JP3858062B2

JP3858062B2 - Machine tool accuracy measuring device

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Publication number: JP3858062B2
Application number: JP2000303602A
Authority: JP
Inventors: 昌秀神谷; 雅樹牛尾
Original assignee: Fukuoka Prefectural Government
Current assignee: Fukuoka Prefectural Government
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2000-10-03
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2020-10-03
Also published as: JP2002103182A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、機械部品や金型等を加工するときに使用する多軸ＮＣ（数値制御）工作機械の総合動作精度を計測する工作機械の精度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
主軸の向きを変えずに工具をＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移動させる機構と、回転軸を用いて被加工物に対する主軸の角度を変化させる機構とを組み合わせた多軸ＮＣ工作機械は、機構が複雑で、しかも回転軸の機械的精度を確保することが技術的に難しいため、最も多く普及している３軸制御加工機に比べ、一般的に精度が悪い。また、その総合的な動作軌跡精度の評価、すなわち３次元空間上における軌跡位置と姿勢を計測することは非常に難しかった。
国内には、このような多軸制御加工機を製作するメーカーが約１０社程度あるが、直接的な精度計測ができないため、実切削加工を行い、その加工品を真円度測定器で測定する方法を用いていた。
しかしながら、前記実切削加工法では、エンドミル等の切削工具に起因する切削加工の誤差等が計測結果に混在するため、動力軸の位置を正確に計測することができなかった。
【０００３】
これらの問題点を解決するための計測装置として、特開平１１−５８１８２号公報に開示されているものがある。
図８に示すように、計測装置１００のベースプレート１１０上には、上下方向に段違い状態で、かつ、直交状態に、Ｘ方向可動リニアガイドレール１１１とＹ方向可動リニアガイドレール１１２とが配設されている。Ｘ方向可動リニアガイドレール１１１の両端部は、それぞれ、ベースプレート１１０の前後縁に沿って配設された前、後固定リニアガイドレール１１３、１１４上をＸ方向に移動自在なサポート用リニアガイドブロック１１５、１１６上に載置されている。一方、Ｙ方向可動リニアガイドレール１１２の両端は、それぞれ、ベースプレート１１０の左右縁部に沿って配設された左、右固定リニアガイドレール１１７、１１８上をＹ方向に移動自在なサポート用リニアガイドブロック１１９、１２０上に載置されている。従って、Ｘ、Ｙ方向可動リニアガイドレール１１１、１１２はＸ、Ｙ方向にそれぞれ平行移動することができる。
【０００４】
Ｘ方向可動リニアガイドレール１１１と、Ｙ方向可動リニアガイドレール１１２の直交部には矩形箱体からなる主ブロック１２１がＸ、Ｙのそれぞれの方向に移動可能に配設されている。そして、主ブロック１２１は、連結軸１２４及び図示しない工作機械の主軸の先部に取付け部１２５を介して連結されている。取付け部１２５を移動すると主ブロック１２１も移動し、これに連動してＸ方向可動リニアガイドレール１１１とＹ方向可動リニアガイドレール１１２もそれぞれＸ、Ｙ方向に平行移動する。
また、Ｘ方向可動リニアガイドレール１１１の上面とＹ方向可動リニアガイドレール１１２の下面には、それぞれ、略全長にわたってリニアスケール１２６、１２７が取付けられており、図示しない位置検出ヘッドによって位置データを検出することができる。
このように構成することによって、工作機械の主軸の平面上の移動軌跡を測定することができた。また、主ブロック１２１に図示しない鉛直方向の測定手段を追加して設けることによって三次元測定も行うことができた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の計測装置１００においては、取付け部１２５の向きが、常に一定の方向を向いていなければならず、このため、旋回軸を有して計測装置１００に対する取付け部１２５の向きが可変である多軸制御型の工作機械には適用することができなかった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、主軸に対するワーク取付け台の相対的な向きが可変である多軸制御型の工作機械の精度を直接測定することができる工作機械の精度測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る工作機械の精度測定装置は、主軸に取付けられる切削工具に対して、被切削物を固定するワーク取付け台が相対的に傾動可能な工作機械の精度測定装置であって、前記ワーク取付け台にベース部材を介して取付けられ、平面上を移動可能な測定ブロックと、前記測定ブロックの平面上の移動距離を計測するセンサー機構と、先部が前記測定ブロックに首振り自在に連結され、基部が測定しようとする前記工作機械の切削工具の取付け部に固定可能な連結機構とを有し、しかも、前記連結機構には、前記切削工具の取付け部に固定されるシャンク部と、該シャンク部にその軸心に沿って進退可能に取付けられ、先端部は前記測定ブロックに首振り自在に連結された進退軸が設けられ、
前記工作機械の傾け動作を行った場合においても前記測定ブロックの動作軌跡を前記センサー機構によって計測する。
ここで、測定ブロックは、例えば、交差する２軸に設けられ、それぞれの軸方向の移動距離を計測するように構成できる。また、予め設定した原点からの移動距離と移動方向を測定して平面上の位置を測定するように構成することも可能である。
傾動とは、傾斜角度を変化させることをいい、主軸が旋回する場合の他、ワーク取付け台が旋回する場合も含まれる。
首振り自在とは、少なくとも２軸の周りを所定角度以上回動可能なことをいい、例えば、自在継手や、球体及びこれに符合する球面受け座の組合せによって行うことができる。
かかる構成によって、測定ブロックに連結機構をその先部を首振り自在にして連結しているので、測定平面に対する主軸の角度が変動する多軸制御工作機械の動作に追随して測定を行うことができる。
【０００７】
また、前記連結機構に、更に、前記シャンク部と前記進退軸の相対移動距離を測定する移動距離センサーを設けることも可能である。
ここで、進退軸の進退機構は、例えば、転動する球体を介して移動するリニアブッシュや空気軸受構造等を用いることができる。
かかる構成によって、工作機械の主軸の平面上の位置と共に、主軸の軸心方向の変位を測定することができる。
さらに、前記センサー機構及び前記移動距離センサーを、前記センサー機構で計測した平面上の移動距離及び前記移動距離センサーで計測した前記測定ブロックに対する移動距離をそれぞれ独立して、又は合成して表示する表示機構に接続することも可能である。
表示機構には、例えば、測定データを記憶し、制御する制御装置を組み込むことができ、また、測定データを解析するコンピュータを介して接続することも可能である。
かかる構成によって、測定データを計測しながら移動軌跡を目視で確認することができ、測定を容易に行うことができる。
【０００８】
また、前記測定ブロックは、交差して配置された第１、第２のスライドブッシュを有し、該第１、第２のスライドブッシュには、第１、第２のガイド軸が摺動可能に挿通され、前記第１のガイド軸の両端部は、前記ベース部材に固定された第３、第４のガイド軸に第３、第４のスライドブッシュを介して取付けられ、前記第２のガイド軸の両端部は、前記ベース部材に固定された第５、第６のガイド軸に第５、第６のスライドブッシュを介して取付けられ、しかも、前記第１〜第６のスライドブッシュが、それぞれ前記第１〜第６のガイド軸に対して圧縮空気を介して接する空気軸受からなるようにすることも可能である。
かかる構成によって、工作機械の水平方向の移動を第１、第２のガイド軸に沿って２方向に分解し、測定データを２方向に分けて出力でき、誤差の分析及び補正を容易に行うことができる。
また、それぞれ第７、第８のスライド軸、該第７、第８のスライド軸が摺動可能に装着された第７、第８のスライドブッシュ、及び前記第７、第８のスライドブッシュに対する前記第７、第８のスライド軸の相対移動距離を測定する第１、第２の距離センサを備えた第１、第２の直線移動距離測定手段を、その距離測定方向を交叉させて連結し、前記第１の直線移動距離測定手段に前記連結機構を取付け、前記第２の直線移動距離測定手段を前記ワーク取付け台に固定配置することも可能である。この場合には、第１〜第６のスライドブッシュ及び第１〜第６のガイド軸は使用しない。
ここで、例えば、前記ワーク取付け台に、第８のスライド軸の両端部を固定し、第８のスライドブッシュと第７のスライドブッシュを連結し、第７のスライド軸に連結機構との接続を行う測定ブロックを取付けることができる。
かかる構成によって、構成部材の数を減らして、設置及び調整を簡単にできると共に、携帯時の重量を小さくすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る工作機械の精度測定装置１０は、図示しない主軸に取付けられる切削工具に対して、被切削物を固定するワーク取付け台が相対的に傾動可能な工作機械の精度を測定する装置であって、平面上を移動可能な測定ブロック１１と、測定ブロック１１の平面上の移動距離を、前記平面に平行な一方向、例えば、Ｘ方向、及び前記平面に平行でＸ方向に直交するＹ方向の移動距離に分解してそれぞれ計測するセンサー機構１２、１３と、測定ブロック１１にその先部が首振り自在に取付けられ、基部は測定しようとする工作機械の切削工具の取付け部に固定可能な連結機構１４とを有している。以下、詳しく説明する。
【００１０】
まず、測定ブロック１１が移動可能に設けられた平面計測台１１ａについて説明する。
平面計測台１１ａは、矩形平板状のベース部材１５と、ベース部材１５上に設けられた一方向を測定するＸ方向測定手段１６と、Ｘ方向測定手段１６に直交する方向を測定するＹ方向測定手段１７とを有している。なお、図１において、Ｘ方向は、左下、右上方向を示し、Ｙ方向は、左上、右下方向を示すものとする。
Ｘ方向測定手段１６は、ベース部材１５の上方に少しの距離を離してベース部材１５のＸ方向両端部に設けられ、Ｙ方向に平行な第３、第４のガイド軸１８、１９と、第３、第４のガイド軸１８、１９の各両端部をベース部材１５にそれぞれ支持する複数の支持台２０を有している。
断面矩形の第３、第４のガイド軸１８、１９は、例えば、酸化アルミニウム等のセラミック素材からなり、第３、第４のガイド軸１８、１９には、セラミック素材からなる直方体状の第３、第４のスライドブッシュ２１、２２がＹ方向に移動可能に設けられている。
【００１１】
第３、第４のスライドブッシュ２１、２２の内部には気体を挿通可能な図示しない通気路が形成され、第３、第４のスライドブッシュ２１、２２の外部から供給された気体を第３、第４のガイド軸１８、１９に吹き付けることができる。かかる構成によって、第３、第４のスライドブッシュ２１、２２は、第３、第４のガイド軸１８、１９に圧縮空気を介して接して、第３、第４のスライドブッシュ２１、２２を第３、第４のガイド軸１８、１９に対してＹ方向に移動させる空気軸受機構となっている。
両側の第３、第４のスライドブッシュ２１、２２の対向する内側部には、第１のガイド軸２４の両端部がそれぞれ固定されている。
第１のガイド軸２４には、第３、第４のスライドブッシュ２１、２２と同形状の第１のスライドブッシュ２５が、Ｘ方向に移動可能に設けられている。第１のガイド軸２４及び第１のスライドブッシュ２５は、それぞれセラミック素材からなり、第１のスライドブッシュ２５は空気軸受からなっている。
【００１２】
図２に示すように、センサー機構１２は、第１のスライドブッシュ２５の下部に下方を向けて設けられたセンサーヘッド２６と、第１のスライドブッシュ２５の下方に設けられ両端を両側の第３、第４のスライドブッシュ２１、２２に取付けたスケール取付け板２３の上部に設けられたＸ方向磁気スケール２７とを有している。
センサー機構１２によって、第１のスライドブッシュ２５の第１のガイド軸２４に対するＸ方向の変位を確実に検出することができる。また、空気軸受機構を用いているので、例えば、摺動式、又は鋼球を用いた転動式の軸方向移動機構に比べて、摺動部分の仕上げ精度による誤差や鋼球の形状加工誤差等を考慮しなくてもよく、測定精度を高めることができる。
【００１３】
Ｙ方向測定手段１７は、Ｘ方向測定手段１６の第３、第４のガイド軸１８、１９及び複数の支持台２０と実質的に同形状の第５、第６のガイド軸２８、２９及び複数の支持台３０を有している。各第５、第６のガイド軸２８、２９及び支持台３０は、第３、第４のガイド軸１８、１９及び支持台２０を、ベース部材１５の中心を基準にして９０度回動させた位置にそれぞれ設置されている。
第５、第６のガイド軸２８、２９には、第３、第４のスライドブッシュ２１、２２と同じ形状及び構成を備えた第５、第６のスライドブッシュ３１、３２が空気軸受機構によって支持されている。
第５、第６のスライドブッシュ３１、３２の上面には、スペーサ部材３３が設けられ、両側のスペーサ部材３３の上部には、第１のガイド軸２４の上方に配置された第２のガイド軸３４の両端部がそれぞれ固定されている。第２のガイド軸３４は、第１のスライドブッシュ２５の上部に交差して配置された第２のスライドブッシュ３５に空気軸受機構によって摺動可能に挿通されている。なお、測定ブロック１１は、第１のスライドブッシュ２５及び第２のスライドブッシュ３５によって構成されている。
【００１４】
センサー機構１３は、図１及び図２に示すように、第２のスライドブッシュ３５のＸ方向の一方側に配置され、スペーサ部材３３にその両端部を取付けたスケール取付け板３９の一方側に取付けられたＹ方向磁気スケール３６を有している。また、センサー機構１３は、第２のスライドブッシュ３５の上部に設けられ、Ｘ方向の一方側に突出して設けられたセンサー取付け板３８の一方側端部の下側に取付けられたセンサーヘッド３７を有している。センサー機構１３によって第２のスライドブッシュ３５の第２のガイド軸３４に対するＹ方向の変位を確実に検出することができる。
第１、第２のガイド軸２４、３４の両端部は、ベース部材１５のＹ、Ｘ方向にそれぞれ平行移動可能に設けられているので、第１、第２のスライドブッシュ２５、３５のベース部材１５に対するＸ、Ｙ方向の移動距離をそれぞれ正確に測定することができる。すなわち、第１、第２のスライドブッシュ２５、３５によって構成される測定ブロック１１の動作軌跡をセンサー機構１２、１３によって計測することができる。
【００１５】
次に、図１、図３を参照して、内壁が球面状に加工された凹部を有し、上下に２分割することができる球面受け座４０を介してその先部がセンサー取付け板３８の上部に取付けられた連結機構１４について説明する。
連結機構１４の先側には、進退軸４３が設けられている。進退軸４３の先端部４１は、球面受け座４０の内壁面に符合する球状に加工され、球状の先端部４１の中心点、すなわち測定点５１を基準にして、首振り自在に回動することができ、測定ブロック１１に首振り自在に連結されているので、工作機械の傾け動作を行った場合においても進退軸４３の向きを主軸の向きに追随させて、測定を行うことができる。
本実施の形態においては、首振り角度を、連結機構１４の長手方向を基準方向（０度）として、例えば、０〜３０度の範囲で任意の向きに回動可能に設定しているが、好ましくは０〜４５度、さらに好ましくは０〜６０度の範囲に設定することも可能である。かかる回動角度を増加させることによって、工作機械の主軸の向きに追随できる範囲を大きくすることができる。
進退軸４３は、進退軸４３を挿入可能なガイド穴を備え、軸方向に転動可能な多数の小球を介して進退軸４３を軸方向に進退させるリニアブッシュ４４内に連結機構１４の長手方向に摺動移動可能に嵌入し、リニアブッシュ４４は、連結機構１４のシャンク部４４ａの先側に嵌入してコレット４３ａによって固定されている。
進退軸４３の先端部４１とシャンク部４４ａの間には、板状の取付け部材４２が固定され、進退軸４３の半径方向外側に突出し、取付け部材４２の先端部には、進退軸４３に平行に配置されるスケール取付け板４５が設けられている。スケール取付け板４５の外側には、長手方向磁気スケール４６が設けられている。
【００１６】
長手方向磁気スケール４６の進退軸４３に対して半径方向外側には、長手方向磁気スケール４６との間に少しの隙間をあけてセンサーヘッド４８が配置され、センサーヘッド４８は、長手方向磁気スケール４６の内側に少しの隙間をあけて配置された回転防止板４６ａ及びセンサー取付け部材４７を介してリニアブッシュ４４の先端部に固定されている。長手方向磁気スケール４６及びセンサーヘッド４８によってシャンク部４４ａと進退軸４３の相対移動距離を測定する移動距離センサー５２が構成されている。
進退軸４３を基準としてスケール取付け板４５の進退軸４３の周方向両側には、長手方向磁気スケール４６の移動を案内するガイドローラ４７ａ、４８ａが配置され、回転防止板４６ａに固定されている。かかる構成によって、長手方向磁気スケール４６が進退軸４３の周囲を回転し、長手方向磁気スケール４６とセンサーヘッド４８の周方向の相対位置がずれることを防止することができ、測定精度を向上させることができる。
シャンク部４４ａの外周には、図１に示すように、連結機構１４の着脱時に挟持可能な溝部４９、５０が形成され、シャンク部４４ａの基側は、基端に向けて縮径し工作機械の主軸の切削工具の取付け部に固定可能なテーパ状に形成されている。
進退軸４３の進退によって、シャンク部４４ａが測定点５１に対して近接又は離反すると、移動距離センサー５２のセンサーヘッド４８と長手方向磁気スケール４６の相対位置が変化し、連結機構１４を取付けた主軸の測定ブロック１１の測定点５１に対する移動距離を測定することができる。
また、主軸が測定ブロック１１のＸ、Ｙ方向に直交する方向（以下、Ｚ方向とする）から傾斜した場合でも球面受け座４０に対して進退軸４３の先端部４１が回動して追随できるので、軸角度が変化する工作機械においても主軸の動作軌跡の測定を行うことができる。
【００１７】
図１、図４に示すように、センサー機構１２、１３及び移動距離センサー５２のセンサーヘッド２６、３７、４８の出力信号は、制御装置５３に接続されている。
制御装置５３には、センサー機構１２、１３で計測した平面上のＸ、Ｙ方向の移動距離を演算して合成するＸＹ方向移動距離合成手段と、移動距離センサー５２で計測した測定ブロック１１に対する主軸の長手方向の移動距離、及びＸＹ方向移動距離合成手段での演算結果との関係を演算して合成する長手方向移動距離合成手段とを有している。また、制御装置５３は、時間に対する移動距離の関係を演算する時間計測手段も有しており、測定時間に対する各移動距離の関係を測定することも可能である。
また、制御装置５３は、例えば、ＸＹ方向移動距離合成手段と長手方向移動距離合成手段の演算結果をそれぞれ独立して表示する表示機構５４と、各移動距離データ及び演算結果を入出力可能な記憶装置５５に接続されている。
なお、ＸＹ方向移動距離合成手段と長手方向移動距離合成手段の演算結果を合成して立体的に出力することも可能である。かかる構成によって、測定結果を直感的に把握することができ、工作機械の誤差の原因を容易に特定することができる。
【００１８】
【実施例】
次に、図１、図５、図６を参照して、精度測定装置１０を用いた実施例について説明する。
測定した工作機械は、取付ける切削工具の向きを一定方向に保持したまま、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に平行移動可能な主軸と、Ｘ、Ｙ方向にそれぞれ設けられたＸ、Ｙ旋回軸に保持され、Ｘ、Ｙ旋回軸を中心に傾斜及び旋回可能な加工テーブル（すなわち、ワーク取付け台）を有している。精度測定装置１０は、平面計測台１１ａを加工テーブルに設置し、連結機構１４のリニアブッシュ４４を主軸の切削工具の取付け部に固定している。
本発明は、このような平行移動可能な３軸と、回転移動する２軸を有する多軸制御加工機等の工作機械の測定に特に好適である。
【００１９】
図５、図６は、工作機械の主軸が、Ｘ、Ｙ平面に半径４００ｍｍの仮想円を描いたときの進退軸４３の先端部４１の測定点５１の変位を測定し、Ｘ、Ｙ方向と、Ｚ方向に分解して表示したものである。
測定時の連結機構１４は、Ｚ方向に対して常に５度傾斜しており、図５は、連結機構１４の基側が仮想円の半径方向外側に傾斜するように設定したときの測定結果で、図６は、半径方向内側に傾斜するように設定したときの測定結果である。
仮想円は、曲線の軌跡を直線に置き換えて移動する短線分直線補間によって設定され、このときの仮想円からの位置ずれ範囲を表す許容値（トレランス）は、１μｍにしている。
使用した工作機械の主軸は、水平方向に円を描くように移動し、加工テーブルは、水平面上を回転する連結機構１４に対して、所定の方向に所定の角度で傾斜するように、Ｘ、Ｙ旋回軸を中心に所定の速さで旋回及び反転を行う。
【００２０】
図５（Ａ）は、連結機構１４の測定点５１のＸ、Ｙ方向の軌跡を示している。
図５（Ａ）の横軸、縦軸共に、原点（０、０）からの距離を示し、１目盛は１００ｍｍである。
図中の１点鎖線は、半径４００ｍｍの基準円５６を示している。工作機械の誤差が無いときには、測定点５１は、この基準円５６上を移動する。
測定点５１の軌跡は、実線で示されている。なお、測定点５１の基準円５６に対する半径方向の位置ずれ誤差は、所定倍率に拡大して表示することができる。図５（Ａ）の基準円５６の外側及び内側に２点鎖線で示す比較円５７、５８は、それぞれ基準円５６に対し、半径方向に１０μｍの誤差があることを示している。
図５（Ａ）から、Ｘ方向の両側及びＹ方向の両側において、加工テーブルのＸ、Ｙ旋回軸のバックラッシや、主軸のスティックスリップ等によるものと考えられる誤差が測定されているのが観察できる。
【００２１】
図５（Ｂ）は、測定点５１の連結機構１４の長手方向の変位を示している。
図５（Ｂ）の縦軸は、測定点５１の連結機構１４の長手方向の変位を示し、横軸は、測定点５１のＸＹ平面上の位置から算出される原点周りの回動角度を示している。縦軸の１目盛は２０μｍで、横軸の１目盛は２０度である。
測定点５１は、ＸＹ平面上に仮想円を描くように設定されているので、測定点５１は、連結機構１４の長手方向の変位が０となるように設定されているが、図５（Ｂ）に示すように、連結機構１４の長手方向の誤差が検出されている。
連結機構１４は、Ｚ方向から５度傾斜するように設定しているので、Ｚ方向の誤差は、連結機構１４の長手方向の変位から算出することができる。
図６（Ａ）、（Ｂ）のグラフは、図５（Ａ）、（Ｂ）のグラフと同じ表示設定なので、表示設定についての説明は省略する。
図６（Ａ）、（Ｂ）に検出された誤差の検出方向は、図５（Ａ）、（Ｂ）に検出された誤差の検出方向とは逆側になっていることが観察できる。
このように、精度測定装置１０を用いることによって、旋回軸を有する多軸制御加工機のＸ、Ｙ、Ｚ方向の変位を確実に測定及び算出することができる。
本実施例では、工作機械の円運動時の半径方向の誤差は、１０μｍ以内で、連結機構１４の長手方向への誤差は、６０μｍ程度であった。
【００２２】
次に、図７を参照して、変形例に係る精度測定装置６０について説明する。
精度測定装置６０は、それぞれ第７、第８のスライド軸６１、６２、第７、第８のスライド軸６１、６２が摺動可能に装着された第７、第８のスライドブッシュ６３、６４、及び第７、第８のスライドブッシュ６３、６４に対する第７、第８のスライド軸６１、６２の相対移動距離を測定する第１、第２の距離センサ６５、６６を備えた第１、第２の直線移動距離測定手段６７、６８を有している。そして、第１、第２の直線移動距離測定手段６７、６８の距離測定方向を交叉させて連結し、第１の直線移動距離測定手段６７の第７のスライド軸６１に前記実施の形態で使用した連結機構１４を球面受け座４０を介して取付け、第２の直線移動距離測定手段６８の第８のスライド軸６２を工作機械のワーク取付け台に固定配置している。以下、詳しく説明する。
第８のスライド軸６２の両端部は、取付け脚部６９を介してワーク取付け台にそれぞれ着脱可能に固定されている。また、第７、第８のスライドブッシュ６３、６４は、連結ブロック７０を介して固定されている。
第１、第２の距離センサ６５、６６は、第７、第８のスライドブッシュ６３、６４の側部にそれぞれ設けられたセンサーヘッド７１、７２と、センサーヘッド７１、７２に少しの隙間をあけてそれぞれ対向配置された磁気スケール７３、７４とによって構成されている。磁気スケール７３、７４は、第７、第８のスライド軸６１、６２の長手方向の両側部をそれぞれ同一方向に屈曲させた溝形の固定部材７５、７６の溝底部に設けられ、固定部材７５、７６の両端部は、第７、第８のスライド軸６１、６２の両端部の上側にボルト７７、７８によって固定されている。
【００２３】
固定部材７５の両端部の上側には、第７のスライド軸６１に平行な板状の接続部材７９がボルト７７によって固定されている。接続部材７９には、長手方向に長く、上下に貫通した固定用長孔８０が形成されている。
接続部材７９には、第７のスライド軸６１と共に平面上を移動する測定ブロック８１が、固定用長孔８０に下方から挿通可能なボルト等の締結部材によって接続部材７９の上面に固定されている。測定ブロック８１は、固定用長孔８０の長手方向にその位置を移動して任意の位置に固定することができる。
測定ブロック８１の上面には、球面受け座４０が固定され、球面受け座４０には、連結機構１４が首振り可能に取付けられている。
かかる構成によって、前記実施の形態に係る精度測定装置１０より簡単な構成で、工作機械の精度を測定することができるので、調整を短時間で行うことができ、また、分解及び組立も簡単にでき、さらに部品数が少なく軽量にできるので、他の場所に移動させるときにも便利である。
以上、本発明に係る実施の形態について説明してきたが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、平面測定台１１ａの代わりに、平面の変位を測定できる他の測定手段を使用することができる。また、進退軸の球状に形成された先端部は、転動可能な球体を介して測定ブロックに接続することも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１〜４記載の工作機械の精度測定装置においては、測定ブロックに先部が首振り自在に連結された連結機構を有しているので、主軸の向きを変えることができる工作機械の動作に追随して測定を行うことができる。
特に請求項２記載の工作機械の精度測定装置においては、測定ブロックの平面上の移動距離を計測するセンサー機構と、連結機構の測定ブロックに対する移動距離を測定する移動距離センサーとを有しているので、工作機械の三次元の動作軌跡を測定することができる。
請求項３記載の工作機械の精度測定装置においては、センサー機構及び移動距離センサーを、表示機構に接続するので、測定データを計測しながら移動軌跡を目視で確認することができ、測定を容易に行うことができる。
そして、請求項４記載の工作機械の精度測定装置においては、測定ブロックに、交差して配置された第１、第２のスライドブッシュを設け、第１、第２のスライドブッシュに、第１、第２のガイド軸を摺動可能に挿通したので、工作機械の水平方向の移動を第１、第２のガイド軸に沿って２方向に分解し、測定データを２方向に分けて出力でき、誤差の分析及び補正を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る工作機械の精度測定装置の斜視図である。
【図２】同精度測定装置の測定ブロックの部分正断面図である。
【図３】同精度測定装置の連結機構の取付け状態を示す部分正断面図である。
【図４】同精度測定装置のセンサー機構及び移動距離センサーの接続状態を示す説明図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ実施例の測定結果を示すグラフである。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ実施例の測定結果を示すグラフである。
【図７】変形例に係る工作機械の精度測定装置の斜視図である。
【図８】従来例に係る精度測定装置の斜視図である。
【符号の説明】
１０：工作機械の精度測定装置、１１：測定ブロック、１１ａ：平面計測台、１２、１３：センサー機構、１４：連結機構、１５：ベース部材、１６：Ｘ方向測定手段、１７：Ｙ方向測定手段、１８：第３のガイド軸、１９：第４のガイド軸、２０：支持台、２１：第３のスライドブッシュ、２２：第４のスライドブッシュ、２３：スケール取付け板、２４：第１のガイド軸、２５：第１のスライドブッシュ、２６：センサーヘッド、２７：Ｘ方向磁気スケール、２８：第５のガイド軸、２９：第６のガイド軸、３０：支持台、３１：第５のスライドブッシュ、３２：第６のスライドブッシュ、３３：スペーサ部材、３４：第２のガイド軸、３５：第２のスライドブッシュ、３６：Ｙ方向磁気スケール、３７：センサーヘッド、３８：センサー取付け板、３９：スケール取付け板、４０：球面受け座、４１：先端部、４２：取付け部材、４３：進退軸、４３ａ：コレット、４４：リニアブッシュ、４４ａ：シャンク部、４５：スケール取付け板、４６：長手方向磁気スケール、４６ａ：回転防止板、４７：センサー取付け部材、４７ａ：ガイドローラ、４８：センサーヘッド、４８ａ：ガイドローラ、４９、５０：溝部、５１：測定点、５２：移動距離センサー、５３：制御装置、５４：表示機構、５５：記憶装置、５６：基準円、５７、５８：比較円、６０：精度測定装置、６１：第７のスライド軸、６２：第８のスライド軸、６３：第７のスライドブッシュ、６４：第８のスライドブッシュ、６５：第１の距離センサ、６６：第２の距離センサ、６７：第１の直線移動距離測定手段、６８：第２の直線移動距離測定手段、６９：取付け脚部、７０：連結ブロック、７１、７２：センサーヘッド、７３、７４：磁気スケール、７５、７６：固定部材、７７、７８：ボルト、７９：接続部材、８０：固定用長孔、８１：測定ブロック[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a machine tool accuracy measuring apparatus that measures the overall operation accuracy of a multi-axis NC (numerical control) machine tool used when machining machine parts, molds, and the like, for example.
[0002]
[Prior art]
A multi-axis NC machine tool that combines a mechanism that moves the tool in the three axes X, Y, and Z without changing the orientation of the spindle and a mechanism that changes the angle of the spindle relative to the workpiece using the rotation axis. Since the mechanism is complicated and it is technically difficult to ensure the mechanical accuracy of the rotating shaft, the accuracy is generally poor compared to the most popular three-axis control processing machine. In addition, it is very difficult to evaluate the overall motion trajectory accuracy, that is, to measure the trajectory position and posture in a three-dimensional space.
There are about 10 manufacturers that manufacture such multi-axis control processing machines in Japan, but since direct accuracy measurement is not possible, actual cutting is performed and the processed product is measured with a roundness measuring instrument. The method to use was used.
However, the actual cutting method cannot accurately measure the position of the power shaft because cutting errors caused by cutting tools such as end mills are mixed in the measurement result.
[0003]
As a measuring apparatus for solving these problems, there is one disclosed in JP-A-11-58182.
As shown in FIG. 8, an X-direction movable linear guide rail 111 and a Y-direction movable linear guide rail 112 are arranged on the base plate 110 of the measuring apparatus 100 in a stepped state in the vertical direction and in an orthogonal state. ing. Both ends of the X-direction movable linear guide rail 111 are respectively supported on the front and rear fixed linear guide rails 113 and 114 disposed along the front and rear edges of the base plate 110, and the support linear guide block 115 is movable in the X direction. , 116. On the other hand, both ends of the Y-direction movable linear guide rail 112 are support linear guides that are movable in the Y direction on the left and right fixed linear guide rails 117 and 118 disposed along the left and right edges of the base plate 110, respectively. It is mounted on the blocks 119 and 120. Therefore, the X and Y direction movable linear guide rails 111 and 112 can be translated in the X and Y directions, respectively.
[0004]
A main block 121 made of a rectangular box is disposed in an orthogonal portion between the X-direction movable linear guide rail 111 and the Y-direction movable linear guide rail 112 so as to be movable in the X and Y directions. The main block 121 is connected to the connecting shaft 124 and a front portion of a main shaft of a machine tool (not shown) via an attachment portion 125. When the attachment portion 125 is moved, the main block 121 is also moved, and in conjunction with this, the X-direction movable linear guide rail 111 and the Y-direction movable linear guide rail 112 are also translated in the X and Y directions, respectively.
In addition, linear scales 126 and 127 are attached to the upper surface of the X-direction movable linear guide rail 111 and the lower surface of the Y-direction movable linear guide rail 112, respectively, over substantially the entire length, and position data is detected by a position detection head (not shown). can do.
With this configuration, the movement trajectory on the plane of the spindle of the machine tool could be measured. Further, three-dimensional measurement could be performed by additionally providing a measuring unit in the vertical direction (not shown) in the main block 121.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional measuring apparatus 100, the orientation of the attachment portion 125 must always be in a certain direction. For this reason, the orientation of the attachment portion 125 with respect to the measurement device 100 is variable with a pivot axis. It could not be applied to multi-axis control type machine tools.
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a machine tool accuracy measuring apparatus capable of directly measuring the accuracy of a multi-axis control type machine tool in which the relative orientation of a workpiece mounting base with respect to a spindle is variable. The purpose is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A machine tool accuracy measuring device according to the present invention that meets the above-mentioned object is a machine tool accuracy measuring device in which a work mounting base for fixing a workpiece can be tilted relative to a cutting tool mounted on a spindle. A measurement block that is mounted on the workpiece mounting base via a base member and is movable on a plane; a sensor mechanism that measures a movement distance of the measurement block on the plane; and a tip swings to the measurement block. A coupling mechanism that is freely coupled and that can be fixed to the mounting portion of the cutting tool of the machine tool whose base is to be measured,In addition, a shank portion fixed to the attachment portion of the cutting tool and attached to the shank portion so as to be able to advance and retreat along the axis of the shank portion. Advanced and retracted axes are provided,
Even when the machine tool is tilted, the motion locus of the measurement block is measured by the sensor mechanism.
Here, the measurement block is provided on, for example, two intersecting axes, and can be configured to measure the movement distance in each axial direction. It is also possible to measure the position on the plane by measuring the movement distance and movement direction from the preset origin.
Tilt means changing the tilt angle, and includes not only the case where the main shaft turns but also the case where the work mounting base turns.
Swinging freely refers to being able to rotate around at least two axes by a predetermined angle or more, and can be performed, for example, by a combination of a universal joint, a sphere, and a spherical seat matching this.
With such a configuration, the connection mechanism is connected to the measurement block with its tip freely swingable, so that the measurement can be performed following the operation of the multi-axis control machine tool in which the angle of the main axis with respect to the measurement plane varies. it can.
[0007]
In addition, the connection mechanismIn addition,It is also possible to provide a movement distance sensor for measuring a relative movement distance between the shank portion and the advance / retreat axis.
Here, as the advance / retreat mechanism of the advance / retreat axis, for example, a linear bush that moves via a rolling sphere, an air bearing structure, or the like can be used.
With this configuration, it is possible to measure the displacement in the axial direction of the main shaft as well as the position on the plane of the main shaft of the machine tool.
Further, the sensor mechanism and the movement distance sensor are displayed independently or in combination with the movement distance on the plane measured by the sensor mechanism and the movement distance to the measurement block measured by the movement distance sensor. It is also possible to connect to a mechanism.
For example, a control device that stores and controls measurement data can be incorporated in the display mechanism, and can also be connected via a computer that analyzes the measurement data.
With such a configuration, it is possible to visually confirm the movement trajectory while measuring measurement data, and measurement can be easily performed.
[0008]
In addition, the measurement block has first and second slide bushes arranged so as to intersect each other, and the first and second guide shafts can slide on the first and second slide bushes. Both end portions of the first guide shaft are inserted into third and fourth guide shafts fixed to the base member via third and fourth slide bushes, and the second guide shaft Are attached to fifth and sixth guide shafts fixed to the base member via fifth and sixth slide bushes, and the first to sixth slide bushes are respectively attached to the fifth and sixth guide shafts. It is also possible to comprise air bearings that contact the first to sixth guide shafts via compressed air.
With this configuration, the horizontal movement of the machine tool can be decomposed in two directions along the first and second guide shafts, and the measurement data can be divided and output in two directions, making it easy to analyze and correct errors. Can do.
The seventh and eighth slide shafts, the seventh and eighth slide bushes on which the seventh and eighth slide shafts are slidably mounted, and the seventh and eighth slide bushes, respectively. Connecting the first and second linear movement distance measuring means provided with the first and second distance sensors for measuring the relative movement distance of the seventh and eighth slide shafts, crossing the distance measurement directions; It is also possible to attach the coupling mechanism to the first linear movement distance measuring means and to place the second linear movement distance measurement means fixed on the work mounting base. In this case, the first to sixth slide bushes and the first to sixth guide shafts are not used.
Here, for example, both ends of the eighth slide shaft are fixed to the work mounting base, the eighth slide bush and the seventh slide bush are coupled, and the seventh slide shaft is connected to the coupling mechanism. You can install a measuring block to perform.
With this configuration, the number of constituent members can be reduced, installation and adjustment can be simplified, and the weight when carried can be reduced.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings to provide an understanding of the present invention.
As shown in FIGS. 1 and 2, a machine tool accuracy measuring apparatus 10 according to an embodiment of the present invention includes a workpiece mounting base for fixing a workpiece to a cutting tool mounted on a spindle (not shown). An apparatus for measuring the accuracy of a relatively tiltable machine tool, wherein a measurement block 11 that can move on a plane and a movement distance on the plane of the measurement block 11 in one direction parallel to the plane, for example, Sensor mechanisms 12 and 13 for measuring the movement distance in the X direction and the Y direction that is parallel to the plane and perpendicular to the X direction, respectively, and the tip of the sensor block are attached to the measurement block 11 so as to freely swing. And a coupling mechanism 14 that can be fixed to a mounting portion of a cutting tool of a machine tool to be measured. This will be described in detail below.
[0010]
First, the planar measuring table 11a provided with the measurement block 11 so as to be movable will be described.
The flat measuring table 11a includes a rectangular flat base member 15, an X direction measuring means 16 for measuring one direction provided on the base member 15, and a Y direction measuring for measuring a direction orthogonal to the X direction measuring means 16. And means 17. In FIG. 1, the X direction indicates the lower left and upper right directions, and the Y direction indicates the upper left and lower right directions.
The X direction measuring means 16 is provided at both ends in the X direction of the base member 15 with a small distance above the base member 15, and third and fourth guide shafts 18 and 19 parallel to the Y direction, 3 and a plurality of support bases 20 for supporting the both end portions of the fourth guide shafts 18 and 19 on the base member 15 respectively.
The third and fourth guide shafts 18 and 19 having a rectangular cross section are made of, for example, a ceramic material such as aluminum oxide, and the third and fourth guide shafts 18 and 19 are a rectangular parallelepiped third made of a ceramic material. The fourth slide bushes 21 and 22 are provided to be movable in the Y direction.
[0011]
Inside the third and fourth slide bushes 21 and 22, a ventilation passage (not shown) through which gas can be inserted is formed, and the gas supplied from the outside of the third and fourth slide bushes 21 and 22 is supplied to the third and fourth slide bushes 21 and 22, respectively. The fourth guide shafts 18 and 19 can be sprayed. With this configuration, the third and fourth slide bushes 21 and 22 are in contact with the third and fourth guide shafts 18 and 19 via compressed air, and the third and fourth slide bushes 21 and 22 are in contact with the third and fourth slide bushes 21 and 22. 3 and an air bearing mechanism that moves in the Y direction with respect to the fourth guide shafts 18 and 19.
Both end portions of the first guide shaft 24 are fixed to the opposing inner portions of the third and fourth slide bushes 21 and 22 on both sides.
A first slide bush 25 having the same shape as the third and fourth slide bushes 21 and 22 is provided on the first guide shaft 24 so as to be movable in the X direction. The first guide shaft 24 and the first slide bush 25 are each made of a ceramic material, and the first slide bush 25 is an air bearing.
[0012]
As shown in FIG. 2, the sensor mechanism 12 includes a sensor head 26 provided below the first slide bush 25 and a lower side of the first slide bush 25. And an X-direction magnetic scale 27 provided on the upper part of the scale mounting plate 23 attached to the fourth slide bushes 21 and 22.
The sensor mechanism 12 can reliably detect the displacement of the first slide bush 25 in the X direction with respect to the first guide shaft 24. In addition, since an air bearing mechanism is used, for example, an error due to the finishing accuracy of the sliding part and a shape processing error of the steel ball compared to a sliding type or rolling type axial movement mechanism using a steel ball. It is not necessary to consider the above, and the measurement accuracy can be increased.
[0013]
The Y direction measuring unit 17 includes fifth and sixth guide shafts 28 and 29 and a plurality of guide shafts 18 and 19 having substantially the same shape as the third and fourth guide shafts 18 and 19 and the plurality of support bases 20 of the X direction measuring unit 16. The support base 30 is provided. Each of the fifth and sixth guide shafts 28 and 29 and the support base 30 are rotated by 90 degrees with respect to the center of the base member 15 with respect to the third and fourth guide shafts 18 and 19 and the support base 20. Each is installed in a position.
Fifth and sixth slide bushes 31 and 32 having the same shape and configuration as the third and fourth slide bushes 21 and 22 are supported on the fifth and sixth guide shafts 28 and 29 by an air bearing mechanism. Has been.
Spacer members 33 are provided on the upper surfaces of the fifth and sixth slide bushes 31, 32, and second guide shafts disposed above the first guide shafts 24 are disposed on the upper portions of the spacer members 33 on both sides. Both end portions of 34 are fixed. The second guide shaft 34 is slidably inserted by an air bearing mechanism into a second slide bush 35 disposed so as to intersect with the upper portion of the first slide bush 25. The measurement block 11 includes a first slide bush 25 and a second slide bush 35.
[0014]
As shown in FIGS. 1 and 2, the sensor mechanism 13 is disposed on one side of the second slide bush 35 in the X direction, and is attached to one side of a scale mounting plate 39 having both ends thereof attached to the spacer member 33. The Y-direction magnetic scale 36 is provided. The sensor mechanism 13 includes a sensor head 37 that is provided on the upper side of the second slide bush 35 and attached to the lower side of one end of a sensor attachment plate 38 that protrudes to one side in the X direction. Have. The sensor mechanism 13 can reliably detect the displacement of the second slide bush 35 in the Y direction with respect to the second guide shaft 34.
Since both end portions of the first and second guide shafts 24 and 34 are provided so as to be movable in the Y and X directions of the base member 15, the base members of the first and second slide bushes 25 and 35 are provided. The movement distances in the X and Y directions with respect to 15 can be measured accurately. That is, the motion trajectory of the measurement block 11 configured by the first and second slide bushes 25 and 35 can be measured by the sensor mechanisms 12 and 13.
[0015]
Next, referring to FIG. 1 and FIG. 3, the inner wall has a concave portion processed into a spherical shape, and the tip portion of the sensor mounting plate 38 is interposed through a spherical receiving seat 40 that can be divided into two vertically. The connection mechanism 14 attached to the upper part will be described.
An advance / retreat shaft 43 is provided on the front side of the coupling mechanism 14. The distal end portion 41 of the advancing / retracting shaft 43 is processed into a spherical shape that matches the inner wall surface of the spherical receiving seat 40, and can swing freely with reference to the center point of the spherical distal end portion 41, that is, the measurement point 51. Since it is connected to the measurement block 11 so as to be swingable, even when the machine tool is tilted, measurement can be performed with the direction of the advancing / retracting shaft 43 following the direction of the main axis.
In the present embodiment, the swing angle is set so as to be rotatable in an arbitrary direction within a range of 0 to 30 degrees, for example, with the longitudinal direction of the coupling mechanism 14 as the reference direction (0 degree). It is also possible to set the angle within a range of preferably 0 to 45 degrees, more preferably 0 to 60 degrees. By increasing the rotation angle, the range that can follow the direction of the spindle of the machine tool can be increased.
The advancing / retracting shaft 43 includes a guide hole into which the advancing / retracting shaft 43 can be inserted. The linear bush 44 is fitted to the front side of the shank portion 44a of the coupling mechanism 14 and is fixed by a collet 43a.
A plate-like attachment member 42 is fixed between the distal end portion 41 of the advance / retreat shaft 43 and the shank portion 44a, protrudes radially outward of the advance / retreat shaft 43, and the distal end portion of the attachment member 42 is parallel to the advance / retreat shaft 43. A scale mounting plate 45 is provided. A longitudinal magnetic scale 46 is provided outside the scale mounting plate 45.
[0016]
A sensor head 48 is arranged on the outer side in the radial direction with respect to the advancing / retracting axis 43 of the longitudinal magnetic scale 46 with a slight gap between the longitudinal magnetic scale 46 and the sensor head 48. Is fixed to the front end of the linear bush 44 via a rotation prevention plate 46a and a sensor mounting member 47 which are arranged with a small gap therebetween. The longitudinal magnetic scale 46 and the sensor head 48 constitute a movement distance sensor 52 that measures the relative movement distance between the shank portion 44 a and the advance / retreat shaft 43.
Guide rollers 47a and 48a for guiding the movement of the longitudinal magnetic scale 46 are arranged on both sides in the circumferential direction of the advance / retreat shaft 43 with respect to the advance / retreat shaft 43, and are fixed to the rotation prevention plate 46a. With such a configuration, it is possible to prevent the longitudinal magnetic scale 46 from rotating around the advance / retreat shaft 43 and to prevent the relative position in the circumferential direction between the longitudinal magnetic scale 46 and the sensor head 48 from being shifted, thereby improving measurement accuracy. Can do.
As shown in FIG. 1, groove portions 49 and 50 that can be clamped when the coupling mechanism 14 is attached / detached are formed on the outer periphery of the shank portion 44a, and the base side of the shank portion 44a is reduced in diameter toward the base end to make a machine tool. It is formed in the taper shape which can be fixed to the attachment part of the cutting tool of this spindle.
When the shank portion 44a approaches or separates from the measurement point 51 due to advance / retreat of the advance / retreat shaft 43, the relative position of the sensor head 48 of the movement distance sensor 52 and the longitudinal magnetic scale 46 changes, and the spindle to which the coupling mechanism 14 is attached. The movement distance of the measurement block 11 with respect to the measurement point 51 can be measured.
Further, even when the main axis is inclined from the direction orthogonal to the X and Y directions of the measurement block 11 (hereinafter referred to as the Z direction), the distal end portion 41 of the advancing / retracting shaft 43 can follow the spherical receiving seat 40 by rotating. Therefore, it is possible to measure the movement trajectory of the main shaft even in a machine tool in which the shaft angle changes.
[0017]
As shown in FIGS. 1 and 4, the output signals of the sensor heads 26, 37 and 48 of the sensor mechanisms 12 and 13 and the movement distance sensor 52 are connected to the control device 53.
The control device 53 includes an XY direction moving distance combining unit that calculates and combines the moving distances in the X and Y directions on the plane measured by the sensor mechanisms 12 and 13, and a spindle for the measurement block 11 measured by the moving distance sensor 52. And a longitudinal movement distance synthesizing means for computing and synthesizing the relationship between the movement distance in the longitudinal direction and the calculation result in the XY direction movement distance synthesizing means. The control device 53 also has time measuring means for calculating the relationship of the movement distance with respect to time, and can also measure the relationship of each movement distance with respect to the measurement time.
In addition, the control device 53 includes, for example, a display mechanism 54 that independently displays the calculation results of the XY direction moving distance combining unit and the longitudinal direction moving distance combining unit, and a storage that can input and output each moving distance data and calculation result. It is connected to the device 55.
Note that the calculation results of the XY direction moving distance combining unit and the longitudinal direction moving distance combining unit can be combined and output in a three-dimensional manner. With such a configuration, the measurement result can be intuitively grasped, and the cause of the error of the machine tool can be easily identified.
[0018]
【Example】
Next, an embodiment using the accuracy measuring apparatus 10 will be described with reference to FIGS.
The measured machine tool is held by the main shaft that can be translated in the X, Y, and Z directions and the X and Y swivel axes that are respectively provided in the X and Y directions while maintaining the orientation of the cutting tool to be mounted in a fixed direction. , A machining table (that is, a work mounting base) that can be tilted and swiveled around the X and Y swiveling axes. In the accuracy measuring apparatus 10, the flat measuring table 11a is installed on a processing table, and the linear bushing 44 of the coupling mechanism 14 is fixed to the cutting tool mounting portion of the spindle.
The present invention is particularly suitable for measurement of a machine tool such as a multi-axis control processing machine having three axes that can be translated and two axes that rotate.
[0019]
5 and 6 measure the displacement of the measurement point 51 of the tip portion 41 of the advance / retreat shaft 43 when the main axis of the machine tool draws a virtual circle with a radius of 400 mm on the X and Y planes. , Disassembled and displayed in the Z direction.
The connection mechanism 14 at the time of measurement is always inclined by 5 degrees with respect to the Z direction, and FIG. 5 is a measurement result when the base side of the connection mechanism 14 is set to be inclined outward in the radial direction of the virtual circle. FIG. 6 shows the measurement results when set to incline radially inward.
The virtual circle is set by short-line linear interpolation that moves by replacing the locus of the curve with a straight line, and an allowable value (tolerance) that represents a positional deviation range from the virtual circle at this time is set to 1 μm.
The main axis of the machine tool used moves so as to draw a circle in the horizontal direction, and the machining table is tilted at a predetermined angle in a predetermined direction with respect to the coupling mechanism 14 rotating on the horizontal plane, X, Turning and reversing around the Y turning axis at a predetermined speed.
[0020]
FIG. 5A shows the trajectory of the measurement point 51 of the coupling mechanism 14 in the X and Y directions.
Both the horizontal axis and the vertical axis in FIG. 5A indicate the distance from the origin (0, 0), and one scale is 100 mm.
A one-dot chain line in the figure indicates a reference circle 56 having a radius of 400 mm. When there is no error of the machine tool, the measurement point 51 moves on the reference circle 56.
The locus of the measurement point 51 is indicated by a solid line. In addition, the positional deviation error in the radial direction with respect to the reference circle 56 of the measurement point 51 can be enlarged and displayed at a predetermined magnification. Comparison circles 57 and 58 indicated by a two-dot chain line outside and inside the reference circle 56 in FIG. 5A indicate that there is an error of 10 μm in the radial direction with respect to the reference circle 56.
From FIG. 5A, it can be observed that on both sides in the X direction and both sides in the Y direction, errors considered to be caused by backlash of the X and Y pivot axes of the machining table, stick slip of the spindle, etc. are measured. .
[0021]
FIG. 5B shows the displacement in the longitudinal direction of the coupling mechanism 14 at the measurement point 51.
The vertical axis in FIG. 5B indicates the displacement in the longitudinal direction of the coupling mechanism 14 at the measurement point 51, and the horizontal axis indicates the rotation angle around the origin calculated from the position of the measurement point 51 on the XY plane. ing. One scale on the vertical axis is 20 μm, and one scale on the horizontal axis is 20 degrees.
Since the measurement point 51 is set so as to draw a virtual circle on the XY plane, the measurement point 51 is set so that the displacement in the longitudinal direction of the coupling mechanism 14 becomes 0. FIG. ), An error in the longitudinal direction of the coupling mechanism 14 is detected.
Since the coupling mechanism 14 is set to be inclined by 5 degrees from the Z direction, the error in the Z direction can be calculated from the displacement of the coupling mechanism 14 in the longitudinal direction.
Since the graphs in FIGS. 6A and 6B are the same display settings as the graphs in FIGS. 5A and 5B, description of the display settings is omitted.
It can be observed that the error detection direction detected in FIGS. 6A and 6B is opposite to the error detection direction detected in FIGS. 5A and 5B.
As described above, by using the accuracy measuring apparatus 10, it is possible to reliably measure and calculate the displacements in the X, Y, and Z directions of the multi-axis control processing machine having the pivot axis.
In this example, the error in the radial direction during the circular motion of the machine tool was within 10 μm, and the error in the longitudinal direction of the coupling mechanism 14 was about 60 μm.
[0022]
Next, with reference to FIG. 7, the precision measuring apparatus 60 which concerns on a modification is demonstrated.
The accuracy measuring device 60 includes seventh and eighth slide bushes 63, 64, on which seventh and eighth slide shafts 61, 62, seventh and eighth slide shafts 61, 62 are slidably mounted, respectively. The first and second distance sensors 65 and 66 include first and second distance sensors 65 and 66 for measuring relative movement distances of the seventh and eighth slide shafts 61 and 62 with respect to the seventh and eighth slide bushes 63 and 64, respectively. The linear movement distance measuring means 67 and 68 are provided. Then, the distance measuring directions of the first and second linear movement distance measuring means 67 and 68 are crossed and connected, and the seventh slide shaft 61 of the first linear movement distance measuring means 67 is used in the above embodiment. The connecting mechanism 14 is attached via a spherical seat 40, and the eighth slide shaft 62 of the second linear movement distance measuring means 68 is fixedly arranged on the work mounting base of the machine tool. This will be described in detail below.
Both ends of the eighth slide shaft 62 are detachably fixed to the work mounting base via mounting legs 69. Further, the seventh and eighth slide bushes 63 and 64 are fixed via a connection block 70.
The first and second distance sensors 65 and 66 are provided with a small gap between the sensor heads 71 and 72 provided on the side portions of the seventh and eighth slide bushes 63 and 64 and the sensor heads 71 and 72, respectively. And magnetic scales 73 and 74 arranged opposite to each other. The magnetic scales 73 and 74 are provided at the groove bottoms of the groove-shaped fixing members 75 and 76 in which both longitudinal sides of the seventh and eighth slide shafts 61 and 62 are bent in the same direction. , 76 are fixed by bolts 77, 78 above the both ends of the seventh and eighth slide shafts 61, 62.
[0023]
A plate-like connection member 79 parallel to the seventh slide shaft 61 is fixed to the upper side of both ends of the fixing member 75 by bolts 77. The connecting member 79 is formed with a long fixing hole 80 that is long in the longitudinal direction and penetrates vertically.
A measuring block 81 that moves on the plane together with the seventh slide shaft 61 is fixed to the upper surface of the connecting member 79 by a fastening member such as a bolt that can be inserted into the fixing long hole 80 from below. . The measurement block 81 can be fixed at an arbitrary position by moving its position in the longitudinal direction of the fixing long hole 80.
A spherical receiving seat 40 is fixed to the upper surface of the measurement block 81, and the coupling mechanism 14 is attached to the spherical receiving seat 40 so as to be able to swing.
With such a configuration, the accuracy of the machine tool can be measured with a simpler configuration than the accuracy measuring apparatus 10 according to the embodiment, so that adjustment can be performed in a short time, and disassembly and assembly are also easy. In addition, since the number of parts can be reduced and the weight can be reduced, it is convenient when moving to another location.
As mentioned above, although embodiment which concerns on this invention has been described, this invention is not limited to the said embodiment, For example, instead of the plane measurement stand 11a, the other measurement which can measure the displacement of a plane Means can be used. Moreover, the tip part formed in the spherical shape of the advance / retreat axis can be connected to the measurement block via a rollable sphere.
[0024]
【The invention's effect】
In the machine tool accuracy measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4, since it has a connection mechanism in which a tip part is connected to the measurement block so as to be able to swing freely, the operation of the machine tool capable of changing the direction of the spindle. Measurement can be performed following the above.
In particular, the accuracy measuring device for a machine tool according to claim 2 has a sensor mechanism for measuring a moving distance of the measuring block on the plane and a moving distance sensor for measuring a moving distance of the connecting mechanism with respect to the measuring block. Therefore, the three-dimensional motion trajectory of the machine tool can be measured.
In the machine tool accuracy measuring apparatus according to claim 3, since the sensor mechanism and the movement distance sensor are connected to the display mechanism, the movement trajectory can be visually confirmed while measuring the measurement data, thereby facilitating the measurement. It can be carried out.
In the accuracy measuring device for a machine tool according to claim 4, the measurement block is provided with first and second slide bushes arranged so as to intersect with each other, and the first and second slide bushes are provided with first, Since the second guide shaft is slidably inserted, the horizontal movement of the machine tool can be disassembled into two directions along the first and second guide shafts, and the measurement data can be divided into two directions and output. Error analysis and correction can be easily performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an accuracy measuring apparatus for a machine tool according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial front sectional view of a measurement block of the same accuracy measuring apparatus.
FIG. 3 is a partial front sectional view showing an attachment state of a coupling mechanism of the accuracy measuring apparatus.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a connection state of a sensor mechanism and a movement distance sensor of the same accuracy measuring device.
FIGS. 5A and 5B are graphs showing measurement results of Examples, respectively.
FIGS. 6A and 6B are graphs showing measurement results of Examples, respectively.
FIG. 7 is a perspective view of an accuracy measuring device for a machine tool according to a modification.
FIG. 8 is a perspective view of an accuracy measuring apparatus according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Accuracy measuring apparatus of a machine tool, 11: Measuring block, 11a: Plane measuring stand, 12, 13: Sensor mechanism, 14: Connection mechanism, 15: Base member, 16: X direction measuring means, 17: Y direction measuring means , 18: third guide shaft, 19: fourth guide shaft, 20: support base, 21: third slide bush, 22: fourth slide bush, 23: scale mounting plate, 24: first guide Axis, 25: first slide bush, 26: sensor head, 27: X direction magnetic scale, 28: fifth guide shaft, 29: sixth guide shaft, 30: support base, 31: fifth slide bush 32: sixth slide bush, 33: spacer member, 34: second guide shaft, 35: second slide bush, 36: Y-direction magnetic scale, 37: sensor head, 38: sensor Mounting plate, 39: Scale mounting plate, 40: Spherical receiving seat, 41: Tip portion, 42: Mounting member, 43: Advance and retreat shaft, 43a: Collet, 44: Linear bush, 44a: Shank portion, 45: Scale mounting plate, 46: longitudinal magnetic scale, 46a: rotation prevention plate, 47: sensor mounting member, 47a: guide roller, 48: sensor head, 48a: guide roller, 49, 50: groove, 51: measurement point, 52: movement distance sensor 53: control device, 54: display mechanism, 55: storage device, 56: reference circle, 57, 58: comparison circle, 60: accuracy measuring device, 61: seventh slide shaft, 62: eighth slide shaft, 63: 7th slide bush, 64: 8th slide bush, 65: 1st distance sensor, 66: 2nd distance sensor, 67: 1st linear movement distance measurement Step, 68: Second linear movement distance measuring means, 69: Mounting leg, 70: Connecting block, 71, 72: Sensor head, 73, 74: Magnetic scale, 75, 76: Fixing member, 77, 78: Bolt 79: connecting member, 80: long hole for fixing, 81: measuring block

Claims

An accuracy measuring device for a machine tool in which a work mounting base for fixing an object to be cut can be tilted relative to a cutting tool attached to a spindle,
A measurement block mounted on the workpiece mounting base via a base member and movable on a plane;
A sensor mechanism for measuring a moving distance on a plane of the measurement block;
A tip part is connected to the measurement block so as to freely swing, and a base part has a connection mechanism that can be fixed to an attachment part of a cutting tool of the machine tool to be measured;
In addition, a shank portion fixed to the attachment portion of the cutting tool and attached to the shank portion so as to be able to advance and retreat along the axis of the shank portion. Advanced and retracted axes are provided,
An accuracy measuring apparatus for a machine tool, wherein even when the machine tool is tilted, an operation locus of the measurement block is measured by the sensor mechanism.

2. The machine tool accuracy measuring apparatus according to claim 1, wherein the coupling mechanism is further provided with a movement distance sensor for measuring a relative movement distance between the shank portion and the advancing and retracting shaft. Accuracy measuring device.

3. The accuracy measuring apparatus for a machine tool according to claim 2, wherein the sensor mechanism and the movement distance sensor are respectively a movement distance on a plane measured by the sensor mechanism and a movement distance relative to the measurement block measured by the movement distance sensor. An accuracy measuring device for a machine tool, which is connected to a display mechanism for displaying independently or in combination.

4. The machine tool accuracy measuring apparatus according to claim 1, wherein the measurement block includes first and second slide bushes arranged to cross each other. The first and second guide shafts are slidably inserted into the slide bush, and both ends of the first guide shaft are connected to the third and fourth guide shafts fixed to the base member. 3. Both ends of the second guide shaft are attached to the fifth and sixth guide shafts fixed to the base member via the fifth and sixth slide bushes. And the first to sixth slide bushes are air bearings that are in contact with the first to sixth guide shafts via compressed air, respectively. apparatus.