JP2009095969A - 刃先位置プローブアーム - Google Patents

Abstract

【課題】停止位置精度がバラツク要因を究明し、有効なメカニズムを築くことである。
【解決手段】位置決めストッパーへ向け揺動腕７を自由落下させる。これを緩衝バネ１７、１８で受けると共に、ストッパーへ押し戻す。この簡単な機構で、以下の条件を満たせば停止位置の三次元的精度を高める事が出来る。 １．軸受は高い与圧を与えたアンギュラー玉軸受３とする。 ２．緩衝バネは腕の重力モーメントに対し逆向きの偶力モーメントを与えること。
【選択図】図２

Description

工作機械の周辺技術

ＮＣ工作機械の効率的運転の達成において刃先位置情報は不可欠である。この情報を検知する座標位置はスケール誤差や温度変化等を考慮すると作業位置近傍が好ましい。しかしこの位置は作業スペースであってプローブをそこに常時置いておくことが出来ない。そこでプローブは必要以外邪魔にならない場所に収納しておきたい。すなわちプローブの出し入れ装置が必要である。繰り返し位置精度の高いプローブの出し入れ装置が望まれる所以である。

工作機械におけるプローブアームの一般的空間配置を図１に示す。揺動腕の停止ストッパーは剛体で筺体内にある。アーム半径とストッパー半径の比を考えれば、停止時に生じるアームに掛かる衝撃力は極めて大きい。これを回避するため従来品は、アームに手を添えて測定位置までそっと持っていく方法を余儀なく採っている。しかも高い位置で手を放した場合の落下衝撃を避けるため、アームの自重トルク以上の摩擦ブレーキトルクが加えてある。また手操作による衝突のバラツキを考慮すればアームの剛性は高めておく必要がある。さらに摩擦を大きく上回る位置決め力も加えなければならない。
すなわち、自重大・摩擦大・手操作による衝撃力のバラツキ大の三重苦によって、繰返し停止位置精度はいくら位置決め機構の剛性を高めても限界がある。その最大要因は衝撃と摩擦にある。
本発明は以上述べた諸困難を巧妙な構造で一挙に解決して、高精度な工作機械用の刃先位置プローブアームの実現を企図している。

本発明による工作機械用の刃先位置プローブアームの設計コンセプトを列挙する。
１．自重以下の支承摩擦とする。
２．１項故に、操作は自由落下とする。
３．位置決め停止ストッパーでの衝撃を緩和し、且つその緩和された衝撃をも軸受に
殆ど伝えない機能を持たせる。
１，２項は前提条件であって、３項を実現する機構が本発明の真髄である。
本発明の機構を図２に示す。筺体１に、間座２を挟んだ一対のアンギュラー玉軸受３に面盤４でアキシアル与圧を加えて組み立てた揺動軸５、を嵌入固定する。揺動軸５の他端には、刃先位置検出用プローブ６を所定の位置に設置した揺動腕７を固定する。面盤４の外周面には突起８があり、これに係合する板バネ９は両端を筺体１に足場を置いてその曲げ応力を突起８に及ぼし、中央のＶ溝の作用で該プローブ６の収納位置を確保する。面盤４の端面には軸芯に回転対称な２ヶ所に凸部があり、そこに設けた位相調整用ネジが位置決めの際の衝突突起１０，１１となる。さらに面盤４の軸中心突出部には、緩衝腕１２がテーパー孔１３で係合し、同軸上にある皿バネ１４で押圧されスキマ無しに保持される。測定位置を規定する停止ストッパー１５，１６は筺体１に軸芯対称に一対設置する。緩衝腕１２は、筺体１を足場とする一対の緩衝バネ１７，１８により揺動腕７を押し返すに必要な逆向き偶力トルクが加えられ、２ヶ所の停止ストッパー１５，１６に同時に当接させてある。
衝突突起１０，１１の調整は、先ず筺体１を垂直壁に取り付け、揺動腕７を水平な測定位置付近まで倒す。すると衝突突起１０，１１のどちらかが緩衝腕１２に接触する筈である。先ずこのネジを回して揺動腕７が水平になるよう調整し固定する。次にもう一方のネジを調整して先端が緩衝腕１２に丁度接触するように調整し固定する。皿バネ１４は緩衝腕１２のガタツキを無くす為であるが、荷重を大きくする事によって玉軸受３の軸受摩擦トルクが非常に少ない故に生ずる揺動腕７の過大な自由落下速度を制限し、人為操作の安全のためのブレーキとして使える。
次に機能の説明をする。収納位置にある揺動腕７を板バネ９の保持力に抗し、手で適当な位置へ引き出し手を放す。引き出した位置がブレーキ範囲ならその位置で停止しているが、落下範囲ならば重力により揺動腕７は自由落下する。そして衝突突起１０，１１は緩衝腕１２に２ヶ所同時に衝突し、緩衝バネ１７，１８を撓めるから、揺動腕７は減速停止後逆方向に押し戻される。すると緩衝腕１２は停止ストッパー１５，１６に衝突し停止する。このとき揺動腕７は慣性大であるからオーバーランし、緩衝腕１２は慣性小で即停止する。すなわち揺動腕７は停止位置を挟んで減哀振動をして停止に至る。ここで注目すべきは、数回の振動で静止するが最初の振幅の大きさに関らず静止する瞬間の振動条件は常に一定であることである。これが高精度な停止位置をもたらす第一の要因である。第二の要因は緩衝バネ１７，１８を偶力とした効果で、衝突突起１０，１１の衝突で発生する衝撃はモーメントとして相殺され軸受まで達しない。軸受が受けるモーメントは製造上発生する偶力からのズレ分だけであって、アキシアル与圧より充分小さくでき、玉軸受３の回転軌道がズラされることはなく３次元的停止位置精度が確保される。本発明構造のもう一つの特徴は、皿バネ１４で加えたブレーキ力は通常揺動範囲で働くが、減速範囲では緩衝腕１２と皿バネ１４は揺動軸５と共に回転するからブレーキ力は作用しない。すなわちバラツキ要因である停止動作時の摩擦低減に寄与していることである。

極めて高い繰り返し位置決め精度を達成することで、刃先位置情報のより高次な利用方法が期待される。たとえば検査不要なレベルのバラツキのない加工精度を維持するための作業手順を、ソフト上で確保できる等である。

工作機械における刃先位置検出用プローブアームの機能的配置と、構造的名称を示す。 本発明による刃先位置プローブアームの全体構造のカット斜視図。

符号の説明

１：筺体 ６：プローブ １２：緩衝腕
２：間座 ７：揺動腕 １３：テーパー孔
３：玉軸受 ８：突起 １４：皿バネ
４：面盤 ９：板バネ １５，１６：停止ストッパー
５：揺動軸 １０，１１：衝突突起 １７，１８：緩衝バネ

Claims (1)

1. 筺体１に、間座２を挟んだ一対の傾斜接触軌道面を有する玉軸受３に面盤４でアキシアル与圧を加えて組み立てた揺動軸５、を嵌入固定する。該揺動軸５の他端には、刃先位置検出用プローブ６を所定の位置に設置した揺動腕７を固定する。該面盤４の外周面には突起８があり、これに係合する板バネ９の作用で該プローブ６の収納位置を保持し、さらに該面盤４の端面には軸芯に回転対称な２ヶ所に位相調整可能とした衝突突起１０，１１があり、さらに該面盤４の軸中心の突出部には緩衝腕１２がテーパー孔１３で係合し、同軸上にある皿バネ１４で押圧されスキマ無しに保持される。測定位置を規定する停止ストッパー１５，１６は筺体１に軸対称に一対設置する。該緩衝腕１２は一対の緩衝バネ１７，１８により該揺動腕７を押し返すに必要な逆向き偶力トルクが与えられ該停止ストッパー１５，１６に同時に当接している。そして予め衝突突起１０，１１を調整して測定位置の微調および緩衝腕１２との２ヶ所同時接触を確保し、さらに皿バネ１４の荷重調整で過大な揺動腕７の落下速度を制限する。
   斯くして揺動腕７を手で引き出し自由落下させる取り出し動作において、衝突突起１０，１１が緩衝腕１２に同時衝突後始まる定位置停止動作は、緩衝バネ１７，１８の与える偶力トルクの作用で、その衝撃を緩めると同時にその緩い衝撃をも玉軸受３への伝達を殆ど相殺し、衝突の影響を軸受に及ぼさず、且つ落下速度の高低に関わらず揺動腕７の減衰振動による停止動作の恒常性により、極めて高精度な３次元的停止位置の再現性を得たことを特徴とする工作機械用の刃先位置プローブアーム。

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