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JP2001277059A - 回転テーブル - Google Patents

回転テーブル

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Publication number
JP2001277059A
JP2001277059A JP2000101483A JP2000101483A JP2001277059A JP 2001277059 A JP2001277059 A JP 2001277059A JP 2000101483 A JP2000101483 A JP 2000101483A JP 2000101483 A JP2000101483 A JP 2000101483A JP 2001277059 A JP2001277059 A JP 2001277059A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotary table
motor
work
rotation
rotary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2000101483A
Other languages
English (en)
Inventor
Masamichi Saito
正道 斉藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2000101483A priority Critical patent/JP2001277059A/ja
Publication of JP2001277059A publication Critical patent/JP2001277059A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】回転テーブルの重力オフセットの影響を低減
し、制御特性及び位置決め性能の向上を図ることができ
る回転テーブルを提供する。 【解決手段】ワーク5を360°以内の所定の回転角で
傾け、その傾けた状態を保持するための回転テーブル1
00であって、基台1と、基台に回転自在に支持された
回転軸3と、回転軸3上に配置されワークを支持する支
持台4であって、ワークを支持する支持面が回転軸の回
転中心軸と略平行に配置された支持台4と、回転軸3を
所定の回転角に保持するためのモータ50と、回転軸に
流体圧を付与することにより、回転軸に回転モーメント
を発生させる付圧装置9とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワークを360°
以内の所定の回転角で傾け、その傾けた状態を保持する
ための回転テーブルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】工作機械において、ワークを傾ける回転
テーブルは、今後の複雑な形状加工のニーズに応えるた
めには、重要な機構である。この回転テーブルにおい
て、回転軸が水平である場合、回転中心と重心位置が一
致しないと重力により重力オフセットが発生する。特
に、工作機械においては、加工ワークの形状、大きさに
関して幅広い対応が求められるため回転軸上に加工ワー
クがセットされたときの回転中心と重心位置を一致させ
ることは、通常では不可能である。この重力オフセット
に対して、直動ステージにおいては、空気圧シリンダや
液圧シリンダを利用した重力補償機構が提案されている
が、回転テーブルにおいては、トルクが大きいモータに
より重力オフセットに対抗する方式やカウンタバランス
を付けることにより重心と回転中心を一致させる方式が
一般的である。このため、特開平7−110714号公
報では、同一軸を2つのモータで駆動する方式が提案さ
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カウン
タバランスを付ける方式では、可動部の重量が大きくな
り、回転テーブルの応答性が悪く、重量増による固有振
動数の低下にともないテーブルの制御周波数が低くなる
という問題がある。また、モータにより重力オフセット
に対抗するためには、モータが大きくなり、必要電流も
大きくなるため発熱量が大きくなり、モータのコイルの
耐熱性の問題や、回転テーブルの熱変形により工作機械
の精度に悪い影響を与えるという問題がある。これは、
モータを2つにした特開平7−110714号公報の構
成においても同様である。
【0004】従って、本発明は上述した課題に鑑みてな
されたものであり、その目的は、回転テーブルの重力オ
フセットの影響を低減し、制御特性及び位置決め性能の
向上を図ることができる回転テーブルを提供することで
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明に係わる回転テーブル
は、ワークを360°以内の所定の回転角で傾け、その
傾けた状態を保持するための回転テーブルであって、基
台と、前記基台に回転自在に支持された回転軸と、該回
転軸上に配置され前記ワークを支持する支持台であっ
て、前記ワークを支持する支持面が前記回転軸の回転中
心と略平行に配置された支持台と、前記回転軸を前記所
定の回転角に保持するための駆動手段と、前記回転軸に
流体圧を付与することにより、該回転軸に回転モーメン
トを発生させる付圧手段とを具備することを特徴として
いる。
【0006】また、この発明に係わる回転テーブルにお
いて、前記駆動手段は、回転角度を検出するためのロー
タリーエンコーダを備えたモータであり、前記ロータリ
ーエンコーダ又は前記モータの少なくとも一方が中空で
あり、その内部に前記付圧手段を配置したことを特徴と
している。
【0007】また、この発明に係わる回転テーブルにお
いて、前記付圧手段による前記流体圧を、前記回転軸の
回転角度に応じて制御する制御手段を更に具備すること
を特徴としている。
【0008】また、この発明に係わる回転テーブルにお
いて、前記駆動手段はモータであり、前記制御手段は、
前記モータの負荷が最小となるように前記流体圧を制御
することを特徴としている。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0010】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係わる回転テーブル装置100の概略構成
を示す図である。
【0011】図1において、1は工作機械に取り付ける
ベースであり、工作機械のステージ(図示せず)に取り
付けることにより多軸制御工作機械となる。2は回転テ
ーブルのガイドである静圧軸受けのハウジング部であ
り、ベース1に固定されている。本実施形態では、高精
度工作機械への展開を考えているため、静圧軸受けを用
いたが、他のベアリングでも良い。3は静圧軸受けのロ
ータ部、4は左右の静圧軸受に挟まれ連結されたチャッ
クである。5は加工対象であるワーク、6はワーク5を
保持しチャック4に固定するためのワーク治具である。
7は回転テーブルを駆動するためのモータ50のステー
タ部、8はモータ50のロータ部、9は本実施形態の特
徴部分である重力バランサーで、モータ50のステータ
部7に固定されている。10はチャック4の回転角度を
センシングするロータリーエンコーダ、11はロータリ
ーエンコーダのチャート軸である。
【0012】上記のように構成される回転テーブル装置
100は、ワーク5を360度以内の回転角θだけ傾け
た状態で、その傾き姿勢を保持するためのものであり、
モータ50は、そのロータ部8を角度θだけ傾けた状態
で保持するようにサーボ制御される。この際、回転テー
ブル装置100のワーク5を含めた回転部分の重心が回
転中心からずれていると、ワーク5を角度θの傾き角度
に保持するときに、モータ50に重心のズレ量とワーク
の重量に比例した回転モーメントがかかることとなり、
モータ50は、常にこの回転モーメントに対向する保持
力を発生させなければならず、モータの発熱等が起き
る。本実施形態の重力バランサーは、この重心のずれに
起因する回転モーメントをキャンセルするためのもので
ある。
【0013】図2は、本実施形態の特徴部分である重力
バランスサーの詳細図(図1中のA部の詳細図)であ
る。また、図3は、図2のA−A断面図である。
【0014】図2及び図3において、20aは静圧軸受
のスラストパッド、20bは静圧軸受のラジアルパッ
ド、21はモータ50のステータ部7に固定されたコイ
ル、22はモータのロータ部8に固定されたマグネッ
ト、23は回転テーブル装置100の可動部であるロー
タ3に固定された圧力受け面、24は重力バランサー9
の先端に設けられた圧力発生部、25a,25bは圧力
発生部24に設けられたエアー供給孔、26はエアーを
エアー供給孔25a,25bに導くためのエアー流路で
ある。ここで、圧力発生部24とロータ3は、隙間が1
5μm前後のクリアランスを持った非接触状態である。
【0015】上記の構成により、エアー供給孔25aか
らエアーを供給すれば、図3に示される時計回りの回転
方向にロータ3を動かすことができる。また、逆に、エ
アー供給孔25bからエアーを供給すれば、図3に示さ
れる反時計回りの回転方向にロータ3を動かすことがで
きる。これらのエアー圧力による力により、回転テーブ
ルの可動部の重力オフセットをキャンセルすることがで
き、これにより、微小な位置決め量だけをモータで位置
決め制御すればよいこととなる。
【0016】ここで、重力バランサーの発生トルクは、
圧力受け面23の面積を1.5cm×3cm、エアー供
給設定圧力を3kgf/cm2、回転中心から圧力受け
面23の中心までの長さを1.5cmとすると、約20
kgf・cmとなる。これより可動部の重量10kg、
偏心量(回転中心から重心までの距離)が2cmであれ
ば、重力バランサーの機能は、能力内であり、重力バラ
ンサーとして実用上可能である。
【0017】次に重力オフセットについて図4を用いて
説明する。図4は、回転テーブル100の可動部の回転
中心と重心位置の関係を模式的に表した図である。
【0018】図4(a)の様に重心位置が回転テーブル
の可動部の可動範囲において最下点にあるときは、回転
テーブルの可動部の重量は、静圧軸受がすべて受けてお
り、モータ50の負荷となる重力オフセット(重力によ
る回転モーメント)が発生することはない。次に、図4
(b)の様に位置決め回転角度が、図4(a)の位置に
対しθだけずれたときには、以下の式で表わされる重力
オフセット(重力による回転モーメント)が発生する。
【0019】重力オフセット=mg・sinθ・R ここで、mは回転テーブルの可動部質量、gは重力加速
度、θは位置決め回転角度、Rは偏心量(回転中心から
重心までの距離)である。この式から分かるように位置
決め回転角度θが変わることにより重力オフセットの量
が変化する。
【0020】このため、この回転角度による重力オフセ
ット量の変化に対応するための構成を次に説明する。
【0021】図5は、本実施形態の重力バランサーのエ
アー配管図である。30は重力バランサーユニット、3
1はエアー供給源、32はサーボバルブ、33は圧力ゲ
ージ、34は制御BOXである。ここで、ワーク5をチ
ャック4取り付けたときの重心位置のずれと重量を算出
し、角度毎の重力オフセットに対応した重力バランサー
の圧力設定値を求め、コントローラで制御する。また、
モータの電流値をモニタし、その電流値が小さくなるよ
うに圧力設定値を変更しても良い。
【0022】本実施形態の構成により、モータの小型化
及びモータの発熱量の低減が可能となる。また、位置決
め回転角度の違いによる重力オフセットの変動も重力バ
ランサーによりキャンセルできるのでモータの位置決め
制御特性も向上させることができる。
【0023】(第2の実施形態)図6は、第2の実施形
態の構成を示す図である。
【0024】図6において、40は主軸の静圧軸受けの
ハウジング、41は主軸のロータ、42は回転方向の位
置を検出する中空のロータリーエンコーダである。ここ
で、モータのステータ5は主軸のハウジング部40に固
定され、モータのロータ6は、主軸のロータ41に固定
されている。また、ロータリーエンコーダ42は、モー
タのステータ5の端面に固定されている。
【0025】また、重力バランサー9(その先端に圧力
発生部24が配置されている)と圧力受け面23は、主
軸のハウジング40(モータステータ5)と主軸のロー
タ41にそれぞれ固定され、かつ、着脱可能な構成であ
る。
【0026】本構成の着脱可能な重力バランサーによ
り、主軸に偏荷重のワークもしくは小型スピンドルを付
けたときの位置決め動作を行い、重力バランサーを外し
た状態でスピンドル動作を行うことにより、小型モータ
により位置決め動作とスピンドル動作の両方の機能を持
った工作機械の主軸を可能にできる。
【0027】以上説明したように、上記の第1及び第2
の実施形態によれば、回転テーブルに重力バランサーを
用いることにより、重力オフセットをキャンセルするこ
とが可能である。これにより、モータの小型化及びモー
タの発熱量の低減が達成できる。また、位置決め回転角
度の違いによる重力オフセットの変動も重力バランサー
によりキャンセルできるのでモータの位置決め制御特性
も向上させることができる。
【0028】したがって、上記の実施形態の回転テーブ
ルは、熱変形が小さく、高い追従性・応答性を持った回
転テーブルとなり、高い形状精度、面精度の加工を行う
ことができる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転テーブルの重力オフセットの影響を低減し、回転テ
ーブルの制御特性及び位置決め性能の向上を図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係わる回転テーブル
装置の概略構成を示す図である。
【図2】重力バランサーの詳細図である。
【図3】図2のA−A断面図である。
【図4】重力オフセットを説明するための模式図であ
る。
【図5】重力バランサーの配管構成を示す概略図であ
る。
【図6】本発明の第2の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
1 ベース 2 静圧軸受けのハウジング 3 静圧軸受のロータ 4 チャック 5 ワーク 6 ワーク治具 7 モータのステータ部 8 モータのロータ部 9 重力バランサー 10 ロータリーエンコーダ 11 チャート軸 20a スラストパッド 20b ラジアルパッド 21 コイル 22 マグネット 23 圧力受け面 24 圧力発生部 25a,b エアー供給孔 26 エアー流路 30 重力バランサーユニット 31 エアー供給源 32 サーボバルブ 33 圧力ゲージ 34 制御BOX 40 主軸のハウジング 41 主軸のロータ 42 中空のロータリーエンコーダー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワークを360°以内の所定の回転角で
    傾け、その傾けた状態を保持するための回転テーブルで
    あって、 基台と、 前記基台に回転自在に支持された回転軸と、 該回転軸上に配置され前記ワークを支持する支持台であ
    って、前記ワークを支持する支持面が前記回転軸の回転
    中心と略平行に配置された支持台と、 前記回転軸を前記所定の回転角に保持するための駆動手
    段と、 前記回転軸に流体圧を付与することにより、該回転軸に
    回転モーメントを発生させる付圧手段とを具備すること
    を特徴とする回転テーブル。
  2. 【請求項2】 前記駆動手段は、回転角度を検出するた
    めのロータリーエンコーダを備えたモータであり、前記
    ロータリーエンコーダ又は前記モータの少なくとも一方
    が中空であり、その内部に前記付圧手段を配置したこと
    を特徴とする請求項1に記載の回転テーブル。
  3. 【請求項3】 前記付圧手段による前記流体圧を、前記
    回転軸の回転角度に応じて制御する制御手段を更に具備
    することを特徴とする請求項1に記載の回転テーブル。
  4. 【請求項4】 前記駆動手段はモータであり、前記制御
    手段は、前記モータの負荷が最小となるように前記流体
    圧を制御することを特徴とする請求項3に記載の回転テ
    ーブル。
JP2000101483A 2000-04-03 2000-04-03 回転テーブル Withdrawn JP2001277059A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20070605