專利名稱：誤差映象的生成方法及裝置,以及具有誤差映象生成功能的數(shù)值控制機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)值控制機(jī)床(數(shù)控機(jī)床)的誤差的測(cè)定及修正，所述數(shù)值控制機(jī)床 的主軸和工作臺(tái)能夠相對(duì)移動(dòng)，同時(shí)，具有直線進(jìn)給軸和旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸。
背景技術(shù)：
一般地，在具有直線進(jìn)給軸和旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的機(jī)床中，由于在根據(jù)移動(dòng)指令移動(dòng)進(jìn) 給軸時(shí)產(chǎn)生誤差，所以，難以將工具定位到所希望的位置。因此，在進(jìn)行精度高的加工的情 況下，根據(jù)機(jī)械誤差進(jìn)行修正。為了進(jìn)行修正，作為修正的前面的階段，有必要正確地測(cè)定 機(jī)械的誤差。作為進(jìn)行誤差的測(cè)定及修正的現(xiàn)有技術(shù)，已知有下面揭示的技術(shù)。在特公平6-88192號(hào)公報(bào)中，揭示了這樣一種技術(shù)，在該技術(shù)中，預(yù)先測(cè)定具有相 互正交的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸(A、B)的機(jī)床的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的軸的偏移(軸中心的位置偏 移)，在考慮到該軸的偏移的因素的情況下，求出兩個(gè)旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的坐標(biāo)。在特開(kāi)2004-272887號(hào)公報(bào)中揭示了一種技術(shù)，在該技術(shù)中，在具有相互正交的 三個(gè)軸的直線移動(dòng)軸(X、Y、Z)和相互正交的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸(A、C)的機(jī)床中，基于旋轉(zhuǎn)軸 中心及主軸旋轉(zhuǎn)中心的偏移量求出機(jī)械實(shí)際上應(yīng)當(dāng)移動(dòng)的機(jī)械位置，通過(guò)借助驅(qū)動(dòng)控制機(jī) 構(gòu)，使直線移動(dòng)軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸移動(dòng)到求出的機(jī)械位置，修正工具前端的位置。在特開(kāi)平9-237112號(hào)公報(bào)中揭示了一種根據(jù)誤差映象修正并聯(lián)桿系機(jī)床(虛擬 軸機(jī)床)的工具單元的誤差的方法。誤差映象具有對(duì)應(yīng)于工具單元前端的作業(yè)空間的陣 點(diǎn)、通過(guò)根據(jù)工具單元前端的位置及姿勢(shì)的指令值和檢測(cè)值之差進(jìn)行運(yùn)算計(jì)算出來(lái)的誤差 數(shù)據(jù)。另外，在國(guó)際公開(kāi)第2004/034164號(hào)中，為了對(duì)數(shù)值控制機(jī)床的頭和/或工作臺(tái)進(jìn) 行測(cè)定、修正、試驗(yàn)，揭示了一種利用數(shù)值控制系統(tǒng)進(jìn)行了自動(dòng)化、綜合的系統(tǒng)及程序。該 系統(tǒng)包括配備有多個(gè)距離傳感器的至少一個(gè)支承底座；由一端具有連接到頭上的連接機(jī) 構(gòu)、另一端具有球的細(xì)長(zhǎng)的缸體構(gòu)成的量具型的至少一個(gè)裝置。球與距離傳感器鄰接地配 置。距離傳感器用于測(cè)定與球離開(kāi)的距離，該距離傳感器隨時(shí)可以移動(dòng)到任何位置。借此， 決定笛卡兒坐標(biāo)空間內(nèi)的位置。在特公平6-88192號(hào)公報(bào)及特開(kāi)2004-272887號(hào)公報(bào)中揭示了的修正方法，是修 正旋轉(zhuǎn)軸的軸偏移的方法，存在著不能修正因軸本身的彎曲或直線進(jìn)給軸的位置引起的發(fā) 生變化的誤差等問(wèn)題。特開(kāi)平9-237112號(hào)公報(bào)揭示的誤差映象，將利用并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的 工具單元前端的誤差作為工作臺(tái)數(shù)據(jù)，存在著不能適用于具有直線進(jìn)給軸和旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的 機(jī)床的問(wèn)題。在國(guó)際公開(kāi)第2004/034164號(hào)揭示的測(cè)定方法中，因?yàn)橹粶y(cè)定基準(zhǔn)球的中心 位置的偏移，所以，存在著在工具長(zhǎng)度或工具突出長(zhǎng)度變化時(shí)，不能修正由于主軸與工作臺(tái) 的相對(duì)姿勢(shì)的誤差而產(chǎn)生的工具前端的位置偏移的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明以解決前述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題作為課題，本發(fā)明的目的是提供一種用于高精度地修正具有直線進(jìn)給軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的機(jī)床的誤差用的誤差映象的生成方法及裝置，以 及具有誤差映象生成功能的數(shù)值控制機(jī)床。為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種誤差映象生成方法，在具有直線進(jìn)給軸 及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸、且主軸與工作臺(tái)能夠相對(duì)移動(dòng)的數(shù)值控制機(jī)床的誤差映象生成方法中，包 括以下工序在前述直線進(jìn)給軸及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的可動(dòng)范圍內(nèi)決定多個(gè)測(cè)定點(diǎn)的工序； 測(cè)定在前述決定的測(cè)定點(diǎn)處的主軸與工作臺(tái)的相對(duì)位置及相對(duì)姿勢(shì)的工序；由前述求出的 相對(duì)位置和/或相對(duì)姿勢(shì)與進(jìn)給軸的定位的指令數(shù)據(jù)求出各個(gè)測(cè)定點(diǎn)的位置誤差和/或姿 勢(shì)誤差的工序；對(duì)應(yīng)于前述直線進(jìn)給軸的位置及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的旋轉(zhuǎn)角度存儲(chǔ)前述位置 誤差及前述姿勢(shì)誤差的工序。另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種誤差映象生成方法，前述決定多個(gè)測(cè)定點(diǎn)的工序，在 前述直線進(jìn)給軸的可動(dòng)范圍內(nèi)決定多個(gè)測(cè)定區(qū)域，在各個(gè)測(cè)定區(qū)域內(nèi)決定測(cè)定點(diǎn)，以各個(gè) 測(cè)定區(qū)域的至少一個(gè)測(cè)定點(diǎn)與相鄰的測(cè)定區(qū)域的測(cè)定點(diǎn)具有相同的前述直線進(jìn)給軸坐標(biāo) 位置的方式，決定測(cè)定點(diǎn)。另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種誤差映象的生成方法，前述決定前述多個(gè)測(cè)定點(diǎn)的工 序，以相鄰的測(cè)定點(diǎn)的間隔成為恒定的方式，或者以相鄰的測(cè)定點(diǎn)的位置誤差或姿勢(shì)誤差 的差成為恒定的方式，決定測(cè)定點(diǎn)。另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種誤差映象的生成方法，前述測(cè)定相對(duì)位置及相對(duì)姿勢(shì)的 工序，利用具有設(shè)置在前述主軸及前述工作臺(tái)中的一個(gè)上的外形尺寸已知的基準(zhǔn)球和設(shè)置在 另外一個(gè)上的位移傳感器的測(cè)定裝置，在使前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸動(dòng)作時(shí)，一邊以前述基準(zhǔn)球的中心 與前述位移傳感器的相對(duì)位置在理論上不發(fā)生變化的方式控制前述直線進(jìn)給軸，一邊將前述 旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸在多個(gè)測(cè)定點(diǎn)定位，利用前述位移傳感器測(cè)定在各個(gè)測(cè)定點(diǎn)處的前述基準(zhǔn)球的位 置的位移，根據(jù)所測(cè)定的前述位移和測(cè)定時(shí)的坐標(biāo)值，求出前述相對(duì)位置及前述相對(duì)姿勢(shì)。另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種誤差映象的生成方法，前述測(cè)定相對(duì)位置及相對(duì)姿勢(shì) 的工序，將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸在多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度定位，對(duì)安裝到前述工作臺(tái)上的試件或工件進(jìn) 行加工，將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸定位于前述多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度中的一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，測(cè)定在前述一個(gè) 旋轉(zhuǎn)角度加工時(shí)的加工面與在另外一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度加工時(shí)的加工面的位移，根據(jù)所測(cè)定的前 述位移與測(cè)定時(shí)的坐標(biāo)值，求出前述相對(duì)位置及前述相對(duì)姿勢(shì)。另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種誤差映象的生成方法，前述測(cè)定相對(duì)位置及相對(duì)姿勢(shì) 的工序，將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸在多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度定位，在各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度對(duì)安裝于前述工作臺(tái)的 試件或工件的三個(gè)面進(jìn)行加工，將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸定位于前述多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度中的一個(gè)旋轉(zhuǎn) 角度，利用安裝在前述主軸上的接觸式探針測(cè)定在前述一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度加工時(shí)的三個(gè)加工面 以在其它旋轉(zhuǎn)角度加工時(shí)的三個(gè)加工面的位置之差及傾斜度之差，由所測(cè)定的前述位置之 差及傾斜度之差和測(cè)定時(shí)的機(jī)械坐標(biāo)值，求出前述相對(duì)位置及前述相對(duì)姿勢(shì)。另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種誤差映象的生成方法，在具有直線進(jìn)給軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給 軸、且主軸與工作臺(tái)能夠相對(duì)移動(dòng)地構(gòu)成的數(shù)值控制機(jī)床的誤差映象生成方法中，包括以 下工序在前述直線進(jìn)給軸及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的可動(dòng)范圍內(nèi)決定多個(gè)測(cè)定點(diǎn)的工序；在前 述決定的測(cè)定點(diǎn)將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸在多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度定位，在該定位的各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度對(duì)安裝于前述工作臺(tái)的長(zhǎng)方體的試件或工件的正交的三個(gè)面進(jìn)行加工的工序；將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸 定位于前述多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度中的一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度并進(jìn)行加工時(shí)的加工面的傾斜度，定位于其它 的旋轉(zhuǎn)角度并進(jìn)行測(cè)定，求出在各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的姿勢(shì)誤差的工序；測(cè)定所加工的試件或工 件的加工面，對(duì)于各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的每一個(gè)求出包含在該旋轉(zhuǎn)角度加工的加工面的三個(gè)平面 的交點(diǎn)的位置的工序；根據(jù)包含將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸定位于前述一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度并進(jìn)行加工時(shí) 的加工面的在內(nèi)三個(gè)平面的交點(diǎn)與包含定位于其它的旋轉(zhuǎn)角度并進(jìn)行加工時(shí)的加工面在 內(nèi)的三個(gè)平面的交點(diǎn)的位置之差以及前述所求出的姿勢(shì)誤差，求出在各個(gè)測(cè)定點(diǎn)的位置誤 差的工序；與前述直線進(jìn)給軸的位置及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的旋轉(zhuǎn)角度相對(duì)應(yīng)地存儲(chǔ)前述位置 誤差及前述姿勢(shì)誤差的工序。 另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種誤差映象的生成方法，在具有直線進(jìn)給軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給 軸、且主軸與工作臺(tái)能夠相對(duì)移動(dòng)地構(gòu)成的數(shù)值控制機(jī)床的誤差映象生成方法中，包括以 下工序在前述直線進(jìn)給軸及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的可動(dòng)范圍內(nèi)決定多個(gè)測(cè)定點(diǎn)的工序；在前 述決定的測(cè)定點(diǎn)將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸在多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度定位，在該定位的各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，對(duì)安 裝于前述工作臺(tái)的長(zhǎng)方體的試件或工件的正交的三個(gè)面進(jìn)行加工的工序；測(cè)定所加工的試 件或工件的加工面，對(duì)于各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的每一個(gè)，求出在該旋轉(zhuǎn)角度加工的加工面的傾斜 度及包含該加工面在內(nèi)的三個(gè)平面的交點(diǎn)的位置的工序；根據(jù)將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸定位于前 述多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度中的一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度并進(jìn)行加工時(shí)的加工面的傾斜度與定位于其它旋轉(zhuǎn)角 度并進(jìn)行加工時(shí)的加工面的傾斜度之差，求出在各個(gè)測(cè)定點(diǎn)的姿勢(shì)誤差的工序；根據(jù)包含 將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸定位于前述一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度并進(jìn)行加工時(shí)的加工面在內(nèi)的三個(gè)平面的交 點(diǎn)與包含定位于其它的旋轉(zhuǎn)角度并進(jìn)行加工時(shí)的加工面在內(nèi)的三個(gè)平面的交點(diǎn)的位置之 差及前述所求出的姿勢(shì)誤差，求出在各個(gè)測(cè)定點(diǎn)處的位置誤差的工序；對(duì)應(yīng)于前述直線進(jìn) 給軸的位置及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的旋轉(zhuǎn)角度，存儲(chǔ)前述位置誤差及前述姿勢(shì)誤差的工序。另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種誤差映象的生成裝置，在具有直線進(jìn)給軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給 軸、且主軸與工作臺(tái)能夠相對(duì)移動(dòng)地構(gòu)成的數(shù)值控制機(jī)床的誤差映象生成裝置中，包括測(cè) 定裝置，所述測(cè)定裝置具有設(shè)定在前述主軸及前述工作臺(tái)中的一個(gè)上的基準(zhǔn)球和設(shè)置在另 外一個(gè)上的傳感器，所述測(cè)定裝置借助前述傳感器在所希望的測(cè)定點(diǎn)測(cè)定前述基準(zhǔn)球的位 置；運(yùn)算部，所述運(yùn)算部根據(jù)利用前述測(cè)定裝置測(cè)定的測(cè)定數(shù)據(jù)和前述測(cè)定點(diǎn)的坐標(biāo)值運(yùn) 算前述主軸與前述工作臺(tái)的位置誤差及姿勢(shì)誤差；存儲(chǔ)部，所述存儲(chǔ)部對(duì)應(yīng)于前述測(cè)定點(diǎn) 處的前述直線進(jìn)給軸的位置及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的旋轉(zhuǎn)角度，存儲(chǔ)由前述運(yùn)算部運(yùn)算出來(lái)的 位置誤差及姿勢(shì)誤差。另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有誤差映象生成功能的數(shù)值控制機(jī)床，在具有直線 進(jìn)給軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸、且主軸與工作臺(tái)能夠相對(duì)移動(dòng)地構(gòu)成的數(shù)值控制機(jī)床中，包括測(cè)定 裝置，所述測(cè)定裝置具有設(shè)定在前述主軸及前述工作臺(tái)中的一個(gè)上的基準(zhǔn)球和設(shè)置在另外 一個(gè)上的傳感器，借助前述傳感器在所希望的測(cè)定點(diǎn)測(cè)定前述基準(zhǔn)球的位置；運(yùn)算部，所述 運(yùn)算部根據(jù)利用前述測(cè)定裝置測(cè)定的測(cè)定數(shù)據(jù)和前述測(cè)定點(diǎn)的坐標(biāo)值運(yùn)算前述主軸與前 述工作臺(tái)的位置誤差及姿勢(shì)誤差；存儲(chǔ)部，所述存儲(chǔ)部對(duì)應(yīng)于前述測(cè)定點(diǎn)處的前述直線進(jìn) 給軸的位置及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的旋轉(zhuǎn)角度，存儲(chǔ)由前述運(yùn)算部運(yùn)算出來(lái)的位置誤差及姿勢(shì) 誤差。另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有誤差映象生成功能的數(shù)值控制機(jī)床，在具有直線進(jìn)給軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸、且主軸與工作臺(tái)能夠相對(duì)移動(dòng)的數(shù)值控制機(jī)床中，包括試件或工 件，所述試件或工件安裝于前述工作臺(tái)上；測(cè)定裝置，所述測(cè)定裝置具有設(shè)置于前述主軸的 傳感器，在所希望的測(cè)定點(diǎn)利用前述傳感器測(cè)定前述試件或工件的加工面；運(yùn)算部，所述運(yùn) 算部根據(jù)由前述測(cè)定裝置測(cè)定的測(cè)定數(shù)據(jù)和前述測(cè)定點(diǎn)的坐標(biāo)值，運(yùn)算前述主軸和前述工 作臺(tái)的位置誤差及姿勢(shì)誤差；存儲(chǔ)部，所述存儲(chǔ)部對(duì)應(yīng)于在前述測(cè)定點(diǎn)處的前述直線進(jìn)給 軸的位置及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的旋轉(zhuǎn)角度，存儲(chǔ)由前述運(yùn)算部運(yùn)算出來(lái)的位置誤差及姿勢(shì)誤 差。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有誤差映象生成功能的數(shù)值控制機(jī)床，所述數(shù)值控 制機(jī)床進(jìn)一步配備有修正部，所述修正部根據(jù)存儲(chǔ)在前述存儲(chǔ)部的位置誤差及姿勢(shì)誤差， 修正前述直線進(jìn)給軸或前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的指令位置或位置指令。根據(jù)本發(fā)明的誤差映象生成方法及裝置以及具有誤差映象生成功能的數(shù)值控制 機(jī)床，可以測(cè)定具有直線進(jìn)給軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的數(shù)值控制機(jī)床的位置誤差及姿勢(shì)誤差，生 成誤差映象。在本發(fā)明中生成的誤差映象，分別存儲(chǔ)由于進(jìn)給軸移動(dòng)而變化的位置誤差及 姿勢(shì)誤差的誤差數(shù)據(jù)，根據(jù)該誤差數(shù)據(jù)修正位置指令。從而，根據(jù)本發(fā)明，即使工具的長(zhǎng)度 或工具突出的長(zhǎng)度變化，也可以高精度地將工具的前端或工具的加工點(diǎn)定位于目標(biāo)位置。 另外，在在相鄰的測(cè)定區(qū)域?qū)⒅本€進(jìn)給軸的坐標(biāo)位置設(shè)定于同一個(gè)測(cè)定點(diǎn)的情況下，可以 排除測(cè)定裝置的安裝誤差所造成的影響。另外，在以誤差的差值恒定的方式設(shè)定相鄰的測(cè) 定點(diǎn)的間隔的情況下，可以在原封不動(dòng)地保持所希望的修正精度的同時(shí)，可以減少誤差映 象的數(shù)據(jù)量。另外，在測(cè)定加工的試件或工件以生成誤差映像的情況下，可以修正由于主軸 的旋轉(zhuǎn)引起的主軸或工具的振動(dòng)、由于切削負(fù)荷引起的機(jī)械或工具的彎曲等產(chǎn)生的誤差。本發(fā)明中的所謂指令位置，是由加工程序指令的進(jìn)給軸的移動(dòng)目的地的位置，所 謂位置指令，是根據(jù)指令位置、指令速度等從內(nèi)插部向伺服部送出的指令脈沖中用于控制 進(jìn)給軸的位置的指令。


本發(fā)明的上述以及其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)下面與附圖相關(guān)的下面的優(yōu)選實(shí) 施形式的說(shuō)明，會(huì)變得更加清楚。圖1是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)值控制機(jī)床的側(cè)視圖。圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的數(shù)值控制機(jī)床的數(shù)值控制裝置的一種實(shí)施形式的框圖。圖3是表示三維坐標(biāo)空間的陣點(diǎn)的說(shuō)明圖。圖4是表示與圖3的各個(gè)陣點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的二維數(shù)據(jù)表(映象數(shù)據(jù))的說(shuō)明圖。圖5是表示利用安裝到隨行夾具上的測(cè)定裝置測(cè)定安裝在工具的前端的基準(zhǔn)球 的狀態(tài)的說(shuō)明圖。圖6是從Y軸方向觀察具有長(zhǎng)度不同的支承軸的基準(zhǔn)球的測(cè)定范圍的圖示。圖7是表示多個(gè)測(cè)定區(qū)域的決定方法的說(shuō)明圖。圖8是說(shuō)明測(cè)定位置誤差及姿勢(shì)誤差的第一測(cè)定方法的流程圖。圖9是圖8的流程圖的M3的詳細(xì)流程圖。圖10是用兩個(gè)變數(shù)表示姿勢(shì)誤差的說(shuō)明圖。圖11是表示將基準(zhǔn)球安裝到隨行夾具側(cè)、將測(cè)定裝置安裝到主軸側(cè)的主軸旋轉(zhuǎn)型的機(jī)械的一個(gè)例子的圖示。圖12是表示測(cè)定裝置安裝于工作臺(tái)、基準(zhǔn)球安裝于主軸的工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)型的機(jī)械 的一個(gè)例子的圖示。圖13是說(shuō)明測(cè)定位置誤差及姿勢(shì)誤差的第二種測(cè)定方法的流程圖。圖14是表示只通過(guò)直線進(jìn)給軸的動(dòng)作加工各個(gè)平面的狀態(tài)的說(shuō)明圖。 圖15是表示對(duì)每個(gè)分度角進(jìn)行加工的地方的長(zhǎng)方體的5個(gè)面的展開(kāi)圖。圖16是表示在旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸B、C的分度角在工件上加工陣點(diǎn)狀的面的狀態(tài)的說(shuō)明 圖。圖17是表示測(cè)定以規(guī)定的角度分度的各個(gè)測(cè)定面的狀態(tài)的說(shuō)明圖。圖18是說(shuō)明求出3個(gè)平面的交點(diǎn)的方法的說(shuō)明圖。圖19表示利用誤差映象的修正方法的一個(gè)例子的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施形式。根據(jù)本發(fā)明的數(shù)值控制機(jī)床，包括根 據(jù)加工程序使機(jī)械動(dòng)作的數(shù)值控制裝置。在圖1中，表示在主軸側(cè)具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的5 軸臥式加工中心的結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D1，加工中心1包括設(shè)置在地面上的機(jī)座2、在機(jī)座2上沿 Z軸方向可以直線移動(dòng)地豎立設(shè)置的柱3、以及在柱3上能夠沿著作為鉛直方向的Y軸方向 直線移動(dòng)的主軸架5。托架5a被可以在圍繞與Z軸平行的軸的C軸方向上旋轉(zhuǎn)地支承在主 軸架5上。主軸箱4被可以在圍繞與X軸平行的軸的A軸方向上旋轉(zhuǎn)地支承在托架5a上。 夾持工具的主軸被可旋轉(zhuǎn)地支承于主軸箱4。另外，加工中心1在機(jī)座2上豎立地設(shè)置于與主軸箱4對(duì)向的位置，配備有在作為 垂直圖面的方向的X軸方向上可直線移動(dòng)的工作臺(tái)6。工件7經(jīng)由角板8保持在工作臺(tái)6 上。在圖2中，利用框圖表示對(duì)機(jī)床的進(jìn)給軸的位置進(jìn)行控制的數(shù)值控制裝置20的結(jié) 構(gòu)。圖2所示的數(shù)值控制裝置20，配備有修正機(jī)床的位置誤差及姿勢(shì)誤差的功能，包 括讀取解釋部22，所述讀取解釋部22讀取并解釋加工程序21，運(yùn)算各個(gè)進(jìn)給軸的指令速 度及指令位置；內(nèi)插部23，所述內(nèi)插部23為了直線內(nèi)插或者圓弧內(nèi)插各個(gè)進(jìn)給軸的進(jìn)給 量，根據(jù)指令位置、指令速度等運(yùn)算指令脈沖；位置指令識(shí)別機(jī)構(gòu)24，所述位置指令識(shí)別機(jī) 構(gòu)24獲取指令脈沖、識(shí)別對(duì)于各個(gè)進(jìn)給軸的位置指令；運(yùn)算部，所述運(yùn)算部根據(jù)由測(cè)定裝 置50測(cè)定的測(cè)定數(shù)據(jù)和測(cè)定點(diǎn)的坐標(biāo)，運(yùn)算測(cè)定點(diǎn)的位置誤差及姿勢(shì)誤差；誤差數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 機(jī)構(gòu)35，所述誤差數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)于直線進(jìn)給軸的位置及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的旋轉(zhuǎn)角度，存儲(chǔ) 由該運(yùn)算部運(yùn)算出來(lái)的位置誤差及姿勢(shì)誤差；修正數(shù)據(jù)運(yùn)算機(jī)構(gòu)26，所述修正數(shù)據(jù)運(yùn)算機(jī) 構(gòu)26根據(jù)位置指令和存儲(chǔ)在誤差數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)25的誤差數(shù)據(jù)，運(yùn)算出用于修正位置指令 的修正數(shù)據(jù)；修正脈沖運(yùn)算機(jī)構(gòu)27，所述修正脈沖運(yùn)算機(jī)構(gòu)27根據(jù)修正數(shù)據(jù)求出修正位置 指令的修正脈沖；以及加法運(yùn)算機(jī)構(gòu)28，所述加法運(yùn)算機(jī)構(gòu)28將把指令脈沖和修正脈沖相 加所得的脈沖輸出到伺服部29。各個(gè)進(jìn)給軸的馬達(dá)30被由伺服部29放大的驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)，使各個(gè)進(jìn)給軸移動(dòng)。伺 服部29基于來(lái)自于馬達(dá)30的速度反饋和來(lái)自于圖中未示出的位置檢測(cè)裝置的位置反饋進(jìn)行控制，以便各個(gè)進(jìn)給軸以所希望的速度移動(dòng)到所希望的位置。
本發(fā)明也包括從讀出解釋部22獲取并修正指令位置、通過(guò)將被修正的的指令位 置輸入到內(nèi)插部，使馬達(dá)移動(dòng)到所希望的位置的裝置。其次，對(duì)于誤差映象的生成方法進(jìn)行說(shuō)明。誤差映象，如圖3所示，設(shè)定位于正交 坐標(biāo)系的直線進(jìn)給軸X、Y、ζ的各個(gè)軸向方向的所希望的位置的各個(gè)陣點(diǎn)31，對(duì)于各個(gè)陣 點(diǎn)31的每一個(gè)，與如圖4所示的對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的旋轉(zhuǎn)角度的二維陣列數(shù)據(jù)33相關(guān)聯(lián)。 艮口，誤差映象由乂、￥、2、々、(五維陣列的數(shù)據(jù)構(gòu)成。誤差映象由將各個(gè)進(jìn)給軸定位于所希望的測(cè)定點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定的多個(gè)誤差數(shù)據(jù)34構(gòu) 成。另外，誤差數(shù)據(jù)34由位置誤差34a和姿勢(shì)誤差34b構(gòu)成。這里，所謂位置誤差34a是主軸與工作臺(tái)的相對(duì)位置的誤差，是由在將進(jìn)給軸定 位于規(guī)定的位置或旋轉(zhuǎn)角度時(shí)產(chǎn)生的三維坐標(biāo)值(x、y、z)表示的位置的誤差。即，由位置 指令所指令的理論位置與實(shí)際的位置之差為位置誤差。所謂姿勢(shì)誤差34b是主軸與工作臺(tái)的相對(duì)姿勢(shì)的誤差，是由將進(jìn)給軸定位于規(guī)定 的位置或旋轉(zhuǎn)角度時(shí)產(chǎn)生的傾斜角度表示的誤差。即，由位置指令所指令的理論傾斜度與 實(shí)際的傾斜度之差為姿勢(shì)誤差。這里，以相鄰的測(cè)定點(diǎn)處的位置誤差34a或姿勢(shì)誤差34b的差值成為規(guī)定值的方 式設(shè)定誤差數(shù)據(jù)34的測(cè)定間隔。換句話說(shuō)，在相鄰的測(cè)定點(diǎn)處的誤差的差值小的情況下， 加寬測(cè)定間隔，在誤差的差值大的情況下，縮小測(cè)定間隔。通過(guò)加寬誤差的差值小的部分 的測(cè)定間隔，可以減少數(shù)據(jù)量，減輕存儲(chǔ)器的負(fù)擔(dān)，通過(guò)縮小誤差的差值大的部分的測(cè)定間 隔，可以保持修正的精度。其次，對(duì)于測(cè)定在主軸側(cè)具有旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸A、C的機(jī)床的位置誤差34a及姿勢(shì)誤差 34b的測(cè)定方法的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。如圖5、圖6所示，測(cè)定裝置50經(jīng)由支承軸40安裝 到主軸旋轉(zhuǎn)型的機(jī)床的主軸上，所述測(cè)定裝置50包括外形尺寸及從控制點(diǎn)到球中心P1、 P2的距離Li、L2已知的基準(zhǔn)球52 ；安裝到固定于工作臺(tái)的隨行夾具54上、在X方向、Y方 向、Z方向具有非接觸式傳感器55的傳感器托架53。非接觸式傳感器55可以非接觸地測(cè) 定在各個(gè)方向上到基準(zhǔn)球52的距離。另外，本發(fā)明的傳感器不僅可以是非接觸式的，也包 含接觸式的傳感器。關(guān)于測(cè)定，將各個(gè)旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸A、C的測(cè)定范圍以相等的間隔或者不相等的間隔分 害I]，在各個(gè)分割點(diǎn)(測(cè)定點(diǎn))，以保持基準(zhǔn)球52的中心位置的方式同時(shí)使直線進(jìn)給軸動(dòng)作， 進(jìn)行測(cè)定。這里，所謂相等的間隔，是對(duì)于每一個(gè)規(guī)定的角度決定測(cè)定點(diǎn)，使相鄰的測(cè)定點(diǎn) 的角度間隔為相等的間隔，所謂不相等的間隔，例如，只在超過(guò)誤差的規(guī)定值的點(diǎn)具有誤差 數(shù)據(jù)，相鄰的測(cè)定點(diǎn)的角度間隔成為不相等的間隔。如圖9所示，首先，在相互正交的各個(gè)方向X、Y、Z上，利用具有非接觸式傳感器55 的測(cè)定裝置50測(cè)定基準(zhǔn)球52的中心位置Ρ1。為了求出實(shí)際的相對(duì)姿勢(shì)和實(shí)際的控制點(diǎn)， 如圖6所示，安裝支承軸40的長(zhǎng)度不同的基準(zhǔn)球，再次測(cè)定基準(zhǔn)球52的中心位置Ρ2。通過(guò) 安裝長(zhǎng)度不同的支承軸41a、41b并分別進(jìn)行測(cè)定，可以求出主軸與工作臺(tái)的相對(duì)姿勢(shì)。本發(fā)明也包括采用能夠調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的支承軸的情況。在本實(shí)施形式中，將控制點(diǎn)設(shè) 定在第一旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸C的旋轉(zhuǎn)中心與第二旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸A的旋轉(zhuǎn)中心的交點(diǎn)。另外，所謂相 對(duì)姿勢(shì)，是主軸與工作臺(tái)的相對(duì)傾斜度。
由于測(cè)定裝置50的傳感器托架53，可圍繞與Z軸平行的軸線旋轉(zhuǎn)地安裝，所以，在 想要測(cè)定整個(gè)360度的情況下，可以使傳感器托架53圍繞與Z軸平行的軸線每次旋轉(zhuǎn)90 度，進(jìn)行四次測(cè)定。如圖7、圖8所示，在要測(cè)定的區(qū)域?qū)挼那闆r下，可以將測(cè)定區(qū)域分成多個(gè)進(jìn)行測(cè) 定。這時(shí)，利用激光測(cè)定器、指示器等測(cè)定成為基準(zhǔn)的第一測(cè)定區(qū)域70a的直線進(jìn)給軸X、 Y、Z的動(dòng)作范圍，并進(jìn)行調(diào)整以便相對(duì)于所要求的精度具有足夠的精度。本發(fā)明也包括不 調(diào)整第一測(cè)定區(qū)域70a的直線進(jìn)給軸X、Y、Z的動(dòng)作范圍的精度、而考慮到測(cè)定結(jié)果的條件 下運(yùn)算誤差的情況。這是因?yàn)?，將在第一測(cè)定區(qū)域70a中的測(cè)定結(jié)果只作為使旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸 A、C旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的誤差。另外，對(duì)于測(cè)定區(qū)域70a、70b的測(cè)定點(diǎn)，以與相鄰的測(cè)定區(qū)域的測(cè)定點(diǎn)具有同一 個(gè)直線進(jìn)給軸坐標(biāo)值的測(cè)定點(diǎn)71存在有一個(gè)以上的方式來(lái)決定。這是為了在第一測(cè)定區(qū) 域70a與其它測(cè)定區(qū)域70b之間、測(cè)定裝置50的安裝誤差對(duì)測(cè)定結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生影響。如果從具有同一個(gè)直線進(jìn)給軸坐標(biāo)值的測(cè)定點(diǎn)的測(cè)定結(jié)果的差值中減去由于旋 轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的旋轉(zhuǎn)角度的不同引起的誤差，則可以求出測(cè)定裝置50的安裝誤差，通過(guò)從各個(gè) 測(cè)定區(qū)域的測(cè)定結(jié)果中減去該安裝誤差，可以獲得和利用一個(gè)步驟測(cè)定整個(gè)測(cè)定區(qū)域時(shí)同 樣的測(cè)定結(jié)果。其次，對(duì)于位置誤差及姿勢(shì)誤差的運(yùn)算方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，如下所述求出姿勢(shì)誤 差。由旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸A、C的旋轉(zhuǎn)角度指令值求出被指令的主軸與工作臺(tái)的相對(duì)傾斜度。這里， 將主軸的旋轉(zhuǎn)軸線與垂直于角板的工件安裝面的線構(gòu)成的角度，作為主軸與工作臺(tái)的相對(duì) 姿勢(shì)。由所測(cè)定的兩個(gè)部位的基準(zhǔn)球52的中心位置PI、P2求出通過(guò)Pl及P2的直線與垂 直于角板的工件安裝面的線構(gòu)成的角度，將其作為實(shí)際上的主軸與工作臺(tái)的相對(duì)傾斜度。 求出被指令的主軸與工作臺(tái)的相對(duì)傾斜度與實(shí)際上的主軸與工作臺(tái)的相對(duì)傾斜度之差，將 其作為姿勢(shì)誤差。姿勢(shì)誤差分別利用從X軸方向觀察到的相對(duì)于Z軸的角度之差i、從Y軸 方向觀察到的相對(duì)于Z軸的角度之差j、和從Z軸方向觀察到的相對(duì)于Y軸的角度之差k表示。本發(fā)明也包括如圖10所示的用兩個(gè)角度I、J表示姿勢(shì)誤差的情況。其次，如下所述，求出位置誤差。在本實(shí)施形式中，由于將控制點(diǎn)設(shè)定在第一旋轉(zhuǎn) 進(jìn)給軸C的旋轉(zhuǎn)中心與第二旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸A的旋轉(zhuǎn)中心的交點(diǎn)，所以，即使在旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸處于 任何旋轉(zhuǎn)角度，理論上的控制點(diǎn)的位置也不會(huì)改變。因此，由直線進(jìn)給軸X、Y、Z的指令值求 出被指令的控制點(diǎn)的位置。這里，所謂控制點(diǎn)的位置指的是工作臺(tái)的基準(zhǔn)點(diǎn)與主軸的控制 點(diǎn)的相對(duì)位置。在通過(guò)由求出前述姿勢(shì)誤差的工序中求出的Pl及Ρ2的直線上，求出在從 Ρ2到Pl的方向上處于L2的距離的點(diǎn)的位置，將其作為實(shí)際的控制點(diǎn)的位置。求出被指令 的控制點(diǎn)的位置與實(shí)際的控制點(diǎn)的位置之間的矢量，將其作為位置誤差。位置誤差的矢量 以分成X、Y、Z軸方向的成分(x、y、z)的形式表示。本發(fā)明也包括利用其它形式表示位置 誤差的矢量情況。在圖11中，表示在主軸旋轉(zhuǎn)型的機(jī)械中，將基準(zhǔn)球52安裝到隨行夾具54側(cè)，將位 移檢測(cè)探針58安裝到主軸側(cè)的實(shí)施形式。位移檢測(cè)探針58以在被測(cè)定物的測(cè)定點(diǎn)的法線 方向上位移的方式構(gòu)成，可以檢測(cè)出其位移的量。另外，在圖12中，表示出在工作臺(tái)側(cè)具有旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸B、C軸的工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)型機(jī)械 中應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施形式。在圖11及圖12所示的實(shí)施形式中，也可以利用和圖5所示的實(shí)施形式相同的原理測(cè)定進(jìn)給軸的誤差。 其次，對(duì)于測(cè)定在工作臺(tái)側(cè)具有旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸B、C的機(jī)床的位置誤差34a及姿勢(shì)誤 差34b的測(cè)定方法的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。在圖13中，表示該測(cè)定方法的流程圖。該測(cè)定方 法是一種不利用特別的測(cè)定裝置，在機(jī)器上加工試件或工件，通過(guò)利用安裝在主軸上的接 觸式探針測(cè)定被加工的試件或工件，求出位置誤差及姿勢(shì)誤差的方法。在本實(shí)施形式中，采 用長(zhǎng)方體的試片。如圖13所示，首先，針對(duì)旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸B、C的位置誤差及姿勢(shì)誤差所必要的精度分 出足夠小的旋轉(zhuǎn)角度(在本實(shí)施形式中，B軸0度，C軸0度)，如圖14所示，不使旋轉(zhuǎn)進(jìn)給 軸動(dòng)作，加工以X、Y、Z軸方向作為法線方向的試件60的各個(gè)平面(框狀的基準(zhǔn)加工面61)。將基準(zhǔn)加工面61制成框狀的原因是，即使在測(cè)定點(diǎn)為多個(gè)的情況下，也能夠正確 地求出姿勢(shì)誤差，使用試件60的全長(zhǎng)測(cè)定傾斜度時(shí)，能夠更正確地求出姿勢(shì)誤差。這里，對(duì) 于切削工具63，使用球頭立銑刀?；鶞?zhǔn)加工面61成為用于測(cè)定在旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的規(guī)定的旋轉(zhuǎn) 角度處的姿勢(shì)誤差的基準(zhǔn)。接著，如圖16所示，將旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸在各個(gè)測(cè)定點(diǎn)分度，只通過(guò)直線進(jìn)給軸的動(dòng)作 加工試件60的相互正交的三個(gè)面。關(guān)于加工位置，如圖15所示，根據(jù)旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的分度的 角度分配規(guī)定的位置。其次，如圖17所示，將旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸在各個(gè)測(cè)定點(diǎn)分度，利用接觸式探針64測(cè)定基 準(zhǔn)加工面61的PlO Ρ14，求出通過(guò)PlO和Pll的直線的實(shí)際傾斜度、通過(guò)PlO和Ρ12的直 線的實(shí)際傾斜度及通過(guò)Ρ13和Ρ14的直線的實(shí)際傾斜度。將所求出的實(shí)際的三個(gè)傾斜度和 根據(jù)測(cè)定時(shí)的旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的位置指令運(yùn)算出來(lái)的理論的三個(gè)傾斜度之差作為姿勢(shì)誤差。然后，如圖18所示，將旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸分度到作為基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)角度的B軸0度、C軸0度， 測(cè)定在各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度加工的加工面Ρ15 Ρ20，求出將旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸分度到B軸0度、C軸0 度并加工的加工面Ρ18 Ρ20的位置和分度到其它旋轉(zhuǎn)角度并加工時(shí)的加工面Ρ15 Ρ17 的位置之差。在本發(fā)明中，將在一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度加工的加工面與在另一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度加工的加工面 的位置之差和/或傾斜度之差，稱作加工面的位移。由加工面Ρ18 Ρ20的測(cè)定數(shù)據(jù)求出假定為沒(méi)有姿勢(shì)誤差的情況下的包含加工面 Ρ18 Ρ20在內(nèi)的三個(gè)平面的交點(diǎn)Ρ21。由加工面Ρ15 Ρ17的測(cè)定數(shù)據(jù)和所求出的姿勢(shì) 誤差，求出包含加工面Ρ15 Ρ17在內(nèi)的三個(gè)平面的交點(diǎn)Ρ22。將所求出的交點(diǎn)Ρ21與交點(diǎn) Ρ22的差分作為位置誤差。本發(fā)明也包括利用在主軸側(cè)具有旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的機(jī)床加工試件或 工件、由該加工面的測(cè)定結(jié)果求出位置誤差及姿勢(shì)誤差的情況。如圖4所示，將用前述方法求出的誤差與直線進(jìn)給軸X、Y、Z的位置及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸 B、C的旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)聯(lián)，作為誤差映象存儲(chǔ)起來(lái)。其次，對(duì)于采用包含位置誤差及姿勢(shì)誤差在內(nèi)的誤差映象的位置指令的修正方 法，以具有旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸A、C的主軸旋轉(zhuǎn)型機(jī)械(參照?qǐng)D1、2)為例進(jìn)行說(shuō)明。首先，由讀出解釋部22解讀加工程序21的指令位置，利用內(nèi)插部23在每一個(gè)規(guī) 定的內(nèi)插周期，求出各個(gè)進(jìn)給軸X、Y、z、A、C的指令脈沖。接著，在位置指令識(shí)別機(jī)構(gòu)24，在每一個(gè)規(guī)定的內(nèi)插周期由該指令脈沖識(shí)別各個(gè) 進(jìn)給軸X、Y、Z、A、C的位置指令。
在位置指令中的各個(gè)進(jìn)給軸的位置與存儲(chǔ)在誤差數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)25中測(cè)定點(diǎn)的位 置相同的情況下，取得誤差數(shù)據(jù)34，根據(jù)所取得的誤差數(shù)據(jù)34，求出修正數(shù)據(jù)。在位置指令 中的各個(gè)進(jìn)給軸的位置與存儲(chǔ)在誤差數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)25中的測(cè)定點(diǎn)的位置不同的情況下， 由附近的測(cè)定點(diǎn)的誤差數(shù)據(jù)、借助內(nèi)插法等公知的插值法進(jìn)行內(nèi)插，求出誤差數(shù)據(jù)，根據(jù)內(nèi) 插后的誤差數(shù)據(jù)，求出修正數(shù)據(jù)。將所求出的修正數(shù)據(jù)加到指令脈沖的位置指令上，作為每 一個(gè)內(nèi)插周期的新的位置指令。這樣，位置指令被修正，可以高精度地定位各個(gè)進(jìn)給軸。其次，對(duì)于利用三維坐標(biāo)值表示利用修正數(shù)據(jù)運(yùn)算機(jī)構(gòu)26運(yùn)算的修正值、修正位 置指令的修正方法進(jìn)行說(shuō)明。例如，在C軸為0度時(shí)，在機(jī)械本來(lái)沒(méi)有的在B軸方向上存在 姿勢(shì)誤差的情況下，為了修正該B軸方向的姿勢(shì)誤差，存在著不得不使旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸進(jìn)行大 的旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題。在本發(fā)明中，將該問(wèn)題稱作奇點(diǎn)問(wèn)題。這里說(shuō)明的修正方法是用于回避該 奇點(diǎn)問(wèn)題的修正方法。另外，B軸是圍繞與Y軸平行的軸的旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸。圖19是該修正方法的流程圖。另外，在該方法中，用于基于工具的姿勢(shì)及姿勢(shì)誤 差、工具的位置及位置誤差、工具的突出長(zhǎng)度，求出位置修正矢量的計(jì)算公式如下所示。L 從指令點(diǎn)到工具前端位置的距離[I、J、K]指令工具姿勢(shì)[dI、dJ、dK]姿勢(shì)誤差[dXl、dYl、dZl]位置誤差[dX2、dY2、dZ2]由姿勢(shì)誤差產(chǎn)生的工具前端位置誤差[dX3、dY3、dZ3]工具前端位置誤差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，在步驟SO中，識(shí)別被由從內(nèi)插部23輸出的位置指令所指令的指令位置及指 令姿勢(shì)。在步驟Si，由誤差映象取得對(duì)應(yīng)于指令位置的誤差數(shù)據(jù)34。在步驟S2，由誤差數(shù) 據(jù)34的位置誤差34a，計(jì)算出用于修正位置誤差的位置修正矢量。另一方面，由誤差數(shù)據(jù)34的姿勢(shì)誤差34b，在步驟S5中計(jì)算出姿勢(shì)修正值。在步 驟S6，將在步驟S5中求出的姿勢(shì)修正值加到在步驟S3中讀出的指令姿勢(shì)上，求出修正后的 姿勢(shì)。在步驟S7，由在步驟S6中求出的修正后的姿勢(shì)和工具的突出長(zhǎng)度，求出修正后的指令點(diǎn).在步驟S4,由在步驟S中讀出的指令姿勢(shì)和工具的突出長(zhǎng)度，求出修正前的指令 點(diǎn)。在步驟S8，從在步驟S7中求出的修正后的指令點(diǎn)中減去在步驟S4中求出的修正前的 指令點(diǎn)，計(jì)算出用于修正姿勢(shì)誤差的指令點(diǎn)的位置的修正矢量。將其稱為姿勢(shì)修正矢量。在將被保持在主軸上的工具的基端作為控制點(diǎn)的情況下，在以控制點(diǎn)作為支點(diǎn)使 旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸旋轉(zhuǎn)以便修正姿勢(shì)誤差時(shí)，姿勢(shì)修正矢量是表示工具前端移動(dòng)的大小和方向的矢量。最后，在步驟S9，將在步驟S8中求出的姿勢(shì)修正矢量與在步驟S2中求出的位置修 正矢量相加。在本發(fā)明中的所謂指令點(diǎn)是工具的前端的位置(工具前端位置)，所謂工具前端 位置是實(shí)際的工具的前端的位置、工具的前端部的加工點(diǎn)的位置、球頭立銑刀的前端部的 半球的中心等。如前所述，由于只通過(guò)直線進(jìn)給軸的移動(dòng)來(lái)修正工具前端位置的誤差，所以，在進(jìn) 行姿勢(shì)誤差34b的修正時(shí)，不使旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸旋轉(zhuǎn)，可以避免奇點(diǎn)問(wèn)題。這樣，根據(jù)本實(shí)施形式，可以測(cè)定具有多個(gè)旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的機(jī)床的位置誤差及姿勢(shì) 誤差，生成誤差映象。另外，所生成的誤差映象，由于位置誤差及姿勢(shì)誤差分別作為誤差數(shù) 據(jù)被存儲(chǔ)起來(lái)，所以，通過(guò)根據(jù)該誤差數(shù)據(jù)修正位置指令，能夠高精度地將工具前端位置定 位于目標(biāo)位置，能夠高精度地進(jìn)行加工。另外，本發(fā)明并不局限于前述實(shí)施形式，在不超出本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，可以進(jìn) 行各種變形。例如，在本實(shí)施形式中，數(shù)值控制裝置20包括根據(jù)運(yùn)算部，所述運(yùn)算部基于 利用測(cè)定裝置50測(cè)定的測(cè)定數(shù)據(jù)和測(cè)定點(diǎn)的坐標(biāo)，運(yùn)算測(cè)定點(diǎn)的位置誤差和姿勢(shì)誤差；誤 差數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)25，所述誤差數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)與直線進(jìn)給軸的位置及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的旋轉(zhuǎn)角度 相對(duì)應(yīng)地存儲(chǔ)在該運(yùn)算部運(yùn)算出的位置誤差及姿勢(shì)誤差；但是，代替數(shù)值控制裝置20的個(gè) 人計(jì)算機(jī)或其它裝置也可以配備有運(yùn)算部或誤差數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)25。
權(quán)利要求
一種數(shù)值控制機(jī)床的誤差映象生成方法，其特征在于，所述數(shù)值控制機(jī)床具有直線進(jìn)給軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸，并且主軸與工作臺(tái)能夠相對(duì)移動(dòng)地構(gòu)成，其中，所述數(shù)值控制機(jī)床的誤差映象生成方法包括以下工序在前述直線進(jìn)給軸及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的可動(dòng)范圍內(nèi)決定多個(gè)測(cè)定點(diǎn)的工序；測(cè)定在各個(gè)測(cè)定點(diǎn)處的前述主軸與前述工作臺(tái)的相對(duì)位置及相對(duì)姿勢(shì)的工序；求出各個(gè)測(cè)定點(diǎn)的位置誤差和/或姿勢(shì)誤差的工序；對(duì)應(yīng)于前述直線進(jìn)給軸的位置及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的旋轉(zhuǎn)角度存儲(chǔ)前述位置誤差及前述姿勢(shì)誤差的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制機(jī)床的誤差映象生成方法，其特征在于，前述決定多 個(gè)測(cè)定點(diǎn)的工序，在前述直線進(jìn)給軸的可動(dòng)范圍內(nèi)決定多個(gè)測(cè)定區(qū)域，在各個(gè)測(cè)定區(qū)域內(nèi) 決定前述測(cè)定點(diǎn)，對(duì)于各個(gè)測(cè)定區(qū)域的至少一個(gè)的前述測(cè)定點(diǎn)，以相鄰的測(cè)定區(qū)域的測(cè)定 點(diǎn)與前述直線進(jìn)給軸的坐標(biāo)位置成為相同的方式，決定測(cè)定點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的數(shù)值控制機(jī)床的誤差映象生成方法，其特征在于，前述決定 多個(gè)測(cè)定點(diǎn)的工序，以相鄰的測(cè)定點(diǎn)的間隔恒定的方式，或者以相鄰的測(cè)定點(diǎn)的位置誤差 或者姿勢(shì)誤差的差恒定的方式，決定測(cè)定點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的數(shù)值控制機(jī)床的誤差映象生成方法，其特征在 于，前述測(cè)定相對(duì)位置及相對(duì)姿勢(shì)的工序，利用具有設(shè)置在前述主軸及前述工作臺(tái)中的一 個(gè)上的外形尺寸已知的基準(zhǔn)球和設(shè)置在另外一個(gè)上的位移傳感器的測(cè)定裝置，在使前述旋 轉(zhuǎn)進(jìn)給軸動(dòng)作時(shí)，一邊以前述基準(zhǔn)球的中心與前述位移傳感器的相對(duì)位置在理論上不發(fā)生 變化的方式控制前述直線進(jìn)給軸，一邊將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸在多個(gè)測(cè)定點(diǎn)定位，利用前述位 移傳感器測(cè)定在各個(gè)測(cè)定點(diǎn)的前述基準(zhǔn)球的位置的位移，根據(jù)所測(cè)定的前述位置的位移和 測(cè)定時(shí)的坐標(biāo)值，求出前述相對(duì)位置及前述相對(duì)姿勢(shì)。
5.如權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的數(shù)值控制機(jī)床的誤差映象生成方法，其特征在 于，前述測(cè)定相對(duì)位置及相對(duì)姿勢(shì)的工序，將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸在多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度定位，對(duì)安裝 于前述工作臺(tái)的試件或工件進(jìn)行加工，將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸定位于前述多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度中的一 個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，測(cè)定在前述一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度加工時(shí)的加工面與在另外的旋轉(zhuǎn)角度加工時(shí)的加工 面的位置的位移，根據(jù)所測(cè)定的前述位置的位移與測(cè)定時(shí)的坐標(biāo)值，求出前述相對(duì)位置及 前述相對(duì)姿勢(shì)。
6.如權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的數(shù)值控制機(jī)床的誤差映象生成方法，其特征在 于，前述測(cè)定相對(duì)位置及相對(duì)姿勢(shì)的工序，將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸在多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度定位，在各個(gè) 旋轉(zhuǎn)角度對(duì)安裝到前述工作臺(tái)上的試件或工件的三個(gè)面進(jìn)行加工，將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸定位 于前述多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度中的一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，利用安裝在前述主軸上的接觸式探針測(cè)定在前述 一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度加工時(shí)的三個(gè)加工面與在其它旋轉(zhuǎn)角度加工時(shí)的三個(gè)加工面的位置之差及 傾斜度之差，根據(jù)所測(cè)定的前述位置之差及傾斜度之差和測(cè)定時(shí)的機(jī)械坐標(biāo)值，求出前述 相對(duì)位置及前述相對(duì)姿勢(shì)。
7.一種數(shù)值控制機(jī)床的誤差映象生成方法，其特征在于，所述數(shù)值控制機(jī)床具有直線 進(jìn)給軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸，且主軸與工作臺(tái)能夠相對(duì)移動(dòng)地構(gòu)成，所述數(shù)值控制機(jī)床的誤差映 象生成方法包括以下工序在前述直線進(jìn)給軸及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的可動(dòng)范圍內(nèi)決定多個(gè)測(cè)定點(diǎn)的工序；在前述決定的測(cè)定點(diǎn)將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸定位于多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，在該定位的各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，對(duì)安裝于前述工作臺(tái)上的長(zhǎng)方體的試件或構(gòu)件的正交的三個(gè)面進(jìn)行加工的工序；將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸定位于前述多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度中的一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行加工時(shí)的加工面 的傾斜度，定位到其它的旋轉(zhuǎn)角度并進(jìn)行測(cè)定，求出在各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的姿勢(shì)誤差的工序；測(cè)定所加工的試件或工件的加工面，對(duì)于各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的每一個(gè)，求出包含在該旋轉(zhuǎn) 角度加工的加工面在內(nèi)的三個(gè)平面的交點(diǎn)的位置的工序；根據(jù)包含將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸定位于前述一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行加工時(shí)的加工面在內(nèi)的三 個(gè)平面的交點(diǎn)與包含定位于其它的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行加工時(shí)的加工面在內(nèi)的三個(gè)平面的交點(diǎn) 的位置之差以及前述姿勢(shì)誤差，求出在各個(gè)測(cè)定點(diǎn)的位置誤差的工序；與前述直線進(jìn)給軸的位置及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的旋轉(zhuǎn)角度相對(duì)應(yīng)地存儲(chǔ)前述位置誤差 及前述姿勢(shì)誤差的工序。
8.一種數(shù)值控制機(jī)床的誤差映象生成方法，其特征在于，所述數(shù)值控制機(jī)床具有直線 進(jìn)給軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸，并且主軸與工作臺(tái)能夠相對(duì)移動(dòng)地構(gòu)成，所述數(shù)值控制機(jī)床的誤差 映象生成方法包括以下工序在前述直線進(jìn)給軸及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的可動(dòng)范圍內(nèi)決定多個(gè)測(cè)定點(diǎn)的工序； 在前述決定的測(cè)定點(diǎn)將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸在多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度定位，在該定位的各個(gè)旋轉(zhuǎn)角 度對(duì)安裝于前述工作臺(tái)上的長(zhǎng)方體的試件或構(gòu)件的正交的三個(gè)面進(jìn)行加工的工序；測(cè)定所加工的試件或工件的加工面，對(duì)于各個(gè)旋轉(zhuǎn)角度的每一個(gè)，求出在該旋轉(zhuǎn)角度 加工的加工面的傾斜度及包括該加工面在內(nèi)的三個(gè)平面的交點(diǎn)的位置的工序；根據(jù)將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸定位于前述多個(gè)旋轉(zhuǎn)角度中的一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行加工時(shí)的加 工面的傾斜度與定位于其它旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行加工時(shí)的加工面的傾斜度之差，求出各個(gè)測(cè)定點(diǎn) 的姿勢(shì)誤差的工序；根據(jù)包含將前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸定位于前述一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行加工時(shí)的加工面在內(nèi)的三 個(gè)平面的交點(diǎn)與包含定位于其它的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行加工時(shí)的加工面在內(nèi)的三個(gè)平面的交點(diǎn) 的位置之差及前述所求出的姿勢(shì)誤差，求出在各個(gè)測(cè)定點(diǎn)處的位置誤差的工序；對(duì)應(yīng)于前述直線進(jìn)給軸的位置及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的旋轉(zhuǎn)角度，存儲(chǔ)前述位置誤差及前 述姿勢(shì)誤差的工序。
9.一種數(shù)值控制機(jī)床的誤差映象生成裝置，其特征在于，所述數(shù)值控制機(jī)床具有直線 進(jìn)給軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸，并且主軸與工作臺(tái)能夠相對(duì)移動(dòng)地構(gòu)成，所述數(shù)值控制機(jī)床的誤差 映象生成裝置包括測(cè)定裝置，所述測(cè)定裝置具有設(shè)置在前述主軸及前述工作臺(tái)中的一個(gè)上的基準(zhǔn)球和設(shè)置在另外一個(gè)上的傳感器，借助前述傳感器在所希望的測(cè)定點(diǎn)測(cè)定前述基準(zhǔn)球的位置；運(yùn)算部，所述運(yùn)算部根據(jù)利用前述測(cè)定裝置測(cè)定的測(cè)定數(shù)據(jù)和前述測(cè)定點(diǎn)的坐標(biāo)值運(yùn) 算前述測(cè)定點(diǎn)的位置誤差及姿勢(shì)誤差；存儲(chǔ)部，所述存儲(chǔ)部對(duì)應(yīng)于前述測(cè)定點(diǎn)處的前述直線進(jìn)給軸的位置及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸 的旋轉(zhuǎn)角度，存儲(chǔ)由前述運(yùn)算部運(yùn)算出來(lái)的位置誤差及姿勢(shì)誤差。
10.一種具有誤差映象生成功能的數(shù)值控制機(jī)床，其特征在于，所述數(shù)值控制機(jī)床具有 直線進(jìn)給軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸，并且主軸與工作臺(tái)能夠相對(duì)移動(dòng)地構(gòu)成，所述數(shù)值控制機(jī)床包 括測(cè)定裝置，所述測(cè)定裝置具有設(shè)置在前述主軸及前述工作臺(tái)中的一個(gè)上的基準(zhǔn)球和設(shè) 置在另外一個(gè)上的傳感器，借助前述傳感器在所希望的測(cè)定點(diǎn)測(cè)定前述基準(zhǔn)球的位置；運(yùn)算部，所述運(yùn)算部根據(jù)由前述測(cè)定裝置測(cè)定的測(cè)定數(shù)據(jù)和前述測(cè)定點(diǎn)的坐標(biāo)值運(yùn)算 前述測(cè)定點(diǎn)的位置誤差及姿勢(shì)誤差；存儲(chǔ)部，所述存儲(chǔ)部對(duì)應(yīng)于前述測(cè)定點(diǎn)處的前述直線進(jìn)給軸的位置及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸 的旋轉(zhuǎn)角度，存儲(chǔ)由前述運(yùn)算部運(yùn)算出來(lái)的位置誤差及姿勢(shì)誤差。
11.一種具有誤差映象生成功能的數(shù)值控制機(jī)床，其特征在于，所述數(shù)值控制機(jī)床具有 直線進(jìn)給軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸，并且主軸與工作臺(tái)能夠相對(duì)移動(dòng)地構(gòu)成，所述數(shù)值控制機(jī)床包 括試件或工件，所述試件或工件安裝于前述工作臺(tái)上；測(cè)定裝置，所述測(cè)定裝置具有設(shè)置在前述主軸上的傳感器，在所希望的測(cè)定點(diǎn)利用前 述傳感器測(cè)定前述試件或工件的加工面；運(yùn)算部，所述運(yùn)算部根據(jù)由前述測(cè)定裝置測(cè)定的測(cè)定數(shù)據(jù)和前述測(cè)定點(diǎn)的坐標(biāo)值，運(yùn) 算前述測(cè)定點(diǎn)的位置誤差及姿勢(shì)誤差；存儲(chǔ)部，所述存儲(chǔ)部對(duì)應(yīng)于前述測(cè)定點(diǎn)處的前述直線進(jìn)給軸的位置及前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸 的旋轉(zhuǎn)角度，存儲(chǔ)由前述運(yùn)算部運(yùn)算出來(lái)的位置誤差及姿勢(shì)誤差。
12.如權(quán)利要求10或11所述的具有誤差映象生成功能的數(shù)值控制機(jī)床，所述數(shù)值控制 機(jī)床進(jìn)一步配備有修正部，所述修正部根據(jù)存儲(chǔ)在前述存儲(chǔ)部的位置誤差及姿勢(shì)誤差，修 正前述直線進(jìn)給軸或前述旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的指令位置或位置指令。
全文摘要
在具有直線進(jìn)給軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸、且主軸和工作臺(tái)能夠相對(duì)移動(dòng)的數(shù)值控制機(jī)床中，在設(shè)定在直線進(jìn)給軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的可動(dòng)范圍內(nèi)的多個(gè)測(cè)定點(diǎn)，測(cè)定由于直線進(jìn)給軸及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的動(dòng)作而產(chǎn)生的位置誤差和姿勢(shì)誤差，將所測(cè)定的位置誤差及姿勢(shì)誤差作為與直線進(jìn)給軸的位置及旋轉(zhuǎn)進(jìn)給軸的旋轉(zhuǎn)角度相對(duì)應(yīng)的誤差映象存儲(chǔ)起來(lái)。
文檔編號(hào)B23Q15/00GK101842189SQ20078010140
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者森規(guī)雄, 笠原忠, 西口直浩 申請(qǐng)人:株式會(huì)社牧野銑床制作所