ハイブリッドメカニズム及びこれを備えた工作機械
【課題】コストの低廉化を図ることができるとともに、作業者の操作負担を軽減することができるハイブリッドメカニズムを提供する。
【解決手段】絶対座標系で与えられるリンクヘッド３０１の回動位置及び移動位置に対応する指令値を、パラレルメカニズム３００及びシリアルメカニズム４００を含む機構全体の構成を規定する機構パラメータに基づいてヘッド駆動機構３０２，リンク駆動機構３０４，３０５（第１駆動機構）及びレール駆動機構（第２駆動機構）に対する指令値に変換し、第１駆動機構及び第２駆動機構を駆動制御する制御部を備え、制御部は、リンクヘッド３０１の回動位置及び移動位置に対応する指令値を第１駆動機構及び第２駆動機構に対する指令値に変換するにあたり、リンクヘッド３０１の回動位置及び移動位置から特定の演算式に基づいて第１駆動機構及び第２駆動機構の駆動量を演算する。
【解決手段】絶対座標系で与えられるリンクヘッド３０１の回動位置及び移動位置に対応する指令値を、パラレルメカニズム３００及びシリアルメカニズム４００を含む機構全体の構成を規定する機構パラメータに基づいてヘッド駆動機構３０２，リンク駆動機構３０４，３０５（第１駆動機構）及びレール駆動機構（第２駆動機構）に対する指令値に変換し、第１駆動機構及び第２駆動機構を駆動制御する制御部を備え、制御部は、リンクヘッド３０１の回動位置及び移動位置に対応する指令値を第１駆動機構及び第２駆動機構に対する指令値に変換するにあたり、リンクヘッド３０１の回動位置及び移動位置から特定の演算式に基づいて第１駆動機構及び第２駆動機構の駆動量を演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば被加工物（ワーク）を加工するための工具（加工ツール）を変位させる場合に駆動力伝達機構として用いるハイブリッドメカニズム及びこれを備えた工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、工作機械には研削盤及び旋盤・フライス盤等があり、これら各種の工作機械はその加工内容に応じて選択的に用いられる。
【０００３】
このような工作機械においては、砥石，切削工具等の加工ツールを支持する主軸ヘッドや、ワークを支持するテーブル等を所望の位置に移動させたり、所望の角度で回動させたりすることにより、ワークと加工ツールとを相対的に変位させて研削や切削等の加工が行われる。
【０００４】
近年、この種の工作機械には、高剛性・高精度・高速性を実現する機構として有効であることから、ベースからリンクヘッドまでが並列に連結されたリンクを有するパラレルメカニズムを備えたものが注目されてきており、またパラレルメカニズム及びシリアルメカニズムを併用したハイブリッドメカニズムを備えた工作機械も知られている。
【０００５】
従来のハイブリッドメカニズムとして、第１〜第３リンク手段を有するパラレルメカニズム、及び回転軸を有するシリアルメカニズムを備えたものがある（特許文献１）。
【０００６】
パラレルメカニズムは、第１〜第３リンク手段の各一方側端部が固定ベースに制御腕を介して揺動可能に、またその各他方側端部が可動部材に揺動可能にそれぞれ連結されている。
【０００７】
シリアルメカニズムは、回転軸が可動部材に挿通され、かつ軸受を介して回転可能に支持されている。また、回転軸は、一方側端部が固定ベース上のモータに伸縮用の伝達部材を介して、他方側端部が作業部材にそれぞれ連結されている。
【０００８】
以上の構成により、制御腕及び回転軸を駆動制御すると、作業部材を回転軸回りに回転させるとともに、回転軸と平行な軸線に沿って、またこの軸線と直交する平面上を移動させることが可能となる。
【０００９】
ところで、この種のハイブリッドメカニズムにおいては、制御腕及び回転軸がそれぞれ独立して制御される。
【００１０】
通常、ハイブリッドメカニズムは、その構成を規定する機構パラメータが必ずしもその設計値と一致しない。このため、作業部材の位置精度を高めるには、機構パラメータを補正し、アクチュエータ（モータ）を駆動制御することが重要である。
【特許文献１】特公平４−４５３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、パラレルメカニズム及びシリアルメカニズムが別々に制御される従来のハイブリッドメカニズムによると、パラレルメカニズム及びシリアルメカニズムの構成をそれぞれ規定する機構パラメータを別個に補正して各構成部品の加工誤差や組付誤差を修正することになる。この結果、各構成部品の加工精度及び組付精度が厳しくなり、コスト高になるという問題があった。
【００１２】
また、機構パラメータの補正がメカニズム毎になることは、それだけ作業者の操作負担が重くなるという問題もあった。
【００１３】
従って、本発明の目的は、ハイブリッドメカニズム全体の構成を規定する機構パラメータを補正して各構成部品の加工誤差や組付誤差の修正を行うことができ、もってコストの低廉化を図ることができるとともに、作業者の操作負担を軽減することができるハイブリッドメカニズム及びこれを備えた工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、ワークを加工する加工ツール、及び前記ワークのうち一方を支持するリンクヘッドを第１軸線の回りに回動させるとともに、前記第１軸線と直交する第２軸線に沿って移動させるパラレルメカニズムと、前記パラレルメカニズムを作動させるための第１駆動機構と、前記第１軸線と直交する平面内で前記第２軸線と交差する第３軸線に沿って前記パラレルメカニズムを移動させるシリアルメカニズムと、前記シリアルメカニズムを作動させるための第２駆動機構と、絶対座標系で与えられる前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を、前記パラレルメカニズム及び前記シリアルメカニズムを含む機構全体の構成を規定する機構パラメータに基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に対する指令値に変換し、前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構を駆動制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に対する指令値に変換するにあたり、前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置から特定の演算式に基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構の駆動量を演算するハイブリッドメカニズムを提供する。
【００１５】
（２）本発明は、上記目的を達成するために、ワークを加工する加工ツール、及び前記ワークのうち一方を支持するベッドと、前記ベッドに対して動作可能なハイブリッドメカニズムとを備えた工作機械であって、前記ハイブリッドメカニズムは、前記加工ツール及び前記ワークのうち他方を支持するリンクヘッドを第１軸線の回りに回動させるとともに、前記第１軸線と直交する第２軸線に沿って移動させるパラレルメカニズムと、前記パラレルメカニズムを作動させるための第１駆動機構と、前記第１軸線と直交する平面内で前記第２軸線と交差する第３軸線に沿って前記パラレルメカニズムを移動させるシリアルメカニズムと、前記シリアルメカニズムを作動させるための第２駆動機構と、絶対座標系で与えられる前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を、前記パラレルメカニズム及び前記シリアルメカニズムを含む機構全体の構成を規定する機構パラメータに基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に対する指令値に変換し、前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構を駆動制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に対する指令値に変換するにあたり、前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置から特定の演算式に基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構の駆動量を演算する工作機械を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、ハイブリッドメカニズム全体の構成を規定する機構パラメータを補正して各構成部品の加工誤差や組付誤差の修正を行うことができ、コストの低廉化を図ることができるとともに、作業者の負担を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
[実施の形態]
図１は、本発明の実施の形態に係る工作機械の全体を説明するために示す平面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る工作機械の制御装置を説明するために示すブロック図である。図３は、本発明の実施の形態に係る工作機械の要部を説明するために示す斜視図である。図４は、本発明の実施の形態に係る工作機械の要部を説明するために示す平面図である。なお、以下の説明においては、互いに直交する３つの方向をそれぞれＺ軸方向（図１における主軸方向）及びＸ軸方向（図１における紙面内でＺ軸に直交する方向）・Ｙ軸方向（Ｘ軸及びＺ軸に直交する方向）とする。
【００１８】
〔工作機械の全体構成〕
図１及び図２において、符号１で示す工作機械は、例えば円筒研削盤からなり、工作機械本体２及び制御装置３・付属装置（図示せず）から大略構成されている。
【００１９】
（工作機械本体２の構成）
工作機械本体２は、図１に示すように、ワークＷを回転駆動可能に支持するワーク支持駆動ユニット１００と、砥石等の加工ツール５０１が着脱可能に装着されるホイール回転主軸ユニット２００と、パラレルメカニズム３００及びシリアルメカニズム４００を有するハイブリッドメカニズム５００とを備えている。
【００２０】
<ワーク支持駆動ユニット１００の構成>
ワーク支持駆動ユニット１００は、図１に示すように、主軸台ベース１０１及び左右２つの主軸台１０３，１０３を有し、ベッド（ベース）１０上の前方端部（図１では下側）に載置されている。
【００２１】
主軸台ベース１０１の背面部（図１では上側）には、左右（Ｚ軸）方向に所定の間隔をもって互いに並列し、かつＺ軸方向に延在する２つの主軸台スライドガイド１０２，１０２が配設されている。
【００２２】
主軸台１０３，１０３は、それぞれが対応する主軸台スライドガイド１０２，１０２上にＺ軸方向に沿って移動自在に配設されている。そして、それぞれが各主軸台スライドガイド１０２，１０２上における所定の位置に位置決めされ、その両中心部間でワークＷを挟持するように構成されている。主軸台１０３，１０３には、それぞれ主軸１０５，１０５を所定の回転数で回転駆動する主軸駆動モータ１０４，１０４が搭載されている。
【００２３】
<ホイール回転主軸ユニット２００の構成>
ホイール回転主軸ユニット２００は、図１に示すように、加工ツール５０１の被把持部を把持可能なホイール回転主軸２０１、及びこのホイール回転主軸２０１を回転駆動するホイール回転主軸駆動モータ（図示せず）を有し、リンクヘッド３０１に搭載されている。そして、ホイール回転主軸駆動モータの回転駆動力をホイール回転主軸２０１に伝達し、さらにホイール回転主軸２０１上の加工ツール５０１を所定の回転数で回転駆動するように構成されている。
【００２４】
<ハイブリッドメカニズム５００の構成>
ハイブリッドメカニズム５００は、図３及び図４に示すように、前述したパラレルメカニズム３００及びシリアルメカニズム４００を含み、ベッド１０（図１に示す）上に配置されている。そして、パラレルメカニズム３００を作動させるための第１駆動機構（ヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５）及びシリアルメカニズム４００を作動させるための第２駆動機構（レール駆動機構）から駆動力を受けてＹ軸と直交する平面内で動作し得るように構成されている。
【００２５】
パラレルメカニズム３００は、図３及び図４に示すように、リンクヘッド３０１をＸ軸方向に沿って移動させるためのヘッド駆動機構３０２と、一端（ヘッド側端部）がＸ軸及びＺ軸と平行な水平面内でＹ軸と平行な軸線の回りに回動可能に互いに接続された１対のリンク３０３Ａ，３０３Ｂからなるリンク機構３０３と、このリンク機構３０３のリンク３０３Ａ，３０３Ｂの他端（レール側端部）をＸ軸方向に沿ってそれぞれ移動させるための１対のリンク駆動機構３０４，３０５とを備え、ベッド１０（図１に示す）上に配置されている。
【００２６】
リンクヘッド３０１は、ヘッド回転ジョイント３０１０及び直動ジョイント３０１１を有し、ヘッド回転ジョイント３０１０がベッド１０上のスライダ案内用のレール３０６，３０６にスライダ３０１２を介して移動可能に配置され、かつ直動ジョイント３０１１がリンク機構３０３（リンク３０３Ａ，３０３Ｂ）のヘッド取付側端部（リンク自由端部）にリンク連結用回転ジョイント３０３０を介して回動可能に支持されている。そして、レール３０６，３０６上でスライダ３０１２を介してＸ軸（第２軸線）方向に沿って移動し、かつヘッド回転ジョイント３０１０でＹ軸と平行な軸線（第１軸線：Ｂ軸）の回りに回動し得るように構成されている。
【００２７】
リンク連結用回転ジョイント３０３０は、Ｙ軸と平行な軸線の回りに回動する１自由度のジョイントして機能するように構成されている。
【００２８】
リンクヘッド３０１の上面部には、加工ツール５０１の回転軸線Ｔ（図４に示す）と平行な方向に延在し、かつ直動ジョイント３０１１をＹ軸と直交する一軸線方向に案内するジョイント案内用のレール３０１３（図３に示す）が配置されている。
【００２９】
リンクヘッド３０１の下面部には、ヘッド回転ジョイント３０１０の回転量（回転角度）を検出するエンコーダ等の角度センサ３８０（図２に示す）が配設されている。
【００３０】
ヘッド回転ジョイント３０１０は、第１軸線の回りに回転する１自由度のジョイントして機能し、リンクヘッド３０１の下面部に配設され、かつリンク連結用回転ジョイント３０３０の配設位置とは直動ジョイント３０１１の移動方向にオフセットされた位置で移動不能に配置されている。
【００３１】
直動ジョイント３０１１は、レール３０１３上に移動可能に配置されている。これにより、リンク連結用回転ジョイント３０３０が直動ジョイント３０１１と共にレール３０１３に沿って移動案内される。
【００３２】
ヘッド駆動機構３０２は、スライダ３０１２を移動させる送りねじ３０２０、及びこの送りねじ３０２０を駆動するサーボモータ３０２１からなり、制御装置３（インターフェース７３）にサーボモータユニット８０を介して接続されている。そして、スライダ３０１２を介してリンクヘッド３０１をＸ軸方向に沿って移動させ、リンク駆動機構３０４，３０５及びレール駆動機構（図示せず）と共にリンクヘッド３０１の位置及び姿勢を変更し得るように構成されている。ヘッド駆動機構３０２には、サーボモータ３０２１の回転量を検出するモータ回転検出用エンコーダ３０２２が取り付けられている。
【００３３】
リンク機構３０３は、リンクヘッド３０１の移動・回動平面と同一の仮想平面内で揺動可能な１対のリンク３０３Ａ，３０３Ｂを有し、ワーク支持駆動ユニット１００の後方に配置されている。そして、ツール取付部（リンク自由端部）側にリンクヘッド３０１の上方部を保持するように構成されている。
【００３４】
一方のリンク３０３Ａは、一方側のリンク端部がベッド１０上方におけるスライダ案内用のレール３０３０Ａを移動するスライダ３０３１Ａにリンク回転ジョイント３０３２Ａを介して回動可能に連結され、他方側のリンク端部がリンクヘッド３０１にリンク連結用回転ジョイント３０３０を介して回動可能に連結されている。
【００３５】
レール３０３０Ａは、Ｘ軸方向に沿って延在するガイド部材によって形成され、一方のリンク３０３Ａにおける一方側のリンク端部を案内するように構成されている。なお、本実施の形態に示すレール３０３０Ａは、Ｘ軸（レール３０６，３０６）と平行である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、Ｙ軸と直交する平面内であれば、Ｘ軸に対して傾斜してもよい。リンク回転ジョイント３０３２Ａは、Ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度のジョイントとして機能するように構成されている。
【００３６】
他方のリンク３０３Ｂは、一方側のリンク端部がベッド１０上方におけるスライダ案内用のレール３０３０Ｂを移動するスライダ３０３１Ｂにリンク回転ジョイント３０３２Ｂを介して回動可能に連結され、他方側のリンク端部がリンクヘッド３０１にリンク連結用回転ジョイント３０３０を介して回動可能に連結されている。リンク３０３Ｂのリンク長は、リンク３０３Ａのリンク長と同一の寸法に設定されている。
【００３７】
レール３０３０Ｂは、レール３０３０ＡとＺ軸方向に所定の間隔をもって並列し、かつＸ軸方向に沿って延在するガイド部材によって形成されている。そして、他方のリンク３０３Ｂにおける一方側のリンク端部を案内するように構成されている。なお、本実施の形態に示すレール３０３０Ｂは、Ｘ軸（レール３０６，３０６）と平行である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、Ｙ軸と直交する平面内であれば、Ｘ軸に対して傾斜してもよい。リンク回転ジョイント３０３２Ｂは、Ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度のジョイントとして機能するように構成されている。
【００３８】
一方のリンク駆動機構３０４は、スライダ３０３１Ａを移動させる送りねじ３０４０、及びこの送りねじ３０４０を駆動するサーボモータ３０４１からなり、制御装置３（インターフェース７３）にサーボモータユニット８０を介して接続されている。そして、スライダ３０３１Ａを介してリンク３０３Ａの一方側のリンク端部をＸ軸方向に沿って移動させ、リンクヘッド３０１をＹ軸と平行な軸線の回りに回動させるように構成されている。リンク駆動機構３０４には、サーボモータ３０４１の回転量を検出するモータ回転検出用エンコーダ３０４２が取り付けられている。
【００３９】
他方のリンク駆動機構３０５は、スライダ３０３１Ｂを移動させる送りねじ３０５０、及びこの送りねじ３０５０を駆動するサーボモータ３０５１からなり、制御装置３（インターフェース７３）にサーボモータユニット８０を介して接続されている。そして、スライダ３０３１Ｂを介してリンク３０３Ｂの一方側のリンク端部をＸ軸方向に沿って移動させ、リンクヘッド３０１をＹ軸と平行な軸線の回りに回動させるように構成されている。リンク駆動機構３０５には、サーボモータ３０５１の回転量を検出するモータ回転検出用エンコーダ３０５２が取り付けられている。
【００４０】
一方、シリアルメカニズム４００は、図３及び図４に示すように、Ｚ軸方向に所定の間隔をもって並列するスライダ案内用のレール３０３０Ａ，３０３０Ｂと、これらレール３０３０Ａ，３０３０Ｂを第１軸線（Ｙ軸）と直交する平面内で第２軸線と交差する第３軸線（本実施の形態ではＺ軸と平行な軸線）に沿って移動させるためのレール駆動機構（図示せず）とを備え、ベッド１０上にスライダ案内用のレール３０３２，３０３２を介して配置されている。そして、第３軸線に沿ってパラレルメカニズム３００を移動させるように構成されている。
【００４１】
レール３０３０Ａ，３０３０Ｂは、Ｘ軸方向に所定の間隔をもって並列する１対のスライダ３０３１，３０３１を有し、これらスライダ３０３１，３０３１を介してベッド１０上のレール３０３２，３０３２に移動可能に配置されている。そして、レール駆動機構によってＺ軸方向に沿って移動し得るように構成されている。
【００４２】
レール駆動機構は、レール３０３０Ａ，３０３０Ｂを移動させる送りねじ（図示せず）、及びこの送りねじを駆動するサーボモータ６００１（図２に示す）からなり、制御装置３（インターフェース７３）にサーボモータユニット８０を介して接続されている。そして、レール３０３０Ａ，３０３０Ｂに移動力を付与してパラレルメカニズム３００をＺ軸方向に沿って移動させ、ヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５と共にリンクヘッド３０１の位置及び姿勢を変更し得るように構成されている。ヘッド駆動機構には、サーボモータ６００１の回転量を検出するモータ回転検出用エンコーダ６００２（図２に示す）が取り付けられている。
【００４３】
（制御装置３の構成）
制御装置３は、図２に示すように、ＣＰＵ（中央演算処理装置）７１及びメモリ７２・インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７３〜７５を備え、直交座標系（プラットフォーム絶対座標系）で与えられるリンクヘッド３０１の移動位置情報に対応する指令値（ＸＰＡ，ＺＰＡ，ＢＰＡ，ｄＰＡ）を機構パラメータＰ（スライド原点位置：ＳＬＯＸＵ１，ＳＬＯＺＵ１，ＳＬＯＸＵ２，ＳＬＯＺＵ２，ＳＬＯＸＵ３，ＳＬＯＺＵ３，ＳＬＯＸＵ４，ＳＬＯＺＵ４、スライド角度：ＳＬＡＵ１，ＳＬＡＵ２，ＳＬＡＵ３，ＳＬＡＵ４）に基づいてヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５・レール駆動機構の指令値（出力値）に変換してアクチュエータ座標（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４）を求め、これらヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５・レール駆動機構を駆動制御するように構成されている。
【００４４】
機構パラメータＰは、パラレルメカニズム３００及びシリアルメカニズム４００を含む機構全体（ハイブリッドメカニズム５００）の構成を規定し、リンク長の他、プラットフォーム絶対座標系のＸ軸に対するヘッド回転ジョイント３０１０（スライダ３０１２）の移動方向の傾き（スライド角ＳＬＡＵ３）、及びプラットフォーム絶対座標系のＺ軸に対するパラレルメカニズム３００の移動方向の傾き（スライド角ＳＬＡＵ４）等を含む。
【００４５】
制御装置３（カスタマーボード）では、ヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５・レール駆動機構の出力値に変換するにあたり、次に示す座標変換が行われる。図５は、本発明の実施の形態に係る工作機械の基準座標系を機械座標系に変換する場合について説明するために示す平面図である。図６は、本発明の実施の形態に係る工作機械のアクチュエータ座標を求めるために示す平面図である。図７は、本発明の実施の形態に係る工作機械におけるアクチュエータの駆動量及び加工ツールの位置座標を求めるために示す図である。
【００４６】
先ず、図５に示すように、主軸台１０３，１０３（主軸１０５，１０５）によって挟持されたワークＷを含む基準座標系（ワーク座標系）ＯＷに平行でリンクヘッド３０１のツール支持側端面を含む機械座標系ＯＭを、リンクヘッド３０１の支持側端面及びそのヘッド回転ジョイント３０１０を含む相対座標系（プラットフォーム座標系）ＯＰに変換する。図５において、プラットフォーム座標系の原点は（ＺＭ−ＰＯＺ，ＸＭ−ＰＯＸ，ＢＭ−ＰＯＢ）である。プラットフォーム座標系原点のオフセット量はＺＯｆｓ，ＸＯｆｓ，ＢＯｆｓである。このため、プラットフォーム座標系におけるリンクヘッド３０１のツール支持側端面の座標（ＺＰ，ＸＰ，ＢＰ）は次式により求められる。
【００４７】
【数１】
【００４８】
次に、リンクヘッド３０１のヘッド回転ジョイント３０１０及びシリアルメカニズム４００を含むプラットフォーム絶対座標系ＯＰＡにプラットフォーム座標系ＯＰを変換する。図５において、プラットフォーム絶対座標系におけるリンクヘッド３０１のヘッド回転ジョイント３０１０のツール支持側端面からのオフセット量はＴＰＪＯｚ，ＴＰＪＯｘである。このため、プラットフォーム絶対座標系におけるリンクヘッド３０１のヘッド回転ジョイント３０１０の座標（ＺＰＡ，ＸＰＡ，ＢＰＡ）は次式により求められる。
【００４９】
【数２】
【００５０】
そして、プラットフォーム絶対座標系ＯＰＡにおけるリンクヘッド３０１の回動位置及び移動位置（ヘッド回転ジョイント３０１０の位置座標：ＺＰＡ，ＸＰＡ，ＢＰＡ，ｄＰＡ）から次の演算式（逆変換式）に基づいてヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５・レール駆動機構６００の駆動量が演算される。これにより、アクチュエータ座標（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４）を求めることができる。
【００５１】
【数３】
【００５２】
この場合、図６に示すプラットフォーム絶対座標系において、ヘッド回転ジョイント３０１０の位置座標及び加工ツール５０１の回転軸線Ｔの傾きをそれぞれ（ＸＰＡ，ＺＰＡ）とＢＰＡとすると、リンク３０３Ａのレール側端部の位置座標（Ｘ１，Ｚ１）及びリンク連結用回転ジョイント３０３０の位置座標（Ｘ０，Ｚ０）は次に示すように表わすことができる。
【００５３】
【数４】
【００５４】
上式を整理して次式のように表わすことができる。
【００５５】
【数５】
【００５６】
これにより、リンク３０３Ａのレール側端部の移動量（リンク駆動機構３０４の駆動量）Ｕ１が次に示すように求められる。
【００５７】
【数６】
【００５８】
同様にして、リンク３０３Ｂのレール側端部の移動量（リンク駆動機構３０５の駆動量）Ｕ２が次に示すように求められる。
【００５９】
【数７】
【００６０】
また、図６に示すプラットフォーム絶対座標系において、スライダ３０１２の移動方向の傾きをそれぞれＳＬＡＵ３とすると、ヘッド回転ジョイント３０１０の移動量（ヘッド駆動機構３０２の駆動量）Ｕ３が次に示すように求められる。
【００６１】
【数８】
【００６２】
同様にして、プラットフォーム絶対座標系のＺＰＡ軸に対するパラレルメカニズム３００の移動方向の傾きをＳＬＡＵ４とすると、レール３０３０Ａ，３０３０Ｂの移動量（レール駆動機構６００の駆動量）Ｕ４が次に示すように求められる。
【００６３】
【数９】
【００６４】
この後、アクチュエータ座標（Ｕ１Ｇ，Ｕ２Ｇ，Ｕ３Ｇ，Ｕ４Ｇ）が次に示す演算式に基づいて演算された後、画像表示装置（ＣＲＴ）７７に画面表示される。
【００６５】
【数１０】
【００６６】
このように、本実施の形態においては、ワーク座標系ＯＷに平行な機械座標系ＯＭをプラットフォーム座標系ＯＰに変換し、次にこのプラットフォーム座標系ＯＰをプラットフォーム絶対座標系ＯＰＡに変換した後、このプラットフォーム絶対座標系ＯＰＡにおけるリンクヘッド３０１の回動位置及び移動位置（ヘッド回転ジョイント３０１０の位置座標）から特定の演算式（逆変換式）に基づいてヘッド駆動機構３０２，リンク駆動機構３０４，３０５及びレール駆動機構の駆動量を演算する場合について説明したが、これら一連のフローは図７に示す通りである。
【００６７】
図７において、ヘッド駆動機構３０２，リンク駆動機構３０４，３０５及びレール駆動機構の駆動量から機械座標系ＯＭにおけるリンクヘッド３０１のツール支持側端面の位置座標を求めるには、上記の場合と逆のフローに従って実施される。すなわち、ヘッド駆動機構３０２，リンク駆動機構３０４，３０５及びレール駆動機構の駆動量から特定の演算式（順変換式）に基づいてプラットフォーム絶対座標系ＯＰＡにおけるリンクヘッド３０１の回動位置及び移動位置（ヘッド回転ジョイント３０１０の位置座標）を演算し、次にこのリンクヘッド３０１の回動位置及び移動位置を含むプラットフォーム座標系ＯＰにプラットフォーム絶対座標系ＯＰＡを変換した後、このプラットフォーム座標系ＯＰにおけるリンクヘッド３０１のツール支持側端面を含む機械座標系ＯＭにプラットフォーム座標系ＯＰを変換して機械座標系ＯＭにおけるリンクヘッド３０１のツール支持側端面の位置座標を求める。
【００６８】
<ＣＰＵ７１の構成>
ＣＰＵ７１は、メモリ７２あるいは外部記憶装置７８に記憶された加工プログラムを読み出し解析し、プラットフォーム絶対座標系で与えられるリンクヘッド３０１の移動位置・姿勢情報を機構パラメータＰに基づきヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５・レール駆動機構への駆動指令値に変換してサーボモータユニット８０へ出力する。
【００６９】
<メモリ７２の構成>
メモリ７２には、加工ツール５０１による実加工処理を実行するための加工プログラムや機構パラメータＰ等の各種情報が記憶されている。
【００７０】
<インターフェース７３〜７５の構成>
インターフェース７３には、ヘッド駆動機構３０２（サーボモータ３０２１）及びリンク駆動機構３０４，３０５（サーボモータ３０４１，３０５１）・レール駆動機構（サーボモータ６００１）を駆動するサーボモータユニット８０（８１〜８４）が接続されている。サーボモータユニット８１〜８４は、ＣＰＵ７１からの指令値に基づいてヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５・レール駆動機構をそれぞれ駆動し、これらヘッド駆動機構３０２のモータ回転検出用エンコーダ３０２２及びリンク駆動機構３０４，３０５のモータ回転検出用エンコーダ３０４２，３０５２・レール駆動機構のモータ回転検出用エンコーダ６００２からの出力によってフィードバック制御を実行する。インターフェース７４には、加工データ等を入力するためのキーボード（ＫＢ）７６及び加工データや工作機械１の状態等を表示する画像表示装置（ＣＲＴ）７７・加工データを記憶する外部記憶装置７８が接続されている。インターフェース７５には角度センサ３８０が接続されている。
【００７１】
（付属装置の構成）
付属装置は、オイル供給装置・冷却装置・エア供給装置・クーラント供給装置と、これら装置を工作機械本体２に接続するダクト装置等とから構成されている。
【００７２】
〔工作機械１の動作〕
次に、本実施の形態に係る工作機械の動作につき、図８〜図１１を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのＸ−Ｚ軸平行動作を説明するために示す平面図である。図９は、本発明の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドの回動動作を説明するために示す平面図である。図１０は、本発明の実施の形態に係る工作機械にヘッド駆動機構を備えた場合の利点について説明するために示す平面図である。図１１は、本発明の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのＸ−Ｚ軸平行・回動動作を説明するために示す平面図である。なお、図８〜図１１においては、直動ジョイント等が省略されている。
【００７３】
「Ｘ−Ｚ軸平行動作」
ヘッド回転ジョイント３０１０（スライダ３０１２）をレール３０６，３０６に沿って、またリンク回転ジョイント３０３２Ａ，３０３２Ｂ（スライダ３０３１，３０３１）をレール３０３０Ａ，３０３０Ｂに沿って同一の方向及び同一の移動量Ｘ１でそれぞれ移動させるとともに、レール３０３０Ａ，３０３０Ｂをレール３０３２，３０３２に沿って移動量Ｚ１で移動させると、加工ツール５０１の回転軸線Ｔを基準線Ｏに合致させた状態でリンクヘッド３０１が図８に２点鎖線で示す初期位置からＸ軸及びＺ軸方向に移動して図８に実線で示す位置に配置される。
【００７４】
「回動動作」
リンク回転ジョイント３０３２Ａ，３０３２Ｂ（スライダ３０３１Ａ，３０３１Ｂ）をレール３０３０Ａ，３０３０Ｂに沿って互いに異なる移動量Ｘ１，Ｘ２（Ｘ１＞Ｘ２）で同方向に移動させると、リンクヘッド３０１が図９に２点鎖線で示す初期位置からＹ軸と平行な軸線を中心に反時計方向に回動して例えば加工ツール５０１の回転軸線Ｔを基準線Ｏと交差させた状態で図９に実線で示す位置に配置される。
【００７５】
ここで、図１０に示すように、ワーク加工時にリンクヘッド３０１が加工ツール５０１の回転軸線Ｔを基準線Ｏと直交させた状態で配置されると、ヘッド回転ジョイント３０１０（スライダ３０１２）をレール３０６，３０６に沿ってワーク側（図１０では下方）に移動させることができ、すなわちＸ軸方向の作用力ｆ１，ｆ２に対するリンクヘッド３０１に反力Ｆを発生させることができる。このため、Ｘ軸方向の作用力ｆ１，ｆ２に対するリンクヘッド３０１に反力Ｆを発生させることができない特異点を無くすことができる。
【００７６】
「Ｘ−Ｚ軸平行・回動動作」
リンク回転ジョイント３０３２Ａ，３０３２Ｂ（スライダ３０３１Ａ，３０３１Ｂ）をレール３０３０Ａ，３０３０Ｂに沿って互いに異なる移動量Ｘ１，Ｘ２（Ｘ１＞Ｘ２）で同方向に移動させた後、レール３０３０Ａ，３０３０Ｂをレール３０３２，３０３２に沿って移動量Ｚ１で移動させるとともに、ヘッド回転ジョイント３０１０（スライダ３０１２）をレール３０６，３０６に沿って、またリンク回転ジョイント３０３２Ａ，３０３２Ｂ（スライダ３０３１Ａ，３０３１Ｂ）をレール３０３０Ａ，３０３０Ｂに沿って同一の方向及び同一の移動量Ｘ３でそれぞれ移動させると、リンクヘッド３０１が図１１に２点鎖線で示す初期位置からＹ軸と平行な軸線を中心に反時計方向に回動して加工ツール５０１の回転軸線Ｔを基準線Ｏと交差させた状態で図１１に１点鎖線で示す位置に配置され、さらにＸ軸方向に移動して図１１に実線で示す位置に配置される。
【００７７】
このように、本実施の形態においては、リンクヘッド３０１をＸ軸及びＺ軸のうち少なくともいずれが一方の軸に沿って移動させるとともに、Ｙ軸と平行な軸線の回りに回動させることによりリンクヘッド３０１の位置及び姿勢を制御し、さらに主軸台１０３，１０３をＺ軸方向に沿って移動させることによりワークＷの位置を制御し、主軸台１０３，１０３によって挟持されたワークＷに対する加工を行うことができる。
【００７８】
この場合、プラットフォーム絶対座標系ＯＰＡにおいてスライダ３０１２，３０３１Ａ，３０３１Ｂ，３０３１，３０３１を位置決めすると、リンクヘッド３０１上のリンク連結用回転ジョイント３０３０及びヘッド回転ジョイント３０１０の位置が決定されるため、リンクヘッド３０１の移動・回動位置（加工ツール５０１の先端位置）が決定される。このため、リンクヘッド３０１を所望の移動・回動位置に位置決めするには、これら移動・回動位置から特定の演算式（逆変換式）に基づいてスライダ３０１２，３０３１Ａ，３０３１Ｂ，３０３１，３０３１の位置を演算し、これら演算値に対応する位置にスライダ３０１２，３０３１Ａ，３０３１Ｂ、３０３１，３０３１を移動させる。
【００７９】
本実施の形態においては、パラレルメカニズム３００がリンクヘッド３０１，リンク３０３Ａ，リンク３０３Ｂをそれぞれ駆動するヘッド駆動機構３０２，リンク駆動機構３０４，リンク駆動機構３０５を備えている。これには、冗長な駆動機構としてヘッド駆動機構３０２が存在するが、この冗長なヘッド駆動機構３０２及び他のリンク駆動機構３０４，３０５の存在により直動ジョイント３０１１は直接変位しないのである。ところが、現実にはパラレルメカニズム３００を構成する各構成部品の製造誤差，組付誤差あるいは温度変化等の使用環境や長期使用による経年変化により機構パラメータＰは理論通りではなく誤差を含むため、直動ジョイント３０１１は変位してこれら誤差を吸収する。
【００８０】
[実施の形態の効果]
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
【００８１】
（１）ハイブリッドメカニズム全体の構成を規定する機構パラメータを補正して各構成部品の加工誤差や組付誤差の修正を行うことができる。これにより、各構成部品の加工誤差や組付誤差の修正時においてメカニズム毎に機構パラメータを補正する必要がなくなるため、各構成部品の加工精度及び組付精度を緩和することができ、コストの低廉化を図ることができる。
【００８２】
（２）各メカニズムの機構パラメータを別個に補正する必要がなくなることは、それだけ作業者の操作負担を軽減することができる。
【００８３】
（３）ヘッド駆動機構３０２によってリンクヘッド３０１を移動させることができるため、従来存在した特異点を無くすことができ、リンクヘッド３０１の可動範囲を広げることができる。
【００８４】
（４）リンク連結用回転ジョイント３０３０が直動ジョイント３０１１を介してリンクヘッド３０１上で移動可能であるため、各構成部品の加工精度や構成部品同士の組付精度が悪い場合や、またリンク３０３Ａ，３０３Ｂが使用時等の熱変化によって伸縮する場合等の機構パラメータの誤差に起因する各種誤差を吸収することができ、これら誤差に起因する構成部品及びヘッド駆動機構３０２・リンク駆動機構３０４，３０５への過負荷発生を防止することができる。
【００８５】
以上、本発明の工作機械を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。
【００８６】
（１）本実施の形態では、制御対象としての加工ツール５０１がリンクヘッド３０１に保持されるパラレルメカニズム３００を備えた場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、リンクヘッドにワークを保持するパラレルメカニズムを備えたものであってもよい。
【００８７】
（２）本実施の形態では、砥石を加工ツール５０１とする工作機械１に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば旋削用電着ホイール等の旋削工具あるいは表面仕上げ工具等を加工ツールとする他の工作機械に適用し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施の形態に係る工作機械の全体を説明するために示す平面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る工作機械の制御装置を説明するために示すブロック図。
【図３】本発明の実施の形態に係る工作機械の要部を説明するために示す斜視図。
【図４】本発明の実施の形態に係る工作機械の要部を説明するために示す平面図。
【図５】本発明の実施の形態に係る工作機械の基準座標系を機械座標系に変換する場合について説明するために示す平面図。
【図６】本発明の実施の形態に係る工作機械のアクチュエータ座標を求めるために示す平面図。
【図７】本発明の実施の形態に係る工作機械におけるアクチュエータの駆動量及び加工ツールの位置座標を求めるために示す図。
【図８】本発明の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのＸ−Ｚ軸平行動作を説明するために示す平面図。
【図９】本発明の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドの回動動作を説明するために示す平面図。
【図１０】本発明の実施の形態に係る工作機械にヘッド駆動機構を備えた場合の利点について説明するために示す平面図。
【図１１】本発明の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのＸ−Ｚ軸平行・回動動作を説明するために示す平面図。
【符号の説明】
【００８９】
１…工作機械
２…工作機械本体
３…制御装置
１０…ベッド
７１…ＣＰＵ
７２…メモリ
７３〜７５…インターフェース
７６…キーボード
７７…画像表示装置
７８…外部記憶装置
８０〜８３…サーボモータユニット
１００…ワーク支持駆動ユニット、１０１…主軸台ベース、１０２…主軸台スライドガイド、１０３…主軸台、１０４…主軸駆動モータ、１０５…主軸
３００…パラレルメカニズム
３０１…リンクヘッド、３０１０…ヘッド回転ジョイント、３０１１…直動ジョイント、３０１２…スライダ、３０１３…ジョイント案内用のレール、３０１４…連結部
３０２…ヘッド駆動機構、３０２０…送りねじ、３０２１…サーボモータ、３０２２…モータ回転検出用エンコーダ
３０３…リンク機構、３０３０…リンク連結用回転ジョイント
３０３Ａ…リンク、３０３０Ａ…スライダ案内用のレール、３０３１Ａ…スライダ、３０３２Ａ…リンク回転用ジョイント、３０３３Ａ…リンク分岐部，３０３４Ａ…基台
３０３Ｂ…リンク、３０３０Ｂ…スライダ案内用のレール、３０３１Ｂ…スライダ、３０３２Ｂ…リンク回転用ジョイント、３０３３Ｂ…リンク分岐部、３０３４Ｂ…基台
３０４…リンク駆動機構、３０４０…送りねじ、３０４１…サーボモータ、３０４２…モータ回転検出用エンコーダ
３０５…リンク駆動機構、３０５０…送りねじ、３０５１…サーボモータ、３０５２…モータ回転検出用エンコーダ
３０６…スライダ案内用のレール
３８０…角度センサ
４００…シリアルメカニズム
５００…ハイブリッドメカニズム
６００１…サーボモータ、６００２…モータ回転検出用エンコーダ
５０１…加工ツール
３０３１…スライダ、３０３２…スライダ案内用のレール
Ｏ…基準線
Ｔ…回転軸線
Ｗ…ワーク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば被加工物（ワーク）を加工するための工具（加工ツール）を変位させる場合に駆動力伝達機構として用いるハイブリッドメカニズム及びこれを備えた工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、工作機械には研削盤及び旋盤・フライス盤等があり、これら各種の工作機械はその加工内容に応じて選択的に用いられる。
【０００３】
このような工作機械においては、砥石，切削工具等の加工ツールを支持する主軸ヘッドや、ワークを支持するテーブル等を所望の位置に移動させたり、所望の角度で回動させたりすることにより、ワークと加工ツールとを相対的に変位させて研削や切削等の加工が行われる。
【０００４】
近年、この種の工作機械には、高剛性・高精度・高速性を実現する機構として有効であることから、ベースからリンクヘッドまでが並列に連結されたリンクを有するパラレルメカニズムを備えたものが注目されてきており、またパラレルメカニズム及びシリアルメカニズムを併用したハイブリッドメカニズムを備えた工作機械も知られている。
【０００５】
従来のハイブリッドメカニズムとして、第１〜第３リンク手段を有するパラレルメカニズム、及び回転軸を有するシリアルメカニズムを備えたものがある（特許文献１）。
【０００６】
パラレルメカニズムは、第１〜第３リンク手段の各一方側端部が固定ベースに制御腕を介して揺動可能に、またその各他方側端部が可動部材に揺動可能にそれぞれ連結されている。
【０００７】
シリアルメカニズムは、回転軸が可動部材に挿通され、かつ軸受を介して回転可能に支持されている。また、回転軸は、一方側端部が固定ベース上のモータに伸縮用の伝達部材を介して、他方側端部が作業部材にそれぞれ連結されている。
【０００８】
以上の構成により、制御腕及び回転軸を駆動制御すると、作業部材を回転軸回りに回転させるとともに、回転軸と平行な軸線に沿って、またこの軸線と直交する平面上を移動させることが可能となる。
【０００９】
ところで、この種のハイブリッドメカニズムにおいては、制御腕及び回転軸がそれぞれ独立して制御される。
【００１０】
通常、ハイブリッドメカニズムは、その構成を規定する機構パラメータが必ずしもその設計値と一致しない。このため、作業部材の位置精度を高めるには、機構パラメータを補正し、アクチュエータ（モータ）を駆動制御することが重要である。
【特許文献１】特公平４−４５３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、パラレルメカニズム及びシリアルメカニズムが別々に制御される従来のハイブリッドメカニズムによると、パラレルメカニズム及びシリアルメカニズムの構成をそれぞれ規定する機構パラメータを別個に補正して各構成部品の加工誤差や組付誤差を修正することになる。この結果、各構成部品の加工精度及び組付精度が厳しくなり、コスト高になるという問題があった。
【００１２】
また、機構パラメータの補正がメカニズム毎になることは、それだけ作業者の操作負担が重くなるという問題もあった。
【００１３】
従って、本発明の目的は、ハイブリッドメカニズム全体の構成を規定する機構パラメータを補正して各構成部品の加工誤差や組付誤差の修正を行うことができ、もってコストの低廉化を図ることができるとともに、作業者の操作負担を軽減することができるハイブリッドメカニズム及びこれを備えた工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、ワークを加工する加工ツール、及び前記ワークのうち一方を支持するリンクヘッドを第１軸線の回りに回動させるとともに、前記第１軸線と直交する第２軸線に沿って移動させるパラレルメカニズムと、前記パラレルメカニズムを作動させるための第１駆動機構と、前記第１軸線と直交する平面内で前記第２軸線と交差する第３軸線に沿って前記パラレルメカニズムを移動させるシリアルメカニズムと、前記シリアルメカニズムを作動させるための第２駆動機構と、絶対座標系で与えられる前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を、前記パラレルメカニズム及び前記シリアルメカニズムを含む機構全体の構成を規定する機構パラメータに基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に対する指令値に変換し、前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構を駆動制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に対する指令値に変換するにあたり、前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置から特定の演算式に基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構の駆動量を演算するハイブリッドメカニズムを提供する。
【００１５】
（２）本発明は、上記目的を達成するために、ワークを加工する加工ツール、及び前記ワークのうち一方を支持するベッドと、前記ベッドに対して動作可能なハイブリッドメカニズムとを備えた工作機械であって、前記ハイブリッドメカニズムは、前記加工ツール及び前記ワークのうち他方を支持するリンクヘッドを第１軸線の回りに回動させるとともに、前記第１軸線と直交する第２軸線に沿って移動させるパラレルメカニズムと、前記パラレルメカニズムを作動させるための第１駆動機構と、前記第１軸線と直交する平面内で前記第２軸線と交差する第３軸線に沿って前記パラレルメカニズムを移動させるシリアルメカニズムと、前記シリアルメカニズムを作動させるための第２駆動機構と、絶対座標系で与えられる前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を、前記パラレルメカニズム及び前記シリアルメカニズムを含む機構全体の構成を規定する機構パラメータに基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に対する指令値に変換し、前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構を駆動制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に対する指令値に変換するにあたり、前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置から特定の演算式に基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構の駆動量を演算する工作機械を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、ハイブリッドメカニズム全体の構成を規定する機構パラメータを補正して各構成部品の加工誤差や組付誤差の修正を行うことができ、コストの低廉化を図ることができるとともに、作業者の負担を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
[実施の形態]
図１は、本発明の実施の形態に係る工作機械の全体を説明するために示す平面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る工作機械の制御装置を説明するために示すブロック図である。図３は、本発明の実施の形態に係る工作機械の要部を説明するために示す斜視図である。図４は、本発明の実施の形態に係る工作機械の要部を説明するために示す平面図である。なお、以下の説明においては、互いに直交する３つの方向をそれぞれＺ軸方向（図１における主軸方向）及びＸ軸方向（図１における紙面内でＺ軸に直交する方向）・Ｙ軸方向（Ｘ軸及びＺ軸に直交する方向）とする。
【００１８】
〔工作機械の全体構成〕
図１及び図２において、符号１で示す工作機械は、例えば円筒研削盤からなり、工作機械本体２及び制御装置３・付属装置（図示せず）から大略構成されている。
【００１９】
（工作機械本体２の構成）
工作機械本体２は、図１に示すように、ワークＷを回転駆動可能に支持するワーク支持駆動ユニット１００と、砥石等の加工ツール５０１が着脱可能に装着されるホイール回転主軸ユニット２００と、パラレルメカニズム３００及びシリアルメカニズム４００を有するハイブリッドメカニズム５００とを備えている。
【００２０】
<ワーク支持駆動ユニット１００の構成>
ワーク支持駆動ユニット１００は、図１に示すように、主軸台ベース１０１及び左右２つの主軸台１０３，１０３を有し、ベッド（ベース）１０上の前方端部（図１では下側）に載置されている。
【００２１】
主軸台ベース１０１の背面部（図１では上側）には、左右（Ｚ軸）方向に所定の間隔をもって互いに並列し、かつＺ軸方向に延在する２つの主軸台スライドガイド１０２，１０２が配設されている。
【００２２】
主軸台１０３，１０３は、それぞれが対応する主軸台スライドガイド１０２，１０２上にＺ軸方向に沿って移動自在に配設されている。そして、それぞれが各主軸台スライドガイド１０２，１０２上における所定の位置に位置決めされ、その両中心部間でワークＷを挟持するように構成されている。主軸台１０３，１０３には、それぞれ主軸１０５，１０５を所定の回転数で回転駆動する主軸駆動モータ１０４，１０４が搭載されている。
【００２３】
<ホイール回転主軸ユニット２００の構成>
ホイール回転主軸ユニット２００は、図１に示すように、加工ツール５０１の被把持部を把持可能なホイール回転主軸２０１、及びこのホイール回転主軸２０１を回転駆動するホイール回転主軸駆動モータ（図示せず）を有し、リンクヘッド３０１に搭載されている。そして、ホイール回転主軸駆動モータの回転駆動力をホイール回転主軸２０１に伝達し、さらにホイール回転主軸２０１上の加工ツール５０１を所定の回転数で回転駆動するように構成されている。
【００２４】
<ハイブリッドメカニズム５００の構成>
ハイブリッドメカニズム５００は、図３及び図４に示すように、前述したパラレルメカニズム３００及びシリアルメカニズム４００を含み、ベッド１０（図１に示す）上に配置されている。そして、パラレルメカニズム３００を作動させるための第１駆動機構（ヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５）及びシリアルメカニズム４００を作動させるための第２駆動機構（レール駆動機構）から駆動力を受けてＹ軸と直交する平面内で動作し得るように構成されている。
【００２５】
パラレルメカニズム３００は、図３及び図４に示すように、リンクヘッド３０１をＸ軸方向に沿って移動させるためのヘッド駆動機構３０２と、一端（ヘッド側端部）がＸ軸及びＺ軸と平行な水平面内でＹ軸と平行な軸線の回りに回動可能に互いに接続された１対のリンク３０３Ａ，３０３Ｂからなるリンク機構３０３と、このリンク機構３０３のリンク３０３Ａ，３０３Ｂの他端（レール側端部）をＸ軸方向に沿ってそれぞれ移動させるための１対のリンク駆動機構３０４，３０５とを備え、ベッド１０（図１に示す）上に配置されている。
【００２６】
リンクヘッド３０１は、ヘッド回転ジョイント３０１０及び直動ジョイント３０１１を有し、ヘッド回転ジョイント３０１０がベッド１０上のスライダ案内用のレール３０６，３０６にスライダ３０１２を介して移動可能に配置され、かつ直動ジョイント３０１１がリンク機構３０３（リンク３０３Ａ，３０３Ｂ）のヘッド取付側端部（リンク自由端部）にリンク連結用回転ジョイント３０３０を介して回動可能に支持されている。そして、レール３０６，３０６上でスライダ３０１２を介してＸ軸（第２軸線）方向に沿って移動し、かつヘッド回転ジョイント３０１０でＹ軸と平行な軸線（第１軸線：Ｂ軸）の回りに回動し得るように構成されている。
【００２７】
リンク連結用回転ジョイント３０３０は、Ｙ軸と平行な軸線の回りに回動する１自由度のジョイントして機能するように構成されている。
【００２８】
リンクヘッド３０１の上面部には、加工ツール５０１の回転軸線Ｔ（図４に示す）と平行な方向に延在し、かつ直動ジョイント３０１１をＹ軸と直交する一軸線方向に案内するジョイント案内用のレール３０１３（図３に示す）が配置されている。
【００２９】
リンクヘッド３０１の下面部には、ヘッド回転ジョイント３０１０の回転量（回転角度）を検出するエンコーダ等の角度センサ３８０（図２に示す）が配設されている。
【００３０】
ヘッド回転ジョイント３０１０は、第１軸線の回りに回転する１自由度のジョイントして機能し、リンクヘッド３０１の下面部に配設され、かつリンク連結用回転ジョイント３０３０の配設位置とは直動ジョイント３０１１の移動方向にオフセットされた位置で移動不能に配置されている。
【００３１】
直動ジョイント３０１１は、レール３０１３上に移動可能に配置されている。これにより、リンク連結用回転ジョイント３０３０が直動ジョイント３０１１と共にレール３０１３に沿って移動案内される。
【００３２】
ヘッド駆動機構３０２は、スライダ３０１２を移動させる送りねじ３０２０、及びこの送りねじ３０２０を駆動するサーボモータ３０２１からなり、制御装置３（インターフェース７３）にサーボモータユニット８０を介して接続されている。そして、スライダ３０１２を介してリンクヘッド３０１をＸ軸方向に沿って移動させ、リンク駆動機構３０４，３０５及びレール駆動機構（図示せず）と共にリンクヘッド３０１の位置及び姿勢を変更し得るように構成されている。ヘッド駆動機構３０２には、サーボモータ３０２１の回転量を検出するモータ回転検出用エンコーダ３０２２が取り付けられている。
【００３３】
リンク機構３０３は、リンクヘッド３０１の移動・回動平面と同一の仮想平面内で揺動可能な１対のリンク３０３Ａ，３０３Ｂを有し、ワーク支持駆動ユニット１００の後方に配置されている。そして、ツール取付部（リンク自由端部）側にリンクヘッド３０１の上方部を保持するように構成されている。
【００３４】
一方のリンク３０３Ａは、一方側のリンク端部がベッド１０上方におけるスライダ案内用のレール３０３０Ａを移動するスライダ３０３１Ａにリンク回転ジョイント３０３２Ａを介して回動可能に連結され、他方側のリンク端部がリンクヘッド３０１にリンク連結用回転ジョイント３０３０を介して回動可能に連結されている。
【００３５】
レール３０３０Ａは、Ｘ軸方向に沿って延在するガイド部材によって形成され、一方のリンク３０３Ａにおける一方側のリンク端部を案内するように構成されている。なお、本実施の形態に示すレール３０３０Ａは、Ｘ軸（レール３０６，３０６）と平行である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、Ｙ軸と直交する平面内であれば、Ｘ軸に対して傾斜してもよい。リンク回転ジョイント３０３２Ａは、Ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度のジョイントとして機能するように構成されている。
【００３６】
他方のリンク３０３Ｂは、一方側のリンク端部がベッド１０上方におけるスライダ案内用のレール３０３０Ｂを移動するスライダ３０３１Ｂにリンク回転ジョイント３０３２Ｂを介して回動可能に連結され、他方側のリンク端部がリンクヘッド３０１にリンク連結用回転ジョイント３０３０を介して回動可能に連結されている。リンク３０３Ｂのリンク長は、リンク３０３Ａのリンク長と同一の寸法に設定されている。
【００３７】
レール３０３０Ｂは、レール３０３０ＡとＺ軸方向に所定の間隔をもって並列し、かつＸ軸方向に沿って延在するガイド部材によって形成されている。そして、他方のリンク３０３Ｂにおける一方側のリンク端部を案内するように構成されている。なお、本実施の形態に示すレール３０３０Ｂは、Ｘ軸（レール３０６，３０６）と平行である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、Ｙ軸と直交する平面内であれば、Ｘ軸に対して傾斜してもよい。リンク回転ジョイント３０３２Ｂは、Ｙ軸と平行な軸線の回りに回転する１自由度のジョイントとして機能するように構成されている。
【００３８】
一方のリンク駆動機構３０４は、スライダ３０３１Ａを移動させる送りねじ３０４０、及びこの送りねじ３０４０を駆動するサーボモータ３０４１からなり、制御装置３（インターフェース７３）にサーボモータユニット８０を介して接続されている。そして、スライダ３０３１Ａを介してリンク３０３Ａの一方側のリンク端部をＸ軸方向に沿って移動させ、リンクヘッド３０１をＹ軸と平行な軸線の回りに回動させるように構成されている。リンク駆動機構３０４には、サーボモータ３０４１の回転量を検出するモータ回転検出用エンコーダ３０４２が取り付けられている。
【００３９】
他方のリンク駆動機構３０５は、スライダ３０３１Ｂを移動させる送りねじ３０５０、及びこの送りねじ３０５０を駆動するサーボモータ３０５１からなり、制御装置３（インターフェース７３）にサーボモータユニット８０を介して接続されている。そして、スライダ３０３１Ｂを介してリンク３０３Ｂの一方側のリンク端部をＸ軸方向に沿って移動させ、リンクヘッド３０１をＹ軸と平行な軸線の回りに回動させるように構成されている。リンク駆動機構３０５には、サーボモータ３０５１の回転量を検出するモータ回転検出用エンコーダ３０５２が取り付けられている。
【００４０】
一方、シリアルメカニズム４００は、図３及び図４に示すように、Ｚ軸方向に所定の間隔をもって並列するスライダ案内用のレール３０３０Ａ，３０３０Ｂと、これらレール３０３０Ａ，３０３０Ｂを第１軸線（Ｙ軸）と直交する平面内で第２軸線と交差する第３軸線（本実施の形態ではＺ軸と平行な軸線）に沿って移動させるためのレール駆動機構（図示せず）とを備え、ベッド１０上にスライダ案内用のレール３０３２，３０３２を介して配置されている。そして、第３軸線に沿ってパラレルメカニズム３００を移動させるように構成されている。
【００４１】
レール３０３０Ａ，３０３０Ｂは、Ｘ軸方向に所定の間隔をもって並列する１対のスライダ３０３１，３０３１を有し、これらスライダ３０３１，３０３１を介してベッド１０上のレール３０３２，３０３２に移動可能に配置されている。そして、レール駆動機構によってＺ軸方向に沿って移動し得るように構成されている。
【００４２】
レール駆動機構は、レール３０３０Ａ，３０３０Ｂを移動させる送りねじ（図示せず）、及びこの送りねじを駆動するサーボモータ６００１（図２に示す）からなり、制御装置３（インターフェース７３）にサーボモータユニット８０を介して接続されている。そして、レール３０３０Ａ，３０３０Ｂに移動力を付与してパラレルメカニズム３００をＺ軸方向に沿って移動させ、ヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５と共にリンクヘッド３０１の位置及び姿勢を変更し得るように構成されている。ヘッド駆動機構には、サーボモータ６００１の回転量を検出するモータ回転検出用エンコーダ６００２（図２に示す）が取り付けられている。
【００４３】
（制御装置３の構成）
制御装置３は、図２に示すように、ＣＰＵ（中央演算処理装置）７１及びメモリ７２・インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７３〜７５を備え、直交座標系（プラットフォーム絶対座標系）で与えられるリンクヘッド３０１の移動位置情報に対応する指令値（ＸＰＡ，ＺＰＡ，ＢＰＡ，ｄＰＡ）を機構パラメータＰ（スライド原点位置：ＳＬＯＸＵ１，ＳＬＯＺＵ１，ＳＬＯＸＵ２，ＳＬＯＺＵ２，ＳＬＯＸＵ３，ＳＬＯＺＵ３，ＳＬＯＸＵ４，ＳＬＯＺＵ４、スライド角度：ＳＬＡＵ１，ＳＬＡＵ２，ＳＬＡＵ３，ＳＬＡＵ４）に基づいてヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５・レール駆動機構の指令値（出力値）に変換してアクチュエータ座標（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４）を求め、これらヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５・レール駆動機構を駆動制御するように構成されている。
【００４４】
機構パラメータＰは、パラレルメカニズム３００及びシリアルメカニズム４００を含む機構全体（ハイブリッドメカニズム５００）の構成を規定し、リンク長の他、プラットフォーム絶対座標系のＸ軸に対するヘッド回転ジョイント３０１０（スライダ３０１２）の移動方向の傾き（スライド角ＳＬＡＵ３）、及びプラットフォーム絶対座標系のＺ軸に対するパラレルメカニズム３００の移動方向の傾き（スライド角ＳＬＡＵ４）等を含む。
【００４５】
制御装置３（カスタマーボード）では、ヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５・レール駆動機構の出力値に変換するにあたり、次に示す座標変換が行われる。図５は、本発明の実施の形態に係る工作機械の基準座標系を機械座標系に変換する場合について説明するために示す平面図である。図６は、本発明の実施の形態に係る工作機械のアクチュエータ座標を求めるために示す平面図である。図７は、本発明の実施の形態に係る工作機械におけるアクチュエータの駆動量及び加工ツールの位置座標を求めるために示す図である。
【００４６】
先ず、図５に示すように、主軸台１０３，１０３（主軸１０５，１０５）によって挟持されたワークＷを含む基準座標系（ワーク座標系）ＯＷに平行でリンクヘッド３０１のツール支持側端面を含む機械座標系ＯＭを、リンクヘッド３０１の支持側端面及びそのヘッド回転ジョイント３０１０を含む相対座標系（プラットフォーム座標系）ＯＰに変換する。図５において、プラットフォーム座標系の原点は（ＺＭ−ＰＯＺ，ＸＭ−ＰＯＸ，ＢＭ−ＰＯＢ）である。プラットフォーム座標系原点のオフセット量はＺＯｆｓ，ＸＯｆｓ，ＢＯｆｓである。このため、プラットフォーム座標系におけるリンクヘッド３０１のツール支持側端面の座標（ＺＰ，ＸＰ，ＢＰ）は次式により求められる。
【００４７】
【数１】
【００４８】
次に、リンクヘッド３０１のヘッド回転ジョイント３０１０及びシリアルメカニズム４００を含むプラットフォーム絶対座標系ＯＰＡにプラットフォーム座標系ＯＰを変換する。図５において、プラットフォーム絶対座標系におけるリンクヘッド３０１のヘッド回転ジョイント３０１０のツール支持側端面からのオフセット量はＴＰＪＯｚ，ＴＰＪＯｘである。このため、プラットフォーム絶対座標系におけるリンクヘッド３０１のヘッド回転ジョイント３０１０の座標（ＺＰＡ，ＸＰＡ，ＢＰＡ）は次式により求められる。
【００４９】
【数２】
【００５０】
そして、プラットフォーム絶対座標系ＯＰＡにおけるリンクヘッド３０１の回動位置及び移動位置（ヘッド回転ジョイント３０１０の位置座標：ＺＰＡ，ＸＰＡ，ＢＰＡ，ｄＰＡ）から次の演算式（逆変換式）に基づいてヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５・レール駆動機構６００の駆動量が演算される。これにより、アクチュエータ座標（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４）を求めることができる。
【００５１】
【数３】
【００５２】
この場合、図６に示すプラットフォーム絶対座標系において、ヘッド回転ジョイント３０１０の位置座標及び加工ツール５０１の回転軸線Ｔの傾きをそれぞれ（ＸＰＡ，ＺＰＡ）とＢＰＡとすると、リンク３０３Ａのレール側端部の位置座標（Ｘ１，Ｚ１）及びリンク連結用回転ジョイント３０３０の位置座標（Ｘ０，Ｚ０）は次に示すように表わすことができる。
【００５３】
【数４】
【００５４】
上式を整理して次式のように表わすことができる。
【００５５】
【数５】
【００５６】
これにより、リンク３０３Ａのレール側端部の移動量（リンク駆動機構３０４の駆動量）Ｕ１が次に示すように求められる。
【００５７】
【数６】
【００５８】
同様にして、リンク３０３Ｂのレール側端部の移動量（リンク駆動機構３０５の駆動量）Ｕ２が次に示すように求められる。
【００５９】
【数７】
【００６０】
また、図６に示すプラットフォーム絶対座標系において、スライダ３０１２の移動方向の傾きをそれぞれＳＬＡＵ３とすると、ヘッド回転ジョイント３０１０の移動量（ヘッド駆動機構３０２の駆動量）Ｕ３が次に示すように求められる。
【００６１】
【数８】
【００６２】
同様にして、プラットフォーム絶対座標系のＺＰＡ軸に対するパラレルメカニズム３００の移動方向の傾きをＳＬＡＵ４とすると、レール３０３０Ａ，３０３０Ｂの移動量（レール駆動機構６００の駆動量）Ｕ４が次に示すように求められる。
【００６３】
【数９】
【００６４】
この後、アクチュエータ座標（Ｕ１Ｇ，Ｕ２Ｇ，Ｕ３Ｇ，Ｕ４Ｇ）が次に示す演算式に基づいて演算された後、画像表示装置（ＣＲＴ）７７に画面表示される。
【００６５】
【数１０】
【００６６】
このように、本実施の形態においては、ワーク座標系ＯＷに平行な機械座標系ＯＭをプラットフォーム座標系ＯＰに変換し、次にこのプラットフォーム座標系ＯＰをプラットフォーム絶対座標系ＯＰＡに変換した後、このプラットフォーム絶対座標系ＯＰＡにおけるリンクヘッド３０１の回動位置及び移動位置（ヘッド回転ジョイント３０１０の位置座標）から特定の演算式（逆変換式）に基づいてヘッド駆動機構３０２，リンク駆動機構３０４，３０５及びレール駆動機構の駆動量を演算する場合について説明したが、これら一連のフローは図７に示す通りである。
【００６７】
図７において、ヘッド駆動機構３０２，リンク駆動機構３０４，３０５及びレール駆動機構の駆動量から機械座標系ＯＭにおけるリンクヘッド３０１のツール支持側端面の位置座標を求めるには、上記の場合と逆のフローに従って実施される。すなわち、ヘッド駆動機構３０２，リンク駆動機構３０４，３０５及びレール駆動機構の駆動量から特定の演算式（順変換式）に基づいてプラットフォーム絶対座標系ＯＰＡにおけるリンクヘッド３０１の回動位置及び移動位置（ヘッド回転ジョイント３０１０の位置座標）を演算し、次にこのリンクヘッド３０１の回動位置及び移動位置を含むプラットフォーム座標系ＯＰにプラットフォーム絶対座標系ＯＰＡを変換した後、このプラットフォーム座標系ＯＰにおけるリンクヘッド３０１のツール支持側端面を含む機械座標系ＯＭにプラットフォーム座標系ＯＰを変換して機械座標系ＯＭにおけるリンクヘッド３０１のツール支持側端面の位置座標を求める。
【００６８】
<ＣＰＵ７１の構成>
ＣＰＵ７１は、メモリ７２あるいは外部記憶装置７８に記憶された加工プログラムを読み出し解析し、プラットフォーム絶対座標系で与えられるリンクヘッド３０１の移動位置・姿勢情報を機構パラメータＰに基づきヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５・レール駆動機構への駆動指令値に変換してサーボモータユニット８０へ出力する。
【００６９】
<メモリ７２の構成>
メモリ７２には、加工ツール５０１による実加工処理を実行するための加工プログラムや機構パラメータＰ等の各種情報が記憶されている。
【００７０】
<インターフェース７３〜７５の構成>
インターフェース７３には、ヘッド駆動機構３０２（サーボモータ３０２１）及びリンク駆動機構３０４，３０５（サーボモータ３０４１，３０５１）・レール駆動機構（サーボモータ６００１）を駆動するサーボモータユニット８０（８１〜８４）が接続されている。サーボモータユニット８１〜８４は、ＣＰＵ７１からの指令値に基づいてヘッド駆動機構３０２及びリンク駆動機構３０４，３０５・レール駆動機構をそれぞれ駆動し、これらヘッド駆動機構３０２のモータ回転検出用エンコーダ３０２２及びリンク駆動機構３０４，３０５のモータ回転検出用エンコーダ３０４２，３０５２・レール駆動機構のモータ回転検出用エンコーダ６００２からの出力によってフィードバック制御を実行する。インターフェース７４には、加工データ等を入力するためのキーボード（ＫＢ）７６及び加工データや工作機械１の状態等を表示する画像表示装置（ＣＲＴ）７７・加工データを記憶する外部記憶装置７８が接続されている。インターフェース７５には角度センサ３８０が接続されている。
【００７１】
（付属装置の構成）
付属装置は、オイル供給装置・冷却装置・エア供給装置・クーラント供給装置と、これら装置を工作機械本体２に接続するダクト装置等とから構成されている。
【００７２】
〔工作機械１の動作〕
次に、本実施の形態に係る工作機械の動作につき、図８〜図１１を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのＸ−Ｚ軸平行動作を説明するために示す平面図である。図９は、本発明の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドの回動動作を説明するために示す平面図である。図１０は、本発明の実施の形態に係る工作機械にヘッド駆動機構を備えた場合の利点について説明するために示す平面図である。図１１は、本発明の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのＸ−Ｚ軸平行・回動動作を説明するために示す平面図である。なお、図８〜図１１においては、直動ジョイント等が省略されている。
【００７３】
「Ｘ−Ｚ軸平行動作」
ヘッド回転ジョイント３０１０（スライダ３０１２）をレール３０６，３０６に沿って、またリンク回転ジョイント３０３２Ａ，３０３２Ｂ（スライダ３０３１，３０３１）をレール３０３０Ａ，３０３０Ｂに沿って同一の方向及び同一の移動量Ｘ１でそれぞれ移動させるとともに、レール３０３０Ａ，３０３０Ｂをレール３０３２，３０３２に沿って移動量Ｚ１で移動させると、加工ツール５０１の回転軸線Ｔを基準線Ｏに合致させた状態でリンクヘッド３０１が図８に２点鎖線で示す初期位置からＸ軸及びＺ軸方向に移動して図８に実線で示す位置に配置される。
【００７４】
「回動動作」
リンク回転ジョイント３０３２Ａ，３０３２Ｂ（スライダ３０３１Ａ，３０３１Ｂ）をレール３０３０Ａ，３０３０Ｂに沿って互いに異なる移動量Ｘ１，Ｘ２（Ｘ１＞Ｘ２）で同方向に移動させると、リンクヘッド３０１が図９に２点鎖線で示す初期位置からＹ軸と平行な軸線を中心に反時計方向に回動して例えば加工ツール５０１の回転軸線Ｔを基準線Ｏと交差させた状態で図９に実線で示す位置に配置される。
【００７５】
ここで、図１０に示すように、ワーク加工時にリンクヘッド３０１が加工ツール５０１の回転軸線Ｔを基準線Ｏと直交させた状態で配置されると、ヘッド回転ジョイント３０１０（スライダ３０１２）をレール３０６，３０６に沿ってワーク側（図１０では下方）に移動させることができ、すなわちＸ軸方向の作用力ｆ１，ｆ２に対するリンクヘッド３０１に反力Ｆを発生させることができる。このため、Ｘ軸方向の作用力ｆ１，ｆ２に対するリンクヘッド３０１に反力Ｆを発生させることができない特異点を無くすことができる。
【００７６】
「Ｘ−Ｚ軸平行・回動動作」
リンク回転ジョイント３０３２Ａ，３０３２Ｂ（スライダ３０３１Ａ，３０３１Ｂ）をレール３０３０Ａ，３０３０Ｂに沿って互いに異なる移動量Ｘ１，Ｘ２（Ｘ１＞Ｘ２）で同方向に移動させた後、レール３０３０Ａ，３０３０Ｂをレール３０３２，３０３２に沿って移動量Ｚ１で移動させるとともに、ヘッド回転ジョイント３０１０（スライダ３０１２）をレール３０６，３０６に沿って、またリンク回転ジョイント３０３２Ａ，３０３２Ｂ（スライダ３０３１Ａ，３０３１Ｂ）をレール３０３０Ａ，３０３０Ｂに沿って同一の方向及び同一の移動量Ｘ３でそれぞれ移動させると、リンクヘッド３０１が図１１に２点鎖線で示す初期位置からＹ軸と平行な軸線を中心に反時計方向に回動して加工ツール５０１の回転軸線Ｔを基準線Ｏと交差させた状態で図１１に１点鎖線で示す位置に配置され、さらにＸ軸方向に移動して図１１に実線で示す位置に配置される。
【００７７】
このように、本実施の形態においては、リンクヘッド３０１をＸ軸及びＺ軸のうち少なくともいずれが一方の軸に沿って移動させるとともに、Ｙ軸と平行な軸線の回りに回動させることによりリンクヘッド３０１の位置及び姿勢を制御し、さらに主軸台１０３，１０３をＺ軸方向に沿って移動させることによりワークＷの位置を制御し、主軸台１０３，１０３によって挟持されたワークＷに対する加工を行うことができる。
【００７８】
この場合、プラットフォーム絶対座標系ＯＰＡにおいてスライダ３０１２，３０３１Ａ，３０３１Ｂ，３０３１，３０３１を位置決めすると、リンクヘッド３０１上のリンク連結用回転ジョイント３０３０及びヘッド回転ジョイント３０１０の位置が決定されるため、リンクヘッド３０１の移動・回動位置（加工ツール５０１の先端位置）が決定される。このため、リンクヘッド３０１を所望の移動・回動位置に位置決めするには、これら移動・回動位置から特定の演算式（逆変換式）に基づいてスライダ３０１２，３０３１Ａ，３０３１Ｂ，３０３１，３０３１の位置を演算し、これら演算値に対応する位置にスライダ３０１２，３０３１Ａ，３０３１Ｂ、３０３１，３０３１を移動させる。
【００７９】
本実施の形態においては、パラレルメカニズム３００がリンクヘッド３０１，リンク３０３Ａ，リンク３０３Ｂをそれぞれ駆動するヘッド駆動機構３０２，リンク駆動機構３０４，リンク駆動機構３０５を備えている。これには、冗長な駆動機構としてヘッド駆動機構３０２が存在するが、この冗長なヘッド駆動機構３０２及び他のリンク駆動機構３０４，３０５の存在により直動ジョイント３０１１は直接変位しないのである。ところが、現実にはパラレルメカニズム３００を構成する各構成部品の製造誤差，組付誤差あるいは温度変化等の使用環境や長期使用による経年変化により機構パラメータＰは理論通りではなく誤差を含むため、直動ジョイント３０１１は変位してこれら誤差を吸収する。
【００８０】
[実施の形態の効果]
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
【００８１】
（１）ハイブリッドメカニズム全体の構成を規定する機構パラメータを補正して各構成部品の加工誤差や組付誤差の修正を行うことができる。これにより、各構成部品の加工誤差や組付誤差の修正時においてメカニズム毎に機構パラメータを補正する必要がなくなるため、各構成部品の加工精度及び組付精度を緩和することができ、コストの低廉化を図ることができる。
【００８２】
（２）各メカニズムの機構パラメータを別個に補正する必要がなくなることは、それだけ作業者の操作負担を軽減することができる。
【００８３】
（３）ヘッド駆動機構３０２によってリンクヘッド３０１を移動させることができるため、従来存在した特異点を無くすことができ、リンクヘッド３０１の可動範囲を広げることができる。
【００８４】
（４）リンク連結用回転ジョイント３０３０が直動ジョイント３０１１を介してリンクヘッド３０１上で移動可能であるため、各構成部品の加工精度や構成部品同士の組付精度が悪い場合や、またリンク３０３Ａ，３０３Ｂが使用時等の熱変化によって伸縮する場合等の機構パラメータの誤差に起因する各種誤差を吸収することができ、これら誤差に起因する構成部品及びヘッド駆動機構３０２・リンク駆動機構３０４，３０５への過負荷発生を防止することができる。
【００８５】
以上、本発明の工作機械を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。
【００８６】
（１）本実施の形態では、制御対象としての加工ツール５０１がリンクヘッド３０１に保持されるパラレルメカニズム３００を備えた場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、リンクヘッドにワークを保持するパラレルメカニズムを備えたものであってもよい。
【００８７】
（２）本実施の形態では、砥石を加工ツール５０１とする工作機械１に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば旋削用電着ホイール等の旋削工具あるいは表面仕上げ工具等を加工ツールとする他の工作機械に適用し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施の形態に係る工作機械の全体を説明するために示す平面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る工作機械の制御装置を説明するために示すブロック図。
【図３】本発明の実施の形態に係る工作機械の要部を説明するために示す斜視図。
【図４】本発明の実施の形態に係る工作機械の要部を説明するために示す平面図。
【図５】本発明の実施の形態に係る工作機械の基準座標系を機械座標系に変換する場合について説明するために示す平面図。
【図６】本発明の実施の形態に係る工作機械のアクチュエータ座標を求めるために示す平面図。
【図７】本発明の実施の形態に係る工作機械におけるアクチュエータの駆動量及び加工ツールの位置座標を求めるために示す図。
【図８】本発明の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのＸ−Ｚ軸平行動作を説明するために示す平面図。
【図９】本発明の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドの回動動作を説明するために示す平面図。
【図１０】本発明の実施の形態に係る工作機械にヘッド駆動機構を備えた場合の利点について説明するために示す平面図。
【図１１】本発明の実施の形態に係る工作機械におけるリンクヘッドのＸ−Ｚ軸平行・回動動作を説明するために示す平面図。
【符号の説明】
【００８９】
１…工作機械
２…工作機械本体
３…制御装置
１０…ベッド
７１…ＣＰＵ
７２…メモリ
７３〜７５…インターフェース
７６…キーボード
７７…画像表示装置
７８…外部記憶装置
８０〜８３…サーボモータユニット
１００…ワーク支持駆動ユニット、１０１…主軸台ベース、１０２…主軸台スライドガイド、１０３…主軸台、１０４…主軸駆動モータ、１０５…主軸
３００…パラレルメカニズム
３０１…リンクヘッド、３０１０…ヘッド回転ジョイント、３０１１…直動ジョイント、３０１２…スライダ、３０１３…ジョイント案内用のレール、３０１４…連結部
３０２…ヘッド駆動機構、３０２０…送りねじ、３０２１…サーボモータ、３０２２…モータ回転検出用エンコーダ
３０３…リンク機構、３０３０…リンク連結用回転ジョイント
３０３Ａ…リンク、３０３０Ａ…スライダ案内用のレール、３０３１Ａ…スライダ、３０３２Ａ…リンク回転用ジョイント、３０３３Ａ…リンク分岐部，３０３４Ａ…基台
３０３Ｂ…リンク、３０３０Ｂ…スライダ案内用のレール、３０３１Ｂ…スライダ、３０３２Ｂ…リンク回転用ジョイント、３０３３Ｂ…リンク分岐部、３０３４Ｂ…基台
３０４…リンク駆動機構、３０４０…送りねじ、３０４１…サーボモータ、３０４２…モータ回転検出用エンコーダ
３０５…リンク駆動機構、３０５０…送りねじ、３０５１…サーボモータ、３０５２…モータ回転検出用エンコーダ
３０６…スライダ案内用のレール
３８０…角度センサ
４００…シリアルメカニズム
５００…ハイブリッドメカニズム
６００１…サーボモータ、６００２…モータ回転検出用エンコーダ
５０１…加工ツール
３０３１…スライダ、３０３２…スライダ案内用のレール
Ｏ…基準線
Ｔ…回転軸線
Ｗ…ワーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを加工する加工ツール、及び前記ワークのうち一方を支持するリンクヘッドを第１軸線の回りに回動させるとともに、前記第１軸線と直交する第２軸線に沿って移動させるパラレルメカニズムと、
前記パラレルメカニズムを作動させるための第１駆動機構と、
前記第１軸線と直交する平面内で前記第２軸線と交差する第３軸線に沿って前記パラレルメカニズムを移動させるシリアルメカニズムと、
前記シリアルメカニズムを作動させるための第２駆動機構と、
絶対座標系で与えられる前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を、前記パラレルメカニズム及び前記シリアルメカニズムを含む機構全体の構成を規定する機構パラメータに基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に対する指令値に変換し、前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構を駆動制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に対する指令値に変換するにあたり、前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置から特定の演算式に基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構の駆動量を演算する
ハイブリッドメカニズム。
【請求項２】
前記制御部は、
前記加工ツール及び前記ワークのうち他方を支持するベースを含む基準座標系に平行で前記リンクヘッドの支持側端面を含む機械座標系を、前記リンクヘッドの支持側端面及びそのヘッド回動部を含む相対座標系に変換し、
次に前記リンクヘッドのヘッド回動部及び前記シリアルメカニズムを含む前記絶対座標系に前記相対座標系を変換した後、
前記絶対座標系における前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置から前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構の駆動量を演算する請求項１に記載のハイブリッドメカニズム。
【請求項３】
前記制御部は、前記絶対座標系で互いに直交する２軸のうち一方の軸に対する前記リンクヘッドの移動方向の傾き、及び前記２軸のうち他方の軸に対する前記パラレルメカニズムの移動方向の傾きを前記機構パラメータに含ませて前記指令値の変換を実行する請求項１に記載のハイブリッドメカニズム。
【請求項４】
前記パラレルメカニズムは、一端が前記リンクヘッドに前記第１軸線と直交する平面内で互いに回動可能に接続され、他端が前記第１軸線と平行な軸線回りに回動可能にかつ前記第２軸線に沿って移動可能に支持された１対のリンクからなるリンク機構を含み、前記１対のリンクの一端が前記リンクヘッドに前記第１軸線と直交する一軸線方向に相対移動可能に配置されている請求項１に記載のハイブリッドメカニズム。
【請求項５】
ワークを加工する加工ツール、及び前記ワークのうち一方を支持するベッドと、
前記ベッドに対して動作可能なハイブリッドメカニズムと
を備えた工作機械であって、
前記ハイブリッドメカニズムは、
前記加工ツール及び前記ワークのうち他方を支持するリンクヘッドを第１軸線の回りに回動させるとともに、前記第１軸線と直交する第２軸線に沿って移動させるパラレルメカニズムと、
前記パラレルメカニズムを作動させるための第１駆動機構と、
前記第１軸線と直交する平面内で前記第２軸線と交差する第３軸線に沿って前記パラレルメカニズムを移動させるシリアルメカニズムと、
前記シリアルメカニズムを作動させるための第２駆動機構と、
絶対座標系で与えられる前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を、前記パラレルメカニズム及び前記シリアルメカニズムを含む機構全体の構成を規定する機構パラメータに基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に対する指令値に変換し、前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構を駆動制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に対する指令値に変換するにあたり、前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置から特定の演算式に基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構の駆動量を演算する
工作機械。
【請求項１】
ワークを加工する加工ツール、及び前記ワークのうち一方を支持するリンクヘッドを第１軸線の回りに回動させるとともに、前記第１軸線と直交する第２軸線に沿って移動させるパラレルメカニズムと、
前記パラレルメカニズムを作動させるための第１駆動機構と、
前記第１軸線と直交する平面内で前記第２軸線と交差する第３軸線に沿って前記パラレルメカニズムを移動させるシリアルメカニズムと、
前記シリアルメカニズムを作動させるための第２駆動機構と、
絶対座標系で与えられる前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を、前記パラレルメカニズム及び前記シリアルメカニズムを含む機構全体の構成を規定する機構パラメータに基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に対する指令値に変換し、前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構を駆動制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に対する指令値に変換するにあたり、前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置から特定の演算式に基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構の駆動量を演算する
ハイブリッドメカニズム。
【請求項２】
前記制御部は、
前記加工ツール及び前記ワークのうち他方を支持するベースを含む基準座標系に平行で前記リンクヘッドの支持側端面を含む機械座標系を、前記リンクヘッドの支持側端面及びそのヘッド回動部を含む相対座標系に変換し、
次に前記リンクヘッドのヘッド回動部及び前記シリアルメカニズムを含む前記絶対座標系に前記相対座標系を変換した後、
前記絶対座標系における前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置から前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構の駆動量を演算する請求項１に記載のハイブリッドメカニズム。
【請求項３】
前記制御部は、前記絶対座標系で互いに直交する２軸のうち一方の軸に対する前記リンクヘッドの移動方向の傾き、及び前記２軸のうち他方の軸に対する前記パラレルメカニズムの移動方向の傾きを前記機構パラメータに含ませて前記指令値の変換を実行する請求項１に記載のハイブリッドメカニズム。
【請求項４】
前記パラレルメカニズムは、一端が前記リンクヘッドに前記第１軸線と直交する平面内で互いに回動可能に接続され、他端が前記第１軸線と平行な軸線回りに回動可能にかつ前記第２軸線に沿って移動可能に支持された１対のリンクからなるリンク機構を含み、前記１対のリンクの一端が前記リンクヘッドに前記第１軸線と直交する一軸線方向に相対移動可能に配置されている請求項１に記載のハイブリッドメカニズム。
【請求項５】
ワークを加工する加工ツール、及び前記ワークのうち一方を支持するベッドと、
前記ベッドに対して動作可能なハイブリッドメカニズムと
を備えた工作機械であって、
前記ハイブリッドメカニズムは、
前記加工ツール及び前記ワークのうち他方を支持するリンクヘッドを第１軸線の回りに回動させるとともに、前記第１軸線と直交する第２軸線に沿って移動させるパラレルメカニズムと、
前記パラレルメカニズムを作動させるための第１駆動機構と、
前記第１軸線と直交する平面内で前記第２軸線と交差する第３軸線に沿って前記パラレルメカニズムを移動させるシリアルメカニズムと、
前記シリアルメカニズムを作動させるための第２駆動機構と、
絶対座標系で与えられる前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を、前記パラレルメカニズム及び前記シリアルメカニズムを含む機構全体の構成を規定する機構パラメータに基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に対する指令値に変換し、前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構を駆動制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置に対応する指令値を前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構に対する指令値に変換するにあたり、前記リンクヘッドの回動位置及び移動位置から特定の演算式に基づいて前記第１駆動機構及び前記第２駆動機構の駆動量を演算する
工作機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２９９６０（Ｐ２０１０−２９９６０Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９２５５５（Ｐ２００８−１９２５５５）
【出願日】平成２０年７月２５日（２００８．７．２５）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２５日（２００８．７．２５）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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