[發(fā)明專利]機(jī)床的數(shù)控裝置和數(shù)控方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811067636.2
• 申請(qǐng)日: 2018-09-13
• 公開（公告）號(hào): CN109500619B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 小島拓也;松下哲也
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大隈株式會(huì)社
• 主分類號(hào): B23Q1/00
• 分類號(hào): B23Q1/00;B23Q15/14
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 黃綸偉;黃志堅(jiān)

提供機(jī)床的數(shù)控裝置和數(shù)控方法，能夠?qū)Ω鞣N工件實(shí)現(xiàn)高精度的加工。5軸機(jī)床的數(shù)控裝置具備:軸依存變形誤差估計(jì)單元(20),其根據(jù)軸依存變形誤差參數(shù)和平移軸和/或旋轉(zhuǎn)軸的指令值，運(yùn)算由于5軸機(jī)床發(fā)生變形而產(chǎn)生的軸依存變形誤差的估計(jì)值；輸入單元(17),其用于輸入工件的質(zhì)量和重心位置；重力變形估計(jì)單元(18),其根據(jù)重力變形誤差參數(shù)、由輸入單元(17)輸入的質(zhì)量和重心位置以及平移軸和/或旋轉(zhuǎn)軸的指令值，運(yùn)算由工件質(zhì)量引起的重力變形誤差的估計(jì)值；校正值運(yùn)算單元(16),其根據(jù)軸依存變形誤差的估計(jì)值、重力變形誤差的估計(jì)值以及該指令值，運(yùn)算與刀具相對(duì)于工件的位置和/或姿態(tài)的誤差對(duì)應(yīng)的平移軸和/或旋轉(zhuǎn)軸的校正值；以及加法器(21),其將校正值加到指令值中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在機(jī)床中用于校正由工件的質(zhì)量引起的機(jī)床變形的數(shù)控裝置和數(shù)控方法。

背景技術(shù)

圖1是具有三個(gè)平移軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的5軸控制加工中心的示意圖。主軸頭2 能夠借助作為平移軸的彼此垂直的X軸、Z軸相對(duì)于底座1進(jìn)行兩個(gè)平移自由度的運(yùn) 動(dòng)。工作臺(tái)3能夠借助作為旋轉(zhuǎn)軸的C軸相對(duì)于托架4進(jìn)行一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的運(yùn)動(dòng)， 托架4能夠借助作為旋轉(zhuǎn)軸的A軸相對(duì)于耳軸5進(jìn)行一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的運(yùn)動(dòng)，A軸 和C軸彼此垂直。此外,耳軸5能夠借助作為平移軸且與X、Z軸垂直的Y軸相對(duì)于 底座1進(jìn)行一個(gè)平移自由度的運(yùn)動(dòng)。因此，主軸頭2能夠相對(duì)于工作臺(tái)3進(jìn)行三個(gè)平 移自由度和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的運(yùn)動(dòng)。各進(jìn)給軸被由未圖示的數(shù)控裝置控制的伺服電機(jī) 驅(qū)動(dòng)，將被加工物固定到工作臺(tái)3上，將刀具安裝在主軸頭2上并使刀具旋轉(zhuǎn)，控制 被加工物和刀具之間的相對(duì)位置和相對(duì)姿態(tài)來(lái)進(jìn)行加工。

對(duì)該5軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度產(chǎn)生影響的主要因素例如有旋轉(zhuǎn)軸的中心位置的誤差(相對(duì)于假定的位置的偏離)以及旋轉(zhuǎn)軸的傾斜誤差(軸間的垂直度、平行度)等各 軸間的幾何學(xué)誤差(以下稱為“幾何誤差”)。若存在幾何誤差，則導(dǎo)致機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精 度惡化，工件的加工精度惡化。因此，雖然需要通過(guò)調(diào)整來(lái)減小幾何誤差，但是難以 使其為零，可以通過(guò)進(jìn)行校正幾何誤差的控制來(lái)進(jìn)行高精度的加工。

作為測(cè)定機(jī)床的幾何誤差的手段，已經(jīng)提出了各種方法，但是測(cè)定需要昂貴的測(cè)定儀器或多個(gè)測(cè)定儀器，此外，所述誤差的測(cè)定還要求某種程度的技能水平。因此， 專利文獻(xiàn)1公開了一種系統(tǒng)，其中，在機(jī)床的刀具臺(tái)上安裝接觸探針，在工作臺(tái)上設(shè) 置目標(biāo)球，使機(jī)床在指定的分度位置自動(dòng)進(jìn)行傾斜軸/旋轉(zhuǎn)軸的分度動(dòng)作，在各分度 位置計(jì)測(cè)目標(biāo)球的中心坐標(biāo)，基于該結(jié)果辨識(shí)、校正幾何誤差。

還可舉出由于裝載在工作臺(tái)3上的夾具或工件的重力等外力以及平移軸和旋轉(zhuǎn)軸的動(dòng)作導(dǎo)致的托架4和耳軸5等的重心移動(dòng)而產(chǎn)生的變形誤差也是對(duì)該5軸機(jī)床的 運(yùn)動(dòng)精度產(chǎn)生影響的主要因素之一。為了抑制變形誤差，存在有實(shí)施增加構(gòu)成機(jī)床的 各要素的厚度等措施以提高靜剛性的方法，但是會(huì)發(fā)生由于材料的成本或機(jī)床本身的 質(zhì)量增加而導(dǎo)致的速度降低等問(wèn)題。

針對(duì)這樣的問(wèn)題，在專利文獻(xiàn)2的三維測(cè)定器中，在預(yù)先裝載各種質(zhì)量的工件的狀態(tài)下計(jì)測(cè)幾何誤差，根據(jù)該計(jì)測(cè)結(jié)果求出并存儲(chǔ)每個(gè)工件質(zhì)量的校正參數(shù)，適當(dāng)讀 出與待測(cè)定工件的質(zhì)量對(duì)應(yīng)的校正參數(shù)來(lái)校正待測(cè)定的工件的測(cè)定坐標(biāo)。

此外，在專利文獻(xiàn)3中，已經(jīng)提出了如下裝置：將由于外力引起的變形誤差、熱 位移和機(jī)床的定位誤差等各種誤差作為幾何誤差來(lái)處理，從而以更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)來(lái)校正 各種誤差。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2011-38902號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2005-214943號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本特開2009-104317號(hào)公報(bào)

上述變形誤差根據(jù)每臺(tái)機(jī)床的組裝精度而有偏差。此外，長(zhǎng)時(shí)間使用機(jī)床會(huì)導(dǎo)致部件磨損，變形行為發(fā)生變化。因此，在如專利文獻(xiàn)2那樣基于預(yù)先計(jì)測(cè)的變形誤差 估計(jì)變形誤差時(shí)，產(chǎn)生由于老化引起的誤差。