JP7704643B2 - インデックス装置 - Google Patents

Description

本発明は、カービック機構を備えたものであって、サーボモータの自動原点設定処理が可能なインデックス装置に関する。

正確に角度を割出しするインデックス装置には例えば、複数の工具から所定の工具を選択して位置決めする工作機械のタレット装置がある。下記特許文献１のタレット装置は、カービックカップリングが用いられ、クランプ状態ではタレット刃物台とタレット本体の歯部同士が強く押しつけ合っている。そのタレット装置は、旋回割り出しによって該当する工具が選択され、カービックカップリングの噛み合いによって対象となる工具の位置決めが行われる。加工時には回転するワークに対して切削工具が当てられるなどして所定の加工が行われる。その際、ワーク切削によって工具が抵抗を受けるが、工具は噛み合ったガービックカップリングによって支えられている。

特開２００６－１５４４８号公報

タレット装置は、旋回割出し用サーボモータのアブソリュートエンコーダに対して設定された原点からの回転角を測定することによって旋回割出し制御が行われる。そうしたタレット装置における旋回割出し用サーボモータの原点設定は、刃物台を作業者が回転させ、取付け面が上下方向に直交するような位置になるようにし、カービックカップリングの噛み合った回転位置が原点として設定される。しかし、噛み合う歯同士にはバックラッシがあり、特にタレット装置内に組み込まれているため直接見ることができず、歯と溝との中央を正しく重ねるように回転位置を定めることができない。よって、旋回割出し用サーボモータの原点設定は、作業者の違いによる原点位置のバラツキが大きく、設定完了までの時間にも大きな差が生じてしまっていた。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、サーボモータの自動原点設定処理が可能なインデックス装置を提供することを目的とする。

本発明に係るインデックス装置は、ハウジングに覆われるようにして回転可能に組付けられた割出し回転体と、アブソリュートエンコーダを備えたサーボモータと、前記割出し回転体に前記サーボモータの回転を伝達する、前記ハウジング内に組み込まれた減速機構と、複数の歯が環状に並べられた第１および第２カービックカップリング片からなるカービックカップリングを備え、そのクランプおよびアンクランプにより前記割出し回転体の回転と回転制限とを切り替える、前記ハウジング内に組み込まれた回転切換機構と、クランプ状態の前記カービックカップリングに対する前記サーボモータの駆動制御によって、前記割出し回転体と一体に形成された前記第１カービックカップリング片の歯を、前記回転切替機構側に設けられた非回転の前記第２カービックカップリング片の溝内で時計方向と反時計方向とに移動させ、前記溝の両側にある各々の歯に当てることにより、前記サーボモータに供給される電流が予め設定された値に達したときの両方向の回転位置を記憶し、前記両方向の回転位置から算出した中央位置に前記第１カービックカップリング片の歯を位置決めし、そのとき前記アブソリュートエンコーダから出力される回転位置を原点として設定する自動原点設定処理部を備えた制御装置と、を有する。

前記構成によれば、制御装置の自動原点設定処理部により、カービックカップリングがクランプ状態からサーボモータの駆動制御が行われ、第１カービックカップリング片の歯と第２カービックカップリング片の溝の中央とが一致し、アブソリュートエンコーダから出力される回転位置を原点として設定されるため、作業者の違いによる原点位置のバラツキがなくなり、設定完了までの時間も短縮することができる。

インデックス装置の一施形態を示した断面図である。 タレットヘッドを正面から示した図である。 タレット装置の制御システムを示したブロック図である。 自動で行われる自動原点設定処理のイメージ図である。 自動原点設定処理のフローチャートを示した図である。

本発明に係るインデックス装置の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、インデックス装置の一例として工作機械を構成するタレット装置を説明する。図１は、そのタレット装置を示した断面図である。タレット装置１は、旋回割出し用サーボモータ２の回転出力がタレットヘッド３へと伝達され、複数の工具が取り付けられたタレットヘッド３に対する旋回割出しが行われるよう構成されている。タレットヘッド３は、軸方向に組まれたハウジング部材１１－１６によってタレット装置１の内部機構が覆われている。

タレット装置１は、旋回割出し用サーボモータ２によって回転する駆動軸５を有し、その駆動軸５に対して筒形状の延長部材７が同軸状に固定され、ハウジング部材１１－１６内に回転軸Ｏを中心にした回転が可能に構成されている。更にその延長部材７にはタレットヘッド３が同軸状に固定されている。タレット装置１は、旋回割出し用サーボモータ２の回転を回転自在な駆動軸５に伝達するため、平行軸の歯車減速機構がハウジング部材１１－１６内に組み込まれている。

歯車減速機構は、先ず旋回割出し用サーボモータ２のモータ軸２１に小径のモータギヤ２２が固定され、大径の第１ギヤ２３に対して噛合している。第１ギヤ２３には同軸に不図示の小径の第２ギヤが一体に形成され、その第２ギヤが大径の第３ギヤ２４に噛合している。さらに第３ギヤ２４には小径の第４ギヤ２５が同軸に形成され、その第４ギヤ２５が駆動軸５に固定された第５ギヤ２６に噛合している。

従って、タレット装置１は、旋回割出し用サーボモータ２の駆動制御によって回転が出力されると、噛合する一連のギヤを介して駆動軸５に減速した回転が与えられる。そして、駆動軸５に延長部材７を介して固定されたタレットヘッド３に所定角度の回転が与えられ、タレットヘッド３に取り付けられた複数の工具から、ワーク加工に使用される工具の旋回割出しが行われる。タレット装置１は、こうして選択された工具が加工時には抵抗を受けるため、カービックカップリングによってタレットヘッド３が位置決めされる。なお、本実施形態のタレットヘッド３は、図２に示すように１０角形であり、各辺に工具ホルダを介して不図示の工具が着脱可能になっている。

カービックカップリングは、駆動軸５などと一体になって回転する回転側カービックカップリング片３１と、駆動軸５の周りに形成されたカービックカップリング用シリンダに組み付けられた固定側カービックカップリング片３２とから構成されている。回転側カービックカップリング片３１は、駆動軸５と延長部材７との間に挟まれるようにして組み込まれ、駆動軸５側に向いた歯が環状に形成されている。固定側カービックカップリング片３２は、ピストン３３に対して軸方向に重ねられるように一体に固定され、回転側カービックカップリング片３１の歯と噛み合うように同じく環状に歯が形成されている。

カービック用油圧シリンダは、ピストン３３を挟むようにクランプ側加圧室３５とアンクランプ側加圧室３６とが形成され、作動油の供給および排出によって、ピストン３３が回転軸Ｏの軸線方向に沿って変位可能になっている。また、クランプ側加圧室３５内には、ピストン３３に回転軸Ｏと平行な複数のピン３７が突設されている。一方、ハウジング部材１４側に固定された非回転のシリンダブロック３９には位置決め穴が形成され、そこピン３７が挿入されることでピストン３３および固定側カービックカップリング片３２の回転が制限されている。そして、各ピン３７の周りにコイルバネ３８が設けられ、ピストン３３が回転側カービックカップリング片３１側に付勢されている。

タレット装置１は、タレットヘッド３に取り付けられた複数の工具が、ワーク加工に際して腕回割出しによって選択され、加工可能な位置に位置決めされる。旋回割出し用サーボモータ２の駆動制御は、工作機械の制御装置から回転位置指令信号が送信され、サーボアンプによってサーボパルスへ変換される。そのサーボパルスは旋回割出し用サーボモータ２のエンコーダからのフィードバック信号を基に作成される。これによりタレットヘッド３は、所定の回転位置で停止し、加工に使用される工具の旋回割出しが行われる。

旋回割出し用サーボモータ２の回転出力は、モータギヤ２２の回転が第１ギヤ２３から第２ギヤ、更に第３ギヤ２４、第４ギヤ２５および第５ギヤ２６へと減速して伝達される。従って、旋回割出し用サーボモータ２の回転制御により駆動軸５およびタレットヘッド３が所定角だけ回転し、該当する工具の旋回割出しが行われる。このときカービック用シリンダは、アンクランプ側加圧室３６へと作動油が供給されており、ピストン３３は旋回割出し用サーボモータ２側へ変位し、回転側カービックカップリング片３１と固定側カービックカップリング片３２との噛み合いが解除されている。

そして、工具の旋回割出しが終了した後は、クランプ側加圧室３５へと作動油が供給される一方で、アンクランプ側加圧室３６の作動油が排出され、ピストン３３がタレットヘッド３側へと変位する。それにより固定側カービックカップリング片３２が回転側カービックカップリング片３１に対して噛み合い、タレットヘッド３の回転が制限される。該当する工具が加工位置において固定され、ワークに対する加工が可能になる。

タレット装置１は、該当する工具を正確な位置に旋回割出しするため、設定された原点からの回転角をエンコーダで測定することにより、旋回割出し用サーボモータ２の駆動制御が行われる。ＮＣ制御が行われるタレット装置１の旋回割出し用サーボモータ２にはアブソリュートエンコーダ５５（図３参照）が使用され、回転位置指令信号としてモータの回転量に応じたパルス例だけでなく絶対位置信号も出力される。そこで、タレット装置１では、原点を基準とした回転位置データで作動するための原点設定が行われる。

原点設定では、回転側カービックカップリング片３１と固定側カービックカップリング片３２とが離れたアンクランプ状態でタレットヘッド３が作業者によって回される。例えば、図２に示すように第１の工具取り付け部３０１が頂部に位置し、その取付け面が鉛直な基準線Ｌと直交するようにした位置決めが行われる。そして、回転側カービックカップリング片３１と固定側カービックカップリング片３２とが噛み合わされ、さらにバックラッシ分の微調整が行われて、その回転位置が原点として設定されていた。従来この微調整は作業者によって手動で行われていた。しかし、ハウジング内の直接見ることができない箇所への作業であるため、担当者毎に精度のバラツキがあり、設定までの作業時間も経験による差が大きかった。

この点、本実施形態では最終の原点設定が自動で行われるよう構成されている。図３は、タレット装置１の制御システムを示したブロック図である。工作機械の制御装置５０は、原点設定プログラムが格納された自動原点設定処理部５１とその処理に応じて生じた情報を記憶する記憶部５２とを有し、旋回割出し用サーボモータ２の駆動や、カービック用油圧シリンダの油圧回路５６の駆動を制御するよう構成されている。

図４は、自動で行われる自動原点設定処理のイメージ図であり、回転側カービックカップリング片３１と固定側カービックカップリング片３２の噛み合う互いの歯が示されている。また、図５は、自動原点設定処理のフローチャートを示した図である。自動原点設定処理部５１に格納された原点設定プログラムによって実行される自動原点設定処理は、前述したように図２に示す回転位置にタレットヘッド３が位置決めされ、作業者の操作によって工作機械の操作表示装置５７から送信される原点設定信号に従って実行される。

第１の工具取り付け部３０１が鉛直な基準線Ｌと直交するタレットヘッド３の角度位置が原点として設定される。その場合、図４（Ａ）に示すように、回転側カービックカップリング片３１の歯４１と固定側カービックカップリング片３２の溝４２の中央線Ｍ１，Ｍ２にズレが生じる。前述したようにこのズレを手作業で正すのは困難であるため、本実施形態では自動による調整および原点設定が行われる。その自動原点設定処理では先ず、旋回割出し用サーボモータ２の駆動により、回転側カービックカップリング片３１に対して時計方向（図面右方向）へ非常にゆっくりとした速度（確認用速度）の回転が与えられる（Ｓ１０１）。

このとき回転側カービックカップリング片３１の歯４１は、図４（Ｂ）に示すように、バックラッシュによる隙間分だけ固定側カービックカップリング片３２の溝４２内を時計方向へ移動する。そして、回転側カービックカップリング片３１は、その歯４１が非常にゆっくりとした速度で固定側カービックカップリング片３２の歯４３に当てられる。そのため、歯４１，４３が当たって負荷を受けた旋回割出し用サーボモータ２は、供給される電流が徐々に増大する。自動原点設定処理ではこの電流が確認されており、供給電流が定格のＸ％（Ｘは任意の値）を超えるかどうかの判定が行われる（Ｓ１０２）。

供給電流が定格のＸ％に達しない場合は（Ｓ１０２：ＮＯ）、回転側カービックカップリング片３１に対する時計方向への回転と、電流値の判定が続けられる（Ｓ１０１，Ｓ１０２）。その後、供給電流が定格のＸ％に達した場合には（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、その回転位置Ｗ１が制御装置５０の記憶部５２に記録される（Ｓ１０３）。ところで、このような測定は、バックラッシュによるミクロン単位の隙間分だけ回転側カービックカップリング片３１を回転させ、そのとき生じる電流値の変化に基づいて回転位置Ｗ１が求められる。従って、確認用速度とは、こうした極めて微小な距離において回転位置の見極めを可能にする非常にゆっくりとした速度である。例えば本実施形態では、通常運転の１％程度の速度である。

続いて、旋回割出し用サーボモータ２の駆動が切り換えられ、回転側カービックカップリング片３１に対して反時計方向（図面左方向）へ非常にゆっくりとした確認用速度の回転が与えられる（Ｓ１０４）。そのため、図４（Ｃ）に示すように、回転側カービックカップリング片３１の歯４１が固定側カービックカップリング片３２の溝４２内を移動して反対側の歯４４に当てられる。

ここでも回転側カービックカップリング片３１の歯４１が固定側カービックカップリング片３２の歯４４に当たった負荷により、旋回割出し用サーボモータ２に供給される電流が徐々に増大する。よって、その電流値が確認され、供給電流が定格のＸ％を超えるかどうかの判定が行われる（Ｓ１０５）。供給電流が定格のＸ％に達しない場合は（Ｓ１０５：ＮＯ）、回転側カービックカップリング片３１に対する時計方向への回転と、電流値の判定が続けられる（Ｓ１０４，Ｓ１０５）。その後、供給電流が定格のＸ％に達した場合は（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、その回転位置Ｗ２が制御装置５０の記憶部５２に記録される（Ｓ１０６）。

次に、記憶部５２から読み出した回転位置Ｗ１と回転位置Ｗ２との中央位置Ｗが算出される（Ｓ１０７）。その中央位置Ｗは、固定側カービックカップリング片３２の溝４２の中央である。そこで、旋回割出し用サーボモータ２の駆動制御によって、回転側カービックカップリング片３１に対して回転位置Ｗ２から時計方向への回転が与えられ、中央位置Ｗにおける位置合わせが行われる（Ｓ１０８）。すなわち、図４（Ｄ）に示すように歯４１の中央線Ｍ１が溝４２の中央線Ｍ２と重ねられる。そして、図４（Ｄ）に示す中央線Ｍ１，Ｍ２が重なった状態のアブソリュートエンコーダ５５から出力される回転位置が原点として設定され、制御装置５０の記憶部５２に格納される（Ｓ１０９）。

よって、本実施形態によれば、原点設定を自動で行うため、作業者の違いによる原点位置のバラツキがなくなり、設定完了までの時間も短縮することができる。また、従来のタレット装置から構造について改良を加えることなく制御によってこうした効果を得ることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、タレット装置１を例に挙げて説明したが、他のインデックス装置に対しても適応可能である。

１…タレット装置 ２…旋回割出し用サーボモータ ３…タレットヘッド ５…駆動軸 １１－１６…ハウジング部材 ２２－２６…ギヤ ３１…回転側カービックカップリング片 ３２…固定側カービックカップリング片 ３３…ピストン ３５…クランプ側加圧室 ３６…アンクランプ側加圧室 ５０…制御装置 ５２…記憶部 ５５…アブソリュートエンコーダ

Claims (3)

1. ハウジングに覆われるようにして回転可能に組付けられた割出し回転体と、
   アブソリュートエンコーダを備えたサーボモータと、
   前記割出し回転体に前記サーボモータの回転を伝達する、前記ハウジング内に組み込まれた減速機構と、
   複数の歯が環状に並べられた第１および第２カービックカップリング片からなるカービックカップリングを備え、そのクランプおよびアンクランプにより前記割出し回転体の回転と回転制限とを切り替える、前記ハウジング内に組み込まれた回転切換機構と、
   クランプ状態の前記カービックカップリングに対する前記サーボモータの駆動制御によって、前記割出し回転体と一体に形成された前記第１カービックカップリング片の歯を、前記回転切替機構側に設けられた非回転の前記第２カービックカップリング片の溝内で時計方向と反時計方向とに移動させ、前記溝の両側にある各々の歯に当てることにより、前記サーボモータに供給される電流が予め設定された値に達したときの両方向の回転位置を記憶し、前記両方向の回転位置から算出した中央位置に前記第１カービックカップリング片の歯を位置決めし、そのとき前記アブソリュートエンコーダから出力される回転位置を原点として設定する自動原点設定処理部を備えた制御装置と、
   を有するインデックス装置。
2. 前記回転切換機構は、非回転のピストンを前記割出し回転体の軸線方向に変位する油圧シリンダを有し、前記第２カービックカップリング片が前記ピストンに固定されたものである請求項１に記載のインデックス装置。
3. 前記自動原点設定処理部は、前記第１カービックカップリング片の歯を前記第２カービックカップリング片の溝内において通常運転時とは異なる非常にゆっくりとした確認用速度で移動させるものである請求項１または請求項２に記載のインデックス装置。

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