JP2005313254A - Axial aligning method and device, and axial aligning tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば旋盤等の工作機械における主軸の軸心に対してワークの供給搬出を行うハンドリングロボットの軸心や、前記主軸に対向して備えた刃物台に備えられている工具の軸心を合せる軸心合せ方法及び装置並びに軸心合せ方法に使用する心合せ冶具に係り、さらに詳細には、前記主軸の端部側に容易に着脱することのできる前記心合せ冶具を用いた軸心合せ方法及び装置に関する。 The present invention relates to an axis of a handling robot that feeds and unloads a workpiece with respect to an axis of a spindle in a machine tool such as a lathe, and an axis of a tool provided in a tool post provided facing the spindle. The present invention relates to a method and apparatus for aligning shafts, and a centering jig used in the centering method, and more specifically, a shaft center using the centering jig that can be easily attached to and detached from the end of the main shaft. The present invention relates to an alignment method and apparatus.
例えば、旋盤等の工作機械においては、主軸に備えたチャックに対してハンドリングロボットを用いてワークの着脱を行っており、また前記主軸と対向して移動自在に設けた刃物台に装着してある切削工具によって前記ワークの切削加工を行っている。 For example, in a machine tool such as a lathe, a workpiece is attached to and detached from a chuck provided on a spindle using a handling robot, and is mounted on a tool post that is movably provided facing the spindle. The workpiece is cut by a cutting tool.
前述のごとく、ロボットを用いてチャックに対してワークの着脱を行う場合には、チャック(主軸)の軸心とワークを把持したロボットハンドの軸心が一致した状態においてワークの着脱を行うものである。また、主軸に備えたチャックに把持されているワークを、刃物台に備えた切削工具によって切削加工を行う場合、前記主軸の軸心と切削工具の軸心とが一致した位置を例えば基準位置とするなど、予め基準位置を設定する必要がある。 As described above, when a workpiece is attached to or detached from the chuck using a robot, the workpiece is attached or detached while the axis of the chuck (spindle) and the axis of the robot hand holding the workpiece are aligned. is there. Further, when the workpiece held by the chuck provided on the spindle is to be cut with a cutting tool provided on the tool post, a position where the axis of the spindle and the axis of the cutting tool coincide with each other is set as a reference position, for example. For example, it is necessary to set a reference position in advance.
前記主軸の軸心とロボットハンドの軸心又は主軸の軸心と刃物台に装着した切削工具の軸心とが一致するように予め基準位置の調整を行った場合であっても、工作機械の使用時間の経過や周囲の温度変化によって、前記基準位置に微少なずれを生じることがある。したがって、高精度の加工を行うには、前記基準位置のずれ、すなわち主軸の軸心とロボットハンドの軸心とのずれ量又は主軸の軸心と前記切削工具の軸心とのずれ量を測定して補正する必要がある。 Even when the reference position is adjusted in advance so that the axis of the spindle and the axis of the robot hand or the axis of the spindle and the axis of the cutting tool mounted on the tool post coincide with each other, There may be a slight deviation in the reference position due to the passage of usage time or ambient temperature change. Therefore, in order to perform high-precision machining, the deviation of the reference position, that is, the deviation between the axis of the spindle and the axis of the robot hand or the deviation between the axis of the spindle and the axis of the cutting tool is measured. Need to be corrected.
ところで、主軸の軸心と、この主軸に対向可能な別個の主軸との軸心のずれ量を検出し補正する先行例として特許文献1がある。 By the way, there is Patent Document 1 as a prior example for detecting and correcting the deviation of the axis between the axis of the main axis and a separate main axis that can face the main axis.
上記特許文献1には、次のごとき技術構成が開示されている。すなわち、図4に示すように、主軸台に回転自在かつZ軸方向へ移動自在に設けた主軸100の前側(図4において右側)に、前記主軸100の軸心に軸心が一致したガイドブッシュ101を配置し、前記Z軸に対して直交するX,Y軸方向へ移動位置決め自在な刃物台102に、前記ガイドブッシュ101に案内されるバー材103の切削を行うための切削工具(図示省略)及び前記バー材103の軸心位置を検出するための外径測定器104を備えている。
Patent Document 1 discloses a technical configuration as follows. That is, as shown in FIG. 4, a guide bush whose axial center coincides with the axial center of the
そして、前記主軸100、ガイドブッシュ101と対向して前側に配置した背面主軸台105はZ軸方向及びX軸方向へ移動位置決め自在に設けてあり、この背面主軸台105には、前記バー材103を把持可能な背面主軸107が回転自在に装着されていると共に、前記バー材103の加工を行う加工工具109を保持した工具ユニット110が装着されている。
A
前記構成において、前記主軸100(ガイドブッシュ103)の軸心に前記背面主軸107の軸心が一致するように位置決めしたときの、両方の軸心の微少なずれ量の検出は次のように行われている。
In the above-described configuration, when the shaft center of the main shaft 100 (guide bush 103) is positioned so that the shaft center of the back
すなわち、主軸100に保持されているバー材101を刃物台102に備えた切削工具によって所定の外径に切削加工した後、背面主軸107により把持し、突切りバイトによって突切り加工する。その後、前記主軸100に保持されているバー材103を再び同一の外径に切削加工する。
That is, the
その後、刃物台102をX,Y軸方向へ移動し、当該刃物台102に備えた外径測定器104によってバー材103の外径を測定し軸心位置を割り出す。次に、主軸100を後退してバー材103を後退した後、前記背面主軸107に把持されているバー材103Aを、前記外径測定器104に対応した位置(背面主軸107が最初にバー材103Aを把持した位置)へ移動位置決めし、前記外径測定器104により外径を測定して軸心位置を割り出す。
Thereafter, the
そして、前記バー材103の軸心を割り出した位置とバー材103Aの軸心を割出した位置とを比較することにより、主軸100、ガイドブッシュ101の軸心に対する背面主軸107の軸心の微少なずれ量を算出することができるものである。前記加工工具109の軸心を主軸100の軸心と一致するように位置決めしたときにおける微少な軸心のずれ量も前記説明に準じた方法によって算出することができるものである。
前述のごとき構成においては、刃物台102に外径測定器104を備えた構成であるから、主軸100の軸心と背面主軸107の軸心との微少なずれ量を自動的に検知することができる。しかし、前記外径測定器104が刃物台102の一部を占有することとなり、加工工具の装着数が少なくなるという問題がある。
In the configuration as described above, since the
また、各旋盤毎に外径測定器104を別個に備えなければならず割高になると共に、既存の旋盤に対して適用が難しく、さらに主軸100の軸心位置と背面主軸107の軸心位置とを別個に測定し検出するものであるから、能率向上を図る上において問題がある。
Further, the outer diameter measuring device 104 must be separately provided for each lathe, and it is difficult to apply to existing lathes. Further, the axial position of the
本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、定位置で回転自在な定位置回転軸の軸心に対して直交する方向へ移動可能な可動軸の軸心を前記定位置回転軸の軸心に合せる心合せ方法であって、前記定位置回転軸の軸心に対して対向した所定位置へ前記可動軸を位置決めした後、前記可動軸を前記所定位置から所定の一方向へ移動し、前記定位置回転軸に着脱自在に取付けたセンサによって前記可動軸に備えた被検出部を検出した第1位置を測定し、次に前記定位置回転軸を180°回転すると共に前記可動軸を前記一方向の反対方向へ移動し前記センサによって前記可動軸に備えた被検出部を検出した第2位置を測定し、測定した前記第1,2の位置の位置データに基いて前記定位置回転軸の軸心に対する前記可動軸の前記所定位置のずれ量を演算し、この演算結果に基いて前記定位置回転軸の軸心に対して前記可動軸の軸心を合せることを特徴とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an axis of a movable shaft that is movable in a direction orthogonal to an axis of a fixed-position rotating shaft that is rotatable at a fixed position is the fixed-position rotating shaft. A centering method for aligning with the axis of the fixed position, wherein the movable shaft is moved to a predetermined direction from the predetermined position after positioning the movable shaft to a predetermined position facing the axis of the fixed-position rotating shaft. Then, a first position at which a detected portion provided on the movable shaft is detected by a sensor detachably attached to the fixed position rotating shaft is measured, and then the fixed position rotating shaft is rotated 180 ° and the movable shaft is rotated. Is moved in the opposite direction of the one direction, the second position is detected by the sensor to detect the detected portion provided on the movable shaft, and the fixed position is determined based on the measured position data of the first and second positions. The predetermined position of the movable shaft with respect to the axis of the rotating shaft It calculates the shift amount, and is characterized in that aligning the axis of the movable shaft with respect to the axis of the fixed position rotation axis based on the calculation result.
また、本発明は、上記軸芯合せ方法において、前記定位置回転軸を回転して前記第1,2の位置の間に前記センサを位置決めすると共に、このセンサによって前記可動軸に備えた被検出部を検出した第3位置を測定し、前記定位置回転軸の軸心に対する前記可動軸の前記所定位置のずれ量の演算に前記第3位置の位置データを用いることを特徴とするものである。 According to the present invention, in the above shaft alignment method, the sensor is positioned between the first and second positions by rotating the fixed position rotating shaft, and the detected shaft provided on the movable shaft by the sensor. A third position at which the movable portion is detected is measured, and position data of the third position is used for calculating a deviation amount of the predetermined position of the movable shaft with respect to the axis of the fixed-position rotating shaft. .
また、本発明は、定位置で回転自在な定位置回転軸の回転を制御するための軸回転制御部と、前記定位置回転軸の端面に対向する所定位置へ移動可能な可動軸の移動を制御するための可動軸移動制御部と、前記定位置回転軸の端部に着脱可能なセンサと、前記定位置回転軸の回転により第1,2の位置に位置決めされた前記センサによって前記可動軸に備えた被検出部を検出したときの第1,2の測定位置データに基いて前記定位置回転軸の軸心に対しての前記可動軸の前記所定位置のずれ量を演算して補正するための補正演算部と、を備えていることを特徴とするものである。 The present invention also provides a shaft rotation control unit for controlling the rotation of a fixed position rotating shaft that is rotatable at a fixed position, and a movable shaft that can move to a predetermined position facing the end surface of the fixed position rotating shaft. A movable shaft movement control unit for controlling, a sensor detachable from an end of the fixed position rotating shaft, and the movable shaft by the sensor positioned at the first and second positions by the rotation of the fixed position rotating shaft; The amount of deviation of the predetermined position of the movable shaft with respect to the axis of the fixed-position rotating shaft is calculated and corrected based on the first and second measurement position data when detecting the detected portion provided in And a correction calculation unit.
また、本発明は、定位置で回転自在な定位置回転軸の端部に着脱可能な取付台と、この取付台に備えた支持軸の軸心回りに回動可能な第1アームと、前記支持軸の軸心及び前記第1アームの長手方向に対して直交する方向の軸心に対して回動可能な第2アームと、この第2アームの先端側に備えられて、前記定位置回転軸の軸心に対して直交する方向へ移動可能な可動軸を検出自在のセンサと、を備えていることを特徴とするものである。 The present invention also provides a mounting base that can be attached to and detached from an end of a fixed position rotating shaft that is rotatable at a fixed position, a first arm that can be rotated about the axis of a support shaft provided in the mounting base, A second arm rotatable about an axis of a support shaft and an axis perpendicular to a longitudinal direction of the first arm; and provided at a distal end side of the second arm, the fixed position rotation And a sensor capable of detecting a movable shaft movable in a direction perpendicular to the axis of the shaft.
本発明によれば、定位置で回転自在な定位置回転軸の端部側にセンサを取付け、前記定位置回転軸の軸心に一致するように位置決めした可動軸の複数箇所の位置を前記センサによって検出し、前記定位置回転軸の軸心に対する前記可動軸の軸心の微少なずれ量を容易に検知することができる。また、センサは定位置回転軸に対して着脱自在であり、全く別個の位置の定位置回転軸に装着して使用することができるものである。 According to the present invention, a sensor is attached to the end of the fixed-position rotating shaft that is rotatable at a fixed position, and the positions of a plurality of positions of the movable shaft that are positioned so as to coincide with the axial center of the fixed-position rotating shaft are measured with the sensor. Thus, it is possible to easily detect a slight shift amount of the axis of the movable shaft with respect to the axis of the fixed-position rotating shaft. The sensor is detachable with respect to the fixed position rotating shaft, and can be used by being mounted on the fixed position rotating shaft at a completely different position.
図1を参照するに、例えば旋盤などのごとき工作機械における主軸台に相当する支持台1には、この支持台1に支持された定位置で回転自在な定位置回転軸(主軸)3が支持されている。この定位置回転軸3は、旋盤における主軸に相当するもので、ワークを把持自在なスクロールチャック等のごときチャック5を備えており、サーボモータ等のごとき制御モータ7の駆動によって回転制御されるものである。
Referring to FIG. 1, for example, a support base 1 corresponding to a headstock in a machine tool such as a lathe is supported by a fixed position rotating shaft (spindle) 3 that is rotatable at a fixed position supported by the support base 1. Has been. This fixed-position rotating
前記制御モータ7は、例えばNC装置などのごとき制御装置9の制御の下に制御回転されるもので、前記制御モータ7における回転軸の回転位置すなわち前記定位置回転軸(以下、回転軸と称す)3の回転位置は、例えばロータリーエンコーダ等のごとき回転検出器(図示省略)によって検出できるものである。
The control motor 7 is controlled and rotated under the control of a control device 9 such as an NC device. The rotation position of the rotation shaft in the control motor 7, that is, the fixed position rotation shaft (hereinafter referred to as the rotation shaft). ) The
前記回転軸3の端面、すなわち前記チャック5の前面と対向する位置へ移動位置決め自在の移動台11が設けてある。この移動台11は、旋盤におけるタレット刃物台、クシ歯刃物台などの刃物台又はハンドリングロボットにおけるロボットハンドに相当するもので、前記制御装置9の制御の下に制御モータ(図示省略)を制御駆動することにより、X軸方向、Z軸方向へ又はX,Y,Z軸方向へ移動位置決め自在に構成してある。
A movable table 11 is provided which can be moved and positioned to a position facing the end surface of the rotating
前記移動台11には、前記回転軸3の軸心に一致した位置へ軸心を合せることのできる可動軸13が支持されている。この可動軸13は、前記移動台11が刃物台に相当するときには切削工具を装着自在の工具装着部に相当するものである。そして、前記移動台11が、前記チャック3に対してワークの供給、搬出を行うためのハンドリングロボットにおけるロボットの可動部に相当するときには、前記可動軸13はロボットハンドに相当するものである。
The movable table 11 supports a
前記可動軸13には、前記回転軸3すなわちチャック5の端部側に着脱可能に取付けたセンサ15によって検出される被検出部17が備えられている。上記被検出部17は、前記可動軸13が工具装着部に相当する場合には、工具を取付け自在なスピンドル、ソケット、チャック或は工具のスピンドルなど、外周が円形状の部分が相当するものである。そして、前記可動軸13がロボットハンドに相当する場合には、前記被検出部17は、ロボットハンドに把持された円柱形状のワーク又はサンプルなどが相当するものである。
The
前記センサ15は、接触センサ或は被検出部17との間隔寸法の変化によって出力が変化する近接センサよりなるものであって、前記チャック5、すなわち回転軸3の端部に対して着脱自在な軸心合せ冶具19に支持されている。
The
すなわち、前記軸心合せ冶具19は、前記チャック5の端部(前面)へ着脱可能な取付台21(図3参照)を備えている。この取付台21は、マグネットスタンドよりなるものであり、前記チャック5の前面に対して容易に着脱することができる。この取付台21には支持軸23が備えられており、この支持軸23には、第1アーム25の基端部側が軸心回りに回動可能に取付けてある。
That is, the
すなわち、第1アーム25の基部側には、前記支持軸23を嵌入自在の嵌合孔27が形成してあり、この嵌合孔27には、第1アーム25の先端側に開口したスリット29が接続してある。そして、前記第1アーム25には、前記スリット29を締め付けて嵌合孔27によって前記支持軸23を締付けるための締付ボルト等のごとき締付具(図示省略)が備えられている。
That is, a
前記第1アーム25には、前記センサ15を取付けるためのセンサ取付け部の一例としての取付け孔31を備えた第2アーム33が、前記支持軸23の軸心及び前記第1アーム25の長手方向に対して直交する方向の軸心回りに回動、固定可能に取付けてある。すなわち、第2アーム33は、前記取付け孔31によって前記センサ15締付け自在のロックボルト等のごとき固定具35によって前記第1アーム25に取付けてあり。
The
上記固定具35は、先端部に備えた螺子部を第1アーム25に形成した螺子孔に螺合し締め付けることにより、前記第2アーム33に形成したスリット37を締付けて前記センサ15を第2アーム33に固定することができると共に、第1アーム25に対して第2アーム33を固定することができるものである。
The fixing
上記構成により、前記センサ15の検出部15Aがチャック5の軸心5S(図1参照)を指向するように、取付台21をチャック5の端面(前面)に取付けたとき、前記センサ15の検出部15Aの指向方向が僅かにずれている場合には、取付台21を取り付け直すか、又は前記支持軸23の軸心回りに第1アーム25を回動調節すると共に固定具35の軸心回りに第2アーム33を回動調節することにより、センサ15の検出部15Aを、チャック5の軸心5Sを指向するように調節することができるものである。
With the above configuration, when the mounting
前述したように、チャック5に前記軸心合せ冶具19を装着して前記回転軸3を回転位置決めすると共に、前記移動台11をX,Z軸方向又はX,Y,Z軸方向へ移動し、前記センサ15によって前記移動台11に支持されている可動軸13に備えた被検出部17を検出した位置データに基いて、前記回転軸3の軸心3Sと前記可動軸13の軸心13Sとの微少なずれ量を検知するために、前記制御装置9には、軸回転制御部39、可動軸移動制御部41、測定動作制御部43及び補正演算部45が備えられている。
As described above, the
前記軸回転制御部39は、前記制御モータ7を制御して前記回転軸3の回転を制御するもので、回転検出器の検出値をフィードバックすることにより、回転軸3の原点位置(基準位置)からの回転位置を制御することができるものである。なお、ロータリーエンコーダ等のごとき回転検出器の原点位置と回転軸3の原点位置とは一致してある。
The shaft
前記可動軸移動制御部41は、前記移動台11をX,Y,Z軸方向へ移動するための各制御モータを制御して、移動台11に備えられた可動軸13のX,Y,Z軸方向の移動位置を制御するためのものである。
The movable axis
前記測定動作制御部43は、前記センサ15を備えた回転軸3の回転及び前記移動台11の移動を、前記回転軸3の軸心3Sに対する前記可動軸13の軸心13Sの微少なずれ量を検出するために制御する機能を有するものである。
The measurement
前記補正演算部45は、前記回転軸3の軸心3Sに対する前記可動軸13の軸心13Sの微少なずれ量を演算する機能を有するものである。
The
以上のごとき構成において、前記チャック5の端面にセンサ15を装着して、図2に示すように、X軸方向に平行に、かつセンサ15の検出部15Aが、回転軸3、チャック5の軸心5Sを指向するように位置決めする。そして、前記回転軸3の軸心3Sと可動軸13の軸心13Sのずれ量を検出するために、前記測定動作制御部43の制御の下に、前記回転軸3の軸心3Sに対して可動軸13の軸心13Sが一致するように、回転軸3に対向して予め設定された所定位置(基準位置)に移動台11を移動位置決めする。
In the configuration as described above, the
その後、前記移動台11を前記センサ15に接近するようにX軸方向の一方向へ移動し、センサ15に可動軸13に備えた被検出部17(この被検出部17の外周は円形であって、その軸心は可動軸13の軸心と一致している)が接触した位置又はセンサ15によって被検出部17が検出された第1位置(X1)を測定する。
Thereafter, the movable table 11 is moved in one direction in the X-axis direction so as to approach the
次に、前記測定動作制御部43の制御の下に前記回転軸3を180°回転し、図2において、位置(A)から位置(B)へセンサ15を回動位置決めする。そして、前記移動台11を前記一方向とは逆方向(反対方向)へ移動し、前記センサ15に被検出部17が接触した位置又は前記センサ15によって被検出部17が検出された第2位置(X2)を測定する。
Next, the
次に、前記第1、第2の位置(X1,X2)の位置データに基いて、回転軸3、チャック5の軸心3S,5Sに対する可動軸13の前記基準位置(所定位置)においての、X軸方向の軸心13Sの微少なずれ量を補正演算部45において演算する。そして、前記可動軸移動制御部41によって前記移動台11の移動制御を行うときに、前記補正演算部45の演算結果に基いて補正を行うことにより、X軸方向の微少なずれ量を補正することができるものである。
Next, based on the position data of the first and second positions (X1, X2), at the reference position (predetermined position) of the
前記回転軸3を90°回転してセンサ15を位置(C)及び位置(C)から180°回転した位置にセンサ15を位置決めし、前記移動台11をY軸方向へ移動して同様の測定を行うことにより、前記回転軸3の軸心3Sに対する前記基準位置においての可動軸13の軸心13SのY軸方向への微少なずれ量を検知し補正することができる。
The
したがって、周囲の温度変化によって回転軸3の軸心3Sと基準位置においての可動軸13の軸心13Sとに微少のずれが生じたような場合には、上記微少のずれ量を検知して補正することができ、高精度の加工やチャックに対するワークの供給、搬出を精度良く行うことができるものである。また、センサ15はチャック5(回転軸3)に対して着脱することが容易であり、既存の工作機械に対しても容易に実施可能である。さらに、前記センサ15は複数の工作機械で共用することができるものである。
Therefore, when a slight deviation occurs between the
1…支持台(主軸台)
3…定位置回転軸(主軸)
5…チャック
9…制御装置
11…移動台(刃物台)
13…可動軸(工具装着部、ロボットハンド)
15…センサ
17…被検出部
19…軸心合せ冶具
21…取付台
23…支持軸
25…第1アーム
33…第2アーム
39…軸回転制御部
41…可動軸移動制御部
43…測定動作制御部
45…補正演算部
1 ... Support stand (headstock)
3. Positional rotation axis (spindle)
5 ... Chuck 9 ...
13 ... Moveable axis (tool mounting part, robot hand)
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