JP5650573B2 - 芯合わせ用治具 - Google Patents

Description

本発明は、自動旋盤などの工作機械に用いられる主軸に関連する芯合わせ用治具に関するものである。

従来、正面主軸の中心軸線と背面主軸の中心軸線とを同一直線状に一致させる主軸の芯合わせに用いられる測定装置としては、ガイドブシュ装置のガイドブシュに同心に装着される第１基準軸と、背面主軸に装備される測定用スリーブに同心に装着される第２基準軸と、第２基準軸に摺動可能に取着される測定器とを備えているものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１１−３２０３４０号公報（特許請求の範囲、図１参照。）

しかしながら、上述した従来の測定装置では、測定子の先端を第２基準軸上の基準測定点に当接させてゼロ設定した後、基準測定点に対し第２基準軸の中心軸線方向へ整列する第１基準軸上の比較測定点に測定子を当接させて第１基準軸及び第２基準軸相互の位置ずれすなわち補正量を特定しているため、測定子の不安定な移動に伴う測定値のずれを一因として生じる芯合わせ精度の低下と測定子の正確且つ精密な移動を実現させるために必要となる作業負担や作業時間の増大とを回避することが困難であるという問題点があった。
また、ダイヤルゲージを用いて基準軸を測定する方法では、ダイヤルゲージの姿勢誤差や読み取り誤差により芯合わせ精度の低下を生じさせてしまうとともにこれら姿勢誤差や読み取り誤差を無くすようにダイヤルゲージの姿勢調整及び位置調整を行うことによって生じる作業負担及び作業時間の増大を回避することが困難であるという問題点があった。

そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、高い精度の主軸に関連する芯合わせを簡単且つ容易に実現する芯合わせ用治具を提供することである。

まず、本請求項１の芯合わせ用治具に係る発明は、工作機械に形成された装着部に着脱自在に装着され、前記装着部への装着状態で、前記工作機械の主軸の中心軸線と同心に支持される円筒状主治具部分を備えた主治具と、前記円筒状主治具部分に挿脱自在に挿入されるとともに前記円筒状主治具部分に挿入された状態で前記円筒状主治具部分の中心軸線と同心となる校正軸と、前記主軸に対して中心軸線が合わされる軸線合わせ軸と同心に支持される試験軸と、前記主治具に一体的に設けられる主治具用測長センサとを備え、前記主治具用測長センサが、前記円筒状主治具部分に挿入された校正軸までの前記主軸の中心軸線に直交する測長方向の距離と、前記試験軸までの前記測長方向の距離とを測定できるように配置されて、前記測長方向に沿って前記校正軸又は試験軸を挟んで対向するように複数設けられたことにより、前述した課題を解決したものである。

そして、本請求項２に係る発明は、請求項１の芯合わせ用治具に係る発明において、前記主治具に着脱自在に嵌合される副治具を設け、前記測長方向及び前記主軸の中心軸線のそれぞれに直交する他の測長方向の校正軸及び試験軸までの距離を測定する副治具用測長センサを、前記副治具に設けたことにより、前述した課題をさらに解決したものである。

また、本請求項３に係る発明は、請求項２の芯合わせ用治具に係る発明において、前記試験軸の挿入用窓が、前記主治具に設けられた副治具の装着部に形成され、前記副治具を取り外した状態で、前記挿入用窓を介して、前記主軸の中心軸線の方向及び前記測長方向と交差する方向に沿って、主治具の外側から試験軸が挿入されることにより、前述した課題をさらに解決したものである。

そして、本請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一つの芯合わせ用治具に係る発明において、前記主軸が、正面主軸であり、前記軸線合せ軸が、背面主軸であることにより、前述した課題をさらに解決したものである。

また本請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一つの芯合わせ用治具に係る発明において、前記主軸が、正面主軸又は背面主軸であり、前記軸線合わせ軸が、前記工作機械に設けられる工具の装着部に着脱自在に装着され、前記主軸に対向又は交差方向に向けて支持される加工工具であり、前記試験軸が、前記加工工具に代えて前記工具の装着部に取り付けられることにより、前述した課題をさらに解決したものである。

本発明の請求項１に係る芯合わせ用治具は、予め円筒状主治具部分に校正軸を挿入し、校正軸までの主軸の中心軸線に直交する測長方向の距離を測定しておき、その後軸線合せ軸と同心に支持される試験軸までの前記測長方向の距離を測定することによって、主治具用測長センサの移動、位置調整及び姿勢調整を行うことなく、測長方向に沿って主軸の中心軸線と軸線合せ軸の中心軸線との相対的なずれ量を検出し、高い精度の芯合わせを簡単且つ容易に実現し、主軸に関連する芯合わせ作業を行う際の作業負担や作業時間を増大させることなく、補正量の精度を向上させることができる。

そして、本請求項２に係る芯合わせ用治具は、請求項１に係る芯合わせ用治具が奏する効果に加えて、直交する２軸方向のずれ量を同時に計測することができ、高精度の前記芯合わせをより一層簡単且つ容易に実現することができる。

そして、本請求項３に係る芯合わせ用治具は、請求項２に係る芯合わせ用治具が奏する効果に加えて、前記主治具に設けられた副治具の装着部に形成され試験軸の挿入用窓を介して、主軸の中心軸線の方向及び測長方向と交差する方向に沿って、主治具の外側から試験軸を挿入し、主軸の中心軸線に交差する方向の軸線合せ軸の芯合わせを簡単に行うことができる。

そして、本請求項４に係る芯合わせ用治具は、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに係る芯合わせ用治具が奏する効果に加えて、前記主軸が、正面主軸であり、前記軸線合せ軸が、背面主軸であることにより、正面主軸の中心軸線と背面主軸の中心軸線との芯合わせを簡単且つ容易に実現することができる。

そして、本請求項５に係る芯合わせ用治具は、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに係る芯合わせ用治具が奏する効果に加えて、前記主軸が、正面主軸又は背面主軸であり、前記軸線合わせ軸が、工作機械に設けられる工具の装着部に着脱自在に装着され、前記主軸に対向又は交差方向に向けて支持される加工工具であり、試験軸が、加工工具に代えて工具の装着部に取り付けられることにより、正面主軸又は背面主軸の中心軸線と、正面主軸又は背面主軸に対向又は交差方向に向けて支持される加工工具の中心軸線との芯合わせを簡単且つ容易に実現することができる。

本発明の実施例に係る芯合わせ用治具が適用される工作機械の平面図。 加工対象であるワークの取り付け状態を示す断面図。 本発明の実施例に係る芯合わせ用治具の斜視図。 芯合わせ用治具に校正軸を挿入した状態を示す正面図（ａ）及び断面図（ｂ）。 本発明の実施例に係る芯合わせ用治具の固定支持状態を示す断面図。 本発明の実施例に係る芯合わせ用治具における校正軸の挿入状態を示す断面図。 本発明の実施例に係る芯合わせ用治具に試験軸を挿入した状態を示す断面図。 図７に示したブラケットに試験軸を挿入する状態を示した斜視図。 図６に示した校正軸による校正手順を説明する説明図。 図７に示した試験軸の中心軸線と正面主軸の中心軸線との間の補正量を特定する手順を説明する説明図。 正面主軸の中心軸線とブラケットの外側に配置された試験軸の中心軸線との相対的な位置関係を示す斜視図。 ブラケットの外側から試験軸を挿入した状態を示す平面図。 図１２に示した試験軸の中心軸線と正面主軸の中心軸線との間の補正量を特定する手順を説明する説明図。

以下、図１乃至図１３を参照しながら、本発明の実施例に係る主軸に関連する芯合わせ用治具１００及びその使用方法を説明する。

まず、図１及び図２を参照しながら、本実施例に係る芯合わせ用治具１００を用いて、芯合わせを行う工作機械２００の概略構成を説明する。
図１に示すように、工作機械２００は、本発明の「主軸」の一例である正面主軸２１０と、本発明の「軸線合わせ軸」の一例である背面主軸２２０と、背面工具台２３１に保持された複数の背面加工用工具２３０と、正面工具台２４１に保持された複数の正面加工用工具２４０と、２つの刃物台２５１及び２６１と、各刃物台２５１，２６１に固定された加工用工具２５０及び２６０とを備えている。
正面主軸２１０及び背面主軸２２０は、互いに対向して配置され、回転駆動自在に、軸線方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持されている。
正面主軸２１０は、長尺の棒材からなるワークＷが挿通され、該ワークＷを着脱自在に把持する。
両主軸２１０，２２０の間には、ガイドブッシュ２７１が設けられ、このガイドブッシュ２７１は、工作機械２００のベッド側に固定されたガイドブッシュ支持台２７０に着脱自在に固定されている。ガイドブッシュ２７１は、前記ワークＷを回転自在且つ前記Ｚ軸方向にスライド移動自在に案内する。
前記刃物台２５１，２６１は、前記ガイドブッシュ２７１の前方に配置され、一方の刃物台２５１が、Ｚ軸方向と直交するＸ軸方向と、Ｚ軸方向及びＸ軸方向の両方に直交するＹ軸方向とに移動可能に設けられ、他方の刃物台２６１が前記Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向とに移動可能に設けられている。
加工用工具２５０，２６０は、前記正面主軸２１０及び各刃物台２５１，２６１の移動により、ワークＷの前記ガイドブッシュ２７１から突出する部分を切削加工することができる。

前記背面主軸２２０は、前記Ｚ軸方向及びＸ軸方向にスライド移動自在に支持され、前記正面主軸２１０に把持されたワークＷの先端を着脱自在に把持することができる。前記正面主軸２１０と背面主軸２２とを同心の状態でＺ軸方向に移動させて近接させ、前記正面主軸２１０に把持されたワークＷの先端を背面主軸２２０で把持し、前記ワークＷを突っ切ることによって、正面主軸２１０との間でワークＷの授受を行うことができる。前記背面主軸２２０に把持されたワークＷは、背面主軸２２０のＺ軸方向及びＸ軸方向の移動によって、背面加工用工具２３０によって加工される。工作機械２００は、正面主軸２１０及び背面主軸２２０間でワークＷの授受を行いながらワークＷの加工を行うことができる。

本実施例に係る芯合わせ用治具１００は、図３，図４に示されるように、中空円筒状のグリップ１１１を備えた主治具１１０と、該主治具１１０に着脱自在に嵌合される副治具１４０とから構成されている。
本発明の「円筒状主治具部分」の一例であるグリップ１１１の端部には、一端側が開口するブラケット１１２が一体的に設けられている。該ブラケット１１２には、グリップ１１１の軸線方向に直交する方向に、一対の渦センサなどから構成された非接触方式の主治具用測長センサ１３０が設けられている。

前記副治具１４０は、ブラケット１１２の開口領域１１２Ａに連通する開口領域１４０Ａが形成されている。また、主治具１１０側に突出する凸部が形成されている。
一方、前記ブラケット１１２には、前記凸部と嵌合する凹部が形成されている。前記凸部と凹部を嵌め合うことによって、副治具１４０が前記ブラケット１１２に着脱自在に嵌合される。前記凸部には、該副治具１４０がブラケット１１２に装着された状態で、前記主治具用測長センサ１３０と直交する方向に、一対の渦センサなどから構成された非接触方式の副治具用測長センサ１５０が設けられている。

前記副治具１４０をブラケット１１２に装着することによって、グリップ１１１の軸線方向に直交し、且つ互いに直交する２方向に、各々一対の測長センサ１３０，１５０が設けられる。
前記グリップ１１１の中空孔１１１ａは、グリップ１１１と同心に形成されている。
前記中空孔１１１ａに、ブラケット１１２側から棒状の校正軸１２０が挿脱自在に挿入される。校正軸１２０は、前記中空孔１１１ａの径と等しい外径を有する円柱状の棒体である。校正軸１２０は、中空孔１１１ａに挿入された状態でグリップ１１１の中心軸線１１１Ｌと同心となる。

次に、本実施例に係る芯合わせ用治具１００の使用方法を詳細に説明する。
図５に示すように、本芯合わせ用治具１００は、グリップ１１１が、前記ガイドブッシュ２７１に代えてガイドブッシュ支持台２７０に取り付けられる治具固定用ブッシュ３００に挿入されることによって、ガイドブッシュ支持台２７０に固定される。
前記治具固定用ブッシュ３００は、グリップ１１１が挿入される孔状の装着部が、正面主軸２１０と同心に配置され、グリップ１１１は正面主軸２１０の中心軸線２１０Ｌと同心で支持される。グリップ１１１は、図示しないキー等によって、測長センサ１３０，１５０がＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って配置されるように、治具固定用ブッシュ３００に位置決めされる。

図６に示すように、前記校正軸１２０をブラケット１１２側からグリップ１１１の中空孔１１１ａに挿入する。
これにより、主治具用測長センサ１３０は、前記Ｙ軸方向を測長方向として校正軸１２０までの距離を測定することができ、副治具用測長センサ１５０は、前記Ｘ軸方向を測長方向として校正軸１２０までの距離を測定することができる。
より具体的には、図９に示すように、主治具用測長センサ１３０が、主治具用測長センサ１３０から校正軸１２０までのＹ軸方向の距離ａ１、ａ２を測定し、副治具用測長センサ１５０が、副治具用測長センサ１５０から校正軸１２０までのＸ軸方向の距離ｂ１、ｂ２を測定する。
前記距離ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２により、各測長センサ１３０，１５０に対する正面主軸２１０の中心軸線２１０Ｌの相対的な位置が特定され、本芯合わせ用治具１００に対する正面主軸２１０の中心軸線２１０Ｌの相対的な位置が校正される。
なお、前記校正軸１２０による主治具１１０の校正は、主治具１１０をワーク支持台２７０に固定支持する前に行ってもよい。

次に正面主軸２１０の中心軸線２１０Ｌに背面主軸２２０の中心軸線２２０Ｌを一致させるための補正量ΔＰ１を特定する手順を説明する。
図７，図８に示すように、前記校正軸１２０をグリップ１１１から脱抜し、背面主軸２２０に、棒状の試験軸２２２を把持させ、該試験軸２２２が、グリップ１１１の端面側からブラケット１１２内に挿入されるように、背面主軸２２０をＺ軸方向に移動させることによって、主治具用測長センサ１３０と副治具用測長センサ１５０とによって、前記Ｙ軸方向及びＸ軸方向を測長方向として試験軸２２２までの距離を測定することができる。
より具体的には、図１０に示すように、主治具用測長センサ１３０が、主治具用測長センサ１３０から試験軸２２２までのＹ軸方向の距離ｃ１、ｃ２を測定し、副治具用測長センサ１５０が、副治具用測長センサ１５０から試験軸２２２までのＸ軸方向の距離ｄ１、ｄ２を測定する。
前記距離ｃ１、ｃ２、ｄ１、ｄ２により、各測長センサ１３０，１５０に対する試験軸２２２の中心軸線２２１Ｌの相対的な位置、すなわち、本芯合わせ用治具１００に対する背面主軸２２０の中心軸線２２０Ｌの相対的な位置が特定される。

これにより、本芯合わせ用治具１００に対する正面主軸２１０の中心軸線２１０Ｌの相対的な位置と、背面主軸２２０の中心軸線２２０Ｌの相対的な位置とに基づき、周知のデータ処理装置等によって、背面主軸２２０の中心軸線２２０Ｌと正面主軸２１０の中心軸線２１０Ｌとを相互に一致させるための補正量ΔＰ１を算出することができる。

このように、本実施例に係る芯合わせ用治具１００を使用することにより、主治具用測長センサ１３０の移動、位置調整及び姿勢調整を行うことなく、正面主軸２１０の中心軸線２１０Ｌと背面主軸２２０の中心軸線２２０Ｌとの相対的なずれ量すなわち主軸に関連する芯合わせのために必要な補正量ΔＰ１が特定されるため、高い精度の前記芯合わせを簡単且つ容易に実現し、前記芯合わせ作業を行う際の補正量ΔＰ１を特定する際に必要とされる作業負担や作業時間の増大を増大させない状態で補正量ΔＰ１の精度を向上させることができる。

特に、本実施例に係る芯合わせ用治具１００は、主治具用測長センサ１３０及び副治具用測長センサ１５０が２つ１組で設けられ、校正軸１２０及び試験軸２２２をＸ軸方向及びＹ軸方向から挟むように配置されるため、校正軸１２０の径と試験軸２２２の径とが相互に等しくない場合や、温度変化等によりセンサの出力が変化する場合でも、高精度で前記芯合わせを行うことができる。
ただし、校正軸１２０と試験軸２２２とを同一径とすることによって、主治具用測長センサ１３０及び副治具用測長センサ１５０を各々１つずつとすることもできる。
なお、試験軸２２２を、正面工具台２４１の正面加工用工具２４０の装着部に装着することによって、正面主軸２１０の中心軸線２１０Ｌと、正面加工用工具２４０の中心軸線合わせを行うこともできる。
また、前記芯合わせ用治具１００を、治具固定用ブッシュ３００を使用することなく、ガイドブッシュ２７１に装着して位置決めしたり、ガイドブッシュ２７１を使用しない場合は、正面主軸２１０に把持させて装着したりすることもできる。
なお、本実施例に係る芯合わせ用治具１００を背面主軸２２０に把持させ、背面工具台２３１の背面加工用工具２３０の装着部に試験軸２２２を装着することによって、背面主軸２２０の中心軸線２２０Ｌと、背面加工用工具２３０の中心軸線合わせを行うこともできる。

次に本実施例に係る芯合わせ用治具１００の他の使用方法を説明する。
図１１，図１２に示すように、ブラケット１１２から副治具１４０を取り外すことによって、前記凹部を介して、ブラケット１１２の外側から試験軸２５２を挿入することができる。該凹部は、ブラケット１１２の外側から試験軸２５２を挿入する挿入用窓１１２Ｗを兼用している。
本実施形態において、試験軸２５２は、ワークＷの側方に配置された切削用工具台２５１の工具装着部に取り付けられている。
この場合、図１３に示すように、主治具用測長センサ１３０によって、主治具用測長センサ１３０から試験軸２５２までのＹ軸方向の距離ｅ１及びｅ２を測定することができる。

これにより、Ｙ軸方向の測長方向に沿って正面主軸２１０の中心軸線２１０Ｌに対する試験軸２５２の中心軸線２５２ＬのＹ軸方向の相対的な位置を特定して正面主軸２１０の中心軸線２１０Ｌと試験軸２５２の中心軸線２５２Ｌとの相対的なずれ量、すなわち、補正量ΔＰ２を特定することができる。
これにより、ワークＷの側方（Ｘ軸方向）に配置された切削用工具台２５１の工具装着部の中心軸線２５１Ｌと正面主軸２１０の中心軸線２１０Ｌの高さ方向に沿った位置調整を高い精度で簡単且つ容易に実現することができ、補正量ΔＰ２を特定する際の作業負担や作業時間を増大させることなく補正量ΔＰ２の精度を向上させることができる。
前記切削用工具台２５１の工具装着部の中心軸線２５１Ｌと正面主軸２１０の中心軸線２１０Ｌの軸線合わせによって、正面主軸２１０の中心軸線２１０Ｌと加工用工具２５０の中心軸線合わせが行われる。
以上のように試験軸２５２をＸ軸方向に沿ってブラケット１１２内に挿入することにより、Ｘ軸方向の測長センサ（副治具用測長センサ１５０）を使用することなく、Ｙ軸方向の測長センサ（主治具用測長センサ１３０）によって、正面主軸２１０又は背面主軸２２０に対して交差する方向を向く加工工具等の中心軸線と、正面主軸２１０又は背面主軸２２０の中心軸線との高さ方向（Ｙ軸方向）の軸線合わせを簡単に行うことができる。

１００ ・・・ 芯合わせ用治具
１１０ ・・・ 主治具
１１１ ・・・ グリップ
１１１ａ ・・・ グリップの中空孔
１１１Ｌ ・・・ 主治具におけるグリップの中心軸線
１１２ ・・・ 主治具のブラケット
１１２Ａ ・・・ ブラケットの開口領域
１１２Ｗ ・・・ 試験軸の挿入用窓
１２０ ・・・ 校正軸
１３０ ・・・ 主治具用測長センサ
１４０ ・・・ 副治具
１４０Ａ ・・・ 副治具側の開口領域
１５０ ・・・ 副治具用測長センサ
２００ ・・・ 工作機械
２１０ ・・・ 正面主軸
２１０Ｌ ・・・ 正面主軸の中心軸線
２１１ ・・・ 正面主軸台
２２０ ・・・ 背面主軸
２２０Ｌ ・・・ 背面主軸の中心軸線
２２１ ・・・ 背面主軸台
２２２ ・・・ 背面主軸に取り付けられた試験軸
２３０ ・・・ 背面加工用工具
２３１ ・・・ 背面工具台
２４０ ・・・ 正面加工用工具
２４１ ・・・ 正面工具台
２５０、２６０ ・・・ 加工刃
２５１、２６１ ・・・ 切削用工具台
２５１Ｌ ・・・ 切削用工具台の中心軸線
２５２ ・・・ 切削用工具台に取り付けられた試験軸
２５２Ｌ ・・・ 切削用工具台に取り付けられた試験軸の中心軸線
２７０ ・・・ ワーク支持台
２７１ ・・・ ワーク支持用ブシュ
３００ ・・・ 治具固定用ブシュ
ａ１、ａ２ ・・・ 主治具用測長センサから校正軸までの距離
ｂ１、ｂ２ ・・・ 副治具用測長センサから校正軸までの距離
ｃ１、ｃ２ ・・・ 主治具用測長センサから試験軸までの距離
ｄ１、ｄ２ ・・・ 副治具用測長センサから試験軸までの距離
ｅ１、ｅ２ ・・・ 主治具用測長センサから試験軸までの距離
ΔＰ１ ・・・ 正面主軸の中心軸線と背面主軸の中心軸線との間の補正量
ΔＰ２ ・・・ 正面主軸の中心軸線と切削用工具台の中心軸線との間の補正量
Ｗ ・・・ ワーク

Claims (5)

1. 工作機械に形成された装着部に着脱自在に装着され、前記装着部への装着状態で、前記工作機械の主軸の中心軸線と同心に支持される円筒状主治具部分を備えた主治具と、
   前記円筒状主治具部分に挿脱自在に挿入されるとともに前記円筒状主治具部分に挿入された状態で前記円筒状主治具部分の中心軸線と同心となる校正軸と、
   前記主軸に対して中心軸線が合わされる軸線合わせ軸と同心に支持される試験軸と、
   前記主治具に一体的に設けられる主治具用測長センサとを備え、
   前記主治具用測長センサが、前記円筒状主治具部分に挿入された校正軸までの前記主軸の中心軸線に直交する測長方向の距離と、前記試験軸までの前記測長方向の距離とを測定できるように配置されて、前記測長方向に沿って前記校正軸又は試験軸を挟んで対向するように複数設けられたことを特徴とする芯合わせ用治具。
2. 前記主治具に着脱自在に嵌合される副治具を設け、
   前記測長方向及び前記主軸の中心軸線のそれぞれに直交する他の測長方向の校正軸及び試験軸までの距離を測定する副治具用測長センサを、前記副治具に設けたことを特徴とする請求項１に記載の芯合わせ用治具。
3. 前記試験軸の挿入用窓が、前記主治具に設けられた副治具の装着部に形成され、前記副治具を取り外した状態で、前記挿入用窓を介して、前記主軸の中心軸線の方向及び前記測長方向と交差する方向に沿って、主治具の外側から試験軸が挿入されることを特徴とする請求項２に記載の芯合わせ用治具。
4. 前記主軸が、正面主軸であり、
   前記軸線合せ軸が、背面主軸であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の芯合わせ用治具。
5. 前記主軸が、正面主軸又は背面主軸であり、前記軸線合わせ軸が、前記工作機械に設けられる工具の装着部に着脱自在に装着され、前記主軸に対向又は交差方向に向けて支持される加工工具であり、前記試験軸が、前記加工工具に代えて前記工具の装着部に取り付けられることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の芯合わせ用治具。

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