JP2022043641A - Processing device - Google Patents

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博樹 野中
Hiroki Nonaka
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Abstract

To provide a processing device which enables high speed driving and can inhibit deterioration of processing accuracy caused by thermal expansion.SOLUTION: A processing device 1 includes: a rotary tool 2b; a processing tool 2 which is provided at an outer periphery of the rotary tool 2b and processes a workpiece W; a spindle 35 which rotates the rotary tool 2b; a spindle head 3 which rotatably supports the spindle 35 and the rotary tool 2b; a second attachment base 100 in which a position relative to the workpiece W is physically fixed; a plate 200 which extends in a direction perpendicular to a rotation axis of the rotary tool 2b around the spindle head 3 and is fixed relative to the spindle head 3; drive parts 220, 222 in each of which one end is fixed to the second attachment base 100 and the other end is fixed to the plate 200 and which move the plate 200 and the spindle head 3 in a direction perpendicular to the rotation axis of the rotary tool 2b; and a control unit which controls the drive parts 220, 222 so as to move the processing tool 2 in the direction perpendicular to the rotation axis of the rotary tool 2b based on an angle of rotation of the processing tool 2 around the rotation axis of the rotary tool 2b.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、加工装置に関する。 The present invention relates to a processing apparatus.

従来、回転工具と該回転工具の外周に設けられた加工工具と回転工具を回転自在に支持する主軸頭とを備えた加工装置であって、主軸頭を回転工具の回転軸と垂直な方向に移動させる駆動部と、回転軸に垂直な平面における主軸頭の位置を測定する位置センサと、主軸頭の位置に基づいて加工工具を回転工具の回転軸に垂直な方向に移動させるように駆動部を制御する制御部と、を備えたものが公知である（例えば、特許文献１を参照）。 Conventionally, it is a machining apparatus provided with a rotary tool, a machining tool provided on the outer periphery of the rotary tool, and a spindle head that rotatably supports the rotary tool, and the spindle head is oriented in a direction perpendicular to the rotary axis of the rotary tool. The drive unit to be moved, the position sensor that measures the position of the spindle head in the plane perpendicular to the rotation axis, and the drive unit that moves the machining tool in the direction perpendicular to the rotation axis of the rotation tool based on the position of the spindle head. A control unit that controls the above-mentioned is known (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１７－１９６７２８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-196728

上記特許文献１に記載された技術においては、駆動部は主軸頭のケースに対向配置されていることから、対向配置された一方の駆動部が主軸頭を押す動作を行う場合、他方の駆動部は主軸頭を引く動作を行う。これら押す動作と引く動作を正確に行うためには、双方の駆動部により主軸頭に予め適正な与圧がかけられている状態が必要である。また、主軸頭の位置を正確に制御するためには、これら対向配置された一対の駆動部の動きを完全に同期させる必要がある。しかし、主軸頭が動く速度が高くなると、一対の駆動部の動きを同期させることは困難になり、一対の駆動部の軸頭ケースに対する追従性が低下する。したがって、特許文献１に記載された技術には、特に高速駆動の観点から改善の余地がある。 In the technique described in Patent Document 1, since the drive unit is arranged to face the case of the head of the spindle, when one of the drive units arranged to face each other pushes the head of the head, the other drive unit is used. Performs the action of pulling the head of the spindle. In order to accurately perform these pushing and pulling operations, it is necessary that an appropriate pressurization is applied to the spindle head in advance by both drive units. Further, in order to accurately control the position of the head of the spindle, it is necessary to completely synchronize the movements of the pair of drive units arranged so as to face each other. However, when the speed at which the spindle heads move increases, it becomes difficult to synchronize the movements of the pair of drive units, and the followability of the pair of drive units to the shaft head case decreases. Therefore, there is room for improvement in the technique described in Patent Document 1, especially from the viewpoint of high-speed driving.

また、上記特許文献１に記載された技術においては、回転工具が回転すると、回転工具を回動可能に支持する主軸頭の内部のベアリングが摩擦により発熱し、主軸頭のケースに熱膨張が発生する。この際、駆動部は主軸頭のケースに対向配置され、主軸頭のケースと接触して主軸頭を移動させるため、主軸頭のケースに熱膨張が発生すると駆動部のケースに対する与圧が増加し、駆動部がケースを移動させる際の挙動が変化する。これにより、双方の駆動部が押す動作と引く動作を正確に行うことができなくなるため、主軸頭の位置決め精度が低下し、結果として加工精度が低下する問題がある。 Further, in the technique described in Patent Document 1, when the rotary tool rotates, the bearing inside the spindle head that rotatably supports the rotary tool generates heat due to friction, and thermal expansion occurs in the case of the spindle head. do. At this time, the drive unit is arranged to face the case of the spindle head and moves the spindle head in contact with the case of the spindle head. Therefore, when thermal expansion occurs in the case of the spindle head, the pressurization of the drive unit to the case increases. , The behavior when the drive unit moves the case changes. As a result, it becomes impossible to accurately perform the pushing operation and the pulling operation of both drive units, so that there is a problem that the positioning accuracy of the spindle head is lowered, and as a result, the machining accuracy is lowered.

また、上記特許文献１に記載された技術においては、主軸頭のケースに位置センサが近接して主軸頭の位置を検出しているため、主軸頭のケースに熱膨張が発生すると位置センサの検出値に熱膨張に起因する誤差が含まれることになる。このため、位置センサの検出値に基づいて主軸頭の位置を正確に制御することが困難となり、この結果、加工精度が低下する問題がある。 Further, in the technique described in Patent Document 1, since the position sensor detects the position of the head of the head in close proximity to the case of the head of the head, the position sensor detects when thermal expansion occurs in the case of the head of the head. The value will include an error due to thermal expansion. Therefore, it becomes difficult to accurately control the position of the spindle head based on the detected value of the position sensor, and as a result, there is a problem that the machining accuracy is lowered.

そこで、本発明は、高速駆動が可能であり、且つ熱膨張に起因する加工精度の低下を抑制することが可能な加工装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a processing apparatus capable of high-speed driving and suppressing a decrease in processing accuracy due to thermal expansion.

本開示の要旨は以下のとおりである。 The gist of this disclosure is as follows.

（１） 回転工具と、
回転工具の外周に設けられ、被加工材を加工する加工工具と、
回転工具を回転させる主軸と、
主軸および回転工具を回転自在に支持する主軸頭と、
被加工材に対する相対的な位置が物理的に固定されたベース部と、
主軸頭の周囲に回転工具の回転軸と垂直な方向に延在し、主軸頭に対して固定された板状部材と、
一端がベース部に固定されるとともに他端が板状部材に固定され、板状部材および主軸頭を回転工具の回転軸と垂直な方向に移動させる駆動部と、
回転軸を中心とする加工工具の回転角度に基づいて加工工具を回転軸に垂直な方向に移動させるように駆動部を制御する制御部と、
を備える、加工装置。 (1) Rotating tools and
A processing tool provided on the outer circumference of the rotary tool to process the work material,
The spindle that rotates the rotary tool and
A spindle head that rotatably supports the spindle and rotary tools,
The base part where the relative position with respect to the work material is physically fixed, and
A plate-shaped member that extends around the spindle head in a direction perpendicular to the rotation axis of the rotary tool and is fixed to the spindle head.
A drive unit in which one end is fixed to the base and the other end is fixed to the plate-shaped member to move the plate-shaped member and the spindle head in a direction perpendicular to the rotation axis of the rotary tool.
A control unit that controls the drive unit to move the machining tool in the direction perpendicular to the rotation axis based on the rotation angle of the machining tool centered on the rotation axis.
Equipped with processing equipment.

本発明によれば、高速駆動が可能であり、且つ熱膨張に起因する加工精度の低下を抑制することが可能な加工装置を提供することが可能になるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to provide a processing apparatus capable of high-speed driving and suppressing a decrease in processing accuracy due to thermal expansion.

本開示の一実施形態に係る加工装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the processing apparatus which concerns on one Embodiment of this disclosure. 図１に示す加工装置のブロック図である。It is a block diagram of the processing apparatus shown in FIG. 図１において、軸頭ケース、プレート、主軸連結部、駆動部、位置センサ７、加工工具、および回転工具の位置関係を詳細に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing in detail the positional relationship between the shaft head case, the plate, the spindle connecting portion, the driving portion, the position sensor 7, the machining tool, and the rotary tool. 主軸頭３の内部のベアリングの摩擦による発熱で軸頭ケースが熱膨張した様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state that the shaft head case thermally expanded by the heat generation by the friction of the bearing inside the spindle head 3. プレートの下部に配置された駆動部の位置関係と、プレートおよび第２の取付ベースへの駆動部の取付構造を示す平面図である。It is a top view which shows the positional relationship of the drive part arranged in the lower part of a plate, and the mounting structure of a drive part to a plate and a second mounting base. 図５Ａの状態から、２つの駆動部の可動部が矢印Ａ１１方向（Ｘ軸正方向）に駆動された状態を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a state in which the movable portions of the two drive portions are driven in the arrow A11 direction (X-axis positive direction) from the state of FIG. 5A. 図５Ａの状態から、２つの駆動部の可動部が矢印Ａ２１方向に駆動され、２つの駆動部の可動部が矢印Ａ２２方向に駆動された状態を示す平面図である。5A is a plan view showing a state in which the movable portions of the two drive portions are driven in the direction of arrow A21 and the movable portions of the two drive portions are driven in the direction of arrow A22 from the state of FIG. 5A. 撓みブロックが受ける力を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the force which a bending block receives. 撓みブロックが受ける力を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the force which a bending block receives. 撓みブロックが受ける力を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the force which a bending block receives.

以下、本発明に係る幾つかの実施形態について図を参照しながら説明する。しかしながら、これらの説明は、本発明の好ましい実施形態の単なる例示を意図するものであって、本発明をこのような特定の実施形態に限定することを意図するものではない。 Hereinafter, some embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, these descriptions are intended merely to illustrate preferred embodiments of the invention and are not intended to limit the invention to such particular embodiments.

以下、図面を参照して本開示の一実施形態に係る加工装置の構成について説明する。図１は、一実施形態に係る加工装置１を示す斜視図である。図２は、図１に示す加工装置１のブロック図である。なお、加工装置１の主軸頭３の基本的な構成は、前述した特許文献１に記載されたものと同様である。 Hereinafter, the configuration of the processing apparatus according to the embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a processing apparatus 1 according to an embodiment. FIG. 2 is a block diagram of the processing apparatus 1 shown in FIG. The basic configuration of the spindle head 3 of the processing apparatus 1 is the same as that described in the above-mentioned Patent Document 1.

加工装置１は、回転工具２ｂと、回転工具２ｂの外周に設けられた加工工具２と、回転工具２ｂを回転自在に支持する主軸頭３とを備え、加工工具２を真円又は非真円の回転軌跡に沿って移動させ、加工対象物であるワークＷに真円形状又は非真円形状の面を加工する装置である。 The machining apparatus 1 includes a rotary tool 2b, a machining tool 2 provided on the outer periphery of the rotary tool 2b, and a spindle head 3 that rotatably supports the rotary tool 2b, and the machining tool 2 is a perfect circle or a non-round circle. It is a device that moves along the rotation locus of the machine and processes a perfect circular or non-circular surface on the work W which is the object to be machined.

加工工具２としては、ボーリング加工用の切削工具や、ホーニング加工用の研削工具等を用いることができる。すなわち、加工装置１は、例えば、ワークＷとしてのシリンダブロックのボアに、ボーリング加工又はホーニング加工を行うボーリング加工機又はホーニング加工機として用いることができる。 As the processing tool 2, a cutting tool for boring processing, a grinding tool for honing processing, and the like can be used. That is, the processing apparatus 1 can be used, for example, as a boring processing machine or a honing processing machine that performs boring processing or honing processing on the bore of the cylinder block as the work W.

主軸頭３は、例えば、軸頭ケース（ハウジング）３１と、モータ３２と、該モータ３２の回転角度を計測するエンコーダ３３とを備えている。主軸頭３は、軸頭ケース３１がフレキシブルカップリング４を介して第１の取付ベース５に固定され、フレキシブルカップリング４によって第１の取付ベース５から吊り下げられた状態で支持されている。フレキシブルカップリング４は、主軸頭３が主軸の軸方向に垂直な方向へ移動するのを許容するように変形する。モータ３２は、第１の取付ベース５によって支持されている。第１の取付ベース５は、建物、または地面に設置された支柱など強固な固定物に固定されている。 The spindle head 3 includes, for example, a shaft head case (housing) 31, a motor 32, and an encoder 33 for measuring the rotation angle of the motor 32. The spindle head 3 is supported in a state where the shaft head case 31 is fixed to the first mounting base 5 via the flexible coupling 4 and suspended from the first mounting base 5 by the flexible coupling 4. The flexible coupling 4 is deformed so as to allow the spindle head 3 to move in a direction perpendicular to the axial direction of the spindle. The motor 32 is supported by a first mounting base 5. The first mounting base 5 is fixed to a strong fixed object such as a building or a support column installed on the ground.

主軸頭３は、さらに、軸頭ケース３１の内部に収容されて軸頭ケース３１によって保持された軸受と、軸受によって軸頭ケース３１の内部で回転自在に支持された主軸とを備えている（図１において不図示）。主軸は、一端がモータ３２の駆動軸に接続され、他端が回転工具２ｂに接続され、モータ３２の駆動軸の回転によって回転して回転工具２ｂを回転させ、加工工具２を回転工具２ｂの回転軸周りに回転させる。なお、主軸頭３、軸頭ケース３１、回転工具２ｂ、および主軸のそれぞれは、基本的に同軸とされている。 The spindle head 3 further includes a bearing housed inside the shaft head case 31 and held by the shaft head case 31, and a spindle rotatably supported inside the shaft head case 31 by the bearing (). Not shown in FIG. 1). One end of the spindle is connected to the drive shaft of the motor 32, the other end is connected to the rotary tool 2b, and the spindle is rotated by the rotation of the drive shaft of the motor 32 to rotate the rotary tool 2b, and the machining tool 2 is connected to the rotary tool 2b. Rotate around the axis of rotation. The spindle head 3, the shaft head case 31, the rotary tool 2b, and the spindle are basically coaxial with each other.

加工装置１は、さらに、第２の取付ベース１００と、プレート２００と、主軸連結部２１０と、ピエゾアクチュエータ又は磁歪部材によって構成された駆動部２２０，２２２と、位置センサ７と、制御部８（図２参照）と、を備えている。 The processing device 1 further includes a second mounting base 100, a plate 200, a spindle connecting portion 210, drive units 220 and 222 composed of a piezo actuator or a magnetostrictive member, a position sensor 7, and a control unit 8 ( (See FIG. 2).

第２の取付ベース１００は、ベース部の一態様であり、建物、または地面に設置された支柱など強固な固定物に固定され、ワークＷに対する相対的な位置が物理的に固定されている。プレート２００は、板状部材の一態様であり、主軸頭３の周囲において主軸頭３の主軸及び加工工具２の回転軸と垂直な方向に延在し、主軸頭３に対して固定されている。具体的には、プレート２００は、主軸連結部２１０を介して軸頭ケース３１に固定されている。なお、プレート２００は、主軸連結部２１０を介在させずに、軸頭ケース３１に直接固定されていてもよい。プレート２００は、第２の取付ベース１００の上部に配置され、第２の取付ベース１００に対して水平方向、すなわち主軸頭３の主軸及び加工工具２の回転軸と垂直な方向に移動可能とされている。 The second mounting base 100 is an aspect of the base portion, and is fixed to a strong fixed object such as a building or a support column installed on the ground, and the position relative to the work W is physically fixed. The plate 200 is an aspect of a plate-shaped member, extends in a direction perpendicular to the spindle of the spindle head 3 and the rotation axis of the machining tool 2 around the spindle head 3, and is fixed to the spindle head 3. .. Specifically, the plate 200 is fixed to the shaft head case 31 via the spindle connecting portion 210. The plate 200 may be directly fixed to the shaft head case 31 without interposing the spindle connecting portion 210. The plate 200 is arranged on the upper part of the second mounting base 100 and is movable in the horizontal direction with respect to the second mounting base 100, that is, in the direction perpendicular to the spindle of the spindle head 3 and the rotation axis of the machining tool 2. ing.

図３は、図１において、軸頭ケース３１、プレート２００、主軸連結部２１０、駆動部２２０，２２２、位置センサ７、加工工具２、および回転工具２ｂの位置関係を詳細に示す斜視図である。なお、説明の便宜上、図３では第２の取付ベース１００の図示が省略されており、軸頭ケース３１およびプレート２００が破線で示されている。駆動部２２０，２２２は、第２の取付ベース１００の上に配置され、プレート２００の下に配置されている。図３に示すように、駆動部２２０，２２２は、その長手方向が正方形形状のプレート２００の４辺に沿うように配置されている。具体的には、２つの駆動部２２０のそれぞれは、主軸頭３の主軸及び加工工具２の回転軸と垂直な面をＸＹ平面と定義すると、Ｘ軸方向に延在するプレート２００の２辺に沿って配置されている。また、２つの駆動部２２２のそれぞれは、Ｙ軸方向に延在するプレート２００の２辺に沿って配置されている。 FIG. 3 is a perspective view showing in detail the positional relationship between the shaft head case 31, the plate 200, the spindle connecting portion 210, the driving portions 220, 222, the position sensor 7, the machining tool 2, and the rotary tool 2b in FIG. .. For convenience of explanation, the second mounting base 100 is not shown in FIG. 3, and the shaft head case 31 and the plate 200 are shown by broken lines. The drive units 220 and 222 are arranged above the second mounting base 100 and below the plate 200. As shown in FIG. 3, the drive units 220 and 222 are arranged so that their longitudinal directions are along the four sides of the square-shaped plate 200. Specifically, when the plane perpendicular to the spindle of the spindle head 3 and the rotation axis of the machining tool 2 is defined as the XY plane, each of the two drive units 220 is formed on two sides of the plate 200 extending in the X-axis direction. It is arranged along. Further, each of the two drive units 222 is arranged along two sides of the plate 200 extending in the Y-axis direction.

駆動部２２０は、固定側の一端が第２の取付ベース１００に固定され、可動側の他端がプレート２００に固定されている。同様に、駆動部２２２は、固定側の一端が第２の取付ベース１００に固定され、可動側の他端がプレート２００に固定されている。第２の取付ベース２００またはプレート２００と駆動部２２０，２２２との固定は、撓みブロック２３０を介して行われる。駆動部２２０は、伸長時にプレート２００に対してＸ軸正方向へ力を加え、収縮時にＸ軸負方向へ力を加える。また、駆動部２２２は、伸長時にプレート２００に対してＹ軸正方向へ力を加え、収縮時にＹ軸負方向へ力を加える。また、各駆動部２２０，２２２は、内部に歪ゲージを有しており、それぞれ制御部８に接続されている。これにより、各駆動部２２０，２２２は、それぞれ、歪ゲージの出力に基づいて制御部８によって制御されて、プレート２００を加工工具２の回転軸と垂直な方向、すなわち、Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、及びＹ軸負方向に移動させる。なお、２つの駆動部２２０は同じ量だけプレート２００をＸ軸方向に駆動し、２つの駆動部２２２は同じ量だけプレート２００をＹ軸方向に駆動する。そして、プレート２００がＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動されると、主軸連結部２１０を介してプレート２００に連結されている軸頭ケース３１がプレート２００とともにＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動される。この結果、主軸頭３がＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動されることになる。 One end of the drive unit 220 on the fixed side is fixed to the second mounting base 100, and the other end on the movable side is fixed to the plate 200. Similarly, one end of the drive unit 222 on the fixed side is fixed to the second mounting base 100, and the other end on the movable side is fixed to the plate 200. The fixing of the second mounting base 200 or plate 200 to the drive units 220 and 222 is performed via the bending block 230. The drive unit 220 applies a force to the plate 200 in the positive direction of the X-axis when it is extended, and applies a force in the negative direction of the X-axis when it is contracted. Further, the drive unit 222 applies a force to the plate 200 in the positive direction of the Y axis when it is extended, and applies a force in the negative direction of the Y axis when it is contracted. Further, each of the drive units 220 and 222 has a strain gauge inside and is connected to the control unit 8, respectively. As a result, each of the drive units 220 and 222 is controlled by the control unit 8 based on the output of the strain gauge, and the plate 200 is placed in the direction perpendicular to the rotation axis of the machining tool 2, that is, the X-axis positive direction, X. Move in the negative axis direction, the positive Y-axis direction, and the negative Y-axis direction. The two drive units 220 drive the plate 200 in the X-axis direction by the same amount, and the two drive units 222 drive the plate 200 in the Y-axis direction by the same amount. Then, when the plate 200 is moved in the X-axis direction and the Y-axis direction, the axial head case 31 connected to the plate 200 via the spindle connecting portion 210 is moved together with the plate 200 in the X-axis direction and the Y-axis direction. To. As a result, the spindle head 3 is moved in the X-axis direction and the Y-axis direction.

位置センサ７は、主軸頭３の主軸及び加工工具２の回転軸と垂直な方向において、プレート２００の端面に隣接するように配置される。より具体的には、プレート２００のＸ軸方向とＹ軸方向の２辺のそれぞれに隣接するように、合計２つの位置センサ７が配置されている。位置センサ７は、実際に駆動部２２０，２２２が制御部８による指示どおりに伸縮したことをモニタリングしている。各位置センサ７は、それぞれ制御部８に接続されている。 The position sensor 7 is arranged so as to be adjacent to the end face of the plate 200 in a direction perpendicular to the spindle of the spindle head 3 and the rotation axis of the machining tool 2. More specifically, a total of two position sensors 7 are arranged so as to be adjacent to each of the two sides of the plate 200 in the X-axis direction and the Y-axis direction. The position sensor 7 monitors that the drive units 220 and 222 actually expand and contract as instructed by the control unit 8. Each position sensor 7 is connected to the control unit 8.

位置センサ７としては、例えば接触式又は非接触式の変位センサを用いることができる。非接触式の変位センサとしては、特に限定されないが、例えば、静電容量センサ、レーザ変位計、超音波式変位計、渦電流式変位センサ、画像センサ等を用いることができる。位置センサ７として、駆動部２２０，２２２が内部に有する歪ゲージを用いることもでき、この場合、駆動部２２０，２２２と別体に位置センサ７を設ける必要はなく、位置センサ７は駆動部２２０，２２２に内蔵される。各位置センサ７は、それぞれ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向におけるプレート２００の２つの辺までの距離を計測することで、プレート２００の位置を測定する。そして、位置センサ７は、測定したプレート２００の位置に基づいて、加工工具２の回転軸と垂直なＸＹ平面における主軸頭３の位置を測定し、測定した主軸頭３の位置を制御部８に対して出力する。なお、位置センサ７はプレート２００の位置の測定までを行い、主軸頭３の位置の測定は位置センサ７からプレート２００の位置情報を受け取った制御部８が行ってもよい。 As the position sensor 7, for example, a contact type or non-contact type displacement sensor can be used. The non-contact type displacement sensor is not particularly limited, and for example, a capacitance sensor, a laser displacement meter, an ultrasonic displacement meter, an eddy current type displacement sensor, an image sensor and the like can be used. As the position sensor 7, the strain gauges contained in the drive units 220 and 222 can be used. In this case, it is not necessary to provide the position sensor 7 separately from the drive units 220 and 222, and the position sensor 7 is the drive unit 220. , 222 built-in. Each position sensor 7 measures the position of the plate 200 by measuring the distances to the two sides of the plate 200 in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. Then, the position sensor 7 measures the position of the spindle head 3 on the XY plane perpendicular to the rotation axis of the machining tool 2 based on the measured position of the plate 200, and the measured position of the spindle head 3 is set to the control unit 8. Output to. The position sensor 7 may measure the position of the plate 200, and the position of the spindle head 3 may be measured by the control unit 8 that receives the position information of the plate 200 from the position sensor 7.

制御部８は、例えば、ＣＰＵ等の演算装置、メモリやハードディスク等の記憶装置、該記憶装置に記憶されたプログラム、センサ等の外部機器との間の信号の入出力を行う入出力部等を備えることができる。また、制御部８は、さらに、キーボード等の入力インタフェース、モニタ等の表示装置を備えたパーソナルコンピュータによって構成されてもよい。 The control unit 8 includes, for example, an input / output unit that inputs / outputs signals to and from an arithmetic unit such as a CPU, a storage device such as a memory or a hard disk, a program stored in the storage device, and an external device such as a sensor. Can be prepared. Further, the control unit 8 may be further configured by a personal computer provided with an input interface such as a keyboard and a display device such as a monitor.

制御部８は、図２に示すように、例えばモータ３２に接続され、モータ３２に対して制御信号を出力する。また、制御部８は、モータ３２の回転角度を計測するエンコーダ３３に接続され、エンコーダ３３からモータ３２の駆動軸の回転角度が入力される。また、制御部８は、位置センサ７に接続され、位置センサ７によって測定されたＸＹ平面における主軸頭３の位置が入力される。さらに、制御部８は、駆動部２２０，２２２に接続され、駆動部２２０，２２２に対して制御信号を出力する。 As shown in FIG. 2, the control unit 8 is connected to, for example, a motor 32, and outputs a control signal to the motor 32. Further, the control unit 8 is connected to an encoder 33 that measures the rotation angle of the motor 32, and the rotation angle of the drive shaft of the motor 32 is input from the encoder 33. Further, the control unit 8 is connected to the position sensor 7, and the position of the spindle head 3 on the XY plane measured by the position sensor 7 is input. Further, the control unit 8 is connected to the drive units 220 and 222 and outputs a control signal to the drive units 220 and 222.

特許文献１に記載されているように、加工工具２の刃先を非真円の工具回転軌跡に沿って移動させるためには、加工工具２の回転角度に応じて、ＸＹ平面における加工工具２の回転軸の位置を移動させる必要がある。そのために、例えば、制御部８の記憶装置に、主軸頭３の位置と加工工具２の回転軸の位置との関係、加工工具２の回転角度及び回転軸の位置と刃先の位置との関係、刃先の位置の目標値としての非真円の工具回転軌跡等を予め記憶しておく。制御部８は、例えば記憶装置に記憶されたプログラムに基づき、記憶装置に記憶された非真円の工具回転軌跡に沿って加工工具２の刃先を移動させるための、加工工具２の回転角度と主軸頭３の位置との関係を算出する。 As described in Patent Document 1, in order to move the cutting edge of the machining tool 2 along the non-perfect circular tool rotation locus, the machining tool 2 in the XY plane corresponds to the rotation angle of the machining tool 2. It is necessary to move the position of the rotation axis. Therefore, for example, in the storage device of the control unit 8, the relationship between the position of the spindle head 3 and the position of the rotary shaft of the machining tool 2, the relationship between the rotation angle of the machining tool 2 and the position of the rotary shaft, and the position of the cutting edge. The non-round tool rotation locus and the like as the target value of the position of the cutting edge are stored in advance. The control unit 8 has a rotation angle of the machining tool 2 for moving the cutting edge of the machining tool 2 along a non-perfect circular tool rotation locus stored in the storage device, for example, based on a program stored in the storage device. The relationship with the position of the spindle head 3 is calculated.

さらに、制御部８は、例えば記憶装置に記憶されたプログラムに基づき、算出した加工工具２の回転角度と主軸頭３の位置との関係を満たすように、エンコーダ３３から入力された加工工具２の回転角度に応じて、駆動部２２０，２２２の伸長量及び収縮量を算出する。そして、制御部８は、算出した伸長量及び収縮量に応じた制御信号を駆動部２２０，２２２へ出力する。制御部８は、主軸頭３を加工工具２の回転軸に垂直な方向に随時移動させ、予め設定され記憶装置に記憶された工具回転軌跡に沿って加工工具２を移動させるように、駆動部２２０，２２２を制御する。 Further, the control unit 8 is a machining tool 2 input from the encoder 33 so as to satisfy the relationship between the rotation angle of the machining tool 2 calculated based on the program stored in the storage device and the position of the spindle head 3. The amount of expansion and contraction of the drive units 220 and 222 are calculated according to the rotation angle. Then, the control unit 8 outputs control signals according to the calculated expansion amount and contraction amount to the drive units 220 and 222. The control unit 8 moves the spindle head 3 at any time in a direction perpendicular to the rotation axis of the machining tool 2, and drives the machining tool 2 so as to move the machining tool 2 along a tool rotation locus preset and stored in a storage device. It controls 220 and 222.

このように、制御部８は、加工工具２を回転させてワークＷを加工するときに、駆動部２２０，２２２を制御して主軸頭３に外力を作用させ、加工工具の回転軌跡を真円から逸脱させて非真円の工具回転軌跡を生成し、ワークＷに非真円の穴加工を行う。すなわち、制御部８は、主軸頭３を固定して加工工具２を回転させたときの真円の工具回転軌跡と、目標とする非真円の工具回転軌跡との差である逸脱量を満足するように、駆動部２２０，２２２を駆動させて主軸頭３を移動させる。 In this way, when the machining tool 2 is rotated to machine the work W, the control unit 8 controls the drive units 220 and 222 to apply an external force to the spindle head 3, and makes the rotation locus of the machining tool a perfect circle. A non-round tool rotation locus is generated by deviating from the above, and a non-round hole is machined in the work W. That is, the control unit 8 satisfies the deviation amount, which is the difference between the perfect circular tool rotation locus when the spindle head 3 is fixed and the machining tool 2 is rotated, and the target non-round tool rotation locus. The drive units 220 and 222 are driven so as to move the spindle head 3.

さらに、制御部８は、位置センサ７から入力された主軸頭３の位置に基づいて、予め設定され記憶装置に記憶された工具回転軌跡に沿って加工工具２を移動させるように、駆動部２２０，２２２を制御する。すなわち、制御部８は、例えば記憶装置に記憶されたプログラムに基づいて、算出した主軸頭３の目標位置と、位置センサ７から入力された主軸頭３の実際の位置との差分を用いて、フィードバック制御を行う。以上のような制御部８による駆動部２２０，２２２の制御は、基本的には前述した特許文献１と同様に行われる。 Further, the control unit 8 moves the machining tool 2 along the tool rotation locus set in advance and stored in the storage device based on the position of the spindle head 3 input from the position sensor 7. , 222 is controlled. That is, the control unit 8 uses the difference between the target position of the spindle head 3 calculated based on the program stored in the storage device and the actual position of the spindle head 3 input from the position sensor 7, for example. Perform feedback control. The control of the drive units 220 and 222 by the control unit 8 as described above is basically performed in the same manner as in Patent Document 1 described above.

次に、本実施形態にかかる加工装置１と前述した特許文献１に記載された構成との相違について、詳細に説明する。前述したように、主軸頭３には内部のべアリングの摩擦による発熱で熱膨張が発生する。図４は、主軸頭３の内部のベアリング３４の摩擦による発熱で軸頭ケース３１が熱膨張した様子を模式的に示す図である。図４に示すように、主軸頭３の内部では、主軸３５がベアリング３４によって回転自在に支持されている。ベアリング３４の摩擦による発熱が生じると、軸頭ケース３１が図４中の矢印方向に膨張し、軸頭ケース３１の外径が膨らむ方向に熱膨張が生じる。図４では、比較のため、前述した特許文献１に記載された駆動部６と位置センサ７の配置構成が示されている。特許文献１に記載されているように、位置センサ７が軸頭ケース３１に隣接しており、位置センサ７が軸頭ケース３１までの距離を測定する構成であると、測定された主軸頭３の位置に熱膨張に起因する誤差が含まれることになる。このため、フィードバック制御により制御される工具回転軌跡に沿った加工工具２の位置の精度が低下し、加工精度が低下する。 Next, the difference between the processing apparatus 1 according to the present embodiment and the configuration described in the above-mentioned Patent Document 1 will be described in detail. As described above, thermal expansion occurs in the spindle head 3 due to heat generated by the friction of the internal bearing. FIG. 4 is a diagram schematically showing a state in which the shaft head case 31 thermally expands due to heat generated by friction of the bearing 34 inside the spindle head 3. As shown in FIG. 4, inside the spindle head 3, the spindle 35 is rotatably supported by a bearing 34. When heat is generated due to friction of the bearing 34, the shaft head case 31 expands in the direction of the arrow in FIG. 4, and thermal expansion occurs in the direction in which the outer diameter of the shaft head case 31 expands. In FIG. 4, for comparison, the arrangement configuration of the drive unit 6 and the position sensor 7 described in the above-mentioned Patent Document 1 is shown. As described in Patent Document 1, the measured spindle head 3 is configured such that the position sensor 7 is adjacent to the shaft head case 31 and the position sensor 7 measures the distance to the shaft head case 31. The position of will include an error due to thermal expansion. Therefore, the accuracy of the position of the machining tool 2 along the tool rotation locus controlled by the feedback control is lowered, and the machining accuracy is lowered.

また、図４に示したように、対向配置された２つの駆動部６が軸頭ケース３１に力を加えて主軸頭３を移動させるように構成されていると、軸頭ケース３１の熱膨張により対向する２つの駆動部６へ押付け力が生じ、２つの駆動部６の軸頭ケース３１に対する与圧が大きく増加する。このため、駆動部６が主軸頭３を駆動した際の挙動が変化し、主軸頭３の位置決め精度が低下するため、加工精度が低下する。 Further, as shown in FIG. 4, when the two drive units 6 arranged to face each other are configured to apply a force to the shaft head case 31 to move the spindle head 3, the shaft head case 31 is thermally expanded. As a result, a pressing force is generated on the two drive units 6 facing each other, and the pressure applied to the shaft head case 31 of the two drive units 6 is greatly increased. Therefore, the behavior when the driving unit 6 drives the spindle head 3 changes, and the positioning accuracy of the spindle head 3 decreases, so that the machining accuracy decreases.

更に、前述したように、特許文献１に記載された構成では、対向配置された一方の駆動部６が主軸頭３を押す動作を行う場合、他方の駆動部６は主軸頭３を引く動作を行う。主軸頭３の位置を正確に制御するためには、これら対向配置された一対の駆動部６の動きを完全に同期させる必要がある。しかし、主軸頭３が動く速度が高くなると、一対の駆動部６の動きを同期させることは困難になり、一対の駆動部６の軸頭ケース３１に対する追従性が低下する。したがって、主軸頭３を高速で駆動することには限界がある。特に軸頭ケース３１の熱膨張により対向する２つの駆動部６の軸頭ケース３１に対する与圧が増加すると、一方の駆動部６が押す動作を行う際に他方の駆動部の増加した与圧が抵抗になり、主軸頭３を高速で駆動することがより困難になる。 Further, as described above, in the configuration described in Patent Document 1, when one of the drive units 6 arranged to face each other pushes the spindle head 3, the other drive unit 6 pulls the spindle head 3. conduct. In order to accurately control the position of the spindle head 3, it is necessary to completely synchronize the movements of the pair of drive units 6 arranged to face each other. However, when the speed at which the spindle head 3 moves increases, it becomes difficult to synchronize the movements of the pair of drive units 6, and the followability of the pair of drive units 6 to the shaft head case 31 decreases. Therefore, there is a limit to driving the spindle head 3 at high speed. In particular, when the pressurization of the two drive units 6 facing each other with respect to the axle head case 31 increases due to the thermal expansion of the axle head case 31, the increased pressurization of the other drive unit when one drive unit 6 pushes is performed. It becomes a resistance, and it becomes more difficult to drive the spindle head 3 at high speed.

一方、本実施形態では、位置センサ７は、熱膨張が発生する軸頭ケース３１とは隣接しておらず、軸頭ケース３１が固定された剛性の高いプレート２００の２辺に隣接するように配置され、これら２辺までの距離を計測する。軸頭ケース３１の熱膨張は軸頭ケース３１の全周で平均化されてプレート２００に伝わるため、プレート２００の特定の方向に熱膨張による寸法誤差が生じることはない。したがって、プレート２００を設けたことにより熱膨張の影響が抑制され、熱膨張に起因する位置センサ７の測定誤差が抑制されるため、より高精度な刃先の位置制御が可能となる。 On the other hand, in the present embodiment, the position sensor 7 is not adjacent to the shaft head case 31 where thermal expansion occurs, but is adjacent to two sides of the highly rigid plate 200 to which the shaft head case 31 is fixed. It is arranged and the distance to these two sides is measured. Since the thermal expansion of the shaft head case 31 is averaged over the entire circumference of the shaft head case 31 and transmitted to the plate 200, there is no dimensional error due to the thermal expansion in a specific direction of the plate 200. Therefore, by providing the plate 200, the influence of thermal expansion is suppressed, and the measurement error of the position sensor 7 due to thermal expansion is suppressed, so that more accurate position control of the cutting edge becomes possible.

また、特許文献１に記載された構成では軸頭ケース３１と駆動部６とが離間可能な構成であり、このような構成の場合、駆動部６から与圧を付与することで軸頭ケース３１と２つの駆動部６との接触状態を維持することが必要である。一方、本実施形態では、駆動部２２０，２２２は軸頭ケース３１に対して機械的に連結されている。したがって、本実施形態では、駆動部２２０，２２２の与圧は基本的に不要である。また、本実施形態では、駆動部２２０，２２２は、軸頭ケース３１を直接駆動するものではなく、プレート２００を介して軸頭ケース３１を駆動する。このため、軸頭ケース３１に熱膨張が生じた場合、熱膨張は軸頭ケース３１の全周で平均化されてプレート２００に伝わるため、熱膨張による変位量がそのまま駆動部２２０，２２２に作用することがない。このため、熱膨張に起因して駆動部２２０，２２２がプレート２００に与える力が変動することが抑制され、この結果、主軸頭３の位置決め精度が低下することが抑制される。 Further, in the configuration described in Patent Document 1, the shaft head case 31 and the drive unit 6 can be separated from each other. In such a configuration, the shaft head case 31 is applied by applying a pressurization from the drive unit 6. It is necessary to maintain the contact state between the head and the two drive units 6. On the other hand, in the present embodiment, the drive units 220 and 222 are mechanically connected to the shaft head case 31. Therefore, in this embodiment, pressurization of the drive units 220 and 222 is basically unnecessary. Further, in the present embodiment, the drive units 220 and 222 do not directly drive the shaft head case 31, but drive the shaft head case 31 via the plate 200. Therefore, when thermal expansion occurs in the shaft head case 31, the thermal expansion is averaged over the entire circumference of the shaft head case 31 and transmitted to the plate 200, so that the displacement amount due to the thermal expansion acts on the drive units 220 and 222 as it is. There is nothing to do. Therefore, the fluctuation of the force applied to the plate 200 by the drive units 220 and 222 due to the thermal expansion is suppressed, and as a result, the deterioration of the positioning accuracy of the spindle head 3 is suppressed.

また、本実施形態では、特許文献１に記載された構成のように軸頭ケース３１を間に介して２つの駆動部６が対向配置されるものではないため、上述した押す動きと引く動きを同期させる必要がない。したがって、主軸頭３を高速で駆動した場合においても、駆動部２２０，２２２の軸頭ケース３１に対する追従性が低下することがなく、主軸頭３を高速で駆動することが可能である。更に、本実施形態では、駆動部２２０，２２２が軸頭ケース３１に対して機械的に連結されていることから、駆動部２２０，２２２から軸頭ケース３１に至る力の伝達経路の剛性が向上され、機械的な安定度が高くなるので、固有振動数が増加し、主軸頭３をより高速で駆動することが可能である。 Further, in the present embodiment, unlike the configuration described in Patent Document 1, the two drive units 6 are not arranged to face each other with the axle head case 31 interposed therebetween, so that the above-mentioned pushing motion and pulling motion are performed. No need to synchronize. Therefore, even when the spindle head 3 is driven at high speed, the followability of the drive units 220 and 222 to the shaft head case 31 does not deteriorate, and the spindle head 3 can be driven at high speed. Further, in the present embodiment, since the drive units 220 and 222 are mechanically connected to the shaft head case 31, the rigidity of the force transmission path from the drive units 220 and 222 to the shaft head case 31 is improved. Since the mechanical stability is increased, the natural frequency is increased and the spindle head 3 can be driven at a higher speed.

図５Ａは、プレート２００の下部に配置された駆動部２２０，２２２の位置関係と、プレート２００および第２の取付ベース１００への駆動部２２０，２２２の取付構造を示す平面図である。図５Ａは、プレート２００、主軸連結部２１０、駆動部２２０，２２２、軸頭ケース３１、回転工具２ｂ、加工工具２を下側から見た状態を示している。なお、図５Ａにおいて、第２の取付ベース１００の図示は省略されている。 FIG. 5A is a plan view showing the positional relationship of the drive units 220 and 222 arranged at the bottom of the plate 200 and the mounting structure of the drive units 220 and 222 on the plate 200 and the second mounting base 100. FIG. 5A shows a state in which the plate 200, the spindle connecting portion 210, the driving portions 220 and 222, the shaft head case 31, the rotary tool 2b, and the machining tool 2 are viewed from below. In FIG. 5A, the illustration of the second mounting base 100 is omitted.

図５Ａに示すように、Ｘ軸方向に配置された駆動部２２０は、可動部２２０ａを有し、駆動部２２０の固定側である本体に対して可動部２２０ａが伸長または収縮するように構成されている。同様に、Ｙ軸方向に配置された駆動部２２２は、可動部２２２ａを有し、駆動部２２２の固定側である本体に対して可動部２２２ａが伸長または収縮するように構成されている。駆動部２２０，２２２の本体にはピエゾアクチュエータ又は磁歪部材が内蔵されており、可動部２２０ａ，２２２ａはピエゾアクチュエータ又は磁歪部材の伸縮に応じて駆動される。 As shown in FIG. 5A, the drive unit 220 arranged in the X-axis direction has a movable portion 220a, and the movable portion 220a is configured to extend or contract with respect to the main body on the fixed side of the drive unit 220. ing. Similarly, the drive unit 222 arranged in the Y-axis direction has a movable portion 222a, and the movable portion 222a is configured to extend or contract with respect to the main body on the fixed side of the drive portion 222. A piezo actuator or a magnetostrictive member is built in the main body of the drive units 220 and 222, and the movable portions 220a and 222a are driven according to the expansion and contraction of the piezo actuator or the magnetostrictive member.

上述したように、第２の取付ベース２００またはプレート２００と駆動部２２０，２２２との固定は、撓みブロック２３０を介して行われる。撓みブロック２３０は、第２の取付ベース２００と駆動部２２０，２２２を固定する撓みブロック２３０ａと、プレート２００と駆動部２２０，２２２を固定する撓みブロック２３０ｂを含む。 As described above, the fixing of the second mounting base 200 or plate 200 to the drive units 220 and 222 is performed via the bending block 230. The bending block 230 includes a bending block 230a for fixing the second mounting base 200 and the driving portions 220 and 222, and a bending block 230b for fixing the plate 200 and the driving portions 220 and 222.

図５Ａにおいて、Ｘ軸方向に配置された２つの駆動部２２０の本体のそれぞれは、第２の取付ベース１００に対して、撓みブロック２３０ａを介して固定されている。また、２つの駆動部２２０の可動部２２０ａのそれぞれは、プレート２００に対しては、撓みブロック２３０ｂを介して固定されている。 In FIG. 5A, each of the main bodies of the two drive units 220 arranged in the X-axis direction is fixed to the second mounting base 100 via the bending block 230a. Further, each of the movable portions 220a of the two drive portions 220 is fixed to the plate 200 via the bending block 230b.

同様に、Ｙ軸方向に配置された２つの駆動部２２２の本体のそれぞれは、第２の取付ベース１００に対して、撓みブロック２３０ａを介して固定されている。また、２つの駆動部２２２の可動部２２２ａのそれぞれは、プレート２００に対しては、撓みブロック２３０ｂを介して固定されている。 Similarly, each of the main bodies of the two drive units 222 arranged in the Y-axis direction is fixed to the second mounting base 100 via the bending block 230a. Further, each of the movable portions 222a of the two drive portions 222 is fixed to the plate 200 via the bending block 230b.

図５Ａは、駆動部２２０の可動部２２０ａと駆動部２２２の可動部２２２ａがいずれも初期位置（基準位置）に位置している状態を示している。この状態では、主軸頭３の主軸及び加工工具２の回転軸はＸＹ座標の原点に位置する。 FIG. 5A shows a state in which the movable portion 220a of the drive unit 220 and the movable portion 222a of the drive unit 222 are both located at the initial position (reference position). In this state, the spindle of the spindle head 3 and the rotation axis of the machining tool 2 are located at the origin of the XY coordinates.

図５Ｂは、図５Ａの状態から、２つの駆動部２２０の可動部２２０ａが矢印Ａ１１方向（Ｘ軸正方向）に駆動された状態を示す平面図である。なお、上述したように２つの可動部２２０ａは同じ量だけ矢印Ａ１１方向に駆動される。可動部２２０ａが矢印Ａ１１方向に駆動されると、第２の取付ベース１００に固定された撓みブロック２３０ａに対して、可動部２２０ａが固定された撓みブロック２３０ｂが矢印Ａ１１方向に移動する。これにより、撓みブロック２３０ｂが固定されたプレート２００が移動し、プレート２００に主軸連結部２１０を介して固定された軸頭ケース３１が移動するので、回転工具２ｂが矢印Ａ１２方向（Ｘ軸正方向）に移動する。図５Ｂでは、軸頭ケース３１の移動に伴って移動した回転工具２ｂおよび加工工具２の移動後の位置が破線で示されている。 FIG. 5B is a plan view showing a state in which the movable portions 220a of the two driving portions 220 are driven in the arrow A11 direction (X-axis positive direction) from the state of FIG. 5A. As described above, the two movable portions 220a are driven by the same amount in the direction of the arrow A11. When the movable portion 220a is driven in the direction of the arrow A11, the bending block 230b to which the movable portion 220a is fixed moves in the direction of the arrow A11 with respect to the bending block 230a fixed to the second mounting base 100. As a result, the plate 200 to which the bending block 230b is fixed moves, and the shaft head case 31 fixed to the plate 200 via the spindle connecting portion 210 moves, so that the rotary tool 2b moves in the arrow A12 direction (X-axis positive direction). ). In FIG. 5B, the positions of the rotary tool 2b and the machining tool 2 that have moved with the movement of the shaft head case 31 after movement are shown by broken lines.

図５Ｃは、図５Ａの状態から、２つの駆動部２２０の可動部２２０ａが矢印Ａ２１方向（Ｘ軸正方向）に駆動され、２つの駆動部２２２の可動部２２２ａが矢印Ａ２２方向（Ｙ軸正方向）に駆動された状態を示す平面図である。なお、２つの可動部２２０ａは同じ量だけ矢印Ａ２１方向に駆動され、２つの可動部２２２ａは同じ量だけ矢印Ａ２２方向に駆動される。可動部２２０ａが矢印Ａ２１方向に駆動されると、第２の取付ベース１００に固定された撓みブロック２３０ａに対して、可動部２２０ａが固定された撓みブロック２３０ｂが矢印Ａ２１方向に移動する。また、可動部２２２ａが矢印Ａ２２方向に駆動されると、第２の取付ベース１００に固定された撓みブロック２３０ａに対して、可動部２２２ａが固定された撓みブロック２３０ｂが矢印Ａ２２方向に移動する。これにより、撓みブロック２３０ｂが固定されたプレート２００が矢印Ａ２１方向と矢印Ａ２２方向を合成した方向に移動し、プレート２００に主軸連結部２１０を介して固定された軸頭ケース３１が移動するので、回転工具２ｂが矢印Ａ２３方向に移動する。図５Ｃでは、軸頭ケース３１の移動に伴って移動した回転工具２ｂおよび加工工具２の移動後の位置が破線で示されている。 In FIG. 5C, from the state of FIG. 5A, the movable portion 220a of the two drive portions 220 is driven in the arrow A21 direction (X-axis positive direction), and the movable portion 222a of the two drive portions 222 is driven in the arrow A22 direction (Y-axis positive direction). It is a top view which shows the state driven in the direction). The two movable portions 220a are driven by the same amount in the direction of the arrow A21, and the two movable portions 222a are driven by the same amount in the direction of the arrow A22. When the movable portion 220a is driven in the direction of the arrow A21, the bending block 230b to which the movable portion 220a is fixed moves in the direction of the arrow A21 with respect to the bending block 230a fixed to the second mounting base 100. When the movable portion 222a is driven in the direction of the arrow A22, the flexible block 230b to which the movable portion 222a is fixed moves in the direction of the arrow A22 with respect to the flexible block 230a fixed to the second mounting base 100. As a result, the plate 200 to which the bending block 230b is fixed moves in the direction in which the arrow A21 direction and the arrow A22 direction are combined, and the shaft head case 31 fixed to the plate 200 via the spindle connecting portion 210 moves. The rotary tool 2b moves in the direction of arrow A23. In FIG. 5C, the positions of the rotary tool 2b and the machining tool 2 that have moved with the movement of the shaft head case 31 after movement are shown by broken lines.

図５Ｂ、図５Ｃのような駆動が行われると、撓みブロック２３０ａは、第２の取付ベース１００との固定部において回転方向の力を受ける。同様に、撓みブロック２３０ｂは、プレート２００との固定部において回転方向の力を受ける。更に、撓みブロック２３０ａ，２３０ｂは、回転方向の力とともに、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の力を受ける。撓みブロック２３０ａ，２３０ｂは、これらの力を受けると撓み、力を吸収する。このため、撓みブロック２３０ａ，２３０ｂは、例えば鉄系の材料、チタン等から構成され、撓みによる応力が許容応力の３０～４０％となるように構成されている。これにより、理論上は撓みが無限回数繰り返されても撓みブロック２３０ａ，２３０ｂに破断などの損傷が生じることが抑制される。 When the drive as shown in FIGS. 5B and 5C is performed, the bending block 230a receives a force in the rotational direction at the fixed portion with the second mounting base 100. Similarly, the flexible block 230b receives a rotational force at the fixed portion with the plate 200. Further, the bending blocks 230a and 230b receive a force in the X-axis direction and a force in the Y-axis direction together with the force in the rotation direction. When the bending blocks 230a and 230b receive these forces, they bend and absorb the forces. Therefore, the bending blocks 230a and 230b are made of, for example, an iron-based material, titanium, or the like, and the stress due to bending is configured to be 30 to 40% of the allowable stress. As a result, theoretically, even if the bending is repeated an infinite number of times, damage such as breakage is suppressed in the bending blocks 230a and 230b.

また、好適には、図５Ａ～図５Ｃに示したように、撓みブロック２３０ａ，２３０ｂにはスリット２３２が形成されていることが好ましい。スリット２３２が形成されることで、スリット２３２の終端における撓みブロック２３０ａ，２３０ｂのＸＹ平面に沿った肉厚が小さくなり、撓みブロック２３０ａ，２３０ｂが力を受けた際に撓みブロック２３０ａ，２３０ｂが撓みやすくなり、力が最適に吸収される。 Further, preferably, as shown in FIGS. 5A to 5C, it is preferable that slits 232 are formed in the flexible blocks 230a and 230b. By forming the slit 232, the wall thickness of the bending blocks 230a and 230b at the end of the slit 232 along the XY plane becomes small, and the bending blocks 230a and 230b bend when the bending blocks 230a and 230b receive a force. It becomes easier and the force is optimally absorbed.

図６Ａ～図６Ｃは、図５Ｂ、図５Ｃのような駆動が行われた際に、撓みブロック２３０ａ，２３０ｂが撓む要因となる駆動部２２０，２２２の回転、駆動部２２０，２２２の変位を説明するための平面図である。図６Ａは、図５Ａと同様、プレート２００、主軸連結部２１０、駆動部２２０，２２２、軸頭ケース３１、回転工具２ｂ、加工工具２を下側から見た状態を模式的に示している。図６Ａでは、撓みブロック２３０ａ，２３０ｂの代わりに、回転方向の動きが許容される支点（軸）を介して駆動部２２０，２２２が第２の取付ベース１００またはプレート２００に対して連結された構成を示している。なお、図６Ａにおいても、第２の取付ベース１００の図示は省略されている。 6A to 6C show the rotation of the drive units 220 and 222 and the displacement of the drive units 220 and 222, which cause the bending blocks 230a and 230b to bend when the drive as shown in FIGS. 5B and 5C is performed. It is a plan view for demonstrating. FIG. 6A schematically shows a state in which the plate 200, the spindle connecting portion 210, the driving portions 220, 222, the shaft head case 31, the rotary tool 2b, and the machining tool 2 are viewed from below, as in FIG. 5A. In FIG. 6A, instead of the flexible blocks 230a and 230b, the drive units 220 and 222 are connected to the second mounting base 100 or the plate 200 via a fulcrum (axis) that allows movement in the rotational direction. Is shown. Also in FIG. 6A, the illustration of the second mounting base 100 is omitted.

図６Ａにおいて、Ｘ軸方向に配置された２つの駆動部２２０の本体のそれぞれは、第２の取付ベース１００に対して、支点２０２を介して回動可能に連結されている。また、２つの駆動部２２０の可動部２２２ａのそれぞれは、プレート２００に対しては、支点２０４を介して回動可能に連結されている。 In FIG. 6A, each of the main bodies of the two drive units 220 arranged in the X-axis direction is rotatably connected to the second mounting base 100 via the fulcrum 202. Further, each of the movable portions 222a of the two drive portions 220 is rotatably connected to the plate 200 via the fulcrum 204.

同様に、Ｙ軸方向に配置された２つの駆動部２２２の本体のそれぞれは、第２の取付ベース１００に対して、支点２０２を介して回動可能に連結されている。また、２つの駆動部２２２の可動部２２２ａのそれぞれは、プレート２００に対しては、支点２０４を介して回動可能に連結されている。 Similarly, each of the main bodies of the two drive units 222 arranged in the Y-axis direction is rotatably connected to the second mounting base 100 via the fulcrum 202. Further, each of the movable portions 222a of the two drive portions 222 is rotatably connected to the plate 200 via the fulcrum 204.

図５Ａと同様、図６Ａは、駆動部２２０の可動部２２０ａと駆動部２２２の可動部２２２ａがいずれも初期位置（基準位置）に位置している状態を示している。この状態では、主軸頭３の主軸及び加工工具２の回転軸ＲはＸＹ座標の原点に位置する。 Similar to FIG. 5A, FIG. 6A shows a state in which the movable portion 220a of the drive unit 220 and the movable portion 222a of the drive unit 222 are both located at the initial position (reference position). In this state, the spindle of the spindle head 3 and the rotation axis R of the machining tool 2 are located at the origin of the XY coordinates.

図６Ｂは、図６Ａの状態から、２つの駆動部２２０の可動部２２０ａが矢印Ａ１１方向（Ｘ軸正方向）に駆動された状態を示す平面図である。可動部２２０ａが矢印Ａ１１方向に駆動されると、第２の取付ベース１００に連結された支点２０２に対して、可動部２２０ａが連結された支点２０４が矢印Ａ１１方向に移動する。これにより、支点２０４が連結されたプレート２００が移動し、プレート２００に主軸連結部２１０を介して固定された軸頭ケース３１が移動するので、回転工具２ｂが矢印Ａ１２方向（Ｘ軸正方向）に移動する。図６Ｂでは、軸頭ケース３１の移動に伴って移動した回転工具２ｂおよび加工工具２の移動後の位置が破線で示されている。 FIG. 6B is a plan view showing a state in which the movable portions 220a of the two driving portions 220 are driven in the arrow A11 direction (X-axis positive direction) from the state of FIG. 6A. When the movable portion 220a is driven in the direction of the arrow A11, the fulcrum 204 to which the movable portion 220a is connected moves in the direction of the arrow A11 with respect to the fulcrum 202 connected to the second mounting base 100. As a result, the plate 200 to which the fulcrum 204 is connected moves, and the shaft head case 31 fixed to the plate 200 via the spindle connecting portion 210 moves, so that the rotary tool 2b moves in the arrow A12 direction (X-axis positive direction). Move to. In FIG. 6B, the positions of the rotary tool 2b and the machining tool 2 that have moved with the movement of the shaft head case 31 after movement are shown by broken lines.

図６Ｃは、図６Ａの状態から、２つの駆動部２２０の可動部２２０ａが矢印Ａ２１方向（Ｘ軸正方向）に駆動され、２つの駆動部２２２の可動部２２２ａが矢印Ａ２２方向（Ｙ軸正方向）に駆動された状態を示す平面図である。可動部２２０ａが矢印Ａ２１方向に駆動されると、第２の取付ベース１００に連結された支点２０２に対して、可動部２２０ａが連結された支点２０４が矢印Ａ２１方向に移動する。また、可動部２２２ａが矢印Ａ２２方向に駆動されると、第２の取付ベース１００に連結された支点２０２に対して、可動部２２２ａが連結された支点２０４が矢印Ａ２２方向に移動する。これにより、支点２０４が連結されたプレート２００が矢印Ａ２１方向と矢印Ａ２２方向を合成した方向に移動し、プレート２００に主軸連結部２１０を介して固定された軸頭ケース３１が移動するので、回転工具２ｂが矢印Ａ２３方向に移動する。図６Ｃでは、軸頭ケース３１の移動に伴って移動した回転工具２ｂおよび加工工具２の移動後の位置が破線で示されている。 In FIG. 6C, from the state of FIG. 6A, the movable portion 220a of the two drive portions 220 is driven in the arrow A21 direction (X-axis positive direction), and the movable portion 222a of the two drive portions 222 is driven in the arrow A22 direction (Y-axis positive direction). It is a top view which shows the state driven in the direction). When the movable portion 220a is driven in the direction of the arrow A21, the fulcrum 204 to which the movable portion 220a is connected moves in the direction of the arrow A21 with respect to the fulcrum 202 connected to the second mounting base 100. Further, when the movable portion 222a is driven in the direction of the arrow A22, the fulcrum 204 to which the movable portion 222a is connected moves in the direction of the arrow A22 with respect to the fulcrum 202 connected to the second mounting base 100. As a result, the plate 200 to which the fulcrum 204 is connected moves in the direction in which the arrow A21 direction and the arrow A22 direction are combined, and the axle head case 31 fixed to the plate 200 via the spindle connecting portion 210 moves. Tool 2b moves in the direction of arrow A23. In FIG. 6C, the positions of the rotary tool 2b and the machining tool 2 that have moved with the movement of the shaft head case 31 after movement are shown by broken lines.

図６Ｂに示すように、駆動部２２０の可動部２２０ａが矢印Ａ１１方向に駆動された状態では、Ｙ軸方向に配置された２つの駆動部２２２は、第２の取付ベース１００と連結された支点２０２を中心として微小角度だけ回転する。このときの回転角度θは、例えば駆動部２２２の長さを２５０［ｍｍ］、可動部２２０ａの矢印Ａ１１方向の移動量を２５［μｍ］とすると、θ＝ｔａｎ－１（０．０２５／２５０）＝０．００５［ｄｅｇ］程度であり、極めて小さい。 As shown in FIG. 6B, when the movable portion 220a of the drive portion 220 is driven in the direction of the arrow A11, the two drive portions 222 arranged in the Y-axis direction are fulcrums connected to the second mounting base 100. It rotates about a small angle around 202. The rotation angle θ at this time is θ = tan -1 (0.025 / 250), where, for example, the length of the drive unit 222 is 250 [mm] and the movement amount of the movable unit 220a in the arrow A11 direction is 25 [μm]. ) = 0.005 [deg], which is extremely small.

また、図６Ｂに示すように、駆動部２２０の可動部２２０ａが矢印Ａ１１方向に駆動された状態では、Ｙ軸方向に配置された駆動部２２２が回転角度θだけ回転したことに伴い、支点２０４の位置がＹ軸方向に変位する。この駆動部２２２の回転による支点２０４のＹ軸方向の変位量は、幾何学的な計算から１．２［ｎｍ］程度となり、極めて小さい。 Further, as shown in FIG. 6B, in a state where the movable portion 220a of the drive portion 220 is driven in the direction of the arrow A11, the drive portion 222 arranged in the Y-axis direction rotates by the rotation angle θ, and the fulcrum 204 The position of is displaced in the Y-axis direction. The amount of displacement of the fulcrum 204 in the Y-axis direction due to the rotation of the drive unit 222 is about 1.2 [nm] from the geometric calculation, which is extremely small.

同様に、駆動部２２０の可動部２２０ａが矢印Ａ２１方向に駆動され、同時に駆動部２２２の可動部２２２ａが矢印Ａ２２方向に駆動された図６Ｃに示す状態においても、駆動部２２０，２２２の回転角度θは極めて小さい。なお、説明の便宜上、図６Ｃでは、２つの駆動部２２０の可動部２２０ａの矢印Ａ２１方向の駆動量と、２つの駆動部２２２の可動部２２２ａの矢印Ａ２２方向の駆動量を同一としている。この場合、駆動部２２０の回転角度θと駆動部２２２の回転角度θは同一である。 Similarly, even in the state shown in FIG. 6C in which the movable portion 220a of the drive unit 220 is driven in the direction of the arrow A21 and at the same time the movable portion 222a of the drive unit 222 is driven in the direction of the arrow A22, the rotation angles of the drive units 220 and 222 are θ is extremely small. For convenience of explanation, in FIG. 6C, the drive amount of the movable portion 220a of the two drive units 220 in the arrow A21 direction and the drive amount of the movable portion 222a of the two drive units 222 in the arrow A22 direction are the same. In this case, the rotation angle θ of the drive unit 220 and the rotation angle θ of the drive unit 222 are the same.

また、図６Ｃに示す状態において、駆動部２２０の回転に伴う可動部２２０ａが連結された支点２０４のＸ軸方向の変位、駆動部２２２の回転に伴う可動部２２２ａが連結された支点２０４のＹ軸方向の変位も極めて小さい。 Further, in the state shown in FIG. 6C, the displacement of the fulcrum 204 to which the movable portion 220a connected with the rotation of the drive unit 220 is connected in the X-axis direction, and the Y of the fulcrum 204 to which the movable portion 222a with the rotation of the drive unit 222 is connected are connected. Axial displacement is also extremely small.

したがって、これらの回転角度θ、および支点２０４のＸ軸方向、Ｙ軸方向の変位は、支点２０２，２０４の代わりに撓みブロック２３０ａ，２３０ｂを設け、撓みブロック２３０ａ，２３０ｂの撓みで吸収することが可能である。 Therefore, these rotation angles θ and the displacements of the fulcrum 204 in the X-axis direction and the Y-axis direction can be absorbed by the deflection of the deflection blocks 230a and 230b by providing the deflection blocks 230a and 230b instead of the fulcrums 202 and 204. It is possible.

なお、本実施形態の加工装置１において、第２の取付ベース２００またはプレート２００と駆動部２２０，２２２との連結を、図６Ａ～図６Ｃに示したような支点２０２，２０４を介して行ってもよい。但し、支点２０２，２０４を用いた場合、連結部には機械的な隙間が生じるため、加工工具２の位置精度の観点からは撓みブロック２３０ａ，２３０ｂを用いることが好ましい。特に、主軸頭３を高速駆動する場合、機械的な隙間が生じない撓みブロック２３０ａ，２３０ｂを用いることが好ましい。また、支点２０２，２０４を用いた場合、支点２０２，２０４へ潤滑油を供給する必要があり、メンテナンスが煩雑になる。一方、撓みブロック２３０ａ，２３０ｂを用いた場合は、潤滑油を供給する必要がなく、駆動に伴う発熱も生じない。したがって、この観点からも撓みブロック２３０ａ，２３０ｂを用いることが好ましい。 In the processing apparatus 1 of the present embodiment, the second mounting base 200 or the plate 200 is connected to the drive units 220 and 222 via the fulcrums 202 and 204 as shown in FIGS. 6A to 6C. May be good. However, when the fulcrums 202 and 204 are used, a mechanical gap is generated in the connecting portion, so that it is preferable to use the bending blocks 230a and 230b from the viewpoint of the position accuracy of the machining tool 2. In particular, when driving the spindle head 3 at high speed, it is preferable to use flexible blocks 230a and 230b that do not generate a mechanical gap. Further, when the fulcrums 202 and 204 are used, it is necessary to supply lubricating oil to the fulcrums 202 and 204, which complicates maintenance. On the other hand, when the flexible blocks 230a and 230b are used, it is not necessary to supply lubricating oil, and heat generation due to driving does not occur. Therefore, from this viewpoint as well, it is preferable to use the flexible blocks 230a and 230b.

なお、駆動部２２０，２２２の本体と撓みブロック２３０ａを一体に構成し、駆動部２２０，２２２の本体に撓みブロック２３０ａの機能を持たせてもよい。同様に、可動部２２０ａ，２２２ｂと撓みブロック２３０ｂを一体に構成し、可動部２２０ａ，２２２ｂに撓みブロック２３０ｂの機能を持たせてもよい。 The main body of the drive units 220 and 222 and the flexible block 230a may be integrally configured, and the main body of the drive units 220 and 222 may have the function of the flexible block 230a. Similarly, the movable portions 220a and 222b and the flexible block 230b may be integrally configured, and the movable portions 220a and 222b may be provided with the function of the flexible block 230b.

以上説明したように本実施形態によれば、駆動部２２０，２２２が軸頭ケース３１に対して機械的に連結されていることから、駆動部２２０，２２２から軸頭ケース３１に至る力の伝達経路の剛性が向上され、機械的な安定度が高くなるので、固有振動数が増加し、主軸頭３をより高速で駆動することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, since the drive units 220 and 222 are mechanically connected to the shaft head case 31, the force transmitted from the drive units 220 and 222 to the shaft head case 31 is transmitted. Since the rigidity of the path is improved and the mechanical stability is increased, the natural frequency is increased and the spindle head 3 can be driven at a higher speed.

また、駆動部２２０，２２２は、軸頭ケース３１を直接駆動するものではなく、プレート２００を介して軸頭ケース３１を駆動する。このため、軸頭ケース３１に熱膨張が生じた場合、熱膨張は軸頭ケース３１の全周で平均化されてプレート２００に伝わるため、熱膨張に起因して駆動部２２０，２２２がプレート２００に与える力が変動することが抑制され、この結果、主軸頭３の位置決め精度が低下することが抑制される。 Further, the drive units 220 and 222 do not directly drive the shaft head case 31, but drive the shaft head case 31 via the plate 200. Therefore, when thermal expansion occurs in the shaft head case 31, the thermal expansion is averaged over the entire circumference of the shaft head case 31 and transmitted to the plate 200. Therefore, due to the thermal expansion, the drive units 220 and 222 are transferred to the plate 200. The fluctuation of the force applied to the head 3 is suppressed, and as a result, the positioning accuracy of the spindle head 3 is suppressed from being lowered.

また、軸頭ケース３１の熱膨張は軸頭ケース３１の全周で平均化されてプレート２００に伝わるため、プレート２００の特定の方向に熱膨張による寸法誤差が生じることはない。したがって、プレート２００を設けたことにより熱膨張の影響が抑制され、熱膨張に起因する位置センサ７の測定誤差が抑制されるため、より高精度な刃先の位置制御が可能となる。 Further, since the thermal expansion of the shaft head case 31 is averaged over the entire circumference of the shaft head case 31 and transmitted to the plate 200, a dimensional error due to the thermal expansion does not occur in a specific direction of the plate 200. Therefore, by providing the plate 200, the influence of thermal expansion is suppressed, and the measurement error of the position sensor 7 due to thermal expansion is suppressed, so that more accurate position control of the cutting edge becomes possible.

１ 加工装置
２ 加工工具
２ｂ 回転工具
３ 主軸頭
４ フレキシブルカップリング
５ 第１の取付ベース
６ 駆動部
７ 位置センサ
８ 制御部
３１ 軸頭ケース
３２ モータ
３３ エンコーダ
３４ ベアリング
１００ 第２の取付ベース
２００ プレート
２０２，２０４ 支点
２１０ 主軸連結部
２２０，２２２ 駆動部
２２０ａ，２２２ａ 可動部
２３０ａ，２３０ｂ 撓みブロック
２３２ スリット 1 Machining equipment 2 Machining tool 2b Rotating tool 3 Spindle head 4 Flexible coupling 5 First mounting base 6 Drive unit 7 Position sensor 8 Control unit 31 Shaft head case 32 Motor 33 Encoder 34 Bearing 100 Second mounting base 200 Plate 202 , 204 fulcrum 210 Spindle connection part 220, 222 Drive part 220a, 222a Movable part 230a, 230b Flexion block 232 Slit

Claims (1)

回転工具と、
前記回転工具の外周に設けられ、被加工材を加工する加工工具と、
前記回転工具を回転させる主軸と、
前記主軸および前記回転工具を回転自在に支持する主軸頭と、
前記被加工材に対する相対的な位置が物理的に固定されたベース部と、
前記主軸頭の周囲に前記回転工具の回転軸と垂直な方向に延在し、前記主軸頭に対して固定された板状部材と、
一端が前記ベース部に固定されるとともに他端が前記板状部材に固定され、前記板状部材および前記主軸頭を前記回転工具の回転軸と垂直な方向に移動させる駆動部と、
前記回転軸を中心とする前記加工工具の回転角度に基づいて前記加工工具を前記回転軸に垂直な方向に移動させるように前記駆動部を制御する制御部と、
を備える、加工装置。 Rotating tools and
A processing tool provided on the outer circumference of the rotary tool to process the work material, and
The spindle that rotates the rotary tool and
A spindle head that rotatably supports the spindle and the rotary tool,
The base portion where the relative position with respect to the work material is physically fixed, and
A plate-shaped member extending around the spindle head in a direction perpendicular to the rotation axis of the rotary tool and fixed to the spindle head.
A drive unit having one end fixed to the base portion and the other end fixed to the plate-shaped member to move the plate-shaped member and the spindle head in a direction perpendicular to the rotation axis of the rotary tool.
A control unit that controls the drive unit so as to move the processing tool in a direction perpendicular to the rotation axis based on the rotation angle of the processing tool centered on the rotation axis.
Equipped with processing equipment.
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