特許 7154310 マシニングセンタ及びワーク加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-06

(45)【発行日】2022-10-17

(54)【発明の名称】マシニングセンタ及びワーク加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23Q 1/00 20060101AFI20221007BHJP

   B23Q 1/58 20060101ALI20221007BHJP

   G05B 19/404 20060101ALI20221007BHJP

   G05B 19/18 20060101ALI20221007BHJP

【ＦＩ】

B23Q1/00 Z

B23Q1/58 Z

G05B19/404 G

G05B19/18 C

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020554627

(86)(22)【出願日】2018-10-29

(86)【国際出願番号】 JP2018040181

(87)【国際公開番号】W WO2020089982

(87)【国際公開日】2020-05-07

【審査請求日】2021-01-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000154990

【氏名又は名称】株式会社牧野フライス製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】佐野 裕児

【審査官】中川 康文

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１８４０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２１５７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３６５５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－００９６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２３８３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１２６７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１０５２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１８１１３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第０６４２８６８（ＥＰ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００９／０９８９３１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｑ １／００－１／７６

Ｂ２３Ｑ １５／００－１５／２８

Ｇ０５Ｂ １９／１８－１９／４１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークと回転する工具とを相対的に移動させて、ワークを加工するマシニングセンタにおいて、
基台と、
ワークを支持するテーブルと、
工具を主軸の回転軸線周りに回転させる主軸頭と、
テーブルを主軸の回転軸線に対して平行なＺ軸に沿って基台に対して移動させるＺ軸駆動装置と、
主軸頭を主軸の回転軸線に対して平行なＷ軸に沿って基台に対して移動させるＷ軸駆動装置と、
主軸頭を主軸の回転軸線に対して垂直なＹ軸に沿って基台に対して移動させるＹ軸駆動装置と、
テーブルをＹ軸に対して平行な回転軸線周りのＢ軸に沿って回転させるＢ軸駆動装置と、
主軸頭を主軸の回転軸線及びＹ軸の双方に対して垂直なＸ軸に沿って基台に対して移動させるＸ軸駆動装置と、
テーブルと主軸頭とをそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸、並びにＷ軸に沿って移動させて、これによって、回転する工具がワークを加工するように、Ｘ軸駆動装置、Ｙ軸駆動装置、Ｚ軸駆動装置、Ｂ軸駆動装置、並びにＷ軸駆動装置とを制御する、制御装置と、
を備え、
制御装置が、Ｚ軸とＷ軸との間の平行度誤差を相殺する方向にテーブルのＢ軸に沿って回転し、平行度誤差が含む成分に応じてＸ軸に沿って移動することによって、平行度誤差を補正するようにＸ軸駆動装置及びＢ軸駆動装置を制御することを特徴としたマシニングセンタ。

【請求項2】

制御装置が、Ｚ軸とＷ軸との間の平行度誤差に基づいて、更に主軸頭のＹ軸に沿った移動によって平行度誤差を補正するように、Ｙ軸駆動装置を制御する、
請求項１に記載のマシニングセンタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、マシニングセンタ及びワーク加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

マシニングセンタは、工具を回転させ、且つ、工具の回転軸線と平行な方向に工具とワークとを相対移動させながら、ワークを加工することができる（例えば、穴加工等）。例えば、特許文献１は、２つの工具、すなわち、大径の穴を加工するための工具と、小径の穴を加工するための工具と、を保持することが可能な５軸複合工作機械を開示している。この工作機械では、刃物台が、刃物台案内部上を鉛直方向に移動する。刃物台には、工具取付部が設けられている。工具取付部は、大径の穴を加工するための工具を保持する。工具取付部に保持された工具は、刃物台の移動によって鉛直方向に移動するように構成されている。さらに、この工作機械では、ラムが、上記の刃物台上を鉛直方向に移動する。ラムは、小径の穴を加工するための工具を保持する。ラムは、刃物台に対するラムの移動、及び、刃物台案内部に対する刃物台の移動の双方によって、２つの方法で鉛直方向に移動可能に構成されている。ラムは、ワークへのアプローチの際には刃物台の移動によって移動するように、且つ、穴への進入又は退出の際にはラムの移動によって移動するように、構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－９６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

マシニングセンタの分野では、より高速にワークを加工することが望まれている。しかしながら、例えば、深い穴をワークに形成する場合には、長い送りが必要となり、長い加工時間が必要とされる。よって、本願は、より高速にワークを加工することができるマシニングセンタ及びワーク加工方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、ワークと回転する工具とを相対的に移動させて、ワークを加工するマシニングセンタにおいて、基台と、ワークを支持するテーブルと、工具を主軸の回転軸線周りに回転させる主軸頭と、テーブルを主軸の回転軸線に対して平行なＺ軸に沿って基台に対して移動させるＺ軸駆動装置と、主軸頭を主軸の回転軸線に対して平行なＷ軸に沿って基台に対して移動させるＷ軸駆動装置と、主軸頭を主軸の回転軸線に対して垂直なＹ軸に沿って基台に対して移動させるＹ軸駆動装置と、テーブルをＹ軸に対して平行な回転軸線周りのＢ軸に沿って回転させるＢ軸駆動装置と、主軸頭を主軸の回転軸線及びＹ軸の双方に対して垂直なＸ軸に沿って基台に対して移動させるＸ軸駆動装置と、テーブルと主軸頭とをそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸、並びにＷ軸に沿って移動させて、これによって、回転する工具がワークを加工するように、Ｘ軸駆動装置、Ｙ軸駆動装置、Ｚ軸駆動装置、Ｂ軸駆動装置、並びにＷ軸駆動装置とを制御する、制御装置と、を備え、
制御装置が、Ｚ軸とＷ軸との間の平行度誤差を相殺する方向にテーブルのＢ軸に沿った回転し、平行度誤差が含む成分に応じてX軸に沿った移動をすることによって、平行度誤差を補正するようにX軸駆動装置及びＢ軸駆動装置を制御するマシニングセンタである。

【0006】

本開示の一態様に係るマシニングセンタでは、テーブルと主軸頭とが平行なＺ軸及びＷ軸に沿ってそれぞれ移動し、これによって、工具がワークを加工する。したがって、ワークと工具との間の送りが、テーブル及び主軸頭の双方の移動によって達成される。このため、ワーク及び工具の一方のみが送られる場合に比して、より高速にワークを加工することができる。

【0007】

マシニングセンタは、主軸頭を主軸の回転軸線に対して垂直なＹ軸に沿って基台に対して移動させるＹ軸駆動装置と、テーブルをＹ軸に対して平行な回転軸線周りのＢ軸に沿って回転させるＢ軸駆動装置と、を更に備えてもよく、制御装置が、Ｚ軸とＷ軸との間の平行度誤差に基づいて、主軸頭のＹ軸に沿った移動及びテーブルのＢ軸に沿った回転の少なくとも一方によって平行度誤差を補正するように、Ｙ軸駆動装置及びＢ軸駆動装置の少なくとも一方を制御してもよい。本開示の一態様に係るマシニングセンタでは、ワークと工具との間の送りが、Ｚ軸及びＷ軸に沿った移動の双方によって達成されるため、Ｚ軸とＷ軸との間の平行度誤差が加工精度に影響を及ぼす可能性がある。そこで、制御装置が、平行度誤差を補正するように、主軸頭のＹ軸に沿った移動及びテーブルのＢ軸に沿った回転の少なくとも一方を制御することによって、平行度誤差の影響を低減することができる。したがって、ワークを高精度に加工することができる。

【0008】

同様に、マシニングセンタは、主軸頭を主軸の回転軸線に対して垂直なＹ軸に沿って基台に対して移動させるＹ軸駆動装置と、主軸頭を主軸の回転軸線及びＹ軸の双方に対して垂直なＸ軸に沿って基台に対して移動させるＸ軸駆動装置と、を更に備えてもよく、制御装置が、Ｚ軸とＷ軸との間の平行度誤差に基づいて、主軸頭のＹ軸に沿った移動及び主軸頭のＸ軸に沿った移動の少なくとも一方によって平行度誤差を補正するように、Ｙ軸駆動装置及びＸ軸駆動装置の少なくとも一方を制御してもよい。この場合にも、制御装置が、平行度誤差を補正するように、主軸頭のＹ軸に沿った移動及びＸ軸に沿った移動の少なくとも一方を制御することによって、平行度誤差の影響を低減することができる。したがって、ワークを高精度に加工することができる。

【発明の効果】

【0010】

本開示の一態様によれば、より高速にワークを加工することができるマシニングセンタ及びワーク加工方法を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係るマシニングセンタを含むシステムを示す概略側面図である。

【図2】ワークに穴を形成しているときの図１のマシニングセンタを示す概略側面図である。

【図3】図１のマシニングセンタの概略上面図である。

【図4】テーブルと主軸頭とが接近しているときの図１のマシニングセンタを示す概略側面図である。

【図5】テーブルと主軸頭とが離れているときの図１のマシニングセンタを示す概略側面図である。

【図6】Ｚ軸とＷ軸との間の平行度誤差を示す概略上面図である。

【図7】平行度誤差を補正するための一例を示す概略上面図である。

【図8】図１のシステムにおけるワーク交換操作を示す概略側面図である。

【図9】図８に続く操作を示す概略側面図である。

【図10】図９に続く操作を示す概略側面図である。

【図11】ワーク交換操作の際のマシニングセンタ及びロボットの操作を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して、実施形態に係るマシニングセンタ及びワーク加工方法を説明する。同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。理解を容易にするために、図の縮尺は変更されている場合があり、さらに、ある図に示されている構成要素は、他の図面においては省略されている場合がある。

【0013】

図１は、実施形態に係るマシニングセンタ１００を含むシステム３００を示す概略側面図である。システム３００は、例えば、マシニングセンタ１００と、ロボット２００と、を含むことができる。システム３００は、他の構成要素を更に有してもよい。システム３００では、例えば、ロボット２００が所定の経路（不図示）に沿って移動することができ、マシニングセンタ１００を含む複数の加工機が、ロボット２００の経路に沿って配置されることができる。なお、図１では、明確さのために、１つの加工機のみ（すなわち、マシニングセンタ１００のみ）が示されていることに留意されたい。例えば、ロボット２００は、隣接する加工機（不図示）からマシニングセンタ１００にワークＷＲを搬送することができる、又は、マシニングセンタ１００から隣接する加工機にワークＷＲを搬送することができる。

【0014】

図２は、ワークＷＲに穴を形成しているときの図１のマシニングセンタ１００を示す概略側面図である。マシニングセンタ１００は、例えば、横形であることができ、主軸６の回転軸線Ｏｓが水平方向に設定されている。マシニングセンタ１００は、例えば、立形であってもよい。マシニングセンタ１００は、工具Ｔを回転させ、且つ、工具Ｔの回転軸線と平行な方向に工具ＴとワークＷＲとを相対移動させながら、ワークＷＲを加工することができる（例えば、穴、溝、ポケット、貫通孔又は段部等）。マシニングセンタ１００は、例えば、ベッド（基台）１と、テーブル２と、コラム３と、主軸頭台４と、主軸頭５と、主軸６と、ＮＣ装置（制御装置）７と、自動工具交換装置５０（図３参照）と、を備えることができる。マシニングセンタ１００は、他の構成要素を更に有してもよい。

【0015】

マシニングセンタ１００の機械座標系に関して、回転軸線Ｏｓに平行な方向がＺ軸方向（前後方向とも称される）である。コラム３に対してテーブル２が在る側が前であり、反対側が後である。鉛直方向がＹ軸方向（上下方向とも称される）であり、Ｚ軸及びＹ軸の双方に垂直な方向がＸ軸方向（左右方向とも称される）である。

【0016】

図２を参照して、ベッド１は、例えば工場の床に設置されることができる。テーブル２は、ワークＷＲを支持する。ワークＷＲは、冶具によって直接的にテーブル２に取り付けられることができ、又は、他の実施形態では、ワークＷＲは、パレットを介して間接的にテーブル２に取り付けられてもよい。テーブル２は、テーブル台２１を介してベッド１上に移動可能に配置されている。

【0017】

図３は、図１のマシニングセンタ１００の概略上面図である。マシニングセンタ１００は、テーブル台２１をベッド１に対してＺ軸に沿って移動させるＺ軸駆動装置１１を備えている。Ｚ軸駆動装置１１は、Ｚ軸に沿ってベッド１上に配置された一対のリニアガイドＬ１を有しており、テーブル台２１がリニアガイドＬ１のレール上を移動する。Ｚ軸駆動装置１１は、テーブル台２１に連結されたボールねじＢ１と、ボールねじＢ１を回転させるためのモータＭ１と、を更に有している。Ｚ軸駆動装置１１は、テーブル台２１のＺ軸座標値を測定するためのスケールを更に有することができる。Ｚ軸駆動装置１１によるテーブル台２１のＺ軸方向の送りは、ＮＣ装置７によって制御される。

【0018】

図２を参照して、マシニングセンタ１００は、テーブル２をＹ軸に対して平行な回転軸線Ｏｂ周りのＢ軸に沿って回転させるＢ軸駆動装置１２を備えている。Ｂ軸駆動装置１２は、例えば、テーブル２をテーブル台２１に回転可能に結合するクロスローラベアリングＣＲと、テーブル２を回転させるモータＭ２と、を有することができる。Ｂ軸駆動装置１２は、他の構成であってもよい。モータＭ２は、例えば、回転軸線Ｏｂ周りのテーブル２の回転位置を測定するためのエンコーダ等を含むことができる。Ｂ軸駆動装置１２によるテーブル２のＢ軸方向の送りは、ＮＣ装置７によって制御される。

【0019】

コラム３は、Ｚ軸方向においてテーブル２と対向するように、ベッド１上に移動可能に配置されている。マシニングセンタ１００は、コラム３をＸ軸に沿って移動させるＸ軸駆動装置１３を備えている。Ｘ軸駆動装置１３は、Ｘ軸に沿ってベッド１上に配置された一対のリニアガイドＬ３を有しており、コラム３がリニアガイドＬ３のレール上を移動する。本実施形態では、後方のリニアガイドＬ３が、前方のリニアガイドＬ３よりも高く位置付けされており、後方のリニアガイドＬ３と前方のリニアガイドＬ３とを結ぶ仮想平面が水平方向に対して傾斜している。このような構成によって、ベッド１が加工反力を効率よく受け止めることができる。

【0020】

Ｘ軸駆動装置１３は、コラム３に連結されたボールねじＢ３と、ボールねじＢ３を回転させるためのモータＭ３（図３）と、を更に有している。Ｘ軸駆動装置１３は、コラム３のＸ軸座標値を測定するためのスケールを更に有することができる。Ｘ軸駆動装置１３によるコラム３のＸ軸方向の送りは、ＮＣ装置７によって制御される。

【0021】

図４は、テーブル２と主軸頭５とが接近しているときの図１のマシニングセンタ１００を示す概略側面図である。主軸頭台４は、コラム３に移動可能に配置されている。主軸頭台４は、コラム３の前面から後面まで貫通している。マシニングセンタ１００は、主軸頭台４をＹ軸に沿って移動させるＹ軸駆動装置１４を備えている。Ｙ軸駆動装置１４は、Ｙ軸に沿ってコラム３の前面に配置されたリニアガイドＬ４を有しており、主軸頭台４がリニアガイドＬ４のレール上を移動する。Ｙ軸駆動装置１４は、主軸頭台４に連結されたボールねじ（不図示）と、当該ボールねじを回転させるためのモータＭ４と、を更に有している。Ｙ軸駆動装置１４は、主軸頭台４のＹ軸座標値を測定するためのスケールを更に有することができる。Ｙ軸駆動装置１４による主軸頭台４のＹ軸方向の送りは、ＮＣ装置７によって制御される。

【0022】

主軸頭５は、主軸６の回転軸線Ｏｓ周りに工具Ｔを回転させる。主軸頭５は、主軸頭台４に移動可能に配置されている。マシニングセンタ１００は、主軸頭５を主軸６の回転軸線Ｏｓに平行なＷ軸に沿って移動させるＷ軸駆動装置１５を備えている。なお、主軸頭５と主軸６とは同心に配置されているため、図４では、主軸６の回転軸線Ｏｓと主軸頭５のＷ軸とが互いに一致しているように示されていることに留意されたい。Ｗ軸駆動装置１５は、Ｗ軸に沿って主軸頭台４の内部に配置されたリニアガイドＬ５を有しており、主軸頭５がリニアガイドＬ５のレールＲの下を移動する。本実施形態では、リニアガイドＬ５のレールＲが主軸頭台４に固定され、ブロックＢＬが主軸頭５に固定されており、主軸頭５が主軸頭台４に吊られている。このような構成によって、上述のように、Ｘ軸駆動装置１３の後側のリニアガイドＬ３が高い位置に配置されていても、Ｗ軸駆動装置１５を含むコラム３をコンパクトに構成することができる。Ｗ軸駆動装置１５は、主軸頭５に連結されたボールねじＢ５と、ボールねじＢ５を回転させるためのモータＭ５と、を更に有している。Ｗ軸駆動装置１５は、主軸頭５のＺ軸座標値を測定するためのスケールを更に有することができる。Ｗ軸駆動装置１５による主軸頭５のＷ軸方向の送りは、ＮＣ装置７によって制御される。

【0023】

図５は、テーブル２と主軸頭５とが離れているときの図１のマシニングセンタを示す概略側面図である。図４及び図５を参照して、Ｗ軸駆動装置１５は、主軸頭５を、図４に示されるような最も前側の第１の位置Ｐ１と、図５に示されるような最も後側の第２の位置Ｐ２と、の間をＷ軸に沿って移動させる。マシニングセンタ１００では、例えば、最も前側の第１の位置Ｐ１（図４）がＷ軸の原点として設定されることができ、最も後側の第２の位置Ｐ２（図５）がＷ軸の最大ストローク位置として設定されることができる。なお、図４では、テーブル２は、最も前側の位置に位置し、図５では、最も後側の位置に位置することに留意されたい。

【0024】

主軸６は、主軸頭５の内部に回転可能に配置されている。主軸６は、工具Ｔを保持する。主軸６の回転は、ＮＣ装置７によって制御される。

【0025】

図２を参照して、ＮＣ装置７は、ＮＣプログラムに基づいて、上記のＸ軸駆動装置１３、Ｙ軸駆動装置１４、Ｚ軸駆動装置１１、Ｗ軸駆動装置１５、及び、Ｂ軸駆動装置１２を制御するように構成されている。ＮＣ装置７は、例えば、プロセッサ７１と、メモリ７２と、入力装置７３と、表示装置７４と、インターフェース７５と、を有することができ、これらの構成要素は例えばバス等によって互いに接続されている。ＮＣ装置７は、他の構成要素を更に有してもよい。

【0026】

プロセッサ７１は、例えば、１つ又は複数のＣＰＵ（Central Processing unit）であることができる。メモリ７２は、例えば、ＲＯＭ（read only memory）、ＲＡＭ（random access memory）、及び、ハードディスクドライブ等の記憶装置を含むことができる。メモリ７２は、プロセッサ７１が実行する様々なプログラムを記憶することができる。入力装置７３は、例えば、マウス、キーボード及び機械式のボタン等を含むことができ、表示装置７４は、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ等を含むことができる。入力装置７３及び表示装置７４として、タッチパネルが使用されてもよい。インターフェース７５は、ＮＣ装置７を外部装置に接続するためのインターフェース回路を有することができる。例えば、インターフェース７５は、ＮＣプログラムに基づいて上記の駆動装置１１～１５のモータＭ１～Ｍ５へ電流値を出力するためのモータ制御部を有することができ、モータ制御部には上記の駆動装置１１～１５が有するスケール及びエンコーダから位置を示す信号がフィードバックされる。

【0027】

ＮＣ装置７は、テーブル２と主軸頭５とを互いに同期してそれぞれＺ軸及びＷ軸に沿って互いに近づくように移動させ、これによって、回転する工具ＴがワークＷＲを加工するように、Ｚ軸駆動装置１１とＷ軸駆動装置１５とを制御可能に構成されている（詳しくは後述）。

【0028】

図３を参照して、自動工具交換装置５０は、例えば、主軸６の左側のスペースに配置されている。なお、自動工具交換装置５０は、例えば、主軸６の右側又は上側等のスペースに配置されてもよいことに留意すべきである。自動工具交換装置５０は、例えば、複数の工具Ｔを収容可能な工具マガジンを備えることができる。自動工具交換装置５０は、公知の様々なタイプであることができるので、ここでは詳細な説明を省略する。

【0029】

図１を参照して、ロボット２００は、例えば、多軸多関節型ロボットであることができる。ロボット２００は、例えば、第１のハンドＨ１及び第２のハンドＨ２を有することができる。システム３００では、ロボット２００のマシニングセンタ１００への１回のみの進入によって、ロボット２００が保持するワークＷＲとマシニングセンタ１００のテーブル２上のワークＷＲとを交換することができる（詳しくは後述）。例えば、ロボット２００は、ＮＣ装置７とは別の制御装置によって操作されることができ、ワークＷＲを交換する際には、マシニングセンタ１００のＮＣ装置７とロボット２００の制御装置とが互いに通信して協働することができる。

【0030】

次に、マシニングセンタ１００の動作について説明する。

【0031】

図２を参照して、上述のように、テーブル２と主軸頭５とを互いに同期して移動させながらワークＷＲを加工する場合、プロセッサ７１は、ＮＣプログラムに基づいて、先ず、工具Ｔを回転させるように、主軸６を回転させるためのモータに信号を送る。続いて、プロセッサ７１は、ＮＣプログラムに基づいて、テーブル２と主軸頭５とを互いに同期してそれぞれＺ軸及びＷ軸に沿って移動させるように、Ｚ軸駆動装置１１のモータＭ１とＷ軸駆動装置１５のモータＭ５とに信号を送る。例えば、図２に示されるように、ワークＷＲに深い穴を形成するときに、テーブル２のみがＺ軸に沿って移動される場合、加工時間が長くなる可能性がある。また、テーブル２が高重量のワークＷＲを支持する場合には、テーブル２の移動が遅くなる可能性があり、このことも長い加工時間に繋がり得る。マシニングセンタ１００は、テーブル２をＺ軸に沿って移動させることに加えて、ワークＷＲの重量に依存しない主軸頭５を同時にＷ軸に沿って移動させることができるので、より高速に深い穴を形成することができる。

【0032】

なお、上記のように、マシニングセンタ１００は、テーブル２と主軸頭５とを互いに同期して移動させながらワークＷＲを加工することができる一方で、マシニングセンタ１００は、同様に、例えば加工の種類（例えば、浅い穴）等に応じて、テーブル２及び主軸頭５の一方を移動させ他方を静止させたままでワークＷＲを加工することもできることに留意すべきである。

【0033】

次に、マシニングセンタ１００による工具交換について説明する。図３を参照して、例えばワークＷＲに深い穴を形成する場合、長い工具Ｔが使用され得る。長い工具Ｔが使用される場合、主軸６を自動工具交換装置５０に対してＸ軸に沿って（又は、自動工具交換装置５０が主軸６の上方にある場合にはＹ軸に沿って）移動させるだけでは、工具ＴとワークＷＲとが互いに干渉してしまう可能性がある。

【0034】

この場合、例えば、以下のような操作によって工具Ｔを交換することができる。主軸６と自動工具交換装置５０との間で工具Ｔを交換した後に、工具ＴをワークＷＲの穴に挿入する場合、先ず、主軸頭５を、最も後側の第２の位置Ｐ２（図５）までＷ軸に沿って引っ込める。続いて、工具ＴがワークＷＲの穴と対向するように、主軸頭５をＸ軸に沿って（又は、Ｙ軸に沿って）移動させる。続いて、主軸頭５を、最も後側の第２の位置Ｐ２から所望の位置までＷ軸に沿って前進させる。以上の操作によって、工具ＴをワークＷＲの穴に挿入することができる。加工後に工具Ｔを自動工具交換装置５０に戻す場合には、以上の操作を逆の順番で実行することができる。以上のように、マシニングセンタ１００では、テーブル２を移動させずに、主軸頭５のみを移動させることによって、工具Ｔを交換することができる。テーブル２は高重量のワークＷＲを支持する場合があるので、マシニングセンタ１００がより軽重量の主軸頭５のみを移動させることで工具Ｔを交換できることは、有利である。

【0035】

なお、工具Ｔが長尺でない場合には、マシニングセンタ１００は、主軸頭５を最も後側の第２の位置Ｐ２まで引っ込めることなく、主軸頭５をＸ軸又はＹ軸に沿って移動させることによって、工具Ｔを交換し得ることに留意されたい。この場合、工具Ｔをより迅速に交換することができ、且つ、加工を迅速に開始することができる。

【0036】

次に、マシニングセンタ１００における平行度誤差δの補正について説明する。図６は、Ｚ軸とＷ軸との間の平行度誤差を示す概略上面図である。図６の例では、主軸頭５のＷ軸は設計通りに設定されている一方で、テーブル２のＺ軸は設計からＹ軸周りに誤差δ（度）だけ逸れている。なお、他の例では、主軸頭５のＷ軸が設計から逸れ得る一方で、テーブル２のＺ軸が設計通りに設定され得ることに留意されたい。図６の例では、ワークＷＲはほぼ立方体であり、側面Ｓ１に垂直に穴が開けられることが意図されている。この場合、ワークＷＲは、側面Ｓ１が主軸６の回転軸線Ｏｓ（すなわち、主軸頭５のＷ軸）に対して垂直になるように、テーブル２上に配置されることが想定される。

【0037】

マシニングセンタ１００では、上述のように、ワークＷＲと工具Ｔとの間の送りが平行なＺ軸及びＷ軸に沿った移動の双方によって達成されるため、Ｚ軸とＷ軸との間に平行度誤差δ（度）が発生し得る。このような平行度誤差δは、例えば、マシニングセンタ１００の組み立ての際、及び／又は、マシニングセンタ１００を長期に使用した後等に発生し得る。平行度誤差δは、加工の種類によっては、加工精度に影響を及ぼす可能性がある。例えば、図６に示されるようにワークＷＲの側面Ｓ１に垂直に穴を開ける際に、側面Ｓ１が主軸頭５のＷ軸に対して垂直になるようにワークＷＲが配置された場合、平行度誤差δに起因して、側面Ｓ１がテーブル２のＺ軸（すなわち、ワークＷＲの移動方向）に対して垂直とならない可能性がある。この場合、ワークＷＲの側面Ｓ１に垂直に穴を形成できない可能性がある。そこで、マシニングセンタ１００は、平行度誤差δを補正するように構成されている。

【0038】

具体的には、補正に先立って、平行度誤差δを測定する。平行度誤差δは、例えば、以下の操作によって測定されることができる。先ず、主軸６に、測定プローブ（不図示）を取り付ける。ＮＣ装置７は、測定プローブがテーブル２又はテーブル２上のオブジェクト（例えば、標準器）に接触したときに、測定プローブから出力されるスキップ信号と、駆動装置１１～１５のスケール及びエンコーダから出力される位置信号と、を受信し、これによって、測定プローブの座標値を測定するように構成されることができる。

【0039】

次に、主軸頭５が最も前側の第１の位置Ｐ１（図４）にあるときに、測定プローブをテーブル２又はテーブル２上のオブジェクトの所定の部位に接触させ、第１の位置Ｐ１における測定プローブの座標値を測定する。次に、テーブル２及び主軸頭５をそれぞれＺ軸及びＷ軸に沿って後側に移動させ、主軸頭５が最も後側の第２の位置Ｐ２（図５）にあるときに、測定プローブをテーブル２又はテーブル２上のオブジェクトの同じ所定の部位に接触させ、第２の位置Ｐ２における測定プローブの座標値を測定する。次に、測定プローブの第１の位置Ｐ１及び第２の位置Ｐ２における座標値に基づいて、Ｚ軸とＷ軸との間の平行度誤差δ（度）を計算することができる。以上の操作の一部又は全部は、オペレータによって入力装置７３を介して手動で実施されてもよいし、又は、メモリ７２に記憶されたプログラムに従ってプロセッサ７１によって自動的に実施されてもよい。算出された平行度誤差δは、例えば、メモリ７２に記憶されることができる。

【0040】

図６を参照して、上述のようにワークＷＲの側面Ｓ１に垂直に穴を開ける場合、ＮＣ装置７のプロセッサ７１は、メモリ７２に記憶されたプログラムに従って、メモリ７２に記憶されている平行度誤差δを相殺する方向にテーブル２をＢ軸に沿って回転させるように、Ｂ軸駆動装置１２を制御する。

【0041】

図７は、平行度誤差を補正するための一例を示す概略上面図であり、テーブル２が平行度誤差δを相殺する方向に回転されている。図７に示されるように、テーブル２の回転によって、ワークＷＲは、側面Ｓ１がテーブル２のＺ軸に対して垂直となるように配置される。このような構成によって、側面Ｓ１をテーブル２の移動方向に対して垂直に維持したまま、ワークＷＲをＺ軸方向に移動させることができる。

【0042】

上記の実施形態では、平行度誤差δがＹ軸周りの成分のみを含んでいるため、ＮＣ装置７は、テーブル２を回転させるためにＢ軸駆動装置１２のみを制御している。代替的に又は追加的に、平行度誤差δが含む成分に応じて、ＮＣ装置７は、主軸頭５をＹ軸に沿って上昇又は下降させるためにＹ軸駆動装置１４を制御してもよい。さらに、代替的に又は追加的に、平行度誤差δが含む成分に応じて、ＮＣ装置７は、主軸頭５をＸ軸に沿って移動させるためにＸ軸駆動装置１３を制御してもよい。

【0043】

次に、ロボット２００によるワークＷＲの交換について説明する。

【0044】

図１を参照して、上述のように、システム３００では、ロボット２００のマシニングセンタ１００への１回のみの進入によって、ロボット２００が保持するワークＷＲとマシニングセンタ１００のテーブル２上のワークＷＲとを交換することができる。図１の例では、ハンドＨ１が空であり、ハンドＨ２がワークＷＲを保持している。図８～図１０は、図１のシステム３００におけるワークＷＲの交換操作を示す概略側面図であり、図１１は、この際のマシニングセンタ１００及びロボット２００の操作を示すタイミングチャートである。

【0045】

図１及び図１１を参照して、システム３００では、先ず、マシニングセンタ１００のドア（不図示）が開けられ、テーブル２が所定のワーク交換位置までＺ軸に沿って移動する。続いて、図８及び図１１を参照して、時刻Ｔ１において、ロボット２００のアームが伸び始めて、マシニングセンタ１００内の上記のワーク交換位置の上方の位置まで進入する。続いて、時刻Ｔ２において、空のハンドＨ１がテーブル２上のワークＷＲを囲うようにロボット２００のアームが下降し、ハンドＨ１が閉じてワークＷＲを保持する。

【0046】

図９及び図１１を参照して、時刻Ｔ３において、ロボット２００のアームが上昇する。続いて、時刻Ｔ４において、テーブル２が、ハンドＨ２に保持されたワークＷＲの下方までＺ軸に沿って移動する。続いて、時刻Ｔ５において、ハンドＨ２に保持されたワークＷＲがテーブル２上に置かれるように、ロボット２００のアームが下降する。

【0047】

続いて、図１０及び図１１を参照して、時刻Ｔ６において、ハンドＨ２が開き、ワークＷＲがテーブル２によって支持される。続いて、時刻Ｔ７において、ロボット２００のアームがマシニングセンタ１００から退出すると共に、マシニングセンタ１００のテーブル２上の冶具（不図示）がワークＷＲをクランプする。続いて、テーブル２が加工開始位置までＺ軸に沿って移動し、ドアが閉まる。以上の一連の動作によって、ロボット２００のマシニングセンタ１００への１回のみの進入によって、ロボット２００が保持するワークＷＲとマシニングセンタ１００のテーブル２上のワークＷＲとが交換される。したがって、ワークＷＲを迅速に交換することができる。

【0048】

なお、図８において、マシニングセンタ１００は、主軸頭５を突出させた状態でワークＷＲを交換しているが、ワークＷＲがより大型のワークであった場合には、マシニングセンタ１００が、主軸頭５をＷ軸に沿って後側の第２の位置Ｐ２まで引っ込めることで、システム３００は、大型のワークを工具Ｔと衝突させることなく、大型のワークの交換をすることができる。

【0049】

以上のような実施形態に係るマシニングセンタ１００及びワーク加工方法では、テーブル２と主軸頭５とがそれぞれＺ軸及びＷ軸に沿って移動し、これによって、工具ＴがワークＷＲを加工するように、Ｚ軸駆動装置１１とＷ軸駆動装置１５とが制御される。したがって、ワークＷＲと工具Ｔとの間の送りが、テーブル２及び主軸頭５の双方の移動によって達成される。このため、ワークＷＲ及び工具Ｔの一方のみが送られる場合に比して、より高速にワークＷＲを加工することができる。

【0050】

また、マシニングセンタ１００では、ＮＣ装置７が、テーブル２のＺ軸と主軸頭５のＷ軸との間の平行度誤差δに基づいて、主軸頭５のＹ軸に沿った移動及びテーブル２のＢ軸に沿った回転の少なくとも一方によって平行度誤差δを補正するように、Ｙ軸駆動装置１４及びＢ軸駆動装置１２の少なくとも一方を制御する。したがって、平行度誤差δの影響を低減することができる。したがって、ワークＷＲを高精度に加工することができる。

【0051】

同様に、マシニングセンタ１００では、ＮＣ装置７が、テーブル２のＺ軸と主軸頭５のＷ軸との間の平行度誤差δに基づいて、主軸頭５のＹ軸に沿った移動及びＸ軸に沿った移動の少なくとも一方によって平行度誤差δを補正するように、Ｙ軸駆動装置１４及びＸ軸駆動装置１３の少なくとも一方を制御することもできる。この場合にも、平行度誤差δの影響を低減することができる。したがって、ワークＷＲを高精度に加工することができる。

【0052】

マシニングセンタ及びワーク加工方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。当業者であれば、上記の実施形態の様々な変形が可能であることを理解するだろう。また、当業者であれば、上記の方法の工程は、矛盾が生じない限り、上記と異なる順番で実施されてもよいことを理解するだろう。

【符号の説明】

【0053】

１ ベッド（基台）
２ テーブル
５ 主軸頭
６ 主軸
７ ＮＣ装置（制御装置）
１１ Ｚ軸駆動装置
１２ Ｂ軸駆動装置
１３ Ｘ軸駆動装置
１４ Ｙ軸駆動装置
１５ Ｗ軸駆動装置
１００ マシニングセンタ
Ｏｂ テーブルの回転軸線
Ｏｓ 主軸の回転軸線
Ｔ 工具
ＷＲ ワーク
δ 平行度誤差

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】