[发明专利]设备的误差辨识方法和误差辨识程序

说明书

技术领域

本发明涉及对具有平移驱动轴和旋转驱动轴的设备的几何学误差进行辨识的方法和程序。

背景技术

作为具有平移驱动轴和旋转驱动轴的设备的一个例子，可以举出加工零部件、模具的机床。在这样的机床中，使刀具或被加工物旋转，通过使这两者或者其中一者相对运动并进行除去加工，从而将被加工物加工成任意形状。

图1是作为这种机床之一的具有三根平移轴的三轴控制加工中心(三轴机)的示意图。主轴箱2通过作为平移轴且相互正交的X轴、Z轴能够相对于床身1进行两个平移自由度的运动，工作台3通过作为平移轴且与X轴及Z轴正交的Y轴而能够相对于床身1进行一个平移自由度的运动。因此，主轴箱2相对于工作台3具有三个平移自由度。各轴通过由数控装置控制的伺服电动机(未图示)被驱动，将被加工物固定于工作台3，将刀具装配于主轴箱2并使该刀具旋转，控制被加工物与刀具之间的相对位置并进行加工。

图2是作为上述的机床之一的具有三根平移轴和两根旋转轴的五轴控制加工中心(五轴机)的示意图。主轴箱2通过作为平移轴且相互正交的X轴、Z轴能够相对于床身1进行两个平移自由度的运动。工作台3通过作为旋转轴的C轴能够相对于摇架(cradle)4进行一个旋转自由度的运动，摇架4通过作为旋转轴的A轴能够相对于耳轴(trunnion)5进行一个旋转自由度的运动，A轴与C轴相互正交。进而，耳轴5通过作为平移轴且与X轴及Z轴正交的Y轴能够相对于床身1进行一个平移自由度的运动，因此，主轴箱2能够相对于工作台3进行三个平移自由度和两个旋转自由度的运动，不仅能够控制被加工物与刀具的相对位置，而且能够控制被加工物与刀具的相对姿势，并在控制的同时进行加工。

作为影响所述五轴机的运动精度的因素，例如存在旋转轴的中心位置误差(相对于假设的位置的偏差)、旋转轴的倾斜误差(旋转轴与平移轴的平行度)等各轴之间的几何学误差(以下称作几何误差)。三轴机也存在两个平移轴之间的垂直度等几何误差，然而由于五轴机比三轴机的轴数多，因此几何误差的数量也多。即，在三轴机中各平移轴之间的垂直度为三个、主轴箱的旋转轴和平移轴之间的垂直度为两个，存在共计五项几何误差。另一方面，在五轴机中，对于旋转轴来说，由于各旋转轴存在两个方向的中心位置误差和两个方向的倾斜误差，因此每一根旋转轴存在四项几何误差，由于有两根旋转轴因此存在八项几何误差。并且，在五轴机中，对于平移轴来说，与三轴机同样地，各平移轴之间的垂直度为三个、主轴箱的旋转轴与平移轴之间的垂直度为两个，存在共计五项几何误差。由此，在五轴机中存在共计十三项几何误差。

并且，三轴机不存在像旋转轴中心那样的基准，而是进行以任意加工点为基准的相对加工，而在五轴机中，在旋转轴与被加工物或刀具之间的相对关系与假设的状态不同的情况下会产生误差。即，在五轴机中，这些几何误差对加工精度的影响比三轴机大。得知几何误差的大小的话，就能够通过如下等方法进行高精度的加工：通过调整来减小几何误差、通过将几何误差考虑进来的指令程序进行控制、对几何误差的修正进行控制。因此，为了通过五轴机进行高精度的加工，了解五轴机的几何误差处于何种程度是非常重要的。

作为辨识五轴机的几何误差的方式，提出有如下述专利文献1记载的方法。即，将可测定两个球的中心之间的距离的测定器即球杆仪安装于主轴箱侧和工作台侧，将主轴箱侧球的中心与工作台侧球的中心之间的距离保持一定，使两个平移轴进行圆弧运动的同时使一个旋转轴同步地动作，测定主轴箱侧球与工作台侧球之间的相对位移。得到的测定数据为圆弧轨迹，根据该中心偏差来辨识与旋转轴相关的几何误差的一部分。并且，通过改变球杆仪的安装方向能够辨识不同的几何误差，能够辨识共计八个与旋转轴相关的几何误差。

另一方面，作为辨识五轴机的几何误差的其他方式，提出有如下述专利文献2记载的方法。在该方法中，对旋转轴进行分度，并通过被装配于主轴箱的接触测头(touch probe)测定多个被固定于工作台上的球的中心位置。根据测定得到的多个球中心位置求得平面，并将该平面的法线向量作为实际的旋转轴的向量，根据该向量与理想向量的差分求得旋转轴的倾斜误差。此外，考虑到该实际向量，根据所述多个球中心位置测定值求得实际的旋转轴中心位置，并根据实际的旋转轴中心位置与理想中心位置的差分求得旋转轴的中心位置误差。因此，能够辨识与旋转轴相关的八个几何误差。

专利文献1：日本特开2004-219132号公报

专利文献2：日本特开2005-61834号公报