JP6957247B2 - 工作機械および工作機械の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、油静圧案内機構を有する工作機械および工作機械の制御方法に関する。

従来、工作機械には、加工対象であるワークと加工用の工具とを任意の相対位置に移動させるために、様々な移動機構が用いられる。
例えば、ワークを載置するテーブルの支持構造、あるいは工具を装着するヘッドの支持構造には、三次元移動を可能とするために、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸に沿った直線移動機構が採用される。また、テーブルあるいはヘッドの向きを変えるために、回転移動機構が採用される。

これらの移動機構は、相対移動する２部材（例えば案内部材とこれに沿って移動する移動部材）を有するとともに、これらの２部材を移動させる駆動機構と、移動方向あるいは移動軸線の精度（案内精度）を確保するための案内機構を有する。
このような案内機構では、案内精度が高いこと、つまり直線運動はなるべく直線に、回転運動はなるべく真円に、という幾何学的精度が求められる。さらに、案内機構においては、高負荷容量で、低摩擦であり、減衰性能が高いことが求められる。

すなわち、案内機構の案内精度は、相対移動する２部材の位置決め精度に影響し、加工するワークの形状精度に影響する。案内機構が低摩擦であることは、移動軸線に沿った位置決め精度に影響し、加工するワークの形状精度に影響する。また、減衰性能は、相対移動する２部材間の振動の減衰に影響し、工具とワークの間で発生する振動を構造物、案内機構でいかに減衰させるかがワークの加工面粗さに影響する。

工作機械の案内機構には、油静圧案内機構が用いられる（特許文献１など参照）。
特許文献１をはじめとして一般的な油静圧案内機構では、一対の摺動面のうち一方に静圧室（静圧荷重支持を行うための油が供給される凹部）を形成し、この静圧室に静圧油を供給し、その静圧により他方の摺動面との間で荷重伝達を行う。つまり、一対の摺動面には静圧油が介在するだけであり、一対の摺動面どうしは非接触状態となるので、摺動抵抗を大幅に低減できる。

前述した油静圧案内機構は、静止時から移動時まで、一対の摺動面の間に常に油膜が介在するため、高負荷荷重を支持でき、安定して低摩擦化できる。
ただし、油静圧案内機構は、油膜で浮上する構造上、減衰性能には限界がある。また、油膜を形成するための静圧油を供給する供給装置と、静圧油を回収する回収装置が必要である。特に、従来の油静圧案内機構では、静圧油を用いる関係から、空気を用いる空気静圧軸受のように外気に排出することができない。このため、静圧室に供給された静圧油が、外周縁から案内機構の外部へ排出される構造とされる。特に、油静圧案内機構では、排出される静圧油の量がすべり案内に比べて膨大な量となるため、静圧油を回収し、供給装置に戻す回収装置が必要である。従って、案内機構に付随する装置構成や配管類が複雑にならざるを得ない。

一方、工作機械の案内機構としては、伝統的なすべり案内機構（動圧案内機構）が引き続き多用されている（特許文献２）。
すべり案内機構は、それぞれ平滑に形成された一対の摺動面で、その片側に低摺動部材を貼付し、その間に潤滑油を供給しつつ各々を摺動させるものである。一対の摺動面は、低摺動部材を介し、潤滑油による潤滑がなされている。

前述したすべり案内機構は、一対の摺動面どうしの固体接触によるすべり案内であるため、案内精度および減衰性能が高くできるとともに、構造的に簡素という特長がある。しかし、すべり案内機構は、負荷容量が小さく、摩擦係数が大きく、特に起動時や低速時の摩擦係数が増大するため、動作が円滑でなくなることがあり、位置決め精度に影響することがある。

工作機械の動作の円滑化を図るべく、その案内機構を、従来型のすべり案内機構から、低摩擦性に優れた油静圧案内機構に置換することが考えられる。
しかし、従来のすべり案内機構を、単純に油静圧案内機構に置換しても、前述のような特長の相違により、所期の性能が得られない可能性がある。

そこで、従来型のすべり案内機構と油静圧案内機構とを併用する油静圧併用すべり案内機構が提案されている（特許文献３）。
すなわち、一つの案内機構にすべり案内機構と油静圧案内機構とを設けて併用式とすることで、動圧案内機構の特長である案内精度および減衰性能の高さを得るとともに、油静圧案内機構の特長である高負荷荷重を得ることができる。

特開２００４−５８１９２号公報 特開２００８−２３８３９７号公報 特開２０１６−０８３７６３号公報

前述した油静圧併用すべり案内機構では、基本的な荷重負担と案内精度をすべり案内機構で行いつつ、油静圧案内機構でも、静圧室に供給された静圧油の供給圧力によって荷重負担することで、全体として負担可能な負荷荷重を拡大させている。
この構成では、油静圧案内機構への静圧油の供給圧力が不十分だと、静圧油による荷重負担の補助が十分に行われず、併用式の効果が得られない。
一方、油静圧案内機構への供給圧力が過剰だと、油静圧部分で浮き上がり、つまりすべり案内機構の一対の摺動面の間に隙間が開いた状態となり、すべり案内機構での接触が不十分となって案内精度が低下するほか、動作に支障を来す、あるいは破損などを生じる可能性がある。
従って、静圧油の供給状態は、案内機構で負担される負荷荷重に対して適切に調整されることが求められる。つまり、高負荷荷重の状態では静圧油の供給圧力を増し、低負荷荷重の時は静圧油の供給圧力を減らす、などの調整が求められる。

例えば、工作機械においては、負荷荷重は主に加工対象であるワークの重量に起因する。従って、ワークの重量を予め測定しておき、静圧油の供給圧力を制御装置に設定しておくことも可能である。

しかし、この場合、事前にワーク重量を測定する必要があるほか、加工に伴ってワークの重量が変動することもあり、適切な調整が維持できるとは限らない。
このため、ワーク重量を駆動機構側で推定し、静圧油の供給を適切に調整できる油静圧案内機構の制御方法が求められていた。

本発明の目的は、油静圧案内機構への静圧油の供給圧力をワーク重量に応じて適切に調整できる工作機械および工作機械の制御方法を提供することにある。

本発明の工作機械は、案内部材と、前記案内部材に対して移動する移動部材と、前記移動部材を移動させる駆動機構と、前記案内部材の案内面と前記移動部材の平滑面との間に構成された油静圧案内機構と、前記油静圧案内機構への静圧油の供給状態を制御する制御装置とを有する工作機械であって、前記制御装置は、前記油静圧案内機構への前記静圧油の供給圧力を所定の圧力に設定する設定手段と、ワークを積載した前記移動部材を、前記駆動機構により前記案内部材に対して等加速度運動させる等加速度運動手段と、前記等加速度運動時の前記駆動機構の動作状態から前記ワークの重量を推定するワーク重量推定手段と、前記ワーク重量推定手段によって推定された前記ワークの重量に応じて、前記制御装置による前記静圧油の供給状態を調整する供給状態調整手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、重量が未知のワークであっても、等加速度運動手段がワークを積載した移動部材を駆動機構により等加速度運動させ、この時の駆動機構の動作状態からワーク重量推定手段がワークの重量を推定することにより、推定した重量に応じて供給状態調整手段が静圧油の供給圧力を適切に調整できる。また、重量推定動作を工作機械の加工プログラム中に設定しておけば、加工プログラム中の指示されたタイミングで静圧油の供給圧力を自動的に調整できる。このため、加工に伴ってワークの重量が変動しても、静圧油の供給圧力の適切な調整を維持することができる。

本発明の工作機械において、前記等加速度運動手段は前記移動部材の前記等加速度運動として、前記工作機械の加工をしていない状態での切削送り動作、または早送り動作を用いることが望ましい。
このような本発明によれば、移動部材の等加速度運動を工作機械の切削送り動作、または早送り動作として行うことができるため、重量推定のための特別な移動動作を行う必要がなく、作業効率を高めることができる。

本発明の工作機械において、前記制御装置は、前記設定手段による前記静圧油の圧力設定に先立って、前記静圧油の供給圧力を特定の値に設定し、重量が既知である複数のワークを等加速度運動させた時の慣性質量または慣性モーメントを測定し、測定結果から得られた測定慣性質量または測定慣性モーメントと、それぞれのワーク重量から導きだされた設計慣性質量または設計慣性モーメントとをプロットし、前記静圧油の供給圧力の設定から前記プロットに至る操作を複数の異なる供給圧力を設定して行い、得られた前記プロット中で偏差が小さく、かつ過剰でない供給圧力を選択する供給圧力設定手段を有することが望ましい。
本発明によれば、駆動機構の動作状態の検出において、適切な静圧油の圧力を選択し供給することができるため、重量推定の精度を高めることができる。

本発明の工作機械において、前記案内部材の案内面と前記移動部材の平滑面との間に構成されたすべり案内機構と、前記油静圧案内機構とにより油静圧併用すべり案内機構が形成されることが望ましい。
この際、案内部材の案内面と移動部材の平滑面との間において、すべり案内機構が油静圧案内機構を囲うように配置されてもよく、あるいはすべり案内機構と油静圧案内機構とが隣接して配置されてもよく、すべり案内機構と油静圧案内機構とが油静圧併用すべり案内機構として機能するように配置されていればよい。

本発明によれば、ワークの重量に応じて静圧油の供給状態を調整することにより、油静圧案内機構とすべり案内機構の荷重負担バランスを調整できる。そのため、ワークの負荷荷重が大きい場合には、静圧油の供給圧力を増加させることで油静圧案内機構による高負荷荷重の確保を優先することができ、ワークの重量が小さい場合には、静圧油の供給圧力を低下させることで油静圧案内機構よりもすべり案内機構が有効に作用するようにして案内精度および減衰性能を高くすることができる。つまり、案内機構としての特性をワークの重量に応じて変更することができる。

本発明の工作機械において、前記油静圧案内機構は、外周をシールされた密閉式の静圧室と、前記静圧室に前記静圧油を供給する供給経路と、前記静圧室から前記静圧油を回収する回収経路と、を有するとともに、前記油静圧案内機構には、前記静圧室に供給される前記静圧油を調節する油圧調整装置が接続されていることが望ましい。

本発明によれば、油静圧案内機構にシール式の油静圧構造を用いるため、供給経路から静圧室に供給された静圧油は、周囲に漏れ出すことなく回収経路から回収される。ここで、従来型の油静圧案内機構を用いた場合、油静圧案内機構の静圧室に供給される静圧油を増加させると、静圧室から周囲に静圧油の漏れ出しが増加し、漏れ出した静圧油がすべり案内機構や他の周辺部分に好ましくない影響を及ぼす可能性がある。しかし、本発明によれば、静圧油の周囲への漏れ出しを防止することができるので、油静圧案内機構への静圧油供給の増減を行っても、周囲に対する不都合を招くことがない。

本発明の工作機械の制御方法は、案内部材と、前記案内部材に対して移動する移動部材と、前記移動部材を移動させる駆動機構と、前記案内部材の案内面と前記移動部材の平滑面との間に構成された油静圧案内機構と、前記油静圧案内機構への静圧油の供給状態を制御する制御装置とを有する工作機械の制御方法であって、前記移動部材にワークを設置し、前記油静圧案内機構への前記静圧油の供給圧力を所定の圧力に設定し、前記ワークを積載した前記移動部材を、前記駆動機構により前記案内部材に対して等加速度運動させ、前記等加速度運動時の前記駆動機構の動作状態から前記ワークの重量を推定し、推定された前記ワークの重量に応じて、前記制御装置による前記静圧油の供給状態を調整することを特徴とする。
このような構成によれば、上述した工作機械と同様の効果が期待できる。

本発明によれば、油静圧案内機構への静圧油の供給圧力をワーク重量に応じて適切に調整できる工作機械および工作機械の制御方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る工作機械を示す斜視図。 前記第１実施形態に係る工作機械における案内機構を示す模式図。 前記第１実施形態に係る案内機構の構成概略図。 前記第１実施形態に係る油静圧案内機構の静圧ユニットの斜視図。 前記第１実施形態に係る油静圧案内機構の移動部材の縦断面図。 前記第１実施形態に係る制御装置を示すブロック図。 前記第１実施形態に係る油圧調整部を示すブロック図。 前記第１実施形態に係る油圧調整を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係る油圧調整を示すフローチャート。 本発明の他実施形態に係る給油構造および油回収構造を示す模式図。

図１から図５までの各図には、本発明の第１実施形態が示されている。
〔第１実施形態〕
図１には、本実施形態における門形構造の工作機械１１０が示されている。工作機械１１０には、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各軸移動機構の案内機構１３０として、後述する油静圧案内機構１およびすべり案内機構１０が用いられている。

図１において、工作機械１１０は、Ｘ軸方向に延びる基台１１１を有し、基台１１１にはテーブル１１２が支持されている。基台１１１を挟んで両側には一対のコラム１１３が設置され、各々の上端にはＹ軸方向に延びるクロスバー１１４が設置されている。クロスバー１１４にはヘッド１１５が支持され、ヘッド１１５にはＺ軸方向（鉛直方向）に延びるラム１１６が装着されている。

テーブル１１２の上面には加工対象であるワーク１１９が固定される。ラム１１６の下端には主軸１１７が露出しており、この主軸１１７には加工用のツール１１８が装着される。
工作機械１１０においては、テーブル１１２をＸ軸方向に移動させるとともに、ヘッド１１５をＹ軸方向に、ラム１１６をＺ軸方向に、それぞれ移動させることで、ワーク１１９に対してツール１１８を三次元で相対移動させることができ、これによりワーク１１９に任意の形状を加工することができる。

このような三次元加工動作を行うために、工作機械１１０には、テーブル１１２を基台１１１に沿って移動させるＸ軸移動機構１２１と、ヘッド１１５をクロスバー１１４に沿って移動させるＹ軸移動機構１２２と、ヘッド１１５に対してラム１１６を移動させるＺ軸移動機構１２３と、が設置されている。
さらに、工作機械１１０には制御装置１４０が接続されている。

制御装置１４０は、いわゆるＮＣ装置（数値制御装置）であり、ロードされた動作プログラムに基づいて工作機械１１０を制御し、所定の動作を実行させる。例えば、動作プログラムに記述されたコマンドに基づいて、前述したＸ軸移動機構１２１、Ｙ軸移動機構１２２、Ｚ軸移動機構１２３をそれぞれ移動させてツール１１８を三次元移動させ、さらに主軸１１７の回転を制御することで、ツール１１８によるワーク１１９の切削を制御し、これにより所定のワーク形状を加工する。
さらに、制御装置１４０は、本発明の油圧調整装置を兼ねており、その詳細については後述する。

前述したＸ軸移動機構１２１、Ｙ軸移動機構１２２、Ｚ軸移動機構１２３は、それぞれ移動部分（基台１１１に対するテーブル１１２など）を移動可能に支持するとともに、これらを所定の移動方向へ案内する案内機構１３０と、移動部分を外部コマンドに基づいて駆動する駆動機構１５０とを備えている。
駆動機構１５０は、案内機構１３０に支持された移動部分を駆動するものであり、図６および図７に示すように、各軸移動機構１２１〜１２３の駆動を行うための駆動モータ（Ｘ軸移動機構１２１のＸ軸モータ２１１，Ｙ軸移動機構１２２のＹ軸モータ２２１，Ｚ軸移動機構１２３のＺ軸モータ２３１）を有している。

〔案内機構１３０〕
図２から図４において、案内機構１３０は、案内部材２９および案内部材２９に対して移動する移動部材２を有する。
移動部材２は、案内部材２９と対向する面の内側に凹部２５が形成された板材であり、凹部２５には、案内部材２９と対向する面に静圧面２６を有する静圧ユニット２０が嵌め込まれる。本実施形態では、凹部２５は静圧ユニット２０の厚さよりも深く形成されていて、静圧油が供給されない場合の金属接触を防止する。
また、案内部材２９には、移動部材２と対向する面に案内面２８が形成される。
これらの移動部材２と案内部材２９とは、移動部材２の凹部２５に静圧ユニット２０を嵌めこんで、静圧面２６および動圧面２７が案内面２８と対向するように配置される。
この際、静圧面２６と案内面２８との間に油静圧案内機構１が形成されるとともに、動圧面２７と案内面２８との間にすべり案内機構１０が形成される。
すなわち、案内機構１３０は、油静圧案内機構１とすべり案内機構１０とで構成される油静圧併用すべり案内機構である。
なお、静圧ユニット２０は分離せず、移動部材２に油静圧案内機構１を直接形成しても良い。

〔すべり案内機構１０〕
図３および図５に示すように、すべり案内機構１０は、移動部材２の動圧面２７と案内部材２９の案内面２８とを接触させて、移動部材２の負荷荷重を支持している。この時、すべり案内機構は、油静圧案内機構１の外周を囲うように形成されている。
また、動圧面２７には、全面にわたって連続して、４フッ化エチレンなどの低摩擦性材料で形成されたシートが貼られ、動圧面２７と案内面２８との摺動により案内部材２９に対する移動部材２の移動を許容する。

〔油静圧案内機構１〕
図３から図５に示すように、油静圧案内機構１は、外部から供給される加圧された静圧油Ｏにより、移動部材２の負荷荷重を静圧浮上支持するものである。このため、油静圧案内機構１には、静圧油Ｏを供給および回収するために給油構造４と、油回収構造５とが接続されている。

図４および図５に示すように、油静圧案内機構１の静圧ユニット２０は、その下面に凹状に形成された同心円状の外部溝２１および内部溝２２を有する。外部溝２１の内側は、内部溝２２を境にして、静圧面２６を形成する内側平面２３および外側平面２４が区画されている。内側平面２３の内部には、油回収構造５の回収穴５０が形成され、外側平面２４の一部には、外部溝２１から内部溝２２に至る径方向の連通溝３０が形成されている。外部溝２１には、耐油ゴム等のリング状のシール部材３が配置され、シール部材３よりも内側（静圧部Ｒ側）に、給油構造４の給油路４０が連通されている。
そして、シール部材３の内側の、外側平面２４と案内面２８との間に円形の静圧部Ｒ（リセス部）が形成され、内側平面２３と案内面２８との間に降圧部Ｌ（ランド部）が形成される。すなわち、静圧部Ｒの周囲はシール部材３でシールされている。

本実施形態において、降圧部Ｌの厚み、つまり案内面２８との間の空隙の厚みは、外部溝２１や内部溝２２に比べてごく浅く（数十ミクロン程度）形成されている。

〔給油構造４〕
図３に示すように、給油構造４は、油静圧案内機構１に繋がる給油路４０と、静圧油Ｏを貯留する油タンク４１と、静圧油Ｏを油静圧案内機構１に供給する給油装置４２と、により構成される給油ユニット４４と、給油路４０に設置された油圧制御弁４３とを有する。給油装置４２により加圧された静圧油Ｏが給油路４０を通して静圧部Ｒ（リセス部）内に供給される。

給油装置４２は、例えば、油圧ポンプ４２１で構成することができる。給油装置４２の油圧ポンプ４２１には、モータ４２２が付随しており、モータ４２２の回転数を制御できるようになっている。
このため、給油装置４２は、モータ４２２の回転数を上げることにより、静圧部Ｒ（リセス部）の静圧油Ｏの圧力を上げることができる。供給圧力の増加による浮上力により、荷重支持が可能となる。ただし、荷重支持が負荷荷重を上回ると、移動部材２が浮き上がり、静圧面２６と案内面２８との間に隙間ができる。
一方、モータ４２２の回転数を下げることにより、静圧部Ｒ（リセス部）の静圧油Ｏの供給圧力を下げることができる。

油圧制御弁４３は、給油路４０を通過する静圧油Ｏの流量を調整できる。そのため、油圧制御弁４３によっても静圧部Ｒの静圧油Ｏの流量を制御し、その結果、一定の比例関係にある静圧油Ｏの圧力を制御することができる。なお、油圧制御弁４３は、比例制御弁やしぼり弁等で構成することができる。

〔油回収構造５〕
図３に示すように、油回収構造５は、前述のとおり、油静圧案内機構１内に形成されるとともに、静圧油Ｏを静圧面２６外に開放する回収穴５０を有する。また、油回収構造５は、回収穴５０に繋がる回収路５１を有する。

回収路５１は、移動部材２内に形成されており、一方の開口が回収穴５０と繋がり、他方の開口は給油構造４の油タンク４１に繋がっている。そのため、油回収構造５は、油静圧案内機構１に供給された静圧油Ｏを油タンク４１に回収できるようになっている。

〔油静圧案内機構１の機能〕
図５に示すように、油静圧案内機構１では、加圧された静圧油Ｏが、給油路４０から供給され、外部溝２１と内部溝２２との間に形成された静圧部Ｒ内に流入する。この時、外部溝２１と内部溝２２とは連通溝３０により連通されているため、この間の静圧油Ｏの油静圧は供給圧Ｐｓと等しくなる。このため、静圧部Ｒでは定圧領域が形成される。
静圧油Ｏは、静圧部Ｒを通った後、降圧部Ｌを通り回収穴５０で回収される。この時、回収穴５０では大気圧程度となるため、静圧油Ｏの排出圧Ｐｅは圧力開放される。このため、降圧部Ｌでは、静圧油Ｏの油静圧が、シール部材３で囲われた円形領域の半径ｒの内側に向かうにつれて降下し、回収穴５０に到達した時点で大気圧程度に開放される。
このように、内部溝２２の内側に形成された降圧部Ｌが静圧油Ｏの圧力降下部として作用することにより、外部溝２１と内部溝２２との間に形成された受圧領域面積の静圧部Ｒで荷重支持用の静圧を確保することができる。すなわち、静圧部Ｒが荷重を支持する静圧室として機能する。
最終的に、油静圧案内機構１に供給された静圧油Ｏは、回収穴５０から全量回収される。その際、静圧部Ｒの周囲がシール部材３でシールされているため、静圧油Ｏが外部に漏れ出すことが防止される。

〔制御装置１４０〕
図６および図７に示すように、本実施形態では、各案内機構１３０における油静圧案内機構１に供給する静圧油Ｏの油静圧を調整するために、制御装置１４０に油圧調整装置が構成されている。
なお、前述したように、本実施形態では、制御装置１４０は工作機械１１０の各部全般の制御を行うものであり、多様な機能を有するものであるが、以下では各軸移動機構１２１〜１２３の案内機構１３０に関する部分について説明する。

図６および図７において、制御装置１４０は、操作部１４１１および表示部１４１２を有する操作盤１４１と、各軸移動機構１２１〜１２３の油静圧を調整する油圧調整部７０とを有する。

操作部１４１１は、入力操作用のタッチパネル、キーボードやボタン、その他のポインティングデバイス等を備え、工作機械１１０のオペレータの操作によりコマンド等を入力することができる。
表示部１４１２は、グラフィックディスプレイ等の表示画面で構成され、操作部１４１１による操作内容を表示するとともに、工作機械１１０の動作状態あるいは測定結果を表示する。

〔油圧調整部７０〕
図６および図７に示すように、油圧調整部７０は、ＮＣ・主制御部１４２と、ＰＣ・シーケンス制御部１４３とを有する。これらのＮＣ・主制御部１４２およびＰＣ・シーケンス制御部１４３は、工作機械１１０の制御装置１４０として基本的な構成である。
ただし、本実施形態においては、制御装置１４０が制御する各軸移動機構１２１〜１２３の案内機構１３０における、油静圧案内機構１に供給する静圧油Ｏの油静圧を調整する機能を、制御装置１４０に追加するための油圧調整部７０を構成するものとされている。

ＮＣ・主制御部１４２は、プログラム制御部１４４と、モータ制御部１４５とを有する。
プログラム制御部１４４は、外部からロードされた動作プログラム（Ｍコード）を解析し、ＮＣ・主制御部１４２の各部を制御する。
モータ制御部１４５は、プログラム制御部１４４の制御のもとで、工作機械１１０の駆動機構１５０である各軸モータ２１１〜２３１と、給油装置４２のモータ４２２との動作を制御する。

ＰＣ・シーケンス制御部１４３は、シーケンスプログラム制御部１４６と、動作指令部１４７と、入出力制御部１４８とを有する。
シーケンスプログラム制御部１４６は、外部からロードされた動作プログラム（Ｍコード）を解析し、ＰＣ・シーケンス制御部１４３の各部を制御する。
動作指令部１４７は、操作盤１４１からの外部操作に基づき、シーケンスプログラム制御部１４６、入出力制御部１４８およびＮＣ・主制御部１４２へのマニュアル指令および設定変更を行う。
入出力制御部１４８は、シーケンスプログラム制御部１４６の制御の基で、工作機械１１０のセンサ１０１（各部に設置されたトルクセンサや加速度センサなど）の出力信号を処理する。

図６および図７に示すように、油圧調整部７０には、油静圧案内機構１に供給する静圧油Ｏの油静圧を調整する機能を追加する構成として、シーケンスプログラム制御部１４６に圧力設定部７１、等加速度運動制御部７２、ワーク重量演算部７３、供給状態調整部７４が設置されている。これらは、センサ１０１の検出値からワーク１１９の重量Ｗを推定し、推定結果に応じて油静圧案内機構１に供給する静圧油Ｏの油静圧を調整する指令を出力するものである。
また、シーケンスプログラム制御部１４６には、ワーク重量演算部７３でのワーク１１９の重量Ｗの演算に参照されるデータや、供給状態調整部７４での指令を作成する際に参照される判定用データＨが格納されるデータ記憶部７５が設置されている。

〔油静圧調整動作〕
図８に示すように、油静圧案内機構１に供給する静圧油Ｏの油静圧調整は、油静圧調整動作により行うことができる。
本実施形態では、工作機械１１０の加工プログラム中において、ツール１１８がワーク１１９に対して加工していない状態の時（切削送り動作時、または、早送り動作時）に、各軸移動機構１２１〜１２３のセンシングを行って、ワーク１１９の重量Ｗを算出し、油静圧の調整を行う。

図８において、油静圧調整動作の処理Ｓ１００では、油圧調整部７０は、先ず、センシングをＯＮとする指令入力を待機する（処理Ｓ１０１）。
センシングをＯＮとする指令入力があったら（処理Ｓ１０２）、圧力設定部７１は油静圧案内機構１への静圧油Ｏの供給圧力を予め設定された所定の圧力に調整する（処理Ｓ１０３）。
この際、圧力設定に先立って、静圧油Ｏの供給圧力を特定の値に設定し、重量が既知である複数のワークをＸ軸移動機構１２１により等加速度運動させた時の慣性質量をイナーシャとして測定し、測定結果から得られた測定イナーシャと、それぞれのワーク重量から導き出された設計イナーシャとをプロットする。この静圧油Ｏの供給圧力の設定から測定イナーシャおよび設計イナーシャのプロットに至る操作を複数の異なる供給圧力に設定して行い、得られたプロットの中で偏差が小さく、かつ過剰でない供給圧力を所定の圧力として選択する。

圧力設定部７１で静圧油Ｏの圧力が所定の圧力に調整された後、等加速度運動制御部７２は加工をしていない状態での切削送り動作、または早送り動作として、テーブル１１２およびワーク１１９を基台１１１に対して等加速度運動させ、センサ１０１によるセンシングを行う。

この際、等加速度運動が安定するまでにはある程度の時間を要するため、センサ１０１によるセンシングを行うまでのセンシング時間待ちｔｓがデータ記憶部７５に記憶されている。すなわち、等加速度運動制御部７２によって等加速度運動が開始されてから、センシング待ち時間ｔｓが過ぎた後に、センサ１０１によるセンシングを行う。

ここで、等加速度運動制御部７２は、加工していない状態での切削送り動作、または早送り動作として等加速度運動させるため、等加速度運動によって移動させるワーク１１９の移動量は工作機械１１０の加工動作による。すなわち、加工動作として必要な切削送り動作、または早送り動作の量だけワーク１１９を移動させることになるが、この場合、センシング待ち時間ｔｓが過ぎる前に移動が完了することがある。そこで、等加速度運動制御部７２は、等加速度運動を開始する前に、加工動作における設定（早送り速度、加減速時間、必要移動量等）からセンシング待ち時間ｔｓ以内に切削送り動作、または早送り動作としての移動が完了するか否かを判定し（Ｓ１０４）、移動が完了すると判定された場合は後述する処理Ｓ１１２に進み、移動が完了しないと判定された場合は、等加速度運動を開始させ、センサ１０１によるセンシングを行う（Ｓ１０５）。

センサ１０１のセンシングによって得られたＸ軸モータ２１１の駆動電流値Ｉ、トルクＴ、およびワーク１１９の加速度Ａｒは、入出力制御部１４８を介してワーク重量演算部７３に送られる（処理Ｓ１０６）。
ワーク重量演算部７３は、受領した駆動電流値Ｉと加速度Ａｒ、およびデータ記憶部７５に予め記憶されたＸ軸モータ２１１のトルク係数Ｋｔから、イナーシャＪｍを、Ｊｍ＝Ｉ・Ｋｔ／Ａｒの関係式により算出する（処理Ｓ１０７）。

ここで、トルクＴは、基台１１１に対するワーク１１９の粘性抵抗および摺動抵抗を含む値となっている。そのため、イナーシャＪｍは、ワーク１１９の純粋な慣性質量としてではなく、このような粘性抵抗および摺動抵抗を含む値として算出されることになる。このような粘性抵抗および摺動抵抗は工作機械１１０の使用環境や経年変化によって変化してしまうため、イナーシャＪｍを正確に推定することが難しくなる。
そのため、トルクＴの測定においては、加速時のトルク値と減速時のトルク値との平均値を取ることが好ましい。この場合、加速時の粘性抵抗および摺動抵抗と減速時の粘性抵抗および摺動抵抗とが相殺できるので、ワーク１１９の加減速に使用された分だけのトルク値をトルクＴとして求めることができ、ワーク１１９の純粋な慣性質量として正確なイナーシャＪｍを推定できる。

次に、ワーク重量演算部７３は、算出したイナーシャＪｍと、受領したトルクＴと加速度Ａｒ、およびデータ記憶部７５に予め記憶されたＸ軸移動機構１２１の回転軸１回転当たりの軸移動量Ｓから、ワーク１１９の重量Ｗを、Ｗ＝（２π／Ｓ・Ａｒ）・（Ｔ−（２π・Ａｒ・Ｊｍ／Ｓ））の関係式により算出する（処理Ｓ１０８）。

供給状態調整部７４は、ワーク重量演算部７３で演算した重量Ｗとデータ記憶部７５に予め記憶された判定用データＨとを照合し（処理Ｓ１０９）、判定結果に基づく指令をモータ制御部１４５に出力する（処理Ｓ１１０）。

モータ制御部１４５は出力された指令に従って、給油装置４２のモータ４２２の動作を制御する（処理Ｓ１１１）。この際、モータ制御部１４５は、モータ４２２の運転または停止を切り替えたり、モータ４２２の動作回転数を最大速度から停止までの間で段階的に切り替えたり、モータ４２２の動作回転数を最大速度から停止までの間で連続的に切り替えたりすることで、静圧油Ｏを調整する。
さらに、モータ制御部１４５は、出力された指令に従って、各軸モータ２１１〜２３１の動作を制御することにより、各軸移動機構１２１〜１２３の切削送り動作、または早送り動作の速度または加速度を調整する。
つまり、加工動作における駆動機構１５０の設定を、ワーク１１９の重量に応じて適切に調整できる。

油圧調整部７０は、処理Ｓ１１２により、加工動作が終了する状態になるまで前述した処理Ｓ１０３〜Ｓ１１１を繰り返す。
そして、処理Ｓ１１２で加工動作終了と判定されたら、センシング動作をＯＦＦにし（処理Ｓ１１２）、給油装置４２のモータ４２２を０ＦＦにする（処理Ｓ１１３）。

このような油静圧調整動作では、処理Ｓ１０３〜Ｓ１１１において、加工をしていない状態での切削送り動作、または早送り動作においてセンシングを行い、その測定結果を用いて自動的に油静圧を調整できる。
つまり、工作機械１１０の加工動作時における実際の移動を繰り返す間に、常時センシングによる自動調整を行うことができる。そしてこのような動作の繰り返しにより、移動の間の各時点での状況に応じて油静圧の調整が実行される。

また、センシングをＯＮとする指令を工作機械１１０の加工プログラム中に設定しておけば、加工プログラム中の指示されたタイミングで自動的に油静圧の調整を行うことができるため、加工に伴ってワーク１１９の重量Ｗが変動しても、油静圧の適切な調整を維持することができる。

〔第１実施形態の効果〕
このような実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
本実施形態において、ワーク１１９の重量が未知な場合であっても、ワーク１１９の重量Ｗを推定し、推定した重量Ｗに基づいて静圧油Ｏの油静圧を適切に調整できる。
また、工作機械１１０の加工プログラム中に重量の推定操作を設定しておけば、加工プログラム中の指示されたタイミングで自動的に油静圧を調整できる。従って、加工に伴ってワーク１１９の重量Ｗが変動した場合でも、油静圧の適切な調整を維持することができる。
さらに、供給状態調整部７４から出力された指令に従って、各軸モータ２１１〜２３１の動作を制御することにより、加工動作における駆動機構１５０の設定を、ワーク１１９の重量Ｗに応じて適切に調整できる。

本実施形態において、工作機械１１０の加工していない状態で切削送り動作、または、早送り動作時に、各軸移動機構１２１〜１２３でのセンシングを行うことができる。これにより、各軸移動機構１２１〜１２３は、重量推定のための特別な動作を行う必要がなく、作業効率を高めることができる。

本実施形態では、センサ１０１によるセンシング時の圧力設定に先立って、静圧油Ｏの供給圧力を特定の値に設定し、重量が既知である複数のワークをＸ軸移動機構１２１により等加速度運動させた時の慣性質量をイナーシャとして測定し、測定結果から得られた測定イナーシャと、それぞれのワーク重量から導き出された設計イナーシャとをプロットする。この静圧油Ｏの供給圧力の設定から測定イナーシャおよび設計イナーシャのプロットに至る操作を複数の異なる供給圧力に設定して行い、得られたプロットの中で偏差が小さく、かつ過剰でない供給圧力を所定の圧力として選択する。これにより、適切な圧力を設定することができて、重量推定の精度を高めることができる。このため、油静圧案内機構１の油静圧を適切に調整できる。

さらに、本実施形態では、制御装置１４０の油圧調整部７０により、ワーク１１９の重量Ｗに応じて静圧部Ｒに供給される静圧油Ｏの供給圧力を調整することで、油静圧案内機構１における荷重支持性能を増減させることができる。
例えば、ワーク１１９の負荷荷重が大きい場合には、静圧部Ｒに供給される静圧油Ｏの圧力を増し、油静圧案内機構１による高負荷荷重の確保を優先することができる。

一方、ワーク１１９の負荷荷重が小さい場合、静圧部Ｒに供給される静圧油Ｏを減らすことで、油静圧案内機構１よりもすべり案内機構１０が有効となるようにできる。
従って、本実施形態では、油圧調整部７０により、ワーク１１９の重量Ｗに応じて油静圧案内機構１とすべり案内機構１０との荷重負担のバランスを調整でき、案内機構１３０としての特性を、ワーク重量に応じて変更することができる。

〔第２実施形態〕
図９には、本発明に基づく第２実施形態のフローチャートが示されている。
本実施形態において、工作機械１１０、油圧調整部７０を含む制御装置１４０、案内機構１３０、油静圧案内機構１およびすべり案内機構１０の基本構成は共通であり、重複する説明は省略するとともに、相違する構成について、以下に説明する。

前述した第１実施形態では、工作機械１１０の加工プログラム中において、ツール１１８がワーク１１９に対して加工していない状態の時（切削送り動作時、または、早送り動作時）に、各軸移動機構１２１〜１２３のセンシングを行って、ワーク１１９の重量Ｗを算出し、油静圧の調整を行うようにしていた（図８参照）。
本実施形態では、加工プログラムの実行に先立ち、別途の専用プログラムにてワーク１１９の重量Ｗの測定動作を実施するようにしている。

〔油静圧調整動作〕
図９において、油圧調整部７０は、上記第１実施形態の処理Ｓ１０１，Ｓ１０２に替えて（図８参照）、処理Ｓ２０１を実施する。
この処理Ｓ２０１では、静圧油調整の指示の入力を待機する。
静圧油調整の指示が入力されたら、上記第１実施形態の処理Ｓ１０３と同様に、圧力設定部７１は油静圧案内機構１への静圧油Ｏの供給圧力を予め設定された所定の圧力に調整し、上記第１実施形態の処理Ｓ１０５〜処理Ｓ１１１までの処理を実行する。すなわち、上記第１実施形態における処理Ｓ１０４は実行しない。

そして、上記第１実施形態の処理Ｓ１１２，Ｓ１１３に替えて（図８参照）、処理Ｓ２０２，Ｓ２０３を実施する。
処理Ｓ２０２では、静圧油調整が解除されたか否かを判定する。処理Ｓ２０２で静圧油調整が解除されたと判定された場合、処理Ｓ２０３で加工プログラムに基づく加工動作を実施する。その後、加工動作が終了したら、給油装置４２のモータ４２２を０ＦＦにする（処理Ｓ１１３）。

〔第２実施形態の効果〕
このような本実施形態によれば、工作機械１１０、油圧調整部７０を含む制御装置１４０、案内機構１３０、油静圧案内機構１およびすべり案内機構１０の基本構成が前述した第１実施形態と共通であるため、これらによる効果は同様に得られる。

さらに、本実施形態では、ワーク１１９の重量Ｗに応じた油静圧の調整を、加工プログラムの実行に先立ち、別途の専用プログラムにて行うようにしため、加工プログラム中の加工動作を簡略化できる。このため、より高速な加工動作に対応することができる。

〔他の実施形態〕
なお、本発明は、前述した実施形態の構成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等は本発明に含まれる。

前述した実施形態の油静圧案内機構１では、給油路４０から静圧部Ｒへと静圧油Ｏを供給し、静圧部Ｒから排出された静圧油Ｏを回収路５１から回収し、油タンク４１に戻す循環式の油静圧構造を採用した。ただし、循環式に限らず、単なる流通式の油静圧構造としてもよい。例えば、回収路５１から回収した静圧油Ｏを油タンク４１に戻さず、給油路４０から静圧部Ｒに静圧油Ｏを供給し、静圧部Ｒで静圧を発生させた後、回収路５１で回収するだけとしてもよい。

さらに、油静圧案内機構１としては、静圧部Ｒに貯められた静圧油Ｏの静圧を利用する封入式の油静圧構造としてもよい。この場合でも、静圧部Ｒ内の静圧油Ｏの量および圧力を所定値に維持するために、給油路４０を設置する必要はあるが、回収路５１については省略することができる。

前述した実施形態の油圧調整部７０では、センサ検出値に対応して静圧油Ｏの調整に関する指令を出力する構成としたが、これに加えて、例えばマニュアル操作やプログラムによって静圧油Ｏの調整に関する指令を出力する構成を有していても良い。
また、油圧調整部７０は制御装置１４０に追加されて油圧調整装置を構成していたが、別体の油圧調整装置を制御装置１４０に外部接続してもよく、あるいは制御装置１４０を介さずに各案内機構１３０の静圧油Ｏの油静圧を調整するような構成でもよい。

前述した実施形態では、給油装置４２のモータ４２２の動作を制御することにより、静圧油Ｏの油静圧を調整していたが、これに限らず、図１０に示すように、給油路４０に設置された油圧制御弁４３を比例制御弁で構成し、入力信号の電圧（例えば１〜５Ｖ）に比例して油圧制御弁４３の開度を連続的に変化させることにより、静圧油Ｏの油静圧を調整してもよい。

前述した第２実施形態では、油圧調整動作（処理Ｓ１０３〜Ｓ１１１）を一括して行った後、加工動作（処理Ｓ２０３）を実施していたが（図９参照）、油圧調整動作（処理Ｓ１０３〜Ｓ１１１）のみを実行しておき、加工動作（処理Ｓ２０３）を行わずに次の動作を待機しても良い。

本発明が適用される工作機械は、前述した工作機械１１０に限らず、本発明は、相対移動する２部材を有する様々な工作機械に適用することができる。
また、案内機構１３０としては、直線移動に限らず、例えばロータリーテーブルの回転支持機構など、回転する部分の案内機構に適用してもよい。この場合、静圧油Ｏの圧力設定に先立って、慣性モーメントをイナーシャとして測定する。すなわち、本実施形態のイナーシャは、慣性質量または慣性モーメントである。

本発明は、加工対象であるワークと加工用の工具とを任意の相対位置に移動させる様々な工作機械に利用できる。

１…油静圧案内機構、２…移動部材、３…シール部材，４…給油構造、５…油回収構造、１０…すべり案内機構、２０…静圧ユニット、２１…外部溝、２２…内部溝、２３…内側平面、２４…外側平面、２５…凹部、２６…静圧面、２７…動圧面、２８…案内面、２９…案内部材、３０…連通溝、４０…給油路、４１…油タンク、４２…給油装置、４３…油圧制御弁、４４…給油ユニット、４２１…油圧ポンプ、４２２…モータ、４３…油圧制御弁、５０…回収穴、５１…回収路、７０…油静圧調整部、７１…圧力設定部、７２…等加速度運動制御部、７３…ワーク重量演算部、７４…供給状態調整部、７５…データ記憶部、１０１…センサ、１１０…工作機械、１１１…基台、１１２…テーブル、１１３…コラム、１１４…ヘッド、１１６…ラム、１１７…主軸、１１８…ツール、１１９…ワーク、１２１…Ｘ軸移動機構、１２２…Ｙ軸移動機構、１２３…Ｚ軸移動機構、１３０…案内機構、１４０…制御装置、１４１…操作盤、１４１１…操作部、１４１２…表示部、１４２…ＮＣ・主制御部、１４３…ＰＣ・シーケンス制御部、１４４…プログラム制御部、１４５…モータ制御部、１４６…シーケンスプログラム制御部、１４７…動作指令部、１４８…入出力制御部、１５０…駆動機構、２１１…Ｘ軸モータ、２２１…Ｙ軸モータ、２３１…Ｚ軸モータ、Ｏ…静圧油、Ｒ…静圧部（リセス部）、Ｌ…降圧部（ランド部）。

Claims (7)

1. 案内部材と、前記案内部材に対して移動する移動部材と、
   前記移動部材を移動させる駆動機構と、
   前記案内部材の案内面と前記移動部材の平滑面との間に構成された油静圧案内機構と、
   前記油静圧案内機構への静圧油の供給状態を制御する制御装置とを有する工作機械であって、
   前記制御装置は、
   前記油静圧案内機構への前記静圧油の供給圧力を所定の圧力に設定する設定手段と、
   ワークを積載した前記移動部材を、前記駆動機構により前記案内部材に対して等加速度運動させる等加速度運動手段と、
   前記等加速度運動時の前記駆動機構の動作状態から前記ワークの重量を推定するワーク重量推定手段と、
   前記ワーク重量推定手段によって推定された前記ワークの重量に応じて、前記制御装置による前記静圧油の供給状態を調整する供給状態調整手段と、
   前記設定手段による前記静圧油の圧力設定に先立って、前記静圧油の供給圧力を複数の異なる値に設定し、重量が既知である複数のワークを等加速度運動させた時の慣性質量または慣性モーメントを測定し、測定結果から得られた測定慣性質量または測定慣性モーメントと、それぞれのワーク重量から導きだされた設計慣性質量または設計慣性モーメントとを比較し、前記設計慣性質量または前記設計慣性モーメントに対する前記測定慣性質量または前記測定慣性モーメントの偏差が小さく、かつ過剰でない供給圧力を選択する供給圧力設定手段を有する
   ことを特徴とする工作機械。
2. 案内部材と、前記案内部材に対して移動する移動部材と、
   前記移動部材を移動させる駆動機構と、
   前記案内部材の案内面と前記移動部材の平滑面との間に構成された油静圧案内機構と、
   前記油静圧案内機構への静圧油の供給状態を制御する制御装置とを有する工作機械であって、
   前記制御装置は、
   前記油静圧案内機構への前記静圧油の供給圧力を所定の圧力に設定する設定手段と、
   ワークを積載した前記移動部材を、前記駆動機構により前記案内部材に対して等加速度運動させる等加速度運動手段と、
   前記等加速度運動時の前記駆動機構の動作状態から前記ワークの重量を推定するワーク重量推定手段と、
   前記ワーク重量推定手段によって推定された前記ワークの重量に応じて、前記制御装置による前記静圧油の供給状態を調整する供給状態調整手段と、
   前記設定手段による前記静圧油の圧力設定に先立って、前記静圧油の供給圧力を特定の値に設定し、重量が既知である複数のワークを等加速度運動させた時の慣性質量または慣性モーメントを測定し、測定結果から得られた測定慣性質量または測定慣性モーメントと、それぞれのワーク重量から導きだされた設計慣性質量または設計慣性モーメントとをプロットし、前記静圧油の供給圧力の設定から前記プロットに至る操作を複数の異なる供給圧力を設定して行い、得られた前記プロット中で偏差が小さく、かつ過剰でない供給圧力を選択する供給圧力設定手段を有する
   ことを特徴とする工作機械。
3. 前記等加速度運動手段は、前記移動部材の前記等加速度運動として、前記工作機械の加工をしていない状態での切削送り動作、または早送り動作を用いる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載した工作機械。
4. 前記案内部材の案内面と前記移動部材の平滑面との間に構成されたすべり案内機構と、前記油静圧案内機構とにより油静圧併用すべり案内機構が形成される
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載した工作機械。
5. 前記油静圧案内機構は、外周をシールされた密閉式の静圧室と、前記静圧室に前記静圧油を供給する供給経路と、前記静圧室から前記静圧油を回収する回収経路と、を有するとともに、
   前記油静圧案内機構には、前記静圧室に供給される前記静圧油を調節する油圧調整装置が接続されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載した工作機械。
6. 案内部材と、前記案内部材に対して移動する移動部材と、
   前記移動部材を移動させる駆動機構と、
   前記案内部材の案内面と前記移動部材の平滑面との間に構成された油静圧案内機構と、
   前記油静圧案内機構への静圧油の供給状態を制御する制御装置とを有する工作機械の制御方法であって、
   前記静圧油の供給圧力を複数の異なる値に設定し、重量が既知である複数のワークを等加速度運動させた時の慣性質量または慣性モーメントを測定し、測定結果から得られた測定慣性質量または測定慣性モーメントと、それぞれのワーク重量から導きだされた設計慣性質量または設計慣性モーメントとを比較し、前記設計慣性質量または前記設計慣性モーメントに対する前記測定慣性質量または前記測定慣性モーメントの偏差が小さく、かつ過剰でない供給圧力を選択しておき、
   前記移動部材にワークを設置し、
   前記油静圧案内機構への前記静圧油の供給圧力を前記複数の異なる値から選択しておいた所定の圧力に設定し、
   前記ワークを積載した前記移動部材を、前記駆動機構により前記案内部材に対して等加速度運動させ、
   前記等加速度運動時の前記駆動機構の動作状態から前記ワークの重量を推定し、
   推定された前記ワークの重量に応じて、
   前記制御装置による前記静圧油の供給状態を調整する
   ことを特徴とする工作機械の制御方法。
7. 案内部材と、前記案内部材に対して移動する移動部材と、
   前記移動部材を移動させる駆動機構と、
   前記案内部材の案内面と前記移動部材の平滑面との間に構成された油静圧案内機構と、
   前記油静圧案内機構への静圧油の供給状態を制御する制御装置とを有する工作機械の制御方法であって、
   前記静圧油の供給圧力を特定の値に設定し、重量が既知である複数のワークを等加速度運動させた時の慣性質量または慣性モーメントを測定し、測定結果から得られた測定慣性質量または測定慣性モーメントと、それぞれのワーク重量から導きだされた設計慣性質量または設計慣性モーメントとをプロットし、前記静圧油の供給圧力の設定から前記プロットに至る操作を複数の異なる供給圧力を設定して行い、得られた前記プロット中で偏差が小さく、かつ過剰でない供給圧力を選択しておき、
   前記移動部材にワークを設置し、
   前記油静圧案内機構への前記静圧油の供給圧力を前記複数の異なる供給圧力から選択しておいた所定の圧力に設定し、
   前記ワークを積載した前記移動部材を、前記駆動機構により前記案内部材に対して等加速度運動させ、
   前記等加速度運動時の前記駆動機構の動作状態から前記ワークの重量を推定し、
   推定された前記ワークの重量に応じて、前記制御装置による前記静圧油の供給状態を調整する
   ことを特徴とする工作機械の制御方法。

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