JP4494838B2 - 加工システムおよび加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークと工具とを相対移動させながら、ワークを工具により加工する加工シ
ステムおよび加工方法に関する。たとえば、ワークに対して、旋削、穴あけ、断続加工、
研削加工などの加工を行う加工システムおよび加工方法に関する。

従来、ワークを工具により加工する加工機械の場合、ワークをテーブルなどに固定し、工具を移動自在に構成した工具移動型加工機械と、工具の移動軸の一部についてワークが移動できるように構成したワーク・工具移動型加工機械とに大別できる。
前者の工具移動型加工機械は、たとえば、ワークを載置するテーブルに対して、工具を保持した主軸側が三次元方向、つまり、テーブルに対して横方向（Ｘ軸方向）、前後方向（Ｙ軸方向）および上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に構成されている。
後者のワーク・工具移動型加工機械は、たとえば、ワークを載置するテーブルが前後方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に構成され、工具を保持した主軸側がテーブルに対して横方向（Ｘ軸方向）および上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−７０４２８号公報

従来の加工機械では、前述した工具移動型加工機械あるいはワーク・工具移動型加工機械のいずれでも、テーブル側にワークを、主軸側に工具を保持（固定）するものであるため、ワークの大きさや加工内容によっては、不利な場合がある。
たとえば、ワークが大重量で大きい場合、ワークを載置したテーブルが固定で、工具を保持した主軸がテーブルに対して移動する方が、両者の相対移動速度を早くでき、かつ、停止時の慣性力も小さく抑えることができるため、加工効率や加工精度の点で有利である。しかし、ワークが微細・軽量な場合、微細・軽量なワークに対して工具を保持した主軸側が重くなるため、これとは逆の場合に比べて、相対移動速度や慣性力などの点から不利な場合が生じる。

本発明の目的は、ワークの大きさや重量が変わっても、最も効率的な加工を実現できる
加工システムおよび加工方法を提供することにある。

本発明の加工システムおよび加工方法は、ワークと工具とを相対移動させながら、ワークを工具によって加工する際、ワークと工具とのいずれかを他に対して移動させるかを選択できるようにした点に特徴がある。

本発明の加工システムは、ワークと工具とを相対移動させながら、ワークを工具によって加工する加工システムであって、テーブル手段と、このテーブル手段に対して可動部材を移動させる移動手段とを備え、前記移動手段の可動部材には、ワークおよび工具を選択的にかつ交換可能に取り付けるための第１のホルダ手段が設けられ、前記テーブル手段には、前記第１のホルダ手段に取り付けられたワークおよび工具のいずれかに対応する工具およびワークを選択的かつ交換可能に取り付けるための第２のホルダ手段が設けられ、 前記第１のホルダ手段は、前記可動部材に取り付けられた保持機構と、この保持機構に保持され前記ワークおよび工具のいずれかを回転可能に支持した主軸ユニットとを含んで構成され、前記第２のホルダ手段は、前記工具およびワークのいずれかを保持する保持機構と、この保持機構を回転駆動させる回転駆動手段とを含んで構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、第１のホルダ手段にワークおよび工具のいずれかを選択して取り付けるとともに、この第１のホルダ手段に取り付けられたワークおよび工具のいずれかに対応する工具またはワークを選択して第２のホルダ手段に取り付ける。たとえば、第１のホルダ手段に工具を取り付けるとともに、第２のホルダ手段にワークを取り付ける。この状態において、移動手段を動作させ、第１のホルダ手段に取り付けられた工具を、第のホルダ手段に取り付けられたワークに対して移動させながら、ワークを工具によって加工する。

本発明では、第１および第２のホルダ手段には、ワークおよび工具が選択的に取り付けできるようになっているから、ワークの大きさや重量が変わっても、最も効率的な加工を実現できる。つまり、ワークが大重量などの場合では、ワークを第２のホルダ手段（テーブル手段）側に取り付けるとともに、工具を第１のホルダ手段（移動手段）側に取り付け、この状態において、工具を移動手段によって移動させながら加工を行う。一方、ワークが微細、軽量などの場合では、ワークを第１のホルダ手段（移動手段）側に取り付けるとともに、工具を第２のホルダ手段（テーブル手段）側に取り付け、この状態において、ワークを移動手段によって移動させながら加工を行う。従って、ワークの大きさや重量が変わっても、相対移動速度や慣性力の点から、最も効率的かつ高精度な加工を実現できる。
また、第１のホルダ手段は、移動機構の可動部材に取り付けられた一方の結合・分離要素と、ワークおよび工具のいずれかを保持した他方の結合・分離要素とを含んで構成され、これらが互いに結合可能かつ分離可能であるから、両者の結合・分離機能により、移動機構の可動部材に対して、ワークおよび工具のいずれかを装着、取外しできる。従って、第１のホルダ手段に対するワークおよび工具の交換作業を容易にかつ迅速に行うことができる。

本発明の加工システムは、さらに、前記第１および第２のホルダ手段に取り付けられるワークおよび工具の少なくとも一方をストックしておくためのストッカ手段と、このストッカ手段にストックされたワーク、工具を取り出して前記第１のホルダ手段および前記第２のホルダ手段に取り付けるために、これらを搬送する搬送手段と、前記移動手段および前記搬送手段を制御する制御手段とを備えていることが好ましい。
この構成によれば、さらに、ストッカ手段、搬送手段および制御手段を備えているから、制御手段によって搬送手段を制御しながら、ストッカ手段にストックされたワークおよび工具の中からいずれかを選択して搬送し、第１および第２のホルダ手段に保持させることができる。従って、第１および第２のホルダ手段に対する工具およびワークの交換作業を自動的にかつ能率的に行うことができる。また、制御手段によって移動手段の移動を制御しながら、加工を行うことができるから、予め移動手段の移動経路をプログラムしておけば、予め設定した経路に従って自動的に運転することができる。

本発明の加工システムにおいて、前記ストッカ手段は、加工前または加工後の前記ワークを測定する測定機器を含んで前記ワークおよび工具を格納しているとともに、前記制御手段は、さらに、前記測定機器により測定された測定結果を表示する表示手段および前記測定結果と予め設定記憶された設定値とを比較しながら次の加工時に修正動作を実行する修正動作演算手段を有することが好ましい。
この構成によれば、ストッカ手段の中から測定機器を選択し、この測定機器を工具が取り付けられていた側のホルダ手段に装着すれば、測定機器を使って加工されたワークの形状や寸法などを測定することができる。しかも、その測定結果は表示手段に表示されるとともに、その測定結果と予め設定記憶された設定値とが比較されながら次の加工時に修正動作が実行されるから、同じワークを連続的に加工する場合でも、一定の精度を確保しながら加工することができる。

本発明の加工システムにおいて、前記主軸ユニットは、ユニット本体と、このユニット本体に回転可能に支持された主軸と、この主軸に前記工具およびワークのいずれかを保持するチャック機構と、前記主軸を回転させるエアータービンとを備えて構成され、前記一対の結合・分離要素間には、他方の結合・分離要素が一方の結合・分離要素に結合された際、エアーが、一方の結合・分離要素から他方の結合・分離要素を通じて前記エアータービンに供給されるエアー流路が形成されていることが好ましい。（請求項７）
この構成によれば、他方の結合・分離要素を一方の結合・分離要素に結合すると、エアーが、一方の結合・分離要素から他方の結合・分離要素を通じて、主軸ユニットのエアータービンに供給されるエアー流路が形成される。この状態において、エアーを供給すれば、エアータービンの回転によって主軸を回転させることができる。従って、他方の結合・分離要素を一方の結合・分離要素に結合するだけで、主軸ユニットの主軸（工具またはワーク）を回転させることができるから、工具およびワークの交換も容易に行うことができる。

本発明の加工システムにおいて、前記一対の結合・分離要素のうち、片方の結合・分離要素には前記エアー流路を形成するエアー配管が突出形成され、他の片方の結合・分離要素には前記エアー配管が挿入される係合孔が形成され、このエアー配管と係合孔とによって前記一対の結合・分離要素が結合可能かつ分離可能に構成されていることが好ましい。
この構成によれば、エアー流路を構成するエアー配管が片方の結合・分離要素に突出形成され、このエアー配管が挿入される係合孔が他の片方の結合・分離要素に形成されているから、一対の結合・分離要素が結合されると、エアー流路が形成されるとともに、エアー配管と係合孔との嵌合によって、一対の結合・分離要素を結合可能かつ分離可能にできる。

本発明の加工システムにおいて、前記第２のホルダ手段は、互いに結合可能かつ分離可能な一対の結合・分離要素を含んで構成され、前記一対の結合・分離要素のうちの一方の結合・分離要素が前記テーブル手段に取り付けられ、他方の結合・分離要素には、前記保持機構および回転駆動手段が設けられていることが好ましい。
この構成によれば、テーブル手段に取り付けられた一方の結合・分離要素と、ワークお
よび工具のいずれかを保持した他方の結合・分離要素とが、互いに結合可能かつ分離可能
であるから、両者の結合・分離機能により、テーブル手段に対して、ワークおよび工具の
いずれかを装着、取外しできる。従って、第２のホルダ手段に対するワークおよび工具の
交換作業を容易にかつ迅速に行うことができる。

本発明の加工システムにおいて、前記移動手段は、前記可動部材を、互いに直交する三軸方向へ移動させる３つの軸駆動機構を備え、各軸駆動機構はリニアモータで駆動されることが好ましい。
この構成によれば、移動機構が３つの軸駆動機構によって互いに直交する三軸方向へ移動できるとともに、各軸駆動機構はリニアモータで駆動されるから、高速かつ高精度な加工が実現できる。

本発明の加工方法は、ワークと工具とを相対移動させながら、ワークを工具によって加工する加工方法であって、テーブル手段と、このテーブル手段に対して可動部材を移動させる移動手段と、前記移動手段の可動部材に設けられ前記ワークおよび工具を選択的にかつ交換可能に取り付けるための第１のホルダ手段と、前記テーブル手段に設けられ前記移動手段に取り付けられたワークおよび工具のいずれかに対応する工具またはワークを選択的かつ交換可能に保持する第２のホルダ手段とを用意するとともに、前記第１のホルダ手段は、前記可動部材に取り付けられた保持機構と、この保持機構に保持され前記ワークおよび工具のいずれかを回転可能に支持した主軸ユニットとを含んで構成し、前記第２のホルダ手段は、前記工具およびワークのいずれかを保持する保持機構と、この保持機構を回転駆動させる回転駆動手段とを含んで構成するよう準備する準備工程と、前記第１のホルダ手段にワークおよび工具のいずれかを選択して保持するとともに、この第１のホルダ手段に保持されたワークおよび工具と対応する工具またはワークを前記第２のホルダ手段に保持するワークおよび工具の装着工程と、 前記移動手段を移動させながら、前記第１のホルダ手段に保持されたワークおよび工具のいずれかと、これに対応して第２のホルダ手段に保持された工具またはワークとでワークを加工する加工工程とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、準備工程において、テーブル手段、移動手段、第１のホルダ手段、および、第２のホルダ手段を用意したのち、装着工程において、第１のホルダ手段にワークおよび工具のいずれかを選択して保持させるとともに、この第１のホルダ手段に保持されたワークおよび工具と対応する工具またはワークを第２のホルダ手段に保持させる。こののち、加工工程において、移動手段を移動させながら、第１のホルダ手段に保持されたワークおよび工具のいずれかと、これに対応して第２のホルダ手段に保持された工具またはワークとでワークを加工する。
本発明では、第１および第２のホルダ手段には、ワークおよび工具が選択的に取り付けできるようになっているから、ワークの大きさや重量が変わっても、前述と同様な作用によって、最も効率的な加工を実現できる。

本発明の加工方法において、前記準備工程は、さらに、前記第１および第２のホルダ手段に取り付けられるワークおよび工具の少なくとも一方をストックしておくためのストッカ手段と、このストッカ手段にストックされたワーク、工具を取り出して前記第１のホルダ手段および前記第２のホルダ手段に取り付けるために、これらを搬送する搬送手段とを用意する工程を含み、前記装着工程は、前記ストッカ手段にストックされたワークおよび工具を前記搬送手段によって搬送し、前記第１のホルダ手段にワークおよび工具のいずれかを選択して保持させるとともに、この第１のホルダ手段に保持されたワークおよび工具と対応する工具またはワークを前記第２のホルダ手段に保持させることが好ましい。
この構成によれば、さらに、ストッカ手段および搬送手段を備えているから、搬送手段によって、ストッカ手段にストックされたワークおよび工具の中からいずれかを選択して搬送し、第１および第２のホルダ手段に保持させることができる。従って、第１および第２のホルダ手段に対する工具およびワークの交換作業を自動的にかつ能率的に行うことができる。

本発明の加工方法は、さらに、加工されたワークを測定する測定工程を備えることが好ましい。
この構成によれば、加工前または加工後のワークを測定する測定工程を備えているから、加工されたワークの形状や寸法などを測定することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には本実施形態の加工システムが示されている。本実施形態の加工システムは、ワークと工具とを相対移動させながら、ワークを工具によって加工するシステムであって、移動手段としての三次元移動機構１０と、テーブル手段６０と、ストッカ手段８０と、搬送手段９０と、制御手段１００とを備える。

三次元移動機構１０は、図２に示すように、テーブル手段６０に対して、可動部材であるＺ軸スライダ１１を互いに直交する三軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向）へ移動させる３つの軸駆動機構を備えて構成されている。つまり、Ｘ軸駆動機構１２Ｘ、Ｙ軸駆動機構１２ＹおよびＺ軸駆動機構１２Ｚを備えて構成されている。

Ｙ軸駆動機構１２Ｙは、前後方向に沿って配置された左右一対のガイドレール１３と、このガイドレール１３間に掛け渡されたＹ軸ビーム１４と、このＹ軸ビーム１４をガイドレール１３に沿って前後方向（Ｙ軸方向）へ移動させるリニアモータ１５とから構成されている。一方のガイドレール１３とＹ軸ビーム１４の一端側との間には、Ｙ軸ビーム１４のＹ軸方向の位置（移動変位量）を検出する変位検出器１６が設けられている。変位検出器１６は、一方のガイドレール１３に沿って配設されたスケール１７と、Ｙ軸ビーム１４の一端側にスケール１７に対して僅かなギャップを介して対向配置された検出ヘッド１８とから構成されている。

Ｘ軸駆動機構１２Ｘは、Ｙ軸ビーム１４上に移動可能に設けられたＸ軸スライダ１９と、このＸ軸スライダ１９をＹ軸ビーム１４に沿って左右方向（Ｘ軸方向）へ移動させるリニアモータ２０とから構成されている。Ｘ軸スライダ１９とＹ軸ビーム１４との間には、Ｘ軸スライダ１９のＸ軸方向の位置（移動変位量）を検出する変位検出器（図示省略）が設けられている。この変位検出器は、変位検出器１６と同じ構成であるため、説明を省略する。

Ｚ軸駆動機構１２Ｚは、Ｘ軸スライダ１９に取り付けられ上下方向に沿って伸びるＺ軸ガイドプレート２１と、このＺ軸ガイドプレート２１に沿って移動可能に設けられたＺ軸スライダ（可動部材）１１と、このＺ軸スライダ１１をＺ軸ガイドプレート２１に沿って上下方向へ移動させるリニアモータ２２とから構成されている。Ｚ軸スライダ１１とＺ軸ガイドプレート２１との間には、Ｚ軸スライダ１１のＺ軸方向の位置（移動変位量）を検出する変位検出器（図示省略）が設けられている。この変位検出器も、変位検出器１６と同じ構成であるため、説明を省略する。

Ｚ軸スライダ１１（三次元移動機構１０の可動部材）には、ワークおよび工具を選択的にかつ交換可能に取り付けるための第１のホルダ手段３０が設けられている。第１のホルダ手段３０は、互いに結合可能かつ分離可能な一対の結合・分離要素３１，４１を含んで構成されている。

一対の結合・分離要素３１，４１のうちの一方の結合・分離要素３１は、図３に示すように、Ｚ軸スライダ１１に取付プレート３２を介して取り付けられた連結プレート３３と、この連結プレート３３の正面中央に配置された位置決めブロック３４と、この位置決めブロック３４を挟んで連結プレート３３の正面両側に配置されたエアー供給ブロック３５とから構成されている。
位置決めブロック３４には、中央に係合孔３４Ａが形成されているとともに、この係合孔３４Ａを中心とする左右上下位置に正方形状の突起部３４Ｂが形成されている。エアー供給ブロック３５には、正面中央に係合孔３５Ａが形成されているとともに、上面に係合孔３５Ａに連通するエアー配管３５Ｂが突設されている。

一対の結合・分離要素３１，４１のうちの他方の結合・分離要素４１は、図４に示すように、一方の結合・分離要素３１と結合可能かつ分離可能な連結プレート４３と、この連結プレート４３の正面中央に設けられワークおよび工具のいずれかを保持した保持機構４４と、この保持機構４４を挟んで連結プレート４３の正面両側に配置されたエアー供給ブロック４５とから構成されている。
連結プレート４３の裏面には、図５に示すように、一方の結合・分離要素３１の位置決めブロック３４に形成された係合孔３４Ａおよび突起部３４Ｂに着脱可能に係合される係合軸部４３Ａおよび係止部４３Ｂが形成されているとともに、エアー供給ブロック３５の係合孔３５Ａに着脱可能に挿入されるエアー配管４３Ｃが突設されている。

保持機構４４は、図６に示すように、工具およびワークのいずれかを回転可能に支持した主軸ユニット５１を交換可能に保持している。主軸ユニット５１は、ユニット本体５２と、このユニット本体５２に空気軸受を介して回転可能に支持された主軸５３と、この主軸５３に設けられを工具およびワークのいずれか保持するチャック機構５４と、前記主軸５３を回転させるエアータービン（図示省略）とを備えて構成されている。ユニット本体５２の上面には、主軸５３を回転可能に支持する空気軸受とエアータービンとにエアーを供給するためのエアー配管５５が取り付けられている。

エアー供給ブロック４５には、底面にエアー配管５５に連通するエアー配管（図示省略）が設けられている。このエアー配管とユニット本体５２に形成されたエアー配管５５がエアーチューブ５６を介して接続されている。
これにより、他方の結合・分離要素４１が一方の結合・分離要素３１に結合されると、エアーが、一方の結合・分離要素３１から他方の結合・分離要素４１を通じてエアータービンに供給されるエアー流路が形成されているとともに、エアー配管４３Ｃと係合孔３５Ａとによって一対の結合・分離要素３１，４１が結合可能かつ分離可能に構成されている。

テーブル手段６０は、図７に示すように、ワークおよび工具を選択的に取り付けるためのもので、定盤などのテーブル６１を備えている。テーブル６１は、三次元移動機構１０を載置できる大きさを有するものでもよく、あるいは、三次元移動機構１０を載置した台とは別のテーブルでもよい。テーブル６１には、第１のホルダ手段３０に取り付けられたワークおよび工具のいずれかに対応する工具またはワークを選択的かつ交換可能に保持する第２のホルダ手段６２が設けられている。

第２のホルダ手段６２は、テーブル手段６０のテーブル６１に固定されたベースプレート６３と、このベースプレート６３に取り付けられワークおよび工具のいずれかを保持する保持機構６４と、この保持機構６４をベースプレート６３に対して回転駆動させる回転駆動手段６８とを含んで構成されている。保持機構６４は、チャック本体６５と、このチャック本体６５の上面に１２０度間隔で配置され中心へ向かって同時に進退可能に構成された３つのチャック片６６と、これら３つのチャック片６６を同時に進退させる開閉用駆動源６７とから構成されている。

ストッカ手段８０は、第１のホルダ手段３０および第２のホルダ手段６２に保持される工具を格納した工具ストッカ８１と、第１のホルダ手段３０および第２のホルダ手段６２に保持されるワークを格納したワークストッカ８２とを備えている。なお、これらの工具ストッカ８１およびワークストッカ８２は、三次元移動機構１０の横に配列されている。

工具ストッカ８１は、図８に示すように、複数種の工具を格納しておくためのストッカ台８３を備えている。ストッカ台８３上に格納される工具は、工具のみの状態、あるいは、他方の結合・分離要素４１にチャック機構５４を介して取り付けられた状態で格納されている。また、ストッカ台８３上には、主軸５３の先端にチャック機構５４を有する他方の結合・分離要素４１のみ、あるいは、加工前または加工後のワークを測定する測定機器なども格納されている。

工具としては、ドリル、エンドミルなどの回転切削工具、砥石などの回転研削工具、バイトなどの刃具のほか、超音波振動工具なども格納されている。測定機器としては、ワークに接触した際にタッチ信号を発するタッチ信号プローブ８４などが格納されている。
ワークストッカ８２は、図示省略するが、工具ストッカと同様に、複数のワークをストックしておくためのストッカ台を備えている。

搬送手段９０は、ストッカ手段８０に格納されたワーク、工具を取り出して第１のホルダ手段３０（三次元移動機構１０側のホルダ手段）および第２のホルダ手段６２（テーブル手段側のホルダ手段）に取り付けるために、これらを搬送するもので、図９に示すロボット搬送機構９１を備えている。ロボット搬送機構９１は、三次元移動機構１０およびストッカ手段８０の並設方向（Ｘ軸方向）に沿って配置されたガイドレール９２と、このガイドレール９２に沿って移動可能に設けられたＸ軸スライダ９３と、このＸ軸スライダ９３に立設されたコラム９４と、このコラム９４に沿って上下方向（Ｚ軸方向）に昇降可能に設けられたＺ軸スライダ９５と、このＺ軸スライダ９５にＹ軸方向へスライド可能に設けられたＹ軸アーム９６と、このＹ軸アーム９６の先端にＸ軸と平行な軸を支点として旋回可能に設けられた旋回アーム９７と、この旋回アーム９７の先端に設けられた把持機構９８とから構成されている。

制御手段１００は、三次元移動機構１０、テーブル手段６０およびロボット搬送機構９１を制御するもので、測定機器により測定された測定結果を表示する表示手段１０１や測定結果と予め設定記憶された設定値とを比較しながら次の加工時に修正動作を実行する修正動作演算手段１０２などを有する。

次に、本実施形態の作用を説明する。
三次元移動機構１０の第１のホルダ手段３０にワークおよび工具のいずれかを選択して取り付けるとともに、この第１のホルダ手段３０に取り付けられたワークおよび工具のいずれかに対応する工具またはワークを選択して第２のホルダ手段６２に取り付ける。
たとえば、第１のホルダ手段３０に工具を取り付けるとともに、第２のホルダ手段６２にワークを取り付ける。具体的には、ロボット搬送機構９１の動作により、工具ストッカ８１の中から加工に必要な工具を選択し、三次元移動機構１０の位置まで搬送したのち、第１のホルダ手段３０に取り付ける。また、ワークストッカ８２の中から加工しようとするワークを選択し、テーブル手段６０の位置まで搬送したのち、テーブル手段６０の保持機構６４に保持させる。

この際、第１のホルダ手段３０に工具を取り付けるにあたっては、第１のホルダ手段３０を構成する他方の結合・分離要素４１を一方に結合・分離要素３１から外したのち、工具ストッカ８１の中から工具が装着されている他方の結合・分離要素４１を選択し、これを三次元移動機構１０の位置まで搬送したのち、一方の結合・分離要素３１に対して結合させる。すると、他方の結合・分離要素４１のエアー配管４３Ｃが一方の結合・分離要素３１の係合孔３５Ａに挿入され、両者が位置決め結合されるとともに、エアーが、一方の結合・分離要素３１から他方の結合・分離要素４１を通じて、主軸ユニット５１のエアータービンに供給されるエアー流路が形成される。この状態において、エアーを供給すれば、エアータービンの回転によって主軸５３を回転される。

逆に、第１のホルダ手段３０にワークを取り付けるとともに、第２のホルダ手段６２に工具を取り付けるには、ロボット搬送機構９１の動作により、ワークストッカ８２の中から加工しようとするワークを選択し、三次元移動機構１０の位置まで搬送したのち、第１のホルダ手段３０に取り付ける。また、工具ストッカ８１の中から加工に必要な工具を選択し、テーブル手段６０の位置まで搬送したのち、テーブル手段６０の保持機構６４に保持させる。

このようにして、第１のホルダ手段３０に工具およびワークを選択して取り付けるとともに、これに対応するワークおよび工具のいずれかを第２のホルダ手段６２に取り付けたのち、加工を行う。
加工は、三次元移動機構１０を三次元方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向）へ移動させながら、第１のホルダ手段３０および第２のホルダ手段６２に保持された工具およびワークを相対移動させながら、ワークを工具によって加工する。
この際、たとえば、第１のホルダ手段３０に工具を、第２のホルダ手段６２にワークを取り付けた場合、ワークを静止状態とし、工具を回転させながら、ワークを工具によって加工する。また、第１のホルダ手段３０にワークを、第２のホルダ手段６２に工具を取り付けた場合、ワークを静止状態とし、工具を回転させながら、ワークを工具によって加工する。

加工終了後、必要に応じて、測定を行う。たとえば、第１のホルダ手段３０に工具を、第２のホルダ手段６２にワークを取り付けた状態で加工を行った場合、測定では、第１のホルダ手段３０を構成する他方の結合・分離要素４１を一方に結合・分離要素３１から外したのち、工具ストッカ８１の中から測定機器が装着されている他方の結合・分離要素４１を選択し、これを三次元移動機構１０の位置まで搬送したのち、一方の結合・分離要素３１に対して結合させる。
この状態において、三次元移動機構１０を三次元方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向）へ移動させながら、第１のホルダ手段３０および第２のホルダ手段６２に保持された測定機器およびワークを相対移動させながら、ワークを測定機器によって測定する。

たとえば、測定機器として、ワークに接触した際にタッチ信号を発するタッチ信号プローブを取り付けて測定を行うと、タッチ信号プローブがワークに接触する毎に、タッチ信号が発せられる。すると、制御手段１００の演算手段１０２において、タッチ信号プローブからタッチ信号が発せられる毎に、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸における変位検出器の値を読み取り、これらのデータを基にタッチ信号プローブが接触したワークの座標位置を演算し、これを表示手段１０１に表示する。また、その測定結果と予め設定記憶された設定値とを比較しながら次の加工時に修正動作を実行する。つまり、測定結果が予め設定記憶された設定値に一致するように、三次元移動機構１０の移動動作を制御する。従って、同じワークを連続的に加工する場合でも、一定の精度を確保しながら加工することができる。

本実施形態によれば、次の作用効果が期待できる。
（１）第１のホルダ手段３０および第２のホルダ手段６２には、ワークおよび工具が選択的に取り付けできるようになっているから、ワークの大きさや重量が変わっても、最も効率的かつ高精度な加工を実現できる。

（２）ストッカ手段８０、搬送手段９０および制御手段１００を備えているから、制御手段１００によって搬送手段９０を制御しながら、ストッカ手段８０にストックされたワークおよび工具の中からいずれかを選択して搬送し、第１のホルダ手段３０および第２のホルダ手段６２に保持させることができる。従って、第１のホルダ手段３０および第２のホルダ手段６２に対する工具およびワークの交換作業を自動的にかつ能率的に行うことができる。また、制御手段１００によって三次元移動機構１０の移動を制御しながら、加工を行うことができるから、予め三次元移動機構１０の移動経路をプログラムしておけば、予め設定した経路に従って自動運転を行うことができる。

（３）ストッカ手段８０の中から測定機器を選択し、この測定機器を工具が取り付けられていた側のホルダ手段に装着すれば、測定機器を使って加工されたワークの形状や寸法などを測定することができる。

（４）三次元移動機構１０のＺ軸スライダ１１（可動部材）に取り付けられた一方の結合・分離要素３１と、ワークおよび工具のいずれかを保持した他方の結合・分離要素４１とが、互いに結合可能かつ分離可能であるから、両者の結合・分離機能により、三次元移動機構１０のＺ軸スライダ１１（可動部材）に対して、ワークおよび工具のいずれかを装着、取外しできる。従って、第１のホルダ手段３０に対するワークおよび工具の交換作業を容易にかつ迅速に行うことができる。

（５）他方の結合・分離要素４１が、一方の結合・分離要素３１と結合可能かつ分離可能な連結プレート４３と、ワークおよび工具のいずれかを保持した保持機構４４とを含んで構成されているから、保持機構４４について、ワークや工具毎にこれらを保持する最適な形状に形成しておけば、連結プレート４３については共通使用できる。

（６）保持機構４４には工具およびワークのいずれかを回転可能に支持する主軸ユニット５１が保持されているから、工具としてドリル、エンドミル、フライスなどの回転工具を用いて、ワークを加工することができる。

（７）他方の結合・分離要素４１を一方の結合・分離要素３１に結合すると、エアーが、一方の結合・分離要素３１から他方の結合・分離要素４１を通じて、主軸ユニット５１のエアータービンに供給されるエアー流路が形成される。従って、他方の結合・分離要素４１を一方の結合・分離要素３１に結合するだけで、主軸ユニット５１の主軸５３（工具またはワーク）を回転させることができるとともに、工具およびワークの交換も容易に行うことができる。

（８）エアー流路を構成するエアー配管４３Ｃが他方の結合・分離要素４１に突出形成され、このエアー配管４３Ｃが挿入される係合孔３４Ａが一方の結合・分離要素３１に形成されているから、一対の結合・分離要素３１，４１が結合されると、エアー流路が形成されるとともに、エアー配管４３Ｃと係合孔３４Ａとの嵌合によって、一対の結合・分離要素３１，４１を結合可能かつ分離可能にできる。

（９）第２のホルダ手段６２が、テーブル手段６０に固定されたベースプレート６３と、ワークおよび工具のいずれかを保持した保持機構６４とを含んで構成されているから、保持機構６４について、ワークや工具毎にこれらを保持する最適な形状に形成しておけば、ベースプレート６３については共通使用できる。

（10）第２のホルダ手段６２は、保持機構６４を回転駆動させる回転駆動手段６８を備えているから、ワークを回転させながら、あるいは、工具としてドリル、エンドミル、フライスなどの回転工具を用いながら、ワークを加工することができる。

（11）三次元移動機構１０が３つの軸駆動機構１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚによって互いに直交する三軸方向へ移動できるとともに、各軸駆動機構１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚはリニアモータ１５で駆動されるから、高速かつ高精度な加工が実現できる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、三次元移動機構１０側に主軸ユニット５１を有する第１のホルダ手段３０を設けるとともに、テーブル手段６０側に保持機構６４を有する第２のホルダ手段６２を設けたが、図１０に示すように、第２のホルダ手段６２を第１のホルダ手段３０と全く同一の構成としてもよい。
この場合、第２のホルダ手段６２は、ベースプレート６３に固定された一方の結合・分離要素３１と、この一方の結合・分離要素３１に対して結合可能かつ分離可能で主軸ユニット５１を有する他方の結合・分離要素４１とから構成されている。従って、第２のホルダ手段６２についても、第１のホルダ手段３０と同様に、交換可能である。また、第２のホルダ手段６２の他方の結合・分離要素４１を第１のホルダ手段３０の一方の結合・分離要素３１に対して着脱可能に構成できるとともに、第１のホルダ手段３０の他方の結合・分離要素４１を第２のホルダ手段６２の一方の結合・分離要素３１に対して着脱可能に構成できる。つまり、第１のホルダ手段３０および第２のホルダ手段６２相互に交換可能に構成できる。

また、図１１に示すように、第２のホルダ手段６２の一方の結合・分離要素３１と、ベースプレート６３との間に、二次元移動機構１１１（Ｘ軸駆動機構およびＹ軸駆動機構）を設ければ、より加工の自由度が高まる。
更に、図１２に示すように、テーブル手段６０側に設けられた第２のホルダ手段６２には、主軸ユニット５１に限らず、３つのチャック片６６が中心に向かって同時に進退する保持機構６４を設けてもよく、あるいは、他の機構でもよい。

前記実施形態では、第１のホルダ手段３０および第２のホルダ手段６２の両方が、工具またはワークを回転させる機能を備えていたが、第１のホルダ手段３０および第２のホルダ手段６２の両方が工具またはワークを回転させる機能を備えてなくてもよく、少なくとも片方が回転させる機能を備えていれば充分である。

前記実施形態では、ストッカ手段８０および搬送手段９０（ロボット搬送機構９１）を備え、これらによって工具およびワークの交換が自動的に行えるように構成されていたが、これらを省略して、工具およびワークを手動で、つまり、作業者が第１のホルダ手段３０および第２のホルダ手段６２に装着したり、取り外したりするようにしてもよい。

前記実施形態では、制御手段１００を備え、この制御装置１００によって、三次元移動機構１０、テーブル手段６０およびロボット搬送機構９１の全ての機構や手段を制御するようにしたが、少なくとも、三次元移動機構１０の動作のみを制御するようにして、他の動作制御は作業者が自ら行うようにしてもよい。

前記実施形態では、第１のホルダ手段３０を結合分離可能な一対の結合・分離要素３１，４１を含んで構成したが、可動部材であるＺ軸スライダ１１にチャック手段（第１のホルダ手段の相当）を設け、このチャック手段に工具およびワークを選択して取り付けるようにしてもよい。この際、Ｚ軸スライダ１１に主軸を回転可能に設け、この主軸にチャック手段（第１のホルダ手段の相当）を設けるようにしてもよい。

前記実施形態では、第２のホルダ手段６２を、テーブル６１に固定されたベースプレート６３と、ワークおよび工具のいずれかを保持する保持機構６４と、この保持機構６４をベースプレート６３に対して回転駆動させる回転駆動手段６８とを含んで構成したが、これに限られない。

例えば、第１のホルダ手段３０と同様に、互いに結合可能かつ分離可能な一対の結合・分離要素を含んで構成してもよい。この際、一対の結合・分離要素のうちの一方の結合・分離要素をテーブル手段６０のテーブル６１に取り付けるとともに、他方の結合・分離要素には、ワークおよび工具のいずれかを保持する保持機構を設ける。更に、他方の結合・分離要素には、保持機構を回転駆動する回転駆動手段を設ければ、第１のホルダ手段３０と同様な作用効果が期待できる。
あるいは、テーブル手段６０のテーブル６１にチャック手段（第２のホルダ手段の相当）を設け、このチャック手段に工具およびワークを選択して取り付けるようにしてもよい。この際、テーブル６１に主軸を回転可能に設け、この主軸にチャック手段（第１のホルダ手段の相当）を設けるようにしてもよい。

前記実施形態では、移動手段として三次元駆動機構１０を用い、この三次元駆動手段１０によって第１のホルダ手段３０を三次元方向へ移動させるようにしたが、移動手段としては、三次元駆動機構１０に限られない。たとえば、一次元あるいは二次元移動機構などでもよい。

前記実施形態では、搬送手段としてロボット搬送機構９１を用いたが、これに限らず、ストッカ手段８０に格納された工具およびワークを第１および第２のホルダ手段３０，６２に搬送できる機構であれば、他の構成でもよい。

前記実施形態では、ストッカ手段８０を、工具ストッカ８１とワークストッカ８２とを備えて構成し、工具およびワークをこれらに分けて格納するようにしたたが、これら（工具およびワーク）を一緒に格納する１つのストッカであってもよい。

前記実施形態において、加工工程（測定工程）よりも前に、誤差記憶工程を実行し、この誤差記憶工程で記憶された誤差を加工工程または測定工程の動作から修正するようにすれば、三次元移動機構１０の移動誤差を加工工程や測定工程の動作から補正できるから、より高精度な加工や測定が期待できる。
具体的には、誤差記憶工程では、まず、テーブル手段６０に第２のホルダ手段６２を装着する前に、テーブル手段６０に二次元位置検出スケールを配置するとともに、第１のホルダ手段３０に二次元位置検出スケールに対して光を照射しその二次元位置検出スケールからの反射光を受光して二次元位置検出スケール上の座標位置を検出するセンサを取り付ける。この状態において、テーブル手段６０に対して三次元移動機構１０を移動させ、その際の移動位置指令値とセンサによって検出された二次元位置検出スケール上の座標位置との誤差を記憶する。これによって記憶された誤差を加工工程または測定工程の動作から修正する。
なお、二次元位置検出スケールは、交差格子スケールとも呼ばれるもので、スケール上に光を当てその反射光の干渉を検出することで、平面上の位置を検出することができる。

前記実施形態では、ワークを工具によって加工する例について説明したが、本発明の加工システムは、基板に部品を組み付ける場合にも適用できる。
たとえば、図１３に示すように、テーブル手段６０側に設けられる第２のホルダ手段６２は、ベースプレート６３に固定された一方の結合・分離要素３１と、この一方の結合・分離要素３１に対して結合可能かつ分離可能な他方の結合・分離要素４１とから構成されている。他方の結合・分離要素４１は、一方の結合・分離要素３１に対して結合可能かつ分離可能な連結プレート４３のみによって構成されている。連結プレート４３には、基板１１２を保持する保持手段として真空チャックが設けられている。なお、第１のホルダ手段３０には、部品をつかむための把持機構（開閉可能な複数の把持爪）が設けられているが、これに限られない。

組み付けにあたっては、第２のホルダ手段６２に基板１１２を保持するとともに、三次元移動機構１０を動作させて第１のホルダ手段３０に部品を保持させる。この場合、第１のホルダ手段３０の移動範囲内に予め部品がストックされている。こののち、三次元移動機構１０を動作させて第１のホルダ手段３０に保持した部品を第２のホルダ手段６２に保持された基板１１２に組み付ける。なお、第１のホルダ手段３０のチャック機構５４に代えて、真空チャックであってもよい。

本発明は、超小型部品、半導体装置部品、コネクタ部品などの微細ワークの加工に利用できる他、一般的な大きさ、重量のワークの加工にも利用することができる。

本発明の一実施形態に係る加工システムを示す平面図。 同上実施形態の三次元移動機構およびテーブル手段を示す斜視図。 同上実施形態の第１のホルダ手段（一方の結合・分離要素）を示す斜視図。 同上実施形態の第１のホルダ手段（他方の結合・分離要素）を示す斜視図。 同上実施形態の第１のホルダ手段（他方の結合・分離要素）の背面を示す図。 同上第１のホルダ手段（他方の結合・分離要素）の保持機構および主軸ユニットを示す分解斜視図。 同上実施形態の第２のホルダ手段を示す斜視図。 同上実施形態の工具ストッカを示す斜視図。 同上実施形態のロボット搬送機構を示す斜視図。 本発明の他の実施形態の三次元移動機構およびテーブル手段を示す斜視図。 上記他の実施形態の変形例を示す斜視図。 上記他の実施形態の更に異なる変形例を示す斜視図。 本発明の更に他の実施形態の三次元移動機構およびテーブル手段を示す斜視図。

符号の説明

１０…三次元移動機構、
１１…Ｘ軸スライダ（可動部材）、
１２Ｘ，１２Ｙ，１２Ｚ…Ｘ，Ｙ，Ｚ軸駆動機構、
３０…第１のホルダ手段、
３１…結合・分離要素、
３５Ａ…係合孔、
４１…結合・分離要素、
４３…連結プレート、
４４…保持機構、
５１…主軸ユニット、
５２…ユニット本体、
５３…主軸、
５４…チャック機構、
５５…エアー配管、
６０…テーブル手段、
６２…第２のホルダ手段、
６３…ベースプレート、
６４…保持機構、
６８…回転駆動手段、
８０…ストッカ手段、
８１…工具ストッカ、
８２…ワークストッカ、
９０…搬送手段、
９１…ロボット搬送機構、
１００…制御手段、
１０１…表示手段、
１０２…演算手段。

Claims (11)

1. ワークと工具とを相対移動させながら、ワークを工具によって加工する加工システムで
   あって、
   テーブル手段と、このテーブル手段に対して可動部材を移動させる移動手段とを備え、
   前記移動手段の可動部材には、ワークおよび工具を選択的にかつ交換可能に取り付ける
   ための第１のホルダ手段が設けられ、
   前記テーブル手段には、前記第１のホルダ手段に取り付けられたワークおよび工具のい
   ずれかに対応する工具およびワークを選択的かつ交換可能に取り付けるための第２のホル
   ダ手段が設けられ、
   前記第１のホルダ手段は、前記可動部材に取り付けられた保持機構と、この保持機構に保持され前記ワークおよび工具のいずれかを回転可能に支持した主軸ユニットとを含んで構成され、
   前記第２のホルダ手段は、前記工具およびワークのいずれかを保持する保持機構と、この保持機構を回転駆動させる回転駆動手段とを含んで構成されていることを特徴とする加工システム。
2. 請求項１に記載の加工システムは、さらに、
   前記第１および第２のホルダ手段に取り付けられるワークおよび工具の少なくとも一方
   をストックしておくためのストッカ手段と、
   このストッカ手段にストックされたワーク、工具を取り出して前記第１のホルダ手段お
   よび前記第２のホルダ手段に取り付けるために、これらを搬送する搬送手段と、
   前記移動手段および前記搬送手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする
   加工システム。
3. 請求項２に記載の加工システムにおいて、
   前記ストッカ手段は、加工前または加工後の前記ワークを測定する測定機器を含んで前
   記ワークおよび工具を格納しているとともに、
   前記制御手段は、さらに、前記測定機器により測定された測定結果を表示する表示手段
   および前記測定結果と予め設定記憶された設定値とを比較しながら次の加工時に修正動作
   を実行する修正動作演算手段を有することを特徴とする加工システム。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の加工システムにおいて、
   前記第１のホルダ手段は、互いに結合可能かつ分離可能な一対の結合・分離要素を含ん
   で構成され、
   前記一対の結合・分離要素のうちの一方の結合・分離要素が前記可動部材に取り付けら
   れ、他方の結合・分離要素には、前記保持機構および前記主軸ユニットが設けられていることを特徴とする加工システム。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の加工システムにおいて、
   前記主軸ユニットは、ユニット本体と、このユニット本体に回転可能に支持された主軸
   と、この主軸に前記工具およびワークのいずれかを保持するチャック機構と、前記主軸を
   回転させるエアータービンとを備えて構成され、
   前記一対の結合・分離要素間には、他方の結合・分離要素が一方の結合・分離要素に結
   合された際、エアーが、一方の結合・分離要素から他方の結合・分離要素を通じて前記エ
   アータービンに供給されるエアー流路が形成されていることを特徴とする加工システム。
6. 請求項５に記載の加工システムにおいて、
   前記一対の結合・分離要素のうち、片方の結合・分離要素には前記エアー流路を形成す
   るエアー配管が突出形成され、他の片方の結合・分離要素には前記エアー配管が挿入され
   る係合孔が形成され、このエアー配管と係合孔とによって前記一対の結合・分離要素が結
   合可能かつ分離可能に構成されていることを特徴とする加工システム。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の加工システムにおいて、
   前記第２のホルダ手段は、互いに結合可能かつ分離可能な一対の結合・分離要素を含ん
   で構成され、
   前記一対の結合・分離要素のうちの一方の結合・分離要素が前記テーブル手段に取り付
   けられ、他方の結合・分離要素には、前記保持機構および前記回転駆動手段が設けられていることを特徴とする加工システム。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の加工システムにおいて、
   前記移動手段は、前記可動部材を、互いに直交する三軸方向へ移動させる３つの軸駆動
   機構を備え、各軸駆動機構はリニアモータで駆動されることを特徴とする加工システム。
9. ワークと工具とを相対移動させながら、ワークを工具によって加工する加工方法であっ
   て、
   テーブル手段と、このテーブル手段に対して可動部材を移動させる移動手段と、前記移
   動手段の可動部材に設けられ前記ワークおよび工具を選択的にかつ交換可能に取り付ける
   ための第１のホルダ手段と、前記テーブル手段に設けられ前記移動手段に取り付けられた
   ワークおよび工具のいずれかに対応する工具またはワークを選択的かつ交換可能に保持す
   る第２のホルダ手段とを用意するとともに、前記第１のホルダ手段は、前記可動部材に取り付けられた保持機構と、この保持機構に保持され前記ワークおよび工具のいずれかを回転可能に支持した主軸ユニットとを含んで構成し、前記第２のホルダ手段は、前記工具およびワークのいずれかを保持する保持機構と、この保持機構を回転駆動させる回転駆動手段とを含んで構成するよう準備する準備工程と、
   前記第１のホルダ手段にワークおよび工具のいずれかを選択して保持するとともに、こ
   の第１のホルダ手段に保持されたワークおよび工具と対応する工具またはワークを前記第
   ２のホルダ手段に保持するワークおよび工具の装着工程と、
   前記移動手段を移動させながら、前記第１のホルダ手段に保持されたワークおよび工具
   のいずれかと、これに対応して第２のホルダ手段に保持された工具またはワークとでワー
   クを加工する加工工程とを備えることを特徴とする加工方法。
10. 請求項９に記載の加工方法において、
    前記準備工程は、さらに、前記第１および第２のホルダ手段に取り付けられるワークお
    よび工具の少なくとも一方をストックしておくためのストッカ手段と、このストッカ手段
    にストックされたワーク、工具を取り出して前記第１のホルダ手段および前記第２のホル
    ダ手段に取り付けるために、これらを搬送する搬送手段とを用意する工程を含み、
    前記装着工程は、前記ストッカ手段にストックされたワークおよび工具を前記搬送手段
    によって搬送し、前記第１のホルダ手段にワークおよび工具のいずれかを選択して保持さ
    せるとともに、この第１のホルダ手段に保持されたワークおよび工具と対応する工具また
    はワークを前記第２のホルダ手段に保持させることを特徴とする加工方法。
11. 請求項９または請求項１０に記載の加工方法は、さらに、
    加工前または加工後のワークを測定する測定工程を備えることを特徴とする加工方法。

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