CN109195742A - 加工中心 - Google Patents

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CN109195742A CN201780032620.5A CN201780032620A CN109195742A CN 109195742 A CN109195742 A CN 109195742A CN 201780032620 A CN201780032620 A CN 201780032620A CN 109195742 A CN109195742 A CN 109195742A
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Abstract

本发明公开一种加工中心，其自动地校正床身变形导致的工具与工件的整列不良。加工中心包括：床身结构物，其通过施加于上面的分布荷重沿长度方向的变形曲线变形，且具备检测变形变曲部的床身高度的一对检测传感器；托盘结构物，其结合有工件所选择性地待机的托盘，且固定于床身结构物的第一端部而施加托盘荷重；心轴组件，其结合有加工所述工件的工具，且固定于床身结构物的第二端部而施加心轴荷重；工作台，其固定工件，且能够移动地安装于床身结构物上而施加工作台荷重；以及自动中心整列器，其检测床身结构物的变形导致的心轴组件及工作台的设置误差来使工件和工具自动地整列。从而，能够自动地校正床身变形导致的整列不良。

Description

加工中心
技术领域
本发明涉及一种加工中心，更详细而言，涉及一种卧式加工中心(horizontalmachining center，HMC)。
背景技术
近来，作为能够自动接受需要的工具并按照数值控制算法来执行诸如钻孔(boring)、铣削(milling)、铰孔(reaming)以及攻丝(tapping)的多种加工的数值控制机床的加工中心的运用逐渐增加。
尤其，卧式加工中心具备在以具有大于宽度的长度的细长部件提供的床身结构物的前端装载工件的托盘、在床身结构物的后端安装有加工工件的工具的心轴组件、以及能够在托盘与心轴组件之间移动地安装于床身结构物的上面而固定工件的工作台。
若装载于托盘的工件被挪至工作台而固定，且工作台在适宜加工工件的加工位置固定于床身结构物的上面，则工件的中心与安装于心轴头的工具的中心相互整列而准备加工。
因此，在床身结构物的上面，分布有诸如根据工件的有无而变动的托盘荷重、工作台的加工位置以及施加实质上恒定的荷重的心轴荷重的多种荷重。
由于床身结构物被提供为在长度方向上具有大于宽度的长度的细长部件，因而施加于上面的荷重分布诱发沿长度方向相异的变形。床身结构物的长度方向变形将诱发床身结构物的上面倾斜，而床身结构物的上面倾斜将对固定于上面的工作台的垂直轴及心轴组件的垂直度诱发设置误差。
随着工作台和心轴组件的设置误差导致工件和工具的整列偏移，存在对工件的加工精度下降的问题。
从而，要求一种能够通过检测并校正对工作台垂直轴及心轴组件的垂直度的设置误差，与床身结构物的长度方向变形无关地整列工件和工具的新的卧式加工中心。
发明内容
技术课题
本发明为解决如上所述的问题而提出，其目的在于，提供一种能够根据床身结构物的荷重分布自动地检测并校正对工作台中心轴及心轴头的移送柱的设置误差来准确地整列工件和工具的加工中心。
技术方案
为达成上述本发明的目的，本发明的示例性的实施例的加工中心包括：床身结构物，其通过施加于上面的分布荷重沿长度方向的变形曲线变形，且具备检测变形变曲部的床身高度的一对检测传感器；托盘结构物，其结合有工件所选择性地待机的托盘，且固定于所述床身结构物的第一端部而施加托盘荷重；心轴组件，其结合有加工所述工件的工具，且固定于所述床身结构物的第二端部而施加心轴荷重；工作台，其固定所述工件，且能够移动地安装于所述床身结构物上而施加工作台荷重；以及自动中心整列器，其检测所述床身结构物的变形导致的所述心轴组件及所述工作台的设置误差来自动地整列所述工件和所述工具。
作为一实施例，所述自动中心整列器包括：检测部，其检测所述床身结构物的高度和所述工作台的位置；误差生成部，其根据检测到的所述床身高度及工作台的位置来获取所述设置误差；以及驱动部，其生成驱动所述工作台及所述心轴组件来校正所述设置误差的驱动信号。
作为一实施例，所述检测部具备：第一检测部，其与所述检测传感器连接而容纳所述床身高度；以及第二检测部，其检测所述工作台的位置，所述误差生成部包括：床身变形获取部，其在所述心轴荷重及所述工作台荷重的作用点将所述床身结构物的变形获取为床身倾斜度；以及设置误差获取部，其从所述床身倾斜度中获取所述设置误差。
作为一实施例，所述分布荷重包括所述心轴荷重、所述托盘荷重以及所述工作台荷重，所述检测传感器包括配置于变形最大点的第一间隙传感器(gap sensor)和配置于变形最小点的第二间隙传感器，所述变形曲线具备：第一变形线，其是具有如式(1)所示的第一床身倾斜度且从所述变形最大点向所述变形最小点朝向右下的直线；以及第二变形线，其是具有如式(2)所示的第二床身倾斜度且从所述变形最小点向所述第二端部朝向右上的直线，
其中，θ1是第一床身倾斜度，
θ2是第二床身倾斜度，
h1是所述第一端部上的床身结构物的设置高度，
h2是所述第二端部上的床身结构物的设置高度，
G1是所述变形最大点上的床身高度，
G2是所述变形最小点上的床身高度，
d1是从所述第一端部到所述变形最大点的距离，
d3是从所述第一端部到所述变形最小点的距离，
d4是从所述第一端部到所述第二端部的床身结构物的长度。
作为一实施例，当所述第二检测部获取满足式(3)的条件的所述工作台的位置时，所述设置误差获取部将所述第一床身倾斜度获取为所述工作台设置误差，并将所述第二床身倾斜度获取为所述心轴设置误差，
其中，l是与所述床身结构物接触的工作台的长度，d2是从所述第一端部到所述工作台荷重的作用点的距离。
作为一实施例，当所述第二检测部获取满足式(4)的条件的所述工作台的位置时，所述设置误差获取部将所述第二床身倾斜度获取为所述工作台的误差及所述心轴设置误差，
其中，l是工作台与所述床身结构物接触的工作台的长度，d2是从所述第一端部到所述工作台荷重的作用点的距离。
作为一实施例，当所述第二检测部获取满足式(5)的条件的所述工作台的位置时，所述设置误差获取部用对在以所述变形最小点为原点的坐标系中通过作为所述工作台的左侧端与沿所述第一变形线变形的所述床身结构物的交点的左侧接点及作为所述工作台的右侧端与沿所述第二变形线变形的所述床身结构物的交点的右侧接点的工作台线的倾斜度的补角获取所述工作台设置误差，并用所述第二床身倾斜度获取所述心轴设置误差，
其中，l是工作台与所述床身结构物接触的工作台的长度，d2是从所述第一端部到所述工作台荷重的作用点的距离。
作为一实施例，所述工作台设置误差通过式(6)获取，
其中，l是与所述床身结构物的上面接触的工作台的长度，
Δx是在所述工作台的右侧端从原点沿所述第二变形线移动的期间内所述工作台的左侧端所移动的距离的x成分，
A＝-2cos2θ1(tanθ1tanθ2-1)
B＝-2cos2θ1(l cosθ1-l sinθ1tanθ2)
C＝-3-2tanθ1tanθ2+tan2θ1tan2θ2
D＝2l(-cosθ1+sinθ1tanθ2+cosθ1tanθ1tanθ2-sinθ1tanθ1tan2θ2+4sin2θ1cosθ1)
E＝l(l cosθ1-2l sinθ1cosθ1tanθ2+l sin2θ1tan2θ2+8cos3θ1)。
作为一实施例，所述分布荷重包括所述心轴荷重和所述工作台荷重，所述检测传感器包括配置于变形最小点的间隙传感器，
所述变形曲线具备：第一变形线，其是具有如式(7)所示的第一床身倾斜度且从所述第一端部向所述变形最小点朝向右下的直线；以及第二变形线，其是具有如式(8)所示的第二床身倾斜度且从所述变形最小点向所述第二端部朝向右上的直线，
其中，θ1是第一床身倾斜度，
θ2是第二床身倾斜度，
h1是所述第一端部上的床身结构物的设置高度，
h2是所述第二端部上的床身结构物的设置高度，
G是所述变形最小点上的床身高度，
d3是从所述第一端部到所述变形最小点的距离，
d4是从所述第一端部到所述第二端部的床身结构物的长度。
作为一实施例，当所述第二检测部获取满足式(9)的条件的所述工作台的位置时，所述设置误差获取部将所述第一床身倾斜度获取为所述工作台设置误差，并将所述第二床身倾斜度获取为所述心轴设置误差，
其中，l是工作台的x方向长度，d2是从所述第一端部到所述工作台荷重的作用点的距离。
作为一实施例，当所述第二检测部获取满足式(10)的条件的所述工作台的位置时，所述设置误差获取部将所述第二床身倾斜度获取为所述工作台的误差及所述心轴设置误差，
其中，l是工作台的x方向长度，d2是从所述第一端部到所述工作台荷重的作用点的距离。
作为一实施例，当所述第二检测部获取满足式(11)的条件的所述工作台的位置时，所述设置误差获取部用对在以所述变形最小点为原点的坐标系中通过作为所述工作台的左侧端与沿所述第一变形线变形的所述床身结构物的交点的左侧接点及作为所述工作台的右侧端与沿所述第二变形线变形的所述床身结构物的交点的右侧接点的工作台线的倾斜度的补角获取所述工作台设置误差，并用所述第二床身倾斜度获取所述心轴设置误差，
其中，l是工作台的x方向长度，d2是从所述第一端部到所述工作台荷重的作用点的距离。
作为一实施例，所述第二检测部包括电机编码器，该电机编码器检测驱动所述工作台的驱动电机的动作信息。
作为一实施例，所述误差生成部包括托盘荷重传感器，该托盘荷重传感器在变形最大点检测所述床身结构物的高度变化来检测所述托盘荷重的有无。
作为一实施例，所述变形曲线沿所述床身结构物的长度方向包括连续性的多项式，所述设置误差获取部在所述工作台荷重的作用点将所述多项式的瞬间倾斜度获取为所述工作台设置误差，并在所述第二端部将所述多项式的瞬间倾斜度获取为所述心轴设置误差。
作为一实施例，所述驱动部包括：工作台驱动信号生成器，其生成使所述工作台以所述床身结构物的宽度方向为中心旋转第一校正量的工作台校正信号；以及心轴头驱动信号生成器，其生成使供安装所述工具的心轴头以所述床身结构物的宽度方向为中心旋转第二校正量的心轴校正信号。
作为一实施例，所述工作台驱动信号生成器及所述心轴头驱动信号生成器构成为相辅地驱动，所述第一、第二校正量包括所述工作台设置误差和所述心轴设置误差的合成偏差。
作为一实施例，所述工作台驱动信号生成器及所述心轴驱动信号生成器构成为同时驱动，所述第一校正量包括所述工作台设置误差，所述第二校正量包括所述心轴设置误差。
作为一实施例，所述自动中心整列器还具备存储部，该存储部存储关于所述床身结构物的形状和设置常数的数据。
发明的效果
根据如上所述的本发明的示例性的实施例，能够自动地检测施加于床身结构物的上面的荷重分布的特性和工作台的位置并根据荷重分布来生成最优的床身结构物的变形曲线，并从所述变形曲线中自动地检测床身变形量和对工作台及心轴头的设置误差。基于检测到的设置误差驱动工作台和心轴头中的至少一个，从而，即使床身结构物变形，也能够准确地维持工件和工具的整列。从而，能够自动地修正床身结构物的变形导致的工件和工具的整列不良来提高加工精度。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的一实施例的加工中心的结构图。
图2是示出当工作台位于施加托盘荷重的床身结构物的第一床身区域时的床身结构物的荷重分布和变形曲线的图。
图3a是示出当工作台位于图2所图示的第一床身区域时的床身倾斜度与工作台设置误差之间的几何关系的图。
图3b是示出当工作台位于图2所图示的第二床身区域时的床身倾斜度与心轴设置误差之间的几何关系的图。
图4是示出当工作台位于施加托盘荷重的床身结构物的第三床身区域时的床身结构物的荷重分布和变形曲线的图。
图5是示出当工作台位于第三床身区域时的床身变形与工作台设置误差及心轴设置误差之间的几何关系的图。
图6是示出当工作台跨于施加托盘荷重的床身结构物的第二、第三床身区域而配置时的床身结构物的荷重分布和变形曲线的图。
图7a是示出在图6所图示的工作台荷重点上的床身变形与工作台设置误差的几何关系的图。
图7b是示出工作台沿第二变形线移动而通过第二变形变曲点的瞬间的图。
图7c是示出工作台在通过第二变形变曲点后与第三变形线在任意的位置接触的状态的图。
图8是示出当工作台位于不施加托盘荷重的床身结构物的第一床身区域时的床身结构物的荷重分布和变形曲线的图。
图9是示出当工作台位于图8所图示的第一床身区域时的床身变形与工作台设置误差之间的几何关系的图。
图10是示出分别设置于图2所图示的工作台及心轴组件的工件和工具的整列不良的图。
图11a是校正图10所图示的工作台的设置误差来校正工作台的位置以工具为中心整列工件的图。
图11b是校正图10所图示的心轴组件的设置误差来校正心轴头的位置以工件为中心整列工具的图。
具体实施方式
对于本文所公开的本发明的实施例，特定的结构性乃至功能性说明只是以用于说明本发明的实施例的目的例示的，本发明的实施例可以被实施为多种形态，不应解释为限于本所说明的实施例。
本发明可以追加多种变更，且可以具有多种形态，一些特定实施例将例示于附图，并在本文中进行详细说明。但是，这并不意图将本发明限定于特定的公开形态，而是应理解为包括落入本发明的思想及技术范围内的所有变更、均等物乃至替代物。
第一、第二等术语可以用于说明多种构成要素，但这些构成要素不应限于这些术语。这些术语可以用作区分一构成要素与另一构成要素的目的。例如，在不脱离本发明的权利范围的情况下，第一构成要素可以被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。
当提及某一构成要素与另一构成要素“连结”或“连接”时，应理解为可以与该另一构成要素直接连结或连接，但中间也有可能存在别的构成要素。反之，当提及某一构成要素与另一构成要素“直接连结”或“直接连接”时，应理解为中间不存在别的构成要素。用于说明构成要素间的关系的其他表达方式，即“在……之间”、“正好在……之间”或“与……相邻”、“与……直接相邻”等也应如此进行解释。
本申请中使用的术语仅为说明特定的实施例而使用，并不意图限定本发明。除非上下文中明确另行定义，单数的表达方式包括复数的表达方式。本申请中，“包括”或“具有”等术语应理解为用于指定所示的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或这些的组合的存在，而不是预先排除一个或一个以上的其他特征或数字、步骤、动作、构成要素、部件或这些的组合的存在或可附加性。
除非另行定义，包括技术术语或科技术语在内，此处使用的所有术语具有与本发明所属技术领域中的一般的技术人员所通常理解的含义相同的含义。诸如通常使用的词典中已定义的术语应解释为具有与相关技术的上下文中具有的含义一致的含义，除非本申请中明确定义，不解释为理想的或过于形式性的含义。
下面参照附图进一步对本发明的优选实施例进行详细说明。
图1是示意性地示出本发明的一实施例的加工中心的结构图。本实施例中示例性地公开水平地配置心轴的主轴的卧式加工中心，但是，显而易见地，只要床身结构物被提供为长度比宽度长的细长型部件，除了卧式加工中心外，本发明的技术思想也同样可以适用于多种数值解析机床中。
参照图1，本发明的一实施例的加工中心1000包括：床身结构物100，其通过施加于上面的分布荷重沿长度方向的变形曲线变形，且具备检测变形变曲部的床身高度的一对检测传感器；托盘结构物200，其结合有工件所选择性地待机的托盘220，且固定于所述床身结构物100的第一端部101而施加托盘荷重；心轴组件300，其结合有加工所述工件的工具，且固定于所述床身结构物100的第二端部102而施加心轴荷重；工作台400，其固定所述工件，且能够移动地安装于所述床身结构物上100而施加工作台荷重；以及自动中心整列器500，其检测所述床身结构物100的变形导致的所述心轴组件300及所述工作台400的设置误差来自动地整列所述工件和所述工具。
作为一实施例，所述床身结构物100是具备能够支撑设置于上部的托盘结构物200、心轴组件300以及工作台400的程度的刚度的一体型结构物，被提供为具有比宽度长的长度的细长型部件。
在床身结构物100的第一端部101，选择性地配置有所述托盘结构物200，在与之对称的第二端部102一体地结合有心轴组件300。所述心轴组件300被与加工中心的立柱结构物(未图示)一体地提供，且在所述立柱结构物的侧部可以配置诸如工具更换器的多种附加装置。从而，与所述托盘结构物200结合的床身结构物100的第一端部101构成细长型部件的自由端，与心轴组件300结合的第二端部102构成所述细长型部件的固定端。
例如，所述床身结构物100具备一体型本体110和支撑部120，所述一体型本体110具有立体形状，该立体形状具有较高刚度及较高刚性，所述支撑部120在所述第一、第二端部101、102支撑所述本体110且能够调节自底面的所述床身结构物100的设置高度h1、h2。
尤其，所述支撑部120具备水平调节部件而能够逐个调节设置高度，以使床身结构物100的上面能够与所设置的底面的均一度无关地调节水平。在本实施例的情形中，所述第一端部101自底面具有第一设置高度h1，第二端部102自底面具有第二高度h2。
所述本体110具有规定的宽度、长度及高度，且在上面具备固定所述工作台200的结合部(未图示)，且在本体110的侧部或内部具备用于驱动结合于所述结合部的工作台400的驱动机构130。所述驱动机构130包括根据加工对象工件MO的荷重来调节额定输出功率的伺服电机(servo motor)。
若向被提供为细长型部件的所述床身结构物100的上面施加托盘荷重、工作台荷重以及心轴荷重，则连续性的分布荷重将沿长度方向x施加作用，从而，将根据床身结构物的物性沿x方向变形。
此时，在所述本体110的下面配置用于检测变形变曲部上的床身高度的一对检测传感器130。所述变形变曲部可以根据施加于上面的分布荷重的特性而多样地提供。
在本实施例的情形中，假设为从所述第一端部101依次有托盘荷重、工作台荷重以及心轴荷重施加作用的情况，对所述荷重的多种的组合，通过计算机模拟获取作用于所述床身结构物100的变形曲线，并检索能够公共地适用于所述多个变形曲线的变形最大区域和变形最小区域后，在作为所述变形最大区域的任意位置的变形最大点配置第一间隙传感器131配置，并在作为所述变形最小区域的任意位置的变形最小点配置第二间隙传感器132。从而，在所述本体110的下部，作为所述检测传感器130，提供能够在变形最大点和最小点分别测量本体110的下面与设置底面之间的间距(gap)的第一、第二间隙传感器131、132。
所述托盘结构物200具备托盘支撑部210和能够拆装地配置于托盘支撑部210上且供搭载为加工而待机中的待机工件SO的托盘220。所述托盘结构物200在所述工作台400与托盘支撑部210之间自动地移动搭载有加工对象结构物的托盘220而连续地加工工件。
在本实施例的情形中，所述托盘结构物200包括自动托盘更换器(automaticpallet changer，ATC)，该自动托盘更换器在配置所述托盘支撑部210的待机区域与配置所述工作台400的加工区域之间按照数值控制算法自动地移动所述托盘220。
若工件SO搭载于待机区域的托盘220上，则按照用于加工工件的数值控制算法，所述托盘220被移送至配置于加工区域的工作台400而安装。从而，搭载于所述托盘220的待机工件SO成为加工对象工件MO而执行既定的加工作业。
在加工区域进行对所述加工对象工件M的加工的期间内，搭载于另一托盘的待机工件被选择性地配置于待机区域的所述支撑部310，为下一工程而待机。在加工区域加工结束的所述加工对象工件MO与托盘220一同被自动地移送至待机区域，且在所述托盘支撑310待机中的托盘被自动地供应至加工区域的工作台400。从而，在通过数值控制自动地执行的加工工程的各个阶段，能够没有配置工件引起的中断地连续地加工工件。
此时，所述托盘结构物200具备于床身结构物100的第一端部101而向床身结构物100生成相对大的弯曲应力，从而，在床身结构物100沿长度方向发生弯曲应力引起的变形。
尤其，不同于配置于床身结构物100的上面的工作台400和心轴组件300，由于托盘结构物200的待机工件SO根据加工的目的被选择性地搭载，因而根据待机工件SO的有无，所述床身结构物100的长度方向的变形有可能不同。床身结构物100的长度方向的变形将导致具备于上面的心轴组件300和工作台400的整列不良。
在所述床身结构物100的第二端部102的侧部具备沿所述本体110的高度方向配置为柱状的立柱结构物(未图示)，且与所述立柱结构物连接的心轴组件300固定于第二端部102。通过与诸如工具更换器的附带装置一同有机地控制后述的自动中心整列器500和所述托盘结构物200、心轴组件300以及工作台400，按照数值控制算法，加工所述加工对象工件MO的控制盒(未图示)也可以配置于所述立柱结构物的侧部。
所述心轴组件300与所述立柱结构物一体地提供，且具备固定于所述第二端部102的上面的移送立柱310和能够旋转地具备于所述移送立柱310且安装有用于加工工件的作业工具T的心轴头320。所述心轴头320可以通过移送立柱310在床身结构物100的上部朝向3轴方向移送，所述心轴头320可以以作为床身结构物100的宽度方向的z轴为中心旋转而调节相对于移送立柱310的作业工具T的相对性的倾斜度。
安装于工作台400的加工对象工件MO和固定于心轴头320的工具T可以对所述工作台400和心轴头320的位置进行微调整将加工位置和工具中心整列为一列。
所述工作台400固定于所述床身结构物100的结合部，加工对象工件MO安装于工作台400。在本实施例的情形中，所述加工对象工件MO可以与自动托盘更换器的托盘一体地安装于工作台400，待加工结束，可以与托盘一同分离至工作台400。
此时，所述工作台400被提供为根据对作业环境或工件的加工的种类具有多种形状和结构，既可以按照加工中心1000的主要用途与所述加工中心1000一体地提供，也可以根据特殊的加工的必要性与加工中心单独地提供。从而，所述工作台400具有能够拆装于所述床身结构物100的结构，且可以根据对工件的加工的需要而随时更换。
此外，根据加工的特性及作业工具T的规格，所述工作台400可以调节相对于心轴组件300的隔开距离。例如，当利用长度相对长的工具来执行贯通工件MO的加工时，将工作台400移送至工具T侧，将工作台400与心轴组件300之间的隔开距离设定得较远；当利用具有相对短的长度的工具来在工件MO的表面形成凹部时，可以将工作台400移送为远离工具T来将工作台400与心轴组件300之间的隔开距离设定得较近。
此时，所述工作台400被配置为相对于底面维持水平的床身结构物100的上面与中心轴相互垂直。以下称在床身结构物100变形前与上面垂直地配置的工作台中心轴为垂直轴401a。从而，安装于工作台400的加工对象工件MO也以所述垂直轴401a为基准安装。
加工工件MO的工具T安装于心轴头320，所述心轴头320具有与床身结构物100的上面平行且垂直于移送立柱310的头轴(未图示)。从而，安装于心轴头320的工具T与床身结构物100的上面平行地配置而与工件MO的加工位置并排地整列。所述工具T可以通过图1所图示的3次元直角坐标系来准确地探测工件MO的加工位置。
根据如上所述的加工中心1000的结构，搭载有待机工件SO的托盘结构物100选择性地施加于所述第一端部101的托盘荷重(图2的PL)、由心轴组件300施加于所述第二端部102的心轴荷重(图2的SL)、以及搭载加工对象工件MO且能够沿x方向选择性地移动的工作台荷重(图2的TL)将分布于所述床身结构物100。
具备第一端部101和第二端部102且具有细长部件的形状的床身结构物100根据施加于上面的所述荷重分布沿长度方向x连续地变形而生成沿长度方向x的变形曲线。所述变形曲线根据所述分布荷重的特性具备至少一个变形变曲点，且在x方向的各个位置表示床身结构物100的y方向的变形。
所述变形曲线既可以被提供为对以所述变形变曲点为基准区分的多个床身区域所个别适用的离散型变形曲线，也可以被提供为对所述床身结构物100的整体长度单一而连续性的变形曲线。对各床身区域的离散型变形曲线包括近似化为线性的变形线，连续型变形曲线可以包括通过计算机模拟来提供的变形多项式。
尤其，尽管所述托盘荷重是根据加工的种类和阶段来选择性地施加的荷重，但由于托盘荷重导致的变形发生得相对较大，因而，根据托盘荷重的有无，床身结构物100的整体变形会不同。从而，配置于所述床身结构物100的上面的心轴组件300的移送立柱310和工作台400的中心轴发生床身结构物100的变形所对应的设置误差。
因此，提供自动中心整列器500，其用于在执行对加工对象工件MO的加工之前校正所述工作台400和心轴组件300的设置误差来消除加工对象工件MO与工具T的整列不良。
在本实施例的情形中，所述自动中心整列器500与具备于所述立柱结构物(未图示)的侧部的控制盒一体地提供。但是，显而易见地，也可以与控制盒单独地提供。
例如，所述自动中心整列器500包括：检测所述床身结构物100的高度和所述工作台的位置的检测部510、获取所述设置误差的误差生成部530、以及生成驱动所述工作台及所述心轴组件校正所述设置误差的驱动信号的驱动部550。
所述检测部510包括检测所述床身结构物100的高度的第一检测部511和检测所述工作台的位置的第二检测部512。
所述第一检测部511检测床身结构物100的第一端部101及第二端部102的设置高度h1、h2和变形变曲点上的床身高度G1、G2。例如，所述第一检测部511由配置于所述支撑部120的位置传感器(未图示)检测作为第一端部101及第二端部102上的床身结构物的高度的第一、第二设置高度h1、h2，并由配置于所述第一端部101与第二端部102之间的第一、第二间隙传感器131、132检测作为变形最大点和变形最小点上的床身结构物100的高度的第一、第二床身高度G1、G2。
当所述托盘荷重PL、心轴荷重SL以及工作台荷重TL均作用于床身结构物100时，变形曲线具备变形最大点和变形最小点。从而，在变形最大点和最小点分别配置第一、第二间隙传感器131、132来逐个检测第一、第二床身高度G1、G2。
本实施例中公开了第一端部101及第二端部102上的设置高度由位置传感器检测的情形，但也可以从存储于后述的存储部540的关于床身结构物100的形状和设置明细的装置常数中获取。
所述第二检测部512可以在床身结构物100的上面检测工作台400的位置来决定作用于床身结构物100的工作台荷重的作用点(load point)的位置。
在本实施例的情形中，由于所述工作台200由根据加工对象工件MO的荷重调节额定输出功率的伺服电机(servo motor)驱动，因而所述第二检测部512可以具备检测所述伺服电机的动作信息的电机编码器(motor encoder)。所述电机编码器检测伺服电机的旋转速度、旋转方向以及旋转角来获取长度方向x的线性移动距离，并通过初始状态的工作台的位置和移动距离来检测工作台400的当前位置。
可以通过由所述检测部510检测的床身结构物100的垂直位移和通过工作台400的x方向位置检测的水平位移来检测床身结构物100的变形及工作台400和心轴组件300的设置误差。
例如，所述误差生成部530包括：托盘荷重传感器531，其在变形最大点检测所述床身结构物的高度变化来检测所述托盘荷重PL的有无；床身变形获取部532，其在所述心轴荷重SL及所述工作台荷重TL的作用点用床身倾斜度θ获取所述床身结构物100的变形；以及设置误差获取部533，其从所述床身倾斜度θ中获取所述设置误差。
当托盘荷重PL施加于所述第一端部101时，在工作台结构物100的上面发生拉伸变形的变形最大点位于所述托盘结构物200与工作台400之间，且在工作台结构物100的上面发生压缩变形的变形最小点位于工作台400与心轴组件300之间。变形最大点上的床身结构物100的高度被第一间隙传感器131检测为第一床身高度G1，变形最小点上的床身结构物100的高度被第二间隙传感器132检测为第二床身高度G2。另一方面，当可以忽视作用于所述第一端部101的托盘荷重PL时，在所述托盘结构物200与工作台400之间，不出现变形最大点，而出现工作台400与心轴组件300之间的变形最小点。
从而，根据托盘荷重PL的施加与否，虽然变形最小点上的床身高度变化不大，但是，在变形最大点，床身高度的变化发生得较大。
若由所述检测部510获取到第一、第二床身高度G1、G2，则所述托盘荷重传感器431对作为当初设置所述变形最大点时的床身结构物100的高度的设置高度与由第一间隙传感器131检测的第一床身高度G1进行比较来判断托盘荷重PL的施加与否。
当在所述变形最大点发生拉伸变形时，所述第一床身高度G1将大于设置高度，因而第一床身高度与设置高度的差将具有正值。不同于此，当可以在所述变形最大点忽视拉伸变形时，所述第一床身高度G1将小于设置高度，因而第一床身高度G1与设置高度的差将具有负值。
因此，所述托盘荷重传感器531可以对变形最大点上的第一床身高度G1和设置高度进行比较来判断所述托盘荷重PL的施加与否。
当不施加托盘荷重PL时，在后述的床身变形及设置误差检测中不考虑所述第一床身高度G1，当施加托盘荷重PL时，可以利用所述第一床身高度G1来检测床身变形和设置误差。
所述床身变形获取部532及设置误差获取部533考虑作用于第一端部101的所述托盘荷重PL和工作台的位置来检测床身结构物100的变形和由此导致的工作台设置误差及心轴设置误差。
所述床身变形获取部532可以在工作台荷重TL的作用点和心轴荷重SL的作用点检测所述变形曲线的倾斜度来获取与所述工作台400及所述心轴组件300接触的床身结构物100的变形。
例如，当所述变形曲线被提供为沿所述床身结构物100的长度方向连续的多项式时，所述床身变形可以通过在所述工作台荷重TL作用点及心轴荷重SL作用点检测所述多项式的瞬间倾斜度来获取。不同于此，当所述变形曲线被提供为在以所述变形变曲部为中心区分的各床身区域近似为线性的1次式时，所述床身变形可以通过近似化为1次式的倾斜度来获取。
尤其，当所述变形曲线被提供为1次式时，由于工作台荷重点或心轴荷重点上的倾斜度与在配置所述工作台400及心轴组件300的床身区域近似化的1次式的倾斜度相同，因而没有必要必须用荷重作用点上的倾斜度来获取设置误差。因此，可以利用使变形最大化的变形最大点或最小点上的测量值容易地检测工作台荷重及心轴荷重的作用点所在的床身区域的倾斜度。
例如，当将所述变形曲线提供为使以变形最大点和变形最小点为基准区分的各床身区域的变形线性地近似化的变形线时，可以通过测量从所述第一端部101到变形最大点或最小点的距离和变形最大点及最小点上的床身结构物100的高度来容易地获取所述变形线的倾斜度。通过获取所述变形线的倾斜度，可以在该床身区域检测床身结构物100的变形大小。
此时，随着作为移动荷重的工作台荷重的作用点移动，施加于床身结构物100的分布荷重可能会变更，但工作台荷重TL的作用点变更范围限定于所述加工中心1000的加工区域，而加工区域内的工作台荷重作用点变化引起的弯曲应力的变化对变形曲线造成的影响不大。因此，由所述床身变形获取部532获取的床身倾斜度可以与所述工作台400的移动无关地特定。
所述设置误差获取部533利用在所述床身变形获取部532检测的床身变形来获取工作台设置误差α1及心轴设置误差α2。由于所述工作台400与床身结构物100的上面接触而移动，因而，根据工作台400所在的床身区域的床身变形，工作台设置误差α1会不同。另一方面，由于心轴组件300固定于第二端部102而配置，因而根据第二端部102所在的床身区域的床身变形而决定心轴设置误差α2。因此，虽然工作台设置误差α1根据工作台400的位置而变动，若床身结构物100的变形曲线被特定，则心轴设置误差α2则单义地决定。
下面考虑托盘荷重PL的有无和工作台400的x方向位置来对检测工作台设置误差α1和心轴设置误差α2的过程进行详细说明。
图2是示出当工作台位于施加托盘荷重的床身结构物的第一床身区域时的床身结构物的荷重分布和变形曲线的图。
参照图2，通过由施加于第一端部101的托盘荷重PL、工作台荷重TL以及施加于第二端部102的心轴荷重SL构成的分布荷重，所述床身结构物100的变形曲线DC将具有在上面发生拉伸变形的变形最大点a和在上面发生压缩变形的变形最小点b。
此时，以所述第一端部101为基准，第一变形最大点a的x坐标被提供为d1、工作台荷重点的x坐标被提供为d2、第二变形最小点b的x坐标被提供为d3、心轴荷重点的x坐标被提供为d4。变形最大点及最小点a、b的x坐标通过分析施加于床身结构物100的分布荷重而决定，工作台荷重点的x坐标由第二检测部520检测，心轴荷重点的x坐标作为床身结构物100的设置明细以装置常数提供。
从而，从第一端部101到变形最大点a的距离为d1，到工作台荷重点的距离为d2。此外，设定从第一端部101到变形最小点b的距离为d3，到心轴荷重点的距离为d4。此外，所述变形最大点及最小点a、b上的床身结构物100的高度由第一检测部511检测为第一、第二床身高度G1、G2。
所述床身结构物100以变形最大点及最小点a、b为基准而彼此不同地变形。从而，当将所述床身结构物100的区域区分为从第一端部101到变形最大点a的第一床身区域A、从变形最大点a到变形最小点b的第二床身区域B以及从变形最小点b到第二端部102的第三床身区域C时，在各床身区域，所述变形曲线DC具有规定的信赖度，且可以被近似化为1次式。
在本实施例的情形中，所述荷重分布导致的床身结构物100的变形曲线DC包括在第一床身区域A具有朝向右上的倾斜度的托盘变形线PDL、在第二床身区域B具有朝向右下的倾斜度的第一变形线DL1、以及在第三床身区域C具有朝向右上的倾斜度的第二变形线DL2。
所述工作台400可以在第二、第三床身区域B、C之间移动，且所述心轴组件300可以固定于第三床身区域C的第二端部102，因而工作台设置误差α1和心轴设置误差α2分别根据第二、第三床身区域B、C的床身倾斜度而决定。在第一、第二变形线DL1、DL2，所述第二、第三床身区域B、C的倾斜度被提供为恒定。
所述第一变形线DC1的床身倾斜度θ1和第二变形线DC2的床身倾斜度θ2分别如下面的式(1)和式(2)所示计算，
在式(1)和式(2)中，到变形最大点及最小点a、b的距离d1、d3可以通过解析所述荷重分布导致的床身结构物100的荷重分布来获取，到所述第二端部102的距离d4和第二端部102上的床身高度h2被提供为床身结构物100的装置常数。此外，所述变形最大点及最小点a、b上的床身结构物100的高度以测量值提供。从而，所述第一、第二床身倾斜度θ1、θ2由对床身结构物100的分布荷重特定，且由床身变形获取部532自动地检测。
配置于如上所述的具有荷重分布和变形特性的床身结构物100上的工作台400根据工作台荷重点的x方向位置具有彼此不同的设置误差α1。
图3a是示出当工作台位于图2所图示的第一床身区域时的床身倾斜度与工作台设置误差之间的几何关系的图，图3b是示出当工作台位于图2所图示的第二床身区域时的床身倾斜度与心轴设置误差之间的几何关系的图。
参照图3a，当所述工作台400仅位于第二床身区域B时，所述工作台荷重点可以位于满足式(3)的范围内，
(其中，l是工作台的x方向长度)。
此时，由于所述工作台400与沿第一变形线DL1变形的床身结构物100的上面接触而与所述第二床身区域B一体地进行动作，因而工作台400也发生所述第一床身倾斜度θ1的偏差。
从而，所述工作台400的中心轴由变形前的垂直轴401a的状态向顺时针方向倾斜第一床身倾斜度θ1而形成为倾斜轴401b的状态，且作为所述垂直轴401a与倾斜轴401b之间的偏差量的工作台设置误差α1将具有与第一床身倾斜度θ1相同的值。
因此，当所述工作台荷重点位于满足式(3)的范围时，如式(4)所示检测工作台设置误差α1。
所述工作台设置误差α1是与所述第一床身倾斜度θ1相同的值，因而由对床身结构物100的分布荷重特定，且由设置误差获取部533自动地检测。
另一方面，由于所述心轴组件300与沿第二变形线DL2变形的床身结构物100的上面接触而与所述第三床身区域C一体地进行动作，因而心轴组件300也发生所述第二床身倾斜度θ2的偏差。
从而，如图3b所图示，所述心轴组件300的移送立柱310由变形前的垂直立柱201a的状态沿逆时针方向倾斜第二床身倾斜度θ2而形成为倾斜立柱201b的状态，且作为所述垂直立柱201a与倾斜立柱201b之间的偏差量的心轴设置误差α2将具有与第二床身倾斜度θ2相同的值。
因此，当以使工作台荷重点满足式(3)的方式配置工作台400时，所述心轴设置误差α2如式(5)所示检测。
所述心轴设置误差α2是与所述第二床身倾斜度θ2相同的值，因而由对床身结构物100的分布荷重特定，且由设置误差获取部533自动地检测。
从而，当工作台位于所述第二床身区域B时，工作台设置误差α1可以利用式(4)来检测，且心轴设置误差α2可以利用式(5)来检测。
另一方面，当所述工作台400移动而位于第三床身区域C时，工作台设置误差α1和心轴设置误差α2具有彼此相同的值。
图4是示出当工作台位于施加托盘荷重的床身结构物的第三床身区域时的床身结构物的荷重分布和变形曲线的图。图5是示出当工作台位于第三床身区域时的床身变形与工作台设置误差及心轴设置误差之间的几何关系的图。
参照图4和图5，当所述工作台400仅位于第三床身区域C时，所述工作台荷重点可以位于满足式(6)的范围内。
(其中，l是工作台的x方向长度)。
此时，所述工作台400与沿第二变形线DL2变形的床身结构物100的上面接触而与床身结构物100一体地移动，因而工作台400也发生所述第二床身倾斜度θ2的偏差。
从而，所述工作台400的中心轴由变形前的垂直轴401a的状态倾斜第二床身倾斜度θ2而形成为倾斜轴401b的状态，且作为所述垂直轴401a与倾斜轴401b之间的偏差量的工作台设置误差α1将具有与第二变形线DL2的倾斜度相同的值。
从而，当所述工作台荷重点位于满足式(6)的范围内时，工作台设置误差α1如式(7)所示检测。
由于是与所述第二床身倾斜度θ2相同的值，因而所述工作台设置误差α1由对床身结构物100的分布荷重特定，且由设置误差获取部533自动地检测。
此时，由于所述心轴组件300固定于第三床身区域C，因而心轴设置误差α2与上述式(5)相同。
从而，如图5所图示，当所述工作台400仅位于第三床身区域C时，工作台设置误差α1和心轴设置误差α2彼此相同，且可以通过式(7)来检测。
尤其，由于工作台400和心轴组件300配置为向相同的方向倾斜设置误差，因而不发生加工对象工件MO和工具T的整列不良。因此，当工作台400位于第三床身区域C时，所述设置误差获取部533不检测工作台及心轴设置误差α1、α2，或者，即使检测，也可以如后述不生成用于校正设置误差的误差校正信号。
图6是示出当工作台跨于施加托盘荷重的床身结构物的第二、第三床身区域而配置时的床身结构物的荷重分布和变形曲线的图。
如图6所图示，当所述工作台400以跨于第二、第三床身区域B、C的方式配置时，所述工作台荷重点可以位于满足式(8)的范围内。
(其中，l是工作台的x方向长度)。
此时，由于所述工作台400与沿第一变形线DL1变形的第二床身区域B及沿第二变形线DL2变形的第三床身区域C的上面同时接触而与所述床身结构物100一体地进行动作，因而，除了第一、第二床身倾斜度θ1、θ2外，工作台设置误差α1还会根据工作台400与床身结构物100的接触状态(contact configuration)而不同。
图7a是示出在图6所图示的工作台荷重点上的床身变形与工作台设置误差的几何关系的图。
如图7a所图示，当作为长度l的工作台400的右侧端R与变形最小点b一致时，由于工作台400仅位于沿第一变形线DL1变形的第二床身区域B，因而工作台400沿顺时针方向发生第一床身倾斜度θ1的偏差。但是，当工作台400经由变形最小点b而进一步向心轴组件300方向移动时，工作台400的右侧端R将沿第二变形线DL2向逆时针方向旋转而移动，因而将抵消第一床身倾斜度θ1导致的偏差。从而，工作台设置误差α1将小于第一床身倾斜度θ1。
即，工作台400越朝向心轴组件300移动，左侧端L越沿第一变形线DL1下降，且右侧端R越沿第二变形线DL2上升，使得工作台设置误差α1从第一床身倾斜度θ1逐渐减小。
因此，工作台设置误差α1根据工作台400与第一、第二变形线DL1、DL2的接触结构(contact configuration)而不同，并且，除了第一床身倾斜度θ1外，还会依赖于第二床身倾斜度θ2。
下面解析与第一、第二变形线DL1、DL2接触的工作台400的动作来提出以跨于所述第二、第三床身区域B、C的方式配置的工作台的设置误差α1的检测式。
图7b是示出工作台沿第二变形线移动而通过第二变形变曲点的瞬间的图，图7c是示出工作台在通过第二变形变曲点后与第三变形线在任意的位置接触的状态的图。
参照图7b，若设定以第一、第二变形线DL1、DL2所交叉的变形最小点b为原点O的坐标轴，则以第一、第二变形θ1、θ2为倾斜度的第一、第二变形线DL1、DL2可以在所述坐标轴上分别表示为1次函数y＝tanθ1x和y＝tanθ2x。
此时，在第一、第二变形线DL1、DL2的边界位置，就所述工作台400而言，右侧端R与原点一致，且位于沿第一变形线DL1变形的第二床身区域B上。因此，长度为l的工作台400的左侧端L将位于点C(-l cosθ1,l sinθ1)。
当工作台400通过作为变形最小点b的原点O而沿第二变形线DL2移动时，工作台400的运动将同时执行线性移动和通过第二床身倾斜度θ2引起的旋转移动。从而，在所述坐标轴上生成以点C为中心且以工作台的长度l为半径的虚拟基准圆RC(reference circle)，以能够同时追踪对工作台400的线性移动和旋转移动的轨迹。
当形成所述基准圆RC的工作台400朝向心轴组件400向x轴方向移动Δx时，工作台400与床身结构物100的上面接触而移动，因而，如图7c所图示，左侧端L将沿第一变形线DL1移动而向点C’移动，且右侧端R将沿第二变形直线DL2移动。
由于工作台400的长度l恒定，若在所述坐标轴上生成以点C’为中心且以工作台的长度l为半径的虚拟移动圆MC(moving circle)，则可以看出，通过工作台400向x轴方向移动DELTA x，基准圆RC的中心C向移动圆MC的中心C’移动。即，通过变形最小点b的所述工作台400的移动可以解释为所述基准圆RC向移动圆MC移动。
由于移动圆MC的中心C’坐标是(-l cosθ1+Δx,l sinθ1-Δx tanθ1)，因而所述移动圆MC可以如式9表示。
(x-(-l cosθ1+Δx))2+(y-(l sinθ1-Δx tanθ1))2＝l2----(9)
因此，可以将关于移动圆MC的式(9)和表示第二变形线DL2的y＝tanθ2x联立起来获取所述工作台400的右侧端R坐标Rx、Ry。
工作台400沿作为连接所述右侧端R和左侧端L所在的移动圆MC的中心C’的直线的工作台线T而配置，所述工作台线T的倾斜度θT可以如式(10)所示计算。
如图7c所图示，通过床身结构物100的变形，工作台400的中心轴由变形前的垂直轴401a的状态向顺时针方向倾斜设置误差α1而形成为倾斜轴401b的状态，通过几何关系，所述工作台设置误差α1可以如式(11)所示获取。
α1＝180-θT---(11)
因此，工作台设置误差α1可以由右侧端R的坐标Rx，Ry和第一、第二变形θ1、θ2来单义地决定。尤其，由于第一、第二变形θ1、θ2由施加于工作台的荷重分布特定，当床身结构物100的荷重分布被特定时，所述工作台设置误差α1可以用对工作台400从第一床身区域B的边界区域被移送至第二床身区域C的移动距离DELTAx的函数来检测。
即，所述设置误差获取部533用对在以所述变形最小点b为原点的坐标系中通过作为所述工作台400的左侧端L与沿所述第一变形线DL1变形的所述床身结构物400的交点的左侧接点和作为所述工作台400的右侧端R与沿所述第二变形线DL2变形的所述床身结构物9100的交点的右侧接点的工作台线T的倾斜度θT的补角来获取所述工作台设置误差α1。
在本实施例的情形中，若利用根的公式求右侧端R的坐标Rx，Ry，则可以如式(12)、(13)求出。
(其中，A＝-2cos2θ1(tanθ1tanθ2-1)，
B＝-2cos2θ1(l cosθ1-l sinθ1tanθ2)，
C＝-3-2tanθ1tanθ2+tan2θ1tan2θ2，
D＝2l(-cosθ1+sinθ1tanθ2+cosθ1tanθ1tanθ2-sinθ1tanθ1tan2θ2+4sin2θ1cosθ1)
E＝l(l cosθ1-2l sinθ1cosθ1tanθ2+l sin2θ1tan2θ2+8cos3θ1))。
因此，所述工作台设置误差α1可以如式(14)获取，
当工作台400跨于第一、第二变形线DL1、DL2而配置时，同样，由于心轴组件300固定于第二端部102，因而心轴设置误差α2仅由第二变形线DL2决定，且具有与第二床身倾斜度θ2相同的值。
从而，所述心轴设置误差α2如式(15)所示决定，
从而，当施加托盘荷重且工作台400跨于第二、第三床身区域B、C而配置时，床身变形导致的工作台及心轴组件设置误差α1、α2由设置误差获取部533利用式(14)和式(15)来检测。
图8是示出当工作台位于不施加托盘荷重的床身结构物的第一床身区域时的床身结构物的荷重分布和变形曲线的图。
参照图8，由于托盘荷重PL可以被忽视，当仅由所述工作台荷重TL和心轴荷重SL构成的分布荷重被施加于所述床身结构物100时，所述床身结构物100仅具备变形最小点b。
从而，设定从第一端部101到工作台荷重点的距离为d2，到变形变曲点b的距离为d3，到心轴荷重点的距离为d4。此外，所述变形最小点b上的床身结构物100的高度被第一检测部511检测为床身高度G。
在所述床身结构物100的上面，以变形最小点b为基准，在彼此不同的局部区域沿彼此不同的变形曲线DC发生变形。当将所述床身结构物100的区域区分为从第一端部101到变形最小点b的第一床身区域A和从变形最小点b到第二端部102的第二床身区域B时，在各床身区域，所述变形曲线DC可以以充分的可靠度被近似化为1次式。
在本实施例的情形中，不具备托盘荷重的荷重分布导致的床身结构物100的变形曲线DC包括在第一床身区域A具有朝向右下的倾斜度的第一变形线DL1和在第二床身区域B具有朝右上的倾斜度的第二变形线DL2。
由于所述工作台400可以在第一、第二床身区域A、B之间移动，且所述心轴组件300固定于第二床身区域B的第二端部102，因而工作台设置误差α1和心轴设置误差α2分别根据第一、第二床身区域A、B的变形大小而决定。所述第一、第二床身区域A、B的变形大小用第一、第二变形线DL1、DL2的倾斜度表示。
作为所述第一变形线DC1的倾斜度的第一床身倾斜度θ1和作为第二变形线DC2的倾斜度的第二床身倾斜度θ2分别如下面的式(16)和式(17)计算。
在式(16)和式(17)中，到变形变曲点b的距离d3通过解析所述荷重分布导致的床身结构物100的荷重分布来获取，到所述第二端部102的距离d4和第二端部102上的床身高度h2以床身结构物100的装置常数提供。此外，作为所述变形变曲点b上的床身结构物100的高度的变曲部高度G被提供为测量值。因此，所述第一、第二床身倾斜度θ1、θ2由对床身结构物100的荷重分布特定，且由床身变形获取部532自动地检测。
配置于具有如上所述的荷重分布和变形特性的床身结构物100上的工作台400根据工作台荷重点的x方向位置具有彼此不同的设置误差。
图9是示出当工作台位于图8所图示的第一床身区域时的床身变形与工作台设置误差之间的几何关系的图。
参照图9，当所述工作台400仅位于第一床身区域A时，工作台荷重点可以位于满足式(18)的范围内。
(其中，l为工作台的x方向长度)。
此时，由于所述工作台400与沿第一变形线DL1变形的床身结构物100的上面接触而与所述第一床身区域A一体地进行动作，因而工作台400也发生所述第一床身倾斜度θ1的偏差。
从而，所述工作台400的中心轴由变形前的垂直轴401a的状态向顺时针方向倾斜第一床身倾斜度θ1而形成为倾斜轴401b的状态，作为所述垂直轴401a与倾斜轴401b之间的偏差量的工作台设置误差α1将具有与作为第一变形线DL1的倾斜度的第一床身倾斜度θ1相同的值。
因此，当所述工作台荷重点满足式(18)时，工作台设置误差α1如式(19)所示检测。
所述工作台设置误差α1是与所述第一床身倾斜度θ1相同的值，因而由对床身结构物100的分布荷重特定，且由设置误差获取部533自动地检测。
另一方面，由于所述心轴组件300与沿第二变形线DL2变形的第二床身区域B接触且与第二床身区域B一体地进行动作，因而心轴组件300也发生所述第二床身倾斜度θ2的偏差。
从而，所述心轴组件300的移送立柱310由变形前的垂直立柱201a的状态沿逆时针方向倾斜第二床身倾斜度θ2而形成为倾斜立柱201b的状态，且作为所述垂直立柱201a与倾斜立柱201b之间的偏差量的心轴设置误差α2将具有与第二变形线DL2的倾斜度相同的值。
因此，当工作台400以使工作台荷重点满足式(18)的方式配置时，所述心轴设置误差α2如式(20)所示检测。
所述心轴设置误差α2是与所述第二床身倾斜度θ2相同的值，因而由对床身结构物100的分布荷重特定，且由设置误差获取部533自动地检测。
因此，当工作台位于所述第一床身区域A时，工作台设置误差α1可以通过式(19)检测，且心轴设置误差α2可以通过式(20)检测。
另一方面，虽然未图示，当所述工作台400移动而向图8所图示的第二床身区域B移动而配置时，由于如图5所图示的床身变形与设置误差之间的几何关系，所述工作台设置误差α1和心轴设置误差α2具有彼此相同的值。
当所述工作台400仅位于第二床身区域B时，如同图5所图示的工作台荷重点，工作台荷重点位于满足式(21)的范围内。
(其中，l为工作台的x方向长度)。
此时，由于所述工作台400与沿第二变形线DL2变形的床身结构物100的上面接触而与床身结构物100一体地进行动作，因而工作台400也发生所述第二床身倾斜度θ2的偏差。从而，所述工作台400的中心轴由变形前的垂直轴401a的状态倾斜第二床身倾斜度θ2而形成为倾斜轴401b的状态，且作为所述垂直轴401a与倾斜轴401b之间的偏差量的工作台设置误差α1将具有与第二变形线DL2的倾斜度相同的值。
此外，由于所述心轴组件300也固定于第二床身区域B而与沿第二变形线DL2变形的床身结构物100一体地进行动作，因而心轴组件300也发生所述第二床身倾斜度θ2的偏差。从而，所述心轴组件300的移送立柱310由变形前的垂直立柱201a的状态倾斜第二床身倾斜度θ2而形成为倾斜立柱201b的状态，且作为所述垂直立柱201a与倾斜立柱201b之间的偏差量的心轴设置误差α2也将具有与第二变形线DL2的倾斜度相同的值。
因此，当所述工作台荷重点位于满足式(21)的范围时，工作台设置误差α1和心轴设置误差α2具有彼此相同的值，且通过式(22)检测。
由于是与作为所述第二变形线DL2的倾斜度的所述第二床身倾斜度θ2相同的值，因而所述工作台设置误差α1和所述心轴设置误差α2由对床身结构物100的分布荷重特定，且由设置误差获取部533自动地检测。
尤其，由于工作台400和心轴组件300在相同的床身区域B向相同的方向倾斜相同的设置误差而配置，即使存在工作台400和心轴组件300的设置误差，加工对象工件MO与工具T也被准确地整列。因此，当工作台400位于第二床身区域B时，所述设置误差获取部533不检测工作台及心轴组件的设置误差α1、α2，或者，即使检测设置误差，也可以如后述不生成用于校正设置误差的误差校正信号。
此外，所述工作台400可以移动而移动为以跨于图8所图示的第一、第二床身区域A、B的方式配置，从而移动为使工作台荷重点位于满足式(23)的范围内。
(其中，l为工作台的x方向长度)。
此时，所述工作台400与沿第一变形线DL1变形的第一床身区域A和沿第二变形线DL2变形的第二床身区域A的上面同时接触而与所述床身结构物100的一体地进行动作，因而，除了第一、第二变形θ1、θ2外，工作台设置误差α1还有可能根据工作台400与床身结构物100的接触状态(contact configuration)而不同。
如图7a至图7c所图示，当工作台荷重以式(23)提供时，若求作为连接与所述第一变形线DL1接触的工作台的左侧端L和与第二变形线DL2接触的工作台的右侧端R的直线的工作台线T的倾斜度θT，则可以通过式(11)检测所述工作台设置误差α1。
因此，工作台设置误差α1可以通过右侧端R的坐标Rx、Ry和第一、第二床身倾斜度θ1、θ2来单义地决定。尤其，由于第一、第二床身倾斜度θ1、θ2由施加于工作台的荷重分布特定，当床身结构物100的荷重分布被特定时，以跨于第一、第二床身区域A、B之间的方式配置的所述工作台400的设置误差α1可以用对从第一床身区域A的边界区域被移送至第二床身区域B的工作台400的移动距离DELTAx的函数来获取。
因此，所述误差检测部530根据托盘荷重PL是否包括在施加于床身结构物100的分布荷重内以及所述工作台荷重的位置来分别检测床身变形量和设置误差。
所述存储部540可以存储所述加工中心1000的装置常数。例如，所述存储部540可以存储关于所述床身结构物100的形状和设置详细明细(specification)的数值数据。虽然本实施例中公开了通过传感器检测第一、第二高度h1、h2的情形，但可以将当初设置床身结构物100时被特定的第一端部101及第二端部102的高度存储为第一、第二高度h1、h2，并在床身变形获取部532及设置误差获取部533需要时调用而利用。
此外，若施加于床身结构物100的分布荷重被特定，则变形变曲点的位置也可以被特定，因而第一距离d1、第三距离d3以及第四距离d4也可以作为装置常数被存储于所述存储部540，从而，每当需要时为所述床身变形获取部532和设置误差获取部533所利用。
所述驱动部550驱动工作台400和心轴组件300中的至少一个校正检测到的设置误差。
图10是示出分别设置于图2所图示的工作台及心轴组件的工件和工具的整列不良的图。
加工对象工件MO以中心线MOC相对于工作台400的中心轴垂直且相对于床身结构物100的上面水平的方式安装于工作台400，作业工具T以中心轴相对于移送立柱310垂直且相对于床身结构物100的上面水平的方式安装于心轴头320。从而，若床身结构物100不发生变形，则工件MO的中心线MOC和工具T的中心线TC相对于床身结构物100的上面沿水平方向相互整列。
但是，若床身结构物100沿变形曲线DC变形，则所述工件中心线MOC以沿顺时针方向倾斜工作台设置误差α1的方式发生偏差，且工具中心线TC以向逆时针方向倾斜心轴设置误差α2的方式发生偏差，从而，在工件MO与工具T之间发生整列不良。
若检测到工作台及心轴设置误差α1、α2，则所述设置误差获取部533向驱动部550传输误差校正信号。从而，驱动部550驱动工作台400和心轴头320中的至少一个来校正设置误差，并消除所述工件MO与工具T之间的整列不良。
在本实施例的情形中，所述驱动部550包括工作台驱动信号生成器551和心轴头驱动信号生成器552，所述工作台驱动信号生成器551生成使所述工作台400以所述床身结构物100的宽度方向z为中心旋转第一校正量w1的工作台校正信号，所述心轴头驱动信号生成器552生成使安装所述工具T的心轴头320以所述床身结构物100的宽度方向z为中心旋转第二校正量w2的心轴校正信号。
例如，所述工作台驱动信号生成器551和所述心轴头驱动信号生成器552可以相辅地工作。当使所述工作台驱动信号生成器551有效时，使心轴头驱动信号生成器552无效来使所述工作台400旋转所述工作台设置误差α1和所述心轴设置误差α2的合成误差，当使所述心轴头驱动信号生成器552有效时，使工作台驱动信号生成器551无效来使所述心轴头320旋转所述心轴设置误差α2和所述工作台设置误差α1的合成误差。从而，可以以工具T和工件MO中的某一方为基准，使其余一方整列。
图11a是校正图10所图示的工作台的设置误差来校正工作台的位置以工具为中心整列工件的图。
参照图11a，照其维持心轴组件300的设置误差α2的同时校正工作台400的设置误差α1来校正为使心轴组件300和工作台400具有相同的偏差。从而，可以以所述工具T为中心校正工件MO的位置来消除床身结构物100的变形导致的工具T与工件MO之间的整列不良。
作为一实施例，通过所述工作台驱动信号生成器551以使所述倾斜轴401向逆时针方向旋转所述工作台设置误差α1和心轴设置误差α2的合成误差的方式旋转工作台400。首先，使倾斜轴401b旋转工作台设置误差α1以恢复至垂直轴401a的状态后，再向逆时针方向进一步旋转心轴设置误差α2来调整为使工作台400和心轴组件300相对于所述床身结构物100的上面具有相同的偏差。从而，所述工件的中心线MOC被修正为朝向右上而与所述工具中心线TC准确地整列。
因此，所述工作台400的校正量w1的大小可以作为工作台设置误差α1和心轴设置误差α2的和如式(24)所示检测。
w1＝α1+α2----(24)
图11b是校正图10所图示的心轴组件的设置误差来校正心轴头的位置以工件为中心整列工具的图。
参照图11b，照其维持工作台400的设置误差α1的同时校正心轴设置误差α2来校正为使工作台400和心轴组件300具有相同的偏差。从而，可以以所述工件MO为中心校正工具T的位置来消除床身结构物100的变形导致的工具T与工件MO之间的整列不良。
作为一实施例，由所述心轴头驱动信号生成器552使所述心轴头320的中心轴沿顺时针方向旋转所述心轴设置误差α2和工作台设置误差α1的合成误差。使头中心轴向顺时针方向旋转心轴设置误差α2来形成为垂直于垂直立柱201a的状态后，再向顺时针方向进一步旋转工作台设置误差α1。从而，调整为使工作台400和心轴组件300相对于所述床身结构物100的上面具有相同的偏差来修正为使工具中心线TC朝向左上。从而，工件中心线MOC和所述工具中心线TC被准确地整列。
此时，如式(25)所示，所述心轴组件300的校正量w的大小以工作台设置误差α1和心轴设置误差α2的和提供。
w2＝α1+α2----(25)
虽然未图示，显而易见地，也可以通过使所述工作台400向逆时针方向旋转工作台设置误差α1来将斜轴401b校正为垂直轴401a的状态的同时，使心轴头320向顺时针方向旋转心轴设置误差α2，将头中心轴校正为与垂直立柱201a垂直地配置来整列工具中心线TC和工件中心线MOC。此时，所述心轴组件300和工作台400的校正量w分别与心轴设置误差α2和工作台设置误差α1相同地提供。
虽然本发明中以变形变曲点为中心区分床身结构物100，并对所区分的各区域通过近似化为线性的不连续变形线(DL1至DL3)获取了床身结构物100的床身倾斜度θ1、θ2和工作台及心轴组件的设置误差α1、α2，显而易见地，可以通过能够对床身结构物100的整体长度连续地适用的连续变形曲线来获取所述床身倾斜度θ1、θ2及设置误差α1、α2。
例如，可以利用所述床身结构物100的第一、第二高度h1、h2和荷重分布条件，通过计算机模拟获取作为对床身结构物100的整体长度连续地适用的多项式的变形曲线。可以在工作台荷重TL作用点及心轴荷重SL作用点获取所述多项式的瞬间倾斜度来获取第一、第二床身倾斜度θ1、θ2，并利用所述第二床身倾斜度来检测工作台及心轴设置误差α1、α2。
因此，所述自动中心整列器500能够自动地检测托盘荷重的有无和工作台400的位置来自动地检测配置有工作台400及心轴组件300的床身倾斜度θ1、θ2以及工作台和心轴设置误差α1、α2。若加测到工作台400及心轴组件300的设置误差α1、α2，则自动地通过工作台驱动信号生成器551及心轴头驱动信号生成器552校正设置误差α1、α2来整列工件MO和工具T。
根据本发明的一实施例的加工中心，能够自动地检测施加于床身结构物的上面的荷重分布的特性和工作台的位置来根据荷重分布生成最优的床身结构物的变形曲线，并从所述变形曲线中自动地检测床身变形量和对工作台及心轴头的设置误差。能够基于检测到的设置误差驱动工作台和心轴头中的至少一个，从而，即使存在床身结构物的变形，也能够准确地维持工件与工具的整列。从而，能够自动地修正床身结构物的变形导致的工件与工具的整列不良来提高加工精度。
在本实施例中公开了校正卧式加工中心的床身变形导致的整列不良的情形，但是，显而易见地，只要属于发生床身变形引起的工件与工具的整列不良的情况，则不但可以适用于卧式加工中心，还可以适用于多种机床。
尽管上面参照本发明的实施例进行了说明，但本领域的一般的技术人员可以理解在不脱离下面的权利要求书中记载的本发明的思想和区域的范围内可以对本发明实施多种修改和变更。

Claims (19)

1.一种加工中心，其特征在于，包括：
床身结构物，其通过施加于上面的分布荷重沿长度方向的变形曲线变形，且具备检测变形变曲部的床身高度的一对检测传感器；
托盘结构物，其结合有工件所选择性地待机的托盘，且固定于所述床身结构物的第一端部而施加托盘荷重；
心轴组件，其结合有加工所述工件的工具，且固定于所述床身结构物的第二端部而施加心轴荷重；
工作台，其固定所述工件，且能够移动地安装于所述床身结构物上而施加工作台荷重；以及
自动中心整列器，其检测所述床身结构物的变形导致的所述心轴组件及所述工作台的设置误差来自动地整列所述工件和所述工具。
2.根据权利要求1所述的加工中心，其特征在于，
所述自动中心整列器包括：
检测部，其检测所述床身结构物的高度和所述工作台的位置；
误差生成部，其根据检测到的所述床身高度及工作台的位置来获取所述设置误差；以及
驱动部，其生成驱动所述工作台及所述心轴组件来校正所述设置误差的驱动信号。
3.根据权利要求2所述的加工中心，其特征在于，
所述检测部具备：第一检测部，其与所述检测传感器连接而容纳所述床身高度；以及第二检测部，其检测所述工作台的位置，
所述误差生成部包括：床身变形获取部，其在所述心轴荷重及所述工作台荷重的作用点将所述床身结构物的变形获取为床身倾斜度；以及设置误差获取部，其从所述床身倾斜度中获取所述设置误差。
4.根据权利要求3所述的加工中心，其特征在于，
所述分布荷重包括所述心轴荷重、所述托盘荷重以及所述工作台荷重，所述检测传感器包括配置于变形最大点的第一间隙传感器(gap sensor)和配置于变形最小点的第二间隙传感器，
所述变形曲线具备：
第一变形线，其是具有如式(1)所示的第一床身倾斜度且从所述变形最大点向所述变形最小点朝向右下的直线；以及
第二变形线，其是具有如式(2)所示的第二床身倾斜度且从所述变形最小点向所述第二端部朝向右上的直线，
其中，θ1是第一床身倾斜度，
θ2是第二床身倾斜度，
h1是所述第一端部上的床身结构物的设置高度，
h2是所述第二端部上的床身结构物的设置高度，
G1是所述变形最大点上的床身高度，
G2是所述变形最小点上的床身高度，
d1是从所述第一端部到所述变形最大点的距离，
d3是从所述第一端部到所述变形最小点的距离，
d4是从所述第一端部到所述第二端部的床身结构物的长度。
5.根据权利要求4所述的加工中心，其特征在于，
当所述第二检测部获取满足式(3)的条件的所述工作台的位置时，所述设置误差获取部将所述第一床身倾斜度获取为所述工作台设置误差，并将所述第二床身倾斜度获取为所述心轴设置误差，
其中，l是与所述床身结构物接触的工作台的长度，d2是从所述第一端部到所述工作台荷重的作用点的距离。
6.根据权利要求4所述的加工中心，其特征在于，
当所述第二检测部获取满足式(4)的条件的所述工作台的位置时，所述设置误差获取部将所述第二床身倾斜度获取为所述工作台的误差及所述心轴设置误差，
其中，l是工作台与所述床身结构物接触的工作台的长度，d2是从所述第一端部到所述工作台荷重的作用点的距离。
7.根据权利要求4所述的加工中心，其特征在于，
当所述第二检测部获取满足式(5)的条件的所述工作台的位置时，所述设置误差获取部用对在以所述变形最小点为原点的坐标系中通过作为所述工作台的左侧端与沿所述第一变形线变形的所述床身结构物的交点的左侧接点及作为所述工作台的右侧端与沿所述第二变形线变形的所述床身结构物的交点的右侧接点的工作台线的倾斜度的补角获取所述工作台设置误差，并用所述第二床身倾斜度获取所述心轴设置误差，
其中，l是工作台与所述床身结构物接触的工作台的长度，d2是从所述第一端部到所述工作台荷重的作用点的距离。
8.根据权利要求7所述的加工中心，其特征在于，
所述工作台设置误差通过式(6)获取，
其中，l是与所述床身结构物的上面接触的工作台的长度，
Δx是在所述工作台的右侧端从原点沿所述第二变形线移动的期间内所述工作台的左侧端所移动的距离的x成分，
A＝-2cos2θ1(tanθ1tanθ2-1)
B＝-2cos2θ1(lcosθ1-lsinθ1tanθ2)
C＝-3-2tanθ1tanθ2+tan2θ1tan2θ2
D＝2l(-cosθ1+sinθ1tanθ2+cosθ1tanθ1tanθ2-sinθ1tanθ1tan2θ2+4sin2θ1cosθ1)
E＝l(lcosθ1-2lsinθ1cosθ1tanθ2+lsin2θ1tan2θ2+8cos3θ1)。
9.根据权利要求3所述的加工中心，其特征在于，
所述分布荷重包括所述心轴荷重和所述工作台荷重，所述检测传感器包括配置于变形最小点的间隙传感器，
所述变形曲线具备：
第一变形线，其是具有如式(7)所示的第一床身倾斜度且从所述第一端部向所述变形最小点朝向右下的直线；以及
第二变形线，其是具有如式(8)所示的第二床身倾斜度且从所述变形最小点向所述第二端部朝向右上的直线，
其中，θ1是第一床身倾斜度，
θ2是第二床身倾斜度，
h1是所述第一端部上的床身结构物的设置高度，
h2是所述第二端部上的床身结构物的设置高度，
G是所述变形最小点上的床身高度，
d3是从所述第一端部到所述变形最小点的距离，
d4是从所述第一端部到所述第二端部的床身结构物的长度。
10.根据权利要求9所述的加工中心，其特征在于，
当所述第二检测部获取满足式(9)的条件的所述工作台的位置时，所述设置误差获取部将所述第一床身倾斜度获取为所述工作台设置误差，并将所述第二床身倾斜度获取为所述心轴设置误差，
其中，l是工作台的x方向长度，d2是从所述第一端部到所述工作台荷重的作用点的距离。
11.根据权利要求9所述的加工中心，其特征在于，
当所述第二检测部获取满足式(10)的条件的所述工作台的位置时，所述设置误差获取部将所述第二床身倾斜度获取为所述工作台的误差及所述心轴设置误差，
其中，l是工作台的x方向长度，d2是从所述第一端部到所述工作台荷重的作用点的距离。
12.根据权利要求9所述的加工中心，其特征在于，
当所述第二检测部获取满足式(11)的条件的所述工作台的位置时，所述设置误差获取部用对在以所述变形最小点为原点的坐标系中通过作为所述工作台的左侧端与沿所述第一变形线变形的所述床身结构物的交点的左侧接点及作为所述工作台的右侧端与沿所述第二变形线变形的所述床身结构物的交点的右侧接点的工作台线的倾斜度的补角获取所述工作台设置误差，并用所述第二床身倾斜度获取所述心轴设置误差，
其中，l是工作台的x方向长度，d2是从所述第一端部到所述工作台荷重的作用点的距离。
13.根据权利要求3所述的加工中心，其特征在于，
所述第二检测部包括电机编码器，该电机编码器检测驱动所述工作台的驱动电机的动作信息。
14.根据权利要求3所述的加工中心，其特征在于，
所述误差生成部包括托盘荷重传感器，该托盘荷重传感器在变形最大点检测所述床身结构物的高度变化来检测所述托盘荷重的有无。
15.根据权利要求3所述的加工中心，其特征在于，
所述变形曲线沿所述床身结构物的长度方向包括连续性的多项式，所述设置误差获取部在所述工作台荷重的作用点将所述多项式的瞬间倾斜度获取为所述工作台设置误差，并在所述第二端部将所述多项式的瞬间倾斜度获取为所述心轴设置误差。
16.根据权利要求2所述的加工中心，其特征在于，
所述驱动部包括：
工作台驱动信号生成器，其生成使所述工作台以所述床身结构物的宽度方向为中心旋转第一校正量的工作台校正信号；以及
心轴头驱动信号生成器，其生成使供安装所述工具的心轴头以所述床身结构物的宽度方向为中心旋转第二校正量的心轴校正信号。
17.根据权利要求16所述的加工中心，其特征在于，
所述工作台驱动信号生成器及所述心轴头驱动信号生成器构成为相辅地驱动，所述第一、第二校正量包括所述工作台设置误差和所述心轴设置误差的合成偏差。
18.根据权利要求16所述的加工中心，其特征在于，
所述工作台驱动信号生成器及所述心轴驱动信号生成器构成为同时驱动，所述第一校正量包括所述工作台设置误差，所述第二校正量包括所述心轴设置误差。
19.根据权利要求2所述的加工中心，其特征在于，
所述自动中心整列器还具备存储部，该存储部存储关于所述床身结构物的形状和设置常数的数据。
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