JP4838062B2

JP4838062B2 - Machine Tools

Info

Publication number: JP4838062B2
Application number: JP2006175192A
Authority: JP
Inventors: 正人塩崎; ▲濱▼村　　実
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2026-06-26
Also published as: JP2008000866A

Description

本発明は、工作機械に関する。詳しくは、加工精度の向上や工具の損傷防止に寄与可能な工作機械に関する。 The present invention relates to a machine tool. Specifically, the present invention relates to a machine tool that can contribute to improvement of machining accuracy and prevention of tool damage.

例えば、工作機械などにおいて、ワークの加工中に発生する振動は、加工精度に影響を与えるだけでなく、時に、工具の損傷を早める。
従来、ワーク加工中の振動を検出するものとして、特許文献１に記載の「工作機械及び工作機械による加工方法」、あるいは、特許文献２に記載の「工作機械における主軸の回転速度制御装置」などが知られている。 For example, in machine tools and the like, vibrations generated during machining of a workpiece not only affect machining accuracy but also sometimes accelerate tool damage.
Conventionally, as a means for detecting vibration during machining of a workpiece, a “machine tool and a machining method using a machine tool” described in Patent Document 1 or a “rotational speed control device of a spindle in a machine tool” described in Patent Document 2 or the like It has been known.

特許文献１に記載の工作機械は、加工物に加速度ピックアップを取り付け、この加速度ピックアップによって検出された振動が、正常時の振動と比較して異常か否かを判断し、異常振動の発生が判断された場合に、加工物に当接する当接手段を加工物に対して接離させ、異常振動を抑制するようにしたものである。
特許文献２に記載の工作機械は、工作機械の主軸の回転速度を検出する速度検出器と、主軸頭の振動を検出する振動検出器とをそれぞれ設け、速度検出器によって検出された主軸の回転速度に対し、振動検出器で検出された振動が許容値内にあるか否かを判定し、この判定結果に基づいて、主軸の回転速度と、ワークおよび工具の相対移動速度を設定するようにしたものである。 The machine tool described in Patent Document 1 has an acceleration pickup attached to a workpiece, determines whether or not vibration detected by the acceleration pickup is abnormal as compared with normal vibration, and determines the occurrence of abnormal vibration. In such a case, the contact means that contacts the workpiece is brought into contact with or separated from the workpiece to suppress abnormal vibration.
The machine tool described in Patent Document 2 is provided with a speed detector that detects the rotational speed of the spindle of the machine tool and a vibration detector that detects the vibration of the spindle head, and the rotation of the spindle detected by the speed detector. It is determined whether or not the vibration detected by the vibration detector is within an allowable value with respect to the speed, and the rotation speed of the spindle and the relative movement speed of the workpiece and the tool are set based on the determination result. It is a thing.

特開平１０−３２８９６６号公報JP-A-10-328966 特開平１１−３３８７９号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-33879

上述した工作機械は、加工物（ワーク）の振動を検出するもの、あるいは、工具側の振動を検出するものであるため、つまり、ワークと工具とのいずれか一方の振動を検出するものであるため、高精度な加工が期待できない。とくに、微細な加工では、ワークと工具との両者の振動状態が正確に把握できないと、高精度な加工は到底望めない。
最近、ナノメートルオーダの加工精度が要求される超精密加工機械にあっては、振動の影響を無視できない。そこで、ワークと工具とのそれぞれに振動検出手段を設けることが考えられるが、このようにすると、経済的負担が大きい。 The above-described machine tool detects vibration of a workpiece (workpiece) or detects vibration on the tool side, that is, detects vibration of one of the workpiece and the tool. Therefore, high-precision machining cannot be expected. In particular, in fine machining, high-precision machining cannot be expected unless the vibration state of both the workpiece and the tool can be accurately grasped.
Recently, the influence of vibration cannot be ignored in ultra-precision machining machines that require nanometer order machining accuracy. Therefore, it is conceivable to provide vibration detection means for each of the workpiece and the tool. However, if this is done, the economic burden is large.

本発明の目的は、経済的負担をかけることなく、高精度な加工を実現できる工作機械を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a machine tool capable of realizing highly accurate machining without imposing an economic burden.

本発明の工作機械は、ベッドと、このベッド上に第１の駆動手段を介して前記ベッドの上面と平行な方向へ移動可能に支持された第１ステージと、この第１ステージに第２の駆動手段を介して前記ベッドの上面と平行な方向でかつ第１ステージの移動方向に対して直交する方向へ移動可能に支持された第２ステージと、この第２ステージに第３の駆動手段を介して前記第１ステージの移動方向および第２ステージの移動方向に対して直交する方向へ移動可能に支持された加工ステージおよび計測ステージとを備え、前記加工ステージには、前記ベッド上に載置されたワークを加工する加工手段が設けられ、前記計測ステージには、前記ベッド上に載置された計測テーブルまでの距離を非接触で測定して、前記ベッドおよび前記第２ステージの相対的な振動を検出する振動検出手段が設けられ、前記加工ステージと前記計測ステージとは、前記第２ステージ上でかつ前記第２ステージの移動軸線を中心とする対称位置に設けられていることを特徴とする。 The machine tool of the present invention includes a bed, a first stage supported on the bed through a first driving means so as to be movable in a direction parallel to the upper surface of the bed, and a second stage on the first stage. A second stage supported so as to be movable in a direction parallel to the upper surface of the bed and perpendicular to the moving direction of the first stage via a driving means; and a third driving means on the second stage. A processing stage and a measurement stage supported so as to be movable in a direction orthogonal to the moving direction of the first stage and the moving direction of the second stage, and placed on the bed on the processing stage provided processing means for processing the by the work, the the measurement stage is to measure the distance to placed on measurement table on the bed in a non-contact, of the bed and the second stage Provided the vibration detecting means for detecting a pair vibration, the processing stage and the measurement stage, it is provided at symmetrical positions around the axis of movement of the second stage on a and the second stage It is characterized by.

この発明によれば、加工手段によってベッド上に載置されたワークを加工しながら、振動検出手段によってベッドおよび第２ステージの振動を検出することができる。つまり、ワークが載置されたベッドと加工手段が設けられた第２ステージの振動を検出することができる。従って、ワークと加工手段の振動を１つの振動検出手段で検出できるから、それぞれ別々に振動検出手段を設ける場合に比べ、経済的負担が少ない。
しかも、加工手段および振動検出手段が設けられた第２ステージの移動位置や、第１ステージの移動位置によって振動状態が変化しても、振動検出手段も加工手段とともに一緒に移動するので、振動状態の変化を的確に検出することができる。
従って、検出した振動状態を基に、加工手段側の加工条件などを制御することによって高精度な加工を実現することができる。たとえば、主軸の回転速度や、ワークおよび工具の相対移動速度、工具の切込量などを制御して、振動状態が予め設定した範囲内に収まるようにすることにより、高精度な加工を実現することができる。
また、加工ステージと計測ステージとが、第２ステージの移動軸線を中心とする対称位置に設けられているから、つまり、第２ステージを中心として対称的に配置されているから、機械的に対称構造とすることができる。従って、第２ステージを傾くことなく、円滑に移動させることができる。 According to the present invention, the vibration of the bed and the second stage can be detected by the vibration detecting means while processing the workpiece placed on the bed by the processing means. That is, it is possible to detect the vibration of the second stage provided with the bed on which the workpiece is placed and the processing means. Therefore, since the vibrations of the workpiece and the processing means can be detected by one vibration detection means, the economic burden is less than in the case where the vibration detection means are provided separately.
Moreover, even if the vibration state changes depending on the movement position of the second stage provided with the processing means and the vibration detection means or the movement position of the first stage, the vibration detection means moves together with the processing means. Can be accurately detected.
Therefore, highly accurate machining can be realized by controlling machining conditions on the machining means side based on the detected vibration state. For example, high-precision machining is realized by controlling the rotation speed of the spindle, the relative movement speed of the workpiece and the tool, the cutting depth of the tool, etc., so that the vibration state is within a preset range. be able to.
In addition, since the processing stage and the measurement stage are provided at symmetrical positions around the moving axis of the second stage, that is, they are symmetrically arranged around the second stage, they are mechanically symmetrical. It can be a structure. Therefore, the second stage can be smoothly moved without tilting.

本発明の工作機械において、前記振動検出手段は、レーザ変位計によって構成されていることが好ましい。
この発明によれば、振動検出手段をレーザ変位計によって構成したので、ベッド上に載置された計測テーブルまでの距離の変化から、ベッドと第２ステージの振動状態、つまり、ワークと加工手段との振動状態を非接触で検出することができる。そのため、第２ステージの移動を円滑に行いつつ、ワークと加工手段との振動状態を高精度に検出することができる。 In the machine tool of the present invention, the vibration detection means are preferably constituted by Les chromatography THE displacement meter.
According to the present invention, since the vibration detecting means is constituted by the laser displacement meter, the vibration state of the bed and the second stage, that is, the workpiece and the processing means, from the change in the distance to the measurement table placed on the bed. The vibration state can be detected without contact. Therefore, it is possible to detect the vibration state between the workpiece and the machining means with high accuracy while smoothly moving the second stage.

本発明の工作機械において、前記第２ステージ、前記加工ステージおよび前記計測ステージは、前記第２ステージの移動軸線を中心として対称構造に構成されていることが好ましい。
この発明によれば、加工ステージおよび計測ステージが、第２ステージの移動軸線を中心として対称構造に構成されているから、第２ステージを傾くことなく、円滑に移動させることができる。 In the machine tool of the present invention, it is preferable that the second stage, the processing stage, and the measurement stage are configured in a symmetric structure with the moving axis of the second stage as a center.
According to this invention, since the processing stage and the measurement stage are configured in a symmetric structure with the moving axis of the second stage as the center, the second stage can be moved smoothly without tilting.

本発明の工作機械において、前記各駆動手段は、固定子と可動子とを有するリニアモータによって構成されていることが好ましい。
ここで、リニアモータとしては、リニア誘導モータ、リニア同期モータ、リニア直流モータ、リニアパルスモータなど任意のものを採用することができる。
この発明によれば、駆動手段の各々が、固定子と可動子とを有するリニアモータによって構成されているから、ステージを高精度に移動させることができるとともに、所定位置に高精度に位置決めすることができる。また、加工ステージに加工手段を取り付けて加工を行う場合であっても、加工時の振動などの影響を極力低減することができるから、高精度な加工を実現できる。 In the machine tool of the present invention, it is preferable that each of the driving means is constituted by a linear motor having a stator and a mover.
Here, as a linear motor, arbitrary things, such as a linear induction motor, a linear synchronous motor, a linear direct current motor, a linear pulse motor, are employable.
According to this invention, since each of the driving means is constituted by a linear motor having a stator and a mover, the stage can be moved with high accuracy and positioned at a predetermined position with high accuracy. Can do. Further, even when processing is performed with a processing means attached to the processing stage, the influence of vibration during processing can be reduced as much as possible, so that highly accurate processing can be realized.

本発明の工作機械において、前記第１ステージ、第２ステージ、加工ステージおよび計測ステージの少なくともいずれかは、制振材によって構成されていることが好ましい。
この発明によれば、第１ステージ、第２ステージ、加工ステージおよび計測ステージの少なくともいずれかは、制振材によって構成されているから、振動を抑制でき、高精度な加工を実現できる。 In the machine tool of the present invention, it is preferable that at least one of the first stage, the second stage, the processing stage, and the measurement stage is made of a vibration damping material.
According to this invention, since at least one of the first stage, the second stage, the machining stage, and the measurement stage is configured by the vibration damping material, vibration can be suppressed and high-precision machining can be realized.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜実施形態の構成＞
図１は本実施形態の工作機械を正面から見た斜視図、図２は同工作機械を背面から見た斜視図、図３は同工作機械の正面図、図４は同工作機械の側面図、図４は同工作機械の平面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Configuration of Embodiment>
1 is a perspective view of the machine tool according to the present embodiment as viewed from the front, FIG. 2 is a perspective view of the machine tool as viewed from the back, FIG. 3 is a front view of the machine tool, and FIG. 4 is a side view of the machine tool. FIG. 4 is a plan view of the machine tool.

本実施形態の工作機械は、ベッド１と、このベッド１上にベッド１の上面と平行な方向でかつ前後方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に支持された第１ステージとしてのＹステージ１１と、このＹステージ１１上にベッド１の上面と平行な方向でかつＹステージ１１の移動方向に対して直交する左右方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に支持された第２ステージとしてのＸステージ３１と、このＸステージ３１上にＹステージ１１およびＸステージ３１の移動方向に対して直交する上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に支持された加工ステージ５１Ａおよび計測ステージ５１Ｂとを備える。 The machine tool of this embodiment includes a bed 1 and a Y stage 11 as a first stage supported on the bed 1 so as to be movable in a direction parallel to the upper surface of the bed 1 and in the front-rear direction (Y-axis direction). The X stage 31 as a second stage supported on the Y stage 11 so as to be movable in a horizontal direction (X-axis direction) perpendicular to the moving direction of the Y stage 11 in a direction parallel to the upper surface of the bed 1. And a processing stage 51A and a measurement stage 51B supported on the X stage 31 so as to be movable in the vertical direction (Z-axis direction) orthogonal to the moving direction of the Y stage 11 and the X stage 31.

これらの主要構造材、つまり、ベッド１、Ｙステージ１１，Ｘステージ３１、加工ステージ５１Ａおよび計測ステージ５１Ｂは、鋳鉄、あるいは、制振金属や制振セラミックスなどの制振材によって構成されている。制振金属としては、たとえば、サイレンタロイ（登録商標）などを用いることができる。 These main structural materials, that is, the bed 1, the Y stage 11, the X stage 31, the processing stage 51A, and the measurement stage 51B are made of cast iron, or a damping material such as damping metal or damping ceramic. As the damping metal, for example, Silantaloy (registered trademark) can be used.

ベッド１には、その上面両側に断面矩形状の突条２がＹ軸方向に沿って形成されているとともに、この両側の突条２の間に平面状のテーブル載置部３が設けられている。テーブル載置部３には、Ｚステージ５１Ａの真下位置にワーク載置テーブル４が、Ｚステージ５１Ｂの真下位置に計測テーブル５がそれぞれ配置されている。ワーク載置テーブル４は、単なる台でもよいが、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動可能な移動機構を備える構造であってもよい。計測テーブル５は、上面が鏡面仕上げされた円盤状に形成されているが、Ｚステージ５１ＢがＸ軸方向の任意の位置に移動してもＺステージ５１Ｂに対向できる形状であれば、任意の形状であってもよい。 The bed 1 is formed with ridges 2 having a rectangular cross section on both sides of the upper surface thereof along the Y-axis direction, and a flat table mounting portion 3 is provided between the ridges 2 on both sides. Yes. In the table mounting portion 3, a workpiece mounting table 4 is disposed immediately below the Z stage 51A, and a measurement table 5 is disposed immediately below the Z stage 51B. The workpiece placement table 4 may be a simple table, but may have a structure including a moving mechanism that can move in the X, Y, and Z axis directions. The measurement table 5 is formed in a disk shape with a mirror-finished upper surface, but may have any shape as long as the Z stage 51B can be opposed to the Z stage 51B even if the Z stage 51B moves to an arbitrary position in the X-axis direction. It may be.

Ｙステージ１１は、ベッド１の両側突条２にガイド手段１２を介して移動可能に支持され、かつ、２つの駆動手段１６を介してＹ軸方向へ移動されるとともに、リニアスケール２０を介してＹ軸方向位置が検出される。
ガイド手段１２は、突条２の上端面にＹ軸方向に沿って固定されたガイドレール１３と、このガイドレール１３に沿って摺動可能でかつＹステージ１１の下面にブラケット１４を介して固定されたスライダ１５とから構成されている。
駆動手段１６は、Ｙステージ１１をＹ軸方向（同方向）へ駆動するもので、ベッド１の両側突条２の外側位置にＹ軸方向に沿って設けられた固定子１７と、Ｙステージ１１の下面両側にブラケット１８を介して取り付けられかつ固定子１７に対して隙間を隔てて対向配置された可動子１９とを有するリニアモータによって構成されている。なお、固定子１７はコイルによって、可動子１９はマグネットによって構成されているが、これとは逆でもよい。
リニアスケール２０は、ベッド１の片側突条２の外側位置にＹ軸方向に沿って設けられたスケール部材２１と、Ｙステージ１１の下面に取り付けられかつスケール部材２１に対して隙間を隔てて対向配置された検出ヘッド２２とから構成されている。 The Y stage 11 is movably supported by the two ridges 2 of the bed 1 via the guide means 12 and is moved in the Y-axis direction via the two drive means 16 and also via the linear scale 20. A position in the Y-axis direction is detected.
The guide means 12 is fixed to the upper end surface of the protrusion 2 along the Y-axis direction, and is slidable along the guide rail 13 and fixed to the lower surface of the Y stage 11 via a bracket 14. The slider 15 is made up of.
The driving means 16 drives the Y stage 11 in the Y-axis direction (the same direction). The stator 17 provided along the Y-axis direction on the outer side of the both-side ridges 2 of the bed 1, and the Y stage 11. It is comprised by the linear motor which has the needle | mover 19 attached to the lower surface both sides via the bracket 18 and arrange | positioned facing the stator 17 through the clearance gap. The stator 17 is constituted by a coil, and the mover 19 is constituted by a magnet, but this may be reversed.
The linear scale 20 is attached to the lower surface of the Y stage 11 at a position outside the one-side protrusion 2 of the bed 1 along the Y-axis direction, and faces the scale member 21 with a gap. The detection head 22 is arranged.

Ｘステージ３１は、Ｙステージ１１の上端面にガイド手段３２を介して移動可能に支持され、かつ、駆動手段３６を介してＸ軸方向へ移動されるとともに、リニアスケール４０を介してＸ軸方向位置が検出される。
ガイド手段３２は、Ｙステージ１１の上端面にＸ軸方向に沿って形成されたガイドレール３３と、このガイドレール３３に沿って摺動可能でかつＸステージ３１の下面に固定されたスライダ３５とから構成されている。
駆動手段３６は、Ｙステージ１１の上面中央にＸ軸方向に沿って固定された固定子３７と、Ｘステージ３１の下面に取り付けられかつ固定子３７に対して隙間を隔てて対向配置された可動子３９とを有するリニアモータによって構成されている。
リニアスケール４０は、固定子３７の側面にＸ軸方向に沿って設けられたスケール部材４１と、Ｘステージ３１の下面に取り付けられかつスケール部材４１に対して隙間を隔てて対向配置された検出ヘッド４２とから構成されている。 The X stage 31 is supported on the upper end surface of the Y stage 11 so as to be movable via the guide means 32, is moved in the X axis direction via the driving means 36, and is moved along the X axis direction via the linear scale 40. The position is detected.
The guide means 32 includes a guide rail 33 formed on the upper end surface of the Y stage 11 along the X-axis direction, and a slider 35 slidable along the guide rail 33 and fixed to the lower surface of the X stage 31. It is composed of
The driving means 36 is a movable part that is fixed to the center of the upper surface of the Y stage 11 along the X-axis direction, and that is attached to the lower surface of the X stage 31 and is opposed to the stator 37 with a gap. A linear motor having a child 39 is used.
The linear scale 40 includes a scale member 41 provided on the side surface of the stator 37 along the X-axis direction, and a detection head attached to the lower surface of the X stage 31 and arranged to face the scale member 41 with a gap. 42.

加工ステージ５１Ａおよび計測ステージ５１Ｂは、Ｘステージ３１上で、かつ、Ｘステージ３１の移動軸線を中心とする対称位置に、かつ、Ｘステージ３１の移動軸線を中心として対称構造に構成されている。つまり、Ｘステージ３１の移動軸線を中心とした対称位置に対称構造のガイドブロック４３Ａ、４３Ｂが固定され、この各ガイドブロック４３Ａ，４３Ｂに同一構造の加工ステージ５１Ａおよび計測ステージ５１Ｂが上下方向へ昇降可能に設けられている。 The processing stage 51 </ b> A and the measurement stage 51 </ b> B are configured in a symmetrical structure on the X stage 31, at a symmetrical position about the movement axis of the X stage 31, and about the movement axis of the X stage 31. That is, symmetrically structured guide blocks 43A and 43B are fixed at symmetrical positions around the moving axis of the X stage 31, and the machining stage 51A and the measuring stage 51B having the same structure are moved up and down in the guide blocks 43A and 43B. It is provided as possible.

加工ステージ５１Ａは、Ｘステージ３１のガイドブロック４３Ａの正面にガイド手段５２を介してＺ軸方向へ移動可能に支持され、かつ、駆動手段５６を介してＺ軸方向へ移動されるとともに、リニアスケール（図示省略）を介してＺ軸方向位置が検出される。
加工ステージ５１Ａには、（図１参照）、ワーク載置テーブル４上に載置されたワークに対して加工を施す工具を備えた加工手段としての主軸ヘッド６１が搭載されているとともに、滑車５７や紐部材５８を介してガイドブロック４３Ａの背面に昇降可能に設けられたバランスウエイト５９が連結されている。主軸ヘッド６１は、工具を取り付けるスピンドルが非接触軸受（空気静圧軸受）によって回転可能に支持された構造で、スピンドルが１０，０００ｒｐｍ以上で回転できるものが用いられている。バランスウエイト５９は、主軸ヘッド６１を含む加工ステージ５１Ａの重量にバランスする重さに構成され、加工ステージ５１Ａを軽い力で昇降できるように構成されている。 The processing stage 51A is supported on the front surface of the guide block 43A of the X stage 31 so as to be movable in the Z-axis direction via the guide means 52, and is moved in the Z-axis direction via the driving means 56, and is also a linear scale. The position in the Z-axis direction is detected via (not shown).
The machining stage 51A (see FIG. 1) is equipped with a spindle head 61 as machining means having a tool for machining a workpiece placed on the workpiece placement table 4, and a pulley 57. A balance weight 59 provided so as to be movable up and down is connected to the back surface of the guide block 43 </ b> A via a string member 58. The spindle head 61 has a structure in which a spindle on which a tool is mounted is rotatably supported by a non-contact bearing (aerostatic bearing), and the spindle can be rotated at 10,000 rpm or more. The balance weight 59 is configured to have a weight that balances the weight of the processing stage 51A including the spindle head 61, and is configured so that the processing stage 51A can be moved up and down with a light force.

計測ステージ５１Ｂは、Ｘステージ３１のガイドブロック４３Ｂの正面にガイド手段５２を介してＺ軸方向へ移動可能に支持され、かつ、駆動手段５６を介してＺ軸方向へ移動されるとともに、リニアスケール（図示省略）を介してＺ軸方向位置が検出される。
計測ステージ５１Ｂには、計測テーブル５の上面との間で、計測テーブル５および計測ステージ５１Ｂの振動を検出する振動検出手段７１が搭載されているとともに、滑車５７および紐部材５８を介してガイドブロック４３Ｂの背面に昇降可能に設けられたバランスウエイト５９が連結されている。 The measurement stage 51B is supported on the front surface of the guide block 43B of the X stage 31 so as to be movable in the Z-axis direction via the guide means 52, and is moved in the Z-axis direction via the drive means 56, while being linear scale. The position in the Z-axis direction is detected via (not shown).
The measurement stage 51B is mounted with vibration detecting means 71 for detecting vibrations of the measurement table 5 and the measurement stage 51B between the upper surface of the measurement table 5 and a guide block via a pulley 57 and a string member 58. The balance weight 59 provided so that raising / lowering is possible is connected with the back surface of 43B.

振動検出手段７１は、ベッド１上に載置された計測テーブル５の上面までの距離を非接触で測定するレーザ変位計によって構成されている。
バランスウエイト５９は、振動検出手段７１を含む計測ステージ５１Ｂの重量にバランスする重さに構成され、計測ステージ５１Ｂを軽い力で昇降できるように構成されている。 The vibration detection means 71 is configured by a laser displacement meter that measures the distance to the upper surface of the measurement table 5 placed on the bed 1 in a non-contact manner.
The balance weight 59 is configured to have a weight that balances the weight of the measurement stage 51B including the vibration detection unit 71, and is configured to be able to move the measurement stage 51B up and down with a light force.

ガイド手段５２は、Ｘステージ３１の正面にＺ軸方向に沿って形成されたガイドレール５３と、このガイドレール５３に沿って摺動可能で加工ステージ５１Ａや計測ステージ５１Ｂの裏面に固定されたスライダ５５とから構成されている。
駆動手段５６は、シャフト型リニアモータによって構成されているが、これに限られない。他のリニアモータであってもよく、あるいは、ボールねじ軸と、このボールねじ軸を回転させるモータと、ボールねじ軸に螺合され加工ステージ５１Ａや計測ステージ５１Ｂの裏面に固定されたナット部材などを備えるボールねじ送り機構から構成してもよい。 The guide means 52 includes a guide rail 53 formed along the Z-axis direction on the front surface of the X stage 31, and a slider slidable along the guide rail 53 and fixed to the back surface of the processing stage 51A and the measurement stage 51B. 55.
The driving means 56 is constituted by a shaft type linear motor, but is not limited thereto. Other linear motors may be used, or a ball screw shaft, a motor for rotating the ball screw shaft, a nut member screwed to the ball screw shaft and fixed to the back surface of the processing stage 51A or the measurement stage 51B, or the like. You may comprise from a ball screw feed mechanism provided with.

＜実施形態の作用・効果＞
ワーク載置テーブル４上にワークを載置したのち、Ｙステージ１１をＹ方向へ、Ｘステージ３１をＸ方向へ、加工ステージ５１ＡをＺ軸方向へそれぞれ移動させながら、主軸ヘッド６１に取り付けられた工具によってワークを加工する。
この加工中において、振動検出手段７１によって、計測ステージ５１Ｂから計測テーブル５上面までの距離を測定し、その測定結果から計測テーブル５と計測ステージ５１Ｂの振動状態を検出する。振動検出手段７１は、計測ステージ５１Ｂに設けられ、計測テーブル５上面までの距離を測定し、その測定結果から計測テーブル５と計測ステージ５１Ｂの振動状態を検出するから、つまり、ベッド１と主軸ヘッド６１との振動を１つの振動検出手段７１で検出できるから、それぞれに振動検出手段を設けて行う場合に比べて、経済的負担が少ない。 <Operation / Effect of Embodiment>
After placing the workpiece on the workpiece placing table 4, the Y stage 11 was attached to the spindle head 61 while moving the Y stage 11 in the Y direction, the X stage 31 in the X direction, and the processing stage 51A in the Z axis direction. Work with a tool.
During this processing, the vibration detection means 71 measures the distance from the measurement stage 51B to the upper surface of the measurement table 5, and detects the vibration state of the measurement table 5 and the measurement stage 51B from the measurement result. The vibration detecting means 71 is provided on the measurement stage 51B, measures the distance to the upper surface of the measurement table 5, and detects the vibration state of the measurement table 5 and the measurement stage 51B from the measurement result, that is, the bed 1 and the spindle head. Since the vibration with 61 can be detected by one vibration detecting means 71, the economic burden is less than when the vibration detecting means is provided for each.

主軸ヘッド６１がＸＹ方向へ移動すると、振動検出手段７１も一緒に移動される。つまり、主軸ヘッド６１と振動検出手段７１とは、Ｘステージ３１に搭載されているから、ＸＹ平面において、常に一定の距離を保ちつつ移動される。従って、Ｙステージ１１の移動位置、あるいは、Ｘステージ３１の移動位置によって振動状態が変化しても、振動検出手段７１も主軸ヘッド６１とともに一緒に移動するので、振動状態の変化を正確に検出することができる。そのため、検出した振動状態を基に、主軸ヘッド６１側の加工条件などを制御することによって高精度な加工を実現することができる。 When the spindle head 61 moves in the XY direction, the vibration detecting means 71 is also moved together. That is, since the spindle head 61 and the vibration detecting means 71 are mounted on the X stage 31, they are moved while always maintaining a constant distance on the XY plane. Therefore, even if the vibration state changes depending on the movement position of the Y stage 11 or the movement position of the X stage 31, the vibration detection means 71 also moves together with the spindle head 61, so that the change in the vibration state is accurately detected. be able to. Therefore, high-accuracy machining can be realized by controlling machining conditions on the spindle head 61 side based on the detected vibration state.

たとえば、主軸ヘッド６１の回転速度や、ワークおよび工具の相対移動速度、工具の切込量などを制御して、振動状態が予め設定した範囲内に収まるようにすることにより、高精度な加工を実現することができる。
あるいは、振動検出手段７１は、計測ステージ５１Ｂから計測テーブル５上面までの距離を測定しているから、その距離からＸステージ３１の傾き、つまり、Ｘステージ３１の移動軸線を中心とするＸステージ３１の幅方向の傾きを検出することができるから、その傾き角に応じて工具の切込量を多くするなどして加工することができる。 For example, by controlling the rotational speed of the spindle head 61, the relative movement speed of the workpiece and the tool, the cutting depth of the tool, and the like so that the vibration state falls within a preset range, high-accuracy machining can be performed. Can be realized.
Alternatively, since the vibration detecting unit 71 measures the distance from the measurement stage 51B to the upper surface of the measurement table 5, the X stage 31 is centered on the tilt of the X stage 31 from the distance, that is, the movement axis of the X stage 31. Since the inclination in the width direction can be detected, machining can be performed by increasing the cutting depth of the tool according to the inclination angle.

また、本実施形態では、加工ステージ５１Ａと計測ステージ５１Ｂとは、Ｘステージ３１上で、かつ、Ｘステージ３１の移動軸線を中心とする対称位置に、かつ、Ｘステージ３１の移動軸線を中心として対称構造に構成されているから、機械的に対称構造とすることができる。従って、Ｘステージ３１を傾くことなく、円滑に移動させることができる。
その際、振動検出手段７１は、計測テーブル５までの距離を非接触で測定するレーザ変位計によって構成されているから、Ｘステージ３１の移動に抵抗を与えることがないから、円滑に移動を確保しつつ、ワークと主軸ヘッド６１との振動状態を高精度に検出することができる。 Further, in the present embodiment, the processing stage 51A and the measurement stage 51B are on the X stage 31, in symmetrical positions with the movement axis of the X stage 31 as the center, and with the movement axis of the X stage 31 as the center. Since it has a symmetrical structure, it can be mechanically symmetrical. Therefore, the X stage 31 can be moved smoothly without tilting.
At that time, since the vibration detecting means 71 is constituted by a laser displacement meter that measures the distance to the measurement table 5 in a non-contact manner, resistance is not given to the movement of the X stage 31, so that the movement is ensured smoothly. However, the vibration state between the workpiece and the spindle head 61 can be detected with high accuracy.

また、駆動手段１６，３６，５６は、固定子と可動子とを有するリニアモータによって構成されているから、Ｙステージ１１、Ｘステージ３１および加工ステージ５１Ａ，計測ステージ５１Ｂを高精度に移動させることができるとともに、所定位置に高精度に位置決めすることができる。また、加工時の振動などの影響を極力低減することができるから、高精度な加工を実現できる。 Further, since the driving means 16, 36, 56 are constituted by a linear motor having a stator and a mover, the Y stage 11, the X stage 31, the processing stage 51A, and the measurement stage 51B are moved with high accuracy. And can be positioned with high accuracy at a predetermined position. In addition, since the influence of vibration during processing can be reduced as much as possible, highly accurate processing can be realized.

＜変形例＞
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
前記実施形態では、Ｙステージ１１を駆動する駆動手段１６、Ｘステージ３１を駆動させる駆動手段３６、加工ステージ５１Ａおよび計測ステージ５１Ｂを駆動する駆動手段５６を、それぞれリニアモータで構成したが、必ずしも、リニアモータでなくてもよい。ボールねじ軸を用いた送り機構であってもよい。 <Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In the above embodiment, the driving means 16 for driving the Y stage 11, the driving means 36 for driving the X stage 31, the driving means 56 for driving the machining stage 51A and the measurement stage 51B are each constituted by a linear motor. It may not be a linear motor. A feed mechanism using a ball screw shaft may be used.

前記実施形態では、主軸ヘッド６１を、主軸がモータやエアータービンなどで高速回転する構造であったが、必ずしも、回転工具を用いて加工するものに限られない。たとえば、工具が軸方向あるいは軸と直交方向に振動しながら加工する振動工具であってよい。 In the above embodiment, the spindle head 61 has a structure in which the spindle rotates at high speed with a motor, an air turbine, or the like, but is not necessarily limited to machining with a rotary tool. For example, the tool may be a vibrating tool that is machined while vibrating in the axial direction or in a direction orthogonal to the axis.

前記実施形態では、振動検出手段７１を、非接触式のレーザ変位計としたが、これに限られない。たとえば、計測ステージ５１Ｂにおいて計測テーブル５上面までの距離を計測できるものであれば、他の形式であってもよい。 In the above embodiment, the vibration detecting means 71 is a non-contact type laser displacement meter, but is not limited thereto. For example, as long as the distance to the upper surface of the measurement table 5 can be measured in the measurement stage 51B, another format may be used.

本発明は、微細で、かつ、ナノメートルオーダの加工精度が要求される超精密加工機械として利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as an ultra-precision processing machine that is fine and requires processing accuracy on the order of nanometers.

本発明の実施形態に係る工作機械を正面から見た斜視図。The perspective view which looked at the machine tool concerning the embodiment of the present invention from the front. 同上実施形態の工作機械を背面から見た斜視図。The perspective view which looked at the machine tool of embodiment same as the above from the back. 同上実施形態の工作機械の正面図。The front view of the machine tool of embodiment same as the above. 同上実施形態の工作機械の側面図。The side view of the machine tool of embodiment same as the above. 同上実施形態の工作機械の平面図。The top view of the machine tool of embodiment same as the above.

Explanation of symbols

１…ベッド
１１…Ｙステージ（第１ステージ）
１６…第１の駆動手段（リニアモータ）
１７…固定子
１８…可動子
３１…Ｘステージ（第２ステージ）
３６…第２の駆動手段
３７…固定子
３９…可動子
５１Ａ…加工ステージ
５１Ｂ…計測ステージ
５６…第３の駆動手段
６１…主軸ヘッド（加工手段）
７１…振動検出手段。 1 ... Bed 11 ... Y stage (first stage)
16: First driving means (linear motor)
17 ... Stator 18 ... Mover 31 ... X stage (second stage)
36: Second driving means 37: Stator 39: Movable element 51A ... Processing stage 51B ... Measurement stage 56 ... Third driving means 61 ... Spindle head (processing means)
71: Vibration detection means.

Claims

Bed and
A first stage supported on the bed so as to be movable in a direction parallel to the upper surface of the bed via a first driving means;
A second stage supported by the first stage via a second driving means so as to be movable in a direction parallel to the upper surface of the bed and in a direction perpendicular to the moving direction of the first stage;
The second stage includes a processing stage and a measurement stage supported so as to be movable in a direction orthogonal to the moving direction of the first stage and the moving direction of the second stage via a third driving unit,
The processing stage is provided with processing means for processing the workpiece placed on the bed,
The measurement stage is provided with vibration detection means for measuring the distance to the measurement table placed on the bed in a non-contact manner and detecting relative vibration of the bed and the second stage,
The machine tool is characterized in that the machining stage and the measurement stage are provided on the second stage and in symmetrical positions with the movement axis of the second stage as the center .

The machine tool according to claim 1,
The vibration detection means, the machine tool characterized by being composed by Les chromatography THE displacement meter.

In the machine tool according to claim 1 or 2 ,
The machine tool, wherein the second stage, the processing stage, and the measurement stage are configured in a symmetric structure with a moving axis of the second stage as a center.

In the machine tool according to any one of claims 1 to 3 ,
Each of the driving means is constituted by a linear motor having a stator and a mover.

In the machine tool according to any one of claims 1 to 4 ,
At least one of the first stage, the second stage, the processing stage, and the measurement stage is made of a vibration damping material.