JP2012220999A - Correction value operation method and program of machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、並進軸と回転軸を有する工作機械の幾何学的な誤差を補正するための補正値を演算する方法ないしプログラムに関するものである。 The present invention relates to a method or program for calculating a correction value for correcting a geometric error of a machine tool having a translation axis and a rotation axis.
図1は当該工作機械の一例である、3つの並進軸と2つの回転軸を有する工作機械(5軸制御マシニングセンタ、5軸機)の模式図である。主軸頭2は、並進軸であり互いに直交するX軸・Z軸によって、ベッド1に対して並進2自由度の運動が可能である。テーブル3は、回転軸であるC軸によってクレードル4に対して回転1自由度の運動が可能である。クレードル4は、回転軸であるA軸によって、トラニオン5に対して回転1自由度の運動が可能であり、A軸とC軸は互いに直交している。トラニオン5は、並進軸でありX軸・Z軸に直交するY軸により、ベッド1に対して並進1自由度の運動が可能である。各軸は数値制御装置により制御されるサーボモータ(図示せず)により駆動され、被加工物(ワーク)をテーブル3に固定し、主軸頭2に工具を装着して回転させ、被加工物と工具の相対位置を制御して加工を行う。
FIG. 1 is a schematic diagram of a machine tool (5-axis control machining center, 5-axis machine) having three translation axes and two rotation axes, which is an example of the machine tool. The
前記5軸機の運動精度に影響を及ぼす要因として、例えば、回転軸の中心位置の誤差(想定されている位置からのズレ)や回転軸の傾き誤差(軸間の直角度や平行度)等の各軸間の幾何学的な誤差(幾何誤差)がある。幾何誤差が存在すると工作機械としての運動精度が悪化し、被加工物の加工精度が悪化する。そのため、調整により幾何誤差を小さくする必要があるが、ゼロにすることは困難であり、幾何誤差を補正する制御を行うことで高精度な加工を行うことができる。 Factors affecting the motion accuracy of the 5-axis machine include, for example, an error in the center position of the rotating shaft (deviation from the assumed position), an inclination error of the rotating shaft (perpendicularity and parallelism between the shafts), etc. There is a geometric error (geometric error) between the axes. If there is a geometric error, the motion accuracy of the machine tool is deteriorated, and the processing accuracy of the workpiece is deteriorated. For this reason, it is necessary to reduce the geometric error by adjustment, but it is difficult to make it zero, and high-precision machining can be performed by performing control for correcting the geometric error.
幾何誤差を補正する手段として、下記特許文献1,2に記載されるような方法が提案されている。特許文献1のものでは、工作機械の幾何誤差を考慮して工具先端点の位置を各並進軸の位置に変換し、それらを指令位置とすることで幾何誤差による工具先端点の位置誤差を補正することができる。一方、特許文献2のものでは、幾何誤差がある場合の被加工物に対する工具先端点の位置と幾何誤差がない場合の位置との差分値を並進軸の補正値として制御することで幾何誤差による工具先端点の位置誤差を補正することができる。
As means for correcting geometric errors, methods as described in
特許文献1の補正手段では、工具先端点の位置誤差を補正しているが、実際には、幾何誤差により工具先端点の位置誤差だけでなく工具の姿勢誤差が発生する。例えば、図1の5軸機において、図2に示すように主軸頭2にスクエアエンドミル6を取付けてワーク7を平面加工する場合を考えると、X軸周りの回転幾何誤差αにより主軸頭2に対してテーブル3が傾いているとき、スクエアエンドミル6の先端面の姿勢誤差が発生している。ここで、図2紙面表から裏への方向をフィード方向、太矢印P方向をピック方向として平面加工を行うとすると、スクエアエンドミル6におけるピック方向の位置決め指令値は互いに間隔の空いた複数の点の集合となる。すると、これらの補正手段では、工具先端点が、各位置決め指令値から、Y軸に対して傾きαだけ傾いた点Qに補正されるものの、位置決め指令値に間隔があるため、補正された点Qも間隔のあるものとなり、図2で示すように加工面に段差が発生してしまう。
In the correction means of
そこで特許文献2のものでは、幾何誤差のある場合のワークに対する工具姿勢ベクトルTVG=[i j k]を求め、回転軸(A軸及びC軸)の補正値Δa,ΔcをベクトルTVGとA軸指令値aを用いて次の[数1]により算出し、回転軸指令値を補正して制御することで工具の姿勢誤差も補正できるとしている。
Therefore, in
しかし、特許文献2のものでは、上記[数1]によりA軸指令値aが0の場合は計算できず、A軸指令値aが0の近傍でも非常に大きな値になる、いわゆる特異点であるため、補正値を正しく導出できず例外処理を行う必要があるという課題がある。これは、5軸機が並進軸3軸および回転軸2軸の構成であるため、幾何誤差による空間6自由度(並進3自由度、回転3自由度)の誤差全てに対応できないという根本的な理由による。又、上述の工具姿勢ベクトルTVGの演算は、工具先端点の位置誤差の補正値の演算とほぼ同じ計算量が必要であり、工具の姿勢誤差を補正するには計算量の増大を招くという課題がある。
However, in the case of
そこで、本発明のうち、請求項1〜8,9では、5軸機を始めとする工作機械において、幾何誤差による工具先端点の位置誤差を補正すると共に工具の姿勢誤差を補正可能であり、しかも計算量が少なく、回転軸指令値に依存しない回転軸の補正値を演算可能である方法,プログラムを提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, in the first to eighth and ninth aspects, in a machine tool such as a 5-axis machine, it is possible to correct a position error of a tool tip point due to a geometric error and a tool posture error, In addition, it is an object of the present invention to provide a method and program that can calculate a rotation axis correction value that does not depend on the rotation axis command value with a small amount of calculation.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、2軸以上の並進軸と1軸以上の回転軸を有する工作機械において、幾何学的な誤差による被加工物に対する工具の位置および姿勢の誤差を補正する、前記工作機械の補正値演算方法であって、前記幾何学的な誤差を表す幾何パラメータを用いて前記回転軸の補正値を演算する回転軸補正値演算ステップと、前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値と前記幾何パラメータを用いて前記並進軸の補正値を演算する並進軸補正値演算ステップと、を含むことを特徴とするものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to
請求項2に記載の発明は、上記発明にあって、前記並進軸補正値演算ステップにおいて、更に、前記回転軸の補正値を用いて前記並進軸の補正値を演算することを特徴とするものである。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、上記発明にあって、前記並進軸補正値演算ステップにおいて、前記回転軸の補正値によって前記回転軸の補正を行うことで、前記並進軸において発生すると想定される誤差を更に補正するための前記並進軸の補正値を演算することを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, in the above-mentioned invention, in the translation axis correction value calculation step, the rotation axis is corrected by the correction value of the rotation axis, so that the rotation axis is assumed to occur. The correction value of the translation axis for further correcting the error is calculated.
請求項4に記載の発明は、上記発明にあって、前記並進軸補正値演算ステップは、前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値を用いて前記幾何学的な誤差がない場合の理想的な工具位置を演算する理想工具位置演算ステップと、前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値と前記幾何パラメータと前記回転軸補正値演算ステップで算出された前記回転軸の補正値を用いて前記幾何学的な誤差がある場合の実際の工具位置を演算する実工具位置演算ステップと、前記理想的な工具位置と前記実際の工具位置の差分を演算する工具位置誤差演算ステップと、前記差分を座標変換する工具位置座標変換ステップと、
を含むことを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the above invention, the translational axis correction value calculation step has no geometric error by using the command value of each rotary shaft and the command value of each translational axis. The ideal tool position calculating step for calculating the ideal tool position, the command value for each rotary axis, the command value for each translation axis, the geometric parameter, and the rotation calculated in the rotation axis correction value calculating step An actual tool position calculating step for calculating an actual tool position when there is a geometric error using an axis correction value; and a tool position for calculating a difference between the ideal tool position and the actual tool position. An error calculation step, and a tool position coordinate conversion step for converting the coordinates of the difference,
It is characterized by including.
請求項5に記載の発明は、上記発明にあって、前記回転軸補正値演算ステップにおいて、前記回転軸と同じ回転方向の複数の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を当該回転軸の補正値とすることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項6に記載の発明は、上記発明にあって、前記工作機械は前記回転軸を1軸有しており、前記回転軸補正値演算ステップにおいて、前記回転軸と同じ回転方向の全ての前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を当該回転軸の補正値とすることを特徴とするものである。
Invention of
請求項7に記載の発明は、上記発明にあって、前記工作機械は前記回転軸を2軸有しており、前記回転軸補正値演算ステップにおいて、工具から工作物までの軸の連鎖とみなし、工具から2番目の前記回転軸までの間における、1番目の前記回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記1番目の回転軸の補正値とし、前記1番目の回転軸から工作物までの間における、前記2番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記2番目の回転軸の補正値とすることを特徴とするものである。
The invention according to
請求項8に記載の発明は、上記発明にあって、前記工作機械は前記回転軸を3軸有しており、前記回転軸補正値演算ステップにおいて、工具から工作物までの軸の連鎖とみなし、工具から2番目の前記回転軸までの間における、1番目の前記回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記1番目の回転軸の補正値とし、前記1番目の回転軸から3番目の前記回転軸までの間における、前記2番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記2番目の回転軸の補正値とし、前記2番目の回転軸から工作物までの間における、前記3番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記3番目の回転軸の補正値とすることを特徴とするものである。 The invention according to claim 8 is the above invention, wherein the machine tool has three rotation axes, and is considered as a chain of axes from a tool to a workpiece in the rotation axis correction value calculation step. The sum of the geometric parameters in the same rotation direction as the first rotation axis between the tool and the second rotation axis or the reverse sign of the sum is used as the correction value for the first rotation axis, and the 1 The sum of the geometric parameters in the same rotation direction as the second rotation axis or the reverse sign of the sum between the second rotation axis and the third rotation axis is used as a correction value for the second rotation axis, The sum of the geometric parameters in the same rotational direction as the third rotational axis between the second rotational axis and the workpiece or the inverse sign of the sum is used as a correction value for the third rotational axis. It is a feature.
上記目的を達成するために、請求項9に記載の発明は、上記の工作機械の補正値演算方法をコンピュータに実行させるための工作機械の補正値演算プログラムであることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 9 is a machine tool correction value calculation program for causing a computer to execute the machine tool correction value calculation method.
本発明によれば、計算量の少ない単純な演算方法で回転軸指令値に依存しない回転軸の補正値を計算量の少ない状態で算出し、5軸機等の工作機械の幾何誤差に起因する工具先端点の位置誤差を補正すると共に、幾何誤差に起因する工具の姿勢誤差も補正することが可能になる。 According to the present invention, a correction value for a rotation axis that does not depend on the rotation axis command value is calculated with a small amount of calculation by a simple calculation method with a small amount of calculation, resulting from a geometric error of a machine tool such as a 5-axis machine In addition to correcting the position error of the tool tip point, it is also possible to correct the tool posture error caused by the geometric error.
以下、本発明に係る実施の形態の例として、図1に示す5軸機における補正について、適宜図面に基づいて説明する。当該補正は補正プログラムを実行するコンピュータにより行われるが、そのコンピュータとは、5軸機の数値制御装置であっても良いし、これと接続された独立の制御装置であっても良いし、これらの組合せであっても良い。なお、当該形態は、下記の例に限定されず、例えば4軸以下や6軸以上の工作機械に適用しても良いし、回転軸によりテーブル3が回転2自由度を持つことに代えて、主軸頭2が回転2自由度を持つこととしても良いし、主軸頭2とテーブル3がそれぞれ回転1自由度以上を持つこととしても良い。又、工作機械として、マシニングセンタ(図1)に代えて、旋盤、複合加工機、研削盤等を採用することができる。
Hereinafter, as an example of an embodiment according to the present invention, correction in the 5-axis machine shown in FIG. 1 will be described based on the drawings as appropriate. The correction is performed by a computer that executes a correction program. The computer may be a numerical control device of a 5-axis machine, or an independent control device connected to the computer. A combination of these may be used. In addition, the said form is not limited to the following example, For example, you may apply to the machine tool of 4 axes or less, or 6 axes or more, and it replaces with the table 3 having 2 degrees of freedom of rotation by a rotating shaft, The
図3は本発明の制御方法を行うための数値制御装置10の一例である。指令値生成手段11は、加工プログラムGが入力されると、各駆動軸の指令値を生成する。補正値演算手段12は、指令値生成手段11で生成された指令値を基に各軸の補正値を演算し、当該指令値と補正値の合計値を受けたサーボ指令値変換手段13は、各軸のサーボ指令値を演算して、各軸のサーボアンプ14a〜14eへ送る。各軸のサーボアンプ14a〜14eはそれぞれサーボモータ15a〜15eを駆動し、テーブル3に対する主軸頭2の相対位置および姿勢を制御する。
FIG. 3 shows an example of a
次に、幾何誤差について説明する。幾何誤差を各軸間の相対並進誤差3方向および相対回転誤差3方向の合計6成分(δx,δy,δz,α,β,γ)であると定義する。5軸機のテーブル3に固定されるワーク7から主軸頭2に固定される工具までの軸のつながりは、C軸,A軸,Y軸,X軸,Z軸の順番であり、Z軸と工具間及びワーク7とC軸間も考慮すると合計36個の幾何誤差が存在する。但し、36個の幾何誤差の中には冗長の関係にあるものが複数存在するため、最終的な幾何誤差としては、それらを除外する。
Next, the geometric error will be described. The geometric error is defined as a total of six components (δx, δy, δz, α, β, γ) in three directions of relative translation error and three directions of relative rotation error between the axes. The connection of the axis from the
すると、最終的な幾何誤差は、軸名並びに各幾何誤差の工具側からの順番を添え字として表すと、δx5,δy5,α5,β5,δy4,δz4,β4,γ4,γ3,α2,β2,α1,β1の合計13個となる。これらは、順に、それぞれ、C軸中心位置X方向誤差,C−A軸間オフセット誤差,A軸角度オフセット誤差,C−A軸間直角度,A軸中心位置Y方向誤差,A軸中心位置Z方向誤差,A−X軸間直角度,A−Y軸間直角度,X−Y軸間直角度,Y−Z軸間直角度、Z−X軸間直角度、主軸−Y軸間直角度、主軸−X軸間直角度である。なお、数値制御装置10には、これらの幾何誤差を記憶する記憶手段(図示せず)が含まれる。
Then, the final geometric error, expressed as a subscript order from the tool side of the axis name and the geometric errors, δx 5, δy 5, α 5,
続いて、数値制御装置10により実行される、幾何誤差に対する補正値の演算方法について説明する。図4は補正値演算のフローチャートである。
Next, a correction value calculation method for geometric errors, which is executed by the
ステップS1では工具姿勢誤差の補正を行うかどうかを判定する。工具姿勢誤差を補正しない場合、ステップS2において回転軸の補正値を演算せず0とする。一方、工具姿勢誤差を補正する場合は、ステップS3において回転軸の補正値を演算する。ステップS3の演算については後述する。最後に、ステップS4において並進軸の補正値の演算を行う。 In step S1, it is determined whether to correct the tool posture error. When the tool posture error is not corrected, the correction value of the rotation axis is not calculated in step S2 and is set to zero. On the other hand, when correcting the tool posture error, the correction value of the rotation axis is calculated in step S3. The calculation in step S3 will be described later. Finally, in step S4, the translation axis correction value is calculated.
ステップS3の演算の説明の前に、ステップS4の並進軸の補正値の演算方法について説明する。主軸頭2にある主軸座標系上の工具先端点ベクトルPTを、テーブル3にあるワーク座標系に変換するには、使用する工具の長さをtとし、X,Y,Z,A,C軸の指令位置をそれぞれx,y,z,a,cとすると、次に示す[数2]を用いて同次座標変換を行うことで求めることができる。即ち、幾何誤差がない場合のワーク座標系での工具先端点ベクトルPIを求める。
Prior to the description of the calculation in step S3, the method for calculating the translational axis correction value in step S4 will be described. In order to convert the tool tip point vector PT on the spindle coordinate system at the
一方、次の[数3]のように、各幾何誤差を、変換マトリックスとして上記[数2]の各軸の変換マトリックス間に配置することで、幾何誤差がある場合のワーク座標系での工具先端点ベクトルPRを求める。なお、[数3]は幾何誤差が微小であるとしてそれらの積を0とみなした近似式である。 On the other hand, as shown in the following [Equation 3], each geometric error is arranged as a transformation matrix between the transformation matrices of the respective axes of the above [Equation 2], so that the tool in the workpiece coordinate system when there is a geometric error. Request tip point vector P R. Note that [Equation 3] is an approximate expression in which the product is regarded as 0 on the assumption that the geometric error is minute.
従って、ワーク座標系での工具先端点の位置誤差ΔPW=(δx,δy,δz)は次に示す[数4]となる。 Accordingly, the position error ΔP W = (δx, δy, δz) of the tool tip point in the workpiece coordinate system is expressed by the following [Equation 4].
更に、ワーク座標系での工具先端点の位置誤差ΔPWを、次の[数5]のように座標変換することで、指令値における誤差ΔPOを求めることができる。
Furthermore, the position error [Delta] P W of the tool center point in the workpiece coordinate system, by the coordinate transformation as shown in the following
よって、各軸の指令値と、上述の式の幾何誤差を予め計測・同定したパラメータ(幾何パラメータ)とした下記[数6]により、X,Y,Z軸の補正値ΔP=(Δx,Δy,Δz)が得られる。 Therefore, the correction value ΔP = (Δx, Δy for the X, Y, and Z axes is obtained by the following [Equation 6] using the command value of each axis and the geometric error of the above formula as a parameter (geometric parameter) measured and identified in advance. , Δz).
このようにして得た各並進軸の補正値ΔPを、対応する並進軸の指令値にそれぞれ加算して指令することで、幾何誤差による工具先端点の位置誤差を補正することができる。 By adding the correction value ΔP of each translation axis obtained in this way to the corresponding translation axis command value and commanding it, the position error of the tool tip point due to the geometric error can be corrected.
又、後述する工具姿勢補正をする場合、回転軸の指令値を補正する必要があるが、この回転軸の補正値により回転軸が動作すると、ワークに対する工具先端点の位置も移動するため、回転軸補正値による工具先端点位置の移動分だけ並進軸補正値を修正する。換言すれば、回転軸の補正を指令することで並進軸において発生すると想定される誤差である当該工具先端点位置の移動分につき並進軸補正値を修正する必要がある。この修正を行うために、幾何誤差がある場合のワーク座標系での工具先端点ベクトルPRを求める際に回転軸指令値に補正値を加算した回転軸補正指令値を用いる。即ち、上記[数3]に代えて次の[数7]を用いる。ここで、ΔaはA軸の補正値、ΔcはC軸の補正値である。なお、[数7]を近似した[数8]を用いても良い。 In addition, when correcting the tool posture, which will be described later, it is necessary to correct the command value of the rotary axis. When the rotary axis is operated by this correction value of the rotary axis, the position of the tool tip point with respect to the workpiece also moves. The translational axis correction value is corrected by the amount of movement of the tool tip position based on the axis correction value. In other words, it is necessary to correct the translation axis correction value for the movement of the tool tip position, which is an error assumed to occur in the translation axis by commanding the correction of the rotation axis. To make this modification, using a rotating axis corrected command value obtained by adding the correction value to the rotation axis command value when obtaining the tool end point vector P R in the workpiece coordinate system when there is a geometric error. That is, instead of the above [Equation 3], the following [Equation 7] is used. Here, Δa is an A-axis correction value, and Δc is a C-axis correction value. [Equation 8] approximating [Equation 7] may be used.
続いて、ステップS3の回転軸の補正演算について説明する。 Next, the rotation calculation of the rotation axis in step S3 will be described.
工具からワークまでの軸のつながり順番を考えると、A軸の方がC軸に比べて工具側に近いことから、A軸を第1回転軸、C軸を第2回転軸と呼ぶ。又、工具側から見てA軸は4番目、C軸は5番目に位置する。これらの順番の数を各回転軸の位置に対応付けると、第1回転軸の位置Loc1が4、第2回転軸の位置Loc2が5となる。また、第3回転軸の位置Loc3は、回転軸が2軸しかないため考慮しない。更に、幾何誤差の工具側からの順番についても、幾何誤差の位置と対応付け、1〜6で表すことにする。 Considering the connection order of the axes from the tool to the workpiece, the A axis is closer to the tool side than the C axis, so the A axis is called the first rotation axis and the C axis is called the second rotation axis. Further, the A axis is fourth and the C axis is fifth when viewed from the tool side. When the number of these orders is associated with the position of each rotation axis, the position Loc1 of the first rotation axis is 4, and the position Loc2 of the second rotation axis is 5. Further, the position Loc3 of the third rotation axis is not considered because there are only two rotation axes. Further, the order of geometric errors from the tool side is also associated with the position of the geometric error and represented by 1 to 6.
回転軸の補正値は、図5の幾何誤差の開始位置ls*と終了位置le*の間の幾何パラメータのうち、その回転軸と同じ回転方向の幾何パラメータ(A軸はα*、B軸はβ*、C軸はγ*)の合計値の逆符号とする。ここで、*は上述の位置を示す数のうち当該回転軸に対応するものが入ることを示す。即ち、第1回転軸の補正値はls1からle1まで、第2回転軸はls2からle2までの合計値の逆符号とする。なお、第3回転軸がある場合はls3からle3までとする。 The correction value of the rotation axis is a geometric parameter between the geometric error start position ls * and the end position le * in FIG. 5 in the same rotation direction as the rotation axis (A axis is α *, B axis is β * and C-axis are opposite signs of the total value of γ *). Here, * indicates that the number corresponding to the rotation axis is included among the numbers indicating the positions. That is, the correction value of the first rotation axis is the reverse sign of the total value from ls1 to le1, and the second rotation axis is the total value from ls2 to le2. If there is a third rotation axis, the length is from ls3 to le3.
図5に示されるように、補正値として選択する幾何パラメータは、回転軸の数により異なる。回転軸が2軸の場合は、第1回転軸の補正値としては1番目(ls1=1)から第2回転軸の位置(le1=Loc2)の幾何パラメータまでであり、第2回転軸の補正値としては、第1回転軸の位置の1つワーク側の位置(ls2=Loc1+1)から最終位置(le2=6)までである。したがって、5軸機の場合は、A軸補正値ΔaとC軸補正値Δcは、次の[数9]により求められる。 As shown in FIG. 5, the geometric parameter selected as the correction value varies depending on the number of rotation axes. When there are two rotation axes, the correction value for the first rotation axis is from the first (ls1 = 1) to the geometric parameter of the position of the second rotation axis (le1 = Loc2). The value is from one workpiece side position (ls2 = Loc1 + 1) to the final position (le2 = 6) of the position of the first rotation axis. Therefore, in the case of a 5-axis machine, the A-axis correction value Δa and the C-axis correction value Δc are obtained by the following [Equation 9].
そして、求めた各回転軸の補正値を、対応する指令値にそれぞれ加算して指令することで、幾何誤差による工具の姿勢誤差を補正することができる。更に、この回転軸補正値に基づいて、上述のように並進軸の補正値を演算し、求めた各並進軸の補正値を、対応する指令値にそれぞれ加算して指令することで、幾何誤差による工具先端点の位置誤差も、同時に補正することができる。 Then, by adding the obtained correction values of the respective rotation axes to the corresponding command values and instructing them, it is possible to correct the tool posture error due to the geometric error. Further, based on this rotation axis correction value, the translation axis correction value is calculated as described above, and the obtained correction value for each translation axis is added to the corresponding command value and commanded. The position error of the tool tip point due to can also be corrected at the same time.
なお、回転軸の位置や、回転軸と幾何誤差成分の対応、開始位置・終了位置は、予め関連付けや設定をしておくと、実際の補正値演算時には、[数9]の右辺の加算のみを行うだけで済み、よって計算量が非常に少なく演算できる。 If the position of the rotation axis, the correspondence between the rotation axis and the geometric error component, and the start position / end position are associated and set in advance, only the addition of the right side of [Equation 9] is performed when calculating the actual correction value. Therefore, the calculation amount is very small.
次いで、本発明の作用効果等につき、数式を用いて説明する。 Next, functions and effects of the present invention will be described using mathematical expressions.
機械には14個の幾何誤差δx5,δy5,α5,β5,γ5,δy4,δz4,β4,γ4,γ3,α2,β2,α1,β1が存在しているとする。なお、以降の式は簡略化のため、幾何誤差が微小であるとして幾何誤差同士の積を0として扱う近似を行っている。 The machine has 14 geometric errors δx 5 , δy 5 , α 5 , β 5 , γ 5 , δy 4 , δz 4 , β 4 , γ 4 , γ 3 , α 2 , β 2 , α 1 , β 1. Suppose it exists. For the sake of simplification, the following equations are approximated by treating the product of geometric errors as 0, assuming that the geometric error is very small.
ワーク座標系での工具先端点の位置誤差(δx,δy,δz)は、[数4]を変形した下記[数10]となる。 The position error (δx, δy, δz) of the tool tip point in the workpiece coordinate system is the following [Equation 10] obtained by modifying [Equation 4].
一方、ワーク座標系における工具姿勢誤差は、[数2]及び[数3]のPTをVT=[0 0 1 0]tに変えたものから求めることができる。よって、工具姿勢誤差(δi,δj,δk)は次の[数11]となる。 On the other hand, the tool posture error in the workpiece coordinate system can be obtained from the fact that PT in [Equation 2] and [Equation 3] is changed to V T = [0 0 1 0] t. Therefore, the tool posture error (δi, δj, δk) is expressed by the following [Equation 11].
回転軸補正指令による工具姿勢誤差の補正効果について検討する。まず、回転軸を補正指令した場合の工具姿勢誤差(δi’,δj’,δk’)は、次の[数12]で表される。 Examine the effect of tool posture error correction by rotating axis correction command. First, tool posture errors (δi ′, δj ′, δk ′) when the rotation axis is commanded to be corrected are expressed by the following [Equation 12].
これに対して、幾何誤差が既知であるとして、その値を幾何パラメータとして[数9]で算出される回転軸の補正値は、次の[数13]となる。 On the other hand, assuming that the geometric error is known, the correction value of the rotation axis calculated by [Equation 9] using the value as a geometric parameter is the following [Equation 13].
[数13]を[数12]に代入すると、次に[数14]として示すように、回転軸補正指令後の工具姿勢誤差(δi”,δj”,δk”)が得られる。 When [Equation 13] is substituted into [Equation 12], as shown in [Equation 14], tool posture errors (δi ″, δj ″, δk ″) after the rotation axis correction command are obtained.
[数14]等によれば、回転軸補正指令後の工具姿勢誤差は、α系の幾何誤差が補正され小さくなっており、高精度な加工が可能になる。しかし、β系の幾何誤差の影響が残っている。これは、2つの回転軸では、姿勢誤差の回転3自由度を全て補正することが理論的に不可能であるためである。 According to [Equation 14] and the like, the tool posture error after the rotation axis correction command is reduced by correcting the geometric error of the α system, and high-accuracy machining is possible. However, the effect of the geometric error of the β system remains. This is because it is theoretically impossible to correct all three degrees of freedom of the posture error with the two rotation axes.
次に、本発明に即した、回転軸及び並進軸補正指令による工具先端点位置誤差の補正の作用効果につき検討する。回転軸および並進軸の補正値を加味して指令した場合のワーク座標系での工具先端点の位置誤差(δx’,δy’,δz’)は[数7]を変形した下記[数15]となる。 Next, the effect of correcting the tool tip position error based on the rotation axis and translation axis correction command according to the present invention will be discussed. The position error (δx ′, δy ′, δz ′) of the tool tip point in the workpiece coordinate system when commanded with the correction values of the rotation axis and translation axis taken into consideration is the following [Expression 15] It becomes.
これに対して、幾何誤差が既知であるとして、その値を幾何パラメータとして[数7]を代入した[数6]で算出された並進軸の補正値(Δx、Δy、Δz)は次の[数16]となる。 On the other hand, assuming that the geometric error is known, the translation axis correction values (Δx, Δy, Δz) calculated by [Equation 6] with [Equation 7] substituted as the geometric parameter are the following [ Equation 16].
[数16]を[数15]に代入すると、次の[数17]が得られる。これが並進軸および回転軸補正指令後の工具先端点位置誤差(δx”,δy”,δz”)である。 Substituting [Equation 16] into [Equation 15], the following [Equation 17] is obtained. This is the tool tip position error (δx ″, δy ″, δz ″) after the translation axis and rotation axis correction command.
従って、工具姿勢誤差はβ系の幾何誤差の影響が補正しきれず誤差が残るが、工具先端点位置誤差はβ系の幾何誤差も含めた全ての幾何誤差の影響が補正により消えることになり、加工精度の向上が可能になる。 Therefore, the effect of the β system geometric error cannot be completely corrected for the tool posture error, but the error remains, but the tool tip point position error disappears due to the correction of all geometric errors including the β system geometric error, Processing accuracy can be improved.
1 ベッド
2 主軸頭
3 テーブル
4 クレードル
5 トラニオン
6 スクエアエンドミル(工具)
7 ワーク(被加工物)
1
7 Workpiece (Workpiece)
Claims (9)
前記幾何学的な誤差を表す幾何パラメータを用いて前記回転軸の補正値を演算する回転軸補正値演算ステップと、
前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値と前記幾何パラメータを用いて前記並進軸の補正値を演算する並進軸補正値演算ステップと、
を含むことを特徴とする工作機械の補正値演算方法。 In the machine tool having two or more translation axes and one or more rotation axes, the correction value calculation method for the machine tool corrects errors in the position and orientation of the tool relative to the workpiece due to geometric errors. And
A rotation axis correction value calculating step of calculating a correction value of the rotation axis using a geometric parameter representing the geometric error;
A translation axis correction value calculation step of calculating a correction value of the translation axis using the command value of each rotation axis and the command value of each translation axis and the geometric parameter;
A method for calculating a correction value for a machine tool, comprising:
更に、前記回転軸の補正値を用いて前記並進軸の補正値を演算する
ことを特徴とする請求項1に記載の工作機械の補正値演算方法。 In the translation axis correction value calculation step,
2. The correction value calculation method for a machine tool according to claim 1, wherein the correction value for the translation axis is calculated using the correction value for the rotation axis.
前記回転軸の補正値によって前記回転軸の補正を行うことで、前記並進軸において発生すると想定される誤差を更に補正するための前記並進軸の補正値を演算する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の工作機械の補正値演算方法。 In the translation axis correction value calculation step,
The correction value of the translation axis for further correcting an error assumed to occur in the translation axis is calculated by correcting the rotation axis with the correction value of the rotation axis. Or the correction value calculation method of the machine tool of Claim 2.
前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値を用いて前記幾何学的な誤差がない場合の理想的な工具位置を演算する理想工具位置演算ステップと、
前記各回転軸の指令値及び前記各並進軸の指令値と前記幾何パラメータと前記回転軸補正値演算ステップで算出された前記回転軸の補正値を用いて前記幾何学的な誤差がある場合の実際の工具位置を演算する実工具位置演算ステップと、
前記理想的な工具位置と前記実際の工具位置の差分を演算する工具位置誤差演算ステップと、
前記差分を座標変換する工具位置座標変換ステップと、
を含むことを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れかに記載の工作機械の補正値演算方法。 The translation axis correction value calculation step includes:
An ideal tool position calculating step of calculating an ideal tool position when there is no geometric error using the command value of each rotary axis and the command value of each translation axis;
When there is a geometric error using the command value for each rotation axis, the command value for each translation axis, the geometric parameter, and the correction value for the rotation axis calculated in the rotation axis correction value calculation step An actual tool position calculating step for calculating the actual tool position;
A tool position error calculating step for calculating a difference between the ideal tool position and the actual tool position;
A tool position coordinate conversion step for coordinate conversion of the difference;
The correction value calculation method for a machine tool according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記回転軸と同じ回転方向の複数の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を当該回転軸の補正値とする
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4の何れかに記載の工作機械の補正値演算方法。 In the rotation axis correction value calculation step,
5. The machine tool according to claim 1, wherein a sum of the plurality of geometric parameters in the same rotation direction as the rotation axis or an inverse sign of the sum is used as a correction value of the rotation axis. Correction value calculation method.
前記回転軸補正値演算ステップにおいて、前記回転軸と同じ回転方向の全ての前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を当該回転軸の補正値とする
ことを特徴とする請求項5に記載の工作機械の補正値演算方法。 The machine tool has one axis of rotation,
The machine tool according to claim 5, wherein, in the rotation axis correction value calculation step, a sum of all the geometric parameters in the same rotation direction as the rotation axis or an inverse sign of the sum is used as a correction value of the rotation axis. Machine correction value calculation method.
前記回転軸補正値演算ステップにおいて、
工具から工作物までの軸の連鎖とみなし、工具から2番目の前記回転軸までの間における、1番目の前記回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記1番目の回転軸の補正値とし、
前記1番目の回転軸から工作物までの間における、前記2番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記2番目の回転軸の補正値とする
ことを特徴とする請求項5に記載の工作機械の補正値演算方法。 The machine tool has two rotation axes,
In the rotation axis correction value calculation step,
Considering the chain of axes from the tool to the workpiece, the sum of the geometric parameters in the same rotation direction as the first rotation axis or the reverse sign of the sum between the tool and the second rotation axis is the 1 The correction value for the second rotation axis,
The sum of the geometric parameters in the same rotation direction as the second rotation axis between the first rotation axis and the workpiece or the reverse sign of the sum is used as a correction value for the second rotation axis. 6. The machine tool correction value calculation method according to claim 5,
前記回転軸補正値演算ステップにおいて、
工具から工作物までの軸の連鎖とみなし、工具から2番目の前記回転軸までの間における、1番目の前記回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記1番目の回転軸の補正値とし、
前記1番目の回転軸から3番目の前記回転軸までの間における、前記2番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記2番目の回転軸の補正値とし、
前記2番目の回転軸から工作物までの間における、前記3番目の回転軸と同じ回転方向の前記幾何パラメータの和もしくは和の逆符号を、前記3番目の回転軸の補正値とする
ことを特徴とする請求項5に記載の工作機械の補正値演算方法。 The machine tool has three rotation axes,
In the rotation axis correction value calculation step,
Considering the chain of axes from the tool to the workpiece, the sum of the geometric parameters in the same rotation direction as the first rotation axis or the reverse sign of the sum between the tool and the second rotation axis is the 1 The correction value for the second rotation axis,
The correction value of the second rotation axis is the sum of the geometric parameters in the same rotation direction as the second rotation axis or the opposite sign of the sum between the first rotation axis and the third rotation axis. age,
The sum of the geometric parameters in the same rotational direction as the third rotational axis between the second rotational axis and the workpiece or the inverse sign of the sum is used as a correction value for the third rotational axis. 6. The machine tool correction value calculation method according to claim 5,
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