KR101494112B1

KR101494112B1 - 횡형 공작 기계

Info

Publication number: KR101494112B1
Application number: KR1020137011013A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 다우치
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2015-02-16
Also published as: EP2656967A1; KR20130055702A; JP5721424B2; CN103180090B; CN103180090A; JP2012131010A; US9058030B2; WO2012086421A1; US20130264989A1

Abstract

주축의 스윙을 안정시킨 후, 공간 정밀도를 보정하여, 대폭적인 정밀도 향상이 가능한 횡형 공작 기계를 제공한다. 그 때문에, 횡형 공작 기계 (10) 에, 램 (17) 의 휨을 보정하는 램 텐션 바 (20) 와, 새들 (16) 을 끌어 올리는 2 지점의 리프팅력을 조정하여, 새들 (16) 의 경사를 보정하는 리프팅력 보정 기구 (30) 와, 칼럼 (14) 의 벤딩을 보정하는 칼럼 텐션 바 (40) 와, 램 텐션 바 (20), 리프팅력 보정 기구 (30) 및 칼럼 텐션 바 (40) 를 제어함과 함께, 수치 제어에 의해 공간 정밀도를 보정하는 공간 정밀도 보정 기능을 갖는 제어 장치를 형성하고, 제어 장치에 의해, 램 텐션 바 (20), 리프팅력 보정 기구 (30) 및 칼럼 텐션 바 (40) 를 사용하여, 주축 (18) 의 선단의 스윙만을 보정함과 함께, 베드 (11) 의 가라앉음에 의한 공간 정밀도의 악화를, 공간 정밀도 보정 기능을 사용하여 보정한다.

Description

횡형 공작 기계 {HORIZONTAL MACHINE TOOL}

본 발명은, 수평 보링 머신 등의 횡형 공작 기계에 관한 것이다.

워크를 가공하는 공작 기계의 하나로서, 수평 보링 머신 등의 횡형 공작 기계가 종래 기술로서 알려져 있다.

일본 공개특허공보 2007-216319호

도 10 에, 종래의 횡형 공작 기계를 나타내고, 그 개략을 설명한다.

횡형 공작 기계 (50) 는, 베드 (51) 의 가이드 (52) 상에 수평 방향 (X 방향) 으로 이동 가능하게 칼럼 베이스 (53) 가 형성되고, 칼럼 베이스 (53) 상에 칼럼 (54) 이 세워 설치되어 있다. 칼럼 (54) 의 1 개의 측면에는 가이드 (55) 가 형성되어 있고, 가이드 (55) 상에 연직 방향 (Y 방향) 으로 이동 가능하게 새들 (56) 이 지지되어 있고, 이 새들 (56) 에는, 수평 방향 (Z 방향) 으로 이동 가능하게 램 (57) 이 지지되어 있다. 램 (57) 은, 주축 (58) 을 갖고 있고, 주축 (58) 의 선단에 장착한 공구를 사용하여, 가공 대상인 워크에 가공을 실시하게 된다. 가공을 실시할 때에는, 칼럼 베이스 (53), 새들 (56), 램 (57) 을, 각각 전후 방향, 상하 방향, 좌우 방향으로 이동시키면서, 원하는 가공을 실시하게 된다.

다음으로, 도 10 을 참조하여, 횡형 공작 기계 (50) 의 문제점을 설명한다.

횡형 공작 기계 (50) 에 있어서는, 램 (57) 을 조출 (繰出) 했을 때 (예를 들어, Z=0 의 위치로부터 Z=L 의 위치로 조출했을 때 ; L 은 램 (57) 의 최대 조출량), 램 (57) 의 자중에 의해 발생하는 램 (57) 의 휨 (도 10 중의 B1) 과, 이 때의 중심 (重心) 변화 (G(0)→G(L)) 에 의한 모멘트 변화에 의해 발생하는 새들 (56) 의 경사 (도 10 중의 B2), 칼럼 (54) 의 경사 (도 10 중의 B3), 베드 (51) 의 경사 (도 10 중의 B4) 및 잭의 경사 (도시 생략) 가 발생하여, 가공 정밀도가 악화되는 문제가 있다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 주축의 스윙을 안정시킨 후, 공간 정밀도를 보정하여, 대폭적인 가공 정밀도의 향상이 가능한 횡형 공작 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하는 제 1 발명에 관련된 횡형 공작 기계는,

베드 상에 수평 방향 이동 가능하게 형성된 칼럼과, 상기 칼럼의 측면에 연직 방향 이동 가능하게 지지된 새들과, 상기 새들에 수평 방향 이동 가능하게 유지되고, 선단에 주축이 형성된 램을 갖는 횡형 공작 기계에 있어서,

상기 램의 휨을 보정하는 램 텐션 바와,

상기 새들을 끌어 올리는 2 지점의 리프팅력을 조정하여, 상기 새들의 경사를 보정하는 리프팅력 보정 기구와,

상기 칼럼의 벤딩을 보정하는 칼럼 텐션 바와,

상기 램 텐션 바, 상기 리프팅력 보정 기구 및 상기 칼럼 텐션 바를 제어함과 함께, 수치 제어에 의해 공간 정밀도를 보정하는 공간 정밀도 보정 기능을 갖는 제어 장치를 구비하고,

상기 제어 장치는,

상기 램 텐션 바, 상기 리프팅력 보정 기구 및 상기 칼럼 텐션 바를 사용하여, 상기 주축 선단의 스윙만을 보정함과 함께,

상기 베드의 가라앉음에 의한 공간 정밀도의 악화를, 상기 공간 정밀도 보정 기능을 사용하여 보정하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하는 제 2 발명에 관련된 횡형 공작 기계는,

상기 제 1 발명에 기재된 횡형 공작 기계에 있어서,

상기 칼럼 텐션 바를, 상기 새들이 지지된 상기 칼럼 측면의 반대측의 측면쪽에 2 개 형성한 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하는 제 3 발명에 관련된 횡형 공작 기계는,

상기 제 2 발명에 기재된 횡형 공작 기계에 있어서,

상기 칼럼 텐션 바를, 상기 칼럼의 단면 2 차 모멘트의 중심에 대하여, 2 개의 상기 리프팅력에 의한 하중이 가해지는 2 지점의 하중 중심과 점대칭이 되는 위치에 배치한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 횡형 공작 기계에 있어서, 램 텐션 바, 리프팅력 보정 기구, 칼럼 텐션 바에 의한 보정을, 주축 선단의 스윙의 안정을 위해서만 사용함과 함께, 주축 선단의 스윙을 안정시킨 후, 공간 정밀도에 관해서는, 수치 제어 (NC) 에 의한 공간 정밀도 보정을 사용하여 보정하고 있기 때문에, 주축 스윙의 안정성과 공간 정밀도의 향상을 양립시키고, 그 결과, 대폭적인 가공 정밀도의 향상이 가능하다.

도 1 은 본 발명에 관련된 횡형 공작 기계의 실시형태의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 2 는 도 1 에 나타낸 횡형 공작 기계에 있어서의 램 텐션 바를 설명하는 도면이다.
도 3 은 도 1 에 나타낸 횡형 공작 기계에 있어서, 새들의 리프팅력 보정과 새들의 리프팅력 보정시에 칼럼에 가해지는 힘을 설명하는 도면이다.
도 4 는 도 1 에 나타낸 횡형 공작 기계에 있어서의 칼럼 텐션 바를 설명하는 상면도이다.
도 5 는 도 4 에 나타낸 칼럼의 A-A 선 화살표에서 본 단면도이다.
도 6 은 도 1 에 나타낸 횡형 공작 기계에 있어서, 램을 조출했을 때의 보정 후의 램의 휨량을 나타내는 그래프이다.
도 7 은 도 1 에 나타낸 횡형 공작 기계에 있어서, 램을 조출했을 때의 보정 후의 주축 스윙 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8 은 도 1 에 나타낸 횡형 공작 기계에 있어서의 Y 진직도 (Y-Z 직각도) 의 변화를 나타내는 그래프이고, (a) 는 보정 전, (b) 는 보정 후를 나타내는 그래프이다.
도 9 는 칼럼 텐션 바의 유무에 의한 Y 슬라이딩면 벤딩을 나타내는 그래프이다.
도 10 은 종래의 횡형 공작 기계에 있어서의 문제점을 설명하는 도면이다.

이하, 도 1∼도 9 를 참조하여, 본 발명에 관련된 횡형 공작 기계의 실시형태에 관해서 설명한다.

(실시예 1)

도 1 에 나타내는 횡형 공작 기계 (10) 는, 베드 (11) 의 가이드 (12) 상에 수평 방향 (X 방향) 으로 이동 가능하게 칼럼 베이스 (13) 가 형성되고, 칼럼 베이스 (13) 상에 칼럼 (14) 이 세워 설치되어 있다. 칼럼 (14) 의 1 개의 측면에는 가이드 (15) 가 형성되어 있고, 가이드 (15) 상에 연직 방향 (Y 방향) 으로 이동 가능하게 새들 (16) 이 지지되어 있고, 이 새들 (16) 에는, 수평 방향 (Z 방향) 으로 이동 가능하게 램 (17) 이 유지되어 있다. 램 (17) 은, 주축 (18) 을 갖고 있고, 주축 (18) 의 선단에 장착한 공구를 사용하여, 가공 대상인 워크에 가공을 실시하게 된다. 가공을 실시할 때에는, 칼럼 베이스 (13), 새들 (16), 램 (17) 을, 각각 전후 방향, 상하 방향, 좌우 방향으로 이동시키면서, 원하는 가공을 실시하게 된다.

전술한 바와 같이, 횡형 공작 기계에는, (B1) 자중에 의한 램 (17) 의 휨, (B2) 중심 변화에 의한 새들 (16) 의 경사 (회전), (B3) 중심 변화에 의한 칼럼 (14) 의 경사 (벤딩), (B4) 중심 변화에 의한 베드 (11) (이후, 잭도 포함한다) 의 경사 (가라앉음) 가 발생하고, 가공 정밀도가 악화되는 문제가 있다.

그래서, 횡형 공작 기계 (10) 에 있어서는, 도 1, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 램 (17) 의 내부 (램 (17) 의 중심선보다 상측) 에, 램 (17) 의 조출 방향 (Z 방향) 을 따라, 램 텐션 바 (20) 를 형성하고 있다. 이 램 텐션 바 (20) 는, 램 (17) 의 길이 방향에 배치한 원통상의 로드 (21) 와, 램 (17) 의 후단부에 배치된 실린더부 (22) 와, 램 (17) 의 선단부에 배치된 스토퍼 (23) 로 이루어진다. 그리고, 횡형 공작 기계 (10) 의 제어 장치 (도시 생략) 를 사용하여, 램 (17) 의 조출시에, 실린더부 (22) 에 유압을 공급함으로써, 실린더부 (22) 와 스토퍼 (23) 에 의해 램 (17) 의 양단에 인장력 (FP) 을 부여하고, 이 인장력 (FP) 으로 램 (17) 의 양단을 내측으로 끌어 당김으로써, 램 (17) 의 선단에 벤딩 모멘트를 발생시키고, 이 벤딩 모멘트에 의해 램 (17) 의 자중에 의한 휨을 보정하고 있다.

또, 횡형 공작 기계 (10) 에 있어서는, 램 (17) 을 조출했을 때, 새들 (16) 의 리프팅력을 보정하는 리프팅력 보정 기구 (30) 를 형성하고 있다. 구체적으로는, 도 1, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 새들 (16) 의 상부에 있어서, Z 방향을 따른 2 지점의 리프팅부 (31a, 31b) 를 와이어 (32a, 32b) 로 끌어 올리고 있고, 와이어 (32a, 32b) 는, 칼럼 (14) 의 상부에 형성된 활차 (33a, 33b) 에 걸쳐져, 칼럼 (14) 의 내부에 배치한 카운터 웨이트 (34) 에 접속되어 있다. 그리고, 일방의 와이어 (32a) 는, 실린더 (35) 를 개재하여, 리프팅부 (31a) 와 접속되어 있고, 제어 장치를 사용하여, 이 실린더 (35) 를 제어함으로써, 리프팅부 (31a) 에서의 리프팅력 (FSa) 과 리프팅부 (31b) 에서의 리프팅력 (FSb) 을 보정하고 있다.

예를 들어, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 램 (17) 이 Z=0 의 위치일 때, 새들 (16) 및 램 (17) 의 중심 위치가 G(0) 의 위치에 있기 때문에, 이 경우, 각 리프팅력 (FSa, FSb) 이, FSa(0) < FSb(0) 이 되도록 (흑색 화살표 참조), 실린더 (35) 를 제어함으로써, 새들 (16) 의 경사 (회전) 를 억제하고 있다.

한편, 램 (17) 이 Z=L 의 위치일 때 (L 은 램 (17) 의 최대 조출량 ; 예를 들어, 1 m 정도), 새들 (16) 및 램 (17) 의 중심 위치가 G(L) 의 위치에 있기 때문에, 이 경우, 각 리프팅력 (FSa, FSb) 이, FSa(L) > FSb(L) 이 되도록 (흰색 화살표 참조), 실린더 (35) 를 제어함으로써, 새들 (16) 의 경사 (회전) 를 억제하고 있다.

이와 같이, 램 (17) 의 이동에 따른 중심 G(0)→G(L) 의 이동에 따라, 새들 (16) 의 2 지점의 리프팅력 (FSa, FSb) 을 조정하고 있고, 이것에 의해, 새들 (16) 에 발생하는 모멘트 변화를 캔슬하고, 새들 (16) 의 수평을 유지하고 있다. 이 결과, 새들 (16) 의 경사 (회전) 를 억제하고, 그 슬라이딩면에서의 국소 변형을 방지하게 된다.

한편, 상기 서술한 리프팅력 (FSa, FSb) 의 보정을 실시하면, 와이어 (32a, 32b) 에 가해지는 힘도 변화되고, 활차 (33a, 33b) 를 개재하여 칼럼 (14) 상부에 전해지는 힘도 변화된다. 이것을, 도 3, 도 4 를 참조하여 설명한다.

예를 들어, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 램 (17) 이 Z=0 의 위치일 때에는, 전술한 바와 같이, FSa(0) < FSb(0) 이 되도록, 실린더 (35) 가 제어된다. 통상, 카운터 웨이트 (34) 는, 새들 (16) 및 램 (17) 의 중량과 균형이 잡히는 중량 (동일한 중량) 으로 되어 있다. 그리고, 횡형 공작 기계 (10) 에서는, 램 (17) 의 Z 위치에 따라, 리프팅력 (FSa, FSb) 을 보정하고 있기 때문에, 그 하중이 가해지는 하중 중심 (41a, 41b) (새들 (16), 램 (17) 및 카운터 웨이트 (34) 에 의한 하중 중심) 에는, 각각 FSa(0), FSb(0) 의 2 배의 하중이 가해지고, 그 하중 (FLa, FLb) 은, FLa(0) < FLb(0) 이 된다 (흑색 화살표 참조).

한편, 램 (17) 이 Z=L 의 위치일 때, 전술한 바와 같이, FSa(L) > FSb(L) 이 되도록, 실린더 (35) 가 제어되기 때문에, 하중 중심 (41a, 41b) 에는, 각각 FSa(L), FSb(L) 의 2 배의 하중이 가해지고, 그 하중 (FLa, FLb) 은, FLa(L) > FLb(L) 이 된다 (흰색 화살표 참조).

이와 같이, 리프팅력 (FSa, FSb) 의 보정에 따라, 하중 중심 (41a, 41b) 에 가해지는 하중 (FSa, FSb) 이 변화되고, 그 결과, 칼럼 (14) 의 상부에 벤딩 모멘트가 가해지고, 칼럼 (14) 의 경사 (벤딩), 베드의 경사 (가라앉음) 가 발생한다. 그래서, 리프팅력 (FSa, FSb) 의 변화에 의해 발생하는 모멘트를 상쇄하여, 칼럼 (14) 의 벤딩을 보정하기 위해, 횡형 공작 기계 (10) 에 있어서는, 새들 (16), 램 (17) 이 배치된 칼럼 (14) 의 측면과는 반대측의 측면쪽 (배면부측) 에, 2 개의 칼럼 텐션 바 (40) (40a, 40b) 를 형성하고 있다. 보다 구체적으로는, 칼럼 (14) 의 단면 2 차 모멘트의 중심 (42) 에 대하여, 하중 중심 (41a, 41b) 의 점대칭 위치에, 칼럼 텐션 바 (40a, 40b) 를 배치하고 있다.

칼럼 텐션 바 (40a) 는, 도 5 의 단면도에 나타내는 바와 같이, 칼럼 (14) 의 내부에, 칼럼 (14) 의 높이 방향을 따라 형성되어 있다. 구체적으로는, 램 텐션 바 (20) 와 동일한 구성이고, 칼럼 (14) 의 길이 방향에 배치한 원통상의 로드 (43a) 와, 칼럼 (14) 의 저부에 배치된 스토퍼 (44a) 와, 칼럼 (14) 의 상부에 배치된 실린더부 (45a) 로 이루어진다. 그리고, 실린더부 (45a) 의 오일실 (46a) 에 유압을 공급함으로써, 스토퍼 (44a) 와 실린더부 (45a) 에 의해 칼럼 (14) 의 상하단에 인장력 (FQa) 을 부여하고, 이 인장력 (FQa) 으로 칼럼 (14) 의 상하단을 내측으로 잡아 당기도록 하고 있다.

칼럼 텐션 바 (40b) 도 동일한 구성이고, 그 상하단을 인장력 (FQb) 으로 내측으로 잡아 당기도록 하고 있다. 그리고, 제어 장치를 사용하여, 칼럼 텐션 바 (40a) 에 의한 인장력 (FQa) 과 칼럼 텐션 바 (40b) 에 의한 인장력 (FQb) 을 제어함으로써, 칼럼 (14) 에 벤딩 모멘트를 발생시키고, 이 벤딩 모멘트에 의해 칼럼 (14) 의 벤딩을 보정하고 있다.

예를 들어, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 램 (17) 이 Z=0 의 위치일 때에는, 전술한 바와 같이, FSa(0) < FSb(0) 이 되도록, 실린더 (35) 가 제어되고, 그리고, 하중 중심 (41a, 41b) 에는, FLa(0) < FLb(0) 이 되는 하중이 가해진다. 이 때, 칼럼 텐션 바 (40a, 40b) 에는, FQa(0) < FQb(0) 이 되도록, 인장력을 제어함으로써, 칼럼 (14) 의 벤딩을 보정하고 있다.

한편, 램 (17) 이 Z=L 의 위치일 때, 전술한 바와 같이, FSa(L) > FSb(L) 이 되도록, 실린더 (35) 가 제어되고, 그리고, 하중 중심 (41a, 41b) 에는, FLa(L) > FLb(L) 이 되는 하중이 가해진다. 이 때, 칼럼 텐션 바 (40a, 40b) 에는, FQa(L) > FQb(L) 이 되도록, 인장력을 제어함으로써, 칼럼 (14) 의 벤딩을 보정하고 있다.

상기 2 개의 칼럼 텐션 바 (40a, 40b) 에 의한 효과를 확인하기 위해, 램 (17) 이 Z=0 일 때, 램 (17) 이 Z=L 일 때에 대해서, 역학적으로 산출한 인장력 (FQa, FQb) 을, FEM (유한 요소법) 모델에 가하여 해석을 실시한 결과, 모멘트 변화에 의한 칼럼 (14) 의 벤딩은 거의 없고, 램 (17) 이 Z=L 의 위치이어도, 12 ㎛ 정도의 휨이고, 매우 양호한 정밀도로 보정할 수 있는 것을 확인할 수 있었다 (후술하는 도 9 의 Y=H 의 위치 참조).

상기 서술한 구성, 즉, 칼럼 텐션 바 (20), 리프팅력 보정 기구 (30), 칼럼 텐션 바 (40a, 40b) 를 사용하여, (B1) 자중에 의한 램 (17) 의 휨, (B2) 중심 변화에 의한 새들 (16) 의 경사 (회전), (B3) 중심 변화에 따른 리프팅력의 변화에 의한 칼럼 (14) 의 벤딩은 보정 가능하다.

여기서, 램 (17) 이 Z=0, Y=H (H 는 램 (17) 의 최대 높이 위치 ; 예를 들어, 5 m 정도) 일 때, 램 (17) 이 Z=L, Y=H 일 때에 대해서, 램 텐션 바 (20), 리프팅력 보정 기구 (30), 칼럼 텐션 바 (40a, 40b) 에 의한 보정을, FEM 모델을 사용하여 해석해 보면, 칼럼 (14) 의 벤딩은 보정되어, 그 슬라이딩면 (예를 들어, 가이드 (15)) 은 대략 똑바르게 되어 있는데, 베드 (11) 의 경사 (가라앉음) 에 의해, 칼럼 (14) 의 경사가 크게 변화되어 있는 것을 확인할 수 있다 (후술하는 도 8(a) 참조).

요컨대, (B4) 중심 변화에 의한 베드의 경사 (가라앉음) 에 대해서는, 상기 서술한 구성에서는 보정되어 있지 않다. 단, 상기 해석으로부터, 램 (17) 의 Z 위치에 따라, 칼럼 (14) 의 경사만이 변화되는 것이 분명해졌다. 이것으로부터, 램 (17) 의 Z 위치에 따른 보정량을 사용하여, Y 축의 진직도를 보정하면, 공간 정밀도의 보정이 가능하다.

횡형 공작 기계 (10) 의 제어 장치는, NC (수치 제어) 에 의한 공간 정밀도 보정 기능을 갖고 있고, 구체적으로는, 이 공간 정밀도 보정을 사용하여, 미리, Y 축의 이동량 -Z 축의 이동량에 따른 보정 맵을 작성해 두고, 램 (17) 의 Y 축 상의 위치와 램 (17) 의 조출량 (Z 축의 이동량) 에 기초하여, Z 좌표를 보정하고 있고, 이것에 의해, Y 축의 진직도 변화를 보정하고, 중심 변화에 의한 베드의 경사 (가라앉음) 를 보정하고, 횡형 공작 기계 (10) 의 가공 정밀도를 향상시키고 있다. 또, 공간 정밀도 보정에 사용하는 식에 관해서는, 후술하는 도 8 과 함께 설명한다.

또, 일반적으로, NC 에 의한 공간 정밀도 보정에서는, 미리, X 축, Y 축, Z 축의 이동량 (주축의 위치) 에 따른 보정 맵과, A 축 (주축의 경사), C 축 (주축의 회전) 의 이동량 (주축의 자세) 에 따른 보정 맵을 작성해 두고, 이들을 사용하여, 주축에 장착한 공구의 선단 위치를 보정하여, 그 가공 정밀도를 향상시키고 있다.

이렇게 하여, 횡형 공작 기계 (10) 에 있어서는, 중심 변화에 의한 베드의 경사 (가라앉음) 에서 기인하는 공간 정밀도의 악화 (기준 평면에 대한 Y 축의 진직도의 악화) 를, NC 에 의한 공간 정밀도 보정을 사용하여 보정하고 있다.

통상, 램 텐션 바, 리프팅력 보정 기구, 칼럼 텐션 바에 의해 각 구조체의 벤딩 (경사) 의 보정을 실시하는 경우, 공간 정밀도와 주축 스윙은 트레이트 오프의 관계에 있기 때문에, 공간 정밀도를 우선하면, 주축 스윙이 악화되고, 주축 스윙을 우선하면, 공간 정밀도가 악화된다. 한편, 공간 정밀도 보정은, NC 의 기능으로서, 위치만을 보정하고 있기 때문에, 주축 스윙의 보정은 할 수 없다.

그래서, 횡형 공작 기계 (10) 에 있어서는, 램 (17) 의 조출시에 발생하는 램 (17) 의 휨을 램 텐션 바 (20) 로 보정하고, 중심 변화에 의한 새들 (16) 의 경사를 리프팅력 보정 기구 (30) 로 보정하고, 중심 변화에 따른 리프팅력 변화에 의한 칼럼 (14) 의 벤딩을 칼럼 텐션 바 (40a, 40b) 로 보정하고, 이들에 의해, 주축 (18) 선단의 스윙을 안정시키고 있고, 또한, 주축 (18) 선단의 스윙을 안정시킨 후, 중심 변화에 의한 베드 (11) 의 가라앉음을 공간 정밀도 보정으로 보정하고 있다. 이상의 구성에 의해, 주축의 스윙, 가공 정밀도를 항상 안정된 상태로 유지하고, 횡형 공작 기계 (10) 의 스트로크 전역에서, 대폭적인 가공 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

상기 서술한 구성을 갖는 횡형 공작 기계 (10) 의 정밀도에 관해서, FEM 모델을 사용하여 해석한 결과가, 도 6∼도 9 에 나타내는 그래프이다.

예를 들어, 도 6 은, 램 (17) 을 조출했을 때의 램 (17) 의 휨량을 나타내는 그래프이다. 여기서는, 램 (17) 의 Y 축 위치가, Y=0, Y=0.5H, Y=H 일 때의 각각에 관해서, 램 (17) 의 조출량이, Z=0, Z=0.5L, Z=L 일 때의 휨량을 FEM 해석에 의해 구하였다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, 램 (17) 의 휨량의 변화는 모두 대략 동일한 변화 경향을 나타내고 있다. 일반적으로 보증되어 있는 램 진직도의 정밀도를 100 % 로 하면, 도 6 에 나타내는 보정 후의 휨량은, 최대인 것에서 55 % 이고, 절반 정도의 휨량이 되는 높은 정밀도를 확보할 수 있는 것을 알 수 있다.

또, 도 7 은, 램 (17) 을 조출했을 때의 주축 (18) 의 스윙의 변화를 나타내는 그래프이다. 여기서도, 램 (17) 의 Y 축 위치가, Y=0, Y=0.5H, Y=H 일 때의 각각에 관해서, 램 (17) 의 조출량이, Z=0, Z=0.5L, Z=L 일 때의 주축 (18) 의 스윙의 변화를 FEM 해석에 의해 구하였다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 주축 (18) 의 스윙의 변화는 모두 대략 동일한 변화 경향을 나타내고 있다. 일반적으로 보증되어 있는 주축 스윙 변화의 정밀도를 100 % 로 하면, 도 7 에 나타내는 보정 후의 주축 스윙 변화는, 최대인 것에서 42 % 이고, 절반 이하의 주축 스윙 변화가 되는 높은 정밀도를 확보할 수 있는 것을 알 수 있다.

또, 도 8 은, 램 (17) 의 Z 위치에 의한 Y 축의 진직도 (Y 축-Z 축 직각도) 를 나타내는 그래프이고, 도 8(a) 는 보정 전, 도 8(b) 는 보정 후의 것이다. 여기서는, 램 (17) 의 조출량이, Z=0, Z=0.5L, Z=L 일 때의 각각에 관해서, Y=0, Y=0.5H, Y=H 의 위치에 있어서의 칼럼 (14) 의 쓰러짐 (램 (17) 선단의 Z 방향 변위) 을 FEM 해석에 의해 구하였다. 또, 도 8(a), (b) 에서는, 일반적으로 보증되어 있는 칼럼 쓰러짐의 정밀도를 100 % 로 하고, 이것을 기준으로 하여 횡축을 나타내고 있다.

도 8(a) 에 나타내는 바와 같이, 보정 (공간 정밀도 보정) 을 실시하지 않는 경우 (단, 램 텐션 바 (20), 리프팅력 보정 기구 (30), 칼럼 텐션 바 (40a, 40b) 에 의한 보정은 실시되어 있다), 램 (17) 의 조출량에 따라, 기준 평면 (Z 축) 에 대한 Y 축의 직각도는 크게 변화되고, 조출량에 비례하여, 그 경사가 변화되고 있는데, Y 축의 진직도 자체는 양호하다.

따라서, 램 (17) 의 조출량 (zs) 과 Y 축 좌표 (y) 에 기초하여, 이하의 식을 사용하여, Z 위치의 보정량 (δz) 을 구하고 있다. 또, 하기 식에 있어서, a 는 보정 계수이다.

δz=(a×zs)×y

도 8(b) 가, 상기 식을 사용하여 보정을 실시한 후의 그래프이다. 도 8(b) 에 나타내는 바와 같이, 보정 (공간 정밀도 보정) 을 실시하면, Y 축의 진직도에 더하여, 기준 평면 (Z 축) 에 대한 Y 축의 직각도도 보정되어 있고, 그 정밀도는 10 ㎛ 이하이고, 일반적으로 보증되어 있는 정밀도의 절반 이하의 수치가 되는 높은 정밀도를 확보할 수 있는 것을 알 수 있다.

또, 도 9 는, 칼럼 텐션 바 (40a, 40b) 의 유무에 의한 Y 슬라이딩면 벤딩 (칼럼 (14) 의 벤딩) 을 나타내는 그래프이다. 여기서는, 칼럼 텐션 바 (40a, 40b) 의 유/무의 각각의 경우에 관해서, 램 (17) 의 조출량이, Z=0, Z=L 일 때의 Z 방향 변위를 FEM 해석에 의해 구하였다.

도 9 에 나타내는 바와 같이, 칼럼 텐션 바가 없는 경우, 칼럼 (14) 의 상부 (Y 위치=1.2H) 에서는, Z 방향으로 크게 변화되어 있다. 이것은, 새들 (16) 의 리프팅력 보정의 영향이라고 생각된다. 이와 같이, 칼럼 (14) 이 크게 벤딩된 경우, Y 위치의 상하에 있어서, 주축 (18) 의 스윙이 바뀌고, 그 때문에, Y 위치, Z 위치 각각의 위치에 있어서, 새들 (16) 의 리프팅력 (FSa, FSb), 그리고, 램 텐션 바 (20) 의 인장력 (FP) 을 바꿔야 해서 보정이 어려워진다.

한편, 칼럼 텐션 바 (40a, 40b) 가 있는 경우, 칼럼 (14) 의 상부 (Y 위치=1.2H) 에서는, 칼럼 텐션 바가 없는 경우의 변화량을 100 % 로 하면, Z 방향으로 최대 40 % 정도 변화되어 있을 뿐, 칼럼 텐션 바가 없는 경우의 절반 이하로 되어 있다.

이상의 결과로부터, 램 텐션 바 (20), 리프팅력 보정 기구 (30), 칼럼 텐션 바 (40a, 40b) 에 의해, 주축 스윙의 보정을 실시함과 함께, 공간 정밀도 보정을 실시함으로써, 일반적으로 보증되어 있는 정밀도의 절반 정도의 수치가 되는 높은 정밀도를 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있고, 그 결과, 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

요컨대, 램 텐션 바 (20), 리프팅력 보정 기구 (30), 칼럼 텐션 바 (40a, 40b) 에 의한 보정을, 주축 (18) 선단의 스윙의 안정을 위해서만 사용하고 있고, 이렇게 하여, 주축 (18) 선단의 스윙을 안정시킨 후, 공간 정밀도에 관해서는, NC 에 의한 공간 정밀도 보정을 사용하여 보정함으로써, 주축 스윙의 안정성과 공간 정밀도의 향상을 양립시키고, 그 결과, 대폭적인 정밀도 향상이 가능해지고 있다.

또, 본 실시예의 횡형 공작 기계 (10) 는, 기계 자체의 중심 이동을 억제하고, 완전 밸런스를 유지하기 위한 밸런스 웨이트 (예를 들어, 일본 공개실용신안공보 평1-31367호 참조) 를 구비하고 있지 않다. 그 때문에, 장치 자체의 비용 다운을 도모할 수도 있다.

산업상 이용가능성

본 발명은, 횡형 공작 기계에 바람직한 것이다.

10 : 횡형 공작 기계
11 : 베드
14 : 칼럼
16 : 새들
17 : 램
18 : 주축
20 : 램 텐션 바
30 : 리프팅력 보정 기구
40, 40a, 40b : 칼럼 텐션 바

Claims

베드 상에 수평 방향 이동 가능하게 형성된 칼럼과, 상기 칼럼의 측면에 연직 방향 이동 가능하게 지지된 새들과, 상기 새들에 수평 방향 이동 가능하게 유지되고, 선단에 주축이 형성된 램을 갖는 횡형 공작 기계에 있어서,
상기 램의 휨을 보정하는 램 텐션 바와,
상기 새들을 끌어 올리는 2 지점의 일방이 실린더를 개재하여 접속되고, 상기 실린더에 의해 상기 2 지점의 리프팅력을 조정하여, 상기 새들의 경사를 보정하는 리프팅력 보정 기구와,
상기 칼럼의 벤딩을 보정하는 칼럼 텐션 바와,
상기 램 텐션 바, 상기 리프팅력 보정 기구 및 상기 칼럼 텐션 바를 제어함과 함께, 수치 제어에 의해 공간 정밀도를 보정하는 공간 정밀도 보정 기능을 갖는 제어 장치를 구비하고,
상기 제어 장치는,
상기 램 텐션 바, 상기 리프팅력 보정 기구 및 상기 칼럼 텐션 바를 사용하여, 상기 주축 선단의 스윙만을 보정함과 함께,
상기 베드의 가라앉음에 의한 공간 정밀도의 악화를, 상기 공간 정밀도 보정 기능을 사용하여 보정하는 것을 특징으로 하는 횡형 공작 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 칼럼 텐션 바를, 상기 새들이 지지된 상기 칼럼 측면의 반대측의 측면쪽에 2 개 형성한 것을 특징으로 하는 횡형 공작 기계.
제 2 항에 있어서,
상기 칼럼 텐션 바를, 상기 칼럼의 단면 2 차 모멘트의 중심에 대하여, 2 개의 상기 리프팅력에 의한 하중이 가해지는 2 지점의 하중 중심과 점대칭이 되는 위치에 배치한 것을 특징으로 하는 횡형 공작 기계.