機(jī)床的控制方法以及控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機(jī)床的控制方法W及控制裝置，所述機(jī)床利用2個(gè)軸W上的平動(dòng)軸和 1個(gè)軸W上的旋轉(zhuǎn)軸，使安裝工具的主軸與保持工件的工作臺(tái)進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)，由此利用所述 工具來(lái)加工所述工件，所述機(jī)床具備的所述主軸和所述工作臺(tái)中的至少一方為多個(gè)，對(duì)由 機(jī)床的誤差而產(chǎn)生的所述工具相對(duì)于所述工件的位置誤差進(jìn)行校正，來(lái)計(jì)算出用于控制所 述平動(dòng)軸的平動(dòng)軸指令值W及用于控制所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)軸指令值。
【背景技術(shù)】
[000引圖7是該機(jī)床的一例，是具有3個(gè)平動(dòng)軸和2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的5軸控制加工中屯、101 的示意圖。利用作為平動(dòng)軸且彼此正交的X軸和Z軸，主軸頭102能夠相對(duì)于底座103能 夠進(jìn)行二自由度平動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。利用作為旋轉(zhuǎn)軸的C軸，工作臺(tái)104能夠相對(duì)于托架105進(jìn) 行一自由度旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。利用作為旋轉(zhuǎn)軸的A軸，托架105能夠相對(duì)于耳軸106進(jìn)行一自 由度旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，其中A軸與C軸彼此正交。利用作為平動(dòng)軸且與X軸和Z軸正交的Y軸， 耳軸106能夠相對(duì)于底座103進(jìn)行一自由度平動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。通過由數(shù)控裝置（未圖示）控制 的伺服電機(jī)（未圖示）來(lái)驅(qū)動(dòng)各軸，將工件固定在工作臺(tái)104,在主軸頭102安裝工具（未 圖示）并使其旋轉(zhuǎn)，對(duì)工件與工具的相對(duì)位置進(jìn)行控制來(lái)進(jìn)行工件加工。
[0003] 作為對(duì)所述5軸控制加工中屯、101的運(yùn)動(dòng)精度造成影響的因素，例如存在如下誤 差；旋轉(zhuǎn)軸的中屯、位置的誤差（相對(duì)于所設(shè)想的位置的偏移）；W及旋轉(zhuǎn)軸的傾斜誤差（軸 間的垂直度和平行度）等各軸之間的幾何學(xué)的誤差（幾何誤差）。如果存在幾何誤差，則作 為5軸控制加工中屯、101的運(yùn)動(dòng)精度劣化，工件的加工精度劣化。因此，需要通過調(diào)整來(lái)減 小幾何誤差，但是使幾何誤差為零是困難的，通過執(zhí)行對(duì)幾何誤差進(jìn)行校正的控制，能夠進(jìn) 行高精度的加工。
[0004] 作為對(duì)幾何誤差進(jìn)行校正的方案，提出了如專利文獻(xiàn)1所記載的方法。在專利文 獻(xiàn)1所記載的方法中，考慮到機(jī)床的幾何誤差，將工具前端點(diǎn)的位置變換成各平動(dòng)軸的位 置，并且將它們?cè)O(shè)為用于控制平動(dòng)軸的指令值，由此能夠?qū)τ蓭缀握`差而產(chǎn)生的工具前端 點(diǎn)的位置誤差進(jìn)行校正。
[0005] 另外，在專利文獻(xiàn)2中提出了如下方法；將伴隨機(jī)床的動(dòng)作的變形誤差、與平動(dòng)軸 的指令位置對(duì)應(yīng)地產(chǎn)生的定位誤差、W及由機(jī)床的各要素的發(fā)熱等所引起的熱位移而產(chǎn)生 的誤差視為所述幾何誤差，并且將根據(jù)該幾何誤差計(jì)算出的平動(dòng)軸的校正值相加至該平動(dòng) 軸的指令值，由此計(jì)算出用于控制平動(dòng)軸的指令值。
[0006] 再有，在專利文獻(xiàn)3中提出了如下方法；在該方法中，對(duì)由機(jī)床的熱變形而產(chǎn)生的 加工誤差進(jìn)行校正，所述機(jī)床具有：在同一軸線上對(duì)置的左主軸臺(tái)W及右主軸臺(tái)；左刀架， 其能夠利用平動(dòng)軸進(jìn)行移動(dòng)且在左加工區(qū)域中與所述左主軸臺(tái)一起用于工件加工；右刀 架，其能夠利用平動(dòng)軸進(jìn)行移動(dòng)且在右加工區(qū)域中與所述右主軸臺(tái)一起使用于工件加工； W及上刀架，其能夠利用平動(dòng)軸和旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行移動(dòng)且在左加工區(qū)域W及右加工區(qū)域該兩個(gè) 區(qū)域中用于工件加工。在該方法中，按各加工區(qū)域分別運(yùn)算出對(duì)由機(jī)床的熱變形而產(chǎn)生的 加工誤差進(jìn)行校正的平動(dòng)軸方向w及旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向的各校正值，根據(jù)w該各校正值進(jìn) 行了校正后的平動(dòng)軸的指令值和旋轉(zhuǎn)軸的指令值，對(duì)所述左右刀架和所述上刀架進(jìn)行控 制。
[0007] 專利文獻(xiàn)1 ;日本特開2004 - 272887號(hào)公報(bào) [000引專利文獻(xiàn)2 ;日本特開2009 - 104317號(hào)公報(bào)
[0009] 專利文獻(xiàn)3 ;日本特開2009 - 172716號(hào)公報(bào)
[0010] 然而，在專利文獻(xiàn)1和2所記載的方法中，由于將具有一個(gè)主軸和一個(gè)工作臺(tái)的 機(jī)床作為對(duì)象，其中，所述主軸用于安裝對(duì)工件進(jìn)行加工的工具，所述工作臺(tái)用于保持該工 件，因此該方法中存在如下問題：在所具備的所述主軸和所述工作臺(tái)中的至少一方為多個(gè)、 且利用2個(gè)軸W上的平動(dòng)軸和1個(gè)軸W上的旋轉(zhuǎn)軸使所述主軸和所述工作臺(tái)進(jìn)行相對(duì)移動(dòng) 的機(jī)床中，無(wú)法對(duì)W幾何誤差為首的機(jī)床的誤差進(jìn)行校正來(lái)計(jì)算出所述平動(dòng)軸的指令值， 而且無(wú)法對(duì)該誤差進(jìn)行校正來(lái)計(jì)算出所述旋轉(zhuǎn)軸的指令值。
[0011] 再有，在專利文獻(xiàn)3所記載的方法中，對(duì)由機(jī)床的熱位移而產(chǎn)生的加工誤差進(jìn)行 校正，來(lái)計(jì)算出能夠使各刀架移動(dòng)的平動(dòng)軸的指令值、W及能夠使上刀架所具備的主軸旋 轉(zhuǎn)移動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸的指令值，其中所述機(jī)床具有具備主軸的多個(gè)刀架（左右刀架W及上刀 架）W及相當(dāng)于工作臺(tái)的多個(gè)主軸臺(tái)（左主軸臺(tái)W及右主軸臺(tái)），然而無(wú)法響應(yīng)想要進(jìn)行如 下工作的請(qǐng)求；與具有多個(gè)平動(dòng)軸所包含的任意平動(dòng)軸和旋轉(zhuǎn)軸的任意軸結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)地，對(duì) 機(jī)床的誤差進(jìn)行校正來(lái)計(jì)算出平動(dòng)軸的指令值，W及對(duì)該機(jī)床的誤差進(jìn)行校正來(lái)計(jì)算出旋 轉(zhuǎn)軸的指令值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明是鑒于W上狀況而提出的，其目的在于提供機(jī)床的控制方法W及控制裝 置，能夠?qū)λ邆涞闹鬏S和工作臺(tái)中的至少一方為多個(gè)的機(jī)床的誤差進(jìn)行校正，并且能夠 與具有任意平動(dòng)軸和任意旋轉(zhuǎn)軸的任意軸結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)地計(jì)算出平動(dòng)軸的指令值和旋轉(zhuǎn)軸的 指令值。
[0013] 本發(fā)明的技術(shù)方案1的機(jī)床的控制方法的特征在于，所述機(jī)床利用2個(gè)軸W上的 平動(dòng)軸和1個(gè)軸W上的旋轉(zhuǎn)軸，使安裝工具的主軸與保持工件的工作臺(tái)進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)，由 此利用所述工具來(lái)加工所述工件，所述機(jī)床具備的所述主軸和所述工作臺(tái)中的至少一方為 多個(gè)，根據(jù)存在所述機(jī)床的誤差時(shí)的所述工具的位置和理想的所述工具的位置，計(jì)算出由 所述機(jī)床的誤差而產(chǎn)生的所述工具相對(duì)于所述工件的位置誤差，而且對(duì)所述工具的位置誤 差進(jìn)行校正，來(lái)計(jì)算出用于控制所述平動(dòng)軸的平動(dòng)軸指令值和用于控制所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn) 軸指令值，其中，存在所述機(jī)床的誤差時(shí)的所述工具的位置是通過從考慮了所述機(jī)床的誤 差的工具坐標(biāo)系向工件坐標(biāo)系的齊次坐標(biāo)變換而求出的，理想的所述工具的位置是通過從 沒有考慮所述機(jī)床的誤差的工具坐標(biāo)系向工件坐標(biāo)系的齊次坐標(biāo)變換而求出的，所述機(jī)床 的控制方法包含W下步驟：選擇步驟，選擇任意軸結(jié)構(gòu)，所述任意軸結(jié)構(gòu)具有所述2個(gè)軸W 上的平動(dòng)軸所包含的任意平動(dòng)軸和所述1個(gè)軸W上的旋轉(zhuǎn)軸所包含的任意旋轉(zhuǎn)軸；平動(dòng)軸 校正值計(jì)算步驟，將所述工具的位置誤差從所述工件坐標(biāo)系齊次坐標(biāo)變換到通過所述選擇 步驟選擇出的所述任意軸結(jié)構(gòu)所包含的所述平動(dòng)軸的指令值坐標(biāo)系上，由此計(jì)算出在該平 動(dòng)軸的指令值坐標(biāo)系上對(duì)所述工具的位置誤差進(jìn)行校正的所述平動(dòng)軸的校正值；旋轉(zhuǎn)軸校 正值計(jì)算步驟，根據(jù)通過所述選擇步驟選擇出的所述任意軸結(jié)構(gòu)所包含的所述旋轉(zhuǎn)軸的旋 轉(zhuǎn)方向上的所述機(jī)床的誤差，計(jì)算出在該旋轉(zhuǎn)軸的指令值坐標(biāo)系上對(duì)所述工具的位置誤差 進(jìn)行校正的所述旋轉(zhuǎn)軸的校正值；W及更新步驟，將通過所述平動(dòng)軸校正值計(jì)算步驟計(jì)算 出的所述校正值相加至所述平動(dòng)軸指令值，由此對(duì)所述平動(dòng)軸指令值進(jìn)行更新，并且，將通 過所述旋轉(zhuǎn)軸校正值計(jì)算步驟計(jì)算出的所述校正值相加至所述旋轉(zhuǎn)軸指令值，由此對(duì)所述 旋轉(zhuǎn)軸指令值進(jìn)行更新。
[0014] 本發(fā)明的技術(shù)方案2的特征在于，在技術(shù)方案1中，將所述機(jī)床的誤差設(shè)為幾何學(xué) 的誤差，根據(jù)存在所述幾何學(xué)的誤差時(shí)的所述工具的位置和理想的所述工具的位置，來(lái)計(jì) 算出所述工具的位置誤差，其中，存在所述幾何學(xué)的誤差時(shí)的所述工具的位置是通過從考 慮了所述幾何學(xué)的誤差的工具坐標(biāo)系向工件坐標(biāo)系的齊次坐標(biāo)變換而求出的，而理想的所 述工具的位置是通過從沒有考慮所述幾何學(xué)的誤差的工具坐標(biāo)系向工件坐標(biāo)系的齊次坐 標(biāo)變換而求出的，在所述平動(dòng)軸校正值計(jì)算步驟中，將所述工具的位置誤差從所述工件坐 標(biāo)系齊次坐標(biāo)變換到通過所述選擇步驟選擇出的所述任意軸結(jié)構(gòu)所包含的所述平動(dòng)軸的 指令值坐標(biāo)系上，由此計(jì)算出在該平動(dòng)軸的指令值坐標(biāo)系上對(duì)所述工具的位置誤差進(jìn)行校 正的所述平動(dòng)軸的校正值，在所述旋轉(zhuǎn)軸校正值計(jì)算步驟中，根據(jù)通過所述選擇步驟選擇 出的所述任意軸結(jié)構(gòu)所包含的所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向上的所述幾何學(xué)的誤差，計(jì)算出在該 旋轉(zhuǎn)軸的指令值坐標(biāo)系上對(duì)所述工具的位置誤差進(jìn)行校正的所述旋轉(zhuǎn)軸的校正值。
[0015] 本發(fā)明的技術(shù)方案3的特征在于，在技術(shù)方案2中，將所述任意平動(dòng)軸設(shè)為實(shí)際 使用于所述工件的加工中的所述平動(dòng)軸，將所述任意旋轉(zhuǎn)軸設(shè)為實(shí)際使用于該加工中的所 述旋轉(zhuǎn)軸，在所述選擇步驟中，根據(jù)用于判別使用軸結(jié)構(gòu)的使用軸結(jié)構(gòu)判別信息，來(lái)判別具 有所述2個(gè)軸W上的平動(dòng)軸所包含的該平動(dòng)軸和所述1個(gè)軸W上的旋轉(zhuǎn)軸所包含的該旋轉(zhuǎn) 軸的軸結(jié)構(gòu)中是否存在所述使用軸結(jié)構(gòu)，而選擇該判別出的使用軸結(jié)構(gòu)作為所述任意軸結(jié) 構(gòu)，所述使用軸結(jié)構(gòu)具有實(shí)際使用于所述加工中的平動(dòng)軸和實(shí)際使用于所述加工中的旋轉(zhuǎn) 軸，在所述平動(dòng)軸校正值計(jì)算步驟中，將所述工具的位置誤差從所述工件坐標(biāo)系齊次坐標(biāo) 變換到通過所述選擇步驟選擇出的所述使用軸結(jié)構(gòu)所包含的所述平動(dòng)軸的指令值坐標(biāo)系 上，由此計(jì)算出所述平動(dòng)軸的校正值，在所述旋轉(zhuǎn)軸校正值計(jì)算步驟中，根據(jù)通過所述選擇 步驟選擇出的所述使用軸結(jié)構(gòu)所包含的所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向上的所述幾何學(xué)的誤差，計(jì) 算出所述旋轉(zhuǎn)軸的校正值。
[0016] 本發(fā)明的技術(shù)方案4的特征在于，在技術(shù)方案3中，所述機(jī)床的控制方法包含誤差 決定步驟，在所述誤差決定步驟中，在通過所述選擇步驟判別為在所述軸結(jié)構(gòu)中存在沒有 實(shí)際使用于所述加工中的軸結(jié)構(gòu)時(shí)，決定為使所述工具的位置誤差保持上一次的誤差或者 設(shè)定成零。
[0017] 本發(fā)明的技術(shù)方案5的特征在于，在技術(shù)方案3或4中，所述機(jī)床的控制方法包含 W下步驟：平動(dòng)軸校正值決定步驟，當(dāng)通過所述選擇步驟判別出的所述使用軸結(jié)構(gòu)存在多 個(gè)的情況下，從通過所述平動(dòng)軸校正值計(jì)算步驟針對(duì)所述多個(gè)使用軸結(jié)構(gòu)所包含的各個(gè)所 述平動(dòng)軸計(jì)算出的所述校正值中，將根據(jù)判別各所述使用軸結(jié)構(gòu)的所述使用優(yōu)先順序的優(yōu) 先順序判別信息而判別為所述使用優(yōu)先順序最高的所述使用軸結(jié)構(gòu)所包含的所述平動(dòng)軸 的校正值，決定為所述更新步驟中相加至所述平動(dòng)軸指令值的校正值；W及旋轉(zhuǎn)軸校正值 決定步驟，當(dāng)通過所述選擇步驟判別出的所述使用軸結(jié)構(gòu)存在多個(gè)的情況下，從通過所述 旋轉(zhuǎn)軸校正值計(jì)算步驟針對(duì)所述多個(gè)使用軸結(jié)構(gòu)所包含的各個(gè)所述旋轉(zhuǎn)軸計(jì)算出的所述 校正值中，將根據(jù)所述優(yōu)先順序判別信息而判別為所述使用優(yōu)先順序最高的所述使用軸結(jié) 構(gòu)所包含的所述旋轉(zhuǎn)軸的校正值，決定為所述更新步驟中相加至所述旋轉(zhuǎn)軸指令值的校正 值。
[0018] 本發(fā)明的技術(shù)方案6的機(jī)床的控制裝置的特征在于，所述機(jī)床利用2個(gè)軸W上的 平動(dòng)軸和1個(gè)軸W上的旋轉(zhuǎn)軸，使安裝工具的主軸與保持工件的工作臺(tái)進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)，由 此利用所述工具來(lái)加工所述工件，所述機(jī)床具備的所述主軸和所述工作臺(tái)中的至少一方為 多個(gè)，根據(jù)存在所述機(jī)床的誤差時(shí)的所述工具的位置和理想的所述工具的位置，計(jì)算出由 所述機(jī)床的誤差而產(chǎn)生的所述工具相對(duì)于所述工件的位置誤差，而且對(duì)所述工具的位置誤 差進(jìn)行校正，來(lái)計(jì)算出用于控制所述平動(dòng)軸的平動(dòng)軸指令值和用于控制所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn) 軸指令值，其中，存在所述機(jī)床的誤差時(shí)的所述工具的位置是通過從考慮了所述機(jī)床的誤 差的工具坐標(biāo)系向工件坐標(biāo)系的齊次坐標(biāo)變換而求出的，理想的所述工具的位置是通過從 沒有考慮所述機(jī)床的誤差的工具坐標(biāo)系向工件坐標(biāo)系的齊次坐標(biāo)變換而求出的，所述機(jī)床 的控制裝置具有：選擇單元，其選擇任意軸結(jié)構(gòu)，所述任意軸結(jié)構(gòu)具有所述2個(gè)軸W上的平 動(dòng)軸所包含的任意平動(dòng)軸和所述1個(gè)