(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚ軸向きと平行な主軸を回転のみ自在に支持した主軸ハウジングを数値制御機構による直交三軸方向ＸＹＺへの平行移動可能に支持した工作機械において、Ｘ軸方向と平行な特定軸線Ｓ回りへ回転されるワークの位相を決める際、前記主軸ハウジングに、前記主軸の向きと直交した第一平面と、前記主軸の向き及び前記特定軸線の双方に平行となされた第二平面とを具備した基準ブロックを予め固定しておき、該基準ブロックを主軸ハウジングの移動により位相決めを行う所定の位置に移動させた後、前記ワークをＸ軸方向と平行な前記特定軸線Ｓ回りの正逆へ回転させて該ワークの位相基準部を前記第一平面と前記第二平面のそれぞれに衝接させ、各衝接時の該ワークの回転量を把握することを特徴とする工作機械におけるワーク位相決め方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械におけるワーク位相決め方法と、その装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特定向きの主軸を回転のみ自在に支持した主軸ハウジングを数値制御機構による直交三軸方向ＸＹＺへの平行移動可能に支持した工作機械は存在している（例えば特許文献１参照）。
該工作機械において、ワークを特定軸線回りへ送り回転させるワーク支持送り装置を設け、ワークを特定軸線回りの特定角度位置へ送り回転させることによりその加工を行うことが行われている。
【０００３】
このような加工を行うには、ワーク支持送り装置上におけるワークの特定軸線回りの位相を正確に決定することが必要となるのであり、これがために、位相決め用の基準ツールを形成し、該ツールを主軸に装着してこれにワークを衝接させるように行う位相決め処理を実施し、該処理後に、該ツールを主軸から取り外し特定場所に収納することが行われている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−９６５２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特許第３０８３７７６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のワークの位相決め方法では、前記基準ツールを前記主軸に着脱する処理が必要となって作業能率が低下するのであり、また前記基準ツールの収納場所も必要となって不経済であるほか、前記基準ツールにワークが衝接されるときの荷重が主軸を回転自在に支持したベアリングに作用してベアリング寿命を短くなす虞があるのである。
本発明は斯かる問題点に対処することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、請求項１に記載したように、Ｚ軸向きと平行な方向の主軸を回転のみ自在に支持した主軸ハウジングを数値制御機構による直交三軸方向ＸＹＺへの平行移動可能に支持した工作機械において、Ｘ軸方向と平行な特定軸線Ｓ回りへ回転されるワークの位相を決める際、前記主軸ハウジングに、前記主軸の向きと直交した第一平面と、前記主軸の向き及び前記特定軸線の双方に平行となされた第二平面とを具備した基準ブロックを予め固定しておき、該基準ブロックを主軸ハウジングの移動により位相決めを行う所定の位置に移動させた後、前記ワークをＸ軸方向と平行な特定軸線Ｓ回りの正逆へ回転させて該ワークの位相基準部を前記第一平面と前記第二平面のそれぞれに衝接させ、各衝接時の該ワークの回転量（チャック部の位相角度θ１、θ２）を把握することを特徴とするものである。
【０００８】
この発明では、前記基準ブロックは主軸ハウジングに固定したままで済むようになり、また前記基準ブロックを前記主軸ハウジングに固定させた構成は簡易且つ安価なもので済むものであり、さらには前記主軸は前記ワークの特定軸線回りの位相を確定する処理を行う際に前記ワークから押し力を付与されるものとならないのであり、従って前記主軸を回転自在に支持したベアリングの寿命が長期化されるのである。
【００１０】
そして、前記第一平面と前記第二平面とを使用して前記ワークの前記特定軸線回りの位相を決定することが、前記ワークの位相の決定精度を向上させるのである。
【００１１】
上記発明の実施において、請求項２に示すように、前記ワークとしてはクランクシャフトが適するのであり、この際、前記位相基準部としてクランクピンを用いることができるのである。これによれば、クランクシャフトの位相確定において既述した発明の作用が得られるのであり、また前記位相基準部にクランクピンを用いることは格別の位相基準部を用意することを不要となすのである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る工作機械を示すもので一部を断面で示した側面図、図２は前記工作機械を示す平面図、図３は図２のｘ１−ｘ１部を示す図である。
これらの図において、１はベッドであり、該ベッド１上に固定形コラム２、ワーク支持送り装置３、数値制御機構４及び油圧空圧機器５が設けてある。
【００１７】
固定形コラム２には前後向き（Ｚ軸方向）の主軸６を回転自在に支承した筒状の主軸ハウジング７が直交三軸をなすＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向への送り移動可能に装設されている。そして、主軸６の前端には刃具８が固定されている。
【００１８】
主軸ハウジング７の前端外周面の最下位置で主軸６の真下箇所に側面視方形状の板部材からなる基準ブロック９がやや前方への張出状に固定されている。この際、基準ブロック９は前端面９ａをＺ軸方向と直交した第一平面となされ、また下端面９ｂをＺ軸方向及びＸ軸方向の双方に平行な第二平面となされている。
【００１９】
ワーク支持送り装置３はベッド１に設けられたサーボモータ１０によりＹ軸方向の回転支持軸１１回りへ送り回転されるものとなされた水平回転台１２と、該水平回転台１２の上面に水平状に固定された平面視方形状の中間台１３と、該中間台１３の上面の一端側に固定されたワーク駆動台１４と、該中間台１３の上面の他端側に固定されたセンタ押し台１５とからなっている。
【００２０】
この際、ワーク駆動台１４は、中間台１３に固定されていてＮＣ（数値制御）テーブル１６を装設された台本体部１７を備えると共に、該台本体部１７に支持されてＮＣテーブル１６によりＸ軸方向と平行な特定軸線Ｓ回りへ回転駆動されるチャック部１８と、台本体部１７に支持され特定軸線Ｓ上に位置されチャック部１８の把持したワークｗの一端面の回転中心を支持するものとなされた駆動側センタ１９とを有するものとなされている。チャック部１８は図３に示すようにワークを把持するための複数の爪１８ａを有している。
【００２１】
センタ押し台１５は、中間台１３に固定された台本体部２０とこれに装設されたＸ軸方向駆動装置２０ａとを備えると共に、該台本体部２０に摺動変位自在に支持されＸ軸方向駆動装置２０ａにより押し移動されてワークｗの他端面の回転中心を支持するものとした押しセンタ２１を有している。
【００２２】
上記のように構成した工作機械により、ワークｗであるクランクシャフトの加工開始前までの処理の一例を、図４〜図７をも参照して説明する。ここに、図４及び図５は処理フローを示す図、図６は基準ブロック９の第一平面９ａにクランクピンｗを点接触させた状態を示す説明図、図７は基準ブロック９の第二平面９ｂにクランクピンｗを点接触させた状態を示す説明図である。
【００２３】
先ずステップｓ１００では、数値制御機構４の入力装置から、ワークｗの形状情報、基準ブロック９の位置情報、位相確定用のプログラム、ワークｗ加工用のプログラムなど必要な情報を入力するのであり、これにより数値制御機構４はその記憶部にこれらの情報を記憶した状態となる。
【００２４】
次にステップｓ１０１に移行するのであり、ここでは数値制御機構４が必要に応じてサーボモータ１０を作動させるのであり、これにより回転支持軸１１が送り回転されて、水平回転台１２が回動し、二つのセンタ１９、２１が特定軸線Ｓ上に位置された状態となされるのであり、またＮＣテーブル１６が必要に応じて作動されることによりチャック部１８が送り回転され、図３に示すようにテーブル位相基準ｐ０に合致したチャック部半径線がチャック部の位相ゼロ位置基準ｋ１となされる。ここに位相ゼロ位置基準ｋ１はチャック部１８上に固定的に特定された仮想上のものであり、テーブル位相基準ｐ０は台本体部１６上に固定的に特定された仮想上のものである。
【００２５】
この後、例えばロボット、自動搬送装置又は手作業などにより、ワークｗが二つのセンタ１９、２１間にローディングされ、その位置を一時的に保持される。このときワークｗの特定軸線Ｓ回りの位相とチャック部１８の特定軸線Ｓ回りの位相とは近似するように配慮されるが、ローディングの迅速処理のため、これらの位相を正確に一致させることまでは行われない。従って、チャック部１８の位相ゼロ位置基準ｋ１とワークｗの位相基準（ワーク位相基準）ｋ２とは通常、特定軸線Ｓ回りへ幾分ずれているのであり、この処理例ではワーク位相基準ｋ２がチャック部１８の位相ゼロ位置基準ｋ１よりチャック部１８の逆回転側へ角度θ０だけずれているものとする。ここに、位相基準ｋ２はワークｗ上に固定的に特定された仮想上のものである。
【００２６】
次にステップｓ１０２に移行するのであり、ここではＸ軸方向駆動装置２０ａが一方のセンタ２１を他のセンタ１９側へ移動させて、各センタ１９、２１をワークｗの各端面に形成された円錐状雌面からなるセンタ孔に嵌合させる。これによりワークｗは二つのセンタ１９、２１で支持された状態となるのであり、この後、ロボット、自動搬送装置又は手作業などによるワークｗの位置保持状態は解除され、ワークｗ周辺は以後の処理に支障のない状態となされる。この後、Ｘ軸方向駆動装置２０ａがさらに強い押圧力でセンタ２１を他のセンタ１９側へ押圧する状態となす。これによりワークｗは二つのセンタ１９、２１に確実に挟み付けられてその回転中心を特定軸線Ｓに正確に合致された状態となり、またこれと同時に、ワークｗの一端面を、チャック部１８中心寄り箇所に位置され特定軸線Ｓと直交するように形成されたワーク長手方向基準面１８ｂに押し当てられ、その特定軸線Ｓ方向の位置を固定される。この状態の下で、チャック部１８の爪１８ａがワークｗの一端部外周面をクランプする。
【００２７】
この後、ステップｓ１０３に移行する。ここで、位相確定用のプログラムが開始される。数値制御機構４の作動により、主軸ハウジング７が予め決定されている位置に移動されるのであり、これにより基準ブロック９が位相合わせ位置ｐ２まで移動され停止される。この移動後の基準ブロック９は、基準ブロック９のＸ軸方向中央点が特定のクランクピンｗ１の長さ略中央点に位置し、且つ、図６に示すように第一平面９ａと第二平面図９ｂとの交点ｐ３が特定軸線Ｓの放射方向へ向けられ且つＺ軸及びＹ軸に沿わせられてこれらの軸に対して４５度右上がり状に傾斜された直線Ｌ１上に位置し、且つ、第一平面９ａ及び第二平面９ｂのそれぞれが当該クランクピンｗ１の特定軸線Ｓ回りの回転移動軌跡上に位置するものとなされる。なお、上記位相合わせ位置ｐ２は一例を示すもので適宜に他の位置に変更して差し支えないものであり、これについてはさらに後述する。
【００２８】
次にステップｓ１０４に移行するのであり、ここでは、ＮＣテーブル１６を作動させてワークｗをチャック部１８と共に特定軸線Ｓ回りの正転方向ｆ１へ送り回転させる。そして、特定のクランプピンｗ１が図６に示すように基準ブロック９の第一平面９ａに衝接したとき、これを検出してＮＣテーブル１６の作動を停止させるのであり、この際、該衝接時におけるチャック部１８の回転角度θ１を認識させて数値制御機構４に記憶させるのである。該回転角度θ１はテーブル位相基準ｐ０から該衝接時のチャック部１８の位相ゼロ位置基準ｋ１までの角度である。
【００２９】
この際、特定のクランプピンｗ１と第一平面９ａとの衝接は、例えば、それらの衝接によりワーク駆動部１４からチャック部１８へ伝達されるトルクが増大したとき該現象をトルクセンサにより直接的に或いはワーク駆動部１４の駆動電流測定により間接的に検出されるか、又は、基準ブロック９に近接センサやエア圧センサを設けることなどにより検出される。
【００３０】
次にステップｓ１０５に移行し、当該ワークの位相決め処理において高精度の処理が必要であるか否かを判別するのであり、この判別は作業者の任意な意志などが判別基準となるものである。
高精度の処理が必要でないと判別されたときは、ステップｓ１０６に移行するのであり、一方、高精度の処理が必要であると判別されたときはステップｓ１０７に移行する。
【００３１】
ステップｓ１０６に移行したときは、ステップｓ１０４で得られたチャック部１８の回転角度θ１に基づいて、以後のワークｗの位相決めの際のワークｗの回転角度を補正するのである。
これをさらに具体的に説明すると、基準ブロック９と特定のクランクピンｗ１が衝接したときのテーブル位相基準ｐ０からのチャック部１８の回転角度は、クランクピンｗ１中心の特定軸線Ｓ回りの回転半径、クランクピンの径、及び、基準ブロック９の第一平面９ａの位置などの情報により算出されるのであり、いま、該算出値であるチャック部１８のテーブル位相基準ｐ０からの回転角度がθ１０であったとする。
【００３２】
次に、ステップｓ１０４で得られたチャック部１８の回転角度θ１から、チャック部１８の算出された回転角度θ１０を減じるのであり、これにより得られた差値θ１２は、ワークｗの加工誤差がないとすれば、ワーク位相基準ｋ２からチャック部１８の位相ゼロ位置基準ｋ１までの角度θ０と合致したものとなるのであり、これがチャック部１８とワークｗの位相ずれ角として取り扱われ、ワークｗ位相決めの際の補正量となされる。従って、ワーク位相基準ｋ２をテーブル位相基準ｐ０から任意な特定大きさの角度θｗだけ回転させるなどのワークｗの位置決め処理のためのチャック部１８の回転角度θｔは、次の（１）式で算出される。ここに、回転角度θｔは、チャック部１８の位相ゼロ位置基準ｋ１がテーブル位相基準ｐ０から正転方向ｆ１へ回転したときの回転角度である。
即ち、
θｔ＝θｗ＋θ１２      ・・・・（１）式
【００３３】
この式から明らかなように、以後のワークｗ加工において、ワークｗを任意な特定大きさの角度θｗ位置に位置決めするときには、チャック部１８の回転角度θｔはその特定大きさの角度θｗに前記差値θ１２を加えた大きさとなすことが必要であり、この処理は数値制御機構４により自動的に行われる。
【００３４】
このようにワークｗの位相決めを行った場合において、数値制御機構４に入力されたワークｗの形状情報とワークｗの現物が正確に合致しているときは、ワークｗの特定軸線Ｓ回りの位相決めは正確に行われるものとなる。しかし、例えば特定クランクピンｗ１の径が数値制御機構４に入力された形状情報と異なっているようなときにはその異なっている大きさに比例した誤差が生じ、また特定のクランクピンｗ１の周面に意図しない凹凸が存在するときはその凹凸の径方向大きさに比例した誤差が生じるものとなる。
【００３５】
一方、ステップｓ１０７に移行したときは、次のような処理が行われる。
即ち、ＮＣテーブル１６をステップｓ１０４のときと逆向きに作動させてワークｗをチャック部１８と共に特定軸線Ｓ回りの逆転方向ｆ２へ送り回転させ、特定のクランプピンｗ１が図７に示すように基準ブロック９の第二平面９ｂに衝接したとき、これを検出してＮＣテーブル１６の作動を停止させる。そして、該衝接時におけるチャック部１８のテーブル位相基準ｐ０からの回転角度θ２を認識させて数値制御機構４に記憶させるのである。該回転角度θ２はテーブル位相基準ｐ０から該衝接時のチャック部１８の位相ゼロ位置基準ｋ１までの角度である。
この際、クランプピンｗ１と第一平面９ａとの衝接は、ステップｓ１０４の場合と同様にして検出することができる。
【００３６】
次にステップｓ１０８に移行するのであり、ここでは、ステップｓ１０４で得られたチャック部１８の回転角度θ１と、ステップｓ１０７で得られたチャック部１８の回転角度θ２とを加算して２で除した角度値θ３を求める。
【００３７】
そして最後にステップｓ１０９に移行するのであり、ここでは、先の角度値θ３を数値制御機構４に記憶させ、該角度値θ３に基づいて、以後のワークｗの位相決めの際のワークｗの回転角度を補正するのである。
【００３８】
これをさらに具体的に説明すると、ステップｓ１０８において基準ブロック９と特定のクランクピンｗ１が衝接したときのテーブル位相基準ｐ０からのチャック部１８の回転角度は、特定のクランクピンｗ１中心の特定軸線Ｓ回りの回転半径、特定のクランクピンｗ１の径、及び、基準ブロック９の第一平面９ａの位置などの情報により算出されるのであり、いま、この算出値であるチャック部１８のテーブル位相基準ｐ０からの回転角度がθ２０であったとする。
【００３９】
次に角度値θ３から、回転角度θ２０と回転角度θ１０を加算して２で除して得られた角度値を減じるのであり、これにより得られた差値θ２２は、チャック部１８の位相ゼロ位置基準ｋ１がテーブル位相基準ｐ０に合致しているときのワーク位相基準ｋ２からテーブル位相基準ｐ０までの角度θ０と精度よく合致したものとなり、該差値θ２２がチャック部１８とワークｗの位相ずれ角として取り扱われ、ワークｗ位相決めの際の補正量となされる。従って、ワーク位相基準ｋ２をテーブル位相基準ｐ０から任意な特定大きさの角度θｗだけ回転させるなどのワークｗの位置決め処理のためのチャック部１８の回転角度θｔは、次の（２）式で算出されるのである。
即ち、
θｔ＝θｗ＋θ２２      ・・・・（２）式
【００４０】
この式から明らかなように、以後のワークｗ加工において、ワークｗを任意な特定大きさの角度θｗ位置に位置決めするときには、チャック部１８の回転角度θｔはその特定大きさの角度θｗに前記差値θ２２を加えた大きさとなすことが必要であり、この処理は数値制御機構４により自動的に行われる。
【００４１】
このように位相決め処理を行った場合においては、例えば特定のクランクピンｗ１の径が数値制御機構４に入力された形状情報と異なっているようなときでも、その誤差に殆ど影響されることなく、ワークｗは希望する任意大きさの角度θｗ位置に位置決めされるものとなる。また特定のクランクピンｗ１の断面形状がクランクシャフトミラーなどで多角形状に加工されていたり或いは該クランクピンｗ１の周面に意図しない凹凸があるようなときにも、これらに起因した該クランクピンｗ１径の誤差がワークｗを希望する任意大きさの角度θｗ位置に位置決めすることに対して及ぼすものとなる影響の程度は大きく軽減されるものとなり、ワークｗはステップｓ１０６へ移行する場合よりも正確に、希望する任意大きさの角度θｗ位置に位置決めされるのである。
上記処理例における各ステップの処理において何れを手動で処理し何れを自動的に行わせるかは必要に応じて適宜に決定すればよい。
【００４２】
次に上記の処理例の変形例について図８などを参照して説明する。ここに図８は基準ブロック９の位相合わせ位置ｐ２に係る変形例を示す説明図である。
（１）上記処理例では、基準ブロック９の交点ｐ３を、特定軸線Ｓの放射方向へ向けられ且つＺ軸及びＹ軸に沿わせられてこれらの軸に対して４５度右上がり状に傾斜された直線Ｌ１上に位置させたが、このようにすると、基準ブロック９を位相合わせ位置ｐ２に一度移動させるだけで、ワークｗの位相決めする際の補正量を得ることができるものの、精度を確保する上では必ずしも最良のものとは言えないのであって、ワークの位相決め精度をさらに向上させるには次のようになすのがよい。
【００４３】
即ち、図８に示すように、ワーク位相基準ｋ２がテーブル位相基準ｐ０に合致したときに特定のクランクピンｗ１の周面が第一平面９ａに点接触するものとなるような位置に基準ブロック９を位置させ、この状態でステップｓ１０４の処理を行ってチャック部１８の回転角θ１を検出し、またワーク位相基準ｋ２がテーブル位相基準ｐ０から逆転方向ｆ２へ２７０度回転したときに特定のクランクピンｗ１の周面が第二平面９ｂに点接触するものとなるような位置に基準ブロック９を位置させ、この状態でステップｓ１０７の処理を行ってチャック部１８の回転角θ２を検出するように行う。
このようにすれば、特定のクランクピンｗ１はその特定直径線ｄ１の一方の端点ｐ４で第一平面９ａと接し、他方の端点ｐ５で第二平面９ｂと接するため、該クランクピンｗ１の直径方向の誤差が一層確実に排除されるようになり、ワークｗの位相決めの精度が向上するのである。
【００４４】
（２）また先のステップｓ１０４においては、特定のクランクピンｗ１の周面と第一平面９ａとを点接触させて差値θ１２を求めたが、これに代えて、該クランクピンｗ１の周面と第二平面９ｂとを点接触させて差値θ１２を求めるようにしてもよい。
【００４５】
（３）さらには本発明の目的が達成されるならば、チャック部１８の回転角θ１、θ２を得る際に、基準ブロック９は上記以外の適宜な位置に位置させることも差し支えないものである。
【００４６】
【発明の効果】
以上の如く構成した本発明によれば、次のような効果が得られる。
即ち、請求項１記載のものによれば、従来における基準ツールを主軸６に着脱する処理を不要となすことができて作業能率を向上させることができ、また従来の基準ツールの収納場所などは不要となって安価な構造となすことができ、さらには位相合わせの際にワークｗの押し力が主軸６に直接に作用することがなくなって主軸６を支持したベアリングの寿命を長期化させることができる。
【００４７】
そして、第一平面９ａと第二平面９ｂの使用によりワークｗの位相決めの精度を向上させることができる。例えば、クランクピンｗ１径の仕上精度がワークｗ毎に異なる場合にもそのワークｗの位相を正確に確定することができ、また例えばクランクシャフトミラーで加工されて微視的には多角形状となされたクランクピンｗ１を有するワークｗであってもその位相を精度よく決定することができる。
【００４８】
請求項２に記載したものによれば、クランクシャフトｗ１の位相決めにおいて請求項１又は２記載の発明と同様の効果が得られるのであり、またワーク位相基準部としてクランクピンｗ１を用いることにより格別の位相基準部を用意することなくクランクシャフトｗ１の位相を決定することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る工作機械を示すもので一部を断面で示した側面図である。
【図２】  前記工作機械を示す平面図である。
【図３】  図２のｘ１−ｘ１部を示す図である。
【図４】  本発明に係る処理フローを示す図である。
【図５】  図４の処理フローに続く処理フローを示す図である。
【図６】  前記工作機械の基準ブロックの第一平面にクランクピンを接触させた状態を示す説明図である。
【図７】  前記基準ブロックの第二平面にクランクピンを接触させた状態を示す説明図である。
【図８】  前記基準ブロックの位相合わせ位置に係る変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
４  数値制御機構
６  主軸
７  主軸ハウジング
９  基準ブロック
９ａ  第一平面
９ｂ  第二平面
ｐ２  位相合わせ位置
Ｓ  特定軸線
ｗ  ワーク（クランクシャフト）
ｗ１  クランクピン（位相基準部）
θ１  チャック部の位相角度（ワークの送り回転量）
θ２  チャック部の位相角度（ワークの送り回転量）
【図１】
0003721563.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003721563.tif 000007
【図７】
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【図８】
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