CN102782598B - 数控装置 - Google Patents

Abstract

为了校正由与平移轴的运动相关的平移误差及姿态误差、和与旋转轴的运动相关的平移误差及姿态误差产生的影响，从而实现高精度的加工，数控装置对具有平移轴和旋转轴的工作机械进行控制，该数控装置构成为，具有：平移轴相关位置校正量计算单元（6），其根据与平移轴的运动相关的平移误差和姿态误差，计算平移轴的位置校正量；旋转轴相关位置校正量计算单元（7），其根据与旋转轴的运动相关的平移误差和姿态误差，计算平移轴的位置校正量；旋转轴角度校正量计算单元（8），其根据与平移轴的运动相关的姿态误差的一部分和与旋转轴的运动相关的姿态误差的一部分，计算旋转轴的角度校正量；以及位置叠加校正量计算单元（9），其计算与上述旋转轴校正量相对应的平移轴的位置校正量。

Description

数控装置

技术领域

本发明涉及一种对具有平移轴和旋转轴的工作机械进行控制的数控装置，特别地，涉及一种对由平移轴及旋转轴具有的误差产生的影响进行校正，从而可以进行高精度的加工的数控装置。

背景技术

首先，使用图5，对由于平移轴的运动而产生的姿态误差进行说明。对于由引导部2约束运动方向而在X轴方向运动的工作台1来说，公知在X轴方向的平移误差、Y轴方向的平移误差及Z轴方向的平移误差的基础上，存在围绕Z轴旋转的姿态误差（偏转）、围绕Y轴旋转的姿态误差（俯仰）及围绕X轴旋转的姿态误差（滚动）。各个方向的平移误差与工作台1上的相对于基准点的距离无关而是恒定的，但由姿态误差产生的影响根据与上述基准点的距离而不同，因此，其校正更加困难。

另外，使用图6对垂直度误差或旋转轴中心线的倾斜进行说明。例如，考虑X轴和Z轴的关系，理想情况下希望其是完全正交的，但如图6中左图所示，实际上存在由组装误差等的影响产生的垂直度误差。如果存在这种垂直度误差，则会产生由平移轴的运动引起的平移误差。同样地，例如由于倾斜旋转工作台3的组装误差等的影响，原本应与X轴平行的A轴旋转中心线和原本应与Z轴平行的C轴旋转中心线，均存在平行度误差，如果存在这种误差，则会产生由旋转轴运动引起的平移误差和姿态误差。此外，如图6中右图所示，由于约束A轴运动的轴承等的影响，有时会观察到在使A轴旋转的情况下，C轴旋转中心线的方向变化的现象，其成为由旋转轴运动引起平移误差和姿态误差的原因。

目前，提出一种方法（例如参照专利文献1），其用于在旋转轴中心位置从本来的位置偏离或倾斜的情况下，或主轴旋转中心从本来的位置偏离或倾斜的情况下，使用2个旋转轴来校正刀具方向，使用3个平移轴来校正刀具前端位置。

另外，提出一种方法（例如参照专利文献2），其根据与平移轴相关的平移误差和旋转误差，及与旋转轴相关的平移误差和旋转误差，计算刀具前端位置所产生的平移误差量，将2个旋转轴向被指令的角度驱动，将3个平移轴向与上述平移误差量对应地校正后的位置驱动。

专利文献1：日本专利第4038185号公报

专利文献2：日本专利第4327894号公报

发明内容

然而，使用专利文献1中记载的误差校正方法，可以校正由旋转轴中心位置偏离或倾斜引起的刀具前端位置的平移误差和姿态误差，但不能体现中心位置的偏离或倾斜，例如无法校正由图6右侧所示的误差产生的影响。另外，因为使用2个旋转轴校正3个方向的姿态误差，所以除了可能由于姿态误差的方向而使旋转轴进行操作者意料之外的运动以外，在利用相同轴结构的机械加工相同形状的情况下，还可能由于姿态误差的方向而成为完全不同的动作。此外，还存在无法校正与平移轴相关的平移误差和姿态误差的问题。

另外，在专利文献2记载的方法中，可以校正由与平移轴相关的平移误差和姿态误差、及与旋转轴相关的平移误差和姿态误差引起的刀具前端位置的偏离，但因为将旋转轴向所指令的角度驱动，所以姿态误差完全未得到校正。

本发明是鉴于上述课题提出的，目的在于提供一种数控装置，

其可以通过使刀具前端位置移动至没有误差的位置，并且，对于可合理校正的方向的刀具姿态，保持为没有误差的姿态，从而实现高精度的加工。

本发明涉及的数控装置对具有平移轴和旋转轴的工作机械进行控制，其具有：旋转轴相关位置校正量计算单元，其根据与旋转轴的运动相关的平移误差和姿态误差，计算平移轴的位置校正量；旋转轴角度校正量计算单元，其根据与旋转轴的运动相关的姿态误差的一部分，计算旋转轴的角度校正量；以及位置叠加校正量计算单元，其计算与上述旋转轴校正量相对应的平移轴的位置校正量。

另外，本发明涉及的数控装置对具有平移轴和旋转轴的工作机械进行控制，其具有：平移轴相关位置校正量计算单元，其根据与平移轴的运动相关的平移误差和姿态误差，计算平移轴的位置校正量；旋转轴角度校正量计算单元，其根据与平移轴的运动相关的姿态误差的一部分，计算旋转轴的角度校正量；以及位置叠加校正量计算单元，其计算与上述旋转轴校正量相对应的平移轴的位置校正量。

另外，本发明涉及的数控装置对具有平移轴和旋转轴的工作机械进行控制，其具有：平移轴相关位置校正量计算单元，其根据与平移轴的运动相关的平移误差和姿态误差，计算平移轴的位置校正量；旋转轴相关位置校正量计算单元，其根据与旋转轴的运动相关的平移误差和姿态误差，计算平移轴的位置校正量；旋转轴角度校正量计算单元，其根据与平移轴的运动相关的姿态误差的一部分、和与旋转轴的运动相关的姿态误差的一部分，计算旋转轴的角度校正量；以及位置叠加校正量计算单元，其计算与上述旋转轴校正量相对应的平移轴的位置校正量。

发明的效果

根据本发明，可以提供一种数控装置，其通过使刀具前端位置移动至没有误差的位置，并且，对于可合理校正的方向的刀具姿态，保持为没有误差的姿态，从而实现高精度的加工。

附图说明

图1是本发明的实施例1涉及的数控装置的结构图。

图2是说明使用本发明的工作台旋转型5轴加工机的示意图。

图3是说明使用本发明的混合型5轴加工机的示意图。

图4是说明使用本发明的主轴头旋转型5轴加工机的示意图。

图5是说明与平移轴的运动相关的姿态误差的示意图。

图6是说明垂直度误差及旋转轴中心线倾斜的示意图。

标号的说明

1 工作台

2 运动引导部

3 倾斜旋转工作台

4 平移轴相关误差保存部

5 旋转轴相关误差保存部

6 平移轴相关位置校正量计算单元

7 旋转轴相关位置校正量计算单元

8 旋转轴角度校正量计算单元

9 位置叠加校正量计算单元

10 主轴头

11 刀具

12 工件

13 支柱

14 夹盘

15 万能头

具体实施方式

实施例1

下面，使用图1至图4对本发明的实施例1进行说明。此外，图1是表示实施例1中的数控装置的进行平移轴位置校正量和旋转轴角度校正量的计算的部分的结构图。另外，该实施例1中的数控装置的硬件结构是由CPU、存储器等构成的一般结构，另外，保存部4、5（存储器）以外的结构要素（平移轴相关位置校正量计算单元6、旋转轴相关位置校正量计算单元7、旋转轴角度校正量计算单元8、位置叠加校正量计算单元9等）主要由软件构成。

在图1中，在平移轴相关平移误差·平移轴相关姿态误差保存部4（以下称为平移轴相关误差保存部）中，将与平移轴的运动相关的平移误差和姿态误差，作为与平移轴的指令位置相对应的数值数据进行保存。已知在具有3个平移轴（X轴、Y轴及Z轴）的机械中，作为与X轴的运动相关的误差分量，存在xtx、xty、xtz、xrx、xry、xrz这6个量。其中，xtx表示伴随X轴运动的X轴方向的平移误差，xty表示伴随X轴运动的Y轴方向的平移误差。平移误差的单位是米。另外，xrx表示伴随X轴运动的围绕X轴的姿态误差（滚动），xry表示伴随X轴运动的围绕Y轴的姿态误差（俯仰）。姿态误差的单位是弧度。

同样地，关于Y轴，也存在ytx、yty、ytz、yrx、yry、yrz这6个分量的误差，关于Z轴，也存在ztx、zty、ztz、zrx、zry、zrz这6个分量的误差，在此基础上，因为存在Z轴与Y轴之间的垂直度误差ywx、Y轴与Z轴之间的垂直度误差zwy、及Z轴与X轴之间的垂直度误差zwx，所以与平移轴的运动相关的误差共计21个分量。此外，将与平移轴的运动相关的姿态误差，定义为工件与刀具间的相对角度误差。

在旋转轴相关平移误差·旋转轴相关姿态误差保存部5（以下称为旋转轴相关误差保存部）中，将与旋转轴的运动相关的平移误差和姿态误差，作为与旋转轴的指令角度相对应的数值数据进行保存。例如，在仅有围绕Z轴旋转的C轴这1个旋转轴的机械中，作为与C轴的旋转相关的误差分量，与平移轴的情况同样地，存在ctx、cty、ctz、crx、cry、crz这6个量。因为C轴是指C轴的旋转中心线，所以ctx表示伴随C轴旋转的旋转中心位置的X轴方向的平移误差，cty表示伴随C轴旋转的旋转中心位置的Y轴方向的平移误差。平移误差的单位是米，其定义在固定于机械原点的机械坐标系上。另外，crx表示伴随C轴旋转的围绕X轴的旋转中心线的姿态误差，cry表示伴随C轴旋转的围绕Y轴的旋转中心线的姿态误差。姿态误差的单位是弧度，其定义在固定于机械原点的机械坐标系上。

具有3个平移轴、2个旋转轴的数控装置，例如称为5轴加工机，在工业界被广泛应用。5轴加工机根据将2个旋转轴配置在刀具侧和工件侧中的哪一侧，大致分成3种类型。第1种例如如图2所示，将2个旋转轴配置在工件侧，称为“工作台旋转型”。第2种例如如图3所示，将1个旋转轴配置在刀具侧，将另1个旋转轴配置在工件侧，称为“混合型”或“主轴头·工作台旋转型”。第3种例如如图4所示，将2个旋转轴配置在刀具侧，称为“主轴头旋转型”。

此外，在图2至图4中，3是倾斜旋转工作台、10是主轴头、11是刀具、12是工件、13是支柱、14是夹盘、15是万能头。

在图2所示的工作台旋转型的情况下，由于随着A轴的旋转角度的不同而使C轴旋转中心线的方向变化，因此，伴随C轴的旋转的平移误差及姿态误差也受到由A轴的旋转产生的影响。同样地，在图4所示的主轴头旋转型的情况下，由于随着C轴的旋转角度的不同而使B轴旋转中心线的方向变化，因此，伴随B轴的旋转的平移误差和姿态误差也受到由C轴的旋转产生的影响。在上述情况下，优选将与旋转轴的运动相关的平移误差和角度误差，设定为与2个旋转轴的运动相关的2维表格。即，在工作台旋转型的情况下，作为靠近工件侧的旋转轴中心线的平移误差和姿态误差，在主轴头旋转型的情况下，作为靠近刀具侧的旋转轴中心线的平移误差和姿态误差，设定rtx、rty、rtz、rrx、rry、rrz。上述的误差分量，保存为与2个旋转轴的规定的指令角度相对应的数值数据。

另一方面，在图3所示的混合型的情况下，因为2个旋转轴分别分开配置在刀具侧和工件侧，所以1个旋转轴的旋转角度不会对另1个旋转轴的旋转中心线的方向产生影响。在这种情况下，将每个旋转轴的平移误差和姿态误差，分别设定为与各旋转轴的规定的指令角度相对应的数值数据，即，与C轴的旋转相关的误差分量ctx、cty、ctz、crx、cry、crz，和与B轴的旋转相关的误差分量btx、bty、btz、brx、bry、brz。

使用平移轴相关位置校正量计算单元6，根据在平移轴相关误差保存部4中保存的平移轴相关平移误差和平移轴相关姿态误差，计算刀具前端位置的位置误差。如果将由平移轴相关平移误差及姿态误差而产生的刀具前端位置的位置误差设为E_T，将指令位置设为X，将刀具矢量设为X_t，则E_T可以通过算式1计算。平移轴相关位置校正量为使算式1的符号相反的值。

（算式1）

E_T＝P+AX+A_tX_t

其中，

$E_T=\left[\begin{array}{c}{e}_{\mathrm{xT}}\\ e_{\mathrm{yT}}\\ e_{\mathrm{zT}}\end{array}\right],$ $X=\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right],$ $X_t=\left[\begin{array}{c}{x}_t\\ y_t\\ z_t\end{array}\right],$ $P=\left[\begin{array}{c}\mathrm{xtx}+\mathrm{ytx}+\mathrm{ztx}\\ \mathrm{xty}+\mathrm{yty}+\mathrm{zty}\\ \mathrm{xtz}+\mathrm{ytz}+\mathrm{ztz}\end{array}\right],$

$A_t=\left[\begin{array}{ccc}0& -(\mathrm{xrz}+\mathrm{yrz}+\mathrm{zrz})& \mathrm{xry}+\mathrm{yry}+\mathrm{zry}\\ \mathrm{xrz}+\mathrm{yrz}+\mathrm{zrz}& 0& -(\mathrm{xrx}+\mathrm{yrx}+\mathrm{zrx})\\ -(\mathrm{xry}+\mathrm{yry}+\mathrm{zry})& \mathrm{xrx}+\mathrm{yrx}+\mathrm{zrx}& 0\end{array}\right]$

算式1中的矩阵A对应于平移轴的轴结构而变化。例如，在3个平移轴全部位于主轴侧的情况下，可以通过算式2计算；在Y轴位于工件侧，X轴和Z轴位于主轴侧的情况下，可以通过算式3计算；在只有Z轴位于主轴侧，而X轴和Y轴位于工件侧的情况下，可以通过算式4计算。已知对于其他轴结构也可以容易地推导出相同的算式。

（算式2）

$A=\left[\begin{array}{ccc}0& -\mathrm{ywx}& \mathrm{zwx}\\ 0& 0& -\mathrm{zwy}\\ 0& 0& 0\end{array}\right]$

（算式3）

$A=\left[\begin{array}{ccc}0& -\mathrm{ywx}& \mathrm{zwx}+\mathrm{yry}\\ 0& 0& -(\mathrm{zwy}+\mathrm{yrx})\\ \mathrm{yry}& -\mathrm{yrx}& 0\end{array}\right]$

（算式4）

$A=\left[\begin{array}{ccc}0& -\mathrm{ywx}& \mathrm{zwx}+\mathrm{xry}+\mathrm{yry}\\ 0& 0& -(\mathrm{zwy}+\mathrm{xrx}+\mathrm{yrx})\\ \mathrm{xry}+\mathrm{yry}& -(\mathrm{xrx}+\mathrm{yrx})& 0\end{array}\right]$

算式1中的指令位置X，在工作台旋转型的情况下，表示主轴端的主轴旋转中心相对于机械原点的位置；在混合型的情况下，表示刀具侧旋转轴与主轴中心线的交点相对于机械原点的位置（枢轴点）；在主轴头旋转侧的情况下，表示刀具侧的2个旋转轴中心线的交点相对于机械原点的位置（枢轴点）。另外，算式1中的刀具矢量X_t，在工作台旋转型的情况下，表示刀具前端或前端球相对于主轴端的主轴旋转中心位置的中心位置；在混合型和主轴头旋转型的情况下，表示刀具前端或前端球相对于上述枢轴点的中心位置。

在刀具侧具有旋转轴的情况下，刀具矢量X_t随着旋转轴的旋转角度而变化。这种情况下的刀具矢量X_t，已知可以根据旋转轴的指令角度为0度时的刀具轴矢量X_t0进行计算，例如，在刀具侧具有B轴的混合型的情况下，可以通过算式5计算；在刀具侧具有B轴和C轴的主轴头旋转型的情况下，可以通过算式6计算。在这里，θ_B和θ_C分别是B轴和C轴的指令角度[rad]。

（算式5）

$X_t=\left[\begin{array}{c}{x}_t\\ y_t\\ z_t\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\θ}}_B& 0& {\sin \mathrm{\θ}}_B\\ 0& 1& 0\\ {-\sin \mathrm{\θ}}_B& 0& {\cos \mathrm{\θ}}_B\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_{t0}\\ y_{t0}\\ z_{t0}\end{array}\right]$

（算式6）

$X_t=\left[\begin{array}{c}{x}_t\\ y_t\\ z_t\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{\cos \mathrm{\θ}}_C{\cos \mathrm{\θ}}_B& -{\sin \mathrm{\θ}}_C& {\cos \mathrm{\θ}}_C{\sin \mathrm{\θ}}_B\\ {\sin \mathrm{\θ}}_C{\cos \mathrm{\θ}}_B& {\cos \mathrm{\θ}}_C& {\sin \mathrm{\θ}}_C{\sin \mathrm{\θ}}_B\\ {-\sin \mathrm{\θ}}_B& 0& {\cos \mathrm{\θ}}_B\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_{t0}\\ y_{t0}\\ z_{t0}\end{array}\right]$

在旋转轴相关位置校正量计算单元7中，根据保存在旋转轴相关误差保存部5中的旋转轴相关平移误差和旋转轴相关姿态误差，计算刀具前端位置的位置误差。如果将由旋转轴相关平移误差和姿态误差产生的刀具前端位置的位置误差设为E_R，将从旋转中心位置观察的刀具前端位置设为X_P，将刀具矢量设为X_t，则E_R可以通过算式7计算。旋转轴相关位置校正量为使算式7的符号相反的值。右上角的撇号表示其为工件侧的姿态误差矩阵。

（算式7）

E_R＝P_R+A′_R+X_P+A_RX_t

其中，

$E_R=\left[\begin{array}{c}{e}_{\mathrm{xR}}\\ e_{\mathrm{yR}}\\ e_{\mathrm{yR}}\end{array}\right],$ $X_P=\left[\begin{array}{c}{x}_P\\ y_P\\ z_P\end{array}\right]$

另外，算式7中从旋转中心位置观察的刀具前端位置X_P，根据图2或图3可知，可基于指令位置X、刀具矢量X_t及旋转中心位置X_c，使用算式8计算。此外，刀具矢量X_t与平移轴相关位置校正量的情况相同地，例如可以通过算式5或算式6进行计算。

（算式8）

$X_P=X-X_C+X_t=\left[\begin{array}{c}x-x_c+x_t\\ y-y_c+y_t\\ z-z_c+z_t\end{array}\right]$

算式7中的平移误差矩阵P_R、工件侧的姿态误差矩阵A_R'及刀具侧的姿态误差矩阵A_R，在图2所示的工作台旋转型的情况下，由算式9表示；在图3所示的混合型的情况下，由算式10表示；以及在图4所示的主轴头旋转型的情况下，由算式11表示。

（算式9）

$P_R=-\left[\begin{array}{c}\mathrm{rtx}\\ \mathrm{rty}\\ \mathrm{rtz}\end{array}\right],$ $A_R^{\′}=-\left[\begin{array}{ccc}0& -\mathrm{rrz}& \mathrm{rry}\\ \mathrm{rrz}& 0& -\mathrm{rrx}\\ -\mathrm{rry}& \mathrm{rrx}& 0\end{array}\right],$ $A_R=\left[\begin{array}{ccc}0& 0& 0\\ 0& 0& 0\\ 0& 0& 0\end{array}\right]$

（算式10）

$P_R=-\left[\begin{array}{c}\mathrm{rtx}\\ \mathrm{rty}\\ \mathrm{rtz}\end{array}\right],$ $A_R^{\′}=-\left[\begin{array}{ccc}0& -\mathrm{rrz}& \mathrm{rry}\\ \mathrm{rrz}& 0& -\mathrm{rrx}\\ -\mathrm{rry}& \mathrm{rrx}& 0\end{array}\right],$ $A_R=\left[\begin{array}{ccc}0& 0& 0\\ 0& 0& 0\\ 0& 0& 0\end{array}\right]$

（算式11）

$P_R=\left[\begin{array}{c}\mathrm{rtx}\\ \mathrm{rty}\\ \mathrm{rtz}\end{array}\right],$ $A_R^{\′}=\left[\begin{array}{ccc}0& 0& 0\\ 0& 0& 0\\ 0& 0& 0\end{array}\right],$ $A_R=\left[\begin{array}{ccc}0& -\mathrm{rrz}& \mathrm{rry}\\ \mathrm{rrz}& 0& -\mathrm{rrx}\\ -\mathrm{rry}& \mathrm{rrx}& 0\end{array}\right]$

在旋转轴角度校正量计算单元8中，根据保存在平移轴相关误差保存部4及旋转轴相关误差保存部5中的平移轴相关姿态误差和旋转轴相关姿态误差，仅提取下述方向的姿态误差，计算旋转轴角度校正量，上述方向是对应于控制对象的数控工作机械所具有的旋转轴的轴结构，可以合理地校正的方向。

此处所谓的“可以合理地校正”，是指将旋转轴的角度校正量限定为操作者无法看到由角度校正量引起的运动的程度的角度，或由角度校正量引起的对刀具前端位置的影响可以线性近似的程度的角度，由此，可以避免由于角度校正量使得机械进行超出操作者期望的运动，并且，可以通过线性运算计算伴随角度校正量的刀具前端位置的位移，因此具有可以大幅度减少计算量的效果。

另外，在5轴加工机中，在很多情况下，因为将旋转轴固定为规定的角度，所以可在机械固定的状态下进行加工，但在这种情况下会产生下述问题，即，如果存在旋转轴的角度校正量，则无法实现机械固定。这种情况下的“可以合理地校正”，是指对于必须机械固定的旋转轴，使角度校正量也为零。没有旋转轴的方向的角度校正量当然也是零。

下面，对用于在旋转轴角度校正量计算单元8中，仅提取可以合理地校正的方向的姿态误差而计算旋转轴角度校正量的具体的方法的一个例子进行说明。例如，在图2所示的工作台旋转型的5轴加工机的情况下，具有围绕X轴的旋转轴即A轴，和围绕Z轴的旋转轴即C轴。在具有这种轴结构的机械的情况下，为了对固定在工作台上的坐标系中的围绕Y轴的姿态误差进行校正，必须使C轴旋转180度后再使A轴旋转，仅仅是为了很小的姿态误差校正，就会作为运动而产生急剧的加速/减速。

此外，因为C轴的旋转中心线的方向随着A轴的旋转角度而变化，所以可以通过C轴的旋转校正的姿态误差的方向，会随着A轴的旋转角度而变化，从而需要烦琐的计算处理。

在本发明的实施例1涉及的旋转轴角度校正量计算单元8中，仅提取使用A轴即可校正的姿态误差，计算旋转轴角度校正量，上述A轴是旋转中心线的方向不会因其他旋转轴的影响而变化的旋转轴。在图2所示的工作台旋转型的5轴加工机中，因为使用A轴可以校正的姿态误差是围绕X轴的姿态误差，所以A轴的角度校正量△a'可以根据平移轴相关姿态误差的一部分及旋转轴相关姿态误差的一部分，通过算式12计算。其中，右上角的撇号表示为工件侧的角度校正量。此外，在算式12中，仅使与旋转轴相关的姿态误差的一个分量即rrx的符号相反，这是因为工件侧的与旋转轴相关的姿态误差定义在机械坐标系上。

（算式12）

△a′＝-(xrx+yrx+zrx-rrx)

在图3所示的混合型的情况下，一个旋转轴的旋转中心线的方向，不会因另一个旋转轴的旋转而发生变化。在这种情况下，使用2个旋转轴对2个方向的姿态误差进行校正。B轴的角度校正量△b和C轴的角度校正量△c'可以根据平移轴相关姿态误差的一部分及旋转轴相关姿态误差的一部分，通过算式13计算。其中，右上角的撇号表示为工件侧的角度校正量。另外，只有与C轴相关的姿态误差即cry和crz的符号相反，这是因为C轴配置在工件侧。

（算式13）

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δb}=-(\mathrm{xry}+\mathrm{yry}+\mathrm{zry}+\mathrm{bry}-\mathrm{cry})\\ {\mathrm{\Δc}}^{\′}=-(\mathrm{xrz}+\mathrm{yrz}+\mathrm{zrz}+\mathrm{brz}-\mathrm{crz})\end{array}\right.$

在图4所示的主轴头旋转型的情况下，B轴的旋转中心线的方向随着C轴的旋转角度而变化。由此，仅提取可以通过C轴校正的围绕Z轴的姿态误差，计算旋转轴角度校正量。C轴的角度校正量△c可以根据平移轴相关姿态误差的一部分及旋转轴相关姿态误差的一部分，通过算式14计算。

（算式14）

△c＝-(xrz+yrz+zrz+rrz)

因为可以合理地校正的姿态误差的方向，根据旋转轴的轴结构而不同，所以在旋转轴角度校正量计算单元8中，根据旋转轴的轴结构信息判断可以校正的方向的姿态误差。为了使该判断容易进行，可以预先在平移轴相关误差保存部4和旋转轴相关误差保存部5中，将与平移轴和旋转轴相关的姿态误差根据各个方向分类保存，也可以预先附加对应于姿态误差的方向的指标（index）。

如果对应于在旋转轴角度校正单元8中计算出的旋转轴角度校正量，使旋转轴旋转，则会在刀具前端位置产生位置误差。在位置叠加校正量计算单元9中，计算由旋转轴角度校正量引起的刀具前端位置的位置误差E_R+。如果将针对配置在刀具侧的旋转轴的角度校正量设为（△a、△b、△c），将针对配置在工件侧的旋转轴的角度校正量设为（△a'、△b'、△c'），则由角度校正量引起的刀具前端位置的位置误差E_R+，可以根据从旋转中心位置观察的刀具前端位置X_P和刀具矢量X_t，通过下述算式15计算，位置叠加校正量为使算式15的符号相反的值。此外，右上角的撇号表示配置在工件侧的旋转轴的角度校正量矩阵。

（算式15）

E_R+＝A′_R+X_P+A_R+X_t

其中，

$E_{R+}=\left[\begin{array}{c}{e}_{\mathrm{xR}+}\\ e_{\mathrm{yR}+}\\ e_{\mathrm{zR}+}\end{array}\right],$ $A_{R+}^{\′}=\left[\begin{array}{ccc}0& {-\mathrm{\Δc}}^{\′}& {\mathrm{\Δb}}^{\′}\\ {\mathrm{\Δc}}^{\′}& 0& {-\mathrm{\Δa}}^{\′}\\ -{\mathrm{\Δb}}^{\′}& {\mathrm{\Δa}}^{\′}& 0\end{array}\right],$ $A_{R+}=\left[\begin{array}{ccc}0& -\mathrm{\Δc}& \mathrm{\Δb}\\ \mathrm{\Δc}& 0& -\mathrm{\Δa}\\ -\mathrm{\Δb}& \mathrm{\Δa}& 0\end{array}\right]$

在刀具侧没有旋转轴的工作台旋转型的情况下，算式15中的刀具侧旋转轴的角度校正量矩阵A_R+的分量全部为零，并使工件侧旋转轴的角度校正量矩阵A'_R+的分量中，除了在旋转轴角度校正量计算单元8中确定了值的分量以外，全部为零。在工件侧没有旋转轴的主轴头旋转型的情况下，工件侧旋转轴的角度校正量矩阵A'_R+的分量全部为零，并使刀具侧旋转轴的角度校正量矩阵A_R+的分量中，除了在旋转轴角度校正量计算单元8中确定了值的分量以外，全部为零。在刀具侧和工件侧这两侧具有旋转轴的混合型的情况下，对于刀具侧旋转轴的角度校正量矩阵A_R+和工件侧旋转轴的角度校正量矩阵A'_R+这两个矩阵，在旋转轴角度校正量计算单元8中确定其分量值，除了已确定了值的分量以外，全部为零。另外，刀具前端位置X_P通过算式8计算，刀具矢量X_t例如通过算式5或算式6计算。

平移轴位置校正量（△x、△y、△z），根据由平移轴相关位置校正量计算单元6计算出的平移轴相关位置校正量-E_T、由旋转轴相关位置校正量计算单元7计算出的旋转轴相关位置校正量-E_R、及由位置叠加校正量计算单元9计算出的位置叠加校正量-E_R+，通过算式16计算。

（算式16）

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δx}\\ \mathrm{\Δy}\\ \mathrm{\Δz}\end{array}\right]={-E}_T-E_R-E_{R+}=-\left[\begin{array}{c}{e}_{\mathrm{xT}}+e_{\mathrm{xR}}+e_{\mathrm{xR}+}\\ e_{\mathrm{yT}}+e_{\mathrm{yR}}+e_{\mathrm{yR}+}\\ e_{\mathrm{zT}}+e_{\mathrm{zR}}+e_{\mathrm{zR}+}\end{array}\right]$

将通过算式16计算出的平移轴位置校正量叠加到平移轴的指令位置中，将通过旋转轴角度校正量计算单元8计算出的旋转轴角度校正量叠加到旋转轴的角度指令中，由此可以校正与平移轴相关的平移误差及姿态误差、和与旋转轴相关的平移误差及姿态误差引起的刀具前端位置的偏离，从而对于刀具姿态，也可以在可以合理地校正的范围内进行校正。此外，平移轴位置校正量及旋转轴角度校正量的符号及单位，应当与数控工作机械和控制装置的坐标系及单位***相对应，适当地进行变更。

此外，在存在通过齿隙校正或热位移校正等得到的位置校正量及角度校正量的情况下，可以将其也叠加到本发明涉及的平移轴位置校正量和旋转轴角度校正量中使用。

可以在平移轴相关误差校正部4及旋转轴相关误差校正部5中，预先相对于1个数控工作机械保存多个平移轴相关平移误差及姿态误差数据，和旋转轴相关平移误差及姿态误差数据，也可以进一步在多个数据间进行插值。由此，例如在大型的工作机械中，可以预先针对每个加工区域设定误差数据，或针对每个周边温度或每个从加工开始的经过时间预先设定误差数据，进而设定每个运动方向的误差数据。

在图1所示的本发明的实施例1中的平移轴位置校正量和旋转轴角度校正量的计算方法中，如果省略平移轴相关误差保存部4和平移轴相关位置校正量计算单元6，或使平移轴相关平移误差及姿态误差全部为零，则可以计算出仅相对于由旋转轴相关平移误差及姿态误差产生的影响的平移轴位置校正量和旋转轴角度校正量。同样地，如果省略旋转轴相关误差保存部5和旋转轴相关位置校正量计算单元7，或使旋转轴相关平移误差及姿态误差全部为零，则可以计算出仅相对于由平移轴相关平移误差及姿态误差产生的影响的平移轴位置校正量和旋转轴角度校正量。

在测量与旋转轴的运动相关的平移误差及姿态误差时，在大多数情况下，以平移轴的运动为基准，测量相对于平移轴的误差。因此，在平移轴存在误差的情况下，会产生与平移轴的运动相关的误差也以包含在与旋转轴的运动相关的误差中的状态被测量的问题。

因此，在本发明的数控装置中，首先仅测量与平移轴的运动相关的平移误差及姿态误差，并将其设定在平移轴相关误差保存部4中，然后，在校正过由与平移轴的运动相关的误差产生的影响的状态下，测量与旋转轴的运动相关的误差。由此，可以不受由与平移轴的运动相关的误差产生的影响，而仅测量与旋转轴的运动相关的误差，从而具有可以计算出更加准确的平移轴位置校正量和旋转轴角度校正量的效果。

有时会使用例如图2所示的工作台旋转型的机械，将A轴机械固定为规定的角度例如90度，进行加工。在这种情况下，C轴的旋转中心线的方向朝向Y轴方向，可以视为围绕Y轴旋转的B轴。在这种情况下，可以使用旋转轴角度校正量计算单元8，仅提取围绕Y轴的姿态误差，得到旋转轴角度校正量。对于以非90度的角度固定的情况也相同。

如上所述，根据本实施例，因为根据与平移轴相关的平移误差和姿态误差、及与旋转轴相关的平移误差和姿态误差，计算用于校正刀具前端位置的平移轴相关位置校正量和旋转轴相关位置校正量，并且，根据姿态误差的一部分计算旋转轴的角度校正量，进而计算用于校正由角度校正量引起的刀具前端位置的偏离的位置叠加校正量，所以，通过使刀具前端位置移动至没有误差的位置，并且，对于可以合理地校正的方向的刀具姿态，保持为没有误差的姿态，从而可以实现高精度的加工。

工业实用性

本发明的数控装置特别适合于作为对5轴加工机的机械误差进行校正的数控装置。

Claims (6)

1.一种数控装置，其对具有平移轴和旋转轴的工作机械进行数值控制，

其特征在于，具有：

旋转轴相关位置校正量计算单元，其根据与旋转轴的运动相关的平移误差和姿态误差，计算平移轴的位置校正量；

旋转轴角度校正量计算单元，其根据与旋转轴的运动相关的姿态误差，提取下述方向的姿态误差，计算所述方向的旋转轴的角度校正量，上述方向是对应于旋转轴的轴结构，可以合理地校正的方向；以及

位置叠加校正量计算单元，其计算与上述旋转轴的角度校正量相对应的平移轴的位置校正量。

2.一种数控装置，其对具有平移轴和旋转轴的工作机械进行数值控制，

其特征在于，具有：

平移轴相关位置校正量计算单元，其根据与平移轴的运动相关的平移误差和姿态误差，计算平移轴的位置校正量；

旋转轴角度校正量计算单元，其根据与平移轴的运动相关的姿态误差，提取下述方向的姿态误差，计算所述方向的旋转轴的角度校正量，上述方向是对应于旋转轴的轴结构，可以合理地校正的方向；以及

位置叠加校正量计算单元，其计算与上述旋转轴的角度校正量相对应的平移轴的位置校正量。

3.一种数控装置，其对具有平移轴和旋转轴的工作机械进行数值控制，

其特征在于，具有：

平移轴相关位置校正量计算单元，其根据与平移轴的运动相关的平移误差和姿态误差，计算平移轴的位置校正量；

旋转轴相关位置校正量计算单元，其根据与旋转轴的运动相关的平移误差和姿态误差，计算平移轴的位置校正量；

旋转轴角度校正量计算单元，其根据与平移轴的运动相关的姿态误差、和与旋转轴的运动相关的姿态误差，提取下述方向的姿态误差，计算所述方向的旋转轴的角度校正量，上述方向是对应于旋转轴的轴结构，可以合理地校正的方向；以及

位置叠加校正量计算单元，其计算与上述旋转轴的角度校正量相对应的平移轴的位置校正量。

4.如权利要求3所述的数控装置，其特征在于，

上述与旋转轴的运动相关的平移误差和姿态误差，在对由上述与平移轴的运动相关的平移误差和姿态误差产生的影响进行校正后的状态下测量。

5.如权利要求1至4中任一项所述的数控装置，其特征在于，

在具有大于或等于2个旋转轴的数控工作机械中，上述旋转轴的角度校正量计算单元计算旋转中心线的方向不随其他旋转轴的运动而变化的旋转轴的角度校正量。

6.如权利要求1至4中任一项所述的数控装置，其特征在于，

上述旋转轴的角度校正量计算单元使以规定的角度机械固定的旋转轴的角度校正量为零。