JP2016097459A

JP2016097459A - 回転軸中心位置計測用治具および該治具を用いた回転軸中心位置計測方法

Info

Publication number: JP2016097459A
Application number: JP2014234601A
Authority: JP
Inventors: 光越石; Hikaru Koshiishi
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2016-05-30
Also published as: US20160138901A1; DE102015119525A1; CN105598744A

Abstract

【課題】回転軸が多軸工作機械のいずれかの１軸と完全に平行に設置されていない場合でも、正確に回転軸中心位置を計測することが可能な回転軸中心位置計測用治具および該治具を用いた回転軸中心位置の測定方法を提供する。
【解決手段】回転軸中心位置計測用治具を旋回プレート１２上に設置する。回転軸中心位置計測用治具３０は、第１の球状部３１と第２の球状部３２が棒状部材３３の両端に備えている。棒状部材３３と第１の球状部３１と第２の球状部３２とを一体で形成してもよいし、第１の球状部３１と第２の球状部３２を棒状部材３３にネジ構造によって固定してもよい。回転軸中心位置計測用治具３０は、支持部材３４の一端部に取り付けられている。支持部材３４の他端部は旋回プレート１２にボルトなどにより固定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、マシニングセンタ等の多軸工作機械に搭載された旋回プレート付き回転軸における回転軸中心位置を計測するための治具および該治具を用いた回転軸中心位置計測方法に関する。

近年、工程集約や段取り工数削減、加工精度の向上、多面加工といった顧客ニーズに応えるべく、旋回プレート付き回転軸を有する多軸工作機械が多く用いられるようになってきた。たとえば図５のような旋回プレートおよびテールサポート付き回転軸を備えた多軸工作機械がある。

旋回プレートおよびテールサポート付き回転軸を有する多軸工作機械では、ワークの加工精度を保つために、旋回プレートおよびテールサポート付き回転軸の回転中心の位置を求める必要がある。

旋回プレートおよびテールサポート付き回転軸の回転中心位置を求める２つの方法を説明する。１つめの方法を説明する。図５は治具を使用しない従来の回転軸中心位置計測方法を示す図である。

回転テーブル１０の回転軸１１に旋回プレート１２の一端側が連結され他端側がテールサポート１３に連結されている。タッチプローブ２５を用いて回転軸を９０°とした時の旋回プレート１２のＹ方向位置（図５（ａ））と、２７０°とした時の旋回プレート１２のＹ方向位置（図５（ｂ））を計測し、図５（ａ）と図５（ｂ）の状態で求めた両端の中心位置を計算して求める。タッチプローブ２５は計測方向２６の方向に移動する。Ｚ方向は回転軸メーカ（或いは工作機械メーカ）から与えられたセンターハイト２４の距離（設置面から回転中心までの距離）を使用して求める。

次に２つめの方法を説明する。Ｙ方向は１つめの方法と同じ方法で計測する。Ｚ方向は回転軸の回転位置を０°とした時の旋回プレート上面のＺ方向位置を計測して、Ｙ方向中心位置測定時に中心位置から旋回プレートまでの距離を求めておき、差し引きしてＺ方向中心位置を求める。

また、特許文献１に開示されている方法により旋回軸の中心位置を求める方法がある。旋回プレート上の所定位置にマスター球を設置し、Ａ軸の旋回軸中心をＡ（ｙ０，ｚ０）と仮定する。次に、テーブルをＡ軸周りに任意の旋回角度βだけ旋回させ、その傾斜状態（旋回角度β）においてマスター球の中心位置（ｃｙ１，ｃｚ１）を求める。その後、さらにテーブルをＡ軸周りに所定角度αだけ旋回させて旋回角度γ（すなわち、γ＝α+β）とし、その傾斜状態（旋回角度γ）においてマスター球の中心位置ｃ２（ｃｙ２，ｃｚ２）を求める。ここで、ベクトルＡＣ１をα度回転させた直線がベクトルＡＣ２となるため、旋回軸中心Ａ（ｙ０，ｚ０）を演算より求める。

特開２００７−４４８０２号公報

背景技術で説明した２つの方法では、回転軸とテールサポートの中心位置を完全に一致させて設置することは不可能に近いため、旋回プレートを設置するとプレートに歪みが発生することが多く、前述の方法では回転軸の中心位置を正確に計測することは出来ない。図５に示すように旋回プレート１２を旋回させて、旋回プレート１２を直接計測することで、回転軸１１の中心位置を求めることが出来るが、旋回プレート１２に歪みがあると正確な位置を算出することが不可能となる。

また、特許文献１に示すような球状の治具を用いた場合、回転軸とテールサポートがＸ軸と完全に平行に設置されているとは限らないため、計測するＸ軸位置により、実際に加工で使用するＸ軸位置の回転軸中心位置と異なるケースが考えられる。つまり、特許文献１に開示されているように、球状の治具を用いることで、正確に回転軸の中心位置を求めることも出来るが、回転軸が多軸工作機械のいずれかの１軸と完全に平行に設置されていない場合は、治具を設置した場所でしか回転軸中心位置を正確に計測することが出来ない問題がある。この場合は、球状の治具を２つ設置することで回転軸の傾斜角度を求めることが出来、正確な回転軸中心位置が得られるものと考えられるが、手間が掛かる。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術を解決するため、回転軸が多軸工作機械のいずれかの１軸と完全に平行に設置されていない場合でも、正確に回転軸中心位置を計測することが可能な回転軸中心位置計測用治具および該治具を用いた回転軸中心位置の測定方法を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、工作機械のテーブルに設置され、ワークを載置する旋回プレート、該旋回プレートを回転させる回転駆動装置、該回転駆動装置に対向した位置に設けられ該旋回プレートを支持する回転軸支持装置を備えた回転テーブルの回転軸中心を測定するために、前記旋回プレート上に配置され、棒状部材の両端に球状の基準体を備えたことを特徴とする回転軸中心位置計測用治具である。
これによって、回転軸が工作機械のいずれかの軸と平行に設置されてなくても、正確に回転中心位置を求めることが可能な回転軸中心位置計測用治具を提供できる。

請求項２に係る発明は、工作機械のテーブルに設置され、ワークを載置する旋回プレート、該旋回プレートを回転させる回転駆動装置、該回転駆動装置に対向した位置に設けられ該旋回プレートを支持する回転軸支持装置を備えた回転テーブルの回転軸中心を測定するために、棒状部材の両端に球状の基準体を備えた回転軸中心位置計測用治具を前記回転テーブルに設置し、前記工作機械に取り付けられたプローブで前記回転軸中心位置測定用治具の棒状部材の一方の端部に備えられた基準体の中心位置と他方の端部に備えられた基準体の中心位置を複数の回転軸位置で計測し、前記測定した基準体の中心位置から回転軸傾斜角度と回転軸中心位置とを求めることを特徴とする回転軸中心位置計測方法である。
これによって、回転軸が工作機械のいずれかの軸と平行に設置されてなくても、正確に回転中心位置を求めることが可能な回転軸中心位置計測方法を提供できる。

本発明により、回転軸が多軸工作機械のいずれかの１軸と完全に平行に設置されていない場合でも、正確に回転軸中心位置を計測することが可能な回転軸中心位置計測用治具および該治具を用いた回転軸中心位置の測定方法を提供できる。

旋回プレート付きおよびテールプレート付きの回転軸を搭載した多軸工作機械を説明する図である。回転軸中心位置計測用治具（両端球状の棒状治具）を旋回プレート上に設置した状態を説明する図である。回転軸中心位置計測用治具（両端球状の棒状治具）を用いて３つの姿勢で、それぞれの姿勢で、両端球状の部分をそれぞれ各４点の計測を行うことを説明する図である。本発明の回転軸中心位置を測定する機能を備えた工作機械の制御装置を説明する図である。治具を使用しない従来の回転軸中心位置計測方法を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は旋回プレート付きおよびテールサポート付き回転軸を搭載した多軸工作機械を説明する図である。脚２２に支持されたベッド２１上に設けられたサドル移動機構にＹ方向に駆動されるＹ軸サドル１９が支持されている。Ｙ軸サドル１９は図示しないＹ軸モータによりＹ方向に駆動される。Ｙ軸サドル１９上に設けられたテーブル移動機構にテーブル２７が支持されている。テーブル２７はＸ軸モータ１８によりＸ方向に駆動される。なお、Ｘ方向は紙面に左右方向、Ｙ方向は紙面に垂直方向である。

ベッド２１上であってテーブル２７の後方に、コラム２３が立設している。コラム２３の上方には主軸頭が配置される。主軸頭はコラム２３に設けられたＺ軸サドル２０を介して主軸の軸方向（Ｚ方向）へ移動可能に支持されている。主軸頭には主軸ユニットが取り付けられている。主軸ユニットには主軸を駆動する主軸モータ１４が取り付けられている。主軸ユニットの主軸には、工具交換装置である工具マガジン１６によって交換可能な各種工具（切削工具１５）が装着される。主軸に装着された工具（切削工具１５）は主軸と共に様々な回転速度で回転するようになっている。

テーブル２７は、主軸の軸線（Ｚ軸ガイドの伸びる方向）と直交し、かつ互いに直交する２方向（Ｘ方向，Ｙ方向）へ移動可能に支持されている。テーブル２７上には、回転テーブル１０が取り付けられている。回転テーブル１０は、ワークを固定する旋回プレート１２、旋回プレート１２を回転させる回転軸１１、回転軸１１に対向した位置に設けられ、旋回プレート１２を支持するテールサポート１３、ベースプレート１７から構成される。回転軸１１とテールサポート１３は図２に示すようにベースプレート１７に固定される。ベースプレート１７は図２に示すようにテーブル２７に固定される。なお、回転テーブル１０のベースプレート１７を用いずに、回転軸１１とテールサポート１３とをテーブル２７に固定するようにしてもよい。

次に、本発明に係る、正確に回転軸中心位置を計測することが可能な回転軸中心位置計測用治具および該治具を用いた回転軸中心位置の測定方法を説明する。図２は回転軸中心位置計測用治具（両端球状の棒状治具）を旋回プレート上に設置した状態を説明する図である。図３は両端球状の棒状治具を用いて３つの姿勢で、それぞれの姿勢で、両端球状の部分をそれぞれ各４点の計測を行うことを説明する図である。図２および図３に示すように、回転軸中心位置計測用治具は、棒状部材の両端が球状であることを特徴とする。

回転テーブル１０の旋回プレート１２上に搭載されている状態で、回転軸１１の中心位置を正確に求めることが可能な回転軸中心位置計測用治具について説明する。本発明の実施形態である回転軸中心位置計測用治具は、図２に示すように、旋回プレート１２上に設置する。回転軸中心位置計測用治具３０は、両端球状の棒状部材であって、第１の球状部３１と第２の球状部３２が棒状部材３３の両端に備わっている。棒状部材３３と第１の球状部３１と第２の球状部３２とを一体で形成してもよいし、第１の球状部３１と第２の球状部３２を棒状部材３３にネジ構造によって固定してもよい。回転軸中心位置計測用治具３０は、支持部材３４の一端部に取り付けられている。支持部材３４の他端部は旋回プレート１２にボルトなどにより固定される。なお、支持部材３４を用いずに回転軸中心位置計測用治具３０を旋回プレート１２にボルトなど（図示せず）により固定してもよい。

図３は回転軸中心位置計測用治具３０を用いて３つの姿勢で、それぞれの姿勢で、両端球状の部分をそれぞれ各４点の計測を行うことを説明する図である。図３（ａ）は回転テーブル１０を上方から見た図である。図３（ｂ）は回転テーブル１０を正面から見た図である。図３（ｃ）は回転軸中心位置計測用治具３０を用いて３つの姿勢で、それぞれの姿勢で、両端球状の部分をそれぞれ各４点の計測を行うことを説明する図である。図３（ｃ）に示されるように、回転軸１１が０°、９０°、１８０°の位置として、各位置における両端球状部の位置を、タッチプローブ２５を用いて計測する。

図３に示すようにＸ軸方向の測定位置を、「測定位置１」と「測定位置２」の２箇所において、各３姿勢、各４点計測することで、それぞれの姿勢における球中心位置を求めることが出来る。回転軸１０が０°の位置で、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の４点を測定する。回転軸１０が９０°の位置で、Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８の４点を測定する。回転軸１０が１８０°の位置で、Ｐ９，Ｐ１０，Ｐ１１，Ｐ１２の４点を測定する。

異なる３つの位置の座標値から円の中心位置を求めるには、数１式に示す三角関数を用いることで中心位置を求めることが出来るため、前述の４点のうち、ＸＹ平面上の３点、ＹＺ平面上の３点でそれぞれ中心位置を求めることで球の中心位置を求めることが出来る。

３点の座標値から中心位置を求める数１式の計算式を用いて、求めた３姿勢（０°，９０°，１８０°）の球中心位置を元に中心位置を求めることで、回転軸１１の中心位置を正確に求めることが出来る。

この時、「測定位置１」で計測した各点に対し、「測定位置２」で求めた各点をＰ１‘〜Ｐ１２’として別途計算することで、回転軸の傾き（ＸＹ平面、ＺＸ平面）を求めることが出来る。

回転軸１１の傾き（回転中心２８の傾き）が判れば、各Ｘ軸位置における回転中心位置（Ｙ、Ｚ）も別途算出することが可能となる。

なお、数２式は、数１式において、ａ，ｂ，ｃ，ｄを代入して整理して得られた数式である。

これらの算出を、数値制御装置を用いて自動的に行うことで、旋回プレート付き回転軸の中心位置を簡単に求めることが可能となる。図４は本発明の回転軸中心位置を測定する機能を備えた工作機械の数値制御装置を説明する図である。数値制御装置４０は、測定位置１と測定位置２において、３つの姿勢における球の表面の位置を計測する制御を行う計測制御部４１と、計測制御部４１による計測で得られた球の表面の位置データを元に数１式、または、数２式を用いて回転軸中心位置を算出する回転軸位置中心位置計算部４２を備えている。

本発明は、多軸工作機械に回転軸と旋回プレートをセットで取り付けた場合、マスターバーなどを取り付けることが難しくなるため、回転軸中心位置を簡単に正確に求めることが困難であったが、本発明に係る両端球状の棒状治具を用いることで、簡単に回転軸中心位置を正確に求めることが出来る。

１０回転テーブル
１１回転軸
１２旋回プレート
１３テールサポート
１４主軸モータ
１５切削工具
１６工具マガジン
１７ベースプレート
１８Ｘ軸モータ
１９Ｙ軸サドル
２０Ｚ軸サドル
２１ベッド
２２脚
２３コラム
２４センターハイト
２５タッチプローブ
２６計測方向
２７テーブル
２８回転中心

３０回転軸中心位置計測用治具
３１第１の球状部
３２第２の球状部
３３棒状部材
３４支持部材

４０数値制御装置
４１計測制御部
４２回転軸中心位置計算部

Claims

工作機械のテーブルに設置され、ワークを載置する旋回プレート、該旋回プレートを回転させる回転駆動装置、該回転駆動装置に対向した位置に設けられ該旋回プレートを支持する回転軸支持装置を備えた回転テーブルの回転軸中心を測定するために、前記旋回プレート上に配置され、棒状部材の両端に球状の基準体を備えたことを特徴とする回転軸中心位置計測用治具。
工作機械のテーブルに設置され、ワークを載置する旋回プレート、該旋回プレートを回転させる回転駆動装置、該回転駆動装置に対向した位置に設けられ該旋回プレートを支持する回転軸支持装置を備えた回転テーブルの回転軸中心を測定するために、
棒状部材の両端に球状の基準体を備えた回転軸中心位置計測用治具を前記回転テーブルに設置し、
前記工作機械に取り付けられたプローブで前記回転軸中心位置測定用治具の棒状部材の一方の端部に備えられた基準体の中心位置と他方の端部に備えられた基準体の中心位置を複数の回転軸位置で計測し、
前記測定した基準体の中心位置から回転軸傾斜角度と回転軸中心位置とを求めることを特徴とする回転軸中心位置計測方法。