JP2018190328A

JP2018190328A - 工作機械

Info

Publication number: JP2018190328A
Application number: JP2017094609A
Authority: JP
Inventors: 鈔支; Zhi Chao
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2018-11-29
Also published as: CN108857460A; US20180329390A1; DE102018002830A1

Abstract

【課題】温度センサ等を用いずに、被加工物の位置決め誤差を最小に抑えることが可能な工作機械を提供すること。
【解決手段】制御装置は、ステージの被載置領域ＲＥの一部が第３の方向において主軸刃物７７に対向する位置へ配置されたときに、第１の方向及び第２の方向のうちの少なくとも一方であって精度が要求される方向において、ボールねじのねじ軸部材４５Ｘ、４５Ｙと軸部材回転装置４６Ｘ、４６Ｙとの接続部４４Ｘ、４４Ｙからナット部までの長さであるねじ軸長さが最短になるように、ステージ５の被載置領域ＲＥの一部を第３の方向において主軸刃物７７に対向する位置へ移動するように、軸部材回転装置４６Ｘ、４６Ｙ及びステージ回転装置に対して制御を行う工作機械である。
【選択図】図５

Description

本発明は、マシニングセンタなどの工作機械に関する。

従来より、ステージ（ワークテーブル）に被加工物を載置し、ワークテーブルを回転させたり、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向へ移動させたりすることにより、主軸刃物に対向する位置に被加工物を移動させて、被加工物の加工を行う工作機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５９−２００３０５号公報

上記特許文献１に記載の工作機械では、ワークテーブルは、例えばボールネジ等により移動させられるが、ボールネジにおいては摩擦による発熱により温度上昇や熱変位が生ずる。この結果、被加工物の位置決め誤差が生ずる。熱に起因する誤差を把握するためには、温度センサ等を用いる必要がある。

本発明は、温度センサ等を用いずに、被加工物の位置決め誤差を最小に抑えることが可能な工作機械を提供することを目的とする。

本発明に係る工作機械（例えば、後述のマシニングセンタ１）は、工作機械本体（例えば、後述のベッド２及びコラム３）と、前記工作機械本体に固定された軸部材回転装置（例えば、後述のＸ軸サーボモータ４６Ｘ、Ｙ軸サーボモータ４６Ｙ、及び、Ｚ軸サーボモータ４６Ｚ）と、前記工作機械本体に対して回転可能に支持された回転軸部材を有するステージ軸部（例えば、後述のテーブル軸部５１）と、前記工作機械本体に対して、第１の方向（例えば、後述のＸ軸方向）、及び、前記第１の方向に直交する第２の方向（例えば、後述のＹ軸方向）のうちの少なくとも一方へ移動可能、且つ、前記回転軸部材と一体回転可能に前記ステージ軸部に支持され、一つ又は複数の被加工物（例えば、後述のワークＷ）がそれぞれ一つずつ載置される被載置領域（例えば、後述の被載置領域ＲＥ）を有するステージ（例えば、後述のワークテーブル５）と、基部が前記軸部材回転装置により回転可能に支持されたねじ軸部材（例えば、後述のＸ軸ボールねじ軸４５Ｘ、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙ、及び、Ｚ軸ボールねじ軸４５Ｚ）と、前記ステージ軸部に固定され前記ねじ軸部材の先端部側の部分に噛合うナット部（例えば、後述のナット部４７Ｘ、４７Ｙ、４７Ｚ）と、を有し、前記軸部材回転装置により前記ねじ軸部材が回転されることにより前記ステージを前記第１の方向及び前記第２の方向のうちの少なくとも一方へ移動させるボールねじ（例えば、後述のＸ軸ボールねじ軸４５Ｘ、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙ）と、前記ステージ軸部を介して前記ステージを回転させるステージ回転装置と、前記ステージに対して、前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する第３の方向（例えば、後述のＺ軸方向）へ離間及び接近可能な主軸刃物（例えば、後述の主軸部７、工具７７）と、前記軸部材回転装置及び前記主軸刃物を制御する制御装置（例えば、後述の制御装置８）と、を備え、前記制御装置は、前記ステージの前記被載置領域の一部が前記第３の方向において前記主軸刃物に対向する位置へ配置されたときに、前記第１の方向及び前記第２の方向のうちの少なくとも一方であって精度が要求される方向において、前記ボールねじのねじ軸部材と前記軸部材回転装置との接続部から前記ナット部までの長さであるねじ軸長さが最短になるように、前記ステージの前記被載置領域の一部を前記第３の方向において前記主軸刃物に対向する位置へ移動するように、前記軸部材回転装置及び前記ステージ回転装置に対して制御を行う。

また、前記軸部材回転装置及び前記ボールねじは、２つずつ設けられ、一方の前記ねじ軸部材の長手方向は、前記第１の方向と平行の位置関係を有し、他方の前記ねじ軸部材の長手方向は、前記第２の方向に平行の位置関係を有し、前記制御装置は、前記ステージの前記被載置領域の一部が前記第３の方向において前記主軸刃物に対向する位置へ配置されたときに、２つの前記ねじ軸長さの和が最短となるように、前記ステージの前記被載置領域の一部を前記第３の方向において前記主軸刃物に対向する位置へ移動するように、前記軸部材回転装置及び前記ステージ回転装置に対して制御を行ってもよい。

本発明によれば、温度センサ等を用いずに、被加工物の位置決め誤差を最小に抑えることが可能な工作機械を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１を示す正面図である。本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１を示す側面図である。本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５と、ワークＷと、工具７７と、Ｘ軸サーボモータ４６Ｘ、Ｙ軸サーボモータ４６Ｙとの位置関係を示す概略平面図である。本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１の制御装置８による制御を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５が回転されて、ワークＷが４５°の位置に配置された状態を示す概略平面図である。本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５が移動させられて、ワークＷが４５°の位置にある状態で工具に対向する位置に配置された状態を示す概略平面図である。本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５が回転されて、ワークＷが０°の位置に配置された状態を示す概略平面図である。本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５が移動させられて、ワークＷが０°の位置にある状態で工具に対向する位置に配置された状態を示す概略平面図である。本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５が回転されて、ワークＷが９０°の位置に配置された状態を示す概略平面図である。本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５が移動させられて、ワークＷが９０°の位置にある状態で工具に対向する位置に配置された状態を示す概略平面図である。本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５が回転させられる角度を変化させたときのｓｉｎθ、ｃｏｓθ、及び、ｓｉｎθ＋ｃｏｓθの値の変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１を示す正面図である。図２は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１を示す側面図である。本実施形態に係る工作機械は、マシニングセンタ１により構成される。

マシニングセンタ１は、図１、図２に示すように、工具機械本体としてのベッド２及びコラム３と、送り軸４と、ステージとしてのワークテーブル５と、主軸取付台６と、主軸部７と、制御装置８と、を備えている。

送り軸４は、第１の方向であるＸ軸方向（図１左右方向）に平行の位置関係で延びる送り軸４Ｘと、第２の方向であるＹ軸方向（図２左右方向）に平行の位置関係で延びる送り軸４Ｙと、第３の方向であるＺ軸方向（図２上下方向）に平行の位置関係で延びる送り軸４Ｚとを含む。Ｘ軸方向の送り軸４ＸおよびＹ軸方向の送り軸４Ｙは、ベッド２の上方に設けられており、送り軸４Ｘ、４Ｙは、ワーク（被加工物）Ｗが搭載された水平なワークテーブル５を、ベッド２及びコラム３に対して水平方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に移動させる。

具体的には、Ｘ軸方向の送り軸４Ｘは、ねじ軸部材としてのＸ軸ボールねじ軸４５Ｘと、軸部材回転装置としてのＸ軸サーボモータ４６Ｘと、ナット部４７Ｘと、ボール（不図示）とを備えるボールねじにより、構成されている。Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘの基端部は、カップリング４４Ｘによって、ベッド２及びコラム３に対して固定されたＸ軸サーボモータ４６Ｘの出力軸（回転軸）に接続されている。Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘは、基端部がＸ軸サーボモータ４６Ｘにより回転可能に支持され、Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘは、Ｘ軸サーボモータ４６Ｘの出力軸と共に一体回転する。

カップリング４４Ｘに接続されているＸ軸ボールねじ軸４５Ｘの基端部よりも先端部側の部分のＸ軸ボールねじ軸４５Ｘの周面に形成された雄ねじには、鋼球により構成されるボール（不図示）を介してナット部４７Ｘの内周面に形成された雌ねじが噛合っている。Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘが回転することにより、ナット部４７Ｘは、Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘの軸方向へ移動する。ナット部４７Ｘは、ワークテーブル５の後述するテーブル軸部５１の回転軸支持部に対して固定されている。Ｘ軸サーボモータ４６Ｘの出力軸がＸ軸ボールねじ軸４５Ｘと一体で回転することにより、ワークテーブル５は、Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘに沿ってＸ軸方向に移動する。

また、Ｙ軸方向の送り軸４Ｙは、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙと、軸部材回転装置としてのＹ軸サーボモータ４６Ｙと、ナット部４７Ｙと、ボール（不図示）とを備えるボールねじにより、構成されている。Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙの基端部は、カップリング４４Ｙによって、ベッド２及びコラム３に対して固定されたＹ軸サーボモータ４６Ｙの出力軸（回転軸）に接続されている。Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙは、基端部がＹ軸サーボモータ４６Ｙにより回転可能に支持され、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙは、Ｙ軸サーボモータ４６Ｙの出力軸と共に一体回転する。

カップリング４４Ｙに接続されているＹ軸ボールねじ軸４５Ｙの基端部よりも先端部側の部分のＹ軸ボールねじ軸４５Ｙの周面に形成された雄ねじには、鋼球により構成されるボールを介してナット部４７Ｙの内周面に形成された雌ねじが噛合っている。Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙが回転することにより、ナット部４７Ｙは、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙの軸方向へ移動する。ナット部４７Ｙは、ワークテーブル５の後述するテーブル軸部５１の回転軸支持部に固定されている。Ｙ軸サーボモータ４６Ｙの出力軸がＹ軸ボールねじ軸４５Ｙと一体で回転することにより、ワークテーブル５は、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙに沿ってＹ軸方向に移動する。

ワークテーブル５は、図３に示すように、直径ｄを有する円盤形状を有しており、ワークテーブル５の上面は、同一形状の４つの被加工物としてのワークＷを、ワークテーブル５の上面の周方向へ等間隔で１つずつ載置可能な被載置領域ＲＥを４つ有している。図３は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５と、ワークＷと、工具７７と、Ｘ軸サーボモータ４６Ｘ及びＹ軸サーボモータ４６Ｙとの位置関係を示す概略平面図である。被載置領域ＲＥは、円形状を有しており、図３に示すように、被載置領域ＲＥの中心Ｃ２とワークテーブル５の中心Ｃ１とは、距離ｒで離れている。なお、説明の便宜上、図３、図５〜図１０においては、ワークＷ及び被載置領域ＲＥを１つのみ図示している。ワークＷの外周と被載置領域ＲＥの外周とを一致させて図示している。

図１等に示すように、ワークテーブル５の中心Ｃ１の下部には、ステージ軸部としてのテーブル軸部５１が設けられている。テーブル軸部５１は、回転軸部材としてのテーブル回転軸（不図示）と回転軸支持部（不図示）とを備えている。テーブル回転軸（不図示）は、ワークテーブル５の下部と接続されており、ベッド２及びコラム３に対してワークテーブル５と一体回転する。回転支持部（不図示）は、テーブル回転軸をベッド２に対して回転可能に支持する。テーブル回転軸には、ステージ回転装置としてのモータ（不図示）が連結されている。モータ（不図示）が駆動することにより、テーブル回転軸とワークテーブル５とが一体回転する。

コラム３は、ベッド２から上側へ延びている。コラム３の前面部には、Ｚ軸方向の送り軸４Ｚが固定されており、送り軸４Ｚは、主軸取付台６を垂直方向（Ｚ軸方向）に移動させる。

具体的には、Ｚ軸方向の送り軸４Ｚは、Ｚ軸ボールねじ軸４５Ｚと、Ｚ軸サーボモータ４６Ｚと、ナット部４７Ｚと、ボール（不図示）とを備えている。Ｚ軸ボールねじ軸４５Ｚの基端部は、カップリング４４ＺによりＺ軸サーボモータ４６Ｚの出力軸（回転軸）に接続されており、基端部がＺ軸サーボモータ４６Ｚにより回転可能に支持され、Ｚ軸ボールねじ軸４５Ｚは、Ｚ軸サーボモータ４６Ｚの出力軸と共に一体回転する。

カップリング４４Ｚに接続されているＺ軸ボールねじ軸４５Ｚの基端部よりも先端部側の部分のＺ軸ボールねじ軸４５Ｚの周面に形成された雄ねじには、鋼球により構成されるボールを介してナット部４７Ｚの内周面に形成された雌ねじが噛合っている。Ｚ軸ボールねじ軸４５Ｚが回転することにより、ナット部４７Ｚは、Ｚ軸ボールねじ軸４５Ｚの軸方向へ移動する。ナット部４７Ｚは、主軸取付台６に対して固定されている。Ｚ軸サーボモータ４６Ｚの出力軸がＺ軸ボールねじ軸４５Ｚと一体で回転することにより、主軸取付台６及び主軸部７は、Ｚ軸ボールねじ軸４５Ｚに沿ってＺ軸方向に移動し、ワークテーブル５に対して離間及び接近する。

主軸取付台６は、Ｙ軸方向の−側（前側）へコラム３の前面部から延びており、主軸取付台６の延出端部（前端部）には主軸部７が支持されている。主軸部７は、主軸７５および主軸モータ７６を備えており、主軸モータ７６を駆動して主軸７５を回転させる。主軸７５は、ワークテーブル５の上方に位置しており、主軸７５の下端部には主軸刃物としての工具７７が装着される。工具７７は、ワークテーブル５に対して、Ｚ軸方向へ離間及び接近可能である。

制御装置８は、ＣＰＵと、ＲＯＭと、ＲＡＭとを備えている。ＣＰＵは、バスを介して、ＲＯＭに格納されたシステムプログラムを読み出し、このシステムプログラムに従って、また、各部に設けられたセンサ（不図示）からの信号が、ＣＰＵへと入力されることにより、Ｘ軸サーボモータ４６Ｘ、Ｙ軸サーボモータ４６Ｙ、Ｚ軸サーボモータ４６Ｚ、主軸モータ７６、及び、ステージ回転装置を構成するモータ（不図示）等を制御して、ワークテーブル５及び主軸７５を駆動する。ＲＡＭには、一時的な計算データや表示データが格納される。

次に、制御装置８による、Ｘ軸サーボモータ４６Ｘ、Ｙ軸サーボモータ４６Ｙ、Ｚ軸サーボモータ４６Ｚ、及び、ステージ回転装置を構成するモータ等の制御について説明する。
先ず、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において精度が要求される場合における制御装置８による制御について、図３〜図６に基づき説明する。なお、この制御においてワークＷをθが４５°となるように回転させる理由については、後で詳述する。また、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において精度が要求される旨については、制御装置８による制御の開始前に、キーボード（不図示）等の入力装置から、予め入力される。
図４は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１の制御装置８による制御を示すフローチャートである。図５は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５が回転されて、ワークＷが４５°の位置に配置された状態を示す概略平面図である。図６は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５が移動させられて、ワークＷが４５°の位置にある状態で工具に対向する位置に配置された状態を示す概略平面図である。図７は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５が回転されて、ワークＷが０°の位置に配置された状態を示す概略平面図である。

図４に示すように、先ず、ステップＳ１０１において、制御装置８は、ワークテーブル５とワークＷとの位置関係が、本実施形態によりワークＷを加工可能な位置関係にあるか否かの判断を行う。
詳細には、先ず、制御装置８は、被載置領域ＲＥに載置されたワークＷが、ワークテーブル５の被載置領域ＲＥから落下しないで安定して載置されている状態、本制御では、ワークテーブル５の周縁から半分以上ワークテーブル５の外方へ突出しない状態で、被載置領域ＲＥに載置されているか否かの判断を行う。
具体的には、キーボード（不図示）等の入力装置から入力されたワークテーブル５の直径ｄと、距離ｒ（図３参照）とが、
０≦ｒ≦ｄ／２
の条件を満たすか否かの判断を、制御装置８は行う。

また、ワークテーブル５の周縁が、カップリング４４Ｘに最も近い位置にあるときに、Ｘ軸方向における主軸７５の工具７７がワークＷに対して加工を施すことが可能な位置関係であるか否かの判断を、制御装置８は行う。
具体的には、図３において破線の円で示す、Ｘ軸方向における主軸７５の工具７７の中心からカップリング４４Ｘまでの距離をＴｘとしたときに、
Ｔｘ−ｒ≧ｄ／２
の条件を満たすか否かの判断を、制御装置８は行う。

また、ワークテーブル５の周縁が、カップリング４４Ｙに最も近い位置にあるときに、Ｙ軸方向における主軸７５の工具７７がワークＷに対して加工を施すことが可能な位置関係であるか否かの判断を行う。
具体的には、図３において破線の円で示す、Ｙ軸方向における主軸７５の工具７７の中心からカップリング４４Ｙまでの距離をＴｙとしたときに、
Ｔｙ−ｒ≧ｄ／２
の条件を満たすか否かの判断を、制御装置８は行う。

ステップＳ１０１において、上述したようにワークテーブル５とワークＷとの位置関係が、本実施形態によりワークＷを加工可能な位置関係にあると制御装置８が判断すると（ＹＥＳ）、制御装置８による処理は、ステップＳ１０２へと進む。ステップＳ１０１において、ワークテーブル５とワークＷとの位置関係が、本実施形態によりワークＷを加工可能な位置関係にないと制御装置８が判断すると（ＮＯ）、制御装置８による処理は、ステップＳ１０３へと進む。

ステップＳ１０２においては、制御装置８は、ワークテーブル５の中心Ｃ１から図３における右方向へ延びる直線を基準として、ワークテーブル５の中心Ｃ１から図３における右方向へ延びる直線から、ワークテーブル５の中心Ｃ１を中心として反時計回りに、ワークテーブル５の中心Ｃ１と被載置領域ＲＥの中心Ｃ２とを結ぶ直線までのなす角θが、４５°となるように、ステージ回転装置としてのモータを駆動させて、ワークテーブル５を回転させる制御を行う。
ステップＳ１０３においては、制御装置８は、制御装置８に電気的に接続された警告表示装置（不図示）において、ワークテーブル５とワークＷとの位置関係が、本実施形態によりワークＷを加工可能な位置関係にない旨の表示がなされるように、警告表示装置に対して制御を行う。

ステップ１０４においては、制御装置８は、ワークテーブル５に載置されたワークＷを、Ｚ軸方向（上下方向）において主軸７５の工具７７に対向する位置へ移動させる。具体的には、制御装置８は、Ｘ軸サーボモータ４６Ｘを駆動させることによりＸ軸ボールねじ軸４５Ｘを回転させて、ワークテーブル５の中心Ｃ１をＸ軸方向へ
−ｒ（ｃｏｓ４５°）
だけ移動させる。また、制御装置８は、Ｙ軸サーボモータ４６Ｙを駆動させることによりＹ軸ボールねじ軸４５Ｙを回転させて、ワークテーブル５の中心Ｃ１をＹ軸方向へ
−ｒ（ｓｉｎ４５°）
だけ移動させる。これにより、ワークテーブル５の中心Ｃ１は、Ｘ軸方向において、カップリング４４Ｘに接続されているＸ軸ボールねじ軸４５Ｘの基端部から
Ｔｘ−ｒ（ｃｏｓθ）・・・（Ａ）
の位置Ｃｘ＿ｎｅｗ（図６参照）にあり、θ＝４５°であるから、位置Ｃｘ＿ｎｅｗは、
Ｔｘ−ｒ（ｃｏｓ４５°）
にある。
また、ワークテーブル５の中心Ｃ１は、Ｙ軸方向において、カップリング４４Ｙに接続されているＹ軸ボールねじ軸４５Ｙの基端部から
Ｔｙ−ｒ（ｓｉｎθ）・・・（Ｂ）
の位置Ｃｙ＿ｎｅｗにあり、θ＝４５°であるから、位置Ｃｙ＿ｎｅｗは、
Ｔｙ−ｒ（ｓｉｎ４５°）
にある。このとき上下方向において、ワークＷは、主軸７５の工具７７に対向する。

ステップ１０５においては、制御装置８は、主軸モータ７６を駆動して主軸７５を回転させる制御を行う。これにより主軸７５の下端部の刃物としての工具７７を下方向へ移動させてワークＷへ当接させ、ワークＷの加工を行う。以上のようにして、制御装置８によるワークＷの加工のための制御が行われる。

Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘ、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙの駆動の際の摩擦による発熱による温度上昇、熱変位の影響を極力受けないようにして、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において精度を高くするためには、ワークテーブル５の中心Ｃ１を、Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘの基端部に極力近い位置とする必要があり、また、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙの基端部に極力近い位置とする必要がある。前述のように、ワークテーブル５の中心Ｃ１は、Ｘ軸方向において、カップリング４４Ｘに接続されているＸ軸ボールねじ軸４５Ｘの基端部から（Ａ）で示される距離にあり、また、Ｙ軸方向において、カップリング４４Ｙに接続されているＹ軸ボールねじ軸４５Ｙの基端部から（Ｂ）で示される距離にある。

これらより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において（Ａ）及び（Ｂ）を小さくする（「Ｔｘ＋Ｔｙ」を最短にする）ためには、
ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ
を最大にするθの値を採る必要がある。図１１より、このようなθの値は、４５°である。これに基づき、上述のように、ステップＳ１０２においては、制御装置８は、上下方向において被載置領域ＲＥの中心Ｃ２が主軸７５の工具７７に対向する位置へ配置されたときに、Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘ、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙの２つのねじ軸長さの和、即ち、カップリング４４Ｘに接続されているＸ軸ボールねじ軸４５Ｘの基端部からナット部４７Ｘまでの距離と、カップリング４４Ｙに接続されているＹ軸ボールねじ軸４５Ｙの基端部からナット部４７Ｙまでの距離と、の和が最短となるように、ワークＷを４５°回転させた位置とするように、制御装置８は、制御を行っている。図１１は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５が回転させられる角度を変化させたときのｓｉｎθ、ｃｏｓθ、及び、ｓｉｎθ＋ｃｏｓθの値の変化を示すグラフである。

次に、Ｙ軸方向においてはそれほど精度が要求されず、Ｘ軸方向において精度が要求される場合における制御装置８による制御について、図７、図８に基づき説明する。なお、この制御においてワークＷをθが０°となるように回転させる理由については、後で詳述する。また、Ｙ軸方向においてはそれほど精度が要求されず、Ｘ軸方向において精度が要求される旨については、制御装置８による制御の開始前に、キーボード（不図示）等の入力装置から、予め入力される。
図７は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５が回転されて、ワークＷが０°の位置に配置された状態を示す概略平面図である。図８は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５が移動させられて、ワークＷが０°の位置にある状態で工具に対向する位置に配置された状態を示す概略平面図である。

Ｘ軸方向において精度が要求される場合における制御装置８による制御においては、図４に示すステップＳ１０２においてワークＷを回転させる角度が、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において精度が要求される場合における制御装置８による制御におけるステップＳ１０２においてワークＷを回転させる角度とは異なる。また、これに伴い、ステップ１０４においてワークテーブル５を移動させる方向も異なる。これら以外の制御装置８による制御は、前述した、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において精度が要求される場合における制御装置８による制御と同様であるため、特に言及しない限り説明を省略する。

ステップＳ１０２においては、制御装置８は、ワークテーブル５の中心Ｃ１から図３における右方向へ延びる直線と、ワークテーブル５の中心Ｃ１と被載置領域ＲＥの中心Ｃ２とを結ぶ直線と、のなす角θが、ワークテーブル５の中心Ｃ１から図３における右方向へ延びる直線を基準として反時計回りに０°となるように（図７参照）、ステージ回転装置としてのモータを駆動させて、ワークテーブル５を回転させる制御を行う。

ステップ１０４においては、制御装置８は、ワークテーブル５に載置されたワークＷを、上下方向において主軸７５の工具７７に対向する位置へ移動させる。具体的には、制御装置８は、Ｘ軸サーボモータ４６Ｘを駆動させることによりＸ軸ボールねじ軸４５Ｘを回転させて、ワークテーブル５の中心Ｃ１をＸ軸方向へ
−ｒ（ｃｏｓ０°）、即ち、−ｒ
だけ移動させる。これにより、ワークテーブル５の中心Ｃ１は、Ｘ軸方向において、カップリング４４Ｘに接続されているＸ軸ボールねじ軸４５Ｘの基端部から
Ｔｘ−ｒ（ｃｏｓθ）・・・（Ａ）
の位置にあり、θ＝０°であるから、
Ｔｘ−ｒ（ｃｏｓ０°）、即ち、Ｔｘ−ｒ
の位置にある。このとき上下方向において、ワークＷは、主軸７５の工具７７に対向する。

Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘの駆動の際の摩擦による発熱による温度上昇、熱変位の影響を極力受けないようにして、Ｘ軸方向において精度を高くするためには、ワークテーブル５の中心Ｃ１を、Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘの基端部に極力近い位置とする必要がある。前述のように、ワークテーブル５の中心Ｃ１は、Ｘ軸方向において、カップリング４４Ｘに接続されているＸ軸ボールねじ軸４５Ｘの基端部から（Ａ）で示される距離にある。

これにより、Ｘ軸方向において（Ａ）を小さくする（「Ｔｘ」を最短にする）ためには、
ｃｏｓθ
を最大にするθの値を採る必要がある。図１１より、このようなθの値は、０°である。これに基づき、上述のように、ステップＳ１０２においては、制御装置８は、上下方向において被載置領域ＲＥの中心Ｃ２が主軸７５の工具７７に対向する位置へ配置されたときに、Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘのねじ軸長さ、即ち、カップリング４４Ｘに接続されているＸ軸ボールねじ軸４５Ｘの基端部からナット部４７Ｘまでの距離が最短となるように、ワークＷを０°回転させた位置とするように、制御装置８は制御を行っている。

次に、Ｘ軸方向においてはそれほど精度が要求されず、Ｙ軸方向において精度が要求される場合における制御装置８による制御について、図９、図１０に基づき説明する。なお、この制御においてワークＷをθが９０°となるように回転させる理由については、後で詳述する。また、Ｘ軸方向においてはそれほど精度が要求されず、Ｙ軸方向において精度が要求される旨については、制御装置８による制御の開始前に、キーボード（不図示）等の入力装置から、予め入力される。
図９は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５が回転されて、ワークＷが９０°の位置に配置された状態を示す概略平面図である。図１０は、本発明の一実施形態に係るマシニングセンタ１のワークテーブル５が移動させられて、ワークＷが９０°の位置にある状態で工具に対向する位置に配置された状態を示す概略平面図である。

Ｙ軸方向において精度が要求される場合における制御装置８による制御においては、図４に示すステップＳ１０２においてワークＷを回転させる角度が、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において精度が要求される場合における制御装置８による制御におけるステップＳ１０２においてワークＷを回転させる角度とは異なる。また、これに伴い、ステップ１０４においてワークテーブル５を移動させる方向も異なる。これら以外の制御装置８による制御は、前述した、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において精度が要求される場合における制御装置８による制御と同様であるため、特に言及しない限り説明を省略する。

ステップＳ１０２においては、制御装置８は、ワークテーブル５の中心Ｃ１から図３における右方向へ延びる直線と、ワークテーブル５の中心Ｃ１と被載置領域ＲＥの中心Ｃ２とを結ぶ直線と、のなす角θが、ワークテーブル５の中心Ｃ１から図３における右方向へ延びる直線を基準として反時計回りに９０°となるように（図９参照）、ステージ回転装置としてのモータを駆動させて、ワークテーブル５を回転させる制御を行う。

ステップ１０４においては、制御装置８は、ワークテーブル５に載置されたワークＷを、上下方向において主軸７５の工具７７に対向する位置へ移動させる。具体的には、制御装置８は、Ｙ軸サーボモータ４６Ｙを駆動させることによりＹ軸ボールねじ軸４５Ｙを回転させて、ワークテーブル５の中心Ｃ１をＹ軸方向へ
−ｒ（ｓｉｎ９０°）、即ち、−ｒ
だけ移動させる。これにより、ワークテーブル５の中心Ｃ１は、Ｙ軸方向において、カップリング４４Ｙに接続されているＹ軸ボールねじ軸４５Ｙの基端部から
Ｔｙ−ｒ（ｓｉｎθ）・・・（Ｂ）
の位置にあり、θ＝９０°であるから、
Ｔｙ−ｒ（ｓｉｎ９０°）、即ち、Ｔｙ−ｒ
の位置にある。このとき上下方向において、ワークＷは、主軸７５の工具７７に対向する。

Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙの駆動の際の摩擦による発熱による温度上昇、熱変位の影響を極力受けないようにして、Ｙ軸方向において精度を高くするためには、ワークテーブル５の中心Ｃ１を、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙの基端部に極力近い位置とする必要がある。前述のように、ワークテーブル５の中心Ｃ１は、Ｙ軸方向において、カップリング４４Ｙに接続されているＹ軸ボールねじ軸４５Ｙの基端部から（Ｂ）で示される距離にある。

これにより、Ｙ軸方向において（Ｂ）を小さくする（「Ｔｙ」を最短にする）ためには、
ｓｉｎθ
を最大にするθの値を採る必要がある。図１１より、このようなθの値は、９０°である。これに基づき、上述のように、ステップＳ１０２においては、制御装置８は、上下方向において被載置領域ＲＥの中心Ｃ２が主軸７５の工具７７に対向する位置へ配置されたときに、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙのねじ軸長さ、即ち、カップリング４４Ｙに接続されているＹ軸ボールねじ軸４５Ｙの基端部からナット部４７Ｙまでの距離が最短となるように、ワークＷを９０°回転させた位置とするように、制御装置８は制御を行っている。

以上のように、本実施形態によれば、工作機械としてのマシニングセンタ１は、工作機械本体としてのベッド２及びコラム３と、ベッド２及びコラム３に固定された軸部材回転装置としてのＸ軸サーボモータ４６Ｘ、Ｙ軸サーボモータ４６Ｙ、及び、Ｚ軸サーボモータ４６Ｚと、ベッド２及びコラム３に対して回転可能に支持された回転軸部材としてのテーブル回転軸を有するステージ軸部（テーブル軸部５１）と、ベッド２及びコラム３に対して、第１の方向であるＸ軸方向、及び、Ｘ軸方向に直交する第２の方向であるＹ軸方向へ移動可能、且つ、テーブル回転軸と一体回転可能にテーブル軸部５１に支持され、複数のワークＷがそれぞれ一つずつ載置される被載置領域ＲＥを有するワークテーブル５と、基部が軸部材回転装置により回転可能に支持されたねじ軸部材（Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘ、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙ）と、テーブル軸部５１に固定されねじ軸部材の先端部側の部分に噛合うナット部４７Ｘ、４７Ｙと、を有し、Ｘ軸サーボモータ４６Ｘ、Ｙ軸サーボモータ４６Ｙによりねじ軸が回転されることによりワークテーブル５をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させるボールねじと、テーブル軸部５１を介してワークテーブル５を回転させるステージ回転装置としてのモータと、ワークテーブル５に対して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向へ離間及び接近可能な主軸刃物としての工具７７と、Ｘ軸サーボモータ４６Ｘ、Ｙ軸サーボモータ４６Ｙ、Ｚ軸サーボモータ４６Ｚ、及び工具７７を制御する制御装置８と、を備える。
制御装置８は、ワークテーブル５の被載置領域ＲＥの中心Ｃ２がＺ軸方向において工具７７に対向する位置へ配置されたときに、精度が要求されるＸ軸方向及びＹ軸方向において、ボールねじのＸ軸ボールねじ軸４５Ｘ、Ｙ軸ボールねじ軸４５ＹとＸ軸サーボモータ４６Ｘ、Ｙ軸サーボモータ４６Ｙとの接続部であるカップリング４４Ｘ、４４Ｙからナット部４７Ｘ、４７Ｙまでの長さであるねじ軸長さが最短になるように、ワークテーブル５の被載置領域ＲＥの中心Ｃ２をＺ軸方向において工具７７に対向する位置へ移動するように、Ｘ軸サーボモータ４６Ｘ、Ｙ軸サーボモータ４６Ｙ及びワークテーブルを回転させるモータに対して制御を行う。

これにより、カップリング４４Ｘ、４４Ｙからナット部４７Ｘ、４７Ｙまでの、Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘ、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙの長さが極力短くなる。この結果、Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘ、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙの駆動の際の摩擦による発熱による温度上昇、熱変位の影響を極力小さく抑えることが可能となり、高い精度で工具７７による加工を行うことが可能となる。このため、上述したような簡単な制御により高い加工精度を得ることが可能となり、熱変位を検出するためのセンサ等を設ける必要のない構成とすることが可能となり、ワークＷの加工に係るコスト、及び、工作機械に係るコストを低減することが可能となる。

また、軸部材回転装置（Ｘ軸サーボモータ４６Ｘ、Ｙ軸サーボモータ４６Ｙ）及びボールねじ（軸ボールねじ軸４５Ｘ、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙ）は、２つずつ設けられている。
制御装置８は、ワークテーブル５の被載置領域ＲＥの中心Ｃ２がＺ軸方向において工具７７に対向する位置へ配置されたときに、２つのねじ軸長さの和が最短となるように、ワークテーブル５の被載置領域ＲＥの中心Ｃ２をＺ軸方向において工具７７に対向する位置へ移動するように、Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘ、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙ、及び、ワークテーブルを回転させるモータに対して制御を行う。

これにより、カップリング４４Ｘ、４４Ｙからナット部４７Ｘ、４７Ｙまでの、Ｘ軸ボールねじ軸４５Ｘ、Ｙ軸ボールねじ軸４５Ｙのそれぞれの長さの和が極力短くなる。この結果、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方において精度が要求される場合であっても、Ｘ軸方向又はＹ軸方向のいずれか一方に精度が偏ることを抑えて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方において高い精度でワークＷを加工することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

例えば、ワークテーブル５により構成されるステージは、第１の方向であるＸ軸方向と第２の方向であるＹ軸方向との両方へ移動可能に構成されていたが、これに限定されない。例えば、ステージは第１の方向と第２の方向とのうちの少なくとも一方へ移動可能であればよい。従って、この場合には、ボールねじは、ステージを第１の方向と第２の方向とのうちの少なくとも一方へ移動可能であればよい。

また、ワークテーブル５は、４つの被載置領域ＲＥを有していたが、この構成に限定されない。例えば、ワークテーブル５は、１つの被載置領域ＲＥのみを有していてもよい。また、本実施形態においては、被載置領域ＲＥの中心Ｃ２とワークテーブル５の中心Ｃ１との距離をｒとしたが、この構成に限定されない。例えば、被載置領域ＲＥの一部の位置とワークテーブル５の中心Ｃ１との距離をｒとしてもよい。この場合には、被載置領域ＲＥの中心Ｃ２に代えて被載置領域ＲＥの一部が、Ｚ軸方向において主軸刃物としての工具７７に対向する位置に配置されたときに、制御装置８は、前述のステップＳ１０４及びステップＳ１０５と同様の制御を行えばよい。

１……マシニングセンタ（工作機械）
２……ベッド（工作機械本体）
３……コラム（工作機械本体）
４……送り軸（ねじ軸部材）
５……ワークテーブル（ステージ）
７……主軸部（主軸刃物）
８……制御装置
４５Ｘ……Ｘ軸ボールねじ軸（ねじ軸部材）
４５Ｙ……Ｙ軸ボールねじ軸（ねじ軸部材）
４６Ｘ……Ｘ軸サーボモータ（軸部材回転装置）
４６Ｙ……Ｙ軸サーボモータ（軸部材回転装置）
４７Ｘ、４７Ｙ、４７Ｚ……ナット部
５１……テーブル軸部（ステージ軸部）
７７……工具（主軸刃物）
ＲＥ……被載置領域
Ｗ……ワーク（被加工物）

Claims

工作機械本体と、
前記工作機械本体に固定された軸部材回転装置と、
前記工作機械本体に対して回転可能に支持された回転軸部材を有するステージ軸部と、
前記工作機械本体に対して、第１の方向、及び、前記第１の方向に直交する第２の方向のうちの少なくとも一方へ移動可能、且つ、前記回転軸部材と一体回転可能に前記ステージ軸部に支持され、一つ又は複数の被加工物がそれぞれ一つずつ載置される被載置領域を有するステージと、
基部が前記軸部材回転装置により回転可能に支持されたねじ軸部材と、前記ステージ軸部に固定され前記ねじ軸部材の先端部側の部分に噛合うナット部と、を有し、前記軸部材回転装置により前記ねじ軸部材が回転されることにより前記ステージを前記第１の方向及び前記第２の方向のうちの少なくとも一方へ移動させるボールねじと、
前記ステージ軸部を介して前記ステージを回転させるステージ回転装置と、
前記ステージに対して、前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する第３の方向へ離間及び接近可能な主軸刃物と、
前記軸部材回転装置及び前記主軸刃物を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ステージの前記被載置領域の一部が前記第３の方向において前記主軸刃物に対向する位置へ配置されたときに、前記第１の方向及び前記第２の方向のうちの少なくとも一方であって精度が要求される方向において、前記ボールねじのねじ軸部材と前記軸部材回転装置との接続部から前記ナット部までの長さであるねじ軸長さが最短になるように、前記ステージの前記被載置領域の一部を前記第３の方向において前記主軸刃物に対向する位置へ移動するように、前記軸部材回転装置及び前記ステージ回転装置に対して制御を行う工作機械。
前記軸部材回転装置及び前記ボールねじは、２つずつ設けられ、
一方の前記ねじ軸部材の長手方向は、前記第１の方向と平行の位置関係を有し、他方の前記ねじ軸部材の長手方向は、前記第２の方向に平行の位置関係を有し、
前記制御装置は、前記ステージの前記被載置領域の一部が前記第３の方向において前記主軸刃物に対向する位置へ配置されたときに、２つの前記ねじ軸長さの和が最短となるように、前記ステージの前記被載置領域の一部を前記第３の方向において前記主軸刃物に対向する位置へ移動するように、前記軸部材回転装置及び前記ステージ回転装置に対して制御を行う請求項１に記載の工作機械。