(57)【要約】【課題】自動工具交換装置による工具交換が可能で、この工具交換により必要となるバランス調整を短時間で行なえる複数の工具を持つ工作機械およびその制御方法を提供する。【解決手段】回転させることによりワークを加工する工具を保持し、回転可能に支持されたホイール回転主軸と、所定の位置に備えられた工具をホイール回転主軸側に保持されている工具と交換するための工具交換ユニットと、ホイール回転主軸の回転に伴うバランスを調整する回転バランス調整装置と、ホイール回転主軸側に保持される工具の工具交換の回数、バランスデータを含む工具情報を記憶する工具情報記憶部と、工具情報記憶部に記憶されたホイール回転主軸に保持された工具の工具情報に基づいて、回転バランス調整装置を動作させることにより回転バランス調整を行なうよう制御する制御部とを有する構成とする。【選択図】図６
2008183631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転させることによりワークを加工する工具を保持し、回転可能に支持されたホイール回転主軸と、
所定の位置に備えられた工具を前記ホイール回転主軸側に保持されている工具と交換するための工具交換ユニットと、
前記ホイール回転主軸の回転に伴うバランスを調整する回転バランス調整装置と、
前記ホイール回転主軸側に保持される工具のバランスデータを含む工具情報を記憶する工具情報記憶部と、
前記工具情報記憶部に記憶された前記ホイール回転主軸に保持された工具の工具情報に基づいて、前記回転バランス調整装置を動作させることにより回転バランス調整を行なうよう制御する制御部と、
を有することを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記制御部は、前記工具情報記憶部が前記ホイール回転主軸に保持された工具の工具情報のバランスデータを有するか有さないかの判断を行うバランスデータ判断部を有す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】
前記制御部は、前記工具情報記憶部が、前記工具交換ユニットにより交換されて前記ホイール回転主軸側に保持される工具のバランスデータを既に記憶している場合は、前記記憶されたバランスデータに基づいて前記回転バランス調整装置を動作させ、記憶していない場合は新たに測定された前記工具のバランスデータに基づいて前記回転バランス調整装置を動作させることにより異なる制御を行なうものであることを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
所定の位置に備えられた工具を、回転させることによりワークを加工するよう回転可能に支持されたホイール回転主軸側に保持されている工具と交換する工具交換ステップと、
前記ホイール回転主軸側に保持される工具のバランスデータを含む工具情報を記憶する工具情報記憶部から前記工具情報を読み出す工具情報読み出しステップと、
前記読み出された前記工具情報に基づいて、前記ホイール回転主軸の回転に伴うバランスを調整する回転バランス調整装置を制御して回転バランス調整を行なう制御ステップと、
を有する工作機械の制御方法。
【請求項５】
前記制御ステップは、前記ホイール回転主軸に保持された工具の工具情報のバランスデータの有無を判断するバランスデータ判断ステップを有することを特徴とする請求項４に記載の工作機械の制御方法。
【請求項６】
前記制御ステップは、前記工具情報記憶部が、前記工具交換ユニットにより交換されて前記ホイール回転主軸側に保持される工具のバランスデータを既に記憶している場合は、前記記憶されたバランスデータに基づいて前記回転バランス調整装置を動作させ、記憶していない場合は新たに測定された前記工具のバランスデータに基づいて前記回転バランス調整装置を動作させることにより異なる制御を行なうことを特徴とする請求項５に記載の工作機械の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の工具を交換してワークを加工する工作機械およびその制御方法に関し、特に、自動工具交換が可能で、工具交換後の主軸のバランス調整が短時間で行なえる工作機械およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械には、その加工内容に応じて、旋盤、ボール盤、中ぐり盤、フライス盤、平削り盤、ブローチ盤、研削盤等があり、ＮＣ制御により単一の加工だけではなく種々の複合加工ができるものがある。また、例えば、複数の工具を持つマシニングセンタ、グラインディングセンタ、旋削や研削等の複数の加工法を可能とするいわゆる複合加工機も種々提案されている。そして、この種の複数の工具を持つ加工機は、自動工具交換装置（ＡＴＣ）により工具を交換しながらワークに各種の加工を施していくものである。
【０００３】
複数の工具を交換してワークを加工する工作機械として、予め設定されたプログラムに基づいて自動工具交換を行い、工具交換時のバランス調整を行いながら一連の加工作業をおこなうＮＣ加工機がある（特許文献１）。
【０００４】
特許文献１のＮＣ加工機によれば、工具交換により発生する主軸のアンバランスを加速度ピックアップにより検出し、この検出値に基づいて、各工具に装着されたバランスディスクに噴射ノズルから水を注入することでアンバランスを修正する。このバランス修正により、高い精度で加工を行なうことができるとされている。
【特許文献１】特開平２−１３１８６７号公報
【０００５】
しかし、特許文献１のＮＣ加工機によれば、自動工具交換装置による工具交換時に、その都度主軸のバランス調整を行なう必要があるので、バランス調整に時間を要し、ワーク加工時間を短縮するには限度が生じていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、自動工具交換装置による工具交換が可能で、この工具交換により必要となるバランス調整を短時間で行なえる複数の工具を交換してワークを加工する工作機械およびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］本発明の実施の形態によれば、回転させることによりワークを加工する工具を保持し、回転可能に支持されたホイール回転主軸と、所定の位置に備えられた工具を前記ホイール回転主軸側に保持されている工具と交換するための工具交換ユニットと、前記ホイール回転主軸の回転に伴うバランスを調整する回転バランス調整装置と、前記ホイール回転主軸側に保持される工具のバランスデータを含む工具情報を記憶する工具情報記憶部と、前記工具情報記憶部に記憶された前記ホイール回転主軸に保持された工具の工具情報に基づいて、前記回転バランス調整装置を動作させることにより回転バランス調整を行なうよう制御する制御部と、を有することを特徴とする工作機械を提供する。
［２］前記制御部は、前記工具情報記憶部が前記ホイール回転主軸に保持された工具の工具情報のバランスデータを有するか有さないかの判断を行うバランスデータ判断部を有することを特徴とする上記［１］に記載の工作機械であってもよい。
［３］前記制御部は、前記工具情報記憶部が、前記工具交換ユニットにより交換されて前記ホイール回転主軸側に保持される工具のバランスデータを既に記憶している場合は、前記記憶されたバランスデータに基づいて前記回転バランス調整装置を動作させ、記憶していない場合は新たに測定された前記工具のバランスデータに基づいて前記回転バランス調整装置を動作させることにより異なる制御を行なうものであることを特徴とする上記［２］に記載の工作機械であってもよい。
［４］本発明の実施の形態によれば、所定の位置に備えられた工具を、回転させることによりワークを加工するよう回転可能に支持されたホイール回転主軸側に保持されている工具と交換する工具交換ステップと、前記ホイール回転主軸側に保持される工具のバランスデータを含む工具情報を記憶する工具情報記憶部から前記工具情報を読み出す工具情報読み出しステップと、前記読み出された前記工具情報に基づいて、前記ホイール回転主軸の回転に伴うバランスを調整する回転バランス調整装置を制御して回転バランス調整を行なう制御ステップと、を有する工作機械の制御方法を提供する。
［５］前記制御ステップは、前記ホイール回転主軸に保持された工具の工具情報のバランスデータの有無を判断するバランスデータ判断ステップを有することを特徴とする上記［４］に記載の工作機械の制御方法であってもよい。
［６］前記制御ステップは、前記工具情報記憶部が、前記工具交換ユニットにより交換されて前記ホイール回転主軸側に保持される工具のバランスデータを既に記憶している場合は、前記記憶されたバランスデータに基づいて前記回転バランス調整装置を動作させ、記憶していない場合は新たに測定された前記工具のバランスデータに基づいて前記回転バランス調整装置を動作させることにより異なる制御を行なうことを特徴とする上記［５］に記載の工作機械の制御方法であってもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、自動工具交換装置による工具交換が可能で、この工具交換により必要となるバランス調整を短時間で行なえる複数の工具を持つ工作機械およびその制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（本発明の実施の形態）
複数の工具を持ち、この複数の工具を交換してワークを加工する工作機械として、旋削や研削等の複数の加工法を可能とする複合加工機について、以下に説明するが、本発明は複合加工機に限られず、複数の工具を持つ工作機械であれば、単一加工機やＮＣ加工機等にも適用できる。
【００１０】
（複合加工機の構成）
図１は、実施の形態に係る複合加工機の平面図であり、図２は、図１に示す複合加工機を手前側（図１の下側）から見た正面図である。
【００１１】
この複合加工機１は、図示しないコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）により全体の駆動が制御されるものであり、複合加工機本体と図示しない付属装置からなる。主な付属装置は、レーザ発振器、オイル供給装置、冷却装置、エア供給機器、クーラント供給装置、切屑収集装置及びこれらの装置を複合加工機本体と接続するダクト装置等からなっている。
【００１２】
複合加工機１は、ベッド１０上に載置されワークＷを回転駆動可能に支持するワーク支持駆動ユニット１００と、加工ツールが着脱可能に装着されるホイール回転主軸ユニット２００と、ホイール回転主軸ユニット２００を搭載し、ベッド１０上に装架された多自由度リンク機構３００によりワークＷに対して位置決め可能なリンクヘッド３０１と、加工ツールをホイール回転主軸ユニット２００の所定位置に着脱する自動工具交換ユニット４００とを有する。
【００１３】
ワーク支持駆動ユニット１００は、ベッド１０上に載置された主軸台ベース１０１に、左右の主軸台スライドガイド１０２を介してスライド可能に移動可能な左右の主軸台１０３を有し、各々左右の主軸台１０３には、主軸１０５を所定の回転数で回転駆動する主軸駆動モータ１０４が搭載されている。各々左右の主軸台１０３は、左右独立にＺ方向にスライドして、ワークＷを所定の心間で挟持して、その位置を固定できる構成となっている。
【００１４】
ホイール回転主軸ユニット２００は、第１の加工ツール５０１ａを装着したホイール回転主軸２０１を、リンクヘッド３０１に搭載されたホイール回転主軸駆動モータ３０６の回転駆動力をトラクションドライブユニット２０２により回転力を伝達して第１の加工ツール５０１ａを所定回転数で回転駆動する構成となっている。尚、上記のトラクションドライブユニット２０２は、転動体により振動が小さく回転伝動可能で研削加工にも好適であるが、他の伝達方法、例えば、ギアやベルトによる回転駆動方式、あるいは、ホイール回転主軸駆動モータ３０６との直結方式等により構成してもかまわない。
【００１５】
ホイール回転主軸ユニット２００は、ホイール回転主軸２０１を停止状態に保持するブレーキ等の静止手段、ホイール回転主軸２０１の静止トルクが大きく設定できるホイール回転主軸駆動モータ３０１、又は、ホイール回転主軸２０１を停止状態に保持する回転停止サーボ剛性の大きな制御手段を有して構成することが好ましい。また、熱処理工具等のように、回転状態で加工しないツールを使用する場合のための、第１の加工ツール５０１ａをホイール回転主軸ユニット２００に固定するツール装着部を有する構成とすることもできる。
【００１６】
ホイール回転主軸２０１は、第１の加工ツール５０１ａをクランプして、第１の加工ツール５０１ａとホイール回転主軸２０１を強固に締結するクランプ部２０３を有している。具体的には、クランプ部２０３は、複合加工機等に用いられるクランプユニットのＢＴ、ＨＳＫ規格等により構成されている。
【００１７】
クランプ部２０３の近傍には、ホイール回転主軸２０１に装着された第１の加工ツール５０１ａの回転に伴うラジアル方向の変位（振れ）を検出する変位センサ６８２が複合加工機１側に固定されて設けられている。変位センサ６８２は、例えば、非接触でラジアル方向の変位を検出できるものであればよく、静電容量型の変位センサ、ドップラー式光学的変位センサ等が使用できる。この変位センサ６８２は、工具交換時のバランス調整に使用する。
【００１８】
ホイール回転主軸２０１には、回転センサ２５０が備えられており、ホイール回転主軸２０１の回転角を絶対値検出できるように構成されている。回転センサ２５０は、例えば、非接触式の光学式ロータリエンコーダを使用したアブソリュートタイプのものが使用できるが、その他、レゾルバ等でも使用できる。この回転センサ２５０は、工具交換時の回転角合わせとバランス調整時の回転角度の原点検知に使用する。
【００１９】
多自由度リンク機構３００は、閉リンク機構を並列に配置した、いわゆるパラレルメカニズムといわれるものであり、ヘッド１０上に載置された左右一対のリニアガイドベース３０２に設けられた左右合計で４つの送り機構と、ホイール回転主軸ユニット２００を搭載したリンクヘッド３０１と送り機構とを連結する４本のリンク３０３とからなる。送り機構は、左右一対のリニアガイド３０４と、各リニアガイド３０４に対してＸ軸方向に移動可能に案内された２つのスライダ３０７と、このスライダ３０７の各々を独立して移動させるためのボールねじ３０８およびリンク駆動サーボモータ３０５とから構成されている。リンク３０３の一端が送り機構のスライダ３０７に各々旋回自在に結合支持され、他端がリンクヘッド３０１の所定の位置に旋回自在に連結支持される。このように構成されることにより、各リンク駆動モータ３０５を制御して各スライダの位置を独立して制御することにより、リンクヘッド３０１はＸ軸方向への移動、Ｚ軸方向への移動、およびＹ軸回りの回転の３自由度の位置、姿勢制御が可能となっている。なお、この多自由度リンク機構３００を構成する送り機構としては、ボールねじ３０８およびリンク駆動サーボモータ３０５に代えてリニアモータで各スライダを駆動する構成としてもよい。
【００２０】
リンクヘッド３０１のＸ軸方向位置、Ｚ軸方向位置、及びＹ軸回りの回転角は、リニアガイド３０４に取付けられた図示しない位置センサ（光学式リニアスケール又は磁気式リニアスケール等）により４本の各リンク３０３の位置を各々検出し、これに基づいてリンクヘッド３０１の位置及び姿勢を制御するように構成される。
【００２１】
自動工具交換ユニット４００は、ベッド１０上の所定の位置に載置され、種々の第２の加工ツール５０１ｂを保持可能な複数のツールポッド４０２を有したツールタレット４０３と、Ｘ軸回りに割出し制御をするサーボモータ４０４により構成されている。ツールポッド４０２の内部には、第２の加工ツール５０１ｂの先端部に形成された溝部４０７が所定の力以上で着脱可能となるよう、ボールブッシュ４０５による結合部４０６が形成されている。尚、ツールポッド４０２の数は、ツールタレット４０３の径を大きく設定することで、多数の本数をセット可能に構成できる。
【００２２】
第１の加工ツール５０１ａ及び第２の加工ツール５０１ｂには、旋削加工に使用される旋削用電着ホイール等の旋削工具、穴あけ、溝加工等に使用されるドリル、エンドミル等の切削工具、レーザ焼入れヘッド等の熱処理工具、研削加工に使用される砥石車（例えば、ＣＢＮホイール）等の研削工具、超仕上げ、ＥＬＩＤ研削等に使用される表面仕上げ工具がある。
【００２３】
上記の加工ツールのうち、工具の回転によりワークＷを加工する旋削工具、切削工具、研削工具、表面仕上げ工具等の種々の工具は、工具交換後に、後述のバランス調整装置によりバランス調整が行なわれる。
【００２４】
（回転バランス調整装置）
図３は、回転バランス調整装置を示す一部断面図である。回転バランス調整装置は、互いに同一の構成をもつ回転バランス修正ユニットである第１ユニット６００および第２ユニット７００から構成されるので、以下の説明は第１ユニット６００について行なう。尚、図示はしないが、第２ユニット７００を構成する７０１〜７３４は、第１ユニット６００の６０１〜６３４に対応する部品である。
【００２５】
回転バランス調整装置は、ホイール回転主軸２０１に対して回動可能に支承され同期して回転可能であり、ホイール回転主軸２０１から偏心した重心をもつと共に、周方向に所定のピッチで交番に極性をもつ複数の磁極が外周面６０１ａに形成されたバランスロータ６０１を有する。また、ホイール回転主軸２０１に固定されてホイール回転主軸２０１と共に回転し、バランスロータ６０１の外周面６０１ａに内周面を対向させて求心方向に突出した複数の突極６２２をもつ軟磁性体からなる極板リング６２１を、バランスロータ６０１に有する。さらに、極板リング６２１に近接して固定配置され、極板リング６２１の突極６２２に適正な磁気極性の変化を与えてバランスロータ６０１をホイール回転主軸２０１に対して回動させるステータ６０３を、バランスロータ６０１に有する。
【００２６】
また、バランスロータ６０１は、同極を遠心方向に向け前記ピッチで外周部に埋設された複数個の永久磁石６１４をもつ。さらに、極板リング６２１は、バランスロータ６０１の磁極のピッチと同ピッチで周方向交互に形成された第一列および第二列の突極６２２と、突極６２２と四分の一ピッチだけ周方向にずれて配設された同様の第三列および第四列の突極６２２とをもつ。また、各ステータ６０３は、第一列および第二列の突極６２２に互いに逆の磁気極性を与えるリング状の第１励磁コイル６３１と、第三列および第四列の突極６２２に互いに逆の磁気極性を与えるリング状の第２励磁コイル６３２とをもつ。
【００２７】
第１ユニット６００は、バランスロータ６０１、極板ロータ６０２およびステータ６０３からなり、これらの構成要素６０１，６０２，６０３はホイール回転主軸２０１と同軸に配設されている。ここで、バランスロータ６０１は、ほぼ回転対称な形状をしており、ホイール回転主軸２０１と同期して回転することができる。また、極板ロータ６０２は、ほぼ回転対称な形状をしており、ホイール回転主軸２０１と同期して回転する。一方、ステータ６０３は、回転対称形状をしているが、ホイール回転主軸２０１と共に回転することはなく、極板ロータ６０２の外周面に近接してホイール回転主軸ユニット２００側に固定配置されている。
【００２８】
バランスロータ６０１は、略中空円筒状の軟磁性金属材料からなる本体部６１１と、本体部６１１の中央に配設されて本体部６１１を回転軸に対して回動可能に軸支する軸受け６１３と、本体部６１１の一方に偏在して埋設されたバランスウェイト６１２と、本体部６１１の外周部に埋設された複数の永久磁石６１４とからなる。すなわちバランスロータ６０１は、ボールベアリングである軸受け６１３を介してホイール回転主軸２０１に対し回動可能に支承されており、通常（回転バランスの調整中でないとき）はホイール回転主軸２０１と同期して回転する。また、本体部６１１の周方向の一方に固まって貫通孔が形成されており、貫通孔には鉛製のバランスウェイト１２が挿置されている。それゆえ、バランスロータ６０１は、ホイール回転主軸２０１から偏心して重心をもつので、所定の大きさの質量一次モーメント（静的アンバランス）をもっている。
【００２９】
また、バランスロータ６０１の外周部には、外周面に開口して周方向に所定のピッチで形成された嵌合溝が形成されており、これらの嵌合溝には、複数個の永久磁石１４が、同極（Ｎ極）を遠心方向に向けて埋設されている。すなわち、バランスロータ６０１の外周面は、周方向に所定の間隔を空けて埋設されている永久磁石６１４の外周面と、各永久磁石６１４の間を埋めている軟磁性の本体部６１１の外周面とから形成されている。永久磁石６１４の外周面はＮ極であるから、永久磁石６１４の反対側の磁極に通じる本体部６１１の外周面にはＳ極が形成される。それゆえ、バランスロータ１の外周面には、周方向に所定のピッチで交番に極性をもつ複数の磁極が形成されている。
【００３０】
極板ロータ６０２は、軟磁性金属材料からなる極板リング６２１と、極板リング６２１をホイール回転主軸２０１に対して固定する非磁性ステンレス鋼からなるケーシング６２３からなる。ケーシング６２３は、ホイール回転主軸２０１との間に中空円筒状の内部空間を形成し、この内部空間にバランスロータ６０１を収容すると共に、極板リング６２１を内周面の内側に固定している。一方、極板リング６２１は、ケーシング６２３を介してホイール回転主軸２０１に固定されてホイール回転主軸２０１と共に回転し、バランスロータ６０１の外周面６０１ａに内周面を対向させて求心方向に突出した軟磁性体からなる複数の突極６２２をもつ。極板リング６２１の内周面とバランスロータ６０１の外周面６０１ａとは、ごくわずかの間隔を空けて互いに対向している。
【００３１】
図４は、極板リング６２１の部分を詳細に示す一部斜視図である。極板リング６２１は、図５に示すように、バランスロータ６０１の前記磁極のピッチと同ピッチで周方向交互に形成された第一列および第二列の突極６２２と、これらの突極６２２と四分の一ピッチだけ周方向にずれて配設された同様の第三列および第四列の突極６２２とをもつ。すなわち、第一突極列（突極６２２の第一列）ないし第四突極列は、ぞれぞれ軟磁性材料からなるリング状部材であって、内周面には周方向に所定の間隔を空けて多数の突極６２２が形成されている。突極６２２の周方向の幅と突極６２２がない部分（連結部）の周方向の幅とは、互いに同一であり、ホイール回転主軸２０１の軸芯から見た突極６２２の周方向のピッチ角度は、バランスロータ６０１の永久磁石６１４のピッチ角度に等しい。また、周方向に互いに隣り合う突極６２２を連結している連結部の半径方向の肉厚はごく薄く、同連結部を通じての磁気回路の短絡は最小限に抑制されている。
【００３２】
なお、各突極列をもつ略リング状の部材は、軸長方向に同軸に重ねられて外周面で互いに溶接固定されており、一体の極板リング６２１を形成している。第一突極列と第二突極列とは、半ピッチだけ周方向にずれて接合されており、同様に、第三突極列と第四突極列とは、半ピッチだけ周方向にずれて接合されている。また、第一突極列および第二突極列と第三突極列および第四突極列とは、互いに四分の一ピッチだけ周方向にずれて接合されている。
【００３３】
ステータ６０３は、極板ロータ６０２の外周面に近接して内周面を対向させて固定配置されたリング状機能部材であり、ステータ６０３の内周面と極板ロータ６０２の外周面との間の間隙はわずかである。ステータ６０３は、一対の第１励磁コイル６３１および第２励磁コイル６３２と、両コイルをそれぞれ保持する二つの樹脂製のコイルホルダ６３３と、両コイルを軸長方向に適正な間隔を隔てて収容する非磁性ステンレス鋼からなるコイルケース６３４とからなる。コイルケース６３４の薄い内周板は、両コイル６３１，６３２の内周面と極板ロータ６０２の外周面との間を隔てて、万一両者が摺接した場合にも両コイル６３１，６３２が断線しないように両コイル６３１，６３２を保護している。
【００３４】
ここで、第１励磁コイル６３１は、第一突極列の突極６２２と第二突極列の突極６２２とに互いに逆の磁気極性を与えるリング状の励磁コイル６３１である。一方、第２励磁コイル６３２は、第三突極列の突極６２２と第四突極列の突極６２２とに互いに逆の磁気極性を与えるリング状の励磁コイルである。すなわち、第１励磁コイル６３１および第２励磁コイル６３２に同一方向で電流を流すと、第一突極列から第四突極列にかけてＳ，Ｎ，Ｓ，Ｎの順で磁気極性が各突極６２２に生じる。その結果、ステータ６０３は、極板リング６２１に近接して固定配置されていながら、極板リング６２１の突極６２２に適正な磁気極性の変化を与えてバランスロータ６０１をホイール回転主軸２０１に対して四分の一ピッチで回動させる機能をもつ。
【００３５】
なお、第１励磁コイル６３１の軸長方向の位置は、第一突極列と第二突極列との間にあり、第２励磁コイル６３２の軸長方向の位置は、第三突極列と第四突極列との間にある。それゆえ、第１励磁コイル６３１は、主に第一突極列および第二突極列に互いに逆の磁気極性を与えることができ、第２励磁コイル６３２は、主に第三突極列および第四突極列に互いに逆の磁気極性を与えることができる。
【００３６】
（自動工具交換）
図５は、自動工具交換ユニット４００とホイール回転主軸ユニット２００の部分を正面から見た詳細図である。
【００３７】
以下において、第１の加工ツール５０１ａがホイール回転主軸ユニット２００に装着された状態から、第２の加工ツール５０１ｂに工具交換される一連の動作を説明する。
【００３８】
ベッド１０上の所定の位置に載置された自動工具交換ユニット４００に対して、ホイール回転主軸ユニット２００が多自由度リンク機構３００により、所定の位置まで駆動され、第１の加工ツール５０１ａの着脱動作が可能な状態になる。所定の位置は、第１の加工ツール５０１ａの先端部に形成された溝部４０７とツールポッド４０２内部のボールブッシュ４０５による結合部４０６との位置により決定される。第１の加工ツール５０１ａの種類により上記の所定の位置が異なる場合には、第１の加工ツール５０１ａの種類で特定される所定の位置が、加工データとして入力され、ＮＣ制御による自動工具交換工程に反映される。
【００３９】
ホイール回転主軸ユニット２００に装着されている第１の加工ツール５０１ａは、次の加工工程に移行するステップとして、第１の加工ツール５０１ａのツールタレット４０３への回収を行う。まず、ホイール回転主軸ユニット２００が多自由度リンク機構３００により、所定の位置まで駆動され、次に、第１の加工ツール５０１ａの先端部に形成された溝部４０７が所定の力以上で結合部４０６へ挿入される。溝部４０７は、ボールブッシュ４０５により所定の力で保持される。ホイール回転主軸ユニット２００のクランプ部２０３でホイール回転主軸２０１に締結していた第１の加工ツール５０１ａはクランプ解除される。これらの動作が完了した後、ホイール回転主軸ユニット２００は多自由度リンク機構３００により自動工具交換ユニット４００から離間して、回収動作が終了する。
【００４０】
ホイール回転主軸ユニット２００が自動工具交換ユニット４００から離間した状態において、第２の加工ツール５０１ｂがセットされたツールタレット４０３が割出し動作を行う。サーボモータ４０４により次工程で使用する第２の加工ツール５０１ｂがセットされたツールポッド４０２の部分が所定位置になるよう回転動作し、ツールタレット４０３の割出し動作が完了する。
【００４１】
装着可能状態となった第２の加工ツール５０１ｂに対してホイール回転主軸ユニット２００が接近し、ホイール回転主軸ユニット２００のクランプ部２０３によりホイール回転主軸２０１へ締結される。
【００４２】
上記の加工ツール装着動作が完了した後、ホイール回転主軸ユニット２００は多自由度リンク機構３００により自動工具交換ユニット４００から離間して、次工程のイニシャライズ位置に第２の加工ツール５０１ｂがセットされる。尚、工具交換に際して、ホイール回転主軸２０１は常に定位置（回転位相位置）に停止される。また、加工ツールには、回転位相の基準となるキー（図示省略）が設けられており、工具マガジン内あるいは工具交換ユニット４００による移送中には回り止めされているので、回転位相は変化しない。よって、加工ツールとホイール回転主軸２０１とは常に同じ回転位相で取り付けられる。
【００４３】
（自動工具交換後のバランス調整全体システム構成）
図６は、自動工具交換後のバランス調整を行なう全体のシステム構成を示すブロック図である。
【００４４】
全体のシステムは、制御部８００、自動工具交換ユニット４００、変位センサ６８２、回転センサ２５０、第１ユニット６００、第２ユニット７００、記憶部８５０、入出力装置９００とを有して構成されている。
【００４５】
制御部８００は、種々の演算処理を行なうＣＰＵ、外部との入出力を行なうインターフェース、処理領域としてのＲＡＭ等から構成されている。また、入出力装置９００は、ＮＣ加工プログラム、工具情報等を記憶部８５０に制御部８００を介して入力または出力するものである。
【００４６】
記憶部８５０は、工具情報記憶部８５１およびＮＣプログラム記憶部８５２とからなる。工具情報記憶部８５１は、自動工具交換ユニット４００のツールタレット４０３に装着された各種工具に関する工具情報が記憶されている。工具情報としては、ツールタレット４０３の各ツールポッド４０２に対応したツールポッド番号、工具交換の回数、工具の種類、バランスデータ（ホイール回転主軸２０１に対して正転させるべき角度θ））等が記憶されている。ツールポッド番号、工具の種類、バランスデータは、初期設定時に記憶された状態で保持されるが、ツルーイング、ドレッシングを行なった場合は、新たに測定されたバランスデータが更新して記憶される。
【００４７】
（自動工具交換後のバランス調整）
制御部８００により、ＮＣプログラム記憶部８５２に記憶された制御プログラムに従って、ワーク支持駆動ユニット１００、ホイール回転主軸ユニット２００、多自由度リンク機構３００等が所定の動作駆動される。工具交換の指令が出されると、上記したように、第２の加工ツール５０１ｂがホイール回転主軸２０１に装着される。ホイール回転主軸２０１は、回転センサ２５０により、回転方向に所定の初期位置で回転停止されるので、第２の加工ツール５０１ｂとホイール回転主軸２０１との装着においては回転方向に対する所定の位相が工具交換前後で常に維持される。尚、以下においては、ホイール回転主軸２０１に装着された第２の加工ツール５０１ｂを、単に、「工具」として説明する。
【００４８】
具体的なバランス調整は、まず、ホイール回転主軸２０１側に保持された工具のバランスデータを含む工具情報を記憶する工具情報記憶部８５１から前記工具情報を読み出す（工具情報読み出しステップ）。この工具情報読み出しステップの後に、以下の制御ステップ１〜２０によりバランス調整が行なわれるが、ホイール回転主軸２０１に装着された工具のバランスデータが既に工具情報記憶部８５１に記憶されている場合と記憶されていない場合とで、バランス調整の手順が異なる。
【００４９】
図７は、バランス調整の手順を示す制御ステップ（１〜２０）のフローチャートである。以下に、バランスデータが既に工具情報記憶部８５１に記憶されている場合と記憶されていない場合のバランス調整についてそれぞれ説明する。
【００５０】
バランスデータ判断ステップＳ１は、上記示したように、バランスデータが既に工具情報記憶部８５１に記憶されているか記憶されていないか、すなわち、工具情報記憶部８５１がバランスデータを有するか有さないかを判断し、制御部８００により以下の処理フローに従いバランス調整制御をそれぞれ行なう。
【００５１】
（バランスデータが工具情報記憶部８５１に記憶されていない時のバランス調整）
処理ステップＳ２では、ホイール回転主軸２０１を回転駆動する以前に、ホイール回転主軸２０１は回転センサ２５０から出力信号が検出される原点位置に回動され、両ユニット６００，７００のバランスロータ６０１、７０１が重心が偏在する方を下にして釣り合う。そして、この状態から両バランスロータ６０１、７０１を互いに反対方向に９０°ずつ回動させた位置を初期位置とし、両バランスロータ６０１、７０１が生じる静的アンバランスの合成をゼロにしておく。
【００５２】
しかる後、処理ステップＳ２でホイール回転主軸２０１への回転指令が発せられ、ホイール回転主軸２０１が所定の回転速度に達して安定したことが確認される。この際、前述のように両バランスロータ６０１、７０１の生じる静的アンバランスはゼロであるから、ホイール回転主軸２０１周りの静的アンバランスが測定しやすくなる。また、両バランスロータ６０１、７０１が前述の初期位置にあることがはっきりしているから、後に、静的釣り合いを取るために両バランスロータ６０１、７０１をそれぞれどれだけ回動させるべきかの演算が容易になる。
【００５３】
次に、処理ステップＳ３で、回転センサ２５０および変位センサ６８２からの出力信号が、図示しないＡ／Ｄ変換器を介し、制御部８００に入力される。変位センサ６８２からの変位信号は、必要により微分処理されて加速度信号とされ、ホイール回転主軸２０１の回転周期に対応する周波数帯域の信号のみを通すバンドパスフィルタによりフィルタリング処理が施され、ホイール回転主軸２０１の回転周期に同期して起こる静的アンバランスに起因した振動成分だけが抽出される。その結果、静的アンバランスの大きさとホイール回転主軸２０１に対する位相角度が明らかになる。
【００５４】
そして、次の処理ステップＳ４で、静的釣り合いを取るために両バランスロータ６０１、７０１を、ホイール回転主軸２０１に対してそれぞれ何度だけ回動させるべきかの演算が行われる。この演算は、先ほど明らかになった静的アンバランスを相殺する静的アンバランスを、両バランスロータ６０１、７０１の質量一次モーメントの合成で生成するように、各バランスロータ６０１、７０１が取るべき位相角度を算出する幾何演算である。その結果、各バランスロータ６０１、７０１について、ホイール回転主軸２０１に対して正転させるべき角度θ（０°≦θ＜３６０°）がそれぞれ算定される。この角度θのデータは、工具情報記憶部８５１にバランスデータとして記憶される。
【００５５】
判断ステップＳ５では、θが１８０°未満であるか否かが判定され、θが１８０°未満である場合にはステップＳ６〜Ｓ９の正転シーケンスへ制御ロジックは進む。逆に、θが１８０°以上である場合には、ステップＳ１５〜Ｓ１９の逆転シーケンスへと制御ロジックは進む。すなわち、θが１８０°未満である場合には、次の処理ステップＳ６で、四分の一ピッチずつ回動させて角度θだけの正転のために必要な両励磁コイル６３１、６３２、７３１、７３２の励磁状態の切替の繰り返し回数Ｎが算出され、設定される。しかる後、ステップＳ７〜Ｓ９のループで、Ｎ回の正転パターンでの両励磁コイル６３１、６３２、７３１、７３２への励磁電流の正負切替が行われ、バランスロータ６０１、７０１はホイール回転主軸２０１に対してθだけ正方向へ回動して、所定の位相角度に落ち着く。
【００５６】
逆に、θが１８０°以上である場合には、制御ロジックは傍流の処理ステップＳ１５にすすみ、ホイール回転主軸２０１に対してバランスロータ６０１、７０１を逆転させるべき角度θが設定される。そして次の処理ステップＳ１６で、四分の一ピッチずつ回動させて角度θだけの逆転のために必要な両励磁コイル６３１、６３２、７３１、７３２の励磁状態の切替の繰り返し回数Ｎが算出され、設定される。しかる後、ステップＳ１７〜Ｓ１９のループで、Ｎ回の逆転パターンでの両励磁コイル６３１、６３２、７３１、７３２への励磁電流の正負切替が行われ、バランスロータ６０１、７０１はホイール回転主軸２０１に対してθだけ逆方向へ回動して、所定の位相角度に落ち着く。
【００５７】
このようにして、両ユニット６００、７００のバランスロータ６０１、７０１がそれぞれ適正な位相角度にまで回動されると、ホイール回転主軸２０１にかかっていた静的アンバランスは両バランスロータ６０１、７０１によって相殺され、自動的に静的釣り合いが取られる。
【００５８】
（バランスデータが既に工具情報記憶部８５１に記憶されている時のバランス調整）
ステップＳ２０により、工具情報記憶部８５１からバランスデータとして記憶された角度θのデータを制御部８００に読み込み、これに基づき、処理ステップＳ５以降のステップによりバランス調整を同様に行なう。
【００５９】
（他の実施の形態）
上記示した実施の形態では、処理ステップＳ２からＳ４で複合加工機１に備えられた回転センサ２５０および変位センサ６８２からの信号を基に角度θのデータを演算しているが、複合加工機１の外部に備えた機外のツールバランサにより角度θのデータを演算することもできる。この場合は、複合加工機１側には変位センサ６８２は不要である。尚、回転センサ２５０は工具交換時の回転角合わせに使用する。
【００６０】
上記説明した本発明の実施の形態では、２つのバランスロータによりバランス調整を行なったが、これに限られず、ホイール回転主軸２０１回りのバランス調整できる構成であればよく、例えば、バランスウェイトの位置および位相調整によりバランス調整を行なうもの等であってもよい。
【００６１】
（本発明の実施の形態の効果）
本発明の実施の形態によれば、次のような効果を有する。
（１）初めて工具交換がされた時は、変位センサ６８２からの信号を基に角度θのデータを演算し、これに基づいてバランス調整が行なわれる。このバランス調整では、変位センサ６８２からの信号が所定の変位量または加速度以下に収束するまで制御動作が行われるので時間を要する。本発明の実施の形態では、バランスデータが既に工具情報記憶部８５１に記憶されている時には、上記のような時間を要するバランス調整制御が不要となる。従って、従来のように、工具交換毎にバランス調整を行う必要がないので、工具交換に伴う時間が短縮されるという効果を有する。
（２）本発明の実施の形態で示したような複合加工機等では、一般に工具交換の回数が多く、ワークのトータル加工時間の中で工具交換に伴う時間の割合が多い。従って、このような複合加工機等に本発明を適用すれば、ワークの加工時間が大幅に短縮できるという効果を有する。
（３）工具情報としてのバランスデータは、工具に固有のものであるので、初めて工具交換がされた時のに工具情報記憶部８５１に記憶されたバランスデータを使用することで、バランス調整の精度は高く維持され、これにより、ホイール回転主軸２０１にかかる振動が低減され工作機械の加工精度が向上すると共に、工具の寿命も延びるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、実施の形態に係る複合加工機の平面図である。
【図２】図２は、図１に示す複合加工機を手前側（図１の下側）から見た正面図である。
【図３】図３は、回転バランス調整装置を示す一部断面図である。
【図４】図４は、極板リング６２１の部分を詳細に示す一部斜視図である。
【図５】図５は、自動工具交換ユニット４００とホイール回転主軸ユニット２００の部分を正面から見た詳細図である。
【図６】図６は、自動工具交換後のバランス調整を行なう全体のシステム構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、バランス調整の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
１      複合加工機                  １０  ベッド
１００  ワーク支持駆動ユニット      １０１  主軸台ベース
１０２  主軸台スライドガイド        １０３  主軸台
１０４  主軸駆動モータ              １０５  主軸
２００  ホイール回転主軸ユニット    ２０１  ホイール回転主軸
２０２  トラクションドライブユニット
２０３  クランプ部
２５０  回転センサ
３００  多自由度リンク機構          ３０１  リンクヘッド
３０２  リニアガイドベース          ３０３  リンク
３０４  リニアガイド                ３０５  リンク駆動サーボモータ
３０６  ホイール回転主軸駆動モータ  ３０７  スライダ
３０８  ボールねじ
４００  自動工具交換ユニット        ４０２  ツールポッド
４０３  ツールタレット              ４０４  サーボモータ
４０５  ボールブッシュ              ４０６  結合部
４０７  溝部
５０１ａ  第１の加工ツール          ５０１ｂ  第２の加工ツール
６００  第１ユニット                ６０１  バランスロータ
６０２  極板ロータ                  ６０３  ステータ
６１１  本体部                      ６１２  バランスウェイト
６１３  軸受け                      ６１４  永久磁石
６２１  極板リング                  ６２２  突極
６２３  ケーシング
６３１  第１励磁コイル              ６３２  第２励磁コイル
６３３  コイルホルダ                ６３４  コイルケース
６８２  変位センサ
７００  第２ユニット
８００  制御部
８５０  記憶部
８５１  工具情報記憶部              ８５２  ＮＣプログラム記憶部
９００  入出力装置
【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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