JPS6116582B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、工作機械、特にマシニングセンタ等
の主軸に挿着して、被測定物を測定する自動計測
装置の改良に関するものである。

従来から、工具と同様に回転する主軸の工具挿
着孔に挿着して使用する測定用工具では、測定信
号をいかにして取り出すかが問題となつている。
一例として、測定用工具に出力用のソケツトを設
け、主軸頭の前端に進退可能なプラグを設けて、
測定用工具を工具挿着孔に挿着した後、ソケツト
にプラグを差し込んで、測定信号を外部に取り出
すものがあるが、プラグが加工領域の近くにある
為、クーラントや切粉によつて汚され、耐久性の
点で問題があつた。

また、無接触型の装置として、測定用工具に設
けられたランプの光を、主軸頭の前端に設けられ
た受光素子で検出するものがあるが、照明等の外
乱によつて検出が妨げられたり、またクーラント
や切粉等によつて受光素子が汚される不具合点が
あつた。

本発明は、上記した従来の自動計測装置の不具
合点を解決したものであつて、前記した交換型の
測定用工具において、測定用工具に測定子が被測
定物の位置を検出した時発光する発光体を設け、
該発光体の光を主軸後方に伝達すべく主軸中心部
に主軸軸線と平行に貫通孔を形成し、該貫通孔を
通つた光を検出すべく前記主軸後方の固定部に受
光体を設けた、工作機械の自動計測装置を提供す
るにある。

すなわち、本発明の自動計測装置では、主軸内
部を通して発光体の光を受光体へ伝達する方式で
あるから、他の照明等の外乱の影響を全く受け
ず、それによつて主軸前部から主軸後部に至る長
い距離の間で光の伝達を可能としたものである。
また、発光体や受光体は一切外部に露出しないか
ら、クーラントや切粉等の悪影響を受けず、耐久
性の点でも向上する。

本発明の自動計測装置では、主軸中心部を通し
て発光体の光を固定側の受光体に伝達するように
しているから、主軸のいかなる割出し角度位置に
おいても、測定用工具の発光体の光を固定側の受
光体に伝達することが可能となる。これによつ
て、測定用工具の測定子を最も適切な測定角度位
置に割出して測定し、その測定結果を受光体に伝
達出来る。このように、主軸を割出して測定子を
任意の角度位置に割出す方式は、第６図〜第７図
に示すように、主軸中心と測定中心との製作誤
差、及び測定用工具を工具挿着孔に挿着する時に
必然的に主ずる取り付け誤差を補償した測定方法
を採用することを可能とするものである。

また、本発明の自動計測装置では、前記した発
光体の光を伝達する為の貫通孔を通して、測定子
の測定部近傍に圧縮空気を効果的に供給し、測定
面に付着した切粉やクーラントを吹き飛ばして、
正確な測定を行なうことが可能となる。この目的
の為、本発明では、主軸後方に設けられた工具ア
ンクランプ用シリンダを３ポジシヨン型（アンク
ランプ位置、測定位置、クランプ位置）にし、測
定位置においては、測定用工具は工具挿着孔にク
ランプされ、かつピストン先端が主軸の引張り棒
の後端面に軽く接触して、圧縮空気を引張り棒に
形成された貫通孔に効果的に供給するようにして
いる。

以下本発明の工作機械の自動計測装置の一実施
例について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。第１図は本発明の自動計測装置を内蔵した横
型マシニングセンタの全体側面図である。ベツド
１上にはテーブル２が摺動可能に載置され、テー
ブル２上に載置された割出しテーブル３上には、
ワークＷが取り付けられている。ベツド１と連結
されたベツド４上には、コラム５が前記テーブル
２の摺動方向と直角な水平方向に摺動可能に載置
されている。コラム５の側面には、主軸頭６が上
下方向に摺動可能に担持され、主軸頭６の上面に
は、回転割出し可能な工具貯蔵マガジン７が載置
され、所要の工具を挿着した工具ソケツトを、中
間搬送装置８によつて工具貯蔵マガジン７から取
り外して主軸軸線と平行に位置決めした後、工具
交換腕９によつて、主軸中の工具と中間搬送装置
８の工具とを入れ換える。

本発明で使用される測定用工具１０は、通常の
切削用工具と全く同一構造を有していて、工具貯
蔵マガジン７中に貯蔵され、必要に応じて、前記
中間搬送装置８と工具交換腕９によつて、主軸中
に挿着されるものである。測定用工具１０の先端
の測定子１１がワークＷと接触した位置を検出す
る為に、コラム５の下方後面にはリニアスケール
１２が固定され、リニアスケール１２と対になつ
たスライダ１３がベツド４側に固定されている。
また、コラム５の側面にはリニアスケール１４が
固定され、主軸頭６側にはリニアスケール１４と
対になつたスライダ（図示せず）が固定されてい
る。同様に、図示しないが、ベツド１とテーブル
２にも一対のリニアスケールとスライダが固定さ
れている。

第２図及び第３図は、主軸頭６の縦断面図であ
る。主軸頭６には、主軸１５が軸受１６Ａ〜１６
Ｄによつて回転可能に軸承され、主軸１５の先端
には、切削工具及び測定用工具１０を受け入れる
為の工具挿着孔１７が形成されている。主軸１５
の軸心に形成された貫通孔１８内には、引張り棒
１９が主軸軸線と平行に往復摺動可能に挿嵌さ
れ、皿ばね２０によつて常時後方に引張り込まれ
ている。引張り棒１９の先端には、半径方向に移
動可能に３個の鋼球２１が組み込まれ、引張り棒
１９の先端部が摺動可能に嵌合するカムスリーブ
２２の内周カム面との協働作用により、前記鋼球
２１を出入りさせる。すなわち引張り棒１９の往
復移動に伴なつて、鋼球２１を半径方向に出入り
させ、工具後端のプルスタツド２３と係合させた
り、係合を解除したりする。引張り棒１９の前部
には、常時スプリング２４によつて前方に付勢さ
れるロツド２５が挿嵌され、工具が工具挿着孔１
７から取り出された際前進して、鋼球２１が落下
するのを防止している。また、引張り棒１９及び
ロツド２５には、各々軸方向に貫通孔１９Ａ，２
５Ａが穿設されている。

第３図に示すように、主軸頭６の後部にはシリ
ンダ２６が固定され、シリンダ２６には、その前
側に大径のシリンダ室２６Ａと、後側に小径のシ
リンダ室２６Ｂが形成されている。シリンダ室２
６Ａには、中空のピストン２７が軸方向に摺動可
能に挿嵌されている。また、シリンダ室２６Ｂに
は、ピストン２８が軸方向に摺動可能に挿嵌さ
れ、ピストン２８と一体のピストンロツド２８Ａ
が、ピストン２７の中空部に摺動可能に挿嵌され
ている。シリンダ２６には、ピストン２７の前部
シリンダ室に連通する圧力油通路２９Ａ、ピスト
ン２７と２８との間のシリンダ室に連通する圧力
油通路２９Ｂ、ピストン２８の後部シリンダ室に
連通する圧力油通路２９Ｃが各々穿孔され、各圧
力油通路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃに選択的に圧油
を供給することにより、ピストン２８の停止位置
を３段階に制御できる。

ピストンロツド２８Ａの先端には、押し付け棒
３０が螺合され、押し付け棒３０の先端部には、
スリーブ状の軸受メタル３１が摺動可能に嵌合
し、スプリング３２によつて常時前方に付勢され
ている。また、前記した引張り棒１９の後端に
は、軸受メタル３１が当接する軸受メタル３３が
固定されている。ピストン２８の３段階の停止位
置を確認する為、押し付け棒３０の後方ねじ部に
は、ドツグＤ―１とＤ―２がねじ込まれ、リミツ
トスイツチLS―１、LS―２、LS―３を踏むこと
により動作の確認が行なわれる。

押し付け棒３０の後端にはスリーブ３４がねじ
込まれている。スリーブ３４には、受光体（フオ
トトランジスタ等）３５が挿入されて接着された
アダプタ３６と、受光体３５の出力端子に接続さ
れた出力コネクタ３７とが取り付けられている。
また、スリーブ３４には、軸線に対し直角方向か
ら圧縮空気供給用ホース３８がねじ込まれてい
る。押し付け棒３０の軸心には、貫通孔３０Ａが
穿孔されているから、後記する如く測定用工具１
０内部の発光体が測定時に発光すると、貫通孔２
５Ａ，１９Ａ，３０Ａを通つた光が受光体３５に
よつて検出される。

上記したアンクランプ用シリンダ２６は、通常
の加工作業に使用する切削用工具の場合と測定用
工具１０の場合とでは、異なつた動作を行なう。
すなわち、通常の切削用工具も主軸の工具挿着孔
１７に挿着する場合には、圧力油通路２９Ｃに圧
油を供給し、圧力油通路２９Ａ，２９Ｂをタンク
側に接続すれば、ピストン２８は最も前進した位
置まで移動して、押し付け棒３０の前端面で引張
り棒１９を皿ばね２０に逆らつて押し出し、鋼球
２１をプルスタツド２３から解放する。この時、
圧縮空気供給用ホース３８から圧縮空気が供給さ
れ、圧縮空気は貫通孔３０Ａ，１９Ａ，２５Ａを
通つて工具挿着孔１７を清掃する。新しい切削用
工具が挿着されると、圧力油通路２９Ａはタンク
側に接続されたままで、圧力油通路２９Ｂに圧油
が供給され、圧力油通路２９Ｃがタンク側に接続
されるので、ピストン２８は第２図及び第３図に
示す最も後退した位置まで移動し、引張り棒１９
は皿ばね２０によつて後退して、新しい切削用工
具を工具挿着孔１７にクランプする。この時、軸
受メタル３３と３１との間には隙間が出来るの
で、次に主軸１５が回転して加工を開始しても、
発熱等の必配は全く無い。

工具挿着孔１７に測定用工具１０が挿着された
場合には、圧力油通路２９Ｂはタンク側、圧力油
通路２９Ｃには圧油が供給されたままで、圧力油
通路２９Ａに圧油が供給されるので、ピストン２
７と２８との受圧面積の差によつて、ピストン２
８は中間位置まで後退する。これによつて、引張
り棒１９は皿ばね２０によつて後退して、測定用
工具１０を工具挿着孔１７にクランプする。この
時、軸受メタル３１はスプリング３２によつて、
軽く軸受メタル３３に押し付けられて、貫通孔３
０Ａと１９Ａを連通させ、発光体の光の拡散及び
外乱の影響を防ぐと共に、測定中に供給される圧
縮空気のもれを防ぐ働きを行なう。また、測定時
に軸１５を低速で回転させる使い方をした場合で
も、接触部が軸受メタルで構成されているから何
ら支障が無い。

次に、第４図及び第５図に示す測定用工具１０
の内部構造について詳細に説明する。第４図は、
先端の測定子球３９がワークＷに接触すると、測
定子球３９とワークＷ及び機械本体との間で電気
回路が形成されて、発光体が発光する形式の測定
用工具である。測定用工具１０の工具ホルダ４０
の後端にねじ込まれたプルスタツド２３には、軸
心部に貫通孔２３Ａが穿孔されている。また、工
具ホルダ４０の中央部には、発光体（赤外線発光
ダイオード等）４１が接着されたアダプタ４２が
取り付けられている。

工具ホルダ４０の前端面には、絶縁ソケツト４
３を介してボデイ４４がボルト止めされており、
ボデイ４４には電池４５が内蔵されている。ボデ
イ４４の軸心部には、ロツド４６が軸方向に摺動
可能に挿嵌され、スプリング４７によつて常時前
方に付勢されている。ロツド４６の前端には、ス
リーブ４８がねじ込まれ、測定子球３９がスプリ
ング４９によつて引つ張られ、スリーブ４８の前
端部に保持されている。前記した電池４５の一方
の端子は、抵抗５０を介して発光体４１の一方の
端子に電線で接続され、発光体４１の他方の端子
は工具ホルダ４０にアースされている。又、電池
４５の他方の端子は、工具ホルダ４０と絶縁ソケ
ツト４３によつて絶縁された測定子球３９に接続
されている。

従つて、測定子球３９がワークＷの測定面と接
触すると、測定子球３９、ワークＷ、機械本体、
工具ホルダ４０との間で電気回路が形成されて、
発光体４１が発光し、貫通孔２３Ａ，２５Ａ，１
９Ａ，３０Ａを通つた光が、受光体３５によつて
検出される。測定子球３９はスプリング４９によ
つてスリーブ４８に保持されているが、測定子球
３９がワークＷの測定面と軸線に対して直角方向
から接触した後、更に行き過ぎた場合には、測定
子球３９はスプリング４９に逆らつて逃げること
が出来、測定面から離れると、元の位置に復原す
る。また、ロツド４６は軸線方向に後退する余裕
があるので、この測定用工具は、主軸軸線方向と
主軸軸線に直角な方向の数種類の測定が可能であ
る。

第５図は、マイクロスイツチ５１と電池４５を
内蔵し、測定子５２が押されると、マイクロスイ
ツチ５１がONして、発光体４１が発光する形式
のものである。この測定用工具１０は、測定子５
２が軸線と直角方向に力を受けると、球面軸受５
３を中心としてテコ運動を行ない、鋼球５４を介
して、リニアモーシヨンベアリング５５に案内さ
れたロツド５６を押し、マイクロスイツチ５１を
ONさせる。また、測定子５２が軸線方向に力を
受けると、測定子５２はリニアモーシヨンペアリ
ング５７に案内されて押し込まれ、鋼球５４を介
してロツド５６を押し、マイクロスイツチ５１を
ONさせる。測定子５２に力が加わらなくなる
と、スプリング５８によつて、測定子５２は元に
戻る。

第４図及び第５図に示すように、各測定用工具
１０には、測定子球３９及び測定子５２の近傍に
開口する空気流通孔５９が設けられており、測定
中前記プルスタツド２３の貫通孔２３Ａを通して
供給された圧縮空気が、測定子近傍の測定面に吹
き付けられて測定面を効果的に清掃し、正確な測
定を行なう為の一助となる。

第６図及び第７図は、本発明の自動計測装置を
使用して、主軸中心と測定子中心との誤差を補償
するようにした測定方法を示すものである。すな
わち、第６図―Ａはラフな測定方法を示すもので
あつて、主軸中心と測定子１１の中心間には、必
ず個有の製作誤差と、測定用工具を主軸の工具挿
着孔に挿着する度毎に若干変化する取り付け誤差
が有り、この二種類の誤差の和をΔとする。測
定子１１を穴６０の一方の端に接触させて、P₁値
をリニアスケールに読み取り、次に測定子１１を
穴６０の他方の端に接触させて、P₂の値をリニア
スケールで読み取り、穴６０の中心Ｐ_sを求める
と、 Ｐ_s＝P₁＋Ｐ_２−Ｐ_１／２ となつて、実際の中心からΔだけずれて測定さ
れる不具合点がある。この不具合点を解決する
為、第６図―Ｂは、P₁の値をリニアスケールで読
み取つた後、測定子１１を穴６０の内壁から若干
離し、主軸１５を180度回転して停止させた後、
測定子１１を穴６０の他方の端に接触させてP₂を
の値をリニアスケールで読み取り、穴６０の中心
Ｐ_sを求めると、 Ｐ_s＝P₁＋Ｐ_２−Ｐ_１／２ で求めた値と、実際の穴の中心とが正確に一致す
る。

第７図はワークＷの壁の位置を正確に測定する
方法を示したもので、第７図―Ａに示すように、
一度ワークＷの壁に測定子１１を接触させて、P₁
の値をリニアスケールで読み取り、次に第７図―
Ｂに示すように測定子１１を壁から離して主軸１
５を180度回転して位置決めし、第７図―Ｃに示
すように再び測定子１１を壁に接触させて、P₂の
値をリニアスケールで読み取れば、実際の壁の位
置Ｐ_xは、 Ｐ_x＝Ｐ_１＋Ｐ_２／２＋ｒ （ただしｒは測定子の半 径） により誤差Δを補償した正確な値として求めら
れる。

第８図は、本発明の自動計測装置を制御する制
御ブロツク図である。テープ指令により工作機械
を移動し、測定子１１がワークＷに接触すると、
発光体４１が発光し、その光を受光体３５が検知
すると、その時のリニアスケール１２とスライダ
１３の相対位置をスケール読取装置６１で読み取
り、メリ６２に記憶させる。測定子球直径設定部
６３は、事前に測定しておいて測定子球の直径寸
法D₁をプリセツトする為のものであり、その値
とメモリ６２の値とを使つて、データ演算部６４
で所要の計算を行ない、NC装置６５に補正信号
を発する。

例えば、第９図に示す穴の内径寸法と心ずれを
測定する場合を例にとれば、最初図面で指定され
た穴の中心位置Ａに測定子１１を移動させ、その
時のリニアスケールの読みＤ_Aをメモリ６２に記
憶させる。次に測定子１１をＣ方向へ移動させ、
Ｂ点で測定子１１がワークの内面に接触した時の
リニアスケールの読みＤ_Bをメモリ６２に記憶さ
せる。次に測定子１１をＥ方向へ移動させ、Ｄ点
で接触した時のリニアスケールの読みＤ_Dをメモ
リ６２に記憶させ、データ演算部６４で下記の式
に基ずいて計算する。

穴径＝Ｄ_B−Ｄ_D＋D₁ 心ずれ＝Ｄ_A−Ｄ_Ｂ＋Ｄ_Ｄ／２ 第１０図は、基準位置からの端面のずれを測定
する場合の例である。第８図に示す端面基準値設
定部６６に、基準位置からの端面の寸法D₂をプ
リセツトしておく。最初、基準位置Ｆに測定子１
１を移動させ、その時のリニアスケールの読みＤ
_Fをメモリ６２に記憶させる。次に測定子１１を
Ｈ方向へ移動させ、Ｇ点で測定子１１がワークの
端面に接触した時のリニアスケールの読みＤ_Gを
メモリ６２に記憶させ、データ演算部６４で下記
の式に基ずいて計算する。

端面ずれ＝（Ｄ_F−Ｄ_G）−D₂ 以上詳細に述べた如く、本発明は発光体及び受
光体が一切外部に露出しない構造であるから、切
粉やクーラメント等の塵埃の影響を全く受けず、
また照明等の外乱の影響も受けないので、耐久性
と信頼性の高い自動計測装置を得ることが出来
る。また、主軸の中心部を通して発光体の光を検
出する方法であるから、主軸の割出し角度位置に
拘束されることなく、発光体の光を外部で検出で
きるから、主軸を割出しながら測定する方法を採
用できる効果が生じる。

以上述べた如く、本発明は実施例に示された構
成に限定されるものではなく、請求の範囲に記載
された本発明の技術思想を逸脱しない範囲内での
変更は予期されるところである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動計測装置を装備したマシ
ニングセンタの全体側面図、第２図及び第３図は
主軸頭の一部縦断面図、第４図及び第５図は測定
用工具の一実施例を示す断面図、第６図及び第７
図は本発明の自動計測装置を使用して効果的な測
定方法を示す説明図、第８図は本発明の自動計測
装置の制御ブロツク図、第９図及び第１０図は測
定順序を示す説明図である。 図において、１０…測定用工具、１１…測定
子、１２，１４…リニアスケール、１３…スライ
ダ、１５…主軸、１７…工具挿着孔、１９…引張
り棒、２６…シリンダ、３５…受光体、４１…発
光体、４５…電池。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 主軸頭に回転可能に設けられ先端部に工具挿
   着孔を有する主軸と、前記工具挿着孔に挿着可能
   で先端部に測定子を有する測定用工具と、該測定
   用工具に設けられ前記測定子が被測定物の位置を
   検出した時発光する発光体と、該発光体の光を主
   軸後方に伝達する為に前記主軸中心部に主軸軸線
   と平行に形成された貫通孔と、該貫通孔を通つた
   光を検出すべく前記主軸後方の固定部に設けられ
   た受光体とからなる工作機械の自動計測装置。