特開 2015-51493 工作機械および工作機械の回転軸の測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-51493(P2015-51493A)

(43)【公開日】2015年3月19日

(54)【発明の名称】工作機械および工作機械の回転軸の測定方法

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/00 20060101AFI20150220BHJP

   G01B 21/22 20060101ALI20150220BHJP

   G01B 21/00 20060101ALI20150220BHJP

   B23Q 1/48 20060101ALI20150220BHJP

   G01B 5/00 20060101ALI20150220BHJP

   G01B 5/24 20060101ALI20150220BHJP

【ＦＩ】

   B23Q17/00 A

   G01B21/22

   G01B21/00 A

   B23Q1/48 F

   G01B5/00 A

   G01B5/24

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2013-186728(P2013-186728)

(22)【出願日】2013年9月9日

(71)【出願人】

【識別番号】000154990

【氏名又は名称】株式会社牧野フライス製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100130133

【弁理士】

【氏名又は名称】曽根 太樹

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100171251

【弁理士】

【氏名又は名称】篠田 拓也

(72)【発明者】

【氏名】阿部 正義

(72)【発明者】

【氏名】秋山 知広

(72)【発明者】

【氏名】長屋 昌史

【テーマコード（参考）】

2F062

2F069

3C029

3C048

【Ｆターム（参考）】

2F062AA04

2F062AA76

2F062AA81

2F062BC56

2F062CC30

2F062DD03

2F062DD23

2F062DD33

2F062EE07

2F062EE47

2F062FF17

2F062FF27

2F062MM03

2F062NN01

2F069AA01

2F069AA13

2F069AA71

2F069BB01

2F069CC08

2F069DD15

2F069FF07

2F069GG01

2F069GG07

2F069GG62

2F069HH01

2F069JJ04

2F069JJ08

2F069JJ10

2F069MM02

3C029EE02

3C048DD09

3C048DD15

(57)【要約】

【課題】短時間に回転軸の測定を実施できる工作機械を提供する。
【解決手段】工作機械１１は、互いに直交する３つの直動軸に沿って相対移動し、更に、Ｃ軸方向に回転するテーブル３５と、テーブル３５を支持し、Ｙ軸方向に移動する移動体２７と、移動体２７の傾きを調整する角度調整装置とを備える。ＹＺ平面に対してＣ軸の軸線が平行に延びる状態になるように移動体２７の傾きを調整する。テーブル３５に取り付けた測定球の中心位置をＣ軸方向に１８０度回転させた２箇所の位置にて測定し、２箇所の測定球の中心位置に基づいてＣ軸の軸線の傾きおよび位置を算出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに直交する第１直動軸、第２直動軸および第３直動軸から構成された３つの直動軸と、第１軸線の周りの第１回転方向に回転するテーブルとを有する工作機械において、
前記テーブルを支持し、前記第１直動軸の方向に移動する移動体と、
前記移動体が前記第１直動軸の方向に移動している期間中に、前記第２直動軸または前記第３直動軸の一方と前記第１直動軸とを含む平面に対して前記第１軸線が平行になる基準状態になるように、前記移動体の傾きを調整する調整手段と、
前記調整手段により前記移動体を前記基準状態にした状態において、前記テーブルに取り付けた測定球の中心位置を前記第１回転方向に１８０度回転させた２箇所の位置にて測定し、２箇所の測定球の中心位置に基づいて前記第１軸線の傾きおよび位置を算出する測定手段と、を備えることを特徴とした、工作機械。

【請求項2】

前記第１軸線は、前記第１直動軸、前記第２直動軸および前記第３直動軸のそれぞれの直動軸に対して傾斜する、請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

前記テーブルは、３つの前記直動軸に対して傾斜する第２軸線の周りの第２回転方向に更に回転するように形成されており、
前記第１軸線は、前記第２回転方向のテーブルの予め定められた角度位置にて前記第２直動軸と平行になるように形成されており、
前記調整手段は、前記テーブルが前記予め定められた角度位置にある時の前記第１軸線および前記第２軸線が、前記第１直動軸の方向に前記移動体が移動する期間中に前記第１直動軸と前記第２直動軸とを含む平面に対して平行になるように調整可能に形成されており、
前記測定手段は、更に前記テーブルに取り付けた測定球の中心位置を前記第２回転方向に１８０度回転させた２箇所の位置にて測定し、前記第１回転方向に回転させて測定した前記測定球の中心位置、および前記第２回転方向に回転させて測定した前記測定球の中心位置に基づいて、前記第２軸線の傾きおよび位置と、前記第１軸線に対する前記第２軸線の相対位置とを算出する、請求項１に記載の工作機械。

【請求項4】

前記測定手段は、前記第１回転方向に１８０度回転させて測定する前記測定球の２箇所の位置のいずれかを、前記第２回転方向に１８０度回転させて測定する前記測定球の２箇所の位置のいずれかと同一にすることにより、合計３箇所の位置にて測定した前記測定球の中心位置に基づいて、前記第１軸線および前記第２軸線の傾きおよび位置を算出する、請求項３に記載の工作機械。

【請求項5】

互いに直交する第１直動軸、第２直動軸および第３直動軸から構成された３つの直動軸と、第１軸線の周りの第１回転方向に回転するテーブルと、前記テーブルを支持し、前記第１直動軸の方向に移動する移動体とを備える工作機械の回転軸の測定方法であって、
前記移動体が前記第１直動軸の方向に移動する期間中に、前記第１軸線が前記第２直動軸または前記第３直動軸の一方と前記第１直動軸とを含む平面と平行になるように前記移動体の傾きを調整する工程と、
前記工作機械の主軸に装着したセンサにて前記テーブルに取り付けた測定球の中心位置を前記第１回転方向に前記テーブルを１８０度回転させた２箇所にて測定する工程と、
前記測定球の２箇所の中心位置に基づいて前記第１軸線の傾きおよび位置を算出する工程とを含むことを特徴とした、工作機械の回転軸の測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械および工作機械の回転軸の測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の技術では、ワークに対して工具を相対移動させて切削等の加工を行う工作機械が知られている。また、このような工作機械において工具の経路を所定の軸の座標等により指定し、ワークに対して工具を自動的に移動させながら加工を行う数値制御式の工作機械が知られている。ワークおよび工具のうち少なくとも一方を移動することにより、ワークに対する工具の相対位置を変更することができる。ワークに対する工具の相対位置を変更する方法としては、直動軸に沿ってワークまたは工具を移動させる制御の他に回転軸の周りにワークまたは工具を回転させることが知られている。

【0003】

ワークに対して工具を相対移動するための回転軸は、ワークを取り付けるテーブルの表面に対して任意の傾斜角度に設定することができる。たとえば、テーブルの表面に対して垂直な方向やテーブルの表面に対して傾斜する方向に延びるように回転軸を設定することができる。このようなテーブルの表面に対する回転軸の角度は、設計時に予め設定されている。ところが、回転軸の角度は、工作機械の製造時に生じる製造誤差や使用時の経年変化等により、設計時の角度から僅かにずれる場合がある。また、回転軸の位置、すなわち回転軸が通る点についても、設計時の位置から僅かにずれる場合がある。特許文献１から特許文献３には、このような回転軸の傾斜角度のずれ量および回転軸の位置を測定する方法が開示されている。

【0004】

たとえば、特許文献１においては、組付誤差や加工誤差による回転軸の傾き誤差又は位置誤差を正確に算出する誤差算出方法が開示されている。この誤差算出方法では、ワークテーブルを主軸に対して回転軸周りに相対回転させて少なくとも回転角度の異なる３箇所の測定位置に位置決めする。次に、それぞれの測定位置におけるワークテーブル上に配設された測定球の中心位置を主軸に装着したタッチセンサにより測定する。次に、測定されたそれぞれの測定位置における測定球の中心位置に基づき、所定回転軸の実方向ベクトルを算出する。最終的に、所定回転軸の基準方向ベクトルに対する実方向ベクトルの傾き誤差等を算出することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５−６１８３４号公報

【特許文献2】特開２００６−２３１５０９号公報

【特許文献3】特開２００７−４４８０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

製造誤差や使用時の経年変化等に起因する回転軸のずれは小さいが、加工精度を維持するためには、回転軸の測定を所定の期間ごとに行うことが好ましい。または、高い加工精度が要求される加工を行う直前に回転軸の測定を行うことが好ましい。

【0007】

このような所定の期間ごとに繰り返し行う回転軸の測定では、回転軸の傾きおよび回転軸の位置を短時間に測定できることが好ましい。ところが、従来の技術による回転軸の測定では、時間や手間がかかるという問題があった。たとえば、特許文献１に記載の方法では、１つの回転軸の傾き誤差および位置誤差を算出するために、回転角度が互いに異なる３箇所において測定球の測定が必要であり、時間がかかるという問題があった。また、回転軸の傾き誤差や位置誤差を算出する計算が複雑であるという問題があった。

【0008】

本発明は、短時間に回転軸の測定を実施することができる工作機械および回転軸の測定方法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】

【0009】

本発明の工作機械は、互いに直交する第１直動軸、第２直動軸および第３直動軸から構成された３つの直動軸と、第１軸線の周りの第１回転方向に回転するテーブルとを有する工作機械であって、テーブルを支持し、第１直動軸の方向に移動する移動体と、移動体が第１直動軸の方向に移動している期間中に、第２直動軸または第３直動軸の一方と第１直動軸とを含む平面に対して第１軸線が平行になる基準状態になるように、移動体の傾きを調整する調整手段と、調整手段により移動体を基準状態にした状態において、テーブルに取り付けた測定球の中心位置を第１回転方向に１８０度回転させた２箇所の位置にて測定し、２箇所の測定球の中心位置に基づいて第１軸線の傾きおよび位置を算出する測定手段とを備える。

【0010】

上記発明においては、第１軸線は、第１直動軸、第２直動軸および第３直動軸のそれぞれの直動軸に対して傾斜することができる。

【0011】

上記発明においては、テーブルは、３つの直動軸に対して傾斜する第２軸線の周りの第２回転方向に更に回転するように形成されており、第１軸線は、第２回転方向のテーブルの予め定められた角度位置にて第２直動軸と平行になるように形成されており、調整手段は、テーブルが予め定められた角度位置にある時の第１軸線および第２軸線が、第１直動軸の方向に移動体が移動する期間中に第１直動軸と第２直動軸とを含む平面に対して平行になるように調整可能に形成されており、測定手段は、更にテーブルに取り付けた測定球の中心位置を第２回転方向に１８０度回転させた２箇所の位置にて測定し、第１回転方向に回転させて測定した測定球の中心位置、および第２回転方向に回転させて測定した測定球の中心位置に基づいて、第２軸線の傾きおよび位置と、第１軸線に対する第２軸線の相対位置とを算出することができる。

【0012】

上記発明においては、測定手段は、第１回転方向に１８０度回転させて測定する測定球の２箇所の位置のいずれかを、第２回転方向に１８０度回転させて測定する測定球の２箇所の位置のいずれかと同一にすることにより、合計３箇所の位置にて測定した測定球の中心位置に基づいて、第１軸線および第２軸線の傾きおよび位置を算出することができる。

【0013】

本発明の工作機械の回転軸の測定方法は、互いに直交する第１直動軸、第２直動軸および第３直動軸から構成された３つの直動軸と、第１軸線の周りの第１回転方向に回転するテーブルと、テーブルを支持し、第１直動軸の方向に移動する移動体とを備える工作機械の回転軸の測定方法であって、移動体が第１直動軸の方向に移動する期間中に、第１軸線が第２直動軸または第３直動軸の一方と第１直動軸とを含む平面と平行になるように移動体の傾きを調整する工程と、工作機械の主軸に装着したセンサにてテーブルに取り付けた測定球の中心位置を第１回転方向にテーブルを１８０度回転させた２箇所にて測定する工程と、測定球の２箇所の中心位置に基づいて第１軸線の傾きおよび位置を算出する工程とを含む。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、短時間に回転軸の測定を実施することができる工作機械および回転軸の測定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施の形態における工作機械の概略斜視図である。

【図2】実施の形態における工作機械のベッド、移動体および主軸ヘッドの部分の概略側面図である。

【図3】実施の形態におけるＹ軸移動装置の概略斜視図である。

【図4】実施の形態におけるキャリッジの部分の拡大斜視図である。

【図5】移動体の傾きの調整を説明する模式図である。

【図6】実施の形態におけるＢ軸の軸線とＣ軸の軸線との関係を説明する概略図である。

【図7】実施の形態における回転軸を測定する測定制御のフローチャートである。

【図8】テーブルを測定開始位置に配置した状態のテーブルの部分の概略斜視図である。

【図9】テーブルを測定開始位置からＣ軸方向に１８０°回転した状態のテーブルの部分の概略斜視図である。

【図10】テーブルを測定開始位置からＢ軸方向に１８０°回転した状態のテーブルの部分の概略斜視図である。

【図11】実施の形態における工作機械のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１から図１１を参照して、実施の形態における工作機械および工作機械の回転軸の測定方法について説明する。本実施の形態においては、数値制御式の工作機械を例示して説明する。

【0017】

図１は、本実施の形態における工作機械の概略斜視図である。図２は、工作機械のベッド、移動体および主軸ヘッドの部分の概略側面図である。図１および図２を参照して、工作機械１１は、基台となるベッド１３と、ベッド１３の上面に立設されたコラム１５とを備える。ベッド１３の上面には、移動体２７が配置されている。移動体２７は、傾斜旋回台２８を介してワーク１を回転させるテーブル３５を支持している。テーブル３５の上面には、ワーク１が固定される。

【0018】

コラム１５の前面には、サドル１７が配置されている。さらに、サドル１７の前面には、主軸ヘッド２１が配置されている。主軸ヘッド２１には主軸２５が取り付けられている。主軸２５には、ワーク１を加工する工具４１が取り付けられる。工具４１は、主軸２５と共に回転しながらワーク１を加工する。

【0019】

本実施の形態における工作機械１１は、工具４１とワーク１との相対位置を変更する移動装置を備えている。本実施の形態においては、工作機械における所定の位置を原点とした機械座標系が設定されている。機械座標系について互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が予め定められている。工作機械の設計時において、主軸２５の軸線が延びる方向（図１において上下方向）をＺ軸と称する。また、移動体２７が移動する水平方向に延びる軸をＹ軸と称する。また、サドル１７が移動する水平方向、すなわちＺ軸およびＹ軸に垂直な方向に延びる軸をＸ軸と称する。

【0020】

移動装置は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に工具４１とワーク１とを相対的に移動させることができる。さらに、移動装置は、傾斜旋回台２８の軸線５２の周りのＢ軸方向およびテーブル３５の軸線５３の周りのＣ軸方向に、工具４１に対してワーク１を相対的に回転移動させることができる。

【0021】

移動装置は、ワーク１に対して工具４１をＸ軸方向に相対移動させるＸ軸移動装置を含む。Ｘ軸移動装置は、コラム１５の前面に形成されている一対のＸ軸レール１９ａ，１９ｂを含む。サドル１７は、Ｘ軸レール１９ａ，１９ｂに沿って往復移動が可能に形成されている。Ｘ軸移動装置は、ボールねじ機構によりサドル１７を移動する。Ｘ軸移動装置は、ボールねじ機構のねじ軸を回転させるＸ軸サーボモータ２０を含む。Ｘ軸移動装置は、Ｘ軸サーボモータ２０を駆動することにより、サドル１７を移動させる。主軸ヘッド２１および工具４１は、サドル１７と共にＸ軸方向に移動する。

【0022】

移動装置は、ワーク１に対して工具４１をＺ軸方向に相対移動させるＺ軸移動装置を含む。Ｚ軸移動装置は、サドル１７の前面に形成されている一対のＺ軸レール２３ａ，２３ｂを含む。主軸ヘッド２１は、Ｚ軸レール２３ａ，２３ｂに沿って往復移動が可能に形成されている。Ｚ軸移動装置は、ボールねじ機構により主軸ヘッド２１を移動する。Ｚ軸移動装置は、ボールねじ機構のねじ軸を回転させるＺ軸サーボモータ２４を含む。Ｚ軸移動装置は、Ｚ軸サーボモータ２４を駆動することにより、主軸ヘッド２１を移動させる。工具４１は、主軸ヘッド２１と共にＺ軸方向に移動する。更に、主軸ヘッド２１の内部には、主軸２５を軸線周りに回転する駆動モータが配置されている。

【0023】

図３に、本実施の形態の形態におけるＹ軸移動装置の概略斜視図を示す。図１から図３を参照して、移動装置は、ワーク１に対して工具４１をＹ軸方向に相対移動させるＹ軸移動装置を含む。Ｙ軸移動装置は、ベッド１３の上面に配置されている一対のＹ軸レール２９ａ，２９ｂを含む。移動体２７は、Ｙ軸レール２９ａ，２９ｂに沿って往復移動が可能に形成されている。コラム１５には、移動体２７がＹ軸方向に移動可能なように空洞部１５ａが形成されている。

【0024】

Ｙ軸移動装置は、ボールねじ機構３０により移動体２７を移動させる。Ｙ軸移動装置は、ボールねじ機構のねじ軸を回転させるＹ軸サーボモータ３２を含む。Ｙ軸移動装置は、Ｙ軸サーボモータ３２を駆動することにより、移動体２７を移動させる。傾斜旋回台２８およびテーブル３５は、移動体２７と共にＹ軸方向に移動する。

【0025】

移動装置は、ワーク１に対して工具４１をＢ軸方向に相対的に回転させるＢ軸回転移動装置を含む。本実施の形態におけるＢ軸の軸線５２は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のいずれの軸に対しても平行ではない。すなわち、Ｂ軸の軸線５２は、３つの直動軸のそれぞれの軸に対して傾斜している。Ｂ軸回転移動装置は、傾斜旋回台２８を含む。移動体２７の内部には、傾斜旋回台２８を回転させるためのサーボモータが配置されている。傾斜旋回台２８のサーボモータを駆動することにより、Ｂ軸の軸線５２の周りに傾斜旋回台２８が回転する。ワーク１は、傾斜旋回台２８およびテーブル３５と共にＢ軸方向に回転する。

【0026】

本実施の形態における移動装置は、ワーク１に対して工具４１をＣ軸方向に相対的に回転させるＣ軸回転移動装置を含む。傾斜旋回台２８がＢ軸方向の予め定められた角度位置にあるときに、Ｃ軸の軸線５３がＺ軸と平行になるように設計されている。Ｃ軸回転移動装置は、テーブル３５を含む。傾斜旋回台２８の内部にはサーボモータが配置されている。このサーボモータを駆動することにより、Ｃ軸の軸線５３の周りにテーブル３５が回転する。ワーク１は、テーブル３５と共にＣ軸方向に回転する。

【0027】

このように、工作機械１１は、ワーク１に対して主軸２５が相対的に移動する３つの直動軸を有する。すなわち、工作機械１１は、直動軸としてのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を有する。本実施の形態では、第１直動軸をＹ軸、第２直動軸をＺ軸、および第３直動軸をＸ軸として説明する。また、工作機械１１は、ワーク１に対して主軸２５が相対的に回転移動する２つの回転軸を有する。すなわち、工作機械１１は、回転軸としてのＢ軸の軸線５２およびＣ軸の軸線５３を有する。本実施の形態では、第１回転方向をＣ軸方向とし、第２回転方向をＢ軸方向として説明する。また、第１軸線をＣ軸の軸線５３とし、第２軸線をＢ軸の軸線５２として説明する。

【0028】

本実施の形態における工作機械は、制御装置７０を備える。制御装置７０は、移動装置のサーボモータや駆動モータに接続されている。制御装置７０は、移動装置のサーボモータを制御することによりワーク１に対して工具４１を相対的に移動させることができる。

【0029】

図１および図２を参照して、工作機械１１は、それぞれの回転軸に関する回転角度が０°の時に、テーブル３５の表面が機械座標系のＸ軸とＹ軸とを含む平面、すなわちＸＹ平面と厳密に平行になり、かつ、Ｂ軸の軸線５２とＣ軸の軸線５３とが交差するように製造することが好ましい。しかしながら製造誤差や経年変化等により、テーブル３５の表面が僅かに傾いたり、軸線５２と軸線５３とが僅かに離れたりする場合がある。

【0030】

工作機械１１は、移動体２７の傾きを調整する調整手段として角度調整装置を備える。本実施の形態においては、移動体２７のＹ軸ストロークに渡って、ＹＺ平面に対してＢ軸の軸線５２およびＣ軸の軸線５３が平行に延びるように、移動体２７の傾きを調整する。本実施の形態においては、移動体２７をＹ軸方向に移動している期間中に、ＹＺ平面に対してＢ軸の軸線５２およびＣ軸の軸線５３がそれぞれ平行に延びる状態を基準状態と称する。

【0031】

図３を参照して、角度調整装置は、Ｙ軸レール２９ａ，２９ｂに係合し、Ｙ軸レール２９ａ，２９ｂに沿って移動する複数のキャリッジ３１を含む。移動体２７は、キャリッジ３１を介してＹ軸レール２９ａ，２９ｂに支持されている。

【0032】

図４に、本実施の形態のキャリッジの拡大斜視図を示す。キャリッジ３１の側面には平板状のエッジロケータ３６が配置されている。エッジロケータ３６には、複数の押しボルト３３が取り付けられている。また、キャリッジ３１の表面には、調整座金３４が配置されている。厚さの互いに異なる複数の調整座金３４が予め準備されている。調整座金３４は、取り替え可能に形成されている。調整座金３４は、キャリッジ３１に固定される。

【0033】

キャリッジ３１には、移動体２７をキャリッジ３１に固定する固定ボルトを挿入するボルト挿入穴３１ａが形成されている。また、調整座金３４には、固定ボルトを通すための穴部３４ａが形成されている。調整座金３４の表面に移動体２７を配置し、固定ボルトをボルト挿入穴３１ａに固定することにより、移動体２７がキャリッジ３１に固定される。図３を参照して、本実施の形態においては、押しボルト３３および調整座金３４が取り付けられたキャリッジ３１が４箇所に配置されている。複数のキャリッジ３１は、移動体２７における移動方向の両側の端部を支持するように配置されている。

【0034】

図５に、本実施の形態の角度調整装置にて移動体の傾きを調整するときの模式図を示す。図５においては、移動体２７を平板状に模式的に示している。角度調整装置は、調整座金３４の厚さを変更することにより、移動体２７を底面から支持する高さを調整することができる。移動体２７をＹ軸方向に移動した時の矢印１０２に示す移動体２７の厚さ方向の傾き、すなわちＹ軸に平行な軸９２の周りの傾き（ロール）を調整する。軸９２の周りの傾きは、一方のＹ軸レール２９ａに係合するキャリッジ３１に配置される調整座金３４の厚さと、他方のＹ軸レール２９ｂに係合するキャリッジ３１に配置される調整座金３４の厚さとを変更することにより調整することができる。

【0035】

角度調整装置は、押しボルト３３の挿入深さを調整することにより、移動体２７を側方から支持する位置を調整することができる。４個のキャリッジ３１のそれぞれに取り付けられている押しボルト３３は個別に押し込み量を調整することができる。移動体２７をＹ軸方向に移動した時の矢印１０１に示す移動体２７の傾き、すなわち、Ｚ軸に平行な軸９１の周りの傾き（ヨー）を調整することができる。

【0036】

移動体２７の傾きの調整においては、例えば、主軸２５にダイヤルインジケータを取り付ける。テーブル３５の表面に、ストレッチ（真直ゲージ）を配置する。ダイヤルインジケータをストレッチに当接させながら、移動体２７を最大ストロークにてＹ軸方向に移動させる。なお、この時の移動体２７の移動量は、最大ストロークに限られず、頻繁に使用する移動範囲に減縮しても良い。

【0037】

移動体２７の移動期間中のダイヤルインジケータの値を検出し、軸９２の周りに回転する誤差が最小になるように、調整座金３４の厚さの調整を行う。また、軸９１周りに回転する誤差が最小になるように、押しボルト３３の押し込み量を調整する。このように、移動体２７の傾きの誤差が最小になるように設定し、移動体２７を基準状態に設定する。移動体２７の傾きの調整が終了したら、固定ボルトにて移動体２７をキャリッジ３１に固定する。なお、調整座金３４は、種々の厚さのものを用意するものではなく、１枚の調整座金３４の厚みを少しずつ研削して調整しても良い。

【0038】

角度調整装置により移動体２７の傾きを調整することによって、移動体２７のＺ軸に平行な軸９１周りの傾きおよびＹ軸に平行な軸９２周りの傾きを実質的に零とみなすことができる。すなわち、移動体２７のローリング動作およびヨーイング動作を無視することができる。この結果、移動体２７は、ピッチング動作のみを行うことになる。また、工作機械のＢ軸の軸線５２およびＣ軸の軸線５３は、ＹＺ平面と平行に延びるようになる。換言すると、第１軸線および第２軸線は、第１直動軸と第２直動軸とを含む平面と平行に延びるようになる。

【0039】

図６に、工作機械において、Ｂ軸の軸線およびＣ軸の軸線を説明する概略図を示す。第１平面６１は、Ｂ軸の軸線５２を含む平面であり、第２平面６２は、Ｃ軸の軸線５３を含む平面である。角度調整装置により移動体２７の傾きを調整することにより、第１平面６１および第２平面６２は、ＹＺ平面と平行になっている。第３平面６６は、Ｘ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面に平行な平面である。

【0040】

第３平面６６に対するＢ軸の軸線５２の角度α、および第３平面６６に対するＣ軸の軸線５３の角度βは、設計値で予め定められている。しかしながら角度αおよび角度βは、設計値から僅かにずれる場合がある。例えば、角度βは、９０°にて設計されるが、実際の工作機械においては９０°から僅かにずれている。

【0041】

さらに、工作機械の設計では、Ｂ軸の軸線５２とＣ軸の軸線５３とが交わっている。ところが、製造誤差等により、Ｂ軸の軸線５２とＣ軸の軸線５３とは僅かに離れている場合がある。この場合には、Ｂ軸の軸線５２とＣ軸の軸線５３とが、ねじれの関係になっている。

【0042】

本実施の形態の工作機械１１は、測定球の中心位置を測定し、測定した測定球の位置に基づいて回転軸の傾きおよび位置を算出する測定手段としての測定装置を備える。本実施の形態の測定装置は、Ｃ軸の軸線５３の傾きと位置とを測定する。また、Ｂ軸の軸線５２の傾きと位置とを測定する。さらに、Ｃ軸の軸線５３に対するＢ軸の軸線５２の相対位置を算出する。このように、本実施の形態の測定装置は、２つの回転軸を測定する。

【0043】

図７に、本実施の形態の工作機械にて回転軸を測定する測定制御のフローチャートを示す。本実施の形態の測定制御は、製造時や使用中の予め定められた期間ごとに実施することができる。または、高い寸法精度が要求される加工を行う直前に実施することができる。前述のように移動体２７の傾きを予め調整して基準状態にする。

【0044】

ステップ１１１において、測定球４４を用いてテーブル３５を回転させたときの測定球４４の中心位置を測定する。本実施の形態においては、テーブル３５をＣ軸方向およびＢ軸方向に回転させたときの測定球４４の中心位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の測定を行う。すなわち、３箇所の測定球の中心位置の測定を実施する。

【0045】

図８に、測定球の第１の中心位置Ｐ１を測定するときのテーブルの部分の概略斜視図を示す。測定球４４の中心位置の測定を開始する為のテーブル３５の測定開始位置が予め設定されている。図８は、テーブル３５を測定開始位置に配置した状態を示している。Ｃ軸方向およびＢ軸方向のそれぞれには、回転角度が０°となる基準角度位置が予め定められている。測定開始位置では、たとえば、Ｃ軸方向の回転角度が０°であり、Ｂ軸方向の回転角度が０°の状態であり、テーブル３５の表面がＸＹ平面とほぼ平行になっている状態である。

【0046】

測定球４４は、テーブル３５の表面の端部に配置される。測定球４４は、テーブル３５の表面からの高さおよび直径が正確に知られている。測定球４４を用いて測定することにより、高い精度で正確な位置の測定を行うことができる。主軸２５には、タッチセンサ４２が取り付けられている。タッチセンサ４２には、プローブ４３が取り付けられている。タッチセンサ４２の出力信号は、制御装置７０に入力される。なお、測定具は、タッチセンサ４２に限られず、変位測定器でもレーザを用いた非接触式のセンサ等でも良い。

【0047】

測定球４４の中心位置の測定では、例えば、測定球４４の周りの複数の位置にプローブ４３を当接させる。測定球４４にプローブ４３が当接したときの機械座標系の位置を、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の各軸に設けられている位置読み取り装置にて検出する。測定球４４にプローブ４３が当接したときの複数の位置に基づいて、測定球４４の中心位置を算出することができる。本実施の形態においては、測定開始位置にて測定球４４の第１の中心位置Ｐ１を検出する。次に、矢印１０３に示すように、テーブル３５をＣ軸方向に１８０°回転させる。

【0048】

図９に、測定球の第２の中心位置Ｐ２を測定するときのテーブルの部分の概略斜視図を示す。テーブル３５を測定開始位置からＣ軸方向に１８０°回転させることにより、測定球４４もＣ軸方向に１８０°回転した位置に配置される。この状態において、第２の中心位置Ｐ２を測定する。図８を参照して、次に、矢印１０４に示すように、傾斜旋回台２８を測定開始位置からＢ軸方向に１８０°回転させる。

【0049】

図１０に、測定球の第３の中心位置Ｐ３を測定するときのテーブルの部分の概略斜視図を示す。傾斜旋回台２８を測定開始位置からＢ軸方向に１８０°を回転させることにより、テーブル３５および測定球４４もＢ軸方向に１８０°回転した位置に配置される。この状態において、第３の中心位置Ｐ３を測定する。このように、第１の中心位置Ｐ１、第２の中心位置Ｐ２、および第３の中心位置Ｐ３を測定する。それぞれの中心位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は機械座標系の座標にて次式になる。

【0050】

【数1】

【0051】

図７を参照して、次に、ステップ１１２においては、Ｃ軸の軸線５３の方向ベクトルを算出する。また、ステップ１１３において、Ｃ軸の軸線５３をＹＺ平面に投影したときの直線の式を算出する。図６、図８および図９を参照して、第１の中心位置Ｐ１と、第２の中心位置Ｐ２との垂直二等分線がＣ軸の軸線５３になる。Ｃ軸の軸線５３が通る中点Ｃｃを算出する。中点Ｃｃは、第１の中心位置Ｐ１からの距離と第２の中心位置Ｐ２からの距離とが等しい点である。中点Ｃｃの座標を（Ｘｃｃ，Ｙｃｃ，Ｚｃｃ）にて表すと、中点Ｃｃは次式になる。

【0052】

【数2】

【0053】

次に、第１の中心位置Ｐ１から第２の中心位置Ｐ２に向かうベクトルＰ１Ｐ２を算出する。ベクトルＰ１Ｐ２を（Ｐ１Ｐ２ｘ，Ｐ１Ｐ２ｙ，Ｐ１Ｐ２ｚ）にて表すと、ベクトルＰ１Ｐ２は、以下のように計算できる。

【0054】

【数3】

【0055】

ここで、Ｘ軸の周りに９０°回転させる回転行列を行列Ｒｘとすると、行列Ｒｘは以下のように表すことができる。

【0056】

【数4】

【0057】

ここで、テーブル３５の表面に垂直な方向を、Ｃ軸の軸線５３の延びる方向と定義する。Ｃ軸方向の回転角度が０°であり、Ｂ軸方向の回転角度が０°であるのとき（図８参照）のＣ軸の軸線５３の方向ベクトルは、第１の中心位置Ｐ１から第２の中心位置Ｐ２に向かうベクトルＰ１Ｐ２をＸ軸の周りに９０°回転させたベクトルである。Ｃ軸の軸線５３の方向ベクトルＶＣを（ＶＣｘ，ＶＣｙ，ＶＣｚ）とすると、方向ベクトルＶＣは以下のように表すことができる。

【0058】

【数5】

【0059】

このように、Ｃ軸の軸線５３の方向ベクトルＶＣを算出することができる。また、Ｃ軸の軸線５３をＹＺ平面上に投影したときの直線５５の式は、中点Ｃｃおよび方向ベクトルＶＣに基づいて、次式にて表すことができる。

【0060】

【数6】

【0061】

図７を参照して、次に、Ｂ軸の軸線５２に対しても同様の計算を行う。ステップ１１４においては、Ｂ軸の軸線５２の方向ベクトルを算出する。ステップ１１５においては、Ｂ軸の軸線５２をＹＺ平面に投影した直線の式を算出する。図６、図８および図１０を参照して、第１の中心位置Ｐ１と第３の中心位置Ｐ３との垂直二等分線がＢ軸の軸線５２になる。Ｂ軸の軸線５２を通る中点Ｂｃを算出する。中点Ｂｃは、第１の中心位置Ｐ１からの距離と第３の中心位置Ｐ３からの距離とが等しい点である。中点Ｂｃの座標を（Ｘｂｃ，Ｙｂｃ，Ｚｂｃ）にて表すと、中点Ｂｃは、次式になる。

【0062】

【数7】

【0063】

次に、Ｂ軸の軸線５２の方向ベクトルを算出する。Ｂ軸の軸線５２の方向ベクトルは、第１の中心位置Ｐ１から第３の中心位置Ｐ３に向かう方向ベクトルをＸ軸の周りに９０°回転させたベクトルである。第１の中心位置Ｐ１から第３の中心位置Ｐ３に向かうベクトルＰ１Ｐ３を（Ｐ１Ｐ３ｘ，Ｐ１Ｐ３ｙ，Ｐ１Ｐ３ｚ）にて表すと、ベクトルＰ１Ｐ３は、次式のように表すことができる。

【0064】

【数8】

【0065】

さらに、Ｘ軸周りに９０°回転させる行列Ｒｘを用いて、ベクトルＰ１Ｐ３を９０°回転させる。Ｂ軸の軸線５２の延びる方向を、移動体２７の傾斜旋回台２８が回転する回転面に垂直な方向と定義する。Ｂ軸の軸線５２の方向ベクトルＶＢを（ＶＢｘ，ＶＢｙ，ＶＢｚ）にて表すと、方向ベクトルＶＢは次のように表すことができる。

【0066】

【数9】

【0067】

また、Ｂ軸の軸線５２をＹＺ平面上に投影したときの直線５４は、中点Ｂｃおよび方向ベクトルＶＢに基づいて、次式で表すことができる。

【0068】

【数10】

【0069】

図７を参照して、次に、ステップ１１６においては、Ｂ軸の軸線５２の位置を示すＢ軸中心と、Ｃ軸の軸線５３の位置を示すＣ軸中心を算出する。ここで、Ｂ軸中心およびＣ軸中心は、工作機械の設計上のＢ軸の軸線５２とＣ軸の軸線５３との交点であり、本来両者は一致する。しかし、前述のように通常はＢ軸の軸線５２とＣ軸の軸線５３とはねじれの関係になっているので、この場合、Ｂ軸の軸線５２とＣ軸の軸線５３とが最接近する位置をＢ軸中心およびＣ軸中心としている。ステップ１１７においては、Ｂ軸の軸線５２とＣ軸の軸線５３との距離を算出する。図６を参照して、Ｂ軸中心ＱおよびＣ軸中心Ｒのそれぞれは、Ｂ軸の軸線５２とＣ軸の軸線５３とが最も接近する位置に設定されている。Ｂ軸の軸線５２とＣ軸の軸線５３との距離は、Ｂ軸中心ＱとＣ軸中心Ｒとの距離に相当する。

【0070】

Ｂ軸中心ＱおよびＣ軸中心Ｒを算出する。Ｃ軸中心ＲのＸ座標は、前述の式（２−１）に示されるＸ座標Ｘｃｃになる。また、Ｂ軸中心のＸ座標は、前述の式（７−１）に示されるＸ座標Ｘｂｃになる。Ｂ軸中心ＱおよびＣ軸中心ＲのＹ座標およびＺ座標は、Ｂ軸の軸線５２およびＣ軸の軸線５３をＹＺ平面に投影したときの２つの直線の交点５６のＹ座標およびＺ座標になる。前述のＣ軸の軸線５３の式（６−１）と、Ｂ軸の軸線５２の式（１０−１）により交点５６を算出する。Ｂ軸中心ＱおよびＣ軸中心ＲのＹ座標ＹｉおよびＺ座標Ｚｉは、次式になる。

【0071】

【数11】

【0072】

ここで、定数ＡＡ、定数ＢＢおよび定数ＣＣは、次式になる。

【0073】

【数12】

【0074】

また、Ｂ軸中心ＱからＣ軸中心Ｒまでの距離ΔＢＣｘは、Ｂ軸中心ＱとＣ軸中心ＲとのＸ軸方向の距離になる。距離ΔＢＣｘは、次式で表される。

【0075】

【数13】

【0076】

図７を参照して、次に、ステップ１１８においては、Ｂ軸の軸線５２の傾きおよびＣ軸の軸線５３の傾きを算出する。ここでは、Ｂ軸の軸線５２およびＣ軸の軸線５３のそれぞれの軸線と、ＸＹ平面とのなす角度を求める。ＹＺ平面におけるＹ方向の単位ベクトル（１，０）と、Ｂ軸の軸線５２の方向ベクトルＶＢとの内積によって表される角度を角度θｂとする。また、ＹＺ平面におけるＹ方向の単位ベクトル（１，０）と、Ｃ軸の軸線５３の方向ベクトルＶＣとの内積により表される角度を角度θｃとする。角度θｂおよび角度θｃは、次式により表すことができる。

【0077】

【数14】

【0078】

上記の式（１４−１）および式（１４−２）により、角度θｂおよび角度θｃは次式になる。

【0079】

【数15】

【0080】

ここで、角度θｂはＢ軸の軸線５２の傾きの角度αに対応し、角度θｃはＣ軸の軸線５３の傾きの角度βに対応する。このように、本実施の形態の工作機械１１では、それぞれの回転軸の位置を算出することができる。また、回転軸の傾きを算出することができる。より詳細には、Ｂ軸の軸線５２については、Ｂ軸中心Ｑの位置と角度αとを算出することができる。Ｃ軸の軸線５３については、Ｃ軸中心Ｒの位置と角度βとを算出することができる。さらに、Ｂ軸の軸線５２に対するＣ軸の軸線５３との距離ΔＢＣｘを算出することができる。すなわち、Ｂ軸の軸線５２に対するＣ軸の軸線５３の相対位置を算出することができる。そして、これらの値を用いて、Ｂ軸の任意の角度位置におけるテーブル３５の表面とＣ軸の軸線５３との交点の位置も求めることができる。

【0081】

図１１に、本実施の形態における工作機械のブロック図を示す。工作機械１１は、回転軸の測定を行う測定制御を実施可能に形成されている。また、工作機械１１は、回転軸の測定制御の結果に基づいて、ワーク１の加工を行う加工制御を実施可能に形成されている。

【0082】

使用者は、加工制御のための入力プログラム７１を作成する。入力プログラム７１には、加工制御のプログラムおよび他の入力情報が入力される。他の入力情報には、工具の情報等の機械パラメータが含まれる。本実施の形態においては、測定制御の入力プログラムは、予め作成されて制御装置７０に記憶されている。なお、測定制御のプログラムについても使用者が作成し、入力プログラム７１に入力しても構わない。

【0083】

工作機械１１は、制御装置７０を備える。制御装置７０は、読取解釈部７２、補間演算部７３、およびサーボモータ制御部７４を含む。読取解釈部７２は、入力プログラム７１を読取って、プログラムされた移動指令を補間演算部７３に送出する。補間演算部７３は、補間周期毎の位置指令値を演算し、位置指令値をサーボモータ制御部７４に送出する。たとえば、補間演算部７３は、移動指令に基づいて設定された時間間隔ごとの移動量を算出する。サーボモータ制御部７４は、位置指令値に基づいて各軸サーボモータ７５を駆動する。

【0084】

工作機械１１において、回転軸を測定する場合には、手動または入力プログラム７１の指令にて図８に示すように測定開始位置までテーブル３５を移動する。また、プローブ４３が測定球４４の上方に配置されるように主軸２５と移動体２７とを移動する。

【0085】

次に、測定制御により自動的に回転軸の傾きおよび位置を測定する。使用者が測定制御の開始を工作機械に指示する。読取解釈部７２は、測定制御を実施するための入力プログラム７１を読み取る。補間演算部７３およびサーボモータ制御部７４の機能により、プローブ４３およびテーブル３５を所定の位置に配置する。測定球４４の表面にプローブ４３が接触する位置に移動する。タッチセンサ４２は、プローブ４３が測定球４４に接触した信号を回転軸演算部７６に送出する。回転軸演算部７６は、プローブ４３が測定球４４に接触した時の座標を検出し、測定球４４の中心位置を算出する。

【0086】

回転軸演算部７６は、テーブルが測定開始位置になった状態、Ｃ軸方向に回転させた状態、およびＢ軸方向に回転させた状態にて、第１の中心位置Ｐ１、第２の中心位置Ｐ２、および第３の中心位置Ｐ３を算出する。回転軸演算部７６は、第１の中心位置Ｐ１、第２の中心位置Ｐ２、および第３の中心位置Ｐ３に基づいて、Ｂ軸の軸線５２の傾きおよび位置と、Ｃ軸の軸線５３の傾きおよび位置を算出する。これらの算出した回転軸の測定結果は、記憶部７７に記憶される。

【0087】

工作機械が加工制御を実施する場合に、読取解釈部７２は、入力プログラム７１に加えて、記憶部７７に記憶された回転軸の傾きおよび位置を読み込む。読取解釈部７２は、回転軸の傾きおよび位置に基づいて位置指令を作成し、位置指令を補間演算部７３に送出する。本実施の形態では、読取解釈部７２は、Ｂ軸中心Ｑを通り角度αのＢ軸の軸線５２の周りに傾斜旋回台２８が回転し、Ｃ軸中心Ｒを通り角度βのＣ軸の軸線５３の周りにテーブル３５が回転するとして位置指令を算出する。このように、設計値とは別の実際の回転軸の傾きおよび回転軸中心を用いて各軸の移動を制御することにより、ワークの正確な加工を行うことができる。

【0088】

本実施の形態では、傾斜した軸線を有するＢ軸上にＣ軸が載る形態の回転軸について説明したが、Ｂ軸の軸線とＣ軸の軸線とが直交する通常の形態の回転軸についても、同様に２つの回転軸の位置および傾きを算出することができる。また、２つの回転軸の組み合わせは、Ａ軸とＢ軸やＡ軸とＣ軸であっても良い。工作機械は、主軸が立形でも横形でも良いし、マシニングセンタに限られずフライス盤、中ぐり盤、研削盤、放電加工機等のテーブルに回転軸を有し、そのテーブルがＸ軸、Ｙ軸またはＺ軸のいずれか１つの直動軸に沿って移動するものであれば、本発明を適用することができる。

【0089】

本実施の形態の加工制御は、少なくとも１つの回転軸にてワークに対する工具の相対位置を変更する工作機械の制御に適用することができる。このような加工制御としては、工具先端点制御を例示することができる。工具先端点制御では、ワークの所定の位置を原点とし、この原点に対する工具の先端の位置を示した座標系を用いる。使用者は、入力プログラムとして、工具の長さ等の工具の情報と、ワーク上の原点に対する工具の相対位置とを入力する。たとえば、使用者は、ワークに対する工具の傾きおよびワークに対する工具の先端の位置を入力する。制御装置は、入力プログラムに基づいて各軸の移動量を算出し、各軸サーボモータを駆動する。工具先端点制御では、使用者がテーブルや主軸の機械座標系の位置を入力する必要がなく、容易に入力プログラムを作成することができる。

【0090】

工具先端点制御を実施するためには、回転軸中心および傾きが必要になる。本実施の形態においては、測定制御において算出した回転軸中心および傾きを用いて工具先端点制御を実施することができる。実際に検出した回転軸の情報を用いるために、高精度の加工を行うことができる。また、その他の加工制御としては、傾斜面加工指令および切削点指令等を例示することができる。

【0091】

本実施の形態においては、回転軸中心と傾きとを直接的に用いて各軸サーボモータを駆動するための位置指令を算出しているが、この形態に限られず、設計時の回転軸中心と傾きに対する誤差を算出し、算出した誤差に基づいて、補間演算部に送出する位置指令を算出しても構わない。

【0092】

本実施の形態においては、２つの回転軸を有する工作機械を例示して説明したが、この形態に限られず、回転軸が１つの工作機械に対しても、本発明を適用することができる。例えば、回転軸がＣ軸の軸線５３の１軸である場合に、移動体２７を基準状態に調整した後に、Ｃ軸方向に１８０°回転させた２箇所の測定球４４の中心位置を測定する。測定した測定球４４の中心位置に基づいて、Ｃ軸の軸線５３の傾きおよび位置を算出しても構わない。このときの位置とは、通常、テーブル３５の表面とＣ軸の軸線５３との交点である。なお、回転軸は、Ｃ軸に限られず、Ａ軸またはＢ軸でも良い。

【0093】

または、回転軸が傾斜したＢ軸の軸線５２の１軸である工作機械にも本発明を適用することができる。すなわち、第１軸線としてＢ軸の軸線５２を採用することができる。この場合には、第１軸線は、第１直動軸、第２直動軸および第３直動軸のそれぞれの直動軸に対して平行とはならずに傾斜する。第１軸線としてＢ軸の軸線５２を採用しても、同様の制御により、Ｂ軸の軸線５２の傾きおよび位置を算出することができる。このときの位置とは、Ｂ軸方向に回転するテーブルの表面とＢ軸の軸線５２の交点のことである。なお、回転軸は傾斜したＡ軸またはＢ軸でも良い。

【0094】

本実施の形態の工作機械では、角度調整装置を用いて回転軸の軸線がＹＺ平面と平行な平面上に存在するとみなし、この平面からの誤差が０とみなせる程度まで移動体の傾きの調整を行っている。そして、１つの回転軸の傾きおよび位置を測定する場合に、２箇所の測定球の中心位置の測定を実施すればよく、容易かつ短時間に回転軸の測定を行うことができる。また、本実施の形態のように、２つの回転軸を有する工作機械の場合には、測定開始位置にて測定球の第１の中心位置を測定する。測定開始位置からテーブルを第１回転方向に１８０°回転させて、測定球の第２の中心位置を測定する。更に、測定開始位置から第２回転方向に１８０°回転させて、測定球の第３の中心位置を測定する。測定開始位置における測定球の中心位置を２つの回転軸の測定に共用することができる。このために、３回の中心位置の測定値に基づいて、２つの回転軸の位置および傾きを算出することができる。なお、共用するのは、測定球の第１の中心位置に限られず、第２の中心位置または第３の中心位置でも良い。

【0095】

本実施の形態においては、Ｂ軸の軸線がＹＺ平面と平行に延びるように移動体の傾きを調整したが、この形態に限られず、Ｙ軸およびＸ軸を含むＸＹ平面と平行に延びる状態を基準状態としても構わない。すなわち、第１軸線が、第３直動軸と第１直動軸とを含む平面に対して平行に延びるように、移動体の傾きに調整しても構わない。

【0096】

本実施の形態における回転軸の測定方法は、第１軸線が第２直動軸または第３直動軸の一方と第１直動軸とを含む平面と平行に延びるように移動体の傾きを調整する工程を含む。工作機械の主軸に装着したプローブにてテーブルに取り付けた測定球の中心位置を第１回転方向に１８０度回転させた２箇所にて測定する工程を含む。更に、測定球の２箇所の中心位置に基づいて第１軸線の傾きおよび位置を算出する工程を含む。この方法により、容易かつ短時間に回転軸の測定を行うことができる。このために、加工制御の前に行う測定制御の時間を短縮することができる。

【0097】

本発明の工作機械の回転軸の測定方法を実施する場面は、工作機械の製造時および工作機械の使用現場における定期点検時やオーバホール時である。このときは、調整手段を用いて移動体の直動軸方向の移動に伴う傾きを調整した後に、測定手段を用いて回転軸の軸線の傾きおよび位置を算出する。移動体の傾きを調整してあるので、１つの回転軸についてテーブルを１８０度回転させた２箇所における測定球の中心位置を測定するだけで、短時間に容易に回転軸の測定を行うことができる。測定値は、加工工程における送り軸の位置補正に用いられ、ワークの加工精度を高めることに寄与している。工作機械は、本来、幾何学的誤差を補正に頼るのではなく、製作工程で幾何学的誤差が少なくなるようにできるだけ調整し、補正をしないことが好ましい。本発明の調整手段による移動体の傾きの調整は、回転軸の測定を短時間に容易に行えるばかりでなく、できるだけ補正項目を少なくすることにも貢献している。

【0098】

本発明の回転軸の測定方法で測定した回転軸の軸線の傾きおよび位置の値は、工作機械の出荷時に制御装置７０の記憶部７７のパラメータに初期値として設定される。工作機械の使用現場で高精度の加工を行う前等には、調整手段による移動体の傾き調整は既に行われているので、測定球の測定工程と回転軸の軸線の傾きおよび位置の算出工程を行えば足りる。こうして求めた回転軸の軸線の傾きおよび位置の測定結果によりパラメータを書き換えれば良い。

【0099】

本実施の形態における調整手段としての角度調整装置は、調整座金および押しボルトを用いているが、この形態に限られず、移動体の傾きを調整可能な任意の装置を採用することができる。

【0100】

上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される形態の変更が含まれている。

【符号の説明】

【0101】

１ ワーク
１１ 工作機械
２５ 主軸
２７ 移動体
２８ 傾斜旋回台
３１ キャリッジ
３３ 押しボルト
３４ 調整座金
３５ テーブル
３６ エッジロケータ
４１ 工具
４３ プローブ
４４ 測定球
５２ Ｂ軸の軸線
５３ Ｃ軸の軸線
７０ 制御装置
７２ 読取解釈部
７６ 回転軸演算部
７７ 記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2014年8月26日

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0009】

本発明の工作機械は、互いに直交する第１直動軸、第２直動軸および第３直動軸から構成された３つの直動軸と、第１軸線の周りの第１回転方向に回転するテーブルとを有する工作機械であって、テーブルを支持し、第１直動軸の方向に移動する移動体と、第２直動軸または第３直動軸の一方と第１直動軸とを含む平面に対して第１軸線が平行になる基準状態になるように、移動体の傾きを調整する調整手段と、調整手段により移動体を基準状態にした状態において、テーブルに取り付けた測定球の中心位置を第１回転方向に１８０度回転させた２箇所の位置にて測定し、２箇所の測定球の中心位置に基づいて第１軸線の第１直動軸、第２直動軸および第３直動軸からなる座標系における傾きおよび第１軸線の位置を算出する測定手段とを備える。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0011】

上記発明においては、テーブルは、３つの直動軸に対して傾斜する第２軸線の周りの第２回転方向に更に回転するように形成されており、第１軸線は、第２回転方向のテーブルの予め定められた角度位置にて第２直動軸と平行になるように形成されており、調整手段は、テーブルが予め定められた角度位置にある時の第１軸線および第２軸線が、第１直動軸と第２直動軸とを含む平面に対して平行になるように調整可能に形成されており、測定手段は、更にテーブルに取り付けた測定球の中心位置を第２回転方向に１８０度回転させた２箇所の位置にて測定し、第１回転方向に回転させて測定した測定球の中心位置、および第２回転方向に回転させて測定した測定球の中心位置に基づいて、第２軸線の第１直動軸、第２直動軸および第３直動軸からなる座標系における傾きおよび第２軸線の位置と、第１軸線に対する第２軸線の相対位置とを算出することができる。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0012】

上記発明においては、測定手段は、第１回転方向に１８０度回転させて測定する測定球の２箇所の位置のいずれかを、第２回転方向に１８０度回転させて測定する測定球の２箇所の位置のいずれかと同一にすることにより、合計３箇所の位置にて測定した測定球の中心位置に基づいて、第１軸線および第２軸線の第１直動軸、第２直動軸および第３直動軸からなる座標系における傾きと、第１軸線および第２軸線の位置とを算出することができる。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0013】

本発明の工作機械の回転軸の測定方法は、互いに直交する第１直動軸、第２直動軸および第３直動軸から構成された３つの直動軸と、第１軸線の周りの第１回転方向に回転するテーブルと、テーブルを支持し、第１直動軸の方向に移動する移動体とを備える工作機械の回転軸の測定方法であって、第１軸線が第２直動軸または第３直動軸の一方と第１直動軸とを含む平面と平行になるように移動体の傾きを調整する工程と、工作機械の主軸に装着したセンサにてテーブルに取り付けた測定球の中心位置を第１回転方向にテーブルを１８０度回転させた２箇所にて測定する工程と、測定球の２箇所の中心位置に基づいて第１軸線の第１直動軸、第２直動軸および第３直動軸からなる座標系における傾きおよび第１軸線の位置を算出する工程とを含む。

【手続補正5】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに直交する第１直動軸、第２直動軸および第３直動軸から構成された３つの直動軸と、第１軸線の周りの第１回転方向に回転するテーブルとを有する工作機械において、
前記テーブルを支持し、前記第１直動軸の方向に移動する移動体と、
前記第２直動軸または前記第３直動軸の一方と前記第１直動軸とを含む平面に対して前記第１軸線が平行になる基準状態になるように、前記移動体の傾きを調整する調整手段と、
前記調整手段により前記移動体を前記基準状態にした状態において、前記テーブルに取り付けた測定球の中心位置を前記第１回転方向に１８０度回転させた２箇所の位置にて測定し、２箇所の測定球の中心位置に基づいて前記第１軸線の前記第１直動軸、前記第２直動軸および前記第３直動軸からなる座標系における傾きおよび前記第１軸線の位置を算出する測定手段と、を備えることを特徴とした、工作機械。

【請求項2】

前記第１軸線は、前記第１直動軸、前記第２直動軸および前記第３直動軸のそれぞれの直動軸に対して傾斜する、請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

前記テーブルは、３つの前記直動軸に対して傾斜する第２軸線の周りの第２回転方向に更に回転するように形成されており、
前記第１軸線は、前記第２回転方向のテーブルの予め定められた角度位置にて前記第２直動軸と平行になるように形成されており、
前記調整手段は、前記テーブルが前記予め定められた角度位置にある時の前記第１軸線および前記第２軸線が、前記第１直動軸と前記第２直動軸とを含む平面に対して平行になるように調整可能に形成されており、
前記測定手段は、更に前記テーブルに取り付けた測定球の中心位置を前記第２回転方向に１８０度回転させた２箇所の位置にて測定し、前記第１回転方向に回転させて測定した前記測定球の中心位置、および前記第２回転方向に回転させて測定した前記測定球の中心位置に基づいて、前記第２軸線の前記第１直動軸、前記第２直動軸および前記第３直動軸からなる座標系における傾きおよび前記第２軸線の位置と、前記第１軸線に対する前記第２軸線の相対位置とを算出する、請求項１に記載の工作機械。

【請求項4】

前記測定手段は、前記第１回転方向に１８０度回転させて測定する前記測定球の２箇所の位置のいずれかを、前記第２回転方向に１８０度回転させて測定する前記測定球の２箇所の位置のいずれかと同一にすることにより、合計３箇所の位置にて測定した前記測定球の中心位置に基づいて、前記第１軸線および前記第２軸線の前記第１直動軸、前記第２直動軸および前記第３直動軸からなる座標系における傾きと、前記第１軸線および前記第２軸線の位置とを算出する、請求項３に記載の工作機械。

【請求項5】

互いに直交する第１直動軸、第２直動軸および第３直動軸から構成された３つの直動軸と、第１軸線の周りの第１回転方向に回転するテーブルと、前記テーブルを支持し、前記第１直動軸の方向に移動する移動体とを備える工作機械の回転軸の測定方法であって、
前記第１軸線が前記第２直動軸または前記第３直動軸の一方と前記第１直動軸とを含む平面と平行になるように前記移動体の傾きを調整する工程と、
前記工作機械の主軸に装着したセンサにて前記テーブルに取り付けた測定球の中心位置を前記第１回転方向に前記テーブルを１８０度回転させた２箇所にて測定する工程と、
前記測定球の２箇所の中心位置に基づいて前記第１軸線の前記第１直動軸、前記第２直動軸および前記第３直動軸からなる座標系における傾きおよび前記第１軸線の位置を算出する工程とを含むことを特徴とした、工作機械の回転軸の測定方法。