JPH09225767A - 三次元調芯把持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】任意の調芯方法に基づき、仮想基準面を求め加
工対象物を三次元方向に調芯する。 【解決手段】加工対象物を偏心・把持する調芯部と、加
工物の形状を計測する計測部３４と、これらを制御し外
部機器と通信が可能な制御部からなる調芯装置で、複数
の調芯部により加工対象物３５を把持し、形状計測結果
と任意の調芯方法に基づき、制御部の制御により三次元
方向の調芯を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は三次元調芯把持装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動調芯装置において、（特開昭62−15
7742号公報）のような二つの腕と一つのローラにより構
成され、この三つの保持部の位置関係が常に１通りであ
る装置により部材の芯出しおよび把握すると、三つの保
持部はそれぞれ同じ割合で移動する。つまり加工対象物
の断面は半径が全て同じである真円でなければ正確な芯
は求められない。加工対象物の断面が楕円や非円形であ
る場合には、芯が正確に出ないばかりでなく芯を一定位
置に保ったまま把持し回転することは出来ない。

【０００３】特開昭63−77619 号公報のように三つの保
持部の位置関係が１通りでなく、制御ユニットにより各
保持部の関係が可変である自己調心振れ止めであって
も、各保持部が完全に独立して動作することは出来ない
ので、特開昭62−157742号公報と同様である。また、両
装置共に把握した部位のみの調芯であり、三次元形状を
考慮した軸方向の調芯は出来ない。このため、例えば、
熱処理後の部材のように断面形状が楕円および非円形に
なり、軸が湾曲した、いわば三次元的変形を伴った加工
対象物は三次元方向に調芯不可能である。これは、市販
の自動調芯チャックでも同様である。

【０００４】また、浸炭後の部材などのように表面が粗
く硬い部材を従来の自動調芯振れ止めにより調芯・把握
して旋削加工しようとする場合、変形により正確な芯が
求められないだけでなく回転により芯が振れ、加工対象
物を受けるローラも粗く硬い加工対象物の表面により損
傷する。このため、作業者により仮想の加工基準面を求
め、三次元方向の調芯を行い基準面を加工してからでな
ければ、上記のような自動調芯振れ止めは使用できなか
った。

【０００５】また、偏心部位を有する加工対象物を加工
する加工機にはクランク加工機等があるが、これらは外
部機器と連携し動作する機能や、三次元形状を理解し任
意の調芯方法に基づいて仮想の加工基準面を求め、三次
元方向の調芯を行う機能を有していない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の芯出
し装置や自己調心振れ止めでは困難である断面形状が非
真円や非円形である加工対象物や、軸方向に湾曲や変形
を伴った加工対象物であっても、任意の調芯方法に基づ
き仮想の加工基準面を求め、三次元方向の調芯・把持を
自動で行い、熟練者に依らずかつ短時間で加工対象物の
加工を可能とする三次元調芯・把持装置を提供する。ま
た、ＮＣ工作機械，コンピュータ等の外部機器と通信
し、外部機器の可動部と独自の可動部を同期作動させ、
加工対象物の形状計測や調芯が可能な三次元調芯・把持
装置を提供する。

【０００７】また、加工対象物の形状情報，調芯方法，
外部機器制御情報，本装置に関する情報を外部機器と通
信し、同期して動作する三次元調芯・把持装置を提供す
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】調芯装置を調芯部，計測
部，制御部で構成し、調芯部は、加工機の加工基準・回
転芯に対して任意の偏心を得る手段，調芯を固定し加工
対象物を加工できる手段，把持・開放，把持力を可変す
る手段、及びこれらの状態を検出する手段を設けてい
る。

【０００９】計測部は独自の駆動機構と外部機器の駆動
機構を同期動作することによりセンサを移動し、加工対
象物の任意の位置の形状測定する手段を設けている。

【００１０】制御部は計測部により測定した形状デー
タ，調芯部より検出したバランス情報を基に、任意の調
芯方法に基づき、仮想の加工基準面，制御情報を演算に
よって求め調芯部を制御する手段、及び外部機器と情報
を入出力する手段を設けている。

【００１１】これにより、任意の調芯方法に基づいた三
次元方向の位置決め・調芯を可能とし、また、加工対象
物の形状に関するデータや形状計測結果，バランス情報
を演算、及び外部機器と通信・同期動作を可能としてい
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】特に、ＮＣ複合加工旋盤（引張式
油圧把持機構付）に適用する場合を説明する。引張式油
圧把持機構とは、一般的に主軸背面に取り付けた油圧に
よる引張機構の事を指す。この引張を主軸の貫通孔を通
じ主軸前面に取り付けたチャックまで剛体で導き、チャ
ックの内筒を引き、チャックはこの引張を内部で加工対
象物の把持力に変換する。

【００１３】旋盤による加工対象物の支持，把持，回転
は、一般的に主軸，振れ止め，センタにより行い、機種
によっては、副軸を有する。

【００１４】主軸は加工対象物を支持し回転させ、副軸
は主軸と同期回転または従属回転し、加工対象物を回転
支持する。但し、加工対象物を直接把持するのは、各軸
に取り付けたチャックである。チャックは通常複数の爪
を有し、爪の径を変え外側または内側から加工対象物を
締め付け把持する。

【００１５】さらに、加工条件により主軸と副軸の間に
加工対象物の支持、又は回転支持を行う振れ止めを主軸
と副軸の間に一つ以上設置する。また、加工対象物の副
軸側軸端面に円錐状に加工した窪みに円錐を押し付け、
回転可能に支持を行うセンタ（芯押し台）を副軸の代わ
りに用いる。

【００１６】本実施例では、チャック，振れ止め，セン
タに調芯部を適用し、これらの基本機構を図４と図７に
示す。図４は加工対象物の把持，解放機構を持たないタ
イプで、センタに適用している。偏心対象物１２を対向
して挟む二つの流体シリンダ１，２の中には、ピストン
３，４があり、流路９，１０によって繋がっている。シ
リンダ１に接続した駆動器１１及び変位・応力検出器１
０１により、ピストン３を直動すると、ピストン４はピ
ストン３と同じ距離，同じ方向に移動し偏心対象物１２
は、一切の遊びを生じず１自由度偏心する。固定はバル
ブ１００を閉鎖し行う。この基本機構を複数組み合わ
せ、多自由度の調芯が可能な調芯部を構成し、これをセ
ンタへ適用したのが図５，図６である。

【００１７】図７は図４の機構の他に、把持，解放，把
持力可変の機能を付加したものであり、チャック，振れ
止めに適用する。１組みで１自由度偏心するのは同一で
あるが、さらに流体シリンダ１５を追加した構成であ
る。

【００１８】シリンダ１５に接続した駆動器１９及び変
位・応力検出器１０２とシリンダ１に接続している駆動
器１１及び変位・応力検出器１０１を同期しながら、ピ
ストン３，１６を＋方向へ動かすと、ピストン３，４の
間隔は狭まり偏心対象物１２を把持し、−方向では開放
する。把持力を変える場合は、駆動器１９及び変位・応
力検出器１０２のみを制御することで実現する。

【００１９】この基本機構を複数組み合わせ、多自由度
の調芯，把持・開放，把持力可変の調芯部を構成し、こ
れをチャックに適用した例を図８，図９，図１０に示
す。この場合、図７の駆動器１９及び変位・応力検出器
１０２の代わりに旋盤の引張式油圧把持機構の油圧動力
を用いている。

【００２０】さらに、調芯部を複数適用することによ
り、三次元方向の調芯・把持が可能である。図１に主軸
３０及び副軸３１のチャック３２，３３に調芯部を適用
した場合の構成図、図２に主軸３０側チャック３２とセ
ンタ３９に調芯部を適用した場合の構成図、図３に主軸
３０側チャック３２と振れ止め４０に調芯部を適用した
場合を示す。これらは、同一の旋盤で段取りを変え加工
する状態である。

【００２１】計測部３４は旋盤の刃物台に脱着可能で、
刃物台の移動により加工対象物３５の任意位置の形状が
計測可能である。それぞれの調芯部３２，３３，３９，
４０，計測部３４は制御部３６に繋がり、制御部の制
御、もしくは旋盤制御装置３７の制御，外部機器３８の
指示により作動する。

【００２２】外部機器３８は、演算，判断，記憶，通
信，検知，制御の一つ以上の機能を有する外部装置（例
えば、コンピュータ，制御装置，計測装置）である。

【００２３】制御部３６は旋盤制御装置３７に接続さ
れ、調芯時の主軸３０，副軸３１，引張式油圧把持機
構，計測部を装着した刃物台の制御を旋盤制御装置と通
信して行う。

【００２４】図１ないし図３の構成での調芯過程は、ま
ず加工時より弱い保持力で加工対象物３５を把持する。
この時、把持面は加工面でなくてもよい。

【００２５】計測部，調芯部により加工対象物の三次元
形状，調芯部への応力を計測し、加工対象物の形状，軸
の倒れ，変形，アンバランス等を演算し、外部機器３８
から設計情報，ＣＡＤ情報，ＮＣ制御情報等を制御部へ
入力している場合は、これらと比較し補正値を求める。
演算は、外部機器３８との間で情報を通信しながら行
う。

【００２６】次に、オペレータの指示、外部機器３８か
らの入力により、調芯方法を制御部で決定し、演算によ
り仮想の加工基準面を求め、これを基に各調芯部ごとに
調芯方向・距離，倒れを制御し、三次元方向の調芯を行
う。

【００２７】調芯が終了した後、チャックは旋盤の引張
式油圧把持機構の油圧動力により、振れ止め４０は図７
駆動器１１，１９及び変位・応力検出器１０１，１０２
にあたる駆動器により、加工に耐えうる把持力で加工対
象物を把持する。固定は、チャック，センタ共に流路上
のバルブを閉鎖して行う。この固定により加工を行った
際の調芯のずれを防ぐ。

【００２８】調芯方法は制御部に複数保持でき、しかも
調芯方法の論理，演算式，演算結果は、制御部と外部機
器３８の間で相互に通信可能であるため、様々な三次元
方向の位置決め・調芯が可能である。

【００２９】本実施例によれば、調芯基準面の振れを最
小にする事を最優先にした調芯，全体の振れや、動バラ
ンスを最良にした調芯，従来の芯出し装置や調心装置で
は困難で、熟練者に依らなければ出来なかった調芯、例
えば、加工対象物の断面形状が真円だけでなく、非真円
や非円形であるもの、三次元的な湾曲や変形を伴ったも
の、設計上偏心部位があるものであっても、自動で三次
元方向の調芯が可能となる。

【００３０】また、調芯部は機構の発明であり実施例に
限定されず、他の装置に内蔵させる事が可能である。制
御部はＮＣ制御装置等の演算，制御，通信を行う装置に
機能として内蔵することも可能である。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、従来の芯出し装置や自己調心
振れ止めでは困難な加工対象物の断面形状が非真円や非
円形であるもの、軸方向に湾曲や変形を伴ったもの、設
計上調芯部位があるもの、動的アンバランスがあるもの
であっても、任意の調芯方法に基づき仮想の加工基準面
を求め三次元方向に自動調芯を行うため、調芯の工程が
不用であり熟練者によらずかつ短時間で加工対象物の加
工が出来る。また、調芯作業が無くなる事により、無人
加工が実現可能である。

【００３２】また、本発明を適用した加工機は、調芯後
に段取りを変える事なく加工対象物の加工を行えるた
め、加工時間が短くなると共に段取り変え時の誤差が無
くなり高精度な加工が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】両端チャック把持による構成例の側面図。

【図２】チャックとセンタ把持による構成例の側面図。

【図３】チャックと振れ止め把持による構成例の側面
図。

【図４】調芯部基本機構の断面図。

【図５】図６のＡ断面図。

【図６】図５のＢ断面図。

【図７】調芯部基本機構の断面図。

【図８】チャックへ調芯部を内蔵した例の正面図。

【図９】チャックへ調芯部を内蔵した例の縦断面図。

【図１０】図９のＡ断面図。

【符号の説明】

３０…主軸、３１…副軸、３２，３３…チャック、３４
…計測部、３５…加工対象物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工対象物を固定及び把持し、加工する加
   工機械において、調芯手段を加工対象物の形状を計測す
   る計測部，加工機械の加工基準に対し三次元方向の偏心
   を発生する調芯部，計測部，制御部の制御を行い、作業
   者及び外部機器と入出力，情報処理を行う制御部より構
   成し、前記計測部は、形状を計測する計測手段，計測手
   段を駆動する手段，加工機の駆動機構に対し、連結，解
   放，脱着する手段の一つ以上より構成し、任意位置で加
   工対象物の形状を計測可能とし、前記調芯部は、加工対
   象物を加工機の加工基準，加工中心に対し、任意の偏
   心、及び倒れ・首振り動作を与える手段，把持，把持力
   を可変する手段，固定する手段，変位，応力を検出する
   手段のうち一つ以上の手段より構成し、これを加工機の
   加工対象物を固定するテーブル，回転・固定する駆動・
   従動軸、及びその他の支持・把持する機構に設置，結
   合、もしくは内蔵させる事により、三次元方向に任意の
   調芯動作、及び任意の把持，支持，開放を可能とし、前
   記制御部は、計測部，調芯部を制御する手段，外部機
   器，作業者と通信，対話，同期動作する手段，形状情報
   ・バランス情報を入出力、及び数値化，数式化し演算す
   る手段，任意の調芯方法を数値演算可能な多項式，行列
   等の形式で表現し演算する手段より構成し、この調芯方
   法に基づき演算を行い仮想基準面を求め、それに合わせ
   三次元方向の調芯，位置決めを可能とし、加工対象物の
   断面が円形，非円形である場合、軸方向の湾曲や変形の
   有無，動的アンバランスに関わらず、任意の調芯方法に
   基づいた三次元方向の調芯，位置決め，把持を可能にす
   る事を特徴とする三次元調芯把持装置。