CN101162392B - 使机床里的轴定位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了使机床的机器轴定位的方法，按照此方法，数控装置(1)借助于由运动表格(9)所确定的运动链将刀具(4)的在工件坐标中给定的理论位置换算成机器轴(X、Y、Z、A、B、C)的理论位置。其中通过对每个数据项分别给出轴方向和配属的变换量，所述坐标的变换在运动表格(9)中以多个描述了机床(3)的运动的数据项来给出。这种方法的特征在于，对于在与各自的轴方向不同的方向上具有误差的机器轴(X、Y、Z、A、B、C)，将取决于轴位置的误差变换量(F_A_X(A)，F_A_B(A))记录到运动表格(9)中。

Description

使机床里的轴定位的方法
技术领域
本发明涉及一种使机床里的机器轴进行定位的方法，它保证了机器轴的很精确的定位。
背景技术
对于现代机床提出了越来越高的有关加工精度方面的要求。因此在控制这种机床时必须用数控装置来完成操作，以避免加工误差。
已制成的工件与所希望的工件形状之间可重现的偏差的原因往往在于机床的运动，这种运动总是具有一定的误差。为了排除这样的可重现的静态误差，由EP 1189121 A2得知：在工作空间内一定数量的工作点上测量刀具的定位误差，并记录到多维的补偿表格里。刀具的在加工程序中在工件坐标中所确定的理论位置被施以在需要时内插的由补偿表格里得出的补偿值，并然后才转送给数控装置用于使刀具定位。但在此方法中，没有考虑到机床的静态误差可能取决于某些机床轴的位置，例如旋转轴的位置。
US 5357450则说明了：直线轴及其误差在机床里还可以相对比较简单地测定并进行调整设定，而由于旋转轴或摆动轴引起的误差则要用高得多的费用进行测量和调整。在这种现有技术下说明了一种自动的方法，用此方法可以测量这种误差并将其转换用于指导维护工作。
EP 289836 B1提供另一种途径，它说明了一种费用较大的方法，用于分析机器人机构中的误差，并在定位机器人时通过数学方法加以考虑。
此外还通常借助于一种运动表格(Kinematiktabelle)来描述机床的运动。借助于这种运动表格，数控装置可以将刀具的在工件坐标里所给定的理论位置换算成机床轴的理论位置。在这种运动表格里，机床关于其几何形状及机器轴得以充分说明。在运动表格里，这种坐标变换在多个描述了机床运动的数据项(Eintrag)中给出，其方法是对每个数据项分别给出轴方向和附属的变换量。供使用的机床轴在相应的位置上同样也在运动表格里给出。这种运动表格的示例继续在下面进行说明。
通过将刀具的在工件坐标里所给定的理论位置(或者其刀具中心点(Tool Center Points)，TCP和其取向)换算成机床的轴坐标或者轴位置，就可以在不同的机床上完成写入工件坐标里的子程序，只要这些机床原则上能够移到所有希望的刀具位置。
发明内容
本发明的任务是提出一种使机床里的机器轴定位的方法，用此方法可以特别简单地补偿机床运动中的可再现的误差。
这项任务通过按照权利要求1所述的方法来完成。本方法的有利细节见从属于权利要求1的从属权利要求。
与现有技术中通常借助于补偿表格通过一种作用于工件坐标中给定的理论值之上的补偿不同，现在不同轴误差的运动补偿在机床的运动表格中进行。
提出了一种使机床里的机器轴定位的方法，按照此方法，数控装置根据由运动表格所确定的运动链(Kinematische Kette)将刀具的在工件坐标中给定的理论位置换算成机器轴的理论位置。其中通过每个数据项分别给出轴方向和配属的变换量，所述坐标的变换在运动表格中以多个描述了机床的运动的数据项来给出。这种方法的特征在于，对于在与各自的轴方向不同的方向上具有误差的机器轴，将取决于轴位置的误差变换量记录到运动表格中。
其中所述取决于轴位置的误差变换量表现为轴特定的补偿表格的形式，这种补偿表格在运动表格中被引用。在此这种补偿表格包含了用于多个轴位置的误差变换量。在需要时对在补偿表格里所包含的轴位置之间的轴位置的误差变换量进行内插。
附图说明
本本发明的其它优点及细节由以下借助附图对优选实施方式的说明给出。附图示出：
图1机床局部的不同视图，
图2补偿表格和运动表格的示例。
具体实施方式
图1示出了机床局部的不同视图和不同状态，根据图1对本发明进行详细说明。机床的运动当然只是一个示例，本发明也可以容易地应用于其它的运动。
数控装置1具有一个工件坐标中写入的数控程序(NC-Programm)2(该部分只示出在图1a中，因为图1a的这个部件在所有视图中都不改变)，该数控装置用于控制机床3。在此刀具4的工具中心点5(TCP5)应该在给定的轨道上导引，并使刀具4遵守确定的取向。TCP 5例如可以是球面铣刀的球心点，或者是立铣刀的端面的中点。
对此示例假设对于机床3是指一种5轴铣床，而由此对于刀具4是指一种铣刀4。这种铣刀固定在一个摆动头6上，该摆动头在它那侧通过叉形件7的两个轴承固定住。摆动头因此可以绕着轴A摆动。叉形件7又设置成可以围绕轴C转动，因此在图1a中示出了两个旋转自由度或者机器轴A、C。没有示出的是可以使刀具4进行平移的三个直线机器轴X、Y、Z。因此机床3总共具有五个机器轴X、Y、Z、A、C，它们的方向同样也一起示出在图1a中。
用X、Y、Z、A和C既示出了机器轴，也示出了所属的方向。它们各自的意义可以见上下文。B只表示一个旋转方向，因为如随后要进一步说明的那样，在此示例中没有相应的机器轴。
图1b示出了图1a的一个侧视图。图1c示出了如图1a的视图，但摆动头6附带地围绕机器轴A有倾斜，这在图1d的侧视图中可以更好地看到。
在图1c中可见，摆动头6在围绕机器轴A摆动时不仅实施本来想要的运动，而且附加地实施在机器轴X方向上的平移和方向B上的旋转(在此示例中并没有机器轴B，然而由于机构误差而产生这种旋转)。
可以容易地看到：在X方向上不期望的平移的量和在B方向上不期望的旋转的量取决于机器轴A的角度位置。机器轴A的摆角与在X或者B上相应的平移量或者旋转量之间的关系通常并不是线性的。
图2a和2b示出了补偿表格8.1或者8.2，在这些表格中，为一些支撑点(机器轴A的角度位置)分别记录有误差F_A_X(A)或者误差F_A_B(A)，其中误差F_A_X(A)是在围绕A轴摆动时在X方向上取决于机器轴A的位置而出现的，而误差F_A_B(A)是在围绕A轴摆动时在B方向上取决于机器轴A的位置出现的。
例如在F_A_X(0)的位置上存在的误差是在机器轴A的0度位置上在X方向上出现的，在F_A_B(20)的位置上存在的误差是在机器轴A的20度位置上在B方向上出现的。
支撑点应该如此地相互靠近，使得可以合理地内插中间值。支撑点本身通过例如用卡规或其他的对比测量装置来检测。如此建立的补偿表格8.1，8.2存储在机床3的数控装置1里。补偿表格8.1，8.2的这种检测必须有利地只是一次性地由机床的制造厂商来实施，并可以应用于所有数控程序2。
图2c最后示出了机床3的运动表格9的一部分。运动表格9由多个具有不同数据项的行组成。数据项的类型根据第一列“序号”里的行号在第二列“key”中来确定。“Trans”在此描述了在运动链内一种固定的坐标变换，“MachAxis”描述了由于机器轴A、B、C、X、Y、Z而存在的自由度。
运动表格9因此由TCP 5以变换链的形式描述了机床3的运动，由固定的长度(机器外形尺寸)、变化的长度(直线轴)、固定的旋转(机器给定条件)和变化的旋转(旋转轴)组成。
通常在每个“Trans”行里，在“Delta”列里有变换的量或者变换量。在图2的示例中，图1所示机床3的运动链从刀具4的TCP 5出发进行说明。如在图1中可见的那样，为了从工件坐标换算成机器轴坐标，必须首先考虑在Z方向上的大小为变换量L的偏移。运动表格9中的第一个数据项10.1因而在第0行中内容为：“变换在Z方向上的变换量为L”。所述偏移通常分布在可变的刀具长度上，而由机床3的几何形状得出的固定长度这里不起作用。刀具4的可变长度可由内控存储的刀具说明数据中查到，并与固定长度相加，以便得出L。
在一种理想的机床中，下一个数据项可以是“MachAxis A”，由此可以在运动链或者运动表格9中列入机器轴A，该机器轴A紧随着在Z方向上变换量为L的偏移。在实施坐标变换时，在这个地方必须考虑到机器轴A的实际角度位置。
因为该机器轴A如同在图1c中所示和上面所述那样具有误差，这些误差导致继续进行变换，所以运动表格9还包含有两个附加的数据项10.2、10.3在第1行和第2行里。
第1行说明了另外一种变换，这次在X方向上。这种变换的量应称作为误差变换量，因为它表现为是一个基于轴误差的参数。
这个误差变换量在第1行里记录在“KompFile”列中，并引用在图2a中示出的补偿表格F_A_X(A)。取决于机器轴A的角度位置(或者一般取决于轴位置)，可以在运动表格9中并由此在坐标变换时考虑不同的误差变换量。
同样也适合于第2行，在此通过引用图2b的表F_A_B(A)，对于机器轴A的误差，得出了取决于机器轴A的角度位置对于方向B的误差变换量。
在第3行里记录了机器轴A，在本示例的运动表格9里，接着则是另外两个平移，即在X上平移了L’以及在Y上平移了L”，记录在下一个机器轴C之前。如果机器轴C也有误差，这些误差必须在运动表格9中加以考虑，于是应该使用其它行来记录相应的平移，并引用相应的补偿表格，如例如F_C_Z(C)，也就是说取决于机器轴C的角度位置的在Z方向上的误差。
按此方式，可以对任意一种机床的运动进行描述，其中有误差的直线轴也可以通过记录到运动表格里的、取决于轴位置的误差变换量加以考虑。
所述方法也因此可以对机床的有误差的机器轴实现特别简单的补偿，并因此使机器轴实现简单的定位，从而使刀具可以如要求的那样以高的精度实现定位。

Claims (2)

1.使机床的机器轴定位的方法，按照此方法，数控装置(1)借助于由运动表格(9)所确定的运动链将刀具(4)的在工件坐标中给定的理论位置换算成机器轴(X、Y、Z、A、B、C)的理论位置，其中通过对每个数据项分别给出轴方向(X、Y、Z、A、B、C)和配属的变换量(L，L’，L”)，所述坐标的变换在运动表格(9)中以多个描述了机床(3)的运动的数据项来给出，其特征在于，对于在与各自的轴方向不同的方向上具有误差的机器轴(X、Y、Z、A、B、C)，将取决于轴位置的误差变换量(F_A_X(A)，F_A_B(A))记录到运动表格(9)中，
所述取决于轴位置的误差变换量(F_A_X(A)，F_A_B(A))表现为轴特定的补偿表格(8.1，8.2)的形式，该补偿表格在运动表格(9)中被引用，
所述补偿表格(8.1，8.2)对于多个轴位置包含有误差变换量。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为那些所述补偿表格(8.1，8.2)不包含其误差变换量的轴位置内插误差变换量。
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