JP4559161B2

JP4559161B2 - 旋回割出装置

Info

Publication number: JP4559161B2
Application number: JP2004249072A
Authority: JP
Inventors: 清造小林
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: JP2006062045A

Description

本発明は、工作機械に設けられた旋回テーブルや主軸頭に取り付けられるアンギュラアタッチメント等の旋回位置を割り出すための旋回割出装置に関するものである。

従来より、たとえば特許文献１に記載されているような旋回テーブルを備えた工作機械が広く利用されている。また、このような工作機械において、旋回テーブル上に載置されるワークを、油圧で動作する治具により加工位置にて保持するものも一般的に知られている。

以下、旋回テーブル３２を有しているとともに、油圧ユニット３４から供給される油圧により動作する治具３３を備えた工作機械３１について、図３を基に説明する。図３は、工作機械３１及び油圧ユニット３４の説明図である。

工作機械３１は、テーブル本体３５上に、モータ３６により旋回中心軸３９周りに旋回駆動する旋回テーブル３２を設けたものであって、旋回テーブル３２上にはワーク３７を載置するためのパレット３８が取り付けられる。また、工作機械３１には、ワーク３７を加工位置にて保持するための治具３３も備えられている。該治具３３は、油圧ユニット３４から油圧回路４０、４０を介して供給される油圧を利用してワークを保持する。この油圧回路４０、４０は、旋回テーブル３２の旋回動作の邪魔にならないよう旋回中心軸３９内を通されており、旋回中心軸３９との接続部は油圧シール４１、４１・・により封止されている。

一方、旋回テーブル３２の旋回中心軸３９下端部には、旋回テーブル３２の旋回角度を検出するための角度検出器４２が備えられている。該角度検出器４２は制御装置４３と接続されており、角度検出器４２にて検出した検出値を制御装置４３へとフィードバックして、旋回テーブル３２の旋回動作を制御する。また、４４はワーク３７を加工するための工具であって、４５は該工具４４が装着される主軸頭である。
尚、角度検出方法としては、上記角度検出器４２を用いる方法以外にも、たとえば特許文献２に記載されているようなギヤピッチ誤差を補正しながら行うものもある。

特開平６−４７６４６号公報特開平３−２８８９０８号公報

上記のような工作機械においては、旋回テーブル上に載置されるワークを正確な加工位置に旋回割出しなければならないため、旋回テーブルの旋回角度を正確に制御する必要がある。そのために、上記角度検出器が備えられてはいるものの、上記工作機械においては、旋回テーブルの旋回時に旋回テーブルと油圧シールとの間にシール抵抗が生じ、該シール抵抗により旋回テーブルにねじり歪みが生じるため、角度検出器にて検出された検出値と実際にワークが旋回割出された位置とに差異が生じてしまう。

したがって、このような角度検出器では正確な旋回位置を割り出すことができなかった。また、当然のことながら、ギヤピッチの誤差を補正したところで、シール抵抗による誤差を補正することはできず、上記問題を解決するには至らない。
また、シール抵抗による誤差を生じさせないために、旋回中心軸のねじり剛性を大きくすることも考えられる。しかしながら、旋回テーブルやテーブル本体、モータ等の旋回割出装置の大型化が要求されるため、小型の工作機械には適さない上、大型の工作機械であってもコンパクト化を阻害する要因となったり、設計自由度が狭められる等の問題を発生してしまう。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、旋回中心軸内に流体回路を有する旋回割出装置において、より精度の高い旋回割出を制御可能とする旋回割出装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、旋回中心軸を有し、固定部に対して旋回中心軸を中心に旋回自在な旋回手段と、該旋回手段を駆動する駆動手段と、前記旋回手段の旋回時に前記旋回中心軸の旋回角度を検出するための旋回角度検出手段と、該旋回角度検出手段により検出された検出値を基に前記旋回手段を任意の旋回位置へと旋回割出する制御手段とを備えるとともに、前記旋回中心軸内に流体供給源からのびる流体回路が通された旋回割出装置において、前記流体回路内の流体圧を検出するための流体圧検出手段と、該流体圧検出手段により検出される流体圧に応じて旋回角度の補正を行う補正手段とを有しており、前記補正手段は、前記流体圧検出手段により検出される流体圧に応じて旋回角度補正値を導き出し、該旋回角度補正値を基に前記旋回角度検出手段により検出される検出値を補正することを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、各流体圧毎の旋回角度補正値を各流体圧に夫々対応付けた補正パラメータが予め記憶されており、前記補正手段は、前記流体圧検出手段により検出される流体圧に対応した旋回角度補正値を基に、前記検出値を補正することを特徴とするものである。

本発明の旋回割出装置によれば、たとえ旋回中心軸内に流体回路を有することに起因した歪み等が発生したところで、該歪み等による誤差を補正した上で旋回手段の旋回割出を行うため、より精度の高い旋回割出を可能としている。また、旋回中心軸の剛性の低い小型の工作機械に備えられた場合であっても、極めて精度の高い旋回割出を可能としており、加工精度の高い工作機械の実現にもつながる。
さらに、大型の工作機械に備える際にも、その旋回中心軸の剛性を下げることができるため、旋回手段や駆動手段等の小型化、ひいては工作機械全体の小型化を図ることができる。
またさらに、従来より使用されている旋回中心軸内に流体回路を有する旋回割出装置に流体圧検出手段及び補正手段を付加するだけで構成可能であり、汎用性が高い。さらにまた、旋回割出装置を設計するにあたって、比較的長い旋回中心軸を有する構造をも採用可能であり、設計自由度が高く、汎用性が極めて高い。
加えて、加工時に各流体圧検出手段がリアルタイムで検出する圧力値に応じて旋回動作の制御を行うため、流体供給源にて設定した圧力値のみに基づくように構成するよりも、精度の高い旋回割出を可能としている。
また、特に請求項２に記載の発明によれば、予め補正パラメータが記憶されており、加工時には該補正パラメータにしたがって旋回角度の補正を行えばよく、よりスムーズな補正を可能とする上、補正手段の簡素化や、補正手段に係る負荷の軽減等を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態となる旋回割出装置が設置された工作機械１について図面を基に説明する。図１は、旋回割出装置が設置された工作機械１を示した説明図である。尚、本実施の形態において旋回割出装置は、旋回テーブル２（旋回手段）、モータ６（駆動手段）、角度検出器１２（旋回角度検出手段）、油圧回路１０（流体回路）、油圧シール１１（シール部材）、圧力センサ１６（流体圧検出手段）、及び制御装置１３（補正手段を含む）から構成される。補正手段とは、後述する補正パラメータの記憶や各流体圧に応じた補正値の導出等、補正に係る動作を制御する手段である。

工作機械１は、図示しない基台に設けられたテーブル本体５（固定部）上に、旋回テーブル２をモータ６により旋回中心軸９周りに旋回可能に設けたものである。旋回テーブル２には、割出対象であるワーク７を載置するためのパレット８が取り付けられている。また、工作機械１には、ワーク７を加工位置にて保持するための治具３が備えられている。該治具３は、油圧ユニット４（流体供給手段）から油圧回路１０、１０を介して供給される油圧を利用してワーク７を保持するものである。

油圧回路１０、１０は、旋回テーブル２の旋回中心軸９内を通して治具３に接続されており、旋回中心軸９との接続部は油圧シール１１、１１・・によって封止されている。また、各油圧回路１０の油圧ユニット４と旋回中心軸９との間には、回路内の圧力を検出するための圧力センサ１６が夫々設けられている。各圧力センサ１６は制御装置１３と接続されており、各圧力センサ１６より検出された数値は制御装置１３へとフィードバックされる。

一方、旋回テーブル２の旋回中心軸９下端部には、旋回テーブル２の旋回角度を検出するための角度検出器１２が備えられている。該角度検出器１２も制御装置１３と接続されており、制御装置１３は、角度検出器１２にて検出された検出値を基に旋回テーブル２の旋回位置（旋回角度）を算出する。尚、１４はワーク７を加工するための工具であり、１５は該工具１４が装着される主軸頭１５である。

このような工作機械１において、旋回テーブル２を旋回させると、旋回中心軸９と油圧シール１１、１１・・との間に摩擦によるシール抵抗が発生する。したがって、旋回テーブル２に旋回中心軸９周りのねじりによる歪みが生じ、角度検出器１２を利用して算出された旋回位置と実際の旋回テーブル２の旋回位置との間に誤差が生じるため、該誤差を補正する必要が生じる。

ここで、上述したような旋回割出装置を備えた工作機械１における、シール抵抗による誤差の補正方法を示す。
まず、実際に加工を行う前に、油圧ユニット４から各油圧回路１０に、各圧力センサ１６の数値を基に色々な圧力値における油圧をかけた状態で旋回テーブル２を旋回させる。そして、各圧力値における角度検出器１２により推定される旋回位置と実際の旋回位置との差（旋回角度補正値）を測定し、その誤差と各圧力値とを夫々対応させたものを補正パラメータとして制御装置１３に記憶させる。

次に、実際に加工を行う際には、加工時における油圧回路１０内の油圧の圧力値に応じ、上記補正パラメータにしたがって旋回テーブル２の旋回動作を制御し、ワーク７を所定の加工位置へと旋回割出する。
尚、このような旋回割出装置の制御機構を示したブロック図を図２に示す。

上述したような旋回割出装置によれば、たとえ旋回中心軸９にシール抵抗による歪み等が発生したところで、該歪みによる誤差を補正した上で旋回テーブル２の旋回割出を行うため、より精度の高い旋回割出を可能としている。また、旋回中心軸９の剛性の低い小型の工作機械に備えられた場合であっても、極めて精度の高い旋回割出を可能としているため、加工精度の高い工作機械の実現にもつながる。
さらに、大型の工作機械に備える際にも、その旋回中心軸９の剛性を下げることができるため、旋回テーブル２及びテーブル本体５の小型化、ひいては工作機械全体の小型化を図ることができる。

またさらに、従来より使用されている旋回中心軸９内に油圧回路１０等を有する旋回割出装置（勿論、演算機能等を有しているもの）において、油圧回路１０毎に圧力センサ１６を取り付けるだけで構成可能であり、汎用性が非常に高い。
さらにまた、上記旋回割出装置を設計するにあたって、比較的長い旋回中心軸９を有する構造をも採用可能であり、設計自由度が高く、汎用性が極めて高い。

加えて、加工時に各圧力センサ１６がリアルタイムで検出する圧力値に応じて旋回動作の制御を行うため、油圧ユニット４にて設定した圧力値のみに基づくように構成するよりも、精度の高い旋回割出を可能としている。また、油圧回路１０が長く、油圧ユニット４と油圧シール１０の取り付け部との間で油圧の減衰が発生していたとしても、より油圧シール１０の取り付け部に近い位置において油圧回路１０内の圧力値を検出しているため、非常に精度の高い旋回割出を可能としている。
また、加工前に補正パラメータを制御装置１３に予め記憶させるため、制御装置１３は、実際の加工時に補正パラメータにしたがって補正を行えばよい。したがって、一々補正値を算出するもの等と比較して複雑な計算を極めて短時間で行う等の必要がなく、スムーズな補正を行うことができ、ひいては制御装置１３の簡素化（低コスト化）、制御装置１３にかかる負荷の軽減（誤動作を少なくする）等も図ることができる。

なお、本発明にかかる旋回割出装置の構成は、上記した実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、旋回手段、駆動手段、シール部材、、流体供給手段、流体回路、流体圧検出手段、補正手段、及び制御装置の構造や大きさ、流体の種類等を適宜変更することができる。

たとえば、上記実施の形態では、旋回割出装置を、内部に油圧回路を通された旋回テーブルとしているが、主軸頭に取り付けられるアンギュラアタッチメントや主軸側に旋回機構を有する５軸加工機、複合加工旋盤におけるワーク主軸等とすることも当然可能である。尚、アンギュラアタッチメントや５軸加工機の旋回主軸としては、旋回中心軸に油圧回路を有する工具クランプ機構（工具取付機構）となる。また、複合加工旋盤のワーク主軸としては、旋回中心軸にワークを保持するための油圧回路を有するものとなる。

また、上記実施の形態では、流体回路に供給される流体は油であるが、油に限定されることはなく、たとえば切削液等の他の流体であっても何等問題はない。
たとえば、旋回割出装置が旋回テーブルであって、且つ流体が切削液である場合には、旋回テーブルの旋回中心軸を通される流体回路は、加工位置にてワークへと切削液を吹き付ける切削液吹付手段へと接続される。当然、切削液供給手段からのびる流体回路と旋回中心軸内の流体回路との接続部にはシール部材が取り付けられており、該シール部材によってシール抵抗が発生する。したがって、供給回路内の切削液圧を検出可能な圧力センサを供給回路に設け、上記実施の形態に示したような方法で補正パラメータを作成し、加工の際には該補正パラメータに基づいて旋回制御を行うようにすればよい。尚、アンギュラアタッチメントや５軸加工機の旋回主軸、複合加工旋盤のワーク主軸等においても、流体を切削液とすることは当然可能である。

さらに、上記実施の形態では流体回路が２本設けられているが、流体回路は１本であってもいいし、３本以上であっても何等問題はなく、各流体回路に夫々圧力センサを取り付ければよい。そして、複数の流体回路が、図１のように同一寸法、同一形状のシール構造となっている場合には、各々の流体圧を検出した検出値の和に対応する補正パラメータを持たせるようにすれば、予め測定し記憶するパラメータを少なくすることができる。
さらにまた、圧力センサを設ける位置は、流体供給源と旋回中心軸への接続部との間であれば何処であってもよい。尚、圧力センサの設置位置を旋回中心軸との接続部により近い位置とすればするほど、より精度の高い旋回制御を実現することができる。つまり、接続部に圧力センサを設ける構成が最適である。

加えて、上記実施の形態では、加工前に各流体圧に対応した補正値を制御装置に予め記憶させて、加工の際に該補正値を基に旋回動作を制御するような構成としているが、それに限定されることはなく、流体圧を利用して旋回角度補正値を算出する演算式等を制御装置に記憶させておき、加工時に検出される流体圧を利用して演算式により旋回角度補正値を算出するような構成としても何等問題はない。
尚、上記実施の形態では、補正パラメータの記憶や各流体圧に応じた補正値の導出（算出）等、補正に係る動作を制御する補正手段を制御装置に内蔵しているが、該補正手段を制御装置とは別個の装置として設けることは当然可能である。

本発明の一実施形態である旋回割出装置が備えられた工作機械の説明図である。本発明の旋回割出装置の旋回制御機構を示したブロック図である。従来の旋回割出装置が備えられた工作機械の説明図である。

符号の説明

１・・工作機械、２・・旋回テーブル、３・・治具、４・・油圧ユニット、５・・テーブル本体、６・・モータ、７・・ワーク、８・・パレット、９・・旋回中心軸、１０・・油圧回路、１１・・油圧シール、１２・・角度検出器、１３・・制御装置、１４・・工具、１５・・主軸頭、１６・・圧力センサ。

Claims

旋回中心軸を有し、固定部に対して旋回中心軸を中心に旋回自在な旋回手段と、該旋回手段を駆動する駆動手段と、前記旋回手段の旋回時に前記旋回中心軸の旋回角度を検出するための旋回角度検出手段と、該旋回角度検出手段により検出された検出値を基に前記旋回手段を任意の旋回位置へと旋回割出する制御手段とを備えるとともに、前記旋回中心軸内に流体供給源からのびる流体回路が通された旋回割出装置において、
前記流体回路内の流体圧を検出するための流体圧検出手段と、該流体圧検出手段により検出される流体圧に応じて旋回角度の補正を行う補正手段とを有しており、
前記補正手段は、前記流体圧検出手段により検出される流体圧に応じて旋回角度補正値を導き出し、該旋回角度補正値を基に前記旋回角度検出手段により検出される検出値を補正することを特徴とする旋回割出装置。
各流体圧毎の旋回角度補正値を各流体圧に夫々対応付けた補正パラメータが予め記憶されており、前記補正手段は、前記流体圧検出手段により検出される流体圧に対応した旋回角度補正値を基に、前記検出値を補正することを特徴とする請求項１に記載の旋回割出装置。