(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送り案内面を備えたベッドと、前記送り案内面に沿って移動可能に前記ベッドに組み付けられる被送り台と、前記ベッド及び被送り台とは別体の第三の構造体とを少なくとも備えた工作機械を組み立てる方法であって、
機械加工された前記ベッドを三次元測定装置の測定領域内に配置して、少なくとも前記送り案内面の三次元形状を前記三次元測定装置によって測定し、
ついで、測定後のベッドをそのまま前記測定領域内に配置した状態で、前記被送り台及び第三の構造体を前記ベッド上に順次組み付けると共に、各組み立て段階ごとに、該組立体の三次元形状を前記三次元測定装置によって測定し、且つ、前記被送り台をベッドに組み付けた際に、少なくとも前記被送り台の静的な送り精度を前記三次元測定装置によって測定するようにしたことを特徴とする工作機械の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送り案内面を備えたベッドと、この送り案内面に沿って移動可能にベッドに組み付けられる被送り台と、ベッド及び被送り台とは別体の第三の構造体とを少なくとも備えた工作機械の組立方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械には、旋盤，フライス盤，マシニングセンタ，研削盤といった各種のものがあるが、これらは、共通の基本的な構造として、少なくとも一つの送り案内面を備えたベッドと、この送り案内面に沿って移動可能に前記ベッドに組み付けられる少なくとも一つの被送り台とを備えている。
【０００３】
そして、例えば前記マシニングセンタは、上記基本構造の他に、主軸を回転自在に保持した主軸頭、この主軸頭を支持するコラムやテーブルなどを備え、旋盤は、主軸を回転自在に保持した主軸台や前記被送り台上に設けられた刃物台などを備える。
【０００４】
ところで、近時、新しい工作機械を開発する際、三次元ＣＡＤ（３Ｄ−ＣＡＤ）を用いて設計された構造体を、ＣＡＥなどの構造解析手法を用いて、変形などの挙動や剛性について理論的に解析，確認した後、各構成部材の詳細設計を行うといった手法が採用されており、かかる手法によって開発の効率化が図られている。
【０００５】
そして、上記のようにして作成された設計図面に基づいて、前記ベッド，支持台，被送り台，主軸頭，主軸台や主軸といった各構成部材がそれぞれ機械加工され、機械加工後の各構成部材が相互に組み付けられて、工作機械として組み立てられる。
【０００６】
かかる工作機械は、言うまでもなく、組立後の最終製品として、被送り台や主軸頭の送り直線性、送り軸相互間の直角性、テーブルの平面度や水平度といった加工精度に直接影響する構造物全体としての精度が求められる。この最終製品としての精度は、各構成部材の加工精度を積み重ねたものであり、したがって、最終製品としての精度を許容範囲内のものとするためには、各構成物自体をそれぞれ要求される精度に加工する必要がある。
【０００７】
一方、工作機械を構成する前記ベッド，支持台，被送り台，主軸頭，主軸台や主軸といった各構成部材は、安定した加工を実現すべく、その剛性上の要請から相当な重量を有しているため、各構成部材を組み立てた際に、各構成部材の自重や各構成部材相互間に働く連結力（拘束力）によってこれらが変形するという現象を生じる。このため、前記ベッドなどに形成された送り案内面が変形して、前記送り直線性や直角性が損なわれる要因となっている。
【０００８】
そこで、従来、前記送り案内面を機械加工するにあたり、その平面度や、適宜基準面に対する平行度，直角度といった加工精度を高精度に仕上げ、その後、上記組み立て後の変形を考慮して、かかる変形を打ち消すべく、即ち、組み立て後の送り直線性や直角性が所定の基準を満たすように、経験則に基づいて、きさげ加工などの手作業により前記送り案内面の形状を修正するようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した形状修正は作業員の経験則に基づくものであり、客観性がなく、新規に開発された工作機械の場合には、一回で正しい修正が行われるとは限らないものであった。このため、従来、組み立て後の工作機械が所定の精度を満たしていないときには、組み立て完了後の工作機械を分解して、再度修正加工を行った後、再組み立てを行なわなければならず、更に、再組立後の工作機械が所定の精度を満たしていないときには、当該精度を満たすまで、繰り返して上記分解，修正作業を行わなければならなかった。このように、従来の組立作業は、必ずしも効率的なものとは言えなかった。
【００１０】
これは、従来、前記各構成部材個々の加工精度、並びにこれらを組み立てた最終製品としての精度については測定されていたが、前記構成部材を順次組み立てる各組立段階における精度が何ら測定されていないことに起因する。上述したように、各構成部材は相当な重量を有しており、かかる構成部材の自重、並びに各構成部材相互間に働く連結力によって、構成部材を順次組み立てるその都度、当該組立構造体が変形する。したがって、各組立段階における精度を測定しなければ、どの段階で精度が悪化しているのかを客観的に把握することができず、結果、上述した如く、作業員の経験的な知見に頼らざるを得ないのである。
【００１１】
一方、上述したＣＡＥ解析によって、上記修正形状を正確に解析することができれば、効率の悪い上記分解，修正作業を省くことが可能であるが、ＣＡＥ解析は有限要素法を基礎としており、分割モデルや拘束条件，荷重条件，材料定数といった諸条件によって解析結果が左右されるため、開発段階では、設計通りに製造された工作機械（実機）と解析結果とが一致するとは限らず、むしろ、実機と解析結果とを比較し、その誤差を埋めるべく上記諸条件を修正することによって、その解析精度が高まる。
【００１２】
しかるに、従来は、各構成部材個々の加工精度及びこれらを組み立てた最終製品としての精度は測定されているものの、各組立段階における精度が何ら測定されていないため、各組立段階におけるＣＡＥ精度解析結果と実態とを比較することができず、ＣＡＥの解析精度を十分に高めることができなかった。このため、効率の悪い上記分解，修正作業を改めることができないという悪循環に陥っていた。
【００１３】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、新たに開発された試作機であっても、これを効率よく組み立て可能な工作機械組立方法の提供を、その目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記課題を解決するための本発明は、送り案内面を備えたベッドと、前記送り案内面に沿って移動可能に前記ベッドに組み付けられる被送り台と、前記ベッド及び被送り台とは別体の第三の構造体とを少なくとも備えた工作機械を組み立てる方法であって、
機械加工された前記ベッドを三次元測定装置の測定領域内に配置して、少なくとも前記送り案内面の三次元形状を前記三次元測定装置によって測定し、
ついで、測定後のベッドをそのまま前記測定領域内に配置した状態で、前記被送り台及び第三の構造体を前記ベッド上に順次組み付けると共に、各組み立て段階ごとに、該組立体の三次元形状を前記三次元測定装置によって測定し、且つ、前記被送り台をベッドに組み付けた際に、少なくとも前記被送り台の静的な送り精度を前記三次元測定装置によって測定するようにしたことを特徴とする工作機械の組立方法に係る。
【００１５】
この発明によれば、まず、機械加工後のベッドが、三次元測定装置の測定領域内に配置されて、少なくともその送り案内面の三次元形状が測定される。ついで、測定後のベッドをそのまま測定領域内に配置した状態で、被送り台や第三の構造体が順次組み付けられる。組み付け順序は、特に限定があるわけではなく、これらが適宜順番で組み付けられる。そして、各組み立て段階ごとに、当該組立体の三次元形状が測定される。また、被送り台がベッドに組み付けられる際には、その三次元形状の他に、静的な送り精度も測定される。
【００１６】
上述したように、工作機械を構成するベッドや被送り台といった構成部材は相当な重量を有しており、かかる構成部材の自重、並びに各構成部材相互間に働く連結力によって、構成部材を順次組み立てるその都度、当該組立構造体が変形する。
【００１７】
本発明では、上記のように、各組み立て段階ごとに、当該組立体の三次元形状を測定し、被送り台がベッドに組み付けられる際には、その三次元形状の他に、静的な送り精度を測定するようにしているので、各組み立て段階において、目標として設定された精度を満たしているか否かを客観的に把握することができ、当該精度を満たしていない場合には、直ちに関連する構成部材の修正加工を行うことができる。これにより、最終製品として組み立てた後に、これを分解して修正加工を行っていた従来に比べて、その作業効率を高めることができる。
【００１８】
また、各組み立て段階における精度を測定することで、経験的な知見が得られると共に、開発段階でＣＡＥ解析を行っている場合には、各組み立て段階の測定精度と解析結果とを比較することにより、ＣＡＥの解析精度を高めることができ、このようにＣＡＥの解析精度を高めることで、上述した修正形状を正確に解析することが可能となり、試作段階から上述した効率の悪い分解，修正作業を省くことが可能となる。
【００１９】
また、ＣＡＥ解析の精度を高めることで、設計−試作−製品完成といった一連の開発に係るリードタイムを短縮することができ、スピーディーな商品提供が可能となる。
【００２０】
尚、本発明における前記第三の構造体には、例えば、工作機械がマシニングセンタである場合には、主軸を回転自在に保持した主軸頭、この主軸頭を支持するコラムやテーブルなどが該当し、旋盤である場合には、主軸を回転自在に保持した主軸台や被送り台上に設けられた刃物台などが該当する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について添付図面に基づき説明する。図１は本実施形態に係る組み立て対象の工作機械を示した斜視図であり、図２乃至図６は、当該工作機械の組み立て手順を説明するための説明図である。
【００２２】
まず、組み立て対象たる工作機械の構成について説明する。図１に示すように、本例の工作機械１は、所謂立形のマシニングセンタと呼ばれるものであって、ベッド２と、ベッド２上に立設されたコラム３と、同じくベッド２上にＹ軸方向に移動自在に配設されたサドル４と、サドル４上にＸ軸方向に移動自在に配設されたテーブル６と、コラム３にＺ軸方向に移動自在に支持された主軸頭８と、この主軸頭８に回転自在に保持された主軸９などを備える。
【００２３】
前記サドル４は、ベッド２上の取付面に固着された２本のガイドレール５ａと、サドル４の下面に固着され、前記各ガイドレール５ａに係合したスライダ５ｂとから構成されるリニアガイド（転がり案内機構）５によって前記Ｙ軸方向に移動自在となっている。
【００２４】
また、テーブル６も同様に、サドル４上の取付面に固着された２本のガイドレール７ａと、テーブル６の下面に取り付けられ、前記各ガイドレール７ａに係合したスライダ７ｂとから構成されるリニアガイド７によって前記Ｘ軸方向に移動自在となっており、同じく主軸頭８も、当該主軸頭８に固着された２本のガイドレール１０ａと、コラム３に固着され、前記各ガイドレール１０ａに係合したスライダ１０ｂとから構成されるリニアガイド１０によって前記Ｚ軸方向に移動自在となっている。
【００２５】
尚、前記各リニアガイド５，７及び１０では、それぞれを構成するガイドレール５ａ，７ａ，１０ａの両側面が送り案内面となっている。
【００２６】
次に、上記構成のマシニングセンタ１を組み立てる組立方法について、図２〜図６に基づいて説明する。
【００２７】
まず、図２に示すように、機械加工後のベッド２を三次元測定装置２０の測定領域内に配置して、当該三次元測定装置２０によって、ベッド２の取り付け面２ａ，２ｂ，２ｃの三次元形状を測定する。
【００２８】
前記取り付け面２ａ，２ｂは、前記リニアガイド５のガイドレール５ａがボルトによって締結される面であり、このガイドレール５ａを締結することによって、ガイドレール５ａと取り付け面２ａ，２ｂとの間に拘束力を生じ、当該取り付け面２ａ，２ｂの形状が変形する。このため、取り付け面２ａ，２ｂは組立後の変形を考慮して、かかる変形を打ち消すような形状に機械加工されており、設定された形状に加工されているかどうかを確認するために、取り付け面ａ，２ｂの三次元形状が前記三次元測定装置２０によって測定される。
【００２９】
また、取り付け面２ｃについても同様に、コラム３などを組み付けることによって生じる変形を考慮して設定された形状に加工されているかどうかが、前記三次元測定装置２０によって測定される。
【００３０】
尚、前記三次元測定装置２０は、適宜間隔をあけて平行に配設された第１送り機構部２１及び第２送り機構部２２と、第１送り機構部２１上に配設され、当該第１送り機構部２１によって矢示Ｙ軸方向に駆動される第１サドル２４と、第２送り機構部２２上に配設され、当該第２送り機構部２２によって同じく矢示Ｙ軸方向に駆動される第２サドル２５と、第１サドル２４及び第２サドル２５上に横架されたビーム２３と、矢示Ｘ軸方向及びＺ軸方向に移動自在に前記ビーム２３に保持される支持アーム２６と、支持アーム２６の下端部に装着されたプローブ２７の他、制御・形状算出装置２８などから構成され、前記第１送り機構部２１と第２送り機構部２２との間が前記測定領域となっている。
【００３１】
前記支持アーム２６は、図示しない第３送り機構部及び第４送り機構部によって、上記矢示Ｘ軸方向及びＺ軸方向に駆動されるようになっており、これら第３送り機構部及び第４送り機構部のそれぞれに付設された位置検出器（図示せず）によって、支持アーム２６のＸ軸方向及びＺ軸方向における位置が検出されるようになっている。また、前記第１サドル２４及び第２サドル２５のＹ軸方向における各位置は、第１送り機構部２１及び第２送り機構部２２に付設された位置検出器（図示せず）によって検出される。
【００３２】
そして、前記制御・形状算出装置２８は、前記第１送り機構部２１，第２送り機構部２２，第３送り機構部（図示せず）及び第４送り機構部（図示せず）などの作動を制御する一方、前記プローブ２７から接触信号を、前記各位置検出器（図示せず）から位置信号をそれぞれ受信して、測定対象物の三次元形状データを算出する。
【００３３】
次に、図３に示すように、上記測定を完了したベッド２をそのまま前記測定領域内に配置した状態で、ガイドレール５ａをボルトによって取り付け面２ａ，２ｂに締結し、締結後のガイドレール５ａの三次元形状及びその側面の直線性を前記三次元測定装置２０によって測定する。
【００３４】
以後、図４〜図６に示すように、下面にスライダ５ｂが取り付けられたサドル４を前記ガイドレール５ａ上に載置，係合せしめて、当該サドル４上面の平面度を含む三次元形状、並びにその送り精度を測定し、ついで、サドル４上にガイドレール７ａを装着して、当該ガイドレール７ａの三次元形状及びその側面の直線性を測定した後、下面にスライダ７ｂが取り付けられたテーブル６を前記ガイドレール７ａ上に載置，係合せしめて、当該テーブル６上面の平面度を含む三次元形状、並びにその送り精度などを測定して、組立の第１段階を終了する。
【００３５】
以後、上記のようにして組み立てられた中間の組立体を前記測定領域から取り出し、適宜場所にて、コラム３など他の構成部材を順次取り付け、組立完成品とする。これは、コラム３を取り付けた状態では、三次元測定装置２０の測定範囲を超え、その全体を測定できないことによるものであり、三次元測定装置２０が、コラム３を取り付けた状態で、その全体を測定し得る十分な測定範囲を有するものであれば、前記測定領域内で全ての構成部材を組み立てつつ、その三次元形状を測定するようにすることができる。
【００３６】
尚、上記各組立段階で、測定結果が予め設定された精度に収まっていない場合には、都度、組み立てた構成部材を取り外し、関連する構成部材を修正加工した後、これを再度組み立てて測定，確認し、以後、設定された精度に収まるまでこれを繰り返す。
【００３７】
以上詳述したように、本実施形態にかかる組立方法では、各組み立て段階ごとに、当該組立体の三次元形状などを測定するようにしているので、各組み立て段階において、目標として設定された精度を満たしているか否かを客観的に把握することができ、当該精度を満たしていない場合には、直ちに関連する構成部材の修正加工を行うことができる。これにより、最終製品として組み立てた後に、これを分解して修正加工を行っていた従来に比べて、その作業効率を高めることができる。
【００３８】
また、各組み立て段階における精度を測定することで、経験的な知見が得られると共に、開発段階でＣＡＥ解析を行っている場合には、各組み立て段階の測定精度と解析結果とを比較することにより、ＣＡＥの解析精度を高めることができ、このようにＣＡＥの解析精度を高めることで、上述した修正形状を正確に解析することが可能となり、試作段階から上述した効率の悪い分解，修正作業を省くことが可能となる。
【００３９】
また、ＣＡＥ解析の精度を高めることで、設計−試作−製品完成といった一連の開発に係るリードタイムを短縮することができ、スピーディーな商品提供が可能となる。
【００４０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る組み立て対象の工作機械を示した斜視図である。
【図２】本実施形態に係る工作機械の組み立て手順を説明するための説明図である。
【図３】本実施形態に係る工作機械の組み立て手順を説明するための説明図である。
【図４】本実施形態に係る工作機械の組み立て手順を説明するための説明図である。
【図５】本実施形態に係る工作機械の組み立て手順を説明するための説明図である。
【図６】本実施形態に係る工作機械の組み立て手順を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１    マシニングセンタ（工作機械）
２    ベッド
３    コラム
４    サドル
５，７，１０  リニアガイド
６    テーブル
８    主軸頭
９    主軸
２０  三次元測定装置
２１  第１送り機構部
２２  第２送り機構部
２３  ビーム
２４，２５  サドル
２６  支持アーム
２７  プローブ
２８  制御・形状算出装置
【図１】
0004105475.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】
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