DE102016112255A1

DE102016112255A1 - Werkzeugmaschine mit Kugelumlaufspindel

Info

Publication number: DE102016112255A1
Application number: DE102016112255.6A
Authority: DE
Inventors: Hideki Iwai; Yuji Sasaki; Yasumasa Sakurai; Ikuko Hirota; Naoya Wakasugi
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2016-07-05
Publication date: 2017-01-12
Also published as: CN106334998A; JP6610043B2; CN106334998B; JP2017019022A

Abstract

Eine Schleifmaschine 1 umfasst einen Schleifscheibenspindelstockkörper 61, der ein Drehwellenelement 62, das mit einer Schleifscheibe 43 verbunden ist, eine X-Achsenspindel 41c1, ein X-Achsenmutterelement 41c2 und ein Koppelelement 66 stützt, das den Schleifscheibenspindelstockkörper 61 mit dem X-Achsenmutterelement 41c2 koppelt. Ein Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b des Koppelelements 66, der mit dem Schleifscheibenspindelstockkörper 61 verbunden ist, und ein Mutterverbindungsabschnitt 66a des Koppelelements 66, der mit dem X-Achsenmutterelement 41c2 verbunden ist, sind an unterschiedlichen Positionen in einer Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 angeordnet. Der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b ist vorgesehen, um auf der Achse L1 eine Position, die einer Achse L2 des Drehwellenelements 62 entspricht, in einer Richtung zu überlappen, die senkrecht zu der Richtung entlang der Achse L1 ist. Das Koppelelement 66 ist vorgesehen, um in der Richtung entlang der Achse L1 thermisch versetzt zu sein.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Werkzeugmaschinen mit Kugelumlaufspindeln.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Eine bekannte Form einer Schleifmaschine als einer Werkzeugmaschine ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-269411 ( JP 2010-269411 A ) gezeigt. Die in der JP 2010-269411 A gezeigte Schleifmaschine dreht eine Schleifscheibe und bewegt die Schleifscheibe relativ zu einem Werkstück unter Verwendung einer Kugelumlaufspindel, und schleift somit das Werkstück mit der Schleifscheibe, wobei eine Schleifflüssigkeit in Richtung eines Kontaktbereichs zwischen dem Werkstück und der Schleifscheibe zugeführt wird. Ein Schleifscheibenspindelelement der Schleifscheibe wird durch ein hydrostatisches Lager gestützt, um sich bei einer hohen Drehzahl mit hoher Genauigkeit zu drehen. Das hydrostatische Lager verwendet Öl als ein Arbeitsmedium.
Die Temperatur des dem hydrostatischen Lager des Schleifscheibenspindelelements zugeführten Öls erhöht sich aufgrund einer Schererwärmung, die mit der Hochgeschwindigkeitsdrehung des Schleifscheibenspindelelements verbunden ist. Die von dem hydrostatischen Lager übertragene Wärme kann eine unebene Temperaturverteilung einer Stützbasis zum Stützen des Schleifscheibenspindelelements verursachen. In solchen Fällen wird die Stützbasis thermisch verformt und daher wird die Bearbeitungsgenauigkeit gesenkt.
Um sich diesem Problem zu widmen, ist es denkbar, den Bewegungsumfang der Stützbasis in ihrer Bewegungsrichtung (der Axialrichtung der Spindel der Kugelumlaufspindel) durch Schätzen (Berechnen) eines thermischen Versatzes der Stützbasis zu korrigieren. Allerdings kann in dem Fall einer komplexen Temperaturverteilung zwischen einer Position der Stützbasis, die mit einem Mutterelement der Kugelumlaufspindel verbunden ist, das als ein Bezug zum Schätzen des thermischen Versatzes dient, und einer Position, an der das hydrostatische Lager vorgesehen ist, das als die Drehmitte der Schleifscheibe dient, die Genauigkeit der Schätzung des thermischen Versatzes der Stützbasis in ihrer Bewegungsrichtung verringert sein, was zu einer niedrigeren Genauigkeit einer Korrektur des Bewegungsumfangs der Stützbasis führt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, die einen thermischen Versatz einer Stützbasis, die ein Lager stützt, relativ einfach schätzen kann, auch wenn die Stützbasis eine komplexe Temperaturverteilung hat.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Werkzeugmaschine ein Drehwellenelement, das ein Werkzeug hält und drehbar angetrieben ist, eine Stützbasis, die das Drehwellenelement mit einem Lager so stützt, dass die Drehwelle drehbar ist, eine Kugelumlaufspindel, die eine Spindel und ein Mutterelement umfasst, das in einer Richtung entlang der Achse der Spindel bewegbar ist, sowie ein Koppelelement, das die Stützbasis mit dem Mutterelement an einer Position koppelt, an der die Stützbasis das Mutterelement überlappt. Ein Stützbasisverbindungsabschnitt des Koppelelements, der mit der Stützbasis verbunden ist, und ein Mutterverbindungsabschnitt des Koppelelements, der mit dem Mutterelement verbunden ist, sind an unterschiedlichen Positionen in der Richtung entlang der Achse der Spindel angeordnet. Der Stützbasisverbindungsabschnitt ist vorgesehen, um auf der Achse der Spindel eine Position einer Achse des Drehwellenelements in einer Richtung zu überlappen, die senkrecht zu der Richtung entlang der Achse der Spindel ist. Das Koppelelement ist vorgesehen, um in der Richtung entlang der Achse der Spindel thermisch versetzt zu sein.
Mit der oben beschriebenen Werkzeugmaschine ist das Koppelelement, das das Mutterelement, welches als ein Bezug zum Schätzen des thermischen Versatzes dient, mit der Stützbasis koppelt, in der Richtung entlang der Achse der Spindel thermisch versetzt, in dem Zustand, in dem der Stützbasisverbindungsabschnitt und der Mutterverbindungsabschnitt an unterschiedlichen Positionen in der Richtung entlang der Achse der Spindel angeordnet sind, und in dem der Stützbasisverbindungsabschnitt vorgesehen ist, um auf der Achse der Spindel die Position der Achse des Drehwellenelements in der Richtung zu überlappen, die senkrecht zu der Richtung entlang der Achse der Spindel ist. Infolgedessen kann der thermische Versatz der Stützbasis in der Bewegungsrichtung der Stützbasis, d. h. in der Richtung entlang der Achse der Spindel, geschätzt werden, indem der thermische Versatz des Koppelelements geschätzt wird. Das Koppelelement ist in der Richtung entlang der Achse der Spindel thermisch versetzt, so dass der thermische Versatz relativ einfach geschätzt werden kann. Daher kann, auch wenn die Stützbasis eine komplexe Temperaturverteilung hat, der thermische Versatz der Stützbasis relativ einfach geschätzt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente darzustellen, und in denen
1 eine Draufsicht einer Schleifmaschine ist, die als eine erste Ausführungsform einer Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung dient;
2 eine Schnittansicht eines Schleifscheibenspindelstocks und einer Schleifscheibenspindelstocktraversenbasis ist, die entlang der in 1 gezeigten Linie II-II betrachtet wird;
3 eine perspektivische Ansicht eines in 2 gezeigten Koppelelements ist;
4 eine Seitenansicht eines Horizontal-Bearbeitungszentrums ist, das als eine zweite Ausführungsform der Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung dient;
5 eine teilweise Vorderansicht des in 4 gezeigten Horizontal-Bearbeitungszentrums ist;
6 eine teilweise Seitenansicht des in 4 gezeigten Horizontal-Bearbeitungszentrums ist; und
7 eine Ansicht ist, die eine Abwandlung der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine erste Ausführungsform der Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Werkzeugmaschine der ersten Ausführungsform ist eine Schleifmaschine 1, die in 1 gezeigt ist. Die Schleifmaschine 1 ist insbesondere eine Maschine für zylindrisches Schleifen des Typs mit einer Schleifscheibenspindelstocktraverse, die imstande ist, ein wellenartiges Werkstück zu schleifen. In 1 entspricht die Z-Achsenrichtung einer Traversenrichtung; die X-Achsenrichtung entspricht einer horizontalen Richtung, die senkrecht zu der Traversenrichtung ist; und die Y-Achsenrichtung entspricht einer vertikalen Richtung, die senkrecht zu der Traversenrichtung ist.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Schleifmaschine 1 hauptsächlich ein Bett 10, einen Spindelstock 20, einen Reitstock 30, eine Schleifscheibenstützvorrichtung 40 und eine Steuerungsvorrichtung 50.
Das Bett 10 hat eine rechteckige Form in einer Draufsicht und ist an einer Installationsfläche (Boden) befestigt. Ein Paar Z-Achsenführungsschienen 11a und 11b ist fest an der oberen Fläche des Betts 10 angeordnet, um sich in der Z-Achsenrichtung parallel zueinander zu erstrecken, wobei es einer in der Schleifscheibenstützvorrichtung 40 enthaltenen Schleifscheibenspindelstocktraversenbasis 41 erlaubt, zu gleiten. Eine Z-Achsenumlaufspindel 11c zum Antreiben der Schleifscheibenspindelstocktraversenbasis 41 in der Z-Achsenrichtung ist zwischen den Z-Achsenführungsschienen 11a und 11b angeordnet. Ein Z-Achsenmotor 11d zum drehbaren Antreiben der Z-Achsenkugelumlaufspindel 11c ist fest zwischen den Z-Achsenführungsschienen 11a und 11b angeordnet.
Der Spindelstock 20 umfasst einen Spindelstockkörper 21, eine Spindel 22, einen Spindelmotor 23 und eine Spindelmitte 24. Die Spindel 22 ist in dem Spindelstockkörper 21 angeordnet und durch diesen drehbar gestützt. Der Spindelstockkörper 21 ist auf der oberen Fläche des Betts 10 befestigt, so dass die Axialrichtung der Spindel 22 in der Z-Achsenrichtung ausgerichtet ist und parallel zu dem Paar Z-Achsenführungsschienen 11a und 11b ist.
Der Spindelmotor 23 ist an dem linken Ende der Spindel 22 vorgesehen und treibt die Spindel 22 um die Z-Achse relativ zu dem Spindelstockkörper 21 drehbar an. Der Spindelmotor 23 umfasst einen Geber zum Erfassen des Drehwinkels des Spindelmotors 23. Die Spindelmitte 24 ist an dem rechten Ende der Spindel 22 befestigt und stützt ein Ende eines wellenartigen Werkstücks W in seiner axialen Richtung.
Der Reitstock 30 umfasst einen Reitstockkörper 31 und eine Reitstockmitte 32. Die Reitstockmitte 32 ist in dem Reitstockkörper 31 angeordnet und durch diesen drehbar gestützt. Der Reitstockkörper 31 ist an der oberen Fläche des Betts 10 befestigt, so dass die Axialrichtung der Reitstockmitte 32 in der Z-Achsenrichtung ausgerichtet ist und die Drehachse der Reitstockmitte 32 koaxial mit der Drehachse der Spindel 22 ist.
Das heißt, dass die Reitstockmitte 32 und die Spindelmitte 24 angeordnet sind, um beide Enden des Werkstücks W in seiner Axialrichtung zu stützen, und um um die Z-Achse drehbar zu sein. Die Reitstockmitte 32 ist so eingerichtet, dass der Umfang ihres Vorstehens aus der rechten Endfläche des Reitstockkörpers 31 mit der Länge des Werkstücks W variiert.
Die Schleifscheibenstützvorrichtung 40 umfasst die Schleifscheibenspindelstocktraversenbasis 41, einen Schleifscheibenspindelstock 42 (60), und eine scheibenartige Schleifscheibe 43 (die einem Werkzeug der vorliegenden Erfindung entspricht). Die Schleifscheibenspindelstocktraversenbasis 41 ist in einer rechteckigen Form einer flachen Platte ausgebildet und ist auf dem Paar Z-Achsenführungsschienen 11a und 11b auf der oberen Fläche des Betts 10 gleitbar angeordnet.
Die Schleifscheibenspindelstocktraversenbasis 41 ist mit einem Z-Achsenmutterelement (nicht gezeigt) der Z-Achsenkugelumlaufspindel 11c gekoppelt und wird durch den Z-Achsenmotor 11d angetrieben, um sich entlang des Paars Z-Achsenführungsschienen 11a und 11b zu bewegen. Der Z-Achsenmotor 11d umfasst einen Geber, der imstande ist, den Drehwinkel des Z-Achsenmotors 11d zu erfassen.
Ein Paar X-Achsenführungsschienen 41a und 41b ist fest auf der oberen Fläche der Schleifscheibenspindelstocktraversenbasis 41 angeordnet, um sich in der X-Achsenrichtung parallel zueinander zu erstrecken, wobei es dem Schleifscheibenspindelstock 42 erlaubt, zu gleiten. Eine X-Achsenkugelumlaufspindel 41c (die einer Kugelumlaufspindel der vorliegenden Erfindung entspricht) und ein X-Achsenmotor 41d sind zwischen den X-Achsenführungsschienen 41a und 41b auf der oberen Fläche der Schleifscheibenspindelstocktraversenbasis 41 vorgesehen.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die X-Achsenkugelumlaufspindel 41c eine X-Achsenspindel 41c1 (die einer Spindel der vorliegenden Erfindung entspricht) und ein X-Achsenmutterelement 41c2 (das einem Mutterelement der vorliegenden Erfindung entspricht).
Die X-Achsenspindel 41c1 erstreckt sich in der X-Achsenrichtung, um den Schleifscheibenspindelstock 42 entlang der X-Achsenrichtung anzutreiben. Das X-Achsenmutterelement 41c2 ist entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 (in der X-Achsenrichtung) durch Drehung der X-Achsenspindel 41c1 bewegbar.
Der X-Achsenmotor 41d treibt die X-Achsenspindel 41c1 drehbar an. Der X-Achsenmotor 41d umfasst einen Geber zum Erfassen des Drehwinkels des X-Achsenmotors 41d.
Der Schleifscheibenspindelstock 42 ist gleitbar auf dem Paar X-Achsenführungsschienen 41a und 41b auf der oberen Fläche der Schleifscheibenspindelstocktraversenbasis 41 angeordnet. Der Schleifscheibenspindelstock 42 ist mit dem X-Achsenmutterelement 41c2 durch ein Koppelelement 66 (das später beschrieben wird) gekoppelt und wird durch den X-Achsenmotor 41d angetrieben, um sich entlang des Paars X-Achsenführungsschienen 41a und 41b zu bewegen.
Das heißt, dass der Schleifscheibenspindelstock 42 eingerichtet ist, um sich in der X-Achsenrichtung (Vorschubrichtung) und der Z-Achsenrichtung (Traversenvorschubrichtung) relativ zu dem Bett 10, dem Spindelstock 20 und dem Reitstock 30 zu bewegen.
Einzelheiten des Schleifscheibenspindelstocks 42 (60) werden später beschrieben werden.
Die Steuerungsvorrichtung 50 ist eine Vorrichtung zum Steuern des Schleifens der äußeren Umfangsfläche des Werkstücks W durch Steuern der Positionen in der Z-Achsenrichtung und der X-Achsenrichtung der Schleifscheibe 43 relativ zu dem Werkstück W. Insbesondere steuert die Steuerungsvorrichtung 50 die entsprechenden Motoren, um das Werkstück W und die Schleifscheibe 43 um die Z-Achse zu drehen und die Bewegungsumfänge des Z-Achsenmutterelements und des X-Achsenmutterelements 41c2 einzustellen. Die Steuerungsvorrichtung 50 stellt somit den Bewegungsumfang des Schleifscheibenspindelstocks 42 ein. Einzelheiten der Steuerungsvorrichtung 50 werden später beschrieben werden.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der Schleifscheibenspindelstock 60 einen Schleifscheibenspindelstockkörper 61 (der einer Stützbasis der vorliegenden Erfindung entspricht), ein Drehwellenelement 62, ein Lager 63, einen Behälter 64, einen Zirkulationskanal 65, ein Koppelelement 66 und einen Temperatursensor 67. Nachfolgend stellt die rechte Seite in der X-Achsenrichtung der 2 die Vorderseite dar und ihre linke Seite stellt die Rückseite dar; die obere Seite in der Y-Achsenrichtung der 2 stellt die obere Seite dar und die untere Seite stellt die untere Seite dar; und die Seite in der Z-Achsenrichtung der 2, die von dem Betrachter weiter weg ist, stellt die linke Seite dar und die Seite, die näher zu dem Betrachter ist, stellt die rechte Seite dar.
Der Schleifscheibenspindelstockkörper 61 stützt das Drehwellenelement 62 mit dem Lager 63, so dass das Drehwellenelement 62 drehbar ist.
Das Drehwellenelement 62 hält die Schleifscheibe 43 und ist drehbar angetrieben. Das Drehwellenelement 62 wird auf der oberen Fläche des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 gestützt, um um eine Achse L2 des Drehwellenelements 62 drehbar zu sein, die sich in der Z-Achsenrichtung erstreckt. Die scheibenförmige Schleifscheibe 43 ist koaxial an einem Ende des Drehwellenelements 62 montiert. Ein Schleifscheibendrehmotor 69 ist an der oberen Fläche des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 befestigt. Der Schleifscheibendrehmotor 69 wird verwendet, um das Drehwellenelement 62 zusammen mit der Schleifscheibe 43 durch einen Band/Rollen-Mechanismus 68 drehbar anzutreiben (s. 1).
Das Lager 63 stützt das Drehwellenelement 62, so dass das Drehwellenelement 62 drehbar ist. Das Lager 63 ist ein hydrostatisches Lager. Das Lager 63 wird mit Öl (das einer Flüssigkeit der vorliegenden Erfindung entspricht), das in dem Behälter 64 bevorratet ist, versorgt.
Der Behälter 64 ist in dem Schleifscheibenspindelstockkörper 61 vorgesehen und bevorratet das Öl, das dem Lager 63 zugeführt werden soll. Der Behälter 64 ist an einem oberen Abschnitt des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 vorgesehen. Insbesondere ist der Behälter 64 in der oberen Fläche des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 nach unten eingelassen und nach oben geöffnet ausgebildet. Der Behälter 64 ist auch ausgebildet, um einen Abschnitt zu haben, der unter dem Lager 63 angeordnet ist.
Der Zirkulationskanal 65 ist ein Strömungskanal zum Zirkulieren des Öls zwischen dem Behälter 64 und dem Lager 63. Der Zirkulationskanal 65 umfasst einen Zuführkanal 65a und einen Rücklaufkanal 65b.
Der Zuführkanal 65a ist ein Strömungskanal zum Zuführen des in dem Behälter 64 bevorrateten Öls zu dem Lager 63. Der Zuführkanal 65a ist mit einer Pumpe 65a1 versehen. Eine Ansaugöffnung 65a2 der Pumpe 65a1 ist in dem in dem Behälter 64 bevorrateten Öl eingetaucht. Die Pumpe 65a1 ist an die Steuerungsvorrichtung 50 elektrisch angeschlossen.
Der Rücklaufkanal 65b ist ein Strömungskanal zum Rückführen des aus dem Lager 63 auslaufenden Öls in den Behälter 64. Der Rücklaufkanal 65b ist durch Öffnen eines unteren Endabschnitts des Lagers 63 in Richtung des Behälters 64 ausgebildet. Dies bewirkt, dass das Öl, das durch das Lager 63 geströmt ist, durch sein Eigengewicht durch den Rücklaufkanal 65b in den Behälter 64 ausläuft.
Im Folgenden wird ein thermischer Versatz des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 beschrieben. Wie oben beschrieben wurde, steuert die Steuerungsvorrichtung 50 die entsprechenden Motoren, so dass die äußere Umfangsfläche des Werkstücks W geschliffen wird. In diesem Fall steuert die Steuerungsvorrichtung 50 die Pumpe 65a1, um dem Lager 63 Öl aus dem Behälter 64 zuzuführen. Weil das Lager 63 ein hydrostatisches Lager ist, wird die Temperatur des Öls erhöht, indem es wiederholt durch Drehung des Drehwellenelements 62 geschert wird. Das Öl läuft aus dem Lager 63 in den Behälter 64 und zirkuliert zwischen dem Lager 63 und dem Behälter 64, so dass die Temperatur des in dem Behälter 64 bevorrateten Öls steigt. Die Wärme des Öls wird von dem Behälter 64 auf den Schleifscheibenspindelstockkörper 61 übertragen, wodurch ein Temperaturgradient in dem Schleifscheibenspindelstockkörper 61 entsteht. Eine relativ komplexe Struktur des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 führt zu einem relativ komplexen Temperaturgradienten des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61. Dies führt zu einer komplexen thermischen Verformung des Schleifschiebenspindelstockkörpers 61 und verringert somit die Genauigkeit einer Schätzung der thermischen Verformung des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61.
Zurück zu 2, wird die Beschreibung des Aufbaus des Schleifscheibenspindelstocks 60 fortgesetzt.
Das Koppelelement 66 koppelt den Schleifscheibenspindelstockkörper 61 mit dem X-Achsenmutterelement 41c2 an einer Stelle, an der der Schleifscheibenspindelstockkörper 61 das X-Achsenmutterelement 41c2 überlappt. Der Schleifscheibenspindelstockkörper 61 und das X-Achsenmutterelement 41c2 sind durch das Koppelelement 66 an einer Position miteinander gekoppelt, an der der Schleifscheibenspindelstockkörper 61 das X-Achsenmutterelement 41c2 in einer Richtung überlappt, die senkrecht zu der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 (in der Oben/Unten-Richtung in der vorliegenden Ausführungsform) ist. Das Koppelelement 66 ist in einer L-Form in einer Seitenansicht ausgebildet, wobei es einen Abschnitt hat, der an seinem vorderen Ende nach oben vorsteht. Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das Koppelelement 66 einen Mutterverbindungsabschnitt 66a, einen Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b (der einem Stützbasisverbindungsabschnitt der vorliegenden Erfindung entspricht) sowie einen Koppelkörperabschnitt 66c. Der Mutterverbindungsabschnitt 66a, der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b und der Koppelkörperabschnitt 66c sind einstückig ausgebildet.
Der Mutterverbindungsabschnitt 66a ist ein Abschnitt des Koppelelements 66, der mit dem X-Achsenmutterelement 41c2 verbunden ist. Der Mutterverbindungsabschnitt 66a ist an dem hinteren Ende des Koppelelements 66 vorgesehen und hat an seiner unteren Seite eine Kontaktfläche 66a1, die das X-Achsenmutterelement 41c2 berührt. Insbesondere ist der Mutterverbindungsabschnitt 66a als ein rechtwinkliger Spat ausgebildet. Der Mutterverbindungsabschnitt 66a hat ein Durchgangsloch 66a2, durch das ein Bolzen (nicht gezeigt) zum Verbinden und Befestigen des Mutterverbindungsabschnitts 66a mit dem X-Achsenmutterelement 41c2 eingesetzt wird.
Der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b ist ein Abschnitt des Koppelelements 66, der mit dem Schleifscheibenspindelstock 60 verbunden ist. Der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b ist an einem vorderen Ende des Koppelelements 66 vorgesehen, der den Abschnitt hat, der nach oben vorsteht, wie oben beschrieben wurde. Der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b hat an seiner oberen Seite eine Kontaktfläche 66b1, die den Schleifscheibenspindelstock 60 berührt. Insbesondere ist der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b als ein rechtwinkliger Spat ausgebildet. Insbesondere ist der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b mit einer Bodenwand des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 verbunden.
Der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b und der Mutterverbindungsabschnitt 66a sind an unterschiedlichen Positionen in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 angeordnet. Insbesondere ist, wie in 2 gezeigt ist, der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b vorgesehen, um auf der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 eine Position der Achse L2 des Drehwellenelements 62 (die einem Punkt A in 2 entspricht) in der Richtung zu überlappen, die senkrecht zu der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b vorgesehen, um direkt unterhalb der Achse L2 des Drehwellenelements 62 angeordnet zu sein. Wie in 3 gezeigt ist, hat der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b ein Durchgangsloch 66b2, durch das ein Bolzen (nicht gezeigt) zum Verbinden und Befestigen des Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitts 66b an dem Schleifscheibenspindelstockkörper 61 eingesetzt wird. Der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b ist so vorgesehen, dass Punkt A auf einer Achse L4 des Durchgangslochs 66b2 angeordnet ist.
Der Koppelkörperabschnitt 66c ist ein Abschnitt zum Koppeln des Mutterverbindungsabschnitts 66a mit dem Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b. Der Koppelkörperabschnitt 66c ist ausgebildet, um sich in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 (in der X-Achsenrichtung) zu erstrecken, wobei er eine einheitliche Querschnittsform hat. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Koppelkörperabschnitt 66c ausgebildet, um einen rechteckigen Querschnitt zu haben. Anders gesagt, ist der Koppelkörperabschnitt 66c als ein rechteckiger Spat ausgebildet. Die Form und Fläche des Querschnitts des Koppelkörperabschnitts 66c, der senkrecht zu der X-Achsenrichtung ist, sind so festgelegt, dass der Koppelkörperabschnitt 66c eine ausreichende Steifigkeit hat. Die Steifigkeit des Koppelelements 66 ist so festgelegt, dass wenn sich das X-Achsenmutterelement 41c2 auf der X-Achsenspindel 41c1 bewegt, um den Schleifscheibenspindelstock 60 durch das Koppelelement 66 zu bewegen, der Verformungsumfang des Koppelelements 66 in der X-Achsenrichtung durch eine äußere Kraft, die auf das Koppelelement 66 wirkt, so ein Umfang ist, dass die durch einen Nutzer gewünschte Bearbeitungsgenauigkeit nicht beeinträchtigt ist.
Wie in 2 gezeigt ist, hat das Koppelelement 66 einen Freiraum G zwischen dem Schleifscheibenspindelstockkörper 61 und einem Abschnitt des Koppelelements 66, der von dem Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b verschieden ist. Der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b umfasst den Abschnitt, der oberhalb des Mutterverbindungsabschnitts 66a und des Koppelkörperabschnitts 66c des Koppelelements 66 vorsteht. Daher ist der Freiraum G zwischen dem Abschnitt, der den Mutterverbindungsabschnitt 66a und den Koppelkörperabschnitt 66c umfasst und der Bodenfläche des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 ausgebildet.
Der Werkstoff des Koppelelements 66 hat einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der niedriger ist als der des Werkstoffs (beispielsweise Gusseisen, wie etwa FC200) des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61. Der Werkstoff des Koppelelements 66 ist Invar (eingetragene Marke). Invar ist eine Legierung, die einen verhältnismäßig kleinen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten nahe einer Normaltemperatur hat. Bekannte Beispiele von Invar umfassen Super Invar, rostfreies Invar, eine Fe-Pt-Legierung, eine Fe-Pd-Legierung sowie einen 36-Prozent-Nickelstahl. Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des 36-Prozent-Nickelstahls ist 1,4 × 10^–6/°C.
Der Temperatursensor 67 erfasst eine Temperatur des Koppelelements 66. Der Temperatursensor 67 ist an einem Mittelabschnitt auf der rechten Seitenfläche des Koppelkörperabschnitts 66c vorgesehen. Die Temperatur, die durch den Temperatursensor 67 erfasst wird, wird zu der Steuerungsvorrichtung 50 übertragen.
Die Steuerungsvorrichtung 50 umfasst eine Wärmeversatzschätzeinrichtung 51 und eine Bewegungsumfangskorrektureinrichtung 52.
Die Wärmeversatzschätzeinrichtung 51 schätzt einen Umfang des thermischen Versatzes ΔL des Koppelelements 66 in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 basierend auf dem Erfassungsergebnis des Temperatursensors 67.
Insbesondere schätzt (berechnet) die Wärmeversatzschätzeinrichtung 51 den Umfang des thermischen Versatzes ΔL basierend auf einem Berechnungsausdruck, der durch den nachstehenden Ausdruck 1 dargestellt ist. Wie später beschrieben werden wird, wird das Koppelelement 66 in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 (in der X-Achsenrichtung) thermisch verformt, so dass der Umfang des thermischen Versatzes ΔL unter Verwendung des linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie folgt dargestellt werden kann:
Ausdruck 1

ΔL = α × L × ΔT

Im Ausdruck 1 ist α der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Werkstoffs des Koppelelements 66 und L ist die Länge des Koppelelements 66 in der X-Achsenrichtung, wenn das Koppelelement 66 eine vorbestimmte Temperatur (wie etwa 20° C) hat. Die Länge des Koppelelements 66 ist ein Abstand in der X-Achsenrichtung zwischen der Achse L4 des Durchgangslochs 66b2 in dem Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b und eine Achse L3 des Durchgangslochs 66a2 in dem Mutterverbindungsabschnitt 66a. ΔT ist eine Differenz zwischen der Temperatur, die durch den Temperatursensor 67 erfasst wird und der vorbestimmten Temperatur.
Die Bewegungsumfangskorrektureinrichtung 52 führt eine Wärmeversatzkorrektursteuerung durch, um den Bewegungsumfang des Schleifscheibenspindelstocks 60 in der X-Achsenrichtung (der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1) des Schleifscheibenspindelstocks 60 zu korrigieren, während das Werkstück W geschliffen wird, unter Verwendung des Umfangs des thermischen Versatzes des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 in der X-Achsenrichtung als eines Korrekturumfangs, der durch die thermische Verformung des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 verursacht wird. Der Korrekturumfang entspricht einem Umfang einer Längenänderung in der X-Achsenrichtung zwischen einer Bezugsposition zum Schätzen des Umfangs des thermischen Versatzes und der Achse L2 des Drehwellenelements 62, auf dem die Schleifscheibe 43 koaxial montiert ist. Weil der Bewegungsumfang des Schleifscheibenspindelstocks 60 in der X-Achsenrichtung basierend auf dem Bewegungsumfangs des X-Achsenmutterelements 41c2 eingestellt wird, wird die Bezugsposition zum Schätzen des Umfangs des thermischen Versatzes auf eine Position einer Verbindung zwischen dem Schleifscheibenspindelstockkörper 61 und dem X-Achsenmutterelement 41c2 festgelegt. Die Position der Verbindung entspricht der Achse L3 des Durchgangslochs 66a2 in dem Mutterverbindungsabschnitt 66a des Koppelelements 66, weil der Schleifscheibenspindelstockkörper 61 mit dem X-Achsenmutterelement 41c2 durch das Koppelelement 66 verbunden ist.
Die Position der Achse L2 des Drehwellenelements 62 in der X-Achsenrichtung entspricht der der Achse L4 des Durchgangslochs 66b2 in dem Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b, die Punkt A umfasst. Daher ist der Korrekturumfang als ein Umfang einer Längenänderung in der X-Achsenrichtung zwischen der Achse L3 des Durchgangslochs 66a2 in dem Mutterverbindungsabschnitt 66a und der Achse L4 des Durchgangslochs 66b2 in dem Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b festgelegt. Der Umfang der Längenänderung in der X-Achsenrichtung ist gleich dem Umfang des thermischen Versatzes ΔL des Koppelelements 66 in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1, der durch die Wärmeversatzschätzeinrichtung 51, wie oben beschrieben, geschätzt wird. Entsprechend korrigiert die Bewegungsumfangskorrektureinrichtung 52 den Bewegungsumfang des Schleifscheibenspindelstocks 60 (Bewegungsumfang des X-Achsenmutterelements 41c2) in der X-Achsenrichtung, unter Verwendung des Umfangs der thermischen Versatzes ΔL als des Korrekturumfangs. Anders gesagt, korrigiert die Bewegungsumfangskorrektureinrichtung 52 den Bewegungsumfang des X-Achsenmutterelements 41c2 basierend auf dem Schätzergebnis der Wärmeversatzschätzeinrichtung.
Im Folgenden wird ein Betrieb der Schleifmaschine 1 beschrieben, wenn die Steuerungsvorrichtung 50 die oben beschriebene Wärmeversatzkorrektursteuerung durchführt. Die Steuerungsvorrichtung 50 führt die Wärmeversatzkorrektursteuerung durch, wenn die äußere Umfangsfläche des Werkstücks W geschliffen wird.
Die Pumpe 65a1 wird von dem Zeitpunkt des Beginns des Schleifens des Werkstücks W gestartet und das in dem Behälter 64 bevorratete Öl wird dem Lager 63 zugeführt. Wie oben beschrieben wurde, steigt die Temperatur des Öls in dem Lager 63 und die Temperatur des in dem Behälter 64 bevorrateten Öls steigt, so dass der Temperaturgradient in dem Schleifscheibenspindelstockkörper 61 erzeugt wird. Daher wird der Schleifscheibenspindelstockkörper 61 thermisch verformt.
Die in dem Behälter 64 gespeicherte Wärme wird auf das Koppelelement 66 übertragen, in einer aufeinanderfolgenden Reihenfolge von dem Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b, der den Schleifscheibenspindelstock 60 berührt, zu dem Koppelkörperabschnitt 66c und zu dem Mutterverbindungsabschnitt 66a. Der Koppelkörperabschnitt 66c des Koppelkörpers 66 hat zu dem Schleifscheibenspindelstock 60 den Freiraum G und ist ausgebildet, um sich in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 zu erstecken, so dass die Wärme in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 übertragen wird. Folglich wird, wenn der Temperaturgradient in dem Koppelelement 66 erzeugt wird, der Temperaturgradient in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 erzeugt. Daher tritt der thermische Versatz des Koppelkörpers 66 in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 auf. Entsprechend kann der Umfang des thermischen Versatzes ΔL des Koppelelements 66 durch den oben genannten Ausdruck 1 geschätzt werden.
Die Steuerungsvorrichtung 50 erlangt die durch den Temperatursensor 67 in Abständen von vorbestimmten Zeitpunkten (wie etwa einer Sekunde) erfasste Temperatur und schätzt (in der Wärmeversatzschätzeinrichtung 51) den Umfang des thermischen Versatzes ΔL des Koppelelements 66 basierend auf Ausdruck 1 mit der durch den Temperatursensor 67 erfassten Temperatur. Die Steuerungsvorrichtung 50 korrigiert dann (in der Bewegungsumfangskorrektureinrichtung 52) den Bewegungsumfang des X-Achsenmutterelements 41c2 in Abständen von vorbestimmten Zeitpunkten (wie etwa einer Sekunde), unter Verwendung des Umfangs des thermischen Versatzes ΔL des Koppelelements 66 als des Korrekturumfangs, wie oben beschrieben wurde. Auf diese Weise führt die Steuerungsvorrichtung 50 die Wärmeversatzkorrektur unter Verwendung des Umfangs des thermischen Versatzes ΔL des Koppelelements 66 als des Korrekturumfangs durch, unabhängig von dem Umfang des thermischen Versatzes des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61.
Gemäß der ersten Ausführungsform umfasst die Schleifmaschine 1 das Drehwellenelement 62, das die Schleifscheibe 43 hält und drehbar angetrieben ist, den Schleifscheibenspindelstockkörper 61, der das Drehwellenelement 62 mit dem Lager 63 stützt, so dass das Drehwellenelement 62 drehbar ist, die X-Achsenkugelumlaufspindel 41c mit der X-Achsenspindel 41c1 und dem X-Achsenmutterelement 41c2, das in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 bewegbar ist, sowie das Koppelelement 66, das den Schleifscheibenspindelstockkörper 61 mit den X-Achsenmutterelement 41c2 an einer Position koppelt, an der der Schleifscheibenspindelstockkörper 61 das X-Achsenmutterelement 41c2 überlappt. Der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b des Koppelelements 66, der mit dem Schleifscheibenspindelstockkörper 61 verbunden ist, und der Mutterverbindungsabschnitt 66a des Koppelelements 66, der mit dem X-Achsenmutterelement 41c2 verbunden ist, sind an unterschiedlichen Positionen in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 angeordnet. Der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b ist vorgesehen, um die Position der Achse L2 des Drehwellenelements 62 auf der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 in der Richtung zu überlappen, die senkrecht zu der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 ist. Das Koppelelement 66 ist vorgesehen, um in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 thermisch versetzt zu sein.
Mit dieser Konfiguration ist das Koppelelement 66, das mit dem X-Achsenmutterelement 41c2 gekoppelt ist, das als der Bezug zum Schätzen des thermischen Versatzes gegenüber den Schleifscheibenspindelstockkörper 61 dient, in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 thermisch versetzt, in dem Zustand, in dem der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b und der Mutterverbindungsabschnitt 66a an unterschiedlichen Positionen in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 angeordnet sind, und in dem der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b vorgesehen ist, um die Position der Achse L2 des Drehwellenelements 62 auf der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 in der Richtung zu überlappen, die senkrecht zu der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 ist. Daher kann der thermische Versatz des Schleifscheibenspindelstocks 60 in der Bewegungsrichtung des Schleifscheibenspindelstocks 60, d. h. in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel, geschätzt werden, indem der thermische Versatz des Koppelelements 66 geschätzt wird. Das Koppelement 66 ist in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 thermisch versetzt, so dass der thermische Versatz relativ einfach geschätzt werden kann. Daher kann, auch wenn der Schleifscheibenspindelstock 61 eine komplexe Temperaturverteilung hat, der thermische Versatz des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 relativ einfach geschätzt werden.
Bei einem vorhandenen Beispiel des Schleifscheibenbindestocks 60, der das Koppelelement 66 nicht umfasst, wenn das X-Achsenmutterelement 41c2 und das Drehwellenelement 62 an unterschiedlichen Positionen in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 angeordnet sind, kann der thermische Versatz des Schleifscheibenbindestockkörpers 61 relativ einfach geschätzt werden, indem das oben beschriebene Koppelelement 66 hinzugefügt wird.
Das Koppelelement 66 umfasst ferner den Koppelkörperabschnitt 66c, der den Mutterverbindungsabschnitt 66a mit dem Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b koppelt. Der Koppelkörperabschnitt 66c ist ausgebildet, um sich in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 zu erstrecken.
Mit dieser Konfiguration kann das Koppelelement 66 zuverlässiger in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 thermisch versetzt werden.
Der Koppelkörperabschnitt 66c ist als ein rechteckiger Spat ausgebildet.
Dies erlaubt ein relativ einfaches Ausbilden des Koppelkörperabschnitts 66c.
Das Koppelelement 66 hat den Freiraum G zwischen dem Schleifscheibenspindelstockkörper 61 und dem Abschnitt des Koppelelements 66, der von dem Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b verschieden ist.
Mit dieser Konfiguration isoliert eine Luftschicht den Abschnitt des Koppelelements 66 thermisch, der den Freiraum G gegenüber dem Schleifscheibenspindelstockkörper 61 hat, so dass die Wärme auf das Koppelelement 66 sicher in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 übertragen werden kann. Daher kann das Koppelelement 66 noch zuverlässiger in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 thermisch versetzt werden.
Der Werkstoff des Koppelkörpers 66 hat einen niedrigeren linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten als der des Werkstoffs des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61.
Dies kann den Umfang des thermischen Versatzes ΔL des Koppelelements 66 kleiner machen als den Umfang des thermischen Versatzes des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61. Somit kann der thermische Versatz des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 einfacher geschätzt werden.
Der Werkstoff des Koppelkörpers 66 ist eine Legierung mit niedriger Wärmeausdehnung, wie etwa Invar (eingetragene Marke).
Die Legierung mit niedriger Wärmeausdehnung hat einen vergleichsweise niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten und kann daher den Umfang des thermischen Versatzes ΔL des Koppelelements 66 zuverlässig reduzieren.
Die Schleifmaschine 1 umfasst ferner den Temperatursensor 67, der die Temperatur des Koppelelements 66 erfasst, sowie die Steuerungsvorrichtung 50, die den Bewegungsumfang des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 einstellt, indem sie den Bewegungsumfang des X-Achsenmutterelements 41c2 einstellt. Die Steuerungsvorrichtung 50 umfasst die Wärmeversatzschätzeinrichtung 51, die den Umfang des thermischen Versatzes ΔL des Koppelelements 66 in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 basierend auf dem Erfassungsergebnis des Temperatursensors 67 schätzt, und umfasst auch die Bewegungsumfangskorrektureinrichtung 52, die den Bewegungsumfang des X-Achsenmutterelements 41c2 basierend auf dem Schätzergebnis der Wärmeversatzschätzeinrichtung 51 korrigiert.
Mit dieser Konfiguration kann der Umfang des thermischen Versatzes ΔL des Koppelelements 66 in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1, wie oben beschrieben wurde, relativ einfach geschätzt werden. Dies erlaubt es, den Bewegungsumfang des X-Achsenmutterelements 41c2 genauer zu korrigieren, als in dem Fall des Schätzens des Umfangs des thermischen Versatzes des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 in der Richtung der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1. Weil der Umfang des thermischen Versatzes ΔL des Koppelelements 66 relativ einfach geschätzt wird, kann die Anzahl von Temperatursensoren 67, die für eine Erfassung der Temperatur des Koppelelements 66 erforderlich sind, gering sein.
Das Lager 63 ist ein hydrostatisches Lager und die Schleifmaschine 1 umfasst ferner den Behälter 64, der in dem Schleifscheibenspindelstockkörper 61 vorgesehen ist und der das dem Lager 63 zuzuführende Öl bevorratet, sowie den Zirkulationskanal 65, der das Öl zwischen dem Behälter 64 und dem Lager 63 zirkuliert.
Mit dieser Konfiguration ist der Behälter 64, der das Öl bevorratet, dessen Temperatur durch das Lager 63 erhöht wird, in dem Schleifscheibenspindelstockkörper 61 vorgesehen und dient als eine Wärmequelle. Daher kann der thermische Versatz des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 relativ einfach geschätzt werden, auch wenn der Schleifscheibenspindelstockkörper 61 eine komplexe Temperaturverteilung hat.
Das Werkszeug ist die Schleifscheibe 43.
In dem Fall, in dem das Werkzeug die Schleifscheibe 43 ist, entspricht die Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 der Vorschubrichtung der Schleifscheibe 43 in Richtung des Werkstücks W. Daher kann, wenn der Umfang des thermischen Versatzes des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 relativ einfach geschätzt werden kann, die Bearbeitungsgenauigkeit des Schleifens verbessert werden.
Eine zweite Ausführungsform der Werkzeugmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei das Augenmerk auf den Unterschieden zu der ersten Ausführungsform liegt. Die Werkzeugmaschine der zweiten Ausführungsform ist ein in 4 gezeigtes Horizontal-Bearbeitungszentrum 2. Das Horizontal-Bearbeitungszentrum 2 ist eine Werkzeugmaschine mit drei jeweils senkrechten Translationsachsen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) und einer senkrecht ausgerichteten Drehachse (B-Achse), als Antriebsachsen. Nachfolgend stellt die linke Seite in der Z-Achsenrichtung der 4 die Vorderseite dar und ihre rechte Seite stellt die Rückseite dar; die obere Seite in der Y-Achsenrichtung der 4 stellt die obere Seite dar und ihre untere Seite stellt die untere Seite dar; und die Seite in der X-Achsenrichtung der 4, die von dem Betrachter weiter weg ist, stellt die rechte Seite dar und ihre Seite, die näher zum Betrachter ist, stellt die linke Seite dar.
Wie in 4 gezeigt ist, umfasst das Horizontal-Bearbeitungszentrum 2 ein Bett 110, einen Ständer 120, einen Spannbügel 130 (der der Stützbasis der vorliegenden Erfindung entspricht), eine Spindel 140, einen Gleittisch 150, einen Drehtisch 170 und eine Steuerungsvorrichtung 180.
Das Bett 110 ist auf einer Installationsfläche (Boden) angeordnet. Der Ständer 120 ist auf der oberen Fläche des Betts 110 vorgesehen, um in der X-Achsenrichtung längsbeweglich zu sein. Ein X-Achsenmotor 121 treibt den Ständer 120 durch eine X-Kugelumlaufspindel (nicht gezeigt) an. Der Spannbügel 130 ist an einer Seitenfläche des Ständers 120 vorgesehen, um in der X-Achsenrichtung längsbeweglich zu sein.
Ein Paar Y-Achsenmotoren 131a und 131b treiben den Spannbügel 130 durch ein Paar Y-Achsenkugelumlaufspindeln 132a und 132b an. Einzelheiten des Spannbügels 130 und der Y-Achsenkugelumlaufspindeln 132a und 132b werden später beschrieben werden. Die Spindel 140 ist an dem Spannbügel 130 drehbar vorgesehen. Ein Spindelmotor 141 treibt die Spindel 140 an. Ein drehbares Werkzeug 142 ist lösbar an dem distalen Ende der Spindel 140 befestigt. Die Spindel 140 und das drehbare Werkzeug 142 sind aneinander befestigt, um eine gemeinsame Drehachse L12 zu haben, die sich entlang der Z-Achsenrichtung erstreckt. Beispiele des drehbaren Werkzeugs 142 umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, einen Kugelschaftfräser, einen Schaftfräser, einen Bohrer und einen Gewindebohrer.
Der Gleittisch 150 ist auf der oberen Fläche des Betts 110 vorgesehen, um in der Z-Achsenrichtung längsbeweglich zu sein. Ein Z-Achsenmotor 151 treibt den Gleittisch 150 durch eine Z-Achsenkugelumlaufspindel (nicht gezeigt) an. Der Drehtisch 170 ist auf der oberen Fläche des Gleittischs 150 vorgesehen, um drehbar um die B-Achse (drehbar um die Y-Achse) zu sein. Das Werkstück W ist an der oberen Fläche des Drehtischs 170 befestigt. Ein B-Achsenmotor 171 treibt den Drehtisch 170 an.
Auf der Basis von Befehlswerten steuert die Steuerungsvorrichtung 180 in Spindelmotor 141, um das drehbare Werkzeug 142 zu drehen, und steuert auch die entsprechenden Achsenmotoren 121, 131, 151 und 171, um Relativbewegungen zwischen dem Werkstück W und dem drehbaren Werkzeug 142 durchzuführen, und dadurch das Werkstück W zu bearbeiten.
Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, umfassen die Y-Achsenkugelumlaufspindeln 132a und 132b (von denen jede der Kugelumlaufspindel der vorliegenden Erfindung entspricht) Y-Achsenspindeln 132a1 und 132b1 (von denen jede der Spindel der vorliegenden Erfindung entspricht) und Y-Achsenmutterelemente 132a2 und 132b2 (von denen jedes dem Mutterelement der vorliegenden Erfindung entspricht).
Um den Spannbügel 130 in der Y-Achsenrichtung anzutreiben, sind die Y-Achsenspindeln 132a1 und 132b1 fest angeordnet, um sich in der Y-Achsenrichtung parallel zueinander zu erstrecken.
Die Y-Achsenmutterelemente 132a2 und 132b2 sind entlang der Richtungen der Achsen L11a und L11b der Y-Achsenspindeln 132a1 und 132b1 (entlang der Y-Achsenrichtung) durch eine Drehung der Y-Achsenspindeln 132a1 und 132b1 bewegbar. Die Y-Achsenmutterelemente 132a2 und 132b2 sind an dem Spannbügel 130 durch Koppelelemente 166a bzw. 166b gekoppelt.
Die Koppelelemente 166a und 166b koppeln den Spannbügel 130 mit den Y-Achsenmutterelementen 132a2 und 132b2. Der Spannbügel 130 und die Y-Achsenmutterelemente 132a2 und 132b2 sind miteinander durch die Koppelelemente 166a und 166b an Positionen sowohl auf der rechten als auch auf der linken Seite gekoppelt, an denen der Spannbügel 130 die Y-Achsenmutterelemente 132a2 und 132b2 in einer Richtung senkrecht zu der Y-Achsenrichtung (in der Vorne/Hinten-Richtung in der vorliegenden Erfindung) überlappt. Jedes der Koppelelemente 166a und 166b ist in einer L-Form in einer Seitenansicht ausgebildet, die einen Abschnitt hat, der an ihrem linken Ende nach vorne vorsteht. Die Koppelelemente 166a und 166b umfassen Mutterverbindungsabschnitte 166a1 und 166b1, Spannbügelverbindungsabschnitte 166a2 und 166b2 (von denen jeder dem Stützbasisverbindungsabschnitt der vorliegenden Erfindung entspricht) sowie Koppelkörperabschnitte 166a3 und 166b3. Jeder der Spannbügelverbindungsabschnitte 166a2 und 166b2 entspricht dem Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b der ersten Ausführungsform. Die Koppelelemente 166a und 166b haben die gleiche Konfiguration, so dass nur das Koppelelement 166a nachstehend beschrieben wird.
Der Mutterverbindungsabschnitt 166a1 ist ein Abschnitt des Koppelelements 166a, der mit dem Y-Achsenmutterelement 132a2 verbunden ist.
Der Spannbügelverbindungsabschnitt 166a2 ist ein Abschnitt des Koppelelements 166a, der mit dem Spannbügel 130 verbunden ist. Insbesondere ist der Spannbügelverbindungsabschnitt 166a2 mit der hinteren Fläche des Spannbügels 130 verbunden. Der Spannbügelverbindungsabschnitt 166a2 und der Mutterverbindungsabschnitt 166a1 sind an unterschiedlichen Positionen in der Richtung entlang der Achse L11a der Y-Achsenspindel 132a1 angeordnet. Insbesondere ist der Spannbügelverbindungsabschnitt 166a2 vorgesehen, um eine Position der Drehachse L12 (die dem Punkt B in 6 entspricht) auf der Achse L11a der Y-Achsenspindel 132a1 in einer Richtung zu überlappen, die senkrecht zu der Richtung entlang der Achse L11a der Y-Achsenspindel 132a1 (in der Vorne/Hinten-Richtung in der vorliegenden Erfindung) ist.
Der Koppelkörperabschnitt 166a3 ist ein Abschnitt zum Koppeln des Mutterverbindungsabschnitts 166a1 mit dem Spannbügelverbindungsabschnitt 166a2. Der Koppelkörperabschnitt 166a3 ist ausgebildet, um sich in der Richtung entlang der Achse L11a der Y-Achsenspindel 132a1 zu erstrecken. Der Koppelkörperabschnitt 166a3 ist ausgebildet, um die gleiche Querschnittsform und die gleiche Steifigkeit zu haben wie die des Koppelelements der ersten Ausführungsform. Das Koppelelement 166a ist ausgebildet, um gegenüber dem Spannbügel 130 den Freiraum G zu haben. Bei der zweiten Ausführungsform tritt der thermische Versatz der Koppelelemente 166a und 166b in der Richtung entlang der Achse L11a der Y-Achsenspindel 132a1 auf.
Die Koppelelemente 166a und 166b sind ferner mit Temperatursensoren 167a und 167b zum Erfassen der Temperaturen der Koppelelemente 166a und 166b versehen.
Die Steuerungsvorrichtung 180 erlangt die durch die Temperatursensoren 167a und 167b in Zeitabständen von vorbestimmten Zeitpunkten (wie etwa einer Sekunde) erlangten Temperaturen und schätzt den Umfang des thermischen Versatzes ΔL jedes der Koppelelemente 166a und 166b basierend auf einer entsprechenden der erfassten Temperaturen in der gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform. Die Steuerungsvorrichtung 180 korrigiert dann den Bewegungsumfang jedes der Y-Achsenmutterelemente 132a2 und 132b2 in Abständen von vorbestimmten Zeitpunkten (wie etwa einer Sekunde), unter Verwendung des Umfangs des thermischen Versatzes ΔL des entsprechenden der Koppelelemente 166a und 166b als des Korrekturumfangs.
Bei dem Horizontal-Bearbeitungszentrum 2 bewegt sich der Spannbügel 130 wiederholt in der Y-Achsenrichtung. Daher erhöht Reibung zwischen den Y-Achsenmutterelementen 132a2 und 132b2 und den Y-Achsenspindeln 132a1 und 132b1 Temperaturen der Y-Achsenmutterelemente 132a2 und 132b2. Daher wird, wenn die Y-Achsenmutterelemente 132a2 und 132b2 nicht durch die Koppelelemente 166a und 166b, sondern direkt mit dem Spannbügel 130 verbunden sind, die durch die Reibung erzeugte Wärme auf den Spannbügel 130 übertragen, um eine Temperaturverteilung in dem Spannbügel 130 zu erzeugen. Wenn die Temperaturverteilung komplex ist, wird die Genauigkeit der Schätzung des thermischen Versatzes des Spannbügels 130 verringert. Wenn dagegen die Y-Achsenmutterelemente 132a2 und 132b2 mit dem Spannbügel 130 durch die Koppelelemente 166a und 166b verbunden sind, werden die Koppelelemente 166a und 166b entlang der Y-Achsenrichtung thermisch versetzt, so dass der thermische Versatz des Spannbügels 130 in der Y-Achsenrichtung genau geschätzt werden kann.
Während die oben genau beschriebenen Ausführungsformen Beispiele der Werkzeugmaschine dargestellt haben, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern kann auch andere Konfigurationen verwenden. Beispielsweise ist in der ersten Ausführungsform der Freiraum G zwischen dem Koppelelement 66 und dem Schleifscheibenspindelstockkörper 61 ausgebildet. Anstatt dessen kann allerdings ein Koppelelement 266 vorgesehen sein, um den Freiraum G gegenüber dem Schleifscheibenspindelstockkörper 61, wie in 7 gezeigt ist, nicht zu bilden. In diesem Fall ist das Koppelelement 266 als Ganzes als ein rechteckiger Spat ausgebildet, der sich in der Richtung entlang der Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 erstreckt. Jedes der Koppelelemente 166a und 166b der zweiten Ausführungsform kann auch ausgebildet sein, um keinen Freiraum G gegenüber dem Spannbügel 130 auszubilden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Werkstoff der Koppelelemente 66, 166a und 166b eine Legierung mit niedriger Wärmeausdehnung, wie etwa Invar (eingetragene Marke). Stattdessen kann ihr Werkstoff allerdings ein Werkstoff mit niedriger Wärmeausdehnung und hoher Steifigkeit sein, wie etwa kohlenfaserverstärkter Kunststoff (CFRP). Zusätzlich ist der Werkstoff der Koppelelemente 66, 166a und 166b nicht auf einen Werkstoff beschränkt, der einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der niedri-ger ist als der des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 (Spannbügels 130). Derselbe Werkstoff, wie der des Schleifscheibenspindelstockkörpers 61 oder ein Material mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der höher ist als der des Schleifscheibenspindelstockköpers 61, kann für die Koppelelemente 66, 166a und 166b verwendet werden.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen korrigieren die Steuerungsvorrichtungen 50 und 180 die Bewegungsumfänge der Mutterelemente 41c2, 132a2 und 132b2 basierend auf den Umfängen des thermischen Versatzes ΔL der Koppelelemente 66, 166a und 166b. Allerdings kann, wenn die oben genannten Werkstoffe mit niedriger Wärmeausdehnung und hoher Steifigkeit als die Werkstoffe der Koppelelemente 66, 166a und 166b verwendet werden, die Korrektur der Bewegungsumfänge der Mutterelemente 41c2, 132a2 und 132b2 weggelassen werden, wenn der Umfang des thermischen Versatzes ΔL hinsichtlich der durch den Nutzer gewünschten Bearbeitungsgenauigkeit ausreichend klein ist.
Die obigen Ausführungsformen werden durch Darstellung der Schleifmaschine 1 und des Horizontal-Bearbeitungszentrums 2 als Beispielen der Werkzeugmaschine beschrieben. Allerdings kann die Werkzeugmaschine eine Drehbank sein.
Änderungen können bei den Formen der Koppelelemente 66, 166a und 166b und bei den Einbaupositionen und Anzahlen der Temperatursensoren 67, 167a und 167b innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung gemacht werden.
Eine Schleifmaschine 1 umfasst einen Schleifscheibenspindelstockkörper 61, der ein Drehwellenelement 62 stützt, das mit einer Schleifscheibe 43 verbunden ist, eine X-Achsenspindel 41c1, ein X-Achsenmutterelement 41c2 sowie ein Koppelelement 66, das den Schleifscheibenspindelstockkörper 61 mit dem X-Achsenmutterelement 41c2 koppelt. Ein Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b des Koppelelements 66, der mit dem Schleifscheibenspindelstockkörper 61 verbunden ist und ein Mutterverbindungsabschnitt 66a des Koppelelements 66, der mit dem X-Achsenmutterelement 41c2 verbunden ist, sind an unterschiedlichen Positionen in einer Richtung entlang einer Achse L1 der X-Achsenspindel 41c1 angeordnet. Der Schleifscheibenspindelstockverbindungsabschnitt 66b ist vorgesehen, um eine Position auf der Achse L1, die einer Achse L2 des Drehwellenelements 62 entspricht, in einer Richtung zu überlappen, die senkrecht zu der Richtung entlang der Achse L1 ist. Das Koppelelement 66 ist vorgesehen, um in der Richtung entlang der Achse der L1 thermisch versetzt zu sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-269411 [0002]
JP 2010-269411 A [0002, 0002]

Claims

Werkzeugmaschine mit einem Drehwellenelement, das ein Werkzeug hält und drehbar angetrieben ist; einer Stützbasis, die das Drehwellenelement mit einem Lager stützt, so dass die Drehwelle drehbar ist; einer Kugelumlaufspindel, die eine Spindel und ein Mutterelement umfasst, das in einer Richtung entlang einer Achse der Spindel bewegbar ist; und einem Koppelelement, das die Stützbasis mit dem Mutterelement an einer Position koppelt, an der die Stützbasis das Mutterelement überlappt, wobei ein Stützbasisverbindungsabschnitt des Koppelelements, der mit der Stützbasis verbunden ist, und ein Mutterverbindungsabschnitt des Koppelelements, der mit dem Mutterelement verbunden ist, an unterschiedlichen Positionen in der Richtung entlang der Achse der Spindel angeordnet sind, wobei der Stützbasisverbindungsabschnitt vorgesehen ist, um auf der Achse der Spindel eine Position einer Achse des Drehwellenelements in einer Richtung zu überlappen, die senkrecht zu der Richtung entlang der Achse der Spindel ist, und das Koppelelement vorgesehen ist, um in der Richtung entlang der Achse der Spindel thermisch versetzt zu sein.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei das Koppelelement einen Koppelkörperabschnitt umfasst, der den Mutterverbindungsabschnitt mit dem Stützbasisverbindungsabschnitt koppelt, und der Koppelkörperabschnitt ausgebildet ist, um sich in der Richtung entlang der Achse der Spindel zu erstrecken.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, wobei der Koppelkörperabschnitt als ein rechtwinkliger Spat ausgebildet ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Koppelelement einen Freiraum zwischen der Stützbasis und einem Abschnitt des Koppelelements hat, der von dem Stützbasisverbindungsabschnitt verschieden ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Werkstoff des Koppelelements einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der niedriger ist als der eines Werkstoffs der Stützbasis.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, wobei der Werkstoff des Koppelelements eine Legierung mit niedriger Wärmeausdehnung ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit einem Temperatursensor, der eine Temperatur des Koppelelements erfasst; und einer Steuerungsvorrichtung, die einen Bewegungsumfang der Stützbasis einstellt, indem sie einen Bewegungsumfang des Mutterelements einstellt, wobei die Steuerungsvorrichtung umfasst: eine Wärmeversatzschätzeinrichtung, die einen Umfang eines thermischen Versatzes des Koppelelements in der Richtung entlang der Achse der Spindel basierend auf einem Erfassungsergebnis des Temperatursensors schätzt; und eine Bewegungsumfangskorrektureinrichtung, die den Bewegungsumfang des Mutterelements basierend auf einem Schätzergebnis der Wärmeversatzschätzeinrichtung korrigiert.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit einem Behälter, der an der Stützbasis vorgesehen ist und der eine Flüssigkeit bevorratet, die dem Lager zugeführt werden soll; und einem Zirkulationskanal, der die Flüssigkeit zwischen dem Behälter und dem Lager zirkuliert, wobei das Lager ein hydrostatisches Lager ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Werkzeug eine Schleifscheibe ist.