KR101533303B1

KR101533303B1 - 공작 기계

Info

Publication number: KR101533303B1
Application number: KR1020147011094A
Authority: KR
Inventors: 츠토무 오츠보; 아츠시 나카가와
Original assignee: 무라다기카이가부시끼가이샤
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2015-07-02
Also published as: JP5673855B2; CN103945981A; CN103945981B; US20140249664A1; WO2013073317A1; EP2781303A1; JPWO2013073317A1; US9658610B2; EP2781303B1; EP2781303A4; KR20140078705A

Abstract

워크 지지 수단(21)의 워크 지지면의 중심 상당 위치(Xw)와 공구 지지 수단(22)의 날끝 상당 위치(Xt) 사이의, 주축 축심(O)에 직교하는 방향(X)의 거리인 워크 중심·날끝간 거리(L)의 변위량(ΔL)을 계측하는 변위 계측 수단(30)을 설치한다. 이 변위 계측 수단(30)은 가공 이동 영역(E)을 피한 영역에 있어서의 워크 지지면의 중심 상당 위치(Xw)와 날끝 상당 위치(Xt) 사이의 연속된 경로(C) 상에 있어서 이 연속된 경로(C)의 변위량을 계측함으로써 상기 변위(ΔL)를 계측한다. 변위 계측 수단(30)은 주축측 및 공구측의 직선 위치 검출 수단(31, 32)으로 이루어진다. 변위 계측 수단(30)의 계측값은 X축 지령값의 보정에 이용한다.

Description

공작 기계{MACHINE TOOL}

[관련 출원]

본 출원은 2011년 11월 16일 출원한 일본 특허 출원 2011-250592의 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체를 참조에 의해 본원의 일부를 이루는 것으로서 인용한다.

본 발명은 선반, 머시닝 센터, 연삭반, 드릴 등의 공작 기계에 관한 것이고, 특히 그 열변위 보정에 관한 것이다.

선반 등의 공작 기계에 있어서, 절삭 공구대의 이송이나 주축 이동형 선반에 있어서의 주축대의 이송의 제어에는 피드백 제어계가 있는 클로즈드 루프(closed loop) 제어가 이용된다. 통상은 서보 모터에 부속된 펄스 코더를 이용한 세미 클로즈드 루프 방식이 채용되지만, 고정밀도의 위치 결정을 위해서 절삭 공구대 등의 위치를 리니어 인코더 등의 직선 위치 검출 수단에 의해 직접적으로 판독해서 제어하는 풀 클로즈드 루프 방식이 채용되는 경우가 있다.

또한, 공작 기계에서는 절삭열이나 기계 운전에 따른 각 부위의 발열 때문에 베드나 다른 부위의 열팽창, 열변형이 발생한다. 이와 같은 열팽창, 열변형은 가공 정밀도의 저하로 이어진다. 냉각 장치를 장착해서 그 대책으로 하는 것도 있지만, 열팽창을 충분히 억제하기 위해서는 냉각 장치가 대규모로 되고, 또한 냉각만으로는 가공 정밀도를 확보할 수 없다.

그 때문에, 종래부터 온도를 계측함으로써 기계 전체의 열변위를 추측해 공구의 절삭량 등의 열변위 보정을 행하는 것이 다양하게 제안되어 있다. 그러나, 온도로부터 변위를 추측할 경우 온도로부터 변위로 계산하는 단계에서 시간 지연 등의 복잡한 계산이 필요해진다. 온도 변화에는 다양한 요인이 있어 온도의 계측값으로부터 정밀도 좋게 열변위 보정을 행하는 것이 어렵다. 그 때문에, 리니어 스케일 등으로 실제의 열변위를 계측하여 보정하는 것도 제안되어 있다.

예를 들면 특허문헌 1에 기재된 공작 기계는 도 8에 나타낸 바와 같이 주축대(51)가 베드(52) 상에 위치 고정되고, 절삭 공구대(53)를 탑재한 이송대(54)가 주축 반경 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 설치된 선반이며, 주축대(51)에 장착되고 주축 반경 방향으로 연장되는 스케일(55)을 이송대(54)에 장착된 판독부(56)에서 판독함으로써 절삭 공구대(53)의 주축 반경 방향에 있어서의 위치를 계측한다. 이 절삭 공구대(53)의 주축 반경 방향 위치의 계측값은 열변위 등에 의해 변화된다. 그래서, 계측값에 따라 절삭 공구대(53)의 공구(57)의 절삭량 등을 보정함으로써 항상 적정한 가공 정밀도를 확보한다.

일본 특허 공개 2002-144191 호 공보

특허문헌 1과 같이, 주축대(51)와 이송대(54)의 상대 위치만을 계측하는 것에서는 이송대(54)에 대한 절삭 공구대(53)의 열변위가 발생했을 경우에 주축 축심과 공구 사이의 거리에 오차가 발생한다.

종래의 풀 클로즈드 루프 방식의 제어는 예를 들면 절삭 공구대 이동형 선반에서는 절삭 공구대의 이동을 리니어 인코더 등의 직선 위치 계측기로 직접 판독해서 제어를 행하지만, 직선 위치 계측기의 설치 개소에 열변위가 발생했을 경우 고정밀도의 제어가 행해지지 않게 된다. 그 때문에 열변위 보정을 행하는 수단을 별도로 설치할 필요가 있다.

워크의 가공 치수는 워크 중심과 공구의 날끝 사이의 거리에 의해 정해지기 때문에 이 거리를 직접적으로 검출할 수 있으면 정밀도 좋게 가공할 수 있다. 그러나, 워크 중심과 공구의 날끝 사이의 거리를 직접적으로 계측하는 것은 계측 수단이 워크나 공구에 간섭하게 되기 때문에 실현할 수 없다.

본 발명의 목적은 워크 중심과 공구의 날끝 사이의 변위를 직접적으로 계측하는 형태에 가능한 한 가까운 형태로 계측할 수 있어 가공 정밀도의 향상을 도모할 수 있는 공작 기계를 제공하는 것이다.

본 발명의 레이저 가공기를 실시형태에 이용한 부호를 붙여서 설명한다. 본 발명의 공작 기계는 워크를 지지하는 워크 지지 수단과 공구를 지지하는 공구 지지 수단을 고정 기대(基台) 상에 서로 절삭 방향을 따라 상대적으로 진퇴 가능하게 설치하고, 상기 워크 지지 수단과 공구 지지 수단을 상대적으로 진퇴시키는 이동 기구를 설치한 공작 기계에 있어서,

상기 워크 지지 수단의 중심 상당 위치(Xw)와 공구 지지 수단의 날끝 상당 위치(Xt) 사이의 상기 절삭 방향의 거리인 워크 중심·날끝간 거리(L)의 변위량을 계측하는 변위 계측 수단(30)을 설치하고,

이 변위 계측 수단(30)은 상기 워크 및 공구가 상대 이동하는 가공 이동 영역(E)을 피한 상기 워크 지지 수단의 중심 상당 위치(Xw)와 날끝 상당 위치(Xt) 사이의 연속된 경로(C) 상에 설치되고 이 연속된 경로(C)의 변위량(ΔL, ΔL1, ΔL2)을 계측함으로써 상기 워크 중심·날끝간 거리(L)의 변위량(ΔL)을 계측하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 「워크 지지 수단의 중심 상당 위치(Xw)」란 변위량의 계측 방향에 있어서 워크 지지 수단의 중심으로 간주할 수 있는 위치이며, 변위량의 계측 방향과 직교하는 방향에 대하여 멀어져 있어도 좋다. 그러나, 워크 지지 수단의 중심 상당 위치(Xw)는 변위량의 계측 방향에서는 워크 지지 수단의 중심에 있고, 또한 워크 지지 수단 상에 있거나 또는 워크 지지 수단과 일체로 상기 직교 방향으로 이동하는 부재 상에 있다. 또한, 「날끝 상당 위치(Xt)」란 변위량의 계측 방향에 있어서 다소 위치가 상이해도 되지만 날끝의 위치에 가깝고, 열변위의 영향에 대해서는 날끝 위치를 계측하는 것과 동등하게 취급할 수 있는 위치를 말한다.

이 구성에 의하면, 상기 변위 계측 수단(30)은 워크 지지 수단의 중심 상당 위치(Xw)와 날끝 상당 위치(Xt) 사이의 연속된 경로(C) 상에 있어서 이 연속된 경로(C)의 변위량(ΔL, ΔL1, ΔL2)을 계측한다. 이 때문에 우회한 경로 상에서의 계측으로 되지만, 공작 기계의 제어 상의 한도를 고려한 실질상 워크 중심과 공구의 날끝 사이의 변위량을 직접 계측하는 경우와 동등한 계측을 행할 수 있다. 이와 같이, 주축 축심에 직교하는 방향의 워크 중심과 공구의 날끝 사이의 변위량을 직접적으로 계측하는 경우와 동등하게 계측할 수 있기 때문에 절삭 방향에 대한 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 변위량을 계측하는 상기 연속된 경로(C)는 가공을 위한 상기 워크 지지 수단과 공구 지지 수단의 상대 이동에 의해 상기 워크 및 상기 공구가 상대 이동하는 가공 이동 영역(E)을 피한 경로이기 때문에 워크나 공구와의 간섭을 피하여 변위 계측 수단(30)을 배치할 수 있다.

상기 제어 장치에 의한 변위 계측 수단(30)의 계측값을 이용한 상기 이동 기구의 위치 제어는 예를 들면 상기 변위 계측 수단(30)의 계측값을 이용하여 이동량 또는 원점 위치 등의 보정을 행한다. 이와 같이 보정을 행할 경우에 변위 계측 수단(30)에 의한 변위량의 계측값을 이용하기 때문에 온도 계측값으로부터 열변위 보정을 행하는 것과 달리 정밀도가 좋은 보정이 간단한 연산으로 해결된다. 또한, 상기 변위 계측 수단(30)이 어느 정도 긴 거리의 계측이 행해져 위치 검출을 행하는 것일 경우에는 보정 연산에 의하지 않고 변위 계측 수단(30)의 계측값을 직접 이용해서 피드백 제어하도록 해도 좋다.

본 발명에 있어서, 상기 변위 계측 수단(30)은 상기 고정 기대보다 열팽창계수가 낮은 저열팽창재로 이루어지고 상기 연속된 경로(C) 상에 위치하며 상기 고정 기대에 설치된 기준 프레임과, 절삭 방향으로 연장되는 스케일 및 이 스케일을 판독하는 판독 헤드를 갖고 이들 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임에 설치된 직선 위치 검출 수단을 갖고 있어도 좋다. 즉, 상기 「가공 이동 영역(E)을 피한 상기 워크 지지 수단의 중심 상당 위치(Xw)와 날끝 상당 위치(Xt) 사이의 연속된 경로(C) 상」이라는 구성을 「상기 연속된 경로(C) 상에 위치하고 상기 고정 기대에 설치된 기준 프레임」이라는 구성에 의해 구현화한다. 또한, 상기 직선 위치 검출 수단은 직선 방향의 위치를 검출하는 검출 수단이다. 상기 열팽창계수는 선팽창계수와 같은 뜻이다.

고정 기대보다 열팽창계수가 낮은 저열팽창재로 이루어진 기준 프레임을 상기 연속된 경로(C) 상에 배치하고, 이 기준 프레임에 직선 위치 검출 수단을 설치하기 때문에 워크 표면과 공구의 날끝 사이의 변위량을 직접 계측하는 형태에 가까운 형태로 계측하는 것이 간단한 구성으로 실현 가능해진다. 직선 위치 검출 수단이 상술한 바와 같은 스케일 및 이 스케일을 판독하는 판독 헤드로 이루어질 경우에 상술한 바와 같이 스케일 및 판독 헤드를 설치함으로써, 상기 온도 계측값에 의한 열변위 보정 수단을 설치하지 않고 열변위에 관계없이 고정밀도로 워크 지지 수단과 공구 지지 수단 사이의 상대 위치의 이동 제어를 행할 수 있어 제어계가 간소하게 되고, 또한 가공 정밀도의 향상이 도모된다는 효과가 실현된다. 또한, 공작 기계에 있어서 일반적으로 이용되는 직선 위치 검출 수단을 이용하여 본 발명의 상기 각 효과를 얻을 수 있다.

상기 기준 프레임을 설치할 경우에, 기준 프레임이 상기 워크 지지 수단의 중심 축심을 따르는 방향으로 연장되는 축심 방향 프레임부와 상기 축심과 직교하는 방향으로 연장되는 직교 방향 프레임부를 갖고, 상기 직선 위치 검출 수단으로서 상기 워크 지지면의 중심 상당 위치(Xw)와 상기 기준 프레임 사이의 변위량을 계측하는 워크측의 직선 위치 검출 수단과, 상기 날끝 상당 위치(Xt)와 상기 기준 프레임 사이의 변위량을 계측하는 공구측의 직선 위치 검출 수단을 갖는 것으로 해도 좋다.

이 경우, 워크 중심과 공구의 날끝 사이의 변위량(ΔL)을 직접 계측하는 형태에 가까운 형태로 계측할 수 있는 보다 구체적인 구성으로 된다. 즉, 워크측의 직선 위치 검출 수단 및 공구측의 직선 위치 검출 수단을 설치하고, 워크 지지 수단의 중심 상당 위치(Xw)의 변위량(ΔL1)과 날끝 상당 위치(Xt)의 변위량(ΔL2) 양쪽을 계측해서 제어에 이용하기 때문에 워크 지지 수단에 지지된 워크와 공구 지지 수단에 설치된 공구의 날끝 사이의 거리를 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

또한, 워크측의 직선 위치 검출 수단 및 공구측의 직선 위치 검출 수단은 고정 기대에 설치된 저열팽창재로 이루어진 검출 수단 지지 프레임에 설치하고, 또한 공통의 검출 수단 지지 프레임에 설치했기 때문에, 상기 고정 기대나 이동 기구의 열변위에 관계없이 워크측의 직선 위치 검출 수단과 공구측의 직선 위치 검출 수단의 검출값으로부터 워크와 공구 날끝 사이의 거리를 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 즉, 이상적으로는 열변형되지 않는 검출 수단 지지 프레임 및 직선 위치 검출 수단으로 이동이나 열변형 후의 워크 위치와 공구 위치를 검출하게 되어 워크와 공구 날끝 사이의 거리를 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 그 때문에, 워크측의 직선 위치 검출 수단 및 공구측의 직선 위치 검출 수단 양쪽의 검출값을 이용하여 상기 이동 기구를 제어하는 제어 장치를 설치함으로써 온도 계측에 의한 번잡한 열변위 보정을 행하지 않아 정밀도 좋게 가공할 수 있고, 제어계도 간소해진다.

이 워크측의 직선 위치 검출 수단과 공구측의 직선 위치 검출 수단을 설치하는 구성은 공작 기계의 워크 지지 수단과 공구 지지 수단의 각종 상대 이동의 형식 에 따라서 다음과 같이 실현된다.

그 중 하나는, 주축 이동형 공작 기계에 있어서 상기 공구 지지 수단이 상기고정 기대 상에 위치 고정으로 설치되고, 상기 워크 지지 수단이 상기 고정 기대 상에서 상기 축심과 직교하는 방향으로 이동하는 이송대 상에 상기 축심을 따르는 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 워크측의 직선 위치 검출 수단은 상기 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임의 상기 직교 방향 프레임부에 설치되고 다른쪽이 상기 이송대에 설치되며, 상기 공구측의 직선 위치 검출 수단은 상기 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임의 축방향 프레임부에 설치되고 다른쪽이 상기 공구 지지 수단에 설치된 것이다. 이 구성의 경우, 주축 이동형 공작 기계에 있어서 워크 표면과 공구의 날끝 사이의 변위량을 직접 계측하는 형태에 가능한 한 가까운 형태로 계측할 수 있어 가공 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

다른 하나는, 상기 워크 지지 수단이 상기 고정 기대 상에 위치 고정으로 설치되고, 상기 공구 지지 수단이 상기 고정 기대 상에서 상기 축심과 직교하는 방향으로 이동하는 이송대 상에 상기 축심을 따르는 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 워크측의 직선 위치 검출 수단은 상기 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임의 상기 직교 방향 프레임부에 설치되고 다른쪽이 상기 워크 지지 수단에 설치되며, 상기 공구측의 직선 위치 검출 수단은 상기 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임의 상기 축심 방향 프레임부에 설치되고 다른쪽이 상기 공구 지지 수단에 설치된 것이다. 이 구성의 경우, 공구 이동형 공작 기계에 있어서 워크 중심과 공구의 날끝 사이의 변위량을 직접 계측하는 형태에 가능한 한 가까운 형태로 계측할 수 있어 가공 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

또 다른 하나는, 상기 워크 지지 수단이 상기 고정 기대 상에 상기 축심과 직교하는 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 공구 지지 수단이 상기 고정 기대 상에서 주축 축심을 따르는 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 워크측의 직선 위치 검출 수단은 상기 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임의 상기 직교 방향 프레임부에 설치되고 다른쪽이 상기 워크 지지 수단에 설치되며, 상기 공구측의 직선 위치 검출 수단은 상기 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임의 상기 축심 방향 프레임부에 설치되고 다른쪽이 상기 공구 지지 수단에 설치된 것이다. 이 구성의 경우, 주축이 주축 축심과 직교하는 방향으로 이동하는 주축, 공구 쌍방 공구 이동형 공작 기계에 있어서 워크 중심과 공구의 날끝 사이의 변위량을 직접 계측하는 형태에 가능한 한 가까운 형태로 계측할 수 있어 가공 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

또 다른 하나는, 상기 워크 지지 수단이 상기 고정 기대 상에 주축 축심을 따르는 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 공구 지지 수단이 상기 고정 기대 상에서 상기 축심과 직교하는 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 워크측의 직선 위치 검출 수단은 상기 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임의 상기 직교 방향 프레임부에 설치되고 다른쪽이 상기 워크 지지 수단에 설치되며, 상기 공구측의 직선 위치 검출 수단은 상기 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임에 설치되고 다른쪽이 상기 공구 지지 수단에 설치된 것이다. 이 구성의 경우, 주축이 주축 축심을 따르는 방향으로 이동하는 주축, 공구 쌍방 공구 이동형 공작 기계에 있어서 워크 중심과 공구의 날끝 사이의 변위량을 직접 계측하는 형태에 가능한 한 가까운 형태로 계측할 수 있어 가공 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 이동 기구를 제어하는 제어 장치를 설치하고, 이 제어 장치는 상기 워크 지지 수단과 공구 지지 수단을 상기 축심과 직교하는 방향으로 상대적으로 진퇴시키는 모터를 제어하는 X축 이동 제어 수단과, 가공 프로그램의 이동 명령의 지령값에 의해 상기 X축 이동 제어 수단에 지령값을 부여하는 연산 제어부를 갖고, 상기 연산 제어부에 상기 변위 계측 수단(30)의 변위량의 계측값에 의해 상기 X축 이동 제어 수단에 부여하는 지령값을 보정하는 보정 수단을 갖는 것으로 해도 좋다. 이 구성의 경우, 상기 변위 계측 수단(30)의 계측값은 보정에 이용하기 때문에 변위 계측 수단(30)은 짧은 것으로 해결되고, 그 때문에 저렴하고 고정밀도의 변위 계측 수단(30)을 입수해서 이용할 수 있다.

청구범위 및/또는 명세서 및/또는 도면에 나타낸 적어도 2개의 구성 중 어떤 조합도 본 발명에 포함된다. 특히, 청구범위의 각 청구항의 2개 이상의 어떤 조합도 본 발명에 포함된다.

본 발명은 첨부한 도면을 참고로 한 이하의 적합한 실시형태의 설명으로부터 보다 명료하게 이해될 것이다. 그러나, 실시형태 및 도면은 단순한 도시 및 설명을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 규정하기 위해서 이용되어야만 하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부한 청구범위에 의해 규정된다. 첨부된 도면에 있어서, 복수의 도면에 있어서의 동일한 부품 번호는 동일 또는 상당하는 부분을 나타낸다.

도 1의 (A)는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 공작 기계 있어서의 공작 기계 본체의 평면도와 제어 장치의 개념 구성의 블럭도를 조합시킨 설명도이고, (B)는 그 일부의 설명도이다.
도 2는 동 공작 기계 본체의 사시도이다.
도 3은 동 공작 기계의 변위 계측 수단의 부분 확대 평면도이다.
도 4는 동 공작 기계의 공작 기계 본체의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 공작 기계의 공작 기계 본체의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 공작 기계의 공작 기계 본체의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 공작 기계의 공작 기계 본체의 평면도이다.
도 8은 종래의 공작 기계에 있어서의 공작 기계 본체의 평면도이다.

본 발명의 제 1 실시형태를 도 1(A) 및 도 1(B) 내지 도 4와 함께 설명한다. 이 공작 기계는 수치 제어식 공작 기계이며, 기계 부분인 공작 기계 본체(1)와, 이 공작 기계 본체(1)를 제어하는 제어 장치(2)로 구성된다. 공작 기계 본체(1)는 주축 이동형 선반이며, 고정 기대인 베드(3) 상에 이송대(4)를 통해 설치된 주축대(5)에 주축(6)이 회전 가능하게 지지되고, 베드(3) 상에 절삭 공구대(7)가 지지대(26)를 통해 설치되어 있다. 지지대(26)는 베드(3)에 고정해서 설치되어 있다. 절삭 공구대(7)는 터릿으로 이루어지고, 지지대(26)에 회전 인덱싱 가능하게 지지되어 있다. 상기 주축(6) 및 주축대(5)에 의해 워크 지지 수단(21)이 구성된다. 상기 절삭 공구대(7) 및 지지대(26)에 의해 공구 지지 수단(22)이 구성된다.

이송대(4)는 베드(3)에 설치된 X축 안내(9) 상을 주축(6)의 축심(O)에 대하여 직교하는 수평의 주축 반경 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 설치되고, 베드(3) 상에 설치된 서보 모터(10)와 그 회전 출력을 직선 동작으로 변환하는 이송 나사 기구(11)로 이루어진 X축 이동 기구(12)에 의해 좌우로 진퇴 구동된다. 상기 이송 나사 기구(11)는 나사축과 너트로 이루어진다. 도 2와 같이, 주축대(5)는 이송대(4) 상에 설치된 Z축 안내(13) 상에 주축 축심 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 설치되고, 이송대(4) 상에 설치된 서보 모터(14)와 그 회전 출력을 직선 동작으로 변환하는 이송 나사 기구(15)[도 1(A)]로 이루어진 Z축 이동 기구(16)에 의해 전후로 진퇴 구동된다. 상기 이송 나사 기구(15)는 나사축과 너트로 이루어진다. 주축(6)의 회전 구동은 주축대(5)에 내장된 주축 모터(도시하지 않음)에 의해 행해진다. 주축(6)의 전단에는 척(17)이 착탈 가능하게 설치되어 있다. 척(17)은 척 반경 방향으로 이동하는 복수의 척폴(chuck pawl)(17a)에 의해 워크(W)를 파지 가능하다.

도 1(A)의 절삭 공구대(7)는 지지대(26)에 대하여 X축 방향을 따르는 수평의 회전 중심축(T) 둘레로 회전 가능하고, 외주부에 원주 방향으로 배열된 복수의 공구 장착부(도시하지 않음)를 갖고 있다. 회전 중심축(T)은 절삭 공구대 중심축으로 된다. 각 공구 장착부에 공구 홀더(18a)를 통해 바이트나 회전 공구 등의 공구(18)가 장착된다. 절삭 공구대(7)는 베어링(8)을 통해 지지대(26)에 회전 가능하게 지지된 중공축(7c)의 선단에 고정되어 있고, 인덱싱용 모터(도시하지 않음)로 중공축(7c)을 회전시킴으로써 임의의 공구 장착부가 주축(6)에 대향하는 위치로 선회 인덱싱된다. 절삭 공구대(7)는 그 정면 형상이 도 2에 나타낸 바와 같은 원형상이라도 좋고, 또한 다각형상이라도 좋다. 또한, 도 1(A), 도 2에서는 공구(18)는 일부의 공구 장착부에 장착된 것만을 나타내고, 그 외 것은 도시를 생략하고 있다.

도 1(A)에 있어서, 본 실시형태의 공작 기계는 상기 기본 구조의 공작 기계 본체(1)에 워크 지지 수단(21)의 중심 상당 위치(Xw)와 공구 지지 수단(22)의 날끝 상당 위치(Xt) 사이의 주축 축심(O)에 직교하는 방향(X 방향)의 거리인 워크 중심·날끝간 거리(L)의 변위량(ΔL)(도시하지 않음)을 계측하는 변위 계측 수단(30)을 설치한 것이다. 워크 지지 수단(21)의 워크 지지면(21a)은 도시한 예에서는 주축(6)에 설치된 척(17)의 워크 착좌면이다. 본 예에서는 워크 지지면(21a)의 중심은 워크 지지 수단(21)의 변위량 계측 방향(본 예에서는 X축 방향)의 중심으로 된다.

워크 지지 수단(21)의 중심 상당 위치(Xw)는 변위량의 계측 방향(본 예에서는 X축 방향)에 있어서 워크 지지 수단(21)의 중심으로 간주할 수 있는 위치이며, 변위량의 계측 방향과 직교하는 방향인 상하 방향 또는 전후 방향에 대하여 멀어져 있어도 된다. 이 워크 지지 수단(21)의 중심 상당 위치(Xw)는 변위량의 계측 방향(X축 방향)에서는 워크 지지 수단(21)의 중심에 있고, 또한 워크 지지 수단(21) 상에 있거나, 또는 워크 지지 수단(21)과 일체로 상기 직교 방향(X축 방향)으로 이동하는 부재 상의 위치이다. 본 실시형태에서는 워크 지지 수단(21)의 중심 상당 위치(Xw)는 도 2와 같이 이송대(4)의 전방면[Z축 방향의 절삭 공구대(7)측의 면]에 있어서의 주축 축심(O)과 동일한 X축 방향 위치이다.

또한, 날끝 상당 위치(Xt)는 변위량의 계측 방향에 있어서 다소 위치가 상이해도 되지만 공구(18)의 날끝 위치에 가깝고, 열변위의 영향에 대해서는 날끝 위치를 계측하는 것과 동등하게 취급할 수 있는 위치이며, 본 실시형태에서는 터릿으로 이루어진 절삭 공구대(7)의 전방면[X축 방향의 이송대(7)측의 면] 위치로 되어 있다. 날끝 상당 위치(Xt)와 실제 날끝 위치 사이의 X축 방향의 거리(L0)(도 3)는 예를 들면 고정값으로 해서 연산한다.

도 1(B), 도 4에 사선을 그은 범위(가공 이동 영역)(E)는 가공을 위한 워크 지지 수단(21)과 공구 지지 수단(22)의 상대 이동에 의해 워크(W) 및 공구(18)가 상대 이동하는 영역이다. 변위 계측 수단(30)은 상기 워크 지지 수단(21)의 중심 상당 위치(Xw)와 날끝 상당 위치(Xt) 사이의 연속된 경로(C) 상에 설치되고, 이 연속된 경로(C)의 변위량을 계측함으로써 상기 워크 중심·날끝간 거리(L)의 변위량(ΔL)을 계측한다. 경로(C)는 상기 가공 이동 영역(E)을 피한 영역을 지난다. 이 경로(C)는 평면으로부터 볼 때에 후술하는 기준 프레임(40) 상을 따르는 경로이며, 경로 부분(C1~C3)으로 이루어진다. 변위 계측 수단(30)은 저열팽창재의 기준 프레임(40)과, 이 기준 프레임(40)에 설치된 워크측(직교 방향) 및 공구측(축심 방향)의 직선 위치 검출 수단(31, 32)으로 구성된다.

기준 프레임(40)의 재질은 베드(3)보다 열팽창계수가 낮은 재료인 저열팽창재, 예를 들면 인바(invar)(불변강이라고도 한다) 등의 합금 재료, 특히 슈퍼 인바나 스테인리스 인바 등의 합금 재료로 이루어진다. 기준 프레임(40)은 인바 이외에 인바와 동등 이하의 열팽창계수의 합금 재료이라도 세라믹스 등이라도 좋다.

기준 프레임(40)은 고정 기대인 베드(3)에 기준 프레임(40)의 일부가 되는 1개소의 장착부에 의해 고정해서 설치된다. 구체적으로는, 기준 프레임(40)은 베드(3)의 상면에 하단이 고정된 1개의 지주부(40c)를 갖고, 이 지주부(40c)의 하단이 상기 장착부를 구성한다. 상기 「1개소의」란 어느 정도의 범위를 갖고 있어도, 분기된 2개의 부분 등이어도 좋고, 기준 프레임(40)의 전체로서 양단 고정과 같은 복수 개소가 아니라 개념적으로 1점 지지라고 간주할 수 있는 개소에 고정되어 있는 것을 말한다. 또한, 기준 프레임(40)의 베드(3)에의 고정 개소는 1개소인 것이 바람직하지만, 기준 프레임(40)에 대한 베드(3)의 열신축 등을 저해하지 않는 슬라이드 구조 등에 의해 다른 개소가 지지되어 있어도 좋다.

기준 프레임(40)은 주축 축심(O)을 따르는 방향으로 연장되는 축심 방향 프레임부(40a)와, 주축 축심(O)에 대하여 직교하는 방향으로 연장되는 직교 방향 프레임부(40b)를 갖고, 평면으로부터 볼 때에 L자 형상이다. 이들 축심 방향 프레임부(40a) 및 직교 방향 프레임부(40b)는 상기 지주부(40c)로부터 캔틸레버 형상으로 연장되도록 설치되어 있다. 축심 방향 프레임부(40a)는 터릿으로 이루어진 절삭 공구대(7)의 회전 중심의 높이로 지지대(26)의 배면(후면)측에 위치하고 있다. 직교 방향 프레임부(40b)는 이송대(4)의 높이 위치로 이송대(4)의 전방면에 근접하여 배치되어 있다. 축심 방향 프레임부(40a)의 Z축 방향 중간부와 지주부(40c)의 하부는 보강용 경사 부재(40e)에 의해 연결되어 있다. 기준 프레임(40)은 그 전체가 상기 저열팽창재로 구성되어 있다.

상기 각 직선 위치 검출 수단(31, 32)은 모두 주축 축심(O)에 직교하는 방향(X축 방향)으로 연장되는 제 1 스케일 및 제 2 스케일(31a, 32a)과, 이 제 1 스케일 및 제 2 스케일(31a, 32a)을 판독하는 제 1 판독 헤드 및 제 2 판독 헤드(31b, 32b)로 이루어진다. 제 1 스케일 및 제 2 스케일(31a, 32a)은 검출 가능한 눈금을 형성한 부재이다. 각 직선 위치 검출 수단(31, 32)은 광학식 검출 수단과 자기식 검출 수단 중 어느 것이라도 좋지만, 본 예에서는 광학식 검출 수단으로 되어 있다.

워크측의 직선 위치 검출 수단(31)은 제 1 스케일(31a)이 직교 방향 프레임부(40b)에 설치되고, 제 1 판독 헤드(31b)가 이송대(4)의 전방면에 있어서의 상기 워크 지지면(21a)의 중심 상당 위치(Xw)에 설치되어 있다. 제 1 스케일(31a)은 직교 방향 프레임부(40b)에 직접 눈금을 그린 것이라도 좋고, 또한 눈금이 형성된 눈금 형성 부재(도시하지 않음)를 직교 방향 프레임부(40b)에 부착한 것이라도 좋다. 눈금 형성 부재를 이용할 경우 열팽창계수가 기준 프레임(40)과 동등한 재료로 된다. 제 1 스케일(31a)의 길이는 열변위 등에 의한 워크 중심·날끝간 거리(L)의 변위량(ΔL)의 계측 시에 그 변위량을 계측할 수 있는 길이라면 좋고, 따라서 짧은 것이라도 좋다. 변위량(ΔL)의 계측을 행하는 개소가 주축 직교 방향(X축 방향)의 복수 개소인 경우에는 제 1 스케일(31a)의 길이는 그들 복수 개소에 걸치는 길이로 되거나, 또는 변위량(ΔL)이 계측 가능한 길이인 짧은 것을 복수 개소에 나누어서 설치된다.

또한, 제 1 스케일(31a)은 상술한 바와 같이 짧은 것이어도 좋기 때문에 이송대(4)에 제 1 스케일(31a)을 설치하고, 직교 방향 프레임부(40b)에 제 1 판독 헤드(31b)를 설치해도 좋다. 이 이외에, 제 1 스케일(31a)은 이송대(4)의 이동 범위 전역에 걸쳐서 설치한 것이라도 좋고, 그 경우 X축 방향의 위치 제어를 풀 클로즈드 제어로 할 수 있지만 장척을 계측할 수 있는 워크측의 직선 위치 검출 수단(31)은 고정밀도의 것이 얻어지기 어려워, 비용이나 정밀도면에서 제 1 스케일(31a)은 변위량(ΔL)이 계측 가능한 범위에서 짧은 것이 바람직하다.

공구측의 직선 위치 검출 수단(32)은 제 2 스케일(32a)이 공구 지지 수단(22)에 설치되고, 제 2 판독 헤드(32b)가 기준 프레임(40)의 축심 방향 프레임부(40a)에 설치되어 있다. 공구측의 직선 위치 검출 수단(32)도 광학식과 자기식 중 어느 위치 센서라도 좋지만, 본 예에서는 광학식 위치 센서가 이용되고 있다.

공구측의 직선 위치 검출 수단(32)은 구체적으로는 다음과 같이 설치된다. 제 2 스케일(32a)은 절삭 공구대(7)에 고정된 축부재(32aa)의 선단부에 설치되어 있다. 축부재(32aa)는 절삭 공구대(7)의 중공축(7c) 내에 삽통되어서 기단부가 절삭 공구대(7)의 회전 부분의 전방판부(7d)(도 3)에 회전 중심축(T)과 동심으로 고정되고, 선단부가 중공축(7c)으로부터 돌출되어 있다. 이 돌출된 선단부에 제 2 스케일(32a)이 설치되어 있다. 축부재(32aa)는 기준 프레임(40)과 동일하거나 또는 동일한 정도의 열팽창계수의 재료로 이루어지고, 기단의 고정 부분 이외는 공구 지지 수단(22)에 대하여 축방향으로 비구속적이다. 제 2 스케일(32a)은 축부재(32aa)의 둘레 방향의 일부나 또는 전체 둘레에 걸쳐서 눈금이 형성된다. 제 2 판독 헤드(32b)에는 도시한 예에서는 축부재(32aa)가 삽통 가능하게 설치되어 있지만, 축부재(32aa)의 일부 면에 대향하도록 설치된 것이라도 좋다.

도 1(A)에 있어서 제어계를 설명한다. 제어 장치(2)는 컴퓨터식의 수치 제어 장치 및 프로그래머블 컨트롤러로 이루어지고, 프로그램 기억 수단(41)에 기억된 가공 프로그램(42)을 CPU(중앙 처리 장치) 등으로 이루어진 연산 제어부(43)에서 실행함으로써 공작 기계 본체(1)의 각 부를 제어한다. 제어 장치(2)는 연산 제어부(43) 이외에 X축 이동 제어 수단(44)과 Z축 이동 제어 수단(45)을 갖고, 또한 시퀀스 제어부(도시하지 않음)를 갖는다. 가공 프로그램(42)은 NC 코드 등에 의해 기술된 X축 이동 명령(Rx), 및 Z축 이동 명령(Rz)이나, 각 부의 시퀀스 제어 명령(도시하지 않음)을 갖고 있고, 연산 제어부(43)는 각 명령을 기술한 순으로 판독한다. 그 판독된 시퀀스 제어 명령은 상기 시퀀스 제어부로 전송되고, 시퀀스 제어부에 의해 제어가 실행된다.

연산 제어부(43)는 가공 프로그램(42)에 있어서의 X축 이동 명령(Rx)을 X축 이동 제어 수단(44)에 X축 위치 지령으로서 부여하고, Z축 이동 명령(Rz)을 Z축 이동 제어 수단(45)에 Z축 위치 지령으로서 부여한다. 후술하는 보정 수단(47)을 기능시킬 경우에는 보정 후의 위치 지령을 부여한다.

X축 이동 제어 수단(44) 및 Z축 이동 제어 수단(45)은 각각 X축 및 Z축 서보 컨트롤러로 이루어지고, 연산 제어부(43)로부터 부여된 X축 및 Z축 지령 위치로 되도록 X축 서보 모터(10) 및 Z축 서보 모터(14)를 제어한다. 이때 X축, Z축 이동 제어 수단(44, 45)은 X축 서보 모터(10) 및 Z축 서보 모터(14)에 부속된 펄스 코더 또는 인코더로 이루어진 위치 검출기(10a, 14a)의 위치 검출값을 이용하여 세미 클로즈드 루프 제어가 되는 피드백 제어를 행한다.

연산 제어부(43)에는 판독 제어 수단(46) 및 보정 수단(47)이 설치되어 있다.

판독 제어 수단(46)은 X축 서보 모터(10)의 위치 검출기(10a)에서 검출되는 위치가 정해진 검출 위치에 있고, 또한 검출시로서 정해진 시에 상기 각 직선 위치 검출 수단(31, 32)의 제 1 판독 헤드 및 제 2 판독 헤드(31b, 32b)의 검출값을 판독하는 수단이다. 상기 「정해진 검출 위치」는 판독 제어 수단(46)에 임의로 정해두면 좋지만, 예를 들면 주축(6)의 척(17)에 의해 지지된 워크(W)를 공구(18)에 의해 가공할 수 있는 위치에 공구(18)가 주축(6)에 대하여 위치하는 범위 내의 위치에서 임의로 정한 위치이다.

구체적으로는, 주축(6)의 축심(O)과 공구(18)의 날끝 위치의 X축 방향의 거리(L)가 주축(6)의 척(17)에 지지되는 워크(W)의 반경 내, 또는 이 반경에 임의의 여유 거리를 더한 반경 내에 있어서 임의로 정한 위치이다. 금후 가공하려고 하는 워크(W)의 둘레면의 가공 마무리 지름이 되는 위치라도 좋다. 이 임의로 정하는 위치는 고정값으로 해도 좋고, 또는 가공 프로그램(42)이나 조작반 등으로부터의 조작에 의해 변경된 값이라도 좋다.

상기 「검출시로서 정해진 시」는 가공 프로그램(42) 등에 의해 임의로 정하면 좋지만, 예를 들면 워크(W)를 가공하기 직전이나, 하나의 워크(W)를 가공하고 다음의 워크(W)를 가공하는 사이에 있어서의 정해진 시이다. 주축(6)에 워크(W)가 지지되어 있는 상태에서 판독할 때는 공구(18)가 워크(W)에 간섭하지 않도록 공구(18)와 워크(W)를 Z축 방향으로 멀어지게 한 상태, 또는 공구(18)가 워크(W)에 접촉하고 있지 않지만 근접한 위치에 있을 때, 즉 상기 「임의의 여유 거리」의 범위에 있을 때이다.

보정 수단(47)은 가공 프로그램(41)의 X축 이동 명령에 의해 부여된 X축 지령값을 양 직선 위치 검출 수단(31, 32)에서 검출된 변위량(ΔL)으로 보정하여 X축 이동 제어 수단(44)에 부여하는 처리를 행한다. 보정량은 검출된 변위량(ΔL), 즉 양 직선 위치 검출 수단(31, 32)에서 각각 검출된 변위량(ΔL1, ΔL2)의 합[ΔL(=ΔL1+ΔL2)]을 그대로 오프셋값으로 해서 보정해도 좋고, 검출된 변위량(ΔL)에 정해진 계수를 곱한 값을 오프셋값으로 해서 보정해도 좋다. 또한, 각 직선 위치 검출 수단(31, 32)으로 변위 검출을 행했을 때의 주축 축심(O)과 공구 날끝 위치의 거리[X축 서보 모터(10)의 위치 검출기(10a)로 검출한 위치]와, 워크(W) 가공면의 반경의 차에 따라서 상기 검출된 변위량(ΔL)에 계수를 곱해서 보정량으로 해도 좋다. 또한, 각 직선 위치 검출 수단(31, 32)에 의해 계측되는 변위량은 예를 들면 공작 기계가 상온(섭씨 20도)일 때에 0으로 한다.

상기 구성의 공작 기계에 의한 가공 방법의 예를 설명한다. 복수의 워크(W)의 절삭 가공을 순차적으로 행할 경우, 주축(6)의 척(17)으로부터 워크(W)가 반출되고 다음 워크(W)가 반입되기 까지의 사이에 상기 정해진 검출 위치에 절삭 공구대(7)를 주축(6)에 대하여 상대 이동시키고[본 예에서는 주축(6)이 이동], 상기 각 직선 위치 검출 수단(31, 32)에 의해 변위량(ΔL)의 계측을 행한다. 또는 금후 가공하려고 하는 워크(W)가 주축(6)의 척(17)에 파지되어 있는 상태에서 변위량(ΔL)의 계측을 행한다. 이 계측된 변위량(ΔL)으로 가공 시에 있어서의 가공 프로그램(41)의 X축 이동 명령(Rx)의 X축 지령값을 보정 수단(47)에 의해 보정하고, X축 방향의 절삭 제어를 행한다.

이 구성의 공작 기계에 의하면, 변위 계측 수단(30)이 되는 각 직선 위치 검출 수단(31, 32)은 워크 지지 수단(21)의 중심 상당 위치(Xw)와 날끝 상당 위치(Xt) 사이의 연속된 경로(C) 상에 있어서 이 연속된 경로(C)의 변위량을 계측한다. 이 때문에, 우회한 경로 상에서의 계측으로 되지만, 공작 기계의 구조나 제어 상의 한도를 고려한 실질상에서 워크(W)의 중심과 공구(18)의 날끝 사이의 변위량을 직접 계측하는 경우와 동등한 계측을 행할 수 있다. 이와 같이, 주축 축심(O)에 직교하는 방향(X축 방향)의 워크(W) 표면과 공구(18)의 날끝 사이의 변위량을 직접 계측하는 경우와 동등하게 계측할 수 있기 때문에 절삭 방향에 대한 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 변위량을 계측하는 연속된 경로(C)는 가공을 위한 워크 지지 수단(21)과 공구 지지 수단(22)의 상대 이동에 의해 워크(W) 및 공구(18)가 상대 이동하는 영역인 가공 이동 영역(E)을 피한 영역에 있어서의 경로이기 때문에, 워크(W)나 공구(18)와의 간섭을 피해 변위 계측 수단(30)을 배치할 수 있다.

X축 이동 제어 수단(44)에 의한 변위 계측 수단(30)의 계측값을 이용한 X축 이동 기구(12)의 위치 제어는 변위 계측 수단(30)의 각 직선 위치 검출 수단(31, 32)의 계측값을 단순히 가산하거나, 또는 계수를 곱한 값으로 보정하는 오프셋 보정으로 된다. 그 때문에, 온도 계측값으로부터 열변위 보정을 행하는 것과 달리 정밀도가 좋은 보정이 간단한 연산으로 해결된다.

변위 계측 수단(30)을 구성하는 워크측의 직선 위치 검출 수단(31) 및 공구측의 직선 위치 검출 수단(32)은 고정 기대인 베드(3)에 1개소에 설치된 저열팽창재로 이루어진 공통의 기준 프레임(40)에 설치했기 때문에, 베드(3)나 X축 이동 기구(12)의 열변위에 관계없이 워크측의 직선 위치 검출 수단(31)과 공구측의 직선 위치 검출 수단(32)의 검출값으로부터 워크(W)와 공구 날끝 사이의 거리를 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 즉, 이상적으로는 열변형되지 않는 기준 프레임(40) 및 각 직선 위치 검출 수단(31, 32)에 의해 이동이나 열변형 후의 워크 위치와 공구 위치를 검출하게 되어 워크(W)와 공구 날끝 사이의 거리를 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

그 때문에, 워크측의 직선 위치 검출 수단(31) 및 공구측의 직선 위치 검출 수단(32)의 양쪽의 검출값을 이용하여 X축 지령값을 보정하는 보정 수단(47)을 설치함으로써 온도 검출값에 의한 열변위 보정을 행하지 않고 정밀도 좋게 가공할 수 있고, 제어계도 간소해진다. 기준 프레임(40)은 베드(3)에 1개소에 고정되어 있기 때문에 워크 지지 수단(21)과 공구 지지 수단(22) 사이에 작용하는 절삭 반력 등의 가공에 의한 힘을 받지 않고, 또한 베드(3)의 변형의 영향을 받지 않으며, 그 때문에 가공력에 의해 변형되지 않아, 이것에 의해서도 보다 정밀도 좋게 위치 검출이 행해져 정밀도 좋게 가공할 수 있다.

또한, 선반에서는 절삭 방향의 가공 정밀도와 이송 방향의 가공 정밀도 중 절삭 방향의 치수에 보다 높은 정밀도가 요구된다. 본 실시형태의 경우, 워크측의 직선 위치 검출 수단(31) 및 공구측의 직선 위치 검출 수단(32)이 모두 주축 중심축(O)에 직교하는 방향(X축 방향)의 위치를 검출하는 것이기 때문에 고정밀도화의 요구가 강한 절삭 방향의 위치 제어를 고정밀도로 행할 수 있다. 절삭 방향과 이송 방향 양쪽을 기준 프레임(40)에 직선 위치 검출 수단을 설치해서 검출하는 것은 구성이 복잡해져서 곤란할 경우가 있지만, 본 실시형태에서는 절삭 방향만을 각 직선 위치 검출 수단(31, 32)에 의해 검출하고, 이송 방향에 대해서는 서보 모터(14)에 부속된 위치 검출기(14a)를 이용하여 제어하고 있기 때문에 구성의 복잡화를 회피하면서 필요한 정밀도를 만족시킬 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 Z축 방향의 열변위 보정은 불필요하지만, 적절한 리니어라이즈 수단이나 보정 수단을 추가해서 설치해도 좋다.

또한, 본 실시형태에서는 변위 계측 수단(30)은 보정에 이용하도록 했기 때문에, 변위 계측 수단(30)으로 이용해서 풀 클로즈드 제어하는 것과 달리 변위 계측 수단(30)이 되는 각 직선 위치 검출 수단(31, 32)이 짧은 것으로 해결된다. 그 때문에, 저렴하고 고정밀도의 각 직선 위치 검출 수단(31, 32)을 입수해서 이용할 수 있다.

상기 실시형태에서는 주축 이동형 선반에 적용했을 경우에 대해 설명했지만, 도 5에 나타낸 절삭 공구대 이동형 선반이나, 도 6, 도 7에 각각 나타낸 주축·절삭 공구대 쌍방 이동형 선반에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 이하의 각 실시형태에 있어서 도 1~도 4에 나타낸 제 1 실시형태와 마찬가지의 부분은 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

도 5는 절삭 공구대 이동형 선반인 공작 기계에 적용한 제 2 실시형태이다. 본 실시형태에서는 워크 지지 수단(21)이 고정 기대인 베드(3) 상에 위치 고정으로 설치되고, 공구 지지 수단(22)이 베드(3) 상에서 주축 축심(O)과 직교하는 방향(X축 방향)으로 이동하는 이송대(27) 상에 주축 축심(O)을 따르는 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 워크측의 직선 위치 검출 수단(31)은 상기 제 1 스케일(31a)이 기준 프레임(40)의 직교 방향 프레임부(40b)에 설치되고, 제 1 판독 헤드(31b)가 워크 지지 수단(21)에 설치되어 있다. 공구측의 직선 위치 검출 수단(32)은 제 2 판독 헤드(32b)가 기준 프레임(40)의 축심 방향 프레임부(40a)의 선단에 설치되고, 제 2 스케일(32a)이 공구 지지 수단(22)에 설치되어 있다.

이 구성의 경우, 절삭 공구대 이동형 공작 기계에 있어서 변위 계측 수단에 의해 워크 중심과 공구(18)의 날끝 사이의 변위량을 직접 계측하는 형태에 가능한 한 가까운 형태로 계측할 수 있어 가공 정밀도의 향상을 도모하는 것이 실현된다.

도 6은 주축·절삭 공구대 쌍방 이동형으로 주축(6)이 주축 축심(O)과 직교하는 방향(X축 방향)으로 이동하는 선반으로 이루어진 공작 기계에 적용한 제 3 실시형태이다. 본 실시형태에서는 워크 지지 수단(21)의 주축대(5)가 고정 기대인 베드(3) 상에 주축 축심(O)과 직교하는 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 공구 지지 수단(22)은 베드(3) 상에서 주축 축심(O)을 따르는 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 워크측의 직선 위치 검출 수단(31)은 제 1 스케일(31a)이 기준 프레임(40)의 직교 방향 프레임부(40b)에 설치되고, 제 1 판독 헤드(31b)가 워크 지지 수단(21)에 설치되어 있다. 공구측의 직선 위치 검출 수단(32)은 제 2 판독 헤드(32b)가 기준 프레임(40)의 축심 방향 프레임부(40a)에 설치되고, 제 2 스케일(32a)이 공구 지지 수단(22)에 설치되어 있다. 이 구성의 경우도, 공구측의 직선 위치 검출 수단(32)에 있어서의 제 2 판독 헤드(32b)는 절삭 공구대(7)의 Z축 방향 이동을 방해하지 않도록 제 1 스케일(31a)과 함께 축심 방향 프레임부(40a)를 따라 이동 가능하도록 안내 레일(29)에 의해 안내된다.

이 구성의 경우, 주축(6)이 주축 축심(O)과 직교하는 방향으로 이동하는 주축·공구 쌍방 공구 이동형 공작 기계에 있어서 워크 중심과 공구(18)의 날끝 사이의 변위량을 직접 계측하는 형태에 가능한 한 가까운 형태로 계측할 수 있어 가공 정밀도의 향상을 도모하는 것이 실현된다.

도 7은 주축·절삭 공구대 쌍방 이동형으로 주축(6)이 주축 축심(O)을 따르는 방향(Z축 방향)으로 이동하는 선반으로 이루어진 공작 기계에 적용한 제 4 실시형태이다. 본 실시형태에서는 워크 지지 수단(21)의 주축대(5)가 고정 기대인 베드(3) 상에서 주축 축심(O)을 따르는 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 설치되고, 공구 지지 수단(22)이 베드(3) 상에서 주축 축심(O)과 직교하는 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 워크측의 직선 위치 검출 수단(31)은 제 1 스케일(31a)이 기준 프레임(40)의 직교 방향 프레임부(40b)에 설치되고, 제 1 판독 헤드(31b)가 워크 지지 수단(21)에 설치되어 있다. 공구측의 직선 위치 검출 수단(32)은 제 2 판독 헤드(32b)가 기준 프레임(40)에 설치되고 제 2 스케일(32a)이 공구 지지 수단(22)에 설치되어 있다.

이 구성의 경우, 주축(6)이 주축 축심(O)을 따르는 방향으로 이동하는 주축·공구 쌍방 공구 이동형 공작 기계에 있어서 워크 중심과 공구(18)의 날끝 사이의 변위량을 직접 계측하는 형태에 가능한 한 가까운 형태로 계측할 수 있어 가공 정밀도의 향상을 도모하는 것이 실현된다.

또한, 도 6~도 7의 제 3 실시형태 및 제 4 실시형태에 있어서 제 1 스케일 및 제 2 스케일(31a, 32a)과 제 1 판독 헤드 및 제 2 판독 헤드(31b, 32b)를 설치하는 개소는 기준 프레임(40)측에 설치할지 워크 지지 수단(21) 등의 피계측측에 설치할지를 서로 반대로 해도 좋다. 또한, 변위 계측 수단(30)은 상기 각 실시형태에서는 워크측의 직선 위치 계측 수단(31)과 공구측의 직선 위치 계측 수단(32) 2개의 검출 수단으로 구성했지만, 예를 들면 이들 2개에 기준 프레임(40)의 변위를 검출하는 수단을 추가하거나 해서 3개 이상의 검출 수단으로 구성해도 좋고, 또한 변위 계측 수단(30) 전체에 검출 수단을 하나만으로 해도 좋다.

이상과 같이, 도면을 참조하면서 적합한 실시형태를 설명했지만 당업자라면 본건 명세서를 보고 자명한 범위 내에서 다양한 변경 및 수정을 용이하게 상정할 것이다. 예를 들면, 상기 각 실시형태는 터릿형 선반에 적용했을 경우에 대해 설명했지만, 터릿형 이외의 예를 들면 콤형 선반(comb type lathe)에도 적용할 수 있다. 또한, 선반 이외의 공작 기계에도 본 발명을 적용할 수 있다. 따라서, 그와 같은 변경 및 수정은 첨부한 특허청구범위로부터 정해지는 본 발명의 범위 내의 것으로 해석된다.

1 : 공작 기계 본체 2 : 제어 장치
3 : 베드(고정 기대) 4 : 이송대
5 : 주축대 6 : 주축
7 : 절삭 공구대 10 : 서보 모터
10a : 위치 검출기 11 : 이송 나사 기구
12 : X축 이동 기구 14 : 서보 모터
14a : 위치 검출값 16 : Z축 이동 기구
17 : 척 18 : 공구
21 : 워크 지지 수단 21a : 워크 지지면
22 : 공구 지지 수단 30 : 변위 계측 수단
31 : 직교 방향의 직선 위치 검출 수단(워크측의 직선 위치 검출 수단)
32 : 축심 방향의 직선 위치 검출 수단(공구측의 직선 위치 검출 수단)
31a : 제 1 스케일 31b : 제 1 판독 헤드
32a : 제 2 스케일 32b : 제 2 판독 헤드
32aa : 축부재 40 : 기준 프레임
40a : 직교 방향 프레임부 40b : 축심 방향 프레임부
43 : 연산 제어부 44 : X축 이동 제어 수단
45 : Z축 이동 제어 수단 46 : 판독 제어 수단
47 : 보정 수단 C : 경로
E : 영역 L : 워크 중심·날끝간 거리
O : 주축 축심 Xt : 날끝 상당 위치
Xw : 중심 상당 위치 W : 워크

Claims

워크를 지지하는 워크 지지 수단과 공구를 지지하는 공구 지지 수단을 고정 기대 상에 서로 절삭 방향을 따라서 상대적으로 진퇴 가능하게 설치하고, 상기 워크 지지 수단과 공구 지지 수단을 상대적으로 진퇴시키는 이동 기구를 설치한 공작 기계에 있어서,
상기 워크 지지 수단의 중심 상당 위치와 공구 지지 수단의 날끝 상당 위치 사이의 상기 절삭 방향의 거리인 워크 중심·날끝간 거리의 변위량을 계측하는 변위 계측 수단을 설치하고,
이 변위 계측 수단은 상기 워크 및 공구가 상대 이동하는 가공 이동 영역을 피한 상기 워크 지지 수단의 중심 상당 위치와 날끝 상당 위치 사이의 연속된 경로 상에 설치되고 이 연속된 경로의 변위량을 계측함으로써 워크 중심·날끝간 거리의 변위량을 계측하고,
상기 변위 계측 수단은 상기 고정 기대보다 열팽창계수가 낮은 저열팽창재로 이루어지고 상기 연속된 경로 상에 위치하며 상기 고정 기대에 설치된 기준 프레임과, 상기 절삭 방향으로 연장되는 스케일 및 이 스케일을 판독하는 판독 헤드를 갖고 이들 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임에 설치된 직선 위치 검출 수단으로 되는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 기준 프레임은 상기 워크 지지 수단의 중심 축심을 따르는 방향으로 연장되는 축심 방향 프레임부와 상기 축심과 직교하는 방향으로 연장되는 직교 방향 프레임부를 갖고, 상기 직선 위치 검출 수단으로서 상기 워크 지지 수단의 중심 상당 위치와 상기 기준 프레임 사이의 변위량을 계측하는 워크측의 직선 위치 검출 수단과, 상기 날끝 상당 위치와 상기 기준 프레임 사이의 변위량을 계측하는 공구측의 직선 위치 검출 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
제 2 항에 있어서,
상기 공구 지지 수단은 상기 고정 기대 상에 위치 고정으로 설치되고, 상기 워크 지지 수단은 상기 고정 기대 상에서 상기 축심과 직교하는 방향으로 이동하는 이송대 상에 상기 축심을 따르는 방향으로 이동 가능하게 설치되고,
상기 워크측의 직선 위치 검출 수단은 상기 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임의 상기 직교 방향 프레임부에 설치되고, 다른쪽이 상기 이송대에 설치되고,
상기 공구측의 직선 위치 검출 수단은 상기 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임의 상기 축심 방향 프레임부에 설치되고, 다른쪽이 상기 공구 지지 수단에 설치된 것을 특징으로 하는 공작 기계.
제 2 항에 있어서,
상기 워크 지지 수단은 상기 고정 기대 상에 위치 고정으로 설치되고, 상기 공구 지지 수단은 상기 고정 기대 상에서 상기 축심과 직교하는 방향으로 이동하는 이송대 상에 상기 축심을 따르는 방향으로 이동 가능하게 설치되고,
상기 워크측의 직선 위치 검출 수단은 상기 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임의 상기 직교 방향 프레임부에 설치되고, 다른쪽이 상기 워크 지지 수단에 설치되고,
상기 공구측의 직선 위치 검출 수단은 상기 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임의 상기 축심 방향 프레임부에 설치되고, 다른쪽이 상기 공구 지지 수단에 설치된 것을 특징으로 하는 공작 기계.
제 2 항에 있어서,
상기 워크 지지 수단은 상기 고정 기대 상에 상기 축심과 직교하는 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 공구 지지 수단은 상기 고정 기대 상에서 상기 축심을 따르는 방향으로 이동 가능하게 설치되고,
상기 워크측의 직선 위치 검출 수단은 상기 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임의 상기 직교 방향 프레임부에 설치되고, 다른쪽이 상기 워크 지지 수단에 설치되고,
상기 공구측의 직선 위치 검출 수단은 상기 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임의 상기 축심 방향 프레임부에 설치되고, 다른쪽이 상기 공구 지지 수단에 설치된 것을 특징으로 하는 공작 기계.
제 2 항에 있어서,
상기 워크 지지 수단은 상기 고정 기대 상에 상기 축심을 따르는 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 공구 지지 수단은 상기 고정 기대 상에서 상기 축심과 직교하는 방향으로 이동 가능하게 설치되고,
상기 워크측의 직선 위치 검출 수단은 상기 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임의 상기 직교 방향 프레임부에 설치되고, 다른쪽이 상기 워크 지지 수단에 설치되고,
상기 공구측의 직선 위치 검출 수단은 상기 스케일 및 판독 헤드 중 어느 한쪽이 상기 기준 프레임에 설치되고, 다른쪽이 상기 공구 지지 수단에 설치된 것을 특징으로 하는 공작 기계.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이동 기구를 제어하는 제어 장치를 설치하고, 이 제어 장치는 상기 워크 지지 수단과 공구 지지 수단을 상기 축심과 직교하는 방향으로 상대적으로 진퇴시키는 모터를 제어하는 X축 이동 제어 수단과, 가공 프로그램의 이동 명령의 지령값에 의해 상기 X축 이동 제어 수단에 지령값을 부여하는 연산 제어부를 갖고, 상기 연산 제어부에 상기 변위 계측 수단의 변위량의 계측값에 의해 상기 X축 이동 제어 수단에 부여하는 지령값을 보정하는 보정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
삭제