JPH09234638A

JPH09234638A - 工具ハンド並びにそれを用いた工作機械及び加工方法

Info

Publication number: JPH09234638A
Application number: JP6521496A
Authority: JP
Inventors: Taizo Toyama; 退三遠山; Yoichi Yamakawa; 陽一山川; Motoyuki Suzuki; 基之鈴木; Kazuki Watanabe; 一樹渡辺
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyoda Koki KK
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1997-09-09

Abstract

(57)【要約】【目的】工具装着の工具ハンドを具備した工作機械に
おける工具ハンドの可動範囲及び最大移動速度を高率に
拡大し、多種類の加工及び工作物に対応させる。【構成】工作機械に具備された工具ハンド１は、工作
機械の機枠に吊設された基台２と工具ユニットＴが装着
されるトラベリングプレート３と、基台とトラベリング
プレートとを三方放射状配置で連結する３本のアーム4
1，42，43とから構成され、各アームは、所定傾斜角で
基台に取り付けられた１対の傾斜案内部61a，61b と各
傾斜案内部上で個別に変位駆動される移動部材64a ，64
b と、各傾斜案内部上の２個１対の移動部材の夫々に対
偶８a ，b により一端が結合され、他端がトラベリング
プレートに対偶９a ，b により結合され、且つ長さを可
変設定し得る２本１対のロッド５a ，５b とから構成さ
れている。全ロッドの長さを個別に設定し、夫々５a ，
５b 移動部材64a ，64b を個別に適宜移動させて、トラ
ベリングプレートの工具ユニットを広い範囲で、所望の
経路で移動させたり、所望の方向に向けたりして加工を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、工作機械に装着
されるパラレルリンク機構の工具ハンドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術における工作機械に装着され
たパラレルリンク機構の工具ハンド（例えば、特願平６
−２９３５９１号において開示されたもの）において、
工具ユニットの可動範囲を拡大すると共に最大移動速度
を増大するために、傾動案内部を基台に対して傾動自在
にし、且つ任意の傾斜角度で固定可能にしたもの（例え
ば、特願平７−１９４１０６号において開示されたも
の：図６参照）がある。

【０００３】その工具ハンド１は、主に、工作機械の機
枠に支持柱Ｃを介して吊設されている六角形状部材であ
る基台２と、基台２の下方にあって、工具ユニットＴが
下面に装着される六角形状部材であるトラベリングプレ
ート３と、トラベリングプレート３を基台２に連結する
放射状配置の３組のアーム部４１，４２，４３とから構
成され、各アーム部４１，４２，４３は、２本１対のロ
ッド５ａ，５ｂと、ロッド移動手段を備え、各ロッドに
対応した傾動案内枠６１ａ，６１ｂとから構成されてい
る。

【０００４】各アーム部４１，４２，４３の傾動案内部
６１ａ，６１ｂは、夫々の２本１対平行となって、基部
が基台２の１つ置きの辺部に軸線ｅで枢着され、個別に
基台２に対して軸線ｅ回りで傾動自在で、且つ任意の傾
斜角度θで固定可能である。そして、各傾動案内部６１
ａ，６１ｂの先端部には、減速機付きのサーボモータ６
２ａ，６２ｂが夫々取り付けられている。

【０００５】傾動案内部６１ａ，６１ｂの案内溝には、
各傾動案内部６１ａ，６１ｂの基端部・先端部に亘る送
りねじ６３ａ，６３ｂが回転自在に架設されていると共
に、各送りねじ６３ａ，６３ｂに螺合し、各案内溝に沿
って滑動自在の夫々の滑動駒６４ａ，６４ｂが取り付け
られている。そして、各送りねじ６３ａ，６３ｂはサー
ボモータ６２ａ，６２ｂの出力軸に結合されている。ロ
ッド５ａ，５ｂの上端は滑動駒６４ａ，６４ｂにボール
ジョイント８ａ，８ｂを介して結合され、同じく下端
は、六角形状部材であるトラベリングプレート３の１つ
置きの辺部に適宜の間隔をあけた２点の結合点でボール
ジョイント９ａ，９ｂを介して結合されている。

【０００６】各対の傾斜案内部６１ａ，６１ｂ上を個別
に移動する各滑動駒６４ａ，６４ｂとトラベリングプレ
ート３の周辺各位置とを連結する一定長のロッド５ａ，
５ｂは、リンク機構を構成する。そこで、各対のロッド
５ａ，５ｂは、ボールジョイント８ａ，８ｂを支点とし
て滑動駒６４ａ，６４ｂに対し、ボールジョイント９
ａ，９ｂを支点としてトラベリングプレート３に対して
夫々３次元的な方向に揺動することができる。サーボモ
ータ６２ａ，６２ｂは、図示しない制御装置により制御
されて作動されるようになっている。

【０００７】工作物を載置するテーブルに対向して上記
の工具ハンドがフレームに設けられた工作機械において
は、工作物を載置し、サーボモータ６２ａ，６２ｂ；６
２ａ，６２ｂ；６２ａ，６２ｂを制御駆動することによ
り、各傾動案内部６１ａ，６１ｂ；６１ａ，６１ｂ；６
１ａ，６１ｂ上で滑動駒６４ａ，６４ｂ；６４ａ，６４
ｂ；６４ａ，６４ｂが個別に移動され、これにより６本
のロッド５ａ，５ｂ；５ａ，５ｂ；５ａ，５ｂが夫々独
立して揺動される。すると、６本のロッドの先端に支持
されたトラベリングプレート３、即ちトラベリングプレ
ート３に取り付けられた工具ユニットＴを工作物に対し
て所望の位置へ所望の径路で且つ所望の姿勢で移動でき
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の技術にお
ける工具ハンドを利用した工作機械においては、傾動案
内部６１ａ，６１ｂの傾斜角θを大きくすると、工具ユ
ニットＴの水平方向の可動範囲は拡大するが、上下方向
の可動範囲が狭くなり、傾斜角θを小さくすると上下方
向の可動範囲は拡大するが、水平方向の可動範囲が狭く
なるという問題が生じる。そこで、傾動案内部６１ａ，
６１ｂを延長して滑動駒６４ａ，６４ｂの移動範囲を延
長することにより、工具ユニットＴの水平方向及び上下
方向の可動範囲を拡大することができるが、その場合
は、装置が大型化したり、傾動案内部の剛性に問題が生
じる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の工具ハンド
は、基台と、工具ユニットが装着されるトラベリングプ
レートと、前記基台と前記トラベリングプレートとを連
結する複数のアームとから構成され、各アームは、前記
基台に放射状に適宜の傾動角度で設けられた傾斜案内部
と、該傾斜案内部に沿って変位自在に設けられた移動部
材と、該移動部材を変位させるための移動駆動部と、一
端が前記移動部材に、他端が前記トラベリングプレート
とに夫々対偶を介して連結されるロッドとから構成さ
れ、前記ロッドの少なくとも一つは２段階以上で長さが
調節可能である。

【００１０】アームは、例えば、基台とトラベリングプ
レートとを三方放射状配置で連結する３本のアームであ
り、各アームは、基台に放射状に適宜の傾斜角度で設け
られた１対の傾斜案内部と、該傾斜案内部に沿って変位
自在に設けられた２個の移動部材と、各移動部材を変位
させるための移動駆動部と、一端が前記移動部材に、他
端が前記トラベリングプレートとに夫々対偶を介して連
結されるロッドとから構成されている。そして、上記の
工具ハンドは、工作物を載置するテーブルに対向して工
作機械のフレームに設けられる。

【００１１】この発明の工具ハンドを作動することによ
り加工を行う加工方法は、上記の工具ハンドの各ロッド
の調節長さの組合せを加工条件に応じて予め設定してお
き、加工開始に当って、加工条件に対応して上記の予め
設定された組合せに従って各ロッドの長さを調節してか
ら、移動駆動部を駆動して前記工具ハンドを作動して加
工を行う。

【００１２】上記の工具ハンドを利用した工作機械にお
いて、テーブル上に工作物を載置し、工具ハンドにおけ
る各駆動手段を作動することにより、トラベリングプレ
ート、即ち工具ユニットを所望の１つの位置から他の位
置に所望の経路で移動させたり、所望の方向に向けたり
して、工作物に対し切削加工を行う。例えば、穴加工の
場合、工具ユニットを１つの位置に移動して、その位置
において主軸を所望の方向に向け、回転駆動される刃物
をその方向に所望の深さにまで前進させて工作物に穴加
工を施す。又、フライス加工の場合には、刃物を所望の
刃先位置で所望の方向にしながら、所望の経路で工具ユ
ニット、即ち回転駆動される刃物を移動して、工作物に
フライス加工を施す。

【００１３】通常は、工具ハンドは、各ロッドの長さが
短い状態で使用される。しかし、全ロッドが短い状態で
は、工具ユニットＴの姿勢及び工具先端の位置の変化範
囲が狭く、加工困難乃至不能な場合には、適宜のロッド
を選択的に伸長して長い状態にセットし、変化範囲を必
要な範囲まで拡張した上で、工具ハンドを作動使用す
る。

【００１４】そこで、複数あるロッドの調節長さの組合
せを各加工条件に応じて予め設定しておき、全組合せか
ら所望加工条件に対応した組合せを選択して、それに従
ってロッドを選択的に長さを調節した上で、移動駆動部
を駆動して移動部材を傾斜案内部に沿って移動させる。
それにより、トラベリングプレート、即ち工具ユニット
を所望の１つの位置から他の位置に所望の経路で移動さ
せたり、所望の方向に向けたりして、工作物に対し所望
の加工を施す。上記のように、工具ハンドにおいて、ロ
ッドの長さの設定変更が行われると、トラベリングプレ
ート、即ち工具ユニットの移動可能範囲、指向方向及び
最大移動速度が変更される。

【００１５】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態における工
具ハンドを利用した工作機械を図面に従って説明する。
図１に示すように、工作機械Ｍに具備された工具ハンド
１は、工作物Ｗを載置するテーブルＡを具備した門型フ
レームＢの天井に支持柱Ｃを介して吊設されており、先
端に装着された工具ユニットＴを所望の１つの位置から
他の位置に所望の経路で移動させたり、所望の方向に向
けたりして、工作物Ｗに対し加工を行うのである。

【００１６】図２に従って実施の形態における工具ハン
ド１について説明する。工具ハンド１は、主に、門型フ
レームＢの天井に支持柱Ｃを介して吊設されている六角
形状部材である基台２と、基台２の下方にあって、例え
ばドリルやエンドミル等のような刃物と回転駆動手段と
を備えた工具ユニットＴが下面に装着される六角形状部
材であるトラベリングプレート３と、トラベリングプレ
ート３を基台２に連結する放射状配置の３組のアーム部
４１，４２，４３とから構成され、各アーム部４１，４
２，４３は、２本１対のロッド５ａ，５ｂ；５ｃ，５
ｄ；５ｅ，５ｆと、ロッド移動手段を備え、各ロッドに
対応した傾斜案内枠６１ａ，６１ｂ；６１ｃ，６１ｄ；
６１ｅ，６１ｆとから構成されている。

【００１７】アーム部４１，４２，４３について詳述す
ると、各アーム部４１，４２，４３の傾斜案内枠６１
ａ，６１ｂ；６１ｃ，６１ｄ；６１ｅ，６１ｆは、表面
に長手方向に伸びた案内溝が形成され、夫々の２本１対
平行となって、基部が基台２の１つ置きの辺部に固着さ
れると共に、同じく各傾斜案内枠の背面が基台２の上面
に一辺が固着された三角形片７の他の一辺に固着される
ことにより、所定の傾斜角をもって放射状に基台２に取
り着けられている。

【００１８】そして、各傾斜案内枠６１ａ，６１ｂ；６
１ｃ，６１ｄ；６１ｅ，６１ｆの先端部には、位置検出
用エンコーダ６５ａ，６５ｂ;６５ｃ，６５ｄ；６５
ｅ，６５ｆを備えた減速機付きのサーボモータ６２ａ，
６２ｂ；６２ｃ，６２ｄ；６２ｅ，６２ｆが夫々取り付
けられている。

【００１９】傾斜案内枠６１ａ，６１ｂ；６１ｃ，６１
ｄ；６１ｅ，６１ｆの案内溝には、各傾斜案内枠の基端
部・先端部に亘る送りねじ（例えばボールねじ）６３
ａ，６３ｂ；６３ｃ，６３ｄ；６３ｅ，６３ｆが回転自
在に架設されていると共に、各送りねじ６３ａ，６３
ｂ；６３ｃ，６３ｄ；６３ｅ，６３ｆに螺合し、各案内
溝に沿って滑動自在の夫々の滑動駒６４ａ，６４ｂ；６
４ｃ，６４ｄ；６４ｅ，６４ｆが取り付けられている。
そして、各送りねじ６３ａ，６３ｂ；６３ｃ，６３ｄ；
６３ｅ，６３ｆはサーボモータ６２ａ，６２ｂ；６２
ｃ，６２ｄ；６２ｅ，６２ｆの出力軸に結合されてい
る。

【００２０】各アーム部４１，４２，４３の２本１対の
ロッド５ａ，５ｂ；５ｃ，５ｄ；５ｅ，５ｆは、伸縮自
在に構成されており、複数段階に長さが変更セットされ
得るように、例えば長短２種類の長さに変更セットされ
得るようになっている。伸縮自在構成としては、図２に
示すように例えば、シリンダ部５１ａ，５１ｂ；５１
ｃ，５１ｄ；５１ｅ，５１ｆとピストン棒部５２ａ，５
２ｂ；５２ｃ，５２ｄ；５２ｅ，５２ｆとからなる油圧
シリンダ構成がある。

【００２１】その場合、ピストン棒部５２ａ，５２ｂ；
５２ｃ，５２ｄ；５２ｅ，５２ｆの上端は滑動駒６４
ａ，６４ｂ；６４ｃ，６４ｄ；６４ｅ，６４ｆにボール
ジョイント８ａ，８ｂ；８ｃ，８ｄ；８ｅ，８ｆを介し
て結合され、シリンダ部５１ａ，５１ｂ；５１ｃ，５１
ｄ；５１ｅ，５１ｆの下端は六角形状部材であるトラベ
リングプレート３の１つ置きの辺部に適宜の間隔をあけ
た２点の結合点でボールジョイント９ａ，９ｂ；９ｃ，
９ｄ；９ｅ，９ｆを介して結合されている。

【００２２】２本一対の傾斜案内枠６１ａ，６１ｂ；６
１ｃ，６１ｄ；６１ｅ，６１ｆは、基台２において同一
の所定の傾斜角で傾いた状態に取り付けられ、同一平面
内に位置するので、２本一対の送りねじ６３ａ，６３
ｂ；６３ｃ，６３ｄ；６３ｅ，６３ｆが位置する同一平
面上で個別に移動する各滑動駒３９ａ，３９ｂ；３９
ｃ，３９ｄ；３９ｅ，３９ｆとトラベリングプレート３
の周辺各位置とを連結する所定長のロッド１４ａ，１４
ｂ；１４ｃ，１４ｄ；１４ｅ，１４ｆは、リンク機構を
構成する。

【００２３】そこで、ロッド５ａ，５ｂ；５ｃ，５ｄ；
５ｅ，５ｆは、ボールジョイント８ａ，８ｂ；８ｃ，８
ｄ；８ｅ，８ｆを支点として滑動駒６４ａ，６４ｂ；６
４ｃ，６４ｄ；６４ｅ，６４ｆに対し、ボールジョイン
ト９ａ，９ｂ；９ｃ，９ｄ；９ｅ，９ｆを支点としてト
ラベリングプレート３に対して夫々３次元的な方向に揺
動することができる。上記の実施の形態においては、対
偶としてボールジョイント８ａ，８ｂ；８ｃ，８ｄ；８
ｅ，８ｆ：９ａ，９ｂ；９ｃ，９ｄ；９ｅ，９ｆが用い
られているが、ユニバーサルジョイントが用いられても
よい。

【００２４】実施の形態の工具ハンド１におけるサーボ
モータ６２ａ，６２ｂ；６２ｃ，６２ｄ；６２ｅ，６２
ｆは、図３に示す制御装置１０により制御されて作動さ
れるようになっていると共に、ロッド５ａ，５ｂ；５
ｃ，５ｄ；５ｅ，５ｆも、シリンダ部５１ａ，５１ｂ；
５１ｃ，５１ｄ；５１ｅ，５１ｆ内に対する図示しない
油圧駆動回路を介しての圧油の供給排出により伸縮され
るようになっている。

【００２５】図３に示すように、サーボモータ６２ａ，
６２ｂ；６２ｃ，６２ｄ；６２ｅ，６２ｆの制御装置１
０は、ＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１に対しデータを入出力
するメモリ１２と、インタフェース１３，１４とから構
成されている。ＣＰＵ１１に対し入出力するよう接続さ
れたメモリ１２には、後述する誤差マップ作成処理及び
実加工処理を実行するためのプログラムが記憶されてい
ると共に、作成された誤差マップや座標変換した座標値
等を記憶する作業領域が確保されている。そして、ＣＰ
Ｕ１１には、インタフェース１４を介してデジタルサー
ボユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，
２０ｆが接続されている。

【００２６】デジタルサーボユニット２０ａ，２０ｂ，
２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆは、サーボモータ６２
ａ，６２ｂ；６２ｃ，６２ｄ；６２ｅ，６２ｆに対し出
力し、サーボモータ６２ａ，６２ｂ；６２ｃ，６２ｄ；
６２ｅ，６２ｆの各位置検出用エンコーダ６５ａ，６５
ｂ；６５ｃ，６５ｄ；６５ｅ，６５ｆから入力されるよ
うに接続されており、ＣＰＵ１１からの指令値（目標
値）に基づいてサーボモータ６２ａ，６２ｂ；６２ｃ，
６２ｄ；６２ｅ，６２ｆを駆動し、各位置検出用エンコ
ーダ６５ａ，６５ｂ；６５ｃ，６５ｄ；６５ｅ，６５ｆ
からの出力によりフィードバック制御を行うようになっ
ている。

【００２７】インタフェース１４には、上記のように各
６軸を夫々駆動する６個のデジタルサーボユニット２０
ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆが個別に
接続されているが、複数軸（例えば６軸）を同時に制御
するＮＣボード３４等を接続してもよい。

【００２８】又、ＣＰＵ１１には、外部記憶装置３１
（例えばハードディスク等）からデータが入力されるよ
うに、キーボード３２から後述する加工データ等が入力
されるように、又加工データや現在の工具ハンド１の状
態を示すＣＲＴ（画面表示装置）３３へ出力するように
夫々インタフェース１３を介して接続されている。

【００２９】上記の各実施の形態における工具ハンド１
を利用した工作機械Ｍの作用について説明する。図１に
おいて、工作機械ＭのテーブルＡ上に工作物Ｗを載置
し、工具ハンド１における各駆動手段（サーボモータ６
２ａ，６２ｂ；６２ｃ，６２ｄ；６２ｅ，６２ｆ）を作
動することにより、トラベリングプレート３、即ち工具
ユニットＴを所望の１つの位置から他の位置に所望の経
路で移動させたり、所望の方向に向けたりして、工作物
Ｗに対し切削加工を行う。

【００３０】例えば、穴加工の場合、工具ユニットＴを
１つの位置に移動して、その位置において主軸を所望の
方向に向け、回転駆動される刃物をその方向に所望の深
さにまで前進させて工作物Ｗに穴加工を施す。又、フラ
イス加工の場合には、刃物を所望の刃先位置で所望の方
向にしながら、所望の経路で工具ユニットＴ、即ち回転
駆動される刃物を移動して、工作物Ｗにフライス加工を
施す。

【００３１】そこで、上記の工具ハンド１の操作・作用
について説明する。先ず、加工データの作成を行う。こ
の加工データとは、工作物Ｗの加工点や工具の移動点に
おける工具ユニットＴの刃物先端（以下工具先端とい
う）の位置及び工具ユニットＴの姿勢を後述する直交座
標系で指定したデータを列記したものである。この加工
データの作業については、制御装置１０に接続されたキ
ーボード３２から入力してもよいし、図示しない専用の
データ作成装置を使用してもよい。

【００３２】ここで、図４に示す工具ハンド１のスケル
トン図に基づき直交座標系における工具ユニットＴの姿
勢及び工具先端の位置の指定方法について説明する。説
明の便宜上、図４においてボールジョイント８ａ，８
ｂ；８ｃ，８ｄ；８ｅ，８ｆは、送りねじ６３ａ，６３
ｂ；６３ｃ，６３ｄ；６３ｅ，６３ｆ上を移動し、工具
先端の位置は、トラベリングプレート３の中心位置Ｏt
に一致しているものとする。

【００３３】直交座標系においては、基台２の中心を原
点Ｏc とし、Ｘ軸は、基台２上において原点Ｏc を通
り、アーム部４１が取り付けられている基台２の辺部と
直交し、Ｙ軸は、基台２上において原点Ｏc でＸ軸に直
交し、Ｚ軸は、原点Ｏc を通りＸ軸及びＹ軸に直交して
いる。図４において、指定される工具先端の位置Ｏt
は、前記原点Ｏc から各Ｘ軸・Ｙ軸・Ｚ軸毎の座標値で
指定され、工具ユニットＴの姿勢は、各Ｘ軸・Ｙ軸・Ｚ
軸回りの夫々の回転角度Ａ，Ｂ，Ｃで設定され、（Ｘ，
Ｙ，Ｚ，Ａ，Ｂ，Ｃ）と表記される。

【００３４】そこで、図５に従って加工プログラムの作
成について説明する。通常は、工具ハンド１は、ロッド
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの長さが短い状態
で使用される。しかし、全ロッドが短い状態では、工具
ユニットＴの姿勢及び工具先端の位置の変化範囲が狭
く、加工困難乃至不能な場合には、適宜のロッドを選択
的に伸長して長い状態にセットし、変化範囲を必要な範
囲まで拡張した上で、工具ハンド１を作動使用する。そ
こで、テーブルＡ上の工作物Ｗの第１面乃至第５面の加
工に際し、各面毎に、長い状態にする必要があるロッド
を選択するルールを予め決定しておく。

【００３５】先ず、加工プログラムの作成が開始され
る。ステップ１においては、テーブルＡ上の工作物Ｗの
第１面乃至第５面のどの面を加工するのかを入力設定す
る。ステップ２においては、第１面乃至第５面の加工面
毎に前記のルールに従って座標変換式におけるロッド５
ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆの長さを表すパラメ
ータＡ（Ｕ），Ａ（ｕ），Ａ（Ｖ），Ａ（ｖ），Ａ
（Ｗ），Ａ（ｗ）をＳ（短い）かＬ（長い）かに設定す
る。

【００３６】ロッド５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５
ｆの長さは、長短２種に限定されず、３段階以上の長さ
に設定することも可能であるので、ロッドの長さを表す
パラメータは，多様化され、従って加工プログラムも多
様化され得る。ここでは、説明の便宜上、長短２種類と
する。

【００３７】ステップ３において、上記のようにして作
成された加工データの１番目の指令値（Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ
1 ，Ａ1 ，Ｂ1 ，Ｃ1 ）を入力する。ステップ４におい
て、この直交座標系で指定された指令値（Ｘ1 ，Ｙ1 ，
Ｚ1，Ａ1 ，Ｂ1 ，Ｃ1 ）が各デジタルサーボユニット
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆに出
力される出力座標系の指令値（Ｕ1 ，ｕ1 ，Ｖ1 ，ｖ1
，Ｗ1 ，ｗ1 ）に座標変換される。

【００３８】ここで、出力座標系について、図４に従っ
て説明する。出力座標系は、各送りねじ６３ａ，６３
ｂ；６３ｃ，６３ｄ；６３ｅ，６３ｆの延長下端点（図
４における基台２との交点）を夫々ＯＵ，Ｏｕ，ＯＶ，
Ｏｖ，ＯＷ，Ｏｗとし、各送りねじ６３ａ，６３ｂ；６
３ｃ，６３ｄ；６３ｅ，６３ｆの方向をＵ軸，ｕ軸，Ｖ
軸，ｖ軸，Ｗ軸，ｗ軸とした６軸から構成され、（Ｕ，
ｕ，Ｖ，ｖ，Ｗ，ｗ）と表記される。

【００３９】次に、直交座標系の指令値（Ｘ1 ，Ｙ1 ，
Ｚ1 ，Ａ1 ，Ｂ1 ，Ｃ1 ）から出力座標系の指令値（Ｕ
1 ，ｕ1 ，Ｖ1 ，ｖ1 ，Ｗ1 ，ｗ1 ）への変換について
説明する。但し、出力座標系の指令値（Ｕ，ｕ，Ｖ，
ｖ，Ｗ，ｗ）への変換処理は、各出力軸Ｕ，ｕ，Ｖ，
ｖ，Ｗ，ｗ毎に夫々同様の演算を行って変換するので、
そのうちのＵ軸（ロッド５ａ）についてのみ説明する。

【００４０】先ず、所定の角度Ｋで基台２に固定されて
いるＵ軸（送りねじ６３ａ）の直交座標系における直線
の方程式を求める。次に、第１番目の指令値（Ｘ1 ，Ｙ
1 ，Ｚ1 ，Ａ1 ，Ｂ1 ，Ｃ1 ）にトラベリングプレート
３が移動された場合のボールジョイント９ａの座標ＴＵ
を直交座標系で算出し、更に、この座標系ＴＵを中心と
した半径Ｒ（ロッド５ａの長さＲ）の球の方程式を求め
る。そして、上記のように求めた直線の方程式と球の方
程式とから交点を算出し、この交点とＵ軸の原点ＯＵと
の距離を求めて、この値を出力座標系に変換された指令
値Ｕ1 とする。このような演算を他の５軸（ｕ軸，Ｖ
軸，ｖ軸，Ｗ軸，ｗ軸）について夫々同様に行い、出力
座標系における指令値（Ｕ1 ，ｕ1 ，Ｖ1 ，ｖ1 ，Ｗ1
，ｗ1 ）を得る。

【００４１】なお、上述した出力座標系への変換は、各
ボールジョイント８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ
が各送りねじ６３ａ，６３ｂ；６３ｃ，６３ｄ；６３
ｅ，６３ｆ上を移動する図４のモデルについて説明され
ているので、実際に行われる座標変換においては、ボー
ルジョイント８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆから
送りねじ６３ａ，６３ｂ；６３ｃ，６３ｄ；６３ｅ，６
３ｆまでの距離を考慮して座標変換を行う必要がある。

【００４２】ステップ５においては、同一加工面に関す
る次の指令値（Ｘ2 ，Ｙ2 ，Ｚ2 ，Ａ2 ，Ｂ2 ，Ｃ2 ）
が入力されるか否か識別される。次の指令値が入力され
ると識別されると、その指令値について、ステップ３及
びステップ４が繰り返される。それは指令値（Ｘ，Ｙ，
Ｚ，Ａ，Ｂ，Ｃ）が順次入力されないようになるまで続
く。次の指令値が入力されないと識別されると、ステッ
プ６に到る。

【００４３】ステップ６においては、次に加工すべき加
工面の有無が識別される。次に加工すべき加工面が有る
と識別されると、その加工面について、ステップ１乃至
ステップ４が繰り返される。それは次に加工すべき加工
面が無くなるまで続く。次に加工すべき加工面が無いと
識別されると、加工プログラムの作成は完了する。上記
のプロセスは、予め加工プログラムを作成する場合につ
いて述べたが、リアルタイムで、同じプロセスの出力座
標系の指令値（Ｕ，ｕ，Ｖ，ｖ，Ｗ，ｗ）への変換処理
を行ってもよい。

【００４４】そこで、出力座標系に変換された指令値
（Ｕn ，ｕn ，Ｖn ，ｖn ，Ｗn ，ｗn ）をデジタルサ
ーボユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０
ｅ，２０ｆに夫々出力する。すると、各サーボモータ６
２ａ，６２ｂ；６２ｃ，６２ｄ；６２ｅ，６２ｆは、そ
れを受けて各指令値に応じて、夫々の送りねじ６３ａ，
６３ｂ；６３ｃ，６３ｄ；６３ｅ，６３ｆを回転するよ
うに駆動される。その回転角は、エンコーダ６５ａ，６
５ｂ；６５ｃ，６５ｄ；６５ｅ，６５ｆにより検出さ
れ、送りねじ６３ａ，６３ｂ；６３ｃ，６３ｄ；６３
ｅ，６３ｆの回転はフィードバック制御される。

【００４５】送りねじ６３ａ，６３ｂ；６３ｃ，６３
ｄ；６３ｅ，６３ｆの指令値に応じた回転角の回転によ
り、各滑動駒６４ａ，６４ｂ；６４ｃ，６４ｄ；６４
ｅ，６４ｆは、それに応じた量だけ夫々の傾斜案内枠６
１ａ，６１ｂ；６１ｃ，６１ｄ；６１ｅ，６１ｆの案内
溝に沿って移動するので、所定長に設定された夫々のロ
ッド５ａ，５ｂ；５ｃ，５ｄ；５ｅ，５ｆにより各滑動
駒６４ａ，６４ｂ；６４ｃ，６４ｄ；６４ｅ，６４ｆと
連結されているトラベリングプレート３は、指令された
状態に移動される。即ちトラベリングプレート３の下面
に取り付けられた工具ユニットＴは、指令された姿勢に
なるように、且つその工具先端が指令された位置、即ち
経路移動点乃至最終位置点に移動する。

【００４６】このような移動が次々に繰り返されて、指
令値に応じた姿勢変化及び位置変化、即ち経路で工具ユ
ニットＴが移動し、工作物Ｗの取付底面を除く第１面乃
至第５面の任意の面に対する所望の加工が施される。上
記のように、実施の形態の工具ハンド１において、ロッ
ド５ａ，５ｂ；５ｃ，５ｄ；５ｅ，５ｆの長さの設定変
更が行われると、トラベリングプレート３、即ち工具ユ
ニットＴの移動可能範囲、指向方向及び最大移動速度が
変更される。そこで、ロッド５ａ，５ｂ；５ｃ，５ｄ；
５ｅ，５ｆの長さを変更設定し、所望の移動可能範囲及
び最大移動速度を設定し、工作物に対して切削加工を行
う。

【００４７】なお、加工に際し、切削加工における切削
抵抗により工具ユニットＴに加わる加工反力は、ボール
ジョイント９ａ，９ｂ；９ｃ，９ｄ；９ｅ，９ｆを介し
て全てロッド５ａ，５ｂ；５ｃ，５ｄ；５ｅ，５ｆに作
用する圧縮力又は引張力に変換され、更にボールジョイ
ント８ａ，８ｂ；８ｃ，８ｄ；８ｅ，８ｆ及び滑動駒６
４ａ，６４ｂ；６４ｃ，６４ｄ；６４ｅ，６４ｆを介し
て夫々の送りねじ６３ａ，６３ｂ；６３ｃ，６３ｄ；６
３ｅ，６３ｆに加わる軸線方向の荷重となる。従って、
アーム部４に対する曲げ荷重ともならず、サーボモータ
への負荷ともならないので、高精度の重切削も可能とな
る。

【００４８】

【発明の効果】この発明の工作機械に備えられた工具ハ
ンドは、トラベリングプレートの工具ユニットを１つの
位置から所望の他の位置に所望の経路で移動させたり、
移動に加えて所望の方向に向けたりして、工作物に対し
加工を行うのであるが、複数のロッドの設定長さを個別
変更し、異なった長さのロッドの種々の組合せを用いる
だけで、不要な装置の大型化をすることなく、工具ユニ
ットの方向変更範囲及び可動範囲、即ち加工範囲及び
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸線方向の最大速度を高率に拡大することが
できるので、多種類の加工及び工作物に対応し得る。例
えば、従来技術では困難な５面加工も可能である。

【００４９】更に、この発明の加工方法においては、加
工中にロッドの長さを変更することはないので、加工開
始に先立って、加工条件に応じて各ロッドの長さを適宜
設定しておけばよく、加工条件変更に際しても、既存の
プログラムのロッドの長さに関するパラメータを変更す
るのみでよく、制御プログラムが複雑化することがな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態における工具ハンドを利
用した工作機械の斜視図である。

【図２】この発明の実施の形態における工具ハンドの斜
視図である。

【図３】この発明の実施の形態における工具ハンドのロ
ッドの伸縮用制御装置の構成図である。

【図４】この発明の実施の形態における工具ハンドの作
動プログラム作成用パラメータの説明図である。

【図５】この発明の実施の形態における工具ハンドの作
動プログラムの作成フローチャートである。

【図６】従来の技術における工具ハンドの斜視図であ
る。

【符号の説明】

１工具ハンド２基台３トラベリングプレート４１，４２，４３アーム部５ａ，５ｂ；５ｃ，５ｄ；５ｅ，５ｆロッド５１ａ，５１ｂ；５１ｃ，５１ｄ；５１ｅ，５１ｆシ
リンダ部５１ａ，５２ｂ；５２ｃ，５２ｄ；５２ｅ，５２ｆピ
ストン棒部６１ａ，６１ｂ；６１ｃ，６１ｄ；６１ｅ，６１ｆ傾
斜案内枠６２ａ，６２ｂ；６２ｃ，６２ｄ；６２ｅ，６２ｆ減
速機付きサーボモータ６３ａ，６３ｂ；６３ｃ，６３ｄ；６３ｅ，６３ｆ送
りねじ６４ａ，６４ｂ；６４ｃ，６４ｄ；６４ｅ，６４ｆ滑
動駒６５ａ，６５ｂ；６５ｃ，６５ｄ；６５ｅ，６５ｆエン
コーダ７三角形片８ａ，８ｂ；８ｃ，８ｄ；８ｅ，８ｆボールジョイン
ト９ａ，９ｂ；９ｃ，９ｄ；９ｅ，９ｆボールジョイン
ト１０制御装置１１ＣＰＵ１２メモリ１３，１４インタフェース２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆデ
ジタルサーボユニット３１外部記憶装置３２キーボード３３ＣＲＴ３４ＮＣボードＭ工作機械ＡテーブルＢ門型フレームＣ支持柱ＣＴ工具ユニットＷ工作物

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年４月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木基之愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者渡辺一樹愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基台と、工具ユニットが装着されるトラ
ベリングプレートと、前記基台と前記トラベリングプレ
ートとを連結する複数のアームとから構成され、アーム
は、前記基台に放射状に適宜の傾動角度で設けられた傾
斜案内部と、該傾斜案内部に沿って変位自在に設けられ
た移動部材と、該移動部材を変位させるための移動駆動
部と、一端が前記移動部材に、他端が前記トラベリング
プレートとに夫々対偶を介して連結されるロッドとから
構成され、前記ロッドの少なくとも一つは２段階以上で
長さが調節可能であることを特徴とする工具ハンド。
【請求項２】基台と、工具ユニットが装着されるトラ
ベリングプレートと、前記基台と前記トラベリングプレ
ートとを三方放射状配置で連結する３本のアームとから
構成され、各アームは、前記基台に放射状に適宜の傾斜
角度で設けられた１対の傾斜案内部と、該傾斜案内部に
沿って変位自在に設けられた２個の移動部材と、各移動
部材を変位させるための移動駆動部と、一端が前記移動
部材に、他端が前記トラベリングプレートとに夫々対偶
を介して連結されるロッドとから構成され、前記ロッド
の少なくとも一つは２段階以上で長さが調節可能である
ことを特徴とする工具ハンド。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の工具ハン
ドが工作物を載置するテーブルに対向してフレームに設
けられた工作機械。
【請求項４】基台と、工具ユニットが装着されるトラ
ベリングプレートと、前記基台と前記トラベリングプレ
ートとを連結する複数のアームとから構成され、アーム
は、前記基台に放射状に適宜の傾斜角度で設けられた傾
斜案内部と、該傾斜案内部に沿って変位自在に設けられ
た移動部材と、該移動部材を変位させるための移動駆動
部と、一端が前記移動部材に、他端が前記トラベリング
プレートとに夫々対偶を介して連結されるロッドとから
構成され、前記ロッドの少なくとも一つは２段階以上で
長さが調節可能である工具ハンドにおける各ロッドの調
節長さの組合せを加工条件に応じて予め設定しておき、
加工開始に当って、加工条件に対応して上記の予め設定
された組合せに従って各ロッドの長さを調節してから、
移動駆動部を駆動して前記工具ハンドを作動することに
より加工を行う加工方法。