JP5121466B2 - 芯高位置調整装置及び芯高位置調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の芯高位置の調整を行うための装置及び方法に関する。

一般的に、主軸にワークを装着して該主軸から離れた位置にある刃物台に保持された工具を用いて加工を行う工作機械では、高精度の加工を行うために、工具の芯高位置調整が行われる。

例えば特許文献１には、主軸に装着した芯高調整段取り用の加工物の円錐面にレーザを照射し、工具（バイト）を刃先が反射レーザ光を遮る位置に調整して芯高位置の調整を行う技術が開示されている。また特許文献２には、主軸の中心からバイト刃先までの距離をタッチセンサを用いて計測する技術が開示されている。

特許第２６８６８１４号公報 特公平８−３５１号公報

従来では、バイトを交換する毎に工作機械において芯高位置の調整を行う必要があり、芯高位置の調整が容易ではなく、加工開始までに時間がかかるという問題があった。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、工作機械の刃物台に装着される測長装置と、該測長装置の測長子が工作機械の芯高位置を検出したときの刃物台の位置に基づき、前記刃物台に装着されるバイトの刃先が工作機械の芯高位置となるように前記刃物台の位置を補正する位置補正手段とを備えた芯高位置調整装置において、測長装置とバイトとを同一面に装着した際の測長子の検出位置とバイトの刃先位置との差を予め検出する検出手段を設け、前記位置補正手段を、前記検出手段によって検出された差に基づいて補正を行う構成とした芯高位置調整装置を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の芯高位置調整装置において、前記検出手段は、前記測長装置及びバイトが、各々刃物台に装着される際の装着基準面が接した状態で装着される測定基準面を備え、該測定基準面に装着された測長装置の測長子の検出位置と測定基準面との間の距離を検出する測長位置検出器と、測定基準面に装着されたバイトの刃先位置と測定基準面との間の距離を検出する刃先位置検出器とを設け、測長位置検出器と刃先位置検出器とによって検出された距離の差を、前記測長子の検出位置と刃先位置との差とする芯高位置調整装置を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の芯高位置調整装置において、前記測長装置がレーザ測長装置からなり、前記測長子がレーザ測長装置から照射されるレーザ光からなる芯高位置調整装置を提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の芯高位置調整装置において、測長位置検出器が、スライド移動する測定杆と、該測定杆の端部に設けられた球状の測定部とを備え、測定部の周面が測定基準面に接したときの測定杆のスライド位置と、前記レーザ光が最短距離で測定部によって反射するときの測定杆のスライド位置とによって検出を行う芯高位置調整装置を提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の芯高位置調整装置において、前記検出手段を工作機械とは別に設けた芯高位置調整装置を提供する。

請求項６に記載の発明は、工作機械の刃物台に装着される測長装置と、該測長装置の測長子が工作機械の芯高位置を検出したときの刃物台の位置に基づき、前記刃物台に装着されるバイトの刃先が工作機械の芯高位置となるように前記刃物台の位置を補正する芯高位置調整方法において、測長装置とバイトとを同一面に装着した際の測長子の検出位置とバイトの刃先位置との差を予め検出する工程と、検出された前記差に基づいて補正を行う工程と、を含む芯高位置調整方法を提供する。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の芯高位置調整方法において、前記測長装置及びバイトが、各々刃物台に装着される際の装着基準面が接した状態で装着される測定基準面を備え、前記検出する工程において、該測定基準面に装着された測長装置の測長子の検出位置と測定基準面との間の距離を検出する測長位置検出器と、測定基準面に装着されたバイトの刃先位置と測定基準面との間の距離を検出する刃先位置検出器とを用いて、測長位置検出器と刃先位置検出器とによって検出された距離の差を、前記測長子の検出位置と刃先位置との差とする芯高位置調整方法を提供する。

請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の芯高位置調整方法において、前記測長装置としてレーザ測長装置を使用し、前記測長子としてレーザ測長装置から照射されるレーザ光を使用する芯高位置調整方法を提供する。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の芯高位置調整方法において、測長位置検出器が、スライド移動する測定杆と、該測定杆の端部に設けられた球状の測定部とを備え、前記検出する工程において、測定部の周面が測定基準面に接したときの測定杆のスライド位置と、前記レーザ光が最短距離で測定部によって反射するときの測定杆のスライド位置とによって検出を行う芯高位置調整方法を提供する。

請求項１０に記載の発明は、請求項６〜９のいずれか１項に記載の芯高位置調整方法において、前記検出する工程は、工作機械とは別に行われる芯高位置調整方法を提供する。

本発明によれば、検出手段によって測長装置とバイトとを同一面に装着した際の測長子の検出位置とバイトの刃先位置との差を予め検出しておくことによって、いったん刃物台のバイト装着部に測長装置を装着し、該測長装置の測長子が工作機械の芯高位置を検出した後は、測長装置を刃物台に装着することなく、刃物台に装着されるバイトに応じて位置補正手段で補正を行い、当該バイトの芯高位置調整を簡単に且つ短時間で行うことができる。

検出手段による測長装置とバイトとを同一面に装着した際の測長子の検出位置とバイトの刃先位置との差の検出は、前記測長装置及びバイトが、各々刃物台に装着される際の装着基準面が接した状態で装着される測定基準面と、測定基準面に装着された測長装置の測長子の検出位置と測定基準面との間の距離を検出する測長位置検出器と、測定基準面に装着されたバイトの刃先位置と測定基準面との間の距離を検出する刃先位置検出器とを設け、測長位置検出器と刃先位置検出器とによって検出された距離の差を、前記測長子の検出位置と刃先位置との差とすることによって、簡易な構成により実現可能である。なお測長装置としてレーザ測長装置を使用することができる。

本芯高位置調整装置は、図１に示されるように旋盤等の工作機械１の刃物台２に装着される測長装置であるレーザ式変位センサ（以降、センサと略称する）３を備えている。なお刃物台２は、前記工作機械１の主軸６の軸心に直交するＹ方向（矢印１１で示す）に複数のバイトを並べて装着することができ、加工に使用するバイトを選択することができるように、Ｙ方向に移動可能に設けられている。前記センサ３はセンサシャンク４に固定されている。該センサシャンク４には平面状のセンサ装着基準面２３（図４、図５参照）が形成されている。前記刃物台２に形成されたバイトの取付用の溝部には、前記Ｙ方向に直交するバイト取付用の平面状の基準面５が形成されている。前記センサ装着基準面２３と前記基準面５とが接するようにセンサシャンク４が溝部に取り付けられることによって、センサ３が刃物台２に装着されている。

センサ３は、主軸６のチャック７に把持された円筒状のワーク８に向けてレーザ光９を照射し、ワーク８の周面によって反射する反射光を受光することによりワーク８との間の距離に応じた値を出力する。刃物台２及びワーク８を正面から模式的にみた図２（ａ）に示すように、ワーク８が円筒状であるため、レーザ光９がワーク８に照射される範囲で刃物台２をＹ方向に移動させるとセンサ３からワークの周面（レーザ光の照射位置）までの距離が変化する。センサ３とワーク８の周面との距離が最も短くなる（図２（ａ）では実線で示す）とレーザ光９が芯高位置でワーク８に照射される状態となる。本実施形態の工作機械１はＮＣ旋盤であり、前述の刃物台２のＹ方向への移動は図示しない制御装置によって制御され、刃物台２のＹ方向の位置は制御装置側において記憶することができる。センサ３の出力は制御装置側に入力される。センサ３とワーク８の周面との距離がもっとも短くなったときのセンサ３の出力に基づき、前記のようにレーザ光９が芯高位置で照射を行う際の刃物台２のＹ方向の位置を、センサ３を用いた場合の芯高位置として制御装置側で記憶するように構成されている。ワーク８は、ワーク８の軸心と主軸６の軸心とが一致するように、主軸６のチャック７に把持された素材をバイト１３によって円筒状に切削加工したテストピース等を使用することが望ましい。

前記工作機械１は、図３に示すように、センサ３を刃物台２から取り外し、バイト１３を刃物台２に取り付けることによって、センサ３が取り付けられていた溝部にバイト１３が装着され加工を行うことが可能となる。バイト１３は、シャンク１４の先端に実際の加工に使用するチップ１２が装着された構造となっている。シャンク１４には平面状の装着基準面２６（図５、図６参照）が形成されている。シャンク１４の装着基準面２６と前記溝部の基準面とが接するようにシャンクが溝部に取り付けられることによって、バイト１３が刃物台２に装着される。ただし同一の溝部にセンサ３とバイト１３を交換して取り付けた場合であっても、必ずしも刃物台２に装着された状態のセンサ３のレーザ照射位置と、刃物台２に装着された状態のバイト１３の刃先位置とがＹ方向で一致しない。このため前記のようにセンサ３を用いた場合の芯高位置に刃物台２を配置し、該センサ２に代えてバイト１３を装着しても、必ずしもバイト１３の刃先位置が芯高位置とはならない。本芯高位置調整装置は、刃物台２に装着された状態のセンサ３のレーザ照射位置と、刃物台２に装着された状態のバイト１３の刃先位置とのＹ方向の差を予め検出して補正量ｄ３とし、図２（ｂ）に示すように、制御装置によってセンサ３を用いた場合の芯高位置から刃物台２の位置をＹ方向に補正量ｄ３分補正することにより、バイト１３を使用する場合の芯高位置を調整する。このため本芯高位置調整装置は、前記補正量ｄ３を検出する検出手段として図４に示される測定台１６を備えている。

前記測定台１６は、平面状の測定基準面１７が形成されたベース部材１８と、２つのマイクロメータ１９、２１とを備えている。両マイクロメータ１９、２１は、測定用のロッドが測定基準面１７に対して垂直な方向に移動するようにベース部材１８に固定されている。一方のマイクロメータ１９の前記ロッドの先端には、測定部として球体２２が取り付けられている。

ベース部材１８は、センサシャンク４のセンサ装着基準面２３と測定基準面１７とが接するようにセンサシャンク４をベース部材１８に固定してセンサ３を取り付けることができる。前記のようにベース部材１８にセンサ３を取り付けると、図５に模式的に示すように、センサ３からレーザ光９が、球体２２に向けて照射され、センサ３は球体２２の表面により反射する反射光を受光することによってセンサ３と球体２２との距離に応じた値を出力する。前記マイクロメータ１９は、ロッドの移動によって球体２２の中心が測定基準面１７に垂直に移動するように設けられている。センサ３のレーザ光は、測定基準面１７に平行で且つ球体２２の中心の移動軌跡に垂直に照射される。マイクロメータ１９を調整してロッドをスライドさせ、センサ３からの出力によりセンサ３と球体２２の周面との距離が最も短くなることが検出されたとき（図５に示す状態）のマイクロメータ１９の検出値と、球体２２を測定基準面１７に当接させたときのマイクロメータ１９の検出値との差に球体２２の半径を加えることによって、測定基準面１７とレーザ光の照射位置との間のＹ方向の距離ｄ１を検出することができる。

なお球体２２を備えたマイクロメータ１９を使用する代わりに、マイクロメータ２１のような通常の平面状の先端を備えたロッドを有するマイクロメータを使用することもできる。この場合、マイクロメータを調整すると、ロッドの周面がレーザ光を反射する範囲ではセンサはロッドの周面までの距離に応じた値を出力し、ロッドの周面がレーザ光を反射しなくなると反射光を受光できなくなるため、無限遠に応じた値を出力する。前記のようにセンサからの出力が切り替わったときのマイクロメータの検出値と、前記ロッドの先端が測定基準面１７と接したときのマイクロメータの検出値との差によってｄ１を検出することができる。

一方図６に示されるように、ベース部材１８は、前記センサ３に代えて、上述のバイト１３を、シャンク１４の装着基準面２６と測定基準面１７とが接した状態で装着することができる。この場合は、図５に模式的に示すように、マイクロメータ２１のロッドの先端２７と工具の刃先２８とが同一の高さとなるとき（図５に示す状態）のマイクロメータ２１の検出値と、マイクロメータ２１のロッドの先端２７を測定基準面１７に当接させたときのマイクロメータ２１の検出値との差を、測定基準面１７とバイト１３の刃先位置とのＹ方向の距離ｄ２として検出することができる。

前記のように検出されたＹ方向の距離ｄ１とｄ２との差が、センサ３の装着基準面２３に対するレーザ光の照射位置と、バイト１３の装着基準面２６に対する刃先位置とのＹ方向の差となり、測定台１６側においてｄ１とｄ２の差を補正量ｄ３として検出する。制御装置側にｄ３が入力されることによって、制御装置によるｄ３分の補正制御により刃物台２が補正量分移動し、測定台１６に装着されたバイトを刃物台２に装着した場合の芯高位置が調整される（図２（ｂ）参照）。制御装置は芯高位置の調整を行うために刃物台２の位置を補正する位置補正手段を構成している。

測定台１６を用いて、センサ３の装着基準面２３に対するレーザ光の照射位置と、種々のバイトの装着基準面２６に対する刃先位置との差ｄ３を予め検出することによって、いったん刃物台２にセンサ３を装着し、センサ３が芯高位置にレーザ光を照射するときの刃物台２の位置を検出した後は、センサ３を刃物台２に装着したり、バイトを刃物台に装着して芯高調整を行ったりすることなく、刃物台２に装着されるバイトに応じて制御装置側でｄ３によって刃物台２の位置補正を行い、当該バイトの芯高位置調整を簡単に且つ短時間で行うことができる。前記測定台１６は、工作機械１とは別に設けることができるため、補正量ｄ３を外段取りで簡単に検出することができる。

なお上述の測定台ではセンサ及びバイトを異なるマイクロメータで測定しているが、１つのマイクロメータで測定する構成も可能である。或いは、センサ及びバイトを測定台上の異なる位置に取り付けて、それぞれについて測定を行うこともできる。

また、上述の実施形態ではバイトが直接測定基準面に当接する構成となっているが、バイトをバイトホルダに保持させた状態で測定台での測定を行い、そのバイトホルダごと刃物台に装着することによっても同様の効果が得られる。

さらに、上述の実施形態では測長装置としてレーザ式変位センサを使用し、レーザ光を測長子としたが、レーザ式変位センサの代わりにワークまでの最短距離を検出することができる非接触式のセンサを使用することもできる。またレーザ式変位センサ等の非接触式のセンサに代えて接触式の測長装置を使用し、測長子をワーク８（テストピース）の周面に当接させて、測長装置を使用した際の工作機械の芯高装置を検出する構成とすることもできる。

工作機械にレーザ式変位センサを取り付けて芯高位置を測定している状態を示す図である。 （ａ）図１の状態を模式的に示す図であり、（ｂ）（ａ）のセンサをバイトに交換して芯高位置調整を行う状態を示す図である。 工作機械にバイトを取り付けて芯高位置調整を行っている状態を示す図である。 測定台を用いて、センサのレーザ発光部位と基準面との距離を測定している状態を示す図である。 測定台を用いた測定を模式的に示す図である。 測定台を用いて、バイト刃先と基準面との距離を測定している状態を示す図である。

符号の説明

１ 工作機械
２ 刃物台
３ センサ
４ センサシャンク
６ 主軸
８ ワーク
１２ チップ
１３ バイト
１６ 測定台
１７ 測定基準面
１９、２１ マイクロメータ
２２ 球体
２３、２６ 装着基準面

Claims (10)

1. 工作機械の刃物台に装着される測長装置と、該測長装置の測長子が工作機械の芯高位置を検出したときの刃物台の位置に基づき、前記刃物台に装着されるバイトの刃先が工作機械の芯高位置となるように前記刃物台の位置を補正する位置補正手段とを備えた芯高位置調整装置において、
   測長装置とバイトとを同一面に装着した際の測長子の検出位置とバイトの刃先位置との差を予め検出する検出手段を設け、
   前記位置補正手段を、前記検出手段によって検出された差に基づいて補正を行う構成とした芯高位置調整装置。
2. 前記検出手段は、前記測長装置及びバイトが、各々刃物台に装着される際の装着基準面が接した状態で装着される測定基準面を備え、該測定基準面に装着された測長装置の測長子の検出位置と測定基準面との間の距離を検出する測長位置検出器と、測定基準面に装着されたバイトの刃先位置と測定基準面との間の距離を検出する刃先位置検出器とを設け、測長位置検出器と刃先位置検出器とによって検出された距離の差を、前記測長子の検出位置と刃先位置との差とする請求項１に記載の芯高位置調整装置。
3. 前記測長装置がレーザ測長装置からなり、前記測長子がレーザ測長装置から照射されるレーザ光からなる請求項１又は２に記載の芯高位置調整装置。
4. 測長位置検出器が、スライド移動する測定杆と、該測定杆の端部に設けられた球状の測定部とを備え、測定部の周面が測定基準面に接したときの測定杆のスライド位置と、前記レーザ光が最短距離で測定部によって反射するときの測定杆のスライド位置とによって検出を行う請求項３に記載の芯高位置調整装置。
5. 前記検出手段を工作機械とは別に設けた請求項１〜４のいずれか１項に記載の芯高位置調整装置。
6. 工作機械の刃物台に装着される測長装置と、該測長装置の測長子が工作機械の芯高位置を検出したときの刃物台の位置に基づき、前記刃物台に装着されるバイトの刃先が工作機械の芯高位置となるように前記刃物台の位置を補正する芯高位置調整方法において、
   測長装置とバイトとを同一面に装着した際の測長子の検出位置とバイトの刃先位置との差を予め検出する工程と、
   検出された前記差に基づいて補正を行う工程と、を含む芯高位置調整方法。
7. 前記測長装置及びバイトが、各々刃物台に装着される際の装着基準面が接した状態で装着される測定基準面を備え、前記検出する工程において、該測定基準面に装着された測長装置の測長子の検出位置と測定基準面との間の距離を検出する測長位置検出器と、測定基準面に装着されたバイトの刃先位置と測定基準面との間の距離を検出する刃先位置検出器とを用いて、測長位置検出器と刃先位置検出器とによって検出された距離の差を、前記測長子の検出位置と刃先位置との差とする請求項６に記載の芯高位置調整方法。
8. 前記測長装置としてレーザ測長装置を使用し、前記測長子としてレーザ測長装置から照射されるレーザ光を使用する請求項６又は７に記載の芯高位置調整方法。
9. 測長位置検出器が、スライド移動する測定杆と、該測定杆の端部に設けられた球状の測定部とを備え、前記検出する工程において、測定部の周面が測定基準面に接したときの測定杆のスライド位置と、前記レーザ光が最短距離で測定部によって反射するときの測定杆のスライド位置とによって検出を行う請求項８に記載の芯高位置調整方法。
10. 前記検出する工程は、工作機械とは別に行われる請求項６〜９のいずれか１項に記載の芯高位置調整方法。

Images