CN102736560B - 机床的校正值运算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机床的校正值运算方法，在机床中，能够校正几何误差引起的刀具前端点的位置误差并且校正刀具的姿态误差，而且计算量小，能够运算不依赖于旋转轴指令值的旋转轴的校正值。该机床的校正值运算方法在具有2个以上的平动轴和1个以上的旋转轴的机床中，校正几何误差引起的刀具相对于被加工物的位置和姿态的误差，其特征在于，该机床的校正值运算方法具有：旋转轴校正值运算步骤(S3)，在该步骤中，使用表示所述几何误差的几何参数，运算所述旋转轴的校正值；以及平动轴校正值运算步骤(S4)，在该步骤中，使用各所述旋转轴的指令值以及所述各平动轴的指令值和所述几何参数，运算所述平动轴的校正值。

Description

机床的校正值运算方法

技术领域

本发明涉及运算用于校正具有平动轴和旋转轴的机床的几何误差的校正值的方法。

背景技术

图1是作为该机床的一个示例的具有3个平动轴和2个旋转轴的机床(五轴加工中心、五轴机)的示意图。主轴头2为平动轴，能够通过相互正交的Ⅹ轴和Z轴，相对于机座1进行两个自由度的平动。工作台3能够通过作为旋转轴的C轴，相对于摇架4进行一个自由度的旋转。摇架4能够通过作为旋转轴的A轴，相对于耳轴5进行一个自由度的旋转，A轴和C轴相互正交。耳轴5为平动轴，能够通过与Ⅹ轴和Z轴正交的Y轴，相对于机座1进行一个自由度的平动。各轴由数控装置控制的伺服电机(未图示)驱动，将被加工物(工件)固定在工作台3上，在主轴头2上安装刀具并使刀具旋转，控制被加工物与刀具的相对位置进行加工。

作为对所述五轴机的运动精度带来影响的主要原因，例如，有旋转轴的中心位置的误差(与假定位置的偏差)、旋转轴的倾斜误差(轴间的垂直度或平行度)等各轴间的几何学上的误差(几何误差)。如果存在几何误差，则机床的运动精度恶化，被加工物的加工精度恶化。因此，需要通过调整来减小几何误差，但是却很难将几何误差变为0，只能通过进行校正几何误差的控制来进行高精度的加工。

作为校正几何误差的手段，提出了下述专利文献1、2记载的方法。

专利文献1中，能够考虑机床的几何误差，将刀具前端点的位置转换成各平动轴的位置，通过将各平动轴的位置设为指令位置，校正由几何误差引起的刀具前端点的位置误差。另一方面，专利文献2中，能够通过控制存在几何误差时刀具前端点相对于被加工物的位置与不存在几何误差时的位置之间的差分值作为平动轴的校正值，校正由几何误差引起的刀具前端点的位置误差。

通过专利文献1的校正手段，虽然对刀具前端点的位置误差进行了校正，但是实际上，几何误差不只会引起刀具前端点的位置误差，还会引起刀具的姿态误差。例如，在图1的五轴机中，如果考虑如图2所示将方头立铣刀6安装在主轴头2上对工件7进行平面加工的情况，则当绕X轴的旋转几何误差α引起工作台3相对于主轴头2倾斜时，产生方头立铣刀6的前端面的姿态误差。这里，当将从图2的纸面的正面向背面的方向设为进给方向、将大箭头P方向设为铣进(pick)方向进行平面加工时，方头立铣刀6的铣进方向的定位指令值变成相互留有间隔的多个点的集合。因此，虽然通过这些校正手段，刀具前端点根据各定位指令值被校正成相对于Y轴倾斜倾角α的点Q，但是由于定位指令值存在间隔，因此校正后的点Q也存在间隔，如图2所示在加工面上产生了阶梯。

这里，在专利文献2中，求出存在几何误差时相对于工件的刀具姿态向量^TV_G＝[ijk]，使用向量^TV_G和A轴指令值a通过下面的[公式1]计算旋转轴(A轴和C轴)的校正值Δa、Δc，通过校正旋转轴指令值进行控制，能够校正刀具的姿态误差。

[公式1]

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}a=j\\ \mathrm{\Δ}c=-\frac{i}{\sin a}\end{array}\right.$

【专利文献1】日本特开2004-272887号公报

【专利文献2】日本特开2009-104317号公报

然而，专利文献2存在如下问题：由于A轴指令值a为0时不能通过上述[公式1]进行计算，即使A轴指令值a在0附近也会变成非常大的值，即所谓的奇点，因此，不能正确地导出校正值，需要进行例外处理。其根本原因在于，由于五轴机为3个平动轴和2个旋转轴的结构，因此，无法与由几何误差引起的空间六自由度(平动三个自由度、旋转三个自由度)的误差全部对应。另外，上述刀具姿态向量^TV_G的运算存在如下问题：需要与刀具前端点的位置误差的校正值的运算几乎相同的计算量，导致在校正刀具的姿态误差时计算量增大。

发明内容

因此，本发明中的技术方案1～8、12的目的在于，提供一种方法以及程序，在以五轴机为首的机床中，能够校正几何误差引起的刀具前端点的位置误差并且校正刀具的姿态误差，而且计算量小，能够运算不依赖旋转轴指令值的旋转轴的校正值。

另外，为了确保加工时的刚性，大部分机床的旋转轴大多具有夹紧机构。虽然用于进行刀具姿态的校正的校正参数发生变更或变化，旋转轴的校正值发生变化，但是在旋转轴被夹紧机构夹紧的状态下，尽管被夹紧但是由于旋转轴校正值导致旋转轴要进行动作，因此，旋转轴由于扭转等被施加较大的负荷，产生部材的变形引起的旋转误差，造成精度下降。另外，还可能引起驱动旋转轴的电机过热，也可能造成机械故障。

因此，本发明中的技术方案9～11的目的在于，提供一种校正值的运算方法，用于避免在旋转轴处于夹紧状态时旋转轴的校正值发生变化，旋转轴勉强动作的情况，从而校正刀具前端点的位置误差以及刀具的姿态误差。

为了实现上述目的，技术方案1记载的发明提供一种机床的校正值运算方法，在具有2个以上的平动轴和1个以上的旋转轴的机床中，校正几何误差引起的刀具相对于被加工物的位置和姿态的误差，其特征在于，该机床的校正值运算方法具有：旋转轴校正值运算步骤，在该步骤中，使用表示所述几何误差的几何参数，运算所述旋转轴的校正值；第1平动轴校正值运算步骤，在该步骤中，使用各所述旋转轴的指令值以及所述各平动轴的指令值和所述几何参数，运算所述平动轴的校正值。

技术方案2记载的发明是在上述发明的基础上，其特征在于，在所述第1平动轴校正值运算步骤中，还使用所述旋转轴的校正值运算所述平动轴的校正值。

技术方案3记载的发明是在上述发明的基础上，其特征在于，在所述第1平动轴校正值运算步骤中，通过根据所述旋转轴的校正值进行所述旋转轴的校正，运算用于进一步校正假定在所述平动轴产生的误差的、所述平动轴的校正值。

技术方案4记载的发明是在上述发明的基础上，其特征在于，所述第1平动轴校正值运算步骤具有：理想刀具位置运算步骤，在该步骤中，使用各所述旋转轴的指令值和所述各平动轴的指令值，运算没有所述几何误差时的理想的刀具位置；实际刀具位置运算步骤，在该步骤中，使用各所述旋转轴的指令值、所述各平动轴的指令值、所述几何参数、以及在所述旋转轴校正值运算步骤中计算出的所述旋转轴的校正值，运算存在所述几何误差时的实际的刀具位置；刀具位置误差运算步骤，在该步骤中，运算所述理想的刀具位置和所述实际的刀具位置的差分；以及刀具位置坐标转换步骤，在该步骤中，对所述差分进行坐标转换。

技术方案5记载的发明是在上述发明的基础上，其特征在于，在所述旋转轴校正值运算步骤中，将与所述旋转轴相同的旋转方向的多个所述几何参数的和或者和的负数作为该旋转轴的校正值。

技术方案6记载的发明是在上述发明的基础上，其特征在于，所述机床具有1个所述旋转轴，在所述旋转轴校正值运算步骤中，将与所述旋转轴相同的旋转方向的全部所述几何参数的和或者和的负数作为该旋转轴的校正值。

技术方案7记载的发明是在上述发明的基础上，其特征在于，所述机床具有2个所述旋转轴，在所述旋转轴校正值运算步骤中，将2个所述旋转轴视为从刀具到被加工物的轴的链，将刀具与从刀具起第2个所述旋转轴(以下称作第2个旋转轴)之间的、与从刀具起第1个所述旋转轴(以下称作第1个旋转轴)相同的旋转方向的所述几何参数的和或者和的负数，作为所述第1个旋转轴的校正值，将所述第1个旋转轴与被加工物之间的、与所述第2个旋转轴相同的旋转方向的所述几何参数的和或者和的负数，作为所述第2个旋转轴的校正值。

技术方案8记载的发明是在上述发明的基础上，其特征在于，所述机床具有3个所述旋转轴，在所述旋转轴校正值运算步骤中，将3个所述旋转轴视为从刀具到被加工物的轴的链，将刀具与所述第2个旋转轴之间的、与所述第1个旋转轴相同的旋转方向的所述几何参数的和或者和的负数，作为所述第1个旋转轴的校正值，将所述第1个旋转轴和刀具和第3个所述旋转轴(以下称作第3个旋转轴)之间的、与所述第2个旋转轴相同的旋转方向的所述几何参数的和或者和的负数，作为所述第2个旋转轴的校正值，将所述第2个旋转轴与被加工物之间的、与所述第3个旋转轴相同的旋转方向的所述几何参数的和或者和的负数，作为所述第3个旋转轴的校正值。

为了实现上述目的，技术方案9记载的发明提供一种机床的校正值运算方法，在具有2个以上的平动轴和1个以上的具有夹紧机构的旋转轴的机床中，对几何误差引起的刀具相对于被加工物的位置和姿态的误差进行校正，其特征在于，该机床的校正值运算方法具有：旋转轴校正值更新运算步骤，在该步骤中，在所述夹紧机构不处于夹紧状态的情况下，使用表示所述几何误差的几何参数运算并更新所述旋转轴的校正值，在所述夹紧机构处于夹紧状态的情况下，将所述旋转轴的校正值维持在从前的值；以及第2平动轴校正值运算步骤，在该步骤中，使用各所述旋转轴的指令值以及所述各平动轴的指令值和所述几何参数，运算所述平动轴的校正值。

技术方案10记载的发明是在上述发明的基础上，其特征在于，在所述第2平动轴校正值运算步骤中，还使用所述旋转轴的校正值运算所述平动轴的校正值。

技术方案11记载的发明是在上述发明的基础上，其特征在于，在所述第2平动轴校正值运算步骤中，在所述夹紧机构处于夹紧状态的情况下，当变更与所述刀具的姿态的误差相关的所述几何参数时，运算用于校正由于该变更而产生的所述刀具的位置误差的变化量的、所述平动轴的校正值。

根据本发明，能够通过计算量小的简单的运算方法，在计算量小的状态下计算出不依赖于旋转轴指令值的旋转轴的校正值，校正由于五轴机等机床的几何误差引起的刀具前端点的位置误差，并且校正由于几何误差引起的刀具的姿态误差。

另外，根据本发明，通过在旋转轴被夹紧的状态下不更新而是保持旋转轴的校正值，能够不在旋转轴产生过度的载荷地对刀具前端点的位置误差进行校正。

附图说明

图1是五轴加工中心的示意图。

图2是现有示例的由刀具的姿态误差引起的平面加工状态的示意图。

图3是执行本发明的控制方法的控制装置的框线图。

图4是本发明第1实施方式的校正值运算的流程图。

图5是在本发明的旋转轴的校正值运算中使用的几何参数的开始位置和结束位置的图表。

图6是本发明第2实施方式的校正值运算的流程图。

标号说明

1：机座；2：主轴头；3：工作台；4：摇架；5：耳轴；6：方头立铣刀(刀具)；7：工件(被加工物)。

具体实施例方式

以下，作为本发明的实施方式的示例，基于适当的附图对图1所示的五轴机中的校正进行说明。该校正是由执行校正程序的计算机来进行的，该计算机可以是五轴机的数控装置，也可以是与其连接的独立的控制装置，还可以是它们的组合。另外，该方式不限于下述的示例，例如也可以适用于4个轴以下或6个轴以上的机床，也可以取代通过旋转轴使工作台3具有两个自由度的旋转，而是使主轴头2具有两个自由度的旋转，或者使主轴头2和工作台3分别具有一个自由度以上的旋转。另外，作为机床，也可以不采用加工中心(图1)，而采用车床、复合加工机、磨床等。

[第1实施方式]

图3是用于执行本发明第1实施方式的控制方法的数控装置10的一个示例。当被输入加工程序G时，指令值生成单元11生成各驱动轴的指令值。校正值运算单元12基于由指令值生成单元11生成的指令值运算各轴的校正值，接收到该指令值与校正值的合计值的伺服指令值转换单元13运算各轴的伺服指令值，并发送至各轴的伺服放大器14a-14e。各轴的伺服放大器14a-14e分别驱动伺服电机15a-15e，控制主轴头2相对于工作台3的相对位置以及姿态。

接着，对几何误差进行说明。将几何误差定义成各轴间的3个方向的相对平动误差以及3个方向的相对旋转误差，共计6个分量(δx，δy，δz，α，β，γ)。从固定在五轴机的工作台3上的工件7到固定在主轴头2上的刀具的轴，按照C轴、A轴、Y轴、X轴、Z轴的顺序连接，如果还考虑Z轴与刀具间以及工件7与C轴间，则存在共计36个几何误差。但是，在36个几何误差中，由于存在多个处于冗余关系的几何误差，因此，作为最终的几何误差，将这些误差除外。

因此，如果将轴的名称以及各几何误差从刀具侧起的序号作为下角标表示，则最终的几何误差为δx₅，δy₅，α₅，β₅，δy₄，δz₄，β₄，γ₄，γ₃，α₂，β₂，α₁，β₁共计13个。这些几何误差按照顺序分别是：C轴中心位置X方向误差、C-A轴间的偏离误差、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-X轴间垂直度、A-Y轴间垂直度、X-Y轴间垂直度、Y-Z轴间垂直度、Z-X轴间垂直度、主轴-Y轴间垂直度、主轴-X轴间垂直度。另外，数控装置10包括存储这些几何误差的存储单元(未图示)。

接着，在本实施方式中，说明数控装置10执行的针对几何误差的校正值的运算方法。图4是第1实施方式的校正值运算的流程图。

在步骤S1中判定是否进行刀具姿态误差的校正。在不校正刀具姿态误差的情况下，在步骤S2中不运算旋转轴的校正值而将其设为0。另一方面，在校正刀具姿态误差的情况下，在步骤S3中运算旋转轴的校正值。

步骤S3的运算将在后面叙述。最后，在步骤S4中进行平动轴的校正值的运算。

在对步骤S3的运算进行说明之前，先对步骤S4的平动轴的校正值的运算方法进行说明。在将位于主轴头2的主轴坐标系下的刀具前端点向量P_T转换成位于工作台3的工件坐标系时，如果将使用的刀具的长度设为t，将X、Y、Z、A、C轴的指令位置分别设为x、y、z、a、c，则通过使用下面所示的[公式2]进行同次坐标转换就能够求出。即，求出没有几何误差时的工件坐标系下的刀具前端点向量P_I。

[公式2]

P₁＝M₅·M₄·M₃·M₂·M₁·P_T

其中、

$M_5=\left[\begin{array}{cccc}\cos c& -\sin c& 0& 0\\ \sin c& \cos c& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right],M_4=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& \cos a& -\sin a& 0\\ 0& \sin a& \cos a& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right],$

$M_3=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& y\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right],M_2=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& x\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right],M_1=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& z\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right],P_T=\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ -t\\ 1\end{array}\right]$

另一方面，如接下来的[公式3]所示，通过将各几何误差作为转换矩阵配置在上述[公式2]的各轴的转换矩阵间，求出存在几何误差时的工件坐标系下的刀具前端点向量P_R。另外，[公式3]是认为几何误差微小而将它们的积视为0的近似式。

[公式3]

P_R＝ε₆·M₅·ε₅·M₄·ε₄·M₃·ε₃·M₂·ε₂·M₁·ε₁·P_T

其中、

${\mathrm{\ϵ}}_j=\left[\begin{array}{cccc}1& -{\mathrm{\γ}}_j& \mathrm{\β}& {\mathrm{\δx}}_j\\ {\mathrm{\γ}}_j& 1& -{\mathrm{\α}}_j& {\mathrm{\δy}}_j\\ -{\mathrm{\β}}_j& {\mathrm{\α}}_j& 1& {\mathrm{\δz}}_j\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right],(j=1,2,\mathrm{...},6)$

因此，工件坐标系下的刀具前端点的位置误差ΔP_W＝(δx，δy，δz)变成下面所示的[公式4]。

[公式4]

ΔP_w＝P_R-P_I

进而，通过如下面的[公式5]所示对工件坐标系下的刀具前端点的位置误差ΔP_W进行坐标转换，能够求出指令值中的误差ΔP_o。

[公式5]

ΔP_O＝M₄ ^-1·M₅ ^-1·ΔP_W

由此，根据各轴的指令值和将上述公式的几何误差作为预先计测/辨识出的参数(几何参数)的下面的[公式6]，得到X，Y，Z轴的校正值ΔP＝(Δx，Δy，Δz)。

[公式6]

ΔP＝-ΔP_O-M₃·M₂·M₁·P_T-M₄ ^-1·M₅ ^-1·ε₆·M₅·ε₅·M₄·ε₄·M₃·ε₃·M₂·ε₂·M₁·ε₁·P_T

通过将这样得到的各平动轴的校正值△P分别与对应的平动轴的指令值相加而进行指令，能够校正几何误差引起的刀具前端点的位置误差。

另外，虽然在进行后述的刀具姿态校正的情况下，需要对旋转轴的指令值进行校正，但是，当旋转轴根据该旋转轴的校正值而动作时，刀具前端点相对于工件的位置也移动，因此，对平动轴校正值修正旋转轴校正值引起的刀具前端点位置的移动量。换言之，需要针对作为假定由于指令校正旋转轴而在平动轴产生的误差的、该刀具前端点位置的移动量，修正平动轴校正值。为了进行该修正，在求出存在几何误差时的工件坐标系下的刀具前端点向量P_R时，使用将校正值与旋转轴指令值相加后的旋转轴校正指令值。即，不使用上述[公式3]而使用下面的[公式7]。这里，Δa是A轴的校正值，Δc是C轴的校正值。另外，也可以使用对[公式7]进行近似处理后的[公式8]。

[公式7]

P_R＝ε₆·M_5R·ε₅·M_4R·ε₄·M_Y·ε₃·M_X·ε₂·M₁·ε₁·P_T

其中，

$M_{5R}=\left[\begin{array}{cccc}\cos (c+\mathrm{\Δ}c)& -\sin (c+\mathrm{\Δ}c)& 0& 0\\ \sin (c+\mathrm{\Δ}c)& \cos (c+\mathrm{\Δ}c)& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right],M_{4R}=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& cos(a+\mathrm{\Δ}a)& -sin(a+\mathrm{\Δ}a)& 0\\ 0& \sin (a+\mathrm{\Δ}a)& cos(a+\mathrm{\Δ}a)& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

[公式8]

其中、

${\mathrm{\ξ}}_C=\left[\begin{array}{cccc}1& -\mathrm{\Δ}c& 0& 0\\ \mathrm{\Δ}c& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right],{\mathrm{\ξ}}_A=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& -\mathrm{\Δ}a& 0\\ 0& \mathrm{\Δ}a& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

接着，对步骤S3的旋转轴的校正运算进行说明。

如果考虑从刀具到工件的轴的连接顺序，由于A轴与C轴相比更靠近刀具侧，因此，将A轴称作第1旋转轴，将C轴称作第2旋转轴。另外，从刀具侧观察，A轴处于第4的位置，C轴处于第5的位置。如果将这些顺序的数字与各旋转轴的位置对应起来，则第1旋转轴的位置Loc1是4，第2旋转轴的位置Loc2是5。另外，由于旋转轴只有2个，因此不考虑第3旋转轴的位置Loc3。进而，对于几何误差从刀具侧开始的顺序，也与几何误差的位置对应起来，用1～6表示。

旋转轴的校正值是图5的几何误差的开始位置ls*与结束位置le*之间的几何参数中的与该旋转轴相同的旋转方向的几何参数(A轴为α*、B轴为β*、C轴为γ*)的合计值的负数。这里，*示出填入表示上述位置的数字中与该旋转轴对应的数字。即，第1旋转轴的校正值是ls1～le1的合计值的负数，第2旋转轴是ls2～le2的合计值的负数。另外，在有第3旋转轴时是ls3～le3。

如图5所示，作为校正值选择的几何参数根据旋转轴的数量而不同。

旋转轴是2个时，第1旋转轴的校正值是从第一个(ls1＝1)到第2旋转轴的位置(le1＝Loc2)的几何参数，第2旋转轴的校正值是从第1旋转轴的位置的一个工件侧的位置(ls2＝Loc1+1)到最终位置(le2＝6)。因此，在五轴机的情况下，A轴校正值Δa和C轴校正值Δc是通过下面的[公式9]求出的。

[公式9]

然后，通过将求出的各旋转轴的校正值分别与对应的指令值相加而进行指令，能够校正几何误差引起的刀具的姿态误差。进而，根据该旋转轴校正值，如上述那样运算平动轴的校正值，并通过将求出的各平动轴的校正值分别与对应的指令值相加而进行指令，还能够同时校正几何误差引起的刀具前端点的位置误差。

另外，如果对旋转轴的位置、旋转轴与几何误差分量的对应关系、开始位置和结束位置预先建立关联或进行设定，则在实际的校正值运算时，只进行[公式9]右边的加法运算即可，因此，能够在使计算量变得非常少的情况下进行运算。

接着，使用算式对本发明的第1实施方式的作用效果等进行说明。

假定机床存在14个几何误差δx₅、δy₅、α₅、β₅、γ₅、δy₄、δz₄、β₄、γ₄、γ₃、α₂、β₂、α₁、β₁。另外，为了简化后面的公式，认为几何误差微小而进行了将几何误差之间的积视为0的近似。

工件坐标系下的刀具前端点的位置误差(δx，δy，δz)变成对[公式4]进行变形后的下面的[公式10]。

[公式10]

另一方面，工件坐标系下的刀具姿态误差能够根据将[公式2]以及[公式3]的P_T变成V_T＝t后的公式求出。因此，刀具姿态误差(δi，δj，δk)变成下面的[公式11]。

[公式11]

对基于旋转轴校正指令的刀具姿态误差的校正效果进行讨论。首先，对旋转轴施加了校正指令时的刀具姿态误差(δi’，δj’，δk’)通过下面的[公式12]表示。

[公式12]

对此，认为几何误差是已知值，将该值作为几何参数通过[公式9]运算出的旋转轴的校正值变成下面的[公式13]。

[公式13]

Δa＝-(α₅+α₂+α₁)

Δc＝-γ₅

如果将[公式13]代入[公式12]，则如下面的[公式14]所示，得到旋转轴校正指令后的刀具姿态误差(δi”，δj”，δk”)。

[公式14]

根据[公式14]等，旋转轴校正指令后的刀具姿态误差，α方面的几何误差被校正而变小，能够进行高精度的加工。但是，剩下了β方面的几何误差的影响。这是由于在理论上不可能在2个旋转轴中对姿态误差的三个自由度的旋转进行全部校正。

接着，对结合本发明的、基于旋转轴以及平动轴校正指令的刀具前端点位置误差的校正的作用效果进行讨论。加入旋转轴以及平动轴的校正值进行指令时的工件坐标系下的刀具前端点的位置误差(δx’，δy’，δz’)变成将[公式7]变形后的下面的[公式15]。

[公式15]

对此，认为几何误差是已知值，将该值作为几何参数通过代入[公式7]后的[公式6]计算出的平动轴的校正值(Δx、Δy、Δz)成为下面的[公式16]。

[公式16]

将[公式16]代入[公式15]，则得出下面的[公式17]。该公式是平动轴以及旋转轴校正指令后的刀具前端点位置误差(δx”，δy”，δz”)。

[公式17]

因此，虽然刀具姿态误差的β方面的几何误差的影响没有全部校正而留有误差，但是刀具前端点位置误差的包含β方面的几何误差的全部几何误差的影响通过校正而消除，能够提高加工精度。

[第2实施方式]

下面，对本发明的第2实施方式进行说明。这里，对于与第1实施方式相同的要素使用相同的符号，并适当省略重复的说明。作为与第1实施方式相同的要素，首先能够列举出数控装置10(图3)以及(最终的)几何误差。

另一方面，第2实施方式的五轴机中，在A、C两个轴上，设置有未图示的夹紧机构。夹紧机构为了确保加工时的刚性，在加工时或者加工前后夹紧旋转轴。计算机对夹紧机构进行控制，使其夹紧或者松开。

另外，可以使A、C轴中的任意一方没有夹紧机构。另外，旋转轴数不同的机床中，可以对全部的旋转轴设置夹紧轴，也可以只使一部分旋转轴具有夹紧机构。

接着，在本实施方式中，对数控装置10执行的针对几何误差的校正值的运算方法进行说明。图6是第2实施方式的校正值运算的流程图。

在步骤S11中判定是否进行刀具姿态误差的校正。在不校正刀具姿态误差的情况下，在步骤S12中不运算旋转轴的校正值而将其设为0。

另一方面，在对刀具姿态误差进行校正的情况下，将步骤S13～S15重复执行旋转轴的数量n次。在步骤S13中，运算第i个(i＝1～n)旋转轴的新校正值，关于该运算将在后面进行叙述。

接着，在步骤S14中，判定第i个旋转轴是否处于夹紧状态，当没有处于夹紧状态(松开状态)时，转移至步骤S15，将第i个旋转轴校正值更新成在步骤S13中计算出的新校正值。另一方面，如果处于夹紧状态，则不更新旋转轴校正值，仍是上次运算出的值。在对全部的旋转轴运算了旋转轴的校正值后，在步骤S16中，进行平动轴的校正值的运算。按照每个更新校正值的周期执行一系列的校正值运算，期间，将校正值存储在未图示的存储单元中。另外，各轴的校正值的初始值设为0。另外，步骤S14中的夹紧状态的判定可以通过有无夹紧指令来进行，也可以通过设置在夹紧机构上的传感器(中的信号的状态)来进行。

在对步骤S13的运算进行说明之前，先对步骤S16的平动轴的校正值的运算方法进行说明，与第1实施方式的步骤S4一样，可通过[公式2]～[公式6]来进行。

另外，虽然在进行后述的刀具姿态校正时，需要对旋转轴的指令值进行校正，但是当旋转轴根据该旋转轴的校正值而动作时，相对于工件的刀具前端点的位置也发生移动，因此，需要对平动轴校正值修正旋转轴校正值引起的刀具前端点位置的移动量。为了进行该修正，与第1实施方式一样，不使用[公式3]而使用[公式7]或者[公式8]。

接着，对步骤S13中的旋转轴的新校正值的运算进行说明。

如果考虑从刀具到工件的轴的连接顺序，由于A轴与C轴相比更靠近刀具侧，因此，将A轴称作第1旋转轴，将C轴称作第2旋转轴。另外，从刀具侧观察，A轴处于第4的位置，C轴处于第5的位置。如果将这些顺序的数字与各旋转轴的位置对应起来，则第1旋转轴的位置Loc1是4，第2旋转轴的位置Loc2是5。另外，由于旋转轴只有2个，因此不考虑第3旋转轴的位置Loc3。进而，对于几何误差从刀具侧开始的顺序，也与几何误差的位置对应起来，用1-6表示。

旋转轴的新校正值是图5的几何误差的开始位置ls*与结束位置le*之间的几何参数中的与该旋转轴相同的旋转方向的几何参数(A轴为α*、B轴为β*、C轴为γ*)的合计值的负数。这里，*示出填入表示上述位置的数字中与该旋转轴对应的数字。即，第1旋转轴的校正值是ls1～le1的合计值的负数，第2旋转轴是ls2～le2的合计值的负数。另外，在有第3旋转轴时是ls3～le3。

作为新校正值选择的几何参数，使用与第1实施方式相同的几何参数，如图5所示，根据旋转轴的数量而不同。旋转轴是2个时，第1旋转轴的校正值是从第一位(ls1＝1)到第2旋转轴的位置(le1＝Loc2)的几何参数，第2旋转轴的校正值是从第1旋转轴的位置的一个工件侧的位置(ls2＝Loc1+1)到最终位置(le2＝6)。因此，在五轴机的情况下，通过下面的[公式18]求出A轴的新校正值Δa_temp和C轴的新校正值Δc_temp。

[公式18]

而且，如果旋转轴处于夹紧状态，则在步骤S15中，将各新校正值代入对应的旋转轴的校正值中。例如，如果A、C轴都处于夹紧状态，则执行下面的[公式19]所示的处理。

[公式19]

通过将这样求出的各旋转轴的校正值分别与对应的指令值相加而进行指令，能够校正几何误差引起的刀具的姿态误差。进而，根据该旋转轴校正值，如上述那样运算平动轴的校正值，并通过将求出的各平动轴的校正值分别与对应的指令值相加而进行指令，还能够同时校正几何误差引起的刀具前端点的位置误差。

另外，如果对旋转轴的位置、旋转轴与几何误差分量的对应关系、开始位置和结束位置预先建立关联或进行设定，则在实际的校正值运算时，只进行[公式18]右边的加法运算即可，因此，能够在使计算量变得非常少的情况下进行运算。

另一方面，在旋转轴处于夹紧状态的情况下，即使变更旋转系的几何参数(α_*、β_*、γ_*)(*表示任意的下标)，由于没有对夹紧中的旋转轴执行步骤S15，因此，直接使用上次运算并存储的该旋转轴的校正值，进行平动轴的校正值的运算。即，在将该旋转轴的校正值维持在之前的值的状态下，进行平动轴的校正值的运算。由于在该平动轴的校正值的运算中使用的几何参数被更新，因此，虽然还残留有刀具姿态误差，但是刀具前端点的位置误差包含其影响被校正。

进而，当存在依赖于耳轴5自身或工件7的重量等引起的变形误差、A轴角度误差或其他轴的位置和/或角度而变动的位移等时，将这些误差作为变动的几何误差处理。此时，将通过使用预先设定的多个点的数据对各点间进行直线或者曲线的插值而运算出的值、或者根据模型公式运算出的值代入几何参数中。例如，将由工件7的重量引起的绕A轴的旋转误差(A轴角度误差)作为变动的几何误差α₄处理，将使用工件7的重量或重心等为变量的变形模型公式按照每个校正值运算周期计算出的值代入α₄。

另外，将A轴分度成某个角度而进行加工时，为了提高刚性而夹紧A轴。由于工件7的重量或重心随着加工的进行而发生变化，因此，绕A轴的旋转误差变化，α₄被变更。此时，由于A轴处于夹紧中的状态，因此，旋转轴的校正值没有被更新，只有平动轴的校正值被更新。结果，虽然刀具姿态误差剩余α₄变化量，但是刀具前端点位置误差被正确地校正。

当也想对刀具姿态误差进行校正时，通过松开一次A轴，旋转轴校正值被更新，旋转轴进行变化量大小的动作，从而校正刀具姿态误差。此时，平动轴校正值也同时被更新，平动轴动作，由于旋转轴动作而产生的刀具前端点位置误差被校正。

另外，在以上的叙述中，虽然在夹紧中的状态下也持续运算旋转轴的校正值(临时值，Δa_temp或Δc_temp)，但是，也可以在夹紧中的状态下，暂停旋转轴的校正值的运算。

Claims (11)

1.一种机床的校正值运算方法，该机床的校正值运算方法在具有2个以上的平动轴和1个以上的旋转轴的机床中，对几何误差引起的刀具相对于被加工物的位置和姿态的误差进行校正，其特征在于，该机床的校正值运算方法具有：

旋转轴校正值运算步骤，在该步骤中，使用表示所述几何误差的几何参数，运算所述旋转轴的校正值；以及

第1平动轴校正值运算步骤，在该步骤中，使用各所述旋转轴的指令值以及所述各平动轴的指令值和所述几何参数，运算所述平动轴的校正值，

所述第1平动轴校正值运算步骤具有：

理想刀具位置运算步骤，在该步骤中，使用各所述旋转轴的指令值和所述各平动轴的指令值，运算没有所述几何误差时的理想的刀具位置；

实际刀具位置运算步骤，在该步骤中，使用各所述旋转轴的指令值、所述各平动轴的指令值、所述几何参数以及在所述旋转轴校正值运算步骤中计算出的所述旋转轴的校正值，运算存在所述几何误差时的实际的刀具位置；

刀具位置误差运算步骤，在该步骤中，运算所述理想的刀具位置与所述实际的刀具位置的差分；以及

刀具位置坐标转换步骤，在该步骤中，对所述差分进行坐标转换，

在所述旋转轴校正值运算步骤中，将与所述旋转轴相同的旋转方向的多个所述几何参数的和或者和的负数作为该旋转轴的校正值。

2.根据权利要求1所述的机床的校正值运算方法，其特征在于，

在所述第1平动轴校正值运算步骤中，还使用所述旋转轴的校正值运算所述平动轴的校正值。

3.根据权利要求1所述的机床的校正值运算方法，其特征在于，

在所述第1平动轴校正值运算步骤中，通过根据所述旋转轴的校正值进行所述旋转轴的校正，运算用于进一步校正假定在所述平动轴中产生的误差的、所述平动轴的校正值。

4.根据权利要求2所述的机床的校正值运算方法，其特征在于，

在所述第1平动轴校正值运算步骤中，通过根据所述旋转轴的校正值进行所述旋转轴的校正，运算用于进一步校正假定在所述平动轴中产生的误差的、所述平动轴的校正值。

5.根据权利要求1所述的机床的校正值运算方法，其特征在于，

所述机床具有1个所述旋转轴，

在所述旋转轴校正值运算步骤中，将与所述旋转轴相同的旋转方向的全部所述几何参数的和或者和的负数作为该旋转轴的校正值。

6.根据权利要求1所述的机床的校正值运算方法，其特征在于，

所述机床具有2个所述旋转轴，

在所述旋转轴校正值运算步骤中，将2个所述旋转轴视为从刀具到被加工物的轴的链，将刀具与第2个所述旋转轴之间的、与第1个所述旋转轴相同的旋转方向的所述几何参数的和或者和的负数，作为第1个所述旋转轴的校正值，将第1个所述旋转轴与被加工物之间的、与第2个所述旋转轴相同的旋转方向的所述几何参数的和或者和的负数，作为第2个所述旋转轴的校正值。

7.根据权利要求1所述的机床的校正值运算方法，其特征在于，

所述机床具有3个所述旋转轴，

在所述旋转轴校正值运算步骤中，将3个所述旋转轴视为从刀具到被加工物的轴的链，将刀具与第2个所述旋转轴之间的、与第1个所述旋转轴相同的旋转方向的所述几何参数的和或者和的负数，作为第1个所述旋转轴的校正值，将第1个所述旋转轴与第3个所述旋转轴之间的、与第2个所述旋转轴相同的旋转方向的所述几何参数的和或者和的负数，作为第2个所述旋转轴的校正值，将第2个所述旋转轴与被加工物之间的、与第3个所述旋转轴相同的旋转方向的所述几何参数的和或者和的负数，作为第3个所述旋转轴的校正值。

8.根据权利要求1所述的机床的校正值运算方法，其特征在于，

所述1个以上的旋转轴具有夹紧机构，该机床的校正值运算方法还具有：

旋转轴校正值更新运算步骤，在该步骤中，在所述夹紧机构不处于夹紧状态的情况下，使用表示所述几何误差的几何参数运算并更新所述旋转轴的校正值，在所述夹紧机构处于夹紧状态的情况下，将所述旋转轴的校正值维持在从前的值；以及

第2平动轴校正值运算步骤，在该步骤中，使用各所述旋转轴的指令值以及所述各平动轴的指令值和所述几何参数，运算所述平动轴的校正值。

9.根据权利要求8所述的机床的校正值运算方法，其特征在于，

在所述第2平动轴校正值运算步骤中，还使用所述旋转轴的校正值运算所述平动轴的校正值。

10.根据权利要求8所述的机床的校正值运算方法，其特征在于，

在所述第2平动轴校正值运算步骤中，在所述夹紧机构处于夹紧状态的情况下，当变更与所述刀具的姿态的误差相关的所述几何参数时，运算用于校正由于该变更而产生的所述刀具的位置误差的变化量的、所述平动轴的校正值。

11.根据权利要求9所述的机床的校正值运算方法，其特征在于，

在所述第2平动轴校正值运算步骤中，在所述夹紧机构处于夹紧状态的情况下，当变更与所述刀具的姿态的误差相关的所述几何参数时，运算用于校正由于该变更而产生的所述刀具的位置误差的变化量的、所述平动轴的校正值。