JP4283668B2 - プロセッサ制御することにより工作物を加工する装置 - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は２００１年７月２５日に提出した仮特許出願第６０／３０７，９１０号の利益を主張するものである。

［技術分野］
本発明は、木材加工機および他の類似の材料処理機に関し、詳細には、紙をコンピュータのプリンタ内に送給するようにあるいは工作物を平削り盤内に送給するように、工作物を水平方向に送給し、横方向および垂直方向に直進移動可能な電動式プロセッサ制御切削工具を用いて、電子記憶された指令または設計に基いて工作物を加工する彫刻および形削り機に関する。

［発明の背景］
「ＣＮＣルータ」と呼ばれるコンピュータ制御による彫刻機が最近になって市販されている。ＣＮＣルータは、高価で、かつその寸法が彫刻および形削りされる工作物の寸法に対して大きい。ＣＮＣルータは、平ベッドとｘｙｚ軸構成を用いる重作業用金属加工ツールから発展したもので、市販のＣＮＣルータもこのｘｙｚ軸構成を引き継いでいる。ｘｙｚ軸構成を採用することによって、ＣＮＣルータおよびそのＣＮＣルータの開発の基礎となった重作業用金属加工ツールはそれらのベッドに工作物を移動不能に固定する必要がある。ＣＮＣルータおよび金属加工ツールは、コンピュータ制御によって通常３次元空間において互いに直交するｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向に移動する電動切削ヘッドを用いている。換言すれば、工作物は彫刻作業中移動不能に固定された位置に保持され、切削ヘッドが工作物の表面上またはその内部の必要な位置にｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向に直進移動することによって配置されている。従って、ＣＮＣルータは彫刻および形削りされる工作物の最大寸法よりも大きい寸法を有している。

ＣＮＣルータは、工作物の最大寸法よりも大きい寸法を有する以外にも多くの欠点を有している。１つの欠点は、大きな工作物を支持するために大きなベッドを設ける必要があるが、この大きなベッドの設置によってＣＮＣルータのコストが著しく高くなる点にある。また、大きなベッドは、垂れまたは他の形状変化を避けるために厚く鋳込むかまたは他の剛性構造によって補強する必要があるので、ＣＮＣルータの全体の重量が著しく大きくなる。さらにベッド以外の構成部品についても、ＣＮＣルータでは、コンピュータ制御に基いて切削ヘッドをｘ、ｙ、ｚ軸に沿って直進移動させることによって、切削ヘッドをベッドおよびそのベッドに固定された工作物に対して位置決めするので、その切削ヘッドの位置決めを正確に行なうには剛性のある構成部品を用いる必要がある。他の欠点として、一般的に、ＣＮＣルータのインターフェイスはオペレータが直感的に理解できず、かつ学習するのも困難であり、そのプログラム化も通常訓練が必要である。

これらの欠点を有しているにも関わらず、ＣＮＣルータは、木材を加工あるいは他の剛性および半剛性材料を彫刻および形削りする用途において、著しく有用である。従って、木材加工者、製造メーカ、大工、芸術家、玩具愛好者、および剛性および半剛性材料を彫刻および形削りする加工者にとって、安価、小型、軽量、かつ易操作性の特徴と有するプロセッサ制御に基く彫刻および形削り装置の開発が望まれている。

［発明の要約］
本発明の１態様によれば、小型、低コスト、軽量、多機能、および易操作性の特徴を有するプロセッサ制御に基く彫刻および多目的形削り装置（ＰＣＣＭＰＳ機）が提供される。本発明の１態様によるＰＣＣＭＰＳ機は、一般に市販されている携帯木材平削り盤およびよく知られているレーザ／インクジェット式コンピュータプリンタに部分的に類似した構成を有している。すなわち、携帯平削り盤およびコンピュータプリンタと同じように、工作物は水平方向に沿ってＰＣＣＭＰＳ機内に挿入されることになる。しかし、携帯平削り盤またはコンピュータプリンタと違って、いったんＰＣＣＭＰＳ機内の十分奥に送給されてからローラによって堅く締付けられると、工作物はＰＣＣＭＰＳ機のプロセッサ制御に基いて水平方向に沿って前後に直進移動されるようになる。

本発明の１態様によるＰＣＣＭＰＳ機は、モータ駆動切削ヘッドを備えており、このモータ駆動切削ヘッドが、取り外し可能な加工刃を駆動し、プロセッサコンピュータ制御に基いて工作物を穴あけ、切削、形削り、および溝切りするようになっている。切削ヘッドは、工作物がＰＣＣＭＰＳ機内に送給されてモータ駆動ローラによって移動する方向と直交する方向において、プロセッサ制御に基いて工作物の表面を横切って前後に直進移動するように構成されるとよい。切削ヘッドは、工作物の表面と略直交する垂直方向においても上下に直進移動するように構成されるとよい。すなわち、プロセッサは、切削ヘッドの横方向および垂直方向の直進移動および工作物の水平方向の直進移動の組合せによって、切削刃を工作物の表面上、その近傍、またはその内部の任意の点に位置決めすることが可能であり、回転する加工刃が工作物の表面の１つの位置から他の位置に移動する速度を制御することが可能である。

ＰＣＣＭＰＳ機は、工作物に精巧な３次元的な設計を彫刻および形削りすることができるが、この加工の精度は、交換可能な加工刃の形状と寸法および回転加工刃の剛性によってのみ制限されることになる。また、工作物に施される３次元な設計も切削ヘッド内への回転加工刃の垂直方向における取付けによって制限される。ただし、１実施態様によれば、工作物の平面と直交する方向において任意に位置合わせ可能な切削ヘッドを配置するか、または工作物の上下および両側に多重切削ヘッドを配置することによって、この制限を著しく緩和させることができる。携帯平削り盤に類似した工作物を送給する構造に加え、ＰＣＣＭＰＳ機はヘッドアセンブリにトーションロッドを貫通させ、切削刃を正確に位置決めするのに十分な強度をヘッドアセンブリに付与するように構成してもよい。また、ＰＣＣＭＰＳ機は駆動モータを切削ヘッドに搭載せず、その駆動モータを可撓性切削ヘッドシャフトを介して切削ヘッドに接続するように構成してもよい。この場合、高価な大径の駆動モータが切削ヘッドに搭載されていないので、切削ヘッドの質量を軽減させることができ、その結果、切削ヘッドを高速で横方向および垂直方向に操作することができる。

他の実施態様として、工作物送給機構または水平方向直進移動体を種々変更してもよい。ＰＣＣＭＰＳ機は、情報をプロセッサまたは他の制御装置にフィードバックする種各々のセンサを備えているとよい。これらのセンサからの情報に基いて、ＰＣＣＭＰＳ機はプロセッサまたは他の制御装置に多くの異なる作動状態、構成部品および工作物の位置、および工作物および構成部品の他のパラメータを監視させることができる。また、設計の仕様およびユーザの操作を容易にし、かつＰＣＣＭＰＳ機に内蔵されたプロセッサと相互接続されるホストコンピュータを作動させるために、殆ど無制限の異なる制御プログラムおよびユーザインターフェイスを用いることができる。なお、上記の実施態様におけるＰＣＣＭＰＳ機は機械的な切削ヘッドを用いているが、他の種類の切削ヘッド、例えば、レーザヘッド、研削ヘッド、空気流ヘッド、液流ヘッド、電気的アークヘッドなどを用いて、剛性または半剛性材料からなる工作物の表面または表面特性を彫刻、形削り、融除、および溶融などによって加工を行なうこともできる。ＰＣＣＭＰＳ機のさらに他の実施態様として、コンピュータインターフェイスのみを介する制御以外に、選択的な手動制御を行なってもよい。

本発明の一実施例は小型、低コスト、軽量、多機能、および易操作性の特徴を有するプロセッサ制御に基く彫刻および多目的形削り装置（ＰＣＣＭＰＳ）に関する。本発明によるこのＰＣＣＭＰＳ機は、剛性または半剛性材料、例えば、木材、プラスチック、積層板、あるいはそれ以外の類似の材料などの１つまたは組合せからなる工作物を三次元に彫刻するかまたはそのような工作物の表面を形削りするのに用いられている。図１は本発明の一実施例によるＰＣＣＭＰＳ機の透視図である。以下、本実施例について説明する。なお、説明を明瞭かつ簡潔にするために、後続の図面において、先行する図面の構成部品または特徴と同じ構成部品または特徴には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示すように、ＰＣＣＭＰＳ機１００は、基部１０２、送給トレイ１０４および１０５、下側ローラ１０７−１０９（１つは図１において見えない）、ヘッドアセンブリ１１４、および上部カバー１１６と側部カバー１１８および１１９を備えている。下側ローラ１０７−１０９の組は、工作物１１２を支持し、かつ水平に直進移動させる水平面または台状ベッドを構成している。上部カバー１１６と側部カバー１１８および１１９は、工作物１１２の上方でヘッドアセンブリ１１４を支持する内部フレーム（図１では図示せず）を覆っている。ヘッドアセンブリ１１４は、２つの締付けローラ（図１では図示せず）を備えており、この締付けローラは、工作物１１２をそれらの締付けローラと下側ローラ１０７−１０９間において締め付けている。下側ローラは、モータによって駆動され、工作物１１２を水平方向、すなわち、ｘ方向１２０に沿って前後に直進移動させている。工作物１１２は、その工作物が締付けローラと下側ローラ１０７−１０９と係合してから締め付けられるまで、手動によってＰＣＣＭＰＳ機１００内に送給されてもよい。この場合、締め付けられた後の工作物のｘ方向における直進移動はＰＣＣＭＰＳ機のコンピュータ制御によってなされている。ヘッドアセンブリ１１４は、締付けローラに加えて、加工刃アダプタ１２４を有する切削ヘッドアセンブリ１２２を備えている。穴あけ刃、切削刃、形削り刃、溝切り刃または他の加工刃（図１では図示せず）が加工刃アダプタ１２４に取り付けられている。加工刃は回転し、工作物１１２の上に位置する。次いで、工作物を彫刻または形削りするために、加工刃は工作物と交差する方向または内部に向かう方向に移動する。ヘッドアセンブリ１１４は切削ヘッドアセンブリ１２２をプロセッサ制御に基いて横方向、すなわち、ｙ方向１２６および垂直方向、すなわち、ｚ方向１２８に直進移動させる横方向／垂直方向移動手段を備えている。

ｙ方向１２６およびｚ方向１２８に沿った切削ヘッドアセンブリ１２２のプロセッサ制御およびｘ方向１２０に沿った工作物１１２のプロセッサ制御によって、切削刃、穴あけ刃、形削り刃、溝切り刃、または他の加工刃（図１では図示せず）の工作物１１２に対する位置決めを任意に行なうことができる。また、殆ど無制限に選択可能な線または面に沿って工作物を穴あけ、切削、形削り、および溝切りするために穴あけ刃、切削刃、形削り刃、溝切り刃または他の加工刃を任意の直線、２次元曲線、三次元空間において任意に配向した２次元面、または３次元曲線に沿って移動させることができる。例えば、溝切り刃を工作物の片側において表面から所定深さの位置に配置し、回転する切削ヘッドが工作物１１２を横切ってｙ方向１２６に直進移動するようにすることによって、工作物１１２の表面に横溝を形成することができる。あるいは、切削ヘッドアセンブリ１２２内に取り付けた回転溝切り刃を工作物１１２の表面から所定の深さの位置に配置し、工作物をｘ方向に沿って所定の終端位置まで直進移動させることによって、工作物の両側と平行に延長する線状溝を工作物の表面に形成することができる。工作物１１２をｘ方向１２０に沿って直進移動させると共に切削ヘッドアセンブリ１２２をｙ方向１２６に沿って直進移動させることによって、工作物１１２の表面に湾曲した溝または形態を形成することができる。また、工作物１１２をｘ方向に沿って直進移動させると共に切削ヘッドアセンブリ１２２をｙ方向１２６およびｚ方向１２８に沿って直進移動させることによって、複雑な３次元直線または曲線、例えば、螺旋を工作物１１２に彫ることができる。

なお、ＰＣＣＭＰＳ機は、携帯平削り盤またはコンピュータ用プリンタに類似の送給機構を有しているので、工作物の寸法に対して比較的小さい構造でありながら、工作物を彫刻または形削りすることができる。従って、携帯平削り盤またはコンピュータ用プリンタに類似の送給構造は、ＣＮＣルータおよび重作業用金属加工ツールに対してＰＣＣＭＰＳ機の寸法と重量を低減させる重要な因子である。工作物１１２をｘ方向１２０に沿って正確に直進移動させ、かつ切削ヘッドアセンブリ１１２をｙ方向１２６およびｚ方向１２８に沿って正確に直進移動させる能力、および切削ヘッド１２２のモータ駆動回転速度、工作物１１２のｘ方向に沿った直進移動の速度、および切削ヘッドアセンブリ１２２のｙ方向およびｚ方向に沿った直進移動の速度を制御する能力によって、切削ヘッドアセンブリ１２２に取り付けられた回転刃が著しく正確に工作物１１２の穴あけ、切削、形削り、溝切り、および他の加工を施すことができる。また、種々の異なる穴あけ刃、切削刃、溝切り刃、形削り刃、および他の加工刃を切削ヘッドアセンブリ１２２内に加工ごとに取り付けることができるので、工作物を彫刻または工作物の表面を形削りする場合、幅、切削端寸法、形状、方位、および研磨工具の表面形状、寸法、および方位を種々変更することができる。すなわち、加工の自由度が大きい。

ＰＣＣＭＰＳ機の構成の他の利点として、ＰＣＣＭＰＳ機は切削ヘッドアセンブリ１２２の垂直方向の直進移動によって、広範囲な厚み、例えば、１／４インチから６インチ（６．３５ｍｍから１５２．４ｍｍ）の範囲の厚みを有する工作物を取り付けることができる点が挙げられる。なお、ＰＣＣＭＰＳ機は、多くのセンサ、たとえば、光学センサ（図１では図示せず）を備え、これらのセンサによって、工作物１１２の位置と形状を検出し、そのデータを内蔵プロセッサ制御装置に伝達するように構成されるとよい。ＰＣＣＭＰＳ機はさらに負荷検出センサ（図１では図示せず）を備え、このセンサによって、切削ヘッドを駆動するモータの回転速度を検出し、そのデータを制御コンピュータに伝達するように構成されるとよい。このモータの回転速度に関するデータに基いて、ＰＣＣＭＰＳ機は工作物の重量と切削ヘッドアセンブリの直進移動を調整し、穴あけ刃、切削刃、溝切り刃、形削り刃、または他の加工刃に比較的均一な負荷を作用させることによって、ＰＣＣＭＰＳ機アセンブリおよび加工刃の過度の磨耗および裂傷、および工作物の焼付き、溶着、または破損を避けることができる。

加工刃の簡単な取替えおよび工作物および切削ヘッドアセンブリの位置と移動の正確なコンピュータ制御によって、ＰＣＣＭＰＳ機は極めて多くの異なる種類の加工を行なうことができる。ＰＣＣＭＰＳ機は材料を殆ど無制限の異なるパターンのいずれかに基いて切削し、湾曲片、渦巻き品、穴付き彫刻品、および殆ど無制限の他の幾何学的形状品を得ることができる。ＰＣＣＭＰＳ機は工作物の縁を平削りしてから接合することによって、あるいは湾曲した鋳造品を切削することによって、完成品を得ることができる。もし、ＰＣＣＭＰＳ機を用いない場合、このような加工を行なうのに別々に作動させる種々の高価なツールが必要である。

図１に示すＰＣＣＭＰＳ構成の最後の特徴は、下側ローラ１０７−１０９および切削ヘッドアセンブリ１２２に対して各締付けローラを位置決めすることによって、締付けローラと下側ローラおよび送給トレイの部分組みとの組合せによって工作物を堅く締め付ける点にある。従って、工作物は切削ヘッドアセンブリ１２２のいずれかの側に堅く締め付けられ、工作物の上面のみならず、端部と側面も切削および形削りすることができる。他の実施例として、多重切削ヘッドを用いることもできる。この場合、切削ヘッドの自由度がさらに増し、工作物の表面に対する回転刃の軸の位置合わせを種々変更することができると共に切削ヘッドは工作物に対して上下から接近することができるので、工作物の上面と下面に穴あけ、切削、形削り、または他の加工を施すことができる。

上記の実施例によるＰＣＣＭＰＳ機は、コンピュータ接続ケーブル１３０によってホストＰＣまたは他のコンピュータシステムに接続されているプロセッサ制御装置を備えているとよい。種々の電子装置および電気機械装置に用いられる制御装置と同様に、ＰＣＣＭＰＳ制御装置はＰＣＣＭＰＳ機をリアルタイム制御する独立形の制御装置である。殆どの用途において、ＰＣＣＭＰＳ機の制御はすべてコンピュータ接続ケーブル１３０によってＰＣＣＭＰＳ制御装置に接続されているホストパーソナルコンピュータのようなホストコンピュータシステムによってなされている。ＰＣＣＭＰＳ制御装置は、ＰＣＣＭＰＳ機に内蔵されている種々のセンサから入力される周囲データを監視している。このようなセンサの例として、工作物の形状と位置、切削ヘッドの負荷、およびＰＣＣＭＰＳ機の種々の位置および種々の部品の温度を検出するセンサなどが挙げられる。ホストＰＣはそのホストＰＣにユーザによって部分的または完全に入力された設計、テンプレート、および指令に基いてコマンドシーケンスを生成し、それらのコマンドシーケンスを制御装置に伝達している。制御装置はそれらのコマンドシーケンスの各々を実行することによってＰＣＣＭＰＳ機の構成部品を制御している。ＰＣＣＭＰＳ制御装置は、ＰＣＣＭＰＳ機の安全作動を円滑に行うことができる。例えば、ＰＣＣＭＰＳ機に内蔵されている種々のセンサを介して安全でない状態を検出した場合、１つ以上の構成部品、例えば、切削ヘッドを回転させるモータや工作物と切削ヘッドアセンブリを直進移動させるモータを停止して、致命的な欠損を回避している。ＰＣＣＭＰＳ制御装置は、ホストＰＣのグラフィカルユーザインターフェイス（ＧＵＩ）とは独立した制御パネルを介してユーザによって入力されるコマンドに基く単独動作を行なうための種々のコマンドシーケンスを記憶するのに十分なメモリを内蔵しているとよい。

ＰＣＣＭＰＳ機に接続されるホストＰＣは、所定の穴あけ刃、切削刃、溝切り刃、形削り刃、または他の加工刃とその加工刃の位置、加工直線、および加工曲線との組合せによって定まる殆ど無制限の基本的な操作群に基いて、ユーザが設計およびテンプレートを描画または創作するためのＧＵＩを備えている。従って、ＧＵＩを介して、ユーザは所定の工作物に適合する広範囲なテンプレートおよび設計のデータを選択して呼び出すことができる。切削ヘッドに取り付けたプローブを用いることによって、ＰＣＣＭＰＳ機はホストＰＣの指示に基いて所定の工作物に対して機械的な三次元走査を行って、その工作物の形状と寸法を決定することができる。工作物の形状と寸法が決定されると、高機能のＧＵＩを用いることによって、ユーザは工作物の最初の形状および寸法に基いて完成品に必要とされる所定のパターンと形状を描画または創作することができる。さらに、既存の彫刻品およびすでに形削りされた材料を切削ヘッド内に取り付けたプローブを用いてデジタル走査することによって、既存の彫刻品の設計をデジタルデータとして記憶し、コピー機が記憶されているテキストを白紙上に再現するようにその既存の設計を未加工品に再現することができる。ＧＵＩ上において、ユーザはグラフィック表示された単純な要素、例えば、曲線、直線、種々の形状と寸法を有する表面構造、および簡単な設計を組合せることによって、任意の複雑な設計を創作することができる。また、ＧＵＩ上において、ユーザはグラフック表示された単純な各要素の位置を定め、その単純な要素の寸法を変更し、さらに単純な要素を所定の設計構造、例えば、工作物の所定の形状および寸法に対応するように引き伸ばすこともできる。最終的に、対象物を作成するための一連の処理手順（プロジェクト）のライブラリを作成し、電子的に記憶させるとよい。このようなライブラリを用いることによって、ユーザは複雑な対象物、例えば、家具、人形の家、ロゴマーク、模型、または他の所望する対象物を構成する種々の断片や構成部品を作成することができる。また、ユーザはライブラリから所望の対象物を選択し、その対象物の寸法を具体化し、次いで、ＧＵＩからその対象物を作成するのに必要な材料の種類および総量のリストを得ることができる。このように具体的な材料を決定してから、ユーザがライブラリに記憶されている対応するプロジェクトを起動すると、ホストＰＣはユーザが所定の手順に基いて種々の材料を入力するように促すようになっている。ＧＵＩは、複雑なプロジェクトの各部品が完成するたびに、最終的な完成品を作成するために種々の部品をどのように組み合わせればよいかを特定することもできる。このようなプロジェクトのライブラリの例として、複雑かつ精緻な船、飛行機、および汽車の模型、造園の付属品、および他の玩具を作成するためのプロジェクトなどが挙げられる。実際、殆ど制限のない多数のプロジェクトを映像化することができる。

図２は、図１に示すＰＣＣＭＰＳ機の分解図である。図２の分解図に示すＰＣＣＭＰＳ機はヘッド下降ハンドル２０２、２つのリンクプレート２０４および２０５、および２つのヘッドリンク２０６および２０７を備えている。これらの構成部品は、図１に示すヘッドアセンブリ（図１において１１４）のｚ方向（１２８）にヘッドアセンブリを容易に上昇／下降させるためのヘッド下降アセンブリを構成している。ヘッド下降ハンドル２０２は、２つのリンクプレート２０４および２０５に取り付けられている。２つのリンクプレート２０４および２０５の各々は、ＰＣＣＭＰＳ機の内部フレーム２１０の上端部材２０８および２０９に回転可能に取り付けられている。ヘッドリンク２０６および２０７は、リンクプレート２０４および２０５、およびヘッドアセンブリ１１４に回転可能に取り付けられている。従って、ハンドルが１つの方向に移動すると、リンクプレート２０４および２０５はフレーム部材２０８および２０９に取り付けられた回転可能な取付け部を中心として回転し、ヘッドリンク２０６および２０７を引き上げ、ヘッドアセンブリ１１４の全体を内部フレーム２１０内において引き上げるようになっている。一方、ハンドルが逆方向に移動すると、リンクプレート２０４および２０５は、フレーム部材２０８および２０９に取り付けられた回転可能な取付け部品を中心として回転し、ヘッドリンク２０６および２０７を引き下げ、ヘッドアセンブリ１１４の全体を内部フレーム２１０内において引き下げるようになっている。４つの下側ローラ１０６−１０９は、内部フレームの基部上に回転可能に取り付けられ、工作物がｘ方向（図１の符号１２０）において前後に移動可能な水平台を構成している。下側ローラは、モータによって駆動され、工作物をｘ方向において前後に直進移動させている。送給トレイ１０４および１０５は、下側水平台から延在している。これらの送給トレイによって、工作物はＰＣＣＭＰＳ機のいずれの側からもＰＣＣＭＰＳ機内に容易に送給され、ヘッドアセンブリ１１４内において下側ローラ１０６−１０９および２つの締付けローラ（図２では図示せず）と係合することになる。送給トレイ１０４および１０５は、長尺の工作物を付加的に支持するようになっている。送給トレイ１０４および１０５は、工作物の旋回点をＰＣＣＭＰＳ機の外方で支持することによって、工作物の質量が上方に旋回して工作物が滑り落ちるのを防ぐことができる。内部フレームは上部カバー２１２および側カバー２１４および２１６によって覆われている。前述したように、ＰＣＣＭＰＳ機に内蔵されている制御装置を介してＰＣＣＭＰＳ機を単独作動させる制御パネル２１８が右側カバー２１６内に取り付けられている。

図３は、ＰＣＣＭＰＳ機のヘッドアセンブリ（図１の符号１１４）の分解図である。ヘッドアセンブリは、ヘッドアセンブリフレーム３０２の周囲に設置されている。ｙ−ｚ軸アセンブリ３０４がヘッドアセンブリフレーム３０２内に取り付けられている。ｙ−ｚ軸アセンブリ３０４はｙ方向およびｚ方向において切削ヘッドアセンブリ１２２を直進移動させる手段を備えている。切削ヘッドの回転は、切削モータ３０６によって駆動されている。ｙ−ｚ軸アセンブリ３０４のｙ方向直進移動手段は、ｙ軸駆動モータ３０８によって駆動される。可撓性シャフトアセンブリ３１０は、切削ヘッドモータ３０６から切削ヘッドアセンブリ１２２に機械的な回転運動を伝達している。２本のトーションロッド３１２および３１３がヘッドアセンブリフレーム３０２に回転可能に取り付けられ、トーションロッド３１２および３１３の各々の両端にトーションロッドピニオン（トーションバーピニオン）３１４−３１７が被せられている。２つの締付けローラ３１８および３１９が締付けローラブッシュ３２０−３２３に回転可能に取り付けられ、次いで、４つの締付けローラ取付け部３２８−３３１に取り付けられている。締付けローラは、４つの締付けローラスプリング３２４−３２７によって、工作物の厚みにばらつきがあっても、そのような工作物に比較的一定に保たれた垂直方向下向きの締付け力を加えるように設計されている。４つの締付けローラ取付け部３２８−３３１は、ヘッドアセンブリフレーム３０２に固定されている。ｙ軸原点復帰センサ３３２および加工刃センサエミッタ３３４がヘッドアセンブリフレーム３０２に固定されている。ｙ方向直進移動に必要な駆動力がｙ軸駆動モータ３０８からそのモータの軸に取り付けられたｙ軸ピニオン３０９を介してｙ方向直進移動手段に伝達されている。ｙ軸原点復帰センサ３３２および加工刃センサエミッタ３３４は、図３に示すようにヘッドアセンブリ３０２に取り付けられている。

図４は、ＰＣＣＭＰＳ機の内部フレームおよびヘッドアセンブリに対するヘッド下降ハンドル、リンクプレート、およびリンクの配置、およびトーションロッドピニオンと内部フレームの対応するラックとの係合を説明するためのＰＣＣＭＰＳ機の縦断面図である。前述したように、ヘッド下降ハンドル２０２はリンクプレート２０５に取付けられ、リンク２０７がリンクプレート２０５に旋回可能に取り付けられている。リンク２０７もヘッドアセンブリフレーム３０２に旋回可能に取り付けられている。ヘッド下降ハンドル２０２を図４に示す垂直位置から左回りに下方に移動させると、リンクプレート２０５が旋回点４０２を中心にして回転し、リンク２０７を引き上げるようになる。一方、ヘッド下降ハンドル２０２を図４に示す垂直位置から右回りに下方に移動させると、リンクプレート２０５が右回転し、リンク２０７を引き下げるようになる。リンク２０７をこのように上昇または下降させることによって、ヘッドアセンブリ１１４を垂直方向に直進移動させている。ヘッドアセンブリがこのように内部フレーム２１０内において上下に移動すると、トーションロッドピニオン３１４および３１５が回転し、内部フレーム２１０の垂直部材４１８および４１９の内側に刻まれた対応するラック４１６および４１７に沿って垂直方向に直進移動する。トーションロッド３１４および３１５を設けることによって、ヘッドアセンブリの剛性が高められ、またヘッドアセンブリはＰＣＣＭＰＳ機の基部１０２および内部フレーム２１０と直交する方向に移動することができる。トーションロッドはヘッドアセンブリを貫通し、それらの両端にピニオンが被せられている。ピニオンは内部フレーム２１０の垂直部材４１８および４１９に刻まれた軌道４１６および４１７と係合しながら走行している。なお、ヘッドアセンブリが垂直方向に直進移動し、同時にトーションロッドピニオンが回転しながら垂直軌道４１８および４１９に沿って走行する場合にのみ、ヘッドアセンブリに撓みが作用することになる。一実施例において、トーションロッドピニオンおよびトーションロッドはヘッド構造を横切る方向に生じる撓みが０．０１インチ（０．２５４ｍｍ）以下になるような寸法を有している。このような構成によって、ＰＣＣＭＰＳ機のヘッドアセンブリは低コストで製造することができ、重量が軽く、さらに、前述したように切削ヘッドアセンブリおよび工作物の位置をコンピュータ制御することによって工作物を正確に彫刻および形削りするのに十分な剛性を有することができる。一実施例において、締付けローラ（図３の符号３１８および３１９）は０．５インチ（１２．７ｍｍ）厚の天然ゴム被覆が施された５／８インチ（１５．８７５ｍｍ）径の鋼ロッドである。前述したように、これらの締付けローラは、締付けローラブッシュ３２０−３２３に軸支され、締付けローラ取り付け部３２８−３３１に取り付けられている。比較的一定の下向き力を工作物に付加するために、締付けローラスプリング３２４−３２７が締付けローラブッシュ３２８−３３１とヘッドアセンブリフレーム３０２の間に取り付けられている。ヘッドアセンブリがヘッド下降ハンドル２０２を介して工作物と接触するまで下降すると、締付けローラは工作物によって上向きに押され、スプリングを圧縮することになる。

図５は、ヘッドアセンブリフレームへの締付けローラの取付けを詳細に説明するためのＰＣＣＭＰＳ機の縦断面図である。図５において、締付けローラスプリング３２４および３２５は、締付けローラ取付け部３３０および３３１の対応するステム５０２および５０３に取り付けられ、締付けロール取付け部３３０および３３１内に取り付けられた締付けローラブッシュ３２２および３２３に下向き力を加えている。図５は、また、ＰＣＣＭＰＳ機の内部フレーム２１０の垂直部材４１８および４１９に刻まれた垂直軌道４１６および４１７と係合して走行するトーションロッドピニオン４１４および４１５を示している。他の実施例において、軌道は別に製造してから垂直部材に取り付けてもよい。

図６は、ＰＣＣＭＰＳのｙ−ｚ軸アセンブリの分解図である。前述したように、切削ヘッドアセンブリをｙ軸方向に直進移動させるために、ｙ軸駆動モータ３０８およびｙ軸駆動モータピニオン３０９がｙ―ｚ軸アセンブリに取り付けられている。さらに、切削ヘッドアセンブリをｚ方向に直進移動させるために、ｚ軸駆動モータ６０２およびｚ軸モータピニオン６０４がｙ−ｚ軸アセンブリに取り付けられている。ｙ−ｚ軸アセンブリのｙ軸部分は、ｙ軸軌道６０６およびｙ軸駆動ギア／歯付きプーリ６１０とｙ軸戻り歯付きプーリ６１２の溝内に設置されているｙ軸歯付き駆動ベルト６０８を備えている。ｙ軸歯付きベルト６０８の張力を調整するためにｙ軸軌道６０６に調整可能に取り付けられたｙ軸張力付与プレート６１４は、ｙ軸戻り歯付きプーリの取付け部として機能している。ｙ−ｚ軸アセンブリのｚ軸部分は、ｙ軸運搬台アセンブリ６１８の内側のｚ軸軌道およびｚ軸駆動ギア／歯付き６２２とｚ軸歯付き戻りプーリ６２４の溝内に設置されているｚ軸歯付きベルト６２０を備えている。ｚ軸歯付きベルト６２０の張力は、ｚ軸歯付き戻りプーリ６２４が取り付けられるｚ軸張力付与プレート６２６を介して調整されている。ｚ軸原点復帰スイッチ６２６、板センサ６２８、および加工刃センサ検出器もｙ−ｚ軸アセンブリのｚ軸部分に含まれる。ｙ―ｚ軸アセンブリのｙ軸部分およびｚ軸部分は切削ヘッドアセンブリ１２２をｙ方向およびｚ方向に直線運動させるｙ−ｚ方向直進移動手段を構成している。従って、ｙ―ｚ軸アセンブリは、切削ヘッドアセンブリをｙ方向およびｚ方向に移動させることができる。切削ヘッドの回転は、可撓性シャフト終端シース６３１内に取り付けられた可撓性シャフトアセンブリ（図３の符号３１０）を介して機械的な回転力を切削ヘッドに伝達する切削ヘッドモータ（図３の符号３０６）によってなされる。比較的重量のある切削ヘッド駆動モータ３０６を切削ヘッドアセンブリ１２２に取り付けないので、切削ヘッドアセンブリ１２２は比較的軽量であり、かつ、低電力のｙ軸駆動モータ３０８およびｚ軸駆動モータ６０２によって容易に加速、かつ移動させることができる。

図７は、ＰＣＣＭＰＳ機のｙ−ｚ軸アセンブリの透視図である。図７に示すように、ｙ軸歯付きベルト６０８は、ｙ軸駆動ギア／歯付きプーリ６１０とｙ軸戻りプーリ６１２に取り付けられ、ｙ軸運搬台アセンブリ６１８をｙ方向に直進移動させている。ｙ軸歯付きベルト６０８は、ベルト押圧具を介してｙ軸運搬台アセンブリ６１８に取り付けられている。ｙ軸運搬台アセンブリ６１８は、多数のボール軸受ローラを介してｙ軸軌道内を転動している。ボール軸受ローラの１つ１７０２の一部が図７に示されている。同様に、ｚ軸運搬台アセンブリ６１９は、ベルト押圧具を介してｚ軸歯付きベルト６２０に配置されている。切削ヘッドアセンブリ１２２は、ｚ軸駆動ギア／歯付きプーリ６２２を介してｚ軸駆動モータ６０２によって駆動されてｚ軸軌道６１６に沿って上下に転動することによって、ｚ方向に直進移動する。ｚ軸歯付きベルト６２０は、ｚ軸駆動ギア／歯付きプーリ６２２とｚ軸歯付き戻りプーリ６２４の溝に配置されている。ｙ軸戻りプーリは、ｙ軸張力付与プレート６１４に取り付けられ、ｙ軸張力付与プレートは、ｙ軸軌道６０６に固定されている。ｚ軸戻りプーリ６２４は、ｚ軸張力付与プレート６２６に取り付けられ、ｚ軸張力付与プレートは、ｚ軸軌道６１６に固定されている。図７に示すように、ｚ軸駆動モータピニオン３０９は、ｙ軸駆動モータ３０８によって回転し、ｙ軸駆動ギア６１０と噛合して機械的回転力をｙ軸駆動ギア／歯付きプーリ６１０に伝達している。同様に、ｚ軸モータピニオン６０４から機械的回転力をｚ軸駆動ギア／歯付きプーリ６２２に伝達させることができる。

図８は、ＰＣＣＭＰＳ機のｚ軸運搬台アセンブリ（図７の符号６１９）の分解図である。ｚ軸運搬台アセンブリは、３つのボール軸受ローラ８０２―８０３を備えている。ボール軸受ローラは、ｚ軸運搬台プレート８１４の穴８１０−８１２を介してストレート形軸受支持体８０６および８０７およびオフセット形軸受支持体８０８に回転可能に取り付けられている。切削ヘッドアセンブリは、２つの軸受８１６および８１８を備えている。これらの軸受を介して、高速交換アセンブリ８２０がスピンドル取付け部８２２に取り付けられている。スピンドル取付け部は、ｚ軸運搬台プレート８１４の穴８２４−８２６を貫通する固定具によってｚ運搬台プレート８１４に固定されている。前述したように、ｚ軸運搬台アセンブリ１２２はｚ軸軌道（図７の符号６１６）内でボール軸受８０２−８０４を介して転動し、切削ヘッドアセンブリをｚ方向に直進移動させている。図９は、ｚ軸軌道アセンブリ内のボール軸受ローラ８０２−８０４の三角配置を説明するための図８に示した側と逆の側から見たＰＣＣＭＰＳ機のｚ軸運搬台の平面図である。ボール軸受ローラ８０２および８０３は、それぞれ、ストレート形軸受支持体８０６および８０７に取り付けられ、ボール軸受ローラ８０４は、オフセット形軸受支持体８０８に取り付けられている。オフセット形軸受支持体８０８を回転させて締め付けることによって、軸受のすべりによるずれを容易に調整することができる。図１０は、ｙ軸軌道６０６の溝内に保持されているｙ軸運搬台アセンブリ６１８に固定されたボール軸受ローラ１００２および１００４を示すＰＣＣＭＰＳ機の断面図である。

図１１は、ＰＣＣＭＰＳ機の高速交換アセンブリ（図８の符号８２０）の分解図である。高速交換アセンブリ８２０は、切削刃１１０２が挿入されてセットスクリュー１１０４および１１０５によって固定される加工刃アダプタ１２４を備えている。高速交換スピンドル１１０６は、切削ヘッドアセンブリのスピンドル取付け部（図８の符号８２２）内に挿入され、保持リング１１０８によってスピンドル取付け部（図８の符号８２２）内に保持されている。作動スプリング１１１０が作動カラー１１１２内に挿入され、これら両方が高速交換スピンドル１１０６の基部１１１４の外側に嵌合されている。保持リング１１０８は、高速交換スピンドル１１０６の基部１１１４の溝１１１６内と作動カラー１１１２の幅広溝１１１８内に部分的に嵌合され、作動カラー１１１２の運動を拘束している。係止ボール１１２０および１１２２が高速交換スピンドル１１０６の基部１１１４の穴１１２４および１１２５内に挿入されている。作動スプリング１１１０は、作動カラー１１１２を下方に押している。作動カラー１１１２の内径側の傾斜面は、係止ボールを内側に押している。作動カラーを押し上げることによって、係止ボールに付加されていた内向きの圧力が除去され、係止ボールは外側に移動することが可能になる。切削刃１１０２が加工刃アダプタ１２４内に挿入され、セットスクリュー１１０４および１１０５によって固定されている。次いで、加工刃アダプタは高速交換スピンドル１１０６の底部内に挿入されている。加工刃アダプタと高速交換スピンドルの内側穴は互いに整合するテーパを有しているので、軸方向における加工刃の位置合わせを確実に行うことができる。セットスクリューのヘッド部は、高速交換スピンドルの溝１１２６および１１２７と嵌合している。この構成によって、スピンドルトルクを加工刃アダプタを介して加工刃に伝達させることができる。係止ボール１１２０−１１２２は、加工刃アダプタ１１２４内の溝１１２８内に嵌め込まれ、加工刃アダプタをその場に固定することができる。作動カラー１１２を持ち上げることによって、加工刃アダプタおよび加工刃を簡単に取り外すことができる。

図１２は、ＰＣＣＭＰＳ機の基部駆動アセンブリの分解図である。基部駆動アセンブリは、４つの下側ローラ１０６−１０９を備えている。これらのローラのシャフトは、ＰＣＣＭＰＳ機の内部フレーム２１０の下側水平部材１２０２および１２０３の穴に取り付けられている。歯付き下側ローラ駆動プーリ１２０６−１２０９は、下側ローラのシャフトに固定されている。これらの歯付き下側ローラ駆動プーリにｘ軸駆動モータ１２１０の機械的回転力がｘ軸歯付きベルト１２１１を介して伝達されている。ｘ軸駆動モータ１２１０は、基部駆動プレート１２１６内の穴１２１４を貫通するｘ軸駆動モータシャフト１２１２を有している。このシャフト１２１２に取り付けられたｘ軸駆動ピニオン１２１８は、ｘ軸駆動ピニオン／ギア１２２０と係合している。モータ１２１０は、機械的な回転をシャフト１２１２を介してｘ軸駆動ピニオン１２１８に伝達し、さらにｘ軸駆動ピニオン／ギア１２２０に伝達している。ｘ軸ピニオン／ギア１２２０は、基部駆動プレート１２１６に回転自在に取り付けられ、第２ｘ軸駆動ギア１２２２と係合している。ｘ軸歯付きプーリは、第２ｘ軸駆動ギア１２２２および下側ローラ歯付きプーリ１２０６−１２０９に取り付けられている。ｘ軸ベルトアイドラ１２２６、１２２７、および１２２９が基部駆動プレート１２１６に取り付けられ、４つの下側ローラ歯付きプーリ１２０６−１２０９と噛合している。

図１３は、ＰＣＣＭＰＳ機の基部の分解図である。ＰＣＣＭＰＳ機の基部１０２は、下側基部構造１３０２、電子ダストカバー１３０４、内部フレーム（図２において２１０）の２つの側部１３０６および１３０８、直進ガイドプレート１３１０、直進ガイドプレートロッド１３１２、４つの送給トレイ旋回取付け部１３１４−１３１７、８つの下側ローラブッシュ１３１８−１３２５、２つの上部支持ロッド１３２８および１３２９、電源１３３０、およびＰＣＣＭＰＳ内蔵制御装置１３３２を備えている。４つの下側ローラ１２０６−１２０９は、駆動ローラブッシュ１３１８−１３２５に軸支されている。駆動ローラブッシュは、内部フレーム２１０の２つの側部１３０６および１３０８の穴１３３４−１３４０（図１３において１つは見えない）内に圧入されている。内部フレームの２つの側部１３０６および１３０８は、基部構造１３０２に取り付けられている。電子ダストカバー１３０４は、基部構造１３０２の底部に取り付けられた電源１３３０および制御装置１３３２の上方に設置されている。直進ガイドプレート１３１０は、直進ガイドロッド１３１２上に配置され、電子ダストカバーと駆動ローラ間に設置されている。内部フレーム（図２において２１０）は、その上部水平部材を構成する２つの上部支持ロッド１３２８−１３２９を備えている。

図１４および１５は、送給トレイの（図１の符号１０４および１０５）の開状態および閉状態をそれぞれ示している。図１４に示す送給トレイは、ＰＣＣＭＰＳ機の作動を可能とする開状態にある。送給トレイは、長い寸法の工作物を補足的に支持している。送給トレイは、工作物の旋回点をＰＣＣＭＰＳ機の外方において支持し、工作物の質量が上方に旋回して締付けローラスプリング（図３の符号３２４−３２７）を押し潰し、ｘ方向に直進移動する下側ローラに対する工作物の接触の程度を低下させるのを防いでいる。図１５に示すように、送給トレイは折り畳むことができるので、ＰＣＣＭＰＳ機の寸法を小型化することができる。

ｙ軸原点復帰光学ビーム中断センサ（図３の符号３３２）はヘッド構造に取り付けられ、ｙ軸軌道アセンブリの口部が通過したときに作動している。ｚ軸原点復帰光学ビーム中断センサ（図６において６２６）は、ｙ軸運搬台アセンブリに取り付けられ、ｚ軸軌道アセンブリのタブが通過したときに作動するようになっている。加工刃センサは、ヘッド構造に取り付けられた加工刃センサエミッタとｙ軸運搬台アセンブリに取り付けられた加工刃センサ検出器（図６の符号６２０）を備えている。エミッタ検出器とエミッタは、垂直方向に一直線に並んでいる。加工刃を検出するために、ｙ軸軌道アセンブリは、エミッタ検出器と水平に整合するようにｙ軸に沿って移動している。ｚ軸軌道は、加工刃が光ビームを中断するまで下方に移動している。板センサはｙ運搬台アセンブリの基部に取り付けられた０．２５インチ（６．３５ｍｍ）の検出範囲を有する光学的反射センサである。なお、ＰＣＣＭＰＳ機のセンサの他の一例として、ＰＣＣＭＰＳ機に締付けされる工作物が存在しない場合、ＰＣＣＭＰＳ機を中断させる圧縮カラーに取り付けられる単純な形式の接触スイッチが挙げられる。また、作動中オペレータの手が切削刃の近くに入らないように保護する安全カバーに取り付けられる接触スイッチを設けてもよい。

前述したように、ヘッドアセンブリは、図２および図４に基いて説明したヘッド下降バー２０２とその関連機構を介して上昇／下降している。しかし、ヘッドアセンブリの上昇／下降は、他の多くの構成によっても行なうことができる。戻りスプリングの下端をカバーの両側に取付け、ヘッド上昇／下降アセンブリをモータによって駆動してもよい。ヘッドの位置決めをＰＣＣＭＰＳ機の片側に取り付けたクランクリードスクリュー構造によって行なうこともできる。図１６は、ヘッドアセンブリを上昇／下降させるクランク/リードスクリュー機構の１実施例の分解図である。クランクリードスクリュー機構は、クラッチアセンブリ１６０２、リードスクリュー上側ベベルギア１６０４、２つの垂直リードスクリュー１６０６および１６０７、２つのリードスクリュー軸受１６０８および１６０９、２つのリードスクリューリテーナ１６１０および１６１１、２つのリードスクリュー底側ベベルギア１６１２および１６１３、２つの横安定部材１６１４および１６１６、リードスクリュー・トルクタイロッド１６１８、２つのタイロッドベベルギア１６２０および１６２２、および２つのタイロッド保持プレート１６２４および１６２６を備えている。２つの垂直リードスクリュー１６０６および１６０７の上端は、横安定部材１６１４および１６１６の穴内に固定されている。２つの垂直リードスクリューの下端は、ＰＣＣＭＰＳ機のリードスクリュー軸受スロット１６２８（１つはこの図では見えない）内に配置されたリードスクリュー軸受１６１２および１６１３内に圧入されている。クランクアセンブリ１６０２に作用するトルクは、リードスクリュー上部ベベルギア１６０４を介して左垂直リードスクリュー１６０６に伝達されている。次いで、トルクは、左リードスクリュー底側ベベルギア１６１２を介してタイロッド１６１８に伝達され、さらにタイロッド１６１８から右タイロッドベベルギア１６２２および右リードスクリュー底側ベベルギア１６１３を介して右垂直リードスクリュー１６０７に伝達される。

図１７は、ヘッドアセンブリと垂直リードスクリュー間のインターフェイスを示している。クランクリードスクリュー構造１７０２を内蔵するヘッドアセンブリは、トルクが図１６に示すクランクアセンブリ１６０２に作用したとき、ｚ方向において上下に直進移動する。雌ねじ付きリードスクリューナット１７０６および止めナット１７０４が垂直リードスクリュー１６０７に螺合している。垂直リードスクリューおよびリードスクリューナットが螺合しているので、トルクがクランクアセンブリに作用して垂直リードスクリューが回転すると、垂直リードスクリューは垂直リードスクリュー１６０７に沿って上下に移動することになる。リードスクリューナットは、ヘッドアセンブリ内の穴に固定され、止めナット１７０４によって回転が阻止されている。

図１８は、クランクアセンブリ（図１６の符号１６０２）の分解図である。クランクアセンブリは、ヘッドアセンブリを一定の力で工作物に作用させる単純な形式のスリップクラッチを備えている。クランクアセンブリは、クランクハンドル１８０２、予圧スプリング１８０４、トルクスリッププレート１８０６、クランクアセンブリシャフト１８０８、横安定部材１６１４、スロット付きベベルギア１８１０、およびハンドル保持ナット１８１２を備えている。クランクアセンブリシャフト１８０８は、横安定部材１６１４内の穴１８１４内とスロット付きベベルギア１８１０内の穴１８１６内に挿入され、横安定部材１６１４の壁内に螺入される。スロット付きベベルギア１８１０は自在に回転するが、横安定部材１８０４の壁およびクランクアセンブリシャフト１８０８のフランジ１８１８によってクランクアセンブリシャフトに対して拘束される。予圧スプリング１８０４およびトルクスリッププレート１８０６は、クランクハンドルのキー部（突出部）に嵌合され、トルクスリッププレートはその内側の平坦部１８２０およびクランクハンドルの（キー部の）平坦部１８２２によって回転が阻止される。クランクハンドル、スリップ、およびトルクスリッププレートはクランクアセンブリシャフトに組み込まれ、クランクハンドル保持ナット１８１２によって保持されている。組み込まれると、予圧スプリング１８０４は、トルクスリッププレート１８０６とスロット付きベベルギア１８１０を共に押圧することになる。トルクがしきい値を超えてトルクスリッププレートが滑るまで、トルクスリッププレート１８０６とスロット付きベベルギア１８１０間の摩擦力はそれらの間の相対的な運動を抑止している。このすべりが生じるトルクは、スプリングまたはアセンブリの幾何学的な形状を変更することによって調節することができる。リードスクリューは、ギアセット、ベルトシステム、または巻きケーブルシステムと同期させてもよい。図１９は、クランクアセンブリ（図１６の符号１６０２）の断面図である。

ヘッドアセンブリは、摩擦締付け具、移動止めシステム、またはラチェットを用いてＰＣＣＭＰＳ機内に係止してもよい。図２０は、予圧摩擦締付けシステムの分解図である。予圧摩擦締付けシステム２０００は、係止ハンドル２００２、２つの係止引込みロッド２００４および２００６、２つの係止引込みロッドリテーナ２００８および２０１０、および２つの係止締付けアーム２０１２および２０１４を備えている。係止ハンドル２００２は、その中心の回りに旋回する。この係止ハンドル２００２は、２つの可変半径スロット２０１６および２０１８を有している。係止引込みロッド１２０４および１２０６の一端部は、それぞれ可変半径スロット２０１６および２０１８に嵌合している。係止引込みロッド１２０４および１２０６の他端部は、係止締付けアーム２０１２および２０１４の穴２０２０および２０２２に旋回可能に挿入されている。

係止ハンドル２００２を回動させると、回転力が可変半径スロット２０１６および２０１８に沿って係止引込みロッド２００４および２００６に付加され、係止引込みロッド２００４および２００６がハンドル２００２の中心に向かって引込まれるようになる。その結果、係止締付けアーム２０１２および２０１４が旋回し、ＰＣＣＭＰＳ機の内部フレーム２１０の垂直レール（図２０において図示せず）に対して予圧され、ヘッドアセンブリ１１４をその箇所に係止することになる。

基部駆動システムの構成は、種々変更することが可能である。例えば、下側ローラの数は、種々変更してもよい。あるいは、ｘ方向に沿って工作物を直進移動させる力を下側ローラよりもむしろ締付けローラに付加させるように構成してもよい。下側ローラを完全に省略するように構成してもよい。また、下側ローラを用いる代わりに、コンベヤベルトシステムを用いてもよい。コンベヤベルトシステムの例として、単一のコンベヤベルトを備えた連続型システム、および１対の前側ローラ間に配置されるコンベヤベルトと１対の後側ローラ間に配置されるコンベヤベルトを備えた分離型システムが挙げられる。コンベヤベルトの材料として、種々の高摩擦表面材料、例えば、ゴムまたはサンドペーパなどが挙げられる。図２１は、２重ベルトコンベヤシステムの分解図である。このコンベヤシステムは、前側コンベヤベルトアセンブリ２１０２、後側コンベヤベルトアセンブリ２１０４、歯付き駆動ベルト２１０６、直進ガイド補強裏板２１０８、駆動ベルトモータアセンブリ２１１０、駆動ベルト張力付与プレート２１１２、４つのコンベヤベルトアセンブリ位置合わせ／張力付与ブラケット２１１４−２１１７、およびＰＣＣＭＰＳ機の基部１０２を備えている。前側および後側コンベヤベルト２１０２および２１０４は、歯付き駆動ベルト２１０６に回転可能に連結され、歯付き駆動ベルト２１０６は、駆動ベルトモータアセンブリ２１１０によって駆動されている。直進ガイド補強裏板２１０８は、ＰＣＣＭＰＳ機内に送給される工作物を直線状に進行させるガイドとして機能している。駆動ベルト張力付与ベルト２１１２は、駆動ベルトに予め張力を付与し、前側および後側コンベヤベルトを常に同じ速度で回転させている。コンベヤベルトアセンブリ位置合わせ／張力付与ブラケット２１１４−２１１７は、コンベヤベルトシステムの走行調整と張力付与を行なっている。図２２は、コンベヤベルトアセンブリ（図２１の符号２１０２および２１０４）の分解図である。コンベヤベルトアセンブリは、ベルト支持トレイ２２０２、従動アイドルローラ２２０４、ゴム被覆駆動ローラ２２０６、コンベヤベルト２２０８、４つのローラブッシュ２２１０−２２１３、および駆動ローラギア／プーリ２２１６を備えている。ローラブッシュ２２１０−２２１３は、アイドルローラ２２０４および駆動ローラ２２０６の端部に組み付けられ、ベルト支持トレイ２２０２に取り付けられたスロット部２２１８−２２２１内に挿入されている。コンベヤベルト２２０８は、ローラ２２０４および２２０６によってベルト支持トレイ２２０２上を回転している。ベルト支持トレイは、工作物がｘ方向において前後に移動する極めて平坦な表面を有している。駆動ローラギア／プーリ２２１６は、ゴム被覆駆動ローラ２２０６に固定されている。駆動ベルトモータアセンブリ（図２１の符号２１１０）のトルクが駆動ローラギア／プーリのギア部分に伝達されている。駆動ローラギア／プーリのプーリ部分によって、前側コンベヤベルトアセンブリ（図２１の符号２１０２）は後側コンベヤベルトアセンブリ（図２１の符号２１０４）に回転可能に接続されている。図２３は、図２１に示すコンベヤシステムの完全に組み立てられた状態を示す透視図である。駆動ベルト張力付与プレート２１１２は、駆動ローラ２２０６を押圧し、駆動ベルトに張力を付与している。コンベヤベルトアセンブリ位置合わせ／張力付与ブラケット２１１５は、調整スクリュー２３０２を回動することによって、適切なコンベヤベルトの張力と進路を確保するように調整することができる。

図２４は、工作物を直進ガイドする機構の他の実施例を示す図である。この機構は、直進ガイドプレート２４０４、直進ガイドプレートリテーナ２４０４、および係止摘みホイール２４０６を備えている。直進ガイドプレートは、基部１０２にこの基部とヘッドアセンブリのｘ軸と直交する方向に高い精度で形成された溝２４０８に沿って滑動している。ＰＣＣＭＰＳ機内に挿入された工作物は、この直進ガイドプレートによって直進ガイド補強裏板（図２０の符号２０１２）に対して押し付けられている。直進ガイドプレート２４０２は、工作物を直進ガイド補強裏板２０１２との間に拘束している。従って、工作物は予測可能な再現性のある軌道に沿ってＰＣＣＭＰＳ機内に送給され、また、ＰＣＣＭＰＳ機外に送給されている。

図２５は、工作物の高さセンサを示す図である。工作物の高さセンサは、稜線高さゲージワイヤ２５０２および高さセンサフラッグ２５０４を備えている。高さセンサフラッグ２５０４は、ヘッドアセンブリ１１４の下側のスロット内に回転可能に取り付けられた剛性高さゲージワイヤ２５０２に取り付けられている。工作物がＰＣＣＭＰＳ機に取り付けられると、稜線高さゲージワイヤの弧状部２５０６が工作物の表面上に回転可能に位置するようになる。ｙ軸運搬台アセンブリに配置された光学ビーム中断センサが高さセンサフラッグ２５０４の位置を測定している。

本発明を具体的な実施例を用いて説明したが、本発明はこの実施例に制限されるものではなく、種々の変更例を本発明の精神から逸脱することなく行なえることは当業者によっては明らかである。例えば、ＰＣＣＭＰＳ機は、多数の異なる形式の付属品を備えることができる。ＰＣＣＭＰＳ機の前方に配置される多数の加工刃を貯蔵するラックを有する加工刃交換システムをＰＣＣＭＰＳ機に付設することができる。加工刃交換システムを作動させると、ラックが下降して高速交換アセンブリのカラーと係合し、加工刃がラック内に戻されるようになる。その後、切削ヘッドアセンブリがラックに貯蔵されている加工刃の所望の１つの位置に移動し、その加工刃と係合する。次いで、ラックは新しい加工刃を高速交換スピンドルに残して外方に移動する。３次元スキャナーを付設してもよい。３次元スキャナーは単純な型式の接触スイッチに接続されるプルーブを備えている。このスキャナーによって、ＰＣＣＭＰＳ機は既存の加工品の表面の電子地図を得ることができる。小型カメラによる光学的スキャニング法を用いることもできる。薄いまたは小さい工作物を送給するための支持プレート、さらに特別注文の加工刃、送給支持スタンド、およびダスト収集システムなどを付設してもよい。また、ＰＣＣＭＰＳ機は、種々の安全遮蔽板を備えているとよい。ＰＣＣＭＰＳ機は、どのような大きさであってもよい。また、ＰＣＣＭＰＳ機は、剛性または半剛性材料を加工するように構成されるとよい。上記の実施例において述べた機械的切削ヘッドに加えて、レーザによって形彫または切削するレーザヘッド、エッチング（表面彫刻）の１つの手法であるサンドブラストを行なうためのサンドブラストヘッド、工作物を塗装または着色するためのインクジェットまたは空気ブラシヘッドなどを用いてもよい。前述したように、ＰＣＣＭＰＳ機は種々の独立した機能、例えば、平削り、ヤスリ掛け、接合、エッジ溝切り、溝切り、大入れ加工、蟻形加工、断面接合などの機能を有している。ＰＣＣＭＰＳ機は、木材または他の剛性または半剛性材料を端部のチャックに取り付けた加工刃を用いて切削することもできる。切削は、加工刃を工作物に係合させた状態で切削ヘッドをｚ軸に沿って振動させることによって著しく改善されることになる。

以上、本発明が完全に理解されるように、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、本発明はこれらの具体的な説明とは異なる形態で実施可能であることは当業者にとっては明らかである。本発明の具体的な実施例の説明は単なる例示であり、本発明はここに開示した形態に制限されるものではなく、多くの修正例および変更例を上記の示唆に基いて行なうことが可能である。すなわち、上記の実施例は本発明の原理とその実際的な用途が最も理解されるように述べたものであり、当業者はそれらの開示内容に基いて具体的な用途に適した種々の修正を含む多くの実施例をなすことが可能である。従って、本発明の範囲は特許請求の範囲およびその等価物によって定義されると見なされるべきである。

本発明の一実施例によるＰＣＣＭＰＳ機の透視図である。 図１に示すＰＣＣＭＰＳ機の分解図である。 ＰＣＣＭＰＳ機のヘッドアセンブリ（図１の符号１１４）の分解図である。 内部フレームおよびヘッドアセンブリに対するヘッド下降ハンドル、リンクプレート、およびリンクの配置、およびトーションロッドピニオンと内部フレームの対応するラックとの係合を説明するためのＰＣＣＭＰＳ機の縦断面図である。 締付けローラのヘッドアセンブリフレームへの取付けの詳細を示すＰＣＣＭＰＳ機の縦断面図である。 ＰＣＣＭＰＳ機のｙ―ｚ軸アセンブリの分解図である。 ＰＣＣＭＰＳ機のｙ―ｚ軸アセンブリの透視図である。 ＰＣＣＭＰＳ機のｚ軸軌道アセンブリの透視図である。 ｚ軸軌道アセンブリ内のボール軸受ローラが三角配置を説明するための図８に示した側と逆の側から見たＰＣＣＭＰＳ機のｚ軸軌道の平面図である。 ｙ軸軌道の溝内に保持されているｙ軸軌道アセンブリに固定されたボール軸受ローラを示すＰＣＣＭＰＳ機の縦断面図である。 ＰＣＣＭＰＳ機の高速交換アセンブリ（図８の符号８２０）の分解図である。 ＰＣＣＭＰＳ機の基部駆動アセンブリの分解図である。 ＰＣＣＭＰＳ機の基部の分解図である。 送給トレイ（図１の符号１０４および１０４）の開状態と閉状態をそれぞれ示す図である。 送給トレイ（図１の符号１０４および１０４）の開状態と閉状態をそれぞれ示す図である。 別の実施例によるヘッドアセンブリを上昇／下降させるクランクリードスクリュー機構の分解図である。 ヘッドアセンブリと垂直リードスイッチのインターフェイスを説明する図である。 クランクアセンブリ（図１６の符号１６０２）の分解図である。 クランクアセンブリ（図１６の符号１６０２）の断面図である。 予圧摩擦締付けシステムの分解図である。 ２重ベルトコンベヤシステムの分解図である。 コンベヤベルトアセンブリ（図２１の符号２１０２および２１０４）の分解図である。 図２１に示すコンベヤシステムの完全に組み立てられた状態を示す透視図である。 工作物直進ガイド機構の他の実施例を示す図である。 工作物高さセンサを示す図である。

Claims (20)

1. 彫刻手段、多目的形削り手段、および被加工材修正手段をプロセッサ制御することにより工作物を加工する装置であって、
   切削ヘッドと、
   前記切削ヘッドを横方向に移動させる横方向移動体と、前記切削ヘッドを垂直方向に移動させる垂直方向移動体と、第１および第２のヘッド締付け体とを備えるヘッドアセンブリと、
   前記工作物を水平方向に移動させる工作物移動体であって、第１の移動体の組と第２の移動体の組とを有し、前記切削ヘッドの前記水平方向の両側に移動体の組が一つずつあり、各ヘッド締め付け体の前記水平方向において両側にある各組の移動体が、前記各ヘッド締付け体のいずれかと三角形をなし、前記第１および第２のヘッド締め付け体の前記第１および第２の移動体の組に対する位置が、工作物の端部、側面および面の加工を可能とするために、ヘッドアセンブリの両側において工作物が堅く締め付けられるようにするものである、工作物移動体と、
   前記切削ヘッドに取り付けた被加工材修正手段を前記工作物上またはその内部の所定の位置に配置し、前記被加工材修正手段を前記工作物上またはその内部の所定の経路に沿って移動させて前記工作物を加工するために、前記横方向移動体、前記垂直方向移動体および前記水平方向移動体を制御する制御装置と
   を備えていることを特徴とする加工装置。
2. 形削り刃を備えた被加工材修正手段を用いて前記工作物を形削りする加工と、溝切り刃を備えた被加工材修正手段を用いて前記工作物を溝切りする加工と、穴あけ刃を備えた被加工材修正手段を用いて前記工作物を穴あけする加工と、切削刃を備えた被加工材修正手段を用いて前記工作物を切削する加工と、レーザを備えた被加工材修正手段を用いて切削または融除する加工と、サンドブラストまたはビードブラストを備えた被加工材修正手段を用いて研磨および形彫りする加工との１つまたは組合せによって前記工作物を加工していることを特徴とする、請求項１に記載の加工装置。
3. 前記制御装置に相互接続されるホストコンピュータをさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載の加工装置。
4. 前記ホストコンピュータは、工作物の設計を電子的に記憶し、対応する一連のコマンドを作成し、それらのコマンドを前記制御装置に伝達し、前記工作物が前記記憶された工作物の設計と一致して加工されるように前記制御装置を指示していることを特徴とする、請求項３に記載の加工装置。
5. 前記ホストコンピュータがグラフィックユーザインターフェイスを備えており、該グラフィックユーザインターフェイスを用いて前記ホストコンピュータに電子的に記憶されている工作物の設計をオペレータが作成していることを特徴とする、請求項４に記載の加工装置。
6. 前記ホストコンピュータは、一組のコマンドを電子的に記憶し、それらのコマンドを前記制御装置に伝達し、前記制御装置に前記工作物を加工するように指示していることを特徴とする、請求項３に記載の加工装置。
7. 前記第１のヘッド締付け体が、前記水平方向にある前記移動体の第１の組の間にあり、前記第２のヘッド締付け体が前記水平方向にある前記移動体の第２の組の間にあることを特徴とする、請求項１に記載の加工装置。
8. 前記工作物移動体に結合した送給トレイであって、前記工作物変形装置の第１の側部あるいは第２の側部に工作物を送給する送給トレイを前記工作物変形装置にさらに備え、前記第１及び第２のヘッド締め付け体の前記第１および第２の移動体の組に対する位置が、工作物の端部、側面および面の加工を可能とするために、ヘッドアセンブリの両側において工作物が堅く締め付けられるようにするものである請求項１に記載の加工装置。
9. 前記制御装置は、機械的切削ヘッドと横方向移動駆動モータと水平方向移動駆動モータと垂直方向移動駆動モータとの回転の速度を制御し、工作物の方位と、工作物の形状と、工作物の寸法と、危険かつ望ましくない状態とを検出するために前記加工装置に内蔵されているセンサからの情報を受信し、前記機械的切削ヘッドと、前記横方向移動駆動モータと、前記水平方向移動駆動モータと、前記垂直方向移動駆動モータとの回転速度を調整し、前記切削ヘッドを前記工作物方位と、工作物形状と、工作物寸法とに対応して配置し、検出された危険かつ望ましくない状態を緩和していることを特徴とする、請求項８に記載の加工装置。
10. 内蔵センサは、工作物縁と、工作物表面と、前記切削ヘッドの回転速度と、前記加工装置の種々の位置における種々の構成部品の温度と、安全のための構成部品の位置と、工作物の存在を検出するセンサとを備えていることを特徴とする、請求項９に記載の加工装置。
11. 前記ヘッドアセンブリが回転可能に取り付けられたトーションロッドを備えており、該トーションロッドが前記加工装置の垂直方向に延長する内部フレーム部材の軌道と係合するトーションバーピニオンを備えていることを特徴とする、請求項１に記載の加工装置。
12. 前記ヘッドアセンブリがヘッド昇降手段によって昇降することを特徴とする、請求項１に記載の加工装置。
13. 前記横方向移動体は歯付きベルトを備え、該歯付きベルトはギア／プーリによって駆動され、該ギア／プーリは垂直軸運搬台が固定される横方向移動駆動モータのシャフトに固定されたピニオンと噛合していることを特徴とする、請求項１に記載の加工装置。
14. 前記垂直軸運搬台は歯付きベルトを備え、前記歯付きベルトはギア／プーリによって駆動され、該ギア／プーリは切削ヘッドアセンブリが固定される垂直移動駆動モータのシャフトに固定されるピニオンと噛合していることを特徴とする、請求項１３に記載の加工装置。
15. 前記移動体の第１および第２の組は、それぞれが前記加工装置の基部部材に回転可能に取り付けられる駆動ローラを備え、工作物移動駆動モータによってギア／プーリ機構を介して駆動される歯付きベルトによって駆動されていることを特徴とする、請求項１に記載の加工装置。
16. 前記第１および第２のヘッド締付け体は、スプリングが取り付けられた締付けローラを備え、前記締付けローラは前記工作物を前記締付けローラと前記駆動ローラとの間で締め付けていることを特徴とする、請求項１５に記載の加工装置。
17. ユーザが前記制御装置に伝達されるコマンドを直接入力できる入力装置をさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載の加工装置。
18. 請求項５に記載のホストコンピュータに設けられたグラフィックユーザインターフェイスを用いて工作物の設計を行なう段階と、
    未加工の工作物を請求項５に記載の加工装置内に送給する段階と、
    前記工作物の設計に基いて前記工作物を加工する指示を前記制御装置に与えるために、前記ホストコンピュータに設けられた前記グラフィックユーザインターフェイスにコマンドを入力して前記ホストコンピュータに指示を送る段階と
    を含む工作物を加工する方法。
19. 請求項１に記載の工作物変形装置に工作物を締付する段階と、
    前記工作物の形状を変更するために前記制御装置を用いて、前記横および垂直方向における前記切削ヘッドの移動と、前記水平方向における前記工作物の移動とを制御する段階と
    を含む工作物を加工する方法。
20. 未加工の工作物を請求項１７に記載の前記加工装置内に送給する段階と、
    前記コマンドを実行することによって前記工作物を加工するために、コマンドを前記入力装置に入力して前記制御装置に指示を与える段階と
    を含む工作物を加工する方法。

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