專利名稱：機床校準方法
機床校準方法本發(fā)明涉及機床，特別涉及校準車床諸如車床、銑車床(mill-turn machine )等的方法。車床是已知的。在常用車床上，工件保持在卡盤中高速旋轉(zhuǎn)。然后，切 削工具接觸旋轉(zhuǎn)工件，切削或"車削"工件形成希望的形狀。銑車床，可以認為是車床的一種變形，也是已知的。這種車床包括旋轉(zhuǎn) 卡盤以保持工件，并且還具有用于旋轉(zhuǎn)切削工具的裝置。然后工件和標準車 床上一樣進行車削和/或可以使用旋轉(zhuǎn)工具在工件上銑削特征。銑車床還可以 具有回轉(zhuǎn)頭，以允許切削工具從不同方向接觸工件。在操作車床、銑車床以及類似物時，通常需要確定工件旋轉(zhuǎn)軸線(即所車床中心線的位置確定的。已知有許多手工獲取車床中心線的方法。例如，可以使用度盤式指示器。 但是，現(xiàn)在越來越希望自動校準車床并自動進行切削操作，以使車床停機時 間最少，并增加機加工部件的生產(chǎn)率。EP0283486描述了利用裝載到車床的工具保持件中的碰觸式觸發(fā)測量探 針確定卡盤旋轉(zhuǎn)軸線的各種方法。具體來說，EP0283486描述了這種碰觸式 觸發(fā)探針如何通過測量工件上徑向?qū)χ玫狞c的位置來估算保持在車床卡盤 中的工件的旋轉(zhuǎn)軸線。在EP0283486的一個實施例中，描述了如何進行工件 的犧牲性切削并測量切削特征的徑向?qū)χ命c來獲取中心線。但是，在工件上 進行試探性切削并不總是可行，而且這種切削過程耗費的時間可能令人無法 接受。因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進的校準車床諸如車床、銑車床等的 方法。根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供了一種校準車床的方法，該車床具有用于保 持工件的第一可旋轉(zhuǎn)部分，該第一可旋轉(zhuǎn)部分具有與其相關(guān)聯(lián)的第一特征， 所述方法包括以下步驟(i)使用測量探針確定第一特征的位置；(ii) 將第一可旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)過一定角度；和(iii) 利用所述測量探針確定第一特征的新位置。具有優(yōu)勢的是，所述方法進一步包括步驟(iv):利用步驟(i)和(iii) 中確定位置測量值計算第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線(即"C軸")的位置。 例如，可以相對于所述車床的X和Y軸獲得所述C軸的位置。因此，本發(fā)明利用了作為車床的第一可旋轉(zhuǎn)部分的一部分或者連接到該 第一可旋轉(zhuǎn)部分并相對于所述第一可旋轉(zhuǎn)部分具有固定(通常未知)位置的 第一特征。所述第一特征可以是任何可以由探針測量其位置的特征，例如， 可以包括凸臺、立柱、基準球(datum sphere)等。用來測量該特征的位置 的測量探針可以是接觸式探針(例如，碰觸式觸發(fā)探針)或非接觸式探針。 在所述可旋轉(zhuǎn)部分位于兩個(或多個)不同旋轉(zhuǎn)取向時，利用測量探針來確 定第 一特征相對于車床主體的位置，能精確確定車床的第 一可旋轉(zhuǎn)部分的旋 轉(zhuǎn)軸線(所謂的C軸或車床中心線)。因此，本發(fā)明的方法能在不切削工件的情況下獲得車床的真實中心線(C 軸)。此外，還發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的方法不會遭遇測量卡盤或工件的兩個不同特征 時可能發(fā)生的誤差。具體來說，本發(fā)明的方法可以用來獲取車床的真實中心 線，而并不依賴于假設(shè)一對特征離中心線距離相等。本發(fā)明因此可以看做是 對EP0283486所述技術(shù)的改進。本方法的優(yōu)勢還在于，可以以完全自動的方式進行，因此可以比手工設(shè) 定技術(shù)(例如，利用度盤式指示器)明顯更快地進行。本方法還可以(例如 在部件之間)相對快速地進行，以允許進行車床常規(guī)校準，從而減少使用中 與中心線位置變化相關(guān)的加工誤差。應(yīng)該注意，本文中"車床"限定了具有可以保持工件的第一可旋轉(zhuǎn)部分 的車床，并且該第一可旋轉(zhuǎn)部分布置地能讓切削工具在工件旋轉(zhuǎn)的同時接觸 工件，即，該車床是工件可以"被車削"的車床。車床因此包括傳統(tǒng)車床或或加工中心。車床可以具有任意取向的C軸，例如該車床可以具有基本上水 平或基本上垂直取向的C軸。車床還可以包括可以根據(jù)需要相對于該車床重 新定向的第一可旋轉(zhuǎn)部分，例如，該車床可以是C軸取向可以相對于固定工 具進行調(diào)節(jié)的加工中心(例如，可以包括5軸加工中心，其中保持工件的卡 盤可以回轉(zhuǎn))。但是，應(yīng)該注意，車床顯著不同于工件被切削時工件始終保便于使用的是，步驟(ii)包括旋轉(zhuǎn)第一可旋轉(zhuǎn)部分經(jīng)過180°。應(yīng)該注 意，這里限定了幾何特征，從而第一可旋轉(zhuǎn)部分在車床的X-Y平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)， 并且旋轉(zhuǎn)運動的C軸名義上與車床z軸對準，當(dāng)然應(yīng)該注意，C可能如下所 述那樣并不總是與z軸精確對準。利用這種坐標幾何關(guān)系，步驟(i)和(iii) 的測量值各自給出了一對X， Y坐標。因此，中心線位置(X和Y)是兩個 測量得到的X和Y位置的中點。技術(shù)人員應(yīng)該明白，根據(jù)需要，可以使用 不同的坐標幾何關(guān)系進行位置測量。此外，步驟(ii)可以包括將所述第一 可旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)過任意角度。例如，根據(jù)需要，第一可旋轉(zhuǎn)部分可以轉(zhuǎn)過小于 180°,小于90?；虼笥?0?；蛘叽笥?80°。對于特定種類的車床而言，諸如大型車床，測量探針可能僅有有限的可 達性。這會限制本方法步驟(ii)過程中可用的最大角度步進變化。步驟(ii) 因此可以包括旋轉(zhuǎn)所述第 一可旋轉(zhuǎn)部分經(jīng)過小于180。的角度或旋轉(zhuǎn)不超過 90。。具有優(yōu)勢的是，該方法可以包括初始步驟確定第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋 轉(zhuǎn)軸線在第一車床軸線上的位置。這種初始步驟可以包括如以下詳細說明的 那樣，在第一車床軸線假設(shè)中心線的任意一側(cè)進行測量。第一車床軸線例如 可以是X軸，而初始步驟則可以包括確定X軸中心線。具有優(yōu)勢的是，步 驟(i)可以包括將第一可旋轉(zhuǎn)部分定向，以使第一特征基本上位于所述第一 車床軸線上。這樣，可以獲取車床中心線的位置(例如，X和Y兩者)。具有優(yōu)勢的是，車床包括工具保持件，步驟(i)和(iii)中用來確定所 述第 一特征的位置的測量探針由該工具保持件保持。工具保持件可以保持一 個或多個切削工具或工具附件(諸如測量探針)。工具保持件優(yōu)選可以相對 于車床的第一可旋轉(zhuǎn)部分(例如，沿著x, y和z)移動，并還提供本方法步 驟(i)和(iii)的位置信息。因此，工具保持件允許工具或附件接觸工件， 并向車床控制器輸出工具位置信息。通常，工具保持件布置成使得切削工具 和工具附件能夠自動互換。便于使用的是，工具保持件包括用于保持工具或工具附件的第二可旋轉(zhuǎn) 部分。因此，車床可以包括除車削工件之外還可以銑削所述工件的所謂的銑 車床。銑車床通常具有包括可旋轉(zhuǎn)部分的頭部和允許工具(例如，切削工具 和銑削工具)和工具附件(例如，測量探針)根據(jù)需要裝載到第二可旋轉(zhuǎn)部 分的自動工具更換器。具有優(yōu)勢的是，步驟(i)和(iii)中用來確定所述第一特征的位置的測量探針由所述第二可旋轉(zhuǎn)部分保持。所述方法可以方便地 包括將第二可旋轉(zhuǎn)部分(以及測量探針)轉(zhuǎn)過一定角度的步驟。第二可旋轉(zhuǎn)部分具有優(yōu)勢地由回轉(zhuǎn)頭承載，該回轉(zhuǎn)頭可以圍繞至少一個軸線("B軸")旋轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)頭還可以承載一個或多個額外的可旋轉(zhuǎn)部分，用來承載額外的工具或工具附件。因此，該方法可以利用通常稱為回轉(zhuǎn)頭銑車 床的車床來實施。這種車床具有可以旋轉(zhuǎn)從而在第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線和第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線之間引入傾角的回轉(zhuǎn)頭，即圍繞B軸旋轉(zhuǎn)改變 A軸和C軸之間的夾角。A軸通常來說，在B軸處于0。轉(zhuǎn)角時，名義上與C 軸對準。如上所述，這種回轉(zhuǎn)頭可以沿著x, y和z移動，并且還可以旋轉(zhuǎn)， 從而允許工具或工具附件以不同的取向接觸工件，這樣增大了工件上可以車 削或銑削的特征的范圍。所述方法可以方便地應(yīng)用于第一可旋轉(zhuǎn)部分可以圍繞軸線回轉(zhuǎn)或相對 于該軸線傾斜的車床。例如，第一可旋轉(zhuǎn)部分可以由托架承載，該托架可以 移動，以改變第一可旋轉(zhuǎn)部分相對于位置固定的第二可旋轉(zhuǎn)部分的傾角。與 回轉(zhuǎn)頭車床一樣，這種車床還在第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線和第二可旋轉(zhuǎn)部 分的旋轉(zhuǎn)軸線之間引入了傾角。該方法還可以適用于同時具有回轉(zhuǎn)頭和可以 圍繞一個或多個軸回轉(zhuǎn)或相對于其傾斜的第一可旋轉(zhuǎn)部分的車床。具有優(yōu)勢的是，步驟(i)至(iii)是在回轉(zhuǎn)頭的第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn) 軸線布置地基本上平行于第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線的情況下(即，B=0°) 進行的。這樣，可以在回轉(zhuǎn)頭處于B-0。取向的情況下，相對于第二可旋轉(zhuǎn) 部分的A軸確定第一可旋轉(zhuǎn)部分(例如，卡盤)的C軸的位置。優(yōu)選，所述方法包括將第二可旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)過一定角度。這樣可以具有優(yōu) 勢地用于獲取任意觸針偏移量或類似值。具有優(yōu)勢的是，步驟(ii)可以包 括將第二可旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)過一定角度的步驟。這樣，在測量過程當(dāng)中，可以旋 轉(zhuǎn)第一可旋轉(zhuǎn)部分和第二可旋轉(zhuǎn)部分兩者，第一可旋轉(zhuǎn)部分和第二可旋轉(zhuǎn)部 分的旋轉(zhuǎn)量優(yōu)選相同，但是根據(jù)需要也可以不同。第一和第二可旋轉(zhuǎn)部分可 以一起旋轉(zhuǎn)，或根據(jù)需要依次轉(zhuǎn)動。具有優(yōu)勢的是，步驟(ii)和(iii)重復(fù)一次或多次。這樣，在第一可旋轉(zhuǎn)部分以及根據(jù)需要第二可旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)到許多不同取向的情況下，獲得 第一特征的位置的許多測量值。便于使用的是，步驟(i)是在第一和第二可旋轉(zhuǎn)部分取向為0°的情況下進行的，步驟(ii)包括將第一和第二可旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)過90。，而步驟(ii) 和(iii)執(zhí)行4次。因此，所述方法可以初始處于A軸和C軸都為0°。然 后，所述方法在以下軸向旋轉(zhuǎn)的情況下獲得第一特征的(x， y)位置的4個 測量值(A=0。， C=0。 )、 ( A=90。, C=90° )、 ( A=180。， C=180。)和(A=270。， 0270。)。應(yīng)該注意，雖然第一和第二可旋轉(zhuǎn)部分可以按照上述方式一起旋轉(zhuǎn)，但 是技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以使用該方法的多種變形方法。例如，步驟(i)可 以包括在第二可旋轉(zhuǎn)部分處于兩個或多個旋轉(zhuǎn)取向的每一個取向的情況下， 確定所述特征的位置的步驟，和/或步驟(iii)可以包括在第二可旋轉(zhuǎn)部分處 于兩個或多個旋轉(zhuǎn)取向的每一個取向的情況下，確定所述特征的位置的步 驟。具有優(yōu)勢的是，步驟(i)包括將第一可旋轉(zhuǎn)部分的取向設(shè)定為0°,并 在第二可旋轉(zhuǎn)部分處于0。和180。的情況下，測量第一特征的位置，步驟(ii)包括將第一可旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)過i80。，而步驟(m)包括在第二可旋轉(zhuǎn)部分處于0。和180。的情況下測量第一特征的位置。然后，所述方法在以下軸向旋轉(zhuǎn)的 情況下，給出第一特征的位置(x,y)的4個測量值(A=0°，C=0。)、 (A=180。， C=0。)、 (A=0。， C=180。)和(A=180。， C=180。)。所述方法具有優(yōu)勢地包括額外的步驟確定第一可旋轉(zhuǎn)部分和第二可旋 轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線的相對位移。如以下更為詳細地說明，可以從上述4組x 和y位置測量值中方便地獲得A軸和C軸的這種相對位移。技術(shù)人員應(yīng)該 認識到，許多組其他不同的測量值也可以產(chǎn)生有關(guān)軸對準情況的類似信息。根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供了一種方法，該方法將第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋 轉(zhuǎn)軸線的(例如，x, y)位置作為沿著車床平移(例如，z)軸的位移的函 數(shù)來確定第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線的(例如，x, y)位置，所述方法包括 以下步驟(A) 利用本發(fā)明第一方面的方法確定第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線的(x， y)位置，(B) 沿著所述平移軸平移(沿著Z)測量探針和/或第一可旋轉(zhuǎn)部分；和(C) 利用本發(fā)明第一方面的方法確定第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線的(x， y)位置。步驟(B)和(C)可以根據(jù)需要重復(fù)一次或多次。這樣，可以相對于z 軸在兩個或多個地點確定c軸位置。所述方法進一步包括步驟(D):利用步 驟(A)和(C)獲得的測量值確定第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線(所謂"C 軸")相對于車床軸線(例如，"z軸")的角度對準關(guān)系。另一類似方法也可以用于將第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線的(例如，x, y) 位置作為沿著車床平移軸(例如，z)的位移的函數(shù)來確定第二可旋轉(zhuǎn)部分 的旋轉(zhuǎn)軸線的(例如，x, y)位置，所述方法包括以下步驟(A )利用本發(fā)明第 一方面的方法確定第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線的(x ，y)位置；(B) 平移(沿著Z)測量探針，和(C) 利用本發(fā)明第一方面的方法確定第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線的(x, y)位置。步驟(B)和(C)可以根據(jù)需要重復(fù)一次或多次。這樣，可以相對于z 軸在兩個或多個地點確定A軸的位置。所述方法進一步包括步驟(D):利 用步驟(A)和(C)獲得的測量值確定第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線(所謂 "A軸")相對于車床平移(例如，橫向)軸線(例如，"z軸")的角度對準 關(guān)系。對于具有第二可旋轉(zhuǎn)部分的車床而言，因此可以確定A和/或C軸相對 于z軸的對準關(guān)系。這樣允許校正這些軸的對準關(guān)系，或者讓車床自動校正 工具位置，以防止切削過程出現(xiàn)不希望的錐度。根據(jù)本發(fā)明第三方面，提供了一種對準回轉(zhuǎn)軸車床的方法，所述車床具有用于保持工件的第一可旋轉(zhuǎn)部分和用于保持工具或工具附件的第二可旋 轉(zhuǎn)部分，其中第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線可以相對于第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線傾斜(例如，回轉(zhuǎn))，并且第一可旋轉(zhuǎn)部分具有與其相關(guān)聯(lián)的第二特征， 所述方法包括以下步驟(a) 設(shè)置回轉(zhuǎn)軸車床，其中已經(jīng)利用本發(fā)明第一方面的方法確定了第 一可旋轉(zhuǎn)部分和第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線的相對位移；(b) 利用第二可旋轉(zhuǎn)部分保持的測量探針確定第二特征的位置；和(c) 改變第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線和第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線之 間的傾角，并重復(fù)步驟(b)。具有優(yōu)勢的是，回轉(zhuǎn)軸車床包括其中第二可旋轉(zhuǎn)部分由回轉(zhuǎn)頭承載的回轉(zhuǎn)頭車床，其中步驟(C)包括將回轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)到不同("B軸")的取向并重復(fù)步驟(b)。擇一地或額外地，第一可旋轉(zhuǎn)部分可以適配成相對于第二可旋轉(zhuǎn)部分回轉(zhuǎn)。根據(jù)需要，任何回轉(zhuǎn)可以圍繞一個或多個軸。對于常用回轉(zhuǎn)頭車床而言，確定第二特征的位置所需的測量值在處于第一回轉(zhuǎn)頭取向(例如，B=0°)的情況進行測量。然后，該回轉(zhuǎn)頭回轉(zhuǎn)到第二 取向(例如，B=90°)，此時測量探針再次用來測量確定第二特征的位置所需 的測量值。也可以在回轉(zhuǎn)頭處于不同B軸取向(例如，45。)的情況下，測 量額外的測量值。應(yīng)該注意，步驟(b)優(yōu)選包括測量第二特征的x、 y和z位置，因此可 能需要利用測量探針測量多個不同的測量值。利用這種測量值確定基準球精 確中心的方法在以下更為詳細地說明。此外，步驟(a)可以包括利用本發(fā) 明第一方面的方法來確定第 一可旋轉(zhuǎn)部分和第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線的 相對位移。因此，所述方法涉及在回轉(zhuǎn)頭或第一可旋轉(zhuǎn)部分回轉(zhuǎn)到許多不同取向的 情況下，確定第二特征的位置。在良好對準的車床中，第二特征的測量位置 對于這些取向每一個取向來說是相同的，但是平移誤差會引起這些測量結(jié)果 出現(xiàn)偏差，從而導(dǎo)致工具位置誤差或者所謂的工具偏移誤差。便于使用的是，所述方法包括確定第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線和第二可 旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線之間的樞轉(zhuǎn)點位置(即，回轉(zhuǎn)軸位置)的步驟。具有優(yōu)勢的是，所述方法還包括以下步驟將工具偏移誤差作為第一可 旋轉(zhuǎn)部分和第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線之間的相對傾角(回轉(zhuǎn)度)的函數(shù)來 確定工具偏移誤差。在回轉(zhuǎn)頭車床中，可以將工具偏移誤差作為回轉(zhuǎn)頭(B 軸)取向的函數(shù)來測量工具偏移誤差。換句話說，第二特征的位置的兩個測 量值可以用來確定任意回轉(zhuǎn)頭(B軸)取向的工具偏移誤差。如果工具偏移 誤差如以下更為詳細i^明的那樣隨著B軸取向而正弦變化，則兩個測量值 (例如，在B=0"。 B=90。)可以外推以限定任意B軸取向的工具偏移誤差。便于使的是，對于第二特征和第二可旋轉(zhuǎn)部分之間不同的位移重復(fù)步 驟(b)。優(yōu)選利用兩個或多個觸針尖端重復(fù)步驟(b),每個觸針尖端具有距 離第二可旋轉(zhuǎn)部分的不同位移。步驟(b)可以具有優(yōu)勢地利用多尖端探針 或利用具有長度不同的觸針的兩個不同探針來進行。便于使用的是，步驟(b) 利用測量探針的觸針的桿部至少執(zhí)行一次，以確定第二特征的位置。這樣，可以對于兩種或多種長度的工具測量工具偏移誤差。所述方法可以方便地包括將工具偏移誤差作為第一可旋轉(zhuǎn)部分和第二 可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線之間的相對傾角(例如，回轉(zhuǎn)頭車床的B軸取向)以 及工具長度的函數(shù)來確定工具偏移誤差。這樣，可以在第一和第二可旋轉(zhuǎn)部 分的旋轉(zhuǎn)軸線之間成任意傾角的情況下，對于任意長度的工具計算工具偏移 誤差。因此，本發(fā)明提供了一種在銑床或加工中心中確定工具偏移誤差的自 動化方法，并允許該車床精確并可重復(fù)地在工件上車削或銑削特征。具有優(yōu)勢的是，共同特征用于本發(fā)明第一方面的方法中所用的第一特征 和本發(fā)明第三方面的方法中所用的第二特征。換句話說，單個特征可以用來確定中心線(c軸)位置以及與回轉(zhuǎn)頭關(guān)聯(lián)的任意平移(工具偏移)誤差。可以選擇的是，第一特征可以不同于第二特征。第二特征優(yōu)選包括基準球， 例如第一可旋轉(zhuǎn)部分可以保持包括基準球的部件?？梢跃哂袃?yōu)勢地由包括兩 個或多個基準球的桿部或軸來提供第二特征和/或第一特征。具有優(yōu)勢的是，車床的第一可旋轉(zhuǎn)部分包括所述第一特征。換句話說，特征可以永久或暫時連接到第 一可旋轉(zhuǎn)部分。第 一特征可以包括以下所述特征之一或多個孔、洞、凸臺、襯墊、凹坑或塊。例如，卡盤可以在其周邊 形成凸臺或孔?？梢赃x擇的是，第一可旋轉(zhuǎn)部分可以保持包括所述第一特征 的部件。例如，第一可旋轉(zhuǎn)部分可以保持具有形成于其上或連接于其上的第 一特征的部件。所述部件可以方便地包括形成所述第一特征的凸起(例如， 凸臺或立柱)。具有優(yōu)勢的是，前述方法還包括利用測量探針相對于第一可旋轉(zhuǎn)部分的 旋轉(zhuǎn)軸線的位置確定工具設(shè)定設(shè)備的位置的步驟。在工具設(shè)定設(shè)備(例如， 由工具設(shè)定臂保持的工具設(shè)定管)和中心線之間建立經(jīng)過校準的聯(lián)系，允許 切削工具相對于中心線精確定位。根據(jù)本發(fā)明第四方面，提供了自動化的車床設(shè)備，該設(shè)備適合進行編程 來實施本發(fā)明第一、第二和第三方面其中之一所述的方法。根據(jù)本發(fā)明又一方面，提供了用于控制車床的計算機程序，所述計算機 程序使得在裝載到適當(dāng)車床的計算機控制器中的時候，所述車床適配成實施 本發(fā)明第一、第二和第三方面其中之一所述的方法。還可以具有優(yōu)勢地提供 包含這種計算機程序的車床可讀介質(zhì)(例如，光盤或軟盤)。，提供一種車床，其具有用來保持工件的第一可旋 轉(zhuǎn)部分，該第一可旋轉(zhuǎn)部分具有與其相關(guān)聯(lián)的第一特征，其中所述車床包括 車床控制器，布置該車床控制器用于確定第一特征的位置，將所述第一可旋 轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)過一定角度，并確定第一特征的新位置。具有優(yōu)勢的是，所述控制 器包括測量探針來確定第一特征的位置。具有優(yōu)勢的是，所述控制器進一步 布置成利用所確定的位置信息來確定第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線(所謂的"C 軸")的位置。還可以方便地設(shè)置這種車床來實施上述方法。雖然本文利用笛卡爾坐標系(即，參照相互正交的x、 y和z軸)描述 位置信息，但是應(yīng)該注意，位置信息也可以利用不同的坐標系統(tǒng)(例如，利 用極坐標)來表示。同樣，術(shù)語"A軸"、"B軸"和"C軸"也是為了方便 而在本文中所用的簡稱，本領(lǐng)域技術(shù)人員以前也可能利用不同的術(shù)語來描述 這些旋轉(zhuǎn)軸線。使用這些術(shù)語不應(yīng)看作是以任何方式對本發(fā)明范圍進行限 制。參照附圖，以下僅作為示例來說明本發(fā)明，其中

圖1示出了處于第一和第二取向的車床卡盤；圖2示出了兩個測量點以及車床中心線之間的幾何關(guān)系；圖3圖示了具有回轉(zhuǎn)頭的銑車床；圖4圖示了用來獲取A軸和C軸相對位置的幾何關(guān)系；圖5示出了用于獲取觸針相對于C軸的位置的幾何關(guān)系；圖6示出了具有處于回轉(zhuǎn)取向的頭部的銑車床；圖7示出了雙尖端觸針；圖8示出了具有回轉(zhuǎn)頭和工具設(shè)定臂的銑車床；圖9示出了由設(shè)定臂保持的工具管的對準關(guān)系；圖IO示出了校準工具設(shè)定盤；圖11圖示了銑車床，其銑頭位于三個不同的位置；圖12圖示了主轉(zhuǎn)軸(C軸)與z軸不對準；圖13示出了雙校準球設(shè)備；圖14圖示了用于測量銑刀轉(zhuǎn)軸(A軸)與z軸的不對準關(guān)系的雙尖端 探針；圖l5圖示了用于大型車床的另一校準方法，在大型車床中，觸及卡盤 受到限制；圖16示出了具有可傾斜的工作臺的銑車床； 圖17示出了圖16所示設(shè)備的幾何特征； 圖18示出了等同于圖16的回轉(zhuǎn)頭。參照圖1,示出了車床卡盤4的平面圖，帶有特征6。特征6可以是形 成在卡盤內(nèi)或卡盤上的整體特征或可以形成在由該卡盤所保持的部件中。還 示出了關(guān)聯(lián)的測量探針10，例如EP0283486中所述的那種碰觸式觸發(fā)探針。 這種探針通常可以安裝在車床(未示出)工具保持件上并可以與一個或多個 切削工具互換?？ūP4可以圍繞旋轉(zhuǎn)軸線8旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸線通常稱為車床中心線或C軸。圖la圖示了處于第一取向的卡盤4，而圖lb示出了卡盤4相對于第一 取向轉(zhuǎn)過180。的第二取向。如上所述，必須精確確定車床中心線(即，卡盤的旋轉(zhuǎn)軸線)，以保證 可以將部件精確地車削到所需的直徑。為了精確確定卡盤的旋轉(zhuǎn)軸線，因此確定隨后由卡盤保持的任何工件的旋轉(zhuǎn)軸線，可以使用以下測量程序(a)測量探針I(yè)O首先用來測量卡盤取向如圖la所示的情況下，特征6的x-y 4立置(xP y！)。(b )然后將卡盤4轉(zhuǎn)過180° (見圖lb )。(c )然后利用測量探針10測量該特征的新x-y位置(x2， y2 )。如圖2所示，表示了參照圖1所述的測量位置(x,, y。和(X2， y。的 幾何示意圖。距離A是x!和X2之差的一半，而距離B是y!和y2之差的一 半。因此，可以看出，可以從這些測量值中方便地確定車床中心線8。一旦確定了車床中心線，就可以利用測量探針測量工具設(shè)定臂相對于車 床中心線的位置。這樣依次可以將工具相對于車床中心線精確定位。下面將針對銑車床30來描述上述校準技術(shù)的變體。圖3示出了銑車床30的側(cè)視圖。銑車床包括卡盤32 (可以圍繞C軸旋 轉(zhuǎn))和銑頭36,卡盤32保持基準球34，銑頭36保持碰觸式觸發(fā)探針38。 銑頭36布置成保持工具或工具附件(諸如探針38)，并可以圍繞A軸旋轉(zhuǎn) 該工具。4先頭36還可以圍繞B軸在y-z平面內(nèi)回轉(zhuǎn)。在銑車床中，必須相對于保持工具的銑頭36的部件的旋轉(zhuǎn)軸線獲取卡 盤32的旋轉(zhuǎn)軸線(即，C軸中心線)。在B軸設(shè)置地使銑頭處于水平位置(即，B=0。)的情況下所執(zhí)行的下述 方法能獲得A軸和C軸的相對x-y位置(i) C軸轉(zhuǎn)到0。，且A軸也轉(zhuǎn)到0°,然后利用探針38測量基準球的中 心位置。(ii) C軸轉(zhuǎn)到90。，且A軸也轉(zhuǎn)到90°，然后利用探針38測量基準球 的中心位置。(iii) C軸轉(zhuǎn)到180。，且A軸也轉(zhuǎn)到180。，然后利用探針38測量基準 球的中心位置。(iv) C軸轉(zhuǎn)到270°,且A軸也轉(zhuǎn)到270。，然后利用探針38測量基準 球的中心位置。步驟(i)和(iii)中測量值的中點給出了 A軸和C軸沿著X方向的相 對位移。步驟(ii)和(iv)中測量值的中點給出了 A軸和C軸沿著Y方向 的相對位移。參照圖4，將更為詳細地解釋利用上述計算值來確定A軸和C軸沿著X 和Y方向的相對位移。圖4a圖示了在A軸和C軸都處于0。旋轉(zhuǎn)角且銑頭A軸與C軸標稱對 準的情況下，A軸和C軸之間的X和Y偏移量(X。ff和Y。ff )。 C軸中心線 的位置由C點表示，A軸中心線的位置由A點表示?？ūP保持的基準球的 中心從C軸中心線偏移了特定(固定)的距離，因此基準球的位置由D點 表示。同樣，探針的觸針球從A軸中心線偏移特定(固定)的距離，因此， 觸針尖端位置由S點表示。現(xiàn)在參照圖4b,再次示出了 A軸和C軸處于0。旋轉(zhuǎn)情況下，A軸和C 軸的相對位置。此外，所示的XJ直表示標稱對準的觸針球位置S和基準球 中心位置D之間的測量差值。換句話說，Xi值由參照圖3的上述測量步驟 (i)確定?，F(xiàn)在參照圖4c，示出了在A軸和C軸處于180。旋轉(zhuǎn)的情況下，A軸和 C軸的相對位置。也示出了基準球中心位置D和觸針球中心位置S的新(即， 旋轉(zhuǎn))位置?？梢詮膱D4c中看出，利用觸針測量的基準球中心位置給出了 X2值。換句話說，可以利用參照圖3的上述測量步驟(iii)確定X2值。測量出X1和X2之后，可以利用下式給出x軸的偏移量(Xoff):<formula>formula see original document page 16</formula>(la)類似的過程可以確定Y。ff的值。參照圖4d,示出了在A軸和C軸處于 卯。旋轉(zhuǎn)的情況下，A軸和C軸的相對位置。利用觸針測量基準球中心位置 給出Yd直。如圖4e所示，在A軸和C軸處于270。的情況下進行類似測量 給出了 Y2值。Y,值和Y2值是根據(jù)參照圖3的上述測量步驟(ii)和(iv) 確定的。測量出Y,值和Y2值之后，利用下式給出y軸偏移量(Y。ff):以上述方式測量出Y。ff值和X。ff值之后，就知道了 A軸和C軸的相對位 置，即車床A軸和C軸校準。除了確定A軸和C軸的相對位移之外，也可以確定觸針偏移量(即， 探針尖端或觸針距離C軸中心線的位移)?？梢栽诶蒙鲜龇椒ù_定A軸和 C軸中心線的相對位移的操作之前或之后來測量觸針偏移量。知道A軸和C 軸相對位移以及觸針偏移量，能讓探針相對于該(已知)C軸中心線進行位 置測量。因此可以通過以下步驟確定觸針偏移量(Xst, Yst):(v) 保持C軸靜止，讓A軸轉(zhuǎn)到0。，測量基準球的X-Y位置；和(vi) 將A軸轉(zhuǎn)到180。，再次測量基準球的X-Y位置。 然后從步驟(v)和(vi)的測量值的偏差的一半來確定觸針偏移量(Xst，Yst)。雖然上述方法為獲取A軸和C軸相對位置以及觸針偏移量提供了方便 的途徑，但是技術(shù)人員也應(yīng)該認識到，許多組可以選擇的測量方案可以用來 獲取C軸的(x， y)位置。例如，可以使用以下方法(i) C軸旋轉(zhuǎn)到0°，且A軸也旋轉(zhuǎn)到0°。然后利用探針38測量基準球 的中心的(x, y)位置。(ii) 將C軸保持在0°，將A軸旋轉(zhuǎn)到180°。然后利用探針38測量基 準球的中心的(x， y)位置。(iii) )將C軸軸旋轉(zhuǎn)到180°，將A軸旋轉(zhuǎn)到0°。然后利用探針38測 量基準球的中心的(x, y)位置。(iv ))將C軸保持在180°,將A軸旋轉(zhuǎn)到180。。然后利用探針38測 量基準球的中心的(x, y)位置。步驟(i)和(ii)中獲得的測量值的中點用來提供c-o。時的旋轉(zhuǎn)中心位置，而步驟(iii)和(iv)中獲得的測量值的中點用于提供C-180。時的旋轉(zhuǎn)中心位置。0=0°和C480。的旋轉(zhuǎn)中心位置的中點則提供C軸旋轉(zhuǎn)中心位置。 參照圖5，更為詳細地圖示了參照圖4所示的觸針偏移量測量值的幾何 關(guān)系。圖5a示出了 A軸和C軸在0。旋轉(zhuǎn)時的位置，并示出了基準球D和觸針 球S的位置。也示出了將要測量的觸針偏移量(Xst， Yst)。圖5b示出了 A軸和C軸在0。旋轉(zhuǎn)時的位置，并示出了上述方法的步驟 (v)的測量過程中，基準球D和觸針球S之間的相對位移(X。Yr)。圖5c圖示了在A軸處于0。和C軸旋轉(zhuǎn)到180。時的相對位置。還示出了 上述方法的步驟(vi)的測量過程中，基準球D和觸針球S之間的相對位移 (X2，， Y2，)。因此可以從下式確定觸針偏移量(2a)'" 2(2b)." 2現(xiàn)在參照圖6,示出了圖3所示回轉(zhuǎn)頭銑車床的銑頭轉(zhuǎn)過90° (即， B-卯。)。如上所述，從已經(jīng)測量了 A軸和C軸對準情況的水平位置將該銑 頭部轉(zhuǎn)走，會引入特定的平移誤差。用于校準B軸平移誤差的方法包括以下步驟(A )在B軸取向為用于確定A軸和C軸相對對準關(guān)系的情況下(在上 述實例中B-0。)，利用長度為Ll的第一探針確定基準球的X、 Y和Z位置。 該第 一探針應(yīng)該與用來確定A軸和C軸相對對準關(guān)系的探針的長度相同。(B) 將B軸回轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)動到垂直于卡盤旋轉(zhuǎn)軸線(即，在圖6中B=90。)， 并再次利用該第一探針重新測量基準球的Y、 Z和X位置。(C) 在B軸處于0。的情況下，利用長度為L2 (L2與Ll不同)的第 二探針確定基準球的X、 Y和Z位置。(D) 將B軸回轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)到垂直，B=90。，并再次利用第二4笨針重新測 量基準球的Y、 Z和X位置。然后可以計算步驟(A)和(B)中利用長度為Ll的工具測量的基準球 x、 y和z位置差異或誤差，該誤差可以表示為(X^， Yerrl， ZOTl)。而步驟 (C)和(D)中利用長度為L2的工具測量的基準球x、 y和z位置差異或i天11 "^"力 (乂err2 ， Yerr2, Zerr2 )。利用兩個長度不同的工具獲得的誤差測量值，對于長度的平移誤差為 L (每mm) = Xe"2—XeiTl ( 3a)<formula>formula see original document page 19</formula>Z附(每mm)- Zerr2 _ZetTl (3c) L 2 一 L i利用長度不同的兩個探針進行測量，能讓平移誤差外推回為零的工具長度(規(guī)線)，從而能確定X、 Y和Z的平移基準點(Xref， Yref, Zref)。這樣能經(jīng)由下述表達式確定任意工具長度Ln的平移距離(X, Y和Z): X = & + (丄 《) (4a) nV + (丄,。 (4b) Z = Zre/ + (Z,ZeJ (4c)假設(shè)平移誤差隨著B軸旋轉(zhuǎn)而正弦變化，則利用夾角的正弦值將平移距 離應(yīng)用于B軸任意中間位置，其中在90。時正弦值等于1。雖然可以假設(shè)為 正弦變化，但是也可以在B軸中間轉(zhuǎn)角處進行額外的測量，用來提高精度。應(yīng)該注意，雖然上述方法是針對回轉(zhuǎn)頭車床進行描述的，但是其同等地 適用于銑頭位置固定且卡盤可以傾斜的車床。例如，車床可以包括保持卡盤 的托架。雖然上述方法可以利用兩個長度不同的探針實現(xiàn)，但是該技術(shù)也可以采 用如圖7所示的其中觸針帶有兩個(或更多個)尖端的探針或者利用觸針桿 上的兩個(或更多個)點。圖7圖示了具有軸71的多尖端觸針70，該軸在遠端承載第一觸針尖端 72，并且還承載第二觸針尖端(或環(huán)帶)74和第三觸針尖端(或環(huán)帶)76。 第二和第三觸針尖端沿著軸71彼此隔開。雖然這種觸針特別適合實施上述方法，但是其也可以用于許多替代的探 測場合，其中要求利用兩個或多個長度不同的探針進行測量。一旦利用一種或多種上述方法將車床或銑車床校準之后，然后可以設(shè)定 工具設(shè)定設(shè)備的位置。這種工具設(shè)定過程的一個實例現(xiàn)在將參照圖8至圖10 進行說明。圖8示出了圖3所示類型的回轉(zhuǎn)頭銑車床。該銑車床包括能夠圍繞B軸 轉(zhuǎn)動的銑頭36，還包括可轉(zhuǎn)動的卡盤32和工具設(shè)定臂80。工具設(shè)定臂80 承載已知類型的工具設(shè)定管82?？梢栽诔休d探針38的銑頭36的B軸設(shè)置在90。然后將銑頭36的B軸 設(shè)置在0。的情況下，測量工具設(shè)定設(shè)備的(x， y, z)位置，這兩種銑頭配 置如圖8中36和36，分別顯示。兩組位置測量值在(已知)車床轉(zhuǎn)軸(C軸) 中心線和工具設(shè)定設(shè)備之間提供校準的聯(lián)系。圖9示出了攜帶切削工具卯的銑頭36,貼靠工具設(shè)定臂80的工具設(shè)定 管82來測量該切削工具。由于在車床轉(zhuǎn)軸(C軸)中心線和工具設(shè)定管82 之間存在校準的聯(lián)系，所以可以為工具90確定3軸(X, Y， Z)工具偏移 量。該3軸偏移量將包含因工具切削點處車床幾何形狀因素而產(chǎn)生的任何固 有誤差。這樣就建立了工具切削邊緣和C軸中心線之間的校準聯(lián)系。該校準聯(lián)系 保證了后續(xù)疊加了 3軸偏移量而加工的任何特征都將在正確的位置被加工。 以這種方式利用工具設(shè)定管提供工具邊緣位置校準的測量值，克服了與 車床關(guān)聯(lián)的任何垂直度誤差(squareness error )。例如，由于所謂的"垂直度 誤差"，所以在100mm長的短工具和230mm長的轉(zhuǎn)軸探針之間存在O.lmm 的位置誤差并不是什么特殊情況。參照圖10 (a),示出"混合"工具設(shè)定盤100包含測量旋轉(zhuǎn)插件邊緣的 平臺102。該盤也可以用來測量如圖10 (b)所示的處于中間B軸位置的工 具，這些成角度的工具可以是銑刀、鉆頭等。一旦利用上述方法將銑車床校準后，就可以實施周期性的檢查，以保證 仍然維持這種對準情況，并獲得工具偏離誤差。參照圖11,示出連接基準球34的卡盤32。也示出了保持測量探針38 的關(guān)聯(lián)的銑頭36。銑頭36可以位于B=^° (由銑頭36所示)、位于B=45° (由銑頭36"所示)或位于B=0。(由銑頭36，所示)。對準情況檢查方法包括第一(垂直)探測程序，包括以下步驟 (a)在Cf、 A二0。和B二90。情況下,測量基準球YZ中心(YP )。 (b )在C=0。、八=180°和B二90。情況下,測量基準球YZ中心(Y2， Z2 )。 (c)在C二O。、 A^80。和B—0。情況下，利用前述確定的YZ中心值測 量基準球的X位置。前述確定的YZ中心值可以是以前對準情況檢查過程中 測量的值或初始校準過程中測量的值。(d )在C=180。、 A:180。和B二90。情況下,測量基準球的YZ中心(Y3,Z3)。(e )在C=180。、 Af和B-90。情況下,測量基準球的YZ中心(Y4，Z4 )。(f)在C-180。、八=0。和B-90。情況下，利用以前確定的YZ中心值測 量基準球的X位置。然后可以從步驟(a)、 (b)、 (c)和(d)獲得的測量值利用下式獲取精 確的YZ中心4 =肌+ 72) / 2) +肌+ 。 / 2)) / 2 ( 5 a)Zce = (((Z, + Z2)/2) + ((Z3 + Z4)/2))/2 ( 5b )精確的YZ中心可以用于更新球心距離中心線的位置(用于以下所述的 水平探測程序)并還可以用在任何后續(xù)對準情況檢查過程中。X軸工具偏移 誤差也可以通過步驟(c)和(f)中獲取的x位置值的平均值減去(已知) 球直徑而得到。對準情況檢查方法還包括第二(水平)探測程序，包括以下步驟 (a)在C:O。、 A-0。和B-0。情況下，測量基準球34的XY中心(XPY,)。(b )在C=0。、 A:180。和B二0。情況下，測量基準球34的XY中心(X2，Y2)。(c )在C=180。、 A:180。和8=0。情況下，測量基準球34的XY中心(X3，Y3 )。(d) 在C-180。、八=0°和8=0。情況下,測量基準球34的XY中心(X4，Y4)。(e) 在C-180。、 A-0。和B:0。情況下，利用以前確定的YZ中心值測量 基準球34的Z位置。在步驟(a)至(d)中獲取的XY值允許利用下式計算基準球34中心 精確的X和Y值U隊+%2)/2) + ((X3 +%4)/2))/2^ (6a) L =肌+ K) / 2) +欣+ 。 / 2)) / 2 ( 6b )Z軸工具偏移誤差也可以通過從上述步驟(e)測量的z位置減去(已知) 球直徑的一半而得到。除了上述垂直和水平測量之外，還可以在B軸處于45。的情況下進行測 量，以檢查Y方向的精確中心。該過程可以包括以下步驟(a) 在C=0。、 A-0。和B-45。情況下，測量Y方向中心(Y！)。(b) 在C-O。、 A-180。和B二45。情況下，測量Y方向中心(Y2)。(c) 在C:180。、 A^80。和B二45。情況下，測量Y方向中心(Y3 )。(d) 在C:180。、 A二0。和B:45。情況下，測量Y方向中心(Y4)。 上述步驟(a)至(d)的測量值從以上方程(6b)產(chǎn)生Y方向的精確中心。參照圖12,將說明用于檢查主轉(zhuǎn)軸(即，C軸)相對于車床z軸軸向?qū)?準情況的方法。具體來說，圖12示出了來連接有基準球34的卡盤32。也示 出了保持測量探針38的關(guān)聯(lián)銑頭36。該過程建立在沿著Z軸在兩個位置測量基準球34的X和Y位置的基礎(chǔ) 上。在圖11中，第二 z軸位置由基準球34，示出。這兩個測量值允許C軸 110相對于z軸112形成任何非對準關(guān)系。這種非對準關(guān)系將會導(dǎo)致在需要 簡單直徑(plain diameter)的時候切削成錐形，并因此認為對車床或銑車床 生產(chǎn)的零件質(zhì)量具有不良影響。對準過程的第一階段包括在基準球沿著z軸位于Zi位置的時候測量基 準球的位置。然后執(zhí)行以下測量步驟(1) 在Cf、八=0°和8=0。情況下，測量基準球34的XY中心(X!，Y)。(2) 在C二0。、八=180°和8=0。情況下，測量基準球34的XY中心(X2，Y2)。(3 )在C=180。、 A-180。和B二0。情況下,測量基準球34的XY中心(X3,Y3)。(4 )在C=180。、 A-0。和B-0。情況下，測量基準球34的XY中心(X4,Y4)。然后利用上述式6計算該精確中心的X和Y值。該方法的第二階段包括沿著z軸將基準球移動到如圖12所示的位置Z2。 對于第二基準球位置34，，重復(fù)上述步驟(1 )至(4),利用式6計算基準 球34，的精確中心。 球位置34和34，(即，Zj口 Z2)確定的精確中心位置之間的任 何差異表示C軸和z軸之間存在非對準關(guān)系。如果有必要，X和Y方向的 非對準量可以利用三角函數(shù)進行計算。與沿著Z軸平移基準球不同，可以設(shè)置具有兩個隔開的基準球的基準設(shè)備。現(xiàn)在參照圖13,示出了這種基準設(shè)備130?；鶞试O(shè)備130包括第一基準 球136和第二基準球138。也示出了具有尖端140的關(guān)聯(lián)的測量探針38。應(yīng) 該注意，第二基準球138嚴格地說是局部截掉的球體，但是這里為了方便也 稱之為基準球。此外，如果有必要，可以沿著基準設(shè)備的長度設(shè)置額外的基 準球，即基準設(shè)備可以包括兩個或更多個沿著縱軸隔開的基準球?；鶞试O(shè)備130可以取代圖12所示的單個基準球34。換句話說，基準設(shè) 備130可以保持在銑車床的卡盤32中。設(shè)置基準設(shè)備130允許以參照圖12 所述的上述方式測量C軸和z軸的對準情況，而不需要任何橫向(Z軸)移 動卡盤。換句話說，可以利用測量探針38測量基準設(shè)備130的兩個基準球 的x-y位置，而非在兩個不同的位置(例如，Zt和Z2)確定單個基準球的 x-y中心。參照圖14，將說明用于檢查銑車床的銑刀轉(zhuǎn)軸(即，A軸lll)相對于 所述車床的z軸的對準情況。該方法建立在利用參照圖7所述那種類型的雙 尖端觸針120的第一尖端122和第二尖端124確定卡盤32保持的基準球34 的X和Y位置的基礎(chǔ)之上。這兩個測量值允許獲取A軸lll相對于Z軸112 的任何非對準關(guān)系。該方法涉及利用第一尖端122執(zhí)行參照圖12所述的測量步驟(1 )至(4)。 這樣允許在銑頭36沿著z軸位于第一位置的情況下，確定基準球34的精確 中心。然后重復(fù)測量步驟(1)至(4)，但是利用觸針的第二尖端(124)進 行測量。這樣允許在銑頭36沿著z軸位于第二位置的情況下，確定基準球 34的精確中心。因此，在銑頭36處于第一和第二位置的情況下，基準球測 量位置X和Y之間的任何變化，提供了非對準情況的度量。作為使用雙尖端觸針120的替代方案，可以利用觸針的軸(即，不用尖 端)來獲得用于確定基準球(x， y)位置的一個或全部測量值。這種測量方 式通常會涉及利用軸獲取第一測量值，將觸針轉(zhuǎn)過180。，再一次利用觸針軸 獲得第二測量值。兩個測量值的中點提供(x， y)位置測量值。換句話說， 可以利用標準觸針的桿部來確定基準球的(x， y)位置，從而不需要提供長 度不同的觸針或者多尖端觸針。此外，在實施參照圖14所述的方法時，可以使用圖13所示那種基準設(shè) 備130。則該方法可以包括在探針處于不同(z軸)位置的情況下，利用關(guān)聯(lián)的測量探針的桿部來獲取第二基準球138的(x, y)位置測量值。上述方法，尤其是參照圖1和2所述獲取車床中心線的方法，可以實施 在目前所用的大多數(shù)車床上。但是， 一些車床(特別是大型車床)包括可達 性受限的測量探針，即測量探針僅可以在小于卡盤覆蓋區(qū)域的特定區(qū)域內(nèi)移 動。在這種情況下，可能無法測量相對于中心線旋轉(zhuǎn)到徑向?qū)χ梦恢玫奶卣?的位置。但是，仍然可以利用以下參照圖15所述的方法獲得該車床的中心 線。參照圖15，將說明用于確定大型車床中心線150的方法。該車床包括可 旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)軸保持卡盤152,卡盤152具有連接到其外邊緣的基準球 154。還在圖15中示出了測量探針156,該測量探針裝載到該車床(未示出) 的銑刀轉(zhuǎn)軸的工具保持件中。該方法包括以下步驟步驟1:參照圖15a，確定探針觸針偏移量。將車床的卡盤152取向使 得基準球154靠近C-0。的位置來確定探針觸針偏移量。由圍繞A軸轉(zhuǎn)動的 銑刀轉(zhuǎn)軸保持的測量探針轉(zhuǎn)到A=0°，并用于確定該球沿著x和z方向的位 置。然后將銑刀轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)到A=180。，再次測量該球沿著x和z方向的位置。 觸針沿著x和z的偏移量即為球中心位置兩個測量值(即，八=0°和A=180° ) 之間差值的一半。然后將銑刀轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)回A=0。。步驟1中確定的觸針偏移量 用于全部后續(xù)位置測量。步驟2:參照圖15b和15c，示出了用于將基準球154定心在名義X軸 中心線153上的方法。首先，測量探針156的觸針沿著X正方向從名義X軸中心線153移動 一小段距離，見圖15b。然后，沿著順時針方向轉(zhuǎn)動C軸，讓基準球154接 觸并觸發(fā)測量探針156。記錄C軸從名義X軸中心線153轉(zhuǎn)到探針觸發(fā)位置 所經(jīng)過的角度(d)。其次，如圖15c所示，將測量探針移動到名義X軸中心線153另一側(cè)的 一個位置。在這種配置下，觸針離名義x軸中心線的距離與圖15b中相同， 且位于與圖15b中相同的y位置。然后沿著逆時針方向轉(zhuǎn)動C軸，讓基準球 154觸發(fā)測量探針156。記錄C軸從名義x軸中心線153轉(zhuǎn)到探針觸發(fā)位置 所經(jīng)過的角度(C2)。然后將C軸零轉(zhuǎn)角位置(C=0°)調(diào)節(jié)到轉(zhuǎn)角Cshift，其中<formula>formula see original document page 25</formula>然后將C軸轉(zhuǎn)到新的。=0。位置，以使基準球中心與名義X軸中心線153對準。步驟3:參照圖15d和15e,在名義X軸中心線153任一側(cè)獲取基準球 的位置。如圖15d所示，卡盤首先順時針(從c二o。)轉(zhuǎn)過已知角度e (其中e通常介于30°-45°之間)以使基準球154處于第一位置(即，C=6)。然后，利 用測量探針156測量基準球的位置(Xl, yi)。參照圖15e,然后卡盤逆時針轉(zhuǎn)動，以使基準球位于離開名義x軸中心 線為-e的角度(即，C=-0)。然后利用測量探針156測量基準球的位置(x2， y2)。步驟4:確定步驟3中測量的Y軸位置y,和y2之間的差值。 如果y,和y2之間的差值非常小(例如，如果其小于10pm)，則以下式 給出x軸中點(Xmid):L,^1 (8)在這種情況下，可以實施以下的步驟6，以確定中心線的位置(Ycen,如果y,和y2之間的差值較大(例如，如果大于10pm),則表示名義中 心線位置和實際中心線位置之間存在顯著的偏差。在這種情況下，執(zhí)行步驟步驟5:如圖15f所示，如果名義c軸中心160沿著x和y方向相對于 實際c軸中心162偏離量明顯，則會導(dǎo)致測量值y!和y2之間的差值明顯。這樣會導(dǎo)致在以下步驟6中計算的Y咖和X^值存在誤差。為了克服這種誤差，可以調(diào)節(jié)c軸旋轉(zhuǎn)對準情況。換句話說，可以將C-0。的位置調(diào)節(jié)一個角度(cf))，其中0 = a她4(少'"2)1 ( 9 )調(diào)節(jié)0=0。位置之后，重復(fù)步驟3和4，以重新測量(Xl， yi)和(x2, y2)，從而經(jīng)由方程(8)提供新的x軸中點值(Xmid)。步驟6: —旦獲得(Xl， yi)、 (x2, y2)和Xmid值之后，就可以確定C 軸旋轉(zhuǎn)中心的位置(Xcen, Ycen )。如圖15g所示，是這樣實現(xiàn)的首先測量基準球在x軸中心線上(即， C-0。)的位置(X3， y3)。然后轉(zhuǎn)動C軸，以使基準球位于離開x軸中心線 的位置，且測量其新位置(X4, y4)。利用測量值(x3， y3)和(x4， y4)，由下式給出旋轉(zhuǎn)半徑(R):<formula>formula see original document page 26</formula>)利用方程(10)確定半徑(R)之后，由下式給出卡盤旋轉(zhuǎn)中心的位置 或C軸位置(Xeen， Ycen):<formula>formula see original document page 26</formula>
如上所述，該方法的優(yōu)勢在于，其可以用在車床中，諸如航空工業(yè)領(lǐng)域 所用的非常大型的車床中，此時測量探針所能達到的車床區(qū)域受到限制。此 外，該方法不需要將部件裝載到車床卡盤中，并且連接到卡盤周邊的基準球 的連接方式不會干擾加工操作。雖然上述方法采用連接到卡盤的基準球，但是應(yīng)該注意，可以替代性地 使用可以選擇的特征。實際上，該方法中可以使用任何在x和y軸方向都可 以測量的特征，例如所述特征可以包括孔、洞、凸臺、襯墊、凹坑或塊?；?準特征可以是車床卡盤的永久部件或者可以形成在暫時連接到卡盤的部件中。 -此外，雖然圖15示出了處于x-y平面內(nèi)的探針，但是應(yīng)該注意，該方法還適用于利用觸針取向處于x-y平面之外的探針。例如，探針可以為取向與x-y平面成90。的探針，這種情況下，基準特征(例如，基準球)可以布置成從卡盤表面伸出，而非從其周邊伸出。還應(yīng)該注意，參照圖15所述的方法可以適用于獲取任何可旋轉(zhuǎn)部分的中心線。例如，不僅可以適用于獲取車床的中心線，而且也適用于獲取大型銑削車床中用來保持工件的工作臺等的旋轉(zhuǎn)中心。參照圖16，圖示了另外的銑車床。車床200包括工件承載工作臺部分202,校準球206連接到該部分。測量探針204由工具臂(未示出)承載，且該裝置允許測量探針沿著x、 y和x軸相對于工作臺部分202平移。雖然未,出，但是工具臂可以包括可旋轉(zhuǎn)部分(例如，銑削轉(zhuǎn)軸)，以允許所述探針圍繞其縱軸線旋轉(zhuǎn)。工作臺部分202可以圍繞C軸旋轉(zhuǎn)。此外，工作臺部分202由托架承載， 允許其在yz平面內(nèi)圍繞樞轉(zhuǎn)點傾斜，即工作臺部分可以圍繞文中稱為B，軸 的軸線傾斜。圖16示出了傾斜到兩個不同位置的工作臺部分202,所述位置是B，二90。 和B^O。的位置。為了獲取B，軸(即，樞轉(zhuǎn)點)在yz平面內(nèi)的位置，可以 進行以下測量過程(i) 在B，二90。和C^。的情況下,測量球206的位置。(ii) C軸轉(zhuǎn)過180° (如圖由虛線所示)并且再次測量球的位置(即， 在B，二90。和CO。的情況下)。(ii )然后將B軸傾斜到B^O。并在C480。的情況下測量所述球的位置。 (iv ) C軸轉(zhuǎn)過180° (如圖由虛線所示)并再次測量所述球的位置(即， 在8，=0。和C:0。的情況下)。額外地參照圖17中所示的車床的幾何示意圖，步驟(i)和(ii)中測 量值的均值給出了 B^-90。時位于C軸上的第一球點測量值(Xp Yi， Z,)。 步驟(iii)和(iv)中測量值的均值給出了 B，-0。時位于C軸上的第二球點 測量值(X2， Y2, Z2)。Y,和Y2之間的差值給出了第 一半徑值r! 。 和Z2之間的差值給出了第 二半徑值r2。平均半徑值r,為B'軸位置的Y和Z值為(13a)z—=2卜； (13b)這樣，可以建立B，軸在YZ平面內(nèi)的位置P。換句話說，可以獲得工作 臺部分202的YZ樞轉(zhuǎn)點。知道B，軸的樞轉(zhuǎn)點位置，允許對于B，軸的任意 取向精確確定工作臺部分202相對于測量探針204的位置。因此，可以對工 作臺部分202的不同傾斜情況，對工具臂位置進行適當(dāng)?shù)钠揭普`差校正。參照圖16和圖17所述的程序可以取代以上參照圖6和圖7所述利用長 度不同的兩個測量探針進行測量(或除此之外進行測量)。還應(yīng)該注意，這 種技術(shù)可以用于銑床而不僅僅是銑車床。例如，該技術(shù)可以用于工件安裝在 可傾斜工作臺上的銑床。參照圖16和圖17所述的技術(shù)包括具有安裝在可傾斜工作臺上的卡盤的車床。但是，應(yīng)該注意，類似的技術(shù)可以用于如下所述 的回轉(zhuǎn)頭銑車床。參照圖18,示出了具有卡盤232的車床，該卡盤可以圍繞C軸旋轉(zhuǎn)。 校準球234由卡盤承載，而測量探針236由回轉(zhuǎn)頭238承載。在該實例中， 卡盤的C軸相對于車床固定，而回轉(zhuǎn)頭238是可以圍繞A軸旋轉(zhuǎn)探針236 (或工具等)的銑頭。回轉(zhuǎn)頭238還可以圍繞B軸回轉(zhuǎn)。在圖18中，示出 B-0。和B-90。取向的回轉(zhuǎn)頭。類似于上述方法，可以在B:0。和B-90。取向的情況下，讓測量探針236 旋轉(zhuǎn)到A-0。和A-180。來獲取校準球234的中心。這樣給出了測量頭上的點 (X,， Yp Z,)和(X2， Y2， Z2)相對于(固定)的校準球234中心的位置。 因此，圖17中的幾何關(guān)系還給出了回轉(zhuǎn)頭238的樞轉(zhuǎn)點，即B軸的位置。 同樣，知道B軸的位置，允許對于中間B軸取向消除任何平移誤差。技術(shù)人員應(yīng)該理解，以上實例代表了本發(fā)明的一般校準過程。在閱讀本 說明書和權(quán)利要求書之后，技術(shù)人員可以明白本文所述具體方法的許多種變
權(quán)利要求
1.一種校準車床的方法，所述車床具有用于保持工件的第一可旋轉(zhuǎn)部分，所述第一可旋轉(zhuǎn)部分具有與其相關(guān)聯(lián)的第一特征，所述方法包括以下步驟(i)使用測量探針確定第一特征的位置；(ii)將第一可旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)過一定角度；和(iii)利用所述測量探針確定第一特征的新位置。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟(iv):利用步驟(i)和 (iii)中確定的位置測量值計算第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線的位置。
3. 如前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，步驟(ii)包括將 第一可旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)180°。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(ii)包括將第一 可旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)小于180°的角度。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟(ii)包括將第一可旋 轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)不大于90。的角度。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的方法，包括初始步驟確定第一可旋轉(zhuǎn)部 分的旋轉(zhuǎn)軸線在第一車床軸線上的位置。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(i)包括將第一可旋 轉(zhuǎn)部分定向，以使第一特征基本上位于所述第一車床軸線上。
8. 如前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，步驟(ii)和(iii) 重復(fù)一次或多次。
9. 如前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，所述車床包括工 具保持件，其中所述測量探針由所述工具保持件保持。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，工具保持件包括第二可旋 轉(zhuǎn)部分，所述測量探針由所述第二可旋轉(zhuǎn)部分保持。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，包括將第二可旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)一定角度 的步驟。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，步驟(ii)包括將第一和 第二可旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)90。，且步驟(ii)和(iii)執(zhí)行4次。
13. 如權(quán)利要求IO至12任一項所述的方法，其特征在于，所述第二可旋轉(zhuǎn)部分由回轉(zhuǎn)頭承載，所述回轉(zhuǎn)頭可以圍繞軸線旋轉(zhuǎn)。
14. 如權(quán)利要求10至13任一項所述的方法，包括以下步驟確定第一 可旋轉(zhuǎn)部分和第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線的相對位移。
15. —種將第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線位置作為沿著車床平移軸的位移 的函數(shù)來確定第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線位置的方法，所述方法包括以下步 驟(A) 利用前述權(quán)利要求任一項所述的方法確定第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn) 軸線的位置；(B) 沿著所述平移軸平移測量探針和第一可旋轉(zhuǎn)部分至少之一；和(C )利用前述權(quán)利要求任一項所述的方法確定第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn) 軸線的位置。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括步驟(D):確定第一可旋 轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線相對于車床軸線的角度對準關(guān)系。
17. —種對準回轉(zhuǎn)軸車床的方法，所述車床具有用于保持工件的第一可 旋轉(zhuǎn)部分和用于保持工具或工具附件的第二可旋轉(zhuǎn)部分，其中所述第一可旋 轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線可以相對于所述第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線傾斜，并且第 一可旋轉(zhuǎn)部分具有與其相關(guān)聯(lián)的第二特征，所述方法包括以下步驟(a) 設(shè)置回轉(zhuǎn)軸車床，其中已經(jīng)利用權(quán)利要求14所述的方法確定了第 一可旋轉(zhuǎn)部分和第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線的相對位移；(b) 利用第二可旋轉(zhuǎn)部分保持的測量探針確定第二特征的位置；和(c )改變第一可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線和第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線之 間的傾角，并重復(fù)步驟(b)。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述回轉(zhuǎn)軸車床包括回 轉(zhuǎn)頭車床，且所述第二可旋轉(zhuǎn)部分由回轉(zhuǎn)頭承載，其中步驟(c)包括將回 轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)到不同的取向并重復(fù)步驟(b)。
19. 如權(quán)利要求17或18所述的方法，包括以下步驟確定第一可S走轉(zhuǎn) 部分的旋轉(zhuǎn)軸線和第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線之間的樞轉(zhuǎn)點的位置。
20. 如權(quán)利要求17至19任一項所述的方法，包括以下步驟將工具偏 移誤差作為第一可旋轉(zhuǎn)部分和第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線之間的相對傾角 的函數(shù)來確定工具偏移誤差。
21. 如權(quán)利要求17至20任一項所述的方法，其特征在于，對于第二特征和第二可旋轉(zhuǎn)部分之間的不同位移重復(fù)步驟(b)。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，利用兩個或多個觸針尖 端重復(fù)步驟(b),每個觸針尖端具有距離第二可旋轉(zhuǎn)部分的不同位移。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述步驟(b)利用多尖 端觸針進行。
24. 如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述步驟(b)利用兩個 長度不同的觸針來進行。
25. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，步驟(b)利用測量探針 的觸針的桿部至少執(zhí)行一次，以確定第二特征的位置。
26. 如權(quán)利要求21至25任一項所述的方法，包括以下步驟將工具偏 移誤差作為第一可旋轉(zhuǎn)部分和第二可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線之間的相對傾角 以及工具長度的函數(shù)來確定工具偏移誤差。
27. 如權(quán)利要求17至26任一項所述的方法，其特征在于，共同特征提 供第一特征和第二特征兩者。
28. 如權(quán)利要求17至27任一項所述的方法，其特征在于，第二特征包 括基準球。
29. 如權(quán)利要求17至27任一項所述的方法，其特征在于，所述第二特 征包括轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸包括兩個或多個基準球。
30. 如前述權(quán)利要求任一項所述的方法，其特征在于，車床的第一可旋 轉(zhuǎn)部分包括所述第 一特征。
31. 如權(quán)利要求1至29任一項所述的方法，其特征在于，第一可旋轉(zhuǎn) 部分保持包括所述第一特征的部件。
32. 如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述部件包括形成所述 第一特征的凸起。
33. 如前述權(quán)利要求任一項所述的方法，包括利用測量探針相對于第一 可旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)軸線的位置確定工具設(shè)定設(shè)備的位置的步驟。
34. —種自動化的車床設(shè)備，對其適當(dāng)?shù)剡M行編程來實施如前述權(quán)利要 求任一項所述的方法。
35. —種用于控制車床的計算機程序，所述計算機程序使得在將其裝載 到適當(dāng)車床的計算機控制器中的時候，所述車床能實施如權(quán)利要求1至33 任一項所述的方法。
36. —種包含如權(quán)利要求35所述計算機程序的車床可讀介質(zhì)。
37. —種車床，包括用來保持工件的第一可旋轉(zhuǎn)部分，該第一可旋轉(zhuǎn)部 分具有與其相關(guān)聯(lián)的第一特征，其中所述車床包括車床控制器，設(shè)置該車床 控制器用于確定第一特征的位置，將所述第一可旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)一定角度，并 確定第一特征的新位置。
38. —種基本上參照圖1至圖18所述的方法。
全文摘要
描述了一種用于校準車床(30)的方法，所述車床具有第一可旋轉(zhuǎn)部分或卡盤(4，32，202)來保持工件。所述第一可旋轉(zhuǎn)部分(4，32，202)具有與其相關(guān)聯(lián)的第一特征。所述方法包括以下步驟利用測量探針(10，38，204，236)確定所述第一特征(6，34，206)的位置，將所述第一可旋轉(zhuǎn)部分(4，32，202)轉(zhuǎn)過一定角度，并利用所述測量探針(10，38，204，236)確定所述第一特征(6，34，206)的新位置。還描述了所述技術(shù)延伸到回轉(zhuǎn)頭銑車床(30)。
文檔編號G05B19/401GK101331436SQ200680047062
公開日2008年12月24日 申請日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者保羅·馬克斯特德, 克里斯托弗·雷·沃森, 戴維·羅伯茨·麥克默特里, 馬克·托馬斯·伯克利·桑德斯 申請人:瑞尼斯豪公司