JP2002337032A

JP2002337032A - マシニングセンタにおけるワーク座標点への倍速位置決め方法とその方法を実施するための装置

Info

Publication number: JP2002337032A
Application number: JP2001140930A
Authority: JP
Inventors: Masaru Oaku; 勝大阿久
Original assignee: OAKU SEIKO KK
Current assignee: OAKU SEIKO KK
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2002-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】ワーク加工における非切削中の移動時間の大
幅な短縮とマシニングセンタをコンパクト化したワーク
の位置決め装置を提供する。【解決手段】固定されているベッド１上でテーブル２
及びスピンドル３を、水平方向のＸ軸と、そのＸ軸に直
交差する水平方向のＺ軸と、垂直方向のＹ軸との３軸移
動による制御を行うマシニングセンタにおいて、前記ベ
ッド１上に、前記テーブル２及びスピンドル３にＸ軸、
Ｙ軸及びＺ軸方向のうち少なくとも一つの軸方向に夫々
独立した同軸方向の軌道４ａ、４ｂを設け、その同軸方
向軌道４ａ、４ｂ上にテーブル２とスピンドル３を夫々
に設けたサーボモータの制御により逆方向に同時移動さ
せてテーブル２とスピンドル３とで同時に移動距離を稼
いでワークを素早く目的の座標に位置決めできるように
したマシニングセンタにおけるワーク座標点への倍速位
置決め装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、固定されている基
台（ベッド）上に、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向にワークを
移動制御可能な被加工物設置台（テーブル）と切削刃物
把握軸（スピンドル）から成るマシニングセンタにおい
て、ワークの位置決め時間を短縮できるようにするとと
もに装置の間口をコンパクトにすることができる方法
と、その方法を実施するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】これまでのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の３
軸制御のマシニングセンタは、図５に示すように、固定
されているベッド上に、テーブル又はスピンドルに設け
た各方向一軸のみの移動による同一方向一軸移動方法に
よる位置決め方法が用いられ、また、その方法による装
置として、これまで、例えば実開平２−７９２９号公報
にも示されているように、各種提案がなされている。

【０００３】近年マシニングセンタの製品競争が激化す
る中で、高性能で高品質の加工が可能となることはもと
より加工時間の短縮、即ち高速化が要求されるようにな
ってきた。しかし、従来の方法及び装置の場合、高速化
のためにワークの移動時間を短縮しようとすると、理論
的にはテーブル又はスピンドルの移動速度を上げれば、
その上げた分だけ時間短縮させることが可能なはずであ
る。しかし、実際には現在の軌道による移動技術では構
造的に限界速度にまで達していてこれ以上速度を上げる
ことによる時間短縮は不可能な状態となっている。

【０００４】また、加工作業員の移動作業負担の軽減と
加工時間の軽減をして作業能率を向上させようとするた
めに、工作機械の間口を小さくしようとしても、その方
法による装置では、例えばワークを１ｍ移動させようと
すると、図８に示すように、テーブル又はスピンドルの
移動軸上に少なくともその１ｍ分（図中の長さＬ）の全
量の長さだけの軌道の距離とスペースが必要であり、そ
れよりも短い軌道とすることは不可能であった。このよ
うに、加工に必要な移動距離を確保したままで、工作機
械の間口を小さくし、ベッドを含めてマシニングセンタ
全体をコンパクト化することができなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実情に
鑑みてなされたもので、マシニングセンタの稼動中にお
ける非切削時間の大幅な短縮化と、マシニングセンタの
間口の短縮による省スペース化を同時に可能にする効率
的な加工方法と、その方法を実施するための高速加工が
できるコンパクトなマシニングセンタを提供するもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、固定されているベッド１上でテーブル２
及びスピンドル３を、水平方向のＸ軸と、そのＸ軸に直
交差する水平方向のＺ軸と、垂直方向のＹ軸との３軸移
動による制御を行うマシニングセンタにおいて、前記テ
ーブル２及びスピンドル３にＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の
うち少なくとも一つの軸方向に夫々独立した両者同軸方
向の軌道４ａ、４ｂを設け、その同軸方向軌道４ａ、４
ｂ上にテーブル２とスピンドル３を逆方向に同時移動さ
せてテーブル２とスピンドル３とで同時に移動距離を稼
いで素早く目的の座標に位置決めできるようにすること
を特徴とするマシニングセンタにおけるワーク座標点へ
の倍速位置決め方法である。

【０００７】また、上記構成において、前記両者同軸方
向軌道４ａ、４ｂ上にテーブル２とスピンドル３を逆方
向に同時移動させた時に、目的の座標に達するのが最短
時間になるように各軸の移動速度と移動距離の計算を
し、その計算を基に各部のサーボモータ５の制御をして
素早く目的の座標に位置決めできるようにすることを特
徴とするものである。

【０００８】また、固定されているベッド１上でテーブ
ル２及びスピンドル３を、水平方向のＸ軸と、そのＸ軸
に直交差する水平方向のＺ軸と、垂直方向のＹ軸との３
軸移動による制御を行うマシニングセンタにおいて、前
記ベッド１上に、前記テーブル２及びスピンドル３にＸ
軸、Ｙ軸及びＺ軸方向のうち少なくとも一つの軸方向に
夫々独立した同軸方向の軌道４ａ、４ｂを設け、その同
軸方向軌道４ａ、４ｂ上にテーブル２とスピンドル３を
夫々に設けたサーボモータ５の制御により逆方向に同時
移動させてテーブル２とスピンドル３とで同時に移動距
離を稼いで素早く目的の座標に位置決めできるようにす
ることを特徴とする上記構成の方法を実施するためのマ
シニングセンタにおけるワーク座標点への倍速位置決め
装置である。

【０００９】さらに、上記構成において、前記ベッド１
上に、テーブル２はＸ軸及び／又はＺ軸方向に移動でき
るようにするとともに、その移動する軸と同方向の軸上
をスピンドル３が移動できるように夫々軌道４ａ、４ｂ
を設け、各サーボモータ５を制御してテーブル２とスピ
ンドル３を逆方向に同時同速度で移動させてテーブル２
とスピンドル３とでＹ軸の単独軌道４ｃを除く移動距離
のうち全体の半分づつ移動距離を稼いで倍速で位置決め
できるようにしたことを特徴とするものである。

【００１０】さらにまた、上記構成において、前記スピ
ンドル３が、コラム６にＹ軸方向に移動する軌道４を介
して支持されて成るものである。

【００１１】またさらに、上記構成において、前記テー
ブル２がＺ軸方向に、スピンドル３がＸ軸方向に移動す
る軌道４を有し、前記スピンドル３にＺ軸方向に出没す
るクイル７を組み込んで成るものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は、図１に示すように、固
定されているベッド１上でテーブル２及びスピンドル３
を、水平方向のＸ軸と、そのＸ軸に直交差する水平方向
のＺ軸と、垂直方向のＹ軸との３軸移動による制御を行
うマシニングセンタにおけるものであり、本発明のワー
クの倍速位置決め方法とその装置について、その実施の
形態を図の実施例に基づいて以下説明する。

【００１３】先ず、その装置を示す図に基づいてワーク
座標点への倍速位置決め方法について説明する。この方
法は、図１に示すように、前記テーブル２及びスピンド
ル３にＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向のうち少なくとも一つの
軸方向に夫々独立した両者同軸方向の軌道４ａ、４ｂ
（この図１は、両者同軸方向の軌道４ａ、４ｂはＸ軸及
びＺ軸方向に設けた態様である）を設け、その同軸方向
軌道４ａ、４ｂ上にテーブル２とスピンドル３を逆方向
（図中の白抜き矢印で示す）に同時移動させてテーブル
２とスピンドル３とで同時に移動距離を稼いでワークを
素早く目的の座標に位置決めできるようにする。

【００１４】そして、さらに効率を上げる方法として、
前記両者同軸方向軌道４ａ、４ｂ上にテーブル２とスピ
ンドル３を逆方向に同時移動させた時に、目的の座標に
達するのが最短時間になるように各軸の移動速度と移動
距離の計算をし、その計算を基に各部のサーボモータ５
（図６に示す）の制御をしてワークを素早く目的の座標
に位置決めできるようにする形態も可能である。

【００１５】本発明のワーク座標点への位置決め方法
は、加工するためにワークを加工位置まで移動させて位
置決めする場合と、そのワークの加工を終了して位置を
戻す場合とになされる。即ち、テーブル２とスピンドル
３を近づける方向と、その逆に遠ざける方向に同時移動
させて行うことになる。

【００１６】次に、上記方法を実施するためのワーク座
標点への倍速位置決め装置について以下説明する。この
装置は、図１に示すように、前記ベッド１上に、前記テ
ーブル２及びスピンドル３にＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の
うち少なくとも一つの軸方向に夫々独立した同軸方向の
軌道４ａ、４ｂを設け（この図１は、両者同軸方向の軌
道４ａ、４ｂはＸ軸及びＺ軸方向に設けた態様であ
る）、その同軸方向軌道４ａ、４ｂ上に、テーブル２と
スピンドル３を夫々に設けたサーボモータ５（図６に示
す）の制御により逆方向に同時移動させて、テーブル２
とスピンドル３とで同時に移動距離を稼いでワークを素
早く目的の座標に位置決めできるようにする。

【００１７】また、上記構成の装置における一形態とし
て、図１乃至図３に示すように、前記ベッド１上に、テ
ーブル２はＸ軸及び／又はＺ軸方向に移動できるように
するとともに、その移動する軸と同方向の軸上をスピン
ドル３が移動できるように夫々軌道４ａ、４ｂを設け、
各サーボモータ５を制御してテーブル２とスピンドル３
を逆方向に同時同速度で移動させて、テーブル２とスピ
ンドル３とでＹ軸の単独軌道４ｃを除く移動距離のうち
全体の半分づつ移動距離を稼いでワークを倍速で位置決
めできるようにする。

【００１８】そして、上記構成の装置において、図１乃
至図３に示すように、前記スピンドル３が、コラム６に
Ｙ軸方向に移動する軌道４を介して支持された構成とす
ることが可能である。

【００１９】さらにまた、上記構成の装置とは別の形態
として、図４に示すように、前記テーブル２がＺ軸方向
に、スピンドル３がＸ軸方向に移動する軌道４を有し、
前記スピンドル３にＺ軸方向に出没するクイル７を組み
込んだ構成とすることが可能である。

【００２０】なお、前記スピンドル３を載せたコラムス
ピンドルヘッドテーブル１１を水平に移動させる構造に
ついてその一例を以下説明する。その構造は、図６に示
すように、ベッド１上に水平且つ平行な２本の軌道４、
４が敷設される。その軌道４に、中央下腹部にボールネ
ジナット１０を設けたコラムスピンドルヘッドテーブル
１１がリニアモーションベアリング１２を介して載置さ
れている。

【００２１】そして、前記ベッド１上の軌道４、４間に
水平且つ平行に１本のボールネジ軸１３が前記ボールネ
ジナット１０に螺着されて、その軸１３の一方端１３ａ
がボールネジ支持台１４に軸支され、他方端１３ｂがカ
ップリング１５を介してサーボモータ５に接続される。
そして、サーボモータ５が回転するとボールネジ軸１３
が回転し、ボールネジナット１０を介してコラムスピン
ドルヘッドテーブル１１が軌道４上を正確に移動するよ
う精密に製作してある。

【００２２】また、前記テーブル２を移動させる構造に
ついても図６と同様な構造にすることができる。

【００２３】

【実施例１】本発明をさらに図で具体的に実施例を説明
する。まず、図1に示す態様の例を説明する。この図面
の態様は、テーブル２をＸ軸及びＺ軸方向の軌道４上に
設置し、またスピンドル３をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸上の軌
道４に設置した場合である。コラム６にＹ軸方向に移動
する軌道４を設けて、その軌道４をスピンドル３がＹ軸
方向に移動できるようにしてある。したがって、テーブ
ル２側にはＹ軸方向の軌道がないので、夫々独立した両
者同軸方向の軌道４ａ、４ｂとしては、そのＹ軸方向を
除いたＸ軸及びＺ軸方向となる。このため、この場合に
は、ワークの倍速位置決め機能は、Ｘ軸及びＺ軸方向の
みである。

【００２４】

【実施例２】次に、図２に示す態様の例について説明す
る。この図面の態様は、テーブル２はＸ軸方向の軌道４
上に設置し、またスピンドル３をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸上
の軌道４に設置した場合である。上記図１の形態と同様
にコラム６にＹ軸方向に移動する軌道４を設けて、その
軌道４をスピンドル３がＹ軸方向に移動できるようにし
てある。したがって、テーブル２側にはＺ軸及びＹ軸方
向の軌道がないので、夫々独立した両者同軸方向の軌道
４ａ、４ｂとしては、Ｘ軸方向のみとなる。このため、
この場合には、ワークの倍速位置決め機能は、Ｘ軸方向
のみである。

【００２５】

【実施例３】また、図３に示す態様の例について説明す
る。この図面の態様は、テーブル２はＺ軸方向の軌道４
上に設置し、またスピンドル３をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸上
の軌道４に設置した場合である。この場合には、テーブ
ル２側にはＸ軸及びＹ軸方向の軌道がないので、夫々独
立した両者同軸方向の軌道４ａ、４ｂとしては、Ｚ軸方
向のみとなる。このため、この場合には、ワークの倍速
位置決め機能は、Ｚ軸方向のみである。

【００２６】

【実施例４】また、図４に示す態様の例について説明す
る。この図面の態様は、テーブル２はＺ軸方向の軌道４
上に設置し、またスピンドル３をＸ軸及びＹ軸上の軌道
４に設置した場合であり、コラム６に載ったスピンドル
３にはクイル７が組み込まれた場合の態様である。この
場合では、クイル７がＺ軸方向に出没する軌道４上に組
み込まれ、テーブル２側にはＸ軸及びＹ軸方向の軌道が
ないので、夫々独立した両者同軸方向の軌道４ａ、４ｂ
としては、Ｚ軸方向のみとなる。したがって、この場合
には、ワークの倍速位置決め機能は、Ｚ軸方向のみであ
る。

【００２７】

【作用】本発明は上記構成なので、図７の（イ）に示す
ように、同軸方向軌道４ａ、４ｂ上にテーブル２とスピ
ンドル３を２点鎖線で示した位置から実線で示した位置
へ逆方向（図中の白抜き矢印で示す）に同時移動させて
テーブル２とスピンドル３とで同時に全移動距離Ｌに対
して１／２Ｌづづ移動距離を稼いで、ワークを素早く目
的の座標に位置決めできる。したがって移動速度が同じ
ならは、移動に要する時間は半分に短縮できる。

【００２８】また、テーブル２とスピンドル３の移動速
度がサーボモータ５の性能差によりもともと夫々異なる
場合や、同じ性能であっても制御によりサーボモータ５
の回転数を変えた場合などには、前記両者同軸方向軌道
４ａ、４ｂ上にテーブル２とスピンドル３を逆方向に同
時移動させた時に、目的の座標に達するのが最短時間に
なるように各軸の移動速度と移動距離の計算をし、その
計算を基に各部のサーボモータ５の制御をすれば、その
条件内で最短時間にワークを素早く目的の座標に位置決
めすることができる。図７の（ロ）には、テーブル２を
６／１０Ｌ、スピンドル３をその逆方向に４／１０Ｌ移
動させる場合を示す。

【００２９】そして、こまれでの方法では、図８に示す
ように、テーブル２もスピンドル３も大きな全移動幅Ｌ
が必要なので、装置幅Ｗ1も大きなスペースを取らなけ
ればならなかったが、本発明では、テーブル２とスピン
ドル３が夫々各移動幅を１／２Ｌに小さく取れるので、
その装置幅Ｗ2は大幅に小さくすることができるように
なる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は以上のようであり、固定されて
いるベッド１上でテーブル２及びスピンドル３を、水平
方向のＸ軸と、そのＸ軸に直交差する水平方向のＺ軸
と、垂直方向のＹ軸との３軸移動による制御を行うマシ
ニングセンタにおいて、テーブル２とスピンドル３とで
同時に逆方向に移動距離を稼いで、ワークを素早く目的
の座標に位置決めできるようになった。そして、テーブ
ル２とスピンドル３との移動速度が同速の場合には、移
動時間が半分に短縮される。また、間口寸法が半分近く
にまで省スペース化できるようになり、マシニングセン
タのライン全長の短縮化が可能になった。

【００３１】このようなマシニングセンタのコンパクト
化は工場敷地内の空間が他の用途にも有効に活用するこ
とができるようになるとともにマシニングセンタの間口
間を移動して作業を行う作業員の移動作業量の軽減につ
ながり、またワークの移動時間を含む加工時間の全体と
して時間短縮ができるようになった。

【００３２】さらに、同軸方向軌道４ａ、４ｂ上では各
軌道４上の移動距離（送りリード）が約半分に短縮され
るので、各サーボモータ５への負担が減少し（出力回転
数を少なくでき）、精度を維持するのに可能な時間と装
置の寿命を約２倍に延長させることが可能となった。ま
た、加工に要する時間をこれまでと同じにすれば、移動
速度を半減できるので加工精度の向上や、各サーボモー
タ５の小型化も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマシニングセンタの構造を示す模式的
斜視図。

【図２】別態様のマシニングセンタの構造を示す模式的
斜視図。

【図３】また別態様のマシニングセンタの構造を示す模
式的斜視図。

【図４】さらに別態様のマシニングセンタの構造を示す
模式的斜視図。

【図５】従来のマシニングセンタの構造を示す模式的斜
視図。

【図６】軌道上の移動方法の一例を示す要部の（イ）が
平面図、（ロ）が（イ）及び（ハ）のＡ−Ａ線縦断正面
図、（ハ）が右側面図。

【図７】本発明のマシニングセンタの移動方法における
（イ）がスピンドル側とテーブル側の動作が等しい場合
の、（ロ）がスピンドル側とテーブル側の動作比を換え
た場合の方法を示す各模式的平面図。

【図８】従来のマシニングセンタの移動方法における
（イ）がスピンドル側を移動する方法を、（ロ）がテー
ブル側を移動する方法を示す各模式的平面図。

【符号の説明】

１ベッド２テーブル３スピンドル４軌道４ａ同軸方向軌道４ｂ同軸方向軌道５サーボモータ６コラム７クイル１０ボールネジナット１１コラムスピンドルヘッドテーブル１２リニアモーションベアリング１３ボールネジ軸１３ａボールネジ軸の一方端１３ｂボールネジ軸の他方端１４ボールネジ支持台１５カップリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定されているベッド（１）上でテーブ
ル（２）及びスピンドル（３）を、水平方向のＸ軸と、
そのＸ軸に直交差する水平方向のＺ軸と、垂直方向のＹ
軸との３軸移動による制御を行うマシニングセンタにお
いて、前記テーブル（２）及びスピンドル（３）にＸ
軸、Ｙ軸及びＺ軸方向のうち少なくとも一つの軸方向に
夫々独立した両者同軸方向の軌道（４ａ）、（４ｂ）を
設け、その同軸方向軌道（４ａ）、（４ｂ）上にテーブ
ル（２）とスピンドル（３）を逆方向に同時移動させて
テーブル（２）とスピンドル（３）とで同時に移動距離
を稼いで素早く目的の座標に位置決めできるようにする
ことを特徴とするマシニングセンタにおけるワーク座標
点への倍速位置決め方法。
【請求項２】両者同軸方向軌道（４ａ）、（４ｂ）上
にテーブル（２）とスピンドル（３）を逆方向に同時移
動させた時に、目的の座標に達するのが最短時間になる
ように各軸の移動速度と移動距離の計算をし、その計算
を基に各部のサーボモータ（５）の制御をして素早く目
的の座標に位置決めできるようにすることを特徴とする
請求項１に記載のマシニングセンタにおけるワーク座標
点への倍速位置決め方法。
【請求項３】固定されているベッド（１）上でテーブ
ル（２）及びスピンドル（３）を、水平方向のＸ軸と、
そのＸ軸に直交差する水平方向のＺ軸と、垂直方向のＹ
軸との３軸移動による制御を行うマシニングセンタにお
いて、前記ベッド（１）上に、前記テーブル（２）及び
スピンドル（３）にＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向のうち少な
くとも一つの軸方向に夫々独立した同軸方向の軌道（４
ａ）、（４ｂ）を設け、その同軸方向軌道（４ａ）、
（４ｂ）上にテーブル（２）とスピンドル（３）を夫々
に設けたサーボモータ（５）の制御により逆方向に同時
移動させてテーブル（２）とスピンドル（３）とで同時
に移動距離を稼いで素早く目的の座標に位置決めできる
ようにすることを特徴とする請求項１又は２記載のマシ
ニングセンタにおけるワーク座標点への倍速位置決め装
置。
【請求項４】ベッド（１）上に、テーブル（２）はＸ
軸及び／又はＺ軸方向に移動できるようにするととも
に、その移動する軸と同方向の軸上をスピンドル（３）
が移動できるように夫々軌道（４ａ）、（４ｂ）を設
け、各サーボモータ（５）を制御してテーブル（２）と
スピンドル（３）を逆方向に同時同速度で移動させてテ
ーブル（２）とスピンドル（３）とでＹ軸の単独軌道
（４ｃ）を除く移動距離のうち全体の半分づつ移動距離
を稼いで倍速で位置決めできるようにしたことを特徴と
する請求項３記載のマシニングセンタにおけるワーク座
標点への倍速位置決め装置。
【請求項５】スピンドル（３）が、コラム（６）にＹ
軸方向に移動する軌道（４）を介して支持されて成る請
求項３又は４記載のマシニングセンタにおけるワーク座
標点への倍速位置決め装置。
【請求項６】テーブル（２）がＺ軸方向に、スピンド
ル（３）がＸ軸方向に移動する軌道（４）を有し、スピ
ンドル（３）にＺ軸方向に出没するクイル（７）を組み
込んで成る請求項３乃至５のうちいずれか一項に記載の
マシニングセンタにおける座標点への倍速位置決め装
置。