CN104070414B - 数控机床以及数控机床的主轴误差修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明的数控机床在数控机床的主轴上安装主轴误差测量用夹具。将能够在机床的各轴的移动轴方向上进行测量的测定元件设置在工作台上。对驱动工作台的直线轴和使主轴头升降的直线轴进行驱动控制，测量主轴中心位置测量用的孔和主轴角度偏差测量用的端面，由此进行主轴误差测量而进行主轴误差计算。根据该计算结果求出角度偏差和主轴误差修正量，将它们用作修正工作台和主轴的相对移动量的参数，修正主轴误差。

Description

数控机床以及数控机床的主轴误差修正方法

技术领域

本发明涉及一种主轴误差修正方法、具备主轴误差修正功能的数控机床以及该数控机床的主轴误差修正方法。

背景技术

目前，在具备固定在某直线移动轴或旋转轴上的主轴、具有一个轴以上的直线移动轴或旋转轴的工作台、具备控制这些主轴和工作台的动作的数值控制装置的机床中，在高精度相对于某工件的加工面进行垂直或平行加工的情况下，通过高精度地与移动轴垂直或平行地设置工件和加工面，能够高精度地进行加工。

但是，在使用台钳(stockvice)、夹盘等夹具将工件安装在机床上进行加工的情况下，加工面有可能相对于移动轴产生倾斜，并不一定垂直或平行，因此每次都必须通过手动进行微调整。

与此相对，在日本特开2010-201581号公报中公开了以下的方法，即在加工前测定工件和加工面的倾斜，与通过测定求出的倾斜一致地对设置有工件的工作台进行倾斜修正，高精度地对加工面进行加工。

但是，上述日本特开2010-201581号公报所公开的技术只是修正工件的倾斜，如果高精度地与载置工件的工作台垂直或平行地设置了保持加工工具的主轴，则能够如图16A和图16B所示那样进行高精度的加工，但在没有与工作台垂直或平行地设置主轴的情况下，如图17A、图17B、以及图17C所示那样在铣刀加工中成为台阶差等加工不良的产生原因，另外在开孔加工中钻头会变形。

此外，图16A表示了通过立铣刀加工对载置在工作台上的工件进行二段的口袋加工的例子。另外，图16B表示了对载置在工作台上的工件进行钻加工的例子。图17A图示了通过立铣刀加工对载置在工作台上的工件进行二段的口袋加工的例子。另外，图17B表示了对载置在工作台上的工件进行钻加工的例子。如图17A、图17B、以及图17C所示那样，在主轴不与工作台上的工件垂直的情况下，会引起加工不良和工具的破损。

发明内容

因此，本发明的目的在于：鉴于上述现有技术的问题点，提供一种数控机床以及数控机床的主轴误差修正方法，该数控机床具备固定在某直线移动轴上的主轴、具有2个轴以上的直线移动轴的工作台、用于固定设置在该工作台上的具有2个轴以上的旋转轴的工件的旋转台、控制这些主轴和工作台的数值控制装置，并具有对机床主体的制造阶段的组装误差和由于因工件的加工中产生的热造成的机床主体的变形的误差而产生的主轴误差进行修正的功能。

本发明的数控机床具备：使主轴移动的直线移动轴；使工作台移动的2个轴以上的直线移动轴；用于固定设置在上述工作台上的具有2个轴以上的旋转轴的工件的旋转台；数值控制装置，其控制上述主轴、上述直线移动轴以及上述旋转轴，进行上述工件的加工。进而，该数控机床具备：作为被测定构件的主轴误差测量用夹具，其被安装在主轴上，具备具有与主轴轴线平行的被测定面即内面的主轴中心位置测量用的孔、与上述主轴轴线垂直的被测定面即主轴角度偏差测量用的端面；测定元件，其被设置在上述工作台上，检测主轴误差测量用夹具的上述主轴中心位置测量用的孔、上述主轴角度偏差测量用的端面；主轴角度偏差计算单元，其将上述主轴误差测量用夹具安装到上述主轴上，根据通过上述测定元件测定上述主轴误差测量用夹具的内面和端面的结果来计算主轴角度偏差；修正量计算单元，其根据该计算出的主轴角度偏差来计算修正上述工作台和上述旋转台的位置的修正量；位置修正单元，其根据该修正量而使得上述直线移动轴和上述旋转台移动。

上述主轴角度偏差计算单元可以根据通过上述测定元件测定上述主轴误差测量用夹具的孔的内面即同一面上的3点以上的结果而求出主轴中心位置，根据对将使上述主轴误差测量用夹具的端面从上述主轴中心位置与上述主轴误差测量用夹具的端面垂直地下降所得的线的交点作为中心的任意直径的圆上的3个以上的点进行测定的结果，计算主轴角度偏差。进而，可以是上述主轴角度偏差计算单元除了上述主轴角度偏差以外，还计算主轴误差测量用夹具的主轴安装误差，上述修正量计算单元根据上述主轴安装误差和主轴角度偏差来计算修正上述工作台和上述旋转台的位置的修正量。

上述位置修正单元可以针对上述旋转台的2个轴以上的各旋转轴，根据上述修正量修正各旋转轴，与上述主轴垂直或平行地对上述工件进行位置修正，为了根据各直线移动轴的移动指令使上述主轴与上述工件垂直或平行地移动，而根据上述修正量计算各直线移动轴的相对移动修正量，根据该相对移动修正量进行相对移动修正。

在本发明的具备控制直线移动轴和旋转轴的数值控制装置的数控机床的主轴误差修正方法包括：将作为被测定构件的主轴误差测量用夹具安装到主轴上的步骤，其中，该主轴误差测量用夹具具备具有与主轴轴线平行的被测定面即内面的主轴中心位置测量用的孔、与上述主轴轴线垂直的被测定面即主轴角度偏差测量用的端面；通过被设置在固定载置工件的旋转台的工作台上的测定元件利用上述主轴误差测量用夹具来检测上述主轴中心位置测量用的孔、上述主轴角度偏差测量用的端面的步骤；根据通过上述测定元件检测上述主轴误差测量用夹具的内面和端面的结果来计算主轴角度偏差的步骤；根据上述计算出的主轴角度偏差来计算修正上述工作台和上述旋转台的位置的修正量的步骤；根据上述修正量而使得上述直线移动轴和上述旋转台移动的步骤。

上述主轴角度偏差的计算也可以根据通过上述测定元件测定上述主轴误差测量用夹具的孔的内面即同一面上的3点以上的结果来求出主轴中心位置，根据对从上述主轴中心位置将使上述主轴误差测量用夹具的端面与上述主轴误差测量用夹具的端面垂直地下降所得的线的交点作为中心的任意直径的圆上的3个以上的点进行测定的结果来进行。

也可以除了上述主轴角度偏差以外，还计算主轴误差测量用夹具的主轴安装误差，根据上述主轴安装误差和主轴角度偏差来计算修正上述工作台和上述旋转台的位置的修正量。

上述移动也可以针对上述旋转台的2个轴以上的各旋转轴，根据上述修正量来修正各旋转轴，与上述主轴垂直或平行地对上述工件进行位置修正，为了根据各直线移动轴的移动指令使上述主轴与上述工件垂直或平行地移动，而根据上述修正量计算各直线移动轴的相对移动修正量，根据该相对移动修正量进行相对移动修正。

根据本发明，提供一种数控机床、以及数控机床的主轴误差修正方法，该数控机床具备固定在某直线移动轴上的主轴、具有2个轴以上的直线移动轴的工作台、用于固定设置在该工作台上的具有2个轴以上的旋转轴的工件的旋转台、控制这些主轴和工作台的数值控制装置，并具有对该机床主体的制造阶段的组装误差、由于因工件的加工中产生的热造成的机床主体的变形的误差而产生的主轴误差进行修正的功能。

附图说明

根据参照附图的以下实施方式的说明能够了解本发明的上述和其他目的和特征。

图1A和图1B是说明在没有组装误差的状态下固定在移动轴上的主轴的例子的图。

图2A和图2B是说明在有组装误差的状态下固定在移动轴上的主轴的例子的图。

图3A和图3B是说明在有组装误差并且有因变形产生的误差的状态下固定在移动轴上的主轴的例子的图。

图4A、图4B以及图4C是说明使工件相对于主轴轴线相对地动作的情况的图。

图5A和图5B是说明装载了主轴误差修正旋转台的例子的图。

图6A和图6B是说明主轴误差修正旋转台的图。

图7A和图7B是说明主轴误差测量用夹具的一个例子的图。

图8A和图8B是说明主轴误差测量用夹具的另一个例子的图。

图9是表示本发明的实施方式的具备主轴误差修正功能的机床的结构的框图。

图10A和图10B是说明主轴误差测量用夹具的测量例子的图。

图11是说明主轴误差修正控制单元的图(之一)。

图12A、图12B、以及图12C是说明主轴误差修正控制单元的图(之二)。

图13A和图13B是说明主轴误差修正控制单元的图(之三)。

图14A和图14B是说明工作台相对移动单元的图。

图15A和图15B是补充说明公式(2)的图。

图16A和图16B是说明主轴与工件垂直的情况下的加工例子的图。

图17A、图17B、以及图17C是说明主轴与工件不垂直的情况下的加工例子的图。

具体实施方式

本发明涉及一种数控机床，具备：固定在某直线移动轴上的主轴；具有2个轴以上的直线移动轴的工作台；设置在该工作台上的、具有2个轴以上的旋转轴的、用于固定工件的旋转台；以及控制这些主轴和工作台的数值控制装置。该数控机床为了解决在机床主体的制造阶段相对于移动轴而固定的主轴的组装误差、由于因在加工中产生的热造成的变形而产生的主轴的变位误差的问题，采用以下的实施方式。

使用图1说明机床。

机床1包括机床主体2、控制该机床主体2的数值控制装置3(参照图9)。首先，说明机床主体2。床(bed)10在Y轴方向(机床主体2的前后方向)上形成为长的大致立方体状，通过向铸模内灌入铸铁等金属材料而成型。在床10的下部的四角分别设置有能够调节高度的腿部10a。通过将这些腿部10a设置在工厂等的地面上，而将机床1设置在预定位置。

机床主体2具备床10、从该床10的上部后方向上方垂直延伸的立方体状的柱12、沿着该柱12的前面设置的移动轴(Z轴)13、设置为能够通过该移动轴(Z轴)13沿着柱12的前面升降的主轴头14、固定在从该主轴头14的下部向铅垂下方延伸设置的主轴上而安装更换工具架进行工具交换的工具安装部15、设置在床10的上部而可装卸地固定工件的工作台11。在机床主体2中，通过省略了图示的控制装置控制主轴和各移动轴。工作台11由电动机(未图示)驱动，向X轴和Y轴的方向移动。

在机床1的机床主体2的制造上，将固定在某移动轴上的主轴调整为正确的位置和方向进行制造是困难的，因此主轴的位置和方向产生误差。该误差是指虽然应该将主轴轴线102设置为与本来固定主轴的移动轴垂直(与X轴和Y轴垂直)或平行(Z轴)(参照图1)，但如图2A和图2B所示，相对于固定主轴轴线102的移动轴(Z轴)具有角度偏差A(α₀、β₀)，将这时的主轴中心位置设为(X₀、Y₀、Z₀)。此外，此后将该误差称为“固定的误差”。

另外，除了该“固定的误差”以外，由于在加工中产生的热和外部气温变化而机床1的机床主体2发生变形，如图3A和图3B所示，主轴轴线从主轴轴线102向主轴轴线104移动。这样，如图3A和图3B所示，产生相对于主轴中心位置Q(X_h、Y_h、Z_h)和固定了主轴的移动轴的角度偏差B(α_h、β_h)。由于机床1的机床主体2的变形，主轴中心位置从主轴中心位置(X₀、Y₀、Z₀)移动到主轴中心位置Q(X_h、Y_h、Z_h)。

以主轴中心位置P(X₀、Y₀、Z₀)为基准，将与由于机床主体2被施加变形而产生的主轴中心位置Q(X_h、Y_h、Z_h)的差设为主轴中心位置误差量(ΔX、ΔY、ΔZ)。如图3A和图3B所示，用各轴的差(ΔX＝X₀-X_h，ΔY＝Y₀-Y_h，ΔZ＝Z₀-Z_h)表示主轴中心位置误差量(ΔX、ΔY、ΔZ)。

如后述那样，能够通过使用特定的工具(主轴误差测量用夹具)和测定元件来求出主轴中心位置P(X₀、Y₀、Z₀)、主轴中心位置Q(X_h、Y_h、Z_h)、角度偏差A(α_h、β_h)。

目前，由于在制造机床1的机床主体2时产生的主轴轴线相对于垂直方向的偏差，机床1不是如图16A和图16B那样在主轴没有角度偏差的状态下进行加工，实际上如图2A和图2B或图3A和图3B那样在主轴具有主轴中心位置P(X₀、Y₀、Z₀)或主轴中心位置Q(X_h、Y_h、Z_h)以及角度偏差A(α₀、β₀)或角度偏差B(α_h、β_h)的状态下进行加工。

与此相对，本发明的实施方式的机床1通过采用对各轴修正因机床的周围的外部气温的变化和主轴旋转动作造成的发热、加工后供暖运转后等的主轴误差产生动作而产生的误差即主轴中心位置误差量(ΔX、ΔY、ΔZ)的手段，能够进行加工而修正由于上述主轴误差产生动作而产生的误差。

但是，只是通过上述对各轴进行修正的手段，并没有考虑到主轴的角度偏差。如图17A、图17B以及图17C的例子所示，由于主轴角度偏差，在改变高度和位置的基于铣刀的加工中会产生台阶差，在钻加工中加工开始位置、结束位置、钻位置的不同，因此由于异常负荷而产生加工孔的变形、工具异常损耗、工具破损、精度不良等加工不良。

为了解决这样的问题，在相对于移动轴而固定主轴的情况下(在图1的情况下，固定在Z轴上)，通过加工开始前和加工中通过主轴的静态精度调整而修正主轴角度偏差，能够实现高精度的加工。但是，在现实中难以在加工前进行机械的静态精度调整，不可能通过静态精度调整来调整因外部气温的变化、主轴旋转动作的发热造成的不固定的机床的变形。

因此，将具有角度偏差的主轴固定在移动轴上，使工件以与该主轴轴线垂直或平行地动作的方式进行相对移动，能够对安装在主轴上的工具进行高精度并且稳定的加工(参照图4A、图4B、以及图4C。主轴被固定在Z轴上)。图4A、图4B是说明铣刀加工的图。图4C是说明钻加工的图。另外，如图5A和图5B那样与测量的主轴的角度偏差一致，控制主轴误差修正旋转台19的各轴(倾斜轴(A轴)20、旋转轴(C轴)21)，使工件16的姿势变化，从而能够对工件16进行高精度的加工。

使用安装在主轴上的工具(铣刀17、钻18等)对工件16进行高精度的加工是为了实现图4A、图4B、以及图4C、图5A和图5B所示的上述的加工，需要针对由于上述主轴误差产生动作而进行了不固定的变形的主轴来修正角度偏差。

因此，首先为了测量主轴中心位置Q(X_h、Y_h、Z_h)，代替工具而将图7A和图7B所示的主轴误差测量用夹具30安装到主轴上(具体地说，将主轴误差测量用夹具30的夹具架31安装到工具安装部15上)。此外，也能够同样地测量主轴中心位置P。

图7A和图7B是说明主轴误差测量用夹具例子的图。图7A是从侧面观察主轴误差测量用夹具的概要图。图7B是在箭头34的方向上观察主轴误差测量用夹具的图。

主轴误差测量用夹具30具备用于安装到主轴的工具安装部15上的夹具架31、具有与主轴轴线(中心轴线)平行的内周面的主轴中心位置测量用的孔32、与上述主轴轴线垂直的被测定面即主轴角度偏差测量用的端面33。与主轴中心位置测量用的孔32的深度方向正交的截面和主轴角度偏差测量用的端面33都为圆形形状。在图8A和图8B中，作为主轴误差测量用夹具30的主轴角度偏差测量用的端面33的形状，列举十字形状作为主要形状例子。

此外，主轴误差测量用夹具30如果是使测定范围与主轴轴线垂直的形状，则也可以是圆盘形状、十字形状以外。另外，对于主轴中心位置测量用的孔32的形状，列举圆形、四角形状作为主要形状例子，但如果是使测定范围与主轴轴线平行的形状，则也可以是圆形、四角形状以外。

图9是表示本发明的实施方式的具备主轴误差修正功能的机床的结构的框图。在本发明的实施方式中，机床1具备机床主体2、主轴误差修正旋转台19、测定元件5以及数值控制装置3。数值控制装置3控制机床主体2以及主轴误差修正旋转台19的动作，取得从测定元件5输出的主轴误差测量用夹具30的检测信号。

在机床主体2的各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)以及主轴误差修正旋转台19的各旋转轴(C轴、A轴)上设置有位置检测器(未图示)，分别将来自位置检测器的反馈信号输入到数值控制装置3。数值控制装置3控制机床1的整体。数值控制装置3在对工件16进行机械加工的情况下，根据预先设定的加工程序向驱动机床主体2的各轴的电动机输出驱动指令，控制各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)相对于工件16的相对位置。

数值控制装置3根据预先设定的主轴误差修正控制程序，使用测定元件5执行安装在机床主体2的工具安装部15上的主轴误差测量用夹具30的测量。根据预先设定的程序(主轴误差修正控制程序)，向机床主体2的各轴的电动机输出驱动指令，控制各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)相对于主轴误差测量用夹具30的相对位置。数值控制装置3通过接收来自测定元件5的输出信号，取得主轴误差测量用夹具30的所需要位置的数据。

数值控制装置3通过执行主轴误差修正控制程序，来执行主轴误差测量、使用了测量结果的主轴误差计算、求出用于修正通过计算得到的主轴误差的修正量的主轴误差修正计算、以及将上述修正量设定为主轴误差参数的一连串的处理。

以下，说明<主轴误差测量>、<主轴误差计算>、<主轴误差修正>、<主轴误差参数设定>。

如图10A和图10B所示，将能够在机床1的移动轴方向上进行测量的测量元件(接触式测定装置)5设置在工作台11上，通过数值控制装置3分别对该工作台11的X轴、Y轴以及使主轴头14升降的Z轴进行驱动控制，测量主轴中心位置测量用的孔32以及主轴角度偏差测量用的端面33。此外，测定元件(接触式测定装置)5可以使用在与测定对象物接触时输出检测信号的触摸式传感器等公知的装置。

<主轴误差测量>

参照图11说明下述(1)～(3)。

(1)主轴中心位置的测量

在主轴中心位置测量用的孔32的测量中，使用测定元件5针对主轴中心位置测量用的孔32的与主轴轴线平行的面(主轴中心位置测量用的孔32的内周侧面)在3点以上的位置进行测量，使用该测量结果能够计算机械启动时或主轴误差产生动作后的主轴中心位置Q(X_h、Y_h、Z_h)。

更具体地说，如图11所示在工作台11上设置能够在移动轴方向上进行测量的测定元件5，通过数值控制装置3对工作台11的X轴、Y轴以及使主轴头14升降的Z轴的各移动轴进行驱动控制，测量位于主轴中心位置测量用的孔32的内周面上即同一平面上的不同的至少3点。

(2)主轴误差测量用夹具安装误差的测量

在主轴角度偏差测量用的端面33的测量中，在以上述主轴中心轴位置Q为中心的任意测量直径D的位置，如图12所示使用测定元件5，使主轴在0～360°之间旋转，在3点以上的位置进行测量，测量主轴误差测量用夹具30相对于主轴的主轴误差测量用夹具安装误差(Z_xe，Z_ye)。

在图12B和图12C中表示端面33的4点测量中的主轴误差测量用夹具安装误差(Z_xe、Z_ye)的测量方法。这是以下的方法，即为了在将主轴误差测量用夹具安装到主轴上的状态下将X轴方向设为0°的情况下测量X轴和Y轴方向上的夹具的斜率，而在各轴上按照以主轴中心位置Q为中心的测量直径D的半径位置(D/2，0)，以对应的角度在X轴方向上的2点(0°和180°)、在Y轴方向上的2点(9°和270°)合计4点上测量Z轴方向的位置，测量各轴方向的夹具的斜率。

图12B说明了测量X轴方向上的夹具的斜率的方法。将测定元件5设置在(D/2，0)的位置，将在主轴的旋转角度为0°时通过测定元件5检测出的主轴误差测量用夹具30的Z轴方向的位置设为Z_x1。接着，将在主轴的旋转角度为180°时通过测定元件5检测出的主轴误差测量用夹具30的Z轴方向的位置设为Z_x2。另外，将Z-X平面内的误差表示为Z_xe＝Z_x2-Z_x1。

图12C说明了测量Y轴方向上的夹具的斜率的方法。将在主轴的旋转角度为90°时通过测定元件5检测出的主轴误差测量用夹具30的Z轴方向的位置设为Z_y1。接着，将在主轴的旋转角度为270°时通过测定元件5检测出的主轴误差测量用夹具30的Z轴方向的位置设为Z_y1。另外，将Z-Y平面内的误差表示为Z_ye＝Z_y2-Z_y1。

(3)主轴角度偏差的测量

接着，在固定了主轴(将旋转角度设为0°)后，使设置了测定元件5的工作台11向X方向动作(驱动X轴的移动轴)，针对主轴角度偏差测量用的端面33，以(X_h，Y_h，Z_h)为中心，在成为测量直径D的直线上的2个位置上测定主轴误差测量用夹具30的Z方向的位置。在2个位置的X轴上将主轴角度偏差设为Z_xh。

接着，使设置了测定元件5的工作台11向Y方向动作(驱动Y轴的移动轴)，针对主轴角度偏差测量用的端面33，以(X_h，Y_h，Z_h)为中心，在成为测量直径D的直线上的2个位置上测定主轴误差测量用夹具30的Z方向的位置。在2个位置的Y轴上将主轴角度偏差设为Z_yh。在此，用(Z_xh，Z_yh)表示主轴角度偏差。此外，主轴角度偏差(Z_xh，Z_yh)包含主轴误差测量用夹具30向主轴的安装误差。

<主轴误差计算>

(4)根据下述公式(1)，求出从主轴角度偏差(Z_xh，Z_yh)减去了主轴误差测量用夹具安装误差(Z_xe，Z_ye)所得的真正的主轴角度偏差(Z_x，Z_y)。

Z_x＝Z_xh-Z_xe

Z_y＝Z_yh-Z_ye

α_h＝tan^-1(Z_x/D)

β_h＝tan^-1(Z_y/D)

......(1)

根据真正的主轴角度偏差(Z_x，Z_y)的计算结果，根据下述公式(2)计算主轴角度偏差修正量(θ_C，θ_A)。

θ_C计算公式

Z_y≠0θ_C＝tan^-1(Z_x/Z_y)

Z_y＝0，Z_x＞0θ_C＝90°

Z_y＝0，Z_x＜0θ_C＝-90°

θ_A计算公式

Z_y≥0θ_A＝tan^-1(r/D)

Z_y＜0θ_A＝-tan^-1(r/D)

其中，

$r=\sqrt{{Z_x}^2+{Z_y}^2}$

D：测量直径......(2)

<主轴误差修正>

(5)用于对工件进行姿势控制使其与主轴轴线垂直或平行的主轴误差修正旋转台19(参照图14A和图14B)是以旋转轴(C轴)21作为床的具有倾斜轴(A轴)20的主轴误差修正旋转台。旋转轴(C轴)21围绕与固定了主轴的移动轴(Z轴)平行的轴旋转，倾斜轴(A轴)围绕与具有2个轴以上的移动轴(X轴、Y轴)的工作台11的上面平行的轴旋转。在图6A和图6B中，倾斜轴(A轴)围绕与X轴平行的轴旋转。通过将主轴角度偏差修正量(θ_C，θ_A)设定为主轴误差修正旋转台19的旋转台参数而进行修正动作，由此能够对载置在主轴误差修正旋转台19上的工件16进行姿势控制使其与主轴轴线垂直、平行。

<主轴误差参数设定>

如图14A和图14B所示，将通过上述<主轴误差计算>计算出的主轴角度偏差修正量(α_h，β_h，θ_C，θ_A)设定为用于使主轴与主轴轴线垂直或平行地动作的单元即工作台相对移动单元的工作台相对移动参数，如图14A和图14B所示与移动指令一致，使各移动轴(X轴、Y轴、Z轴)相对动作使得主轴与主轴轴线垂直或平行地动作，由此能够对所安装的加工工具(铣刀17、钻18等)以及工件16进行高精度的加工。

如图14B所示，使用通过用图11、图12A、图12B、图12C、图13A、图13B说明了的主轴误差修正控制单元设定的工作台相对移动参数，根据移动轴的指令量计算各轴的相对移动量(X₁、Y₁、Z₁)而进行修正，与固定了主轴的移动轴同步动作。在主轴的移动轴以移动量Z动作的情况下，通过下述公式(3)表示各轴的相对移动量(X₁、Y₁、Z₁)。此外，r_t是工作台11的移动量。

X轴移动指令的情况X_X＝X×cosα_h，Y_X＝0，Z_X＝X×sinα_h

Y轴移动指令的情况X_Y＝0，Y_Y＝Y×cosβ_h，Z_Y＝Y×sinβ_h

Z轴移动指令的情况X_Z＝r_t×sinθ_C，Y_Z＝r_t×cosθ_C，Z_Z＝Z×cosθ_A

工作台移动量r_t＝Z×sinθ_A

X₁＝X_X+X_Y+X_Z

＝X×cosα_h+0+r_t×sinθ_C

＝X×cosα_h+r_t×sinθ_C

Y₁＝Y_X+Y_Y+Y_Z

＝0+Y×cosβ_h+r_t×cosθ_C

＝Y×cosβ_h+r_t×cosθ_C

Z₁＝Z_X+Z_Y+Z_Z

＝X×sinα_h+Y×sinβ_h+Z×cosθ_A

......(3)

本发明将根据通过主轴误差测量用夹具30、测定元件5、主轴误差修正控制单元(参照图11、图12A、图12B、图12C、图13A、图13B)测量出的主轴角度偏差计算出的修正值设定为主轴误差修正旋转台19的旋转台参数和工作台相对移动单元(参照图14A和图14B)的工作台相对移动参数，对主轴误差修正旋转台19和工件16进行姿势控制使其与主轴轴线垂直或平行，通过工作台相对移动单元使安装在主轴上的加工工具(铣刀17、钻18等)与主轴轴线平行地相对移动，由此通过安装在主轴上的加工工具对工件16进行高精度的加工。

在此，使用图15A和图15B补足说明公式(2)。根据图6A和图6B所示的旋转台19的各旋转轴的方向性进行说明。

<θc的求取方法>

对作为移动轴的各X轴Y轴方向置换Z_X、Z_Y各自的值，由此求出θ_C。

Zy≠0的情况

θ_C＝tan^-1(Z_x/Z_Y)

Zy＝0的情况

Z_x＞0θ_C＝90°

Z_x＜0θ_C＝-90°

<θ_A的求取方法>

根据测量直径D和从Zx、Zy计算出的r来求出θ_A。

Z_y≥0θ_A＝tan^-1(r/D)

Z_y＜θ_A＝-tan^-1(r/D)

(计算例子)

在此，表示公式(1)、公式(2)、公式(3)的计算例子。

D＝200.0、Z_X1＝0、Z_X2＝+0.01、Z_y1＝0、Z_y2＝-0.02的情况

Z_xe＝Z_x2-Z_x1＝0.01

Z_ye＝Z_y2-Z_y1＝-0.02

接着，

Z_xh＝+0.06、Z_yh＝+0.08

Z_x＝Z_xh-Z_xe＝0.06-0.01＝0.05

Z_y＝Z_yh-Z_ye＝0.08-(-0.02)＝0.10

α_h＝tan^-1(Z_x/D)＝tan^-1(0.05/200)

＝0.014324

β_h＝tan^-1(Z_y/D)＝tan^-1(0.10/200)

＝0.028648

在此，表示θ_C和θ_A的计算例子。

D＝200.0、Z_x＝+0.05、Z_y＝+0.1

θ_C＝tan^-1(Z_x/Z_y)＝tan^-1(0.05/0.1)

＝26.565°

由此，

θ_C＝26.565°

θ_A＝0.032°

(X1、Y1、Z1的计算例子)

在此，表示(X1、Y1、Z1)的计算例子。

X、Y、Z各轴的移动指令是X＝300.0、Y＝100.0、Z＝200.0的情况

α_h＝tan^-1(Z_x/D)＝0.014324

β_h＝tan^-1(Z_y/D)＝0.028648

r_t＝Z×sinθ_A＝0.111701

X₁＝X×cosα_h+r_t×sinθ_C

＝299.0000006+0.049954＝300.0499446

Y₁＝Y×cosβ_h+r_t×cosθ_C

＝99.9999875+0.09990845＝100.099896

Z₁＝X×sinα_h+Y×sinβ_h+Z×cosθ_A

＝0.075+0.05+199.9999688＝200.1249688

由此，

X₁＝300.0499446

Y₁＝100.099896

Z₁＝200.1249688

Claims (9)

1.一种数控机床，具备：

使主轴移动的直线移动轴；

使工作台移动的2轴以上的直线移动轴；

设置在上述工作台上的、具有2轴以上的旋转轴的、用于固定工件的旋转工作台；以及

数值控制装置，其控制上述主轴、上述直线移动轴以及上述旋转轴，进行上述工件的加工，

该数控机床的特征在于，还具备：

作为被测定构件的主轴误差测量用夹具，其安装在主轴上，并具备：具有与主轴轴线平行的被测定面即内面的主轴中心位置测量用的孔、以及与上述主轴轴线垂直的被测定面即主轴角度偏差测量用的端面；

测定元件，其设置在上述工作台上，检测主轴误差测量用夹具的上述主轴中心位置测量用的孔和上述主轴角度偏差测量用的端面；

主轴角度偏差计算单元，其将上述主轴误差测量用夹具安装到上述主轴上，根据通过上述测定元件测定上述主轴误差测量用夹具的内面和端面的结果来计算主轴角度偏差；

修正量计算单元，其根据该计算出的主轴角度偏差来计算修正上述工作台和上述旋转台的位置的修正量；以及

位置修正单元，其根据该修正量使上述直线移动轴和上述旋转台移动。

2.根据权利要求1所述的数控机床，其特征在于，

上述主轴角度偏差计算单元根据通过上述测定元件测定上述主轴误差测量用夹具的孔的内面即同一面上的3点以上的结果，求出主轴中心位置，根据对从上述主轴中心位置将上述主轴误差测量用夹具的端面与上述主轴误差测量用夹具的端面垂直地下降所得的线的交点作为中心的任意直径的圆上的3个以上的点进行测定的结果，计算主轴角度偏差。

3.根据权利要求2所述的数控机床，其特征在于，

上述主轴角度偏差计算单元除了计算上述主轴角度偏差以外，还计算主轴误差测量用夹具的主轴安装误差，

上述修正量计算单元根据上述主轴安装误差和主轴角度偏差来计算修正上述工作台和上述旋转台的位置的修正量。

4.根据权利要求1所述的数控机床，其特征在于，

上述位置修正单元针对上述旋转台的2轴以上的各旋转轴，根据上述修正量修正各旋转轴，将上述旋转台和上述工件姿势修正成与上述主轴垂直或平行，为了根据各直线移动轴的移动使上述主轴与上述工件垂直或平行地移动，而根据上述修正量计算各直线移动轴的相对移动修正量，根据该相对移动修正量对向各直线移动轴的移动指令进行相对移动修正。

5.一种数控机床的主轴误差修正方法，该数控机床具备：使主轴移动的直线移动轴；使工作台移动的2轴以上的直线移动轴；设置在上述工作台上的、具有2轴以上的旋转轴的、用于固定工件的旋转工作台；以及数值控制装置，其控制上述主轴、上述直线移动轴以及上述旋转轴，进行上述工件的加工，

该数控机床的主轴误差修正方法的特征在于，包括：

将作为被测定构件的主轴误差测量用夹具安装到主轴上的步骤，其中，该主轴误差测量用夹具具备：具有与上述机床的主轴轴线平行的被测定面即内面的主轴中心位置测量用的孔、以及与上述主轴轴线垂直的被测定面即主轴角度偏差测量用的端面；

通过设置在固定载置工件的旋转台的工作台上的测定元件，利用上述主轴误差测量用夹具来检测上述主轴中心位置测量用的孔和上述主轴角度偏差测量用的端面的步骤；

根据通过上述测定元件检测上述主轴误差测量用夹具的内面和端面的结果来计算主轴角度偏差的步骤；

根据上述计算出的主轴角度偏差来计算修正上述工作台和上述旋转台的位置的修正量的步骤；以及

根据上述修正量使上述直线移动轴和上述旋转台移动的步骤。

6.根据权利要求5所述的数控机床的主轴误差修正方法，其特征在于，

计算主轴角度偏差是：根据通过上述测定元件测定上述主轴误差测量用夹具的孔的内面即同一面上的3点以上的结果，求出主轴中心位置，根据对从上述主轴中心位置将上述主轴误差测量用夹具的端面与上述主轴误差测量用夹具的端面垂直地下降所得的线的交点作为中心的任意直径的圆上的3个以上的点进行测定的结果，计算主轴角度偏差。

7.根据权利要求5或6所述的数控机床的主轴误差修正方法，其特征在于，

除了上述主轴角度偏差以外，还计算主轴误差测量用夹具的主轴安装误差，根据上述主轴安装误差和主轴角度偏差来计算修正上述工作台和上述旋转台的位置的修正量。

8.根据权利要求5或6所述的数控机床的主轴误差修正方法，其特征在于，

上述移动中，针对上述旋转台的2轴以上的各旋转轴，根据上述修正量修正各旋转轴，将载置于上述旋转台的上述工件姿势修正成与上述主轴垂直或平行，为了根据各直线移动轴的移动使上述主轴与上述工件垂直或平行地移动，而根据上述修正量计算各直线移动轴的相对移动修正量，根据该相对移动修正量对向各直线移动轴的移动指令进行相对移动修正。

9.根据权利要求7所述的数控机床的主轴误差修正方法，其特征在于，

上述移动中，针对上述旋转台的2轴以上的各旋转轴，根据上述修正量修正各旋转轴，将载置于上述旋转台的上述工件姿势修正成与上述主轴垂直或平行，为了根据各直线移动轴的移动使上述主轴与上述工件垂直或平行地移动，而根据上述修正量计算各直线移动轴的相对移动修正量，根据该相对移动修正量对向各直线移动轴的移动指令进行相对移动修正。