JPS5821647Y2 - 工作機械のトレ−サ−ヘツド - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はトレーサーヘッドの触針（スタイラス）が過変
位を受けたときの過変位保護装置に関し、これが輪郭倣
い精度をも向上させたものである。

トレーサーヘッドに備える触針はモデルの表面に軽く接
触しており、その形状変化を鋭敏にキャッチするため弱
い外力（作用力）で各軸方向に変位しかつその変位量が
小さく設定されている。

このように製作されているトレーサーヘッドの触針に対
して大きな外力を与えると、触針及びトレーサーヘッド
内のプランジャーに備えるベローズ、ダイヤフラム等の
弾性部材や高価な差動トランス等を破損させることにな
る。

例えばモデルをテーブルに載着した倣い制御工作機械に
おいてモデルの表面に接触するトレーサーヘッドの触針
をモデルから離脱させる際、テーブル送りハンドルの操
作を誤って行うとモデルは触針に向って進み、このため
触針は許容変位以上に過変位することになり、これが原
因して高価なトレーサーヘッドの内蔵物を破損してしま
うことがしばしばあった。

このほか種種の原因でトレーサーヘッドの触針に対して
過大な変位を与える危険性があり、不慣れな作業者が取
扱うには必要以上に神経を使わねばならず、高度の熟錬
を要求される。

更に、輪郭倣い時には、Ｚ軸方向（スタイラスの軸芯方
向）にスタイラスが変位されると、その倣い精度を低下
するという欠点がある。

これはモデル（加工物）の傾斜角が次第にゆるやかにな
るほど必要としないＺ軸成分の検出電圧がノイズとなっ
て影響し、Ｘ、Ｙ軸方向の倣い検出精度を悪くする。

このため、従来のトレーサーヘッドにおいては水平面に
対するモデル表面の傾斜角は３５゜〜４０°までがＸ、
Ｙ軸の検出可能な限界であった。

ところが、輪郭倣いにおいては、モデル表面の水平面に
対する傾斜角はｉｏ’〜１５°迄の輪郭倣いの検出が行
えることを条件とし、且つこのゆるやかな水平面の輪郭
倣いでも所望する加工精度が要求される。

本考案はトレーサーヘッドの触針にＺ軸の変位を零クラ
ップすることができる軽量で簡素化した過変位保護部材
を内蔵させ、触針の応答性を悪くすることなく触針に過
大な変位が与えられてもトレーサーヘッドが破損しない
よう触針の安価な保持筒だけを破損させると共に、輪郭
倣い加工時にはスタイラスのＺ軸方向の変位を零クラッ
プすることで、輪郭倣い加工精度を飛躍的に向上させる
ことを可能としたものである。

図面に示す一実施例において１は倣い制御フライス盤で
、テーブル２にワーク３とモデル４を載着し、主軸頭５
の下面に装着したカッター６により、ワーク３を切削す
る。

７は一端を主軸頭５に固着した水平なアームで、右方へ
延びる他端（右端）にトレーサーヘッドＴを垂直姿勢に
固着し゛、これから下方へ突出する触針１０がモデル４
を倣って前後、左右、上下の３次元に変位する。

トレーサーヘッドＴは触針１０の変位によりＸ軸、Ｙ軸
、Ｚ軸方向の変位信号を発して制御箱Ｂへ送り、制御箱
Ｂは各軸毎にパルスモータ−（図示なし）を駆動し、テ
ーブル２をモデル４の通りに各軸方向へ移動させてワー
ク３を加工する。

以上はトレーサーヘッドＴを装備した倣い制御工作機械
として公知であり、以下本考案に係る三次元トレーサー
ヘッドＴについて述べる。

１１はトレーサーヘッドＴの本体を形成するシリンダー
で、内壁は下半部の大径部１１ａと中腹部の小径部１１
ｂと上端部１１ｃからなり、中腹部の外周を肉盛りして
突１１１ｄを設ける。

１２はシリンダー１１に挿通したプランジャーで、上端
に嵌着した逆並形状を呈する吊持環１３と小径部１１ｂ
の上縁の鍔１４との間にベローズ１５を介装し、ベロー
ズの伸張力でプランジャー１２を浮上させると共に、そ
の上端面を上端部１１ｃの上端面にほぼ一致させ、かつ
プランジャー１２の頂部をシリンダー１１の軸芯に弾力
的に位置決めしている。

このプランジャー１２は下端をシリンダー１１よりも下
方へ突出させ、大径部１１ａ内でプランジャーにカラー
１６と軸方向にスライドするリニアモーションベアリン
グ１７を上下に嵌着し、このベアリング１７の外輪にス
リーブ１８を嵌合してその上端部１８ａをカラー１６と
ベアリングの端面間に挟入し、シリンダー１１の下端内
縁に穿った凹所１１′ａとこれに嵌着する環体１９との
間にダイヤフラム２０を介装し、これをスリーブ１８の
切目１８ｂに嵌込んでプランジャー１２の下部をシリン
ダー１１の軸芯に弾力的に位置決めしている。

このようにプランジャー１２は２組の弾性部材であるベ
ローズ１５とダイヤフラム２０によりシリンダー１１内
の軸芯に位置定めされ、垂直方向軸芯方向および水平方
向外径方向に対して弾力的に保持されている。

２１は外径方向（ラジアル方向）の差動トランスで、シ
リンダーの突１１１ｄに穿った水平孔２２内に埋設され
、芯杆２３の先端に固着したコア２４が間隙ｙを残して
水平姿勢で遊嵌し、シリンダーの小径部１１ｂにてプラ
ンジャー１２に固着した筒体２５に芯杆２３を水平姿勢
に螺着し、プランジャー１２のＹ軸方向の変位を差動ト
ランス２１とコア２４との相対位置によって検出する。

２６は水平孔２２の突縁２２ａと差動トランス２１の間
に介装したバネで、これに対抗するねじ蓋２７が水平孔
の外端に螺合しており、このねじ蓋を進退させることに
よって差動トランス２１をプランジャー１２の法線方向
に移動させ、プランジャー１２がＹ軸方向に無変位のと
きコア２４に対する差動トランスの検出出力が零となる
ように調整する。

２８はシリンダー１１の上端に軸芯を一致させて嵌着し
たサブシリンダーで、これの垂直孔２８ａにスリーブ３
０を嵌合して両者の下端の突縁２８ｂと３０ａを当接さ
せ、この状態でサブシリンダーに螺合するビス２９によ
りスリーブ３０を固着する。

３１はスリーブ３０に嵌合した軸芯方向の差動トランス
で、プランジャー１２の頂端に植立した芯杆３２の頂端
のコア３３が間隙２を残して垂直姿勢に遊嵌し、プラン
ジャーのＺ軸方内部ち軸芯方向の変位をこの差動トラン
ス３１とコア３３の相対位置によって検出する。

３４はスリーブの突縁３０ａと差動トランス３１の間に
介装したばねで、これに対抗するねじ蓋３５がスリーブ
の頂端に螺合しており、このねじ蓋を進退させることに
よって差動トランス３１を軸芯方向に移動させ、プラン
ジャーがＺ軸方向に無変位のときコア３３に対する差動
トランス３１の検出出力が零となるように調整する。

以上の構成は公知のトレーサーヘッドであり、Ｘ軸方向
にも検出部材が設けられているが、それはＹ軸方向のも
のと同じであるから図示を省略した。

本考案はこのような三次元トレーサーヘッドニおいて、
触針１０とプランジャー１２の間に３軸方向の過変位保
護部材Ｐを介在させるのである。

４０は触針１０の保持筒で、その上半部を止めビス４１
で環体１９から下方へ突出するプランジャー１２の下端
に螺着し、下半部には止めビス４２で触針１０を吊持し
ている。

４３は保持筒４０を細外径とした上半部に嵌合する仲介
筒で、止めビス４４によって通常（表面倣い時）は第２
図の如く最下位置に嵌着され、その細径先端４３ａをリ
ニアモーションベアリング１７の下端面１７ａとの間に
大きな間隙２／を生じさせ、プランジャー１２がＺ軸（
軸芯）方向に摺動しうる関係とする。

そして第３図の如く、仲介筒４３を浮上させてその細径
先端４３ａがベアリング１７の下端面１７ａに当接して
止めどス４４で嵌着すると、プランジャー１２がスリー
ブ１８に一体固着されてこのＺ軸方向の変位が拘束され
た零クランプの状態となり、この状態において環体１９
の下面１９ａと仲介筒４３の段面４３ｂに少量の間隙（
約２山以上）ｚ〃が生じる先端４３ａ長さの寸法関係に
なっている。

４５はプランジャー１２の過変位を止めるストップリン
グで、仲介筒４３の大径部に嵌合して止めビス４６で固
着する構成をなしており、いずれの倣い状態においても
、プランジャーが無変位時にこの上面４５ａと環体１９
の下面１９ａとの間隙ａを各差動トランスの許容変位以
内のおよそ２關程度に調整保持する。

上記間隙ａはいずれの差動トランス２１．３１とこのコ
ア２４．３３の間隙よりも小さく、プランジャー１２の
上下動及び傾きを２關以下に受止めることにより、触針
１０の３次元の過変位を拘束して各差動トランスやダイ
ヤフラム等を保護する。

４０ａは保持筒４０の中腹段部を極薄肉とする切込みで
、触針１０の過変位でストップリング４５が環体下面に
当接したのちも、さらに大きな変位力が触針１０に付与
されるとき、保持筒４０の切込み４０ａが破損して触針
１０をプランジャー１２から分離し、高価なトレーサー
ヘッドＴの内蔵物を保護する。

本考案の一実施例は以上の構成からなり表面倣い時には
、第２図の如く仲介筒４３を下げストップリング４５と
環体間に間隙ａをつくる。

これで、シリンダー１１はベローズ１５とダイヤフラム
２０によりプランジャー１２を微動自在に支承し、触針
１０は過変位保護部材Ｐを介してプランジャー１２に同
役に保持されてモデル４に軽く当接される。

そして倣い加工時にテーブルが移動すると触針１０はモ
デル４に押されて前後、左右及び上下に微動して３軸方
向に変位を生ずる。

この変位は間隙ａの範囲内で生じ、プランジャー１２か
らコア２４，３３に伝達されて各コアと差動トランス２
１．３１の相対位置が変化し、この変位を差動トランス
が直ちに検出して変位に応じた電圧を制御箱Ｂに入力さ
せ、各軸のパルスモータ−を介してサーボ制御で変位を
打消す方向へテーブルを自動送りし、カッター６がモデ
ル４の輪郭通りにワーク３を加工する。

このような倣い加工を終ってワーク３を交換する際、例
えばテーブル２を送る手回しハンドル（図示なし）を誤
って逆方向に回転させてしまい、これにより触針１０が
強くモデル４に押されてＹ（ＸｔＺ）軸方向に過変位を
生ずるとベローズ１５とダイヤフラム２０は許容変位内
で大きく変位する。

この時プランジャー１２は主にダイヤフラム２０を支点
としてｙ（ｘ、ｚ）軸方向に過変位を起こし、保護部材
Ｐの仲介筒４０に嵌着するストップカラー４５の上縁４
５ａが傾いた姿勢で環体１９の下面１９ａとの間隙ａを
うめ、これ以上の過変位をプランジャー１２の下端で規
制して差動トランス２１．３１を保護する。

プランジャー１２の上端に規制部材Ｃを備えｕ （ａの
関係になる場合、吊持環のストップ部１３ａがｙ（ｘ）
軸方向に間隙Ｕを移動すると規制環５１に受止められ、
プランジャー１２の上端がこの間隙以上にｙ（ｘ）軸方
向に過変位するのを阻止して差動トランス３１を保護す
る。

尚、触針１０のｙ（ｘ）軸方向への傾きが間隙ａを上回
って、更に大きな作用力が触針１０に働くと、保持筒４
０の切込み４０ａが破損されて触針及びトレーサーヘッ
ドＴの内蔵物を保護する。

次に輪郭倣いを行う場合には、第３図の如く、ストップ
リング４５をその上面４５ａが仲介筒４３の細径先端４
３ａの段面４３ｂと面一になるまで下げて止めどス４６
で嵌着し、続いて仲介筒４３を浮上させてその細径先端
４３ａをベアリング１７の下端１７ａに当接させて止め
ビス４４で保持筒４０に嵌着する。

これでプランジャー１２はスリーブと一体となってベロ
ーズのほかダイヤプラムでも阻止され、Ｚ軸方向に半固
定の零クランプ状態となりこのＺ軸差動トランス３１の
出力を零に保つ一方、Ｘ、Ｙ軸方向に対してはその間隙
ａ分だけ傾き変位する関係になる。

従って、触針１０が半球状モデル４′の外周をその大径
側から輪郭倣いをはじめると、プランジャー１２はＸ。

Ｙ軸の２方向へのみ変位し、これを２つの差動トランス
２１（Ｘ軸図示なし）が検出してテーブル２の送り制御
を行い、ワーク３をモデル４′に倣って加工する。

そして、触針１０がモデル４／の外周面を周回して倣い
つ＼頂面へ接近するにしたがい、この触針１０は水平面
に対するモデル表面の傾斜角θを小さくしてＸ、Ｙ軸方
向変位を減少させるも、プランジャー１２はＺ軸方向に
仲介筒４３で零クラップされているから、傾斜角θの減
少に伴って倣い精度（加工精度）を悪くするＺ軸差動ト
ランス３１からの検出電圧の発生を完全に抑制できる。

これにより、従来のトレーサーヘッドにおける輪郭倣い
では、傾斜角θ＝３５°〜４５°までを限界としていた
が、本考案トレーサーヘッドにおいてはθ−１００〜１
５°までの輪郭倣いを可能にしている。

尚、上記輪郭倣い時にも触針１０が過変位されると、表
２面倣い時と同様にストップリング４５の頂面４５ａが
環体１９の下面１９ａに当接して触針、プランジャー等
のこれ以上の過変位を防止し、トレーサーヘッドＴの内
蔵物を保護する。

尚、本考案トレーサーヘッドにおける過変位保護部材Ｐ
は、仲介筒４３の細径先端４３ａをベアリング１７の下
端１７ａに当接した状態で、この仲介筒の段面４３ｂと
環体下面１９ａの間隙ａを２ｍπ前後の寸法関係になる
よう設定すれば、輪郭倣い時にストップリング４５と環
体下面１９ａの間隙ａを２朋前後に調整しなくてもよい
（仲介筒の下方位置に止めておくだけでよい）。

本考案によるときは、シリンダーに挿通したプランジャ
ーの上端側はベローズで支承し、プランジャーの下端側
はシリンダ内に付設されたダイヤフラムに支承されるス
リーブ内に嵌着するリニアモーションベアリングに挿通
して支承され、前記プランジャー下端の触針の変位を軸
芯方向及び外径方向の差動トランスに伝えるトレーサー
ヘッドにおいて、触針を吊持する保持筒をプランジャー
下端に嵌着し、この保持筒の上半部に仲介筒を上下動可
動に止めビスで嵌着させ且つその細径先端を、輪郭倣い
時にプランジャーを支承しているリニアモーションベア
リングの下端に当接できる寸法関係となし、上記仲介筒
に止めビスで嵌着させたストップリングの頂面とシリン
ダ下端に嵌着する環体下面との間隙を、各差動トランス
の許容変位以内に調整してプランジャーの過変位を受止
め且保持筒の中腹段部に極薄肉の切込みを設けた過変位
保護部材の構成としたから、テーブル送りハンドルの誤
操作その他の原因により触針に３軸方向の過変位が加え
られると、合理的に構成した保護部材のストップリング
が触針及びプランジャーの変位を規制して差動トランス
並びにプランジャーを支承するベローズ及びダイヤフラ
ム等の内蔵物の破損を防止できるほか、輪郭倣い時には
仲介筒でＺ軸方向の変位を零クラップして輪郭倣い精度
を飛躍的に向上し、保護部材で応答性を悪くしない触針
に過大な外力が加えられると、軽量、安価な保持筒はこ
の切込みで破損し、高価なトレーサーヘッド内蔵物を保
護する効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案に係るトレーサーヘッドの一実施例を示す
もので、第１図は倣い制御工作機械の平面図、第２図は
表面低時のトレーサーヘッドの縦断面図、第３図は輪郭
倣い時のトレーサーヘッドの縦断面図である。 １０・・・・・・触針、１１・・・・・・シリンダ、１
１ａ・・・・・・凹所、１２・・・−・・・プランジャ
ー、１５・・・・・・ベローズ、１７・・・・・・リニ
アモーションベアリング、１９・・・・・・環体、１９
ａ・・・・・・下面、２０・・・・・・ダイヤフラム、
２１．３１・・・・・・差動トランス、４０・・・・・
・保持筒、４０ａ・・・・・・切込み、４１．４２，４
４，４６・・・・・・止めビス、４３・・・・・・仲介
筒、４３ａ・・・・・・細径先端、４３ｂ・・・・・・
段面、４５・・・・・・ストップリング、４５ａ・・・
・・・頂面、ａ・・・・・・間隙、Ｐ・・・・・・過変
位保護部材、Ｔ・・・・・・トレーサーヘッド。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. シリンダーに挿通したプランジャーの上端側はベローズ
   で支承し、プランジャーの下端側はシリンダ内に付設さ
   れたダイヤフラムに支承されるスリーブ内に嵌着するリ
   ニアモーションベアリングに挿通して支承され、前記プ
   ランジャー下端の触針の変位を軸芯方向及び外径方向の
   差動トランスに伝えるトレーサーヘッドにおいて、触針
   を吊持する保持筒をプランジャー下端に嵌着し、この保
   持筒の上半部に仲介筒を上下動可動に止めビスで嵌着さ
   せ且つその細径先端を、輪郭倣い時にプランジャーを支
   承しているリニアモーションベアリングの下端に当接で
   きる寸法関係となし、上記仲介筒に止めビスで嵌着させ
   たストップリングの頂面とシリンダ下端に嵌着する環体
   下面との間隙を、各差動トランスの許容変位以内に調整
   してプランジャーの過変位を受止め且保持筒の中腹段部
   に極薄肉の切込みを設けた過変位保護部材の構成とした
   ことを特徴とする工作機械のトレーサーヘッド。