WO2019102561A1 - 工作機械 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a machine tool having two rotary feed axes for controlling the attitude of a tool and three linear feed axes for moving the position of a workpiece relative to the tool.
- Patent Document 1 describes a numerical control device for a 5-axis processing machine capable of avoiding very large movement of the speed or acceleration of the rotation axis at a singular point when it is determined that a singular point is passed in tool posture control. ing.
- the present invention has a technical problem to solve the problems of the prior art, and provides a machine tool that solves the problem of singularity in hardware rather than solving the problem of singularity in software. It is an object.
- a machine tool having two rotary feed axes for controlling the attitude of the tool and a linear feed axis for moving the position of the workpiece relative to the tool.
- a spindle for mounting a tool at a tip, a spindle head rotatably supporting the spindle around a spindle rotational axis, and rotating the spindle head around a first axis extending perpendicularly to the spindle rotational axis
- a first rotary feed shaft device provided on the spindle head support and rotatably feeding the spindle head around the first axis, and the spindle head support.
- a saddle rotatably supported about a second axis perpendicular to the axis of 1 and perpendicular to the vertical direction at a predetermined inclination angle; and the saddle provided with the spindle head supporting portion
- the second rotation that feeds around the rotation axis of 2
- a machine tool comprising: a rotation axis device; and limiting means for limiting a rotational feed range of the first rotational feed axis device such that the spindle rotational axis is not parallel to or coincident with the second axis.
- the rotation axis of the main shaft is parallel to or coincident with a second axis perpendicular to the first axis which is the rotation axis of the spindle head and intersecting the vertical direction at a predetermined inclination angle.
- the tool attitude at the singular point changes significantly, and the speeds of the rotational feed axis and linear feed axis Is prevented from rising rapidly, machining traces are prevented from being formed on the machined surface, and the rotary feed shaft device smoothly operates when the machining program does not include a command to pass a singular point. It works and gives a good machined surface.
- FIG. 5 is a partial enlarged cross-sectional view similar to FIG. 3 when the A-axis is at the maximum rotation position.
- FIG. 5 is a partial enlarged cross-sectional view similar to FIG. 3 when the A axis is in the minimum rotation position. It is the schematic which showed the vector which shows the front-end
- FIG. 7 is a schematic view similar to FIG. 6 showing the movable range of the rotary feed shaft of the A-axis.
- FIG. 7 is a schematic view similar to FIG. 6 showing the movable range of the rotary feed axes of the A axis and the C axis. It is the schematic which showed the range which can arrange
- FIG. 5 is a partial enlarged cross-sectional view similar to FIG. 3 showing the limiting means according to another embodiment;
- FIGS. 1 and 2 an example of a machine tool having two rotary feed axes for controlling the attitude of the tool and three linear feed axes for moving the position of the work relative to the tool is shown.
- the machine tool 10 has a bed 12 as a base fixed to the floor of a factory, a column 14 erected on the upper surface of the bed 12 on the rear end side (right side in FIG. 1) of the bed 12 and a bed 12
- the table 26 is provided movably in the front-rear direction or the Y-axis direction (left and right direction in FIG. 1) on the upper surface of the front portion (left side in FIG.
- a spindle head support 60 rotatably supported about an axis Oa is provided.
- the spindle head supporting portion 60 is mounted on the front surface of the saddle 16 so as to be movable in the vertical direction or the Z-axis direction, and the Z-axis slider 18 about the tilt axis Oc as a second rotation axis C And a C-axis pivot 20 supported rotatably in the axial direction.
- a pair of X-axis guide rails 28 extend at the upper end of the column 14 in the horizontal X-axis direction (direction perpendicular to the sheet of FIG. 1), and the column 14 is mounted on the X-axis guide rails 28.
- a slidable guide block 30 is mounted.
- a ball screw 32 extended in the X-axis direction and an X-axis servomotor 34 connected to one end of the ball screw are provided as an X-axis feeding device for reciprocatingly driving the saddle 16 along the X-axis guide rail 28.
- the saddle 16 is attached with a nut (not shown) that engages with the ball screw 32.
- an inclined surface 14 a is formed at the upper end of the column 14.
- the inclined surface 14 a extends obliquely upward from the front side to the rear side of the machine tool 10 in parallel to the X axis.
- the angle of the inclined surface 14 a can be, for example, 45 ° with respect to the horizontal plane (XY plane).
- a pair of Z-axis guide rails 36 are extended in the Z-axis direction (vertical direction in FIGS. 1 and 2), which is the vertical direction.
- a guide block 38 slidable on the rail 36 is attached.
- a ball screw 40 extended in the Z-axis direction and a one end of the ball screw 40 are connected to the saddle 16 as a Z-axis feeding device for reciprocatingly driving the Z-axis slider 18 along the Z-axis guide rail 36.
- a Z-axis servomotor 44 is provided, and a nut for engaging the ball screw 40 is attached to the Z-axis slider 18 (in FIG. 1, a bracket 42 for attaching the nut is shown).
- a C-axis pivot 20 is rotatably supported by a bearing 50 about the tilt axis Oc.
- the inclined axis Oc extends perpendicularly to the X-axis, obliquely upward from the front side to the back side of the machine tool 10, and substantially parallel to the inclined surface 14a.
- the inclined axis Oc and the inclined surface 14a may be inclined in the same direction, but closer to parallel is more effective.
- the Z-axis slider 18 also incorporates a C-axis servomotor 52 as a C-axis feed device for rotationally driving the C-axis pivot shaft 20 or a second rotary feed shaft device.
- the C-axis pivot shaft 20 is rotatable about a tilt axis Oc within a predetermined angle range, for example, within a rotation angle range of ⁇ 60 ° about the origin of the C-axis feeder.
- the spindle head 22 rotatably supports the spindle 24 around the spindle axis Os, and a tool T is mounted on the tip of the spindle 24.
- a spindle head 22 is disposed between a pair of left and right arms 20 a and 20 b of the C-axis pivot shaft 20.
- the spindle head 22 can be rotated in the A-axis direction about the rotation axis Oa as a first rotation axis perpendicular to the tilt axis Oc by the A-axis pivots 22a and 22b formed on both sides. It is supported by the arm portions 20 a and 20 b of the C-axis pivot 20 of the support portion 60.
- One of the arm portions 20a and 20b as one of the A-axis feed devices or the first rotary feed shaft device, one of the A-axis pivot shafts 22a and 22b (in the present embodiment, the A-axis pivot shaft 22a
- the A-axis servomotor 21 is incorporated in FIG.
- the inclined axis Oc passes near the intersection point O of the spindle axis Os of the spindle 24 and the rotation axis Oa. Further, as shown in FIG. 2, the rotational position of the C-axis feeding device in which the rotational axis Oa is parallel to the horizontal X-axis is taken as the origin position of the C-axis. Furthermore, when the C-axis is at the home position, the rotational position of the A-axis feeder with the spindle axis Os of the main shaft 24 being vertical (parallel to the Z-axis) is taken as the home position of the A-axis. When the A axis is at the home position, the main spindle 24 is directed downward to face the table 26.
- a pair of Y-axis guide rails 46 extend in the horizontal Y-axis direction (left and right direction in FIG. 1) on the upper surface of the bed 12, and the table 26 can slide on the Y-axis guide rails 46.
- Guide block 48 is attached.
- a ball screw (not shown) extending in the Y-axis direction is also provided at one end of the ball screw as a Y-axis feeding device for reciprocatingly driving the table 26 along the Y-axis guide rail 46.
- a Y-axis servomotor (not shown) connected is provided, and a nut (not shown) that engages with the ball screw is attached to the table 26.
- a recess 16b may be formed on the front surface of the saddle 16, and a Z-axis ball screw 40 may be disposed in the recess 16b.
- the X-axis servomotor 34, the Y-axis servomotor, the Z-axis servomotor 44, the A-axis servomotor 21 and the C-axis servomotor 52 are connected to the NC device 100 (FIG. 2) of the machine tool 10. Controlled by 100.
- the column 14 of the moving body including the two rotation feed axes of the A-axis feeding device and the C-axis feeding device and the spindle head 22 by inclining the C-axis rotation axis 20 to the column 14 side. It is possible to reduce the overhang to the center of gravity and to shift the center-of-gravity position of the moving body to the column 14 side. Thus, the deformation of the column 14 and the saddle 16 can be reduced. In addition, when the moving body is fed, deformation of the saddle 16 and the Z-axis slider 18 is reduced during acceleration and deceleration. In addition, at least a portion of the spindle head support 60 can be disposed in the recess 16 b of the saddle 16. This makes it possible to further reduce the overhang on the column 14 of the mobile unit.
- the machine tool 10 is provided on the C-axis pivot axis 20 as a limiting means for limiting the spindle axis Os and the inclined axis Oc which is the rotation axis of the C-axis pivot axis 20 not to coincide with each other.
- a stop 54 is provided.
- the machine tool 10 further includes a stop 54 provided on the C-axis pivot 20 as a limiting means for limiting the pivot range of the A-axis.
- the stop portion 54 has a first abutment surface 54a for limiting the range of rotation in the positive direction of the A axis, and a second abutment surface 54b for limiting the range of rotation in the negative direction of the A axis. There is.
- the A-axis rotationally drives the spindle head 22 in the range of ⁇ 1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 2.
- the rotation axis Oa as the first rotation axis, which is the rotation center of the A axis, intersects the tilt axis Oc
- the main axis Os and the tilt axis Oc coincide.
- the stop portion 54 as the limiting means is formed to prevent the spindle axis Os from becoming parallel to the inclined axis Oc.
- a rotation axis Oa as a first rotation axis which is the rotation center of the A axis extends parallel to the X axis
- a tilt axis as a second rotation axis which is the rotation center of the C axis.
- Oc is perpendicular to the rotation axis Oa and inclined at an inclination angle ⁇ with respect to the Z axis which is the vertical direction. That is, in FIG. 6, the left side is the front of the machine tool 10, and the upper side is the direction toward the table 26 of the machine tool 10.
- the inclination angle of the C axis can be, for example, 30 ° ⁇ ⁇ 45 °.
- arrows indicate unit vectors along the spindle axis Os in which the tip direction of the tool T is a positive direction.
- the rotational feed range of the A axis is ⁇ 30 ° ⁇ ⁇ ⁇ 30 °.
- the tool T is disposed below the inclined axis Oc. Therefore, if the first contact surface 54a of the stopper 54 is formed such that ⁇ 1 ⁇ , the problem of singularity does not occur.
- the limiting means comprises the stopping portion 54 provided on the C-axis rotating shaft 20, but the present invention is not limited to this.
- the limiting means may comprise, for example, a limit switch 56 (FIG. 10) provided on the C-axis rotary shaft 20 and connected to the NC device 100.
- the NC device 100 of the machine tool 10 stops the operation of the C-axis servomotor 52 based on the signal from the limit switch 56. It can be done.
- the upper limit of the rotational feed of the C-axis feeding device or the angle ⁇ 1 defining the first rotational position is the range R where the tip of the tool T can be disposed when the closer to the inclination angle ⁇ of the inclination axis Oc. Can be broadened, and can be determined in advance within a range that does not cause a singularity problem by experiments or the like.
Abstract
工具の姿勢を制御する2つの回転送り軸と、工具に対してワークの位置を相対的に移動する3つの直線送り軸とを有した工作機械が、先端に工具を装着する主軸と、主軸を主軸回転軸線周りに回転可能に支持する主軸頭と、主軸頭を主軸回転軸線に対して垂直に延びる第1の軸線周りに回転可能に支持する主軸頭支持部と、主軸頭支持部に設けられ、主軸頭を第1の軸線周りに回転送りする第1の回転送り軸装置と、主軸頭支持部を第1の軸線に対して垂直、かつ、鉛直方向に対して傾斜した第2の軸線周りに回転可能に支持するサドルと、サドルに設けられ、主軸頭支持部を第2の回転軸線周りに回転送りする第2の回転送り軸装置と、前記主軸回転軸線が前記第2の軸線に平行または一致しないように、前記第1の回転送り軸装置の回転送り範囲を制限する制限手段とを有する。
Description
本発明は、工具の姿勢を制御する2つの回転送り軸と、工具に対してワークの位置を相対的に移動する3つの直線送り軸とを有した工作機械に関する。
直交3軸の直線送り軸に加えて2つの回転送り軸を有した5軸の工作機械では、機械の動作範囲中に特異点が存在する。送り軸が特異点を通過する際、加工プログラムが指令する工具姿勢変化が小さくとも、実際には工具姿勢が大きく変化し、回転送り軸および直線送り軸の速度が急激に高くなることがある。
特許文献1には、工具姿勢制御において特異点を通過すると判断した場合には、特異点における回転軸の速度や加速度の非常に大きな移動を回避可能な5軸加工機用数値制御装置が記載されている。
特許文献1の5軸加工機用数値制御装置は、加工プログラムの指令ブロック始点での指令と指令ブロック終点での指令に基づく計算によって、工具を回転する主軸が特異点を通過するか否か、または特異点近傍を通過するか否かを判断し、主軸が該特異点または該特異点近傍を通過すると判断された場合には、該特異点および該特異点近傍で工具経路を変更することによって、ソフトウェア的に特異点を回避するようになっている。然しながら、特許文献1の発明では、特異点または特異点近傍で工具経路を変更してしまうので、加工面が所望形状とはことなる形状となり得る問題がある。
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、ソフトウェア的に特異点の問題を解決するのではなく、ハードウェア的に特異点の問題を解決した工作機械を提供することを目的としている。
上述の目的を達成するために、本発明によれば、工具の姿勢を制御する2つの回転送り軸と、工具に対してワークの位置を相対的に移動する直線送り軸とを有した工作機械において、先端部に工具を装着する主軸と、前記主軸を主軸回転軸線周りに回転可能に支持する主軸頭と、前記主軸頭を前記主軸回転軸線に対して垂直に延びる第1の軸線周りに回転可能に支持する主軸頭支持部と、前記主軸頭支持部に設けられ、前記主軸頭を前記第1の軸線周りに回転送りする第1の回転送り軸装置と、前記主軸頭支持部を前記第1の軸線に対して垂直、かつ、鉛直方向に対して所定の傾斜角で交差する第2の軸線周りに回転可能に支持するサドルと、前記サドルに設けられ、前記主軸頭支持部を前記第2の回転軸線周りに回転送りする第2の回転送り軸装置と、前記主軸回転軸線が前記第2の軸線に平行または一致しないように、前記第1の回転送り軸装置の回転送り範囲を制限する制限手段とを具備する工作機械が提供される。
本発明によれば、主軸の回転軸線が、主軸頭の回転軸である第1の軸線に対して垂直、かつ、鉛直方向に対して所定の傾斜角で交差する第2の軸線に平行または一致しないように、主軸頭の回転送り範囲を制限する制限手段を設け、ハードウェア的に特異点の問題を解決したので、特異点における工具姿勢が大きく変化し、回転送り軸および直線送り軸の速度が急激に高くなることが防止され、加工面に加工痕が形成されることが防止されると共に、加工プログラムに特異点を通過する指令が含まれない場合には、回転送り軸装置が円滑に動作し、良好な加工面が得られる。
以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図1、2を参照すると、工具の姿勢を制御する2つの回転送り軸と、工具に対してワークの位置を相対的に移動する3つの直線送り軸とを有した工作機械の一例が示されている。工作機械10は、工場の床面に固定された基台としてのベッド12、ベッド12の後端側(図1では右側)で同ベッド12の上面に立設、固定されたコラム14、ベッド12の前方部分(図1では左側)の上面で前後方向またはY軸方向(図1では左右方向)に移動可能に設けられワークWが固定されるテーブル26、テーブル26の上方に設けられ主軸24を回転可能に支持する主軸頭22、コラム14の頂部で左右方向またはX軸方向(図1では紙面に垂直な方向)に移動可能に設けられたサドル16、サドル16に設けられ主軸頭22を回転軸線Oaを中心として回転可能に支持する主軸頭支持部60を具備している。主軸頭支持部60は、サドル16の前面で上下方向またはZ軸方向に移動可能に取り付けられたZ軸スライダ18と、Z軸スライダ18に第2の回転軸線としての傾斜軸線Ocを中心としてC軸方向に回転可能に支持されたC軸旋回軸20とを具備している。
図1、2を参照すると、工具の姿勢を制御する2つの回転送り軸と、工具に対してワークの位置を相対的に移動する3つの直線送り軸とを有した工作機械の一例が示されている。工作機械10は、工場の床面に固定された基台としてのベッド12、ベッド12の後端側(図1では右側)で同ベッド12の上面に立設、固定されたコラム14、ベッド12の前方部分(図1では左側)の上面で前後方向またはY軸方向(図1では左右方向)に移動可能に設けられワークWが固定されるテーブル26、テーブル26の上方に設けられ主軸24を回転可能に支持する主軸頭22、コラム14の頂部で左右方向またはX軸方向(図1では紙面に垂直な方向)に移動可能に設けられたサドル16、サドル16に設けられ主軸頭22を回転軸線Oaを中心として回転可能に支持する主軸頭支持部60を具備している。主軸頭支持部60は、サドル16の前面で上下方向またはZ軸方向に移動可能に取り付けられたZ軸スライダ18と、Z軸スライダ18に第2の回転軸線としての傾斜軸線Ocを中心としてC軸方向に回転可能に支持されたC軸旋回軸20とを具備している。
コラム14の上端部には一対のX軸ガイドレール28が水平なX軸方向(図1の紙面に垂直な方向)に延設されており、コラム14には、該X軸ガイドレール28上を摺動可能なガイドブロック30が取り付けられている。サドル16をX軸ガイドレール28に沿って往復駆動するX軸送り装置として、X軸方向に延設されたボールねじ32と、該ボールねじの一端に連結されたX軸サーボモータ34が設けられており、サドル16には、ボールねじ32に係合するナット(図示せず)が取り付けられている。また、コラム14の上端には傾斜面14aが形成されている。傾斜面14aはX軸に対して平行に工作機械10の前面側から背面側へ斜め上方に延びている。傾斜面14aの角度は、例えば水平面(XY平面)に対して45°とすることができる。
サドル16の前面には、一対のZ軸ガイドレール36が鉛直方向であるZ軸方向に(図1、2では上下方向)に延設されており、Z軸スライダ18には、該Z軸ガイドレール36上を摺動可能なガイドブロック38が取り付けられている。サドル16には、Z軸スライダ18をZ軸ガイドレール36に沿って往復駆動するZ軸送り装置として、Z軸方向に延設されたボールねじ40と、該ボールねじ40の一端に連結されたZ軸サーボモータ44が設けられており、Z軸スライダ18には、ボールねじ40に係合するナットが取り付けられている(図1には、該ナットを取り付けるブラケット42が図示されている)。
Z軸スライダ18の下端部には、C軸旋回軸20が軸受50によって傾斜軸線Ocを中心として回転可能に支持されている。傾斜軸線Ocは、X軸に対して垂直に工作機械10の前面側から背面側へ斜め上方に、傾斜面14aに対して略平行に延びている。傾斜軸線Ocと傾斜面14aは同じ方向に傾斜していればよいが、平行に近い方が一層効果的である。Z軸スライダ18は、また、C軸旋回軸20を回転駆動するC軸送り装置または第2の回転送り軸装置としてC軸サーボモータ52を内蔵している。C軸旋回軸20の正面側の先端部には、傾斜軸線Ocに対して平行に延びる左右一対の腕部20a、20bが形成されている。なお、C軸旋回軸20は傾斜軸線Ocを中心として所定の角度範囲、例えば、C軸送り装置の原点を中心として±60°の回転角度範囲で回転可能となっている。
主軸頭22は、主軸24を主軸軸線Os周りに回転可能に支持し、該主軸24の先端部に工具Tが装着される。C軸旋回軸20の左右一対の腕部20a、20bの間に主軸頭22が配設される。主軸頭22は、両側部に形成されたA軸旋回軸22a、22bによって、傾斜軸線Ocに対して垂直な第1の回転軸線としての回転軸線Oaを中心としてA軸方向に回転可能に主軸頭支持部60のC軸旋回軸20の腕部20a、20bに支持される。A軸送り装置または第1の回転送り軸装置として、腕部20a、20bの一方(本実施形態では腕部20a)にA軸旋回軸22a、22bの一方(本実施形態ではA軸旋回軸22a)に結合されたA軸サーボモータ21が組み込まれている。
なお、傾斜軸線Ocは、主軸24の主軸軸線Osと回転軸線Oaとの交点Oの近傍を通過する。また、図2に示すように、回転軸線Oaが水平のX軸と平行となるC軸送り装置の回転位置をC軸の原点位置とする。更に、C軸が原点位置にあるとき、主軸24の主軸軸線Osが鉛直となる(Z軸に平行になる)A軸送り装置の回転位置をA軸の原点位置とする。A軸が原点位置にあるとき、主軸24は、テーブル26に対面するように下方に向けられている。
A軸およびC軸が原点位置にあるとき、主軸24端面および該主軸24に装着された工具Tは、ワーク(図示せず)を取り付けるテーブル26に対面する。ベッド12の上面には、一対のY軸ガイドレール46が水平なY軸方向(図1の左右方向)に延設されており、テーブル26には、該Y軸ガイドレール46上を摺動可能なガイドブロック48が取り付けられている。ベッド12には、また、テーブル26をY軸ガイドレール46に沿って往復駆動するY軸送り装置として、Y軸方向に延設されたボールねじ(図示せず)と、該ボールねじの一端に連結されたY軸サーボモータ(図示せず)が設けられており、テーブル26には、前記ボールねじに係合するナット(図示せず)が取り付けられている。好ましくは、サドル16の前面に凹部16bを形成し、該凹部16b内にZ軸のボールねじ40を配置するようにできる。
X軸サーボモータ34、Y軸サーボモータ、Z軸サーボモータ44、A軸サーボモータ21およびC軸サーボモータ52は、工作機械10のNC装置100(図2)に接続されており、該NC装置100によって制御される。
工作機械10では、C軸旋回軸20をコラム14側に傾斜させたことによって、A軸送り装置とC軸送り装置の2つの回転送り軸と、主軸頭22とを含めた移動体のコラム14に対するオーバーハングを小さくすることが可能となり、該移動体の重心位置をコラム14側にシフトすることが可能となる。これによって、コラム14や、サドル16の変形を低減可能となる。また、前記移動体を送るとき、加減速時にサドル16やZ軸スライダ18の変形が低減される。また、主軸頭支持部60の少なくとも一部をサドル16の凹部16b内に配置するようにできる。これによって、前記移動体のコラム14に対するオーバーハングを一層小さくすることが可能となる。
ここで、主軸軸線OsがC軸旋回軸20の回転軸線である傾斜軸線Ocと一致すると、加工プログラムが指令する工具姿勢変化が小さくとも、実際には工具姿勢が大きく変化し、回転送り軸および直線送り軸の速度が急激に高くなることがある。こうした問題は、一般に工作機械の特異点問題と称される。本発明では、こうした特異点問題をハードウェア的に回避するために、A軸の回転送り範囲を制限する制限手段が設けられている。既述の実施形態では、工作機械10は、主軸軸線OsとC軸旋回軸20の回転軸線である傾斜軸線Ocとが一致しないように制限する制限手段として、C軸旋回軸20に設けられた停止部54を具備している。
図3~図5を参照すると、工作機械10は、A軸の旋回範囲を制限する制限手段としてC軸旋回軸20に設けられた停止部54を更に具備している。停止部54は、A軸の正の方向の回転範囲を制限する第1の当接面54aと、A軸の負の方向の回転範囲を制限する第2の当接面54bとを有している。図3~図5の例では、A軸の回転角度をαとして、A軸が原点(α=0)から正の方向に角度α=α1(図4)の回転位置にあるとき、停止部54の第1の当接面54aが主軸頭22の側面に当接して、主軸頭22の回転動作を停止させ、A軸の回転動作の上限が規定され、反対にA軸が原点(α=0)から負の方向に角度α=-α2(図5)の回転位置にあるとき、停止部54の第2の当接面54aが主軸頭22の側面に当接して、主軸頭22の回転動作を停止させ、A軸の回転動作の下限が規定され、こうして、A軸はα1≦α≦α2の範囲で主軸頭22を回転駆動する。こうして、主軸頭22は、A軸方向に第1の回転位置(α=α1)と、第2の回転位置(α=-α2)との間で回転送りされる。
本実施形態では、A軸の回転中心である第1の回転軸線としての回転軸線Oaが傾斜軸線Ocと交差しているために、α1=θとなると、主軸軸線Osと傾斜軸線Ocとが一致するが、回転軸線Oaが傾斜軸線Ocと交差していない場合には、主軸軸線Osが傾斜軸線Ocに一致することはない。こうした場合には、制限手段としての停止部54は、主軸軸線Osが傾斜軸線Ocに平行となることを防止するように形成される。
なお、本実施形態では、図3に示すように、主軸24の工具Tが装着される端面がテーブル26に対面するように下方に向けられているA軸の原点から、図4に示すように、工具Tが工作機械10の前方(図3~図5では左方)に上動するように回転する方向(図3~図5では時計回りの方向)をA軸の正の方向とする。
ここで、図6を参照すると、A軸の回転中心である第1の回転軸線としての回転軸線OaはX軸に平行に延び、C軸の回転中心である第2の回転軸線としての傾斜軸線Ocは、回転軸線Oaに対して垂直で、かつ、鉛直方向であるZ軸に対して傾斜角θを以て傾斜している。つまり、図6では、左側が工作機械10の前方であり、上側が工作機械10のテーブル26に向かう方向である。C軸の傾斜角は、例えば30°<θ<45°とすることができる。なお、図6~図8において、矢印は、工具Tの先端方向を正の方向とする主軸軸線Osに沿う単位ベクトルを示している。
図7を参照すると、A軸の回転送り範囲αは、原点(鉛直方向であるZ軸)を挟んでα=α1+α2となっている。A軸の原点から正の方向への最大の回転角度α1と、負の方向への最大の回転角度α2は異なる値とすることができるが、α1=α2としてもよい。一例として、α1=α2=30°とすることができる。この場合、A軸の回転送り範囲は、-30°≦α≦30°となる。
更に、図8を参照すると、ベクトルV1は、A軸がα=0となる原点にあり、かつ、C軸が最小の回転角度位置にあるときの工具Tの先端方向を示し、ベクトルV2は、A軸がα=0となる原点にあり、かつ、C軸が最大の回転角度位置にあるときの工具Tの先端方向を示し、ベクトルV3は、A軸が最小の回転角度位置またはα=-α2となる第2の回転位置にあり、かつ、C軸が最小の回転角度位置にあるときの工具Tの先端方向を示し、ベクトルV4は、A軸が最小の回転角度位置またはα=-α2となる第2の回転位置にあり、かつ、C軸が最大の回転角度位置にあるときの工具Tの先端方向を示し、ベクトルV5は、A軸が最大の回転角度位置またはα=α1となる第1の回転位置にあり、かつ、C軸が最大の回転角度位置にあるときの工具Tの先端方向を示している。なお、A軸が最大の回転角度位置またはα=α1となる第1の回転位置にあり、かつ、C軸が最小の回転角度位置にあるときの工具Tの先端方向を示すベクトルは、図面を明瞭に示すために図8では省略されている。こうして、本実施形態における、工具Tの先端を配置可能な範囲は図9において範囲Rで示される。
既述の実施形態では、テーブル26は、C軸回転軸20の下側に配置されているので、工具Tは傾斜軸線Ocの下側に配置されている。従って、α1<θとなるように、停止部54の第1の当接面54aを形成すれば、特異点の問題を生じることはない。
既述の実施形態では、制限手段はC軸回転軸20に設けた停止部54を具備しているが、本発明はこれに限定されない。制限手段は、例えばC軸回転軸20に設けられNC装置100に接続されたリミットスイッチ56(図10)を具備していてもよい。この場合、C軸送り装置がα=α1およびα=α2の回転位置にあるとき、リミットスイッチ56からの信号に基づいて、工作機械10のNC装置100がC軸サーボモータ52の動作を停止するようにできる。
既述の実施形態において、C軸送り装置の回転送りの上限または第1の回転位置を規定する角度α1は、傾斜軸線Ocの傾斜角θに近い方が工具Tの先端を配置可能な範囲Rを広くすることができ、実験等によって特異点問題を生じない範囲で予め決定することができる。
10 工作機械
12 ベッド
14 コラム
14a 傾斜面
16 サドル
16b 凹部
18 Z軸スライダ
20 C軸旋回軸
20a 腕部
20b 腕部
21 A軸サーボモータ
22 主軸頭
22a A軸旋回軸
22b A軸旋回軸
24 主軸
26 テーブル
28 X軸ガイドレール
34 X軸サーボモータ
36 Z軸ガイドレール
42 ブラケット
44 Z軸サーボモータ
46 Y軸ガイドレール
50 軸受
52 C軸サーボモータ
54 停止部
56 リミットスイッチ
60 主軸頭支持部
12 ベッド
14 コラム
14a 傾斜面
16 サドル
16b 凹部
18 Z軸スライダ
20 C軸旋回軸
20a 腕部
20b 腕部
21 A軸サーボモータ
22 主軸頭
22a A軸旋回軸
22b A軸旋回軸
24 主軸
26 テーブル
28 X軸ガイドレール
34 X軸サーボモータ
36 Z軸ガイドレール
42 ブラケット
44 Z軸サーボモータ
46 Y軸ガイドレール
50 軸受
52 C軸サーボモータ
54 停止部
56 リミットスイッチ
60 主軸頭支持部
Claims (4)
- 工具の姿勢を制御する2つの回転送り軸と、工具に対してワークの位置を相対的に移動する直線送り軸とを有した工作機械において、
先端部に工具を装着する主軸と、
前記主軸を主軸回転軸線周りに回転可能に支持する主軸頭と、
前記主軸頭を前記主軸回転軸線に対して垂直に延びる第1の軸線周りに回転可能に支持する主軸頭支持部と、
前記主軸頭支持部に設けられ、前記主軸頭を前記第1の軸線周りに回転送りする第1の回転送り軸装置と、
前記主軸頭支持部を前記第1の軸線に対して垂直、かつ、鉛直方向に対して所定の傾斜角で交差する第2の軸線周りに回転可能に支持するサドルと、
前記サドルに設けられ、前記主軸頭支持部を前記第2の回転軸線周りに回転送りする第2の回転送り軸装置と、
前記主軸回転軸線が前記第2の軸線に平行または一致しないように、前記第1の回転送り軸装置の回転送り範囲を制限する制限手段と、
を具備することを特徴とした工作機械。 - 前記制限手段は、前記主軸の回転軸線が鉛直方向に対して形成する角度が、鉛直方向に対する前記主軸回転軸線の中心軸線の傾斜角よりも小さくなるように、前記第1の回転送り軸装置の回転送り範囲の上限を規定する請求項1に記載の工作機械。
- 前記主軸頭支持部は、前記サドルの前面に鉛直方向に往復動可能に取り付けられたZ軸スライダに前記第2の軸線周りに回転可能に支持されたC軸回転送り軸に形成された左右一対の腕部を有し、
前記制限手段は、前記主軸頭に当接可能に前記C軸回転送り軸に形成された停止部を有している請求項1に記載の工作機械。 - 前記主軸頭支持部は、前記サドルの前面に鉛直方向に往復動可能に取り付けられたZ軸スライダに前記第2の軸線周りに回転可能に支持されたC軸回転送り軸に形成された左右一対の腕部を有し、
前記制限手段は、前記C軸回転送り軸に配設されたリミットスイッチを有している請求項1に記載の工作機械。
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- 2017-11-22 WO PCT/JP2017/042076 patent/WO2019102561A1/ja unknown
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