(57)【要約】【課題】より多様な加工が可能な工作機械を提供する。【解決手段】工具保持部と、ワーク保持部と、を備えた工作機械は、前記工具保持部単独で保持される主工具とは別の工具である副工具５０ａの一部が着脱自在に連結できるクランパ２３と、前記副工具５０ａの他の一部が着脱自在に連結できる着脱部３２と、前記クランパ２３を移動させる工具主軸２２と、前記着脱部３２を移動させる機内ロボット３０と、前記工具主軸２２および機内ロボット３０の駆動を制御することで、副工具５０ａによるワーク１１０の加工を実行させる制御部と、を備える。【選択図】図２
2019038067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具保持部と、ワーク保持部と、を備えた工作機械であって、
前記工具保持部単独で保持される主工具とは別の工具である副工具の一部が着脱自在に連結できる第一連結部と、
前記副工具の他の一部が着脱自在に連結できる第二連結部と、
前記第一連結部を移動させる第一移動体と、
前記第二連結部を移動させる第二移動体と、
前記第一、第二移動体の駆動を制御することで、前記第一、第二連結部に連結された前記副工具によるワークの加工を実行させる制御部と、
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、
前記制御部は、前記副工具の特性を含む副工具データを記憶する記憶部を有し、
前記制御部は、オペレータから指示された加工プログラムデータを解釈して、前記副工具の移動軌跡を算出し、前記移動軌跡と前記記憶部に記憶された前記副工具データと、に基づいて前記第一移動体および前記第二移動体の移動を制御する、
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、
前記第一移動体は、前記主工具として転削工具または旋削工具を保持する工具保持部であり、
前記第一連結部は、前記工具保持部に設けられた前記主工具の取付部である、
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、
前記第二移動体は、前記工作機械の加工室内に設けられたロボットである、ことを特徴とする工作機械。
【請求項５】
請求項３を引用する請求項４に記載の工作機械であって、
前記制御部は、前記第一移動体を、位置を制御目標とする位置制御で制御し、前記第二移動体を、力を制御目標とする力制御で制御する、ことを特徴とする工作機械。
【請求項６】
請求項１または２に記載の工作機械であって、
前記工作機械は、主工具として転削工具または旋削工具を保持する第一工具保持部および第二工具保持部を有しており、
前記第一移動体は、前記第一工具保持部であり、前記第二移動体は、前記第二工具保部である、
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、さらに、
前記第一、第二移動体と独立して、動力を生成する動力源と、
前記動力源で生成された動力を、前記第一、第二連結部に連結された前記副工具に設けられた加工部に伝達する伝達機構と、
を備え、前記動力により駆動する前記加工部でワークを加工する、
ことを特徴とする工作機械。
【請求項８】
工作機械内に設けられた第一移動体および第二移動体に着脱自在に連結される工具であって、
前記第一移動体に着脱自在に連結される第一被連結部と、
前記第二移動体に着脱自在に連結される第二被連結部と、
ワークに当接して当該ワークを加工する加工部と、
を有することを特徴とする工具。
【請求項９】
請求項８に記載の工具であって、さらに、
前記加工部と前記第一被連結部との間、および、前記加工部と前記第二被連結部との間の少なくとも一方に、前記被連結部に対する前記加工部の姿勢を変化させる関節を備える、ことを特徴とする工具。
【請求項１０】
第一移動体および第二移動体に連結された１つの副工具でワークの加工を行う工作機械の制御プログラムであって、
前記工作機械に設けられた記憶部に、前記副工具の特性を含む副工具データを記憶させ、
前記工作機械に設けられた制御部に、オペレータから指示された加工プログラムデータを解釈させて、前記副工具の移動軌跡を算出させ、算出された前記移動軌跡と前記副工具データとに基づいて、前記第一移動体および前記第二移動体の移動を制御させる、
ことを特徴とする制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、工作機械と、当該工作機械で用いられる工具と、工作機械に当該工具での加工を実行させるための制御プログラムを開示する。
【背景技術】
【０００２】
従来から様々な作業を行える工作機械が求められている。特に、近年では、他品種少量生産の要望が強くなっており、一つの工作機械で、多様な加工作業ができることが望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これまでの工作機械の多くは、１種または２種の加工作業と、補助的な作業しかできないものが多かった。例えば、切削型工作機械では、転削加工および／または旋削加工の他は、せいぜい、計測作業等の補助的な作業しかできなかった。もちろん、一つの工作機械の中に、他の加工作業それぞれについて、専用の機構を設ければ、一つの工作機械で、様々な加工作業が行える。しかし、加工作業ごとに専用の機構を設けた場合、工作機械の大型化や、コスト増加という別の問題を招く。
【０００４】
そこで、本明細書では、より多様な加工が可能な工作機械、工具、および、制御プログラムを開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書で開示する工作機械は、工具保持部と、ワーク保持部と、を備えた工作機械であって、前記工具保持部単独で保持される主工具とは別の工具である副工具の一部が着脱自在に連結できる第一連結部と、前記副工具の他の一部が着脱自在に連結できる第二連結部と、前記第一連結部を移動させる第一移動体と、前記第二連結部を移動させる第二移動体と、前記第一、第二移動体の駆動を制御することで、前記第一、第二連結部に連結された前記副工具によるワークの加工を実行させる制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
前記制御部は、前記副工具の特性を含む副工具データを記憶する記憶部を有し、前記制御部は、オペレータから指示された加工プログラムデータを解釈して、前記副工具の移動軌跡を算出し、前記移動軌跡と前記記憶部に記憶された前記副工具データと、に基づいて前記第一移動体および前記第二移動体の移動を制御してもよい。
【０００７】
また、前記第一移動体は、前記主工具として転削工具または旋削工具を保持する工具保持部であり、前記第一連結部は、前記工具保持部に設けられた前記主工具の取付部であってもよい。
【０００８】
また、前記第二移動体は、前記工作機械の加工室内に設けられたロボットであってもよい。この場合、前記制御部は、前記第一移動体を、位置を制御目標とする位置制御で制御し、前記第二移動体を、力を制御目標とする力制御で制御してもよい。
【０００９】
また、前記工作機械は、主工具として転削工具または旋削工具を保持する第一工具保持部および第二工具保持部を有しており、前記第一移動体は、前記第一工具保持部であり、前記第二移動体は、前記第二工具保部であってもよい。
【００１０】
また、工作機械は、さらに、前記第一、第二移動体と独立して、動力を生成する動力源と、前記動力源で生成された動力を、前記第一、第二連結部に連結された前記副工具に設けられた加工部に伝達する伝達機構と、を備え、前記動力により駆動する前記加工部でワークを加工してもよい。
【００１１】
本明細書で開示する工具は、工作機械内に設けられた第一移動体および第二移動体に着脱自在に連結される工具であって、前記第一移動体に着脱自在に連結される第一被連結部と、前記第二移動体に着脱自在に連結される第二被連結部と、ワークに当接して当該ワークを加工する加工部と、を有することを特徴とする。
【００１２】
この工具は、さらに、前記加工部と前記第一被連結部との間、および、前記加工部と前記第二被連結部との間の少なくとも一方に、前記被連結部に対する前記加工部の姿勢を変化させる関節を備えてもよい。
【００１３】
本明細書で開示する制御プログラムは、第一移動体および第二移動体に連結された１つの副工具でワークの加工を行う工作機械の制御プログラムであって、前記工作機械に設けられた記憶部に、前記副工具の特性を記憶させ、前記工作機械に設けられた制御部に、オペレータから指示された加工プログラムデータを解釈させて、前記副工具の移動軌跡を算出させ、算出された前記移動軌跡と前記副工具データとに基づいて、前記第一移動体および前記第二移動体の移動を制御させる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本明細書で開示される技術によれば、１つの副工具が、２つの移動体に連結されるため、従来の工作機械では、実現困難な加工作業も可能となり、より多様な加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】工作機械の構成を示す図である。
【図２】副工具の一例を示す図である。
【図３】図２の副工具を側面から見た図である。
【図４】他の副工具の一例を示す図である。
【図５】図４に示す副工具を使用する際に適した工具主軸の構成を示す図である。
【図６】他の副工具の一例を示す図である。
【図７】他の副工具の一例を示す図である。
【図８】他の副工具の一例を示す図である。
【図９】他の副工具の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、工作機械１０の構成について図面を参照して説明する。図１は、工作機械１０の構成を示す概略図である。この工作機械１０は、切削加工（転削加工および／または旋削加工）を行う工作機械１０である。この工作機械１０の機械的な構成は、後述する機内ロボット３０を有する点を除けば、汎用の工作機械１０とほぼ同じである。一方で、工作機械１０の制御装置には、後述する副工具５０ａ〜５０ｆ（図２〜図９参照）での加工を可能にするための専用の制御プログラムがインストールされている。なお、以下の説明では、副工具の種類を限定しない場合には、添え字ａ〜ｆを省略し、単に、「副工具５０」と呼ぶ。
【００１７】
より具体的に説明すると、図１に示す工作機械１０は、ワーク１１０を回転させながら旋削工具１０２を当ててワーク１１０を切削する旋削機能と、転削工具１００でワーク１１０を切削する転削機能と、を有した複合加工機である。工作機械１０の本体部１２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１１０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の本体部１２やワーク１１０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】
本体部１２は、ワーク１１０を自転可能に保持するワーク主軸装置１４と、転削工具１００を自転可能に保持する工具主軸装置１６と、旋削工具１０２を保持する刃物台１８と、を備えている。ワーク主軸装置１４は、ワーク１１０を保持するワーク保持部として機能する。このワーク主軸装置１４は、ワーク１１０を着脱自在に保持するチャックやコレットを備えており、保持するワーク１１０を適宜、交換できる。また、ワーク主軸装置１４は、水平方向に延びるワーク回転軸Ｒｗを中心として自転する。
【００１９】
工具主軸装置１６は、転削工具１００、例えば、フライスやエンドミルと呼ばれる工具を自転可能に保持するもので、その内部に駆動モータ等を内蔵した主軸ヘッド２０と、当該主軸ヘッド２０に取り付けられた工具主軸２２と、を備えている。工具主軸２２は、水平方向および鉛直方向への直進と、所定の揺動軸Ｓｔを中心とした揺動が可能となっている。
【００２０】
工具主軸２２の端面には、転削工具１００を保持した工具ホルダが挿脱自在に取り付け可能なクランパ２３（図２参照）が形成されている。一般に工具ホルダのうち、クランパ２３内に挿入されるシャンクの形態は、規格で定められている。そして、クランパ２３は、この規格に対応した形態となっている。
【００２１】
刃物台１８は、旋削工具１０２、例えば、バイトと呼ばれる工具を保持する。この刃物台１８は、二軸の直動機構に連結されており、ワーク１１０に対する位置を可変できるようになっている。
【００２２】
ここで、工具主軸２２および刃物台１８は、いずれも、工具（転削工具１００または旋削工具１０２）を保持する工具保持部として機能する。以下では、この工具保持部、単独で保持される工具（転削工具１００または旋削工具１０２）を「主工具」と呼ぶ。一方、後述するように２つの移動体に連結されて保持される工具のことは、「副工具５０」と呼ぶ。本例において、工具主軸２２は、副工具５０の一部に連結される第一移動体としても機能する。また、主工具が取り付けられるクランパ２３は、副工具５０の一部が着脱自在に取り付けられる第一連結部としても機能する。
【００２３】
加工室内には、さらに、機内ロボット３０が設けられている。機内ロボット３０は、少なくとも加工室内に設けられ、位置または姿勢を変化できるのであれば、その構成は、特に限定されない。したがって、機内ロボット３０は、図１に示すように、複数のアームが関節を介して接続された多関節ロボット（シリアルリンクロボット）でもよい。また、別の形態として機内ロボット３０は、並列なリンクを介して１点の動きを制御するパラレルリンクロボットでもよい。以下では、機内ロボット３０が、多関節ロボットである例を挙げて説明する。この機内ロボット３０は、工具主軸２２および刃物台１８と独立して移動でき、後述する副工具５０に連結される第二移動体としても機能する。
【００２４】
機内ロボット３０は、副工具５０の一部が着脱自在に取り付け可能な第二連結部として機能する着脱部３２を有している。この着脱部３２の形態は、副工具５０の一部が着脱自在であれば、特に限定されないが、本例では、図２に示すように、着脱部３２は、テーパー型のクランパを有している。また、この着脱部３２は、機内ロボット３０の駆動に伴い変位できるのであれば、機内ロボット３０のどこに設けられてもよく、例えば、機内ロボット３０の先端部に設けられてもよいし、機内ロボット３０の中央部分に設けられてもよい。以下の説明では、機内ロボット３０の先端部に着脱部３２が設けられた例を説明する。
【００２５】
制御装置３４は、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。この制御装置３４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メモリと、を有している。また、制御装置３４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（加工プログラムデータ）等を授受できる。この制御装置３４は、例えば、工具やワーク１１０の位置を随時演算する数値制御装置を含んでもよい。また、制御装置３４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。
【００２６】
制御装置３４には、後述する副工具５０による加工を実行するための専用の制御プログラムがインストールされている。この制御プログラムは、メモリに副工具５０に関するデータである副工具データを記憶させる。副工具データは、副工具５０の特性を含むデータであり、この副工具５０の特性には、当該副工具５０の工具種類、サイズが含まれる。また、副工具データには、さらに、当該副工具５０が連結される第一および第二移動体（本例では工具主軸２２と機内ロボット３０）の識別情報等も含まれる。こうした副工具データを構成する各種情報は、オペレータが手作業で入力してもよい。また、別の形態として、予め用意された副工具データを、有線または無線で制御装置３４に送信するようにしてもよい。また、工作機械は、一度、記憶された副工具データを必要に応じて編集する機能を有してもよい。
【００２７】
副工具５０を用いて加工を行う場合、オペレータは、当該加工の内容を示す加工プログラムデータ（ＮＣプログラムデータ）を制御装置３４に入力する。制御装置３４は、制御プログラムに従い、このオペレータから入力された加工プログラムデータを解釈して、副工具５０の移動軌跡を算出する。さらに、制御装置３４は、算出された移動軌跡とメモリに記憶された副工具データと、に基づいて第一および第二移動体（本例では工具主軸２２と機内ロボット３０）の移動を制御する。
【００２８】
以上の説明から明らかな通り、本明細書に開示する工作機械１０は、二つの移動体に一つの副工具５０を連結し、当該副工具５０でワーク１１０を加工する。かかる構成とすることで、より多様な加工が可能となる。
【００２９】
すなわち、従来の工作機械１０では、１種または２種の加工作業と、補助的な作業しかできないものが多かった。例えば、図１に示すような切削型の工作機械１０では、転削加工および／または旋削加工の他は、せいぜい、計測作業等の補助的な作業しかできなかった。もちろん、一つの工作機械１０の中に、実行したい加工作業のための専用機構を設ければ、一つの工作機械１０で、様々な加工作業が行える。しかし、加工作業ごとに専用機構を設けた場合、工作機械１０の大型化や、コスト増加という別の問題を招く。
【００３０】
本明細書で開示する工作機械１０では、こうした問題を解決するために、工作機械１０に予め設けられている２つの移動体それぞれに、副工具５０を着脱自在に連結できる連結部を設け、当該２つの連結部に連結された副工具５０を用いた加工作業を可能にしている。
【００３１】
１つの副工具５０を、２つの連結部を介して２つの移動体に連結することで、当該２つの移動体で、一つの副工具５０を移動させることができる。この場合、単一の移動体では、保持困難な大型あるいは大重量あるいは特殊形状あるいは特殊な動きの工具も取り扱うことができる。結果として、従来の工作機械１０では実施困難な加工作業も可能となる。
【００３２】
ここで、移動体は、工作機械１０に設けられた移動体であれば特に限定されず、例えば、転削工具１００を保持する工具主軸２２、旋削工具１０２を保持する刃物台１８、工作機械１０内に設けられた機内ロボット３０、ワーク１１０の他端を保持する心押台等でもよい。ただし、切削型工作機械１０の場合、移動体の少なくとも一つは、切削工具（転削工具１００、旋削工具１０２）を保持する工具保持部、例えば、工具主軸２２や刃物台１８であることが望ましい。これは、切削型工作機械１０において、工具保持部は、高精度での切削加工を可能にするために、高剛性、高出力、高精度に設計されていることが多いためである。かかる工具保持部を、副工具５０を移動させる移動体の一つとして用いることで、副工具５０を、より高精度に移動させることができ、副工具５０による加工の精度を向上できる。
【００３３】
また、２つの移動体のうち、少なくとも一つは、機内ロボット３０であることが望ましい。機内ロボット３０は、工具保持部に比べて剛性に乏しい代わりに動きの自由度が高いことが多い。かかる機内ロボット３０を、副工具５０を移動させる移動体の一つとして用いることで、副工具５０の動きの自由度をより向上できる。
【００３４】
連結部は、移動体に設けられ、副工具５０を着脱自在に取り付けられるのであれば、その構成は、特に限定されない。例えば、工具主軸２２および刃物台１８には、切削用工具を保持した工具ホルダを取り付けるためのクランパ２３が形成されている。通常、このクランパ２３の形態は、規格で定められている。工具主軸２２または刃物台１８を移動体として用いる場合は、このクランパ２３を、連結部として用いてもよい。また、別の形態として、副工具５０を取り付けるために、クランパ２３とは別に、専用の連結部を工具保持部に設けてもよい。
【００３５】
ここで、副工具５０は、工具保持部（工具主軸２２または刃物台１８）が単独で保持する工具（転削工具１００または旋削工具１０２）とは、別の工具であって、２つの移動体で保持される工具であれば、その種類は、限定されない。したがって、副工具５０は、例えば、鋸歯を有したハンドソー型の工具、切削用刃部を有した工具、策状体を有した工具、磨き加工に用いられる布状部材を有した工具等でもよい。副工具５０は、実際にワーク１１０に当接して当該ワーク１１０を加工する加工部と、第一移動体に着脱自在に連結される第一被連結部と、第二移動体に着脱自在に連結される第二被連結部と、を有していることが望ましい。第一被連結部および第二被連結部の構成および形成位置は特に限定されず、第一、第二被連結部は、副工具５０の端部に設けられてもよいし、副工具５０の中央部分に設けられてもよい。副工具５０の加工部は、回転、往復運動、ランダム移動等の加工運動を行うことでワーク１１０を加工する。この加工部の加工運動は、第一、第二移動体の移動により実現してもよいし、第一、第二移動体とは独立して動力（空圧、油圧、電力、磁力等）を生成する動力源から伝達される動力により実現してもよい。したがって、副工具５０は、例えば、第一、第二移動体の往復運動に伴い往復運動する鋸歯や策状体を有してもよい。また、別の形態として、副工具５０は、圧縮空気源に連結されるとともに、当該圧縮空気源から供給される空圧により回転運動する切削用刃部（加工部）を有していてもよい。
【００３６】
副工具５０は、２つの連結部に連結される被連結部を２つ有している。この被連結部の構成は、対応する連結部に着脱自在に連結できるのであれば、特に限定されない。２つの被連結部のうち、少なくとも一つは、被連結部に対する加工部の姿勢を変化させる関節を有していることが望ましい。かかる関節は、直動、回転、屈曲の少なくとも一つが出来ることが望ましい。したがって、例えば、関節として、ユニバーサルジョイントや、ボールジョイントを用いてもよい。一つの工作機械１０で用いる副工具５０は、１種類に限らず、複数種類であってもよい。工作機械１０の制御装置３４は、上述した通り、使用予定のある副工具５０に関するデータ、すなわち、副工具データを記憶している。
【００３７】
副工具５０を用いて加工する場合、オペレータは、当該副工具５０の移動軌跡や加工条件（回転数、送り速度等）を示す加工プログラムを作成し、制御装置３４に入力する。制御装置３４は、加工プログラムを１ブロックごとに解釈し、指示された移動軌跡を実現するべく、移動体、および、副工具５０専用の駆動源の駆動を制御する。ここで、副工具５０に連結された２つの移動体のうち、少なくとも一つは、位置を制御目標とする位置制御で制御されることが望ましい。特に、工具保持部（工具主軸２２、刃物台１８）は、高い位置精度を有していることが多いため、副工具５０を移動させる移動体として、工具保持部を用いる場合、当該工具保持部は、位置制御されることが望ましい。また、２つの移動体のうち、一つの移動体を位置制御した場合、他の移動体は、力（トルク）を制御目標とする力制御で制御してもよい。力制御とすることで、位置精度の低い移動体（例えば、剛性の乏しい機内ロボット３０）等を移動体として用いた場合でも、適切な加工が可能となる。
【００３８】
以下、副工具５０の具体例について、図面を参照して説明する。図２、図３は、副工具５０ａの一例を示す図であり、図２は、副工具５０ａを正面から見た図であり、図３は、副工具５０ａを側面から見た図である。図２、図３において、副工具５０ａは、加工部として鋸歯５２ａを有したハンドソー型の工具である。この副工具５０ａは、鋸歯５２ａと、副工具５０ａの両端に設けられた一対の被連結部５４ｆ，５４ｓ（以下、第一、第二を区別しない場合は、添え字ｆ，ｓを省略する）と、被連結部５４と鋸歯５２ａとの間に介在する一対の関節５６と、を有している。
【００３９】
この副工具５０ａは、被連結部５４を介して、工具主軸２２および機内ロボット３０に連結されている。すなわち、図３の例では、工具主軸２２および機内ロボット３０が、副工具５０ａを移動させる移動体として機能する。また、工具主軸２２に設けられたクランパ２３と、機内ロボット３０の先端に設けられた着脱部３２と、がそれぞれ連結部として機能する。クランパ２３に挿入される第一被連結部５４ｆは、汎用の工具ホルダの挿込部（いわゆるシャンクと呼ばれる部位）と同じ形状をしている。一般に工具ホルダの挿込部は、先端先細りのテーパー形状であるため、第一被連結部５４ｆも、先端先細りのテーパー形状となっている。第二被連結部５４ｓの形状は、機内ロボット３０の着脱部３２に着脱自在に取り付けられるのであれば、特に限定されないが、図示例では、第二被連結部５４ｓも先端先細りのテーパー形状としている。
【００４０】
各被連結部５４と鋸歯５２ａとの間には、１軸周りの回転が可能な関節５６が設けられている。この関節５６は、いずれも、常時フリーとなっており、副工具５０ａの両端位置（２つの被連結部５４の位置）に応じて、自在に回転する。そして、かかる関節５６を設けることで、副工具５０ａの姿勢を多様に変化させることができる。
【００４１】
制御装置３４は、この副工具５０での加工を行う場合は、加工プログラムデータに基づいて、副工具５０ａの移動軌跡を算出し、この移動軌跡を実行するための工具主軸２２および機内ロボット３０の移動軌跡を算出する。具体的には、制御装置３４は、副工具５０ａを、鋸歯５２ａの長手方向に往復移動させつつワーク１１０に近づけることで、ワーク１１０の切断加工を行う。このとき、制御装置３４は、工具主軸２２および機内ロボット３０の双方を、位置を制御目標とする位置制御で制御する。
【００４２】
このように副工具５０ａを工具主軸２２と機内ロボット３０に連結することで、副工具５０ａの重量の大半を工具主軸２２で負担できる一方で、副工具５０ａの複雑な動きを機内ロボット３０の移動で実現できる。すなわち、工具主軸２２は、高剛性かつ高出力である一方で、その動きの自由度が低いことが多い。一方、機内ロボット３０は、剛性が乏しい一方で、その動きの自由度が高いため、様々な動きができる。結果として、工具保持部（工具主軸２２）と機内ロボット３０とを組み合わせることで、これまで扱うことが難しかったハンドソーのような大型の工具も扱うことができる。
【００４３】
次に、他の副工具５０ｂの一例を図４、図５を参照して説明する。図４は、他の副工具５０ｂを用いて加工を行う様子を示す図である。また、図５は、当該副工具５０ｂに適した工具主軸２２の概略断面図である。
【００４４】
図４において、副工具５０は、加工部として切削用刃部５２ｂを有しており、この切削用刃部５２ｂは、空圧で駆動する。切削用刃部５２ｂは、当該切削工具を回転保持するエアスピンドル部５８に取り付けられている。ワーク１１０を切削する際には、エアスピンドル部５８にエアを供給することで、切削用刃部５２ｂを所定の回転軸周りに高速回転させる。
【００４５】
かかる副工具５０ｂを取り扱う場合、工作機械１０は、副工具５０ｂに連結された第一、第二移動体（工具主軸２２、機内ロボット３０）と独立して動力を生成する動力源と、当該動力源で生成された動力を副工具５０ｂの加工部（切削用刃部５２ｂ）に伝達する伝達機構と、を備えることが望ましい。図５に示す例では、動力である圧縮空気は、例えば、工具主軸２２の内部のエア経路４０、および、エア経路４０とエアスピンドル部５８を中継するエア配管６０を、通ってエアスピンドル部５８に供給される。
【００４６】
すなわち、図５に示すように、工具主軸２２の内部に圧縮空気が通るエア経路４０を形成しておく。また、工具主軸２２の上側には、工具主軸２２の上端面に、接離自在のアダプタ４２を設けておく。アダプタ４２は、動力源である圧縮空気源４４に連結されており、当該アダプタ４２が工具主軸２２の上端面に気密に接触することで、エア経路４０に圧縮空気が供給される。一方、工具主軸２２が高速回転する場合、アダプタ４２は、工具主軸２２の上端面から離間する。こうしたアダプタ４２の動き、および、圧縮空気源４４の駆動は、制御装置３４により制御される。なお、ここで示した圧縮空気の伝達機構は、一例であり、最終的にエアスピンドル部５８に圧縮空気が供給されるのであれば、圧縮空気の伝達機構は、適宜、変更されてもよい。また、ここで、空圧により駆動するエアスピンドル部５８を例示したが、空圧に替えて他の動力、例えば、油圧や電力、磁力により駆動する構成としてもよい。
【００４７】
エアスピンドル部５８は、長尺な柄部６２の一端近傍に取り付けられている。この柄部６２の略中央には、滑り軸受６４、ボールジョイント６６（関節５６）を介して第一被連結部５４ｆが取り付けられている。また、柄部６２の他端には、関節５６を介して第二被連結部５４ｓが取り付けられている。第一被連結部５４ｆは、工具主軸２２のクランパ２３に、第二被連結部５４ｓは、機内ロボット３０の着脱部３２に、それぞれ連結される。
【００４８】
制御装置３４は、この副工具５０ｂでの加工を行う場合は、加工プログラムデータに基づいて、切削用刃部５２ｂの移動軌跡を算出し、この移動軌跡を実行するための工具主軸２２および機内ロボット３０の移動軌跡を算出する。また、制御装置３４は、加工プログラムデータに基づいて切削用刃部５２ｂの回転数等を特定し、この回転数を実現するべく、圧縮空気源４４の駆動を制御する。加工点（切削用刃部５２ｂとワーク１１０との接触点）を、ワーク１１０の軸方向または径方向に移動させたい場合、制御装置３４は、工具主軸２２および機内ロボット３０の着脱部３２を、軸方向または径方向に平行移動させる。また、加工点を、ワーク１１０の周方向に移動させたい場合、制御装置３４は、ワーク主軸装置１４を駆動して、ワーク１１０を回転させる。また、柄部６２を姿勢変化（傾斜）させたい場合、制御装置３４は、工具主軸２２に対して機内ロボット３０の着脱部３２を上下動させる。以上のような動きを組み合わせることで、図４に示す副工具５０ｂで、中空のワーク１１０の内面の大部分を加工することができる。
【００４９】
ここで、図４に示す構成では、副工具５０ｂの他端は機内ロボット３０により、中央は、工具主軸２２により支持される。換言すれば、副工具５０ｂは、２つの移動体により２点支持されている。このように、二つの移動体で、副工具５０ｂを２点支持することにより、長尺で、大きなモーメントが発生しやすく、また、撓みやすい工具も取り扱うことが可能となる。そして、結果として、中空ワーク１１０の内面のように、通常の工具ではアクセスしにくい面も容易に加工できる。また、図４に示す構成では、副工具５０ｂは、移動体とは独立した動力源、すなわち、圧縮空気源４４等に接続されているため、より多様な加工が可能となる。
【００５０】
また、図４の構成では、工具主軸２２を静止させた状態で、機内ロボット３０の着脱部３２を上下動させると、副工具５０ｂの柄部６２は、ボールジョイント６６の中心点を中心として、揺動する。換言すれば、副工具５０ｂは、機内ロボット３０の着脱部３２を力点、切削用刃部５２ｂの先端を作用点、ボールジョイント６６周辺を支点とするテコのように機能する。この場合、テコの原理により、機内ロボット３０の力を数倍にしてワーク１１０に作用させることができる。また、柄部６２を滑り軸受６４に対して軸方向移動させれば、力点から支点までの距離と、支点から作用点までの距離と、の比率を自由に変更でき、力の比率を自由に変更できる。
【００５１】
次に、他の副工具５０ｃの具体例について図６を参照して説明する。図６は、他の副工具５０ｃでの加工の様子を示す図である。この副工具５０ｃは、加工部として、ソーワイヤや、ダイヤモンドワイヤのような高張力の策状体５２ｃを有している。策状体５２ｃの先端には、後述する第一被連結部５４ｆに設けられたフック６８に係止可能な係止リング７０が取り付けられている。
【００５２】
策状体５２ｃのうち、使用しない部分は、ワイヤ収納部７２に収納される。ワイヤ収納部７２には、この策状体５２ｃを巻き取る巻取器（図示せず）が内蔵されている。巻取器には、この策状体５２ｃに対して適度な張力を付与するバネが取り付けられており、当該バネの付勢力に抗して引き出された策状体５２ｃには、常に、適度な張力が発生している。ワイヤ収納部７２は、ベース板７６に取り付けられており、このベース板７６には、引き出された策状体５２ｃが引っ掛けられる滑車７４が設けられている。そして、引き出された策状体５２ｃは、当該滑車７４を境界として、屈曲している。
【００５３】
ベース板７６の端部は、第二被連結部５４ｓに接続されており、当該第二被連結部５４ｓは、機内ロボット３０の着脱部３２に接続されている。また、第一被連結部５４ｆは、工具主軸２２に接続されており、当該第一被連結部５４ｆの先端には、係止リング７０が係止されるフック６８が取り付けられている。
【００５４】
制御装置３４は、この副工具５０ｃでの加工を行う場合は、加工プログラムデータに基づいて、策状体５２ｃの移動軌跡を算出し、この移動軌跡を実行するための工具主軸２２および機内ロボット３０の移動量を算出する。具体的には、策状体５２ｃの位置を平行移動させたい場合、制御装置３４は、工具主軸２２および機内ロボット３０の着脱部３２を、平行移動させる。また、策状体５２ｃの姿勢（傾斜角度）を変更したい場合には、工具主軸２２を、策状体５２ｃの軸方向（図６における紙面上下方向）に対して直交または傾斜した方向に移動させればよい。また、策状体５２ｃでワーク１１０を切断したい場合には、策状体５２ｃをワーク１１０に当接させた状態で、策状体５２ｃをその軸方向に往復移動させる。この策状体５２ｃの往復移動は、工具主軸２２を、策状体５２ｃの軸方向に進退させることで実現できる。そして、こうした動きを組み合わせることで、副工具５０ｃで、様々なワーク１１０を切断することができる。
【００５５】
次に、他の副工具５０ｄの具体例を図７を参照して説明する。図７は、他の副工具５０ｄでの加工の様子を示す図である。この副工具５０ｄは、加工部として、ワーク１１０を磨くための布状部材５２ｄ（例えば綿布、麻布、研磨紙等）を有している。この布状部材５２ｄは、取り付け枠７８に取り付けられており、この取り付け枠７８は、関節５６を介して、第一被連結部５４ｆおよび第二被連結部５４ｓに連結されている。そして、第一被連結部５４ｆは、工具主軸２２のクランパ２３に、第二被連結部５４ｓは、機内ロボット３０の着脱部３２に、それぞれ連結されている。
【００５６】
制御装置３４は、この副工具５０ｄで加工を行う場合は、加工プログラムデータに基づいて、布状部材５２ｄの移動軌跡を算出し、この移動軌跡を実行するための工具主軸２２および機内ロボット３０の移動軌跡を算出する。具体的には、制御装置３４は、布状部材５２ｄをワーク１１０表面に押し当てた状態で、当該布状部材５２ｄを多方向にランダム移動させることで、ワーク１１０の表面を研磨する。こうした研磨加工では、布状部材５２ｄの押し付け力の制御が重要となる。そこで、この場合、制御装置３４は、工具主軸２２を、位置を制御目標とする位置制御で制御し、機内ロボット３０を、力を制御目標とする力制御で制御することが望ましい。かかる構成とすることで、布状部材５２ｄを適切に位置決めしつつ、適切な研磨圧力をワーク１１０に付与できる。
【００５７】
次に、他の工作機械に適用される他の副工具５０ｅの具体例について説明する。これまでの説明では、ワーク主軸装置１４と工具主軸２２とを有した複合加工機を例に挙げて説明したが、本明細書で開示した技術は、他の工作機械に適用されてもよい。例えば、本明細書に開示の技術は、ワーク主軸装置１４に替えて、または、加えて、ワーク１１０が載置されて保持されるテーブル４６を有した工作機械１０（例えばマシニングセンタ等）に適用されてもよい。図８は、テーブル４６に載置された円筒形ワーク１１０の内面を、副工具５０ｅで加工する様子を示した図である。この副工具５０ｅは、図４に示した副工具５０と同様に、加工部として機能する切削用刃部５２ｅと、当該切削用刃部５２ｅを空圧で回転させるエアスピンドル部５８と、エアスピンドル部５８が取り付けられた柄部６２と、を有している。柄部６２の両端には、ユニバーサルジョイント８０（関節５６）を介して第一、第二被連結部５４ｆ，５４ｓが接続されている。第一被連結部５４ｆは、工具主軸２２のクランパ２３に、第二被連結部５４ｓは、機内ロボット３０の着脱部３２に、それぞれ、接続されている。また、この工作機械１０において、機内ロボット３０の着脱部３２は、その軸Ｓｒ回りに回転できるようになっている。
【００５８】
ここで、加工点（切削用刃部５２ｅとワーク１１０との接触点）を、ワーク１１０の軸方向または径方向に移動させたい場合、制御装置３４は、工具主軸２２および機内ロボット３０の着脱部３２を、ワーク１１０の軸方向または径方向に平行移動させる。また、加工点の位置を、ワーク１１０の周方向に移動させたい場合、制御装置３４は、工具主軸２２および機内ロボット３０の着脱部３２を回転させる。この工具主軸２２および先端部の回転は、ユニバーサルジョイント８０を介して柄部６２に伝達され、これにより、加工点（切削用刃部５２ｅ）がワーク１１０の周方向に移動する。また、柄部６２を姿勢変化（傾斜）させたい場合、制御装置３４は、工具主軸２２および機内ロボット３０の着脱部３２の一方のみを移動させる。そして、こうした動きを組み合わせることで、中空のワーク１１０の内面の大部分を加工することができる。
【００５９】
また、他の副工具５０ｆの具体例について図９を参照して説明する。これまでの説明では、副工具５０の一部は、機内ロボット３０に連結されていたが、機内ロボット３０に替えて、他の移動体に連結されてもよい。例えば、工作機械の中には、上刃物台１８ｕと、上刃物台１８ｕの下側に設けられた下刃物台１８ｄと、を有した工作機械（旋盤）がある。かかる工作機械では、図９に示すように、副工具５０ｆの一部を上刃物台１８ｕに、他の一部を下刃物台１８ｄに連結してもよい。図９において、副工具５０ｆは、加工部として策状体５２ｆを有している。この場合、上刃物台１８ｕおよび下刃物台１８ｄを、策状体５２ｆの軸方向に往復移動させることで、策状体５２ｆでワーク１１０を切断できる。
【００６０】
なお、こうした副工具５０は、機内ロボット３０、または、他の機構を用いて、自動的に着脱できるようにしてもよい。例えば、図２〜図４、図７に示す副工具の場合、工作機械１０に設けられたＡＴＣ（自動工具交換装置）の機構を利用して、副工具５０の自動着脱を実現してもよい。この場合、副工具５０を取り付ける際には、まず、ＡＴＣを利用して、工具主軸２２に副工具５０の第一被連結部５４ｆを連結させる。それにより、工具主軸２２に副工具５０がぶら下がった状態となる。この状態になれば、機内ロボット３０が、副工具５０の下側に移動し、当該機内ロボット３０の着脱部３２に、第二被連結部５４ｓを挿し込めばよい。また、別の形態として、ＡＴＣにより、副工具５０をまず機内ロボット３０に取り付けた後、機内ロボット３０を用いて、副工具５０を工具主軸２２近傍まで運ぶようにしてもよい。この場合機内ロボット３０で副工具５０を搬送する際、当該副工具５０のふらつきを防止するために、第二被連結部５４ｓと加工部との間の関節５６をロックする機構を設けておくことが望ましい。
【００６１】
また、これまで説明した構成は、全て一例であり、工作機械に設けられた２つの移動体に、１つの副工具を連結し、当該２つの移動体で副工具を保持・移動させるのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。いずれにしても、２つの移動体に、１つの副工具を連結する構成とすることで、従来の工作機械では、取り扱うことが困難な大型あるいは大重量あるいは特殊形状あるいは特殊な動きの工具も取り扱うことができる。結果として、従来の工作機械では実現困難な加工作業も可能となる。
【符号の説明】
【００６２】
１０  工作機械、１２  本体部、１４  ワーク主軸装置、１６  工具主軸装置、１８  刃物台、２０  主軸ヘッド、２２  工具主軸（第一移動体）、２３  クランパ（第一連結部）、３０  機内ロボット（第二移動体）、３２  着脱部（第二連結部）、３４  制御装置、４０  エア経路、４２  アダプタ、４４  圧縮空気源、４６  テーブル、５０  副工具、５２ａ  鋸歯、５２ｂ，５２ｅ  切削用刃部、５２ｃ，５２ｆ  策状体、５２ｄ  布状部材、５４ｆ  第一被連結部、５４ｓ  第二被連結部、５６  関節、５８  エアスピンドル部、６０  エア配管、６２  柄部、６４  滑り軸受、６６  ボールジョイント、６８  フック、７０  係止リング、７２  ワイヤ収納部、７４  滑車、７６  ベース板、７８  取り付け枠、８０  ユニバーサルジョイント、１００  転削工具、１０２  旋削工具、１１０  ワーク。
【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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