CN104950803A - 机床的控制方法以及控制装置 - Google Patents
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Abstract
提供机床的控制方法以及控制装置,能够与任意轴结构对应地计算出平动轴指令值和旋转轴指令值。所述机床利用2个轴以上的平动轴和1个轴以上的旋转轴,使安装工具的主轴与保持工件的工作台进行相对移动,由此利用工具来加工工件,所述机床具备的主轴和工作台中的至少一方为多个,对由机床的误差而产生的工具相对于工件的位置误差进行校正来计算出平动轴指令值以及旋转轴指令值,机床的控制方法包含:选择步骤,选择任意轴结构;平动轴校正值计算步骤(S40),计算出在任意轴结构所包含的平动轴的指令值坐标系上对位置误差进行校正的平动轴的校正值;以及旋转轴校正值计算步骤(S50),计算出在任意轴结构所包含的旋转轴的指令值坐标系上对位置误差进行校正的旋转轴的校正值。
Description
技术领域
本发明涉及机床的控制方法以及控制装置,所述机床利用2个轴以上的平动轴和1个轴以上的旋转轴,使安装工具的主轴与保持工件的工作台进行相对移动,由此利用所述工具来加工所述工件,所述机床具备的所述主轴和所述工作台中的至少一方为多个,对由机床的误差而产生的所述工具相对于所述工件的位置误差进行校正,来计算出用于控制所述平动轴的平动轴指令值以及用于控制所述旋转轴的旋转轴指令值。
背景技术
图7是该机床的一例,是具有3个平动轴和2个旋转轴的5轴控制加工中心101的示意图。利用作为平动轴且彼此正交的X轴和Z轴,主轴头102能够相对于底座103能够进行二自由度平动的运动。利用作为旋转轴的C轴,工作台104能够相对于托架105进行一自由度旋转的运动。利用作为旋转轴的A轴,托架105能够相对于耳轴106进行一自由度旋转的运动,其中A轴与C轴彼此正交。利用作为平动轴且与X轴和Z轴正交的Y轴,耳轴106能够相对于底座103进行一自由度平动的运动。通过由数控装置(未图示)控制的伺服电机(未图示)来驱动各轴,将工件固定在工作台104,在主轴头102安装工具(未图示)并使其旋转,对工件与工具的相对位置进行控制来进行工件加工。
作为对所述5轴控制加工中心101的运动精度造成影响的因素,例如存在如下误差:旋转轴的中心位置的误差(相对于所设想的位置的偏移);以及旋转轴的倾斜误差(轴间的垂直度和平行度)等各轴之间的几何学的误差(几何误差)。如果存在几何误差,则作为5轴控制加工中心101的运动精度劣化,工件的加工精度劣化。因此,需要通过调整来减小几何误差,但是使几何误差为零是困难的,通过执行对几何误差进行校正的控制,能够进行高精度的加工。
作为对几何误差进行校正的方案,提出了如专利文献1所记载的方法。在专利文献1所记载的方法中,考虑到机床的几何误差,将工具前端点的位置变换成各平动轴的位置,并且将它们设为用于控制平动轴的指令值,由此能够对由几何误差而产生的工具前端点的位置误差进行校正。
另外,在专利文献2中提出了如下方法:将伴随机床的动作的变形误差、与平动轴的指令位置对应地产生的定位误差、以及由机床的各要素的发热等所引起的热位移而产生的误差视为所述几何误差,并且将根据该几何误差计算出的平动轴的校正值相加至该平动轴的指令值,由此计算出用于控制平动轴的指令值。
再有,在专利文献3中提出了如下方法:在该方法中,对由机床的热变形而产生的加工误差进行校正,所述机床具有:在同一轴线上对置的左主轴台以及右主轴台;左刀架,其能够利用平动轴进行移动且在左加工区域中与所述左主轴台一起用于工件加工;右刀架,其能够利用平动轴进行移动且在右加工区域中与所述右主轴台一起使用于工件加工;以及上刀架,其能够利用平动轴和旋转轴进行移动且在左加工区域以及右加工区域这两个区域中用于工件加工。在该方法中,按各加工区域分别运算出对由机床的热变形而产生的加工误差进行校正的平动轴方向以及旋转轴的旋转方向的各校正值,根据以该各校正值进行了校正后的平动轴的指令值和旋转轴的指令值,对所述左右刀架和所述上刀架进行控制。
专利文献1:日本特开2004-272887号公报
专利文献2:日本特开2009-104317号公报
专利文献3:日本特开2009-172716号公报
然而,在专利文献1和2所记载的方法中,由于将具有一个主轴和一个工作台的机床作为对象,其中,所述主轴用于安装对工件进行加工的工具,所述工作台用于保持该工件,因此该方法中存在如下问题:在所具备的所述主轴和所述工作台中的至少一方为多个、且利用2个轴以上的平动轴和1个轴以上的旋转轴使所述主轴和所述工作台进行相对移动的机床中,无法对以几何误差为首的机床的误差进行校正来计算出所述平动轴的指令值,而且无法对该误差进行校正来计算出所述旋转轴的指令值。
再有,在专利文献3所记载的方法中,对由机床的热位移而产生的加工误差进行校正,来计算出能够使各刀架移动的平动轴的指令值、以及能够使上刀架所具备的主轴旋转移动的旋转轴的指令值,其中所述机床具有具备主轴的多个刀架(左右刀架以及上刀架)以及相当于工作台的多个主轴台(左主轴台以及右主轴台),然而无法响应想要进行如下工作的请求:与具有多个平动轴所包含的任意平动轴和旋转轴的任意轴结构对应地,对机床的误差进行校正来计算出平动轴的指令值,以及对该机床的误差进行校正来计算出旋转轴的指令值。
发明内容
本发明是鉴于以上状况而提出的,其目的在于提供机床的控制方法以及控制装置,能够对所具备的主轴和工作台中的至少一方为多个的机床的误差进行校正,并且能够与具有任意平动轴和任意旋转轴的任意轴结构对应地计算出平动轴的指令值和旋转轴的指令值。
本发明的技术方案1的机床的控制方法的特征在于,所述机床利用2个轴以上的平动轴和1个轴以上的旋转轴,使安装工具的主轴与保持工件的工作台进行相对移动,由此利用所述工具来加工所述工件,所述机床具备的所述主轴和所述工作台中的至少一方为多个,根据存在所述机床的误差时的所述工具的位置和理想的所述工具的位置,计算出由所述机床的误差而产生的所述工具相对于所述工件的位置误差,而且对所述工具的位置误差进行校正,来计算出用于控制所述平动轴的平动轴指令值和用于控制所述旋转轴的旋转轴指令值,其中,存在所述机床的误差时的所述工具的位置是通过从考虑了所述机床的误差的工具坐标系向工件坐标系的齐次坐标变换而求出的,理想的所述工具的位置是通过从没有考虑所述机床的误差的工具坐标系向工件坐标系的齐次坐标变换而求出的,所述机床的控制方法包含以下步骤:选择步骤,选择任意轴结构,所述任意轴结构具有所述2个轴以上的平动轴所包含的任意平动轴和所述1个轴以上的旋转轴所包含的任意旋转轴;平动轴校正值计算步骤,将所述工具的位置误差从所述工件坐标系齐次坐标变换到通过所述选择步骤选择出的所述任意轴结构所包含的所述平动轴的指令值坐标系上,由此计算出在该平动轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的所述平动轴的校正值;旋转轴校正值计算步骤,根据通过所述选择步骤选择出的所述任意轴结构所包含的所述旋转轴的旋转方向上的所述机床的误差,计算出在该旋转轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的所述旋转轴的校正值;以及更新步骤,将通过所述平动轴校正值计算步骤计算出的所述校正值相加至所述平动轴指令值,由此对所述平动轴指令值进行更新,并且,将通过所述旋转轴校正值计算步骤计算出的所述校正值相加至所述旋转轴指令值,由此对所述旋转轴指令值进行更新。
本发明的技术方案2的特征在于,在技术方案1中,将所述机床的误差设为几何学的误差,根据存在所述几何学的误差时的所述工具的位置和理想的所述工具的位置,来计算出所述工具的位置误差,其中,存在所述几何学的误差时的所述工具的位置是通过从考虑了所述几何学的误差的工具坐标系向工件坐标系的齐次坐标变换而求出的,而理想的所述工具的位置是通过从没有考虑所述几何学的误差的工具坐标系向工件坐标系的齐次坐标变换而求出的,在所述平动轴校正值计算步骤中,将所述工具的位置误差从所述工件坐标系齐次坐标变换到通过所述选择步骤选择出的所述任意轴结构所包含的所述平动轴的指令值坐标系上,由此计算出在该平动轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的所述平动轴的校正值,在所述旋转轴校正值计算步骤中,根据通过所述选择步骤选择出的所述任意轴结构所包含的所述旋转轴的旋转方向上的所述几何学的误差,计算出在该旋转轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的所述旋转轴的校正值。
本发明的技术方案3的特征在于,在技术方案2中,将所述任意平动轴设为实际使用于所述工件的加工中的所述平动轴,将所述任意旋转轴设为实际使用于该加工中的所述旋转轴,在所述选择步骤中,根据用于判别使用轴结构的使用轴结构判别信息,来判别具有所述2个轴以上的平动轴所包含的该平动轴和所述1个轴以上的旋转轴所包含的该旋转轴的轴结构中是否存在所述使用轴结构,而选择该判别出的使用轴结构作为所述任意轴结构,所述使用轴结构具有实际使用于所述加工中的平动轴和实际使用于所述加工中的旋转轴,在所述平动轴校正值计算步骤中,将所述工具的位置误差从所述工件坐标系齐次坐标变换到通过所述选择步骤选择出的所述使用轴结构所包含的所述平动轴的指令值坐标系上,由此计算出所述平动轴的校正值,在所述旋转轴校正值计算步骤中,根据通过所述选择步骤选择出的所述使用轴结构所包含的所述旋转轴的旋转方向上的所述几何学的误差,计算出所述旋转轴的校正值。
本发明的技术方案4的特征在于,在技术方案3中,所述机床的控制方法包含误差决定步骤,在所述误差决定步骤中,在通过所述选择步骤判别为在所述轴结构中存在没有实际使用于所述加工中的轴结构时,决定为使所述工具的位置误差保持上一次的误差或者设定成零。
本发明的技术方案5的特征在于,在技术方案3或4中,所述机床的控制方法包含以下步骤:平动轴校正值决定步骤,当通过所述选择步骤判别出的所述使用轴结构存在多个的情况下,从通过所述平动轴校正值计算步骤针对所述多个使用轴结构所包含的各个所述平动轴计算出的所述校正值中,将根据判别各所述使用轴结构的所述使用优先顺序的优先顺序判别信息而判别为所述使用优先顺序最高的所述使用轴结构所包含的所述平动轴的校正值,决定为所述更新步骤中相加至所述平动轴指令值的校正值;以及旋转轴校正值决定步骤,当通过所述选择步骤判别出的所述使用轴结构存在多个的情况下,从通过所述旋转轴校正值计算步骤针对所述多个使用轴结构所包含的各个所述旋转轴计算出的所述校正值中,将根据所述优先顺序判别信息而判别为所述使用优先顺序最高的所述使用轴结构所包含的所述旋转轴的校正值,决定为所述更新步骤中相加至所述旋转轴指令值的校正值。
本发明的技术方案6的机床的控制装置的特征在于,所述机床利用2个轴以上的平动轴和1个轴以上的旋转轴,使安装工具的主轴与保持工件的工作台进行相对移动,由此利用所述工具来加工所述工件,所述机床具备的所述主轴和所述工作台中的至少一方为多个,根据存在所述机床的误差时的所述工具的位置和理想的所述工具的位置,计算出由所述机床的误差而产生的所述工具相对于所述工件的位置误差,而且对所述工具的位置误差进行校正,来计算出用于控制所述平动轴的平动轴指令值和用于控制所述旋转轴的旋转轴指令值,其中,存在所述机床的误差时的所述工具的位置是通过从考虑了所述机床的误差的工具坐标系向工件坐标系的齐次坐标变换而求出的,理想的所述工具的位置是通过从没有考虑所述机床的误差的工具坐标系向工件坐标系的齐次坐标变换而求出的,所述机床的控制装置具有:选择单元,其选择任意轴结构,所述任意轴结构具有所述2个轴以上的平动轴所包含的任意平动轴和所述1个轴以上的旋转轴所包含的任意旋转轴;平动轴校正值计算单元,其将所述工具的位置误差从所述工件坐标系齐次坐标变换到由所述选择单元选择出的所述任意轴结构所包含的所述平动轴的指令值坐标系上,由此计算出在该平动轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的所述平动轴的校正值;旋转轴校正值计算单元,其根据由所述选择单元选择出的所述任意轴结构所包含的所述旋转轴的旋转方向上的所述机床的误差,计算出在该旋转轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的所述旋转轴的校正值;以及更新单元,其将由所述平动轴校正值计算单元计算出的所述校正值相加至所述平动轴指令值,由此对所述平动轴指令值进行更新,并且,将由所述旋转轴校正值计算单元计算出的所述校正值相加至所述旋转轴指令值,由此对所述旋转轴指令值进行更新。
本发明的技术方案7的特征在于,在技术方案6中,将所述机床的误差设为几何学的误差,根据存在所述几何学的误差时的所述工具的位置和理想的所述工具的位置,来计算出所述工具的位置误差,其中,存在所述几何学的误差时的所述工具的位置是通过从考虑了所述几何学的误差的工具坐标系向工件坐标系的齐次坐标变换而求出的,理想的所述工具的位置是通过从没有考虑所述几何学的误差的工具坐标系向工件坐标系的齐次坐标变换而求出的,所述平动轴校正值计算单元将所述工具的位置误差从所述工件坐标系齐次坐标变换到由所述选择单元选择出的所述任意轴结构所包含的所述平动轴的指令值坐标系上,由此计算出在该平动轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的所述平动轴的校正值,所述旋转轴校正值计算单元根据由所述选择单元选择出的所述任意轴结构所包含的所述旋转轴的旋转方向上的所述几何学的误差,计算出在该旋转轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的所述旋转轴的校正值。
本发明的技术方案8的特征在于,在技术方案7中,将所述任意平动轴设为实际使用于所述工件的加工中的所述平动轴,将所述任意旋转轴设为实际使用于该加工中的所述旋转轴,所述机床的控制装置具有存储单元,所述存储单元存储用于判别使用轴结构的使用轴结构判别信息,所述使用轴结构具有实际使用于所述加工中的平动轴和实际使用于所述加工中的旋转轴,所述选择单元根据存储在所述存储单元中的所述使用轴结构判别信息,来判别具有所述2个轴以上的平动轴所包含的该平动轴以及所述1个轴以上的旋转轴所包含的该旋转轴的轴结构中是否存在所述使用轴结构,选择该判别出的使用轴结构作为所述任意轴结构,所述平动轴校正值计算单元将所述工具的位置误差从所述工件坐标系齐次坐标变换到由所述选择单元选择出的所述使用轴结构所包含的所述平动轴的指令值坐标系上,由此计算出所述平动轴的校正值,所述旋转轴校正值计算单元根据由所述选择单元选择出的所述使用轴结构所包含的所述旋转轴的旋转方向上的所述几何学的误差,计算出所述旋转轴的校正值。
本发明的技术方案9的特征在于,在技术方案8中,所述机床的控制装置具有误差决定单元,在由所述选择单元判别为在所述轴结构中存在没有实际使用于所述加工中的轴结构时,所述误差决定单元决定为使所述工具的位置误差保持上一次的误差或者设定成零。
本发明的技术方案10的特征在于,在技术方案8或9中,使所述存储单元存储判别各所述使用轴结构的使用优先顺序的优先顺序判别信息,所述机床的控制装置具有:平动轴校正值决定单元,其当由所述选择单元判别出的所述使用轴结构存在多个的情况下,从由所述平动轴校正值计算单元针对所述多个使用轴结构所包含的各个所述平动轴计算出的所述校正值中,将根据存储在所述存储单元中的所述优先顺序判别信息而判别为所述使用优先顺序最高的所述使用轴结构所包含的所述平动轴的校正值,决定为由所述更新单元相加至所述平动轴指令值的校正值;以及旋转轴校正值决定单元,其当由所述选择单元判别出的所述使用轴结构存在多个的情况下,从由所述旋转轴校正值计算单元针对所述多个使用轴结构所包含的各个所述旋转轴计算出的所述校正值中,将根据所述优先顺序判别信息而判别为所述使用优先顺序最高的所述使用轴结构所包含的所述旋转轴的校正值,决定为由所述更新单元相加至所述旋转轴指令值的校正值。
发明效果
根据本发明的技术方案1的机床的控制方法以及本发明的技术方案6的机床的控制装置,将由机床的误差而产生的工具相对于工件的位置误差,齐次坐标变换到任意轴结构所包含的平动轴的指令值坐标系上,仅通过这样简单的方法,能够计算出在平动轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的平动轴的校正值。除此以外,利用任意轴结构所包含的旋转轴的旋转方向上的机床的误差,仅通过这样简单的方法,能够计算出在该旋转轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的旋转轴的校正值。在此之上,将计算出的平动轴的校正值相加至平动轴指令值,将计算出的旋转轴的校正值相加与旋转轴指令值,通过这样简单的方法,能够更新平动轴的指令值和旋转轴的指令值。从而,通过组合这些简单的方法,能够对所具备的主轴和工作台中的至少一方为多个的机床的误差进行校正,并且能够与任意轴结构对应地计算出平动轴的指令值和旋转轴的指令值。
根据本发明的技术方案2及7,将由几何学的误差而产生的工具相对于工件的位置误差,齐次坐标变换到任意轴结构所包含的平动轴的指令值坐标系上,仅通过这样简单的方法,能够计算出在平动轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的平动轴的校正值。除此以外,利用任意轴结构所包含的旋转轴的旋转方向的几何学的误差,仅通过这样简单的方法,能够计算出在该旋转轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的旋转轴的校正值。在此之上,将计算出的平动轴的校正值相加至平动轴指令值,将计算出的旋转轴的校正值相加至旋转轴指令值,通过这样简单的方法,能够更新平动轴的指令值和旋转轴的指令值。从而,通过组合这些简单的方法,能够对所具备的主轴和工作台中的至少一方为多个的机床中的几何学的误差进行校正,并且能够与任意轴结构对应地计算出平动轴的指令值和旋转轴的指令值。
根据本发明的技术方案3及8,能够与具有实际使用于工件加工中的平动轴和旋转轴的使用轴结构对应地计算出对由几何学的误差而产生的工具相对于工件的位置误差进行校正的各校正值(平动轴的校正值、旋转轴的校正值)。
根据本发明的技术方案4及9,对于没有实际使用于工件加工中的轴结构,能够省略由几何学的误差而产生的工具相对于工件的位置误差的计算。从而,能够降低计算该误差时的计算负荷。
根据本发明的技术方案5及10,当存在多个使用轴结构的情况下,能够将更新平动轴指令值时使用的校正值决定为使用优先顺序最高的使用轴结构所包含的平动轴的校正值,将更新旋转轴指令值时使用的校正值决定为使用优先顺序最高的使用轴结构所包含的旋转轴的校正值。由此,在更新平动轴指令值或旋转轴指令值时,由于不会将多个校正值与各指令值进行加权求和,因此能够防止平动轴指令值或旋转轴指令值被过度地校正。
附图说明
图1是本发明的实施方式的复合加工车床的示意图。
图2是用于执行实施方式的控制方法的数控装置的框线图。
图3是对平动轴和旋转轴的各指令值进行计算的处理的流程图。
图4是工件坐标系上的工具前端点位置的误差计算处理的流程图。
图5是指令值坐标系上的平动轴和旋转轴的校正值决定处理的流程图。
图6是对轴结构编号等进行指示的轴结构参数的比较和更新处理的流程图。
图7是现有的5轴控制加工中心的示意图。
标号说明
1:复合加工车床;2:主轴头;6:第1主轴台;8:第2主轴台;10:工具;20:数控装置;22:指令值生成单元;27:存储单元。
具体实施方式
参照图1至图6,对本发明的实施方式进行说明。图1所示的复合加工车床1是本发明的机床的一例,具有6个平动轴(X1轴、X2轴、Y轴、Z1轴、Z2轴、W轴)以及3个旋转轴(B轴、C1轴、C2轴)。利用彼此正交的作为平动轴的X1轴、Y轴、Z1轴,主轴头2能够相对于底座3进行三自由度平动的运动。而且,利用内置在第1刀架4中的作为旋转轴的B轴,主轴头2能够进行一自由度旋转的运动。利用彼此正交的X2轴和Z2轴,第2刀架5能够相对于底座3进行二自由度平动的运动。该第2刀架5具有安装了各种工具的转塔头(turret head)H。
另外,第1主轴台6固定于底座3,其利用旋转轴C1,能够进行一自由度旋转的运动。该第1主轴台6所具备的第1主轴部7能够围绕旋转轴C1进行旋转,在第1主轴部7能够安装工件(未图示)。再有,利用作为平动轴且与Z1轴平行的W轴,第2主轴台8能够相对于底座3进行一自由度平动的运动。除此以外,利用作为旋转轴的C2轴,第2主轴台8能够进行一自由度旋转的运动。该第2主轴台8所具备的第2主轴部9能够围绕旋转轴C2进行旋转,而且在第2主轴部9也能够安装工件(未图示)。通过由后面叙述的数控装置20来控制的伺服电机25a~25i(参照图2),来驱动各平动轴(X1轴、X2轴、Y轴、Z1轴、Z2轴、W轴)以及各旋转轴(B轴、C1轴、C2轴),一边对安装在主轴头2的工具10(参照图1)与工件的相对位置、以及安装在转塔头H的工具(未图示)与工件的相对位置进行控制,一边利用安装在工具10和转塔头H的工具将所述工件加工成任意形状。此外,第1主轴台6以及第2主轴台8是本发明的工作台的一例。
在图2中示出了用于进行本实施方式的控制的数控装置20的一例。该数控装置20具有指令值生成单元22和伺服指令值变换单元23。关于指令值生成单元22,如果被输入加工程序21作为用于在加工工件时使工具10等移动至进行该加工的位置的指令,则指令值生成单元22生成各轴(B轴、C1轴、C2轴、X1轴、X2轴、Y轴、Z1轴、Z2轴、W轴)的指令值,其中所述加工程序21描述了该工具10等的前端位置的指令坐标值。该指令值被送到伺服指令值变换单元23。收到该指令值的伺服指令值变换单元23对所述各轴的伺服指令值进行运算,并送到各轴的伺服放大器24a~24i。各轴的伺服放大器24a~24i分别驱动伺服电机25a~25i,对安装在工具10和转塔头H的工具相对于第1主轴台6和第2主轴台8的相对位置以及姿势进行控制。此外,图2中的标号27是数控装置20所具备的存储单元。在该存储单元27中存储有加工程序21、通过后面叙述的实测而求出的几何误差、以及后面叙述的使用轴结构判别参数AInf1~AInf3和轴结构参数BInf1~BInf3。
在本实施方式中,将几何误差定义为相邻轴间的3个方向相对平动误差和3个方向相对旋转误差的合计6个分量(δx,δy,δz,α,β,γ)。在本实施方式的复合加工车床1中,基于第1刀架4与第1主轴台6的组合的从工件至工具10的轴结构(以下称为第1轴结构)为C1轴-Z1轴-Y轴-X1轴-B轴。在该第1轴结构中存在13个几何误差。另外,基于第1刀架4与第2主轴台8的组合的从工件至工具10的轴结构(以下称为第2轴结构)为C2轴-W轴-Z1轴-Y轴-X1轴-B轴。在该第2轴结构中存在15个几何误差。再有,基于第2刀架5与第1主轴台6的组合的从工件至工具的轴结构(以下称为第3轴结构)为C1轴-Z2轴-X2轴。在该第3轴结构中存在6个几何误差。而且,基于第2刀架5与第2主轴台8的组合的从工件至工具的轴结构(以下称为第4轴结构)为C2轴-W轴-Z2轴-X2轴。在该第4轴结构中存在8个几何误差。
第1轴结构中的13个几何误差被表示为δx11、δz11、α11、β11、α12、γ12、β13、γ13、α14、δx15、δy15、α15、β15,其中“x”、”y”、“z”表示轴名,将轴结构编号设为第1下标、将从工具10向工件的排序编号设为第2下标。这些几何误差依次分别意味着B轴中心位置X1方向误差、B轴中心位置Z1方向误差、第1主轴台6-Y轴间垂直度、B轴原点误差、B-Z1轴间垂直度、B-X1轴间垂直度、Z1-X1轴间垂直度、X1-Y轴间垂直度、Y-Z1轴间垂直度、C1轴中心位置X1方向误差、C1轴中心位置Y方向误差、C1-Y轴间垂直度以及C1-X1轴间垂直度。第1轴结构中的13个几何误差通过实测被预先求出,并存储在存储单元27中。
另外,根据与第1轴结构中的几何误差相同的方法,第2轴结构中的15个几何误差被表示为δx21、δz21、α21、β21、α22、γ22、β23、γ23、α24、α25、β25、δx26、δy26、α26、β26。这些几何误差依次分别意味着B轴中心位置X1方向误差、B轴中心位置Z1方向误差、第2主轴台8-Y轴间垂直度、B轴原点误差、B-Z1轴间垂直度、B-X1轴间垂直度、Z1-X1轴间垂直度、X1-Y轴间垂直度、Y-Z1轴间垂直度、W-Y轴间垂直度、W-X1轴间垂直度、C2轴中心位置X1方向误差、C2轴中心位置Y方向误差、C2-Y轴间垂直度以及C2-X1轴间垂直度。第2轴结构中的15个几何误差也是预先通过实测被求出,并存储在存储单元27中。
再有,根据与第1轴结构中的几何误差相同的方法,第3轴结构中的6个几何误差被表示为α31、β31、β32、δx33、α33、β33。这些几何误差依次分别意味着第2刀架8相对于与X2轴正交的平面的平行度、第2主轴台8-X2轴间垂直度、Z2-X2轴间垂直度、C1轴中心位置X2方向误差、C1轴相对于与X2轴正交的平面的平行度以及C1-X2轴间垂直度。第3轴结构中的6个几何误差也是通过实测被预先求出,并被存储在存储单元27中。
而且,根据与第1轴结构中的几何误差相同的方法,第4轴结构中的8个几何误差被表示为α41、β41、β42、α43、β43、δx44、α44、β44。这些几何误差依次分别意味着第2刀架8相对于与X2轴正交的平面的平行度、第2主轴台8-X2轴间垂直度、Z2-X2轴间垂直度、W轴相对于与X2轴正交的平面的平行度、W-X2轴间垂直度、C2轴中心位置X2方向误差、C2轴相对于与X2轴正交的平面的平行度以及C2-X2轴间垂直度。
接下来,使用图3至图6,对由数控装置20执行的平动轴和旋转轴的各指令值的计算方法进行说明。该数控装置20(指令值生成单元22),通过存储在存储单元27中的计算程序,能够与从上述的第1~4轴结构中选择的任意轴结构对应地计算出所述各指令值。
在图3中的步骤S10中,指令值生成单元22获取各轴(平动轴和旋转轴)的指令值。在步骤S10中,从加工程序21(参照图2)获取平动轴(X1轴、X2轴、Y轴、Z1轴、Z2轴、W轴)的指令值和旋转轴(B轴、C1轴、C2轴)的指令值。之后,指令值生成单元22将上述获取的各指令值存储在存储单元27中。此外,平动轴的指令值是本发明的平动轴指令值的一例,旋转轴的指令值是本发明的旋转轴指令值的一例。
在步骤S10之后,在步骤S20中如下面说明那样,指令值生成单元22执行工具前端点位置的误差计算处理,在所述工具前端点位置的误差计算处理中计算出工件坐标系上的工具前端点位置的误差。在步骤S20中,执行图4所示的步骤S21~步骤S24。在步骤S21中,指令值生成单元22获取实际使用于工件加工中的平动轴和旋转轴的判别信息。在步骤S21中,作为一例,获取针对实际使用的每个平动轴和每个旋转轴而存储在存储单元27(参照图2)中的加工程序21的程序名。在本实施方式中,针对实际使用的每个平动轴和每个旋转轴而使加工程序21的程序名不同。作为一例,当程序名为“A”的情况下,利用第1轴结构(C1轴-Z1轴-Y轴-X1轴-B轴),工具10对安装在第1主轴台6(第1主轴部7)的工件进行加工。另外,当程序名为“B”的情况下,利用第2轴结构(C2轴-W轴-Z1轴-Y轴-X1轴-B轴),工具10对安装在第2主轴台8(第2主轴部9)的工件进行加工。再有,当程序名为“C”的情况下,利用第3轴结构(C1轴-Z2轴-X2轴),安装在转塔头H的工具对安装在第1主轴台6(第1主轴部7)的工件进行加工。此外,当程序名为“D”的情况下,利用第4轴结构(C2轴-W轴-Z2轴-X2轴),安装在转塔头H的工具对安装在第2主轴台8(第2主轴部9)的工件进行加工。
在步骤S21之后,在步骤S22中指令值生成单元22对是否使用第1~4轴结构进行判别。在步骤S22中,当通过步骤S21获取的程序名为“A”的情况下,判别为使用第1轴结构,当所获取的程序名为“B”的情况下,判别为使用第2轴结构。另外,当所获取的程序名为“C”的情况下,判别为使用第3轴结构,当所获取的程序名为“D”的情况下,判别为使用第4轴结构。另外,例如在步骤S21中获取的程序名为“A”以及“C”的情况下,判别为将第1轴结构与第3轴结构进行组合来使用。在本实施方式中,当在步骤S21中获取的程序名为“A”以及“B”的情况下,判别为仅使用第1轴结构,以使得工具10不会对安装在第2主轴台8的工件进行加工。再有,当在步骤S21中获取的程序名为“C”以及“D”的情况下,判别为仅使用第3轴结构,使得安装在转塔头H的工具不会对安装在第2主轴台8的工件进行加工。此外,第1~4轴结构是本发明的任意轴结构的一例。第1轴结构中的Z1轴、Y轴、X1轴、第2轴结构中的W轴、Z1轴、Y轴、X1轴、第3轴结构中的Z2轴、X2轴、第4轴结构中的W轴、Z2轴、X2轴,是本发明的任意平动轴的一例。第1轴结构中的C1轴、B轴、第2轴结构中的C2轴、B轴、第3轴结构中的C1轴、第4轴结构中的C2轴,是本发明的任意旋转轴的一例。另外,被判别为使用的第1~4轴结构是本发明的使用轴结构的一例。被判别为使用的第1轴结构中的Z1轴、Y轴、X1轴、被判别为使用的第2轴结构中的W轴、Z1轴、Y轴、X1轴、被判别为使用的第3轴结构中的Z2轴、X2轴、被判别为使用的第4轴结构中的W轴、Z2轴、X2轴,是实际使用于本发明的工件的加工中的平动轴的一例。被判别为使用的第1轴结构中的C1轴、B轴、被判别为使用的第2轴结构中的C2轴、B轴、被判别为使用的第3轴结构中的C1轴、被判别为使用的第4轴结构中的C2轴,是实际使用于本发明的工件的加工中的旋转轴的一例。再有,程序名是本发明的使用结构轴判别信息的一例。而且,步骤22是本发明的选择步骤的一例,而指令值生成单元22是本发明的选择单元的一例。
当步骤S22中判别为使用第1~4轴结构的任一个或者将多个轴结构进行组合来使用的情况下,在步骤S23中如下面说明那样,指令值生成单元22计算出平动轴在工件坐标系上的工具前端点位置的误差。当将主轴头2处的工具坐标系上的工具前端点矢量TP1和第2刀架5的转塔头H处的工具坐标系上的工具前端点矢量TP2变换到第1主轴台6以及第2主轴台8处的工件坐标系上的情况下,设工具10的长度为t1(tX1,tY1,tZ1),设装配在转塔头H的工具的长度为t2(tX2,tY2,tZ2),设B轴、C轴(C1轴、C2轴)、X轴(X1轴、X2轴)、Y轴、Z轴(Z1轴、Z2轴)、W轴的各指令位置为i,则各轴的变换矩阵成为如[数学式1]所示那样。通过使用该工具前端点矢量TP1和工具前端点矢量TP2、以及各轴的变换矩阵MB(i)、MC(i)、MX(i)、M(i)、Mz(i)、MW(i),计算出不存在几何误差时的工件坐标系上的工具前端点矢量WPI。
[数学式1]
而且,通过使用[数学式2],进行从不存在几何误差时的工具坐标系向不存在几何误差时的第1轴结构的工件坐标系的齐次坐标变换。由此,计算出不存在几何误差时的第1轴结构的工件坐标系上的理想的工具前端点矢量WPI1。另外,通过使用[数学式3],进行从不存在几何误差时的工具坐标系向不存在几何误差时的第2轴结构的工件坐标系的齐次坐标变换。由此,计算出不存在几何误差时的第2轴结构的工件坐标系上的理想的工具前端点矢量WPI2。再有,通过使用[数学式4],进行从不存在几何误差时的工具坐标系向不存在几何误差时的第3轴结构的工件坐标系的齐次坐标变换。由此,计算出不存在几何误差时的第3轴结构的工件坐标系上的理想的工具前端点矢量WPI3。而且,通过使用[数学式5],进行从不存在几何误差时的工具坐标系向不存在几何误差时的第4轴结构的工件坐标系的齐次坐标变换。由此,计算出不存在几何误差时的第4轴结构的工件坐标系上的理想的工具前端点矢量WPI4。此外,[数学式2]的c1是C1轴的指令位置、z1是Z1轴的指令位置、y是Y轴的指令位置、x1是X1轴的指令位置、b是B轴的指令位置。另外,[数学式3]的c2是C2轴的指令位置、w是W轴的指令位置、z1是Z1轴的指令位置、y是Y轴的指令位置、x1是X1轴的指令位置、b是B轴的指令位置。再有,[数学式4]的c1是C1轴的指令位置、z2是Z2轴的指令位置、x2是X2轴的指令位置。而且,[数学式5]的c2是C2轴的指令位置、w是W轴的指令位置、z2是Z2轴的指令位置、x2是X2轴的指令位置。
[数学式2]
WPI1=MC(c1)·MZ(z1)·MY(y)·MX(x1)·MB(b)·TP1
[数学式3]
WPI2=MC(c2)·MW(w)·MZ(z1)·MY(y)·MX(x1)·MB(b)·TP1
[数学式4]
WPI3=MC(c1)·MZ(z2)·MX(x2)·TP2
[数学式5]
WPI4=MC(c2)·MW(w)·MZ(z2)·MX(x2)·TP2
再有,在步骤S23中,当复合加工车床1中存在几何误差的情况下,将各几何误差考虑为各轴间的相对误差,使用了存储在存储单元27中的各几何误差的平动误差δx、δy、δz和旋转误差α、β、γ的[数学式6]的矩阵εjk,成为基于几何误差的变换矩阵。通过使用将该矩阵εjk配置在[数学式2]的各轴间而得到的[数学式7],进行从存在几何误差时的工具坐标系向存在几何误差时的第1轴结构的工件坐标系的齐次坐标变换。由此,计算出存在几何误差时的第1轴结构的工件坐标系上的工具前端点矢量WPG1。另外,通过使用将矩阵εjk配置在[数学式3]的各轴间而得到的[数学式8],进行从存在几何误差时的工具坐标系向存在几何误差时的第2轴结构的工件坐标系的齐次坐标变换。由此,计算出存在几何误差时的第2轴结构的工件坐标系上的工具前端点矢量WPG2。再有,通过使用将矩阵εjk配置在[数学式4]的各轴间而得到的[数学式9],进行从存在几何误差时的工具坐标系向存在几何误差时的第3轴结构的工件坐标系的齐次坐标变换。由此,计算出存在几何误差时的第3轴结构的工件坐标系上的工具前端点矢量WPG3。而且,通过使用将矩阵εjk配置在[数学式5]的各轴间而得到的[数学式10],进行从存在几何误差时的工具坐标系向存在几何误差时的第4轴结构的工件坐标系的齐次坐标变换。由此,计算出存在几何误差时的第4轴结构的工件坐标系上的工具前端点矢量WPG4。此外,矩阵εjk的第1下标j表示轴结构编号(这里为第1~4),矩阵εjk的第2下标k表示针对存在几何误差的轴间从安装在工具10或转塔头H的工具向工件的排序编号。
[数学式6]
[数学式7]
WPG1=ε16·MC(c1)·ε15·MZ(z1)·ε14·MY(y)·ε13·MX(x1)·ε12·MB(b)·ε11·TP1
[数学式8]
WPG2=ε27·MC(c2)·ε26·MW(w)·ε25·MZ(z1)·ε24·MY(y)·ε23·MX(x1)·ε22·MB(b)·ε21·TP1
[数学式9]
WPG3=ε34·MC(c1)·ε33·MZ(z2)·ε32·MX(x2)·ε31·TP2
[数学式10]
WPG4=ε45·MC(c2)·ε44·MW(w)·ε43·MZ(z2)·ε42·MX(x2)·ε41·TP2
接下来,在步骤S23中,通过使用[数学式11],计算出工件坐标系上的工具前端点的位置误差Δej。在上述步骤S22中,当判别为使用第1轴结构的情况下,在步骤S23中,通过使用[数学式11],根据利用[数学式7]计算出的工具前端点矢量WPG1与利用[数学式2]计算出的工具前端点矢量WPI1的差量(差分),来计算出第1轴结构工件坐标系上的工具前端点的位置误差Δe1。另外,在步骤S22中,当判别为使用第2轴结构的情况下,在步骤S23中,通过使用[数学式11],根据利用[数学式8]计算出的工具前端点矢量WPG2与利用[数学式3]计算出的工具前端点矢量WPI2的差量,计算出第2轴结构的工件坐标系上的工具前端点的位置误差Δe2。再有,在步骤S22中,当判别为使用第3轴结构的情况下,在步骤S23中,通过使用[数学式11],根据利用[数学式9]计算出的工具前端点矢量WPG3与利用[数学式4]计算出的工具前端点矢量WPI3的差量,计算出第3轴结构的工件坐标系上的工具前端点的位置误差Δe3。而且,在步骤S22中,当判别为使用第4轴结构的情况下,在步骤S23中,通过使用[数学式11],根据利用[数学式10]计算出的工具前端点矢量WPG4与利用[数学式5]计算出的工具前端点矢量WPI4的差量,计算出第4轴结构的工件坐标系上的工具前端点的位置误差Δe4。再有,例如在步骤S22中,当判别为使用第1、3轴结构这两者的情况下,在步骤S23中,计算出所述位置误差Δe1以及所述位置误差Δe3。在步骤S23中计算出的位置误差Δe1~Δe4被存储在存储单元27中。通过以上处理,结束步骤S23。
[数学式11]
另外,当上述步骤S22中判别为不使用第1~4轴结构的任一个的情况下,在步骤S24中,指令值生成单元22决定为将不使用的轴结构中的工具前端点位置的误差设定成零或者保持上一次的误差。上一次的误差意味着在步骤S22中判别为不使用第1~4轴结构的任一个时被存储在存储单元27中的位置误差Δe1~Δe4。通过进行该步骤S24,对于在工件加工中不使用的平动轴,能够省略工件坐标系上的工具前端点的位置误差Δej的计算。此外,步骤S24是本发明的误差决定步骤的一例。另外,指令值生成单元22是本发明的误差决定单元的一例。再有,在步骤S22中被判别为不使用的第1~4轴结构所包含的轴结构,是在本发明的没有实际使用于工件加工中的轴结构的一例。
在步骤S20之后,在图3所示的步骤S30中,指令值生成单元22判定是否结束了所有轴结构中的平动轴的工具前端点位置的误差的计算。这里,判定存储单元27中是否存储有与上述步骤S22中被判别为使用的轴结构对应的位置误差Δe1~Δe4。在步骤S30中,当判定为存储单元27中没有存储与所述轴结构对应的位置误差Δe1~Δe4,进而判定为没有结束所有轴结构中的工具前端点位置的误差的计算的情况下,执行步骤20。
另一方面,当步骤S30中判定为结束了所有轴结构中的平动轴的工具前端点位置的误差的计算的情况下,在步骤S40中如下面说明那样,指令值生成单元22将平动轴中的工具前端点位置的误差从工件坐标系向指令值坐标系进行变换,并且计算出平动轴在该指令值坐标系上的校正值,其中,这里的指令值坐标系是在上述步骤S22中被判别为使用的各第1~4轴结构所包含的平动轴(X1轴、X2轴、Y轴、Z1轴、Z2轴、W轴)的指令值的坐标系。在本实施方式的第1轴结构中,在工件侧的作为第一个旋转轴的C1轴与作为平动轴的Z1轴之间存在指令值坐标系,在第2轴结构中,在工件侧的作为第一个旋转轴的C2轴与作为平动轴的W轴之间存在指令值坐标系。另外,在第3轴结构中,在作为第一个旋转轴的C1轴与作为平动轴的Z2轴之间存在指令值坐标系,在第4轴结构中,在作为第一个旋转轴的C2轴与作为平动轴的W轴之间存在指令值坐标系。在步骤S40中,通过使用[数学式12],进行从所述工件坐标系向指令值坐标系的齐次坐标变换。由此,计算出对所述工具前端点位置的误差进行消除的平动轴在指令值坐标系上的校正值矢量ΔCompj。[数学式12]中的j表示轴结构编号(这里为1~4)。另外,当j=1、3的情况下,m表示旋转轴C1的指令位置,当j=2、4的情况下,m表示旋转轴C2的指令位置。在上述步骤S22中,当判别为使用第1轴结构的情况下,在步骤S40中,通过使用[数学式12],计算出第1轴结构中的平动轴在指令值坐标系上的校正值矢量ΔComp1。另外,在步骤S22中,当判别为使用第2轴结构的情况下,在步骤40中,通过使用[数学式12],计算出第2轴结构中的平动轴在指令值坐标系上的校正值矢量ΔComp2。再有,在步骤S22中,当判别为使用第3轴结构的情况下,在步骤40中,通过使用[数学式12],计算出第3轴结构中的平动轴在指令值坐标系上的校正值矢量ΔComp3。而且,在步骤S22中,当判别为使用第4轴结构的情况下,在步骤40中,通过使用[数学式12],计算出第4轴结构中的平动轴在指令值坐标系上的校正值矢量ΔComp4。再有,例如在步骤S22中,当判别为使用第1、3轴结构这两者的情况下,在步骤S40中,计算出所述校正值矢量ΔComp1以及所述校正值矢量ΔComp3。在该步骤S40中,将计算出的各校正值矢量ΔComp1~ΔComp4存储在存储单元27中。此外,步骤S40是本发明的平动轴校正值计算步骤的一例,指令值生成单元22是本发明的平动轴校正值计算单元的一例。
[数学式12]
在步骤S40之后,在步骤S50中,指令值生成单元22计算出上述步骤S22中被判别为使用的各第1~4轴结构所包含的旋转轴即C轴(C1轴、C2轴)和B轴的指令值的坐标系即指令值坐标系上的C轴(C1轴、C2轴)和B轴的校正值。在步骤S50中,通过使用利用C轴以及B轴的各旋转误差γ,β的[数学式13],分别计算出C轴在指令值坐标系上的校正值ΔCcj以及B轴在指令值坐标系上的校正值ΔCbj。在上述步骤S22中,当判别为使用第1轴结构的情况下,在步骤S50中,通过使用[数学式13],计算出第1轴结构中的C1轴在指令值坐标系上的校正值ΔCc1以及B轴在指令值坐标系上的校正值ΔCb1。另外,在步骤S22中,当判别为使用第2轴结构的情况下,在步骤S50中,通过使用[数学式13],计算出第2轴结构中的C2轴在指令值坐标系上的校正值ΔCc2以及B轴在指令值坐标系上的校正值ΔCb2。再有,在步骤S22中,当判别为使用第3轴结构的情况下,在步骤S50中,通过使用[数学式13],计算出第3轴结构中的C1轴在指令值坐标系上的校正值ΔCc3。而且,在步骤S22中,当判别为使用第4轴结构的情况下,在步骤S50中,通过使用[数学式13],计算出第4轴结构中的C2轴在指令值坐标系上的校正值ΔCc4。再有,例如在步骤S22中,当判别为使用第1、3轴结构这两者的情况下,在步骤S50中,计算出所述校正值ΔCc1、ΔCc3以及所述校正值ΔCb1。在该步骤S50中,将计算出的各校正值ΔCc1~ΔCc4和各校正值ΔCb1、ΔCb2存储在存储单元27中。此外,步骤S50是本发明的旋转轴校正值计算步骤的一例,指令值生成单元22是本发明的旋转轴校正值计算单元的一例。
[数学式13]
这里,Is1、Ie1、Is2、Ie2为如下表所示。
在步骤S50之后,在步骤S60中如下面说明那样,指令值生成单元22与上述步骤S22中被判别为使用的轴结构对应地执行平动轴和旋转轴在指令值坐标系上的校正值决定处理。在步骤S60中,通过图5所示的步骤S61~步骤S64,针对上述步骤S22中被判别为使用的轴结构,在轴循环(loop)中决定复合加工车床1所具有的各平动轴(X1轴、X2轴、Y轴、Z1轴、Z2轴、W轴)每一个的校正值和各旋转轴(B轴、C1轴、C2轴)每一个的校正值。这里,作为一例,说明针对第1轴结构决定X1轴的校正值以及C1轴的校正值的顺序。
在步骤S61中,指定值生成单元22对存储在存储单元27中的轴结构参数BInf进行初始化。在步骤S61中,分别将用于指示轴结构编号的轴结构参数BInf1设定为“0”、将用于指示实际使用于工件加工中的旨意的轴结构参数BInf2设定为“off”、将用于指示加工工件时使用的轴结构的使用优先顺序的轴结构参数BInf3设定为“99”。
在步骤S61之后,在步骤S62中,指令值生成单元22判定是否存在轴结构j(这里为第1轴结构)所包含的平动轴和旋转轴。在步骤S62中,在判定为X1轴是第1轴结构所包含的平动轴、或者判定为C1轴是第1轴结构所包含的旋转轴时,在步骤S63中如下面说明那样,指令值生成单元22执行轴结构参数BInf的比较和更新处理。在步骤S63中,执行图6所示的步骤S63A~步骤S63E。在步骤S63A中,指令值生成单元22获取判别实际使用于工件加工中的轴结构的使用轴结构判别参数AInf。在步骤S63A中,例如从该存储单元27获取与加工程序21对应地存储在存储单元27中的使用轴结构判别参数AInf。这里,在根据存储在存储单元27中的加工程序21的程序名为“A”的情况而判别为利用第1轴结构加工工件时,分别获取使用轴结构判别参数AInf1、使用轴结构判别参数AInf2以及使用轴结构判别参数AInf3,其中,使用轴结构判别参数AInf1指示轴结构编号而数值被设定为“1”,使用轴结构判别参数AInf2为了指示实际使用于工件加工中的旨意而被设定为“on”,使用轴结构判别参数AInf3指示加工工件时使用的轴结构的使用优先顺序而数值被设定为“1”。
在步骤S63A之后,在步骤S63B中,指令值生成单元22判定通过步骤S61(参照图5)初始化后的轴结构参数BInf2、与步骤S63A中获取的使用轴结构判别参数AInf2是否共同成为“off”或“on”而一致。这里,由于轴结构参数BInf2为“off”、而使用轴结构判别参数AInf2为“on”,因此判定为两者不一致。于是,在步骤S63C中,指令值生成单元22判定使用轴结构判别参数AInf2是否被设定为“on”。这里,由于使用轴结构判别参数AInf2被设定为“on”,因此在步骤S63D中指令值生成单元22将轴结构参数BInf1设定更新为与使用轴结构判别参数AInf1相同的“1”、将轴结构参数BInf2设定更新为与使用轴结构判别参数AInf2相同的“on”、将轴结构参数BInf3设定更新为与使用轴结构判别参数AInf3相同的“1”。在该情况下,意味着利用使用优先顺序最高的第1轴结构来加工工件。通过以上处理,结束第1轴结构处的步骤S63。
另外,在本实施方式中,当上述步骤S22中判定为使用第1、3轴结构这两者的情况下,在上述的第1轴结构中的轴结构参数BInf1~BInf3的更新之后,接着如下面说明那样,针对第3轴结构也执行步骤S63A~步骤S63E。在步骤S63A中,根据存储在存储单元27中的加工程序21的程序名为“C”的情况,指令值生成单元22判别为利用第3轴结构加工工件时,分别获取使用轴结构判别参数AInf1、使用轴结构判别参数AInf2以及使用轴结构判别参数AInf3,其中,使用轴结构判别参数AInf1指示轴结构编号而数值被设定为“3”,使用轴结构判别参数AInf2为了指示实际使用于工件加工中的旨意而被设定为“on”,使用轴结构判别参数AInf3指示加工工件时使用的轴结构的使用优先顺序而数值被设定为“3”。
在步骤S63A之后,在步骤S63B中,指令值生成单元22判定轴结构1的通过步骤S63D更新的轴结构参数BInf2、与第3轴结构的通过步骤S63A获取的使用轴结构判别参数AInf2是否共同一致。这里,由于轴结构参数BInf2与使用轴结构判别参数AInf2共同为“on”,因此判定为一致。于是,在步骤S63E中,指令值生成单元22判定第3轴结构中的使用轴结构判别参数AInf3的数值是否小于第1轴结构中的通过步骤S63D更新后的轴结构参数BInf3的数值。这里,由于使用轴结构判别参数AInf3的数值“3”大于轴结构参数BInf3的数值“1”,因而不进行步骤S63D而结束步骤S63。由此,当使用不同使用优先顺序的多个第1、3轴结构的情况下,使用优先顺序最高的第1轴结构的使用轴结构判别参数AInf1~AInf3被设定为轴结构参数BInf1~BInf3。通过以上处理,结束第3轴结构中的步骤S63。此外,用于指示加工工件时使用的轴结构的使用优先顺序的轴结构参数AInf2是本发明的优先顺序判别信息的一例。
在步骤S63之后,在图5所示的步骤S64中,根据通过上述步骤S63D而对指示轴结构编号的轴结构参数BInf1设定的数值为“1”的情况,指令值生成单元22从存储单元27获取第1轴结构所包含的平动轴和旋转轴的各校正值。这里,从存储单元27获取X1轴的校正值矢量ΔComp1以及C1轴的校正值ΔCc1。通过以上处理,结束步骤S60。此外,步骤S64是本发明的平动轴校正值决定步骤以及旋转轴校正值决定步骤的一例。另外,指令值生成单元22是本发明的平动轴校正值决定单元以及旋转轴校正值决定单元的一例。
在步骤S60之后,在图3所示的步骤S70中,指令值生成单元22对步骤S60(步骤S64)中获取的平动轴在指令值坐标系上的校正值的优劣、以及步骤S60(步骤S64)中获取的旋转轴在指令值坐标系上的校正值的优劣进行确认。这里,对X1轴的校正值矢量ΔComp1的大小以及C1轴的校正值ΔCc1是否大于预先设定的上限阈值、或者是否小于预先设定的下限阈值进行确认。而且,在确认了所述校正值矢量ΔComp1的大小和所述校正值ΔCc1不大于所述上限阈值并且不小于所述下限阈值之后,将该校正值矢量ΔComp1以及校正值ΔCc1存储在存储单元27中。另一方面,当确认了所述校正值矢量ΔComp1的大小和所述校正值ΔCc1大于所述上限阈值或者小于所述下限阈值的情况下,不会将该校正值矢量ΔComp1以及所述校正值ΔCc1存储在存储单元27中,并且使设置于复合加工车床1的灯发光,由此向用户通知X1轴或C1轴的各校正值的异常。
在步骤S70之后,在步骤S80中,指令值生成单元22对各轴(平动轴和旋转轴)的指令值进行更新。这里,对于通过步骤S10获取而被存储在存储单元27中的X1轴的指令值,加上通过步骤70而被存储在存储单元27中的校正值矢量ΔComp1的大小。通过这样,更新X1轴(平动轴)的指令值。除此以外,在步骤S80中,对于通过步骤S10获取而被存储在存储单元27中的C1轴的指令值,加上通过步骤70而被存储在存储单元27中的C1轴的校正值ΔCc1。通过这样,更新C1轴(旋转轴)的指令值。在本实施方式中,作为一例,说明了对X1轴的指令值和C1轴的指令值进行更新的顺序,然而,通过上述步骤S60(参照图3以及图5),获取了上述步骤S22中被判别为使用的各第1~4轴结构所包含的各平动轴(X2轴、Y轴、Z1轴、Z2轴、W轴)每一个的校正值和各旋转轴(B轴、C2轴)每一个的校正值之后,在步骤S80中,也能够更新各轴(X2轴、Y轴、Z1轴、Z2轴、W轴、B轴、C2轴)的指令值。此外,步骤S80是本发明的更新步骤的一例,指令值生成单元22是本发明的更新单元的一例。
<本实施方式的效果>
在本实施方式的复合加工车床1的控制方法以及控制装置中,指令值生成单元22在步骤S40中将由几何误差而产生的平动轴中的工具10等的前端点相对于工件的位置误差Δej,齐次坐标变换到步骤S22中被判别为使用的各第1~4轴结构所包含的平动轴的指令值坐标系上,仅通过这样简单的方法,能够计算出平动轴的指令值坐标系上对所述位置误差Δej进行校正的校正值(校正值矢量ΔCompj)。
除此以外,在步骤S50中,指令值生成单元22利用所述被判别为使用的各第1~4轴结构所包含的旋转轴的旋转误差γ、β,仅通过这样简单的方法,能够计算出旋转轴在该旋转轴的指令值坐标系上的校正值ΔCcj、ΔCbj。
在此之上,在步骤S80中,将校正值矢量ΔCompj的大小相加至用于控制平动轴(X1轴、X2轴、Y轴、Z1轴、Z2轴、W轴)的指令值上,将旋转轴的校正值ΔCcj、ΔCbj相加至用于控制旋转轴(B轴、C1轴、C2轴)的指令值上,通过这样简单的方法,能够更新平动轴的指令值和旋转轴的指令值。从而,通过组合这些简单的方法,能够对复合加工车床1中的几何误差进行校正,并与各第1~4轴结构对应地计算出平动轴的指令值和旋转轴的指令值。
另外,在步骤S40中,指令值生成单元22能够与步骤S22中被判别为实际使用于工件加工中的第1~4轴结构对应地计算出各第1~4轴结构所包含的平动轴的校正值矢量ΔCompj、各第1~4轴结构所包含的旋转轴的校正值ΔCcj、ΔCbj。
再有,当步骤S22中判别为不使用第1~4轴结构的任一个的情况下,在步骤S24中,指令值生成单元22决定为将不使用的轴结构中的工具10和安装在转塔头H的工具的各前端点的位置误差Δej设定成零或者保持上一次的误差。由此,对于在工件加工中不使用的轴结构,能够省略工件坐标系上的所述位置误差Δej的计算。从而,能够降低计算该位置误差Δej时的计算负荷。
再有,在步骤S22中决定为使位置误差Δej保持上一次的误差时,与步骤S22中决定为将位置误差Δej设定成零的情况相比,能够缩小被决定为保持上一次的误差的位置误差Δej、与被判别为不使用的轴结构在下一次被判别为使用时所计算出的位置误差Δej之差。因此,假如被判别为不使用于工件加工中的轴结构变化到被判别为使用的状态,也能够减小与位置误差Δej对应地计算出的平动轴的校正值的变化。其结果,在根据加上了该校正值后得到的平动轴的指令值来进行工件加工时,能够抑制工件的加工面上产生台阶(段差)。
而且,例如当步骤S22中判别为使用第1、3轴结构这两者的情况下,指令值生成单元22可以将步骤S80中更新X1轴(平动轴)的指令值时使用的校正值矢量ΔComp1,决定为第1、3轴结构中加工工件时使用优先顺序最高的第1轴结构所包含的X1轴的校正值矢量ΔComp1,并且可以将步骤S80中更新C1轴(旋转轴)的指令值时使用的校正值ΔCc1,决定为所述使用优先顺序最高的第1轴结构所包含的C1轴的校正值ΔCc1。由此,在对C1轴的指令值进行更新时,不会将多个校正值ΔCc1(第1、3轴结构这两者的校正值ΔCc1)与该指令值进行加权求和。因此,能够防止C1轴的指令值被过度地校正。
本发明并不受上述实施方式限定,能够在不脱离发明的主旨的范围内对结构的一部分恰当地进行变更来实施。在上述的实施方式中,示出了仅针对步骤S22中被判别为使用的轴结构,在步骤S60的轴循环中获取该轴结构所包含的各平动轴每一个的校正值和该轴结构所包含的各旋转轴每一个的校正值的例子,但不限于此。例如,也可以是,在步骤S60的轴循环中,使轴结构依次由第1轴结构变化至第4轴结构,获取第1~4轴结构所包含的所有平动轴的校正值和所有旋转轴的校正值之后,根据轴结构参数BInf1~BInf3,从所获取的所有校正值中,选择实际使用于工件加工中的轴结构所包含的平动轴的校正值、该轴结构所包含的旋转轴的校正值。
另外,在上述的实施方式中,关于本发明示出了对复合加工车床1的几何误差进行校正来计算出平动轴的指令值和旋转轴的指令值的例子,但是也可以将本发明应用于对除了几何误差以外的复合加工车床1中的误差进行校正来计算出平动轴和旋转轴的各校正值的方案中。再有,在上述的实施方式中,示出了将本发明应用于具有多个刀架4、5和多个主轴台6、8的复合加工车床1中的例子,但不限定于此,例如也可以将本发明应用于所具备的刀架和主轴台中某一方为多个的复合加工车床中,或者也可以将本发明应用于与实施方式的复合加工车床1不同的、能够使第2刀架进行三自由度平动以及二自由度旋转的运动的复合加工车床。而且,例如也可以将本发明应用于多轴的加工中心。
Claims (10)
1.一种机床的控制方法,所述机床利用2个轴以上的平动轴和1个轴以上的旋转轴,使安装工具的主轴与保持工件的工作台进行相对移动,由此利用所述工具来加工所述工件,所述机床具备的所述主轴和所述工作台中的至少一方为多个,根据存在所述机床的误差时的所述工具的位置和理想的所述工具的位置,计算出由所述机床的误差而产生的所述工具相对于所述工件的位置误差,而且对所述工具的位置误差进行校正,来计算出用于控制所述平动轴的平动轴指令值和用于控制所述旋转轴的旋转轴指令值,其中,存在所述机床的误差时的所述工具的位置是通过从考虑了所述机床的误差的工具坐标系向工件坐标系的齐次坐标变换而求出的,理想的所述工具的位置是通过从没有考虑所述机床的误差的工具坐标系向工件坐标系的齐次坐标变换而求出的,
其特征在于,所述机床的控制方法包含以下步骤:
选择步骤,选择任意轴结构,所述任意轴结构具有所述2个轴以上的平动轴所包含的任意平动轴和所述1个轴以上的旋转轴所包含的任意旋转轴;
平动轴校正值计算步骤,将所述工具的位置误差从所述工件坐标系齐次坐标变换到通过所述选择步骤选择出的所述任意轴结构所包含的所述平动轴的指令值坐标系上,由此计算出在该平动轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的所述平动轴的校正值;
旋转轴校正值计算步骤,根据通过所述选择步骤选择出的所述任意轴结构所包含的所述旋转轴的旋转方向上的所述机床的误差,计算出在该旋转轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的所述旋转轴的校正值;以及
更新步骤,将通过所述平动轴校正值计算步骤计算出的所述校正值相加至所述平动轴指令值,由此对所述平动轴指令值进行更新,并且,将通过所述旋转轴校正值计算步骤计算出的所述校正值相加至所述旋转轴指令值,由此对所述旋转轴指令值进行更新。
2.根据权利要求1所述的机床的控制方法,其特征在于,
将所述机床的误差设为几何学的误差,
根据存在所述几何学的误差时的所述工具的位置和理想的所述工具的位置,来计算出所述工具的位置误差,其中,存在所述几何学的误差时的所述工具的位置是通过从考虑了所述几何学的误差的工具坐标系向工件坐标系的齐次坐标变换而求出的,理想的所述工具的位置是通过从没有考虑所述几何学的误差的工具坐标系向工件坐标系的齐次坐标变换而求出的,
在所述平动轴校正值计算步骤中,将所述工具的位置误差从所述工件坐标系齐次坐标变换到通过所述选择步骤选择出的所述任意轴结构所包含的所述平动轴的指令值坐标系上,由此计算出在该平动轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的所述平动轴的校正值,
在所述旋转轴校正值计算步骤中,根据通过所述选择步骤选择出的所述任意轴结构所包含的所述旋转轴的旋转方向上的所述几何学的误差,计算出在该旋转轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的所述旋转轴的校正值。
3.根据权利要求2所述的机床的控制方法,其特征在于,
将所述任意平动轴设为实际使用于所述工件的加工中的所述平动轴,将所述任意旋转轴设为实际使用于该加工中的所述旋转轴,
在所述选择步骤中,根据用于判别使用轴结构的使用轴结构判别信息,来判别具有所述2个轴以上的平动轴所包含的该平动轴和所述1个轴以上的旋转轴所包含的该旋转轴的轴结构中是否存在所述使用轴结构,选择该判别出的使用轴结构作为所述任意轴结构,所述使用轴结构具有实际使用于所述加工中的平动轴和实际使用于所述加工中的旋转轴,
在所述平动轴校正值计算步骤中,将所述工具的位置误差从所述工件坐标系齐次坐标变换到通过所述选择步骤选择出的所述使用轴结构所包含的所述平动轴的指令值坐标系上,由此计算出所述平动轴的校正值,
在所述旋转轴校正值计算步骤中,根据通过所述选择步骤选择出的所述使用轴结构所包含的所述旋转轴的旋转方向上的所述几何学的误差,计算出所述旋转轴的校正值。
4.根据权利要求3所述的机床的控制方法,其特征在于,
所述机床的控制方法包含误差决定步骤,在所述误差决定步骤中,在通过所述选择步骤判别为在所述轴结构中存在没有实际使用于所述加工中的轴结构时,决定为使所述工具的位置误差保持上一次的误差或者设定成零。
5.根据权利要求3或4所述的机床的控制方法,其特征在于,
所述机床的控制方法包含以下步骤:
平动轴校正值决定步骤,当通过所述选择步骤判别出的所述使用轴结构存在多个的情况下,从通过所述平动轴校正值计算步骤针对所述多个使用轴结构所包含的各个所述平动轴计算出的所述校正值中,将根据判别各所述使用轴结构的使用优先顺序的优先顺序判别信息而判别为所述使用优先顺序最高的所述使用轴结构所包含的所述平动轴的校正值,决定为所述更新步骤中相加至所述平动轴指令值的校正值;以及
旋转轴校正值决定步骤,当通过所述选择步骤判别出的所述使用轴结构存在多个的情况下,从通过所述旋转轴校正值计算步骤针对所述多个使用轴结构所包含的各个所述旋转轴计算出的所述校正值中,将根据所述优先顺序判别信息而判别为所述使用优先顺序最高的所述使用轴结构所包含的所述旋转轴的校正值,决定为所述更新步骤中相加至所述旋转轴指令值的校正值。
6.一种机床的控制装置,所述机床利用2个轴以上的平动轴和1个轴以上的旋转轴,使安装工具的主轴与保持工件的工作台进行相对移动,由此利用所述工具来加工所述工件,所述机床具备的所述主轴和所述工作台中的至少一方为多个,根据存在所述机床的误差时的所述工具的位置和理想的所述工具的位置,计算出由所述机床的误差而产生的所述工具相对于所述工件的位置误差,而且对所述工具的位置误差进行校正,来计算出用于控制所述平动轴的平动轴指令值和用于控制所述旋转轴的旋转轴指令值,其中,存在所述机床的误差时的所述工具的位置是通过从考虑了所述机床的误差的工具坐标系向工件坐标系的齐次坐标变换而求出的,理想的所述工具的位置是通过从没有考虑所述机床的误差的工具坐标系向工件坐标系的齐次坐标变换而求出的,
其特征在于,所述机床的控制装置具有:
选择单元,其选择任意轴结构,所述任意轴结构具有所述2个轴以上的平动轴所包含的任意平动轴和所述1个轴以上的旋转轴所包含的任意旋转轴;
平动轴校正值计算单元,其将所述工具的位置误差从所述工件坐标系齐次坐标变换到由所述选择单元选择出的所述任意轴结构所包含的所述平动轴的指令值坐标系上,由此计算出在该平动轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的所述平动轴的校正值;
旋转轴校正值计算单元,其根据由所述选择单元选择出的所述任意轴结构所包含的所述旋转轴的旋转方向上的所述机床的误差,计算出在该旋转轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的所述旋转轴的校正值;以及
更新单元,其将由所述平动轴校正值计算单元计算出的所述校正值相加至所述平动轴指令值,由此对所述平动轴指令值进行更新,并且,将由所述旋转轴校正值计算单元计算出的所述校正值相加至所述旋转轴指令值,由此对所述旋转轴指令值进行更新。
7.根据权利要求6所述的机床的控制装置,其特征在于,
将所述机床的误差设为几何学的误差,
根据存在所述几何学的误差时的所述工具的位置和理想的所述工具的位置,来计算出所述工具的位置误差,其中,存在所述几何学的误差时的所述工具的位置是通过从考虑了所述几何学的误差的工具坐标系向工件坐标系的齐次坐标变换而求出的,理想的所述工具的位置是通过从没有考虑所述几何学的误差的工具坐标系向工件坐标系的齐次坐标变换而求出的,
所述平动轴校正值计算单元将所述工具的位置误差从所述工件坐标系齐次坐标变换到由所述选择单元选择出的所述任意轴结构所包含的所述平动轴的指令值坐标系上,由此计算出在该平动轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的所述平动轴的校正值,
所述旋转轴校正值计算单元根据由所述选择单元选择出的所述任意轴结构所包含的所述旋转轴的旋转方向上的所述几何学的误差,计算出在该旋转轴的指令值坐标系上对所述工具的位置误差进行校正的所述旋转轴的校正值。
8.根据权利要求7所述的机床的控制装置,其特征在于,
将所述任意平动轴设为实际使用于所述工件的加工中的所述平动轴,将所述任意旋转轴设为实际使用于该加工中的所述旋转轴,
所述机床的控制装置具有存储单元,所述存储单元存储用于判别使用轴结构的使用轴结构判别信息,所述使用轴结构具有实际使用于所述加工中的平动轴和实际使用于所述加工中的旋转轴,
所述选择单元根据存储在所述存储单元中的所述使用轴结构判别信息,来判别具有所述2个轴以上的平动轴所包含的该平动轴以及所述1个轴以上的旋转轴所包含的该旋转轴的轴结构中是否存在所述使用轴结构,选择该判别出的使用轴结构作为所述任意轴结构,
所述平动轴校正值计算单元将所述工具的位置误差从所述工件坐标系齐次坐标变换到由所述选择单元选择出的所述使用轴结构所包含的所述平动轴的指令值坐标系上,由此计算出所述平动轴的校正值,
所述旋转轴校正值计算单元根据由所述选择单元选择出的所述使用轴结构所包含的所述旋转轴的旋转方向上的所述几何学的误差,计算出所述旋转轴的校正值。
9.根据权利要求8所述的机床的控制装置,其特征在于,
所述机床的控制装置具有误差决定单元,在由所述选择单元判别为在所述轴结构中存在没有实际使用于所述加工中的轴结构时,所述误差决定单元决定为使所述工具的位置误差保持上一次的误差或者设定成零。
10.根据权利要求8或9所述的机床的控制装置,其特征在于,
使所述存储单元存储判别各所述使用轴结构的使用优先顺序的优先顺序判别信息,
所述机床的控制装置具有:
平动轴校正值决定单元,其当由所述选择单元判别出的所述使用轴结构存在多个的情况下,从由所述平动轴校正值计算单元针对所述多个使用轴结构所包含的各个所述平动轴计算出的所述校正值中,将根据存储在所述存储单元中的所述优先顺序判别信息而判别为所述使用优先顺序最高的所述使用轴结构所包含的所述平动轴的校正值,决定为由所述更新单元相加至所述平动轴指令值的校正值;以及
旋转轴校正值决定单元,其当由所述选择单元判别出的所述使用轴结构存在多个的情况下,从由所述旋转轴校正值计算单元针对所述多个使用轴结构所包含的各个所述旋转轴计算出的所述校正值中,将根据所述优先顺序判别信息而判别为所述使用优先顺序最高的所述使用轴结构所包含的所述旋转轴的校正值,决定为由所述更新单元相加至所述旋转轴指令值的校正值。
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |