JP6721805B1

JP6721805B1 - 工作機械

Info

Publication number: JP6721805B1
Application number: JP2020044135A
Authority: JP
Inventors: 成人三宅
Original assignee: 株式会社滝澤鉄工所
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2040-03-13
Also published as: JP2021142626A; EP3881967B1; US11969842B2; US20210283733A1; EP3881967A1; CN113458867A; CN113458867B

Abstract

【課題】熱膨張や熱変形によるスケール読み取り値の精度低下に関し、主軸台側のみならず刃物台側についても考慮して、スケール読み取り値の精度を高めた工作機械を提供する。【解決手段】ベッド１１上に主軸台２０と刃物台４０とを搭載した工作機械であって、主軸台２０と刃物台４０は、主軸の直径方向であるＸ軸方向と主軸の軸方向であるＺ軸方向とに相対的に移動可能であり、Ｘ軸方向において、主軸台２０の上側と刃物台４０の上側との間に架け渡され、Ｘ軸方向の位置情報を検出するためのリニアスケール５０と、リニアスケール５０のＺ軸方向の移動を案内するＺ軸方向に延設されたレール２３とを備えており、主軸台２０と刃物台４０がＺ軸方向に相対的に移動するときに、リニアスケール５０は、主軸台２０又は刃物台４０のいずれかと一体にレール２３に案内されながらＺ軸方向に移動する。【選択図】図３

Description

本発明は、ベッド上に主軸台と刃物台とを搭載した工作機械に関する。

旋盤にＮＣ（数値制御）装置を装備したＮＣ旋盤における刃物台等の位置の制御として、クローズドループ制御が知られている。同制御は、ボールねじの回転で移動する刃物台の位置情報をベッドと刃物台の間の摺動部近傍に設置したリニアスケール（リニアエンコーダ）で検出し、この検出値をＮＣ装置にフィードバックして刃物台等の位置を制御するというものである。同制御によれば、刃物台が動いた位置をリニアスケールで直接的に読み取るため、ボールねじの摩耗や熱膨張等の影響を受けにくく、高精度な制御が可能になる。

一方、熱膨張や熱変形により、ワークを支持する主軸台に傾きが生じると、ワークの位置も変位する。本来、高精度な加工を実現するためには、工具刃先とワーク中心（主軸中心）との間の距離の正確なフィードバックが必要であった。しかし、従来の一般的なリニアスケールの設置位置は、前記のとおり、ボールねじの摩耗や熱膨張等の影響は受けにくいが、主軸台の位置変位も考慮したものではなかった。

この点、特許文献１に記載の工作機械においては、位置測定手段（リニアスケール）のスケール部を主軸台と送り台の上面に取付け、かつスケール部の主軸台に対する取付位置を加工原点の付近とすることにより、加工原点を基準とした位置情報に基づく制御が行えるようにし、ワークを支持する主軸台に傾き等のＸ軸方向の変位が生じても、この変位もリニアスケールによりフィードバックされ、高精度な加工が行えるようにしている。

特許第４３５１３７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の工作機械は、熱膨張や熱変形により主軸台に微小な傾きが生じても、加工精度の低下を防止するものであるが、刃物台側の変位を考慮したものではなかった。具体的には、同文献の図２においてタレット刃物台１０は、タレット軸を介して送り台からＺ軸方向に進退自在である。この構成において、タレット刃物台１０がスケール部から遠ざかった状態においては、スケール部と工具１６との間の距離が長くなり、工具１６の位置は熱膨張や熱変形の影響を受けると共に進退するための機構の幾何精度によって変位し易くなる。

一方、スケール部の読み取り部の読み取り値は、主軸台７側の加工原点と送り台９に固定された読み取り部との間の距離である。この場合、熱膨張や熱変形等により、送り台９から工具１６の間で変位があったとしても、スケール部の読み取り値には、この変位は何ら反映されなかった。

本発明は前記のような従来の問題を解決するものであり、熱膨張や熱変形等によるスケール読み取り値の精度低下に関し、主軸台側のみならず刃物台側についても考慮して、スケール読み取り値の精度を高めた工作機械を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の工作機械は、ベッド上に主軸台と刃物台とを搭載した工作機械であって、前記主軸台と前記刃物台は、主軸の直径方向であるＸ軸方向と前記主軸の軸方向であるＺ軸方向とに相対的に移動可能であり、Ｘ軸方向において、前記主軸台の上側と前記刃物台の上側との間に架け渡され、Ｘ軸方向の位置情報を検出するためのリニアスケールと、前記リニアスケールのＺ軸方向の移動を案内するＺ軸方向に延設されたレールとを備えており、前記主軸台と前記刃物台がＺ軸方向に相対的に移動するときに、前記リニアスケールは、前記主軸台又は前記刃物台のいずれかと一体に前記レールに案内されながらＺ軸方向に移動することを特徴とする。

前記本発明の工作機械によれば、主軸台の上側と刃物台の上側との間に、リニアスケールが架け渡されているので、リニアスケールの位置は工具装着部及びワーク把持部の両方に近くなる。すなわち、この構成では本来的な測定対象である工具刃先とワーク中心との間の距離に対応する部分により近い位置で測定できるため、リニアスケールによる位置の検出値は、主軸台や刃物台の熱膨張や熱変形の影響を受けにくく、精度の高いものとなる。

また、Ｚ軸方向に相対的に移動可能な主軸台と刃物台との間に、リニアスケールを架け渡した構成でありながら、リニアスケールが平行移動可能な構成であるので、主軸台と刃物台とが相対的にＺ軸方向に移動しても、リニアスケールは、主軸台の上側と刃物台の上側に架け渡された状態が維持される。このことに加えて、リニアスケールが平行移動することにより、主軸台や刃物台のＺ軸方向の位置に関係なく、リニアスケールに定めた測定基準位置と本来的な測定対象の距離の一端の位置である工具刃先の位置又はワーク中心の位置とのＸ軸方向における位置関係は一定に維持されるので、リニアスケールによる位置の検出値は、主軸台や刃物台のＺ軸方向の位置に影響されず、安定したものとなる。

前記本発明の工作機械においては、下記の各構成にすることが好ましい。前記リニアスケールは、目盛りを有するスケールと、前記目盛りを読み取るスケール読取器とを含んでおり、Ｘ軸方向において、前記スケールの前記目盛りの測定基準位置は、前記主軸の中心軸上であることが好ましい。この構成によれば、スケール読取器は、ワークの加工中心から読取り位置までの距離を直接的に検出できるので、検出精度が高精度になる。すなわち、スケールの目盛りの測定基準位置が主軸の中心軸上にあるため、主軸中心（ワークの加工中心）から目盛りの読み取り位置までに対応した部分の変位だけが誤差要因となり、誤差要因を局所的にすることができ、検出精度が高精度になる。また、主軸の変位として主軸の回転中心から放射状に筐体が熱変形することがあるが、スケールの測定基準位置が主軸の中心軸上である構成では、主軸台が熱変形しても、スケールの測定基準位置が主軸の中心軸上であることに変わりはなく、換言すればスケールの測定基準位置がＸ軸方向に変位することはなく、このことも高精度な検出精度の確保に有利になる。

前記レールは、前記主軸の中心軸上に前記中心軸に沿って延設されていることが好ましい。この構成によれば、刃物台がＺ軸方向に移動すると、これと一体にリニアスケールも平行移動するので、主軸台や刃物台のＺ軸方向の位置に関係なく、主軸中心軸上の任意の位置から刃物台までを測定でき、リニアスケールによる位置の検出値は、主軸台や刃物台のＺ軸方向の位置に影響されず、安定したものとなる。すなわち、本来正確な測定を行いたい部分である、刃物台と一体のタレット上の工具の刃先とワークの加工中心である主軸中心との位置を安定して測定できる。

前記リニアスケールは、Ｘ軸方向において、前記主軸台の上側と前記刃物台の上側との間に架け渡されたスケール支持板をさらに含んでおり、前記スケール支持板の下面に前記スケールが設置されていることが好ましい。この構成によれば、スケールはスケール支持板の下方にあるので、スケールが工具やワークの位置から離れ過ぎることがない。すなわち、この構成では本来的な測定対象である工具刃先とワーク中心との間の距離に対応する部分により近い位置で測定でき、測定誤差の防止に有利になる。

前記レールと前記主軸台との間に空間を有することが好ましい。この構成によれば、発熱部である主軸台の熱が直接的にＺ軸レールに伝達されないので、Ｚ軸レールを介したリニアスケールへの熱伝達も抑えられ、熱影響による測定誤差の防止に有利になる。

前記主軸台及び前記刃物台は本体ケース内に配置されており、前記本体ケース内は、仕切り板により、加工室と非加工室とに仕切られており、前記リニアスケール及び前記レールは前記非加工室に配置されていることが好ましい。この構成によれば、加工室で生じる加工屑が非加工室内のリニアスケール及びレールに付着しないので、異物によるリニアスケールの移動機構の精度の低下を防止することができる。

本発明の効果は前記の通りであり、要約すれば、本発明によれば、主軸台の上側と刃物台の上側との間に、リニアスケールが架け渡されているので、リニアスケールによる位置の検出値は、主軸台や刃物台の熱膨張や熱変形の影響を受けにくく、精度の高いものとなり、リニアスケールが平行移動可能な構成であるので、主軸台と刃物台とが相対的にＺ軸方向に移動しても、リニアスケールは、主軸台の上側と刃物台の上側に架け渡された状態が維持される。このことに加えて、リニアスケールが平行移動することにより、主軸台や刃物台のＺ軸方向の位置に関係なく、リニアスケールに定めた測定基準位置と本来的な測定対象の距離の一端の位置である工具刃先の位置又はワーク中心の位置とのＸ軸方向における位置関係は一定に維持されるので、リニアスケールによる位置の検出値は、主軸台や刃物台のＺ軸方向の位置に影響されず、安定したものとなる。

本発明の一実施形態に係る工作機械の外観斜視図。本発明の一実施形態に係る工作機械本体を示す外観斜視図。図２の工作機械本体の部分拡大図。図３の構造体を左側から見た外観斜視図。図４のＡＡ線における断面図。図３の構造体を後側から見た外観斜視図。本発明の一実施形態に係る刃物台の移動制御を示すブロック図。本発明の一実施形態に係る工作機械を概略的に示した平面図であり、動作開始時の状態を示した平面図図８の状態から刃物台が主軸台側に進んだ状態を示した平面図。図９の状態から刃物台が主軸台側に進み工具の先端がワークに当接した状態を示した平面図。本発明の一実施形態において、刃物台の移動制御の概要を示すフローチャート。本発明の一実施形態において、刃物台のＸ軸方向の移動制御を示すフローチャート。

以下、本発明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、本発明の一実施形態に係る工作機械１の外観斜視図を示している。工作機械１は前扉４を開いた状態を示しており、前扉４の内側に、工作機械本体１０（図２参照）であるＮＣ（数値制御）旋盤及びワーク搬送機構等の主要機構を備えている。本体ケース２に隣接してワーク搬送機構の主要部であるワークフィーダー３が配置されている。ワークフィーダー３を介して、本体ケース２内の工作機械本体１０との間で、ワークの受け渡しが行われる。工作機械本体１０はＮＣ（数値制御）装置で制御され、操作盤５により各種操作・設定が可能である。

図２は、工作機械１の内部の工作機械本体１０を示す外観斜視図である。図２を参照しながら、工作機械本体１０の概要を説明する。工作機械本体１０は主軸の軸心が水平方向になるように配置された平行２主軸旋盤であり、ベッド１１上に２つの主軸台２０が平行に配置されている。主軸台２０は内部に主軸を有しており、主軸にチャック２１が取り付けられている。チャック２１には加工対象物であるワーク（図示せず）が把持される。各主軸台２０の横側には刃物台４０が配置されている。刃物台４０にはタレット３０が取り付けられ、タレット３０には複数のホルダ３１が放射状に取り付けられている。ホルダ３１にはバイトやドリル等の工具（図示せず）が取り付けられる。

以下、本実施形態においては、主軸の直径方向をＸ軸方向といい、主軸の中心軸方向をＺ軸方向という。図２において、刃物台４０がＸ軸方向及びＺ軸方向に移動しながら、タレット３０に取り付けられた工具により、チャック２１に把持された回転中のワークが加工される。また、本実施形態においては、刃物台４０は、タレットを回転させる機構を内蔵した筐体部分のことである。

図３は、図２の工作機械本体１０の部分拡大図であり、主軸台２０及び刃物台４０の１基分及びその近傍を示している。図４は図３の構造体を左側から見た外観斜視図であり、図５は図４のＡＡ線における断面図、図６は図３の構造体を後側から見た外観斜視図である。以下、図３〜図６を参照しながら主軸台２０及び刃物台４０の１基分について説明するが、もう一方の１基分についても、同様である。

図３に示したように、チャック２１には爪２２が固定されており、チャック２１の中央部にワークが爪２２に挟まれて把持される。タレット３０には、貫通孔３２が形成されたホルダ３１と溝３３が形成されたホルダ３４が取り付けられている。貫通孔３２には、ドリルのシャンク（柄）が装着され、溝３３にはバイトのシャンク（柄）が装着される。

図３において、主軸台２０及び刃物台４０は、いずれもベッド１１上に搭載されており、主軸台２０はベッド１１上に固定されているが、刃物台４０はＸ軸方向及びＺ軸方向に移動する。より具体的には、図４において一対のＸ軸スライダ４３上にＸ軸送り台４４が固定されている。Ｘ軸スライダ４３は、Ｘ軸レール４２に係合している。Ｘ軸送り台４４上には、Ｚ軸レール４５が固定され、Ｚ軸レール４５に刃物台４０と一体のＺ軸送り台４１が係合している。Ｚ軸レール４５は、刃物台４０の左右両側に設けている。

この構成によれば、刃物台４０は、Ｘ軸送り台４４の移動と一体にＸ軸方向に移動し、Ｚ軸送り台４１の移動と一体にＺ軸方向に移動する。Ｘ軸送り台４４及びＺ軸送り台４１は、ボールねじ（図示せず）の回転により移動する。Ｘ軸送り台４４を移動させるボールねじはＸ軸駆動モータ４６で駆動され、Ｚ軸送り台４１を移動させるボールねじはＺ軸駆動モータ４７（図６参照）で駆動される。

本実施形態では、刃物台４０を移動させる機構として、角型スライドを用いているが、これに限るものではなくリニアガイドを用いてもよい。角型スライドは剛性が高く長期間精度が安定する。リニアガイドは、ボールのころがりで直線運動をするものであり、応答性が良い。

図４のＸ軸方向において、主軸台２０の上側と刃物台４０の上側との間に、リニアスケール５０が架け渡されている。スケール支持板５１にはレールホルダ５９が一体になっており、レールホルダ５９はレール２３に係合している。レール２３は、主軸台２０上に固定され、かつ主軸の中心軸上に同中心軸に沿って延設されており、リニアスケール５０のＺ軸方向の移動を案内する。後に説明する通り、スケール支持板５１は固定台５６を介して、刃物台４０上に設置されている。この構成では、刃物台４０がＺ軸方向に移動すると、レールホルダ５９がレール２３上を摺動しながら、リニアスケール５０が刃物台４０と一体にレール２３で案内されてＺ軸方向に移動する。

図４のＡＡ線における断面図である図５を参照しながら、リニアスケール５０について具体的に説明する。図５において、刃物台４０上に固定台５６が固定されている。スケール支持板５１と一体のスケール支持板レール５７に固定台５６と一体のレールホルダ５８が係合しており、スケール支持板５１に固定台５６がスライド可能に係合している。スケール支持板５１の下方に取り付けられたスケールホルダー５４の内側にスケール５５が支持されている。固定台５６には支持体５２を介してスケール読取器５３が取り付けられている。スケール５５に刻まれた目盛りをスケール読取器５３で読み取って、刃物台４０のＸ軸方向の位置情報が検出される。

図４において、スケール支持板５１と一体のレールホルダ５９がレール２３に係合しているので、スケール支持板５１のＸ軸方向の移動は規制されている。この構成では、図５において、刃物台４０がＸ軸方向に移動すると、これと一体に固定台５６及びスケール読取器５３がＸ軸方向に移動する。一方、スケール支持板５１は移動せず、スケール支持板５１に支持されたスケール５５も移動しない。このため、スケール読取器５３は刃物台４０と一体にＸ軸方向に移動しながら、固定されたスケール５５の目盛りを読み取ることができ、刃物台４０のＸ軸方向の位置情報を検出することができる。

図５において、前記の通りスケール支持板５１の下方にスケール５５が支持されている。この構成では、スケール５５と刃物台４０との間及びスケール５５と主軸台２０との間に隙間を形成でき、発熱部である刃物台４０や主軸台２０の熱影響によるスケール５５の測定誤差の防止に有利になる。また、スケール５５はスケール支持板５１の下方にあるので、前記のような隙間を形成してもスケール５５が工具やワークの位置から離れ過ぎることがない。すなわち、この構成では、スケール５５をスケール支持板レール５７の上部に直接配置する場合に比べ、本来的な測定対象である工具刃先とワーク中心との間の距離に対応する部分により近い位置で測定でき、このことも熱影響等による測定誤差の防止に有利になる。

さらに、図５において、前記の通りスケール支持板５１に固定台５６がスライド可能に係合しており、固定台５６にスケール読取器５３が取り付けられている。この構成では、スケール読取器５３が取り付けられた固定台５６は、スケール５５を支持したスケール支持板５１と一体のスケール支持板レール５７に案内されて移動するので、スケール読取器５３の移動中において、スケール読取器５３とスケール５５との間の位置関係を高精度に維持することができる。

図６において、主軸台２０の背面側のプーリー２６と、主軸駆動モータ２８のプーリー（図示せず）との間にはベルト２７が掛け合わされており、主軸は主軸駆動モータ２８によりベルト２７を介して駆動される。この構成では、発熱源である主軸駆動モータ２８の位置を主軸から遠ざけることができ、主軸系にモータを直接組み込むビルトインモータ型に比べ、主軸への熱影響防止に有利になる。

また、図３において、レール２３はレール台１２上に固定されており、主軸台２０とレール台１２との間に空間１３が形成されている。空間１３には主軸台２０と一体の放熱フィン１４が配置されており、空間１３は主軸台２０の熱を放熱する放熱空間である。この構成では、発熱部である主軸台２０の熱が直接的にレール２３に伝達されないので、レール２３を介したリニアスケール５０への熱伝達も抑えられ、熱影響によるスケール５５の測定誤差の防止に有利になる。

以上、工作機械本体１０について説明したが、図２に示した工作機械本体１０は、図１において本体ケース２内に配置されている。本体ケース２内は、仕切り板６により、加工室と仕切り板６の裏面側の非加工室とに仕切られている。加工室にはタレット３０及びチャック２１が配置されている。非加工室には、図３に示した主軸台２０及び刃物台４０が配置されており、リニアスケール５０及びレール２３も配置されている。この構成によれば、加工室で生じる加工屑が非加工室内のリニアスケール５０及びレール２３に付着しないので、異物によるリニアスケール５０の移動機構の精度の低下を防止することができる。

以下、刃物台４０の移動制御について説明する。図７は刃物台４０の移動制御を示すブロック図である。制御手段６０は、Ｘ軸駆動モータ４６及びＺ軸駆動モータ４７の回転を制御することにより、各モータに接続されたボールねじの回転が制御され、刃物台４０のＸ軸方向及びＺ軸方向に移動が制御される。Ｘ軸駆動モータ４６の制御は、クローズドループ制御を用いており、刃物台４０のＸ軸方向の位置情報をスケール読取器５３で検出し、この検出値を制御手段６０にフィードバックして、指令値と比較しながらＸ軸駆動モータ４６の制御を行う。

Ｚ軸駆動モータ４７の制御は、セミクローズドループ制御を用いており、刃物台４０のＺ軸方向の位置情報をＺ軸駆動モータ４７に取り付けられたロータリーエンコーダ等の検出器で検出し、この検出値を制御手段６０にフィードバックして、指令値と比較しながら、Ｚ軸駆動モータ４７の制御を行う。刃物台４０のＸ軸方向の位置情報は、前記のとおりスケール読取器５３で検出するのに対し、刃物台４０のＺ軸方向の位置情報はＺ軸駆動モータ４７の回転数や回転角で検出する。

図８〜図１０は、本実施形態に係る工作機械１を概略的に示した平面図である。各図は、図３等に示した主軸台２０及び刃物台４０を要部とする１基分の構造体について、理解を容易にするため、図示を適宜省略、変更したものであり、寸法関係は必ずしも図３等のものとは整合しない。図１１は刃物台４０の移動制御の概要を示すフローチャートであり、図１２はＸ軸方向の移動制御を示すフローチャートである。以下、図８〜図１２を参照しながら、刃物台４０の移動制御について説明する。

図８は、工作機械１の動作開始時の状態を示している（図１１のステップ１００）。本図の状態では刃物台４０は、主軸台２０から退避した退避位置にある。タレット３０は複数の工具を装着可能であるが、説明の便宜のために、１個の工具３５を装着した状態を図示している。

Ｘ軸送り台４４上にＺ軸送り台４１が搭載されており、Ｚ軸送り台４１上に刃物台４０が搭載されている。Ｘ軸送り台４４がＸ軸レール４２に沿って移動することにより、刃物台４０はＸ軸方向に移動し、Ｚ軸送り台４１上がＺ軸レール４５に沿って移動することにより、刃物台４０はＺ軸方向に移動する。

刃物台４０のＸ軸方向の移動と一体に、支持体５２及びこれに支持されたスケール読取器５３もＸ軸方向に移動する。スケール支持板５１については、前記の通り、スケール支持板５１と一体のレールホルダ５９（図４参照）がレール２３に係合しているので、スケール支持板５１はＸ軸方向には移動せず、スケール支持板５１に取り付けらたスケール５５もＸ軸方向には移動しない。このため、スケール読取器５３は刃物台４０と一体にＸ軸方向に移動しながら、固定されたスケール５５の目盛りを読み取ることができ、刃物台４０のＸ軸方向の位置を検出することができる。

図８に示したように、Ｘ軸方向において、スケール５５の目盛りの測定基準位置（Ａ位置）は、主軸台２０が備える主軸の中心軸２５上である。このため、スケール読取器５３は、ワーク２４の加工中心から読取り位置（Ｂ位置）までの距離Ｌ１を直接的に検出できるので、検出精度が高精度になる。スケール５５のＸ軸方向における測定基準位置が中心軸２５から離れていると、検出値には測定基準位置と中心軸２５との間の熱変形等が反映されなかったり、加工精度に影響を与えない部分までの変位を余分に反映することになったりするため、検出値に誤差が生じ易くなる。また、前記のようにスケール５５の測定基準位置が主軸の中心軸２５上である構成では、主軸台２０が熱変形しても、スケール５５の測定基準位置が主軸の中心軸２５上であることに変わりはなく、このことも高精度な検出精度の確保に有利になる。

なお、スケール５５の測定基準位置は、必ずしも主軸の中心軸２５上の位置に一致させる必要はないが、検出精度を高精度にするためには、主軸の中心軸２５上の位置の近傍が望ましい。また、後記の通り、本発明においては、主軸台２０と刃物台４０が、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に相対的に移動可能な構成であればよく、スケール５５の測定基準位置を刃物台４０側に設けた構成であってもよい。

図９は、刃物台４０が主軸台２０側に進んだ状態を示しており、刃物台４０のＸ軸方向における移動途中の状態を示している（図１１のステップ１０１）。本図においては、スケール５５の測定基準位置であるＡ位置は不動位置であるため動いていないが、スケール読取器５３の読取り位置はＢ位置からＣ位置に移動しており、スケール読取器５３の検出距離は、Ｌ１からＬ２に縮まっている。

刃物台４０のＸ軸方向の移動制御については、前記の通りクローズドループ制御を用いており、この制御について図１２を参照しながら具体的に説明する。図１２において、制御手段６０（図７参照、以下同じ）はＸ軸駆動モータ４６（図７参照）による刃物台４０（図８〜１０参照、以下同じ）の移動量を指定する（図１２のステップ２００）。この指定は例えばｔ秒（微小時間）後に移動量Ｌ（微小距離）といった指定である。

ステップ２００の移動量の指定により、ｔ秒後の指令位置（目標位置）が定まるので、設定時間ｔ秒後にスケール読取器５３（図７参照）で刃物台４０のＸ軸方向の現在位置を検出する。制御手段６０は、指令位置と現在位置との偏差を算出し（図１２のステップ２０１）、偏差が０になるようにＸ軸駆動モータ４６を常時制御しながら（図１２のステップ２０２）、Ｘ軸駆動モータ４６により、刃物台４０をＸ軸方向に移動させる（図１２のステップ２０３）。

刃物台４０のＸ軸方向の現在位置は、スケール読取器５３で常時検出しており（図１２のステップ２０４）、現在位置は制御手段６０にフィードバックされ（図１２のステップ２０５）、ステップ２０１〜２０４が繰り返される。また、刃物台４０は、スケール読取器５３の検出値を用いたフィードバック制御により、熱変位や切削抵抗等による外乱で刃物台４０が移動した場合でも（図１２のステップ２０６）、Ｘ軸方向の移動量が補正されながら、主軸台２０（図８〜１０参照）に向けて進むことになる。

図１０は、工具３５の先端がワーク２４に当接した状態を示しており、工具３５による加工開始状態を示している（図１１のステップ１０２）。以後、刃物台４０は、Ｘ軸とＺ軸とで移動の同期を取りながら移動が制御され、加工が進んで行く（図１１のステップ１０３）。図１２を用いて説明した刃物台４０のＸ軸方向の移動制御については、加工中においても実行される。加工が完了すると（図１１のステップ１０４）、刃物台４０は元の位置（図８参照）に退避し（図１１のステップ１０５）、１個分のワーク２４の加工のための動作が終了する（図１１のステップ１０６）。

以上、刃物台４０の移動制御について説明したが、本実施形態においては、図３に示したように、主軸台２０の上側と刃物台４０の上側との間に、リニアスケール５０が架け渡されているので、リニアスケール５０の位置は工具を装着するタレット３０及びワークを把持するチャック２１の両方に近くなる。すなわち、この構成では本来的な測定対象である工具刃先とワーク中心との間の距離に対応する部分により近い位置で測定できるため、リニアスケール５０による位置の検出値は、主軸台２０や刃物台４０の熱膨張や熱変形の影響を受けにくく、精度の高いものとなる。

また、本実施形態においては、図８において刃物台４０がＺ軸方向に移動すると、これと一体にリニアスケール５０もＺ軸方向に平行移動するので、刃物台４０のＺ軸方向の位置に関係なく、リニアスケール５０の測定基準位置である主軸の中心軸２５上の任意の位置とタレット３０の位置とのＸ軸方向における位置関係は一定に維持される。このため、リニアスケール５０による位置の検出値は、刃物台４０のＺ軸方向の位置に影響されず、安定したものとなる。

本実施形態においては、主軸台２０の位置は固定され、刃物台４０がＸ軸方向及びＺ軸方向に移動する構成であったが、これに限るものではなく、主軸台２０と刃物台４０が、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に相対的に移動可能な構成であればよい。この構成中、主軸台２０がＺ軸方向に移動可能な構成では、図８においてレール２３を刃物台４０上に設け、主軸台２０がＺ軸方向に移動すると、これと一体にリニアスケール５０もＺ軸方向に移動する構成とすればよい。この構成においても、主軸台２０のＺ軸方向の位置に関係なく、主軸の中心軸２５上の任意の位置とタレット３０に装着した工具３５の工具刃先の位置（本来的な測定対象の距離の一端の位置）とのＸ軸方向における位置関係は一定に維持され、リニアスケール５０による位置の検出値は、主軸台２０のＺ軸方向の位置に影響されず、安定したものとなる。

本発明の効果について補足すれば、本発明によれば、Ｚ軸方向に相対的に移動可能な主軸台２０と刃物台４０との間に、リニアスケール５０を架け渡した構成でありながら、リニアスケール５０を平行移動可能な構成としたことにより、主軸台２０と刃物台４０とが相対的にＺ軸方向に移動しても、リニアスケール５０は、主軸台２０の上側と刃物台４０の上側に架け渡された状態が維持される。このことに加えて、リニアスケール５０が平行移動することにより、主軸台２０や刃物台４０のＺ軸方向の位置に関係なく、スケール５５に定めた測定基準位置と本来的な測定対象の距離の一端の位置であるタレット３０に装着した工具３５の工具刃先の位置又はワーク中心の位置とのＸ軸方向における位置関係は一定に維持されるので、リニアスケール５０による位置の検出値は、主軸台２０や刃物台４０のＺ軸方向の位置に影響されず、安定したものとなる。

また、本実施形態の図８において、刃物台４０がＺ軸方向に移動すると、これと一体にリニアスケール５０も平行移動するので、刃物台４０のＺ軸方向の位置に関係なく、リニアスケール５０と工具装着部であるタレット３０との位置関係は定位置が維持される。この構成によっても、リニアスケール５０による位置の検出値は、刃物台４０のＺ軸方向の位置に影響されず、安定したものとなる。

１工作機械
６仕切り板
１０工作機械本体
１１ベッド
１３空間（放熱空間）
２０主軸台
２３レール
２８主軸駆動モータ
４２Ｘ軸レール
３０タレット
４０刃物台
４６Ｘ軸駆動モータ
４７Ｚ軸駆動モータ
５０リニアスケール
５５スケール
５１スケール支持板
５３スケール読取器
５６固定台
６０制御手段

Claims

ベッド上に主軸台と刃物台とを搭載した工作機械であって、
前記主軸台と前記刃物台は、主軸の直径方向であるＸ軸方向と前記主軸の軸方向であるＺ軸方向とに相対的に移動可能であり、
Ｘ軸方向において、前記主軸台の上側と前記刃物台の上側との間に架け渡され、Ｘ軸方向の位置情報を検出するためのリニアスケールと、
前記リニアスケールのＺ軸方向の移動を案内するＺ軸方向に延設されたレールとを備えており、
前記主軸台と前記刃物台がＺ軸方向に相対的に移動するときに、前記リニアスケールは、前記主軸台又は前記刃物台のいずれかと一体に前記レールに案内されながらＺ軸方向に移動することを特徴とする工作機械。
前記リニアスケールは、目盛りを有するスケールと、前記目盛りを読み取るスケール読取器とを含んでおり、Ｘ軸方向において、前記スケールの前記目盛りの測定基準位置は、前記主軸の中心軸上である請求項１に記載の工作機械。
前記レールは、前記主軸の中心軸上に前記中心軸に沿って延設されている請求項１又は２に記載の工作機械。
前記レールと前記主軸台との間に空間を有する請求項３に記載の工作機械。
前記リニアスケールは、Ｘ軸方向において、前記主軸台の上側と前記刃物台の上側との間に架け渡されたスケール支持板をさらに含んでおり、前記スケール支持板の下面に前記スケールが設置されている請求項２から４のいずれかに記載の工作機械。
前記主軸台及び前記刃物台は本体ケース内に配置されており、前記本体ケース内は、仕切り板により、加工室と非加工室とに仕切られており、前記リニアスケール及び前記レールは前記非加工室に配置されている請求項１から５のいずれかに記載の工作機械。