[發明專利]具備檢測刀具與工件之間的接觸的功能的機床

有效

• 申請號: 200710184959.5
• 申請日: 2007-10-30
• 公開（公告）號: CN101174145A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發明（設計）人: 洪榮杓;蛯原建三;河合知彥
• 申請（專利權）人: 發那科株式會社
• 主分類號: G05B19/18
• 分類號: G05B19/18
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司
• 代理人: 曾賢偉

技術領域

本發明涉及需要納米單位精度的執行超精密加工的機床，特別涉及可以精確確定加工起始位置的機床。

背景技術

在需要納米單位精度的執行超精密加工的機床中，當在加工面上執行劃線等時，為了提供加工精度，必須精確確定刀尖點相對于工件的位置并開始加工，也必須以納米精度設置工件加工起始點的坐標位置。

傳統的，利用傳感器或其他的這樣的特殊刀具檢測設備或顯微鏡來檢測刀尖位置。作為檢測工件位置的方法，已知一發明，其限制旋轉馬達制動器的輸出扭矩，并使刀具朝著工件前進，并且在過扭的狀態下，甚至在跳躍偏移量超過預定位置偏移時，跳過移動指令并停止任何之后的移動指令(見，例如，JP2002-328707A)。

作為檢測刀具相對工件的位置的方法，可以傳統使用的刀具檢測設備檢測刀具位置，但是不能精確確定工件的位置。另外，以具有鋒利的尖部的刀具，不能檢測尖部的真實位置。

而且，當利用顯微鏡檢測時，檢測刀刃尖部和工件之間的距離，且將刀具送到臨近于工件。然而，對于給定的有限的顯微鏡焦距，隨著加工的進行，有時不能再看到刀刃。

另外，在JP2002-328707A描述的發明中，限制例如驅動刀具的馬達的制動器的輸出扭矩并朝著工件移動刀具，在過扭狀態下獲取位置偏移超過跳躍偏移量時的位置，并測量相對刀具的工件位置，在過扭狀態下的扭矩作用在刀具和工件上。在以納米單位測量的加工精度進行超精密加工的機床中，移動軸的軸承包括例如空氣軸承的液壓軸承，即無摩擦軸承。結果，即使在可移動軸上施加很小的力，因為在例如JP2002-328707A描述的過扭等狀態下，當檢測刀位置偏移超過預定值時，可移動軸移動，所以增加了刀具或工件已從刀具和工件的接觸位置移開的可能性，使得很難以納米精度確定位置。

發明內容

本發明提供了一種具有可精確檢測超精度機床中的加工起始位置的工件接觸檢測功能的機床，該超精度機床包括液壓軸承支持的無摩擦可移動軸。

本發明的機床，利用由液壓軸承支持的可移動軸相對工件從加工的起始點開始移動刀具，從而執行工件表面的加工。該機床包括：位置檢測器，用于檢測各個可移動軸的位置；位置偏移檢測單元，用于檢測作為可移動軸的指令位置與檢測位置之間的差值的、各個可移動軸的位置偏移；接觸點檢測單元，用于通過利用可移動軸使刀具相對工件移動來掃描工件的表面，從而基于位置偏移檢測單元檢測到的位置偏移來檢測刀具與工件之間的接觸，并將在檢測到接觸時的可移動軸的位置自動設置并存儲為加工的起始點；以及撤回單元，用于在檢測到接觸時利用安裝了刀具的可移動軸使刀具從工件撤回。

可移動軸可以包括線性軸和旋轉軸，且用于檢測線性軸的位置的位置檢測器包括具有10nm或更小的檢測精確度的線性刻度。

用于檢測旋轉軸的位置的位置檢測器可以包括具有1/10000度或更小的檢測精確度的旋轉編碼器，且旋轉軸直接耦合于馬達且由馬達直接驅動。

接觸點檢測單元可以利用可移動軸之一使刀具以恒定速度相對工件移動，且基于可移動軸之一的位置偏移來檢測刀具與工件之間的接觸。

可移動軸可以包括作為線性軸的X軸，作為配置于X軸上且與其垂直的旋轉軸的B軸，作為與X軸垂直且與B軸平行的線性軸的Y軸，作為與X軸和Y軸垂直的線性軸的Z軸。刀具可以安裝在Y軸上。

工件可以安裝在旋轉B軸上的旋轉臺上，且接觸點檢測單元可以利用X軸線性移動工件，來基于X軸，B軸和Y軸中任一個軸的位置偏移的變化檢測刀具與工件之間的接觸。

在開始加工時，可移動軸可自動地移動到由接觸點檢測單元設置并存儲的位置。

接觸點檢測單元可以在每次B軸和Y軸停止而以預定量驅動Z軸時，通過反向驅動X軸由刀具掃描工件的X-Z平面，并且每次以預定量驅動Y軸時重復執行掃描，從而將刀具移動到更接近于工件，直到檢測到刀具與工件之間的接觸。

可以在Y軸上提供平行于X軸的附加線性軸，可以在旋轉B軸上的旋轉臺上安裝工件，且接觸點檢測單元可以利用附加線性軸使刀具在平行于X軸的方向上反向移動以檢測刀具與工件之間的接觸。

可以將用于控制可移動軸的伺服控制器的伺服增益設置較低值，以便對外部擾動具有較大敏感性，從而以在刀具或工件上施加的較小的力檢測刀具與工件之間的接觸。

機床可進一步包括檢測單元，用于檢測任一位置偏移的異常增加，其中所述在所述檢測單元檢測到異常增加時，所述撤回單元從工件撤回刀具。

所述檢測單元可輸出表示被檢測到位置偏移的異常增加的可移動軸的信號。