多軸機床的幾何誤差確定方法及多軸機床的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及對具有2個軸以上的平動軸和1個軸以上的旋轉軸的多軸機床的幾何 誤差進行確定的方法、和能夠執(zhí)行該方法的多軸機床。
【背景技術】
[0002] 在機床中，期望提高為了進行高效的加工或復雜形狀的工件加工而在以往的3軸 加工中心中附加2個旋轉軸所構成的5軸加工中心這樣的多軸機床的精度。一般來說，如 果增加軸數(shù)，則組裝也會變得困難，精度也存在惡化的傾向。但是，在組裝中追求精度是存 在極限的，因此開發(fā)了這樣的校正系統(tǒng)：其通過對相鄰的軸之間的傾斜度或位置誤差這樣 的所謂的幾何誤差進行校正，來使精度提高。
[0003] 作為確定幾何誤差的方法，一直以來存在使用位移計和直角尺等多個測量儀并根 據(jù)計測結果來求取的方法。但是，這不僅需要多個測量儀，而且，讀數(shù)根據(jù)測量技能而發(fā)生 變化這樣的計測結果的不確定性也會給確定精度造成很大的影響。
[0004] 作為5軸加工中心的幾何誤差確定方法，眾所周知如下的方法：使用被稱作球桿 儀的位移傳感器，進行3軸聯(lián)動圓弧插補運動測量，即，使2個直線軸與1個旋轉軸同步，并 以保持工作臺上的一點與主軸之間的相對位移的方式進行圓運動，根據(jù)得到的圓軌跡的中 心偏差量來確定幾何誤差。但是，在該方法中，需要球桿儀這樣的特殊的測量儀，而且測量 儀的設置方法對確定精度造成的影響較大，不能容易地進行測量。
[0005] 而且，幾何誤差根據(jù)機器的安裝狀態(tài)和由環(huán)境溫度變化所引起的熱位移等各種各 樣的因素而發(fā)生變化。因此，期望在馬上要進行高精度加工之前實施用于進行幾何誤差校 正的幾何誤差確定，但是，在上述方法中，測量所需的時間多，需要特別的測量儀，并且確定 精度取決于測量者的測量技能，因此難以運用。
[0006] 因此，開發(fā)了如下計測系統(tǒng)：其使用搭載于機床的接觸式探針和作為計測目標的 球，并根據(jù)與基于球桿儀實現(xiàn)的3軸聯(lián)動圓弧插補運動精度測量相同的幾何誤差確定原理 而構成（專利文獻1)。例如在工作臺回轉式5軸加工中心中，將目標球設置于工作臺，將旋 轉軸或回轉軸分度為多個角度，例如將回轉軸固定于任意的角度并僅對旋轉軸進行多次分 度，或者將旋轉軸固定于任意的角度并僅對回轉軸進行多次分度，在各個分度條件下使安 裝于主軸的接觸式探針與工作臺上的目標球多次接觸，重復進行用于計算球的中心坐標和 直徑的計測。利用該計測出的球的位置，并根據(jù)由多個分度條件描畫出的圓弧軌跡的中心 偏差量，來確定出幾何誤差。
[0007] 該幾何誤差計測系統(tǒng)具有這樣的功能：在機器的所有的構成軸之間，確定出相鄰 的軸之間的關系中的、即某個軸與相鄰的軸的位置關系中的平動誤差和旋轉誤差的6個分 量（成分）。但是，在各軸中還分別存在單獨的誤差，例如在直線軸中，定位誤差會對加工精 度造成影響。該定位誤差一般使用激光測長儀等計測儀器預先進行測量，并應用于定位誤 差的校正。
[0008] 即，使用用于控制馬達的旋轉的旋轉編碼器作為機床的位置檢測器、或者使用直 接檢測器即線性編碼器等來作為用于高精度地檢測位置的單元，但是，由于這些位置檢測 器的材質與作為一般的機床構成材料的鑄件不同，因此對構成位置檢測器的主要的材質的 線膨脹系數(shù)進行設定，取得靠近其傳感器位置的物體溫度并利用激光測長儀進行定位誤差 的計測，并制作出校正表。但是，在進行用于制作校正表的計測時，如果未設定正確的線膨 脹系數(shù)、或者應用的物體溫度傳感器的位置不合適，則在機器的設置環(huán)境溫度發(fā)生了變化 的情況等下所存儲的校正表與實際的機器動作之間會產生一般被稱作標度誤差（scaling error)的誤差。作為校正該標度誤差的技術，例如在專利文獻2中公開了如下發(fā)明：關于 為了求取工作臺上的工件的固定位置的位移量而使用的標尺的位移量，利用將基于標尺溫 度與基準溫度之差所求出的熱位移推定用溫度、刀尖位置的坐標與標尺檢測器位置的坐標 之差、以及標尺的線膨脹系數(shù)相乘的積，來求出所述標尺的位移量。
[0009] 專利文獻1 :日本特開平2011-38902號公報
[0010] 專利文獻2 :日本特開平2006-281335號公報
[0011] 但是，標度誤差不僅因為溫度還會因為其他的因素而變化，因此僅通過溫度信息 來修正標度誤差是困難的。

【發(fā)明內容】

[0012] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種多軸機床的幾何誤差確定方法及多軸機床，其 能夠確定相鄰的軸之間的幾何誤差和各平動軸的標度誤差，并高精度地進行校正。
[0013] 為了達成上述目的，第1方面所述的發(fā)明是一種多軸機床的幾何誤差確定方法， 在所述多軸機床中，能夠安裝工具的主軸和保持工件的工作臺借助2個軸以上的平動軸和 1個軸以上的旋轉軸并通過控制單元而相對移動，由此利用所述工具加工所述工件，所述多 軸機床的幾何誤差確定方法是在該多軸機床中通過所述控制單元來確定與所述平動軸及 所述旋轉軸相關的幾何學的誤差、并且校正所述平動軸的標度誤差的方法，所述多軸機床 的幾何誤差確定方法的特征在于，在所述多軸機床的幾何誤差確定方法中執(zhí)行下述步驟： 計測步驟，在所述計測步驟中，將安裝于所述主軸和所述工作臺中的一方的被測量工具的 位置繞所述旋轉軸分度為多個角度，并且，使用安裝于所述主軸和所述工作臺中的另一方 的位置計測傳感器，計測所述被測量工具在各分度位置處的位置；幾何誤差計算步驟，在所 述幾何誤差計算步驟中，根據(jù)計測出的所述被測量工具的位置計算出幾何誤差；橢圓算式 計算步驟，在所述橢圓算式計算步驟中，使所述旋轉軸動作并根據(jù)計測出的圓弧軌跡計算 出橢圓近似式；以及誤差校正步驟，在所述誤差校正步驟中，根據(jù)計算出的所述橢圓近似式 計算出所述平動軸的標度誤差并進行校正。
[0014] 第2方面所述的發(fā)明的特征在于，在第1方面的結構中，在所述橢圓近似式的長徑 和短徑之差超過預先設定的閾值的情況下，執(zhí)行所述誤差校正步驟。
[0015] 第3方面所述的發(fā)明的特征在于，在第2方面的結構中，所述閾值以每單位長度的 變化量來設定。
[0016] 第4方面所述的發(fā)明的特征在于，在第1方面的結構中，在所述誤差校正步驟中， 將所述標度誤差的校正作為一次式，并使所述標度誤差的校正反映到所述平動軸的定位誤 差校正表的梯度中，來設定新的定位誤差校正表，由此進行所述標度誤差的校正。
[0017] 第5方面所述的發(fā)明的特征在于，在第1方面的結構中，在所述誤差校正步驟中， 計算出在各平動軸的檢測器附近設置的溫度傳感器的檢測溫度、與在成為基準的任意的位 置處設置的溫度傳感器的檢測溫度之差，按照所述檢測溫度的差的比例分配所述標度誤差 的校正量來進行校正。
[0018] 第6方面所述的發(fā)明的特征在于，在第5方面的結構中，使用設置所述被測量工具 的結構體的線膨脹系數(shù)，來修正所述標度誤差的校正量。
[0019] 第7方面所述的發(fā)明的特征在于，在第1方面的結構中，在所述誤差校正步驟中， 預先設定成為基準的所述平動軸，使所述標度誤差的差分反映到其他的所述平動軸上來進 行校正。
[0020] 為達成上述目的，第8方面的發(fā)明為一種多軸機床，在該多軸機床中，能夠安裝工 具的主軸和保持工件的工作臺借助2個軸以上的平動軸和1個軸以上的旋轉軸并通過控制 單元而相對移動，由此利用所述工具加工所述工件，所述多軸機床的特征在于，所述控制單 元能夠執(zhí)行第1至第7方面中的任一方面所述的