特許 7425588 工作機械

(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】2024-01-23

(45)【発行日】2024-01-31

(54)【発明の名称】工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23B 49/00 20060101AFI20240124BHJP

   G05B 19/404 20060101ALI20240124BHJP

   B23Q 15/12 20060101ALI20240124BHJP

【ＦＩ】

B23B49/00 Z

G05B19/404 F

B23Q15/12 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019222931

(22)【出願日】2019-12-10

(65)【公開番号】P2021091040

(43)【公開日】2021-06-17

【審査請求日】2022-10-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000146847

【氏名又は名称】ＤＭＧ森精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石川 由秀

(72)【発明者】

【氏名】脇坂 宗生

(72)【発明者】

【氏名】曽我 崇明

(72)【発明者】

【氏名】清田 純洋

(72)【発明者】

【氏名】宮原 克仁

【審査官】野口 絢子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０３１３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２７９８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１７４３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０６６５４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｂ３５／００－４９／０６

Ｂ２３Ｑ１５／００－１５／２８

Ｇ０５Ｂ１９／１８－１９／４１６

Ｇ０５Ｂ１９／４２－１９／４６

Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２

Ｇ０５Ｄ ３／００－ ３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを保持し、水平方向に延びる第１軸を中心にして前記ワークを回転させることが可能なワーク主軸と、
工具を保持する工具保持部と、
前記第１軸と直交し、少なくとも水平方向成分を含む方向に延びる第２軸を中心にして前記工具保持部を旋回させる駆動モータと、
前記駆動モータを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、重力による前記工具の撓み角を算出し、その撓み角に対応する前記工具保持部の旋回角の補正量を特定するとともに、前記補正量に基づいて前記駆動モータに対する制御指令を発し、前記工具保持部は、前記工具の先端部が水平方向と平行に配置されるように、前記第２軸を中心に旋回される、工作機械。

【請求項2】

前記工具保持部は、前記第２軸と直交する第３軸を中心にして前記工具を回転させることが可能な工具主軸である、請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

前記工具に掛かる重力方向の荷重がｗ（Ｎ／ｍｍ）、前記工具の長さがＬ（ｍｍ）、前記工具のヤング率がＥ（ＧＰａ）、前記工具の断面２次モーメントがＩ（ｍｍ^４）である場合に、
前記制御部は、重力による前記工具の撓み角α（ｒａｄ）を、α＝ｗＬ^３／６ＥＩの式により特定する、請求項１または２に記載の工作機械。

【請求項4】

前記制御部には、前記工具の直径Ｄ（ｍｍ）が入力され、
前記制御部は、前記工具の断面２次モーメントＩ（ｍｍ^４）を、Ｉ＝πＤ^４／６４の式により算出する、請求項３に記載の工作機械。

【請求項5】

前記制御部には、前記工具の材質が入力され、
前記制御部は、入力された前記工具の材質を、予め記憶された材質とヤング率との関係に照らし合わせることによって、前記工具のヤング率を特定する、請求項３または４に記載の工作機械。

【請求項6】

前記駆動モータの負荷に相関する物理量を取得する取得部をさらに備え、
前記制御部には、前記工具の長さが入力され、
前記制御部は、前記取得部において取得された前記物理量と、前記工具の長さとに基づいて、前記工具に掛かる重力方向の荷重を算出する、請求項３から５のいずれか１項に記載の工作機械。

【請求項7】

前記工具保持部を鉛直方向成分を含む方向に移動させる移動機構部をさらに備え、
前記制御部は、前記工具の撓み角に基づいて、鉛直方向における前記工具保持部の位置の補正量を算出し、その補正量に従って前記移動機構部を制御する、請求項１から６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】

この発明は、工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば、特開２０１４－１６１９４１号公報（特許文献１）には、加工工具を保持するとともに、その加工工具を回転軸を中心にして回転させる工具スピンドルと、工具スピンドルを支える工具スピンドルホルダと、鉛直方向に延びる旋回軸を中心にして工具スピンドルホルダを旋回駆動させるモータとを備える加工装置が開示されている。特許文献１に開示される加工装置においては、加工工具の撓み量を推定し、ワークの被加工面の角度ずれが相殺されるように工具スピンドルホルダにおける加工工具の回転軸を調整する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－１６１９４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ロングボーリングバー等の長尺工具を用いて、ワークの加工を行なう場合がある。このような場合、工具が自重により下方に撓むことによって、工具の刃先とワークとの接触角が変化し、ワークの加工精度が低下するという問題が生じる。

【0005】

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、重力による工具の撓みに起因してワークの加工精度が低下することを抑制する工作機械を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明の１つの局面に従った工作機械は、ワークを保持し、水平方向に延びる第１軸を中心にしてワークを回転させることが可能なワーク主軸と、工具を保持する工具保持部と、第１軸と直交し、少なくとも水平方向成分を含む方向に延びる第２軸を中心にして工具保持部を旋回させる駆動モータと、駆動モータを制御する制御部とを備える。制御部は、重力による工具の撓み角を算出し、その撓み角に対応する工具保持部の旋回角の補正量を特定するとともに、その補正量に基づいて駆動モータに対する制御指令を発する。工具保持部は、工具の先端部が水平方向と平行に配置されるように、第２軸を中心に旋回される。
この発明の別の局面に従った工作機械は、ワークを保持し、水平方向に延びる第１軸を中心にしてワークを回転させることが可能なワーク主軸と、工具を保持する工具保持部と、第１軸と直交し、少なくとも水平方向成分を含む方向に延びる第２軸を中心にして工具保持部を旋回させる駆動モータと、駆動モータを制御する制御部とを備える。制御部は、重力による工具の撓み角を算出し、その撓み角に対応する工具保持部の旋回角の補正量を特定する。

【0007】

このように構成された工作機械によれば、制御部において特定された工具保持部の旋回角の補正量が反映されるように、工具保持部を第２軸を中心に旋回させる。これにより、重力による工具の撓みに起因して工具の刃先とワークとの接触角が変化し、ワークの加工精度が低下することを抑制できる。

【0008】

また好ましくは、工具保持部は、第２軸と直交する第３軸を中心にして工具を回転させることが可能な工具主軸である。

【0009】

このように構成された工作機械によれば、工具主軸に保持された工具によりワークを加工する場合に、重力による工具の撓みに起因してワークの加工精度が低下することを抑制できる。

【0010】

また好ましくは、工具に掛かる重力方向の荷重がｗ（Ｎ／ｍｍ）、工具の長さがＬ（ｍｍ）、工具のヤング率がＥ（ＧＰａ）、工具の断面２次モーメントがＩ（ｍｍ^４）である場合に、制御部は、重力による工具の撓み角α（ｒａｄ）を、α＝ｗＬ^３／６ＥＩの式により特定する。

【0011】

このように構成された工作機械によれば、重力による工具の撓み角を、予め定められた式に基づいて求めることができる。

【0012】

また好ましくは、制御部には、工具の直径Ｄ（ｍｍ）が入力される。制御部は、工具の断面２次モーメントＩ（ｍｍ^４）を、I＝πＤ^４／６４の式により算出する。

【0013】

このように構成された工作機械によれば、ユーザが制御部に対して工具の直径を入力することによって、重力による工具の撓み角を算出するために必要となる工具の断面２次モーメントを求めることができる。

【0014】

また好ましくは、制御部には、工具の材質が入力される。制御部は、入力された工具の材質を、予め記憶された材質とヤング率との関係に照らし合わせることによって、工具のヤング率を特定する。

【0015】

このように構成された工作機械によれば、ユーザが制御部に対して工具の材質を入力することによって、重力による工具の撓み角を算出するために必要となる工具のヤング率を求めることができる。

【0016】

また好ましくは、工作機械は、駆動モータの負荷に相関する物理量を取得する取得部をさらに備える。制御部には、工具の長さが入力される。制御部は、取得部において取得された物理量と、工具の長さとに基づいて、工具に掛かる重力方向の荷重を算出する。

【0017】

このように構成された工作機械によれば、ユーザが制御部に対して工具の長さを入力するとともに、取得部により駆動モータの負荷に相関する物理量を取得することによって、重力による工具の撓み角を算出するために必要となる工具に掛かる重力方向の荷重を求めることができる。

【0018】

また好ましくは、工作機械は、工具保持部を鉛直方向成分を含む方向に移動させる移動機構部をさらに備える。制御部は、工具の撓み角に基づいて、鉛直方向における工具保持部の位置の補正量を算出し、その補正量に従って移動機構部を制御する。

【0019】

このように構成された工作機械によれば、鉛直方向における工具の刃先の位置をさらに補正することによって、重力による工具の撓みに起因してワークの加工精度が低下することをさらに効果的に抑制できる。

【発明の効果】

【0020】

以上に説明したように、この発明に従えば、重力による工具の撓みに起因してワークの加工精度が低下することを抑制する工作機械を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】この発明の実施の形態における工作機械を示す正面図である。

【図2】図１中の工作機械において、長尺の工具を用いてワークに深穴加工を行なう様子を示す正面図である。

【図3】図２中の２点鎖線ＩＩＩで囲まれた範囲のワークの加工点を示す断面図である。

【図4】工具主軸に保持された工具の撓み現象を示す正面図である。

【図5】図４中の工具主軸のＢ軸角度補正およびＸ軸位置補正の制御に関する装置構成を示す図である。

【図6】図４中の工具主軸のＢ軸角度補正およびＸ軸位置補正の制御に関する機能構成を示す図である。

【図7】工具主軸のＢ軸位置が－９０°以外の角度（θ_Ｂ＞－９０°）である場合の工具に掛かる重力方向の荷重を説明するための図である。

【図8】工具主軸のＢ軸位置が－９０°以外の角度（θ_Ｂ＜－９０°）である場合の工具に掛かる重力方向の荷重を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

【0023】

図１は、この発明の実施の形態における工作機械を示す正面図である。図１中では、工作機械の外観をなすカバー体（スプラッシュガード）を透視することによって、工作機械の内部が示されている。

【0024】

図１を参照して、本実施の形態における工作機械１０は、回転するワークに工具を接触させてワークの加工を行なう旋削機能と、ワークに回転する工具を接触させてワークの加工を行なうミーリング機能とが備わった複合加工機である。工作機械１０は、コンピュータによる数値制御によって、ワーク加工のための各種動作が自動化されたＮＣ（Numerically Control）工作機械である。

【0025】

まず、工作機械１０の全体構造について説明する。工作機械１０は、ベッド１３６と、第１ワーク主軸１１１と、第２ワーク主軸１１６と、工具主軸（第１刃物台）１２１と、第２刃物台１３１とを有する。

【0026】

ベッド１３６は、第１ワーク主軸１１１、第２ワーク主軸１１６、工具主軸１２１および第２刃物台１３１等を支持するためのベース部材であり、工場などの床面に設置されている。ベッド１３６は、鋳鉄等の金属から形成されている。

【0027】

第１ワーク主軸１１１および第２ワーク主軸１１６は、ワークを保持可能なように構成されている。第１ワーク主軸１１１および第２ワーク主軸１１６は、水平方向に延びるＺ軸方向において、互いに対向して設けられている。第１ワーク主軸１１１および第２ワーク主軸１１６は、主に、固定工具を用いた旋削加工時にワークを回転させるために設けられている。第１ワーク主軸１１１は、Ｚ軸に平行な中心軸２０１を中心に回転可能なように設けられている。第２ワーク主軸１１６は、Ｚ軸に平行な中心軸２０２を中心に回転可能なように設けられている。第１ワーク主軸１１１および第２ワーク主軸１１６には、それぞれ、ワークを着脱可能なように把持するための第１チャック機構１１３および第２チャック機構１１８が設けられている。

【0028】

第１ワーク主軸１１１は、ベッド１３６上において固定されている。第２ワーク主軸１１６は、各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどによって、Ｚ軸方向に移動可能なように設けられている。

【0029】

なお、工作機械１０は、第２ワーク主軸１１６に替えて、第１ワーク主軸１１１に保持されたワークの回転中心を支持するための心押し台を有してもよい。この場合、心押し台は、Ｚ軸方向において第１ワーク主軸１１１と対向する位置に設けられる。

【0030】

工具主軸１２１および第２刃物台１３１は、工具を保持可能なように構成されている。工具主軸１２１は、第２刃物台１３１よりも上方に設けられている。

【0031】

工具主軸１２１は、鉛直方向に延びるＸ軸に平行な中心軸２０３を中心に回転可能に設けられている。工具主軸１２１には、工具を着脱可能に保持するためのクランプ機構（不図示）が設けられている。

【0032】

工具主軸１２１は、さらに、水平方向に延び、Ｚ軸方向に直交するＹ軸に平行な中心軸２０４を中心に旋回可能に設けられている（Ｂ軸旋回）。工具主軸１２１の旋回範囲は、たとえば、工具主軸１２１の主軸端面１２３が下方を向く姿勢（図１中に示す姿勢）を基準にして±１２０°の範囲である。

【0033】

工具主軸１２１は、図示しないコラム等によりベッド１３６上に支持されている。工具主軸１２１は、コラム等に設けられた各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどによって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に設けられている。

【0034】

第２刃物台１３１は、いわゆるタレット形であり、複数の工具が放射状に取り付けられ、旋回割り出しを行なう。

【0035】

より具体的には、第２刃物台１３１は、旋回部１３２を有する。旋回部１３２は、Ｚ軸に平行な中心軸２０６を中心に旋回可能に設けられている。中心軸２０６を中心にその周方向に間隔を隔てた位置には、工具を保持するための工具ホルダが取り付けられている。旋回部１３２が中心軸２０６を中心に旋回することによって、工具ホルダに保持された工具が周方向に移動し、ワーク加工に用いられる工具が割り出される。

【0036】

第２刃物台１３１は、図示しないサドル等によりベッド１３６上に支持されている。第２刃物台１３１は、サドル等に設けられた各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどによって、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に設けられている。なお、第２刃物台１３１は、Ｚ軸方向と、Ｚ軸方向に直交し、鉛直方向成分を含む斜め上方向とに移動可能に設けられてもよい。

【0037】

工具主軸１２１および第２刃物台１３１の各々には、回転工具が保持されてもよいし、固定工具が保持されてもよい。回転工具は、回転しながらワークを加工する工具であり、ドリル、エンドミルまたはリーマ等である。固定工具は、回転するワークを加工する工具であり、後述のロングボーリングバーを含む内径切削工具等である。第２刃物台１３１に回転工具を保持する場合、第２刃物台１３１には、回転を出力するモータと、モータから出力された回転を回転工具に伝達する動力伝達機構とが内蔵される。

【0038】

工作機械１０は、スプラッシュガード２１０をさらに有する。スプラッシュガード２１０は、工作機械１０の外観をなすとともに、ワークの加工エリア２００を区画形成している。

【0039】

工作機械１０は、Ｂ軸サーボモータ６１と、Ｘ軸サーボモータ６３とをさらに有する（後出の図５を参照のこと）。Ｂ軸サーボモータ６１は、工具主軸１２１のＢ軸旋回用のサーボモータであり、工具主軸１２１を中心軸２０４を中心にして旋回させる。Ｘ軸サーボモータ６３は、工具主軸１２１のＸ軸移動用のサーボモータであり、工具主軸１２１をＸ軸方向（鉛直方向）に移動させる。

【0040】

なお、図１中には示されていないが、第１ワーク主軸１１１の周辺には、工具主軸１２１に装着された工具を自動交換するための自動工具交換装置（ＡＴＣ：Automatic Tool Changer）と、工具主軸１２１に装着する交換用の工具を収容する工具マガジンとが設けられている。

【0041】

図２は、図１中の工作機械において、長尺の工具を用いてワークに深穴加工を行なう様子を示す正面図である。図３は、図２中の２点鎖線ＩＩＩで囲まれた範囲のワークの加工点を示す断面図である。

【0042】

図２および図３を参照して、工作機械１０は、ワークの振れを防ぐための振れ止め装置１４１をさらに有する。振れ止め装置１４１は、第２刃物台１３１の旋回部１３２に取り付けられている。このような構成により、振れ止め装置１４１は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に設けられている。

【0043】

第１ワーク主軸１１１によりワークＷが保持されている。ワークＷは、第１チャック機構１１３からＺ軸方向（＋Ｚ軸方向）に離れた位置において、振れ止め装置１４１により支持されている。

【0044】

工具主軸１２１は、Ｚ軸方向において第１ワーク主軸１１１と対向する位置に配置されている。工具主軸１２１が図１中に示される基準姿勢から中心軸２０４を中心に－９０°の角度だけ旋回（Ｂ軸旋回）されている。工具主軸１２１によりロングボーリングバー等の長尺の工具Ｔが保持されている。工具Ｔは、工具主軸１２１の主軸端面１２３からワークＷに向けてＺ軸方向（－Ｚ軸方向）に突出している。

【0045】

工具Ｔは、全体として、中心軸２０３を中心とする円柱形状を有する。工具Ｔは、軸部１５３と、チップ（刃部）１５１とを有する。軸部１５３は、中心軸２０３に沿って延びる円形断面の軸形状を有する。軸部１５３の先端には、チップ１５１が取り付けられている。第１ワーク主軸１１１に保持されたワークＷを中心軸２０１を中心に回転させながら、工具主軸１２１に保持された工具Ｔの刃先１５２（チップ１５１の先端部）をワークＷに接触させ、さらに工具ＴをワークＷに向けてＺ軸方向に送ることによって、ワークＷに深穴加工を行なう。

【0046】

図４は、工具主軸に保持された工具の撓み現象を示す正面図である。図４を参照して、ロングボーリングバー等の長尺の工具Ｔを用いてワーク加工を行なう場合、工具Ｔが自らの重力によって下方に撓む可能性がある。

【0047】

図４の上段に示される補正前の図では、本来、工具主軸１２１における中心軸２０３に沿って延びるはずの工具Ｔが、中心軸２０３から下方にシフトした中心軸２０３Ｔに沿って延びるように撓んでいる。工具Ｔの刃先位置において中心軸２０３と中心軸２０３Ｔとがなす角度αが、工具Ｔの撓み角である。この場合、工具Ｔの刃先とワークとの接触角が変化するため、ワークの加工精度が低下する。

【0048】

これに対して、図４の下段に示される補正後の図では、工具主軸１２１が、中心軸２０４を中心に撓み角αに対応する角度αだけ旋回されることによって、Ｂ軸角度が補正されている。Ｂ軸角度の補正によって、中心軸２０３Ｔに沿って撓む工具Ｔの先端部は、中心軸２０３と平行に配置される。これにより、工具Ｔの刃先とワークとの接触角が維持されるため、重力による工具の撓みに起因してワークの加工精度が低下することを抑制できる。

【0049】

また、工具主軸１２１のＢ軸角度の補正によって、工具Ｔの先端部にはＸ軸方向（鉛直方向）のずれが生じる。これに対して、工具主軸１２１は、Ｘ軸方向において補正量Ｈだけ移動することによって、Ｘ軸方向の位置が補正されている。Ｘ軸方向の位置の補正によって、中心軸２０３Ｔに沿って撓む工具Ｔの先端部は、中心軸２０３と重なる。これにより、Ｘ軸方向における工具Ｔの刃先とワークとの接触位置が維持されるため、重力による工具の撓みに起因してワークの加工精度が低下することをさらに効果的に抑制できる。

【0050】

続いて、工具主軸１２１のＢ軸角度の補正（Ｂ軸角度補正）と、Ｘ軸方向における工具主軸１２１の位置の補正（Ｘ軸位置補正）との制御方法について説明する。

【0051】

図５は、図４中の工具主軸のＢ軸角度補正およびＸ軸位置補正の制御に関する装置構成を示す図である。図６は、図４中の工具主軸のＢ軸角度補正およびＸ軸位置補正の制御に関する機能構成を示す図である。

【0052】

図５および図６を参照して、まず、工具主軸１２１のＢ軸角度補正の制御方法について説明する。工作機械１０は、制御部５０と、入力部５２と、記憶部７６と、取得部７７とをさらに有する。

【0053】

制御部５０は、工具主軸１２１を含む工作機械１０の動作を制御する。制御部５０は、重力による工具Ｔの撓み角αを算出し、その撓み角に対応する工具主軸１２１の旋回角の補正量αを特定する。制御部５０は、その工具主軸１２１の旋回角の補正量αに従ってＢ軸サーボモータ６１を制御する。

【0054】

入力部５２は、工作機械１０のオペレータによる各種の指令または情報の入力を受け付ける。入力部５２は、工作機械１０のオペレータによる工具Ｔの材質、工具の長さＬ（ｍｍ）、および、工具の直径Ｄ（ｍｍ）の入力を受け付ける。入力部５２は、入力された工具Ｔの材質、工具の長さＬ（ｍｍ）、および、工具の直径Ｄ（ｍｍ）を制御部５０に出力する。

【0055】

本実施の形態では、工具Ｔの長さＬ（ｍｍ）を、近似的に、Ｚ軸方向における工具主軸１２１の主軸端面１２３から工具Ｔの刃先１５２（チップ１５１の先端部）までの長さと定めることができる。また、工具Ｔの直径Ｄ（ｍｍ）を、近似的に、工具Ｔの軸部１５３の直径と定めることができる。

【0056】

代表的な例として、入力部５２は、工作機械１０の操作盤に設けられている。入力部５２は、たとえば、タッチパネル式の操作パネル、スイッチ、または、その他の入力インターフェイスにより構成されている。

【0057】

記憶部７６は、工具Ｔの材質と、ヤング率との関係を記憶している。記憶部７６には、工具Ｔの材質の候補となりうる複数の材質（鋼種）と、各材質のヤング率とが記憶されている。記憶部７６は、たとえば、フラッシュメモリから構成されている。

【0058】

取得部７７は、Ｂ軸サーボモータ６１の負荷に相関する物理量を取得する。取得部７７は、電流計からなり、Ｂ軸サーボモータ６１の電流値を取得する。取得部７７は、たとえば、ＡＴＣにより工具Ｔが工具主軸１２１に装着され、工具主軸１２１が－９０°の角度にＢ軸旋回された時に、Ｂ軸サーボモータ６１の電流値を自動的に取得してもよい。取得部７７は、取得したＢ軸サーボモータ６１の電流値を制御部５０に出力する。

【0059】

制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１を有する。ＣＰＵ５１は、入力部５２から制御部５０に入力された工具Ｔの材質、工具の長さおよび工具の直径と、取得部７７から制御部５０に入力されたＢ軸サーボモータ６１の電流値とを用いて、重力による工具Ｔの撓み角αを算出する。

【0060】

ＣＰＵ５１は、たとえば、入力部５２とともに工作機械１０の操作盤に設けられてもよいし、工作機械１０の制御盤に設けられてもよい。

【0061】

より具体的には、ＣＰＵ５１は、ヤング率特定部７１と、断面２次モーメント算出部７２と、荷重算出部７３と、撓み角算出部８１とを有する。

【0062】

断面２次モーメント算出部７２は、下記の（式１）により、工具Ｔの断面２次モーメントＩ（ｍｍ^４）を算出する。
Ｉ＝πＤ^４／６４ （式１）
ヤング率特定部７１は、入力部５２を通じてＣＰＵ５１に入力された工具Ｔの材質を、記憶部７６に記憶された材質とヤング率との関係に照らし合わせることによって、工具Ｔのヤング率Ｅ（ＧＰａ）を特定する。

【0063】

荷重算出部７３は、Ｂ軸サーボモータ６１の電流値（Ｂ軸サーボモータ６１の負荷）と、工具Ｔの長さＬ（ｍｍ）とに基づいて、工具Ｔに掛かる重力方向の荷重ｗ（Ｎ／ｍｍ）を算出する。

【0064】

断面２次モーメント算出部７２は、算出した工具Ｔの断面２次モーメントＩ（ｍｍ^４）を撓み角算出部８１に出力する。ヤング率特定部７１は、特定した工具Ｔのヤング率Ｅ（ＧＰａ）を撓み角算出部８１に出力する。荷重算出部７３は、算出した工具Ｔに掛かる重力方向の荷重ｗ（Ｎ／ｍｍ）を撓み角算出部８１に出力する。

【0065】

撓み角算出部８１は、下記の（式２）により、重力による工具Ｔの撓み角α（ｒａｄ）を算出する。
α＝ｗＬ^３／６ＥＩ （式２）
撓み角算出部８１は、上記の（式２）に、入力部５２より入力された工具Ｔの長さＬ（ｍｍ）と、断面２次モーメント算出部７２より入力された工具Ｔの断面２次モーメントＩ（ｍｍ^４）の値と、ヤング率特定部７１より入力された工具Ｔのヤング率Ｅ（ＧＰａ）の値と、荷重算出部７３より入力された工具Ｔに掛かる重力方向の荷重ｗ（Ｎ／ｍｍ）の値とを代入することによって、重力による工具Ｔの撓み角α（ｒａｄ）を算出する。

【0066】

撓み角算出部８１は、算出した重力による工具Ｔの撓み角αに対応する工具主軸１２１の旋回角の補正量αを、後述するＰＬＣ５４およびＸ軸補正量算出部８２に出力する。

【0067】

制御部５０は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）５４と、第１サーボドライバ５６とをさらに有する。

【0068】

ＰＬＣ５４は、予め準備されているＰＬＣプログラムに従って、工作機械１０における各種ユニットを制御する。当該ＰＬＣプログラムは、たとえば、ラダープログラムで記述されている。ＰＬＣ５４は、工具主軸１２１の旋回角の補正量αに基づいて、第１サーボドライバ５６に制御指令を送る。第１サーボドライバ５６は、ＰＬＣ５４から目標位置の入力を受け、Ｂ軸サーボモータ６１を制御する。

【0069】

次に、工具主軸１２１のＸ軸位置補正の制御について説明する。制御部５０は、工具Ｔの撓み角αに基づいて、鉛直方向における工具主軸１２１の位置の補正量Ｈを算出し、その補正量Ｈに従ってＸ軸サーボモータ６３を制御する。

【0070】

より具体的には、ＣＰＵ５１は、Ｘ軸補正量算出部８２をさらに有する。Ｘ軸補正量算出部８２は、下記の（式３）により、Ｘ軸方向（鉛直方向）における工具主軸１２１の位置の補正量Ｈを算出する。なお、（式３）においては、工具主軸１２１の主軸端面１２３を基準とする－Ｚ軸方向の座標がｌ（エル）軸として示されている。

【0071】

【数1】

【0072】

Ｘ軸補正量算出部８２は、算出した工具主軸１２１の位置の補正量ＨをＰＬＣ５４に出力する。

【0073】

制御部５０は、第２サーボドライバ５７をさらに有する。ＰＬＣ５４は、工具主軸１２１の位置の補正量Ｈに基づいて、第２サーボドライバ５７に制御指令を送る。第２サーボドライバ５７は、ＰＬＣ５４から目標位置の入力を受け、Ｘ軸サーボモータ６３を制御する。

【0074】

このような構成によれば、工具主軸１２１のＢ軸角度に、重力による工具Ｔの撓み角αに対応する工具主軸１２１の旋回角の補正量αを反映させることによって、重力による工具Ｔの撓みに起因して工具Ｔの刃先とワークとの接触角に変化が生じることを抑制できる。さらに、Ｘ軸方向における工具主軸１２１の位置に、工具Ｔの撓み角αに基づいて算出された鉛直方向における工具主軸１２１の位置の補正量Ｈを反映させることによって、工具主軸１２１のＢ軸角度の補正に伴って生じるＸ軸方向における工具の刃先の位置ずれを解消することができる。したがって、本実施の形態における工作機械１０によれば、重力による工具Ｔの撓みに起因してワークの加工精度が低下することを効果的に抑制できる。

【0075】

図７および図８は、工具主軸のＢ軸位置が－９０°以外の角度である場合の工具に掛かる重力方向の荷重を説明するための図である。

【0076】

図７を参照して、図中には、工具主軸１２１のＢ軸位置θ_Ｂが－９０°より小さい場合（θ_Ｂ＞－９０°）が示されている。この場合、上記の（式２）における工具Ｔに掛かる重力方向の荷重ｗに替わって、ｗ_Ｖ＝ｗ×ｓｉｎ（－θ_Ｂ）の式により算出される荷重ｗ_Ｖが用いられればよい。

【0077】

図８を参照して、図中には、工具主軸１２１のＢ軸位置θ_Ｂが－９０°より大きい場合（θ_Ｂ＜－９０°）が示されている。この場合、上記の（式２）における工具Ｔに掛かる重力方向の荷重ｗに替わって、ｗ_Ｖ＝ｗ×ｃｏｓ（－θ_Ｂ－９０°）の式により算出される荷重ｗ_Ｖが用いられればよい。

【0078】

また、図１中の第２ワーク主軸１１６を用いてワーク加工を行なう場合、上記の式中の－θ_Ｂを＋θ_Ｂに置き換えればよい。

【0079】

なお、本実施の形態では、本発明における工具保持部が回転工具を回転させるための工具主軸である場合を説明したが、これに限られない。本発明における工具保持部は、たとえば、固定工具を保持するための刃物台であってもよい。

【0080】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【産業上の利用可能性】

【0081】

この発明は、主に、長尺の工具を用いてワーク加工を実施することが可能な工作機械に適用される。

【符号の説明】

【0082】

１０ 工作機械、５０ 制御部、５２ 入力部、５６ 第１サーボドライバ、５７ 第２サーボドライバ、６１ Ｂ軸サーボモータ、６３ Ｘ軸サーボモータ、７１ ヤング率特定部、７２ 断面２次モーメント算出部、７３ 荷重算出部、７６ 記憶部、７７ 取得部、８１ 撓み角算出部、８２ Ｘ軸補正量算出部、１１１ 第１ワーク主軸、１１３ 第１チャック機構、１１６ 第２ワーク主軸、１１８ 第２チャック機構、１２１ 工具主軸、１２３ 主軸端面、１３１ 第２刃物台、１３２ 旋回部、１３６ ベッド、１４１ 振れ止め装置、１５１ チップ、１５２ 刃先、１５３ 軸部、２００ 加工エリア、２０１，２０２，２０３，２０３Ｔ，２０４，２０６ 中心軸、２１０ スプラッシュガード。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】