(57)【要約】      （修正有）【課題】旋回テーブルの高精度な旋回角度の検出が可能な旋回テーブル装置及び工作機械を提供する。【解決手段】旋回テーブル装置は、テーブル２０と、テーブル２０に載置され、テーブル２０に対し旋回可能な旋回テーブル３０と、旋回テーブル３０の旋回に伴う円弧運動を直線運動に変換する円弧直動変換機構５１，５２，５３，５７を有し、円弧直動変換機構５１，５２，５３，５７で変換されるスケールの直動をセンサ装置５４で測定して旋回テーブル３０の旋回角度を検出する旋回角度検出装置５０と、を備える。【選択図】図２Ａ
2020075307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーブルと、
前記テーブルに載置され、前記テーブルに対し旋回可能な旋回テーブルと、
前記旋回テーブルの旋回に伴う円弧運動を直線運動に変換する円弧直動変換機構を有し、前記円弧直動変換機構で変換されるスケールの直動をセンサ装置で測定して前記旋回テーブルの旋回角度を検出する旋回角度検出装置と、
を備える、旋回テーブル装置。
【請求項２】
前記円弧直動変換機構は、
前記旋回テーブルの一端側に配置され、前記旋回テーブルの旋回方向に延びる直線状のレールと、
前記レールに沿って移動可能なスライダと、
前記旋回テーブルの一端側から前記旋回方向と直角な方向に延びる直線状のアームと、
前記スライダに配置され、前記アームと当接可能な当接部材と、
前記アームと前記スライダとの間に接続され、前記アームと前記当接部材を当接させる方向に付勢する付勢部材と、を備える、請求項１に記載の旋回テーブル装置。
【請求項３】
ベッドと、
前記ベッドの上面に設けられ、工作物の外周の研削が可能な砥石車を当該砥石車の中心軸線回りに回転可能に支持する砥石台と、
請求項１又は２に記載の旋回テーブル装置と、
前記ベッドの上面に設けられ、ガイドレールに沿って移動可能な前記テーブル又は前記砥石台と、
前記テーブルの上面に設けられ、当該上面に対し垂直な旋回軸線回りに旋回可能な前記旋回テーブルと、
前記旋回テーブルの上面に設けられ、前記工作物の両端をそれぞれ支持し、両支持点を通る回転軸線回りに当該工作物を回転させる主軸台及び心押台と、
を備える、旋回テーブル装置を備える工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋回テーブル装置及び工作機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１−３には、旋回テーブル装置を備える工作機械として円筒研削盤が記載されている。このような円筒研削盤では、円筒状の工作物の研削のみならず、トラバーステーブルに対して旋回テーブルを旋回させることにより、円筒部の端部にテーパ部を有する工作物の研削が可能である。そして、特許文献３に記載の旋回テーブル装置では、旋回テーブルにナットが固定され、トラバーステーブルにナットに噛み合わされるネジ軸が固定される。作業者は、ネジ軸に連結されるモータを駆動することで旋回テーブルを旋回させる。
【０００３】
特許文献３に記載の旋回テーブル装置では、トラバーステーブルに突起部が設けられて基準点に指定される。そして、旋回テーブルの旋回中心から基準点までのＸ軸線方向の距離、Ｚ軸線方向の距離及び工作物の回転中心から基準点までの距離に基づいて、旋回テーブルの旋回角度を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２１７４８１号公報
【特許文献２】特許第３６６６２０４号公報
【特許文献３】特許第２５７８０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献３に記載の旋回テーブル装置では、旋回テーブルの旋回角度を間接的に検出しているため、検出誤差が生じるおそれがある。そこで、旋回テーブルの端面にＲ面を形成してスケールを貼付し、センサにてスケールを読み取って旋回テーブルの旋回角度を直接的に検出する旋回テーブル装置がある。
【０００６】
しかし、旋回テーブルの端面に形成するＲ面の加工誤差やスケールの貼り付け誤差が生じた場合、誤差をキャンセルするセンサの位置決め作業が困難になり、センサの読み取り誤差が発生するおそれがある。また、旋回テーブルの旋回に伴ってＲ面に貼付されるスケールと固定されているセンサとの距離が変化するため、センサの読み取りができない場合がある。
【０００７】
本発明は、旋回テーブルの高精度な旋回角度の検出が可能な旋回テーブル装置及び工作機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る旋回テーブル装置は、テーブルと、前記テーブルに載置され、前記テーブルに対し旋回可能な旋回テーブルと、前記旋回テーブルの旋回に伴う円弧運動を直線運動に変換する円弧直動変換機構を有し、前記円弧直動変換機構で変換されるスケールの直動をセンサ装置で測定して前記旋回テーブルの旋回角度を検出する旋回角度検出装置と、を備える。
【０００９】
本発明によれば、旋回角度検出装置は、旋回テーブルの旋回に伴う円弧運動を直線運動に変換する円弧直動変換機構を備えているので、スケールを平坦な面に貼付して貼り付け誤差を低減できる。よって、センサ装置の位置決めはスケールとの隙間方向の調整のみでよいので、センサ装置の位置決め作業が容易となり、センサ装置の読み取り誤差の発生を抑制できる。また、スケールとセンサ装置との距離は変化しないので、センサ装置の読み取りを常に高精度に行うことができる。
【００１０】
本発明に係る工作機械は、ベッドと、前記ベッドの上面に設けられ、工作物の外周の研削が可能な砥石車を当該砥石車の中心軸線回りに回転可能に支持する砥石台と、上記旋回テーブル装置と、前記ベッドの上面に設けられ、ガイドレールに沿って移動可能な前記テーブル又は前記砥石台と、前記テーブルの上面に設けられ、当該上面に対し垂直な旋回軸線回りに旋回可能な前記旋回テーブルと、前記旋回テーブルの上面に設けられ、前記工作物の両端をそれぞれ支持し、両支持点を通る回転軸線回りに当該工作物を回転させる主軸台及び心押台とを備える。
【００１１】
本発明によれば、旋回角度検出装置で高精度な旋回テーブルの旋回角度を検出できるので、工作物の加工精度を高精度に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の工作機械をＹ軸線方向から見た図である。
【図２Ａ】図１の工作機械を構成する旋回角度検出装置をＹ軸線方向から見た図である。
【図２Ｂ】図２Ａの旋回角度検出装置をＺ軸線方向から見た図である。
【図３Ａ】旋回テーブルを旋回する前の旋回軸と旋回角度検出装置との位置関係を示す図である。
【図３Ｂ】旋回テーブルを旋回した後の旋回軸と旋回角度検出装置との位置関係を示す図である。
【図４Ａ】別例の旋回テーブルを旋回する前の旋回軸と旋回角度検出装置との位置関係を示す図である。
【図４Ｂ】別例の旋回テーブルを旋回した後の旋回軸と旋回角度検出装置との位置関係を示す図である。
【図５】図１の工作機械の操作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（１．旋回テーブル装置を備える工作機械の構成）
本実施形態に係る旋回テーブル装置を備える工作機械としてテーブルトラバース型の円筒研削盤を一例として、図１を参照して説明する。なお、図１においては、後述するトラバーステーブル２０の移動方向を直交三軸のうちのＺ軸線方向とし、砥石台１５の移動方向を直交三軸のうちのＸ軸線方向とし、Ｚ軸線方向及びＸ軸線方向に直角な方向を直交三軸のうちのＹ軸線方向とする。
【００１４】
図１に示すように、円筒研削盤１０は、床面に載置されるベッド１１と、ベッド１１の上面に設けられる旋回テーブル装置１２と、旋回テーブル装置１２の上面に設けられる主軸台１３及び心押台１４と、ベッド１１の上面に設けられ、砥石車１６を有する砥石台１５と、ベッド１１の側面に設けられる制御装置１７等を備える。
【００１５】
旋回テーブル装置１２は、ベッド１１の上面に設けられるトラバーステーブル２０、及びトラバーステーブル２０の上面に設けられる旋回テーブル３０を備える。さらに、トラバーステーブル２０の上面において旋回テーブル３０を旋回させる旋回機構４０と、旋回テーブル３０の旋回角度を検出する旋回角度検出装置５０等を備える。
【００１６】
トラバーステーブル２０は、上面視が長尺状の矩形状に形成される。トラバーステーブル２０は、図略のアクチュエータ（リニアモータ等）の駆動によって、ベッド１１上にてＺ軸線方向に敷設されるガイドレール２０ａに沿って移動可能である。トラバーステーブル２０の上面は、旋回テーブル３０が載置されたとき旋回テーブル３０の下面が摺動可能となるように、きさげ加工等が施されている。
【００１７】
旋回テーブル３０は、上面視が扁平の六角形状に形成される。旋回テーブル３０は、トラバーステーブル２０の上面を摺動しながら、旋回軸３０ａを中心にＹ軸線回りに旋回可能に支持される。図１には、旋回テーブル３０がＺ軸線に対して旋回角度θをとった状態が示されている。旋回テーブル３０の下面は、トラバーステーブル２０の上面と同様に、きさげ加工等が施されている。
【００１８】
旋回機構４０は、旋回テーブル３０の旋回角度θを調整する。旋回機構４０は、トラバーステーブル２０の上面の一端側に設けられ、トラバーステーブル２０に対する旋回テーブル３０の一端側の位置を移動させる。より詳細には、旋回機構４０は、トラバーステーブル２０の上面の一端側に設けられるボールネジ機構４１と、ボールネジ機構４１に連結されるハンドル４２を備える。
【００１９】
旋回機構４０は、作業者によるハンドル４２の回転により、ボールネジ機構４１のネジ軸が回転し、ボールネジ機構４１のナットの位置がＸ−Ｚ平面上において移動することで旋回テーブル３０を旋回させる。そして、旋回テーブル３０が旋回した状態において、旋回テーブル３０をトラバーステーブル２０に固定するため、旋回テーブル３０の長手方向の両端側にはクランプ装置３３ａ，３３ｂが設けられる。
【００２０】
旋回角度検出装置５０は、旋回テーブル３０の旋回角度θを検出する。旋回角度検出装置５０は、トラバーステーブル２０の上面の一端側に設けられ、トラバーステーブル２０に対する旋回テーブル３０の一端側の位置の移動量を測定し、旋回テーブル３０の旋回角度θを検出する。なお、旋回角度検出装置５０の詳細は後述する。
【００２１】
主軸台１３及び心押台１４は、センタ１３ａ及びセンタ１４ａをそれぞれ備え、旋回テーブル装置１２の上面に固定される。主軸台１３のセンタ１３ａ及び心押台１４のセンタ１４ａは、円筒状の工作物Ｗの両端をそれぞれ支持する。主軸台１３には、工作物Ｗをセンタ１３ａ，１４ａの両支持点を通る中心軸線回りに回転させるための主軸モータ１３ｂが内蔵される。
【００２２】
砥石台１５は、研削加工に用いられる工具（砥石車１６）を保持し、図略のアクチュエータ（リニアモータ等）の駆動によって、ベッド１１上にてＸ軸線方向に敷設されるガイドレール１５ａに沿って移動可能である。砥石台１５は、工作物Ｗの外周の研削が可能な砥石車１６の中心軸線１６ａがＺ軸線方向を向くようにして、当該砥石車１６を中心軸線１６ａ回りに回転可能に支持する。なお、ベッド１１上にて砥石台１５をＺ軸線方向へ移動可能とするように、Ｚ軸線方向にガイドレールを敷設してもよい。
【００２３】
制御装置１７は、工作物Ｗの回転及び砥石車１６の回転を制御すると共に、工作物Ｗと砥石車１６との相対移動（直交三軸のうちのＺ軸線方向及びＸ軸線方向の移動）を制御することにより工作物Ｗの外周を研削する。
【００２４】
（２．旋回角度検出装置の構成）
次に、旋回角度検出装置５０の構成について図を参照して説明する。図１，２Ａ，２Ｂに示すように、旋回角度検出装置５０は、スライダ５１、リニアガイド５２、アーム５３及びセンサ装置５４を備える。スライダ５１は、直方体状に形成され、側面にスケール５５が貼付される。スライダ５１には、上面にカムフォロア５６が設けられる。なお、カムフォロア５６の代わりにベアリングでもよい。
【００２５】
リニアガイド５２は、レール状に形成され、トラバーステーブル２０の上面の一端側にて、Ｘ軸線方向に延びるように設けられる。リニアガイド５２には、スライダ５１がＸ軸線方向に摺動可能に載置され、スライダ５１の移動を案内する。アーム５３は、旋回テーブル３０の一端側にて、Ｚ軸線方向に延びるように設けられる。アーム５３には、引張バネ５７の一端が接続されている。この引張バネ５７は、他端がスライダ５１に接続されており、これによりアーム５３はカムフォロア５６と常時接触している。スライダ５１、リニアガイド５２、アーム５３、引張バネ５７は、旋回テーブル３０の旋回に伴う円弧運動を直線運動に変換する円弧直動変換機構を構成する。
【００２６】
センサ装置５４は、例えば磁気センサを備え、トラバーステーブル２０の上面の一端側にて、スライダ５１のスケール５５に近接して設けられる。センサ装置５４は、旋回テーブル３０の旋回に伴って移動するスライダ５１のスケール５５を読み取ってスライダ５１の移動量を測定し、スライダ５１の測定移動量に基づいて、旋回テーブル３０の旋回角度θを検出する。
【００２７】
上述の旋回角度検出装置５０によれば、スケール５５はスライダ５１の平坦な側面に貼付されるので、スライダ５１の側面の加工誤差を低減してスケール５５の貼り付け誤差を低減できる。よって、センサ装置５４の位置決めはスケール５５との隙間方向の調整のみでよいので、センサ装置５４の位置決め作業が容易となり、センサ装置５４の読み取り誤差の発生を抑制できる。また、旋回テーブル３０が旋回しても、スライダ５１に貼付されているスケール５５は直動となるので、固定されているセンサ装置５４との距離は変化しない。よって、センサ装置５４の読み取りを常に高精度に行うことができる。
【００２８】
（３．旋回角度検出装置の検出処理）
以上のような構成の旋回角度検出装置５０による旋回角度の検出処理について説明する。先ず、図３Ａに示すように、旋回テーブル３０の旋回軸３０ａの中心とカムフォロア５６の中心を一致させて配置した場合を説明する。この場合、図３Ａに示すように、旋回テーブル３０の旋回軸３０ａの中心とカムフォロア５６の中心のＺ軸線方向の中心間距離Ｚａは予め測定して記憶しておく。
【００２９】
そして、図３Ｂに示すように、センサ装置５４は、旋回テーブル３０の旋回に伴って移動するスライダ５１のスケール５５を読み取ってスライダ５１の移動量を測定する。そして、スライダ５１の測定移動量Ｘｄａ及び記憶しているＺ軸線方向の中心間距離Ｚａを式（１）に代入することで、旋回テーブル３０の旋回角度θａを算出する。
【００３０】
【数１】
2020075307.tif 000003
【００３１】
次に、図４Ａに示すように、旋回テーブル３０の旋回軸３０ａの中心とカムフォロア５６の中心がＸ軸線方向に距離Ｘｂずれて配置した場合を説明する。この場合、図４Ａに示すように、旋回テーブル３０の旋回軸３０ａの中心とカムフォロア５６の中心のＺ軸線方向の中心間距離Ｚｂ及びＸ軸線方向の中心間距離Ｘｂは予め測定して記憶しておく。なお、以下の説明では、旋回テーブル３０の旋回軸３０ａの中心を通るＺ軸線方向に延びる直線を基準線Ｂという。
【００３２】
そして、図４Ｂに示すように、センサ装置５４は、旋回テーブル３０の旋回に伴って移動するスライダ５１のスケール５５を読み取ってスライダ５１の移動量を測定する。そして、スライダ５１の測定移動量Ｘｄｂ及び記憶しているＸ軸線方向の中心間距離Ｘｂを式（２）に代入することで、旋回テーブル３０の旋回軸３０ａの中心と旋回テーブル３０の旋回後のカムフォロア５６の中心のＸ軸線方向の中心間距離Ｘｃを算出する。
【００３３】
【数２】
2020075307.tif 000004
【００３４】
そして、センサ装置５４は、算出したＸ軸線方向の中心間距離Ｘｃ及び記憶しているＺ軸線方向の中心間距離Ｚｂを式（３）に代入することで、旋回テーブル３０の旋回後の旋回テーブル３０の旋回軸３０ａの中心とカムフォロア５６の中心を通る直線Ｃと、基準線Ｂとのなす第一角度αを算出する。そして、スライダ５１の測定移動量Ｘｄｂ、記憶しているＺ軸線方向の中心間距離Ｚｂ及びＸ軸線方向の中心間距離Ｘｂを式（４）に代入することで、旋回テーブル３０の旋回後の旋回テーブル３０の旋回軸３０ａの中心とカムフォロア５６の中心の中心間距離Ｌを算出する。
【００３５】
【数３】
2020075307.tif 000005
【００３６】
【数４】
2020075307.tif 000006
【００３７】
そして、センサ装置５４は、記憶しているＸ軸線方向の中心間距離Ｘｂ及び算出した中心間距離Ｌを式（５）に代入することで、上記直線Ｃと、旋回テーブル３０の旋回後の基準線Ｂとのなす第二角度βを算出する。そして、算出した第一角度α及び第二角度βを式（６）に代入することで、旋回テーブル３０の旋回角度θｂを算出する。
【００３８】
【数５】
2020075307.tif 000007
【００３９】
【数６】
2020075307.tif 000008
【００４０】
（４．旋回テーブル装置を備える工作機械の操作）
次に、作業者による旋回テーブル装置１２を備える円筒研削盤１０の操作において、円筒状の工作物Ｗの一端側にテーパ角度θｗのテーパ面を加工する場合を説明する。作業者は、円筒状の工作物Ｗの両端を主軸台１３のセンタ１３ａ及び心押台１４のセンタ１４ａで挟持させる（図５のステップＳ１）。
【００４１】
そして、作業者は、センサ装置５４からの旋回検出角度が表示される制御装置１７の表示モニタを見ながら、ハンドル４２を回して旋回テーブル３０を旋回させる（図５のステップＳ２）。旋回テーブル３０の旋回角度は、上述の旋回角度検出装置５０により高精度に検出できる。
【００４２】
作業者は、表示モニタに表示される旋回検出角度が目標とするテーパ面のテーパ角度θｗに達したか否かを確認し（図５のステップＳ３）、表示モニタに表示される旋回検出角度が目標とするテーパ面のテーパ角度θｗに達したら、制御装置１７からテーパ荒加工を指令する（図５のステップＳ４）。
【００４３】
そして、作業者は、テーパ荒加工が終了したか否かを確認し（図５のステップＳ５）、テーパ荒加工が終了したら、加工したテーパ面のテーパ角度θｄと目標とするテーパ面のテーパ角度θｗとの誤差Δθをモニタに表示させる（図５のステップＳ６）。加工したテーパ面のテーパ角度θｄは、既知の方法であるテーパ面の例えば２か所の位置座標を位置検出装置で検出し、２か所の検出位置と三角関数に基づいて算出できる。
【００４４】
作業者は、表示モニタを見ながら誤差Δθが零となるようにハンドル４２を回して旋回テーブル３０を旋回させる（図５のステップＳ７）。そして、誤差Δθが零に達したか否かを確認し（図５のステップＳ８）、誤差Δθが零に達したら、制御装置１７からテーパ仕上げ加工を指令する（図５のステップＳ９）。そして、テーパ仕上げ加工が終了したか否かを確認し（図５のステップＳ１０）、テーパ仕上げ加工が終了したら、全ての操作を終了する。
【００４５】
（５．その他）
上記実施形態においては、旋回テーブル３０の旋回はボールネジ機構４１をハンドル４２で操作する構成としたが、ボールネジ機構４１をモータで操作する構成としてもよい。これにより、旋回テーブル３０の旋回角度調整の自動化を図ることができる。
【００４６】
また、加工したテーパ面のテーパ角度θｄを加工の都度算出して誤差Δθを求めて調整する構成とした。しかし、テストピースを加工し、位置検出装置で検出して算出したテーパ角度とセンサ装置５４で検出した旋回検出角度との関係から補正係数を予め求めておく。そして、実際の工作物の加工時に、センサ装置５４で検出した旋回検出角度を補正係数で実測値に補正する構成としてもよい。
【００４７】
また、工作機械としてテーブルトラバース型の円筒研削盤を例にあげたが、砥石台トラバース型の円筒研削盤に適用可能である。また、本発明は、円筒研削盤に限らず、他の工作機械にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０：円筒研削盤、  １１：ベッド、  １２：旋回テーブル装置、  １３：主軸台、  １４：心押台、  ２０：トラバーステーブル、  ３０：旋回テーブル、  ４０：旋回機構、  ４１：ボールネジ機構、  ４２：ハンドル、  ５０：旋回角度検出装置、  ５１：スライダ、  ５２：リニアガイド、  ５３：アーム、  ５４：センサ装置、  ５５：スケール、  ５６：カムフォロア、  ５７：引張バネ、  Ｗ：工作物
【図１】
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【図２Ａ】
2020075307.tif 000010
【図２Ｂ】
2020075307.tif 000011
【図３Ａ】
2020075307.tif 000012
【図３Ｂ】
2020075307.tif 000013
【図４Ａ】
2020075307.tif 000014
【図４Ｂ】
2020075307.tif 000015
【図５】
2020075307.tif 000016