JP5503918B2 - テーブル回転角度検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、大型立形旋盤等の工作機械において、ワーク載置用テーブルの回転角度を検出するためのテーブル回転角度検出装置に関する。

この種の装置としては、ベッドにワーク載置用テーブルが垂直軸線を中心に回転自在に支持されている工作機械において、テーブルの回転角度を検出するためのロータリエンコーダを備えており、ロータリエンコーダは、外周縁部にそって被検出パターンが付けられているロータと、被検出パターンを検出するセンサとよりなり、ロータは、テーブルの回転半径方向外方に配置されかつベルト機構によってテーブルの回転を伝達されうるようになされており、センサは、ロータの被検出パターンを検出しうるようにベッドに固定されているものが知られている。

ロータの回転角度を検出することによって、テーブルの回転角度を正確に知るためには、工作機械組立時等に、ロータの芯出し、テーブルとの同期等の調整作業が必要である。

調整作業を行うには、テーブルを実際に回転させて、ロータの振れ等をインジケータによって確認している。調整作業が完了する前は、テーブルを機械によって自動運転することができないため、テーブルを手動によって回転させざるを得ない。対象となるテーブルは、例えば、直径が３ｍに及ぶものもあり、テーブルを調整者一人で回転させることは容易でない。

また、ベルト機構は加工精度上の誤差を含むことは避けられず、テーブルの正確な角度検出をすることは、困難である。

この発明の目的は、工作機械組立時等に、ロータリエンコーダの調整作業を容易に行うことができ、しかも、テーブルの回転角度を正確に検出することができるテーブル回転角度検出装置を提供することにある。

この発明によるテーブル回転角度検出装置は、ベッドにワーク載置用テーブルが垂直軸線を中心に回転自在に支持されている工作機械において、テーブルと同軸上で回転しうるようにベッドに支持されているベースと、テーブルの回転角度を検出するためのロータリエンコーダとを備えており、ロータリエンコーダは、外周縁部にそって被検出パターンが付けられているロータと、被検出パターンを検出するためのセンサとよりなり、ロータは、その半径方向位置を調節しうるようにベースに固定可能であり、センサは、ベースに固定されたロータの被検出パターンを検出しうるようにベッドに固定可能であり、伝達手段によって、テーブルの回転をベースに固定されたロータに伝達可能であるものである。

この発明によるテーブル回転角度検出装置では、ロータリエンコーダの調整作業を行うには、伝達手段による伝達を解除し、ベースとともにロータを自由に回転させられる状態にしておいて、手動によってロータを単独で回転させて、ロータの振れ等を、インジケータによって読取りながら、その振れを無くすように、ロータの半径方向の位置を調整すれば良い。したがって、ロータリエンコーダの調整時に、テーブルを回転させる必要が無く、調整作業を一人だけでも容易に行うことができる。しかも、ロータは、テーブルの回転中心にあり、テーブルの回転を容易に伝達できるため、テーブルの回転角度を正確に検出することができる。

さらに、伝達手段が、テーブルおよびベースに固定されたロータに着脱自在に橋渡し可能でありかつテーブル回転方向には非弾性であるバネ要素よりなると、ロータにテーブルの回転力のみを正確に伝達し、その他の力は多少の変動があっても吸収することができる。

また、バネ要素が、ベースの回転中心を挟んでその両側に配置されている２つの水平状バネ板よりなると、バネ要素によって、テーブルの回転を偶力として、ロータに確実に伝達することができる。

また、テーブルにロータリエンコーダを収容している中心孔が形成されており、中心孔の上端開口に蓋が施されていると、ワーク加工時には蓋によって、切粉や切削液にロータリエンコーダが曝されることを防止でき、工作機械組立時等には、蓋を開けて、ロータリエンコーダの調整作業を、調整者がテーブルの上から容易に行うことができる。

この発明によれば、工作機械組立時等に、ロータリエンコーダの調整作業を容易に行うことができ、しかも、テーブルの回転角度を正確に検出することができるテーブル回転角度検出装置が提供される。

この発明による工作機械のベッドおよびテーブル周辺の垂直断面図である。 同工作機械の主軸芯出し装置周辺の垂直断面図である。 図２のIII−III線にそう水平断面図である。 同主軸芯出し装置による芯出し動作説明図である。 同工作機械のテーブル回転角度検出装置周辺の垂直断面図である。 図５のVI−VI線にそう水平断面図である。

この発明の実施の形態を図面を参照しながら以下に説明する。

図１は、大型立形旋盤のベッド、テーブル等の周辺部を示すものである。主軸頭周辺の図示は、省略しているが、テーブルの上方には主軸が下向きに配置されている。同大型立形旋盤には、主軸芯出し装置10およびテーブル回転角度検出装置20が備わっている。

ベッド11頂壁にはガイド孔12が貫通状に形成されている。ガイド孔12には垂直状スリーブ13が通されている。スリーブ13と平行に歯車軸14が配置されている。

テーブル21には、ガイド孔12と連通させられるように段付き中心孔22が上下貫通状に形成されている。中心孔22周面には垂直筒状ハウジング23が固定されている。ハウジング23には中空状垂直ロッド24が通されている。ハウジング23内面および垂直ロッド24外面間には主ラジアル軸受群25が介在させられている。中心孔22上端開口には蓋26が開閉自在に施されている。

テーブル21の外周面下部には大歯車27が固定されている。歯車軸14は、上小径従動歯車28および下大径駆動歯車29を有している。大歯車27に従動歯車28が噛み合わされている。

ベッド11頂面およびテーブル21底面外周縁間にはスラスト軸受31が介在させられている。スラスト軸受31には、ベッド11およびテーブル21間の半径方向相対移動に対する若干の遊びをもたされている。

図２および図３に、主として、主軸芯出し装置10が詳細に示されている。

ベッド11頂面の、ガイド孔12軸線を中心とする円周上には複数のねじ孔41が等間隔で形成されている。隣り合う２つのねじ孔41間には回止めピン42が上方突出状に設けられている。

スリーブ13の上端部には偏心リング43が一体的に設けられている。偏心リング43は、偏心機構を形成し、ガイド孔12周面に回転摺動自在にはめ合わされた外面43aと、外面43aに対して偏心させられた内面43bとを有している。スリーブ13の下端部には２つの係合孔44が半径方向一直線上に形成されている。

ハウジング23には、ねじ孔41と合致させられたスパナ孔45が上下貫通状にねじ孔41と同数形成されている。

垂直ロッド24外面の下端近くに円形フランジ50が設けられている。垂直ロッド24外面のフランジ下方嵌合面24aが偏心リング内面43bに回転摺動自在にはめ合わされている。フランジ50には、ねじ孔41と合致させられたボルト孔46がねじ孔41と同数形成されている。各ボルト孔46を通じて、対応するねじ孔41にボルト47がねじ入れられている。フランジ50下面には、回止めピン42をはめ入れた長孔48が形成されている。

図３における上下がＸ軸方向（主軸水平移動方向）であり、その左右がＹ軸方向（Ｘ軸と直交方向）である。図３中、偏心リング外面43aの中心軸線Aに対して、偏心リング内面43bの中心軸線Bは、偏心量Rだけ、Ｘ軸方向に偏心させられている。偏心リング内面中心軸線Bを通って、Ｙ軸方向にのびた直線上に回止めピン42および長孔48が位置させられている。長孔48は、同直線方向にのびた長さと、回止めピン42の外径に対応する幅とを有している。

芯出し手順は、以下の通りである。まず、蓋26を開ける。図示しないインジケータを垂直ロッド24に当てて、インジケータの目盛りを合わせる。ついで、スパナ孔45にスパナS（図１参照）を挿入し、スパナSによって全てのボルト47を緩める。そうすると、ボルト孔46の内径がボルト47の外径より大きい分だけ、偏心リング外面中心軸線Aを中心として、偏心リング内面中心軸線B（垂直ロッド24軸線）が旋回自在となる。この状態で、バー状ハンドルHを係合孔44に通し、ハンドルHをスリーブ13周方向に押動して、スリーブ13を回転させる。そうすると、偏心リング外面中心軸線Aを中心として、偏心リング内面中心軸線Bが偏心量Rを回転半径として、円弧上を移動させられる。偏心リング内面中心軸線Bの移動にともない、偏心リング内面43bにともなって垂直ロッド24がベッド11頂面上を滑りながら移動させられる。この移動に際して、長孔48の両側面が回止めピン42の移動を案内し、回止めピン42によって垂直ロッド24の回転が抑制される。垂直ロッド24にテーブル21の移動が追従する。この移動量は、スラスト軸受31が吸収する。テーブル21が適切に移動させられ、主軸との芯出しを確認すると、スパナSによって各ボルト47を締付けて、垂直ロッド24をベッド11に固定する。

つぎに、図４を参照しながら、上記した偏心リング43によるテーブル21のＸ方向およびＹ方向への移動量を検証する。

図４中、偏心リング外面中心軸線A、偏心リング内面中心軸線B、偏心量Rは、図３を参照しながら上記した通りである。

偏心リング内面中心軸線Bが、回転半径Rの円弧上を、角度θだけ、B ' まで移動したものとする。Ｙ方向移動量は、R・sinθとなり、X方向移動量は、（R−R・cosθ）となる。偏心量Rを5mmとし、調整量、すなわち、Y方向移動量R・sinθ＝0.1とすると、θ≒1.146であり、誤差、すなわち、X方向移動量（R−R・cosθ）≒0.0001となる。この量をＸ軸方向原点合せによって補正しても良いし、無視できる大きさでもある。

図５および図６は、主として、テーブル回転角度検出装置20を詳細に示すものである。

垂直ロッド24外面上部には上肩部51および下肩部52が設けられている。上肩部51には円環状ロータベース53が、下肩部52には円環状センサベース54がそれぞれ受けられている。

垂直ロッド24外面およびロータベース53内面間には副ラジアル軸受群55が介在させられている。ロータベース53外面下端部にはフランジ56が設けられている。フランジ56上には円環状ロータ57が載せられている。ロータ57の外周面には歯車状被検出パターンが連続的に刻まれている。ロータ57上に押え板58が載せられている。ロータ57および押え板58がボルト59によってフランジ56に締付られることによって、ロータ57がフランジ56上に固定されている。ロータ57および押え板58には、詳述しないボルト孔があけられている。同ボルト59を緩めると、同ボルト59およびボルト孔の内外径寸法差による隙間分、ロータ57の半径方向位置をずらすことができる。

センサベース54は、ボルト61によって下肩部52上に固定されている。センサベース54外周縁部上面には、２つのセンサ62がロータ57を挟んでその両側から相対するようにボルト63の締付によって固定されている。

ロータ57およびセンサ62は、磁気式ロータリエンコーダ71を構成している。ロータリエンコーダ71は、被検出パターンの凹凸の変化を磁気によって検知し、ロータ57の回転角度位置を検出する。

センサベース54には、センサ62のコード72を通す開口73が形成されている。同開口73に連通して、同コード72を垂直ロッド24の下方まで導くための上下貫通状導孔74が垂直ロッド24周壁にあけられている。

ロータリエンコーダ71等を取り囲んで、垂直筒状スペーサ81が中心孔22の段の上に固定されている。ロータベース53頂面およびスペーサ81頂面は、同一レベルである。双方の頂面に１８０度の間隔をおいてまたがりかつロータ57を挟んで内縁部同士相対させるように２つの水平状バネ板82が橋渡しされている。各バネ板82は、多数のボルト83、84によって同頂面にそれぞれ固定されている。同ボルト83、84の着脱によって、各バネ板82が同頂面に着脱可能である。

組立時等に、ロータ57の芯出しするための調整作業が必要となる。調整作業を行う際は、バネ板82は取り外しておく。ロータ57を固定するためのボルト59を緩めておいて、ロータ57の半径方向の微動を可能とし、ロータ57の外周面に、図示しないインジケータを当てた状態で、ロータ57を手動で回転させながらインジケータによって、ロータ57の振れを読取る。ロータ57を回転させながら、ロータ57の外周を、図示しないソフトハンマで叩く等して、ロータ57をその半径方向にずらしていき、ロータ57の一周回転分の振れが均等になるまで続ける。これにより、調整作業が完了すると、その後、各バネ板82をロータベース53頂面およびスペーサ81頂面にそれぞれ固定する。

ロータ57の芯出しを完了した後、テーブル21回転中心およびロータ57回転中心は、必ずしも一致するとは限らない。テーブル21およびロータ57間には、主ラジアル軸受群25および副ラジアル軸受群55が介在させられているからである。

ロータリエンコーダ71は、テーブル21の回転角度を検出するためのものであるから、テーブル21回転中心およびロータ57回転中心が僅かだけ偏心していても、角度の面において必要な精度が確保できれば、その目的は達成される。

仮に、上記偏心があった場合、スペーサ81、すなわちテーブル21およびロータ57を高強度部材で連結すると、ロータ57の回転動作に支障を来す恐れがあるが、テーブル21の回転力のみをロータ57に伝達し、その他の力の変動は、これを吸収できることが好ましい。バネ板82を採用することにより、これが可能となる。

上記において、２つのバネ板82に代えて、全周にわたって連続した１つの円環状バネ板を採用しても良い。この場合、バネ板のバネ力が必要以上に強すぎると、不都合であり、これを弱めるために、バネ板の適所に孔をあけても良い。

また、逆に、３枚以上のバネ板をベースの回転中心のまわりで等角度の間隔に配置するようにしてもよい。

この発明によるテーブル角度検出装置は、大型立形旋盤等の工作機械において、ワーク載置用テーブルの回転角度を検出することを達成するのに適している。

11 ベッド
21 テーブル
53 ベース
57 ロータ
62 センサ
71 ロータリエンコーダ
82 伝達手段

Claims (4)

1. ベッドにワーク載置用テーブルが垂直軸線を中心に回転自在に支持されている工作機械において、テーブルと同軸上でテーブルとは独立して回転しうるようにベッドに支持されているベースと、テーブルの回転角度を検出するためのロータリエンコーダとを備えており、ロータリエンコーダは、外周縁部にそって被検出パターンが付けられているロータと、被検出パターンを検出するためのセンサとよりなり、ロータは、その半径方向位置を調節しうるようにベースに固定可能であり、センサは、ベースに固定されたロータの被検出パターンを検出しうるようにベッドに固定可能であり、伝達手段によって、テーブルの回転をベースに固定されたロータに伝達可能であり、また、伝達手段による伝達を解除することによって、ベースとともにロータをテーブルとは独立して回転させられる状態に移行可能であるテーブル回転角度検出装置。
2. 伝達手段が、テーブルおよびベースに固定されたロータに着脱自在に橋渡し可能でありかつテーブル回転方向には非弾性であるバネ要素よりなる請求項１に記載のテーブル回転角度検出装置。
3. バネ要素が、ベースの回転中心を挟んでその両側に配置されている２つの水平状バネ板よりなる請求項２に記載のテーブル回転角度検出装置。
4. テーブルにロータリエンコーダを収容している中心孔が形成されており、中心孔の上端開口に蓋が施されている請求項１〜３のいずれか１つに記載のテーブル回転角度検出装置。

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