JP6714020B2 - 芯出し用治具および芯出し方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械における工具台の芯出しを容易に行うための芯出し用治具および芯出し方法に関する。

ＮＣ旋盤では、例えば、工具台を備えたタレット装置に複数の工具が取り付けられ、加工に使用する工具がタレット装置の旋回割出しによって選択される。一方、回転可能な主軸にはチャックによって工作物（ワーク）が保持され、そのワークに回転が与えられる。そして、駆動装置によってタレット装置が移動することにより、回転するワークに切削工具が当てられて所定の加工が行われる。その際、加工されたワークを寸法公差内に収めるには、ワークと工具との相対的な位置関係について正確な制御が行われる必要がある。そのため、ワーク側の主軸と切削工具側の工具台との間で芯出しが行われる。

図７及び図８は、従来の芯出し方法の一例を簡略化して示した図であり、特に図７は側面図、図８は平面図である。このＮＣ旋盤は、主軸台１０１において主軸１０２が回転可能に組み付けられ、工具を備えたタレット装置１０５が主軸１０２の軸心２０１と平行なＺ軸方向と、上下のＸ軸方向に移動可能な２軸旋盤である。タレット装置１０５に対して行われる芯出しは、主軸１０２にテストバー１１０が固定され、回転するテストバー１１０にダイヤルゲージ１３０の測定子が当てられて主軸１０２の軸心２０１の位置が計測される。一方、タレット装置１０５には工具台１０６に芯出し用治具１２０が取り付けられ、そのＹ軸方向側面に同じくダイヤルゲージ１３０の測定子が当てられ、工具台１０６の回転軸２０２の位置が計測される。

特開２０１５−１７１７５０号公報

しかし、テストバー１１０を使用した従来の芯出し方法は、その取り付けに関して次のような問題があった。例えば、上記特許文献１に記載するように、テストバー１１０を主軸１０２に組み付けたチャックに把持させて計測する方法がある。しかし、この方法ではチャックの把持状態によってテストバー１１０の姿勢に変化が生じてしまい、主軸１０２の軸心２０１の位置計測が安定せず、または計測に手間がかかることになる。そこで、図７及び図８に示すように、主軸１０２に対して直接テストバーを固定する方法が採られる。しかし、この方法では、主軸１０２に対してチャックを組み付けた後は、芯出しの際にテストバー１１０への組み替えが必要になり、芯出し作業が容易に行えなくなってしまう。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、芯出し作業を容易に行うための芯出し用治具および芯出し方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様における芯出し用治具は、ワークを把持するチャックを備えた主軸の軸心に対して、ワークを加工する工具の着脱が可能な工具台の回転軸を前記軸心上で直交させるためのものであり、前記工具を取付けるための前記工具台の取付け部に対して装着可能な固定部と、中心線が前記工具台の回転軸と直交し、所定の計測位置に計測機器の測定子が当てられる計測用円周面を備えた芯出し部とを有する。

本発明の他の態様における芯出し方法は、軸心を前後方向とした主軸と、前記主軸の前方側において回転軸が前記主軸の軸心に対して上下方向に直交する工具台とに関し、前記工具台の回転軸を前記主軸の軸心上に位置させるためのものであり、中心線が前記工具台の回転軸と直交する計測用円周面を備えた芯出し用治具を前記工具台に対して取り付け、前記主軸側には測定子をもった計測機器を取り付け、前記主軸を回転させて前記計測用円周面の所定の計測位置に前記計測機器の測定子を当てることにより、前記主軸の軸心と当該軸心に直行する前記工具台の回転軸との位置の誤差を計測するようにしたものである。

本発明によれば、中心線が工具台の回転軸と直交する計測用円周面を備えた芯出し用治具を使用し、工具台に対して取り付けた当該芯出し用治具に対して、主軸側に取り付けた計測機器の測定子を前記芯出し用治具の計測用円周面に当て、主軸の軸心と当該軸心に直交する工具台の回転軸との位置の誤差を計測するようにしたので、従来のようにテストバーを使用することなく容易に芯出し作業を行うことができる。

ＮＣ旋盤の一実施形態を示した側面図であり、特に内部構造となる加工モジュールが示されている。 タレット装置を構成する工具台について示した一の切削工具を取り付けた状態の斜視図である。 芯出し方法の一実施形態を簡略化して示したＹ軸方向の側面図である。 芯出し方法の一実施形態を簡略化して示したＺ軸方向の正面図である。 タレット装置を構成する工具台について示した芯出し用治具を取り付けた状態の斜視図である。 芯出し用治具の他の例を示した斜視図である。 従来の芯出し方法を簡略化して示した側面図である。 従来の芯出し方法を簡略化して示した平面図である。

次に、本発明に係る芯出し用治具および芯出し方法の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。ＮＣ旋盤では、前述したように主軸チャックにワークが保持され、回転するワークに対し切削工具が当てられて所定の加工が行われる。切削工具は工具台に取り付けられ、正確な位置決め制御によって精度の高い加工が行われるが、そのためには加工前における工具台の芯出しが必要である。ここで、図１は、ＮＣ旋盤の一実施形態を示した側面図であり、特に内部構造となる加工モジュールを示したものである。

ＮＣ旋盤１は、ベース２の上に加工モジュール１０が搭載され、全体が不図示の外装カバーによって覆われており、その内部に加工室が構成される。加工モジュール１０は、ワークＷを保持して回転させる主軸台１１や、工具台１６を備えたタレット装置１５、そのタレット装置１５をＺ軸方向やＸ軸方向に移動させるＺ軸駆動装置１７およびＸ軸駆動装置１８、そして各駆動装置を制御するための制御装置１９などによって構成されている。

主軸台１１は、その内部に主軸１２が回転可能に設けられ、主軸１２の先端部分にワークＷを把持するチャック１３が組み付けられている。主軸１２は、その軸心３０１が水平になるように構成されている。本実施形態では、主軸１２の軸心３０１に平行な水平軸がＺ軸であり、Ｚ軸に対して直交する上下方向がＸ軸である。そして、主軸１２の軸心３０１に直交する加工モジュール１０の機体幅方向がＹ軸方向である。従って、加工モジュール１０は、主軸台１１に保持されたワークＷに対し、タレット装置１５の工具２５をＺ軸方向とＸ軸方向に移動させる２軸旋盤を構成するものである。

ＮＣ旋盤１では、先ずタレット装置１５で工具台１６の旋回割出しが行われる。工具台１６には、エンドミルやドリルなどの回転工具、或いはバイトなどの切削工具が取り付け可能であり、複数あるものの中から加工対象となる工具２５が選択される。その後、Ｚ軸駆動装置１７及びＸ軸駆動装置１８の駆動により、ワークＷの加工個所に工具２５（例えば切削工具）の先端を位置合わせした移動が行われる。そして、Ｘ軸方向の高さ調整が行われた後Ｚ軸方向に移動し、回転するワークＷに当てられて切削加工などが行われる。

ここで、図２は、タレット装置１５を構成する工具台１６であって、一の工具を取り付けた状態の斜視図である。図示した工具２５はバイトであるため、以下「切削工具２５」として説明する。タレット装置１５の旋回割出しによって選択された切削工具２５は、その刃先の位置制御による所定の加工が行われる。その際、２軸のＮＣ旋盤１では、Ｚ軸方向とＸ軸方向に関してＺ軸駆動装置１７及びＸ軸駆動装置１８の制御による位置合わせが可能であるが、Ｙ軸方向に関しては移動がないため予めタレット装置１５における芯出し作業が必要になる。

タレット装置１５を構成する工具台１６は、工具ホルダ２１が設けられ、その工具ホルダ２１を介して切削工具２５が着脱可能に取り付けられる。工具台１６は、８角形の形状をしており、複数の工具が取り付け可能なものである。そして、工具台１６は、中心位置を貫くようにしてＸ軸方向に沿った回転軸３０２があり、タレット装置１５に対して回転可能に組み付けられている。工具台１６に固定された工具ホルダ２１は、回転軸３０２と平行な取付け溝２１１が形成され、その中に切削工具２５が固定できるようになっている。

切削工具２５は、シャンク２５１の先端部分に刃先となるチップ２５２が固定されたバイトであり、シャンク２５１の角柱形状部分が取付け溝２１１に固定される。取付け溝２１１は、シャンク２５１よりも幅広に形成されており、切削工具２５を挿入した場合に隙間ができるようになっている。そして、その隙間部分には楔形ブロック２２があり、工具ホルダ２１に対してボルト２３によって連結されている。工具ホルダ２１の取付け溝２１１は、楔形ブロック２２が配置された方の側壁がテーパ面になっており、楔形ブロック２２にも当該側壁に沿って摺接するテーパ面が形成されている。

従って、ボルト２３の締め付けにより、楔形ブロック２２が取付け溝２１１内へと進入するとともに、シャンク２５１が、楔形ブロック２２と取付け溝２１１の反対側の側壁との間で強く挟み込まれる。一方、ボルト２３が緩められると、楔形ブロック２２が取付け溝２１１の外側へと移動することにより、その楔形ブロック２２の押え込みが解除され、切削工具２５が取り外し可能になる。

図２では一つの切削工具だけが示されているが、本来は工具台１６に対して複数の工具が取り付けられ、回転軸３０２を中心にした工具台１６の回転によりタレット装置１５の旋回割出しが行われ、対象となる切削工具２５などが選択される。そして、前述したように、主軸１２側で回転するワークＷに対して選択された切削工具２５が当てられて切削加工などが行われる。その際、加工対象となる切削工具２５やその他の工具は、刃先の位置がＹ軸方向にずれていると加工精度を低下させることになる。従って、芯出しが行われるが、切削工具２５などの刃先位置は、工具台１６の回転軸３０２を基準としてＹ軸方向の設定が行われているため、芯出しでは、タレット装置１５に関して、主軸１２の回転軸３０１に対して工具台１６の回転軸３０２の位置が重なるようにした調整が行われる。

図３及び図４は、本実施形態の芯出し方法を簡略化して示した図であり、図３はＹ軸方向の側面図、図４はＺ軸方向の正面図である。本実施形態の芯出し方法では、テストバーを使用することなく、基準となる主軸１２の軸心３０１に対して工具台１６における回転軸３０２のズレ量が計測される。そのズレ量を計測するためのダイヤルゲージ８０は主軸１２に取り付けられる。従来例では、図７に示すように、主軸台１０１の非回転部分にダイヤルゲージ１３０の装着部１３１が取り付けられ、主軸１０２側と工具台１０６側との両方について計測が行われていた。しかし、本実施形態では、主軸１２側にダイヤルゲージ８０が取り付けられ、工具台１６側のみの計測となっている。なお、主軸１２側へのダイヤルゲージ８０の取り付けは、主軸１２に直接取り付ける他、主軸１２に組み付けられたチャックに対して取り付けるようにしてもよい。

ダイヤルゲージ８０は、装着部８１からが延びたアーム８２の先端部分に取り付けられている。アーム８２は関節を備えており、計測時のダイヤルゲージ８０の位置調整が可能になっている。従来のダイヤルゲージ１３０も同じように構成され、図７に示すようにアーム１３２の関節を折ることでテストバー１１０と芯出し用治具１２０の両方の計測が可能になっている。一方、本実施形態では、図３に示すように、主軸１２側から工具台１６側へとアーム８２が延び、ダイヤルゲージ８０の測定子が芯出し用治具２８に当てられている。ここで、図５は、タレット装置１５を構成する工具台１６であって、芯出し用治具２８を取り付けた状態の斜視図である。

芯出し用治具２８は、切削工具２５などに代えて工具ホルダ２１に取り付け可能なものであり、固定部２８１が切削工具２５のシャンク２５１と同じサイズの角柱形状で形成されている。従って、芯出し用治具２８は、切削工具２５と同じようにして工具ホルダ２１の取付け溝２１１内に固定される。すなわち、楔形ブロック２２のボルト２３が緩められた状態で取付け溝２１１内へ固定部２８１が挿入され、位置決めされた後にボルト２３が締め付けられる。その締め付けにより楔形ブロック２２が取付け溝２１１内へと進入し、固定部２８１が楔形ブロック２２と取付け溝２１１の側壁との間で強く挟み込まれる。一方、芯出し用治具２８を取り外す場合にはボルト２３を緩めればよく、それにより楔形ブロック２２が取付け溝２１１の外へと移動することにより、固定部２８１への押え込みが解除される。

芯出し用治具２８は、固定部２８１のほかに芯出し部２８２が形成されている。芯出し部２８２には円形の貫通孔が形成され、その内側面がダイヤルゲージ８０の測定子が当てられる計測用円周面２８５になっている。工具ホルダ２１に固定された芯出し用治具２８は、工具台１６の下方に芯出し部２８２が突き出している。このとき芯出し部２８２は、計測用円周面２８５を構成する貫通孔の中心線３０３と工具台１６の回転軸３０２とが交点３０５において直交するようになっている。そして、芯出しの際には、芯出し部２８２の中心線３０３がＺ軸と平行になるように、芯出し用治具２８がタレット装置１５の旋回割出しによって図３に示す計測位置に配置される。

芯出しでは、Ｚ軸と平行な主軸１２の軸心３０１を基準線として、芯出し用治具２８の中心線３０３と当該基準線とのズレ量を計測することとなる。計測では、ダイヤルゲージ８０の測定子が芯出し部２８２の計測用円周面２８５に当てられ、主軸１２に対する回転角の位置決めが行われる。具体的には、図３及び図４に示すように、中心線３０３に直交するＹ軸に平行な横軸線３１０上の２箇所の計測位置３１１，３１２で行われる。このとき、主軸１２と芯出し用治具２８の軸心３０１，３０３が一致していればダイヤルゲージ８０に針の振れは生じない。つまり、主軸１２の軸心３０１からＹ軸方向に見た計測位置３１１，３１２までの距離が等しい状態にある。

一方で、図５に示すように、主軸１２と芯出し用治具２８の軸心３０１，３０３が一致していない場合には、軸心３０１からＹ軸方向に見た計測位置３１１，３１２までの距離が異なるため、ダイヤルゲージ８０の針がズレ量ｙ１に応じて振れることになる。このダイヤルゲージ８０の値から、工具台１６の回転軸３０２が主軸１２の軸心３０１に対してＹ軸上におけるズレ方向とズレ量ｙ１が確認できる。そして、工具台１６の回転軸３０２が主軸１２の軸心３０１上に位置するように、タレット装置１５についてズレ量ｙ１を解消させる芯出し調整が行われる。

よって、芯出し用治具２８を使用する本実施形態の芯出し方法では、ダイヤルゲージ８０を回転する主軸１２側へ取り付けることにより、従来のようにテストバーを使用することなく芯出しのための計測を行うことが可能である。従って、主軸１２にチャック１３が組み付けられた後であっても、ダイヤルゲージ８０をチャック１３に取り付けるようにすれば芯出しのための計測が可能である。また、芯出し用治具２８は、切削工具２５と同様に工具ホルダ２１へ取り付けることができるため、改良を加える必要もなく簡単に芯出しのための計測を行うことができる。また、加工モジュール１０からなるＮＣ旋盤１は幅が狭い構造であるが、芯出し用治具２８の計測用円周面２８５に対して測定子を当てたダイヤルゲージ８０は、図４に示すように目盛りがほぼ正面を向くような姿勢になるため、外装カバーによって囲まれた内部であても作業者による視認がしやすい。

ところで、本実施形態の芯出し方法に使用される芯出し用治具は、図５に示すもの以外に例えば図６に示す形状をしたものであってもよい。図６は、芯出し用治具の他の例を示した斜視図である。この芯出し用治具２９は、工具ホルダ２１に取り付け可能な角柱形状の固定部２９１と、芯出しのための計測を行う芯出し部２９２が設けられている。特に、芯出し部２９２には円柱形状の突起２９６が形成され、その外側面がダイヤルゲージ８０の測定子が当てられる計測用円周面２９５になっている。

この芯出し用治具２９も同じように工具台１６の工具ホルダ２１に取り付けられ、図３および図４に示す主軸１２側に固定されたダイヤルゲージ８０の測定子が計測用円周面２９５に当てられる。そして、突起２９６の中心線３０７に直交するＹ軸に平行な横軸線上の２箇所の計測位置でダイヤルゲージ８０による計測が行われる。従って、この芯出し用治具２９でも、従来のようにテストバーを使用しないため、主軸１２にチャック１３が組み付けられた後であっても芯出しのための計測が可能である。また、芯出し用治具２９は工具ホルダ２１へ簡単に取り付けることができるほか、外装カバーによって囲まれた内部であてもダイヤルゲージ８０の目盛りを作業者が視認しやすいなどの効果を奏する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、図５に示す芯出し用治具２８は、芯出し部２８２に貫通孔が形成されているが、円形の計測面を備えていれば有底穴であってもよい。
また、芯出し用治具や芯出し方法の使用は、前記実施形態のＮＣ旋盤１に限るものではない。

１…ＮＣ旋盤 １０…加工モジュール １１…主軸台 １２…主軸 １３…チャック １５…タレット装置 １６…工具台 ２１…工具ホルダ ２２…楔形ブロック ２８…芯出し用治具 ８０…ダイヤルゲージ

Claims (5)

1. ワークを把持するチャックを備えた主軸の軸心に対して、ワークを加工する工具の着脱が可能な工具台の回転軸を前記軸心上で直交させるための芯出し用治具であり、
   前記工具を取付けるための前記工具台の取付け部に対して装着可能な固定部と、
   中心線が前記工具台の回転軸と直交し、所定の計測位置に計測機器の測定子が当てられる計測用円周面を備えた芯出し部とを有するものであることを特徴とする芯出し用治具。
2. 前記芯出し部は、前記主軸の軸心方向に深さのある円形の貫通孔又は凹部の内側面が前記計測用円周面であることを特徴とする請求項１に記載する芯出し用治具。
3. 前記芯出し部は、前記主軸の軸心方向に円柱部が突き出し、その外側面が前記計測用円周面であることを特徴とする請求項１に記載する芯出し用治具。
4. 前記固定部は、前記工具を構成する固定部の形状と共通であり、
   前記工具台の取付け部に形成された取付け溝に沿って挿入可能な角柱形状であって、前記取付け溝に差し込まれる楔部材が当たる押圧面を有するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する芯出し用治具。
5. 軸心を前後方向とした主軸と、前記主軸の前方側において回転軸が前記主軸の軸心に対して上下方向に直交する工具台とに関し、前記工具台の回転軸を前記主軸の軸心上に位置させるための芯出し方法であり、
   中心線が前記工具台の回転軸と直交する計測用円周面を備えた芯出し用治具を前記工具台に対して取り付け、
   前記主軸側には測定子をもった計測機器を取り付け、
   前記主軸を回転させて前記計測用円周面の所定の計測位置に前記計測機器の測定子を当てることにより、前記主軸の軸心と当該軸心に直行する前記工具台の回転軸との位置の誤差を計測するようにしたことを特徴とする芯出し方法。
   

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