JP2020066081A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】加工材等に合わせて主軸の上下方向のストロークを調整できる工作機械を提供すること。【解決手段】工作機械１は、主軸２を回転させる主軸ヘッド３と、主軸ヘッド３を支持するコラム４と、コラム４を上下方向に沿って移動可能に支持するコラム昇降部１０と、コラム昇降部１０を支持するベース部５と、コラム４を上下方向に沿って移動するようにコラム昇降部１０を制御する数値制御装置と、を備える。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、工作機械に関する。

従来、工作機械において、加工対象となるワークに対して主軸ヘッドをＺ軸方向（上下方向）に昇降させ、主軸に装着された切削工具によりワークを切削することが行われている。主軸ヘッドをＺ軸方向に沿って移動させる昇降機構としては、Ｚ軸用モータとボールねじシャフトとを組み合わせた機構が一般的に用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−３０００９号公報

工作機械による上記の切削加工においては、加工材だけでなく、使用する加工治具、加工工具等に適したＺ軸方向のストロークを有する機種を選定する必要がある。しかし、上述したＺ軸用モータとボールねじシャフトとを組み合わせた昇降機構では、主軸ヘッドの昇降範囲が制限されている。そのため、Ｚ軸方向のストロークを更に広げるには、高価なオプション部品を追加するか、一回り大きな工作機械を選定する必要があった。

本発明の目的は、加工材等に合わせて主軸の上下方向のストロークを調整できる工作機械を提供することにある。

（１） 本発明は、主軸（例えば、後述する主軸２）を回転させる主軸ヘッド（例えば、後述する主軸ヘッド３）と、前記主軸ヘッドを支持するコラム（例えば、後述するコラム４）と、前記コラムを上下方向に沿って移動可能に支持するコラム昇降部（例えば、後述するコラム昇降部１０）と、前記コラム昇降部を支持するベース部（例えば、後述するベース部５）と、前記コラムを上下方向に沿って移動するように前記コラム昇降部を制御する数値制御装置（例えば、後述する数値制御装置４０）と、を備える工作機械（例えば、後述する工作機械１）に関する。

（２） （１）の工作機械において、前記コラム昇降部は、コラム移動用の主回転軸（例えば、後述する主回転軸２１）と、前記コラムに設けられ、前記主回転軸の回転により前記コラムを上下方向の上側又は下側に移動させる昇降用軸受部（例えば、後述する昇降用軸受部２４）と、前記主回転軸を回転させる昇降用のサーボモータ（例えば、後述する昇降用サーボモータ２２）と、を含む高さ調整機構（例えば、後述する高さ調整機構２０）を備えていてもよい。

（３） （２）の工作機械において、前記コラム昇降部は、前記主回転軸から離れた位置に設けられ、前記コラムを上下方向に沿って押し上げ又は引き下げ可能に支持するコラム傾き補正用の副回転軸（例えば、後述する副回転軸３１）と、前記コラムに設けられ、前記副回転軸の回転により前記コラムを上下方向に沿って押し上げる側又は引き下げる側に移動させる傾き補正用軸受部（例えば、後述する傾き補正用軸受部３４）と、前記副回転軸を回転させる傾き補正用のサーボモータ（例えば、後述する傾き補正用サーボモータ３２）と、を含む傾き補正機構（例えば、後述する傾き補正機構３０）を備えていてもよい。

（４） （３）の工作機械において、加工負荷を取得する加工負荷取得部を備え、前記数値制御装置は、前記加工負荷取得部で取得される加工負荷に基づいて前記コラムの変位量を取得すると共に、前記変位量に基づいて前記傾き補正用のサーボモータを駆動して前記コラムの傾きを補正する構成としてもよい。

（５） （３）の工作機械において、前記コラムの熱変位量を取得する熱変位量取得部を備え、前記数値制御装置は、前記熱変位量取得部で取得される前記熱変位量に基づいて前記傾き補正用のサーボモータを駆動して前記コラムの傾きを補正する構成としてもよい。

本発明によれば、加工材等に合わせて主軸の上下方向のストロークを調整できる工作機械を提供できる。

実施形態における工作機械１の構成を示す概念図である。 実施形態における工作機械１の構成を示す概念図である。 コラム昇降部１０の構成を示す概念図である。 コラム昇降部１０の構成を示す概念図である。 第１フランジ１１の平面図である。 第２フランジ１２の平面図である。 熱によるコラム４の傾きを説明する図である。 熱によるコラム４の傾きを説明する図である。 数値制御装置４０と周辺機器の電気的な構成を示すブロック図である。 数値制御装置４０において実行されるコラムの傾き補正処理の手順を示すフローチャートである。 第１の変形形態における工作機械１Ａの構成を示す斜視図である。 第２の変形形態における工作機械１Ｂの構成を示す斜視図である。 第３の変形形態における工作機械１Ｃの構成を示す斜視図である。

以下、本発明に係る工作機械１の実施形態について説明する。なお、本明細書に添付した図面は、いずれも概念図又は模式図であり、理解のしやすさ等を考慮して、各部の形状、縮尺、縦横の寸法比等を実物から変更又は誇張している。また、図面においては、部材の断面を示すハッチングを適宜に省略する。
図１Ａ及び図１Ｂは、本実施形態における工作機械１の構成を示す概念図である。図１Ａは、コラム４（後述）が第１位置に移動した状態を示している。図１Ｂは、コラム４が第２位置に移動した状態を示している。

なお、本明細書及び図面においては、部材の位置、移動方向等を明確にするため、ＸＹＺの互いに直交する座標軸を設定した。この座標軸では、工作機械１を水平な床面（不図示）に設置した状態で、工作機械１を正面（後述する主軸２側）から見たときの左右方向をＸ軸方向、前後方向をＹ軸方向、上下（鉛直）方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向においては、上方向をＺ１方向、下方向をＺ２方向とする。また、本明細書においては、「方向」を適宜に「側」ともいう。

図１Ａに示すように、本実施形態の工作機械１は、主軸２、主軸ヘッド３、コラム４、ベース部５、ワークテーブル６を備える。また、工作機械１の動作は、後述する数値制御装置４０（図５参照）により制御される。
主軸２は、工具が装着された工具ホルダ（不図示）を回転させたり、固定したまま保持したりする部分である。

主軸ヘッド３は、主軸２を回転させる駆動機構である。主軸ヘッド３は、主軸２に回転力を付与する主軸モータ（不図示）を備える。主軸モータは、例えば、主軸２に取り付けられた回転工具により切削加工を行う場合、連続的に高速回転するスピンドルモータとして機能する。なお、主軸ヘッド３は、コラム４に対して上下方向（Ｚ軸方向）に移動するための昇降機構（不図示）を備える。また、主軸ヘッド３は、主軸２に取り付けられた工具ホルダを自動的に交換する工具交換装置（不図示）を備える。これらの昇降機構及び工具交換装置は、従来の一般的な工作機械に設けられる昇降機構及び工具交換装置と同じである。

コラム４は、主軸ヘッド３を支持する部分である。図１Ａに示すように、コラム４は、非運転時において、主軸２の中心軸線Ｌ１が、工作機械１の上下方向（Ｚ軸方向）と平行になるように主軸ヘッド３を支持している。
ベース部５は、コラム４を含むコラム昇降部１０を支持する部材である。また、ベース部５は、ワークテーブル６を支持する。ワークテーブル６は、ワークＷをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に支持する機構である。コラム４は、コラム昇降部１０により、図１Ａに示すＺ２側の下降位置（以下、「第１位置」ともいう）と、図１Ｂに示すＺ１側の上昇位置（以下、「第２位置」ともいう）との間で上下方向（Ｚ軸方向）の高さを調整できる。

次に、コラム昇降部１０に構成について説明する。
図２Ａ及び図２Ｂは、コラム昇降部１０の構成を示す概念図である。図２Ａは、コラム４が第１位置に移動した状態を示している。図２Ｂは、コラム４が第２位置に移動した状態を示している。図２Ａ及び図２Ｂでは、後述するボールねじシャフトの表面に設けられたねじ山（雄ねじ）の図示を省略している。図３Ａは、第１フランジ１１の平面図である。図３Ｂは、第２フランジ１２の平面図である。図４Ａ及び図４Ｂは、熱によるコラム４の傾きを説明する図である。図４Ａは、コラム４が主軸２の側に傾いた状態している。図４Ｂは、コラム４が主軸２とは反対側に傾いた状態を示している。

図２Ａに示すように、コラム昇降部１０は、高さ調整機構２０と、傾き補正機構３０と、を備える。また、コラム昇降部１０は、第１フランジ１１と、第２フランジ１２と、を備える。
高さ調整機構２０は、コラム４の上下方向（Ｚ軸方向）の高さを調整するための機構である。高さ調整機構２０は、主回転軸２１、昇降用サーボモータ２２、ギアボックス２３及び昇降用軸受部２４を備える。

主回転軸２１は、コラム４を上下方向（Ｙ軸方向）に沿って垂直に移動させるボールねじシャフトである。主回転軸２１は、コラム４の底面の中心と上下方向（Ｚ軸方向）において重なる位置に設けられている。昇降用サーボモータ２２は、主回転軸２１を回転させるための駆動源である。昇降用サーボモータ２２の回転軸（不図示）には、ギアボックス２３が取り付けられている。ギアボックス２３は、昇降用サーボモータ２２で発生した回転出力の回転数を、減速歯車（不図示）により所定の減速比で減速させる機構である。昇降用サーボモータ２２及びギアボックス２３は、ベース部５の内部において、支持機構（不図示）により支持されている。

第１フランジ１１は、ベース部５の上側（Ｚ１側）に取り付けられたプレート状の部材である。第１フランジ１１は、図３Ａに示すように、Ｚ軸方向からの平面視において、孔部１１１及び１１２を備える。孔部１１１は、主回転軸２１が貫通する円形の開口である。孔部１１２は、４本の副回転軸３１（後述）がそれぞれ貫通する円形の開口である。

第２フランジ１２は、コラム４の下側（Ｚ２側）に取り付けられたプレート状の部材である。コラム４は、第２フランジ１２と共に上下方向（Ｚ軸方向）に移動する。第２フランジ１２は、図３Ｂに示すように、Ｚ軸方向からの平面視において、第１フランジ１１と同じ位置に同じ孔径の孔部１２１及び１２２を備える。孔部１２１は、主回転軸２１が貫通する円形の開口である。孔部１２２は、４本の副回転軸３１がそれぞれ貫通する円形の開口である。
コラム４及び第２フランジ１２は、主回転軸２１の周囲に配置された４本の副回転軸３１によって、主回転軸２１回りの回転が規制されている。そのため、主回転軸２１が回転した場合において、コラム４及び第２フランジ１２が同じ回転方向に供回りすることはない。

第２フランジ１２の上側（Ｚ１側）には、昇降用軸受部２４が取り付けられている。昇降用軸受部２４は、主回転軸２１と係合するナット（四角ナット）である。昇降用軸受部２４は、図３Ｂに示すように、第２フランジ１２の孔部１２１の上に、同軸に取り付けられている。なお、昇降用軸受部２４は、図３Ｂに示す構成に限らず、例えば、昇降用軸受部２４となるナットと同じピッチの雌ねじを、第２フランジ１２の内部に設けた構成としてもよい。

昇降用軸受部２４が取り付けられた第２フランジ１２は、主回転軸２１が回転したときに供回りしないため、主回転軸２１が回転することにより、コラム４は、上方向（Ｚ１方向）又は下方向（Ｚ２方向）に移動する。すなわち、主回転軸（ボールねじシャフト）２１と昇降用軸受部（ナット）２４とが係合することにより、主回転軸２１の回転運動は、コラム４（第２フランジ１２）の直線運動（上下方向への移動）に変換される。高さ調整機構２０においては、主回転軸２１の回転方向を切り替えることにより、コラム４を上方向（Ｚ１方向）又は下方向（Ｚ２方向）に移動させることができる。
なお、コラム４を上下方向に移動させる場合、高さ調整機構２０だけでなく、後述する傾き補正機構３０も同時に上下方向に駆動される。

コラム４が図２Ａに示す第１位置に移動している状態において、主回転軸２１を正回転方向に回転させることにより、コラム４を上方向（Ｚ１方向）に移動させることができる。これにより、図２Ｂに示すように、コラム４を第２位置まで上昇させることができる。また、コラム４が図２Ｂに示す第２位置に移動している状態において、主回転軸２１を逆回転方向に回転させることにより、コラム４を下方向（Ｚ２方向）に移動させることができる。これにより、図２Ａに示すように、コラム４を第１位置まで下降させることができる。なお、コラム４は、主回転軸２１のＺ軸方向のストローク範囲内であれば、第１位置と第２位置との間の任意の位置で停止させることができる。以下の説明においては、主回転軸２１及び副回転軸３１（後述）を正回転方向に回転させたときに第２フランジ１２が上方向（Ｚ１方向）に移動し、主回転軸２１及び副回転軸３１を逆回転方向に回転させたときに第２フランジ１２が下方向（Ｚ２方向）に移動するものとして説明する。

図３Ｂに示すように、第２フランジ１２の上側（Ｚ１側）には、後述する傾き補正機構３０の傾き補正用軸受部３４が４箇所に取り付けられている。傾き補正用軸受部３４は、副回転軸３１と係合するナット（四角ナット）である。傾き補正用軸受部３４は、第２フランジ１２に設けられた孔部１２２の上に、同軸に取り付けられている。なお、傾き補正用軸受部３４は、図３Ｂに示す構成に限らず、例えば、傾き補正用軸受部３４となるナットと同じピッチの雌ねじを、第２フランジ１２の内部に設けた構成としてもよい。

傾き補正機構３０は、主にコラム４の傾きを補正するための機構である。工作機械１は、主軸２の回転により主軸２自身が発熱するだけでなく、主軸ヘッド３に設けられた主軸モータ（不図示）の発熱、軸受の回転による摩擦熱等が発生するため、これらの熱の影響によりコラム４に傾きが生じる。また、これら以外にも、例えば、フライス加工、エンドミル加工等においては、主軸ヘッド３に左右方向（Ｘ軸方向）からの力（反力）が作用することによってもコラム４に傾きが生じる。上述した熱や力の作用により、コラム４においては、様々な方向に傾きが生じる。一例として、工作機械の稼働中、コラム４が正面側（作業者側）に傾くことが実験により確認されている。そのため、本実施形態では、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、コラム４がＹ−Ｚ面に平行に傾く場合を例として説明する。なお、コラム４がその他の方向に傾いた場合も、駆動する傾き補正機構３０と、その駆動量とを適宜に選択することにより、コラム４の傾きを補正できる。

図２Ａに示すように、傾き補正機構３０は、副回転軸３１、傾き補正用サーボモータ３２、ギアボックス３３及び傾き補正用軸受部３４を備える。本実施形態において、傾き補正機構３０は、４箇所に配置されている。各傾き補正機構３０の副回転軸３１は、図３Ａ及び図３Ｂに示す各孔部１２２を貫通する。すなわち、傾き補正機構３０は、Ｚ軸方向からの平面視において、高さ調整機構２０を中心として等間隔で４箇所に配置されている。

前述したように傾き補正機構３０は、コラム４の傾きを補正する場合だけでなく、高さ調整機構２０によりコラム４を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させる際にも駆動される。コラム４を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させる場合、４箇所に配置された傾き補正機構３０は、高さ調整機構２０と同期するように等速度で駆動される。
また、傾き補正機構３０によりコラム４の傾きを補正する場合、高さ調整機構２０は駆動されない。すなわち、コラム４は、上下方向（Ｙ軸方向）に移動した位置で停止した状態で傾きが補正される。

４箇所に配置された傾き補正機構３０の構成は実質的に同一であるため、以下、それぞれの傾き補正機構３０に同一符号を付して説明する。
副回転軸３１は、コラム４の傾きを補正するためのボールねじシャフトである。傾き補正用サーボモータ３２は、副回転軸３１を回転させるための駆動源である。傾き補正用サーボモータ３２の回転軸（不図示）には、ギアボックス３３が取り付けられている。ギアボックス３３は、傾き補正用サーボモータ３２で発生した回転出力の回転数を、減速歯車（不図示）により、所定の減速比で減速させる機構である。傾き補正用サーボモータ３２及びギアボックス３３は、ベース部５の内部において、支持機構（不図示）により支持されている。

前述したように、第２フランジ１２の上側（Ｚ１側）には、傾き補正用軸受部（ナット）３４が取り付けられている。また、コラム４及び第２フランジ１２は、主回転軸２１の周囲に配置された４本の副回転軸３１によって、主回転軸２１回りの回転が規制されている。そのため、いずれかの副回転軸３１が回転した場合においても、コラム４及び第２フランジ１２が同じ回転方向に供回りすることはない。

傾き補正用軸受部３４が取り付けられた第２フランジ１２は、副回転軸３１が回転したときに供回りすることがなく、また、高さ調整機構２０の主回転軸２１の駆動は停止している。そのため、一又は複数の副回転軸３１を回転させることにより、コラム４を、駆動した副回転軸３１と反対側に傾けることができる。

例えば、図４Ａに示すように、コラム４が点Ｐを中心としてθ１だけ反時計回りに傾いている場合、主軸２側（Ｘ軸方向の左側）に位置する２つの副回転軸３１（傾き補正機構３０）を正回転方向に同期回転させて、コラム４の主軸２側をθ１分だけ押し上げることにより、コラム４の反時計回り方向への傾きを補正できる。また、主軸２と反対側（Ｘ軸方向の右側）に位置する２つの副回転軸３１（傾き補正機構３０）を逆回転方向に同期回転させて、コラム４の主軸２と反対側をθ１分だけ引き下げることによっても、コラム４の反時計回り方向への傾きを補正できる。

また、図４Ｂに示すように、コラム４が点Ｐを中心としてθ２だけ時計回りに傾いている場合、主軸２と反対側（Ｘ軸方向の右側）に位置する２つの副回転軸３１（傾き補正機構３０）を正回転方向に同期回転させて、コラム４の主軸２と反対側をθ２分だけ押し上げることにより、コラム４の時計回り方向への傾きを補正できる。また、主軸２側（Ｘ軸方向の左側）に位置する２つの副回転軸３１（傾き補正機構３０）を逆回転方向に同期回転させて、コラム４の主軸２側をθ２分だけ引き下げることによっても、コラム４の時計回り方向への傾きを補正できる。

次に、工作機械１の動作を制御する数値制御装置４０の構成について説明する。
図５は、数値制御装置４０と周辺機器の電気的な構成を示すブロック図である。
数値制御装置４０は、工作機械１に所定の切削加工を実行させたり、コラム４の高さの調整及び傾きの補正を実行させたりする装置である。数値制御装置４０は、例えば、加工プログラムに基づいて、各軸に対する移動指令、各部を駆動するモータへの回転指令等を含む動作指令を作成し、この動作指令を工作機械１に送信する。これにより、数値制御装置４０は、各装置に設けられたモータを制御して、工作機械１による切削加工を実行する。

図５に示すように、数値制御装置４０は、プロセッサ４０１、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３、ＳＲＡＭ４０４、ＰＭＣ４０５、Ｉ／Ｏユニット４０６、表示部４０７、表示制御部４０８、操作入力部４０９、入力制御部４１０、スピンドル制御部４１１、スピンドルアンプ４１２、主回転軸制御部４１５、サーボアンプ４１６、副回転軸制御部４１７、サーボアンプ４１８を備え、これら各部が直接的又は間接的にバス４１９を介して相互に電気的に接続されている。また、数値制御装置４０には、主軸モータ４１３、ポジションコーダ４１４、昇降用サーボモータ２２、位置・速度検出器２２１、傾き補正用サーボモータ３２及び位置・速度検出器３２１が電気的に接続されている。

プロセッサ（ＣＰＵ）４０１は、ＲＯＭ４０２に格納されたシステムプログラムを読み出し、そのシステムプログラムに従って数値制御装置４０の全体を制御する。プロセッサ４０１は、オペレータにより指示されたコラム４の移動量に基づいて、コラム４の高さ調整を実行する。また、プロセッサ４０１は、工作機械１の稼働中に、後述する傾き補正処理を実行する。

ＲＡＭ４０３には、プロセッサ４０１により使用される計算データ、表示データ、オペレータにより入力された各種データが一時的に格納される。本実施形態において、ＲＡＭ４０３は、例えば、主軸２に加わる負荷トルクの実測値、算出されたコラム４の変位量ｄ１、変位量の閾値ｄｔｈ等を記憶する。
ＳＲＡＭ４０４は、数値制御装置４０の電源がオフしても記憶内容が保持される不揮発性メモリとして構成される。

ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）４０５は、数値制御装置４０に内蔵されたシーケンスプログラムで定められた順序、加工条件等に従って工作機械１を制御する。ＰＭＣ４０５は、シーケンスプログラムにより変換された各種信号を、Ｉ／Ｏユニット４０６を介して外部装置に出力する。また、ＰＭＣ４０５は、オペレータが操作入力部４０９から入力した信号を取得し、所定の信号処理を施した後、プロセッサ４０１へ受け渡す。

表示部４０７は、各種データ、設定内容、オペレーションの状態等を表示可能なディスプレイ装置である。表示制御部４０８は、表示部４０７の表示内容を制御する。操作入力部４０９は、オペレータが各種の設定データ、数値データ、動作指示等を入力可能な装置である。操作入力部４０９は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等（不図示）により構成される。入力制御部４１０は、操作入力部４０９から入力されたデータ、指示等を取得して、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３等に格納する。

スピンドル制御部４１１は、主軸２の回転を制御する。スピンドル制御部４１１は、プロセッサ４０１からの主軸回転指令を受けて、スピンドルアンプ４１２にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ４１２は、スピンドル速度信号に指令された回転速度で主軸モータ４１３を駆動する。ポジションコーダ４１４は、主軸モータ４１３の回転に同期した帰還パルスをスピンドル制御部４１１に出力する。スピンドル制御部４１１は、ポジションコーダ４１４から出力された帰還パルスに基づいて、主軸モータ４１３の速度のフィードバック制御を行う。

スピンドル制御部４１１のプロセッサ（不図示）には、外乱（推定）オブザーバが組み込まれている。スピンドル制御部４１１では、この外乱オブザーバ（加工負荷取得部）により主軸２の負荷トルクが求められる。また、スピンドル制御部４１１は、主軸モータ４１３に供給される電流値を監視しているため、この電流値から負荷トルクを算出することもできる。スピンドル制御部４１１で求められた負荷トルクは、プロセッサ４０１に受け渡される。

主回転軸制御部４１５は、コラム４の上下方向（Ｚ軸方向）の移動を制御する。主回転軸制御部４１５は、プロセッサ４０１からの移動指令量を受けて、サーボアンプ４１６にトルク指令値を出力する。サーボアンプ４１６は、主回転軸制御部４１５から出力されたトルク指令値に従って、昇降用サーボモータ２２に駆動電流を供給する。位置・速度検出器２２１は、昇降用サーボモータ２２の位置、速度を検出して、主回転軸制御部４１５に位置・速度フィードバック信号を出力する。主回転軸制御部４１５は、位置・速度検出器２２１から出力された位置・速度フィードバック信号に基づいて、昇降用サーボモータ２２の位置、速度のフィードバック制御を行う。このフィードバック制御により、コラム４は、例えば、図１Ａに示す第１位置と、図１Ｂに示す第２位置との間で上下方向（Ｚ軸方向）の高さが調整される。

副回転軸制御部４１７は、コラム４の傾きを制御する。副回転軸制御部４１７は、プロセッサ４０１からの移動指令量を受けて、サーボアンプ４１８にトルク指令値を出力する。サーボアンプ４１８は、副回転軸制御部４１７から出力されたトルク指令値に従って、傾き補正用サーボモータ３２に駆動電流を供給する。位置・速度検出器３２１は、傾き補正用サーボモータ３２の位置、速度を検出して、副回転軸制御部４１７に位置・速度フィードバック信号を出力する。副回転軸制御部４１７は、位置・速度検出器３２１から出力された位置・速度フィードバック信号に基づいて、傾き補正用サーボモータ３２の位置、速度のフィードバック制御を行う。このフィードバック制御により、コラム４は、例えば、図４Ａに示すように、主軸２側がθ１分だけ押し上げられて、反時計回り方向への傾きが補正される。
なお、図５では、主軸ヘッド３を上下方向に移動させるモータ及びその制御系の図示を省略している。

次に、数値制御装置４０において実行される、コラムの傾き補正処理について説明する。
図６は、数値制御装置４０において実行されるコラムの傾き補正処理の手順を示すフローチャートである。
図６に示すコラムの傾き補正処理は、プロセッサ４０１がシステムプログラムに基づいて、ＲＯＭ４０２に格納されたコラムの傾き補正プログラムを解析することにより実行される。なお、以下に説明するプロセッサ４０１による制御は、ＰＭＣ４０５（図５参照）において、一部又はすべてを実行してもよい。

図６に示すステップＳ１０１において、プロセッサ４０１は、スピンドル制御部４１１（図５参照）で求められた負荷トルクの実測値を取得する。なお、プロセッサ４０１は、負荷トルクの実測値を、例えば、数ｍｓ毎に取得する。
ステップＳ１０２において、プロセッサ４０１は、負荷トルクの実測値に基づいて、コラム４の変位量ｄ１を算出する。コラム４の変位量ｄ１は、例えば、図４Ａに示すように、コラム４が点Ｐを中心として反時計回りに傾いたときの角度θ１に相当する値である。なお、コラム４の変位量ｄ１は、負荷トルクの実測値をパラメータとする計算式により算出してもよいし、負荷トルクとコラム４の変位量とを対応付けたデータテーブルから割り出してもよい。

ステップＳ１０３において、プロセッサ４０１は、算出したコラム４の変位量ｄ１と変位量の閾値ｄｔｈとを比較し、変位量ｄ１が閾値ｄｔｈを超えたか否かを判定する。ステップＳ１０３において、プロセッサ４０１により、変位量ｄ１が閾値ｄｔｈを超えたと判定された場合、処理はステップＳ１０４へ移行する。一方、ステップＳ１０３において、プロセッサ４０１により、変位量ｄ１が閾値ｄｔｈを超えていないと判定された場合、本フローチャートの処理は終了する。

ステップＳ１０４（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）において、プロセッサ４０１は、コラム４の変位量ｄ１に基づいて移動指令量を算出する。
ステップＳ１０５において、プロセッサ４０１は、傾き補正用サーボモータ３２を駆動してコラム４の傾きを補正するように副回転軸制御部４１７に移動指令量を出力する。この後、副回転軸制御部４１７において、位置・速度検出器３２１から出力された位置・速度フィードバック信号に基づいて、傾き補正用サーボモータ３２の位置、速度のフィードバック制御が行われることにより、コラム４の傾きが調整される。

以上説明した本実施形態の工作機械１によれば、例えば、以下のような効果が奏される。
工作機械１は、コラム４を上下方向（Ｚ軸方向）に沿って移動可能に支持するコラム昇降部１０を備える。そのため、工作機械１は、主軸ヘッド３の昇降範囲ではカバーできない間隔が必要な場合でも、コラム昇降部１０によりコラム４を上下方向に沿って移動させることにより、加工材等に合わせて主軸２のＺ軸方向のストロークを調整できる。また、工作機械１においては、Ｚ軸方向のストロークを更に広げるために、高価なオプション部品を追加したり、一回り大きな工作機械を選定したりする必要がないうえ、加工工具、工具ホルダ、加工治具等を機械の仕様に合わせて設計する必要もないので、製品コストを低減できる。

工作機械１のコラム昇降部１０は、主回転軸２１を回転させる昇降用サーボモータ２２を含む高さ調整機構２０を備える。そのため、工作機械１は、コラム４を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させる場合に、より広い昇降範囲において、よりきめ細かい位置決めを行うことができる。例えば、高さ調整機構２０の動力源として、ピエゾ素子等の圧電アクチュエータ、熱アクチュエータを用いた場合、コラム４のきめ細かい位置決めはできるが、広い昇降範囲を確保することが難しい。また、動力源として、油圧駆動アクチュエータを用いた場合、より広い昇降範囲を確保できるが、コラム４のよりきめ細かい位置決めを行うことができない。これに対して、高さ調整機構２０の動力源として用いられるサーボモータは、制御の応答性が速く、より広い昇降範囲を確保できるだけでなく、コラム４のよりきめ細かい位置決めを行うことができる。

また、高さ調整機構２０の動力源として、ピエゾ素子等の圧電アクチュエータ、熱アクチュエータを用いた場合、電源オフ時にコラム４の落下を防止するためのブレーキ機構を設けることができない。これに対して、本実施形態の高さ調整機構２０は、コラム４を上下方向に移動させる機構として、主回転軸２１（ボールねじシャフト）、昇降用軸受部２４（ナット）及びギアボックス２３を組み合わせているため、電源オフ時にモータが停止してもコラム４が落下しにくいうえ、ブレーキ機構を追加することもできる。

工作機械１のコラム昇降部１０は、副回転軸３１を回転させる傾き補正用サーボモータ３２を含む傾き補正機構３０を備える。そのため、工作機械１は、傾き補正用サーボモータ３２を回転させて、傾いたコラム４を上下方向に沿って押し上げたり、引き下げたりすることにより、工作機械１の稼働時に発生するコラム４の傾きを補正できる。また、コラム昇降部１０に用いられる傾き補正用サーボモータ３２は、コラム４の位置を０．００００１ｍｍ単位で調整できる。そのため、シム等を用いて傾きを補正した場合や、傾き補正機構３０の動力源として油圧駆動アクチュエータを用いた場合に比べて、より高い加工精度を確保できる。

工作機械１は、主軸２に加わる負荷トルク（加工負荷）に基づいてコラム４の変位量を取得し、この変形量に応じて傾き補正用サーボモータ３２を駆動するため、コラム４の傾き具合をより正確に補正できる。なお、傾き補正機構３０の動力源として熱アクチュエータ、油圧駆動アクチュエータを用いた場合、主軸２に加わる負荷トルクを取得することはできないが、本実施形態の工作機械１は、傾き補正機構３０の動力源としてサーボモータを用いているため、主軸２に加わる負荷トルクをより正確に検知できる。

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定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内に含まれる。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載したものに限定されない。なお、上述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜に組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。

（変形形態）
実施形態の工作機械１では、主軸ヘッド３が上下方向（Ｚ軸方向）へ移動し、ワークテーブル６がワークＷを左右方向（Ｘ軸方向）及び前後方向（Ｙ軸方向）に移動可能に支持する例について説明したが、これに限定されない。主軸ヘッド３、コラム４及びワークテーブル６は、ＸＹＺの軸方向に相対的に移動可能であれば、どのような構成であってもよい。ここでは、変形形態として、３種類の具体例について説明する。なお、変形形態の説明及び図面において、実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、変形形態の図面では、ＸＹＺの軸方向を分かり易くするため、ＸＹＺの座標軸を工作機械の各部に記載する。

図７Ａは、第１の変形形態における工作機械１Ａの構成を示す斜視図である。図７Ａに示す工作機械１Ａにおいて、ワークテーブル６は、左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能に支持されている。コラム４は、ベース部５において、前後方向（Ｙ軸方向）に移動可能に支持されている。主軸ヘッド３は、コラム４において、上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持されている。

図７Ｂは、第２の変形形態における工作機械１Ｂの構成を示す斜視図である。図７Ｂに示す工作機械１Ｂにおいて、ワークテーブル６は、前後方向（Ｙ軸方向）に移動可能に支持されている。コラム４は、左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能に支持されている。主軸ヘッド３は、コラム４において、上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持されている。

図７Ｃは、第３の変形形態における工作機械１Ｃの構成を示す斜視図である。図７Ｃに示す工作機械１Ｃにおいて、ワークテーブル６は、前後方向（Ｙ軸方向）に移動可能に支持されている。コラム４は、左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能に支持されている。主軸ヘッド３は、コラム４において、上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持されている。

上記第１〜第３の変形形態においても、コラム４は、不図示のコラム昇降部１０（図１参照）により、高さ調整と傾き調整が可能となるように支持されている。なお、第３の変形形態において、コラム４は、スライド部７を含めた構成において、不図示のコラム昇降部１０により、高さ調整と傾き調整が可能となるように支持されている。

実施形態では、加工負荷として、主軸２に加わる負荷トルクを取得する例について説明したが、これに限定されない。主軸ヘッド３を上下方向に移動させる昇降機構に設けられた送り軸（サーボモータ）の負荷情報（負荷トルク、電流値等）を加工負荷として取得してもよいし、昇降用サーボモータ２２又は傾き補正用サーボモータ３２の負荷情報（負荷トルク、電流値等）を加工負荷として取得してもよい。また、コラム４に取り付けた歪ゲージ等の変位検出部から加工負荷を取得してもよい。更に、加工後のワークの形状、面品位、精度等を計測することにより、ワークに対する主軸２のずれ量を取得し、このずれ量に基づいて加工負荷を算出してもよい。

また、熱センサ等の熱変位量取得部をコラム４に設け、数値制御装置４０において、熱センサで取得された熱変位量に基づいて傾き補正用サーボモータ３２を駆動するようにしてもよい。熱変位量を取得する手段としては、例えば、工作機械１の任意の位置に配置された基準位置部品の位置を接触式センサ等により計測し、この計測値により熱変位量を算出してもよいし、発熱源となるモータ、ボールねじ等の機械要素部品の稼働情報から発熱量と熱変位量を推定するようにしてもよい。更に、加工後のワークの形状、面品位、精度等を計測することにより、ワークに対する主軸２のずれ量を取得し、このずれ量に基づいて熱変位量を算出してもよい。

実施形態では、高さ調整機構２０を１箇所設けた例について説明したが、高さ調整機構２０は、２箇所以上配置してもよい。
実施形態では、複数の傾き補正機構３０の副回転軸３１を同期回転させる例について説明したが、複数の傾き補正機構３０の副回転軸３１をそれぞれ個別に回転させてもよい。また、実施形態では、傾き補正機構３０を、高さ調整機構２０を中心として４箇所に配置した例について説明したが、これに限定されない。傾き補正機構３０は、主回転軸２１から離れた位置に少なくとも１つ設けられていればよく、２箇所又は３箇所に配置されていてもよい。更に、傾き補正機構３０を、高さ調整機構２０を中心として５箇所以上の場所に配置してもよい。
実施形態では、上下方向は、鉛直方向に一致しているが、これに制限されず、一致していなくてもよい。

１：工作機械、２：主軸、３：主軸ヘッド、４：コラム、５：ベース部、６：ワークテーブル、１０：コラム昇降部、２０：高さ調整機構、２１：主回転軸、２２：昇降用サーボモータ、２３：ギアボックス、２４：昇降用軸受部、３０：傾き補正機構、３１：副回転軸、３２：傾き補正用サーボモータ、３３：ギアボックス、３４：傾き補正用軸受部、４０：数値制御装置

Claims (5)

1. 主軸を回転させる主軸ヘッドと、
   前記主軸ヘッドを支持するコラムと、
   前記コラムを上下方向に沿って移動可能に支持するコラム昇降部と、
   前記コラム昇降部を支持するベース部と、
   前記コラムを上下方向に沿って移動するように前記コラム昇降部を制御する数値制御装置と、
   を備える工作機械。
2. 請求項１に記載の工作機械において、
   前記コラム昇降部は、
   コラム移動用の主回転軸と、
   前記コラムに設けられ、前記主回転軸の回転により前記コラムを上下方向の上側又は下側に移動させる昇降用軸受部と、
   前記主回転軸を回転させる昇降用のサーボモータと、
   を含む高さ調整機構を備える工作機械。
3. 請求項２に記載の工作機械において、
   前記コラム昇降部は、
   前記主回転軸から離れた位置に設けられ、前記コラムを上下方向に沿って押し上げ又は引き下げ可能に支持するコラム傾き補正用の副回転軸と、
   前記コラムに設けられ、前記副回転軸の回転により前記コラムを上下方向に沿って押し上げる側又は引き下げる側に移動させる傾き補正用軸受部と、
   前記副回転軸を回転させる傾き補正用のサーボモータと、
   を含む傾き補正機構を備える工作機械。
4. 請求項３に記載の工作機械において、
   加工負荷を取得する加工負荷取得部を備え、
   前記数値制御装置は、前記加工負荷取得部で取得される加工負荷に基づいて前記コラムの変位量を取得すると共に、前記変位量に基づいて前記傾き補正用のサーボモータを駆動して前記コラムの傾きを補正する工作機械。
5. 請求項３に記載の工作機械において、
   前記コラムの熱変位量を取得する熱変位量取得部を備え、
   前記数値制御装置は、前記熱変位量取得部で取得される前記熱変位量に基づいて前記傾き補正用のサーボモータを駆動して前記コラムの傾きを補正する工作機械。

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