[发明专利]用于自动检测和补偿机床间隙的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于在机床中自动检测间隙并进行补偿的方法及装置，特别是，涉及用于自动检测因在数控（NC）机床的电机反转时发生的空转（lost motion）而产生的间隙并进行补偿的方法及装置。

背景技术

在数控（NC）机床中，输送系统通过由齿条和小齿轮、研磨球状螺母丝杠等构成的动力传递机构而将来自伺服电机或其他旋转驱动源的旋转力变换成直线运动，将固定被加工物的工作台或对被加工物进行加工的工具等移动到规定位置。最近，为了对被加工物的三维自由面进行加工，使用具备5轴等多个控制轴的数控（NC）机床。

通常，使用于数控机床的减速机和滚珠丝杠等被构成为通过施加预负荷而消除机械间隙（Back lash）的结构，在将被加工物向一侧输送并进行加工的途中，为了向反方向输送而使电机反转时，被加工物不能立即向反方向输送而发生稍微延迟的现象。由于这种电机反转时发生的空转而产生的间隙，存在加工的精度下降的问题，因此需要校正间隙。

关于这种因空转而产生的间隙，与其说它是由于减速机或滚珠丝杠与螺母之间的机械滞后现象而产生，还不如说是由于由输送系统的刚性和摩擦力的相互关系而导致的滚珠丝杠和联轴器的卷起或扭曲现象而产生的。即，在电机反转时，因被加工物不能立即到达所指示的位置，只有滚珠丝杠和联轴器被卷起或扭曲的现象而产生空转（lost motion）。这样的空转存在如下倾向：在机床的输送系统中因相对于引导面的相对运动而产生的摩擦力和球状螺母丝杠中的摩擦力越大，越增加，被加工物离电机越远，越增加。

近年来，在对机床的精度和刚性的要求更高的情况下，为了提高输送系统的旋转轴的刚性，有时进一步加大滚珠丝杠-螺母的预负荷，而在该情况下，会不可避免地增加因由此产生的摩擦和卷起或扭曲现象引起的空转。

为了解决这样的问题，有时生产机床的企业会在无负荷状态下测量装备的间隙，并在将该间隙存储到数控（NC）参数的状态下将装备提供给使用者，而在该情况下，存在如下问题：随着所交货的装备的使用条件发生变化，间隙也会变化，从而不能正确地进行其校正。即，存在如下问题：随着被加工物的重量及润滑条件、输送系统的输送工作台的摩擦系数等发生变化，受其影响，间隙量发生变化，而使用者不能适当地对此进行应对。因此，在每次装备的使用环境改变而间隙发生变化时，以重新测量间隙而修改校正值的方式进行了应对，因此非常麻烦。

最近，还使用了如下的方法：预先测量被加工物的各个负荷下的间隙并以查阅（look-up）表的形式记录在数控（NC）装置的非易失性（non-volatile）存储区域，使用者估计被加工物的重量而指示相应的加工代码（例如，M代码），由此来校正间隙。但是，通常装备的间隙并不仅仅根据被加工物的负荷而发生变化，而其他多个变量也起作用，即使在使用同一负荷的被加工物的情况下，有时按照装备，其偏差也很大，因此存在需要针对各个装备分别测量和管理被加工物的各个负荷的间隙的不便。另外，不能应对如下问题：即使是同一装备，也由于其使用环境变化而导致间隙变化。

为了解决这样的问题，作为将来自位置检测装置的位置信号反馈给伺服电机而控制位置的方案，还使用线性标尺（linear scale）。这种线性标尺为一种全闭反馈（full-closed feedback）系统，能够直接检测位置，因此精度高。但是，这种线性标尺等需要附加的位置检测装置，因此存在成为提高机床成本的要因的问题。

还使用如下的方案：在伺服电机设置旋转变压器（resolver）或光学式旋转编码器（rotary encoder）等旋转位置检测器，将由旋转位置检测器检测到的旋转量反馈给伺服电机而控制伺服电机的旋转量，从而间接地控制工作台或位置控制对象的位置。这种旋转编码器方式为一种半闭反馈（semi-closed feedback）系统，虽然具有无需附加的位置检测装置的优点，但存在难以对固定有被加工物的输送工作台进行正确的位置控制的问题。

发明内容

技术课题

本发明的目的在于，在解决这样的以往技术的问题的同时，自动检测在电机反转时因空转而产生的间隙并进行校正。即，在现有的数控机床中，在不追加附加的位置检测装备的状态下，也仍自动检测在电机反转时因空转而产生的间隙并进行校正，从而在不大幅提高整体机床的价格的情况下，提高加工精度及便利性。

课题解决手段

本发明在不追加附加的位置检测装备的情况下，对现有的数控（NC）机床的数控（NC）装置简单地附加间隙检测功能，从而解决以往技术的问题。