加工装置
【課題】加工工具とワーク保持部とを位置決めする送りネジ機構における雄ネジと雌ネジとの接触面が摩耗した場合であっても両者の位置決め精度の低下を防止することができる加工装置を提供する。
【解決手段】加工装置１００は、被加工物ＷＫを保持するワーク保持部１１２を変位させる送りネジ機構１０７を備えるとともに、切削工具からなる加工工具１１５を保持する加工ヘッド１１４を変位させる送りネジ機構１１８を備えている。これらの送りネジ機構１０７，１１８は、雄ネジ１０８ａ，１１９ａが形成されたネジ軸１０８，１１９と雌ネジ１０９ａ，１２０ａが形成された可動体１０９，１２０とで構成されて鉛直方向に対して傾斜した状態で設けられている。このため、送りネジ機構１０７，１１８は、ネジ軸１０８，１１９における雄ネジ１０８ａ，１１９ａの各山の上側のバックラッシが可動体１０９，１２０の自重により常にない状態で噛み合う。
【解決手段】加工装置１００は、被加工物ＷＫを保持するワーク保持部１１２を変位させる送りネジ機構１０７を備えるとともに、切削工具からなる加工工具１１５を保持する加工ヘッド１１４を変位させる送りネジ機構１１８を備えている。これらの送りネジ機構１０７，１１８は、雄ネジ１０８ａ，１１９ａが形成されたネジ軸１０８，１１９と雌ネジ１０９ａ，１２０ａが形成された可動体１０９，１２０とで構成されて鉛直方向に対して傾斜した状態で設けられている。このため、送りネジ機構１０７，１１８は、ネジ軸１０８，１１９における雄ネジ１０８ａ，１１９ａの各山の上側のバックラッシが可動体１０９，１２０の自重により常にない状態で噛み合う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク保持部に保持した被加工物に対して加工工具を相対変位させることにより被加工物に切削加工や塑性加工などの加工を行う加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ワーク保持部に保持した被加工物に対して加工工具を相対変位させることにより被加工物に切削加工や塑性加工などの加工を行う加工装置がある。例えば、下記特許文献１には、金，プラチナ，真鍮，アルミニウム，ステンレス鋼などの比較的塑性変形し易い被加工物の表面に点状の加工痕を複数形成して、これら複数の加工痕の集合によって所望する画像を被加工物の表面に形成する加工装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８７１２８号公報
【０００４】
この加工装置は、被加工物の表面に加工痕を形成する打刻工具に対して被加工物を着脱自在に保持するワーク保持部が互いに直交する３軸方向に相対変位するように構成されている。より具体的には、加工装置は、打刻工具を保持する加工ヘッドおよびワーク保持部が送りネジ機構によって互いに直交する２軸方向にそれぞれ変位されるとともに、打刻工具がソレノイドによって前記２軸方向に直交する軸方向に変位されるように構成されている。この場合、送りネジ機構とは、軸状体の外周面に雄ネジが形成されたネジ軸を回転させることにより、筒状体の内周面にネジ軸の雄ネジに噛み合う雌ネジが形成された可動体を直線的に駆動させる機構である。
【０００５】
しかしながら、このような加工装置に採用される送りネジ機構おいては、ネジ軸の雄ネジおよびナットの雌ネジにおける互いの接触面が摩耗することにより雄ネジと雌ネジとの間の摩擦抵抗を低減するためのバックラッシが長時間の使用によって増大してワーク保持部と加工工具との位置決め精度が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、加工工具とワーク保持部とを位置決めする送りネジ機構における雄ネジと雌ネジとの接触面が摩耗した場合であっても両者の位置決め精度の低下を防止することができる加工装置を提供することにある。
【発明の概要】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に係る本発明の特徴は、被加工物を着脱自在に保持するワーク保持部と、被加工物を加工する加工工具を保持する加工ヘッドと、ワーク保持部と加工工具とを互いに直交する３軸方向に相対的に変位させる変位手段とを備え、変位手段による被加工物と加工工具との相対変位によって被加工物に３次元形状を形成する加工装置において、変位手段は、前記３軸方向のうちの少なくとも１軸方向が鉛直方向に対して傾斜する方向に沿って設けられた送りネジ機構によって構成されていることにある。
【０００８】
このように構成した請求項１に係る本発明の特徴によれば、加工装置は、ワーク保持部と加工工具とを互いに直交する３軸方向に変位させる変位手段が同３軸方向のうちの少なくとも１つの軸線方向に相対変位させる送りネジ機構で構成されるとともに、この送りネジ機構が鉛直方向に対して傾斜した状態で設けられている。この場合、送りネジ機構は、軸状体の外周面に雄ネジが形成されたネジ軸と筒状体の内周面にネジ軸の雄ネジに噛み合う雌ネジが形成された可動体とで構成されており、ネジ軸を回転することにより可動体を直線的に駆動させる機構である。これにより、加工装置における送りネジ機構は、可動体の雌ネジが可動体の自重によってネジ軸の雄ネジ上に載った状態で常に噛み合うようになる。すなわち、傾斜した状態で設けられた送りネジ機構は、ネジ軸における雄ネジの各山の上側（換言すれば、可動体における雌ネジの各山の下側）のバックラッシが常にない状態で噛み合う。この結果、送りネジ機構の長時間の使用によって雄ネジおよび雌ネジにおける各接触面が摩耗した場合であっても、ネジ軸の雄ネジと可動体の雌ネジとは常に接触し合っているため、ワーク保持部と加工工具との位置決め精度の低下を防止することができる。すなわち、本発明は、簡単な構成によってワーク保持部と加工工具との位置決め精度の低下を防止することができる。
【０００９】
また、請求項２に係る本発明の他の特徴は、前記加工装置において、変位手段は、前記傾斜した送りネジ機構がワーク保持部を変位させることにある。
【００１０】
このように構成した請求項２に係る本発明の他の特徴によれば、加工装置は、変位手段が前記傾斜した送りネジ機構によってワーク保持部を変位させる。このため、加工工具に対してワーク保持部を変位させる場合、ワーク保持部の位置決め精度の低下を防止することができる。また、ワーク保持部を送りネジ機構の傾斜方向に沿って傾斜させて設けることにより、被加工物の加工時に生じる切削粉や被加工物に供給する加工油などの飛散物を被加工物上から自然落下させて除去することができる。
【００１１】
また、請求項３に係る本発明の他の特徴は、前記加工装置において、変位手段は、ユーザが被加工物をワーク保持部に着脱操作する側に対してワーク保持部を接近および離隔する方向に変位させることにある。
【００１２】
このように構成した請求項３に係る本発明の他の特徴によれば、加工装置の変位手段は、ユーザが被加工物をワーク保持部に着脱操作する側に対してワーク保持部を接近および離隔する方向に変位させる。これにより、ワーク保持部をユーザによる被加工物の着脱操作側に位置させることができ、被加工物のワーク保持部への着脱作業が行い易くなる。
【００１３】
また、請求項４に係る本発明の他の特徴は、前記加工装置において、変位手段は、ワーク保持部をユーザによる着脱操作側から離隔する方向に向って下方に下がる方向に変位させることにある。
【００１４】
このように構成した請求項４に係る本発明の他の特徴によれば、加工装置は、傾斜した状態で設けられた送りネジ機構がワーク保持部をユーザによる着脱操作側から離隔する方向に向って下方に下がる方向に変位させる。これにより、加工工具を保持する加工ヘッドがワーク保持部より奥側に配置されるようになってワーク保持部に対する被加工物の着脱作業が行い易くなる。また、被加工物の加工時に生じる切削粉や被加工物に供給する加工油などの飛散物がユーザ側に飛散することを防止することができ、開口部を介した被加工物の着脱作業が行い易くなる。
【００１５】
また、請求項５に係る本発明の他の特徴は、前記加工装置において、変位手段は、さらに、加工ヘッドを前記傾斜した送りネジ機構によって変位させることにある。
【００１６】
このように構成した請求項５に係る本発明の他の特徴によれば、加工装置は、ワーク保持部に加えて加工ヘッドを変位させる変位手段が、傾斜した状態で設けられる送りネジ機構で構成される。これにより、ワーク保持部および加工ヘッドがそれぞれ傾斜した状態の送りネジ機構によって変位されるようになり、加工工具とワーク保持部との位置決め精度の低下をより効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る加工装置の全体構成を概略的に示す外観斜視図である。
【図２】図１に示す加工装置の作動を制御するための制御システムのブロック図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａから見た加工装置の要部の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】図３に示すワーク変位機構を構成する送りネジ機構の要部を拡大した拡大断面図である。
【図５】図３に示す工具昇降機構を構成する送りネジ機構の要部を拡大した拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る加工装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る加工装置１００の外観構成を概略的に示す斜視図である。また、図２は、同加工装置１００の作動を制御するための制御システムのブロック図である。また、図３は、図１に示すＡ−Ａから見た加工装置１００の要部の構成を模式的に示す断面図である。なお、本明細書において参照する各図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。この加工装置１００は、軽金属材、石膏材、樹脂材およびセラミック材などからなる被加工物ＷＫに対してドリルやエンドミルなどの切削工具を用いて３次元切削加工を行う所謂工作機械である。例えば、本実施形態に係る加工装置１００は、セラミック材（例えば、酸化ジルコニウム）を切削加工にして人の骨や歯などの３次元形状を成形する。
【００１９】
（加工装置１００の構成）
この加工装置１００は、筐体１０１を備えている。筐体１０１は、加工装置１００の機械的および電気的な構成要素をそれぞれ収める収容体であり、前面が開放された中空の箱型に形成されている。筐体１０１の前面における開放された部分である開口部１０２には、同開口部１０２を開放および閉塞するための前面カバー１０３が開閉自在に設けられている。この前面カバー１０３は、透明な樹脂製の板状体で形成されており、筺体１０１での加工状態が外部から視認できるようになっている。また、筐体１０１の前面における前面カバー１０３の図示右側には、加工装置１００の作動を制御する制御装置である後述するコントローラ１３０に指示を与えるための操作パネル１０４が設けられている。
【００２０】
この筐体１０１の内部における底部には、ベース１０５が設けられている。ベース１０５は、ワーク変位機構１０６を介してワーク保持部１１２を支持する金属製の支持部材であり、加工装置１００の開口部１０２から加工装置１００の後方（図示Ｙ軸方向）に向って下り傾斜した傾斜面１０５ａを備えている。本実施形態においては、ベース１０５の傾斜面１０５ａは、水平線に対して３０°（鉛直線に対して６０°）の角度で傾斜して形成されている。このベース１０５の傾斜面１０５ａには、ワーク変位機構１０６が設けられている。ワーク変位機構１０６は、ワーク保持部１１２をベース１０５の傾斜面１０５ａに平行な図示Ｙ’軸方向に沿って変位させるための機械装置であり、主として、送りネジ機構１０７とガイドシャフト１１３とで構成されている。
【００２１】
なお、本実施形態においては、加工装置１００の前後方向をＹ軸方向とし、加工装置１００の左右方向をＸ軸方向とし、加工装置１００の上下方向をＺ軸方向とする。また、前記Ｙ軸方向に対して３０°傾斜した軸方向、すなわち、ベース１０５の傾斜面１０５ａと平行な軸線方向をＹ’軸方向とし、前記Ｚ軸方向に対して３０°傾斜してＹ’軸方向に直交する軸線方向をＺ’軸方向とする。
【００２２】
送りネジ機構１０７は、詳しくは図４に示すように、軸状体の外周面に雄ネジ１０８ａが形成されたネジ軸１０８と同雄ネジ１０８ａに噛み合う雌ネジ１０９ａが形成された筒状部を有した可動体１０９とで構成されており、ネジ軸１０８を回転駆動（図４において矢印参照）させることにより可動体１０９をネジ軸１０８の軸線方向に沿って直線的に駆動させる。この送りネジ機構１０７を構成するネジ軸１０８は、ベース１０５の傾斜面１０５ａに沿って支持されている。より具体的には、ネジ軸１０８は、一方の端部がＹ軸方向駆動モータ１１０に連結されるとともに、他方の端部がベース１０５上に固定された支持ベアリング１１１に回転自在に支持されている。すなわち、ワーク保持部１１２を変位させる送りネジ機構１０７は、鉛直方向に対して傾斜した状態で設けられている。Ｙ軸方向駆動モータ１１０は、コントローラ１３０によって作動が制御されてネジ軸１０８を回転駆動するアクチュエータであり、筐体１０１の内部に固定的に設けられている。
【００２３】
可動体１０９は、ネジ軸１０８の軸線方向に沿って変位可能に支持された金属製のブロック体であり、図示上面にワーク保持部１１２を固定的に支持している。ワーク保持部１１２は、加工装置１００の加工対象である被加工物ＷＫを着脱自在に保持する載置台であり、平板状の金属板によって構成されているとともに同金属板上に被加工物ＷＫのクランプ装置（図示せず）を備えて構成されている。このワーク保持部１１２の図示下面には、可動体１０９の両側に図示しない摺動ブロックがそれぞれ設けられており、これらの各摺動ブロックにガイドシャフト１１３がそれぞれ貫通している。ガイドシャフト１１３は、ネジ軸１０８に支持されたワーク保持部１１２をネジ軸１０８の軸線方向に案内するための丸棒体であり、前記図示しない摺動ブロックを摺動可能に貫通した状態でベース１０５上に固定的に支持されている。なお、ワーク保持部１１２は、被加工物ＷＫを着脱自在に保持できる構成であればよく、例えば、チャックにより把持する構成であってもよい。
【００２４】
ワーク保持部１１２の上方には、加工ヘッド１１４が設けられている。加工ヘッド１１４は、加工工具１１５を着脱自在に保持するとともに保持した加工工具１１５を回転駆動する機械装置であり、主として、加工工具１１５を着脱自在に保持するチャック１１４ａと保持した加工工具１１５を回転駆動するスピンドル駆動モータ１１４ｂとを備えて構成されている。スピンドル駆動モータ１１４ｂは、コントローラ１３０によって作動が制御されて加工工具１１５を回転駆動するアクチュエータであり、加工ヘッド１１４の図示上面に固定的に設けられている。加工工具１１５は、被加工物ＷＫを切削加工するための刃物であり、ドリルやエンドミルなどの切削工具によって構成されている。
【００２５】
この加工ヘッド１１４は、工具昇降機構１１６によって支持されている。工具昇降機構１１６は、加工ヘッド１１４をワーク保持部１１２に接近および離隔する方向、すなわち、図示Ｚ’軸方向に変位させるための機械装置であり、金属製の箱体からなるカバーケース１１７内に設けられている。この工具昇降機構１１６は、前記ワーク変位機構１０６と同様に、主として、送りネジ機構１１８とガイドシャフト１２３とで構成されている。
【００２６】
送りネジ機構１１８は、詳しくは図５に示すように、前記送りネジ機構１０７と同様に、軸状体の外周面に雄ネジ１１９ａが形成されたネジ軸１１９と同雄ネジ１１９ａに噛み合う雌ネジ１２０ａが形成された筒状部を有した可動体１２０とで構成されており、ネジ軸１１９を回転駆動（図５において矢印参照）させることにより可動体１２０をネジ軸１１９の軸線方向に沿って直線的に駆動させる。この送りネジ機構１１８を構成するネジ軸１１９は、ワーク保持部１１２の変位方向に直交する図示Ｚ’軸方向に沿って支持されている。より具体的には、ネジ軸１１９は、一方の端部がコントローラ１３０によって作動が制御されるＺ軸方向駆動モータ１２１に連結されるとともに、他方の端部がカバーケース１１７内に固定された支持ベアリング１２２に回転自在に支持されている。すなわち、加工ヘッド１１４を変位させる送りネジ機構１１８は、鉛直方向に対して傾斜した状態で設けられている。Ｚ軸方向駆動モータ１２１は、コントローラ１３０によって作動が制御されてネジ軸１１９を回転駆動するアクチュエータであり、カバーケース１１７の図示上面に固定的に設けられている。
【００２７】
可動体１２０は、前記可動体１０９と同様に、ネジ軸１１９の軸線方向に沿って変位可能に支持された金属製のブロック体であり、加工ヘッド１１４を固定的に支持している。また、加工ヘッド１１４には、可動体１２０の両側に図示しない摺動ブロックがそれぞれ設けられており、これらの各摺動ブロックにガイドシャフト１２３がそれぞれ貫通している。これらのガイドシャフト１２３は、前記ガイドシャフト１１３と同様に、ネジ軸１１９に支持された加工ヘッド１１４をネジ軸１１９の軸線方向に案内するための丸棒体であり、前記図示しない摺動ブロックを摺動可能に貫通した状態でカバーケース１１７内に固定的に支持されている。
【００２８】
加工ヘッド１１４を保持した工具昇降機構１１６は、工具変位機構１２４によって支持されている。工具変位機構１２４は、工具昇降機構１１６を加工装置１００の左右方向である図示Ｘ軸方向に変位させるための機械装置であり、前記ワーク変位機構１０６と同様に、主として、送りネジ機構１２５とガイドシャフト１２９とで構成されている。
【００２９】
送りネジ機構１２５は、前記送りネジ機構１０７と同様に、軸状体の外周面に雄ネジ１２６ａが形成されたネジ軸１２６と同雄ネジ１２６ａに噛み合う雌ネジ１２７ａが形成された筒状部を有した可動体１２７とで構成されており、ネジ軸１２６を回転駆動させることにより可動体１２７をネジ軸１２６の軸線方向に沿って直線的に駆動させる。この送りネジ機構１２５を構成するネジ軸１２６は、水平状態で筺体１０１の両側に支持されている。より具体的には、送りネジ機構１２５を構成するネジ軸１２６は、一方の端部がコントローラ１３０によって作動が制御されるＸ軸方向駆動モータ１２８に連結されるとともに、他方の端部が筐体１０１内に固定された図示しない支持ベアリングに回転自在に支持されている。Ｘ軸方向駆動モータ１２８は、コントローラ１３０によって作動が制御されてネジ軸１２６を回転駆動するアクチュエータであり、筐体１０１内に固定的に設けられている。
【００３０】
可動体１２７は、前記可動体１０９と同様に、ネジ軸１２６の軸線方向に沿って変位可能に支持された金属製のブロック体であり、カバーケース１１７を介して工具昇降機構１１６を固定的に支持している。また、可動体１２７は、雌ネジ１２７ａの両側にそれぞれ貫通孔１２７ｂが形成されておりガイドシャフト１２９がそれぞれ摺動可能な状態で貫通している。このガイドシャフト１２９は、前記ガイドシャフト１１３と同様に、ネジ軸１２６に支持された可動体１２７を図示Ｘ軸方向に案内するための丸棒体であり、可動体１２７を摺動可能に貫通した状態で筐体１０１内に固定的に支持されている。
【００３１】
コントローラ１３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、インターフェース１３１を介して接続される外部コンピュータ装置２００からの指示および筐体１０１の前面に設けられる操作パネル１０４からの入力操作に従って加工装置１００の全体の作動を総合的に制御する。本実施形態においては、コントローラ１３０は、少なくともＹ軸方向駆動モータ１１０、スピンドル駆動モータ１１４ｂ、Ｚ軸方向駆動モータ１２１およびＸ軸方向駆動モータ１２８の作動をそれぞれ制御する。
【００３２】
外部コンピュータ装置２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、キーボードおよびマウスからなる入力装置２０１および液晶ディスプレイからなる表示装置２０２を備えるパーソナルコンピュータ（所謂パソコン）であり、図示しない加工プログラムを実行することにより加工装置１００の作動を制御する。この場合、加工プログラムは、ユーザにより予め前記ハードディスクに記憶されている。なお、外部コンピュータ装置２００は、加工装置１００の作動を制御することができれば、どのような形式のコンピュータ装置であってもよい。
【００３３】
（加工装置１００の作動）
次に、このように構成した加工装置１００の作動について説明する。まず、ユーザは、外部コンピュータ装置２００と加工装置１００とをインターフェース１３１を介して接続し、外部コンピュータ装置２００および加工装置１００の電源をそれぞれＯＮにする。これにより、外部コンピュータ装置２００は、図示しない所定の制御プログラムを実行することによりユーザからの指令の入力を待つ待機状態となる。
【００３４】
また、加工装置１００は、コントローラ１３０内のＲＯＭに予め記憶されている図示しない所定の制御プログラムを実行することにより、加工ヘッド１１４を原点復帰させた後、外部コンピュータ装置２００からの指示を待つ待機状態となる。なお、この場合、加工ヘッド１１４における原点とは、加工ヘッド１１４の図示Ｘ軸方向、図示Ｙ’軸方向および図示Ｚ’軸方向における各移動可能範囲内の一方の移動可能限界位置（図示最右端、図示最奥端、図示最上端）である。
【００３５】
次に、ユーザは、加工装置１００のワーク保持部１１２上に被加工物ＷＫをセットするとともに、加工ヘッド１１４に加工工具１１５を保持させる。この場合、ユーザは、加工装置１００の前面カバー１０３を開くことにより、開口部１０２を介して被加工物ＷＫおよび加工工具１１５をセットする。次に、ユーザは、外部コンピュータ装置２００の入力装置２０１を操作して、外部コンピュータ装置２００に図示しない加工プログラムの実行を指示する。この加工プログラムは、ユーザが所望する３次元形状を被加工物ＷＫに形成するために、同３次元形状を表す３次元形状データに基づいて加工工具１１５の移動経路を表す加工データ（ＮＣデータ）を生成して加工装置１００に出力するプログラムである。
【００３６】
この指示に応答して、外部コンピュータ装置２００は、加工プログラムの実行を開始して加工データを生成する。この場合、外部コンピュータ装置２００は、ユーザによって入力された３次元形状を表わす３次元形状データに基づいて加工データを生成する。そして、外部コンピュータ装置２００は、生成した加工データを加工装置１００のコントローラ１３０に出力する。加工データを入力した加工装置１００のコントローラ１３０は、スピンドル駆動モータ１１４ｂの作動を制御して加工工具１１５を所定の回転数で回転させた状態で、Ｙ軸方向駆動モータ１１０、Ｚ軸方向駆動モータ１２１およびＸ軸方向駆動モータ１２８の各作動を制御することにより被加工物ＷＫに対する加工ヘッド１１４が保持する加工工具１１５の先端部（刃先）の位置を変化させる。これにより、ワーク保持部１１２上に保持された被加工物ＷＫは、加工工具１１５によって３次元的に切削加工される。
【００３７】
この場合、ワーク変位機構１０６および工具昇降機構１１６における各送りネジ機構１０７，１１８は、図４，５に示すように、鉛直方向に対して傾斜した状態で設けられている。このため、各送りネジ機構１０７，１１８における可動体１０９，１２０の各雌ネジ１０９ａ，１２０ａは、可動体１０９，１２０の自重によってネジ軸１０８，１１９の各雄ネジ１０８ａ，１１９ａ上に常に載った状態で噛み合っている。すなわち、送りネジ機構１０７，１１８は、ネジ軸１０８，１１９における雄ネジ１０８ａ，１１９ａの各山の上側（換言すれば、可動体１０９，１２０における雌ネジ１０９ａ，１２０ａの各山の下側）のバックラッシが常にない状態で噛み合う。これにより、各送りネジ機構１０７，１１８は、ワーク保持部１１２および加工ヘッド１１４を図示Ｙ’軸方向および図示Ｚ’軸方向にそれぞれ往復変位させる際、常にバックラッシがない接触し合った状態で変位させる。
【００３８】
また、各送りネジ機構１０７，１１８は、ネジ軸１０８，１１９の各雄ネジ１０８ａ，１１９ａと可動体１０９，１２０の各雌ネジ１０９ａ，１２０ａとの互いの接触面が摩擦により摩耗した場合であっても、送りネジ機構１０７，１１８が鉛直方向に対して傾斜した状態で設けられているため、前記互いに接触し合った状態を維持することができる。これらにより、ワーク保持部１１２および加工ヘッド１１４の位置決め精度を長期間に亘って維持することができる。
【００３９】
したがって、加工装置１００は、このようなワーク変位機構１０６および工具昇降機構１１６によるワーク保持部１１２および加工ヘッド１１４の位置決めを介して被加工物ＷＫに対して切削加工を行う。そして、加工装置１００のコントローラ１３０は、加工データに基づく加工がすべて終了した場合には、加工ヘッド１１４を原点復帰させる。
【００４０】
一方、外部コンピュータ装置２００は、この加工プログラムの実行を終了して再び待機状態となる。これにより、加工装置１００も再び待機状態となる。次いで、ユーザは、ワーク保持部１１２上から被加工物ＷＫを取り外して加工装置１００による被加工物ＷＫの切削加工を終了する。そして、ユーザは、他の被加工物ＷＫに対して切削加工を行う場合には、前記と同様にして他の被加工物ＷＫをワーク保持部１１２上にセットした後、加工プログラムを実行する。一方、ユーザは、他の被加工物ＷＫの切削加工を行わない場合には、外部コンピュータ装置２００および加工装置１００の電源をそれぞれＯＦＦにする。これにより、ユーザは、被加工物ＷＫの切削加工作業を終了する。
【００４１】
上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、加工装置１００は、ワーク保持部１１２および加工工具１１５を互いに直交する３軸方向のうちの２つの軸線方向である図示Ｙ’軸方向および図示Ｚ’軸方向に変位させる変位手段を送りネジ機構１０７，１１８で構成するとともに、これらの送りネジ機構１０７，１１８を鉛直方向に対して傾斜した状態で設けている。これにより、加工装置１００における送りネジ機構１０７，１１８は、可動体１０９，１２０の雌ネジ１０９ａ，１２０ａが可動体１０９，１２０の自重によってネジ軸１０８，１１９の雄ネジ１０８ａ，１１９ａ上に載った状態で常に噛み合うようになる。すなわち、傾斜した状態で設けられた送りネジ機構１０７、１１８は、ネジ軸１０８，１１９における雄ネジ１０９ａ，１２０ａの各山の上側（換言すれば、可動体１０９，１２０における雌ネジ１０９ａ，１２０ａの各山の下側）のバックラッシが常にない状態で噛み合う。この結果、送りネジ機構１０７，１１８における雄ネジ１０８ａ，１１９ａと雌ネジ１０９ａ，１２０ａとの接触面が摩耗した場合であっても、ネジ軸１０８，１１９の雄ネジ１０８ａ，１１９ａと可動体１０９，１２０の雌ネジ１０９ａ，１２０ａとは常に接触し合った状態を維持するため、ワーク保持部１１２と加工工具１１５との位置決め精度の低下を防止することができる。すなわち、本発明に係る加工装置１００は、簡単な構成によってワーク保持部１１２と加工工具１１５との位置決め精度の低下を防止することができる。
【００４２】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００４３】
例えば、上記実施形態においては、加工装置１００は、送りネジ機構１０７，１１８を鉛直方向に対して傾斜した状態で設けている。すなわち、上記実施形態における加工装置１００においては、ワーク保持部１１２と加工工具１１５とを互いに直交する３軸方向に相対変位させるための変位手段を構成するワーク変位機構１０６、工具昇降機構１１６および工具変位機構１２４のうち、ワーク変位機構１０６および工具昇降機構１１６を構成する送りネジ機構１０７，１１８を鉛直方向に対して傾斜した状態で設けた。しかし、本発明の変位手段を構成する送りネジ機構は、前記３軸方向のうちの少なくとも１軸方向に沿ってワーク保持部１１２と加工ホルダ１１４とを互いに相対変位させるように構成されていればよい。すなわち、送りネジ機構１０７、１１８、１２５のうちの少なくとも１つの送りネジ機構が鉛直方向に対して傾斜した状態で設けられていればよい。また、この場合、送りネジ機構１０７、１１８、１２５のすべての送りネジ機構を鉛直方向に対して傾斜した状態で設けるようにしてもよい。これによれば、前記３軸方向のすべてにおいて、ワーク保持部１１２と加工工具１１５との位置決め精度の低下を防止することができる。
【００４４】
また、上記実施形態においては、送りネジ機構１０７，１１８を鉛直方向に対して３０°傾斜した状態で設けている。しかし、本発明に係る変位手段を構成する送りネジ機構を傾斜させる角度は、鉛直方向から水平方向までの範囲の傾斜角であればよく、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。この場合、送りネジ機構を傾斜させる角度は、鉛直方向に対して３０〜６０°の範囲が好適である。
【００４５】
また、上記実施形態においては、ワーク保持部１１２を図示Ｙ’軸方向に変位させる送りネジ機構１０７を開口部１０２から離隔する方向に向かって下方に下がる姿勢で設けた。すなわち、送りネジ機構１０７は、ユーザが被加工物ＷＫをワーク保持部１１２に着脱操作する側に対して離隔する方向に向かって下方に下がる姿勢で設けられている。これにより、加工工具１１５を保持する加工ヘッド１１４がワーク保持部１１２より奥側に配置されるようになってワーク保持部１１２に対する被加工物ＷＫの着脱作業が行い易くなる。また、被加工物ＷＫの加工時に生じる切削粉や被加工物ＷＫに供給する加工油などの飛散物が開口部１０２側に飛散することを防止することができ、開口部１０２を介した被加工物ＷＫの着脱作業が行い易くなる。しかし、送りネジ機構１０７は、ユーザによる着脱作業を行う側から離隔する方向に向かって上方に上がる姿勢で設けることもできる。これによれば、ワーク保持部１１２における被加工物ＷＫの載置面がユーザ側に面するようになるため、開口部１０２を介した被加工物ＷＫの着脱作業が行い易くなる。また、送りネジ機構１２５を図示左右方向のいずれかに傾斜させて設けるようにしてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態においては、ワーク変位機構１０６、工具昇降機構１１６および工具変位機構１２４を送りネジ機構１０７，１１８，１２５とガイドシャフト１１３，１２３，１２９とで構成した。この場合、工具昇降機構１１６および工具変位機構１２４を構成する各ガイドシャフト１１３，１２３，１２９は、ワーク保持部１１２および加工ヘッド１１４を各変位方向に精度良く案内するためのものである。したがって、ワーク保持部１１２および加工ヘッド１１４を各変位方向に精度良く案内することができれば、各ガイドシャフト１１３，１２３，１２９を省略してワーク変位機構１０６、工具昇降機構１１６および工具変位機構１２４を構成することもできる。
【００４７】
また、上記実施形態においては、加工装置１００は、切削工具からなる加工工具１１５を保持することにより、被加工物ＷＫに対して切削加工を行うように構成した。しかし、加工装置１００は、被加工物ＷＫに対して除去加工および塑性加工を行う加工工具１１５を保持して構成されていれば、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。例えば
加工装置１００は、切削工具に代えてまたは加えて打刻工具を保持するように構成することもできる。このような打刻工具を保持した加工装置１００においては、金，プラチナ，真鍮，アルミニウム，ステンレス鋼などの比較的塑性変形し易い被加工物の表面に点状の加工痕を複数形成して、これら複数の加工痕の集合によって所望する画像を被加工物ＷＫの表面に形成することができる。
【符号の説明】
【００４８】
ＷＫ…被加工物、
１００…加工装置、１０１…筺体、１０２…開口部、１０３…前面カバー、１０４…操作パネル、１０５…ベース、１０５ａ…傾斜面、１０６…ワーク変位機構、１０７…送りネジ機構、１０８…ネジ軸、１０８ａ…雄ネジ、１０９…可動体、１０９ａ…雌ネジ、１１０…Ｙ軸方向駆動モータ、１１１…支持ベアリング、１１２…ワーク保持部、１１３…ガイドシャフト、１１４…加工ヘッド、１１４ａ…チャック、１１４ｂ…スピンドル駆動モータ、１１５…加工工具、１１６…工具昇降機構、１１７…カバーケース、１１８…送りネジ機構、１１９…ネジ軸、１１９ａ…雄ネジ、１２０…可動体、１２０ａ…雌ネジ、１２１…Ｚ軸方向駆動モータ、１２２…支持ベアリング、１２３…ガイドシャフト、１２４…工具変位機構、１２５…送りネジ機構、１２６…ネジ軸、１２６ａ…雄ネジ、１２７…可動体、１２７ａ…雌ネジ、１２７ｂ…貫通孔、１２８…Ｘ軸方向駆動モータ、１２９…ガイドシャフト、
１３０…コントローラ、１３１…インターフェース、
２００…外部コンピュータ装置、２０１…入力装置、２０２…表示装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク保持部に保持した被加工物に対して加工工具を相対変位させることにより被加工物に切削加工や塑性加工などの加工を行う加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ワーク保持部に保持した被加工物に対して加工工具を相対変位させることにより被加工物に切削加工や塑性加工などの加工を行う加工装置がある。例えば、下記特許文献１には、金，プラチナ，真鍮，アルミニウム，ステンレス鋼などの比較的塑性変形し易い被加工物の表面に点状の加工痕を複数形成して、これら複数の加工痕の集合によって所望する画像を被加工物の表面に形成する加工装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８７１２８号公報
【０００４】
この加工装置は、被加工物の表面に加工痕を形成する打刻工具に対して被加工物を着脱自在に保持するワーク保持部が互いに直交する３軸方向に相対変位するように構成されている。より具体的には、加工装置は、打刻工具を保持する加工ヘッドおよびワーク保持部が送りネジ機構によって互いに直交する２軸方向にそれぞれ変位されるとともに、打刻工具がソレノイドによって前記２軸方向に直交する軸方向に変位されるように構成されている。この場合、送りネジ機構とは、軸状体の外周面に雄ネジが形成されたネジ軸を回転させることにより、筒状体の内周面にネジ軸の雄ネジに噛み合う雌ネジが形成された可動体を直線的に駆動させる機構である。
【０００５】
しかしながら、このような加工装置に採用される送りネジ機構おいては、ネジ軸の雄ネジおよびナットの雌ネジにおける互いの接触面が摩耗することにより雄ネジと雌ネジとの間の摩擦抵抗を低減するためのバックラッシが長時間の使用によって増大してワーク保持部と加工工具との位置決め精度が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、加工工具とワーク保持部とを位置決めする送りネジ機構における雄ネジと雌ネジとの接触面が摩耗した場合であっても両者の位置決め精度の低下を防止することができる加工装置を提供することにある。
【発明の概要】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に係る本発明の特徴は、被加工物を着脱自在に保持するワーク保持部と、被加工物を加工する加工工具を保持する加工ヘッドと、ワーク保持部と加工工具とを互いに直交する３軸方向に相対的に変位させる変位手段とを備え、変位手段による被加工物と加工工具との相対変位によって被加工物に３次元形状を形成する加工装置において、変位手段は、前記３軸方向のうちの少なくとも１軸方向が鉛直方向に対して傾斜する方向に沿って設けられた送りネジ機構によって構成されていることにある。
【０００８】
このように構成した請求項１に係る本発明の特徴によれば、加工装置は、ワーク保持部と加工工具とを互いに直交する３軸方向に変位させる変位手段が同３軸方向のうちの少なくとも１つの軸線方向に相対変位させる送りネジ機構で構成されるとともに、この送りネジ機構が鉛直方向に対して傾斜した状態で設けられている。この場合、送りネジ機構は、軸状体の外周面に雄ネジが形成されたネジ軸と筒状体の内周面にネジ軸の雄ネジに噛み合う雌ネジが形成された可動体とで構成されており、ネジ軸を回転することにより可動体を直線的に駆動させる機構である。これにより、加工装置における送りネジ機構は、可動体の雌ネジが可動体の自重によってネジ軸の雄ネジ上に載った状態で常に噛み合うようになる。すなわち、傾斜した状態で設けられた送りネジ機構は、ネジ軸における雄ネジの各山の上側（換言すれば、可動体における雌ネジの各山の下側）のバックラッシが常にない状態で噛み合う。この結果、送りネジ機構の長時間の使用によって雄ネジおよび雌ネジにおける各接触面が摩耗した場合であっても、ネジ軸の雄ネジと可動体の雌ネジとは常に接触し合っているため、ワーク保持部と加工工具との位置決め精度の低下を防止することができる。すなわち、本発明は、簡単な構成によってワーク保持部と加工工具との位置決め精度の低下を防止することができる。
【０００９】
また、請求項２に係る本発明の他の特徴は、前記加工装置において、変位手段は、前記傾斜した送りネジ機構がワーク保持部を変位させることにある。
【００１０】
このように構成した請求項２に係る本発明の他の特徴によれば、加工装置は、変位手段が前記傾斜した送りネジ機構によってワーク保持部を変位させる。このため、加工工具に対してワーク保持部を変位させる場合、ワーク保持部の位置決め精度の低下を防止することができる。また、ワーク保持部を送りネジ機構の傾斜方向に沿って傾斜させて設けることにより、被加工物の加工時に生じる切削粉や被加工物に供給する加工油などの飛散物を被加工物上から自然落下させて除去することができる。
【００１１】
また、請求項３に係る本発明の他の特徴は、前記加工装置において、変位手段は、ユーザが被加工物をワーク保持部に着脱操作する側に対してワーク保持部を接近および離隔する方向に変位させることにある。
【００１２】
このように構成した請求項３に係る本発明の他の特徴によれば、加工装置の変位手段は、ユーザが被加工物をワーク保持部に着脱操作する側に対してワーク保持部を接近および離隔する方向に変位させる。これにより、ワーク保持部をユーザによる被加工物の着脱操作側に位置させることができ、被加工物のワーク保持部への着脱作業が行い易くなる。
【００１３】
また、請求項４に係る本発明の他の特徴は、前記加工装置において、変位手段は、ワーク保持部をユーザによる着脱操作側から離隔する方向に向って下方に下がる方向に変位させることにある。
【００１４】
このように構成した請求項４に係る本発明の他の特徴によれば、加工装置は、傾斜した状態で設けられた送りネジ機構がワーク保持部をユーザによる着脱操作側から離隔する方向に向って下方に下がる方向に変位させる。これにより、加工工具を保持する加工ヘッドがワーク保持部より奥側に配置されるようになってワーク保持部に対する被加工物の着脱作業が行い易くなる。また、被加工物の加工時に生じる切削粉や被加工物に供給する加工油などの飛散物がユーザ側に飛散することを防止することができ、開口部を介した被加工物の着脱作業が行い易くなる。
【００１５】
また、請求項５に係る本発明の他の特徴は、前記加工装置において、変位手段は、さらに、加工ヘッドを前記傾斜した送りネジ機構によって変位させることにある。
【００１６】
このように構成した請求項５に係る本発明の他の特徴によれば、加工装置は、ワーク保持部に加えて加工ヘッドを変位させる変位手段が、傾斜した状態で設けられる送りネジ機構で構成される。これにより、ワーク保持部および加工ヘッドがそれぞれ傾斜した状態の送りネジ機構によって変位されるようになり、加工工具とワーク保持部との位置決め精度の低下をより効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る加工装置の全体構成を概略的に示す外観斜視図である。
【図２】図１に示す加工装置の作動を制御するための制御システムのブロック図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａから見た加工装置の要部の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】図３に示すワーク変位機構を構成する送りネジ機構の要部を拡大した拡大断面図である。
【図５】図３に示す工具昇降機構を構成する送りネジ機構の要部を拡大した拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る加工装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る加工装置１００の外観構成を概略的に示す斜視図である。また、図２は、同加工装置１００の作動を制御するための制御システムのブロック図である。また、図３は、図１に示すＡ−Ａから見た加工装置１００の要部の構成を模式的に示す断面図である。なお、本明細書において参照する各図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。この加工装置１００は、軽金属材、石膏材、樹脂材およびセラミック材などからなる被加工物ＷＫに対してドリルやエンドミルなどの切削工具を用いて３次元切削加工を行う所謂工作機械である。例えば、本実施形態に係る加工装置１００は、セラミック材（例えば、酸化ジルコニウム）を切削加工にして人の骨や歯などの３次元形状を成形する。
【００１９】
（加工装置１００の構成）
この加工装置１００は、筐体１０１を備えている。筐体１０１は、加工装置１００の機械的および電気的な構成要素をそれぞれ収める収容体であり、前面が開放された中空の箱型に形成されている。筐体１０１の前面における開放された部分である開口部１０２には、同開口部１０２を開放および閉塞するための前面カバー１０３が開閉自在に設けられている。この前面カバー１０３は、透明な樹脂製の板状体で形成されており、筺体１０１での加工状態が外部から視認できるようになっている。また、筐体１０１の前面における前面カバー１０３の図示右側には、加工装置１００の作動を制御する制御装置である後述するコントローラ１３０に指示を与えるための操作パネル１０４が設けられている。
【００２０】
この筐体１０１の内部における底部には、ベース１０５が設けられている。ベース１０５は、ワーク変位機構１０６を介してワーク保持部１１２を支持する金属製の支持部材であり、加工装置１００の開口部１０２から加工装置１００の後方（図示Ｙ軸方向）に向って下り傾斜した傾斜面１０５ａを備えている。本実施形態においては、ベース１０５の傾斜面１０５ａは、水平線に対して３０°（鉛直線に対して６０°）の角度で傾斜して形成されている。このベース１０５の傾斜面１０５ａには、ワーク変位機構１０６が設けられている。ワーク変位機構１０６は、ワーク保持部１１２をベース１０５の傾斜面１０５ａに平行な図示Ｙ’軸方向に沿って変位させるための機械装置であり、主として、送りネジ機構１０７とガイドシャフト１１３とで構成されている。
【００２１】
なお、本実施形態においては、加工装置１００の前後方向をＹ軸方向とし、加工装置１００の左右方向をＸ軸方向とし、加工装置１００の上下方向をＺ軸方向とする。また、前記Ｙ軸方向に対して３０°傾斜した軸方向、すなわち、ベース１０５の傾斜面１０５ａと平行な軸線方向をＹ’軸方向とし、前記Ｚ軸方向に対して３０°傾斜してＹ’軸方向に直交する軸線方向をＺ’軸方向とする。
【００２２】
送りネジ機構１０７は、詳しくは図４に示すように、軸状体の外周面に雄ネジ１０８ａが形成されたネジ軸１０８と同雄ネジ１０８ａに噛み合う雌ネジ１０９ａが形成された筒状部を有した可動体１０９とで構成されており、ネジ軸１０８を回転駆動（図４において矢印参照）させることにより可動体１０９をネジ軸１０８の軸線方向に沿って直線的に駆動させる。この送りネジ機構１０７を構成するネジ軸１０８は、ベース１０５の傾斜面１０５ａに沿って支持されている。より具体的には、ネジ軸１０８は、一方の端部がＹ軸方向駆動モータ１１０に連結されるとともに、他方の端部がベース１０５上に固定された支持ベアリング１１１に回転自在に支持されている。すなわち、ワーク保持部１１２を変位させる送りネジ機構１０７は、鉛直方向に対して傾斜した状態で設けられている。Ｙ軸方向駆動モータ１１０は、コントローラ１３０によって作動が制御されてネジ軸１０８を回転駆動するアクチュエータであり、筐体１０１の内部に固定的に設けられている。
【００２３】
可動体１０９は、ネジ軸１０８の軸線方向に沿って変位可能に支持された金属製のブロック体であり、図示上面にワーク保持部１１２を固定的に支持している。ワーク保持部１１２は、加工装置１００の加工対象である被加工物ＷＫを着脱自在に保持する載置台であり、平板状の金属板によって構成されているとともに同金属板上に被加工物ＷＫのクランプ装置（図示せず）を備えて構成されている。このワーク保持部１１２の図示下面には、可動体１０９の両側に図示しない摺動ブロックがそれぞれ設けられており、これらの各摺動ブロックにガイドシャフト１１３がそれぞれ貫通している。ガイドシャフト１１３は、ネジ軸１０８に支持されたワーク保持部１１２をネジ軸１０８の軸線方向に案内するための丸棒体であり、前記図示しない摺動ブロックを摺動可能に貫通した状態でベース１０５上に固定的に支持されている。なお、ワーク保持部１１２は、被加工物ＷＫを着脱自在に保持できる構成であればよく、例えば、チャックにより把持する構成であってもよい。
【００２４】
ワーク保持部１１２の上方には、加工ヘッド１１４が設けられている。加工ヘッド１１４は、加工工具１１５を着脱自在に保持するとともに保持した加工工具１１５を回転駆動する機械装置であり、主として、加工工具１１５を着脱自在に保持するチャック１１４ａと保持した加工工具１１５を回転駆動するスピンドル駆動モータ１１４ｂとを備えて構成されている。スピンドル駆動モータ１１４ｂは、コントローラ１３０によって作動が制御されて加工工具１１５を回転駆動するアクチュエータであり、加工ヘッド１１４の図示上面に固定的に設けられている。加工工具１１５は、被加工物ＷＫを切削加工するための刃物であり、ドリルやエンドミルなどの切削工具によって構成されている。
【００２５】
この加工ヘッド１１４は、工具昇降機構１１６によって支持されている。工具昇降機構１１６は、加工ヘッド１１４をワーク保持部１１２に接近および離隔する方向、すなわち、図示Ｚ’軸方向に変位させるための機械装置であり、金属製の箱体からなるカバーケース１１７内に設けられている。この工具昇降機構１１６は、前記ワーク変位機構１０６と同様に、主として、送りネジ機構１１８とガイドシャフト１２３とで構成されている。
【００２６】
送りネジ機構１１８は、詳しくは図５に示すように、前記送りネジ機構１０７と同様に、軸状体の外周面に雄ネジ１１９ａが形成されたネジ軸１１９と同雄ネジ１１９ａに噛み合う雌ネジ１２０ａが形成された筒状部を有した可動体１２０とで構成されており、ネジ軸１１９を回転駆動（図５において矢印参照）させることにより可動体１２０をネジ軸１１９の軸線方向に沿って直線的に駆動させる。この送りネジ機構１１８を構成するネジ軸１１９は、ワーク保持部１１２の変位方向に直交する図示Ｚ’軸方向に沿って支持されている。より具体的には、ネジ軸１１９は、一方の端部がコントローラ１３０によって作動が制御されるＺ軸方向駆動モータ１２１に連結されるとともに、他方の端部がカバーケース１１７内に固定された支持ベアリング１２２に回転自在に支持されている。すなわち、加工ヘッド１１４を変位させる送りネジ機構１１８は、鉛直方向に対して傾斜した状態で設けられている。Ｚ軸方向駆動モータ１２１は、コントローラ１３０によって作動が制御されてネジ軸１１９を回転駆動するアクチュエータであり、カバーケース１１７の図示上面に固定的に設けられている。
【００２７】
可動体１２０は、前記可動体１０９と同様に、ネジ軸１１９の軸線方向に沿って変位可能に支持された金属製のブロック体であり、加工ヘッド１１４を固定的に支持している。また、加工ヘッド１１４には、可動体１２０の両側に図示しない摺動ブロックがそれぞれ設けられており、これらの各摺動ブロックにガイドシャフト１２３がそれぞれ貫通している。これらのガイドシャフト１２３は、前記ガイドシャフト１１３と同様に、ネジ軸１１９に支持された加工ヘッド１１４をネジ軸１１９の軸線方向に案内するための丸棒体であり、前記図示しない摺動ブロックを摺動可能に貫通した状態でカバーケース１１７内に固定的に支持されている。
【００２８】
加工ヘッド１１４を保持した工具昇降機構１１６は、工具変位機構１２４によって支持されている。工具変位機構１２４は、工具昇降機構１１６を加工装置１００の左右方向である図示Ｘ軸方向に変位させるための機械装置であり、前記ワーク変位機構１０６と同様に、主として、送りネジ機構１２５とガイドシャフト１２９とで構成されている。
【００２９】
送りネジ機構１２５は、前記送りネジ機構１０７と同様に、軸状体の外周面に雄ネジ１２６ａが形成されたネジ軸１２６と同雄ネジ１２６ａに噛み合う雌ネジ１２７ａが形成された筒状部を有した可動体１２７とで構成されており、ネジ軸１２６を回転駆動させることにより可動体１２７をネジ軸１２６の軸線方向に沿って直線的に駆動させる。この送りネジ機構１２５を構成するネジ軸１２６は、水平状態で筺体１０１の両側に支持されている。より具体的には、送りネジ機構１２５を構成するネジ軸１２６は、一方の端部がコントローラ１３０によって作動が制御されるＸ軸方向駆動モータ１２８に連結されるとともに、他方の端部が筐体１０１内に固定された図示しない支持ベアリングに回転自在に支持されている。Ｘ軸方向駆動モータ１２８は、コントローラ１３０によって作動が制御されてネジ軸１２６を回転駆動するアクチュエータであり、筐体１０１内に固定的に設けられている。
【００３０】
可動体１２７は、前記可動体１０９と同様に、ネジ軸１２６の軸線方向に沿って変位可能に支持された金属製のブロック体であり、カバーケース１１７を介して工具昇降機構１１６を固定的に支持している。また、可動体１２７は、雌ネジ１２７ａの両側にそれぞれ貫通孔１２７ｂが形成されておりガイドシャフト１２９がそれぞれ摺動可能な状態で貫通している。このガイドシャフト１２９は、前記ガイドシャフト１１３と同様に、ネジ軸１２６に支持された可動体１２７を図示Ｘ軸方向に案内するための丸棒体であり、可動体１２７を摺動可能に貫通した状態で筐体１０１内に固定的に支持されている。
【００３１】
コントローラ１３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、インターフェース１３１を介して接続される外部コンピュータ装置２００からの指示および筐体１０１の前面に設けられる操作パネル１０４からの入力操作に従って加工装置１００の全体の作動を総合的に制御する。本実施形態においては、コントローラ１３０は、少なくともＹ軸方向駆動モータ１１０、スピンドル駆動モータ１１４ｂ、Ｚ軸方向駆動モータ１２１およびＸ軸方向駆動モータ１２８の作動をそれぞれ制御する。
【００３２】
外部コンピュータ装置２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、キーボードおよびマウスからなる入力装置２０１および液晶ディスプレイからなる表示装置２０２を備えるパーソナルコンピュータ（所謂パソコン）であり、図示しない加工プログラムを実行することにより加工装置１００の作動を制御する。この場合、加工プログラムは、ユーザにより予め前記ハードディスクに記憶されている。なお、外部コンピュータ装置２００は、加工装置１００の作動を制御することができれば、どのような形式のコンピュータ装置であってもよい。
【００３３】
（加工装置１００の作動）
次に、このように構成した加工装置１００の作動について説明する。まず、ユーザは、外部コンピュータ装置２００と加工装置１００とをインターフェース１３１を介して接続し、外部コンピュータ装置２００および加工装置１００の電源をそれぞれＯＮにする。これにより、外部コンピュータ装置２００は、図示しない所定の制御プログラムを実行することによりユーザからの指令の入力を待つ待機状態となる。
【００３４】
また、加工装置１００は、コントローラ１３０内のＲＯＭに予め記憶されている図示しない所定の制御プログラムを実行することにより、加工ヘッド１１４を原点復帰させた後、外部コンピュータ装置２００からの指示を待つ待機状態となる。なお、この場合、加工ヘッド１１４における原点とは、加工ヘッド１１４の図示Ｘ軸方向、図示Ｙ’軸方向および図示Ｚ’軸方向における各移動可能範囲内の一方の移動可能限界位置（図示最右端、図示最奥端、図示最上端）である。
【００３５】
次に、ユーザは、加工装置１００のワーク保持部１１２上に被加工物ＷＫをセットするとともに、加工ヘッド１１４に加工工具１１５を保持させる。この場合、ユーザは、加工装置１００の前面カバー１０３を開くことにより、開口部１０２を介して被加工物ＷＫおよび加工工具１１５をセットする。次に、ユーザは、外部コンピュータ装置２００の入力装置２０１を操作して、外部コンピュータ装置２００に図示しない加工プログラムの実行を指示する。この加工プログラムは、ユーザが所望する３次元形状を被加工物ＷＫに形成するために、同３次元形状を表す３次元形状データに基づいて加工工具１１５の移動経路を表す加工データ（ＮＣデータ）を生成して加工装置１００に出力するプログラムである。
【００３６】
この指示に応答して、外部コンピュータ装置２００は、加工プログラムの実行を開始して加工データを生成する。この場合、外部コンピュータ装置２００は、ユーザによって入力された３次元形状を表わす３次元形状データに基づいて加工データを生成する。そして、外部コンピュータ装置２００は、生成した加工データを加工装置１００のコントローラ１３０に出力する。加工データを入力した加工装置１００のコントローラ１３０は、スピンドル駆動モータ１１４ｂの作動を制御して加工工具１１５を所定の回転数で回転させた状態で、Ｙ軸方向駆動モータ１１０、Ｚ軸方向駆動モータ１２１およびＸ軸方向駆動モータ１２８の各作動を制御することにより被加工物ＷＫに対する加工ヘッド１１４が保持する加工工具１１５の先端部（刃先）の位置を変化させる。これにより、ワーク保持部１１２上に保持された被加工物ＷＫは、加工工具１１５によって３次元的に切削加工される。
【００３７】
この場合、ワーク変位機構１０６および工具昇降機構１１６における各送りネジ機構１０７，１１８は、図４，５に示すように、鉛直方向に対して傾斜した状態で設けられている。このため、各送りネジ機構１０７，１１８における可動体１０９，１２０の各雌ネジ１０９ａ，１２０ａは、可動体１０９，１２０の自重によってネジ軸１０８，１１９の各雄ネジ１０８ａ，１１９ａ上に常に載った状態で噛み合っている。すなわち、送りネジ機構１０７，１１８は、ネジ軸１０８，１１９における雄ネジ１０８ａ，１１９ａの各山の上側（換言すれば、可動体１０９，１２０における雌ネジ１０９ａ，１２０ａの各山の下側）のバックラッシが常にない状態で噛み合う。これにより、各送りネジ機構１０７，１１８は、ワーク保持部１１２および加工ヘッド１１４を図示Ｙ’軸方向および図示Ｚ’軸方向にそれぞれ往復変位させる際、常にバックラッシがない接触し合った状態で変位させる。
【００３８】
また、各送りネジ機構１０７，１１８は、ネジ軸１０８，１１９の各雄ネジ１０８ａ，１１９ａと可動体１０９，１２０の各雌ネジ１０９ａ，１２０ａとの互いの接触面が摩擦により摩耗した場合であっても、送りネジ機構１０７，１１８が鉛直方向に対して傾斜した状態で設けられているため、前記互いに接触し合った状態を維持することができる。これらにより、ワーク保持部１１２および加工ヘッド１１４の位置決め精度を長期間に亘って維持することができる。
【００３９】
したがって、加工装置１００は、このようなワーク変位機構１０６および工具昇降機構１１６によるワーク保持部１１２および加工ヘッド１１４の位置決めを介して被加工物ＷＫに対して切削加工を行う。そして、加工装置１００のコントローラ１３０は、加工データに基づく加工がすべて終了した場合には、加工ヘッド１１４を原点復帰させる。
【００４０】
一方、外部コンピュータ装置２００は、この加工プログラムの実行を終了して再び待機状態となる。これにより、加工装置１００も再び待機状態となる。次いで、ユーザは、ワーク保持部１１２上から被加工物ＷＫを取り外して加工装置１００による被加工物ＷＫの切削加工を終了する。そして、ユーザは、他の被加工物ＷＫに対して切削加工を行う場合には、前記と同様にして他の被加工物ＷＫをワーク保持部１１２上にセットした後、加工プログラムを実行する。一方、ユーザは、他の被加工物ＷＫの切削加工を行わない場合には、外部コンピュータ装置２００および加工装置１００の電源をそれぞれＯＦＦにする。これにより、ユーザは、被加工物ＷＫの切削加工作業を終了する。
【００４１】
上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、加工装置１００は、ワーク保持部１１２および加工工具１１５を互いに直交する３軸方向のうちの２つの軸線方向である図示Ｙ’軸方向および図示Ｚ’軸方向に変位させる変位手段を送りネジ機構１０７，１１８で構成するとともに、これらの送りネジ機構１０７，１１８を鉛直方向に対して傾斜した状態で設けている。これにより、加工装置１００における送りネジ機構１０７，１１８は、可動体１０９，１２０の雌ネジ１０９ａ，１２０ａが可動体１０９，１２０の自重によってネジ軸１０８，１１９の雄ネジ１０８ａ，１１９ａ上に載った状態で常に噛み合うようになる。すなわち、傾斜した状態で設けられた送りネジ機構１０７、１１８は、ネジ軸１０８，１１９における雄ネジ１０９ａ，１２０ａの各山の上側（換言すれば、可動体１０９，１２０における雌ネジ１０９ａ，１２０ａの各山の下側）のバックラッシが常にない状態で噛み合う。この結果、送りネジ機構１０７，１１８における雄ネジ１０８ａ，１１９ａと雌ネジ１０９ａ，１２０ａとの接触面が摩耗した場合であっても、ネジ軸１０８，１１９の雄ネジ１０８ａ，１１９ａと可動体１０９，１２０の雌ネジ１０９ａ，１２０ａとは常に接触し合った状態を維持するため、ワーク保持部１１２と加工工具１１５との位置決め精度の低下を防止することができる。すなわち、本発明に係る加工装置１００は、簡単な構成によってワーク保持部１１２と加工工具１１５との位置決め精度の低下を防止することができる。
【００４２】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００４３】
例えば、上記実施形態においては、加工装置１００は、送りネジ機構１０７，１１８を鉛直方向に対して傾斜した状態で設けている。すなわち、上記実施形態における加工装置１００においては、ワーク保持部１１２と加工工具１１５とを互いに直交する３軸方向に相対変位させるための変位手段を構成するワーク変位機構１０６、工具昇降機構１１６および工具変位機構１２４のうち、ワーク変位機構１０６および工具昇降機構１１６を構成する送りネジ機構１０７，１１８を鉛直方向に対して傾斜した状態で設けた。しかし、本発明の変位手段を構成する送りネジ機構は、前記３軸方向のうちの少なくとも１軸方向に沿ってワーク保持部１１２と加工ホルダ１１４とを互いに相対変位させるように構成されていればよい。すなわち、送りネジ機構１０７、１１８、１２５のうちの少なくとも１つの送りネジ機構が鉛直方向に対して傾斜した状態で設けられていればよい。また、この場合、送りネジ機構１０７、１１８、１２５のすべての送りネジ機構を鉛直方向に対して傾斜した状態で設けるようにしてもよい。これによれば、前記３軸方向のすべてにおいて、ワーク保持部１１２と加工工具１１５との位置決め精度の低下を防止することができる。
【００４４】
また、上記実施形態においては、送りネジ機構１０７，１１８を鉛直方向に対して３０°傾斜した状態で設けている。しかし、本発明に係る変位手段を構成する送りネジ機構を傾斜させる角度は、鉛直方向から水平方向までの範囲の傾斜角であればよく、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。この場合、送りネジ機構を傾斜させる角度は、鉛直方向に対して３０〜６０°の範囲が好適である。
【００４５】
また、上記実施形態においては、ワーク保持部１１２を図示Ｙ’軸方向に変位させる送りネジ機構１０７を開口部１０２から離隔する方向に向かって下方に下がる姿勢で設けた。すなわち、送りネジ機構１０７は、ユーザが被加工物ＷＫをワーク保持部１１２に着脱操作する側に対して離隔する方向に向かって下方に下がる姿勢で設けられている。これにより、加工工具１１５を保持する加工ヘッド１１４がワーク保持部１１２より奥側に配置されるようになってワーク保持部１１２に対する被加工物ＷＫの着脱作業が行い易くなる。また、被加工物ＷＫの加工時に生じる切削粉や被加工物ＷＫに供給する加工油などの飛散物が開口部１０２側に飛散することを防止することができ、開口部１０２を介した被加工物ＷＫの着脱作業が行い易くなる。しかし、送りネジ機構１０７は、ユーザによる着脱作業を行う側から離隔する方向に向かって上方に上がる姿勢で設けることもできる。これによれば、ワーク保持部１１２における被加工物ＷＫの載置面がユーザ側に面するようになるため、開口部１０２を介した被加工物ＷＫの着脱作業が行い易くなる。また、送りネジ機構１２５を図示左右方向のいずれかに傾斜させて設けるようにしてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態においては、ワーク変位機構１０６、工具昇降機構１１６および工具変位機構１２４を送りネジ機構１０７，１１８，１２５とガイドシャフト１１３，１２３，１２９とで構成した。この場合、工具昇降機構１１６および工具変位機構１２４を構成する各ガイドシャフト１１３，１２３，１２９は、ワーク保持部１１２および加工ヘッド１１４を各変位方向に精度良く案内するためのものである。したがって、ワーク保持部１１２および加工ヘッド１１４を各変位方向に精度良く案内することができれば、各ガイドシャフト１１３，１２３，１２９を省略してワーク変位機構１０６、工具昇降機構１１６および工具変位機構１２４を構成することもできる。
【００４７】
また、上記実施形態においては、加工装置１００は、切削工具からなる加工工具１１５を保持することにより、被加工物ＷＫに対して切削加工を行うように構成した。しかし、加工装置１００は、被加工物ＷＫに対して除去加工および塑性加工を行う加工工具１１５を保持して構成されていれば、必ずしも上記実施形態に限定されるものではない。例えば
加工装置１００は、切削工具に代えてまたは加えて打刻工具を保持するように構成することもできる。このような打刻工具を保持した加工装置１００においては、金，プラチナ，真鍮，アルミニウム，ステンレス鋼などの比較的塑性変形し易い被加工物の表面に点状の加工痕を複数形成して、これら複数の加工痕の集合によって所望する画像を被加工物ＷＫの表面に形成することができる。
【符号の説明】
【００４８】
ＷＫ…被加工物、
１００…加工装置、１０１…筺体、１０２…開口部、１０３…前面カバー、１０４…操作パネル、１０５…ベース、１０５ａ…傾斜面、１０６…ワーク変位機構、１０７…送りネジ機構、１０８…ネジ軸、１０８ａ…雄ネジ、１０９…可動体、１０９ａ…雌ネジ、１１０…Ｙ軸方向駆動モータ、１１１…支持ベアリング、１１２…ワーク保持部、１１３…ガイドシャフト、１１４…加工ヘッド、１１４ａ…チャック、１１４ｂ…スピンドル駆動モータ、１１５…加工工具、１１６…工具昇降機構、１１７…カバーケース、１１８…送りネジ機構、１１９…ネジ軸、１１９ａ…雄ネジ、１２０…可動体、１２０ａ…雌ネジ、１２１…Ｚ軸方向駆動モータ、１２２…支持ベアリング、１２３…ガイドシャフト、１２４…工具変位機構、１２５…送りネジ機構、１２６…ネジ軸、１２６ａ…雄ネジ、１２７…可動体、１２７ａ…雌ネジ、１２７ｂ…貫通孔、１２８…Ｘ軸方向駆動モータ、１２９…ガイドシャフト、
１３０…コントローラ、１３１…インターフェース、
２００…外部コンピュータ装置、２０１…入力装置、２０２…表示装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を着脱自在に保持するワーク保持部と、
前記被加工物を加工する加工工具を保持する加工ヘッドと、
前記ワーク保持部と前記加工工具とを互いに直交する３軸方向に相対的に変位させる変位手段とを備え、前記変位手段による前記被加工物と前記加工工具との相対変位によって前記被加工物に３次元形状を形成する加工装置において、
前記変位手段は、
前記３軸方向のうちの少なくとも１軸方向が鉛直方向に対して傾斜する方向に沿って設けられた送りネジ機構によって構成されていることを特徴とする加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載した加工装置において、
前記変位手段は、
前記傾斜した送りネジ機構が前記ワーク保持部を変位させることを特徴とする加工装置。
【請求項３】
請求項２に記載した加工装置において、
前記変位手段は、
ユーザが前記被加工物を前記ワーク保持部に着脱操作する側に対して前記ワーク保持部を接近および離隔する方向に変位させることを特徴とする加工装置。
【請求項４】
請求項３に記載した加工装置において、
前記変位手段は、
前記ワーク保持部を前記ユーザによる着脱操作側から離隔する方向に向って下方に下がる方向に変位させることを特徴とする加工装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載した加工装置において、
前記変位手段は、さらに、
前記加工ヘッドを前記傾斜した送りネジ機構によって変位させることを特徴とする加工装置。
【請求項１】
被加工物を着脱自在に保持するワーク保持部と、
前記被加工物を加工する加工工具を保持する加工ヘッドと、
前記ワーク保持部と前記加工工具とを互いに直交する３軸方向に相対的に変位させる変位手段とを備え、前記変位手段による前記被加工物と前記加工工具との相対変位によって前記被加工物に３次元形状を形成する加工装置において、
前記変位手段は、
前記３軸方向のうちの少なくとも１軸方向が鉛直方向に対して傾斜する方向に沿って設けられた送りネジ機構によって構成されていることを特徴とする加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載した加工装置において、
前記変位手段は、
前記傾斜した送りネジ機構が前記ワーク保持部を変位させることを特徴とする加工装置。
【請求項３】
請求項２に記載した加工装置において、
前記変位手段は、
ユーザが前記被加工物を前記ワーク保持部に着脱操作する側に対して前記ワーク保持部を接近および離隔する方向に変位させることを特徴とする加工装置。
【請求項４】
請求項３に記載した加工装置において、
前記変位手段は、
前記ワーク保持部を前記ユーザによる着脱操作側から離隔する方向に向って下方に下がる方向に変位させることを特徴とする加工装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載した加工装置において、
前記変位手段は、さらに、
前記加工ヘッドを前記傾斜した送りネジ機構によって変位させることを特徴とする加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−３９６３１（Ｐ２０１３−３９６３１Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７７０７９（Ｐ２０１１−１７７０７９）
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【出願人】（０００１１６０５７）ローランドディー．ジー．株式会社 (163)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【出願人】（０００１１６０５７）ローランドディー．ジー．株式会社 (163)
【Ｆターム（参考）】
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