多轴机床的几何误差确定方法及多轴机床技术

本发明专利技术提供多轴机床的几何误差确定方法及多轴机床，能够以高精度实现相邻的轴之间的几何误差的确定和对各轴的标度误差的校正。在该多轴机床的几何误差确定方法中，执行如下步骤：计测步骤，将安装于主轴和工作台中的一方的目标球的位置绕旋转轴分度为多个角度，并且，使用安装于另一方的接触式探针，计测目标球在各分度位置处的位置；几何误差计算步骤，根据计测出的目标球的位置计算出几何误差；椭圆算式计算步骤(S1)，使旋转轴动作并根据计测出的圆弧轨迹计算出椭圆近似式；以及误差校正步骤(S3～S6)，根据计算出的椭圆近似式计算出平动轴的标度误差并进行校正。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对具有2个轴以上的平动轴和1个轴以上的旋转轴的多轴机床的几何 误差进行确定的方法、和能够执行该方法的多轴机床。
技术介绍
在机床中，期望提高为了进行高效的加工或复杂形状的工件加工而在以往的3轴 加工中心中附加2个旋转轴所构成的5轴加工中心这样的多轴机床的精度。一般来说，如 果增加轴数，则组装也会变得困难，精度也存在恶化的倾向。但是，在组装中追求精度是存 在极限的，因此开发了这样的校正系统：其通过对相邻的轴之间的倾斜度或位置误差这样 的所谓的几何误差进行校正，来使精度提高。 作为确定几何误差的方法，一直以来存在使用位移计和直角尺等多个测量仪并根 据计测结果来求取的方法。但是，这不仅需要多个测量仪，而且，读数根据测量技能而发生 变化这样的计测结果的不确定性也会给确定精度造成很大的影响。 作为5轴加工中心的几何误差确定方法，众所周知如下的方法：使用被称作球杆 仪的位移传感器，进行3轴联动圆弧插补运动测量，即，使2个直线轴与1个旋转轴同步，并 以保持工作台上的一点与主轴之间的相对位移的方式进行圆运动，根据得到的圆轨迹的中 心偏差量来确定几何误差。但是，在该方法中，需要球杆仪这样的特殊的测量仪，而且测量 仪的设置方法对确定精度造成的影响较大，不能容易地进行测量。 而且，几何误差根据机器的安装状态和由环境温度变化所引起的热位移等各种各 样的因素而发生变化。因此，期望在马上要进行高精度加工之前实施用于进行几何误差校 正的几何误差确定，但是，在上述方法中，测量所需的时间多，需要特别的测量仪，并且确定 精度取决于测量者的测量技能，因此难以运用。 因此，开发了如下计测系统：其使用搭载于机床的接触式探针和作为计测目标的 球，并根据与基于球杆仪实现的3轴联动圆弧插补运动精度测量相同的几何误差确定原理 而构成（专利文献1)。例如在工作台回转式5轴加工中心中，将目标球设置于工作台，将旋 转轴或回转轴分度为多个角度，例如将回转轴固定于任意的角度并仅对旋转轴进行多次分 度，或者将旋转轴固定于任意的角度并仅对回转轴进行多次分度，在各个分度条件下使安 装于主轴的接触式探针与工作台上的目标球多次接触，重复进行用于计算球的中心坐标和 直径的计测。利用该计测出的球的位置，并根据由多个分度条件描画出的圆弧轨迹的中心 偏差量，来确定出几何误差。 该几何误差计测系统具有这样的功能：在机器的所有的构成轴之间，确定出相邻 的轴之间的关系中的、即某个轴与相邻的轴的位置关系中的平动误差和旋转误差的6个分 量（成分）。但是，在各轴中还分别存在单独的误差，例如在直线轴中，定位误差会对加工精 度造成影响。该定位误差一般使用激光测长仪等计测仪器预先进行测量，并应用于定位误 差的校正。 即，使用用于控制马达的旋转的旋转编码器作为机床的位置检测器、或者使用直 接检测器即线性编码器等来作为用于高精度地检测位置的单元，但是，由于这些位置检测 器的材质与作为一般的机床构成材料的铸件不同，因此对构成位置检测器的主要的材质的 线膨胀系数进行设定，取得靠近其传感器位置的物体温度并利用激光测长仪进行定位误差 的计测，并制作出校正表。但是，在进行用于制作校正表的计测时，如果未设定正确的线膨 胀系数、或者应用的物体温度传感器的位置不合适，则在机器的设置环境温度发生了变化 的情况等下所存储的校正表与实际的机器动作之间会产生一般被称作标度误差（scaling error)的误差。作为校正该标度误差的技术，例如在专利文献2中公开了如下专利技术：关于 为了求取工作台上的工件的固定位置的位移量而使用的标尺的位移量，利用将基于标尺温 度与基准温度之差所求出的热位移推定用温度、刀尖位置的坐标与标尺检测器位置的坐标 之差、以及标尺的线膨胀系数相乘的积，来求出所述标尺的位移量。 专利文献1 :日本特开平2011-38902号公报 专利文献2 :日本特开平2006-281335号公报 但是，标度误差不仅因为温度还会因为其他的因素而变化，因此仅通过温度信息 来修正标度误差是困难的。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种多轴机床的几何误差确定方法及多轴机床，其 能够确定相邻的轴之间的几何误差和各平动轴的标度误差，并高精度地进行校正。 为了达成上述目的，第1方面所述的专利技术是一种多轴机床的几何误差确定方法， 在所述多轴机床中，能够安装工具的主轴和保持工件的工作台借助2个轴以上的平动轴和 1个轴以上的旋转轴并通过控制单元而相对移动，由此利用所述工具加工所述工件，所述多 轴机床的几何误差确定方法是在该多轴机床中通过所述控制单元来确定与所述平动轴及 所述旋转轴相关的几何学的误差、并且校正所述平动轴的标度误差的方法，所述多轴机床 的几何误差确定方法的特征在于，在所述多轴机床的几何误差确定方法中执行下述步骤： 计测步骤，在所述计测步骤中，将安装于所述主轴和所述工作台中的一方的被测量工具的 位置绕所述旋转轴分度为多个角度，并且，使用安装于所述主轴和所述工作台中的另一方 的位置计测传感器，计测所述被测量工具在各分度位置处的位置；几何误差计算步骤，在所 述几何误差计算步骤中，根据计测出的所述被测量工具的位置计算出几何误差；椭圆算式 计算步骤，在所述椭圆算式计算步骤中，使所述旋转轴动作并根据计测出的圆弧轨迹计算 出椭圆近似式；以及误差校正步骤，在所述误差校正步骤中，根据计算出的所述椭圆近似式 计算出所述平动轴的标度误差并进行校正。 第2方面所述的专利技术的特征在于，在第1方面的结构中，在所述椭圆近似式的长径 和短径之差超过预先设定的阈值的情况下，执行所述误差校正步骤。 第3方面所述的专利技术的特征在于，在第2方面的结构中，所述阈值以每单位长度的 变化量来设定。 第4方面所述的专利技术的特征在于，在第1方面的结构中，在所述误差校正步骤中， 将所述标度误差的校正作为一次式，并使所述标度误差的校正反映到所述平动轴的定位误 差校正表的梯度中，来设定新的定位误差校正表，由此进行所述标度误差的校正。 第5方面所述的专利技术的特征在于，在第1方面的结构中，在所述误差校正步骤中， 计算出在各平动轴的检测器附近设置的温度传感器的检测温度、与在成为基准的任意的位 置处设置的温度传感器的检测温度之差，按照所述检测温度的差的比例分配所述标度误差 的校正量来进行校正。 第6方面所述的专利技术的特征在于，在第5方面的结构中，使用设置所述被测量工具 的结构体的线膨胀系数，来修正所述标度误差的校正量。 第7方面所述的专利技术的特征在于，在第1方面的结构中，在所述误差校正步骤中， 预先设定成为基准的所述平动轴，使所述标度误差的差分反映到其他的所述平动轴上来进 行校正。 为达成上述目的，第8方面的专利技术为一种多轴机床，在该多轴机床中，能够安装工 具的主轴和保持工件的工作台借助2个轴以上的平动轴和1个轴以上的旋转轴并通过控制 单元而相对移动，由此利用所述工具加工所述工件，所述多轴机床的特征在于，所述控制单 元能够执行第1至第7方面中的任一方面所述的当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多轴机床的几何误差确定方法，在所述多轴机床中，能够安装工具的主轴和保持工件的工作台借助2个轴以上的平动轴和1个轴以上的旋转轴并通过控制单元而相对移动，由此利用所述工具加工所述工件，所述多轴机床的几何误差确定方法是在该多轴机床中通过所述控制单元来确定与所述平动轴及所述旋转轴相关的几何学的误差、并且校正所述平动轴的标度误差的方法，所述多轴机床的几何误差确定方法的特征在于，在所述多轴机床的几何误差确定方法中执行下述步骤：计测步骤，在所述计测步骤中，将安装于所述主轴和所述工作台中的一方的被测量工具的位置绕所述旋转轴分度为多个角度，并且，使用安装于所述主轴和所述工作台中的另一方的位置计测传感器，计测所述被测量工具在各分度位置处的位置；几何误差计算步骤，在所述几何误差计算步骤中，根据计测出的所述被测量工具的位置计算出几何误差；椭圆算式计算步骤，在所述椭圆算式计算步骤中，使所述旋转轴动作并根据计测出的圆弧轨迹计算出椭圆近似式；以及误差校正步骤，在所述误差校正步骤中，根据计算出的所述椭圆近似式计算出所述平动轴的标度误差并进行校正。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：冲忠洋，
申请(专利权)人：大隈株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP