JP2005040888A - Working device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a working device with a simple structure which has a relative positional relation between an object to be worked and a tool varying in three-dimensional directions to be capable of reducing the number of components, has a small number of various adjustment operations and is inexpensive. <P>SOLUTION: The working device has a table 14 to be placed rotatably on a rotary plane having a center region aligning with the direction of the XY plane as the center of rotation on a base member 12, on which the object to be worked can be mounted on the upper surface, and a rotary member rotatably placed on the rotary plane having one of ends aligning with the direction of the XY plane as the center of rotation, while both ends are placed to fix to the rotary member. The working device further has a wire 66 extending from one of ends fixedly provided on the rotary member to a first pulley, extending from the first pulley to a second pulley and extending from the second pulley to the other end fixedly provided on the rotary member across the other end of the rotary member, and a tool provided on the rotary member to be movable along the Z-axis direction. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工装置に関し、さらに詳細には、加工手段として、例えば、所定のツールを用いて被加工物に所定の加工を施す際に用いて好適な加工装置に関する。
【0002】
なお、本明細書において「ツール」とは、カッターやペンなどのように、被加工物と接することにより当該被加工物に対して切削、切断あるいは描画などの所定の処理を行う器具や、インクジュエットノズルなどのように、被加工物と接することなしに当該被加工物に対して印刷などの所定の処理を行う器具を意味するものとする。
【0003】
【従来の技術】
従来より、マイクロコンピューターと、被加工物が載置されるテーブルと、被加工物を切削するツールと、マイクロコンピューターの制御によってテーブルならびにツールをそれぞれ所定の方向に移動するモーターなどの駆動装置とを有し、所定のデータに基づいたマイクロコンピューターの制御により駆動装置を駆動して、テーブルに載置された被加工物とツールとの相対的な位置関係を3次元方向で移動させ、被加工物から所定のデータに基づいた3次元形状を削り出すことができるようにした3次元切削加工装置が知られている(例えば、特許文献1ならびに特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平8−106311号公報
【0005】
【特許文献2】
特開平10−34461号公報
こうした3次元切削加工装置においては、例えば、X軸方向、Y軸方向ならびにZ軸方向のそれぞれに直線的に延長される2本の平行軸を配設し、当該2本の平行軸に摺動部材などを介してツールやテーブルを移動自在に配設することがある。
【0006】
そして、被加工物を載置したテーブルとツールとは駆動装置によってそれぞれ、これら所定の方向に延長されている2本の平行軸に沿って移動され、例えば、ツールがX軸方向とZ軸方向とに移動され、被加工物が載置されたテーブルがY軸方向に移動されることにより、被加工物とツールとの相対的な位置関係が、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の3次元方向で変化するようになされている。
【0007】
しかしながら、従来の3次元切削加工装置においては、3次元方向のそれぞれに2本の平行な軸を配設する必要があるので、部品点数が増加してしまい、組み立て効率の低下や、装置の大型化、コストの増大などを招来するという問題点があった。
【0008】
また、従来の3次元切削加工装置においては、2本の平行な軸に沿ってカッターなどのツールやテーブルをスムーズに移動させるためには、2本の平行な軸が高い精度で適正に配設される必要があった。
【0009】
例えば、2本の平行な軸を配設する際にクリアランスの確保は欠かせないものであるが、クリアランスが大きすぎるとガタが生じて切削の品質が悪化することになる。逆に、クリアランスが小さすぎるとスムーズな移動ができなくなり、動作の停止を招くこともある。
【0010】
このため、従来の3次元切削加工装置においては、高い部品精度が必要とされるとともに、組み付け誤差を少なくすることや、あるいは、クリアランスを適正にするためなどの各種調整が必要であるという問題点があった。
【0011】
さらにまた、従来の3次元切削加工装置において、2本の平行な軸に代えて、例えば、ボールネジを使用することも可能であるが、当該ボールネジは高級な部品なので、さらなるコストの増大という新たな問題点を招来してしまうことになる。
【0012】
また、従来の3次元切削加工装置においては、ツールが被加工物の加工領域内を直線的に往復移動しながら切削などの加工を行うので、ツールが加工領域の全領域を走査して切削などの加工を完了するのに長時間を要してしまい、短時間で加工を完了させ、しかも高品質な加工を実現する手法が望まれていた。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題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、単純な構成で、被加工物とツールとの相対的な位置関係が3次元方向で変化するようにして、部品点数を低減することができ、各種の調整作業が少なく、しかも安価な加工装置を提供しようとするものである。
【0014】
また、本発明の目的とするところは、被加工物の加工を短時間で高精度に行うことができるようにした加工装置を提供しようとするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、所定のデータに基づいて被加工物を加工する加工装置において、固定系のベース部材と、上記ベース部材上に中心部位を回転中心としてXYZ直交座標系のXY平面方向に一致する回転平面で回転自在に配設されるとともに、上面に被加工物を載置可能なテーブルと、一方の端部側を回転中心としてXY平面方向に一致する回転平面で回転自在に配設された回転部材と、駆動装置の駆動力により回転される第1のプーリーと、上記第1のプーリーと対向して配設された第2のプーリーと、両端がいずれも上記回転部材に固定的に配設され、上記回転部材に固定的に配設される一方の端部から上記第1のプーリーに至り、上記第1のプーリーから上記第2のプーリーに至り、上記第2のプーリーから上記回転部材の他方の端部側において交差して上記回転部材に固定的に配設される他方の端部に至るワイヤーと、上記回転部材にZ軸方向に沿って移動自在に配設され、上記回転部材のXY平面方向に一致する回転平面での回転に伴って上記テーブルの上記中心部位と対向可能なように先端部を位置させたツールとを有するようにしたものである。
【0016】
従って、本発明のうち請求項1に記載の発明によれば、テーブルならびに回転部材のXY平面方向に一致する回転平面での回転とツールのZ軸方向に沿った移動とによって、単純な構成で、被加工物とツールとの相対的な位置関係を3次元の方向で変化させて、ツールによる被加工物の3次元加工が短時間で行われる。
【0017】
また、上記した「従来の技術」の項において記載した従来の3次元切削加工装置に必須の3次元方向のそれぞれに延長された2本の平行な軸を配設する必要がなくなるので、部品点数を低減することができ、各種の調整作業が少なく、しかも安価な加工装置とすることができる。さらに、ワイヤーを交差して回転部材に配設しているので、ワイヤーによる回転部材のXY平面方向に一致する回転平面での回転が、非常にスムーズかつ高精度に行われるようになり、ツールによる被加工物の加工は高品質なものになる。
【0018】
また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、上記ワイヤーが交差する上記回転部材の他方の端部側は、所定の曲率の曲面により形成された端面を有し、当該端面の曲面に沿って上記ワイヤーが交差するものであるようにしたものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明による加工装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【0020】
なお、以下に説明する実施の形態においては、本発明による加工装置を、ツールたるカッターを用いて被加工物の切削を行う3次元切削加工装置として実施した場合について説明する。
【0021】
図1には、本発明による3次元切削加工装置の実施の形態の一例の概略構成説明図(斜視図)が示されており、図2には、図1におけるA矢視図に対応する概略構成説明図(左側面図)が示されており、図3には、図1におけるB矢視図に対応する概略構成説明図(上面図)が示されている。なお、図1ならびに図3においては、説明を容易するために、後述する後方部材16の上方端部を開口した状態で図示している。
【0022】
この3次元切削加工装置10は、固定系のベース部材12と、ベース部材12の上面12aに回転自在に配設されたテーブル14と、ベース部材12の後方側12bにおいて上面12aに垂直に立設された後方部材16と、ベース部材12の前方側12cにおいて上面12aに垂直に立設された支軸18と、支軸18の上端部18aに回転自在に配設されたアーム20と、刃部22aがテーブル14の上面14aと対向するようにしてアーム20に配設されたカッター22とを有して構成されている。
【0023】
なお、上記した3次元切削加工装置10は、後述するモーター34,42,48,56の駆動制御を含む全体の動作をマイクロコンピューター100により制御されているものである。そして、3次元切削加工装置10において用いられる切削用データは、所定の3次元形状を示すものであり、被加工物200の所定の加工領域(図1における破線領域参照)内において所定の3次元形状が削り出されるようになされている。
【0024】
ここで、ベース部材12は、XYZ直交座標系(図1乃至図4における座標系を示す参考図を参照する。)におけるXY平面方向に延設されているものであり、略台形形状の上面12aを備えている。なお、略矩形形状のベース部材12の下面12d側には、図示しない脚部が形成されており、当該脚部が所定の接地面に接するようにして3次元切削加工装置10は配設される。
【0025】
ベース部材12の上面12aの略中央部位に配設されたテーブル14は、略円板状体の形状を備えている。このテーブル14の略円形形状の上面14aには、立体たる被加工物200が固定的に載置されることになる。
【0026】
そして、ベース部材12の上面12aに配設された図示しない軸受を介して、ベース部材12の上面12aに支軸30が垂直に立設されている(図4参照)。この支軸30の上端部30aにテーブル14が回転自在に配設されており、支軸30の延長方向にテーブル14の中心部位14Pが位置するようになされている。また、ベース部材12の内部12eに位置する支軸30にはギア32が配設されている。
【0027】
一方、ベース部材12の内部12eには、テーブル回転用のモーター34が配設されている。このモーター34の回転軸34aにはモーターギア36が固定されており、このモーターギア36とギア32とが噛み合うようにしてモーター34は配置されている。従って、モーター34の回転軸34aの回転は、モーターギア36とギア32とを介して回転速度を減速(トルク確保のため)されて支軸30に伝達されることになり、モーター34の駆動によって支軸30が軸線周りに回転される。
【0028】
ここで、モーター34の回転力、即ち、モーター34の回転速度と回転方向とに応じた速度と方向で支軸30が軸線周りに回転すると、この支軸30の回転に伴って、支軸30に配設されたテーブル14が支軸30(即ち、中心部位14P)を回転中心として回転する(図4に示す矢印Fならびに矢印G参照)。
【0029】
この実施の形態においては、テーブル回転用のモーター34の回転の方向が所定の方向(例えば、右回転)の場合には、テーブル14が中心部位14Pを回転中心として反時計回り方向(図4に示す矢印F方向)に回転する。
【0030】
一方、テーブル回転用のモーター34の回転の方向が所定の方向とは逆の方向(例えば、左回転)の場合には、テーブル14が回転部位14Pを回転中心として時計回り方向(図4に示す矢印G方向)に回転する。
【0031】
なお、テーブル14の上面14aはベース部材12の上面12aと平行して位置しており、テーブル14が中心部位14Pを回転中心として回転する回転平面は、XY平面方向に一致している。また、こうしたテーブル回転用のモーター34の駆動力によって支軸30が回転して行われるテーブル14の回転速度は、カッター22による被加工物200の切削の進行速度に対応するように設定されている。
【0032】
そして、アーム20は全体が略板状体であって、前方側20aにおいては支軸18の上端部18aに支持され、後方側20bにおいては後方部材16に支持され、中央部位20cに穿設された貫通孔20d内にはツールたるカッター22が配設されている。
【0033】
なお、アーム20の前方側20aは、アーム20に配設された図示しない軸受を介して、支軸18の上端側18aに回転自在に配設されているものである。
【0034】
また、アーム20の中央部位20cにおいては、テーブル14の上面14aから一定の高さに保持され、貫通孔20d内に位置されるようにして、キャリッジベース40が装着されている。
【0035】
このキャリッジベース40の上面40aにはカッター昇降用のモーター42が配設されており、側面40bにはモーター42の回転力によって駆動されるスクリュー44が、その軸線方向がZ軸方向と一致した状態で、キャリッジベース40のZ軸方向における所定の高さ位置に位置決めされて配設されている。そして、スクリュー44のネジ山には、キャリッジ46に形成されたネジ溝が係合しており、当該キャリッジ46はキャリッジベース40の側面40bに移動自在に配設されている。
【0036】
キャリッジ46にはカッター回転用のモーター48と、カッター22を支持するカッターホルダー23とが配設されている。このカッターホルダー23は、略円筒状体に形成された主軸24と、ベアリング(図示せず。)を介して主軸24の内周側に回動自在に支持された回転軸26と、先端部の刃部22aを備えるとともに回転軸26に固定的に配設されたカッター22と、主軸24の上方に位置して回転軸26に固定的に配設されたプーリー28とを有して構成されている。
【0037】
なお、このカッターホルダー23がキャリッジ46に配設される位置は、カッターホルダー23に支持されるカッター22の刃部22aが、テーブル14の中心部位14Pに対向可能なようにして寸法設定されているものである。
【0038】
そして、モーター48の回転力をベルト50を介してプーリー28に伝達してプーリー28を回転すると、プーリー28の回転に伴い回転軸26が回転し、回転軸26の回転に伴ってカッター22が軸線周りに回転する。
【0039】
また、モーター42の回転力により、スクリュー44が軸線周りに回転すると、スクリュー44のネジ山にネジ溝が係合しているキャリッジ46は、スクリュー44のネジ山上を軸方向(即ち、Z軸方向)に沿って移動することになる。これにより、キャリッジ46がテーブル14の表面14aに垂直な上下方向に移動して、モーター42の回転に応じてカッター22の高さ位置が、Z軸方向における上方方向(図2に示す矢印H方向)あるいは下方方向(図2に示す矢印I方向)に移動することになる。
【0040】
こうして、カッター22を回転させた状態で、カッター22をZ軸方向に移動させ、カッター22の刃部22aが被加工物200に接すると、カッター22の刃部22aによって被加工物200が切削される。
【0041】
そして、アーム20の後方側20bの上面20eには、ガイド部材52が配設されており、後方側20dの下面20fには、後述する後方部材16のプレート54に当接するようにして突起部20g(図1参照)が形成されている。
【0042】
ガイド部材52は、所定の曲率で曲面として形成された端面52aと、端面52aの背面側52bに形成され孔52cが穿設された係止部52dとを備えている(図5参照)。この端面52aの曲面は、中央位置52acから左方端部52aLまでの範囲と、中央位置52acから右方端部52aRまでの範囲とが対称になっている。
【0043】
この実施の形態においては、ガイド部材52は鋳鉄により形成され、所定の厚みを有し、Z軸方向における高さH(図6(b)参照)はおよそ22mmに設定されている。また、ガイド部材52の端面52aの曲率半径は、およそ250mmに設定されている。
【0044】
一方、アーム20の後方側20bが支持される後方部材16には、アーム20のZ軸方向における高さ位置に対応させて、前面16aに開口部16bが開口しており、開口部16b近傍の後方部材16の内部16cには、XY平面方向に一致している上面54aを有するプレート54が配設されている。このプレート54の上面54aには、開口部16bより後方部材16の内部16cに位置するアーム20の後方側20dの突起部20gが当接する。
【0045】
さらに、後方部材16の内部16cには、回転軸56aにモーターギア58が配設された首振り用のモーター56と、モーターギア58と噛み合うギア60が同軸上に配設されたプーリー62と、プーリー62と対向するようにして配設されたプーリー64と、プーリー62とプーリー64との間に張設されたワイヤー66とが位置している。なお、ワイヤー66としては、各種ワイヤーを用いることができ、表面にコーティングがなされているワイヤーなども使用できる。
【0046】
ここで、ワイヤー66はアーム20の後方側20dに配設されているガイド部材52の端面52aの曲面に沿って交差し、一方の端部66aはガイド部材52に固定的に配設され、他方の端部66bはアーム20の後方側20bに取り付けられ固定的に配設されている。つまり、ワイヤー66は、ガイド部材52に固定的に配設される端部66aからプーリー62に至り、プーリー62からプーリー64に至り、プーリー64からガイド部材52の端面52aの曲面に沿って交差してアーム20の固定的に配設されている端部66bに至るものである。
【0047】
図5ならびに図6(a)(b)(c)には、ワイヤー66の取り付け状態を模式的に示した説明図が示されており、ワイヤー66の一方の端部66aは、ガイド部材52の端面52aに沿って、左方端部52aL側から中央位置52acを通って右方端部52aR側に至り、取付部材68によって係止部52dの孔52cに固定されている。一方、ワイヤー66の他方の端部66bは、ガイド部材52の端面52aに沿って、右方端部52aR側から中央位置52acを通って左方端部52aL側に至り、取付部材69によってアーム20に固定されている。
【0048】
この際、高さHを有するガイド部材52の端面52aにおいては、ワイヤー66の端部66aに至る側が、端部66bに至る側に比べて高い位置に位置するようにして、ワイヤー66は交差している。
【0049】
そして、首振り用のモーター56の回転による回転軸56aの回転は、モーターギア58とギア60とを介してプーリー62に伝達されてプーリー62に回転運動を生ぜしめ、このプーリー62の回転運動によるワイヤー66の移動に伴って、ワイヤー66の端部66aが固定されたガイド部材52が配設されるているとともにワイヤー66の端部66bが固定的に配設されたアーム20が、支軸18を回転中心として回転する。
【0050】
より詳細には、首振り用のモーター56の回転軸56aが矢印J方向に回転した場合には、プーリー62は矢印K方向に回転する。すると、アーム20の後方側20bに配設されたガイド部材52にワイヤー66の端部66aが固定されているので、プーリー62とプーリー64との回転に伴って移動するワイヤー66によってアーム20が矢印L方向に引っ張られ、アーム20の前方側20aの支軸18を回転中心として、アーム20はXY平面方向において反時計回り方向(図3ならびに図5に示す矢印L方向)に回転する。
【0051】
一方、首振り用のモーター56の回転軸56aが矢印M方向に回転した場合には、プーリー62は矢印N方向に回転する。すると、アーム20の後方側20bにワイヤー66の端部66bが固定されているので、プーリー62とプーリー64との回転に伴って移動するワイヤー66によってアーム20が矢印Q方向に引っ張られ、アーム20の前方側20aの支軸18を回転中心として、アーム20はXY平面方向において時計回り方向(図5ならびに図7に示す矢印Q方向)に回転する。
【0052】
なお、首振り用のモーター56の駆動力によってワイヤー66が移動して行われるアーム20のXY平面方向における回転(図5に示す矢印Lならびに矢印Q参照)の速度は、カッター22による被加工物200の切削の進行速度に対応するように設定されている。
【0053】
以上の構成において、図1乃至図7を参照しながら、上記した3次元切削加工装置10の動作の説明を行うものとする。
【0054】
まず、図1乃至図3に示す状態で、3次元切削加工装置10のテーブル14に被加工物200を載置する。
【0055】
なお、以下の説明においては、3次元切削加工装置10のアーム20のXY平面方向における位置が、図1乃至図3に示す状態である場合を3次元切削加工装置10の初期状態として説明することとする。
【0056】
この初期状態における3次元切削加工装置10のアーム20は、XY平面方向においては、XY平面方向に一致する回転平面において回転して(図7に示す矢印Q参照)図3上で最も右方側に位置している。一方、Z軸方向においては、アーム20の延長方向がZ軸方向における所定の高さ位置のXY平面に一致して水平な状態(図2に示す状態)で位置している。
【0057】
こうした初期状態において、3次元切削加工装置10のテーブル14に載置される被加工物200は、3次元の空間的広がりをもつ物体であり、当該物体は所定の形状を有しているものとする。
【0058】
なお、この実施の形態においては、略円板状体の被加工物200がテーブル14に載置されるものとして説明することとする。この際、テーブル14の上面に取り付けられたバイス70によって、被加工物200を位置決めするようにしてもよい。また、当該被加工物200の加工領域は、被加工物200の上面200aの中心200Pを中心とする円形形状の領域(図1、図3ならびに図4における破線領域参照)とする。
【0059】
そして、作業者は、この被加工物200の上面200aの加工領域の中心200Pが、テーブル14の中心部位14Pに一致するようにして、被加工物200の下面側をテーブル14の上面14aに対向させて、テーブル14の上面14aに被加工物200を載置する。これにより、アーム20がXY平面において左方に移動した場合に、被加工物200の加工領域の中心200Pが、カッター22の刃部22aに対向するようになる。
【0060】
上記したようにして初期状態の3次元切削加工装置10のテーブル14に被加工物200が載置されると、マイクロコンピューター100により、切削データに基づいて、テーブル回転用のモーター34、カッター昇降用のモーター42、カッター回転用のモーター48ならびに首振り用のモーター56の駆動がそれぞれ制御される。
【0061】
具体的には、アーム20は、首振り用のモーター56の駆動によって、初期状態(図1に示す状態)から、XY平面方向に一致する回転平面において図3上で右方側から左方側に向かって回転する(図3に示す矢印L参照)。
【0062】
この際、テーブル回転用のモーター34の駆動によって、被加工物200が載置されたテーブル14が支軸30を回転中心として回転する(図4に示す矢印G参照)。
【0063】
さらに、カッター回転用のモーター48の駆動によって軸線周りに回転するカッター22が、カッター昇降用のモーター42の駆動によってZ軸方向において上下移動する(図2に示す矢印Hならびに矢印I参照)。
【0064】
これにより、カッター22は対向する被加工物200の円形形状の加工領域において、加工領域の外周側から中心200Pに向かう渦巻き状の移動経路に従って3次元方向に移動することになる。
【0065】
この際、モーター48の駆動によって回転するカッター22が、被加工物200の加工領域に接すると、カッター22の刃部22aによって被加工物200が切削されて、被加工物200の加工領域から切削データの示す3次元形状が削り出される。
【0066】
そして、アーム20のXY平面方向に一致する回転平面における図3上で右方側から左方側に向かう回転(図3に示す矢印L参照)が進み、円形形状の加工領域の半径分に達すると、カッター22の刃部22aは加工領域の中心200Pと対向するようになる(図7に示す状態参照)。これにより、加工領域の全領域において切削が終了し、3次元切削加工装置10における一連の切削作業が終了する。
【0067】
なお、3次元切削加工装置10における一連の切削作業が終了した後、カッター22を上方方向へ移動し(図2における矢印H参照)、首振り用のモーター56の駆動によって、アーム20がXY平面方向に一致する回転平面において図3上で左方側から右方側に向かって回転する(図7に示す矢印Q参照)と、図7に示す状態から、図1乃至図3に示す初期状態に戻る。
【0068】
こうして、アーム20のXY平面方向における回転(図3に示す矢印Lあるいは図7に示す矢印Q参照)と、テーブル14のXY平面方向における回転(図4に示す矢印Fあるいは矢印G参照)とによって、カッター22の刃部22aが対向する被加工物200の位置がX軸方向ならびにY軸方向で変化する。
【0069】
さらに、カッター昇降用のモーター42の駆動力によって、カッター22の刃部22aが被加工物200に切り込む量、即ち、被加工物200に対するカッター22の刃部22aのZ軸方向での位置が変化する(図2に示す矢印Hあるいは矢印I参照)。
【0070】
つまり、3次元切削加工装置10においては、マイクロコンピューター100の制御によって、所定の分解能に応じてモーター34,42,48,56の駆動が制御され、Z軸方向に移動可能なカッター22に対して、テーブル14に載置された被加工物200はX軸方向およびY軸方向に移動可能であるので、カッター22と被加工物200との相対的な位置関係が3次元の方向で変化することになり、カッター22による被加工物200の3次元加工が行われる。
【0071】
上記したようにして、本発明による3次元切削加工装置10においては、アーム20が支軸18を回転中心としてXY平面方向において回転するとともに、テーブル14が支軸30を回転中心としてXY平面方向において回転し、Z軸方向において昇降自在にカッター22を配設したので、単純な構成で、被加工物200とツールたるカッター22との相対的な位置関係を3次元方向で変化させることができる。
【0072】
従って、本発明による3次元切削加工装置10によれば、上記した「従来の技術」の項において記載した従来の3次元切削加工装置に必須の3次元方向のそれぞれに延長された2本の平行な軸を配設する必要がなくなるので、部品点数を低減することができる。
【0073】
このため、本発明による3次元切削加工装置10においては、組み立て工程における煩雑さが軽減されるなどして組み立て効率が向上し、また、3次元切削加工装置10全体を小型化して省スペース化を実現することができ、コストも低減することができる。
【0074】
また、本発明による3次元切削加工装置10においては、各種部品について高い部品精度を必要せず、また、組み付け誤差を少なくすることや、あるいは、クリアランスを適正にするためなどの各種の調整作業に、さほどの厳密さを要求されないので、製造工程における作業性や歩留まりを向上することができる。
【0075】
さらに、本発明による3次元切削加工装置10においては、単純な構成なので、例えば、支軸18,30の径を太くするなどして、剛性の確保を容易に行うことができるようになる。
【0076】
さらに、本発明による3次元切削加工装置10においては、切削データに従って、カッター24が被加工物200の加工領域を切削する際に、カッター22は加工領域の外周側から中心200Pに向かう渦巻き状の移動経路に従って3次元方向に移動するので、加工領域の全領域における切削を高品質でしかも短時間で完了することができる。
【0077】
例えば、従来の3次元切削加工装置においては、ツールたるカッターが加工領域内を直線的に往復移動しながら切削したり、あるいは、粗削りと仕上げ削りとを行ったりしているので、ツールが加工領域の全領域を少なくとも2回走査することになる。
【0078】
しかしながら、本発明による3次元切削加工装置によれば、粗削りと仕上げ削りとをわけて2回行う必要がないので、ツールが加工領域の全領域を2回走査することがなくなり、従来の切削時間に比べて非常に短い時間で切削を完了することができる。
【0079】
しかも、本発明による3次元切削加工装置10においては、アーム20の後方側20bにワイヤー66を交差させて取り付け、円弧状の端面52aを有するガイド部材52も配設するようにしたので、ワイヤー66によるアーム20の支軸18を回転中心としたXY平面方向における回転が、非常にスムーズかつ高精度に行われるようになり、カッター22などのツールによる被加工物の加工をより一層高品質にすることができる。
【0080】
例えば、図8(c)(d)に示すように、アームにガイド部材が配設されず、ワイヤーを交差させることなく、単にワイヤーの両端がガイド部材に固定されると、XY平面方向におけるアームの回転に伴って、フリートアングルが発生してしまい、ワイヤーが角度を有するので、アームがスムーズに回転することは困難になる。
【0081】
これに対して、図8(a)(b)に示すように、本発明による3次元切削加工装置10においては、ワイヤーがガイド部材の円弧状の端面に沿って交差して、その両端がガイド部材に固定されるので、XY平面方向において回転するアームの位置に関係なく、ワイヤーは常に安定してアームの回転接線方向へ引き出されるようになる。こうして本発明によれば、フリートアングルの発生が抑止され、しかも、非常に大きな出力を要する回転軸上での回転となるような構成とも異なる構成なので、ワイヤー66によるアーム20の回転は非常にスムーズかつ高精度であり、短時間で効率よく高品質な加工を実現することができる。
【0082】
なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(5)に説明するように変形してもよい。
【0083】
(1)上記した実施の形態においては、駆動手段としてモーターを用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、各種駆動源を用いるようにしてもよく、また、駆動手段の駆動力する伝達手段として各種変更を行うようにしてもよい。
【0084】
(2)上記した実施の形態においては、図6(a)(b)(c)に示すようにしてワイヤー66を交差させて取り付けるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、高さHを有するガイド部材52の端面52aにおいては、ワイヤー66の端部66bに至る側が、端部66aに至る側に比べて高い位置に位置するようにしてワイヤー66を交差させてもよいし、また、プーリー62,64との位置関係などに応じて、ワイヤー66の端部66a,66bをアーム20に取り付る場所やその固定方法を変更するようにしてもよい。
【0085】
(3)上記した実施の形態においては、アーム20の後方側20bにガイド部材52を配設するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、ガイド部材52とアーム20とを一体的に成形するようにして、アーム20の後方側20bにワイヤーが交差する端部を形成するようにしてもよい。さらに、ワイヤー66が交差してガイドされるこの円弧状の端面は、その材質や曲率などの各種寸法を適宜変更してもよいことは勿論のことである。
【0086】
(4)上記した実施の形態においては、本発明による加工装置を3次元切削加工装置として実施した場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、ツールの種類を変更するなどして各種加工装置として実施してもよい。例えば、カッター22に代えてペンを配設して、被加工物に対して描画するようにしてもよいし、カッター22に代えてインクジェットノズルを配設して、被加工物に対して印刷を行うようにしてもよいし、あるいは、カッター22に代えて研磨ツールを配設して、被加工物を研磨するようにしてもよい。
【0087】
(5)上記した実施の形態ならびに上記(1)乃至(4)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【0088】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、単純な構成で、被加工物とツールとの相対的な位置関係が3次元方向で変化するようになり、部品点数を低減することができ、各種の調整作業が少なく、しかも安価な加工装置を提供することができるという優れた効果を奏する。
【0089】
また、本発明によれば、被加工物の加工を短時間で高精度に行うことができるようになるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による3次元切削加工装置の実施の形態の一例の概略構成説明図(斜視図)であり、初期状態の3次元切削加工装置を示す概略構成説明図(斜視図)である。
【図2】図1におけるA矢視図に対応する概略構成説明図(左側面図)である。
【図3】図1におけるB矢視図に対応する概略構成説明図(上面図)である。
【図4】図1のテーブルを中心に示した要部拡大概略構成説明図(斜視図)である。
【図5】ワイヤーの取り付け状態を模式的に示した説明図である。
【図6】ワイヤーの取り付け状態を模式的に示した説明図であり、(a)は図5におけるC矢視図に対応する説明図であり、(b)は図5におけるD矢視図に対応する説明図であり、(c)は図5におけるE矢視図に対応する説明図である。
【図7】図3に対応する概略構成説明図(上面図)であり、カッターの刃部が加工領域の中心と対向した状態の3次元切削加工装置を示す概略構成説明図(上面図)である。
【図8】(a)(b)は本発明による3次元切削加工装置の動作を模式的に示した説明図であり、(c)(d)は従来の3次元切削加工装置の動作を模式的に示した説明図である。
【符号の説明】
10 3次元切削加工装置
12 ベース部材
12a 上面
12b 後方側
12c 前方側
12d 下面
12e 内部
14 テーブル
14a 上面
14P 中心部位
16 後方部材
16a 前面
16b 開口部
16c 内部
18 支軸
18a 上端部
20 アーム
20a 前方側
20b 後方側
20c 中央部位
20d 貫通孔
20e 上面
20f 下面
20g 突起部
22 カッター
22a 刃部
23 カッターホルダー
24 主軸
26 回転軸
28 プーリー
30 支軸
30a 上端部
32 ギア
34 モーター
34a 回転軸
36 モーターギア
40 キャリッジベース
40a 上面
40b 側面
42 モーター
44 スクリュー
46 キャリッジ
48 モーター
50 ベルト
52 ガイド部材
52a 端面
52ac 中央位置
52aL 左方端部
52aR 右方端部
52b 背面側
52c 孔
52d 係止部
54 プレート
54a 上面
56a 回転軸
58 モーターギア
56 モーター
60 ギア
62,64 プーリー
66 ワイヤー
66a,66b 端部
68,69 取付部材
70 バイス
100 マイクロコンピューター
200 被加工物
200a 上面
200P 中心
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a processing apparatus, and more particularly, to a processing apparatus suitable for use as a processing means, for example, when a predetermined processing is performed on a workpiece using a predetermined tool.
[0002]
In this specification, “tool” refers to a tool such as a cutter or a pen that performs predetermined processing such as cutting, cutting, or drawing on a workpiece by contacting the workpiece, ink, or the like. It means an instrument that performs a predetermined process such as printing on a workpiece without contacting the workpiece, such as a jet nozzle.
[0003]
[Prior art]
Conventionally, a microcomputer, a table on which a workpiece is placed, a tool for cutting the workpiece, and a driving device such as a motor that moves the table and the tool in a predetermined direction under the control of the microcomputer. And driving the driving device by the control of the microcomputer based on the predetermined data to move the relative positional relationship between the workpiece placed on the table and the tool in a three-dimensional direction. There is known a three-dimensional cutting apparatus that can cut out a three-dimensional shape based on predetermined data from (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-8-106311
[0005]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-34461
In such a three-dimensional cutting apparatus, for example, two parallel shafts that extend linearly in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are arranged, and slide on the two parallel axes. In some cases, a tool or a table is movably disposed via a member.
[0006]
Then, the table on which the workpiece is placed and the tool are moved by the drive device along two parallel axes extending in the predetermined directions, for example, the tool is moved in the X-axis direction and the Z-axis direction. When the table on which the workpiece is placed is moved in the Y-axis direction, the relative positional relationship between the workpiece and the tool is changed in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. It is made to change in the three-dimensional direction.
[0007]
However, in the conventional three-dimensional cutting apparatus, since it is necessary to arrange two parallel axes in each of the three-dimensional directions, the number of parts increases, the assembly efficiency decreases, and the size of the apparatus increases. There has been a problem of incurring cost and cost increase.
[0008]
In addition, in a conventional three-dimensional cutting apparatus, in order to smoothly move a tool such as a cutter or a table along two parallel axes, the two parallel axes are properly arranged with high accuracy. There was a need to be done.
[0009]
For example, it is indispensable to secure a clearance when two parallel shafts are arranged. However, if the clearance is too large, play will occur and the quality of cutting will deteriorate. On the other hand, if the clearance is too small, smooth movement cannot be achieved and the operation may be stopped.
[0010]
For this reason, in the conventional three-dimensional cutting apparatus, high part accuracy is required, and various adjustments such as reducing assembly errors or making the clearance appropriate are necessary. was there.
[0011]
Furthermore, in a conventional three-dimensional cutting apparatus, for example, a ball screw can be used instead of two parallel shafts. However, since the ball screw is a high-grade component, a new increase in cost is required. It will cause problems.
[0012]
Further, in the conventional three-dimensional cutting apparatus, the tool performs cutting or the like while linearly reciprocating within the processing area of the workpiece, so that the tool scans the entire area of the processing area and performs cutting or the like. It takes a long time to complete the machining, and there has been a demand for a method that can complete the machining in a short time and realize high-quality machining.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the various problems of the conventional techniques as described above. The object of the present invention is to have a simple configuration and a relative positional relationship between a workpiece and a tool. Therefore, it is possible to reduce the number of parts, to reduce the number of various adjustment operations, and to provide an inexpensive processing apparatus.
[0014]
Another object of the present invention is to provide a machining apparatus that can perform machining of a workpiece with high accuracy in a short time.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present invention is a processing apparatus for processing a workpiece based on predetermined data, wherein a fixed base member and a center on the base member are arranged. A table that can be freely rotated on a rotation plane that coincides with the XY plane direction of the XYZ Cartesian coordinate system with the part as the rotation center, and on which the workpiece can be placed on the upper surface, and one end side as the rotation center A rotating member rotatably arranged on a rotation plane coinciding with the XY plane direction, a first pulley rotated by a driving force of a driving device, and a second arranged to face the first pulley. Both of the pulleys and both ends thereof are fixedly disposed on the rotating member, one end portion fixedly disposed on the rotating member leads to the first pulley, and the first pulley to the above To the second pulley, A wire extending from the second pulley to the other end of the rotating member that intersects the other end of the rotating member, and moves to the rotating member along the Z-axis direction. A tool that is freely arranged and has a tool whose tip is positioned so as to face the central portion of the table as the rotary member rotates on a rotation plane that coincides with the XY plane direction. It is.
[0016]
Therefore, according to the first aspect of the present invention, the table and the rotating member can be simply configured by rotating on the rotation plane coinciding with the XY plane direction and moving the tool along the Z-axis direction. By changing the relative positional relationship between the workpiece and the tool in a three-dimensional direction, the workpiece is three-dimensionally processed in a short time.
[0017]
In addition, it is not necessary to dispose two parallel shafts extending in each of the three-dimensional directions, which are essential for the conventional three-dimensional cutting apparatus described in the above-mentioned section “Prior Art”. Therefore, it is possible to reduce the amount of various adjustment operations and to provide an inexpensive processing apparatus. Further, since the wires are arranged on the rotating member so as to intersect, the rotation of the rotating member by the wire on the rotation plane coinciding with the XY plane direction can be performed very smoothly and with high accuracy. Processing of the workpiece is of high quality.
[0018]
Moreover, invention of Claim 2 among this invention is the end surface formed in the invention of Claim 1 in the other end part side of the said rotation member where the said wire cross | intersects by the curved surface of predetermined | prescribed curvature The wire crosses along the curved surface of the end face.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of a processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0020]
In the embodiment described below, a case will be described in which the processing apparatus according to the present invention is implemented as a three-dimensional cutting apparatus that cuts a workpiece using a cutter as a tool.
[0021]
FIG. 1 is a schematic configuration explanatory view (perspective view) of an example of an embodiment of a three-dimensional cutting apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a schematic view corresponding to a view taken in the direction of arrow A in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram of the configuration (left side view), and FIG. 3 is an explanatory diagram of the schematic configuration (top view) corresponding to the view taken along arrow B in FIG. In FIGS. 1 and 3, for easy explanation, the upper end portion of the rear member 16 to be described later is shown in an open state.
[0022]
The three-dimensional cutting apparatus 10 is a vertical base member 12, a table 14 rotatably disposed on the upper surface 12 a of the base member 12, and a rear side 12 b of the base member 12 that stands vertically to the upper surface 12 a. The rear member 16, the support shaft 18 standing vertically to the upper surface 12a on the front side 12c of the base member 12, the arm 20 rotatably disposed on the upper end portion 18a of the support shaft 18, and the blade portion The cutter 22 is arranged on the arm 20 so that the upper surface 14a of the table 14 faces the upper surface 14a.
[0023]
The three-dimensional cutting apparatus 10 described above is such that the microcomputer 100 controls the entire operation including drive control of motors 34, 42, 48, and 56 described later. The cutting data used in the three-dimensional cutting apparatus 10 indicates a predetermined three-dimensional shape, and the predetermined three-dimensional data within a predetermined processing region (see the broken line region in FIG. 1) of the workpiece 200. The shape is cut out.
[0024]
Here, the base member 12 is extended in the XY plane direction in an XYZ orthogonal coordinate system (refer to reference diagrams showing coordinate systems in FIGS. 1 to 4), and has a substantially trapezoidal upper surface 12a. It has. Note that a leg portion (not shown) is formed on the lower surface 12d side of the substantially rectangular base member 12, and the three-dimensional cutting apparatus 10 is disposed so that the leg portion contacts a predetermined grounding surface. .
[0025]
The table 14 disposed at a substantially central portion of the upper surface 12a of the base member 12 has a substantially disc-like shape. A three-dimensional workpiece 200 is fixedly placed on the substantially circular upper surface 14 a of the table 14.
[0026]
Then, a support shaft 30 is erected vertically on the upper surface 12a of the base member 12 via a bearing (not shown) disposed on the upper surface 12a of the base member 12 (see FIG. 4). The table 14 is rotatably disposed on the upper end portion 30 a of the support shaft 30, and the central portion 14 </ b> P of the table 14 is positioned in the extending direction of the support shaft 30. Further, a gear 32 is disposed on the support shaft 30 located in the interior 12 e of the base member 12.
[0027]
On the other hand, a table rotating motor 34 is disposed in the interior 12 e of the base member 12. A motor gear 36 is fixed to the rotating shaft 34a of the motor 34, and the motor 34 is arranged so that the motor gear 36 and the gear 32 are engaged with each other. Therefore, the rotation of the rotating shaft 34 a of the motor 34 is transmitted to the support shaft 30 after the rotation speed is reduced (to ensure torque) via the motor gear 36 and the gear 32, and the motor 34 is driven. The support shaft 30 is rotated around the axis.
[0028]
Here, when the support shaft 30 rotates around the axis at the rotational force of the motor 34, that is, the speed and direction according to the rotational speed and the rotation direction of the motor 34, the support shaft 30 is rotated along with the rotation of the support shaft 30. The table 14 disposed on the rotating shaft rotates around the support shaft 30 (that is, the central portion 14P) as a rotation center (see arrows F and G shown in FIG. 4).
[0029]
In this embodiment, when the rotation direction of the table rotation motor 34 is a predetermined direction (for example, right rotation), the table 14 rotates counterclockwise (see FIG. 4) with the central portion 14P as the rotation center. Rotate in the direction indicated by arrow F).
[0030]
On the other hand, when the rotation direction of the motor 34 for rotating the table is the direction opposite to the predetermined direction (for example, counterclockwise rotation), the table 14 rotates in the clockwise direction about the rotation portion 14P (shown in FIG. 4). Rotate in the direction of arrow G).
[0031]
In addition, the upper surface 14a of the table 14 is located in parallel with the upper surface 12a of the base member 12, and the rotation plane in which the table 14 rotates around the central portion 14P coincides with the XY plane direction. Further, the rotational speed of the table 14 performed by rotating the support shaft 30 by the driving force of the table rotating motor 34 is set so as to correspond to the progressing speed of cutting of the workpiece 200 by the cutter 22. .
[0032]
The arm 20 is generally plate-shaped, and is supported by the upper end 18a of the support shaft 18 on the front side 20a, supported by the rear member 16 on the rear side 20b, and drilled in the central portion 20c. A cutter 22 as a tool is disposed in the through hole 20d.
[0033]
The front side 20 a of the arm 20 is rotatably disposed on the upper end side 18 a of the support shaft 18 via a bearing (not shown) disposed on the arm 20.
[0034]
A carriage base 40 is mounted at the central portion 20c of the arm 20 so as to be held at a certain height from the upper surface 14a of the table 14 and to be positioned in the through hole 20d.
[0035]
A motor 42 for raising and lowering the cutter is disposed on the upper surface 40a of the carriage base 40, and a screw 44 driven by the rotational force of the motor 42 is disposed on the side surface 40b in a state where its axial direction coincides with the Z-axis direction. Thus, the carriage base 40 is positioned and disposed at a predetermined height position in the Z-axis direction. The thread of the screw 44 is engaged with a thread groove formed in the carriage 46, and the carriage 46 is movably disposed on the side surface 40 b of the carriage base 40.
[0036]
The carriage 46 is provided with a motor 48 for rotating the cutter and a cutter holder 23 that supports the cutter 22. The cutter holder 23 includes a main shaft 24 formed in a substantially cylindrical body, a rotation shaft 26 rotatably supported on the inner peripheral side of the main shaft 24 via a bearing (not shown), and a tip end portion. The cutter 22 includes a blade portion 22a and is fixedly disposed on the rotating shaft 26, and a pulley 28 that is positioned above the main shaft 24 and is fixedly disposed on the rotating shaft 26. Yes.
[0037]
The position at which the cutter holder 23 is disposed on the carriage 46 is dimensioned so that the blade portion 22a of the cutter 22 supported by the cutter holder 23 can face the central portion 14P of the table 14. Is.
[0038]
When the rotational force of the motor 48 is transmitted to the pulley 28 via the belt 50 to rotate the pulley 28, the rotating shaft 26 rotates with the rotation of the pulley 28, and the cutter 22 rotates along the axis line with the rotation of the rotating shaft 26. Rotate around.
[0039]
Further, when the screw 44 rotates about the axis by the rotational force of the motor 42, the carriage 46 in which the thread groove is engaged with the thread of the screw 44 moves axially (that is, in the Z-axis direction) on the thread of the screw 44. ) Will move along. As a result, the carriage 46 moves in the vertical direction perpendicular to the surface 14a of the table 14, and the height position of the cutter 22 moves upward in the Z-axis direction according to the rotation of the motor 42 (in the direction indicated by the arrow H in FIG. 2). ) Or downward (in the direction of arrow I shown in FIG. 2).
[0040]
In this way, when the cutter 22 is rotated and the cutter 22 is moved in the Z-axis direction and the blade portion 22a of the cutter 22 contacts the workpiece 200, the workpiece 200 is cut by the blade portion 22a of the cutter 22. The
[0041]
A guide member 52 is disposed on the upper surface 20e of the rear side 20b of the arm 20, and the protruding portion 20g is disposed on the lower surface 20f of the rear side 20d so as to contact a plate 54 of the rear member 16 described later. (See FIG. 1) is formed.
[0042]
The guide member 52 includes an end surface 52a formed as a curved surface with a predetermined curvature, and a locking portion 52d formed on the back side 52b of the end surface 52a and having a hole 52c (see FIG. 5). The curved surface of the end surface 52a is symmetrical with respect to the range from the center position 52ac to the left end 52aL and the range from the center position 52ac to the right end 52aR.
[0043]
In this embodiment, the guide member 52 is made of cast iron, has a predetermined thickness, and the height H in the Z-axis direction (see FIG. 6B) is set to approximately 22 mm. Further, the radius of curvature of the end face 52a of the guide member 52 is set to about 250 mm.
[0044]
On the other hand, the rear member 16 on which the rear side 20b of the arm 20 is supported has an opening 16b in the front surface 16a corresponding to the height position of the arm 20 in the Z-axis direction. A plate 54 having an upper surface 54a coinciding with the XY plane direction is disposed in the interior 16c of the rear member 16. A protrusion 20g on the rear side 20d of the arm 20 located on the inner surface 16c of the rear member 16 with respect to the upper surface 54a of the plate 54 abuts on the upper surface 54a.
[0045]
Furthermore, in the interior 16c of the rear member 16, a swinging motor 56 in which a motor gear 58 is disposed on a rotating shaft 56a, a pulley 62 in which a gear 60 meshing with the motor gear 58 is disposed coaxially, A pulley 64 disposed so as to face the pulley 62 and a wire 66 stretched between the pulley 62 and the pulley 64 are positioned. In addition, as the wire 66, various wires can be used, and a wire whose surface is coated can also be used.
[0046]
Here, the wire 66 intersects along the curved surface of the end surface 52a of the guide member 52 disposed on the rear side 20d of the arm 20, and one end portion 66a is fixedly disposed on the guide member 52, and the other The end 66b is attached to the rear side 20b of the arm 20 and is fixedly disposed. That is, the wire 66 reaches the pulley 62 from the end portion 66 a fixedly disposed on the guide member 52, reaches the pulley 64 from the pulley 62, and intersects the curved surface of the end surface 52 a of the guide member 52 from the pulley 64. To the end 66b of the arm 20 which is fixedly disposed.
[0047]
FIGS. 5 and 6A, 6B, and 6C are explanatory views schematically showing the attachment state of the wire 66. One end portion 66a of the wire 66 is connected to the guide member 52. Along the end surface 52a, the left end portion 52aL side passes through the central position 52ac to the right end portion 52aR side, and is fixed to the hole 52c of the locking portion 52d by the attachment member 68. On the other hand, the other end 66b of the wire 66 extends along the end surface 52a of the guide member 52 from the right end 52aR side to the left end 52aL side through the center position 52ac. It is fixed to.
[0048]
At this time, in the end surface 52a of the guide member 52 having the height H, the wire 66 intersects so that the side reaching the end 66a of the wire 66 is positioned higher than the side reaching the end 66b. ing.
[0049]
Then, the rotation of the rotating shaft 56a due to the rotation of the swinging motor 56 is transmitted to the pulley 62 through the motor gear 58 and the gear 60 to cause the pulley 62 to rotate, and the pulley 62 rotates. As the wire 66 moves, the guide member 52 to which the end portion 66a of the wire 66 is fixed and the arm 20 to which the end portion 66b of the wire 66 is fixedly disposed are arranged on the support shaft 18. Rotate around the center of rotation.
[0050]
More specifically, when the rotation shaft 56a of the swinging motor 56 rotates in the arrow J direction, the pulley 62 rotates in the arrow K direction. Then, since the end portion 66a of the wire 66 is fixed to the guide member 52 disposed on the rear side 20b of the arm 20, the arm 20 is moved to the arrow by the wire 66 that moves as the pulley 62 and the pulley 64 rotate. Pulled in the L direction, the arm 20 rotates counterclockwise in the XY plane direction (the direction of the arrow L shown in FIGS. 3 and 5) about the support shaft 18 on the front side 20a of the arm 20 as the rotation center.
[0051]
On the other hand, when the rotating shaft 56a of the swinging motor 56 rotates in the arrow M direction, the pulley 62 rotates in the arrow N direction. Then, since the end portion 66 b of the wire 66 is fixed to the rear side 20 b of the arm 20, the arm 20 is pulled in the arrow Q direction by the wire 66 that moves as the pulley 62 and the pulley 64 rotate, and the arm 20 The arm 20 rotates clockwise in the XY plane direction (the direction of the arrow Q shown in FIGS. 5 and 7) with the support shaft 18 on the front side 20a as the center of rotation.
[0052]
Note that the speed of rotation of the arm 20 in the XY plane direction (see arrows L and Q shown in FIG. 5) performed by the movement of the wire 66 by the driving force of the swinging motor 56 is the workpiece by the cutter 22. It is set so as to correspond to the cutting speed of 200 cuttings.
[0053]
In the above configuration, the operation of the above-described three-dimensional cutting apparatus 10 will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
[0054]
First, the workpiece 200 is placed on the table 14 of the three-dimensional cutting apparatus 10 in the state shown in FIGS.
[0055]
In the following description, the case where the position of the arm 20 of the three-dimensional cutting apparatus 10 in the XY plane direction is in the state shown in FIGS. 1 to 3 will be described as the initial state of the three-dimensional cutting apparatus 10. And
[0056]
In the initial state, the arm 20 of the three-dimensional cutting apparatus 10 rotates in a rotation plane coinciding with the XY plane direction in the XY plane direction (see an arrow Q shown in FIG. 7). Is located. On the other hand, in the Z-axis direction, the extending direction of the arm 20 coincides with the XY plane at a predetermined height position in the Z-axis direction and is positioned in a horizontal state (the state shown in FIG. 2).
[0057]
In such an initial state, the workpiece 200 placed on the table 14 of the three-dimensional cutting apparatus 10 is an object having a three-dimensional spatial extent, and the object has a predetermined shape. To do.
[0058]
In this embodiment, it is assumed that the workpiece 200 having a substantially disk shape is placed on the table 14. At this time, the workpiece 200 may be positioned by the vise 70 attached to the upper surface of the table 14. The processing area of the workpiece 200 is a circular area centered on the center 200P of the upper surface 200a of the workpiece 200 (see the broken line area in FIGS. 1, 3 and 4).
[0059]
Then, the operator faces the lower surface side of the workpiece 200 to the upper surface 14a of the table 14 so that the center 200P of the processing area of the upper surface 200a of the workpiece 200 coincides with the central portion 14P of the table 14. Then, the workpiece 200 is placed on the upper surface 14 a of the table 14. As a result, when the arm 20 moves to the left in the XY plane, the center 200P of the processing region of the workpiece 200 comes to face the blade portion 22a of the cutter 22.
[0060]
As described above, when the workpiece 200 is placed on the table 14 of the three-dimensional cutting apparatus 10 in the initial state, the microcomputer 100 performs the table rotation motor 34 and the cutter lifting / lowering operation based on the cutting data. The driving of the motor 42, the cutter rotating motor 48, and the swinging motor 56 are controlled.
[0061]
Specifically, the arm 20 is driven from the initial state (the state shown in FIG. 1) from the right side to the left side in FIG. (See arrow L shown in FIG. 3).
[0062]
At this time, the table 14 on which the workpiece 200 is placed is rotated about the support shaft 30 by the drive of the table rotation motor 34 (see arrow G shown in FIG. 4).
[0063]
Further, the cutter 22 that rotates about the axis by driving the motor 48 for rotating the cutter moves up and down in the Z-axis direction by driving the motor 42 for raising and lowering the cutter (see arrows H and I shown in FIG. 2).
[0064]
As a result, the cutter 22 moves in a three-dimensional direction in a circular processing region of the workpiece 200 that faces the cutter 22 along a spiral moving path from the outer peripheral side of the processing region toward the center 200P.
[0065]
At this time, when the cutter 22 rotated by the drive of the motor 48 comes into contact with the machining area of the workpiece 200, the workpiece 200 is cut by the blade portion 22 a of the cutter 22, and cutting is performed from the machining area of the workpiece 200. The three-dimensional shape indicated by the data is cut out.
[0066]
Then, the rotation from the right side to the left side in FIG. 3 on the rotation plane coinciding with the XY plane direction of the arm 20 (see the arrow L shown in FIG. 3) proceeds and reaches the radius of the circular machining region. Then, the blade portion 22a of the cutter 22 comes to face the center 200P of the processing area (see the state shown in FIG. 7). Thereby, cutting is completed in the entire processing region, and a series of cutting operations in the three-dimensional cutting device 10 is completed.
[0067]
After the series of cutting operations in the three-dimensional cutting apparatus 10 is completed, the cutter 22 is moved upward (see arrow H in FIG. 2), and the arm 20 is moved to the XY plane by driving the motor 56 for swinging. When rotating from the left side to the right side in FIG. 3 on the rotation plane coinciding with the direction (see arrow Q shown in FIG. 7), the initial state shown in FIGS. 1 to 3 is changed from the state shown in FIG. Return to.
[0068]
Thus, the rotation of the arm 20 in the XY plane direction (see arrow L shown in FIG. 3 or arrow Q shown in FIG. 7) and the rotation of the table 14 in the XY plane direction (see arrow F or arrow G shown in FIG. 4). The position of the workpiece 200 that the blade 22a of the cutter 22 faces changes in the X-axis direction and the Y-axis direction.
[0069]
Further, the amount of the blade 22a of the cutter 22 cut into the workpiece 200 by the driving force of the cutter lifting motor 42, that is, the position of the blade 22a of the cutter 22 relative to the workpiece 200 in the Z-axis direction changes. (See arrow H or arrow I shown in FIG. 2).
[0070]
That is, in the three-dimensional cutting apparatus 10, the drive of the motors 34, 42, 48, and 56 is controlled according to a predetermined resolution by the control of the microcomputer 100, and the cutter 22 that can move in the Z-axis direction is controlled. Since the workpiece 200 placed on the table 14 can move in the X-axis direction and the Y-axis direction, the relative positional relationship between the cutter 22 and the workpiece 200 changes in a three-dimensional direction. Thus, the workpiece 200 is three-dimensionally processed by the cutter 22.
[0071]
As described above, in the three-dimensional cutting apparatus 10 according to the present invention, the arm 20 rotates about the support shaft 18 in the XY plane direction, and the table 14 uses the support shaft 30 as the rotation center in the XY plane direction. Since the cutter 22 is arranged so as to rotate and move up and down in the Z-axis direction, the relative positional relationship between the workpiece 200 and the cutter 22 as a tool can be changed in a three-dimensional direction with a simple configuration.
[0072]
Therefore, according to the three-dimensional cutting apparatus 10 according to the present invention, two parallel extended in each of the three-dimensional directions essential to the conventional three-dimensional cutting apparatus described in the above-mentioned section “Prior Art”. Since it is not necessary to provide a special shaft, the number of parts can be reduced.
[0073]
For this reason, in the three-dimensional cutting apparatus 10 according to the present invention, the assembly efficiency is improved by reducing the complexity in the assembly process, and the entire three-dimensional cutting apparatus 10 is reduced in size and space. This can be realized and the cost can be reduced.
[0074]
In the three-dimensional cutting apparatus 10 according to the present invention, high accuracy is not required for various parts, and various adjustment operations such as reducing assembly errors or making the clearance appropriate. Since strictness is not required, workability and yield in the manufacturing process can be improved.
[0075]
Furthermore, since the three-dimensional cutting apparatus 10 according to the present invention has a simple configuration, it is possible to easily ensure rigidity by increasing the diameters of the support shafts 18 and 30, for example.
[0076]
Furthermore, in the three-dimensional cutting apparatus 10 according to the present invention, when the cutter 24 cuts the processing area of the workpiece 200 according to the cutting data, the cutter 22 has a spiral shape from the outer peripheral side of the processing area toward the center 200P. Since it moves in the three-dimensional direction according to the movement path, cutting in the entire machining area can be completed with high quality and in a short time.
[0077]
For example, in a conventional three-dimensional cutting apparatus, a tool as a tool performs cutting while linearly reciprocating within the processing area, or performs roughing and finishing, so that the tool is in the processing area. The entire area is scanned at least twice.
[0078]
However, according to the three-dimensional cutting apparatus according to the present invention, since it is not necessary to perform roughing and finishing twice separately, the tool does not scan the entire processing area twice, and the conventional cutting time is eliminated. Compared to, cutting can be completed in a very short time.
[0079]
Moreover, in the three-dimensional cutting apparatus 10 according to the present invention, the wire 66 is attached to cross the rear side 20b of the arm 20, and the guide member 52 having the arcuate end surface 52a is also disposed. The rotation of the arm 20 in the XY plane direction about the support shaft 18 of the arm 20 is performed very smoothly and with high accuracy, and the processing of the workpiece by the tool such as the cutter 22 is further improved in quality. be able to.
[0080]
For example, as shown in FIGS. 8C and 8D, when the guide member is not disposed on the arm and both ends of the wire are simply fixed to the guide member without crossing the wire, the arm in the XY plane direction As the wire rotates, a fleet angle is generated and the wire has an angle, making it difficult for the arm to rotate smoothly.
[0081]
On the other hand, as shown in FIGS. 8A and 8B, in the three-dimensional cutting apparatus 10 according to the present invention, the wires intersect along the arcuate end surface of the guide member, and both ends thereof are guides. Since it is fixed to the member, regardless of the position of the arm rotating in the XY plane direction, the wire is always drawn stably in the direction of the rotation tangent of the arm. Thus, according to the present invention, the generation of the fleet angle is suppressed, and the rotation of the arm 20 by the wire 66 is very smooth because it is different from the rotation on the rotation shaft that requires a very large output. In addition, it is highly accurate and can realize high-quality processing efficiently in a short time.
[0082]
The embodiment described above may be modified as described in the following (1) to (5).
[0083]
(1) In the above-described embodiment, the motor is used as the drive means. However, the present invention is not limited to this, and various drive sources may be used. Various changes may be made as the transmission means for the driving force.
[0084]
(2) In the above-described embodiment, the wires 66 are mounted so as to cross each other as shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C. However, the present invention is not limited to this. For example, in the end surface 52a of the guide member 52 having the height H, the wire 66 is crossed so that the side reaching the end 66b of the wire 66 is positioned higher than the side reaching the end 66a. Alternatively, the place where the ends 66a and 66b of the wire 66 are attached to the arm 20 and the fixing method thereof may be changed according to the positional relationship with the pulleys 62 and 64, and the like.
[0085]
(3) In the above-described embodiment, the guide member 52 is disposed on the rear side 20b of the arm 20. However, the guide member 52 and the arm 20 are not limited to this. May be formed integrally, and an end where the wires intersect may be formed on the rear side 20b of the arm 20. Furthermore, it is needless to say that the arc-shaped end face guided by the crossing of the wire 66 may be appropriately changed in various dimensions such as the material and curvature.
[0086]
(4) In the above-described embodiment, the case where the processing apparatus according to the present invention is implemented as a three-dimensional cutting apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this, and the type of tool is changed. For example, various processing apparatuses may be used. For example, a pen may be provided in place of the cutter 22 to draw on the workpiece, or an inkjet nozzle may be provided in place of the cutter 22 to print on the workpiece. Alternatively, a polishing tool may be provided instead of the cutter 22 to polish the workpiece.
[0087]
(5) You may make it combine the above-mentioned embodiment and the modification shown in said (1) thru | or (4) suitably.
[0088]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the relative positional relationship between the workpiece and the tool changes in a three-dimensional direction with a simple configuration, and the number of parts can be reduced. It is possible to provide an advantageous effect that it is possible to provide an inexpensive processing apparatus with a small number of adjustment operations.
[0089]
Moreover, according to this invention, there exists an outstanding effect that a workpiece can be processed now with high precision in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration explanatory view (perspective view) of an example of an embodiment of a three-dimensional cutting apparatus according to the present invention, and is a schematic configuration explanatory view (perspective view) showing a three-dimensional cutting apparatus in an initial state. .
FIG. 2 is a schematic configuration explanatory diagram (left side view) corresponding to the view along arrow A in FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic configuration explanatory view (top view) corresponding to the view taken along arrow B in FIG. 1;
4 is an explanatory diagram (perspective view) showing an enlarged schematic configuration of a main part centering on the table of FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is an explanatory view schematically showing a wire attachment state.
6A and 6B are explanatory views schematically showing the state of attachment of the wire, wherein FIG. 6A is an explanatory view corresponding to the C arrow view in FIG. 5, and FIG. 6B is the D arrow view in FIG. It is explanatory drawing corresponding, (c) is explanatory drawing corresponding to the E arrow directional view in FIG.
7 is a schematic configuration explanatory diagram (top view) corresponding to FIG. 3, and is a schematic configuration explanatory diagram (top view) showing a three-dimensional cutting apparatus in a state where the blade portion of the cutter is opposed to the center of the processing region. is there.
FIGS. 8A and 8B are explanatory views schematically showing the operation of the three-dimensional cutting apparatus according to the present invention, and FIGS. 8C and 8D schematically show the operation of the conventional three-dimensional cutting apparatus. It is explanatory drawing shown in figure.
[Explanation of symbols]
10 3D cutting machine
12 Base member
12a Top surface
12b rear side
12c front side
12d bottom
12e inside
14 tables
14a upper surface
14P central part
16 Rear member
16a front
16b opening
16c inside
18 Spindle
18a upper end
20 arms
20a front side
20b rear side
20c central part
20d through hole
20e top surface
20f bottom surface
20g protrusion
22 Cutter
22a Blade part
23 Cutter holder
24 Spindle
26 Rotating shaft
28 pulley
30 Spindle
30a Upper end
32 gear
34 motor
34a Rotating shaft
36 motor gear
40 Carriage base
40a Top view
40b side
42 motor
44 screw
46 Carriage
48 motor
50 belts
52 Guide member
52a end face
52ac center position
52aL left end
52aR right end
52b Back side
52c hole
52d Locking part
54 plates
54a upper surface
56a Rotating shaft
58 Motor gear
56 motor
60 gear
62, 64 pulley
66 wire
66a, 66b end
68, 69 Mounting member
70 vice
100 microcomputer
200 Workpiece
200a top surface
200P center

Claims (2)

所定のデータに基づいて被加工物を加工する加工装置において、
固定系のベース部材と、
前記ベース部材上に中心部位を回転中心としてXYZ直交座標系のXY平面方向に一致する回転平面で回転自在に配設されるとともに、上面に被加工物を載置可能なテーブルと、
一方の端部側を回転中心としてXY平面方向に一致する回転平面で回転自在に配設された回転部材と、
駆動装置の駆動力により回転される第1のプーリーと、
前記第1のプーリーと対向して配設された第2のプーリーと、
両端がいずれも前記回転部材に固定的に配設され、前記回転部材に固定的に配設される一方の端部から前記第1のプーリーに至り、前記第1のプーリーから前記第2のプーリーに至り、前記第2のプーリーから前記回転部材の他方の端部側において交差して前記回転部材に固定的に配設される他方の端部に至るワイヤーと、
前記回転部材にZ軸方向に沿って移動自在に配設され、前記回転部材のXY平面方向に一致する回転平面での回転に伴って前記テーブルの前記中心部位と対向可能なように先端部を位置させたツールとを有する加工装置。
In a processing device that processes a workpiece based on predetermined data,
A fixed base member;
On the base member, a table that is rotatably disposed on a rotation plane that coincides with the XY plane direction of the XYZ orthogonal coordinate system with a center portion as a rotation center, and on which an object can be placed on the upper surface;
A rotating member that is rotatably arranged on a rotation plane that coincides with the XY plane direction around one end side as a rotation center;
A first pulley rotated by a driving force of a driving device;
A second pulley disposed opposite the first pulley;
Both ends are fixedly disposed on the rotating member, one end portion fixedly disposed on the rotating member leads to the first pulley, and the first pulley to the second pulley. To the other end of the rotating member that crosses the other end of the rotating member and is fixedly disposed on the rotating member; and
A tip is disposed on the rotating member so as to be movable along the Z-axis direction, and a tip portion is arranged so as to face the central portion of the table as the rotating member rotates on a rotating plane that coincides with the XY plane direction. A processing apparatus having a positioned tool.
請求項1に記載の加工装置において、
前記ワイヤーが交差する前記回転部材の他方の端部側は、所定の曲率の曲面により形成された端面を有し、該端面の曲面に沿って前記ワイヤーが交差するものである加工装置。
The processing apparatus according to claim 1,
The other end side of the rotating member intersecting with the wire has an end surface formed by a curved surface having a predetermined curvature, and the wire intersects along the curved surface of the end surface.
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WO2018061344A1 (en) * 2016-09-30 2018-04-05 ブラザー工業株式会社 Processing apparatus

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