JP5117030B2

JP5117030B2 - 工作機械

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Publication number: JP5117030B2
Application number: JP2006284760A
Authority: JP
Inventors: 三樹立半; 孝次賀集; 朗井上
Original assignee: Shin Nippon Koki KK
Current assignee: Shin Nippon Koki KK
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2026-10-19
Also published as: US20080096746A1; KR20080035425A; US7506426B2; KR100864143B1; JP2008100310A

Description

本発明は、工作機械に関するものである。

従来、切削工具を回転させながらワークに対して相対移動させることにより、このワークの加工を行う工作機械が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に開示された工作機械は、水平面内のＸ軸方向に移動可能に構成されたワークを載置するためのテーブルと、そのテーブルの上方に配置されるとともに装着された切削工具を回転させる主軸装置と、その主軸装置を水平面内でテーブルの移動方向と直交するＹ軸方向に移動可能に支持するクロスレールと、テーブルを挟んで両側に対向配置されるとともにクロスレールを上下方向に移動可能に支持する一対のコラムとを備えている。この工作機械では、テーブルと主軸装置とクロスレールとがそれぞれ異なる方向に移動しながら、切削工具によりワークが所定の形状に切削加工されるようになっている。

そして、この特許文献１の工作機械では、一対のコラムの水平方向の断面が互いの側に開口する略コの字状となっており、各コラムの開口部の内側でクロスレールの端部を抱え込むように支持している。さらに、この特許文献１の工作機械では、クロスレールにより主軸装置が前記Ｘ軸方向の両側から均等に支持されている。これにより、前記Ｘ軸方向において主軸装置が自重によって傾かないように構成されているので、主軸装置に装着された切削工具が傾くことに起因するワークの加工精度の低下が抑制されている。
特開平１０−２６３９５９号公報

上記特許文献１に開示された工作機械では、上記のように、一対のコラムの水平方向の断面が互いの側に開口する略コの字状となっているとともに、各コラムの開口部の内側でクロスレールの端部を抱え込むように支持している。この構成では、コラムのＸ軸方向の幅をその方向におけるクロスレールの幅よりも大きくする必要があるので、コラムが大型化する。また、この構成において、主軸装置の移動に伴って作用する力によりクロスレールに変形及び姿勢変化が生じるのを十分に抑制しようとするためには、コラムによるクロスレールの支持剛性を高めるべく、コラムをさらに大型化する必要がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、スリムな構成でクロスレールの変形及び姿勢変化を抑制して、その変形及び姿勢変化に起因するワークの加工精度の低下を抑制することである。

上記目的を達成するために、本発明による工作機械は、切削工具を回転させながらワークに対して相対移動させることにより、このワークの加工を行う工作機械であって、上面上に前記ワークが載置されるとともに、水平面内の特定方向に移動可能に構成されたテーブルと、前記テーブルの上面に対して垂直に配置されるとともに前記切削工具と結合して当該切削工具を回転させる主軸を含み、前記テーブルの上方で水平面内において前記テーブルの移動方向と直交する方向に移動可能に構成された主軸装置と、前記主軸装置を水平面内において前記テーブルの移動方向と直交する方向に移動可能に支持するクロスレールと、前記主軸装置の移動方向において前記テーブルを挟んで互いに対向する位置に立設されるとともに、前記テーブルの移動方向において前記主軸装置の重心に対して前後に配設され、前記クロスレールを上下方向に案内する複数のコラムと、前記クロスレールを支持しながら上下方向に駆動させる支持駆動機構とを備えている。そして、前記クロスレールは、前記テーブルの移動方向において前記主軸装置の重心に対して前側の部分と後側の部分とをそれぞれ支持する一対の支持部と、前記各コラムが上下方向に挿通される貫通孔とを含み、前記支持駆動機構は、前記主軸装置の移動方向において前記テーブルを挟んで互いに対向する位置にそれぞれ設けられているとともに、前記テーブルの移動方向において所定の間隔を隔ててそれぞれ設けられており、前記主軸装置の移動方向において互いに対向する位置に設けられた前記支持駆動機構は、前記クロスレールのうちその重心に対して左右に対称な部分をそれぞれ支持しながら上下に移送し、前記テーブルの移動方向において隣り合う前記支持駆動機構は、前記クロスレールのうちその重心に対して前後に対称な部分をそれぞれ支持しながら上下に移送し、前記クロスレールには、水平方向で且つ前記テーブルの移動方向と直交する方向に延びる内部空間が前記一対の支持部の間に形成され、前記主軸装置は、前記内部空間の延びる方向に移動可能となるようにその内部空間に嵌り込み、前記一対の支持部は、前記内部空間に嵌り込んだ前記主軸装置の前記前側の部分と前記後側の部分とを支持している。

この工作機械では、クロスレールを上下方向に案内するコラムがテーブルの移動方向において主軸装置の重心に対して前後に配設されているので、主軸装置はこれらテーブルの移動方向に並んだコラム間に重心が位置した状態で移動することになる。このため、各コラムの断面積があまり大きくなくても主軸装置の移動に伴うクロスレールの変形及び姿勢変化を抑制できるので、クロスレールに支持される主軸装置の主軸が傾いたり変位するのを抑制できる。その結果、主軸に装着される切削工具の傾き及び変位の発生を抑制することができるので、切削工具によるワークの加工精度の低下を抑制することができる。従って、この工作機械では、スリムな構成でクロスレールの変形及び姿勢変化を抑制して、その変形及び姿勢変化に起因するワークの加工精度の低下を抑制することができる。また、この工作機械では、クロスレールの一対の支持部がテーブルの移動方向において主軸装置の重心に対して前側の部分と後側の部分とをそれぞれ支持しているので、テーブルの移動方向において主軸装置が自重によって傾くのを防ぐことができる。このため、主軸装置の主軸に取り付けられる切削工具の傾き及び変位の発生をより抑制することができるので、ワークの加工精度の低下をより抑制することができる。また、この構成によれば、各支持駆動機構によりクロスレールをバランス良く支持して移送することができる。このため、クロスレール及び主軸装置の姿勢を安定した状態で保ちながら、それらを上下方向に駆動することができる。

上記工作機械において、前記コラムは、水平方向における断面が円形となるように形成されており、前記貫通孔は、円形に形成されていてもよい。

上記工作機械において、前記支持駆動機構を制御する制御部をさらに備え、当該制御部は、前記各支持駆動機構によって駆動される前記クロスレールの各部の上下方向への駆動量を個別に制御することにより、前記主軸装置の移動に伴う前記クロスレールの姿勢変化を修正して前記主軸の前記テーブルの上面に対する直角度を維持するのが好ましい。主軸装置がテーブルの移動方向と直交する方向に移動すると、その移動した側に主軸装置及びクロスレールを含む構造体の重心が偏ることに起因して主軸装置の主軸に装着される切削工具に傾きが生じるため、ワークの加工精度が低下する。これに対して、上記の構成によれば、主軸装置の移動に伴って傾きを生じたクロスレールの姿勢変化を修正して主軸のテーブルの上面に対する直角度を維持できるので、主軸に装着される切削工具の傾きも補正することができる。これにより、主軸装置のテーブルの移動方向と直交する方向への移動に起因するワークの加工精度の低下を抑制できる。

さらにこの場合において、前記主軸装置を水平方向の各位置に移動させて測定した前記主軸の直角度の維持に必要な前記各支持駆動機構による前記クロスレールの各部の駆動量を表す補正データを記憶する記憶部を備え、前記制御部は、前記補正データに基づいて前記各支持駆動機構による前記クロスレールの各部の駆動量を個別に制御することにより、前記主軸装置の移動に伴う前記クロスレールの姿勢変化を修正してもよい。このように構成すれば、主軸装置の移動に伴うクロスレールの姿勢変化を修正して主軸のテーブルの上面に対する直角度を維持することが可能な構造を構成することができる。

上記クロスレールの姿勢変化を修正する構成において、前記主軸装置は、前記主軸の前記テーブルの上面に対する傾きを検出する傾き検出部を含み、前記制御部は、前記傾き検出部により検出された前記主軸の傾きのデータに基づいて前記各支持駆動機構による前記クロスレールの各部の駆動量を個別に制御することにより、前記クロスレールの姿勢変化を修正して前記主軸の前記テーブルの上面に対する直角度を維持してもよい。このように構成すれば、傾き検出部により主軸のテーブルの上面に対する傾きを常時検出しながら、即時にその主軸の傾きを補正して主軸のテーブルの上面に対する直角度を維持することができるので、ワークの加工中にその加工精度を良好に維持することができる。

上記主軸装置の移動に伴うクロスレールの姿勢変化を修正する構成において、前記主軸装置は、前記主軸を上下方向に駆動させる主軸駆動機構を有し、前記制御部は、前記主軸駆動機構による前記主軸の駆動量を制御して当該主軸の上下方向の位置を調節することにより、前記クロスレールの姿勢変化の修正に応じて生じる前記切削工具の刃先と前記テーブルの上面との間の距離の規定値からのずれを補正する機能を有するのが好ましい。上記のように各支持駆動機構によるクロスレールの各部の駆動量を制御してクロスレールの姿勢変化を修正すると、その修正に伴って主軸装置がわずかに上下に変位して切削工具の刃先とテーブルの上面との間の距離が規定値からずれるため、加工精度が低下する虞がある。これに対して、上記のように構成すれば、クロスレールの姿勢変化の修正に応じて生じる切削工具の刃先とテーブルの上面との間の距離の規定値からのずれを補正することができるので、そのクロスレールの姿勢変化の修正に起因して発生する加工精度の低下を抑制することができる。

この場合において、前記主軸装置を水平方向の各位置に移動させて測定した前記切削工具の刃先と前記テーブルの上面との間の距離を前記規定値に補正するための前記主軸の上下方向への駆動量のデータを記憶する記憶部を備え、前記制御部は、当該主軸の駆動量のデータに基づいて前記主軸装置の水平方向の位置に応じて前記主軸駆動機構による前記主軸の上下方向への駆動量を制御してもよい。このように構成すれば、主軸装置の水平方向の各位置において、クロスレールの姿勢変化の修正に応じて生じる切削工具の刃先とテーブルの上面との間の距離の規定値からのずれを補正することが可能な構造を構成することができる。

さらにこの場合において、前記記憶部は、前記主軸装置の水平方向の各位置における前記切削工具の刃先と前記テーブルの上面との間の距離を前記規定値に補正するための前記主軸の駆動量のデータを、前記主軸装置が上下方向の各位置にある場合について記憶しており、前記制御部は、当該主軸の駆動量のデータに基づいて前記主軸装置の上下方向の位置と水平方向の位置とに応じて前記主軸駆動機構による前記主軸の上下方向への駆動量を制御してもよい。このように構成すれば、主軸装置が移動する上下方向と水平方向の全範囲において、クロスレールの姿勢変化の修正に応じて生じる切削工具の刃先とテーブルの上面との間の距離の規定値からのずれを補正することが可能な構造を構成することができる。

上記制御部を含む構成において、前記制御部は、前記各支持駆動機構による前記クロスレールの各部の駆動量を個別に制御することにより、前記クロスレールの前記テーブルの移動方向上流側の部分よりも下流側の部分が高くなるように当該クロスレールを傾斜させる機能を有するのが好ましい。切削工具の最初にワークと当たる側と反対側の領域がわずかでも下がった状態で当該切削工具が配置されている場合には、切削工具がこの領域で切削後のワーク表面に接触してそのワーク表面を傷つける場合がある。これに対して、上記構成のようにクロスレールのテーブルの移動方向上流側の部分よりも下流側の部分が高くなるように当該クロスレールを傾斜させれば、切削工具の最初にワークと当たる側と反対側の領域が持ち上げられた状態となるので、この領域が切削後のワーク表面に当たらないようにすることができる。このため、切削後のワーク表面が傷つくのを防ぐことができるので、ワーク表面を高精度かつ均一に加工することができる。また、切削工具の最初にワークと当たる側と反対側の領域で切削工具がワークに当たらないので、切削工具とワークが接触している時間を短くすることができる。これにより、切削工具の磨耗の進行を遅くすることができるので、切削工具の寿命を延ばすことができる。

以上説明したように、本発明による工作機械では、スリムな構成でクロスレールの変形及び姿勢変化を抑制して、その変形及び姿勢変化に起因するワークの加工精度の低下を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態による工作機械の全体構成を示した斜視図である。図２は図１に示した工作機械の正面図であり、図３は図１に示した工作機械の側面図である。図４〜図８は、図１に示した工作機械の各部の構造を説明するための図である。図９は、本発明の一実施形態による工作機械の制御装置の機能を説明するためのブロック図である。図１〜図９を参照して、本発明の一実施形態による工作機械の構成について説明する。

本実施形態による工作機械は、切削工具を回転させながらワークに対して相対移動させることにより、ワークの切削加工を行うものである。この工作機械は、図１〜図４に示すように、ベッド２と、テーブル４と、クロスレール６と、主軸装置８と、コラム部１０と、クロスビーム１２と、支持駆動機構１４と、制御装置１６とを備えている。

ベッド２は、所定の設置面上に設置されている。このベッド２の上面には、図５に示すように、４本のガイドレール２ａが互いに平行に設置されている。これら４本のガイドレール２ａは、ベッド２の長手方向に延びており、その長手方向と直交する方向に所定の間隔で配置されている。

上記テーブル４は、その上面上にワークが載置されるものである。このテーブル４は、ベッド２上に設けられており、水平面内で図１のＸ軸方向に移動可能に構成されている。具体的には、図５に示すように、テーブル４の下面の前記４本のガイドレール２ａに対応する各位置にスライドブロック４ａがそれぞれ設置されており、この各スライドブロック４ａが対応するガイドレール２ａに上側から嵌合している。そして、各スライドブロック４ａはガイドレール２ａによってＸ軸方向に案内されながらスライドし、それに伴ってテーブル４がベッド２に対してＸ軸方向にスライドするように構成されている。また、ベッド２上には、Ｘ軸方向にガイドレール２ａに沿って延びるボールねじ２ｂが設けられている。このボールねじ２ｂは、Ｘ軸方向と水平面内において直交するＹ軸方向においてテーブル４の重心に対応する位置に設けられている。また、ボールねじ２ｂには、Ｙ軸方向においてテーブル４の重心に対応する位置に設置された図略のナット部が螺合している。そして、ボールねじ２ｂは図略のモータによって軸回りに回転されるようになっており、その回転に伴って上記図略のナット部がボールねじ２ｂに沿って移動するとともに、テーブル４がＸ軸方向に移動するようになっている。本実施形態では、このような構成によりテーブル４がその重心位置においてＸ軸方向への駆動を受けるようになっている。

上記クロスレール６は、図１〜図３に示すように、主軸装置８をテーブル４の上方で支持する部材である。このクロスレール６は、主軸装置８をＹ軸方向に移動可能に支持している。そして、クロスレール６は、図６に示すように、Ｙ軸方向に長い箱型の外形を有しているとともに、その中央部にはＹ軸方向に延びるとともに上下方向に貫通する内部空間６ａが形成されている。主軸装置８は、この内部空間内をＹ軸方向に移動するようになっている。そして、クロスレール６は、主軸装置８を支持する一対の支持部６ｂ，６ｂを有している。この一対の支持部６ｂ，６ｂは、Ｘ軸方向に間隙を介して配置されており、主軸装置８の重心に対してＸ軸方向において前側の部分と後側の部分をそれぞれ支持している。そして、一対の支持部６ｂ，６ｂにより主軸装置８が支持されている位置は、主軸装置８の重心に対してＸ軸方向において対称な位置である。

また、クロスレール６には、上下方向、すなわちテーブル４の上面に対して垂直なＷ軸方向に貫通する円形の貫通孔６ｃが４つ設けられている。各貫通孔６ｃは、クロスレール６の４隅の近傍にそれぞれ配設されている。そして、各貫通孔６ｃは、クロスレール６の重心に対してＸ軸方向及びＹ軸方向において対称な位置に配置されている。また、クロスレール６には、各貫通孔６ｃに隣接する位置にナット部６ｄがそれぞれ設けられている。各ナット部６ｄは、クロスレール６の重心に対してＸ軸方向及びＹ軸方向において対称な位置に配置されているとともに、Ｗ軸方向に貫通するねじ孔を有している。

上記主軸装置８は、フェイスミル等の切削工具（図示せず）が着脱可能に装着されるとともにその切削工具を回転させるものである。この主軸装置８は、Ｙ軸方向に移動可能に構成されている。具体的には、主軸装置８は、図７に示すように、ラム２２と、サドル２４と、主軸駆動機構２６と、サドル駆動機構２８とを備えている。

ラム２２は、主軸２２ａと、図略のモータとを有している。主軸２２ａは、テーブル４の上面に対して垂直に配置されており、その下端部には切削工具（図示せず）が着脱可能に結合される。この主軸２２ａは、図略のモータの駆動によってその軸回りに回転するように構成されており、この主軸２２ａの回転によって切削工具が回転するようになっている。そして、ラム２２は、上下方向、すなわちテーブル４の上面に対して垂直なＺ軸方向に移動可能となっている。なお、このＺ軸方向と上記Ｗ軸方向は、共にテーブル４の上面に対して垂直な方向であるが、Ｚ軸方向はラム２２（主軸２２ａ）の移動方向を表す一方、Ｗ軸方向はクロスレール６の移動方向を表している。

前記サドル２４は、ラム２２をＺ軸方向に移動可能に保持する部材である。サドル２４には、Ｚ軸方向に貫通する空間が設けられており、この空間内にラム２２がＺ軸方向に移動可能に格納されている。また、サドル２４は、クロスレール６の内部空間６ａに収まった状態で当該クロスレール６によってＹ軸方向に移動可能に支持されている。サドル２４の上部のＸ軸方向における両側面にはそれぞれガイド部２４ａが設けられている。また、サドル２４の下部のＸ軸方向における両側面にはそれぞれガイド部２４ｂが設けられている。これらの各ガイド部２４ａ，２４ｂにおいて、サドル２４がクロスレール６に対してＹ軸方向に摺動するように構成されている。

前記主軸駆動機構２６は、主軸２２ａを含むラム２２をＺ軸方向に駆動するためのものである。この主軸駆動機構２６は、サドル２４に回転可能に支持されるとともにＺ軸方向に延びるように配置されたボールねじ２６ａと、このボールねじ２６ａを回転させるモータ２６ｂと、ラム２２に固定されるとともにボールねじ２６ａに螺合するナット部２６ｃとを有している。そして、モータ２６ｂの駆動によってボールねじ２６ａがその軸回りに回転し、それに伴ってナット部２６ｃがＺ軸方向に移動するとともに、ラム２２及び主軸２２ａがサドル２４に対してＺ軸方向に移動するように構成されている。

前記サドル駆動機構２８は、サドル２４をＹ軸方向に駆動するためのものである。このサドル駆動機構２８は、Ｘ軸方向において主軸装置８の重心位置に対して前側と後側で対称な位置に設けられている。これにより、各サドル駆動機構２８は、Ｘ軸方向において主軸装置８の重心位置に対して対称な位置でサドル２４を含む主軸装置８をＹ軸方向に駆動させるようになっている。

各サドル駆動機構２８は、サドル２４のＸ軸方向における側面と対応するクロスレール６の内部空間６ａの内側面との間に設けられている。また、各サドル駆動機構２８は、ボールねじ２８ａと、ナット部材２８ｂと、図略のモータとを含んでいる。このボールねじ２８ａは、クロスレール６の内側面にＹ軸方向に延びるように取り付けられているとともに、その軸回りに回転可能にクロスレール６に取り付けられている。ナット部材２８ｂは、サドル２４のＸ軸方向における側面に取り付けられているとともに、ボールねじ２８ａに螺合している。そして、図略のモータの駆動によりボールねじ２８ａが回転するのに伴ってナット部材２８ｂがボールねじ２８ａに沿って移動するとともに、サドル２４を含む主軸装置８がＹ軸方向に駆動するようになっている。

上記コラム部１０は、図１に示すようにＹ軸方向においてベッド２及びテーブル４を挟んで互いに対向する位置に２つずつ立設されている。各コラム部１０は、コラムベース１０ａと、コラム１０ｂと、コラムカバー１０ｃとを有している。コラムベース１０ａは、コラム部１０の基台であり、設置面上に設置されているとともにベッド２の側面に固定されている。コラム１０ｂは、図４に示すように、クロスレール６をＷ軸方向に案内するためのものであり、コラムベース１０ａ上に立設されている。各コラム１０ｂは、クロスレール６の各貫通孔６ｃに対応する位置に配設されている。そして、Ｘ軸方向において隣り合うコラム１０ｂは、クロスレール６の重心及び主軸装置８の重心に対して前後に対称な位置にそれぞれ配置されている。また、Ｙ軸方向においてテーブル４を挟んで対向するコラム１０ｂは、クロスレール６の重心に対して左右に対称な位置にそれぞれ配置されている。そして、このＸ軸方向に隣り合うコラム１０ｂ間で、かつ、Ｙ軸方向に対向するコラム１０ｂ間の領域内において、主軸装置８がＹ軸方向に移動するように構成されている。

また、コラム１０ｂは、水平方向における断面が円形となるように形成されている。そして、コラム１０ｂは、クロスレール６の貫通孔６ｃにＷ軸方向に挿通されている。これによって、クロスレール６がコラム１０ｂに沿ってＷ軸方向に案内されるようになっている。そして、各コラム１０ｂの上端には、図４に示すように、上記クロスビーム１２が取り付けられている。すなわち、クロスビーム１２によって４本のコラム１０ｂの上端部が連結されている。また、クロスビーム１２は、Ｙ軸方向に長い箱形の外形を有しているとともに、その中央にＹ軸方向に延びるとともに上下に貫通する空間１２ａを有している。そして、ベッド２、コラムベース１０ａ、コラム１０ｂ及びクロスビーム１２からなる構造体によって、図８に示すように、ベッド２からクロスビーム１２に至る力の閉ループ１３が構成されている。この構成により、本実施形態による工作機械では、高い剛性が得られるとともに、各部の移動における精度を安定化させることが可能となっており、主軸装置８の移動に伴うクロスレール６の変形や姿勢変化も抑制しやすくなっている。また、コラムカバー１０ｃは、各コラム１０ｂの外側を覆っている。

上記支持駆動機構１４は、図４に示すように、クロスレール６を支持しながらＷ軸方向に駆動させるためのものである。この支持駆動機構１４は、各コラム部１０に対応して設けられている。すなわち、支持駆動機構１４は４つ設けられており、これら各支持駆動機構１４はＹ軸方向においてテーブル４を挟んで互いに対向する位置に配置されているとともに、Ｘ軸方向に所定の間隔を隔てて配置されている。そして、Ｙ軸方向において対向する支持駆動機構１４は、クロスレール６の重心に対して対称な右側の部分と左側の部分をそれぞれ支持している。一方、Ｘ軸方向において隣り合う支持駆動機構１４は、クロスレール６の重心に対して対称な前側の部分と後側の部分をそれぞれ支持している。

具体的には、支持駆動機構１４は、駆動部３２とバランスシリンダ３４からなる。駆動部３２は、コラムベース１０ａ上に立設されており、コラム１０ｂをコラムカバー１０ｃが覆っている状態では、そのコラムカバー１０ｃ内に収められている。各駆動部３２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向においてクロスレール６の重心に対して対称な位置に配置されている。この駆動部３２は、Ｗ軸方向に延びるボールねじ３２ａと、そのボールねじ３２ａを駆動するモータ３２ｂとを備えている。ボールねじ３２ａには、クロスレール６のナット部６ｄが螺合している。モータ３２ｂは、クロスビーム１２上に設置されており、ボールねじ３２ａの上端部と結合している。そして、モータ３２ｂの駆動によりボールねじ３２ａが軸回りに回転し、それに伴ってナット部６ｄとともにクロスレール６がＷ軸方向に駆動されるようになっている。また、この駆動部３２によってクロスレール６から掛かる荷重がある程度支えられている。

バランスシリンダ３４は、Ｗ軸方向に延びるように設けられており、その下端部がコラムベース１０ａの側面に固定されているとともに、その上端部はクロスレール６の下面に固定されている。各バランスシリンダ３４は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向においてクロスレール６の重心に対して対称な位置に配置されている。このバランスシリンダ３４は、油圧シリンダからなり、クロスレール６から掛かる荷重の内、一定分の荷重を常に支えている。すなわち、このバランスシリンダ３４と前記駆動部３２とによってクロスレール６から掛かる荷重を分配して支えるようになっている。

上記制御装置１６は、本実施形態による工作機械の各部の制御を行う機能を有している。この制御装置１６は、図９に示すように、数値制御部４２（制御部）と補正部４４とを備えている。数値制御部４２は、支持駆動機構１４の駆動部３２の駆動量と、主軸駆動機構２６による主軸２２ａの駆動量とをＣＮＣ（ＣｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ）によって制御している。また、補正部４４は、主軸２２ａのテーブル４の上面に対する直角度を維持するためにクロスレール６の姿勢変化を修正するのに必要な各支持駆動機構１４の駆動部３２の駆動量を表すＷ１〜Ｗ４軸補正量と、主軸２２ａに取り付けられた切削工具の刃先とテーブル４の上面との間の距離の規定値からのずれを補正するのに必要な主軸駆動機構２６の駆動量を表すＺ軸駆動量とを決定して数値制御部４２に与える機能を有する。そして、数値制御部４２は、与えられたＷ１〜Ｗ４軸補正量に基づいて各支持駆動機構１４の駆動部３２の駆動量を制御して主軸２２ａのテーブル４の上面に対する直角度を維持するとともに、与えられたＺ軸駆動量に基づいて主軸駆動機構２６の駆動量を制御して切削工具の刃先とテーブル４の上面との間の規定値からのずれを補正するように構成されている。

具体的には、主軸装置８がＹ軸方向に移動すると、その移動した側に掛かる荷重が増加するため、クロスレール６及び主軸装置８に傾きが生じる場合がある。主軸装置８が傾くと、主軸２２ａもテーブル４の上面に対して傾く。そこで、本実施形態では、数値制御部４２が各支持駆動機構１４の駆動部３２によって駆動されるクロスレール６の各部のＷ軸方向への駆動量を個別に制御することにより、主軸装置８のＹ軸方向への移動に伴うクロスレール６の姿勢変化を修正して主軸２２ａのテーブル４の上面に対する直角度を維持するようになっている。この際、数値制御部４２は、サドル駆動機構２８から主軸装置８の現在位置のＹ軸座標値を得るとともに、各支持駆動機構１４の駆動部３２からこの各駆動部３２により駆動されるクロスレール６の各部のＷ軸座標値を得る。そして、記憶部４５には、予め主軸装置８をＹ軸方向の各位置（Ｙ位置Ａ、Ｙ位置Ｂ、・・・）に移動させて測定した主軸２２ａの直角度の維持に必要な各支持駆動機構１４の駆動部３２によるクロスレール６の各部の駆動量（Ｗ１〜Ｗ４軸補正量）を表す補正データが記憶されている。さらにこの主軸装置８のＹ軸方向における各位置での補正データは、主軸装置８をＷ軸方向に移動させた各位置（Ｗ位置Ａ、Ｗ位置Ｂ、・・・）毎に予め測定されており、そのＷ軸方向の各位置毎にＹ軸方向における各位置での補正データが記憶部４５に記憶されている。

そして、数値制御部４２は、主軸装置８の現在位置のＹ軸座標値とＷ軸座標値を補正部４４の補正量補間演算部４６に入力する。これにより、補正量補間演算部４６では、記憶部４５に記憶された補正データに基づいて主軸装置８の現在位置のＹ軸座標値とＷ軸座標値に応じたＷ１〜Ｗ４軸補正量が演算される。この際、主軸装置８のＹ軸座標値が補正データの隣り合うＹ位置間の座標である場合には、その隣り合う各Ｙ位置におけるＷ１〜Ｗ４軸補正量が主軸装置８のＹ軸座標値に応じて比例配分される。また、主軸装置８のＷ軸座標値が補正データの隣り合うＷ位置間の座標である場合には、その隣り合う各Ｗ位置におけるＷ１〜Ｗ４軸補正量が主軸装置８のＷ軸座標値に応じて比例配分される。

また、上記主軸２２ａには主軸２２ａのテーブル４の上面に対する傾きを検出する傾き検出センサ２２ｂ（傾き検出部）が設けられている。そして、この傾き検出センサ２２ｂからは主軸２２ａの傾きのデータが常に補正部４４の傾き補正量演算部４７に入力されている。また、傾き補正量演算部４７には、数値制御部４２から主軸装置８の現在位置のＹ軸座標値が入力されている。そして、本実施形態では、傾き補正量演算部４７において主軸２２ａの傾きのデータと主軸装置８の現在位置のＹ軸座標値から主軸２２ａのテーブル４の上面に対する直角度を維持するのに必要なＷ１〜Ｗ４軸補正量が演算される。

そして、補正量補間演算部４６において求められたＷ１〜Ｗ４軸補正量に傾き補正量演算部４７において求められたＷ１〜Ｗ４軸補正量が加算されて実際に補正を行うＷ１〜Ｗ４軸補正量が決定される。このように決定されたＷ１〜Ｗ４軸補正量は数値制御部４２に入力される。数値制御部４２では、このＷ１〜Ｗ４軸補正量に基づいて対応する各支持駆動機構１４の駆動部３２によるクロスレール６の各部の駆動量を制御する。これにより、クロスレール６の姿勢変化が修正されて主軸２２ａのテーブル４の上面に対する直角度が維持される。なお、上記傾き検出センサ２２ｂにより検出される主軸２２ａの傾きに応じた補正は、温度変化等に起因するコラム１０ｂやクロスレール６、その他の構造体の変形挙動に応じて意図しない主軸２２ａの傾きが生じた場合にその傾きを補正する役割を有する。

そして、上記のように各支持駆動機構１４の駆動部３２によるクロスレール６の各部の駆動量を制御してクロスレール６の姿勢変化を修正すると、その修正に伴って主軸装置８がわずかに上下に変位して切削工具の刃先とテーブル４の上面との間の距離が規定値からずれるため、加工精度が低下する虞がある。そこで、本実施形態では、数値制御部４２において主軸駆動機構２６による主軸２２ａの駆動量が制御されて当該主軸２２ａのＺ軸方向の位置が調節されることにより、クロスレール６の姿勢変化の修正に応じて生じる切削工具の刃先とテーブル４の上面との間の距離の規定値からのずれが補正されるようになっている。

具体的には、主軸装置８をＷ軸方向の各位置（Ｗ位置Ａ、Ｗ位置Ｂ、・・・）とＹ軸方向の各位置（Ｙ位置Ａ、Ｙ位置Ｂ、・・・）に移動させて上記のクロスレール６の姿勢変化の修正を行った際に、切削工具の刃先とテーブル４の上面との間の距離を規定値に補正するために必要な主軸２２ａのＺ軸方向への駆動量のデータが予め測定されるとともに、そのデータが前記記憶部４５に記憶されている。そして、補正量補間演算部４６において、数値制御部４２から入力された主軸装置８の現在位置のＹ軸座標値及びＷ軸座標値と、記憶部４５に記憶された主軸２２ａの前記Ｚ軸方向への駆動量のデータとに基づいて、切削工具の刃先とテーブル４の上面との間の距離の規定値からのずれを補正するのに必要な主軸２２ａのＺ軸方向への駆動量が演算される。そして、求められた主軸２２ａのＺ軸方向への駆動量のデータは、数値制御部４２に入力され、このデータに基づいて数値制御部４２により主軸駆動機構２６による主軸２２ａのＺ軸方向への駆動量が制御される。このようにして、上記クロスレール６の姿勢変化の修正に応じて生じる切削工具の刃先とテーブル４の上面との間の距離の規定値からのずれが補正されるようになっている。

また、数値制御部４２は、各支持駆動機構１４の駆動部３２によるクロスレール６の各部の駆動量を個別に制御することにより、クロスレール６のテーブル４の移動方向上流側の部分よりも下流側の部分が高くなるように当該クロスレール６を傾斜させる機能を有している。切削工具の最初にワークと当たる側と反対側の領域がわずかでも下がった状態で当該切削工具が配置されている場合には、切削工具がこの領域で切削後のワーク表面に接触してそのワーク表面を傷つける場合がある。これに対して、上記のように数値制御部４２がクロスレール６のテーブル４の移動方向上流側の部分よりも下流側の部分が高くなるように当該クロスレール６を傾斜させることによって、切削工具の最初にワークと当たる側と反対側の領域を持ち上げた状態となるので、この領域が切削後のワーク表面に当たるのが回避される。

以上説明したように、本実施形態による工作機械では、クロスレール６をＷ軸方向に案内するコラム１０ｂがＸ軸方向において主軸装置８の重心に対して前後に配設されているので、主軸装置８はこれらＸ軸方向に並んだコラム１０ｂ間に重心が位置した状態で移動することになる。このため、各コラム１０ｂの断面積があまり大きくなくても主軸装置８の移動に伴うクロスレール６の変形及び姿勢変化を抑制できるので、クロスレール６に支持される主軸装置８の主軸２２ａが傾いたり変位するのを抑制できる。その結果、主軸２２ａに装着される切削工具の傾き及び変位の発生を抑制することができるので、切削工具によるワークの加工精度の低下を抑制することができる。従って、本実施形態による工作機械では、スリムな構成でクロスレール６の変形及び姿勢変化を抑制して、その変形及び姿勢変化に起因するワークの加工精度の低下を抑制することができる。さらに、この工作機械では、クロスレール６の一対の支持部６ｂ，６ｂがＸ軸方向において主軸装置８の重心に対して前側の部分と後側の部分とをそれぞれ支持しているので、Ｘ軸方向において主軸装置８が自重によって傾くのを防ぐことができる。このため、主軸装置８の主軸２２ａに取り付けられる切削工具の傾き及び変位の発生をより抑制することができるので、ワークの加工精度の低下をより抑制することができる。

また、本実施形態による工作機械では、Ｙ軸方向において対向する支持駆動機構１４がクロスレール６の重心に対して対称な右側の部分と左側の部分とをそれぞれ支持する一方、Ｘ軸方向において隣り合う支持駆動機構１４がクロスレール６の重心に対して対称な前側の部分と後側の部分とをそれぞれ支持するので、各支持駆動機構１４によりクロスレール６をバランス良く支持して駆動することができる。このため、クロスレール６及び主軸装置８を姿勢を安定した状態で保ちながらＷ軸方向に駆動することができる。

また、本実施形態による工作機械では、数値制御部４２が各支持駆動機構１４の駆動部３２によって駆動されるクロスレール６の各部のＷ軸方向への駆動量を個別に制御することにより、主軸装置８のＹ軸方向への移動に伴うクロスレール６の姿勢変化を修正して主軸２２ａのテーブル４の上面に対する直角度を維持しているので、主軸装置８のＹ軸方向への移動に伴う切削工具の傾きを補正することができる。これにより、主軸装置８のＹ軸方向への移動に起因するワークの加工精度の低下を抑制できる。

また、本実施形態による工作機械では、数値制御部４２が傾き検出センサ２２ｂにより検出された主軸２２ａのテーブル４の上面に対する傾きのデータに基づいて各支持駆動機構１４の駆動部３２によるクロスレール６の各部の駆動量を個別に制御することにより、クロスレール６の姿勢変化を修正して主軸２２ａのテーブル４の上面に対する直角度を維持する。これにより、傾き検出センサ２２ｂにより主軸２２ａのテーブル４の上面に対する傾きを常時検出しながら、即時にその主軸２２ａの傾きを補正して主軸２２ａのテーブル４の上面に対する直角度を維持することができるので、ワークの加工中にその加工精度を良好に維持することができる。

また、本実施形態による工作機械では、数値制御部４２が主軸駆動機構２６による主軸２２ａの駆動量を制御して当該主軸２２ａのＺ軸方向の位置を調節することにより、クロスレール６の姿勢変化の修正に応じて生じる切削工具の刃先とテーブル４の上面との間の距離の規定値からのずれを補正する機能を有する。このため、クロスレール６の姿勢変化の修正に起因して発生する加工精度の低下を抑制することができる。

また、本実施形態による工作機械では、数値制御部４２が各支持駆動機構１４の駆動部３２によるクロスレール６の各部の駆動量を個別に制御することにより、クロスレール６のテーブル４の移動方向上流側の部分よりも下流側の部分が高くなるように当該クロスレール６を傾斜させる機能を有する。これにより、切削工具の最初にワークと当たる側と反対側の領域が持ち上げられた状態とすることができるので、この領域が切削後のワーク表面に当たらないようにすることができる。このため、切削後のワーク表面が傷つくのを防ぐことができるので、ワーク表面を高精度かつ均一に加工することができる。また、切削工具の最初にワークと当たる側と反対側の領域で切削工具がワークに当たらないので、切削工具とワークが接触している時間を短くすることができる。これにより、切削工具の磨耗の進行を遅くすることができるので、切削工具の寿命を延ばすことができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、予め測定して設定されるとともに記憶部４５に記憶された補正データのＷ１〜Ｗ４軸補正量に、傾き検出センサ２２ｂからの主軸２２ａの傾きのデータに基づいて算出されたＷ１〜Ｗ４軸補正量を加えて実際に補正するＷ１〜Ｗ４軸補正量を決定するように構成したが、本発明はこの構成に限らない。すなわち、記憶部４５に記憶された補正データのＷ１〜Ｗ４軸補正量か、または、傾き検出センサ２２ｂからの主軸２２ａの傾きのデータに基づいて算出されたＷ１〜Ｗ４軸補正量のいずれか一方のみによって実際に補正するＷ１〜Ｗ４軸補正量を決定するとともに、その決定したＷ１〜Ｗ４軸補正量に基づいて数値制御部４２が各支持駆動機構１４の駆動部３２の駆動量を制御するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、水平方向における断面が円形のコラム１０ｂを用いるとともに、そのコラム１０ｂが挿通されるクロスレール６の貫通孔６ｃを円形に形成したが、コラム１０ｂの形状及びクロスレール６の貫通孔６ｃの形状は上記以外の種々の形状であってもよい。例えば、コラムは水平方向における断面が矩形状であってもよく、その場合、クロスレールの貫通孔はコラムに対応した矩形状であってもよい。

また、上記実施形態では、支持駆動機構１４を各コラム１０ｂに対応して設けて、各支持駆動機構１４がクロスレール６の重心の前後左右の部分をそれぞれ支持するように構成したが、参考例としては、上記以外の構成で支持駆動機構を設けてもよい。例えば、Ｙ軸方向においてテーブル４を挟んで左右一対の支持駆動機構を設けるとともに、この一対の支持駆動機構によりＹ軸方向においてクロスレール６の重心に対して右側の部分と左側の部分とをそれぞれ支持及び駆動するようにしてもよい。

本発明の一実施形態による工作機械の全体構成を示した斜視図である。図１に示した工作機械の正面図である。図１に示した工作機械の側面図である。図１に示した工作機械から外装を取り除いた状態を示した斜視図である。図１に示した工作機械を構成するベッド及びテーブルのＹ軸方向に沿った断面図である。図１に示した工作機械を構成するクロスレールの構造を示した斜視図である。図１に示した工作機械の主軸装置、クロスレール、サドル駆動機構、コラム及び支持駆動機構の構造を説明するための図である。図１に示した工作機械のベッド、コラムベース、コラム及びクロスビームからなる構造体による効果を説明するための図である。本発明の一実施形態による工作機械の制御装置の機能を説明するためのブロック図である。

符号の説明

４テーブル
６クロスレール
６ｂ支持部
６ｃ貫通孔
８主軸装置
１０ｂコラム
１４支持駆動機構
２２ａ主軸
２２ｂ傾き検出センサ（傾き検出部）
２６主軸駆動機構
４２数値制御部（制御部）
４５記憶部

Claims

切削工具を回転させながらワークに対して相対移動させることにより、このワークの加工を行う工作機械であって、
上面上に前記ワークが載置されるとともに、水平面内の特定方向に移動可能に構成されたテーブルと、
前記テーブルの上面に対して垂直に配置されるとともに前記切削工具と結合して当該切削工具を回転させる主軸を含み、前記テーブルの上方で水平面内において前記テーブルの移動方向と直交する方向に移動可能に構成された主軸装置と、
前記主軸装置を水平面内において前記テーブルの移動方向と直交する方向に移動可能に支持するクロスレールと、
前記主軸装置の移動方向において前記テーブルを挟んで互いに対向する位置に立設されるとともに、前記テーブルの移動方向において前記主軸装置の重心に対して前後に配設され、前記クロスレールを上下方向に案内する複数のコラムと、
前記クロスレールを支持しながら上下方向に駆動させる支持駆動機構とを備え、
前記クロスレールは、前記テーブルの移動方向において前記主軸装置の重心に対して前側の部分と後側の部分とをそれぞれ支持する一対の支持部と、前記各コラムが上下方向に挿通される貫通孔とを含み、
前記支持駆動機構は、前記主軸装置の移動方向において前記テーブルを挟んで互いに対向する位置にそれぞれ設けられているとともに、前記テーブルの移動方向において所定の間隔を隔ててそれぞれ設けられており、
前記主軸装置の移動方向において互いに対向する位置に設けられた前記支持駆動機構は、前記クロスレールのうちその重心に対して左右に対称な部分をそれぞれ支持しながら上下に移送し、前記テーブルの移動方向において隣り合う前記支持駆動機構は、前記クロスレールのうちその重心に対して前後に対称な部分をそれぞれ支持しながら上下に移送し、
前記クロスレールには、水平方向で且つ前記テーブルの移動方向と直交する方向に延びる内部空間が前記一対の支持部の間に形成され、
前記主軸装置は、前記内部空間の延びる方向に移動可能となるようにその内部空間に嵌り込み、
前記一対の支持部は、前記内部空間に嵌り込んだ前記主軸装置の前記前側の部分と前記後側の部分とを支持している、工作機械。
前記コラムは、水平方向における断面が円形となるように形成されており、
前記貫通孔は、円形に形成されている、請求項１に記載の工作機械。
前記支持駆動機構を制御する制御部をさらに備え、
当該制御部は、前記各支持駆動機構によって駆動される前記クロスレールの各部の上下方向への駆動量を個別に制御することにより、前記主軸装置の移動に伴う前記クロスレールの姿勢変化を修正して前記主軸の前記テーブルの上面に対する直角度を維持する、請求項１又は２に記載の工作機械。
前記主軸装置を水平方向の各位置に移動させて測定した前記主軸の直角度の維持に必要な前記各支持駆動機構による前記クロスレールの各部の駆動量を表す補正データを記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記補正データに基づいて前記各支持駆動機構による前記クロスレールの各部の駆動量を個別に制御することにより、前記主軸装置の移動に伴う前記クロスレールの姿勢変化を修正する、請求項３に記載の工作機械。
前記主軸装置は、前記主軸の前記テーブルの上面に対する傾きを検出する傾き検出部を含み、
前記制御部は、前記傾き検出部により検出された前記主軸の傾きのデータに基づいて前記各支持駆動機構による前記クロスレールの各部の駆動量を個別に制御することにより、前記クロスレールの姿勢変化を修正して前記主軸の前記テーブルの上面に対する直角度を維持する、請求項３または４に記載の工作機械。
前記主軸装置は、前記主軸を上下方向に駆動させる主軸駆動機構を有し、
前記制御部は、前記主軸駆動機構による前記主軸の駆動量を制御して当該主軸の上下方向の位置を調節することにより、前記クロスレールの姿勢変化の修正に応じて生じる前記切削工具の刃先と前記テーブルの上面との間の距離の規定値からのずれを補正する機能を有する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の工作機械。
前記主軸装置を水平方向の各位置に移動させて測定した前記切削工具の刃先と前記テーブルの上面との間の距離を前記規定値に補正するための前記主軸の上下方向への駆動量のデータを記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、当該主軸の駆動量のデータに基づいて前記主軸装置の水平方向の位置に応じて前記主軸駆動機構による前記主軸の上下方向への駆動量を制御する、請求項６に記載の工作機械。
前記記憶部は、前記主軸装置の水平方向の各位置における前記切削工具の刃先と前記テーブルの上面との間の距離を前記規定値に補正するための前記主軸の駆動量のデータを、前記主軸装置が上下方向の各位置にある場合について記憶しており、
前記制御部は、当該主軸の駆動量のデータに基づいて前記主軸装置の上下方向の位置と水平方向の位置とに応じて前記主軸駆動機構による前記主軸の上下方向への駆動量を制御する、請求項７に記載の工作機械。
前記制御部は、前記各支持駆動機構による前記クロスレールの各部の駆動量を個別に制御することにより、前記クロスレールの前記テーブルの移動方向上流側の部分よりも下流側の部分が高くなるように当該クロスレールを傾斜させる機能を有する、請求項３〜８のいずれか１項に記載の工作機械。