专利名称：误差映象的生成方法及装置,以及具有误差映象生成功能的数值控制机床的制作方法
技术领域：
本发明涉及数值控制机床(数控机床)的误差的测定及修正，所述数值控制机床 的主轴和工作台能够相对移动，同时，具有直线进给轴和旋转进给轴。
背景技术：
一般地，在具有直线进给轴和旋转进给轴的机床中，由于在根据移动指令移动进 给轴时产生误差，所以，难以将工具定位到所希望的位置。因此，在进行精度高的加工的情 况下，根据机械误差进行修正。为了进行修正，作为修正的前面的阶段，有必要正确地测定 机械的误差。作为进行误差的测定及修正的现有技术，已知有下面揭示的技术。在特公平6-88192号公报中，揭示了这样一种技术，在该技术中，预先测定具有相 互正交的两个旋转进给轴(A、B)的机床的两个旋转进给轴的轴的偏移(轴中心的位置偏 移)，在考虑到该轴的偏移的因素的情况下，求出两个旋转进给轴的坐标。在特开2004-272887号公报中揭示了一种技术，在该技术中，在具有相互正交的 三个轴的直线移动轴(X、Y、Z)和相互正交的两个旋转进给轴(A、C)的机床中，基于旋转轴 中心及主轴旋转中心的偏移量求出机械实际上应当移动的机械位置，通过借助驱动控制机 构，使直线移动轴及旋转进给轴移动到求出的机械位置，修正工具前端的位置。在特开平9-237112号公报中揭示了一种根据误差映象修正并联杆系机床(虚拟 轴机床)的工具单元的误差的方法。误差映象具有对应于工具单元前端的作业空间的阵 点、通过根据工具单元前端的位置及姿势的指令值和检测值之差进行运算计算出来的误差 数据。另外，在国际公开第2004/034164号中，为了对数值控制机床的头和/或工作台进 行测定、修正、试验，揭示了一种利用数值控制系统进行了自动化、综合的系统及程序。该 系统包括配备有多个距离传感器的至少一个支承底座；由一端具有连接到头上的连接机 构、另一端具有球的细长的缸体构成的量具型的至少一个装置。球与距离传感器邻接地配 置。距离传感器用于测定与球离开的距离，该距离传感器随时可以移动到任何位置。借此， 决定笛卡儿坐标空间内的位置。在特公平6-88192号公报及特开2004-272887号公报中揭示了的修正方法，是修 正旋转轴的轴偏移的方法，存在着不能修正因轴本身的弯曲或直线进给轴的位置引起的发 生变化的误差等问题。特开平9-237112号公报揭示的误差映象，将利用并联杆机构驱动的 工具单元前端的误差作为工作台数据，存在着不能适用于具有直线进给轴和旋转进给轴的 机床的问题。在国际公开第2004/034164号揭示的测定方法中，因为只测定基准球的中心 位置的偏移，所以，存在着在工具长度或工具突出长度变化时，不能修正由于主轴与工作台 的相对姿势的误差而产生的工具前端的位置偏移的问题。
发明内容
本发明以解决前述现有技术的问题作为课题，本发明的目的是提供一种用于高精度地修正具有直线进给轴及旋转进给轴的机床的误差用的误差映象的生成方法及装置，以 及具有误差映象生成功能的数值控制机床。为了达到上述目的，根据本发明，提供一种误差映象生成方法，在具有直线进给轴 及旋转进给轴、且主轴与工作台能够相对移动的数值控制机床的误差映象生成方法中，包 括以下工序在前述直线进给轴及前述旋转进给轴的可动范围内决定多个测定点的工序； 测定在前述决定的测定点处的主轴与工作台的相对位置及相对姿势的工序；由前述求出的 相对位置和/或相对姿势与进给轴的定位的指令数据求出各个测定点的位置误差和/或姿 势误差的工序；对应于前述直线进给轴的位置及前述旋转进给轴的旋转角度存储前述位置 误差及前述姿势误差的工序。另外，根据本发明，提供一种误差映象生成方法，前述决定多个测定点的工序，在 前述直线进给轴的可动范围内决定多个测定区域，在各个测定区域内决定测定点，以各个 测定区域的至少一个测定点与相邻的测定区域的测定点具有相同的前述直线进给轴坐标 位置的方式，决定测定点。另外，根据本发明，提供一种误差映象的生成方法，前述决定前述多个测定点的工 序，以相邻的测定点的间隔成为恒定的方式，或者以相邻的测定点的位置误差或姿势误差 的差成为恒定的方式，决定测定点。另外，根据本发明，提供一种误差映象的生成方法，前述测定相对位置及相对姿势的 工序，利用具有设置在前述主轴及前述工作台中的一个上的外形尺寸已知的基准球和设置在 另外一个上的位移传感器的测定装置，在使前述旋转进给轴动作时，一边以前述基准球的中心 与前述位移传感器的相对位置在理论上不发生变化的方式控制前述直线进给轴，一边将前述 旋转进给轴在多个测定点定位，利用前述位移传感器测定在各个测定点处的前述基准球的位 置的位移，根据所测定的前述位移和测定时的坐标值，求出前述相对位置及前述相对姿势。另外，根据本发明，提供一种误差映象的生成方法，前述测定相对位置及相对姿势 的工序，将前述旋转进给轴在多个旋转角度定位，对安装到前述工作台上的试件或工件进 行加工，将前述旋转进给轴定位于前述多个旋转角度中的一个旋转角度，测定在前述一个 旋转角度加工时的加工面与在另外一个旋转角度加工时的加工面的位移，根据所测定的前 述位移与测定时的坐标值，求出前述相对位置及前述相对姿势。另外，根据本发明，提供一种误差映象的生成方法，前述测定相对位置及相对姿势 的工序，将前述旋转进给轴在多个旋转角度定位，在各个旋转角度对安装于前述工作台的 试件或工件的三个面进行加工，将前述旋转进给轴定位于前述多个旋转角度中的一个旋转 角度，利用安装在前述主轴上的接触式探针测定在前述一个旋转角度加工时的三个加工面 以在其它旋转角度加工时的三个加工面的位置之差及倾斜度之差，由所测定的前述位置之 差及倾斜度之差和测定时的机械坐标值，求出前述相对位置及前述相对姿势。另外，根据本发明，提供一种误差映象的生成方法，在具有直线进给轴及旋转进给 轴、且主轴与工作台能够相对移动地构成的数值控制机床的误差映象生成方法中，包括以 下工序在前述直线进给轴及前述旋转进给轴的可动范围内决定多个测定点的工序；在前 述决定的测定点将前述旋转进给轴在多个旋转角度定位，在该定位的各个旋转角度对安装于前述工作台的长方体的试件或工件的正交的三个面进行加工的工序；将前述旋转进给轴 定位于前述多个旋转角度中的一个旋转角度并进行加工时的加工面的倾斜度，定位于其它 的旋转角度并进行测定，求出在各个旋转角度的姿势误差的工序；测定所加工的试件或工 件的加工面，对于各个旋转角度的每一个求出包含在该旋转角度加工的加工面的三个平面 的交点的位置的工序；根据包含将前述旋转进给轴定位于前述一个旋转角度并进行加工时 的加工面的在内三个平面的交点与包含定位于其它的旋转角度并进行加工时的加工面在 内的三个平面的交点的位置之差以及前述所求出的姿势误差，求出在各个测定点的位置误 差的工序；与前述直线进给轴的位置及前述旋转进给轴的旋转角度相对应地存储前述位置 误差及前述姿势误差的工序。 另外，根据本发明，提供一种误差映象的生成方法，在具有直线进给轴及旋转进给 轴、且主轴与工作台能够相对移动地构成的数值控制机床的误差映象生成方法中，包括以 下工序在前述直线进给轴及前述旋转进给轴的可动范围内决定多个测定点的工序；在前 述决定的测定点将前述旋转进给轴在多个旋转角度定位，在该定位的各个旋转角度，对安 装于前述工作台的长方体的试件或工件的正交的三个面进行加工的工序；测定所加工的试 件或工件的加工面，对于各个旋转角度的每一个，求出在该旋转角度加工的加工面的倾斜 度及包含该加工面在内的三个平面的交点的位置的工序；根据将前述旋转进给轴定位于前 述多个旋转角度中的一个旋转角度并进行加工时的加工面的倾斜度与定位于其它旋转角 度并进行加工时的加工面的倾斜度之差，求出在各个测定点的姿势误差的工序；根据包含 将前述旋转进给轴定位于前述一个旋转角度并进行加工时的加工面在内的三个平面的交 点与包含定位于其它的旋转角度并进行加工时的加工面在内的三个平面的交点的位置之 差及前述所求出的姿势误差，求出在各个测定点处的位置误差的工序；对应于前述直线进 给轴的位置及前述旋转进给轴的旋转角度，存储前述位置误差及前述姿势误差的工序。另外，根据本发明，提供一种误差映象的生成装置，在具有直线进给轴及旋转进给 轴、且主轴与工作台能够相对移动地构成的数值控制机床的误差映象生成装置中，包括测 定装置，所述测定装置具有设定在前述主轴及前述工作台中的一个上的基准球和设置在另 外一个上的传感器，所述测定装置借助前述传感器在所希望的测定点测定前述基准球的位 置；运算部，所述运算部根据利用前述测定装置测定的测定数据和前述测定点的坐标值运 算前述主轴与前述工作台的位置误差及姿势误差；存储部，所述存储部对应于前述测定点 处的前述直线进给轴的位置及前述旋转进给轴的旋转角度，存储由前述运算部运算出来的 位置误差及姿势误差。另外，根据本发明，提供一种具有误差映象生成功能的数值控制机床，在具有直线 进给轴及旋转进给轴、且主轴与工作台能够相对移动地构成的数值控制机床中，包括测定 装置，所述测定装置具有设定在前述主轴及前述工作台中的一个上的基准球和设置在另外 一个上的传感器，借助前述传感器在所希望的测定点测定前述基准球的位置；运算部，所述 运算部根据利用前述测定装置测定的测定数据和前述测定点的坐标值运算前述主轴与前 述工作台的位置误差及姿势误差；存储部，所述存储部对应于前述测定点处的前述直线进 给轴的位置及前述旋转进给轴的旋转角度，存储由前述运算部运算出来的位置误差及姿势 误差。另外，根据本发明，提供一种具有误差映象生成功能的数值控制机床，在具有直线进给轴及旋转进给轴、且主轴与工作台能够相对移动的数值控制机床中，包括试件或工 件，所述试件或工件安装于前述工作台上；测定装置，所述测定装置具有设置于前述主轴的 传感器，在所希望的测定点利用前述传感器测定前述试件或工件的加工面；运算部，所述运 算部根据由前述测定装置测定的测定数据和前述测定点的坐标值，运算前述主轴和前述工 作台的位置误差及姿势误差；存储部，所述存储部对应于在前述测定点处的前述直线进给 轴的位置及前述旋转进给轴的旋转角度，存储由前述运算部运算出来的位置误差及姿势误 差。
另外，根据本发明，提供一种具有误差映象生成功能的数值控制机床，所述数值控 制机床进一步配备有修正部，所述修正部根据存储在前述存储部的位置误差及姿势误差， 修正前述直线进给轴或前述旋转进给轴的指令位置或位置指令。根据本发明的误差映象生成方法及装置以及具有误差映象生成功能的数值控制 机床，可以测定具有直线进给轴及旋转进给轴的数值控制机床的位置误差及姿势误差，生 成误差映象。在本发明中生成的误差映象，分别存储由于进给轴移动而变化的位置误差及 姿势误差的误差数据，根据该误差数据修正位置指令。从而，根据本发明，即使工具的长度 或工具突出的长度变化，也可以高精度地将工具的前端或工具的加工点定位于目标位置。 另外，在在相邻的测定区域将直线进给轴的坐标位置设定于同一个测定点的情况下，可以 排除测定装置的安装误差所造成的影响。另外，在以误差的差值恒定的方式设定相邻的测 定点的间隔的情况下，可以在原封不动地保持所希望的修正精度的同时，可以减少误差映 象的数据量。另外，在测定加工的试件或工件以生成误差映像的情况下，可以修正由于主轴 的旋转引起的主轴或工具的振动、由于切削负荷引起的机械或工具的弯曲等产生的误差。本发明中的所谓指令位置，是由加工程序指令的进给轴的移动目的地的位置，所 谓位置指令，是根据指令位置、指令速度等从内插部向伺服部送出的指令脉冲中用于控制 进给轴的位置的指令。
本发明的上述以及其它目的、特征及优点，通过下面与附图相关的下面的优选实 施形式的说明，会变得更加清楚。图1是根据本发明的数值控制机床的侧视图。图2是表示根据本发明的数值控制机床的数值控制装置的一种实施形式的框图。图3是表示三维坐标空间的阵点的说明图。图4是表示与图3的各个阵点相关联的二维数据表(映象数据)的说明图。图5是表示利用安装到随行夹具上的测定装置测定安装在工具的前端的基准球 的状态的说明图。图6是从Y轴方向观察具有长度不同的支承轴的基准球的测定范围的图示。图7是表示多个测定区域的决定方法的说明图。图8是说明测定位置误差及姿势误差的第一测定方法的流程图。图9是图8的流程图的M3的详细流程图。图10是用两个变数表示姿势误差的说明图。图11是表示将基准球安装到随行夹具侧、将测定装置安装到主轴侧的主轴旋转型的机械的一个例子的图示。图12是表示测定装置安装于工作台、基准球安装于主轴的工作台旋转型的机械 的一个例子的图示。图13是说明测定位置误差及姿势误差的第二种测定方法的流程图。图14是表示只通过直线进给轴的动作加工各个平面的状态的说明图。 图15是表示对每个分度角进行加工的地方的长方体的5个面的展开图。图16是表示在旋转进给轴B、C的分度角在工件上加工阵点状的面的状态的说明 图。图17是表示测定以规定的角度分度的各个测定面的状态的说明图。图18是说明求出3个平面的交点的方法的说明图。图19表示利用误差映象的修正方法的一个例子的流程图。
具体实施例方式下面，参照
本发明的优选实施形式。根据本发明的数值控制机床，包括根 据加工程序使机械动作的数值控制装置。在图1中，表示在主轴侧具有两个旋转进给轴的5 轴卧式加工中心的结构。参照图1，加工中心1包括设置在地面上的机座2、在机座2上沿 Z轴方向可以直线移动地竖立设置的柱3、以及在柱3上能够沿着作为铅直方向的Y轴方向 直线移动的主轴架5。托架5a被可以在围绕与Z轴平行的轴的C轴方向上旋转地支承在主 轴架5上。主轴箱4被可以在围绕与X轴平行的轴的A轴方向上旋转地支承在托架5a上。 夹持工具的主轴被可旋转地支承于主轴箱4。另外，加工中心1在机座2上竖立地设置于与主轴箱4对向的位置，配备有在作为 垂直图面的方向的X轴方向上可直线移动的工作台6。工件7经由角板8保持在工作台6 上。在图2中，利用框图表示对机床的进给轴的位置进行控制的数值控制装置20的结 构。图2所示的数值控制装置20，配备有修正机床的位置误差及姿势误差的功能，包 括读取解释部22，所述读取解释部22读取并解释加工程序21，运算各个进给轴的指令速 度及指令位置；内插部23，所述内插部23为了直线内插或者圆弧内插各个进给轴的进给 量，根据指令位置、指令速度等运算指令脉冲；位置指令识别机构24，所述位置指令识别机 构24获取指令脉冲、识别对于各个进给轴的位置指令；运算部，所述运算部根据由测定装 置50测定的测定数据和测定点的坐标，运算测定点的位置误差及姿势误差；误差数据存储 机构35，所述误差数据存储机构对应于直线进给轴的位置及旋转进给轴的旋转角度，存储 由该运算部运算出来的位置误差及姿势误差；修正数据运算机构26，所述修正数据运算机 构26根据位置指令和存储在误差数据存储机构25的误差数据，运算出用于修正位置指令 的修正数据；修正脉冲运算机构27，所述修正脉冲运算机构27根据修正数据求出修正位置 指令的修正脉冲；以及加法运算机构28，所述加法运算机构28将把指令脉冲和修正脉冲相 加所得的脉冲输出到伺服部29。各个进给轴的马达30被由伺服部29放大的驱动电流驱动，使各个进给轴移动。伺 服部29基于来自于马达30的速度反馈和来自于图中未示出的位置检测装置的位置反馈进行控制，以便各个进给轴以所希望的速度移动到所希望的位置。
本发明也包括从读出解释部22获取并修正指令位置、通过将被修正的的指令位 置输入到内插部，使马达移动到所希望的位置的装置。其次，对于误差映象的生成方法进行说明。误差映象，如图3所示，设定位于正交 坐标系的直线进给轴X、Y、ζ的各个轴向方向的所希望的位置的各个阵点31，对于各个阵 点31的每一个，与如图4所示的对应于旋转进给轴的旋转角度的二维阵列数据33相关联。 艮口，误差映象由乂、￥、2、々、(五维阵列的数据构成。误差映象由将各个进给轴定位于所希望的测定点进行测定的多个误差数据34构 成。另外，误差数据34由位置误差34a和姿势误差34b构成。这里，所谓位置误差34a是主轴与工作台的相对位置的误差，是由在将进给轴定 位于规定的位置或旋转角度时产生的三维坐标值(x、y、z)表示的位置的误差。即，由位置 指令所指令的理论位置与实际的位置之差为位置误差。所谓姿势误差34b是主轴与工作台的相对姿势的误差，是由将进给轴定位于规定 的位置或旋转角度时产生的倾斜角度表示的误差。即，由位置指令所指令的理论倾斜度与 实际的倾斜度之差为姿势误差。这里，以相邻的测定点处的位置误差34a或姿势误差34b的差值成为规定值的方 式设定误差数据34的测定间隔。换句话说，在相邻的测定点处的误差的差值小的情况下， 加宽测定间隔，在误差的差值大的情况下，缩小测定间隔。通过加宽误差的差值小的部分 的测定间隔，可以减少数据量，减轻存储器的负担，通过缩小误差的差值大的部分的测定间 隔，可以保持修正的精度。其次，对于测定在主轴侧具有旋转进给轴A、C的机床的位置误差34a及姿势误差 34b的测定方法的一个例子进行说明。如图5、图6所示，测定装置50经由支承轴40安装 到主轴旋转型的机床的主轴上，所述测定装置50包括外形尺寸及从控制点到球中心P1、 P2的距离Li、L2已知的基准球52 ；安装到固定于工作台的随行夹具54上、在X方向、Y方 向、Z方向具有非接触式传感器55的传感器托架53。非接触式传感器55可以非接触地测 定在各个方向上到基准球52的距离。另外，本发明的传感器不仅可以是非接触式的，也包 含接触式的传感器。关于测定，将各个旋转进给轴A、C的测定范围以相等的间隔或者不相等的间隔分 害I]，在各个分割点(测定点)，以保持基准球52的中心位置的方式同时使直线进给轴动作， 进行测定。这里，所谓相等的间隔，是对于每一个规定的角度决定测定点，使相邻的测定点 的角度间隔为相等的间隔，所谓不相等的间隔，例如，只在超过误差的规定值的点具有误差 数据，相邻的测定点的角度间隔成为不相等的间隔。如图9所示，首先，在相互正交的各个方向X、Y、Z上，利用具有非接触式传感器55 的测定装置50测定基准球52的中心位置Ρ1。为了求出实际的相对姿势和实际的控制点， 如图6所示，安装支承轴40的长度不同的基准球，再次测定基准球52的中心位置Ρ2。通过 安装长度不同的支承轴41a、41b并分别进行测定，可以求出主轴与工作台的相对姿势。本发明也包括采用能够调节长度的支承轴的情况。在本实施形式中，将控制点设 定在第一旋转进给轴C的旋转中心与第二旋转进给轴A的旋转中心的交点。另外，所谓相 对姿势，是主轴与工作台的相对倾斜度。
由于测定装置50的传感器托架53，可围绕与Z轴平行的轴线旋转地安装，所以，在 想要测定整个360度的情况下，可以使传感器托架53围绕与Z轴平行的轴线每次旋转90 度，进行四次测定。如图7、图8所示，在要测定的区域宽的情况下，可以将测定区域分成多个进行测 定。这时，利用激光测定器、指示器等测定成为基准的第一测定区域70a的直线进给轴X、 Y、Z的动作范围，并进行调整以便相对于所要求的精度具有足够的精度。本发明也包括不 调整第一测定区域70a的直线进给轴X、Y、Z的动作范围的精度、而考虑到测定结果的条件 下运算误差的情况。这是因为，将在第一测定区域70a中的测定结果只作为使旋转进给轴 A、C旋转时产生的误差。另外，对于测定区域70a、70b的测定点，以与相邻的测定区域的测定点具有同一 个直线进给轴坐标值的测定点71存在有一个以上的方式来决定。这是为了在第一测定区 域70a与其它测定区域70b之间、测定装置50的安装误差对测定结果不会产生影响。如果从具有同一个直线进给轴坐标值的测定点的测定结果的差值中减去由于旋 转进给轴的旋转角度的不同引起的误差，则可以求出测定装置50的安装误差，通过从各个 测定区域的测定结果中减去该安装误差，可以获得和利用一个步骤测定整个测定区域时同 样的测定结果。其次，对于位置误差及姿势误差的运算方法进行说明。首先，如下所述求出姿势误 差。由旋转进给轴A、C的旋转角度指令值求出被指令的主轴与工作台的相对倾斜度。这里， 将主轴的旋转轴线与垂直于角板的工件安装面的线构成的角度，作为主轴与工作台的相对 姿势。由所测定的两个部位的基准球52的中心位置PI、P2求出通过Pl及P2的直线与垂 直于角板的工件安装面的线构成的角度，将其作为实际上的主轴与工作台的相对倾斜度。 求出被指令的主轴与工作台的相对倾斜度与实际上的主轴与工作台的相对倾斜度之差，将 其作为姿势误差。姿势误差分别利用从X轴方向观察到的相对于Z轴的角度之差i、从Y轴 方向观察到的相对于Z轴的角度之差j、和从Z轴方向观察到的相对于Y轴的角度之差k表示。本发明也包括如图10所示的用两个角度I、J表示姿势误差的情况。其次，如下所述，求出位置误差。在本实施形式中，由于将控制点设定在第一旋转 进给轴C的旋转中心与第二旋转进给轴A的旋转中心的交点，所以，即使在旋转进给轴处于 任何旋转角度，理论上的控制点的位置也不会改变。因此，由直线进给轴X、Y、Z的指令值求 出被指令的控制点的位置。这里，所谓控制点的位置指的是工作台的基准点与主轴的控制 点的相对位置。在通过由求出前述姿势误差的工序中求出的Pl及Ρ2的直线上，求出在从 Ρ2到Pl的方向上处于L2的距离的点的位置，将其作为实际的控制点的位置。求出被指令 的控制点的位置与实际的控制点的位置之间的矢量，将其作为位置误差。位置误差的矢量 以分成X、Y、Z轴方向的成分(x、y、z)的形式表示。本发明也包括利用其它形式表示位置 误差的矢量情况。在图11中，表示在主轴旋转型的机械中，将基准球52安装到随行夹具54侧，将位 移检测探针58安装到主轴侧的实施形式。位移检测探针58以在被测定物的测定点的法线 方向上位移的方式构成，可以检测出其位移的量。另外，在图12中，表示出在工作台侧具有旋转进给轴B、C轴的工作台旋转型机械 中应用本发明的实施形式。在图11及图12所示的实施形式中，也可以利用和图5所示的实施形式相同的原理测定进给轴的误差。 其次，对于测定在工作台侧具有旋转进给轴B、C的机床的位置误差34a及姿势误 差34b的测定方法的一个例子进行说明。在图13中，表示该测定方法的流程图。该测定方 法是一种不利用特别的测定装置，在机器上加工试件或工件，通过利用安装在主轴上的接 触式探针测定被加工的试件或工件，求出位置误差及姿势误差的方法。在本实施形式中，采 用长方体的试片。如图13所示，首先，针对旋转进给轴B、C的位置误差及姿势误差所必要的精度分 出足够小的旋转角度(在本实施形式中，B轴0度，C轴0度)，如图14所示，不使旋转进给 轴动作，加工以X、Y、Z轴方向作为法线方向的试件60的各个平面(框状的基准加工面61)。将基准加工面61制成框状的原因是，即使在测定点为多个的情况下，也能够正确 地求出姿势误差，使用试件60的全长测定倾斜度时，能够更正确地求出姿势误差。这里，对 于切削工具63，使用球头立铣刀。基准加工面61成为用于测定在旋转进给轴的规定的旋转 角度处的姿势误差的基准。接着，如图16所示，将旋转进给轴在各个测定点分度，只通过直线进给轴的动作 加工试件60的相互正交的三个面。关于加工位置，如图15所示，根据旋转进给轴的分度的 角度分配规定的位置。其次，如图17所示，将旋转进给轴在各个测定点分度，利用接触式探针64测定基 准加工面61的PlO Ρ14，求出通过PlO和Pll的直线的实际倾斜度、通过PlO和Ρ12的直 线的实际倾斜度及通过Ρ13和Ρ14的直线的实际倾斜度。将所求出的实际的三个倾斜度和 根据测定时的旋转进给轴的位置指令运算出来的理论的三个倾斜度之差作为姿势误差。然后，如图18所示，将旋转进给轴分度到作为基准旋转角度的B轴0度、C轴0度， 测定在各个旋转角度加工的加工面Ρ15 Ρ20，求出将旋转进给轴分度到B轴0度、C轴0 度并加工的加工面Ρ18 Ρ20的位置和分度到其它旋转角度并加工时的加工面Ρ15 Ρ17 的位置之差。在本发明中，将在一个旋转角度加工的加工面与在另一个旋转角度加工的加工面 的位置之差和/或倾斜度之差，称作加工面的位移。由加工面Ρ18 Ρ20的测定数据求出假定为没有姿势误差的情况下的包含加工面 Ρ18 Ρ20在内的三个平面的交点Ρ21。由加工面Ρ15 Ρ17的测定数据和所求出的姿势 误差，求出包含加工面Ρ15 Ρ17在内的三个平面的交点Ρ22。将所求出的交点Ρ21与交点 Ρ22的差分作为位置误差。本发明也包括利用在主轴侧具有旋转进给轴的机床加工试件或 工件、由该加工面的测定结果求出位置误差及姿势误差的情况。如图4所示，将用前述方法求出的误差与直线进给轴X、Y、Z的位置及旋转进给轴 B、C的旋转角度相关联，作为误差映象存储起来。其次，对于采用包含位置误差及姿势误差在内的误差映象的位置指令的修正方 法，以具有旋转进给轴A、C的主轴旋转型机械(参照图1、2)为例进行说明。首先，由读出解释部22解读加工程序21的指令位置，利用内插部23在每一个规 定的内插周期，求出各个进给轴X、Y、z、A、C的指令脉冲。接着，在位置指令识别机构24，在每一个规定的内插周期由该指令脉冲识别各个 进给轴X、Y、Z、A、C的位置指令。
在位置指令中的各个进给轴的位置与存储在误差数据存储机构25中测定点的位 置相同的情况下，取得误差数据34，根据所取得的误差数据34，求出修正数据。在位置指令 中的各个进给轴的位置与存储在误差数据存储机构25中的测定点的位置不同的情况下， 由附近的测定点的误差数据、借助内插法等公知的插值法进行内插，求出误差数据，根据内 插后的误差数据，求出修正数据。将所求出的修正数据加到指令脉冲的位置指令上，作为每 一个内插周期的新的位置指令。这样，位置指令被修正，可以高精度地定位各个进给轴。其次，对于利用三维坐标值表示利用修正数据运算机构26运算的修正值、修正位 置指令的修正方法进行说明。例如，在C轴为0度时，在机械本来没有的在B轴方向上存在 姿势误差的情况下，为了修正该B轴方向的姿势误差，存在着不得不使旋转进给轴进行大 的旋转的问题。在本发明中，将该问题称作奇点问题。这里说明的修正方法是用于回避该 奇点问题的修正方法。另外，B轴是围绕与Y轴平行的轴的旋转进给轴。图19是该修正方法的流程图。另外，在该方法中，用于基于工具的姿势及姿势误 差、工具的位置及位置误差、工具的突出长度，求出位置修正矢量的计算公式如下所示。L 从指令点到工具前端位置的距离[I、J、K]指令工具姿势[dI、dJ、dK]姿势误差[dXl、dYl、dZl]位置误差[dX2、dY2、dZ2]由姿势误差产生的工具前端位置误差[dX3、dY3、dZ3]工具前端位置误差dX2 = LX (tan (J + dJ) / ( (tan (I+ dl) )2+(tan (J + dJ) )2+l) 1/2-tan (J) / ((tan(I)2+(tan(J))2+l)1/2)dY2 = LX (tan (I + dl) / ( (tan (I+ dl) )2+(tan (J + dJ) )2+l) 1/2-tan (I) / ((tan(I)2+(tan(J))2+l)1/2)dZ2 = LX (1/((tan(I+dl))2+ (tan(J+dJ))2+l) 1/2-l/((tan(I)2+ (tan(J))2+l)1/2)dX3 = dXl+dX2dY3 = dYl+dY2dZ3 = dZl+dZ2首先，在步骤SO中，识别被由从内插部23输出的位置指令所指令的指令位置及指 令姿势。在步骤Si，由误差映象取得对应于指令位置的误差数据34。在步骤S2，由误差数 据34的位置误差34a，计算出用于修正位置误差的位置修正矢量。另一方面，由误差数据34的姿势误差34b，在步骤S5中计算出姿势修正值。在步 骤S6，将在步骤S5中求出的姿势修正值加到在步骤S3中读出的指令姿势上，求出修正后的 姿势。在步骤S7，由在步骤S6中求出的修正后的姿势和工具的突出长度，求出修正后的指令点.在步骤S4,由在步骤S中读出的指令姿势和工具的突出长度，求出修正前的指令 点。在步骤S8，从在步骤S7中求出的修正后的指令点中减去在步骤S4中求出的修正前的 指令点，计算出用于修正姿势误差的指令点的位置的修正矢量。将其称为姿势修正矢量。在将被保持在主轴上的工具的基端作为控制点的情况下，在以控制点作为支点使 旋转进给轴旋转以便修正姿势误差时，姿势修正矢量是表示工具前端移动的大小和方向的矢量。最后，在步骤S9，将在步骤S8中求出的姿势修正矢量与在步骤S2中求出的位置修 正矢量相加。在本发明中的所谓指令点是工具的前端的位置(工具前端位置)，所谓工具前端 位置是实际的工具的前端的位置、工具的前端部的加工点的位置、球头立铣刀的前端部的 半球的中心等。如前所述，由于只通过直线进给轴的移动来修正工具前端位置的误差，所以，在进 行姿势误差34b的修正时，不使旋转进给轴旋转，可以避免奇点问题。这样，根据本实施形式，可以测定具有多个旋转进给轴的机床的位置误差及姿势 误差，生成误差映象。另外，所生成的误差映象，由于位置误差及姿势误差分别作为误差数 据被存储起来，所以，通过根据该误差数据修正位置指令，能够高精度地将工具前端位置定 位于目标位置，能够高精度地进行加工。另外，本发明并不局限于前述实施形式，在不超出本发明的主旨的范围内，可以进 行各种变形。例如，在本实施形式中，数值控制装置20包括根据运算部，所述运算部基于 利用测定装置50测定的测定数据和测定点的坐标，运算测定点的位置误差和姿势误差；误 差数据存储机构25，所述误差数据存储机构与直线进给轴的位置及旋转进给轴的旋转角度 相对应地存储在该运算部运算出的位置误差及姿势误差；但是，代替数值控制装置20的个 人计算机或其它装置也可以配备有运算部或误差数据存储机构25。
权利要求
一种数值控制机床的误差映象生成方法，其特征在于，所述数值控制机床具有直线进给轴及旋转进给轴，并且主轴与工作台能够相对移动地构成，其中，所述数值控制机床的误差映象生成方法包括以下工序在前述直线进给轴及前述旋转进给轴的可动范围内决定多个测定点的工序；测定在各个测定点处的前述主轴与前述工作台的相对位置及相对姿势的工序；求出各个测定点的位置误差和/或姿势误差的工序；对应于前述直线进给轴的位置及前述旋转进给轴的旋转角度存储前述位置误差及前述姿势误差的工序。
2.如权利要求1所述的数值控制机床的误差映象生成方法，其特征在于，前述决定多 个测定点的工序，在前述直线进给轴的可动范围内决定多个测定区域，在各个测定区域内 决定前述测定点，对于各个测定区域的至少一个的前述测定点，以相邻的测定区域的测定 点与前述直线进给轴的坐标位置成为相同的方式，决定测定点。
3.如权利要求1或2所述的数值控制机床的误差映象生成方法，其特征在于，前述决定 多个测定点的工序，以相邻的测定点的间隔恒定的方式，或者以相邻的测定点的位置误差 或者姿势误差的差恒定的方式，决定测定点。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的数值控制机床的误差映象生成方法，其特征在 于，前述测定相对位置及相对姿势的工序，利用具有设置在前述主轴及前述工作台中的一 个上的外形尺寸已知的基准球和设置在另外一个上的位移传感器的测定装置，在使前述旋 转进给轴动作时，一边以前述基准球的中心与前述位移传感器的相对位置在理论上不发生 变化的方式控制前述直线进给轴，一边将前述旋转进给轴在多个测定点定位，利用前述位 移传感器测定在各个测定点的前述基准球的位置的位移，根据所测定的前述位置的位移和 测定时的坐标值，求出前述相对位置及前述相对姿势。
5.如权利要求1至3中任何一项所述的数值控制机床的误差映象生成方法，其特征在 于，前述测定相对位置及相对姿势的工序，将前述旋转进给轴在多个旋转角度定位，对安装 于前述工作台的试件或工件进行加工，将前述旋转进给轴定位于前述多个旋转角度中的一 个旋转角度，测定在前述一个旋转角度加工时的加工面与在另外的旋转角度加工时的加工 面的位置的位移，根据所测定的前述位置的位移与测定时的坐标值，求出前述相对位置及 前述相对姿势。
6.如权利要求1至3中任何一项所述的数值控制机床的误差映象生成方法，其特征在 于，前述测定相对位置及相对姿势的工序，将前述旋转进给轴在多个旋转角度定位，在各个 旋转角度对安装到前述工作台上的试件或工件的三个面进行加工，将前述旋转进给轴定位 于前述多个旋转角度中的一个旋转角度，利用安装在前述主轴上的接触式探针测定在前述 一个旋转角度加工时的三个加工面与在其它旋转角度加工时的三个加工面的位置之差及 倾斜度之差，根据所测定的前述位置之差及倾斜度之差和测定时的机械坐标值，求出前述 相对位置及前述相对姿势。
7.一种数值控制机床的误差映象生成方法，其特征在于，所述数值控制机床具有直线 进给轴及旋转进给轴，且主轴与工作台能够相对移动地构成，所述数值控制机床的误差映 象生成方法包括以下工序在前述直线进给轴及前述旋转进给轴的可动范围内决定多个测定点的工序；在前述决定的测定点将前述旋转进给轴定位于多个旋转角度，在该定位的各个旋转角度，对安装于前述工作台上的长方体的试件或构件的正交的三个面进行加工的工序；将前述旋转进给轴定位于前述多个旋转角度中的一个旋转角度进行加工时的加工面 的倾斜度，定位到其它的旋转角度并进行测定，求出在各个旋转角度的姿势误差的工序；测定所加工的试件或工件的加工面，对于各个旋转角度的每一个，求出包含在该旋转 角度加工的加工面在内的三个平面的交点的位置的工序；根据包含将前述旋转进给轴定位于前述一个旋转角度进行加工时的加工面在内的三 个平面的交点与包含定位于其它的旋转角度进行加工时的加工面在内的三个平面的交点 的位置之差以及前述姿势误差，求出在各个测定点的位置误差的工序；与前述直线进给轴的位置及前述旋转进给轴的旋转角度相对应地存储前述位置误差 及前述姿势误差的工序。
8.一种数值控制机床的误差映象生成方法，其特征在于，所述数值控制机床具有直线 进给轴及旋转进给轴，并且主轴与工作台能够相对移动地构成，所述数值控制机床的误差 映象生成方法包括以下工序在前述直线进给轴及前述旋转进给轴的可动范围内决定多个测定点的工序； 在前述决定的测定点将前述旋转进给轴在多个旋转角度定位，在该定位的各个旋转角 度对安装于前述工作台上的长方体的试件或构件的正交的三个面进行加工的工序；测定所加工的试件或工件的加工面，对于各个旋转角度的每一个，求出在该旋转角度 加工的加工面的倾斜度及包括该加工面在内的三个平面的交点的位置的工序；根据将前述旋转进给轴定位于前述多个旋转角度中的一个旋转角度进行加工时的加 工面的倾斜度与定位于其它旋转角度进行加工时的加工面的倾斜度之差，求出各个测定点 的姿势误差的工序；根据包含将前述旋转进给轴定位于前述一个旋转角度进行加工时的加工面在内的三 个平面的交点与包含定位于其它的旋转角度进行加工时的加工面在内的三个平面的交点 的位置之差及前述所求出的姿势误差，求出在各个测定点处的位置误差的工序；对应于前述直线进给轴的位置及前述旋转进给轴的旋转角度，存储前述位置误差及前 述姿势误差的工序。
9.一种数值控制机床的误差映象生成装置，其特征在于，所述数值控制机床具有直线 进给轴及旋转进给轴，并且主轴与工作台能够相对移动地构成，所述数值控制机床的误差 映象生成装置包括测定装置，所述测定装置具有设置在前述主轴及前述工作台中的一个上的基准球和设置在另外一个上的传感器，借助前述传感器在所希望的测定点测定前述基准球的位置；运算部，所述运算部根据利用前述测定装置测定的测定数据和前述测定点的坐标值运 算前述测定点的位置误差及姿势误差；存储部，所述存储部对应于前述测定点处的前述直线进给轴的位置及前述旋转进给轴 的旋转角度，存储由前述运算部运算出来的位置误差及姿势误差。
10.一种具有误差映象生成功能的数值控制机床，其特征在于，所述数值控制机床具有 直线进给轴及旋转进给轴，并且主轴与工作台能够相对移动地构成，所述数值控制机床包 括测定装置，所述测定装置具有设置在前述主轴及前述工作台中的一个上的基准球和设 置在另外一个上的传感器，借助前述传感器在所希望的测定点测定前述基准球的位置；运算部，所述运算部根据由前述测定装置测定的测定数据和前述测定点的坐标值运算 前述测定点的位置误差及姿势误差；存储部，所述存储部对应于前述测定点处的前述直线进给轴的位置及前述旋转进给轴 的旋转角度，存储由前述运算部运算出来的位置误差及姿势误差。
11.一种具有误差映象生成功能的数值控制机床，其特征在于，所述数值控制机床具有 直线进给轴及旋转进给轴，并且主轴与工作台能够相对移动地构成，所述数值控制机床包 括试件或工件，所述试件或工件安装于前述工作台上；测定装置，所述测定装置具有设置在前述主轴上的传感器，在所希望的测定点利用前 述传感器测定前述试件或工件的加工面；运算部，所述运算部根据由前述测定装置测定的测定数据和前述测定点的坐标值，运 算前述测定点的位置误差及姿势误差；存储部，所述存储部对应于前述测定点处的前述直线进给轴的位置及前述旋转进给轴 的旋转角度，存储由前述运算部运算出来的位置误差及姿势误差。
12.如权利要求10或11所述的具有误差映象生成功能的数值控制机床，所述数值控制 机床进一步配备有修正部，所述修正部根据存储在前述存储部的位置误差及姿势误差，修 正前述直线进给轴或前述旋转进给轴的指令位置或位置指令。
全文摘要
在具有直线进给轴及旋转进给轴、且主轴和工作台能够相对移动的数值控制机床中，在设定在直线进给轴及旋转进给轴的可动范围内的多个测定点，测定由于直线进给轴及旋转进给轴的动作而产生的位置误差和姿势误差，将所测定的位置误差及姿势误差作为与直线进给轴的位置及旋转进给轴的旋转角度相对应的误差映象存储起来。
文档编号B23Q15/00GK101842189SQ20078010140
公开日2010年9月22日 申请日期2007年11月2日 优先权日2007年11月2日
发明者森规雄, 笠原忠, 西口直浩 申请人:株式会社牧野铣床制作所