JP2008529808A - 複数の可動軸で工具を動かすための工具ヘッド - Google Patents

Abstract

本発明は、工具（６）を動かすための工具ヘッドであって、工具（６）を直線回転運動可能とする複数の可動軸（２、４、５、８、１１）と、軸を駆動するための複合駆動装置（１０）とを有し、この複合駆動装置を利用して、複合駆動装置（１０）によって駆動される軸（１１）によって直線回転運動が実行可能である工具ヘッド、そして工具を動かすための工具ヘッドの軸（１１）を駆動することへの複合駆動装置（１０）の使用方法であって、複合駆動装置（１０）によって駆動される軸（１１）によって直線回転運動が実行可能である使用に関する。本発明は更に、運動案内するための方法に関する。本発明は、工具の高加速度の運動を可能とする工具ヘッドを提供する。

Description

本発明は、複数の可動軸で工具を動かすための工具ヘッド、そして工具を動かすための工具ヘッドの軸を駆動することへの複合駆動装置の使用方法に関する。

本発明は更に、前記工具ヘッドで工具を運動案内するための方法に関する。

例えばロボット、生産機械および／又は工作機械等の機械では、工具を直線および回転運動可能とする複数の可動軸で工具を動かすための市販の工具ヘッドが利用される。特にフライス盤においてこのような工具ヘッドが利用される。

固定されたコラム１４を有する市販のフライス盤が図１に示す。フライス盤が有する工具ヘッド１は特にＺ１軸２を有し、この軸を利用して工具ヘッドは図示矢印の方向で垂直に上下動可能である。更にフライス盤は、工具ヘッド１を図示矢印の方向において図１で水平に左右に動かすことのできるＸ軸３と、工具ヘッド１を図示矢印の方向において図１で水平に前後に動かすことのできるＹ軸１６とを有する。

市販実施形態の工具ヘッドを図２に示す。Ｚ１軸２の他に工具ヘッドは回転運動（付属する矢印参照）を実行するために回転軸４と、揺動運動の態様で他の回転運動を実行するために揺動軸５とを有する。揺動軸５に揺動可能に取付けられた駆動装置は揺動軸５を利用して揺動運動（付属する矢印参照）の態様で回転できる。駆動装置７が有する回転軸８は工具６、例えばフライスヘッドを回転運動（矢印１５参照）させる。各軸がそれぞれ付設された独自の駆動装置を有し、Ｚ１軸２、回転軸４および揺動軸５の駆動装置は見易くする理由から、そして本発明の理解にとって重要でないので、図示していない。Ｚ１軸を用い、工具ヘッドは垂直方向で上下に直線運動を実行できる。回転軸４により後続の揺動軸５は描かれた付属する矢印の方向で回転することができ、揺動軸５を用い、駆動装置７は揺動運動の態様で回転運動を実行できる。回転する軸８が形成する他の回転軸は図示した付属する矢印１５の方向で回転し、スピンドル軸とも称される。

Ｚ１軸２を用いて動かすべき質量が別の軸と比べて比較的大きいので、Ｚ１軸は機械の達成可能な加速度に関して制限的軸となる。運動案内に関し、Ｚ１軸２の大きな質量とそれに伴う慣性とに基づき、別の軸におけるよりもかなり小さな加速度が達成可能であるにすぎない。そのことから、例えば特に工作物の総形フライス削りのとき、加工時間がかなり長くなり、従って費用が高くなる。

独国特許出願第１０２００４０５６２１０.５号明細書により回転駆動機構を備えた回転直線駆動装置が公知である。

独国特許出願第１０２００４０４５４９３.０号明細書により公知の電気機械は、特に射出成形機用駆動装置として設けられており、電気機械は直線運動を実行するために第１電気モータを有し、回転運動を実行するために第２電気モータを有する。

インターネットの刊行物「例えば工作機械におけるクイルの回転・軸線方向複合運動用駆動装置」www.ip.com、IPCOM000028477D、Holger Schunk、Erich Bottにより、回転・軸線方向複合運動用駆動装置が公知である。

独国特許出願公開第１０３２４６０１号明細書により直線回転運動用駆動装置が公知である。

独国特許出願第１０２００４０５６２１１.３号明細書により公知の回転直線駆動装置は、一次部品と二次部品とを有する直線駆動機構を備えており、二次部品は外側回転子として構成され、二次部品の直線運動および／又は回転運動を検出するための検出器機構が少なくとも部分的に一次部品の内部に配置されている。

本発明の課題は、好適な工具ヘッドを用い工具の高加速度の運動を可能とすることである。

この課題は、工具を動かすための工具ヘッドであって、
工具を直線回転運動可能とする複数の可動軸と、軸を駆動するための複合駆動装置とを有し、該駆動装置を利用して、複合駆動装置によって駆動される軸により直線回転運動が実行可能な工具ヘッドによって解決される。

この課題は更に、工具を動かすための工具ヘッドの軸を駆動することへの複合駆動装置の使用方法であって、複合駆動装置によって駆動される軸によって直線回転運動が実行可能である使用方法によって解決される。

この課題は更に、工具ヘッドで工具を運動案内するための方法において、複合駆動装置によって駆動される軸を利用して工具の高加速度の直線運動成分を実質的に実行し、他の１つの軸によって工具の低加速度の直線運動成分を実質的に実行することによって、工具の直線運動の分割を行う方法によって解決される。

その際、１つの軸を揺動軸として構成し、複合駆動装置が揺動軸を利用して揺動可能であると好ましいことが判明した。この結果、複合駆動装置の任意の回転が可能となり、ほぼあらゆる運動方向で高加速度での運動案内が可能である。

更に、１つの軸を直線軸として構成し、複合駆動装置を、直線軸を利用して直線運動可能とするとよい。こうすると、後置した全ての揺動軸を高加速度で運動させ得る。

更に、複合駆動装置によって駆動される軸の直線運動と回転運動が同時に実行可能であると有利である。これにより、複合運動過程の複合的実行が可能となる。

更に、本発明に係る工具ヘッドを備えた工作機械、生産機械および／又はロボットを構成すると有利である。それは、これらの技術分野では運動案内時加速度に関し厳しい条件が要求されるからである。

工具ヘッドの有利な諸構成は、工具ヘッドの有利な使用および工具を運動案内するための有利な方法と同様に生じ、またその逆である。

本発明の２つの実施例を図面に示し、以下で詳しく説明する。

Ｚ１軸の方向での工作物６の運動案内において、著しく高い推進力を発生すべく、本発明によればこの実施例においてＺ１軸の垂直直線運動が、部分的に付加的な高加速度の直線Ｚ２軸に移される。このＺ２軸は本発明によれば複合駆動装置を利用して実現され、工具ヘッドに一体化されている。Ｚ２軸を利用して移動すべき質量が小さいので、この軸は高い推進力で、即ち大きな加速度で移動できる。付加的Ｚ２軸の移動範囲は各々の条件に相応して変更し最適化し得る。Ｚ１軸とＺ２軸とへの総運動の分割は実質的に時間最適化の観点に従って行われる。工具運動が大きいときにしばしば発生する工具運動の低加速度の運動成分（高加速度のない成分）はＺ１軸により実行され、工具の高加速度の運動成分（高加速度を有する成分）はＺ２軸により実行される。従って、複合駆動装置により駆動される軸を利用して工具の高加速度の直線運動成分を実行し、他の１つの軸により工具の低加速度の直線運動成分を実行することで、工具の直線運動の分割が行える。

高加速度の運動成分と低加速度の運動成分とへの工具運動の分割と、軸の制御は、機械の制御および／又は調節機構において行われる。

本発明によればＺ２軸を実現するために、軸を駆動するための複合駆動装置が工具ヘッドに一体化されており、この複合駆動装置を利用して、複合駆動装置によって駆動される軸は直線回転運動を実行できる。このような複合駆動装置が独国特許出願公開第１０３２４６０１号明細書により公知である。

図３にこの種複合駆動装置を略示する。この実施例では、電気モータの態様で設けた複合駆動装置１０が軸１１を駆動し、この軸は例えば矢印１３の方向で回転する。しかしこの電気モータは軸１１を回転させるだけでなく、軸１１の直線運動１２も実行する。従って、複合駆動装置１０は軸１１を回転駆動することも直線駆動することもできる。

図４に本発明に係る工具ヘッドの第１構成を示す。Ｚ１軸２を用い、複合駆動装置１０は垂直方向で直線的に上下動できる。複合駆動装置１０が軸１１を駆動し、軸１１は既述のように複合駆動装置１０によって回転駆動も直線駆動もなし得る。従って、軸１１は回転軸１３と直線Ｚ２軸１２とで形成される複合軸を形成する。それ故、複合駆動装置によって駆動される複合軸は直線回転運動、即ち直線運動と回転運動を同時に実行し得る。軸１１の両方の可能な運動を図４に示す。軸１１が揺動軸５と結合されており、該軸は軸１１の回転運動により回転する。揺動軸５により、既に図１で述べたように駆動装置７は揺動軸の方向に正確に回転できる。駆動装置７が軸８を回転駆動し、この軸がやはり工具６を駆動する。揺動軸の運動と軸８の回転を相応する付属の矢印で示している。複合駆動装置１０を用い、既述のように軸１１によって、相応する矢印で示した高加速度の直線Ｚ２軸１２と、やはり相応する矢印で示した回転軸１３は複合軸の態様で実現されている。高い加速度を必要とする垂直方向における直線運動過程は、複合駆動装置１０で駆動される軸１１の垂直直線運動により実行され、垂直方向の遅い運動過程はＺ１軸により実行される。揺動軸５とＺ１軸２の駆動システムは、見易さのため図示していない。

図５に本発明に係る工具ヘッドの他の構成を示す。複合駆動装置１０は、従来の回転駆動装置７の代わりに工具ヘッドに組み込んでいる。複合駆動装置１０の軸１１は直線方向に動くＺ２軸１２をやはり形成し、工具６と結合されている。軸１１の相応する回転運動で工具６を回転させる。工具６は例えばフライスヘッドの態様で設け得る。こうして軸１１が複合軸となり、そこではＺ２軸１２と所謂回転スピンドル軸１３が実現されている。複合駆動装置１０はやはり揺動軸５を利用して回転可能である。揺動軸５は回転軸４によって回転可能であり、工具ヘッドは工具ヘッドのＺ１軸２を利用して垂直方向で運動可能である。更に、工具ヘッドはＸ軸およびＹ軸を利用して（図１参照）水平方向で運動可能である。機能的に見て、図５はその他の点で図４と殆ど一致している。

図４の実施形態に比べて図５の実施形態は、高い力学的Ｚ２軸１２は垂直方向における高加速度の直線運動過程用に利用できるだけでなく、揺動軸５が相応に回されたなら別の直線運動方向用にも利用可能である利点を有する。

複合駆動装置１０の軸１１の直線運動および／又は回転運動を測定するための直接的測定システムとして利用できるのは所謂複合スケールであり、有利にはこの複合スケールが複合駆動装置１０に一体化されている。独国特許出願第１０２００４０５６２１１.３号明細書により好適な検出器装置と検出器評価が公知である。

更にここで付記しておくなら、個々の回転可能な軸は当然に、描かれた各矢印の方向にだけでなく、両方の回転方向に回転可能である。

市販のフライス盤を示す。 市販のフライスヘッドを示す。 市販の複合駆動装置を示す。 本発明に係る工具ヘッドの第１実施形態を示す。 本発明に係る工具ヘッドの第２実施形態を示す。

符号の説明

２ 直線軸、４ 軸、５ 揺動軸、６ 工具、７ 駆動装置、８ 軸、１０ 複合駆動装置、１１ 軸、１２ Ｚ２軸、１３ 回転軸

Claims (7)

1. 工具（６）を動かすための工具ヘッドであって、
   工具（６）を直線回転運動可能とする複数の可動軸（２、４、５、８、１１）と、
   軸を駆動するための複合駆動装置（１０）とを有し、
   該複合駆動装置を利用して、複合駆動装置（１０）によって駆動される軸（１１）によって直線回転運動が実行可能である工具ヘッド。
2. １つの軸が揺動軸（５）として構成され、複合駆動装置（１０）が揺動軸（５）を利用して揺動可能であることを特徴とする請求項１記載の工具ヘッド。
3. １つの軸が直線軸（２）として構成され、複合駆動装置（１０）が直線軸（２）を利用して直線運動可能であることを特徴とする請求項１又は２記載の工具ヘッド。
4. 複合駆動装置（１０）によって駆動される軸（１１）の直線運動と回転運動が同時に実行可能であることを特徴とする請求項１から３の１つに記載の工具ヘッド。
5. 請求項１から４の１つに記載の工具ヘッドを備えた工作機械、生産機械および／又はロボット。
6. 工具を動かすための工具ヘッドの軸（１１）を駆動することへの複合駆動装置（１０）の使用方法であって、複合駆動装置（１０）によって駆動される軸（１１）によって直線回転運動が実行可能である使用方法。
7. 請求項１から４の１つに記載の工具ヘッドで工具（６）を運動案内するための方法において、
   複合駆動装置（１０）によって駆動される軸（１１）を利用して工具の高加速度の直線運動成分を実質的に実行し、他の１つの軸（２）によって工具（６）の低加速度の直線運動成分を実質的に実行することによって、工具（６）の直線運動の分割を行うことを特徴とする方法。

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