DE102012205423A1

DE102012205423A1 - Verfahren und Programm zum Berechnen eines Korrekturwerts für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102012205423A1
Application number: DE102012205423A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Matsushita
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2012-10-04
Also published as: JP5789114B2; JP2012221001A; US9002502B2; CN102736559B; US20120253506A1; ITMI20120395A1; CN102736559A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und dergleichen zur Verfügung, die in der Lage sind, einen Korrekturwert für eine Rotationsachse zu berechnen, und die es ermöglichen, einen Positionsfehler oder eine Position und Stellung eines Werkzeugs zu korrigieren, der aus einem geometrischen Fehler resultiert, einen Stellungsfehler des Werkzeugs zu korrigieren, und auch die Bearbeitungsgenauigkeit zu verbessern, indem eine Translationsachse daran gehindert wird, aufgrund von Korrekturanweisungen in einer unendlich kleinen Weise zu arbeiten. In einer Werkzeugmaschine, die zwei oder mehrere Translationsachsen und eine oder mehrere Rotationsachsen hat, wird ein Korrekturwert für jede der Translationsachsen unter Verwendung einer Anweisungsposition von jeder der Rotationsachsen, eines Koordinatenwerts eines Koordinatenreferenzpunkts als ein Punkt, der im Voraus in einem Anweisungspositionsraum von jeder der Translationsachsen festgelegt ist, und einem geometrischen Parameter, der den geometrischen Fehler darstellt, berechnet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Programm zum Berechnen eines Korrekturwerts zum Korrigieren eines geometrischen Fehlers in einer Werkzeugmaschine, die Translationsachsen und Rotationsachsen hat.
1 ist eine schematische Ansicht einer Werkzeugmaschine (eines Fünf-Achsen-Steuerungsbearbeitungszentrums oder einer Fünf-Achsen-Maschine), die drei Translationsachsen und zwei Rotationsachsen hat, als ein Beispiel der oben beschriebenen Werkzeugmaschine. Ein Spindelkopf 2 kann entlang einer X-Achse und einer Z-Achse als Translationsachsen Bewegungen mit zwei translatorischen Freiheitsgraden, die senkrecht zueinander sind, bezüglich eines Betts 1 durchführen. Ein Tisch 3 kann, um eine C-Achse als Rotationsachse, Bewegungen mit einem Rotationsfreiheitsgrad bezüglich eines Gestells 4 durchführen. Das Gestell 4 kann, um eine A-Achse als eine Rotationsachse, Bewegungen mit einem Rotationsfreiheitsgrad bezüglich eines Drehzapfens 5 durchführen, wobei die A-Achse und die C-Achse senkrecht zueinander sind. Der Drehzapfen 5 kann Bewegungen mit einem translatorischen Freiheitsgrad bezüglich des Betts 1 entlang einer Y-Achse als einer Translationsachse, die senkrecht zu der X-Achse und Z-Achse ist, durchführen. Die jeweiligen Achsen werden durch einen Servomotor (nicht gezeigt), der durch eine numerische Steuerungsvorrichtung gesteuert wird, angesteuert, ein zu bearbeitendes Objekt (ein Werkstück) ist auf dem Tisch 3 befestigt und der Spindelkopf 2 ist mit einem Werkzeug bestückt und wird rotiert, um das zu bearbeitende Objekt zu bearbeiten, während die Position davon relativ zu dem Werkzeug gesteuert wird.
Beispiele von Faktoren, die einen Einfluss auf die Genauigkeit der Bewegung der Fünf-Achsen-Maschine haben, enthalten geometrische Fehler (Geometriefehler) zwischen den jeweiligen Achsen. Zum Beispiel einen Fehler der Mittelposition von jeder der Rotationsachsen (eine Abweichung von einer vorgeschriebenen Position), einen Fehler der Neigung von jeder der Rotationsachsen (ein Grad von Rechtwinkligkeit oder Parallelität zwischen den Achsen) und dergleichen. Das Vorliegen eines geometrischen Fehlers führt zu einer Verschlechterung der Genauigkeit der Bewegung der Werkzeugmaschine und zu einer Verschlechterung der Genauigkeit bei der Bearbeitung des zu bearbeitenden Objekts. Daher müssen die geometrischen Fehler durch Einstellen reduziert werden, aber es ist schwierig, den geometrischen Fehler vollständig zu beseitigen. Durch Ausführen einer Steuerung zum Korrigieren des geometrischen Fehlers kann die Bearbeitung mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden.
Ein Verfahren, wie in der Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-272887 ( JP 2004-272887 A ) beschrieben, wurde als Mittel zum Korrigieren eines geometrischen Fehlers vorgeschlagen. In dem darin beschriebenen Verfahren kann ein Fehler der Position eines entfernten Endes des Werkzeugs, der aus einem geometrischen Fehler in einer Werkzeugmaschine resultiert, durch Umwandeln der Position des entfernten Endes des Werkzeugs in Positionen auf jeweiligen Translationsachsen unter Berücksichtigung des geometrischen Fehlers und Bezeichnen dieser Positionen als Anweisungspositionen korrigiert werden. Andererseits kann gemäß der Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-104317 ( JP 2009-104317 A ) ein Fehler der Position eines entfernten Endes eines Werkzeugs, der aus einem geometrischen Fehler resultiert, durch Ausführen einer Steuerung, in der ein Wert, der einen Unterschied zwischen einer Position des entfernten Endes des Werkzeugs bezüglich eines zu bearbeitenden Objekts in dem Fall, in dem es einen geometrischen Fehler gibt, und einer Position des entfernten Endes des Werkzeugs bezüglich des zu bearbeitenden Objekts in dem Fall, in dem es keinen geometrischen Fehler gibt, als ein Korrekturwert für eine Translationsachse angewendet wird, korrigiert werden.
Bei diesen Verfahren wird in dem Fall, in dem ein Fehler in der Neigung einer Rotationsachse korrigiert wird, eine Anweisung zum Korrigieren einer Translationsachse herausgegeben, wenn die Translationsachse arbeitet. Daher arbeiten, selbst wenn nur eine der Translationsachsen betrieben wird, die anderen Translationsachsen in einer unendlich kleinen Weise. Zum Beispiel arbeiten die Y-Achse oder die Z-Achse in einer unendlich kleinen Weise in dem Fall, in dem ein Fehler in dem Parallelitätsgrad zwischen der X-Achse und der A-Achse vorhanden ist.
Solch ein Betrieb kann die Genauigkeit beim Bearbeiten, wie beim Abflachen, Bohren oder dergleichen, ungünstig beeinflussen. Zum Beispiel wird angenommen, dass in der Fünf-Achsen-Maschine von 1 in dem Fall, in dem die A-Achse bezüglich der X-Achse aufgrund eines geometrischen Fehlers in der Rotation um die Y-Achse, wie in 2 gezeigt, um einen Winkel β geneigt ist, das Abflachen durch einen Rechteckschaftfräser (ein Werkzeug) 6, mit einer Vorschubrichtung, die mit einer Richtung, von der Vorderseite zu der Hinterseite des Blatts von 2 übereinstimmt, und mit einer Auswählrichtung, die mit einer Richtung, die durch einen dicken Pfeil P angegeben wird, übereinstimmt, ausgeführt wird. Dann wird auf Grund einer Korrektur das entfernte Ende des Werkzeugs in der Auswählrichtung auf einer Punktgruppe auf einer Linie, die bezüglich der X-Achse um den Winkel β geneigt ist, positioniert. Das heißt, jeweilige Positionierpositionen Q in der Auswählrichtung sind auf der um den Winkel β geneigten Linie angeordnet, so dass eine Stufe auf einer zu bearbeitenden Fläche erzeugt wird. Ferner bewegt sich in dem Fall, in dem eine geradlinige Achse durch Verschieben geführt wird, die Achse manchmal, wenn diese geradlinige Achse, wie oben beschrieben, in einer unendlich kleinen Weise betrieben wird, und bewegt sich zu anderen Zeitpunkten nicht. Das heißt, ein sogenannter ”Stopp-Vorschub” tritt auf, und bewirkt eine Verschlechterung der Eigenschaften einer bearbeiteten Oberfläche, wie zum Beispiel die Erzeugung von Unregelmäßigkeiten entlang der bearbeiteten Oberfläche oder dergleichen. Zusätzlich wird in einem Fall, in dem ein Bohren durch einen Bohrer anstatt ein Abflachen durch einen Rechteckschaftfräser 6 ausgeführt wird, die Z-Achse in einer Richtung zugestellt, die den Winkel β bezüglich der Z-Achse, die die axiale Richtung des Bohrers ist, bildet. Daher tritt eine Unregelmäßigkeit des Durchmessers einer Bohrung auf, und eine Reduzierung der Lebensdauer des Bohrers fällt an.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Programm bereitzustellen, die in der Lage sind, einen Korrektkurwert für eine Rotationsachse zu berechnen, und die es ermöglichen, einen Positionsfehler oder eine Position und Stellung des Werkzeugs, die aus einem geometrischen Fehler resultieren, zu korrigieren, einen Stellungsfehler des Werkzeugs zu korrigieren und ebenso die Bearbeitungsgenauigkeit zu verbessern, indem eine Translationsachse in einer Werkzeugmaschine, wie zum Beispiel einer Fünf-Achsen-Maschine oder dergleichen daran gehindert wird, aufgrund einer Korrekturanweisung betrieben zu werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst. Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, stellt ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Berechnen eines Korrekturwerts für eine Werkzeugmaschine bereit, die zwei oder mehrere Translationsachsen und eine oder mehrere Rotationsachsen hat, um einen Positionsfehler oder eine Position und Stellung eines Werkzeugs in der Werkzeugmaschine bezüglich eines zu bearbeitenden Objekts, die aus einem geometrischen Fehler resultieren, zu korrigieren. Dieses Verfahren enthält ein Berechnen eines Korrekturwerts für jede der Translationsachsen unter Verwendung einer Anweisungsposition von jeder der Rotationsachsen, eines Koordinatenwerts eines Korrekturreferenzpunkts als einen Punkt, der im voraus in einem Anweisungspositionsraum von jeder der Translationsachsen bezeichnet ist, und eines geometrischen Parameters, der den geometrischen Fehler darstellt.
In dem vorangehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Korrekturwert für jede der Translationsachsen auch unter Verwendung einer Anweisungsposition für jede der Translationsachsen, zu der der Koordinatenwert des Korrekturreferenzpunkts zugeordnet ist, berechnet werden.
In dem vorangehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung kann sich der Korrekturreferenzpunkt entsprechend der Anweisungsposition von jeder der Rotationsachsen bewegen.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, stellt ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Programm zum Berechnen eines Korrekturwerts für eine Werkzeugmaschine bereit, das konzipiert ist, einen Computer zu veranlassen, das Verfahren zum Berechnen des Korrekturwerts für die Werkzeugmaschine auszuführen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, während der Korrekturwert für jede der Translationsachsen in dem Fall geändert wird, in dem jede der Rotationsachsen arbeitet, der Korrekturwert für jede der Translationsachsen in dem Fall, in dem sie arbeitet, nicht geändert. Daher wird, selbst in dem Fall, in dem jede der Rotationsachsen weitergeschaltet wird, um ein Abflachen, Bohren oder dergleichen auszuführen, eine Abnahme der Genauigkeit einer bearbeiteten Oberfläche, eine Verringerung der Qualität des Aussehens oder eine Reduzierung der Lebensdauer des Werkzeugs nicht verursacht. Als ein Ergebnis wird eine Bearbeitung mit einer hohen Genauigkeit ausgeführt.
1 ist eine schematische Ansicht eines Fünf-Achsen-Steuerungsbearbeitungszentrums (einer Fünf-Achsen-Maschine).
2 ist eine schematische Ansicht eines Tischs und dergleichen während einer Bearbeitung durch eine Fünf-Achsen-Maschine entsprechend eines konventionellen Beispiels, gesehen in einer Richtung, die senkrecht zu einer Auswahlrichtung ist.
3 ist ein Blockdiagramm einer Steuerungsvorrichtung, die ein Steuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung ausführt.
4 ist ein Ablaufdiagramm einer Berechnung eines Korrekturwerts in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische Ansicht der Bewegung eines Korrekturreferenzpunkts, synchronisiert mit dem Betrieb einer Rotationsachse, in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Ablaufdiagramm einer Berechnung eines Korrekturwerts in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine schematische Ansicht gleichwertig zu 2, die auf die vorliegende Erfindung bezogen ist.
Erste Ausführungsform
Eine Korrektur, die in der in 1 gezeigten Fünf-Achsen-Maschine durchgeführt wird, wird nachstehend als ein Beispiel einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, je nach Bedarf, auf der Basis der Zeichnungen beschrieben. Diese Korrektur wird durch einen Computer durchgeführt, der ein Korrekturprogramm ausführt. Der Computer kann eine numerische Steuerungsvorrichtung für die Fünf-Achsen-Maschine, eine unabhängige Steuerungsvorrichtung, die mit der numerischen Steuerungsvorrichtung verbunden ist, oder eine Kombination dieser Steuerungsvorrichtungen sein. Es sollte beachtet werden, dass diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf ein nachstehend gezeigtes Beispiel beschränkt ist. Zum Beispiel kann sie auch auf eine Werkzeugmaschine, die vier oder weniger Achsen oder sechs oder mehr Achsen hat, angewendet werden, kann es sein, dass die Rotationsachsen den Spindelkopf 2 mit zwei Rotationsfreiheitsgraden anstatt den Tisch 3 mit zwei Rotationsfreiheitsgraden bereitstellen können oder dass die Rotationsachsen sowohl den Spindelkopf 2 als auch den Tisch 3 mit einem oder mehreren Rotationsfreiheitsgraden bereitstellen können. Ferner kann anstatt des Bearbeitungszentrums (1) eine Drehmaschine, eine Vielzweckmaschine, eine Schleifmaschine oder dergleichen als eine Werkzeugmaschine angenommen werden.
3 ist ein Beispiel einer numerischen Steuerungsvorrichtung 10 zum Ausführen eines Steuerungsverfahrens der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Wenn ein Bearbeitungsprogramm G in eine Anweisungswerterzeugungseinheit 11 eingegeben wird, erzeugt die Anweisungswerterzeugungseinheit 11 Anweisungswerte für jeweilige Antriebsachsen. Eine Korrekturwertberechnungseinheit 12 berechnet Korrekturwerte für die jeweiligen Achsen auf der Basis der durch die Anweisungswerterzeugungseinheit 11 erzeugten Anweisungswerte. Nach Empfangen von Summen der Anweisungswerte und der Korrekturwerte berechnet eine Servoanweisungswertumwandlungseinheit 13 Servoanweisungswerte für die jeweiligen Achsen und überträgt sie für die jeweiligen Achsen zu Servoverstärkern 14a bis 14e. Die Servoverstärker 14a bis 14e für die jeweiligen Achsenantriebsservomotoren 15a bis 15e steuern somit die Position und Stellung des Spindelkopfs 2 in Bezug auf den Tisch 3.
Als nächstes werden geometrische Fehler beschrieben. Die geometrischen Fehler werden im Ganzen von sechs Komponenten (δx, δy, δz, α, β, γ) in drei relativen Translationsfehlerrichtungen zwischen den jeweiligen Achsen und drei relativen Rotationsfehlerrichtungen zwischen den jeweiligen Achsen definiert. Die Achsen sind miteinander in der Reihenfolge von der C-Achse, der A-Achse, der Y-Achse, der X-Achse und der Z-Achse in einer Richtung von einem Werkstück 7, das auf dem Tisch 3 der Fünf-Achsen-Maschine befestigt ist, zu einem an dem Spindelkopf 2 befestigten Werkzeug zugeordnet. Wenn ein Raum zwischen der Z-Achse und dem Werkzeug und ein Raum zwischen dem Werkstück 7 und der C-Achse ebenfalls in Betracht gezogen werden, gibt es insgesamt 36 geometrische Fehler. Jedoch werden, da einige der 36 geometrischen Fehler redundant sind, diese geometrischen Fehler ausgeschlossen, um endgültige geometrische Fehler zu erhalten.
Dann, wenn der Achsenname und die Rangfolge von jedem der geometrischen Fehler von der Werkzeugseite in der Form von Indices ausgedrückt sind, gibt es insgesamt 13 endgültige geometrische Fehler δx₅, δy₅, α₅, β₅, δy₄, δz₄, β₄, γ₄, γ₃, α₂, β₂, α₁, und β₁. Diese endgültigen geometrische Fehler sind jeweils in dieser Reihefolge ein C-Achsenmittelpunktsposition-X-Richtungsfehler, ein C-A-Zwischenachsenversatzfehler, ein A-Achsenwinkelversatzfehler, ein C-A-Zwischenachsenrechtwinkligkeitsgrad, ein A-Achsen-Mittelpositions-Y-Richtungsfehler, ein A-Achsen-Mittelpunktpositions-Z-Richtungsfehler, ein A-X-Zwischenachsenrechtwinkligkeitsgrad, ein A-Y-Zwischenachsenrechtwinkligkeitsgrad, ein X-Y-Zwischenachsenrechtwinkligkeitsgrad, ein Y-Z-Zwischenachsenrechtwinkligkeitsgrad, ein Z-X-Zwischenachsenrechtwinkligkeitsgrad, ein Spindel-Y-Zwischenachsenrechtwinkligkeitsgrad und ein Spindel-X-Zwischenachsenrechtwinkligkeitsgrad. Es sollte beachtet werden, dass die numerische Steuerungsvorrichtung 10 Speichereinheiten (nicht gezeigt) zum Speichern dieser geometrischen Fehler enthält.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Berechnung eines Korrekturwerts gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das durch die numerische Steuerungsvorrichtung 10 ausgeführt wird, beschrieben. 4 ist ein Ablaufdiagramm dieser Berechnung des Korrekturwerts.
In Schritt S1 wird bestimmt, ob ein Koordinatenwert eines Korrekturreferenzpunkts anstatt eines Anweisungswerts für jede der Translationsachsen zu verwenden ist, um den Korrekturwert zu berechnen, oder nicht. Dieser Korrekturreferenzpunkt ist ein beliebiger Punkt, der zu demselben Koordinatensystem wie der Anweisungswert (ein Anweisungskoordinatensystem) gehört. Und sein Koordinatenwert wird auf einen Wert innerhalb eines Bereichs, der durch Anweisungswerte für die X-, Y- und Z-Achsen definiert ist, eingestellt. Ein Wert, der im Voraus eingestellt und gespeichert wird, ein Wert, der in dem Bearbeitungsprogramm G zum Erzeugen des Anweisungswerts beschrieben wird, oder dergleichen, wird als der Koordinatenwert verwendet.
In dem Fall, in dem in Schritt S2 der Korrekturreferenzpunkt verwendet wird, wird ein Anweisungswert P_O = (x, y, z) für jede der Translationsachsen durch einen Koordinatenwert P_d = (x_d, y_d, z_d) des Korrekturreferenzpunkts ersetzt. Andererseits wird in dem Fall, in dem der Koordinatenwert des Korrekturreferenzpunkts nicht verwendet wird, dieses Ersetzen nicht ausgeführt. Dann wird in Schritt S3 ein Korrekturwert unter Verwendung von Anweisungswerten für die jeweiligen Achsen berechnet.
Die Berechnung in Schritt S3 wird beschrieben. Ein Vektor P_T des entfernten Werkzeugendpunkts in einem Spindelkoordinatensystem auf dem Spindelkopf 2 kann durch Ausführen einer gleichartigen Koordinatenumwandlung unter Verwendung von unten gezeigtem [Ausdruck 1] in einen Vektor in einem Werkstückkoordinatensystem auf dem Tisch 3 umgewandelt werden. In diesem Ausdruck bezeichnet t eine Länge eines zu verwendenden Werkzeugs, und x, y, z, a und c bezeichnen jeweils Anweisungspositionen der X-, Y-, Z-, A- und C-Achsen. Das heißt, dass ein Vektor P_I eines entfernten Werkzeugendpunkts in dem Werkstückkoordinatensystem in dem Fall, indem es keinen geometrischer Fehler gibt, erhalten wird.
[Ausdruck 1]

P_I = M₅·M₄·M₃·M₂·M₁·P_T, wobei

Andererseits sind, wie durch unten gezeigten [Ausdruck 2] angegeben, die jeweiligen geometrischen Fehler als Umwandlungsmatrizen unter Umwandlungsmatrizen für die jeweiligen Achsen in dem obigen [Ausdruck 1] angeordnet, so dass ein Vektor PR des entfernten Werkzeugendpunkts in dem Werkstückkoordinatensystem in dem Fall, in dem geometrische Fehler vorhanden sind, erhalten wird. Es sollte beachtet werden, dass [Ausdruck 2] ein angenäherter Ausdruck ist, in dem das Produkt der geometrischen Fehler, unter der Annahme, dass diese geometrischen Fehler unendlich klein sind, als 0 angesehen wird.
[Ausdruck 2]

P_R = ε₆·M₅·ε₅·M₄·ε₄·M₃·ε₃·M₂·ε₂·M₁·ε₁·P_T, wobei

Entsprechend wird ein Fehler ΔP_W = (δx, δy, δz) in der Position des entfernten Endpunkts des Werkzeugs in dem Werkstückkoordinatensystem durch unten gezeigten [Ausdruck 3] ausgedrückt.
[Ausdruck 3]

ΔP_W = P_R – P_I

Zusätzlich kann ein Fehler ΔP_O in den Anweisungswerten durch Unterziehen des Fehlers ΔP_W in der Position des entfernten Endpunkts des Werkzeugs in dem Werkstückkoordinatensystem unter eine Koordinatenumwandlung, wie durch den unten gezeigten [Ausdruck 4] angegeben ist, erhalten werden.
[Ausdruck 4]

ΔP_O = M₄ ^–1·M₅ ^–1·ΔP_W

Folglich werden Korrekturwerte ΔP = (Δx, Δy, Δz) für die X-, Y- und Z-Achsen aus den Anweisungswerten für die jeweiligen Achsen und unten gezeigtem [Ausdruck 5], in dem die geometrischen Fehler in dem obigen Ausdruck als Parameter (geometrische Parameter), die im Voraus gemessen und identifiziert werden, verwendet werden, erhalten.
[Ausdruck 5]

ΔP = –ΔP_O = M₃·M₂·M₁·P_T – M₄ ^–1·M₅ ^–1·ε₆·M₅·ε₅·M₄·ε₄·M₃·ε₃·M₂·ε₂·M₁·ε₁·P_T

Der Fehler in der Position des entfernten Endpunkts des Werkzeugs, der aus den geometrischen Fehlern resultiert, kann jeweils durch Herausgeben einer Anweisung, den so erhaltenen Korrekturwert ΔP für jede der Translationsachsen zu Anweisungswerten für entsprechende der Translationsachsen zu addieren, korrigiert werden.
Es sollte beachtet werden, dass, obwohl der Anweisungswert P_O für jede der Translationsachsen in Schritt S2 durch den Koordinatenwert P_d des Korrekturreferenzpunkts in dem Fall, in dem der Korrekturreferenzpunkt in der vorangehenden Beschreibung verwendet wird, ersetzt wird, der Koordinatenwert P_d des Korrekturreferenzpunkts anstatt des Anweisungswerts P_O für jede der Translationsachsen in der Berechnung des Korrekturwerts in Schritt S3 verwendet werden kann, ohne die obige Ersetzung auszuführen. Das heißt, M_1d, M_2d und M_3d in nachstehend gezeigtem [Ausdruck 6] werden jeweils anstatt der Matrizen M₁, M₂ und M₃ in [Ausdruck 1] verwendet.
[Ausdruck 6]
Zweite Ausführungsform
Nachfolgend wird die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei sich darauf konzentriert wird, was von der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterschiedlich ist. Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der körperlichen Konfiguration mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung identisch, aber unterscheidet sich davon in dem Verfahren zur Berechnung eines Korrekturwerts.
Das heißt, dass in einer Berechnung entsprechend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Korrekturreferenzpunkt nicht als ein Punkt in einem Anweisungswertkoordinatensystem definiert ist, sondern als ein Punkt in einem beliebigen Referenztabellenkoordinatensystem. Das Referenztabellenkoordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das auf dem Tisch 3 fest ist. Dieses Koordinatensystem bewegt sich in dem Anweisungswertkoordinatensystem, wenn der Tisch 3 rotiert oder geneigt wird. 5 ist ein Beispiel des Tischreferenzkoordinatensystems und des Korrekturreferenzpunkts. Ein Ursprung O_w des Tischreferenzkoordinatensystems, mit dem die Spitze des zu bearbeitenden Objekts (des Werkstücks 7) übereinstimmt, und ein Korrekturreferenzpunkt P_d bewegen sich jeweils aufgrund von Rotation um die A- und C-Achse zu Punkten O_W' und P_d'.
6 ist ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Berechnen des Korrekturwerts gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schritte, deren Inhalt identisch mit denen der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (3) ist, sind durch dieselben Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezeichnet, und die wiederholte Beschreibung davon wird, je nach Bedarf, weggelassen.
Wenn in Schritt S1 bestimmt wird, dass der Korrekturreferenzpunkt zu verwenden ist, wird ein Koordinatenwert ^WP_d = (x_wd, y_wd, z_wd) des Korrekturreferenzpunkts in dem Tischreferenzkoordinatensystem in einen Wert P_d = (x_d, y_d, z_d) in dem Anweisungswertkoordinatensystem gemäß nachstehend gezeigtem [Ausdruck 7] umgewandelt. Es sollte hierbei beachtet werden, dass der Ursprung O_w des Tischreferenzkoordinatensystems als O_W = (x_w, y_w, z_w) ausgedrückt ist.
[Ausdruck 7]

P_d = ^WP_d + O_W

Es wird dann in Schritt 6 bestimmt, ob eine Synchronisation mit jeder der Rotationsachsen auszuführen ist, oder nicht. Wenn eine Synchronisation mit jeder der Rotationsachsen auszuführen ist, wird der Koordinatenwert des Korrekturreferenzpunkts in dem Anweisungswertkoordinatensystem in Schritt S7 einer Translations-/Rotations-Umwandlung unterzogen. In dem Fall, in dem sich aufgrund einer Konstruktion Rotationszentren der A- und C-Achsen miteinander in einem Punkt schneiden und der Schnittpunkt derselbe wie der Ursprung des Anweisungswertkoordinatensystems, wie in dem Fall dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ist, wird ein Korrekturreferenzpunkt P_d' = (x_d', y_d', z_d') in dem Anweisungswertkoordinatensystem, das der Translations-/Rotations-Umwandlung gemäß nachstehend gezeigtem [Ausdruck 8] unterzogen wurde, erhalten. Andererseits wird, wenn eine Synchronisation mit jeder der Rotationsachsen nicht auszuführen ist, eine Translations-/Rotations-Umwandlung nicht ausgeführt.
[Ausdruck 8]

P_d' = M₄ ^–1M₅ ^–1P_d

Danach wird der Anweisungswert in Schritt S2 für jede der Translationsachsen durch den Koordinatenwert des Korrekturreferenzpunkts ersetzt, und ein Korrekturwert wird in Schritt S3 berechnet.
Die Wirkungen der vorangehenden jeweiligen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Verwendung der Ausdrücke beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass beide Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im wesentlichen das selbe Berechnungsergebnis oder den selben Korrektureffekt anbieten, obwohl das Koordinatensystem dazwischen, auf das sich im Laufe der Berechnung konzentriert wird, unterschiedlich ist.
Es wird angenommen, dass die 13 geometrischen Fehler δ_x5, δ_y5, α₅, β₅, δ_y4, δ_z4, β₄, γ₄, γ₃, α₂, β₂, α₁ und β₁ in der Maschine existieren. Es sollte beachtet werden, dass die folgenden Ausdrücke um einer Vereinfachung willen angenähert sind, so dass das Produkt der geometrischen Fehler, unter der Annahme, dass die geometrischen Fehler unendlich klein sind, als Null betrachtet wird.
Korrekturwerte (Δx, Δy, Δz) für jede der Translationsachsen in dem Fall einer Werkzeuglänge t = 0 werden durch den nachstehend gezeigten [Ausdruck 9] gezeigt. Dementsprechend ändern sich die Korrekturwerte für die X-Achse in Abhängigkeit von den Anweisungswerten für die Y-, Z- und A-Achse, der Korrekturwert für die Y-Achse ändert sich in Abhängigkeit von den Anweisungswerten für die X-, Z- und A-Achse, und der Korrekturwert für die Z-Achse ändert sich in Abhängigkeit von den Anweisungswerten für die X-, Y- und A-Achse.
[Ausdruck 9]

Δx = –(β₅·sina – γ₄)·γ – (β₅·cosa + β₄ + β₂)·z – δx₅
Δy = (β₅·sina – γ₄ – γ₃)·x + (α₅ + α₂)·z – δy₅·cosa – δy₄
Δz = (β₅·cosa + β₄)·x – α₅·y + δy₅·sina – δz₄

Zum Beispiel werden in dem Fall, in dem nur die X-Achse betrieben wird, bis sich Anweisungswerte (x, y, z, a, c) für die X-, Y-, Z-, A- und C-Achsen von (0, 0, 0, 0, 0) auf (x₁, 0, 0, 0, 0) ändern, Änderungsbeträge (e_x, e_y, e_z) durch nachstehend gezeigten [Ausdruck 10] in konventionellen Korrekturwerten ausgedrückt. Das heißt, dass die Y- und Z-Achsen in einer unendlich kleinen Weise arbeiten.
[Ausdruck 10]

e_x = 0
e_y = –(γ₄ + γ₃)·x₁
e_z = (β₅ + β₄)·x₁

Im Gegensatz dazu werden Korrekturwerte in dem Fall, in dem der Korrekturreferenzpunkt (x_d', y_d', z_d') verwendet wird, wie in dem Fall der vorangehenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, durch nachstehend gezeigten [Ausdruck 11] ausgedrückt. Entsprechend ändert sich jeder der Korrekturwerte nicht in Abhängigkeit von dem Anweisungswert für eine entsprechende der Translationsachsen, sondern entsprechend dem Anweisungswert für eine entsprechende der Rotationsachsen.
[Ausdruck 11]

Δx = –(β₅·sina – γ₄)·yd' – (β₅·cosa + β₄ + β₂)·z_d' – δx₅
Δy = (β₅·sina – γ₄ – γ₃)·x_d' + (α₅ + α₂)·z_d' – δy₅·cosa – δy₄
Δz = (β₅·cosa + β₄)·x_d' – α₅·γ_d' + δy₅·sina – δz₄

In dem Fall, in dem nur die vorgenannte X-Achse unter Verwendung des Korrekturreferenzpunkts wie in der vorangehenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben wird, werden Änderungsbeträge (e_x', e_y', e_z') in den Korrekturwerten durch nachstehend gezeigten [Ausdruck 12] ausgedrückt. Das heißt, dass jede der Translationsachsen nicht in einer unendlich kleinen Weise arbeitet.
[Ausdruck 12]

e_x' = 0
e_x' = 0
e_z' = 0

Ferner werden in der vorangehenden Ausführungsform in dem Fall, in dem nur die A-Achse um –90° betrieben wird bis sich die Anweisungswerte (x, y, z, a, c) von (0, 0, 0, 0, 0) auf (0, 0, 0, –90°, 0) ändern, die Änderungsbeträge in den Korrekturwerten basierend auf der Verwendung des Korrekturreferenzpunkts durch nachstehend gezeigten [Ausdruck 13] ausgedrückt. Das heißt, dass sich die Korrekturwerte aufgrund des Betriebs der A-Achse ändern.
[Ausdruck 13]

e_x' = 0
e_y' = δy₅
e_z' = –δy₅

Wie aus dem Vorangegangenen ersichtlich, ermöglicht es in dem Fall, in dem die selbe Abflachung, wie in dem, in 2 gezeigten, vorgenannten konventionellen Fall, ausgeführt wird, die vorangehende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der der Korrekturreferenzpunkt verwendet wird, wie in 7 gezeigt, das Abflachen ohne ein Erzeugen einer Stufe in der Auswählrichtung (die Richtung, die durch den dicken Pfeil P angegeben ist). Weiterhin kann selbst in dem Fall, in dem jede der Rotationsachsen durch Einstellen des Korrekturreferenzpunkts in der Nähe eines Arbeitspunkts (einem Punkt H in 7) um einen anderen Winkel weitergeschaltet wird, eine Bearbeitung mit geometrischen Fehlern, die mit ausreichender Genauigkeit korrigiert werden, ausgeführt werden, solange der Abstand zu dem Korrekturreferenzpunkt kurz ist.
Es sollte beachtet werden, dass, obwohl der Rotationsfehler (der Stellungsfehler) des Werkzeugs sowie der Positionsfehler des Werkzeugs in jeder der vorangehenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung berechnet wird, es auch angemessen ist, die Parameter des letzten Positionsfehlers oder dergleichen wegzulassen, es zu unterlassen, einen Korrekturwert für den Stellungsfehler zu berechnen, und einen Korrekturwert für jede der Translationsachsen unter Verwendung des Korrekturreferenzpunkts nur als den Positionsfehler zu berechnen. Weiterhin können die geometrischen Parameter, die Anzahl der Reihen in jeder der Matrizen, die Anzahl der Spalten in jeder der Matrizen, die Elemente in jeder der Matrizen, die in jeder der Ausdrücke zu berechnenden Matrizen und dergleichen erhöht/reduziert oder geändert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004-272887 A [0004]
JP 2009-104317 A [0004]

Claims

Verfahren zum Berechnen eines Korrekturwerts für eine Werkzeugmaschine, die zwei oder mehrere Translationsachsen und eine oder mehrere Rotationsachsen hat, zum Korrigieren eines Positionsfehlers oder einer Position und Stellung eines Werkzeugs bezüglich eines zu bearbeitenden Objekts, der aus einem geometrischen Fehler in der Werkzeugmaschine resultiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Schritt eines Berechnens eines Korrekturwerts für jede der Translationsachsen unter Verwendung einer Anweisungsposition von jeder der Rotationsachsen, eines Koordinatenwerts eines Korrekturreferenzpunkts als einen Punkt, der im Voraus in einem Anweisungspositionsraum von jeder der Translationsachsen festgelegt ist, und eines geometrischen Parameters, der den geometrischen Fehler darstellt, aufweist.
Verfahren zum Berechnen des Korrekturwerts für die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, wobei der Korrekturwert für jede der Translationsachsen auch unter Verwendung einer Anweisungsposition von jeder der Translationsachsen, zu der der Koordinatenwert des Korrekturreferenzpunkts zugeordnet ist, berechnet wird.
Verfahren zum Berechnen des Korrekturwerts für die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Korrekturreferenzpunkt entsprechend der Anweisungsposition von jeder der Rotationsachsen bewegt.
Programm zum Berechnen eines Korrekturwerts für eine Werkzeugmaschine, das entwickelt ist, einen Computer zu veranlassen, das Verfahren zum Berechnen des Korrekturwerts für die Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 auszuführen.