CN102608955A - 五轴控制机床的控制装置和控制方法、模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及五轴控制机床的控制装置和控制方法、模具。五轴控制机床与基于NC数据确定的旋转角相关地存储表示倾斜工作台的旋转轴A和旋转工作台的旋转轴C中的每一个的倾斜或振摆的旋转轴数据，并且，计算用于校正工具的姿势误差的旋转轴A和C中的每一个的校正旋转角。通过关于旋转轴A和C以校正旋转角旋转倾斜工作台和旋转工作台来基于NC数据执行五轴控制，使得在消除工具的姿势误差的同时加工工件。

Description

五轴控制机床的控制装置和控制方法、模具

技术领域

本发明的多个方面中的一个方面涉及包括3个直线轴和2个旋转轴的五轴控制机床的控制装置和控制方法、程序和模具。

背景技术

五轴控制机床是除了具有3个正交的直线轴以外还具有2个旋转轴的机床。例如，倾斜工作台的旋转轴被限定为与3个直线轴中的任一个平行，并且倾斜工作台上的旋转工作台的旋转轴被限定为与和倾斜工作台的旋转轴正交的直线轴中的一个平行。倾斜工作台和旋转工作台任意旋转，使得放在旋转工作台上的工件沿任意的方向倾斜。因此，制备时间减少并且加工效率提高。

在上述的五轴控制机床中，倾斜工作台和旋转工作台的旋转轴应与直线轴平行。但是，实际上，由于倾斜工作台和旋转工作台的加工误差或安装误差，旋转轴常常相对于直线轴倾斜。并且，即使希望在旋转期间不存在旋转轴的轴向振摆(runout)，也由安装误差等导致振摆。另一方面，NC数据产生装置基于倾斜工作台和旋转工作台的旋转轴与直线轴平行的前提产生NC数据。因此，由于包括例如倾斜工作台和旋转工作台的旋转轴的倾斜的误差，由NC数据产生装置产生的NC数据中的工件的位置和姿势可能与实际放在五轴控制机床上的工件的位置和姿势不一致，并且，加工精度会降低。

因此，已经提出了通过校正旋转轴的倾斜或振摆来减少该倾斜或振摆对于加工精度的影响的方法。例如，如在日本专利No.4327894中公开的那样，依赖于旋转轴位置对于定位误差和倾斜误差设定位置校正量，并且，位置校正量被加到命令直线轴位置上，使得工具尖端位置移动到没有误差的位置以减少旋转轴误差对于加工精度的影响。

但是，包含旋转轴的倾斜、振摆等的旋转轴误差不仅导致加工位置的偏离，而且导致工件的倾斜。工件的倾斜不仅沿水平方向出现，而且沿垂直方向出现。由于在日本专利No.4327894中公开的方法仅校正直线轴位置，因此，工件的垂直倾斜没有得到充分校正，并且工具相对于工件的姿势倾斜。因此，形成台分级切削(stepped cutting)标记并且加工精度降低。

本发明提供了如下这样的五轴控制机床，该五轴控制机床可校正由五轴控制机床的旋转轴的倾斜导致的工件朝向工具的姿势误差，并且增加了加工精度。

发明内容

在一个方面中，本发明公开了一种通过基于NC数据控制包含三个直线轴和两个旋转轴的五个轴允许工具朝向工件相对移动的五轴控制机床的控制装置，该控制装置包括：被配置用于与从NC数据获得的两个旋转轴中的每一个的旋转角相关联地存储两个旋转轴中的每一个的包含轴方向和轴位置的数据的旋转轴数据的单元；被配置用于基于旋转轴数据计算用于校正在该旋转角的工具的姿势的两个旋转轴中的每一个的校正旋转角的单元；和被配置为通过以校正旋转角旋转两个旋转轴中的每一个校正工具的姿势的单元。

本发明的另一方面公开了一种通过基于NC数据控制包含三个直线轴和两个旋转轴的五个轴允许工具和工件的相对移动的五轴控制机床的控制方法，该控制方法包括：与从NC数据获得的两个旋转轴中的每一个的旋转角相关联地基于两个旋转轴中的每一个的包含轴方向和轴位置的数据的旋转轴数据计算用于校正在该旋转角的工件朝向工具的姿势的两个旋转轴中的每一个的校正旋转角；和通过以校正旋转角旋转两个旋转轴中的每一个，校正工件朝向工具的姿势。

本发明的另一方面公开了一种导致NC装置驱动五轴控制机床的程序，该五轴控制机床通过基于NC数据控制包含三个直线轴和两个旋转轴的五个轴以允许工具和工件的相对移动，该程序导致NC装置执行以下的操作：与从NC数据获得的两个旋转轴中的每一个的旋转角相关联地基于两个旋转轴中的每一个的包含轴方向和轴位置的数据的旋转轴数据计算用于校正在该旋转角的工件朝向工具的姿势的两个旋转轴中的每一个的校正旋转角；和以校正旋转角旋转两个旋转轴中的每一个。

本发明的另一方面公开了通过使用该控制装置或该控制方法由该五轴控制机床加工的模具。

可由五轴控制机床的旋转轴的倾斜导致的工件朝向工具的姿势误差可通过基于NC数据校正两个旋转轴中的每一个的旋转角被减少，并且，加工精度可增加。

参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1示出五轴控制机床的轴配置。

图2是示出五轴控制机床的控制装置的整体配置的框图。

图3是示出倾斜工作台的倾斜的平面图。

图4是示出倾斜工作台和旋转工作台的倾斜的正视图。

图5是示出旋转工作台的倾斜的侧视图。

图6A和图6B示出旋转轴不倾斜时的工具与工件的相对姿势。

图7A和图7B示出旋转轴倾斜时的工具的姿势误差。

图8是示出由校正旋转角计算单元执行的处理的流程图。

图9A和图9B示出旋转轴倾斜时的工具的姿势误差的校正方法。

图10A和图10B示出NC数据产生装置中的NC数据和工件的相对姿势。

图11A和图11B示出应用校正旋转角之后的NC数据与工件的相对姿势。

图12是示出由NC数据校正旋转角计算单元执行的处理的流程图。

图13A和图13B示出转换后NC数据和工件的相对姿势。

图14是示出由校正后工件原点计算单元执行的处理的流程图。

图15示出表示X-Y平面的倾斜的单位矢量的曲线图，该倾斜与C轴旋转角对应。

具体实施方式

如图1所示，五轴控制机床1控制包含三个直线轴X、Y和Z和两个旋转轴A和C的五个轴，这里，直线轴导致工件2和主轴3沿三个正交的轴的方向相对移动。工具4被安装在主轴3上，并且，主轴3旋转以切削工件2。倾斜工作台6被设置在Y轴移动工作台5上，并且，作为倾斜工作台6的旋转轴的A轴与直线轴X平行。并且，旋转工作台7被设置在倾斜工作台6上，并且，当旋转轴A的旋转角为0°时，旋转工作台7的旋转轴C与直线轴Z平行。工件2被放在旋转工作台7上，并且，倾斜工作台6和旋转工作台7以任意的角度关于旋转轴A和C旋转，使得工件2沿任意的方向倾斜并且被加工。

希望倾斜工作台6被安装成使得其旋转轴A与直线轴X平行并且旋转工作台7被安装成使得其旋转轴C与直线轴Z平行。但是，实际上，由于其加工误差和安装误差，倾斜工作台6和旋转工作台7常常关于基准直线轴倾斜。并且，由于旋转轴具有轴向振摆，因此，旋转轴的方向根据旋转角改变，这导致加工误差。

图2示出对于五轴控制机床1设置的控制装置20的总体配置。NC数据产生装置21产生用于控制由五轴控制机床1执行的加工操作的NC数据22。NC数据22包含被提供以操作五轴控制机床1的主轴3的命令数据。产生的NC数据22被存储于NC数据存储单元23中。旋转角计算单元24基于存储的NC数据计算旋转轴A和C的旋转角。计算出的旋转轴A和C的旋转角的数据被存储于旋转角存储单元25中。另一方面，旋转轴数据存储单元26获取并在其中存储来自五轴控制机床1的包含倾斜工作台6和旋转工作台7中的每一个的轴位置和轴方向的数据的旋转轴数据27。以下将描述旋转轴数据27。

在理想情况下，倾斜工作台6的旋转轴A与直线轴X平行，并且，旋转轴A的方向可被表达为矢量(1，0，0)。但是，在实际中旋转轴A倾斜，并且，例如，分别如图3和图4所示的那样在X-Y平面和X-Z平面中倾斜。因此，旋转轴A的方向可能不能被表达为矢量(1，0，0)。旋转轴A的方向被表达为单位矢量e_a。由于旋转轴A具有振摆，因此，单位矢量e_a基于旋转轴A的旋转角改变。单位矢量e_a表示旋转轴A的旋转轴误差。这里，旋转轴A上的任意的单个点被确定为点P_a。基于上述的两个参数限定五轴控制机床1中的旋转轴A的位置(轴位置)和方向(轴方向)。

类似地，在理想情况下，当旋转轴A的旋转角为0°时，旋转工作台7的旋转轴C与直线轴Z平行。因此，旋转轴C的方向可被表达为矢量(0，0，1)。但是，当旋转轴C例如分别如图4和图5所示的那样在X-Z平面和Y-Z平面中倾斜时，旋转轴C的方向可能不能被表达为矢量(0，0，1)。旋转轴C的方向被表达为单位矢量e_c。由于旋转轴C具有振摆，因此，单位矢量e_c基于旋转轴C的旋转角改变。单位矢量e_c表示旋转轴C的旋转轴误差。并且，旋转轴C上的任意的单个点被确定为点P_c。因此，基于上述的两个参数限定五轴控制机床1中的旋转轴C的位置(轴位置)和方向(轴方向)。

图2中所示的校正旋转角计算单元28基于存储于旋转轴数据存储单元26中的旋转轴A和C的旋转轴数据27，计算存储于旋转角存储单元25中的旋转轴A和C的旋转角的校正旋转角。这里，将描述校正旋转角。图6A和图6B示出当旋转轴A和C以由旋转角计算单元24计算的旋转角旋转从而使得旋转轴A关于其基准轴(即直线轴X)不倾斜并且旋转轴C关于其基准轴(即直线轴Z)不倾斜时的工具4相对于工件2的姿势。另一方面，当旋转轴A和C关于直线轴X和Z倾斜时，如图7A和图7B所示，出现姿势误差。校正旋转角被计算以为了校正而旋转旋转轴A和C，使得安装在五轴控制机床1中的工具4和工件2的相对姿势与当旋转轴A和C在不相对于基准轴倾斜的情况下旋转时获得的工具4和工件2的相对姿势一致。

将参照图8所示的流程图描述由校正旋转角计算单元28执行的处理。首先，在步骤S1中，从旋转轴数据存储单元26获取分别表示旋转轴A和C的方向的单位矢量e_a和e_c的数据。然后，在步骤S2中，从旋转角计算单元24获取旋转轴A的旋转角θ_a和旋转轴C的旋转角θ_c的数据。

然后，在步骤S3中，表示工具4的安装方向的单位矢量e_z(0，0，1)关于表示旋转轴A的适当的方向的单位矢量(1，0，0)旋转-θ_a。然后，单位矢量e_z(0，0，1)进一步关于表示旋转轴C的适当的方向的单位矢量(0，0，1)旋转-θ_c，从而计算单位矢量V。单位矢量V表示当旋转轴A和C中的每一个的旋转角为0°时的工件2的加工方向。即，单位矢量V表示工具4的行进方向。

在步骤S4中，计算由表示工具4的安装方向的单位矢量e_z(0，0，1)和表示旋转轴A的方向的单位矢量e_a形成的角度然后，在步骤S5中，计算旋转轴C的旋转角β。当旋转轴C以旋转角β旋转并且在步骤S3中计算的单位矢量V关于表示旋转轴C的方向的单位矢量e_c旋转时，单位矢量V和表示旋转轴A的方向的单位矢量e_a形成角度

旋转角β成为C轴校正旋转角。

然后，在步骤S6中，在步骤S3中计算的单位矢量V以旋转角β关于表示旋转轴C的方向的单位矢量e_c旋转，以计算单位矢量V_c。然后，在步骤S7中，计算旋转轴A的旋转角α。当旋转轴A以旋转角α旋转并且在步骤S6中计算的单位矢量V_c关于表示旋转轴A的方向的单位矢量e_a旋转时，提供表示工具4的安装方向的单位矢量e_z(0，0，1)。旋转角α成为A轴校正旋转角。即，已倾斜的倾斜工作台6以角度α旋转，并且，已倾斜的旋转工作台7以角度β旋转。

这样，如图9A和图9B所示，工具4的相对于工件2错误的姿势被校正，使得工件2和工具4的相对姿势与当在两个旋转轴不倾斜的状态下加工工件2时所获得的工件2和工具4的相对姿势一致。通过校正旋转角计算单元28计算的A轴校正旋转角和B轴校正旋转角的数据被存储于校正旋转角存储单元29中。

下面将描述图2所示的NC数据校正旋转角计算单元30。图10A和图10B示出NC数据22和工件2的相对姿势，基于两个旋转轴不倾斜的前提由NC数据产生装置21产生NC数据22。当旋转轴倾斜时，如图11A和图11B所示，NC数据产生装置21的NC数据22和放置于五轴控制机床1上的工件2的相对姿势不相互一致。因此，希望这两者之间的相对姿势相互一致。

NC数据22关于作为工具4的安装方向的单位矢量e_z(0，0，1)旋转，以校正NC数据22和工件2的相对姿势以使它们相互一致。即，NC数据22在X-Y平面中旋转。因此，NC数据校正旋转角计算单元30计算用于在X-Y平面中旋转NC数据22的NC数据校正旋转角γ，使得NC数据产生装置21的NC数据22和当前加工的工件2的相对姿势相互一致。

将参照图12所示的流程图描述由NC数据校正旋转角计算单元30执行的处理。首先，在步骤S8中，基于通过旋转角计算单元24计算的旋转轴C的旋转角θ_c来计算单位矢量V′＝(cosθ_c，-sinθ_c，0)。然后，在步骤S9中，通过关于表示旋转轴C的方向的单位矢量e_c以旋转角β旋转单位矢量V′，计算单位矢量V_c′。

然后，在步骤S10中，通过关于表示旋转轴A的方向的单位矢量e_a以旋转角α旋转单位矢量V_c′，计算单位矢量V_a′。最后，在步骤S11中，计算在步骤S10中计算的单位矢量V_a′的X分量的反余弦函数。通过计算基于单位矢量V_a′的X分量的反余弦函数获得的角度γ变为NC数据校正旋转角。

如图2所示，通过NC数据校正旋转角计算单元30计算的NC数据校正旋转角γ的数据被存储于NC数据校正旋转角存储单元31中。然后，NC数据旋转和转换单元32使存储于NC数据存储单元23中的NC数据22基于NC数据校正旋转角关于表示工具4的安装方向的单位矢量e_z(0，0，1)旋转，使得NC数据22被转换成转换后NC数据。

如图13A和图13B所示，NC数据22的旋转和转换使得转换后NC数据和工件2的相对姿势与图10A和图10B所示的NC数据产生装置21的NC数据22和工件2的相对姿势一致。即，通过步骤S1～S11的处理使得三者(即，五轴控制机床1的工具4、工件2和转换后NC数据)的相对姿势与NC数据产生装置21的工具4、工件2和NC数据22的相对姿势一致。由NC数据旋转和转换单元32转换成的转换后NC数据被输入到并被存储于转换后NC数据存储单元33中。

上述的处理允许三者(即，五轴控制机床1的工具、工件和NC数据)的相对姿势与NC数据产生装置21的那些一致。但是，五轴控制机床1的工具、工件和NC数据的相对位置不与NC数据产生装置21的那些一致。即，考虑到加工精度，希望不仅相对姿势而且相对位置相互一致。但是，在这三者之中，基于NC数据22确定工具4的位置。因此，实际上希望工件和NC数据的相对位置相互一致。校正后工件原点计算单元34被设置以导致工件和NC数据的相对位置相互一致。

下面将描述图2所示的校正后工件原点计算单元34。首先，在开始加工之前，在旋转轴A和C中的每一个的旋转角为0°的情况下获得放置于五轴控制机床1上的工件2的原点。此时的旋转角被确定为基准旋转角。这里，当倾斜工作台6的旋转轴A的旋转角为0°并且旋转工作台7的旋转轴C的旋转角为0°时获得的工件2的原点被确定为基准工件原点35。获得的基准工件原点35的数据被输入到并被存储于控制装置20的基准工件原点存储单元36中。

校正后工件原点计算单元34通过使用旋转轴数据存储单元26、校正旋转角计算单元28、存储于基准工件原点存储单元36中的基准工件原点35的数据计算使得基准工件原点35的偏离被校正的校正后工件原点。将参照图14所示的流程图描述由校正后工件原点计算单元34执行的处理。

首先，在步骤S12中，从旋转轴数据存储单元26获取表示旋转轴A的方向的单位矢量e_a和表示旋转轴C的方向的单位矢量e_c的数据。然后，在步骤S13中，从旋转轴数据存储单元26获取旋转轴A上的任意点P_a和旋转轴C上的任意点P_c的数据。可基于单位矢量e_a和点P_a表达在五轴控制机床1的机器坐标系中限定的旋转轴A的位置和方向。类似地，可基于单位矢量e_c和点P_c表达在五轴控制机床1的机器坐标系中限定的旋转轴C的位置和方向。

并且，在步骤S14中，获取通过校正旋转角计算单元28计算的A轴校正旋转角α和C轴校正旋转角β的数据。并且，在步骤S15中，从基准工件原点存储单元36获取基准工件原点35的数据。这里，点O被确定为基准工件原点。然后，在步骤S16中计算点O_c。通过关于基于单位矢量e_c和点P_c表达的旋转轴C以角度β旋转基准工件原点O获得点O_c。

然后，在步骤S17中计算点O_a。通过关于基于单位矢量e_a和点P_a表达的旋转轴A以角度α旋转点Oc，获得点O_a。当旋转轴A从0°以校正旋转角旋转并且旋转轴C从0°以校正旋转角旋转时，点O_a变为工件2的原点。上述的工件2的原点被确定为成为五轴控制机床1中的转换后NC数据的原点的位置的校正后工件原点。

由校正后工件原点计算单元34执行的处理使得定义五轴控制机床1中的工件和NC数据的位置的工件原点的相对位置与定义NC数据产生装置21中的工件和NC数据的位置的工件原点的相对位置一致。

由校正后工件原点计算单元34计算的校正后工件原点的数据被存储于校正后工件原点存储单元37中。

当通过使用五轴控制机床1开始加工时，在控制装置20中，从校正后工件原点存储单元37输出校正后工件原点O_a的数据，并且，从校正旋转角存储单元29输出校正旋转角α和β的数据。上述的数据被输入到NC装置38。然后，通过为了转换而以角度γ旋转NC数据所获得的转换后NC数据从转换后NC数据存储单元33被传送到NC装置38。然后，NC装置38向各轴的操作控制器输出指令数据以控制包含三个直线轴和两个旋转轴的五个轴。五轴控制允许工具尖端位置40进行相对移动，使得工件2被加工。根据上述的配置，减少由倾斜的旋转轴导致的加工误差，并且，实现具有高精度的加工。

应注意，尽管如图所示NC装置38与控制装置20是彼此分离的，但是上述控制装置或控制方法也可被合并到NC装置38中，或者至少上述控制装置20中的计算单元或者至少上述控制方法中的计算步骤可被合并到NC装置38中，并且可实现同样的有利效果。

在此情况下，根据本发明的一个方面，可提供一种导致NC装置驱动五轴控制机床的方法，该五轴控制机床通过基于NC数据控制包含三个直线轴和两个旋转轴的五个轴以允许工具和工件的相对移动，该方法包括以下步骤：导致NC装置执行以与从所述NC数据获得的所述两个旋转轴中的每一个的旋转角相关联地基于所述两个旋转轴中的每一个的包含轴方向和轴位置的数据的旋转轴数据，计算用于校正在所述旋转角的工件朝向工具的姿势的所述两个旋转轴中的每一个的校正旋转角；和导致NC装置执行以使得所述两个旋转轴中的每一个以所述校正旋转角旋转。

在本发明的另一方面，可提供一种导致NC装置驱动五轴控制机床的系统，该五轴控制机床通过基于NC数据控制包含三个直线轴和两个旋转轴的五个轴以允许工具和工件的相对移动，该系统包括：被配置用于导致NC装置执行以与从所述NC数据获得的所述两个旋转轴中的每一个的旋转角相关联地基于所述两个旋转轴中的每一个的包含轴方向和轴位置的数据的旋转轴数据，计算用于校正在所述旋转角的工件朝向工具的姿势的所述两个旋转轴中的每一个的校正旋转角的单元；和被配置用于导致NC装置执行以使得所述两个旋转轴中的每一个以所述校正旋转角旋转的单元。

上述的导致NC装置驱动五轴控制机床的方法和系统也可被合并到NC装置38中。

由计算机系统或设备执行上述的实施例的处理操作。因此，也可通过向系统或设备供给存储有用于实现上述的功能的软件程序的存储介质使得系统或设备的计算机(CPU、MPU等)读取和执行存储于存储介质中的程序，实现上述的实施例的功能。

在这种情况下，从存储介质读取的程序实现上述的实施例的功能，因此，本发明包括程序和存储该程序的存储介质。用于提供程序的存储介质可以为例如软盘、硬盘、光盘、磁光盘、CD-ROM、CD-R、磁带、非易失性存储卡、ROM等。

并且，例如，通过使用由根据本发明的实施例的控制装置和控制方法控制的五轴控制机床加工模具。由于可通过使用上述的控制装置和控制方法校正工件和工具的姿势，因此能够减少由于加工导致的分级切削标记所造成的表面精度的劣化。

实施例

如图2所示，通过NC数据产生装置21产生的NC数据22被输入到并被存储于控制装置20的NC数据存储单元23中。旋转角计算单元24基于存储的NC数据22计算旋转轴A和C的旋转角。计算的旋转角的数据被存储于旋转角存储单元25中。

另一方面，旋转轴数据存储单元26存储五轴控制机床1的倾斜工作台6和旋转工作台7的与存储的旋转角数据有关的旋转轴数据27。这里，将描述旋转轴数据27。图15示出通过在旋转轴A和C中的每一个的旋转角为0°时关于旋转轴C旋转平面(0，0，1)而获得的平面的单位矢量e_xy(X，Y，Z)的测量结果，这里，曲线41表示X方向的矢量，并且曲线42表示Y方向的矢量。图15所示的测量结果经受回归分析，使得获得以下的关系表达式。

[表达式1]

X＝(9.75E-06)*sin(θ_c+53.5)-(8.43E-06)

Y＝(2.03E-05)*sin(θ_c-31)-(2.38E-06)

上述的关系表达式的数据被设为旋转轴数据27，并且，计算当旋转轴C以旋转角θ_c旋转时所获得的平面的倾斜。旋转角θ_c的数据被存储于旋转角存储单元25中。然后，计算当旋转轴C以旋转角θ_c旋转时表示旋转轴C的方向并且不导致计算出的平面的倾斜的单位矢量e_c。如旋转轴C的情况那样计算表示旋转轴A的方向的单位矢量e_a。

基于被存储于旋转轴数据存储单元26中的旋转轴A和C的旋转轴数据27以及基于被存储于旋转角存储单元25中的旋转轴A和C的旋转角的数据提供的关系表达式，校正旋转角计算单元28计算旋转轴A和C的校正旋转角。以下，将描述用于计算校正旋转角的过程。首先，根据以下的关系表达式计算矢量V。

[表达式2]

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{Vx}\\ \mathrm{Vy}\\ \mathrm{Vz}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\\ M{{\mathrm{\θ}}_c}^{-1}\\ \end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\\ M{{\mathrm{\θ}}_a}^{-1}\\ \end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\\ Z\\ \end{array}\right)$

这里，(Vx，Vy，Vz)是矢量V，

Mθ_c ^-1是-θ_c旋转矩阵，

Mθ_a ^-1是-θ_a旋转矩阵，并且，

Z是Z矢量。

然后，根据以下的关系表达式计算由单位矢量e_z(0，0，1)和表示旋转轴A的方向的单位矢量e_a形成的角度

[表达式3]

φ＝cos-1(e_az)

这里，e_az是单位矢量e_a的Z成分。

然后，基于内积式如下地计算C轴校正旋转角β：

[表达式4]

V_c·e_a＝|Vc||e_a|cosφ

然后，根据以下的关系表达式计算矢量Vc：

[表达式5]

$\left(\begin{array}{c}\\ \mathrm{Vc}\\ \end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\\ \mathrm{Rc}\\ \end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\\ V\\ \end{array}\right)$

这里，Vc是矢量Vc，

Rc是关于单位矢量e_c旋转β°的旋转矩阵，并且，

V是矢量V。

然后，根据以下的关系表达式计算A轴校正旋转角α：

[表达式6]

$\left(\begin{array}{c}\\ \mathrm{Ra}\\ \end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\\ \mathrm{Rc}\\ \end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\\ V\\ \end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\end{array}\right)$

这里，Ra是关于单位矢量e_a旋转α°的旋转矩阵，

Rc是关于单位矢量e_c旋转β°的旋转矩阵，并且，

V是矢量V。

计算出的旋转轴A和C的校正旋转角的数据被存储于校正旋转角存储单元29中。

下面，将描述用于通过NC数据校正旋转角计算单元30计算NC数据校正旋转角γ的过程。根据以下的关系表达式计算单位矢量V′a：

[表达式7]

$\left(\begin{array}{c}{V}^{\′}\mathrm{ax}\\ V^{\′}\mathrm{ay}\\ V^{\′}\mathrm{az}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\\ \mathrm{Ra}\\ \end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\\ \mathrm{Rc}\\ \end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\\ M{\mathrm{\θ}}_c\\ \end{array}\right)$

这里，(V′ax，V′ay，V′az)是矢量V′a，

Ra是关于单位矢量e_a旋转α°的旋转矩阵R，

Rc是关于单位矢量e_c旋转β°的旋转矩阵R，并且，

Mθc是θ_c旋转矩阵。

根据以下的关系表达式计算NC数据校正旋转角γ：

[表达式8]

γ＝cos^-1(V′ax)

基于计算出的NC数据校正旋转角通过旋转转换获得转换后NC数据。上述的过程导致五轴控制机床1的工具、工件和NC数据的相对姿势与NC数据产生装置21的工具、工件和NC数据的相对姿势一致。

下面，将描述校正后工件原点计算单元34。校正后工件原点计算单元34通过使用旋转轴数据存储单元26、校正旋转角计算单元28、和存储于基准工件原点存储单元36中的基准工件原点35的数据计算校正后工件原点。以下，将描述用于计算校正后工件原点的过程。

根据以下的关系表达式计算通过关于旋转轴C以角度β旋转基准工件原点O所获得的点Oc：

[表达式9]

$\left(\begin{array}{c}\\ \mathrm{Oc}\\ \end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\\ R{c}^{\′}\\ \end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\\ O\\ \end{array}\right)$

这里，Rc′是关于通过点P_c的单位矢量e_c旋转β°的旋转矩阵。

下面，根据以下的关系表达式计算以角度α关于旋转轴A旋转点Oc获得的点Oa：

[表达式10]

$\left(\begin{array}{c}\\ \mathrm{Oa}\\ \end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\\ R{a}^{\′}\\ \end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\\ \mathrm{Oc}\\ \end{array}\right)$

这里，Ra′是关于通过点P_a的单位矢量e_a旋转α°的旋转矩阵。

计算出的点Oa变为当旋转轴A和C从0°以该校正旋转角旋转时获得的校正后工件原点。

上述的过程导致五轴控制机床1中的工件和NC数据的相对位置与当两个旋转轴A和C不相对于它们的基准轴倾斜时获得的相对位置一致。

因此，五轴控制机床1中的工件2和工具4的相对位置和姿势与当两个旋转轴A和C不相对于它们的基准轴倾斜时获得的那些一致，使得工件2以高精度被加工。

虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的变更方式、等同的结构和功能。

Claims (9)

1.一种通过基于NC数据控制包含三个直线轴和两个旋转轴的五个轴以允许工具和工件的相对移动的五轴控制机床的控制装置，该控制装置包括：

被配置用于与从所述NC数据获得的所述两个旋转轴中的每一个的旋转角相关联地存储所述两个旋转轴中的每一个的包含轴方向和轴位置的数据的旋转轴数据的单元；

被配置用于基于所述旋转轴数据计算用于校正在所述旋转角的所述工具的姿势的所述两个旋转轴中的每一个的校正旋转角的单元；和

被配置用于通过使所述两个旋转轴中的每一个以所述校正旋转角旋转以校正所述工具的所述姿势的单元。

2.根据权利要求1的五轴控制机床的控制装置，还包括：

NC数据旋转和转换单元，被配置用于与所述校正旋转角相关联地旋转和转换所述NC数据，以获得转换后NC数据；和

被配置用于基于所述转换后NC数据控制所述三个直线轴和所述两个旋转轴的单元。

3.根据权利要求2的五轴控制机床的控制装置，还包括：

工件原点存储单元，被配置用于存储工件的原点位置的数据，所述原点位置基于所述NC数据被确定；

被配置用于基于所述两个旋转轴的旋转轴数据计算通过校正工件的原点位置的偏离所获得的校正后工件原点的单元，该偏离是在所述两个旋转轴中的每一个以所述校正旋转角旋转时出现的；和

被配置用于基于所述校正后工件原点和所述转换后NC数据控制所述三个直线轴和所述两个旋转轴的单元。

4.一种通过基于NC数据控制包含三个直线轴和两个旋转轴的五个轴以使得工具和工件相对移动的五轴控制机床的控制方法，该控制方法包括：

与从所述NC数据获得的所述两个旋转轴中的每一个的旋转角相关联地基于所述两个旋转轴中的每一个的包含轴方向和轴位置的数据的旋转轴数据，计算用于校正在所述旋转角的所述工件朝向所述工具的姿势的所述两个旋转轴中的每一个的校正旋转角；和

通过使所述两个旋转轴中的每一个以所述校正旋转角旋转，校正所述工件朝向所述工具的姿势。

5.根据权利要求4的五轴控制机床的控制方法，还包括基于通过与所述校正旋转角相关联地旋转和转换所述NC数据所获得的转换后NC数据，控制所述三个直线轴和所述两个旋转轴。

6.根据权利要求5的五轴控制机床的控制方法，还包括：

基于所述两个旋转轴的旋转轴数据，计算通过基于NC数据校正工件的原点位置的偏离获得的校正后工件原点，该偏离是在所述两个旋转轴中的每一个以所述校正旋转角旋转时出现的；和

基于所述校正后工件原点和所述转换后NC数据控制所述三个直线轴和所述两个旋转轴。

7.一种导致NC装置驱动五轴控制机床的方法，该五轴控制机床通过基于NC数据控制包含三个直线轴和两个旋转轴的五个轴以允许工具和工件的相对移动，该方法包括：

导致NC装置执行以与从所述NC数据获得的所述两个旋转轴中的每一个的旋转角相关联地基于所述两个旋转轴中的每一个的包含轴方向和轴位置的数据的旋转轴数据，计算用于校正在所述旋转角的工件朝向工具的姿势的所述两个旋转轴中的每一个的校正旋转角；和

导致NC装置执行以使得所述两个旋转轴中的每一个以所述校正旋转角旋转。

8.一种导致NC装置驱动五轴控制机床的系统，该五轴控制机床通过基于NC数据控制包含三个直线轴和两个旋转轴的五个轴以允许工具和工件的相对移动，该系统包括：

被配置用于导致NC装置执行以与从所述NC数据获得的所述两个旋转轴中的每一个的旋转角相关联地基于所述两个旋转轴中的每一个的包含轴方向和轴位置的数据的旋转轴数据，计算用于校正在所述旋转角的工件朝向工具的姿势的所述两个旋转轴中的每一个的校正旋转角的单元；和

被配置用于导致NC装置执行以使得所述两个旋转轴中的每一个以所述校正旋转角旋转的单元。

9.一种通过使用根据权利要求1的控制装置或根据权利要求4的控制方法由五轴控制机床加工的模具。

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