JPH08187646A - 工作機械の位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のリニアモータを用いた工作機械の位置
決め装置においてサーボ機構の高ポジションゲイン，高
サーボ剛性を実現できる工作機械の位置決め装置を提供
する。 【構成】 対で設けられている案内手段５，９により移
動体７が固定体３に対して往復動自在に支持されてい
る。リニアモータＬＭの一次側部材２１又は二次側部材
１５の一方が固定体３に設けられ他方が移動体７に設け
られているので、移動体７はリニアモータＬＭから推力
を得て移動する。移動体７の位置は位置検出手段３７，
３９が検出して制御部２７へ伝達し、制御部２７はサー
ボ機構により位置決めをする。偶数個のリニアモータＬ
Ｍは、案内手段５，９の中点Ｃに対して均等に振分けら
れているので、均等な推力が得られる。また、位置検出
手段３７，３９が中点Ｃに設けられているので、移動体
７の正確な位置を検出することができ、各リニアモータ
ＬＭに対して均等で近い位置に配置されることになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は工作機械の位置決め装
置に係り、さらに詳しくは、リニアモータを用いて高精
度の位置決めをすることができる工作機械の位置決め装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、加工機におけるワークテーブ
ル等の位置決め装置としては、サーボモータとボールネ
ジによる移動を位置検出手段としてのフィードバックス
ケールにより検出し、セミクローズド又はフルクローズ
ドサーボシステムで制御することにより移動位置決めを
行っている。フルクローズドサーボシステムの場合、通
常加工点に近い側面等にフィードバックスケールを配置
することにより加工点等の位置決め精度の向上を図って
いる。

【０００３】また、位置決め装置により移動する移動体
が大型の場合には、フィードバックスケールを移動体の
両側面に設け、読取りヘッドを両側に配置して位置情報
を得ることが行われている。

【０００４】しかしながら、このようにボールネジ，ボ
ールナットやギヤ機構を用いてサーボモータの回転力を
直線移動に変換する場合には、ボールナット等の製作精
度や、ギヤのバックラッシュ等により位置決め精度に限
界がある。そこで、フルクローズドサーボシステムを、
リニアモータを用いて直線的な移動をする位置決め装置
に適用することが考えられる。

【０００５】リニアモータを用いて移動体の移動，位置
決めを行う場合には、リニアモータの推力の限界からリ
ニアモータを複数設ける必要があり、図２および図３に
示されるようになると考えられる。

【０００６】図２（Ａ）に示される位置決め装置１の場
合では、固定体としてのベッド３の左右（図２（Ａ）中
左右）両端付近に案内手段の一方である一対のガイドレ
ール５を設け、移動体としてのテーブル７下面の左右両
端付近に案内手段の他方であるスライダ９が対をなして
設けられている。従って、テーブル７はスライダ９によ
りガイドレール５に沿って往復動自在に支持されること
になる。

【０００７】ベッド３上部には、前記一対のガイドレー
ル５の中点Ｃを通る対称軸１１に関して対称位置に２条
の溝１３，１３を有しており、この溝１３，１３の内側
側面には各々リニアモータＬＭの二次側部材１５が移動
方向（図２（Ａ）中紙面直交方向）に沿って取付けられ
ている。従って、４個の二次側部材１５が対称軸１１に
関して左右対称位置に振分けられている。そして、図２
（Ａ）中ベッド３の右側外面には位置検出手段としての
リニアスケール１７Ｒが設けられている。

【０００８】一方、テーブル７下面には、前記対称軸１
１に関して対称位置に２列の突出部１９，１９を有して
おり、この突出部１９の両側側面には各々リニアモータ
ＬＭの一次側部材２１が移動方向に沿って設けられてい
る。従って、４個の一次側部材２１は対称軸１１に関し
て左右対称位置に振分けられると共に、前記二次側部材
１５に一定の間隔をおいて対向している。

【０００９】また、テーブル７の右側外面にはアーム２
３を介して読取りヘッド２５Ｒが前記リニアスケール１
７Ｒ位置まで伸びて設けられており、この読取りヘッド
２５Ｒは制御部２７に接続されている。従って、読取り
ヘッド２５Ｒにより検出されたテーブル７の位置は制御
部２７にフィードバックされることとなる。

【００１０】以上の位置決め装置１におけるサーボ機構
が、図２（Ｂ）に示されている。すなわち、読取りヘッ
ド２５Ｒがリニアスケール１７Ｒからテーブル７の位置
を読取って制御部２７にフィードバックし、制御部２７
が指令と読取った値との偏差をとってゲインを決定し、
増幅器２９を経てリニアモータＬＭを駆動するものであ
る。

【００１１】また、図３（Ａ）に示される位置決め装置
３１の場合では、位置検出手段が前述した右側のリニア
スケール１７Ｒおよび読取りヘッド２５Ｒに加えて図３
（Ａ）中左側の外面にもリニアスケール１７Ｌおよび読
取りヘッド２５Ｌが設けられている。その他の構造は前
述の場合と同様であるので、同じ部位には同じ符号を用
いて説明は省略する。

【００１２】また、図３（Ｂ）に示されているサーボ機
構では、右側のリニアスケール１７Ｒからの情報は図３
（Ａ）における右側の溝１３に設けられている二つのリ
ニアモータＬＭの位置決めに用いられ、左側のリニアス
ケール１７Ｌからの情報は図３（Ａ）における左側の溝
１３に設けられている二つのリニアモータＬＭの位置決
めに用いられるようになっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような複数のリニアモータＬＭを使用した場合には、
テーブル７のヨーイング，ピッチング，ローリング等の
ぶれのため以下のような問題が生じてくる。

【００１４】すなわち、図２に示される場合において
は、リニアスケール１７Ｒに近いリニアモータＬＭに対
してはポジションゲインをあげることができるが、リニ
アスケール１７Ｒから遠いリニアモータＬＭに対してポ
ジションゲインをあげることができない。ポジションゲ
インをあげるとサーボ機構が不安定になってハンチング
を起こし、行ったり来たりすることになるからである。

【００１５】また、図３に示される場合においては、テ
ーブル７の左右両側において位置検出を行っているの
で、一つのテーブル７において二系列のサーボ機構が存
在することになる。このため、両サーボ機構の精度が完
全に一致しない場合、特に両リニアスケール１７Ｒ，１
７Ｌの精度が不一致の場合には、位置決めしてサーボロ
ック状態となった後でも双方のサーボ間で引っ張り合い
することがあり、このような場合には過大な発熱をする
おそれがある。

【００１６】この発明の目的は、以上のような従来の技
術に着目してなされたものであり、複数のリニアモータ
を用いた工作機械の位置決め装置においてサーボ機構の
高ポジションゲイン，高サーボ剛性を実現できる工作機
械の位置決め装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る工作機械
の位置決め装置は、上記の目的を達成するために、工作
機械の固定体に線形移動可能に設けられた移動体の位置
決め装置において、移動体を移動方向へ案内すべく対を
なして設けられた案内手段と、一次側部材または二次側
部材の一方が固定体に設けられ他方が移動体に各々設け
られて前記移動体を移動方向へ駆動する偶数個のリニア
モータと、前記移動体の位置を検出する位置検出手段
と、前記位置検出手段からの検出信号に基づいて前記リ
ニアモータを駆動制御する制御部とを有し、前記リニア
モータが前記対をなす案内手段の中点に関して均等に振
分け配置されると共に、前記位置検出手段が前記中点に
設けられていることを特徴とするものである。

【００１８】

【作用】この発明による工作機械の位置決め装置では、
対をなして設けられている案内手段の働きにより移動体
が固定体に対して往復動自在に支持されている。そし
て、リニアモータの一次側部材または二次側部材の一方
が固定体に設けられ他方が移動体に設けられているの
で、移動体はリニアモータから推力を得て移動する。移
動体の位置は位置検出手段により検出されて制御部へ伝
達され、制御部はサーボ機構により位置決めをする。こ
の時、偶数個のリニアモータは、対をなしている案内手
段の中点に対して均等に振分け配置されているので、均
等な推力が得られる。また、位置検出手段が前記中点に
設けられているので、移動体の正確な位置を検出するこ
とができると共に、位置検出手段が各リニアモータに対
して均等で近い位置に配置されることになるので、サー
ボ機構におけるポジションゲインを同一にでき且つ高め
ることができる。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の好適な実施例を図面に基づ
いて説明する。

【００２０】図１（Ａ），（Ｂ）には工作機械の位置決
め装置３３およびそのサーボ機構が示されている。な
お、従来技術の欄で前述したものと共通の部位には同じ
符号を用いることとして重複した説明は省略する。

【００２１】この実施例における固定体としてのベッド
３では、２条の溝１３がその間にあるの中央部３５の中
心（前述した一対のガイドレール５の中点Ｃに一致す
る）を通る対称軸１１に対して左右（図１（Ａ）におい
て左右）対称に設けられている。この溝１３の各側面に
はリニアモータＬＭの二次側部材１５が各々設けられて
いるので、全部で４個（偶数個）の二次側部材１５が前
述した中点Ｃから均等に振分けられて配置していること
となる。

【００２２】また、中央部３５上面にはリニアスケール
３７を読み取るための読取りヘッド３９が上方へ突出し
て設けられている。

【００２３】一方、可動体としてのテーブル７において
も、前記対称軸１１に対して左右対称に振り分けた位置
にリニアモータＬＭの４個（偶数個）の一次側部材２１
が取付けられている。

【００２４】また、前記中央部３５に対向するテーブル
７の下面位置にはスケール取付け部４１が下方へ設けら
れており、前記リニアスケール３７が取付けられてい
る。従って、前述の読取りヘッド３９はこのリニアスケ
ール３７に対向することになるので、テーブル７位置の
読取位置は、対称軸１１上となる。

【００２５】以上のように構成される位置決め装置３３
のサーボ機構が図１（Ｂ）に示されている。すなわち、
テーブル７の位置は、リニアモータＬＭの配置に関する
対称軸１１の位置において読み取られて制御部２７にフ
ィードバックされ、テーブル７の位置決めを行う。

【００２６】このような工作機械の位置決め装置３３に
よれば、テーブル７の位置検出を複数のリニアモータＬ
Ｍに対してできるだけ近い位置で行うことができるの
で、サーボ機構の安定を保持しつつポジションゲインを
全体的に上げることが可能になる。また、同時にサーボ
機構は一つなので、サーボ機構同士の引き合いを防止す
ることができる。

【００２７】また、テーブル７の位置検出を対称軸１１
の位置において行うので、正確な位置を検出することが
できる。

【００２８】なお、この発明は、前述した実施例に限定
されることなく、適宜な変更を行なうことにより、その
他の態様で実施し得るものである。例えば、前述の実施
例においてはベッド３側に二次側部材１５を取付け、テ
ーブル７側に一次側部材２１を取付けたが、逆にベッド
３側に一次側部材２１を、テーブル７側に二次側部材１
５を取付けても全く同様の作用効果を得ることができ
る。

【００２９】また、前述の実施例においては、対称軸１
１の左右に各々２個づつ合計４個のリニアモータＬＭを
設けたが、その数は限定されない。すなわち、大きな推
力が必要な場合には、適宜その数を増加させればよい。
但し、対称軸１１に関して左右等しく振り分けた位置に
配置する条件を満たさなければならない。

【００３０】さらに、前述の実施例においては、図１
（Ａ）に示されるように、対称軸１１の左右においてリ
ニアモータＬＭを同じ高さ位置に設けたが、この場合に
限らず、ベッド３およびテーブル７の形状によりリニア
モータＬＭ取付け高さが変化しても構わない。但し、こ
の場合においても、対称軸１１に関して左右等しく振り
分けた位置に配置する条件を満たさなければならない。

【００３１】

【発明の効果】請求項１の発明による工作機械の位置決
め装置は対をなして設けられている案内手段の働きによ
り、リニアモータの一次側部材または二次側部材の一方
が設けられている固定体に対して、一次側部材または二
次側部材の他方が設けられている可動体が往復動自在に
支持されている。このため、移動体はリニアモータから
直接推力を得て移動するので、ボールネジ・ナットやギ
ヤ装置等を用いる必要がない。このため、リニアモータ
を用いた位置決めにおいては、ボールネジ等の製作精度
やバックラッシュによる誤差が生じないので、サーボ機
構により位置決めする際に高精度の位置決めが可能とな
る。さらに、偶数個のリニアモータは、対をなしている
案内手段の中点に対して均等に振分け配置されているの
で、各々のリニアモータが最大推力まで均一で使用でき
且つポジションゲインを高めることができるので高剛性
サーボシステムが構築できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る工作機械の位置決め装置の一例
を示す断面図およびブロック構成図である。

【図２】従来考えられていた工作機械の位置決め装置の
一例を示す断面図およびブロック構成図である。

【図３】従来考えられていた工作機械の位置決め装置の
別の例を示す断面図およびブロック構成図である。

【符号の説明】

３ ベッド（固定体） ５ ガイドレール（案内手段） ７ テーブル（移動体） ９ スライダ（案内手段） １５ 二次側部材 ２１ 一次側部材 ２７ 制御部 ３３ 位置決め装置 ３７ リニアスケール（位置検出手段） ３９ 読取りヘッド（位置検出手段） ＬＭ リニアモータ Ｃ 中点

フロントページの続き (72)発明者 覚張 勝治 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内 (72)発明者 田代 早苗 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内 (72)発明者 遠藤 克仁 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社沼津事業所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の固定体に線形移動可能に設け
   られた移動体の位置決め装置において、移動体を移動方
   向へ案内すべく対をなして設けられた案内手段と、一次
   側部材または二次側部材の一方が固定体に設けられ他方
   が移動体に各々設けられて前記移動体を移動方向へ駆動
   する偶数個のリニアモータと、前記移動体の位置を検出
   する位置検出手段と、前記位置検出手段からの検出信号
   に基づいて前記リニアモータを駆動制御する制御部とを
   有し、前記リニアモータが前記対をなす案内手段の中点
   に関して均等に振分け配置されると共に、前記位置検出
   手段が前記中点に設けられていることを特徴とする工作
   機械の位置決め装置。