JPH0647635Y2 - 高精度加工装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、例えばトランスファー機械のステーションに
設けられる数値制御可能な加工装置、特にスピンドルの
工具と被加工物との間で、高精度を以って相対的な位置
決めを可能ならしめるためのX,Y方向の位置検出手段の
改良に関する。

［考案の概要］ 本考案の加工装置においては１本の接触子によりX,Y方
向の位置検出を高精度に行なうため、上記接触子の先端
に第1,第２の磁電変換素子及び当接部が夫々設けられて
いる。被加工物の支持部材に設けられた磁性体の平面に
は第1,第２の磁電変換素子に対向して、夫々直交方向に
磁極の境界を有する４個の板状磁石部材及び接触子の当
接部と接触する基準部材が配設されており、上記磁電変
換素子により加工送り中にX,Y方向の位置検出が行なわ
れる。上記接触子及び基準部材は非磁性材から形成され
ている。

［従来の技術］ トランスファー機械では、被加工物がジグまたはパレッ
トに位置決め状態で支持され、それらによって各ステー
ションごとに位置決め状態で固定される。そしてこの各
ステーションで加工ユニットによって必要な切削加工が
施される。

近時、この種の加工ユニットとして数値制御装置を備え
たものが用いられるようになり、被加工物に対する工具
の位置を自動的に割り出し、その位置で必要な送り量
（加工深さ）のもとに切削加工を施すようにしている。

ところで加工中に、加工ユニット側の送りねじ、スピン
ドル或いはコラムやベースなどが熱的に変形し、またト
ランスファー機械側のジグ自体の寸法のばらつきやジグ
に対する被加工物の位置決めのばらつき、更に部品相互
の加工精度の累積誤差などによって、被加工物と加工ユ
ニツトとの間に相対的な位置決め誤差が生じている。

従って、加工ユニットがあらかじめ設定された数値制御
プログラム通りに位置決めや送り量を高精度で制御した
としても、上記のような熱的変形や各部分の寸法的なば
らつきによって被加工物に加工誤差が現れることにな
る。

［考案が解決しようとする問題点］ そこで、本件実用新案登録出願人は実公昭63-31877号の
考案により、被加工物から一定の距離の部分でスピンド
ル側のセンサーによって、被加工物とスピンドル側の工
具との間で、相対的な位置を割り出した後に、数値制御
によつて加工深さを規制する技術を既に提案している。

上記の考案によって高い精度の加工が実現したものの、
スピンドルの送り方向の位置を設定するとき、すなわち
センサーによる基準位置の検出動作時にスピンドルを回
転位置割り出しする手段が必要であると共に一時的に送
り停止の状態になるためロスタイムが発生し、加工能率
上の問題が残っていた。

このため、本件出願人は更に実公平2-39720号の考案お
いて、スピンドルの送り過程で、回転位置設定機能を必
要とせず、かつ、送り運動から基準位置の割り出し、さ
らに続く切削運動を連続的に能率良く実行できる加工装
置を提案した。

しかしこの装置では一方向（Ｚ方向）の位置しか検出補
正することができない問題があり、またその位置検出用
磁石の設置位置が限定されていた。

而してかかる従来技術の問題点を改良するため本件出願
人は先に実公平3-54834号の考案によって１本の接触子
により３次元の位置検出を高精度で行なうと共に加工送
り中にＺ方向の原位置を検出補正することを可能にして
検出時間を短縮し、更には零にした高精度加工装置を提
供した。

この装置によればX,Y方向の高精度な位置検出が原理的
には可能となったが、実用上なお下記のような問題点が
ある。

すなわち、X,Y方向の位置検出用磁電変換素子は種々の
問題が発生するため前記磁石に摺接してトレースさせる
ことができないので、磁石と離間対向かつ近接させてト
レースさせなければならない。そして上記磁電変換素子
は磁極の境界を検出するわけであるが、磁極の境界は空
間では歪曲されており、X,Y方向の直線にはならない。
また検出位置（実際のトレース位置）は本来数10〜200
μ程度のずれがでるので、このずれと上記歪曲によりせ
っかく位置検出を行なっても正しい補正を行なうことが
できず、検出誤差が大となつて目的とする高精度加工を
実現することが難しかった。

従って本考案の目的はこのような従来技術の問題点を解
決して高精度加工を実現するために好適なX,Y方向の位
置検出手段の具体的構造を提供するにある。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は上記目的を達成するため、X,Y方向の位置検出
手段を、支持部材に固定した磁性体と、この磁性体の平
面に固定した４個の板状磁石部材と、上記磁性体または
磁石部材に固定した基準部材とから構成し、該基準部材
の基準面にＸ−Ｙ方向の平面を具備せしめて、この平面
に接触子の当接部が接触するようになし、前記基準部材
及び接触子を非磁性材で形成し、かつ接触子の当接部が
基準面に接触している時にＺ軸方向センサとしての第３
の磁電変換素子が第２の磁石と対向するように構成した
ことを特徴とする。

［作用］ 上記構成の加工装置において、接触子の当接部が基準部
材の基準面に当接すると、前記磁電変換素子は前記磁石
部材の磁極パターンと近接対向して、X,Y方向の位置検
出が行なわれる。この検出の結果、X,Y方向の位置がず
れていれば、数値制御装置は磁電変換素子からの出力信
号を受けてその数値制御プログラムをそのずれ量だけ補
正し、X,Y軸のサーボモータが駆動制御される。

この場合、前記磁石部材は板状で、磁性体の平面に固定
されていて、これら磁石部材及び磁性体以外の基準部
材、接触子は非磁性材で形成されているので、空間での
磁極の境界の歪みはできるだけ滑らかになっており測定
誤差を小さくするのに効果がある。特に好適には前記磁
電変換素子を、上記境界の中間部をトレースさせるよう
にすると、更に歪みが少なくなって測定誤差の減少を図
ることができる。

［考案の実施例］ 以下、図面を参照して本考案を説明すると、第１図及び
第２図は本考案を適用する高精度加工装置１の主要部を
示す。この高精度加工装置１は数値制御装置２によつて
X,Y,Zの３次元の軸方向に制御される加工ユニット３を
備えている。この加工ユニット３は特殊シリンダ４によ
つて進退されるＺ軸方向の接触子５、この接触子５の先
端部分近傍にX,Y方向センサーとしての第１及び第２の
磁電変換素子6,7（例えば磁気アナログセンサー）を有
し、また接触子５の中間側部にはＺ方向センサーとして
の第３の磁電変換素子８を設けてある。

Ｚ方向のスピンドル９はスピンドルホルダ10によって接
触子５と平行に支持されており、スピンドルホルダ10に
固定した環状のベアリング押え11の１個所には棒状磁石
12（第２の磁石）が固定され、この磁石はスピンドルの
軸方向にN,S磁極が配してある。

一方、被加工物13はトランスファー装置14によってパレ
ットなどの支持部材15と共に加工ユニット３の正面側、
つまり加工ステーションに順次案内されてくる。この装
置では支持部材15の側面で被加工物13が支持されてお
り、スピンドル９の先端に取付けられた刃具16によって
所定の加工が行われるようになっている。

更に支持部材15の上側面には、接触子５の先端が当接す
る基準面17及び前記X,Y方向センサー6,7と対向配置され
たX,Y磁石18（第１の磁石）が設けられている。

X,Y磁石18は、例えば第３図に示すように、N,S極の境界
が水平，垂直なマグネットパターンを有しており、その
中心部に前記基準面17が配置されており、支持部材がX,
Y方向の基準位置に正しくセットされている場合には、
X,Y方向の上記N,S極の境界に前記X,Y方向センサー6,7が
対向するようになっていて、数値制御装置２の加工プロ
グラムは上記N,S極の境界を原点として組み込んであ
る。

以上のような構成の高精度加工装置１において、加工ユ
ニット３の加工動作は数値制御装置２のNC加工プログラ
ムに従って実行される。まず、最初に、スピンドル９が
復帰位置に戻っている状態で特殊シリンダー４が動作
し、接触子５を前進させることによって、その先端が基
準面17に当接される。これによつてX,Y方向センサー6,7
はX,Y磁石18の前記N,S極の境界に近接対向することにな
るが、各種変位、累積誤差のため若干上記境界からずれ
ている場合には、上記センサーから境界からのずれ量に
応じたアナログ出力が発生され、数値制御装置２に送ら
れる。具体的にはずれ量に応じたアナログ出力をディジ
タル変換して数値制御装置に送り、数値制御装置には予
めずれ量とディジタル値の関係が記憶されているので、
ずれ量だけプログラムが自動的に補正される。

これと平行して加工ユニット３はスピンドル９を回転さ
せながら、送り運動によつて前進し、刀具16を被加工物
13に接近させる。

この前進過程、すなわち、加工動作中の移動域で、接触
子５が基準面17に当接し停止しているＺ方向センサー８
が第２の磁石12と対向するようになり、その磁極境界を
検出し、その検出信号を数値制御装置２に送る。

数値制御装置２は前記X,Y方向のずれ量だけ前記プログ
ラムを補正し、図示していないX,Y軸のサーボモータが
駆動制御されると共に前記Ｚ方向センサーからの検出信
号に応答してプログラムスタート（所定加工の原点とし
て）させ、加工ユニット３を予め設定されている所定の
送り量だけ前進させることによって刀具16により被加工
物13に所定深さの切削加工を施す。

なおＺ方向の検出方式としては環状磁石を使用した実願
昭60-61111号の方式を採用しても良い。

またX,Y方向の検出方式としても、上記装置の如くX,Y方
向の検出値よりずれ量を検出する方式だけでなく、X,Y
方向センサーが完全に第２の磁石の境界と対向するよう
にX,Y軸のサーボモータを駆動して上記検出値に応じて
X,Y位置の補正を行なう方式を採用することもできる。

さて、上述した構成及び動作の加工装置においては、前
述したようにX,Y磁石18の磁極の境界が空間では歪曲し
ていて、しかも検出位置（センサーの実際のトレース位
置）のずれが存在することにより検出誤差が大となる点
に鑑み、本考案ではこの点を改良すべくX,Y方向の位置
検出手段を成しているX,Y磁石18等を下記の如く構成す
る。

すなわち、第４図に示すように、磁性体（ヨーク）20を
使用し、その凹部平面21を形成し、この平面に第３図と
同様に例えば矩形平板状磁石部材22を４個異極同士つき
合せて貼付する。そしてその中心部に例えば厚さ1mm程
度の円形薄板状基準部材23（例えばセラミック等の非磁
性材）を貼付ける。上記磁石部材平面及び基準部材平面
（基準面）はX,Y平面と一致させてある。

次に接触子５を、例えばジルコニア等の非磁性材で形成
し、基準部材23と対向するように配設し、また例えば、
その中心に孔24をあけ、非作動時にその孔から空気を噴
射することによりクリーニングできるようにすると便利
である。また90°ずらせて接触子５と一体に取付けてあ
るX,Y方向の２つの前記センサー6,7は接触子５の進出時
に対応磁極境界の中間部の横、例えばＸ方向,Y方向の境
界に対して200〜300μｍずらした位置にくるようになつ
ている。ここで上記中間部とは磁極境界の両端から夫々
30％の長さを除いた部分が好適である。

このような構成のX,Y方向の位置検出手段の検出誤差
（ずれ量）の補正動作は下記のステップで行なわれる
が、基本的には前述したものと同様である。

（ｉ）接触子５を進出させて基準部材23の基準面にその
当接部を接触させる。（従って基準部材23の大きさは機
械として誤差の出る大きさ、例えば数値制御工作機械で
はせいぜい200μ程度であり、接触子５の先端径より1mm
位大きな径とすれば充分である。） （ii）加工ユニット３を0.1〜0.2mm程度戻して停止させ
る。この状態でＸ方向に300〜500μｍ程度加工ユニット
３を送り、Ｘ方向センサー出力位置を加工プログラムの
Ｘ方向原点とする。

（iii）次にこの状態よりＹ方向に300〜500μｍ程度加
工ユニット３を送り、上記と同様にして加工プログラム
のＹ方向原点を決める。

［考案の効果］ 以上説明した所から明らかなように本考案によれば、X,
Y方向の位置検出精度が格段に向上するので、±５μｍ
以上の高精度の加工を実現することができ、またこの検
出が効率化され時間短縮が図られる等実用上の効果顕著
である。

なお、前記磁石部材を第３図のようにして非磁性材から
なる基準部材も同形状としてもよい。また前記接触子の
X,Y方向の移動量は予測される最大ずれ量（機械の能力
により定まる）よりも少し大きな値とすればよく、前記
の例に限定されるものではない。

更にこのずれ量も上記測定法に限らず、例えば境界まで
の量にしてもよい。

その他、前記矩形磁石部材を用いる場合は、その一辺が
8mm以上のものを用いると歪みが少なく有利で、またこ
の歪みは磁石とセンサーとの対向距離の変化で大きく変
わるので、接触子のトレース時にこの距離が変化しない
ようにすることが検出精度上有利となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案が適用される高精度加工装置の概略を示
す側面図、第２図はその要部拡大図、第３図は上記装置
におけるX,Y磁石のマグネットパターンを例示する図、
第４図は本考案の一実施例を示す概略図である。 １……高精度加工装置、 ２……数値制御装置、 ５……接触子、 6,7,8……センサー、 13……被加工物、 15……支持部材、 17……基準、 18……X,Y磁石、 20……磁性体、 22……磁石部材、 23……基準部材。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】数値制御可能な加工ユニットに設けられて
   いて、先端に当接部及び第1,第２の磁電変換素子を有す
   る接触子と、この接触子の進退手段と、上記接触子の進
   出時に上記当接部が接触する基準面を有する被加工物の
   支持部材と、この支持部材に上記第1,第２の磁電変換素
   子と対向して設けられていて、夫々Ｘ軸、Ｙ軸の直交方
   向に磁極の境界を有する第１の磁石と、Ｚ軸方向の位置
   検出用の第２の磁石と、を少なくとも備えた装置におい
   て、上記支持部材に上記第１の磁石を保持する磁性体を
   固定し、該磁性体の上記接触子と対向する側に平面を形
   成し、この平面上に前記磁石として４個の板状磁石部材
   を異極同士つき合わせて固定して直交方向の境界を形成
   させ、上記第１の磁石上もしくは上記磁性体上に基準部
   材を固定し、この基準部材に前記基準面を形成し、この
   基準部材と前記接触子を非磁性材で形成するとともに、
   上記接触子の当接部が上記基準面に接触している時に上
   記第２の磁石と対向する第３の磁電変換素子を有するこ
   とを特徴とする高精度加工装置。