[go: up one dir, main page]

JP2024112632A - Method and device for correcting errors in a machine tool - Google Patents

Method and device for correcting errors in a machine tool Download PDF

Info

Publication number
JP2024112632A
JP2024112632A JP2023017819A JP2023017819A JP2024112632A JP 2024112632 A JP2024112632 A JP 2024112632A JP 2023017819 A JP2023017819 A JP 2023017819A JP 2023017819 A JP2023017819 A JP 2023017819A JP 2024112632 A JP2024112632 A JP 2024112632A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tool
machining method
value
machining
coordinate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2023017819A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
康功 近藤
Yasunori Kondo
哲也 松下
Tetsuya Matsushita
拓也 小島
Takuya Kojima
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Okuma Corp
Original Assignee
Okuma Corp
Okuma Machinery Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Okuma Corp, Okuma Machinery Works Ltd filed Critical Okuma Corp
Priority to JP2023017819A priority Critical patent/JP2024112632A/en
Publication of JP2024112632A publication Critical patent/JP2024112632A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

To enable an automatic setting for the coordinates of a correction reference point in accordance with a processing scheme, and a highly precise processing without a burden for a worker.SOLUTION: When a command to start processing is input by an operator, a processing program is analyzed in step S1, and a processing scheme is determined in step S2. It is determined in step S3 whether or not the determined processing scheme is a predetermined processing scheme that is preset so as to utilize the coordinates of a predetermined correction reference point when the position of a tool is calculated. When the determined processing scheme does not match the set processing scheme, the coordinates of the commanded position in each axle are set to the coordinates for a correction value calculation in step S4, and when the determined processing scheme matches the set processing scheme, the coordinates of the correction reference point are set to the coordinates for the correction value calculation based on the processing program in step S5. The positional error of the tool is calculated in step S6, the correction value in each axle is calculated in step S7, and then the position of the tool is corrected in step S8.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本開示は、工作機械において幾何学的な誤差を補正するための方法および装置に関するものである。 This disclosure relates to a method and apparatus for correcting geometric errors in machine tools.

図1は、並進3軸と回転2軸とを有する5軸制御マシニングセンタ(以下、「5軸機」という。)Mの模式図である。
主軸頭2は、並進軸であり互いに直交するX軸、Z軸によって並進2自由度の運動が可能である。テーブル3は、回転軸であるC軸によってクレードル4に対して回転1自由度の運動が可能である。クレードル4は、回転軸でありC軸に直交するA軸によって、トラニオン5に対して回転1自由度の運動が可能である。トラニオン5は、並進軸でありX軸、Z軸に直交するY軸により、ベッド1に対して並進1自由度の運動が可能である。したがって、テーブル3に対して主軸頭2は、並進3自由度と回転2自由度とを有する。各軸は数値制御装置により制御されるサーボモータにより駆動され、被加工物をテーブル3に固定し、主軸頭2に工具を装着して回転させ、被加工物を任意の形状に加工する。
FIG. 1 is a schematic diagram of a five-axis controlled machining center M (hereinafter referred to as a "five-axis machine") having three translational axes and two rotational axes.
The spindle head 2 is capable of translational movement with two degrees of freedom along the X-axis and Z-axis, which are translational axes and perpendicular to each other. The table 3 is capable of rotational movement with one degree of freedom relative to the cradle 4 along the C-axis, which is a rotational axis. The cradle 4 is capable of rotational movement with one degree of freedom relative to the trunnion 5 along the A-axis, which is a rotational axis and perpendicular to the C-axis. The trunnion 5 is capable of translational movement with one degree of freedom relative to the bed 1 along the Y-axis, which is a translational axis and perpendicular to the X-axis and Z-axis. Thus, the spindle head 2 has three translational degrees of freedom and two rotational degrees of freedom relative to the table 3. Each axis is driven by a servo motor controlled by a numerical control device, and the workpiece is fixed to the table 3, a tool is attached to the spindle head 2 and rotated, and the workpiece is machined into any shape.

この5軸機Mの運動誤差として、各軸間の誤差である幾何学的な誤差(以下、「幾何誤差」という。)がある。これらの運動誤差は被加工物の形状に転写され、被加工物の形状・寸法誤差の要因となる。
これに対して、幾何誤差を補正して制御することにより、高精度な加工を実現する技術が開発されている。
例えば特許文献1に記載された発明は、機械を制御する際に、各軸間に存在する幾何誤差すなわち、回転軸の中心位置のズレと、傾き誤差と、各軸の指令位置とをもとに、工具と被加工物との相対関係が誤差のない機械と同じになるように各軸の指令位置を補正するための補正値を算出し、指令位置に補正値を加算して各軸を駆動する方法を備えた装置である。
しかし、特許文献1に記載の発明では、回転軸の傾き誤差を補正する場合、並進軸の動作に伴って並進軸が補正指令されるため、並進軸を1軸だけ動作させても他の並進軸が微小動作して加工精度に影響を与えるおそれがある。そこで、特許文献2には、回転軸の動作の場合に、各軸の指令位置の座標値の代わりに予め設定した補正基準点の座標値を使って補正値を算出する発明が開示されている。この発明により、回転軸を割り出して平面加工や穴開け加工などを行った場合でも、各軸の補正値による微小動作で加工面精度・品位や工具寿命の低下を起こさず、高精度な加工を行うことができる。
The motion errors of this five-axis machine M include geometric errors between the axes (hereinafter referred to as "geometric errors"). These motion errors are transferred to the shape of the workpiece, and become a cause of shape and dimensional errors of the workpiece.
In response to this, technology has been developed that achieves high-precision machining by correcting and controlling geometric errors.
For example, the invention described in Patent Document 1 is an apparatus that, when controlling a machine, calculates a correction value for correcting the command position of each axis based on the geometric error present between the axes, i.e., the deviation of the center position of the rotation axis, the inclination error, and the command position of each axis, so that the relative relationship between the tool and the workpiece is the same as that of a machine with no errors, and drives each axis by adding the correction value to the command position.
However, in the invention described in Patent Document 1, when the tilt error of the rotation axis is corrected, the translation axis is commanded to be corrected in accordance with the movement of the translation axis, so that even if only one translation axis is moved, the other translation axes may move slightly, which may affect the machining accuracy. Therefore, Patent Document 2 discloses an invention in which, in the case of the movement of the rotation axis, the coordinate value of a preset correction reference point is used to calculate the correction value instead of the coordinate value of the command position of each axis. With this invention, even when the rotation axis is indexed to perform flat machining or hole drilling, the minute movements due to the correction value of each axis do not cause a decrease in the machining surface accuracy, quality, or tool life, and high-precision machining can be performed.

特開2009-104317号公報JP 2009-104317 A 特開2012-221001号公報JP 2012-221001 A

特許文献2に記載された発明は、補正値の算出に使用する補正基準点の座標値を人が予め指定する必要がある。この補正基準点の座標値を指定するには、作業者が加工内容を把握しており、なおかつ補正基準点の座標値の指定が必要な加工方法かを判定できる必要があり、作業者の負担が大きいといった問題がある。特に、穴あけ加工や平面加工が複数の箇所にある場合には、その都度座標値を指定する必要があり、作業者の負担が増大してしまう。 The invention described in Patent Document 2 requires that a person specify in advance the coordinate values of the correction reference point used to calculate the correction value. In order to specify the coordinate values of this correction reference point, the worker must understand the processing content and be able to determine whether the processing method requires the specification of the coordinate values of the correction reference point, which creates a problem of a heavy burden on the worker. In particular, when drilling or flat processing is performed in multiple locations, it is necessary to specify the coordinate values each time, which increases the burden on the worker.

そこで、本開示は、加工方法に応じて補正基準点の座標値を自動で設定することができ、作業者に負担をかけることなく高精度な加工を行うことができる工作機械の誤差補正方法及び誤差補正装置を提供することを目的としたものである。 The present disclosure therefore aims to provide an error correction method and device for machine tools that can automatically set the coordinate values of the correction reference point according to the machining method, and can perform high-precision machining without placing a burden on the operator.

上記目的を達成するために、本開示の第1の構成は、被加工物を保持するテーブルと、工具を保持する主軸と、3軸以上の並進軸とを有し、前記主軸が前記テーブルに対して並進3自由度以上の相対運動が可能な工作機械において、前記被加工物に対する前記工具の位置を補正する方法であって、
前記被加工物を加工するための加工プログラムから加工方法を分析するプログラム分析ステップと、
前記プログラム分析ステップで分析された加工方法が、前記工具の位置を演算する際に所定の補正基準点の座標値を用いるものとして予め設定された所定の加工方法と一致するか否かを判定する加工方法判定ステップと、
前記分析された加工方法が前記所定の加工方法と一致しない場合には、前記工具の位置を演算する座標値として、前記並進軸の指令値座標系内の指令位置の座標値を設定し、前記分析された加工方法が前記所定の加工方法と一致する場合には、前記工具の位置を演算する座標として前記補正基準点の座標値を設定する座標値設定ステップと、
前記並進軸の指令値座標系内の指令位置の座標値又は前記補正基準点の座標値と、各軸間の幾何学的な誤差とに基づいて、前記幾何学的な誤差によって生じる前記工具の位置誤差を演算する位置誤差演算ステップと、
演算した前記工具の位置誤差を前記並進軸の指令値座標系に変換することにより、前記各軸の幾何学的な誤差に対する補正値を演算する補正値演算ステップと、
演算した前記補正値に基づいて前記工具の位置を補正する位置補正ステップと、を実行することを特徴とする。
第1の構成の別の態様は、上記構成において、前記座標値設定ステップでは、前記分析された加工方法が前記所定の加工方法と一致する場合、前記加工プログラムを分析して前記補正基準点の座標値を設定することを特徴とする。
上記目的を達成するために、本開示の第2の構成は、被加工物を保持するテーブルと、工具を保持する主軸と、3軸以上の並進軸とを有し、前記主軸が前記テーブルに対して並進3自由度以上の相対運動が可能な工作機械において、前記被加工物に対する前記工具の位置を補正する装置であって、
前記被加工物を加工するための加工プログラムから加工方法を分析するプログラム分析手段と、
前記プログラム分析手段で分析された加工方法が、前記工具の位置を演算する際に所定の補正基準点の座標値を用いるものとして予め設定された所定の加工方法と一致するか否かを判定する加工方法判定手段と、
前記分析された加工方法が前記所定の加工方法と一致しない場合には、前記工具の位置を演算する座標値として、前記並進軸の指令値座標系内の指令位置の座標値を設定し、前記分析された加工方法が前記所定の加工方法と一致する場合には、前記工具の位置を演算する座標として前記補正基準点の座標値を設定する座標値設定手段と、
前記並進軸の指令値座標系内の指令位置の座標値又は前記補正基準点の座標値と、各軸間の幾何学的な誤差とに基づいて、前記幾何学的な誤差によって生じる前記工具の位置誤差を演算する位置誤差演算手段と、
演算した前記工具の位置誤差を前記並進軸の指令値座標系に変換することにより、前記各軸の幾何学的な誤差に対する補正値を演算する補正値演算手段と、
演算した前記補正値に基づいて前記工具の位置を補正する位置補正手段と、を備えることを特徴とする。
第2の構成の別の態様は、上記構成において、前記座標値設定手段は、前記分析された加工方法が前記所定の加工方法と一致する場合、前記加工プログラムを分析して前記補正基準点の座標値を設定することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first configuration of the present disclosure is a method for correcting a position of a tool relative to a workpiece in a machine tool having a table for holding a workpiece, a spindle for holding a tool, and three or more translation axes, the spindle being capable of relative translational movement with three or more degrees of freedom with respect to the table, the method comprising:
A program analysis step of analyzing a machining method from a machining program for machining the workpiece;
a machining method determination step of determining whether or not the machining method analyzed in the program analysis step coincides with a predetermined machining method that is preset as a method that uses coordinate values of a predetermined correction reference point when calculating the position of the tool;
a coordinate value setting step of setting a coordinate value of a command position in a command value coordinate system of the translation axis as a coordinate value for calculating a position of the tool when the analyzed machining method does not match the predetermined machining method, and setting a coordinate value of the correction reference point as a coordinate for calculating a position of the tool when the analyzed machining method matches the predetermined machining method;
a position error calculation step of calculating a position error of the tool caused by the geometric error based on a coordinate value of a command position in a command value coordinate system of the translation axis or a coordinate value of the correction reference point and a geometric error between each axis;
a correction value calculation step of converting the calculated position error of the tool into a command value coordinate system of the translation axes to calculate a correction value for the geometric error of each of the axes;
and a position correction step of correcting the position of the tool based on the calculated correction value.
Another aspect of the first configuration is characterized in that, in the above configuration, in the coordinate value setting step, if the analyzed machining method coincides with the specified machining method, the machining program is analyzed to set the coordinate value of the correction reference point.
In order to achieve the above object, a second configuration of the present disclosure is an apparatus for correcting a position of the tool relative to a workpiece in a machine tool having a table for holding a workpiece, a spindle for holding a tool, and three or more translation axes, the spindle being capable of relative translational movement with three or more degrees of freedom with respect to the table, the apparatus comprising:
a program analysis means for analyzing a machining method from a machining program for machining the workpiece;
a machining method determination means for determining whether or not the machining method analyzed by the program analysis means coincides with a predetermined machining method that is preset as a method using coordinate values of a predetermined correction reference point when calculating the position of the tool;
a coordinate value setting means for setting a coordinate value of a command position in a command value coordinate system of the translation axis as a coordinate value for calculating a position of the tool when the analyzed machining method does not match the predetermined machining method, and for setting a coordinate value of the correction reference point as a coordinate for calculating a position of the tool when the analyzed machining method matches the predetermined machining method;
a position error calculation means for calculating a position error of the tool caused by the geometric error based on a coordinate value of a command position in a command value coordinate system of the translation axes or a coordinate value of the correction reference point and a geometric error between each axis;
a correction value calculation means for calculating a correction value for a geometric error of each of the axes by converting the calculated position error of the tool into a command value coordinate system of the translation axes;
and a position correction means for correcting the position of the tool based on the calculated correction value.
Another aspect of the second configuration is characterized in that, in the above configuration, the coordinate value setting means analyzes the machining program and sets the coordinate value of the correction reference point when the analyzed machining method coincides with the specified machining method.

本開示によれば、加工プログラムを分析して補正基準点の座標値を用いて工具の位置を演算することが必要な加工方法であるかを判定し、加工方法に応じて補正基準点の座標値を自動で設定することができる。よって、作業者に負担をかけることなく、平面加工や穴あけ加工などを行う場合に加工面精度・品位や工具寿命の低下を起こさず、高精度な加工を行うことができる。 According to the present disclosure, it is possible to analyze the machining program, determine whether the machining method requires calculating the tool position using the coordinate value of the correction reference point, and automatically set the coordinate value of the correction reference point according to the machining method. Therefore, it is possible to perform high-precision machining without burdening the operator and without causing a decrease in the machining surface accuracy/quality or tool life when performing flat machining or drilling.

5軸制御マシニングセンタの模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a five-axis controlled machining center. 数値制御装置の制御構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a control configuration of a numerical control device. 各軸のサーボ指令値生成を行う数値制御装置の機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of a numerical control device that generates servo command values for each axis. 被加工物の穴あけ加工を行う場合の模式図の例である。1 is a schematic diagram illustrating an example of drilling a hole in a workpiece. 誤差補正方法のフローチャートである。1 is a flow chart of an error correction method.

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本形態では、穴あけ加工の場合を例に説明する。また、適用する工作機械としては、図1の5軸機Mを例に説明する。
図2は、5軸機Mの数値制御装置11の制御構成の一例を示すブロック図である。数値制御装置11は、本開示の第2の構成の誤差補正装置の一例であり、CPU及びCPUに接続された記録手段12及び表示手段13を含んで構成され、各軸のサーボモータ27a~27eを制御する。数値制御装置11には、被加工物の加工プログラム、後述する幾何誤差、補正基準点の座標値を用いて工具の位置を演算することが必要な加工方法等を設定するための入力手段14が設けられる。加工プログラム及び幾何誤差は、記録手段12へ非一時的に記録される。補正基準点の座標値を用いて工具の位置を演算することが必要な加工方法も、記録手段12へ非一時的に記録される。
Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
In this embodiment, the case of drilling will be described as an example, and the machine tool to which the invention is applied will be described as a five-axis machine M shown in FIG.
2 is a block diagram showing an example of the control configuration of the numerical control device 11 of the five-axis machine M. The numerical control device 11 is an example of the error correction device of the second configuration of the present disclosure, and is configured to include a CPU, a recording means 12 connected to the CPU, and a display means 13, and controls the servo motors 27a to 27e of each axis. The numerical control device 11 is provided with an input means 14 for setting a machining program for the workpiece, a geometric error to be described later, a machining method that requires the position of a tool to be calculated using the coordinate values of a correction reference point, and the like. The machining program and the geometric error are non-temporarily recorded in the recording means 12. The machining method that requires the position of a tool to be calculated using the coordinate values of a correction reference point is also non-temporarily recorded in the recording means 12.

図3は、各軸のサーボ指令値生成を行う数値制御装置11の機能ブロック図である。
数値制御装置11では、被加工物の加工指令が入力されると、まず、記録手段12より加工プログラム21が読み出され、指令値生成手段22において各並進軸の指令位置の座標値が生成される。
次に、プログラム分析手段23にて、加工プログラム21の加工方法が、補正基準点の座標値を用いて工具の位置を演算することが必要な加工方法であるか否かを判定して、座標値の設定を行う。
次に、生成された指令位置の座標値もしくは補正基準点の座標値をもとに補正値演算手段24により各軸の補正値の演算を行い、指令位置の座標値と補正値との合計値がサーボ指令値変換手段25に送られてサーボ指令値が演算され、各軸のサーボ指令値が各軸のサーボアンプ26a~26eに送られる。各軸のサーボアンプ26a~26eはそれぞれサーボモータ27a~27eを駆動し、テーブル3に対する主軸頭2(工具)の相対位置を制御する。よって、数値制御装置11は、本開示のプログラム分析手段、加工方法判定手段、座標値設定手段、位置誤差演算手段、補正値演算手段、位置補正手段として機能する。
FIG. 3 is a functional block diagram of a numerical control device 11 that generates servo command values for each axis.
When a command to process a workpiece is input to the numerical control device 11, first, a processing program 21 is read from the recording means 12, and a command value generating means 22 generates coordinate values of a command position for each translation axis.
Next, the program analysis means 23 judges whether or not the machining method of the machining program 21 is a machining method that requires calculation of the tool position using the coordinate values of the correction reference point, and sets the coordinate values.
Next, a correction value for each axis is calculated by a correction value calculation means 24 based on the generated coordinate value of the command position or the coordinate value of the correction reference point, and the sum of the coordinate value of the command position and the correction value is sent to a servo command value conversion means 25 to calculate a servo command value, and the servo command value for each axis is sent to the servo amplifiers 26a to 26e of each axis. The servo amplifiers 26a to 26e of each axis drive servo motors 27a to 27e, respectively, to control the relative position of the spindle head 2 (tool) with respect to the table 3. Thus, the numerical control device 11 functions as a program analysis means, a machining method determination means, a coordinate value setting means, a position error calculation means, a correction value calculation means, and a position correction means of the present disclosure.

次に、幾何誤差について説明する。幾何誤差を隣り合う軸間の相対並進誤差3成分および相対回転誤差3成分の合計6成分(δx、δy、δz、α、β、γ)で定義する。
本例の5軸機Mの場合、各軸間、C軸と被加工物間、Z軸と工具間に当該6成分の幾何誤差がそれぞれ存在するため、合計36個の幾何誤差が存在する。ただし、36個のうち冗長な関係のものを除くと13個であり、幾何誤差が存在する軸間を工具側からの順番を添え字として表すと、13個の幾何誤差は、α、β、α、β、γ、δy4、δz4、β、γ、δx5、δy5、α、βとなる。これらは順に、工具-Y軸間直角度、工具-X軸間直角度、Y-Z軸間直角度、Z-X軸間直角度、X-Y軸間直角度、A軸中心位置Y方向誤差、A軸中心位置Z方向誤差、A-X軸間直角度、A-Y軸間直角度、C軸中心位置X方向誤差、C軸中心位置Y方向誤差、A軸原点誤差、C-A軸間直角度である。これらの幾何誤差は予め測定して、記録手段12に記録しておく。
Next, the geometric error will be described. The geometric error is defined as a total of six components (δx, δy, δz, α, β, γ) consisting of three relative translation errors and three relative rotation errors between adjacent axes.
In the case of the five-axis machine M of this example, the six geometric error components exist between each axis, between the C-axis and the workpiece, and between the Z-axis and the tool, so there are a total of 36 geometric errors. However, if redundant errors are excluded from the 36, there are only 13. If the axes between which geometric errors exist are expressed as subscripts in the order from the tool side, the 13 geometric errors are α 1 , β 1 , α 2 , β 2 , γ 3 , δ y 4 , δ z 4 , β 4 , γ 4 , δ x 5 , δ y 5 , α 5 , and β 5 . These are, in order, the perpendicularity between the tool and the Y axis, the perpendicularity between the tool and the X axis, the perpendicularity between the Y and Z axes, the perpendicularity between the Z and X axes, the perpendicularity between the X and Y axes, the Y direction error of the A axis central position, the Z direction error of the A axis central position, the perpendicularity between the A and X axes, the perpendicularity between the A and Y axes, the X direction error of the C axis central position, the Y direction error of the C axis central position, the A axis origin error, and the perpendicularity between the C and A axes. These geometric errors are measured in advance and recorded in the recording means 12.

続いて、本開示の第1の構成に係る数値制御装置11の誤差補正方法について、図4の模式図の穴1を加工する場合を例にして、図5のフローチャートを用いて説明する。この誤差補正方法は、記録手段12に予め記録されている誤差補正プログラムに基づいて実行される。
まず、オペレータは、記録手段12に、工具の位置を演算する際に所定の補正基準点の座標値を用いることが必要な所定の加工方法を予め設定しておく。この加工方法は複数であってもよい。
数値制御装置11は、オペレータから加工開始の指令が入力されると、ステップ(以下、単に「S」と表記する。)1にて、記録手段12に記録された加工プログラム21を読込んで分析を行い、S2で加工方法を判定する(S1,S2:プログラム分析ステップ)。
この分析では、加工が穴あけ加工か、平面加工か、形状加工かなど分析する。例えば、穴あけ加工の場合、工具6を被加工物7から離れた待機位置P1から、図4に示すように、穴1の直上位置P2に位置決めし、P3の位置に切削位置決めして穴あけ加工を行い、直上位置P2に戻り、次の穴2の直上位置P4に移動する動作を繰り返し行う穴あけ加工サイクルであるかによって判定する。または、加工に使用する工具6の情報(例えば、ドリル)と、切削位置決め指令がある場合には、穴あけ加工であると判定してもよい。
Next, an error correction method of the numerical control device 11 according to the first configuration of the present disclosure will be described with reference to the flowchart of Fig. 5, taking as an example the case of machining the hole 1 shown in the schematic diagram of Fig. 4. This error correction method is executed based on an error correction program pre-recorded in the recording means 12.
First, the operator presets in the recording means 12 a predetermined machining method that requires the use of coordinate values of a predetermined correction reference point when calculating the position of a tool. This machining method may be multiple.
When an operator inputs a command to start machining, the numerical control device 11 reads and analyzes the machining program 21 recorded in the recording means 12 in step (hereinafter simply referred to as "S") 1, and determines the machining method in S2 (S1, S2: program analysis steps).
In this analysis, it is analyzed whether the processing is hole drilling, plane machining, shape machining, etc. For example, in the case of hole drilling, it is judged whether it is a hole drilling cycle in which the tool 6 is positioned from a standby position P1 away from the workpiece 7 to a position P2 directly above hole 1 as shown in Fig. 4, cuts and positions the tool 6 at a position P3, performs hole drilling, returns to the position P2 directly above, and moves to a position P4 directly above the next hole 2. Alternatively, it may be judged to be hole drilling when there is information on the tool 6 used for processing (e.g., a drill) and a cutting positioning command.

次に、S3で、S2で判定した加工方法が、記録手段12に予め設定された所定の加工方法と一致するか否かの判定を行う(加工方法判定ステップ)。
よって、判定した加工方法が、予め設定された加工方法と一致しなければ、S4で、各軸の指令位置の座標値を補正値演算用座標値x、y、zに設定する。一方、判定した加工方法が、予め設定された加工方法と一致すれば、S5で、加工プログラム21に基づいて補正基準点の座標値を補正値演算用座標値x、y、zに設定する(S4,S5:座標値設定ステップ)。
補正基準点の座標値は、例えば、図4に示す穴あけ加工であれば、切削送りの開始点となる直上位置P2やP4が補正基準点となり、座標値は、直上位置P2やP4のX軸、Y軸、Z軸の座標値となる。
次に、S6にて、S4又はS5で設定した座標値と各軸間の幾何誤差とに基づいて、工具6の位置誤差を演算する(位置誤差演算ステップ)。
次に、S7にて各軸の補正値の演算を行い(補正値演算ステップ)、S8にて工具6の位置の補正を行う(位置補正ステップ)。
Next, in S3, it is determined whether or not the processing method determined in S2 coincides with a predetermined processing method preset in the recording means 12 (processing method determination step).
Therefore, if the determined machining method does not match the preset machining method, the coordinate values of the command position of each axis are set to the coordinate values x, y, z for calculating the correction value in S4. On the other hand, if the determined machining method matches the preset machining method, the coordinate values of the correction reference point are set to the coordinate values x, y, z for calculating the correction value based on the machining program 21 in S5 (S4, S5: coordinate value setting step).
For example, in the case of the drilling process shown in FIG. 4, the correction reference points are directly above positions P2 and P4, which are the starting points for cutting feed, and the coordinate values are the X-axis, Y-axis, and Z-axis coordinate values of directly above positions P2 and P4.
Next, in S6, the position error of the tool 6 is calculated based on the coordinate values set in S4 or S5 and the geometric errors between the axes (position error calculation step).
Next, in S7, a correction value for each axis is calculated (correction value calculation step), and in S8, the position of the tool 6 is corrected (position correction step).

次に、S6における工具6の位置誤差の演算方法および、S7における各軸の補正値の演算方法の詳細について、数式を用いて説明する。
まず、回転軸C軸、A軸の補正値ΔCc、ΔCaの演算方法について説明する。補正値ΔCc、ΔCaは幾何誤差6成分(δx、δy、δz、α、β、γ)による幾何誤差の変換マトリックスε (以下の数1)を用いて、以下の数2により求めることができる。
ここで、添え字jは、幾何誤差が存在する軸間を工具側から順番に表したものである。
Next, the method of calculating the position error of the tool 6 in S6 and the method of calculating the correction value for each axis in S7 will be described in detail using mathematical expressions.
First, a method for calculating the correction values ΔCc and ΔCa for the rotation axes C and A will be described. The correction values ΔCc and ΔCa can be calculated from the following equation 2 using a conversion matrix ε j (the following equation 1) of the geometric error due to six geometric error components (δx, δy, δz, α, β, γ).
Here, the subscript j indicates the axis-to-axis relationship in which a geometric error exists, in order from the tool side.

Figure 2024112632000002
Figure 2024112632000002

Figure 2024112632000003
Figure 2024112632000003

回転軸C軸、A軸と並進軸X軸、Y軸、Z軸の変換行列、主軸座標系での工具先端ベクトルPは、以下の数3で表すことができる。 The transformation matrices of the rotational axes C and A and the translational axes X, Y, and Z, and the tool tip vector T P in the spindle coordinate system can be expressed by the following equation 3.

Figure 2024112632000004
Figure 2024112632000004

幾何誤差がない場合のワーク座標系での工具先端ベクトルは、数3の変換行列および工具先端ベクトルを用いて、以下の数4により求めることができる。
ここで、c、aは、回転軸の指令位置の座標値であり、x、y、zは、S4で設定した並進軸の指令位置の座標値もしくはS5で設定した補正基準点の座標値である。
The tool tip vector W P I in the workpiece coordinate system when there is no geometric error can be determined by the following equation 4 using the transformation matrix of equation 3 and the tool tip vector.
Here, c and a are the coordinate values of the command position of the rotation axis, and x, y, and z are the coordinate values of the command position of the translation axis set in S4 or the coordinate values of the correction reference point set in S5.

Figure 2024112632000005
Figure 2024112632000005

また、幾何誤差が存在する場合のワーク座標系での工具先端ベクトルは、幾何誤差の変換マトリックスε(数1)を用いて、以下の数5により求めることができる。 Furthermore, the tool tip vector W PG in the workpiece coordinate system when a geometric error exists can be determined by the following equation 5 using the geometric error conversion matrix ε j (equation 1).

Figure 2024112632000006
Figure 2024112632000006

幾何誤差によるワーク座標系での各工具先端の位置誤差ベクトルΔeは、との差分から以下の数6により求められる。 A position error vector Δe of the tip of each tool in the workpiece coordinate system due to a geometric error can be calculated from the difference between WPG and WPI by the following equation 6.

Figure 2024112632000007
Figure 2024112632000007

また、位置誤差による並進軸の補正値は、位置誤差を指令値座標系に変換し、その逆符号として扱うことができる。補正値ベクトルΔCompを以下の数7に示す。 The correction value of the translation axis due to the position error can be treated as the inverse sign of the position error converted into the command coordinate system. The correction value vector ΔComp is shown in the following equation 7.

Figure 2024112632000008
Figure 2024112632000008

このように、上記形態の誤差補正方法及び数値制御装置11は、被加工物7を加工するための加工プログラム21から加工方法を分析し、分析された加工方法が、工具6の位置を演算する際に所定の補正基準点の座標値を用いるものとして予め設定された所定の加工方法と一致するか否かを判定する。
そして、加工方法が一致しない場合には、並進軸の指令値座標系内の指令位置の座標値を設定し、加工方法が一致する場合には、補正基準点の座標値を設定して、設定した座標値と各軸間の幾何誤差とから、幾何誤差によって生じる工具6の位置誤差を演算して、演算した工具6の位置誤差を並進軸の指令値座標系に変換することにより、各軸の幾何誤差に対する補正値を演算し、演算した補正値に基づいて工具6の位置を補正する。
この構成によれば、加工プログラム21を分析して補正基準点の座標値を用いて工具6の位置を演算することが必要な加工方法であるかを判定し、加工方法に応じて補正基準点の座標値を自動で設定することができる。よって、作業者に負担をかけることなく、穴あけ加工を行う場合に加工面精度・品位や工具寿命の低下を起こさず、高精度な加工を行うことができる。
In this manner, the error correction method and numerical control device 11 of the above-described form analyze the machining method from the machining program 21 for machining the workpiece 7, and determine whether or not the analyzed machining method coincides with a predetermined machining method that is preset as one that uses the coordinate values of a predetermined correction reference point when calculating the position of the tool 6.
Then, when the machining methods do not match, the coordinate values of the command position in the command value coordinate system of the translational axes are set, and when the machining methods match, the coordinate values of the correction reference point are set, and the position error of the tool 6 caused by the geometric error is calculated from the set coordinate values and the geometric error between each axis. The calculated position error of the tool 6 is converted into the command value coordinate system of the translational axes to calculate a correction value for the geometric error of each axis, and the position of the tool 6 is corrected based on the calculated correction value.
According to this configuration, it is possible to analyze the machining program 21, judge whether the machining method requires calculating the position of the tool 6 using the coordinate value of the correction reference point, and automatically set the coordinate value of the correction reference point according to the machining method. Therefore, it is possible to perform high-precision machining without imposing a burden on the operator and without causing a decrease in the machining surface accuracy/quality or tool life when performing hole drilling.

なお、上記形態では、工具の位置を演算する座標値を設定するタイミングを、加工方法判定ステップの後としているが、このタイミングに限らず、その前の段階、例えば加工方法の判定と同時に座標値を設定してもよい。
上記形態では、工作機械として5軸機を例示して穴あけ加工を行う場合を例に説明したが、工作機械は、並進3軸のマシニングセンタや複合加工機、旋盤であってもよい。補正基準点の座標値を用いる加工方法は、平面加工を行う場合であってもよい。特に、A軸やC軸等の回転軸を割り出して行う平面加工や穴あけ加工等について補正基準点の座標値を用いるようにすれば、加工精度の低下を防止できる。
上記形態では、数値制御装置に本開示の誤差補正装置を設けた例を説明したが、誤差補正装置は、数値制御装置と別に設けられていてもよい。
In the above embodiment, the timing for setting the coordinate values for calculating the tool position is after the machining method determination step, but the timing is not limited to this, and the coordinate values may be set at an earlier stage, for example, at the same time as determining the machining method.
In the above embodiment, a five-axis machine is used as an example of a machine tool for drilling, but the machine tool may be a three-axis translational machining center, a multitasking machine, or a lathe. The machining method using the coordinate values of the correction reference point may also be used for plane machining. In particular, if the coordinate values of the correction reference point are used for plane machining or drilling, which are performed by indexing rotation axes such as the A-axis and C-axis, a decrease in machining accuracy can be prevented.
In the above embodiment, an example has been described in which the error correction device of the present disclosure is provided in the numerical control device, but the error correction device may be provided separately from the numerical control device.

1・・ベッド、2・・主軸頭、3・・テーブル、4・・クレードル、5・・トラニオン、6・・工具、7・・被加工物、11・・数値制御装置、12・・記録手段、13・・表示手段、14・・入力手段、21・・加工プログラム、22・・指令値生成手段、23・・プログラム分析手段、24・・補正値演算手段、25・・サーボ指令値変換手段。 1: Bed, 2: Spindle head, 3: Table, 4: Cradle, 5: Trunnion, 6: Tool, 7: Workpiece, 11: Numerical control device, 12: Recording means, 13: Display means, 14: Input means, 21: Machining program, 22: Command value generation means, 23: Program analysis means, 24: Correction value calculation means, 25: Servo command value conversion means.

Claims (4)

被加工物を保持するテーブルと、工具を保持する主軸と、3軸以上の並進軸とを有し、前記主軸が前記テーブルに対して並進3自由度以上の相対運動が可能な工作機械において、前記被加工物に対する前記工具の位置を補正する方法であって、
前記被加工物を加工するための加工プログラムから加工方法を分析するプログラム分析ステップと、
前記プログラム分析ステップで分析された加工方法が、前記工具の位置を演算する際に所定の補正基準点の座標値を用いるものとして予め設定された所定の加工方法と一致するか否かを判定する加工方法判定ステップと、
前記分析された加工方法が前記所定の加工方法と一致しない場合には、前記工具の位置を演算する座標値として、前記並進軸の指令値座標系内の指令位置の座標値を設定し、前記分析された加工方法が前記所定の加工方法と一致する場合には、前記工具の位置を演算する座標として前記補正基準点の座標値を設定する座標値設定ステップと、
前記並進軸の指令値座標系内の指令位置の座標値又は前記補正基準点の座標値と、各軸間の幾何学的な誤差とに基づいて、前記幾何学的な誤差によって生じる前記工具の位置誤差を演算する位置誤差演算ステップと、
演算した前記工具の位置誤差を前記並進軸の指令値座標系に変換することにより、前記各軸の幾何学的な誤差に対する補正値を演算する補正値演算ステップと、
演算した前記補正値に基づいて前記工具の位置を補正する位置補正ステップと、
を実行することを特徴とする工作機械の誤差補正方法。
1. A method for correcting a position of a tool relative to a workpiece in a machine tool having a table for holding a workpiece, a spindle for holding a tool, and three or more translation axes, the spindle being capable of relative translational movement with three or more degrees of freedom relative to the table, comprising:
A program analysis step of analyzing a machining method from a machining program for machining the workpiece;
a machining method determination step of determining whether or not the machining method analyzed in the program analysis step coincides with a predetermined machining method that is preset as a method that uses coordinate values of a predetermined correction reference point when calculating the position of the tool;
a coordinate value setting step of setting a coordinate value of a command position in a command value coordinate system of the translation axis as a coordinate value for calculating a position of the tool when the analyzed machining method does not match the predetermined machining method, and setting a coordinate value of the correction reference point as a coordinate for calculating a position of the tool when the analyzed machining method matches the predetermined machining method;
a position error calculation step of calculating a position error of the tool caused by the geometric error based on a coordinate value of a command position in a command value coordinate system of the translation axis or a coordinate value of the correction reference point and a geometric error between each axis;
a correction value calculation step of converting the calculated position error of the tool into a command value coordinate system of the translation axes to calculate a correction value for the geometric error of each of the axes;
a position correcting step of correcting a position of the tool based on the calculated correction value;
1. A method for correcting errors in a machine tool, comprising:
前記座標値設定ステップでは、前記分析された加工方法が前記所定の加工方法と一致する場合、前記加工プログラムを分析して前記補正基準点の座標値を設定することを特徴とする請求項1に記載の工作機械の誤差補正方法。 The method for correcting errors in a machine tool according to claim 1, characterized in that in the coordinate value setting step, if the analyzed machining method matches the predetermined machining method, the machining program is analyzed to set the coordinate value of the correction reference point. 被加工物を保持するテーブルと、工具を保持する主軸と、3軸以上の並進軸とを有し、前記主軸が前記テーブルに対して並進3自由度以上の相対運動が可能な工作機械において、前記被加工物に対する前記工具の位置を補正する装置であって、
前記被加工物を加工するための加工プログラムから加工方法を分析するプログラム分析手段と、
前記プログラム分析手段で分析された加工方法が、前記工具の位置を演算する際に所定の補正基準点の座標値を用いるものとして予め設定された所定の加工方法と一致するか否かを判定する加工方法判定手段と、
前記分析された加工方法が前記所定の加工方法と一致しない場合には、前記工具の位置を演算する座標値として、前記並進軸の指令値座標系内の指令位置の座標値を設定し、前記分析された加工方法が前記所定の加工方法と一致する場合には、前記工具の位置を演算する座標として前記補正基準点の座標値を設定する座標値設定手段と、
前記並進軸の指令値座標系内の指令位置の座標値又は前記補正基準点の座標値と、各軸間の幾何学的な誤差とに基づいて、前記幾何学的な誤差によって生じる前記工具の位置誤差を演算する位置誤差演算手段と、
演算した前記工具の位置誤差を前記並進軸の指令値座標系に変換することにより、前記各軸の幾何学的な誤差に対する補正値を演算する補正値演算手段と、
演算した前記補正値に基づいて前記工具の位置を補正する位置補正手段と、
を備えることを特徴とする工作機械の誤差補正装置。
1. A machine tool having a table for holding a workpiece, a spindle for holding a tool, and three or more translation axes, the spindle being capable of relative translational movement with three or more degrees of freedom with respect to the table, the machine tool comprising:
a program analysis means for analyzing a machining method from a machining program for machining the workpiece;
a machining method determination means for determining whether or not the machining method analyzed by the program analysis means coincides with a predetermined machining method that is preset as a method using coordinate values of a predetermined correction reference point when calculating the position of the tool;
a coordinate value setting means for setting a coordinate value of a command position in a command value coordinate system of the translation axis as a coordinate value for calculating a position of the tool when the analyzed machining method does not match the predetermined machining method, and for setting a coordinate value of the correction reference point as a coordinate for calculating a position of the tool when the analyzed machining method matches the predetermined machining method;
a position error calculation means for calculating a position error of the tool caused by the geometric error based on a coordinate value of a command position in a command value coordinate system of the translation axis or a coordinate value of the correction reference point and a geometric error between each axis;
a correction value calculation means for calculating a correction value for a geometric error of each of the axes by converting the calculated position error of the tool into a command value coordinate system of the translation axes;
a position correction means for correcting a position of the tool based on the calculated correction value;
An error correction device for a machine tool comprising:
前記座標値設定手段は、前記分析された加工方法が前記所定の加工方法と一致する場合、前記加工プログラムを分析して前記補正基準点の座標値を設定することを特徴とする請求項3に記載の工作機械の誤差補正装置。 The error compensation device for a machine tool according to claim 3, characterized in that the coordinate value setting means analyzes the machining program and sets the coordinate value of the compensation reference point when the analyzed machining method coincides with the specified machining method.
JP2023017819A 2023-02-08 2023-02-08 Method and device for correcting errors in a machine tool Pending JP2024112632A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023017819A JP2024112632A (en) 2023-02-08 2023-02-08 Method and device for correcting errors in a machine tool

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023017819A JP2024112632A (en) 2023-02-08 2023-02-08 Method and device for correcting errors in a machine tool

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024112632A true JP2024112632A (en) 2024-08-21

Family

ID=92424532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023017819A Pending JP2024112632A (en) 2023-02-08 2023-02-08 Method and device for correcting errors in a machine tool

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2024112632A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4290639B2 (en) Numerical control device and numerical control machine tool
JP5789114B2 (en) Correction value calculation method and program for machine tool
JP5220183B2 (en) Numerical control device and control method of the numerical control device
JP5037704B2 (en) Numerical control device with work placement error correction unit for 3-axis processing machine
JP4531023B2 (en) Crankshaft machining method, crankshaft machining apparatus, control apparatus, and program
WO2012101789A1 (en) Numerical control device
US9983563B2 (en) Method and apparatus for controlling a machine tool
WO2014196066A1 (en) Numerical control device
JP2019070953A (en) Machining program processing device and multiple-spindle machine equipped with the same
JP5713764B2 (en) Correction value calculation method and program for machine tool
CN109531205B (en) Orthogonal double-turntable base rotatable numerical control clamp system and regulation and control method thereof
JP2005071016A (en) Numerical control device
JP2014238782A (en) Control method of machine tool
JP7134031B2 (en) Numerical control method and numerical control device
JP4531297B2 (en) 6-axis control NC program generation method and generation apparatus, 6-axis control NC program generation program, and computer-readable recording medium storing the program
JP5764366B2 (en) Correction value calculation method and program for machine tool
CN104950803A (en) Method and apparatus for controlling machine tool
JP2024112632A (en) Method and device for correcting errors in a machine tool
JP2016038674A (en) Correction value calculation method and correction value calculation program for machine tools
JP3051576B2 (en) Workpiece deformation prevention clamp method
JP3064043B2 (en) Machining method in which workpiece deformation due to clamp is corrected, and NC machine tool for implementing the method
JP7286860B1 (en) Machining program correction method and information processing program
JP7250202B1 (en) Information processing device and information processing program
JP3099075B2 (en) Tool length correction device in 5-axis control processing machine
JP2843180B2 (en) Group management control method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20250829