(57)【要約】【課題】  熱変位が生じても、主軸中心と刃物台間の距離を精度良く測定することができて、加工精度の向上が図れる工作機械を提供する。【解決手段】主軸中心計測部２２および刃物台基準位置計測部２３を有する変位計測器２０を主軸台５に設置し、刃物台８に被検出軸２１を設ける。主軸中心計測部２２は、主軸６の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサＳを、円周方向の少なくとも２箇所に有する。刃物台基準位置計測部２３は、被検出軸２１の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサＳを、円周方向の少なくとも２箇所に有する。前記各ギャップセンサ３の出力から、主軸中心Ｏおよび被検出軸の軸心を求め、主軸中心Ｏと刃物台８間の距離を計算する手段２８を設ける。なお、刃物台基準位置計測部２３は、センサターゲットとしても良い。【選択図】        図１
2011093068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを把持するチャックを先端に有する主軸を回転自在に支持した主軸台と、前記主軸に対して相対的に主軸半径方向および主軸軸方向に移動可能に設けられた刃物台とを備えた工作機械において、
主軸中心計測部および刃物台基準位置計測部を共通の支持体に設けてなる変位計測器を主軸台に対して位置固定に設置し、
この変位計測器の前記主軸中心計測部は、主軸の外周を囲む環状のセンサ支持部に、主軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを、円周方向の少なくとも２箇所に有し、
前記刃物台基準位置計測部は、主軸中心に対する前記刃物台の位置の検出に用いるセンサまたはセンサターゲットで構成される工作機械。
【請求項２】
前記刃物台基準位置計測部は、環状のセンサ支持部に、このセンサ支持部内に挿入される被検出軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを、円周方向の少なくとも２箇所に有し、
前記刃物台に、前記主軸に対する前記刃物台の相対移動によって前記変位計測器の前記刃物台基準位置計測部内に挿脱可能に前記被検出軸を設け、
前記主軸中心計測部の各ギャップセンサの出力から求まる主軸中心と、前記刃物台基準位置計測部の各ギャップセンサの出力から求まる被検出軸の軸心との、主軸中心に垂直な面内での距離を求める主軸中心・刃物台間距離計算手段を設けた、
請求項１記載の工作機械。
【請求項３】
前記刃物台基準位置計測部は、センサターゲットとなる被検出軸であって、この被検出軸は前記主軸の中心と平行であり、
前記刃物台に、前記主軸に対する前記刃物台の相対移動によって前記変位計測器の前記被検出軸が挿脱可能な環状のセンサ支持部、およびこのセンサ支持部内に挿入された前記被検出軸との間の隙間を検出するギャップセンサを前記センサ支持部の円周方向の少なくとも２箇所に有する刃物台搭載計測器を設け、
前記変位計測器の前記主軸中心計測部の各ギャップセンサの出力から求まる主軸中心と、前記刃物台搭載計測器の各ギャップセンサの出力から求まる被検出軸の軸心との、主軸中心に垂直な面内での距離を求める主軸中心・刃物台間距離計算手段を設けた、
請求項１記載の工作機械。
【請求項４】
前記刃物台基準位置計測部は、環状のセンサ支持部に、このセンサ支持部内に挿入される第１の被検出軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを、円周方向の少なくとも２箇所に有し、
前記主軸台および刃物台を設置したベッドに、前記第１の被検出軸と、刃物台位置計測部および第２の被検出軸のいずれか一方とを有する計測中継部材を設け、
前記刃物台に前記第２の被検出軸および前記刃物台位置計測部のいずれか他方を設け、  前記刃物台位置計測部は、前記第２の被検出軸が挿脱可能な支持枠部内に、この支持枠部内に挿入された第２の被検出軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを円周方向の少なくとも２箇所に有し、
前記主軸中心計測部の各ギャップセンサの出力から求まる主軸中心と、前記刃物台基準位置計測部の各ギャップセンサの出力から求まる第１の被検出軸の軸心位置と、前記刃物台位置計測部の各ギャップセンサの出力から求まる第２の被検出軸の軸心位置とから、主軸中心と刃物台の所定位置との、主軸中心に垂直な面内での距離を求める主軸中心・刃物台間距離計算手段を設けた、
請求項１記載の工作機械。
【請求項５】
前記刃物台基準位置計測部は、センサターゲットとなる第１の被検出軸であって、この第１の被検出軸は前記主軸の中心と平行であり、
前記主軸台および刃物台を設置したベッドに、前記第１の被検出軸が挿脱可能な環状のセンサ支持部に、第１の被検出軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを円周方向の少なくとも２箇所に有する変位計測器対応計測部と、刃物台位置計測部および第２の被検出軸のいずれか一方とを有する計測中継部材を設け、
前記刃物台に前記第２の被検出軸および前記刃物台位置計測部のいずれか他方を設け、  前記刃物台位置計測部は、前記第２の被検出軸が挿脱可能な支持枠部内に、この支持枠部内に挿入された第２の被検出軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを円周方向の少なくとも２箇所に有し、
前記主軸中心計測部の各ギャップセンサの出力から求まる主軸中心と、前記刃物台基準位置計測部の各ギャップセンサの出力から求まる第１の被検出軸の軸心位置と、前記刃物台位置計測部の各ギャップセンサの出力から求まる第２の被検出軸の軸心位置とから、主軸中心と刃物台の所定位置との、主軸中心に垂直な面内での距離を求める主軸中心・刃物台間距離計算手段を設けた、
請求項１記載の工作機械。
【請求項６】
前記刃物台基準位置計測部は、前記刃物台に取付けられた工具が接したことを検出するタッチセンサ、または前記刃物台に取付けられた工具に対する距離を検出するギャップセンサであり、前記主軸中心計測部の各ギャップセンサの出力から求まる主軸中心と、前記刃物台基準位置計測部となるタッチセンサまたはギャップセンサの出力を用いて、主軸中心と刃物台に取付けられた前記工具の刃先との、主軸中心に垂直な面内での距離を求める主軸中心・刃物台間距離計算手段を設けた、
請求項１記載の工作機械。
【請求項７】
前記チャックに把持されたワークが前記刃物台の工具で加工可能な位置まで前記主軸台が前進した状態で、前記刃物台基準位置計測部は、この刃物台基準位置計測部から前記第１の被検出軸が抜け出た位置となる請求項４または請求項５記載の工作機械。
【請求項８】
前記変位計測器の前記主軸中心計測部は、前記チャックの背面と主軸台の前面との間、または前記主軸台内に位置させた請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の工作機械。
【請求項９】
移動命令の指令値に従って前記刃物台を前記主軸台に対して相対移動させる制御装置をを設け、この制御装置に、前記指令値に対して、前記主軸中心・刃物台間距離計算手段が求めた距離によって補正を行う熱変位補正手段を設けた請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の工作機械。
【請求項１０】
主軸中心計測部および刃物台基準位置計測部を共通の支持体に設けてなり、工作機械の主軸台に対して位置固定に設置される変位計測器であって、
前記主軸中心計測部は、主軸の外周を囲む環状のセンサ支持部に、主軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを、円周方向の少なくとも２箇所に有し、前記刃物台基準位置計測部は、環状のセンサ支持部に、このセンサ支持部内に挿入される被検出軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを、円周方向の少なくとも２箇所に有することを特徴とする変位計測器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、旋盤や研削盤等の工作機械、特に熱変位補正等のための計測機能を備えた工作機械、およびその変位計測器に関する。
【背景技術】
【０００２】
旋盤等の工作機械では、切削熱や機械運転に伴う各部位の発熱のために、ベッドや他の各部位の熱膨張，熱変形が生じる。このような熱膨張，熱変形は、加工精度の低下に繋がる。冷却装置を装備してその対策とするものもあるが、熱膨張を十分に抑えるには、冷却装置が大掛かりとなり、また冷却だけでは加工精度を確保することができない。そのため、従来より、熱膨張を測定して工具の切り込み量等の熱変位補正を行なうものが種々提案されている。
【０００３】
熱変位補正のための測定手段を設けた例としては、例えば、主軸台の側面から延びるスケールを設け、刃物台等の送り台に、前記スケールを読み取るセンサを設けたものがある（例えば特許文献１）。また、主軸台の上面の主軸中心に対応する位置でスケールを取付け、刃物台側の送り台に、前記スケールを読み取るセンサを設けたものも提案されている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１８４７４３号公報
【特許文献２】特開２００２−１４４１９１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１の主軸台の側面にスケールを取付けたものは、主軸台の熱膨張によってスケールの基端位置が変位するため、精度の良い測定が困難である。特許文献２の主軸台上面の主軸中心に対応する位置にスケールを取付けたものは、送り台の進退方向に関して主軸中心に位置するため、主軸台の熱膨張があっても、スケールの基端の熱膨張の影響が少ない。しかし、ベッドや主軸台の形状によっては、各部の熱膨張量の違いなどから、主軸台に傾きが生じることがある。このような傾きが生じた場合、スケールが主軸台の上面に配置されていて主軸中心から上方に離れているため、スケールの基端位置が変位することになる。そのため、熱変位補正のための測定手段として、今一つ満足することができない。
【０００６】
ワーク径の加工精度は、主軸中心に対する工具の刃先位置の精度によって定まる。そのため、主軸中心と工具刃先または刃物台との距離を精度良く測定することができれば、精度の良い加工が行える。しかし従来の測定手段は、いずれも、主軸中心に対する工具刃先や刃物台との距離を精度良く検出することができなかった。
【０００７】
この発明の目的は、熱変位が生じても、主軸中心と刃物台間の距離を精度良く測定することができて、加工精度の向上が図れる工作機械を提供することである。
この発明のさらに他の目的は、前記の精度の良い測定によって、工具移動の高精度な熱変位補正が行えるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、主軸中心と刃物台上の工具の刃先との間の距離を精度良く測定することができて、より一層加工精度の向上が図れるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、２箇所の測定部位におけるそれぞれ２次元方向の変位を計測することができて、前記２箇所の測定部位間の距離を精度良く求めることができる変位計測器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の工作機械は、ワークを把持するチャックを先端に有する主軸を回転自在に支持した主軸台と、前記主軸に対して相対的に主軸半径方向および主軸軸方向に移動可能に設けられた刃物台とを備えた工作機械において、
主軸中心計測部および刃物台基準位置計測部を共通の支持体に設けてなる変位計測器を主軸台に対して位置固定に設置し、この変位計測器の前記主軸中心計測部は、主軸の外周を囲む環状のセンサ支持部に、主軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを、円周方向の少なくとも２箇所に有し、前記刃物台基準位置計測部は、主軸中心に対する前記刃物台の位置の検出に用いるセンサまたはセンサターゲットで構成されることを特徴とする。
【０００９】
この構成によると、変位計測器の主軸中心計測部は、ギャップセンサが円周方向の少なくとも２箇所に設けられているため、主軸中心の２次元方向の位置が精度良く求まる。そのため、工作機械に熱変位が生じても、変位計測器の支持体に対する主軸中心の２次元方向の位置が精度良く求まる。このように主軸中心位置が精度良く求まる主軸中心計測部を有する変位計測器における前記支持体に、主軸中心に対する前記刃物台の位置の検出に用いるセンサまたはセンサターゲットからなる刃物台基準位置計測部を設け、刃物台の位置を検出するようにしたため、熱変位が生じても、主軸中心と刃物台間の距離を精度良く測定することができて、加工精度の向上を図ることができる。
なお、前記変位計測器の支持体の熱膨張については、この支持体を、工作機械の主軸台等に対して、断熱材を介在させるなどして熱が伝わり難いように設置したり、前記支持体に線膨張係数が小さな材質を用いることにより、前記支持体の熱膨張を無視して主軸中心と刃物台間の距離を求めることができる。支持体の温度を測定してその温度に応じた熱膨張分で計測結果を補正しても良いが、その場合、工作機械の熱変位と異なり、支持体は単純な形状であるため、前記補正が簡易に精度良く行える。
【００１０】
この発明の工作機械は、次の第１〜第４の構成の工作機械を含む。これら第１〜第４の構成の工作機械は、いずれも、この発明の前記構成を基本構成として備える。
【００１１】
この発明の第１の構成の工作機械は、図１に示す実施形態に対応する。第１の構成の工作機械は、この発明の前記基本構成において、
前記刃物台基準位置計測部は、環状のセンサ支持部に、このセンサ支持部内に挿入される被検出軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを、円周方向の少なくとも２箇所に有し、
前記刃物台に、前記主軸に対する前記刃物台の相対移動によって前記変位計測器の前記刃物台基準位置計測部内に挿脱可能に前記被検出軸を設け、
前記主軸中心計測部の各ギャップセンサの出力から求まる主軸中心と、前記刃物台基準位置計測部の各ギャップセンサの出力から求まる被検出軸の軸心との、主軸中心に垂直な面内での距離を求める主軸中心・刃物台間距離計算手段を設けた、
ことを特徴とする。
【００１２】
この構成によると、変位計測を行うときは、主軸に対して刃物台を相対移動させ、前記変位計測器の前記刃物台基準位置計測部内に前記被検出軸を挿入する。この状態で、主軸中心計測部のギャップセンサによる主軸の計測、および刃物台基準位置計測部による被検出軸の計測を行う。主軸中心・刃物台間距離計算手段は、前記主軸中心計測部の各ギャップセンサの出力から求まる主軸中心と、前記刃物台基準位置計測部の各ギャップセンサの出力から求まる被検出軸の軸心との、主軸中心に垂直な面内での距離を計算する。変位計測器は主軸台に対して位置固定であり、被検出軸は刃物台に設けられているため、既知の寸法を加えることで、主軸中心と刃物台の任意の部位間の距離、例えば刃物台に取付けられた工具の刃先位置との間の距離が求まる。
主軸中心計測部および刃物台基準位置計測部は、いずれもギャップセンサが円周方向の少なくとも２箇所に設けられているため、主軸中心および被検出軸の軸心の２次元方向の位置が求まる。そのため、工作機械の伸縮や傾きなどの熱変位に対して、主軸中心と刃物台との間の距離が精度良く求まる。このように、主軸中心に対する刃物台の位置、しいては工具の刃先位置が精度良く求まるため、この測定結果を工具刃先位置の制御の熱変位補正に利用することで、加工精度を向上させることができる。
【００１３】
この発明の第２の構成の工作機械は、図９に示す実施形態に対応する。第２の構成の工作機械は、第１の構成の工作機械に対し、変位計測器の刃物台基準位置計測部につき、センサを設ける代わりに、センサターゲットとなる被検出軸を設けたものである。
第２の構成の工作機械は、この発明の前記基本構成において、
前記刃物台基準位置計測部は、センサターゲットとなる被検出軸であって、この被検出軸は前記主軸の中心と平行であり、
前記刃物台に、前記主軸に対する前記刃物台の相対移動によって前記変位計測器の前記被検出軸が挿脱可能な環状のセンサ支持部、およびこのセンサ支持部内に挿入された前記被検出軸との間の隙間を検出するギャップセンサを前記センサ支持部の円周方向の少なくとも２箇所に有する刃物台搭載計測器を設け、
前記変位計測器の前記主軸中心計測部の各ギャップセンサの出力から求まる主軸中心と、前記刃物台搭載計測器の各ギャップセンサの出力から求まる被検出軸の軸心との、主軸中心に垂直な面内での距離を求める主軸中心・刃物台間距離計算手段を設けた、
ことを特徴とする。
【００１４】
第２の構成の工作機械によると、刃物台基準位置計測部を被検出軸とし、この被検出軸を検出するギャップセンサを少なくとも２箇所に有する刃物台搭載計測器を刃物台に設けたが、第１の構成の工作機械と同様に、熱変位が生じても、主軸中心と刃物台間の距離を精度良く測定することができて、加工精度の向上を図ることができる。
【００１５】
この発明の第３の構成の工作機械は、図１０に示す実施形態、および図１２に示す実施形態に対応する。第３の構成の工作機械は、この発明の前記基本構成において、前記刃物台基準位置計測部が、環状のセンサ支持部に、このセンサ支持部内に挿入される第１の被検出軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを、円周方向の少なくとも２箇所に有し、
前記主軸台および刃物台を設置したベッドに、前記第１の被検出軸と、刃物台位置計測部および第２の被検出軸のいずれか一方とを有する計測中継部材を設け、
前記刃物台に前記第２の被検出軸および前記刃物台位置計測部のいずれか他方を設け、  前記刃物台位置計測部は、前記第２の被検出軸が挿脱可能な支持枠部内に、この支持枠部内に挿入された第２の被検出軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを円周方向の少なくとも２箇所に有し、
前記主軸中心計測部の各ギャップセンサの出力から求まる主軸中心と、前記刃物台基準位置計測部の各ギャップセンサの出力から求まる第１の被検出軸の軸心位置と、前記刃物台位置計測部の各ギャップセンサの出力から求まる第２の被検出軸の軸心位置とから、主軸中心と刃物台の所定位置との、主軸中心に垂直な面内での距離を求める主軸中心・刃物台間距離計算手段を設けた、
ことを特徴とする。
【００１６】
この構成の場合、主軸台に対して位置固定の変位計測器に設けられた主軸中心計測部で主軸中心が求められ、前記変位計測器の第１の被検出軸と、ベッドに設置された計測中継部材の刃物台基準位置計測部とで第１の被検出軸の軸心が求められる。また、計測中継部材と刃物台との間に設けられる刃物台位置計測部と第２の被検出軸とで、第２の被検出軸が求められる。
この構成の場合は、ベッドに設置された計測中継部材を介して、主軸軸心に対する刃物台位置が検出することになるが、前記主軸中心計測部、刃物台基準位置計測部、および刃物台位置計測部は、いずれもギャップセンサが円周方向の少なくとも２箇所に設けられているため、２次元方向の位置が求まる。そのため、主軸中心と刃物台との間の距離を精度良く求めることができる。
また、この構成の場合、ベッドに設置された計測中継部材を介在させて計測するため、ベッドに対して位置固定に設けられる変位計測器に対し、刃物台に設けた手段では、両者間の距離が長くなるなど、直接には検出し難い位置関係となる工作機械であっても、主軸中心と刃物台との間の距離を精度良く求めることができる。
【００１７】
この発明の第４の構成の工作機械は、図１３に示す実施形態に対応する。第４の構成の工作機械は、第３の構成の工作機械において、変位計測器に刃物台基準位置計測部を設ける代わりに、変位計測器に第１の被検出軸を設け、この第１の被検出軸を検出する刃物台基準位置計測部を計測中継部材に設けたものである。
第４の構成の工作機械は、この発明の前記基本構成において、
前記刃物台基準位置計測部は、センサターゲットとなる第１の被検出軸であって、この第１の被検出軸は前記主軸の中心と平行であり、
前記主軸台および刃物台を設置したベッドに、前記第１の被検出軸が挿脱可能な環状のセンサ支持部に、第１の被検出軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを円周方向の少なくとも２箇所に有する変位計測器対応計測部と、刃物台位置計測部および第２の被検出軸のいずれか一方とを有する計測中継部材を設け、
前記刃物台に前記第２の被検出軸および前記刃物台位置計測部のいずれか他方を設け、  前記刃物台位置計測部は、前記第２の被検出軸が挿脱可能な支持枠部内に、この支持枠部内に挿入された第２の被検出軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを円周方向の少なくとも２箇所に有し、
前記主軸中心計測部の各ギャップセンサの出力から求まる主軸中心と、前記刃物台基準位置計測部の各ギャップセンサの出力から求まる第１の被検出軸の軸心位置と、前記刃物台位置計測部の各ギャップセンサの出力から求まる第２の被検出軸の軸心位置とから、主軸中心と刃物台の所定位置との、主軸中心に垂直な面内での距離を求める主軸中心・刃物台間距離計算手段を設けた、
ことを特徴とする。
【００１８】
第４の構成の工作機械によると、計測中継部材側に変位計測器対応計測部を設けたが、第３の構成の工作機械と同様に、熱変位が生じても、主軸中心と刃物台間の距離を精度良く測定することができて、加工精度の向上を図ることができる。
【００１９】
この発明の第５の構成の工作機械は、図１４に示す実施形態に対応する。第５の構成の工作機械は、この発明の前記基本構成において、前記刃物台基準位置計測部が、前記刃物台に取付けられた工具が接したことを検出するタッチセンサ、または前記刃物台に取付けられた工具に対する距離を検出するギャップセンサであり、前記主軸中心計測部の各ギャップセンサの出力から求まる主軸中心と、前記刃物台基準位置計測部となるタッチセンサまたはギャップセンサの出力を用いて、主軸中心と刃物台に取付けられた前記工具の刃先との、主軸中心に垂直な面内での距離を求める主軸中心・刃物台間距離計算手段を設けた、
ことを特徴とする。
【００２０】
第５の構成の工作機械によると、前記主軸中心計測部を設けた支持体に、刃物台の工具の刃先を直接に検出するタッチセンサまたはギャップセンサを設けたため、主軸中心に対する工具の刃先位置を、より一層精度良く検出することができる。
なお、前記タッチセンサを設けた場合、前記主軸中心・刃物台間距離計算手段は、タッチセンサがオンしたときの、主軸台に対する刃物台の相対移動を行わせる機構の持つ位置検出器の出力を計測値として用いる。ギャップセンサを用いた場合は、主軸台に対する刃物台の相対位置を定位置としてギャップ計測し、その計測値を前記主軸中心・刃物台間距離計算手段で用いても良く、また主軸台に対する刃物台の相対位置を移動させ、刃物台の相対移動を行わせる機構の持つ位置検出器の出力とギャップセンサの検出値との両方を用いても良い。
【００２１】
前記第３または第４の構成の工作機械において、前記チャックに把持されたワークが前記刃物台の工具で加工可能な位置まで前記主軸台が前進した状態で、前記刃物台基準位置計測部は、この刃物台基準位置計測部から前記第１の被検出軸が抜け出た位置となるように構成することが好ましい。これにより、計測のための各手段が干渉となることなく、加工が行える。また、干渉回避のための特別な手段を設ける必要がない。
【００２２】
この発明の前記各構成の工作機械において、前記変位計測器の前記主軸中心計測部は、前記チャックの背面と主軸台の前面との間、または前記主軸台の内部に位置させても良い。このように変位計測器を配置することにより、主軸中心の正確な測定が可能なように、変位計測器を設置することができる。
【００２３】
この発明の前記各構成の工作機械において、移動命令の指令値に従って前記刃物台を前記主軸台に対して相対移動させる制御装置をを設け、この制御装置に、前記指令値に対して、前記主軸中心・刃物台間距離計算手段が求めた距離によって補正を行う熱変位補正手段を設けても良い。
ワーク径の加工精度は、主軸中心に対する工具の刃先位置の精度によって定まる。前記のように、主軸中心と刃物台間の距離を精度良く測定することができれば、刃物台を主軸台に対して相対移動させる指令値に対して、前記主軸中心・刃物台間距離計算手段で求められた距離によって補正を行うことで、熱変位に対して精度の良い加工を行うことができる。
一般的に、一日における工作機械の温度変化は、一定ではない。前記構成のギャップセンサや主軸中心・刃物台間距離計算手段を設けた場合、その測定時の熱変位状態での主軸中心位置と刃物台間の距離が正確に検出されることになる。したがって、適宜の時間をおいて測定を行い、測定後に前記熱変位補正手段による補正を行うことで、精度の良い加工が行える。
【００２４】
この発明の変位計測器は、主軸中心計測部および刃物台基準位置計測部を共通の支持体に設けてなり、工作機械の主軸台に対して位置固定に設置される変位計測器であって、前記主軸中心計測部は、主軸の外周を囲む環状のセンサ支持部に、主軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを、円周方向の少なくとも２箇所に有し、前記刃物台基準位置計測部は、環状のセンサ支持部に、このセンサ支持部内に挿入される被検出軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを、円周方向の少なくとも２箇所に有することを特徴とする。
この構成の変位計測器によると、第１の構成の工作機械につき前述したと同様に、主軸中心等の測定部位と被検出軸等の測定部位のそれぞれにつき、２次元方向の位置検出が行える。そのため、前記２箇所の測定部位間の距離を精度良く求めることができる。
【発明の効果】
【００２５】
この発明の基本構成の工作機械は、ワークを把持するチャックを先端に有する主軸を回転自在に支持した主軸台と、前記主軸に対して相対的に主軸半径方向および主軸軸方向に移動可能に設けられた刃物台とを備えた工作機械において、主軸中心計測部および刃物台基準位置計測部を共通の支持体に設けてなる変位計測器を主軸台に対して位置固定に設置し、この変位計測器の前記主軸中心計測部は、主軸の外周を囲む環状のセンサ支持部に、主軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを、円周方向の少なくとも２箇所に有し、前記刃物台基準位置計測部は、主軸中心に対する前記刃物台の位置の検出に用いるセンサまたはセンサターゲットで構成されるため、熱変位が生じても、主軸中心と刃物台間の距離を精度良く測定することができて、加工精度の向上が図れる。
【００２６】
この発明における第１の構成の工作機械は、前記基本構成の工作機械において、前記刃物台基準位置計測部が、環状のセンサ支持部に、このセンサ支持部内に挿入される被検出軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを、円周方向の少なくとも２箇所に有し、前記刃物台に、前記主軸に対する前記刃物台の相対移動によって前記変位計測器の前記刃物台基準位置計測部内に挿脱可能に前記被検出軸を設け、前記主軸中心計測部の各ギャップセンサの出力から求まる主軸中心と、前記刃物台基準位置計測部の各ギャップセンサの出力から求まる被検出軸の軸心との、主軸中心に垂直な面内での距離を求める主軸中心・刃物台間距離計算手段を設けたため、熱変位が生じても、主軸中心と刃物台間の距離を精度良く測定することができて、加工精度の向上を図ることができる。
【００２７】
この発明の第２の構成の工作機械は、第１の構成の工作機械において、変位計測器に刃物台基準位置計測部を設ける代わりに、変位計測器に被検出軸を設け、この被検出軸を検出する刃物台基準位置計測部を刃物台に設けたものであるため、熱変位が生じても、第１の構成の工作機械と同様に、主軸中心と刃物台間の距離を精度良く測定することができて、加工精度の向上を図ることができる。
【００２８】
この発明における第３の構成の工作機械は、前記基本構成の工作機械において、前記刃物台基準位置計測部が、環状のセンサ支持部に、このセンサ支持部内に挿入される第１の被検出軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを、円周方向の少なくとも２箇所に有し、前記主軸台および刃物台を設置したベッドに、前記第１の被検出軸と、刃物台位置計測部および第２の被検出軸のいずれか一方とを有する計測中継部材を設け、前記刃物台に前記第２の被検出軸および前記刃物台位置計測部のいずれか他方を設け、前記刃物台位置計測部は、前記第２の被検出軸が挿脱可能な支持枠部内に、この支持枠部内に挿入された第２の被検出軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを円周方向の少なくとも２箇所に有し、前記主軸中心計測部の各ギャップセンサの出力から求まる主軸中心と、前記刃物台基準位置計測部の各ギャップセンサの出力から求まる第１の被検出軸の軸心位置と、前記刃物台位置計測部の各ギャップセンサの出力から求まる第２の被検出軸の軸心位置とから、主軸中心と刃物台の所定位置との、主軸中心に垂直な面内での距離を求める主軸中心・刃物台間距離計算手段を設けたため、熱変位が生じても、主軸中心と刃物台間の距離を精度良く測定することができて、加工精度の向上を図ることができる。
【００２９】
この発明の第４の構成の工作機械は、第３の構成の工作機械において、変位計測器に刃物台基準位置計測部を設ける代わりに、変位計測器に被検出軸を設け、この被検出軸を検出する刃物台基準位置計測部を刃物台に設けたものであるため、熱変位が生じても、第３の工作機械と同様に、主軸中心と刃物台間の距離を精度良く測定することができて、加工精度の向上を図ることができる。
【００３０】
この発明における第５の構成の工作機械は、前記基本構成の工作機械において、前記刃物台基準位置計測部が、前記刃物台に取付けられた工具が接したことを検出するタッチセンサ、または前記刃物台に取付けられた工具に対する距離を検出するギャップセンサであり、前記主軸中心計測部の各ギャップセンサの出力から求まる主軸中心と、前記刃物台基準位置計測部となるタッチセンサまたはギャップセンサの出力を用いて、主軸中心と刃物台に取付けられた前記工具の刃先との、主軸中心に垂直な面内での距離を求める主軸中心・刃物台間距離計算手段を設けたため、熱変位が生じても、主軸中心と刃物台の工具刃先との間の距離を精度良く測定することができて、加工精度の向上を図ることができる。
【００３１】
この発明の変位計測器は、主軸中心計測部および刃物台基準位置計測部を共通の支持体に設けてなり、工作機械の主軸台に対して位置固定に設置される変位計測器であって、前記主軸中心計測部は、主軸の外周を囲む環状のセンサ支持部に、主軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを、円周方向の少なくとも２箇所に有し、前記刃物台基準位置計測部は、環状のセンサ支持部に、このセンサ支持部内に挿入される被検出軸の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサを、円周方向の少なくとも２箇所に有するため、２箇所の測定部位におけるそれぞれ２次元方向の変位を計測することができて、前記２箇所の測定部位間の距離を精度良く求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る主軸移動型の工作機械における工作機械本体の平面図と制御装置の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図である。
【図２】同工作機械の加工動作を示す部分平面図である。
【図３】同工作機械の測定準備動作を示す平面図である。
【図４】同工作機械の主軸台部分の正面図である。
【図５】同工作機械の刃物台および工具を示す部分省略側面図である。
【図６】同工作機械の変位計測器の拡大正面図である。
【図７】その差動検出回路および変換手段のブロック図である。
【図８】他の実施形態における主軸固定型の工作機械本体を示す平面図である。
【図９】この発明のさらに他の実施形態に係る主軸移動型の工作機械における工作機械本体の平面図と制御装置の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図である。
【図１０】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態に係る主軸移動型の工作機械における工作機械本体の平面図と制御装置の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図、（Ｂ）はその刃物台位置計測部の正面図である。
【図１１】同工作機械の工作機械本体の加工動作を示す平面図である。
【図１２】この発明のさらに他の実施形態に係る主軸移動型の工作機械における工作機械本体の平面図と制御装置の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図である。
【図１３】この発明のさらに他の実施形態に係る主軸移動型の工作機械における工作機械本体の平面図と制御装置の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図である。
【図１４】この発明のさらに他の実施形態に係る主軸移動型の工作機械における工作機械本体の平面図と制御装置の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
この発明の第１の第１の実施形態を図１ないし図７と共に説明する。この工作機械は数値制御式の工作機械であり、機械部分である工作機械本体１と、この工作機械本体１を制御する制御装置２とで構成される。工作機械本体１は、主軸移動型の旋盤であり、ベッド３上に送り台４を介して設置された主軸台５に、主軸６が回転自在に支持され、ベッド３上に固定支持台７を介してタレット型の刃物台８が回転割出可能に支持されている。
【００３４】
送り台４は、ベッド３に設けられた案内９上を、主軸６の中心Ｏに対して直交方向（Ｘ軸方向）となる左右方向に移動自在に設置され、ベッド３上に設置されたサーボモータ等のモータ１０とその回転出力を直線動作に変換する送りねじ機構１１とからなるＸ軸移動機構１２によって左右に進退駆動される。前記送りねじ機構１１は、ねじ軸とナットとからなる。図４のように、主軸台５は、送り台４上に設けられた案内１３上に主軸軸心方向（Ｚ軸方向）に移動自在に設置され、送り台４上に設置されたモータ１４（図１）とその回転出力を直線動作に変換する送りねじ機構１５からなるＺ軸移動機構１６によって前後に進退駆動される。前記送りねじ機構１５は、ねじ軸とナットとからなる。主軸６の回転駆動は、主軸台５に内蔵の主軸モータ（図示せず）よって行われる。主軸６の前端にはチャック１７が着脱可能に設けられている。チャック１７は、チャック半径方向に移動する複数のチャック爪１７ａにより、ワークＷ（図２）を把持可能である。
【００３５】
刃物台８は、固定支持台７にＸ軸方向に沿う水平な回転中心Ｔ回りに回転自在であり、外周部に円周方向に並ぶ複数の工具取付部８ａを有している。各工具取付部８ａに、バイトや回転工具等の工具１８が取付けられる。刃物台８は、固定支持台７に設けれらた割出用モータ（図示せず）により、任意の工具取付部８ａが主軸６に対向する位置に旋回割出しされる。刃物台８は、その正面形状が、図５に示すような多角形状であっても、また円形であっても良い。なお、図５では、工具１８は一部の工具取付部８ａに取付けられたもののみを示し、他は図示を省略してある。
【００３６】
図１において、この実施形態の工作機械は、前記基本構造の工作機械本体１において、主軸台５に対して位置固定に変位計測器２０を設け、かつ刃物台８に被検出軸２１を設けたものである。
被検出軸２１は丸軸状であって、刃物台８の工具取付部８ａの一つにホルダ２１ａを介して取付けられる。刃物台８を、被検出軸２１が取付けられた工具取付部８ａが主軸６に対向する角度位置に割り出された状態で、被検出軸２１は主軸６と平行となり、主軸６の側方に位置する。被検出軸２１の材質は特に問わないが、変位計測器２０に磁気式のセンサを用いる場合は、鋼材等の磁性体製とされる。
変位計測器２０は、主軸中心計測部２２と、被検出軸２１を検出する刃物台基準位置計測部２３を共通の支持体２４に設けたものである。
【００３７】
図６に変位計測器２０の正面形状を拡大して示す。主軸中心計測部２２は、主軸６の外周を囲む円環状のセンサ支持部２４ａに、主軸６の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサＳ（Ｓ1 〜Ｓ6 ）を設けたものである。刃物台基準位置計測部２３は、主軸中心計測部２２と同様な構成であり、円環状のセンサ支持部２４ｂに、このセンサ支持部２４ｂ内に挿入される被検出軸２１の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサ（Ｓ1 〜Ｓ6 ）を設けたものである。前記支持体２４は、前記各円環状のセンサ支持部２４ａ，２４ｂをアーム部２４ｃの両端に設けてなり、板状とされている。
【００３８】
変位計測器２０は、主軸中心計測部２２のセンサ支持部２４ａの中心軸が主軸中心Ｏと一致し、かつ刃物台基準位置計測部２３が主軸中心計測部２２に対して同一高さで側方に位置するように設置される。図１に示すように、主軸中心計測部２２は、チャック１７の背面と主軸台５の前面との間に配置されている。なお、主軸中心計測部２２を主軸台５の内部に配置し、刃物台基準位置計測部２３が主軸台５から突出ように配置してもよい。    変位計測器２０を固定する箇所は、変位計測器２０が主軸台６に対して位置固定となる箇所であれば良いが、この例では、支持体２４を主軸台６の側面に取付台２５を介して取付けている。支持体２４の取付台２５への固定は、支持体２４に設けられた複数の取付孔２４ｅ（図６）に挿通したボルトにより行われる。支持体２４における取付孔２４ｅを設けた固定部位は、例えば前記アーム部２４ｃとされる。図示の例では、アーム部２４ｃが短く、各センサ支持部２４ａ，２４ｂの互いに隣合う箇所に取付孔２４ｅが設けられている。
【００３９】
なお、変位計測器２０は、工作機械の熱が伝わり難いように設置することが好ましく、変位計測器２０と主軸台５（図１）との間のいずれかの箇所に、例えばゴム材や樹脂材等の断熱材（図示せず）を介在させても良い。また、支持体２４を、鋼材に比べて線膨張係数が小さなセラミックス系等の材質としても良い。
【００４０】
図６において、主軸中心計測部２２および刃物台基準位置計測部２３のギャップセンサＳの配置は、主軸中心および被検出軸軸心の２次元方向の変位（Ｘ軸方向：左右方向、およびＹ軸方向：上下方向）の検出が可能なように、各センサ支持部２４ａ，２４ｂに対して少なくとも２個設ければ良いが、３個以上設けることが好ましい。この例では、互いに一対ずつ差動的に出力を得る６個のギャップセンサＳ（Ｓ1 〜Ｓ6 ）を設けている。６個のギャップセンサＳ1 〜Ｓ6 は、円周方向に等間隔で配置してあり、直径方向に対向する２個ずつが対として用いられて、１２０°間隔でずれた３軸方向の出力を得る。各ギャップセンサＳは、例えば、磁気インピーダンスを検出するコイル等で構成される。各ギャップセンサＳは、この他に静電容量式等のものであっても良い。センサ支持部２４ａ，２４ｂの内周にはカバー２９を設け、ギャップセンサＳがカバー２９よりも内径側に突出しないように保護してある。
【００４１】
なお、ギャップセンサＳを２個とする場合は、例えばセンサ支持部２４ａ，２４ｂの中心に対してＸ軸方向に離れる位置と、これに直交するＹ軸方向に離れる位置との、互いに９０度離れた配置とする。
【００４２】
各ギャップセンサＳの出力は、図１の主軸中心・刃物台間距離計算手段２８に入力される。主軸中心・刃物台間距離計算手段２８は、この実施形態では制御装置２に設けられているが、制御装置２とは別に設けても良い。主軸中心・刃物台間距離計算手段２８は、主軸中心計測部２２および刃物台基準位置計測部２３の各ギャップセンサＳの出力から主軸６の中心Ｏ、および被検出軸１２の中心Ｑの位置を求めて前記主軸中心Ｏと刃物台８の特定部位間の、主軸中心Ｏに対して垂直な面内での距離を計算する手段である。
【００４３】
主軸中心・刃物台間距離計算手段２８は、具体的には、主軸中心計測部２２のセンサ支持部２４ａの中心（より正確には、放射状配置で円周方向に並ぶギャップセンサＳの放射中心軸）に対する主軸６の中心Ｏの直交２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）方向の検出、および刃物台基準位置計測部２３のセンサ支持部２４ｂの中心（より正確には、前記と同じくギャップセンサＳの放射中心軸）に対する被検出軸２１の軸心Ｑの直交２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）方向のずれの検出を行う。これらのずれの検出値から、主軸６の中心Ｏと被検出軸２１の軸心Ｑ間の、基準距離（常温（２０°Ｃの距離）となる設計寸法）に対するずれ量を計算する。この中心Ｏと軸心Ｑ間の距離のずれ量から、主軸中心Ｏと刃物台８の任意の部位（例えば工具１８の刃先）との間の距離のずれ量を任意の計算式等で求める。中心Ｏと軸心Ｑ間の距離のずれ量が、主軸中心Ｏと工具１８の刃先位置との間の距離のずれ量であると推定しても良い。
【００４４】
主軸中心計測部２２および刃物台基準位置計測部２３において、ギャップセンサＳを３個以上配置する場合は、各ギャップセンサＳの出力から、各センサ支持部２４ａ，２４ｂの中心に対するＸ軸方向の距離と、Ｙ軸方向の距離とに変換する変換手段が、例えば主軸中心・刃物台間距離計算手段２８に設けられる。
【００４５】
図７は、その変換手段２６の一例を示す。変換手段２６は、例えば集積回路からなり、３軸の入力端子ＩA ，ＩB ，ＩC と、Ｘ，Ｙ２軸の出力端子ＯX ，ＯY とを有している。対向配置される一対ずつのギャップセンサＳ（Ｓ1 〜Ｓ6 ）の出力は、各差動検出回路２７を介して、その検出された差動値が、互いに１２０°離れた３つの軸方向の検出値Ａ，Ｂ，Ｃとして、変換手段２６の３軸の入力端子ＩA ，ＩB ，ＩC に入力される。前記３軸方向の検出値Ａ，Ｂ，Ｃは、変位計測器２０のセンサ支持部２４ａ，２４ｂの中心に対する、被検出軸２１の軸心の前記３軸方向の各ずれ量である。例えば、Ｙ軸方向に対向する２つのギャップセンサＳ1 ，Ｓ2 の出力は、センサ支持部２４ａ，２４ｂの中心に対して被検出軸２１が下方にずれていると、そのずれ量だけ、上側のギャップセンサＳ1 の検出値はプラスとなり、下側のギャップセンサＳ2 の検出値はマイナスとなるが、このプラス分とマイナス分の絶対値の和が出力される。なお、単位を合わせると、前記和の１／２がずれ量となるが、差動検出回路２７の出力としては、前記の和となる電圧値で扱えば良い。前記の差動値を検出することで、対向する２つのギャップセンサＳの出力の平均値が検出できて、検出精度が向上する。変換手段２６は、これら３軸方向のギャップ検出値Ａ，Ｂ，Ｃを、前記センサ支持部２４ａ，２４ｂの中心に対するＸ軸方向の距離と、Ｙ軸方向の距離の出力Ｘ，Ｙとして、各軸の出力端子ＯX ，ＯY から出力する。変換手段２６による前記３軸方向の入力値を２軸方向に出力値に変換する処理は、例えば３点法の原理等を用いるなど、任意の演算方式で行われる。
【００４６】
なお、前記差動検出回路２７は、変位計測器２０に設けても良い。また、前記変換手段２６は、独立した集積回路による他に、図１の制御装置２を構成するコンピュータで演算を行うものであっても良い。
【００４７】
図１において、制御装置２はコンピュータ式の数値制御装置からなり、加工プログラム３１の各命令を、演算制御部３２で解読して実行し、工作機械本体１の各駆動源に制御命令を与える。加工プログラム３１のＸ軸方向の移動命令３１ａは、移動先を示す指令値の位置へ刃物台１８をＸ軸方向へ相対的に移動させる命令であり、演算制御部３２により、Ｘ軸のモータ１０を駆動する命令として出力される。前記Ｘ軸方向の移動命令３１ａは、この例では主軸中心Ｏを原点位置とするＸ軸方向の座標値で記述される。
【００４８】
演算制御部３２は、熱変位補正手段３３を有していて、加工プログラム３１におけるＸ軸方向の移動命令３１ａの指令値に対し、モータ１０へ出力する指令値を、前記主軸中心・刃物台間距離計算手段２８が求めた距離によって補正する。熱変位補正手段３３は、例えば、常に、主軸中心・刃物台間距離計算手段２８が求めた距離を記憶してその記憶した距離に対応する補正を行うものとされる。この場合、変位計測器２０による測定を行って主軸中心・刃物台間距離計算手段２８の計算値が更新されると、その後に行う熱変位補正手段３３の補正量が変わることになる。熱変位補正手段３３による補正量については、後に測定動作の説明と共に説明する。
【００４９】
なお、熱変位補正手段３３は、スイッチ操作等による所定の入力により能動状態と非能動状態とに切換可能とされる。測定動作は、制御装置２に付属の操作盤（図示せず）の入力操作によって手動で行うようにしても良く、また測定用のプログラム（図示せず）を設けておいて、その測定用プログラムを制御装置３１に実行させることで一連の測定動作を自動で行うようにしても良い。測定を自動で行うようにする場合、タイマ（図示せず）等で設定時刻に測定を行うようにしても、また開始用スイッチをオペレータがオンすることで、一連の自動測定が開始されるようにしても良い。
【００５０】
前記構成による測定および熱変位補正につき説明する。図３に示すように、まず刃物台８を被測定軸２１の設置された工具取付部８ａが主軸６に対向する位置に割出す。この状態で、刃物台８と主軸６との相対移動、この実施形態では送り台４および主軸台５の移動により、刃物台８の被測定軸２１を、図１のように変位計測器２０の刃物台基準位置計測部２３のセンサ支持部２４ｂ内に挿入させる。
【００５１】
この挿入状態で、変位計測器２０の主軸中心計測部２２および刃物台基準位置計測部２３におけるギャップセンサＳ（Ｓ1 〜Ｓ6 ）によるギャップ測定を行う。各ギャップセンサＳの測定値は、主軸中心・刃物台間距離計算手段２８に入力され、主軸６の中心Ｏおよび被検出軸２１の軸心位置が求められて、これら主軸中心Ｏと被検出軸軸心Ｑ間の、主軸中心Ｏに垂直な面内での距離が計算される。
主軸中心・刃物台間距離計算手段２８で求める主軸６の中心Ｏの位置の値、および被検出軸２１の中心Ｑの位置の値は、いずれも、熱変位がないとみなす基準状態、例えば工作機械が常温（２０°Ｃ）のときは零となり、熱変位が生じていれば、その熱変位による主軸中心Ｏおよよび被検出軸軸心Ｑのずれ量の値となる。主軸中心・刃物台間距離計算手段２８は、このように求まる主軸中心Ｏと被検出軸中心Ｑ間の距離を計算する。この距離は、例えば、前記熱変位がない場合の主軸中心Ｏの位置と被検出軸軸心Ｑの座標位置に対して、検出された各ずれ量だけずらせた位置Ｏ′，Ｑ′（図示せず）を求め、両位置Ｏ′，Ｑ′間の距離とする。
【００５２】
主軸中心・刃物台間距離計算手段２８の計算結果は、主軸中心・刃物台間距離計算手段２８または熱変位補正手段３３に記憶される。熱変位補正手段３３は、このように求められ、記憶された主軸中心と刃物台８間の距離に応じ、加工プログラム２１のＸ軸移動命令３１ａを演算制御部３２で実行し、図２のように加工するときに、そのＸ軸移動命令３１ａの指令値を補正する。この補正は、例えば、主軸中心Ｏと被検出軸軸心Ｑ間の検出された距離と設計寸法との差を、前記指令値に加算する補正とする。なお、熱変位補正手段３３は、例えば前記主軸中心・刃物台間距離計算手段２８の計算結果に対して補正量を定める演算式またはテーブル等の関係設定手段を有していて、この手段を用いて定めた補正量によって前記指令値を補正するようにしても良い。前記関係設定手段で定める関係は、例えば、実際の運転結果等に基づき、主軸中心・刃物台間距離計算手段２８で求められる距離と指令値との差に対する補正量等の関係を定めたものとしても良い。このように熱変位補正手段３３により補正を行うことにより、加工時の主軸中心Ｏから刃先までの距離Ｒを、熱変位に対応して精度良く補正できて、加工精度が向上する。
一日のうちの、例えば１時間おき等の設定時間毎、あるいは設定時刻毎に測定を行い、主軸中心・刃物台間距離計算手段２８の計算結果を更新しておくことで、適切な熱変位補正が行える。
【００５３】
この構成の工作機械によると、このように、主軸中心計測部２２および刃物台基準位置計測部２３を有する変位計測器２０を設けると共に、刃物台８に被検出軸２１を設け、前記主軸中心計測部２２および刃物台基準位置計測部２３は、それぞれ主軸６の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサＳおよび被検出軸２１の外周面に対する隙間を検出するギャップセンサＳを円周方向の少なくとも２箇所に設け、前記各ギャップセンサＳの出力から求まる主軸中心Ｏと被検出軸の軸心Ｑとの距離を求める主軸中心・刃物台間距離計算手段２８を設けたため、熱変位が生じても、主軸中心つと刃物台８間の距離を精度良く測定することができて、熱変位補正により加工精度の向上が図ることができる。
【００５４】
なお、前記実施形態では、主軸移動型の旋盤に適用した場合につき説明したが、この発明は、例えば図８に示す刃物台移動型の旋盤に適用することもできる。同図の刃物台移動型の旋盤からなる工作機械本体１Ａでは、主軸台５Ａはベッド３に固定設置される。タレット型の刃物台８Ａは、ベッド３上に下側送り台７Ａおよび上側送り台７Ｂを介して直交２軸（Ｘ軸，Ｚ軸）方向に移動可能に設置される。下側送り台７Ａはベッド３の案内９Ａ上をＸ軸方向に移動自在であり、上側送り台７Ｂは下側送り台７Ａ上をＺ軸方向に移動自在に設置される。下側送り台７Ａおよび下側送り台７Ａは、モータおよび送りねじ機構等からなる各軸の移動機構１２Ａ，１６Ａにより進退駆動される。刃物台８Ａは、外周に複数の工具取付部８Ａａを有していて、その一つに前記構成の被検出軸２１が取付けられる。その他の構成，効果は、図１ないし図７に示す実施形態と同様である。
【００５５】
図９は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図１ないし図７に示す実施形態において、変位計測器２０の刃物台基準位置計測部を、センサターゲットとなる被検出軸２１とし、刃物台８に刃物台搭載計測器３０を設けたものである。被検出軸２１は、変位計測器２０の支持体２４に設ける。刃物台搭載計測器３０は、刃物台８の工具取付部８ａの一つにホルダ４１を介して取付ける。被検出軸２１の軸心、および刃物台基準位置計測部２３は主軸６の中心Ｏと平行とする。刃物台搭載計測器３０は、図１ないし図７に示した第１の実施形態における刃物台基準位置計測部２３と同じ構成のものである。ただし、刃物台搭載計測器３０の各センサＳを取付ける環状のセンサ支持枠は、前記ホルダ４１に設けられる。
【００５６】
このように構成した場合も、第１の実施形態と同様に、熱変位が生じても、主軸中心Ｏと刃物台８間の距離を精度良く測定することができて、加工精度の向上を図ることができる。その他の構成，効果は、第１の実施形態と同様である。
【００５７】
図１０，図１１は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図１ないし図７に示す実施形態において、主軸台５に設置された変位計測器２０の刃物台基準位置計測部２３と、刃物台８に取付けられた被検出軸との間の測定を、ベッド３に設置された計測中継部材４２を介して行うように構成したものである。変位計測器２０は、第１の実施形態で説明したものと同じ構成であり、第１の実施形態と同様に主軸台５に設置されている。なお、この実施形態のようにベッド３に設置された計測中継部材４２を介在させる場合は、工作機械本体１が、主軸台５が少なくとも前後に移動する主軸移動型であることが必要である。
【００５８】
計測中継部材４２は、平面形状がＵ字状の中継部材フレーム４３を、中央で取付台４４を介してベッド３に固定設置し、中継部材フレーム４３の両端に、第１の被検出軸２１Ａと、刃物台位置計測部４５とをそれぞれ設けたものである。中継部材フレーム４３とベッド３との間は、熱伝導を遮断する断熱材（図示せず）を介在させることが好ましい。第１の被検出軸２１Ａは、変位計測器２０の刃物台基準位置計測部２３に挿入されて刃物台基準位置計測部２３に軸心を検出させる軸である。第１の被検出軸２１Ａは、主軸中心Ｏと平行に設けられ、変位計測器２０の背面側に設置されて、図１０のように主軸台５が後退することにより、第１の被検出軸２１Ａが刃物台基準位置計測部２３に挿入される。
【００５９】
刃物台位置計測部４５は、刃物台８に取付けられた被検出軸である第２の被検出軸２１Ｂを検出する計測部である。第２の被検出軸２１Ｂは、第１の実施形態の被検出軸２１と同様に刃物台８に設置される。第１の被検出軸２１Ａの軸心と刃物台位置計測部４５の中心とは、同一直線上に設置することが好ましいが、互いに異なる位置であっても良い。
【００６０】
図１０（Ｂ）に示すように、刃物台位置計測部４５は、第２の被検出軸２１Ｂが挿脱可能な支持枠部４６内に、この支持枠部４６内に挿入された第２の被検出軸２１Ｂの外周面に対する隙間を検出するギャップセンサＳを円周方向の少なくとも２箇所に有するものである。刃物台位置計測部４５のギャップセンサＳの配置は、主軸中心計測部２２や刃物台基準位置計測部２３と同様であるが、支持枠部４６は、直径方向に対応する円周方向の２か所に、この例では上下部に被検出軸通過用開口４６ａ，４６ｂを有し、刃物台８の旋回時に第２の被検出軸２１Ｂが被検出軸通過用開口４６ａ，４６ｂを通って支持枠部４６を通過可能とされている。なお、刃物台８を移動型とした場合は、支持枠部４６は被検出軸通過用開口４６ａ，４６ｂを設けることが不要であり、円環状としても良い。
【００６１】
第２の被検出軸２１Ｂの刃物台８への取付けは、ホルダ４８を介して行うが、ホルダ４８は工具１８の取付け用の工具ホルダを兼用するものであっても良い。
【００６２】
主軸中心・刃物台間距離計算手段２８は、主軸中心計測部２２の各ギャップセンサＳの出力から求まる主軸中心と、刃物台基準位置計測部２３の各ギャップセンサＳの出力から求まる第１の被検出軸２１Ａの軸心位置と、刃物台位置計測部４５の各ギャップセンサＳの出力から求まる第２の被検出軸２１Ｂの軸心位置とから、主軸中心Ｏと刃物台８の所定位置との間の、主軸中心Ｏに垂直な面内での距離を求める。
【００６３】
この実施形態では、計測中継部材４２を介して計測することになるが、第１の実施形態と同様に、熱変位が生じても、主軸中心Ｏと刃物台８間の距離を精度良く測定することができて、加工精度の向上を図ることができる。この実施形態の場合、図１１に示すように、チャック１７に把持されたワークＷが刃物台８の工具１８で加工可能な位置まで主軸台５が前進した状態では、刃物台基準位置計測部２３は、第１の被検出軸２１Ａが抜け出た位置となる。また、この構成の場合、ベッド３に設置された計測中継部材４２を介在させて計測するため、ベッド３に対して位置固定に設けられる変位計測器２０に対し、刃物台８に設けた手段では、両者間の距離が長くなるなど、直接には検出し難い位置関係となる工作機械であっても、主軸中心Ｏと刃物台８との間の距離を精度良く求めることができる。その他の構成，効果は、第１の実施形態と同様である。
【００６４】
図１２は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図１０，図１１に示した実施形態において、計測中継部材４２に刃物台位置計測部４５を設ける代わりに、刃物台８に刃物台位置計測部４５を設け、かつ第２の被検出軸２１Ｂを計測中継部材４２に設けたものである。
【００６５】
このように構成した場合も、前記各実施形態と同様に、熱変位が生じても、主軸中心Ｏと刃物台８間の距離を精度良く測定することができて、加工精度の向上を図ることができる。その他の構成，効果は、図１０，図１１に示す実施形態と同様である。
【００６６】
図１３は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図１０，図１１に示した実施形態において、変位計測器２０に刃物台基準位置計測部２３を設ける代わりに、第１の被検出軸２１Ａを設け、計測中継部材４２に変位計測器対応計測部４０を設けたものである。
【００６７】
このように構成した場合も、前記各実施形態と同様に、熱変位が生じても、主軸中心Ｏと刃物台８間の距離を精度良く測定することができて、加工精度の向上を図ることができる。その他の構成，効果は、図１０，図１１に示す実施形態と同様である。
なお、この実施形態において、その変形例として、図１２に示す例と同様に、計測中継部材４２に第２の被検出軸２１Ｂを設け、刃物台８に刃物台位置計測部４５を設けても良い。
【００６８】
図１４は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図１に示した実施形態において、変位計測器２０の刃物台基準位置計測部を、ギャップセンサＳを有するものとする代わりに、タッチセンサ２３Ｂを支持体２４に設けたものである。タッチセンサ２３Ｂは、接触検出面２３Ｂａに物が接することでオンとなるセンサであり、刃物台８の主軸６に対向する加工位置に割り出された工具１８が刃先が接触検出面２３Ｂａに接触可能なうように設けられる。接触検出面２３Ｂａは主軸６の中心Ｏと直交する水平な線上に位置させる。主軸中心・刃物台間距離計算手段２８は、主軸台５をＸ軸方向に移動させるモータ１０に設けたられたパルスコーダまたはエンコーダ等の位置検出器１０ａの位置検出値を、タッチセンサ２３Ｂがオンしたときに読み、その値を工具１８の刃先位置として記憶する。この記憶した刃先位置と、変位計測器２０の主軸中心計測部２２の各ギャップセンサＳから得られる主軸中心Ｏの位置との差を、主軸中心・工具刃先間距離として計算する。
【００６９】
この実施形態の場合、主軸中心計測部２２を有する変位計測器２０に設けられたタッチセンサ２３Ｂにより、刃先位置を直接に検出するので、より一層精度良く、主軸中心・工具刃先間距離を計測することができる。
この実施形態におけるその他の構成は、図１に示した第１の実施形態と同様である。
【００７０】
なお、図１４の実施形態において、変位計測器２０の刃物台基準位置計測部として、タッチセンサ２３Ｂの代わりに、ギャップセンサ（図示せず）を設けても良い。このギャップセンサも、主軸６に対向する加工位置に割り出された刃物台８の工具１８の刃先位置を検出可能なように、センサ中心を主軸６の中心Ｏと直交する水平な線上に位置させる。ギャップセンサを設けた場合は、計測するときの主軸台６は刃物台８との相対位置を定めておいて、主軸中心・刃物台間距離計算手段２８は、その定まった位置にある状態で刃先とのギャップを読み取り、刃先位置を求めるようにしても良く、また主軸台５に対する刃物台８の相対位置を移動させ、刃物台８の相対移動を行わせるモータ１０の持つ位置検出器１０ａの出力とギャップセンサの検出値との両方を用いても良い。
【符号の説明】
【００７１】
１，１Ａ…工作機械本体
２…制御装置
３…ベッド
４…送り台
５，５Ａ…主軸台
６…主軸
７…固定支持台
８，８Ａ…刃物台
８ａ，８Ａａ…工具取付部
１７…チャック
１８…工具
２０…変位計測器
２１…被検出軸（刃物台基準位置計測部）
２１Ａ…第１の被検出軸（刃物台基準位置計測部）
２１Ｂ…第２の被検出軸
２２…主軸中心計測部
２３…刃物台基準位置計測部
２３Ｂ…タッチセンサ
２４…支持体
２４ａ，２４ｂ…センサ支持部
２６…変換手段
２７…差動検出回路
２８…主軸中心・刃物台間距離計算手段
３０…刃物台搭載計測器
３１…加工プログラム
３１ａ…移動命令
３２…演算制御部
３３…熱変位補正手段
４０…変位計測器対応検出部
４２…計測中継部材
４３…中継部材フレーム
４５…刃物台位置計測部
４６…支持枠部
Ｏ…主軸の中心
Ｑ…被検出軸の軸心
Ｓ，Ｓ1 〜Ｓ6 …ギャップセンサ
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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