(57)【要約】【課題】旋回部材を支持した移動部材を軽量化し、高速、高加減速化に好適な旋回装置を提供する。【解決手段】案内部材１１ａ、１１ｂに直線移動可能に支持された移動部材１３と、移動部材上に旋回可能に支持され径方向の両端部に連結部１５ａ、１５ｂを設けた旋回部材１５と、旋回部材を挟んで両側に移動部材の移動方向と平行な方向に摺動可能に設けられた一対の摺動部材２３、２４と、一対の摺動部材をそれぞれ摺動させる一対の送り機構３０、３３と、旋回部材の各連結部と一対の摺動部材を、旋回部材の旋回に伴う各連結部の移動部材の移動方向と直交する方向の変位成分を吸収してそれぞれ連結する連結機構４３、４４とによって構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
案内部材に直線移動可能に支持された移動部材と、該移動部材上に旋回可能に支持され径方向の両端部に連結部を設けた旋回部材と、該旋回部材を挟んで両側に前記移動部材の移動方向と平行な方向に摺動可能に設けられた一対の摺動部材と、該一対の摺動部材をそれぞれ摺動させる一対の送り機構と、前記旋回部材の前記各連結部と前記一対の摺動部材を、前記旋回部材の旋回に伴う前記各連結部の前記移動部材の移動方向と直交する方向の変位成分を吸収してそれぞれ連結する連結機構とによって構成したことを特徴とする旋回装置。
【請求項２】
請求項１において、前記連結機構は、前記旋回部材の前記各連結部と前記一対の摺動部材とをそれぞれ連結するリンク部材によって構成されていることを特徴とする旋回装置。
【請求項３】
請求項１において、前記連結機構は、前記一対の摺動部材と前記旋回部材の各連結部の何れか一方に設けられ前記摺動部材の摺動方向と直交する方向に延在するガイド部と、前記一対の摺動部材と前記旋回部材の各連結部の他方に設けられ前記ガイド部にスライド可能に係合するスライド部とによって構成されていることを特徴とする旋回装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線移動可能な移動部材上に旋回可能な旋回部材を備えた旋回装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
５軸マシニングセンタにおいては、図５に示すように、主軸頭１に対して３次元方向に相対移動可能なスライドテーブル２がガイドレール３に沿ってＺ軸方向に直線移動可能に支持され、このスライドテーブル２上に、Ｂ軸旋回テーブル４がＢ軸の回りに旋回可能に支持され、このＢ軸旋回テーブル４上に固定されたイケール５にＡ軸旋回テーブル６がＡ軸の回りに旋回可能に支持されている。そして、Ａ軸旋回テーブル６上に設置されたワークを、主軸頭１に装着した工具によって加工するようになっている。このような構成の５軸マシニングセンタとして、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
この種のマシニングセンタにおいては、一般に、Ｂ軸旋回テーブル４をウォーム等の減速機構を介してモータによって旋回駆動したり、あるいはダイレクトドライブモータによって旋回駆動するようにしている。
【０００４】
上記した図５に示すようなマシニングセンタにおいては、Ｂ軸旋回テーブル４を旋回駆動するウォーム減速機構やモータ等の設置により、スライドテーブル２の重量が大きくなり、スライドテーブル２を直線移動させるＺ軸の負荷が増大する。このため、高速、高加減速が必要なマシニングセンタにおいては、旋回テーブルを支持したスライドテーブルを軽量化する必要があった。また、旋回テーブルを旋回する別の構成として、リンク機構を用いたものが特許文献２に開示されている。これは、その図１０に示されているように、１本の固定されたボールねじ９上にサーボモータ１１、１１で駆動される２つの移動体４、５を設け、一方の移動体５に傾斜テーブル７１を旋回自在に取付け、傾斜テーブル７１の一端と他方の移動体４とをリンク７で連結したものである。
【特許文献１】特開平８−１５５７６８号公報
【特許文献２】特開２００３−３３６７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のような従来の構成では、旋回テーブルを支持したスライドテーブルの軽量化には限界があった。特許文献２のものでは、軽量化はできるものの、ボールねじ９が１本であるため、剛性や追随性が劣る。また、別の構成として、高剛性化するために旋回テーブルを支持したスライドテーブルを、同時２軸送り、つまりタンデム駆動によって制御するようにすると、マシニングセンタ全体の制御軸数が増加し、これに伴ってサーボモータおよびボールねじ軸等の駆動部品が増加するため、コストアップとなる問題がある。
【０００６】
本発明は、上記した従来の問題点を解消するためになされたもので、旋回部材を支持した移動部材を軽量化し、高速、高加減速化に好適な旋回装置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、案内部材に直線移動可能に支持された移動部材と、該移動部材上に旋回可能に支持され径方向の両端部に連結部を設けた旋回部材と、該旋回部材を挟んで両側に前記移動部材の移動方向と平行な方向に摺動可能に設けられた一対の摺動部材と、該一対の摺動部材をそれぞれ摺動させる一対の送り機構と、前記旋回部材の前記各連結部と前記一対の摺動部材を、前記旋回部材の旋回に伴う前記各連結部の前記移動部材の移動方向と直交する方向の変位成分を吸収してそれぞれ連結する連結機構とによって構成したことである。
【０００８】
請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記連結機構は、前記旋回部材の前記両端連結部と前記一対の摺動部材とをそれぞれ連結するリンク部材によって構成されていることである。
【０００９】
請求項３に係る発明の特徴は、請求項１において、前記連結機構は、前記一対の摺動部材と前記旋回部材の各連結部の何れか一方に設けられ前記摺動部材の摺動方向と直交する方向に延在するガイド部と、前記一対の摺動部材と前記旋回部材の各連結部の他方に設けられ前記ガイド部にスライド可能に係合するスライド部とによって構成されていることである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、直線移動可能な移動部材に旋回可能に支持された旋回部材に設けた各連結部と一対の摺動部材を、旋回部材の旋回に伴う各連結部の移動部材の移動方向と直交する方向の変位成分を吸収してそれぞれ連結する連結機構を備えているので、一対の摺動部材の同期運動によって、移動部材を直線移動させることができ、また、一対の摺動部材の相対運動によって、移動部材上で旋回部材を旋回させることができる。これによって、制御軸数および駆動部品を削減することができるとともに、旋回部材を支持した移動部材の軽量化を可能にでき、直線軸のイナーシャが小さくなって高速、高加減速化に好適な旋回装置を得ることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、連結機構は、旋回部材の各連結部と一対の摺動部材とをそれぞれ連結するリンク部材によって構成されているので、リンク部材によって、旋回部材の旋回に伴う各連結部の移動部材の移動方向と直交する方向の変位成分を吸収することができる。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、連結機構は、一対の摺動部材と旋回部材の各連結部の何れか一方に設けられ摺動部材の摺動方向と直交する方向に延在するガイド部と、一対の摺動部材と旋回部材の各連結部の他方に設けられガイド部にスライド可能に係合するスライド部とによって構成されているので、ガイド部とスライド部によって、旋回部材の旋回に伴う各連結部の移動部材の移動方向と直交する方向の変位成分を吸収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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は旋回装置の平面図を示すもので、以下の説明においては、図５に示すマシニングセンタと対応付けるため、図１の左右方向をＺ軸方向、上下方向をＸ軸方向として説明する。
【００１４】
図１および図２において、１０はベッド等のベース部材を示し、ベース部材１０上には、案内部材としての一対の第１ガイドレール１１ａ、１１ｂがＺ軸方向に沿って設置されている。ベース部材１０上には、第１ガイドレール１１ａ、１１ｂに摺動可能に係合する一対のガイドブロック１２ａ、１２ｂを取付けた移動部材１３が、Ｚ軸方向に移動可能に案内支持されている。
【００１５】
移動部材１３上には、旋回部材１５が中央部をクロスローラベアリング１６によって鉛直軸線（旋回中心）Ｏ１の回りに旋回可能に支持されている。移動部材１３と旋回部材１５との間には、旋回部材１５の旋回角度を検出するロータリエンコーダ１９が設けられている。旋回部材１５には、直径方向の両端部に向けて突出する一対の連結部１５ａ、１５ｂがそれぞれ設けられている。これら両端連結部１５ａ、１５ｂには、旋回部材１５の旋回中心Ｏ１より等しい距離だけ離間した位置に、それぞれ第１連結軸１７、１８が旋回部材１５の旋回中心Ｏ１と軸線を平行にして固定されており、これら第１連結軸１７、１８は両端連結部１５ａ、１５ｂの下方に突出されている。
【００１６】
ベース部材１０には、上記した第１ガイドレール１１ａ、１１ｂの両側に位置して、案内部材としての一対の第２ガイドレール２１ａ、２１ｂがそれぞれ設置され、これら第２ガイドレール２１ａ、２１ｂに摺動可能に係合するガイドブロック２２ａ、２２ｂ（２２ｂは図示省略）を取付けた摺動部材２３、２４がそれぞれＺ軸方向に摺動可能に案内支持されている。
【００１７】
ベース部材１０にはまた、一対の第２ガイドレール２１ａ、２１ｂに対しＸ軸方向にそれぞれ所定量離間した位置に、一対のボールねじ軸２５、２６が、ベース部材１０上に設置された支持ブラケット４７、４８によって、第２ガイドレール２１ａ、２１ｂと平行な軸線の回りに回転可能に支持されている。
【００１８】
一方の摺動部材２３には、一方のボールねじ軸２５に螺合するボールナット２７が固着され、摺動部材２３はボールねじ軸２５の回転によって、第２ガイドレール２１ａに沿ってＺ軸方向に摺動されるようになっている。ボールねじ軸２５の一端には、支持ブラケット４７に固定されたサーボモータ２８が連結されている。これらボールねじ軸２５、ボールナット２７およびサーボモータ２８によって、摺動部材２３を第２ガイドレール２１ａに沿って摺動させるボールねじ式の第１送り機構３０を構成している。なお、サーボモータ２８には、サーボモータ２８の回転角を検出するエンコーダ５１が連結されている。
【００１９】
また、他方の摺動部材２４には、他方のボールねじ軸２６に螺合するボールナット３１が固着され、摺動部材２４はボールねじ軸２６の回転によって、第２ガイドレール２１ｂに沿ってＺ軸方向に摺動されるようになっている。ボールねじ軸２６の一端には、支持ブラケット４８に固定されたサーボモータ３２が連結されている。これらボールねじ軸２６、ボールナット３１およびサーボモータ３２によって、摺動部材２４を第２ガイドレール２１ｂに沿って摺動させるボールねじ式の第２送り機構３３を構成している。なお、サーボモータ３２には、サーボモータ３２の回転角を検出するエンコーダ５２が連結されている。
【００２０】
これにより、２つのサーボモータ２８、３２を同期して回転制御することにより、摺動部材２３、２４は第１および第２送り機構３０，３３を介して同一方向に同期して摺動され、また、２つのサーボモータ２８、３２を非同期で回転制御することにより、摺動部材２３、２４は互いに相対摺動されるようになる。
【００２１】
摺動部材２３、２４の各上面には、第２連結軸３５、３６が第１連結軸１７、１８とそれぞれ平行に固定されている。一方の摺動部材２３に固定された第２連結軸３５には、リンク部材３７の一端が、軸受３８を介して回転可能に軸承されている。リンク部材３７の他端は、図１の右方に延在され、その先端部に、旋回部材１５の一方の連結部１５ａに固定された第１連結軸１７が図略の軸受を介して回転可能に軸承されている。
【００２２】
同様にして、他方の摺動部材２４に固定された第２連結軸３６には、リンク部材３７と同一長さのリンク部材４０の一端が、図略の軸受を介して回転可能に軸承されている。リンク部材４０の他端は、図１の右方に延在され、その先端部に、旋回部材１５の他方の連結部１５ｂに固定された第１連結軸１８が軸受３９を介して回転可能に軸承されている。
【００２３】
このように、旋回部材１５の両端連結部１５ａ、１５ｂと、一対の摺動部材２３，２４は、旋回部材１５の旋回運動に伴う両端連結部１５ａ、１５ｂのＸ軸方向の変位成分を吸収できるように、リンク部材３７、４０を含むリンク機構によって作動的に連結されている。かかるリンク機構によって連結機構４３、４４を構成している。
【００２４】
なお、旋回部材１５の原位置においては、図１に示すように、旋回部材１５の両端連結部１５ａ、１５ｂに固定された第１連結軸１７、１８の軸心を結ぶ直線が、Ｘ軸方向に平行となる角度位置に旋回部材１５が保持されているとともに、旋回部材１５の両端連結部１５ａ、１５ｂ、摺動部材２３、２４およびリンク部材３７、４０は、旋回中心Ｏ１を含むＺ軸方向に平行な直線に対して線対称に構成される。
【００２５】
次に、上記のように構成された第１の実施の形態における動作を説明する。図１に示す旋回部材１５の原位置において、２つのサーボモータ２８、３２を同期制御することにより、ボールねじ軸２５、２６を介して摺動部材２３、２４が第２ガイドレール２１ａ、２１ｂに沿って同一方向に同期して摺動される。これによって、旋回部材１５は旋回されることなく、移動部材１３が第１ガイドレール１１ａ、１１ｂに沿ってＺ軸方向に移動される。移動部材１３の移動量はサーボモータ２８，３２に連結されたエンコーダ５１、５２によって検出され、これによって、移動部材１３、延いては、移動部材１３上の旋回部材１５を目標とするＺ軸方向位置に位置決めできる。
【００２６】
一方、２つのサーボモータ２８、３２を、互いに反対方向に所定量ずつ回転駆動させることにより、摺動部材２３、２４が第２ガイドレール２１ａ、２１ｂに沿って互いに逆方向に摺動される。これによって、リンク部材３７、４０を介して旋回部材１５に旋回中心Ｏ１を中心とした旋回力が作用され、旋回部材１５がクロスローラベアリング１６を介して旋回中心Ｏ１を中心として旋回される。旋回部材１５の旋回角度はロータリエンコーダ１９によって検出され、このロータリエンコーダ１９の検出信号がフィードバックされて、旋回部材１５を目標とする旋回角度位置に位置決めできる。
【００２７】
また、２つのサーボモータ２８、３２によって、一方の摺動部材２３を図１の右方向に所定量Ｚ１摺動させるとともに、他方の摺動部材２４を図１の右方向に所定量Ｚ２（Ｚ２＜Ｚ１）摺動させることにより、図３の実線で示すように、移動部材１３をＺ軸方向に沿って図１の右側に所定量移動させるとともに、旋回部材１５を旋回中心Ｏ１を中心として時計回りに、例えば４５°旋回させることができる。
【００２８】
これとは逆に、他方の摺動部材２４を図１の右方向に所定量Ｚ１摺動させるとともに、一方の摺動部材２３を図１の右方向に所定量所定量Ｚ２摺動させることにより、図３の破線で示すように、移動部材１３をＺ軸方向に沿って図１の右側に所定量移動させるとともに、旋回部材１５を旋回中心Ｏ１を中心として図１の反時計回りに、例えば４５°旋回させることができる。
【００２９】
このように、２つのサーボモータ２８、３２を同期制御させつつ、かつその回転量に差を持たせることにより、移動部材１３をＺ軸方向に所定量移動させながら、同時に移動部材１３上で旋回部材１５を所定角度旋回させることができるようになる。しかも、旋回部材１５を、マシニングセンタのＢ軸旋回テーブル４（図５参照）として必要な９０°旋回させることが可能となる。
【００３０】
なお、２つのサーボモータ２８、３２の何れか一方を停止した状態で、他方を駆動することによっても、移動部材１３をＺ軸方向に移動させながら、移動部材１３上で旋回部材１５を旋回させることができる。
【００３１】
上記した第１の実施の形態によれば、従来の構成に比べて、旋回部材を旋回するためのウォーム等の減速機構およびそれを駆動するモータや、ダイレクトドライブモータを不要にできるので、旋回部材１５を支持した移動部材１３の大幅な軽量化を可能にでき、直線軸のイナーシャが小さくなって、高速、高加減速化に対応可能な直線移動可能な旋回装置を得ることができる。しかも、制御軸を増やすことなく、直線移動可能な旋回装置を実現することができるので、従来機に比べてコストを大幅に低減することができる。
【００３２】
また、上記した第１の実施の形態によれば、リンク部材３７、４０が、移動部材１３に対して、図１の左方に延在されるため、図５に示すようなマシニングセンタに適用した場合に、主軸頭を支持するコラムとは反対の方向に延在されることになり、リンク部材３７、４０によって移動部材１３のコラムへの接近性が阻害されることがない。
【００３３】
さらに、上記した第１の実施の形態によれば、移動部材１３を移動可能に案内する案内部材（ガイドレール）１１ａ、１１ｂがあるため、旋回部材１５の旋回中心Ｏ１をＺ軸上を移動させることができ、旋回中心Ｏ１と移動部材１３の中心とを一致させることができ、制御が容易になる。
【００３４】
図４は本発明の第２の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態と大きく異なる点は、旋回部材１５の両端連結部１５ａ、１５ｂと摺動部材２３、２４との連結を、リンク部材に代えて直線ガイド部とスライド部によって構成した点である。従って、以下においては、主に第１の実施の形態と異なる点を説明し、同一の構成については同一の参照符号を付して示している。
【００３５】
旋回部材１５を旋回可能に支持した移動部材１３は、Ｚ軸方向に沿って設置され、旋回部材１５の旋回中心Ｏ１を通る1本の第１ガイドレール１１１に移動可能に案内支持されたガイドブロック１１２を有している。移動部材１３上には、第１の実施の形態と同様に、旋回部材１５が図略のクロスローラベアリングによって、旋回中心Ｏ１の回りに旋回可能に支持されている。第１ガイドレール１１１の両側には、第２ガイドレール２１ａ、２１ｂと、ボールねじ軸２５、２６がＺ軸方向に沿って配設されている。第２ガイドレール２１ａ、２１ｂには、ボールねじ軸２５、２６に螺合するボールナット２７，３１を固定した一対の摺動部材２３，２４がそれぞれ摺動可能に案内支持されている。一対の摺動部材２３、２４には、Ｚ軸に直交するＸ軸方向に沿って延在する直線ガイド突部２３ａ、２４ａがそれぞれ形成されている。
【００３６】
旋回部材１５に形成された直径方向に突設された両端連結部１５ａ、１５ｂには、旋回部材１５の旋回中心（Ｏ１）より等しい距離だけ離間した位置に、それぞれ連結軸１７、１８が旋回部材１５の旋回中心と平行な軸線の回りに回転可能に支持されている。これら連結軸１７、１８の各一端には、摺動部材２３、２４に形成された直線ガイド突部２３ａ、２４ｂにスライド可能に係合する２面幅のスライド溝部１７ａ、１８ａがそれぞれ形成されている。
【００３７】
この場合、直線ガイド突部２３ａ、２４ｂに代えて、一対の摺動部材２３，２４にガイド溝部をＸ軸方向に沿って形成し、旋回部材１５の両端連結部１５ａ、１５ｂに回転可能に支持された連結軸１７、１８に、ガイド溝部にスライド可能に係合するスライド突部を形成してもよい。
【００３８】
上記した第２の実施の形態においても、２つのサーボモータ２８、３２を同期制御することにより、ボールねじ軸２５、２６を介して摺動部材２３、２４が第２ガイドレール２１ａ、２１ｂに沿って同一方向に同期して摺動され、旋回部材１５を旋回させることなく、移動部材１３を第１ガイドレール１１に沿ってＺ軸方向に移動できる。
【００３９】
２つのサーボモータ２８、３２を、互いに反対方向に所定量ずつ回転駆動させることにより、摺動部材２３、２４が第２ガイドレール２１ａ、２１ｂに沿って互いに逆方向に摺動され、旋回部材１５が旋回中心Ｏ１を中心として旋回される。この際、旋回部材１５の旋回に伴う連結軸１７、１８のＸ軸方向成分は、スライド溝部１７ａ、１８ａが摺動部材２３、２４に形成された直線ガイド突部２３ａ、２４ａに沿ってスライドすることにより吸収される。
【００４０】
かかるスライド溝部１７ａ、１８ａおよび直線ガイド突部２３ａ、２４ａによって、旋回部材１５の両端連結部１５ａ、１５ｂと、一対の摺動部材２３，２４を、旋回部材１５の旋回運動に伴う両端連結部１５ａ、１５ｂのＸ軸方向の変位成分を吸収できるように作動的に連結する連結機構４３、４４を構成している。
【００４１】
また、２つのサーボモータ２８、３２を同期制御させつつ、かつその回転量に差を持たせることにより、移動部材１３をＺ軸方向に移動させながら、同時に移動部材１３上で旋回部材１５を旋回させることができる。
【００４２】
上記した実施の形態においては、旋回部材１５として旋回テーブルを例に説明したが、本発明は、旋回テーブルの他に、マシニングセンタ等の主軸頭や、研削盤の砥石台等、直線移動可能かつ旋回可能な各種の部材の旋回装置にも適用可能である。
【００４３】
また、上記した実施の形態においては、旋回部材１５に、直径方向の両端部に向けて突出する一対の連結部１５ａ、１５ｂを設けた例について説明したが、各連結部１５ａ、１５ｂは、必ずしも旋回部材１５の直径線上に配列する必要はなく、径方向の両端部に設けられたものであればよい。
【００４４】
また、旋回部材１５の各連結部１５ａ、１５ｂと一対の摺動部材２３、２４とを連結する連結機構４３、４４は、第１および第２の実施の形態で述べたものに限定されるものではなく、旋回部材１５の旋回に伴う各連結部１５ａ、１５ｂの移動部材１３の移動方向と直交する方向の変位成分を吸収できる各種の形態を採り得るものである。
【００４５】
斯様に、本発明は、第１および第２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】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す旋回装置の平面図である。
【図２】図１の２−２線に沿って切断した断面図である。
【図３】図１の作動状態を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す旋回装置の平面図である。
【図５】従来のマシニングセンタの旋回テーブルを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０…ベース部材、１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ…案内部材（ガイドレール）、１３…移動部材、１５…旋回部材、１５ａ、１５ｂ…連結部、１７、１８、３５、３６…連結軸、２３、２４…摺動部材、２５、２６…ボールねじ軸、２７、３１…ボールナット、２８、３２…サーボモータ、３０、３３…送り機構、３７、４０…リンク部材、４３、４４…連結機構。
【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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