JPH04100689A

JPH04100689A - レーザ加工機用５軸テーブル

Info

Publication number: JPH04100689A
Application number: JP2213646A
Authority: JP
Inventors: Shunji Sakura; 俊児佐倉; Tatsuya Hirai; 達也平井; Koichi Saeda; 佐枝　孝一; Takashi Makino; 隆牧野; Hiroshi Kawanaka; 川中　浩; Masayuki Tamura; 雅幸田村
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 1990-08-14
Filing date: 1990-08-14
Publication date: 1992-04-02
Also published as: US5239160A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、ワークを上下、左右、前後に移動させると共
に、回転、傾動させるための、ｌノ−ザ加工機用５軸テ
ーブルに関する。

従来技術及びその課題従来、レーザ加工機と（−て第１３図に示すものがある
。

このレーザ加工機］０は、レーザを発するレーザヘッド
１１を有する集光ユニット１２の部分をロボット１３に
よって、上下、かも、前後の′３次元方向に８＃させな
がら、ワークＷを前玉するようになっている。集光コニ
ツト１２は、自在継手１４．１４によって順次接続され
た複数のアーム１５．１５の内、１番先頭のアーム１５
の先端に設けられている。レーザは光源（図示省略）か
ら、各アーム１５同士の接続部分に設けられた反射鏡（
図示省略）を経て集光コニツ（・１２に到達するように
なっている。又、各アーム１５に沿って、反射鏡を冷却
するための冷却パイプ（図示省略）が設けられている。

ところが、このような、し・−ザ加工機１０は、レーザ
加工機１１を移動させるため、次の問題点、を廟してい
る。

０反射鏡、冷却パイプ等を必要とし、構造が複雑である
。

０反射鏡は高価であり、レーザ加工機全体がコスト高に
なる。

０反射鏡を多数使用すると、反射による光損失が多く、
レーザ発振器の能力を充分に生かすことができない６ ■レーザが大出力になる程、反射鏡の耐用期間が短くな
り、交換回数が増加する。

■レーザの光軸ずれが生じ易く、ワークの加工精度を高
めることができない。

■レーザ加工機は連続回転が不可能であり、又、高速回
転をさゼることもできないため、円筒形のワークの加工
に手間を要する。

１１Ｍを解決するための手段本発明は、回転軸と、互いに交差する入力軸と出力軸と
を有し前記回転軸に設けられた減速機と、前記入力軸を
回転させるモータと、前記出力軸に設けられたワーク設
置台とを具えた２軸回転テブル機構と、Ｚ軸方向に昇降
するＺ軸テーブルと、互いに重なり合って前記Ｚ軸テー
ブルに設けられ夫々Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動するｘ、
Ｙ軸テーブルとを具えた３次元移動テーブル機構とを有
し、前記Ｘ、Ｙ軸テーブルの内、上側のテーブルに前記
２軸回転テーブル機構を設けたレーザ加工機用５軸テー
ブルにより、前記課題を解決したものである。

作　　　　　　　　　用ワーク設置台に具えられたワークは、Ｚ軸、Ｎ軸、Ｚ軸
の各テーブルの移動によって、左右、前後、上下方向（
ｘ、ｙ、ｚ軸方向）に移動させられる。又、ワークは回
転軸と減速機の出力軸とのそれぞれの回転によって傾動
及び回転させられる。

これによって、レーザ加工機の固定し−ザヘッドに対し
てワークが前記５軸に基づく複雑な動きをする二とがで
き、ワークは所望の形状に加工される。

実　　　施　　　例以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

し・−ザ加玉機用５軸テーブル２０（第１図参照）は、
レーザ加工機でレーザ加工されるローラを上Ｆ、左右、
前後に移動させるとともに、回転、傾動させるための装
置であり、２軸回転テーブル機構２１と、３次元移動テ
ーブル機構２２とで構成されている。

２軸回転テーブル機構２１　（第２図乃至第５図参照）
は、回転軸３】と、互いに交差する入力軸３２と出力軸
３３とを具えた第１減速機（減速機）３４と、第１サー
ボモーク（モータ）３５と、ワク設置台３６と、第２減
速機３７を介して回転軸３〕を回転させる第２勺−ボモ
ータ３８とを具え、後述する３次元移動テーブル機構２
２に設けられている。

回転軸３１（第３図参照）は中空状になっておす、Ｌ字
状のフレーム４０の立上り部４１に設けられた一対のベ
アリング４２．４２によってフレム４０に回転自在に設
けられている。フレーム４０の下面には一対の突起７１
，７］が設けられている。

回転軸３１の右端（第３図において右側）には第１減速
機３４が設けられている。

第１減速機３４の出力軸３３と回転軸３１とは互いに直
交する配置関係になっている。

第１減速機３４の入力軸３２と出力軸３３は、入力軸３
２に設けられたウオーム（図示省略）と、出力軸３３に
設けられたカムフォロア（図示省略）上で放射状に突出
したニードルローラ（図示省略）との噛合によって、連
結されている。又、第１減速機３４はバックラッシュが
生じないよう、出力軸３；３を通常噛合時の位置より僅
かに入力軸３２に近付けて配置し、ニードルローラをウ
オームに適正予圧で噛合させている。このため、入力軸
３２と出力軸３３との軸間距離は通常噛合時の軸間距離
よりも僅かに短くなっている６従って、出力軸３３は、
入力軸３２に対してバックラッシュがなく、しかも、入
力軸３２より遅い回転で回転するようになっている。

出力軸３３は、第１減速機３４のハウジング４３から第
３図において上下方向に突出しており、下端とハウジン
グ４３との間にはワーク設置台３６の回転原点位置を設
定及び調整するための原、へ設定機構４４が設けられて
いる。

ワーク設置台３６は、第１減速機３４の出力軸３３の上
端にキーを使用しない締結機構４５によって設けられた
公知のチャック４６を有し、ている。

チャック４６は３本の爪４７，４７．４７を有している
。

第１減速機３４のハウジング４３の右側面（第３図にお
いて右側）には第１サーボモータ３５が設けられている
。第１減速機３４の入力軸３２（第４図参照）と、第１
サーボモータ３５の出力軸４８は、歯付ベルト４９とプ
ーリ５０５１とによって連結されている。この歯付ベル
ト・４９の歯とプーリ５０，５１の歯（図示省略）は、
互いに噛合したとき、密着噛合し、バックラッシュが殆
ど生じない歯形に形成されている。なお、減速機、ワー
ク設置台等、回転軸に設けられている部品全体の重心は
、回転軸の細心上に位置するよう、設計されている。

フレーム４０の立りり部４１の左側面（第３図において
左側）には、ボルト５２によって第２減速機３７が設け
られている。

第２減速機３７は、第１減速機３４と略々同一の構造を
しており、入力軸６２と出方軸６３を有している。入力
軸６２と出力軸６３の軸間距離は、第１減速機３４と同
様にバックラッシュが生じないよう、通常の軸間距離よ
り僅かに短くなっている。第２減速機３７の出力軸６３
は、キーを使用しない締結機構６４によって回転軸３１
に連結されている。

第２減速機３７のハウジング６５の手前側側面（第４図
において下側）には第２サーボモータ３８が設けられて
いる。第２減速機３７の入力軸６２（第４図参照）と、
第２サーボモータ３８の出力軸６６は、歯付ベルト６７
とプーリ６８，６９とによ−って連結されている。この
歯付ベルト６７の歯とプーリ６８，６．９の歯（図示省
略）は、互いに噛合したとき、密着噛合し、バンクラッ
シュが殆ど生じない歯形に形成されている。

出力軸６３は、ハウジング６５がら第３図において左方
向に突出しており、左端とハウジング６５との間には、
ワーク設置台３６の傾動角の原点を設定する傾動角設定
機構７０が具えられている。

次に、２軸回転テーブル機構２１の動作を説明する。

ワーク設置台３６のチャック４６にワークＷを掴ませた
状態で、第１サーボモータ３５を駆動すると、回転力は
、第１サーボモータ３５の出力軸４８、プーリ５０、歯
付ベルト４９、プーリ５１、第１減速機３４の入力軸３
２、ウオーム、カムフォロア（図示省略）を経て出力軸
３３に伝達され、ワーク設置台３６が第２図の状態にお
いて水平回転させられる。この間、第１サーボモータ３
５の回転数が、第１減速機３４によって減速させられる
ため、ワーク設置台３６は第１ザーボモ−タ３５より低
速で回転させられる。これによって、２軸回転テーブル
機構２１はワークＷを水平面上において回転させること
ができる。

次に、第２サーボモータ３８を駆動すると、回転力は、
第２サーボモータ３８の出方軸６６、プリ６８、歯付ベ
ルト６７、プーリ６８、第２減速機３７の入力軸６２、
ウオーム、カムフォロア（図示省略）を経て出方軸６３
に伝達され、回転軸３１が回転させられる。これによっ
て、第２減速機３７とワーク設置台３６が一体に傾動す
る。

この間、第２サーボモータ３８の回転数が、第２減速機
３７によって減速させられるため、ワーク設置台３６は
第２サーボモータ３８より低速で傾動させられる。

このようにして、第１サーボモータ３５、第２サーボモ
ータ３８によって、ワーク設置台３６は回転しながら傾
動させられる。

なお、以上の実施例において、回転軸３１は、第２サー
ボモータ３８によって、回転させられるようになってい
るが、第２サーボモータ３８の替わりに、手動ハンドル
（図示省略）を設け、このハンドルを手動回転すること
によって、ワーク設置台３６を傾動させてもよい。又、
第２サーボモータ３８、第２減速機３７の替わりに、傾
動レバー（図示省略）、或いは、手動ハンドルを回転軸
３１の左端（第３図において左側）に直接設け、この傾
動レバー、或いは、手動ハンドルを手動操作するごとに
よってワーク設置台３６を傾動させるようにしてもよい
。

３次元移動テーブル機構２２は、第１図において上下方
向（以下、［Ｚ軸方向Ｊと称する。）に移動（昇降）す
るＺ軸テーブル９１と、Ｚ軸テーブル９１上に設けられ
第１図において紙面の表裏方向く以下、「Ｙ軸方向」と
称する）に移動するＹ軸テーブル９２と、Ｙ軸テーブル
９２上に設けられ第１図において左右方向く以下、「Ｘ
軸方向」と称する。）に移動するＸ軸テーブル９３とを
有し、Ｘ軸テーブル９３上に設けられた２軸回転テーブ
ル機構２１をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向へ移動させるものである
。

Ｚ軸テーブル９１（第６図参照）は、Ｙ軸フレム１０１
とＺ軸フレーム１０２とで構成され、全体的にＴ字状の
形状をしている。

Ｙ軸フレーム１０１　（第６、第７図参照）には、後述
するＹ軸テーブル９２を支持しこのＹ軸テーブル９２を
Ｙ軸方向への移動を案内する２本のＹ軸直線運動ベアリ
ング１０３，１０３と、Ｙ軸テブル９２を移動させる１
本のＹ軸ボールねじ１０４と、Ｙ軸ボールねじ１０４を
作動させるＹ軸サーボモータ１０５とが其えられている
。Ｙ軸ボールねじ１０４とＹ軸サーボモータ］、　０５
とは継手１０６（第６図参照）によってバックラッシュ
がないよう連結されている。

Ｙ軸直線運動ベアリング１０３（第６図、第９図参照）
は、Ｙ軸フレーム１０１Ｆに設けられたレール１１１と
、Ｙ軸テーブル９２の下面に固定されたベアリング本体
１１２とで構成されている。

なお、ベアリング本体１１２は１本のレール１１１に２
つ具えられている。従って、ベアリング本体１１２は都
合４つあるが、第６図に２つのみ図示し他の２つは省略
しである。

ベアリング本体１１２は、Ｙ軸テーブル９２の下面に突
設した突条１１３（第１図、第１１図案ｗＡ）にポルｌ
−１１４によって押付けられてし＼る。

Ｙ軸ボールねじ１０４（第６図、第１０図参照）は、ね
じ溝１２２を有するねじ軸１２０と、ねじ軸１２０にね
じ込まれているポールナツト１２１とで構成されている
。ねじ軸１２０はＹ軸フレーム１０１に回転自在に設け
られている。なお、ポールナツト１２１はＹ軸テーブル
９２に固定されている。

従って、Ｙ軸サーボモータ１０５が作動すると、継手１
０６を介してねじ軸１２０が回転させられ、ポールナツ
ト１２１がねじ軸１２０上を移動する。

ポールナツト１２１の移動によって、Ｙ軸テーブル９２
がＹｌｉ＆！［線運動ベアリング１０３を案内にＹ軸方
向に移動させられる。Ｙ軸テーブル９２の移動範囲はセ
ンサ（図示省略）によって設定される。

Ｚ軸フレーム１０２（第８図参照）と、固定フレーム１
２５を構成する一対の立上り板１３５１３５との間には
Ｚ軸と平行な４本の２軸Ｕ線運動ベアリング１．３１，
１．３１，１３１，１３１が設けられている。Ｚ軸直線
運動ベアリング１３１のレール１３２はＺ軸フレーム１
０２に設けられ、ベアリング本体１３３は一対の立上り
板１３５゜１３５に設けられている。

固定フレーム１２５（第６図参照）にはＺ軸サーボモー
タ１３６と、１本の２紬ボールねじＩ３７とが縦に設け
られている。

２軸ボールねじ１３７のねじ軸は固定フレーム１２５の
ブラケット１３８に回転自在に設けられている。ねじ軸
１３９の上端は、２軸サーボモータ］３６と歯付ベルト
１４０によって連結されている。ポールナツト１５１は
Ｚ軸フレーム１０２の下端に設けられている。

従って、Ｚ軸サーボモータ１３６が作動すると、歯付ベ
ルト１４０を介してねじ軸１３９が回転さゼられ、ボー
ルナラ）−１５１がねじ軸１３９上を移動（昇降）する
。ポールナツト１５１の移動によって、Ｚ軸テーブル９
１全体がＸ軸直線運動ベアリング１３１を案内にＺ軸方
向に移動（何降）させられる。Ｚ軸テーブル９１の移動
範囲は固定フレーム１２５に設けられたセンサ１５２，
５１２によって設定される。

Ｙ軸テーブル９２は前述したＹ軸直線運動ベアリング１
０３の都合４つのベアリング本体１１２゜１］２（第６
図に２つのみ図示し、他は省略）上に設けられている。

Ｙ軸テーブル９２（第７図参照）上には、後述するＸ軸
テーブル９３を支持しＸ軸方向への移動を案内する２本
のＸ軸直線運動ベアリング１６１１６１と、Ｘ軸テーブ
ル９３を移動させる１本のＸ軸ボールねじ１６２と、Ｘ
軸ボールねじ１６２を作動させるＸ軸サーボモータ１６
３とが具えられている。Ｘ軸ボールねじ１６２とＸ軸サ
ーボモータ１６３とは継手１６９によってバックラッシ
コがないよう連結されている。

Ｘ軸直線運動ベアリング１６１のレール１７２はＹ軸テ
ーブル９２に設けられ、ベアリング本体１６４はＸ軸テ
ーブル９３の下面に接続されている。ベアリング本体１
．６４は、Ｘ軸テーブル９３の下面に突設した突条］６
５（第６図、第１２図参照）にポル）−１６６によって
押付けられている。

なお、ベアリング本体１６４は１本のレール１７２に２
つ具えられている。

Ｘ軸ボールねじ１６２のねじ軸１６７はＹ軸テブル９２
の上面に回転自在に設けられ、ポールナツト（図示省略
）はＸ軸テーブル９３の下面に固定されている。

Ｘ軸テーブル９３は、前述した２本のＸ軸直線運動ベア
リング１６１，１６１上の都合４つのベアリング本体１
６４，１６４　（第６図と第７図に都合３つ図示し、他
の１つは省略）に設けられている。

Ｘ軸テーブル９３（第１図参照）上には、前述した２軸
回転テーブル機構２１が設けられている。

Ｘ軸テーブル９３の上面には、２軸回転テーブル機構２
１のフレームの下面に突設された突起７１゜７１　（第
３図参照）が係合する溝１６８（第６、第７図参照）が
具えられている。

溝１６８の向きは、ベアリング本体１６４が前述したよ
うに突条１６５に押付けられているため、Ｘ軸テーブル
の移動方向と平行になっている。従って、Ｘ軸テーブル
に載せられる２軸回転テーブル２１は、突起７１が溝１
６８に係合するため、２軸回転テーブル２１の回転軸３
１がＸ軸と平行になる。

従って、Ｘ軸サーボモータ１６３が作動すると、継手１
６９を介してねじ軸１６７が回転させられ、ポールナツ
ト（図示省略）がねじ軸１６７上を移動する。ポールナ
ツトの移動によって、Ｘ軸テーブル９３が２本Ｘ軸直線
運動ベアリング１６１゜１６１を案内にＸ軸方向に移動
させられる。Ｘ軸テーブル９３の移動範囲はセンサ（図
示省略）によって設定される。

次に、３次元移動テーブル機構２２全体の動作を説明す
る。

Ｘ軸サーボモータ１３６が作動すると、Ｚ、Ｙ。

Ｘ軸テーブル９１，９２．９３全体が固定フレーム】２
５上をＺ軸方向に移動（昇降）する、Ｙ軸サーボモータ
］、　０５が作動すると、Ｙ、Ｘ軸テーブル９２．９３
全体がＺ軸テーブル９１上をＹ軸方向に移動する。Ｘ軸
サーボモータ】６３が作動すると、Ｘ軸テーブル９３が
Ｙ軸テーブル９２上をＸ軸方向に移動する。

ｘ、ｙ、Ｘ軸サーボモータ１６３，１０５，１３６が同
時に作動すると、各テーブル９３，９２゜９１が定めら
れた方向に移動し、最終的にＺ軸テブル９１を所望の位
置に移動さゼることができる。

なお、以上の３次元移動テーブル機構２２は、Ｙ軸テー
ブル９２の上にＸ軸テーブル９３が具えられているが、
配置関係を逆にし、Ｘ軸テーブル９３の上にＹ軸テーブ
ル９２を具えてもよい、この場合、Ｙ軸テーブルに２軸
回転テーブル機構２２が設けられる。

Ｘ、Ｘ軸直線運動ベアリング１６１，１３１はＹ軸直線
運動ベアリング１０３と、Ｘ１Ｚ軸ポールねじ１６２，
１３７はＹ軸ボールねじ１０４とそれぞれ機構が回−で
ある。

最後に、レーザ加工機用５軸テーブル２０全体の動作を
説明する。

ワーク設置台３６にワークＷを具えた状態で、ｘ、ｙ、
ｚ軸サーボモータ１．６３，１０５，１．３６を同時に
、或いは、選択的に作動させ、各テブル９３，９２．９
１を定められた方向に移動し、２軸回転テーブル機構２
１をレーザ加工機のレザヘッド１７０（第１図参照）の
下に移動させる。

方、２軸回転テーブル機構２１の第１、第２サーボモー
タ３５．３８も同時に、或いは、選択的に作動し、ワー
ク設置台３６を回転・傾動をさセる。

このことによって、５軸テーブル２０は、各サーボモー
タ３５，３８，１０５，１３６，１６３により、ワーク
を５軸を基準として動かしながらレーザ加工を施すこと
ができる。

なお、各サーボモータ３５，３８，１０５，１３６．１
６３は、制御装Ｗ（図示省略）の記憶回路に予め記憶さ
れたプログラムに従って作動するようにしておくことに
よって、ワークを自動的に所望の形状に加工することが
できる。

発　　明　　の　　効　　果本発明の５軸テーブルは、ワークを上下、前後、左右に
移動させることができると共に、回転及び傾動させるこ
ともできるので、次のような効果を奏する。

■レーザ加工機のレーザヘッドを動かす必要がなくなり
、レーザ加工機の構造を簡素化することができる。

■レーザ加圧機の簡素化にともなって、レーザ加工機の
コストダウンを図ることができる。

■レーザ加工機のレーザヘッドを動かす必要がなくなる
ことから、光学系が単純になり、メンテナンスが容易に
なる。

■レーザ加工機の光学系が単純になることから、レーザ
発振器の能力を充分生かすことができるとともに、レー
ザ発振器の出力を上げることができる。

■レーザ加工機のレーザヘッドを動かす必要がなくなる
ことから光軸のずれが少なくなり、ワークの加工精度を
向上させることができる。

■ワークを高速で且つ連続的に回転させることができ、
回転体のワークの加工を容易に行うことができる。

■請求項２のように、テーブルをボールねじで移動させ
ると、サーボモータにより、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸テーブルをバ
ックラッシュなく往復移動させることができ、テーブル
の停止位置を正確にすることができる。

■そして、請求項３のように、テーブルを直線運動ベア
リングで案内させて移動させると、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸テーブ
ルを低摩擦で直線移動させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の５軸テーブルの正面図、第２図は２軸
回転テーブル機構の概略斜視図、第３図は２軸回転テー
ブル機構の正面図で一部断面で表した図、第４図は第３
図の平面図、第５図は第３図の左側面図で一部断面で表
した図、第６図は第１図における３次元移動テーブルの
右側面図、第７図は第１図における３次元移動テーブル
の平面図、第８図は第６図中８−８矢視断面図、第９図
は直線運動ベアリングの概略斜視図、第１０図はボール
ねじの外観図、第１１図はＹ軸直線運動ベアリングのベ
アリング本体の取付は状態図、第１２図はＸ軸直線運動
ベアリングのベアリング本体の取付は状態図である。そ
して第１３図は従来のレーザ加工機の斜視図である。２０・・５軸テーブル２１・・２軸回転テーブル機構２２・３次元移動テーブル機構３１・・・回転軸　　　　　　３２・−・入力軸３３・
・・出力軸３４・・・第１減速機（減速機）３５・・・第１サーボモータ（モータ）３６・・・ワー
ク設置台　　　９１・　Ｚ軸テーブル９２・・Ｙ軸テー
ブル　　　９３・・Ｘ軸テーブル１０３・・Ｙ軸直線運
動ベアリング（直線運動ベアリング）１０４・・・Ｙ軸ボールねじ（ボールねじ）１３１・・
Ｘ軸直線運動ベアリング（直線運動ベアリング）１３７・・Ｚ軸ボールねじ（ボールねじ）１６１・・Ｘ
軸直線運動ベアリング（直線運動ベアリング）１６２・・Ｘ軸ボールねじ（ボールねじ）第２図第１図ロヴ」７０第５図第７因レザ第１０図第１６図手続補正書平成３年４月１８日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転軸と、互いに交差する入力軸と出力軸とを有
し前記回転軸に設けられた減速機と、前記入力軸を回転
させるモータと、前記出力軸に設けられたワーク設置台
とを具えた２軸回転テーブル機構と、Ｚ軸方向に昇降す
るＺ軸テーブルと、互いに重なり合って前記Ｚ軸テーブ
ルに設けられ夫々Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動するＸ、Ｙ
軸テーブルとを具えた３次元移動テーブル機構とを有し
、前記Ｘ、Ｙ軸テーブルの内、上側のテーブルに前記２
軸回転テーブル機構を設けたことを特徴とする、レーザ
加工機用５軸テーブル。
（２）前記各テーブルは、ボールねじによって移動させ
られる、請求項１のレーザ加工機用５軸テーブル。
（３）前記各テーブルは、直線運動ベアリングによって
案内させれる、請求項１又は２のレーザ加工機用５軸テ
ーブル。