JP5436392B2 - 主軸位置の測定装置および測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工テーブル上に設けられる高さ方向の基準となるＺ軸基準部と水平方向の基準となるＸＹ軸基準部の位置を検出してマシニングセンタ（加工機）にフィードバックする測定装置と測定方法に関する。

マシニングセンタの主軸に加工治具を取り付けて被加工物（ワーク）に所定の加工を施す場合には、ＸＹ方向（水平面）およびＺ方向（垂直方向）においてマシニングセンタの主軸と被加工物との位置関係を予め正確に求めておく必要がある。

特許文献１には、マシニングセンタの主軸に着脱自在とされるホルダに測定子を備えたダイヤルゲージを設け、ホルダに設けた基準面と前記測定子の先端とを一致させ、この状態でマシニングセンタを前進させて被加工物に前記測定子の先端を当てることで、マシニングセンタの主軸先端部と被加工物との距離が分かるようにした間隔測定装置が開示されている。

特許文献２には、被加工物に対してマシニングセンタの主軸の芯出し（ＸＹ方向の位置決め）を行う装置として、主軸に対して取り付けられる固定ブロックに複数のアームを介して接触子を取り付けることで、接触子の姿勢の自由度を高めるようにした提案がなされている。

特許文献３には、回転工具に取り付ける円弧形状の切刃の寸法測定を行う装置として、切刃の任意位置の半径を測定する半径測定部Ｂの各部材をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させて、円弧部切刃の中心点に対する測定子の位置調整を行い、この後、回転体を回転させて半径方向の寸法を測定する提案がなされている。

前記特許文献１〜３はマシニングセンタの主軸と被加工物のＸＹ平面上（水平方向）のずれと、Ｚ軸方向（垂直方向）のずれの両方を測定することができない。そこで、１つの接触子でＸＹ平面上（水平方向）のずれとＺ軸方向（垂直方向）のずれを測定できる装置が特許文献４に開示されている。

この特許文献４には、基準面位置からの間隔が既知の加工テーブルなどに接触子の先端を当ててこのときのゲージの値を読む。次に接触子の先端を被加工物上面に当て、ゲージの値が同じになるまでマシニングセンタの主軸（スピンドル軸）を下降させ、この時の下降量から被加工物のＺ軸位置を求め、更に、ＸＹ平面上（水平方向）のずれについては、接触子を若干偏心させ、この状態で主軸を回転し、接触子を偏心した状態で回転させつつ被加工物の側面に押し付ける。すると、接触子の偏心量は徐々に少なくなり、振れがなくなるので、この位置を主軸の回転軸心と被加工物の側面との距離が接触子の半径と一致した位置として被加工物のＸＹ平面上の位置を求めるようにしている。

登録実用新案第２６００５０１号公報 実公平７−５９７０号公報 登録実用新案第２５０３０８８号公報 実開平４−１９４４６号公報

特許文献１〜３にあっては、１つの測定子でマシニングセンタの主軸の芯出し（ＸＹ方向の位置決め）とＺ軸方向（高さ方向）の位置決めを行うことができない。

一方、特許文献４によれば、１つの測定子でＸＹ方向およびＺ方向の測定が可能であるが、それぞれの座標を測定するときに、ダイヤルゲージの測定子の微細な調整が必要になり、調整作業が面倒である。

上記課題を解決すべく本発明に係る主軸位置の測定装置は、加工テーブル上に設けられる高さ方向の基準となるＺ軸基準部と水平方向の基準となるＸＹ軸基準部の位置を検出してマシニングセンタにフィードバックする測定装置であって、マシニングセンタの主軸に対して測定装置を着脱自在とするためのアタッチメントと、このアタッチメントにマシニングセンタの主軸と同軸上となるように取り付けられるとともにＸＹ座標仮想部材とＺ座標仮想部材とからなる座標位置仮想部材と、前記座標位置仮想部材に接触することでマシニングセンタの主軸先端からの軸方向の距離と主軸と直交する方向の距離を検出する接触子とを備えた構成とした。

前記接触子はアタッチメントに固定された基台に、複数のアームなどを介して位置調整可能に取り付けることが好ましい。
また、ＸＹ座標仮想部材の径を加工テーブル上に設けられる水平方向の基準となるＸＹ軸基準部の径に等しくすることで、水平方向の芯出しが容易になる。

また本発明に係る主軸位置の測定方法は、ＸＹ座標仮想部材とＺ座標仮想部材とからなる座標位置仮想部材をマシニングセンタの主軸に同軸となるようにアタッチメントを介して取り付け、前記座標位置仮想部材に接触子を当接させて当接点のマシニングセンタの主軸先端からの軸方向の距離と主軸と直交する方向の距離を検出し、次いで前記座標位置仮想部材をマシニングセンタの主軸から取り外し、マシニングセンタの主軸を移動させて加工テーブル上に設けられる高さ方向の基準となるＺ軸基準部と水平方向の基準となるＸＹ軸基準部に前記接触子を当接させて当該Ｚ軸基準部とマシニングセンタの主軸先端からの軸方向の距離および当該ＸＹ軸基準部とマシニングセンタの主軸と直交する方向の距離をマシニングセンタにフィードバックするようにした。

前記接触子の座標位置仮想部材に対する当接個所を、ＸＹ座標仮想部材とＺ座標仮想部材の接合交点とすることで、１回の操作でマシニングセンタの主軸先端からの軸方向の距離と主軸と直交する方向の距離を検出することができる。

本発明によれば、１つの接触子でマシニングセンタの主軸の芯出し（ＸＹ方向の位置決め）とＺ軸方向（高さ方向）の位置決めを行うことができる。
また、予め高さ寸法と径寸法が分かっている座標位置仮想部材を用いることで、被加工部品とマシニングセンタの主軸との相対的位置関係を簡単に決定することができる。

本発明に係る主軸位置の測定装置の全体図 同主軸位置の測定装置の側面図 同主軸位置の測定装置の平面図 測定部支持部材の拡大図 測定部支持部材の断面図 本発明に係る測定装置を用いた主軸位置の測定方法を説明した図 本発明に係る測定装置を用いた主軸位置の測定方法を説明した図 本発明に係る測定装置を用いた主軸位置の測定方法を説明した図 加工テーブル上に固定された被加工物にマシニングセンタによって加工している状態を説明した図

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
本発明に係る主軸位置の測定装置１はアタッチメント２を介してマシニングセンタの主軸１００に着脱自在とされている。

前記アタッチメント２には基台３が設けられ、この基台３には前記主軸１００と同軸状に孔部４ａが形成された係止部材４が設けられ、前記孔部４ａに下方から連結部材５が挿入され、この連結部材５をネジ部材６によって孔部４ａに固定している。

連結部材５には下方に開口する雌ネジ孔５ａが形成され、この雌ネジ孔５ａに座標位置仮想部材７の雄ネジ部７ａが螺合している。座標位置仮想部材７はＸＹ座標仮想部材８とＺ座標仮想部材９からなり、Ｚ座標仮想部材９は板状をなし、ボルト１０によって座標仮想部材８の下面に固着されている。

前記座標位置仮想部材７の径ｄは、図７に示す加工テーブル２００上に設けられた水平方向の基準となるＸＹ軸基準部２０１の径ｄと等しくされ、また加工テーブル２００上には、高さ方向の基準となるＺ軸基準部２０２が設けられている。

前記基台３にはアーム機構１１を介してマシニングセンタの主軸１００の軸心１０１を割り出すための接触子２７が取り付けられている。
アーム機構１１は前記基台３に形成した孔部に挿入される垂直アーム１２を備え、この垂直アーム１２はネジ部材１３によって基台３に固定される。尚、垂直アーム１２の代わりに水平アームを基台３に固定してもよい。

前記垂直アーム１２の先端にはネジ部材１４を介して回動アーム１５の基端部が取り付けられ、回動アーム１５の先端部には測定部支持部材１６を介して、フリーアーム１７が回動可能且つスライド可能に支持されている。
なお、フリーアーム１７が回動且つスライド可能なのは、量産時のワーク対応以外に、試作時などの量産時以外のサイズが異なるワークに対応可能に追従できるようにするためである。

前記測定部支持部材１６はフリーアーム１７が挿通する円筒部材１８を備え、この円筒部材１８から側方に突出する雄ネジ部１９が設けられ、この雄ネジ部１９はテーパ状筒部２０内を貫通して先端がネジ部材２１の雌ネジ部２１ａに螺合し、また雄ネジ部１９の外側にはスプリング２２が装着されている。
なお、図４、５に示すようにテーパ状筒部２０が外側になり、円筒部材１８が内側になって摺動可能となっており、而して、ネジ部材２１を締め付け方向に回動して円筒部材１８がテーパ状筒部２０内内側を摺動し、図２、４、５において左方に移動すると、フリーアーム１７の側面がテーパ状筒部２０の端面２０ａに当接し、フリーアーム１７が固定される。

前記フリーアーム１７の先端には二股状の調整部材２３が取り付けられている。この調整部材２３は固定部２３ａと可動部２３ｂからなり、可動部２３ｂの方が固定部２３ａよりも長く、固定部２３ａ先端と可動部２３ｂとの間に微細な隙間ｇが形成されている。また、固定部２３ａには微調整ネジ２４が貫通している。
微調整ネジ２４を廻して押し込んでゆくと微調整ネジ２４の先端が可動部２３ｂの内面に当接し、固定部２３ａと可動部２３ｂとの間隔が広がり、微調整ネジ２４を逆に回転させると固定部２３ａと可動部２３ｂとの間隔が狭くなる。

また、前記可動部２３ｂの先端にはゲージ部材２５が固着され、このゲージ部材２５の側面にはダイヤルゲージ２６が取り付けられ、ゲージ部材２５の先端には接触子２７が設けられている。ダイヤルゲージ２６はゲージ原点２６ａとゲージ針２６ｂを備えている。

ところで、被加工物（ワーク）Ｗを加工する際には、図９に示すように、加工テーブル２００に設けたＺ軸基準部２０２上に被加工物Ｗをセットするとともに被加工物Ｗに形成した孔をＸＹ軸基準部２０１に勘合することで、被加工物Ｗの加工テーブル２００に対する高さ方向および水平方向の位置決めを行う。

そして、マシニングセンタで加工テーブル２００上の被加工物Ｗを加工するには、予めマシニングセンタの主軸１００と被加工物Ｗとの位置関係が分かっている必要がある。本実施例では被加工物Ｗの底面高さ位置となるＺ軸基準部２０２上面とマシニングセンタの主軸１００との距離、被加工物Ｗに形成された位置決め孔とマシニングセンタの主軸１００の軸心１０１との距離がマシニングセンタにフィードバックされていることが必要になる。

上記のフィードバックを行う手順は、先ず図６に示すように、アーム機構１１を動かして接触子２７の先端を座標位置仮想部材７を構成するＸＹ座標仮想部材８とＺ座標仮想部材９との交点に当接させる。

Ｚ座標仮想部材９の上面とマシニングセンタの主軸１００の先端との距離は既知であるので、接触子２７の先端がＺ座標仮想部材９の上面に接触することで接触子２７の先端とマシニングセンタの主軸１００の先端との高さ方向の距離も既知となる。
また接触子２７の先端をＸＹ座標仮想部材８の側面に当接させることで、接触子２７の先端とマシニングセンタの主軸１００の軸心１０１との水平方向の距離はＸＹ座標仮想部材８の半径ｄの半分（ｄ／２）となる。

次いで、図７に示すように連結部材５を取り外さずに座標位置仮想部材７のみを取り外すとともにマシニングセンタの主軸１００を加工テーブル２００上に移動させ、更に接触子２７がＺ軸基準部２０２上面に当接するまで主軸１００を移動させる。この操作により、Ｚ軸基準部２０２上面と主軸１００の先端面との距離が前記既知の値と同じになるので、この高さ位置をマシニングセンタにフィードバックする。

また図８に示すように、接触子２７がＸＹ軸基準部２０１の側面に当接するまで主軸１００を移動させる。そして、主軸１００を回動せしめる。ここで、ＸＹ軸基準部２０１の径と前記ＸＹ座標仮想部材８の径は等しいので、ＸＹ座標仮想部材８の軸心と主軸１００の軸心１０１とが一致していれば、ゲージ針２６ｂはゲージ原点２６ａを指したままであるが、ＸＹ座標仮想部材８の軸心と主軸１００の軸心１０１とが一致していないとゲージ原点２６ａからゲージ針２６ｂが外れるので、このゲージ針２６ｂが外れない位置を被加工物Ｗの水平方向の基準位置としてマシニングセンタにフィードバックする。
尚、ゲージ針２６ｂの値が一定値であれば、芯出しとなりその位置をマシニングセンタに主軸位置としてフィードバックしてもよい。

以上の如くして、ＸＹ軸基準部２０１の軸心およびＺ軸基準部２０２上面位置を測定することで、加工テーブル２００上の被加工物Ｗの位置を確定することができる。

また、別の測定方法として、接触子２７の先端をＸＹ座標仮想部材８とＺ座標仮想部材９との交点に当接させずに、接触子２７の先端をＺ座標仮想部材９の上面に当接させてＺ座標の仮想位置を求めた後、座標仮想部材７を取り外して加工テーブル２００のＺ軸基準部２０２上面位置を測定し、再び座標仮想部材７を取り付けて接触子２７の先端をＸＹ座標仮想部材８の側面に当接させてＸＹ座標の仮想位置を求めた後、座標仮想部材７を取り外して加工テーブル２００のＸＹ軸基準部２０１の軸心を測定してもよい。

本発明に係る主軸位置の測定装置および測定方法は、自動車などの部品を加工するマシニングセンタの主軸の位置決めなどに利用することができる。

１…主軸位置の測定装置、２…アタッチメント、３…基台、４…係止部材、４ａ…孔部、５…連結部材、５ａ…雌ネジ孔、６…ネジ部材、７…座標位置仮想部材、７ａ…雄ネジ部、８…ＸＹ座標仮想部材、９…Ｚ座標仮想部材、１０…ボルト、１１…アーム機構、１２…垂直アーム、１３…ネジ部材、１４…ネジ部材、１５…回動アーム、１６…測定部支持部材、１７…フリーアーム、１８…円筒部材、１９…雄ネジ部、２０…テーパ状筒部、２１…ネジ部材、２１ａ…雌ネジ部、２２…スプリング、２３…調整部材、２３ａ…固定部、２３ｂ…可動部、２４…微調整ネジ、２５…ゲージ部材、２６…ダイヤルゲージ、２６ａ…ゲージ原点、２６ｂ…ゲージ針、２７…接触子、１００…マシニングセンタの主軸、１０１…主軸の軸心、２００…加工テーブル、２０１…ＸＹ軸基準部、２０２…Ｚ軸基準部、ｇ…隙間、Ｗ…被加工物。

Claims (5)

1. 加工テーブル上に設けられる高さ方向の基準となるＺ軸基準部と水平方向の基準となるＸＹ軸基準部の位置を検出してマシニングセンタにフィードバックする測定装置であって、マシニングセンタの主軸に対して測定装置を着脱自在とするためのアタッチメントと、このアタッチメントにマシニングセンタの主軸と同軸上となるように取り付けられるとともにＸＹ座標仮想部材とＺ座標仮想部材とからなる座標位置仮想部材と、前記座標位置仮想部材に接触することでマシニングセンタの主軸先端からの軸方向の距離と主軸と直交する方向の距離を検出する接触子とを備えることを特徴とする主軸位置の測定装置。
2. 請求項１に記載の測定装置において、前記接触子はアタッチメントに固定された基台に、アーム機構を介して位置調整可能に取り付けられることを特徴とする主軸位置の測定装置。
3. 請求項１に記載の測定装置において、前記ＸＹ座標仮想部材の径を加工テーブル上に設けられるＸＹ軸基準部の径と等しくしたことを特徴とする主軸位置の測定装置。
4. ＸＹ座標仮想部材とＺ座標仮想部材とからなる座標位置仮想部材をマシニングセンタの主軸に同軸となるようにアタッチメントを介して取り付け、前記座標位置仮想部材に接触子を当接させて当接点のマシニングセンタの主軸先端からの軸方向の距離と主軸と直交する方向の距離を検出し、次いで前記座標位置仮想部材をマシニングセンタの主軸から取り外し、マシニングセンタの主軸を移動させて加工テーブル上に設けられる高さ方向の基準となるＺ軸基準部と水平方向の基準となるＸＹ軸基準部に前記接触子を当接させて当該Ｚ軸基準部とマシニングセンタの主軸先端からの軸方向の距離および当該ＸＹ軸基準部とマシニングセンタの主軸と直交する方向の距離をマシニングセンタにフィードバックすることを特徴とする主軸位置の測定方法。
5. 請求項４に記載の主軸位置の測定方法において、前記接触子の座標位置仮想部材に対する当接個所は、ＸＹ座標仮想部材とＺ座標仮想部材の接合交点とすることを特徴とする主軸位置の測定方法。

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