(57)【要約】【課題】Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸をリニアモータでそれぞれ直線駆動し、Ｃ軸又は／及びＡ軸をダイレクトドライブモータで回転駆動する工作機械を提供する。【解決手段】ベッド１に対してＹ軸移動体３をＹ軸リニアモータ４により駆動し、このＹ軸移動体３に対してＸ軸移動体７をＸ軸リニアモータ６で駆動し、そのＸ軸移動体７に対してＺ軸移動体１０をＺ軸リニアモータ９で駆動する。更に、テーブル１２を支持するテーブル支持台１３は、軸受け１４、１５を介してベッド１に対して回転可能に枢支され、ベッド１に取り付けられたＡ軸用ＤＤモータ１６によりＡ軸回りに所定角度の範囲内で回転される。テーブル支持台１３にはＣ軸用ＤＤモータ１７を取り付け、このＣ軸用ＤＤモータ１７により前記テーブル１２をＣ軸回りに回転させる。【選択図】　　図１
2004130468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を装着する主軸部をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させる３軸駆動機構と、被加工物を保持する保持部をＣ軸又は／及びＡ軸回りに回転させる回転駆動機構とを備えた工作機械であって、前記３軸駆動機構はそれぞれリニアモータを駆動源とし、前記回転駆動機構はそれぞれダイレクトドライブモータを駆動源とすることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
ベッド上をリニアモータによりＹ軸方向に移動するＹ軸移動体と、このＹ軸移動体に対してリニアモータによりＸ軸方向に移動するＸ軸移動体と、このＸ軸移動体に対してリニアモータによりＺ軸方向に移動するＺ軸移動体とを備え、このＺ軸移動体には主軸部のスピンドルがＺ軸回りに回転可能に取り付けられ、前記ベッドには保持部の被加工物を保持するテーブルがダイレクトドライブモータによりＣ軸回りに回転可能に支持されてなることを特徴とする請求項１記載の工作機械。
【請求項３】
ベッド上をリニアモータによりＹ軸方向に移動するＹ軸移動体と、このＹ軸移動体に対してリニアモータによりＸ軸方向に移動するＸ軸移動体と、このＸ軸移動体に対してリニアモータによりＺ軸方向に移動するＺ軸移動体とを備え、このＺ軸移動体には主軸部のスピンドルがＺ軸回りに回転可能に取り付けられ、前記ベッドには保持部のテーブル支持台がダイレクトドライブモータによりＡ軸回りに回転可能に支持されてなることを特徴とする請求項１記載の工作機械。
【請求項４】
ベッド上をリニアモータによりＹ軸方向に移動するＹ軸移動体と、このＹ軸移動体に対してリニアモータによりＸ軸方向に移動するＸ軸移動体と、このＸ軸移動体に対してリニアモータによりＺ軸方向に移動するＺ軸移動体とを備え、このＺ軸移動体には主軸部のスピンドルがＺ軸回りに回転可能に取り付けられ、前記ベッドには保持部のテーブル支持台がダイレクトドライブモータによりＡ軸回りに回転可能に支持され、且つテーブル支持台に装着されるテーブルがダイレクトドライブモータによりＣ軸回りに回転可能に支持されてなることを特徴とする請求項１記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸移動機構と、Ｃ軸又は／及びＡ軸の軸回転機構とを備えた同時４軸或は５軸動作の工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の工作機械においては、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸移動機構はリニアモータによる駆動方式が採用されつつある。リニアモータによる駆動方式の場合には、従来のボールねじ駆動方式に比してモータ動力の伝達効力が高く、又ウォーム減速機等の減速機構が不要であり、動作の立ち上がりも早いといわれている（例えば、特許文献１参照）。
又、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸移動に加えて、例えば被加工物を保持するテーブルが回転する同時４軸動作の工作機械においては、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸移動機構はリニアモータによる駆動方式が採用され、テーブルの回転機構としては通常のモータ又はサーボモータ駆動方式が採用されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２６３９６０号公報
【特許文献２】
特開平１１−２１６６３３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のテーブル回転機構には減速機構（ウォーム減速機、遊星ギア減速機等）が含まれており、このため駆動系にバックラッシュやロストモーションが発生していた。一般にウォーム減速機等は動力伝達効率が悪く、同時４軸或は５軸動作をさせると、テーブル回転軸の動作立ち上がりが遅いため、工具を移動させる直線移動軸の動作立ち上がりもそれに合わせて遅くせざるを得なかった。これでは、３軸移動機構に動作立ち上がりの早いリニアモータ駆動方式を採用しても、その利点を充分に生かすことができない。このような事情から、３軸移動機構のリニアモータに対応させて、動作立ち上がりの早い回転軸駆動を組み合わせることが早期に解決すべき課題となっていた。
【０００５】
そこで、本発明は、減速機構を持たずにテーブル回転軸をダイレクトに駆動できるようにした回転軸駆動を、リニアモータによる３軸移動機構と組み合わせた同時４軸或は５軸動作の工作機械を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、テーブル回転軸駆動の駆動源としてダイレクトドライブモータ（以下、ＤＤモータと称することがある）を採用することで、上記目的を達成できることを見出して本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、本発明の請求項１は、工具を装着する主軸部をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させる３軸駆動機構と、被加工物を保持する保持部をＣ軸又は／及びＡ軸回りに回転させる回転駆動機構とを備えた工作機械であって、前記３軸駆動機構はそれぞれリニアモータを駆動源とし、前記回転駆動機構はそれぞれダイレクトドライブモータを駆動源とすることを特徴とする工作機械である。
【０００８】
又、本発明の請求項２は、請求項１の工作機械において、ベッド上をリニアモータによりＹ軸方向に移動するＹ軸移動体と、このＹ軸移動体に対してリニアモータによりＸ軸方向に移動するＸ軸移動体と、このＸ軸移動体に対してリニアモータによりＺ軸方向に移動するＺ軸移動体とを備え、このＺ軸移動体には主軸部のスピンドルがＺ軸回りに回転可能に取り付けられ、前記ベッドには保持部の被加工物を保持するテーブルがダイレクトドライブモータによりＣ軸回りに回転可能に支持されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
更に、本発明の請求項３は、請求項１の工作機械において、ベッド上をリニアモータによりＹ軸方向に移動するＹ軸移動体と、このＹ軸移動体に対してリニアモータによりＸ軸方向に移動するＸ軸移動体と、このＸ軸移動体に対してリニアモータによりＺ軸方向に移動するＺ軸移動体とを備え、このＺ軸移動体には主軸部のスピンドルがＺ軸回りに回転可能に取り付けられ、前記ベッドには保持部のテーブル支持台がダイレクトドライブモータによりＡ軸回りに回転可能に支持されてなることを特徴とするものである。
【００１０】
そして、本発明の請求項４は、請求項１の工作機械において、ベッド上をリニアモータによりＹ軸方向に移動するＹ軸移動体と、このＹ軸移動体に対してリニアモータによりＸ軸方向に移動するＸ軸移動体と、このＸ軸移動体に対してリニアモータによりＺ軸方向に移動するＺ軸移動体とを備え、このＺ軸移動体には主軸部のスピンドルがＺ軸回りに回転可能に取り付けられ、前記ベッドには保持部のテーブル支持台がダイレクトドライブモータによりＡ軸回りに回転可能に支持され、且つテーブル支持台に装着されたテーブルがダイレクトドライブモータによりＣ軸回りに回転可能に支持されてなることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの直線軸駆動はリニアモータにより行い、Ｃ軸又は／及びＡ軸のテーブル回転軸駆動は、減速機構が不要で動作の立ち上がりの早いＤＤモータにより行うため、同時４軸或は５軸動作をすべてダイレクト駆動により早く且つ円滑に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る工作機械の一実施形態を示す主要部の概略斜視図である。図１において、１はベッドであり、上面に一対の支持壁１ａがベッド１の長さ方向（Ｙ軸方向）に沿って平行に立設され、支持壁１ａで挟まれている中央部は凹所１ｂとなっている。又、支持壁１ａの上面部には一対のＹ軸ガイドレール２が敷設されている。
【００１３】
３はＹ軸移動体であり、下面部に係合片３ａが配設されて前記一対のＹ軸ガイドレール２に係合しており、側面部の下部には取付部３ｂが対設され、その内面側にリニアモータの移動子４ｂがそれぞれ取り付けられている。この移動子４ｂは、前記ベッド１の支持壁１ａ外面側にベッド１の長さ方向に沿って取り付けられたリニアモータの固定子４ａに所定の間隔をあけてそれぞれ対向しており、この固定子４ａと移動子４ｂとでＹ軸リニアモータ４が構成されている。
これにより、Ｙ軸移動体３は、側面部の下部に対設されたＹ軸リニアモータ４によってＹ軸方向に移動される。
【００１４】
又、Ｙ軸移動体３の前面における垂直面部には、一対のＸ軸ガイドレール５が敷設され、その間の部分にはリニアモータの固定子６ａがＸ軸ガイドレール５と平行に取り付けられている。
【００１５】
７は直方体状のＸ軸移動体であり、後面部に係合片７ａが配設されて前記一対のＸ軸ガイドレール５に係合しており、更に後面部のほぼ中央部にはリニアモータの移動子６ｂが取り付けられて前記Ｙ軸移動体３側の固定子６ａに所定の間隔をあけて対向しており、この固定子６ａと移動子６ｂとでＸ軸リニアモータ６が構成されている。これにより、Ｘ軸移動体７は、Ｘ軸リニアモータ６によってＸ軸方向に移動される。
【００１６】
更に、Ｘ軸移動体７の前面における垂直面部には、一対のＺ軸ガイドレール８が敷設され、その間の部分にはリニアモータの固定子９ａがＺ軸ガイドレール８と平行に取り付けられている。
【００１７】
１０は直方体状のＺ軸移動体であり、後面部に係合片１０ａが配設されて前記一対のＺ軸ガイドレール８に係合しており、更に後面部のほぼ中央部にはリニアモータの移動子９ｂが取り付けられて前記Ｘ軸移動体７側の固定子９ａに所定の間隔をあけて対向しており、この固定子９ａと移動子９ｂとでＺ軸リニアモータ９が構成されている。これにより、Ｚ軸移動体１０は、Ｚ軸リニアモータ９によってＺ軸方向に移動される。
【００１８】
又、Ｚ軸移動体１０の前面における垂直面部の下部には、主軸部１１が下向きに取り付けられ、この主軸部１１はＺ軸回りに回転するスピンドル１１ａを備え、その下端部に工具（図略）を装着する。
【００１９】
上記のような構成により、ベッド１に対してＹ軸移動体３がＹ軸リニアモータ４によりＹ軸方向に移動し、このＹ軸移動体３に対してＸ軸移動体７がＸ軸リニアモータ６によりＸ軸方向に移動し、このＸ軸移動体７に対してＺ軸移動体１０がＺ軸リニアモータ９によりＺ軸方向に移動することができる。従って、前記主軸部１１は、Ｘ、Ｙ、Ｚのいずれか１軸方向又は２軸方向或は同時３軸方向にそれぞれ所定量移動することにより被加工物（図略）に対する工具の位置決めを行うと共に、所定の加工を行うことができる。
【００２０】
尚、Ｙ軸駆動体３、Ｘ軸駆動体７、Ｚ軸駆動体１０はいずれも強度の強い軽量合金にて形成しておくと駆動源に負担が掛からず、且つ迅速に移動するので作業効率の面からも好ましい。
【００２１】
次に、被加工物を保持する保持部について説明する。図１に示すように、保持部は被加工物を保持するテーブル１２と、このテーブル１２を支持するテーブル支持台１３とを備えている。
【００２２】
テーブル支持台１３は、基台１３ａとこの基台１３ａの両側部に立設された一対の取付部１３ｂ、１３ｃを有し、一方の取付部１３ｂの外側面上部に水平軸１３ｄの一端が固定され、他端はベッド１の支持壁１ａに取り付けられた軸受け１４に軸回転可能に枢支されている。更に、テーブル支持台１３の他方の取付部１３ｃの外面側上部に水平軸１３ｅの一端が固定され、他端はベッド１のもう一方の支持壁１ａに取り付けられた軸受け１５に軸回転可能に枢支されている。両側の水平軸１３ｅと１３ｄとは、同一軸即ち同一直線上に位置するようにしてある。
【００２３】
１６は軸受け１５側の支持壁外面に取り付けられたＡ軸用ＤＤモータであり、この回転駆動軸（図略）と軸受け１５を嵌通する水平軸１３ｅとが直結されて同一軸になっている。尚、Ａ軸用ＤＤモータ１６の回転駆動軸と水平軸１３ｅとは、同一軸で兼ねるように構成してもよい。
【００２４】
これにより、Ａ軸用ＤＤモータ１６を駆動すると、Ａ軸回りにテーブル支持台１３を時計方向又は反時計方向に所定角度回転させることができる。図２（ａ）〜（ｃ）はテーブル支持台１３の回転例を示すもので、例えば（ａ）は時計方向に４０°（＋４０°）、（ｂ）は反時計方向に９０°（−９０°）、（ｃ）は反時計方向に１１０°（−１１０°）回転させた状態を示している。角度回転は例えば＋１１０°〜−１１０°の範囲内で任意に設定することが可能である。
【００２５】
Ａ軸用ＤＤモータ１６の場合には、通常のモータとは異なり回転駆動軸の回転力をそのままテーブル支持台１３に伝達できるため、プーリ等の伝達部材を介在させる必要がなく、又減速機構も不要であることから通常のモータより動作の立ち上がりが極めて早い特徴を有する。
【００２６】
又、テーブル支持台１３の基台１３ａ上にはＣ軸用ＤＤモータ１７が固定され、その上にテーブル１２が装着されている。このテーブル１２の下面中央部には回転軸（図略）が取り付けられると共に、Ｃ軸用ＤＤモータ１７の回転駆動軸（図略）とが直結されて同一軸になっている。尚、Ｃ軸用ＤＤモータ１７の回転駆動軸とテーブル１２の回転軸とは、同一軸で兼ねるように構成してもよい。
【００２７】
これにより、Ｃ軸用ＤＤモータ１７を駆動すると、Ｃ軸回りにテーブル１２を回転させることができる。前記テーブル支持台１３の角度回転が０°の状態でテーブル１２のみをＣ軸回りに回転させるほか、テーブル支持台１３の任意の角度回転と同時にテーブル１２をＣ軸回りに回転させることができる。更に、テーブル１２を非回転の状態にして前記のようにテーブル支持台１３のみ任意の角度回転を行うこともできる。
【００２８】
Ｃ軸用ＤＤモータ１７の場合には、上記Ａ軸用ＤＤモータ１６と同様に回転駆動軸の回転力をそのままテーブル１２に伝達できるため、通常のモータとは異なってプーリ等の伝達部材を介在させる必要がなく、又減速機構も不要であることから動作の立ち上がりが極めて早い。
【００２９】
尚、テーブル支持台１３及びテーブル１２は、強度の強い軽量合金で形成しておくと駆動源に負担が掛からず、且つ迅速に動くため作業効率の面からも好ましい。
【００３０】
このように構成された工作機械は、図示を省略した自動工具交換装置を搭載しており、１２本程度の工具を収納した工具収納部から前記主軸部１１のスピンドル１１ａに対して工具をダイレクト方式により自動交換できるようにしてある。
【００３１】
被加工物を加工するには、前記テーブル１２上に被加工物（図略）を固定し、図示を省略した制御盤のＮＣ制御（プログラム）に基づいて各種加工を行うことができる。制御盤からの移動指令信号により、通常は前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３つのリニアモータ６、４、９を同期駆動し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３つの移動体７、３、１０を同時にそれぞれ各方向に動かすことでテーブル１２上の被加工物に対してスピンドル１１ａに装着された工具の位置決めを行う。
【００３２】
更に、移動指令信号によっては、前記Ａ軸、Ｃ軸の２つのＤＤモータ１６、１７を同期駆動し、テーブル支持台１３をＡ軸回りに所定の角度で回転させると共に、テーブル１２をＣ軸回りに回転させる。この際、ＤＤモータ１６、１７は動作の立ち上がりが早いため、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸直線駆動と同時に或はその３軸直線駆動の直後に２軸回転駆動を速やかに行うことができる。Ｃ軸又は／及びＡ軸回転は、被加工物の側面部の加工の際に役立つ。
【００３３】
加工の種類又は加工の部位によっては、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸移動と、Ａ軸又はＣ軸回転との４軸の組み合わせによる場合と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸移動と、Ａ軸及びＣ軸回転との５軸の組み合わせによる場合とがある。更に又、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸移動のみで、Ａ軸又はＣ軸回転の加わらない場合もある。
【００３４】
そして、工具による加工は、上記の位置決めと同時に或は位置決め直後に加工指令信号によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸直線駆動のうちいずれか１軸又は２軸の組み合わせにより、所定の部位に穴あけ又は切削等が行われる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る請求項１の発明によれば、工具を装着する主軸部をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させる３軸駆動機構と、被加工物を保持する保持部をＣ軸又は／及びＡ軸回りに回転させる回転駆動機構とを備えた工作機械であって、前記３軸駆動機構はそれぞれリニアモータを駆動源とし、前記回転駆動機構はそれぞれダイレクトドライブモータを駆動源とする構成であるから、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直線軸駆動とＣ軸又は／及びＡ軸回りの回転軸駆動を全てダイレクト駆動により動作の立ち上がりを早く行うことができ、且つ回転軸駆動でプーリ等の伝導部材や減速機構等が不要になる効果を奏する。
【００３６】
又、本発明に係る請求項２の発明によれば、請求項１の工作機械において、ベッド上をリニアモータによりＹ軸方向に移動するＹ軸移動体と、このＹ軸移動体に対してリニアモータによりＸ軸方向に移動するＸ軸移動体と、このＸ軸移動体に対してリニアモータによりＺ軸方向に移動するＺ軸移動体とを備え、このＺ軸移動体には主軸部のスピンドルがＺ軸回りに回転可能に取り付けられ、前記ベッドには保持部の被加工物を保持するテーブルがダイレクトドライブモータによりＣ軸回りに回転可能に支持されてなるので、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直線３軸駆動とＣ軸回りの回転１軸駆動をダイレクト駆動により動作の立ち上がりを早く行うことができ、且つＣ軸回転駆動でプーリ等の伝導部材や減速機構等が不要になる効果を奏する。
【００３７】
更に、本発明に係る請求項３の発明によれば、請求項１の工作機械において、ベッド上をリニアモータによりＹ軸方向に移動するＹ軸移動体と、このＹ軸移動体に対してリニアモータによりＸ軸方向に移動するＸ軸移動体と、このＸ軸移動体に対してリニアモータによりＺ軸方向に移動するＺ軸移動体とを備え、このＺ軸移動体には主軸部のスピンドルがＺ軸回りに回転可能に取り付けられ、前記ベッドには保持部のテーブル支持台がダイレクトドライブモータによりＡ軸回りに回転可能に支持されてなるので、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直線３軸駆動とＡ軸回りの回転１軸駆動をダイレクト駆動により動作の立ち上がりを早く行うことができ、且つＡ軸回転駆動でプーリ等の伝導部材や減速機構等が不要になる効果を奏する。
【００３８】
そして、本発明に係る請求項４の発明によれば、請求項１の工作機械において、ベッド上をリニアモータによりＹ軸方向に移動するＹ軸移動体と、このＹ軸移動体に対してリニアモータによりＸ軸方向に移動するＸ軸移動体と、このＸ軸移動体に対してリニアモータによりＺ軸方向に移動するＺ軸移動体とを備え、このＺ軸移動体には主軸部のスピンドルがＺ軸回りに回転可能に取り付けられ、前記ベッドには保持部のテーブル支持台がダイレクトドライブモータによりＡ軸回りに回転可能に支持され、且つ被加工物を保持するテーブルがダイレクトドライブモータによりＣ軸回りに回転可能に支持されてなるので、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直線３軸駆動とＣ軸及びＡ軸回りの回転２軸駆動をダイレクト駆動により動作の立ち上がりを早く行うことができ、且つＣ軸及びＡ軸回転駆動でプーリ等の伝導部材や減速機構等が不要になる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工作機械の実施形態を示す主要部の概略斜視図である。
【図２】本発明に係る工作機械の実施形態におけるテーブル支持台のＡ軸回転状態を示すもので、（ａ）は時計方向に４０°、（ｂ）は反時計方向に９０°、（ｃ）は反時計方向に１１０°それぞれ回転した説明図である。
【符号の説明】
１…ベッド
２…Ｙ軸ガイドレール
３…Ｙ軸移動体
４…Ｙ軸リニアモータ
５…Ｘ軸ガイドレール
６…Ｘ軸リニアモータ
７…Ｘ軸移動体
８…Ｚ軸ガイドレール
９…Ｚ軸リニアモータ
１０…Ｚ軸移動体
１１…主軸部
１２…テーブル
１３…テーブル支持台
１４、１５…軸受け
１６…Ａ軸用ＤＤモータ
１７…Ｃ軸用ＤＤモータ
【図１】
2004130468.tif 000003
【図２】
2004130468.tif 000004