WO2007148620A1

WO2007148620A1 - 可動部旋回可能な工作機械

Info

Publication number: WO2007148620A1
Application number: PCT/JP2007/062087
Authority: WO
Inventors: Takashi Matsui
Original assignee: Jtekt Corporation
Priority date: 2006-06-19
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2007-12-27
Also published as: US8414233B2; EP2030721B1; JPWO2007148620A1; US20090123246A1; EP2030721A4; JP5062174B2; EP2030721A1

Abstract

　タンデム軸相当の軸数以上に制御軸を増やすことなく、タンデム駆動の利点を維持しつつ剛性の高いチルト機能を実現する。　２自由度のパラレル機構の可動部の送りを実現する。第１の送りねじ軸１４に第１の可動部基台１２を、第２の送りねじ軸２４に第２の可動部基台２２を螺合させる。第１の可動部基台１２には支持軸１８により主軸頭３１が揺動自在に結合される。主軸頭３１から下方に延伸した延伸レバー３２の先端の連結軸３３が、第２の可動部基台２２に設けられた斜めのリニアガイド２８の案内子２９に回転自在に結合され第２の可動部基台２２に連結される。

Description

可動部旋回可能な工作機械

技術分野

[0001] 本発明は、工作機械の主軸頭やテーブルを旋回移動させながら直線移動させることのできる可動部旋回移動可能な工作機械に関する。

背景技術

[0002] 負荷の力かる主軸頭 (Y軸）やテーブル (Z軸）に、同期 2軸送り、つまりタンデム駆動を採用して高剛性と追随性の良さを追求した工作機械は公知である。

[0003] また、主軸チルト機構の付!、た 5軸マシユングセンタとして、チルト機構部に旋回制御軸を付カ卩しビルトインされたダイレクトモータで主軸を旋回させるものが知られている。

[0004] そして、主軸頭を昇降させるだけではなく旋回させることのできるものとして、特許文献 1には、リンク機構を用いたものが開示されている。これは、その図 2、図 3に示されているように、一本の固定されたボールねじ 9上にサーボモータ 11、 11で上下駆動される 2つの移動体 4、 5を上下に設け、一方の移動体 5に主軸頭 2を回転体 3により旋回自在に取り付け、主軸頭 2が固定された回転体 3の一端と他方の移動体 4とをリンク 7で連結したものである。

特許文献 1：特開 2003— 336713号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力しながら、従来のチルト機構部に旋回制御軸を付加しダイレクトモータをビルトインしたものでは、ビルトインされたダイレクトモータで主軸をチルトするため主軸を余り大きくできない。このため、機械の大きさに比べて加工能力が低いという問題点があつた。また、旋回制御軸用のモータ、エンコーダ等が追加となりコストアップになる、ビルトインされた旋回制御軸用モータのサーボ保持能力がそのまま剛性となるため高剛性ィ匕にはサイズアップが必須になる、 t 、つた問題点があった。

[0006] 特許文献 1のものでは、ボールねじ 9がー本であるためタンデム駆動のものに比べ剛性と追随性に劣るという課題があった。

[0007] 本発明は、上記の課題を解決するためなされたものであり、その目的とするところは、タンデム駆動の利点を維持しつつ剛性の高、チルト機能を備えた可動部旋回可能な工作機械を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0008] 上記の目的を達成するため、本発明では、チルトに旋回機構を用いず、 2自由度（直線軸、旋回軸）のパラレル機構を採用し、タンデム駆動の 2軸を利用してパラレル機構の工作機械とする。

[0009] すなわち、本発明では、直交 3軸である X、 Y、 Ζ軸の内、任意の 1軸に沿って同期 2 軸送りされる可動部を有する工作機械であって、前記可動部を送る 2組の駆動軸が、前記任意の 1軸以外の 2軸の内、どちらか一方の軸に沿う相対位置がずれていることと、前記可動部を同期送りする際に直線案内される第 1の直線案内に直線移動自在に案内され前記 2組の駆動軸のうち一方の駆動軸により駆動される第 1の可動部基台と、前記可動部を同期送りする際に直線案内される第 2の直線案内に直線移動自在に案内され前記 2組の駆動軸のうち他方の駆動軸により駆動される第 2の可動部基台と、前記第 1の可動部基台に前記可動部が揺動自在に取り付けられていることと、前記第 1の可動部基台に対する前記第 2の可動部基台の相対運動により前記可動部が前記任意の 1軸以外の 2軸の内、他方の軸回りを揺動運動するように可動部と第 2の可動部基台とを連結するリンク機構と、を備えることを特徴とする可動部旋回可能な工作機械が提供される。

[0010] 上記のように構成すると、 2組の駆動軸を完全に同期して移動させると第 1の可動部基台と第 2の可動部基台が完全に同期して直線案内上を直線移動する。このため、第 1の可動部基台と第 2の可動部基台は一体となったものと見做すことができ、可動部はその姿勢を保ったまま同期 2軸送り、つまりタンデム駆動される。このため、タンデム駆動特有の高い剛性と高い追随性を発揮する。そして、一方の駆動軸 (静止していても移動していても良い）に対して他方の駆動軸を相対的に移動させると、第 1 の可動部基台に対して第 2の可動部基台が相対的に移動する。このため、リンク機構で連結された可動部が揺動 (旋回)する。リンク機構による旋回である力も高い剛性と高い位置決め速度を得ることができる。このように 2自由度のパラレル機構を実現したので、タンデム軸相当の軸数以上に制御軸を増やすことなぐチルト機能を実現でき、コストの低減を図れるという効果がある。また、旋回のための制御軸を持たないため省スペースとなる、ノラレル機構を採用したため高剛性である、という顕著な効果を奏する。したがって、高能力の大きな主軸も搭載することができる。

[0011] ここで、第 2の態様の発明として、前記リンク機構が、前記可動部から延伸され一体となった係合子と、前記第 2の可動部基台に設けられ、前記可動部の揺動に伴う前記係合子の円弧運動のうち前記他方の駆動軸の軸方向と垂直な成分を吸収可能な、ストロークを有するガイドと、を備え、前記係合子は前記ガイドに案内されていること、を特徴とすることができる。このように構成すると、可動部の旋回可能範囲が広ぐかつ、剛性の高、リンク機構とすることができると!/、う効果がある。

[0012] また、第 3の態様の発明として、前記ガイドが、リニアガイドであり前記駆動軸の軸方向に対して斜めに設けられている、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、リニアガイドであるので、より剛性の高いリンク機構とすることができるという効果がある。

[0013] 第 4の態様の発明として、前記可動部が、主軸頭である、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、主軸頭を旋回することができる工作機械とすることができる。

[0014] 第 5の態様の発明として、前記可動部が、テーブルである、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、テーブルを旋回又はチルトすることができる工作機械とすることができる。

[0015] 第 6の態様の発明として、前記可動部が、コラムである、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、コラムを旋回又は傾動することができる工作機械とすることができる。

[0016] 第 7の態様の発明として、前記ガイドがリニアガイドであり、前記係合子を前記駆動軸の軸方向に対して直交する方向に移動可能に案内して、る、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、可動部の全旋回領域において、可動部の旋回モーメントの方向と係合子の移動方向がほぼ直交する関係となり、これにより、特異点が発生せず、加工負荷に対する可動部の剛性を向上できる工作機械とすることができる。

[0017] 第 8の態様の発明として、前記主軸頭が、主軸軸線が水平となる角度と鉛直となる角度との間で 90° 旋回可能であり、前記係合子は前記ガイドに水平方向に移動可能に案内されている、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、主軸頭の全旋回領域において、主軸頭の旋回モーメントの方向と係合子の移動方向がほぼ直交する関係となり、これにより、特異点が発生せず、加工負荷に対する主軸頭の剛性を向上できる工作機械とすることができる。

[0018] 第 9の態様の発明として、前記第 1の可動部基台に前記可動部を揺動自在に取付ける支持軸と、前記第 2の可動部基台と前記可動部とを連結するリンク機構の連結軸とを結ぶ線が、前記主軸軸線に対して 45° 傾斜されている、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、主軸頭を水平状態から 45° 旋回するに必要な第 1の可動部基台に対する第 2の可動部基台の移動量と、主軸頭をさらに鉛直状態まで 45 ° 旋回するに必要な第 1の可動部基台に対する第 2の可動部基台の移動量は同じにすることができ、主軸頭を全旋回領域に亘つてほぼ同一の旋回速度で旋回できるとともに、主軸頭を 90° 旋回させるに必要な係合子の進退移動量を最小にできるェ作機械とすることができる。

[0019] 第 10の態様の発明として、前記主軸頭の重心位置を、前記第 1の可動部基台に前記可動部を揺動自在に取付ける支持軸と、前記第 2の可動部基台と前記可動部とを連結するリンク機構の連結軸との間の距離の 1Z2に設定した、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、主軸頭の自重を支持軸と連結軸とで均等に分担することができ、これによつて、加工反力に対する負荷特性を向上することができ、高速、高加減速を実現でき、サイクルタイムの短縮が可能な工作機械とすることができる。

[0020] 第 11の態様の発明として、前記主軸頭の重心位置を、前記支持軸と前記連結軸との間の距離の 1Z2に設定した、ことを特徴とすることができる。このように構成すると、主軸頭の自重を支持軸と連結軸とで均等に分担することができるばかりでなぐ主軸頭を全旋回領域に亘つてほぼ同一の旋回速度で旋回できるとともに、主軸頭を 90 ° 旋回させるに必要な係合子の進退移動量を最小にできる工作機械とすることができる。

発明の効果

[0021] 以上説明したように、本発明の工作機械は、 2自由度のパラレル機構の可動部の送りを実現したので、タンデム軸相当の軸数以上に制御軸を増やすことなぐタンデム駆動の利点を維持しつつ剛性の高ヽチルト機能を実現することができると!/、う優れた効果を奏する。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]本発明の第 1の実施の形態に係る工作機械の基本構成を説明する斜視図であり、主軸頭が水平な場合を示す。

[図 2]本発明の第 1の実施の形態に係る工作機械の基本構成を説明する斜視図であり、主軸頭が 45° の場合を示す。

[図 3]本発明の第 1の実施の形態に係る工作機械の基本構成を説明する斜視図であり、主軸頭が下向きの場合を示す。

[図 4]本発明が適用された工作機械を示す斜視図であり、主軸頭が水平な場合を示す。

[図 5]本発明が適用された工作機械を示す斜視図であり、主軸頭が 45° の場合を示す。

[図 6]本発明が適用された工作機械を示す斜視図であり、主軸頭が下向きの場合を示す。

[図 7]本発明の第 2の実施の形態に係る工作機械の基本構成を説明する概要図である。

[図 8]本発明の第 2の実施の形態に係る工作機械の作動状態を示すもので、 (A)は主軸頭が水平に保持された状態を示し、（B)は主軸頭が 45° 傾斜された状態を示し、（C)は主軸頭が鉛直に保持された状態を示す。

[図 9]本発明の第 2の実施の形態に係る工作機械の制御特性を示す図である。

[図 10]本発明の第 3の実施の形態に係る工作機械の基本構成を説明する概要図である。

符号の説明 [0023] 11 第 1の直線案内

12 第 1の可動部基台

13 案内

14 第 1の送りねじ軸

15 第 1のサーボモータ

18 支持軸

21 第 2の直線案内

22 第 2の可動部基台

23 案内

24 第 2の送りねじ軸

25 第 2のサーボモータ

28、 63 リニアガイド

31 主軸頭 (可動体）

32 延伸レノ一

33 連結軸 (係合子）

発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下本発明の第 1の実施の形態を図面に基づいて説明する。図 1は、本発明に係る工作機械の基本構成を説明する斜視図である。コラムは省いて図示していない。工作機械の前方（図面左方）に一対の第 1の直線案内 11、 11が図示しないコラムに固定され垂直に上下に走っている。第 1の直線案内 11、 11には第 1の可動部基台 1 2が 4つの案内 13 (内 2つを図示）により案内され上下に移動自在に支持されている。第 1の直線案内 11の近傍にボールスクリュー力もなる第 1の送りねじ軸 14 (本発明の駆動軸に相当する）が回転自在に図示しな、コラムに支承されて、る。第 1の送りねじ軸 14は第 1の直線案内 11、 11に平行で上下に走っている。第 1の送りねじ軸 14の上端は第 1のサーボモータ 15の出力軸に連結され回転駆動される。第 1のサーボモータ 15はブラケット 16を介してコラムの頂上に固定されている。第 1の送りねじ軸 14 は第 1の可動部基台 12に固定された送りナット（図示しない）と螺合し、第 1の可動部基台 12を第 1のサーボモータ 15の回転位置に応じて上下に移動する。第 1の可動部基台 12には前方に突出した突出部 17が設けられており、その突出部 17に支持軸 18が水平に支承されて!、る。

[0025] 同様に、工作機械の後方（図面右方）に一対の第 2の直線案内 21、 21が図示しないコラムに固定され、第 1の直線案内 11、 11と平行に上下に走っている。第 2の直線案内 21、 21には第 2の可動部基台 22が 4つの案内 23 (内 2つを図示）により案内され上下に移動自在に支持されている。第 2の直線案内 21の近傍にボールスクリュー力もなる第 2の送りねじ軸 24 (本発明の駆動軸に相当する）が回転自在に図示しないコラムに支承されている。第 2の送りねじ軸 24は第 1及び第 2の直線案内 11、 11、 21 、 21に平行で上下に走っている。第 2の送りねじ軸 24の上端は第 2のサーボモータ 2 5の出力軸に連結され回転駆動される。第 2のサーボモータ 25はブラケット 26を介してコラムの頂上に固定されている。第 2の送りねじ軸 24は第 2の可動部基台 22に固定された送りナット（図示しない）と螺合し、第 2の可動部基台 22を第 2のサーボモータ 25の回転位置に応じて上下に移動する。第 2の可動部基台 22には前方に突出する三角形部 27がー体に設けられ、その水平に対して 45° の角度をなす稜線部にリユアガイド 28が設けられている。リニアガイド 28に案内されて案内子 29が斜めに直線移動自在である。

[0026] 第 1の可動部基台 12の突出部 17に設けられた支持軸 18により、主軸頭 31が揺動自在に支承されて！ヽる。主軸頭 31は主軸モータを擁し主軸に工具を保持して工作物を切削加工する。主軸頭 31は本発明の可動部を構成する。主軸頭 31の中央部付近に下方に延伸して延伸レバー 32が固定されている。延伸レバー 32の先端は、第 2の可動部基台 22の斜めのリニアガイド 28を走行する案内子 29に、連結軸 33により回転自在に結合されている。リニアガイド 28、案内子 29、延伸レバー 32、連結軸 33は主軸頭 31を揺動運動させるリンク機構を構成する。延伸レバー 32の先端の連結軸 33は係合子を構成する。ここで、第 1及び第 2の直線案内 11、 11、 21、 21がなす四角形を考えると、 2本の送りねじ軸 14、 24は対角の位置に配置されている。つまり、 2本の送りねじ軸 14、 24が、主軸頭 31を同期送りする際に直線案内される面 (第 1の直線案内 11、 11を含む面)からの距離が互いに異なった位置に配設されて!/、ることになる。また、リニアガイド 28は、主軸頭 31の旋回に伴う延伸レバー 32の先端の連結軸 33の円弧運動のうち第 2の送りねじ軸 24に垂直な成分を吸収可能なストロークを有する。

[0027] 以上の構成に基づき作動について説明する。 2つのサーボモータ 15、 25を同期して回転させ第 1の送りねじ軸 14と第 2の送りねじ軸 24を完全に同期して回転させると、第 1の可動部基台 12と第 2の可動部基台 22が完全に同期してそれぞれの直線案内 11、 11、 21、 21上を直線移動する。このため、第 1の可動部基台 12と第 2の可動部基台 22は一体となったものと見做すことができ、主軸頭 31はその姿勢を保ったまま同期 2軸送り、つまりタンデム駆動される。このため、タンデム駆動特有の高い剛性と高い追随性を発揮する。

[0028] 仮に、第 1の送りねじ軸 14を停止したまま第 2の送りねじ軸 24を回転駆動し第 2の可動部基台 22を上昇させたとする。すると、第 2の可動部基台 22の上昇にしたがつて主軸頭 31が傾き、案内子 29が斜めのリニアガイド 28を徐々に上昇する。同時に、主軸頭 31が支持軸 18を中心として旋回し徐々に頭を下げる。図 2は、主軸頭 31が 4 5° 傾いた状態を示す斜視図である。この状態では、案内子 29がリニアガイド 28の最も上の位置まで移動している。さらに第 2の可動部基台 22を上昇させると、案内子 29がリニアガイド 28を下降し始め主軸頭 31が 45° よりさらに傾く。図 3は、主軸頭が 90° 傾いた状態を示す斜視図である。この状態では、案内子 29はリニアガイド 28の下の位置まで戻っている。

[0029] このように、第 1の可動部基台 12に対して第 2の可動部基台 22を上昇させることにより、主軸頭 31を水平位置から 90° 傾いて下を向いた状態まで旋回させることができる。逆に、第 1の可動部基台 12に対して第 2の可動部基台 22を下降させることにより、主軸頭を 90° 傾いた状態力水平な状態に復帰させることができる。

[0030] ここでは、第 1の送りねじ軸 14を停止した状態で説明した力問題となるのは第 1の可動部基台 11と第 2の可動部基台 22との相対的な位置関係であるから、第 1及び第 2の送りねじ軸 14、 24を回転駆動し主軸頭 31を昇降させている状態で、第 2の送りねじ軸 24を第 1の送りねじ軸 14の回転に対して相対的に回転させることにより第 1の可動部基台 11と第 2の可動部基台 22との相対的な位置関係を変化させ、主軸頭 31 を昇降送りさせながら旋回送りすることができる。 [0031] 図 4は、上記の基本構成を適用した工作機械を示す斜視図である。ベッド 41上に直線案内 42、 42が設けられ、その直線案内 42、 42によりコラム 45が左右 (X方向）に移動自在に設置されている。コラム 45の移動位置は図示しない X軸サーボモータにより X軸送りねじ軸 43を介して制御される。コラム 45内には図 1乃至図 3で説明したパラレル機構が搭載されている。コラム 45の上には対角の位置に第 1のサーボモータ 15と第 2のサーボモータ 25が配設されている。第 1のサーボモータ 15で前方の第 1の可動部基台 12の位置を制御し、第 2のサーボモータ 25で後方の第 2の可動部基台 22の位置を制御する。第 1の可動部基台 12に水平な支持軸 18により主軸頭 31 が揺動可能に支持されている。主軸頭 31の後方は、前述のように、コラム 45に隠れたリンク機構により第 2の可動部基台 22に連結されている。以下、同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。第 1及び第 2のサーボモータ 15、 25は主軸頭 31を上下させる Y軸モータとしての機能と、主軸頭 31を旋回させる A軸モータとしての機能を兼ね備えている。

[0032] また、この工作機械はタンデム駆動されるテーブルを備えて、る。テーブルベッド 5 1上に直線案内が設けられ、その直線案内によりテーブルベース 53が前後（Z軸)方向に移動自在である。テーブルベース 53の上には工作物を載置するテーブル 56が設けられる。テーブルベース 53の移動位置は、同期送りされる 2つの Z軸サーボモータ 54、 54により駆動される 2本の Z軸送りねじ軸 55、 55により駆動制御される。

[0033] 図 5,図 6は主軸頭 31を旋回させた状態での工作機械を示す斜視図である。ここでは主軸頭 31を旋回させるのに、図 1乃至図 3とは異なり、第 2の可動部基台 22を固定し第 1の可動部基台 12を下降させることにより行っている。このため主軸頭 31の旋回と共に主軸頭 31の下降が伴っている。

[0034] 図 4に座標軸が記載してある。直交 3軸の X軸 Y軸 Z軸とその各軸に平行な軸線回りに回転する A軸 B軸 C軸である。 X軸はコラム 45の左右の移動、 Y軸は主軸頭 31の上下の移動、 Z軸はテーブル 56の前後の移動である。 A軸は主軸頭 31の旋回運動である。 B軸 C軸の回転移動は上記の実施の形態では行わない。上記の実施の形態では、直交 3軸である X、 Y、 Ζ軸の内、任意の 1軸 (Υ軸）に沿って同期 2軸送りされる可動部（主軸頭 31)を有する工作機械であって、前記可動部（主軸頭 31)を送る 2組の駆動軸 (送りねじ軸 14、 24)が、前記任意の 1軸 (Y軸）以外の 2軸 (X軸、 Z軸）の内、どちらか一方の軸 (Z軸）に沿う相対位置がずれていることと、第 1の可動部基台 1 2に対する第 2の可動部基台 22の相対運動により前記可動部（主軸頭 31)が前記任意の 1軸 (Y軸）以外の 2軸 (X軸、 Z軸）の内、他方の軸 (X軸）回りを揺動運動するように可動部（主軸頭 31)と第 2の可動部基台 22とを連結するリンク機構と、を備えている。

[0035] 図 7及び図 8は本発明の第 2の実施の形態を示すもので、第 1の実施の形態と異なる点は、主軸頭 31の旋回に伴う延伸レバー 32の先端の連結軸 33の円弧運動のうち第 2の可動部基台 22の移動方向（第 2の送りねじ軸 24の軸線方向）に垂直な成分を吸収するために、リニアガイド 28によって案内子 29を第 2の可動部基台 22の移動方向に垂直な水平方向に移動可能に案内したことである。

[0036] すなわち、第 2の実施の形態においては、図 7及び図 8 (A)に示すように、第 1の実施の形態で述べたと同様に、第 1及び第 2の可動部基台 12、 22が、第 1及び第 2の送りねじ軸 14、 24 (図 1参照）によって、上下方向（Y軸方向）に平行に移動されるようになっており、第 1の可動部基台 12には、主軸頭 31が水平な支持軸 18によって旋回可能に支持され、主軸頭 31は主軸の軸線 ALが図 8 (A)に示す水平となる原位置力も図 8 (C)に示す鉛直 (下向き）となる旋回位置まで 90° 旋回可能となっている。なお、以下の説明における主軸の軸線 ALの向きは、特に断りがない限り、主軸頭 31が原位置に位置決めされて、る状態でのものを！、う。

[0037] 主軸頭 31には、主軸の軸線 ALと直交する鉛直下方向に延伸する延伸レバー 32 が固着されている。なお、図 8 (C)に示す主軸の軸線 ALが鉛直（下向き）となっている状態では、水平に延びる延伸レバー 32の先端は第 1の直線案内 11と第 2の直線案内 21の中間位置まで延在されている。一方、第 2の可動部基台 22には、 Z軸方向に平行な水平なリニアガイド 63が設けられている。リニアガイド 63には、案内子 64が Z軸方向に平行な水平方向に直線移動可能に案内されて、る。案内子 64には上記した延伸レバー 32の先端が支持軸 18に平行な連結軸 33によって揺動可能に連結されている。これにより、延伸レバー 32が主軸頭 31とともに支持軸 18の回りに旋回されると、延伸レバー 32の先端の連結軸 33の円弧運動に伴い、案内子 64がリニアガイド 63に案内されて、 Z軸方向に平行な水平方向に直線移動される。

[0038] また、第 2の可動部基台 22に主軸頭 31を旋回可能に支持する支持軸 18と、延伸レバー 32と案内子 64を揺動可能に連結する連結軸 33とを結ぶ直線 SLは、図 7に示すように、主軸軸線 ALに対して 45° 傾斜するように設定されている。これにより、主軸頭 31が図 8 (A)に示す原位置から図 8 (B)に示す 45° 傾斜した角度に旋回されると、上記した支持軸 18と連結軸 33を結ぶ直線 SLは、水平線に一致する。主軸頭 3 1が図 8 (B)に示す状態よりさらに 45° 旋回され、主軸軸線 ALが鉛直となる図 8 (C) に示す位置まで旋回されると、支持軸 18と連結軸 33を結ぶ直線 SLは、水平線に対して 45° 傾斜される。そして、主軸頭 31の旋回によって、連結軸 33は支持軸 18を中心とした円弧軌跡 CLに沿って移動するため、案内子 64はリニアガイド 63に沿って水平方向に進退されることになる。

[0039] 上記したように、第 2の実施の形態においては、リニアガイド 63によって案内子 64 を第 2の可動部基台 22の移動方向に垂直な水平方向に移動可能に案内することによって、主軸頭 31の旋回に伴う延伸レバー 32の先端の連結軸 33の円弧運動のうち第 2の可動部基台 22の移動方向に垂直な成分を吸収するように構成したので、主軸頭 31の全旋回領域において、主軸頭 31の旋回モーメントの方向と案内子 64の移動方向がほぼ直交する関係となり、これにより、特異点が発生せず、加工負荷に対する主軸頭 31の剛性を向上できるようになる。

[0040] また、第 2の実施の形態においては、支持軸 18と連結軸 33とを結ぶ直線 SLの角度を、主軸軸線 ALに対して 45° に設定したので、主軸頭 31を水平状態から 45° 旋回するに必要な第 1の可動部基台 12に対する第 2の可動部基台 22の移動量と、主軸頭 31をさらに鉛直状態まで 45° 旋回するに必要な第 1の可動部基台 12に対する第 2の可動部基台 22の移動量は同じとなる。これによつて、第 2の可動部基台 2 2を昇降する第 2のサーボモータ 25 (図 1参照）の定速回転で、主軸頭 31を全旋回領域に亘つてほぼ同一の旋回速度で旋回できるようになる。しかも、主軸頭 31を 90° 旋回させるに必要な案内子 64の進退移動量を最小とすることができる。

[0041] 図 9は、主軸軸線 ALに対する支持軸 18と連結軸 33を結ぶ直線 SLの角度をパラメータにして、主軸頭 31の旋回角度に対する第 1の可動部基台 12と第 2の可動部基台 22との相対移動量 (第 1の可動部基台 12を固定として考えれば第 2の可動部基台 22の座標位置）の関係を示す制御特性図で、線図 Aが本実施の形態の直線 SLを主軸軸線 ALに対して 45° 傾斜した場合、線図 B、 Cが直線 SLを主軸軸線 ALに対してそれぞれ 90° 、 0° とした場合の特性を示す。同図より、本実施の形態の 45° の場合には、 90° 、 0° の場合に比較して、第 1の可動部基台 21と第 2の可動部基台 22との相対移動量に対する主軸頭 31の旋回角度をほぼ一定割合で変化させることが理解できる。

[0042] 図 10は本発明の第 3の実施の形態を示すもので、第 2の実施の形態と異なる点は、主軸頭 31の旋回による主軸頭 31の自重に対する第 1および第 2の可動部基台 12 、 22に係る負荷の変動を抑制できるようにしたものである。

[0043] すなわち、第 3の実施の形態においては、図 10に示すように、上記した支持軸 18 の位置を、主軸頭 31を挟んで連結軸 33の反対側に配置するとともに、主軸頭 31の重心位置 GPが支持軸 18と連結軸 33との間の距離の 1Z2の位置に一致するように、設定している。

[0044] なお、第 3の実施の形態においても、第 2の可動部基台 22にリニアガイド 63が水平に設けられ、このリニアガイド 63に案内子 64が、 Z軸方向に平行な水平方向に直線移動可能に案内され、この案内子 64に連結軸 33を介して主軸頭 31が揺動可能に連結されている。

[0045] このように、第 3の実施の形態においては、主軸頭 31の重心位置 GPを支持軸 18と連結軸 33との間の距離の 1Z2に設定したことにより、主軸頭 31の重心位置を、主軸頭 31の旋回位置に拘らず、常に支持軸 18と連結軸 33との間の距離の 1Z2の位置に一致させることができ、主軸頭 31の自重を支持軸 18と連結軸 33とで均等に分担することができる。これによつて、加工反力に対する負荷特性を向上することができ、高速、高加減速を実現でき、サイクルタイムの短縮に寄与できるようになる。

[0046] 以上、本発明を実施するための一実施の形態について説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計変更が可能である。たとえば、前記実施の形態では、駆動軸としてボールスクリュー力なる送りねじ軸を適用した例について説明した力送りねじ軸に換えてリニアモータであっても構わない。また、主軸頭を A軸回りに旋回させる構成について説明したが、リンク機構を変えて C軸回りに旋回させる構成としても良い。

[0047] 可動部が主軸頭の場合について説明した力可動部は主軸頭、テーブル、コラムのいずれであっても良い。可動部が主軸頭の場合は、主軸頭は Y軸方向に同期 2軸送りされ， A軸又は C軸回りに旋回される。可動部がテーブルの場合は、 Z軸方向に同期 2軸送りされ B軸又は A軸回りに旋回される。可動部がコラムの場合は、 X軸方向に同期 2軸送りされ B軸又は C軸回りに旋回される。テーブルを旋回させる場合、図 4 に示す例では、リンク機構を付加しても B軸回りにしか旋回できないが、 2本の Z軸送りねじ軸 55の Y軸に沿う相対的な位置関係をずらせて、 A軸回りに旋回可能としても良い。コラムを旋回させる場合、図 4に示す例では、 X軸送りねじ軸 43が単軸であるので旋回できないが、同期 2軸送りとし、 X軸送りねじ軸の位置を Z軸に沿って相対的な位置関係をずらせば B軸回りの旋回が、 Y軸に沿って相対的な位置関係をずらせば C軸回りの旋回が可能となる。

産業上の利用可能性

[0048] 本発明に係る可動部旋回可能な工作機械は、主軸頭やテーブルを旋回移動させるとともに直線移動させる工作機械に用いるのに適して、る。

Claims

請求の範囲

[1] 直交 3軸である X、 Y、 Ζ軸の内、任意の 1軸に沿って同期 2軸送りされる可動部を有する工作機械であって、

前記可動部を送る 2組の駆動軸が、前記任意の 1軸以外の 2軸の内、どちらか一方の軸に沿う相対位置がずれていることと、

前記可動部を同期送りする際に直線案内される第 1の直線案内に直線移動自在に案内され前記 2組の駆動軸のうち一方の駆動軸により駆動される第 1の可動部基台と前記可動部を同期送りする際に直線案内される第 2の直線案内に直線移動自在に案内され前記 2組の駆動軸のうち他方の駆動軸により駆動される第 2の可動部基台と前記第 1の可動部基台に前記可動部が揺動自在に取り付けられていることと、前記第 1の可動部基台に対する前記第 2の可動部基台の相対運動により前記可動部が前記任意の 1軸以外の 2軸の内、他方の軸回りを揺動運動するように可動部と第 2の可動部基台とを連結するリンク機構と、

を備えることを特徴とする可動部旋回可能な工作機械。

[2] 前記リンク機構が、

前記可動部から延伸され一体となった係合子と、

前記第 2の可動部基台に設けられ、前記可動部の揺動に伴う前記係合子の円弧運動のうち前記他方の駆動軸の軸方向と垂直な成分を吸収可能な、ストロークを有するガイドと、

を備え、

前記係合子は前記ガイドに案内されていること、

を特徴とする請求項 1に記載の可動部旋回可能な工作機械。

[3] 前記ガイドが、リニアガイドであり前記駆動軸の軸方向に対して斜めに設けられている、ことを特徴とする請求項 2に記載の可動部旋回可能な工作機械。

[4] 前記可動部が、主軸頭である、ことを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の可動部旋回可能な工作機械。

[5] 前記可動部が、テーブルである、ことを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の可動部旋回可能な工作機械。

[6] 前記可動部が、コラムである、ことを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の可動部旋回可能な工作機械。

[7] 前記ガイドがリニアガイドであり、前記係合子を前記駆動軸の軸方向に対して直交する方向に移動可能に案内して、る、ことを特徴とする請求項 2乃至 6の、ずれかに記載の可動部旋回可能な工作機械。

[8] 前記主軸頭が、主軸軸線が水平となる角度と鉛直となる角度との間で 90° 旋回可能であり、前記係合子は前記ガイドに水平方向に移動可能に案内されている、ことを特徴とする請求項 4に記載の可動部旋回可能な工作機械。

[9] 前記第 1の可動部基台に前記可動部を揺動自在に取付ける支持軸と、前記第 2の可動部基台と前記可動部とを連結するリンク機構の連結軸とを結ぶ線が、前記主軸軸線に対して 45° 傾斜されている、ことを特徴とする請求項 4または 8に記載の可動部旋回可能な工作機械。

[10] 前記主軸頭の重心位置を、前記第 1の可動部基台に前記可動部を揺動自在に取付ける支持軸と、前記第 2の可動部基台と前記可動部とを連結するリンク機構の連結軸との間の距離の 1Z2に設定した、ことを特徴とする請求項 4または 8に記載の可動部旋回可能な工作機械。

[11] 前記主軸頭の重心位置を、前記支持軸と前記連結軸との間の距離の 1Z2に設定した、ことを特徴とする請求項 9に記載の可動部旋回可能な工作機械。