[发明专利]工具机热误差智能调适装置及其方法

说明书

技术领域

本发明与工具机热误差调适有关，特别是关于一种具暖机判断与自适应学习的工具机热误差智能调适装置及其方法。

背景技术

工具机10在进行加工过程，无论电机、液压系统和机械摩擦都是在进行能量转换，不论转换途径为何，大多变成了热，这些热量造成机体内部与周边的温度变化，最后导致加工时工件尺寸或形状的变位误差，简称热误差(图1至图2所示)。

热误差的问题是精密机械研发过程中永远必须面对的课题。根据研究文献[1]记载，工具机加工总误差量约有40-70％是由热误差所贡献，可见其对于工具机加工精度的影响，扮演着绝对关键的角色。

传统上，为减少热误差干扰，需使机器温升达到稳定状态(或称暖机状态)之后，再开始进行加工作业。此过程多仰赖操作员依经验判断暖机与否，如图3、图4所示。

近来，针对工具机热误差的因应策略主要可分为两种方式，一种是采用被动补偿方式，借由建构工具机热误差预测模型，以软件方式来进行误差量的补偿；另一种策略则是采用主动抑制方式，在设计阶段即设法让误差产生量降低，其目的在于控制或避免热误差的生成。关于主动抑制与被动补偿的研究与技术概况，分别归纳如表一与表二所列。

表一、工具机热误差主动抑制

表二、工具机热误差被动补偿

与主动热抑制的设计方式相比较，采取热误差软件补偿的手段更具有便利性且符合经济效益，它并非直接移除或减少工具机产生的热误差，而是利用实验测量结果进行运算分析，借由软件方式来弥补误差的影响，此种方法也广受国外工具机厂使用，例如日本Mazak与Okuma、瑞士Mikron等。因此，如何改善现有补偿技术，研发更精确、更可靠的热误差补偿方法，成为工具机业者长期以来持续投入的目标。

然而，从过去的研究成果发现，对于工具机稳态的热误差问题，采用数学统计的静态补偿模型虽可获得不错的效果，但是对于暂(动)态的热误差问题，却是相当棘手、不易处理，至今国内业者对于此类问题仍是无法解决。

基于上述问题，发明人提出了一种工具机热误差智能调适装置及其方法，以克服现有技术的缺陷。

参考文献：

[1]Bryan，J.B.，1990，“International status of thermal error research，”Annals of the CIRP 39/2，pp.645-656.

[2]MAKINO website www.makino.co.jp

[3]Muto，A.，2005，“Machine tool with a feature for preventing a thermal deformation，”U.S.Patent，No.6,923,603.

[4]YASDA website www.yasda.co.jp

[5]OKUMA website www.okuma.co.jp

[6]银泰科技股份有限公司  网页 www.pmi-amt.com

[7]MORISEIKI website

             www.moriseiki.com/dixi/english/products/control.html

[8]Rahman，M.，Mansur，M.A.，and Karim，M.B.，2001，“Non-conventional materials for machine tool structures，”JSME Int.J.，Series C，Vol.44，No.1，pp.1-11.

[9]Slocum，A.H.，1992，Precision Machine Design，Society of Manufacturing Engineers，1st Edition.

[10]MAZAK website www.mazak.com

[11]Kobari，T.and Takada，R.，1999，“Shuttle table device，”Japan patent，No.11-267938.

[12]Kato，K.and ITO，T.，2006，“Machine tool and posture maintenance device，”Japan patent，No.2006-341328.