JP2000176793A

JP2000176793A - 工作機械

Info

Publication number: JP2000176793A
Application number: JP10357082A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Akamatsu; 良昭赤松
Original assignee: Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2000-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】機上でのワーク測定を、安価なシステムで、し
かも簡単な準備作業で行うことができる工作機械を提供
する。【解決手段】ワークＷを固定，支持する支持手段５０
と、主軸３を非接触で回転自在に支持する主軸ヘッド２
と、支持手段５０及び主軸ヘッド２を支持するベッド
と、支持手段５０及び／又は主軸ヘッド２を移動させる
駆動手段と、機械座標系における主軸３の位置を検出す
る位置検出手段４２と、位置検出手段４２により検出さ
れた位置データを基に駆動手段の作動を数値制御する数
値制御手段４１とを備えた工作機械において、主軸３の
半径方向及び／又は軸方向の変位を検出する変位検出手
段４５と、変位検出手段４５により検出された検出信号
及び位置検出手段４２により検出された位置データを基
に、ワークＷの形状データを算出する形状データ算出手
段４３とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークを固定，支
持する支持手段と、主軸を非接触で回転自在に支持する
主軸ヘッドと、前記支持手段及び主軸ヘッドを支持する
ベッドと、前記支持手段及び／又は主軸ヘッドを移動さ
せる駆動手段と、機械座標系における前記主軸の位置を
検出する位置検出手段と、該位置検出手段により検出さ
れた位置データを基に前記駆動手段を数値制御する数値
制御手段とを備えた工作機械に関し、更に詳しくは、加
工されたワークの形状測定、工具補正データの算出や工
具の損傷状態の検出を機上で行うことができる工作機械
に関する。

【０００２】

【従来の技術】加工されたワークの形状を機上で測定す
ることができるように設けられた、上記工作機械の一例
としての立形マシニングセンタを図５に示す。同図に示
すように、このマシニングセンタ１００は、ワークＷを
固定，支持するテーブル１０３と、主軸１０２を回転自
在に支持する主軸ヘッド１０１と、テーブル１０３及び
主軸ヘッド１０１を支持する支持手段（ベッド，コラム
など）（図示せず）と、テーブル１０３及び／又は主軸
ヘッド１０１を移動させ、テーブル１０３と主軸ヘッド
１０１とを相対的に３次元３軸方向（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ
軸）に移動させる駆動手段（図示せず）と、この駆動手
段（図示せず）の作動を数値制御する数値制御装置１０
４と、前記主軸１０２に着脱自在に設けられたタッチセ
ンサ１０８と、前記主軸１０２の前端部近傍に設けられ
た受光器１１１とを備えている。

【０００３】前記タッチセンサ１０８は、中立位置を中
心として揺動自在に設けられた接触子１０９と、タッチ
センサ１０８内部の接点がＯＮとなったときに発光する
発光素子１１０とを備えており、前記接触子１０９が対
象物と接触して所定の角度だけ揺動した際に接点がＯＮ
となり、発光素子１１０が発光するようになっている。
そして、発光素子１１０が発光すると、主軸１０２の近
傍に設けられた受光器１１１がこれを受光し、この受光
器１１１から前記数値制御装置１０４に所定の受光信号
が入力されるようになっている。

【０００４】また、前記数値制御装置１０４は、例え
ば、前記駆動手段（図示せず）に備えられるロータリエ
ンコーダなどに接続し、機械座標系における前記主軸１
０２の位置を随時算出する位置座標算出部１０６と、こ
の位置座標算出部１０６により算出された位置データを
基に前記駆動手段（図示せず）の作動を数値制御する駆
動制御部１０５と、前記受光器１１１から入力された受
光信号及び前記位置座標算出部１０６により算出された
位置データを基に前記ワークＷの形状データを算出する
形状データ算出部１０７とを備えている。

【０００５】そして、このマシニングセンタ１００によ
れば、まず、前記駆動制御部１０５による制御の下で前
記駆動手段（図示せず）を駆動して、ワークＷを支持し
たテーブル１０３と主軸ヘッド１０１とを相対的に移動
させ、タッチセンサ１０８の接触子１０９をワークＷに
接触させ、タッチセンサ１０８の内部接点をＯＮにす
る。

【０００６】タッチセンサ１０８の内部接点がＯＮにな
ると、発光素子１１０から光が発せられて受光器１１１
に受光され、受光器１１１から数値制御装置１０４に受
光信号が入力される。受光信号が入力されると、形状デ
ータ算出部１０７は、そのときの主軸１０２とテーブル
１０３との相対的な位置関係、即ち、前記位置座標算出
部１０６により算出された機械座標系における主軸１０
２の位置座標を、この位置座標算出部１０６から入力し
て記憶する。

【０００７】このようにして、タッチセンサ１０８をワ
ークＷに接触させ、そのときに検出された主軸１０２の
位置座標データを形状データ算出部１０６において処理
することにより、ワークＷに加工された穴の寸法の他、
ワークＷの長さ寸法、２つの面間の幅寸法や段差のある
２面間の段差寸法などワークＷの各種の形状について、
これを測定することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したタ
ッチセンサ１０８は、接触子１０９の揺動によってＯＮ
となる接点を内部に備えたものであるため、その機構が
複雑であること、並びに接触子１０９にルビーなどの高
価な材料が用いられることなどから、その価格が高く、
そのために、ワークＷの形状を機上で測定するためのシ
ステム全体の価格が高くなるという問題があった。

【０００９】また、これらは測定専用の部品であるた
め、全体として部品点数が多くなるという問題もあっ
た。

【００１０】本発明は以上の実情に鑑みなされたもので
あって、機上でのワークの形状測定、工具補正データの
算出や工具の損傷状態の検出を、安価なシステムで、し
かも簡単な準備作業で行うことができる工作機械の提供
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段及びその効果】上記目的を
達成するための本発明の請求項１に係る発明は、ワーク
を固定，支持する支持手段と、主軸を非接触で回転自在
に支持する主軸ヘッドと、前記支持手段及び主軸ヘッド
を支持するベッドと、前記支持手段及び／又は主軸ヘッ
ドを移動させる駆動手段と、機械座標系における前記主
軸の位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段に
より検出された位置データを基に前記駆動手段の作動を
数値制御する数値制御手段とを備えた工作機械におい
て、主軸の半径方向及び／又は軸方向の変位を検出する
変位検出手段と、該変位検出手段により検出された検出
信号及び前記位置検出手段により検出された位置データ
を基に、前記ワークの形状データを算出する形状データ
算出手段とを設けて構成したことを特徴とするものであ
る。

【００１２】この発明によれば、例えば、円柱状の部材
を保持した工具ホルダを主軸に装着し、数値制御手段に
よる制御の下、前記駆動手段を駆動して、ワークを支持
した支持手段と主軸ヘッドとを相対的に移動させる。

【００１３】そして、例えば、ワークに加工された穴の
中心位置を測定する場合、前記円柱部材を穴内に侵入さ
せた後、この円柱部材が穴の内周面と接触するように、
前記主軸の軸線と直交する方向、即ち半径方向に前記支
持手段と主軸ヘッドとを相対的に移動させる。この接触
により、前記円柱部材と穴内周面との接触部において前
記主軸が穴内周面から抗力を受け、主軸が非接触で支持
されていることから、当該主軸が前記主軸ヘッドに対し
て相対的に移動し、その変位が変位検出手段により検出
される。

【００１４】前記形状データ算出手段は、前記変位検出
手段からの検出信号を受信して、そのときの主軸の位置
データを前記位置検出手段から読み込み記憶する。こう
して、主軸ヘッドを順次移動させて前記円柱部材を穴内
周面の数カ所に接触させることにより、接触時の主軸の
各位置データが前記形状データ算出手段に記憶される。
そして、必要な位置データを全て記憶すると、前記形状
データ算出手段は記憶された各位置データを処理して前
記穴の中心位置を算出する。

【００１５】このように、この発明によれば、主軸ヘッ
ドを移動させて、主軸に装着した接触子をワークに接触
させ、そのときに検出された主軸の位置データを形状デ
ータ算出手段において処理することにより、上述した穴
の中心位置他、ワークの長さ寸法、２つの面間の幅寸法
や段差のある２面間の段差寸法といったワークの各種の
形状データが算出される。

【００１６】斯くして、この発明によれば、ワークと接
触子との接触を主軸の変位によって検出するようにした
ので、従来のように高価なタッチセンサを用いる必要が
無く、例えば円柱部材といった極めて安価な部材を接触
子に用いることができる。これにより、機上でワークを
測定するためのシステム全体の価格を安価なものとする
ことができる。また、測定専用の部品が多くなることも
ない。

【００１７】また、本発明の請求項２に係る発明は、ワ
ークを固定，支持する支持手段と、磁気軸受により主軸
を非接触で回転自在に支持する主軸ヘッドと、前記支持
手段及び主軸ヘッドを支持するベッドと、前記支持手段
及び／又は主軸ヘッドを移動させる駆動手段と、機械座
標系における前記主軸の位置を検出する位置検出手段
と、該位置検出手段により検出された位置データを基に
前記駆動手段の作動を数値制御する数値制御手段とを備
えた工作機械において、前記磁気軸受に供給される供給
電力の変化を検出する電力変化検出手段と、該電力変化
検出手段により検出された検出信号及び前記位置検出手
段により検出された位置データを基に、前記ワークの形
状データを算出する形状データ算出手段とを設けて構成
したことを特徴とするものである。

【００１８】この発明によれば、上記請求項１の発明に
おけると同様にして、例えば、円柱状の部材を保持した
工具ホルダを主軸に装着し、数値制御手段による制御の
下で前記駆動手段を駆動し、ワークを支持した支持手段
と主軸ヘッドとを相対的に移動させて円柱部材をワーク
に接触させると、主軸が非接触で支持されていることか
ら、当該主軸が前記主軸ヘッドに対して相対的に移動す
る。通常、磁気軸受は主軸が中立位置に位置するよう
に、その供給電力が調節されるように設けられているた
め、前記主軸の移動に応じた供給電力の変化、即ち主軸
が移動したことが電力変化検出手段によって検出され
る。

【００１９】そして、このようにして主軸ヘッドを移動
させて円柱部材をワークに接触させることにより、請求
項１の発明におけると同様にして、接触時の主軸の位置
データが前記形状データ算出手段に読み込まれ、読み込
まれた位置データが形状データ算出手段により処理さ
れ、ワークの各種の形状データが算出される。

【００２０】斯くして、この発明によっても上述した請
求項１の発明におけると同様の作用，効果が奏される。

【００２１】また、本発明の請求項３に係る発明は、ワ
ークを固定，支持する支持手段と、主軸を非接触で回転
自在に支持する主軸ヘッドと、前記支持手段及び主軸ヘ
ッドを支持するベッドと、前記支持手段及び／又は主軸
ヘッドを移動させる駆動手段と、機械座標系における前
記主軸の位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手
段により検出された位置データを基に前記駆動手段の作
動を数値制御する数値制御手段とを備えた工作機械にお
いて、主軸の半径方向及び／又は軸方向の変位を検出す
る変位検出手段と、該変位検出手段により検出された検
出信号を基に、前記主軸に装着された工具の工具補正デ
ータを算出する工具補正データ算出手段とを設けて構成
したことを特徴とするものである。

【００２２】この発明によれば、工具を主軸に装着した
後、数値制御手段による制御の下、前記駆動手段を駆動
して、前記支持手段と主軸ヘッドとを相対的に移動さ
せ、主軸に装着された工具の刃先が支持手段上に固定さ
れた適宜基準部材と接触することができる位置に、主軸
ヘッドを移動させる。

【００２３】工具刃先が基準部材と接触すると、請求項
１の発明における作用と同様の作用の下、前記変位検出
手段によって当該接触が検出される。前記工具補正デー
タ算出手段は、前記変位検出手段からの検出信号を受信
して、そのときの主軸の位置データを前記変位検出手段
から読み込み、この位置データなどを基に工具補正デー
タを算出する。

【００２４】このように、この発明によれば、工具補正
データを算出するための特別な機器を必要とせず、これ
を効率良く、しかも低コストで算出することができる。

【００２５】また、本発明の請求項４に係る発明は、ワ
ークを固定，支持する支持手段と、磁気軸受により主軸
を非接触で回転自在に支持する主軸ヘッドと、前記支持
手段及び主軸ヘッドを支持するベッドと、前記支持手段
及び／又は主軸ヘッドを移動させる駆動手段と、機械座
標系における前記主軸の位置を検出する位置検出手段
と、該位置検出手段により検出された位置データを基に
前記駆動手段の作動を数値制御する数値制御手段とを備
えた工作機械において、前記磁気軸受に供給される供給
電力の変化を検出する電力変化検出手段と、該電力変化
検出手段により検出された検出信号を基に、前記主軸に
装着された工具の工具補正データを算出する工具補正デ
ータ算出手段とを設けて構成したことを特徴とするもの
である。

【００２６】上述したように、通常、磁気軸受は主軸が
中立位置に位置するように、その供給電力が調節される
ように設けられているため、この供給電力の変化を電力
変化検出手段により検出することによって、主軸の移動
（変位）の有無を検出することができる。

【００２７】従って、この発明によっても上記請求項３
の発明におけると同様にして、工具を主軸に装着した
後、数値制御手段による制御の下、前記駆動手段を駆動
して、前記支持手段と主軸ヘッドとを相対的に移動さ
せ、主軸に装着された工具の刃先が支持手段上に固定さ
れた適宜基準部材と接触することができる位置に、主軸
ヘッドを移動させ、電力変化検出手段により工具刃先と
基準部材との接触を検出することによって、工具補正デ
ータ算出手段において工具補正データが算出される。

【００２８】斯くして、この発明によっても上述した請
求項３の発明におけると同様の作用，効果が奏される。

【００２９】また、本発明の請求項５に係る発明は、ワ
ークを固定，支持する支持手段と、主軸を非接触で回転
自在に支持する主軸ヘッドと、前記支持手段及び主軸ヘ
ッドを支持するベッドと、前記支持手段及び／又は主軸
ヘッドを移動させる駆動手段と、機械座標系における前
記主軸の位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手
段により検出された位置データを基に前記駆動手段の作
動を数値制御する数値制御手段とを備えた工作機械にお
いて、主軸の半径方向及び／又は軸方向の変位を検出す
る変位検出手段と、該変位検出手段により検出された検
出信号を基に、前記主軸に装着された工具の損傷状態を
識別する識別手段とを設けて構成したことを特徴とする
ものである。

【００３０】この発明によれば、工具を主軸に装着した
後、数値制御手段による制御の下、前記駆動手段を駆動
して、前記支持手段と主軸ヘッドとを相対的に移動さ
せ、主軸に装着された工具の刃先が支持手段上に固定さ
れた適宜基準部材と接触することができる位置に、主軸
ヘッドを移動させる。

【００３１】その際、前記変位検出手段からの検出信号
が前記識別手段により監視され、変位検出手段から検出
信号が出力された場合には工具が正常であり、変位検出
手段から検出信号が出力されない場合には工具が異常で
あると、前記識別手段により判定される。

【００３２】正常な工具の刃先が前記基準部材に接触す
ると、主軸が接触に伴う抗力を受けて主軸ヘッドに対し
て相対的に移動し、その際の変位が変位検出手段により
検出される一方、工具の刃先が異常に摩耗している場合
や欠損している場合には、主軸ヘッドを上記接触位置に
移動させても、刃先が基準部材と接触しないか若しくは
極めて僅かにしか接触しないため、変位検出手段による
主軸の変位は検出されない。従って、主軸ヘッドを前記
接触位置に移動させ、前記識別手段によって変位検出手
段からの検出信号を監視することにより、工具が正常で
あるか否かを判定することができる。

【００３３】このように、この発明によれば、加工に使
用される工具の損傷状態を検出することができるので、
工具の異常摩耗や欠損によって加工不良が生じるのを未
然に防止することができる。

【００３４】また、本発明の請求項６に係る発明は、ワ
ークを固定，支持する支持手段と、磁気軸受により主軸
を非接触で回転自在に支持する主軸ヘッドと、前記支持
手段及び主軸ヘッドを支持するベッドと、前記支持手段
及び／又は主軸ヘッドを移動させる駆動手段と、機械座
標系における前記主軸の位置を検出する位置検出手段
と、該位置検出手段により検出された位置データを基に
前記駆動手段の作動を数値制御する数値制御手段とを備
えた工作機械において、前記磁気軸受に供給される供給
電力の変化を検出する電力変化検出手段と、該電力変化
検出手段により検出された検出信号を基に、前記主軸に
装着された工具の損傷状態を識別する識別手段とを設け
て構成したことを特徴とするものである。

【００３５】上述したように、通常、磁気軸受は主軸が
中立位置に位置するように、その供給電力が調節される
ように設けられているため、この供給電力の変化を電力
変化検出手段により検出することによって、主軸の移動
（変位）の有無を検出することができる。

【００３６】従って、この発明によっても上記請求項５
の発明におけると同様にして、工具を主軸に装着した
後、数値制御手段による制御の下、前記駆動手段を駆動
して、前記支持手段と主軸ヘッドとを相対的に移動さ
せ、主軸に装着された工具の刃先が支持手段上に固定さ
れた適宜基準部材と接触することができる位置に、主軸
ヘッドを移動させ、その際の電力変化検出手段からの検
出信号を識別手段により監視することにより、工具が正
常であるか否かを検出することができる。

【００３７】斯くして、この発明によっても上述した請
求項５の発明におけると同様の作用，効果が奏される。

【００３８】尚、上記請求項１，３及び５の発明におけ
る、主軸を非接触で回転自在に支持する主軸ヘッドに
は、滑り軸受，静圧軸受若しくは磁気軸受などにより主
軸を支持する主軸ヘッドが含まれ、請求項１及び２の発
明における形状データには、ワークの直径、長さ、穴の
深さなどの形状寸法の他、輪郭データ等各種のデータが
含まれる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態
について添付図面に基づき説明する。

【００４０】（第１の実施形態）まず、本発明の第１の
実施形態に係る工作機械について図１に基づき説明す
る。尚、図１は本発明の第１の実施形態に係る立形マシ
ニングセンタの主要部を一部ブロック図で示す正面図で
ある。

【００４１】図１に示すように、本例の（立形）マシニ
ングセンタ１は、ワークＷを固定，支持するテーブル５
０と、主軸３を回転自在に支持する主軸ヘッド２と、テ
ーブル５０及び主軸ヘッド２を支持する支持手段（ベッ
ド，コラムなど）（図示せず）と、テーブル５０及び／
又は主軸ヘッド２を移動させ、テーブル５０と主軸ヘッ
ド２とを相対的に３次元３軸方向（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）
に移動させる駆動手段（図示せず）と、この駆動手段
（図示せず）の作動を数値制御する数値制御装置４０
と、前記主軸３に着脱自在に設けられた工具ホルダＴＨ
と、この工具ホルダＴＨに保持された円柱状の接触子５
１とを備えている。以下各部の詳細について説明する。

【００４２】Ａ．主軸ヘッド部図２に示すように、前記主軸ヘッド２は、軸線が垂直方
向に向けられた主軸３と、この主軸３の後部側（上部
側）をラジアル方向に支持する後部ラジアル磁気軸受１
０と、主軸３の前部側（下部側）を同じくラジアル方向
に支持する前部ラジアル磁気軸受２０と、この後部ラジ
アル磁気軸受１０，前部ラジアル磁気軸受２０間におい
て前記主軸３をアキシアル方向に支持するスラスト磁気
軸受３０と、前記後部ラジアル磁気軸受１０の後部側に
設けた後部アンギュラ玉軸受５と、前記前部ラジアル磁
気軸受２０の前部側に設けた前部アンギュラ玉軸受７と
を備えている。尚、前記後部ラジアル磁気軸受１０，前
部ラジアル磁気軸受２０及びスラスト磁気軸受３０はそ
の作動が前記数値制御装置４０により制御されるように
なっている。

【００４３】また、前記後部ラジアル磁気軸受１０，後
部アンギュラ玉軸受５間には、主軸３のラジアル方向の
位置を検出する４個のセンサ１６が半径方向同一平面内
に設けられ、前記前部ラジアル磁気軸受２０，前部アン
ギュラ玉軸受７間には、同じく半径方向同一平面内に設
けられ、主軸３のラジアル方向の位置を検出する４個の
センサ２５と、主軸３のアキシアル方向の位置を検出す
る２個のセンサ３９が設けられている。

【００４４】また、図中、６は駆動ロータであって、主
軸３を軸中心に回転させるビルトイン方式の駆動モータ
の一部を構成するものである。尚、この駆動モータのス
テータ及び上記主軸ヘッド２の各構成部分は図１に示し
たハウジング４に支持されており、図２においてはその
図示を省略している。

【００４５】前記後部ラジアル磁気軸受１０は、リング
状の金属板を積層して形成したロータ１４と、このロー
タ１４を保持する保持部材１５と、同じく金属板を積層
して形成した積層体１２及びこの積層体１２に捲回した
コイル１３からなる４個のステータ１１とから構成され
るものであり、前記保持部材１５はその内径部が前記主
軸３に外嵌，固定され、前記ステータ１１は前記ハウジ
ング（図示せず）に保持されている。また、前記４個の
ステータ１１は前記ロータ１４の外周面に沿って均等に
配設されており、前記４個のセンサ１６も同様に、前記
主軸３の外周面に沿い、前記ステータ１１との対応関係
をもって均等に配設されている。前記ステータ１１とロ
ータ１４との間には、例えば０．５ｍｍ程度の空隙（エ
アギャップ）が設けられている。

【００４６】前記前部ラジアル磁気軸受２０は、リング
状の金属板を積層して形成したロータ２４と、同じく金
属板を積層して形成した積層体２２及びこの積層体２２
に捲回したコイル２３からなる４個のステータ２１とか
ら構成されるものであり、前記ロータ２４はその内径部
が前記主軸３に外嵌，固定され、前記ステータ２１は前
記ハウジング（図示せず）に保持されている。また、前
記４個のステータ２１は前記ロータ２４の外周面に沿っ
て均等に配設されており、前記４個のセンサ２５も同様
に、前記主軸３の外周面に沿い、前記ステータ２１との
対応関係をもって均等に配設されている。前記後部ラジ
アル磁気軸受１０におけると同様に、前記ステータ２１
とロータ２４との間にも、例えば０．５ｍｍ程度の空隙
（エアギャップ）が設けられている。また、前記主軸３
には２つのフランジ部８，９が形成されており、フラン
ジ部９の外周面が前記センサ２５によって検出され、そ
の下端面が前記センサ３９によって検出されるようにな
っている。また、前記ロータ２４は、その前部側が前記
フランジ部８により係止されている。

【００４７】前記スラスト磁気軸受３０は、内径部が前
記主軸３に外嵌，固定されたロータ３１と、リング状に
形成されたコイル３３及びこのコイル３３を保持する保
持リング３４からなる後部ステータ３２と、同じくリン
グ状に形成されたコイル３６及びこのコイル３６を保持
する保持リング３７からなる前部ステータ３５と、これ
ら後部ステータ３２，前部ステータ３５間に設けたスペ
ーサ３８とからなる。尚、前記ロータ３１の外周部には
フランジ部３１ａが形成されており、このフランジ部３
１ａが前記後部ステータ３２，前部ステータ３５間に位
置している。また、前記フランジ部３１ａと前記後部ス
テータ３２との間、及び前記フランジ部３１ａと前部ス
テータ３５との間にも、例えば０．５ｍｍ程度の空隙
（エアギャップ）が設けられている。

【００４８】尚、前記アンギュラ玉軸受５，７は、その
内輪部と主軸３との間に例えば０．２ｍｍ程度の空隙
（エアギャップ）をもつように設けられており、通常の
状態においては軸受として機能するものではなく、例え
ば停電，故障など不測の異常が生じた際に、前記主軸３
をラジアル方向及びアキシアル方向に支持して、前記ス
テータ１１，２１、後部ステータ３２、前部ステータ３
５及びロータ１４，２４，３１の各部が損傷するのを防
止する役割を果たすものである。このため、前記アンギ
ュラ玉軸受５，７におけるエアギャップは、前記後部ラ
ジアル磁気軸受１０，前部ラジアル磁気軸受２０及びス
ラスト磁気軸受３０におけるエアギャップよりも狭くな
っている。

【００４９】Ｂ．数値制御装置部図１及び図２に示すように、前記数値制御装置４０は、
例えば、前記駆動手段（図示せず）に備えられるロータ
リエンコーダなどに接続し、機械座標系における前記主
軸３（主軸ヘッド２）の位置を随時算出する位置座標算
出部４２と、この位置座標算出部４２により算出された
位置データを基に前記駆動手段（図示せず）の作動を数
値制御する駆動制御部４１と、前記後部ラジアル磁気軸
受１０，前部ラジアル磁気軸受２０及びスラスト磁気軸
受３０に電力を供給し、その作動を制御する主軸制御部
４４と、前記センサ１６，２５，３９に接続し、これら
からの信号を受信して主軸３の変位を検出する変位検出
部４５と、主軸制御部４４から後部ラジアル磁気軸受１
０，前部ラジアル磁気軸受２０及びスラスト磁気軸受３
０に供給される電力の変化を検出する電力変化検出部４
６と、この電力変化検出部４６により検出された検出信
号及び前記位置座標算出部４２により算出された位置デ
ータを基に前記ワークＷの形状データを算出する形状デ
ータ算出部４３とを備えている。

【００５０】前記主軸制御部４４は、上述したように、
前記コイル１３，２３，３３，３６に所定の電力を供給
するものであり、前記変位検出部４５により検出された
主軸３の変位に応じて前記コイル１３，２３，３３，３
６に供給される電流を調節する。

【００５１】この主軸制御部４４から所定の電力が前記
コイル１３，２３，３３，３６に供給されると、前記後
部ラジアル磁気軸受１０のステータ１１，前記前部ラジ
アル磁気軸受２０のステータ２１，並びに前記スラスト
磁気軸受３０の後部ステータ３２及び前部ステータ３５
がそれぞれ電磁石となり、これによって前記ロータ１
４，２４，３１がそれぞれ吸引される。

【００５２】前記後部ラジアル磁気軸受１０において
は、４個のステータ１１による４方向の吸引力がロータ
１４に作用し、前部ラジアル磁気軸受２０においも同様
に、４個のステータ２１による４方向の吸引力がロータ
２４に作用し、これら後部ラジアル磁気軸受１０及び前
部ラジアル磁気軸受２０によって前記主軸３がラジアル
方向に支持される。

【００５３】上述したように、センサ１６及びセンサ２
５により主軸３のラジアル方向の位置が検出されてお
り、前記主軸３が前記ステータ１１間の中立位置からず
れた場合、及び前記ステータ２１間の中立位置からずれ
た場合には、この位置ずれがセンサ１６及びセンサ２５
によってそれぞれ検出され、この検知信号に基づいて、
前記各ステータ１１及びステータ２１に供給される電力
が前記主軸制御部４４により調節される。即ち、各ステ
ータ１１とロータ１４との間隔、及び各ステータ２１と
ロータ２４との間隔において、当該間隔が基準間隔より
も広くなっているステータ１１及びステータ２１に対し
ては供給電力が増加され、その吸引力が増加せしめられ
る一方、当該間隔が基準間隔よりも狭くなっているステ
ータ１１及びステータ２１に対しては供給電力が減少さ
れ、その吸引力が減少せしめられる。これにより、前記
主軸３は常に前記ステータ１１間及び前記ステータ２１
間の中立位置に位置するように制御される。

【００５４】また、前記スラスト磁気軸受３０において
は、後部ステータ３２及び前部ステータ３５によりロー
タ３１のフランジ部３１ａが前後（上下）両方向の吸引
力を受けており、これによって主軸３が後部ステータ３
２と前部ステータ３５との中間位置に位置するようにア
キシアル方向に支持されるようになっている。

【００５５】上述したように、センサ３９により主軸３
のアキシアル方向の位置が検出されており、主軸３が後
部ステータ３２と前部ステータ３５との中間位置からず
れた場合には、当該位置ずれがセンサ３９によって検出
され、この検知信号に基づいて、前記後部ステータ３２
及び前部ステータ３５に供給される電力が前記主軸制御
部４４により調節される。即ち、後部ステータ３２とロ
ータ３１のフランジ部３１ａとの間隔、及び前部ステー
タ３５と前記フランジ部３１ａとの間隔において、当該
間隔が基準間隔よりも広くなっている後部ステータ３２
若しくは前部ステータ３５に対しては供給電力が増加さ
れて、その吸引力が増加せしめられる一方、当該間隔が
基準間隔よりも狭くなっている後部ステータ３２若しく
は前部ステータ３５に対しては供給電力が減少されて、
その吸引力が減少せしめられる。斯くしてロータ３１は
常に後部ステータ３２と前部ステータ３５との中間位置
に位置するように制御され、これによって主軸３は適正
にアキシアル方向に支持される。

【００５６】而して、この主軸ヘッド２によれば、主軸
３と直接接触することなく、電磁石の吸引力によって当
該主軸３がラジアル方向及びアキシアル方向に支持され
るので、極めて高い回転数で回転する主軸３を適正に支
持することができる。

【００５７】また、前記電力変化検出部４６は、前記主
軸制御部４４から後部ラジアル磁気軸受１０，前部ラジ
アル磁気軸受２０及びスラスト磁気軸受３０に供給され
る電力を常時監視し、その変化量が所定のしきい値を超
えた場合に検出信号を前記形状データ算出部４３に出力
する。

【００５８】前記形状データ算出部４３は、ワークＷの
形状データを算出するための各種の処理プログラムを備
えており、電力変化検出部４６により検出された検出信
号及び前記位置座標算出部４２により算出された位置デ
ータを、前記処理プログラムに従って処理し、前記ワー
クＷの形状データを算出する。

【００５９】次に、以上の構成を備えた本例のマシニン
グセンタ１により、加工されたワークの形状を測定する
その具体的な態様について説明する。

【００６０】例えば、図３（ａ）に示すように、ワーク
Ｗに加工された穴Ｈの中心位置Ｐ及び内径寸法ｄを測定
する場合、まず、前記駆動制御部４１による制御の下で
前記駆動手段（図示せず）を駆動して、ワークＷを支持
したテーブル５０と主軸ヘッド２とを相対的にＸ軸，Ｙ
軸，Ｚ軸方向に移動させ、工具ホルダＴＨに保持した接
触子５１を穴Ｈ内に侵入させた後、テーブル５０と主軸
ヘッド２とを相対的にＸ軸マイナス方向のＡ位置まで移
動させて、穴Ｈの内周面に接触子５１を接触させる。こ
れにより、接触子５１と穴Ｈの内周面との接触部におい
て主軸３が抗力を受け、主軸３が非接触で支持されてい
ることから、当該主軸３がハウジング４に対して相対的
に移動し、この移動がセンサ２５，１６，３９によって
検知され、これらセンサ２５，１６，３９からの信号を
受信した変位検出部４５によりその変位が検出される。

【００６１】主軸３が移動したことが変位検出部４５に
より検出されると、主軸制御部４４からコイル１３，２
３，３３，３６に供給される電力が調整され、電力の変
化量が所定のしきい値を超えると電力変化検出部４６に
よってこれが検出され、この検知信号が形状データ算出
部４３に入力される。尚、電力変化検出部４６によって
主軸３の移動が検出されると、主軸ヘッド２の駆動が停
止されるようになっている。

【００６２】電力変化検出部４６からの検出信号を受信
すると形状データ算出部４３は、そのときの主軸３とテ
ーブル５０との相対的な位置関係、即ち、前記位置座標
算出部４２により算出された機械座標系における主軸３
の位置座標（Ｘａ，Ｙａ）を、この位置座標算出部４２
から入力して記憶する。

【００６３】次に、テーブル５０に対して主軸３をＸ軸
プラス方向のＢ位置に、続いてＹ軸マイナス方向のＣ位
置に、ついでＹ軸プラス方向のＤ位置にそれぞれ移動さ
せる。これにより、上記と同様にして同位置の位置座標
（Ｘｂ，Ｙｂ）、（Ｘｃ，Ｙｃ）、（Ｘｄ，Ｙｄ）が位
置座標算出部４２からそれぞれ形状データ算出部４３に
入力され、これに記憶される。

【００６４】次に、記憶された位置座標データ（Ｘａ，
Ｙａ）、（Ｘｂ，Ｙｂ）、（Ｘｃ，Ｙｃ）、（Ｘｄ，Ｙ
ｄ）を基に、形状データ算出部４３は、例えば、次式、Ｘｐ＝（Ｘａ＋Ｘｂ）／２Ｙｐ＝（Ｙｃ＋Ｙｄ）／２により、穴Ｈの中心位置Ｐの位置座標（Ｘｐ，Ｙｐ）を
算出し、更に、次式、ｄ＝２×（（Ｘａ−Ｘｐ）^２＋（Ｙａ−Ｙｐ）^２）
^１／２＋ｄｓにより、穴Ｈの内径ｄを算出する。但し、ｄｓは接触子
５１の直径であり、ＸａとＹａはＸｂ〜ｄとＹｂ〜ｄで
も良い。

【００６５】このように、このマシニングセンタ１によ
ると、接触子５１をワークＷに接触させ、この接触を電
力変化検出部４６によって検出し、このときに検出され
た主軸３の位置座標データを形状データ算出部４３にお
いて処理することにより、上述した穴Ｈの寸法を測定す
ることができる。

【００６６】また、上述と同様の動作により検出された
主軸３の位置座標データを、形状データ算出部４３に備
えられた各種の処理プログラムに従って処理することに
より、上記穴寸法の他に、ワークＷの長さ寸法、２つの
面間の幅寸法や段差のある２面間の段差寸法といったワ
ークＷの各種の形状について、これを測定することがで
きる。例えば、図３（ｂ）に示すように、ワークＷの加
工面に所定ピッチで前記接触子５１を接触させ、そのと
きの主軸３の位置座標をそれぞれ検出することで、ワー
クＷの輪郭形状を検出することができ、或いは、加工プ
ログラムに従った工具の移動軌跡に沿って、即ち、ワー
クＷの加工面に沿って、この加工面に接触子５１が接触
するように主軸３を移動させることで、同様に、ワーク
Ｗの輪郭形状を検出することができる。

【００６７】このように、本例のマシニングセンタ１に
よれば、ワークＷと接触子５１との接触を主軸３の変位
によって検出するようにしたので、従来のように高価な
タッチセンサを用いる必要が無く、例えば円柱部材とい
った極めて安価な部材を接触子５１に用いることができ
る。これにより、機上でワークＷを測定するためのシス
テム全体の価格を安価なものとすることができる。ま
た、測定専用の部品が多くなることもない。

【００６８】尚、この例では、前記形状データ算出部４
３を、電力変化検出部４６により検出された主軸３の変
位信号をトリガとして主軸３の位置座標を読み込み、ワ
ークＷの形状データを算出するように設けたが、主軸３
の変位を検出し得る点では、電力変化検出部４６も変位
検出部４５もその機能は同じである。従って、電力変化
検出部４６により検出された主軸３の変位信号に代え
て、前記変位検出部４５により検出された主軸３の変位
信号をトリガとして主軸３の位置座標を読み込み、ワー
クＷの形状データを算出するように、前記形状データ算
出部４３を構成しても良い。このようにすれば、通常、
磁気軸受には変位検出部４５が当然に設けられているこ
とから、ワーク測定のために別途変位検出部４５を設け
る必要が無く、この意味でも、機上でワークＷを測定す
るためのシステム価格を安価なものとすることができ
る。

【００６９】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態に係る工作機械について図４に基づいて説明す
る。尚、図４は本発明の第２の実施形態に係る立形マシ
ニングセンタの主要部を一部ブロック図で示す正面図で
ある。

【００７０】図４に示すように、本例の（立形）マシニ
ングセンタ１’は、上述した第１の実施形態に係るマシ
ニングセンタ１に比べて、数値制御装置４０’が工具損
傷識別部４７，工具補正データ算出部４８及び工具補正
データ記憶部４９を備えている点が異なり、その他の構
成は第１の実施形態に係るマシニングセンタ１と同じで
ある。従って、上記マシニングセンタ１と同じ構成部分
については同一の符号を付してその詳しい説明を省略す
る。

【００７１】本例のマシニングセンタ１’は、前記駆動
制御部４１の制御の下、主軸３に装着された正常な工具
Ｔの刃先がテーブル５０上に固定された基準ブロック５
２と接触することができる位置に、主軸ヘッド２を相対
的に移動させることができるようになっている。

【００７２】前記工具補正データ算出部４８は、テーブ
ル５０上に固定した基準ブロック５２に工具Ｔの刃先を
接触させた際に、上記実施形態１におけると同様にして
前記電力変化検出部４６により検出される信号を受信し
て、そのときの主軸３とテーブル５０との相対的な位置
関係、即ち、前記位置座標算出部４２により算出された
機械座標系における主軸３の位置座標を、この位置座標
算出部４２から入力し、入力した位置座標を基に、当該
工具Ｔの工具長或いは工具径などの工具補正データを算
出する。そして、前記工具補正データ記憶部４９は、こ
のようにして算出された工具補正データを記憶する。

【００７３】例えば、工具径を算出する具体的な手順に
ついて説明すると、まず、図４において２点鎖線で示す
ように、主軸ヘッド２とテーブル５０とを相対的に移動
させて、工具Ｔの刃先を基準ブロック５２の基準側面５
２ａに当接させる。これにより、工具Ｔの刃先が基準ブ
ロック５２に接触したことが前記電力変化検出部４６に
よって検出され、この検出信号が前記工具補正データ算
出部４８に入力される。

【００７４】前記検出信号を受信すると前記工具補正デ
ータ算出部４８は、そのときの機械座標系における主軸
３の位置座標を前記位置座標算出部４２から読み込み、
まず、機械原点位置から接触位置まで相対移動した主軸
３の移動量Ｘ_１を算出し、ついで、主軸ヘッド２が機械
原点位置にあるときの、主軸３の軸芯３ｂから基準ブロ
ック５２の基準側面５２ａまでの距離Ｘ_０から前記移動
量Ｘ_１を減算して、接触位置にある主軸３の軸芯３ｂと
基準ブロック５２の基準側面５２ａとの距離ΔＸを算出
する。得られた距離ΔＸが当該工具Ｔの工具半径とな
る。尚、上述した主軸ヘッド２が機械原点位置にあると
きの、主軸３の軸芯３ｂから基準ブロック５２の基準側
面５２ａまでの距離Ｘ_０は予め測定され、数値制御装置
４０’内に格納されている。

【００７５】同様に、工具長を算出する具体的な手順に
ついて説明すると、まず、図４において２点鎖線で示す
ように、主軸ヘッド２とテーブル５０とを相対的に移動
させて、工具Ｔの刃先を基準ブロック５２の基準上面５
２ｂに当接させる。これにより、工具Ｔの刃先が基準ブ
ロック５２に接触したことが前記電力変化検出部４６に
よって検出され、この検出信号が前記工具補正データ算
出部４８に入力される。

【００７６】前記検出信号を受信すると前記工具補正デ
ータ算出部４８は、そのときの機械座標系における主軸
３の位置座標を前記位置座標算出部４２から読み込み、
まず、機械原点位置から接触位置まで相対移動した主軸
３の前端面３ａの移動量Ｚ_１を算出し、ついで、主軸ヘ
ッド２が機械原点位置にあるときの、主軸３の前端面３
ａからテーブル５０上面までの距離Ｚ_０から前記移動量
Ｚ_１及び基準ブロック５２の高さ寸法ｈを減算して、工
具長Ｌを算出する。尚、主軸ヘッド２が機械原点位置に
あるときの、主軸３の前端面３ａからテーブル５０上面
までの距離Ｚ_０及び基準ブロック５２の高さ寸法ｈは予
め測定され、数値制御装置４０’内に格納されている。

【００７７】前記工具損傷識別部４７は、前記工具補正
データ記憶部４９に記憶された工具補正データを用い
て、主軸ヘッド２とテーブル５０とを相対的に移動さ
せ、工具Ｔの刃先を前記基準ブロック５２の基準側面５
２ａ及び／又は基準上面５２ｂと接触する位置に移動さ
せた際の、前記電力変化検出部４６からの検出信号を監
視するように設けられており、前記電力変化検出部４６
から検出信号が出力された場合には、工具Ｔが正常であ
ると判定し、前記電力変化検出部４６から検出信号が出
力されない場合には、工具Ｔが異常であると判定する。

【００７８】正常な工具Ｔの刃先が基準ブロック５２と
接触すると、上述したように、主軸３が接触に伴う抗力
を受けてハウジング４に対して相対的に移動し、その際
の変位が、センサ２５，１６，３９からの信号を受信し
た変位検出部４５によって検出され、これにより、主軸
制御部４４からコイル１３，２３，３３，３６に供給さ
れる電力が調整され、電力の変化量が所定のしきい値を
超えたときに電力変化検出部４６によって主軸３の変位
が検出される。一方、工具Ｔの刃先が異常に摩耗してい
る場合や欠損している場合には、主軸ヘッド２を上記接
触位置に移動させても、刃先が基準ブロック５２と接触
しないか若しくは極めて僅かにしか接触しないため、電
力変化検出部４６により主軸３の変位は検出されない。

【００７９】従って、主軸ヘッド２を前記接触位置に移
動させて、前記工具損傷識別部４７によって電力変化検
出部４６からの検出信号を監視することにより、工具Ｔ
が正常であるか否かを判定することができる。

【００８０】このように、このマシニングセンタ１’に
よると、加工されたワークＷの形状データの算出のみな
らず、工具径や工具長といった工具補正データを算出す
ることができ、また、加工に使用される工具の損傷状態
を検出することができる。従って、工具補正データを算
出するために特別な機器を必要とせず、また、工具の異
常摩耗や欠損によって加工不良が生じるのを未然に防止
することができる。

【００８１】尚、上述したように、主軸３の変位を検出
し得る点では、電力変化検出部４６も変位検出部４５も
その機能は同じである。従って、本例において、前記工
具補正データ算出部４８を、前記変位検出部４５から出
力された検出信号を受信して、主軸３の位置座標を前記
位置座標算出部４２から読み込み、これを基に工具補正
データを算出するように構成しても良い。また、前記工
具損傷識別部４７を、前記変位検出部４５からの検出信
号を監視するように構成し、前記変位検出部４５から検
出信号が出力された場合には、工具Ｔが正常であると判
定し、前記変位検出部４５から検出信号が出力されない
場合には、工具Ｔが異常であると判定するものとして構
成しても良い。

【００８２】以上、本発明の実施形態について詳述した
が、本発明の具体的な態様がこれに限定されるものでな
いことは言うまでもなく、例えば、本発明を適用し得る
工作機械は立形のマシニングセンタに限られず、他の工
作機械にも当然にこれを適用することができる。また、
上例では、主軸ヘッド２が磁気軸受により主軸３を支持
するものを例示したが、これに限られるものではなく、
主軸３を非接触で支持するものであれば、例えば滑り軸
受若しくは静圧軸受により主軸３を支持するものであっ
ても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る工作機械の要部
を一部ブロック図で示す正面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る工作機械の要部
を、その主軸ヘッドを拡大し、一部ブロック図で示す正
面図である。

【図３】第１の実施形態に係る工作機械によるワーク測
定の態様を説明するための説明図である。

【図４】本発明の第２の実施形態に係る工作機械の要部
を一部ブロック図で示す正面図である。

【図５】従来例に係る工作機械の要部を一部ブロック図
で示す正面図である。

【符号の説明】

１マシニングセンタ２主軸ヘッド３主軸１０後部ラジアル磁気軸受１６センサ２０前部ラジアル磁気軸受２５センサ３０スラスト磁気軸受３９センサ４０数値制御装置４１駆動制御部４２位置座標算出部４３形状データ算出部４４主軸制御部４５変位検出部４６電力変化検出部４７工具損傷識別部４８工具補正データ算出部４９工具補正データ記憶部５０テーブル５１接触子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークを固定，支持する支持手段と、主
軸を非接触で回転自在に支持する主軸ヘッドと、前記支
持手段及び主軸ヘッドを支持するベッドと、前記支持手
段及び／又は主軸ヘッドを移動させる駆動手段と、機械
座標系における前記主軸の位置を検出する位置検出手段
と、該位置検出手段により検出された位置データを基に
前記駆動手段の作動を数値制御する数値制御手段とを備
えた工作機械において、主軸の半径方向及び／又は軸方向の変位を検出する変位
検出手段と、該変位検出手段により検出された検出信号及び前記位置
検出手段により検出された位置データを基に、前記ワー
クの形状データを算出する形状データ算出手段とを設け
て構成したことを特徴とする工作機械。
【請求項２】ワークを固定，支持する支持手段と、磁
気軸受により主軸を非接触で回転自在に支持する主軸ヘ
ッドと、前記支持手段及び主軸ヘッドを支持するベッド
と、前記支持手段及び／又は主軸ヘッドを移動させる駆
動手段と、機械座標系における前記主軸の位置を検出す
る位置検出手段と、該位置検出手段により検出された位
置データを基に前記駆動手段の作動を数値制御する数値
制御手段とを備えた工作機械において、前記磁気軸受に供給される供給電力の変化を検出する電
力変化検出手段と、該電力変化検出手段により検出され
た検出信号及び前記位置検出手段により検出された位置
データを基に、前記ワークの形状データを算出する形状
データ算出手段とを設けて構成したことを特徴とする工
作機械。
【請求項３】ワークを固定，支持する支持手段と、主
軸を非接触で回転自在に支持する主軸ヘッドと、前記支
持手段及び主軸ヘッドを支持するベッドと、前記支持手
段及び／又は主軸ヘッドを移動させる駆動手段と、機械
座標系における前記主軸の位置を検出する位置検出手段
と、該位置検出手段により検出された位置データを基に
前記駆動手段の作動を数値制御する数値制御手段とを備
えた工作機械において、主軸の半径方向及び／又は軸方向の変位を検出する変位
検出手段と、該変位検出手段により検出された検出信号を基に、前記
主軸に装着された工具の工具補正データを算出する工具
補正データ算出手段とを設けて構成したことを特徴とす
る工作機械。
【請求項４】ワークを固定，支持する支持手段と、磁
気軸受により主軸を非接触で回転自在に支持する主軸ヘ
ッドと、前記支持手段及び主軸ヘッドを支持するベッド
と、前記支持手段及び／又は主軸ヘッドを移動させる駆
動手段と、機械座標系における前記主軸の位置を検出す
る位置検出手段と、該位置検出手段により検出された位
置データを基に前記駆動手段の作動を数値制御する数値
制御手段とを備えた工作機械において、前記磁気軸受に供給される供給電力の変化を検出する電
力変化検出手段と、該電力変化検出手段により検出された検出信号を基に、
前記主軸に装着された工具の工具補正データを算出する
工具補正データ算出手段とを設けて構成したことを特徴
とする工作機械。
【請求項５】ワークを固定，支持する支持手段と、主
軸を非接触で回転自在に支持する主軸ヘッドと、前記支
持手段及び主軸ヘッドを支持するベッドと、前記支持手
段及び／又は主軸ヘッドを移動させる駆動手段と、機械
座標系における前記主軸の位置を検出する位置検出手段
と、該位置検出手段により検出された位置データを基に
前記駆動手段の作動を数値制御する数値制御手段とを備
えた工作機械において、主軸の半径方向及び／又は軸方向の変位を検出する変位
検出手段と、該変位検出手段により検出された検出信号を基に、前記
主軸に装着された工具の損傷状態を識別する識別手段と
を設けて構成したことを特徴とする工作機械。
【請求項６】ワークを固定，支持する支持手段と、磁
気軸受により主軸を非接触で回転自在に支持する主軸ヘ
ッドと、前記支持手段及び主軸ヘッドを支持するベッド
と、前記支持手段及び／又は主軸ヘッドを移動させる駆
動手段と、機械座標系における前記主軸の位置を検出す
る位置検出手段と、該位置検出手段により検出された位
置データを基に前記駆動手段の作動を数値制御する数値
制御手段とを備えた工作機械において、前記磁気軸受に供給される供給電力の変化を検出する電
力変化検出手段と、該電力変化検出手段により検出された検出信号を基に、
前記主軸に装着された工具の損傷状態を識別する識別手
段とを設けて構成したことを特徴とする工作機械。