JP2000288873A

JP2000288873A - ワーク姿勢調整装置及びワーク姿勢調整方法

Info

Publication number: JP2000288873A
Application number: JP11100384A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Yoshitoshi; 龍雄吉年
Original assignee: Fuji Seiki KK
Current assignee: Fuji Seiki KK
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2000-10-17
Also published as: EP1043117A2; EP1043117A3

Abstract

(57)【要約】【課題】熟練者でなくても、ワークの姿勢を簡便且つ短
時間に精度良く調整できること。構造が簡単で安価であ
り、汎用性が高いこと。【解決手段】工作機械３０の加工テーブル３１上にベー
ス２を固定する。ベース２に対して取付体３の姿勢を調
整することにより、取付体３の取付面３ａに固定された
ワークＷの姿勢を調整する。工具ヘッド４４に取り付け
られたテストインジケータ４６をワークＷの加工面Ｗａ
に接触させた状態で、工作機械３０のＸ軸移動テーブル
４３と共にワークＷを微小量移動させる。ユーザが指針
の振れを見て加工面ＷａのＸ軸に対する傾きを把握す
る。この傾きを解消するのに必要な補正量を、コントロ
ーラＣの第１の補正量調整スイッチ６３により手動で設
定した後、第１の実行スイッチ６７をオンすると、第１
の駆動固定部材４Ａ，４Ｂ，４Ｃが、ワークＷのＸ軸に
対する傾きを解消するのに寄与する分だけ取付体３を駆
動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の加工テ
ーブル上において、ワークの、例えば加工面の傾き誤
差、および例えば加工面に沿う回転誤差を補正するため
のワーク姿勢調整装置及びワーク姿勢調整方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１２および図１３を参照して、３０は
ＮＣフライス盤等の工作機械である。３１はワークを搭
載する加工テーブルであり、加工テーブルの上面３２は
基本的には機械のＸＹ運動平面（以下では、単にＸＹ平
面という）と平行になっており、図１２の場合、加工テ
ーブル３１は、機械のＸＹ平面上をＸ軸ガイドレール３
７、Ｙ軸ガイドレール３８に案内されて移動可能であ
る。加工テーブルの上面部３２にはワーク３３が直接も
しくはバイス等のようなワーク支持装置３４を介して搭
載され固定される。切削工具３５は主軸に取り付けられ
て主軸芯Ｍの回りを回転し、ワーク３３を切削する運動
を行う。

【０００３】図１３を参照して、この時、ワーク３３の
加工面３９は機械のＸＹ平面に対して正しい位置関係に
設定されていなければならない。説明を容易にするため
に、以後、ワーク３３の加工面３９が上記ＸＹ平面に平
行となるべき場合を前提とすると、ミクロンオーダーの
精度が要求されるような加工においては、ワーク３３を
単に、直接又はワーク支持装置３４を介して取り付けた
のみでは、加工面３９がＸＹ平面に対して完全に平行に
なるとは限らない。加工テーブル３１自身が有する面の
傾き誤差やワーク支持装置３４に起因する誤差等、種々
の誤差が累積することにより加工面３９がＸＹ平面に対
して完全に平行になるとは限らず、通常、ミクロンオー
ダーの傾き誤差を有している。また、ワーク３３は、Ｘ
Ｙ平面と直交する軸線の回りに回転誤差を有している。
何れにしても、これら傾き誤差および回転誤差は、でき
るだけゼロに近づけた方が好ましい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
て、加工面の傾き誤差を、加工に先立って測定した後、
ワーク３３の加工面３９の一部を軽く叩くか、ワーク３
３の下側の一部と台金４０との間に薄い金属箔を敷いた
り等して、傾き調整を行っていた。そして、再度誤差測
定を行い、さらに同様の補正を行うといった作業を繰り
返しながらミクロンオーダーの傾き誤差をゼロに追い込
んでいくことになる。

【０００５】次に平行度誤差（上記の回転誤差に相当）
を測定し、ワーク支持装置３４の加工テーブル３１への
取付けボルト４１を少し緩め、ワーク支持装置３４の側
部を軽く叩いてワーク支持装置３４の平行度の微調整を
行い再度誤差測定を行う。この動作を繰り返して、ミク
ロンオーダーの平行度誤差（回転誤差）をゼロに近づけ
ていくことになる。

【０００６】これらの作業は、大変煩わしい上に、作業
者の熟練によってその作業効率が著しく左右されるもの
である。そこで、本願発明者は工作機械にワークの姿勢
を補正する補正手段と、ワークの所定の面の座標を検出
する座標値検出手段を組み込み、自動的に検出された座
標値に応じて、補正手段による必要な補正量を内部で演
算し、自動的に補正を実行する装置を案出した（例えば
特開平８−１３８０７５号公報参照）。

【０００７】この装置は、ワークの姿勢調整を完全自動
にて精度良く行えるという利点を持つものの、座標自動
測定や加工テーブル自動送り等の高度な演算及び制御機
能を備えるＮＣ工作機械等が主たる対象となり、一般の
汎用工作機械には必ずしも適しているとは言い難い。本
発明は、作業者の熟練に頼らず、ワークの姿勢を極めて
簡便に且つ短時間でしかも高精度に調整できると共に、
高度な演算制御部を備えていない汎用の工作機械でも利
用可能なワーク姿勢調整装置及びワーク姿勢調整方法を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明の態様は、互いに交差する第１
および第２の面を有するワークの姿勢を、工具ヘッドと
加工テーブルとの相対運動に関して工作機械に設定され
た互いに直交する第１，第２及び第３の軸に基づいて調
整するワーク姿勢調整装置において、加工テーブルにセ
ットされるベースと、上記ワークを取り付ける取付体
と、ベースと取付体との間に介在して取付体を支持する
支持機構とを備え、この支持機構は、上記取付体を第３
の軸に平行な方向に駆動することにより、第１及び第２
の軸を含む平面に対する上記第１の面の傾きを補正する
第１の補正手段、及び取付体を第３の軸に平行な軸線の
回りに回転駆動することにより第１の軸に関する上記第
２の面の傾きを補正する第２の補正手段を含み、さら
に、各補正手段の動作を制御する制御手段と、各補正手
段に対応して設けられ、各補正手段による補正量をそれ
ぞれ制御手段を介して手動で調整する手動調整手段とを
備えることを特徴とするワーク姿勢調整装置を提供す
る。

【０００９】本態様では、ワークの第１又は第２の面に
テストインジケータの測定子を接触させた状態で、工作
機械の第１、第２又は第３の軸に沿って、ワークを載せ
た加工テーブルとテストインジケータとを相対運動させ
る。このときのテストインジケータの振れを読み取るこ
とにより、ワークの第１又は第２の面の傾きを測定する
ことができる。そして、測定したワークの第１又は第２
の面の傾きを補正するのに必要なだけの補正量を、対応
する手動調整手段を用いて手動で調整し、補正を行う。
測定と補正を複数回繰り返すことにより、補正が完了す
る。ワークの面を工作機械の運動軸を基準に補正するの
で、ベースと加工テーブルとの間の取付誤差の影響を受
けることなく精度良く補正が行える。

【００１０】ここで、第１及び第２の軸を含む平面（例
えばＸＹ平面）に対するワークの第１の面の傾きを補正
するとは、両面のなす角度が所要角度になるように補正
することを意味し、この所要角度にはゼロ（すなわち両
面が平行となる場合）も含まれる。また、所要角度に厳
密に補正する場合の他、所要角度を含む許容範囲内に収
まるように補正する場合も含む趣旨である。ワークの第
２の面の、第１若しくは第２の軸に関する傾きを補正す
ることについても同様である。なお、工作機械が放電加
工機の場合は、電極を取り付けるための電極ヘッドが工
具ヘッドに該当し、同じものを意味するものとする。

【００１１】上記ベースは、工作機械の例えば加工テー
ブル等の構成要素によって兼用されていても良いし、そ
うでなくても良い。請求項２記載の発明の態様は、請求
項１において、上記各手動調整手段は、対応する補正手
段による補正量をそれぞれ手動で設定する手動設定手段
と、この手動設定手段により設定された補正量で対応す
る補正手段による補正を実行するためのトリガ信号をそ
れぞれ出力する信号出力手段とを含むことを特徴とす
る。

【００１２】本態様では、各補正手段による補正量を手
動で設定した後、トリガ信号を受けた制御手段が各補正
手段による補正を個別に実行させる。請求項３記載の発
明の態様は、請求項２記載のワーク姿勢調整装置を用い
るワーク姿勢調整方法において、取付体にワークが取り
付けられた状態で、第１及び第２の軸を含む平面に対す
るワークの第１の面の傾きに関連する量を、上記第１の
面にテストインジケータの測定子を接触させて検出する
工程と、検出された上記第１の面の傾きを補正するのに
必要な第１の補正手段による補正量を対応する手動設定
手段を用いて設定する工程と、対応する信号出力手段か
らのトリガ信号を受けて、対応する手動設定手段により
設定された補正量で第１の補正手段による補正を実行す
る工程と、第１の軸に関する第２の面の傾きに関連する
量を、第２の面に測定子を接触させるテストインジケー
タを用いて検出する工程と、検出された上記第２の面の
傾きを補正するのに必要な第２の補正手段による補正量
を対応する手動設定手段を用いて設定する工程と、対応
する信号出力手段によるトリガ信号を受けて、対応する
手動設定手段により設定された補正量で第２の補正手段
による補正を実行する工程とを含むことを特徴とするも
のである。

【００１３】本態様では、各補正手段による補正量を手
動で設定した後、トリガ信号を受けた制御手段が各補正
手段による補正を個別に実行させる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態を添付
図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形
態のワーク姿勢調整装置を装備した工作機械の斜視図で
あり、本ワーク姿勢調整装置１００（以下では、単に姿
勢調整装置１００という）は、工作機械３０の加工テー
ブル３１の基準面としての上面３２に、ボルト等の固定
部材を用いて固定される姿勢調整具１と、コントローラ
Ｃとを備えている。本姿勢調整装置１００では、例えば
工具ヘッド４４に取り付けられるテストインジケータ４
６を用いてワークＷの加工面等の傾きを測定し、測定値
に応じて、ユーザがコントローラＣの各手動設定部６
４，６５及び６６を回すことにより、ワークＷの傾きを
補正するようにしている。

【００１５】上記のテストインジケータ４６は例えばダ
イヤルゲージからなり、先端が球面状をなす測定子４８
を有している。この測定子４８をワークＷの加工面Ｗａ
の任意の位置に接触させた状態で、例えばＸ軸移動テー
ブルを兼用する加工テーブル３１と共にワークＷをＸ軸
方向に微小量（例えば１０〜２０ｍｍ）移動させたとき
の指針の振れをユーザが目盛り盤上の目測にて読み取
り、加工面ＷａのＸ軸に対する傾きを把握する。同様
に、ワークＷをＹ軸方向に微小量移動させたときの指針
の振れをユーザが読み取り、加工面ＷａのＹ軸に対する
傾きを把握する。

【００１６】また、測定子４８を平行度基準面としての
ワークＷの平面Ｗｂの任意の位置に接触させた状態で、
ワークＷをＸ軸方向に微小量移動させたときの指針の振
れをユーザが読み取ることにより、平面ＷｂのＸ軸に対
する傾きを把握する。なお、上記のテストインジケータ
４６としては、測定値をデジタル表示するデジタル式の
ものであっても良い。

【００１７】図２は姿勢調整具１の側面図であり、図３
は姿勢調整具１の平面図であり、図４（ａ）は姿勢調整
具１の第１の補正手段としての第１の駆動固定部材をそ
の正面から見た図であり、図４（ｂ）は姿勢調整具１の
第２の補正手段としての第２の駆動固定部材をその正面
から見た図である。これらの図を参照して、姿勢調整具
１は、加工テーブル３１に固定される矩形板状のベース
２と、このベース２の上面２ａと略平行な取付面３ａを
有する円板状の取付体３とを備えている。なお、図にお
けるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、工作機械３０の
持つ基準軸方向であり、以下の説明においても同様であ
る。

【００１８】図１において、４２は工作機械３０の本体
３０ＡによってＹ軸方向に進退自在に支持されたＹ軸移
動テーブルである。加工テーブル３１により兼用される
Ｘ軸移動テーブルは、上記Ｙ軸移動テーブル４２によっ
てＸ軸方向に進退自在に支持されている。これらのＸ軸
移動テーブルとしての加工テーブル３１及びＹ軸移動テ
ーブル４２は図示しないＸ軸サーボモータ及びＹ軸サー
ボモータによって駆動される。

【００１９】一方、工具を装着するための工具ヘッド４
４とこれを支持した支持体４５は、本体３０Ａによって
Ｚ軸方向に進退自在に支持されており、この支持体４５
は図示しないＺ軸サーボモータによって駆動される。図
１に示すように、コントローラＣは、工作機械３０の側
方に配置されたテーブルの上面に載置されており、手動
操作に応じて、上記の取付体３の姿勢を調整する。この
コントローラＣの表面には、操作パネルＣ１が配置され
ていると共に、コントローラＣの内部には、後述するマ
イクロコンピュータＣ２が内装されている。コントロー
ラＣには、後述する各圧電変位素子からのリード線４７
が接続されている。

【００２０】上記の取付体３の中央部とベース２との間
に球面軸受を介在して、該球面軸受により取付体３を支
持するようにしても良いが、本実施の形態では、球面軸
受は設けず、少なくとも３つの第１の補正手段としての
第１の駆動固定部材４Ａ，４Ｂ及び４Ｃ（総称していう
ときは第１の駆動固定部材４という）によって取付体３
を上下方向に支持していると共に、少なくとも１つの第
２の補正手段としての第２の駆動固定部材６Ａ，６Ｂ及
び６Ｃ（総称していうときは第２の駆動固定部材６とい
う）によって取付体３を周方向に支持している。本実施
の形態では、第２の駆動固定部材６を取付体３の円周を
３等分する位置に配置することにより、水平方向の切削
荷重をワークＷが受けた場合にも安定した姿勢を維持で
きるようになっている。また、ベース２の上面２ａおよ
び下面がベース２の基準面となっており、この基準面と
しての下面が加工テーブル３１の上面に沿わされて固定
されている。このため、ベース２の基準面としての上面
２ａも略適正な位置決めがなされている。

【００２１】取付体３の取付面３ａに直接ワークＷを取
り付けても良いが、本実施の形態では、図２に示すよう
に、芯出し位置決め治具Ｊを介してワークＷを取付面３
ａに取り付けている。すなわち、取付体３の取付面３ａ
の中央部に芯出し位置決め治具の本体Ｊ１がボルト５０
によって締め付け固定されており、ワークＷを載せたワ
ークベースＪ２を嵌合軸（図示せず）にて本体Ｊ１に嵌
挿させることにより、ワークＷは取付体３の取付面３ａ
に対して所定の位置及び姿勢になるようになっている。

【００２２】なお、取付面３ａに直接ワークＷを取り付
ける場合には、取付面３ａの所要位置に設けた例えばア
ングル状の基準ガイドレールに、ワークＷの隅角部を沿
わせた状態で、ワークＷを取付面３ａに載置することに
より、ワークＷの大まかな位置決めをするようにしても
良い。また、ワークＷを取付面３ａに固定する手段とし
ては、取付面３ａに形成されたねじ孔にワーク固定用の
ねじをねじ込み、ワークＷを取付面３ａに押圧固定する
ものを例示できる。また、例えば放電加工等でワークＷ
にあまり負荷がかからないような場合には、瞬間接着剤
等の接着剤を用いて取付面３ａに接着固定することも可
能である。

【００２３】また、ワークＷを取付面３ａに直接固定す
る方式の他、取付面３ａに固定した取付バイス（例えば
図１３の従来例で示したものと同様のもの）を介してワ
ークＷを間接的に固定する方式もある。図３を参照し
て、取付体３は円板状をなし、その周縁には円周等配の
交互位置に外方へ向かって矩形断面の駆動用突部１２，
１３が突出形成されている。駆動用突部１２のそれぞれ
は、第１の補正手段としての第１の駆動固定部材４によ
って、Ｚ軸方向に支持されている。また、駆動用突部１
３のそれぞれは、第２の補正手段としての第２の駆動固
定部材６によってＺ軸に平行な軸線Ｋ（本実施の形態で
は軸線ＫはＺ軸に沿っている）回りの回転方向に支持さ
れている。

【００２４】第１の駆動固定部材４のそれぞれは、各駆
動用突部１２を介して、取付体３の円周上３箇所の高さ
を調整することにより、取付面３の加工面ＷａのＸ軸及
びＹ軸に対する傾きを調整し、その状態に固定するもの
である。一方、第２の駆動固定部材６は、各駆動用突部
１３を介して、取付体３ひいてはワークＷの軸線Ｋ回り
の回転位置を調整するものである。具体的には、加工面
Ｗａに直交する面ＷｂのＸ軸に対する傾き（平行度）を
調整し、その状態に固定するものである。

【００２５】図４（ａ）及び図５（ａ）を参照して、第
１の駆動固定部材４は、互いに対をなす圧電変位素子９
ａ，９ｂをそれぞれ含んでいる。これらの圧電変位素子
９ａ，９ｂは、ベース２の上面２ａにねじ１１によって
固定されたチャンネル状（断面コの字型形状）の固定枠
５によって支持されている。この固定枠５は、ベース２
の上面２ａに平行な横バー部５ａと、この横バー部５ａ
の両端に連結された一対の脚部５ｂとを備えている。そ
して、上記の駆動用突部１２は、固定枠５とベース２の
上面２ａとで区画される空所内に貫通されており、この
空所内において、駆動用突部１２の上下にそれぞれ圧電
変位素子９ａ，９ｂが配置されている。

【００２６】ここで、圧電変位素子とは、電圧を印加す
ると伸縮する性質のある圧電素子を複数枚積層させて構
成したものであり、印加電圧に応じた変位量を得ること
が可能で、積層枚数に応じた任意の変位量を得ることが
できる。すなわち大きな変位量を必要とする場合には、
積層枚数の多い圧電変位素子を選択して用いれば良く、
必要とする変位量が少ない場合には、積層枚数の少ない
圧電変位素子を選択して用いれば良い。また、一般に、
圧電変位素子は、形状的にも１０ｍｍ×１０ｍｍ×１８
ｍｍ程度と非常に小型でありながら、数１００Ｋｇの荷
重にも耐えられるほど高い剛性を持っており、印加電圧
に対する変位の応答性も極めて速い。なお、より大きな
荷重を受ける必要のある場合は、荷重負荷面積の広いも
のを用いれば良い。

【００２７】図５（ａ）及び（ｂ）を参照して、各圧電
変位素子９ａ，９ｂの両側面２２は、これに対向する脚
部５ｂの内面との間に介在したシリコーン系接着剤のよ
うな弾性を有する接着剤の層２１を介して脚部５ｂに固
定されている。各圧電変位素子９ａ，９ｂの上面２３ａ
および下面２３ｂは、各々が対向する面に対して固定さ
れていない。したがって、第２の駆動固定手段６によっ
て取付体３が回転駆動されて、駆動用突部１２が水平方
向の変位を受けても、圧電変位素子９ａ，９ｂに無理な
応力が加わらないようになっている。なお、図におい
て、２４，２５は圧電変位素子９ａ，９ｂに駆動電圧を
印加するためのリード線である。

【００２８】上述したように、各圧電変位素子９ａ，９
ｂは、電圧を印加されることによって伸縮するものであ
り、上側の圧電変位素子９ａを伸長させつつ下側の圧電
変位素子９ｂを短縮させることによって、駆動用突部１
２を上下から挟持した状態で駆動用突部１２を下方へ押
して変位させ、逆に、下側の圧電変位素子９ｂを伸長さ
せつつ上側の圧電変位素子９ａを短縮させることによっ
て、駆動用突部１２を上下から挟持した状態で駆動用突
部１２を上方へ押して変位させる。

【００２９】このようにして、３つの第１の駆動固定部
材４によって、取付体３のＸ軸方向に関する傾き、及び
Ｙ軸方向に関する傾きを調整できる。そして、このよう
に交差する２方向に関して取付体３の取付面３ａの傾き
を調整することにより、この取付面３ａに取付けられた
ワークＷの第１の面に相当する加工面Ｗａの傾きを調整
できる。すなわち、ワークＷの加工面ＷａがＸＹ平面に
沿うように調整できるわけである。

【００３０】一方、図３を参照して、駆動用突部１３
は、それぞれ第２の駆動固定部材６によって受けられて
いる。図４（ｂ）及び図６を参照して、第２の駆動固定
部材６のそれぞれは、対をなす圧電変位素子１０ａ，１
０ｂを含んでおり、これら圧電変位素子１０ａ，１０ｂ
は台形状の固定枠７によって支持されている。なお、図
６は固定枠７に対して駆動用突部１３が、後述する貫通
孔７ａの左右方向の中央部にある状態を示しており、図
６において、破線で示す位置が、電圧を印加しない状態
での各圧電変位素子１０ａ，１０ｂの端面の位置であ
る。

【００３１】この固定枠７は、図４（ｂ）に示すように
ベース２の上面２ａにねじ１１により固定され、矩形の
貫通孔７ａを有している。この貫通孔７ａの中央部を、
駆動用突部１３が貫通している。貫通孔７ａ内には、駆
動用突部１３の左右にそれぞれ圧電変位素子１０ａ，１
０ｂが配置されている。これら一対の圧電変位素子１０
ａ，１０ｂは、互いに他と逆向きに駆動用突部１３を押
し、互いに協働して取付体３を回転駆動する。各圧電変
位素子１０ａ，１０ｂの上下の面２６は、各々が対向す
る貫通孔７ａの内上面または内底面との間にそれぞれ、
シリコーン系接着剤のような弾性を有する接着剤の層２
１を介して固定枠７に固定されている。一方、各圧電変
位素子１０ａ，１０ｂの左右の側面２７ａ，２７ｂは、
駆動用突部１３や貫通孔７ａの左右側面に対して固定さ
れていない。

【００３２】したがって、第１の駆動固定部材４によっ
て駆動用突部１３がＺ軸方向に変位されたとしても、固
定枠７およびこれに固定された圧電変位素子１０ａ，１
０ｂは、何らこれを拘束せず、また、圧電変位素子１０
ａ，１０ｂは無理な力を受けないようになっている。図
７は本実施形態の姿勢調整装置１００の電気的構成を示
すブロック図である。同図を参照して、本実施形態で
は、マイクロコンピュータＣ２には、加工面ＷａのＸ軸
に対する傾き補正のための第１の駆動制御部６１と、加
工面ＷａのＹ軸に対する傾き補正のための第２の駆動制
御部６２と、加工面Ｗａに直交する平面Ｗｂの傾き補正
のための第３の駆動制御部６３とを含んでいる。

【００３３】第１の駆動制御部６１には、補正量を手動
で設定する手段としての第１の手動設定部６４及び信号
出力手段としての第１の実行スイッチ６７が接続され、
また、第２の駆動制御部６２には補正量を手動で設定す
る手段としての第２の手動設定部６５及び信号出力手段
としての第２の実行スイッチ６８が接続され、また、第
３の駆動制御部６３には補正量を手動で設定する手段と
しての第３の手動設定部６６及び信号出力手段としての
第３の実行スイッチ６９が接続されている。

【００３４】各手動設定部６４，６５及び６６は、例え
ば図１に示されるような回転つまみ又は直線動つまみ
と、つまみの変位に応じた信号を対応する駆動制御部６
１，６２，６３に与える変位センサ（例えば可変抵抗器
を用いるポテンショメータ、又はエンコーダ等）とを含
む。また、手動設定部として、押されている間のみ補正
量を増加せる増加スイッチと減少させる減少スイッチの
対からなる送りボタンスイッチを用いても良い。この場
合、送りボタンスイッチの信号を受ける対応する駆動制
御部では、増加スイッチ又は減少スイッチが押されてい
る間のみ補正量を増加又は減少させてこれを各送りボタ
ンスイッチに対応するデジタル表示部に表示させて、設
定値をユーザに認識させるようにする。

【００３５】第１の駆動制御部６１は、第１の実行スイ
ッチ６７からのオン信号が入力されると、これをトリガ
信号として、第１の手動設定部６４により予め手動入力
された補正量に応じた電圧を、各第１の駆動固定部材４
Ａ，４Ｂ及び４Ｃにそれぞれ一義的に対応する駆動回路
７０，７１及び７２を介して、各第１の駆動固定部材４
Ａ，４Ｂ及び４Ｃにそれぞれ与え、補正を実行する。

【００３６】また、第２の駆動制御部６２は、第２の実
行スイッチ６８からのオン信号が入力されると、これを
トリガ信号として、第２の手動設定部６５により手動入
力され補正量に応じた電圧を、各第１の駆動固定部材４
Ａ，４Ｂ及び４Ｃに、それぞれに対応する駆動回路７
０，７１及び７２を介してそれぞれ与え、補正を実行す
る。

【００３７】また、第３の駆動制御部６３は、第３の実
行スイッチ６９からのオン信号が入力されると、これを
トリガ信号として、第３の手動設定部６６により予め手
動入力された補正量に応じた電圧を、駆動回路７３を介
して各第２の駆動固定部材６Ａ，６Ｂ及び６Ｃにそれぞ
れ与え、補正を実行する。上記のようにマイクロコンピ
ュータＣ２は、Ｄ／Ａ変換器を含む各駆動回路７０〜７
３を介して、各圧電変位素子９ａ，９ｂ，１０ａ，１０
ｂに印加する電圧を制御するようにしているが、各圧電
変位素子９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂに印加されるべき
電圧について説明する。

【００３８】まず、図５（ａ）は、圧電変位素子への印
加電圧が０ボルトのときの状態を示しており、このと
き、各圧電変位素子と駆動用突部１２とのクリアランス
は、トータルΔｔ１×２となる。すなわち、取付体３の
駆動用突部１２は垂直方向に最大Δｔ１×２の変位が可
能である。そして、圧電変位素子９ａ，９ｂは、各々少
なくともΔｔ１×２の変位量が得られるものでなければ
ならない。Δｔ１×２の変位が得られるときの印加電圧
をＶ１ボルトとすると、例えば第１の駆動固定部材４の
両圧電変位素子９ａ，９ｂに対して各々Ｖ１／２の電圧
を印加される場合、第１の駆動固定部材４の両圧電変位
素子９ａ，９ｂは、図５（ｂ）に示すように各々垂直且
つ互いに逆向きにΔｔ１の伸長をしていて、取付体３の
駆動用突部１２を上下方向から挟持し、丁度その変位範
囲の中央位置に位置固定することになる。

【００３９】同様に、図６を参照して、第２の駆動固定
部材１０の両圧電変位素子１０ａ，１０ｂへの印加電圧
Ｖ１０ａ，Ｖ１０ｂがともに０ボルトのときの両圧電変
位素子１０ａ，１０ｂと駆動用突部１３とのトータルク
リアランスをΔｔ２×２とすし、Δｔ２×２の変位を得
るのに必要な印加電圧をＶ２ボルトとすると、例えば両
圧電変位素子１０ａ，１０ｂに対して各Ｖ２／２ボルト
の電圧を印加される場合、両圧電変位素子１０ａ，１０
ｂは、水平且つ互いに逆方向にΔｔ２の伸長をしていて
駆動用突部１３を左右方向から挟持し、丁度その変位範
囲の中央位置に位置固定することになる。

【００４０】なお、実際には、圧電変位素子９ａ，９ｂ
（又は１０ａ，１０ｂ）は一度電圧を印加すると電圧を
除去した後も残留変位δを生じるので、両圧電変位素子
９ａ，９ｂ（又は１０ａ，１０ｂ）で挟持された駆動用
突部１２，１３の変位が、図８（ａ）に示すように、適
正な位置からずれるおそれがある。図８（ａ）におい
て、駆動用突部１２，１３の変位としては、下側の圧電
変位素子９ｂの電圧−変位特性と上側の圧電変位素子９
ａの電圧−変位特性との中間位置のもの（一点鎖線で示
す）となる。

【００４１】そこで、この残留変位δに起因した変位の
ずれを矯正したり、電圧−変位特性のリニアリティを向
上させるために、各圧電変位素子９ａ，９ｂにそれぞれ
バイアス電圧，を付加したオーバードライブ電圧を
印加するようにし、駆動用突部１２，１３の変位が、略
原点を通るようにしている〔図８（ｂ）参照〕。なおオ
ーバードライブのためのバイアス電圧は一定電圧ではな
く、圧電変位素子の変位量に比例して増加してゆくよう
に印加している。即ち図８（ｂ）の実施形態では圧電変
位素子の変位量が０のとき（残留変位δのみ）はバイア
ス電圧は０、そして変位量の増加と共にバイアス電圧も
増加して、最大変位の時にバイアス電圧となるように
している。

【００４２】次いで、図９を参照して、取付体３の取付
面３ａの平面方程式を、Ｚ＝ａＸ＋ｂＹ＋Ｃ …（１）で表し、取付面３ａの中央部を座標原点と仮定すると、Ｚ＝ａＸ＋ｂＹ …（２）となる。

【００４３】まず、取付面３ａのＸ軸に対する傾きの寄
与分のみに着目し、式（２）において、ｂ＝０と置く
と、Ｚ＝ａＸ …（３）となる。上記の取付面３ａが各第１の駆動固定部材４
Ａ，４Ｂ及び４Ｃを横切る部分の座標をそれぞれＤ１
（Ｘ₁, Ｙ₁，Ｚ₁）、Ｄ２（Ｘ₂, Ｙ₂，Ｚ₂）及び
Ｄ３（Ｘ₃, Ｙ₃，Ｚ₃）とすると、式（３）により、Ｚ₁＝ａＸ₁，Ｚ₂＝ａＸ₂，Ｚ₃＝ａＸ₃ …（４）となる。

【００４４】傾き補正は取付面３ａの中央部に仮定した
原点を中心として振るものとすると、図９の配置の場
合、Ｄ１の座標を持つ第１の駆動固定部材４Ａは、Ｄ２
及びＤ３の座標を持つ第１の駆動固定部材４Ｂ及び４Ｃ
と逆方向に、取付体３を支持する部分を駆動することに
なる。すなわち、第１の手動設定部６４の操作量（回転
量）と、｜ａ｜の大きさとが比例するように対応させて
あり、また、第１の手動設定部６４の操作方向（回転方
向）と、各第１の駆動固定部材４Ａ，４Ｂ及び４Ｃの駆
動方向とを対応させてある。

【００４５】取付面３ａのＹ軸に対する傾きの寄与分の
みに着目した場合には、Ｚ＝ｂＹとなり、上記の場合と
同様である。このようにして、取付面３ａの傾きを所望
に調整することを通じてワークＷの加工面Ｗａの姿勢を
調整する。なお、平面ＷｂのＸ軸に対する傾き調整に関
しては、第３の手動設定部６６の操作量（回転量）が、
各第２の駆動固定部材６ａ，６ｂ，６ｃによる取付体３
のＺ軸（軸線Ｋ）を中心とする回転量に比例するように
してあり、また、第３の手動設定部６６の操作方向（回
転方向）が取付体３の回転方向に対応するようにしてあ
る。

【００４６】次いで、上記の姿勢調整装置１００を用い
てワークＷの姿勢調整を行う場合の動作について、図１
０に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、姿
勢調整具１は姿勢調整具１自身が持つ基準軸としての直
交３軸を、工作機械３０の持つ基準軸としてのＸ軸、Ｙ
軸及びＺ軸に合わせて取り付けられている。また、ワー
クＷは芯出し位置決め治具Ｊを介して取付体３の取付面
３ａに対して粗い位置決めがなされた状態で取り付けら
れている。例えば加工面ＷａのＸ軸やＹ軸に対する傾き
角度、及び平面ＷｂのＸ軸に対する傾き角度として、１
°程度である。

【００４７】コントローラＣの電源が投入されると、ま
ず、各駆動固定部材４，６に対する駆動電圧が初期設定
された後、各駆動固定部材４，６が予め定められる初期
位置（ホームポジション）に固定される（ステップＳ
１，Ｓ２）。この初期位置は、各駆動固定部材４，６の
最大補正範囲の中央位置にそれぞれ設定される場合があ
る。また、リセットスイッチを設けて作業開始時に必ず
リセットスイッチを押すようにし、リセットスイッチの
オンに応じて、各駆動固定部材４，６に対する駆動電圧
が初期設定されて、各駆動固定部材４，６が上記の初期
位置にリセットされるようにしても良い。

【００４８】ワーク姿勢調整装置側では、次のステップ
Ｓ３においてユーザの入力を待つ状態となる。一方、ユ
ーザは、上記のように粗い位置決めがなされたワークＷ
について、テストインジケータを用いて、１）加工面ＷａのＸ軸に対する傾き誤差、２）加工面ＷａのＹ軸に対する傾き誤差、及び３）平面ＷｂのＸ軸に対する傾き誤差の何れかを測定する。例えば、まず上記の１）の傾き誤
差を測定し、この傾き誤差を補正するのに必要な補正量
を、ユーザが第１の手動設定部６４を用いて手動で入力
すると、上記補正量を加味して各第１の駆動固定部材４
Ａ，４Ｂ及び４Ｃに対する駆動電圧が設定される（ステ
ップＳ３，４）。ここで、第１の実行スイッチ６７をオ
ンする（ステップＳ５）と、一旦、全駆動固定部材４，
６の固定が解除され（ステップＳ６）、次いで、各第１
の駆動固定部材４Ａ，４Ｂ及び４Ｃに対する補正が実行
されると同時に、残りの第２の駆動固定部材６Ａ，６Ｂ
及び６ＣがステップＳ６において固定解除される直前の
状態に再設定され、固定される（ステップＳ７）。そし
てステップＳ３からステップＳ７を経てステップＳ３に
至る動作を複数回繰り返し、上記１）の傾き誤差を許容
範囲内に収める。

【００４９】次いで、例えば上記の２）の傾き誤差を測
定し、この傾き誤差を補正するのに必要な補正量を、ユ
ーザが第２の手動設定部６５を用いて手動で入力する
と、上記補正量を加味して各第１の駆動固定部材４Ａ，
４Ｂ及び４Ｃに対する駆動電圧が設定される（ステップ
Ｓ３，４）。ここで、第２の実行スイッチ６８をオンす
る（ステップＳ５）と、一旦、全駆動固定部材４，６の
固定が解除され（ステップＳ６）、次いで、各第１の駆
動固定部材４Ａ，４Ｂ及び４Ｃに対する補正が実行され
ると同時に、残りの第２の駆動固定部材６Ａ，６Ｂ及び
６ＣがステップＳ６において固定解除される直前の状態
に再設定され、固定される（ステップＳ７）。そしてス
テップＳ３からステップＳ７を経てステップＳ３に至る
動作を複数回繰り返し、上記２）の傾き誤差を許容範囲
内に収める。

【００５０】次いで、上記の３）の傾き誤差を測定し、
この傾き誤差を補正するのに必要な補正量を、ユーザが
第３の手動設定部６６を用いて手動で入力すると、上記
補正量を加味して各第２の駆動固定部材６Ａ，６Ｂ及び
６Ｃに対する駆動電圧が設定される（ステップＳ３，
４）。ここで、第３の実行スイッチ６９をオンする（ス
テップＳ５）と、一旦、全駆動固定部材４，６の固定が
解除され（ステップＳ６）、次いで、各第２の駆動固定
部材６Ａ，６Ｂ及び６Ｃに対する補正が実行されると同
時に、残りの第１の駆動固定部材４Ａ，４Ｂ及び４Ｃが
ステップＳ６において固定解除される直前の状態に再設
定され、固定される（ステップＳ７）。そしてステップ
Ｓ３からステップＳ７を経てステップＳ３に至る動作を
複数回繰り返し、上記３）の傾き誤差を許容範囲内に収
める。

【００５１】そして、ステップＳ３及びステップＳ８を
繰り返す入力待ちの状態、或いはステップＳ５及びステ
ップＳ９を繰り返す入力待ちの状態において、コントロ
ーラＣの電源が切られるまで、各駆動固定部材４，６の
固定状態が維持される。なお、ステップＳ８の判断に、
図示しないリセットスイッチを用いるようにし、リセッ
トスイッチがオンされない場合にステップＳ３へ移行
し、リセットスイッチがオンされた場合にステップＳ１
に移行するようにしても良い。ステップＳ９の判断につ
いても同様にリセットスイッチがオンされない場合にス
テップＳ５に移行し、リセットスイッチがオンされた場
合にステップＳ１に移行するようにしても良い。

【００５２】なお、駆動固定部材による補正量が微小で
ある場合には、上記のステップＳ７において、補正量を
手動設定された駆動固定部材の補正を実行した後に、残
りの駆動固定部材を固定解除直前の状態に再設定し固定
するようにしても良い。また、全補正が終了した段階
で、コントローラに設けられたロックスイッチ（図示せ
ず）をユーザがオンすることにより、各駆動固定部材の
調整後の状態を維持しつつ、他のスイッチ６４〜６９に
よる入力を受け付けない状態とするようにしても良い。
これは、補正終了後にユーザが誤ってスイッチ類を操作
して、再びワークＷの姿勢が崩れることを防止するため
である。

【００５３】本実施形態では、本装置を一般の汎用機械
に容易に適用して、熟練者でなくても、手軽に極めて高
い精度でワークＷの姿勢を調整することができる。特
に、負荷荷重が高くて応答性が良い圧電変位素子９ａ，
９ｂ，１０ａ，１０ｂを用いたので、取付体３に対する
十分な固定荷重を得ることができ、また、迅速に調整で
きる。また、圧電変位素子であれば、所望の変位量のも
のを選択して用いることができ、自在性がある。

【００５４】さらに、取付体３の駆動用突部１２，１３
を両側の圧電変位素子（９ａ，９ｂ）（１０ａ，１０
ｂ）で押し挟みながら、取付体３を変位させるので、精
度良く調整できる。なお、上記の実施形態においては、
上記の１），２）及び３）の傾き誤差の補正を個別に実
施したが、上記の１）と２）の傾き誤差を是正するため
の補正を同時に実施しても良い。

【００５５】また、上記の１）、２）及び３）の補正を
同時に実施するようにしても良い。厳密に言えば、加工
面Ｗａの傾き補正を行った後でないと、精度の良い平行
度補正は行えない面もあるが、補正量自体が非常に小さ
いレベルにあるため、加工面Ｗａの傾き補正が、平面Ｗ
ｂの平行度に与える影響は実質的に無視して良いレベル
であることから、後者のような同時補正も実施可能なわ
けである。

【００５６】また、図１１に示す実施の形態のように、
一対の第１の駆動固定素子４Ｄ，４ＥをＸ軸方向に沿っ
て配置し、一対の第１の駆動固定素子４Ｆ，４ＧをＹ軸
方向に沿って配置している場合には、Ｘ軸方向に対する
傾きの調整には、前者の第１の駆動固定素子４Ｄ，４Ｅ
のみを駆動し、Ｙ軸方向に対する傾きの調整には、後者
の第１の駆動固定素子４Ｆ，４Ｇのみを駆動することに
なる。

【００５７】なお、本発明は上記各実施形態に限定され
るものではなく、例えば取付体３の中央部を球面軸受を
介してベース２に支持するようにしても良い。また、各
補正手段の実行のためのトリガ信号を出力する手段は、
各実行スイッチ６７〜６９に代えて、コントローラＣの
内部にそれぞれ設けられたタイマーであっても良い。各
タイマーは対応する手動設定部の操作が一定時間以上行
われないと、補正量の入力が終了したとみなしてトリガ
信号を出力する。

【００５８】また、本発明は汎用フライス盤のような切
削加工を行う工作機械のみならず、放電加工機等、ワー
クの精度の良い姿勢設定を必要とする工作機械全てに適
用が可能である。また、第１および第２の駆動固定部材
４，６として、圧電変位素子に代えて、超磁歪素子を用
いることが可能である。超磁歪素子としては、希土類磁
性材料で大きな磁歪を持つ素材、例えばＴｂ−Ｄｙ−Ｆ
ｅ系合金を示すことができる。この超磁歪素子は、外部
の磁界の変化によって非接触で変位を生じるので、ケー
ブルレスで使用できる。また、圧電変位素子と比べて大
出力、大変位を持ち、単位応力当たりの重量が小さいと
いう利点がある。したがって、この超磁歪素子を用いた
場合には、より小型で十分な大きさの変位量を確保で
き、且つより大きな切削荷重に耐えてワークの姿勢を安
定して維持することができる。

【００５９】さらに、圧電変位素子に代えて、油圧等の
流体圧を用いた流体圧シリンダを用いることも可能であ
る。また、温度の調整によって変位量を制御できる素子
を用いることも可能である。また、各実行スイッチを廃
止し、各手動設定部で設定された補正量による補正を、
リアルタイムで実行するようにしても良い。

【００６０】その他、本発明の範囲の種々の変更を施す
ことができる。

【００６１】

【発明の効果】請求項１記載の発明装置では、ワークの
第１および第２の面の傾きをテストインジケータを用い
て測定し、これに基づいてユーザが手動で調整して各補
正手段による補正を実施することができる。これによ
り、熟練工でなくても、手軽に極めて短時間でしかも高
い精度でワークの姿勢調整が行える。また、構造が簡単
で安価であると共に一般の機械に取り付けてワークの姿
勢を調整でき、汎用性が高い。

【００６２】請求項２記載の発明装置では、請求項１と
同様の効果を奏する。さらに、各補正手段による補正量
を手動で設定した後、トリガ信号を受けた制御手段が各
補正手段による補正を個別に実行させる。請求項３記載
の発明方法では、請求項２記載の装置を用いて、熟練工
でなくても、手軽に極めて短時間でしかも高い精度でワ
ークの姿勢調整が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の姿勢調整装置を含む工作
機械の概略斜視図である。

【図２】姿勢調整具の要部の側面図である。

【図３】姿勢調整具の平面図である。

【図４】（ａ）は姿勢調整具の第１の補正手段としての
第１の駆動固定部材をその正面から見た図であり、
（ｂ）は姿勢調整具の第２の補正手段としての第２の駆
動固定部材をその正面から見た図である。

【図５】第１の駆動固定部材とその周辺部分の側面図で
あり、（ａ）は圧電変位素子に通電しない状態を示して
おり、（ｂ）は両圧電変位素子により取付体が初期位置
に保持された状態を示している。

【図６】第２の駆動固定部材とその周辺部分の側面図で
あり、両圧電変位素子により取付体が初期位置に保持さ
れた状態を示している。

【図７】姿勢調整装置の主たる電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【図８】対となる圧電変位素子の電圧と変位との関係を
示すグラフ図であり、（ａ）はバイアス電圧を付加しな
い場合を示し、（ｂ）はバイアス電圧を付加した場合を
示している。

【図９】取付面と各第１の駆動固定部材の位置関係を示
す模式図である。

【図１０】姿勢調整の手順を示すフローチャートであ
る。

【図１１】本発明の他の実施形態における姿勢調整装置
の平面図である。

【図１２】従来の工作機械の概略斜視図である。

【図１３】従来のワーク支持装置の概略斜視図である。

【符号の説明】

１姿勢調整具２ベース２ａ上面（基準面）２ｂ下面（基準面）３取付体３ａ取付面ＷワークＷａ加工面（上面）Ｗｂ平面（平行度基準面）４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ，４Ｇ第１
の駆動固定部材５，７固定枠６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ第２の駆動固定部材９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂ圧電変位素子ＣコントローラＣ２マイクロコンピュータ１２，１３駆動用突部４４工具ヘッド４５支持体４６テストインジケータ４８測定子６１第１の駆動制御部６２第２の駆動制御部６３第３の駆動制御部６４第１の手動設定部６５第２の手動設定部６６第３の手動設定部６７第１の実行スイッチ（信号出力手段）６８第２の実行スイッチ（信号出力手段）６９第３の実行スイッチ（信号出力手段）７０〜７３駆動回路１００ワーク姿勢調整装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに交差する第１および第２の面を有す
るワークの姿勢を、工具ヘッドと加工テーブルとの相対
運動に関して工作機械に設定された互いに直交する第
１，第２及び第３の軸に基づいて調整するワーク姿勢調
整装置において、加工テーブルにセットされるベースと、上記ワークを取り付ける取付体と、ベースと取付体との間に介在して取付体を支持する支持
機構とを備え、この支持機構は、上記取付体を第３の軸に平行な方向に
駆動することにより、第１及び第２の軸を含む平面に対
する上記第１の面の傾きを補正する第１の補正手段、及
び取付体を第３の軸に平行な軸線の回りに回転駆動する
ことにより第１の軸に関する上記第２の面の傾きを補正
する第２の補正手段を含み、さらに、各補正手段の動作を制御する制御手段と、各補正手段に対応して設けられ、各補正手段による補正
量をそれぞれ制御手段を介して手動で調整する手動調整
手段とを備えることを特徴とするワーク姿勢調整装置。
【請求項２】上記各手動調整手段は、対応する補正手段
による補正量をそれぞれ手動で設定する手動設定手段
と、この手動設定手段により設定された補正量で対応す
る補正手段による補正を実行するためのトリガ信号をそ
れぞれ出力する信号出力手段とを含むことを特徴とする
請求項１記載のワーク姿勢調整装置。
【請求項３】請求項２記載のワーク姿勢調整装置を用い
るワーク姿勢調整方法において、取付体にワークが取り付けられた状態で、第１及び第２
の軸を含む平面に対するワークの第１の面の傾きに関連
する量を、上記第１の面にテストインジケータの測定子
を接触させて検出する工程と、検出された上記第１の面の傾きを補正するのに必要な第
１の補正手段による補正量を対応する手動設定手段を用
いて設定する工程と、対応する信号出力手段からのトリガ信号を受けて、対応
する手動設定手段により設定された補正量で第１の補正
手段による補正を実行する工程と、第１の軸に関する第２の面の傾きに関連する量を、第２
の面に測定子を接触させるテストインジケータを用いて
検出する工程と、検出された上記第２の面の傾きを補正するのに必要な第
２の補正手段による補正量を対応する手動設定手段を用
いて設定する工程と、対応する信号出力手段によるトリガ信号を受けて、対応
する手動設定手段により設定された補正量で第２の補正
手段による補正を実行する工程とを含むことを特徴とす
るワーク姿勢調整方法。