专利名称：多轴加工机用数值控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对具有至少3个直线轴和3个旋转轴的多轴加工机进行控制的数值控制装置。特别是涉及如下的数值控制装置，其通过进行与依存于工作台驱动直线轴位置的工作台直线轴平移误差以及工作台直线轴旋转误差、依存于工作台驱动旋转轴位置的工作台旋转轴平移误差以及工作台旋转轴旋转误差、依存于刀具头驱动直线轴位置的刀具头直线轴平移误差以及刀具头直线轴旋转误差、依存于刀具头驱动旋转轴位置的刀具头旋转轴平移误差以及刀具头旋转轴旋转误差的误差相对应的修正，将刀具尖端点位置移动到没有误差的位置，并且进行刀具姿态(方向)也成为没有误差的姿态(方向)的移动，控制成进行高精度的加工。
背景技术：
在日本特开2009-151756号公报(与美国公开2009/0140684A1相对应，以下称为专利文献)中，关于对具有3个直线轴和2个旋转轴的5轴加工机进行控制的数值控制装置，公开了如下技术将直线轴坐标系和旋转轴坐标系分别分割为格子状区域，在格子点存储格子点修正矢量，根据直线轴位置和旋转轴位置基于格子点修正矢量计算出轴依存平移修正量和轴依存旋转修正量，修正直线轴位置，由此，将刀具尖端点位置移动到没有误差的位置。在上述专利文献中，仅对直线轴位置进行修正。即，虽然刀具尖端点移动到没有误差的位置，但刀具姿态(方向)依然有误差。在以刀具尖端点进行加工的情形下，即使这样的现有技术的修正也没有问题，但是在以刀具侧面进行加工的情形或者像钻孔加工那样朝向刀具方向进行加工的情形下，刀具姿态(方向)很重要，仅仅将刀具尖端点位置修正到没有误差的位置是不够的。即，在上述专利文献中公开的现有技术中，当以刀具侧面进行的加工或钻孔加工中存在由于机械系统引起的误差的情形下，无法进行高精度的加工。此外，在所述专利文献中公开的技术以由3个直线轴和2个旋转轴构成的5轴加工机为对象。在5轴加工机中大致划分为“刀具头旋转型”、“工作台旋转型”、“混合型(刀具头、工作台两者都旋转)”三种类型。但是，在“工作台旋转型”以及“混合型”的5轴加工机中，在相对于加工物的相对刀具姿态(方向)中存在误差的情况下，不一定能够控制旋转轴以便修正该误差。此外，在前述的专利文献中说明了如下内容产生的主要误差，作为平移误差包括 (1)依存于直线轴位置的直线轴依存平移误差以及(2)依存于旋转轴位置的旋转轴依存平移误差，进而，作为旋转误差包括(3)依存于直线轴位置的直线轴依存旋转误差以及(4)依存于旋转轴位置的旋转轴依存旋转误差。但是，主要的误差是由移动体产生的。一般而言，在机床中移动体是刀具头或工作台。此外，通常旋转移动体搭载在直线移动体上。因此，旋转刀具头的误差依存于对旋转刀具头进行旋转的旋转轴位置和搭载旋转刀具头的直线轴位置。此外，旋转工作台的误差依存于对旋转工作台进行旋转的旋转轴位置和搭载工作台的直线轴位置。即，在所述专利文献中公开的4个误差的区分是简单的区分，本来应该如图1所示划分为8个。
发明内容
因此，本发明通过设定与上述8个误差对应的误差量，根据这些误差量求出平移修正量，将求出的平移修正量加到指令直线轴位置上，并且求出旋转修正量，将求出的旋转修正量加到指令旋转轴位置上。由此，本发明的目的在于提供一种控制多轴加工机的数值控制装置，其将刀具尖端点位置移动到没有误差的位置，并且进行将刀具姿态(方向)也修正到没有误差的方向的移动，实现高精度的加工。即，目的在于提供一种数值控制装置，其即使在多轴加工机中的以刀具侧面进行的加工或钻孔加工中，也能按照指令所指示的刀具位置和刀具姿态(方向)进行加工。本发明涉及一种控制多轴加工机的数值控制装置，该多轴加工机通过至少3个直线轴和3个旋转轴对安装在工作台上的加工物进行加工，所述数值控制装置具有轴依存误差量计算单元，其基于指令轴位置来求出轴依存平移误差量以及轴依存旋转误差量；平移修正量计算单元，其根据所述轴依存平移误差量来求出平移修正量；旋转修正量计算单元，其根据所述轴依存旋转误差量来求出旋转修正量；修正量加法运算单元，其将所述平移修正量加到指令直线轴位置上，将所述旋转修正量加到指令旋转轴位置上；以及将所述3 个直线轴和所述3个旋转轴向通过所述修正量加法运算单元求出的位置进行驱动的单元。所述轴依存误差量计算单元基于指令旋转轴位置求出旋转轴依存平移误差量以及旋转轴依存旋转误差量，作为所述轴依存平移误差量以及所述轴依存旋转误差量，所述平移修正量计算单元根据所述旋转轴依存平移误差量来求出所述平移修正量，另外，所述旋转修正量计算单元根据所述旋转轴依存旋转误差量来求出所述旋转修正量。所述轴依存误差量计算单元基于指令直线轴位置求出直线轴依存平移误差量以及直线轴依存旋转误差量，作为所述轴依存平移误差量以及所述轴依存旋转误差量，所述平移修正量计算单元根据所述直线轴依存平移误差量来求出所述平移修正量，另外，所述旋转修正量计算单元根据所述直线轴依存旋转误差量来求出所述旋转修正量。所述轴依存误差量计算单元基于指令直线轴位置求出直线轴依存平移误差量以及直线轴依存旋转误差量，此外，基于指令旋转轴位置求出旋转轴依存平移误差量以及旋转轴依存旋转误差量，作为所述轴依存平移误差量以及所述轴依存旋转误差量，而且，所述平移修正量计算单元根据所述直线轴依存平移误差量以及所述旋转轴依存平移误差量来求出所述平移修正量，另外，所述旋转修正量计算单元根据所述直线轴依存旋转误差量以及所述旋转轴依存旋转误差量来求出所述旋转修正量。所述旋转修正量，可以作为对实际刀具长度修正矢量进行旋转修正的旋转轴修正量而被求出，该实际刀具长度修正矢量相对于刀具长度修正矢量具有旋转误差。所述平移修正量可以作为针对刀具基准点矢量的平移修正量而被求出，该刀具基准点矢量在工作台坐标系上表示刀具基准点。所述多轴加工机是通过至少3个直线轴和3个刀具头旋转用旋转轴对安装在工作台上的加工物进行加工的多轴加工机，所述旋转轴依存平移误差量以及旋转轴依存旋转误差量，可以是相对于3个刀具头旋转用旋转轴的平移误差量以及旋转误差量。
所述多轴加工机是通过至少3个直线轴和1个刀具头旋转用旋转轴以及2个工作台旋转用旋转轴对安装在工作台上的加工物进行加工的多轴加工机，所述旋转轴依存平移误差量以及旋转轴依存旋转误差量，可以是相对于1个刀具头旋转用旋转轴的平移误差量以及旋转误差量，以及相对于2个工作台旋转用旋转轴的平移误差量以及旋转误差量。所述多轴加工机是通过至少3个直线轴和2个刀具头旋转用旋转轴以及1个工作台旋转用旋转轴对安装在工作台上的加工物进行加工的多轴加工机，所述旋转轴依存平移误差量以及旋转轴依存旋转误差量，可以是相对于2个刀具头旋转用旋转轴的平移误差量以及旋转误差量，以及相对于1个工作台旋转用旋转轴的平移误差量以及旋转误差量。所述多轴加工机是通过至少3个直线轴和3个工作台旋转用旋转轴对安装在工作台上的加工物进行加工的多轴加工机，所述旋转轴依存平移误差量以及旋转轴依存旋转误差量，可以是相对于3个工作台旋转用旋转轴的平移误差量以及旋转误差量。所述轴依存误差量计算单元，将基于所述3个直线轴或者所述3个旋转轴的三维坐标系空间在各轴方向上分割为预定间隔的格子状区域，存储该格子状区域的各格子点的旋转误差量和平移误差量的格子点误差矢量，基于所述格子点误差矢量来计算3个直线轴或3个旋转轴的位置上的直线轴依存旋转误差量和直线轴依存平移误差量或者旋转轴依存旋转误差量和旋转轴依存平移误差量。所述轴依存误差量计算单元，将基于所述3个直线轴中的2个轴或者所述3个旋转轴中的2个轴的二维坐标系空间在各轴方向上分割为预定间隔的格子状区域，存储该分割出的格子状区域的各格子点的旋转误差量和平移误差量的格子点误差矢量，基于所述格子点误差矢量来计算所述2个直线轴或者所述2个旋转轴的位置上的直线轴依存旋转误差量和直线轴依存平移误差量或者旋转轴依存旋转误差量和旋转轴依存平移误差量。所述轴依存误差量计算单元将基于所述3个直线轴中的1个轴或者所述3个旋转轴中的1个轴的一维坐标系空间在各轴方向上分割为预定间隔的格子状区域，存储该分割出的格子状区域的各格子点的旋转误差量和平移误差量的格子点误差矢量，基于所述格子点误差矢量来计算1个直线轴或者1个旋转轴的位置上的直线轴依存旋转误差量和直线轴依存平移误差量或者旋转轴依存旋转误差量和旋转轴依存平移误差量。所述指令直线轴位置以及所述指令旋转轴位置，可以是基于程序指令进行了插补的3个直线轴以及3个旋转轴的位置。本发明通过设定与各个误差对应的误差量，根据这些误差量求出平移修正量且加到指令直线轴位置上，并且还求出旋转修正量作为旋转轴的修正量且加到指令旋转轴位置上。由此，就能将刀具尖端点位置移动到没有误差的位置并且进行将刀具姿态也修正到没有误差的方向上的移动，进行高精度的加工。可以通过刀具头旋转型、工作台2轴混合型、 刀具头2轴混合型、工作台旋转型的多轴加工机进行这样高精度的加工。
图1是说明误差的划分的表。图2是说明以3个旋转轴来旋转刀具头的刀具头旋转型多轴加工机的图。图3是说明以2个旋转轴来旋转工作台，以1个旋转轴来旋转刀具头的工作台2 轴混合型多轴加工机的图。
图4是说明以2个旋转轴来旋转刀具头，以1个旋转轴来旋转工作台的刀具头2 轴混合型多轴加工机的图。图5是说明以3个旋转轴来旋转工作台的工作台旋转型多轴加工机的图。图6说明用旋转刀具头对平移修正量ACt以及旋转修正量ACr进行修正的图像。图7是对具备3个旋转轴的加工机进行控制的指令程序的例子。图8是基于图1的误差划分，对于各误差量说明用于误差量计算的矩阵和矢量以及误差数据的记号的表。图9说明以旋转工作台修正旋转修正量ACr，并且以相对于旋转工作台的旋转刀具头位置来修正平移修正量ACt的图像。图10表示分割为格子状区域的X轴、Y轴、Z轴的三维坐标系空间、以及X轴、Y轴、 Z轴的三维坐标系的误差数据Dhl。图11表示包含应计算误差量的指令直线轴位置Pl (X，Y，Z)的格子状区域。图12是说明生成ABC三维坐标系的误差数据Dhr、以及由其导出的旋转误差矩阵 Mhrr、平移误差矢量Mhrt的图。图13是说明生成A轴、B轴、C轴的三维坐标系的误差数据Dtr、以及由其导出的旋转误差矩阵Mtrr、平移误差矢量Mtrt的图。图14是说明生成一维坐标系的误差数据Dhl、以及由其导出的旋转误差矩阵 Mhlr、平移误差矢量Mhlt的图。图15是说明生成一维坐标系的误差数据Dhr、以及由其导出的旋转误差矩阵 Mhrr、平移误差矢量Mhrt的图。图16是说明生成二维坐标系的误差数据Dtl、以及由其导出的旋转误差矩阵 Mtlr、平移误差矢量Mtlt的图。图17是说明生成二维坐标系的误差数据Dtr、以及由其导出的旋转误差矩阵 Mtrr、平移误差矢量Mtrt的图。图18是说明生成二维坐标系的误差数据Dhr、以及由其导出的旋转误差矩阵 Mhrr、平移误差矢量Mhrt的图。图19是说明生成一维坐标系的误差数据Dtr、以及由其导出的旋转误差矩阵 Mtrr、平移误差矢量Mtrt的图。图20是说明在刀具头旋转型多轴加工机中，基于旋转误差量、平移误差量以及刀具长度修正量的条件来求出修正量的数值计算例的表。图21是说明在工作台旋转型多轴加工机中，基于旋转误差量、平移误差量以及刀具长度修正量的条件来求出修正量的数值计算例的表。图22是说明本发明的多轴加工机用数值控制装置的框图。图23是表示本发明的数值控制装置执行的处理的算法的流程图。
具体实施例方式本发明以包含至少3个直线轴和3个旋转轴的多轴加工机为对象。图2 图5是本发明的数值控制装置所控制的多轴加工机的例子。图2中示出的例子是以3个旋转轴对刀具头进行旋转的刀具头旋转型。图3中示出的例子是工作台2轴混合型(以2个旋转轴来旋转工作台，以1个旋转轴来旋转刀具头)，图4中示出的例子是刀具头2轴混合型(以2个旋转轴来旋转刀具头、以1个旋转轴来旋转工作台)，图5中示出的例子是以3个旋转轴对工作台进行旋转的工作台旋转型。〈概要图〉首先，对本发明的数值控制装置具有的基本功能进行说明。图6是表示刀具头和工作台具有旋转轴的多轴加工机的图。示出了刀具头具有1个旋转轴、工作台具有1个旋转轴，且这些旋转轴中心平行的图像，但是，是为了图示的方便而表示成这种结构。即，如图 2 图5那样，一般而言，刀具头的旋转轴中心和工作台的旋转轴中心不平行，且分别具有 0 3个旋转轴，为了图示上的方便，以旋转轴中心垂直于纸面的刀具头的旋转轴1个轴、工作台的旋转轴1个轴的图像来统一且概念性地表示上述旋转轴。误差和修正的量非常小， 但进行了夸张描绘以便容易理解。后述的图9也是同样。 <机械结构和指令程序>在被固定在工作台上随着工作台旋转而旋转的工作台坐标系上，刀具尖端点位置被指示为X、Y、Z位置。将所指示的位置表示为工作台坐标系上的刀具尖端点矢量Tp。在工作台旋转时，假定工作台旋转中心与工作台坐标系原点一致。A轴是绕X轴的旋转轴，B 轴是绕Y轴的旋转轴，C轴是绕Z轴的旋转轴，将刀具头、工作台或它们二者旋转。刀具方向以旋转轴位置Α、B、C来指示，刀具长度修正量编号以H来指示，刀具长度修正量设为h。 A = B = C = O度时的刀具方向设为Z轴方向。数值控制装置，在机械坐标系上的X、Y、Z轴上控制刀具基准点矢量Tb的位置，作为机械应该移动的位置，以刀具头和工作台的旋转轴位置A、B、C轴来控制刀具方向。刀具基准点Tb表示刀具头的特定的位置，在刀具头旋转时，设刀具头的旋转中心与刀具基准点 Tb—致。在图6中，像“Tl，VI”那样一并记载的矢量意味着在工作台坐标系中和在机械坐标系中表示了相同矢量的情形。机械坐标系是在机械上固定的坐标系。作为指令程序，是图7那样的指令。G43. 4是以X_Y_Z_来指示Τρ，以A_B_C_来指示刀具方向的模式(刀具尖端点控制模式)的指令。G49是其取消的指令。<刀具长度修正矢量和刀具基准点矢量>在旋转轴A、B、C轴的位置分别是A、B、C时，工作台坐标系上的刀具长度修正矢量 Tl((i,j,k)T*h)成为下述(1)式。这里，(i，j，k)T是在工作台坐标系上表示刀具方向的单位矢量，“τ”表示转置。但是，此后在明确的情况下不特别对“τ”进行标记。Ra、Rb、Rc是表示通过A轴、B轴、C轴移动到各自的位置A、B、C来进行的旋转变换的变换矩阵，按照机械结构中的从刀具到工作台的旋转轴的顺序，在A = B = C = O度时的刀具长度修正矢量即基准刀具长度修正矢量(0，0，h)上乘以Ra，Rb, Re。这里，如图2 图5所示，将从刀具到工作台的旋转轴的顺序设为A轴、B轴、C轴的顺序。
权利要求
1.一种控制多轴加工机的数值控制装置，该多轴加工机通过至少3个直线轴和3个旋转轴对安装在工作台上的加工物进行加工，所述数值控制装置的特征在于，具有轴依存误差量计算单元，其基于指令轴位置来求出轴依存平移误差量以及轴依存旋转误差量；平移修正量计算单元，其根据所述轴依存平移误差量来求出平移修正量； 旋转修正量计算单元，其根据所述轴依存旋转误差量来求出旋转修正量； 修正量加法运算单元，其将所述平移修正量加到指令直线轴位置上，将所述旋转修正量加到指令旋转轴位置上；以及将所述3个直线轴和所述3个旋转轴向通过所述修正量加法运算单元求出的位置进行驱动的单元。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，所述轴依存误差量计算单元基于指令旋转轴位置求出旋转轴依存平移误差量以及旋转轴依存旋转误差量，作为所述轴依存平移误差量以及所述轴依存旋转误差量，所述平移修正量计算单元根据所述旋转轴依存平移误差量来求出所述平移修正量， 所述旋转修正量计算单元根据所述旋转轴依存旋转误差量来求出所述旋转修正量。
3.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，所述轴依存误差量计算单元基于指令直线轴位置求出直线轴依存平移误差量以及直线轴依存旋转误差量，作为所述轴依存平移误差量以及所述轴依存旋转误差量，所述平移修正量计算单元根据所述直线轴依存平移误差量来求出所述平移修正量， 所述旋转修正量计算单元根据所述直线轴依存旋转误差量来求出所述旋转修正量。
4.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，所述轴依存误差量计算单元基于指令直线轴位置求出直线轴依存平移误差量以及直线轴依存旋转误差量，此外，基于指令旋转轴位置求出旋转轴依存平移误差量以及旋转轴依存旋转误差量，作为所述轴依存平移误差量以及所述轴依存旋转误差量，所述平移修正量计算单元根据所述直线轴依存平移误差量以及所述旋转轴依存平移误差量来求出所述平移修正量，所述旋转修正量计算单元根据所述直线轴依存旋转误差量以及所述旋转轴依存旋转误差量来求出所述旋转修正量。
5.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，所述旋转修正量作为对实际刀具长度修正矢量进行旋转修正的旋转轴修正量而被求出，该实际刀具长度修正矢量相对于刀具长度修正矢量具有旋转误差。
6.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，所述平移修正量作为针对刀具基准点矢量的平移修正量而被求出，该刀具基准点矢量在工作台坐标系上表示刀具基准点。
7.根据权利要求1所述数值控制装置，其特征在于，所述多轴加工机是通过至少3个直线轴和3个刀具头旋转用旋转轴对安装在工作台上的加工物进行加工的多轴加工机，所述旋转轴依存平移误差量以及旋转轴依存旋转误差量是相对于3个刀具头旋转用旋转轴的平移误差量以及旋转误差量。
8.根据权利要求1所述数值控制装置，其特征在于，所述多轴加工机是通过至少3个直线轴和1个刀具头旋转用旋转轴以及2个工作台旋转用旋转轴对安装在工作台上的加工物进行加工的多轴加工机，所述旋转轴依存平移误差量以及旋转轴依存旋转误差量是相对于1个刀具头旋转用旋转轴的平移误差量以及旋转误差量，以及相对于2个工作台旋转用旋转轴的平移误差量以及旋转误差量。
9.根据权利要求1所述数值控制装置，其特征在于，所述多轴加工机是通过至少3个直线轴和2个刀具头旋转用旋转轴以及1个工作台旋转用旋转轴对安装在工作台上的加工物进行加工的多轴加工机，所述旋转轴依存平移误差量以及旋转轴依存旋转误差量是相对于2个刀具头旋转用旋转轴的平移误差量以及旋转误差量，以及相对于1个工作台旋转用旋转轴的平移误差量以及旋转误差量。
10.根据权利要求1所述数值控制装置，其特征在于，所述多轴加工机是通过至少3个直线轴和3个工作台旋转用旋转轴对安装在工作台上的加工物进行加工的多轴加工机，所述旋转轴依存平移误差量以及旋转轴依存旋转误差量是相对于3个工作台旋转用旋转轴的平移误差量以及旋转误差量。
11.根据权利要求1所述数值控制装置，其特征在于，所述轴依存误差量计算单元，将基于所述3个直线轴或者所述3个旋转轴的三维坐标系空间在各轴方向上分割为预定间隔的格子状区域，存储该格子状区域的各格子点的旋转误差量和平移误差量的格子点误差矢量，基于所述格子点误差矢量来计算3个直线轴或3 个旋转轴的位置上的直线轴依存旋转误差量和直线轴依存平移误差量或者旋转轴依存旋转误差量和旋转轴依存平移误差量。
12.根据权利要求1所述数值控制装置，其特征在于，所述轴依存误差量计算单元，将基于所述3个直线轴中的2个轴或者所述3个旋转轴中的2个轴的二维坐标系空间在各轴方向上分割为预定间隔的格子状区域，存储该分割出的格子状区域的各格子点的旋转误差量和平移误差量的格子点误差矢量，基于所述格子点误差矢量来计算所述2个直线轴或者所述2个旋转轴的位置上的直线轴依存旋转误差量和直线轴依存平移误差量或者旋转轴依存旋转误差量和旋转轴依存平移误差量。
13.根据权利要求1所述数值控制装置，其特征在于，所述轴依存误差量计算单元将基于所述3个直线轴中的1个轴或者所述3个旋转轴中的1个轴的一维坐标系空间在各轴方向上分割为预定间隔的格子状区域，存储该分割出的格子状区域的各格子点的旋转误差量和平移误差量的格子点误差矢量，基于所述格子点误差矢量来计算1个直线轴或者1个旋转轴的位置上的直线轴依存旋转误差量和直线轴依存平移误差量或者旋转轴依存旋转误差量和旋转轴依存平移误差量。
14.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，所述指令直线轴位置以及所述指令旋转轴位置是基于程序指令进行了插补的3个直线轴以及3个旋转轴的位置。
全文摘要
本发明提供一种控制多轴加工机的数值控制装置，其基于指令轴位置求出轴依存平移误差量以及轴依存旋转误差量。并且，根据轴依存旋转误差量来求出旋转修正量，根据轴依存平移误差量来求出平移修正量。将平移修正量加在指令直线轴位置上，将旋转修正量加在指令旋转轴位置上，将3个直线轴和3个旋转轴分别驱动到这些加法运算出的位置。由此，提供一种即使在多轴加工机中的以刀具侧面进行的加工或钻孔加工中也能按照指令所指示的刀具位置和刀具姿态(方向)进行加工的数值控制装置。
文档编号G05B19/19GK102331743SQ201110147619
公开日2012年1月25日 申请日期2011年5月27日 优先权日2010年6月30日
发明者井出聪一郎, 佐佐木孝文, 大槻俊明, 花冈修 申请人:发那科株式会社