具备检测刀具与工件之间的接触的功能的机床制造技术

一种可精确检测加工起始位置的超精密机床，其中由液压轴承支持可移动轴。工件安装在Ｂ轴的旋转台上，旋转台安装在为线性动作轴的Ｘ轴上。刀具安装在Ｙ轴上。Ｙ轴安装在Ｚ轴上。每次Ｚ轴移动预定量时反向移动Ｘ轴，扫描工件的加工面，且确定Ｘ轴，Ｙ轴和Ｂ轴的位置偏移是否达到或超过参考值。驱动Ｙ轴且朝着工件移动刀具预定量，且执行上述扫描。当Ｘ轴，Ｙ轴和Ｂ轴的位置偏移达到或超过参考值时，确定发生了刀具与工件之间的接触，且将该接触点存储为加工起始位置，使Ｙ轴跳跃，且从远离工件的方向移动刀具预定量，因而将从工件的加工面最大突出的点简单地检测为加工起始点。

Machine tool with function of detecting contact between cutter and workpiece

An ultra precision machine tool capable of accurately detecting the starting position of a machining, wherein the movable shaft is supported by a hydraulic bearing. The workpiece is mounted on the rotating table of the B shaft, and the turntable is mounted on the X axis of the linear action axis. The tool is mounted on the Y shaft. The Y shaft is mounted on the Z shaft. Each time the Z axis moves a predetermined amount, the X axis is moved back, the processing surface of the workpiece is scanned, and the position of the X axis, the Y axis and the B axis is determined whether or not the reference value has reached or exceeded the reference value. The Y axis is driven and the tool predetermined amount is moved toward the workpiece and the scanning is performed. When the X axis, Y axis and B axis offset reaches or exceeds the reference value, to determine the occurrence of the contact between the tool and the workpiece, and the contact point is stored as the machining start position, the Y axis and jump from the direction away from the workpiece tool is moved a predetermined amount, which will highlight from work the maximum surface of the workpiece is easily detected as the machining start point.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及需要纳米单位精度的执行超精密加工的机床，特别涉及可以精 确确定加工起始位置的机床。
技术介绍
在需要纳米单位精度的执行超精密加工的机床中，当在加工面上执行划线 等时，为了提供加工精度，必须精确确定刀尖点相对于工件的位置并开始加工， 也必须以纳米精度设置工件加工起始点的坐标位置。传统的，利用传感器或其他的这样的特殊刀具检测设备或显微镜来冲企测刀 尖位置。作为检测工件位置的方法，已知一专利技术，其限制旋转马达制动器的输 出扭矩，并使刀具朝着工件前进，并且在过扭的状态下，甚至在跳跃偏移量超 过预定位置偏移时，跳过移动指令并停止任何之后的移动指令(见，例如，JP2002-328707A)。作为检测刀具相对工件的位置的方法，可以传统使用的刀具检测设备检测 刀具位置，但是不能精确确定工件的位置。另外，以具有锋利的尖部的刀具， 不能检测尖部的真实位置。而且，当利用显微镜检测时，检测刀刃尖部和工件之间的距离，且将刀具 送到临近于工件。然而，对于给定的有限的显樣i镜焦距，随着加工的进行，有 时不能再看到刀刃。另外，在JP2002-328707A描述的专利技术中，限制例如驱动刀具的马达的制 动器的输出扭矩并朝着工件移动刀具，在过扭状态下获取位置偏移超过跳跃偏 移量时的位置，并测量相对刀具的工件位置，在过扭状态下的扭矩作用在刀具 和工件上。在以纳米单位测量的加工精度进行超精密加工的机床中，移动轴的 轴承包括例如空气轴承的液压轴承，即无摩擦轴承。结果，即使在可移动轴上 施加很小的力，因为在例如JP2002-328707A描述的过扭等状态下，当4全测刀 位置偏移超过预定值时，可移动轴移动，所以增加了刀具或工件已从刀具和工件的接触位置移开的可能性，使得很难以纳米精度确定位置。
技术实现思路
本专利技术提供了 一种具有可精确检测超精度机床中的加工起始位置的工件 接触检测功能的机床，该超精度机床包括液压轴承支持的无摩擦可移动轴。本专利技术的机床，利用由液压轴承支持的可移动轴相对工件从加工的起始点开始移动刀具，从而执行工件表面的加工。该机床包括位置检测器，用于检 测各个可移动轴的位置；位置偏移检测单元，用于检测作为可移动轴的指令位 置与检测位置之间的差值的、各个可移动轴的位置偏移；接触点检测单元，用 于通过利用可移动轴使刀具相对工件移动来扫描工件的表面，从而基于位置偏 移检测单元检测到的位置偏移来检测刀具与工件之间的接触，并将在检测到接 触时的可移动轴的位置自动设置并存储为加工的起始点；以及撤回单元，用于 在检测到接触时利用安装了刀具的可移动轴使刀具从工件撤回。可移动轴可以包括线性轴和旋转轴，且用于检测线性轴的位置的位置检测 器包括具有10nm或更小的检测精确度的线性刻度。用于检测旋转轴的位置的位置检测器可以包括具有1/10000度或更小的检 测精确度的旋转编码器，且旋转轴直接耦合于马达且由马达直接驱动。接触点检测单元可以利用可移动轴之一使刀具以恒定速度相对工件移动， 且基于可移动轴之一的位置偏移来检测刀具与工件之间的接触。可移动轴可以包括作为线性轴的X轴，作为配置于X轴上且与其垂直的 旋转轴的B轴，作为与X轴垂直且与B轴平行的线性轴的Y轴，作为与X轴 和Y轴垂直的线性轴的Z轴。刀具可以安装在Y轴上。工件可以安装在旋转B轴上的旋转台上，且接触点;险测单元可以利用X 轴线性移动工件，来基于X轴，B轴和Y轴中任一个轴的位置偏移的变化检 测刀具与工件之间的接触。在开始加工时，可移动轴可自动地移动到由接触点检测单元设置并存储的 位置。接触点检测单元可以在每次B轴和Y轴停止而以预定量驱动Z轴时，通 过反向驱动X轴由刀具扫描工件的X-Z平面，并且每次以预定量驱动Y轴时 重复执行扫描，从而将刀具移动到更接近于工件，直到4企测到刀具与工件之间的接触。可以在Y轴上提供平行于X轴的附加线性轴，可以在旋转B轴上的旋转 台上安装工件，且接触点检测单元可以利用附加线性轴使刀具在平行于X轴 的方向上反向移动以检测刀具与工件之间的接触。可以将用于控制可移动轴的伺服控制器的伺服增益设置较低值，以便对外 部扰动具有较大壽文感性，从而以在刀具或工件上施加的较小的力检测刀具与工 件之间的接触。机床可进一步包括检测单元，用于检测任一位置偏移的异常增加，其中所 述在所述检测单元检测到异常增加时，所迷撤回单元从工件撤回刀具。所述检测单元可输出表示被检测到位置偏移的异常增加的可移动轴的信号。在包括液压轴承支持的无摩擦可移动轴的超精度机床中，即使施加在可移 动部上的很小的力也使得可移动部移动，这用于检测位置偏移的增加。结果， 由刀具与工件之间的接触而简单地检测从加工面突出最多的部分，且将该接触 点;险测作为加工起始点的位置。 附图说明图1是根据本专利技术实施例的执行超精确加工的机床的示意图； 图2是控制该实施例的机床的控制器的主要部件的方框图； 图3a和3b是示出根据该实施例的机床的加工起始点坐标位置检测操作的 示意到的位置偏移的示意图5是示出根据该实施例的机床的加工起始点检测处理算法的流程图6是划线中使用的附加线性轴的示例的示意图。 具体实施例方式参考附图给出根据本专利技术的实施例的具体描述。图1是根据本专利技术实施例的执行超精确加工的机床的示意图。在本实施例 中，作为可移动轴，存在三种线性运动轴(此后称为"线性轴")和一个旋转 轴。旋转台IO安装在X轴部件11上，X轴部件11是在水平方向X轴的方向上驱动的线性轴。旋转台IO绕B轴旋转，B轴是与X轴垂直放置的轴。工件 2作为要加工的对象，安装在旋转台10上。刀具1安装在Y轴部件12上，Y 轴部件12是沿着与旋转B轴平行的Y轴方向移动的线性轴。而且，Y轴部件 12安装在Z轴部件13上，Z轴部件13沿着与X轴和Y轴垂直的Z轴方向移 动的线性轴。工件2沿着X轴方向直线移动且绕B轴旋转。另外，刀具l在 Y轴方向和Z轴方向直线移动。通过X， Y, Z和B轴由刀具1加工工件2。应注意的是，在本实施例中，驱动线性X轴，Y轴和Z轴的马达是线性 马达，驱动旋转B轴的马达是旋转伺服马达。旋转台IO和旋转伺服马达以直 接驱动配置方式互相直接耦合。X轴，Y轴，Z轴和B轴的轴承是液压轴承(空气轴承)。图2是控制机床的控制器的主要部件的方框图。数字控制单元21读取并 执行加工程序，并将用于轴的运动命令输出到轴伺服控制单元22x-22b。如相 对控制用于X轴的马达24x的X轴伺服驱动单元22x所描述的，伺服控制单 元22x-22b的每一个都包括位置控制部221，速度控制部222,电流控制部223 等，而用于Y轴，Z轴和B轴的伺服控制单元22y, 22z和22b分别具有如上 所述的X轴伺服控制单元22x的相同结构。轴伺服控制单元22x-22b的每一个的位置控制部221包括误差寄存器221a 和位置增益K项目221b。以误差寄存器221a，获取作为数字控制单元21对 每个轴指令的位置之间的差异的位置偏移s 、和从检测位置和速度的位置/速 度检测器25x-25b反馈的位置,将位置偏移s乘以位置增益K并获取指令速度， 以速度控制部222减去位置/速度检测器25x-25b反馈的速度来获取速度偏移， 并以比例/积分处理等形式执行速度的反馈控制以获取电流指令(扭矩指令)。 然本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机床，其通过利用由液压轴承支持的可移动轴使刀具相对工件从加工的起始点移动来执行工件表面的加工，所述机床包括：　　　　位置检测器，用于检测各个可移动轴的位置；　　　　位置偏移检测单元，用于检测作为可移动轴的指令位置与检测位置之间的差值的、各个可移动轴的位置偏移；　　　　接触点检测单元，用于通过利用可移动轴使刀具相对工件移动来扫描工件的表面，从而基于所述位置偏移检测单元检测到的位置偏移来检测刀具与工件之间的接触，并将在检测到接触时的可移动轴的位置自动设置并存储为加工的起始点；以及　　　　撤回单元，用于在检测到接触时利用安装了刀具的可移动轴使刀具从工件撤回。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：洪荣杓，蛯原建三，河合知彦，
申请(专利权)人：发那科株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]