DE102014209244A1

DE102014209244A1 - Steuerungsverfahren für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102014209244A1
Application number: DE102014209244.2A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya c/o OKUMA CORPORATION Matsushita
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2014-12-11
Also published as: US20140364993A1; JP2014238782A

Abstract

In einem Steuerungsverfahren für eine Werkzeugmaschine (1, 1A), die zwei oder mehr Verschiebeachsen (X, Y, Z) und zumindest eine Rotationsachse (A, C) enthält, wird eine Anweisung für eine entfernte Endposition eines Werkzeugs (7) und eine Höhe des Werkzeugs (7) bereitgestellt, um einen Fehler in der entfernten Endposition und der Höhe bezüglich eines Werkstücks (8) aufgrund eines geometrischen Fehlers zu korrigieren, um einen Anweisungswert zum Steuern der Verschiebeachsen (X, Y, Z) zu berechnen. Das Verfahren enthält ein Berechnen des Anweisungswerts auf der Basis eines Anweisungskoordinatenwerts für die entfernte Endposition, eines durch Umwandeln eines Koordinatenwerts eines Rotationsmittelpunkts (PA) der Rotationsachse (A, C) in einem tatsächlichen Zustand in einen Koordinatenwert ohne einen Neigungsfehler (β) erhaltenen umgewandelten Koordinatenwerts und eines axialen Einheitsvektors (V) für die ideale Rotationsachse (A, C).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren für eine Werkzeugmaschine, die zwei oder mehrere Verschiebeachsen und zumindest eine Rotationsachse enthält, in der eine Anweisung für eine entfernte Endposition eines Werkzeugs und eine Höhe des Werkzeugs vorgesehen ist, um einen Fehler in der entfernten Endposition und der Höhe bezüglich des Werkstücks aufgrund eines geometrischen Fehlers zu korrigieren, so dass ein Anweisungswert zum Steuern der Verschiebeachsen berechnet wird.
1 ist eine schematische Ansicht eines 5-Achsen-Steuerung-Bearbeitungszentrums 1, das drei Verschiebeachsen und zwei Rotationsachsen hat, als ein Beispiel einer solchen Werkzeugmaschine. Ein Spindelkopf 2 ist in der Lage, sich bezüglich eines Betts 3 entlang einer X-Achse und einer Z-Achse zu verschieben. Die X-Achse und die Z-Achse sind Verschiebeachsen, die rechtwinklig zueinander sind. Ein Tisch 4 ist in der Lage, sich um eine C-Achse, die eine Rotationsachse bezüglich einer Aufnahmevorrichtung 5 ist, zu drehen. Die Aufnahmevorrichtung 5 ist in der Lage, sich um eine A-Achse, die eine Rotationsachse bezüglich eines Drehzapfens 6 ist, zu drehen. Die A-Achse und die C-Achse sind rechtwinklig zueinander. Der Drehzapfen 6 ist in der Lage, sich bezüglich des Betts 3 entlang einer Y-Achse zu verschieben. Die Y-Achse ist eine Verschiebeachse, die rechtwinklig zu der X-Achse und der Z-Achse ist. Ein Betrieb entlang oder um jede Achse wird durch einen durch eine numerische Steuerungsvorrichtung gesteuerten Servomotor (nicht dargestellt) angesteuert. Ein Werkstück ist an dem Tisch 4 befestigt. Ein Werkzeug ist an dem Spindelkopf 2 befestigt, um rotiert zu werden. Während die relative Position zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug gesteuert wird, wird eine Bearbeitung ausgeführt.
Die Genauigkeit eines Betriebs des 5-Achsen-Steuerung-Bearbeitungszentrums 5 wird zum Beispiel durch geometrische Fehler zwischen Achsen, wie etwa einem Fehler in einer Mittelposition einer Rotationsachse (Abweichung von der angenommenen Position) und einem Neigungsfehler einer Rotationsachse (Rechtwinkligkeit und Parallelität zwischen Achsen), beeinflusst. Ein Vorliegen eines geometrischen Fehlers verschlechtert die Genauigkeit der Bewegung des 5-Achsen-Steuerung-Bearbeitungszentrums 1, was die Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks verschlechtert. Daher ist es notwendig, die geometrischen Fehler durch Einstellen zu reduzieren, obwohl es schwierig ist, die geometrischen Fehler auf null zu reduzieren. Eine hochgenaue Bearbeitung wird durch Ausführen einer Steuerung zum Korrigieren des geometrischen Fehlers erreicht.
Die Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-272887 ( JP 2004-272887 A ) beschreibt ein Verfahren zum Korrigieren eines geometrischen Fehlers. Gemäß dem in JP 2004-272887 A beschriebenen Verfahren wird ein Positionsfehler des entfernten Endpunkts eines Werkzeugs auf Grund eines geometrischen Fehlers einer Werkzeugmaschine durch Umwandeln der Position des entfernten Endpunkts des Werkzeugs in eine Position von jeder Verschiebeachse in Anbetracht des geometrischen Fehlers und Verwenden der erhaltenen Position als eine Anweisungsposition korrigiert. Gemäß dem in JP 2004-272887 A beschriebenen Verfahren wird in dem Fall, in dem ein Neigungsfehler einer Rotationsachse zu korrigieren ist, eine Anweisung zum Korrigieren von Verschiebeachsen gemeinsam mit einem Betrieb einer Verschiebeachse bereitgestellt. Daher kann ein Betrieb von nur einer Verschiebeachse eine geringfügige Betätigung einer anderen Verschiebeachse verursachen. Beispielsweise verursacht in dem Fall, in dem es einen Fehler in einer Parallelität zwischen einer X-Achse und einer A-Achse gibt, eine Betätigung von nur der X-Achse eine geringfügige Betätigung einer Y-Achse oder einer Z-Achse.
Solche Betätigungen können die Bearbeitungsgenauigkeit eines Planierprozesses und eines Bohrprozesses nachteilig beeinflussen. Beispielsweise wird angenommen, dass in der 5-Achse-Steuerung-Bearbeitungszentrum 1 von 1 ein Werkstück 8 einem Planierprozess durch einen Rechteckschaftfräser (Werkzeug) 7 in der Richtung des dicken Pfeils P in 2, die in dem Fall, in dem, wie in 2 dargestellt, die A-Achse bezüglich der X-Achse um einen Winkel β geneigt ist, als die Abtragrichtung definiert ist, unterzogen wird. Dann wird der entfernte Endpunkt aus einer Gruppe von Punkten auf einer Linie mit einer Neigung β bezüglich der X-Achse durch eine Korrektur in der Abtragrichtung bestimmt. Das heißt, dass bestimmte Positionen Q auf der um eine Neigung β in der Abtragrichtung geneigten Linie angeordnet sind, was Stufen auf der bearbeiteten Oberfläche verursachen kann. Zusätzlich wird, wenn die oben diskutierte geringfügige Bewegung in dem Fall, in dem ein Verschiebeführungsweg entlang einer Verschiebeachse ausgeführt wird, ein sogenanntes ”unregelmäßiges Zustellen”, bei dem sich die Achse gelegentlich bewegt und gelegentlich nicht bewegt, verursacht. Als ein Ergebnis kann sich die Qualität der bearbeiteten Oberfläche verschlechtern. Zum Beispiel können Vertiefungen und Vorsprünge auf der bearbeiteten Oberfläche gebildet werden. Ferner wird, eher als bei einem Planierprozess durch den Rechteckschaftfräser 7, in dem Fall, in dem das Werkstück 8 einem Bohrprozess durch einen Bohrer unterzogen wird, der Spindelkopf 2 in einer Richtung, die die axiale Richtung des Bohrers ist, mit der Neigung β bezüglich der Z-Achse zugestellt. Dies kann nachteilhaft einen Fehler bei einem Bohrungsdurchmesser verursachen und die Lebensdauer des Bohrers verringern.
Die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2012-221001 ( JP 2012-221001 A ) beschreibt ein Verfahren zum Vermeiden solcher Nachteile. Entsprechend dem in JP 2012-221001 A beschriebenen Verfahren wird ein Korrekturwert für Verschiebeachsen unter Verwendung des Koordinatenwerts eines Korrekturreferenzpunkts, der ein Punkt ist, der im Voraus in einem Werkstückkoordinatensystem bezeichnet wird, berechnet, und der berechnete Korrekturwert wird zu einem Anweisungswert für die Verschiebeachse addiert, um einen Wert als eine Anweisungsposition anstatt des Anweisungswerts für die Verschiebeachse zu erhalten. Unter Verwendung dieses Werts als Anweisungsposition wird ein Positionsfehler des entfernten Endpunkts eines Werkzeugs aufgrund eines geometrischen Fehlers korrigiert. Gemäß diesem in JP 2012-221001 A beschriebenen Verfahren wird der Korrekturwert für die Verschiebeachse für einen Betrieb entlang einer Verschiebeachse nicht verändert, obwohl der Korrekturwert für die Verschiebeachse für einen Betrieb um eine Rotationsachse verändert wird. Somit wird ein Auftreten einer geringfügigen Betätigung der Verschiebeachsen unterdrückt, wobei die Bearbeitungsgenauigkeit des bearbeiteten Objekts verbessert wird.
Um, während ein Auftreten von geringfügigen Betätigungen der Verschiebeachsen unterdrückt wird, einen Positionsfehler des entfernten Endpunkts eines Werkzeugs aufgrund eines geometrischen Fehlers zu korrigieren, wird angenommen, dass das in JP 2004-272887 A beschriebene Verfahren und das in JP 2012-221001 A beschriebene Verfahren separat und gleichzeitig ausgeführt werden. In solch einem Fall kann jedoch eine Berechnung eines Anweisungswerts zum Steuern der Verschiebeachsen kompliziert sein, was die Zeit zum Berechnen dieses Anweisungswerts verlängern kann.
Hinsichtlich solcher Umstände ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuerungsverfahren für eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, die die Zeit, die erforderlich ist, einen Anweisungswert zum Steuern von Verschiebeachsen zu berechnen, verkürzen kann.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Steuerungsverfahren für eine Werkzeugmaschine bereit, die zwei oder mehr Verschiebeachsen und zumindest eine Rotationsachse enthält. In dem Verfahren wird eine Anweisung für eine entfernte Endposition eines Werkzeugs und eine Höhe des Werkzeugs bereitgestellt, um einen Fehler in der entfernten Endposition und der Höhe bezüglich eines Werkstücks aufgrund eines geometrischen Fehlers zu korrigieren, so dass ein Anweisungswert zum Steuern der Verschiebeachsen berechnet wird. Der Anweisungswert wird auf der Basis eines Anweisungskoordinatenwerts für die im Voraus eingestellte entfernte Endposition, eines umgewandelten Koordinatenwerts, der durch Umwandlung eines Koordinatenwerts eines Rotationsmittelpunkts der Rotationsachse in einem tatsächlichen Zustand mit dem geometrischen Fehler in einen Koordinatenwert ohne einen Neigungsfehler der tatsächlichen Rotationsachse bezüglich der Rotationsachse in einem idealen Zustand ohne geometrischen Fehler unter Verwendung eines Koordinatenwerts eines Korrekturreferenzpunkts, der ein Punkt ist, der im Voraus in einem Maschinenkoordinatensystem der Werkzeugmaschine oder einem Werkstückkoordinatensystem bezeichnet wird, erhalten wird, und eines axialen Einheitsvektors für die ideale Rotationsachse berechnet.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt das Steuerungsverfahren für eine Werkzeugmaschine gemäß dem ersten Aspekt bereit. In dem Verfahren werden ein erster Schnittpunktberechnungsschritt und ein erster Umgewandelter-Koordinatenwert-Berechnungsschritt ausgeführt. Der erste Schnittpunktberechnungsschritt ist vorhanden, um einen Schnittpunkt, an dem sich eine Ebene, die durch den Korrekturreferenzpunkt geht und die rechtwinklig zu einem axialen Einheitsvektors für die Rotationsachse, der durch einen Rotationsmittelpunkt der idealen Rotationsachse geht, und ein axialer Einheitsvektor für die Rotationsachse, der durch einen Rotationsmittelpunkt der tatsächlichen Rotationsachse geht, einander kreuzen, in dem Maschinenkoordinatensystem oder dem Werkstückkoordinatensystem zu berechnen. Den ersten Umgewandelter-Koordinatenwert-Berechnungsschritt gibt es, um einen Koordinatenwert eines projizierten Punkts, der durch Projektion des in dem ersten Schnittpunktberechnungsschritt berechneten Schnittpunkts auf eine Ebene, die durch den Rotationsmittelpunkt der tatsächlichen Rotationsachse geht und die rechtwinklig zu einem axialen Einheitsvektor für die Rotationsachse, der durch den Rotationsmittelpunkt der idealen Rotationsachse in einer axialen Richtung der idealen Rotationsachse in dem Maschinenkoordinatensystem oder dem Werkstückkoordinatensystem geht, ist, erhalten wird, als den umgewandelten Koordinatenwert zu berechnen.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Steuerungsverfahren für eine Werkzeugmaschine gemäß dem ersten Aspekt bereit. In dem Verfahren werden ein erster Schnittpunktberechnungsschritt und ein zweiter Umgewandelter-Koordinatenwert-Berechnungsschritt ausgeführt. Den zweiten Schnittpunktberechnungsschritt gibt es, um einen Schnittpunkt, an dem sich eine Ebene, die durch den Korrekturreferenzpunkt geht und die rechtwinklig zu einem axialen Einheitsvektor für die Rotationsachse, der durch einen Rotationsmittelpunkt der tatsächlichen Rotationsachse geht, und ein axialer Einheitsvektor für die Rotationsachse, der durch einen Rotationsmittelpunkt der tatsächlichen Rotationsachse geht, einander kreuzen, in dem Maschinenkoordinatensystem oder dem Werkstückkoordinatensystem zu berechnen. Den zweiten Umgewandelter-Koordinatenwert-Berechnungsschritt gibt es, um einen Koordinatenwert eines projizierten Punkts, der durch Projizieren des in dem zweiten Schnittpunktberechnungsschritt berechneten Schnittpunkts auf eine Ebene, die durch den Rotationsmittelpunkt der tatsächlichen Rotationsachse geht und die rechtwinklig zu einem axialen Einheitsvektor für die Rotationsachse, der durch den Rotationsmittelpunkt der idealen Rotationsachse in einer axialen Richtung der idealen Rotationsachse geht, in dem Maschinenkoordinatensystem oder dem Werkzeug-Koordinatensystem als den umgewandelten Koordinatenwert zu berechnen.
Mit dem Steuerungsverfahren für eine Werkzeugmaschine gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, wenn ein Anweisungswert zum Steuern der Verschiebeachsen berechnet wird, unter Verwendung des Anweisungskoordinatenwerts für die im Voraus eingestellte entfernte Endposition des Werkzeugs den Berechnungsaufwand zum Berechnen des Anweisungswerts zu vermindern. Somit ist es möglich, die Zeit, die erforderlich ist, um einen Anweisungswert zum Steuern der Verschiebeachsen zu berechnen, zu verkürzen.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den umgewandelten Koordinatenwert, der durch Umwandeln des Koordinatenwerts des Rotationsmittelpunkts der tatsächlichen Rotationsachse in einen Koordinatenwert ohne einen Neigungsfehler der tatsächlichen Rotationsachse bezüglich der idealen Rotationsachse durch eine einfache Technik eines Projizierens des in dem ersten Schnittpunktberechnungsschritt berechneten Schnittpunkts auf eine Ebene, die durch den Rotationsmittelpunkt der tatsächlichen Rotationsachse geht und die rechtwinklig zu einem axialen Einheitsvektor für die Rotationsachse, der durch den Rotationsmittelpunkt der idealen Rotationsachse geht, ist, in dem ersten umgewandelter-Koordinatenwert-Berechnungsschritt zu berechnen.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich den durch Umwandeln des Koordinatenwerts des Rotationsmittelpunkts der tatsächlichen Rotationsachse in einen Koordinatenwert der tatsächlichen Rotationsachse ohne einen Neigungsfehler bezüglich der idealen Rotationsachse erhaltenen umgewandelten Koordinatenwert durch eine einfache Technik eines Projizierens des in dem zweiten Schnittpunktberechnungsschritt berechneten Schnittpunkt auf eine Ebene, die durch den Rotationsmittelpunkt der tatsächlichen Rotationsachse geht und die rechtwinklig zu einem axialen Einheitsvektor für die Rotationsachse, der durch den Rotationsmittelpunkt der idealen Rotationsachse geht, in dem zweiten umgewandelter-Koordinatenwertberechnungsschritt zu berechnen.
1 ist eine schematische Ansicht eines 5-Achsen-Steuerung-Bearbeitungszentrums gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Ansicht eines Tischs, etc. eines 5-Achsen-Steuerung-Bearbeitungszentrums aus einer Richtung gesehen, die senkrecht zu der Abtragrichtung ist.
3 ist ein Blockliniendiagramm einer numerischen Steuerungsvorrichtung, die ein Steuerungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform ausführt.
4 ist ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zum Berechnen eines Anweisungswerts für Verschiebeachsen.
5 stellt ein Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform zum Umwandeln des Koordinatenwerts eines tatsächlichen A-Achsen-Rotationsmittelpunkts mit einem geometrischen Fehler in einen Koordinatenwert ohne dem geometrischen Fehler unter Verwendung eines Korrekturreferenzpunkts dar.
6 ist eine schematische Ansicht eines Tischs, etc. des 5-Achsen-Steuerung-Bearbeitungszentrums gemäß der ersten Ausführungsform aus einer Richtung gesehen, die senkrecht zu der Abtragrichtung ist.
7 stellt ein Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform zum Umwandeln des Koordinatenwerts eines tatsächlichen A-Achsen-Rotationsmittelpunkts mit einem geometrischen Fehler in einen Koordinatenwert ohne den geometrischen Fehler unter Verwendung eines Korrekturreferenzpunkts dar.
Erste Ausführungsform
Eine Steuerung für das in 1 dargestellte 5-Achsen-Steuerung-Bearbeitungszentrum 1 wird als ein Beispiel für eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 erklärt. Die Steuerung wird durch einen Computer ausgeführt, der ein Steuerungsprogramm ausführt. Der Computer kann eine numerische Steuerungsvorrichtung für das 5-Achsen-Steuerung-Bearbeitungszentrum 1, eine unabhängige mit dem 5-Achsen-Steuerung-Bearbeitungszentrum 1 verbundene Steuerungsvorrichtung, oder eine Kombination von beiden sein. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das folgende Beispiel beschränkt und kann zum Beispiel auf eine Werkzeugmaschine mit vier oder weniger Achsen oder sechs oder mehr Achsen angewendet werden. Der Spindelkopf 2 kann eher in der Lage sein, um zwei Rotationsachsen zu rotieren, oder der Spindelkopf 2 und der Tisch 4 können jeweils in der Lage sein, um mindestens eine Achse zu rotieren, als dass der Tisch 4 in der Lage ist, um zwei Rotationsachsen zu rotieren. Zusätzlich kann die Werkzeugmaschine anstelle eines Bearbeitungszentrums (1) eine Drehmaschine, eine Mehrzweckwerkzeugmaschine, eine Schleifmaschine oder dergleichen sein.
3 stellt ein Beispiel einer numerischen Steuerungsvorrichtung 10 dar, die die Steuerung entsprechend der ersten Ausführungsform ausführt. Eine Anweisungswerterzeugungseinheit 12 erzeugt einen Anweisungswert für jede Achse (A-Achse, C-Achse, X-Achse, Y-Achse, Z-Achse), wenn ein Bearbeitungsprogramm 11, das einen Anweisungskoordinatenwert für die entfernte Endposition eines Werkzeugs (wie etwa eines Rechteckschaftfräsers 7) angibt, als eine Anweisung zum Bewegen des Werkzeugs in eine Position, in der das Werkstück 8 (siehe 2) zu bearbeiten ist, eingegeben wird. Der Anweisungswert wird einer Servoanweisungswertumwandlungseinheit 13 zugeführt. Wenn der Anweisungswert empfangen wird, berechnet die Servoanweisungswertumwandlungseinheit 13 Servoanweisungswerte für jede Achse und führt den Servoanweisungswert für jede Achse zu Servoverstärkern 14a bis 14e zu. Die Servoverstärker 14a bis 14e für jede Achse treiben jeweils Servomotoren 15a bis 15e an und steuern die relative Position und die Höhe des an dem Spindelkopf 2 montierten Werkzeugs bezüglich des Tischs 4.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Berechnen eines Anweisungswerts für die Verschiebeachsen, das durch die numerische Steuerungsvorrichtung 10 ausgeführt wird, beschrieben. Die numerische Steuerungsvorrichtung 10 (Anweisungswerterzeugungseinheit 12) kann den Anweisungswert in Anbetracht der geometrischen Parameter, die den Anordnungszustand der A-Achse und der C-Achse als Rotationsachsen definieren, berechnen.
In Schritt S1 von 4 bestimmt die Anweisungswerterzeugungseinheit 12, ob ein Korrekturreferenzpunkt Pd (siehe 5) verwendet wird, oder nicht. In der Ausführungsform kann ein Bedienabschnitt, der in der numerischen Steuerungsvorrichtung 10 vorgesehen ist und der durch einen Bediener zu bedienen ist, verwendet werden, um einzustellen, ob der Korrekturreferenzpunkt Pd verwendet wird, oder nicht. Der Korrekturreferenzpunkt Pd kann jeglicher Punkt sein, der zu dem Maschinenkoordinatensystem des 5-Achsen-Steuerung-Bearbeitungszentrum 1 gehört. Der Koordinatenwert des Korrekturreferenzpunkts Pd ist in dem Bereich des Anweisungswerts für eine X-Achse, eine Y-Achse, eine Z-Achse, und kann ein im Voraus eingestellter und in einer Speichereinheit (nicht dargestellt), die in der numerischen Steuerungsvorrichtung 10 enthalten ist, gespeicherter Wert sein oder ein Wert sein, der in dem Bearbeitungsprogramm 11 oder dergleichen angegeben ist.
In dem Fall, in dem im Schritt S1 bestimmt wird, dass der Korrekturreferenzpunkt Pd nicht verwendet wird, berechnet die Anweisungswerterzeugungseinheit 12 unter Verwendung von [Formel 1] in Schritt S6 einen Vektor Pcmd für einen Anweisungswert (x, y, z) für die Verschiebeachsen (X-Achse, Y-Achse, Z-Achse). Unter Verwendung von [Formel 1] wird unter Verwendung einer Umwandlungsmatrix für die A-Achse (MR2a), einer Umwandlungsmatrix für die C-Achse (MR1a), usw. ein Anweisungskoordinatenwert (xtcp, ytcp, ztcp) für die in dem Bearbeitungsprogramm 11 angegebene entfernte Endposition des Werkzeugs in einen Koordinatenwert in dem Maschinenkoordinatensystem umgewandelt. In diesem Schritt wird die Anweisungsposition (Rotationswinkel) für die A-Achse als a definiert, die Anweisungsposition (Rotationswinkel) für die C-Achse wird als c definiert, die Länge des verwendeten Werkzeugs (Rechteckschaftfräser 7) wird als t definiert, ein Koordinatenwert des Ursprungs des Maschinenkoordinatensystems wird als (xw, yw, zw) definiert, der Koordinatenwert des tatsächlichen A-Achsenrotationsmittelpunkts mit einem geometrischen Fehler wird als (xR2a, yR2a, zR2a) definiert, der Koordinatenwert des tatsächlichen C-Achsen-Rotationsmittelpunkts mit einem geometrischen Fehler wird als (xR1a, yR1a, zR1a) definiert, der tatsächliche axiale A-Achsen-Einheitsvektor wird als (λR2a, μR2a, νR2a) definiert und der tatsächliche axiale C-Achsen-Einheitsvektor wird als (λR1a, μR1a, νR1a) definiert.
[Formel 1]

P_cmd = M_t·M_D2a·M_R2a ^–1·M_D2a ^–1·M_D1a·M_R1a ^–1·M_D1a ^–1·M_W·P_tcp wobei

Andernfalls wird in dem Fall, in dem die Anweisungswerterzeugungseinheit 12 in Schritt S1 bestimmt, dass der Korrekturreferenzpunkt Pd verwendet wird, ein Referenzschnittpunkt PN (siehe 5) wie nachstehend in Schritt S2 beschrieben berechnet. In Schritt S2 ist eine in 5 dargestellte Ebene LN in dem Maschinenkoordinatensystem definiert. Die Ebene LN ist eine Ebene, die durch den Korrekturreferenzpunkt Pd geht und die rechtwinklig ist zu einem axialen Einheitsvektor V für die A-Achse in einem idealen Zustand, der durch einen Rotationsmittelpunkt PI der idealen A-Achse ohne einen geometrischen Fehler geht. Nachfolgend wird in Schritt S2 ein axialer Einheitsvektor VA (siehe 5) für die A-Achse in einem tatsächlichen Zustand, der durch einen Rotationsmittelpunkt PA der tatsächlichen A-Achse mit einem geometrischen Fehler geht, in dem Maschinenkoordinatensystem definiert. Dann wird ein Punkt, an dem sich die Ebene LN und der axiale Einheitsvektor VA miteinander schneiden als der Referenzschnittpunkt PN definiert. In diesem Schritt wird der Koordinatenwert des Korrekturreferenzpunkts als (xd, yd, zd) definiert, der ideale axiale A-Achsen-Einheitsvektor V wird als (1, 0, 0) definiert, der Koordinatenwert des tatsächlichen A-Achsen-Rotationsmittelpunkts PA wird als (xR2a, yR2a, zR2a) definiert und der tatsächliche axiale A-Achsen-Einheitsvektor VA wird als (λR2a, μR2a, νR2a) definiert. Dann berechnet die Anweisungswerterzeugungseinheit 12 den Koordinatenwert (xN, yN, zN). des Referenzschnittpunkts PN unter Verwendung von [Formel 2]. Schritt S2 ist ein Beispiel des ersten Schnittpunktberechnungsschritts entsprechend der vorliegenden Erfindung.
[Formel 2]

x_N = x_d
y_N = y_R2a + (x_d – x_R2a)μ_R2a/λ_R2a
z_N = z_R2a + (x_d – x_R2a)ν_R2a/λ_R2a

Nach Schritt S2 berechnet, wie nachstehend in Schritt S3 beschrieben, die Anweisungswerterzeugungseinheit 12 einen Korrekturschnittpunkt PC (siehe 5). In Schritt S3 wird eine in 5 dargestellte Ebene LI in dem Maschinenkoordinatensystem definiert. Die Ebene LI ist eine Ebene, die durch den tatsächlichen A-Achsen-Rotationsmittelpunkt PA geht und die rechtwinklig zu dem idealen A-Achsen-Axial-Einheitsvektor V ist, der durch den idealen A-Achsen-Rotationsmittelpunkt PI geht. Nachfolgend wird in Schritt S3 ein Punkt (Projektionspunkt), der durch Projizieren des in Schritt S2 definierten Referenzschnittpunkts PN in der axialen Richtung der idealen A-Achse (Links-Rechts-Richtung von 5) auf die Ebene LI erhalten wird, als der Korrekturschnittpunkt PC definiert. Die Anweisungswerterzeugungseinheit 12 berechnet den Koordinatenwert (xC, yC, zC) des Korrekturschnittpunkts PC unter Verwendung von [Formel 3]. Wenn der Korrekturschnittpunkt PC wie in 5 dargestellt definiert ist, wird der Koordinatenwert (xC, yC, zC) des Korrekturschnittpunkts PC auf einer Ebene LI durch Umwandeln des Koordinatenwerts (xR2a, yR2a, zR2a) des tatsächlichen A-Achsen-Rotationsmittelpunkts PA in einen Koordinatenwert ohne einen Neigungsfehler (Winkel β) der tatsächlichen A-Achse bezüglich der idealen A-Achse (d. h. in dem Fall einer tatsächlichen A-Achse parallel zu der idealen A-Achse) erhalten. Schritt S3 ist ein Beispiel des ersten Umgewandelter-Koordinatenwert-Berechnungsschritts gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Koordinatenwert (xC, yC, zC) des Korrekturschnittpunkts PC ist ein Beispiel des umgewandelten Koordinatenwerts der vorliegenden Erfindung.
[Formel 3]

x_C = x_R2a
y_C = y_N
z_C = Z_N

Nach Schritt S3 ersetzt die Anweisungswerterzeugungseinheit 12 geometrische Parameter, die in Schritt S4 den Anordnungszustand der der A-Achse definiert. In Schritt S4 wird der Koordinatenwert (xR2a, yR2a, zR2a) des tatsächlichen A-Achsen-Rotationsmittelpunkts in [Formel 1], der ein geometrischer Parameter ist, durch den Koordinatenwert (xC, yC, zC) des in Schritt S3 berechneten Korrekturschnittpunkts Pc ersetzt. Zusätzlich wird der tatsächliche axiale A-Achsen-Einheitsvektor (λR2a, μR2a, νR2a) in [Formel 1], der ein geometrischer Parameter ist, durch den idealen axialen A-Achsen-Einheitsvektor V (1, 0, 0) ersetzt.
Nach Schritt S4 bestimmt die Anweisungswerterzeugungseinheit 12, ob geometrische Parameter, die den Anordnungszustand der definieren, in Schritt S5 nicht nur für die A-Achse sondern auch für die C-Achse ersetzt wurden, oder nicht. In dem Fall, in dem in Schritt S5 bestimmt wird, dass die geometrischen Parameter nur für die A-Achse ersetzt wurden, und dass die geometrischen Parameter für die C-Achse nicht ersetzt wurden, führt die Anweisungswerterzeugungseinheit 12 auch für die C-Achse den Prozess in Schritt S2 bis Schritt S4 in derselben Weise wie für die A-Achse aus. Da die Prozesse in Schritt S2 bis Schritt S4 für die A-Achse und die C-Achse dieselben sind, wird der Prozess für die C-Achse nicht beschrieben.
Andernfalls berechnet in einem Fall, in dem im Schritt S5 bestimmt wird, dass die geometrischen Parameter für die A-Achse und die C-Achse ersetzt wurden, die Anweisungswerterzeugungseinheit 12 in Schritt S6 einen Vektor Pcmd als einen Anweisungswert (x, y, z) für die Verschiebeachsen (X-Achse, Y-Achse, Z-Achse). In Schritt S6 wird ein Anweisungswert (x, y, z) für die Verschiebeachsen unter Verwendung von [Formel 1], in der die geometrischen Parameter für die A-Achse und die C-Achse in Schritt S4 ersetzt wurden, berechnet. Die relative Position des Spindelkopfs 2 bezüglich des Tischs 4 wird auf der Basis des Anweisungswerts (x, y, z) berechnet. Zu diesem Zeitpunkt kann, wenn der Koordinatenwert (xC, yC, zC) des Korrekturschnittpunkts PC, der verwendet wird, um einen Anweisungswert (x, y, z) für die Verschiebeachsen zu berechnen, als ein Koordinatenwert ohne einen Neigungsfehler (Winkel β) der tatsächlichen A-Achse bezüglich der idealen A-Achse verwendet wird, der entfernte Endpunkt des Rechteckschaftfräsers 7 auf einer Linie, die in der in 6 dargestellten Abtragrichtung (P-Richtung) parallel zu der X-Achse ist, positioniert werden. Somit ist es anders als in dem Beispiel gemäß dem in 2 dargestellten Stand der Technik möglich, zu verhindern, dass Stufen auf der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks 8 gebildet werden, wenn das Werkstück 8 einem Planierprozess durch den Rechteckschaftfräser 7 unterzogen wird, da sich der Rechteckschaftfräser 7 nicht in der Z-Achsenrichtung bewegt.
Mit dem Steuerungsverfahren für das 5-Achsen-Steuerung-Bearbeitungszentrum 1 gemäß der Ausführungsform ist es möglich, unter Verwendung des Anweisungskoordinatenwerts (xtcp, ytcp, ztcp) für die in dem Bearbeitungsprogramm 11 angegebene entfernte Endposition des Werkzeugs den Berechnungsaufwand zum Berechnen des Anweisungswerts zu vermindern. Somit ist es möglich, die Zeit zu verkürzen, die erforderlich ist, um einen Anweisungswert zum Steuern der Verschiebeachsen zu berechnen.
Zusätzlich ist es möglich, in Schritt S3 den Koordinatenwert (xR2a, yR2a, zR2a) des tatsächlichen A-Achsen-Rotationsmittelpunkts PA durch eine in 4 dargestellte einfache Technik eines Projizierens des in Schritt S2 berechneten Referenzschnittpunkts PN in der axialen Richtung der idealen A-Achse (Links-Rechts-Richtung der 5) auf eine Ebene LI in einen Koordinatenwert ohne einen Neigungsfehler (Winkel β) der tatsächlichen A-Achse bezüglich der idealen A-Achse umzuwandeln.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1, 4 und 7 beschrieben. Hierin werden hauptsächlich Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben. In der Ausführungsform unterscheiden sich Prozesse in Schritt S2A, Schritt S3A, Schritt S4A und Schritt S6A von 4 von diesen in der ersten Ausführungsform.
In Schritt S2A wird, wie in 7 dargestellt, ein tatsächlicher axialer A-Achsen-Einheitsvektor VA, der durch einen tatsächlichen A-Achsen-Rotationsmittelpunkt PA mit einem geometrischen Fehler geht, in dem Maschinenkoordinatensystem eines 5-Achsen-Steuerung-Bearbeitungszentrum 1A definiert. Nachfolgend wird in Schritt S2A eine Ebene LN' in dem Maschinenkoordinatensystem definiert. Die Ebene LN' ist eine Ebene, die durch den Korrekturreferenzpunkt Pd geht, und die rechtwinklig zu dem axialen Einheitsvektor VA ist. Dann wird ein Punkt, an dem sich der axiale Einheitsvektor VA und die Ebene LN' kreuzen, als Referenzschnittpunkt PN' definiert. Die Anweisungswerterzeugungseinheit 12 berechnet unter Verwendung von [Formel 4] einen Koordinatenwert (xN', yN', zN') des Referenzschnittpunkts PN'. Schritt S2A ist ein Beispiel eines zweiten Schnittpunktberechnungsschritts gemäß der vorliegenden Erfindung.
[Formel 4]

x_N' = λ_R2a ²(x_d – x_R2a) + μ_R2a(y_d – y_R2a) + ν_R2a(z_d – z_R2a) + x_R2a
y_N' = λ_R2a(x_d – x_R2a) + μ_R2a ²(y_d – y_R2a) + ν_R2a(z_d – z_R2a) + y_R2a
z_N' = λ_R2a(x_d – x_R2a) + μ_R2a(y_d – y_R2a) + ν_R2a ² (z_d – z_R2a) + z_R2a

Nach Schritt S2A wird in Schritt S3A ein Korrekturschnittpunkt PC' berechnet. In Schritt S3A wird eine Ebene LI in dem Maschinenkoordinatensystem auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform definiert. Nachfolgend wird in Schritt S3A ein durch eine Projektion des in Schritt S2A definierten Referenzschnittpunkts PN' auf die Ebene LI in der axialen Richtung der idealen A-Achse (Links-Rechts-Richtung von 7) ohne einen geometrischen Fehler erhaltener Punkt (projizierter Punkt) als der Korrekturschnittpunkt PC' definiert. Die Anweisungswerterzeugungseinheit 12 berechnet unter Verwendung von [Formel 5] einen Koordinatenwert (xC', yC', zC') des Korrekturschnittpunkts PC'. Wenn der Korrekturschnittpunkt PC' wie in 7 dargestellt definiert ist, wird der Koordinatenwert (xC', yC', zC') des Korrekturschnittpunkts PC' auf der Ebene LI durch Umwandeln des Koordinatenwerts (xR2a, yR2a, zR2a) des tatsächlichen A-Achsen-Rotationsmittelpunkts PA in einen Koordinatenwert ohne einen Neigungsfehler (Winkel β) der tatsächlichen A-Achse bezüglich der idealen A-Achse erhalten. Schritt S3A ist ein Beispiel des zweiten Umgewandelter-Koordinatenwert-Berechnungsschritts gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Koordinatenwert (xC', yC', zC') des Korrekturschnittpunkts PC' ist ein Beispiel eines umgewandelten Koordinatenwerts gemäß der vorliegenden Erfindung.
[Formel 5]

x_C' = x_R2a
y_C' = y_N'
z_C' = z_N'

Nach Schritt S3A ersetzt die Anweisungswerterzeugungseinheit 12 geometrische Parameter, die den Anordnungszustand der A-Achse in Schritt S4A definieren. In Schritt S4A wird der Koordinatenwert (xR2a, yR2a, zR2a) des tatsächlichen A-Achsen-Rotationsmittelpunkts in [Formel 1] durch den Koordinatenwert (xC', yC', zC') des in Schritt S3A berechneten Korrekturschnittpunkts PC' ersetzt. Zusätzlich wird der tatsächliche axiale A-Achsen-Einheitsvektor (λ_R2a, μ_R2a, ν_R2a) in [Formel 1] durch den idealen axialen A-Achsen-Einheitsvektor V (1, 0, 0) ersetzt.
In Schritt S6A wird ein Vektor Pcmd für einen Anweisungswert (x, y, z) für die Verschiebeachsen (X-Achse, Y-Achse, Z-Achse) berechnet. In diesem Schritt wird unter Verwendung von [Formel 1], in der in Schritt S4a die geometrischen Parameter für die A-Achse und die Z-Achse ersetzt wurden, ein Anweisungswert (x, y, z) für die Verschiebeachsen berechnet. Wenn die relative Position des Spindelkopfs 2 bezüglich des Tischs 4 auf der Basis des Anweisungswerts (x, y, z) gesteuert wird, ist es möglich, ein Bilden von Stufen auf der bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks 8 zu verhindern, wenn das Werkstück 8 auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform einem Planierprozess unterzogen wird. In der Ausführungsform werden die Prozesse in Schritt S2A bis S4A auf dieselbe Weise wie für die A-Achse auch für die C-Achse ausgeführt. Da die Prozesse in Schritt S2A bis S4A für die A-Achse und die C-Achse dieselben sind, werden die Prozesse für die C-Achse nicht beschrieben.
Mit dem Steuerungsverfahren für das 5-Achsen-Steuerung-Bearbeitungszentrum 1A gemäß der Ausführungsform ist es durch eine in 4 dargestellte einfache Technik eines Projizierens des in Schritt S2A berechneten Referenzschnittpunkts PN' in der axialen Richtung der idealen A-Achse (Links-Rechts-Richtung von 7) auf die Ebene LI möglich, den Koordinatenwert (xR2a, yR2a, zR2a) des tatsächlichen A-Achsen-Rotationsmittelpunkts PA in einen Koordinatenwert ohne einen Neigungsfehler (Winkel β) der tatsächlichen A-Achse bezüglich der idealen A-Achse umzuwandeln.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben diskutierten Ausführungsformen beschränkt und ein Teil der Konfiguration der Ausführungsformen kann entsprechend modifiziert werden, ohne sich von dem Umfang und dem Geist der vorliegenden Erfindung zu entfernen. In den oben diskutierten ersten und zweiten Ausführungsformen wird der Koordinatenwert des Rotationsmittelpunkts der tatsächlichen Rotationsachsen (A-Achse und C-Achse) in einen Koordinatenwert ohne einen Neigungsfehler der tatsächlichen Rotationsachse bezüglich der idealen Rotationsachse mit dem Korrekturreferenzpunkt Pd, der auf irgendeinen Punkt eingestellt ist, der zu dem Maschinenkoordinatensystem gehört, umgewandelt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann der Koordinatenwert des Rotationsmittelpunkts der tatsächlichen Rotationsachsen in einen Koordinatenwert ohne einen Neigungsfehler mit dem Korrekturreferenzpunkt Pd, der, wie durch die Strichdoppeltpunktlinie in 6 angezeigt, auf irgendeinen Punkt, der zu dem Werkstückkoordinatensystem gehört, nahe dem Bearbeitungspunkt des Werkstücks 8 umgewandelt werden, so dass der Korrekturreferenzpunkt Pd auf dem Werkstückkoordinatensystem mitsamt einer Operation der Rotationsachse beweglich ist. Dies ermöglicht es, das Werkstück 8 mit einem nahe dem Korrekturreferenzpunkt Pd korrigierten geometrischen Fehler mit einer ausreichenden Genauigkeit 1 zu bearbeiten, selbst wenn ein Weiterschalten um verschiedene Winkel ausgeführt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2004-272887 A [0004, 0004, 0004, 0007]
JP 2012-221001 A [0006, 0006, 0006, 0007]

Claims

Steuerungsverfahren für eine Werkzeugmaschine (1, 1A), die zwei oder mehr Verschiebeachsen (X, Y, Z) und zumindest eine Rotationsasche (A, C) enthält, in dem eine Anweisung für eine entfernte Endposition eines Werkzeugs (7) und eine Höhe des Werkzeugs (7) bereitgestellt wird, um einen Fehler in der entfernten Endposition und der Höhe bezüglich eines Werkstücks (8) aufgrund eines geometrischen Fehlers zu korrigieren, so dass ein Anweisungswert zum Steuern der Verschiebeachsen (X, Y, Z) berechnet wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass der Anweisungswert berechnet wird auf der Basis von: einem Anweisungskoordinatenwert für die im Voraus eingestellte entfernte Endposition; einem umgewandelten Koordinatenwert, der durch Umwandeln eines Koordinatenwerts eines Rotationsmittelpunkts (PA) der Rotationsachse (A, C) in einem tatsächlichen Zustand mit dem geometrischen Fehler in einen Koordinatenwert ohne einen Neigungsfehler (β) der tatsächlichen Rotationsachse (A, C) bezüglich der Rotationsachse (A, C) in einem idealen Zustand ohne dem geometrischen Fehler unter Verwendung eines Koordinatenwerts eines Korrekturreferenzpunkts (Pd), der ein Punkt ist, der im Voraus in einem Maschinenkoordinatensystem der Werkzeugmaschine (1, 1A) oder einem Werkstückkoordinatensystem ausgewiesen ist, erhalten wird; und einem axialen Einheitsvektor (V) für die ideale Rotationsachse (A, C).
Steuerungsverfahren für eine Werkzeugmaschine (1) gemäß Anspruch 1, aufweisend ein Ausführen von: einem ersten Schnittpunktberechnungsschritt eines Berechnens eines Schnittpunkts (PN), an dem sich eine Ebene (LN), die durch den Korrekturreferenzpunkt (Pd) geht und die rechtwinklig zu einem axialen Einheitsvektor (V) für die ideale Rotationsachse (A, C), der durch einen Rotationsmittelpunkt (PI) der idealen Rotationsachse (A, C) geht, und ein axialer Einheitsvektor (VA) für die tatsächliche Rotationsachse (A, C), der durch einen Rotationsmittelpunkt (PA) der tatsächlichen Rotationsachse (A, C) geht, in dem Maschinenkoordinatensystem oder dem Werkzeugkoordinatensystem einander kreuzen; und einem ersten Umgewandelter-Koordinatenwert-Berechnungsschritt eines Berechnens eines Koordinatenwerts eines projizierten Punkts (PC), der durch Projizieren des in dem ersten Schnittpunktberechnungsschritt berechneten Schnittpunkts (PN) auf eine Ebene (L1), die durch den Rotationsmittelpunkt (PA) der tatsächlichen Rotationsachse (A, C) geht und die rechtwinklig zu einem axialen Einheitsvektor (V) für die ideale Rotationsachse (A, C), der durch den Rotationsmittelpunkt (PI) der idealen Rotationsachse (A, C) in einer axialen Richtung der idealen Rotationsachse (A, C) in dem Maschinenkoordinatensystem oder dem Werkstückkoordinatensystem geht, erhalten wird, als den umgewandelten Koordinatenwert.
Steuerungsverfahren für eine Werkzeugmaschine (1A) gemäß Anspruch 1, aufweisend ein Ausführen von: einem zweiten Schnittpunktberechnungsschritt eines Berechnens eines Schnittpunkts (PN'), an dem sich eine Ebene (LN'), die durch den Korrekturreferenzpunkt (Pd) geht und die rechtwinklig zu einem axialen Einheitsvektor (VA) für die Rotationsachse (A, C), der durch einen Rotationsmittelpunkt (PA) der tatsächlichen Rotationsachse (A, C) geht, und ein axialer Einheitsvektor (VA) für die Rotationsachse (A, C), der durch einen Rotationsmittelpunkt (PA) der tatsächlichen Rotationsachse (A, C) geht, in dem Maschinenkoordinatensystem oder dem Werkstückkoordinatensystem einander kreuzen; und einem zweiten Umgewandelter-Koordinatenwert-Berechnungsschritt eines Berechnens eines Koordinatenwerts eines projizierten Punkts (PC'), der durch Projizieren des in dem zweiten Schnittpunktberechnungsschritt berechneten Schnittpunkts (PN') auf eine Ebene (L1), die durch den Rotationsmittelpunkt (PA) der tatsächlichen Rotationsachse (A, C) geht und die rechtwinklig zu einem axialen Einheitsvektor (V) für die Rotationsachse (A, C), der durch den Rotationsmittelpunkt (PI) der idealen Rotationsachse (A, C) in einer axialen Richtung der idealen Rotationsachse (A, C) in dem Maschinenkoordinatensystem oder dem Werkstückkoordinatensystem geht, erhalten wird, als den umgewandelten Koordinatenwert.