JP2005088125A - 加工機 - Google Patents
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Abstract
高精度と高加工効率とを両立できる3軸以上の加工自由度を有する加工機を提供する。
【解決手段】
密度が4g/cm3以下である材料から形成することで、スライドテーブル13等の重量は従来の半分以下となり、それを駆動する駆動モーターのパワーが同じでも理論上加速度を2倍とできるので、目標加工速度に達する時間が半減し、その分駆動モーターの発熱が半減する。また、スライドテーブル13等の位置を検出して、フィードバックを駆動モーターにかけるサーボ機構の反応が速くなるので、スライドテーブル13等の運動精度や位置決め精度力が高められる。
【選択図】 図1
Description
(1)機械の制御精度を高くすることがあり、そのために各軸の位置測定分解能を向上して、高速なサーボにより駆動する作業台(スライドテーブルや旋回テーブル)を高精度に制御することや、サーボモーターの駆動指令に対して高速に追従するために、密度の小さい材料を用いて駆動する作業台を軽くすることが必要である。
(2)各軸が2段や3段に重なる積み木構造となるので、構造的に剛性が低下しやすく、各軸の剛性をできるだけ高めることが必要であり、そのために静圧案内の圧力伝達媒体の粘度を下げることや、ヤング率の高い材料を用いることが重要となる。
(3)環境の温度変化に影響されないようにすることも非常に重要であり、静圧案内を用いる場合には、静圧面での無駄な発熱を押さえるために圧力伝達媒体の粘度を下げることや、各部材に線膨張係数の小さな材料を選ぶことが重要である。
(4)環境変化が大きくなる前に加工を終了でき、かつ高効率に加工するために加工時間を短くすることが必要であり、高速に軸を駆動するためにサーボを高速にして位置測定の高分解能に追従することと、静圧面の剛性低下や振動が発生しないように、圧力伝達媒体の粘度を下げることが必要である。
(5)床の振動や機械本体の揺動による振動の影響を防ぐために、振動を検知して能動的にこれを抑制するように制御するアクティブな除振台等が必要である。
しかるに、サブミクロンオーダーの高精度と高加工効率とを両立できる3軸以上の加工自由度を有する加工機は、従来は存在していなかった。
11 アクティブエアマウント
12 ベース
13、113,213,313 (Z軸)スライドテーブル
14 旋回テーブル
114,214 旋回テーブルユニット
15 サポートブロック
16 (X軸)スライドテーブル
17 (Y軸)スライドテーブル
18 旋回テーブル
Claims (30)
- 3軸以上の自由度で切削加工もしくは研削加工を行う加工機において、
ワークもしくは工具を保持し少なくとも1軸以上の自由度で直線的に可動な第1の作業台が、セラミックから形成されていることを特徴とする加工機。 - 前記セラミックは、線膨張係数が5×10−6以下であることを特徴とする請求項1に記載の加工機。
- 前記セラミックは、窒化珪素をSi3N4換算で50重量%以上含み、密度が4g/cm3以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の加工機。
- 前記セラミックは、ヤング率が200GPa以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の加工機。
- 前記第1の作業台は、サーボゲインが−3dBとなる周波数が50Hz以上の軸駆動手段によって、静圧案内に沿って駆動されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の加工機。
- 前記軸駆動手段はリニアモータであることを特徴とする請求項5に記載の加工機。
- 前記第1の作業台の位置を測定する、分解能が10nm以下の測定手段を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の加工機。
- 前記第1の作業台により保持されるワークもしくは工具の加工速度が、600mm/min以上であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の加工機。
- 前記第1の作業台は、前記加工機において最も高速で駆動されることを特徴とする請求項8に記載の加工機。
- 3軸以上の自由度で切削加工もしくは研削加工を行う加工機において、
ワークもしくは工具を保持し少なくとも1軸以上の自由度で旋回可能な第2の作業台が、セラミックから形成されていることを特徴とする加工機。 - 前記セラミックは、線膨張係数が5×10−6以下であることを特徴とする請求項10に記載の加工機。
- 前記セラミックは、窒化珪素をSi3N4換算で50重量%以上含み、密度が4g/cm3以下であることを特徴とする請求項10又は11に記載の加工機。
- 前記セラミックは、ヤング率が200GPa以上であることを特徴とする請求項10乃至12のいずれかに記載の加工機。
- 前記第2の作業台は、サーボゲインが−3dBとなる周波数が50Hz以上の軸駆動手段によって、静圧案内に沿って駆動されることを特徴とする請求項13に記載の加工機。
- 前記軸駆動手段はACサーボモータであることを特徴とする請求項14に記載の加工機。
- 前記第2の作業台の角度を測定する、分解能が1秒角以下の測定手段を有することを特徴とする請求項10乃至15のいずれかに記載の加工機。
- 前記第2の作業台により保持されるワークもしくは工具の加工回転速度が、1°/sec以上であることを特徴とする請求項10乃至16のいずれかに記載の加工機。
- 前記第2の作業台は、前記加工機において最も高速で駆動されることを特徴とする請求項17に記載の加工機。
- 前記第2の作業台を支持する支持台は、線膨張係数が5×10−6以下、窒化珪素をSi3N4換算で50重量%以上含み且つ密度が4g/cm3以下、及びヤング率が200GPa以上のうち少なくとも一つの条件を満たすセラミック、及びニッケルを10重量%以上50重量%以下で含む合金の少なくとも一方の材料から形成されていることを特徴とする請求項10乃至18のいずれかに記載の加工機。
- 前記静圧案内及びそれらを固定するためのベースの少なくとも一つは、線膨張係数が5×10−6以下、窒化珪素をSi3N4換算で50重量%以上含み且つ密度が4g/cm3以下、及びヤング率が200GPa以上のうち少なくとも一つの条件を満たすセラミックから形成されていることを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載の加工機。
- 前記静圧案内の圧力伝達媒体は液体であり、その粘度は10pois以下であることを特徴とする請求項1乃至20のいずれかに記載の加工機。
- 前記加工機が設置された床から、前記加工機に対して振動の伝達を抑制するアクティブな抑制手段を有することを特徴とする請求項1乃至21のいずれかに記載の加工機。
- 3軸以上の加工機において、
サーボゲインが−3dBとなる周波数が50Hz以上の軸駆動手段によって、静圧案内に沿って移動する、密度が4g/cm3以下である素材からなる第1の作業台と、
前記第1の作業台の位置を測定する、分解能が10nm以下の測定手段と、を有することを特徴とする加工機。 - 静圧案内に沿って旋回する、密度が4g/cm3以下である素材からなる第2の作業台と、
前記第2の作業台の角度を測定する、分解能が1秒角以下の測定手段と、を有することを特徴とする請求項23に記載の加工機。 - 加工速度が600mm/min以上であることを特徴とする請求項23又は24に記載の加工機。
- 前記第1の作業台、前記第2の作業台、前記静圧案内、及びそれらを固定するためのベースの少なくとも一つは、線膨張係数が5×10−6以下の材料から形成されていることを特徴とする請求項23乃至25のいずれかに記載の加工機。
- 前記第1の作業台、前記第2の作業台、前記静圧案内、及びそれらを固定するためのベースの少なくとも一つは、ヤング率が200GPa以上の材料から形成されていることを特徴とする請求項23乃至26のいずれかに記載の加工機。
- 前記静圧案内の圧力伝達媒体は液体であり、その粘度は10pois以下であることを特徴とする請求項23乃至27のいずれかに記載の加工機。
- 前記加工機が設置された床から、前記加工機に対して振動の伝達を抑制するアクティブな抑制手段を有することを特徴とする請求項23乃至28のいずれかに記載の加工機。
- 前記第1の作業台、前記第2の作業台、前記静圧案内、及びそれらを固定するためのベースの少なくとも一つは、窒化珪素の成分をSi3N4換算で50重量%以上とする材料から形成されていることを特徴とする請求項23乃至29のいずれかに記載の加工機。
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