[发明专利]具有通过接触检测进行工件参考位置设置功能的机床

说明书

技术领域

本发明涉及提供有在机床上的用于工件的形状测量和形状分析的机上装置的机床，并且更特别地，涉及具有用于工件形状测量的参考位置设置功能的机床。

背景技术

为了在超精密加工中实现纳米级形状精度，关键的是在机床上测量加工工件的形状而不用将加工工件从机床上脱离出来并且基于测量结果进行补偿加工。

根据该机上测量，可以通过建立刀具的刀刃和附在机上测量设备的探头触针的顶端之间的位置关系进行正确的补偿加工。因此，必须对用于工件加工的坐标和用于机上测量的测量坐标之间建立关系。为了建立用于工件加工的坐标和机上测量坐标之间的关系必须设置工件的参考位置。

通常，下面的方法被获知为用于设置工件参考位置的方法。

根据一个这样的已知方法，假设工件参考位置为工件装配其上的旋转轴的中心。定心球连接到旋转轴的面板上。在通过使用位移传感器将定心球的中心校准到旋转轴的中心之后，通过使用机上测量设备的探头定位定心球的顶部，由此确定旋转轴的中心坐标。然后，将定心球移走并且在适当的位置装配工件。通过使用位移传感器将工件或者工件的夹具的中心坐标校准到旋转轴的中心，并且将获得的旋转轴的中心坐标设置为工件或者工件夹具的参考位置。

根据已知的发明(见JP8-350B)，以如下方式将工件的端面的位置设置为工件的原点。将接触传感器先连接到主轴上，该主轴以高速向工件的端面运动。当启动接触传感器时，主轴停止并且以低速反向运动。存储当关闭接触传感器时到达的位置，并且该位置被设置为工件的原点。

根据上述传统方法，其中使用连接到旋转轴的面板上的定心球来设置工件的参考位置，在设置参考位置之前，需要复杂的、耗时的程序。此外，根据操作者的熟练程度可能引起更严重的误差。

此外，在JP8-350B中描述的方法具有适应性上的局限性，其中检测端面并且将其设置为原点。此外，根据这个方法，通过接触传感器的方法检测接触。因此，在流体轴承用于超精密加工的可移动轴的情况下，当接触时，可移动轴不可避免地移动，使得基于通过接触传感器的接触检测很难正确检测坐标。

发明内容

本发明提供具有工件参考位置设置功能的机床，能够通过接触检测来检测坐标值，并且将通过检测的坐标值获得的工件的中心位置设置为工件的参考位置。

本发明的机床由数字控制器控制并具有设置工件的参考位置的功能，工件具有关于两条正交的线对称的加工表面并且装配在机床上，使得所述两条正交的线分别平行于机床坐标系统的轴，所述机床包括：可移动轴，由流体轴承支撑；位置检测器，用于分别检测所述可移动轴的位置；位置偏差确定装置，其针对每个可移动轴确定其指令位置与其由所述位置检测器检测到的位置之间的位置偏差；测量设备，设置在由所述移动轴移动的机床上，并且包括具有触针的探头，该触针的顶端有小球；驱动控制装置，其驱动所述可移动轴来将探头从分别平行于两条正交线的直线的相对侧朝工件移动，使得将触针的顶端与工件接触；接触检测装置，其基于由所述位置偏差检测装置检测到的位置偏差的增加来检测触针的顶端与工件之间的接触；停止装置，其在所述接触检测装置检测到接触时，停止所述可移动轴；坐标值获取装置，其在所述接触检测装置检测到接触时，获取所述可移动轴的坐标值；以及设置装置，其基于由所述坐标值获取装置获得的坐标值来确定工件的中心位置，并将获得的中心位置设置为工件的参考位置。

可移动轴可以包括线性运动轴，用于检测线性运动轴的位置的位置检测器可能包括分辨率为10纳米或10纳米以下的线性标尺。

可移动轴可以包括直接与马达连接的旋转轴，用于检测旋转轴的位置的位置检测器可以包括分辨率为千分之十度或者千分之十度以下的编码器。

探头的中心轴可以垂直于工件的加工表面。

当由位置偏差确定装置确定的位置偏差超过了预定值时，接触检测装置可以检测触针的顶端和工件之间的接触。

工件可以装配在机床上使得加工表面垂直。在这种情况下，驱动控制装置使触针的顶端从工件的水平方向的相对侧与工件相接触，使得当接触检测装置检测到接触时坐标值获取装置获取水平坐标值，驱动控制装置进一步使触针的顶端沿工件的垂直方向与工件相接触，使得当接触检测装置检测到接触时坐标值获取装置获取垂直坐标值，并且设置装置基于获得的水平坐标值确定工件的水平中心位置，基于获得的垂直坐标值获取工件的垂直中心位置，并且将由水平中心位置和垂直中心位置定义的中心位置设置为工件的参考位置。