JP5359875B2 - 多軸加工機 - Google Patents

Description

本発明は、多軸加工機に関するもので、自由曲面の加工に適した多軸加工機に関するものである。

多軸加工機として、ワークベンチと加工ヘッドとを備え、ワークベンチは、ワークを鉛直軸や水平軸のまわり回転させることができ、加工ヘッドは、加工ツールをワークに対向させて３軸方向に移動させることができるものがある（特許文献１等参照）。このような多軸加工機では、加工ツールをワークの被切削面に対して縦方向（例えばＹ方向）に相対的に移動させつつ加工ツールを深さ方向（例えばＸ方向）に進退させることで線状に切削を行う。次いで、加工ツールをワークの被切削面に対して１ピッチだけ横方向（例えばＺ方向）に相対的にずらし、次いで、上記と同様に加工ツールを被切削面に対して縦方向に相対的に移動させる。このような動作を繰り返すことにより、ワーク上に任意の曲面を加工することができる。この場合に、加工点の被切削面に対して、加工ツールの刃先部が最適な加工角度を維持するように、加工ツールの姿勢を変更することが望ましい。
特開２００５−７４５６８号公報

ところで、上記のような多軸加工機では、加工ツールの刃先部が最適な加工角度になるようにワークベンチを回転させると、その刃先部が加工点からずれてしまうので、刃先部を加工点に位置させるために、加工ツールを逆方向に移動させる作業を行わなければならない。この作業は、各機械要素の作動を必要し、それだけ切削精度が低下するおそれがあるばかりでなく、制御システムの補正を必要とし、制御システムが複雑になってしまう。

そこで、本発明は、加工ツール等の切削工具の刃先の姿勢を変更することができ、姿勢の変更に際して刃先位置を補正する必要がない、換言すれば、制御システムを簡略にできる多軸加工機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る多軸加工機は、（ａ）切削工具を保持した状態で互いに交差する３つ以上の回転軸のまわりに切削工具を回転させることができるとともに、３つ以上の回転軸の交点に切削工具の刃先を維持する刃先位置駆動装置と、（ｂ）切削工具を加工対象に対して相対的に変位させる位置駆動装置とを備えたことを特徴とする。また、本発明に係る多軸加工機は、上記多軸加工機において、３つ以上の回転軸が、交点で互いに直交する３つの回転軸であり、刃先位置駆動装置が、切削工具を３つの回転軸のまわりの任意の回転位置に保持するとともに、３つの回転軸のまわりの切削工具の回転角度に上限角度と下限角度とを設けて前記切削工具の刃先の回転姿勢を変化させる範囲を規定することを特徴とする。

上記多軸加工機においては、位置駆動装置が切削工具を加工対象に対して相対的に変位させるので、加工対象に所望の曲面加工を加工することができる。この際、刃先位置駆動装置によって切削工具をその刃先で交差する３つ以上の回転軸のまわりに回転させることにより、刃先の位置を維持したままで刃先の姿勢を自在に変更することができる。これにより、刃先の加工角度の調整に伴って切削工具の刃先の位置を調整することなく、刃先の加工角度を維持することが可能になり、それだけ切削精度を高めることができる。また、制御システムの補正を必要としないので、制御システムの簡略化が図れる。
また、上記多軸加工機では、３つ以上の回転軸が交点で互いに直交する３つの回転軸であるので、切削工具をその刃先で交差する３つの回転軸のまわりに回転させることができ、切削工具の刃先を任意の方向に向けることができる。
上記多軸加工機では、刃先位置駆動装置が３つの回転軸のまわりの切削工具の回転角度を１８０°以内とする場合、切削工具の刃先を必要以上に回転させない機構となる。

本発明の具体的な態様では、上記多軸加工機において、切削工具の軸心が、３つの回転軸のうち１つの回転軸に沿って配置されることを特徴とする。この場合、切削工具の軸心を基準とする切削工具の姿勢調節が可能になる。なお、切削工具の軸心とは、切削工具の刃先を含む先端部において、刃先とこの刃先を含む切れ刃の略円弧中心とを結んだ線上に延びるものである。刃先先端に円弧部分が無く、鋭利な刃先の工具の場合は、刃先先端から根元側に向かって延びる１対の稜線間の二等分線を意味する。

本発明のさらに別の態様では、刃先位置駆動装置が、切削工具の軸心を支持する上述の１つの回転軸と交差する少なくとも１つの回転軸に関して、切削工具の軸心を挟む位置において両持ち状態で、切削工具を回転可能に支持する特徴とする。この場合、切削工具にかかる力に対して、対称的な位置において両持ち状態で支持するので、支持剛性を大幅に向上させながらモーメントの発生を抑えられる。

本発明のさらに別の態様では、刃先位置駆動装置が、上述の１つの回転軸である第１回転軸のまわりに切削工具の軸心を支持する第１支持部と、第１回転軸と交差する第２回転軸のまわりに第１支持部を支持する第２支持部と、第１回転軸及び第２回転軸と交差する第３回転軸のまわりに第２支持部を支持する第３支持部とを備え、第２支持部が、切削工具の軸心を挟む位置において両持ち状態で、第１支持部を支持することを特徴とする。この場合、第２支持部のみを両持ち状態の支持とすることができ、第３支持部等の大型化を回避できるとともに、各回転軸の可動範囲を簡易に確保できる。よって、刃先位置駆動装置の軽量で小型にでき、切削工具の支持の剛性や安定性を高めることができる。

本発明のさらに別の態様では、回転軸が、静圧軸受けにより支持されていることを特徴とする。この場合、切削工具を非常に高精度かつ滑らかに回転できるので、高精度な切削加工が実現でき、自由曲面などの高精度の転写光学面や光学面を創成できる。

本発明のさらに別の態様では、静圧軸受けが、油静圧軸受けであることを特徴とする。油静圧軸受けは、静圧軸受けの中でも、剛性が容易に高くでき、かつ、ダンピング特性が良いので、小型の割に滑らかで揺らぎなく高精度かつ高剛性に切削工具を回転させることができて、より高精度で自由度の大きな転写光学面等の切削加工が可能になる。特に、複数の回転軸が重畳した軸構成の多軸加工機の場合、各回転軸の剛性を高め高精度な運動制御を実現することが特に求められ、その目的において、油静圧軸受けは、空気軸受けなど比較して適している。

本発明に係る多軸加工機の第１実施形態を示した概念的な斜視図である。 本発明に係る多軸加工機の制御ブロック図である。 図１の多軸加工機における切削工具のＹ方向への姿勢変更を示した説明図である。 図１の多軸加工機における切削工具のＸ方向への姿勢変更を示した説明図である。 曲面加工の一例を示した斜視図である。 図３に対応する比較例を説明する斜視図である。 図１の軸加工機の変形例を示した平面図である。 第２実施形態の多軸加工機の要部を示した概念的な斜視図である。 第３実施形態の多軸加工機の要部を示した概念的な斜視図である。

符号の説明

２…切削工具
２ａ…刃先
１０…ワーク保持部
１１…チャック
１２…昇降部材
１３…昇降装置
２０…工具保持部
２１…第１の工具回転装置
２８ａ…チャック
２１ｃ…ターンテーブル
２２…第２の工具回転装置
２２ａ…昇降部材
２２ｂ…ターンテーブル
２３…第１のステージ装置
２４…第２のステージ装置
２８…第３の工具回転装置
２８ａ…チャック
３０…制御装置
３１…ワーク位置調整部
３２…工具角度調整部
６１…センサ群
ＤＰ…加工点
ＤＳ…被切削面
Ｍ１〜Ｍ５，Ｍ７，Ｍ８…回転駆動装置
ＲＡ…回転軸
Ｗ…ワーク
Ｗａ…被加工面
ａ，ｂ，ｃ…回転軸

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る多軸加工機を図面を用いて説明する。

図１は、第１実施形態の多軸加工機を概念的に示した斜視図である。

図１に示すように、この多軸加工機は、レンズ等の光学素子の光学面を成形するための成形金型の成形面、転写光学面等の被加工面を切削加工によって創製するための装置であり、ベース１上にワーク保持部１０と工具保持部２０とを備えている。

ワーク保持部１０は、加工対象であるワークＷを保持するチャック１１と、モータを有し回転軸ＲＡのまわり回転可能にチャック１１を支持する回転駆動装置Ｍ７と、回転駆動装置Ｍ７を支持して回転駆動装置Ｍ７やチャック１１とともに昇降する昇降部材１２と、昇降部材１２をＹ方向に案内する昇降駆動装置１３とを備えている。なお、回転駆動装置Ｍ７は、ワークＷの旋削を可能にするものである。

昇降駆動装置１３は、下端がベース１に立設されてＹ方向に延びるとともに昇降部材１２に摺動自在に嵌挿されたガイドポスト１３ａと、ベース１に端部が回転可能に支持されてＹ方向へ向けて立設されるとともに昇降部材１２に螺合されたスクリューロッド１３ｂと、スクリューロッド１３ｂを正逆回転させる回転駆動装置Ｍ１とによって構成されている。なお、昇降部材１２とガイドポスト１３ａとの間には、昇降部材１２の高精度の摺動を可能にする軸受けが組み込まれている。

昇降駆動装置１３では、回転駆動装置Ｍ１が一方に回転駆動されると、スクリューロッド１３ｂが一方に回転され、それに伴って昇降部材１２がＹ方向の正負一方に移動される。したがって、昇降部材１２に回転駆動装置Ｍ７及びチャック１１を介して固定されているワークＷは、Ｙ方向の正負一方に移動される。ここで、チャック１１に固定されたワークＷは、回転駆動機構Ｍ７の動作により、回転軸ＲＡのまわりの任意の回転位置に保持され、或いは、回転軸ＲＡのまわりに所望の速度で回転させられる。

なお、昇降駆動装置１３は、円柱状のガイドポスト１３ａに替えて、昇降部材１２の中心部を貫通する断面が矩形のガイドポストであってもよい。また、昇降駆動装置１３において、スクリューロッド１３ｂに替えて、表面にラックを形成したロッドを使用するとともに、昇降部材１２に設置したピニオンを噛合させ、該ピニオンを昇降部材１２に搭載したモータによって正逆回転させるように構成してもよい。また、ベース１にシリンダを搭載し、シリンダのピストンロッドの先端を昇降部材１２に連結して構成してもよい。

工具保持部２０は、第１の工具回転装置２１と、第２の工具回転装置２２と、第３の工具回転装置２８とを備えており、これら工具回転装置２１，２２，２８は、切削工具２の刃先２ａの姿勢を調節するための刃先位置駆動装置となっている。第１の工具回転装置２１は、切削工具２を回転軸ａのまわりに回転させ、第２の工具回転装置２２は、切削工具２を回転軸ｂのまわりに回転させ、第３の工具回転装置２８は、切削工具２を回転軸ｃのまわりに回転させる。回転軸ａ，ｂ，ｃは、一点で交わるように互いに直交しており、回転軸ａ，ｂ，ｃの交点は、切削工具２の先端すなわち刃先２ａと一致している。なお、回転軸ｂは、Ｙ方向に平行に延び、回転軸ａ，ｃは、ＸＺ面内で互いに直交した状態を保つ。

第１の工具回転装置２１は、第３の工具回転装置２８を介して切削工具２を支持しており、第３の工具回転装置２８を先端に固定するアーム２１ｂと、アーム２１ｂを支持するとともに回転軸ａのまわりに回転可能なターンテーブル２１ｃと、ターンテーブル２１ｃの軸に軸を直結させ、それらの軸を介してターンテーブル２１ｃを正逆回転するモータを備える回転駆動装置Ｍ２とによって構成されている。

ターンテーブル２１ｃには、ターンテーブル２１ｃの滑らかで高精度の回転を可能にする軸受けが組み込まれている。そして、ターンテーブル２１ｃは、その回転軸ａの延長線が、チャック２８ａに取り付けられた切削工具２の刃先２ａに接するように設置されている。また、ターンテーブル２１ｃは、切削工具２の軸心が水平に配置される状態を中心として±９０°の範囲で回転する。これにより、刃先２ａは、下向き９０°を下限とし上向き９０°を上限として、１８０°の範囲で縦方向の回転姿勢を変化させることができる。

ターンテーブル２１ｃに組み込まれている軸受けは、例えば油静圧軸受け等の静圧軸受けである。この場合、切削工具２を回転軸ａのまわりに非常に高精度かつ滑らかに回転させることができる。特に油静圧軸受けとした場合、剛性を容易に高くでき、かつ、ダンピング特性が良いので、ターンテーブル２１ｃを小型にでき、切削工具２を滑らかで揺らぎなく高精度かつ高剛性に回転させることができる。

なお、ターンテーブル２１ｃの回転機構は、上述の回転駆動装置Ｍ２に限られるものではない。例えば、ターンテーブル２１ｃに歯を周設するとともに、後述する支柱２２ａにピニオンおよび該ピニオンを回転させるモータを設置し、ピニオンの歯をターンテーブル２１ｃの歯に噛合させ、ピニオンをモータによって回転させることによっても、ターンテーブル２１ｃの回転機構を実現できる。

第２の工具回転装置２２は、回転駆動装置Ｍ２を上部に支持する支柱２２ａと、支柱２２ａを支持するとともに回転軸ｂのまわりに回転可能なターンテーブル２２ｂと、ターンテーブル２２ｂの軸に軸を直結させ、それらの軸を介してターンテーブル２２ｂを正逆回転するモータを備える回転駆動装置Ｍ３とによって構成されている。

ターンテーブル２２ｂには、ターンテーブル２２ｂの滑らかで高精度の回転を可能にする軸受けが組み込まれている。そして、ターンテーブル２２ｂは、その回転軸ｂの延長線が、チャック２８ａに取り付けられた切削工具２の刃先２ａに接するように設置されている。また、ターンテーブル２２ｂは、切削工具２の軸心がＹＺ面内に配置される状態を中心として±９０°の範囲で回転する。これにより、刃先２ａは、１８０°の範囲で横方向の回転姿勢を変化させることができる。

ターンテーブル２２ｂに組み込まれている軸受けは、例えば油静圧軸受け等の静圧軸受けである。

なお、ターンテーブル２２ｂの回転機構は、上述の回転駆動装置Ｍ３に限られるものではない。例えば、ターンテーブル２２ｂに歯を周設するとともに、後述する第１のステージ装置２３の枠体にピニオンおよび該ピニオンを回転させるモータを設置し、ピニオンの歯をターンテーブル２１ｃの歯に噛合させ、ピニオンをモータによって回転させることによっても、ターンテーブル２２ｂの回転機構を実現できる。

第３の工具回転装置２８は、切削工具２を着脱可能に取り付けるチャック２８ａと、モータを有し回転軸ｃのまわり回転可能にチャック２８ａを支持する回転駆動装置Ｍ８とを備える。回転駆動装置Ｍ８は、チャック２８ａの滑らかで高精度の回転を可能にする軸受けが組み込まれている。そして、チャック２８ａは、切削工具２の姿勢や刃先２ａの位置を調整できるようになっており、回転軸ｃが切削工具２の軸心に平行になるように調整できる。なお、チャック２８ａに固定された切削工具２は、回転駆動機構Ｍ８の動作により、回転軸ｃのまわりの任意の回転位置に保持される。ただし、この場合、切削工具２を必要以上に回転させないようにしている。つまり、回転駆動機構Ｍ８は、切削工具２を軸心のまわりに１８０°の範囲で回転させることができる。

回転駆動装置Ｍ８に組み込まれている軸受けは、例えば油静圧軸受け等の静圧軸受けである。

さらに、工具保持部２０は、第１のステージ装置２３と第２のステージ装置２４とを備えている。第１のステージ装置２３は、ターンテーブル２２ｂ、支柱２２ａ、回転駆動装置Ｍ２、ターンテーブル２１ｃ、アーム２１ｂ、回転駆動装置Ｍ８、及びチャック２８ａを介して、切削工具２をＸ方向に移動させ、第２のステージ装置２４は、ターンテーブル２２ｂ等を介して、切削工具２をＺ方向に移動させる。

第１のステージ装置２３は、回転駆動装置Ｍ３を保持する移動ブロック２３ａと、移動ブロック２３ａをＸ方向に案内するガイドレール２３ｂを上面に備えた枠体２３ｃと、移動ブロック２３ａの端面に、Ｘ方向に延設させたラックロッド２３ｄと、枠体２３ｃに設置され、軸端にピニオン２３ｅを設け正逆回転可能なモータを備える回転駆動装置Ｍ４とによって構成されている。ガイドレール２３ｂには、移動ブロック２３ａの滑らかで高精度の摺動を可能にする軸受けが組み込まれている。そして、この第１のステージ装置２３では、ピニオン２３ｅがラックロッド２３ｄのラックに噛合されている。この第１のステージ装置２３では、回転駆動装置Ｍ４を駆動させると、ピニオン２３ｅが一方に回転され、それによって、ラックロッド２３ｄがＸ方向一方に移動され、移動ブロック２３ａがガイドレール２３ｂに案内されてＸ方向に移動され、結果的にターンテーブル２２ｂがＸ方向に移動される。

なお、第１のステージ装置２３におけるターンテーブル２２ｂのＸ方向への案内機構は、枠体２３ｃに一本のガイドレールを設置し、該ガイドレールを跨ぐようにて移動ブロック２３ａを設置させて構成してもよい。また、ラックロッド２３ｄに替えてスクリューロッドを配設し、該スクリューロッドを移動ブロック２３ａに螺合させるとともに、枠体２３ｃに設置したモータの軸をスクリューロッドに直結させることによって構成し、モータによってスクリューロッドを回転させ、それによって移動ブロック２３ｄを移動させるようにしてもよい。また、枠体２３ｃにシリンダを設置し、該シリンダのピストンロッド先端を移動ブロック２３ａに連結し、シリンダによって移動ブロック２３ａを移動させるようにしてもよい。

第２のステージ装置２４は、ベース１に設置され、枠体２３ｃをＺ方向に案内するガイドレール２４ａと、枠体２３ｃに螺合貫通させたスクリューロッド２４ｂと、スクリューロッド２４ｂを正逆回転させる回転駆動装置Ｍ５とによって構成されている。ガイドレール２４ａには、枠体２３ｃの滑らかで高精度の摺動を可能にする軸受けが組み込まれている。そして、この第２のステージ装置２４では、回転駆動装置Ｍ５を一方に回転駆動させると、スクリューロッド２４ｂが一方に回転され、それによって、枠体２３ｃすなわち移動ブロック２３ａ及びターンテーブル２２ｂがＺ方向に移動される。

なお、第２のステージ装置２４における枠体２３ｃ及びターンテーブル２２ｂのＺ方向への案内機構は、ベース１に一本のガイドレールを設置し、該ガイドレールを跨ぐようにて枠体２３ｃを設置させて構成してもよい。また、スクリューロッド２４ｂに替えてラックロッドを配設し、該ラックロッドの端部を枠体２３ｃに回転自在に連結させるとともに、ベース１にピニオンおよび該ピニオンを回転させるモータを設置して構成し、モータによってピニオンを回転し、該ピニオンを介してラックロッドをＺ方向に移動させ、それによって枠体２３ｃをＺ方向に移動させるようにしてもよい。また、ベース１にシリンダを設置し、該シリンダのピストンロッド先端を枠体２３ｃに連結し、シリンダによって枠体２３ｃやターンテーブル２２ｂをＺ方向に移動させるようにしてもよい。

以上説明したように、昇降駆動装置１３と、第１のステージ装置２３と、第２のステージ装置２４とは、切削工具２をワークＷに対して相対的に変位させる位置駆動装置として機能している。

図２は、図１に示す多軸加工機の制御系を説明するブロック図である。この制御系において、制御装置３０には、昇降駆動装置１３、工具保持部２０、第１及び第２のステージ装置２３，２４等を動作させる回転駆動装置Ｍ１〜Ｍ５，Ｍ７，Ｍ８と、回転駆動装置Ｍ１〜Ｍ５，Ｍ７，Ｍ８の動作状態や切削工具２の位置や角度を検出することができるエンコーダその他のセンサ群６１とが接続されている。制御装置３０には、ワーク位置調整部３１と工具角度調整部３２とが設けられており、ワーク位置調整部３１は、昇降駆動装置１３、第１及び第２のステージ装置２３，２４等の動作を制御して、ワークＷに対する切削工具２の刃先２ａの位置調整を可能にしている。また、工具角度調整部３２は、工具保持部２０等の動作を制御して、切削工具２の刃先２ａの角度状態を３次元で調整できるようになっている。

以下、実施形態の多軸加工機において、制御装置３０の制御下で行われる具体的な切削加工について説明する。この多軸加工機では、ワークＷがワーク保持部１０のチャック１１に装着される。そして、制御装置３０を構成するワーク位置調整部３１によって被加工面Ｗａが正しい位置に配置されるように設定される。また切削工具２は、工具保持部２０のチャック２８ａに装着される。その際、切削工具２は、制御装置３０を構成する工具角度調整部３２によってその刃先２ａがワークＷの被加工面Ｗａのうち加工点における被切削面に対して所望の角度をもつように、かつ、ターンテーブル２１ｃの回転軸ａとターンテーブル２２ｂの回転軸ｂとチャック２８ａの回転軸ｃとが直交する点に合致するように位置設定される。

そして、昇降駆動装置１３の回転駆動装置Ｍ１を駆動することによって、ワークＷをＹ方向に送り移動させ、回転駆動装置Ｍ５を駆動することによって切削工具２の刃先２ａをワークＷの被加工面Ｗａに付き当て、さらに、所望とする切込み量移動させる。すると、ワークＷは、連続的にＹ方向一方（例えば、上方）に移動され、切削工具２は、加工しようとするワークＷの被加工面Ｗａの形状（例えば、湾曲線）に対応させて連続的にＺ方向に前後される。

この切削作業においては、ワークＷの被加工面Ｗａのうち例えばＹ方向に沿った湾曲線に対して、切削工具２の刃先２ａが最適な加工角度を維持するように、切削工具２の姿勢を変更する必要がある。切削工具２の姿勢の変更は、第１の工具回転装置２１の回転駆動装置Ｍ２や第２の工具回転装置２２の回転駆動装置Ｍ３等を駆動することによって行なわれる。その際、切削工具２の刃先２ａは、図３に示すように、例えば回転軸ａを中心として回転されるので、切削工具２の刃先２ａの位置はＹ方向にずれることなく、同一点で加工角度が変更される。つまり、切削工具２の刃先２ａの角度を回転駆動装置Ｍ２等によって直接的に調整でき、加工点ＤＰにおける被切削面に対して切削工具２の刃先２ａの傾斜を所望の状態に調整できる。

ワークＷの被加工面Ｗａが最上位に達すると、回転駆動装置Ｍ５によって枠体２３ｃがＺ方向後方に移動され、それによって切削工具２の刃先２ａがワークＷの被加工面Ｗａから離反される。次いで、回転駆動装置Ｍ１によって昇降部材１２がＹ方向下方に移動され、それによってワークＷの被加工面Ｗａを最下位になるように復帰させる。ほぼ同時に、回転駆動装置Ｍ４によって移動ブロック２３ａがＸ方向一方に１ピッチだけ移動される。その際、ワークＷの被加工面ＷａがＸＺ面で湾曲する場合には、ワークＷの被加工面Ｗａの湾曲線に対して、切削工具２の刃先２ａが最適な加工角度を維持するように、切削工具２の姿勢を変更する必要がある。切削工具２の姿勢の変更は、第２の工具回転装置２２の回転駆動装置Ｍ３や第３の工具回転装置２８の回転駆動装置Ｍ８を駆動することによって行なわれる。その際、切削工具２の刃先２ａは、図４に示すように、例えば回転軸ｂを中心として回転されるので、切削工具２の刃先２ａの位置はＸ方向にずれることなく、同一点で加工角度が変更される。つまり、切削工具２の刃先２ａの角度を回転駆動装置Ｍ２，Ｍ３，Ｍ８によって直接的に調整でき、加工点ＤＰにおける被切削面に対して切削工具２の刃先２ａの傾斜を所望の状態に調整できる。

図５は、図１の多軸加工機による加工例を示す斜視図である。この場合、切削工具２をワークＷの被加工面Ｗａに対して２次元的に移動させてトーリック面等を加工しているが、被加工面Ｗａ上の各湾曲線Ｌにおいて切削工具２の刃先２ａを被加工面Ｗａに対して常に所望の角度（具体的には例えば垂直）に保つことができる。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、図３に対応する比較例を説明する斜視図であり、従来型の多軸加工機を用いた加工工程を示している。ワークＷを加工に際して、切削工具２０２の刃先２０２ａが最適な加工角度になるようにすることが望ましい。ところが、従来型の多軸加工機では、例えば刃先２０２ａの軸まわりの回転姿勢を調節したい場合、ワークＷ側の回転機構を利用することになる。具体的には、例えば図６（Ａ）に示す配置のワークＷの場合、これをそれ自体の回転軸αのまわりに回転させて、例えば図６（Ｂ）に示す配置とする。しかしながら、ワークＷを回転軸αのまわりに回転させると、ワークＷ上の加工点ＤＰも回転軸αのまわりに回転するので、刃先２０２ａが加工点ＤＰに対して位置ずれした状態となってしまう。このような位置ずれを解消するためには、不図示の直線軸を利用して切削工具２０２を相対的に並進移動させることにより加工点の位置補正を行う必要があった。このような位置補正は、各機械要素の作動を必要し、それだけ切削精度が低下するばかりでなく、補正の演算処理等を必要とし、制御システムが複雑になってしまう。

図７は、本実施形態に係る多軸加工機の変形例を示した概念的な斜視図である。この場合、切削工具２によって厚めの切削を横方向すなわちＸ方向に行っている。図面では、誇張して表現しているが、切削工具２の刃先２ａは、被加工面Ｗａ上の加工点ＤＰにおける被切削面ＤＳに当接する面になっており、尖端１０２ａに対応するものとなっていない。この場合も、切削工具２の刃先２ａの角度を図１に例示する回転駆動装置Ｍ２，Ｍ３，Ｍ８によって直接的に調整できる。

〔第２実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明に係る第２実施形態の多軸加工機について説明する。なお、第２実施形態の多軸加工機は、第１実施形態の多軸加工機を変形したものであり、特に説明しない部分については、第１実施形態の多軸加工機と同様であるものとする。

図８は、第２実施形態の多軸加工機の要部を示す斜視図である。第１の工具回転装置４２１は、第３の工具回転装置２８を支持するとともに回転軸ａのまわりに回転可能なコの字状の可動部材４２１ｃと、可動部材４２１ｃの一方の軸に軸を直結させ、それらの軸を介して可動部材４２１ｃを正逆回転するモータを備える回転駆動装置Ｍ２と、可動部材４２１ｃの他方の軸を支持する軸受部４２１ｄとによって構成される。回転駆動装置Ｍ２と軸受部４２１ｄとは、支持部材４２２ａ，４２２ａを介して第２の工具回転装置２２のターンテーブル２２ｂ上に支持・固定されている。この場合、第３の工具回転装置２８は、第１支持部として回転軸ｃのまわりに切削工具２の軸心を支持する。また、第１の工具回転装置４２１は、第２支持部として回転軸ａのまわりに第３の工具回転装置２８を支持する。さらに、第２の工具回転装置２２は、第３支持部として回転軸ｂのまわりに第１の工具回転装置４２１を支持する。この際、第１の工具回転装置４２１のみが切削工具２を両持ち状態で支持とすることになり、第２の工具回転装置２２の大型化を回避できるとともに、各回転軸ａ，ｂ，ｃの可動範囲を簡易に確保できる。なお、第２の工具回転装置２２と第３の工具回転装置２８とについては、片持ち支持となっており、支持機構の軽量化や各回転軸ｂ，ｃのまわりの可動範囲確保が比較的容易になっている。

〔第３実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明に係る第３実施形態の多軸加工機について説明する。なお、第３実施形態の多軸加工機は、第１実施形態の多軸加工機を変形したものであり、特に説明しない部分については、第１実施形態の多軸加工機と同様であるものとする。

図９は、第３実施形態の多軸加工機の要部を示す斜視図である。第２の工具回転装置５２２は、第１の工具回転装置５２１を支持するターンテーブル２２ｂと、ターンテーブル２２ｂ上に立設されターンテーブル２２ｂとともに回転軸ｂのまわりに回転可能なＬ字状の支持部材５２２ａと、ターンテーブル２２ｂの一方の軸に軸を直結させ、それらの軸を介してターンテーブル２２ｂを正逆回転するモータを備える回転駆動装置Ｍ３と、支持部材５２２ａの他方の軸を支持する軸受部５２２ｄとによって構成される。第１の工具回転装置５２１は、第３の工具回転装置２８を支持するとともに回転軸ａのまわりに回転可能なＬの字状の可動部材５２１ｃと、可動部材５２１ｃの軸に軸を直結させ、それらの軸を介して可動部材５２１ｃを正逆回転するモータを備える回転駆動装置Ｍ２とによって構成される。回転駆動装置Ｍ２は、支持部材５２２ｃを介して第２の工具回転装置５２２のターンテーブル２２ｂ上に支持・固定されている。この場合、第３の工具回転装置２８は、第１支持部として回転軸ｃのまわりに切削工具２の軸心を支持する。また、第１の工具回転装置５２１は、第２支持部として回転軸ａのまわりに第３の工具回転装置２８を支持する。さらに、第２の工具回転装置５２２は、第３支持部として回転軸ｂのまわりに第１の工具回転装置５２１を支持する。この際、第２の工具回転装置５２２のみが切削工具２を両持ち状態で支持とすることになる。なお、第１の工具回転装置５２１と第３の工具回転装置２８とについては、片持ち支持となっている。

以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、切削工具２をＸ方向やＺ方向へ移動するようにしているが、ワークＷをＸ方向やＺ方向へ移動させることができる。また、上記実施形態では、ワークＷをＹ方向へ移動するようにしているが、切削工具２をＹ方向へ移動させることができる。

また、上記実施形態では、切削工具２をＲバイトすなわち円形の先端としているが、加工対象に応じて、半円形のバイトや、尖端のバイトをチャック２８ａに固定することができ、これら半円形バイトや、尖端バイトの刃先の被加工面Ｗａに対する角度を直接的に正確に調整できる。

また、上記実施形態では、切削工具２が静止しているものとして説明したが、切削工具２を振動切削型の工具とすることもできる。つまり、工具保持部２０に切削工具２に振動を付与する切削振動ユニットを設置する。この場合、切削工具２の刃先２ａが高速で振動するが、図１の多軸加工機によって、刃先２ａの被加工面Ｗａに対する角度を直接的に正確に調整できる。

また、上記実施形態では、切削工具２の刃先２ａの角度を回転駆動装置Ｍ２，Ｍ３，Ｍ８によって３つの回転軸ａ，ｂ，ｃのまわりに回転させているが、これら回転軸ａ，ｂ，ｃのうち２つの回転軸のまわりに切削工具２を回転させることができ、この場合も、ある程度の自由度で刃先２ａの角度を調整できる。さらに、４つ以上の回転軸のまわりに切削工具２の刃先２ａの角度を回転させることもできる。

また、上記実施形態では、切削工具２の軸心に回転軸ａ，ｂを直交させているが、回転軸ａ，ｂは切削工具２の軸心に直交させる必要はなく、両回転軸ａ，ｂを切削工具２の軸心に対し直交しない状態とすることもできる。

Claims (6)

1. 切削工具を保持した状態で互いに交差する３つ以上の回転軸のまわりに前記切削工具を回転させることができるとともに、前記３つ以上の回転軸の交点に前記切削工具の刃先を位置づける刃先位置駆動装置と、
   前記切削工具を加工対象に対して相対的に変位させる位置駆動装置と、
   を備え、
   前記３つ以上の回転軸は、前記交点で互いに直交する３つの回転軸であり、
   前記刃先位置駆動装置は、前記切削工具を前記３つの回転軸のまわりの任意の回転位置に保持するとともに、前記３つの回転軸のまわりの前記切削工具の回転角度に上限角度と下限角度とを設けて前記切削工具の刃先の回転姿勢を変化させる範囲を規定することを特徴とする多軸加工機。
2. 前記切削工具の軸心は、前記３つの回転軸のうち１つの回転軸に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載の多軸加工機。
3. 前記刃先位置駆動装置は、前記切削工具の軸心を支持する前記１つの回転軸と交差する少なくとも１つの回転軸に関して、前記切削工具の軸心を挟む位置において両持ち状態で、前記切削工具を回転可能に支持することを特徴とする請求項２に記載の多軸加工機。
4. 前記刃先位置駆動装置は、前記１つの回転軸である第１回転軸のまわりに前記切削工具の軸心を支持する第１支持部と、前記第１回転軸と交差する第２回転軸のまわりに第１支持部を支持する第２支持部と、前記第１回転軸及び前記第２回転軸と交差する第３回転軸のまわりに第２支持部を支持する第３支持部とを備え、
   前記第２支持部は、前記切削工具の軸心を挟む位置において両持ち状態で、前記第１支持部を支持することを特徴とする請求項３に記載の多軸加工機。
5. 前記回転軸は、静圧軸受けにより支持されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の多軸加工機。
6. 前記静圧軸受けは、油静圧軸受けであることを特徴とする請求項５に記載の多軸加工機。