專利名稱：加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，例如，在相對(duì)于把持工件的主軸移 動(dòng)的X軸滑動(dòng)件(Slide)上至少配置有機(jī)內(nèi)測(cè)量單元的加工機(jī)械中，能夠通過(guò)一個(gè)機(jī)內(nèi)測(cè) 量單元測(cè)定工件的外徑、內(nèi)徑、階梯差等形狀尺寸，并且追蹤(trace)端面等表面的球面形 狀、非球面形狀等表面形狀來(lái)測(cè)定工件的形狀誤差等。
背景技術(shù)：
以往，在車床、磨床、數(shù)控工作機(jī)械等加工機(jī)械中，通常是將工件加工為規(guī)定的圖 紙形狀，暫時(shí)將該工件從加工機(jī)械上拆下，通過(guò)機(jī)外的測(cè)定器來(lái)測(cè)定并確認(rèn)工件的各種加 工狀態(tài)。另外，還已知有如下的加工機(jī)械，在加工機(jī)械內(nèi)不松開卡盤地測(cè)定工件，如果沒有 將工件加工成希望的形狀，則再對(duì)該工件進(jìn)行修正加工。但是，加工機(jī)械的機(jī)內(nèi)測(cè)定方法針 對(duì)工件分為接觸式傳感器式和位移儀式，在接觸式傳感器式中，主要測(cè)量已加工的工件的 直徑、長(zhǎng)度、階梯差等形狀尺寸，另外，在位移儀式中，追蹤已加工的工件的端面等表面來(lái)測(cè) 量球面形狀、非球面形狀等表面形狀或它們的形狀誤差。以往，例如在JP特開2006-43779號(hào)公報(bào)中公開了測(cè)定已加工的工件的自由曲面 形狀的自由曲面形狀測(cè)定方法。該自由曲面形狀測(cè)定方法為如下方法，S卩，在具有工件主軸和工具主軸的正交三 軸加工機(jī)械上安裝有位移測(cè)定裝置，以將工件的測(cè)定點(diǎn)和從測(cè)定點(diǎn)起向下的線與位移測(cè)定 裝置的測(cè)頭中心軸線垂直相交的交點(diǎn)進(jìn)行連接的矢量與測(cè)定點(diǎn)處的自由曲面的法線矢量 所成的角度為恒定的方式，對(duì)正交三軸加工機(jī)械進(jìn)行三軸控制，來(lái)對(duì)工件的自由曲面的形 狀進(jìn)行測(cè)定加工。另外，例如在JP特開2005-103667號(hào)公報(bào)中公開了如下的自由曲面加工裝置，即， 在對(duì)模具等的球面、非球面、自由曲面進(jìn)行加工的加工裝置中，保持工件固定在夾具上的狀 態(tài)，利用接觸式測(cè)量器測(cè)量工件的加工面。該自由曲面加工裝置以在加工時(shí)使接觸式測(cè)量器與工具分離，在測(cè)定時(shí)使測(cè)頭 (probe)的突出方向線與旋轉(zhuǎn)軸線交叉并且使測(cè)頭的突出量恒定的方式在Z軸、X軸方向 上掃描，形成Z軸數(shù)據(jù)和X軸數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)定工件的加工面的形狀，并且保存這些測(cè)定值。在包 括旋轉(zhuǎn)軸的規(guī)定測(cè)定范圍內(nèi)測(cè)定了工件后，使工件旋轉(zhuǎn)180°，再次測(cè)定工件的加工面的形 狀，作為Z軸數(shù)據(jù)和X軸數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，計(jì)算出加工面形狀。另外，作為車床的機(jī)內(nèi)測(cè)量器的校正裝置，例如在JP特開平5-208344號(hào)公報(bào)中 公開了如下的校正裝置，即，以工件安裝在主軸上的狀態(tài)測(cè)量加工完的工件的外徑等，來(lái)校 正測(cè)定值修正量的設(shè)定值。在具有測(cè)量保持在主軸上的工件的尺寸的機(jī)內(nèi)測(cè)量器和高架 裝載器(gantry loader)的自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)控車床中，該機(jī)內(nèi)測(cè)量器的校正裝置具有標(biāo)準(zhǔn)工件 (master work)的常置部、校正用裝載器指令單元和校正執(zhí)行單元，其中，所述校正用裝載 器指令單元在自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)中的規(guī)定時(shí)通過(guò)高架裝載器將常置部的標(biāo)準(zhǔn)工件安裝在主軸上，所 述校正執(zhí)行單元通過(guò)機(jī)內(nèi)測(cè)量器測(cè)量該安裝的標(biāo)準(zhǔn)工件，來(lái)更新機(jī)內(nèi)測(cè)量器的測(cè)量修正量的設(shè)定值。但是，本案申請(qǐng)人對(duì)數(shù)控工作機(jī)械進(jìn)行了下述開發(fā)，已經(jīng)提出了專利申請(qǐng)，S卩，在 不用再次裝夾工件的情況下，改變工具的姿勢(shì)或者更換為其他的工具，同時(shí)進(jìn)行一系列的 加工，而能夠高精度且迅速地實(shí)現(xiàn)對(duì)工件進(jìn)行的各種研磨、切削加工(例如，參照J(rèn)P特開 2007-253306號(hào)公報(bào))。該數(shù)控工作機(jī)械具有主軸，其可旋轉(zhuǎn)地配置在主軸臺(tái)上，并且安裝 用于保持工件的卡盤；X軸滑動(dòng)件，其能夠在與主軸進(jìn)行移動(dòng)的Z軸方向垂直的X軸方向上 移動(dòng)；在X軸滑動(dòng)件上裝載有安裝了帶軸砂輪的水平軸單元和Y軸單元，該Y軸單元安裝了 能夠變更為垂直軸狀態(tài)或斜軸狀態(tài)的工具單元。在工具單元為垂直軸狀態(tài)時(shí)，將Y軸單元 的保持架基座設(shè)置為與X軸方向平行，在工具單元為斜軸狀態(tài)時(shí)，將保持架基座設(shè)置為與X 軸方向垂直。而且，所述數(shù)控工作機(jī)械，Y軸單元安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)板上，該轉(zhuǎn)動(dòng)板可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝 在固定于X軸滑動(dòng)件上的基座板上，通過(guò)使轉(zhuǎn)動(dòng)板在基座板上旋轉(zhuǎn)90°，保持架基座的位 置改變，在基座板上設(shè)置有引導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)板轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)節(jié)板。另外，關(guān)于所述數(shù)控工作機(jī)械，在將 工具單元以斜軸狀態(tài)安裝在γ軸單元上的情況下，使工具單元在保持架基座上下降預(yù)先決 定的規(guī)定量，接著使工具單元傾斜預(yù)先決定的規(guī)定量，然后將工具單元固定設(shè)置在Y軸單 兀上。但是，在本案申請(qǐng)人的上述的JP特開2007-253306號(hào)公報(bào)中公開的數(shù)控工作機(jī)械 中，未公開對(duì)于進(jìn)行了各種研磨、切削加工的工件，通過(guò)機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置測(cè)定工件的外形等各 種尺寸和測(cè)定工件的形狀誤差等表面形狀。另外，在現(xiàn)有的機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置中，存在如下的問 題，即，因傳感器的類型不同，使用方法不同，對(duì)于一個(gè)測(cè)量單元來(lái)說(shuō)，存在不能對(duì)工件的各 種外形和表面形狀都進(jìn)行機(jī)內(nèi)測(cè)定。另外，若在數(shù)控工作機(jī)械等加工機(jī)械中安裝另外的測(cè) 量單元，則機(jī)內(nèi)用于加工的有效空間變小，在現(xiàn)有的機(jī)內(nèi)沒有多余的空間，測(cè)量單元的設(shè)置 位置的制約大，實(shí)際上存在不能設(shè)置多個(gè)測(cè)量單元的問題。另外，在數(shù)控工作機(jī)械等加工機(jī) 械中，即使是精度高的超精密加工機(jī)械，也存在加工工件時(shí)刀具發(fā)生磨損的現(xiàn)象，在產(chǎn)生刀 具磨損的情況下對(duì)工件進(jìn)行加工，加工工件時(shí)會(huì)使外形尺寸和表面形狀發(fā)生誤差，因此，不 能可靠且高精度地加工工件，而出現(xiàn)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種加工機(jī)械的多功能機(jī) 內(nèi)測(cè)定裝置，能夠例如在本案申請(qǐng)人開發(fā)的JP特開2007-253306號(hào)公報(bào)所公開的數(shù)控工作 機(jī)械等加工機(jī)械中，對(duì)于進(jìn)行了各種加工的工件，通過(guò)一個(gè)機(jī)內(nèi)測(cè)量單元能夠測(cè)定工件的 直徑、階梯差等形狀尺寸和工件的球面形狀、非球面形狀和它們的形狀誤差等表面形狀，在 將機(jī)內(nèi)測(cè)量單元用作測(cè)量工件的外徑、內(nèi)徑、錐度(taper)、階梯差等外形等的形狀尺寸的 接觸式傳感器時(shí)，通過(guò)滑動(dòng)件固定用夾具將滑動(dòng)件固定在空氣靜壓滑動(dòng)件單元的滑動(dòng)件基 座上，通過(guò)所內(nèi)置的接觸式傳感器并以與非加工工件接觸時(shí)的坐標(biāo)為基準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，另外， 在將機(jī)內(nèi)測(cè)量單元用作追蹤工件的球面形狀、非球面形狀或其他各種表面形狀來(lái)測(cè)量工件 的形狀和誤差的位移傳感器時(shí)，能夠不固定空氣靜壓滑動(dòng)件單元的滑動(dòng)件，通過(guò)與工件接 觸的接觸式測(cè)頭讀取前后的移動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，由此，能夠利用一個(gè)機(jī)內(nèi)測(cè)量單元，通過(guò)機(jī)內(nèi)測(cè) 定高精度地實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的各種測(cè)定，使裝置本身小型化，縮短工件的測(cè)定時(shí)間，提高工件加 工的生產(chǎn)性。
本發(fā)明涉及一種加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，其特征在于，具有主軸，其能 夠旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在主軸臺(tái)上，并且將工件支撐為能夠旋轉(zhuǎn)；X軸滑動(dòng)件，其能夠在與作為所述 主軸的軸心的Z軸方向垂直的X軸方向上移動(dòng)；機(jī)內(nèi)測(cè)量單元，其配置在所述X軸滑動(dòng)件 上；所述機(jī)內(nèi)測(cè)量單元具有單元基座，其固定在所述X軸滑動(dòng)件上；空氣靜壓滑動(dòng)件單元， 其包括安裝在所述單元基座上的滑動(dòng)件基座和能夠相對(duì)于所述滑動(dòng)件基座滑動(dòng)的滑動(dòng)件； 接觸式測(cè)頭，其安裝于固定在所述滑動(dòng)件上的接觸式傳感器主體上，并且向所述主軸側(cè)延 伸而能夠與所述工件接觸；位移傳感器，其與所述滑動(dòng)件連接；滑動(dòng)件固定裝置，其將所述 滑動(dòng)件和所述滑動(dòng)件基座固定在一起或解除所述滑動(dòng)件與所述滑動(dòng)件基座的固定；通過(guò)利 用所述滑動(dòng)件固定裝置將所述滑動(dòng)件固定在所述滑動(dòng)件基座上，從而所述接觸式測(cè)頭構(gòu)成 為與所述工件接觸來(lái)測(cè)量所述工件的外形尺寸的形狀尺寸的接觸式傳感器，通過(guò)利用所述 滑動(dòng)件固定裝置解除所述滑動(dòng)件與所述滑動(dòng)件基座的固定而使所述滑動(dòng)件能夠滑動(dòng)，從而 所述接觸式測(cè)頭追蹤所述工件的端面的表面形狀，經(jīng)由所述滑動(dòng)件傳遞所測(cè)量的所述接觸 式測(cè)頭的軸向變動(dòng)，而構(gòu)成為所述位移傳感器。在該多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置中，通過(guò)所述接觸式傳感器測(cè)量的所述工件的測(cè)定對(duì)象 是所述工件的所述形狀尺寸，所述工件的所述形狀尺寸指所述工件的外徑、內(nèi)徑、階梯差、 或圓角的絕對(duì)值，另外，通過(guò)所述位移傳感器測(cè)量的所述工件的測(cè)定對(duì)象是所述工件的球 面形狀、非球面形狀、形狀誤差或伴隨由階梯差、錐度、球面構(gòu)成的連續(xù)形狀帶來(lái)的端面的 所述表面形狀。另外，在該多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置中，所述滑動(dòng)件和所述位移傳感器通過(guò)固定在所 述滑動(dòng)件上的連接桿以及連接所述連接桿和所述位移傳感器的聯(lián)軸器連接在一起。另外，該多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，在所述空氣靜壓滑動(dòng)件單元的所述滑動(dòng)件基座和 所述單元基座的連接途中設(shè)置有傾斜調(diào)整用單元和高度調(diào)整用單元，所述傾斜調(diào)整用單元 調(diào)整所述空氣靜壓滑動(dòng)件單元相對(duì)于所述單元基座的傾斜，所述高度調(diào)整用單元調(diào)整所述 空氣靜壓滑動(dòng)件單元相對(duì)于所述單元基座的高度。另外，在該多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置中，固定在所述滑動(dòng)件上的所述連接桿貫通形成 在所述傾斜調(diào)整用單元和所述高度調(diào)整用單元上的中央空腔，并向所述位移傳感器延伸。 另外，所述滑動(dòng)件固定裝置由將所述滑動(dòng)件固定在所述滑動(dòng)件基座上的滑動(dòng)件固定用板構(gòu) 成。進(jìn)一步，所述接觸式測(cè)頭對(duì)所述工件的按壓力由設(shè)置在所述空氣靜壓滑動(dòng)件單元上的 觸壓調(diào)整彈簧調(diào)整。該加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，在所述X軸滑動(dòng)件上分別裝載有由第一磨削 主軸驅(qū)動(dòng)并且安裝第一砂輪的水平軸單元和由第二磨削主軸驅(qū)動(dòng)并且安裝第二砂輪的Y 軸單元，在設(shè)置于所述Y軸單元上的保持架基座上安裝有能夠變更為垂直軸狀態(tài)或斜軸狀 態(tài)中的任一狀態(tài)的工具保持架部。而且，所述機(jī)內(nèi)測(cè)量單元處在所述水平軸單元和所述Y 軸單元之間的位置并配置在所述X軸滑動(dòng)件上?；蛘?，該加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，在所述X軸滑動(dòng)件上與所述機(jī)內(nèi)測(cè)量 單元相鄰地安裝有保持架基座，在所述保持架基座上固定有安裝各種車刀的車刀保持架。本發(fā)明的加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置如上述那樣構(gòu)成，因而具有如下的效 果，即，包含在刀具磨損時(shí)對(duì)工件進(jìn)行加工產(chǎn)生尺寸或形狀誤差的情況在內(nèi)，能夠通過(guò)一個(gè) 機(jī)內(nèi)測(cè)量單元，對(duì)已加工的工件測(cè)定所產(chǎn)生的全部的尺寸誤差和形狀誤差，能夠在不從主軸上拆下工件的情況下對(duì)工件進(jìn)行修正加工，并且易于高精度地測(cè)量工件的各種誤差，例 如，對(duì)于光學(xué)模具等，能夠同時(shí)進(jìn)行外徑、內(nèi)徑、端面等的一般加工和透鏡部的球面加工和 非球面加工等，在對(duì)透鏡等工件進(jìn)行加工后，不用松開卡盤，能夠在機(jī)內(nèi)進(jìn)行全部測(cè)量。


圖1是表示安裝了本發(fā)明的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置的數(shù)控工作機(jī)械的俯視圖。圖2是表示圖1的數(shù)控工作機(jī)械的使Y軸單元傾斜的狀態(tài)的俯視圖。圖3是表示圖1的數(shù)控工作機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置的側(cè)視圖。圖4是表示圖3的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置的側(cè)視放大圖。圖5是表示圖3的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置的俯視圖。圖6是示出了圖5的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，并放大表示A區(qū)域和B區(qū)域的局部剖 切的俯視放大圖，圖7是表示圖3的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置的后視圖。圖8是表示安裝了本發(fā)明的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置的車床等加工機(jī)械的俯視圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖，以安裝了本發(fā)明的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置的加工機(jī)械中的數(shù)控工 作機(jī)械為例進(jìn)行說(shuō)明。該多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置能夠適用于各種類型的加工機(jī)械。該數(shù)控工 作機(jī)械例如具有Z軸滑動(dòng)件3，其配置在機(jī)座(bed)l上，并且能夠在Z軸方向上往復(fù)移動(dòng)； 主軸臺(tái)11，其設(shè)置在Z軸滑動(dòng)件3上，支撐主軸10，并且該主軸10能夠自由旋轉(zhuǎn)；X軸滑動(dòng) 件2，其與Z軸工作臺(tái)3相獨(dú)立地設(shè)置在機(jī)座1上，并且能夠在與Z軸滑動(dòng)件3往復(fù)移動(dòng)的 Z軸方向垂直的X軸方向上移動(dòng)。Z軸滑動(dòng)件3在機(jī)座1上通過(guò)伺服馬達(dá)等馬達(dá)(未圖示) 在Z軸方向上往復(fù)移動(dòng)。另外，可自由旋轉(zhuǎn)地支撐在主軸臺(tái)11上的主軸10例如通過(guò)主軸 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在主軸10的前端設(shè)置有把持工件19的卡盤12。工件19被卡盤12 把持著，并通過(guò)主軸10的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。另外，X軸滑動(dòng)件2能夠在與Z軸工作臺(tái)3 的Z軸方向垂直的X軸方向上移動(dòng)，以與安裝在主軸10的卡盤12上的工件19相向的方式 配置在機(jī)座1上。X軸滑動(dòng)件2構(gòu)成刀架單元，在機(jī)座1上通過(guò)伺服馬達(dá)等馬達(dá)(未圖示) 在X軸方向上往復(fù)移動(dòng)。在該數(shù)控工作機(jī)械的X軸滑動(dòng)件2上配置有水平軸單元5和與水平軸單元5相隔 配置的Y軸單元4這兩種刀架、以及與該兩種刀架相鄰并且在圖1中位于中間位置的機(jī)內(nèi) 測(cè)量單元6，該機(jī)內(nèi)測(cè)量單元6構(gòu)成作為本申請(qǐng)的發(fā)明的特征的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置。在該 數(shù)控工作機(jī)械中，在水平軸單元5和Y軸單元4上組裝有磨削主軸13，驅(qū)動(dòng)對(duì)工件19磨削 加工的砂輪等工具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。水平軸單元5具有能夠相對(duì)于固定在X軸滑動(dòng)件2上的基座M在水平方向上進(jìn)行 變更的保持架64，在保持架64上安裝有能夠改變安裝角度地安裝的工具保持架部25，通過(guò) 使保持架64在基座M上旋轉(zhuǎn)移動(dòng)并將保持架64固定在基座24上，從而能夠改變工具保 持架部25在水平方向上的朝向。用于安裝帶軸砂輪32等工具的工具保持架部25設(shè)置在 保持架64上并且與保持架64形成一體結(jié)構(gòu)。另外，在Y軸單元4上所設(shè)置的保持架基座 15,16上安裝有姿勢(shì)能夠改變?yōu)榇怪陛S狀態(tài)或斜軸狀態(tài)中的任一狀態(tài)的工具保持架部26。
7在將工具保持架部26在Y軸單元4上安裝成斜軸姿勢(shì)的情況下，若將圓筒型砂輪18作為 帶軸砂輪32設(shè)置于安裝在工具保持架部沈上的開口夾(coller)工具14(圖2)上，則適 于加工小直徑的工件19。工具保持架部沈經(jīng)由保持架基座15、16能夠以兩種狀態(tài)即兩種 姿勢(shì)安裝在Y軸單元4上。在該數(shù)控工作機(jī)械中，在工具保持架部沈以垂直軸狀態(tài)的姿勢(shì) 安裝在Y軸單元4上的情況下，Y軸單元4的保持架基座15、16以與X軸方向平行的方式設(shè) 置在X軸滑動(dòng)件2上。另外，在工具保持架部沈以斜軸狀態(tài)的姿勢(shì)安裝在Y軸單元4上的 情況下，Y軸單元4的保持架基座15、16以與X軸方向垂直的方式設(shè)置在X軸滑動(dòng)件2上。本發(fā)明的加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置設(shè)置在上述數(shù)控工作機(jī)械上。在該數(shù)控 工作機(jī)械的X軸滑動(dòng)件2上分別裝載即配置有水平軸單元5、作為垂直軸單元的Y軸單元4 和構(gòu)成多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置的機(jī)內(nèi)測(cè)量單元6，其中，水平軸單元5由磨削主軸13驅(qū)動(dòng)，并 且安裝有對(duì)工件19進(jìn)行加工的帶軸砂輪32，Y軸單元4由磨削主軸13驅(qū)動(dòng)，并且安裝有對(duì) 工件19進(jìn)行加工的算盤珠型砂輪17或圓筒形砂輪18，機(jī)內(nèi)測(cè)量單元6配置在水平軸單元 5和Y軸單元4之間。另外，在設(shè)置于Y軸單元4上的保持架基座15、16上安裝有能夠改變 為垂直軸狀態(tài)或斜軸狀態(tài)中的任一狀態(tài)的工具保持架部26。機(jī)內(nèi)測(cè)量單元6經(jīng)由單元基座20安裝在X軸滑動(dòng)件2上。機(jī)內(nèi)測(cè)量單元6具有 空氣靜壓滑動(dòng)件單元22，其包括安裝于單元基座20上的滑動(dòng)件基座45和能夠在該滑動(dòng)件 基座45上滑動(dòng)的滑動(dòng)件21，該單元基座20固定在X軸滑動(dòng)件2上；接觸式測(cè)頭8，其安裝 在接觸式傳感器主體7上，并且向主軸10側(cè)延伸而能夠與工件19接觸，其中，接觸式傳感 器主體7通過(guò)緊固夾具36、37固定在滑動(dòng)件21上；位移傳感器9，其與滑動(dòng)件21連接；滑 動(dòng)件固定用板30等滑動(dòng)件固定裝置，用于將滑動(dòng)件21和滑動(dòng)件基座45固定在一起或解除 滑動(dòng)件21與滑動(dòng)件基座45的固定。對(duì)于進(jìn)行了各種磨削加工的工件19，機(jī)內(nèi)測(cè)量單元6 測(cè)定工件19的外徑、內(nèi)徑、階梯差等外形等的形狀尺寸，并且追蹤并測(cè)量工件19的球面形 狀、非球面形狀等表面形狀，還能夠測(cè)定它們的形狀誤差等。關(guān)于該多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置， 在通過(guò)滑動(dòng)件固定用板30將滑動(dòng)件21固定在滑動(dòng)件基座45上的狀態(tài)下，接觸式測(cè)頭8構(gòu) 成測(cè)量工件19的外形等形狀尺寸的接觸式傳感器，另外，在通過(guò)滑動(dòng)件固定用板30使滑動(dòng) 件21與滑動(dòng)件基座45解除固定的滑動(dòng)狀態(tài)下，接觸式測(cè)頭8追蹤并測(cè)量工件19的端面等 表面形狀，接觸式測(cè)頭8的軸向變動(dòng)經(jīng)由滑動(dòng)件21傳遞至位移傳感器9，通過(guò)變動(dòng)的位移傳 感器9測(cè)定工件19的表面形狀。即，該多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置能夠?qū)ぜ?9進(jìn)行不同的兩 種測(cè)定即形狀尺寸和表面形狀的測(cè)定。在該多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置中，利用固定在空氣靜壓 滑動(dòng)件單元22和傾斜調(diào)整用單元27的滑動(dòng)構(gòu)件40上的一對(duì)加強(qiáng)板55加強(qiáng)空氣靜壓滑動(dòng) 件單元22，使其剛性提高。在機(jī)內(nèi)測(cè)量單元6中的空氣靜壓滑動(dòng)件單元22的上部設(shè)置有用于調(diào)整接觸式測(cè) 頭8相對(duì)于工件19的觸壓的一對(duì)彈簧23。彈簧23具有調(diào)整接觸式測(cè)頭8相對(duì)于工件19 的按壓力即觸壓的功能。在觸壓調(diào)整機(jī)構(gòu)中，在滑動(dòng)件21的前后固定有端板60，在兩端板 60上安裝有固定彈簧23的一端的彈簧掛接棒58。另外，在滑動(dòng)件21的上表面安裝有調(diào)整 板57，并且該調(diào)整板57能夠滑動(dòng)。在調(diào)整板57上安裝有固定彈簧23的另一端的彈簧掛 接棒59。如圖5所示，在機(jī)內(nèi)測(cè)量單元6中，在設(shè)置于調(diào)整板57上的作為調(diào)整孔的長(zhǎng)孔61 中插入固定螺釘62，由此，通過(guò)固定螺釘62將調(diào)整板57固定在滑動(dòng)件21的被調(diào)整了的規(guī) 定位置上。
滑動(dòng)件21能夠向前后稍微調(diào)整移動(dòng)，例如士 Imm左右。將千分表(dial gauge) 與滑動(dòng)件21的前表面接觸，與行程(stroke)中心對(duì)齊，將彈簧23掛接在彈簧掛接棒58、59 上，通過(guò)調(diào)整板57調(diào)整至行程中心。另外，接觸式測(cè)頭8在突出長(zhǎng)度短時(shí)，還能夠使用加長(zhǎng) 桿(extension bar)(未圖示)?？諝忪o壓滑動(dòng)件單元22被支撐為，下表面通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘或 球塞(ball plunger)等支撐構(gòu)件56裝載在單元基座20上的狀態(tài)，從而確保穩(wěn)定性。關(guān)于機(jī)內(nèi)測(cè)量單元6，通過(guò)能夠由板構(gòu)成的滑動(dòng)件固定裝置將滑動(dòng)件21固定在滑 動(dòng)件基座45上，對(duì)內(nèi)置于接觸式傳感器主體7中的接觸式傳感器施力，測(cè)量工件19的外 徑、內(nèi)徑、階梯差等工件尺寸，另外，通過(guò)滑動(dòng)件固定裝置接觸滑動(dòng)件21與滑動(dòng)件基座45的 固定并且將接觸式測(cè)頭8的變動(dòng)傳遞至位移傳感器9，對(duì)位移傳感器9施力，追蹤工件19的 球面形狀、非球面形狀等表面形狀，測(cè)量它們的形狀誤差等。該多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，通過(guò) 所內(nèi)置的接觸式傳感器并使用與未加工的工件19接觸時(shí)的坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，在為了測(cè)量工 件19的球面形狀、非球面形狀等端面等的表面形狀而進(jìn)行追蹤時(shí)，解除空氣靜壓滑動(dòng)件單 元22中的滑動(dòng)件21與滑動(dòng)件基座45的固定，使通過(guò)與工件19接觸的接觸式測(cè)頭8讀取 前后的運(yùn)動(dòng)的位移傳感器9發(fā)揮功能，追蹤并測(cè)量工件形狀。位移傳感器9在箱體M內(nèi)貫 通而設(shè)置，例如使用分辨率為0. 01 μ m精度的位移傳感器。另外，如圖4和圖6所示，在該多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置中，利用固定在滑動(dòng)件21上的 連接桿35和聯(lián)軸器34連接滑動(dòng)件21和位移傳感器9，其中，聯(lián)軸器(joint) 34連接連接桿 35和位移傳感器9。詳細(xì)地說(shuō)，如附圖標(biāo)記39所示，連接桿35的一端部螺入并且固定在緊 固夾具36上，該緊固夾具36固定在滑動(dòng)件21上。連接桿35的另一端部通過(guò)具有螺釘和 螺母的聯(lián)軸器34固定在位移傳感器9上。另外，在該多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置中，空氣靜壓滑 動(dòng)件單元22經(jīng)由高度調(diào)整用單元觀和傾斜調(diào)整用單元27安裝在單元基座20上。另外， 通過(guò)高度調(diào)整用單元觀調(diào)整接觸式測(cè)頭8相對(duì)于工件19的高低狀態(tài)，另外，通過(guò)傾斜調(diào)整 用單元27調(diào)整觸式測(cè)頭8相對(duì)于工件19的傾斜狀態(tài)。因而，通過(guò)高度調(diào)整用單元觀，調(diào)節(jié) 空氣靜壓滑動(dòng)件單元22相對(duì)于單元基座20的高度，另外，通過(guò)傾斜調(diào)整用單元27，調(diào)節(jié)空 氣靜壓滑動(dòng)件單元22相對(duì)于單元基座20的傾斜。另外，在固定了接觸式傳感器主體7的 滑動(dòng)件21上固定有連接桿35，該連接桿35貫通高度調(diào)整用單元觀的中央孔等中央空腔 52和傾斜調(diào)整用單元27的中央孔等中央空腔53。利用聯(lián)軸器34連接連接桿35和位移傳 感器9。由此，滑動(dòng)件21和位移傳感器9經(jīng)由連接桿35和聯(lián)軸器34連接起來(lái)。因而，當(dāng)接 觸式測(cè)頭8與工件19接觸而按照工件19的表面形狀在軸向上進(jìn)行變動(dòng)時(shí)，該軸向上的變 動(dòng)傳遞至滑動(dòng)件21，滑動(dòng)件21在軸向上進(jìn)行移動(dòng)，滑動(dòng)件21軸向上的移動(dòng)經(jīng)由連接桿35 傳遞至位移傳感器9。在該多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置中，高度調(diào)整用單元觀包括固定構(gòu)件43和滑動(dòng)構(gòu)件42， 其中，固定構(gòu)件43在高度引導(dǎo)工作臺(tái)中安裝于固定在單元基座20上的板44上，滑動(dòng)構(gòu)件 42通過(guò)高度調(diào)整用旋鈕48相對(duì)于固定構(gòu)件43在高度方向上移動(dòng)。通過(guò)高度調(diào)整用旋鈕 48在高度方向上進(jìn)行調(diào)整，然后利用高度單元固定用的固定螺釘31固定滑動(dòng)構(gòu)件40。高 度調(diào)整用旋鈕48是微型旋鈕，例如以如下方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，即，在向下方調(diào)整旋鈕48時(shí)，滑動(dòng) 構(gòu)件42向下方移動(dòng)，在向上方調(diào)整旋鈕48時(shí)，滑動(dòng)構(gòu)件42向上方移動(dòng)。旋鈕48和滑動(dòng)構(gòu) 件42僅接觸，而沒有相互固定。在滑動(dòng)構(gòu)件42和固定構(gòu)件43之間安裝有彈簧63，如果解 除利用固定螺釘31的固定，則滑動(dòng)構(gòu)件42借助彈簧63的彈力復(fù)原到原來(lái)的位置。另外，
9傾斜調(diào)整用單元27包括固定在高度調(diào)整用單元觀的滑動(dòng)構(gòu)件42上的固定構(gòu)件41和安裝 在空氣靜壓滑動(dòng)件單元22上的滑動(dòng)構(gòu)件40，通過(guò)傾斜調(diào)整用旋鈕49使滑動(dòng)構(gòu)件40的凸面 47相對(duì)于固定構(gòu)件41的凹面46滑動(dòng)來(lái)進(jìn)行位置設(shè)定，從而設(shè)定空氣靜壓滑動(dòng)件單元22的 傾斜狀態(tài)，并利用傾斜單元固定用的固定螺釘33進(jìn)行固定。如果解除利用固定螺釘33的 固定，滑動(dòng)構(gòu)件40通過(guò)彈力復(fù)原到原來(lái)的位置。傾斜調(diào)整用旋鈕49的動(dòng)作除了調(diào)整傾斜 狀態(tài)以外，與高度調(diào)整用旋鈕48相同。滑動(dòng)構(gòu)件40的運(yùn)動(dòng)除了調(diào)整傾斜狀態(tài)以外，與滑動(dòng) 構(gòu)件42的運(yùn)動(dòng)相同。該多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，在通過(guò)接觸式傳感器測(cè)定已加工的工件19的外徑、內(nèi) 徑、階梯差等外形的形狀尺寸時(shí)，利用螺釘?shù)葘⒒瑒?dòng)件固定用板30安裝在空氣靜壓滑動(dòng)件 單元22上，并通過(guò)滑動(dòng)件固定用板30將空氣靜壓滑動(dòng)件單元22的滑動(dòng)件21固定在滑動(dòng) 件基座45上，使接觸式測(cè)頭8發(fā)揮接觸式傳感器的功能，利用通常測(cè)定方法測(cè)定已加工的 工件19的上述各種形狀尺寸。在測(cè)定工件19的形狀尺寸時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理使接觸式測(cè) 頭8與工件19的外形形狀接觸而發(fā)揮接觸式傳感器的功能得到的信息，來(lái)測(cè)定工件19的 外形等形狀尺寸。在測(cè)定已加工的工件19的球面形狀、非球面形狀等表面形狀時(shí)，解除對(duì)空氣靜壓 滑動(dòng)件單元的固定，因而解除滑動(dòng)件固定用板30與空氣靜壓滑動(dòng)件單元22的滑動(dòng)件21之 間的固定，使滑動(dòng)件21相對(duì)于滑動(dòng)件基座45形成活動(dòng)狀態(tài)即形成滑動(dòng)狀態(tài)，使接觸式傳感 器中的接觸式測(cè)頭8為位移傳感器9的觸手，接觸式測(cè)頭8在前后方向上的微小的位置變 動(dòng)經(jīng)由空氣靜壓滑動(dòng)件單元22的滑動(dòng)件21和連接桿35傳遞至位移傳感器9，通過(guò)位移傳 感器9在前后方向上的變動(dòng)來(lái)追蹤并測(cè)定工件19的表面形狀。即，在測(cè)定已加工的工件19 的表面形狀時(shí)，使空氣靜壓滑動(dòng)件單元22形成自由狀態(tài)，接觸式測(cè)頭8依照工件19的表面 進(jìn)行追蹤測(cè)定，通過(guò)計(jì)算機(jī)解析該數(shù)據(jù)即信息，來(lái)表示階梯差或凹凸形狀。然后，作成考慮 了一次加工程序和其誤差量的修正程序，加工工件19的表面而對(duì)工件19的加工表面的形 狀誤差進(jìn)行修正。在現(xiàn)有的加工方法中，在對(duì)工件19進(jìn)行曲面加工時(shí)，關(guān)于工件形狀，僅通 過(guò)接觸式傳感器測(cè)定圓角的絕對(duì)值，對(duì)加工面的追蹤在機(jī)外進(jìn)行測(cè)定，因而必須再次將工 件19安裝在機(jī)內(nèi)，需要操作的時(shí)間，或者產(chǎn)生誤差。但是，在該多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置中，利 用位移傳感器9的追蹤易于了解球面等加工面的表面狀態(tài)，反饋給加工，能夠持續(xù)進(jìn)行具 有精度的加工，不會(huì)出現(xiàn)因再次夾裝而產(chǎn)生的加工工件的偏心，或者不花費(fèi)操作時(shí)間。下面，參照?qǐng)D8，說(shuō)明本發(fā)明的加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置的其他實(shí)施例。該 實(shí)施例的加工機(jī)械采用車床，在發(fā)揮刀架單元65功能的X軸滑動(dòng)件2上以與機(jī)內(nèi)測(cè)量單元 6相鄰的方式安裝有至少一個(gè)(圖8中為兩個(gè))保持架基座66，在保持架基座66上固定有 安裝各種(圖8中為兩種)車刀附、82、83、84的車刀保持架67。本實(shí)施例的機(jī)內(nèi)測(cè)量單 元6能夠獲得與上述實(shí)施例相同的功能。該加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置例如適用于通過(guò)車刀、砂輪等工具切削加工工 件的車床、磨床、數(shù)控工作機(jī)械等加工機(jī)械，優(yōu)選用于通過(guò)一個(gè)測(cè)量單元測(cè)定工件的外徑、 內(nèi)徑等形狀尺寸和球面形狀、非球面形狀等表面形狀。
權(quán)利要求
1.一種加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，其特征在于，具有主軸，其能夠旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在主軸臺(tái)上，并且將工件支撐為能夠旋轉(zhuǎn)；X軸滑動(dòng)件， 其能夠在與作為所述主軸的軸心的Z軸方向垂直的X軸方向上移動(dòng)；機(jī)內(nèi)測(cè)量單元，其配置 在所述X軸滑動(dòng)件上；所述機(jī)內(nèi)測(cè)量單元具有單元基座，其固定在所述X軸滑動(dòng)件上；空氣靜壓滑動(dòng)件單 元，其包括安裝在所述單元基座上的滑動(dòng)件基座和能夠相對(duì)于所述滑動(dòng)件基座滑動(dòng)的滑動(dòng) 件；接觸式測(cè)頭，其安裝于固定在所述滑動(dòng)件上的接觸式傳感器主體上，并且向所述主軸側(cè) 延伸而能夠與所述工件接觸；位移傳感器，其與所述滑動(dòng)件連接；滑動(dòng)件固定裝置，其將所 述滑動(dòng)件和所述滑動(dòng)件基座固定在一起或解除所述滑動(dòng)件與所述滑動(dòng)件基座的固定；通過(guò)利用所述滑動(dòng)件固定裝置將所述滑動(dòng)件固定在所述滑動(dòng)件基座上，從而所述接觸 式測(cè)頭構(gòu)成為與所述工件接觸來(lái)測(cè)量所述工件的外形尺寸的形狀尺寸的接觸式傳感器，通過(guò)利用所述滑動(dòng)件固定裝置解除所述滑動(dòng)件與所述滑動(dòng)件基座的固定而使所述滑 動(dòng)件能夠滑動(dòng)，從而所述接觸式測(cè)頭追蹤所述工件的端面的表面形狀，經(jīng)由所述滑動(dòng)件傳 遞所測(cè)量的所述接觸式測(cè)頭的軸向變動(dòng)，而構(gòu)成為所述位移傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述的加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，其特征在于，通過(guò)所述接觸式傳感器測(cè)量的所述工件的測(cè)定對(duì)象是所述工件的所述形狀尺寸，所述 工件的所述形狀尺寸指所述工件的外徑、內(nèi)徑、階梯差、圓角的絕對(duì)值，另外，通過(guò)所述位移傳感器測(cè)量的所述工件的測(cè)定對(duì)象是所述工件的球面形狀、非球 面形狀、形狀誤差、伴隨由階梯差、錐度、球面構(gòu)成的連續(xù)形狀帶來(lái)的所述工件的端面的所 述表面形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，其特征在于，所述滑動(dòng)件和所述位移傳感器通過(guò)固定在所述滑動(dòng)件上的連接桿以及連接所述連接 桿和所述位移傳感器的聯(lián)軸器連接在一起。
4.如權(quán)利要求1所述的加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，其特征在于，在所述空氣靜壓滑動(dòng)件單元的所述滑動(dòng)件基座和所述單元基座的連接途中設(shè)置有傾 斜調(diào)整用單元和高度調(diào)整用單元，所述傾斜調(diào)整用單元調(diào)整所述空氣靜壓滑動(dòng)件單元相對(duì) 于所述單元基座的傾斜，所述高度調(diào)整用單元調(diào)整所述空氣靜壓滑動(dòng)件單元相對(duì)于所述單 元基座的高度。
5.如權(quán)利要求4所述的加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，其特征在于，固定在所述滑動(dòng)件上的所述連接桿貫通形成在所述傾斜調(diào)整用單元和所述高度調(diào)整 用單元上的中央空腔，并向所述位移傳感器延伸。
6.如權(quán)利要求1所述的加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，其特征在于，所述滑動(dòng)件固定裝置由將所述滑動(dòng)件固定在所述滑動(dòng)件基座上的滑動(dòng)件固定用板構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述的加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，其特征在于，所述接觸式測(cè)頭對(duì)所述工件的按壓力由設(shè)置在所述空氣靜壓滑動(dòng)件單元上的觸壓調(diào) 整彈簧調(diào)整。
8.如權(quán)利要求1所述的加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，其特征在于，在所述X軸滑動(dòng)件上分別裝載有由第一磨削主軸驅(qū)動(dòng)并且安裝第一砂輪的水平軸單元和由第二磨削主軸驅(qū)動(dòng)并且安裝第二砂輪的Y軸單元，在設(shè)置于所述Y軸單元上的保持 架基座上安裝有能夠變更為垂直軸狀態(tài)或斜軸狀態(tài)中的任一狀態(tài)的工具保持架部。
9.如權(quán)利要求8所述的加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，其特征在于，所述機(jī)內(nèi)測(cè)量單元處在所述水平軸單元和所述Y軸單元之間的位置并配置在所述X軸 滑動(dòng)件上。
10.如權(quán)利要求1所述的加工機(jī)械的多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，其特征在于，在所述X軸滑動(dòng)件上與所述機(jī)內(nèi)測(cè)量單元相鄰地安裝有保持架基座，在所述保持架基 座上固定有安裝各種車刀的車刀保持架。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多功能機(jī)內(nèi)測(cè)定裝置，在能夠?qū)ぜM(jìn)行各種加工的數(shù)控工作機(jī)械等加工機(jī)械中，不用再次夾裝工件，就能夠通過(guò)一個(gè)測(cè)量單元對(duì)加工完的工件進(jìn)行各種測(cè)定，在X軸滑動(dòng)件上配置有安裝了帶軸砂輪的水平軸單元、安裝了能夠變更為垂直軸狀態(tài)或斜軸狀態(tài)的工具保持架部的Y軸單元和機(jī)內(nèi)測(cè)量單元。一個(gè)機(jī)內(nèi)測(cè)量單元具有對(duì)已加工的工件測(cè)定內(nèi)徑、外形、階梯差等工件的形狀尺寸的接觸式傳感器和追蹤并測(cè)定球面、非球面的端面等的表面形狀的位移傳感器的功能。
文檔編號(hào)B23Q17/20GK102107373SQ20101062155
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者田上政喜 申請(qǐng)人:西部電機(jī)株式會(huì)社