JPH09300148A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】作業物と被作業物との相対的な位置決め作業を
簡単な構成で迅速に遂行することができ、小型化に適す
るとともに、作業の高速化を可能にする。 【解決手段】主軸１２が装着される取付球状体１４と、
ワークＷが固着される取付部材１６と、この取付球状体
１４を点Ｐ１を中心に任意の方向に回転自在に支持する
球面支持機構１８と、前記取付部材１６を互いに交差す
るＺ軸回りおよびにＸ軸回りの２軸方向に旋回自在に支
持する旋回支持機構２０と、前記取付球状体１４を任意
の方向に回転可能な球面駆動機構２２と、前記取付部材
１６をＺ軸回りおよびＸ軸回りにそれぞれ個別に回転お
よび傾動可能なＺ軸駆動機構２４およびＸ軸駆動機構２
６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作業物と被作業物
とを相対的に位置決めして前記被作業物に作業を施す作
業機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、被作業物であるワークに対し
孔明け加工等の作業を施すために、種々の工作機械（作
業機械）が使用されている。例えば、図５に示すよう
に、従来の工作機械１は、矢印Ａ方向（鉛直方向）に進
退自在な主軸２を備えており、この主軸２には、工具と
して、例えば、ドリル４が装着されている。一方、ワー
クＷは、基台５上に位置決め載置されており、このワー
クＷには複数の加工部位６ａ〜６ｎが設定されている。

【０００３】このように構成される従来の工作機械１で
は、主軸２がドリル４と一体的に回転しながら下方向に
移動することにより、基台５上のワークＷの一の加工部
位６ａに孔明け加工が施される。次いで、主軸２が上昇
してドリル４をワークＷから離脱させた後、この主軸２
が、矢印Ｂ方向や矢印Ｃ方向に所定量だけ移動した後、
前記主軸２が下降して他の加工部位６ｂ〜６ｎに孔明け
作業が施される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の工作
機械１では、ワークＷの加工部位６ａ〜６ｎに順次孔明
け加工を行う際、この工作機械１全体を矢印Ｂ方向およ
び矢印Ｃ方向に平行移動させる必要がある。しかしなが
ら、工作機械１は、重量物であるために、その重心移動
に伴って相当に大きなイナーシャが発生してしまう。こ
のため、工作機械１を平行移動させるには、高出力の駆
動機構を用いなければならず、しかも前記工作機械１を
高速位置決めすることができない。さらに、加工部位６
ａ〜６ｎが種々の方向に傾斜する斜め孔であると、ワー
クＷと工作機械１との位置決め作業が相当に煩雑なもの
となる。これにより、ワークＷに対する加工作業の効率
化が容易に遂行されないという問題が指摘されている。

【０００５】また、レーザビームの照射により孔明け、
切断または溶接等の加工を行うレーザ加工装置や、ウォ
ータジェットにより種々の加工を行うウォータジェット
加工装置等においても、上記と同様の問題が発生してい
る。

【０００６】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、作業物と被作業物との相対的な位置決め作業を小
さな駆動力で迅速に遂行することができ、小型化に適す
るとともに、作業の高速化が容易に遂行可能な作業機械
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、作業物が装着される第１部材が球面支
持機構を介して任意の方向に回転自在であり、被作業物
が装着される第２部材が旋回支持機構を介して２軸方向
に個別に旋回自在である。

【０００８】これにより、作業物と被作業物とが、任意
の方向にかつ任意の角度で相対的に位置決めされるとと
もに、第１および第２部材が平行移動することがなく、
前記作業物と前記被作業物の位置決め時に、重心移動に
伴うイナーシャの発生を回避することができる。従っ
て、駆動力の小さな駆動機構を用いて高速位置決めが可
能になり、作業物と被作業物の位置決め作業が、迅速か
つ効率的に遂行される。

【０００９】また、作業物側の第１部材が、球面支持機
構により球面で支持されるため、剛性が有効に向上する
とともに、構造が一挙に簡素化する。一方、被作業物側
の第２部材が、互いに交差する２軸方向に個別に旋回自
在であるため、この被作業物が広範囲で傾動可能とな
り、前記被作業物の任意の面を作業物に対して位置決め
することができる。これにより、簡単な構成で、被作業
物の種々の面に対して任意の作業が効率的に遂行可能に
なる。

【００１０】ここで、第１部材が、作業物である主軸を
その軸線方向に進退自在に装着するとともに、第２部材
が、被作業物である被加工物を装着する。これにより、
被加工物の各面に対して種々の位置および角度に加工部
位を形成することができ、加工作業の効率化が図られ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
工作機械（作業機械）１０の斜視図である。工作機械１
０は、作業物である主軸１２が装着される取付球状体
（第１部材）１４と、被作業物であるワークＷが固着さ
れる取付部材（第２部材）１６と、この取付球状体１４
を点Ｐ１を中心に任意の方向に回転自在に支持する球面
支持機構１８と、前記取付部材１６を互いに交差するＺ
軸（第１の軸）回りおよびＸ軸（第２の軸）回りの２軸
方向に旋回自在に支持する旋回支持機構２０と、前記取
付球状体１４を任意の方向に回転可能な球面駆動機構２
２と、前記取付部材１６をＺ軸回りおよびＸ軸回りにそ
れぞれ個別に回転および傾動可能なＺ軸駆動機構２４お
よびＸ軸駆動機構２６とを備える。

【００１２】球面支持機構１８は、取付球状体１４と互
いに球面対偶を構成しており、基台２８上に設けられた
支持部３０を備える。支持部３０には、略球面状の球状
内面３２が形成され、この球状内面３２に取付球状体１
４が嵌合する。

【００１３】取付球状体１４には、本体部３６が装着さ
れており、この本体部３６に設けられたモータ３８に連
結されるボールねじ４０を介して、主軸１２が矢印Ａ方
向に進退変位するとともに、この主軸１２に工具４２が
取り付けられている。第１取付球状体１４は、本体部３
６が装着された状態で、全体の重心位置が回転中心であ
る点Ｐ１に対応して設定される。

【００１４】球面駆動機構２２は、第１ボールねじ手段
４４と第２ボールねじ手段４６とを有し、この第１およ
び第２ボールねじ手段４４、４６が、基台２８に対し取
付部材４８、５０を介して水平方向および鉛直方向に揺
動自在に支持される。

【００１５】第１ボールねじ手段４４は、図２に示すよ
うに、取付部材４８に保持されるケーシング５２を備
え、このケーシング５２内にモータ５４が収容される。
モータ５４の回転軸５４ａに回転筒体５６が連結される
とともに、この回転筒体５６がケーシング５２内にベア
リング５８を介して回転自在に支持される。回転筒体５
６内にナット部６０が固着され、このナット部６０に嵌
合するボールねじ６２の端部は、本体部３６の後部に水
平方向に向かって膨出形成されたボールジョイント６４
に連結される。

【００１６】なお、第２ボールねじ手段４６は、第１ボ
ールねじ手段４４と同様に構成されており、同一の構成
要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略
する。

【００１７】旋回支持機構２０は、取付部材１６をＺ軸
回りに回動自在に軸支する基台２８と、この基台２８上
に支持され前記取付部材１６をＸ軸回りに傾動自在に軸
支する回転台（枠体）７０とを備える。取付部材１６
は、ワークＷが装着された状態で、全体の重心位置が回
転中心である点Ｐ２に対応して設定される。

【００１８】図３に示すように、Ｚ軸駆動機構２４は、
基台２８の内部上方側に配置されるＺ軸モータ７２を備
え、このＺ軸モータ７２を構成する回転筒体７４に回転
台７０が固着されるとともに、この回転台７０と前記基
台２８との間にベアリング７６が介装される。

【００１９】図１に示すように、Ｘ軸駆動機構２６は、
回転台７０の上部にＸ軸方向に指向して固着されるＸ軸
モータ７８を備え、このＸ軸モータ７８を構成する回転
軸が取付部材１６の一方の側部に固定される。取付部材
１６の他方の側部には、図示しない支軸が固着され、こ
の支軸が回転台７０に回転自在に支持される。

【００２０】このように構成される本実施形態に係る工
作機械１０の動作について、以下に説明する。

【００２１】先ず、図１に示すように、取付球状体１４
および取付部材１６が、互いに平行に配置された状態
で、主軸１２の駆動作用下に工具４２が回転されながら
モータ３８が駆動される。このため、モータ３８を介し
てボールねじ４０が回転され、このボールねじ４０に係
合する主軸１２が矢印Ａ１方向に移動し、前記主軸１２
と一体的に回転している工具４２により取付部材１６上
のワークＷの所定の位置に孔明け加工が施される。

【００２２】工具４２により所定の位置に孔明け加工が
行われた後、モータ３８が逆方向に駆動され、主軸１２
が矢印Ａ２方向に退動変位した後、球面駆動機構２２、
Ｚ軸駆動機構２４およびＸ軸駆動機構２６が選択的に駆
動され、前記工具４２とワークＷの相対位置が変更され
る。

【００２３】図２に示すように、球面駆動機構２２を構
成する第１ボールねじ手段４４において、モータ５４の
回転作用下に回転軸５４ａと一体的に回転筒体５６が回
転すると、この回転筒体５６内に固着されているナット
部６０が回転し、これに嵌合するボールねじ６２が前記
ナット部６０に対して進退変位する。このボールねじ６
２の端部は、本体部３６から膨出形成されたボールジョ
イント６４に連結されており、第１ボールねじ手段４４
が駆動されることにより、本体部３６を装着する取付球
状体１４が球面支持機構１８の球状内面３２に沿って点
Ｐ１を支点にして所定の方向に回転する。

【００２４】ここで、例えば、図４に示すように、第１
ボールねじ手段４４を構成するボールねじ６２がケーシ
ング５２から進出すると、ボールジョイント６４を介し
て取付球状体１４が点Ｐ１を支点にして矢印Ｄ方向に傾
動する。その際、第２ボールねじ手段４６は、ボールジ
ョイント６４の移動に伴って矢印Ｅ方向に旋回するとと
もに、モータ５４が駆動されてボールねじ６２が進出さ
れる。これにより、取付球状体１４は、球面支持機構１
８に対して点Ｐ１を支点にして矢印Ｄ方向に回転し、主
軸１２に装着されている工具４２が矢印Ｄ方向に傾動す
る。

【００２５】一方、ワークＷの姿勢を変更する際には、
先ず、Ｚ軸駆動機構２４を構成するＺ軸モータ７２が駆
動され、回転台７０がＺ軸回りに所定の角度だけ回転さ
れる。次いで、Ｘ軸駆動機構２６を構成するＸ軸モータ
７８が駆動され、取付部材１６がＸ軸回りに所定の角度
だけ傾動される。従って、ワークＷは、点Ｐ２を通りか
つ互いに交差するＸ軸回りおよびＺ軸回りに任意に旋回
される。

【００２６】この場合、本実施形態では、主軸１２およ
び本体部３６を有する設備全体の重心位置が取付球状体
１４の回転中心である点Ｐ１に対応して設定される一
方、ワークＷの重心位置が取付部材１６の旋回中心であ
る点Ｐ２に対応するように設定されている。そして、工
具４２によるワークＷ上の加工位置を移動させる際に
は、球面駆動機構２２を駆動制御して取付球状体１４を
任意の方向に回転させるとともに、Ｚ軸駆動機構２４お
よびＸ軸駆動機構２６を駆動制御して取付部材１６を任
意の方向に傾動させればよい。

【００２７】これにより、本体部３６を種々の方向に平
行移動させる従来の構成とは異なり、重心移動に伴うイ
ナーシャが発生することがなく、極めて小さな駆動力で
工具４２とワークＷとの相対位置決め作業が容易に遂行
される。従って、球面駆動機構２２、Ｚ軸駆動機構２４
およびＸ軸駆動機構２６を一挙に小型化することができ
るとともに、工具４２とワークＷとの位置決め作業が一
挙に円滑かつ迅速に遂行可能になる。

【００２８】さらに、取付球状体１４が球面支持機構１
８と互いに球面対偶を構成している。このため、特に、
作業物である主軸１２および本体部３６を支持する球面
支持機構１８が所望の剛性を確実に維持することができ
るとともに、この球面支持機構１８の構成が有効に簡素
化されるという効果が得られる。

【００２９】しかも、被作業物であるワークＷを支持す
る取付部材１６が、互いに交差するＸ軸回りおよびＺ軸
回りに個別に旋回自在である。これによって、ワークＷ
を広範囲で傾動させることが可能になり、このワークＷ
の任意の面を工具４２に対して位置決めすることができ
る。従って、簡単な構成で、前記ワークＷの種々の面に
対して任意の加工作業が効率的に遂行されるという利点
がある。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係る作業機械では、作業物が装
着される第１部材が球面支持機構を介して任意の方向に
回転自在であるため、剛性が有効に向上するとともに、
前記球面支持機構の構造が一挙に簡素化する。しかも、
被作業物が装着される第２部材が旋回支持機構を介して
２軸方向に個別に旋回自在であるため、この被作業物を
広範囲で傾動させることが可能になり、前記被作業物の
任意の面を作業物に対して位置決めすることができる。
これにより、簡単な構成で、被作業物の種々の面に対し
て任意の作業が効率的に遂行可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る工作機械の斜視説明図
である。

【図２】前記工作機械を構成する球面駆動機構の一部縦
断面図である。

【図３】前記工作機械を構成する取付部材側の一部縦断
面図である。

【図４】前記球面駆動機構の動作を示す斜視説明図であ
る。

【図５】従来技術に係る工作機械の斜視説明図である。

【符号の説明】

１０…工作機械 １２…主軸 １４…取付球状体 １６…取付部材 １８…球面支持機構 ２０…旋回支持機構 ２２…球面駆動機構 ２４…Ｚ軸駆動機構 ２６…Ｘ軸駆動機構 ３２…球状内面 ３６…本体部 ４２…工具

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業物が装着される第１部材と、 被作業物が装着される第２部材と、 前記第１部材を任意の方向に回転自在に支持する球面支
   持機構と、 前記第２部材を互いに交差する２軸方向に個別に旋回自
   在に支持する旋回支持機構と、 を備えることを特徴とする作業機械。
2. 【請求項２】請求項１記載の作業機械において、前記旋
   回支持機構は、前記第２部材を第１の軸回りに回動自在
   に軸支する基台と、 前記基台に支持され前記第２部材を前記第１の軸に交差
   する第２の軸回りに傾動可能に軸支する枠体と、 を備えることを特徴とする作業機械。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の作業機械におい
   て、前記第１部材は、前記作業物である主軸をその軸線
   方向に進退自在に装着するとともに、 前記第２部材は、前記被作業物である被加工物を装着す
   ることを特徴とする作業機械。