JP2024034657A - Turning mechanism and machining device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、旋回機構、および、加工装置に関する。 The present disclosure relates to a turning mechanism and a processing device.
構造物を旋回させる旋回機構に関して、特許文献1には、旋回式のテーブルを有する工作機械が開示されている。 Regarding a turning mechanism for turning a structure, Patent Document 1 discloses a machine tool having a turning table.
旋回機構によって、構造物の重心位置とは異なる位置を旋回支点(旋回の中心)として、構造物を旋回させる場合がある。このように重心位置と旋回支点とが異なる構造物を旋回させる場合、重心位置と旋回支点とが一致する構造物を旋回させる場合と比較して、旋回に大きな駆動力を要し、モータ等によって構成される駆動部の大型化やコスト増を招いていた。特に、このような構造物を水平面と交差する面内において旋回させる場合、重力の影響によって、更に大きな駆動力を要する場合があった。 BACKGROUND ART A structure may be rotated by a rotation mechanism using a position different from the center of gravity of the structure as a rotation fulcrum (center of rotation). In this way, when turning a structure whose center of gravity is different from the swing fulcrum, a larger driving force is required for turning than when turning a structure whose center of gravity and the swing fulcrum are the same. This resulted in an increase in the size and cost of the drive unit. In particular, when such a structure is turned in a plane that intersects with a horizontal plane, a larger driving force may be required due to the influence of gravity.
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 The present disclosure can be realized as the following forms.
(1)本開示の第1の形態によれば、水平面と交差する交差平面内で旋回支点を中心に構造物を旋回させ、前記構造物の前記交差平面内における重心位置と前記旋回支点の位置とがそれぞれ異なる、旋回機構が提供される。この旋回機構は、前記構造物に、前記旋回支点を中心とした前記交差平面内における旋回動作のための駆動力を付与する旋回駆動部と、前記構造物と離間した固定部の固定位置と、前記構造物の、前記交差平面内において前記旋回支点よりも前記重心位置側の接続位置と、を接続するアシスト部と、を備える。前記アシスト部は、前記旋回動作に伴って、前記固定位置と前記接続位置との間で伸縮しつつ前記固定位置を中心に旋回可能に、かつ、前記構造物が前記旋回動作によって旋回する角度範囲の少なくとも一部において、前記アシスト部の伸縮方向に沿ったアシスト力を前記接続位置に加えることによって、前記構造物に、前記構造物の自重による自重モーメントと逆方向のアシストモーメントを生じさせるように構成されている。
このような形態によれば、アシスト部が自重モーメントと逆方向のアシストモーメントを生じさせるので、重心位置と旋回支点とが異なる構造物を交差平面内で旋回させる場合に、旋回動作に要する駆動力が重力の影響によって増大することを抑制できる。そのため、旋回駆動部の大型化やコスト増を抑制できる。
(2)上記形態において、前記旋回駆動部を制御する旋回制御部を備え、前記固定位置は、鉛直方向において、前記構造物の上側または下側に配置され、前記旋回制御部は、前記旋回駆動部を制御することによって、前記重心位置が鉛直方向において前記旋回支点と前記固定位置との間に位置する角度範囲のうちの予め定められた角度範囲内で、前記構造物を旋回させ、前記アシスト部は、前記旋回動作中に前記重心位置が鉛直方向において前記旋回支点に近付くほど、前記アシストモーメントが大きくなるように構成されていてもよい。このような形態によれば、旋回動作に要する駆動力が重力の影響によって増大することを効果的に抑制できる。
(3)上記形態において、前記アシスト部は、前記旋回動作中に前記重心位置が鉛直方向において前記旋回支点に近付くほど、前記旋回支点と前記重心位置とを結ぶ軸線と前記アシスト力の方向との間の前記交差平面内における角度差が大きくなるように構成されていてもよい。このような形態によれば、旋回動作中に重心位置が鉛直方向において旋回支点に近付くほどアシストモーメントが大きくなることを、簡易に実現できる。
(4)上記形態において、前記アシスト部は、前記旋回動作中に前記重心位置が前記鉛直方向において前記旋回支点の最も近くに位置する場合に、前記角度差が90°となるように構成されていてもよい。このような形態によれば、旋回動作に要する駆動力が重力の影響によって増大することを、より効果的に抑制できる。
(5)上記形態において、前記アシスト部は、前記旋回動作中に前記重心位置が前記鉛直方向において前記旋回支点から最も遠くに位置する場合に、前記接続位置と前記固定位置との間の距離が最も短くなるように配置されていてもよい。このような形態によれば、旋回動作において、構造物を左右方向に均等に旋回させやすくなる。
(6)上記形態において、前記アシスト部は、前記固定位置と前記接続位置との間で伸縮可能に構成された駆動シリンダを有し、前記駆動シリンダによって前記固定位置と前記接続位置との間で伸縮可能に構成され、前記駆動シリンダは、前記旋回動作中に前記重心位置が前記鉛直方向において前記旋回支点から最も遠くに位置する場合に、前記駆動シリンダの前記伸縮方向における長さが、前記駆動シリンダの前記長さの下限値と一致するように配置されていてもよい。このような形態によれば、構造物の旋回の角度範囲が、駆動シリンダの長さによって制限されることを抑制できる。
(7)上記形態において、前記旋回動作中に前記重心位置が前記鉛直方向において前記旋回支点から最も遠くに位置する場合に、前記交差平面と直行する直交方向に沿って見たときに、前記重心位置と、前記旋回支点と、前記接続位置と、前記固定位置と、が同一直線上に並んで配置されていてもよい。このような形態によれば、構造物の姿勢をより安定させやすい。
(8)上記形態において、前記接続位置は、前記旋回支点と前記重心位置とを結ぶ軸線に沿った方向において、前記重心位置を挟んで前記旋回支点と反対側に配置されていてもよい。このような形態では、アシスト力が重力と反対方向の成分を有するので、例えば、軸線に沿った方向において旋回支点が重心位置と接続位置とによって挟まれて配置される形態と比較して、旋回支点に配置される支軸やベアリングへの負荷を抑制できる。また、例えば、軸線に沿った方向において接続位置が旋回支点と重心位置とによって挟まれて配置される形態と比較して、接続位置が旋回支点に対して、より遠くに配置されるので、アシストモーメントがより大きくなる。そのため、旋回動作に要する駆動力が重力の影響によって増大することを、より効果的に抑制できる。
(9)上記形態において、前記アシスト部は、前記固定位置と前記接続位置との間で伸縮可能に構成された駆動シリンダを有し、前記駆動シリンダによって前記固定位置と前記接続位置との間で伸縮可能に構成され、前記駆動シリンダは、前記固定位置において、トラニオン軸によって支持されていてもよい。このような形態によれば、固定位置と接続位置との位置関係や、構造物の旋回の角度範囲が、駆動シリンダの仕様等によって制限されることを抑制できる。
(10)上記形態において、前記固定位置は、鉛直方向において、前記アシスト部は、前記アシスト力として、前記接続位置から前記固定位置に向かう引っ張り力を前記接続位置に加えてもよい。このような形態によれば、旋回動作に要する駆動力が重力の影響によって増大することを簡易に抑制できる。
(11)上記形態において、前記旋回駆動部を制御する旋回制御部を備え、前記固定位置は、鉛直方向において、前記構造物の上側または下側に配置され、前記旋回駆動部は、前記駆動力を付与するためのモータを有し、前記旋回制御部は、前記旋回動作において、鉛直方向において前記重心位置が前記固定位置と前記旋回支点との間に位置し、かつ、前記交差平面に直交する直交方向に沿って見たときに前記旋回支点と前記重心位置とを結ぶ軸線が鉛直方向に沿う状態を基準とする、前記構造物が旋回した角度を表す旋回角度θの絶対値が、予め定められた90°未満の角度閾値θM以下となるように前記構造物を旋回させ、前記アシスト部は、下記式(1)によって表される、前記自重モーメントの大きさMと、下記式(2)によって表される、前記アシストモーメントの大きさBとが、下記式(3)の関係を満たすように構成されていてもよい。
M=d・m・g・sin|θ| …(1)
B=F・a・sinθ1 …(2)
|M-B|≦TR …(3)
(dは、前記重心位置と前記旋回支点との間の距離を表し、mは、前記構造物の質量を表し、gは、重力加速度の大きさを表し、θは、旋回角度を表し、Fは、前記アシスト力の大きさを表し、aは、前記接続位置と前記旋回支点との間の前記軸線に沿った方向における距離を表し、θ1は、前記交差平面内における前記軸線と前記アシスト力の方向との間の角度差を表し、TRは、前記モータを定格出力で駆動させた場合に前記旋回駆動部によって生じる前記構造物の旋回のモーメントを表す。)
このような形態によれば、旋回制御部のモータの過負荷を抑制できる。
(12)本開示の第2の形態によれば、加工装置が提供される。この加工装置は、上記形態の旋回機構と、前記固定部と、を備え、前記構造物として、ワークを加工する工具を前記工具の軸中心に回転可能に支持する工具支持部を備え、前記工具を回転駆動させる回転駆動部と、前記回転駆動部を制御する切削制御部と、を更に備える。
(1) According to the first aspect of the present disclosure, a structure is rotated around a pivot point within an intersecting plane intersecting a horizontal plane, and the center of gravity position of the structure and the position of the pivot point within the intersecting plane. A rotating mechanism is provided, each having a different rotation mechanism. This turning mechanism includes: a turning drive section that applies a driving force to the structure for turning operation in the intersecting plane around the turning fulcrum; a fixing position of a fixing section spaced apart from the structure; an assist portion that connects the structure to a connection position closer to the center of gravity than the pivot point within the intersection plane. The assist portion is configured to be able to rotate around the fixed position while expanding and contracting between the fixed position and the connection position in accordance with the turning operation, and to control an angular range in which the structure turns by the turning movement. By applying an assisting force along the expansion/contraction direction of the assisting portion to the connection position in at least a part of the assisting portion, an assisting moment is generated in the structure in a direction opposite to a self-weight moment due to the self-weight of the structure. It is configured.
According to such a configuration, the assist portion generates an assist moment in the opposite direction to the self-weight moment, so when a structure whose center of gravity position and the turning fulcrum are different is turned within the intersecting plane, the driving force required for the turning operation is reduced. can be suppressed from increasing due to the influence of gravity. Therefore, it is possible to suppress the increase in size and cost of the swing drive unit.
(2) The above embodiment further includes a swing control section that controls the swing drive section, the fixed position is arranged above or below the structure in the vertical direction, and the swing control section controls the swing drive section. The structure is rotated within a predetermined angular range in which the center of gravity position is located between the swing fulcrum and the fixed position in the vertical direction, and the assist The portion may be configured such that the assist moment increases as the center of gravity position approaches the pivot point in the vertical direction during the pivot operation. According to such a configuration, it is possible to effectively suppress an increase in the driving force required for the turning operation due to the influence of gravity.
(3) In the above embodiment, the assist portion is configured such that the closer the center of gravity position is to the turning fulcrum in the vertical direction during the turning operation, the more the direction of the assisting force changes between the axis connecting the turning fulcrum and the center of gravity. The configuration may be configured such that an angular difference in the intersecting plane between them becomes large. According to such a configuration, it is possible to easily realize that the assist moment becomes larger as the center of gravity position approaches the turning fulcrum in the vertical direction during the turning operation.
(4) In the above embodiment, the assist portion is configured such that the angular difference is 90° when the center of gravity position is located closest to the pivot point in the vertical direction during the pivot motion. It's okay. According to such a configuration, it is possible to more effectively suppress an increase in the driving force required for the turning operation due to the influence of gravity.
(5) In the above embodiment, when the center of gravity position is located farthest from the swing fulcrum in the vertical direction during the swing operation, the distance between the connection position and the fixed position is They may be arranged to be the shortest. According to such a form, it becomes easy to evenly turn the structure in the left and right direction in the turning operation.
(6) In the above embodiment, the assisting part has a drive cylinder configured to be extendable and retractable between the fixed position and the connection position, and the drive cylinder allows movement between the fixed position and the connection position. The drive cylinder is configured to be extendable and retractable, and when the center of gravity position is located farthest from the swing fulcrum in the vertical direction during the swing operation, the length of the drive cylinder in the extend and contract direction is longer than the drive cylinder. The length may be arranged to match the lower limit of the length of the cylinder. According to this embodiment, the angular range of the structure can be prevented from being limited by the length of the drive cylinder.
(7) In the above embodiment, when the center of gravity position is located farthest from the turning fulcrum in the vertical direction during the turning operation, the center of gravity when viewed along the orthogonal direction perpendicular to the intersecting plane. The position, the pivot point, the connection position, and the fixed position may be arranged on the same straight line. According to such a form, the attitude of the structure can be more easily stabilized.
(8) In the above embodiment, the connection position may be located on the opposite side of the pivot point with the center of gravity in the direction along the axis connecting the pivot point and the center of gravity. In such a configuration, since the assist force has a component in the opposite direction to gravity, the rotation fulcrum is arranged between the center of gravity and the connection position in the direction along the axis, for example. The load on the support shaft and bearings placed at the fulcrum can be suppressed. In addition, for example, compared to a configuration in which the connection position is sandwiched between the rotation fulcrum and the center of gravity in the direction along the axis, the connection position is located further away from the rotation fulcrum, so the assist The moment becomes larger. Therefore, it is possible to more effectively suppress an increase in the driving force required for the turning operation due to the influence of gravity.
(9) In the above embodiment, the assisting section includes a drive cylinder that is configured to be extendable and retractable between the fixed position and the connection position, and the drive cylinder allows movement between the fixed position and the connection position. The drive cylinder may be extendable and retractable, and the drive cylinder may be supported by a trunnion shaft in the fixed position. According to this embodiment, it is possible to prevent the positional relationship between the fixed position and the connected position and the angular range of the structure from being limited by the specifications of the drive cylinder or the like.
(10) In the above embodiment, the assist portion may apply a pulling force from the connection position toward the fixed position to the connection position as the assist force in the fixed position in the vertical direction. According to such a configuration, it is possible to easily suppress an increase in the driving force required for the turning operation due to the influence of gravity.
(11) The above embodiment further includes a swing control unit that controls the swing drive unit, the fixed position is arranged above or below the structure in the vertical direction, and the swing drive unit controls the drive force. The swing control unit includes a motor for applying a rotation angle, and the swing control unit is arranged such that, in the swing operation, the center of gravity position is located between the fixed position and the swing fulcrum in the vertical direction, and is perpendicular to the intersection plane. The absolute value of the turning angle θ representing the angle at which the structure has turned is predetermined based on the state in which an axis connecting the turning fulcrum and the center of gravity is along the vertical direction when viewed along the orthogonal direction. The structure is rotated so that the angle threshold value θ M of less than 90° is θ M or less. ) may be configured such that the magnitude B of the assist moment satisfies the following equation (3).
M=d・m・g・sin|θ|…(1)
B=F・a・sinθ 1 …(2)
|M-B|≦ TR …(3)
(d represents the distance between the center of gravity position and the turning fulcrum, m represents the mass of the structure, g represents the magnitude of gravitational acceleration, θ represents the turning angle, F represents the magnitude of the assist force, a represents the distance in the direction along the axis between the connection position and the pivot point, and θ 1 represents the distance between the axis and the assist force in the intersecting plane. (T R represents the moment of pivoting of the structure caused by the pivoting drive when the motor is driven at its rated output.)
According to such a configuration, overload of the motor of the swing control section can be suppressed.
(12) According to the second aspect of the present disclosure, a processing device is provided. This processing device includes the turning mechanism of the above-mentioned form and the fixed part, and includes a tool support part as the structure that rotatably supports a tool for processing a workpiece around the axis of the tool, The apparatus further includes a rotation drive section that rotationally drives the rotation drive section, and a cutting control section that controls the rotation drive section.
A.第1実施形態:
図1は、第1実施形態における旋回機構100の概略構成を示す説明図である。図1には、互いに直交するX,Y,Z方向に沿った矢印が表されている。X,Y,Z方向は、互いに直交する3つの空間軸であるX軸、Y軸、Z軸に沿った方向であり、それぞれ、X軸、Y軸、Z軸に沿う一方側の方向と、その反対方向を両方含む。X軸およびY軸は、水平面に沿った軸であり、Z軸は、鉛直線に沿った軸である。他の図においても、X,Y,Z方向に沿った矢印が、適宜、表されている。図1におけるX,Y,Z方向と、他の図におけるX,Y,Z方向とは、同じ方向を表している。以下では、+Z方向のことを「上」、-Z方向のことを「下」ともいう。また、X方向およびY方向に沿った平面のことを「XY平面」とも呼び、Y方向およびZ方向に沿った平面のことを、「YZ平面」とも呼ぶ。本実施形態では、「XY平面」は、水平面である。
A. First embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a
旋回機構100は、水平面と交差する交差平面内で、構造物20を、旋回支点21を中心に旋回させる。本実施形態では、交差平面は、水平面と直交するYZ平面に平行な平面である。旋回支点21は、構造物20の、交差平面内の地点である。以下では、構造物20が旋回支点21を中心として交差平面内において旋回する動作のことを、旋回動作とも呼ぶ。
The
図1に示すように、構造物20の交差平面内の重心位置22と、旋回支点21の位置とは、それぞれ異なる。「交差平面内の重心位置」とは、交差平面に直交する直交方向に沿って見たときの、構造物20の重心の交差平面内における位置のことを指す。直交方向は、同じ軸に沿う一方側の方向とその反対方向とを両方含み、本実施形態では、X軸に沿った方向である。従って、本実施形態では、重心位置22は、構造物20の重心を通るX軸に垂直な軸と、交差平面とが交わる位置である。
As shown in FIG. 1, the center of
旋回機構100は、旋回駆動部110と、アシスト部150と、制御部200とを備える。構造物20は、後述するように、アシスト部150を介して、構造物20と離間した固定部300と接続されている。
The
旋回駆動部110は、構造物20に、旋回動作のための駆動力を付与する。本実施形態では、旋回支点21において構造物20を旋回可能に軸支する軸状の支軸111と、支軸111に接続され、支軸111に回転駆動力を付与するモータ112とを有している。支軸111は、その軸方向がX方向に沿うように配置されている。モータ112は、構造物20の-X方向側に配置されている。モータ112は、例えば、無励磁作動形ブレーキを有するモータとして構成される。旋回駆動部110は、旋回制御部210による制御下で駆動する。本実施形態では、旋回支点21には、ベアリング(図示せず)が配置されている。ベアリングは、例えば、滑り軸受けであってもよいし、ボールベアリングやニードルベアリング等の転がり軸受けであってもよい。
The
他の実施形態では、旋回駆動部110は、例えば、ラックアンドピニオン機構によって構造物20を旋回させてもよい。この場合、例えば、旋回支点21において軸支される構造物20の外周側面に歯溝を設けてラックとし、旋回駆動部110を、ラックとしての構造物20を移動させるピニオンとして構成してもよい。また、他の実施形態では、旋回駆動部110は、構造物20を固定する支持部を旋回させることによって、支持部とともに構造物20を旋回させてもよい。
In other embodiments, the
アシスト部150は、固定部300の固定位置305と、構造物20の接続位置23とを接続する。接続位置23は、構造物20の、交差平面内における旋回支点21とは異なる位置である。本実施形態では、接続位置23は、旋回支点21の、方向d1側に配置されている。方向d1は、旋回支点21から重心位置22に向かう方向である。より詳細には、本実施形態では、接続位置23は、重心位置22と旋回支点21とを結ぶ軸線AXに沿った方向において、重心位置22を挟んで旋回支点21と反対側に配置されている。また、本実施形態における接続位置23は、X方向に沿って見たときに、軸線AX上に配置されている。本実施形態では、固定位置305は、鉛直方向において、構造物20の上側に配置されている。
The assisting
本実施形態におけるアシスト部150は、固定位置305と接続位置23との間で伸縮可能に構成された駆動シリンダ151を有するシリンダ機構として構成されている。アシスト部150は、固定端である固定位置305と自由端である接続位置23とを繋ぐリンクとして機能する。アシスト部150は、構造物20の旋回動作に伴って、固定位置305と接続位置23との間で伸縮しつつ、固定位置305を中心に旋回可能に構成されている。
The
本実施形態における駆動シリンダ151は、単動式の引込みタイプの油圧シリンダ装置によって構成され、シリンダ部152と、シリンダ部152に挿入され、シリンダ部152からの突出量が調整可能に構成されたロッド部153とを有している。本実施形態では、シリンダ部152が固定位置305に固定され、ロッド部153の突出方向における先端部が接続位置23に固定されている。シリンダ部152内の油圧が調整されることにより、シリンダ部152からのロッド部153の突出量や、駆動シリンダ151による引っ張り力の大きさが調整される。シリンダ部152内の油圧は、駆動シリンダ151と油タンクとを接続する配管に配置された各種弁やポンプ等(それぞれ図示せず)が制御部200によって制御されることで、制御される。なお、他の実施形態では、駆動シリンダ151は、例えば、複動タイプのシリンダ装置として構成されてもよい。また、駆動シリンダ151は、例えば、エアシリンダとして構成されてもよいし、電動シリンダとして構成されてもよい。
The
本実施形態では、駆動シリンダ151は、固定位置305において、トラニオン軸306によって固定されている。より詳細には、シリンダ部152の突出方向における後端部と先端部との間の部分が、トラニオン軸306によって固定位置305に固定されている。このような、トラニオン軸306を用いた駆動シリンダ151の固定態様は、「トラニオン形」とも呼ばれる。
In this embodiment, the
制御部200は、1以上のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェイスとを備えるコンピュータによって構成されている。他の実施形態では、制御部200は、例えば、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。
The
制御部200は、旋回駆動部110を制御する旋回制御部210を有している。本実施形態における旋回制御部210は、制御部200がプログラムを実行することによって実現される機能部である。他の実施形態では、旋回制御部210は、例えば、制御部200とは別体のコンピュータ等として構成されていてもよい。
The
図2は、本実施形態における構造物20の旋回動作を説明する第1の図である。図3は、本実施形態における構造物20の旋回動作を説明する第2の図である。図2では、構造物20の旋回角度θが30°である場合の旋回機構100の様子が実線によって示されている。また、図2では、旋回角度θが-30°である場合の構造物20、および、その場合のアシスト部150が破線によって示されている。図3では、旋回角度θが46°である場合の旋回機構100の様子が実線によって示されている。
FIG. 2 is a first diagram illustrating the turning operation of the
旋回角度θは、構造物20の旋回の角度を表す。旋回角度θは、鉛直方向において重心位置22が固定位置305と旋回支点21との間に位置し、かつ、交差平面に直交する直交方向に沿って見たときに重心位置22と旋回支点21とが鉛直方向に沿った同一線上に位置する状態を基準とする角度であり、この状態で0°となる。つまり、図1では、旋回角度θは0°である。旋回角度θは、図1の状態における軸線AX0を基準とする、旋回動作に伴う軸線AXの回転角度に相当するとも言える。本実施形態では、旋回角度θは、+X方向に沿って見たときに、0°を基準として、構造物20が時計回りに旋回した場合に+の値をとり、反時計回りに旋回した場合に-の値をとるように定義される。従って、本実施形態では、旋回角度θの絶対値は、+X方向に沿って見たときに、構造物20が時計回り又は反時計回りのいずれかに旋回するほど増加し、重心位置22が旋回支点21の真下に位置する場合に最大の180°となる。
The turning angle θ represents the turning angle of the
以下では、図1のように、旋回角度θが0°である状態のことを、「構造物20が旋回していない状態」とも呼ぶ。また、図2および図3のように、旋回角度θが0°より大きい、または、0°より小さい状態のことを、「構造物20が旋回した状態」とも呼ぶ。また、旋回角度θが0°より大きい状態のことを、「構造物20が右に旋回した状態」とも呼び、旋回角度θが0°より小さい状態のことを、「構造物20が左に旋回した状態」とも呼ぶ。また、重心位置22がより上方に向かうように構造物20が旋回することを「上方への旋回動作」とも呼ぶ。つまり、「上方への旋回動作」は、重力に逆らう旋回動作である。重心位置22がより下方に向かうように構造物20が旋回することを「下方への旋回動作」とも呼ぶ。本実施形態では、上方への旋回動作は、旋回角度θの絶対値をより小さくする旋回動作に相当し、下方への旋回動作は、旋回角度θの絶対値をより大きくする旋回動作に相当する。
Hereinafter, the state in which the turning angle θ is 0° as shown in FIG. 1 will also be referred to as "the state in which the
構造物20が旋回動作によって旋回する角度範囲のことを、旋回範囲とも呼ぶ。本実施形態では、旋回制御部210は、旋回駆動部110を制御することによって、重心位置22が鉛直方向において旋回支点21と固定位置305との間に位置する角度範囲のうちの予め定められた指定角度範囲内で、構造物20を旋回させる。つまり、本実施形態における旋回範囲は、指定角度範囲と一致する。なお、「重心位置22が鉛直方向において旋回支点21と固定位置305との間に位置する」とは、重心位置22が鉛直方向において旋回支点21と同じ位置に位置する場合を含む。旋回制御部210は、旋回動作において、旋回角度θの絶対値が予め定められた90°以下の角度閾値θM以下となるように、構造物20を旋回させるとも言える。本実施形態では、角度閾値θMは、46°である。つまり、本実施形態では、指定角度範囲は、旋回角度θが-46°~46°となる範囲である。また、図3は、旋回角度θの絶対値と角度閾値θMとが一致した状態を示している。
The angular range in which the
図1~図3に示すように、固定位置305が上側に配置される形態において構造物20を指定角度範囲内で旋回させる場合、固定位置305は、旋回動作において、重心位置22は、旋回支点21の上側を移動する。これに対して、他の実施形態では、固定位置305は、構造物20の下側に配置されてもよい。固定位置305が構造物20の下側に配置される形態において構造物20を指定角度範囲内で旋回させる場合、旋回動作において、重心位置22は、旋回支点21の下側を移動する。
As shown in FIGS. 1 to 3, when the
また、本実施形態では、アシスト部150は、旋回動作中に重心位置22が鉛直方向において旋回支点21から最も遠くに位置する場合、つまり、旋回角度θが0°である場合に、接続位置23と固定位置305との間の距離が最も短くなるように配置されている。例えば、図1における接続位置23と固定位置305との間の距離Laは、図2における同様の距離Lbや、図3における同様の距離Lcよりも短い。なお、距離Lbは、距離Lcよりも短い。
Furthermore, in this embodiment, when the center of
また、駆動シリンダ151は、旋回角度θが0°である場合に、駆動シリンダ151の伸縮方向における長さが、駆動シリンダ151の伸縮方向における長さの下限値と一致するように配置されている。従って、図1における駆動シリンダ151の伸縮方向における長さLmは、駆動シリンダ151の長さの下限値と一致する。図1に示した状態では、シリンダ部152からのロッド部153の突出量が、突出量の下限値に一致するとも言える。
Furthermore, the
アシスト部150は、旋回範囲の少なくとも一部において、アシスト力FAを接続位置23に加えることによって、アシストモーメントを生じさせる。アシスト力FAとは、アシスト部150の伸縮方向に沿った力のことを指す。アシストモーメントは、アシスト力FAによって生じる、自重モーメントと逆方向のモーメントのことを指す。自重モーメントとは、構造物20の自重によるモーメントのこと指す。本実施形態では、自重モーメントは、旋回角度θの絶対値を増加させる方向に構造物20を旋回させるモーメントとして作用する。反対に、アシストモーメントは、旋回角度θの絶対値を減少させる方向に構造物20を旋回させるモーメントとして作用する。
The
図1~図3に示すように、本実施形態におけるアシスト部150は、アシスト力FAとして、接続位置23に、接続位置23から固定位置305へと向かう引っ張り力を加えるように構成されている。より詳細には、本実施形態では、シリンダ部152内の油圧が制御部200によって一定に制御されることにより、アシスト部150は、旋回角度θによらず一定の引っ張り力を接続位置23に加える。図1に示すように、本実施形態では、旋回角度θが0°の状態では、X方向に沿って見たときに重心位置22と旋回支点21と接続位置23と固定位置305とが同一の軸線AX上に並ぶように配置されるので、交差平面内における軸線AXとアシスト力FAの方向との間の角度差θ1は0°である。そのため、旋回角度θが0°の状態では、アシストモーメントは生じない。一方で、図2や図3に示すように、旋回角度θの絶対値が0°より大きく、かつ、180°より小さい場合、角度差θ1は0°より大きくなる。この状態では、アシスト力FAが軸線AXに垂直な成分、より詳細には、図2に示したFAv1や図3に示した成分FAv2を有するので、アシスト力FAによるアシストモーメントが発生する。なお、図3に示した状態では、アシスト力FAは、成分FAv2のみを有する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
本実施形態では、アシスト部150は、旋回動作中に重心位置22が鉛直方向において旋回支点21に近付くほど、つまり、旋回角度θが大きいほど、角度差θ1が大きくなるように構成されている。より詳細には、本実施形態におけるアシスト部150は、旋回動作中に重心位置22が鉛直方向において旋回支点21の最も近くに位置する場合に、つまり、旋回角度θの絶対値が角度閾値θMと一致する場合に、角度差θ1がその最大値である90°となるように構成されている。これによって、本実施形態におけるアシスト部150は、旋回動作中に重心位置22が鉛直方向において旋回支点21に近付くほど、つまり、旋回角度θが大きいほど、アシストモーメントが大きくなるように構成されている。例えば、図3におけるアシストモーメントの大きさは、図2におけるアシストモーメントよりも大きい。これは、図3における成分FAv2が、図2における成分FAv1よりも大きいからである。
In this embodiment, the
なお、旋回動作において、角度差θ1は、旋回角度θの関数となる。より詳細には、角度差θ1は、旋回角度θの絶対値の増加に伴って90°まで単調増加し、その後、単調減少する。旋回角度θに対する角度差θ1の増加や減少の程度、および、角度差θ1が90°となるときの旋回角度θの大きさは、旋回支点21の位置に対する固定位置305や接続位置23の位置によって変化する。例えば、仮に、接続位置23の位置が、軸線AX上において、本実施形態よりも旋回支点21から遠くに配置された場合、角度差θ1が90°となるときの旋回角度θの大きさは、46°よりも小さくなる。また、仮に、固定位置305の位置が、本実施形態よりも上方に配置された場合、角度差θ1が90°となるときの旋回角度θの大きさは、46°よりも大きくなる。従って、旋回支点21の位置に対する固定位置305や接続位置23の位置を適宜調整することで、例えば、本実施形態のように、アシスト部150を、旋回角度θが大きいほど角度差θ1が大きくなるように構成できる。
Note that in the turning operation, the angular difference θ 1 is a function of the turning angle θ. More specifically, the angular difference θ 1 monotonically increases up to 90° as the absolute value of the turning angle θ increases, and then monotonically decreases. The degree of increase or decrease of the angle difference θ 1 with respect to the rotation angle θ and the magnitude of the rotation angle θ when the angle difference θ 1 becomes 90° are determined by the fixed
図4は、本実施形態における自重モーメントの大きさMとアシストモーメントの大きさBとの関係を示す説明図である。図4には、横軸を旋回角度θの絶対値とし、縦軸をモーメントの大きさとするグラフが示されている。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the magnitude M of the self-weight moment and the magnitude B of the assist moment in this embodiment. FIG. 4 shows a graph in which the horizontal axis represents the absolute value of the turning angle θ and the vertical axis represents the magnitude of the moment.
図4に示した自重モーメントの大きさMは、下記式(1)によって表される。
M=d・m・g・sin|θ| …(1)
ただし、上記式(1)において、|θ|≦θMである。dは、重心位置22と旋回支点21との間の距離を表す。mは、構造物20の質量を表す。gは、重力加速度の大きさを表す。アシストモーメントの大きさBは、下記式(2)によって表される。
B=F・a・sinθ1 …(2)
Fは、アシスト力FAの大きさを表す。aは、接続位置23と旋回支点21との間の、軸線AXに沿った方向における距離を表す。つまり、本実施形態では、距離aは、接続位置23と旋回支点21との間の距離に相当する。
The magnitude M of the self-weight moment shown in FIG. 4 is expressed by the following formula (1).
M=d・m・g・sin|θ|…(1)
However, in the above equation (1), |θ|≦θ M. d represents the distance between the center of
B=F・a・sinθ 1 …(2)
F represents the magnitude of assist force FA. a represents the distance between the
本実施形態では、アシスト部150は、自重モーメントの大きさMと、アシストモーメントの大きさBとが、下記式(3)の関係を満たすように構成されている。
|M-B|≦TR …(3)
TRは、モータ112を定格出力で駆動させた場合に旋回駆動部110によって生じる構造物20の旋回のモーメントの大きさを表す。モーメントの大きさTRは、例えば、旋回機構100の各種寸法やモータ112の定格トルク等に基づいて算出されることによって、定められる。以下では、アシストモーメントの大きさBとの差の絶対値、つまり、上記式(3)における|M-B|のことを、単に値Aとも呼ぶ。図4に示すように、本実施形態では、値Aは、旋回角度θが46°であるときに、最大値である値V1をとる。そのため、本実施形態では、モーメントの大きさTRは、値V1よりも大きければよい。上記式(3)の関係は、旋回角度θの絶対値が角度閾値θM以下の範囲において、値Aの最大値ができるだけ小さくなるようにアシスト部150が構成されることによって、より満たされやすくなる。
In this embodiment, the
|M-B|≦ TR …(3)
T R represents the magnitude of the turning moment of the
なお、図4に示すように、本実施形態では、旋回角度θの絶対値が角度値θtよりも小さい場合、自重モーメントは、アシストモーメントよりも小さい。そのため、旋回制御部210は、旋回角度θの絶対値が角度値θtよりも小さい場合、構造物20を下方に旋回させるために、自重モーメントとアシストモーメントとが一致する場合と比較して、少なくとも値A分だけ大きい下方へのモーメントを、旋回駆動部110によって生じさせることを要する。このように、旋回範囲において、アシストモーメントが自重モーメントよりも大きい角度範囲が生じる場合、アシスト部150は、値Aの最大値が、自重モーメントの大きさの最大値V2よりも小さくなるように構成されると好ましい。また、この場合、アシスト部150は、旋回角度θの絶対値が角度値θtよりも小さい場合に、値Aが自重モーメントの大きさMよりも小さくなるように構成されるとより好ましい。このようにアシスト部150を調整する場合には、例えば、旋回支点21や重心位置22、接続位置23等の各種位置や、駆動シリンダ151内の油圧等の要素のうち、1つまたは2つ以上が適宜調整される。なお、この場合、例えば、構造物20に他の部材を固定することによって、旋回支点21と接続位置23との位置関係を固定したまま重心位置22の位置を変更することも可能である。以上のようにアシスト部150が調整されることで、全体として、構造物20の旋回に要するモーメントの大きさをより小さくできる可能性が高まる。
Note that, as shown in FIG. 4, in this embodiment, when the absolute value of the turning angle θ is smaller than the angle value θt, the self-weight moment is smaller than the assist moment. Therefore, when the absolute value of the turning angle θ is smaller than the angle value θt, the turning
以上で説明した本実施形態における旋回機構100は、構造物20の接続位置23と固定部300の固定位置305とを接続するアシスト部150は、構造物20の旋回動作に伴って、固定位置305と接続位置23との間で伸縮しつつ固定位置305を中心に旋回可能に、かつ、構造物20の旋回範囲の少なくとも一部において、伸縮方向に沿ったアシスト力FAを接続位置23に加えることによって、自重モーメントと逆方向のアシストモーメントを生じさせるように構成されている。これによって、アシスト部150が自重モーメントと逆方向のアシストモーメントを生じさせるので、重心位置22と旋回支点21とが異なる構造物20を交差平面内で旋回させる場合に、旋回動作に要する駆動力が重力の影響によって増大することを抑制できる。そのため、旋回駆動部110の大型化やコスト増を抑制できる。
In the
また、本実施形態では、旋回駆動部110を制御する旋回制御部210は、重心位置22が鉛直方向において旋回支点21と固定位置305との間に位置する角度範囲のうちの予め定められた指定角度範囲内で構造物20を旋回させ、アシスト部150は、旋回動作中に重心位置22が鉛直方向において旋回支点21に近付くほど、アシストモーメントが大きくなるように構成されている。旋回動作中に重心位置22が鉛直方向において旋回支点21に近付くほど、つまり、旋回角度θの絶対値が大きいほど、構造物20の自重モーメントは、より増加する。そのため、本実施形態のように、アシスト部150を、旋回動作中に重心位置22が鉛直方向において旋回支点21に近付くほどアシストモーメントが大きくなるように構成することで、旋回動作に要する駆動力が重力の影響によって増大することを効果的に抑制できる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、アシスト部150は、旋回動作中に重心位置22が鉛直方向において旋回支点21に近付くほど、軸線AXとアシスト力FAとの間の角度差θ1が大きくなるように構成されている。そのため、旋回動作中に重心位置22が鉛直方向において旋回支点21に近付くほどアシストモーメントが大きくなることを、 簡易に実現できる。つまり、旋回角度θの絶対値が大きいほどアシストモーメントが大きくなることを簡易に実現できる。
Furthermore, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、アシスト部150は、旋回動作中に重心位置22が鉛直方向において旋回支点21の最も近くに位置する場合に、角度差θ1が90°となるように構成されている。そのため、旋回動作に要する駆動力が重力の影響によって増大することを、より効果的に抑制できる。
Furthermore, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、アシスト部150は、旋回動作中に重心位置22が鉛直方向において旋回支点21から最も遠くに位置する場合に、接続位置23と固定位置305との間の距離が最も短くなるように配置されている。これによって、旋回動作において、構造物20を、0°の旋回角度θを基準として、左右に均等に旋回させやすくなる。
In addition, in the present embodiment, when the center of
また、本実施形態では、駆動シリンダ151は、旋回動作中に重心位置22が鉛直方向において旋回支点21から最も遠くに位置する場合に、駆動シリンダ151の伸縮方向における長さLmが、駆動シリンダ151の長さの下限値と一致するように配置されている。そのため、旋回範囲が、駆動シリンダ151の長さによって制限されることを抑制できる。
Further, in the present embodiment, when the center of
また、本実施形態では、旋回動作中に重心位置22が鉛直方向において旋回支点21から最も遠くに位置する場合に、X方向に沿って見たときに、重心位置22と、旋回支点21と、接続位置23と、固定位置305とが同一直線上に並んで配置されている。そのため、特に旋回角度θが0°である場合において、構造物20の姿勢をより安定させやすい。
In addition, in the present embodiment, when the center of
また、本実施形態では、接続位置23は、軸線AXに沿った方向において、重心位置22を挟んで旋回支点21と反対側に配置されている。これによって、アシスト力FAが重力と反対方向の成分を有するので、例えば、軸線AXに沿った方向において旋回支点21が重心位置22と接続位置23とによって挟まれて配置される形態と比較して、旋回支点21に配置される支軸111やベアリングへの負荷を抑制できる。また、例えば、軸線AXに沿った方向において接続位置23が旋回支点21と重心位置22とによって挟まれて配置される形態と比較して、接続位置23が旋回支点21に対して、より遠くに配置されるので、アシストモーメントがより大きくなる。そのため、旋回動作に要する駆動力が重力の影響によって増大することを、より効果的に抑制できる。
Further, in this embodiment, the
また、本実施形態では、駆動シリンダ151は、固定位置305において、トラニオン軸306によって支持されている。そのため、駆動シリンダ151の固定態様が、例えば、フート形やフランジ形である場合と比較して、固定位置305と接続位置23との位置関係を所望の位置関係に設定しやすくすることや、所望の旋回範囲を実現しやすくすることができる。例えば、フート形やフランジ形の態様で、シリンダ部152の突出方向における後端部を固定位置305に固定すると、固定位置305と接続位置23との間の距離が長すぎる場合がある。また、シリンダ部152の突出方向における先端部を固定位置305に固定すると、旋回角度θが0°の状態でシリンダ部152から突出するロッド部153の長さが長くなり、所望の旋回範囲を実現できない場合がある。駆動シリンダ151をトラニオン軸306によって支持することにより、このように、駆動シリンダ151の仕様等によって固定位置305と接続位置23との位置関係や旋回範囲が制限されることを抑制できる。
Further, in this embodiment, the
また、本実施形態では、固定位置305は、鉛直方向において、アシスト部150は、アシスト力FAとして、固定位置305に向かう引っ張り力を接続位置23に加える。そのため、旋回動作に要する駆動力が重力の影響によって増大することを簡易に抑制できる。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、自重モーメントの大きさMと、アシスト力FAによるアシストモーメントの大きさBとが、上記式(3)の関係を満たすように構成されている。そのため、旋回制御部210のモータ112の過負荷を抑制できる。
Further, in this embodiment, the magnitude M of the self-weight moment and the magnitude B of the assist moment due to the assist force FA are configured to satisfy the relationship of the above equation (3). Therefore, overload of the
B.第2実施形態:
図5は、第2実施形態としての加工装置400の概略構成を示す上面図である。加工装置400は、旋回機構101および固定部301と、第1実施形態で説明した構造物20としての、工具TLを支持する工具支持部410とを備える。図5には、構造物20としての工具支持部410が右に旋回した状態が示されている。なお、図5では、アシスト部150のロッド部153のうち一部が、破線によって示されている。第2実施形態における旋回機構101の構成のうち、特に説明しない部分については、第1実施形態と同様である。
B. Second embodiment:
FIG. 5 is a top view showing a schematic configuration of a
本実施形態における加工装置400は、ワークWを工具TLによって研削加工する研削加工装置として構成されている。図5に示すように、加工装置400は、上述した旋回機構101と固定部301と工具支持部410とに加え、工具TLを回転駆動させる回転駆動部420と、回転駆動部420を制御する駆動制御部220とを備える。更に、加工装置400は、ワークWを支持するテーブル440を備える。加工装置400による加工対象であるワークWは、例えば、ベアリングや、クランクシャフト、カムシャフト、ギヤ等、任意であってよい。
The
工具支持部410は、ワークWを加工する工具TLを、工具TLの軸RX中心に回転可能に支持する。本実施形態における工具支持部410は、略円盤状の第1部分411と、略矩形板状の第2部分412とを有している。第1部分411と第2部分412とは、各板面が、交差平面に沿うように配置されている。第2部分412は、第2部分412の-X方向側の面が第1部分411の+X方向側の面に接触するように、第1部分411に固定されている。支軸111は、旋回支点21において、第1部分411と第2部分412とをX方向に沿って貫通している。本実施形態における旋回支点21は、第1部分411の略円形状の中心部に位置する。
The tool support section 410 supports the tool TL for processing the workpiece W so as to be rotatable about the axis RX of the tool TL. The tool support portion 410 in this embodiment includes a
第2部分412は、長手方向と短手方向とを有している。第2部分412は、長手方向において、円盤状の第1部分411の直径よりも長い寸法を有しており、短手方向において、第1部分411の円盤の直径よりも短い寸法を有している。これにより、第2部分412は、その長手方向において、第1部分411よりも突出した突出部413を有している。本実施形態における接続位置23は、突出部413に位置している。
The
本実施形態では、工具TLは、第2部分412の長手方向において、第2部分412の突出部413と反対側の端部に固定されている。本実施形態における工具TLは、略円筒形状を有する砥石として構成されている。工具TLは、第2部分412の長手方向において、その突出部413と反対側の端部が、第1部分411よりもやや突出するように配置されている。工具TLは、例えば、モータ等によって構成される回転駆動部420の回転駆動力によって、軸RX中心に回転する。本実施形態では、軸RXは、第2部分412の長手方向に沿っている。
In this embodiment, the tool TL is fixed to the end of the
本実施形態における固定部301は、第3部分302と、第4部分303とを有している。第3部分302は、X方向に沿って見たときに略台形状の外形を有するフレームとして構成されている。第4部分303は、略扇形形状の平板状を有している。第4部分303は、第3部分302の下端部に固定されている。固定部301は、例えば、加工装置400の支柱(図示せず)や後述する移動機構にボルト等の固定具を介して固定される。
The fixing
本実施形態では、固定位置305は、第3部分302に配置されている。トラニオン軸306は、固定位置305において、アシスト部150のシリンダ部152と第3部分302とをつなぐように配置されている。第4部分303は、X方向に沿って見たときに、その略扇形形状の中心角部分が、第1部分411の略円形状の中心部と重なるように配置されている。第4部分303は、その略扇形形状の中心角部分において、第1部分411および第2部分412とともに支軸111によって貫かれている。これによって、工具支持部410は、固定部301に対して、旋回支点21を中心に旋回することができる。
In this embodiment, the fixed
本実施形態における制御部201は、旋回制御部210に加え、上述した駆動制御部220を有している。本実施形態における駆動制御部220は、制御部201がプログラムを実行することによって実現される機能部である。他の実施形態では、駆動制御部220は、例えば、制御部201とは別体のコンピュータ等として構成されていてもよい。
The
テーブル440は、例えば、モータ(図示せず)等の回転駆動力によって回転可能な回転テーブルとして構成される。これによって、工具TLによるワークWの加工の際に、テーブル440に支持されたワークWをテーブル440とともに回転させることができる。また、テーブル440は、例えば、2軸や3軸のアクチュエータ等によって構成される移動機構(図示せず)によって、工具支持部410とテーブル440との相対的な位置を変更可能に構成される。この場合、移動機構は、テーブル440を工具支持部410に対して移動させるように構成されてもよいし、工具支持部410をテーブル440に対して移動させるように構成されてもよいし、両者を移動させるように構成されてもよい。なお、本実施形態では、移動機構によって工具支持部410を移動させる場合、例えば、固定部301を移動機構のアクチュエータに連結させ、そのアクチュエータによって固定部301を移動させることで、工具支持部410を移動させてもよい。
The table 440 is configured as, for example, a rotary table that can be rotated by a rotational driving force such as a motor (not shown). Thereby, the workpiece W supported by the table 440 can be rotated together with the table 440 when the workpiece W is processed by the tool TL. Further, the table 440 is configured such that the relative position between the tool support portion 410 and the table 440 can be changed by a moving mechanism (not shown) configured by, for example, a two-axis or three-axis actuator. In this case, the moving mechanism may be configured to move the table 440 relative to the tool support section 410, may be configured to move the tool support section 410 relative to the table 440, or may be configured to move the table 440 relative to the tool support section 410, or both. may be configured to move. In addition, in this embodiment, when the tool support part 410 is moved by the movement mechanism, the tool support part 410 is moved by, for example, connecting the
本実施形態では、工具TLによるワークWの加工の際に、旋回制御部210によって工具支持部410の旋回角度を適宜調整することによって、ワークWに対する工具TLの接触角度や位置を調整できる。これによって、例えば、ワークWのテーパ加工を行うことや、ワークWの緻密な寸法制御を行うことができる。
In this embodiment, when the workpiece W is processed by the tool TL, the contact angle and position of the tool TL with respect to the workpiece W can be adjusted by appropriately adjusting the rotation angle of the tool support section 410 using the
以上で説明した第2実施形態によっても、構造物20としての工具支持部410の上方への旋回動作をアシスト部150によってアシストできるので、上方への旋回動作に要する旋回駆動部110の駆動力を低減できる。
Also according to the second embodiment described above, the upward turning movement of the tool support part 410 as the
なお、第2実施形態では、加工装置400は、研削加工装置として構成されていたが、例えば、切削加工装置として構成されてもよい。また、工具TLは、砥石でなくてもよく、例えば、フェイスミルやエンドミル等の各種ミルであってもよい。
Note that in the second embodiment, the
C.他の実施形態:
(C-1)上記実施形態では、交差平面は、水平面と直交している。これに対して、交差平面は、水平面と交差していれば、水平面と直交していなくてもよい。
C. Other embodiments:
(C-1) In the above embodiment, the intersecting plane is orthogonal to the horizontal plane. On the other hand, the intersecting plane does not need to be orthogonal to the horizontal plane as long as it intersects with the horizontal plane.
(C-2)上記実施形態では、アシスト部150は、旋回角度θの絶対値が角度閾値θMと一致する場合に、角度差θ1が90°となるように構成されている。これに対して、アシスト部150をこのように構成しなくてもよい。なお、アシスト部150をこのように構成せずに、旋回角度θの絶対値が角度閾値θM以下である場合に旋回角度θが大きいほど角度差θ1が大きくなることを実現してもよい。例えば、旋回角度θの絶対値が角度閾値θMと一致する場合に、角度差θ1が90°未満の角度となるようにアシスト部150を構成してもよい。
(C-2) In the above embodiment, the
(C-3)上記実施形態では、アシスト部150は、旋回角度θの絶対値が角度閾値θM以下である場合に旋回角度θが大きいほど角度差θ1が大きくなるように構成されている。これに対して、アシスト部150をこのように構成しなくてもよい。なお、アシスト部150をこのように構成せずに、旋回角度θの絶対値が角度閾値θM以下である場合に旋回角度θが大きいほどアシストモーメントが大きくなることを実現してもよい。例えば、旋回角度θの絶対値が大きいほど、アシスト部150によるアシスト力FAを大きくしてもよい。この場合、例えば、旋回角度θの絶対値が大きいほど、シリンダ部152内の油圧を高めてもよい。また、バネ等の弾性部材によって構成されたアシスト部150を、旋回角度θの絶対値が大きいほど弾性部材によって生じる引っ張り力が大きくなるように配置してもよい。
(C-3) In the above embodiment, the
(C-4)上記実施形態では、アシスト部150は、旋回角度θの絶対値が角度閾値θM以下である場合、旋回角度θが大きいほど、アシストモーメントが大きくなるように構成されている。これに対して、アシスト部150は、このように構成されていなくてよい。
(C-4) In the above embodiment, the
(C-5)上記実施形態では、旋回角度θが0°である場合に、X方向に沿って見たときに、重心位置22と旋回支点21と接続位置23と固定位置305とが同一直線上に並んで配置されているが、重心位置22等がこのように配置されなくてもよい。
(C-5) In the above embodiment, when the turning angle θ is 0°, when viewed along the Although they are arranged side by side on a line, the center of
(C-6)上記実施形態では、旋回制御部210は、旋回動作において、旋回角度θの絶対値が、90°以下の角度閾値θM以下となるように構造物20を旋回させている。これに対して、旋回制御部210は、旋回動作において、旋回角度θの絶対値が90°より大きくなるように構造物20を旋回させてもよい。例えば、旋回駆動部110やアシスト部150が、構造物20を交差平面内において360°旋回させることが可能に構成されてもよい。また、旋回制御部210は、0°の旋回角度を基準として構造物20を左右に均等に旋回させなくてもよい。また、構造物20の旋回範囲に、0°の旋回角度が含まれていなくてもよい。
(C-6) In the above embodiment, the turning
(C-7)上記実施形態では、アシスト部150は、旋回角度θが0°である場合に、接続位置23と固定位置305との間の距離La1が、旋回角度θが0°とは異なる場合の距離Lbや距離Lcよりも短くなるように配置されている。これに対して、アシスト部150がこのように配置されていなくてもよく、例えば、距離Laが距離Lbや距離Lcと同じであってもよいし、距離Laが距離Lbや距離Lcより長くてもよい。
(C-7) In the above embodiment, when the rotation angle θ is 0°, the distance La1 between the
(C-8)上記実施形態では、駆動シリンダ151は、旋回角度θが0°である場合に、駆動シリンダ151の長さLbが、駆動シリンダ151の長さの下限値と一致するように配置されている。これに対して、所望の旋回範囲が実現できれば、駆動シリンダ151は、このように配置されなくてもよい。
(C-8) In the above embodiment, the
(C-9)上記実施形態では、接続位置23は、軸線AXに沿った方向において、重心位置22を挟んで旋回支点21と反対側に配置されている。これに対して、接続位置23は、旋回支点21と異なる位置に配置されていれば、このように配置されていなくてもよい。例えば、軸線AXに沿った方向において、接続位置23が旋回支点21と重心位置22とによって挟まれて配置されてもよい。また、例えば、軸線AXに沿った方向において、旋回支点21が重心位置22と接続位置23とによって挟まれて配置されてもよい。この場合、アシスト力FAは、重力方向と同じ鉛直下方に向かう成分を有することを要する。そのため、上記実施形態のように固定位置305を構造物20の上方に配置する形態において、旋回支点21を軸線AXに沿った方向において重心位置22と接続位置23とによって挟まれるように配置する場合、アシスト部150を、例えば、固定位置305から接続位置23に向かう押圧力を接続位置23に加えるシリンダ機構等として構成できる。
(C-9) In the above embodiment, the
(C-10)上記実施形態では、駆動シリンダ151の固定態様は、トラニオン形であるが、例えば、フート形やフランジ形であってもよい。
(C-10) In the above embodiment, the driving
(C-11)上記実施形態では、アシスト部150は、駆動シリンダ151を有するシリンダ機構として構成されているが、アシスト部150は、シリンダ機構として構成されなくてもよい。例えば、アシスト部150は、バネ等の弾性部材によって構成されてもよい。
(C-11) In the above embodiment, the
(C-12)上記実施形態では、アシスト部150は、鉛直方向において構造物20よりも上側に配置されている。これに対して、アシスト部150は、鉛直方向において構造物20よりも上側に配置されなくてもよい。例えば、アシスト部150は、鉛直方向において構造物20よりも下側に配置されてもよい。このような形態において、接続位置23を、旋回支点21の方向d1側に配置する場合、アシスト部150を、例えば、アシスト力FAとして、固定位置305から接続位置23に向かう押圧力を接続位置23に加えるシリンダ機構等として構成できる。また、このように固定位置305を構造物20の下方に配置する形態において、旋回支点21を軸線AXに沿った方向において重心位置22と接続位置23とによって挟まれるように配置する場合、アシスト部150を、例えば、接続位置23から固定位置305に向かう引っ張り力を接続位置23に加えるシリンダ機構等として構成できる。
(C-12) In the above embodiment, the
(C-13)旋回機構100を、例えば、加工装置のテーブルの回転機構や位置決め機構として適用してもよい。また、旋回機構100を、加工装置以外に適用してもよい。例えば、旋回機構100を、車両のステアリング用旋回台として用いてもよいし、フォークリフトやサイドダンプ等の各種運搬機器における、回転フォークやサイドダンプバケット等の運搬具の位置や角度を制御する制御機構として用いてもよい。
(C-13) The
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した形態中の技術的特徴に対応する各実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in each embodiment that correspond to the technical features in the form described in the summary column of the invention may be used to solve some or all of the above-mentioned problems, or to achieve one of the above-mentioned effects. In order to achieve some or all of the above, it is possible to replace or combine them as appropriate. Further, unless the technical feature is described as essential in this specification, it can be deleted as appropriate.
20…構造物、21…旋回支点、22…重心位置、23…接続位置、100,101…旋回機構、110…旋回駆動部、111…軸部、112…モータ、150…アシスト部、151…駆動シリンダ、152…シリンダ部、153…ロッド部、200,201…制御部、210…旋回制御部、220…駆動制御部、300,301…固定部、302…第3部分、303…第4部分、305…固定位置、306…トラニオン軸、400…加工装置、410…工具支持部、411…第1部分、412…第2部分、413…突出部、420…回転駆動部、440…テーブル 20...Structure, 21...Swivel fulcrum, 22...Center of gravity position, 23...Connection position, 100, 101...Swivel mechanism, 110...Swivel drive section, 111...Shaft section, 112...Motor, 150...Assist section, 151...Drive Cylinder, 152... Cylinder part, 153... Rod part, 200, 201... Control part, 210... Swivel control part, 220... Drive control part, 300, 301... Fixed part, 302... Third part, 303... Fourth part, 305... Fixed position, 306... Trunnion shaft, 400... Processing device, 410... Tool support part, 411... First part, 412... Second part, 413... Projection part, 420... Rotation drive part, 440... Table
Claims (12)
前記構造物に、前記旋回支点を中心とした前記交差平面内における旋回動作のための駆動力を付与する旋回駆動部と、
前記構造物と離間した固定部の固定位置と、前記構造物の前記旋回支点とは異なる接続位置と、を接続するアシスト部と、を備え、
前記アシスト部は、
前記旋回動作に伴って、前記固定位置と前記接続位置との間で伸縮しつつ前記固定位置を中心に旋回可能に、かつ、
前記構造物が前記旋回動作によって旋回する角度範囲の少なくとも一部において、前記アシスト部の伸縮方向に沿ったアシスト力を前記接続位置に加えることによって、前記構造物に、前記構造物の自重による自重モーメントと逆方向のアシストモーメントを生じさせるように構成されている、
旋回機構。 A turning mechanism that rotates a structure around a turning fulcrum within an intersecting plane intersecting a horizontal plane, the center of gravity of the structure within the intersecting plane and the position of the turning fulcrum being different from each other,
a swing drive unit that applies a driving force to the structure for a swing operation in the intersecting plane around the swing fulcrum;
an assisting part that connects a fixed position of the fixed part separated from the structure and a connection position different from the pivot point of the structure,
The assist part is
Along with the turning operation, it can be rotated around the fixed position while expanding and contracting between the fixed position and the connection position, and
By applying an assisting force along the expansion/contraction direction of the assist portion to the connection position in at least a part of the angular range in which the structure turns by the turning operation, the structure is free from the weight due to the structure's own weight. configured to generate an assist moment in the opposite direction to the moment;
Swivel mechanism.
前記旋回駆動部を制御する旋回制御部を備え、
前記固定位置は、鉛直方向において、前記構造物の上側または下側に配置され、
前記旋回制御部は、前記旋回駆動部を制御することによって、前記重心位置が鉛直方向において前記旋回支点と前記固定位置との間に位置する角度範囲のうちの予め定められた角度範囲内で、前記構造物を旋回させ、
前記アシスト部は、前記旋回動作中に前記重心位置が鉛直方向において前記旋回支点に近付くほど、前記アシストモーメントが大きくなるように構成されている、旋回機構。 The turning mechanism according to claim 1,
comprising a swing control section that controls the swing drive section,
The fixed position is located above or below the structure in the vertical direction,
The swing control unit controls the swing drive unit so that the center of gravity position is within a predetermined angular range within an angular range located between the swing fulcrum and the fixed position in the vertical direction. pivoting the structure;
The assist portion is configured such that the assist moment increases as the center of gravity position approaches the pivot point in the vertical direction during the pivot operation.
前記アシスト部は、前記旋回動作中に前記重心位置が鉛直方向において前記旋回支点に近付くほど、前記旋回支点と前記重心位置とを結ぶ軸線と前記アシスト力の方向との間の前記交差平面内における角度差が大きくなるように構成されている、旋回機構。 The turning mechanism according to claim 2,
The assist portion is arranged such that the closer the center of gravity position is to the turning fulcrum in the vertical direction during the turning operation, the more the center of gravity is within the intersecting plane between the axis connecting the turning fulcrum and the center of gravity and the direction of the assist force. A turning mechanism configured to increase the angle difference.
前記アシスト部は、前記旋回動作中に前記重心位置が前記鉛直方向において前記旋回支点の最も近くに位置する場合に、前記角度差が90°となるように構成されている、旋回機構。 The turning mechanism according to claim 3,
The assist portion is configured such that the angular difference is 90° when the center of gravity is located closest to the pivot point in the vertical direction during the pivot operation.
前記アシスト部は、前記旋回動作中に前記重心位置が前記鉛直方向において前記旋回支点から最も遠くに位置する場合に、前記接続位置と前記固定位置との間の距離が最も短くなるように配置されている、旋回機構。 The turning mechanism according to claim 2,
The assist portion is arranged such that the distance between the connection position and the fixed position is the shortest when the center of gravity position is located farthest from the rotation fulcrum in the vertical direction during the rotation operation. It has a rotating mechanism.
前記アシスト部は、前記固定位置と前記接続位置との間で伸縮可能に構成された駆動シリンダを有し、前記駆動シリンダによって前記固定位置と前記接続位置との間で伸縮可能に構成され、
前記駆動シリンダは、前記旋回動作中に前記重心位置が前記鉛直方向において前記旋回支点から最も遠くに位置する場合に、前記駆動シリンダの前記伸縮方向における長さが、前記駆動シリンダの前記長さの下限値と一致するように配置されている、旋回機構。 The turning mechanism according to claim 5,
The assist portion has a drive cylinder configured to be extendable and retractable between the fixed position and the connection position, and is configured to be extendable and retractable between the fixed position and the connection position by the drive cylinder,
When the center of gravity of the drive cylinder is located farthest from the swing fulcrum in the vertical direction during the swing operation, the length of the drive cylinder in the expansion/contraction direction is equal to the length of the drive cylinder. A pivoting mechanism arranged to coincide with the lower limit.
前記旋回動作中に前記重心位置が前記鉛直方向において前記旋回支点から最も遠くに位置する場合に、前記交差平面と直行する直交方向に沿って見たときに、前記重心位置と、前記旋回支点と、前記接続位置と、前記固定位置と、が同一直線上に並んで配置されている、旋回機構。 The turning mechanism according to claim 2,
When the center of gravity position is located farthest from the turning fulcrum in the vertical direction during the turning operation, when viewed along an orthogonal direction perpendicular to the intersecting plane, the center of gravity position and the turning fulcrum are . A turning mechanism, wherein the connection position and the fixed position are arranged on the same straight line.
前記接続位置は、前記旋回支点と前記重心位置とを結ぶ軸線に沿った方向において、前記重心位置を挟んで前記旋回支点と反対側に配置されている、旋回機構。 The turning mechanism according to claim 1,
The connection position is a turning mechanism arranged on the opposite side of the turning fulcrum with respect to the center of gravity in a direction along an axis connecting the turning fulcrum and the center of gravity.
前記アシスト部は、前記固定位置と前記接続位置との間で伸縮可能に構成された駆動シリンダを有し、前記駆動シリンダによって前記固定位置と前記接続位置との間で伸縮可能に構成され、
前記駆動シリンダは、前記固定位置において、トラニオン軸によって支持されている、旋回機構。 The turning mechanism according to claim 1,
The assist portion has a drive cylinder configured to be extendable and retractable between the fixed position and the connection position, and is configured to be extendable and retractable between the fixed position and the connection position by the drive cylinder,
A pivot mechanism in which the drive cylinder is supported by a trunnion shaft in the fixed position.
前記アシスト部は、前記アシスト力として、前記接続位置から前記固定位置に向かう引っ張り力を前記接続位置に加える、旋回機構。 The turning mechanism according to claim 1,
The assist portion is a turning mechanism that applies a pulling force from the connection position toward the fixed position to the connection position as the assist force.
前記旋回駆動部を制御する旋回制御部を備え、
前記固定位置は、鉛直方向において、前記構造物の上側または下側に配置され、
前記旋回駆動部は、前記駆動力を付与するためのモータを有し、
前記旋回制御部は、前記旋回動作において、鉛直方向において前記重心位置が前記固定位置と前記旋回支点との間に位置し、かつ、前記交差平面に直交する直交方向に沿って見たときに前記旋回支点と前記重心位置とを結ぶ軸線が鉛直方向に沿う状態を基準とする、前記構造物が旋回した角度を表す旋回角度θの絶対値が、予め定められた90°未満の角度閾値θM以下となるように前記構造物を旋回させ、
前記アシスト部は、下記式(1)によって表される、前記自重モーメントの大きさMと、下記式(2)によって表される、前記アシストモーメントの大きさBとが、下記式(3)の関係を満たすように構成されている、旋回機構。
M=d・m・g・sin|θ| …(1)
B=F・a・sinθ1 …(2)
|M-B|≦TR …(3)
(dは、前記重心位置と前記旋回支点との間の距離を表し、mは、前記構造物の質量を表し、gは、重力加速度の大きさを表し、θは、旋回角度を表し、Fは、前記アシスト力の大きさを表し、aは、前記接続位置と前記旋回支点との間の前記軸線に沿った方向における距離を表し、θ1は、前記交差平面内における前記軸線と前記アシスト力の方向との間の角度差を表し、TRは、前記モータを定格出力で駆動させた場合に前記旋回駆動部によって生じる前記構造物の旋回のモーメントを表す。) The turning mechanism according to claim 1,
comprising a swing control section that controls the swing drive section,
The fixed position is located above or below the structure in the vertical direction,
The swing drive unit includes a motor for applying the driving force,
The turning control unit is configured such that, in the turning operation, the center of gravity position is located between the fixed position and the turning fulcrum in the vertical direction, and when viewed along an orthogonal direction perpendicular to the intersecting plane. An angle threshold θ M in which the absolute value of the turning angle θ representing the angle at which the structure has turned is less than a predetermined 90°, based on a state in which an axis connecting the turning fulcrum and the center of gravity is along the vertical direction . Rotate the structure so that:
In the assist portion, the magnitude M of the self-weight moment expressed by the following formula (1) and the magnitude B of the assist moment expressed by the following formula (2) are determined by the following formula (3). A pivoting mechanism configured to satisfy the relationship.
M=d・m・g・sin|θ|…(1)
B=F・a・sinθ 1 …(2)
|M-B|≦ TR …(3)
(d represents the distance between the center of gravity position and the turning fulcrum, m represents the mass of the structure, g represents the magnitude of gravitational acceleration, θ represents the turning angle, F represents the magnitude of the assist force, a represents the distance between the connection position and the pivot point in the direction along the axis, and θ 1 represents the distance between the axis and the assist force in the intersecting plane. (T R represents the moment of pivoting of the structure caused by the pivoting drive when the motor is driven at its rated output.)
前記固定部と、を備え、
前記構造物として、ワークを加工する工具を前記工具の軸中心に回転可能に支持する工具支持部を備え、
前記工具を回転駆動させる回転駆動部と、
前記回転駆動部を制御する駆動制御部と、を更に備える、加工装置。 A turning mechanism according to any one of claims 1 to 11,
The fixing part,
The structure includes a tool support part that rotatably supports a tool for processing a workpiece around the axis of the tool,
a rotational drive unit that rotationally drives the tool;
A processing device further comprising: a drive control section that controls the rotation drive section.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2022139050A JP2024034657A (en) | 2022-09-01 | 2022-09-01 | Turning mechanism and machining device |
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