(57)【要約】【課題】工具交換装置の芯出しを高い精度で行うことができると共に芯出し作業を効率化することができる工具交換装置用芯出し治具及び工具交換装置の芯出し方法を提供する。【解決手段】旋回アーム７が把持可能なホルダー９と、該ホルダー９に対して転位可能に設けられ主軸テーパ孔に嵌合可能なテーパ軸１０を備える転位部１１と、を含んで芯出し治具３を構成し、ホルダー９を旋回アーム７で把持した状態で転位部１１のテーパ軸１０を主軸テーパ孔に嵌合させ、主軸１と工具交換装置２との芯ズレ量に応じて転位部１１をホルダー９に対して転位させることにより当該芯ズレ量を芯出し治具３に転写させた。従って、芯出し治具３に転写された芯ズレ量を測定して、工具交換位置における主軸１の補正量を求めることができ、工具交換装置の芯出しを高い精度で行うことができると共に芯出し作業を効率化することができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択された工具を工作機械の主軸テーパ孔に装着する工具交換装置の芯出し治具であって、工具交換アームに把持されるホルダーと、該ホルダーに転位可能に設けられ前記主軸テーパ孔に嵌合可能なテーパ軸と側面及び端面に被測定面が形成された被測定部とを備える転位部と、を具備することを特徴とする工具交換装置用芯出し治具。
【請求項２】
前記ホルダーと前記転位部との間に、前記ホルダーに前記テーパ軸の軸線に垂直な一平面上を転位可能に保持されて前記転位部を前記テーパ軸の軸線方向へ転位可能に保持するスペーサを介在させたことを特徴とする請求項１に記載の工具交換装置用芯出し治具。
【請求項３】
前記スペーサには該スペーサの軸線回りに複数個のねじ孔が等配されたフランジ部が形成され、また、前記ホルダーには所定の内径で形成された複数個のボルト挿通孔が前記フランジ部の各ねじ孔に整合させて配設され、各ボルト挿通孔に挿通させたボルトを前記フランジの各ねじ孔に螺合させると共に前記ホルダーと各ボルトの頭部との間に圧縮コイルばねを介挿させたことを特徴とする請求項２に記載の工具交換装置用芯出し治具。
【請求項４】
外円筒面が前記スペーサに嵌合されると共に内円筒面に前記転位部に形成された平行軸が軸線方向へ摺動可能に嵌合されるスリーブと、前記スペーサに螺合され前記スリーブを前記転位部の平行軸へ向けて押圧するセットねじと、を具備することを特徴とする請求項２又は３に記載の工具交換装置用芯出し治具。
【請求項５】
選択された工具を工作機械の主軸テーパ孔に装着する工具交換装置の芯出し方法であって、主軸を工具交換位置に位置決めすると共に工具交換アームで芯出し治具のホルダーを把持し、この状態で、前記工具交換アームを工具装着位置に位置決めして前記芯出し治具の転位部に形成されたテーパ軸を前記主軸テーパ孔に嵌合させることにより、前記転位部を前記ホルダーに対して転位させて前記主軸と前記工具交換アームとの芯ズレ量を前記芯出し治具に転写し、次に、前記芯出し治具に転写された前記主軸と前記工具交換アームとの芯ズレ量を測定し、該芯ズレ量に応じて、前記主軸の工具交換位置をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に補正する各パラメータ値を制御装置に設定することにより、工具交換時における前記主軸と前記工具交換アームとの相対位置を補正して前記工具交換装置を芯出しすることを特徴とする工具交換装置の芯出し方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マシニングセンタ等の工作機械に付設された工具交換装置用芯出し治具及び工具交換装置の芯出し方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、マシニングセンタは、複数本の工具を循環可能に収納するツールマガジンと、主軸に装着された現工具と選択された次工具とを交換する工具交換装置と、を装備する。該工具交換装置は、一端に現工具を把持して他端に次工具を把持した工具交換アームを旋回させることにより工具交換を行うものが知られている。そして、機械座標における工具交換時の主軸の位置（以下、主軸の工具交換位置と称す）は、ＮＣ制御装置に、主軸の工具交換位置をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向へ補正する各パラメータを設定することにより適正位置に設定されている。ところで、マシニングセンタでは、重切削加工等により主軸に非常に高い負荷が作用するため、長期間の使用で、マシン本体固有の原点（機械原点）における主軸の実際の位置とＮＣ制御装置が認識する主軸の位置との間にズレが発生する。従って、規定された位置決め精度を保証するためには、機械原点における主軸の実際の位置とＮＣ制御装置が認識する主軸の位置とのズレを定期的に補正することが必要となる。
【０００３】
この機械原点における主軸の実際の位置とＮＣ制御装置が認識する主軸の位置とのズレを補正した場合、主軸の工具交換位置をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向へ補正する各パラメータを変更して、工具交換時に主軸が適正位置に位置決めされるように芯出しする必要がある。そして、新規のパラメータを決定するには、変更前の旧パラメータで位置決めされた主軸の工具交換位置と適正な工具交換位置との位置ズレ量を高い精度で測定することが必要となる。このような芯出し作業においては、従来、パルスハンドルを操作して主軸に設置されたダイヤルゲージの接触子を所定位置に取り付けられた芯出し治具に接触されることにより位置ズレ量を測定することが行われていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながら、従来の芯出し作業は、パルスハンドルで主軸に設置されたダイヤルゲージを微小移動させながら接触子を目視で芯出し治具に接触させるので、手間と時間とを要する効率の作業であった。また、この作業を行うには熟練を要し、オペレータによる人為的誤差をなくすのは極めて困難である。さらに、この芯出し作業はオペレータがマシンの軸移動範囲内に立ち入って行うため、各安全カバーの脱着、並びに作業中の安全確保等に多大な労力と時間とを要していた。
【０００５】
【特許文献１】
実開平５−４４４２９号公報（段落番号００１５〜００１６）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、工具交換装置の芯出しを高い精度で行うことができると共に芯出し作業を効率化することができる工具交換装置用芯出し治具を提供することにある。また、第２の目的は、工具交換装置の芯出しを高い精度で行うことができると共に芯出し作業を効率化することができる工具交換装置の芯出し方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、選択された工具を工作機械の主軸テーパ孔に装着する工具交換装置の芯出し治具であって、工具交換アームに把持されるホルダーと、該ホルダーに転位可能に設けられ主軸テーパ孔に嵌合可能なテーパ軸と側面及び端面に被測定面が形成された被測定部とを備える転位部と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ホルダーと転位部との間に、ホルダーにテーパ軸の軸線に垂直な一平面上を転位可能に保持されて転位部をテーパ軸の軸線方向へ転位可能に保持するスペーサを介在させたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、スペーサには該スペーサの軸線回りに複数個のねじ孔が等配されたフランジ部が形成され、また、ホルダーには所定の内径で形成された複数個のボルト挿通孔がフランジ部の各ねじ孔に整合させて配設され、各ボルト挿通孔に挿通させたボルトをフランジの各ねじ孔に螺合させると共にホルダーと各ボルトの頭部との間に圧縮コイルばねを介挿させたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、外円筒面がスペーサに嵌合されると共に内円筒面に転位部に形成された平行軸が軸線方向へ摺動可能に嵌合されるスリーブと、スペーサに螺合されスリーブを転位部の平行軸へ向けて押圧するセットねじと、を具備することを特徴とする。
【００１１】
上記第２の目的を達成するために、本発明のうち請求項５に記載の発明は、選択された工具を工作機械の主軸テーパ孔に装着する工具交換装置の芯出し方法であって、主軸を工具交換位置に位置決めすると共に工具交換アームで芯出し治具のホルダーを把持し、この状態で、工具交換アームを工具装着位置に位置決めして芯出し治具の転位部に形成されたテーパ軸を主軸テーパ孔に嵌合させることにより、転位部を前記ホルダーに対して転位させて主軸と工具交換アームとの芯ズレ量を芯出し治具に転写し、次に、芯出し治具に転写された主軸と工具交換アームとの芯ズレ量を測定し、該芯ズレ量に応じて、主軸の工具交換位置をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に補正する各パラメータ値を制御装置に設定することにより、工具交換時における主軸と工具交換アームとの相対位置を補正して工具交換装置を芯出しすることを特徴とする。
【００１２】
従って、請求項１に記載の発明では、工具交換アームで把持した芯出し治具を工具装着位置に位置決めすることで芯出し治具のテーパ軸が主軸テーパ孔に適正に嵌合し、これにより転位部がホルダーに対して転位して主軸と工具交換装置（工具交換アーム）との芯ズレ量が芯出し治具に転写される。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、転位部を、工具交換アームに把持されたホルダーに対して機械座標系におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向へ転位させることが可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、スペーサを、工具交換アームに把持されたホルダーに対してボルトとボルト挿通孔との隙間の範囲内で機械座標系におけるＸ軸方向及びＹ軸方向へ転位させることができると共に、ボルトのねじ込み量を調節して圧縮コイルばねの圧縮長さを変化させることにより、ホルダーとスペーサとの締結力を調節することが可能となる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、スリーブに対して平行軸を摺動変位させることで転位部を工具交換アームに把持されたホルダーに対して機械座標系におけるＺ軸方向へ転位させることができると共に、セットねじのねじ込み量を調節してスリーブ内周面と平行軸外周面との接触圧力を変化させることにより、スペーサによる転位部の保持力を調節することが可能となる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、芯出し治具を把持した工具交換アームを工具装着位置に位置決めして芯出し治具の転位部に形成されたテーパ軸を主軸テーパ孔に嵌合させることにより、転位部がホルダーに対して転位して主軸と工具交換アームとの芯ズレ量が芯出し治具に転写される。そして、芯出し治具に転写された主軸と工具交換アームとの芯ズレ量を測定し、各軸方向の芯ズレ量に応じて、主軸の工具交換位置を補正するパラメータ値を制御装置に設定することにより、工具交換時における主軸と工具交換アームとの相対位置を補正して工具交換装置を芯出しする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１乃至図７に基づいて説明する。なお、本実施の形態における工具交換装置２の芯出しとは、工具交換位置における主軸１の位置を補正して、当該工具交換位置における主軸１と工具交換装置２との相対位置を適正にすることをいう。本実施の形態は、主軸１が水平に配置される横型マシニングセンタにおいて、主軸１と工具交換装置２との芯ズレ量（以下、単に芯ズレ量と称す）を芯出し治具３に転写し、該芯出し治具３に転写された、機械座標系におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向（以下、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向と称す）への各芯ズレ量Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１に応じて、主軸１の工具交換位置をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向へ補正する各パラメータＰｘ，Ｐｙ，ＰｚをＮＣ制御装置に設定し、工具交換装置２を芯出しするものである。
【００１８】
図１に示すように、上記主軸１は、マシンコラムにＹ方向（上下方向）へ移動可能に設置された主軸ヘッド４により回転且つＺ方向へ軸移動可能に支持されている。また、上記マシンコラムはマシンベッドにＸ方向（左右方向）へ軸移動可能に設けられており、この構成により、主軸１はＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向へ軸移動可能な構造になっている。また、主軸１は、端面１ａに主軸テーパ孔５が形成され、該主軸テーパ孔５にツールシャンクを嵌合して該ツールシャンクの端部に設けられたプルスタッドをチャック機構でチャックすることにより、主軸テーパ孔５に所要の工具が装着される構造になっている。また、図１に示すように、上記工具交換装置２は、マシン本体の所定位置に設けられ、ＮＣ制御装置の制御に基づいて主軸１に装着された工具と選択された次工具とを交換する構造になっている。
【００１９】
上記工具交換装置２は、マシン本体の所定位置に立設され軸線が主軸１と平行に配置された旋回軸６を備えており、該旋回軸６はＺ方向（軸線方向）へストローク可能な構造になっている。また、上記旋回軸６には当該旋回軸６が中心を貫通する旋回アーム７（工具交換アーム）が設けられ、該旋回アーム７は両端に工具をクランプ可能なクランパ８が配設されている。そして、工具交換時には、旋回アーム７の一方のクランパ８で選択された次工具をクランプした状態で他方のクランパ８で主軸１に装着された工具をクランプした後、主軸１のチャック機構を解放させて主軸１に装着された工具をフリーの状態にする。この状態で、旋回アーム７を伸長させることにより主軸１に装着された工具を当該主軸１から解離させ、次に旋回アーム７を１８０度旋回させた後、旋回軸６を縮長させて次工具のツールシャンクを主軸１の主軸テーパ孔５に適正に嵌合させる。そして、主軸１のチャック機構で次工具のツールシャンクのプルスタッドをチャックすると同時に一方のクランパ８による次工具のクランプを解除し、その解除後、旋回軸７を伸長させて所定の待機位置に位置決めすることで工具交換が完了する構造になっている。
【００２０】
また、図２及び図３に示すように、上記芯出し治具３は、工具交換装置２の旋回アーム７のクランパ８に把持されるホルダー９（ホルダー）と、主軸テーパ孔５に嵌合可能なテーパ軸１０が形成されホルダー９に対して転位可能に設けられた転位部１１と、ホルダー９と転位部１１との間に介在させたスペーサ１２と、を含んで構成されている。上記ホルダー９は略円柱状に形成され、外周面には旋回アーム７のクランパ８を係合させるクランプ溝１３が環状に形成されている。また、転位部１１は、平行軸１４と、テーパ軸１０と、円柱形に形成されて端面１５ａ及び側面１５ｂが高精度に仕上げられた被測定部１５と、が同軸上に一体で形成されている。また、スペーサ１２は、円筒状に形成された軸部１２ａの一端に環状のフランジ部１２ｂを設けて形成され、軸部１２ａの内周面には転位部１１の平行軸１４が嵌挿される砲金製のスリーブ１６が嵌合される構造になっている。また、スペーサ１２の軸部１２ａには、側面の一側と他側とに、セットビス１７が螺合されるねじ孔１８が形成されている。そして、各セットビス１７を締め付けてスリーブ１６を介して平行軸１４を押圧することにより転位部１１がスペーサ１２で軸線方向へ転位可能に保持されて、また各セットビス１７の締付力を変化させることによりスペーサ１２による転位部１１（平行軸１４）の保持力を調節することができる構造になっている。なお、ここで転位とは、対象物に対して所定方向へ変位すると共にこの変位した状態で対象物に対する相対位置が保持されることをいう。
【００２１】
また、図２及び図３に示すように、スペーサ１２のフランジ部１２ｂには軸部１２ａの軸線を中心とする円上に複数個（本実施の形態では４個）のねじ孔１９が等配されている。また、ホルダー９には、一端面に、上記スペーサ１２の軸部１２ａを収容する軸部挿通孔２０が当該ホルダー９の同軸上に形成されると共に該軸部挿通孔２０の回りにフランジ部１２ｂのねじ孔１９に整合させて配置したボルト挿通孔２１及びザグリ孔２２が形成されている。また、各ザグリ孔２２には、両端にワッシャ２３を配した圧縮コイルばね２４が収容され、ワッシャ２３、圧縮コイルばね２４及びボルト挿通孔２１を挿通させたボルト２５をフランジ部１２ｂの各ねじ孔１９に螺合させることによりスペーサ１２がホルダー９に転位可能に保持される構造になっている。そして、ホルダー９とスペーサ１２との締結力は、フランジ部１２ｂに対するボルト２５のねじ込み量を調節して圧縮コイルばね２４の圧縮長さを変化させることにより調節可能な構造になっている。
【００２２】
なお、本実施の形態では、ホルダー９とスペーサ１２との締結力が、図５に示す、該締結力と芯ズレ量のＸＹ方向への転写精度との相関関係に基づいて、１．１ｋｇｆに設定されると共に、転位部１１とスペーサ１２との締結力を、図６に示す、該締結力と芯ズレ量のＺ方向への転写精度との相関関係に基づいて、３．０ｋｇｆに設定されている。また、ボルト２５の外径及びボルト挿通孔２１の内径、スペーサ１２の軸部１２ａの外径及びホルダー９の軸部挿通孔２０の内径、並びにテーパ軸１０の基部２６の外径及びホルダー９の他端面９ｂに形成された基部収容部２７の内径は、ホルダー９に対する転位部１１のＸＹ方向への所要転位量に応じて適宜設定されている。また、転位部１１の平行軸１４の端面には、スペーサ１２の軸部１２ａに対して平行軸１４を抜け止めするプレート２８がボルトで固定されている。
【００２３】
次に、本実施の形態の作用を説明する。工具交換装置２を芯出しするに際し、本芯出し治具３をマシニングセンタのツールマガジンの所定のツールナンバーの収納ポットに予め収納しておく。そして、図４に示すように、マニュアル運転により、旋回アーム７（工具交換アーム）のクランパ８に本芯出し治具３を把持させて該芯出し治具３と主軸１とを合体させる。この時、芯出し治具３のテーパ軸１０が主軸テーパ孔５に嵌合することで、スペーサ１２がホルダー９に対してＸＹ方向への芯ズレ量に応じてＸＹ方向へ摺動変位して、この変位した状態を圧縮コイルばね２４のばね力で保持することにより、転位部１１がホルダー９に対してＸＹ方向へ転位する。また、転位部１１がスペーサ１２に対してＺ方向への芯ズレ量に応じてＺ方向へ摺動変位して、この変位した状態をセットビス１７の締付力で保持することにより、転位部１１がホルダー９に対してＺ方向へ転位する。これにより、転位部１１がホルダー９に対して芯ズレ量に応じてＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向へ転位して、芯出し治具３に芯ズレ量が転写されることとなる。
【００２４】
次に、芯ズレ量が転写された芯出し治具３をツールマガジンの元の収納ポットへ戻し、当該ツールマガジンから取り出す。そして、図７に示すように、ダイヤルゲージ２９を用いて、転位部１１の被測定部１５の側面１５ｂ位置のＸＹ方向へのマスター（誤差０の位置）に対する誤差を測定し、工具交換装置２のＸＹ方向への芯ズレ量Ｘ１及びＹ１を求める。同様に、転位部１１の被測定部１５の端面１５ａ位置のＺ方向へのマスターに対する誤差を測定し、工具交換装置２のＺ方向への芯ズレ量Ｚ１を求める。そして、求められたＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への芯ズレ量Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１に応じて、主軸１の工具交換位置を補正する各パラメータＰｘ，Ｐｙ，ＰｚをＮＣ制御装置に設定することにより、工具交換装置２の芯出しが完了する。
【００２５】
この実施の形態では以下の効果を奏する。
芯出し治具３を、旋回アーム７が把持可能なホルダー９と、該ホルダー９に対して転位可能に設けられ主軸テーパ孔５に嵌合可能なテーパ軸１０を備える転位部１１と、を含んで構成したので、ホルダー９を旋回アーム７で把持し、この状態で転位部１１のテーパ軸１０を主軸テーパ孔５に嵌合させて、主軸１と工具交換装置２との芯ズレ量に応じて転位部１１をホルダー９に対して転位させることにより、当該芯ズレ量を芯出し治具３に転写することができる。また、芯出し治具３に転写された芯ズレ量を測定し、機械座標におけるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向への各芯ズレ量Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１を求めることができる。そして、各芯ズレ量Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１に応じて、主軸１の工具交換位置を補正する各パラメータＰｘ，Ｐｙ，ＰｚをＮＣ制御装置に設定することにより、工具交換装置２を芯出しすることができる。
従って、従来の芯出し作業で行われていた、主軸１に設置したダイヤルゲージ２９の接触子をパルスハンドルを操作して芯出し治具に接触させる作業を廃止することができ、作業が簡略化されて作業時間及びオペレータへの負担を削減することが可能となり、マシニングセンタの稼動時間が増大して生産性を向上させることができる。また、オペレータが主軸１の軸移動範囲内に立ち入ることがないので、安全カバーを着脱するようなことがなく、作業時間及びオペレータへの負担を大幅に削減することができると共に、芯出し作業の安全性を向上させることが可能となる。さらに、通常の工具交換動作を行うだけで芯ズレ量が芯出し治具３に転写されるので、オペレータの熟練を要する作業が皆無となり、不慣れなオペレータであっても、容易に、且つ高い精度で工具交換装置２を芯出しすることが可能となる。
【００２６】
なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
圧縮コイルばね２４の圧縮長さを変化させてホルダー９とスペーサ１２との締結力を調節したが、圧縮コイルばね２４の代わりにウレタン製のブッシュ等を用いて構成してもよい。
芯ズレ量が転写された芯出し治具３を測定するのにダイヤルゲージ２９を用いたが、三次元測定装置を用いてもよい。この場合、オペレータによる人為的な測定誤差を排除した高い精度の測定を行うことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、工具交換装置の芯出しを高い精度で行うことができると共に芯出し作業を効率化することができる工具交換装置用芯出し治具及び工具交換装置の芯出し方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】横型マシニングセンタの一般的な工具交換装置を示す図である。
【図２】本芯出し治具の分解図である。
【図３】本芯出し治具の軸断面図である。
【図４】本実施の形態の説明図で、工具交換装置で把持した芯出し治具を主軸に合体させる直前の状態を示す図である。
【図５】本実施の形態の説明図で、ホルダーとスペーサとの締結力とＸＹ方向への芯ズレ量の転写精度との相関関係を示す図である。
【図６】本実施の形態の説明図で、転位部とスペーサとの締結力とＺ方向への芯ズレ量の転写精度との相関関係を示す図である。
【図７】本実施の形態の説明図で、芯出し治具に転写された芯ズレ量をダイヤルゲージで測定する様子を示す図である。
【符号の説明】
１          主軸
２          工具交換装置
３          芯出し治具
５          主軸テーパ孔
７          旋回アーム（工具交換アーム）
９          ホルダー
１０        テーパ軸
１１        転位部
１２        スペーサ
１２ｂ      フランジ部
１４        平行軸
１５        被測定部
１６        スリーブ
１７        セットビス
１９        ねじ孔
２４        圧縮コイルばね
２５        ボルト
【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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