CN106338968A - 可进行考虑轴移动方向的误差修正的数值控制装置 - Google Patents

可进行考虑轴移动方向的误差修正的数值控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可进行考虑轴移动方向的误差修正的数值控制装置，控制具有3个直线轴和2个旋转轴的5轴加工机，该数值控制装置取得与指令直线轴的位置和指令移动方向的组合关联了的直线轴起因修正量、与指令旋转轴的位置和指令移动方向的组合关联了的旋转轴起因修正量，并根据所取得的直线轴起因修正量以及上述旋转轴起因修正量来计算平移旋转修正量，将该计算出的平移旋转修正量加到上述指令直线轴位置上。

Description

可进行考虑轴移动方向的误差修正的数值控制装置
技术领域
本发明涉及一种数值控制装置，特别涉及一种具有考虑了轴移动方向的误差修正功能的数值控制装置。
背景技术
在通过数值控制装置进行控制的机床的进给轴中，在该目标位置和实际的移动位置之间产生误差。该误差量根据移动位置而彼此不同，因此目前提出一种与移动位置对应的误差的修正方法。
例如，日本特开2009-151756号公报中公开一种技术，即将直线轴坐标系和旋转轴坐标系分别划分为格子状区域，在格子点存储格子点修正向量，基于格子点修正向量，从直线轴位置和旋转轴位置计算轴依存平移修正量和轴依存旋转修正量，修正直线轴位置。
上述技术能够修正可能因预先测定的机械位置的误差产生的工具前端点的误差。但是由于只通过位置信息生成并修正空间误差图，因此当在有可能因驱动部的劣化等产生的机械的移动方向(正向、负向)产生了误差的差时，不能够准确地进行修正。
另外，在日本特开07-072913号公报中公开以下技术，即按照预先设定的每个修正区间存储正负两个移动方向的间距误差修正量，读出与包括当前位置的修正区间以及移动方向对应的修正量并输出。
上述技术能够修正考虑了正负移动方向的误差。但是，只能够一个轴一个轴地进行独立的修正。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种能够进行除了直线轴以及旋转轴的位置还考虑轴移动方向的误差修正的数值控制装置。
本发明的数值控制装置根据程序的指令控制对安装在工作台上的加工物进行加工的5轴加工机，该5轴加工机由3个直线轴和2个旋转轴构成。该数值控制装置具备：方向区别修正量存储部，其存储与直线轴位置以及直线轴的移动方向的组合关联的直线轴起因修正量、与旋转轴位置以及旋转轴的移动方向的组合关联的旋转轴起因修正量；轴移动方向判定部，其判定基于上述指令的各个上述直线轴的移动方向即指令直线轴移动方向、基于上述指令的各个上述旋转轴的移动方向即指令旋转轴移动方向；移动方向区别修正量取得部，其参照上述方向区别修正量存储部，分别取得与基于上述指令的直线轴位置以及基于上述指令直线轴移动方向关联的直线轴起因修正量、与基于上述指令的旋转轴位置以及上述指令旋转轴移动方向关联的旋转轴起因修正量；以及修正部，其根据上述直线轴起因修正量以及上述旋转轴起因修正量计算平移旋转修正量，并对该计算出的平移旋转修正量相加上述指令的直线轴位置。
上述方向区别修正量存储部按照上述直线轴的移动方向的每个组合，将上述3个直线轴的3维坐标系空间在各轴方向上划分为预定间隔的格子状区域，并能够存储由该划分后的格子状区域的各个格子点的平移修正量和旋转修正量组成的格子点修正向量。
上述方向区别修正量存储部按照上述旋转轴的移动方向的每个组合，将上述2个直线轴的2维坐标系空间在各轴方向上划分为预定间隔的格子状区域，并能够存储由该划分后的格子状区域的各个格子点的平移修正量和旋转修正量组成的格子点修正向量。
通过本发明，除了考虑机械上的直线轴以及旋转轴的位置引起的误差，也考虑由于移动方向发生变化的误差，因此能够期待提高加工工件形状的质量。
附图说明
通过参照附图说明以下的实施例，能够更加明确本发明的上述以及其他目的、特征。在这些附图中：
图1是说明通过本发明的数值控制装置，按照轴移动的方向生成在旋转轴或直线轴的移动区域内以预定间隔通过格子点划分后的格子状区域，设定与格子点对应的平移修正量以及旋转修正量的图。
图2A以及图2B是表示生成格子状区域的轴移动方向的组合例子的图。
图3是本发明一个实施方式的数值控制装置的功能框图。
图4是表示图3的数值控制装置的轴移动方向区别误差修正部所执行的处理流程的流程图。
图5是表示图3的数值控制装置进行控制的5轴加工机的工具头旋转形的例子的图。
图6A表示以图5所示的5轴加工机的主旋转轴(C)的移动方向为正方向且从属旋转轴(B)的移动方向为正方向的组合而生成的格子状区域。
图6B表示以图5所示的5轴加工机的主旋转轴(C)的移动方向为正方向且从属旋转轴(B)的移动方向为负方向的组合而生成的格子状区域。
图7A表示以图5所示的5轴加工机的主旋转轴(C)的移动方向为负方向且从属旋转轴(B)的移动方向为正方向的组合而生成的格子状区域。
图7B表示以图5所示的5轴加工机的主旋转轴(C)的移动方向为负方向且从属旋转轴(B)的移动方向为负方向的组合而生成的格子状区域。
图8A表示以图5所示的5轴加工机的直线X、Y、Z轴为正方向的组合而生成的格子状区域。
图8B表示以图5所示的5轴加工机的直线X、Y轴为正方向，Z轴为负方向的组合而生成的格子状区域。
图9A表示以图5所示的5轴加工机的直线X、Z轴为正方向，Y轴为负方向的组合而生成的格子状区域。
图9B表示以图5所示的5轴加工机的直线X轴为正方向，Y、Z轴为负方向的组合而生成的格子状区域
图10A表示以图5所示的5轴加工机的直线X轴为负方向，Y、Z轴为正方向的组合而生成的格子状区域。
图10B表示以图5所示的5轴加工机的直线X、Z轴为负方向，Y轴为正方向的组合而生成的格子状区域。
图11A表示以图5所示的5轴加工机的直线X、Y轴为负方向，Z轴为正方向的组合而生成的格子状区域。
图11B表示以图5所示的5轴加工机的直线X、Y、Z轴为负方向的组合而生成的格子状区域。
图12是说明针对依存于直线轴以及旋转轴的平移误差以及旋转误差的误差修正方法的图。
图13是表示本发明的数值控制装置所控制的5轴加工机的工作台旋转形的例子的图。
图14A表示以图13所示的5轴加工机的主旋转轴(A)为正方向，从属旋转轴(C)为正方向的组合而生成的格子状区域。
图14B表示以图13所示的5轴加工机的主旋转轴(A)为负方向，从属旋转轴(C)为正方向的组合而生成的格子状区域。
图15A表示以图13所示的5轴加工机的主旋转轴(A)为正方向，从属旋转轴(C)为负方向的组合而生成的格子状区域。
图15B表示以图13所示的5轴加工机的主旋转轴(A)为负方向，从属旋转轴(C)为负方向的组合而生成的格子状区域。
图16是本发明的数值控制装置进行控制的5轴加工机的混合形的例子。
具体实施方式
本发明中，如图1所示，通过控制由3个直线轴和2个直线轴进行加工的5轴加工机的数值控制装置，按照轴移动的方向生成在旋转轴或直线轴的移动区域内以预定间隔通过格子点进行划分后的格子状区域，设定与格子点对应的平移修正量以及旋转修正量。
这样，在准备了针对按照轴移动的方向所准备的格子状区设定的修正量后，在修正处理部中判别轴移动的方向，并根据该判别的轴移动方向从轴移动方向区别格子状区域取得平移修正量或旋转修正量，进行修正从而使得工具前端点位置成为在工件上没有误差的位置地驱动3个直线轴。
生成格子状区域的轴移动方向的组合如图2A以及图2B所示。在图2A所示的旋转轴的组合中如果考虑2个分量的移动方向则有4种组合。在图2B所示的直线轴的组合中如果考虑3个分量的移动方向则有8种组合。所有的组合不是必须的，选择必要的组合，针对选择出的组合准备轴移动方向区别格子状区域即可。
图3是本发明一个实施方式的数值控制装置的功能框图。
数值控制装置1具备指令分析部2、插补部3、各轴(X轴、Y轴、Z轴、B(或A)轴、C轴)用的加减速部4x～4c、修正部5、各轴用伺服6x～6c以及轴移动方向区别误差修正部7。轴移动方向区别误差修正部7具有直线轴方向区别格子状区域设定单元8、旋转轴方向区别格子状区域设定单元9、轴移动方向判定部10、移动方向区别修正量取得部11以及方向区别修正量存储部12。
指令分析部2分析加工程序的程序块，生成用于各轴移动的数据。插补部3针对从指令分析部2输出的数据执行插补处理，并针对各轴生成以插补周期插补计算了指令路径上的点的插补数据。
各轴用的加减速部4x～4c根据插补部3所生成的插补数据执行加减速处理，计算每个插补周期的各轴的速度并将结果数据输出给修正部5。修正部5指令后述的轴移动方向区别误差修正部7计算针对由各轴用的加减速部4x～4c输出的各轴加减速后的插补数据的修正量，并且根据从轴移动方向区别误差修正部7取得的修正量来执行针对由各轴用的加减速部4x～4c输出的各轴加减速后的插补数据的修正。
然后，各轴用的伺服6x～6c根据由修正部5进行修正后的结果来控制驱动机械各轴的伺服电动机。
轴移动方向区别误差修正部7所具有的直线轴方向区别格子状区域设定单元8以及旋转轴方向区别格子状区域设定单元9设定通过测定而计算出的方向区别所需要的修正数据，将该设定的修正数据存储在方向区别修正量存储部12中。如图1说明的那样，针对方向区别格子状区域的各格子点设定修正数据。
轴移动方向判定部10根据指令、插补数据等判定各轴的移动方向，并且移动方向区别修正量取得部11根据该判定出的各轴的移动方向从方向区别修正量存储部12取得必要的修正数据。
根据这样得到的修正数据，修正部5通过间距误差修正、直线度误差修正等现有技术来修正机械引起的平移误差(参照上述的日本特开2009-151756号公报)。
图4是表示本实施方式的数值控制装置1的轴移动方向区别误差修正部7所执行的处理流程的流程图。
[步骤SA01]轴移动方向判定部10对当前的直线轴分别判别移动方向(正负)。
[步骤SA02]移动方向区别修正量取得部11取得当前的直线轴的机械坐标Pml(Pmx、Pmy、Pmz)。
[步骤SA03]移动方向区别修正量取得部11取得在与步骤SA01判别出的移动方向对应的直线轴移动方向区别格子状区域内与机械坐标Pml对应的平移修正量(dXl、dY1l、dZl)以及旋转修正量(dIl、dJl、dKl)。
[步骤SA04]轴移动方向判定部10对当前的旋转轴的各轴判别移动方向(正负)。
[步骤SA05]移动方向区别修正量取得部11取得当前旋转轴的机械坐标Pmr(Pmb(a)，Pmc)。
[步骤SA06]移动方向区别修正量取得部11取得在与移动方向对应的旋转轴移动方向区别格子状区域内与机械坐标Pmr对应的平移修正量(dXr、dYr、dZr)以及旋转修正量(dIr、dJr、dKr)。
以下，表示将本实施方式的数值控制装置1适用于具备直线轴和旋转轴的机床的例子。
图5是本发明的数值控制装置1控制的5轴加工机的工具头旋转形的例子。在图5所示的机械结构中，通过C轴旋转而旋转并通过B轴旋转而倾斜的工具头20在Y轴方向和Z轴方向直线移动，并且安装了工件(未图示)的台21在X轴方向直线移动。
图6A表示以图5所示的5轴加工机的主旋转轴(C)的移动方向为正方向且从属旋转轴(B)的移动方向为正方向的组合而生成的格子状区域1，图6B表示以图5所示的5轴加工机的主旋转轴(C)的移动方向为正方向且从属旋转轴(B)的移动方向为负方向的组合而生成的格子状区域2。
图7A表示以图5所示的5轴加工机的主旋转轴(C)的移动方向为负方向且从属旋转轴(B)的移动方向为正方向的组合而生成的格子状区域3，图7B表示以图5所示的5轴加工机的主旋转轴(C)的移动方向为负方向且从属旋转轴(B)的移动方向为负方向的组合而生成的格子状区域4。
这些格子状区域1-4为旋转轴移动方向区别格子状区域。对各自的格子点设定平移修正量以及旋转修正量。以下，例示格子状区域2(图6B)。
在图6B所示的格子状区域2中，例如预先测定C轴以60deg向正方向移动，B轴以0deg向负方向移动时的误差，通过旋转轴方向区别格子状区域设定单元9对格子点设定修正量(dX3、dY3、dZ3、dI3、dJ3、dK3)，存储在方向区别修正量存储部12中。移动方向区别修正量取得部11从方向区别修正量存储部12取得这样设定/存储的各格子点的修正量。另外，在上述修正量中，dX3、dY3、dZ3是平移修正量，dI3、dJ3、dK3是旋转修正量。
另外，在图6B所示的格子状区域2中，例如预先测定C轴以300deg向正方向移动，B轴以-60deg向负方向移动时的误差，通过旋转轴方向区别格子状区域设定单元9对该格子点设定修正量(dX4、dY4、dZ4、dI4、dJ4、dK4)，存储在方向区别修正量存储部12中。移动方向区别修正量取得部11从方向区别修正量存储部12取得这样设定/存储的各格子点的修正量。另外，在上述修正量中，dX4、dY4、dZ4是平移修正量，dI4、dJ4、dK4是旋转修正量。在其他格子点中也同样地根据旋转轴(B、C)的移动方向进行设定以及取得。
图8A～图11B表示以直线X、Y、Z轴的移动方向的组合(8种)而生成的格子状区域。这些格子状区域是直线轴移动方向区别格子状区域。
·格子状区域1(图8A)：由直线X、Y、Z轴为正方向的组合而生成的区域；
·格子状区域2(图8B)：由直线X、Y轴为正方向，Z轴为负方向的组合而生成的区域；
·格子状区域3(图9A)：由直线X、Z轴为正方向，Y轴为负方向的组合而生成的区域；
·格子状区域4(图9B)：由直线X轴为正方向，Y、Z轴为负方向的组合而生成的区域；
·格子状区域5(图10A)：由直线X轴为负方向，Y、Z轴为正方向的组合而生成的区域；
·格子状区域6(图10B)：由直线X、Z轴为负方向，Y轴为正方向的组合而生成的区域；
·格子状区域7(图11A)：由直线X、Y轴为负方向，Z轴为正方向的组合而生成的区域；
·格子状区域8(图11B)由直线X、Y、Z轴为负方向的组合而生成的区域。
在各自的格子点设定平移修正量(dX、dY、dZ)、旋转修正量(dI、dJ、dK)，取得与轴移动时对应的修正量。以下例示格子状区域2(图8B)。
在图8B所示的格子状区域2中，例如预先测定X、Y轴以0mm向正方向移动，Z轴以10mm向负方向移动时的误差，通过直线轴方向区别格子状区域设定单元8对格子点设定修正量(dX3、dY3、dZ3、dI3、dJ3、dK3)，存储在方向区别修正量存储部12中。移动方向区别修正量取得部11从方向区别修正量存储部12取得这样设定/存储的各格子点的修正量。另外，在上述修正量中，dX3、dY3、dZ3是平移修正量，dI3、dJ3、dK3是旋转修正量。
另外，在图8B所示的格子状区域2中，例如预先测定X轴以30mm向正方向移动，Y轴以10mm向正方向，Z轴以20mm向负方向移动时的误差，通过直线轴方向区别格子状区域设定单元8对该格子点设定修正量(dX4、dY4、dZ4、dI4、dJ4、dK4)，存储在方向区别修正量存储部12中。移动方向区别修正量取得部11从方向区别修正量存储部12取得这样设定/存储的各格子点的修正量。另外，在上述修正量中，dX4、dY4、dZ4是平移修正量，dI4、dJ4、dK4是旋转修正量。在其他格子点也同样地根据直线轴(X、Y、Z)的移动方向进行设定以及取得。
图12是说明针对依存于直线轴以及旋转轴的平移误差以及旋转误差的误差修正方法的图。
在图12中，如果通过将工具头20的旋转中心设为原点(Xt、Yt、Zt)的坐标表示工具头20坐标系，则通过依存于直线轴以及旋转轴的平移误差以及旋转误差表示工具头20坐标系成为(Xt’、Yt’、Zt’)坐标。直线轴/旋转轴设定平移修正量(dX、dY、dZ)表示针对这些坐标系间的X轴/Y轴/Z轴方向的平移误差的修正量。直线轴/旋转轴设定旋转修正量(dI、dJ、dK)表示相对于这些坐标系间的围绕X轴/Y轴/Z轴的旋转方向的修正量。这些误差是微小的量，但是在图12中为了容易理解而夸大描绘。
将基于指令直线轴位置Pml(Pmx、Pmy、Pmz)以及指令旋转轴位置Pmr(Pmc、Pmb)的直线轴/旋转轴设定平移修正量设为(dX、dY、dZ)，将直线轴/旋转轴设定旋转修正量设为(dI、dJ、dK)。例如，在图12所示的例子中，在指令直线轴位置Pml(Pmx、Pmy、Pmz)中，X轴向负方向移动，Y轴向正方向移动，Z轴向负方向移动。此时，在图10B的格子状区域6中通过Pml(Pmx、Pmy、Pmz)最近的格子(通常为周围的8点格子)的平移修正量以及旋转修正量的比例分配取得Pml(Pmx、Pmy、Pmz)的平移修正量(dXl、dYl、dZl)以及旋转修正量(dIl、dJl、dKl)。
同样，在指令旋转轴位置Pmr(Pmc、Pmb)C轴向负方向移动，B轴向正方向移动。此时，在图7A的格子状区域3中通过Pmr(Pmc、Pmb)最近的格子(通常为周围的4点格子)的平移修正量以及旋转修正量的比例分配取得Pmr(Pmc、Pmb)的平移修正量(dXr、dYr、dZr)以及旋转修正量(dIr、dJr、dKr)。
关于X、Y、Z、B、C轴的其他移动方向的情况，同样从其他的格子状区域取得Pml(Pmx、Pmy、Pmz)的平移修正量(dXl、dYl、dZl)以及旋转修正量(dIl、dJl、dKl)、Pmr(Pmc、Pmb)的平移修正量(dXr、dYr、dZr)以及旋转修正量(dIr、dJr、dKr)。并且，以后虽然是现有技术，但得到直线轴/旋转轴设定平移修正量(dX、dY、dZ)＝(dXl、dYl、dZl)+(dXr、dYr、dZr)、直线轴/旋转轴设定旋转修正量(dI、dJ、dK)＝(dIl、dJl、dKl)+(dIr、dJr、dKr)。
将通过这些直线轴/旋转轴设定平移修正量(dX、dY、dZ)以及直线轴/旋转轴设定旋转修正量(dI、dJ、dK)求出的平移旋转修正量d3D(d3Dx、d3Dy、d3Dz)(参照日本特开2009-151756号公报)与指令直线轴位置Pml(Pmx、Pmy、Pmz)相加，求出修正直线轴位置Pml’(Pmx’、Pmy’、Pmz’)。各直线轴X、Y、Z轴向该修正直线轴位置Pml’(Pmx’、Pmy’、Pmz’)驱动，旋转轴B、C轴向指令位置驱动。据此，能够将工具前端点位置移动到没有误差的位置。
图13是本实施方式的数值控制装置1所控制的5轴加工机的工作台旋转形的例子。在图示的机械结构中，通过C轴旋转而旋转且通过A轴旋转而倾斜的工作台22放在Y轴上，Y轴放在X轴上而进行直线移动，工具头20在Z轴进行上下直线移动。
图14A表示以主旋转轴(A)为正方向，从属旋转轴(C)为正方向的组合而生成的格子状区域1，图14B表示以主旋转轴(A)为负方向，从属旋转轴(C)为正方向的组合而生成的格子状区域2。
图15A表示以主旋转轴(A)为正方向，从属旋转轴(C)为负方向的组合而生成的格子状区域3，图15B表示以主旋转轴(A)为负方向，从属旋转轴(C)为负方向的组合而生成的格子状区域4。
对各自的格子点设定平移修正量(dX、dY、dZ)、旋转修正量(dI、dJ、dK)。对于X、Y、Z轴的格子状区域与实施例1相同，所以省略说明。
图16是本实施方式的数值控制装置1控制的5轴加工机的混合形的例子。在图16所示的机械结构中，通过B轴旋转而倾斜的工具头20在Y轴和Z轴直线移动，通过C轴旋转而旋转的工作台22在X轴直线移动。格子状区域的设定与5轴加工机的工具头旋转形、工作台旋转形相同，因此省略。
这样，在具备本发明所提出的功能的数值控制装置中，除了机械上的直线轴/旋转轴位置引起的误差，也考虑由于移动方向发生变化的误差，因此能够期待提高加工工件形状的质量。在本发明的数值控制装置中，例如能够修正以下的误差。
·由于驱动源的劣化而在不同移动方向产生的误差
·在与重力方向相反方向上移动时产生的误差
以上说明了本发明的实施方式，但是本发明不限于上述实施方式的例子，也能够通过增加适当的变更通过各种方式来实施。

Claims (3)

1.一种数值控制装置，基于程序的指令控制对安装在工作台上的加工物进行加工的5轴加工机，该5轴加工机由3个直线轴和2个旋转轴构成，其特征在于，
该数值控制装置具备：
方向区别修正量存储部，其存储与直线轴位置以及直线轴的移动方向的组合关联的直线轴起因修正量、与旋转轴位置以及旋转轴的移动方向的组合关联的旋转轴起因修正量；
轴移动方向判定部，其判定基于上述指令的各个上述直线轴的移动方向即指令直线轴移动方向、基于上述指令的各个上述旋转轴的移动方向即指令旋转轴移动方向；
移动方向区别修正量取得部，其参照上述方向区别修正量存储部，分别取得与基于上述指令的直线轴位置以及上述指令直线轴移动方向关联的直线轴起因修正量、与基于上述指令的旋转轴位置以及上述指令旋转轴移动方向关联的旋转轴起因修正量；以及
修正部，其根据上述直线轴起因修正量以及上述旋转轴起因修正量来计算平移旋转修正量，并将该计算出的平移旋转修正量与基于上述指令的直线轴位置相加。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述方向区别修正量存储部按照上述直线轴的移动方向的每个组合，将基于上述3个直线轴的3维坐标系空间在各轴方向上划分为预定间隔的格子状区域，并存储由该划分后的格子状区域的各个格子点的平移修正量和旋转修正量组成的格子点修正向量。
3.根据权利要求1或2所述的数值控制装置，其特征在于，
上述方向区别修正量存储部按照上述旋转轴的移动方向的每个组合，将基于上述2个直线轴的2维坐标系空间在各轴方向上划分为预定间隔的格子状区域，并存储由该划分后的格子状区域的各个格子点的平移修正量和旋转修正量组成的格子点修正向量。
CN201610538466.6A 2015-07-10 2016-07-08 可进行考虑轴移动方向的误差修正的数值控制装置 Active CN106338968B (zh)

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