工作機械
【課題】１軸方向に移動自在なサドルに１軸方向と直交する方向に移動するテーブルを搭載した工作機械において、テーブルに発生するヨーイングを補正する。
【解決手段】サドル３上にＹ軸方向に所定間隔をあけてＸ軸方向に移動する一対のリニアモータ７を配置するとともに、Ｙ軸方向と平行となるようにＹ軸ガイド８を取り付ける。テーブル４をＹ軸ガイド８に、Ｘ軸方向には固定的に、テーブル４を通るＺ軸回りには所定量回動可能に連結する。テーブル４のＸ軸方向の両端部分のＹ軸方向における位置を検出し、この検出位置に基づいて各リニアモータ７の位置を制御する。
【解決手段】サドル３上にＹ軸方向に所定間隔をあけてＸ軸方向に移動する一対のリニアモータ７を配置するとともに、Ｙ軸方向と平行となるようにＹ軸ガイド８を取り付ける。テーブル４をＹ軸ガイド８に、Ｘ軸方向には固定的に、テーブル４を通るＺ軸回りには所定量回動可能に連結する。テーブル４のＸ軸方向の両端部分のＹ軸方向における位置を検出し、この検出位置に基づいて各リニアモータ７の位置を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベッドに対して１軸方向に移動自在なサドルと、このサドル上に１軸方向と直交する方向に移動自在なテーブルを積載した工作機械に関する。より詳しくは、テーブルに発生するヨーイングを補正できる積載構造の工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ベッドに対して１軸方向に移動自在なサドルと、この１軸方向と直交する方向に移動自在なテーブルをサドル上に積載した工作機械が知られている。このような積載構造の工作機械においては、サドル上に設けられたガイドレールを有するガイド部により、テーブルがガイドレールに沿って移動するため、ガイドレールの真直度に応じてテーブルにヨーイングが発生する。このため、ガイドレールの取り付けには相当の熟練度が要求され、特に長いガイドレールを用いる大型の工作機械においては、上記の積載構造を採用することが困難になっている。
【０００３】
特許文献１には、積載構造の工作機械において自立駆動する回転補助テーブルを設けてテーブルのヨーイングを補正する技術が開示され、ヨーイングによるテーブルの移動誤差を測定し、この移動誤差を補正する調整量を算出して補正する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１１７０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されているように、自立駆動する回転補助テーブルを新たに設けると工作機械自体が大型化する虞がある。また、測定した移動誤差から調整量を算出すると工作機械の制御が複雑になる虞がある。
【０００６】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、簡単な構成でテーブルのヨーイング補正できる工作機械を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の工作機械は、１軸方向に移動自在なサドルと、サドル上に配置され、１軸方向と直交する方向に移動自在なテーブルと、サドル上に１軸方向に所定間隔をあけて配置され、直交方向にテーブルを移動させる一対のリニアモータと、テーブルの１軸方向の両端部分の直交方向における位置を検出する位置検出部と、直交方向と平行となるようにサドル上に取り付けられたガイドレールとガイドレール上を移動自在な軸受とを有するガイド部と、テーブルを軸受に、１軸方向には固定的に、テーブルを通り且つ１軸方向と直交方向とに垂直な軸回りには所定量回動可能に連結する連結部と、位置検出部によるテーブルの１軸方向の両端部分の直交方向における検出位置に基づいて、各リニアモータの位置を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。ここで、本発明の工作機械における「軸受」とは、ガイドレ―ルに沿って案内するガイド体を意味するものでる。
【０００８】
ここで、本発明の工作機械における「サドル上に１軸方向に所定間隔をあけて配置」とは、サドル上に各リニアモータの固定子を１軸方向に所定間隔をあけて配置することを意味する。また、上記「一対のリニアモータによって直交方向に移動自在」とは、各リニアモータの可動子に推進されることで直交方向に移動自在であることを意味する。また、上記「テーブルの１軸方向の両端部分」とは、テーブルの１軸方向の両端からテーブル全体の１５パーセント程度の領域内の部分を意味する。また、上記「１軸方向には固定的」とは、１軸方向に厳密に固定する意味ではなく、ずれや撓み等による生じ得る１軸方向の微小な移動を含みつつ、１軸方向に固定する意味である。また、上記「リニアモータの位置」とは、リニアモータの可動子の位置を意味する。
【０００９】
また、本発明の工作機械は、制御部が、両端部分の直交方向における相対位置が一定となるように、各リニアモータの位置を制御するものであってもよい。
【００１０】
また、本発明の工作機械は、連結部が、垂直軸と同軸となる回転軸を有する回転軸受を介してテーブルを軸受に連結するものであってもよい。
【００１１】
また、本発明の工作機械は、ガイド部が、１軸方向に所定間隔をあけて配置された２本のガイドレールとガイドレール毎にガイドレール上を移動する３つの軸受とを有するものであり、連結部が、テーブルを、中央に配置された軸受には１軸方向に固定的に、両側に配置された軸受には１軸方向に所定量移動可能に連結するものであってもよい。
【００１２】
また、本発明の工作機械は、ガイド部が、１軸方向に所定間隔をあけて配置された２本のガイドレールとガイドレール毎にガイドレール上を移動する２つの軸受とを有するものであり、連結部が、テーブルを同一円上に配置された軸受に同一円の周方向にのみ所定量移動可能に連結するものであってもよい。
【００１３】
ここで、本発明における「周方向にのみ所定量移動可能」とは、厳密に周方向にのみ所定量移動可能とする意味ではなく、ずれや撓み等によって生じ得る周方向以外の方向の微小な移動を含みつつ、周方向に所定量移動可能とする意味である。
【００１４】
また、本発明の工作機械は、サドルの１軸方向の移動を案内する第２のガイド部を備え、第２のガイド部が、直交方向に所定間隔をあけて配置された３つのガイド部からなり、３つのガイド部のうち、中間のガイド部がサドルの中央部分に取り付けられているものであってもよい。
【００１５】
ここで、本発明における「サドルの中央部分に取り付ける」とは、サドル底面の中央部分に軸受を取り付けることを意味する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の工作機械によれば、テーブルの１軸方向の両端部分の直交方向における位置を検出し、テーブルを１軸方向には固定的に、テーブルを通り且つ１軸方向と直交方向とに垂直な軸回りには所定量回動可能に軸受と連結し、テーブルの１軸方向の両端部分の直交方向における検出位置に基づいて、各リニアモータの位置を制御するため、自立駆動する回転テーブルを設けることや、テーブルの移動誤差による調整量の算出処理を行う必要がなく、簡単な構成でテーブルのヨーイングを補正できる。
【００１７】
また、本発明の工作機械によれば、両端部分の相対位置が一定となるように、各リニアモータの位置を制御すればよく、複雑な制御を行うことなくテーブルのヨーイングを補正できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態である工作機械の平面図
【図２】第１の実施形態である工作機械の正面図
【図３】第１の実施形態である工作機械の側面図
【図４】テーブルのヨーイングを説明する図
【図５】制御部のブロック構成図
【図６】第２の実施形態である工作機械の平面図
【図７】第２の実施形態である工作機械の正面図
【図８】第２の実施形態である工作機械の側面図
【図９Ａ】撓みスペーサの外観斜視図（その１）
【図９Ｂ】撓みスペーサの外観斜視図（その２）
【図１０】第３の実施形態である工作機械の平面図
【図１１】第３の実施形態である工作機械の正面図
【図１２】第３の実施形態である工作機械の側面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明にかかる工作機械の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態である工作機械の平面図、図２は図１の下方から図中Ｙ軸方向に見た本発明の第１の実施形態である工作機械の正面図、図３は図１を右方から図中Ｘ軸方向に見た本発明の第１の実施形態である工作機械の側面図を示す。なお、図面に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は互いに直交するものである。
【００２０】
工作機械１は、工作機械１は、ベッド２、ベッド２上にＸ軸方向に移動自在なサドル３、サドル３上にＹ軸方向に移動自在なテーブル４を備えており、テーブル４上に被加工物を載置するものである。また、工作機械１は、テーブル４の上方でＺ軸方向に移動可能な不図示の加工ヘッドを有するものであり、この加工ヘッドに取り付けられた工具でテーブル４に載置された被加工物を機械加工するものである。
【００２１】
工作機械１は、ベッド２上にＸ軸リニアモータ５およびＸ軸ガイド６を備えている。Ｘ軸リニアモータ５は、Ｙ軸方向に所定間隔をあけて配置された一対のリニアモータであって、サドル３の底面に取り付けられた可動子５ａ，５ｃと、ベッド２上に取り付けられた、可動子５ａ，５ｃに対して所定のギャップを有しつつ、対向配置される固定子５ｂ，５ｄとから構成されている。Ｘ軸リニアモータ５は、可動子５ａ，５ｃに一次側励磁コイル、固定子５ｂ，５ｄに所定ピッチで配列させた複数の二次側永久磁石を用いることにより、可動子５ａ，５ｃの一次側励磁コイルを励磁して可動子５ａ，５ｃに推力を供給してサドル３をＸ軸方向に移動自在にさせるものである。
【００２２】
また、Ｘ軸ガイド６は、サドル３のＸ軸方向の移動を案内するものであり、Ｙ軸方向に所定間隔をあけて配置された３つのガイドであって、ベッド２上に取り付けられたガイドレール６ａ，６ｃ，６ｅと、サドル３の底面に取り付けた、ガイドレール６ａ，６ｃ，６ｅ上を移動する軸受（ガイド体）６ｂ，６ｄ，６ｆとから構成されるものである。
【００２３】
そして、Ｘ軸ガイド６は、中間の軸受６ｄをサドル３の底面の中央部分、両側の軸受６ｂ，６ｆをサドル３の底面の両側部分に取り付けている。これにより、被加工物、テーブル４およびサドル３の荷重によってサドル３が図３において下に凸となるように撓むことを防止できる。ここで、軸受６ｄは、サドル３の上方に位置する不図示の加工ヘッド（工具の基準位置）の可能な限り真下近傍であって両側のガイドレール６ａ，６ｅから等間隔にあるガイドレール６ｃ上に取り付けられることが望ましい。
【００２４】
また、工作機械１は、サドル３の底面の中央部分近傍に取り付けた光センサとベッド２上にＸ軸方向に平行に取り付けたリニアスケールとから構成されるＸ軸リニアエンコーダＸＳを備えている。このＸ軸リニアエンコーダＸＳは、光センサがリニアスケールを読み取ることにより、サドル３のＸ軸方向の位置を検出するものである。なお、Ｘ軸リニアエンコーダＸＳはマグネスケールをホール素子等の磁力センサで読み取る構成であってもよい。
【００２５】
また、工作機械１は、サドル３上にＹ軸リニアモータ７およびＹ軸ガイド８を備えている。Ｙ軸リニアモータ７は、Ｘ軸方向に所定間隔をあけて配置された一対のリニアモータであって、テーブル４の底面に取り付けられた可動子７ａ，７ｃと、サドル３上に取り付けられた、可動子７ａ、７ｃに対して所定のギャップを有しつつ、対向配置される固定子７ｂ，７ｄとから構成されている。なお、Ｙ軸リニアモータ７の構造はＸ軸リニアモータ５と同じであり、その説明は省略する。
【００２６】
Ｙ軸ガイド８は、後述する連結部１００がＹ軸ガイド８の軸受８ｂ，８ｄにテーブル４を連結することにより、テーブル４のＹ軸方向の移動を案内するものである。そして、Ｙ軸ガイド８は、Ｘ軸方向に所定間隔をあけて配置された２つのガイドであって、サドル３上に取り付けられたガイドレール８ａ，８ｃと、テーブル４の底面に取り付けた、ガイドレール８ａ，８ｃ上を移動する軸受８ｂ，８ｄとから構成される。また、軸受８ｂ，８ｄは、図１に示すように、ガイドレール８ａ，８ｃ上を移動する２つの軸受によって構成される。
【００２７】
また、工作機械１は、テーブル４の底面のＸ軸方向の両端部分近傍に２つの光センサとサドル３上のＸ軸方向の両側部分近傍にＹ軸方向に平行に取り付けた２つのリニアスケールとから構成されるＹ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２を備えている。このＹ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２は、テーブル４のＸ軸方向の両端部分のＹ軸方向の位置を検出するものである。なお、Ｙ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２の構造はＸ軸リニアエンコーダＸＳと同じであり、その説明は省略する。
【００２８】
ここで、Ｘ軸方向に移動自在なサドル上にＹ軸方向に移動自在なテーブル４を積載した工作機械において、テーブル４に発生するヨーイングについて図４を用いて説明する。この図４においては、テーブル４が後述する連結部１００を介さずに軸受８ｂ，８ｄに直に固定されているものとする。なお、図４は、テーブル４のみに番号を付してその他の番号を省略している。
【００２９】
図４の右図は、Ｙ軸方向の真直度が０であるガイドレール８ａ，８ｃ上を移動する軸受８ｂ，８ｄによって、テーブル４がＹ軸方向に移動する状態を図示している。ガイドレール８ａ，８ｃのＹ軸方向の真直度が０であるとき、軸受８ｂ，８ｄもＹ軸方向に真直ぐ移動するため、テーブル４にヨーイングが発生しない。すなわちテーブル４の両側部分のＹ軸方向の移動量が等しくなる。
【００３０】
一方、図４の左図は、Ｙ軸方向の真直度に誤差を有するガイドレール８ａ，８ｃ上を移動する軸受８ｂ，８ｄによって、テーブル４がＹ軸方向に移動する状態を図示している。ガイドレール８ａ，８ｃのＹ軸方向の真直度に誤差があるとき、軸受８ｂ，８ｄもガイドレール８ａ，８ｃに沿って曲がって移動するため、テーブル４にヨーイングが発生する。すなわちテーブル４の左側部分と右側部分とではＹ軸方向の移動量に差が生じてしまう。
【００３１】
また、ガイドレール６ａ，６ｃ，６ｅがＸ軸方向の真直度に誤差を有すると、サドル３がガイドレール６ａ，６ｃ，６ｅに沿って曲がって移動する。そして、サドル３のＹ軸方向の位置に関わらず、不図示の加工ヘッド（工具位置）とガイドレール６ａ，６ｃ，６ｅとの相対位置はほとんど変わらないため、Ｘ軸方向のヨーイングが発生しても、Ｙ軸方向の位置誤差は、Ｙ軸方向の位置に関わらず略同じとなる。しかしながら、Ｘ軸方向の位置が変化すると、不図示の加工ヘッドとＹ軸方向のガイドレール８ａ，８ｃとの相対位置関係が変化し、このＸ軸方向の真直度の誤差によるヨーイングは、Ｙ軸方向の送り精度に影響を与える。したがって、Ｙ軸方向の移動ストローク（最大移動距離）に比較してＸ軸方向の移動ストロークが大きい工作機械においては、図４に示されるように、ガイドレール６ａ，６ｃ，６ｅのＸ軸方向の真直度の誤差による影響を無視できなくなる。
【００３２】
再び図１〜図３を参照する。工作機械１は、上記のようなテーブル４のヨーイングを防止するために、連結部１００を介して軸受８ｂ，８ｄとテーブル４とを連結する。この連結部１００は、軸受８ｂ，８ｄ上に取り付けられたテーブル旋回ベース１０１と、このテーブル旋回ベース１０１に取り付けられた回転軸受１０２とから構成されている。
【００３３】
テーブル旋回ベース１０１は、本図に示すように、４つの軸受８ｂ，８ｄが同一な円Ｃ上に位置するように取り付けられている。また、回転軸受１０２は、回転軸受１０２の回転軸がテーブル４を通るＺ軸と同軸となるようにテーブル旋回ベース１０１に取り付けられている。この回転軸受１０２は、少なくとも４つの軸受８ｂ，８ｄを結ぶ円Ｃの内側の領域であって、可能な限り中心Ｏと同軸に配置されることが望ましい。また、４つのローラ１０３は、可能な限り円Ｃの同心円上に均等に分散して配置（放散同形）されることが望ましく、４つの軸受８ｂ，８ｄの直上に配置されることがより望ましい。本実施形態では、回転軸受１０２は、回転軸がテーブル４の中心Ｏを通るＺ軸と同軸となるように取り付けている。また、円Ｃの中心は、テーブル４の中心Ｏと一致している。
【００３４】
これにより、テーブル４は、Ｘ軸方向には固定されるとともに、中心Ｏを通るＺ軸方向の軸回りに回動可能な状態で軸受８ｂ，８ｄに連結される。本実施形態では、回転軸受１０２は、外輪をテーブル旋回ベース１０１に固定して取り付け、回動可能な内輪がテーブル４の底面から突出する不図示の軸を軸支しているものとするが、特に限定するものでない。テーブル４がＸ軸方向には固定されるとともに、中心Ｏを通るＺ軸回りに回動可能となるように軸受８ｂ，８ｄに連結されるならば、どのような取り付け方法であってもよい。
【００３５】
また、本実施形態では、テーブル旋回ベース１０１の軸受８ｂ，８ｄの直上部分に円Ｃの周方向に転動可能なローラ１０３を設けている。これにより、被加工物やテーブル４の荷重を、ローラ１０３を介して軸受８ｂ，８ｄに分散させて回転軸受１０２に集中することを回避している。
【００３６】
工作機械１は、Ｘ軸リニアエンコーダＸＳおよびＹ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２によるサドル３およびテーブル４のＸ軸方向の両端部の検出位置に基づいて、Ｘ軸リニアモータ５およびＹ軸リニアモータ７を制御する制御部９を備えている。図５は制御部９のブロック構成図である。制御部９は、図５に示すように、移動指示受付部９１、駆動制御部９２，９３および駆動出力部９４，９５から構成されている。
【００３７】
移動指示受付部９１は、不図示の操作パネルを介してユーザからの移動指示を受け付けるとともに、移動指示に基づく移動指令を駆動制御部９２，９３に出力するものである。駆動制御部９２および駆動出力部９４はＸ軸リニアモータ５を、駆動制御部９３および駆動出力部９５はＹ軸リニアモータ７を制御するものである。
【００３８】
駆動制御部９２は、移動指令およびＸ軸リニアエンコーダＸＳからのサドル３のＸ軸方向の位置情報に基づいて、Ｘ軸リニアモータ５へ指令値を出力するものであり、目標位置演算手段９２ａ、位置検出手段９２ｂ、速度検出手段９２ｃ、位置補償手段９２ｄおよび速度補償手段９２ｅを備えている。
【００３９】
目標位置演算手段９２ａは、移動指令に基づいて単位時間毎の目標位置を演算して位置補償手段９２ｄに出力するものである。単位時間は駆動制御部９２の演算処理速度に依存して決められている。
【００４０】
位置検出手段９２ｂは、Ｘ軸リニアエンコーダＸＳからのサドル３のＸ軸方向の位置情報に基づいて可動子５ａ、５ｃのＸ軸方向の位置を検出するものである。
【００４１】
速度検出手段９２ｃは、位置検出手段９２ｂから単位時間毎に位置情報を受け取り、可動子５ａ，５ｃの速度を検出するものである。
【００４２】
位置補償手段９２ｄは、目標位置演算手段９２ａから目標位置、位置検出手段９２ｂから検出位置をそれぞれ受け取り、目標位置と検出位置との偏差に所定の位置ゲインを付与した目標速度を速度補償手段９２ｅに出力するものである。
【００４３】
速度補償手段９２ｅは、位置補償手段９２ｄから目標速度、速度検出手段９２ｃから検出速度をそれぞれ受け取り、目標速度と速度情報との偏差に所定の速度ゲインを付与した目標電流を駆動出力部９４に出力するものである。
【００４４】
駆動出力部９４は、目標電流に基づいてＸ軸リニアモータ５に駆動電流を出力するものであり、電流補償手段９４ａ、９４ｂおよび電流増幅手段９４ｃ，９４ｄを備えている。電流補償手段９４ａ，９４ｂは、目標電流を受け取るとともに、電流増幅手段９４ｃ，９４ｄの駆動電流をフィードバックして電流増幅手段９４ｃ，９４ｄに電流指令を出力するものである。電流増幅手段９４ｃ，９４ｄは、電流補償手段９４ａ，９４ｂから電流指令を受け取り、駆動電流をＸ軸リニアモータ５に出力するものである。
【００４５】
駆動制御部９３は、移動指令およびＹ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２からのテーブル４のＸ軸方向の両端部分の位置情報に基づいてＹ軸リニアモータ５へ指令値を出力するものである。そして、駆動制御部９３は、Ｙ軸リニアエンコーダＹＳ１からのテーブル４のＸ軸方向の左側端部（図２参照）の位置情報に基づいてＹ軸リニアモータ７の可動子７ａに関する指令値、Ｙ軸リニアエンコーダＹＳ２からのテーブル４のＸ軸方向の右側端部（図２参照）の位置情報に基づいてＹ軸リニアモータ７の可動子７ｃに関する指令値を出力するものである。駆動制御部９３は、駆動制御部９２と同様に、目標位置演算手段９３ａ、位置検出手段９３ｂ，９３ｃ、速度検出手段９３ｄ，９３ｅ、位置補償手段９３ｆ，９３ｇおよび速度補償手段９２ｈ，９３ｉを備えている。
【００４６】
目標位置演算手段９３ａは、移動指令に基づいて単位時間毎の各目標位置を演算して位置補償手段９３ｆ，９３ｇにそれぞれ出力するものである。そして、目標位置演算手段９３ａは、Ｙ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２からの各位置情報が相対的に一定となるように、各目標値を演算して出力するものである。
【００４７】
位置検出手段９３ｂ，９３ｃはＹ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２からのテーブル４のＸ軸方向の両端部分のＹ軸方向の位置情報に基づいて可動子７ａ，７ｃのＹ軸方向の位置を検出するものである。
【００４８】
速度検出手段９３ｄ，９３ｅ、位置補償手段９３ｆ，９３ｇ、速度補償手段９３ｈ，９３ｉは、速度検出手段９２ｃ、位置補償手段９２ｄ、速度補償手段９２ｅと同様であり、その説明は省略する。
【００４９】
駆動出力部９５は、目標電流に基づいてＹ軸リニアモータ７に駆動電流を出力するものであり、電流補償手段９５ａ，９５ｂおよび電流増幅手段９５ｃ，９５ｄを備えている。これらの電流補償手段９５ａ，９５ｂおよび電流増幅手段９５ｃ，９５ｄは、電流補償手段９４ａ、９４ｂおよび電流増幅手段９４ｃ，９４ｄと同様であり、その説明は省略する。
【００５０】
再び図１〜図３を参照して第１の実施形態の作用について説明する。Ｘ軸リニアモータ５によってサドル３がＸ軸方向、Ｙ軸リニアモータ７によってテーブル４がＹ軸方向に移動すると、テーブル４にＸ軸ガイド６およびＹ軸ガイド８の真直度の誤差によるヨーイング（図中矢印方向）が発生する。
【００５１】
テーブル４は、テーブル旋回ベース１０１に取り付けられた回転軸受１０２によってＸ軸方向には固定されつつ、テーブル４の中心Ｏを通るＺ軸回りに回動可能で軸受８ｂ、８ｃに連結されているため、制御部９が、Ｙ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２の位置情報が相対的に一定となるようにＹ軸リニアモータ７を制御することにより、発生したヨーイングを相殺する方向にテーブル４が回動してヨーイングが補正される。
【００５２】
上記の実施形態によれば、Ｙ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２がテーブル４のＸ軸方向の両端部分のＹ軸方向の位置を検出し、簡易な構造の連結部１００がテーブル４をＸ軸方向には固定的に、テーブル４の中心を通るＺ軸回りに回動可能に軸受８ｂ，８ｄに連結し、制御部９がテーブル４の両端部分のＹ軸方向の検出位置に基づいて、Ｙ軸リニアモータ７を制御することにより、自立駆動する回転補助テーブルを設けることなく、テーブル４のヨーイングを補正できる。
【００５３】
また、上記の実施形態によれば、制御部９は、テーブル４の両端部分のＹ軸方向の相対位置が一定となるように、Ｙ軸リニアモータ７の位置を制御すればよく、ヨーイングによる移動誤差の調整量を計算する複雑な制御を行うことなく、テーブル４のヨーイングを補正できる。
【００５４】
次に本発明の工作機械の第２の実施形態について説明する。図６は本発明の第２の実施形態である工作機械の平面図、図７は図６の下方から図中Ｙ軸方向に見た本発明の第２の実施形態である工作機械の正面図、図８は図６を右方から図中Ｘ軸方向に見た本発明の第２の実施形態である工作機械の側面図を示す。
【００５５】
第２の実施形態は、Ｙ軸ガイド８の軸受８ｂ，８ｄの構成および連結部１００の構成が第１の実施形態とは異なるものである。したがって、異なる内容のみを説明し、その他の内容についての説明を省略するとともに、第１の実施形態と同じ構成には同一の番号を付すものとする。
【００５６】
第２の実施形態は、図に示すように、Ｙ軸ガイド８の軸受８ｂ，８ｄが３つの軸受から構成されるものである。そして、連結部１００は、軸受８ｂ，８ｄの中間の軸受上に配置された２つの固定スペーサ１０４と軸受８ｂ，８ｄの両側の軸受上に配置された４つの撓みスペーサ１０５とで構成されるものである。
【００５７】
固定スペーサ１０４は、テーブル４を中間の２つの軸受に固定的に連結するものである。固定スペーサ１０４は、テーブル４を中間の軸受に完全に固定するものに限定されず、中間の軸受とガイドレール８ａ，８ｃとのクリアランスや、固定スペーサ１０４の撓み等による微小変位を含みつつ連結するものである。
【００５８】
撓みスペーサ１０５は、テーブル４を両側の４つの軸受にＸ軸方向に所定量移動可能に連結するものである。図９Ａおよび図９Ｂは、撓みスペーサ１０５の外観斜視図を示すものである。撓みスペーサ１０５は、底面１０５ａを軸受に、上面１０５ｂをテーブル４に取り付けるものであり、図に示すようなスリット１０５ｃが形成されている。このスリット１０５ｃを設けることにより、下部分１０５ｄと上部分１０５ｅが図中に実線および破線の矢印で示すような互いに異なる方向に所定量だけ移動可能な構造となる。そして、第２の実施形態では、上記の移動方向がＸ軸方向となるように、撓みスペーサ１０５を両側の４つの軸受とテーブル４とに取り付けている。
【００５９】
再び図６〜図８を参照する。テーブル４は、固定スペーサ１０４によって中間の軸受に固定的に、撓みスペーサ１０５によって両側の軸受にＸ軸方向に所定量移動可能に連結される。これにより、テーブル４は、Ｘ軸方向には固定されつつ、テーブル４の中心Ｏを通るＺ軸回りに所定量だけ回動可能な状態で軸受８ｂ，８ｄに連結される。したがって、制御部９が第１の実施形態と同様な制御を行うことにより、第１の実施形態と同様にテーブル４に発生するヨーイングを補正することができる。この第２の実施形態は、テーブル旋回ベース１０１を用いる必要がなく、連結部１００の高さを低くすることが可能となり、工作機械１の小型化や、作業性が向上する点において有利である。
【００６０】
次に本発明の工作機械の第３の実施形態について説明する。図１０は本発明の第３の実施形態である工作機械の平面図、図１１は図１０の下方から図中Ｙ軸方向に見た本発明の第３の実施形態である工作機械の正面図、図１２は図１０を右方から図中Ｘ軸方向に見た本発明の第３の実施形態である工作機械の側面図を示す。
【００６１】
第３の実施形態は、連結部１００の構成において第１および第２の実施形態と異なる。したがって、異なる内容のみを説明し、その他の内容についての説明を省略するとともに、第１の実施形態と同じ番号を付すものとする。
【００６２】
連結部１００は、図に示すように、軸受８ｂ，８ｄ上に取り付けられたテーブル旋回ベース１０１と、テーブル旋回ベース１０１上に軸受８ｂ，８ｄの直上となるように取り付けられた撓みスペーサ１０５とで構成される。
【００６３】
テーブル旋回ベース１０１は、第１の実施形態と同様に、４つの軸受８ｂ，８ｄが同一な円Ｃ上に位置するように取り付けられている。また、円Ｃの中心は、テーブル４の中心Ｏと一致している。撓みスペーサ１０５は、撓みスペーサ１０５の移動方向が円Ｃの周方向となるように、テーブル旋回ベース１０１およびテーブル４に取り付けられている。
【００６４】
これにより、テーブル４は、テーブル４の中心Ｏを通るＺ軸回りに所定量回動可能な状態で軸受８ｂ、８ｄに連結される。また、テーブル４は、円Ｃの周方向にのみ移動可能であるため、Ｘ軸方向には固定的な状態で軸受８ｂ，８ｄに連結される。したがって、制御部９が第１および第２の実施形態と同様な制御を行うことにより、第１および第２の実施形態と同様にテーブル４に発生するヨーイングを補正することができる。
【００６５】
第３の実施形態では、テーブル４の荷重によってガイドレール８ａ，８ｃがＺ軸方向にうねり変形した場合、第２の実施形態のように、ガイドレール８ａ，８ｃ上に１つの固定スペーサ１０４および２つの撓みスペーサ１０５による３箇所でテーブル４を支持すると、このうねり変形の影響を吸収できずテーブル４のＹ軸方向の移動が困難となることを回避できる。
【００６６】
第３の実施形態は、第１の実施形態を簡略化して設計を容易化させるものである。第１の実施形態では、軸受８ｂ，８ｄの真上に設けた４つのローラ１０３上方からの荷重を受け、テーブル旋回ベース１０１の中央に設けた回転軸受け１０２が水平方向の荷重を受ける。これに対し、第３の実施形態では、４つのローラ１０３を撓みスペーサ１０５に置き換えることにより、軸受８ｂ，８ｄが、テーブル旋回ベース１０１を介して上方からの荷重だけでなく、水平な方向の荷重をも受けるため、回転軸受１０２を不要にさせている。また、少なくとも１本のガイドレールに取り付いた２個の軸受は、相対距離が変動しないように連結しておかないと、Ｘ軸方向の荷重を受けた際、当該相対距離の変動によってＸ軸方向の荷重に対する剛性が確保できないため、第３の実施形態ではテーブル旋回ベース１０１を設けている。
【００６７】
なお、本実施形態における工作機械１は、テーブル４上に載置された被加工物を不図示の加工ヘッドで機械加工する工作機械として説明したが、被加工物をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるのみの工作機械等に適用してもよい。
【符号の説明】
【００６８】
ＹＳ１，ＹＳ２ Ｙ軸リニアエンコーダ（位置検出部）
１ 工作機械
３ サドル
４ テーブル
５ Ｘ軸リニアモータ
６ Ｘ軸ガイド（第２のガイド部）
７ Ｙ軸リニアモータ
８ Ｙ軸ガイド（ガイド部）
８ａ，８ｃ ガイドレール
８ｂ，８ｄ 軸受
９ 制御部
１００ 連結部
１０２ 回転軸受
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベッドに対して１軸方向に移動自在なサドルと、このサドル上に１軸方向と直交する方向に移動自在なテーブルを積載した工作機械に関する。より詳しくは、テーブルに発生するヨーイングを補正できる積載構造の工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ベッドに対して１軸方向に移動自在なサドルと、この１軸方向と直交する方向に移動自在なテーブルをサドル上に積載した工作機械が知られている。このような積載構造の工作機械においては、サドル上に設けられたガイドレールを有するガイド部により、テーブルがガイドレールに沿って移動するため、ガイドレールの真直度に応じてテーブルにヨーイングが発生する。このため、ガイドレールの取り付けには相当の熟練度が要求され、特に長いガイドレールを用いる大型の工作機械においては、上記の積載構造を採用することが困難になっている。
【０００３】
特許文献１には、積載構造の工作機械において自立駆動する回転補助テーブルを設けてテーブルのヨーイングを補正する技術が開示され、ヨーイングによるテーブルの移動誤差を測定し、この移動誤差を補正する調整量を算出して補正する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１１７０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されているように、自立駆動する回転補助テーブルを新たに設けると工作機械自体が大型化する虞がある。また、測定した移動誤差から調整量を算出すると工作機械の制御が複雑になる虞がある。
【０００６】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、簡単な構成でテーブルのヨーイング補正できる工作機械を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の工作機械は、１軸方向に移動自在なサドルと、サドル上に配置され、１軸方向と直交する方向に移動自在なテーブルと、サドル上に１軸方向に所定間隔をあけて配置され、直交方向にテーブルを移動させる一対のリニアモータと、テーブルの１軸方向の両端部分の直交方向における位置を検出する位置検出部と、直交方向と平行となるようにサドル上に取り付けられたガイドレールとガイドレール上を移動自在な軸受とを有するガイド部と、テーブルを軸受に、１軸方向には固定的に、テーブルを通り且つ１軸方向と直交方向とに垂直な軸回りには所定量回動可能に連結する連結部と、位置検出部によるテーブルの１軸方向の両端部分の直交方向における検出位置に基づいて、各リニアモータの位置を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。ここで、本発明の工作機械における「軸受」とは、ガイドレ―ルに沿って案内するガイド体を意味するものでる。
【０００８】
ここで、本発明の工作機械における「サドル上に１軸方向に所定間隔をあけて配置」とは、サドル上に各リニアモータの固定子を１軸方向に所定間隔をあけて配置することを意味する。また、上記「一対のリニアモータによって直交方向に移動自在」とは、各リニアモータの可動子に推進されることで直交方向に移動自在であることを意味する。また、上記「テーブルの１軸方向の両端部分」とは、テーブルの１軸方向の両端からテーブル全体の１５パーセント程度の領域内の部分を意味する。また、上記「１軸方向には固定的」とは、１軸方向に厳密に固定する意味ではなく、ずれや撓み等による生じ得る１軸方向の微小な移動を含みつつ、１軸方向に固定する意味である。また、上記「リニアモータの位置」とは、リニアモータの可動子の位置を意味する。
【０００９】
また、本発明の工作機械は、制御部が、両端部分の直交方向における相対位置が一定となるように、各リニアモータの位置を制御するものであってもよい。
【００１０】
また、本発明の工作機械は、連結部が、垂直軸と同軸となる回転軸を有する回転軸受を介してテーブルを軸受に連結するものであってもよい。
【００１１】
また、本発明の工作機械は、ガイド部が、１軸方向に所定間隔をあけて配置された２本のガイドレールとガイドレール毎にガイドレール上を移動する３つの軸受とを有するものであり、連結部が、テーブルを、中央に配置された軸受には１軸方向に固定的に、両側に配置された軸受には１軸方向に所定量移動可能に連結するものであってもよい。
【００１２】
また、本発明の工作機械は、ガイド部が、１軸方向に所定間隔をあけて配置された２本のガイドレールとガイドレール毎にガイドレール上を移動する２つの軸受とを有するものであり、連結部が、テーブルを同一円上に配置された軸受に同一円の周方向にのみ所定量移動可能に連結するものであってもよい。
【００１３】
ここで、本発明における「周方向にのみ所定量移動可能」とは、厳密に周方向にのみ所定量移動可能とする意味ではなく、ずれや撓み等によって生じ得る周方向以外の方向の微小な移動を含みつつ、周方向に所定量移動可能とする意味である。
【００１４】
また、本発明の工作機械は、サドルの１軸方向の移動を案内する第２のガイド部を備え、第２のガイド部が、直交方向に所定間隔をあけて配置された３つのガイド部からなり、３つのガイド部のうち、中間のガイド部がサドルの中央部分に取り付けられているものであってもよい。
【００１５】
ここで、本発明における「サドルの中央部分に取り付ける」とは、サドル底面の中央部分に軸受を取り付けることを意味する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の工作機械によれば、テーブルの１軸方向の両端部分の直交方向における位置を検出し、テーブルを１軸方向には固定的に、テーブルを通り且つ１軸方向と直交方向とに垂直な軸回りには所定量回動可能に軸受と連結し、テーブルの１軸方向の両端部分の直交方向における検出位置に基づいて、各リニアモータの位置を制御するため、自立駆動する回転テーブルを設けることや、テーブルの移動誤差による調整量の算出処理を行う必要がなく、簡単な構成でテーブルのヨーイングを補正できる。
【００１７】
また、本発明の工作機械によれば、両端部分の相対位置が一定となるように、各リニアモータの位置を制御すればよく、複雑な制御を行うことなくテーブルのヨーイングを補正できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態である工作機械の平面図
【図２】第１の実施形態である工作機械の正面図
【図３】第１の実施形態である工作機械の側面図
【図４】テーブルのヨーイングを説明する図
【図５】制御部のブロック構成図
【図６】第２の実施形態である工作機械の平面図
【図７】第２の実施形態である工作機械の正面図
【図８】第２の実施形態である工作機械の側面図
【図９Ａ】撓みスペーサの外観斜視図（その１）
【図９Ｂ】撓みスペーサの外観斜視図（その２）
【図１０】第３の実施形態である工作機械の平面図
【図１１】第３の実施形態である工作機械の正面図
【図１２】第３の実施形態である工作機械の側面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明にかかる工作機械の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態である工作機械の平面図、図２は図１の下方から図中Ｙ軸方向に見た本発明の第１の実施形態である工作機械の正面図、図３は図１を右方から図中Ｘ軸方向に見た本発明の第１の実施形態である工作機械の側面図を示す。なお、図面に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は互いに直交するものである。
【００２０】
工作機械１は、工作機械１は、ベッド２、ベッド２上にＸ軸方向に移動自在なサドル３、サドル３上にＹ軸方向に移動自在なテーブル４を備えており、テーブル４上に被加工物を載置するものである。また、工作機械１は、テーブル４の上方でＺ軸方向に移動可能な不図示の加工ヘッドを有するものであり、この加工ヘッドに取り付けられた工具でテーブル４に載置された被加工物を機械加工するものである。
【００２１】
工作機械１は、ベッド２上にＸ軸リニアモータ５およびＸ軸ガイド６を備えている。Ｘ軸リニアモータ５は、Ｙ軸方向に所定間隔をあけて配置された一対のリニアモータであって、サドル３の底面に取り付けられた可動子５ａ，５ｃと、ベッド２上に取り付けられた、可動子５ａ，５ｃに対して所定のギャップを有しつつ、対向配置される固定子５ｂ，５ｄとから構成されている。Ｘ軸リニアモータ５は、可動子５ａ，５ｃに一次側励磁コイル、固定子５ｂ，５ｄに所定ピッチで配列させた複数の二次側永久磁石を用いることにより、可動子５ａ，５ｃの一次側励磁コイルを励磁して可動子５ａ，５ｃに推力を供給してサドル３をＸ軸方向に移動自在にさせるものである。
【００２２】
また、Ｘ軸ガイド６は、サドル３のＸ軸方向の移動を案内するものであり、Ｙ軸方向に所定間隔をあけて配置された３つのガイドであって、ベッド２上に取り付けられたガイドレール６ａ，６ｃ，６ｅと、サドル３の底面に取り付けた、ガイドレール６ａ，６ｃ，６ｅ上を移動する軸受（ガイド体）６ｂ，６ｄ，６ｆとから構成されるものである。
【００２３】
そして、Ｘ軸ガイド６は、中間の軸受６ｄをサドル３の底面の中央部分、両側の軸受６ｂ，６ｆをサドル３の底面の両側部分に取り付けている。これにより、被加工物、テーブル４およびサドル３の荷重によってサドル３が図３において下に凸となるように撓むことを防止できる。ここで、軸受６ｄは、サドル３の上方に位置する不図示の加工ヘッド（工具の基準位置）の可能な限り真下近傍であって両側のガイドレール６ａ，６ｅから等間隔にあるガイドレール６ｃ上に取り付けられることが望ましい。
【００２４】
また、工作機械１は、サドル３の底面の中央部分近傍に取り付けた光センサとベッド２上にＸ軸方向に平行に取り付けたリニアスケールとから構成されるＸ軸リニアエンコーダＸＳを備えている。このＸ軸リニアエンコーダＸＳは、光センサがリニアスケールを読み取ることにより、サドル３のＸ軸方向の位置を検出するものである。なお、Ｘ軸リニアエンコーダＸＳはマグネスケールをホール素子等の磁力センサで読み取る構成であってもよい。
【００２５】
また、工作機械１は、サドル３上にＹ軸リニアモータ７およびＹ軸ガイド８を備えている。Ｙ軸リニアモータ７は、Ｘ軸方向に所定間隔をあけて配置された一対のリニアモータであって、テーブル４の底面に取り付けられた可動子７ａ，７ｃと、サドル３上に取り付けられた、可動子７ａ、７ｃに対して所定のギャップを有しつつ、対向配置される固定子７ｂ，７ｄとから構成されている。なお、Ｙ軸リニアモータ７の構造はＸ軸リニアモータ５と同じであり、その説明は省略する。
【００２６】
Ｙ軸ガイド８は、後述する連結部１００がＹ軸ガイド８の軸受８ｂ，８ｄにテーブル４を連結することにより、テーブル４のＹ軸方向の移動を案内するものである。そして、Ｙ軸ガイド８は、Ｘ軸方向に所定間隔をあけて配置された２つのガイドであって、サドル３上に取り付けられたガイドレール８ａ，８ｃと、テーブル４の底面に取り付けた、ガイドレール８ａ，８ｃ上を移動する軸受８ｂ，８ｄとから構成される。また、軸受８ｂ，８ｄは、図１に示すように、ガイドレール８ａ，８ｃ上を移動する２つの軸受によって構成される。
【００２７】
また、工作機械１は、テーブル４の底面のＸ軸方向の両端部分近傍に２つの光センサとサドル３上のＸ軸方向の両側部分近傍にＹ軸方向に平行に取り付けた２つのリニアスケールとから構成されるＹ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２を備えている。このＹ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２は、テーブル４のＸ軸方向の両端部分のＹ軸方向の位置を検出するものである。なお、Ｙ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２の構造はＸ軸リニアエンコーダＸＳと同じであり、その説明は省略する。
【００２８】
ここで、Ｘ軸方向に移動自在なサドル上にＹ軸方向に移動自在なテーブル４を積載した工作機械において、テーブル４に発生するヨーイングについて図４を用いて説明する。この図４においては、テーブル４が後述する連結部１００を介さずに軸受８ｂ，８ｄに直に固定されているものとする。なお、図４は、テーブル４のみに番号を付してその他の番号を省略している。
【００２９】
図４の右図は、Ｙ軸方向の真直度が０であるガイドレール８ａ，８ｃ上を移動する軸受８ｂ，８ｄによって、テーブル４がＹ軸方向に移動する状態を図示している。ガイドレール８ａ，８ｃのＹ軸方向の真直度が０であるとき、軸受８ｂ，８ｄもＹ軸方向に真直ぐ移動するため、テーブル４にヨーイングが発生しない。すなわちテーブル４の両側部分のＹ軸方向の移動量が等しくなる。
【００３０】
一方、図４の左図は、Ｙ軸方向の真直度に誤差を有するガイドレール８ａ，８ｃ上を移動する軸受８ｂ，８ｄによって、テーブル４がＹ軸方向に移動する状態を図示している。ガイドレール８ａ，８ｃのＹ軸方向の真直度に誤差があるとき、軸受８ｂ，８ｄもガイドレール８ａ，８ｃに沿って曲がって移動するため、テーブル４にヨーイングが発生する。すなわちテーブル４の左側部分と右側部分とではＹ軸方向の移動量に差が生じてしまう。
【００３１】
また、ガイドレール６ａ，６ｃ，６ｅがＸ軸方向の真直度に誤差を有すると、サドル３がガイドレール６ａ，６ｃ，６ｅに沿って曲がって移動する。そして、サドル３のＹ軸方向の位置に関わらず、不図示の加工ヘッド（工具位置）とガイドレール６ａ，６ｃ，６ｅとの相対位置はほとんど変わらないため、Ｘ軸方向のヨーイングが発生しても、Ｙ軸方向の位置誤差は、Ｙ軸方向の位置に関わらず略同じとなる。しかしながら、Ｘ軸方向の位置が変化すると、不図示の加工ヘッドとＹ軸方向のガイドレール８ａ，８ｃとの相対位置関係が変化し、このＸ軸方向の真直度の誤差によるヨーイングは、Ｙ軸方向の送り精度に影響を与える。したがって、Ｙ軸方向の移動ストローク（最大移動距離）に比較してＸ軸方向の移動ストロークが大きい工作機械においては、図４に示されるように、ガイドレール６ａ，６ｃ，６ｅのＸ軸方向の真直度の誤差による影響を無視できなくなる。
【００３２】
再び図１〜図３を参照する。工作機械１は、上記のようなテーブル４のヨーイングを防止するために、連結部１００を介して軸受８ｂ，８ｄとテーブル４とを連結する。この連結部１００は、軸受８ｂ，８ｄ上に取り付けられたテーブル旋回ベース１０１と、このテーブル旋回ベース１０１に取り付けられた回転軸受１０２とから構成されている。
【００３３】
テーブル旋回ベース１０１は、本図に示すように、４つの軸受８ｂ，８ｄが同一な円Ｃ上に位置するように取り付けられている。また、回転軸受１０２は、回転軸受１０２の回転軸がテーブル４を通るＺ軸と同軸となるようにテーブル旋回ベース１０１に取り付けられている。この回転軸受１０２は、少なくとも４つの軸受８ｂ，８ｄを結ぶ円Ｃの内側の領域であって、可能な限り中心Ｏと同軸に配置されることが望ましい。また、４つのローラ１０３は、可能な限り円Ｃの同心円上に均等に分散して配置（放散同形）されることが望ましく、４つの軸受８ｂ，８ｄの直上に配置されることがより望ましい。本実施形態では、回転軸受１０２は、回転軸がテーブル４の中心Ｏを通るＺ軸と同軸となるように取り付けている。また、円Ｃの中心は、テーブル４の中心Ｏと一致している。
【００３４】
これにより、テーブル４は、Ｘ軸方向には固定されるとともに、中心Ｏを通るＺ軸方向の軸回りに回動可能な状態で軸受８ｂ，８ｄに連結される。本実施形態では、回転軸受１０２は、外輪をテーブル旋回ベース１０１に固定して取り付け、回動可能な内輪がテーブル４の底面から突出する不図示の軸を軸支しているものとするが、特に限定するものでない。テーブル４がＸ軸方向には固定されるとともに、中心Ｏを通るＺ軸回りに回動可能となるように軸受８ｂ，８ｄに連結されるならば、どのような取り付け方法であってもよい。
【００３５】
また、本実施形態では、テーブル旋回ベース１０１の軸受８ｂ，８ｄの直上部分に円Ｃの周方向に転動可能なローラ１０３を設けている。これにより、被加工物やテーブル４の荷重を、ローラ１０３を介して軸受８ｂ，８ｄに分散させて回転軸受１０２に集中することを回避している。
【００３６】
工作機械１は、Ｘ軸リニアエンコーダＸＳおよびＹ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２によるサドル３およびテーブル４のＸ軸方向の両端部の検出位置に基づいて、Ｘ軸リニアモータ５およびＹ軸リニアモータ７を制御する制御部９を備えている。図５は制御部９のブロック構成図である。制御部９は、図５に示すように、移動指示受付部９１、駆動制御部９２，９３および駆動出力部９４，９５から構成されている。
【００３７】
移動指示受付部９１は、不図示の操作パネルを介してユーザからの移動指示を受け付けるとともに、移動指示に基づく移動指令を駆動制御部９２，９３に出力するものである。駆動制御部９２および駆動出力部９４はＸ軸リニアモータ５を、駆動制御部９３および駆動出力部９５はＹ軸リニアモータ７を制御するものである。
【００３８】
駆動制御部９２は、移動指令およびＸ軸リニアエンコーダＸＳからのサドル３のＸ軸方向の位置情報に基づいて、Ｘ軸リニアモータ５へ指令値を出力するものであり、目標位置演算手段９２ａ、位置検出手段９２ｂ、速度検出手段９２ｃ、位置補償手段９２ｄおよび速度補償手段９２ｅを備えている。
【００３９】
目標位置演算手段９２ａは、移動指令に基づいて単位時間毎の目標位置を演算して位置補償手段９２ｄに出力するものである。単位時間は駆動制御部９２の演算処理速度に依存して決められている。
【００４０】
位置検出手段９２ｂは、Ｘ軸リニアエンコーダＸＳからのサドル３のＸ軸方向の位置情報に基づいて可動子５ａ、５ｃのＸ軸方向の位置を検出するものである。
【００４１】
速度検出手段９２ｃは、位置検出手段９２ｂから単位時間毎に位置情報を受け取り、可動子５ａ，５ｃの速度を検出するものである。
【００４２】
位置補償手段９２ｄは、目標位置演算手段９２ａから目標位置、位置検出手段９２ｂから検出位置をそれぞれ受け取り、目標位置と検出位置との偏差に所定の位置ゲインを付与した目標速度を速度補償手段９２ｅに出力するものである。
【００４３】
速度補償手段９２ｅは、位置補償手段９２ｄから目標速度、速度検出手段９２ｃから検出速度をそれぞれ受け取り、目標速度と速度情報との偏差に所定の速度ゲインを付与した目標電流を駆動出力部９４に出力するものである。
【００４４】
駆動出力部９４は、目標電流に基づいてＸ軸リニアモータ５に駆動電流を出力するものであり、電流補償手段９４ａ、９４ｂおよび電流増幅手段９４ｃ，９４ｄを備えている。電流補償手段９４ａ，９４ｂは、目標電流を受け取るとともに、電流増幅手段９４ｃ，９４ｄの駆動電流をフィードバックして電流増幅手段９４ｃ，９４ｄに電流指令を出力するものである。電流増幅手段９４ｃ，９４ｄは、電流補償手段９４ａ，９４ｂから電流指令を受け取り、駆動電流をＸ軸リニアモータ５に出力するものである。
【００４５】
駆動制御部９３は、移動指令およびＹ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２からのテーブル４のＸ軸方向の両端部分の位置情報に基づいてＹ軸リニアモータ５へ指令値を出力するものである。そして、駆動制御部９３は、Ｙ軸リニアエンコーダＹＳ１からのテーブル４のＸ軸方向の左側端部（図２参照）の位置情報に基づいてＹ軸リニアモータ７の可動子７ａに関する指令値、Ｙ軸リニアエンコーダＹＳ２からのテーブル４のＸ軸方向の右側端部（図２参照）の位置情報に基づいてＹ軸リニアモータ７の可動子７ｃに関する指令値を出力するものである。駆動制御部９３は、駆動制御部９２と同様に、目標位置演算手段９３ａ、位置検出手段９３ｂ，９３ｃ、速度検出手段９３ｄ，９３ｅ、位置補償手段９３ｆ，９３ｇおよび速度補償手段９２ｈ，９３ｉを備えている。
【００４６】
目標位置演算手段９３ａは、移動指令に基づいて単位時間毎の各目標位置を演算して位置補償手段９３ｆ，９３ｇにそれぞれ出力するものである。そして、目標位置演算手段９３ａは、Ｙ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２からの各位置情報が相対的に一定となるように、各目標値を演算して出力するものである。
【００４７】
位置検出手段９３ｂ，９３ｃはＹ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２からのテーブル４のＸ軸方向の両端部分のＹ軸方向の位置情報に基づいて可動子７ａ，７ｃのＹ軸方向の位置を検出するものである。
【００４８】
速度検出手段９３ｄ，９３ｅ、位置補償手段９３ｆ，９３ｇ、速度補償手段９３ｈ，９３ｉは、速度検出手段９２ｃ、位置補償手段９２ｄ、速度補償手段９２ｅと同様であり、その説明は省略する。
【００４９】
駆動出力部９５は、目標電流に基づいてＹ軸リニアモータ７に駆動電流を出力するものであり、電流補償手段９５ａ，９５ｂおよび電流増幅手段９５ｃ，９５ｄを備えている。これらの電流補償手段９５ａ，９５ｂおよび電流増幅手段９５ｃ，９５ｄは、電流補償手段９４ａ、９４ｂおよび電流増幅手段９４ｃ，９４ｄと同様であり、その説明は省略する。
【００５０】
再び図１〜図３を参照して第１の実施形態の作用について説明する。Ｘ軸リニアモータ５によってサドル３がＸ軸方向、Ｙ軸リニアモータ７によってテーブル４がＹ軸方向に移動すると、テーブル４にＸ軸ガイド６およびＹ軸ガイド８の真直度の誤差によるヨーイング（図中矢印方向）が発生する。
【００５１】
テーブル４は、テーブル旋回ベース１０１に取り付けられた回転軸受１０２によってＸ軸方向には固定されつつ、テーブル４の中心Ｏを通るＺ軸回りに回動可能で軸受８ｂ、８ｃに連結されているため、制御部９が、Ｙ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２の位置情報が相対的に一定となるようにＹ軸リニアモータ７を制御することにより、発生したヨーイングを相殺する方向にテーブル４が回動してヨーイングが補正される。
【００５２】
上記の実施形態によれば、Ｙ軸リニアエンコーダＹＳ１，ＹＳ２がテーブル４のＸ軸方向の両端部分のＹ軸方向の位置を検出し、簡易な構造の連結部１００がテーブル４をＸ軸方向には固定的に、テーブル４の中心を通るＺ軸回りに回動可能に軸受８ｂ，８ｄに連結し、制御部９がテーブル４の両端部分のＹ軸方向の検出位置に基づいて、Ｙ軸リニアモータ７を制御することにより、自立駆動する回転補助テーブルを設けることなく、テーブル４のヨーイングを補正できる。
【００５３】
また、上記の実施形態によれば、制御部９は、テーブル４の両端部分のＹ軸方向の相対位置が一定となるように、Ｙ軸リニアモータ７の位置を制御すればよく、ヨーイングによる移動誤差の調整量を計算する複雑な制御を行うことなく、テーブル４のヨーイングを補正できる。
【００５４】
次に本発明の工作機械の第２の実施形態について説明する。図６は本発明の第２の実施形態である工作機械の平面図、図７は図６の下方から図中Ｙ軸方向に見た本発明の第２の実施形態である工作機械の正面図、図８は図６を右方から図中Ｘ軸方向に見た本発明の第２の実施形態である工作機械の側面図を示す。
【００５５】
第２の実施形態は、Ｙ軸ガイド８の軸受８ｂ，８ｄの構成および連結部１００の構成が第１の実施形態とは異なるものである。したがって、異なる内容のみを説明し、その他の内容についての説明を省略するとともに、第１の実施形態と同じ構成には同一の番号を付すものとする。
【００５６】
第２の実施形態は、図に示すように、Ｙ軸ガイド８の軸受８ｂ，８ｄが３つの軸受から構成されるものである。そして、連結部１００は、軸受８ｂ，８ｄの中間の軸受上に配置された２つの固定スペーサ１０４と軸受８ｂ，８ｄの両側の軸受上に配置された４つの撓みスペーサ１０５とで構成されるものである。
【００５７】
固定スペーサ１０４は、テーブル４を中間の２つの軸受に固定的に連結するものである。固定スペーサ１０４は、テーブル４を中間の軸受に完全に固定するものに限定されず、中間の軸受とガイドレール８ａ，８ｃとのクリアランスや、固定スペーサ１０４の撓み等による微小変位を含みつつ連結するものである。
【００５８】
撓みスペーサ１０５は、テーブル４を両側の４つの軸受にＸ軸方向に所定量移動可能に連結するものである。図９Ａおよび図９Ｂは、撓みスペーサ１０５の外観斜視図を示すものである。撓みスペーサ１０５は、底面１０５ａを軸受に、上面１０５ｂをテーブル４に取り付けるものであり、図に示すようなスリット１０５ｃが形成されている。このスリット１０５ｃを設けることにより、下部分１０５ｄと上部分１０５ｅが図中に実線および破線の矢印で示すような互いに異なる方向に所定量だけ移動可能な構造となる。そして、第２の実施形態では、上記の移動方向がＸ軸方向となるように、撓みスペーサ１０５を両側の４つの軸受とテーブル４とに取り付けている。
【００５９】
再び図６〜図８を参照する。テーブル４は、固定スペーサ１０４によって中間の軸受に固定的に、撓みスペーサ１０５によって両側の軸受にＸ軸方向に所定量移動可能に連結される。これにより、テーブル４は、Ｘ軸方向には固定されつつ、テーブル４の中心Ｏを通るＺ軸回りに所定量だけ回動可能な状態で軸受８ｂ，８ｄに連結される。したがって、制御部９が第１の実施形態と同様な制御を行うことにより、第１の実施形態と同様にテーブル４に発生するヨーイングを補正することができる。この第２の実施形態は、テーブル旋回ベース１０１を用いる必要がなく、連結部１００の高さを低くすることが可能となり、工作機械１の小型化や、作業性が向上する点において有利である。
【００６０】
次に本発明の工作機械の第３の実施形態について説明する。図１０は本発明の第３の実施形態である工作機械の平面図、図１１は図１０の下方から図中Ｙ軸方向に見た本発明の第３の実施形態である工作機械の正面図、図１２は図１０を右方から図中Ｘ軸方向に見た本発明の第３の実施形態である工作機械の側面図を示す。
【００６１】
第３の実施形態は、連結部１００の構成において第１および第２の実施形態と異なる。したがって、異なる内容のみを説明し、その他の内容についての説明を省略するとともに、第１の実施形態と同じ番号を付すものとする。
【００６２】
連結部１００は、図に示すように、軸受８ｂ，８ｄ上に取り付けられたテーブル旋回ベース１０１と、テーブル旋回ベース１０１上に軸受８ｂ，８ｄの直上となるように取り付けられた撓みスペーサ１０５とで構成される。
【００６３】
テーブル旋回ベース１０１は、第１の実施形態と同様に、４つの軸受８ｂ，８ｄが同一な円Ｃ上に位置するように取り付けられている。また、円Ｃの中心は、テーブル４の中心Ｏと一致している。撓みスペーサ１０５は、撓みスペーサ１０５の移動方向が円Ｃの周方向となるように、テーブル旋回ベース１０１およびテーブル４に取り付けられている。
【００６４】
これにより、テーブル４は、テーブル４の中心Ｏを通るＺ軸回りに所定量回動可能な状態で軸受８ｂ、８ｄに連結される。また、テーブル４は、円Ｃの周方向にのみ移動可能であるため、Ｘ軸方向には固定的な状態で軸受８ｂ，８ｄに連結される。したがって、制御部９が第１および第２の実施形態と同様な制御を行うことにより、第１および第２の実施形態と同様にテーブル４に発生するヨーイングを補正することができる。
【００６５】
第３の実施形態では、テーブル４の荷重によってガイドレール８ａ，８ｃがＺ軸方向にうねり変形した場合、第２の実施形態のように、ガイドレール８ａ，８ｃ上に１つの固定スペーサ１０４および２つの撓みスペーサ１０５による３箇所でテーブル４を支持すると、このうねり変形の影響を吸収できずテーブル４のＹ軸方向の移動が困難となることを回避できる。
【００６６】
第３の実施形態は、第１の実施形態を簡略化して設計を容易化させるものである。第１の実施形態では、軸受８ｂ，８ｄの真上に設けた４つのローラ１０３上方からの荷重を受け、テーブル旋回ベース１０１の中央に設けた回転軸受け１０２が水平方向の荷重を受ける。これに対し、第３の実施形態では、４つのローラ１０３を撓みスペーサ１０５に置き換えることにより、軸受８ｂ，８ｄが、テーブル旋回ベース１０１を介して上方からの荷重だけでなく、水平な方向の荷重をも受けるため、回転軸受１０２を不要にさせている。また、少なくとも１本のガイドレールに取り付いた２個の軸受は、相対距離が変動しないように連結しておかないと、Ｘ軸方向の荷重を受けた際、当該相対距離の変動によってＸ軸方向の荷重に対する剛性が確保できないため、第３の実施形態ではテーブル旋回ベース１０１を設けている。
【００６７】
なお、本実施形態における工作機械１は、テーブル４上に載置された被加工物を不図示の加工ヘッドで機械加工する工作機械として説明したが、被加工物をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるのみの工作機械等に適用してもよい。
【符号の説明】
【００６８】
ＹＳ１，ＹＳ２ Ｙ軸リニアエンコーダ（位置検出部）
１ 工作機械
３ サドル
４ テーブル
５ Ｘ軸リニアモータ
６ Ｘ軸ガイド（第２のガイド部）
７ Ｙ軸リニアモータ
８ Ｙ軸ガイド（ガイド部）
８ａ，８ｃ ガイドレール
８ｂ，８ｄ 軸受
９ 制御部
１００ 連結部
１０２ 回転軸受
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１軸方向に移動自在なサドルと、
該サドル上に配置され、前記１軸方向と直交する方向に移動自在なテーブルと、
前記サドル上に前記１軸方向に所定間隔をあけて配置され、前記直交方向に前記テーブルを移動させる一対のリニアモータと、
該テーブルの前記１軸方向の両端部分の前記直交方向における位置を検出する位置検出部と、
前記直交方向と平行となるように前記サドル上に取り付けられたガイドレールと該ガイドレール上を移動自在な軸受とを有するガイド部と、
前記テーブルを前記軸受に、前記１軸方向には固定的に、前記テーブルを通り且つ前記１軸方向と前記直交方向とに垂直な軸回りには所定量回動可能に連結する連結部と、
前記位置検出部による前記テーブルの前記１軸方向の両端部分の前記直交方向における検出位置に基づいて、各前記リニアモータの位置を制御する制御部とを備えたことを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記制御部が、前記両端部分の前記直交方向における相対位置が一定となるように、各前記リニアモータの位置を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記連結部が、前記垂直軸と同軸となる回転軸を有する回転軸受を介して前記テーブルを前記軸受に連結するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記ガイド部が、前記１軸方向に所定間隔をあけて配置された２本のガイドレールと該ガイドレール毎に該ガイドレール上を移動する３つの軸受とを有するものであり、
前記連結部が、前記テーブルを、中央に配置された軸受には前記１軸方向に固定的に、両側に配置された軸受には前記１軸方向に所定量移動可能に連結するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械。
【請求項５】
前記ガイド部が、前記１軸方向に所定間隔をあけて配置された２本のガイドレールと該ガイドレール毎に該ガイドレール上を移動する２つの軸受とを有するものであり、
前記連結部が、前記テーブルを同一円上に配置された軸受に前記同一円の周方向にのみ所定量移動可能に連結するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械。
【請求項６】
前記サドルの前記１軸方向の移動を案内する第２のガイド部を備え、
該第２のガイド部が、前記直交方向に所定間隔をあけて配置された３つのガイド部からなり、該３つのガイド部のうち、中間のガイド部が前記サドルの中央部分に取り付けられているものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項１】
１軸方向に移動自在なサドルと、
該サドル上に配置され、前記１軸方向と直交する方向に移動自在なテーブルと、
前記サドル上に前記１軸方向に所定間隔をあけて配置され、前記直交方向に前記テーブルを移動させる一対のリニアモータと、
該テーブルの前記１軸方向の両端部分の前記直交方向における位置を検出する位置検出部と、
前記直交方向と平行となるように前記サドル上に取り付けられたガイドレールと該ガイドレール上を移動自在な軸受とを有するガイド部と、
前記テーブルを前記軸受に、前記１軸方向には固定的に、前記テーブルを通り且つ前記１軸方向と前記直交方向とに垂直な軸回りには所定量回動可能に連結する連結部と、
前記位置検出部による前記テーブルの前記１軸方向の両端部分の前記直交方向における検出位置に基づいて、各前記リニアモータの位置を制御する制御部とを備えたことを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記制御部が、前記両端部分の前記直交方向における相対位置が一定となるように、各前記リニアモータの位置を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記連結部が、前記垂直軸と同軸となる回転軸を有する回転軸受を介して前記テーブルを前記軸受に連結するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記ガイド部が、前記１軸方向に所定間隔をあけて配置された２本のガイドレールと該ガイドレール毎に該ガイドレール上を移動する３つの軸受とを有するものであり、
前記連結部が、前記テーブルを、中央に配置された軸受には前記１軸方向に固定的に、両側に配置された軸受には前記１軸方向に所定量移動可能に連結するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械。
【請求項５】
前記ガイド部が、前記１軸方向に所定間隔をあけて配置された２本のガイドレールと該ガイドレール毎に該ガイドレール上を移動する２つの軸受とを有するものであり、
前記連結部が、前記テーブルを同一円上に配置された軸受に前記同一円の周方向にのみ所定量移動可能に連結するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械。
【請求項６】
前記サドルの前記１軸方向の移動を案内する第２のガイド部を備え、
該第２のガイド部が、前記直交方向に所定間隔をあけて配置された３つのガイド部からなり、該３つのガイド部のうち、中間のガイド部が前記サドルの中央部分に取り付けられているものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の工作機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−４９０９９（Ｐ２０１３−４９０９９Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８６９９１（Ｐ２０１１−１８６９９１）
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【特許番号】特許第５１３７２１８号（Ｐ５１３７２１８）
【特許公報発行日】平成２５年２月６日（２０１３．２．６）
【出願人】（０００１３２７２５）株式会社ソディック (197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【特許番号】特許第５１３７２１８号（Ｐ５１３７２１８）
【特許公報発行日】平成２５年２月６日（２０１３．２．６）
【出願人】（０００１３２７２５）株式会社ソディック (197)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]