(57)【要約】【課題】可動軸がリニアモータで駆動される工作機械において、動作中でないときにかかる外力により可動軸が移動するのを防止する。【解決手段】各リニアモータと並列に制動装置を設ける。リニアモータの非励磁中には（Ｓ１）、制動装置をオンとして可動軸をロックする（Ｓ４）。リニアモータが励磁され、マシンニング信号がオフの非加工動作中で（Ｓ２）、手動送り指令がないときは（Ｓ３）、制動装置をオンとして可動軸をロックする（Ｓ４）。モータが励磁していても、加工動作中でなく手動送り指令がないときには、可動軸がロックされる。モータが励磁されて停止中に、制動装置の制動力が加わることで、リニアモータの位置を保とうとする力以上の大きな外力に抗することが可能となる。特別大きな出力のリニアモータやアンプを必要とせず、必要な力に相応したリニアモータ、アンプを用いることができ安価に構成できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアモータによって可動軸を駆動し、該可動軸に制動装置を備えた工作機械において、前記リニアモータが励磁中であり、非加工中で、かつ、前記可動軸への動作指令がなく停止中に前記制動装置を作動させることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記制動装置は、前記可動軸を制動している状態において前記可動軸が所定量だけ移動できるよう、あそびを設けて設置されることを特徴とする工作機械。
【請求項３】
前記制動装置は、可動軸と並行に設置されたシャフトに摩擦体を押し当てることにより制動を行なうものであって、前記シャフトの固定端に所定量のあそびを設けて設置されることを特徴とした請求項２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記工作機械はワイヤ放電加工機であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動軸がリニアモータで駆動される工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械やワイヤ放電加工機においては、可動軸を駆動する駆動源を回転型のモータとしている。サーボモータの回転運動をボールネジ／ナット機構等の回転運動を直線運動に変換する変換機構を介して、可動軸を直線移動させる方式が一般的に採用されている。  
近年、直動型のリニアモータを送り軸の駆動源に用いた工作機械も実用化されている。
【０００３】
例えば、ワイヤカット放電加工機の送り軸の駆動源にリニアモータを用いたものは、特許文献１〜３で公知である。又、工作機械の送り軸の駆動にリニアモータを用いたものも特許文献４で公知である。この特許文献４には、緊急停止スイッチが作動されたとき或いは電源に故障があるときに、制動装置を駆動してリニアモータで駆動される可動軸（スライド）を制動して固定するようにすることも記載されている。また、特許文献５に記載されているように、放電加工機において、非励磁中にブレーキを作動させることによって、非励磁中の可動軸の移動を防止することが従来から広く行なわれている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２２６２２５号公報
【特許文献２】特開昭６３−２６２６号公報
【特許文献３】特開平８−３１８４３３号公報
【特許文献４】特開平６−２９７２８６号公報
【特許文献５】特開２０００−２２５５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
可動軸に該可動軸を駆動するモータ以外から外力が作用する場合、この外力がモータに作用してモータに過負荷がかかり、この外力によってモータが移動してしまう場合がある。回転型のサーボモータ等で可動軸を駆動する従来の一般的な工作機械等においては、上述したようにボールネジ／ナット機構のような回転運動を直線運動に変換する機構が可動軸とモータ間に介在し、かつ、この変換機構内にはバックラッシやバネ要素等を包含していることから、可動軸に外力が作用しても、この変換機構内のバックラッシやバネ要素等によって、その外力の作用を吸収し、モータに外力が作用する影響は少ない。  
しかし、可動軸の駆動源にリニアモータを用いた場合、ボールネジ／ナット機構等の変換機構がないことから、より高速で、高応答な軸送りが可能となる反面、可動軸に外力が作用したとき、その外力が直接リニアモータに作用することになる。  
工作機械のテーブルに被加工物を取り付けるときなど、可動軸のテーブルに大きな外力がかかる場合があり、この外力が直接リニアモータに作用する場合がある。  
特に、ワイヤ放電加工機の場合、実際に被加工物を加工する時の軸送りに必要な力より、被加工物を被加工物置き台に置く際などに加えられる外力の方が大きい場合がある。
【０００６】
そのため、実際の加工時の軸送りに必要な力をもとにリニアモータの選定を行なうと、リニアモータ励磁中に前述のような大きな外力が加わった場合、リニアモータが過負荷となったり、可動軸が移動してしまうことがある。  
これを防ぐためには、想定される外力に合せてリニアモータ及びそのリニアモータを駆動するアンプを選定する必要がある。  
通常、リニアモータに限らず一般的な装置は、その定格付近で使用するのが、もっとも制御性が良く、効率的である。しかし、想定される外力に合せて選定を行なうと、実際の加工時の軸送りに必要な力に比べて大きな力を発生させるリニアモータ及びそのリニアモータを駆動するアンプを選定せざるを得なくなるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、実際の加工時の軸送りに必要な力に相応したリニアモータ、及びそのリニアモータを駆動するアンプを選定したうえで、想定される外力による不具合を防止することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、リニアモータによって可動軸を駆動し、該可動軸に制動装置を備えた工作機械において、前記リニアモータが励磁中であり、非加工中で、かつ、前記可動軸への動作指令がなく停止中に前記制動装置を作動させることによって、可動軸が停止中に外力によって移動することを防止したものである。特に、前記制動装置を、可動軸を制動している状態において可動軸が所定量だけ移動できるよう、あそびを設けたものとすることによって、リニアモータの励磁中で、制動装置が作動しているときに過電流が流れることを防止した。制動装置を、可動軸と並行に設置されたシャフトに摩擦体を押し当てることにより制動を行なうもので構成し、前記シャフトの固定端に所定量のあそびを設けるようにした。また、特にワイヤ放電加工機に本発明を適用した。
【発明の効果】
【０００９】
リニアモータが励磁中でも、非加工中で、停止中の可動軸に対しては、制動装置が作動して該可動軸を制動しロックしているから、外力が作動しても該可動軸は移動せず安全である。又、過大な負荷がこの可動軸を駆動するリニアモータにもかからないので、リニアモータを必要以上の大出力のものを必要とせず、加工時の軸送りに必要な力に相応したリニアモータ及びアンプを用いればよく、安価に構成することができる。又、制動装置にあそびを設けることによって、可動軸を制動している際に過電流がリニアモータに流れることを防止している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した一実施形態として、工作機械がワイヤ放電加工機の例で以下説明する。特に、ワイヤ放電加工機では、加工中に軸送り装置に大きな外力が加わる可能性は低く、大きな外力が加わる可能性が高いのは、被加工物を被加工物置き台に設置するなどの加工準備中である。この加工準備中に大きな外力が作用してリニアモータに過負荷がかかることを防止するようにしたものである。
【００１１】
図１は、本実施形態のワイヤ放電加工機の概要図である。  
ワイヤ放電加工機のベッド３には、直線移動ガイド３１を介してサドル４が、図中紙面垂直方向に移動可能に取り付けられている。なお、このサドル４の移動方向をＸ軸方向とし、このサドル４をＸ軸の可動軸という。又、該サドル４には直線移動ガイド３２を介してテーブル５が図中左右方向に移動可能に取り付けられている。このテーブル５のサドル４に対するテーブル５の移動方向をＹ軸方向、テーブル５をＹ軸の可動軸という。テーブル５には被加工物置き台２が設けられ、該被加工物置き台２には、被加工物１が取り付けられるようになっている。なお、図１ではテーブル５に加工槽が取り付けられており、該加工槽内に被加工物置き台２が配置され、加工槽内の加工液中に被加工物１が配置されるようになっている。
【００１２】
又、ベッド３には、コラム６が立設され、該コラム６の上端には直線移動ガイド３３を介してＵＶサドル７が図中左右方向に移動可能に取り付けられている。このＵＶサドル７の移動方向をＶ軸方向、ＵＶサドル７をＶ軸の可動軸という。又、ＵＶサドル７には、直線移動ガイド３４を介してＵＶテーブル８が、図中紙面垂直方向に移動可能に取り付けられている。このＵＶテーブル８の移動方向をＵ軸方向、ＵＶテーブル８をＵ軸の可動軸という。又、ＵＶテーブル８には、ワイヤ電極供給部が設けられ、ワイヤ４０はワイヤガイド等を介して被加工物１との加工部に供給され、ワイヤ回収箱９に回収されるようになっている。
【００１３】
ベッド３とサドル４との間には、サドル４をＸ軸方向に駆動するＸ軸のリニアモータ１１、サドル４とテーブル５との間にはテーブル５をＹ軸方向に駆動するＹ軸のリニアモータ１２、コラム６とＵＶサドル７との間にはＵＶサドル７をＶ軸方向に駆動するＶ軸のリニアモータ１３、ＵＶサドル７とＵＶテーブル８との間にはＵＶテーブル８をＵ軸方向に駆動するＵ軸のリニアモータ１４が配置されると共に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｖ軸、Ｕ軸用の各制動装置２１、２２、２３、２４が配置されている。図１では、ベッド３とサドル４との間に設けられたＸ軸用の制動装置２１、及びＵＶサドル７とＵＶテーブル８との間に配置されたＵ軸用の制動装置２４のみを示し、Ｙ軸用の制動装置２２，Ｖ軸用の制動装置２３については、図１では図示していない。なお、図１中、符号１１１は、リニアモータ１１を構成する永久磁石であり、ベッド３に固定されている。又、符号１１２はリニアモータ１１を構成する電磁石であり、サドル４に固定されている。他のリニアモータ１２，１３，１４も同様であって、永久磁石と電磁石が所定間隙をもって対向し、相対移動する部材の一方に永久磁石が、他方に電磁石が取り付けられている。
【００１４】
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｖ軸、Ｕ軸用のリニアモータ１１，１２，１３，１４と並列にＸ軸、Ｙ軸、Ｖ軸、Ｕ軸用の制動装置２１，２２，２３，２４それぞれが設けられ、各リニアモータ１１，１２，１３，１４で駆動される可動軸の移動に対して制動をかけるように構成されている。  
図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図であり、各制動装置の構成をベッド３とサドル４間に設けた制動装置２１を例にとって説明する。  
ベッド３には、サドル４の移動方向の両端に制動装置２１の固定端２１１が取り付けられ、該両固定端２１１間には、サドル４の移動方向（Ｘ軸方向）と平行にシャフト２１３が取り付けられている。固定端２１１とシャフト２１３との連結部の拡大図を、図２の（ａ）に示す。シャフト２１３は固定端２１１に設けられた穴２１１ａに挿入され保持されているが、シャフトの端面と固定端２１１の穴２１１ａの底面との間はあそびδ１が存在するように形成され、かつ穴２１１ａの周面とシャフト２１３の外周面間にもあそびδ２が存在するように形成されてシャフト２１３は、両固定端２１１に保持されている。
【００１５】
サドル４には制動装置２１を構成する把持装置２１２が取り付けられ、該把持装置２１２は、圧縮空気の供給又は遮断を制御することによって、摩擦体をシャフト２１３に押し当て把持して、サドル４のベッド３に対する相対移動を制動するようになっている。制動装置２１が作動し、把持装置２１２がシャフト２１３を把持した際、シャフト２１３は固定端２１１であそびδ１，δ２をもって保持されているから、可動軸のサドル４は僅か所定量の範囲内で移動可能であり、リニアモータ１１は完全に拘束されず、安定した位置に停止し、リニアモータ１１に過電流が流れることを防止している。
【００１６】
以上の構成によって、ワイヤ４０を供給部から放電加工部に供給しワイヤ回収箱９に回収するようにワイヤを走行させ、かつ、ワイヤ４０と被加工物１間に電圧を印加し、加工プログラム等に基づいて、Ｘ軸、Ｙ軸用のリニアモータ１１，１２を駆動することによって、テーブル５及び被加工物１を直交するＸ軸、Ｙ軸方向に駆動し、ワイヤ４０により被加工物１を放電加工する。さらには、Ｖ軸、Ｕ軸リニアモータ１３，１４を駆動してＵＶテーブル８を直交するＶ軸、Ｕ軸方向に移動させて、ワイヤ４０を傾け、被加工物１に対してテーパ加工を行う。
【００１７】
ワイヤ放電加工機の電源をオフとした場合、リニアモータ１１，１２，１３，１４の励磁が断たれる。テーブル５やＵＶテーブル８等の可動軸は、直線移動ガイド３１，３２，３３，３４で保持ガイドされているが、リニアモータの励磁が解かれていることから、これら可動軸５，８に外力が加わったとき、その外力に抵抗する力がほとんどなく、自由に移動することになり危険である。そのため、従来技術と同様に、リニアモータ１１，１２，１３，１４が非励磁のときには、制動装置を作動させて可動軸の移動を防止する。
【００１８】
本実施形態においては、リニアモータ１１，１２，１３，１４が励磁中でも、非加工中で、かつ、可動軸が停止中にも制動装置２１〜２４を動作させることによって、外力が可動軸に作用しリニアモータ１１〜１４に過負荷がかからないようにしている。  
被加工物１を被加工物置き台２に取り付ける作業等の加工準備等を行なう際に、リニアモータ１１，１２，１３，１４の位置を保とうとする力に、制御装置２１〜２４の制動力が加わることで、リニアモータ１１，１２，１３，１４の位置を保とうとする力以上の外力に抗することができる。
さらに、リニアモータ１１，１２，１３，１４が励磁中に制動装置を作動させてロックすると、リニアモータ１１，１２，１３，１４が安定した位置に移動しようとしてリニアモータに過電流が流れる恐れがある。そのために、本実施形態では、制動装置のシャフト２１３を固定端２１１でギャップδ１，δ２をもって保持するようにして、制動装置が作動しても、所定量の範囲内で相対移動できるように構成して、リニアモータを完全に拘束しないので、リニアモータに過電流が流れることを防止している。
【００１９】
図３は、この実施形態のワイヤ放電加工機を制御する制御装置の要部ブロック図である。ワイヤ放電加工機を制御する数値制御装置等で構成される制御装置５０は、プロセッサ５１と該プロセッサ５１にバス５８で結合されている、ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなるメモリ５２，表示器５３，手動送り等を指令するスイッチなどのキーボード等で構成される入力手段５４、加工プログラム等を外部記憶媒体から入力又は出力するインターフェース５５、各軸制御回路５６、入出力回路５７等で構成されている。
【００２０】
軸制御回路５６は、被加工物１が取り付けられるテーブル５を直交するＸ軸、Ｙ軸方向に駆動するリニアモータ１１，１２、ＵＶテーブル８を直交するＶ軸，Ｕ軸方向に移動させるリニアモータ１３，１４を制御するもので、各リニアモータの位置、速度、電流のフィードバック制御手段等を備える。この各軸制御回路５６には、各モータのアンプ５９を介して各リニアモータ１１，１２，１３，１４が接続されている。なお各リニアモータには位置・速度検出器が取り付けられ、位置、速度をそれぞれの軸制御回路にフィードバックするように構成されているが、この図３では省略している。又、図３ではアンプとリニアモータは１つのみ図示している。
【００２１】
又、入出力回路５７には、ワイヤ放電加工機のワイヤ４０と被加工物１間に電圧を印加して放電を生じせしめるための電源回路６０，ワイヤ４０を供給するワイヤ電極供給装置６１、制動装置２１〜２４、さらには、その他の周辺機器、スイッチ、センサ等に接続されている。
【００２２】
上述したワイヤ放電加工機の制御装置５０の構成は、従来から公知のワイヤ放電加工機の制御装置の構成とほぼ同一であり、入出力回路５７に制動装置２１〜２４が接続されている。
【００２３】
この制御装置５０によって、加工プログラムに基づいて、プロセッサ５１は、入出力回路５７を介して、電源回路６０を駆動してワイヤ４０と被加工物１の間に電圧を印加させながら、かつ、ワイヤ電極供給装置６１を駆動しワイヤを走行させ、さらに、各軸制御回路５６に各リニアモータへの移動指令を出力して、各リニアモータの位置、速度、電流を制御しながら、被加工物１に対して放電加工を行う。以上の点は、従来のワイヤ放電加工機と同一の動作である。
【００２４】
本実施形態は、制動装置２１〜２４の制御に特徴を有するものであり、この制動装置２１〜２４の制御処理を図４に示すフローチャートと共に説明する。
【００２５】
プロセッサ５１は、リニアモータ１１〜１４を励磁する励磁信号がオンか判断し（ステップＳ１）、励磁信号がオフで、リニアモータ１１〜１４が動作可能状態でない場合、すなわち、ワイヤ放電加工機が動作可能状態になっていない場合では、ステップＳ４に移行し、全ての制動装置２１〜２４をオンとし、各可動軸をロックし、当該処理周期の処理を終了する。すなわち、制動装置２１の作動で、サドル４はベッド３に対してロックされ相対移動ができないようにされ、又、制動装置２２の作動でテーブル５は、サドル４に対して相対移動ができないようにロックされ、ＵＶサドル７は制動装置２３の作動でコラム６に対して相対移動ができないようにロックされ、ＵＶテーブル８は、制動装置２４の作動によってＵＶサドル７に対して相対移動ができないようにロックされる。
【００２６】
一方、励磁信号がオンであるときには（ステップＳ１）、ワイヤ放電加工機の加工中を示すマシニング信号がオンか（ステップＳ２）、ジョグ送り指令やステップ送り指令等の手動送り指令がオンか判断し（ステップＳ３）、いずれもオンでないときは、上述したように各制動装置２１〜２４を作動させ（ステップＳ４）、各可動軸（サドル４、テーブル５、ＵＶサドル７、ＵＶテーブル８）をロックする。この場合、各リニアモータ１１〜１４は励磁されているが、各可動軸がロックされていることから、可動軸に外力が作用しても、可動軸を駆動するリニアモータに過負荷がかかることはない。又、前述したように、各制動装置２１〜２４のシャフト２１３は、その固定端２１１であそびをもって保持されていることから、各リニアモータ１１〜１４の永久磁石１１１と電磁石１１２は、安定した位置に保持され、各可動軸（サドル４、テーブル５、ＵＶサドル７、ＵＶテーブル８）は保持されることになり、リニアモータ１１〜１４に過大電流が流れることはない。
【００２７】
一方、加工中を示すマシニング信号がオンで加工中のときには（ステップＳ２）、制動装置２１〜２４をオフとして、制動を解除し、各可動軸の移動を可能とする（ステップＳ６）。さらに、マシニング信号はオフで非加工中のときにおいても、可動軸の移動をさせるとき、制動装置の制動を解除する。すなわち、オペレータが、入力手段５４より、軸選択スイッチを選択して手動送り軸を選択し、かつ、ジョグ送りスイッチやステップ送りスイッチを操作され、ジョグ送り指令やステップ送り指令等の手動送り指令をオンとすると（ステップＳ３）、選択された軸の制動装置２１〜２４をオフとし制動を解除して、その可動軸（サドル４、テーブル５、ＵＶサドル７、ＵＶテーブル８）のみを移動可能とし、他の停止中の可動軸の制動装置はオン状態を保持する（ステップＳ５）。  
例えば、Ｘ軸が選択され、ジョグ送りスイッチが操作されると、Ｘ軸用の制動装置２１がオフとなり、制動が解除され、サドル４はベッド３に対して自由に移動可能となり、ジョグ送りスイッチの操作で、リニアモータ１１が駆動されて、サドル４及びテーブル５はＸ軸方向に移動することになる。このとき、他の可動軸の制動装置はオンの状態で可動軸をロックしているから、誤って、他の可動軸に力を加えても他の可動軸の移動は生じない。
また、いずれか一つ、またはそれ以上の数の軸を移動させている最中に、被加工物１を被加工物置き台２に取り付ける等の作業を行なうことは殆ど無いので、例えば、ジョグ送りスイッチが操作されることにより、全軸の制御装置をオフしてもかまわない。
【００２８】
上述した実施形態では、本発明をワイヤ放電加工機に適用した例を説明したが、ワイヤ放電加工機以外の可動軸がリニアモータで駆動される他の工作機械にも本発明は適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明をワイヤ放電加工機に適用したときの一実施形態の概要図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】同実施形態におけるワイヤ放電加工機を制御する制御装置の要部ブロック図である。
【図４】同実施形態における制動装置の制御アルゴリズムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
１  被加工物
２  被加工物置き台
３  ベッド
４  サドル
５  テーブル
６  コラム
７  ＵＶサドル
８  ＵＶテーブル
９  ワイヤ回収箱
１１〜１４  リニアモータ
２１〜２４  制動装置
３１〜３４  直線移動ガイド
４０  ワイヤ
５０  制御装置
１１１  永久磁石
１１２  電磁石
２１１  固定端
２１２  把持装置
２１３  シャフト
【図１】
2007216316.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007216316.tif 000005
【図４】
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