(57)【要約】【課題】加工負荷に対する可動部の剛性を向上できる旋回可能な可動部を備えた工作機械を提供する。【解決手段】直線移動可能な第１の移動体１７と、第１の移動体に旋回可能に支持された主軸頭１８と、第１の移動体の移動方向と平行な方向に移動可能な第２の移動体３６と、主軸頭を第１の移動体に旋回可能に支持する第１回転ジョイント３３と、主軸頭に回動可能に支持された第２回転ジョイント４５と、第２回転ジョイントと第２の移動体とを連結する連結機構４７とを備え、第１回転ジョイントと第２回転ジョイントとを結ぶ線Ｌ１を主軸軸線ＡＬに対して４５°傾斜させた。【選択図】図２
2009142971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線移動可能な第１の移動体と、
該第１の移動体を移動させる第１の駆動手段と、
主軸を回転可能に軸承し前記第１の移動体に旋回可能に支持される主軸頭と、
前記第１の移動体に第１の移動体の移動方向と平行な方向に移動可能に支持された第２の移動体と、
該第２の移動体を移動させる第２の駆動手段と、
前記主軸頭を前記第１の移動体に旋回可能に支持する第１回転ジョイントと、
前記主軸頭に回動可能に支持された第２回転ジョイントと、
該第２回転ジョイントと前記第２の移動体とを作動的に連結し、前記主軸頭の旋回に伴う前記第２回転ジョイントの円弧運動のうち前記第２の移動体の移動方向と垂直な成分を吸収可能な連結機構とを備え、
前記第１回転ジョイントと第２回転ジョイントとを結ぶ線を前記主軸の回転軸線に対し４５°傾斜させたことを特徴とする旋回可能な可動部を備えた工作機械。
【請求項２】
直線移動可能な第１の移動体と、
該第１の移動体を移動させる第１の駆動手段と、
前記第１の移動体に旋回可能に支持されテーブル面にワークを取付けるテーブルと、
前記第１の移動体に第１の移動体の移動方向と平行な方向に移動可能に支持された第２の移動体と、
該第２の移動体を移動させる第２の駆動手段と、
前記テーブルを前記第１の移動体に旋回可能に支持する第１回転ジョイントと、
前記テーブルに回動可能に支持された第２回転ジョイントと、
該第２回転ジョイントと前記第２の移動体とを作動的に連結し、前記テーブルの旋回に伴う前記第２回転ジョイントの円弧運動のうち前記第２の移動体の移動方向と垂直な成分を吸収可能な連結機構とを備え、
前記第１回転ジョイントと第２回転ジョイントとを結ぶ線を前記テーブル面に垂直な線に対し４５°傾斜させたことを特徴とする旋回可能な可動部を備えた工作機械。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記第１回転ジョイントを、前記主軸頭または前記テーブルの重心位置付近に配置したことを特徴とする旋回可能な可動部を備えた工作機械。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか１項において、前記連結機構は、前記第２の移動体に第２の移動体の移動方向と直交する方向に移動可能に支持されたスライド体を有することを特徴とする旋回可能な可動部を備えた工作機械。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３の何れか１項において、前記連結機構は、前記第２の移動体に一端を連結され、他端を前記第２回転ジョイントに連結されたリンク部材を有することを特徴とする旋回可能な可動部を備えた工作機械。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５の何れか１項において、前記主軸頭または前記テーブルが、前記主軸の回転軸線または前記テーブル面に垂直な線が鉛直となる角度と水平となる角度との間で９０°旋回可能であることを特徴とする旋回可能な可動部を備えた工作機械。
【請求項７】
請求項４または請求項６において、第１の移動体は上下方向に移動可能に案内され、前記スライド体は前記第２の移動体に水平方向に移動可能に案内されていることを特徴とする旋回可能な可動部を備えた工作機械。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７の何れか１項において、前記第２の駆動手段は、サーボモータと、該サーボモータに連結され前記第２の移動体の移動量を検出する第１のエンコーダを含み、前記主軸頭または前記テーブルの旋回中心部に前記主軸頭または前記テーブルの旋回角を検出する第２のエンコーダを取付け、該第２のエンコーダによって検出される主軸頭旋回角またはテーブル旋回角と前記第１のエンコーダによって検出される第２の移動体移動量との関係を直線近似することによって、前記第２のエンコーダによって検出された出力に基づいて前記サーボモータをフィードバック制御するようにしたことを特徴とする旋回可能な可動部を備えた工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋回可能な可動部を備えた工作機械に関するもので、特に、加工負荷に対する可動部の剛性を向上できるようにした工作機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタにおいて、旋回可能な主軸頭を有する工作機械として、例えば、特許文献１に記載されたような工作機械が知られている。特許文献１に記載の工作機械は、主軸頭支持ベース部材（１）に、主軸（９）を有する主軸頭（７）を保持した主軸頭保持部材（５）が支持軸（３）を中心にして旋回可能に支持されている。一方、主軸頭支持ベース部材には、直線ガイド部（１３）が、旋回によって主軸頭保持部材の端部が描く円弧の弦の方向に形成され、この直線ガイド部（１３）に横スライダ（１５）が往復直線移動可能に係合されている。横スライダには、縦スライダ（２１）が直線ガイド部（１３）と直交する直線ガイド部（１９）に往復直線移動可能に案内され、縦スライダに主軸頭保持部材（５）の上端部が連結軸（２３）によって枢動可能に連結されている。
【０００３】
このように、特許文献１に記載の工作機械においては、直線ガイド部（１３）に係合する横スライダ（１５）に、直線ガイド部（１９）、連結軸（２３）および支持軸（３）を介して、主軸頭保持部材（５）が取付けられており、横スライダの移動によって主軸頭保持部材の旋回を制御するようになっており、主軸頭保持部材の旋回に伴う連結軸の円弧運動を、縦スライドによって吸収するようになっている。
【特許文献１】特開平１０−４３９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の工作機械においては、主軸（９）が、主軸頭を支持する２つの回転ジョイントを結ぶ線と平行に、すなわち、連結軸（２３）と支持軸（３）を結ぶ線と平行に取付けられているため、主軸頭の旋回範囲が６０°程度に制限される。これは、縦スライダのスライド方向と２つの回転ジョイントを結ぶ線とが垂直になる状態は特異点となって、動作上および剛性上機構が成り立たなくためである。
【０００５】
特に、マシニングセンタの主軸頭旋回機構として用いる場合には、主軸頭を少なくとも９０°旋回できるものでないと、旋回テーブル上に取付けた工作物の５面加工が行えないため、使用範囲が限定されてしまう問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためなされたものであり、特異点が発生せず、加工負荷に対する可動部の剛性を向上することができる旋回可能な可動部を備えた工作機械を提供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】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、直線移動可能な第１の移動体と、該第１の移動体を移動させる第１の駆動手段と、主軸を回転可能に軸承し前記第１の移動体に旋回可能に支持される主軸頭と、前記第１の移動体に第１の移動体の移動方向と平行な方向に移動可能に支持された第２の移動体と、  該第２の移動体を移動させる第２の駆動手段と、前記主軸頭を前記第１の移動体に旋回可能に支持する第１回転ジョイントと、  前記主軸頭に回動可能に支持された第２回転ジョイントと、該第２回転ジョイントと前記第２の移動体とを作動的に連結し、前記主軸頭の旋回に伴う前記第２回転ジョイントの円弧運動のうち前記第２の移動体の移動方向と垂直な成分を吸収可能な連結機構とを備え、前記第１回転ジョイントと第２回転ジョイントとを結ぶ線を前記主軸の回転軸線に対し４５°傾斜させたことである。
【０００８】
請求項２に係る発明の特徴は、直線移動可能な第１の移動体と、該第１の移動体を移動させる第１の駆動手段と、前記第１の移動体に旋回可能に支持されテーブル面にワークを取付けるテーブルと、前記第１の移動体に第１の移動体の移動方向と平行な方向に移動可能に支持された第２の移動体と、該第２の移動体を移動させる第２の駆動手段と、前記テーブルを前記第１の移動体に旋回可能に支持する第１回転ジョイントと、前記テーブルに回動可能に支持された第２回転ジョイントと、該第２回転ジョイントと前記第２の移動体とを作動的に連結し、前記テーブルの旋回に伴う前記第２回転ジョイントの円弧運動のうち前記第２の移動体の移動方向と垂直な成分を吸収可能な連結機構とを備え、前記第１回転ジョイントと第２回転ジョイントとを結ぶ線を前記テーブル面に垂直な線に対し４５°傾斜させたことである。
【０００９】
請求項３に係る発明の特徴は、請求項１または請求項２において、前記第１回転ジョイントを、前記主軸頭または前記テーブルの重心位置付近に配置したことである。
【００１０】
請求項４に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項３の何れか１項において、前記連結機構は、前記第２の移動体に第２の移動体の移動方向と直交する方向に移動可能に支持されたスライド体を有することである。
【００１１】
請求項５に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項３の何れか１項において、前記連結機構は、前記第２の移動体に一端を連結され、他端を前記第２回転ジョイントに連結されたリンク部材を有することである。
【００１２】
請求項６に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項５の何れか１項において、前記主軸頭または前記テーブルが、前記主軸の回転軸線または前記テーブル面に垂直な線が鉛直となる角度と水平となる角度との間で９０°旋回可能であることである。
【００１３】
請求項７に係る発明の特徴は、請求項４または請求項６において、第１の移動体は上下方向に移動可能に案内され、前記スライド体は前記第２の移動体に水平方向に移動可能に案内されていることである。
【００１４】
請求項８に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項７の何れか１項において、前記第２の駆動手段は、サーボモータと、該サーボモータに連結され前記第２の移動体の移動量を検出する第１のエンコーダを含み、前記主軸頭または前記テーブルの旋回中心部に前記主軸頭または前記テーブルの旋回角を検出する第２のエンコーダを取付け、該第２のエンコーダによって検出される主軸頭旋回角またはテーブル旋回角と前記第１のエンコーダによって検出される第２の移動体移動量との関係を直線近似することによって、前記第２のエンコーダによって検出された出力に基づいて前記サーボモータをフィードバック制御するようにしたことである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明によれば、主軸頭を旋回可能に支持する第１回転ジョイントと、主軸頭に回動可能に支持された第２回転ジョイントと、第２回転ジョイントと第２の移動体とを作動的に連結し、主軸頭の旋回に伴う第２回転ジョイントの円弧運動のうち第２の移動体の移動方向と垂直な成分を吸収可能な連結機構を備え、第１回転ジョイントと第２回転ジョイントとを結ぶ線を主軸の回転軸線に対し４５°傾斜させたので、第２の移動体の移動量に対する主軸頭の旋回角度を、ほぼリニアな関係に保つことができる。これによって、主軸頭の旋回角度の制御を簡単に行えるとともに、他の制御軸との同期運動を正確に行うことができるようになる。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、第１回転ジョイントと第２回転ジョイントとを結ぶ線をテーブル面に垂直な線に対し４５°傾斜させたので、第２の移動体の移動量に対するテーブルの旋回角度を、ほぼリニアな関係に保つことができる。これによって、テーブルの旋回角度の制御を簡単に行えるとともに、他の制御軸との同期運動を正確に行うことができるようになる。
【００１７】
請求項３に係る発明によれば、第１回転ジョイントを、主軸頭またはテーブルの重心位置付近に配置したので、主軸頭またはテーブルの重力方向に制御軸を配置しても、主軸頭またはテーブルの自重の影響を受けることがなく、高精度な加工を行うことができる。
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、連結機構は、第２の移動体に第２の移動体の移動方向と直交する方向に移動可能に支持されたスライド体を有しているので、スライド体を第２の移動体の移動方向と直交する方向に移動することによって、主軸頭またはテーブルの旋回に伴う第２回転ジョイントの円弧運動のうち第２の移動体の移動方向と垂直な成分を吸収することができる。
【００１９】
請求項５に係る発明によれば、連結機構は、第２の移動体に一端を連結され、他端を第２回転ジョイントに連結されたリンク部材を有しているので、リンク部材によって第２の移動体と第２回転ジョイントとを連結するだけの簡単な構成により、主軸頭またはテーブルの旋回に伴う第２回転ジョイントの円弧運動のうち第２の移動体の移動方向と垂直な成分を吸収することができる。
【００２０】
請求項６に係る発明によれば、主軸頭またはテーブルが、主軸の回転軸線またはテーブル面に垂直な線が鉛直となる角度と水平となる角度との間で９０°旋回可能であるので、主軸頭またはテーブルの全旋回領域において、特異点が発生せず、加工負荷に対する主軸頭またはテーブルの剛性を向上することができる工作機械を得ることができる。
【００２１】
請求項７に係る発明によれば、第１の移動体は上下方向に移動可能に案内され、スライド体は第２の移動体に水平方向に移動可能に案内されているので、５軸マシニングセンタに好適な工作機械を得ることができる。
【００２２】
請求項８に係る発明によれば、第２のエンコーダによって検出される主軸頭旋回角またはテーブル旋回角と第１のエンコーダによって検出される第２の移動体移動量との関係を直線近似することによって、第２のエンコーダによって検出された出力に基づいてサーボモータをフィードバック制御するようにしたので、簡単な制御によって、主軸頭を迅速かつ正確に旋回駆動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る旋回可能な主軸頭を備えた工作機械の一例を示す側面図であり、図２は、当該工作機械の主軸頭の旋回部の基本構成を示す図である。
【００２４】
図１において、ベッド１０上には、ガイドレール１１が図１の前後方向（Ｘ軸方向）に沿って設置され、このガイドレール１１にコラム１２がＸ軸方向に移動可能に案内支持されている。コラム１２は、Ｘ軸サーボモータ１３によって駆動される図略のボールねじ機構によって移動制御され、コラム１２の移動量（移動位置）はＸ軸サーボモータ１３に連結されたエンコーダ１４によって検出されるようになっている。
【００２５】
コラム１２の前面には、ガイドレール１５(図２参照)が上下方向（Ｚ軸方向）に沿って設置され、このガイドレール１５に第１の移動体１７がＺ軸方向に移動可能に案内支持されている。第１の移動体１７には、後述するように主軸頭１８が旋回可能に支持されている。第１の移動体１７は、Ｚ軸サーボモータ２０によって駆動されるボールねじ機構２１（図２参照）によって移動制御され、第１の移動体１７の移動量（移動位置）はＺ軸サーボモータ２０に連結されたエンコーダ２２によって検出されるようになっている。
【００２６】
また、ベッド１０上には、ガイドレール２３がコラム１２の前方に図１の左右方向（Ｙ軸方向）に沿って設置され、このガイドレール２３にスライドテーブル２４がＹ軸方向に移動可能に案内支持されている。スライドテーブル２４は、Ｙ軸サーボモータ２５によって駆動される図略のボールねじ機構によって移動制御され、スライドテーブル２４の移動量（移動位置）はＹ軸サーボモータ２５に連結されたエンコーダ２６によって検出されるようになっている。
【００２７】
スライドテーブル２４上には、回転テーブル２７がＺ軸と平行な鉛直軸線の回りに回転可能に支持され、この回転テーブル２７上にパレットＰ１を介して工作物Ｗ１が位置決めクランプされるようになっている。
【００２８】
図２において、コラム１２の前面に設置されたガイドレール１５には、第１の移動体１７がＺ軸方向に移動可能に案内支持されている。コラム１２には、Ｚ軸方向に沿ってボールねじ軸２９が回転可能に支持され、このボールねじ軸２９に螺合するボールナット３０が第１の移動体１７に取付けられている。ボールねじ軸２９は、Ｚ軸サーボモータ２０によって回転され、ボールナット３０を介して第１の移動体１７をＺ軸方向に移動させるようになっている。これらボールねじ軸２９およびボールナット３０によって、ボールねじ機構２１を構成しており、このボールねじ機構２１とＺ軸サーボモータ２０によって、第１の移動体１７を移動させる第１の駆動手段を構成している。
【００２９】
第１の移動体１７には、Ｙ軸方向に延在する一対の支持部材３１が、Ｘ軸方向に所定量離間して設けられ、これら支持部材３１の間に主軸頭１８が配置されている。主軸頭１８は、一対の支持部材３１に取付けられた一対の第１回転ジョイント３３によって、Ｘ軸と平行な水平軸線（旋回中心）Ｏ１の回りに旋回可能に支持されている。主軸頭１８には主軸３４が回転可能に軸承され、主軸３４は主軸頭１８に内蔵されたビルトインモータによって回転軸線ＡＬの回りに回転駆動されるようになっている。主軸頭１８は主軸３４の回転軸線ＡＬが、図２の実線で示す鉛直となる原位置から同図の２点鎖線で示す水平となる旋回位置まで９０°旋回可能となっている。
【００３０】
一対の第１回転ジョイント３３は、主軸３４の回転軸線ＡＬと交差し、かつ主軸頭１８の重心位置付近を通る線上に配置されており、主軸頭１８は重心位置を中心にして旋回可能である。
【００３１】
第１移動体１７の前面には、Ｚ軸方向に沿ってガイドレール３５が設けられ、このガイドレール３５に第２の移動体３６がＺ軸方向と平行なＷ軸方向に移動可能に案内支持されている。第１の移動体１７には、Ｗ軸方向に沿ってボールねじ軸３７が回転可能に支持され、このボールねじ軸３７に螺合する図略のボールナットが第２の移動体３６に取付けられている。これらボールねじ軸３７とボールナットによって、ボールねじ機構３８を構成しており、ボールねじ機構３８は第１の移動体１７に設置されたＷ軸サーボモータ４０によって駆動され、第２の移動体３６をＷ軸方向に移動させるようになっている。第１の移動体１７に対する第２の移動体３６の位置はＷ軸サーボモータ４０に連結されたエンコーダ４１によって検出されるようになっている。かかるボールねじ機構３８とＷ軸サーボモータ４０によって、第２の移動体３６を移動させる第２の駆動手段を構成している。
【００３２】
第２の移動体３６には、Ｙ軸方向に沿ってリニアガイド４３が設けられ、このリニアガイド４３にスライダ４４がＹ軸方向に移動可能に案内されている。主軸頭１８には、第２回転ジョイント４５がＸ軸と平行な水平軸線Ｏ２の回りに回転可能に設けられている。第２回転ジョイント４５は、第１回転ジョイント３３と第２回転ジョイント４５とを結ぶ線Ｌ１が、主軸軸線ＡＬに対して４５°傾斜するように配置されている。第２回転ジョイント４５にはスライダ４４が回動可能に連結されている。
【００３３】
かかるリニアガイド４３に移動可能に案内されたスライダ４４は、第２の移動体３６と主軸頭１８とを作動的に連結し、主軸頭１８の旋回に伴う第２回転ジョイント４５の円弧運動のうち第２の移動体３６の移動方向に垂直なＹ軸方向の成分を吸収する連結機構４７を構成している。
【００３４】
次に、上記した第１の実施の形態における動作について説明する。Ｚ軸サーボモータ２０を正転方向もしくは逆転方向に回転させると、ボールねじ軸２９とボールナット３０を介して第１の移動体１７がガイドレール１５に沿ってＺ軸方向に上下移動される。これによって、主軸頭１８は、鉛直下向きの姿勢を維持した状態で、第１の移動体１７とともに上下動される。
【００３５】
Ｗ軸サーボモータ４０を正転方向に回転させると、ボールねじ軸３７と図略のボールナットを介して第２の移動体３６がガイドレール３５に沿ってＺ軸と平行なＷ軸方向に下降される。これにより、スライダ４４および第２回転ジョイント４５を介して主軸頭１８に第１回転ジョイント３３を中心とした時計回りの旋回モーメントが作用され、図２の実線で示す鉛直下向きの主軸頭１８が、Ｗ軸サーボモータ４０の回転量に応じて旋回される。この際、第２回転ジョイント４５に連結されたスライダ４４がリニアガイド４３に沿ってＹ軸方向にスライドすることにより、主軸頭１８の旋回に伴う第２回転ジョイント４５の円弧運動のうち第２の移動体３６の移動方向に垂直なＹ軸方向の成分が吸収される。
【００３６】
第２の移動体３６を、第１回転ジョイント３３と第２回転ジョイント４５とを結ぶ線Ｌ１が、主軸軸線ＡＬに対して１３５°（４５°＋９０°）傾斜した位置まで下降移動させると、主軸頭１８は図２の２点鎖線に示すように、主軸軸線ＡＬが水平状態となる旋回角度に位置決めされる。
【００３７】
このように、主軸頭１８を主軸３４の回転軸線ＡＬが垂直となる鉛直下向きの角度位置と、水平となる水平横向きの角度位置との間で９０°旋回させることにより、図１に示す回転テーブル２７の回転割出しと相俟って、５面加工が可能なマシニングセンタを構成することができる。
【００３８】
上記した第１の実施の形態においては、リニアガイド４３によってスライダ４４を第２の移動体３６の移動方向に垂直なＹ軸方向に移動可能に案内することによって、主軸頭１８の旋回に伴う第２回転ジョイント４５の円弧運動のうち第２の移動体３６の移動方向に垂直な成分を吸収するようにしたので、主軸頭１８の全旋回領域において、主軸頭１８の旋回モーメントの方向とスライダ４４の移動方向がほぼ直交する関係となり、これにより、特異点が発生せず、加工負荷に対する主軸頭１８の剛性を向上できるようになる。
【００３９】
また、第１回転ジョイント３３と第２回転ジョイント４５を結ぶ線Ｌ１を主軸３４の回転軸線ＡＬに対して４５°傾斜するように配置したので、図３の特性図に示すように、第２の移動体３６の移動量に対する主軸頭１８の旋回角度を、主軸頭１８を鉛直下向き状態（０°）から水平横向き状態（９０°）までの全旋回領域に亘ってほぼリニアな関係に保つことができる。これによって、主軸頭１８の旋回角度の制御を簡単かつ高精度に行えるとともに、他の制御軸との同期運動を正確に行うことができるようになる。
【００４０】
しかも、第１回転ジョイント３３を、主軸頭１８の重心位置付近に配置したので、主軸頭１８の重力方向に制御軸を配置しても、主軸頭１８の自重の影響を受けず、高精度な加工を行い得る。
【００４１】
上記した第１の実施の形態においては、主軸頭１８を旋回するために第２の移動体３６をＷ軸方向に移動させるＷ軸サーボモータ４０を、Ｚ軸方向に移動可能な第１の移動体１７上に設置した例について述べたが、Ｗ軸サーボモータ４０をコラム１２上に設置することもできる。なお、Ｗ軸サーボモータ４０をコラム１２上に設置した場合には、Ｗ軸サーボモータ４０をＺ軸サーボモータ２０と同期制御させることにより、主軸頭１８の角度姿勢を維持した状態で、第１の移動体１７をＺ軸方向に移動させることができる。
【００４２】
図４および図５は、本発明の第２の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態と基本的に異なる点は、第２の移動体１３６と第２回転ジョイント４５とを、リンク部材５０を用いた連結機構４７によって作動的に連結し、主軸頭１８の旋回に伴う第２回転ジョイント４５の円弧運動のうち第２の移動体１３６の移動方向に垂直な成分を吸収できるようにこと、ならびに主軸頭１８の旋回中心部に、主軸頭１８の旋回角度を検出する別置きの第２のエンコーダ６０を連結し、この第２のエンコーダ６０の出力と、サーボモータ１４０に連結され第２の移動体１３６の移動量を検出する第１のエンコーダ５５の出力とに基づいて、フィードバック制御するようにしたことである。
【００４３】
図４において、図略のコラムには、第１の移動体１１７が図４の左右方向に移動可能に案内支持されている。第１の移動体１１７には、主軸頭１８が、主軸頭１８の重心位置付近に配置された第１回転ジョイント３３によって、水平軸線の回りに旋回可能に支持されている。主軸頭１８は主軸３４の回転軸線ＡＬが、図４の実線で示す鉛直となる原位置から同図の２点鎖線で示す水平となる旋回位置まで９０°旋回可能となっている。主軸頭１８には、第２回転ジョイント４５が第１回転ジョイント３３と平行に配置され、第１回転ジョイント３３と第２回転ジョイント４５とを結ぶ線Ｌ１が、主軸軸線ＡＬに対して４５°傾斜するように配置されている。
【００４４】
第２回転ジョイント４５には、リンク部材５０の一端が連結され、リンク部材５０の他端は第２の移動体１３６に連結ピン５１を介して連結されている。第２の移動体１３６は、第１の移動体１１７に設けられたガイドレール１３７に、第１の移動体１１７の移動方向と平行な方向に移動可能に案内支持され、第１の移動体１１７に設置されたサーボモータ１４０によりボールねじ機構１３８を介して移動されるようになっている。
【００４５】
これにより、第２の移動体１３６が移動されると、リンク部材５０を介して主軸頭１８に、第１回転ジョイント３３を中心とした旋回モーメントが作用され、主軸頭１８が第１回転ジョイント３３を中心として旋回される。この際、リンク部材５０は、主軸頭１８の旋回に伴う第２回転ジョイント４５の円弧運動のうち第２の移動体１３６の移動方向に垂直な成分を吸収するようになっている。
【００４６】
図５は、第２の移動体１３６の移動量と主軸頭１８の旋回角度との関係を直線近似して、主軸頭１８の旋回中心部に取付けた第２のエンコーダ６０によってフィードバック制御するブロック図を示すものである。なお、第２の移動体１３６の移動量と主軸頭１８の旋回角度との関係を直線近似できるのは、第１回転ジョイント３３と第２回転ジョイント４５を結ぶ線Ｌ１を主軸３４の回転軸線ＡＬに対して４５°傾斜するように配置したので、第２の移動体１３６の移動量に対する主軸頭１８の旋回角度を、主軸頭１８を鉛直下向き状態（０°）から水平横向き状態（９０°）までの全旋回領域に亘ってほぼリニアな関係に保つことができるからである。
【００４７】
図５に示すように、数値制御部６１から出力される位置指令値と、主軸頭１８の旋回中心部に取付けた第２のエンコーダ６０によって検出された位置検出値（主軸頭旋回角）との偏差に基づいて、位置誤差値が算出され、位置制御部６２に出力される。位置制御部６２は、位置誤差値に位置ループゲインを乗じ速度指令値として出力する。速度指令値と、サーボモータ１４０に連結された第１のエンコーダ５５の出力を微分して得られた速度検出値との偏差に基づいて、速度誤差値が算出され、速度制御部６３に出力される。速度制御部６３は、速度誤差値に応じた制御指令値を算出して、電力増幅部６４に出力し、電力増幅部６４は、制御指令値に応じた電流でサーボモータ１４０を駆動制御する。
【００４８】
サーボモータ１４０の駆動制御によって、第２の移動体１３６が移動されると、リンク部材５０を介して主軸頭１８が第１回転ジョイント３３を中心として旋回される。主軸頭１８の旋回角度は、主軸頭１８の旋回中心部に取付けた第２のエンコーダ６０によって検出され、位置検出値として位置制御部６２にフィードバックされる。
【００４９】
上記した第２の実施の形態においては、第２のエンコーダ６０によって検出される主軸頭旋回角と、第１のエンコーダ５５によって検出される第２の移動体移動量との関係を直線近似し、第２のエンコーダ６０によって検出された出力に基づいてサーボモータ１４０をフィードバック制御するようにしたので、簡単な制御によって、主軸頭１８を迅速かつ正確に旋回駆動させることができる。また、第２のエンコーダ６０は第１のエンコーダ５５に比べて加工位置に近いため、直線近似をすることによって第２のエンコーダ６０を用いてサーボモータ１４０をフィードバック制御することにより、熱変位等の影響を小さくして加工精度を向上できる。
【００５０】
上記した第２の実施の形態においては、リンク部材５０によって第２の移動体１３６と第２回転ジョイント４５とを連結することによって、主軸頭１８の旋回に伴う第２回転ジョイント４５の円弧運動のうち第２の移動体１３６の移動方向に垂直な成分を吸収することができるとともに、主軸頭１８の全旋回領域において、特異点が発生せず、加工負荷に対する主軸頭１８の剛性を向上できるようになる。
【００５１】
また、第２の実施の形態においては、第１回転ジョイント３３と第２回転ジョイント４５を結ぶ線Ｌ１と主軸軸線ＡＬとを４５°傾斜して配置したので、第２の移動体１３６の移動量に対する主軸頭１８の旋回角度を、第１の実施の形態で述べたと同様に、主軸頭１８の全旋回領域に亘ってほぼリニアな関係に保つことができる。
【００５２】
図６は、本発明の第３の実施の形態を示すもので、本発明をワークを取付ける旋回可能なテーブルに適用したものである。同図において、支持ベース２１２上にはガイドレール２１５が図６の左右方向に沿って設置され、ガイドレール２１５に第１の移動体２１７が移動可能に案内支持されている。第１の移動体２１７は、支持ベース２１２に設置された図略のサーボモータによりボールねじ機構２２１を介して移動されるようになっている。
【００５３】
第１の移動体２１７には、テーブル７０が、第１回転ジョイント２３３によって、第１の移動体２１７の移動方向に直角な水平軸線（旋回中心）Ｏ１の回りに旋回可能に支持されている。第１回転ジョイント２３３を、テーブル７０の重心位置付近に配置すれば、テーブル７０は重心位置を中心にして旋回可能である。テーブル７０は、ワークを取付けるテーブル上面７０ａを有している。テーブル７０は、テーブル上面７０ａに垂直なテーブル中心ＡＬ２が、鉛直となる原位置（図６の実線で示す状態）から水平となる旋回位置（図６の２点鎖線で示す状態）まで９０°旋回可能となっている。テーブル７０には、第２回転ジョイント４５が第１回転ジョイント２３３と平行に配置され、第１回転ジョイント２３３と第２回転ジョイント４５とを結ぶ線Ｌ１が、テーブル中心ＡＬ２に対して４５°傾斜、言い換えれば、テーブル上面７０ａに対して４５°傾斜するように配置されている。
【００５４】
第２回転ジョイント４５には、リンク部材５０の一端が連結され、リンク部材５０の他端は第２の移動体２３６に連結ピン５１を介して連結されている。第２の移動体２３６は、第１の移動体２１７に設けられたガイドレール２３７に、第１の移動体２１７の移動方向と平行な方向に移動可能に案内支持され、第１の移動体２１７に設置されたサーボモータ２４０によりボールねじ機構２３８を介して移動されるようになっている。
【００５５】
これにより、第２の移動体２３６が移動されると、リンク部材５０を介してテーブル７０に、第１回転ジョイント２３３を中心とした旋回モーメントが作用され、テーブル７０が第１回転ジョイント２３３を中心として旋回される。この際、リンク部材５０は、テーブル７０の旋回に伴う第２回転ジョイント４５の円弧運動のうち第２の移動体２３６の移動方向に垂直な成分を吸収するようになっている。
【００５６】
上記した第３の実施の形態においては、リンク部材５０によって第２の移動体２３６と第２回転ジョイント４５とを連結することによって、テーブル７０の旋回に伴う第２回転ジョイント４５の円弧運動のうち第２の移動体２３６の移動方向に垂直な成分を吸収することができるとともに、テーブル７０の全旋回領域において、特異点が発生せず、加工負荷に対するテーブル７０の剛性を向上できるようになる。
【００５７】
また、第３の実施の形態においては、第１回転ジョイント２３３と第２回転ジョイント４５を結ぶ線Ｌ１とテーブル７０のテーブル中心ＡＬ２とを４５°傾斜して配置したので、第２の移動体２３６の移動量に対するテーブル７０の旋回角度を、テーブル７０の全旋回領域に亘ってほぼリニアな関係に保つことができる。
【００５８】
なお、第２の移動体３６、１３６、２３６と第２回転ジョイント４５とを連結する連結機構４７は、第１、第２および第３の実施の形態で述べた構成に限定されるものではなく、主軸頭１８あるいはテーブル７０の旋回に伴う第２回転ジョイント４５の円弧運動のうち第２の移動体３６、１３６、２３６の移動方向に垂直な成分を吸収できる各種の形態を採り得るものである。
【００５９】
上記した実施の形態においては、主軸頭１８あるいはテーブル７０を旋回可能に支持した第１の移動体１７、１１７を、１つの駆動軸によって駆動するようにしたが、第１の移動体１７、１１７をタンデム駆動によって移動させるようにしてもよい。
【００６０】
斯様に、本発明は、第１ないし第３の実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の形態を採り得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る旋回可能な可動部を備えた工作機械の側面図である。
【図２】図１の要部を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る工作機械の制御特性を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【図５】第２の実施の形態におけるフィードバック制御のブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０…ベッド、１１、１５、２３、３５…ガイドレール、１２…コラム、１７、１１７…第１の移動体、１８…主軸頭、２４…スライドテーブル、２７…回転テーブル、３１…支持部材、３３、１３３、２３３…第１回転ジョイント、３４…主軸、３６、１３６、２３６…第２の移動体、４０、１４０、２４０…サーボモータ、４３…リニアガイド、４４…スライダ、４５…第２回転ジョイント、４７…連結機構、５０…リンク部材、５５…第１のエンコーダ、６０…第２のエンコーダ、７０…テーブル。
【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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