KR101198058B1

KR101198058B1 - 공작 기계

Info

Publication number: KR101198058B1
Application number: KR1020107017372A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 도마루; 게이지 미즈타
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2012-11-07
Also published as: CN101939134A; KR20100102198A; JP2009184077A; TWI381902B; WO2009098931A1; JP5001870B2; CN101939134B; TW200938329A

Abstract

본 발명은, 각각의 축 방향으로의 주축의 이동에 의해 컬럼이 변형되는 경우에도 가공 정밀도가 저하되는 것이 방지될 수 있는 공작 기계에 관한 것이다. 공구 (T) 와 작업편 (W) 을 상대 이동시킴으로써 작업편 (W) 을 가공하기 위한 공작 기계 (1) 는, 공구 (T) 가 탈착가능하게 부착되어 있는 주축 (19) 을 회전가능하게 지지하기 위한 새들 (16), 이동가능하게 제공되고 새들 (16) 을 이동가능하게 지지하는 컬럼 (14), 및 새들 (16) 과 컬럼 (14) 중 적어도 하나의 이동에 의해 야기된 컬럼 (14) 의 변형을 검출하기 위한 컬럼 변형 검출 장치 (30) 를 포함하고, 공구 (T) 와 작업편 (W) 중 적어도 하나의 이동은 상기 컬럼 변형 검출 장치 (30) 의 검출 결과에 기초하여 보정된다.

Description

공작 기계{MACHINE TOOL}

본 발명은 가공물과 공구를 상대 이동시킴으로써 가공물을 가공하는 공작 기계에 관한 것이다.

최근의 공작 기계는 고정밀도 가공에 대한 요구가 더욱 높아지고 있다. 공작 기계에 의해 수행된 가공의 정밀도는, 작업편이 장착되는 테이블, 및 주축을 지지하는 새들 등의 부재의 이동의 평활함, 전술된 부재의 이동의 진직도, 주축의 중심선에 대한 이동의 평행도 및 직각도 등의 공작 기계 자체의 기하학적 정밀도에 상당히 의존한다. 이를 상이하게 하기 위해서, 가공 정밀도는, 가공이 수행되는 동안 공구와 작업편의 상대 위치의 정밀도에 의해 결정된다.

또한, 작업편을 고정밀도로 가공하기 위해서는, 공작 기계 자체가 높은 치수 정밀도를 유지하는 것이 필요하다. 전술된 목적을 달성하기 위해 중요한 것은, 공작 기계의 일부, 예컨대 테이블 및 새들을 형성하는 구조체의 위치 정밀도뿐만 아니라, 전술된 부재를 지지하고 전술된 부재의 이동의 기준, 구체적으로 베드 및 컬럼의 역할을 하는 구조체의 위치 정밀도도 포함한다. 그 때문에, 공작 기계의 일부를 형성하는 이들 구조체는, 응력 등에 의해 변형되지 않기에 충분한 강성을 갖도록 설계되고, 특히 진동의 영향을 받지 않도록 설계된다.

그러나, 공작 기계는, 공작 기계 자체로부터 발생되는 열의 영향, 또는 주위의 온도의 영향으로부터 불가피하게 손상을 입는다. 이러한 영향은 때때로 공작 기계의 일부를 형성하는 구조체의 열팽창, 및 마침내 공작 기계의 변형을 야기한다. 구체적으로, 공작 기계가 작동시에, 각종 모터, 공구, 작업편 등이 열을 발생시켜서, 발생된 열이 구조체에 전달된다. 이렇게 전달된 열은 공작 기계의 열변형을 야기한다. 또한, 공작 기계가 설치되는 대기의 온도, 및 이러한 온도의 분포는 일 지점에서 다른 지점까지 균일하지 않다. 따라서, 온도는, 구조체의 부분, 즉, 전, 후, 좌측, 우측, 상부 또는 하부에 따라 달라진다. 단일 구조체 내의 온도의 이러한 변화는 기울기 (leaning) 및 뒤틀림 (warping) 등의 열변형을 야기한다. 구조체의 이러한 열변형은, 주축이 측방으로 기울게 해서 작업편의 가공시에 불만족스러운 정밀도 레벨을 야기할 수도 있다.

이 때문에, 공작 기계 자체에 의해 발생된 열 및 공작 기계의 온도 환경에 의해 영향을 받는, 작업편의 가공시의 정밀도에 대해 종래부터 다양한 대책들이 취해져 왔다. 전술된 문제를 해결하기 위한 이러한 대책들을 갖는 공작 기계들이, 예컨대 특허 문헌 1 및 2 에 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 공개 특허 공보 평 4-82649 호

특허문헌 2: 일본 공개 특허 공보 평 6-39682 호.

공작 기계에서, 복수의 구조체가, 축선을 따라, 공구를 지지하는 주축의 3 차원 이동을 가능하게 한다. 주축의 이동은 때때로, 구조체의 변형을 야기한다.

예를 들어, 수평 보링 기계와 같은 공작 기계에서는, 주축을 지지하는 새들은 컬럼의 측벽에서 이동가능하게 지지되고, 컬럼 또한 이동가능하다. 따라서, 특히, 긴 컬럼 및 무거운 새들을 갖는 대형 공작 기계에서는 새들이 상방으로 이동함에 따라, 컬럼의 변형 (기울기) 이 커진다. 이렇게 더 커진 변형은 새들을 상하로 이동하게 해주는 진직도를 유지하는 것을 어렵게 한다. 또한, 컬럼이 이동할 때, 컬럼의 이동은 이동을 지지하는 베드의 진직도에 영향을 준다. 따라서, 컬럼은 각도 편차 (피치, 롤, 및 요 (yaw)) 를 겪으면서 이동하여서, 컬럼의 변형(기울기) 을 야기한다. 따라서, 주축의 선단 위치에 오차가 발생해, 작업편의 가공시에 불만족스러운 정밀도 레벨을 야기할 수도 있다.

그러나, 종래의 공작 기계는, 축선 방향으로의 주축의 이동으로부터 기인한 전술된 변형에 대응하지 않아서, 작업편의 가공이 불만족스러운 정밀도 레벨만으로 실시될 가능성이 있다. 보다 높은 가공 정밀도를 달성하기 위해서는, 공작 기계 자체에 의해 발생된 열 및 공작 기계의 온도 환경에 의해 유발된 구조체의 열변형뿐만 아니라, 축선 방향으로의 주축의 이동에 의해 야기된 구조체의 변형도 고려되어야 한다고 생각된다.

본 발명은 전술된 문제를 해결하기 위해 만들어진 것으로서, 축선 방향으로의 주축의 이동으로 인해 컬럼이 변형되더라도 가공 정밀도의 저하를 방지할 수 있는 공작 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술된 문제점을 해결하기 위한 제 1 발명에 따른 공작 기계는, 공구와 피가공물을 상대 이동시켜서 피가공물을 가공하는 공작 기계로서, 상기 공작 기계는,

착탈 가능하게 장착된 공구를 갖는 주축을 회전 가능하게 지지하는 새들,

이동 가능하게 제공되고 상기 새들을 이동 가능하게 지지하는 컬럼,

상기 새들 및 상기 컬럼의 적어도 하나의 이동에 의해 유발된 상기 컬럼의 변형을 검출하기 위한 컬럼 변형 검출 수단, 및

상기 컬럼 변형 검출 수단의 검출 결과에 기초하여 상기 공구 및 피가공물의 적어도 하나의 이동을 보정하기 위한 보정 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술된 문제점을 해결하기 위한 제 2 발명에 따른 공작 기계는, 상기 컬럼 변형 검출 수단이, 상기 컬럼에 수직 하방으로 매달려 있는 피측정부, 및 상기 컬럼과 상기 피측정부 사이의 거리를 측정하기 위한 측정 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술된 문제점을 해결하기 위한 제 3 발명에 따른 공작 기계는, 상기 컬럼 변형 검출 수단이 상기 피측정부의 진동을 감쇠시키기 위한 감쇠 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술된 문제점을 해결하기 위한 제 4 발명에 따른 공작 기계는, 상기 컬럼 변형 검출 수단이,

상기 컬럼에 부착되고 점성 유체를 저장하는 용기,

와이어에 의해 상기 컬럼에 수직 하방으로 매달리는 행잉 부재,

제 1 막대 모양 부재로서, 그 상단이 구형 부싱을 개재하여 행잉 부재에 의해 지지되며, 피측정부를 포함하는 제 1 막대 모양 부재,

제 2 막대 모양 부재로서, 그 상단이 구형 부싱을 개재하여 행잉 부재에 의해 지지되고, 그 하단이 용기에 저장된 점성 유체에 침지되는 제 2 막대 모양 부재, 및

상기 컬럼에 부착되어 거리 센서로부터 피측정부까지의 거리를 측정하는 거리 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술된 문제점을 해결하기 위한 제 5 발명에 따른 공작 기계는, 상기 컬럼의 내부에 상기 컬럼 변형 검출 수단이 제공되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 공작 기계에 따르면, 축선 방향으로의 주축의 이동에 의해 컬럼이 변형되더라도, 검출된 컬럼의 변형량에 기초하여 공구 및 피가공물 중 적어도 하나의 이동을 보정함으로써 가공 정밀도의 저하가 방지될 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 공작 기계의 개략적인 사시도이다.
도 2 는 컬럼 변형 검출 장치를 도시하는 일반적인 구성도이다.
도 3 은 컬럼의 단면도이다.
도 4 는 컬럼이 X-축 방향으로 변형되는 것을 도시하는 개략도이다.
도 5 는 컬럼이 Z-축 방향으로 변형되는 것을 도시하는 개략도이다.

본 발명의 실시형태에 따른 공작 기계가 이하의 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 공작 기계의 개략적인 사시도이다. 도 2 는 컬럼 변형 검출 장치를 도시하는 일반적인 구성도이다. 도 3 은 컬럼의 단면도이다. 도 4 는 컬럼이 X-축 방향으로 변형되는 것을 도시하는 개략도이다. 도 5 는 컬럼이 Z-축 방향으로 변형되는 것을 도시하는 개략도이다. 각각의 도면에서, X, Y, 및, Z (W) 로 표시된 방향은, 서로 직교하는 직교 3 축 방향을 나타내고, 특히 공작 기계의 전후방향, 공작 기계의 상하 방향, 및 공작 기계의 폭방향을 나타낸다. 또한, 하기에서 설명될 실시형태는 본 발명 에 따른 공작 기계를 대형 수평 보링 기계에 적용한 것이다.

도 1 은, 바닥에 고정된 베드 (11) 를 포함하는 대형 수평 보링 기계인 공작 기계 (1) 를 도시한다. X 축 방향으로 연장하는 좌우 한 쌍의 안내 레일 (12a 및 12b) 이 베드 (11) 의 상면에 형성되어 있다. 컬럼 베이스 (13) 가 X-축 방향으로 미끄러질 수 있도록 안내 레일 (12a 및 12b) 에 의해 지지된다. 컬럼 베이스 (13) 의 상부에는 중공 컬럼 (14) 이 세워져 있다. 따라서, 도시되지 않은 컬럼 구동 모터 및 도시되지 않은 컬럼 이송 나사 기구 등의 부재를 포함하는 컬럼 구동 수단을 구동시킴으로써 컬럼 베이스 (13) (컬럼 (14)) 는 X 축 방향으로 이동될 수 있다.

Y 축 방향으로 연장하는 좌우 한 쌍의 안내 레일 (15a 및 15b) 이 컬럼 (14) 의 전면 (이하에서 측벽 (14b) 으로 기재됨) 에 형성되어 있다. 새들 (16) 이 Y 축 방향으로 미끄러질 수 있도록 안내 레일 (15a 및 15b) 에 의해 지지된다. 따라서, 도시되지 않은 새들 구동 모터 및 도시되지 않은 새들 이송 나사 기구 등의 부재를 포함하는 새들 구동 수단을 구동시킴으로써 새들 (16) 은 Y 축 방향으로 이동될 수 있다.

새들 (16) 에는 안내부 (17) 가 형성되어서 새들 (16) 을 Z 축 방향으로 관통하게 된다. 이 안내부 (17) 에는 램 (18) 이 Z 축 방향으로 슬라이딩 가능하도록 지지된다. 따라서, 도시되지 않은 램 구동 모터 및 도시되지 않은 램 이송 나사 기구 등의 부재를 포함하는 램 구동 수단을 구동함으로써 램 (18) 이 Z 축 방향으로 이동될 수 있다.

램 (18) 에는 주축 (19) 이 지지된다. 따라서 주축 (19) 은 회전 가능하게, 또한, W 축 방향으로 슬라이딩 가능하도록 지지된다. 실질적으로 미리 정해진 종류의 가공을 실시하는 공구 (T) 가 주축 (19) 의 선단에 탈착가능하게 고정된다. 따라서, 도시되지 않은 주축 회전 모터 등의 부재를 포함하는 주축 회전 수단을 구동시킴으로써 주축 (19) 은 W 축 주위에서 회전될 수 있다. 또한, 도시되지 않은 주축 구동 모터 및 주축 이송 나사 기구 등의 부재를 포함하는 주축 구동 수단을 구동시킴으로써 주축 (19) 은 W 축 방향으로 이동될 수 있다.

베드 (11) 의 측방에는 바닥의 일부에 고정된 테이블 베드 (21) 가 제공된다. 테이블 베드 (21) 의 상면에는 Z 축 방향으로 연장하는 전후 한 쌍의 안내 레일 (22a 및 22b) 이 형성되어 있다. 테이블 베이스 (23) 가 Z 축 방향으로 슬라이딩할 수 있도록 안내 레일 (22a 및 22b) 에 의해 지지된다. 또한, 테이블 베이스 (23) 의 상부에는, 회전 테이블 (24) 이 회전가능하게 지지된다. 회전 테이블 (24) 의 상면에는 작업편 (피가공물) (W) 이 탈착가능하게 장착되어 있다. 따라서, 도시되지 않은 테이블 구동 모터 및 도시되지 않은 테이블 이송 나사 기구 등의 부재를 포함하는 테이블 구동 수단을 구동시킴으로써 테이블 베이스 (23) (회전 테이블 (24)) 가 Z 축 방향으로 이동될 수 있다. 또한, 도시되지 않은 테이블 회전 모터 등의 부재를 포함하는 테이블 회전 수단을 구동시킴으로써 회전 테이블 (24) 이 Y 축 주위에서 회전될 수 있다.

공작 기계 (1) 에는 NC 장치 (보정 수단) (50) 가 제공되고, 공작 기계 (1) 전체를 제어한다. NC 장치 (50) 는 각각 전술된 구동 수단 및 전술된 회전 수단 등에 접속되어 있다. 따라서 접속된 NC 장치 (50) 는 각각의 공구 (T) 및 작업편 (W) 이 이동하는 방향 및 속도를 변화시킨다. NC 장치 (50) 는 또한 각각의 공구 (T) 및 작업편 (W) 이 얼만큼 이동하고 회전하는지를 조정한다. 따라서, NC 장치 (50) 는 공구 (T) 및 작업편 (W) 모두의 위치 결정 제어를 수행하고 작업편 (W) 의 인덱싱 (indexing) 제어도 수행한다. 따라서, 공구 (T) 와 작업편 (W) 이 상대 이동되어서, 작업편 (W) 에서 미리 결정된 형상이 가공된다.

도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 컬럼 (14) 은 상벽 (14a) 및 측벽 (14b, 14c, 14d, 14e) 을 포함하고, 중공 구조로서 형성된다. 이렇게 형성된 컬럼 (14) 내에는, 컬럼 변형 검출 장치 (컬럼 변형 검출 수단) (30) 이 상벽 (14a) 의 하부면으로부터 수직하게 매달려 있도록 지지된다.

컬럼 변형 검출 장치 (30) 는 두 개의 가요성 와이어 (31) 를 포함한다. 각각의 와이어 (31) 의 양단부는 상벽 (14a) 의 하부면에 부착되어 있다. 와이어 (31) 에는 통과 부재 (32) 를 개재하여 행잉 (hanging) 부재 (33) 가 매달려 있다. 행잉 부재 (33) 에는 구형 부싱 (34) 을 개재하여 현수봉 (제 1 막대 모양 부재 및 제 2 막대 모양 부재) (35 및 36) 이 부착되어 있다. 각각의 와이어 (31) 의 재질 및 직경은 임의로 선택될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 와이어 (31) 는, 컬럼 (14) 이 변형되고 측방으로 기울어도 항상 수직으로 매달리기에 충분히 낮은 강성을 갖는 것이 바람직할 수도 있다.

현수봉 (35) 의 축방향 중간부 및 현수봉 (35) 의 하단부에는 각각 측정 부재 (37 및 38) 가 형성되어 있다. 측정 부재 (37) 에는 피측정면 (피측정부) (37a 및 37b) 이 형성되어 있고, 측정 부재 (38) 에는 피측정면 (피측정부) (38a 및 38b) 이 형성되어 있다. 각각의 피측정면 (37a 및 38a) 은 X 축 방향과 직교하는 평면으로서 형성되는 한편, 각각의 피측정면 (37b 및 38b) 은 Z 축 방향과 직교하는 평면으로서 형성되어 있다. 또한, 현수봉 (36) 의 하단부에는 추 (39) 가 제공된다.

측벽 (14b) 의 내면에는 상하 한 쌍의 거리 센서 (측정 수단) (40a 및 40b) 가 제공되고, 각각 피측정면 (37a 및 38a) 과 대향된다. 또한, 측벽 (14e) 의 내면에는 상하 한 쌍의 거리 센서 (측정 수단) (41a 및 41b) 가 제공되고, 각각 피측정면 (37b 및 38b) 과 대향된다. 거리 센서 (40a, 40b, 41a, 41b) 는 비접촉식 센서이다. 거리 센서 (40a) 는 그 자체로부터 피측정면 (37a) 까지의 거리를 언제나 측정하고, 거리 센서 (40b) 는 그 자체로부터 피측정면 (38a) 까지의 거리를 언제나 측정한다. 또한, 거리 센서 (41a) 는 그 자체로부터 피측정면 (37b) 까지의 거리를 언제나 측정하고, 거리 센서 (41b) 는 그 자체로부터 피측정면 (38b) 까지의 거리를 언제나 측정한다. 또한, 거리 센서 (40a, 40b, 41a, 41b) 에는 NC 장치 (50) 가 접속되어 있다. 거리 센서 (40a, 40b, 41a, 및 41b) 에 의해 측정된 거리 (검출 결과) 는 NC 장치 (50) 에 입력된다.

측벽 (14d) 의 내면에는 도시되지 않은 지지 부재를 개재하여 오일 팬 (용기) (42) 가 지지되어 있다. 오일 팬 (42) 에는 고점성 유체인 오일 (43) 이 저장되어 있고, 오일 팬 (42) 에 저장된 오일 (43) 에는 현수봉 (36) 이 침지되어 있다. 오일 팬 (42) 및 오일 (43) 은 함께 감쇠 수단을 구성한다는 것을 알아야 한다.

따라서, NC 장치 (50) 는, 거리 센서 (40a) 에 의해 측정된, 거리 센서 (40a) 로부터 피측정면 (37a) 까지의 거리와 거리 센서 (40b) 에 의해 측정된, 거리 센서 (40b) 로부터 피측정면 (38a) 까지의 거리 사이의 차이로부터 컬럼 (14) 의 X 축 방향 변형량 (X 축 방향 기울기량) 을 산출한다. 또한, NC 장치 (50) 는, 거리 센서 (41a) 에 의해 측정된, 거리 센서 (41a) 로부터 피측정면 (37b) 까지의 거리와 거리 센서 (41b) 에 의해 측정된, 거리 센서 (41b) 로부터 피측정면 (38b) 까지의 거리 사이의 차이로부터 컬럼 (14) 의 Z 축 방향 변형량 (Z 축 방향 기울기량) 을 산출한다. 그리고, NC 장치 (50) 는, 이렇게 산출된 컬럼 (14) 의 X 축 방향 변형량 및 Z 축 방향 변형량에 기초하여 공구 (T) 및 작업편 (W) 의 위치 제어를 수행한다. 위치 제어는, 작업편 (W) 이 미리 정해진 형상으로 가공되도록 각각의 구동 수단의 구동을 보정하기 위해서 수행된다.

또한, 외란 진동 등에 의해 현수봉 (35 및 36) 이 행잉 부재 (33) 와 함께 진동하게 되더라도, 현수봉 (36) 의 진동이 오일 팬 (42) 에 저장된 오일 (43) 에 의해 신속하게 감쇠된다. 따라서, 현수봉 (35) 의 진동도 단시간에 감쇠되게 된다.

작업편 (W) 이 공작 기계 (1) 에 의해 가공될 때, 작업편 (W) 은 우선 회전 테이블 (24) 의 상면에 장착된 후에, 작업편 (W) 이 가공 위치로 이동되도록 테이블 베이스 (23) 가 Z 축 방향으로 이동된다. 이어서, 주축 (19) 에 의해 공구 (T) 가 회전되면서, 필요에 따라 부재의 이하의 운동들이 선택적으로 실시된다: 컬럼 (14) 이 X 축 방향으로 이동된다, 새들 (16) 이 Y 축 방향으로 이동된다, 램 (18) 이 Z 축 방향으로 이동된다, 및 주축 (19) 이 W 축 방향으로 이동된다. 또한, 필요에 따라 회전 테이블 (24) 이 회전되어 작업편 (W) 의 인덱싱 회전을 수행한다. 이렇게, 공구 (T) 에 의해 작업편 (W) 이 가공된다.

전술된 바와 같이, 작업편 (W) 이 가공되는 동안, 공구 (T) 는 X 축, Y 축, Z 축, W 축 방향 중 적어도 어느 하나로 이동되어야 한다. 특히 공구 (T) 가 다른 경우보다 X 축 방향 및/또는 Y 축 방향으로 이동되는 경우에 컬럼 (14) 의 변형이 발생하기 쉬워진다. 컬럼 (14) 이 변형됨에 따라, 주축 (19) 의 선단 위치의 오차가 발생하기 쉬워져서, 가공 정밀도가 저하될 수도 있다.

구체적으로, 수평 보링 기계로 표시되는 공작 기계 (1) 는, 주축 (19) 을 회전 가능하게 지지하는 새들 (16) 이 컬럼 (14) 의 측벽 (14b) 에 의해 지지되는 구조를 갖는다. 이 구조로, 도 4 에 도시된 바와 같이, Y 축 방향으로의 새들 (16) 의 이동은, 컬럼 베이스 (13) 와 컬럼 (14) 과의 접합점을 기준으로, 컬럼 (14) 이 X 축 방향으로 기울도록 한다. 특히, 공작 기계 (1) 가 대형일 때, 컬럼 (14) 은 더 높아지고 새들 (16) 은 더 무거워진다. 따라서, 새들 (16) 이 상방으로 이동함에 따라, 컬럼 (14) 의 변형이 더 커지게 된다. 따라서, 새들 (16) 의 상하 이동의 진직도가 유지될 수 없다.

또한, 컬럼 (14) (컬럼 베이스 (13)) 이, 베드 (11) 상에서, X 축 방향으로 이동될 때, 컬럼 (14) 의 이러한 이동은 베드 (11) 및 안내 레일 (12a 및 12b) 의 진직도에 영향을 준다. 따라서, 컬럼 (14) 은 각도 편차 (피치, 롤, 및 요) 를 겪으면서 이동한다. 따라서, 도 5 에 도시된 바와 같이, 컬럼 베이스 (13) 와 컬럼 (14) 사이의 접합점을 기준으로 컬럼 (14) 은 Z 축 방향으로 기울게 된다.

또한, 도 3 에 도시되는 바와 같이, 컬럼 (14) 의 측벽 (14b 및 14d) 은 서로 벽 두께가 상이한데, 왜냐하면 안내 레일 (15a 및 15b) 이 측벽 (14b) 에 형성되기 때문이다. 두꺼운 측벽 (14b) 과 얇은 측벽 (14d) 은 서로 열용량이 다르다. 따라서, 구동 수단, 회전 수단, 공구 (T), 작업편 (W) 등의 부재에서 열이 발생될 때, 및/또는 공작 기계 (1) 가 설치되는 분위기의 온도의 변화가 발생할 때, 열용량이 큰 측벽 (14b) 보다 열용량이 작은 측벽 (14d) 이 열변형하기 쉬워진다. 따라서, 컬럼 (14) 이 X 축 방향으로 기울어진다.

X 축 방향 및/또는 Z 축 방향으로의 컬럼 (14) 의 변형의 발생은 주축 (19) 의 선단 위치의 오차를 야기해서, 작업편 (W) 의 가공 정밀도를 저하시킬 수도 있다. 따라서, 공작 기계 (1) 에 있어서, 복합적으로 발생하는 컬럼 (14) 의 변형을 언제나 직접 검출하도록 컬럼 (14) 내에는 컬럼 변형 검출 장치 (30) 가 제공된다.

구체적으로, 새들 (16) 이 Y 축 방향으로 이동되어서 컬럼 (14) 이 X 축 방향으로 변형되는 경우, 및, 공작 기계 (1) 자체에 의해 및 공작 기계 (1) 가 설치된 분위기의 온도 변화에 의해 발생된 열이 컬럼 (14) 의 X 축 방향으로의 열변형을 야기하는 경우를 가정한다. 이들 경우에, 거리 센서 (40a) 로부터 피측정면 (37a) 까지의 거리가 거리 센서 (40a) 에 의해 측정되고, 거리 센서 (40b) 로부터 피측정면 (38a) 까지의 거리가 거리 센서 (40b) 에 의해 측정된다. 그리고, 이렇게 얻어진 측정 거리가 NC 장치 (50) 에 입력되고, 이렇게 입력된 측정 거리 사이의 차가 NC 장치 (50) 에 의해 산출된다. 이어서, 측정 거리 사이의 산출된 차이에 기초하여, NC 장치 (50) 는 컬럼 (14) 의 X 축 방향으로의 변형량을 산출한다. 이렇게 산출된 이 변형량에 기초하여, NC 장치 (50) 는 각 구동 수단의 구동을 보정하여서 공구 (T) 및 작업편 (W) 의 위치 제어를 수행한다.

또한, 컬럼 (14) 이 X 축 방향으로 이동되어서 컬럼 (14) 이 Z 축 방향으로 변형되는 경우를 가정한다. 이 경우에, 먼저, 거리 센서 (41a) 로부터 피측정면 (37b) 까지의 거리가 거리 센서 (41a) 에 의해 측정되고, 거리 센서 (41b) 로부터 피측정면 (38b) 까지의 거리가 거리 센서 (41b) 에 의해 측정된다. 그리고, 이렇게 얻어진 측정 거리가 NC 장치 (50) 에 입력되고, 이렇게 입력된 측정 거리 사이의 차이가 NC 장치 (50) 에 의해 산출된다. 이어서, 측정 거리 사이의 산출된 차이에 기초하여, NC 장치 (50) 는 컬럼 (14) 의 Z 축 방향으로의 변형량을 산출한다. 이렇게 산출된 이 변형량에 기초하여, NC 장치 (50) 는 각 구동 수단의 구동을 보정하여서 공구 (T) 및 작업편 (W) 의 위치 제어를 수행한다.

이렇게 지금까지 설명된 바와 같이, 본 발명의 공작 기계에 따르면, 공구 (T) 에 의해 작업편 (W) 이 가공될 때, 컬럼 변형 검출 장치 (30) 는 컬럼 (14) 및 새들 (16) 의 이동시에 야기되는 컬럼 (14) 의 X 축 방향 및 Z 축 방향으로의 변형을 검출한다. 그 후에, 검출 결과에 기초하여, NC 장치는 각 구동 수단의 구동을 보정하여서 공구 (T) 및 작업편 (W) 의 위치 제어를 수행한다. 따라서, 가공 정밀도의 저하가 방지될 수 있다.

또한, 컬럼 변형 검출 장치 (30) 에 있어서, 행잉 부재 (33) 가 와이어 (31) 로 매달린 채로 현수봉 (35 및 36) 의 상단부는 각각 구형 부싱 (34) 을 개재하여 행잉 부재 (33) 에 의해 지지된다. 또한, 현수봉 (36) 의 하단이 오일 팬 (42) 에 저장된 오일 (43) 에 침지된다. 따라서, 컬럼 (14) 에서 외란 진동이 발생하더라도, 현수봉 (35 및 36) 의 진동이 단시간에 감쇠될 수 있어서, 현수봉 (35 및 36) 이 정지된 상태로 수직 방향으로 유지될 수 있다. 이 결과, 거리 센서 (40a, 40b, 41a 및 41b) 는 측정 부재 (37 및 38) 의 대응하는 피측정면 (37a, 37b, 38a 및 38b) 까지의 거리를, 직접, 신속하게, 그리고 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 컬럼 (14) 내에 컬럼 변형 검출 장치 (30) 를 제공하여서 공간을 절약하게 된다. 따라서, 공작 기계 (1) 의 크기를 필요 이상으로 크게 할 필요가 없다.

본 발명은 가공 센터 등의 공작 기계에 고정된 컬럼의 열변형에 의해 가공 정밀도가 저하되는 것을 방지하도록 구성된 열변형 방지 구조에 적용가능하다.

Claims

공구와 피가공물을 상대 이동시켜서 피가공물을 가공하는 공작 기계에 있어서, 상기 공작 기계는,
탈착가능하게 고정된 공구를 갖는 주축을 회전가능하게 지지하는 새들,
이동 가능하게 제공되고, 상기 새들을 이동가능하게 지지하는 컬럼,
상기 새들 및 상기 컬럼 중 적어도 하나의 이동에 의해 야기된 상기 컬럼의 변형을 검출하기 위한 컬럼 변형 검출 수단, 및
상기 컬럼 변형 검출 수단의 검출 결과에 기초하여 상기 공구 및 피가공물 중 적어도 하나의 이동을 보정하기 위한 보정 수단을 포함하고,
상기 컬럼 변형 검출 수단은,
상기 컬럼에 부착되고 점성 유체를 저장하는 용기,
와이어에 의해 상기 컬럼에 수직 하방으로 매달리는 행잉 부재,
제 1 막대 모양 부재로서, 그 상단이 구형 부싱을 개재하여 행잉 부재에 의해 지지되며, 피측정부를 포함하는 제 1 막대 모양 부재,
제 2 막대 모양 부재로서, 그 상단이 구형 부싱을 개재하여 행잉 부재에 의해 지지되고, 그 하단이 용기에 저장된 점성 유체에 침지되는 제 2 막대 모양 부재, 및
상기 컬럼에 부착되어 거리 센서로부터 피측정부까지의 거리를 측정하는 거리 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
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제 1 항에 있어서, 상기 컬럼의 내부에는 상기 컬럼 변형 검출 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 공작 기계.