(57)【要約】【課題】支持装置が低剛性であってもワークを適切に支持できる工作機械を提供する。【解決手段】ワーク１００を工具で除去加工する工作機械１０であって、前記ワーク１００を保持する保持装置（ワーク主軸１２および心押台１６）と、前記保持装置で保持されたワーク１００の撓みを抑えるために前記ワーク１００を支持する支持装置３０（機内ロボット１８）と、力を制御目標とする力制御により前記支持装置３０の駆動を制御する制御装置と、を備える。より具体的には、支持装置３０による支持力と、工具による加工力と、を計測し、支持力が、加工力と同じになるように、支持装置３０を駆動制御する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを工具で除去加工する工作機械であって、
前記ワークを保持する保持装置と、
前記保持装置で保持されたワークの撓みを抑えるために前記ワークを支持する支持装置と、
力を制御目標とする力制御により前記支持装置の駆動を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
請求項１に記載の工作機械であって、さらに、
前記支持装置による前記ワークの支持力を計測する支持力計測部と、
前記工具による前記ワークの加工力を計測する加工力計測部と、
を備え、
前記制御装置は、前記計測された支持力と、前記計測された加工力と、の比較結果に基づいて前記支持装置を力制御する、
ことを特徴とする工作機械。
【請求項３】
請求項１または２に記載の工作機械であって、さらに、
前記保持装置によるワークの保持力を計測する保持力計測部を備え、
前記制御部は、前記工具による加工前かつ前記支持装置による支持前において計測された初期保持力と、前記工具による加工中かつ前記支持装置による支持中において計測された比較保持力と、の比較結果に基づいて前記支持装置を力制御する、
ことを特徴とする工作機械。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の工作機械であって、さらに、
前記支持装置による前記ワークの支持力を計測する支持力計測部、および、前記工具による前記ワークの加工力を計測する加工力計測部の少なくとも一方を備え、
前記制御装置は、前記計測された支持力または前記計測された加工力と、加工条件から定まる前記支持力または加工力の理論値と、の比較結果に基づいて前記支持装置を力制御する、
ことを特徴とする工作機械。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の工作機械であって、
前記支持装置は、弾性体を介して前記ワークを支持する、ことを特徴とする工作機械。
【請求項６】
請求項５に記載の工作機械であって、さらに、
前記弾性体の剛性を変化させる剛性変化機構を備える、ことを特徴とする工作機械。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の工作機械であって、
前記支持装置は、
多自由度ロボットと、
前記多自由度ロボットに取り付けられたエンドエフェクタと、
を含み、前記エンドエフェクタが前記ワークに接触して前記ワークを支持する、
ことを特徴とする工作機械。
【請求項８】
請求項７に記載の工作機械であって、
前記エンドエフェクタは、複数種類、用意されており、
前記多自由度ロボットに取り付けられるエンドエフェクタは、交換可能である、ことを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークを工具で除去加工する工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からワークの一部を工具で除去加工する工作機械が広く知られている。かかる工作機械では、ワークを加工する際には、ワークの一部を、ワーク主軸装置等の保持装置で保持した状態で、工具をワークに押しあてる。
【０００３】
このとき、工具がワークを押す力により、ワークの一部が撓むことがある。ワークが撓むと、当然ながら、加工精度が低下する。そこで、従来からワークの撓みを防止するために、ワーク主軸装置とは別に、ワークを支持する支持装置を設けることが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ワークの両端を端部支持手段で支持するとともに、当該ワークの中間部を中間部支持手段により支持する加工システムが開示されている。この加工システムでは、ワークの位置をセンサで計測し、その計測結果に基づいて、ワークの両端部と中間部の高さ位置が同じになるように、中間部支持手段の上下方向におけるワーク支持位置を調整している。かかる技術によれば、形状の異なる様々なワークに対し撓みを防止でき、加工精度をさらに向上できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２６４５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、こうした従来の支持装置は、位置制御により支持点（ワーク支持位置）を制御していた。すなわち、支持点の位置をセンサ等で計測し、計測結果が、目標値と一致するように、支持点を移動制御していた。しかし、こうした位置制御で、適切にワークを支持するためには、高い位置決め精度が必要であった。ここで、高精度で位置決めするためには、制御対象である支持装置そのものが高剛性であることが必要となる。支持装置の剛性が低く、支持装置が撓んだりすると、制御誤差が大きくなるからである。しかし、支持装置の剛性を高くしようとした場合、支持装置のサイズや、コスト増加という問題を招く。
【０００７】
そこで、本発明は、支持装置が低剛性であってもワークを適切に支持できる工作機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の工作機械は、ワークを工具で除去加工する工作機械であって、前記ワークを保持する保持装置と、前記保持装置で保持されたワークの撓みを抑えるために前記ワークを支持する支持装置と、力を制御目標とする力制御により前記支持装置の駆動を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
好適な態様では、さらに、前記支持装置による前記ワークの支持力を計測する支持力計測部と、前記工具による前記ワークの加工力を計測する加工力計測部と、を備え、前記制御装置は、前記計測された支持力と、前記計測された加工力と、の比較結果に基づいて前記支持装置を力制御する。
【００１０】
他の好適な態様では、さらに、前記保持装置によるワークの保持力を計測する保持力計測部を備え、前記制御部は、前記工具による加工前かつ前記支持装置による支持前において計測された初期保持力と、前記工具による加工中かつ前記支持装置による支持中において計測された比較保持力と、の比較結果に基づいて前記支持装置を力制御する。
【００１１】
他の好適な態様では、さらに、前記支持装置による前記ワークの支持力を計測する支持力計測部、および、前記工具による前記ワークの加工力を計測する加工力計測部の少なくとも一方を備え、前記制御装置は、前記計測された支持力または前記計測された加工力と、加工条件から定まる前記支持力または加工力の理論値と、の比較結果に基づいて前記支持装置を力制御する。
【００１２】
他の好適な態様では、前記支持装置は、弾性体を介して前記ワークを支持する。この場合、さらに、前記弾性体の剛性を変化させる剛性変化機構を備える、ことが望ましい。
【００１３】
他の好適な態様では、前記支持装置は、多自由度ロボットと、前記多自由度ロボットに取り付けられたエンドエフェクタと、を含み、前記エンドエフェクタが前記ワークに接触して前記ワークを支持する。この場合、前記エンドエフェクタは、複数種類、用意されており、前記多自由度ロボットに取り付けられるエンドエフェクタは、交換可能である、ことが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、支持装置が、力を制御目標とする力制御により駆動制御されるため、支持装置の剛性、ひいては、位置決め精度が低くても、ワークを適切に支持できる。結果として、支持装置が低剛性であってもワークを適切に支持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態である工作機械の斜視図である。
【図２】支持構造体の構成を示す図である。
【図３】他の指示構造体の構成を示す図である。
【図４】機内ロボットによる支持の様子を示すイメージ図である。
【図５】機内ロボットによる支持の様子を示すイメージ図である。
【図６】制御装置による制御内容を示す制御ブロック図である。
【図７】機内ロボットによる支持の様子を示すイメージ図である。
【図８】機内ロボットによる支持の様子を示すイメージ図である。
【図９】機内ロボットによる支持の様子を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である工作機械１０の斜視図である。以下の説明では、ワーク主軸１２の回転軸方向をＺ軸、刃物台１４のＺ軸と直交する移動方向をＸ軸、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向をＹ軸と呼ぶ。また、Ｚ軸においては、ワーク主軸１２から心押台１６に近づく方向をプラス方向、Ｘ軸においては、ワーク主軸１２から刃物台１４に向かう方向をプラス方向、Ｙ軸においては、ワーク主軸１２から上に向かう方向をプラス方向とする。
【００１７】
この工作機械１０は、自転するワーク１００に刃物台１４で保持した工具１１０を当てることで、ワーク１００を除去加工（旋削）する旋盤である。本実施形態の工作機械１０は、ＮＣ制御されるとともに、複数の工具１１０を保持するターニングセンタと呼ばれる旋盤である。工作機械１０の周囲は、カバー（図示せず）で覆われている。このカバーで区画される空間が、ワーク１００の加工が行われる加工室となる。カバーには、少なくとも一つの開口部と、当該開口部を開閉するドア（いずれも図示せず）と、が設けられている。オペレータは、この開口部を介して、工作機械１０の内部やワーク１００等にアクセスする。加工中、開口部に設けられたドアは、閉鎖される。これは、安全性や環境性等を担保するためである。
【００１８】
工作機械１０は、ワーク１００の一端を自転可能に保持するワーク主軸１２と、工具１１０を保持する刃物台１４と、ワーク１００の他端を支える心押台１６と、機内ロボット１８と、を備えている。ワーク主軸１２には、ワーク１００を着脱自在に保持するチャック２０やコレットが取り付けられており、保持するワーク１００を適宜、交換できる。また、ワーク主軸１２およびチャック２０は、水平方向（図１におけるＺ軸方向）に延びるワーク回転軸Ｒｗを中心として自転する。
【００１９】
心押台１６は、Ｚ軸方向に、ワーク主軸１２と対向して配置されており、ワーク主軸１２で保持されたワーク１００の他端を支える。心押台１６は、その中心軸が、ワーク回転軸Ｒｗと一致するような位置に設置されている。心押台１６には、先端が円錐形に尖ったセンタが取り付けられており、加工中は、当該センタの先端を、ワーク１００の中心点に当接させる。心押台１６は、ワーク１００に対して接離できるように、Ｚ軸方向に移動可能となっている。本実施形態では、この心押台１６と、ワーク主軸１２が、ワーク１００を保持する保持装置として機能する。
【００２０】
刃物台１４は、工具１１０、例えば、バイトと呼ばれる工具１１０を保持する。この刃物台１４は、Ｚ軸方向に移動可能となっている。また、刃物台１４は、Ｘ軸方向に延びるガイドレールに載置されており、Ｘ軸方向にも進退できるようになっている。刃物台１４の先端には、複数の工具１１０を保持可能なタレットが設けられている。このタレットは、Ｚ軸方向に延びる軸を中心として回転可能となっている。そして、タレットが回転することで、ワーク１００の加工に用いられる工具１１０が適宜、変更できる。刃物台１４を、Ｚ軸方向に移動することで、このタレットに保持された工具１１０は、Ｚ軸方向に移動する。また、刃物台１４をＸ軸方向に移動させることで、タレットに保持された工具１１０は、Ｘ軸方向に移動する。そして、刃物台１４をＸ軸方向に移動させることで、工具１１０によるワーク１００の切り込み量、ひいては、工具１１０によるワーク１００の押し付け力等が変更される。以下では、切削加工のために、工具１１０がワーク１００を押しつける力を「加工力」と呼ぶ。
【００２１】
機内ロボット１８は、多関節ロボット２１と、当該多関節ロボット２１に取り付けられたエンドエフェクタ２２と、を備えている。多関節ロボット２１は、複数のアームと、複数の関節を有した多自由度ロボットであり、後述する制御装置（図示せず）により、その駆動が制御されている。本実施形態では、この多関節ロボット２１を、ワーク主軸１２の近傍に設けているが、多関節ロボット２１は、その求められる機能を達成できるのであれば、設置位置や構成は、適宜、変更されてもよい。また、エンドエフェクタ２２の位置や姿勢を適宜、変更できるのであれば、多関節ロボット２１に替えて、他のロボット、例えば、パラレルリンクロボットや、１軸旋回アーム等を用いてもよい。
【００２２】
エンドエフェクタ２２は、対象物に何らかの働きかけを行う部位である。本実施形態において、エンドエフェクタ２２は、複数種類、用意されており、必要に応じて、適したエンドエフェクタ２２が択一的に選択され、多関節ロボット２１に取り付けられる。用意されるエンドエフェクタ２２としては、ワーク１００を支持する支持構造体の他、各種物理量を検知するセンサや、部材を挟持するハンド機構等がある。エンドエフェクタ２２として、支持構造体が選択され、多関節ロボット２１に支持構造体が取り付けられた場合、機内ロボット１８は、ワーク１００を支持する支持装置３０として機能する。以下では、この支持装置３０がワーク１００を支持する（押し付ける）力を、「支持力」と呼ぶ。
【００２３】
支持構造体の構成は、ワーク１００を支持できるのであれば、特に限定されない。ただし、支持構造体は、位置の変化に対する支持力の感度を低下させるために、弾性体を介してワーク１００に接触する構成であることが望ましい。また、本実施形態において、ワーク１００は、加工中、高速で自転する。そのため、支持構造体３２は、このワーク１００の自転を阻害することなく、当該ワーク１００を支持できるような構成、例えば、ワーク１００表面に接触するローラを有するような構成であることが望ましい。
【００２４】
図２は、支持構造体３２の一例を示す図である。支持構造体３２は、機内ロボット１８の先端に取り付けられるベース部３４や、シリンダブロック３６、一対のローラ４０、カバー体３８等を備えている。ベース部３４は、略ブロック状の部材である。このベース部３４の上面には、シリンダブロック３６が固着されている。シリンダブロック３６は、その内部に、所定の進退方向（紙面上下方向）に延びるシリンダ４８が形成されたブロック状部位である。図２の例では、平行に延びる二つのシリンダ４８を設けている。各シリンダ４８の内部には、弾性体として機能するコイルバネ４２が収容されている。
【００２５】
一対のローラ４０は、ワーク１００に直接接触して支持する部位である。この一対のローラ４０とワーク１００との接触点が、ワーク１００の支持点ＳＰとなる。二つのローラ４０は、進退方向に直交する方向に配設されている。各ローラ４０は、その中心に取り付けられた回転軸４４を中心として自転可能となっている。この回転軸４４は、カバー体３８に取り付けられている。
【００２６】
カバー体３８は、一対のローラ４０を収容する部材で、当該カバー体３８の下面からは、二本のピストン４６が延設されている。このピストン４６の先端は、シリンダ４８に挿し込まれており、各ピストン４６は、シリンダ４８内で進退可能となっている。そして、このピストン４６が進退することで、コイルバネ４２が伸縮する。つまり、ワーク１００を支持する支持力は、機内ロボット１８の先端（エンドエフェクタ２２）がワーク１００に接近することで生じるが、本実施形態では、この支持力は、弾性体（コイルバネ４２）を介してワーク１００に伝達されることになる。そして、このように力伝達の途中に弾性体を設けることで、機内ロボット１８先端の位置の変化に対する支持力の感度を低下させることができ、支持力の急変を防止できる。
【００２７】
なお、ここで説明した支持構造体３２の構成は、一例であり、適宜、変更されてもよい。例えば、支持構造体３２は、弾性体の剛性（バネ定数）を変更できる剛性変化機構を備えていてもよい。剛性変化機構としては、種々考えられるが、例えば、ローラ４０と機内ロボット１８との間に介在する弾性体の個数を適宜、切り替えられる機構としてもよい。図３は、実質的に機能する弾性体の個数を切り替え可能な支持構造体３２の一例を示す図である。図３に示す例では、ローラ４０（支持点ＳＰ）と、ベース部３４との間に、三つのコイルバネ４２を設け、各コイルバネ４２を、シリンダブロック３６に形成されたシリンダ４８に収容している。三つのシリンダ４８のうち、中央のシリンダ４８ｃは、その長さが可変となっている。そして、中央のシリンダ４８ｃを、無負荷状態におけるコイルバネ４２の長さ（以下「初期長さ」と呼ぶ）よりも長くすることで、中央のコイルバネ４２が無効化され、初期長さ以下とすることで中央のコイルバネ４２が有効化される。つまり、中央のシリンダ４８ｃの長さを変更することで、有効な弾性体の個数が変化し、支持構造体３２全体に作用する弾性体の剛性が変化する。
【００２８】
シリンダ４８の長さは、例えば、図３に示すように、シリンダ４８の一端に、可動体５０を配置し、当該可動体５０を進退させることで変更できる。また、可動体５０の進退には、油圧や空圧、電磁気力や、磁力等、種々の力を利用できる。図３には、空圧を利用して可動体５０を進退させる構成が開示されている。具体的には、シリンダブロック３６とベース部３４との間に、空気室が形成された中間ブロック５４を設け、この空気室内に可動体５０の一部を収容する。可動体５０の途中には、径方向外側に張り出すフランジ５２が形成されている。空気室は、このフランジ５２により、当該フランジ５２より上側に位置する上側空気室５６と、当該フランジ５２より下側に位置する下側空気室５８と、に二分割されている。かかる構成では、上側または下側空気室５６，５８に圧縮空気を供給することで、可動体５０が進退する。すなわち、上側空気室５６に圧縮空気を供給すると、空圧により、可動体５０が下降し、シリンダ４８の長さが伸長し、ひいては、コイルバネ４２が無効化する。一方、下側空気室５８に圧縮空気を供給すると、可動体５０が上昇し、シリンダ４８の長さが短縮、ひいては、コイルバネ４２が有効化される。
【００２９】
工作機械１０には、さらに、加工力および支持力を計測するロードセンサが設けられている。加工力は、既述した通り、切削加工のために、工具１１０がワーク１００を押しつける力である。この加工力を計測するため、刃物台１４の工具１１０の根元には、加工力計測器として機能するロードセンサ６０が設けられている（図４参照）。また、支持力は、支持構造体３２（エンドエフェクタ２２）がワーク１００を押しつける力である。この支持力を計測するため、支持構造体３２のうちピストン４６とコイルバネ４２との間には、支持力計測器として機能するロードセンサ６２が設けられている（図４参照）。なお、ロードセンサは、力を電圧に変換する圧電素子を用いたものでもよいし、歪ゲージのように変位量を力情報に変換するものでもよい。また、加工力および支持力を、直接または間接的に計測できるのであれば、他の構成で支持力および加工力を計測してもよい。例えば、ロードセンサの位置は、適宜変更されてもよい。また、ロードセンサを設けず、機内ロボット１８の各関節に設けられた駆動モータの出力トルクから支持力を、ワーク主軸１２で発生する切削動力から加工力を、算出するようにしてもよい。いずれにしても、計測された支持力および加工力は、制御装置に出力される。
【００３０】
制御装置は、一般には、数値制御装置と呼ばれるもので、オペレータからの指示に応じて、工作機械１０の各部の駆動を制御する。制御装置は、例えば、各種演算を行うＣＰＵと、各種制御プログラムや制御パラメータを記憶する記憶部と、を備える。また、制御装置は、通信機能を有しており、他の装置との間で各種データ、例えば、ＮＣプログラムデータ等を授受できる。この制御装置は、単一の装置でもよいし、複数の演算装置を組み合わせて構成されてもよい。
【００３１】
また、本実施形態の制御装置は、ワーク主軸１２および心押台１６（保持装置）で保持されたワーク１００の撓みを防止するために、当該ワーク１００を支持する機内ロボット１８（支持装置３０）の駆動を、力制御する。ここで、「力制御」とは、力を制御目標値として駆動制御する形態である。以下、この機内ロボット１８（支持装置３０）の駆動制御について図４〜図６を参照して説明する。図４、図５は、機内ロボット１８による支持の様子を示すイメージ図であり、図４は、支持力Ｆｓが適切な場合を、図５は、支持力Ｆｓが小さい場合を示している。また、図６は、制御装置による工具１１０および支持装置３０の位置決め制御を示す制御ブロック図である。
【００３２】
既述した通り、ワーク主軸１２および心押台１６で保持されたワーク１００は、ワーク回転軸Ｒｗを中心として、自転する。この自転しているワーク１００に、工具１１０を押しつけることで、ワーク１００が旋削加工される。この工具１１０の押し付けにより、ワーク１００には、加工力Ｆｍが付加される。この加工力Ｆｍを受けて、ワーク１００が撓むと、加工精度の低下を招く。
【００３３】
そこで、本実施形態では、ワーク１００を挟んで工具１１０の反対側に、支持構造体３２を配置し、当該支持構造体３２でワーク１００を支持している。支持構造体３２で支持されることにより、ワーク１００には、加工力Ｆｍとは反対向きの力である支持力Ｆｓが付加される。
【００３４】
この加工力Ｆｍと支持力Ｆｓが同一で、両力Ｆｍ，Ｆｓが吊りあっている場合、ワーク１００は、図４に示すように、撓みがない状態となる。一方、加工力Ｆｍと支持力Ｆｓのいずれか一方が他方よりも大きい場合、例えば、加工力Ｆｍが支持力Ｆｓよりも大きい場合、ワーク１００は、図５に示すように、大きな力を受けて撓む。この場合、加工精度の低下を招く。
【００３５】
そこで、本実施形態では、加工力Ｆｍおよび支持力Ｆｓを計測し、この加工力Ｆｍと支持力Ｆｓが同一になるように、工具１１０主軸および支持装置３０の駆動を制御している。具体的には、制御装置は、図６に示すように、加工プログラムに従って刃物台１４の位置指令を算出し、出力する。位置指令に従い刃物台１４が移動することで、工具１１０が、加工プログラムで指定された位置に位置決めされる。工具１１０が位置決めされると、加工条件、例えば切り込み量や刃形状等に応じた加工力Ｆｍが発生する。工具１１０主軸に設けられた加工力計測器（ロードセンサ６０）は、この加工力Ｆｍを検知する。
【００３６】
ワーク１００には、この加工力Ｆｍと、支持装置３０による支持力Ｆｓとの差分の力ΔＦが作用する。そして、この差分の力ΔＦと、ワーク１００の剛性との関係により、ワーク１００の位置、ひいては、撓みの有無が決まる。
【００３７】
支持力計測器は、支持装置３０による支持力Ｆｓを検出する。制御装置は、この支持力Ｆｓと加工力Ｆｍとの差分値ΔＦを算出する。そして、制御装置は、得られた差分値ΔＦに、比例ゲインＫを乗算し、支持構造体３２の移動量および移動方向を算出し、当該移動量分、移動するように多関節ロボット２１に指示する。この移動方向は、ΔＦが正の値、すなわち、加工力Ｆｍよりも支持力Ｆｓが小さい場合には、支持構造体３２をワーク１００に接近させる方向となる。一方、ΔＦが負の値、すなわち、加工力Ｆｍよりも支持力Ｆｓが大きい場合には、移動方向は、支持構造体３２をワーク１００から離間させる方向となる。ΔＦが、実質的に０の場合、すなわち、加工力Ｆｍと支持力Ｆｓとがほぼ等しい場合、移動量も０となる。
【００３８】
移動指示を受けて多関節ロボット２１が移動することで、当該多関節ロボット２１の移動の力が、弾性体を介して支持力Ｆｓとして出力される。そして、以降も、この支持力Ｆｓを、フィードバックさせて、加工力Ｆｍとの差分値ΔＦがゼロになるように、多関節ロボット２１の移動を制御する。
【００３９】
以上の通り、本実施形態では、支持力Ｆｓが、加工力Ｆｍと等しくなるような力制御で、機内ロボット１８（支持装置３０）の駆動を制御している。その結果、ワーク１００の撓みを防止でき、工具１１０によるワーク１００の加工精度をより向上できる。
【００４０】
ところで、ワーク１００の撓みを防止するために、力制御ではなく、位置制御で、支持装置３０の駆動を制御する方法もある。例えば、特許文献１には、位置制御で、支持装置の駆動を制御している。具体的には、非接触センサで、ワークの撓み量を検出し、この撓み量を元に、支持装置の目標位置を算出し、支持装置の位置が目標位置になるように位置制御している。しかし、こうした従来技術のように位置制御で、適切にワークを支持するためには、高い位置決め精度が必要であった。しかし、本実施形態のように、支持装置３０がロボットである場合、剛性を高く保つことは難しく、ひいては、位置決め精度を高くすることは困難であった。もちろん、多関節ロボット２１を構成する各アームを太くするなどすれば、剛性を高めることはできるが、これは、コストやサイズの増加という新たな問題を招く。
【００４１】
一方、本実施形態のように、力を目標値とする力制御で、支持装置３０（機内ロボット１８）を駆動制御した場合、支持装置３０の位置決め精度、剛性が低くても、適切な力を発揮することができる。そして、結果として、支持装置３０の剛性が乏しくても、ワーク１００を適切に支持することができる。また、支持装置３０に高い剛性が求められないため、剛性が低くなりがちなロボットを、支持装置３０として用いることができる。位置や姿勢を自由に変更できるロボットを用いることで、支持点ＳＰの位置や支持の方向を自由に変更でき、より多彩な場面でワーク１００を支持できる。さらに、ロボットの場合、取り付けるエンドエフェクタ２２を交換するだけで、その機能を変更でき、工作機械１０の利便性をより向上できる。
【００４２】
また、繰り返し述べた通り、本実施形態では、弾性体を介してワーク１００を支持している。この場合、多関節ロボット２１の移動により生じる押し付けの力の一部が弾性体に吸収されるため、多関節ロボット２１の移動による支持力Ｆｓの急変を防止できる。結果として、ワーク１００をより安定して支持することができる。また、支持構造体３２として、図３に示したように、弾性体の剛性を変更可能な支持構造体３２を用いた場合、切削条件の変更等に伴い支持力Ｆｓが変化したとしても、適切な剛性を選択できるため、ワーク１００をより安定的に支持することができる。
【００４３】
次に、第二実施形態について説明する。第二実施形態では、加工力Ｆｍおよび支持力Ｆｓに替えて、ワーク１００を保持する保持装置に作用する力（以下「保持力Ｆｒ」と呼ぶ）の変化に基づいて、支持装置３０（機内ロボット１８）の駆動を制御する。具体的に説明すると、支持力Ｆｓと加工力Ｆｍとが釣り合っている場合、全体的にみれば、当該支持および加工している箇所は、力がかかっていない場合と同一状態であるといえる。したがって、支持力Ｆｓと加工力Ｆｍが吊り合っている場合、保持力Ｆｒは、工具１１０による切削および支持装置３０による支持が行われてない初期状態にかかる力と同じになると考えられる。そこで、本実施形態では、図７に示すように、ワーク主軸１２を軸支する軸受付近または心押台１６等に、ロードセンサ６４，６６を設け、保持力Ｆｒを検知する。制御装置は、工具１１０による加工開始前、かつ、支持装置３０による支持開始前である初期時に、ロードセンサ６４，６６で検知された力を初期保持力Ｆｒ＿ｄｅｆとして記憶しておく。そして、加工および支持が開始された場合、制御装置は、ロードセンサ６４，６６で検知される保持力Ｆｒと、初期保持力Ｆｒ＿ｄｅｆと、を比較し、保持力Ｆｒが初期保持力Ｆｒ＿ｄｅｆに近づくように、支持装置３０の駆動を制御する。
【００４４】
以上の説明から明らかな通り、第二実施形態でも、保持力Ｆｒを初期保持力Ｆｒ＿ｄｅｆに近づけるという力制御で、支持装置３０（機内ロボット１８）を駆動制御している。そのため、支持装置３０の剛性が乏しくても、ワーク１００を適切に支持することができる。なお、本実施形態では、ロードセンサ６４，６６で、保持力Ｆｒを計測しているが、保持力Ｆｒは他の方法で計測してもよい。例えば、ワーク主軸１２の駆動動力等に基づいて保持力Ｆｒを計測する等してもよい。
【００４５】
次に、第三実施形態について説明する。第一実施形態では、支持力Ｆｓおよび加工力Ｆｍの計測値を比較結果に基づいて支持装置３０の駆動を制御したが、第三実施形態では、支持力Ｆｓまたは加工力Ｆｍの計測値と、加工力Ｆｍの理論値との比較に基づいて支持装置３０の駆動を制御する。すなわち、加工力Ｆｍおよび支持力Ｆｓの計測値は、本来、理論値と一致するはずである。しかし、加工力Ｆｍに比べて支持力Ｆｓが小さい場合、ワーク１００は、支持装置３０側に逃げる（撓む）ため、切削抵抗が低下し、加工力Ｆｍが理論値よりも小さくなる。一方、加工力Ｆｍに比べて支持力Ｆｓが大きい場合、ワーク１００は、工具１１０側に逃げる（撓む）ため、切削抵抗が増加し、加工力Ｆｍが理論値よりも大きくなる。
【００４６】
第三実施形態では、この原理を利用して、支持装置３０の駆動を制御する。具体的には、制御装置は、切り込み量や、送り量、回転数といった切削条件、および、ワーク１００および工具１１０の材質や形状といった物理的特性に基づいて、切削抵抗、ひいては、加工力Ｆｍを推定し、理論値として出力する。そして、支持力Ｆｓおよび加工力Ｆｍの少なくとも一方を計測し、計測された値が、理論値に近づくように、支持装置３０の駆動を制御する。
【００４７】
以上の説明から明らかな通り、第三実施形態でも、支持力Ｆｓおよび／または加工力Ｆｍの計測値を理論値に近づけるという力制御で、支持装置３０（機内ロボット１８）を駆動制御している。そのため、支持装置３０の剛性が乏しくても、ワーク１００を適切に支持することができる。
【００４８】
なお、これまで説明した構成は、いずれも一例であり、力制御により、支持装置３０を駆動制御するのであれば、その他の構成は、変更されてもよい。例えば、これまでの説明では、加工力Ｆｍおよび支持力Ｆｓがいずれも、ワーク１００の径方向の力である場合を例に挙げたが、加工力Ｆｍおよび支持力Ｆｓの向きは、加工対象のワーク１００の形状に応じて、適宜、変更されてもよい。例えば、図８に示すように、ワーク１００が円柱形の本体部１００ａと、当該本体部１００ａの途中から径方向外側に張り出すフランジ部１００ｂと、を有しており、このフランジ部１００ｂの軸方向端面を加工する場合、ワーク１００には、軸方向の加工力Ｆｍがかかる。この場合、支持装置３０は、フランジ部１００ｂを挟んで工具１１０の反対側位置を支持すればよく、この場合、ワーク１００には、軸方向の支持力Ｆｓがかかる。この場合でも、力制御で支持装置３０を駆動制御することで、ワーク１００を適切に保持できる。
【００４９】
また、これまでの説明では、旋盤の場合のみを例示したが、本明細書に開示の技術は、旋盤以外の工作機械１０、例えば、回転工具１１０でワーク１００を転削するフライス盤やマシニングセンタに適用されてもよい。図９は、本明細書に開示の技術を適用したマシニングセンタの工具主軸７０近傍の斜視図である。マシニングセンタは、周知の通り、工具１１０を回転保持する工具主軸７０を備えている。図８の例では、この工具主軸７０に、支持装置３０として機能する機内ロボット１８が取り付けられている。そして、機内ロボット１８の先端には、支持構造体３２であるエンドエフェクタ２２が設けられている。
【００５０】
この場合でも、工具１１０でワーク１００を加工する場合には、ワーク１００を挟んで工具１１０の反対側に支持構造体３２（エンドエフェクタ２２）を配し、ワーク１００を支持すればよい。そして、力制御で、支持構造体３２を備えた機内ロボット１８（支持装置３０）の駆動を制御すればよい。
【００５１】
また、これまでの説明では、支持装置３０を、ロボットで構成しているが、支持装置３０は、ワーク１００を支持でき、支持点ＳＰの位置を適宜変更できるのであれば、他の構成でもよい。例えば、支持装置３０は、ワーク１００の下方に配され、制御装置からの指示に応じて昇降するだけの昇降機構等でもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０  工作機械、１２  ワーク主軸、１４  刃物台、１６  心押台、１８  機内ロボット、２０  チャック、２１  多関節ロボット、２２  エンドエフェクタ、３０  支持装置、３２  支持構造体、３４  ベース部、３６  シリンダブロック、３８  カバー体、４０  ローラ、４２  コイルバネ、４４  回転軸、４６  ピストン、４８  シリンダ、５０  可動体、５２  フランジ、５４  中間ブロック、５６  上側空気室、５８  下側空気室、６０，６２，６４，６６  ロードセンサ、７０  工具主軸、１００  ワーク、１１０  工具。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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