JPH0650745A - 工作機械用寸法・形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】タレットヘッドなどに取り付けてネジ山の形
状、外径などの大きな変位を測定する。 【構成】ディスクプローブ２１８をアームに取り付け、
このアームを中心ロッド２１６に連結する。中心ロッド
２１６を４枚の平行バネ２１２で構成した平行バネ機構
で支持する。平行バネ機構の後端には、光学式のメイン
スケール２１５が固定されている。このメインスケール
２１５に対向して、検出ヘッド２１９が工具タレット本
体８９などの固定側に配置されている。ディスクプロー
ブ２１８をネジ山２２０に沿って移動させると、ディス
クプローブ２１８、中心ロッド２１６が移動し、平行バ
ネ２１２もこれに沿って変形し、メインスケール２１５
を平行移動させる。この平行移動は検出ヘッド２１９に
より検知される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、工作機械に搭載して
使用する工作機械用寸法・形状測定装置に関する。更に
詳しくは、工作機械に搭載して使用し、加工前、加工
中、加工後の工作物の寸法、内外径のネジ山など大きな
変位を測定するための工作機械用寸法・形状測定装置に
関する。

【０００２】

【従来技術】工作機械で加工中の工作物、工具等を計測
する計測機器には種々のタイプが知られている。この計
測機器で測定される計測の種類には、ワーク計測、工具
計測、加工基準計測等がある。ワーク計測は、通常タッ
チセンサの測定子を直接接触させ、加工寸法のチェック
や磨耗量の計測を行う。工具計測は、工具の刃先位置を
測定し、磨耗補正、工具折損の検知等を行うものであ
る。加工基準計測は、加工素材にバラツキがあるので加
工前に素材の大きさを測定するものである。

【０００３】これらの各計測には、変位センサが使用さ
れる。変位センサには、流体を使用した空気マイクロメ
ータ、機械式の電気マイクロメータ、磁気を利用した磁
気センサ又は渦電流センサなどが知られ使用されてい
る。しかし、これらの変位センサは、微小変位の測定は
得意であるが、長い変位の測定には不向きである。この
ため、光学格子や磁気格子のスケールを使用したもので
あり、長い測定範囲が可能になった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記した変位センサ
は、スケールとしては良いがこれを支持する機構が適切
でないと大きな変位を正確に計測できない。この発明
は、前記した背景で発明されたものであり、次の目的を
達成するものである。

【０００５】この発明の目的は、工作物、工具等の寸
法、形状等の大きな変位を計測するための工作機械用寸
法・形状測定装置を提供することにある。

【０００６】この発明の他の目的は、工作物、工具等の
寸法、形状等の大きな変位を計測する変位センサに最適
な支持機構を有する工作機械用寸法・形状測定装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に次の手段を採用する。

【０００８】第１の手段は、被測定物に接触するための
プローブ（２１８）と、前記プローブ（２１８）を取付
けたアーム（２１７，２１６）と、前記アーム（２１
７，２１６）を少なくとも２か所で固定するための把持
部材（２１３）と、前記把持部材（２１３）の間を連結
するための少なくとも２枚の平行板バネ（２１２）と、
前記把持部材（２１３）の変位を測定するためのリニア
スケール（２１５，２１９）と、からなる工作機械用寸
法・形状測定装置である。

【０００９】前記リニアスケール（２１５，２１９）
が、光学式リニアエンコーダであると良い。更に、前記
平行バネ（２１２）は、４枚で構成されていると更に良
い。

【００１０】

【作 用】ディスクプローブ２１８をアームに取り付
け、このアームを中心ロッド２１６に連結する。中心ロ
ッド２１６を４枚の平行バネ２１２で構成した平行バネ
機構で支持する。平行バネ機構の後端には、光学式のメ
インスケール２１５が固定されている。このメインスケ
ール２１５に対向して、検出ヘッド２１９が工具タレッ
ト本体８９などの固定側に配置されている。

【００１１】工具タレット本体８９をネジ山２２０に沿
って移動させると、ネジ山２２０の形状にしたがってデ
ィスクプローブ２１８、中心ロッド２１６が移動し、平
行バネ２１２もこれに沿って変形し、メインスケール２
１５を平行移動させる。この平行移動は検出ヘッド２１
９により検知され、この出力は信号ケーブルを介して取
り出されネジ山２２０の軌跡が読み出される。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面にしたがって
説明する。図１は、複数の加工要素を持つ加工システム
の外観を示す図である。ベッド１は、機械の本体を構成
する台であり、平面がほぼ矩形である。ベッド１の両サ
イドには、加工液、切粉などを排除するときの樋２が一
体に形成されている。ベッド１上には、２本の直線のガ
イドレールには第１案内面３，３が形成されている。第
１案内面３の側面には、ラック４が固定されている。

【００１３】第１案内面３，３上には、送り台５が移動
自在に設けられている。送り台５の下面には、ナットが
固定されておりこのナットに送りねじ６がねじ込まれて
いる。送りねじ６の一端には、Ｘ１サーボモータ（図示
せず）の出力軸が連結されている。Ｘ１サーボモータの
回転駆動により、送り台５は第１案内面３，３上を移動
される。送り台５の上部には、主軸台８が設けられてい
る。主軸台８はＸ１方向と直角な方向、すなわちＹ１軸
線の回りに回転および割出位置決めができる。この回転
及び割出し位置決めのための駆動は、ウォーム及びウォ
ームホイールを介してＹ１サーボモータ９により行う
（図３参照）。

【００１４】主軸台８には、主軸が軸受により回転自在
に支持されている。主軸の前面側の端面部には、チャッ
ク１１が取り付けられている。チャック１１は工作物を
把持するためのものである。ただし、主軸前端面には、
工作物把持用のチャック１１だけでなく、後述する工具
タレット２９及び磁気チュック７０による角形工作物な
ども装着できる。主軸は、主軸台８内に埋め込んだビル
トインモータにより高速及び低速に回転駆動される。

【００１５】一方、前記ベッド１上には、第１案内面
３，３と平行なＸ２方向に２本の第２案内面２０，２０
が形成されている。第２案内面２０，２０上には、第２
送り台２１が移動自在に設けられている。第２案内面２
０，２０に沿ってＸ２送りねじ１９が配置されている。
Ｘ２送りねじ１９は、第２送り台２１の下面に設けたナ
ット１７にねじ込まれている。Ｘ２送りねじ１９の一端
は、Ｘ２サーボモータ１８の出力軸に連結されている。
結局、Ｘ２サーボモータ１８を回転させることにより、
第２送り台２１は第２案内面２０上を移動する。

【００１６】第２送り台２１には、２本の第３案内面２
２，２２を有する案内レールが第２案内面２０，２０と
直角な方向に取り付けられている。第３案内面２２，２
２上には、第３送り台２３が移動自在に設けられてい
る。第３送り台２３は、送りねじを介してＺ２サーボモ
ータ２４により移動される。更に、第３送り台２３上に
は、コラム２５が一体に設けられている。コラム２５の
前面には、第４案内面２６，２６が形成されている。

【００１７】第４案内面２６，２６には、主軸頭２７が
上下動自在に設けられている。主軸頭２７は、Ｙ２サー
ボモータ２８により上下動自在に駆動される。主軸頭２
７内には、主軸が回転自在に支持され設けられている。
主軸の前面側の主軸端には、工具タレット２９が取り付
けられている。工具タレット２９の外周には、複数の工
具Ｔが取り付けられている。この主軸前端の構造は、後
述する主軸台８の構造と同一であり、ここでは説明しな
い。この工具タレット２９は、後記するように主軸より
回転動力を取り出して、工具タレット２９に取り付けた
回転工具を回転させるものである。また、工具タレット
２９の本体は、カービックカップリング構造により主軸
受の前端面に位置決め固定できるものである。

【００１８】タレット２９に取り付けられた工具Ｔは、
チャック１１に把持した工作物を加工する。ベッド１に
は、更に高さの違う２本の案内面３１ａ，３１ｂが形成
されている（図２参照）。この両案内面３１ａ，３１ｂ
上にテイルストック３２が移動自在に設けられている。
テイルストック３２は、センタを使用して工作物の一端
を支える台である。更に、心押軸を回転駆動および回転
割出用のサーボモータ３３を備えている。したがって、
心押軸のヘッド３４に工作物把持用のチャック１１、工
具タレット２９も取り付けることができる。

【００１９】工作物及び工具タレット・マガジン４０ 第１案内面３，３上には、第４移動台４１が移動自在に
設けられている。第４移動台４１上には、サーボモータ
４２が搭載されているとおり、その出力軸に設けたピニ
オンが案内レールのラック４に噛み合っている。第４移
動台４１は、第１案内面３，３上をサーボモータ４２に
より駆動されて移動する。したがって、サーボモータ４
２を回すことで第４移動台４１は、案内面３，３上を移
動される。

【００２０】第４移動台４１上には、工作物及び工具タ
レット・マガジン４０が搭載されている。第４移動台４
１には、工作物及び工具タレット・マガジン４０を割出
しするためのサーボモータ４４が取り付けられている。
第４移動台４１上のタレット台４３上には、マガジン本
体４６が割出し可能に設けられている。マガジン本体４
６は、８角形であり、その外周面に工具タレット２９を
取り付けるためのタレットソケット４７が外周の４か所
に設けられている。マガジン本体４６の上部には、工作
物Ｗを把持し、搭載するための工作物把持台が設けられ
ている。したがって、工作物及び工具タレット・マガジ
ン４０は、工具タレット２９の搬送と共に工作物の搬送
も行う。

【００２１】図６は、図２のVI-VI 線で切断した第４移
動台４１の断面図である。割出用サーボモータ４４の出
力軸には、ウォーム８０が設けられている。ウォーム・
ホイール８１に噛み合っているウォーム・ホイール８１
は、マガジン本体４６に固定されている。したがって、
割出用サーボモータ４４を回転させることによってウォ
ーム８０は回転され、ウォーム・ホイール８１は割出し
回転させられる。ウォーム・ホイール８１の回転により
マガジン本体４６は、所望の角度に割出しされる。この
割出しにより、工具タレット２９を必要な角度位置に割
出す。第４移動台４１上には、サーボモータ４２が搭載
されこの出力軸には、ピニオン８２が連結されている。
ピニオン８２は、ラック４に噛み合っている。

【００２２】ベッド１の隣には、レーザ加工機５０が設
置されている。レーザ加工機４９は、焼入れ、切断、溶
接などを行うためのものである。このレーザ加工機４９
の構造は周知である。レーザ発振ヘッド５０は、サーボ
モータにより３軸線方向に移動されて位置決めされ工作
物の必要な位置にレーザ加工を行う。これらの駆動機構
は、周知であり、ここでは詳記しない。

【００２３】主軸台８ 図３は、主軸台４及び第１送り台３の切断断面図であ
り、図４は図３のIV−IV線の切断断面図である。主軸台
本体５１は、立方体状の形をしたものである。主軸台本
体５１の下面には、割出軸５２が一体に取り付けられて
いる。割出軸５２は軸受５３により回転自在に第１送り
台５に支持されている。割出軸５２には、ウォームホイ
ール５４が固定されている。ウォームホイール５４は、
ウォーム５５に噛み合っている。ウォーム５５は、軸５
６を介してサーボモータ９により割出し回転される。

【００２４】主軸台本体５１内には、低速回転のための
低速主軸５７が軸受５８に支持されている。低速主軸５
７の外周には、ウォームホイール５９が固定されてい
る。ウォームホイール５９は、ウォーム７２に噛み合っ
ている。ウォームホイール５９は、軸６０を介して低速
用モータ６１により回転駆動される。低速主軸５７の前
端面には、環状のカービックカップリング６２が形成さ
れている。カービックカップリング６２は、工具タレッ
ト２９（図７，８参照）又は工作物チャック等を取り付
けるためのものである。

【００２５】低速主軸５７でかつカービックカップリン
グ６２の外周には、環状の磁気チャック７０が設けられ
ている。磁気チャック７０は、角形の工作物又は異形の
工作物固定用の治具を吸着固定するためのものである。

【００２６】低速主軸５７と同軸で中心には、高速回転
のための高速主軸６３が軸受６４により回転自在に支持
されている。高速主軸６３の前面には、テーパ穴６５が
形成されている。高速主軸６３の後端には、ＡＣモータ
のモータ・ロータ６６が一体固定されている。更に高速
主軸６３には、回転円盤７１が取り付けられている。回
転円盤７１は、エンコーダを構成する部品であり、高速
主軸６３の回転数、回転方向、回転角を検出するもので
ある。このエンコーダの詳細な構造は周知であり、その
説明は省略する。

【００２７】モータ・ロータ６６の外周でかつ主軸台本
体５１には、モータ・ステータ６７が一体に固定されて
いる。モータ・ロータ６６とモータ・ステータ６７は、
ＡＣモータを構成する。モータ・ロータ６６は、希望の
角度位置に割出しするための割出用モータ（図示せず）
を備えている。

【００２８】モータ・ステータ６７内のコイルはその内
部抵抗により発熱する。このためモータ・ステータ６７
の外周の主軸台本体５１には、螺旋状の溝であるオイル
ジャケット６８が形成されている。オイルジャケット６
８には、冷凍装置で冷却された冷却油が流されており、
モータ・ステータ６７を冷却する。高速主軸６３の最後
部には、アンクランプシリンダ６９が設けられている。
アンクランプシリンダ６９は、低速主軸６３のテーパ穴
６５内に把持された工具をアンクランプするためのもの
である。なお、テーパ穴６５への工具の固定は、周知の
構造であるローレット、ドローバ、皿バネによって行う
（図示せず）。

【００２９】一方、低速主軸５７への工具タレットの取
付は、次のように行う。低速主軸５７の前端面には、環
状にカービックカップリング６２が形成されている。カ
ービックカップリング６２は、工具タレット２９に形成
されたカービックカップリング９３（図８）に噛み合っ
て工具タレット２９を低速主軸５７に固定するためのも
のである。

【００３０】工具タレット２９ 図７に示すものは、工具タレット２９の一部破断平面図
である。図８は図７のVIII-VIII 線の断面図である。工
具タレット２９は、放射状に複数のタップ９０、ドリル
９１など回転工具と、旋削工具９２等種々の工具を備え
ているタレット刃物台である。例えば、回転工具である
タップ９０は、タップチャック９３で把持されている。
タップチャック９３は、タップ軸９４の一端に設けられ
ており、タップ軸９４の他端には、かさ歯車９５がキー
止めされている。工具タレット本体８９は、平面６角形
状であり高さを持った本体である。

【００３１】６角の各辺には、タップ９０、ドリル９１
等の回転工具、旋削工具９２、工作物把持用のサブチャ
ック９６が取り付けられている。工具タレット２９は加
工時には、主軸頭２７又は主軸台８の前面に固定され
る。工具タレット本体８９の側面には、環状にカービッ
クカップリング９７が形成されている。このカービック
カップリング９７は、低速主軸５７の前端面に形成され
たカービックカップリング６２に噛み合って工具タレッ
ト２９を低速主軸５７に固定する。

【００３２】工具タレット本体８９の側面中央には、テ
ーパシャンク９８が回転自在に支持されている。テーパ
シャンク９８の一端には、かさ歯車９９がキー固定され
ている。かさ歯車９９はかさ歯車９５と噛み合ってい
る。テーパシャンク９８は、高速主軸６３のテーパ穴６
５に噛み合って工具タレット２９を固定する。工具タレ
ット本体８９の前面には、把持部８８が形成されてい
る。把持部８８は、工具タレット２９をタレットソケッ
ト４７に挿入して把持するためのものである。

【００３３】工作機械用寸法・形状測定装置２１０ 図２１，２２，２３は、工作機械用寸法・形状測定装置
２１０を工具タレット２９に取付けた状態を示す。工具
タレット２９には、工作機械用寸法・形状測定装置２１
０の本体を構成する箱状のケース２１１が設けられてい
る。この内部には、４枚の平行板バネ２１２が挿入され
ている。ただし、平行バネ２１２は、原理的に２枚でも
良い。平行板バネ２１２の両端は、把持部材２１３で相
互に固定されている。

【００３４】平行板バネ２１２の中間位置は、固定部材
２１４で支持位置を明確にするために１点で固定するこ
となく支持されている。その支持方法は、本実施例では
ナイフエッジ（図示せず）で行っている。固定部材２１
４は、ケース２１１に固定されている。把持部材２１３
の後端には、メインスケール２１５が固定されている。
メインスケール２１５は、光学式のガラススケールであ
り所定ピッチで目盛りが切られている。両把持部材２１
３，２１３の中心には、中心ロッド２１６配置され、こ
の中心ロッド２１６は両把持部材２１３，２１３で固定
されて支持されている。

【００３５】一方、メインスケール２１５の近傍でケー
ス本体２１１には検出ヘッド２１９が設けられている。
検出ヘッド２１９は、この内部にメインスケール２１５
と同じピッチで、互いに９０度位相のずれた信号が得ら
れるインデックス格子を有している。この信号を処理し
て、スケールピッチの何分の一かのパルス信号を得て、
メインスケール２１５の変位を測定する。これらの原理
は周知であり、この内容は詳記しない。なお、このスケ
ールは静電、磁気を利用したものでも良い。

【００３６】中心ロッド２１６の前端には、ロッド２１
７を介してディスクプローブ２１８が固定されている。
タレット本体８９をネジ山２２０に沿って移動させる
と、ネジ山２２０の形状にしたがってディスクプローブ
２１８、ロッド２１７、中心ロッド２１６が移動し、平
行バネ２１２もこれに沿って変形し、メインスケール２
１５を平行移動させる。

【００３７】この平行移動は検出ヘッド２１９により検
知され、この出力は信号ケーブルを介して取り出されネ
ジ山２２０の軌跡が読み出される。この測定装置は、タ
レットなどの移動、機体などの固定側のいずれにも取り
付けて使用できる。

【００３８】心押軸のヘッド３４ 図９、図１０は、テイルストック３２のヘッド３４の詳
細を示す図である。図９は、ヘッド３４の正面図であ
り、図１０は半断面図である。ヘッド３４内には、心押
軸１０１がベアリング１０２により支持されている。心
押軸１０１の前端には、心押軸１０１の一体にフランジ
１０３が一体に設けられている。フランジ１０３の前端
面には、カービックカップリング１０５が形成されてい
る。カービックカップリング１０５は、前記した工具タ
レット２９のカービックカップリング９７と噛み合うた
めのものであり、心押軸１０１に工具タレット２９又は
工作物のパレットを固定する。 また、心押軸１０１の
中心の前端面の中心には、テーパ穴１０５が形成されて
いる。テーパ穴１０５は、工具のシャンクなどを挿入し
クランプするためのものである。心押軸１０１の前端面
には、キー１０６が固定されている。キー１０６は工具
などを駆動するためのキーである。

【００３９】一方、フランジ１０３の背面には、わずか
な隙間をおいて摩擦パッド１０７が配置されている。摩
擦パッド１０７は、金属製であり摩擦の少ないすべり軸
受金属等から選択する。更に、ヘッド３４には、フラン
ジ状の変形部１０８を介して圧電アクチュエータ１０９
が配置されている。圧電アクチュエータ１０９は、本例
では結晶体の圧電セラミックス、すなわちジルコン酸チ
タン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた。ＰＺＴ系圧電セラミック
スは、印加電圧に対する歪みが大きいので有利である。

【００４０】更に、変形部１０８の外周には、テーパシ
ャンク１１０が設けられている。テーパシャンク１１０
は、工作物Ｗをクランプするアタッチメント等をクラン
プするときに用いる。スロッタ加工等軸方向運動のみに
て加工を行う際に、フランジ１０３に加えられるスラス
ト方向の力は、圧電アクチュエータ１０９の歪みにより
変形部１０８が前方に変形されて摩擦パット１０７を前
方によりせり出し、フランジ１０３を支持して直接主軸
ベアリングにかからないように保護される。

【００４１】工具・治具・工作物準備ステーション１２
０ 図１１、図１２、図１３、図１４は、工具・治具・工作
物準備ステーションを示す。図１１は全体の外観を示す
図であり、図１２は正面図であり、図１３は図１２のXI
II−XIII線で切断した平面図であり、図１４は右側面図
である。工具・治具・工作物準備ステーション１２０
は、ベッド１の側面に配置されている。

【００４２】この外観は、箱状の形をしたものであり、
内部の空間は２つの棚１２１で上、中、下段の３つの部
屋に仕切られている。下段部屋１２２は、洗浄ゾーン１
２５を隔離するためのシャッタドラム１２６が配置され
ている。シャッタドラム１２６のシャッタ１２７は、ロ
ーラ１２８、ガイド１２９に案内されて駆動モータ（図
示せず）により駆動されて洗浄ゾーン１２５を区画す
る。

【００４３】同様のシャッタドラム（図示せず）が、こ
のシャッタ１２７と直角方向にも配置され、洗浄ゾーン
１２５を区画している。洗浄ゾーン１２５からは、この
区画により切粉、洗浄液などが飛散することはない。洗
浄ゾーン１２５の下方には、角錐状の切屑落下孔１３０
が配置されている。切屑落下孔１３０の下方には、チッ
プコンベヤ１３１が配置されている。チップコンベヤ１
３１は、切屑落下孔１３０からの切屑などを外部に排出
するためのものである。

【００４４】中段部屋１２３には、工具タレットマガジ
ン１３２が配置されている。工具タレットマガジン１３
２は、移動台１３３上に４個の工具タレット２９を貯蔵
する。移動台１３３は、内蔵した割り出し駆動機構によ
り垂直軸を中心に割り出しでき、工具タレット２９の交
換時に割り出しする。更に、移動台１３３は、案内レー
ル１３４上を移動できる。案内レール１３４に沿って、
送りネジ１３５が配置されている。送りネジ１３５の一
端には、送りモータ１３６が連結され、かつ移動台１３
３に固定されたナットにねじ込まれている。送りモータ
１３６を回転駆動することにより、送りネジ１３５が回
転され、移動台１３３を案内レール１３４に沿って移動
させる。

【００４５】中段部屋１２３には、案内レール１３４と
直角方向に案内レール１３９が配置されている。案内レ
ール１３９上には、回転及び搬送装置１４０が移動自在
に設けられている。案内レール１３９に沿って、送りネ
ジ１４１が配置されている。送りネジ１４１の一端に
は、送りモータ１４２が連結され、かつ回転及び搬送装
置１４０に固定されたナットにねじ込まれている。送り
モータ１４２を回転駆動することにより、送りネジ１４
１が回転され、回転及び搬送装置１４０を案内レール１
３９に沿って移動させる。

【００４６】回転及び搬送装置１４０には、磁気チャッ
ク１４３が回転自在に設けられている。磁気チャック１
４３は、工作物治具Ｐを吸着し、かつ水平軸を中心に旋
回する。回転及び搬送装置１４０は、工作機械側の工作
物及び工具タレット・マガジン４０から工作物治具Ｐを
受け取る。この受け取りのとき、回転及び搬送装置１４
０は内蔵された割出装置により垂直軸を中心に旋回し、
磁気チャック１４３を工作機械側に向ける。

【００４７】受け取った工作物治具Ｐは、回転及び搬送
装置１４０の磁気チャック１４３で把持後、案内レール
１３９上を移動し洗浄ゾーン１２５に移動する。洗浄ゾ
ーン１２５で磁気チャック１４３は、水平軸を中心に旋
回し工作物治具Ｐを切屑落下孔１３０で旋回させ、圧縮
空気を噴射させながら切屑を払う。切屑落下孔１３０の
上方には、反転装置１４６が配置されている。

【００４８】反転装置１４６は、磁気チャック１４７を
有しており、磁気チャック１４７はシリンダ装置１４８
で上下及び旋回される。したがって、磁気チャック１４
７は、工作物治具１４４を必要に応じて旋回及び上下動
させる。中部屋１２３の奥には、工作物治具１４４を搬
送するための治具搬送装置１５０が案内レール１５１上
を移動自在に設けられている。

【００４９】案内レール１５１に沿って、送りネジ１５
２が配置されている。送りネジ１５２の一端には、送り
モータ１５３が連結され、かつ治具搬送装置１５０に固
定されたナットにねじ込まれている。送りモータ１５３
を回転駆動することにより、送りネジ１５２が回転さ
れ、治具搬送装置１５０を案内レール１５１に沿って移
動させる。

【００５０】治具搬送装置１５０は、洗浄ゾーン１２５
で工作物治具Ｐを磁気チャック１５４で受け取り、案内
レール１５１上を移動して治具搬送装置１５０に内蔵さ
れた割出装置により垂直軸を中心に旋回し、磁気チャッ
ク１５４を治具ストッカ１５５側に向けて所定の位置で
解放し貯蔵しておく（図３参照）。なお、治具ストッカ
１５５を多段式に配置してスペース効率を向上させても
良い。この場合は、治具搬送装置１５０に上下動の動き
ができる上下動駆動機構が必要である。

【００５１】上部屋１２４には、棒材搬送装置１６０が
配置されている。棒材搬送装置１６０は、棒材ストッカ
１６１から加工用の棒材Ｗを掴み工作機械に供給及び排
除するためのものである。案内レール１６２は、移動台
１６３を案内するものである。移動台１６３は、チェー
ン１６４に接続されている。チェーン１６４の両端は、
スプロケット１６５に噛み合っている。スプロケット１
６５は、駆動モータ１６７に駆動される。したがって、
駆動モータ１６７を回転させると、チェーン１６４が移
動し移動台１６３が案内レール１６２上を移動する。

【００５２】移動台１６３には、ハンド装置１６７が搭
載されている。ハンド装置１６７は、棒材Ｗを掴み、か
つ上下動と、旋回を行うことができる。これらの構造
は、周知の構造でありその詳細な説明は省略する。

【００５３】籠型パレット１７０ 図１５は、籠型パレット１７０の外観を示す図である。
このフレーム１７１は、立方体状の形をしており、断面
が角状のものである。フレーム１７１には、Ｌ字状のク
ランププレート１７２がボルト１７３で固定されてい
る。クランププレート１７２の前面には、環状のカービ
ックカップリング１７４が一体に設けられている。この
カービックカップリング１７４は、主軸台８のカービッ
クカップリング６２と噛み合って低速主軸５７に固定さ
れる。主軸頭２７にも同様に固定できる。

【００５４】図１９は、籠型パレット１７０の他の実施
例を示すものである。工作物によっては、Ｌ字状のクラ
ンププレート１７２では加工の邪魔になることがある。
この実施例は、フレーム１７１を挟んで２枚のクランプ
プレート１７２ａ，１７２ｂを対向して配置したもので
ある。

【００５５】ジャッキ１７５ 工作物Ｗは、このフレーム１７１の中に収容してジャッ
キ１７５で固定する。図１６は、この工作物に使用する
ジャッキ１７５の断面図である。フレーム１７１には、
ジャッキ固定穴１６９が形成されている。ジャッキ固定
穴１６９には、ジャッキ１７５の挿入部１７６を挿入す
るためのものである。挿入部１７６は、本体１７７が一
体にねじ込まれている。本体１７７には、中間軸１７８
がねじ込まれている。

【００５６】中間軸１７８には、ロードセル１７９が挿
入されビス１８０で固定されている。ロードセル１７９
は、ジャッキ１７５に付加される加圧力を測定するため
のものである。ロードセル１７９の出力は、出力端子１
８１を介してフレーム１７１からクランプ力確認装置１
８６（図１７参照）へ入力される。中間軸１７８には、
ボルト１８２がねじ込まれロックナット１８３で固定さ
れている。

【００５７】ボルト１８２には、ロッド１８４が摺動自
在に挿入されている。ロッド１８４の先端には、硬質ゴ
ムで作られたパッド１８５が固定されている。パッド１
８５は、工作物Ｗの表面に接触し、押圧するためのもの
である。ロッド１８５の外周で、パッド１８５とボルト
１８２との間には皿バネ１８６が介在されている。した
がって、ボルト１８２を延ばしてパッド１８５で工作物
Ｗの表面を押圧すると、皿バネ１８６が圧縮され、ロー
ドセル１７９が加圧され、ロードセル１７９からの出力
が変化し加圧力が検知できる。

【００５８】図１７は、籠型パレット１７０の内部にに
異形の工作物Ｗをジャッキ１７５で固定したときの固定
方法の一例を示す断面図である。ジャッキ１７５で工作
物Ｗを締め付けた反力の大きさは、ロードセル１７９で
検知され、この出力は籠型パレット１７０に設けた端子
１８６からクランプ力確認装置１８７に入力され確認さ
れる。このクランプ力の確認は、工作物Ｗを籠型パレッ
ト１７０に取り付けたとき行う。しかし、籠型パレット
１７０を主軸に取り付けて加工中にもこのクランプ力を
確認しても良い。

【００５９】図２０は、ジャッキ１７５の他の実施例を
示す外観図である。本体１７７と中間軸１７８との間
に、球１７８とこれが挿入された凹球面１７７ａを設け
たものである。したがって、本体１７７と、中間軸１７
８とが角度を有してもクランプできる。変形した工作物
のクランプに便利である。

【００６０】工作物取付剛性確認センサ１９０ 図１８は、工作物取付剛性確認センサ１９０の一部断面
図である。この工作物取付剛性確認センサ１９０は、工
具主軸に取り付けて、工作物Ｗが固定治具に確実にクラ
ンプされているか否かチェック及び剛性を測定するため
のものである。ツールシャンク１９１は、工具主軸１９
２に取り付けて使用される。ツールシャンク１９１の前
方のロッド１９３内には、移動ロッド１９４が移動自在
に設けられている。

【００６１】移動ロッド１９４の前端には、接触パッド
１９５が一体に設けられている。移動ロッド１９４の後
端には、ピストン１９６が一体に設けられている。接触
パッド１９５とロッド１９３との間には、皿バネ１９７
と、ロードセル１９８が介在されている。したがって、
接触パッド１９５が加圧されると皿バネ１９７が圧縮さ
れ、かつロードセル１９８も加圧され、加圧力を検知す
る。

【００６２】ピストン１９６の後端には、棒状コア１９
９が連結されている。棒状コア１９９の外周には、コイ
ル２００が配置されている。結局、棒状コア１９９と、
コイル２００とは、作動トランスを構成し、変位量を測
定する。ロードセル１９８、作動トランスの出力は、端
子２０１を介して剛性計算回路２０２に入力されて、治
具に対しての工作物の取付け状況が計算される。

【００６３】すなわち、工作物剛性確認センサ１９０の
バネ定数は、周知なのでロードセル１９８から検知され
る加圧力、作動トランスの検知による加圧時の移動量か
ら工作物の取付剛性、すなわちバネ定数を剛性計算回路
２０２で計算する。この結果、治具への工作物固定の確
実性、固定強度を確認できる。

【００６４】作動の概略 以上のような構造の複数の加工要素を持つ加工システム
は、概略次のように作動する。ＮＣ装置１００は、これ
から加工しようとする工作物に合わせて工具タレット２
９を選択する。この選択の前にあらかじめ工作物及び工
具タレット・マガジン４０へ工具タレット２９の交換
は、工具・治具・工作物準備ステーション１２０へ工作
物及び工具タレット・マガジン４０を移動させて行う。
工具タレット２９は、工作物の加工内容に応じてあらか
じめ装着する工具が決められている。例えば、加工内容
がドリル、外径、ネジ切り、外周研削加工であれば、そ
れらの加工ができるように、ドリル、外径バイト、ネジ
切りバイト、砥石が装着された工具タレット２９を選択
する。

【００６５】工具タレット２９は、工作物及び工具タレ
ット・マガジン４０に複数個貯蔵されている。この工具
タレット２９の交換は、ＮＣ装置１００の指令により、
割出用サーボモータ４４を起動し、ウォーム８０、ウォ
ームホイール８１を回転させて、工具マガジン本体４６
を所望の角度に割出す（図１，２の状態）。

【００６６】この割出しの状態は、工具マガジン本体４
６の空いているタレットソケット４７側をコラム２５側
に向けた状態である。この割出しと同時に又は平行して
Ｘ２サーボモータ１８、Ｚ２サーボモータ２４、Ｙ２サ
ーボモータ２８を起動させて主軸頭２７を工具タレット
２９の交換位置に移動させる。すなわち、工作物及び工
具タレット・マガジン４０と主軸２７を対向させ、マガ
ジン本体４６のタレットソケット４７と工具タレット２
９の把持部９６の中心線を一致させる。

【００６７】この中心線が一致し対向した状態で、Ｚ２
サーボモータ２４を駆動させて、主軸頭２７を更にマガ
ジン本体４６に近づけ、工具タレット２９の把持部８８
をタレットソケット４７に挿入する。マガジン本体４６
内のクランプ装置は、把持部９６を把持する。この把持
後、主軸頭２７内の工具クランプ装置は工具タレット２
９のクランプを解除する。この後、Ｚ２サーボモータ２
４を起動させて、主軸頭２７を再びマガジン本体４６か
ら引き離す。

【００６８】第４移動台４１上の割出し用サーボモータ
４４を起動させて、マガジン本体４６を所望の角度に割
り出す。目的の工具タレット２９がコラム２５側に位置
すると、再びＺ２サーボモータ２４を移動させて主軸頭
２７をマガジン本体４６に近づける。主軸頭２７内のク
ランプ装置は、工具タレット２９のテーパシャンク９８
を把持する。この把持後、マガジン本体４６内のクラン
プ装置は工具タレット２９を解放する。以上の動作で工
具タレット２９の交換動作は終了する。

【００６９】一方、この工具タレット２９の交換後又は
前にチャック１１に工作物Ｗを保持させる。工作物及び
工具タレット・マガジン４０にベッド１の側面に配置し
た工作物及び工具タレット２９のストッカー（図示せ
ず）から工作物Ｗを供給し搭載する。工作物及び工具タ
レット・マガジン４０は、工作物Ｗをその頂部に搭載し
案内面３，３上を移動しチャック１１に工作物Ｗを供給
する。なお、この移動をしないで、主軸台８を移動させ
ても工作物Ｗを把持しても良い。

【００７０】次に、Ｘ２サーボモータ１８、Ｚ２サーボ
モータ２４、Ｙ２サーボモータ２８を駆動し、主軸頭２
７を所定の加工位置に移動させる。高速主軸６３を回転
しチャック１１を回転させて、主軸頭２７の工具タレッ
ト２９内の工具により旋削、ミーリング、穴あけ、研削
加工を行う。このとき加工は、Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２軸にー
リング、穴あけ、研削加工を行う。このとき加工は、Ｘ
２，Ｙ２，Ｚ２軸により行う。

【００７１】更に、必要があれば、モータ・ロータ６６
を電磁的に固定し高速主軸６３を固定し、Ｙ１サーボモ
ータ９を駆動させて主軸台８をＹ１の軸線の回りに割出
し回転させて５軸で必要な加工を行う。長尺の工作物Ｗ
の場合には、テイルストック３２とチャック１１との間
に工作物Ｗを保持し通常の旋削、円筒研削、ミーリング
加工等の同様の加工を行う。更に、焼入れの必要がある
工作物Ｗは、レーザ発振ヘッド５０からレーザを発振さ
せて焼入れ溶接などを行う。加工が終了した工具Ｗは、
工作物及び工具タレット・マガジン４０に搭載して排出
する。

【００７２】テイルストックの使用方法 テイルストック３２は、通常の旋盤のように、長尺の工
作物の一端をセンターで支える機能もある。しかしなが
ら、本加工システムのテイルストックは、キー溝などの
加工時に工作物を保持する機能もある。図１０の鎖線に
示すように、工作物Ｗにキー溝を加工するときは、まず
パレットＰに工作物Ｗを搭載する。パレットＰの裏面に
は、カービックカップリングが形成されており、このカ
ービックカップリングはフランジ１０３に形成されたカ
ービックカップリング１０４に噛み合っている。

【００７３】また、パレットＰの裏面には、テーパシャ
ンク１１１が一体に設けられている。このテーパシャン
ク１１１は、心押軸１０１のテーパ穴１０４に挿入され
ており、このテーパシャンク１１１の後端にはプルスタ
ッドが取り付けられている。このプルスタッドをクラン
プ装置でクランプして心押軸１０１にパレットＰを固定
する。スラスト方向の切削力より主軸ベアリングを保護
するため、圧電アクチュエータ１０９に電圧を印加させ
て軸方向に膨脹する歪みを発生させる。この歪みは、変
形部１０８、摩擦パット１０７を介してフランジ１０３
を押上げてパレットＰからの切削力が直接主軸ベアリン
グに加わらないよう受け止める。

【００７４】

【その他の実施例】前記した工作機械用寸法・形状測定
装置２１０は、タレット２９に取付けたものであった
が、この測定装置は例えばテイルストック３２の案内面
３１ａ，３１ｂと平行に設けた案内レール（図示せず）
上に移動台を移動自在に設け、この移動台に前記計測装
置を搭載して配置しても良い。更に、主軸、工具主軸に
取付けて前記測定を行っても良い。

【００７５】主前記主軸は、中心が高速軸で外周が低速
軸であったが、この逆の配置でも良い。その駆動手段も
ビルトインモータに限らず、公知の他の手段でも良い。
前記した圧電アクチュエータ１０９は、電圧を印加させ
て歪みを発生させるものであった。しかし、この圧電ア
クチュエータ１０９は、電歪アクチュエータでも良い。

【００７６】電歪アクチュエータは、電界により歪みを
発生させるものである。例えば、電歪アクチュエータ
は、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）などである、更
に、動電スピーカーなどに用いられているボイスコイル
アクチュエータなどでも良い。前記工作物Ｗの供給は、
ベット１の近くに配置したロボット（図示せず）又は上
部に設けた工作物供給・排出装置（図示せず）により供
給又は排除しても良い。

【００７７】

【発明の効果】以上詳記したように、この発明は工作
物、工具等の寸法、形状等の大きな変位を計測すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は複数の加工要素を持つ加工システムの外
観を示す立体配置図である。

【図２】図２は図１のII矢視図である。

【図３】図３は主軸台の断面図である。

【図４】図４は図３のVI-VI 線で切断した断面図であ
る。

【図５】図５は主軸台の正面図である。

【図６】図６は図１のVI-VI 線で切断した断面図であ
る。

【図７】図７は工具タレットの正面である。

【図８】図８は図７のVIII-VIII 線で切断した断面図で
ある。

【図９】図９はテイルストックの正面図である。

【図１０】図１０はテイルストックのヘッド部分の断面
図である。

【図１１】図１１は工具・治具・工作物準備ステーショ
ンの外観を示す図である。

【図１２】図１２は図１１のXII 矢視図である。

【図１３】図１３は図１２のXIII-XIII 線で切断した平
面図である。

【図１４】図１４は図１３のXIV-XIV 線で切断した側面
図である。

【図１５】図１５は籠型パレットの外観を示す分解図で
ある。

【図１６】図１６はジャッキの縦断面図である。

【図１７】図１７は籠型パレットに工作物をジャッキで
固定した状態を示す断面図である。

【図１８】図１８は工作物取付剛性確認センサの断面図
である。

【図１９】図１９は籠型パレットの他の実施例の外観を
示す分解図である。

【図２０】図２０はジャッキの他の実施例の外観を示す
図である。

【図２０】図２１は工作機械用寸法・形状測定装置の一
部断面図である。

【図２１】図２２は図２１のXXII-XXII 線で切断した断
面図である。

【図２３】図２３は図２１のXXIII-XXIII 線で切断した
断面図である。

【符号の説明】

１…ベッド、２…樋、３…案内面、４…ラック、５…送
り台、８…主軸台、９…Ｙ１サーボモータ、１０…ＣＩ
サーボモータ、１１…チャック、２０…第２案内面、２
２…第３案内面、２３…第３送り台、２４…Ｚ２サーボ
モータ、２５…コラム、２７…主軸頭、２９…工具タレ
ット、３２…テイルストック、４０…工作物及び工具タ
レット・マガジン、４９…レーザ加工機、５０…レーザ
発振ヘッド、５７…低速主軸、６３…高速主軸、６５…
テーパ穴、１００…ＮＣ装置、１０９…圧電アクチュエ
ータ、１２０…工具・治具・工作物準備ステーション、
１２５…洗浄ゾーン、１４０…回転及び搬送装置、１４
６…反転装置、１５０…治具搬送装置、１６０…棒材搬
送装置、１７０…籠型パレット、１９０…取付剛性確認
センサ

【手続補正書】

【提出日】平成５年７月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は複数の加工要素を持つ加工システムの外
観を示す立体配置図である。

【図２】図２は図１のＩＩ矢視図である。

【図３】図３は主軸台の断面図である。

【図４】図４は図３のＶＩ−ＶＩ線で切断した断面図で
ある。

【図５】図５は主軸台の正面図である。

【図６】図６は図１のＶＩ−ＶＩ線で切断した断面図で
ある。

【図７】図７は工具タレットの正面である。

【図８】図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で切断した
断面図である。

【図９】図９はテイルストックの正面図である。

【図１０】図１０はテイルストックのヘッド部分の断面
図である。

【図１１】図１１は工具・治具・工作物準備ステーショ
ンの外観を示す図である。

【図１２】図１２は図１１のＸＩＩ矢視図である。

【図１３】図１３は図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線で切
断した平面図である。

【図１４】図１４は図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線で切断し
た側面図である。

【図１５】図１５は籠型パレットの外観を示す分解図で
ある。

【図１６】図１６はジャッキの縦断面図である。

【図１７】図１７は籠型パレットに工作物をジャッキで
固定した状態を示す断面図である。

【図１８】図１８は工作物取付剛性確認センサの断面図
である。

【図１９】図１９は籠型パレットの他の実施例の外観を
示す分解図である。

【図２０】図２０はジャッキの他の実施例の外観を示す
図である。

【図２１】図２１は工作機械用寸法・形状測定装置の一
部断面図である。

【図２２】図２２は図２１のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線で切
断した断面図である。

【図２３】図２３は図２１のＸＸＩＩＩＸＸＩＩＩ線で
切断した断面図である。

【符号の説明】 １…ベッド ２…樋 ３…案内面 ４…ラック ５…送り台 ８…主軸台 ９…Ｙ１サーボモータ １０…ＣＩサーボモータ １１…チャック ２０…第２案内面 ２２…第３案内面 ２３…第３送り台 ２４…Ｚ２サーボモータ ２５…コラム ２７…主軸頭 ２９…工具タレット ３２…テイルストック ４０…工作物及び工具タレット・マガジン ４９…レーザ加工機 ５０…レーザ発振ヘッド ５７…低速主軸 ６３…高速主軸 ６５…テーパ穴 １００…ＮＣ装置 １０９…圧電アクチュエータ １２０…工具・治具・工作物準備ステーション １２５…洗浄ゾーン、１４０…回転及び搬送装置 １４６…反転装置 １５０…治具搬送装置 １６０…棒材搬送装置 １７０…籠型パレット １９０…取付剛性確認センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物に接触するためのプローブ（２１
   ８）と、 前記プローブ（２１８）を取付けたアーム（２１７，２
   １６）と、 前記アーム（２１７，２１６）を少なくとも２か所で固
   定するための把持部材（２１３）と、 前記把持部材（２１３）の間を連結するための少なくと
   も２枚の平行板バネ（２１２）と、 前記把持部材（２１３）の変位を測定するためのリニア
   スケール（２１５，２１９）と、からなる工作機械用寸
   法・形状測定装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記リニアスケール（２１５，２１９）が、光学式リニ
   アエンコーダであることを特徴とする工作機械用寸法・
   形状測定装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、 前記平行バネ（２１２）は、４枚で構成されていること
   を特徴とする工作機械用寸法・形状測定装置。