JP6290012B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、工作機械に関する。

例えば長尺状に形成される蒸気タービン用のロータは、軸方向に分割された複数のロータ部品を組み付けることにより構成される。各ロータ部品には、隣り合うロータ部品と組み付けるためにフランジ部にカップリング孔が設けられる。カップリング孔を各ロータ部品に設けるためには、例えば、互いに直交する３軸（ＸＹＺ）に並進移動可能な主軸をもつ横中ぐり盤が一般的に用いられる。

カップリング孔の加工精度でロータ同士を直接結合するためには、孔の円筒度・位置度・直径等におおよそ３０μｍオーダの加工精度が求められる。そうでなければロータ組立時に一体で結合部の孔加工を行う必要が生じ、高コストとなってしまう。そこで、工作機械の各直線軸（ＸＹＺ）方向の並進誤差だけでなく、３次元的な空間誤差を測定して校正する校正方法が開発されている（例えば、非特許文献１参照）。とりわけ、独エタロン社製のＬａｓｅｒ Ｔｒａｃｅｒは、サブμｍの測定精度を実現している. この技術によれば、各直線軸（ＸＹＺ）方向の並進誤差、回転誤差に加えて、重なり合った３軸の直角度の誤差も計測することができ、３次元的な空間誤差を精度良く計測し校正することができる。しかしながら工具先端点の空間誤差を３次元的に補正できても、横中ぐり盤での深孔ボーリング加工で顕在化する主軸繰り出しに伴う軸の倒れに関しては、本手法では補正できない。

特開２０１２−１３１０１０号公報 特許第５０５８２７０号明細書 特開２００７−２６８６８２号公報

Ｓｃｈｗｅｎｋｅ Ｈ，Ｆｒａｎｋｅ Ｍ，Ｈａｎｎａｆｏｒｄ Ｊ（２００５）Ｅｒｒｏｒ Ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ ＣＭＭｓ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌｓ ｂｙ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ． Ａｎｎａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＩＲＰ ５４（１）：４７５−４７８ 特許庁総務部技術調査課 （２００３）、次世代工作機械（高精度・高効率，環境対応，超精密機械加工技術）に関する特許出願技術動向調査 Ｌ．Ｕｒｉａｒｔｅａ，Ｍ．Ｚａｔａｒａｉｎｂ，Ｄ．Ａｘｉｎｔｅｃ，Ｊ．Ｙａｇｕｅ−Ｆａｂｒａｄ，Ｓ．ＩｈＬｅｎｆｅｌｄｔｅ，ｊ．Ｅｇｕｉａａ，Ａ．Ｏｌａｒｒａａ（２０１３）Ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ ｆｏｒ ｌａｒｇｅ ｐａｒｔｓ．Ａｎｎａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＩＲＰ ６２（２）：７３１-７５０

このようにして校正された工作機械のワーク保持部にワークが取り付けられる。このとき、ワークが工具を保持する主軸に対して傾いていると、ワークの主軸に対する傾きが小さくなるように、ワーク保持部を調整する必要がある。しかしながら、大型のワークの重量は典型的には数十トン以上になるため、ワーク保持部を調整するのに多大な労力及び時間を必要とした。

本発明が解決しようとする課題は、ワークと主軸との傾きを容易に調整することが可能な工作機械を提供することである。

なお、ワーク保持部を調整する労力及び時間を抑えるべく、ワークの主軸に対する傾きをある程度許容する代わりに、主軸の送り範囲を制限し前記傾きの影響の大きい送り範囲を利用しない手法も考えられる。しかしながら、主軸の送り範囲を制限してしまうと、ワークの大きさによってはワークを加工することができなくなってしまう。

実施の形態に係る工作機械は、ワークに所望の大きさの孔を加工するための工作機械である、工作機械は、本体部と、前記本体部に支持され、ワークを保持するワーク保持部と、工具を保持する主軸と、前記主軸を回転軸の周りで回転可能に保持するスピンドル、及び、前記スピンドルの周りを覆うハウジングを有するスピンドルユニットと、前記スピンドルユニットに保持された前記主軸の前記ワークに対する傾きを変更可能となるように当該スピンドルユニットを保持し、且つ、前記スピンドルユニットを前記本体部に対して相対移動させる軸傾け並進駆動手段と、前記ハウジングに固定され、当該ハウジングから前記主軸の周りを取り囲むように延び出るセンサマウントと、前記センサマウントに保持され各々が計測対象との距離を計測可能な複数のセンサからなるセンサ群と、前記センサ群による計測結果に基づいて前記軸傾け並進駆動手段を制御して、前記主軸の前記ワークに対する傾きを補正する制御部と、を備える。

本発明の実施の形態による工作機械によれば、軸傾け並進駆動手段によって主軸と共にセンサ群を回転軸の軸方向に沿って送り、センサ群によってワークと主軸との傾きを把握することができる。この結果、ワークと主軸との傾きが小さくなるように軸傾け並進駆動手段を調整することで、ワークと主軸との傾きを容易に調整することができる。

一実施の形態による工作機械の構成の一例を示す概略斜視図。 ワークに基準孔プレートを取り付けた状態を示す概略断面図。 図１に示す工作機械の要部を示す概略断面図。 図１に示す工作機械の軸傾け並進駆動手段の軸傾け部を示す斜視図。 図３に示す線Ｖ−Ｖに沿った工作機械の断面を示す概略断面図。 図１に示す工作機械の作用を説明するための図であって、主軸を回転軸の軸方向に沿って或る位置まで送り、各センサがワークに設けられた孔を規定する壁面との距離を計測するようすを示した断面図である。 図１に示す工作機械の作用を説明するための図であって、図６に示す状態から主軸をさらに送り、各センサがワークに設けられた孔を規定する壁面との距離を計測するようすを示した断面図である。 図１に示す工作機械の作用を説明するための図であって、図６に示す位置まで主軸を送ったときのワークを加工するようすを示した断面図である。 図１に示す工作機械の作用を説明するための図であって、図７に示す位置まで主軸を送ったときのワークを加工するようすを示した断面図である。

以下、図１乃至図９を参照して、一実施の形態による工作機械１について説明する。図１は、一実施の形態による工作機械１の構成の一例を示す概略斜視図である。図１に示す工作機械１は、ワーク３に所望の大きさの孔３ａ（図２参照）を加工するための工作機械である。このような工作機械１として、例えば、横中ぐり盤、門型加工機及びガントリー型加工機が挙げられる。このうち、横中ぐり盤は、水平方向に平行な回転軸ｒの周りで工具２と共に主軸３０を回転させることにより、ワーク３に所望の孔３ａを形成する。門型加工機及びガントリー型加工機は、鉛直方向に沿った回転軸の周りで工具と共に主軸を回転させることにより、ワークに所望の孔を形成する。以下の説明では、工作機械１が横中ぐり盤にて構成された例を用いて説明する。また、以下の説明では、鉛直方向をＹ軸方向、水平面内で主軸３０をワーク３に対して接離させる方向をＺ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の両方に直交する方向をＸ軸方向として説明する。なお、一例として、Ｘ軸方向の移動範囲が１０．５ｍ、Ｙ軸方向の移動範囲が２．５ｍ、Z軸方向の移動範囲が１．０ｍとなるように工作機械１が構成されていてもよい。

とりわけ、図１に示す工作機械１は、大型のワーク３を加工するよう構成されている。大型のワーク３を加工する場合、種々の誤差要因が顕在化し、μｍオーダの加工精度を確保することが容易ではない。このため、大型のワーク３を加工する工作機械１において、加工精度を高めることが所望されている。大型のワーク３を加工する工作機械１においては、一例として、各軸方向の位置決め精度は、０．００５〜０．０１０ｍｍ程度で管理される。

図１に示すように、工作機械１は、建物の床面に設置される本体部１０と、当該本体部１０に支持され、ワーク３を保持するワーク保持部２０と、を備えている。このうち、本体部１０は、建物の床面に設置されるベッド１１を有している。ベッド１１は、水平面に沿った平板状の形状を有している。

ワーク保持部２０は、加工対象となるワーク３を本体部１０に対して精度良く位置決めする。ワーク保持部２０は、支持台とも呼ばれる。ワーク保持部２０としては、本工作機械１の分野においてそれ自体既知のワーク保持部を使用することができるため、ここでは詳細な説明を省略する。

図２に、ワーク保持部２０に保持されたワーク３の一例を示す。図２に示すワーク３は、蒸気タービン用のロータの一部を構成するロータ部品である。複数のロータ部品３を組み付けることにより蒸気タービン用のロータが構成される。各ロータ部品３は円筒状の形状を有し、各ロータ部品３には、隣り合うロータ部品３と組み付けるための複数のカップリング用の孔３ａが設けられる。複数のカップリング用の孔３ａは、各ロータ部品の周縁となる領域に周方向に沿って並べて配置されている。図２に示す状態において、ロータ部品３に設けられたカップリング用の孔３ａは、下孔として形成されている。本実施の形態の工作機械１では、この下孔に仕上げ加工を施すようになっている。

さらに、ワーク３の主軸３０側を向く面に基準孔プレート５が取り付けられている。基準孔プレート５は、後述するようにして、回転軸ｒの軸方向に沿った主軸３０の送り量に応じて変化し得る、ワーク３と主軸３０との傾きθ（図７参照）を効率よく把握するために利用される。本実施の形態の基準孔プレート５は、ワーク３にスペーサ４を介して取り付けられている。スペーサ４は、ワーク３と基準孔プレート５との間に間隔を形成するために設けられている。一例として、基準孔プレート５のＺ軸方向の長さは、ワーク３の長さと同程度に形成され、且つ、スペーサ４のＺ軸方向の長さよりも長く設定され得る。

図２に示すように、スペーサ４及び基準孔プレート５には、ワーク３の複数のカップリング用の孔３ａに対応して複数の孔４ａ及び複数の孔５ａがそれぞれ設けられている。したがって、ワーク３の孔３ａ、スペーサ４の孔４ａ及び基準孔プレート５の孔５ａは、Ｚ軸方向からみたときに重なっている。また、ワーク３の孔３ａの中心線Ｃ３、スペーサ４の孔４ａの中心線Ｃ４及び基準孔プレート５の孔５ａの中心線Ｃ５は、Ｚ軸方向からみたときに一致するように、例えば高精度接触式タッチプローブ（例えばレニショー製ＲＭＰ６００)や接触式ダイヤルゲージ等を用いて、基準孔プレート５の位置精度を保証している。

図３は、図１に示す工作機械１の要部を示す概略縦断面図である。図３に示すように、工作機械１は、工具２を保持する主軸３０と、主軸３０を回転軸ｒの周りで回転可能に保持するスピンドルユニット４０と、スピンドルユニット４０に保持された主軸３０のワーク３に対する傾きθを変更可能となるように当該スピンドルユニット４０を保持し、且つ、スピンドルユニット４０を本体部１０に対して相対移動させる軸傾け並進駆動手段５０と、をさらに備えている。

工具２を保持する主軸３０は、スピンドルユニット４０から回転軸ｒの延びる方向に沿って軸状に延び出している。軸状の主軸３０は、その先端部において工具２を所定の角度で保持し、スピンドルユニット４０の回転駆動により工具２と共に回転する。工具２は、主軸３０の先端から回転軸ｒに直交する方向に突出している。本実施の形態において、工具２が主軸３０の先端から突出する量を調整可能になっている。工具２の突出量を調整することにより、加工される孔３ａの大きさを調整することができる。

一方、スピンドルユニット４０は、主軸３０を回転軸ｒの周りで回転可能に保持するスピンドル４１と、スピンドル４１の周りを覆うハウジング４２と、スピンドル４１及びハウジング４２が取り付けられたベースプレート４３と、を有している。スピンドル４１には、主軸３０の基端部が回転軸ｒの延びる方向に沿って挿入されている。スピンドル４１はモータを内蔵しており、スピンドル４１は回転軸ｒを中心として自転可能になっている。したがって、スピンドル４１が自転すると、スピンドル４１に保持された主軸３０も回転軸ｒを中心として自転するようになっている。

図３に示す例では、スピンドル４１は、ベースプレート４３に回転可能に支持されている。ベースプレート４３は、円盤状の部材からなる。そして、ベースプレート４３の周縁からスピンドル４１の周りを覆うようにハウジング４２が延び出している。ハウジング４２は、ベースプレート４３に固定され、スピンドル４１と離間している。このため、スピンドル４１が回転軸ｒを中心として自転してもハウジング４２は回転軸ｒの周りを回転しないようになっている。なお、このハウジング４２には、後述するセンサマウント７０が固定されている。

上述したスピンドルユニット４０のベースプレート４３をワーク３に対して傾けることが可能となるように、ベースプレート４３に軸傾け並進駆動手段５０が接続されている。図１に示すように、軸傾け並進駆動手段５０は、スピンドルユニット４０に保持された主軸３０のワーク３に対する傾きθを変更可能となるように当該スピンドルユニット４０を保持する軸傾け部５１と、軸傾け部５１を本体部１０に対して相対移動させる並進駆動部６１と、を有している。軸傾け部５１は、スピンドルユニット４０をワーク３に対して接離させることも可能に構成されている。

先ず、軸傾け部５１について図４を参照して説明する。図４は、軸傾け部５１を示す斜視図である。図４に示すように、軸傾け部５１は、Ｚ軸方向に沿って延びる３本の直線ガイドレール５２と、各々に対応する直線ガイドレール５２上に摺動可能に配置された３つの駆動スライダ５３と、各々に対応する駆動スライダ５３とベースプレート４３との間を延び、駆動スライダ５３及びベースプレート４３に対して旋回自在なリンクロッド５４と、を有している。

図４に示すように、３本の直線ガイドレール５２は、ベースプレート４３の周りを取り囲むように配置されている。３本の直線ガイドレール５２は、回転軸ｒの回転方向ｄ１に沿って１２０°ずつずれて配置されている。

各直線ガイドレール５２には駆動スライダ５３が摺動自在に配置されている。各駆動スライダ５３は、不図示のアクチュエータに連結され、Ｚ軸方向に直線ガイドレール５２に沿って移動可能になっている。各駆動スライダ５３は、リンクロッド５４を介してベースプレート４３に連結されている。本実施の形態では、駆動スライダ５３とリンクロッド５４とは３自由度を有する球面ジョイント５５ａにより連結され、リンクロッド５４とベースプレート４３とは２自由度を有するユニバーサルジョイント５５ｂにより連結されている。

また、各々に対応する直線ガイドレール５２上に、駆動スライダ５３よりも主軸３０に近接して３つの従動スライダ５６が摺動自在に配置されている。３つの従動スライダ５６に囲まれる領域内に、当該３つの従動スライダ５６に固定された環状の第１リング部材５７が固定されている。３つの従動スライダ５６が直線ガイドレール５２に沿って移動することにより、第１リング部材５７がＺ軸方向に並進移動することができる。

さらに、図４に示すように、第１リング部材５７に、Ｘ軸方向に延びる第１連結軸５７ａを介して環状の第２リング部材５８が支持されている。したがって、第２リング部材５８は、Ｘ軸方向の周りを第１リング部材５７に対して回転可能になっている。本実施の形態では、第２リング部材５８は、ベースプレート４３の周りを取り囲んでいる。第２リング部材５８とベースプレート４３とに、Ｙ軸方向に沿って延びる第２連結軸５８ａが連結されている。第２連結軸５８ａは、第２リング部材５８にロータリージョイントを介して回転可能に支持され、ベースプレート４３に固定されている。したがって、ベースプレート４３は、Ｙ軸方向の周りを第２リング部材５８に対して回転可能になっている。

このような軸傾け部５１によれば、各駆動スライダ５３を対応する直線ガイドレール５２上で他の駆動スライダ５３と独立して移動させることにより、スピンドルユニット４０及び主軸３０のワーク３に対する傾きθを調整することができる。また、各駆動スライダ５３をＺ軸方向に沿って他の駆動スライダ５３と同じ量だけ移動させることにより、スピンドルユニット４０をＺ軸方向に移動させること、すなわちワーク３に対して接離させることもできる。

このような軸傾け部５１は、図１に示すように、本体部１０に対して相対移動可能となるよう、並進駆動部６１によって支持されている。軸傾け部５１を支持する並進駆動部６１は、ベッド１１から鉛直方向Ｙ上方に延び出し、ワーク保持部２０とＺ軸方向に対向している。図１に示す並進駆動部６１は、軸傾け部５１をＹ軸方向及びＸ軸方向の２方向に並進移動可能に支持している。本実施の形態において、並進駆動部６１は、軸傾け部５１と共にスピンドルユニット４０をＸ軸方向に移動させるＸ稼働要素６３と、軸傾け部５１と共にスピンドルユニット４０をＹ軸方向に移動させるＹ稼働要素６２と、を含んでいる。なお、上述のように、本実施の形態では、スピンドルユニット４０のＺ軸方向への移動は、軸傾け部５１によりなされる。

ところで、大型のワーク３を加工する工作機械１において、ワーク３が主軸３０に対して相対的に傾くと、μｍオーダの加工精度を確保することが困難となり得る。そこで、本実施の形態の工作機械１は、ワーク３と主軸３０との傾きθを把握し容易に調整することができるよう、スピンドルユニット４０のハウジング４２から主軸３０の周りを取り囲むように延びるセンサマウント７０と、センサマウント７０に保持された複数のセンサ８２からなるセンサ群８０と、センサ群８０による計測結果に基づいて軸傾け並進駆動手段５０を制御して、主軸３０のワーク３に対する傾きθを補正する制御部９０と、をさらに備えている。このような工作機械１によれば、センサ８２を用いてワーク３と主軸３０との傾きθを把握することで、ワーク３と主軸３０との傾きθが小さくなるように軸傾け並進駆動手段５０を制御することができる。

先ず、センサマウント７０について説明し、その後センサマウント７０に保持された複数のセンサ８２について説明する。図３に示すように、センサマウント７０は、中空の筒状の形状を有しており、この中空の部分を主軸３０が回転軸ｒの軸方向に通り抜けている。センサマウント７０は、ハウジング４２の周縁から延び出し、主軸３０との間に間隔を空けている。図３に示すセンサマウント７０は、主軸３０のうち、スピンドル４１に取り付けられた基端部から、基端部と先端部との間となる中間位置までを取り囲んでいる。

また、センサマウント７０は、スピンドルユニット４０のハウジング４２に固定されている。したがって、スピンドル４１と共に主軸３０が回転軸ｒを中心として自転しても、センサマウント７０は回転軸ｒの周りを回転しない。

センサマウント７０に複数のセンサ８２からなるセンサ群８０が保持されている。各センサ８２は、計測対象との距離を計測可能となっている。ここでいう計測対象とは、ワーク３と主軸３０との傾きθを把握するために、センサ８２によって距離を計測される対象物上の位置をいう。本実施の形態では、センサ８２の計測対象として、ワーク３の孔３ａを規定する壁面３ｂ上の位置あるいは基準孔プレート５の孔５ａを規定する壁面５ｂ上の位置が挙げられる。複数のセンサ８２によって計測対象との距離を計測することにより、後述するようにして主軸３０とワーク５との傾きθを把握することが可能となる。

図５は、回転軸ｒに直交する断面において、主軸３０及びセンサ８２を示した断面図である。図５に示すように、センサ群８０は、回転軸ｒの回転方向ｄ１に並べられた複数のセンサ８２からなる小センサ群８１を複数含んでいる。本実施の形態では、各小センサ群８１に含まれる複数のセンサ８２は、回転軸ｒの回転方向ｄ１に沿って等間隔に並べられている。言い換えると、各小センサ群８１に含まれる複数のセンサ８２は、回転軸ｒを中心として回転対称となるような位置に配置されている。図５に示す例では、各小センサ群８１は、回転軸ｒの回転方向ｄ１に沿って１２０°ずれた位置に１つずつ配置されたセンサ８２を合計で３つ含んでいる。

さらに、図３に示すように、複数の小センサ群８１は、回転軸ｒの軸方向に沿って並べて配置されている。本実施の形態では、３つの小センサ群８１が、回転軸ｒの軸方向に沿って等間隔に並んでいる。なお、本実施の形態におけるセンサ群８０に含まれる複数のセンサ８２の配列は、一例であって、仕様に応じて適宜決定される。例えば、小センサ群８１に含まれる複数のセンサ８２は、回転軸ｒの回転方向ｄ１に沿って互いに異なる間隔に並べられていてもよいし、隣り合う小センサ群８１の間隔が、互いに異なっていてもよい。

本実施の形態のセンサ８２は、いわゆる非接触型の絶対距離計にて構成されている。非接触型の変位計の一例として、静電容量変位計(Ｌｉｏｎ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ)や渦電流式変位計等の小型ヘッドの高精度センサが挙げられる．非接触型の変位計の他の例として、マルチチャンネルファイバ距離計(Ｅｔａｌｏｎ Ｍｕｌｔｉｌｉｎｅ、ドイツＥｔａｌｏｎ社製)が挙げられる。絶対距離計は、サブμm〜数μｍオーダの絶対距離計測精度を実現することができる。

次に、各センサ８２の計測結果に基づいて軸傾け並進駆動手段５０を制御する制御部９０について説明する。制御部９０は、センサ群８０に含まれるセンサ８２の計測結果に基づいて軸傾け並進駆動手段５０を制御して、主軸３０のワーク３に対する傾きθを補正するようになっている。

以下、図６乃至図９を参照して、制御部９０による制御の一例について説明する。図６乃至図９は、制御部９０による制御の各状態を示す断面図である。先ず事前に、ワーク３の主軸３０側を向く面に、基準孔プレート５をスペーサ４を介して取り付ける。一例として、ワーク３に設けられた複数の孔３ａのうちの一部と基準孔プレート５に設けられた複数の孔５ａのうちの一部とに不図示のボルトを挿入することによって、ワーク３に基準孔プレート５を固定する。ワーク３に基準孔プレート５を取り付けた後、例えば高精度接触式タッチプローブや接触式ダイヤルゲージ等を用いて、基準孔プレート５の位置精度を保証する。

このような段取りが終了した後、図６に示すように、制御部９０は、軸傾け並進駆動手段５０を制御して、センサ群８０と共に主軸３０を基準孔プレート５の孔５ａ内に送る。本実施の形態の工作機械１では、少なくとも図６に示す主軸３０の送り位置において、基準孔プレート５の孔５ａ内にある小センサ群８１の各センサ８２が、基準孔プレート５の孔５ａを規定する壁面５ｂ上の位置との距離を計測するようになっている。

とりわけ、本実施の形態では、センサ群８０は、回転軸ｒの回転方向ｄ１に並べられた複数のセンサ８２からなる小センサ群８１を複数含んでいる（図５参照）。これにより、各小センサ群８１が位置する回転軸ｒに直交する平面内における、基準孔プレート５の孔５ａの中心線Ｃ５と回転軸ｒとのずれを把握することができる。言い換えると、各小センサ群８１が位置する回転軸ｒの軸方向の位置での、基準孔プレート５の孔５ａの中心線Ｃ５と回転軸ｒとのずれを把握することができる。なお、基準孔プレート５の孔５ａの中心線Ｃ５と回転軸ｒとのずれを精度よく把握する観点から、各小センサ群８１は、回転軸ｒの回転方向ｄ１に並べられた少なくとも３つのセンサ８２を含むのが好ましい。さらに、複数の小センサ群８１が回転軸ｒの軸方向に沿って並べて配置されていることから、各小センサ群８１が位置する回転軸ｒに直交する平面内における、基準孔プレート５の孔５ａの中心線Ｃ５と回転軸ｒとのずれを対比することにより、回転軸ｒとワーク３の孔３ａの中心線Ｃ３との傾きθつまり主軸３０とワーク３との傾きθを把握することができる。なお、制御部９０がセンサ群８０による計測結果を用いて主軸３０とワーク３との傾きθを演算する方法は、それ自体既知の方法を採用することができる。例えば、センサ群８０からのアナログ信号をＡＤ変換器でデジタル信号として制御部９０に取り込み，主軸３０とワーク３との傾きθを最適化するような信号を制御部９０から軸傾け部５１へ送るような手法が採用され得る。

このように、主軸３０が或る送り位置に位置するときにセンサ群８０が計測した計測結果から特定された主軸３０のワーク３に対する傾きθを用いて、主軸３０の繰り出し位置を考慮せずに、主軸３０とワーク３との傾きを補正して加工することも可能である。この場合、ワーク保持部２０にワーク３を取り付けたときのワーク３の位置決め誤差つまり据付誤差に起因する主軸３０とワーク３との傾きを少なくとも修正してワーク３の孔３ａを加工することができる。ただし、主軸３０とワーク３との傾きθは、主軸３０の回転軸ｒの軸方向に沿った送り量に応じて変動するような工作機械１の仕様もあり得る。とりわけ、軸傾け並進駆動手段５０によるＺ軸方向における移動範囲が広い場合に、主軸３０とワーク３との傾きθが主軸３０の回転軸ｒの軸方向に沿った送り量に応じて変動する。そこで、本実施の形態の制御部９０は、図７から理解されるように、主軸３０と共にセンサ群８０を回転軸ｒの軸方向に沿って各送り位置を通過するように送り続ける。そして、主軸３０が各送り位置に位置するときの各々において（例えば図６、図７に示す位置）、各センサ群８０は、回転軸ｒの軸方向に沿ってずれた複数の位置にて、基準孔プレート５に設けられた孔５ａを規定する壁面５ｂとの距離を計測する。これにより、制御部９０は、主軸３０が図６に示す送り位置に位置するときにセンサ群８０が計測した計測結果から、図６に示す送り位置における主軸３０とワーク３との傾きθを、図７に示す送り位置における主軸３０とワーク３との傾きθと独立して特定することができる。さらにいえば、本実施の形態の制御部９０は、回転軸ｒの軸方向に沿った主軸３０の送り量に応じて、主軸３０とワーク３との傾きθを把握することができる。

次に、制御部９０は、センサ群８０に含まれるセンサ８２の計測結果に基づいて軸傾け並進駆動手段５０を制御して、主軸３０とワーク３との傾きθを補正して加工する。具体的には、図８に示すように、制御部９０は、主軸３０を回転軸ｒの軸方向に沿って移動させ、主軸３０に保持された工具２を基準孔プレート５内に挿入する。次に、制御部９０は、仕上げ加工される孔３ａの大きさに合わせて、工具２が主軸３０の先端からの突出量を調整する。次に、制御部９０は、主軸３０とワーク３との傾きθが小さくなるように軸傾け部５１を制御しながら、ボーリング加工によりスペーサ孔４ａ及びワーク３の孔３ａの仕上げ加工を行う。これにより、回転軸ｒを中心として回転する工具２がワーク３の孔３ａを規定する壁面３ｂを円筒状に加工していく。

本実施の形態において、制御部９０は、回転軸ｒの軸方向に沿った主軸３０の送り量に応じて、主軸３０とワーク３との傾きθを補正するようになっている。これにより、主軸３０とワーク３との傾きθが、主軸３０の回転軸ｒの軸方向に沿った送り量に応じて変動しても、主軸３０とワーク３との傾きθが常に小さくなるように軸傾け部５１を制御しながら、ワーク３の孔３ａの仕上げ加工を行うことができる。

図示する例では、図６に示す主軸３０の送り位置と、図８に示す主軸３０の送り位置とが、同一になっており、図７に示す主軸３０の送り位置と、図９に示す主軸３０の送り位置とが、同一になっている。そして、図８に示す主軸３０の送り位置では、図６に示す主軸３０の送り位置にて特定された主軸３０とワーク３との傾き量θに相当する量だけ、主軸３０とワーク３との傾きを調整している。同様に、図９に示す主軸３０の送り位置では、図７に示す主軸３０の送り位置にて特定された主軸３０とワーク３との傾き量θに相当する量だけ、主軸３０とワーク３との傾きを調整している。したがって、本実施の形態の制御部９０は、回転軸ｒの軸方向に沿って主軸３０を送った各送り位置（図８、図９に示す位置）において、主軸３０とワーク３との傾きを補正する量は、各センサ８２が、当該送り位置（図６、図７に示す位置）にて基準孔プレート５に設けられた孔５ａを規定する壁面５ｂとの距離を計測した計測結果から特定された主軸３０とワーク３との傾き量に相当、より詳細には一致している。

以上のように、本実施の形態による工作機械１は、本体部１０と、本体部１０に支持され、ワーク３を保持するワーク保持部２０と、工具２を保持する主軸３０と、主軸３０を回転軸ｒの周りで回転可能に保持するスピンドル４１、及び、スピンドル４１の周りを覆うハウジング４２を有するスピンドルユニット４０と、スピンドルユニット４０をワーク３に対して傾け可能に保持し、且つ、スピンドルユニット４０を本体部１０に対して相対移動させる軸傾け並進駆動手段５０と、ハウジング４２に固定され、当該ハウジング４２から主軸３０の周りを取り囲むように延びるセンサマウント７０と、センサマウント７０に保持され各々が計測対象との距離を計測可能な複数のセンサ８２からなるセンサ群８０と、センサ群８０による計測結果に基づいて軸傾け並進駆動手段５０を制御して、主軸３０のワーク３に対する傾きθを補正する制御部９０と、を備える。このような工作機械１によれば、軸傾け並進駆動手段５０によって主軸３０と共に複数のセンサ８２を回転軸ｒの軸方向に沿って送り、センサ８２がワーク３に設けられた孔３ａを規定する壁面３ｂまたは基準孔プレート５に設けられた孔５ａを規定する壁面５ｂとの距離に関する情報を取得することができる。これにより、主軸３０のワーク３に対する傾きθを把握することができ、この結果、主軸３０のワーク３に対する傾きθが小さくなるように軸傾け並進駆動手段５０を調整することで、主軸３０のワーク３に対する傾きθを容易に調整することができる。

また、本実施の形態によれば、センサ群８０は、回転軸ｒの回転方向ｄ１に並べられた複数のセンサ８２からなる小センサ群８１を複数含んでいる。この場合、各小センサ群８１が位置する回転軸ｒに直交する平面内における、基準孔プレート５の孔５ａと回転軸ｒとのずれを把握することができる。さらに、本実施の形態によれば、複数の小センサ群８１が回転軸ｒの軸方向に沿って並べて配置されている。この場合、各小センサ群８１が位置する回転軸ｒに直交する平面内における、基準孔プレート５の孔５ａと回転軸ｒとのずれを互いに対比することにより、主軸３０のワーク３に対する傾きθを把握することができる。

また、本実施の形態によれば、制御部９０は、軸傾け並進駆動手段５０を制御して、センサ群８０と共に主軸３０を回転軸ｒの軸方向に沿って少なくとも或る送り位置（例えば図６に示す位置）まで送り、主軸３０が前記或る送り位置に位置するときに、センサ群８０は、回転軸ｒの軸方向に沿ってずれた複数の位置にて、基準孔プレート５に設けられた孔５ａを規定する壁面５ｂとの距離を計測するようになっており、制御部９０は、主軸３０が前記或る送り位置に位置するときにセンサ群８０が回転軸ｒの軸方向に沿ってずれた複数の位置にて基準孔プレート５に設けられた孔５ａを規定する壁面５ｂとの距離を計測した計測結果から、主軸３０のワーク３に対する傾きθを特定することができるようになっている。このような形態によれば、ワーク保持部２０にワーク３を取り付けたときのワーク３の位置決め誤差に起因する主軸３０とワーク３との傾きを少なくとも修正してワーク３の孔３ａを加工することができる。

また、本実施の形態によれば、制御部９０は、軸傾け並進駆動手段５０を制御して、センサ群８０と共に主軸３０を回転軸ｒの軸方向に沿って各送り位置を通過するように送り、主軸３０が各送り位置に位置するときの各々において（例えば図６、図７に示す位置）、センサ群８０は、回転軸ｒの軸方向に沿ってずれた複数の位置にて、基準孔プレート５に設けられた孔５ａを規定する壁面５ｂとの距離を計測するようになっており、制御部９０は、主軸３０が各送り位置に位置するときにセンサ群８０が回転軸ｒの軸方向に沿ってずれた複数の位置にて基準孔プレート５に設けられた孔５ａを規定する壁面５ｂとの距離を計測した計測結果から、各送り位置（例えば図６に示す位置）における主軸３０のワーク３に対する傾きθを他の送り位置（例えば図７に示す位置）における前記傾きθと独立して特定することができるようになっている。このような形態によれば、主軸３０のワーク３に対する傾きθが、回転軸ｒの軸方向に沿って主軸３０を送った各位置において変動しても、当該各位置において主軸３０のワーク３に対する傾きθが小さくなるように軸傾け並進駆動手段５０を制御しながら、ワーク３の孔３ａを加工することができる。

また、本実施の形態によれば、制御部９０は、回転軸ｒの軸方向に沿って主軸３０を送った各送り位置（例えば図８、図９に示す位置）において、主軸３０とワーク３との傾きを補正する量は、各センサ８２が、当該送り位置（例えば図６、図７に示す位置）にて基準孔プレート５に設けられた孔５ａを規定する壁面５ｂとの距離を計測した計測結果から特定された主軸３０とワーク３との傾き量に相当、より詳細には一致している。このような形態によれば、各送り位置にて、基準孔プレート５を用いてセンサ８２にて実測した計測結果から特定された主軸３０とワーク３との傾き量θを利用して、当該送り位置における、主軸３０とワーク３との傾きθを補正することができるため、主軸３０とワーク３との傾きθを極めて小さくすることができる。

また、本実施の形態によれば、制御部９０は、回転軸ｒの軸方向に沿った主軸３０の送り量に応じて、主軸３０のワーク３に対する傾きθを補正するようになっている。このような形態によれば、主軸３０のワーク３に対する傾きθが、主軸３０の回転軸ｒの軸方向に沿った送り量に応じて変動しても、主軸３０のワーク３に対する傾きθが常に小さくなるように軸傾け並進駆動手段５０を制御しながら、ワーク３の孔３ａを加工することができる。

なお、上述した実施の形態では、センサ８２によって基準孔プレート５の孔５ａを規定する壁面５ｂとの距離を計測してワーク３と主軸３０との傾きθを調整する例を示したが、このような例に限定されない。基準孔プレート５を用いずに、センサ８２によってワーク３の孔３ａを規定する壁面３ｂとの距離を計測してワーク３と主軸３０との傾きθを調整してもよい。

具体的には、制御部９０は、軸傾け並進駆動手段５０を制御して、センサ群８０と共に主軸３０を回転軸ｒの軸方向に沿って少なくとも或る送り位置まで送り、主軸３０が前記或る送り位置に位置するときに、センサ群８０は、回転軸ｒの軸方向に沿ってずれた複数の位置にて、ワーク３に設けられた孔３ａを規定する壁面３ｂとの距離を計測するようになっており、制御部９０は、主軸３０が前記或る送り位置に位置するときにセンサ群８０が回転軸ｒの軸方向に沿ってずれた複数の位置にてワーク３に設けられた孔３ａを規定する壁面３ｂとの距離を計測した計測結果から、主軸３０のワーク３に対する傾きθを特定することができるようになっていてもよい。この場合、ワーク保持部２０にワーク３を取り付けたときのワーク３の位置決め誤差に起因する主軸３０とワーク３との傾きを少なくとも修正してワーク３の孔３ａを加工することができる。

さらに、制御部９０は、軸傾け並進駆動手段５０を制御して、センサ群８０と共に主軸３０を回転軸ｒの軸方向に沿って各送り位置を通過するように送り、主軸３０が各送り位置に位置するときの各々において、センサ群８０は、回転軸ｒの軸方向に沿ってずれた複数の位置にて、ワーク３に設けられた孔３ａを規定する壁面３ｂとの距離を計測するようになっており、制御部９０は、主軸３０が各送り位置に位置するときにセンサ群８０が回転軸ｒの軸方向に沿ってずれた複数の位置にてワーク３に設けられた孔３ａを規定する壁面３ｂとの距離を計測した計測結果から、各送り位置における主軸３０のワーク３に対する傾きθを他の送り位置における前記傾きθと独立して特定することができるようになっていてもよい。このような形態によれば、主軸３０のワーク３に対する傾きθが、回転軸ｒの軸方向に沿って主軸３０を送った各位置において変動しても、当該各位置において主軸３０のワーク３に対する傾きθが小さくなるように軸傾け並進駆動手段５０を制御しながら、ワーク３の孔３ａを加工することができる。

また、上述した実施の形態では、並進駆動部６１によるＸ軸方向の移動範囲が１０．５ｍ、Ｙ軸方向の移動範囲が２．５ｍ、Z軸方向の移動範囲が１．０ｍであり、比較的大ストロークをもつ工作機械１の例を示したが、このような例に限定されない。工作機械１は、例えば直径１．５ｍ程度の大型のワーク３の周縁領域に配置された孔３ａを高精度に加工できればよく，必ずしも大ストロークを必要としない。例えば，横中ぐり盤からなる工作機械が、主軸とは別個に大型ワークの粗動回転機構を備えてもよい。この場合、工作機械は、ストロークを極端に小さくしたポータブル機械を構成し得る。並進駆動部による各軸方向の移動範囲が５００ｍｍ以下の工作機械では、様々な高精度機械要素(リニアモータ駆動，油静圧案内)を柔軟に組み合わせ、０．１μｍオーダの位置決め精度を達成することも可能である．このような小ストロークの機械では，加工点付近を恒温チャンバで遮蔽し，環境変動を最小限に抑える構成とすることもでき，高精度化にさらに有利となり得る。

以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。

なお、実施の形態は例示であり、発明の範囲はそれに限定されない。

１ … 工作機械、 ２… 工具、 ３… ワーク、 ３ａ… 孔、 ３ｂ… 壁面、 ４… スペーサ、 ４ａ… 孔、 ５… 基準孔プレート、 ５ａ… 孔、 ５ｂ… 壁面、 １０… 本体部、 １１… ベッド、２０… ワーク保持部、 ３０… 主軸、 ４０… スピンドルユニット、 ４１… スピンドル、 ４２… ハウジング、 ４３… ベースプレート、 ５０… 軸傾け並進駆動手段、 ５１… 軸傾け部、 ５２… 直線ガイドレール、 ５３… 駆動スライダ、 ５４… リンクロッド、 ５５ａ… 球面ジョイント、 ５５ｂ… ユニバーサルジョイント、 ５６… 従動スライダ、 ５７… 第１リング部材、 ５７ａ… 第１連結軸、 ５８… 第２リング部材、 ５８ａ… 第２連結軸、 ６１… 並進駆動部、 ６２… Ｙ軸駆動要素、 ７０… センサマウント、 ８０… センサ群、 ８１… 小センサ群、 ８２… センサ、 ９０… 制御部、 ｒ… 回転軸、 ｄ１… 回転方向

Claims (9)

1. ワークに所望の大きさの孔を加工するための工作機械であって、
   本体部と、
   前記本体部に支持され、ワークを保持するワーク保持部と、
   工具を保持する主軸と、
   前記主軸を回転軸の周りで回転可能に保持するスピンドル、及び、前記スピンドルの周りを覆うハウジングを有するスピンドルユニットと、
   前記スピンドルユニットに保持された前記主軸の前記ワークに対する傾きを変更可能となるように当該スピンドルユニットを保持し、且つ、前記スピンドルユニットを前記本体部に対して相対移動させる軸傾け並進駆動手段と、
   前記ハウジングに固定され、当該ハウジングから前記主軸の周りを取り囲むように延び出るセンサマウントと、
   前記センサマウントに保持され各々が計測対象との距離を計測可能な複数のセンサからなるセンサ群と、
   前記センサ群による計測結果に基づいて前記軸傾け並進駆動手段を制御して、前記主軸の前記ワークに対する傾きを補正する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記軸傾け並進駆動手段を制御して、前記センサ群と共に前記主軸を前記回転軸の軸方向に沿って送って、前記センサ群を、前記ワークに設けられた孔、又は、前記ワークの前記主軸側を向く面に取り付けられる基準孔プレートに設けられた孔に挿入するようになっており、
   前記センサ群は、前記ワークに設けられた孔に挿入された際に前記ワークに設けられた孔を規定する壁面との距離を計測するか、又は、前記基準孔プレートに設けられた孔に挿入された際に前記基準孔プレートに設けられた孔を規定する壁面との距離を計測するようになっている、工作機械。
2. 前記センサ群は、前記回転軸の回転方向に並べられた複数の前記センサからなる小センサ群を複数含み、
   前記複数の小センサ群が、前記回転軸の軸方向に並べて配置されている、請求項１に記載の工作機械。
3. 前記制御部は、前記軸傾け並進駆動手段を制御して、前記センサ群と共に前記主軸を前記回転軸の軸方向に沿って少なくとも或る送り位置まで送り、
   前記主軸が前記或る送り位置に位置するときに、前記センサ群は、前記回転軸の軸方向に沿ってずれた複数の位置にて、前記ワークに設けられた孔を規定する壁面との距離を計測するようになっており、
   前記制御部は、前記主軸が前記或る送り位置に位置するときに前記センサ群が前記回転軸の軸方向に沿ってずれた複数の位置にて前記ワークに設けられた孔を規定する壁面との距離を計測した計測結果から、前記主軸の前記ワークに対する傾きを特定することができるようになっている、請求項１または２に記載の工作機械。
4. 前記制御部は、前記軸傾け並進駆動手段を制御して、前記センサ群と共に前記主軸を前記回転軸の軸方向に沿って各送り位置を通過するように送り、
   前記主軸が各送り位置に位置するときの各々において、前記センサ群は、前記回転軸の軸方向に沿ってずれた複数の位置にて、前記ワークに設けられた孔を規定する壁面との距離を計測するようになっており、
   前記制御部は、前記主軸が各送り位置に位置するときに前記センサ群が前記回転軸の軸方向に沿ってずれた複数の位置にて前記ワークに設けられた孔を規定する壁面との距離を計測した計測結果から、当該送り位置における前記主軸の前記ワークに対する傾きを他の送り位置における前記傾きと独立して特定することができるようになっている、請求項１または２に記載の工作機械。
5. 前記制御部は、前記軸傾け並進駆動手段を制御して、前記センサ群と共に前記主軸を前記回転軸の軸方向に沿って少なくとも或る送り位置まで送り、
   前記主軸が前記或る送り位置に位置するときに、前記センサ群は、前記回転軸の軸方向に沿ってずれた複数の位置にて、前記ワークの前記主軸側を向く面に取り付けられる基準孔プレートに設けられた孔を規定する壁面との距離を計測するようになっており、
   前記制御部は、前記主軸が前記或る送り位置に位置するときに前記センサ群が前記回転軸の軸方向に沿ってずれた複数の位置にて前記基準孔プレートに設けられた孔を規定する壁面との距離を計測した計測結果から、前記主軸の前記ワークに対する傾きを特定することができるようになっている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の工作機械。
6. 前記制御部は、前記軸傾け並進駆動手段を制御して、前記センサ群と共に前記主軸を前記回転軸の軸方向に沿って各送り位置を通過するように送り、
   前記主軸が各送り位置に位置するときの各々において、前記センサ群は、前記回転軸の軸方向に沿ってずれた複数の位置にて、前記ワークの前記主軸側を向く面に取り付けられる基準孔プレートに設けられた孔を規定する壁面との距離を計測するようになっており、
   前記制御部は、前記主軸が各送り位置に位置するときに前記センサ群が前記回転軸の軸方向に沿ってずれた複数の位置にて前記基準孔プレートに設けられた孔を規定する壁面との距離を計測した計測結果から、当該送り位置における前記主軸の前記ワークに対する傾きを他の送り位置における前記傾きと独立して特定することができるようになっている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の工作機械。
7. 前記回転軸の軸方向に沿って前記主軸を送った各送り位置において、前記主軸の前記ワークに対する傾きを補正する量は、前記センサ群が当該送り位置にて前記基準孔プレートに設けられた孔を規定する壁面との距離を計測した計測結果から特定された前記主軸の前記ワークに対する傾き量の大きさに相当する、請求項６に記載の工作機械。
8. 前記制御部は、前記回転軸の軸方向に沿った前記主軸の送り量に応じて、前記主軸の前記ワークに対する傾きを補正するようになっている、請求項３乃至７のいずれか一項に記載の工作機械。
9. 前記軸傾け並進駆動手段は、前記スピンドルユニットに保持された前記主軸の前記ワークに対する傾きを変更可能となるように当該スピンドルユニットを保持し、且つ、前記スピンドルユニットを前記ワークに対して接離させる軸傾け部と、前記軸傾け部を前記本体部に対して相対移動させる並進駆動部と、を有する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の工作機械。

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