendung einer vorbestimmten Funktion berechnet wird.
Das Steuerungsverfahren einer Lagerkühlvorrichtung (7) für die Werkzeugmaschine nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Verzögerungszeit eine Zeit ist, bis ein Änderungsbetrag pro Zeit größer als ein vorbestimmter Schwellenwert wird, wobei der Änderungsbetrag pro Zeit für zumindest eines der Temperaturdaten, des abgeschätzten Temperaturanstiegswerts der Innenringseite des Lagers und der abgeschätzten Innen- und Außenringtemperaturdifferenz berechnet wird.
Eine Werkzeugmaschine, umfassend: eine Kühlvorrichtung (7), die konfiguriert ist, um einen spezifischen Abschnitt (4) zu kühlen, der aufgrund des Betriebs der Werkzeugmaschine Wärme generiert; mehrere Sensoren (13, 14), die an frei ausgewählten Positionen angeordnet sind, einschließlich mindestens einer Position, an der eine Maschinenkörpertemperatur messbar ist, und einer Position, an der eine Temperatur des spezifischen Abschnitts (4) messbar ist, und eine Vorrichtung (10), die konfiguriert ist, um: einen Kühlzustand des spezifischen Abschnitts (4) durch Bestimmen, ob sich die Kühlvorrichtung (7) in einem Betriebszustand oder einem gestoppten Zustand befindet, und durch Bestimmen, ob eine Zeit, die von einem Basispunkt einer Aktivierung oder eines Stopps der Kühlvorrichtung (7) gemessen wird, eine vorbestimmte Verzögerungszeit hat verstreichen lassen oder nicht, zu bestimmen; ein Abschätzungsmodell, das zu dem bestimmten Kühlzustand des spezifischen Abschnitts (4) korrespondiert, aus mehreren Abschätzungsmodellen, die im Voraus entsprechend verschiedenen Kühlzuständen des spezifischen Abschnitts (4) erstellt wurden, auszuwählen; und einen abgeschätzten Temperaturanstiegswert des spezifischen Abschnitts (4) basierend auf dem ausgewählten Abschätzungsmodell und Temperaturdaten, die von einem Messwert abgeleitet werden, der von den mehreren Temperatursensoren (13, 14) erfasst wird, zu berechnen.
Die Werkzeugmaschine nach Anspruch 13, wobei die Werkzeugmaschine den Kühlzustand des spezifischen Abschnitts (4) als einen von zumindest vier Zuständen bestimmt, die einen Temperaturabfall-Übergangszustand von einer Aktivierung der Kühlvorrichtung (7) bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit, einen Temperaturanstieg-Übergangszustand von einem Stopp der Kühlvorrichtung (7) bis zum Verstreichen der Verzögerungszeit, einen stationären Kühlzustand nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit von der Aktivierung der Kühlvorrichtung (7) und einen stationären Heizzustand nach dem Verstreichen der Verzögerungszeit von dem Stopp der Kühlvorrichtung (7) umfassen.