專利名稱：數控裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對具有平移軸和旋轉軸的工作機械進行控制的數控裝置，特別地，涉及一種對由平移軸及旋轉軸具有的誤差產生的影響進行校正，從而可以進行高精度的加工的數控裝置。
背景技術：
首先，使用圖5，對由于平移軸的運動而產生的姿態(tài)誤差進行說明。對于由引導部2約束運動方向而在X軸方向運動的工作臺I來說，公知在X軸方向的平移誤差、Y軸方向的平移誤差及Z軸方向的平移誤差的基礎上，存在圍繞Z軸旋轉的姿態(tài)誤差(偏轉)、圍繞Y軸旋轉的姿態(tài)誤差(俯仰)及圍繞X軸旋轉的姿態(tài)誤差(滾動)。各個方向的平移誤差與工作臺I上的相對于基準點的距離無關而是恒定的，但由姿態(tài)誤差產生的影響根據與上述基準點的距離而不同，因此，其校正更加困難。
另外，使用圖6對垂直度誤差或旋轉軸中心線的傾斜進行說明。例如，考慮X軸和Z軸的關系，理想情況下希望其是完全正交的，但如圖6中左圖所示，實際上存在由組裝誤差等的影響產生的垂直度誤差。如果存在這種垂直度誤差，則會產生由平移軸的運動引起的平移誤差。同樣地，例如由于傾斜旋轉工作臺3的組裝誤差等的影響，原本應與X軸平行的A軸旋轉中心線和原本應與Z軸平行的C軸旋轉中心線，均存在平行度誤差，如果存在這種誤差，則會產生由旋轉軸運動引起的平移誤差和姿態(tài)誤差。此外，如圖6中右圖所示，由于約束A軸運動的軸承等的影響，有時會觀察到在使A軸旋轉的情況下，C軸旋轉中心線的方向變化的現(xiàn)象，其成為由旋轉軸運動引起平移誤差和姿態(tài)誤差的原因。目前，提出一種方法(例如參照專利文獻1)，其用于在旋轉軸中心位置從本來的位置偏離或傾斜的情況下，或主軸旋轉中心從本來的位置偏離或傾斜的情況下，使用2個旋轉軸來校正刀具方向，使用3個平移軸來校正刀具前端位置。另外，提出一種方法(例如參照專利文獻2)，其根據與平移軸相關的平移誤差和旋轉誤差，及與旋轉軸相關的平移誤差和旋轉誤差，計算刀具前端位置所產生的平移誤差量，將2個旋轉軸向被指令的角度驅動，將3個平移軸向與上述平移誤差量對應地校正后的位置驅動。專利文獻I :日本專利第4038185號公報專利文獻2 日本專利第4327894號公報

發(fā)明內容
然而,使用專利文獻I中記載的誤差校正方法,可以校正由旋轉軸中心位置偏離或傾斜引起的刀具前端位置的平移誤差和姿態(tài)誤差，但不能體現(xiàn)中心位置的偏離或傾斜，例如無法校正由圖6右側所示的誤差產生的影響。另外，因為使用2個旋轉軸校正3個方向的姿態(tài)誤差，所以除了可能由于姿態(tài)誤差的方向而使旋轉軸進行操作者意料之外的運動以外，在利用相同軸結構的機械加工相同形狀的情況下，還可能由于姿態(tài)誤差的方向而成為完全不同的動作。此外，還存在無法校正與平移軸相關的平移誤差和姿態(tài)誤差的問題。另外，在專利文獻2記載的方法中，可以校正由與平移軸相關的平移誤差和姿態(tài)誤差、及與旋轉軸相關的平移誤差和姿態(tài)誤差引起的刀具前端位置的偏離，但因為將旋轉軸向所指令的角度驅動，所以姿態(tài)誤差完全未得到校正。本發(fā)明是鑒于上述課題提出的，目的在于提供一種數控裝置，其可以通過使刀具前端位置移動至沒有誤差的位置，并且，對于可合理校正的方向的刀具姿態(tài)，保持為沒有誤差的姿態(tài)，從而實現(xiàn)高精度的加工。本發(fā)明涉及的數控裝置對具有平移軸和旋轉軸的工作機械進行控制，其具有旋轉軸相關位置校正量計算單元，其根據與旋轉軸的運動相關的平移誤差和姿態(tài)誤差，計算平移軸的位置校正量；旋轉軸角度校正量計算單元，其根據與旋轉軸的運動相關的姿態(tài)誤差的一部分，計算旋轉軸的角度校正量；以及位置疊加校正量計算單元，其計算與上述旋轉 軸校正量相對應的平移軸的位置校正量。另外，本發(fā)明涉及的數控裝置對具有平移軸和旋轉軸的工作機械進行控制，其具有平移軸相關位置校正量計算單元，其根據與平移軸的運動相關的平移誤差和姿態(tài)誤差，計算平移軸的位置校正量；旋轉軸角度校正量計算單元，其根據與平移軸的運動相關的姿態(tài)誤差的一部分，計算旋轉軸的角度校正量；以及位置疊加校正量計算單元，其計算與上述旋轉軸校正量相對應的平移軸的位置校正量。另外，本發(fā)明涉及的數控裝置對具有平移軸和旋轉軸的工作機械進行控制，其具有平移軸相關位置校正量計算單元，其根據與平移軸的運動相關的平移誤差和姿態(tài)誤差，計算平移軸的位置校正量；旋轉軸相關位置校正量計算單元，其根據與旋轉軸的運動相關的平移誤差和姿態(tài)誤差，計算平移軸的位置校正量；旋轉軸角度校正量計算單元，其根據與平移軸的運動相關的姿態(tài)誤差的一部分、和與旋轉軸的運動相關的姿態(tài)誤差的一部分，計算旋轉軸的角度校正量；以及位置疊加校正量計算單元，其計算與上述旋轉軸校正量相對應的平移軸的位置校正量。發(fā)明的效果根據本發(fā)明，可以提供一種數控裝置，其通過使刀具前端位置移動至沒有誤差的位置，并且，對于可合理校正的方向的刀具姿態(tài)，保持為沒有誤差的姿態(tài)，從而實現(xiàn)高精度的加工。


圖I是本發(fā)明的實施例I涉及的數控裝置的結構圖。圖2是說明使用本發(fā)明的工作臺旋轉型5軸加工機的示意圖。圖3是說明使用本發(fā)明的混合型5軸加工機的示意圖。圖4是說明使用本發(fā)明的主軸頭旋轉型5軸加工機的示意圖。圖5是說明與平移軸的運動相關的姿態(tài)誤差的示意圖。圖6是說明垂直度誤差及旋轉軸中心線傾斜的示意圖。標號的說明I工作臺2運動引導部
3傾斜旋轉工作臺4平移軸相關誤差保存部5旋轉軸相關誤差保存部6平移軸相關位置校正量計算單元7旋轉軸相關位置校正量計算單元8旋轉軸角度校正量計算單元9位置疊加校正量計算單元10主軸頭
11 刀具12 工件13 支柱14 夾盤15萬能頭
具體實施例方式實施例I下面，使用圖I至圖4對本發(fā)明的實施例I進行說明。此外，圖I是表示實施例I中的數控裝置的進行平移軸位置校正量和旋轉軸角度校正量的計算的部分的結構圖。另夕卜，該實施例I中的數控裝置的硬件結構是由CPU、存儲器等構成的一般結構，另外，保存部4、5 (存儲器)以外的結構要素(平移軸相關位置校正量計算單元6、旋轉軸相關位置校正量計算單元7、旋轉軸角度校正量計算單元8、位置疊加校正量計算單元9等)主要由軟件構成。在圖I中，在平移軸相關平移誤差 平移軸相關姿態(tài)誤差保存部4 (以下稱為平移軸相關誤差保存部)中，將與平移軸的運動相關的平移誤差和姿態(tài)誤差，作為與平移軸的指令位置相對應的數值數據進行保存。已知在具有3個平移軸(X軸、Y軸及Z軸)的機械中，作為與X軸的運動相關的誤差分量,存在xtx、xty、xtz、xrx、xry、xrz這6個量。其中，xtx表示伴隨X軸運動的X軸方向的平移誤差，xty表示伴隨X軸運動的Y軸方向的平移誤差。平移誤差的單位是米。另外，xrx表示伴隨X軸運動的圍繞X軸的姿態(tài)誤差(滾動)，xry表示伴隨X軸運動的圍繞Y軸的姿態(tài)誤差(俯仰)。姿態(tài)誤差的單位是弧度。同樣地,關于Y軸，也存在ytx、yty、ytz、yrx、yry、yrz這6個分量的誤差,關于Z軸，也存在ztx、zty> ztz、zrx、zry、zrz這6個分量的誤差,在此基礎上，因為存在Z軸與Y軸之間的垂直度誤差ywx、Y軸與Z軸之間的垂直度誤差zwy、及Z軸與X軸之間的垂直度誤差zwx，所以與平移軸的運動相關的誤差共計21個分量。此外，將與平移軸的運動相關的姿態(tài)誤差，定義為工件與刀具間的相對角度誤差。在旋轉軸相關平移誤差 旋轉軸相關姿態(tài)誤差保存部5 (以下稱為旋轉軸相關誤差保存部)中，將與旋轉軸的運動相關的平移誤差和姿態(tài)誤差，作為與旋轉軸的指令角度相對應的數值數據進行保存。例如，在僅有圍繞Z軸旋轉的C軸這I個旋轉軸的機械中，作為與C軸的旋轉相關的誤差分量,與平移軸的情況同樣地,存在ctx、cty> ctz、crx、cry、crz這6個量。因為C軸是指C軸的旋轉中心線，所以ctx表示伴隨C軸旋轉的旋轉中心位置的X軸方向的平移誤差，Cty表示伴隨C軸旋轉的旋轉中心位置的Y軸方向的平移誤差。平移誤差的單位是米，其定義在固定于機械原點的機械坐標系上。另外，crx表示伴隨C軸旋轉的圍繞X軸的旋轉中心線的姿態(tài)誤差，cry表示伴隨C軸旋轉的圍繞Y軸的旋轉中心線的姿態(tài)誤差。姿態(tài)誤差的單位是弧度，其定義在固定于機械原點的機械坐標系上。具有3個平移軸、2個旋轉軸的數控裝置，例如稱為5軸加工機，在工業(yè)界被廣泛應用。5軸加工機根據將2個旋轉軸配置在刀具側和工件側中的哪一側，大致分成3種類型。第I種例如如圖2所示，將2個旋轉軸配置在工件側，稱為“工作臺旋轉型”。第2種例如如圖3所示，將I個旋轉軸配置在刀具側，將另I個旋轉軸配置在工件側，稱為“混合型”或“主軸頭 工作臺旋轉型”。第3種例如如圖4所示，將2個旋轉軸配置在刀具側，稱為“主軸頭旋轉型”。此外，在圖2至圖4中，3是傾斜旋轉工作臺、10是主軸頭、11是刀具、12是工件、13是支柱、14是夾盤、15是萬能頭。 在圖2所示的工作臺旋轉型的情況下，由于隨著A軸的旋轉角度的不同而使C軸旋轉中心線的方向變化，因此，伴隨C軸的旋轉的平移誤差及姿態(tài)誤差也受到由A軸的旋轉產生的影響。同樣地，在圖4所示的主軸頭旋轉型的情況下，由于隨著C軸的旋轉角度的不同而使B軸旋轉中心線的方向變化，因此，伴隨B軸的旋轉的平移誤差和姿態(tài)誤差也受到由C軸的旋轉產生的影響。在上述情況下，優(yōu)選將與旋轉軸的運動相關的平移誤差和角度誤差，設定為與2個旋轉軸的運動相關的2維表格。即，在工作臺旋轉型的情況下，作為靠近工件側的旋轉軸中心線的平移誤差和姿態(tài)誤差，在主軸頭旋轉型的情況下，作為靠近刀具側的旋轉軸中心線的平移誤差和姿態(tài)誤差，設定rtx、rty、rtz、rrx、rry、rrz。上述的誤差分量，保存為與2個旋轉軸的規(guī)定的指令角度相對應的數值數據。另一方面，在圖3所示的混合型的情況下，因為2個旋轉軸分別分開配置在刀具側和工件側，所以I個旋轉軸的旋轉角度不會對另I個旋轉軸的旋轉中心線的方向產生影響。在這種情況下，將每個旋轉軸的平移誤差和姿態(tài)誤差，分別設定為與各旋轉軸的規(guī)定的指令角度相對應的數值數據，即，與C軸的旋轉相關的誤差分量ctx、cty> ctz、crx、cry、crz,和與B軸的旋轉相關的誤差分量btx、bty、btz、brx、bry、brz。使用平移軸相關位置校正量計算單元6，根據在平移軸相關誤差保存部4中保存的平移軸相關平移誤差和平移軸相關姿態(tài)誤差，計算刀具前端位置的位置誤差。如果將由平移軸相關平移誤差及姿態(tài)誤差而產生的刀具前端位置的位置誤差設為Et，將指令位置設為X，將刀具矢量設為1，則匕可以通過算式I計算。平移軸相關位置校正量為使算式I的符號相反的值。(算式I)Et = P+AX+AtXt其中，
~e^7l 「工1 FxfI xix +ytx-￥ ztxEt = efr ,X= y sXt = J1 ,F= xty+yty-\- zty
ezT J zzt \j$z^ytz^ztz
權利要求
1.一種數控裝置，其對具有平移軸和旋轉軸的工作機械進行數值控制， 其特征在于，具有 旋轉軸相關位置校正量計算單元，其根據與旋轉軸的運動相關的平移誤差和姿態(tài)誤差，計算平移軸的位置校正量； 旋轉軸角度校正量計算單元，其根據與旋轉軸的運動相關的姿態(tài)誤差的一部分，計算旋轉軸的角度校正量；以及 位置疊加校正量計算單元，其計算與上述旋轉軸校正量相對應的平移軸的位置校正量。
2.一種數控裝置，其對具有平移軸和旋轉軸的工作機械進行數值控制， 其特征在于，具有 平移軸相關位置校正量計算單元，其根據與平移軸的運動相關的平移誤差和姿態(tài)誤差，計算平移軸的位置校正量； 旋轉軸角度校正量計算單元，其根據與平移軸的運動相關的姿態(tài)誤差的一部分，計算旋轉軸的角度校正量；以及 位置疊加校正量計算單元，其計算與上述旋轉軸校正量相對應的平移軸的位置校正量。
3.—種數控裝置，其對具有平移軸和旋轉軸的工作機械進行數值控制， 其特征在于，具有 平移軸相關位置校正量計算單元，其根據與平移軸的運動相關的平移誤差和姿態(tài)誤差，計算平移軸的位置校正量； 旋轉軸相關位置校正量計算單元，其根據與旋轉軸的運動相關的平移誤差和姿態(tài)誤差，計算平移軸的位置校正量； 旋轉軸角度校正量計算單元，其根據與平移軸的運動相關的姿態(tài)誤差的一部分、和與旋轉軸的運動相關的姿態(tài)誤差的一部分，計算旋轉軸的角度校正量；以及 位置疊加校正量計算單元，其計算與上述旋轉軸校正量相對應的平移軸的位置校正量。
4.如權利要求3所述的數控裝置，其特征在干， 上述與旋轉軸的運動相關的平移誤差和姿態(tài)誤差，在通過權利要求2所述的數控裝置對由上述與平移軸的運動相關的平移誤差和平移誤差產生的影響進行校正后的狀態(tài)下測量。
5.如權利要求I至4中任一項所述的數控裝置，其特征在干， 在具有大于或等于2個旋轉軸的數控工作機械中，上述旋轉軸校正量計算單元計算旋轉中心線的方向不隨其他旋轉軸的運動而變化的旋轉軸的角度校正量。
6.如權利要求I至4中任一項所述的數控裝置，其特征在干， 上述旋轉軸校正量計算單元使以規(guī)定的角度機械固定的旋轉軸的角度校正量為零。
全文摘要
為了校正由與平移軸的運動相關的平移誤差及姿態(tài)誤差、和與旋轉軸的運動相關的平移誤差及姿態(tài)誤差產生的影響，從而實現(xiàn)高精度的加工，數控裝置對具有平移軸和旋轉軸的工作機械進行控制，該數控裝置構成為，具有平移軸相關位置校正量計算單元(6)，其根據與平移軸的運動相關的平移誤差和姿態(tài)誤差，計算平移軸的位置校正量；旋轉軸相關位置校正量計算單元(7)，其根據與旋轉軸的運動相關的平移誤差和姿態(tài)誤差，計算平移軸的位置校正量；旋轉軸角度校正量計算單元(8)，其根據與平移軸的運動相關的姿態(tài)誤差的一部分和與旋轉軸的運動相關的姿態(tài)誤差的一部分，計算旋轉軸的角度校正量；以及位置疊加校正量計算單元(9)，其計算與上述旋轉軸校正量相對應的平移軸的位置校正量。
文檔編號G05B19/404GK102782598SQ20108006483
公開日2012年11月14日 申請日期2010年2月25日 優(yōu)先權日2010年2月25日
發(fā)明者中村直樹, 佐藤隆太, 小野俊郎, 藤野大助 申請人:三菱電機株式會社