[发明专利]五轴控制机床及其误差辨识方法、存储介质

说明书

本发明提供5轴控制机床及其误差辨识方法、存储介质，能够不受直行轴的轴单体几何误差的影响而高精度地辨识轴间几何误差。执行如下步骤：将接触式探头安装于主轴，将球阵列固定于工作台；利用接触式探头计测球阵列的初始位置；根据初始位置计测步骤中的计测值，计算用于使球阵列位于基准位置的各旋转轴的基准角度；将各旋转轴相对于基准角度分别分度至多个分度角度，利用接触式探头分别计测各分度角度下的固定于工作台的球阵列的球的中心位置；基于校正器计测步骤中的计测值，对直行轴的定位误差、真直度误差和垂直度误差、各旋转轴的位置误差和倾斜误差进行辨识。

技术领域

本发明涉及在5轴控制加工中心等5轴控制机床中辨识几何误差的方法、存储有执行该方法的误差辨识程序的存储介质以及能够执行该方法的5轴控制机床。

背景技术

图1是具有3个直行轴和2个旋转轴的5轴控制加工中心的示意图。主轴头2 能够通过X轴、Z轴相对于床身1进行2个自由度的平移运动，其中X轴、Z轴是直行轴且它们相互垂直。工作台3能够通过作为旋转轴的C轴相对于摇架4进行1 个自由度的旋转运动。摇架4能够通过作为旋转轴的A轴相对于耳轴5进行1个自由度的旋转运动。A轴与C轴相互垂直。并且，耳轴5能够通过Y轴相对于床身1 进行1个自由度的平移运动，其中Y轴是直行轴且与X、Z轴垂直。因此，主轴头2 能够相对于工作台3进行3个自由度的平移运动和2个自由度的旋转运动。各进给轴由通过未图示的数控装置控制的伺服电动机来驱动，将被加工物固定于工作台3，将工具安装于主轴头2并使其旋转，能够控制被加工物与工具的相对位置及相对姿势来进行加工。

作为对5轴控制加工中心的运动精度造成影响的主要原因，存在旋转轴的中心位置的误差(相对于设想的位置的偏移)、旋转轴的倾斜误差(轴间的垂直度、平行度) 等各轴间的几何误差。例如，在图1的5轴控制加工中心中，作为与直行轴有关的轴间几何误差，有X-Y轴间垂直度、Y-Z轴间垂直度、Z-X轴间垂直度这3个误差，作为与主轴有关的轴间几何误差，有工具-Y轴间垂直度、工具-X轴间垂直度这2个误差，作为与旋转轴有关的轴间几何误差，有C轴中心位置X方向误差、C-A轴间偏离误差、A轴角度偏离误差、C-A轴间垂直度、A轴中心位置Y方向误差、A轴中心位置Z方向误差、A-Z轴间垂直度、A-Y轴间垂直度这8个误差。

另外，在直行轴单体中，也存在各轴的定位误差、真直度等轴单体的几何误差，这些误差成为给机械的运动精度造成影响的主要原因。

若存在这些几何误差，则机床的运动精度恶化，被加工物的加工精度恶化。作为其对策，通常采用以减小几何误差的方式进行制造或调整的方法、对由几何误差引起的工具相对于工件的位置的误差进行校正控制的方法。为了进行这样的校正控制，需要计测或辨识机床内在的几何误差。

作为辨识轴间几何误差的方法，本申请发明人提出了如专利文献1那样的方法。在该方法中，通过旋转轴将工作台以旋转/倾斜角度分度至多个角度，使用安装于主轴的接触式探头，分别计测固定于工作台上的球的中心位置，能够根据所得到的计测值来辨识轴间几何误差。也能够仅通过将球设置于工作台，自动进行一系列的计测，自动辨识几何误差，具有如下优点：即使机床操作员不具备计测的知识或技术，也能够辨识几何误差。

另一方面，作为辨识轴单体几何误差的方法，在专利文献2中示出了如下方法：在三维测定机中，将具有多个量块的台阶式量规的朝向改变为多个方向，分别计测量块间距离，辨识3个直行轴的定位误差的整体伸缩分量(1次分量)和3个直行轴间垂直度。

另外，在专利文献3中，示出了如下方法：在机床中，将具有多个球的球阵列的朝向改变为多个方向，使用安装于主轴的接触式探头来分别计测球阵列的多个球间距离，辨识3个直行轴的定位误差的1次分量和3个直行轴间垂直度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-38902号公报

专利文献2：日本特开2007-101279号公报