JP5755017B2

JP5755017B2 - 幾何誤差測定用球の保持機構

Info

Publication number: JP5755017B2
Application number: JP2011101825A
Authority: JP
Inventors: 雅高長谷川
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2031-04-28
Also published as: JP2012233768A

Description

本発明は、工作機械の幾何学的な誤差を測定（同定）する際に利用する測定用球の保持機構に関するものである。

工作機械として、能率の高い加工や複雑な形状のワークの加工を行う目的で従来の３軸マシニングセンタに回転軸や旋回軸を付加した５軸マシニングセンタ等の多軸工作機械が知られており、そのような多軸工作機械における加工精度の向上が望まれている。多軸工作機械においては、一般的に、軸数が増えると、組み付けの精度が悪化し、加工精度が悪くなる傾向にあるが、組み付けの精度の向上には限界があるため、隣り合う軸間の傾きや位置誤差といった幾何誤差を計測し、その幾何誤差を補正することによって加工精度を向上させる必要がある。

そして、このような補正システムにおける幾何誤差の測定（同定）方法として、主軸に工具ホルダを介して球を取り付け、テーブル上に設置した球またはタッチプローブとの接触位置を複数の位置で測定することにより、このような幾何誤差を求め、補正することが行われている。

このような方法で幾何誤差を測定する際には、主軸の先端に装着した工具ホルダ（コレットホルダ等）に、ボールバーのソケットを取り付けてボールバーを保持させる必要がある。

特開２００４−２１９１３２号公報

上記した幾何誤差の測定方法においては、主軸に取り付けられる測定用球の球心が工作機械の主軸の回転中心と一致するように、工具ホルダに対する測定用球の球心を工作機械の主軸に装着させる必要があるが、そのように測定用球を主軸に装着させるのは、非常に困難で、手間がかかる。また、主軸側の測定用球の球心が工作機械の主軸の回転中心と一致していない状態で幾何誤差を測定すると、正確な測定値が得られず、却って、工作機械の加工精度を低下させてしまう結果となる。

本発明の目的は、上記従来の幾何誤差の測定方法における問題点を解消し、ボールバーを利用して幾何誤差を測定する際に、短時間で精度良い測定を可能とする測定用球の保持機構を提供することにある。

本発明の内、請求項１に記載された発明は、基端から先端に向かって孔を有する工具ホルダを主軸の先端に付設してなる工作機械の幾何学的な誤差を評価するための測定用球であるボールバーの測定用球を前記孔に保持させるための保持機構であって、先端に前記ボールバーの測定用球を保持する芯出しバーを、軸部分の基端に軸部分より大径の球状部分を設けた形状とし、その芯出しバーの球状部分を、前記孔に挿入させた状態で、前記孔の先端側から前記芯出しバーの保持部材を挿入し、その芯出しバー保持部材によって、芯出しバーの球状部分の球心が一定な位置に保たれるように、芯出しバーの球状部分を保持させたことを特徴とするものである。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記芯出しバー保持部材が、筒状に形成されており、先端に前記球状部分の径と同一の曲率半径を有する凹状部分を形成したものであることを特徴とするものである。

請求項１に記載の測定用球の保持機構によれば、芯出しバーの基端の球状部分の中心を基点として軸部分の姿勢を調整することにより、芯出しバーの軸部分の先端に取り付けた測定用球（プローブ）の中心と主軸の回転中心とを、簡単に一致させることができる。したがって、請求項１に記載の測定用球の保持機構によれば、短時間で精度良く幾何誤差を測定することが可能となる。

請求項２に記載の測定用球の保持機構によれば、芯出しバーの基端の球状部分を、芯出しバー保持部材の凹状部分に押し付けて固定することにより、芯出しバーを、非常に容易に、軸部分の先端の測定用球の中心と主軸の回転中心とを一致させた状態で保持することができる。

工作機械の主軸に工具ホルダを装着した状態を示す説明図（断面図）である。工具ホルダに芯出しバーを取り付けた状態を示す説明図（断面図）である。芯出しバー保持部材の斜視説明図である。蓋部材の斜視説明図である。

以下、本発明に係る測定用球の保持機構の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

＜測定用球の保持機構＞
図１は、多軸工作機械の主軸の前側の部分を示したものであり、主軸（旋回軸）１は、複数の軸受２によって、ハウジング３に回転自在に支持されている。主軸１の前端面には、テーパ孔４が円錐状に形成されており、工具ホルダ５の基端が、当該テーパ孔４内に挿入されている。また、主軸１内には、ドローバー８が、軸線方向に沿って移動可能に配置されており、そのドローバー８の前端には、把持装置９が設けられている。そして、工具ホルダ５のテーパシャンク６の後端のプルスタッド７が、把持装置９によって把持されることにより、工具ホルダ５が、主軸１の前端に着脱自在に取り付けられた状態になっている。

工具ホルダ５には、各種の工具を装着するための孔１０が、前後方向に主軸１と同軸になるように形成されている。孔１０の内周面は、後方から前方に向かって拡径された円錐状になっており、主軸１の軸方向に対して、所定の角度（６〜８°）だけ傾斜した状態になっている。加えて、工具ホルダ５の先端の外面には、後述する蓋部材１２を螺着させるためのネジ溝（図示せず）が刻設されている。

また、図２は、上記した工具ホルダ５に、芯出しバー２１が取り付けられた状態を示す説明図である。工具ホルダ５においては、芯出しバー２１が、芯出しバー保持部材１１および蓋部材１２によって、孔１０内に保持された状態になっている。

芯出しバー２１は、長尺な円柱状に形成された軸部分（バー）２２、当該軸部分２２の基端に設けられた軸部分２２より大径な球状部分２３、軸部分２２の先端に測定用球２４を固定するソケット２５を取り付け可能な機構によって構成されている。かかる芯出しバー２１は、球状部分２３の球心が一定の位置に保たれるように、球状部分２３を孔１０に挿入させた状態になっている。

また、図３は、芯出しバー保持部材１１を示したものであり、芯出しバー保持部材１１は、芯出しバー２１の軸部分２２より大きな内径を有する扁平な筒状に形成されており、当該筒状部分１６の先端には、凹状部分１３が形成されている。当該凹状部分１３は、芯出しバー２１の球状部分２３の径と同一の曲率半径を有する球面状に形成されている。また、筒状部分１６の先端の外面は、工具ホルダ５の孔１０の内周面と接合しないようなテーパ面１５となっている。一方、筒状部分１６の基端には、筒状部分１６より大径となるようにドーナッツ状のフランジ１４が形成されている。

そして、上記した芯出しバー保持部材１１は、筒状部分１６に芯出しバー２１の軸部分２２を挿通させた状態で、工具ホルダ５の先端側から孔１０に挿入されている。

さらに、図４は、蓋部材１２を示したものであり、蓋部材１２は、工具ホルダ５の先端の外径と略同一の内径（あるいはごくわずかに大きい内径）を有する扁平な筒状に形成されており、当該筒状部分３１の先端に、内向きに突出するように扁平なドーナッツ状のフランジ３２が形成されている。当該フランジ３２の内径は、芯出しバー保持部材１１のフランジ１４の外径よりも小さく、かつ、芯出しバー２１の軸部分２２の外径よりも大きくなるように設計されている。加えて、筒状部分３１の先端の内面には、工具ホルダ５の先端に螺着させるためのネジ溝（図示せず）が刻設されている。

そして、蓋部材１２は、芯出しバー２１の軸部分２２を挿通させた状態で、筒状部分３１が工具ホルダ５の先端に外嵌（螺着）されており、孔１０に挿入された芯出しバー２１の球状部分２３、および、芯出しバー保持部材１１を工具ホルダ５の孔１０内に保持した状態になっている。

＜測定用球の保持機構による効果＞
上記した測定用球の保持機構は、芯出しバー２１を、軸部分２２の基端に球状部分２３を設けた形状とし、その芯出しバー２１の球状部分２３を、孔１０に挿入させた状態で、孔１０の先端側から芯出しバー保持部材１１を挿入し、その芯出しバー保持部材１１によって、芯出しバー２１の球状部分２３の球心が一定の位置（工具ホルダ５に対する一定の相対位置）に保たれるように、芯出しバー２１の球状部分２３を保持させたものである。それゆえ、上記した保持機構によれば、芯出しバー２１の基端の球状部分２３の中心を基点として軸部分２２の姿勢を調整することにより、芯出しバー２１の軸部分２２の先端に取り付けた測定用球（プローブ）２４の中心と主軸１の回転中心とを、簡単に一致させることができる。それゆえ、上記した保持機構によれば、短時間で精度良く幾何誤差を測定することが可能となる。

また、上記した芯出しバー２１の保持機構は、芯出しバー保持部材１１が、筒状に形成されており、先端に球状部分２３の径と同一の曲率半径を有する凹状部分１３を形成したものであるので、当該凹状部分１３に芯出しバー２１の基端の球状部分２３を押し付けて固定することにより、芯出しバー２１を、非常に容易に、軸部分２２の先端の測定用球２４の中心と主軸の回転中心とを一致させた状態で保持することができる。

＜測定用球の保持機構の変更例＞
本発明に係る測定用球の保持機構は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、必要に応じて適宜変更することができる。たとえば、保持機構は、芯出しバー保持部材（測定用球の保持部材）を蓋部材によって工具ホルダの孔内に保持するものに限定されず、芯出しバー保持部材をネジによって工具ホルダの孔内に螺着して保持するもの等に変更することも可能である。また、工具ホルダ、主軸の形状や工具ホルダの主軸へのクランプ方法は、図１に示すものに限定されず、市販または規格化されている種々の主軸装置において採用されている工具ホルダ、主軸の形状やクランプ方法を適用することが可能である。さらに、芯出しバーの保持方法についても、球状部分を工具ホルダのテーパ面と線接触させるものに限定されず、球状部分と略同一の凹状形状内に球状部分を保持するものとすることも可能である。

本発明に係る測定用球の保持機構は、上記の如く優れた効果を奏するものであるから、各種の多軸工作機械において幾何誤差を測定する際に用いる測定用球を保持する機構として、好適に利用することができる。

１・・主軸
５・・工具ホルダ
１０・・孔
１１・・芯出しバー保持装置
１２・・蓋部材
１３・・凹状部分
２１・・芯出しバー
２２・・軸部分
２３・・球状部分
２４・・測定用球
２５・・測定用球固定ソケット

Claims

基端から先端に向かって孔を有する工具ホルダを主軸の先端に付設してなる工作機械の幾何学的な誤差を評価するための測定用球であるボールバーの測定用球を前記孔に保持させるための保持機構であって、
先端に前記ボールバーの測定用球を保持する芯出しバーを、軸部分の基端に軸部分より大径の球状部分を設けた形状とし、
その芯出しバーの球状部分を、前記孔に挿入させた状態で、
前記孔の先端側から前記芯出しバーの保持部材を挿入し、その芯出しバー保持部材によって、芯出しバーの球状部分の球心が一定な位置に保たれるように、芯出しバーの球状部分を保持させたことを特徴とする測定用球の保持機構。
前記芯出しバー保持部材が、筒状に形成されており、先端に前記球状部分の径と同一の曲率半径を有する凹状部分を形成したものであることを特徴とする請求項１に記載の測定用球の保持機構。