WO2021065141A1

WO2021065141A1 - 工作機械

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Publication number: WO2021065141A1
Application number: PCT/JP2020/026731
Authority: WO
Inventors: 敦司多田
Original assignee: 芝浦機械株式会社
Priority date: 2019-10-03
Filing date: 2020-07-08
Publication date: 2021-04-08
Also published as: JPWO2021065141A1; CN114502322A; US20220371142A1

Abstract

工作機械（１）は、フライス軸（３０）に対して主軸（２０）を進退させる進退駆動装置（４０）と、フライス軸（３０）に設置されて主軸（２０）を拘束するクランプ装置（４４）と、進退駆動装置（４０）およびクランプ装置（４４）を制御する繰り出し制御部（９３）と、進退駆動装置（４０）に対する主軸（２０）からの反力を検出する反力センサ（４５）と、を有し、繰り出し制御部（９３）は、クランプ装置（４４）による主軸（２０）の拘束を解除したアンクランプ状態で、進退駆動装置（４０）により主軸（２０）を指定の繰り出し位置へ移動させる進退駆動装置（４０）の進退制御を行うとともに、クランプ装置（４４）により主軸（２０）を拘束したクランプ状態で、反力センサ（４５）で検出される反力が減少する向きに進退駆動装置（４０）を動作させる反力サーボ制御を行う。

Description

工作機械

　本発明は主軸繰り出し方式の工作機械に関する。

　工作機械では、主軸ヘッド本体に回転自在に支持された主軸の先端に工具を装着し、主軸ヘッド本体をワークに対して相対移動させることで、ワークの任意位置を工具で切削加工することができる。
　工作機械において、例えば横中ぐり盤などには、主軸繰り出し方式の工作機械が利用されている（特許文献１参照）。
　主軸繰り出し方式の工作機械は、先端に工具を装着可能かつ中心軸線廻りに回転可能な主軸と、主軸を中心軸線方向へ進退自在に収容するフライス軸と、フライス軸を中心軸線廻りに回転自在に支持する主軸ヘッド本体と、フライス軸の回転を主軸に伝達する回転伝達機構と、主軸ヘッド本体に設置されてフライス軸を回転駆動する主軸駆動モータと、主軸ヘッド本体に設置されて主軸を進退させる進退駆動装置と、フライス軸に設置されて主軸を拘束するクランプ装置と、を有する。
　進退駆動装置としては、主軸の工具装着側とは反対側の端部に接続され、主軸を軸線方向へ移動させるボールねじ等が利用される。回転伝達機構としては、フライス軸の回転を主軸に伝達可能かつ軸線方向の相対移動を許容可能な係合機構、例えばフライス軸の内面および主軸の外面に形成されて主軸の軸線方向に延びるキーおよびキー溝などが利用される。
　クランプ装置は、フライス軸の工具に近い先端側に設置され、クランプ状態では主軸を拘束して主軸の軸心の振れを抑制する。進退駆動装置による主軸の進退は、クランプ装置による主軸の拘束を解除したアンクランプ状態で行われる。

　このような主軸繰り出し方式の工作機械では、主軸駆動モータでフライス軸を回転駆動することで、回転伝達機構を介して回転力が主軸に伝達され、主軸に装着された工具を回転させてワークを加工することができる。
　加工の前に、進退駆動装置で主軸を進出または後退させることで、ワークに対する主軸先端位置、すなわち工具位置の接近性を変更することができる。基本的に、加工の際には、クランプ装置によりフライス軸の先端近傍で主軸を拘束することで、主軸の振れを抑制することができる。

　前述のような主軸繰り出し方式の工作機械において、主軸を拘束するクランプ装置としては、例えば円錐面（リング状のテーパ面）を用いて主軸を全周から締め付ける機構が利用されている（特許文献２参照）。
　具体的には、フライス軸に対して中心軸線方向の位置を固定されかつ内側に主軸が挿通される内リングと、内リングと円錐面を介して嵌合可能な外リングと、で構成されるクランプリングを有するとともに、外リングが内リングに嵌合する嵌合方向へ外リングを付勢する皿ばね列などの付勢部材と、外リングを内リングとの嵌合が解除される解除方向へ駆動可能な油圧ピストンなどの解除機構と、を有するクランプ装置が利用されている。特許文献２では、前述のようなクランプリング式のクランプ装置を一対、逆向きに設置している。
　このようなクランプ装置を有する主軸繰り出し方式の工作機械においては、解除機構によりクランプ装置を解除した状態で、主軸の繰り出し動作を実行できる。一方、クランプ装置を動作させ、主軸をフライス軸の先端近傍で拘束することで、進出状態の主軸の振れを抑制できる。

　一方、工作機械においては、動作時の主軸の熱変形による精度低下を回避するために、様々な対策がなされている。例えば、主軸部分の温度を測定し、熱変位量を算出して補正を行うもの（特許文献３）、あるいは、主軸の熱変位あるいは繰り出し機構の熱変位を測定して補正を行うもの（特許文献４）が知られている。
　これに対し、前述したクランプ装置を有する主軸繰り出し方式の工作機械においては、主軸をクランプした状態では、工作精度に影響する熱変形が、主軸のクランプ装置から工具までの比較的短い区間に限定される。このため、クランプ状態で行われる加工の際には、主軸の熱変形が工具の位置精度に影響しにくく、熱変形に対する補正は最小限ないし省略できる。

特開平８－２８１５０１号公報特開平５－４４７０７号公報特公昭６１－０５９８６０号公報特開平０７－２６６１９３号公報

　前述したクランプ装置を有する主軸繰り出し方式の工作機械において、主軸のうちクランプ装置に対して工具と反対側の部分は、主軸のクランプが確実に行われている限り、熱変形があっても工具の位置精度に影響しない。しかし、当該部分の熱変形は、主軸を繰り出す機構部分に対して別の問題を生じることがわかった。
　すなわち、主軸のクランプ装置に対して工具と反対側の部分には、繰り出し用の進退駆動装置が接続される。進退駆動装置は、前述したボールねじなどで構成され、進退駆動モータで主軸を進退可能である反面、主軸に熱変形が生じると変位が逆に伝達され、進退駆動モータに不要なトルクがかかるという問題がある。
　例えば、駆動モータにより主軸が指定された繰り出し位置まで移動されて停止した状態で、主軸が熱変形により変位して指定位置からずれた場合、これを位置フィードバックで検出した駆動モータは元の指定位置に戻すべく駆動トルクを生じさせる。ところが、主軸はクランプ装置で繰り出し方向への移動を規制されており、進退駆動モータは延々とトルクを生じ続け、過剰な電流を消費し続けることになる。そして、進退駆動モータからの発熱が周囲に伝播し、主軸の熱変形をさらに助長することになる。

　本発明の目的は、クランプ装置を有する主軸繰り出し方式の工作機械において、クランプ状態での進退駆動装置の不要な駆動を抑制することである。

　本発明の工作機械は、先端に工具を装着可能かつ中心軸線廻りに回転可能な主軸と、前記主軸を中心軸線方向へ進退自在に収容するフライス軸と、前記フライス軸に対して前記主軸を進退させる進退駆動装置と、前記フライス軸に設置されて前記主軸を拘束するクランプ装置と、前記進退駆動装置および前記クランプ装置を制御する繰り出し制御装置と、前記進退駆動装置に対する前記主軸からの反力を検出する反力センサと、を有し、前記繰り出し制御装置は、前記クランプ装置による前記主軸の拘束を解除したアンクランプ状態で、前記進退駆動装置により前記主軸を指定の繰り出し位置へ移動させる進退制御を行うとともに、前記クランプ装置により前記主軸を拘束したクランプ状態で、前記反力センサで検出される前記反力が減少する向きに前記進退駆動装置を動作させる反力サーボ制御を行うことを特徴とする。

　このような本発明では、クランプ装置をアンクランプ状態にしたうえ、繰り出し制御装置により進退駆動装置を進退制御し、主軸を所望の繰り出し位置に配置する。そして、クランプ装置をクランプ状態にしたのち、主軸を回転させて加工を行う。
　繰り出し制御装置は、加工に先立ってクランプ装置をクランプ状態にした際に、反力センサで検出される反力を監視する。主軸による加工を行うことで、発熱により主軸が熱変形して伸縮し、所望の繰り出し位置で静止している進退駆動装置に対して反力を生じる。反力は反力センサで検出され、繰り出し制御装置は主軸の反力が減少する向きに進退駆動装置を移動させる。従って、主軸の熱変位が生じた場合、その多寡に関わりなく主軸の熱変位分が相殺され、その結果、主軸の熱変位を解消するための不要な駆動および駆動のための不要な電流消費や発熱を防止できる。
　なお、進退駆動装置の進退制御としては、例えば、進退駆動装置の進退駆動モータに対して、主軸の位置フィードバックを参照しつつ指定の繰り出し位置へ移動させるサーボ制御が利用できる。主軸の位置フィードバックとしては、進退駆動装置の任意部分の変位あるいは進退駆動モータの回転軸の角度位置を用いて演算してもよい。そして、繰り出し制御装置における主軸の熱変位を相殺する進退制御としては、反力センサからの反力フィードバックを参照するサーボ制御を利用することができる。

　本発明の工作機械において、前記反力センサは、前記進退駆動装置の駆動部分と、前記駆動部分で駆動される前記主軸の一部との間に設置された圧力センサであることが好ましい。
　このような本発明では、主軸の熱変位による伸縮があった際に、静止した進退駆動装置との間で生じる反力を確実に検出することができる。

　本発明の工作機械において、前記繰り出し制御装置は、前記反力が所定の閾値を超えた際に前記反力サーボ制御を行うことが好ましい。
　このような本発明では、繰り出し制御装置が、反力が所定の閾値を超えた際に反力サーボ制御を行うため、反力が所定の閾値を超えない場合、つまり主軸の熱変位が微小な場合の反力サーボ制御を抑制することができる。これにより、主軸の熱変位が微小な状態で頻繁に反力サーボ制御が行われることを回避できる。

　本発明の工作機械において、前記反力センサは、前記進退駆動装置の駆動部分に設置された歪ゲージであることが好ましい。
　このような本発明では、主軸の熱変位による伸縮があった際に進退駆動装置に生じる歪みから、主軸からの反力を検出することができる。そして、歪ゲージを用いることで、設置が容易である。とくに、進退駆動装置および主軸の機構部分にセンサを設置するよりも構造を簡素にできる。

　本発明の工作機械において、前記反力センサは、前記進退駆動装置の進退駆動モータの電流値を検出する電流センサであることが好ましい。
　このような本発明では、主軸の熱変位による伸縮があった際に、静止した進退駆動装置との間で生じる反力に応じて、進退駆動モータの負荷および駆動電流が増大することを利用して、主軸からの反力を検出することができる。そして、電流センサを用いることで、設置が容易である。とくに、進退駆動装置および主軸の機構部分にセンサを設置するよりも構造を簡素にできる。

本発明の工作機械の一実施形態を示す斜視図。前記実施形態の繰り出し方式の主軸を示す模式図。前記実施形態の繰り出し制御装置を示すブロック図。前記実施形態の繰り出し制御を示すフローチャート。前記実施形態における動作を示す模式図。本発明の他の実施形態を示す模式図。本発明のさらに他の実施形態を示す模式図。

　以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１において、工作機械１は、本発明に基づく主軸繰り出し方式の工作機械である。
　工作機械１は、ベッド２の上面にテーブル３およびコラム４を有する。
　テーブル３は、Ｘ軸移動機構５およびＺ軸移動機構６により、水平かつ互いに交差するＸ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能である。
　コラム４には、主軸ヘッド本体１０が支持されている。主軸ヘッド本体１０は、コラム４に収容されたＹ軸移動機構７を介して支持され、コラム４に沿って昇降つまりＹ軸方向へ移動可能である。
　工作機械１は、各部動作を制御するために、操作パネル８を含む制御装置９を備えている。

　図２において、主軸ヘッド本体１０には、繰り出し方式の主軸２０およびフライス軸３０が設置されている。
　主軸２０は、先端に工具を装着するチャック２１を有し、フライス軸３０の中心部に同軸つまり互いの中心軸線が一致した状態で進退自在に収容されている。主軸２０およびフライス軸３０の中心軸線は、工作機械１のＺ軸方向とされている。
　フライス軸３０は、軸受３１，３２を介して主軸ヘッド本体１０に回転自在に支持されている。主軸ヘッド本体１０には、フライス軸３０を回転駆動する主軸駆動モータ１１が設置され、図示しない伝達機構を介してフライス軸３０に接続されている。

　主軸２０とフライス軸３０との間には、フライス軸３０の回転を主軸２０に伝達する回転伝達機構１２が設置されている。
　回転伝達機構１２は、主軸２０の外周面に形成された長手方向に延びるキー溝２２と、フライス軸３０に固定されてキー溝２２に嵌合するキー部材３３とを有し、フライス軸３０と主軸２０との間で回転を伝達可能であるとともに、フライス軸３０と主軸２０との長手方向への移動を許容可能である。

　主軸ヘッド本体１０には、フライス軸３０および主軸ヘッド本体１０に対して主軸２０を中心軸線方向へ進退させる進退駆動装置４０が設置されている。
　進退駆動装置４０は、主軸２０のチャック２１と反対側端に当接する当接部材４１と、当接部材４１を主軸２０の長手方向（中心軸線方向）へ移動させる送りねじ機構４２および進退駆動モータ４３とを有する。主軸２０は、当接部材４１で押されることで、先端側へ移動し、これによりフライス軸３０の先端側から繰り出し（Ｗ軸移動）が可能である。一方、当接部材４１を主軸２０の端部から離隔させるとともに、先端などから逆向きの力を与えることで、主軸２０はフライス軸３０内に戻すことができる。

　主軸２０の端部には、当接部材４１で押される部分に、進退駆動装置４０に対する主軸２０からの反力を検出する反力センサ４５が設置されている。反力センサ４５は、半導体圧力センサなどであり、当接部材４１との間の圧力に応じた電気信号を出力可能である。

　このような繰り出し方式の工作機械１においては、テーブル３にワークを載置し、主軸２０に加工に応じた工具を装着して加工を行う。
　加工の際には、Ｘ軸移動機構５、Ｚ軸移動機構６、およびＹ軸移動機構７によりワークと工具との相対位置を制御し、主軸駆動モータ１１でフライス軸３０を回転駆動することで、回転伝達機構１２を介して回転力が主軸２０に伝達され、主軸２０に装着された工具を回転させてワークを加工する。
　ワークの奥まった部分などに対しては、進退駆動装置４０により主軸２０をＷ軸方向へ進出させて（繰り出して）加工を行うことができる。
　このような繰り出し状態（主軸２０が進出した状態）において、フライス軸３０と主軸２０との振れを防止するために、フライス軸３０の先端近傍には、主軸２０を拘束するクランプ装置４４が設置されている。

　クランプ装置４４は、例えば円錐面（リング状のテーパ面）を用いて主軸２０を全周から締め付ける機構で構成され、クランプ装置４４で主軸２０を拘束した状態（クランプ状態）では、主軸２０の軸心の振れが抑制される。進退駆動装置４０による主軸２０の進退は、クランプ装置４４による主軸２０の拘束を解除した状態（アンクランプ状態）で行われる。

　工作機械１において、前述したＸ軸移動機構５、Ｚ軸移動機構６、Ｙ軸移動機構７、主軸駆動モータ１１、進退駆動モータ４３、およびクランプ装置４４は、それぞれ制御装置９により制御される。
　図３において、制御装置９は、ＸＹＺ軸位置制御部９１、主軸回転制御部９２、繰り出し制御部９３を有する。
　ＸＹＺ軸位置制御部９１は、制御装置９で実行される加工プログラムに基づいて、Ｘ軸移動機構５、Ｚ軸移動機構６、およびＹ軸移動機構７を制御し、工具が装着された主軸２０の先端を所定のＸＹＺ軸位置に移動させる。
　主軸回転制御部９２は、制御装置９で実行される加工プログラムに基づいて、主軸駆動モータ１１の回転を制御し、主軸２０に装着された工具で回転切削を実行させる。

　繰り出し制御部９３は、Ｗ軸位置制御部９４、クランプ制御部９５、および反力サーボ制御部９６を有する。
　Ｗ軸位置制御部９４は、制御装置９で実行される加工プログラムに基づいて、Ｗ軸位置の変更指令（主軸２０の繰り出し量の変更指令）があった際に、進退駆動装置４０の進退駆動モータ４３の回転を制御し、主軸２０のＷ軸位置（繰り出し位置）を増減させる。進退駆動モータ４３の回転制御では、Ｗ軸位置制御部９４は進退駆動装置４０のＷ軸位置フィードバックを参照し、指令されたＷ軸位置との差分に応じて移動する位置サーボ動作が行われる。Ｗ軸位置フィードバックは、主軸２０あるいは当接部材４１のＷ軸位置にあたるが、本実施形態では、進退駆動モータ４３のエンコーダの検出角度を参照し、初期値からのインクリメンタル方式で現在のＷ軸位置を算出している。

　クランプ制御部９５は、制御装置９で実行される加工プログラムに基づいて、クランプ装置４４をアンクランプ状態（主軸２０の繰り出し位置変更時）、またはクランプ状態（主軸２０の回転加工時）に切り替える。
　Ｗ軸位置制御部９４は、繰り出し制御部９３においてクランプ制御部９５と連携されており、クランプ制御部９５の状態（クランプ装置４４のクランプ状態またはアンクランプ状態）を参照し、アンクランプ状態でのみ進退駆動装置４０による主軸２０の繰り出し位置を変更可能である。

　反力サーボ制御部９６は、反力センサ４５で検出される反力が減少する向きに進退駆動装置４０を進退させる反力サーボ制御を行うものである。具体的には、クランプ装置４４により主軸２０を拘束したクランプ状態で、反力センサ４５で検出される反力を参照し、この反力が減少するように進退駆動装置４０を動作させるフィードバック制御を行う。

　例えば、主軸２０が加工時の熱変形により伸長し、当接部材４１を押圧する状態になると、その押圧力が反力センサ４５で検出される。反力サーボ制御部９６は、Ｗ軸位置制御部９４を介して進退駆動装置４０を制御し、当接部材４１を後退させて主軸２０の伸長方向へ逃がす。
　ここで、当接部材４１が元の位置を維持していたとすると、熱変位で伸長した主軸２０により当接部材４１が押圧され、変位することになる。このような変位が生じると、Ｗ軸位置制御部９４による位置フィードバックが作動して、変位を打ち消すように進退駆動モータ４３に補正用の電流が流される。
　これに対し、反力サーボ制御部９６により当接部材４１を後退させることで、主軸２０が熱変位で伸長しても、Ｗ軸位置制御部９４による位置フィードバックが作動されず、進退駆動モータ４３への補正用の電流を回避できる。

　このような反力サーボ制御は、主軸２０が伸長する方向の熱変形に限らず、主軸２０が収縮する方向の熱変形についても同様に行われる。すなわち、反力サーボ制御部９６は、反力センサ４５で検出される反力が減少する向きに進退駆動装置４０を動作させる。
　なお、反力サーボ制御部９６は、反力センサ４５から得られる反力が、所定の閾値を超えた際に反力サーボ制御を行うものとされている。所定の閾値は、反力サーボ制御部９６に予め設定されるものであり、主軸２０の熱変形特性などに基づいて適宜設定される。

　このような本実施形態の工作機械１では、制御装置９で加工プログラムを実行することで、ＸＹＺ軸位置制御部９１および主軸回転制御部９２の制御のもと、Ｘ軸移動機構５、Ｚ軸移動機構６、Ｙ軸移動機構７、および主軸駆動モータ１１が連携して動作し、ワークの加工が実行される。
　加工前または次の加工までの間に、繰り出し制御部９３の制御のもとで、主軸２０の繰り出し位置の調整が行われる。具体的には、クランプ制御部９５の制御のもとで、クランプ装置４４がアンクランプ状態とされ、Ｗ軸位置制御部９４の制御のもとで進退駆動モータ４３により主軸２０がＷ軸方向へ移動され、クランプ装置４４が再びクランプ状態とされ、所望の繰り出し位置での加工を実行することができる。

　図４において、加工動作においては、クランプ制御部９５によりクランプ装置４４がクランプ状態に切り替えられ、クランプ装置４４により主軸２０がクランプされる（処理Ｓ１）。
　主軸２０がクランプされた状態で、制御装置９からの指令により主軸２０の回転およびＸＹＺ軸移動を行うことで、ワークに対する加工動作が行われる（処理Ｓ２）。
　加工動作の間に、主軸２０が熱変形により伸縮が生じた場合、進退駆動装置４０への反力が反力センサ４５で検出され、反力サーボ制御部９６により反力サーボ制御が行われ、進退駆動モータ４３における無用な電流が抑制される（処理Ｓ３）。

　加工動作（処理Ｓ１～処理Ｓ４）の間にＷ軸移動指令が検出されると、制御装置９は加工動作を停止し、Ｗ軸調整動作（主軸繰り出し動作）を実行する。
　Ｗ軸調整動作では、クランプ制御部９５によりクランプ装置４４がアンクランプ状態に切り替えられ、クランプ装置４４による主軸２０のクランプが解除される（処理Ｓ５）。
　主軸２０のクランプが解除されたアンクランプ状態で、Ｗ軸位置制御部９４が、Ｗ軸移動指令に基づいて進退駆動モータ４３を制御し、主軸２０が指定されたＷ軸位置に繰り出される（処理Ｓ６）。
　指定された繰り出し状態となったら、制御装置９は、Ｗ軸調整動作を終了し、処理Ｓ１～Ｓ４の加工動作を再開する。

　このような本実施形態によれば、以下に述べるような効果が得られる。
　本実施形態では、繰り出し制御部９３（繰り出し制御装置）のクランプ制御部９５によりクランプ装置４４をアンクランプ状態にしたうえ、繰り出し制御部９３（繰り出し制御装置）のＷ軸位置制御部９４により、進退駆動装置４０の進退駆動モータ４３を進退制御し、主軸２０を所望の繰り出し位置（Ｗ軸位置）に配置する。そして、クランプ装置４４をクランプ状態にしたのち、主軸２０を回転させて加工を行う。
　繰り出し制御部９３においては、加工に先立ってクランプ装置４４をクランプ状態にした際に、反力サーボ制御部９６により、反力センサ４５で検出される反力を監視する。主軸２０による加工を行うことで、発熱により主軸２０が熱変形して伸縮し、所望の繰り出し位置で静止している進退駆動装置４０に対して反力を生じる。反力は反力センサ４５で検出され、繰り出し制御部９３は主軸２０の反力が減少する向きに進退駆動装置４０を移動させる。従って、主軸２０の熱変位が生じた場合、その多寡に関わりなく主軸２０の熱変位分が相殺され、その結果、主軸２０の熱変位を解消するための不要な駆動および駆動のための不要な電流消費や発熱を防止できる。

　図５において、繰り出し制御部９３（繰り出し制御装置）の位置サーボ動作のもとで進退駆動装置４０が制御され、アンクランプ状態の主軸２０が所望の繰り出し量に設定され、クランプ装置４４で主軸２０がクランプされたとする。このとき、主軸ヘッド本体１０が室温（低温）の状態であり、主軸２０のクランプ装置４４から基端側までの距離Ｌｃであり、基端側の位置Ｗｃであったとする。
　加工動作を実行することで、動作発熱により主軸２０が熱膨張し、主軸２０の基端側に熱変位ｄＬが生じたとする。このとき、クランプ装置４４から基端側までの距離Ｌｈ＝Ｌｃ＋ｄＬとなる。

　主軸２０が熱変位ｄＬだけ延び、主軸２０の基端側が位置Ｗｈとなると、繰り出し制御部９３は、Ｗ軸位置制御部９４の位置サーボにより、位置Ｗｈが先に設定した位置Ｗｃからずれていることを検出し、熱変位ｄＬが相殺されるように進退駆動装置４０の進退駆動モータ４３を駆動する。しかし、Ｗ軸位置制御部９４の位置サーボによる補正動作に拘わらず、主軸２０はクランプ状態とされているため、主軸２０の基端側が元の位置Ｗｃに戻ることはなく、進退駆動モータ４３に駆動電流だけが流れ続け、更なる発熱を招くことになる。

　これに対し、本実施形態の繰り出し制御部９３では、反力サーボ制御部９６により反力サーボ制御が行われ、主軸２０の反力が減少する向きに進退駆動装置４０を移動させる。すなわち、主軸２０が熱変位ｄＬだけ延びた分、進退駆動装置４０の当接部材４１に対する反力が増大し、この反力が反力センサ４５で検出される。反力サーボ制御部９６は、検出された主軸２０の反力が減少する向き、つまり主軸２０の延びる方向へ当接部材４１を移動させる。当接部材４１が位置Ｗｏから位置Ｗｒ（Ｗｒ－Ｗｏ＝ｄＬ）まで移動することで、Ｗ軸位置制御部９４の位置サーボによる補正が必要なくなり、進退駆動モータ４３への駆動電流は停止され、無用な発熱などが解消される。

　本実施形態では、反力サーボ制御部９６に所定の閾値を設置しておき、反力センサ４５からの反力が閾値を超えた際に反力サーボ制御を行うようにした。
　このため、主軸２０の熱変位が微小な場合にも、反力サーボ制御部９６が頻繁に起動されることを回避できる。

　本実施形態では、反力センサ４５は、進退駆動装置４０の駆動部分（当接部材４１）で駆動される主軸２０の端部に設置された圧力センサであるとしたため、主軸２０の熱変位による伸縮があった際に、静止した進退駆動装置４０との間で生じる反力を確実に検出することができる。

　なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
　前記実施形態では、Ｗ軸位置制御部９４による進退駆動装置４０の進退制御を、主軸２０の位置フィードバックを用いた位置サーボ動作とし、位置フィードバックとして進退駆動モータ４３のエンコーダの検出角度を参照し、初期値からのインクリメンタル方式で現在のＷ軸位置を算出した。これに対し、位置検出は絶対座標を用いるアブソリュート方式であってもよく、位置フィードバックは進退駆動装置４０ないし主軸２０の任意位置で位置検出するものであってもよい。

　前記実施形態では、反力サーボ制御部９６に所定の閾値を設置しておき、反力センサ４５からの反力が閾値を超えた際に反力サーボ制御を行うようにした。これに対し、反力サーボ制御部９６が常時反力サーボ制御を行うようにしてもよい。

　前記実施形態では、反力センサ４５は、進退駆動装置４０の当接部材４１で駆動される主軸２０の端部に設置された圧力センサであるとしたが、他のセンサを用いてもよい。例えば、主軸２０の側面に取り付けられた歪みゲージや、当接部材４１に取り付けられた歪みゲージ、あるいは進退駆動モータ４３の電流値から反力を推定してもよい。

　図６に示す本発明の他の実施形態においては、進退駆動装置４０の駆動部分である当接部材４１の側面に歪ゲージ４６が設置されている。
　このような本実施形態では、主軸２０の熱変位による伸縮があった際に進退駆動装置４０に生じる歪みから、主軸２０からの反力を検出することができる。そして、歪ゲージ４６を用い、当接部材４１の側面に固定することで、設置が容易である。とくに、進退駆動装置４０および主軸２０の機構部分にセンサを設置するよりも構造を簡素にできる。

　図７に示す本発明の他の実施形態においては、進退駆動装置４０の進退駆動モータ４３には、進退駆動する際の駆動電流の電流値を検出する電流センサ４７が設置されている。
　このような本実施形態では、主軸２０の熱変位による伸縮があった際に、静止した進退駆動装置４０との間で生じる反力に応じて、進退駆動モータ４３の負荷および駆動電流が増大することを利用して、主軸２０からの反力を検出することができる。そして、電流センサ４７を用いることで、進退駆動モータ４３の一部ないしは進退駆動モータ４３に接続される電力ケーブルの一部に設置することができ、設置が容易である。とくに、進退駆動装置４０および主軸２０の機構部分にセンサを設置するよりも構造を簡素にできる。

　１…工作機械、１０…主軸ヘッド本体、１１…主軸駆動モータ、１２…回転伝達機構、２…ベッド、２０…主軸、２１…チャック、２２…キー溝、３…テーブル、３０…フライス軸、３１…軸受、３３…キー部材、４…コラム、４０…進退駆動装置、４１…当接部材、４２…送りねじ機構、４３…進退駆動モータ、４４…クランプ装置、４５…反力センサ、４６…歪センサ、４７…電流センサ、５…Ｘ軸移動機構、６…Ｚ軸移動機構、７…Ｙ軸移動機構、８…操作パネル、９…制御装置、９１…ＸＹＺ軸位置制御部、９２…主軸回転制御部、９３…繰り出し制御部、９４…Ｗ軸位置制御部、９５…クランプ制御部、９６…反力サーボ制御部。

Claims

　先端に工具を装着可能かつ中心軸線廻りに回転可能な主軸と、前記主軸を中心軸線方向へ進退自在に収容するフライス軸と、前記フライス軸に対して前記主軸を進退させる進退駆動装置と、前記フライス軸に設置されて前記主軸を拘束するクランプ装置と、前記進退駆動装置および前記クランプ装置を制御する繰り出し制御装置と、前記進退駆動装置に対する前記主軸からの反力を検出する反力センサと、を有し、
　前記繰り出し制御装置は、前記クランプ装置による前記主軸の拘束を解除したアンクランプ状態で、前記進退駆動装置により前記主軸を指定の繰り出し位置へ移動させる進退制御を行うとともに、前記クランプ装置により前記主軸を拘束したクランプ状態で、前記反力センサで検出される前記反力が減少する向きに前記進退駆動装置を動作させる反力サーボ制御を行うことを特徴とする工作機械。
　請求項１に記載した工作機械において、
　前記反力センサは、前記進退駆動装置の駆動部分と、前記駆動部分で駆動される前記主軸の一部との間に設置された圧力センサであることを特徴とする工作機械。
　請求項２に記載した工作機械において、
　前記繰り出し制御装置は、前記反力が所定の閾値を超えた際に前記反力サーボ制御を行うことを特徴とする工作機械。
　請求項１に記載した工作機械において、
　前記反力センサは、前記進退駆動装置の駆動部分に設置された歪ゲージであることを特徴とする工作機械。
　請求項１に記載した工作機械において、
　前記反力センサは、前記進退駆動装置の進退駆動モータの電流値を検出する電流センサであることを特徴とする工作機械。