JP2016022558A

JP2016022558A - マシニングセンタのｚ軸バックラッシュ量検出方法及び装置

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Publication number: JP2016022558A
Application number: JP2014148642A
Authority: JP
Inventors: 朋幸寺戸; Tomoyuki Terado; 壮史横田; Takeshi Yokota; 中村　哲也; Tetsuya Nakamura; 哲也中村; 慎也林; Shinya Hayashi; 克典宮脇; Katsunori Miyawaki; 竜司中田; Ryuji Nakada
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-02-08
Anticipated expiration: 2034-07-22
Also published as: JP6102850B2

Abstract

【課題】加工用ワークの加工形状に関係なく、簡単にかつ低コストでマシニングセンタにおけるＺ軸方向駆動機構２１のＺ軸方向のバックラッシュ量を算出できるようにする。
【解決手段】Ｚ軸方向駆動機構２１により、タッチセンサ７を取り付けた主軸４をテーブル１１に対して、Ｚ軸方向の、タッチセンサ７が治具４１の傾斜面４７に近接する側に相対移動させ、その後、Ｘ軸方向駆動機構３１により、タッチセンサ７を傾斜面４７に当接させ、その後、主軸４をテーブル１１に対して、Ｚ軸方向の、タッチセンサ７が傾斜面４７から離隔する側に所定量だけ相対移動させる指令をＺ軸方向駆動機構２１に出力し、その後、Ｘ軸方向駆動機構３１により、タッチセンサ７を傾斜面４７に当接させ、このとき移動した主軸４又はテーブル１１のＸ軸方向の移動量を算出し、上記所定角度と、上記所定量と、上記算出した移動量とから、上記バックラッシュ量を算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、主軸を、加工用ワークをセットするための治具が載置されるテーブルに対して、主軸方向であるＺ軸方向に相対移動させるＺ軸方向駆動機構を備えたマシニングセンタにおける該Ｚ軸方向駆動機構のＺ軸方向のバックラッシュ量を検出する、マシニングセンタのＺ軸バックラッシュ量検出方法及び装置に関する技術分野に属する。

従来より、例えばエンジンのシリンダヘッドやシリンダブロック等といった加工用ワークを所定の形状に加工するために、マガジンラックに収容された複数の工具の中から必要な工具を選択して主軸に把持させ、穴加工やフライス加工等を行うマシニングセンタがよく知られている。

このようなマシニングセンタは、通常、水平方向に延びる上記主軸と、該主軸の前方に位置し、加工用ワークをセットするための治具が載置されるテーブルと、上記主軸を上記テーブルに対して、主軸方向であるＺ軸方向に相対移動させるＺ軸方向駆動機構と、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向に垂直な水平方向であるＸ軸方向に相対移動させるＸ軸方向駆動機構と、上記主軸を上記テーブルに対して、鉛直方向であるＹ軸方向に相対移動させるＹ軸方向駆動機構と、上記テーブルを、Ｙ軸方向に延びる回転軸回りに回転させるテーブル回転機構とを備えている。

上記Ｚ軸方向駆動機構は、通常、ボールねじ機構を有していて、このボールねじ機構を介して主軸又はテーブルをＺ軸方向に移動させるようになっている。このボールねじ機構では、駆動源に連結されかつＺ軸方向に延びる内側軸部材の外周面と、該内側軸部材を覆いかつ主軸又はテーブルに連結された外筒の内周面とに、断面半円状の凹溝が螺旋状に形成され、これら両凹溝によって形成される断面円形の空間部にボールが収容されており、上記駆動源によって上記内側軸部材を回転させることで、上記外筒、つまり主軸又はテーブルをＺ軸方向に直線移動させるようになっている。

ところが、上記ボールねじ機構では、上記ボールが上記空間部内で回転するようにボールの径が空間部の円形の径よりも僅かに小さくされているため、ボールが空間部内でＺ軸方向にがたつき、これにより、主軸又はテーブルがＺ軸方向の一側に移動しているときと、Ｚ軸方向の他側に移動しているときとでは、ボールがＺ軸方向のがたつく範囲の互いに反対側の端に位置することになる。この結果、主軸又はテーブルがＺ軸方向の一側に移動して停止した位置から、Ｚ軸方向の他側に所定量だけ移動させる指令をＺ軸方向駆動機構（駆動源）に出力した場合、上記停止した位置からＺ軸方向の他側への実際の移動量は、上記所定量よりも少なくなる。この所定量に対して少なくなる量は、上記がたつき量に対応していて、バックラッシュ量と呼ばれる。このようなＺ軸方向駆動機構のＺ軸方向のバックラッシュ量（Ｚ軸バックラッシュ量）は、加工用ワークの加工精度に影響を及ぼすため、事前に求めておくことが要求されている。

例えば特許文献１には、被加工物（加工用ワーク）に薄溝を形成し、薄溝を光学的に検出する溝検出手段の検出位置に、その薄溝を移動させ、そこから移動台を所定の第１送り量（ａ）だけ移動させた後停止させ、上記薄溝を上記溝検出手段の検出位置まで逆方向に移動し、第１送り量移動させた後の停止位置からの第２送り量（ｂ）を検出し、上記第１送り量（ａ）と上記第２送り量（ｂ）との差をバックラッシュ量と判定することが記載されている。

特開平６−３７１８０号公報

しかし、上記特許文献１のものでは、バックラッシュ量を算出するために、加工用ワークに形成される薄溝を利用するため、このような薄溝を形成しないワークには適用できないか、又は、薄溝を形成する余分な工程が必要になる。また、その薄溝を光学的に検出する手段が必要になり、コスト的に不利である。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加工用ワークの加工形状に関係なく、簡単にかつ低コストでマシニングセンタにおけるＺ軸方向駆動機構のＺ軸方向のバックラッシュ量を算出できるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、複数の工具及びタッチセンサが選択的に着脱自在に取り付けられる、水平方向に延びる主軸と、該主軸の前方に位置し、加工用ワークをセットするための治具が載置されるテーブルと、上記主軸を上記テーブルに対して、主軸方向であるＺ軸方向に相対移動させるＺ軸方向駆動機構と、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向に垂直な水平方向であるＸ軸方向に相対移動させるＸ軸方向駆動機構と、上記テーブルを、鉛直方向であるＹ軸方向に延びる回転軸回りに回転させるテーブル回転機構とを備えたマシニングセンタにおける上記Ｚ軸方向駆動機構のＺ軸方向のバックラッシュ量を検出する、マシニングセンタのＺ軸バックラッシュ量検出方法を対象として、上記テーブル回転機構により、上記テーブル上の上記治具において、上から見て、Ｘ軸方向に対して所定角度傾斜した傾斜面が形成されるように、該テーブルを上記回転軸回りに回転させる回転ステップと、上記回転ステップの後、上記Ｚ軸方向駆動機構により、タッチセンサを取り付けた上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面に近接する側に相対移動させ、上記タッチセンサが上記傾斜面に当接する前に、該相対移動を停止する第１のＺ軸方向移動ステップと、上記第１のＺ軸方向移動ステップの後、上記Ｘ軸方向駆動機構により、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｘ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面に近接する側に相対移動させ、上記タッチセンサが上記傾斜面に当接したときに、該相対移動を停止する第１のＸ軸方向移動ステップと、上記第１のＸ軸方向移動ステップの後、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面から離隔する側に所定量だけ相対移動させる指令を上記Ｚ軸方向駆動機構に出力して、上記主軸を上記テーブルに対して相対移動させる第２のＺ軸方向移動ステップと、上記第２のＺ軸方向移動ステップの後、上記Ｘ軸方向駆動機構により、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｘ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面に近接する側に相対移動させ、上記タッチセンサが上記傾斜面に当接したときに、該相対移動を停止する第２のＸ軸方向移動ステップと、上記第２のＸ軸方向移動ステップで移動した上記主軸又は上記テーブルのＸ軸方向の移動量を算出する第１の移動量算出ステップと、上記所定角度と、上記所定量と、上記第１の移動量算出ステップで算出した上記移動量とから、上記Ｚ軸方向駆動機構のＺ軸方向のバックラッシュ量を算出するバックラッシュ量算出ステップとを備えるようにした。

上記の方法により、第２のＺ軸方向移動ステップでの、主軸又はテーブルのＺ軸方向の実際の移動量Ｌｚｃは、第１の移動量算出ステップで算出した、主軸又はテーブルのＸ軸方向の移動量Ｌｘｃと、所定角度をαとから求まる。すなわち、
Ｌｚｃ＝Ｌｘｃ×ｔａｎα
となり、このＬｚｃの値は、指令値である所定量Ｌｚｄに対して、Ｚ軸方向駆動機構のＺ軸方向のバックラッシュ量（Ｚ軸バックラッシュ量）の分だけ少なくなる。このことから、Ｚ軸バックラッシュ量Ｂｚは、
Ｂｚ＝Ｌｚｄ−Ｌｚｃ
より求まる。

したがって、本発明では、加工用ワークをセットするための治具と、マシニングセンタに備えられている、タッチセンサ、Ｚ軸方向駆動機構、Ｘ軸方向駆動機構及びテーブル回転機構とを用いて、簡単にかつ低コストでＺ軸バックラッシュ量を算出することができる。

上記マシニングセンタのＺ軸バックラッシュ量検出方法において、上記所定角度は、４５°である、ことが好ましい。

すなわち、所定角度αが４５°であれば、主軸又はテーブルのＺ軸方向の実際の移動量Ｌｚｃは、第１の移動量算出ステップで算出した、主軸又はテーブルのＸ軸方向の移動量Ｌｘｃと同じ値となるので、
Ｂｚ＝Ｌｚｄ−Ｌｘｃ
としてＺ軸バックラッシュ量Ｂｚを容易に求めることができる。

上記マシニングセンタのＺ軸バックラッシュ量検出方法において、上記回転ステップの後でかつ上記第１のＺ軸方向移動ステップの前に、上から見た上記傾斜面のＸ軸方向に対する実際の傾斜角度を検出する実傾斜角度検出ステップを更に備え、上記実傾斜角度検出ステップは、上記Ｚ軸方向駆動機構により、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面から離隔する側に相対移動させる第３のＺ軸方向移動ステップと、上記第３のＺ軸方向移動ステップの後、上記Ｘ軸方向駆動機構により、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｘ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面に近接する側に相対移動させ、上記タッチセンサが上記傾斜面に当接したときに、該相対移動を停止する第３のＸ軸方向移動ステップと、上記第３のＸ軸方向移動ステップの後、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面から離隔する側に、予め設定された設定量だけ相対移動させる指令を上記Ｚ軸方向駆動機構に出力して、上記主軸を上記テーブルに対して相対移動させる第４のＺ軸方向移動ステップと、上記第４のＺ軸方向移動ステップの後、上記Ｘ軸方向駆動機構により、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｘ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面に近接する側に相対移動させ、上記タッチセンサが上記傾斜面に当接したときに、該相対移動を停止する第４のＸ軸方向移動ステップと、上記第４のＸ軸方向移動ステップで移動した上記主軸又は上記テーブルのＸ軸方向の移動量を算出する第２の移動量算出ステップと、上記設定量と、上記第２の移動量算出ステップで算出した上記移動量とから、上記実際の傾斜角度を算出する実傾斜角度算出ステップと、を含み、上記バックラッシュ量算出ステップにおいて、上記所定角度の代わりに、上記実傾斜角度算出ステップで算出した上記実際の傾斜角度を用いるようにしてもよい。

すなわち、主軸又はテーブルのＺ軸方向の実際の移動量Ｌｚｃを求める際に、所定角度αの代わりに傾斜面の実際の傾斜角度α′を用いた方が、Ｌｚｃをより正確に求めることができ、延いては、Ｚ軸バックラッシュ量をより正確に求めることができる。

ここで、第３のＺ軸方向移動ステップ及び第４のＺ軸方向移動ステップでは共に、主軸をテーブルに対して、Ｚ軸方向のタッチセンサが傾斜面から離隔する側に相対移動するので、第４のＺ軸方向移動ステップでの、主軸又はテーブルのＺ軸方向の実際の移動量は、上記設定量Ｌｚａに対してＺ軸バックラッシュ量の分だけ少なくなるということはなく、上記設定量Ｌｚａと同じになる。したがって、傾斜面の実際の傾斜角度α′は、上記設定量Ｌｚａと、第２の移動量算出ステップで算出した、主軸又はテーブルのＸ軸方向の移動量Ｌｘａとから算出することができ、
α′＝ｔａｎ^−１（Ｌｚａ／Ｌｘａ）
となる。このように傾斜面の実際の傾斜角度α′も、Ｚ軸バックラッシュ量Ｂｚの算出時と同様にして、容易に検出することができる。

本発明の別の態様は、複数の工具及びタッチセンサが選択的に着脱自在に取り付けられる、水平方向に延びる主軸と、該主軸の前方に位置し、加工用ワークをセットするための治具が載置されるテーブルと、上記主軸を上記テーブルに対して、主軸方向であるＺ軸方向に相対移動させるＺ軸方向駆動機構と、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向に垂直な水平方向であるＸ軸方向に相対移動させるＸ軸方向駆動機構と、上記テーブルを、鉛直方向であるＹ軸方向に延びる回転軸回りに回転させるテーブル回転機構と、上記Ｚ軸方向駆動機構、上記Ｘ軸方向駆動機構及び上記テーブル回転機構の作動を制御する制御手段とを備えたマシニングセンタにおける上記Ｚ軸方向駆動機構のＺ軸方向のバックラッシュ量を検出する、マシニングセンタのＺ軸バックラッシュ量検出装置の発明であり、この発明では、上記制御手段は、上記テーブル回転機構により、上記テーブル上の上記治具において、上から見て、Ｘ軸方向に対して所定角度傾斜した傾斜面が形成されるように、該テーブルを上記回転軸回りに回転させる回転ステップと、上記回転ステップの後、上記Ｚ軸方向駆動機構により、タッチセンサを取り付けた上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面に近接する側に相対移動させ、上記タッチセンサが上記傾斜面に当接する前に、該相対移動を停止させる第１のＺ軸方向移動ステップと、上記第１のＺ軸方向移動ステップの後、上記Ｘ軸方向駆動機構により、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｘ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面に近接する側に相対移動させ、上記タッチセンサが上記傾斜面に当接したときに、該相対移動を停止させる第１のＸ軸方向移動ステップと、上記第１のＸ軸方向移動ステップの後、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面から離隔する側に所定量だけ相対移動させる指令を上記Ｚ軸方向駆動機構に出力して、上記主軸を上記テーブルに対して相対移動させる第２のＺ軸方向移動ステップと、上記第２のＺ軸方向移動ステップの後、上記Ｘ軸方向駆動機構により、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｘ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面に近接する側に相対移動させ、上記タッチセンサが上記傾斜面に当接したときに、該相対移動を停止させる第２のＸ軸方向移動ステップと、を実行するように構成され、上記第２のＸ軸方向移動ステップで移動した上記主軸又は上記テーブルのＸ軸方向の移動量を算出する移動量算出手段と、上記所定角度と、上記所定量と、上記移動量算出手段により算出した上記移動量とから、上記Ｚ軸方向駆動機構のＺ軸方向のバックラッシュ量を算出するバックラッシュ量算出手段とを備えているものとする。

この発明により、上記マシニングセンタのＺ軸バックラッシュ量検出方法と同様に、加工用ワークの加工形状に関係なく、簡単にかつ低コストでマシニングセンタにおけるＺ軸方向駆動機構のＺ軸方向のバックラッシュ量を算出することができる。

以上説明したように、本発明によると、加工用ワークの加工形状に関係なく、簡単にかつ低コストでマシニングセンタにおけるＺ軸方向駆動機構のＺ軸方向のバックラッシュ量を算出することができ、よって、加工用ワークの加工精度を向上させることができるようになる。

本発明の実施形態に係るマシニングセンタの概略構成を示す側面図である。上記マシニングセンタの平面図である。テーブル上に載置固定される治具の一例を概略的に示す斜視図である。Ｚ軸バックラッシュ量の検出方法を示す図２相当図である。第１のＺ軸方向移動ステップ終了時の傾斜面の位置と、第２のＺ軸方向移動ステップ終了時の傾斜面の位置と、Ｚ軸バックラッシュ量が０であるとした場合の、第２のＺ軸方向移動ステップ終了時の傾斜面の位置との関係を示す図である。傾斜面の実際の傾斜角度の検出方法を示す図２相当図である。第３のＺ軸方向移動ステップ終了時の傾斜面の位置と、第４のＺ軸方向移動ステップ終了時の傾斜面の位置との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の実施形態に係るマシニングセンタ１の概略構成を示す。このマシニングセンタ１は、不図示の基台上に、鉛直方向であるＹ軸方向に延びるように立設されたフレーム２を備えている。このフレーム２に、主軸ヘッド３を介して、水平方向に延びる主軸４が設けられている。この主軸４の先端に、複数の工具及びタッチセンサ７が選択的に着脱自在に取り付けられるようになっている（図１及び図２では、主軸４の先端にタッチセンサ７が取り付けられている）。複数の工具及びタッチセンサ７はマガジンラックに収容されており、その中から予め指定された工具又はタッチセンサが選択的に主軸に取り付けられる（主軸に把持される）ように構成されている。

上記主軸４の前方には、加工用ワークをセットするための治具４１が載置固定されるテーブル１１が配設されている。このテーブル１１は、その下側に位置する支持台１２に対して、Ｙ軸方向に延びる回転軸回りに回転可能に構成されている。すなわち、支持台１２には、テーブル１１を上記回転軸回りに回転させるテーブル回転機構１５が組み込まれている。テーブル１１は、基本的には、初期状態にあり、テーブル回転機構１５の作動により、その初期状態から上記回転軸回りに回転することになる。

支持台１２（つまりテーブル１１）は、Ｚ軸方向駆動機構２１により、主軸方向であるＺ軸方向に移動可能に構成されている。すなわち、Ｚ軸方向駆動機構２１は、主軸４をテーブル１１に対してＺ軸方向に相対移動させるものである。本実施形態では、主軸４自体は、Ｚ軸方向に移動しない構成であり、テーブル１１をＺ軸方向に移動させる。

Ｚ軸方向駆動機構２１は、ボールねじ機構２２を有している。このボールねじ機構２２は、周知の構成であって、モータ等の駆動源２５に連結されかつＺ軸方向に延びる内側軸部材２３と、この内側軸部材２３を覆いかつ支持台１２に連結された外筒２４と、内側軸部材２３の外側面に螺旋状に形成された断面半円状の凹溝と、外筒２４の内周面に螺旋状に形成された断面半円状の凹溝とによって形成される断面円形の空間部に収容されたボール（図示せず）とを有していて、上記駆動源２５によって内側軸部材２３を回転させることで、外筒２４、つまり支持台１２（テーブル１１）をＺ軸方向に直線移動させる。上記ボールの径は、上記空間部の円形の径よりも僅かに小さくされているため、上記ボールが上記空間部内でＺ軸方向にがたつき、これにより、上記ボールは、テーブル１１がＺ軸方向の一側に移動しているときと、Ｚ軸方向の他側に移動しているときとでは、Ｚ軸方向の、ボールががたつく範囲の互いに反対側の端に位置することになる。

上記フレーム２には、上記主軸ヘッド３を、Ｚ軸方向に垂直な水平方向であるＸ軸方向に移動させる（テーブル１１に対して相対移動させる）Ｘ軸方向駆動機構３１と、Ｙ軸方向に移動させるＹ軸方向駆動機構３２とが組み込まれている。上記テーブル回転機構１５、Ｚ軸方向駆動機構２１、Ｘ軸方向駆動機構３１及びＹ軸方向駆動機構３２は、制御手段としての制御装置５１によって作動制御され、この制御装置５１による上記各機構１５，２１，３１，３２の作動制御によって、主軸４に取り付けられた工具又はタッチセンサ７を、治具４１又は治具４１にセットされた加工用ワークに対して自在に位置させることができる。

上記制御装置５１は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。

主軸４にタッチセンサ７が取り付けられている場合、例えばＺ軸方向駆動機構２１やＸ軸方向駆動機構３１等の作動中に、そのタッチセンサ７が、治具４１やその他の部材に当接したときには、当接信号が制御装置５１に入力され、その入力を受けて制御装置５１が、Ｚ軸方向駆動機構２１やＸ軸方向駆動機構３１等の作動を停止させることができるようになっている。

また、制御装置５１には、テーブル回転機構１５、Ｚ軸方向駆動機構２１、Ｘ軸方向駆動機構３１及びＹ軸方向駆動機構３２から、テーブル１１の上記初期状態からの回転位置、テーブル１１のＺ軸方向の位置、主軸４のＸ軸方向の位置、及び主軸４のＹ軸方向の位置に関する情報がそれぞれ入力される。

上記治具４１の一例を図３に概略的に示す。この例では、治具４１は、加工用ワークとして、直列気筒エンジンの略直方体形状のシリンダブロックを気筒列方向が上下方向になるように立てた状態でセットするためのものである。治具４１は、水平方向に延びかつテーブル１１に固定される基部４３と、この基部４３の上面から上方に延びかつ加工用ワークを支持する支持部４４とを有する。この支持部４４における図３の手前側の面は、加工用ワークを支持する支持面４４ａとされ、テーブル１１が上記初期状態にあるときに主軸４に正対するようになされる。上記支持面４４ａには、上記立てられたシリンダブロックの幅方向両側の側面における上部及び下部を支持する４つの支持部材４６が設けられている。これら支持部材４６は、駆動手段により回動軸４６ａ回りに回動可能に構成されていて、上記立てられたシリンダブロックの上部及び下部それぞれにおいて、幅方向両側からシリンダブロックを挟むように回動することで、シリンダブロックを支持するようになっている。

図３の例では、治具４１の基部４３における、テーブル１１が上記初期状態にあるときに主軸４に正対する面が、後述の如くＺ軸バックラッシュ量を検出するためにタッチセンサ７が当接するセンサ当接面４７とされている。このセンサ当接面４７は、テーブル１１が上記初期状態にあるとき、上から見て、Ｚ軸方向に対して垂直なＸ軸方向に延びている。センサ当接面４７は、テーブル１１が上記初期状態から上記回転軸回りに所定角度回転すると、上から見て、Ｘ軸方向に対して該所定角度傾斜した傾斜面となる。センサ当接面４７は、タッチセンサ７が当接可能な位置であれば、治具４１のどこに設けてもよく、図３の例では、図４や図６で分かり易くするために、基部４３における上記面とされているが、通常は、支持面４４ａに突出するように設けた突出部の突出先端面とされる。尚、図１、図２、図４及び図６では、治具４１について、支持部材４６等の記載を省略して簡略化して描いている。

次に、上記マシニングセンタ１におけるＺ軸方向駆動機構２１（ボールねじ機構２２）のＺ軸方向のバックラッシュ量Ｂｚ（以下、Ｚ軸バックラッシュ量Ｂｚという）を検出する方法を、図４を参照しながら説明する。

最初に、図４（ａ）に示すように、制御装置５１によるテーブル回転機構１５の制御により、テーブル１１上の治具４１において、上から見て、Ｘ軸方向に対して所定角度α傾斜した傾斜面が形成されるように、テーブル１１を上記回転軸回りに回転させる（回転ステップ）。すなわち、テーブル１１を上記回転軸回りに所定角度αだけ回転させると、上記センサ当接面４７が、上から見て、Ｘ軸方向に対して所定角度α傾斜した傾斜面となる。以下、この傾斜したセンサ当接面４７を傾斜面４７という。

本実施形態では、上から見て、テーブル１１を上記回転軸回りに半時計回りに所定角度αだけ回転させる。また、本実施形態では、所定角度αを４５°とする。尚、所定角度αは４５°である必要はなく、傾斜面４７がＸ軸方向となす鋭角側の角度で、０°を超え９０°未満の範囲であればいくらでもよいが、０°や９０°に近い値であると、後述のようなＺ軸バックラッシュ量Ｂｚの検出が行い難くなるので、４５°に近い値であることが好ましい。特に所定角度αが４５°であれば、後述の如くＺ軸バックラッシュ量Ｂｚをより一層簡単に求めることができるようになる。

尚、上記回転ステップの前又は後に、Ｙ軸方向駆動機構３２により、主軸４のＹ軸方向の位置を、上記傾斜面４７と同じ高さ位置になるようにするとともに、Ｘ軸方向駆動機構３１により、主軸４のＸ軸方向の位置を、傾斜面４７に対して、主軸４と傾斜面４７との間のＺ軸方向に沿った距離が大きくなる側の位置にする。また、上記回転ステップの前に、主軸４にタッチセンサ７を取り付けておく。

続いて、図４（ｂ）に示すように、制御装置５１によるＺ軸方向駆動機構２１の制御により、タッチセンサ７を取り付けた主軸４をテーブル１１（治具４１）に対して、Ｚ軸方向の、タッチセンサ７が傾斜面４７に近接する側に相対移動させる（第１のＺ軸方向移動ステップ）。すなわち、Ｚ軸方向駆動機構２１により、テーブル１１を、Ｚ軸方向の、主軸４に近接する側に移動させる。この移動は、ボールねじ機構２２の上記ボールが、上記がたつく範囲の一方の端に位置するようにするための移動であって、タッチセンサ７が傾斜面４７に当接する前に停止させる。この停止位置は、後述の第１及び第２のＸ軸方向移動ステップでタッチセンサ７が傾斜面４７に当接するのであれば、どこの位置であってもよい。

次いで、図４（ｃ）に示すように、制御装置５１によるＸ軸方向駆動機構３１の制御により、主軸４を、Ｘ軸方向の、タッチセンサ７が傾斜面４７に近接する側に移動させ（テーブル１１に対して相対移動させ）、タッチセンサ７が傾斜面４７に当接したときに、該移動を停止させる（第１のＸ軸方向移動ステップ）。この移動停止時の主軸４のＸ軸方向の位置Ｘｃを制御装置５１の上記メモリに記憶させておく。

その後、図４（ｄ）に示すように、制御装置５１から、主軸４をテーブル１１に対して、Ｚ軸方向の、タッチセンサ７が傾斜面４７から離隔する側に所定量Ｌｚｄだけ相対移動させる指令をＺ軸方向駆動機構２１（駆動源２５）に出力して、主軸４をテーブル１１に対して相対移動させる（第２のＺ軸方向移動ステップ）。すなわち、Ｚ軸方向駆動機構２１により、テーブル１１を、Ｚ軸方向の主軸４とは反対側（つまり、第１のＺ軸方向移動ステップにおいてテーブル１１が移動する側とは反対側）に移動させる。この移動の開始の際、ボールねじ機構２２の上記ボールが、上記がたつく範囲の上記一方の端から他方の端に移動し、その後に、テーブル１１が移動し始める。このため、テーブル１１のＺ軸方向の実際の移動量Ｌｚｃは、上記ボールの移動量の分だけ、上記所定量Ｌｚｄに対して少なくなり、この所定量Ｌｚｄに対して少なくなる量が、上記Ｚ軸バックラッシュ量Ｂｚとなる。したがって、
Ｂｚ＝Ｌｚｄ−Ｌｚｃ
となる。

上記所定量Ｌｚｄは、テーブル１１がＺ軸方向の主軸とは反対側に、内側軸部材２３及び外筒２４の螺旋状の凹溝の少なくとも数ピッチ分移動しかつ後述の第２のＸ軸方向移動ステップでタッチセンサ７が傾斜面４７に当接するのであれば、いくらの値であってもよい。本実施形態では、所定量Ｌｚｄは、例えば１０ｍｍとする。

続いて、図４（ｅ）に示すように、制御装置５１によるＸ軸方向駆動機構３１の制御により、主軸４を、Ｘ軸方向の、タッチセンサ７が傾斜面４７に近接する側に移動させ（テーブルに対して相対移動させ）、タッチセンサ７が傾斜面４７に当接したときに、該移動を停止させる（第２のＸ軸方向移動ステップ）。この移動停止時の主軸４のＸ軸方向の位置Ｘｄを制御装置５１の上記メモリに記憶させておく。

次いで、制御装置５１が、上記第２のＸ軸方向移動ステップで移動した主軸４のＸ軸方向の移動量Ｌｘｃを算出する（第１の移動量算出ステップ）。この移動量Ｌｘｃは、
Ｌｘｃ＝｜Ｘｄ−Ｘｃ｜
から求まる。

次に、制御装置５１が、上記所定角度αと、上記所定量Ｌｚｄと、上記移動量Ｌｘｃとから、Ｚ軸バックラッシュ量を算出する（バックラッシュ量算出ステップ）。すなわち、図５（第１のＺ軸方向移動ステップ終了時の傾斜面の位置を破線で示し、第２のＺ軸方向移動ステップ終了時の傾斜面の位置を実線で示し、Ｚ軸バックラッシュ量が０であるとした場合の、第２のＺ軸方向移動ステップ終了時の傾斜面の位置を二点鎖線で示す）から、上記実際の移動量Ｌｚｃは、
Ｌｚｃ＝Ｌｘｃ×ｔａｎα
となる。所定角度αが４５°であれば、
Ｌｚｃ＝Ｌｘｃとなるので、Ｌｘｃ×ｔａｎαを計算する必要がなくなり、Ｚ軸バックラッシュ量Ｂｚは、
Ｂｚ＝Ｌｚｄ−Ｌｚｃ＝Ｌｚｄ−Ｌｘｃ
となる。

本実施形態では、制御装置５１が、上記第２のＸ軸方向移動ステップで移動した主軸４のＸ軸方向の移動量Ｌｘｃを算出する移動量算出手段を構成するとともに、上記所定角度αと、上記所定量Ｌｚｄと、上記移動量Ｌｘｃとから、Ｚ軸バックラッシュ量Ｂｚを算出するバックラッシュ量算出手段を構成することになる。尚、制御装置５１とは別に演算装置を設けて、この演算装置により上記移動量ＬｘｃやＺ軸バックラッシュ量Ｂｚを算出するようにしてもよい。

このように本実施形態では、加工用ワークをセットするための治具４１と、マシニングセンタ１に備えられている、タッチセンサ７、テーブル回転機構１５、Ｚ軸方向駆動機構２１、Ｘ軸方向駆動機構３１とを用いて、加工用ワークの加工形状に関係なく、簡単にかつ低コストでＺ軸バックラッシュ量Ｂｚを算出することができる。

ここで、マシニングセンタ１のテーブル回転機構１５によるテーブル１１の回転位置精度は非常に高くて、傾斜面４７の実際の傾斜角度α′の所定角度αに対する誤差は、Ｚ軸バックラッシュ量Ｂｚを算出する上で、無視できるオーダーである。このことから、基本的には、傾斜面４７の実際の傾斜角度α′を検出する必要はない。

しかし、上記誤差が大きい場合や、Ｚ軸バックラッシュ量Ｂｚをより正確に求める必要がある場合には、上記回転ステップの後でかつ上記第１のＺ軸方向移動ステップの前に、上から見た傾斜面４７のＸ軸方向に対する実際の傾斜角度α′を検出し（実傾斜角度検出ステップ）、上記バックラッシュ量算出ステップにおいて、上記所定角度αの代わりに、上記実傾斜角度算出ステップで算出した上記実際の傾斜角度α′を用いることが好ましい。

上記実際の傾斜角度α′の検出方法（実傾斜角度検出ステップ）を、図６を参照しながら説明する。

図６（ａ）に示すように、上記回転ステップの後、制御装置５１によるＺ軸方向駆動機構２１の制御により、主軸４をテーブル１１に対して、Ｚ軸方向の、タッチセンサ７が傾斜面４７から離隔する側に相対移動させる（第３のＺ軸方向移動ステップ）。すなわち、Ｚ軸方向駆動機構２１により、テーブル１１を、Ｚ軸方向の主軸４とは反対側に移動させる。この移動は、ボールねじ機構２２の上記ボールが、上記がたつく範囲の上記他方の端に位置するようにするための移動であって、後述の第３及び第４のＸ軸方向移動ステップでタッチセンサ７が傾斜面４７に当接するのであれば、いくらの値であってもよい。尚、上記回転ステップのときに、主軸４とテーブル１１とが離れ過ぎている場合には、Ｚ軸方向駆動機構２１により、テーブル１１を、一旦、Ｚ軸方向の、主軸４に近接する側に移動させた後に、Ｚ軸方向の主軸とは反対側に移動させればよい。

続いて、図６（ｂ）に示すように、制御装置５１によるＸ軸方向駆動機構３１の制御により、主軸４を、Ｘ軸方向の、タッチセンサ７が傾斜面４７に近接する側に移動させ（テーブル１１に対して相対移動させ）、タッチセンサ７が傾斜面４７に当接したときに、該移動を停止させる（第３のＸ軸方向移動ステップ）。この移動停止時の主軸のＸ軸方向の位置Ｘａを制御装置の上記メモリに記憶させておく。

次いで、図６（ｃ）に示すように、制御装置５１から、主軸４をテーブル１１に対して、Ｚ軸方向の、タッチセンサ７が傾斜面４７から離隔する側に、予め設定された設定量Ｌｚａだけ相対移動させる指令をＺ軸方向駆動機構２１（駆動源２５）に出力して、主軸４をテーブル１１に対して相対移動させる（第４のＺ軸方向移動ステップ）。すなわち、Ｚ軸方向駆動機構２１により、テーブル１１を、Ｚ軸方向の主軸４とは反対側（つまり第３のＺ軸方向移動ステップにおいてテーブル１１が移動する側と同じ側）に移動させる。この移動の開始の際、上記第２のＺ軸方向移動ステップとは異なり、ボールねじ機構２２の上記ボールが、既に上記がたつく範囲の上記他方の端に位置しているため、即座にテーブル１１が移動し始める。このため、テーブル１１のＺ軸方向の実際の移動量は、上記設定量Ｌｚａと同じになる。上記設定量Ｌｚａは、上記所定量Ｌｚｄと同じ程度の値であればよい（本実施形態では、１０ｍｍとする）。

続いて、図６（ｄ）に示すように、制御装置５１によるＸ軸方向駆動機構３１の制御により、主軸４を、Ｘ軸方向の、タッチセンサ７が傾斜面４７に近接する側に移動させ（テーブル１１に対して相対移動させ）、タッチセンサ７が傾斜面４７に当接したときに、該移動を停止させる（第４のＸ軸方向移動ステップ）。この移動停止時の主軸４のＸ軸方向の位置Ｘｂを制御装置５１の上記メモリに記憶させておく。

次いで、上記第４のＸ軸方向移動ステップで移動した主軸のＸ軸方向の移動量Ｌｘａを算出する（第２の移動量算出ステップ）。この移動量Ｌｘａは、
Ｌｘａ＝｜Ｘｂ−Ｘａ｜
から求まる。

次に、上記設定量Ｌｚａと、上記第２の移動量算出ステップで算出した上記移動量Ｌｘａとから、上記実際の傾斜角度α′を算出する（実傾斜角度算出ステップ）。すなわち、図７（第３のＺ軸方向移動ステップ終了時の傾斜面の位置を破線で示し、第４のＺ軸方向移動ステップ終了時の傾斜面の位置を実線で示す）から、上記実際の傾斜角度α′は、
α′＝ｔａｎ^−１（Ｌｚａ／Ｌｘａ）
となる。

このように上記実際の傾斜角度α′も、Ｚ軸バックラッシュ量Ｂｚの算出時と同様にして、容易に検出することができる。

Ｚ軸バックラッシュ量Ｂｚは、
Ｂｚ＝Ｌｚｄ−Ｌｚｃ＝Ｌｚｄ−Ｌｘｃ×ｔａｎα′
となる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態では、Ｚ軸方向駆動機構２１が、テーブル１１をＺ軸方向に移動させることで、主軸４をテーブル１１に対してＺ軸方向に相対移動させるようにしたが、テーブル１１をＺ軸方向に移動させる代わりに、例えばフレーム２（つまり主軸４）を上記基台に対してＺ軸方向に移動させるようにしてもよい。また、Ｘ軸方向駆動機構３１が、主軸４をＸ軸方向に移動させる代わりに、テーブル１１をＸ軸方向に移動させるようにしてもよい。この場合、上記移動量算出手段は、上記第２のＸ軸方向移動ステップで移動したテーブル１１のＸ軸方向の移動量を算出することになる。さらに、Ｙ軸方向駆動機構３２が、主軸４をＹ軸方向に移動させる代わりに、テーブル１１をＹ軸方向に移動させるようにしてもよい。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、複数の工具及びタッチセンサが選択的に着脱自在に取り付けられる、水平方向に延びる主軸と、該主軸の前方に位置し、加工用ワークをセットするための治具が載置されるテーブルと、上記主軸を上記テーブルに対して、主軸方向であるＺ軸方向に相対移動させるＺ軸方向駆動機構と、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向に垂直な水平方向であるＸ軸方向に相対移動させるＸ軸方向駆動機構と、上記テーブルを、鉛直方向であるＹ軸方向に延びる回転軸回りに回転させるテーブル回転機構とを備えたマシニングセンタにおける上記Ｚ軸方向駆動機構のＺ軸方向のバックラッシュ量を検出する、マシニングセンタのＺ軸バックラッシュ量検出方法及び装置に有用である。

１マシニングセンタ
４主軸
７タッチセンサ
１１テーブル
１５テーブル回転機構
２１Ｚ軸方向駆動機構
３１Ｘ軸方向駆動機構
４１治具
４７センサ当接面（傾斜面）
５１制御装置（制御手段）（移動量算出手段）（バックラッシュ量算出手段）

Claims

複数の工具及びタッチセンサが選択的に着脱自在に取り付けられる、水平方向に延びる主軸と、該主軸の前方に位置し、加工用ワークをセットするための治具が載置されるテーブルと、上記主軸を上記テーブルに対して、主軸方向であるＺ軸方向に相対移動させるＺ軸方向駆動機構と、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向に垂直な水平方向であるＸ軸方向に相対移動させるＸ軸方向駆動機構と、上記テーブルを、鉛直方向であるＹ軸方向に延びる回転軸回りに回転させるテーブル回転機構とを備えたマシニングセンタにおける上記Ｚ軸方向駆動機構のＺ軸方向のバックラッシュ量を検出する、マシニングセンタのＺ軸バックラッシュ量検出方法であって、
上記テーブル回転機構により、上記テーブル上の上記治具において、上から見て、Ｘ軸方向に対して所定角度傾斜した傾斜面が形成されるように、該テーブルを上記回転軸回りに回転させる回転ステップと、
上記回転ステップの後、上記Ｚ軸方向駆動機構により、タッチセンサを取り付けた上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面に近接する側に相対移動させ、上記タッチセンサが上記傾斜面に当接する前に、該相対移動を停止する第１のＺ軸方向移動ステップと、
上記第１のＺ軸方向移動ステップの後、上記Ｘ軸方向駆動機構により、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｘ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面に近接する側に相対移動させ、上記タッチセンサが上記傾斜面に当接したときに、該相対移動を停止する第１のＸ軸方向移動ステップと、
上記第１のＸ軸方向移動ステップの後、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面から離隔する側に所定量だけ相対移動させる指令を上記Ｚ軸方向駆動機構に出力して、上記主軸を上記テーブルに対して相対移動させる第２のＺ軸方向移動ステップと、
上記第２のＺ軸方向移動ステップの後、上記Ｘ軸方向駆動機構により、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｘ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面に近接する側に相対移動させ、上記タッチセンサが上記傾斜面に当接したときに、該相対移動を停止する第２のＸ軸方向移動ステップと、
上記第２のＸ軸方向移動ステップで移動した上記主軸又は上記テーブルのＸ軸方向の移動量を算出する第１の移動量算出ステップと、
上記所定角度と、上記所定量と、上記第１の移動量算出ステップで算出した上記移動量とから、上記Ｚ軸方向駆動機構のＺ軸方向のバックラッシュ量を算出するバックラッシュ量算出ステップとを備えることを特徴とするマシニングセンタのＺ軸バックラッシュ量検出方法。
請求項１記載のマシニングセンタのＺ軸バックラッシュ量検出方法において、
上記所定角度は、４５°であることを特徴とするマシニングセンタのＺ軸バックラッシュ量検出方法。
請求項１又は２記載のマシニングセンタのＺ軸バックラッシュ量検出方法において、
上記回転ステップの後でかつ上記第１のＺ軸方向移動ステップの前に、上から見た上記傾斜面のＸ軸方向に対する実際の傾斜角度を検出する実傾斜角度検出ステップを更に備え、
上記実傾斜角度検出ステップは、
上記Ｚ軸方向駆動機構により、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面から離隔する側に相対移動させる第３のＺ軸方向移動ステップと、
上記第３のＺ軸方向移動ステップの後、上記Ｘ軸方向駆動機構により、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｘ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面に近接する側に相対移動させ、上記タッチセンサが上記傾斜面に当接したときに、該相対移動を停止する第３のＸ軸方向移動ステップと、
上記第３のＸ軸方向移動ステップの後、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面から離隔する側に、予め設定された設定量だけ相対移動させる指令を上記Ｚ軸方向駆動機構に出力して、上記主軸を上記テーブルに対して相対移動させる第４のＺ軸方向移動ステップと、
上記第４のＺ軸方向移動ステップの後、上記Ｘ軸方向駆動機構により、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｘ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面に近接する側に相対移動させ、上記タッチセンサが上記傾斜面に当接したときに、該相対移動を停止する第４のＸ軸方向移動ステップと、
上記第４のＸ軸方向移動ステップで移動した上記主軸又は上記テーブルのＸ軸方向の移動量を算出する第２の移動量算出ステップと、
上記設定量と、上記第２の移動量算出ステップで算出した上記移動量とから、上記実際の傾斜角度を算出する実傾斜角度算出ステップと、
を含み、
上記バックラッシュ量算出ステップにおいて、上記所定角度の代わりに、上記実傾斜角度算出ステップで算出した上記実際の傾斜角度を用いることを特徴とするマシニングセンタのＺ軸バックラッシュ量検出方法。
複数の工具及びタッチセンサが選択的に着脱自在に取り付けられる、水平方向に延びる主軸と、該主軸の前方に位置し、加工用ワークをセットするための治具が載置されるテーブルと、上記主軸を上記テーブルに対して、主軸方向であるＺ軸方向に相対移動させるＺ軸方向駆動機構と、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向に垂直な水平方向であるＸ軸方向に相対移動させるＸ軸方向駆動機構と、上記テーブルを、鉛直方向であるＹ軸方向に延びる回転軸回りに回転させるテーブル回転機構と、上記Ｚ軸方向駆動機構、上記Ｘ軸方向駆動機構及び上記テーブル回転機構の作動を制御する制御手段とを備えたマシニングセンタにおける上記Ｚ軸方向駆動機構のＺ軸方向のバックラッシュ量を検出する、マシニングセンタのＺ軸バックラッシュ量検出装置であって、
上記制御手段は、
上記テーブル回転機構により、上記テーブル上の上記治具において、上から見て、Ｘ軸方向に対して所定角度傾斜した傾斜面が形成されるように、該テーブルを上記回転軸回りに回転させる回転ステップと、
上記回転ステップの後、上記Ｚ軸方向駆動機構により、タッチセンサを取り付けた上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面に近接する側に相対移動させ、上記タッチセンサが上記傾斜面に当接する前に、該相対移動を停止させる第１のＺ軸方向移動ステップと、
上記第１のＺ軸方向移動ステップの後、上記Ｘ軸方向駆動機構により、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｘ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面に近接する側に相対移動させ、上記タッチセンサが上記傾斜面に当接したときに、該相対移動を停止させる第１のＸ軸方向移動ステップと、
上記第１のＸ軸方向移動ステップの後、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｚ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面から離隔する側に所定量だけ相対移動させる指令を上記Ｚ軸方向駆動機構に出力して、上記主軸を上記テーブルに対して相対移動させる第２のＺ軸方向移動ステップと、
上記第２のＺ軸方向移動ステップの後、上記Ｘ軸方向駆動機構により、上記主軸を上記テーブルに対して、Ｘ軸方向の、上記タッチセンサが上記傾斜面に近接する側に相対移動させ、上記タッチセンサが上記傾斜面に当接したときに、該相対移動を停止させる第２のＸ軸方向移動ステップと、
を実行するように構成され、
上記第２のＸ軸方向移動ステップで移動した上記主軸又は上記テーブルのＸ軸方向の移動量を算出する移動量算出手段と、
上記所定角度と、上記所定量と、上記移動量算出手段により算出した上記移動量とから、上記Ｚ軸方向駆動機構のＺ軸方向のバックラッシュ量を算出するバックラッシュ量算出手段とを備えていることを特徴とするマシニングセンタのＺ軸バックラッシュ量検出装置。