專利名稱：用于控制五軸加工設(shè)備的數(shù)值控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)值控制器，用于控制具有三個(gè)線性軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的五 軸加工設(shè)備，更特別地，涉及一種數(shù)值控制器，用于執(zhí)行控制以通過設(shè)置對應(yīng) 于誤差的補(bǔ)償量來實(shí)現(xiàn)高精度加工，該誤差為例如分別依賴于線性軸和旋轉(zhuǎn)軸 位置的線性軸相關(guān)和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移誤差，由此將刀具端點(diǎn)位置移動至正確 位置。
背景技術(shù)：
JP3174704B披露了 一種技術(shù)，其中坐標(biāo)系被劃分為網(wǎng)格(lattice )區(qū)域， 存儲在網(wǎng)格點(diǎn)測量的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量，并且基于網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量計(jì)算在補(bǔ)償中 使用的當(dāng)前位置補(bǔ)償矢量。這個(gè)披露的技術(shù)僅實(shí)現(xiàn)線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償，并 且由此不能進(jìn)行線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償、旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān) 的平移補(bǔ)償。
JP2005-59102A披露了一種技術(shù)，用于基于相對于參考軸的旋轉(zhuǎn)軸誤差來 校正加工原點(diǎn)。這個(gè)披露的技術(shù)僅實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償，不進(jìn)行線性軸 相關(guān)的平移補(bǔ)償、線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償。
JP2004-272887A披露了一種補(bǔ)償技術(shù)，用于在旋轉(zhuǎn)軸的失調(diào)量和主軸的 轉(zhuǎn)動中心的失調(diào)量的基礎(chǔ)上保持當(dāng)沒有機(jī)械誤差時(shí)發(fā)現(xiàn)的刀具和工件之間的 關(guān)系。這個(gè)^C露的技術(shù)僅考慮旋轉(zhuǎn)軸的失調(diào)量和主軸的轉(zhuǎn)動中心的失調(diào)量，因 此伴隨實(shí)現(xiàn)正確補(bǔ)償?shù)睦щy。這個(gè)專利公開沒有披露用于預(yù)先存儲每個(gè)軸坐標(biāo) 系中的劃分位置上的補(bǔ)償量以及基于存儲的補(bǔ)償量來確定指令位置的補(bǔ)償量 的技術(shù)。
JP2007-168013A披露了一種技術(shù)，用于計(jì)算基于旋轉(zhuǎn)軸位置的正在使用 的刀具的刀刃的位置(傾斜的進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)位角(index angle))、刀具長度(從 刀具主軸的前端面到正在使用的刀刃的距離)、從前端面到測試條上的多個(gè)參 考點(diǎn)的測量距離以及測量的參考點(diǎn)的位置。使用這個(gè)技術(shù)，通過三個(gè)線性軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸對于五軸加工設(shè)備中頭旋轉(zhuǎn)來僅執(zhí)行旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償，并且 由此，很難進(jìn)行線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償、線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān) 的平移補(bǔ)償。
通過三個(gè)線性軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸來加工工件的五軸加工設(shè)備產(chǎn)生包括平移
誤差的四個(gè)主要誤差(l)線性軸相關(guān)的平移誤差，其依賴于線性軸位置(2) 旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移誤差，其依賴于旋轉(zhuǎn)軸位置，以及旋轉(zhuǎn)誤差，(3)線性軸相 關(guān)的旋轉(zhuǎn)誤差，其依賴于線性軸位置以及(4)旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)誤差，其依 賴于旋轉(zhuǎn)軸位置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置對應(yīng)于上述四個(gè)誤差的補(bǔ)償量，并且從這些補(bǔ)償量中確 定平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量，并將其加入到指令線性軸位置，由此本發(fā)明提供了一種 數(shù)值控制器，用于控制五軸加工設(shè)備，其能夠?qū)⒌毒叨它c(diǎn)位置移動到正確位置， 由此實(shí)現(xiàn)高精度加工。
本發(fā)明提供一種五軸加工設(shè)備的數(shù)值控制器，其能夠分開設(shè)置線性軸相關(guān) 的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量、線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量、旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和旋轉(zhuǎn)軸 相關(guān)的平移補(bǔ)償量，還能夠在獨(dú)立地移動線性軸和旋轉(zhuǎn)軸時(shí)測量誤差，以及設(shè) 置補(bǔ)償量。
本發(fā)明的數(shù)值控制器根據(jù)加工程序的指令來控制具有三個(gè)線性軸和兩個(gè) 旋轉(zhuǎn)軸的五軸加工設(shè)備以相對于裝配在工作臺上的工件移動刀具。數(shù)值控制器 包括軸相關(guān)的補(bǔ)償量計(jì)算裝置，對于指令軸位置計(jì)算軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量和 軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量；平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量計(jì)算裝置，基于軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量 和軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量來計(jì)算平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量；補(bǔ)償量加法裝置，將計(jì)算后 的平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量加入到指令線性軸位置以獲得補(bǔ)償后的線性軸位置；以及 將三個(gè)線性軸驅(qū)動到補(bǔ)償后的線性軸位置以及將兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動到指令位置 的裝置。
軸相關(guān)的補(bǔ)償量計(jì)算裝置計(jì)算指令旋轉(zhuǎn)軸位置的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償 量和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量，并且所述平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量計(jì)算裝置基于旋轉(zhuǎn) 軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量來計(jì)算平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量。
軸相關(guān)的補(bǔ)償量計(jì)算裝置計(jì)算指令線性軸位置的線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償
7量和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量，并且所述平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量計(jì)算裝置基于線性 軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量來計(jì)算平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量。
軸相關(guān)的補(bǔ)償量計(jì)算裝置計(jì)算指令線性軸位置的線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償 量和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量，以及指令旋轉(zhuǎn)軸位置的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償 量和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量，并且所述平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量計(jì)算裝置基于線性 軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量、線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量、旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量和 旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量來計(jì)算平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量。
兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸用于使支撐五軸加工設(shè)備上的刀具的加工頭旋轉(zhuǎn)。在該情況 下，數(shù)值控制器可以基于刀具長度補(bǔ)償矢量的平移/旋轉(zhuǎn)變換來計(jì)算平移/旋轉(zhuǎn) 補(bǔ)償量。
兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸用于使五軸加工設(shè)備中的其上裝配了工件的工作臺旋轉(zhuǎn)。在該 情況下，數(shù)值控制器可以基于從工作臺的旋轉(zhuǎn)中心延伸到刀具的端點(diǎn)的矢量的 平移/旋轉(zhuǎn)變換來計(jì)算平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量。
兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸包括用于旋轉(zhuǎn)支撐刀具的加工頭的第 一旋轉(zhuǎn)軸，以及用于旋轉(zhuǎn) 其上焊接了工件的工作臺的第二旋轉(zhuǎn)軸。在該情況下，數(shù)值控制器可以基于刀 具長度補(bǔ)償矢量的平移/旋轉(zhuǎn)變換和從工作臺的旋轉(zhuǎn)中心延伸到刀具的端點(diǎn)的 矢量的平移/旋轉(zhuǎn)變換來計(jì)算平移/:旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量。
線性軸相關(guān)的補(bǔ)償量計(jì)算單元將由三個(gè)線性軸定義的三維坐標(biāo)系空間劃 分為在各自線性軸方向以預(yù)定間隔排列的網(wǎng)格區(qū)域，存儲用于指示網(wǎng)格區(qū)域的 每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和平移補(bǔ)償量的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量，以及基于網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ) 償矢量計(jì)算三個(gè)線性軸的位置上的線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和線性軸相關(guān)的 平移補(bǔ)償量。
旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的補(bǔ)償量計(jì)算單元將由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸定義的二維坐標(biāo)系空間劃 分為在各自線性軸方向以預(yù)定間隔排列的網(wǎng)格區(qū)域，存儲用于指示網(wǎng)格區(qū)域的 每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和平移補(bǔ)償量的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量，以及基于網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ) 償矢量計(jì)算兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的位置上的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的 平移補(bǔ)償量。
旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的補(bǔ)償量計(jì)算單元以預(yù)定間隔劃分由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的一個(gè)定義 的一維坐標(biāo)系空間，存儲用于指示以預(yù)定間隔排列的每個(gè)劃分點(diǎn)上的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償
8量和平移補(bǔ)償量的劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量，以預(yù)定間隔劃分兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的另一個(gè)定義 的一維坐標(biāo)系空間，存儲用于指示以預(yù)定間隔排列的每個(gè)劃分點(diǎn)上的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償 量和平移補(bǔ)償量的劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量，以及基于劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量計(jì)算兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸 的各自位置上的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的補(bǔ)償量。
線性軸相關(guān)的補(bǔ)償量計(jì)算單元將由所述三個(gè)線性軸的兩個(gè)定義的二維坐 標(biāo)系空間劃分為在各自軸方向以預(yù)定間隔排列的網(wǎng)格區(qū)域，存儲用于指示在網(wǎng) 格區(qū)域的每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和平移補(bǔ)償量的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量，基于網(wǎng)格 點(diǎn)補(bǔ)償矢量來計(jì)算兩個(gè)線性軸的位置上的線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和線性軸 相關(guān)的平移補(bǔ)償量，以預(yù)定間隔劃分由三個(gè)線性軸的剩余一個(gè)定義的一維坐標(biāo) 系空間，存儲用于指示以預(yù)定間隔排列的每個(gè)劃分點(diǎn)上的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和平移補(bǔ) 償量的劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量，以及基于劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量計(jì)算三個(gè)線性軸的剩余一個(gè) 的位置上的線性軸軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量。
線性軸相關(guān)的補(bǔ)償量計(jì)算單元以預(yù)定間隔劃分由三個(gè)線性軸的各自一個(gè) 定義的每一個(gè)一維坐標(biāo)系空間，存儲用于指示以預(yù)定間隔排列的每個(gè)劃分點(diǎn)上 的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和平移補(bǔ)償量的劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量，以及基于劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量計(jì)算 三個(gè)線性軸的各自一個(gè)的位置上的線性軸相關(guān)的補(bǔ)償量。
使用彼此具有不同長度的測試條或球頭銑刀基于測試點(diǎn)的實(shí)際測量的位 置和理論的位置來確定網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量和/或劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量。
指令軸位置是由加工程序分別指令的三個(gè)線性軸的軸位置或兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸 的軸位置的內(nèi)插位置。
指令軸位置是由加工程序分別指令的三個(gè)線性軸的軸位置或兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸 的軸位置。
通過本發(fā)明，設(shè)置對應(yīng)于各自誤差的補(bǔ)償量，從補(bǔ)償量確定平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ) 償量，并且將其加入到指令線性軸位置，以及將刀具端點(diǎn)位置移動到正確位置， 由此可以執(zhí)行高精度的加工。
通過本發(fā)明，對線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量、線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量、旋 轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量執(zhí)行分離，由此當(dāng)獨(dú)立地移 動線性軸和旋轉(zhuǎn)軸時(shí)可以測量誤差，并且可以設(shè)置補(bǔ)償量。在具有可同時(shí)操作 的五個(gè)軸的五軸加工設(shè)備中，由此可能容易地測量各自誤差以及設(shè)置補(bǔ)償量。通過本發(fā)明，對應(yīng)五軸加工設(shè)備來說不用必須準(zhǔn)備在測量和設(shè)置補(bǔ)償量中 使用的對應(yīng)于五軸上的各自位置的五維數(shù)據(jù)表，由此在數(shù)值控制器的存儲器裝 置中不用使用具有大容量的存儲器區(qū)域。


圖1是表示刀具頭旋轉(zhuǎn)類型的五軸加工設(shè)備的實(shí)施例概念示圖2是用于說明在本發(fā)明中的旋轉(zhuǎn)誤差、平移誤差和這些誤差的補(bǔ)償?shù)氖?br> 圖3是表示三維坐標(biāo)系被劃分為網(wǎng)格區(qū)域的示圖； 圖4是表示包括對其應(yīng)該計(jì)算補(bǔ)償量矢量的指令線性軸位置Pml (Pmx， Pmy， Pmz)的網(wǎng)格區(qū)i或的示圖5是表示二維坐標(biāo)系被劃分成網(wǎng)格區(qū)域的示圖6是表示包括對其應(yīng)該計(jì)算補(bǔ)償矢量的指令旋轉(zhuǎn)軸位置Pmr (Pmb， Pmc)的網(wǎng)格區(qū)域的示圖7是表示本發(fā)明的控制五軸加工設(shè)備的數(shù)值控制器的第一實(shí)施例的核 心部分的框圖8是表示本發(fā)明的控制五軸加工設(shè)備的數(shù)值控制器的第二實(shí)施例的核 心部分的框圖9是表示本發(fā)明的控制五軸加工設(shè)備的數(shù)值控制器的第三實(shí)施例的核 心部分的框圖IO是表示工作臺旋轉(zhuǎn)類型機(jī)器的例子的概念示圖11是用于表示本發(fā)明中的旋轉(zhuǎn)和平移誤差以及這些誤差的補(bǔ)償?shù)氖?br> 圖12是表示混合類型的機(jī)器(具有均可旋轉(zhuǎn)的刀頭和工作臺)的例子的 概念示圖13是表示本發(fā)明中的旋轉(zhuǎn)和平移誤差以及這些誤差的補(bǔ)償?shù)氖緢D； 圖14是表示一維B軸坐標(biāo)系被以預(yù)定間隔劃分的示圖； 圖15是表示包括對其應(yīng)該計(jì)算補(bǔ)償矢量的指令B軸位置Pmb的劃分區(qū)域 的示圖16是表示C軸坐標(biāo)系的示圖；圖17是表示在本發(fā)明的第一實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的補(bǔ)償算法的流程圖； 圖18是用于說明確定刀頭旋轉(zhuǎn)中心的線性軸位置的方法的示圖； 圖19是表示刀頭旋轉(zhuǎn)中心的線性軸位置與在給定旋轉(zhuǎn)軸位置的平移和旋
轉(zhuǎn)誤差之間的關(guān)系的示圖20是表示刀頭旋轉(zhuǎn)中心的線性軸位置與在給定線性軸位置的平移和旋
轉(zhuǎn)誤差之間的關(guān)系的示圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖描述用于控制五軸加工設(shè)備的本發(fā)明的數(shù)值控制器的一 個(gè)實(shí)施例。五軸加工設(shè)備通常被分為三種類型，即，刀頭(toolhead)旋轉(zhuǎn)類 型、工作臺旋轉(zhuǎn)類型或混合旋轉(zhuǎn)類型(其中刀頭和工作臺均是可旋轉(zhuǎn)的)。
圖1表示受控于本發(fā)明的數(shù)值控制器的示例五軸開關(guān)設(shè)備。圖1中的例子
是刀頭旋轉(zhuǎn)類型，其中刀頭ll旋轉(zhuǎn)。
參考圖2將描述在刀頭旋轉(zhuǎn)類型的五軸加工設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)誤差、平移誤差
以及這些誤差的補(bǔ)償。圖中顯示刀頭坐標(biāo)系Sth(Xt, Yt，Zt)，其具有與刀頭ll
的旋轉(zhuǎn)中心相同的原點(diǎn)。如圖所示，由于線性軸相關(guān)的平移誤差和線性軸相關(guān)
的旋轉(zhuǎn)誤差，刀頭坐標(biāo)系Sth被轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)系Sth'(Xt'，Yt',Zt')，由于旋轉(zhuǎn)軸相
關(guān)的平移誤差和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)誤差，其被進(jìn)一步轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)系Sth" (Xt",
Yt"，Zt")。符號-AIn、 -^11和-厶^(11 = 1^或11)表示圍繞乂、 Y、 Z軸的坐標(biāo)系中
對應(yīng)的兩個(gè)坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)誤差。符號-AXn、 -AYn和-AZn(n = L或R)表示
在X、 Y、 Z軸方向的坐標(biāo)系中對應(yīng)的兩個(gè)坐標(biāo)系之間的平移誤差。這些誤差的
數(shù)量很小，但是為了容易理解在圖2中被放大。
由機(jī)器坐標(biāo)系Sm中的加工程序所指令的指令線性軸位置Pml(Pmx, Pmy， Pmz)的線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量由AXL、 AYL和AZL表示，并且Pml的線性軸 相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量由AIL、 ML和AKL表示。指令旋轉(zhuǎn)軸位置Pmr ( Pmb， Pmc ) 的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量由AXR、 AYR和AZR^示，以及Pmr的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān) 的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量由AIR、 AJR和AKR表示。上面的補(bǔ)償量被稱為軸相關(guān)的平移補(bǔ) 償量和軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量。因?yàn)閷τ谛D(zhuǎn)刀頭誤差和補(bǔ)償量以正負(fù)符號彼此 相反，所以誤差在附圖和說明書中被表示為負(fù)的補(bǔ)償量。
如等式(1)所示，作為實(shí)際刀具長度補(bǔ)償矢量T'(Tx',Ty',Tz')的倒置的矢<formula>formula see original document page 12</formula>(AXL，AYL,AZL)和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIL， AJL， AKL )比指令旋轉(zhuǎn) 軸位置Pmr的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXR, AYR,AZR)和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋 轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIR, AJR, AKR)更顯著，并且^走轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXR, AYR, △ZR)和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIR, AJR， AKR)是可忽略的。在這種情 況下，下面的等式(1)"可以被用來取代等式(1 )。等式(1 )"通過刪除等式
(1 )右側(cè)的包括(AXR, AYR, AZR)和(AIR, AJR, AKR)的變換矩陣來獲得。
Tx'' 1
肌
AIL-MLi
1000
1
-Ty
1
基于從等式(1 )或(2)中導(dǎo)出的刀具長度補(bǔ)償矢量T(Tx， Ty， Tz)和實(shí)際 刀具長度補(bǔ)償矢量T' (Tx', Ty', Tz')，依照等式(3 )計(jì)算將刀具端點(diǎn)校正到正確 位置中使用的平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量A3D ( A3Dx， A3Dy, A3Dz )。
A3Dx A3Dy A漁
Tx，-Tx Ty'-Ty
>(3)
這樣獲得的平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量A3D ( A3Dx， A3Dy， A3Dz)被加到指令線性軸 位置Pml (Pmx, Pmy, Pmz)來由此確定修正的線性軸位置Pml' (Pmx', Pmy'， Pmz')。驅(qū)動線性X、 Y和Z軸來達(dá)到修正的線性軸位置Pml' ( Pmx', Pmy', Pmz'), 以及驅(qū)動旋轉(zhuǎn)B和C軸來達(dá)到指令位置，由此可以將刀具端點(diǎn)位置移動到正確 位置。
詳細(xì)地，當(dāng)給出指令線性軸位置Pml (Pmx， Pmy， Pmz)時(shí)，刀頭位置通 常在坐標(biāo)系(Xt，Yt,Zt),但是，由于誤差，刀頭位置實(shí)際上在位置(Xt"，Yt"， Zt")。由此，使用平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量A3D ( A3Dx， A3Dy， A3Dz)來將刀頭放置到 在圖2中由點(diǎn)線示出的位置。結(jié)果，刀具端點(diǎn)位置可以被移動到正確位置。
下面將給出如何設(shè)置和計(jì)算補(bǔ)償量的描述。
下面是例子的描述以確定指令線性軸位置Pml (Pmx， Pmy， Pmz)的線性 軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXL, AYL, AZL )和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIL， AJL,△KL )以及指令旋轉(zhuǎn)軸位置Pmr( Pmb， Pmc )的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXR， △YR,AZR)和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIR,AJR，AKR)。
首先，給出確定指令線性軸位置Pml (Pmx， Pmy, Pmz)的線性軸相關(guān)的 平移和旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AXL,AYL，AZL)、 ( AIL, AJL, AKL )的例子。
圖3表示被劃分為網(wǎng)格區(qū)域的三維坐標(biāo)系。三維坐標(biāo)系被劃分為相等間隔 排列的網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分線在網(wǎng)格點(diǎn)P10到P126彼此交叉。應(yīng)該注意的是圖3 示出了部分坐標(biāo)系。實(shí)際上，其中機(jī)器可移動的整個(gè)區(qū)域被劃分為網(wǎng)格。網(wǎng)格 間隔并不必須是常數(shù)。例如，可以通過設(shè)定的值來分別設(shè)置在各自軸上的網(wǎng)格 位置，例如在X軸上的網(wǎng)格點(diǎn)PIO、 Pll、 P12的X軸位置，在Y軸上的網(wǎng)格 點(diǎn)P10、 P13、 P16的Y軸位置以及在Z軸上的網(wǎng)格點(diǎn)P10、 P19、 P118上的Z軸 位置。
在每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)預(yù)先測量由于使用機(jī)械系統(tǒng)而引起的誤差(平移和旋轉(zhuǎn)誤 差)。稍后將描述示例測量方法。使用了與在每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)由機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生的誤 差的絕對值相等但是方向相反的矢量作為網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量。由此，補(bǔ)償量由六 維矢量Un (UnX, UnY, UnZ， Unl， UnJ， UnK)表示，其中n = 0到26。矢量分 量UnX、 UnY、 UnZ對應(yīng)于線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXL， AYL， AZL ), Unl、 UnJ、 UnK對應(yīng)于線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIL，AJL， AKL)。網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢 量以線性軸相關(guān)的補(bǔ)償量表的形式被存儲在集成在數(shù)值控制器中的非易失性 存儲器等中。如果坐標(biāo)系被過分細(xì)微地劃分為網(wǎng)格，網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量的數(shù)據(jù)量 變得很大，由此需要具有大的存儲容量的存儲器。在壓縮數(shù)據(jù)量時(shí)計(jì)算補(bǔ)償量 所需要的網(wǎng)格點(diǎn)大約每個(gè)軸為幾十個(gè)。
下面是用于計(jì)算給定指令線性軸位置Pml (Pmx， Pmy， Pmz)的線性軸相 關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXL, AYL， AZL)和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIL， AJL， △KL)的方法的描述。
圖4表示包括對其計(jì)算補(bǔ)償矢量的指令線性軸位置Pml (Pmx, Pmy， Pmz) 的網(wǎng)格區(qū)域。在這個(gè)例子中，對其應(yīng)該計(jì)算補(bǔ)償矢量的指令線性軸位置Pml (Pmx,Pmy,Pmz)位于由網(wǎng)格點(diǎn)PIO、 Pll、 P13、 P14、 P19、 PllO、 P112和P113 圍繞的區(qū)域中。
符號Lx、 Ly和Lz表示沿著X、 Y和Z軸的各自的網(wǎng)格間隔。在網(wǎng)格點(diǎn)PIO、 Pll、 P13、 P14、 P19、 PllO、 P112和PU3的每一個(gè)上,設(shè)置了對應(yīng)的網(wǎng)格
點(diǎn)補(bǔ)償矢量UO ( UOX, UOY， UOZ， UOI, UOJ， UOK)到U13 (U13X， U13Y, U13Z，
U13I，U13J，U13K)。在下文中，假設(shè)這個(gè)網(wǎng)格區(qū)域是線性矢量域，其中在網(wǎng)格
點(diǎn)位置給出對應(yīng)于各自網(wǎng)格點(diǎn)的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量。
確定包括點(diǎn)Pml( Pmx, Pmy, Pmz )的網(wǎng)格區(qū)域，并且網(wǎng)格點(diǎn)PIO( P10x， PlOy，
P10z)被確定為參考點(diǎn)。為了確定點(diǎn)Pml的補(bǔ)償矢量，網(wǎng)格中的位置首先在[O，
l]之間被歸一化。根據(jù)等式(4)到(6)確定點(diǎn)Pml的歸一化的坐標(biāo)值(x，y，
z),其中符號Lx、 Ly和Lz分別表示沿著X、 Y和Z軸的網(wǎng)格間隔。
x = (Pmx - P!te)/L^…(4)
y = (Pmy P〗oy)/Ly,. 《5)
Z = (PmZ - P術(shù))/L;i;…(6)
基于坐標(biāo)值(x， y， z),根據(jù)等式(7 )計(jì)算點(diǎn)Pml的補(bǔ)償量矢量ALc (AXL, AYL， AZL， AIL, A幾，AKL )。
AaL= U0a《:i,x)(l-yX14
+ U3a-(l-x)y(l-z) + U9a《l-x)(l誦力2; + U10a'x("Uy)z + U13a'xyz
+ m2a《l《yz(a = X， Y， Z， I， J， K)…(力
如上所述，可以計(jì)算線性軸坐標(biāo)系中給定點(diǎn)Pml (Pmx， Pmy， Pmz)的線 性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXL, AYL, AZL )和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIL, AJL， AKL )。
如上所述，三維坐標(biāo)系被劃分為如圖3所示的網(wǎng)格，并且基于在排列以圍 繞點(diǎn)Pml的網(wǎng)格點(diǎn)上的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量來確定三個(gè)線性軸上的點(diǎn)Pml的位置
15上的補(bǔ)償量矢量?？蛇x地，通過結(jié)合下面描述的二維坐標(biāo)系和一維坐標(biāo)系，可
以確定在兩個(gè)線性軸上的點(diǎn)Pml的位置上的補(bǔ)償量矢量和在剩余的一個(gè)線性 軸上的點(diǎn)Pml的位置上的補(bǔ)償量矢量?？蛇x地，通過結(jié)合一維坐標(biāo)系，可以 確定一維坐標(biāo)系上的點(diǎn)Pml的位置上的補(bǔ)償量矢量、另一個(gè)一維坐標(biāo)系上的 點(diǎn)Pml的位置上的補(bǔ)償量矢量以及剩余的一維坐標(biāo)系上的點(diǎn)Pml的位置上的 補(bǔ)償量矢量。
下面將給出用于確定指令旋轉(zhuǎn)軸位置Pmr (Pmb, Pmc )的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的 平移補(bǔ)償量(AXR, AYR, AZR)和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIR， AJR， AKR) 的方法的描述。
圖5表示被劃分為網(wǎng)格區(qū)域的二維坐標(biāo)系。二維坐標(biāo)系被劃分為相等間隔 的網(wǎng)格。符號PrO到Pr8表示網(wǎng)格劃分線彼此交叉的網(wǎng)格點(diǎn)。應(yīng)該注意到圖5 所示的是部分坐標(biāo)系。實(shí)際上，在其中機(jī)器是可移動的整個(gè)區(qū)域被劃分為網(wǎng)格。 網(wǎng)格間隔不是必須為如圖3所示的常數(shù)。例如，在各自軸上的網(wǎng)格位置，例如 在B軸上的網(wǎng)格點(diǎn)Pr0、 Prl、 Pr2的B軸位置以及在C軸上的網(wǎng)格點(diǎn)Pr0、 Pr3、 Pr6上的C軸位置，可以分別由設(shè)定的值來單獨(dú)設(shè)置。
在每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)預(yù)先測量由于使用機(jī)械系統(tǒng)而引起的誤差(平移和旋轉(zhuǎn)誤 差)。稍后將描述示例測量方法。使用了與在每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)由機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生的誤 差的絕對值相等但是方向相反的矢量作為網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量。由此，補(bǔ)償量由六 維矢量矢量Vn (VnX, VnY，VnZ，VnI，VnJ,VnK)表示，其中11 = 0到8。矢量 分量VnX、 VnY、 VnZ對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXR, AYR, AZR), 矢量分量VnI、 VnJ、 VnK對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIR,AJR,AKR)。 網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量以旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的補(bǔ)償量表的形式被存儲在非易失性存儲器等 中。下面是計(jì)算指令旋轉(zhuǎn)軸位置Pmr (Pmb， Pmc)的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償 量(AXR，AYR, AZR)和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIR, AJR， AKR)的方法 的描述。
圖6表示包括對其計(jì)算補(bǔ)償矢量的指令旋轉(zhuǎn)軸位置Pmr (Pmb, Pmc)的 網(wǎng)格區(qū)域。在這個(gè)例子中，對其應(yīng)該計(jì)算補(bǔ)償矢量的指令旋轉(zhuǎn)軸位置Pmr (Pmb， Pmc)位于由網(wǎng)格點(diǎn)Pr0、 Prl、 Pr3、 Pr4圍繞的區(qū)域中。
在網(wǎng)格點(diǎn)PrO、 Prl、 Pr3、 Pr4的每一個(gè)上，設(shè)置了對應(yīng)的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量V0 ( VOX, VOY, VOZ, VOI, VOJ， VOK)到V4 ( V4X, V4Y, V4Z, V4I, V4J， V4K )。 在下文中，假設(shè)這個(gè)網(wǎng)格區(qū)域是線性矢量域，其中在網(wǎng)格點(diǎn)位置給出對應(yīng)于各
自網(wǎng)格點(diǎn)的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量。
確定包括指令線性軸位置Pmr (Pmb， Pmc)的網(wǎng)格區(qū)域，并且網(wǎng)格點(diǎn)PrO
(Prb, Pre)被確定為參考點(diǎn)。為了確定點(diǎn)Pmr的補(bǔ)償矢量，網(wǎng)格中的位置首 先在[O, l]之間被歸一化。根據(jù)等式(8)和(9)確定點(diǎn)Pmr的歸一化的坐標(biāo) 值(b，c)，其中符號Lb和Lc分別表示沿著B和C軸的網(wǎng)格間隔。
b = (Pmb - P攀b…(g) c = (Pmc - Prc)/Lc * *, (9)
基于坐標(biāo)值(b, c )，根據(jù)等式(10 )計(jì)算點(diǎn)Pmr的補(bǔ)償量矢量ARc ( AXR， △YR, AZR,雄,AJR, AKR )。
滅-V0a.(l-b)(1《)
+ Vla'b(l-c) + V3a'(l-b)c
+ V4a如c (a = X， Y， Z， I， J， K)…(10)
如上所述，可以計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸坐標(biāo)系上給定點(diǎn)Pmr (Pmb， Pmc)的旋轉(zhuǎn)軸 相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXR，AYR，AZR)和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIR,AJR， △KR)。如上所述，二維坐標(biāo)系被劃分為如圖5所示的網(wǎng)格，并且基于在被排 列以圍繞點(diǎn)Pmr的網(wǎng)格點(diǎn)上的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量來確定兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上的點(diǎn)Pmr 的位置上的補(bǔ)償量矢量?？蛇x地，通過結(jié)合下面描述的一維坐標(biāo)系，可以確定 在一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上的點(diǎn)Pmr的位置上的補(bǔ)償量矢量和在剩余的一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上的 點(diǎn)Pmr的位置上的補(bǔ)償量矢量。
圖7表示控制五軸加工設(shè)備的本發(fā)明的數(shù)值控制器的第一實(shí)施例的核心 部分的框圖。第一實(shí)施例的數(shù)值控制器是用于處理刀具長度補(bǔ)償指令。在第一 實(shí)施例中，指令分析部1分析程序的每個(gè)塊，并且刀具長度補(bǔ)償矢量元件2 將刀具長度補(bǔ)償矢量T (Tx,Ty,Tz)加到通過分析獲得的指令刀具端點(diǎn)位置， 由此確定對其已經(jīng)加入刀具長度補(bǔ)償矢量的線性軸機(jī)器坐標(biāo)位置。內(nèi)插裝置3在線性軸機(jī)器坐標(biāo)位置和指令旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)位置上執(zhí)行內(nèi)插，由 此在各自軸上生成機(jī)器坐標(biāo)位置。對于各個(gè)軸(X、 Y、 Z、 B (或A)和C軸) 通過加速/減速處理單元4x、 4y、 4z、 4b(a)和4c在其上執(zhí)行加速/減速處理。 隨后，補(bǔ)償裝置5將根據(jù)等式(1)到(3)確定的平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量加到加速/ 減速處理后的指令線性軸位置Pml ( Pmx, Pmy, Pmz),由此確定修正的線性軸 位置Pml' (Pmx'， Pmy'， Pmz')。
然后，驅(qū)動各自軸的伺服馬達(dá)6x、 6y、 6z、 6b(a)、 6c以達(dá)到線性X、 Y、 Z軸上的修正的線性軸位置Pml' (Pmx', Pmy'， Pmz'),以及達(dá)到在旋轉(zhuǎn)B (或 A)和C軸上的加速/減速處理后的指令旋轉(zhuǎn)軸位置。在輸入數(shù)據(jù)單元7中， 具有關(guān)于線性軸相關(guān)的補(bǔ)償量、旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的補(bǔ)償量以及刀具長度補(bǔ)償矢量的 存儲的信息，其被補(bǔ)償裝置5使用以根據(jù)等式(1)到(3)計(jì)算平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ) 償量。應(yīng)該注意的是關(guān)于刀具長度補(bǔ)償矢量的信息是由刀具長度補(bǔ)償矢量加入 元件2獲得的。
圖8表示控制五軸加工設(shè)備的本發(fā)明的數(shù)值控制器的第二實(shí)施例的核心 部分的框圖。第二實(shí)施例的數(shù)值控制器是用于執(zhí)行刀具端點(diǎn)控制。在第二實(shí)施 例中，指令分析部1分析程序的每個(gè)塊，并且內(nèi)插裝置3對分析獲得的刀具端 點(diǎn)的指令位置執(zhí)行內(nèi)插。刀具長度補(bǔ)償矢量元件2將刀具長度補(bǔ)償矢量T( Tx, Ty,Tz)加入到刀具端點(diǎn)的內(nèi)插位置。由補(bǔ)償裝置5根據(jù)等式(1)到(3)確 定的平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量加到由加速/減速處理單元對各個(gè)軸進(jìn)行的加速/減速處 理后的指令線性軸位置Pml( Pmx, Pmy, Pmz )，由此確定修正的線性軸位置Pml' (Pmx'， Pmy'， Pmz')。
然后，驅(qū)動各自軸的伺服馬達(dá)6x、 6y、 6z、 6b(a)、 6c以達(dá)到線性X、 Y、 Z軸上的修正的線性軸位置Pml' (Pmx', Pmy', Pmz')，以及達(dá)到在旋轉(zhuǎn)B (或 A)和C軸上的加速/減速處理后的指令旋轉(zhuǎn)軸位置。在輸入數(shù)據(jù)單元7中， 具有關(guān)于線性軸相關(guān)的補(bǔ)償量、旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的補(bǔ)償量以及刀具長度補(bǔ)償矢量的 存儲的信息，其被補(bǔ)償裝置5使用以根據(jù)等式(1)到(3)計(jì)算平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ) 償量。應(yīng)該注意的是關(guān)于刀具長度補(bǔ)償矢量的信息是由刀具長度補(bǔ)償矢量加入 元件2獲得的。
圖9表示控制五軸加工設(shè)備的本發(fā)明的數(shù)值控制器的第三實(shí)施例的核心部分的框圖。第三實(shí)施例的數(shù)值控制器是用于處理長度補(bǔ)償指令。在第三實(shí)施
例中，指令分析部1分析程序的每個(gè)塊，并且刀具長度補(bǔ)償矢量元件2將刀具 長度補(bǔ)償矢量T ( Tx， Ty, Tz )加入到分析獲得的指令刀具端位置，由此確定對 其已經(jīng)加入了刀具長度補(bǔ)償矢量的指令線性軸位置Pml (Pmx， Pmy, Pmz )。
補(bǔ)償裝置5將根據(jù)等式(1)到(3)確定的平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量加到確定的 指令線性軸位置Pml( Pmx, Pmy， Pmz),由此確定修正的線性軸位置Pml'( Pmx'， Pmy'， Pmz')。內(nèi)插裝置3對修正的線性軸位置和指令旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)位置執(zhí)行內(nèi) 插，并且加速/減速處理單元4x、 4y、 4z、 4b(a)和4c對于各自軸(X、 Y、 Z、 B(或A)和C軸)上的內(nèi)插位置上執(zhí)行加速/減速處理。并且驅(qū)動各自軸的伺 服馬達(dá)6x、 6y、 6z、 6b(a)、 6c以達(dá)到各自軸上的加速/減速處理后的位置。
圖IO表示工作臺旋轉(zhuǎn)類型的機(jī)器的例子。在圖IO所示的機(jī)器構(gòu)造中，工 作臺12被用于通過C軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，并且用于隨著B軸的旋轉(zhuǎn)傾斜。工作 臺12沿著Y軸線性可移動，Y軸沿著X軸線性可移動。刀頭11沿著Z軸在 垂直方向線性可移動。
下面參考圖ll描述在工作臺旋轉(zhuǎn)類型的五軸加工設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)和平移誤 差及其補(bǔ)償。顯示了工作臺坐標(biāo)系Sta(Xa，Ya，Za)，其具有與工作臺旋轉(zhuǎn)中心 相同的原點(diǎn)。如圖所示，由于線性軸相關(guān)的平移誤差和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)誤差， 工作臺坐標(biāo)系Sta被轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)系Sta' ( Xa'， Ya'， Za')，由于旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移誤 差和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)誤差，其進(jìn)一步被轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)系Sta" (Xa",Ya",Za")。 符號-AIn、 -AJn和-AKn (n-L或R)表示圍繞X、 Y和Z軸的對應(yīng)的兩個(gè)坐標(biāo)系 之間的旋轉(zhuǎn)誤差。符號-AXn、 -AYn和-AZn (n-L或R)表示在X、 Y和Z軸方 向上對應(yīng)的兩個(gè)坐標(biāo)系之間的平移誤差。這些誤差的數(shù)量很小，但是為了容易 理解被放大。
指令線性軸位置Pml(Pmx， Pmy, Pmz)的線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量由AXL、 AYL和AZL表示，并且Pml的線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量由AIL、 A幾和AKL表示。 指令旋轉(zhuǎn)軸位置Pmr (Pmb, Pmc)的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量由AXR、 AYR 和AZR表示，以及Pmr的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量由AIR、 AJP和AKR表示。上 面的補(bǔ)償量被稱為軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量和軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量。因?yàn)檎`差和補(bǔ) 償量以正負(fù)符號彼此相反，所以誤差在附圖和說明書中被表示為負(fù)的補(bǔ)償量。如等式(11 )所示，作為實(shí)際刀具端點(diǎn)矢量Tp' (Tpx', Tpy'， Tpz')可以通過 將從工作臺旋轉(zhuǎn)體中心延伸到刀具端點(diǎn)的刀具端點(diǎn)矢量Tp (Tpx， Tpy， Tpz)乘 以對應(yīng)于各自誤差的變換矩陣來確定?；诠ぷ髋_旋轉(zhuǎn)中心位置Tac ( Xac, Yac， Zac)，分開設(shè)置的指令線性軸位置Pml和刀具長度補(bǔ)償矢量T，可以依照Tp-Pml - T - Tac的關(guān)系來確定刀具端點(diǎn)矢量Tp。
如在等式(1)中，在等式(11)中的矩陣元AIL、 A幾、AKL、 AIR、 AJR 和AKRA以弧度表示。近似的方法與等式(1)中的類似。
Tpzf
1
i 亂 -肌-axl;
-ak1l1. a仏 -ayl
ATL - AIL1 - azjl
0 0 0 1
3_ mcr -ajr —axr'
-服r 1 艦 —ayr
纖 一厶m 1 —織
() 0 0 1
Tpx.
仰
從等式(11)中可以如下導(dǎo)出等式(12)，其中忽略了變換矩陣的積中誤 差的二次冪的項(xiàng)。
Tpx*
1
1 AKL十AKR —肌—織-AXL-AXR.
-AKL-AKR1 AIL+a1r — AYL-纖
AJL+雄 一亂一纖1 — AZL—織
0 0 0 1
1Tpx
Tpy
i:
仰
具有以下情況指令旋轉(zhuǎn)軸位置Pmr的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXR, AYR,AZR)和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIR,AJR，AKR)比指令線性軸位置 Pml的線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXL, AYL, AZL)和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償 量(AIL, AJL， AKL )更顯著，并且線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXL， AYL， AZL ) 和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIL,AJL，AKL)是可忽略的。在這種情況下，下 面的等式(11 )'可以被用來取代等式(11 )。通過刪除等式(11)右側(cè)的包括 (AXL,AYL，AZL)和(AIL, AJL， AKL )的變換矩陣來獲得等式(11 )'。
Tpy Tpz
此外，具有以下情況指令線性軸位置Pml的線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量 (AXL,AYL，AZL)和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIL， AJL, AKL )比指令旋轉(zhuǎn)
rpx-1厶KR-MR一 AXR
Tpy'-厶KR1MR一 a"y"r
Tpz，A說一 AIR1
10001軸位置Pmr的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXR， AYR,AZR)和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋 轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIR， AJR, AKR)更顯著，并且旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXR， AYR, △ZR)和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIR, AJR， AKR)是可忽略的。在這種情 況下，下面的等式(11 )"可以被用來取代等式(11 )。等式(11 )"通過刪除等 式(11)右側(cè)的包括(AXR,AYR,AZR)和(AIR， AJR, AKR)的變換矩陣來獲
《曰付。
<formula>formula see original document page 21</formula> (11)，
基于從等式(12)中導(dǎo)出的刀具端點(diǎn)矢量Tp(Tpx，Tpy, Tpz)和實(shí)際刀具端 點(diǎn)矢量Tp'(Tpx'，Tpy',Tpz')，依照等式(13)計(jì)算將刀具端點(diǎn)校正到從工作臺 查看的正確位置中使用的平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量A3D ( A3Dx， A3Dy， A3Dz )。
<formula>formula see original document page 21</formula>
這樣獲得的平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量A3D ( A3Dx， A3Dy， A3Dz )被加到指令線性軸 位置Pml (Pmx， Pmy, Pmz)來由此確定修正的線性軸位置Pml' ( Pmx', Pmy', Pmz')。驅(qū)動線性X、 Y和Z軸來達(dá)到修正的線性軸位置Pml' ( Pmx'， Pmy', Pmz')， 以及驅(qū)動旋轉(zhuǎn)B和C軸來達(dá)到指令位置，由此可以將從工作臺觀察到的刀具端 點(diǎn)位置移動到正確位置。
換句話說，當(dāng)給出指令線性軸位置Pml (Pmx， Pmy， Pmz)時(shí)，工作臺位 置通常在坐標(biāo)位置(Xa，Ya,Za),但是，由于誤差，工作臺位置實(shí)際上在位置 (Xa", Ya"， Za")。由此，使用平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量A3D ( A3Dx， A3Dy， A3Dz)來進(jìn) 行補(bǔ)償，將刀頭放置到在圖11中由點(diǎn)線示出的位置。結(jié)果，使得在工作臺坐 標(biāo)系Sta((Xa,Ya，Za))上的刀具端點(diǎn)矢量Tp與實(shí)際工作臺坐標(biāo)系Sta" ( Xa", Ya"， Za")上的實(shí)際刀具端點(diǎn)矢量Tpa相同。這表示從實(shí)際工作臺或工件看到 的刀具端點(diǎn)位置被移動到正確位置。補(bǔ)償量的設(shè)置和數(shù)值控制器的構(gòu)造與圖3到6中的補(bǔ)償量的設(shè)置以及圖7 到9中的由框圖表示的數(shù)值控制器相同，對圖1中的刀頭旋轉(zhuǎn)類型的五軸加工 設(shè)備已經(jīng)描述補(bǔ)償量的設(shè)置和數(shù)值控制器的構(gòu)造。應(yīng)該注意的是，在圖7到9 的框圖中，被輸入到補(bǔ)償裝置的刀具長度補(bǔ)償矢量應(yīng)該被改變?yōu)榈毒叨它c(diǎn)矢 量。
在這個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)刀頭旋轉(zhuǎn)類型的五軸加工設(shè)備的實(shí)施例，基于誤差 和補(bǔ)償量以正負(fù)符號彼此相反的關(guān)系執(zhí)行計(jì)算。然而，也可以基于工作臺的誤 差和補(bǔ)償量的符號相同的關(guān)系來自執(zhí)行計(jì)算。在補(bǔ)償量被當(dāng)作以工作臺的位置 補(bǔ)償工作臺的誤差的量的情況下，誤差和補(bǔ)償量的關(guān)系的相反地。在補(bǔ)償量被 當(dāng)作以刀具的位置補(bǔ)償工作臺的誤差的量的情況下，誤差和補(bǔ)償量的關(guān)系是相 同的。在后者的情況下，刪除誤差-AIn，-AJn和-AKn (n-L或R)的負(fù)號和誤 差-AXn， -AYn和-AZn (n-L或R)的負(fù)號，并且在等式(11)和(12)以及 圖11中反轉(zhuǎn)(reverse)對應(yīng)于這些誤差的各自要素的符號。對于工作臺的這 些誤差，與各自網(wǎng)格點(diǎn)的誤差相同的矢量被用作網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量。
IO被用于通過B軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。刀頭11沿著Z軸在垂直方向線性可移動。 工作臺12通過C軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。
加工設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)和平移誤差及其補(bǔ)償。顯示了刀頭坐標(biāo)系Sth (Xt,Yt，Zt)， 其具有與刀頭旋轉(zhuǎn)中心相同的原點(diǎn)。如圖所示，由于線性軸相關(guān)的平移誤差和 線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)誤差，刀頭坐標(biāo)系Sth被轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)系Sth' (Xt',Yt'，Zt')，由 于B軸相關(guān)的平移和旋轉(zhuǎn)誤差，其進(jìn)一步被轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)系Sth" (Xt",Yt",Zt")。 符號-AIn、 -AJn和-AKn (n-L或R)表示圍繞X、 Y和Z軸的對應(yīng)的兩個(gè)坐標(biāo)系 之間的旋轉(zhuǎn)誤差。符號-AXn、 -AYn和-AZn (n-L或R)表示在X、 Y和Z軸方 向上對應(yīng)的兩個(gè)坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)誤差。如圖所示，由于C軸相關(guān)的平移和旋 轉(zhuǎn)誤差，具有與工作臺旋轉(zhuǎn)中心相同的原點(diǎn)的工作臺坐標(biāo)系Sta (Xa，Ya,Za) 被轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)系Sta'(Xa', Ya',Za')。符號-AXC、 -^丫(:和-厶2(:表示在乂、 Y和Z 軸方向坐標(biāo)系之間的平移誤差，以及符號-AIC、 -AJC和-AKC表示在X、 Y和Z 軸方向上坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)誤差。這些誤差的數(shù)量很小，但是為了容易理解在圖13中被放大。
指令線性軸位置Pml(Prnx, Pmy， Pmz)的線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量由AXL、 AYL和AZL表示，并且Pml的線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量由AIL、 AJL和AKL表示。 指令B軸位置Pmb的B軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量由AXB、 AYB和AZB表示，并且Pmb 的B軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量由AIB、 AJB和AKB表示。上面的補(bǔ)償量被稱為軸相關(guān) 的平移補(bǔ)償量和軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量。指令C軸位置Pmc的C軸相關(guān)的平移補(bǔ) 償量由AXC、 AYC和AZC表示，并且Pmc的C軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量由AIC、 AJC 和AKC表示。因?yàn)檎`差和補(bǔ)償量以正負(fù)符號彼此相反，所以誤差在附圖和說明 書中被表示為負(fù)的補(bǔ)償量。如等式(14)和(15)所示，實(shí)際刀具端點(diǎn)矢量 Tp' (Tpx', Tpy'， Tpz')和實(shí)際刀具長度補(bǔ)償矢量T' (Tx'， Ty'， Tz')可以通過將作為 從工作臺旋轉(zhuǎn)中心延伸到刀具端點(diǎn)的矢量的刀具端點(diǎn)矢量Tp (Tpx, Tpy， Tpz) 和作為從刀具端點(diǎn)延伸到刀頭旋轉(zhuǎn)中心的矢量的刀具長度補(bǔ)償矢量T (Tx， Ty, Tz)乘以對應(yīng)于各自誤差的變換矩陣來確定。確定刀具端點(diǎn)矢量Tp的方式與 在第二例子中的相同。在等式(14)和(15)中，矩陣元AIL、 AJL、 AKL、 AIB、 AJB和AKB、 AIC、 AJC和AKC是以弧度表示。近似的方法與等式(1)中的類 似。
『-TV] |" i AKL -AIL _AXi;|f 1 扁-扁-AXB]f-Tx,
-Ty' -AKL1 肌 -AYL 4KB1 扁 —AYB -Ty
—Tz' *肌 》肌1 -AZL細(xì) -MB]. 扁-Tz '1」 1 j 1 0 0 0 1 Jl 0 0 0 1 J[ i
從等式(15)中可以如下導(dǎo)出等式(16)，其中忽略了變換矩陣的積中誤 差的二次冪的項(xiàng)。
■Tx1- —肌—細(xì)一 AXJL-■-Tx'
i…亂+細(xì)-肌--Ty
肌+腿 AIL， AT B1AZB—Tz
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X y z
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i具有以下情況指令B軸位置Pmb的B軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXB， AYB, △ZB)和B軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIB, AJB, AKB )比指令線性軸位置Pml的線 性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXL, AYL, AZL )和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIL， AJL,AKL)更顯著，并且線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXL,AYL，AZL)和線性 軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIL,ML，AKL)是可忽略的。在這種情況下，下面的等 式(15)'可以被用來取代等式(15)。通過刪除等式(15)右側(cè)的包括(AXL， AYL，AZL)和(AIL, AJL， AKL )的變換矩陣來獲得等式(15 )'。
.鄰)'
此外，具有以下情況指令線性軸位置Pml的線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量 (AXL， AYL, AZL )和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIL， A幾，AKL )比指令B軸 位置Pmb的B軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXR， AYR, AZR)和B軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量 (AIR, AJR， AKR)更顯著，并且B軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXR， AYR， AZR)和 B軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIR，AJR，AKR)是可忽略的。在這種情況下，下面的 等式(15 )"可以被用來取代等式(15 )。通過刪除等式(15 )右側(cè)的包括(AXB, AYB，AZB)和(AIB,AJB，AKB)的變換矩陣來獲得等式(15)"。<formula>formula see original document page 24</formula>仰"
基于矢量Tp、 Tp'、 T和T'，依照等式(17)計(jì)算將刀具端點(diǎn)校正到從工作 臺看到的正確位置中使用的平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量A3D (A3Dx， A3Dy, A3Dz)。由于 在圖13中實(shí)現(xiàn)了Tp + T-T' + A3D-Tp'-O的關(guān)系可以導(dǎo)出上述結(jié)果。<formula>formula see original document page 24</formula>這樣獲得的平移"走轉(zhuǎn)補(bǔ)償量A3D ( A3Dx， A3Dy, A3Dz)被加到指令線性軸 位置Pml (Pmx, Pmy, Pmz )來由此確定修正的線性軸位置Pml' ( Pmx'， Pmy', Pmz')。驅(qū)動線性X、 Y和Z軸來達(dá)到修正的線性軸位置Pml' (Pmx', Pmy', Pmz')， 以及驅(qū)動旋轉(zhuǎn)B和C軸來達(dá)到指令位置，由此可以將從工作臺看到的刀具端點(diǎn) 位置移動到正確位置。
詳細(xì)地，當(dāng)給出指令線性軸位置Pml (Pmx, Pmy, Pmz)時(shí)，刀頭位置通 常在坐標(biāo)位置(Xt,Yt,Zt)以及工作臺位置通常在坐標(biāo)位置(Xa，Ya,Za),但 是，由于誤差，刀頭位置實(shí)際上在位置(Xt",Yt",Zt")以及工作臺位置實(shí)際上 在位置(Xa', Ya'， Za')。由此，使用平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量A3D ( A3Dx， A3Dy, A3Dz ) 以執(zhí)行補(bǔ)償來將刀頭放置到在圖13中由點(diǎn)線示出的位置。結(jié)果，使得在工作 臺坐標(biāo)系Sta(Xa，Ya,Za)上的刀具端點(diǎn)矢量Tp與實(shí)際工作臺坐標(biāo)系Sta'(Xa'， Ya', Za')上的實(shí)際刀具端點(diǎn)矢量Tpa相同。這表示從實(shí)際工作臺或工件看到的 刀具端點(diǎn)位置被移動到正確位置。
補(bǔ)償量的設(shè)置和數(shù)值控制器的構(gòu)造與圖3到6中的補(bǔ)償量的設(shè)置以及圖7 到9中的由框圖表示的數(shù)值控制相同，這已經(jīng)對圖1中的刀頭旋轉(zhuǎn)類型的五軸 加工設(shè)備進(jìn)行了描述。應(yīng)該注意的是，在圖7到9的框圖中，除了關(guān)于刀頭長 度補(bǔ)償矢量的信息之外，關(guān)于刀具端點(diǎn)矢量的信息被輸入到補(bǔ)償裝置中。
在這個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)刀頭旋轉(zhuǎn)類型的五軸加工設(shè)備的實(shí)施例，基于誤差 和補(bǔ)償量以正負(fù)符號彼此相反的關(guān)系執(zhí)行計(jì)算。然而，也可以基于工作臺的誤 差和補(bǔ)償量的符號相同的關(guān)系來自執(zhí)行計(jì)算。在補(bǔ)償量被當(dāng)作以工作臺的位置 補(bǔ)償工作臺的誤差的量的情況下，誤差和補(bǔ)償量的關(guān)系的相反地。在補(bǔ)償量被 當(dāng)作以刀具的位置補(bǔ)償工作臺的誤差的量的情況下，誤差和補(bǔ)償量的關(guān)系是相 同的。在后者的情況下，刪除誤差-AXC、 -AYC、 -AZC、 -AIC、 -AJC和-AKC 的負(fù)號，并且在等式(14)以及圖13中反轉(zhuǎn)對應(yīng)于這些誤差的各自要素的符 號。對應(yīng)C軸相關(guān)的平移和旋轉(zhuǎn)我差量，與在各自網(wǎng)格點(diǎn)的誤差相同的矢量 被用作網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量。
下面是補(bǔ)償量的設(shè)置和計(jì)算的描述。指令線性軸位置Pml (Pmx, Pmy, Pmz)的線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXL, AYL， AZL )和Pml的線性軸相關(guān)的 旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIL, AJL， AKL )與在示例刀頭旋轉(zhuǎn)類型的五軸加工設(shè)備相同。另
25一方面，指令B軸位置Pmb的B軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXB, AYB， AZB )和 B軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIB, AJB, AKB )以及指令C軸位置Pmc的C軸相關(guān) 的平移補(bǔ)償量(AXC, AYC， AZC )和C軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIC, AJC, AKC ) 與在示例刀頭旋轉(zhuǎn)類型的五軸加工設(shè)備不同。這些不同是由于在示例混合類型 的五軸加工設(shè)備中的B軸和C軸之間的相關(guān)性不像在刀頭旋轉(zhuǎn)類型和工作臺 旋轉(zhuǎn)類型的五軸加工設(shè)備中的那么強(qiáng)而引起的。
圖14表示以預(yù)定間隔被劃分的一維B軸坐標(biāo)系。符號PbO和Pb2分別表 示以預(yù)定間隔排列的劃分點(diǎn)。應(yīng)該注意的是圖14示出了部分坐標(biāo)系，實(shí)際上， 以預(yù)定間隔劃分了其中機(jī)器是可移動的全部區(qū)域。與圖3和5中所示的情況相 同，劃分間隔不一定必須是常數(shù)。例如，可以通過設(shè)定的值來分別"^殳置B軸 上的劃分點(diǎn)PrO、 Prl、 Pr2的位置。
在每個(gè)劃分點(diǎn)預(yù)先測量由于使用機(jī)械系統(tǒng)而引起的誤差(平移和旋轉(zhuǎn)誤 差)。使用了與誤差的絕對值相等但是方向相反的矢量作為劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量。 由此，補(bǔ)償量由六維矢量Vn (VnX, VnY， VnZ, Vnl, VnJ, VnK)表示，其中n =0到2。矢量分量VnX、 VnY、 VnZ對應(yīng)于B軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXB， AYB, AZB),矢量分量VnI、 VnJ、 VnK對應(yīng)于B軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIB, AJB， △KB )。劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量以B軸相關(guān)的補(bǔ)償量表的形式被存儲在非易失性存儲 器等中。
圖15表示包括對其計(jì)算補(bǔ)償矢量的指令B軸位置Pmb的劃分區(qū)域。在這 個(gè)例子中，對其應(yīng)該計(jì)算補(bǔ)償矢量的指令B軸位置Pmb位于由劃分點(diǎn)PbO和 Pbl圍繞的區(qū)域中。在劃分點(diǎn)PbO和Pbl上分別設(shè)置劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量VO( VOX, VOY， VOZ, VOI, VOJ， VOK)和VI (V1X, V1Y, V1Z， VII， V1J, V1K )。根據(jù)等式 (18 )確定點(diǎn)Pmb的歸一化坐標(biāo)軸b，其這Lb表示以其對B軸進(jìn)行劃分的間 隔。
基于坐標(biāo)值b，根據(jù)等式(19)計(jì)算在點(diǎn)Pmb上的B軸相關(guān)的平移補(bǔ)償 量(AXB, AYB, AZB )和B軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIB, AJB， AKB )。(a=X， Y，Z,I， J，K)…(:l9)
如上所述，可以計(jì)算在B軸坐標(biāo)系上的給定點(diǎn)Pmb的補(bǔ)償矢量。以相似 方式，可以從如圖16中所示設(shè)置的C軸相關(guān)的補(bǔ)償表中計(jì)算在C軸坐標(biāo)系上 的給定點(diǎn)Pmc的C軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量(AXC, AYC, AZC )和C軸相關(guān)的旋 轉(zhuǎn)補(bǔ)償量(AIC, AJC, AKC )。
上面描述的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的補(bǔ)償可以被應(yīng)用到第 一和第二例子中，其中各自 一維坐標(biāo)系的劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量被組合使用。在第一到第三例子中，使用如圖3 所示被劃分為三維網(wǎng)格三維坐標(biāo)系中的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量?？蛇x地，可以分開為 具有強(qiáng)的相關(guān)性的兩個(gè)線性軸和與它們具有弱的相關(guān)性的一個(gè)線性軸，并且如 下執(zhí)行補(bǔ)償通過使用網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量，該網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量是對于圖5所示劃 分的二維網(wǎng)格被確定為依賴于具有強(qiáng)的相關(guān)性的兩個(gè)線性軸的補(bǔ)償量，與劃分
點(diǎn)補(bǔ)償量相結(jié)合，其劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量是對于圖15所示的一維坐標(biāo)系被確定為 依賴于與其他軸具有弱的相關(guān)性的一個(gè)線性軸的補(bǔ)償量。此外，在這些補(bǔ)償量
中，并不必須使用在一維坐標(biāo)系中的劃分點(diǎn)補(bǔ)償量，可以僅基于在二維網(wǎng)格中 的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量來執(zhí)行補(bǔ)償。
此外，使用如圖14所示的每個(gè)一維坐標(biāo)系的各自劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量的組合 來進(jìn)行線性軸的補(bǔ)償。在這種情況下，可以僅基于任一個(gè)線性軸的劃分點(diǎn)補(bǔ)償 矢量或任意兩個(gè)線性軸的劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量的組合來進(jìn)行補(bǔ)償。
圖17表示在本發(fā)明的第一實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的補(bǔ)償算法的流程圖。下面是各 自步驟的描述。步驟S1確定刀具長度補(bǔ)償矢量(Tx, Ty, Tz)。步驟S2
基于指令位置Pm ( Pmx, Pmy， Pmz )、線性軸相關(guān)的補(bǔ)償矢量表和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān) 的補(bǔ)償矢量表，根據(jù)等式(4)到(10)確定軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量和軸相關(guān)的 旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量。步驟S3根據(jù)等式(1)到(3),計(jì)算平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量A3D。步驟S4將補(bǔ)償量A3D加到線性軸位置Pml ( Pmx, Pmy, Pmz )，由此確定 對其驅(qū)動線性軸的機(jī)器坐標(biāo)值。
下面是用于測量在上述刀頭旋轉(zhuǎn)類型的位置加工設(shè)備中在給定旋轉(zhuǎn)軸位 置的旋轉(zhuǎn)和平移誤差的示例方法的描述。詳細(xì)地，測量對應(yīng)于在圖5中的B和C軸位置的給定的一個(gè)上的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量的誤差量。在此假設(shè)沒有線性
軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)和平移誤差。如圖18所示，兩個(gè)測試條被用于裝配到刀頭11上 而不是裝配到刀具10上。在每個(gè)測試條的一端形成的球形部分的半徑是已知 的，以及每個(gè)測試條從刀頭的旋轉(zhuǎn)中心到球形部分的中心的長度也是已知的。 兩個(gè)測試條之間的長度都是不同的。使得每個(gè)測試條的球形部分與固定在工作 臺上的立方體傳感器相接處，由此確定測量點(diǎn)的線性軸機(jī)器坐標(biāo)值。這里，測
量點(diǎn)是刀頭旋轉(zhuǎn)中心的線性軸位置。在球形部分的表面進(jìn)行接觸?？梢曰诘?頭^t轉(zhuǎn)中心的線性軸機(jī)器坐標(biāo)值來確定測量點(diǎn)，即，刀頭旋轉(zhuǎn)中心的實(shí)際測量
的線性軸位置，每個(gè)測量點(diǎn)都是在球形部分與球形部分表面上的三個(gè)或更多不 同點(diǎn)的一個(gè)上的立方體傳感器相接觸的狀態(tài)下測量的。應(yīng)該注意的是除了使用 測試條，可以使用每個(gè)具有半球形狀的端部的球頭銑刀。
B和C軸被驅(qū)動到用于測量的旋轉(zhuǎn)軸位置，并且測量刀頭旋轉(zhuǎn)中心的線性 軸位置。假設(shè)在使用第一測試條的測量中，測量點(diǎn)的理論位置或原始位置在 Psl (Pslx,Psly，Pslz)，但是實(shí)際的測量位置在Pel (Pelx， Pely, Pelz )，以及 在使用第二測試條的測量中，測量點(diǎn)的理論位置或原始位置在Ps2( Ps2x， Ps2y， Ps2z),但是實(shí)際的測量位置在Pe2 (Pe2x，Pe2y,Pe2z)。圖19示出了這些位置 與平移和旋轉(zhuǎn)誤差之間的關(guān)系。Psl和Pel的差別以及Ps2和Pe2的差別的數(shù) 量實(shí)際上是小的，但是為了容易理解在圖19中被放大。基于固定在工作臺上 的立方體傳感器的位置、B軸和C軸位置、每個(gè)測試條的球形部分的半徑以及 測試條的長度Ll、 L2來計(jì)算在使用第一和第二測試條的測量中的理論位置 Psl、 Ps2。
根據(jù)等式(20)確定平移誤差-Vel (-VeX， -VeY， -VeZ )。該平移誤差等效 于上述補(bǔ)償量的六維矢量Vn (VnX, VnY, VnZ, Vnl， VnJ， VnK)的矢量分量 VnX、 VnY和VnZ的負(fù)數(shù)。
—vel; :乂I(P"麵P印一(Ps2 — PI)} + Pel — Psl.' .(2CQ L2
可以通過解下面的等式來確定旋轉(zhuǎn)誤差-Ver (-VeI, -VeJ， -VeK )。該旋轉(zhuǎn)誤 差等效于上述補(bǔ)償量的六維矢量Vn (VnX， VnY, VnZ, Vnl， VnJ, VnK)的矢量 分量Vnl、 VnJ和VnK的負(fù)數(shù)。如等式(1 )等中，假設(shè)旋轉(zhuǎn)誤差-Ver(-VeI， -VeJ,-VeK)足夠小，由三角函數(shù)的近似來表示變換矩陣的每個(gè)元。應(yīng)該注意的是三 角函數(shù)可以被用在變換矩陣中而不是使用三角函數(shù)的近似。
PelxPe2x1 VeICVoJ* Ps〗x — Ps2x Pdy-Pe2y - -VeK1 Vel Psly-Ps2y…(2J)
Pe2z: t VeJ -VeI i Pslz-P2z 因?yàn)檎`差和補(bǔ)償量以正負(fù)符號彼此相反，所以誤差的負(fù)數(shù)被存儲作為在圖
5中的網(wǎng)格點(diǎn)上的一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量。如上所述，描述了確定在圖5中的兩 個(gè)軸上的網(wǎng)格點(diǎn)的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量的例子。該例子可以被應(yīng)用于一個(gè)軸，其中 使用圖14或16中的一個(gè)軸上的劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量?？梢匀菀椎貙?shí)現(xiàn)這樣的修改， 并與因此省略其描述。
下文中將給出用于測量在上述刀頭旋轉(zhuǎn)類型的五軸加工設(shè)備中的給定線 性位置的旋轉(zhuǎn)和平移誤差的方法例子的描述。詳細(xì)地，測量對應(yīng)于在圖3中的 X、 Y和Z軸位置的一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量的誤差量。測試條與圖18所示的相 同。B和C軸被驅(qū)動到給定位置，并且測量刀頭旋轉(zhuǎn)中心的線性軸位置。假設(shè) 在使用第一測試條的測量中，測量點(diǎn)的理論位置或原始位置在Ps3 (Ps3x, Ps3y, Ps3z),但是實(shí)際的測量位置在Pe3 (Pe3x, Pe3y, Pe3z)，以及在使用第二測試 條的測量中，測量點(diǎn)的理論位置或原始位置在Ps4 ( Ps4x, Ps4y, Ps4z )，但是實(shí) 際的測量位置在Pe4 (Pe4x， Pe4y， Pe4z )。 Ps3和Ps4之間的中間點(diǎn)由Pc表示。 圖20示出了這些位置與平移和旋轉(zhuǎn)誤差之間的關(guān)系。Ps3和Pe3的差別以及 Ps4和Pe4的差別的數(shù)量實(shí)際上是小的，但是為了容易理解在圖20中被放大。 在B和C軸位置的旋轉(zhuǎn)軸位置相關(guān)的誤差已經(jīng)被測量并且是已知的，執(zhí) 行補(bǔ)償以補(bǔ)償誤差。假設(shè)通過校正位置Pe3獲得的實(shí)際測量的位置由Pe3'
(Pe3x'， Pe3y', Pe3z')表示，并且通過校正位置Pe4獲得的實(shí)際測量的位置由 Pe4' (Pe4x', Pe4y'， Pe4z')表示。通過將Ps3、 Ps4、 Pe3'和Pe4'而不是Psl 、 Ps2、 Pel和Pe2到等式(20)和(21)，可以確定線性軸位置相關(guān)的平移誤差-Uel
(-UeX, -UeY， -UeZ)和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)誤差-Uer (-UeI， -UeJ， -UeK)而不 是-Vel和-Ver。這些誤差的負(fù)數(shù)等效于已經(jīng)提及的補(bǔ)償量，即，六維矢量Un
(UnX， UnY, UnZ, Unl, UnJ, UnK )。誤差的負(fù)數(shù)被存儲為在圖3中的對應(yīng)的一 個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量。
Ps3x - Ps2x Psly-Ps2y
Pslz — P2z
p p p
0> Tit V
1
spy J
29
權(quán)利要求
1. 一種數(shù)值控制器，用于根據(jù)加工程序的指令來控制具有三個(gè)線性軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的五軸加工設(shè)備以相對于裝配在工作臺上的工件移動刀具，所述數(shù)值控制器包括軸相關(guān)的補(bǔ)償量計(jì)算裝置，對于指令軸位置計(jì)算軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量和軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量；平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量計(jì)算裝置，基于軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量和軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量來計(jì)算平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量；補(bǔ)償量加法裝置，將計(jì)算后的平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量加入到指令線性軸位置以獲得補(bǔ)償后的線性軸位置；以及將三個(gè)線性軸驅(qū)動到補(bǔ)償后的線性軸位置以及將兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動到指令位置的裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制器，其中，所述軸相關(guān)的補(bǔ)償量計(jì)算 裝置對于指令旋轉(zhuǎn)軸位置計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn) 補(bǔ)償量，并且所述平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量計(jì)算裝置基于所述旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償 量和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量來計(jì)算平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制器，其中，所述軸相關(guān)的補(bǔ)償量計(jì)算 裝置對于指令線性軸位置計(jì)算線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn) 補(bǔ)償量，并且所述平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量計(jì)算裝置基于所述線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償 量和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量來計(jì)算平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制器，其中，所述軸相關(guān)的補(bǔ)償量計(jì)算 裝置對于指令線性軸位置計(jì)算線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量和線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn) 補(bǔ)償量，以及對于指令旋轉(zhuǎn)軸位置計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān) 的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量，并且所述平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量計(jì)算裝置基于所述線性軸相關(guān)的平 移補(bǔ)償量、線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量、旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān) 的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量來計(jì)算平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制器，其中，所述兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸用于使加 工頭旋轉(zhuǎn)，該加工頭支撐五軸加工設(shè)備上的刀具，并且所述數(shù)值控制器基于刀具長度補(bǔ)償矢量的平移/旋轉(zhuǎn)變換來計(jì)算平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制器，其中，所述兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸用于使所 述五軸加工設(shè)備中的安裝工件的工作臺旋轉(zhuǎn)，并且所述數(shù)值控制器基于從工作 臺的旋轉(zhuǎn)中心延伸到刀具的端點(diǎn)的矢量的平移/旋轉(zhuǎn)變換來計(jì)算平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償 量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制器，其中，所述兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸包括用于 旋轉(zhuǎn)支撐刀具的加工頭的第 一旋轉(zhuǎn)軸，以及用于旋轉(zhuǎn)安裝工件的工作臺的第二 旋轉(zhuǎn)軸，并且所述數(shù)值控制器基于刀具長度補(bǔ)償矢量的平移/旋轉(zhuǎn)變換和從工 作臺的旋轉(zhuǎn)中心延伸到刀具的端點(diǎn)的矢量的平移/旋轉(zhuǎn)變換來計(jì)算平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ) 償量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制器，其中，所述線性軸相關(guān)的補(bǔ)償量 計(jì)算裝置將由三個(gè)線性軸定義的三維坐標(biāo)系空間劃分為在各自軸方向上以預(yù) 定間隔排列的網(wǎng)格區(qū)域，并存儲用于表示網(wǎng)格區(qū)域的每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償 量和平移補(bǔ)償量的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量，以及基于網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量計(jì)算三個(gè)線性軸 上的位置處的線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和線性軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的數(shù)值控制器，其中，使用彼此具有不同長度的 測試條或球頭銑刀，基于測試點(diǎn)的實(shí)際測量的位置和理論的位置來確定所述網(wǎng) 格點(diǎn)補(bǔ)償矢量。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制器，其中，所述旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的補(bǔ)償量 計(jì)算裝置將由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸定義的二維坐標(biāo)系空間劃分為在各自軸方向上以預(yù) 定間隔排列的網(wǎng)格區(qū)域，并存儲用于表示網(wǎng)格區(qū)域的每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償 量和平移補(bǔ)償量的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量，以及基于網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量計(jì)算所述兩個(gè)旋 轉(zhuǎn)軸上的位置處的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移補(bǔ)償量。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的數(shù)值控制器，其中，使用彼此具有不同長度 的測試條或球頭銑刀，基于測試點(diǎn)的實(shí)際測量的位置和理論的位置來確定網(wǎng)格 點(diǎn)補(bǔ)償矢量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制器，其中，所述旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的補(bǔ)償量 計(jì)算裝置以預(yù)定間隔劃分由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸中的一個(gè)所定義的一維坐標(biāo)系空間，并 存儲用于表示以預(yù)定間隔排列的每個(gè)劃分點(diǎn)上的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和平移補(bǔ)償量的劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量，并且以預(yù)定間隔劃分由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸中的另 一個(gè)所定義的一維 坐標(biāo)系空間，存儲用于表示以預(yù)定間隔排列的每個(gè)劃分點(diǎn)上的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和平 移補(bǔ)償量的劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量，以及基于劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量計(jì)算所述兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的 各自位置上的旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的補(bǔ)償量。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的數(shù)值控制器，其中，使用彼此具有不同長度 的測試條或球頭銑刀，基于測試點(diǎn)的實(shí)際測量的位置和理論的位置來確定劃分 點(diǎn)補(bǔ)償矢量。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制器，其中，所述線性軸相關(guān)的補(bǔ)償量 計(jì)算裝置將由所述三個(gè)線性軸中的兩個(gè)線性軸定義的二維坐標(biāo)系空間劃分為 在各自軸方向上以預(yù)定間隔排列的網(wǎng)格區(qū)域，存儲用于表示在網(wǎng)格區(qū)域的每個(gè) 網(wǎng)格點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和平移補(bǔ)償量的網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量，并且基于網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償 矢量來計(jì)算所述兩個(gè)線性軸上的位置處的線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和線性軸 相關(guān)的平移補(bǔ)償量，以及以預(yù)定間隔劃分由三個(gè)線性軸中的剩余一個(gè)線性軸定 義的一維坐標(biāo)系空間，存儲用于表示以預(yù)定間隔排列的每個(gè)劃分點(diǎn)上的旋轉(zhuǎn)補(bǔ) 償量和平移補(bǔ)償量的劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量，并且基于劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量計(jì)算三個(gè)線性 軸中的剩余一個(gè)線性軸上的位置處的線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和線性軸相關(guān) 的平移補(bǔ)償量。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的數(shù)值控制器，其中，使用彼此具有不同長度 的測試條或球頭銑刀，基于測試點(diǎn)的實(shí)際測量的位置和理論的位置來確定網(wǎng)格 點(diǎn)補(bǔ)償矢量和劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制器，其中，所述線性軸相關(guān)的補(bǔ)償量 計(jì)算裝置以預(yù)定間隔劃分由三個(gè)線性軸中的各自 一個(gè)線性軸所定義的每個(gè)一 維坐標(biāo)系空間，存儲用于表示以預(yù)定間隔排列的每個(gè)劃分點(diǎn)上的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量和 平移補(bǔ)償量的劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量，以及基于劃分點(diǎn)補(bǔ)償矢量計(jì)算三個(gè)線性軸中的 各自一個(gè)線性軸上的位置處的線性軸相關(guān)的補(bǔ)償量。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的數(shù)值控制器，其中，使用彼此具有不同長度 的測試條或球頭銑刀，基于測試點(diǎn)的實(shí)際測量的位置和理論的位置來確定劃分 點(diǎn)補(bǔ)償矢量。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制器，其中，指令軸位置是由加工程序分別指令的三個(gè)線性軸的軸位置或兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的軸位置的內(nèi)插位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值控制器，其中，指令軸位置是由加工程序 分別指令的三個(gè)線性軸的軸位置或兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的軸位置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于控制五軸加工設(shè)備的數(shù)值控制器。一種數(shù)值控制器，能夠?qū)⑽遢S加工設(shè)備的刀具端點(diǎn)位置移動到正確位置。設(shè)置補(bǔ)償量，分別對應(yīng)于五軸加工設(shè)備中產(chǎn)生的線性軸相關(guān)的平移誤差、旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的平移誤差、線性軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)誤差和旋轉(zhuǎn)軸相關(guān)的旋轉(zhuǎn)誤差中的各自一個(gè)。從這些補(bǔ)償量中確定平移/旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量Δ3D，并且將其加入到指令線性軸位置Pm。使用六維網(wǎng)格點(diǎn)補(bǔ)償矢量的對應(yīng)的一個(gè)作為補(bǔ)償量，其被預(yù)先確定為由于使用機(jī)械系統(tǒng)的誤差，并且在將整個(gè)機(jī)器可移動區(qū)域被劃分成的網(wǎng)格的網(wǎng)格點(diǎn)上測量。
文檔編號G05B19/404GK101446819SQ200810178139
公開日2009年6月3日 申請日期2008年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者大槻俊明, 山口剛太 申請人:發(fā)那科株式會社