(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送り駆動手段により移動体を液中で垂直方向へ送り移動させるとき、前記移動体の重量に抗するバランス力を発生する工作機械における移動体のバランス装置において、
前記移動体に結合され、前記移動体の重量に抗するバランス用流体圧力を常時作用させる流体シリンダ手段と、
前記送り駆動手段の送り速度データ、位置データ、駆動電流データ等の送り駆動データを検出する送りデータ検出手段と、
所定の流体圧源と前記流体シリンダ手段との間に設けられ、前記流体シリンダ手段のバランス用流体圧力の変動を吸収する流体圧力畜圧手段と、
前記移動体の送り移動時に、前記送りデータ検出手段で検出した前記送り駆動手段の位置データに基づいて、前記液中における前記送り駆動手段の浮力作用量に応じたバランス用流体圧力を演算するバランス圧力演算手段と、
前記流体圧源と前記流体圧力畜圧手段との間に設けられ、前記流体圧源から前記流体シリンダ手段への流体供給圧力が前記バランス圧力演算手段で演算したバランス用流体圧力になるよう制御する流体圧力制御手段と、
を具備して成ることを特徴とした工作機械における移動体のバランス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械における移動体のバランス装置に関し、特に、工作機械の機体に対してサーボモータ等の送り駆動モータによって垂直方向に送り移動される主軸装置等の移動体の重量に対し釣り合い力を発してバランスさせることにより、送り駆動モータに掛かる重量支承に伴う負荷を軽減もしくは減殺し得る工作機械における移動体のバランス装置に関する。そして、本発明は、特に、工作機械の移動体、例えば主軸装置に装着される工具その他の装着物の着脱や交換に伴う移動体自体の重量変化のみならず、移動体を比較的高加速度または高減速度で垂直方向に送り移動させるときにもその加減速送り移動に追従して重力均衡用のバランス作用力を付与して常時、垂直方向の送り駆動用モータの負荷を低レベルに維持し得るようにし、ひいては、送り駆動用モータとして直結駆動用のリニアモータ等も採用可能にする工作機械における移動体のバランス装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より工作機械における垂直方向の移動体の重量バランスを図るバランス装置は提供され、例えば、特公平６−３７００２号公報は工作機械、放電加工機その他の類似の加工機械における主軸ヘッドの重量バランスを制御するバランス装置を開示している。この特公平６−３７００２号公報に開示されたバランス装置は、加工工具を取り付ける主軸ヘッドの重量変化に対してシリンダ装置によってバランス力を発生させ、また主軸ヘッドの位置を位置検出器により検出するとともに指令値との偏差信号に応じて主軸ヘッドの位置制御を行い、かつ同偏差信号に応じて制御弁を介してシリンダ装置に供給する圧力を制御するようにして、主軸ヘッドの停止時においてのみ導通状態に成るスイッチング素子を通して前記偏差信号の出力に応じた圧力制御を行うことによって、主軸ヘッドの重量変化に応じて該主軸ヘッドに対する重量バランス力の自動調節をおこない、バランス効果の向上を図った構成を有したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、上述した従来の工作機械のバランス装置においては、加工工具の交換によって重量変化が発生した条件下で停止時における主軸ヘッドのバランスを図るもので、指令停止位置において停止した際の正確なバランス力が求められる反面、主軸ヘッドの移動中や加工中の運動時におけるバランス力を求めることは諦念したバランス装置であり、故に、例えば、放電加工機におけるジャンプ動作のような高加減速度で加工電極を有した主軸装置を上下にジャンプ動作させるような場合には、位置偏差信号を求めることが不可能であることから、主軸装置にバランス作用を与えることは全く不可能になると言う不都合を有している。このため、この種の従来のバランス装置をそのまま採用したのでは、高加減速運動時の主軸装置のバランスを図るためには、送り駆動モータに掛かる負荷を考慮して予め余分な駆動出力を見込んで大きな送り駆動モータを採用する必要がある等、経済性の面での不利もまぬがれ得ない欠点も生じる。
【０００４】
依って、本発明の目的は、放電加工機の主軸装置に装着する加工電極の交換時等のように、工作機械の作動中断時に発生する重量変化に追従したバランス力を得ることができるばかりでなく、垂直方向に送り移動する移動体が大きな加減速度の下に上下動する等のダイナミックな運動時に対しても、移動体の送り駆動手段が受け持つ重量支承用の負荷分を減殺して、送り移動にのみ必要とする駆動力さえ出力すれば良い程度まで送り駆動手段に対する性能要求条件を切り詰めることが可能な工作機械における移動体のバランス装置を提供せんとするものである。
【０００５】
本発明の他の目的は、移動体に直結されて駆動力を出力することにより、減速機等の介在を省除し、コンパクトかつ限られた出力性能のリニアモータのような駆動モータをも垂直方向の移動体の駆動手段として採用可能にする工作機械における移動体のバランス装置を提供せんとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の発明の目的に鑑みて、本発明は、工作機械の機体に対して垂直方向に送り移動可能な軸手段および前記軸手段の下端に装着可能な可変重量体からなる移動体をサーボ制御手段の送り指令に従って作動する駆動手段により前記垂直方向に送り移動させるとき、前記移動体の重量分を減殺するためのバランス作用力を発生するように設けられるバランス装置を上記軸手段に結合した流体圧シリンダ装置、同流体圧シリンダ装置を流体圧源に接続する流体流路に配設される流体圧の畜圧手段、同畜圧手段を介して流体圧源からシリンダ装置に至る流体流路に設けられて駆動手段の駆動出力データに基づいて演算されるバランス圧力に応じた指令信号に従って上記流体圧シリンダ装置から移動体に付与するバランス作用力を制御する流体レギュレータ手段を具備したバランス装置を構成したものである。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、送り駆動手段により移動体を液中で垂直方向へ送り移動させるとき、前記移動体の重量に抗するバランス力を発生する工作機械における移動体のバランス装置において、
前記移動体に結合され、前記移動体の重量に抗するバランス用流体圧力を常時作用させる流体シリンダ手段と、
前記送り駆動手段の送り速度データ、位置データ、駆動電流データ等の送り駆動データを検出する送りデータ検出手段と、
所定の流体圧源と前記流体シリンダ手段との間に設けられ、前記流体シリンダ手段のバランス用流体圧力の変動を吸収する流体圧力畜圧手段と、
前記移動体の送り移動時に、前記送りデータ検出手段で検出した前記送り駆動手段の位置データに基づいて、前記液中における前記送り駆動手段の浮力作用量に応じたバランス用流体圧力を演算するバランス圧力演算手段と、
前記流体圧源と前記流体圧力畜圧手段との間に設けられ、前記流体圧源から前記流体シリンダ手段への流体供給圧力が前記バランス圧力演算手段で演算したバランス用流体圧力になるよう制御する流体圧力制御手段と、
を具備して成る工作機械における移動体のバランス装置が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明するが、以下においては、工作機械が加工電極を用いてワークに放電加工を遂行する形彫放電加工機からなる場合に、同放電加工機において、垂直方向（Ｚ軸方向）に移動する主軸装置を移動体とし、その移動体の重量バランスに本発明を適用した場合のバランス装置に基いて説明する。
【００１２】
なお、図１は、本発明の一実施形態に係る放電加工機における主軸装置の重量バランスをおこなうバランス装置の要部構成を示すブロック図、図２は、図１に示したバランス装置の作用を説明するフローチャートである。
図１において、放電加工機における垂直移動体としての主軸装置１０が取出し図示されており、この主軸装置１０は、放電加工機の機体に対して垂直方向に移動可能に設けられた主軸ヘッド１２、同主軸ヘッド１２の下端に装備されたチャック１４、主軸ヘッド１２に設けた送りナット１６等を有してなり、送りナット１６は垂直軸（Ｚ軸）駆動用モータ２０の出力軸に結合された送りねじ１８にねじ係合し、この送りねじ１８の回動に応じて送りナット１６を介して主軸ヘッド１２に垂直方向の送り移動が付与される構成となっている。Ｚ軸駆動用モータ２０は周知の種々のサーボモータからなり、その出力軸の回動量がエンコーダ等から成る回転検出器２２によって検出され得るものである。なお、Ｚ軸駆動用モータ２０として周知のサーボ制御によるリニアモータを用いる場合には、送りナット１６および送りねじ１８から成る送り機構を排してリニアモータの出力端を主軸ヘッド１２の適部に直結することにより、リニアモータの出力端の垂直方向における直動に従って主軸ヘッド１２に直接、垂直方向の送り移動を付与することも可能である。
【００１３】
上記の主軸装置１０の下端には放電加工に用いる加工電極２４がチャック１４を介して着脱自在に装着され、この加工電極２４によって加工槽２６内に設けられたワークテーブル２８に搭載、設置されたワークＷに放電加工を施す構成が設けられている。
他方、主軸装置１０における主軸ヘッド１２の上端には、同主軸ヘッド１２、チャック１４を含む主軸装置１０および加工電極２４等の主軸装着物を含めた全重量に対して重量バランスをおこなうシリンダ装置３０が設けられ、このシリンダ装置３０は放電加工機々体に設けられたシリンダ部３２と同シリンダ部３２の内部を可動に設けられたピストン３４とを具備してなり、後者のピストン３４がピストン桿３６を介して主軸ヘッド１２に直結され、ピストン３４の下面側のシリンダ室が流体圧室３２ａを形成している。この実施形態では圧力流体は加圧空気によって形成され、従ってこの流体圧室３２ａに空気管路３８を経て後述する空圧源（流体圧源）４０から加圧空気が供給されて空気圧を及ぼし、主軸装置１０に対する重量バランス用の均衡力を発生するようにしている。そして、本発明の実施形態においては、空気管路３８に介在させて後述する畜圧用の空気タンク４２と加圧空気の流量、圧力制御用の流体レギュレータ４４とが配設されている。なお、後者の流体レギュレータとしては市販の電空レギュレータ、つまり電気指令信号に応動して流体の流量や流体圧を制御するレギュレータ要素を用いることができる。
【００１４】
また、空気タンク４２は空気管路３８および流体圧室３２ａの内部空気圧の変動（圧力不足および圧力過剰）を吸収し得る適正容積を有する圧力蓄積用のタンクとして設けられており、空気管路３８の管路容積を大きく確保することによって畜圧機能と圧力変動の吸収機能とを保有せしめることも可能であるが、一般的には、タンク手段を設けることが好ましい。また、図示例の流体レギュレータ４４は、後述のように、流体圧室３２ａの圧力を電気指令信号に応動して迅速に調節し得るように電空型流体レギュレータによって形成されている。
【００１５】
さて、放電加工機は、通常、ＮＣプログラム等の制御プログラムに基づいて駆動制御されるように構成されており、従って、制御プログラムに対して個々のワークＷに適合した加工条件等の加工データがＣＲＴ／ＭＤＩ等からなる加工データ入力部５０から入力され、送り制御手段５２を経てサーボ制御手段５４に送出される。このとき、サーボ制御手段５４は、制御プログラムや加工データを読取り、解釈すると共に、解釈した制御プログラムに応じて主軸装置１０の垂直送り移動やワークテーブル２８の送り移動を駆動制御する各送り駆動用モータに対する位置、速度等の制御指令データを送出するサーボ制御部（図示略）、その制御指令データに基づいて個々の送り駆動用モータ（Ｚ軸送り駆動用モータ２０等）に対して駆動電流を供給するように機能するサーボアンプ部５６、同サーボアンプ部５６を介して個々の送り駆動モータ（Ｚ軸送り駆動用モータ２０等）に対する位置データ、速度データ、駆動電流等の指令データを読み取り、検出するように機能する送りデータ検出部５８等を備えて構成されている。そして、上記サーボアンプ部５６は、本実施形態の場合にはＺ軸駆動用モータ２０およびその回転検出器２２に接続され、同モータ２０に駆動電流を供給するとともに回転検出器２２からのＺ軸駆動用モータ２０の回転量検出値を介して主軸装置１０の位置データや送り速度データを受信可能に接続されている。
【００１６】
また、サーボ制御手段５４の送りデータ検出部５８に接続されてバランス圧力演算手段６０が設けられ、送りデータ検出部５８から得る時々刻々の送り駆動データに基づいて時々刻々にシリンダ装置３０の流体圧室３２ａで必要とされるバランス圧力値を演算するようになっている。このバランス圧力演算手段６０が演算したバランス圧力値は、圧力値保持・出力手段６２によって保持されるとともに流体レギュレータ４４に対して出力することができるようになっている。つまり、圧力値保持・出力手段６２は流体レギュレータ４４の作動部に対して電気指令信号を送出し、同流体レギュレータ４４によって空圧源４０から空気タンク４２、空気管路３８を経てシリンダ装置３０の流体圧室３２ａに供給する空気圧を制御し、主軸装置１０の重量バランスを遂行する構成となっている。
【００１７】
次に、上述した主軸装置１０に対して重量バランスをおこなうバランス装置の作用を説明するが、その前に、予め垂直方向に送り移動する主軸装置１０が放電加工に伴って遂行する種々の作用モードと重量バランスの必要性に付いて予め説明する。
まず、放電加工機の運転停止モード、つまり、Ｚ軸駆動用モータ２０が停止しているときには、Ｚ軸駆動用モータ２０は無出力状態にある。このような放電加工作用が停止した時点でも主軸装置１０は加工電極２４の装着の有無に関わることなく、自重量を有していることから、この自重量に対する均衡バランス力が付与されて主軸装置１０自体も予め定めた原位置に停止していなければならない。故に、バランス装置におけるシリンダ装置３０は、その流体圧室３２ａに主軸装置１０の自重量に見合った空気圧を供給することによって主軸装置１０に対してバランス作用を付与していることが必要となる。
【００１８】
また、主軸装置１０における主軸ヘッド１２の下端には、放電加工用の加工電極２４がチャック１４を介して装着されるが、この加工電極２４は、ワークＷの加工形状、寸法等に応じて種々異なる形状や大きさを有し、故に加工電極２４の重量も個々に異なり、一定の重量ではない。従って、主軸ヘッド１２に対する加工電極２４の交換が行われると、主軸装置１０の全重量が変動するからバランス装置におけるシリンダ装置３０は、この変動後における主軸装置１０の全重量に均衡するバランス力を発生することにより同主軸装置１０の全重量を減殺し、Ｚ軸駆動用モータ２０に掛かる重量支承用の負荷分をゼロにしてＺ軸方向（垂直方向）の送り移動の駆動負荷だけを出力すれば良いような状態に維持することが必要とされる。
【００１９】
また、加工電極２４の交換過程では、一旦、加工電極２４が主軸ヘッド１２の下端から取り外されるため、この時点でも主軸装置１０の全重量は減少変化する。このような際にはシリンダ装置３０の流体圧室３２ａ内の空気圧を調節して均衡用のバランス力を低減させることが必要となる。加工電極２４が長時間の使用の過程で消耗することにより、主軸装置１０の全重量が変化する場合や何らかの原因で加工電極２４がチャック１４から脱落する場合等にも主軸装置１０の全重量は変化するため、この場合にもバランス装置におけるシリンダ装置３０は機敏に反応して重量バランスを達成することが必要となる。
【００２０】
また、放電加工機においては、ワークＷの放電加工過程で、主軸装置１０を介して加工電極２４を垂直方向にジャンプ動作させることにより、加工電極２４とワークＷとの放電間隙に堆積した加工屑を加工液の勢いを利用して放電間隙から除去し、放電加工の促進を図る処理が遂行される。この加工電極２４および主軸装置１０のジャンプ動作の過程では、シリンダ装置３０のピストン３４も一体となってジャンプ動作する。このようなジャンプ動作過程では、シリンダ装置３０の流体圧室３２ａの内部圧力がピストン３４の上下動に応動して変動することになる。このことは主軸装置１０に及ぶ重量均衡用のバランス力が変化することを意味する。従って、この場合にはバランス力の変化をジャンプ動作のタイミングに同期して是正、調節するような調節空気圧の供給が必要とされる。
【００２１】
本発明に係るバランス装置は、上述した主軸装置１０のそれぞれの動作モードに対応して、主軸装置１０に対し正確な重量バランス作用を付与し得るように構成したものである。以下に、図２のフローチャートを参照して説明する。
先ず、放電加工機の停止に伴って主軸装置１０が所定の原位置に停止しているためにバランス装置におけるシリンダ装置３０が発生する重量均衡用のバランス力は、同シリンダ装置３０の流体圧室３２ａに供給される空気圧を主軸装置１０の自重量に見合う所定の圧力値に保持すれば良く、その場合には空圧源４０から空気タンク４２、空気管路３８を経て流体レギュレータ４４により上記所定の圧力値に設定した空気圧をシリンダ装置３０の流体圧室３２ａに供給、維持すればよく、設定後は、特別な制御作用を要しない。
【００２２】
ここで、放電加工機の停止時に必要な上述した所定のバランス用空気圧力値は、予め主軸装置１０を所定の原位置に停止保持する保持力をＺ軸駆動用モータ２０の出力から得る場合に必要とされるモータ駆動電流を送りデータ検出部５８からバランス圧力演算手段６０に読み出し、この場合にはモータ出力が全て主軸装置１０の停止保持に用いられていることから、モータ出力とシリンダ装置３０の流体圧室３２ａ内部でピストン３４を介して主軸装置１０に作用するバランス力とが等しくなる条件から演算することにより、上記所定のバランス力を演算することができる。このような所定のバランス力を圧力値保持・出力手段６２を介して保持しかつ流体レギュレータ４４に出力することにより、バランス装置におけるシリンダ装置３０は、放電加工機の停止中、主軸装置１０の自重量と均衡するバランス力を発生して原停止位置に主軸装置１０を停止、保持することになる。また、このような主軸装置１０の自重量に対応した所定の空気圧力値はバランス用の基準値として、例えばバランス圧力演算手段６０の有するメモリ手段等に記憶される。
【００２３】
さて、放電加工機が運転される運転モードに入ると、主軸装置１０の主軸ヘッド１２の下端にはチャック１４を介して加工電極２４が装着される。このとき、図２のフローチャートに示す制御モードが作動する。つまり制御モードがスタートすると、まず、主軸装置１０に対して主軸装着物の交換があったか否かの判断ステップが遂行される（ステップ１０１）。加工電極２４の装着は主軸装着物の交換が有ったことに相当し、故に、主軸装置１０のチャック１４を作動させて加工電極２４を掴持するためのクランプ起動用の出力が別の制御回路を介してチャック１４に供給されることにより、チャック１４は加工電極２４を掴持する（ステップ１０２）。
【００２４】
その後、制御回路を介して加工電極２４の掴持（クランプ）が完了したか否かの判断ステップ（ステップ１０３）が遂行され、クランプ完了が確認（ステップ１０３のＹ過程）されれば、主軸装置１０は、その自重量と共に加工電極２４の重量を加算した全重量を有することになる。このような状態に達した段階でＺ軸駆動用モータ２０は、主軸装置１０が重量増加につれて落下しないように保持出力を発生する。この保持出力を演算することに基づいて均衡用のバランス力を発生するための空気圧力値が演算される。なお、ステップ１０３でクランプ完了が確認されない場合（ステップ１０３のＮ過程）には、同ステップ１０３を繰り返す。
【００２５】
クランプ完了が確認された（ステップ１０３のＹ過程）場合、Ｚ軸駆動用モータ２０の駆動電流データがサーボ制御手段５４のサーボアンプ部５６から送りデータ検出部５８に読み出されて、その駆動電流データからＺ軸駆動用モータ２０が出力する垂直方向の出力値（推力値）が演算される（ステップ１０４）。
次に、既述した主軸装置１０の自重量バランス用の所定のバランス圧力データに基づいて、バランス装置におけるシリンダ装置３０の流体圧室３２ａ内の空気圧を昇圧する。この昇圧量は、Ｚ軸駆動用モータ２０の出力値と自重量バランス用の所定圧力値を決定した際のモータ出力との関係から簡単に演算することが可能である。かくして演算した昇圧量に基づいてシリンダ装置３０の流体圧室３２ａの内部圧力を調節する。移動体の重量変化時にバランス圧力演算手段が演算する送り駆動手段の出力値の変化量に応じたバランス用流体圧力がこの昇圧量である。こうして加工電極２４を装着した主軸装置１０に対する重量バランスが達成され、Ｚ軸駆動用モータ２０の駆動電流データの検出値がゼロになると（ステップ１０５のＹ過程）、同モータ２０は重量支承用負荷がゼロになったことを意味するから、バランス装置によるバランス作用が達成しているものとして、圧力値保持・出力手段６２を介して演算した昇圧後の空気圧力値を流体レギュレータ４４に出力、保持して主軸装置１０のバランス状態を維持する（ステップ１０７）。
【００２６】
他方、昇圧後も重量バランスが得られない（ステップ１０５のＮ過程）場合には、バランス圧力演算手段６０においてバランス設定圧力の演算が再度、繰り返され（ステップ１０６）、重量バランスを達成するために必要なバランス圧力値を演算する。そして、演算した圧力値に従って圧力値保持・出力手段６２を介して流体レギュレータ４４に指令を送出し、シリンダ装置３０の流体圧室３２ａに供給する空気圧を調節して重量バランスを達成する（ステップ１０７）。
【００２７】
加工電極２４を主軸装置１０のチャック１４から離脱させる過程では、チャック１４による掴持解除（アンクランプ）を行い、このアンクランプの完了に従って主軸装置１０の全重量の軽減変化に応じて（ステップ１０３）、上述と同様にステップ１０４からステップ１０７までの過程を遂行してシリンダ装置３０の流体圧室３２ａに対して供給されるバランス用空気圧力の設定が行われる。
【００２８】
他方、放電加工機の運転時において、加工電極２４を装着した主軸装置１０がジャンプ動作を行う場合におけるバランス装置の作用を以下に説明する。
主軸装置１０はバランス装置におけるシリンダ装置３０が発生する重量バランス作用を受けてバランス状態にある時点からジャンプ動作を行う場合に、このジャンプ動作に追従して遂行される重量バランス作用を考察する。
【００２９】
まず、ジャンプ動作の開始時点は、図２に示す制御作用のフローチャートにおいては、ステップ１０１における主軸装着物（加工電極２４）の交換が行われないステップ（ステップ１０１のＮ過程）に相当する。
従って、このような場合には、サーボ制御手段５４のサーボアンプ部５６から送りデータ検出部５８によりＺ軸駆動用モータ２０の駆動電流データと、回転検出器２２の検出データを読み込んだ主軸装置１０の位置データ、速度データ等とが読み出し、検出される。
【００３０】
そして、この読み出し、検出した諸データにおける駆動電流データを用いてＺ軸駆動用モータ２０の出力値が演算される。すなわち、同モータ２０の出力値は駆動電流の関数として簡単に演算できる。または、予めＺ軸駆動用モータ２０の出力値と駆動電流との関係をテーブル値としてサーボ制御手段５４内部に設けた適宜のメモリ手段に記憶させておいて、そのテーブル値から求めるようにしても良い。
【００３１】
かくしてＺ軸駆動用モータ２０の出力値（推力値）の演算が終了すると（ステップ１０８）、Ｚ軸駆動用モータ２０が時々刻々の各時点において発生している出力が求められることになる。
他方、主軸装置１０に関する上記の位置データ、速度データに基づいて、一定の下記の演算式に従って主軸装置１０の移動時の垂直方向の力成分を演算することができる。
【００３２】
Ｆ＝（Ｍ／ｇ）×ｄｖ＋Ｐμ＋Ｍ      ・・・（１）
Ｆ：全力成分、  Ｍ：その時点の主軸装置１０の全重量、ｇ：重力加速度、
ｄｖ：主軸装置１０の移動時の加速度、Ｐμ：摩擦力、
加速度ｄｖは、主軸装置１０の検出された速度データｖを時間で微分することにより得られる。（１）式は、力の方程式であり、全力成分は３つの力成分、すなわち貫性力、摩擦力、重力の和であることを表わしている。
ステップ１０９は、上述した主軸装置１０の垂直方向の力成分を演算する過程を示している。
【００３３】
このような（１）式の演算式から求めた全力成分ＦはＺ軸駆動用モータ２０の駆動によって速度ｖで送り移動している主軸装置１０に関する力成分であり、このＦから先に求めたＺ軸駆動用モータ２０の出力値を減算することによって、その時点における主軸装置１０の重量成分を求めることができる。ここで重量成分とは、主軸装置１０の移動時の全力成分から主軸装置１０の停止時のＺ軸駆動モータ２０の出力値（推力値）を減算した力成分のことである。
次に、こうして求めた主軸装置１０の重量成分が、従前に演算した重量成分に対して変化しているか否かの判断が行われる（ステップ１１０）。すなわち、主軸装置１０の下端に加工電極２４が装着されている状態では、急激に加工電極２４の消耗が発生する訳ではないから、通常は、重量成分の変化は発生しないはずである。然しながら、ジャンプ動作は高加減速を伴う運動であるために、シリンダ装置３０の流体圧室３２ａの内部ではピストン３４が一体となって高加減速による上下動を遂行する。このため、同流体圧室３２ａの内部では同室３２ａの容積の高速度の変化に対応してバランス用空気圧が高速度で変化し得ない事態が発生する。すなわち、畜圧用の空気タンク４２では空気管路３８を介して流体圧室３２ａの圧力変化を高速度で調節して同室３２ａ内部のバランス圧力を一定に保持することが不可能となるのである。
【００３４】
このような事態のもとでは、上述した主軸装置１０の力成分から演算する重量成分に変化が発生することになる。
従って、このような重量成分に変化が有ったことが判断されたときは（ステップ１１０のＹ過程）、その重量成分に見合うバランス圧力値をバランス圧力演算手段６０において演算する（ステップ１１１）。そして、演算結果のバランス圧力を圧力値保持・出力手段６２を介して流体レギュレータ４４に指令値として出力し、流体レギュレータ４４によって空気タンク４２を経てシリンダ装置３０の流体圧室３２ａに供給する空気流量または空気圧を制御して所定のバランス圧力を発生させる（ステップ１１２）。
【００３５】
ステップ１１０における主軸装置１０の重量成分の変化の有無を判断した際に、重量成分の変化がない場合（ステップ１１０のＮ過程）には、バランス装置におけるシリンダ装置３０の流体圧室３２ａにおいては、ピストン３４の上下動に追従して同室３２ａ内の圧力変動が空気タンク４２の大きな畜圧容量によって吸収され、適正なバランス作用が遂行されているものとしてバランス圧力演算等の過程は実行されないまま、再びステップ１０１の主軸装着物の交換判断ステップに進む。
【００３６】
また、ステップ１１０においておこなわれる主軸装置１０の重量成分の変化を判断する過程では、例えば放電加工機のように、加工電極２４が加工槽２６の加工液中に浸漬して加工動作を行うため、大形の加工電極２４等の場合には加工液中での浮力効果による重量成分の変化を考慮することが必要となる。このような浮力効果は、加工電極２４の加工液中での浸漬深さに関連し、従って、主軸装置１０のＺ軸方向の位置に比例的に関連した浮力が発生していることになる。このような場合には、送りデータ検出部５８から主軸装置１０の位置データを得ることにより、浮力作用量を求め、このような浮力作用量による主軸装置１０の重量成分の変化を考慮することが可能となる。
【００３７】
なお、バランス圧力演算手段６０において遂行されるバランス圧力演算は、予め求めた主軸装置１０に関する所定のバランス圧力値を基準値にして、Ｚ軸駆動用モータ２０の出力変化との関係を実験的に求めておけば、簡単にバランス圧力の演算を遂行することができる。
以上の説明は、工作機械の移動体のバランス装置として放電加工機における垂直軸（Ｚ軸）方向にＺ軸駆動用モータの駆動に従って送り移動する主軸装置に対して重量バランスを行うバランス装置を実施形態として説明したが、パンチプレス機械、立形フライス盤、立形マシニングセンタ等における垂直方向における主軸装置の重量バランスに対しても同様に、本発明を適用してバランス効果を得ることにより、垂直送り駆動モータの負荷軽減を図ることが可能である。また、移動体の重量変化時とは、放電加工機では電極交換時、マシニングセンタでは工具交換時のことである。
【００３８】
【発明の効果】
以上、本発明を代表的な実施形態に基づいて説明したが、本発明によれば、工作機械における垂直方向に送り移動する移動体の重量バランスを遂行するバランス装置として、単に移動体の下端への装着物の着脱による重量変化に応動して均衡用のバランス力を調節、制御して垂直方向の送り駆動用モータに係る重量支承用負荷を減殺し、モータ出力を純粋に垂直送り移動用に用いることを可能にして適正、有効なバランス作用を得ることができるばかりでなく、移動体が例えばジャンプ運動等のような高加減速度による上下運動を行う場合にも、常時、送り駆動用モータに掛かる重量均衡用の負荷を減殺して高加減速度の上下動を駆動する出力分さえ発生可能であれば良く、故に垂直方向の送り駆動用モータの小型化を図り、ひいては工作機械の駆動モータの省エネルギー運転を実現可能にすることができる。
【００３９】
また、垂直方向の送り駆動用モータを小型化することが可能となることによって、工作機械の駆動用モータによる発熱を抑制、低減可能になり、従って工作機械の機体への熱伝達を極力、低減し、熱的要因による加工精度の劣化を防止できるから、ワークの加工精度の向上に寄与する。
また、垂直方向の送り駆動用モータとして比較的小型出力のモータを利用できることから、リニアモータを用いて垂直送り駆動用モータを形成することが可能となり、この結果、垂直方向の移動体の送り駆動機構をリニアモータと移動体との直結によって簡素化することができ、故に、工作機械の機体自体の小型化にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る放電加工機における主軸装置の重量バランスをおこなうバランス装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示したバランス装置の作用を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０…主軸装置
２０…Ｚ軸駆動用モータ
３０…シリンダ装置
４０…空圧源
４２…空気タンク
４４…流体レギュレータ
５８…送りデータ検出部
６０…バランス圧力演算手段
６２…圧力値保持・出力手段
【図１】
0003818782.tif 000002
【図２】
0003818782.tif 000003