專利名稱：機床的校正值運算方法以及程序的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及運算用于校正具有平動軸和旋轉軸的機床的幾何誤差的校正值的方法或者程序。
背景技術：
圖I是作為該機床的一個示例的具有3個平動軸和2個旋轉軸的機床(五軸控制加工中心，五軸機)的示意圖。主軸頭2為平動軸，能夠通過相互正交的X軸和Z軸，相對于機座I進行兩個自由度的平動。工作臺3能夠通過作為旋轉軸的C軸，相對于搖架4進行一個自由度的旋轉。搖架4能夠通過作為旋轉軸的A軸，相對耳軸5進行一個自由度的旋轉，A軸和C軸相互正交。耳軸5為平動軸，能夠通過與X軸和Z軸正交的Y軸，相對機座I進行一個自由度的平動。各軸由數控裝置控制的伺服電機(未圖示)驅動，將被加工 物(工件)固定在工作臺3上，在主軸頭2上安裝刀具并使刀具旋轉，控制被加工物與刀具的相對位置進行加工。作為對所述五軸機的運動精度帶來影響的主要原因，例如，有旋轉軸的中心位置的誤差(與假定位置的偏差)、旋轉軸的傾斜誤差(軸間的垂直度或平行度)等各軸間的幾何學上的誤差(幾何誤差)。如果存在幾何誤差，則機床的運動精度惡化，被加工物的加工精度惡化。因此，需要通過調整來減小幾何誤差，但是卻很難將幾何誤差變?yōu)?，只能通過進行校正幾何誤差的控制來進行高精度的加工。作為校正幾何誤差的手段，提出了下述專利文獻I記載的方法。專利文獻I中，能夠考慮機床的幾何誤差，將刀具前端點的位置轉換成各平動軸的位置，通過將各平動軸的位置設為指令位置，校正幾何誤差引起的刀具前端點的位置誤差。另一方面，專利文獻2中，能夠通過控制存在幾何誤差時刀具前端點相對于被加工物的位置與不存在幾何誤差時的位置之間的差分值作為平動軸的校正值，校正幾何誤差引起的刀具前端點的位置誤差。專利文獻I日本特開2004-272887號公報專利文獻2日本特開2009-104317號公報專利文獻I或專利文獻2中，在對旋轉軸的傾斜誤差進行校正的情況下，由于隨著平動軸的動作，平動軸被施加校正指令，因此，即使只使I個平動軸動作，其它的平動軸也會有微小的動作。例如，在存在X軸與A軸的平行度誤差的情況下，即使只使X軸動作，Y軸或Z軸也會有微小的動作。這樣的動作有時會對平面加工或開孔加工等的加工精度造成壞的影響。例如，如圖2所示，在圖I的五軸機中，當由于繞Y軸的旋轉幾何誤差導致A軸相對于X軸傾斜了角度β的情況下，將從圖2的紙面的正面向背面的方向設為進給方向，將大箭頭P的方向作為銑進(pick)方向，利用方頭立銑刀(刀具)6進行平面加工時，在銑進方向上，通過校正將刀具前端點定位在相對于X軸傾角為β的直線上的點群上，即銑進方向的各定位位置Q排列在以傾角β傾斜的直線上，因此在加工面上產生了階梯。另外，在直線軸為滑動導向的情況下，當使其進行上述的微小動作時，軸一會動一會不動，產生所謂的“滯送(B送O )”，加工面上出現凹凸等，使加工面性狀變差。進而，當不是通過方頭立銑刀6進行平面加工而是通過鉆頭進行開孔加工的情況下，在相對于鉆頭的軸方向即Z軸傾角為β的方向上進給Z軸，因此將會產生孔徑異常，導致鉆頭的壽命下降。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于，利用本發(fā)明中的技術方案I 3、4提供一種能夠運算旋轉軸的校正值的方法以及程序，其中，在以五軸機為首的機床中，能夠校正幾何誤差引起的刀具的位置或者位置和姿態(tài)的誤差，并且校正刀具的姿態(tài)誤差，而且，能夠通過不進行校正指令引起的平動軸的微小動作而提高加工精度。為了實現上述目的，技術方案I記載的發(fā)明提供一種機床的校正值運算方法，在具有2個以上的平動軸和I個以上的旋轉軸的機床中，對幾何誤差引起的刀具相對于被加工物的位置或者位置和姿態(tài)的誤差進行校正，其特征在于，使用所述旋轉軸的指令位置、校正基準點的坐標值以及表示所述幾何誤差的幾何參數，運算所述平動軸的校正值，其中，所 述校正基準點是所述平動軸的指令位置空間內的預先指定的一個點。技術方案2記載的發(fā)明是在上述發(fā)明的基礎上，其特征在于，還使用代入所述校正基準點的坐標值后的所述平動軸的指令位置，運算所述平動軸的校正值。技術方案3記載的發(fā)明是在上述發(fā)明的基礎上，其特征在于，所述校正基準點根據所述旋轉軸的指令位置而移動。為了實現上述目的，技術方案4記載的發(fā)明提供一種機床的校正值運算程序，其特征在于，該機床的校正值運算程序用于使計算機執(zhí)行上述機床的校正值運算方法。根據本發(fā)明，雖然在旋轉軸動作的情況下使平動軸校正值變化，但是在平動軸動作的情況下不使平動軸校正值變化，因此即使當對旋轉軸進行分度而進行平面加工或開孔加工等的情況下，也不會引起加工面的精度/質量或刀具壽命的下降，能夠進行高精度的加工。


圖I是五軸控制加工中心(五軸機)的示意圖。圖2是在現有示例的由五軸機進行的加工中，從與銑進方向垂直的方向上觀察工作臺等時的示意圖。圖3是執(zhí)行本發(fā)明的控制方法的控制裝置的框線圖。圖4是本發(fā)明第I實施方式的校正值運算的流程圖。圖5是本發(fā)明第2實施方式中的與旋轉軸動作同步的校正基準點的移動的示意圖。圖6是本發(fā)明第2實施方式中的校正值運算的流程圖。圖7是與本發(fā)明的圖2相當的示意圖。標號說明I :機座；2 :主軸頭；3 :工作臺；4 :搖架；5 :耳軸；6 :方頭立銑刀(刀具)；7 :工件(被加工物)。具體實施例方式
[第I實施方式]以下，作為本發(fā)明的實施方式的示例，基于適當的附圖對圖I所示的五軸機中的校正進行說明。該校正是通過執(zhí)行校正程序的計算機來進行的，該計算機可以是五軸機的數控裝置，也可以是與其連接的獨立的控制裝置，還可以是它們的組合。另外，該方式不限于下述的示例，例如也可以適用于4個軸以下或6個軸以上的機床，也可以取代通過旋轉軸使工作臺3具有兩個自由度的旋轉,而是使主軸頭2具有兩個自由度的旋轉,或者使主軸頭2和工作臺3分別具有一個自由度以上的旋轉。另外，作為機床，也可以不采用加工中心(圖I)而采用車床、復合加工機、磨床等。圖3是用于執(zhí)行本發(fā)明第I實施方式的控制方法的數控裝置10的一個示例。當被輸入加工程序G時，指令生成單元11生成各驅動軸的指令值。校正值運算單元12基于由指令值生成單元11生成的指令值運算各軸的校正值，接收到該指令值與校正值的合計值的伺服指令值轉換單元13運算各軸的伺服指令值，并發(fā)送至各軸的伺服放大器14a_14e。各軸的伺服放大器14a_14e分別驅動伺服電機15a_15e，控制主軸頭2相對于工作臺3的相對位置以及姿態(tài)。接著，對幾何誤差進行說明。將幾何誤差定義成各軸間的3個方向的相對平動誤差以及3個方向的相對旋轉誤差，共計6個分量(δχ，5y, δζ, α , β , y)0從固定在五軸機的工作臺3上的工件7到固定在主軸頭2上的刀具的軸，按照C軸、A軸、Y軸、X軸、Z軸的順序連接，如果還考慮Z軸與刀具間以及工件7與C軸間，則存在共計36個幾何誤差。但是，在36個幾何誤差中，由于存在多個處于冗余關系的幾何誤差，因此，作為最終的幾何誤差，將這些誤差除外。于是，如果將軸的名稱以及各幾何誤差的從刀具側起的序號作為下角標表示，則最終的幾何誤差為 δ χ5、δ y5> α 5、β 5、δ y4> δ z4> β 4、Y 4> Y 3> α 2、旦 2、α I、β ι 共計 13個。這些幾何誤差按照順序分別是C軸中心位置X方向誤差、C-A軸間的偏離誤差、A軸角度偏離誤差、C-A軸間垂直度、A軸中心位置Y方向誤差、A軸中心位置Z方向誤差、A-X軸間垂直度、A-Y軸間垂直度、X-Y軸間垂直度、Y-Z軸間垂直度、Z-X軸間垂直度、主軸-Y軸間垂直度、主軸-X軸間垂直度。另外，數控裝置10包括存儲這些幾何誤差的存儲單元(未圖示)。接著，對由數控裝置10執(zhí)行的、第I實施方式的校正值的運算方法進行說明。圖4是該校正值運算的流程圖。在步驟SI中，判定是否在校正值運算中不使用平動軸指令值而使用校正基準點的坐標值。校正基準點是屬于與指令值相同的坐標系(指令坐標系)的任意點，其坐標值取X、Y、Z軸的指令值的范圍內的值，使用預先設定并存儲的值或在用于生成指令值的加工程序G等中記錄的值等。在使用校正基準點的情況下，在步驟S2中，將平動軸的指令值P。= (x，y，z)置換成校正基準點的坐標值Pd = (xd，yd，zd)。另一方面,在不使用校正基準點坐標值的情況下不進行置換。然后，在步驟S3中，使用各軸的指令值運算校正值。對步驟S3的運算進行說明。在將位于主軸頭2的主軸坐標系上的刀具前端點向量Pt轉換成位于工作臺3的工件坐標系時，如果將要使用的刀具的長度設為t，將X、Y、Z、A、C軸的指令位置分別設為x、y、z、a、C，則通過使用下面所示的[公式I]進行同次坐標轉、換就能夠求出。即，求出沒有幾何誤差時工件坐標系下的刀具前端點向量P”[公式I]P1 = M5 · M4 · M3 · M2 · M1 · Pt其中，
權利要求
1.一種機床的校正值運算方法，該機床的校正值運算方法在具有2個以上的平動軸和I個以上的旋轉軸的機床中，對幾何誤差引起的刀具相對于被加工物的位置或者位置和姿態(tài)的誤差進行校正，其特征在干， 使用所述旋轉軸的指令位置、校正基準點的坐標值以及表示所述幾何誤差的幾何參數，運算所述平動軸的校正值，其中，所述校正基準點是所述平動軸的指令位置空間內的預先指定的ー個點。
2.根據權利要求I所述的機床的校正值運算方法，其特征在干， 還使用代入所述校正基準點的坐標值后的所述平動軸的指令位置，運算所述平動軸的校正值。
3.根據權利要求I或2所述的機床的校正值運算方法，其特征在于，所述校正基準點根據所述旋轉軸的指令位置而移動。
4.一種機床的校正值運算程序，該機床的校正值運算程序用于使計算機執(zhí)行權利要求I 3中的任意一項所述的機床的校正值運算方法。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機床的校正值運算方法以及程序，在機床中，能夠校正幾何誤差引起的刀具的位置或者位置和姿態(tài)的誤差，并且校正刀具的姿態(tài)誤差，而且，通過不進行校正指令引起的平動軸的微小動作而能夠提高加工精度。在具有2個以上的平動軸和1個以上的旋轉軸的機床中，使用所述旋轉軸的指令位置、所述平動軸的指令位置空間內的預先指定的一個點即校正基準點的坐標值(參照步驟S2)以及表示所述幾何誤差的幾何參數，運算所述平動軸的校正值。
文檔編號G05B19/404GK102736559SQ20121008637
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權日2011年4月4日
發(fā)明者松下哲也 申請人:大隈株式會社