JP2539097B2 - Machining error correction method and machine tool - Google Patents

Machining error correction method and machine tool

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JP2539097B2
JP2539097B2 JP3002537A JP253791A JP2539097B2 JP 2539097 B2 JP2539097 B2 JP 2539097B2 JP 3002537 A JP3002537 A JP 3002537A JP 253791 A JP253791 A JP 253791A JP 2539097 B2 JP2539097 B2 JP 2539097B2
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axis
axis table
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turning
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小川  潔
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は2軸同時制御可能な工作
機械及びその加工誤差補正方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a machine tool capable of simultaneously controlling two axes and a method for correcting a machining error thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えばナノ・メータ(nm)・オーダで
高加工精度が要求される多軸同時制御工作機械の一つ
に超精密旋盤がある。
2. Description of the Related Art For example, on the order of nanometers (nm)
An ultra-precision lathe is one of the multi-axis simultaneous control machine tools that requires high machining accuracy.

【0003】図1は超精密旋盤の基本構成を示してい
る。Xテーブル13及びZテーブル14は、石定盤16
上に直交して配置されている。Xテーブル13は刃物台
12を搭載し主軸回転半径方向に直進し、Zテーブル1
4は工作物15を回転させる主軸スピンドル10を搭載
し主軸回転軸方向に直進する。夫々のテーブル13,1
の位置をNC装置17によってNCデータに従い同時
2軸制御し、工作物15を球面・非球面の回転形状に旋
削加工することが可能である。
FIG. 1 shows the basic structure of an ultra-precision lathe.
It The X table 13 and the Z table 14 are stone surface plates 16
They are arranged orthogonally above. The X table 13 is equipped with a tool rest 12 and moves straight in the radial direction of rotation of the spindle.
4 is equipped with a spindle 10 for rotating a workpiece 15 and moves straight in the direction of the spindle rotation axis. Tables 13 and 1 of each
It is possible to perform simultaneous biaxial control of the positions of 4 according to the NC data by the NC device 17 and perform turning of the workpiece 15 into a spherical / aspherical rotational shape.

【0004】図5はこの超精密旋盤のX軸テーブル53
及びZ軸テーブル54の位置決め制御にレーザ干渉フィ
ードバックシステムを用いた例である。ここで、刃物5
1により旋削加工される工作物55を保持する主軸スピ
ンドル50は、Z軸テーブル54に搭載されている。
定盤56上に設置されたレーザ発信器57から出たレー
ザ光はビームスプリッタ58で直交する2本のレーザ光
に分けられ、レーザ干渉計59に入射して夫々のテーブ
ルの直進方向に曲げられ、各テーブル上にある反射鏡6
0に入射する。レーザ光は反射鏡60とレーザ干渉計5
9の間を往復してレーザ干渉計59に再入射し干渉光を
形成する。干渉光はレシーバ61に入射し内蔵された光
電素子により各テーブルの位置を検出する。得られた光
電信号を各テーブルの位置制御部にフィードバックする
ことにより夫々のテーブルは位置決めされる。
FIG. 5 shows the X-axis table 53 of this super-precision lathe.
And a laser interference feedback system is used for positioning control of the Z-axis table 54 . Where the blade 5
Spindle spindle that holds the workpiece 55 to be turned by 1.
The handle 50 is mounted on the Z-axis table 54. A laser beam emitted from a laser oscillator 57 installed on the stone surface plate 56 is divided into two laser beams orthogonal to each other by a beam splitter 58, and is incident on a laser interferometer 59 and bent in a straight direction of each table. Reflectors 6 on each table
It is incident on 0. The laser light is reflected by the reflecting mirror 60 and the laser interferometer 5.
It reciprocates between 9 and re-enters the laser interferometer 59 to form interference light. The interference light enters the receiver 61, and the position of each table is detected by the built-in photoelectric element. Each table is positioned by feeding back the obtained photoelectric signal to the position control unit of each table.

【0005】このような超精密旋盤におけるX、Z軸両
テーブルの直進運動は真直度が要求される。しかし、実
際にはテーブル案内面の方式、テーブルの加工精度、工
作物やテーブルへの外乱のため真直度誤差を有する。例
えば図4及び図6で示すように、刃先をP点に位置制御
した場合、上記の理由によりX軸テーブルがZ軸方向に
ΔZ、Z軸テーブルがX軸方向にΔXだけの真直度誤差
を生ずるとすれば、実際にはP点から
Straightness is required for the linear motion of both the X and Z axis tables in such an ultra-precision lathe. However, in reality, there is a straightness error due to the method of the table guide surface, the processing accuracy of the table, and the disturbance to the workpiece or the table. For example, as shown in FIGS. 4 and 6, when the position of the cutting edge is controlled to point P, the X-axis table causes a straightness error of ΔZ in the Z-axis direction, and the Z-axis table causes a straightness error of ΔX in the X-axis direction. If it happens, it is actually from point P

【0006】だけ離れたQ点に刃先は位置決めされる。
このような真直度誤差を放置すれば、図7において点線
で示す理想形状(NC指令)に対し実線で示すような誤
差を有する形状に加工されることになってしまう。即
ち、レーザ干渉位置フィードバックシステム等を用いて
夫々のテーブルの位置決め精度を向上するだけでは、テ
ーブルの真直度誤差に伴う位置決め誤差が残存するの
で、高精度加工を行うことはできない。
The cutting edge is positioned at point Q, which is separated by only.
If such straightness error is left as it is, the ideal shape (NC command) shown by the dotted line in FIG. 7 is processed into a shape having an error as shown by the solid line. That is, only by improving the positioning accuracy of each table by using a laser interference position feedback system or the like, a positioning error associated with the straightness error of the table remains, so that high precision machining cannot be performed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、X、Z軸各
テーブルの加工中における真直度誤差をリアルタイムで
補正することにより理想形状の加工を可能とする加工誤
差補正方法及びその方法を具備する工作機械を提供する
ことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises a machining error correction method and a method therefor capable of machining an ideal shape by correcting a straightness error during machining of each table of X and Z axes in real time. The purpose is to provide a machine tool that does.

【0008】本発明の加工誤差補正方法は、回転軸線が
Z軸方向に設けられ工作物を回転させる主軸と、上記主
軸を搭載してZ軸方向に進退するZ軸テーブルと、上記
Z軸テーブルの位置を検出してZ軸テーブル位置フィー
ドバック信号を出力するZ軸テーブル位置検出器と、上
記Z軸に直交するX軸方向に進退するX軸テーブルと、
上記X軸テーブルの位置を検出してX軸テーブル位置フ
ィードバック信号を出力するX軸テーブル位置検出器
と、上記X軸テーブルに搭載された刃物と、上記Z軸テ
ーブルの移動位置を指令するZ軸位置指令信号及び上記
X軸テーブルの移動位置を指令するX軸位置指令信号を
出力する位置指令部と、上記Z軸テーブルを上記Z軸位
置指令信号により指定された移動位置に位置決めするZ
軸テーブル位置制御部と、上記X軸テーブルを上記X軸
位置指令信号により指定された移動位置に位置決めする
X軸テーブル位置制御部とを具備し、上記刃物により上
記工作物を旋削加工する工作機械の加工誤差補正方法に
おいて、上記Z軸テーブルのX軸方向の変位を上記旋削
加工をしながら測定し上記Z軸テーブルの真直度誤差
示すX軸テーブル位置補正信号を出力するZ軸テーブル
真直度誤差測定工程と、上記X軸テーブルのZ軸方向の
変位を上記旋削加工をしながら測定し上記X軸テーブル
の真直度誤差を示すZ軸テーブル位置補正信号を出力す
X軸テーブル真直度誤差測定工程と、上記X軸テーブ
ル位置補正信号を上記X軸位置指令信号に重畳させると
ともに上記X軸テーブル位置補正信号が重畳されたX軸
位置指令信号及び上記X軸テーブル位置フィードバック
信号に基づいて上記X軸テーブルの位置を上記旋削加工
をしながら補正するX軸テーブル位置補正工程と、上記
Z軸テーブル位置補正信号を上記Z軸位置指令信号に重
畳させるとともに上記Z軸テーブル位置補正信号が重畳
されたZ軸位置指令信号及び上記Z軸テーブル位置フィ
ードバック信号に基づいて上記Z軸テーブルの位置を上
記旋削加工をしながら補正するZ軸テーブル位置補正工
程とを具備することにより、上記目的を達成するもので
ある。
The machining error correcting method of the present invention comprises a spindle having a rotation axis in the Z-axis direction for rotating a workpiece, a Z-axis table mounted with the spindle and moving back and forth in the Z-axis direction, and the Z-axis table. Position to detect the Z-axis table position
A Z-axis table position detector that outputs a feedback signal, an X-axis table that moves back and forth in the X-axis direction orthogonal to the Z-axis,
The position of the X-axis table is detected and the X-axis table position flag is detected.
X-axis table position detector that outputs a feedback signal, a blade mounted on the X-axis table, and the Z- axis table
Z-axis position command signal for commanding the movement position of the cable and the above
X-axis position command signal that commands the movement position of the X-axis table
Z for positioning the output position command section and the Z-axis table at the movement position designated by the Z-axis position command signal.
A shaft table position control unit, the X-axis table; and a X-axis table position controller for positioning the moving position designated by the X-axis position command signal and turning the workpiece by the tool machine In the machining error correction method, the displacement of the Z-axis table in the X-axis direction is measured while performing the turning , and the straightness error of the Z-axis table is measured.
A Z-axis table straightness error measuring step for outputting an X-axis table position correction signal, and a Z indicating the straightness error of the X-axis table by measuring the displacement of the X-axis table in the Z-axis direction while performing the turning. Outputs axis table position correction signal
And X-axis table straightness error measurement process that, the X-axis table
If the position correction signal is superimposed on the X-axis position command signal,
Both X-axis on which the X-axis table position correction signal is superimposed
Position command signal and X-axis table position feedback
The position of the X-axis table is turned based on the signal.
An X-axis table position correcting step of correcting while, the
The Z-axis table position correction signal is superimposed on the Z-axis position command signal.
The Z-axis table position correction signal is superimposed while being folded.
Z-axis position command signal and the Z-axis table position
The Z-axis table position is raised based on the feedback signal.
The Z-axis table position correcting step for correcting while performing turning processing is provided to achieve the above object.

【0009】本発明の工作機械は、回転軸線がZ軸方向
に設けられ工作物を回転させる主軸と、上記主軸を搭載
してZ軸方向に進退するZ軸テーブルと、上記Z軸テー
ブルの位置を検出してZ軸テーブル位置フィードバック
信号を出力するZ軸テーブル位置検出器と、上記Z軸に
直交するX軸方向に進退するX軸テーブルと、上記X軸
テーブルの位置を検出してX軸テーブル位置フィードバ
ック信号を出力するX軸テーブル位置検出器と、上記X
軸テーブルに搭載され上記工作物の旋削加工を行う刃物
と、上記Z軸テーブルの移動位置を指令するZ軸位置指
令信号及び上記X軸テーブルの移動位置を指令するX軸
位置指令信号を出力する位置指令部と、上記Z軸テーブ
ルのX軸方向の変位を上記旋削加工をしながら測定し上
記Z軸テーブルの真直度誤差を示すX軸テーブル位置補
正信号を出力するZ軸テーブル真直度誤差測定手段と、
上記X軸テーブルのZ軸方向の変位を上記旋削加工をし
ながら測定し上記X軸テーブルの真直度誤差を示すZ軸
テーブル位置補正信号を出力するX軸テーブル真直度誤
差測定手段と、上記X軸テーブル位置補正信号を上記X
軸位置指令信号に重畳させるとともに上記Z軸テーブル
位置補正信号を上記Z軸位置指令信号に重畳させる位置
補正信号重畳手段と、上記X軸テーブル位置補正信号が
重畳されたX軸位置指令信号及び上記X軸テーブル位置
フィードバック信号に基づいて上記X軸テーブルを旋削
加工をしながら位置決めするX軸テーブル位置制御部
と、上記Z軸テーブル位置補正信号が重畳されたZ軸位
置指令信号及び上記Z軸テーブル位置フィードバック信
号に基づいて上記Z軸テーブルを旋削加工をしながら位
置決めするZ軸テーブル位置制御部とを具備することに
より上記目的を達成するものである。
In the machine tool of the present invention, a spindle having a rotation axis in the Z-axis direction for rotating a workpiece, a Z-axis table for mounting the spindle and advancing and retracting in the Z-axis direction, and a position of the Z-axis table. To detect Z-axis table position feedback
A Z-axis table position detector that outputs a signal, an X-axis table that moves back and forth in the X-axis direction that is orthogonal to the Z-axis, and a position of the X-axis table that detects the position of the X-axis table position feeder.
X-axis table position detector that outputs a check signal,
A blade mounted on the axis table for turning the workpiece, and a Z-axis position finger for instructing the movement position of the Z-axis table.
Command signal and X-axis to command the moving position of the X-axis table
A position command section that outputs a position command signal and an X-axis table position compensation that indicates the straightness error of the Z-axis table by measuring the displacement of the Z-axis table in the X-axis direction while performing the turning process.
Z-axis table straightness error measuring means for outputting a positive signal ,
The Z-axis direction of the displacement of the X-axis table and the turning
Z axis showing the straightness error of the above X axis table measured while
X-axis table straightness error measuring means for outputting a table position correction signal, and the X-axis table position correction signal for the X-axis
The Z-axis table described above is superimposed on the axis position command signal.
Position where the position correction signal is superimposed on the Z-axis position command signal
The correction signal superimposing means and the X-axis table position correction signal are
Overlaid X-axis position command signal and the X-axis table position
Turning the above X-axis table based on the feedback signal
X-axis table position control unit for positioning while machining
And the Z-axis position on which the Z-axis table position correction signal is superimposed
Position command signal and the Z-axis table position feedback signal
While turning the Z-axis table based on the
The above-mentioned object is achieved by including a Z-axis table position control unit that is arranged.

【0010】[0010]

【作用】このような加工誤差補正方法を採用することに
より、加工中のX、Z両軸テーブルの真直度誤差をリア
ルタイムで補正でき、従って工作機械はNC指令に対し
理想形状の加工が可能となる。
By adopting such a machining error correction method, the straightness error of the X and Z both-axis tables during machining can be corrected in real time, and therefore the machine tool can machine an ideal shape in response to the NC command. Become.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】図2は図1の超精密旋盤に真直度誤差検出
器を設置した一実施例である。Xテーブル23の刃物台
22にはXテーブル23のストローク以上の長さのター
ゲット26が長手方向Z軸と直交させて固定されてい
る。X軸テーブル23の直進運動中の真直度誤差ΔZは
ターゲット26に対向して刃物台22上に設置された真
直度誤差検出器27によってX軸からの変位として検出
される。同様にZ軸テーブル24にはZ軸テーブル24
のストローク以上の長さのターゲット28が長手方向
X軸と直交させて固定されており、Z軸テーブル24の
真直度誤差ΔXターゲット28に対向して設置された真
直度誤差検出器29により検出される。真直度誤差検出
器27,29には例えばレーザ干渉測長計を用い、ター
ゲット26,28として反射鏡を各テーブル上に軸と平
行に固定すれば、ナノ・メータ(nm)・オーダでの
精度真直度誤差測定が可能である。これらの真直度誤差
検出器27,29はその測定値ΔX,ΔZを加工中にリ
アルタイムで出力する機能を有する。
FIG. 2 shows an embodiment in which a straightness error detector is installed on the ultra-precision lathe shown in FIG. The tool rest 22 in the X-table 23 the target 26 than the stroke length of the X table 23 is fixed to the longitudinal direction is perpendicular to the Z axis. The straightness error ΔZ during the rectilinear movement of the X-axis table 23 is detected as a displacement from the X-axis by a straightness error detector 27 installed on the tool post 22 so as to face the target 26. Similarly, the Z-axis table 24 has
A target 28 having a length equal to or longer than the stroke is fixed with its longitudinal direction orthogonal to the X-axis, and detected by a straightness error detector 29 installed facing the straightness error ΔX target 28 of the Z-axis table 24. To be done. For example, laser interferometers are used as the straightness error detectors 27 and 29, and if a reflecting mirror is fixed as a target 26 or 28 on each table in parallel with the axis , high accuracy on the order of nanometer (nm) is obtained. Straightness error measurement is possible. These straightness error detectors 27 and 29 have a function of outputting the measured values ΔX and ΔZ in real time during processing.

【0013】図3は本実施例の誤差補正システムのブロ
ック図である。破線内はNC装置30の構成であり、こ
れは位置指令部31からのX軸テーブル23及びZ軸テ
ーブル24の位置を指定する命令を、パルス分配部32
により位置指令信号NX,NZとして、X軸テーブル2
3及びZ軸テーブル24の各位置制御部33,34に分
配することにより、テーブル駆動モータ35a,35b
を駆動して、2軸を同時に制御するように設けられてい
る。また、同時にX軸テーブル23及びZ軸テーブル2
4の位置を位置検出器36a,36bにより測定し、
のときの位置検出器36a,36bから位置検出信号を
フィードバック信号FX,FZとして、X軸及びZ軸
位置制御部33,34にフィードバックして位置指令部
31にて指定された位置に位置決めされるように位置制
御する。本実施例では、これに対しさらにX軸テーブル
23及びZ軸テーブル24の真直度誤差検出器27,2
と、得られた真直度誤差信号SX,SZに基づいて
ーブル位置補正信号TX,TZを位置指令信号NX,N
Zに重畳させる重畳手段としてのインターフェース38
を有する。いま、加工プログラムを紙テープあるいは内
部メモリ等より与えると、位置指令部31はこれに応じ
た位置指令を示す位置指令信号NX,NZをX軸テーブ
ル23及びZ軸テーブル24の各位置制御部33,34
に印加する。ついで、位置制御部33,34は、テーブ
ル駆動モータ35a,35bを駆動し、X軸テーブル2
3及びZ軸テーブル24を変位させる。同時に、位置制
御部33,34は、位置検出器36a,36bからのフ
ィードバック信号FX,FZに基づき連続的に位置制御
する。このとき、刃物台22上のターゲット26に対向
する真直度誤差検出器27により測定されるXテーブル
23のZ方向真直度誤差ΔZを示す真直度誤差信号SZ
がインターフェース38に出力されるとともに、Z軸テ
ーブル24上のターゲット28に対向する真直度誤差検
出器29により測定されるZ軸テーブル24のX方向真
直度誤差ΔXを示す真直度誤差信号SXがインターフェ
ース38に出力される。その結果、インターフェース3
8にては、真直度誤差信号SXに基く−ΔXなる補正を
行わせるためのX軸テーブル位置補正信号TXが位置指
令信号NXに重畳され、重畳された信号が位置制御部3
3に印加される。また、インターフェース38にては、
真直度誤差信号SZに基く− ΔZなる補正を行わせるた
めのZ軸テーブル位置補正信号TZが位置指令信号NZ
に重畳され、重畳された信号が位置制御部34に印加さ
れる。
FIG. 3 is a block diagram of the error correction system of this embodiment. The inside of the broken line is the configuration of the NC device 30 , which is the X-axis table 23 and the Z-axis table from the position command unit 31.
A command for designating the position of the cable 24 is issued to the pulse distributor 32.
As the position command signals NX and NZ, the X-axis table 2
Table drive motors 35a and 35b by distributing to the respective position control units 33 and 34 of the Z-axis table 24.
To drive the, provided so as to simultaneously control the two-axis
It At the same time, the X-axis table 23 and the Z-axis table 2
The position of No. 4 is measured by the position detectors 36a and 36b, and the position detection signals from the position detectors 36a and 36b at this time are detected.
The feedback signals FX and FZ are fed back to the X-axis and Z-axis position control units 33 and 34, and the position command unit is provided.
The position is controlled so as to be positioned at the position designated by 31 . In the present embodiment, however, the X-axis table is further added.
23 and Z-axis table 24 straightness error detectors 27, 2
9, obtained straightness error signal SX, Te based on the SZ
Table position correction signals TX and TZ to position command signals NX and N
Interface 38 as superimposing means for superimposing on Z
Have. Now, when the machining program is given from a paper tape or an internal memory, the position command section 31 outputs position command signals NX and NZ indicating the position command corresponding thereto to the X-axis table.
Position control units 33 and 34 of the Z-axis table 24 and the Z-axis table 24
Is applied. Then, the position control units 33 and 34
The X-axis table 2 by driving the drive motors 35a and 35b.
3 and the Z-axis table 24 are displaced. At the same time, position system
The control parts 33 and 34 are connected to the flaps from the position detectors 36a and 36b.
The position is continuously controlled based on the feedback signals FX and FZ . At this time, the X table measured by the straightness error detector 27 facing the target 26 on the tool rest 22.
The straightness error signal SZ indicating the Z-direction straightness error ΔZ of 23
Is output to the interface 38, and the straightness error signal SX indicating the X-direction straightness error ΔX of the Z-axis table 24 measured by the straightness error detector 29 facing the target 28 on the Z-axis table 24 is interleaved. Fe
Is output to the source 38 . As a result, interface 3
At 8, the correction of -ΔX based on the straightness error signal SX is made.
X-axis table position correction signal TX for performing
Command signal NX, and the superimposed signal is the position control unit 3
3 is applied. Also, in the interface 38,
Based on the straightness error signal SZ, correction of −ΔZ is performed.
Z-axis table position correction signal TZ for position command signal NZ
And the superimposed signal is applied to the position controller 34.
It is.

【0014】図4は本実施例による刃先の軌跡を示す図
である。位置指令部31からの位置指令信号NX,NZ
は破線で示す理想面の命令を位置制御部33,34に伝
達する。X軸テーブル23及びZ軸テーブル24は上述
のごとく真直度誤差を有するため、X軸テーブル23及
びZ軸テーブル24のNC制御を行うのみでは、刃先は
実線で示す誤差を描いてしまう。そこで、本実施例で
は、旋削加工中に、インターフェース38にて、真直度
誤差信号SXに基く−ΔXなる補正を行わせるためのX
軸テーブル位置補正信号TXが位置指令信号NXに重畳
され、重畳された信号が位置制御部33に印加される。
また、インターフェース38にては、真直度誤差信号S
Zに基く−ΔZなる補正を行わせるためのZ軸テーブル
位置補正信号TZが位置指令信号NZに重畳され、重畳
された信号が位置制御部34に印加される。その結果、
X軸テーブル23及びZ軸テーブル24の位置指令
(X,Z)に真直度誤差(−ΔX,−ΔZ)が重畳され
る。つぎに、位置制御部33にては、X軸テーブル位置
補正信号TXが重畳された位置指令信号NXと、位置検
出器36aから出力されたフィードバック信号FXに基
づきX軸テーブル23の位置決めを行う。さらに、位置
制御部34にては、Z軸テーブル位置補正信号TZが重
畳された位置指令信号NZと、位置検出器36bから出
力されたフィードバック信号FZに基づきZ軸テーブル
24の位置決めを行う。これにより、刃先位置を理想面
にリアルタイムで補償することができる。この結果、テ
ーブルの製造過程で発生する真直度誤差あるいは組立上
の誤差に基因する真直度誤差等の静的真直度誤差はもと
より、旋削中の不確定要因により偶発的に発生するラン
ダムな動的真直度誤差をも正確に補正することができる
ようになり、例えばナノ・メータ(nm)・オーダでの
超精密旋削加工が可能となる。
FIG. 4 is a diagram showing the locus of the cutting edge according to this embodiment. Position command signals NX, NZ from the position command unit 31
Transmits the command of the ideal surface indicated by the broken line to the position control units 33 and 34. Since the X-axis table 23 and the Z-axis table 24 have the straightness error as described above, the cutting edge draws the error indicated by the solid line only by performing the NC control of the X-axis table 23 and the Z-axis table 24. Therefore, in the present embodiment , the straightness is set by the interface 38 during turning.
X for correcting -ΔX based on the error signal SX
Axis table position correction signal TX is superimposed on position command signal NX
The superimposed signal is applied to the position controller 33.
Further, in the interface 38, the straightness error signal S
Z-axis table for correcting -ΔZ based on Z
The position correction signal TZ is superimposed on the position command signal NZ,
The generated signal is applied to the position controller 34. as a result,
Position command for X-axis table 23 and Z-axis table 24
The straightness error (-ΔX, -ΔZ) is superimposed on (X, Z).
It Next, in the position control unit 33, the X-axis table position
The position command signal NX on which the correction signal TX is superimposed and the position detection signal NX
Based on the feedback signal FX output from the output device 36a,
Then, the X-axis table 23 is positioned. Furthermore, the position
In the control unit 34, the Z-axis table position correction signal TZ is overwritten.
The folded position command signal NZ and the position detector 36b output
Z-axis table based on the applied feedback signal FZ
24 positioning is performed. This allows the position of the cutting edge to
Can be compensated in real time. As a result, not only static straightness error such as straightness error generated in the manufacturing process of the table or straightness error caused by assembly error, but also random random dynamic error caused by uncertain factors during turning. The straightness error can also be corrected accurately, and for example, ultra-precision turning processing on the order of nanometer (nm) is possible.

【0015】本実施例は同時2軸制御の超精密旋盤の加
工誤差補正方法に係るものであるが、直交する2軸テー
ブル(コラムヘッド)を同時制御する工作機械であれ
ば、同様の効果が得られる。
Although this embodiment relates to a method for correcting a machining error of an ultra-precision lathe with simultaneous two-axis control, the same effect can be obtained with a machine tool that simultaneously controls two orthogonal axis tables (column heads). can get.

【0016】また、テーブルの位置決め誤差の検出器に
はレーザ干渉位置フィードバックシステムを用いたが、
高精度の測定が可能な測定装置であれば、接触式・非接
触式を問わず適用可能である。例えば静電容量形、差動
トランス形、渦電流形変位計であってもよい。
Further, a laser interference position feedback system is used as a detector of table positioning error.
As long as it is a measuring device capable of highly accurate measurement, it can be applied to both contact and non-contact types. For example, a capacitance type, a differential transformer type, or an eddy current type displacement meter may be used.

【0017】[0017]

【発明の効果】本発明は、以下のような格別の効果を奏
する。すなわち、 旋削中に発生したX軸テーブル及び
Z軸テーブルのそれぞれの真直度誤差をリアルタイムで
高精度に補正することが可能となる。とくに、X軸テー
ブル位置補正信号が重畳されたX軸位置指令信号及びX
軸テーブル位置フィードバック信号、並びに、Z軸テー
ブル位置補正信号が重畳されたZ軸位置指令信号及びZ
軸テーブル位置フィードバック信号に基づいて位置制御
を行うようにしていることにより、テーブルの製造過程
で発生する真直度誤差あるいは組立上の誤差に基因する
真直度誤差等の静的真直度誤差はもとより、旋削中の不
確定要因により偶発的に発生するランダムな動的真直度
誤差をも正確に補正することが可能となる。 X軸テー
ブル及びZ軸テーブルのリアルタイムでの高精度真直度
誤差補正が可能となることにより、例えばナノ・メータ
(nm)・オーダでの超精密旋削加工が可能となる。
The present invention has the following special effects. That is, the straightness error of each of the X-axis table and the Z-axis table generated during turning can be corrected in real time with high accuracy. Especially, the X-axis table
Bullet position correction signal and X-axis position command signal and X
Axis table position feedback signal and Z-axis table
Bullet position correction signal and Z-axis position command signal and Z
Position control based on axis table position feedback signal
By doing so, not only static straightness error such as straightness error generated in the manufacturing process of the table or straightness error caused by assembly error, but also accidental due to uncertain factors during turning. It is also possible to accurately correct a random dynamic straightness error that occurs. By enabling high-precision straightness error correction of the X-axis table and the Z-axis table in real time, for example, ultra-precision turning processing on the order of nanometer (nm) is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】超精密旋盤の概略図(斜視図)である。FIG. 1 is a schematic view (perspective view) of an ultra-precision lathe.

【図2】本発明の実施例の加工誤差検出系を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a processing error detection system according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例の誤差補正システムのブロック
図である。
FIG. 3 is a block diagram of an error correction system according to an embodiment of the present invention.

【図4】加工誤差ベクトルのX、Z成分及びそれらの合
成ベクトルを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing X and Z components of a processing error vector and their combined vector.

【図5】超精密旋盤上にレーザ干渉位置フィードバック
システムを設置した概略図(上面図)である。
FIG. 5 is a schematic view (top view) in which a laser interference position feedback system is installed on an ultra-precision lathe.

【図6】X、Z軸テーブルの真直度誤差発生を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing occurrence of straightness error of the X and Z axis tables.

【図7】真直度誤差により生ずる工作物の加工誤差を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a machining error of a workpiece caused by a straightness error.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…主軸スピンドル、11…刃物、12…刃物台、1
3…X軸テーブル、14…Z軸テーブル、15…工作
物、16…石定盤、17…NC装置、18…除振台、2
0…主軸スピンドル、21…刃物、23…X軸テーブ
ル、24…Z軸テーブル、25…工作物、26…ターゲ
ット、27…真直度誤差検出器、28…ターゲット、2
9…真直度誤差検出器、30…NC装置、31…位置指
令部、32…パルス分配部、33…X軸位置制御部、3
4…Z軸位置制御部、35…テーブル駆動モータ、36
…位置検出器、37…真直度誤差検出器、38…インタ
ーフェース、50…主軸スピンドル、51…刃物、53
…X軸テーブル、54…Z軸テーブル、55…工作物、
56…石定盤、57…レーザ発振器、58…ビームスプ
リッタ、59…レーザ干渉計、60…反射鏡、61…レ
シーバ。
10 ... Spindle spindle, 11 ... Tool, 12 ... Tool rest, 1
3 ... X-axis table, 14 ... Z-axis table, 15 ... Workpiece, 16 ... Stone surface plate, 17 ... NC device, 18 ... Vibration isolation table, 2
0 ... Spindle spindle, 21 ... Blade, 23 ... X-axis table, 24 ... Z-axis table, 25 ... Workpiece, 26 ... Target, 27 ... Straightness error detector, 28 ... Target, 2
9 ... Straightness error detector, 30 ... NC device, 31 ... Position command unit, 32 ... Pulse distribution unit, 33 ... X-axis position control unit, 3
4 ... Z-axis position control unit, 35 ... Table drive motor, 36
... Position detector, 37 ... Straightness error detector, 38 ... Interface, 50 ... Spindle spindle, 51 ... Blade, 53
... X-axis table, 54 ... Z-axis table, 55 ... Workpiece,
56 ... Stone surface plate, 57 ... Laser oscillator, 58 ... Beam splitter, 59 ... Laser interferometer, 60 ... Reflector, 61 ... Receiver.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】回転軸線がZ軸方向に設けられ工作物を回
転させる主軸と、上記主軸を搭載してZ軸方向に進退す
るZ軸テーブルと、上記Z軸テーブルの位置を検出して
Z軸テーブル位置フィードバック信号を出力するZ軸テ
ーブル位置検出器と、上記Z軸に直交するX軸方向に進
退するX軸テーブルと、上記X軸テーブルの位置を検出
してX軸テーブル位置フィードバック信号を出力するX
軸テーブル位置検出器と、上記X軸テーブルに搭載され
た刃物と、上記Z軸テーブルの移動位置を指令するZ軸
位置指令信号及び上記X軸テーブルの移動位置を指令す
るX軸位置指令信号を出力する位置指令部と、上記Z軸
テーブルを上記Z軸位置指令信号により指定された移動
位置に位置決めするZ軸テーブル位置制御部と、上記X
軸テーブルを上記X軸位置指令信号により指定された移
動位置に位置決めするX軸テーブル位置制御部とを具備
し、上記刃物により上記工作物を旋削加工する工作機械
の加工誤差補正方法において、上記Z軸テーブルのX軸
方向の変位を上記旋削加工をしながら測定し上記Z軸テ
ーブルの真直度誤差を示すX軸テーブル位置補正信号を
出力するZ軸テーブル真直度誤差測定工程と、上記X軸
テーブルのZ軸方向の変位を上記旋削加工をしながら
定し上記X軸テーブルの真直度誤差を示すZ軸テーブル
位置補正信号を出力するX軸テーブル真直度誤差測定工
程と、上記X軸テーブル位置補正信号を上記X軸位置指
令信号に重畳させるとともに上記X軸テーブル位置補正
信号が重畳されたX軸位置指令信号及び上記X軸テーブ
ル位置フィードバック信号に基づいて上記X軸テーブル
の位置を上記旋削加工をしながら補正するX軸テーブル
位置補正工程と、上記Z軸テーブル位置補正信号を上記
Z軸位置指令信号に重畳させるとともに上記Z軸テーブ
ル位置補正信号が重畳されたZ軸位置指令信号及び上記
Z軸テーブル位置フィードバック信号に基づいて上記Z
軸テーブルの位置を上記旋削加工をしながら補正する
軸テーブル位置補正工程とを具備することを特徴とする
加工誤差補正方法。
1. A rotation axis and the spindle for rotating the provided workpiece in the Z-axis direction, and the Z-axis table for forward and backward in the Z-axis direction by mounting the spindle, to detect the position of the Z-axis table
A Z-axis table position detector that outputs a Z-axis table position feedback signal, an X-axis table that moves back and forth in the X-axis direction orthogonal to the Z-axis, and a position of the X-axis table are detected.
X to output the X- axis table position feedback signal
Axis table position detector, blade mounted on the X-axis table, Z axis for commanding the moving position of the Z axis table
Position command signal and command the moving position of the X-axis table
Position command section for outputting an X-axis position command signal, and the Z-axis
And Z-axis table position controller that positions the table moving position designated by the Z-axis position command signal, the X
Axis table comprises an X-axis table position controller for positioning the moving position designated by the X-axis position command signal, the workpiece in the machining error correction method for a machine tool for turning by the tool, the Z The displacement of the X-axis table in the X-axis direction is measured while performing the turning process , and an X-axis table position correction signal indicating the straightness error of the Z-axis table is obtained.
Z-axis table showing the Z-axis table straightness error measuring step of outputting, the Z-axis direction of the displacement of the X-axis table straightness error of measurement <br/> boss the X-axis table with the turning
An X-axis table straightness error measuring step of outputting a position correction signal, and the X-axis table position correction signal are transmitted to the X-axis position finger.
Command signal and X-axis table position correction
X-axis position command signal with the signal superimposed and the X-axis table
The X-axis table based on the position feedback signal
The X-axis table position correction step for correcting the position of No. 1 while performing the turning process, and the Z-axis table position correction signal
The Z-axis table is superposed on the Z-axis position command signal.
The Z-axis position command signal on which the position correction signal is superimposed, and
Based on the Z-axis table position feedback signal, the above Z
Z to correct the position of the axis table while performing the above turning
An axis table position correction step is provided, and a machining error correction method is provided.
【請求項2】回転軸線がZ軸方向に設けられ工作物を回
転させる主軸と、上記主軸を搭載してZ軸方向に進退す
るZ軸テーブルと、上記Z軸テーブルの位置を検出して
Z軸テーブル位置フィードバック信号を出力するZ軸テ
ーブル位置検出器と、上記Z軸に直交するX軸方向に進
退するX軸テーブルと、上記X軸テーブルの位置を検出
してX軸テーブル位置フィードバック信号を出力するX
軸テーブル位置検出器と、上記X軸テーブルに搭載され
上記工作物の旋削加工を行う刃物と、上記Z軸テーブル
の移動位置を指令するZ軸位置指令信号及び上記X軸テ
ーブルの移動位置を指令するX軸位置指令信号を出力
る位置指令部と、上記Z軸テーブルのX軸方向の変位を
上記旋削加工をしながら測定し上記Z軸テーブルの真直
度誤差を示すX軸テーブル位置補正信号を出力するZ軸
テーブル真直度誤差測定手段と、上記X軸テーブルのZ
軸方向の変位を上記旋削加工をしながら測定し上記X軸
テーブルの真直度誤差を示すZ軸テーブル位置補正信号
を出力するX軸テーブル真直度誤差測定手段と、上記X
軸テーブル位置補正信号を上記X軸位置指令信号に重畳
させるとともに上記Z軸テーブル位置補正信号を上記Z
軸位置指令信号に重畳させる位置補正信号重畳手段と、
上記X軸テーブル位置補正信号が重畳されたX軸位置指
令信号及び上記X軸テーブル位置フィードバック信号に
基づいて上記X軸テーブルを旋削加工をしながら位置決
めするX軸テーブル位置制御部と、上記Z軸テーブル位
置補正信号が重畳されたZ軸位置指令信号及び上記Z軸
テーブル位置フィードバック信号に基づいて上記Z軸テ
ーブルを旋削加工をしながら位置決めするZ軸テーブル
位置制御部とを具備することを特徴とする特徴とする工
作機械。
Wherein the axis of rotation and the spindle for rotating the provided workpiece in the Z-axis direction, and the Z-axis table for forward and backward in the Z-axis direction by mounting the spindle, to detect the position of the Z-axis table
A Z-axis table position detector that outputs a Z-axis table position feedback signal, an X-axis table that moves back and forth in the X-axis direction orthogonal to the Z-axis, and a position of the X-axis table are detected.
X to output the X- axis table position feedback signal
Axis table position detector, blade mounted on the X-axis table for turning the workpiece, Z-axis table
Z-axis position command signal for commanding the moving position of the
Position command unit that outputs an X-axis position command signal that commands the movement position of the table, and the displacement in the X-axis direction of the Z-axis table is measured while performing the turning , and the Z-axis table straightness Z-axis table straightness error measuring means for outputting an X-axis table position correction signal indicating a degree error, and Z of the X-axis table.
A Z-axis table position correction signal that indicates the straightness error of the X-axis table by measuring the axial displacement while performing the turning process.
And X-axis table straightness error measuring means for outputting, the X
Superimpose the axis table position correction signal on the X-axis position command signal
The Z-axis table position correction signal
Position correction signal superposition means for superposing on the axis position command signal,
X-axis position finger on which the X-axis table position correction signal is superimposed
Command signal and the above X-axis table position feedback signal
Positioning while turning the above X-axis table based on
X-axis table position control unit and the Z-axis table position
Z-axis position command signal on which the position correction signal is superimposed and the Z-axis
Based on the table position feedback signal, the Z-axis
Z-axis table for positioning the table while turning
A machine tool characterized by comprising a position controller .
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