JPH07299700A - 工作機械および工具の姿勢制御システム並びに研削システム - Google Patents
工作機械および工具の姿勢制御システム並びに研削システムInfo
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- JPH07299700A JPH07299700A JP6121960A JP12196094A JPH07299700A JP H07299700 A JPH07299700 A JP H07299700A JP 6121960 A JP6121960 A JP 6121960A JP 12196094 A JP12196094 A JP 12196094A JP H07299700 A JPH07299700 A JP H07299700A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】工具支持部に着目し、この工具の姿勢を可変と
し得る工作機械および工具の姿勢制御システムを提供す
る。 【構成】ワークＷを支持するスピンドルユニット２に、
工具の姿勢を可変とする変位発生手段３を設けたことを
特徴とする。変位発生手段３は切り込み軸の角度変位を
発生させることを特徴とする。変位発生手段は、ワーク
に対して工具を送る際に、工具の姿勢を該工具の送り方
向前端側がワークから離れる方向に傾斜するように角度
変位を発生させることを特徴とする。
し得る工作機械および工具の姿勢制御システムを提供す
る。 【構成】ワークＷを支持するスピンドルユニット２に、
工具の姿勢を可変とする変位発生手段３を設けたことを
特徴とする。変位発生手段３は切り込み軸の角度変位を
発生させることを特徴とする。変位発生手段は、ワーク
に対して工具を送る際に、工具の姿勢を該工具の送り方
向前端側がワークから離れる方向に傾斜するように角度
変位を発生させることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば平面研削盤等
の工作機械および工具の姿勢制御システム並びに研削シ
ステムに関する。
の工作機械および工具の姿勢制御システム並びに研削シ
ステムに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近
年、半導体技術で代表されるように微細加工の高精度化
の要求が高まっている。ＮＣ（数値制御）が開発されて
以来、機械各部の高剛性化と位置制御により加工精度は
飛躍的に向上したが、より機械加工の高精密化を図るに
は、”加工の知能化”の考えを取り入れる必要がある。
年、半導体技術で代表されるように微細加工の高精度化
の要求が高まっている。ＮＣ（数値制御）が開発されて
以来、機械各部の高剛性化と位置制御により加工精度は
飛躍的に向上したが、より機械加工の高精密化を図るに
は、”加工の知能化”の考えを取り入れる必要がある。
【０００３】加工の知能化とは、加工現場で生じている
物理現象を情報としてサンセでとりこみ、予め用意した
モデルに入力し、そこからの出力と設計から定まる目標
値と比較して、その差に応じてアクチュエータを動か
し、加工で生じる現象そのものをリアルタイムで変化さ
せて所期の目的の加工を行うものである。
物理現象を情報としてサンセでとりこみ、予め用意した
モデルに入力し、そこからの出力と設計から定まる目標
値と比較して、その差に応じてアクチュエータを動か
し、加工で生じる現象そのものをリアルタイムで変化さ
せて所期の目的の加工を行うものである。
【０００４】加工で生じる基本的な物理現象を図１１に
示す。物を加工すると、加工の行われる部分１００で加
工反力Ｎと熱Ｈの発生が生じる。この他にも動力源１０
１からの発熱、熱と加工反力の伝達によるベース１０
２，コラム１０３およびヘッド１０４等の構造体の変
形、周囲への熱Ｈや音Ｓの発散等の種々の現象が同時に
生じている。すなわち、すべての構成要素は力と熱で変
形しており、より加工の高精密化を図るためには、単な
る高剛性化による高精度化や、従来技術の組み合わせに
よるシステム化などでは不十分であった。この加工時の
物理現象としては、周囲の温度変化Ａ、熱と力による各
構造部材の変形Ｂ、伝熱による温度分布Ｃ、内部ひずみ
Ｄ、外部ひずみＥ、加工による振動Ｆ等の種々の情報と
して把握することができる。
示す。物を加工すると、加工の行われる部分１００で加
工反力Ｎと熱Ｈの発生が生じる。この他にも動力源１０
１からの発熱、熱と加工反力の伝達によるベース１０
２，コラム１０３およびヘッド１０４等の構造体の変
形、周囲への熱Ｈや音Ｓの発散等の種々の現象が同時に
生じている。すなわち、すべての構成要素は力と熱で変
形しており、より加工の高精密化を図るためには、単な
る高剛性化による高精度化や、従来技術の組み合わせに
よるシステム化などでは不十分であった。この加工時の
物理現象としては、周囲の温度変化Ａ、熱と力による各
構造部材の変形Ｂ、伝熱による温度分布Ｃ、内部ひずみ
Ｄ、外部ひずみＥ、加工による振動Ｆ等の種々の情報と
して把握することができる。
【０００５】かかる見地から、加工の知能化を実現する
べく、目下具体的な工作機械の製作が種々試みられてい
る。
べく、目下具体的な工作機械の製作が種々試みられてい
る。
【０００６】本発明は、工具支持部に着目し、この工具
の姿勢を可変とし得る工作機械および工具の姿勢制御シ
ステムを提供することを目的とする。
の姿勢を可変とし得る工作機械および工具の姿勢制御シ
ステムを提供することを目的とする。
【０００７】
１．工作機械 上記目的を達成するために、本発明にあっては、ワーク
を支持するワーク支持部と、工具を支持する工具支持部
と、前記ワーク支持部と工具支持部とを連結する構造体
と、を備えた工作機械において、前記工具支持部に、前
記ワークに対する工具の姿勢を所定の姿勢とするような
変位を発生させる変位発生手段を設けたことを特徴とす
る。
を支持するワーク支持部と、工具を支持する工具支持部
と、前記ワーク支持部と工具支持部とを連結する構造体
と、を備えた工作機械において、前記工具支持部に、前
記ワークに対する工具の姿勢を所定の姿勢とするような
変位を発生させる変位発生手段を設けたことを特徴とす
る。
【０００８】変位発生手段は工具の切り込み軸の角度変
位を発生させることを特徴とする。
位を発生させることを特徴とする。
【０００９】変位発生手段は、変位を発生させる方向に
は変形可能で切り込み軸と直交する工具の送り方向には
剛な弾性部材と、該弾性部材を弾性変形させる変位手段
と、を備えた能動的な手段であることを特徴とする。
は変形可能で切り込み軸と直交する工具の送り方向には
剛な弾性部材と、該弾性部材を弾性変形させる変位手段
と、を備えた能動的な手段であることを特徴とする。
【００１０】変位発生手段は、ワークに対して工具を送
る際に、工具の姿勢を該工具の送り方向前端側が持ち上
がる方向に角度変位を発生させることを特徴とする。
る際に、工具の姿勢を該工具の送り方向前端側が持ち上
がる方向に角度変位を発生させることを特徴とする。
【００１１】変位発生手段は、工具の反送り方向の運動
を工具の送り方向前端側がワークから離れる方向の運動
に変換する運動変換機構を備え、工具送り動作時に工具
に作用する送り反力によって工具の送り方向前端側を持
ち上げ可能とした受動的な手段であることを特徴とす
る。
を工具の送り方向前端側がワークから離れる方向の運動
に変換する運動変換機構を備え、工具送り動作時に工具
に作用する送り反力によって工具の送り方向前端側を持
ち上げ可能とした受動的な手段であることを特徴とす
る。
【００１２】工具支持部はスピンドルであることを特徴
とする。
とする。
【００１３】工具はワークの平面加工を行うものであ
る。 ２．工具の姿勢制御システム 上記工作機械において、工具の姿勢を外部から認識し、
この認識された姿勢情報に基づいて、変位発生手段を制
御することを特徴とする。
る。 ２．工具の姿勢制御システム 上記工作機械において、工具の姿勢を外部から認識し、
この認識された姿勢情報に基づいて、変位発生手段を制
御することを特徴とする。
【００１４】工具に作用する力を検出する力検出手段を
設け、この検出された力情報に基づいて、変位発生手段
を制御することを特徴とする。
設け、この検出された力情報に基づいて、変位発生手段
を制御することを特徴とする。
【００１５】工具の角度変位を検出する変位検出手段を
設け、該検出手段によって検出された角度変位情報から
工具の姿勢を認識し、この認識された姿勢情報に基づい
て、変位発生手段を制御することを特徴とする。
設け、該検出手段によって検出された角度変位情報から
工具の姿勢を認識し、この認識された姿勢情報に基づい
て、変位発生手段を制御することを特徴とする。
【００１６】認識された姿勢情報に基づいて変位発生手
段を制御し、工具の角度変位を発生させることを特徴と
する。
段を制御し、工具の角度変位を発生させることを特徴と
する。
【００１７】力検出手段によって検出された力情報から
工具の変位量を求め、該変位量分を相殺するように変位
発生手段に変位を発生させることによって工具の姿勢を
一定位置に維持することを特徴とする。
工具の変位量を求め、該変位量分を相殺するように変位
発生手段に変位を発生させることによって工具の姿勢を
一定位置に維持することを特徴とする。
【００１８】工具とワークの相対位置を認識し、適正な
相対位置関係となるように工具の姿勢を制御することを
特徴とする。 ３．研削システム また、研削システムは、テーブル面の平面形状を検出
し、ワークをテーブル面上に力を加えないで載置した状
態で加工前のワークの平面形状を検出して加工前のワー
クの形状を把握し、ワークに力を加えてテーブル面の形
状に倣って密着させてワークの平面形状を検出し、前記
テーブル面上の無変形状態のワークの平面形状情報と前
記テーブル面に密着状態のワークの平面形状情報からワ
ークの真の厚みと、ワークとテーブル面間のすきまを求
め、研削加工時には、ワークに力を加えてをテーブル面
に密着させて固定し、ワークの被加工面を前記すきま分
を加味した分だけ研削砥石の切り込み量を制御してワー
クの平面研削を行うことを特徴とする。
相対位置関係となるように工具の姿勢を制御することを
特徴とする。 ３．研削システム また、研削システムは、テーブル面の平面形状を検出
し、ワークをテーブル面上に力を加えないで載置した状
態で加工前のワークの平面形状を検出して加工前のワー
クの形状を把握し、ワークに力を加えてテーブル面の形
状に倣って密着させてワークの平面形状を検出し、前記
テーブル面上の無変形状態のワークの平面形状情報と前
記テーブル面に密着状態のワークの平面形状情報からワ
ークの真の厚みと、ワークとテーブル面間のすきまを求
め、研削加工時には、ワークに力を加えてをテーブル面
に密着させて固定し、ワークの被加工面を前記すきま分
を加味した分だけ研削砥石の切り込み量を制御してワー
クの平面研削を行うことを特徴とする。
【００１９】研削砥石は、送り方向前端側を持ち上げる
方向に傾斜させてワークに対する相対送り動作を行うこ
とを特徴とする。
方向に傾斜させてワークに対する相対送り動作を行うこ
とを特徴とする。
【００２０】相対送り動作は、砥石に対してテーブルを
移動させて行うことを特徴とする。
移動させて行うことを特徴とする。
【００２１】ワークの姿勢を検出し、ワークの姿勢の変
化に応じて砥石の姿勢を変化させてワークに対する砥石
の当たり状態を一定に保つことを特徴とする。
化に応じて砥石の姿勢を変化させてワークに対する砥石
の当たり状態を一定に保つことを特徴とする。
【００２２】予めワークに加工力が加わった場合の砥
石，ワークおよびテーブルの変形量情報を知識として準
備しておき、研削時にワークに加わる加工力を検出し、
該検出した加工力情報と前記変形量情報に基づいて、加
工力に対応する変形量を相殺するように砥石と工具の少
なくとも一方を変形させることにより、加工力に対して
工具およびテーブルの変形を見かけ上ゼロとして剛性無
限大状態でワークを研削することを特徴とする。
石，ワークおよびテーブルの変形量情報を知識として準
備しておき、研削時にワークに加わる加工力を検出し、
該検出した加工力情報と前記変形量情報に基づいて、加
工力に対応する変形量を相殺するように砥石と工具の少
なくとも一方を変形させることにより、加工力に対して
工具およびテーブルの変形を見かけ上ゼロとして剛性無
限大状態でワークを研削することを特徴とする。
【００２３】
【作用】上記構成の工作機械および工具の姿勢制御シス
テムにあっては、変位発生手段によって変位発生させる
ことによって工具の切り込み軸の傾きを制御する。
テムにあっては、変位発生手段によって変位発生させる
ことによって工具の切り込み軸の傾きを制御する。
【００２４】特に、送り方向前端側が持ち上がるように
して送り動作を行うことにより、工具を送る際の食い込
みを防止でき、スムーズな加工を実現できる。
して送り動作を行うことにより、工具を送る際の食い込
みを防止でき、スムーズな加工を実現できる。
【００２５】また、工具の姿勢制御は、工具の姿勢を外
部から認識し、この認識された姿勢情報に基づいて、角
度変位発生手段を制御することにより、工具の姿勢制御
を精密に行える。
部から認識し、この認識された姿勢情報に基づいて、角
度変位発生手段を制御することにより、工具の姿勢制御
を精密に行える。
【００２６】一方、工具に作用する力を検出し、この力
情報に基づいて変位発生手段を制御することにより、力
に応じた最適な姿勢を得ることができる。
情報に基づいて変位発生手段を制御することにより、力
に応じた最適な姿勢を得ることができる。
【００２７】また、各工具の変位検出手段を設け、検出
された変位情報から工具の姿勢を認識するようにすれ
ば、外部の姿勢認識手段が不要となる。
された変位情報から工具の姿勢を認識するようにすれ
ば、外部の姿勢認識手段が不要となる。
【００２８】また、各工具に力検出手段を設ければ、外
部の力検出手段が不要となる。
部の力検出手段が不要となる。
【００２９】また、認識された姿勢情報に基づいて、角
度変位量分を相殺するように工具の変位発生部に変位を
発生させて工具の姿勢を一定位置に維持するようにすれ
ば、工具支持部は見かけ上剛性無限大となる。
度変位量分を相殺するように工具の変位発生部に変位を
発生させて工具の姿勢を一定位置に維持するようにすれ
ば、工具支持部は見かけ上剛性無限大となる。
【００３０】そして、作業テーブルのワークと工具の相
対位置を認識し、適正な相対位置となるように工具の姿
勢を制御するようにすれば、工作機械の他の構成要素が
熱や力によって変形したとしても、常に加工状態を一定
に保つことができ、加工精度の向上を図ることができ
る。
対位置を認識し、適正な相対位置となるように工具の姿
勢を制御するようにすれば、工作機械の他の構成要素が
熱や力によって変形したとしても、常に加工状態を一定
に保つことができ、加工精度の向上を図ることができ
る。
【００３１】
【実施例】以下に本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。
する。
【００３２】図２は本発明の工作機械の構造体の概念構
成を示し、図４はより具体的な構成例を示している。
成を示し、図４はより具体的な構成例を示している。
【００３３】すなわち、図２に示すように、工具Ｔを支
持する工具支持部としてのモータ一体型のスピンドルユ
ニット２と、このスピンドルユニットの姿勢を可変とす
るＲＣＣ機構３と、ワークをＸーＹ軸方向に移動させ、
かつＺ軸方向及びＭｘ，Ｍｙ方向に姿勢制御可能な送り
テーブル４と、送りテーブル４上に固定されワークＷを
支持するワーク支持部としての加工テーブル５と、ワー
クに作用する力を検出する力検出部６等が高剛性の構造
体７に組み込まれている。
持する工具支持部としてのモータ一体型のスピンドルユ
ニット２と、このスピンドルユニットの姿勢を可変とす
るＲＣＣ機構３と、ワークをＸーＹ軸方向に移動させ、
かつＺ軸方向及びＭｘ，Ｍｙ方向に姿勢制御可能な送り
テーブル４と、送りテーブル４上に固定されワークＷを
支持するワーク支持部としての加工テーブル５と、ワー
クに作用する力を検出する力検出部６等が高剛性の構造
体７に組み込まれている。
【００３４】構造体７は、スピンドルの中心軸に対して
左右対称に構成され、可及的に左右の変位が対称的に生
じるようにしている。
左右対称に構成され、可及的に左右の変位が対称的に生
じるようにしている。
【００３５】ここで、ＲＣＣ機構とはリモート・センタ
・コンプライアンスの意で、所定の姿勢となるように自
分自身が姿勢制御を行う調整能を持つ機構の意味であ
る。
・コンプライアンスの意で、所定の姿勢となるように自
分自身が姿勢制御を行う調整能を持つ機構の意味であ
る。
【００３６】構造体７は、送りテーブル４が支持される
固定ベッド８と、スピンドルユニット２が支持されるヘ
ッド９と、上記固定ベッド８とヘッド９とを連結するコ
ラム１０と、から構成されている。
固定ベッド８と、スピンドルユニット２が支持されるヘ
ッド９と、上記固定ベッド８とヘッド９とを連結するコ
ラム１０と、から構成されている。
【００３７】送りテーブル４は、Ｘ軸，Ｙ軸方向の２方
向に配置された直線運動案内機構１１を介してＸーＹ軸
方向に移動可能となっており、Ｘ，Ｙ軸方向の送り動作
を送りネジ機構１２によって行うようになっており、適
宜微動送りを可能とするようにナノ駆動リング４０が設
けられる。
向に配置された直線運動案内機構１１を介してＸーＹ軸
方向に移動可能となっており、Ｘ，Ｙ軸方向の送り動作
を送りネジ機構１２によって行うようになっており、適
宜微動送りを可能とするようにナノ駆動リング４０が設
けられる。
【００３８】直線運動案内機構１１は、図６(ａ)に示す
ように、軌道レール１１１と、軌道レール１１１に沿っ
て移動自在に設けられる移動ブロック１１２と、軌道レ
ール１１１と移動ブロック１１２の対向面間に形成され
る転動体転走溝１１３ａ，１１３ｂ間に介装される転動
体１１４と、から構成される。
ように、軌道レール１１１と、軌道レール１１１に沿っ
て移動自在に設けられる移動ブロック１１２と、軌道レ
ール１１１と移動ブロック１１２の対向面間に形成され
る転動体転走溝１１３ａ，１１３ｂ間に介装される転動
体１１４と、から構成される。
【００３９】スピンドルユニット２は、図４に示すよう
に、ヘッド９に対して直線運動案内機構１４を介してＺ
軸方向に案内されるＺ軸テーブル１３に、ＲＣＣ機構３
を介して取り付けられている。
に、ヘッド９に対して直線運動案内機構１４を介してＺ
軸方向に案内されるＺ軸テーブル１３に、ＲＣＣ機構３
を介して取り付けられている。
【００４０】Ｚ軸テーブル１３は、大きなストロークボ
ールはねじで、微小な位置決めはナノ駆動リング４０で
行うナノ駆動リング付きねじ送り機構１２を介してＺ軸
方向に駆動される。
ールはねじで、微小な位置決めはナノ駆動リング４０で
行うナノ駆動リング付きねじ送り機構１２を介してＺ軸
方向に駆動される。
【００４１】また、構造体７には、図７に示すように、
構造体７自身の変形を監視するための自己変形モニタセ
ンサ１００が設けられている。自己変形モニタセンサ１
００は、固定ベッド５，コラム７およびヘッド６に適宜
設けられ、各部の変形をモニタするようになっている。
構造体７自身の変形を監視するための自己変形モニタセ
ンサ１００が設けられている。自己変形モニタセンサ１
００は、固定ベッド５，コラム７およびヘッド６に適宜
設けられ、各部の変形をモニタするようになっている。
【００４２】図１(ａ)，(ｂ)には、スピンドルユニット
２の具体的な構成例を示している。
２の具体的な構成例を示している。
【００４３】スピンドルユニット２は、図１に示すよう
に、スピンドル２１と、このスピンドル２１と一体的に
組み付けられたビルトインタイプのモータＭｓと、から
構成され、モータＭｓ外周には発熱を吸収する冷却管２
３が装着される。
に、スピンドル２１と、このスピンドル２１と一体的に
組み付けられたビルトインタイプのモータＭｓと、から
構成され、モータＭｓ外周には発熱を吸収する冷却管２
３が装着される。
【００４４】スピンドル２１としては、たとえば、静圧
空気軸受等の精密スピンドルが用いられる。
空気軸受等の精密スピンドルが用いられる。
【００４５】このスピンドルユニット２とＺ軸テーブル
１３の間に、上記ＲＣＣ機構３を取り付けることによ
り、スピンドルユニット２を介して、工具Ｔを自由自在
に高精度で傾斜させたり、Ｚ方向に変位させるようにな
っている。
１３の間に、上記ＲＣＣ機構３を取り付けることによ
り、スピンドルユニット２を介して、工具Ｔを自由自在
に高精度で傾斜させたり、Ｚ方向に変位させるようにな
っている。
【００４６】ＲＣＣ機構３はリング部材で、Ｚ軸テーブ
ル１３の端部に固定される環状の固定環３１と、スピン
ドルユニット２の外周に固定される可動環３２と、固定
環３１と可動環を３２連結する薄肉の環状平板構造の環
状ばね部３３とから構成されている。環状ばね部３３は
外径端が固定環３１に、内径端が可動環３２に一体的に
接続されている。この環状ばね部３３は、スピンドルユ
ニット２が切り込み軸方向であるＺ軸に対して傾く方向
およびＺ軸方向に変位可能で、かつ水平方向には剛で変
位不能の構成となっている。環状ばね部３２は完全な円
環でなく、穴状の切欠きがあってもよい。
ル１３の端部に固定される環状の固定環３１と、スピン
ドルユニット２の外周に固定される可動環３２と、固定
環３１と可動環を３２連結する薄肉の環状平板構造の環
状ばね部３３とから構成されている。環状ばね部３３は
外径端が固定環３１に、内径端が可動環３２に一体的に
接続されている。この環状ばね部３３は、スピンドルユ
ニット２が切り込み軸方向であるＺ軸に対して傾く方向
およびＺ軸方向に変位可能で、かつ水平方向には剛で変
位不能の構成となっている。環状ばね部３２は完全な円
環でなく、穴状の切欠きがあってもよい。
【００４７】固定環３１は略Ｌ字形のリング部材で、内
周面が段付き円筒形状の外径リング部３１１と、この外
径リング部３１１の一端から内向きに全周的に延びる内
向きフランジ部３１２と、から構成される。また、可動
環３２は断面略矩形状のリング部材で、その外周が外径
リング部３１１内周と所定間隔離れた位置に同心的に配
置され、かつ上端面が内向きフランジ部３１２と上下に
所定間隔離間して対向配置されている。そして、環状ば
ね部３３の外径端は外径リング部３１１の内周段部３１
３に、内径端は可動環２１の上端に接続されている。
周面が段付き円筒形状の外径リング部３１１と、この外
径リング部３１１の一端から内向きに全周的に延びる内
向きフランジ部３１２と、から構成される。また、可動
環３２は断面略矩形状のリング部材で、その外周が外径
リング部３１１内周と所定間隔離れた位置に同心的に配
置され、かつ上端面が内向きフランジ部３１２と上下に
所定間隔離間して対向配置されている。そして、環状ば
ね部３３の外径端は外径リング部３１１の内周段部３１
３に、内径端は可動環２１の上端に接続されている。
【００４８】そして、上記固定間３１の内向きフランジ
部３１２と固定環３２の上下対向面間に、内向きフラン
ジ部３１２と固定環３２の間隔を変化させる変位手段と
しての圧電素子３４が介装されている。この圧電素子３
４は、環状ばね部３３の円周方向に複数、この実施例で
は主送り方向と横送り方向に対応して４箇所に等配され
ている。
部３１２と固定環３２の上下対向面間に、内向きフラン
ジ部３１２と固定環３２の間隔を変化させる変位手段と
しての圧電素子３４が介装されている。この圧電素子３
４は、環状ばね部３３の円周方向に複数、この実施例で
は主送り方向と横送り方向に対応して４箇所に等配され
ている。
【００４９】変位手段としては、圧電素子や電歪素子の
他に、磁歪素子や物体の熱膨張を利用して伸縮させる熱
アクチュエータや、流体圧によって伸縮するアクチュエ
ータ、さらにボイスコイルや磁歪素子等、要するに指令
値に基づいて指令値に比例して伸縮する各種アクチュエ
ータを利用することができる。
他に、磁歪素子や物体の熱膨張を利用して伸縮させる熱
アクチュエータや、流体圧によって伸縮するアクチュエ
ータ、さらにボイスコイルや磁歪素子等、要するに指令
値に基づいて指令値に比例して伸縮する各種アクチュエ
ータを利用することができる。
【００５０】一方、環状薄肉部３３の固定環３１あるい
は可動環３２との付け根部には歪ゲージ３５が貼着され
ており、スピンドルユニット２の変位量およびスピンド
ルユニット１４に作用する力および変位が検出可能とな
っている。
は可動環３２との付け根部には歪ゲージ３５が貼着され
ており、スピンドルユニット２の変位量およびスピンド
ルユニット１４に作用する力および変位が検出可能とな
っている。
【００５１】変位を検出する手段としては、歪ゲージ等
の抵抗式センサの他に、差動トランスやうず電流センサ
等の電磁誘導式センサ、静電容量式のセンサ等、微小変
位を検出可能な種々のセンサを用いることができる。
の抵抗式センサの他に、差動トランスやうず電流センサ
等の電磁誘導式センサ、静電容量式のセンサ等、微小変
位を検出可能な種々のセンサを用いることができる。
【００５２】また、力検出手段としては、荷重に応じて
弾性変形する弾性部材と、この弾性部材の歪の検出値か
ら作用する力を検出してもよい。
弾性変形する弾性部材と、この弾性部材の歪の検出値か
ら作用する力を検出してもよい。
【００５３】図１(ｃ)には、ＲＣＣ機構３の動作状態を
模式的に示している（収縮状態）。たとえば、互いに対
向する位置にある圧電素子３４の一方を縮め、他方を伸
張させれば傾斜することになる。また、伸縮させる圧電
素子３４を選択することによって、スピンドルユニット
２をあらゆる方向に傾斜させることが可能である。
模式的に示している（収縮状態）。たとえば、互いに対
向する位置にある圧電素子３４の一方を縮め、他方を伸
張させれば傾斜することになる。また、伸縮させる圧電
素子３４を選択することによって、スピンドルユニット
２をあらゆる方向に傾斜させることが可能である。
【００５４】また、すべての圧電素子３４を伸縮量を同
一に設定すれば工具Ｔは同じ姿勢のままＺ軸方向に変位
することになる。
一に設定すれば工具Ｔは同じ姿勢のままＺ軸方向に変位
することになる。
【００５５】ＲＣＣ機構３は、上述したように自ら変位
して工具が所定の姿勢となるように変位を発生させるも
のである。所定の姿勢は、切り込み条件等によって種々
設定可能であるが、通常、平面研削盤等の平面加工の工
具の場合には、工具の姿勢を送り方向前端側が持ち上が
るような姿勢を保つように制御する。
して工具が所定の姿勢となるように変位を発生させるも
のである。所定の姿勢は、切り込み条件等によって種々
設定可能であるが、通常、平面研削盤等の平面加工の工
具の場合には、工具の姿勢を送り方向前端側が持ち上が
るような姿勢を保つように制御する。
【００５６】すなわち、通常の工具では図３(ａ)の点線
及び図３(ｄ)に示すように、工具の送り動作をするとそ
の摩擦反力によって送り方向前前端側の頭が下がって加
工面に食い込み高精度の平面度を出せない。そこで、図
３(ｂ)に示すように、平面加工工具としてのカップ砥石
Ｔの姿勢をカップ砥石Ｔの送り方向前端側の頭が持ち上
がるように角度変位を発生させ、加工面への食い込みを
防止する。この場合は圧電素子３４等の能動的な素子を
有するので、能動的なＲＣＣ機構（アクテイブＲＣＣ機
構）である。
及び図３(ｄ)に示すように、工具の送り動作をするとそ
の摩擦反力によって送り方向前前端側の頭が下がって加
工面に食い込み高精度の平面度を出せない。そこで、図
３(ｂ)に示すように、平面加工工具としてのカップ砥石
Ｔの姿勢をカップ砥石Ｔの送り方向前端側の頭が持ち上
がるように角度変位を発生させ、加工面への食い込みを
防止する。この場合は圧電素子３４等の能動的な素子を
有するので、能動的なＲＣＣ機構（アクテイブＲＣＣ機
構）である。
【００５７】また、能動的なＲＣＣ機構３ではなく、図
３(ｃ)に示すように、カップ砥石Ｔの反送り方向の運動
をカップ砥石Ｔの送り方向前端側がワークＷから離れる
方向の運動に変換するリンク機構等の運動変換機構３ａ
を設け、機械的に工具送り動作時に工具に作用する送り
反力によって工具の送り方向前端側を持ち上げ可能とし
た受動的な構成としてもよい。
３(ｃ)に示すように、カップ砥石Ｔの反送り方向の運動
をカップ砥石Ｔの送り方向前端側がワークＷから離れる
方向の運動に変換するリンク機構等の運動変換機構３ａ
を設け、機械的に工具送り動作時に工具に作用する送り
反力によって工具の送り方向前端側を持ち上げ可能とし
た受動的な構成としてもよい。
【００５８】Ｚ軸テーブル１３は中空の枠体で、構造体
ヘッド６に設けられた装着穴６０１内周に、互いに平行
に配置される一対の直線運動案内機構１４を介してＺ軸
方向に案内される。
ヘッド６に設けられた装着穴６０１内周に、互いに平行
に配置される一対の直線運動案内機構１４を介してＺ軸
方向に案内される。
【００５９】送りねじ機構１２は、図５に示すように、
ボールねじ軸１２１と、このボールねじ軸１２１に対し
て多数のボール１２２を介して螺合されるナット１２３
と、ボールナット１２３と被送り部材１２４間に介在さ
れるナノ駆動リング４０と、から構成されている。
ボールねじ軸１２１と、このボールねじ軸１２１に対し
て多数のボール１２２を介して螺合されるナット１２３
と、ボールナット１２３と被送り部材１２４間に介在さ
れるナノ駆動リング４０と、から構成されている。
【００６０】ナノ駆動リング４０は、軸方向に変位する
リング状ばね４１に、電気信号によって伸縮動作する変
位手段としての圧電素子４２が組み込まれている。
リング状ばね４１に、電気信号によって伸縮動作する変
位手段としての圧電素子４２が組み込まれている。
【００６１】圧電素子４２に電圧を加えると、図５(ｂ)
に示すように、圧電素子４２が伸張して被送り部材１２
４が微動送りされる。また、リング状ばね４１に貼着さ
れた歪ゲージ４３により微動送り量を検出でき、フィー
ドバック制御により精密に駆動される。このリング状ば
ね４１は、ナット１２３に固定される固定リング４１１
と、被送り部材１２４に固定される可動リング４１２
と、固定リング４１１と可動リング４１２を連結する平
板状の環状肉部４１３とから構成される。
に示すように、圧電素子４２が伸張して被送り部材１２
４が微動送りされる。また、リング状ばね４１に貼着さ
れた歪ゲージ４３により微動送り量を検出でき、フィー
ドバック制御により精密に駆動される。このリング状ば
ね４１は、ナット１２３に固定される固定リング４１１
と、被送り部材１２４に固定される可動リング４１２
と、固定リング４１１と可動リング４１２を連結する平
板状の環状肉部４１３とから構成される。
【００６２】また、図６(ａ)〜(ｄ)に示すように、送り
テーブル４を支持する直線案内機構１１の各移動ブロッ
ク１１２に、Ｚ軸方向に伸縮可能なアクチュエータ５０
が組み込まれ、送りテーブル４の姿勢を制御可能として
いる。
テーブル４を支持する直線案内機構１１の各移動ブロッ
ク１１２に、Ｚ軸方向に伸縮可能なアクチュエータ５０
が組み込まれ、送りテーブル４の姿勢を制御可能として
いる。
【００６３】アクチュエータ５０は、基本的な構造はナ
ノ駆動リング４０と同一であり、Ｚ軸方向に変位するリ
ング状ばね５１に、電気信号によって伸縮動作する変位
手段としての圧電素子５２が組み込まれている。
ノ駆動リング４０と同一であり、Ｚ軸方向に変位するリ
ング状ばね５１に、電気信号によって伸縮動作する変位
手段としての圧電素子５２が組み込まれている。
【００６４】圧電素子５２に電圧を加えると、圧電素子
５２が伸張して送りテーブル４がＺ軸方向に変位する。
また、リング状ばね５１に貼着された歪ゲージ５３によ
りＺ軸方向の変位を検出でき、フィードバック制御によ
り精密に駆動される。リング状ばね５１は、移動ブロッ
クに固定される固定リング５１１と、テーブル４に固定
される可動リング５１２と、固定リング５１１と可動リ
ング５１２を連結する平板状の環状肉部５１３とから構
成される。また、固定リング５１１には、上方に突出す
るストッパ部５１４が設けられ、可動リング５１２の下
面に当接して下限位置を位置決めしている。
５２が伸張して送りテーブル４がＺ軸方向に変位する。
また、リング状ばね５１に貼着された歪ゲージ５３によ
りＺ軸方向の変位を検出でき、フィードバック制御によ
り精密に駆動される。リング状ばね５１は、移動ブロッ
クに固定される固定リング５１１と、テーブル４に固定
される可動リング５１２と、固定リング５１１と可動リ
ング５１２を連結する平板状の環状肉部５１３とから構
成される。また、固定リング５１１には、上方に突出す
るストッパ部５１４が設けられ、可動リング５１２の下
面に当接して下限位置を位置決めしている。
【００６５】このアクチュエータ５０によって、図６
(ｅ)〜(ｈ)に示すように、テーブル４の姿勢を自由自在
に変化させることができ、テーブル４の走り平行度、ピ
ッチング、ローリングをダイレクトに補正することで、
従来では得られなかったような精度を出すことが可能に
なる。
(ｅ)〜(ｈ)に示すように、テーブル４の姿勢を自由自在
に変化させることができ、テーブル４の走り平行度、ピ
ッチング、ローリングをダイレクトに補正することで、
従来では得られなかったような精度を出すことが可能に
なる。
【００６６】図８は加工テーブル５を構成する６分力テ
ーブルを示している。この加工テーブル５の中央にワー
クＷを把持する真空チャック等の把持部５ａが設けら
れ、その周囲にワークＷに作用する力を検出する力検出
部６が設けられている。
ーブルを示している。この加工テーブル５の中央にワー
クＷを把持する真空チャック等の把持部５ａが設けら
れ、その周囲にワークＷに作用する力を検出する力検出
部６が設けられている。
【００６７】また、加工テーブル５上に把持されたワー
クＷの平面形状を測定する測定装置として非接触のレー
ザ変位計７０を備えており、送りテーブル４のＸーＹ方
向への送りと組み合わせて、ワークＷの面形状を測定し
て把握できる。加工前、加工途中、加工後のワークＷの
形状を調べられ有効である。
クＷの平面形状を測定する測定装置として非接触のレー
ザ変位計７０を備えており、送りテーブル４のＸーＹ方
向への送りと組み合わせて、ワークＷの面形状を測定し
て把握できる。加工前、加工途中、加工後のワークＷの
形状を調べられ有効である。
【００６８】工作機械が平面研削盤で、工具がカップ砥
石の場合には、送りテーブル４の適宜位置に、カップ砥
石をドレッシングするため、テーブルに固定したドレッ
サを設けることが好ましい。
石の場合には、送りテーブル４の適宜位置に、カップ砥
石をドレッシングするため、テーブルに固定したドレッ
サを設けることが好ましい。
【００６９】また、熱の変形に及ぼす影響を最小限にす
るために、研削油や、スピンドルユニット、テーブル駆
動用モータの冷却用媒体は、それぞれの別装置によって
温度調節できるように構成している。
るために、研削油や、スピンドルユニット、テーブル駆
動用モータの冷却用媒体は、それぞれの別装置によって
温度調節できるように構成している。
【００７０】上記したように、この工作機械は次のよう
な機能を有している。
な機能を有している。
【００７１】(ａ)スピンドル２の姿勢制御機能 (ｂ)ワークＷ（テーブル４）の姿勢制御機能 (ｃ)ナノ駆動リング付きねじ送り機構１２による超微動
送り機能 (ｄ)ワークｗの形状把握機能 (ｅ)加工力把握機能 (ｆ)自己変形モニタ機能 (ｇ)剛性無限大機能 以下、各機能について説明する。
送り機能 (ｄ)ワークｗの形状把握機能 (ｅ)加工力把握機能 (ｆ)自己変形モニタ機能 (ｇ)剛性無限大機能 以下、各機能について説明する。
【００７２】(ａ)スピンドルユニット２の姿勢制御機能 スピンドル２は静圧空気軸受にて回転自在に支持するエ
アースピンドル２１が用いられ、Ｚ軸テーブル１３の間
に圧電素子３１２と歪ゲージを３５組み込んだ円環状の
ＲＣＣ機構３を取り付けることにより、スピンドル２を
介して工具Ｔを自由自在に高精度で傾斜させたり、Ｚ方
向に変位させることができる。
アースピンドル２１が用いられ、Ｚ軸テーブル１３の間
に圧電素子３１２と歪ゲージを３５組み込んだ円環状の
ＲＣＣ機構３を取り付けることにより、スピンドル２を
介して工具Ｔを自由自在に高精度で傾斜させたり、Ｚ方
向に変位させることができる。
【００７３】(ｂ)ワークＷ（テーブル４）の姿勢制御機
能 直線運動案内機構１１の複数の移動ブロック１２に設け
たアクチュエータ５０によって、図６(ｅ)〜(ｈ)に示す
ように、テーブル４の姿勢、ひいてはワークＷの姿勢を
自由自在に変化させることができ、テーブル４の走り平
行度，ピッチング，ローリングをダイレクトに補正する
ことで、従来では得られなかったような精度を出すこと
が可能になる。
能 直線運動案内機構１１の複数の移動ブロック１２に設け
たアクチュエータ５０によって、図６(ｅ)〜(ｈ)に示す
ように、テーブル４の姿勢、ひいてはワークＷの姿勢を
自由自在に変化させることができ、テーブル４の走り平
行度，ピッチング，ローリングをダイレクトに補正する
ことで、従来では得られなかったような精度を出すこと
が可能になる。
【００７４】(ｃ)ナノ駆動リング４０付きねじ送り機構
１２による超微動送り機能 ナノ駆動リング４０をボールねじのナット１２３に取り
付けるだけで、モータ駆動では考えられなかったような
高分解能で駆動できる超微動送り機能である。
１２による超微動送り機能 ナノ駆動リング４０をボールねじのナット１２３に取り
付けるだけで、モータ駆動では考えられなかったような
高分解能で駆動できる超微動送り機能である。
【００７５】この実施例では、Ｘ軸およびＹ軸方向のね
じ送り機構１２およびＺ軸方向のねじ送り機構１２にす
べて備えており、送り量を超高精度でもって制御できる
ばかりか、超微小量切り込みが可能になる。
じ送り機構１２およびＺ軸方向のねじ送り機構１２にす
べて備えており、送り量を超高精度でもって制御できる
ばかりか、超微小量切り込みが可能になる。
【００７６】(ｄ)ワークＷ等の形状把握機能 非接触のレーザ変位計７０を備えており、送りテーブル
４と組み合わせてワークＷのＸーＹ平面座標における高
さを測定することにより、ワークＷの平面形状を把握で
きる。加工前、加工途中、加工後のワークの形状を調べ
られ有効である。
４と組み合わせてワークＷのＸーＹ平面座標における高
さを測定することにより、ワークＷの平面形状を把握で
きる。加工前、加工途中、加工後のワークの形状を調べ
られ有効である。
【００７７】テーブル面の平面度、さらに被加工物の平
面度（これはワークをテーブルに拘束せずに静置した場
合と、拘束して固定した場合の２種類）の計３種類平面
度をそれぞれインラインで繰り返し測定できることが好
ましい。
面度（これはワークをテーブルに拘束せずに静置した場
合と、拘束して固定した場合の２種類）の計３種類平面
度をそれぞれインラインで繰り返し測定できることが好
ましい。
【００７８】この変位計７０による測定は、加工後に工
具Ｔが切り込み方向上方に退避した後に、測定面上に移
動してきて変位測定できるように構成されている。
具Ｔが切り込み方向上方に退避した後に、測定面上に移
動してきて変位測定できるように構成されている。
【００７９】(ｅ)加工力把握機能 工具Ｔの加工着力点を知るために、加工力を６軸（切り
込み方向、主送り方向、横送り方向の軸方向の力と、そ
れらの方向の軸回りのモーメントを検知できるように構
成されている。
込み方向、主送り方向、横送り方向の軸方向の力と、そ
れらの方向の軸回りのモーメントを検知できるように構
成されている。
【００８０】(ｆ)自己変形モニタ機能 コラム１０の変形をコラム１０に貼り付けた変形センサ
群によりモニタできる。加工時の発熱等によるコラム１
０の変形の情報を使いこなして工具とワークの姿勢の変
化を知り、工具あるいはワークの姿勢を制御することに
よって変形分を補正でき、超精密な加工を実現できる。
このコラム１０の変形は、装置内の内部基準を有する方
法により最小分解能により検知できることが好ましい。
群によりモニタできる。加工時の発熱等によるコラム１
０の変形の情報を使いこなして工具とワークの姿勢の変
化を知り、工具あるいはワークの姿勢を制御することに
よって変形分を補正でき、超精密な加工を実現できる。
このコラム１０の変形は、装置内の内部基準を有する方
法により最小分解能により検知できることが好ましい。
【００８１】(ｇ)剛性無限大機能 機械各部の荷重に対する変位を調べて把握しておき、６
軸力センサ６からの加工力に応じて変位分を補正するこ
とで、あたかも剛性が無限大であるかのように加工でき
る。
軸力センサ６からの加工力に応じて変位分を補正するこ
とで、あたかも剛性が無限大であるかのように加工でき
る。
【００８２】上記構成の工作機械においては、工具Ｔの
姿勢、切り込み方向（Ｚ軸方向）の変位と、主送り方向
（Ｘ軸方向）・主送り方向（Ｙ軸方向）と直交する横送
り方向の傾きの計３軸を検出し、それが任意の大きさに
なるよう実時間制御できることが好ましい。
姿勢、切り込み方向（Ｚ軸方向）の変位と、主送り方向
（Ｘ軸方向）・主送り方向（Ｙ軸方向）と直交する横送
り方向の傾きの計３軸を検出し、それが任意の大きさに
なるよう実時間制御できることが好ましい。
【００８３】また、加工テーブル５のワーク把持部の姿
勢（送りテーブル４の姿勢と同じ）、切り込み方向の変
位と、主送り方向・主送り方向と直交する横送り方向の
傾きの計３軸を検出し、それが任意の大きさになるよう
実時間制御できることが好ましい。
勢（送りテーブル４の姿勢と同じ）、切り込み方向の変
位と、主送り方向・主送り方向と直交する横送り方向の
傾きの計３軸を検出し、それが任意の大きさになるよう
実時間制御できることが好ましい。
【００８４】実時間制御を行うために、パソコン程度の
コンピュータ／インターフェイスを有することが好まし
い。
コンピュータ／インターフェイスを有することが好まし
い。
【００８５】図１０には上記工作機械の概略的な制御構
成を示している。
成を示している。
【００８６】工具姿勢を制御するＲＣＣ機構３及びテー
ブル姿勢制御用のアクチュエータ５０は、外部センサあ
るいは力センサや変位センサから得られるスピンドルユ
ニット２及び加工テーブル５の姿勢に関する情報からな
される。加工テーブル５の姿勢は直線運動案内機構１１
の軌道レール１１１，移動ブロック１１２，構造体のベ
ース８，ボールねじ軸１２１，ボールナッ１２２等の各
システム構成要素の変形によって変化し、また工具Ｔの
姿勢も同様にＺ軸テーブル１３の直線運動案内機構１４
のボールねじ軸１２１あるいは構造体自体のコラム１０
やヘッド９等の構成要素の変形によって変化し、各構成
要素の変形は熱と力によって生じる。
ブル姿勢制御用のアクチュエータ５０は、外部センサあ
るいは力センサや変位センサから得られるスピンドルユ
ニット２及び加工テーブル５の姿勢に関する情報からな
される。加工テーブル５の姿勢は直線運動案内機構１１
の軌道レール１１１，移動ブロック１１２，構造体のベ
ース８，ボールねじ軸１２１，ボールナッ１２２等の各
システム構成要素の変形によって変化し、また工具Ｔの
姿勢も同様にＺ軸テーブル１３の直線運動案内機構１４
のボールねじ軸１２１あるいは構造体自体のコラム１０
やヘッド９等の構成要素の変形によって変化し、各構成
要素の変形は熱と力によって生じる。
【００８７】加工テーブル５や工具Ｔの姿勢を知るため
には、まず加工テーブル５や工具Ｔの姿勢を直接見るた
めの変位計７０やビデオカメラ等の視覚センサを用いる
ことができる。また、加工テーブル５や工具Ｔの姿勢を
直接検出するのではなく、各構成要素の変形量を検出す
るようにしてもよい。各構成要素の変形量を検出するに
は、構成要素の変形量を直接検出してもよいし、歪を検
出するようにしてもよい。また、各構成要素に加わる熱
と力を検出して変形量を演算するようにしてもよい。さ
らに、各構成要素の内力状態によって音を含む振動特性
が変化することも考えられるので、振動特性を姿勢情報
として検出するようにしてもよい。要するに、すべての
構成要素は歪・温度・音・形等として情報を発生してお
り、これら構成要素から発せられる情報のうち、利用可
能なあらゆる情報をもとにして、制御装置２０１によっ
て工具Ｔ及び加工テーブル５の姿勢を認識して各微小変
位量を演算し、駆動用のドライバＤ3，Ｄ50を通じてＲ
ＣＣ機構３，アクチュエータ５０を駆動制御するように
なっている。
には、まず加工テーブル５や工具Ｔの姿勢を直接見るた
めの変位計７０やビデオカメラ等の視覚センサを用いる
ことができる。また、加工テーブル５や工具Ｔの姿勢を
直接検出するのではなく、各構成要素の変形量を検出す
るようにしてもよい。各構成要素の変形量を検出するに
は、構成要素の変形量を直接検出してもよいし、歪を検
出するようにしてもよい。また、各構成要素に加わる熱
と力を検出して変形量を演算するようにしてもよい。さ
らに、各構成要素の内力状態によって音を含む振動特性
が変化することも考えられるので、振動特性を姿勢情報
として検出するようにしてもよい。要するに、すべての
構成要素は歪・温度・音・形等として情報を発生してお
り、これら構成要素から発せられる情報のうち、利用可
能なあらゆる情報をもとにして、制御装置２０１によっ
て工具Ｔ及び加工テーブル５の姿勢を認識して各微小変
位量を演算し、駆動用のドライバＤ3，Ｄ50を通じてＲ
ＣＣ機構３，アクチュエータ５０を駆動制御するように
なっている。
【００８８】本発明の工作機械１を研削盤に適用する
と、従来の研削加工では難しかったフォトマスク、シリ
コンウエハー等に要求される超高精度平坦面研削が、各
種センサと、アクチュエータの組み込まれた知能化機械
要素の採用により可能となった。
と、従来の研削加工では難しかったフォトマスク、シリ
コンウエハー等に要求される超高精度平坦面研削が、各
種センサと、アクチュエータの組み込まれた知能化機械
要素の採用により可能となった。
【００８９】図９にはソフトモードの遂行手順を示して
いる。
いる。
【００９０】［手順］変位計７０によって、ワークＷ
を置かずに、加工テーブル５のワーク把持部５ａの平面
形状を把握する。この平面形状の把握は、ワーク把持部
５ａのＺ変位を、送りテーブル４をＸーＹ方向に送って
内部センサによってＸーＹ座標面の全点測定して記憶す
る（図９(ａ)参照）。
を置かずに、加工テーブル５のワーク把持部５ａの平面
形状を把握する。この平面形状の把握は、ワーク把持部
５ａのＺ変位を、送りテーブル４をＸーＹ方向に送って
内部センサによってＸーＹ座標面の全点測定して記憶す
る（図９(ａ)参照）。
【００９１】そして、加工テーブル５のＺ変位が０．１
［μｍ］となるような、アクチュエータ５０の圧電素子
５２の出力を多点計測して記憶し、０．１［μｍ］／２
００［ｍｍ］精度を確保する ［手順］次いで、ワーク把持部５ａにワークＷを吸引
せずに置いて、ワークＷの平面形状を把握する。このワ
ークＷのワーク把持部５ａにワークＷを吸引せずに、ワ
ークＷのＺ変位を、ＸーＹ方向全点測定して記憶する。
［μｍ］となるような、アクチュエータ５０の圧電素子
５２の出力を多点計測して記憶し、０．１［μｍ］／２
００［ｍｍ］精度を確保する ［手順］次いで、ワーク把持部５ａにワークＷを吸引
せずに置いて、ワークＷの平面形状を把握する。このワ
ークＷのワーク把持部５ａにワークＷを吸引せずに、ワ
ークＷのＺ変位を、ＸーＹ方向全点測定して記憶する。
【００９２】このワークＷのＺ変位は、ワークＷのワー
ク把持部５ａとワークＷ下面間のスキマとワークＷの厚
みを足し合わせた寸法である。（図９(ｂ)参照） ［手順］次に、ワーク把持部５ａ上のワークＷを吸引
してワークＷ下面をワーク載置部５ａとの間の隙間がな
いように密着させる。この状態のワークＷの平面形状
を、ワークＷのＺ変位として把握する。
ク把持部５ａとワークＷ下面間のスキマとワークＷの厚
みを足し合わせた寸法である。（図９(ｂ)参照） ［手順］次に、ワーク把持部５ａ上のワークＷを吸引
してワークＷ下面をワーク載置部５ａとの間の隙間がな
いように密着させる。この状態のワークＷの平面形状
を、ワークＷのＺ変位として把握する。
【００９３】このワークのＺ変位はワークの厚みである
（図９(ｃ)参照）。
（図９(ｃ)参照）。
【００９４】［手順］予め外部センサにて加工テーブ
ル５のＺ変位を全点測定して記憶し、手順と同じよう
にＺ変位が０となるようなアクチュエータ５０の圧電素
子５２の出力を全点計算して記憶する。
ル５のＺ変位を全点測定して記憶し、手順と同じよう
にＺ変位が０となるようなアクチュエータ５０の圧電素
子５２の出力を全点計算して記憶する。
【００９５】［手順］研削（ある高さ）ー（すきま
分）がワークＷの厚みであり、平坦面を出すためにはス
キマ分を切り込み量に足して切り込み全面を研削する
（図９(ｄ)参照）。
分）がワークＷの厚みであり、平坦面を出すためにはス
キマ分を切り込み量に足して切り込み全面を研削する
（図９(ｄ)参照）。
【００９６】この時、カップ砥石Ｔの姿勢をＲＣＣ機構
３を用いて、上述したように送り方向前端側を持ち上げ
気味に制御する。 ［手順］ワークＷをチャックせず、ワークＷのＺ変位
を全点測定する。平坦面になっているはずであり、なっ
ていなければ補正して手順から繰り返す（図９(ｅ)参
照）。 ーハードモードの遂行ー 手順，は同じである。
３を用いて、上述したように送り方向前端側を持ち上げ
気味に制御する。 ［手順］ワークＷをチャックせず、ワークＷのＺ変位
を全点測定する。平坦面になっているはずであり、なっ
ていなければ補正して手順から繰り返す（図９(ｅ)参
照）。 ーハードモードの遂行ー 手順，は同じである。
【００９７】手順として、ホットワックスまたは、氷
チャック、多点へそ出しテーブルで無変形把持を行う。
チャック、多点へそ出しテーブルで無変形把持を行う。
【００９８】は同じ、 手順 平坦に加工し、研削自体には剛性無限大モードで行う。
【００９９】手順 全点測定し、平坦面になっているはずで、なっていなけ
れば剛性無限大モードで研削を繰り返す。
れば剛性無限大モードで研削を繰り返す。
【０１００】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
変位発生手段によって変位発生させることによって工具
の切り込み軸の傾きを制御する。
変位発生手段によって変位発生させることによって工具
の切り込み軸の傾きを制御する。
【０１０１】特に、送り方向前端側がワークから離れる
方向に傾けることによって、工具を送る際の食い込みを
防止でき、スムーズな加工を実現できる。
方向に傾けることによって、工具を送る際の食い込みを
防止でき、スムーズな加工を実現できる。
【０１０２】また、工具の姿勢制御は、工具の姿勢を認
識し、この認識された姿勢情報に基づいて、角度変位発
生手段を制御することにより、工具の姿勢制御を精密に
行える。
識し、この認識された姿勢情報に基づいて、角度変位発
生手段を制御することにより、工具の姿勢制御を精密に
行える。
【０１０３】一方、工具に作用する力を検出し、この力
情報に基づいて変位発生手段を制御することにより、力
に応じた最適な姿勢を得ることができる。
情報に基づいて変位発生手段を制御することにより、力
に応じた最適な姿勢を得ることができる。
【０１０４】また、各工具の変位検出手段を設け、検出
された変位情報から工具の姿勢を認識するようにすれ
ば、外部の姿勢認識手段が不要となる。
された変位情報から工具の姿勢を認識するようにすれ
ば、外部の姿勢認識手段が不要となる。
【０１０５】また、各工具に力検出手段を設ければ、外
部の力検出手段が不要となる。
部の力検出手段が不要となる。
【０１０６】また、力検出手段によって検出された力情
報から工具の角度変位を求め、該変位量分を相殺するよ
うに工具の角度変位発生部に変位を発生させて工具の姿
勢を一定位置に維持するようにすれば、工具支持部は見
かけ上剛性無限大となる。
報から工具の角度変位を求め、該変位量分を相殺するよ
うに工具の角度変位発生部に変位を発生させて工具の姿
勢を一定位置に維持するようにすれば、工具支持部は見
かけ上剛性無限大となる。
【０１０７】そして、作業テーブルのワークと工具の相
対位置を認識し、適正な相対位置となるように工具の姿
勢を制御するようにすれば、工作機械の他の構成要素が
熱や力によって変形したとしても、常に加工状態を一定
に保つことができ、加工精度の向上を図ることができ
る。
対位置を認識し、適正な相対位置となるように工具の姿
勢を制御するようにすれば、工作機械の他の構成要素が
熱や力によって変形したとしても、常に加工状態を一定
に保つことができ、加工精度の向上を図ることができ
る。
【図１】図１は本発明の一実施例に係る工具姿勢制御装
置を示すもので、同図(ａ)は概略断面図、同図(ｂ)は底
面図、同図(ｃ)はＲＣＣ機構の要部断面図である。
置を示すもので、同図(ａ)は概略断面図、同図(ｂ)は底
面図、同図(ｃ)はＲＣＣ機構の要部断面図である。
【図２】図２は本発明の一実施例に係る工作機械の構造
体の概念構成を示す斜視図である。
体の概念構成を示す斜視図である。
【図３】図３は姿勢制御機構の説明図である。
【図４】図４は本発明の一実施例に係る工作機械のより
具体的な構成を示す図である。
具体的な構成を示す図である。
【図５】図５はナノ駆動リング付きボールねじ送り機構
の構成図である。
の構成図である。
【図６】図６(ａ)〜(ｄ)は送りテーブルの姿勢制御用ア
クチュエータを備えた直線運動案内機構を示す図、同図
(ｅ)〜(ｈ)は送りテーブルの姿勢制御状態の説明図であ
る。
クチュエータを備えた直線運動案内機構を示す図、同図
(ｅ)〜(ｈ)は送りテーブルの姿勢制御状態の説明図であ
る。
【図７】図７は構造体の変形センサの取付箇所を示す図
である。
である。
【図８】図８は加工テーブルと変位センサを示す図であ
る。
る。
【図９】図９は研削手順の一例を示す図である。
【図１０】図１０は制御構成を示す図である。
【図１１】図１１は工作機器の加工で生じる基本的な物
理現象を示す図である。
理現象を示す図である。
１ 工作機械 ２ スピンドルユニット ３ ＲＣＣ機構（変位発生手段） ４ 送りテーブル ５ 加工テーブル（ワーク支持部） ６ 力センサ ７ 構造体 ８ 固定ベース ９ ヘッド １０ コラム １１ 直線運動案内機構 １２ ボールねじ送り機構 １３ Ｚ軸テーブル ４０ ナノ駆動リング ５０ 姿勢制御アクチュエータ ６０ 振れ回り吸収用継手部材 ７０ 変位センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２４Ｂ 41/04 49/16
Claims (18)
- 【請求項１】ワークを支持するワーク支持部と、工具を
支持する工具支持部と、前記ワーク支持部と工具支持部
とを連結する構造体と、を備えた工作機械において、 前記工具支持部に、前記ワークに対する工具の姿勢を所
定の姿勢とするような変位を発生させる変位発生手段を
設けたことを特徴とする工作機械。 - 【請求項２】変位発生手段は工具の切り込み軸の角度変
位を発生させることを特徴とする請求項１に記載の工作
機械。 - 【請求項３】変位発生手段は、変位を発生させる方向に
は変形可能で切り込み軸と直交する工具の送り方向には
剛な弾性部材と、該弾性部材を弾性変形させる変位手段
と、を備えた能動的な手段であることを特徴とする請求
項１または２に記載の工作機械。 - 【請求項４】変位発生手段は、ワークに対して工具を送
る際に、工具の姿勢を該工具の送り方向前端側を持ち上
げる方向に角度変位を発生させる請求項２に記載の工作
機械。 - 【請求項５】変位発生手段は、工具の反送り方向の運動
を工具の送り方向前端側を持ち上げる方向の運動に変換
する運動変換機構を備え、 工具送り動作時に工具に作用する送り反力によって工具
の送り方向前端側を持ち上げ可能とした受動的な手段で
ある請求項１に記載の工作機械。 - 【請求項６】工具支持部はスピンドルである請求項１，
２，３または４に記載の工作機械。 - 【請求項７】工具はワークの平面加工を行うものである
請求項１，２，３，４または５に記載の工作機械。 - 【請求項８】請求項１，２，３，４，５，６または７の
工作機械において、工具の姿勢を認識し、この認識され
た姿勢情報に基づいて、変位発生手段を制御することを
特徴とする工具の姿勢制御システム。 - 【請求項９】構造体を介して連結されるワークと工具間
の力が伝達される経路に工具に作用する力を検出する力
検出手段を設け、この検出された力情報に基づいて、変
位発生手段を制御することを特徴とする請求項８に記載
の工具の姿勢制御システム。 - 【請求項１０】工具の角度変位を検出する変位検出手段
を設け、該検出手段によって検出された角度変位情報か
ら工具の姿勢を認識し、この認識された姿勢情報に基づ
いて、変位発生手段を制御する請求項８に記載の工具の
姿勢制御システム。 - 【請求項１１】認識された姿勢情報に基づいて変位発生
手段を制御し、工具の角度変位を発生される請求項８，
９または１０に記載の工具の姿勢制御システム。 - 【請求項１２】力検出手段によって検出された力情報か
ら工具の変位量を求め、該変位量分を相殺するように変
位発生手段に変位を発生させることによって工具の姿勢
を一定位置に維持することを特徴とする請求項１１に記
載の工具の姿勢制御システム。 - 【請求項１３】工具とワークの相対位置を認識し、適正
な相対位置関係となるように工具の姿勢を制御する請求
項８，９，１０，１１または１２に記載の工具の姿勢制
御システム。 - 【請求項１４】テーブル面の平面形状を検出し、 ワークをテーブル面上に力を加えないで載置した状態で
加工前のワークの平面形状を検出して加工前のワークの
形状を把握し、 ワークに力を加えてテーブル面の形状に倣って密着させ
てワークの平面形状を検出し、 前記テーブル面上の無変形状態のワークの平面形状情報
と前記テーブル面に密着状態のワークの平面形状情報か
らワークの真の厚みと、ワークとテーブル面間のすきま
を求め、 研削加工時には、ワークに力を加えてをテーブル面に密
着させて固定し、ワークの被加工面を前記すきま分を加
味した分だけ研削砥石の切り込み量を制御してワークの
平面研削を行うことを特徴とする研削システム。 - 【請求項１５】研削砥石は、送り方向前端側を持ち上げ
る方向に変位を発生させてワークに対する相対送り動作
を行うことを特徴とする請求項１４に記載の研削システ
ム。 - 【請求項１６】相対送り動作は、砥石に対してテーブル
を移動させて行うことを特徴とする請求項１５に記載の
研削システム。 - 【請求項１７】ワークの姿勢を検出し、ワークの姿勢の
変化に応じて砥石の姿勢を変化させてワークに対する砥
石の当たり状態を一定に保つことを特徴とする請求項１
４，１５または１６に記載の研削システム。 - 【請求項１８】予めワークに加工力が加わった場合の砥
石，ワークおよびテーブルの変形量情報を知識として準
備しておき、研削時にワークに加わる加工力を検出し、
該検出した加工力情報と前記変形量情報に基づいて、加
工力に対応する変形量を相殺するように砥石と工具の少
なくとも一方を変形させることにより、加工力に対して
工具およびテーブルの変形を見かけ上ゼロとして剛性無
限大状態でワークを研削することを特徴とする請求項１
４，１５，１６または１７に記載の研削システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6121960A JP2789166B2 (ja) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | 研削方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6121960A JP2789166B2 (ja) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | 研削方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07299700A true JPH07299700A (ja) | 1995-11-14 |
| JP2789166B2 JP2789166B2 (ja) | 1998-08-20 |
Family
ID=14824167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6121960A Expired - Lifetime JP2789166B2 (ja) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | 研削方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2789166B2 (ja) |
Cited By (11)
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- 1994-05-11 JP JP6121960A patent/JP2789166B2/ja not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| JP2789166B2 (ja) | 1998-08-20 |
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