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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine zum Präzisionsbearbeiten
eines Werkstücks.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Eine
herkömmliche
Präzisionswerkzeugmaschine
ist beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
(kokai) Nr. 10-151534 offenbart. Wie es in 1A gezeigt
ist, ist bei der offenbarten Werkzeugmaschine eine Bearbeitungseinheit,
die ein Werkzeug T aufweist, das an einer Hauptspindel 204 mit
einer horizontalen Drehachse vorgesehen ist, an einer Z-Achsen-Einheit 203 (beweglich
entlang einer horizontalen Z-Achse) vorgesehen. Die Z-Achse-Einheit 203 wird
an einer X-Achsen-Einheit 202 gestützt (beweglich entlang einer
horizontalen X-Achse, die senkrecht zu der Z-Achse ist), die an
einem Bett 201 angeordnet ist.
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Eine
C-Achsen-Einheit 207 mit einer horizontalen C-Achse ist
entgegengesetzt zu der Hauptspindel 204 angeordnet. Die
C-Achsen-Einheit 207 trägt
ein Werkstück
W zum Drehen um eine horizontale Drehachse. Die C-Achsen-Einheit 207 wird
an einer B-Achsen-Einheit 209 (drehbar um eine vertikale B-Achse
gestützt),
die an einer Y-Achsen- Einheit 210 (beweglich
entlang einer vertikalen Y-Achse) gestützt wird, die an dem Bett 201 angeordnet
ist.
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Ein
zu bearbeitender Punkt des Werkstücks W (nachstehend als „Arbeitspunkt" bezeichnet) wird mittels
der C-Achsen-Einheit 207,
der B-Achsen-Einheit 209 und der Y-Achsen-Einheit 210 an
eine vorbestimmte Position bewegt oder eingestellt, wohingegen ein
Bearbeitungspunkt eines Endstücks
des Werkzeugs T mittels der X-Achsen-Einheit 202 und der
Z-Achsen-Einheit 203 an eine vorbestimmte Position bewegt
oder eingestellt wird, wobei der Arbeitspunkt des Werkstücks W durch
das Werkzeug T an seinem Bearbeitungspunkt bearbeitet (abgetrennt oder
geschliffen) wird.
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Bei
der herkömmlichen
Werkzeugmaschine ist die Position des Arbeitspunkts des Werkstücks W, der
in 1A (Gesamtvorderansicht) durch „A" dargestellt ist,
durch einen „Abstand
Lbw" von der B-Achse
getrennt. Deshalb weicht der Arbeitspunkt von seiner theoretischen
Position „A(θ)" zu einer Position „A(θ+a)" ab, wenn ein Fehler α erzeugt
wird, wie es in 1B (teilweise Draufsicht) gezeigt
ist, wenn die B-Achsen-Einheit 209 um einen Winkel θ von einer
Position (dargestellt durch gestrichelte Linien) gedreht wird, an
der die C-Achse mit der Z-Achse zusammenfällt, um den Arbeitspunkt einzustellen. Wenn
das Werkzeug T in Richtung der Position „A(θ)" bewegt wird, die von der aktuellen
Position „A(θ+α)" abweicht, bearbeitet
das Werkzeug T die Position „A(θ)", obwohl die zu bearbeitende
Position zu dieser Zeit „A(θ+α)" ist. Ein derartiger
Fehler wird mit zunehmenden „Abstand
Lbw" erheblich.
Ferner wird zusätzlich
zu dem Fehler, der bei der Positionseinstellung verursacht wird,
ein Fehler, der von einer Positionsabweichung zu der Zeit des B- Achsenanhaltens abstammt,
mit zunehmendem „Abstand
Lbw" erheblich.
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Außerdem ist
bei der herkömmlichen
Werkzeugmaschine, wie es in 1C (teilweise
Vorderansicht) gezeigt ist, die Position „A" des Arbeitpunkts um einen „Abstand
Lyw" von der Y-Achse
getrennt. Deshalb werden vertikale Kräfte Fu und Fd, die von dem
Bearbeitungswiderstand herstammen, an den Arbeitspunkt A angelegt,
wenn ein Schieber 217 (bewegliches Bauteil) der Y-Achsen-Einheit
vertikal von einer Position, an der die Position „A" des Arbeitspunktes
mit dem Endstück
des Werkzeugs T zusammenfällt,
wegbewegt, um den Arbeitspunkt A zu bearbeiten. Der Schieber 217 wird
durch eine Mutter 221 mit einer Kugelgewindespindel 220 in Schraubeingriff
gehalten. Ein von dem „Abstand
Lyw" und den „Kräften Fu
und Fd" abstammendes
Moment wird erzeugt (eine unnötige
Beanspruchung wirkt in einer Richtung auf die Mutter 221,
die nicht mit der Y-Achse zusammenfällt), wobei der Schieber 217 geneigt
sein kann, wie es auf der rechten Seite in 1C gezeigt
ist. Wenn ein von der Neigung abstammender „Fehler β" erzeugt wird, weicht der Arbeitspunkt
von seiner theoretischen Position „A" zu einer Position „A(β) ab. Wenn das Werkzeug T an
einer Höhe
gehalten wird, die der der Position „A" entspricht, die von der gegenwärtigen Position „A(β)" abweicht, bearbeitet
das Werkzeug T die Position „A", obwohl die gegenwärtig zu
bearbeitende Position „A(β)" ist. Ein derartiger
Fehler wird mit zunehmendem „Abstand
Lyw" beträchtlich.
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Ein
Einfluss dieser Fehler befindet sich auf einem Niveau, das bei Werkzeugmaschinen,
die eine gewöhnliche
Bearbeitung ausführen,
ignoriert werden kann. Jedoch ist bei Präzisionswerkzeugmaschinen, die
ein Bearbeiten mit einer sehr hohen Genauigkeit in der Größenordnung
von mehreren Hundertstel bis mehreren Zehntel Nanometer ausführen, der Einfluss
derartiger Fehler groß,
und derartige Fehler müssen
unterdrückt
werden.
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Die
FR 2 555 086 A offenbart
eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1. Diese Werkzeugmaschine ist auch, wie der bereits erwähnte Stand
der Technik, nicht darauf gerichtet, den Abstand zwischen dem Arbeitspunkt
und der Achse, um die das Werkstück
gedreht wird, zu reduzieren.
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Die
DE 199 04 860 A1 beschreibt
eine weitere Werkzeugmaschine mit einer X-Achsen-Bewegungseinheit,
einer Y-Achsen-Bewegungseinheit und einer Z-Achsen-Bewegungseinheit
zum Erzeugen relativer Bewegungen zwischen einem Werkzeug der Werkzeugmaschine
und einem Werkstück
entlang der jeweiligen Richtungen einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse,
die sich voneinander unterscheiden; eine C-Achsen-Antriebseinheit
zum Drehen des Werkstücks
um eine C-Achse, die parallel zu der Z-Achse ist; und eine B-Achsen-Dreheinheit
zum Drehen des Werkzeugs um eine B-Achse, die an der B-Achsen-Dreheinheit
definiert und parallel zu der Y-Achse ist. Diese Werkzeugmaschine
ist auch nicht darauf gerichtet, den Abstand zwischen dem Arbeitspunkt
und der Achse, um die das Werkstück
gedreht wird, zu vermindern. Somit ist der Abstand zwischen dem
Arbeitspunkt und der Achse, um die das Werkstück gedreht wird, bei dieser
Werkzeugmaschine relativ groß.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Werkzeugmaschine vorzusehen,
die einen Aufbau zum Vermeiden einer Fehlererzeugung hat, um dabei
die Bearbeitungsgenauigkeit zu verbessern.
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Um
die Aufgabe zu erreichen, sieht die Erfindung eine Werkzeugmaschine
gemäß Anspruch
1 vor.
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Bei
der erfindungsgemäßen Werkzeugsmaschine
wird die Position des Werkzeugs derart bestimmt, dass der Bearbeitungspunkt
des Werkzeugs im Wesentlichen mit der B-Achse zusammenfällt. Deshalb
kann, selbst wenn ein Fehler bei einer Drehbewegung der B-Achsen-Dreheinheit
erzeugt wird, die Position des Bearbeitungspunktes an der B-Achse
beibehalten werden, wobei ein Fehler bei der Position des Bearbeitungspunktes
vermieden werden kann. Dieses Merkmal verhindert wirksam einen Einstellfehler
während
des B-Achsen-Drehens, zusammen mit einem Fehler, der von einer Positionierungsabweichung
zu der Zeit des B-Achsen-Anhaltens abstammt.
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Wie
es vorstehend beschrieben ist, kann die Bearbeitungsgenauigkeit
verbessert werden, da die Werkzeugmaschine der Erfindung einen Aufbau
hat, der kaum Fehler erzeugt.
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Vorzugsweise
ist die B-Achsen-Dreheinheit an der Y-Achsen-Bewegungseinheit derart angeordnet,
dass die B-Achse
im Wesentlichen mit einer Mittelachse eines beweglichen Bauteils
der Y-Achsen-Bewegungseinheit zusammenfällt, wobei sich die Mittelachse
entlang der Y-Achse
erstreckt; und das Werkzeug ist an der B-Achsen-Dreheinheit angeordnet.
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In
diesem Fall kann der Bearbeitungspunkt des Werkzeugs an der Mittelachse
des beweglichen Bauteils der Y-Achsen-Bewegungseinheit liegen. Deshalb können unnötige Beanspruchungen,
die an der Antriebseinrichtung oder dergleichen wirken, verhindert
werden, wobei Fehler, die durch die Neigung der Y-Achsen-Bewegungseinheit
und der B-Achsen-Dreheinheit verursacht werden, verhindert werden
können.
Darüber
hinaus kann ein Fehler bei der Position des Bearbeitungspunkts des
Werkzeugs weiter verhindert werden, da die das Werkzeug tragende
B-Achsen-Dreheinheit an der Y-Achsen-Bewegungseinheit, deren Fehler
verhindert wird, angeordnet ist.
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Vorzugsweise
ist der C-Achsenantrieb an der Z-Achsen-Bewegungseinheit derart angeordnet, dass
die C-Achse im Wesentlichen mit einer Mittelachse des beweglichen
Bauteils der Z-Achsen-Bewegungseinheit zusammenfällt, wobei sich die Mittelachse
entlang der Z-Achse erstreckt.
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In
diesem Fall kann der Arbeitspunkt des Werkstücks in der Nähe der Mittelachse
des beweglichen Bauteils der Z-Achsen-Bewegungseinheit
liegen. Deshalb können
unnötige
Beanspruchungen, die beispielsweise auf die Antriebseinrichtung
für den Z-Achsenantrieb
aufgrund des Einflusses der Reaktion der Drückbetätigung einwirken, verhindert
werden, wenn das von der C-Achsen-Antriebseinheit gehaltene Werkstück bearbeitet
wird, während
das Werkstück
entlang der Z-Achsenrichtung mittels der Z-Achsen-Bewegungseinheit
bewegt wird, um gegen das Werkzeug gedrückt zu werden, wobei Fehler,
die durch die Neigung der Z-Achsen-Bewegungseinheit und der C-Achsen-Dreheinheit
bewirkt werden, verhindert werden können.
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Vorzugsweise
hat die Werkzeugmaschine ein Bett mit einer horizontalen oberen
Fläche
und einer vertikalen Seitenfläche,
wobei die X-Achsen-Bewegungseinheit an der horizontalen oberen Fläche des
Betts angeordnet ist, die Z-Achsen-Bewegungseinheit an der X-Achsen-Bewegungseinheit
angeordnet ist und die C-Achsen-Antriebseinheit
an der Z-Achsen-Antriebseinheit angeordnet ist, und wobei die Y-Achsen-Bewegungseinheit
an der vertikalen Seitenfläche
des Betts derart angeordnet ist, dass die Mittelachse in Z-Achsenrichtung
des beweglichen Bauteils der Z-Achsen-Bewegungseinheit die Mittelachse
in Y-Achsenrichtung des beweglichen Bauteils der Y-Achsen-Bewegungseinheit
senkrecht schneidet, wobei die B-Achsen-Dreheinheit an der Y-Achsen-Bewegungseinheit
angeordnet ist und das Werkstück
an der B-Achsen-Dreheinheit angeordnet ist.
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In
diesem Fall ist ein Bett mit einer komplizierten Form nicht erforderlich
und ein Bett mit einer im Wesentlichen rechteckigen parallelflachen
Form kann verwendet werden. Deshalb kann die Genauigkeit des Betts
leicht verbessert werden und somit können die einzelnen Bewegungseinheiten,
Dreheinheit etc. mit einer verbesserten Positionsgenauigkeit an
dem Bett befestigt werden.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Aufgabe, andere Merkmale und viele der Begleitvorteile der Erfindung
werden leicht verstanden werden, da diese unter Bezugnahme auf die
folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
besser verstanden wird, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet
wird, in denen:
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die 1A bis 1C Ansichten
sind, die eine herkömmliche
Werkzeugmaschine zeigen;
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2A eine
Seitenansicht der Werkzeugmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist;
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2B eine
Querschnittansicht der Werkzeugmaschine entlang einer Linie IIB-IIB
in 2A ist;
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2C eine
vergrößerte Seitenansicht
ist, die die Lagebeziehung zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug zeigt;
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3A eine
Draufsicht der Werkzeugmaschine ist;
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3B eine
Querschnittansicht der Werkzeugmaschine entlang der Linie IIIB-IIIB
in 3A ist;
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3C eine
vergrößerte Draufsicht
ist, die die Lagebeziehung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug zeigt;
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4 eine
perspektivische Ansicht der Werkzeugmaschine ist; die 5A bis 5C erklärende Ansichten
sind, die ein Verhindern von Fehlern zeigen; die 6A bis 6C erklärende Ansichten sind,
die ein Verhindern von Fehlern zeigen;
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7 eine
Querschnittansicht des Betts entlang einer Linie VII-VII in 3A ist;
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8 eine
Querschnittansicht des Betts entlang einer Linie VIII-VIII in 2A ist;
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9 eine
vergrößerte Querschnittansicht ist,
die ein Loch, wie es in eine Seitenwand des Betts gegossen wurde,
zeigt, das durch eine Abdeckung verschlossen ist;
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10 eine
vergrößerte Querschnittansicht ist,
die ein Loch zeigt, wie es in eine untere Wand des Betts gegossen
wurde, das durch eine Abdeckung verschlossen ist;
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11 eine
Tabelle ist, die Volumina V, Flächenbereiche
S, Verhältnisse
S/V, Gewichte und Gesamtwärmekapazitäten der
geformten herkömmlichen
Bettstrukturen und geformte Bettstrukturen der Erfindung zeigt;
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12 ein
Graph ist, der die Ergebnisse einer Messung der Innentemperatur
(Raumtemperatur) eines thermostatischen Raums und der Innentemperatur
des Betts der Werkzeugmaschine bei einem Zustand zeigt, bei dem
die gegossenen Löcher in
den Seitenwänden
und der unteren Wand des Betts mittels Abdeckungen verschlossen
sind;
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13 ein
Graph ist, der die Ergebnisse einer Messung der Innentemperatur
(Raumtemperatur) eines thermostatischen Raums und der Flüssigkeitstemperatur
des Betts der Werkzeugmaschine bei einem Zustand zeigt, bei dem
die gegossenen Löcher
in den Seitenwänden
und der unteren Wand des Betts mittels Abdeckungen verschlossen
sind, und das Innere des Betts mit Flüssigkeit gefüllt ist;
und
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14 ein
Graph ist, der Ergebnisse einer Berechnung zum Erhalten von Temperaturänderungen
der drei Gegenstände
zeigt, die das gleiche Volumen und bezüglich der Außenlufttemperatur
den gleichen Temperaturunterschied haben, wobei sie verschiedene
Flächenbereiche
haben.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Eine
Werkzeugmaschine gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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<Gesamtstruktur>
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Die
Anordnung der einzelnen Bewegungseinheiten, einer Dreheinheit, etc.
der Werkzeugmaschine wird unter Bezugnahme auf die 2A bis 2C,
die 3A bis 3C und 4 beschrieben;
und die Lagebeziehung entlang der Mittelachsen der beweglichen Bauteile
der einzelnen Bewegungseinheiten, der Dreheinheit etc. werden unter Bezugnahme
auf die 2A bis 2C und
die 3A bis 3C beschrieben.
Die 2A zeigt eine linke Seitenansicht der Werkzeugmaschine;
die 2B ist eine Querschnittansicht der Werkzeugmaschine
entlang der Linie IIB-IIB in 2A (eine
Querschnittansicht einer Y-Achsen-Bewegungseinheit 30);
und 2C ist eine vergrößerte Seitenansicht, die die
Lagebeziehung zwischen einem Arbeitspunkt A eines Werkstücks W und
einem Bearbeitungspunkt B eines in 2A gezeigten
Werkzeugs T zeigt. Die 3A zeigt eine Draufsicht der
Werkzeugmaschine; die 3B ist eine Querschnittansicht
der Werkzeugmaschine entlang einer Linie IIIB-IIIB in 3A (eine
Querschnittansicht einer Z-Achsen-Bewegungseinheit 50); und 3C ist
eine vergrößerte Seitenansicht,
die die Lagebeziehung zwischen dem Arbeitspunkt A des Werkstücks W und
dem Bearbeitungspunkt B des in 3A gezeigten
Werkzeugs T zeigt.
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Die
Werkzeugmaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist eine Hochpräzisionswerkzeugmaschine,
die zum Bearbeiten eines Werkstücks,
wie beispielsweise einer Linse oder einer Linsenform, mit einer
achsensymmetrischen Form oder einer freien gekrümmten Fläche mit einer Genauigkeit von
mehreren Hundertsteln bis mehreren Zehntel Nanometern angepasst
ist.
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Verschiedene
Werkzeuge können
als Werkzeug T verwendet werden. Zum Beispiel kann, wie es in 5A gezeigt
ist, eine von einer Antriebseinheit 10 getragene und gedrehte
Schleifscheibe verwendet werden. Alternativ kann, wie es in 6A gezeigt ist,
ein Schneidewerkzeug (Drehwerkzeug) verwendet werden. Bei dem in
den 2A bis 4 gezeigten Beispiel wird die
in 5A gezeigte Schleifscheibe als das Werkzeug T
verwendet. In diesem Fall liegt der Bearbeitungspunkt B des Werkzeugs
T an einer Umfangsfläche
des Werkzeugs T und der Bearbeitungspunkt B des Werkzeugs T wird
mit dem Arbeitspunkt A des Werkstücks W in Berührung gebracht,
um dabei das Werkstück
W zu schleifen. In besonderem Maße kann die Position des Arbeitspunkts
A an dem Werkstück
W geändert
werden.
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Die
Werkzeugmaschine hat ein Bett 1, das im Allgemeinen die
Form eines rechteckigen Parallelflachs annimmt. Das Bett 1 hat
eine horizontale obere Fläche
(die sich in Richtung der X-Achse und der Z-Achse in den 2A und 3A erstreckt)
und vertikale Seitenflächen
(die sich in Richtung der Y-Achse in den 2A und 3A erstrecken).
Da das Bett 1 eine rechteckige parallelflache Form aufweist,
die sehr einfach ist, kann jede Fläche einfach bearbeitet werden,
so dass sie eine hohe Genauigkeit hat (hinsichtlich der Horizontalität der horizontalen
Fläche und
der Vertikalität
der vertikalen Flächen).
Einzelne Teile etc., die auf die Bearbeitungsgenauigkeit einwirken,
können
genau an den entsprechenden Flächen
angeordnet werden und darauf bezüglich
ihrer Lage eingestellt werden. Somit kann die Bearbeitungsgenauigkeit
weiter verbessert werden.
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Eine
X-Achsen-Bewegungseinheit 60 ist an der oberen Fläche des
Betts 1 angeordnet, um eine relative Bewegung zwischen
dem Arbeitspunkt A des Werkstücks
W und dem Bearbeitungspunkt B des Werkzeugs T entlang einer horizontalen
Richtung (entlang der X-Achsenrichtung der 2A bis 4) zu
erzeugen. Wie es in 2A gezeigt ist, hat die X-Achsen-Bewegungseinheit 60 einen
Führungsmechanismus
(feststehendes Bauteil) 60a, ein bewegliches Bauteil 60b und
einen Linearmotor 60c. Das bewegliche Bauteil 60b befindet
sich in einem gleitbarem Eingriff mit dem Führungsmechanismus 60a und wird
entlang der X-Achsenrichtung mittels des Linearmotors 60c hin- und herbewegt.
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Um
die Positionsfehler zu minimieren, die bei einer Linearbewegung
verursacht werden, wird der Linearmotor 60c als Antriebseinrichtung
der X-Achsen-Bewegungseinheit 60 anstelle eines Motors
der Drehbewegungsart verwendet. Deshalb kann, da ein Mechanismus
zum Umwandeln einer Drehbewegung in eine Linearbewegung unnötig wird,
das bewegliche Bauteil direkt entlang einem geraden Weg bewegt werden
und eine Gegenbewegung wird kaum erzeugt, wobei Fehler weiter reduziert
werden können.
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Die
Mittelachse des beweglichen Bauteils 60b der X-Achsen-Bewegungseinheit 60,
die sich in X-Achsenrichtung erstreckt, wird als X-Achsen-Mittelachse 60z (siehe 2A)
bezeichnet.
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Die
vorstehend erwähnte
Z-Achsen-Bewegungseinheit 50 ist an der oberen Fläche der
X-Achsen-Bewegungseinheit 60 angeordnet, um eine Relativbewegung
zwischen dem Arbeitspunkt A des Werkstücks W und dem Bearbeitungspunkt
B des Werkzeugs T entlang einer horizontalen, zu der X-Achse senkrechten
Richtung, zu erzeugen (entlang der Z-Achsenrichtung in den 2A bis 4). Wie
es in 3B gezeigt ist, hat die Z-Achsen-Bewegungseinheit 50 einen
Führungsmechanismus
(feststehendes Bauteil) 50a, ein bewegliches Bauteil 50b und
einen Linearmotor 50c. Das bewegliche Bauteil 50b befindet
sich in einem gleitbaren Eingriff mit dem Führungsmechanismus 50a und
wird mittels dem Linearmotor 50c entlang der Richtung der
Z-Achse hin- und
herbewegt.
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Aus
dem gleichen Grund, wie er in Verbindung mit der X-Achsen-Bewegungseinheit 60 erwähnt wurde,
wird der Linearmotor 50c als Antriebseinrichtung der Z-Achsen-Bewegungseinheit 50 verwendet.
Die Mittelachse des beweglichen Bauteils 50b der Z-Achsen-Bewegungseinheit 50,
die sich in Richtung der Z-Achse erstreckt, wird als die Z-Achsen-Mittelachse 50z bezeichnet
(siehe 3B).
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Besonders
der Abstand zwischen der X-Achsen-Mittelachse 60z und der
Z-Achsen-Mittelachse 50z wird vorzugsweise auf ein mögliches
Maß reduziert,
um Fehler zu vermindern.
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Eine
C-Achsen-Antriebseinheit 40 ist an dem Schnittpunkt zwischen
der Z-Achsen-Mittelachse 50z und einer vorderen Endfläche des
beweglichen Bauteils 50b der Z-Achsen-Bewegungseinheit 50 angeordnet.
Die C-Achsen-Antriebseinheit 40 trägt das Werkstück W und
dreht dieses um eine C-Achsen-Antriebsachse (C-Achse; d.h., eine
horizontale Richtung, die in den 2A und 3A mit
der Z-Achsenrichtung zusammenfällt),
um eine Relativdrehung (Drehung) zwischen dem Arbeitspunkt A des
Werkstücks
W und dem Bearbeitungspunkt B des Werkzeugs T um die C-Achse (in diesem
Fall die Z-Achse) zu erzeugen.
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Die
vorstehend beschriebene Y-Achsen-Bewegungseinheit 30 ist
an einer Seitenfläche
des Betts 1 angeordnet, um eine Relativbewegung zwischen dem
Arbeitspunkt A des Werkstücks
W und dem Bearbeitungspunkt W des Werkzeugs T entlang der vertikalen
Richtung zu erzeugen (entlang der Richtung der Y-Achse in den 2A bis 4).
Wie es in 2B gezeigt ist, hat die Y-Achsen-Bewegungseinheit 30 einen
Führungsmechanismus
(feststehendes Bauteil) 30a, ein bewegliches Bauteil 30b und
einen Linearmotor 30c. Das bewegliche Bauteil 30b befindet
sich in gleitbarem Eingriff mit dem Führungsmechanismus 30a und
wird entlang der Richtung der Y-Achse mittels dem Linearmotor 30c hin- und herbewegt.
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Aus
dem gleichen Grund, wie er in Verbindung mit der X-Achsen-Bewegungseinheit 60 erwähnt wird,
wird der Linearmotor 30c als Antriebseinrichtung der Y-Achsen-Bewegungseinheit 30 verwendet.
Die Mittelachse des beweglichen Bauteils 30b der Y-Achsen-Bewegungseinheit 30,
die sich entlang der Y-Achsenrichtung erstreckt, wird als die Y-Achsen-Mittelachse 30z bezeichnet
(siehe 2B).
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Besonders
ein Ausgleichszylinder 80 ist unter der Y-Achsen-Bewegungseinheit 30 angeordnet, um
das bewegliche Bauteil 30b, an dem eine B-Achsen-Dreheinheit 20 befestigt
ist, die das Werkzeug T trägt,
mit einer Kraft zu stützen,
die im Wesentlichen gleich der Gravitationskraft ist. Dieser Aufbau
reduziert die Last, die auf den Linearmotor der Y-Achsen-Bewegungseinheit 30 wirkt,
so dass Fehler weiter reduziert werden. Besonders die Mittelachse
des Ausgleichszylinders 80, die sich entlang der Y-Achsenrichtung
erstreckt, ist eingestellt, dass sie mit der Y-Achsen-Mittelachse 30z des
beweglichen Bauteils 30b zusammenfällt, um dabei ein Aufbringen
von Kräften,
die nicht auf der Achse liegen, zu verhindern.
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Die
vorstehend erwähnte
B-Achsen-Dreheinheit 20 ist an der oberen Fläche der Y-Achsen-Bewegungseinheit 30 angeordnet,
um eine Relativdrehung zwischen dem Arbeitspunkt A des Werkstücks W und
dem Bearbeitungspunkt B des Werkzeugs T um eine B-Achsen-Drehachse (B-Achse)
zu erzeugen; d.h., eine vertikale Richtung, die mit der Y-Achsenrichtung in 2A zusammenfällt. Wie
es in 3A gezeigt ist, ist ein B-Achsendrehtisch 20b an
der B-Achsen-Dreheinheit 20 vorgesehen
und wird um die B-Achse gedreht. Das Werkzeug T ist an dem B-Achsendrehtisch 20B befestigt,
wobei die Richtung des Bearbeitungspunkts B des Werkzeugs T (eine
Ausrichtung des Werkzeugs T innerhalb einer horizontalen Ebene)
geändert
oder eingestellt werden.
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Das
Werkzeug T ist an dem B-Achsendrehtisch 20b der B-Achsen-Dreheinheit 20 derart
angeordnet, dass der Bearbeitungspunkt B des Werkzeugs T an seiner
Umfangsfläche
mit der B-Achsen-Drehachse (B-Achse) zusammenfällt. Deshalb bleibt der Bearbeitungspunkt
B des Werkzeugs T an der B-Achsen-Drehachse (B-Achse) mit im Wesentlichen
keiner Abweichung davon, unabhängig
von der Winkelposition des B-Achsendrehtischs 20b. Besonders
die Ausrichtung des Werkzeugs T an dem Bearbeitungspunkt B wechselt
in Übereinstimmung
mit dem Drehwinkel des B-Achsendrehtischs 20b.
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Die
B-Achsen-Dreheinheit 20 ist an der oberen Fläche der
Y-Achsen-Bewegungseinheit 30 derart angeordnet, dass die
Y-Achsen-Mittelachse 30z mit der B-Achsen-Drehachse (B-Achse) zusammenfällt. Ferner
ist die C-Achsen-Antriebseinheit 40 an dem
vorderen Endabschnitt der Z-Achsen-Bewegungseinheit 50 derart
angeordnet, dass die Z-Achsen-Mittelachse 50z mit
der C-Achsen-Antriebsachse (C-Achse)
zusammenfällt.
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Wie
es besonders in 4 gezeigt ist, ist die Werkzeugmaschine
mit einem Mikroskop 90 zum Anfangspositionieren des Arbeitspunkts
A und des Bearbeitungspunkts B, und einem Stroboskop 92 zum Unterstützen des
Lagekontrollierens durch das Mikroskop 90 ausgestattet.
Darüber
hinaus ist ein Feineinstellmechanismus 12 zwischen dem
Werkzeug T und dem B-Achsendrehtisch 20b (durch die B-Achsen-Dreheinheit 20 gedrehter
Tisch) vorgesehen, um eine ideale Übereinstimmung zwischen dem
Bearbeitungspunkt B des Werkzeugs T und der B-Achse zu erreichen.
Während
des Betrachtens des Bearbeitungspunkts B des Werkzeugs T mittels
dem Mikroskop 90, betätigt
eine Maschinenbedienperson den Feineinstellmechanismus 12 in
solch einer Weise, dass der Bearbeitungspunkt B des Werkzeugs T
mit der B-Achse zusammenfällt
(bei dem in 4 gezeigten Beispiel stellt
die Bedienperson die Position der Antriebseinheit 10, die
das Werkzeug T trägt
und antreibt, genau ein).
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Darüber hinaus
ist in 4 eine stoßabsorbierende
Basis 3 gezeigt, die das Bett 1 bezüglich der Bodenfläche präzise in
einer horizontalen Haltung hält,
und Vibrationen von der Bodenfläche
oder dergleichen absorbiert.
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<Fehlerverhinderung beim Drehwinkel
der B-Achsen-Dreheinheit
(5A bis 5C)>
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Als
nächstes
wird der Grund, warum ein Fehler bei dem Drehwinkel der B-Achsen-Dreheinheit 20 verhindert
wird, unter Bezugnahme auf die 5A bis 5C beschrieben.
Bei der in 1B gezeigten herkömmlichen
Werkzeugmaschine kann ein Fehler beim Drehwinkel (Fehlerwinkel α) die Position
des Arbeitspunkts H beeinflussen, wegen dem „Abstand Lbw" zwischen der B-Achsen-Drehachse
(B-Achse) und dem Arbeitspunkt A des Werkstücks W. Der Fehler liegt auf
einem Niveau, das bei einer Werkzeugmaschine ignoriert werden kann,
die ein gewöhnliches
Bearbeiten ausführt.
Jedoch ist bei einer Präzisionswerkzeugmaschine,
die ein Bearbeiten mit einer sehr hohen Genauigkeit in der Größenordnung von
mehreren Hundertstel bis mehreren Zehntel Nanometern ausführt, der
Einfluss eines derartigen Fehlers groß, und ein derartiger Fehler
muss verhindert werden.
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Solch
ein Lagefehler kann durch Reduzieren des „Abstands Lbw" auf einen Wert Nähe Null
reduziert werden. Da jedoch der Arbeitspunkt A des Werkstücks W an
verschiedenen Positionen an dem Werkstück W gesetzt wird, ist ein
Reduzieren des Abstands Lbw auf einen Wert Nähe Null durchaus schwierig
(selbst wenn der Abstand zwischen der B-Achse und einem bestimmten
Arbeitspunkt auf Null reduziert wird, wird der Abstand zwischen
der B-Achse und einem anderen Arbeitspunkt nicht Null). In Anbetracht
des Vorhergehenden wird bei dem Ausführungsbeispiel anstelle des
Arbeitspunkts A des Werkstücks
W der Bearbeitungspunkt B des Werkzeugs T mittels der B-Achsen-Dreheinheit 20 gedreht
(weil der Bearbeitungspunkt B des Werkzeugs T eine konstante Position
beibehält).
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Um
den Abstand zwischen der B-Achsen-Drehachse und dem Bearbeitungspunkt
B des Werkzeugs T auf einen Wert Nähe Null zu reduzieren, wird
das Werkzeug T angeordnet, wie es in 5B gezeigt
ist, wobei der Bearbeitungspunkt B des Werkzeugs T mit der B-Achsen-Drehachse
zusammenfällt.
Deshalb wird, selbst wenn ein „Fehlerwinkel α", wie es in 5C gezeigt
ist, erzeugt wird, wenn die B-Achsen-Dreheinheit 20 um einen Winkel θ von einer
Position gedreht wird (angedeutet durch gestrichelte Linien) an
der die C-Achse parallel zu dem Werkzeug T ist, bei der Position „B" des Arbeitspunkts
kaum ein Fehler erzeugt. Wie es vorstehend beschrieben ist, kann
die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine
einen Einstellfehler während
des B-Achsendrehens, zusammen mit einem Fehler, der von einer Positionierabweichung
zu der Zeit des B-Achsenanhaltens
abstammt, wirksam verhindert werden.
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Bei
der in den 1A bis 1C gezeigten herkömmlichen
Werkzeugmaschine ist die B-Achsen-Einheit 209 groß und schwer,
da die C-Achsen-Einheit 207 an der B-Achsen-Einheit 209 befestigt
ist. Im Gegensatz dazu sind bei dem Ausführungsbeispiel nur das Werkzeug
T und die Antriebseinheit 10 an der B-Achsen-Dreheinheit 20 befestigt, so
dass die B-Achsen-Dreheinheit 20 in ihrer Größe und ihrem
Gewicht reduziert werden kann.
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<Verhindern einer Beanspruchung, die
zwischen dem Arbeitspunkt des Werkstücks und der Y-Achsen-Mittelachse
(6A bis 6C) erzeugt
wird>
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Als
nächstes
wird der Grund, weshalb eine zwischen dem Arbeitspunkt A des Werkstücks W und der
Y-Achsen-Mittelachse 30z erzeugte
Beanspruchung verhindert wird, unter Bezugnahme auf die 6A bis 6C beschrieben.
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Besonders
bei den 6A bis 6C ist
der in 4 gezeigte Feineinstellungsmechanismus 12 ausgelassen.
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Bei
der in 1C gezeigten herkömmlichen Werkzeugmaschine
wird wegen dem „Abstand
Lyw" zwischen dem
Arbeitspunkt A des Werkstücks
W und der Y-Achsen-Antriebsachse
eine unnötige
Beanspruchung erzeugt, und ein „Fehlerwinkel β" kann die Position
des Arbeitspunkts A beeinflussen. Der Fehler liegt auf einem Niveau,
das bei einer Werkzeugmaschine ignoriert werden kann, die ein gewöhnliches
Bearbeiten durchführt.
Jedoch ist bei einer Präzisionswerkzeugmaschine,
die ein Bearbeiten mit einer sehr hohen Genauigkeit in der Größenordnung von
mehreren Hundertsteln bis mehreren Zehntel Nanometern durchführt, der
Einfluss eines derartigen Fehlers groß, und ein derartiger Fehler
muss verhindert werden.
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Solch
eine unnötige
Beanspruchung kann durch Vermindern des „Abstands Lyw" auf einen Wert Nähe Null
verhindert werden. In Anbetracht dessen ist bei dem Ausführungsbeispiel
die B-Achsen-Drehachse (d.h. der Bearbeitungspunkt B des Werkzeugs T)
so ausgebildet, dass sie mit der Y-Achsen-Mittelachse 30z zusammenfällt, um
den Arbeitspunkt A des Werkstücks
W so auszubilden, dass er mit der Y-Achsen-Mittelachse 30z zusammenfällt (um
den Abstand dazwischen auf im Wesentlichen Null zu reduzieren),
wobei ein Erzeugen des Fehlerwinkels β, wie er in 1C gezeigt
ist, verhindert wird.
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<Verhindern einer Beanspruchung, die
zwischen der C-Achsen-Antriebsachse
und der Z-Achsen-Mittelachse erzeugt wird>
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Als
nächstes
wird der Grund beschrieben, warum eine zwischen der C-Achsen-Antriebsachse und
der Z-Achsen- Mittelachse 50z erzeugte
Beanspruchung verhindert wird. Bei dem Fall, bei dem die C-Achsen-Antriebsachse
und die Z-Antriebsmittelachse 50z voneinander getrennt
sind, wenn der Arbeitspunkt A des Werkstücks W entlang der Z-Achsenrichtung mittels
der Z-Achsen-Bewegungseinheit 50 bewegt wird, um den Arbeitspunkt
A an den Bearbeitungspunkt B des Werkzeugs T zu drücken, wird eine
Beanspruchung in der Richtung (bei dem Beispiel von 5B die
linksgerichtete Richtung entlang der Z-Achse) entgegengesetzt der
Drückrichtung
(bei dem Beispiel von 5B die rechtsgerichtete Richtung
entlang der Z-Achse)
erzeugt. Selbst bei einem Fall, bei dem der Arbeitspunkt A des Werkstücks W nicht
an der C-Achsen-Rntriebsachse
liegt, kann der Abstand zwischen dem Arbeitspunkt A und der C-Achsen-Antriebsachse
(im Durchschnitt) auf ein mögliches
Ausmaß reduziert
werden, wobei eine Erzeugung von Fehlern, die von einer unnötigen Beanspruchung
abstammen, verhindert werden können.
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Wie
es vorstehend beschrieben ist, ist die Werkzeugmaschine der Erfindung
in einer derartigen Weise aufgebaut, dass die X-Achsen-Mittelachse 60z,
die Z-Achsen-Mittelachse 50z,
die C-Achsen-Antriebsachse (C-Achse),
die Y-Achsen-Mittelachse 30z, die B-Achsen-Drehachse (B-Achse)
und der Bearbeitungspunkt B des Werkzeugs T an geeigneten Positionen
gelegen sind, wobei eine Erzeugung von Fehlern verhindert wird und
eine Bearbeitungsgenauigkeit verbessert wird.
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Die
Werkzeugmaschine der Erfindung ist nicht auf die Details, wie beispielsweise
Aufbau und Form, die in dem Ausführungsbeispiel
beschrieben sind, beschränkt,
und kann Veränderungen,
einer Hinzufügung
und Entfernung ausgesetzt werden, ohne von dem Schutzumfang der
Erfindung abzuweichen.
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Die
Art des Werkzeugs T und die Bearbeitungsrichtung des Werkzeugs T
sind nicht auf die in dem Ausführungsbeispiel
beschriebenen beschränkt.
Zum Beispiel kann das in den 6A bis 6C gezeigte
Werkzeug T mit einer horizontal ausgerichteten Schnittkante (Bearbeitungsabschnitt) durch
ein Werkzeug T mit einer vertikal ausgerichteten Schnittkante (Bearbeitungsabschnitt)
ersetzt werden.
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Ferner,
obwohl bei dem Ausführungsbeispiel die
X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse senkrechte Koordinaten sind,
müssen
sich die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse nicht notwendigerweise senkrecht
schneiden.
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<Bettstruktur>
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Als
nächstes
wird die Struktur des Betts 1 unter Bezugnahme auf die 7 bis 10 detailliert beschrieben.
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Das
Bett 1 wird durch Gießen
von Eisen ausgebildet und wie es in den 7 und 8 gezeigt ist,
hat es eine hohle, rippenverstärkte
Innenstruktur. Insbesondere sind die Rippen 10 einstückig im
Inneren des Betts 1 in solch einer Weise ausgebildet, dass
die Rippen in einem Raster angeordnet sind, um das Bett 1 zu
verstärken
und das Innere des Betts 1 in zwölf Kammern zu unterteilen,
die das gleiche Volumen aufweisen und in einer Matrix aus 2 (Längsrichtung) × 3 (Querrichtung) × 2 (Höhenrichtung)
angeordnet sind. Eine Durchgangsbohrung 11 ist an jeder
Rippe 10 ausgebildet, um die angrenzenden Kammern zu verbinden.
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Gegossene
Löcher 102 sind
in der unteren Wand des Betts 1 und in den Seitenwänden des
Betts 1 ausgebildet, mit Ausnahme der Seitenwand, an die die
Y-Achsen- Bewegungseinheit 30 angebracht
ist. Deshalb wird kein gegossenes Loch in der oberen Wand des Betts 1 ausgebildet.
Das gegossene Loch 102 ist vorgesehen, um nach dem Gießen den
Gusssand aus den einzelnen Kammern des Betts 1 zu entfernen.
Um das Entfernen des Gusssandes zu vereinfachen, ist jede Kammer
mit zusammen einem gegossenen Loch 102 vorgesehen. Die
in den Seitenwänden
des Betts 1 ausgebildeten gegossenen Löcher 102 sind mittels
Abdeckungen 103 verschlossen und die in der unteren Wand
des Betts 1 ausgebildeten gegossenen Löcher 102 sind mittels
Abdeckungen 104 verschlossen, wobei das Innere des Betts 1 komplett
eingeschlossen ist.
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Die
Abdeckungen 103 zum Verschließen der gegossenen Löcher 102,
die in den Seitenwänden des
Betts 1 ausgebildet sind, haben einen größeren Durchmesser
als die gegossenen Löcher 102,
um die gegossenen Löcher 102 vollständig abzudecken.
Ein Loch, das den Durchgang eines Bolzens 107 ermöglicht,
das später
beschrieben wird, ist in einem mittleren Abschnitt jeder Abdeckung 103 ausgebildet.
Ferner, wie es in 9 gezeigt ist, ist eine ringförmige Nut
in einem Umfangsabschnitt jeder Abdeckung 103 ausgebildet,
um sich durch den gesamten Umfang zu erstrecken, wobei der Abschnitt
in die Nähe
des Betts 1 kommt; und ein O-Ring 105 ist in die
Nut gepasst, um das Innere des Betts 1 abzudichten. Die
Abdeckung 103 ist mittels einer Klemmvorrichtung 106 und
dem Bolzen 107 an dem Bett befestigt. Genauer gesagt hat
die Klemmvorrichtung 106 eine kreuzförmige Form und eine Gewindebohrung
in ihrer Mitte. Die Schraube 104 wird durch die Abdeckung 103 geführt und
in das Gewindeloch der Klemmvorrichtung 106 geschraubt.
Wenn die Schraube 107 in das Gewindeloch befestigt oder
verschraubt wird, kommt die Klemmvorrichtung 106 in engen
Kontakt mit dem Bett 1. Somit kommt die Abdeckung 103 in
engen Kontakt mit dem Bett 1 und deckt das gegossene Loch 102 vollständig ab,
um dabei ein Ausströmen
an Luft von dem Inneren des Betts 1 und einen Eintritt
der Außenluft
in das Innere des Betts 1 zu verhindern.
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Währenddessen
haben die Abdeckungen 104 zum Verschließen der gegossenen Löcher 102, die
in der unteren Wand des Betts 1 ausgebildet sind, einen
Durchmesser, der größer als
die gegossenen Löcher 102 ist,
um die gegossenen Löcher 102 vollständig abzudecken.
Jede Abdeckung 104 hat eine Vielzahl an Löchern, die
in deren Umfangsabschnitt ausgebildet sind. Ferner, wie es in 10 gezeigt
ist, ist eine ringförmige
Nut in einem Umfangsabschnitt jeder Abdeckung 104 so ausgebildet,
dass sie sich durch den gesamten Umfang erstreckt, wobei dieser Abschnitt
in engen Kontakt mit dem Bett 1 kommt; und ein O-Ring 109 ist
in die Nut gepasst. Schrauben 108 werden durch die Löcher der
Abdeckung 104 geführt
und dann in nicht dargestellte Gewindeabschnitte der Löcher, die
in dem Bett 1 um die entsprechenden gegossenen Löcher 102 ausgebildet
sind, geschraubt. Wenn die Schrauben 108 in die Gewindeabschnitte
befestigt oder geschraubt werden, kommt die Abdeckung 104 in
engen Kontakt mit dem Bett 1 und deckt das gegossene Loch 102 vollständig ab, um
dabei ein Ausströmen
von Luft von dem Inneren des Betts 1 und einen Eintritt
von Außenluft
in das Innere des Betts 1 zu verhindern.
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Wie
es vorstehend beschrieben ist, da die in der Seitenwand und der
Bodenwand des Betts 1 ausgebildeten gegossenen Löcher 102 mittels
der Abdeckungen 103 und 104 verschlossen sind,
wird das Innere des Betts 1 zu einem geschlossenen Raum,
und somit nimmt der Bereich der Fläche ab, die der Außenluft
ausgesetzt ist, wobei die thermische Verschiebung des gesamten Betts 1 verhindert werden kann.
Infolgedessen kann eine Genauigkeit während einer Langzeitbearbeitung
stabilisiert werden. Insbesondere Bezugszeichen 112 bezeichnet
Flüssigkeitsöffnungen,
die bei einem nachfolgenden Beispiel, das nicht durch die Erfindung
abgedeckt wird, verwendet werden soll. Die Flüssigkeitsfüllöffnungen 112 sind
bei dem ersten Ausführungsbeispiel
nicht notwendig und werden mittels Pfropfen verschlossen.
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Als
nächstes
wird ein Beispiel beschrieben, das nicht von der Erfindung abgedeckt
wird. Bei diesem Beispiel sind die gegossenen Löcher 102 des Betts 1 durch
Verwenden von Abdeckungen verschlossen und eine Flüssigkeit
wird in das Innere des Betts 1 gefüllt. Besonders das Bett 1 gemäß diesem Beispiel
ist im Aufbau identisch mit dem Bett 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
Der Herstellungsprozess des Betts 1 ist bis zu dem Punkt,
bei dem die gegossenen Löcher 102 durch
Verwenden der Abdeckungen 103 und 104 verschlossen
werden, identisch mit dem Prozess, der bei dem ersten Ausführungsbeispiel
angewendet wird. Anschließend wird
eine Flüssigkeit
in das geschlossene Innere des Betts 1 gefüllt. Da
die O-Ringe 105 und 109 jeweils an
die Abdeckungen 103 und 104 gepasst sind, strömt die Flüssigkeit
nicht durch die Abschnitte aus, bei denen die Abdeckungen 103 und 104 in
engem Kontakt mit dem Bett 1 sind.
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Die
in das Innere des Betts 1 einzufüllende Flüssigkeit wird von den Flüssigkeitsfüllöffnungen 112,
die in der oberen Wand des Betts 1 vorgesehen sind, eingespritzt.
Im Allgemeinen sind Pfropfen in die Flüssigkeitsfüllöffnungen 112 gepasst,
um einen Eintritt von Außenluft
zu verhindern. Die Pfropfen werden von den Flüssigkeitsfüllöffnungen 112 vor dem
Einspritzen der Flüssigkeit
entfernt. Nach Abschluss der Einspritzung der Flüssigkeit werden die Pfropfen
wieder an die Flüssigkeitsfüllöffnungen 112 gepasst,
um einen Eintritt der Außenluft
und eine Verdampfung der Flüssigkeit
zu verhindern, die zu einer Verminderung der Flüssigkeitsmenge führt.
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Aufgrund
seiner großen
spezifischen Wärmekapazität wird Wasser
vorzugsweise als die Flüssigkeit
verwendet, die in das Innere des Betts 1 gefüllt wird.
Darüber
hinaus wird dem Wasser vorzugsweise ein Rostschutzmittel zugegeben,
um ein Rosten des aus Gusseisen gefertigten Betts 1 zu
vermeiden. Desweiteren kann dem Wasser Ethylenglykol, das als eine
Frostschutzflüssigkeit
dient, zugegeben werden, um ein Einfrieren des Wassers zu vermeiden.
Anstelle von Wasser kann Öl
in das Innere des Betts 1 gefüllt werden, wobei dadurch ein
Rostschutz und ein Frostschutz vorgesehen werden.
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Wie
es vorstehend beschrieben ist, sind die gegossenen Löcher 102 des
Betts 1 mittels der Abdeckungen 103 und 104 so
verschlossen, dass das Innere des Betts 1 ein geschlossener
Raum wird; und eine Flüssigkeit
wird in das Innere des Betts 1 gefüllt. Deshalb nimmt die Wärmekapazität des gesamten Betts
zu und der thermische Versatz des gesamten Betts kann verglichen
mit einem Bett, dessen gegossene Löcher mittels Abdeckungen verschlossen
sind, dessen Inneres jedoch nicht mit Flüssigkeit gefüllt ist, in
einem größeren Ausmaß verhindert
werden.
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Die 11 zeigt
eine Tabelle, die die Beziehung von Volumen V, Flächenbereich
S, Verhältnis S/V,
Gewicht und Gesamtwärmekapazität der geformten
herkömmlichen
Bettstrukturen und der hierin beschriebenen Bettstrukturen zeigt.
Die Tabelle von 11 zeigt Daten für sechs
Bettstrukturen; d.h., einem Gusseisenbett A mit einer kubischen
festen Struktur (1 m × 1
m × 1
m); ein Gusseisenbett B mit einer kubischen Hohlstruktur (1 m × 1 m × 1 m),
dessen Inneres durch Rippen (Dicke: 50 mm) in 27 Kammern eingeteilt
ist, die in einer Matrix von 3 (Längsrichtung) × 3 (Höhenrichtung)
angeordnet sind; ein Granitbett C mit einer kubischen festen Struktur
(1 m × 1
m × 1
m); ein Bett Bo, das mit dem hohlen rippenverstärkten Gussbett B identisch
ist, mit Ausnahme dessen, dass die gegossenen Löcher mittels Abdeckungen verschlossen
sind; ein Bett B1, das identisch mit dem Bett Bo ist, dessen gegossene
Löcher mittels
Abdeckungen verschlossen sind, mit Ausnahme dessen, dass Mineralöl in das
Innere des Betts gefüllt
ist; und ein Bett B2, das identisch mit dem Bett Bo ist, dessen
gegossene Löcher
mittels Abdeckungen verschlossen sind, mit Ausnahme dessen, dass Wasser
in das Innere des Betts gefüllt
ist.
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Erstens
hat das Gusseisenbett A mit fester Struktur vorteilhafte Merkmale,
wie beispielsweise kleine Flächenbereiche
und eine große
Wärmekapazität. Wie es
vorstehend beschrieben ist, ist jedoch von den Gesichtspunkten Gewicht
und Einfluss eines durch Langzeitänderungen bewirkten Versatzes,
ein Gusseisenbett A mit einer festen Struktur nicht vorzuziehen.
Deshalb wird ein herkömmliches
Gusseisenbett so hergestellt, dass es eine hohle, rippenverstärkte Struktur
wie das Bett B hat, um dabei etwa 70% des Gusseisens zu entfernen.
Wenn das hohle Gusseisenbett B mit dem Granitbett C mit einer festen
Struktur verglichen wird, hat das Granitbett C eine größere Wärmekapazität und ein
kleineres Verhältnis (S/V)
von Flächenbereich
S zu Volumen V. Deshalb kann gesagt werden, dass das Granitbett
C aus einer Struktur besteht, die weniger dazu neigt, den Änderungen
der Außenlufttemperatur
zu folgen.
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Jedoch
ist, bei dem Fall, bei dem das Bett Bo identisch mit dem hohlen,
rippenverstärkten
Gusseisenbett B ist, mit Ausnahme dessen, dass die gegossenen Löcher mittels
Abdeckungen verschlossen sind, da der Bereich einer Fläche, die
in Kontakt mit der Außenluft
ist, durch ein Verschließen
der gegossenen Löcher
mittels Abdeckungen abnimmt, wenn sie mit dem Bett B verglichen
wird, das Bett Bo ein reduziertes Verhältnis S/V und neigt weniger
dazu, den Änderungen
der Außenlufttemperatur
zu folgen. Darüber
hinaus wird bei dem Fall, bei dem das Bett B1, mit Ausnahme dessen,
dass Mineralöl
in das Innere des Betts 1 gefüllt ist, identisch mit dem
Bett Bo ist, dessen gegossene Löcher
mittels Abdeckungen verschlossen sind, eine Wärmekapazität erreicht, die die gleiche
wie die des Granitbetts C ist; und bei dem Fall, bei dem das Bett
B2 mit Wasser gefüllt
ist, wird eine Wärmekapazität erreicht,
die zweimal so groß wie
die des Granitbetts C ist. Deshalb neigen diese Betten B1 und B2
viel weniger dazu, den Änderungen der
Außenlufttemperatur
zu folgen oder sind unempfänglich
für Außenlufttemperaturänderungen.
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12 ist
ein Graph, der die Ergebnisse einer Messung der Innentemperatur
(Raumtemperatur) eines thermostatischen Raums und die Innentemperatur
des in der Werkzeugmaschine des ersten Ausführungsbeispiels verwendeten
Betts 1, bei dem die gegossenen Löcher 102 in den Seitenwänden und
der unteren Wand des Betts 1 mittels der Abdeckungen 103 und 104 verschlossen
sind. Die Innentemperatur des thermostatischen Raums ist auf 20°C gesetzt.
Die Innentemperatur des thermostatischen Raums und die Innentemperatur
des Betts wurden mittels Platinthermometerwiderständen gemessen. Eine
Messung der Innentemperatur des Betts wurde mittels einem in die Flüssigkeitsfüllöffnung 112 des Betts 1 eingesetzten
Platinthermometerwiderstand ausgeführt. Wie es aus 12 ersichtlich
ist, nimmt, wenn die Werkzeugmaschine gestartet wird (➀ in 12),
die Innentemperatur des thermostatischen Raums aufgrund der Hitzeerzeugung
der Werkzeugmaschine zu, und schwankt aufgrund von Störungen, wie
beispielsweise einem Eintritt einer Person in den thermostatischen
Raum und einem Verlassen von diesem von der Person. Wenn die Werkzeugmaschine
angehalten wird (❸ in 12) nimmt
die Innentemperatur des thermostatischen Raums bis in die Nähe der gesetzten
Temperatur ab, weil keine Wärme
von der Werkzeugmaschine erzeugt wird.
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Die
Innentemperatur des Betts nimmt auch zu, wenn die Werkzeugmaschine
gestartet wird. Jedoch stimmt die Innentemperatur des Betts nicht
mit der Innentemperatur des thermostatischen Raums überein und
nimmt langsam mit der Innentemperatur des thermostatischen Raums
zu. Ferner zeigt der Graph, dass die Innentemperatur des Betts kaum durch Änderungen
der Innentemperatur des thermostatischen Raums beeinflusst wird.
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Anders
gesagt, da das Innere des Betts 1 durch Verschließen der
gegossenen Löcher 102 in den
Seitenwänden
und einer unteren Wand des Betts 1 mittels Abdeckungen 103 und 104 vollständig verschlossen
ist, neigt die Innentemperatur des Betts 1 weniger dazu,
den Änderungen
der Innentemperatur des thermostatischen Raums zu folgen; d.h.,
sie wird vergleichsweise unempfänglich
für Änderungen
bei der Innentemperatur des thermostatischen Raums. Infolgedessen,
obwohl die Außenflächen des
Betts 1 den Einfluss von Änderungen bei der Innentemperatur
des thermostatischen Raums aufnehmen, nehmen die Innenflächen des
Betts 1 kaum den Einfluss von Änderungen bei der Innentemperatur
des thermostatischen Raums auf. Deshalb nimmt der Bereich einer
Fläche
des Betts, der Änderungen
bei der Außentemperatur
durchmacht, ab, und der thermische Versatz des gesamten Betts kann
verhindert werden.
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13 ist
ein Graph, der die Ergebnisse einer Messung der Innentemperatur
(Raumtemperatur) eines thermostatischen Raums und der Flüssigkeitstemperatur
des Betts 1 gemäß diesem
Beispiel zeigt, bei dem eine Flüssigkeit
in das Innere des Betts 1 gefüllt ist. Die Innentemperatur
des thermostatischen Raums ist auf 20°C gesetzt. Wasser, das ein Rostschutzmittel
enthält,
wurde als die in das Innere des Betts 1 gefüllte Flüssigkeit
verwendet. Die Innentemperatur des thermostatischen Raums und die
Flüssigkeitstemperatur
wurden durch Verwenden eines Platinthermometerwiderstands gemessen. Eine
Messung der Flüssigkeitstemperatur
wurde durch Verwenden eines Platinthermometerwiderstands ausgeführt, der
in die Flüssigkeitsfüllöffnung 112 des
Betts 1 eingesetzt wurde. Wie es aus 13 ersichtlich
ist, nimmt, wie bei dem Fall, der in 12 gezeigt
ist, wenn die Werkzeugmaschine gestartet wird (0 in 13),
die Innentemperatur des thermostatischen Raums wegen der Wärmeerzeugung
der Werkzeugmaschine zu und schwankt wegen Störungen wie beispielsweise einem
Eintritt einer Person in den thermostatischen Raum und einem Verlassen von
diesem von der Person. Wenn die Werkzeugmaschine angehalten wird
(❸ in 13) nimmt die Innentemperatur
des thermostatischen Raums bis in die Nähe der gesetzten Temperatur
ab, weil keine Wärme
von der Werkzeugmaschine erzeugt wird.
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Die
Flüssigkeitstemperatur
nimmt auch zu, wenn die Werkzeugmaschine gestartet wird. Jedoch stimmt
die Flüssigkeitstemperatur
nicht mit der Innentemperatur des thermostatischen Raums überein und
nimmt langsam mit der Innentemperatur des thermostatischen Raums
zu. Ferner zeigt der Graph, dass die Flüssigkeitstemperatur kaum durch
die Änderungen
in der Innentemperatur des thermostatischen Raums beeinflusst wird.
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Wenn
das Bett 1 gemäß diesem
Beispiel mit dem in der Werkzeugmaschine verwendeten Bett 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
verglichen wird, bei dem die gegossenen Löcher 102 in den Seitenwänden und
einer Bodenwand des Betts 1 mittels Abdeckungen 103 und 104 verschlossen
sind, aber keine Flüssigkeit
in das Innere des Betts 1 gefüllt wird, neigt die Innentemperatur
des Betts 1 gemäß diesem
Beispiel, das mit Flüssigkeit
gefüllt
ist, viel weniger dazu, den Änderungen
der Innentemperatur des thermostatischen Raums zu folgen; d.h.,
sie wird vergleichsweise unempfänglich
gegenüber Änderungen
bei der Innentemperatur des thermostatischen Raums. Anders gesagt,
da die Gesamtwärmekapazität des Betts
aufgrund von Wasser zunimmt, das ein Rostschutzmittel enthält und in
das Innere des Betts 1 gefüllt wird, kann von dem Bett 1 gemäß diesem Beispiel
gesagt werden, dass es viel weniger dazu neigt, den Änderungen
der Innentemperatur des thermostatischen Raums zu folgen bzw. dass
es gegenüber Änderungen
bei der Innentemperatur des thermostatischen Raums vergleichsweise
unempfänglich
wird, gegenüber
dem Fall, bei dem die gegossenen Löcher des Betts nur mittels
Abdeckungen verschlossen sind. Infolgedessen kann der thermische
Versatz des gesamten Betts verglichen mit dem Fall, bei dem die
gegossenen Löcher
des Betts nur mittels Abdeckungen verschlossen sind, im größeren Maße verhindert
werden.
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Offensichtlich
sind zahlreiche Änderungen und
Abwandlungen der Erfindung im Rahmen der vorstehenden Lehren möglich. Es
ist daher zu verstehen, dass die Erfindung innerhalb des Rahmens
der beigefügten
Ansprüche
anders realisiert werden kann, als es hierin besonders beschrieben
ist.