JP5937486B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、タレットを有する工作機械に関する。

この種の工作機械として、特許文献１には、所定の回転軸周りに回転可能なタレットと、タレット外周部に設けられ、ワークに斜め穴を空けるための回転工具を有する加工ユニットと、回転軸と直交する駆動軸と、を備えた工作機械が開示されている。この加工ユニットは、駆動軸と直交し、回転工具を保持する工具保持軸を有しており、中間軸等の伝達機構を介し、駆動軸の駆動力を伝達し、回転工具を回転させる。また、加工ユニットは、駆動軸に一致する旋回軸周りを旋回可能となっており、この旋回の角度を調整することによって、特許文献１に係る工作機械は、主軸方向に対し、所望の傾きをもって回転工具を固定することができるように構成されている。

特開平１０−１５７０３号公報

特許文献１に係る工作機械では、上記のように、加工ユニットを旋回させることが可能であるが、その旋回の角度の調整及び固定は、手動によりタレットに固定された位置決め板に設けられた角度目盛りと加工ユニットのケースに設けられた位置目盛りとを合わせた後、位置決め板にボルトをねじ込むことによって行われる。このような構成では、加工ユニットないしは回転工具の角度調整の精度に欠けるだけでなく、加工ユニットの旋回軸を輪郭制御加工における制御軸として用いることができないため、ワークに対して複雑な加工を施すことができないという問題があった。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、ワークに対する回転工具の角度調整の精度が良好であり、ワークを任意の形状に輪郭制御加工することができる工作機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る工作機械は、
ワークを保持するワーク保持部と、
前記ワークを加工するための回転工具が設けられて第１軸線周りに回転可能な旋回部を外周側に有し、前記第１軸線と交わる第２軸線周りに回転可能なタレットと、
前記タレットに対して不動であるステータと、前記旋回部の旋回軸に固定され、前記ステータに対して回転するロータとを有し、前記ロータを回転させることによって前記旋回部を回転させる回転駆動手段と、
モータと、前記モータによって前記第２軸線周りに回転するシャフトと、前記シャフトの回転に応じて前記第１軸線周りに回転するスピンドルと、前記スピンドルと係合して前記スピンドルの回転に応じて回転すると共に前記回転工具を保持するホルダと、を有する工具回転手段と、
前記タレットの回転動作を制御し、前記回転駆動手段を駆動することで前記旋回部の回転動作を制御し、前記モータを駆動することで前記回転工具の回転動作を制御する制御手段と、を備え、
前記回転工具は、前記旋回部の外周方向に突出すると共に前記旋回部の回転方向に沿って複数設けられ、それぞれが前記スピンドルの回転に応じて回転し、
前記制御手段は、前記タレットを回転させると共に、前記回転駆動手段を駆動して前記旋回部を連続的に回転させることで、前記旋回部に設けられた複数の回転工具のうちいずれかの工具を前記ワークに対して任意の位置及び角度で位置決めし、前記回転工具を回転させて前記ワークを加工する、
ことを特徴とする。

前記工作機械は、
前記ワーク保持部と前記タレットとを相対的に移動させる機構を備え、
前記制御手段は、前記タレットと前記旋回部との回転動作を制御すると共に、前記機構の駆動を制御することで、前記回転工具を前記ワークに対して任意の位置及び角度で位置決めする、ようにしてもよい。

前記工作機械において、
前記ワーク保持部は、前記ワークを回転可能に保持し、
前記ワークの回転軸に沿った軸をＺ軸、平面視において前記Ｚ軸と直交する軸をＸ軸、前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸と直交する軸をＹ軸とした場合、前記機構は、前記ワーク保持部と前記タレットとを相対的に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸各々の軸方向に独立して移動させる、ようにしてもよい。

前記工作機械において、
前記制御手段は、前記ワーク保持部の駆動も制御し、前記ワークの回転制御、前記タレットの回転制御、前記旋回部の回転制御、及び前記機構の駆動制御を同時に行う、ようにしてもよい。

前記工作機械は、
前記旋回部と一体に回転する所定部位との摩擦力により前記旋回部を前記タレットに対して回転不能に固定することで前記回転工具を位置決めし、位置決めされた回転工具による前記ワークの加工中に、前記旋回部を前記タレットに対して回転不能とする固定手段をさらに備えていてもよい。

前記工作機械は、
前記旋回部の回転位置を検出する回転位置検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記回転位置検出手段によって検出された回転位置に基づいて前記旋
回部が目標位置で停止するように前記回転駆動手段と前記固定手段とを制御してもよい。
また、前記工作機械は、
前記旋回部の停止位置に前記目標位置からのずれが生じた場合に、前記目標位置に当該ずれ分を補正した位置を示す補正位置情報を記憶する記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記補正位置情報が示す位置で、前記旋回部が停止するように制御可能であってもよい。

前記工作機械において、
前記タレットは、外周に、前記タレットの回転軸と直交する方向に向く複数の面を有し、前記複数の面のうち所定の面上に前記旋回部が設けられ、前記複数の面のうち前記旋回部が設けられていない面上には、前記ワークを加工するための１又は複数の工具が設けられている、ようにしてもよい。

本発明によれば、ワークに対する回転工具の角度調整の精度が良好であり、ワークを任意の形状に輪郭制御加工することができる。

本発明の一実施形態に係る工作機械の平面図である。 図１に示す工作機械の側面図である。 図１に示す工作機械の正面図である。 工作機械の図２に示すＩ−Ｉ線概略断面図である。 図４のタレット近傍の拡大図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る工作機械によって可能な加工を説明するための図である。 変形例に係る工作機械が備える背面主軸等を説明するための平面図である。

本発明の一実施形態に係る工作機械について、図面を参照して説明する。
以下の説明では、工作機械の構成の理解を容易にするため、工作機械における鉛直方向を「Ｙ軸方向」とし、ワークＷの中心線に沿った水平方向を「Ｚ軸方向」とし、Ｙ軸及びＺ軸方向に垂直な水平方向を「Ｘ軸方向」とする。また、図１〜図５、及び図７の図中には、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各々の方向を示す矢印を示した。これら矢印が示す各方向において、矢印が向く方向を＋側、その反対側の方向を−側として、適宜、工作機械を構成する各部を説明する。

本実施形態に係る工作機械１は、被加工物（ワーク）Ｗを加工する多機能旋盤として構成され、図１〜図５に示すように、工作機械１全体の台であるベッドＳと、ワーク保持部１０と、タレット装置２０と、スライド機構３０と、工作機械１全体を制御する制御部４０と、操作部４１と、を備える。

ワーク保持部１０は、ワークＷ（例えば、円筒形）を保持して回転させるものであり、図１、図２等に示すように、主軸１１と、主軸１１を回転可能に支持する主軸台１２と、を備える。

なお、図１は、工作機械１の平面図（＋Ｙ軸方向から見た図）である。図１では、後述のタレット２２が有する複数の工具Ｔ１を省略している。また、図２は、工作機械１の側面図（＋Ｚ軸方向から見た図）である。図２では、ワーク保持部１０を見えやすくするため、タレット装置２０をワークＷ加工時の位置よりも＋Ｘ軸方向にずらしている。

主軸１１は、図示しないチャックでワークＷを把持する。主軸台１２には、ワーク回転用モータ（図示せず）が内蔵されており、このワーク回転用モータによって主軸１１をＣ軸周りに回転させる。Ｃ軸は、Ｚ軸と平行、且つ、ワークＷの中心を通る回転軸として規定される。これにより、ワーク保持部１０は、ワークＷをＣ軸周りに回転させることができる。本実施形態では、主軸台１２は、ベッドＳに対して不動に固定されている。

タレット装置２０は、ワークＷを加工するための工具Ｔ１、回転工具Ｔ２を有するものであり、主に図４及び図５に示すように、ハウジング２１と、ハウジング２１に回転可能に支持されたタレット２２と、旋回機構７０と、を備える。

なお、図４は、工作機械１の図２に示すＩ−Ｉ線断面図である。また、図５は、図４のタレット２２近傍の拡大図である。図４及び図５では、一部の構成において断面を示すハッチングを省略している。

タレット２２は、図２に示すように、正多角形（本実施形態では、正八角形）に形成された部材であり、図３に示すタレット旋回用モータ２２０の駆動力によって、Ｂ軸周りに回転する。Ｂ軸は、Ｚ軸と平行、且つ、タレット２２の正八角形状の中心を通る回転軸として規定される。具体的には、タレット旋回用モータ２２０は、Ｚ軸と平行な回転軸周りに回転する駆動軸（図示せず）を有しており、この駆動軸が、図示しない連結部材と、図４及び図５に示す歯車２２１０とを介して、旋回軸２２ａに連結されている。これにより、旋回軸２２ａは、タレット旋回用モータ２２０の動力によりＢ軸周りに回転する。タレット２２は、旋回軸２２ａに対して不動であり、旋回軸２２ａと共にＢ軸周りに回転する。旋回軸２２ａは、ハウジング２１に軸受け２１ａ、２１ｂを介して、Ｂ軸周りに回転可能に支持されている。

なお、図３は、工作機械１の正面図（−Ｘ軸方向から見た図）である。図３では、ワーク保持部１０の一部を破線で表している。

タレット２２の外周面は、主に図２に示すように、複数の工具Ｔ１を保持する工具保持部２２１として構成されている。具体的には、この実施形態では、タレット２２の正八角形状を形作る八個の外周面のうち七個の外周面が工具保持部２２１として構成されている。複数の工具Ｔ１は、ワークＷを加工するためのバイト、ドリル等からなり、図２に示すように、タレット２２の正八角形状を形作る八個の外周面のうち七個の外周面にホルダＨ１を介して取り付けられている。複数の工具Ｔ１は、例えば、タレット２２に対して、不動であり、着脱可能となっている。
タレット２２の正八角形状を形作る八個の外周面のうち、工具Ｔ１が取り付けられていない外周面（工具保持部２２１以外の外周面）には、タレット２２の外周方向に向かって延びるハウジング７１が設けられている。このハウジング７１は、後述する旋回部７２を回転可能に支持する。

旋回機構７０は、主に図４及び図５に示すように、ハウジング７１と、ハウジング７１に回転可能に支持された旋回部７２と、旋回部７２を回転させるダイレクトドライブモータ（ビルトインモータ）７３と、旋回部７２を回転不能に固定するブレーキ機構５０と、工具回転機構６０と、を備える。

旋回部７２は、複数の回転工具Ｔ２を保持する回転工具保持部７２１と、この回転工具保持部７２１に連結され、ハウジング７１に回転可能に軸支された旋回軸７２２と、を有する。旋回部７２は、ダイレクトドライブモータ７３の駆動力によって、Ａ軸周りに回転する。Ａ軸は、Ｂ軸と直交し、旋回軸７２２の軸中心を通る回転軸として規定される。

旋回軸７２２のタレット２２側（図４及び図５中、上側）には、ブレーキ板５１が取付けられている。ブレーキ板５１は、旋回軸７２２からフランジ状に凸となるディスク形状に形成され、旋回軸７２２と一体に回転する。

ダイレクトドライブモータ７３は、旋回部７２をＡ軸周りに回転させるものであり、同期電動機や誘導電動機などの周知のモータで構成され、全体がハウジング７１内に設けられている。ダイレクトドライブモータ７３は、ハウジング７１の内壁に固定されたステータ７３ａと、旋回軸７２２の外壁に直接取り付けられたロータ７３ｂとを備える。

このダイレクトドライブモータ７３では、ギヤなどを介することなく旋回軸７２２に直接にロータ７３ｂが取り付けられるダイレクトドライブとしているから、ギヤなどによるエネルギ損失や騒音、振動を防止して、ダイレクトドライブモータ７３からの出力によって効率よく旋回部７２を回転させることができると共に、装置全体を小型化することができる。また、ダイレクトドライブモータ７３は、回転位置検出器７５を備える。

回転位置検出器７５は、ロータ７３ｂの回転位置、つまり、旋回部７２の回転位置を検出するものである。回転位置検出器７５としては、例えば、旋回部７２の旋回軸７２２に形成された凹凸パターンを光学的に読み込んで旋回部７２の回転位置を検出するロータリーエンコーダや、電磁ピックアップ式、レゾルバなど、種々のセンサを用いることができる。

ブレーキ機構５０は、ブレーキ板５１と、ハウジング７１内に設けられたピストン５２と、ピストン５２にブレーキ板５１を固定する（クランプする）ための付勢力を作用させるバネ５３と、ピストン５２をブレーキ板５１に対して開放する（アンクランプする）ための空気圧を作用させる空気圧機構５４と、を備える。

ピストン５２は、環状に形成され、ブレーキ板５１の＋Ｘ軸方向側に位置する。また、ピストン５２とハウジング７１の内壁面との間には、空気圧室７６が構成されている。

空気圧機構５４は、例えば電動ポンプなどによって空気圧を発生させ、空気圧を継手５５から空気圧室７６に作用させるように構成されている。

ブレーキ機構５０では、空気圧機構５４から空気圧室７６に空気圧を作用させていないときには、バネ５３の付勢力によってピストン５２がブレーキ板５１に近付く方向に付勢され、ブレーキ板５１がピストン５２に押しつけられる。これにより、ブレーキ板５１とピストン５２とに摩擦力が作用し、ブレーキ板５１及び旋回部７２はハウジング７１に対して回転不能に固定される（クランプ状態）。
一方、空気圧機構５４から空気圧室７６に空気圧を作用させたときには、バネ５３の付勢力に抗してピストン５２がブレーキ板５１から離れる方向に移動され、ピストン５２とブレーキ板５１とは接しない。これにより、ブレーキ板５１にはピストン５２から力は作用せず、ブレーキ板５１及び旋回部７２はハウジング７１に対して自由に回転できる状態となる（アンクランプ状態）。

工具回転機構６０は、図４に示すように、ドライブシャフト６１と、スピンドル６２と、ドライブシャフト６１を回転させる回転工具用モータ６３と、を備える。

回転工具用モータ６３は、タレット装置２０のハウジング２１の−Ｚ軸方向側端部に位置し、＋Ｚ軸方向に向く回転軸６３ａを有する。回転工具用モータ６３は、回転軸６３ａをＢ軸周りに回転させる。

ドライブシャフト６１の一端部（−Ｚ軸方向側の端部）は、回転軸６３ａと結合又は係合されている。これにより、ドライブシャフト６１は、回転軸６３ａの回転に伴ってＢ軸周りに回転する。ドライブシャフト６１は、その両端部各々の近傍で、ハウジング２１に対して不動な軸受け６４，６５に回転可能に軸支されている。ドライブシャフト６１の他端部（＋Ｚ軸方向側の端部）には、スパイラルマイタ等からなる第１ギヤ部６１ａが設けられている。第１ギヤ部６１ａは、スピンドル６２の一端部（Ｂ軸に近い端部）に設けられたスパイラルマイタ等からなる第２ギヤ部６２ａと締結している。また、スピンドル６２は、その両端部が、ハウジング７１に対して不動な軸受け６６、６７に回転可能に軸支されている。
このような第１ギヤ部６１ａと第２ギヤ部６２ａとにより、ドライブシャフト６１のＢ軸周りの回転動力がスピンドル６２に伝搬され、スピンドル６２は、Ａ軸周りに回転する。

スピンドル６２の他端部（Ｂ軸から離れる側の端部）は、例えばドリルからなる回転工具Ｔ２を保持するホルダＨ２の端部と、ギヤ機構により、係合されている。

旋回部７２の回転工具保持部７２１は、ホルダＨ２を介して、複数の回転工具Ｔ２を保持する。具体的には、図３に示すように、この実施形態では、回転工具Ｔ２は４つあり、十字状に位置する。つまり、隣り合う回転工具Ｔ２が直交した配置関係となっている（隣り合う回転工具Ｔ２のうち、一方の回転工具Ｔ２が向く方向と他方の回転工具Ｔ２が向く方向とのなす角が９０度の関係）。
これら４つの回転工具Ｔ２は、スピンドル６２の回転に伴って、全て同時に回転する。具体的には、回転工具用モータ６３の回転動力が、ドライブシャフト６１等を介して、スピンドル６２に伝搬され、スピンドル６２がＡ軸周りに回転すると、複数の回転工具Ｔ２は、それぞれが延びる方向を回転軸として、これらの全てが回転する。

また、前述したように、旋回部７２は、ダイレクトドライブモータ７３の駆動力によって、Ａ軸周りに回転可能である。この旋回部７２の回転によって、回転工具保持部７２１に保持された４つの回転工具Ｔ２のうち、いずれかがワークＷを加工するための工具として割り出される（選択される）。そして、４つの回転工具Ｔ２は、回転工具用モータ６３の回転動力により、各々回転する。このようにして、工作機械１では、回転工具Ｔ２によりワークＷを加工することが可能となっている。

スライド機構３０は、タレット装置２０をＸ、Ｙ、Ｚ軸各々の方向に移動させる機構であり、図１等に示すように、Ｚ軸スライド機構３１、Ｘ軸スライド機構３２、及びＹ軸スライド機構３３から構成されている。

Ｚ軸スライド機構３１は、タレット装置２０をＺ軸方向に移動させるための機構であり、ベッドＳ上に取り付けられた軸受部３１１と、この軸受部３１１に軸支されてＺ軸方向に伸びるボールねじ３１２と、このボールねじ３１２を回転させるＺ軸モータ３１３と、Ｚ軸スライド部３１４と、を備える。
Ｚ軸スライド部３１４は、Ｚ軸方向に移動する台状の部材であり、ボールねじ３１２と嵌合し、ボールねじ３１２の回転によりＺ軸方向に移動するナット（図示せず）と、ベッドＳ上に設けられたＺ軸方向に伸びるレール部Ｒｚと係合するガイド溝Ｇｚと、を有する。Ｚ軸スライド機構３１は、Ｚ軸モータ３１３でボールねじ３１２を回転させることで、ナットを移動させる（つまり、Ｚ軸スライド部３１４を移動させる）。Ｚ軸スライド部３１４は、移動する際に、レール部Ｒｚに案内され、安定してＺ軸方向に移動することができる。このような機構により、Ｚ軸スライド機構３１は、タレット装置２０をＺ軸方向に移動させる。

Ｘ軸スライド機構３２は、タレット装置２０をＸ軸方向に移動させるための機構であり、Ｚ軸スライド部３１４上に取り付けられた軸受部（図示せず）と、この軸受部に軸支されてＸ軸方向に伸びるボールねじ３２２（図３参照）と、このボールねじ３２２を回転させるＸ軸モータ３２３と、Ｘ軸スライド部３２４と、を備える。
Ｘ軸スライド部３２４は、Ｘ軸方向に移動する台状の部材であり、ボールねじ３２２と嵌合し、ボールねじ３２２の回転によりＸ軸方向に移動するナット（図示せず）と、Ｚ軸スライド部３１４上に設けられたＸ軸方向に伸びるレール部Ｒｘと係合するガイド溝Ｇｘと、を有する。Ｘ軸スライド機構３２は、Ｘ軸モータ３２３でボールねじ３２２を回転させることで、ナットを移動させる（つまり、Ｘ軸スライド部３２４を移動させる）。Ｘ軸スライド部３２４は、移動する際に、レール部Ｒｘに案内され、安定してＸ軸方向に移動することができる。このような機構により、Ｘ軸スライド機構３２は、タレット装置２０をＸ軸方向に移動させる。

Ｙ軸スライド機構３３は、タレット装置２０をＹ軸方向に移動させるための機構であり、Ｘ軸スライド部３２４上に取り付けられた軸受部３３１と、この軸受部３３１に軸支されてＹ軸方向に伸びるボールねじ３３２（図３参照）と、このボールねじ３３２を回転させるＹ軸モータ３３３と、Ｙ軸スライド部３３４と、を備える。
Ｙ軸スライド部３３４は、Ｙ軸方向に移動する台状の部材であり、ボールねじ３３２と嵌合し、このボールねじ３３２の回転によりＹ軸方向に移動するナット（図示せず）と、Ｘ軸スライド部３２４上に設けられたＹ軸方向に伸びるレール部Ｒｙと係合するガイド溝Ｇｙ（図１参照）と、を有する。Ｙ軸スライド機構３３は、Ｙ軸モータ３３３でボールねじ３３２を回転させることで、ナットを移動させる（つまり、Ｙ軸スライド部３３４を移動させる）。Ｙ軸スライド部３３４は、移動する際に、レール部Ｒｙに案内され、安定してＹ軸方向に移動することができる。このような機構により、Ｙ軸スライド機構３３は、タレット装置２０をＹ軸方向に移動させる。

このように、ベッドＳに対してＺ軸方向に移動可能であるがＸ及びＹ軸方向には不動なＺ軸スライド部３１４と、このＺ軸スライド部３１４に対してＸ軸方向に移動可能であるがＹ軸方向には不動なＸ軸スライド部３２４と、このＸ軸スライド部３２４に対してＹ軸方向に移動可能なＹ軸スライド部３３４と、を備えるスライド機構３０により、Ｙ軸スライド部３３４に取り付けられたタレット装置２０は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸各々の方向に移動可能となっている。
タレット装置２０は、図１、図４に示すように、Ｙ軸スライド部３３４の−Ｘ軸方向側端部に取り付けられている。

制御部４０は、工作機械１全体を制御するものであり、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、を備える。なお、制御部４０及び操作部４１は、図１にのみ示した。

制御部４０は、操作部４１から供給されたＮＣ（Numerical Control）プログラムに従い、各部を制御する。制御部４０には、例えば回転位置検出器７５から旋回部７２の回転位置が入力されるなど、工作機械１の制御に必要な各種情報が入力され、ワーク回転用モータ、ダイレクトドライブモータ７３、空気圧機構５４、回転工具用モータ６３、Ｚ、Ｘ及びＹ軸モータ３１３、３２３及び３３３などに制御信号を送信する。
これにより、工作機械１は、ワークＷとタレット２２が保持する工具Ｔ１、または、ワークＷと旋回部７２が保持する回転工具Ｔ２との相対的位置関係を適当に設定し、ワークＷを加工することができる。

操作部４１は、オペレータからの操作情報、入力情報を受け付けるものであり、操作情報、入力情報を受け付けるための操作パネル（図示せず）を備える。操作パネルは、起動スイッチと、停止スイッチと、テンキー等を備える。起動スイッチは、工作機械１を起動するときに操作されるスイッチであり、停止スイッチは、起動を停止するときに操作されるスイッチである。テンキーは、数値を手動で入力するためのキーである。操作部４１は、起動スイッチ、停止スイッチが操作されると、この操作情報を受け付ける。また、操作部４１は、ＮＣプログラム（加工シーケンス）のデータが入力されると、このデータを入力情報として受け付ける。ＮＣプログラムは、ワークＷと工具Ｔ１、または、ワークＷと回転工具Ｔ２との相対的位置関係を適当に設定し、ワークＷを加工するためのプログラムであり、オペレータによって作成される。

次に、以上のように構成された工作機械１を用いたワークＷの加工について説明する。
なお、タレット２２をＢ軸周りに回転させて工具Ｔ１を割り出し、工具Ｔ１でワークＷを加工する手法は、公知の手法によるため、以下では、回転工具Ｔ２によるワークＷの加工について説明する。

まず、タレット装置２０及び旋回部７２による回転工具Ｔ２の割り出し（選択、変更）について説明する。

（回転工具Ｔ２の割り出し）
ワークＷを加工する回転工具Ｔ２を割り出すときには、オペレータの操作部４１への指令に基づいて、制御部４０は、タレット２２をＢ軸周りに回転させて、旋回部７２を、ワークＷに対して所望の位置に配置させる。また、制御部４０は、空気圧機構５４を駆動し、空気圧室７６に空気圧を作用させ、アンクランプ状態とする。つまり、ピストン５２とブレーキ板５１とが接していない状態となるようにブレーキ機構５０を駆動する。これにより、ブレーキ板５１及び旋回部７２は、ハウジング７１に対して自由に回転することができる。

続いて、制御部４０は、ダイレクトドライブモータ７３を駆動して旋回部７２を回転させる。このとき、制御部４０は、回転位置検出器７５によって検出されたダイレクトドライブモータ７３のロータ２３ｂの回転位置（つまり、旋回部７２の回転位置）に基づいて、所望の回転工具Ｔ２がワークＷを加工するための位置（目標位置）に割り出されて停止するように旋回部７２をＡ軸周りに回転させる。

そして、旋回部７２が目標とする回転位置に至ったら、制御部４０は、空気圧機構５４を制御し、空気圧室７６に空気圧を作用させないようにする。これにより、バネ５３の付勢力によってブレーキ板５１がピストン５２に押しつけられる。すると、旋回部７２が目標位置に割り出された状態で、ピストン５２とブレーキ板５１との摩擦力によってブレーキ板５１及び旋回部７２が回転不能に固定される。

旋回部７２によって回転工具Ｔ２を割り出したときに、割り出された回転工具Ｔ２の位置にズレが生じていたときには、オペレータによる操作部４１へ指令に基づいて、制御部４０は、旋回部７２の回転位置を微調整する。

ここで、本実施形態に係る工作機械１は、ブレーキ板５１をピストン５２で押しつけ、摩擦力により旋回部７２を回転不能に固定するものであり、回転工具Ｔ２を割り出して固定するときに、旋回部７２とハウジング７１の一方に形成された凹部と他方に形成された凸部とを係合させることで旋回部７２を回転不能に固定するものではない（つまり、例えば旋回部７２とハウジング７１に形成された係合歯同士を係合させてカップリングにより旋回部７２を回転不能に固定するものではない）。そのため、本実施形態に係る工作機械１によれば、任意の角度で旋回部７２を固定することができ、ワークＷを加工するときのワークＷと回転工具Ｔ２との位置を微調整することができる。

回転工具Ｔ２の位置の微調整としては、例えば、オペレータが制御部４０にズレを補正するための角度を入力して制御部４０が入力された角度に応じて旋回部７２を回転させたり、制御部４０が旋回部７２をゆっくりと回転させてオペレータが停止指令を制御部４０に入力したりする等、種々の方法を用いることができる。

なお、こうして回転工具Ｔ２の位置の微調整が完了したときには、制御部４０は、旋回部７２の回転位置を記憶して、割り出した回転工具Ｔ２の位置を記憶することが望ましい。また、複数の回転工具Ｔ２を用いて連続してワークＷを加工する際には、予め全ての回転工具Ｔ２に対してこうした調整を行って結果を記憶し、その後、記憶した情報を用いて制御部４０がワークＷを加工すれば、加工精度を高めることができると共にスムーズに加工を行うことができる。

続いて、タレット装置２０及び旋回部７２によって割り出された回転工具Ｔ２によるワークＷの加工全体の流れについて説明する。

（ワークＷの加工の流れ）
ワークＷを加工するときには、例えば、オペレータが、ワーク保持部１０のチャックにワークＷを配置してチャックによりワークＷを保持させる。

続いて、オペレータの操作部４１への指令に基づいて、制御部４０がワーク回転用モータを駆動してワークＷを回転させる。

次に、前記指令に基づいて、制御部４０は、Ｚ、Ｘ及びＹ軸モータ３１３、３２３及び３３３を駆動して（つまり、スライド機構３０を駆動して）、タレット装置２０を、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各々の方向に、適宜、移動させ、回転工具Ｔ２をワークＷに当接させる。これにより、回転するワークＷに回転工具Ｔ２が当てられてワークＷが加工される。

ここで、制御部４０は、前記指令に基づいて、回転工具用モータ６３を駆動し、回転工具Ｔ２を回転させる。この場合、制御部４０は、ワーク回転用モータを駆動しないことでワークＷを回転させなくともよいし、ワークＷを回転させるとともに回転工具Ｔ２を回転させてもよい。

ワークＷの加工において、例えば、図６（ｂ）に示すように、ワークＷに任意の角度の穴Ｅ（斜め穴、偏心穴等）を空けたい場合、制御部４０は、ダイレクトドライブモータ７３を駆動して旋回部７２を回転させ、ワークＷに対する回転工具Ｔ２の位置を適宜変化させた上で、主軸１１や回転工具Ｔ２を回転させる。なお、図３、図６（ａ）に示すように、４ポジションに位置する回転工具Ｔ２としては、ドリルの他、タップ、エンドミル等が採用でき、偏心タップ加工、斜めタップ加工等も行うことが可能である。また、制御部４０は、Ａ軸とＣ軸の同時制御が可能であり、図６（ａ）に示すように、複雑なミーリング加工等を行うことも可能である。
ここで、比較例として、例えば旋回部７２の旋回軸７２２の係合歯とカップリング機構の係合歯に従った角度で旋回部７２が固定される構成の工作機械を想定した場合、このような構成の工作機械では、ワークＷに対する回転工具Ｔ２の位置が、間欠な位置になってしまうため、ワークに任意の角度で加工を施すことができない。一方、本実施形態に係る工作機械１では、ダイレクトドライブモータ７３を採用し、比較例に係る工作機械のようにカップリング機構の係合歯に従った角度で旋回部７２が固定されることがないため、ワークＷに任意の角度で加工を施すことが可能である。

なお、所望の形状でワークＷを形成すべく、ワークＷに対する回転工具Ｔ２の位置を適宜変化させた後（つまり、旋回部７２が目標とする回転位置に至り、ワークＷに対して回転工具Ｔ２が位置決めされたら）、その都度、前述と同様に、制御部４０は、空気圧機構５４を制御し、空気圧室７６に空気圧を作用させないようにする。これにより、クランプ状態となり、旋回部７２が目標位置に位置決めされた状態で、ピストン５２とブレーキ板５１との摩擦力によってブレーキ板５１及び旋回部７２が回転不能に固定される。

ワークＷの加工が終了したら、制御部４０は、Ｚ、Ｘ及びＹ軸モータ３１３、３２３及び３３３を駆動して（つまり、スライド機構３０を駆動して）、タレット装置２０をワークＷから遠ざからせる。

その後、制御部４０はワーク回転用モータを停止し、オペレータがワーク保持部１０によるワークＷの保持を解除する。

以上説明した本実施形態に係る工作機械１は、ワークＷを保持するワーク保持部１０と、ワークＷを加工するための回転工具Ｔ２が設けられた旋回部７２を外周側に有し、回転可能なタレット２２と、タレット２２に対して不動であるステータ７３ａと、旋回部７２の旋回軸７２２に固定され、ステータ７３ａに対して回転するロータ７３ｂとを有し、ロータ７３ｂを回転させることによって旋回部７２を回転させるダイレクトドライブモータ７３と、タレット２２及び回転工具Ｔ２の回転動作を制御すると共に、ダイレクトドライブモータ７３を駆動することで旋回部７２の回転動作を制御する制御部４０と、を備え、タレット２２の回転軸（Ｂ軸）と旋回部７２の回転軸（Ａ軸）とは直交し、回転工具Ｔ２は、旋回部７２の外周方向に突出して設けられており、制御部４０は、タレット２２を回転させると共に、ダイレクトドライブモータ７３を駆動して旋回部７２を連続的に回転させることで、回転工具Ｔ２をワークＷに対して任意の位置及び角度で位置決めし、回転工具Ｔ２を回転させてワークＷを加工する。
このようにしたから、前述したようにワークＷに任意の角度で加工を施すことが可能である。また、ワークＷを任意の形状に輪郭制御加工することができる。また、回転工具Ｔ２の割り出しのための回転と、回転工具Ｔ２の輪郭制御における加工のための回転とを、１つのダイレクトドライブモータ７３で実現し、両役割を共用したことから、部品点数を少なくすることが可能である。さらには、旋回部７２の旋回軸７２２にダイレクトドライブモータ７３のロータ７３ｂを直接に取付けるダイレクトドライブとしたから、ｉ）歯車やベルトなどの間接的機構部品を必要とせず、これによっても部品点数を少なくすることができ、工作機械全体を小型化したり、工作機械の製造コストを低減したりすることができる。ｉｉ）また、ダイレクトドライブモータ７３で回転工具Ｔ２の割り出しを行うことにより、歯車やベルト等の連結部材を設けずに済むため、連結部材間のバックラッシ（隙間）がないので、旋回部７２の回転位置を適正に制御することができ、加工精度を高めることもできる。

また、工作機械１では、回転工具Ｔ２は、旋回部７２の回転方向に沿って複数（例えば、４つ）設けられており、制御部４０は、ダイレクトドライブモータ７３を駆動して旋回部７２を連続的に回転させることで、旋回部７２に設けられた複数の回転工具Ｔ２のうちいずれかの工具をワークＷに対して任意の位置及び角度で位置決めしてワークＷを加工する。
このようにしたから、所望の加工毎に、回転工具Ｔ２を着脱して交換する回数を減らすことができるため、加工時間を短縮することが可能である。

また、制御部４０の制御のもと、スライド機構３０は、ワーク保持部１０に対してタレット２２を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸各々の軸方向に独立して移動させることが可能であり、ダイレクトドライブモータ７３は、ロータ７３ｂを連続的に回転させることによって旋回部７２を連続的に回転させることができる。そのため、旋回部７２のＡ軸周りの連続回転制御と、その他の制御軸Ｘ、Ｙ、Ｚ軸とを同時に（並行して）輪郭制御することができ、ワークＷに対する工具Ｔの位置を自由に制御できる。つまり、本実施形態に係る工作機械１によれば、ワークＷを所望の形状に加工可能である。さらには、工作機械１では、上記制御軸に加え、主軸１１の回転軸（Ｃ軸）も、同時に（並行して）輪郭制御することができるため、より自由な加工が可能である。

さらに、工作機械１では、ブレーキ板５１をピストン５２で押しつけた際の摩擦力によって旋回部７２をタレット２２に対して回転不能に固定することにより、旋回部７２に取付けられた回転工具Ｔ２のうちの１つの工具ＴとワークＷとを位置決めすると共に、位置決めされた回転工具Ｔ２によるワークＷの加工中に旋回部７２がタレット２２に対して回転することを禁止するから、旋回部７２を任意の角度で固定することができ、ワークＷを加工するときに旋回部７２の回転工具Ｔ２とワークＷとの位置を細かく調整することができる。

なお、本発明は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、実施形態及び図面に変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。以下に変形の一例を示す。

工作機械１は、図７に示すように、背面主軸８１と背面主軸台８２とを有するワーク保持部８０と、ワーク保持部８０を、例えばＸ、Ｚ軸各々の方向に移動させるスライド機構９０と、をさらに備えていてもよい。このようにした場合、旋回部７２の回転角度は制限がないため（旋回部７２は、３６０°回転可能）、正面加工（主軸１１に保持されたワークＷの加工であり、ワークＷの＋Ｚ方向側の端部に施される加工）及び背面加工（背面主軸８１に保持されたワークＷの加工であり、ワークＷの−Ｚ方向側の端部に施される加工）を旋回部７２を備えたタレット装置２０で行える。つまり、正面加工及び背面加工を１ユニットで行うことができる。なお、スライド機構９０は、スライド機構３０と同様の機構により、ワーク保持部８０を移動させる。

また、以上の説明では、タレット２２の回転軸（Ｂ軸）と旋回部７２の回転軸（Ａ軸）とが直交し、ワークＷの回転軸（Ｃ軸）とタレット２２の回転軸（Ｂ軸）とが平行である例を示したが、これに限られない。
例えば、タレット２２の回転軸（Ｂ軸）と旋回部７２の回転軸（Ａ軸）とを平行にし、ワークＷの回転軸（Ｃ軸）とタレット２２の回転軸（Ｂ軸）とを直交させるようにしてもよい。このようにしても、図６（ａ）に示したようなワークＷと回転工具Ｔ２との相対的位置関係を実現できる。さらには、輪郭制御のしやすさを損なわない限りにおいては、Ａ軸、Ｂ軸、Ｃ軸のうちいずれかの軸が他の軸と直交でも平行でもなく斜めになるように設定したり、Ａ軸、Ｂ軸、Ｃ軸の全ての軸が斜めに交差するように設定することも可能である。つまり、これら制御軸の各々同士の相対的な軸方向の角度は、輪郭制御のしやすさを損なわない限りにおいては、目的に応じて適宜変更可能である。

また、上述した工作機械１では、ワーク保持部１０がベッドＳに固定され、スライド機構３０により、タレット装置２０をワーク保持部１０に対してＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動させる構成としたが、これに限られない。ワーク保持部１０とタレット装置２０とが相対的にＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動する構成であれば、工作機械１の構成を適宜変更可能である。例えば、タレット装置２０がＸ、Ｙ軸の２軸に移動し、ワーク保持部１０がＺ軸に移動する構成や、タレット装置２０がベッドＳに固定され、ワーク保持部１０がタレット装置２０に対してＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動する構成であってもよい。
また、上記説明では、ワーク保持部１０とタレット装置２０とを相対的に移動させる制御軸を各々直交する３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）としたが、ワーク保持部１０とタレット装置２０とが相対的に３次元的に移動できれば、制御軸は各々直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸に限られない。このような制御軸である３軸が互いに交差していればよい。

上述した工作機械１では、タレット２２の外周面（工具保持部２２１）が８面で構成された例を示したが、任意の数の面で構成されてもよい。また、旋回部７２の回転工具保持部７２１には、回転工具Ｔ２が４ポジションに取り付けられている例を示したが、３ポジションでも５ポジションでもよく、任意の数でよい。また、旋回部７２は、タレット２２の外周面のうち一つの面上に設けられているが、複数の面上に設けてもよい。

上述したブレーキ機構５０では、バネ５３の付勢力でクランプ状態を実現しているが、空気圧機構５４から空気圧を作用させることでクランプ状態を実現してもよい。また、ブレーキ機構５０におけるクランプ状態又はアンクランプ状態を実現させる流体は、空気に限られない。空気でなく油を作用させてもよいし、油圧と空圧を併用するものでもよい。さらには、流体を用いる機構に代えてまたは加えて、電磁的な機構によってピストン５２をブレーキ板５１に押し当てる構成としてもよい。

上記説明では、ワークＷを加工するときには、例えば、オペレータが、ワーク保持部１０のチャックにワークＷを配置してチャックによりワークＷを保持させるものとしたが、これに限られない。工作機械１がワークを自動で供給及び排出する装置をさらに備え、ワークの保持や解除を自動で行うようにしてもよい。

以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

１ 工作機械
１０ ワーク保持部
２０ タレット装置
２２ タレット
２２１ 工具保持部
Ｔ１ 工具
７０ 旋回機構
７２ 旋回部
７２１ 回転工具保持部
Ｔ２ 回転工具
７２２ 旋回軸
７３ ダイレクトドライブモータ
７３ａ ステータ
７３ｂ ロータ
７５ 回転位置検出器
５０ ブレーキ機構
５１ ブレーキ板
５２ ピストン
５３ バネ
５４ 空気圧機構
６０ 工具回転機構
６１ ドライブシャフト
６２ スピンドル
６３ 回転工具用モータ
３０ スライド機構
４０ 制御部

Claims (8)

1. ワークを保持するワーク保持部と、
   前記ワークを加工するための回転工具が設けられて第１軸線周りに回転可能な旋回部を外周側に有し、前記第１軸線と交わる第２軸線周りに回転可能なタレットと、
   前記タレットに対して不動であるステータと、前記旋回部の旋回軸に固定され、前記ステータに対して回転するロータとを有し、前記ロータを回転させることによって前記旋回部を回転させる回転駆動手段と、
   モータと、前記モータによって前記第２軸線周りに回転するシャフトと、前記シャフトの回転に応じて前記第１軸線周りに回転するスピンドルと、前記スピンドルと係合して前記スピンドルの回転に応じて回転すると共に前記回転工具を保持するホルダと、を有する工具回転手段と、
   前記タレットの回転動作を制御し、前記回転駆動手段を駆動することで前記旋回部の回転動作を制御し、前記モータを駆動することで前記回転工具の回転動作を制御する制御手段と、を備え、
   前記回転工具は、前記旋回部の外周方向に突出すると共に前記旋回部の回転方向に沿って複数設けられ、それぞれが前記スピンドルの回転に応じて回転し、
   前記制御手段は、前記タレットを回転させると共に、前記回転駆動手段を駆動して前記旋回部を連続的に回転させることで、前記旋回部に設けられた複数の回転工具のうちいずれかの工具を前記ワークに対して任意の位置及び角度で位置決めし、前記回転工具を回転させて前記ワークを加工する、
   ことを特徴とする工作機械。
2. 前記ワーク保持部と前記タレットとを相対的に移動させる機構を備え、
   前記制御手段は、前記タレットと前記旋回部との回転動作を制御すると共に、前記機構の駆動を制御することで、前記回転工具を前記ワークに対して任意の位置及び角度で位置決めする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記ワーク保持部は、前記ワークを回転可能に保持し、
   前記ワークの回転軸に沿った軸をＺ軸、平面視において前記Ｚ軸と直交する軸をＸ軸、前記Ｚ軸及び前記Ｘ軸と直交する軸をＹ軸とした場合、前記機構は、前記ワーク保持部と前記タレットとを相対的に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸各々の軸方向に独立して移動させる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
4. 前記制御手段は、前記ワーク保持部の駆動も制御し、前記ワークの回転制御、前記タレットの回転制御、前記旋回部の回転制御、及び前記機構の駆動制御を同時に行う、
   ことを特徴とする請求項３に記載の工作機械。
5. 前記旋回部と一体に回転する所定部位との摩擦力により前記旋回部を前記タレットに対して回転不能に固定することで前記回転工具を位置決めし、位置決めされた回転工具による前記ワークの加工中に、前記旋回部を前記タレットに対して回転不能とする固定手段をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の工作機械。
6. 前記旋回部の回転位置を検出する回転位置検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記回転位置検出手段によって検出された回転位置に基づいて前記旋回部が目標位置で停止するように前記回転駆動手段と前記固定手段とを制御する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の工作機械。
7. 前記旋回部の停止位置に前記目標位置からのずれが生じた場合に、前記目標位置に当該ずれ分を補正した位置を示す補正位置情報を記憶する記憶手段を備え、
   前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記補正位置情報が示す位置で、前記旋回部が停止するように制御可能である、
   ことを特徴とする請求項６に記載の工作機械。
8. 前記タレットは、外周に、前記タレットの回転軸と直交する方向に向く複数の面を有し、前記複数の面のうち所定の面上に前記旋回部が設けられ、前記複数の面のうち前記旋回部が設けられていない面上には、前記ワークを加工するための１又は複数の工具が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の工作機械。

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