JP4605135B2

JP4605135B2 - 加工装置

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Publication number: JP4605135B2
Application number: JP2006274069A
Authority: JP
Inventors: 尚正向出
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-10-05
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2026-10-05
Also published as: JP2008087146A

Description

本発明は、往復移動する部材の反動を抑制する反動抑制構造を備えた加工装置に関する。

従来より、ワークの被加工面にほぼ直交する水平方向から工具（刃物等）を比較的高速で進退移動させて前記被加工面を加工する、いわゆる高速刃物台とよばれる加工装置がある。この高速刃物台で加工を行うと、例えば、眼鏡のレンズのような自由曲面ワークを非常に短い加工時間で加工を行うことができる。
高速刃物台（以下、加工装置という）は、工具が固定された可動子を、比較的高速で水平方向に進退させるため、進退時に発生する反動力（可動子からの反動力）が大きい。この反動力は、加工装置に振動等を発生させる場合があり、加工装置の位置精度を悪化させ、加工精度を低下させる場合がある。
そこで、特許文献１に記載された従来技術では、下部アクチュエータユニット（下部可動子）の上に上部アクチュエータユニット（上部可動子）を載置し、上部アクチュエータユニットの水平方向の往復移動に対して、下部アクチュエータユニットを逆方向に駆動することで、上部アクチュエータの往復移動による反動力を相殺して振動の発生を防ぐ直動アクチュエータが提案されている。
特開２００３−１９５９４５号公報

特許文献１に記載された従来技術では、上部アクチュエータの往復移動による反動力を相殺するためだけに下部アクチュエータユニットが必要であり、装置が複雑化、且つ大型化してしまう。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、水平方向に往復移動する可動子からの反動力を比較的単純な構造で抑制することが可能な反動抑制構造を備えた加工装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの加工装置である。
請求項１に記載の加工装置は、基台と、前記基台上に載置され、Ｘ軸駆動装置を用いて前記基台に対して水平方向を示すＸ軸方向に可動する下部可動子と、前記下部可動子上に載置され、前記Ｘ軸方向に直交する水平方向を示すＺ軸方向に、自由移動可能に設けられた上部可動子用台座と、前記上部可動子用台座上に載置され、Ｚ軸駆動装置を用いて前記上部可動子用台座に対して前記Ｚ軸方向に可動する上部可動子と、前記上部可動子に設けられ、前記上部可動子とともに前記Ｚ軸方向に往復移動してワークを加工する工具と、前記Ｚ軸方向に往復移動する前記工具のＺ軸方向への延長線上に前記ワークを保持するワーク保持手段と、を備え、前記下部可動子には、当該下部可動子に対する前記上部可動子の前記Ｚ軸方向の位置を検出可能な第１検出手段が設けられており、前記第１検出手段の検出信号に基づいて前記上部可動子の前記Ｚ軸方向の位置が制御される。
そして、前記Ｚ軸方向に振動する第１バネが、前記下部可動子に対して前記上部可動子用台座を前記Ｚ軸方向に振動可能となるように接続されている。
更に、前記下部可動子の重心を通るとともに前記Ｘ軸に平行な垂直面に対して、前記工具とほぼ対称となる位置に、前記下部可動子に固定した擬似工具を設け、前記擬似工具の先端部における前記基台に対する前記Ｚ軸方向の位置を検出する第２検出手段を前記基台に備え、前記工具におけるＺ軸方向の制御位置を、前記第２検出手段の検出信号に基づいて補正する。

また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの加工装置である。
請求項２に記載の加工装置は、請求項１に記載の加工装置であって、前記Ｚ軸駆動装置による前記上部可動子を前記Ｚ軸方向に往復させる往復周波数に対して、前記上部可動子用台座と前記第１バネとで構成される上部可動子用台座振動系の共振周波数の方が小さくなるように、前記往復周波数と、前記上部可動子用台座の質量と、前記第１バネのバネ定数と、が選定されている。

また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの加工装置である。
請求項３に記載の加工装置は、請求項１または２に記載の加工装置であって、前記工具のＺ軸方向の目標とする位置に対応する目標変位と、前記第１検出手段の検出信号に基づいた前記工具の実際の位置に対応する工具実変位と、前記第２検出手段の検出信号に基づいた前記擬似工具の実際の位置に対応する擬似工具実変位とを用い、前記目標変位から前記工具実変位を減算した偏差から更に前記擬似工具実変位を減算した偏差に基づいて前記Ｚ軸駆動装置の制御量を求める。

請求項１に記載の加工装置を用いれば、上部可動子の往復移動に伴い、上部可動子用台座（上部可動子とともに、モータを構成する）で発生する反動力に対して反対方向に駆動する可動子、台座を必要とせず、第１バネにて、下部可動子に伝達される反動力を抑制することができる。
これにより、比較的簡単な構造で反動抑制構造を備えた加工装置を実現できるので、加工装置の小型化、低コスト化をより促進することができる。
また、第１検出手段及び第２検出手段による検出信号にて工具の位置を制御することで、工具の位置を、より高精度に位置決めすることができる。

また、請求項２に記載の加工装置によれば、上部可動子の往復周波数に対して、上部可動子用台座振動系の共振周波数を小さくすることで（上部可動子用台座振動系の共振周波数よりも高い周波数で上部可動子を往復移動させることで）、第１検出手段及び第２検出手段による検出信号にて制御が困難な、高周波成分の振動が下部可動子に伝達されることを著しく減衰させることができる。そして、制御が容易な比較的低周波の成分に対して、第１検出手段及び第２検出手段による検出信号にて、例え、工具に切削力等の外乱が入ったとしても、高精度で制御することができる。

また、請求項３に記載の加工装置によれば、Ｚ軸駆動装置の制御量を適切に求めることが可能であり、工具の位置をより高精度に位置決めすることを容易に実現することができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の反動抑制構造を備えた加工装置１０の一実施の形態における概略斜視図である。また、図２は、反動抑制構造の構成を説明する図である。なお、各図において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交する方向を示しており、Ｘ軸とＺ軸は水平方向を、Ｙ軸は垂直方向を示している。また、Ｚ軸方向は、工具ＴがワークＷに切り込む方向を示している。

●［加工装置の全体構成（図１、図２）］
加工装置１０は、ベースとなる基台２０に、ワーク保持手段８０、下部可動子３０が載置されている。
ワーク保持手段８０は、ワーク旋回手段８０ａを備えており、保持されたワークＷをＺ軸に平行な中心軸に対して旋回可能である（図１中の８０Ｒの方向に旋回可能である）。また、図１に示すワーク保持手段８０は、基台２０に対してＺ軸方向（図１中の８０Ｚの方向）に往復移動することが可能であるが、特にＺ軸方向に移動しない構成であってもよい。
下部可動子３０は、例えば、基台２０に設けられたモータ３０ａと、当該モータ３０ａの軸に接続されたボールねじ３０ｂ等で構成されたＸ軸駆動装置（リニアモータ等で構成されていてもよく、各駆動装置の構成は、特に限定しない）にて、基台２０に対してＸ軸方向（図１中の３０Ｘの方向）に往復移動することが可能である。

下部可動子３０の上には、モータの固定子が内蔵された上部可動子用台座４０が載置されており、上部可動子用台座４０の上には、モータの可動子が内蔵された上部可動子５０が載置されており、上部可動子用台座４０と上部可動子５０とでモータを構成している。そして上部可動子５０には、ワークＷを加工するための工具Ｔが固定されている。
上部可動子用台座４０は、レールとベアリングブロック等の案内部材（図示省略）にて、下部可動子３０に対してＺ軸方向に自由移動可能に設けられている。
上部可動子５０は、Ｚ軸駆動装置（図示省略）にて下部可動子３０に対してＺ軸方向（図１、図２中の５０Ｚの方向）に往復移動することが可能である。
また、工具Ｔは、ワークＷに対向させてＺ軸方向に突出するように上部可動子５０に固定されている。また、ワーク保持手段８０は、Ｚ軸方向に往復移動する工具ＴのＺ軸方向への延長線上にワークＷを保持している。
なお、Ｘ軸駆動装置、Ｚ軸駆動装置、ワーク保持手段８０、ワーク旋回手段８０ａは、図示しない数値制御装置等によって制御される。例えば、数値制御装置等は、下部可動子３０に対する上部可動子５０の相対的な位置を検出可能な第１検出手段５０ｓからの検出信号に基づいて上部可動子５０の位置を検出し、検出した位置に基づいた制御信号にて、Ｚ軸駆動装置を制御する。

また、下部可動子３０は、ワークＷの反対側に支持部３０ｃを備えている。
そして、図２に示すように、Ｚ軸方向に振動する第１バネＳ１が、下部可動子３０（この場合、支持部３０ｃ）に対して上部可動子用台座４０がＺ軸方向に振動可能となるように接続されている。
また、下部可動子３０は、静圧軸受けからなるガイドＳ２によってＸ軸方向に案内されるが、ガイドＳ２はバネ性を有しており、このバネ性のＺ軸成分を仮想的に表すと、Ｚ軸方向に振動する仮想第２バネＳ２ａ、Ｓ２ｂにて接続されている状態と考えることができる。
なお、下部可動子３０は、ガイドＳ２の弾性的性質により揺動運動を行うが、ここでは簡略化のため、重心Ｇの仮想第２バネＳ２ａ、Ｓ２ｂによる並進振動（図５（Ａ）中のＦｍ）に置き換えて考える。

また、下部可動子３０には、下部可動子３０に対する上部可動子５０のＺ軸方向の位置を検出可能な第１検出手段５０ｓ（光学式の位置センサ等）が設けられている。図示しない制御装置（数値制御装置等）が、この第１検出手段５０ｓの検出信号に基づいてＺ軸駆動装置を制御し、下部可動子３０に対して上部可動子５０に固定された工具Ｔの位置を制御して、ワークＷを加工する。
また、図２に示すように、下部可動子３０の重心Ｇを通るＸ軸に平行な垂直面Ｍｘｙに対して、工具Ｔと反対となる側（面Ｍｘｙに対して工具Ｔとほぼ対称となる位置）に、擬似工具ＴＤが設けられている。なお、工具ＴはＺ軸方向に移動可能であるため、完全な対称位置に擬似工具ＴＤを設けることができないが、例えば、工具Ｔを実加工上で往復移動させる際の移動中心等から対称となる位置に擬似工具ＴＤを設ける。
そして、基台２０には、基台２０に対する擬似工具ＴＤのＺ軸方向の位置を検出可能な第２検出手段３０ｓ（静電容量式や光学式の位置センサ等）が設けられている。なお、第１検出手段５０ｓと第２検出手段３０ｓの検出精度（分解能）は同じであることが好ましい。

図２に示す第１バネＳ１を有することで、本実施の形態に示す加工装置１０は、上部可動子５０から下部可動子３０に伝達される高周波成分（上部可動子５０のフィードバック制御で追従できない周波数以上の成分）を、大幅に減衰することができる。なお、大幅に減衰させるには、第１バネＳ１のバネ定数をＫ_２、上部可動子用台座４０の質量をＭ_２、上部可動子５０のＺ軸方向への往復移動の往復周波数をｆ（＝ω／２π）とした場合、上部可動子用台座４０と第１バネＳ１とで構成される上部可動子用台座振動系の共振周波数の方が、上部可動子５０の往復周波数よりも小さくなるように、往復周波数と、上部可動子用台座４０の質量Ｍ_２と、第１バネＳ１のバネ定数Ｋ_２と、を選定する。この場合、√（Ｋ_２／Ｍ_２）＜＜ωとなるように選定する。

なお、図５（Ａ）に示すように、上部可動子５０に力Ｆ０が印加されると、上部可動子用台座４０には反動力Ｆ１が印加され（内蔵するモータにより、一般的にはＦ０＝Ｆ１である）、下部可動子３０にも力Ｆｍが印加される。
以下に、上部可動子５０に作用する力をｆ_０ｓｉｎ（ω_１ｔ）として、所定周波数でＺ軸方向に移動させた場合の運動方程式を示す。なお、上部可動子５０の質量（工具Ｔを含む）をＭ_１、上部可動子用台座４０の質量（第１検出手段５０ｓを含む）をＭ_２、下部可動子３０の質量（擬似工具ＴＤを含む）をＭ_３とする。また、第１バネＳ１のバネ定数をＫ_２、ガイドＳ２（仮想第２バネ）のバネ定数をＫ_４とする。そして、上部可動子５０のＺ軸方向の移動距離をＸ_１、上部可動子用台座４０のＺ軸方向の移動距離をＸ_２、下部可動子３０のＺ軸方向の移動距離をＸ_３とする。
以上の設定において、ダンピング要素を無視し、初期値を０（ゼロ）として以下に示す運動方程式を得ることができる。
Ｍ_１（ｄ^２Ｘ_１／ｄｔ^２）＝ｆ_０ｓｉｎ（ω_１ｔ）
Ｍ_２（ｄ^２Ｘ_２／ｄｔ^２）＋Ｋ_２（Ｘ_２−Ｘ_３）＝−ｆ_０ｓｉｎ（ω_１ｔ）
Ｍ_３（ｄ^２Ｘ_３／ｄｔ^２）＋Ｋ_２（Ｘ_３−Ｘ_２）＋Ｋ_４Ｘ_３＝０

上記の運動方程式により、固有振動数は、以下となる。なお、振動対象物は、上部可動子用台座４０（上部可動子用台座４０に搭載されている全部材を含む）と、下部可動子３０（下部可動子３０に搭載されている全部材を含む）の２つであり、上部可動子用台座４０の固有振動数をω_ｆ１、下部可動子３０の固有振動数をω_ｆ２とする。

ここで、本対象では、Ｋ_２＜＜Ｋ_４、Ｍ_２＜＜Ｍ_３、Ｋ_４／Ｍ_３＞＞Ｋ_２／Ｍ_２であることと、下記の式を用いて、ω_ｆ１ ^２とω_ｆ２ ^２を、以下のように整理することができる。

また、制御で外乱となるＸ_３（図５（Ａ）を参照）の周波数に対する応答性は、減衰を考慮すると、一般的に図７に示すものとなる。
図７中に示すω_ｆ１とω_ｆ２は、上記より求めた値となる。また、図７において、領域Ａと領域Ｂの境界線の角周波数は、加工装置１０における制御システム（図３及び図６参照）の応答限界の角周波数であり、制御システムによって決まっている。この境界線より低い角周波数の領域が領域Ａであり、境界線以上の角周波数の領域が領域Ｂである。
ここで、外乱による振動が、図７に示す領域Ａ及び領域Ｂに収まるように、ω_ｆ１、及びω_ｆ２を設定する。例えば、要求される表面粗さをＲｅとすると、領域Ａ、Ｂ内の振幅がＲｅ以下となるように、第１バネＳ１のバネ定数Ｋ_２、及び上部可動子用台座４０の質量Ｍ_２、下部可動子３０の質量Ｍ_３等を選定する。

領域Ａは、制御システムの応答限界よりも低い周波数領域であるため、図３及び図６に示すフィードバック制御系で追従可能な周波数領域である。そして、領域Ａの範囲内の角周波数となるように、上部可動子５０の往復周波数ｆを選定する。しかし、領域Ａの範囲内となるように往復周波数ｆを選定しても、往復周波数ｆに起因する高次数の周波数が発生し、発生した周波数による振動が制御システムに重畳される。この高次数の周波数が領域Ａ内であれば上記フィードバック制御系にて追従（補正）可能であるが、領域Ｂに発生した周波数については上記フィードバック制御系でも追従することはできない。本実施の形態にて説明する加工装置１０では、上記フィードバック制御系でも追従できない領域Ｂに発生した高次数の周波数による振動を、第１バネＳ１、ガイドＳ２（仮想第２バネ）にて減衰させることができる。これにより、基台２０への振動の伝達を著しく小さくすることができるので、高次数の周波数によって発生した振動による他の部材への影響も著しく小さくすることができる。
ここで、ガイドＳ２の弾性的性質により、制御で位相遅れ等が発生し、追従できない周波数領域のゲインを問題ないレベルまで下げ、入力あるいは外乱等に高い周波数成分があっても、下部可動子３０の振動レベルは著しく小さく、問題とならないように、各パラメータを調整することが重要である。
この条件で、第１検出手段５０ｓ及び第２検出手段３０ｓからの検出信号に基づいて、制御装置からＺ軸駆動装置を制御して工具ＴのＺ軸方向への位置を制御すれば、高精度の反動制御が容易に得られる。以下にて、その制御方法について第１の実施の形態、及び第２の実施の形態について説明する。

●［第１の実施の形態における制御ブロック図（図３）と制御フロー（図４）］
次に、図３に示す制御ブロック図と、図４に示す制御フローを用いて、工具ＴのＺ軸方向への位置決め制御の第１の実施の形態について説明する。
なお、図５は制御ブロック図３におけるノードＮ１０、ノードＮ２０の考え方を説明する図である。図５（Ａ）は、工具ＴのＺ軸方向の誤差について説明する図である。例えば、上部可動子５０がＺ軸方向に往復移動すると、下部可動子３０にモーメントＦｍ（ボールねじ３０ｂを中心として回転する力）が印加される場合がある。この場合、例えば擬似工具ＴＤの位置が、図５（Ａ）中に点線で示す擬似工具ＴＤ´の位置に変位し、期待する位置から距離Ｅ１だけずれた位置となる。このずれは、工具Ｔも同様であるが、工具ＴはＺ軸方向に往復移動しているため、ずれ量を検出することは非常に困難である。擬似工具ＴＤは、基台２０に対してＺ軸方向に一定の距離が保たれているはずであり、第２検出手段３０ｓにて、基台２０に対するＺ軸方向の位置を安定して検出することができる。
なお、図２にて説明したように、擬似工具ＴＤは、面Ｍｘｙが重心を通り、面Ｍｘｙに対して、工具Ｔとほぼ対称となる位置に擬似工具ＴＤが設けられているので、擬似工具ＴＤのずれ量は、工具Ｔのずれ量とほぼ等しいものとなる。このような誤差は、下部可動子３０がガイドＳ２の弾性的性質（仮想第２バネＳ２ａ、Ｓ２ｂ）により、回転等する場合に発生すると考えられるからである。

また、図５（Ｂ）は、工具ＴのＺ軸方向の位置決め制御の考え方を説明する図である。位置決め制御の処理は所定タイミング毎（例えば数ｍｓ間隔）に実行される。例えば、前回の処理タイミングでは工具Ｔの先端位置は位置Ｐにあった場合、且つ今回の処理タイミングでは工具Ｔの目標位置がＰ´となった場合、その目標変位（変位量）は図５（Ｂ）に示す「目標変位」で示す量及び方向である。しかし、前回の処理タイミングから今回の処理タイミングまでの間に工具Ｔが工具Ｔ´で示すＺ軸方向への距離分、すでに移動している場合（説明のため、あえてＹ軸方向にずらして記載している）、図５（Ｂ）に示す「工具Ｔの実変位」分、「目標変位」から減算しておく必要がある。また、前回の処理タイミングから今回の処理タイミングまでの間に下部可動子３０が回転等して、擬似工具ＴＤが擬似工具ＴＤ´で示すＺ軸方向へずれている場合（説明のため、あえてＹ軸方向にずらして記載している）、図５（Ｂ）に示す「擬似工具ＴＤの実変位」分、更に「目標変位」から減算しておく必要がある。これより、最終的な変位（最終変位）は、「目標変位」−「工具Ｔの実変位（工具実変位に相当）」−「擬似工具ＴＤの実変位（擬似工具実変位に相当）」となる。
なお、「目標変位」の正方向は図５（Ｂ）中のＺ軸方向（この場合、左方向）であり、「工具Ｔの実変位」の正方向は図５（Ｂ）中のＺ軸方向（この場合、左方向）であり、「擬似工具ＴＤの実変位」の正方向は図５（Ｂ）中のＺ軸と反対方向（この場合、右方向）である。
以上を踏まえて、図３に示す制御ブロック図の各ノード（ノードＮ１０〜ノードＮ４０）における処理内容を、図４に示す制御フローの各ステップ（ステップＳ６〜ステップＳ４０）にて説明する。

図４に示すステップＳ６では、制御装置は、工具ＴのＺ軸方向における目標変位を算出し、ステップＳ７に進む。
ステップＳ７では、第２検出手段３０ｓからの検出信号に基づいた擬似工具ＴＤのＺ軸方向の実変位を算出し、ステップＳ１０に進む。
ステップＳ１０（ノードＮ１０に相当）では、ステップＳ６で求めた目標変位からステップＳ７で求めた擬似工具ＴＤの実変位を減算して新目標変位を算出してステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０（ノードＮ２０に相当）では、ステップＳ１０で求めた新目標変位から工具Ｔの実変位を減算して最終変位（目標変位量に対する実際の変位量の差）を求め、求めた最終変位から目標速度を算出してステップＳ３０に進む。なお、工具Ｔの実変位は、図３に示すように、モータ（Ｚ軸駆動装置のモータ）の加速度から求めた速度から求めることができる。
ステップＳ３０（ノードＮ３０に相当）では、ステップＳ２０で求めた目標速度からモータの実際の速度を減算して速度偏差（目標速度に対する実際の速度との差）を求め、求めた速度偏差から目標電流を算出してステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０（ノードＮ４０に相当）では、ステップＳ３０で求めた目標電流からモータの実際の電流を減算して電流偏差（目標電流に対する実際の電流との差）を求め、求めた電流偏差に基づいてモータ（Ｚ軸駆動装置のモータ）に供給する電流を制御する。なお、モータには供給されている電流を検出可能な電流検出手段が設けられている。この電流検出手段からの検出信号に基づいて、制御装置は、モータに流れている電流を認識可能であり、当該電流からモータの加速度を求めることが可能である。

以上に説明したように、本実施の形態では、工具ＴのＺ軸方向の目標とする位置に対応する目標変位と、第１検出手段５０ｓの検出信号に基づいた工具Ｔの実際の位置に対応する工具実変位と、第２検出手段３０ｓの検出信号に基づいた擬似工具ＴＤの実際の位置に対応する擬似工具実変位とを用い、目標変位から工具実変位を減算した偏差から更に擬似工具実変位を減算した偏差に基づいてＺ軸駆動装置の制御量（この場合、Ｚ軸駆動装置のモータに供給する電流）を求めることで、工具Ｔをより高精度に位置決めすることができる。

●［第２の実施の形態における制御ブロック図（図６）］
次に、図６に示す制御ブロック図を用いて、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、第１の実施の形態に対して、制御ブロック図における点線Ｂ１の部分（ノードＮ１２、ノードＮ２２）が異なっており、他は同様である。
ここで、図６に示す制御ブロック図において、ノードＮ２２から出力される「最終変位」は、図３に示すノードＮ２０から出力される「最終変位」と同様、「最終変位」＝「目標変位」−「工具の実変位（工具実変位に相当）」−「擬似工具ＴＤの実変位（擬似工具実変位に相当）」である。従って、図６に示す制御ブロック図は、図３に示す制御ブロック図と比較すると、「最終変位」を求めるまでの、「目標変位」から「工具の実変位」と「擬似工具の実変位」を減算する順番が異なるのみである。
その他については第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

以上に説明した本実施の形態の加工装置１０は、工具ＴにおけるＺ軸方向の制御位置（目標変位に基づいた最終変位）を、第１検出手段の検出信号に基づいて求めるとともに、第２検出手段の検出信号に基づいて補正することで、より正確な位置決め制御が可能である。
図３及び図６の例に示すように、フィードバックコントロール外の下部可動子３０の振動による工具Ｔの位置の誤差要因となる外乱を、擬似工具ＴＤの振動から検出し、この擬似工具ＴＤの変位を目標変位から差し引くように構成したことで、下部可動子３０の振動を考慮した、より正確な工具Ｔの位置決め制御が可能となる。
また、下部可動子３０の振動の検出（Ｚ軸方向の変位の検出）は、同時に下部可動子３０のヨーイングも検出して補正することができるので、加工精度をより向上させることができる。
更に、第１バネＳ１のフィルタ効果により、上部可動子用台座４０から下部可動子３０へ伝達される反動力を大幅に低減できるので、下部可動子３０の振動による誤差の発生を大幅に低減することができ、より一層加工精度を向上させることができるとともに、誤差要因となる上部可動子５０の往復周波数に対する２次、３次等、高次数の周波数の基台を経た振動の誘起を抑制することができる。
以上、本実施の形態にて説明した加工装置を用いれば、水平方向に往復移動する可動子からの反動力を比較的単純な構造で抑制することが可能な反動抑制構造を備えた加工装置を実現することができる。

本発明の加工装置１０は、本実施の形態で説明した構造、構成、外観、形状等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。

本発明の加工装置１０の一実施の形態を説明する斜視図である。基台２０、下部可動子３０、上部可動子用台座４０、上部可動子５０等の配置位置と接続状態を説明する図である。第１の実施の形態における制御ブロック図を説明する図である。第１の実施の形態における制御フロー（図３に示す制御ブロック図に対する制御フロー）を説明する図である。「最終変位」の考え方を説明する図である。第２の実施の形態における制御ブロック図を説明する図である。本実施の形態にて説明する制御の応答性を説明する図である。

符号の説明

１０加工装置
２０基台
３０下部可動子
３０ａモータ
３０ｂボールねじ
４０上部可動子用台座
５０上部可動子
８０ワーク保持手段
８０ａワーク旋回手段
Ｓ１第１バネ
Ｓ２ガイド（仮想第２バネ）
５０ｓ第１検出手段
３０ｓ第２検出手段
Ｔ工具
ＴＤ擬似工具
Ｇ重心
Ｗワーク

Claims

基台と、
前記基台上に載置され、Ｘ軸駆動装置を用いて前記基台に対して水平方向を示すＸ軸方向に可動する下部可動子と、
前記下部可動子上に載置され、前記Ｘ軸方向に直交する水平方向を示すＺ軸方向に、自由移動可能に設けられた上部可動子用台座と、
前記上部可動子用台座上に載置され、Ｚ軸駆動装置を用いて前記上部可動子用台座に対して前記Ｚ軸方向に可動する上部可動子と、
前記上部可動子に設けられ、前記上部可動子とともに前記Ｚ軸方向に往復移動してワークを加工する工具と、
前記Ｚ軸方向に往復移動する前記工具のＺ軸方向への延長線上に前記ワークを保持するワーク保持手段と、を備え、
前記下部可動子には、当該下部可動子に対する前記上部可動子の前記Ｚ軸方向の位置を検出可能な第１検出手段が設けられており、前記第１検出手段の検出信号に基づいて前記上部可動子の前記Ｚ軸方向の位置が制御され、
前記Ｚ軸方向に振動する第１バネが、前記下部可動子に対して前記上部可動子用台座を前記Ｚ軸方向に振動可能となるように接続されており、
前記下部可動子の重心を通るとともに前記Ｘ軸に平行な垂直面に対して、前記工具とほぼ対称となる位置に、前記下部可動子に固定した擬似工具を設け、
前記擬似工具の先端部における前記基台に対する前記Ｚ軸方向の位置を検出する第２検出手段を前記基台に備え、
前記工具におけるＺ軸方向の制御位置を、前記第２検出手段の検出信号に基づいて補正する、
ことを特徴とする加工装置。
請求項１に記載の加工装置であって、
前記Ｚ軸駆動装置による前記上部可動子を前記Ｚ軸方向に往復させる往復周波数に対して、前記上部可動子用台座と前記第１バネとで構成される上部可動子用台座振動系の共振周波数の方が小さくなるように、前記往復周波数と、前記上部可動子用台座の質量と、前記第１バネのバネ定数と、が選定されている、
ことを特徴とする加工装置。
請求項１または２に記載の加工装置であって、
前記工具のＺ軸方向の目標とする位置に対応する目標変位と、
前記第１検出手段の検出信号に基づいた前記工具の実際の位置に対応する工具実変位と、
前記第２検出手段の検出信号に基づいた前記擬似工具の実際の位置に対応する擬似工具実変位とを用い、
前記目標変位から前記工具実変位を減算した偏差から更に前記擬似工具実変位を減算した偏差に基づいて前記Ｚ軸駆動装置の制御量を求める、
ことを特徴とする加工装置。