专利名称：机床的校正值运算方法以及程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及运算用于校正具有平动轴和旋转轴的机床的几何误差的校正值的方法或者程序。
背景技术：
图I是作为该机床的一个示例的具有3个平动轴和2个旋转轴的机床(五轴控制加工中心，五轴机)的示意图。主轴头2为平动轴，能够通过相互正交的X轴和Z轴，相对于机座I进行两个自由度的平动。工作台3能够通过作为旋转轴的C轴，相对于摇架4进行一个自由度的旋转。摇架4能够通过作为旋转轴的A轴，相对耳轴5进行一个自由度的旋转，A轴和C轴相互正交。耳轴5为平动轴，能够通过与X轴和Z轴正交的Y轴，相对机座I进行一个自由度的平动。各轴由数控装置控制的伺服电机(未图示)驱动，将被加工 物(工件)固定在工作台3上，在主轴头2上安装刀具并使刀具旋转，控制被加工物与刀具的相对位置进行加工。作为对所述五轴机的运动精度带来影响的主要原因，例如，有旋转轴的中心位置的误差(与假定位置的偏差)、旋转轴的倾斜误差(轴间的垂直度或平行度)等各轴间的几何学上的误差(几何误差)。如果存在几何误差，则机床的运动精度恶化，被加工物的加工精度恶化。因此，需要通过调整来减小几何误差，但是却很难将几何误差变为0，只能通过进行校正几何误差的控制来进行高精度的加工。作为校正几何误差的手段，提出了下述专利文献I记载的方法。专利文献I中，能够考虑机床的几何误差，将刀具前端点的位置转换成各平动轴的位置，通过将各平动轴的位置设为指令位置，校正几何误差引起的刀具前端点的位置误差。另一方面，专利文献2中，能够通过控制存在几何误差时刀具前端点相对于被加工物的位置与不存在几何误差时的位置之间的差分值作为平动轴的校正值，校正几何误差引起的刀具前端点的位置误差。专利文献I日本特开2004-272887号公报专利文献2日本特开2009-104317号公报专利文献I或专利文献2中，在对旋转轴的倾斜误差进行校正的情况下，由于随着平动轴的动作，平动轴被施加校正指令，因此，即使只使I个平动轴动作，其它的平动轴也会有微小的动作。例如，在存在X轴与A轴的平行度误差的情况下，即使只使X轴动作，Y轴或Z轴也会有微小的动作。这样的动作有时会对平面加工或开孔加工等的加工精度造成坏的影响。例如，如图2所示，在图I的五轴机中，当由于绕Y轴的旋转几何误差导致A轴相对于X轴倾斜了角度β的情况下，将从图2的纸面的正面向背面的方向设为进给方向，将大箭头P的方向作为铣进(pick)方向，利用方头立铣刀(刀具)6进行平面加工时，在铣进方向上，通过校正将刀具前端点定位在相对于X轴倾角为β的直线上的点群上，即铣进方向的各定位位置Q排列在以倾角β倾斜的直线上，因此在加工面上产生了阶梯。另外，在直线轴为滑动导向的情况下，当使其进行上述的微小动作时，轴一会动一会不动，产生所谓的“滞送(B送O )”，加工面上出现凹凸等，使加工面性状变差。进而，当不是通过方头立铣刀6进行平面加工而是通过钻头进行开孔加工的情况下，在相对于钻头的轴方向即Z轴倾角为β的方向上进给Z轴，因此将会产生孔径异常，导致钻头的寿命下降。
发明内容
因此，本发明的目的在于，利用本发明中的技术方案I 3、4提供一种能够运算旋转轴的校正值的方法以及程序，其中，在以五轴机为首的机床中，能够校正几何误差引起的刀具的位置或者位置和姿态的误差，并且校正刀具的姿态误差，而且，能够通过不进行校正指令引起的平动轴的微小动作而提高加工精度。为了实现上述目的，技术方案I记载的发明提供一种机床的校正值运算方法，在具有2个以上的平动轴和I个以上的旋转轴的机床中，对几何误差引起的刀具相对于被加工物的位置或者位置和姿态的误差进行校正，其特征在于，使用所述旋转轴的指令位置、校正基准点的坐标值以及表示所述几何误差的几何参数，运算所述平动轴的校正值，其中，所 述校正基准点是所述平动轴的指令位置空间内的预先指定的一个点。技术方案2记载的发明是在上述发明的基础上，其特征在于，还使用代入所述校正基准点的坐标值后的所述平动轴的指令位置，运算所述平动轴的校正值。技术方案3记载的发明是在上述发明的基础上，其特征在于，所述校正基准点根据所述旋转轴的指令位置而移动。为了实现上述目的，技术方案4记载的发明提供一种机床的校正值运算程序，其特征在于，该机床的校正值运算程序用于使计算机执行上述机床的校正值运算方法。根据本发明，虽然在旋转轴动作的情况下使平动轴校正值变化，但是在平动轴动作的情况下不使平动轴校正值变化，因此即使当对旋转轴进行分度而进行平面加工或开孔加工等的情况下，也不会引起加工面的精度/质量或刀具寿命的下降，能够进行高精度的加工。
图I是五轴控制加工中心(五轴机)的示意图。图2是在现有示例的由五轴机进行的加工中，从与铣进方向垂直的方向上观察工作台等时的示意图。图3是执行本发明的控制方法的控制装置的框线图。图4是本发明第I实施方式的校正值运算的流程图。图5是本发明第2实施方式中的与旋转轴动作同步的校正基准点的移动的示意图。图6是本发明第2实施方式中的校正值运算的流程图。图7是与本发明的图2相当的示意图。标号说明I :机座；2 :主轴头；3 :工作台；4 :摇架；5 :耳轴；6 :方头立铣刀(刀具)；7 :工件(被加工物)。具体实施例方式
[第I实施方式]以下，作为本发明的实施方式的示例，基于适当的附图对图I所示的五轴机中的校正进行说明。该校正是通过执行校正程序的计算机来进行的，该计算机可以是五轴机的数控装置，也可以是与其连接的独立的控制装置，还可以是它们的组合。另外，该方式不限于下述的示例，例如也可以适用于4个轴以下或6个轴以上的机床，也可以取代通过旋转轴使工作台3具有两个自由度的旋转,而是使主轴头2具有两个自由度的旋转,或者使主轴头2和工作台3分别具有一个自由度以上的旋转。另外，作为机床，也可以不采用加工中心(图I)而采用车床、复合加工机、磨床等。图3是用于执行本发明第I实施方式的控制方法的数控装置10的一个示例。当被输入加工程序G时，指令生成单元11生成各驱动轴的指令值。校正值运算单元12基于由指令值生成单元11生成的指令值运算各轴的校正值，接收到该指令值与校正值的合计值的伺服指令值转换单元13运算各轴的伺服指令值，并发送至各轴的伺服放大器14a_14e。各轴的伺服放大器14a_14e分别驱动伺服电机15a_15e，控制主轴头2相对于工作台3的相对位置以及姿态。接着，对几何误差进行说明。将几何误差定义成各轴间的3个方向的相对平动误差以及3个方向的相对旋转误差，共计6个分量(δχ，5y, δζ, α , β , y)0从固定在五轴机的工作台3上的工件7到固定在主轴头2上的刀具的轴，按照C轴、A轴、Y轴、X轴、Z轴的顺序连接，如果还考虑Z轴与刀具间以及工件7与C轴间，则存在共计36个几何误差。但是，在36个几何误差中，由于存在多个处于冗余关系的几何误差，因此，作为最终的几何误差，将这些误差除外。于是，如果将轴的名称以及各几何误差的从刀具侧起的序号作为下角标表示，则最终的几何误差为 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 共计 13个。这些几何误差按照顺序分别是C轴中心位置X方向误差、C-A轴间的偏离误差、A轴角度偏离误差、C-A轴间垂直度、A轴中心位置Y方向误差、A轴中心位置Z方向误差、A-X轴间垂直度、A-Y轴间垂直度、X-Y轴间垂直度、Y-Z轴间垂直度、Z-X轴间垂直度、主轴-Y轴间垂直度、主轴-X轴间垂直度。另外，数控装置10包括存储这些几何误差的存储单元(未图示)。接着，对由数控装置10执行的、第I实施方式的校正值的运算方法进行说明。图4是该校正值运算的流程图。在步骤SI中，判定是否在校正值运算中不使用平动轴指令值而使用校正基准点的坐标值。校正基准点是属于与指令值相同的坐标系(指令坐标系)的任意点，其坐标值取X、Y、Z轴的指令值的范围内的值，使用预先设定并存储的值或在用于生成指令值的加工程序G等中记录的值等。在使用校正基准点的情况下，在步骤S2中，将平动轴的指令值P。= (x，y，z)置换成校正基准点的坐标值Pd = (xd，yd，zd)。另一方面,在不使用校正基准点坐标值的情况下不进行置换。然后，在步骤S3中，使用各轴的指令值运算校正值。对步骤S3的运算进行说明。在将位于主轴头2的主轴坐标系上的刀具前端点向量Pt转换成位于工作台3的工件坐标系时，如果将要使用的刀具的长度设为t，将X、Y、Z、A、C轴的指令位置分别设为x、y、z、a、C，则通过使用下面所示的[公式I]进行同次坐标转、换就能够求出。即，求出没有几何误差时工件坐标系下的刀具前端点向量P”[公式I]P1 = M5 · M4 · M3 · M2 · M1 · Pt其中，
权利要求
1.一种机床的校正值运算方法，该机床的校正值运算方法在具有2个以上的平动轴和I个以上的旋转轴的机床中，对几何误差引起的刀具相对于被加工物的位置或者位置和姿态的误差进行校正，其特征在干， 使用所述旋转轴的指令位置、校正基准点的坐标值以及表示所述几何误差的几何參数，运算所述平动轴的校正值，其中，所述校正基准点是所述平动轴的指令位置空间内的预先指定的ー个点。
2.根据权利要求I所述的机床的校正值运算方法，其特征在干， 还使用代入所述校正基准点的坐标值后的所述平动轴的指令位置，运算所述平动轴的校正值。
3.根据权利要求I或2所述的机床的校正值运算方法，其特征在于，所述校正基准点根据所述旋转轴的指令位置而移动。
4.一种机床的校正值运算程序，该机床的校正值运算程序用于使计算机执行权利要求I 3中的任意一项所述的机床的校正值运算方法。
全文摘要
本发明提供一种机床的校正值运算方法以及程序，在机床中，能够校正几何误差引起的刀具的位置或者位置和姿态的误差，并且校正刀具的姿态误差，而且，通过不进行校正指令引起的平动轴的微小动作而能够提高加工精度。在具有2个以上的平动轴和1个以上的旋转轴的机床中，使用所述旋转轴的指令位置、所述平动轴的指令位置空间内的预先指定的一个点即校正基准点的坐标值(参照步骤S2)以及表示所述几何误差的几何参数，运算所述平动轴的校正值。
文档编号G05B19/404GK102736559SQ20121008637
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月28日 优先权日2011年4月4日
发明者松下哲也 申请人:大隈株式会社