DE60310090T2

DE60310090T2 - Gegossenes hohles Bett für eine Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE60310090T2
Application number: DE60310090T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Inada; Hiroaki Suzuki; Hideki Iwai; Katsuhiko Takeuchi; Tomohisa Katou
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2023-10-17
Also published as: EP1537941A2; DE60305121T2; US20060254399A1; EP1410862B1; DE60305121D1; DE60310090D1; EP1537941B1; EP1537941A3; EP1410862A3; US20040134318A1; EP1410862A2; US7104169B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bettstruktur einer Werkzeugmaschine.
Beschreibung des Stands der Technik
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.
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.
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.
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+α)" ab, wenn ein Fehler α erzeugt wird, wie es in 1B (teilweise Draufsicht) gezeigt ist, wenn die B-Achsen-Einheit 209 um einen Winkel 8 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.
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.
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.
Im Übrigen wird ein Bett, das bei einer Präzisionswerkzeugmaschine, wie beispielsweise einer Schleifmaschine verwendet wird, im Allgemeinen durch Gießen ausgebildet. Im Allgemeinen wird ein Bett derart gegossen, um eine hohle Struktur derart aufzuweisen, dass das Bett durch einstückig ausgebildete Rippen verstärkt ist, die in einem Raster angeordnet sind. Ferner durchdringt eine Vielzahl von Löchern, wie sie gegossen wurden (nachstehend bezeichnet als „gegossene Löcher"), die Seiten und unteren Wände des Betts. Der Grund, warum das Bett gegossen wurde, um eine hohle, rippenverstärkte Struktur aufzuweisen, ist ein reduzierendes Gewicht des Betts und der Einfluss einer Langzeitverformung des Materials. Die gegossenen Löcher können nicht eliminiert werden, weil sie wesentlich zum Gießen eines Betts mit einer hohlen, rippenverstärkten Struktur sind.
Bei einigen Fällen kann anstelle eines gegossenen Betts bei einer Hochpräzisionswerkzeugmaschine, die optische Komponenten oder dergleichen mit einer sehr hohen Bearbeitungsgenauigkeit bearbeiten muss, ein aus Stein, wie beispielsweise Granit, ausgebildetes Bett verwendet werden. Ein derartiges aus einem Stein, wie beispielsweise Granit, ausgebildetes Bett hat derartige Eigenschaften, dass das Bett kleinere Langzeitänderungen bei Materialeigenschaften und eine größere Wärmekapazität zeigt, verglichen mit dem Fall von gegossenen Betten und hat eine im Allgemeinen massive Struktur.
Das herkömmlich gegossene Bett neigt dazu, einen Einfluss einer Außenlufttemperatur aufzunehmen, weil die innere Struktur des Betts der Außenluft durch die gegossenen Löcher ausgesetzt ist, und der Kontaktbereich mit der Außenluft ist größer als bei einem Fall eines Betts mit einer massiven Struktur.
Im Allgemeinen, wenn ein Gegenstand eine Temperaturdifferenz bezüglich einer Außenlufttemperatur aufweist, nimmt die Zeit von einem einer Außenlufttemperatur Aussetzen bis der Gegenstand die gleiche Temperatur wie die Außenlufttemperatur erreicht, ab, wenn das Verhältnis von Flächenbereich S zu Volumen V, d.h. S/V zunimmt. 14 zeigt Ergebnisse einer Berechnung zum Erhalten von Temperaturänderungen der drei Gegenstände, die das gleiche Volumen und die gleiche Temperaturdifferenz bezüglich der Außenlufttemperatur haben, jedoch verschiedene Flächenbereiche haben. Diese drei Gegenstände sind aus dem gleichen Material (Grauguss) ausgebildet und die Berechnung für jeden Gegenstand wurde für den Fall durchgeführt, bei dem die Anfangstemperatur 25 Grad ist und die Umgebungstemperatur 20 Grad ist. 14 zeigt einen kugelförmigen Gegenstand, der den kleinsten S/V-Wert hat, und die meiste Zeit benötigt, um die Außenlufttemperatur zu erreichen, wobei die zum Erreichen der Außenlufttemperatur erforderliche Zeit abnimmt, wenn der S/V-Wert zunimmt. Anders gesagt nimmt der Einfluss der Außenlufttemperatur zu, wenn der S/V-Wert zunimmt.
Da das herkömmlich gegossene Bett einen hohlen, rippenverstärkten Aufbau aufweist, hat das Bett einen S/V-Wert, der größer ist, als der eines Betts mit einem massiven Aufbau. Deshalb neigt die Betttemperatur dazu sich zu ändern, wenn sich die Außenlufttemperatur ändert und beeinflusst Strukturen, die an dem Bett befestigt sind; insbesondere Gleitflächen, die Werkzeugspindel und die Werkstückspindel, wobei ein Fehler bei der Positionsbeziehung zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug erzeugt wird. Infolgedessen schwankt eine Bearbeitungsgenauigkeit im Zuge einer Langzeitbearbeitung.
Das vorstehend beschriebene Problem übt einen beträchtlichen Einfluss nicht nur auf eine Werkzeugmaschine aus, die bei einem Platz angeordnet ist, wie beispielsweise einer gewöhnlichen Fabrik, wo die Außenlufttemperatur sich in großem Maße ändert, sondern auch auf eine Werkzeugmaschine, wie beispielsweise eine Hochpräzisionswerkzeugmaschine, die in einem thermostatischen Raum platziert ist, dessen Innentemperatur auf eine Temperatur ± 1°C gesteuert wird, und der erforderlich ist, um eine sehr hohe Bearbeitungsgenauigkeit vorzusehen.
Währendessen hat das herkömmliche Bett, das aus einem Stein, wie beispielsweise Granit ausgebildet ist, eine größere Wärmekapazität, verglichen mit dem Fall von gegossenen Betten, und hat einen kleineren Kontaktbereich mit der Außenluft, weil es die Form eines massiven rechteckigen Parallelflachs annimmt. Deshalb hat das herkömmliche Bett, das aus Stein, wie beispielsweise Granit, ausgebildet ist, einen Vorteil darin, dass die Temperatur des Betts nicht dazu neigt, Änderungen bei der Außenlufttemperatur zu folgen, und das Bett ermöglicht ein Bearbeiten mit einer hohen Genauigkeit. Jedoch ist das Granit teurer als ein Gießen und der Freiheitsgrad bei einer Auslegung ist gering, weil ein Bearbeiten von Granit schwierig ist.
Die US-5,415,610-A offenbart ein Bett, das eine hohle Struktur aufweist, die durch Gießen ausgebildet ist, und einen Behälter aufweist, der mit einem Kühlmittel gefüllt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bett für eine Werkzeugmaschine kostengünstig vorzusehen, das eine geringe thermische Verschiebung realisiert.
Um die Aufgabe zu lösen sieht die Erfindung eine Bettstruktur für eine Werkzeugmaschine vor, mit: einem Bett, das durch Gießen ausgebildet ist, wobei das Bett eine Hohlstruktur und ein Loch, wie es gegossen wurde, hat; und mit einer Abdeckung zum Abdecken des Lochs, wie es gegossen wurde, um das Innere des Betts zu verschließen.
Dieser Aufbau verringert den Bereich einer Fläche, die der Außenluft ausgesetzt ist, um dabei eine gesamte thermische Versetzung des Betts zu unterdrücken.
Vorzugsweise wird eine Flüssigkeit in das Innere des Betts eingespeist. Bei diesem Fall, da die Wärmekapazität des Betts zunimmt, kann eine thermische Versetzung zu einem größeren Grad verhindert werden, verglichen mit dem Fall, bei dem die Löcher, wie sie gegossen wurden, nur verschlossen sind. Vorzugsweise ist die Flüssigkeit Öl oder Wasser mit einem rostverhindernden Mittel.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Verschiedene andere Aufgaben, 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:
die 1A bis 1C Ansichten sind, die eine herkömmliche Werkzeugmaschine zeigen;
2A eine Seitenansicht der Werkzeugmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
2B eine Querschnittansicht der Werkzeugmaschine entlang einer Linie IIB-IIB in 2A ist;
2C eine vergrößerte Seitenansicht ist, die die Lagebeziehung zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug zeigt;
3A eine Draufsicht der Werkzeugmaschine ist;
3B eine Querschnittansicht der Werkzeugmaschine entlang der Linie IIIB-IIIB in 3A ist;
3C eine vergrößerte Draufsicht ist, die die Lagebeziehung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug zeigt;
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;
7 eine Querschnittansicht des Betts entlang einer Linie VII-VII in 3A ist;
8 eine Querschnittansicht des Betts entlang einer Linie VIII-VIII in 2A ist;
9 eine vergrößerte Querschnittansicht ist, die ein Loch, wie es in eine Seitenwand des Betts gegossen wurde, zeigt, das durch eine Abdeckung verschlossen ist;
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;
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;
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;
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
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.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Eine Werkzeugmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
<Gesamtstruktur>
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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).
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.
<Fehlerverhinderung beim Drehwinkel der B-Achsen-Dreheinheit (5A bis 5C)>
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.
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).
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.
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.
<Verhindern einer Beanspruchung, die zwischen dem Arbeitspunkt des Werkstücks und der Y-Achsen-Mittelachse (6A bis 6C) erzeugt wird>
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. Besonders bei den 6A bis 6C ist der in 4 gezeigte Feineinstellungsmechanismus 12 ausgelassen.
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.
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.
<Verhindern einer Beanspruchung, die zwischen der C-Achsen-Antriebsachse und der Z-Achsen-Mittelachse erzeugt wird >
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-Antriebsachse 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.
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.
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.
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.
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.
< Bettstruktur >
Als nächstes wird die Struktur des Betts 1 unter Bezugnahme auf die 7 bis 10 detailliert beschrieben.
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.
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.
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.
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.
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 zweiten Ausführungsbeispiel verwendet werden sollen. Die Flüssigkeitsfüllöffnungen 112 sind bei dem ersten Ausführungsbeispiel nicht notwendig und werden mittels Pfropfen verschlossen.
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel 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 dem zweiten Ausführungsbeispiel 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.
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.
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.
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.
Die 11 zeigt eine Tabelle, die die Beziehung von Volumen V, Flächenbereich S, Verhältnis S/V, Gewicht und einer Gesamtwärmekapazität der geformten herkömmlichen Bettstrukturen und der geformten Bettstrukturen der Erfindung. 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.
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.
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.
12 ist ein Graph, der die Ergebnisse einer Messung der Innentemperatur (Raumtemperatur) eines thermostatischen Raums und die Innentemperatur des Betts 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt, 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 (➁ in 12) nimmt die Innentemperatur des thermostatischen Raums bis in die Nähe der gesetzten Temperatur ab, weil keine Wärme von der Werkzeugmaschine erzeugt wird.
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.
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.
13 ist ein Graph, der die Ergebnisse einer Messung der Innentemperatur (Raumtemperatur) eines thermostatischen Raums und der Flüssigkeitstemperatur des Betts 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel 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 (➀ 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 (➁ in 13) nimmt die Innentemperatur des thermostatischen Raums bis in die Nähe der gesetzten Temperatur ab, weil keine Wärme von der Werkzeugmaschine erzeugt wird.
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.
Wenn das Bett 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel mit dem 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 dem zweiten Ausführungsbeispiel, 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 dem zweiten Ausführungsbeispiel 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 i Löcher des Betts nur mittels Abdeckungen verschlossen sind, im größeren Maße verhindert werden.
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.
Eine Werkzeugmaschine hat X-Achsen-, Y-Achsen-, und Z-Achsen-Bewegungseinheiten zum Erzeugen von relativen Bewegungen zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück; eine C-Achsen-Antriebseinheit zum Drehen des Werkstücks um eine C-Achse, die parallel zu der Z-Achse liegt; und eine B-Achsen-Dreheinheit zum Drehen des Werkzeugs um eine B-Achse, die parallel zu der Y-Achse liegt. Das Werkzeug ist in einer derartigen Art und Weise angeordnet, dass ein Bearbeitungspunkt des Werkzeugs mit der B-Achse zusammenfällt. Die Bewegungseinheiten, die Antriebseinheit und die Dreheinheit werden in einer derartigen Art und Weise gesteuert, dass ein Arbeitspunkt des Werkstücks mit dem Bearbeitungspunkt des Werkzeugs zusammenfällt. Das Bett wird durch Gießen ausgebildet und hat eine hohle Struktur und ein Loch, wie es gegossen wurde; und eine Abdeckung ist vorgesehen, um das gegossene Loch abzudecken, um das Innere des Betts abzuschließen.
Die Erfindung ist auf eine Werkzeugmaschine gerichtet, mit einer X-Achsenbewegungseinheit, einer Y- Achsenbewegungseinheit und einer Z-Achsenbewegungseinheit zum Erzeugen relativer Bewegungen zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück entlang der jeweiligen Richtungen einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse, die sich voneinander unterscheiden; mit einer C-Achsen-Antriebseinheit zum Drehen des Werkstücks um eine C-Achse, die parallel zu der Z-Achse liegt; und mit einer B-Achsendreheinheit zum Drehen des Werkzeugs um eine B-Achse, die an der B-Achsendreheinheit definiert ist und parallel zu der Y-Achse liegt, gerichtet, wobei das Werkzeug in einer derartigen Art und Weise angeordnet ist, dass ein Bearbeitungspunkt des Werkzeugs im Wesentlichen mit der B-Achse zusammenfällt und die Bewegungseinheiten, die Antriebseinheit und die Dreheinheit werden in einer derartigen Art und Weise gesteuert, dass ein Arbeitspunkt des Werkstücks im Wesentlichen mit dem Bearbeitungspunkt des Werkzeugs zusammenfällt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die B-Achsendreheinheit an der Y-Achsenbewegungseinheit derart angeordnet, dass die B-Achse im Wesentlichen mit einer Mittelachse eines beweglichen Bauteils der Y-Achsenbewegungseinheit zusammenfällt, wobei sich die Mittelachse entlang der Y-Achsenrichtung erstreckt; und das Werkzeug ist an der B-Achsendreheinheit vorgesehen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der C-Achsenantrieb an der Z-Achsenbewegungseinheit in einer derartigen Art und Weise angebracht, dass die C-Achse im Wesentlichen mit einer Mittelachse eines beweglichen Bauteils der Z-Achsenbewegungseinheit zusammenfällt, wobei sich die Mittelachse entlang der Z-Achsenrichtung erstreckt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung hat die Werkzeugmaschine ein Bett mit einer horizontalen oberen Fläche und einer vertikalen Seitenfläche, wobei die X-Achsenbewegungseinheit an der horizontalen oberen Fläche des Betts angeordnet ist, die Z-Achsenbewegungseinheit an der X-Achsenbewegungseinheit angebracht ist und die C-Achsenantriebseinheit an der Z-Achsenbewegungseinheit angeordnet ist, und wobei die Y-Achsenbewegungseinheit an der vertikalen Seitenfläche des Betts in einer derartigen Art und Weise angeordnet ist, dass eine Mittelachse in einer Z-Achsenrichtung des beweglichen Bauteils der Z-Achsenbewegungseinheit eine Mittelachse in einer Y-Achsenrichtung des beweglichen Bauteils der Y-Achsenbewegungseinheit senkrecht schneidet, wobei die B-Achsendreheinheit an der Y-Achsenbewegungseinheit angebracht ist und das Werkzeug an der B-Achsendreheinheit angebracht ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Bett durch Gießen ausgebildet und hat eine hohle Struktur und ein Loch, wie es gegossen wurde; und eine Abdeckung ist vorgesehen, um das gegossene Loch abzudecken, um das Innere des Betts zu verschließen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird eine Flüssigkeit in das Innere des Betts eingespeist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Flüssigkeit Öl oder Wasser mit einem rostverhindernden Mittel.

Claims

Bettstruktur für eine Werkzeugmaschine, mit: einem Bett (1), das durch Gießen ausgebildet ist, wobei das Bett (1) eine Hohlstruktur hat und gekennzeichnet ist durch ein Loch (102), wie es gegossen wurde; und eine Abdeckung (103, 104) zum Abdecken des Lochs (102), wie es gegossen wurde, um das Innere des Betts (1) zu verschließen.
Bettstruktur gemäß Anspruch 1, wobei eine Flüssigkeit in das Innere des Betts (1) eingespeist wird.
Bettstruktur gemäß Anspruch 2, wobei die Flüssigkeit Öl oder Wasser mit einem rostverhindernden Mittel ist.