JP2010058263A - Ultra-precision machine tool - Google Patents

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Abstract

【課題】加工点に対して主要構造部分が完全に対称構造で、熱変位に起因する誤差を最小にした5軸制御の超精密工作機械を提供する。
【解決手段】ベース1の上面には、X軸スライダ3を挟んでX軸方向の両側に、一対のY軸案内部材41、41が固定され、Y軸スライダ4、4をX軸に直交する水平なY軸方向に移動可能に案内する。Y軸リニアモータ42、42、Y軸案内部材41、41が、Y軸スライダ4、4の質量の中心に配置されているため、振動や位置決め誤差を最小にして、Y軸スライダ4をY軸方向に駆動することができる。
【選択図】図1
A 5-axis control ultra-precise machine tool in which main structural portions are completely symmetrical with respect to a machining point and errors due to thermal displacement are minimized.
A pair of Y-axis guide members (41, 41) is fixed on the upper surface of a base (1) on both sides in the X-axis direction with an X-axis slider (3) interposed therebetween, and the Y-axis sliders (4, 4) are orthogonal to the X-axis. Guided so as to be movable in the horizontal Y-axis direction. Since the Y-axis linear motors 42 and 42 and the Y-axis guide members 41 and 41 are arranged at the center of the mass of the Y-axis sliders 4 and 4, the vibration and positioning error are minimized and the Y-axis slider 4 is moved to the Y-axis. Can be driven in the direction.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、工作機械、特に、5軸制御の超精密工作機械に関する。更に詳しくは、マイクロメートルレベルの構造体や曲面で構成され、面粗さがナノメートルレベルのワークを機械加工するための超精密工作機械に関する。   The present invention relates to a machine tool, and more particularly to a 5-axis control ultra-precision machine tool. More specifically, the present invention relates to an ultra-precise machine tool for machining a work having a structure of a micrometer level and a curved surface and having a surface roughness of a nanometer level.

光学、バイオテクノロジー、エレクトロニクス、メカトロニクス等の分野では、導光板、マイクロ針アレイ、マイクロ流路、マイクロ・プリズム・レトロリフレクター、レンズアレイ等の精密な部品が使用される。これらの精密な部品は、マイクロメートルレベルの構造体や曲面で構成され、ナノメートルレベルの面粗さが要求される。これらの部品のほとんどは、プラスチックやガラスの成形品のため、これらの部品を量産するための金型が必要となる。   In the fields of optics, biotechnology, electronics, mechatronics, etc., precision parts such as a light guide plate, a micro needle array, a micro flow path, a micro prism / retroreflector, and a lens array are used. These precision parts are composed of structures and curved surfaces at the micrometer level, and surface roughness at the nanometer level is required. Most of these parts are molded products of plastic or glass, so a mold for mass production of these parts is required.

この金型を機械加工するには、ナノメートルレベルで、工具やワークの位置を制御する超精密工作機械が必要となる。特許文献1に開示されている超精密工作機械は、テーブルや加工ヘッドを、リニアモータと静圧空気軸受によって非接触で駆動し、非接触式のリニアエンコーダで、テーブルや加工ヘッドの位置を検出している。また、テーブルや加工ヘッドの中心に対して対称の位置に、一対のリニアモータを配置して、テーブルや加工ヘッドの質量の中心(重心)を等距離から駆動することによって、ナノメートルレベルの加工精度を実現している。   Machining this mold requires an ultra-precision machine tool that controls the position of tools and workpieces at the nanometer level. The ultra-precise machine tool disclosed in Patent Document 1 drives a table and a machining head in a non-contact manner by a linear motor and a hydrostatic air bearing, and detects the position of the table and the machining head with a non-contact linear encoder. is doing. In addition, a pair of linear motors are arranged at symmetrical positions with respect to the center of the table or processing head, and the center of gravity (center of gravity) of the table or processing head is driven from an equal distance, thereby processing at the nanometer level. Realizes accuracy.

しかし、特許文献1の工作機械は、テーブルや加工ヘッドが、加工点に対して非対称に配置されているため、テーブルや加工ヘッドの熱変位に起因する加工誤差が生じる恐れがある。また、加工ヘッドがコラムにオーバーハングして支持されているため、工具とワークの間の力のループの長さが長くなり、各部の弾性変形が蓄積されて、工具とワークとの間に運動誤差が生じる。   However, in the machine tool of Patent Document 1, since the table and the machining head are arranged asymmetrically with respect to the machining point, there is a possibility that a machining error due to thermal displacement of the table and the machining head may occur. In addition, since the machining head is supported by the column overhanging, the length of the force loop between the tool and the workpiece is increased, and the elastic deformation of each part is accumulated, causing movement between the tool and the workpiece. An error occurs.

米国特許第6870286号明細書US Pat. No. 6,870,286

本発明の目的は、加工点に対して主要構造部分が完全に対称構造で、熱変位に起因する誤差を最小にした5軸制御の超精密工作機械を提供することにある。
本発明の他の目的は、全5軸を移動台の質量の中心の等距離位置から駆動して、振動や位置決め誤差を最小にした5軸制御の超精密工作機械を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a 5-axis control ultra-precise machine tool in which the main structural portion is a completely symmetric structure with respect to the machining point and the error due to thermal displacement is minimized.
Another object of the present invention is to provide a 5-axis control ultra-precise machine tool in which all five axes are driven from the equidistant position of the center of mass of the moving table to minimize vibrations and positioning errors.

本発明の更に他の目的は、工具とワークの間の力のループの長さが短く、各部の弾性変形の影響を最小にした5軸制御の超精密工作機械を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、熱源となるモータを切削領域から離し、かつ、均等に配置して、熱変形を均一にし、熱変位に起因する誤差を最小にした5軸制御の超精密工作機械を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、機械のベースを振動分離構造によって支持して、地面の振動の影響を最小にした5軸制御の超精密工作機械を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a 5-axis control ultra-precision machine tool in which the length of a force loop between a tool and a workpiece is short and the influence of elastic deformation of each part is minimized.
Still another object of the present invention is to provide a 5-axis control ultra-precise machine in which the motor as a heat source is separated from the cutting area and is evenly arranged so that thermal deformation is made uniform and errors due to thermal displacement are minimized. To provide a machine.
Still another object of the present invention is to provide a 5-axis control ultra-precise machine tool in which the base of the machine is supported by a vibration isolation structure to minimize the influence of ground vibration.

前記課題は以下の手段によって解決される。
すなわち、第1番目の発明の超精密工作機械は、
ベースと、
前記ベース上に水平なX軸方向に移動可能に設けられたX軸スライダ(3)と、
前記ベース上に前記X軸スライダの質量の中心に対して対称位置に配置され、前記X軸スライダをX軸方向に移動可能に案内する一対のX軸案内部材(31)と、
前記ベース上に前記X軸スライダの質量の中心に対して対称位置に配置され、前記X軸スライダをX軸方向に駆動する一対のX軸リニアモータ(32)と、
前記X軸スライダに搭載され、ワークが載置されるテーブル(33)と、
前記ベース上に、前記X軸スライダを挟んでX軸方向の両側に各々配置され、前記X軸に直交する水平なY軸方向に移動可能に設けられた一対のY軸スライダ(4)と、
前記ベース上に、前記X軸スライダを挟んでX軸方向の両側に各々配置され、前記Y軸スライダをY軸方向に移動可能に案内する一対のY軸案内部材(41)と、
前記ベース上に、前記X軸スライダを挟んでX軸方向の両側に、前記Y軸スライダの質量の中心に対して対象位置に配置され、前記Y軸スライダをY軸方向に駆動する一対のY軸リニアモータ(42)と、
前記一対のY軸スライダの各々に、前記X軸と前記Y軸の両方に直交する垂直なZ軸方向に移動可能に設けられた一対のZ軸スライダ(5)と、
前記一対のY軸スライダの各々に、前記Z軸スライダの質量の中心に対して対称位置に配置され、前記一対のZ軸スライダをZ軸方向に移動可能に案内する2対のZ軸案内部材(51)と、
前記一対のY軸スライダの各々に、前記Z軸スライダの質量の中心に対して対称位置に配置され、前記一対のZ軸スライダをZ軸方向に駆動する2対のZ軸リニアモータ(52)と、
X軸方向の両端が、前記Z軸スライダの各々に、X軸に平行なA軸を中心にして回転割り出し可能に軸支された主軸頭支持ビーム(6)と、
前記主軸頭支持ビームのX軸方向の中央位置に取り付けられ、工具を保持する主軸を有する主軸頭(61)とを備えたことを特徴とする。
The said subject is solved by the following means.
That is, the ultra-precision machine tool of the first invention is
Base and
An X-axis slider (3) provided on the base so as to be movable in a horizontal X-axis direction;
A pair of X-axis guide members (31) disposed on the base in a symmetric position with respect to the center of mass of the X-axis slider and movably guiding the X-axis slider in the X-axis direction;
A pair of X-axis linear motors (32) disposed on the base in a symmetrical position with respect to the center of mass of the X-axis slider and driving the X-axis slider in the X-axis direction;
A table (33) mounted on the X-axis slider and on which a workpiece is placed;
A pair of Y-axis sliders (4) disposed on both sides in the X-axis direction on the base and sandwiching the X-axis slider so as to be movable in a horizontal Y-axis direction orthogonal to the X-axis;
A pair of Y-axis guide members (41) disposed on both sides of the X-axis slider on the base, respectively, for guiding the Y-axis slider so as to be movable in the Y-axis direction;
A pair of Y is disposed on the base on both sides in the X-axis direction with the X-axis slider in between, at a target position with respect to the center of mass of the Y-axis slider, and drives the Y-axis slider in the Y-axis direction. An axial linear motor (42);
A pair of Z-axis sliders (5) provided on each of the pair of Y-axis sliders so as to be movable in a vertical Z-axis direction perpendicular to both the X-axis and the Y-axis;
Each of the pair of Y-axis sliders is disposed in a symmetrical position with respect to the center of mass of the Z-axis slider and guides the pair of Z-axis sliders so as to be movable in the Z-axis direction. (51),
Two pairs of Z-axis linear motors (52), which are disposed in symmetrical positions with respect to the center of mass of the Z-axis slider in each of the pair of Y-axis sliders, and drive the pair of Z-axis sliders in the Z-axis direction. When,
A spindle head support beam (6) whose both ends in the X-axis direction are pivotally supported by each of the Z-axis sliders so as to be able to rotate and index around an A-axis parallel to the X-axis;
A spindle head (61), which is attached to the center position in the X-axis direction of the spindle head support beam and has a spindle for holding a tool, is provided.

第2番目の発明の超精密工作機械は、第1番目の発明の超精密工作機械において、
前記テーブルは、Z軸に平行なC軸を中心にして回転割り出し可能に軸支されるC軸テーブルであることを特徴とする。
The ultra-precision machine tool of the second invention is the ultra-precision machine tool of the first invention.
The table is a C-axis table that is rotatably supported around a C-axis parallel to the Z-axis.

第3番目の発明の超精密工作機械は、第1又は2番目の発明の超精密工作機械において、前記主軸頭支持ビームには、
前記A軸の中心軸線に対する主軸頭支持ビーム及び主軸頭の質量のアンバランスを補正するカウンターウエイトが取り付けられていることを特徴とする。
The ultraprecision machine tool of the third invention is the ultraprecision machine tool of the first or second invention, wherein the spindle head support beam includes:
The spindle head support beam with respect to the central axis of the A-axis and a counterweight for correcting the unbalance of the mass of the spindle head are attached.

第4番目の発明の超精密工作機械は、第1又は2番目の発明の超精密工作機械において、前記X軸案内部材、Y軸案内部材、Z軸案内部材、C軸テーブルの軸支部、主軸頭支持ビームの軸支部が静圧空気軸受で構成されていることを特徴とする。
第5番目の発明の超精密工作機械は、第1又は2番目の発明の超精密工作機械において、前記C軸テーブルの回転割り出し及び主軸頭支持ビームの回転割り出しが、ダイレクトドライブモータによって行われることを特徴とする。
The ultra-precision machine tool of the fourth invention is the ultra-precision machine tool of the first or second invention, wherein the X-axis guide member, the Y-axis guide member, the Z-axis guide member, the shaft support portion of the C-axis table, the spindle The shaft support portion of the head support beam is composed of a hydrostatic air bearing.
The ultraprecision machine tool of the fifth invention is the ultraprecision machine tool of the first or second invention, wherein the rotational indexing of the C-axis table and the rotational indexing of the spindle head support beam are performed by a direct drive motor. It is characterized by.

第6番目の発明の超精密工作機械は、第1又は2番目の発明の超精密工作機械において、前記ベースを支持する上部フレームと、前記上部フレームを支持して床に配置された下部フレームと、前記上部フレームと下部フレームとの間に介在され、床からベースに伝えられる振動を減少させる空圧制御の除振装置とを備えたことを特徴とする。   The ultra-precision machine tool of the sixth invention is the ultra-precision machine tool of the first or second invention, wherein the upper frame that supports the base, and the lower frame that is disposed on the floor and supports the upper frame, And a pneumatic control vibration isolator which is interposed between the upper frame and the lower frame and reduces vibration transmitted from the floor to the base.

第7番目の発明の超精密工作機械は、第1又は2番目の発明の超精密工作機械において、前記ベースは花崗岩で形成され、前記X軸案内部材、前記Y軸案内部材及び前記Z軸案内部材の素材はアルミナセラミックであることを特徴とする。   The ultra-precision machine tool according to a seventh aspect of the present invention is the ultra-precision machine tool according to the first or second aspect, wherein the base is formed of granite, the X-axis guide member, the Y-axis guide member, and the Z-axis guide. The material of the member is an alumina ceramic.

本発明の超精密工作機械は、加工点に対して、X軸方向、Y軸方向の主要構造部分が完全に対称構造で、主要構造部分が、花崗岩やアルミナセラミック等の無機物で形成されているため、熱変位に起因する誤差が最小で、ナノメートルレベルのワークを高精度に機械加工することができる。また、本発明の実施の形態の超精密工作機械は、X軸、Y軸、Z軸、A軸、C軸の全5軸を質量の中心で駆動するため、振動や位置決め誤差を最小にすることができる。   In the ultra-precision machine tool of the present invention, the main structural part in the X-axis direction and the Y-axis direction is completely symmetrical with respect to the processing point, and the main structural part is formed of an inorganic material such as granite or alumina ceramic. Therefore, errors due to thermal displacement are minimal, and nanometer-level workpieces can be machined with high accuracy. In addition, the ultra-precise machine tool according to the embodiment of the present invention drives all five axes of the X-axis, Y-axis, Z-axis, A-axis, and C-axis at the center of mass, thereby minimizing vibration and positioning errors. be able to.

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施の形態の超精密工作機械を示す全体斜視図である。図2は、図1の超精密工作機械のベースを支持する上部フレームと下部フレームを示す斜視図である。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall perspective view showing an ultraprecision machine tool according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing an upper frame and a lower frame that support the base of the ultraprecision machine tool of FIG.

図1、図2に示すように、本発明の実施の形態の超精密工作機械を支持する矩形形状のベース1の素材は、熱膨張率の小さい花崗岩である。ベース1は、図2に詳細に示すように、床上に配置された下部フレーム22上に載置された上部フレーム21上に載置されている。上部フレーム21と下部フレーム22は、断面形状が矩形のチューブ材(内部が中空である管材)を溶接して形成されている。下部フレーム22の4角の下面には、レベリング装置221が配置されており、これによって床上に4箇所で下部フレーム22が支持されている。レベリング装置221は、下部フレーム22の上下方向の高さを調節するものであり、レベリンングシートとレベリングボルトから構成される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the material of the rectangular base 1 that supports the ultraprecision machine tool according to the embodiment of the present invention is granite having a small coefficient of thermal expansion. As shown in detail in FIG. 2, the base 1 is placed on an upper frame 21 placed on a lower frame 22 disposed on the floor. The upper frame 21 and the lower frame 22 are formed by welding a tube material having a rectangular cross-sectional shape (a tube material having a hollow interior). Leveling devices 221 are arranged on the lower surfaces of the four corners of the lower frame 22, thereby supporting the lower frame 22 at four locations on the floor. The leveling device 221 adjusts the height of the lower frame 22 in the vertical direction, and includes a leveling seat and a leveling bolt.

ベース1と上部フレーム21との間には、ゴム製の支持パッド211が3箇所に配置され、ベース1を上部フレーム21上に支持し、ベース1のねじれを防止している。上部フレーム21には、上部フレーム21の4隅に、支持ブラケット212が一体的に形成され、支持ブラケット212は、上部フレーム21の上面から上方側に突出している。   Between the base 1 and the upper frame 21, rubber support pads 211 are arranged at three locations to support the base 1 on the upper frame 21 and prevent the base 1 from being twisted. The upper frame 21 is integrally formed with support brackets 212 at four corners of the upper frame 21, and the support brackets 212 protrude upward from the upper surface of the upper frame 21.

この4箇所の支持ブラケット212の下面と下部フレーム22の上面との間に、除振装置23が4箇所に配置されている。除振装置23は、コントローラに接続されている振動センサと空圧アクチュエータを有する。振動センサが振動を検知してコントローラに出力信号を送り、コントローラの駆動信号で空圧アクチュエータを駆動して、振動を相殺し、床からベース1に伝えられる振動を減少させる。   Between the lower surface of the four support brackets 212 and the upper surface of the lower frame 22, vibration isolation devices 23 are arranged at four locations. The vibration isolator 23 has a vibration sensor and a pneumatic actuator connected to the controller. The vibration sensor detects the vibration and sends an output signal to the controller. The pneumatic actuator is driven by the drive signal of the controller to cancel the vibration and reduce the vibration transmitted from the floor to the base 1.

図1に詳細に示すように、ベース1の水平な上面には、水平なX軸方向に移動可能にX軸スライダ3が載置されている。X軸スライダ3は、X軸に直交する水平なY軸方向に長く延びる矩形形状を有している。ベース1の上面には、一対のX軸案内部材31、31が固定されている。X軸案内部材31、31は、X軸スライダ3の質量の中心に対してY軸方向の対称位置に配置され、X軸スライダ3をX軸方向に移動可能に案内する。   As shown in detail in FIG. 1, an X-axis slider 3 is placed on the horizontal upper surface of the base 1 so as to be movable in the horizontal X-axis direction. The X-axis slider 3 has a rectangular shape that extends long in the horizontal Y-axis direction orthogonal to the X-axis. A pair of X-axis guide members 31, 31 are fixed to the upper surface of the base 1. The X-axis guide members 31, 31 are arranged at symmetrical positions in the Y-axis direction with respect to the center of mass of the X-axis slider 3, and guide the X-axis slider 3 so as to be movable in the X-axis direction.

図1では、一対のX軸案内部材31、31のうちの手前側の一個のX軸案内部材31だけが示され、もう一つのX軸案内部材31は示されていない。X軸案内部材31は、図示されているように、断面形状が矩形であるアルミナセラミックで形成されている。X軸案内部材31は、矩形のX軸案内部材31の4側面にX軸案内面を形成できるように、X軸案内部材31の下面の一部だけが、ベース1の上面に接している。アルミナセラミックは熱膨張率が小さいため、X軸案内部材31の熱変位による誤差を最小にすることができる。   In FIG. 1, only one X-axis guide member 31 on the near side of the pair of X-axis guide members 31 and 31 is shown, and the other X-axis guide member 31 is not shown. As shown in the drawing, the X-axis guide member 31 is formed of alumina ceramic having a rectangular cross-sectional shape. In the X-axis guide member 31, only a part of the lower surface of the X-axis guide member 31 is in contact with the upper surface of the base 1 so that the X-axis guide surface can be formed on the four side surfaces of the rectangular X-axis guide member 31. Since the alumina ceramic has a small coefficient of thermal expansion, errors due to thermal displacement of the X-axis guide member 31 can be minimized.

X軸スライダ3とX軸案内面との間の軸受隙間には、圧力を調整した加圧空気が供給されて静圧空気軸受を構成している。X軸スライダ3をX軸方向に駆動する一対のX軸リニアモータ32、32が、X軸スライダ3の質量の中心に対して対称位置で、X軸案内部材31のY軸方向の外側に設けられている。断面形状がU字状のX軸リニアモータ32の固定子321が、X軸案内部材31のY軸方向の外側で、X軸案内部材31に平行に、ベース1の上面に固定されている。   The bearing gap between the X-axis slider 3 and the X-axis guide surface is supplied with pressurized air adjusted in pressure to constitute a static pressure air bearing. A pair of X-axis linear motors 32, 32 that drive the X-axis slider 3 in the X-axis direction are provided on the outer side of the X-axis guide member 31 in the Y-axis direction at symmetrical positions with respect to the center of mass of the X-axis slider 3. It has been. A stator 321 of an X-axis linear motor 32 having a U-shaped cross section is fixed to the upper surface of the base 1 in parallel to the X-axis guide member 31 on the outer side in the Y-axis direction of the X-axis guide member 31.

固定子321とベース1の上面との間には、固定子321をベース1に固定するための固定子台が介在している。固定子321には、X軸方向に多数の磁石列が配列されている。板状の部材である可動子322が、X軸スライダ3のY軸方向の外側の側面に、X軸案内部材31に平行に配置され、固定されている。可動子322は、固定子321の磁石列に対向して配列されたコイル列を有する。図1では、一対のX軸リニアモータ32、32のうちの手前側の一個のX軸リニアモータ32が示され、もう一つのX軸リニアモータ32は示されていない。   A stator base for fixing the stator 321 to the base 1 is interposed between the stator 321 and the upper surface of the base 1. The stator 321 has a large number of magnet arrays arranged in the X-axis direction. A movable element 322, which is a plate-like member, is disposed and fixed on the outer side surface in the Y-axis direction of the X-axis slider 3 in parallel with the X-axis guide member 31. The mover 322 has a coil array arranged to face the magnet array of the stator 321. In FIG. 1, one X-axis linear motor 32 on the front side of the pair of X-axis linear motors 32, 32 is shown, and the other X-axis linear motor 32 is not shown.

X軸スライダ3には、ワークが載置されるC軸テーブル33が回転割り出し可能に軸支されている。C軸テーブル33は、垂直(鉛直)なZ軸に平行なC軸を中心にして回転割り出し可能に軸支されている。C軸テーブル33の軸支部(図示せず)には、圧力を調整した加圧空気が供給されて静圧空気軸受を構成している。また、C軸テーブル33の回転割り出しは、ダイレクトドライブモータ(図示せず)によって行われる。静圧空気軸受、及びダイレクトドライブモータの構造、機能は、工作機械の当業者には周知の技術であり、かつ本発明の要旨でもないので、その説明は省略する。   A C-axis table 33 on which a workpiece is placed is pivotally supported on the X-axis slider 3 so as to be able to rotate and index. The C-axis table 33 is pivotally supported so that it can be rotationally indexed about the C-axis parallel to the vertical (vertical) Z-axis. The shaft support portion (not shown) of the C-axis table 33 is supplied with pressurized air whose pressure has been adjusted to constitute a static pressure air bearing. Further, the rotation index of the C-axis table 33 is performed by a direct drive motor (not shown). The structures and functions of the hydrostatic air bearing and the direct drive motor are techniques well known to those skilled in the art of machine tools, and are not the gist of the present invention, so the description thereof will be omitted.

一対のX軸リニアモータ32、32、一対のX軸案内部材31、31が、X軸スライダ3の質量の中心に対して対称位置に配置されているため、振動や位置決め誤差を最小にして、X軸スライダ3をX軸方向に駆動することができる。また、X軸リニアモータ32、X軸案内部材31は、完全に非接触でX軸スライダ3をX軸方向に駆動するため、バックラッシュエラーが無く、円滑な駆動を行うことができる。   Since the pair of X-axis linear motors 32 and 32 and the pair of X-axis guide members 31 and 31 are arranged symmetrically with respect to the center of the mass of the X-axis slider 3, vibration and positioning errors are minimized. The X-axis slider 3 can be driven in the X-axis direction. Further, since the X-axis linear motor 32 and the X-axis guide member 31 drive the X-axis slider 3 in the X-axis direction without contact completely, there is no backlash error and smooth driving can be performed.

X軸スライダ3のX軸方向の位置を検出する一対のX軸リニアエンコーダ34、34の読み取りヘッド341、341が、取り付けブロック342、342に固定されている。取り付けブロック342、342は、X軸リニアモータ32、32のY軸方向の外側で、ベース1の上面に固定されている。スケール343、343が、X軸スライダ3のY軸方向の外側の上面に、X軸案内部材31、31に平行に固定されている。スケール343、343には、多数の格子目盛がX軸方向に同一ピッチで形成されている。   Read heads 341 and 341 of a pair of X-axis linear encoders 34 and 34 for detecting the position of the X-axis slider 3 in the X-axis direction are fixed to mounting blocks 342 and 342. The mounting blocks 342 and 342 are fixed to the upper surface of the base 1 outside the X-axis linear motors 32 and 32 in the Y-axis direction. Scales 343 and 343 are fixed on the outer upper surface of the X-axis slider 3 in the Y-axis direction in parallel with the X-axis guide members 31 and 31. On the scales 343 and 343, a large number of grid graduations are formed at the same pitch in the X-axis direction.

各々の読み取りヘッド341は、スケール343に光を照射する発光素子と、スケール343からの反射光を検出する受光素子とを有し、反射光の光量の変化に基づいて、スケール343の格子目盛を非接触式に読みとる。図1では、一対のX軸リニアエンコーダ34のうちの手前側の一個のX軸リニアエンコーダ34だけが示され、もう一つのX軸リニアエンコーダ34は省略されている。   Each reading head 341 includes a light emitting element that irradiates light to the scale 343 and a light receiving element that detects reflected light from the scale 343. Based on a change in the light amount of the reflected light, each reading head 341 displays a grid scale of the scale 343. Read non-contact. In FIG. 1, only one X-axis linear encoder 34 on the front side of the pair of X-axis linear encoders 34 is shown, and the other X-axis linear encoder 34 is omitted.

ベース1の上面には、X軸スライダ3を挟んでX軸方向の両側に、一対のY軸案内部材41、41が固定台を介して固定されている。この各Y軸案内部材41、41上には、それぞれ移動台411が移動自在に搭載されている。この移動台411、411上には、それぞれY軸スライダ4、4が搭載され、かつ固定されている。移動台411は、Y軸スライダ4、4を、X軸に直交する水平なY軸方向に移動可能に案内する。図1に示すように、移動台411の側面には、Y軸連結板412の一端がビスにより固定されており、Y軸連結板412の他端は、同様に他方の移動台411の側面にビスで固定されている。従って、両移動台411、411は、互いに連結されていることになるので、両Y軸スライダ4、4は、同期してY軸案内部材41、41上を移動できることになる。Y軸スライダ4、4は、X軸方向の幅が狭く、Y軸方向及びZ軸方向に長く延びて形成されている。   On the upper surface of the base 1, a pair of Y-axis guide members 41, 41 are fixed on both sides in the X-axis direction with the X-axis slider 3 interposed therebetween via a fixed base. A movable table 411 is movably mounted on each Y-axis guide member 41, 41. On the moving bases 411 and 411, Y-axis sliders 4 and 4 are mounted and fixed, respectively. The moving table 411 guides the Y-axis sliders 4 and 4 so as to be movable in the horizontal Y-axis direction orthogonal to the X-axis. As shown in FIG. 1, one end of a Y-axis coupling plate 412 is fixed to the side surface of the moving table 411 with screws, and the other end of the Y-axis coupling plate 412 is similarly connected to the side surface of the other moving table 411. It is fixed with screws. Therefore, since both the moving bases 411 and 411 are connected to each other, both the Y-axis sliders 4 and 4 can move on the Y-axis guide members 41 and 41 synchronously. The Y-axis sliders 4 and 4 have a narrow width in the X-axis direction and are formed to extend long in the Y-axis direction and the Z-axis direction.

Y軸案内部材41、41は、その断面形状は矩形であり、素材はアルミナセラミックで形成されている。Y軸案内部材41、41は、Y軸案内部材41、41の4側面にY軸案内面を形成できるように、Y軸案内部材41、41の下面の一部だけが、即ちその両端のみがベース1の上面に接している。Y軸スライダ4、4とY軸案内面との間の軸受隙間には、圧力を調整した加圧空気が供給されて静圧空気軸受を構成している。Y軸スライダ4、4をY軸方向に駆動する一対のY軸リニアモータ42、42が、Y軸案内部材41、41のX軸方向の外側に設けられている。   The Y-axis guide members 41 and 41 have a rectangular cross-sectional shape and are made of alumina ceramic. Only a part of the lower surface of the Y-axis guide members 41, 41, that is, only both ends thereof, can be formed so that the Y-axis guide members 41, 41 can form Y-axis guide surfaces on the four side surfaces of the Y-axis guide members 41, 41. It is in contact with the upper surface of the base 1. The bearing gap between the Y-axis sliders 4 and 4 and the Y-axis guide surface is supplied with pressurized air whose pressure is adjusted to constitute a static pressure air bearing. A pair of Y-axis linear motors 42 and 42 for driving the Y-axis sliders 4 and 4 in the Y-axis direction are provided outside the Y-axis guide members 41 and 41 in the X-axis direction.

Y軸リニアモータ42、42は、上部に断面形状がU字状の溝を備えた固定子421、421を有している。固定子421、421は、Y軸案内部材41、41のX軸方向の外側で、かつY軸案内部材41、41に平行に、サブベース11、11上に固定されている。ベース1の上面に取り付けられたサブベース11、11の素材は、花崗岩である。固定子421、421には、Y軸方向に多数の磁石列が配列されている。   The Y-axis linear motors 42 and 42 have stators 421 and 421 provided with grooves having a U-shaped cross section at the top. The stators 421 and 421 are fixed on the sub-bases 11 and 11 outside the Y-axis guide members 41 and 41 in the X-axis direction and parallel to the Y-axis guide members 41 and 41. The material of the sub-bases 11 and 11 attached to the upper surface of the base 1 is granite. A large number of magnet arrays are arranged in the Y-axis direction on the stators 421 and 421.

可動子422、422の上部が、Y軸スライダ4、4のX軸方向の外側面に、Y軸スライダ4、4の質量の中心の位置に、Y軸案内部材41、41に平行に固定されている。この可動子422、422の下部は、固定子421、421のU字状の溝に挿入されている。可動子422、422は、固定子421、421の磁石列に対向して配列されたコイル列を有する。図1では、一対のY軸リニアモータ42、42のうちの手前側の一個のY軸リニアモータ42が示され、もう一つのY軸リニアモータ42の大部分は図示していない。   The upper portions of the movers 422 and 422 are fixed to the outer surface of the Y-axis sliders 4 and 4 in the X-axis direction, at the center of the mass of the Y-axis sliders 4 and 4, and parallel to the Y-axis guide members 41 and 41. ing. Lower portions of the movers 422 and 422 are inserted into U-shaped grooves of the stators 421 and 421. The movers 422 and 422 have coil arrays arranged to face the magnet arrays of the stators 421 and 421. In FIG. 1, one Y-axis linear motor 42 on the front side of the pair of Y-axis linear motors 42 and 42 is shown, and most of the other Y-axis linear motor 42 is not shown.

Y軸リニアモータ42、42は、両Y軸スライダ4,4を結合した質量の中心に対して、対象位置に配置され、かつY軸スライダ4、4をそれぞれ同期させて駆動されるので、振動や位置決め誤差を最小にして、Y軸スライダ4をY軸方向に駆動することができる。また、Y軸リニアモータ42、Y軸案内部材41は、完全に非接触でY軸スライダ4をY軸方向に駆動するため、バックラッシュエラーが無く、円滑な駆動を行うことができる。   Since the Y-axis linear motors 42 and 42 are disposed at target positions with respect to the center of mass where the two Y-axis sliders 4 and 4 are coupled, and are driven in synchronization with the Y-axis sliders 4 and 4, vibrations occur. In addition, the Y-axis slider 4 can be driven in the Y-axis direction with minimum positioning error. Further, since the Y-axis linear motor 42 and the Y-axis guide member 41 drive the Y-axis slider 4 in the Y-axis direction completely without contact, there is no backlash error and smooth driving can be performed.

Y軸スライダ4のY軸方向の位置を検出するY軸リニアエンコーダ44の読み取りヘッド441、441が、取り付けブロック442、442に各々固定されている。取り付けブロック442、442は、Y軸リニアモータ42、42の外側で、サブベース11、11の上面に各々固定されている。スケール443が、Y軸スライダ4のX軸方向の外側面に、Y軸案内部材41に平行に固定されている。   Read heads 441 and 441 of a Y-axis linear encoder 44 for detecting the position of the Y-axis slider 4 in the Y-axis direction are fixed to mounting blocks 442 and 442, respectively. The mounting blocks 442 and 442 are respectively fixed to the upper surfaces of the sub-bases 11 and 11 outside the Y-axis linear motors 42 and 42. A scale 443 is fixed to the outer surface of the Y-axis slider 4 in the X-axis direction in parallel to the Y-axis guide member 41.

スケール443には、多数の格子目盛がY軸方向に同一ピッチで形成されている。読み取りヘッド441は、スケール443に光を照射する発光素子と、スケール443からの反射光を検出する受光素子とを有し、反射光の光量の変化に基づいて、スケール443の格子目盛を非接触式に読みとる。図1では、一対のY軸リニアエンコーダ44、44のうちの手前側の一個のY軸リニアエンコーダ44が示され、もう一つのY軸リニアエンコーダ44は図示していない。   A large number of grid graduations are formed on the scale 443 at the same pitch in the Y-axis direction. The reading head 441 includes a light emitting element that irradiates light to the scale 443 and a light receiving element that detects reflected light from the scale 443, and the grid graduation of the scale 443 is contactless based on a change in the amount of reflected light. Read in the formula. In FIG. 1, one Y-axis linear encoder 44 on the front side of the pair of Y-axis linear encoders 44, 44 is shown, and the other Y-axis linear encoder 44 is not shown.

Y軸スライダ4、4には、X軸とY軸の両方に直交する垂直なZ軸方向に移動可能にZ軸スライダ5、5が各々載置されている。Y軸スライダ4、4には、一対のZ軸案内部材51、51が各々固定されている。Z軸案内部材51、51は、Z軸スライダ5の質量の中心に対してY軸方向の対称位置に配置され、Z軸スライダ5をZ軸方向に移動可能に案内する。   Z-axis sliders 5 and 5 are mounted on the Y-axis sliders 4 and 4 so as to be movable in the vertical Z-axis direction perpendicular to both the X-axis and the Y-axis. A pair of Z-axis guide members 51 and 51 are fixed to the Y-axis sliders 4 and 4, respectively. The Z-axis guide members 51, 51 are arranged at symmetrical positions in the Y-axis direction with respect to the center of mass of the Z-axis slider 5, and guide the Z-axis slider 5 so as to be movable in the Z-axis direction.

2対のZ軸案内部材51、51は、断面形状が矩形のアルミナセラミックで形成されている。Z軸案内部材51、51は、各々のZ軸案内部材51の4側面にZ軸案内面を形成できるように、Z軸案内部材51の両端の一部だけが、Y軸スライダ4、4のX軸方向の内側面に接している。Z軸スライダ5とZ軸案内面との間の軸受隙間には、圧力を調整した加圧空気が供給されて静圧空気軸受を構成している。Z軸スライダ5をZ軸方向に駆動する一対のZ軸リニアモータ52、52が、Z軸スライダ5の質量の中心に対して対称位置で、Z軸案内部材51のY軸方向の外側に設けられている。   The two pairs of Z-axis guide members 51, 51 are formed of alumina ceramic having a rectangular cross-sectional shape. Only a part of both ends of the Z-axis guide member 51 of the Y-axis sliders 4, 4 can form the Z-axis guide surfaces on the four side surfaces of each Z-axis guide member 51. It is in contact with the inner surface in the X-axis direction. The bearing gap between the Z-axis slider 5 and the Z-axis guide surface is supplied with pressurized air whose pressure is adjusted to constitute a static pressure air bearing. A pair of Z-axis linear motors 52, 52 that drive the Z-axis slider 5 in the Z-axis direction are provided on the outer side of the Z-axis guide member 51 in the Y-axis direction at symmetrical positions with respect to the center of mass of the Z-axis slider 5. It has been.

Z軸リニアモータ52、52の固定子521、521は、断面形状がU字状の溝を備えている。この固定子521、521は、Z軸案内部材51、51のY軸方向の外側で、Z軸案内部材51、51に平行に、Y軸スライダ4、4のX軸方向の内側面に固定されている。固定子521、521には、Z軸方向に多数の磁石列が配列されている。可動子522、522が、Z軸スライダ5のY軸方向の外側の内側面に、Z軸スライダ5の質量の中心に対して対称位置で、Z軸案内部材51、51に平行に固定されている。   The stators 521 and 521 of the Z-axis linear motors 52 and 52 are provided with grooves having a U-shaped cross section. The stators 521 and 521 are fixed to the inner side surface of the Y-axis sliders 4 and 4 in the X-axis direction outside the Z-axis guide members 51 and 51 in the Y-axis direction and in parallel with the Z-axis guide members 51 and 51. ing. On the stators 521 and 521, a large number of magnet arrays are arranged in the Z-axis direction. The movers 522 and 522 are fixed to the inner side surface of the Z-axis slider 5 on the outer side in the Y-axis direction and in parallel with the Z-axis guide members 51 and 51 at symmetrical positions with respect to the center of mass of the Z-axis slider 5. Yes.

可動子522、522の一端は、固定子521、521の磁石列に対向して配列されたコイル列を有し、この可動子522、522の他端は、断面形状がU字状の溝に挿入されている。図1では、奥側のZ軸スライダ5の右側のZ軸リニアモータ52だけが、固定子521と可動子522の両方が示され、他のZ軸リニアモータ52は、固定子521だけが示されている。   One end of the movers 522 and 522 has a coil array arranged to face the magnet array of the stators 521 and 521, and the other end of the movers 522 and 522 is a groove having a U-shaped cross section. Has been inserted. In FIG. 1, only the Z-axis linear motor 52 on the right side of the Z-axis slider 5 on the back side shows both the stator 521 and the movable element 522, and the other Z-axis linear motors 52 show only the stator 521. Has been.

Z軸リニアモータ52、52、Z軸案内部材51、51が、Z軸スライダ5の質量の中心に対して対称位置に配置されているため、振動や位置決め誤差を最小にして、Z軸スライダ5をZ軸方向に駆動することができる。また、Z軸リニアモータ52、Z軸案内部材51は、完全に非接触でZ軸スライダ5をZ軸方向に駆動するため、バックラッシュエラーが無く、円滑な駆動を行うことができる。   Since the Z-axis linear motors 52 and 52 and the Z-axis guide members 51 and 51 are arranged at symmetrical positions with respect to the center of mass of the Z-axis slider 5, the Z-axis slider 5 is minimized with minimal vibration and positioning error. Can be driven in the Z-axis direction. Further, since the Z-axis linear motor 52 and the Z-axis guide member 51 drive the Z-axis slider 5 in the Z-axis direction completely without contact, there is no backlash error and smooth driving can be performed.

Z軸スライダ5のZ軸方向の位置を検出するZ軸リニアエンコーダ54の読み取りヘッド541が、Z軸スライダ5のY軸方向の外側の内側面の両側に各々固定されている。スケール543が、Y軸スライダ4のX軸方向の内側面に、Z軸案内部材51に平行に固定されている。   The read heads 541 of the Z-axis linear encoder 54 that detects the position of the Z-axis slider 5 in the Z-axis direction are fixed to both sides of the inner surface of the Z-axis slider 5 on the outer side in the Y-axis direction. A scale 543 is fixed to the inner surface of the Y-axis slider 4 in the X-axis direction in parallel with the Z-axis guide member 51.

スケール543には、多数の格子目盛がZ軸方向に同一ピッチで形成されている。読み取りヘッド541は、スケール543に光を照射する発光素子と、スケール543からの反射光を検出する受光素子とを有し、反射光の光量の変化に基づいて、スケール543の格子目盛を非接触式に読みとる。図1では、奥側のZ軸スライダ5の左側のZ軸リニアエンコーダ54だけが示され、他のZ軸リニアエンコーダ54は図示していない。   A large number of grid graduations are formed on the scale 543 at the same pitch in the Z-axis direction. The reading head 541 includes a light emitting element that irradiates light to the scale 543 and a light receiving element that detects reflected light from the scale 543, and the scale graduation of the scale 543 is not contacted based on a change in the amount of reflected light. Read in the formula. In FIG. 1, only the Z-axis linear encoder 54 on the left side of the back-side Z-axis slider 5 is shown, and the other Z-axis linear encoders 54 are not shown.

主軸頭支持ビーム6のX軸方向の両端が、Z軸スライダ5、5の各々に、X軸に平行なA軸を中心にして回転割り出し可能に軸支されている。Z軸スライダ5、5のA軸の軸支部には、圧力を調整した加圧空気が各々供給されて、静圧空気軸受を構成している。また、Z軸スライダ5、5のA軸の回転割り出しは、各々ダイレクトドライブモータによって行われる。   Both ends of the spindle head support beam 6 in the X-axis direction are pivotally supported on each of the Z-axis sliders 5 and 5 so as to be able to rotate and index about an A-axis parallel to the X-axis. Pressurized air whose pressure is adjusted is supplied to the A-axis shaft support portions of the Z-axis sliders 5 and 5 to form a static pressure air bearing. Further, the rotation index of the A-axis of the Z-axis sliders 5 and 5 is each performed by a direct drive motor.

主軸頭支持ビーム6のX軸方向の中央位置には、主軸頭61が取り付けられている。主軸頭61は、回転可能な主軸を有し、エアータービン方式で回転駆動される。主軸頭61の主軸先端に取り付けた工具63で、C軸テーブル33に取り付けたワークを加工する。主軸頭支持ビーム6のX軸方向の両端には、カウンターウエイト62、62が取り付けられ、A軸の中心軸線に対する主軸頭支持ビーム6及び主軸頭61の質量のアンバランスを補正している。図1では、奥側のカウンターウエイト62だけが示され、他のカウンターウエイト62は省略されている。   A spindle head 61 is attached to the center position of the spindle head support beam 6 in the X-axis direction. The spindle head 61 has a rotatable spindle and is driven to rotate by an air turbine system. The workpiece attached to the C-axis table 33 is machined with a tool 63 attached to the spindle tip of the spindle head 61. Counterweights 62 and 62 are attached to both ends of the spindle head support beam 6 in the X-axis direction to correct the mass imbalance of the spindle head support beam 6 and the spindle head 61 with respect to the central axis of the A axis. In FIG. 1, only the counterweight 62 on the back side is shown, and the other counterweights 62 are omitted.

A軸の回転割り出しを行うダイレクトドライブモータが、主軸頭支持ビーム6及び主軸頭61の質量の中心に対して対称位置に配置されているため、振動や位置決め誤差を最小にして、主軸頭支持ビーム6のA軸を中心とした回転割り出しを行うことができる。また、A軸の軸支部は静圧空気軸受で、A軸の回転割り出しはダイレクトドライブモータにより、完全に非接触でA軸の回転割り出しを行うため、バックラッシュエラーが無く、円滑な駆動を行うことができる。   Since the direct drive motor for indexing the rotation of the A-axis is disposed at a symmetrical position with respect to the center of mass of the spindle head support beam 6 and the spindle head 61, the spindle head support beam is minimized. It is possible to perform rotation indexing around the 6 A-axis. In addition, the A-axis shaft support is a hydrostatic air bearing, and the A-axis rotation is indexed by a direct drive motor, and the A-axis rotation is indexed completely in a non-contact manner. be able to.

上記したように、本発明の実施の形態の超精密工作機械は、加工点に対して、X軸方向、Y軸方向の主要構造部分が完全に対称構造である。また、主要構造部分が、花崗岩やアルミナセラミック等の無機材料で形成されているため、熱変位に起因する誤差が最小で、ナノメートルレベルのワークを高精度に機械加工することができる。   As described above, in the ultra-precision machine tool according to the embodiment of the present invention, the main structural portions in the X-axis direction and the Y-axis direction are completely symmetrical with respect to the processing point. In addition, since the main structural portion is formed of an inorganic material such as granite or alumina ceramic, errors due to thermal displacement are minimal, and a nanometer level workpiece can be machined with high accuracy.

また、本発明の実施の形態の超精密工作機械は、X軸、Y軸、Z軸、A軸、C軸の全5軸を質量の中心で駆動するため、振動や位置決め誤差を最小にすることができる。さらに、本発明の実施の形態の超精密工作機械は、主軸頭やテーブルのオーバーハングが小さいため、工具とワークの間の力のループの長さが短く、各部の弾性変形の影響を最小にすることができる。   In addition, the ultra-precise machine tool according to the embodiment of the present invention drives all five axes of the X-axis, Y-axis, Z-axis, A-axis, and C-axis at the center of mass, thereby minimizing vibration and positioning errors. be able to. Furthermore, since the overhang of the spindle head and the table is small in the super precision machine tool according to the embodiment of the present invention, the length of the force loop between the tool and the work is short, and the influence of elastic deformation of each part is minimized. can do.

また、本発明の実施の形態の超精密工作機械は、熱源となるX軸リニアモータ、Y軸リニアモータ、Z軸リニアモータモータ、A軸の回転割り出し用ダイレクトドライブモータを切削領域から離し、かつ、均等に配置しているため、熱変形が均一で、熱変位に起因する誤差を最小にすることができる。   Further, the ultra-precision machine tool of the embodiment of the present invention separates the X-axis linear motor, the Y-axis linear motor, the Z-axis linear motor motor, and the A-axis rotational drive direct drive motor that are heat sources from the cutting area, and Because of the uniform arrangement, the thermal deformation is uniform and the error due to thermal displacement can be minimized.

本発明の実施の形態の超精密工作機械を示す全体斜視図である。1 is an overall perspective view showing an ultraprecision machine tool according to an embodiment of the present invention. 図1の超精密工作機械のベースを支持する上部フレームと下部フレームを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the upper frame and lower frame which support the base of the ultraprecision machine tool of FIG.

1…ベース
11…サブベース
21…上部フレーム
211…支持パッド
212…支持ブラケット
22…下部フレーム
221…レベリング装置
23…除振装置
3…X軸スライダ
31…X軸案内部材
32…X軸リニアモータ
321…固定子
322…可動子
33…C軸テーブル
34…X軸リニアエンコーダ
341…読み取りヘッド
342…取り付けブロック
343…スケール
4…Y軸スライダ
41…Y軸案内部材
42…Y軸リニアモータ
421…固定子
422…可動子
44…Y軸リニアエンコーダ
441…読み取りヘッド
442…取り付けブロック
443…スケール
5…Z軸スライダ
51…Z軸案内部材
52…Z軸リニアモータ
521…固定子
522…可動子
54…Z軸リニアエンコーダ
541…読み取りヘッド
543…スケール
6…主軸頭支持ビーム
61…主軸頭
62…カウンターウエイト
63…工具
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base 11 ... Sub base 21 ... Upper frame 211 ... Support pad 212 ... Support bracket 22 ... Lower frame 221 ... Leveling device 23 ... Vibration isolator 3 ... X-axis slider 31 ... X-axis guide member 32 ... X-axis linear motor 321 ... Stator 322 ... Movable element 33 ... C-axis table 34 ... X-axis linear encoder 341 ... Read head 342 ... Mounting block 343 ... Scale 4 ... Y-axis slider 41 ... Y-axis guide member 42 ... Y-axis linear motor 421 ... Stator 422 ... Movable element 44 ... Y-axis linear encoder 441 ... Read head 442 ... Mounting block 443 ... Scale 5 ... Z-axis slider 51 ... Z-axis guide member 52 ... Z-axis linear motor 521 ... Stator 522 ... Movable element 54 ... Z-axis Linear encoder 541 ... Read head 543 ... Ske 6 ... Spindle head support beam 61 ... Spindle head 62 ... Counterweight 63 ... Tool

Claims (7)

  1. ベースと、
    前記ベース上に水平なX軸方向に移動可能に設けられたX軸スライダ(3)と、
    前記ベース上に前記X軸スライダの質量の中心に対して対称位置に配置され、前記X軸スライダをX軸方向に移動可能に案内する一対のX軸案内部材(31)と、
    前記ベース上に前記X軸スライダの質量の中心に対して対称位置に配置され、前記X軸スライダをX軸方向に駆動する一対のX軸リニアモータ(32)と、
    前記X軸スライダに搭載され、ワークが載置されるテーブル(33)と、
    前記ベース上に、前記X軸スライダを挟んでX軸方向の両側に各々配置され、前記X軸に直交する水平なY軸方向に移動可能に設けられた一対のY軸スライダ(4)と、
    前記ベース上に、前記X軸スライダを挟んでX軸方向の両側に各々配置され、前記Y軸スライダをY軸方向に移動可能に案内する一対のY軸案内部材(41)と、
    前記ベース上に、前記X軸スライダを挟んでX軸方向の両側に、前記Y軸スライダの質量の中心に対して対象位置に配置され、前記Y軸スライダをY軸方向に駆動する一対のY軸リニアモータ(42)と、
    前記一対のY軸スライダの各々に、前記X軸と前記Y軸の両方に直交する垂直なZ軸方向に移動可能に設けられた一対のZ軸スライダ(5)と、
    前記一対のY軸スライダの各々に、前記Z軸スライダの質量の中心に対して対称位置に配置され、前記一対のZ軸スライダをZ軸方向に移動可能に案内する2対のZ軸案内部材(51)と、
    前記一対のY軸スライダの各々に、前記Z軸スライダの質量の中心に対して対称位置に配置され、前記一対のZ軸スライダをZ軸方向に駆動する2対のZ軸リニアモータ(52)と、
    X軸方向の両端が、前記Z軸スライダの各々に、X軸に平行なA軸を中心にして回転割り出し可能に軸支された主軸頭支持ビーム(6)と、
    前記主軸頭支持ビームのX軸方向の中央位置に取り付けられ、工具を保持する主軸を有する主軸頭(61)と
    を備えたことを特徴とする超精密工作機械。
    Base and
    An X-axis slider (3) provided on the base so as to be movable in a horizontal X-axis direction;
    A pair of X-axis guide members (31) disposed on the base in a symmetric position with respect to the center of mass of the X-axis slider and movably guiding the X-axis slider in the X-axis direction;
    A pair of X-axis linear motors (32) disposed on the base in a symmetrical position with respect to the center of mass of the X-axis slider and driving the X-axis slider in the X-axis direction;
    A table (33) mounted on the X-axis slider and on which a workpiece is placed;
    A pair of Y-axis sliders (4) disposed on both sides in the X-axis direction on the base and sandwiching the X-axis slider so as to be movable in a horizontal Y-axis direction orthogonal to the X-axis;
    A pair of Y-axis guide members (41) disposed on both sides of the X-axis slider on the base, respectively, for guiding the Y-axis slider so as to be movable in the Y-axis direction;
    A pair of Y is disposed on the base on both sides in the X-axis direction with the X-axis slider in between, at a target position with respect to the center of mass of the Y-axis slider, and drives the Y-axis slider in the Y-axis direction. An axial linear motor (42);
    A pair of Z-axis sliders (5) provided on each of the pair of Y-axis sliders so as to be movable in a vertical Z-axis direction perpendicular to both the X-axis and the Y-axis;
    Each of the pair of Y-axis sliders is disposed at a symmetrical position with respect to the center of mass of the Z-axis slider, and guides the pair of Z-axis sliders so as to be movable in the Z-axis direction. (51),
    Two pairs of Z-axis linear motors (52) that are disposed at positions symmetrical to the center of mass of the Z-axis slider in each of the pair of Y-axis sliders and drive the pair of Z-axis sliders in the Z-axis direction. When,
    A spindle head support beam (6) whose both ends in the X-axis direction are pivotally supported by each of the Z-axis sliders so as to be able to rotate and index around an A-axis parallel to the X-axis;
    An ultra-precise machine tool comprising: a spindle head (61) having a spindle that is attached to a center position of the spindle head support beam in the X-axis direction and holds a tool.
  2. 請求項1に記載された超精密工作機械において、
    前記テーブルは、Z軸に平行なC軸を中心にして回転割り出し可能に軸支されるC軸テーブルである
    ことを特徴とする超精密工作機械。
    In the ultra-precision machine tool according to claim 1,
    The ultra-precision machine tool, wherein the table is a C-axis table that is pivotally supported around a C-axis parallel to the Z-axis so as to be able to rotate and index.
  3. 請求項1又は2に記載された超精密工作機械において、
    前記主軸頭支持ビームには、
    前記A軸の中心軸線に対する主軸頭支持ビーム及び主軸頭の質量のアンバランスを補正するカウンターウエイトが取り付けられている
    ことを特徴とする超精密工作機械。
    In the ultra-precision machine tool according to claim 1 or 2,
    In the spindle head support beam,
    An ultra-precise machine tool comprising: a spindle head support beam with respect to the central axis of the A axis and a counterweight for correcting the mass imbalance of the spindle head.
  4. 請求項1又は2に記載された超精密工作機械において、
    前記X軸案内部材、Y軸案内部材、Z軸案内部材、C軸テーブルの軸支部、主軸頭支持ビームの軸支部が静圧空気軸受で構成されている
    ことを特徴とする超精密工作機械。
    In the ultra-precision machine tool according to claim 1 or 2,
    The X-axis guide member, the Y-axis guide member, the Z-axis guide member, the shaft support portion of the C-axis table, and the shaft support portion of the spindle head support beam are composed of static pressure air bearings.
  5. 請求項1又は2に記載された超精密工作機械において、
    前記C軸テーブルの回転割り出し及び主軸頭支持ビームの回転割り出しが、ダイレクトドライブモータによって行われる
    ことを特徴とする超精密工作機械。
    In the ultra-precision machine tool according to claim 1 or 2,
    An ultra-precise machine tool characterized in that the rotational indexing of the C-axis table and the rotational indexing of the spindle head support beam are performed by a direct drive motor.
  6. 請求項1又は2に記載された超精密工作機械において、
    前記ベースを支持する上部フレームと、
    前記上部フレームを支持して床に配置された下部フレームと、
    前記上部フレームと下部フレームとの間に介在され、床からベースに伝えられる振動を減少させる空圧制御の除振装置と
    を備えたことを特徴とする超精密工作機械。
    In the ultra-precision machine tool according to claim 1 or 2,
    An upper frame supporting the base;
    A lower frame disposed on the floor supporting the upper frame;
    An ultra-precise machine tool comprising: a pneumatic control vibration isolator that is interposed between the upper frame and the lower frame and reduces vibration transmitted from the floor to the base.
  7. 請求項1又は2に記載された超精密工作機械において、
    前記ベースは花崗岩で形成され、前記X軸案内部材、前記Y軸案内部材及び前記Z軸案内部材の素材はアルミナセラミックである
    ことを特徴とする超精密工作機械。
    In the ultra-precision machine tool according to claim 1 or 2,
    The base is formed of granite, and the material of the X-axis guide member, the Y-axis guide member, and the Z-axis guide member is alumina ceramic.
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