KR102060288B1 - 공작 기계 - Google Patents

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도시바 기카이 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 공작 기계는, 연직 방향으로 직립하도록 배치되고, 소정의 선팽창 계수를 갖는 컬럼과, 상기 컬럼에 지지되고, 공구 설치를 위한 수평 주축을 지지하는 주축 헤드와, 상기 컬럼에 대하여 이격해서 배치되고, 당해 컬럼의 선팽창 계수와는 상이한 선팽창 계수를 갖는 기준 바를 구비하고, 상기 컬럼은, 컬럼측 측정 대상 부위를 갖고 있으며, 상기 기준 바는, 기준 바측 측정 대상 부위를 갖고 있으며, 상기 컬럼측 측정 대상 부위와 상기 기준 바측 측정 대상 부위 사이의 거리를 측정하는 측정 수단이 설치되어 있다.

Description

공작 기계{MACHINE TOOL}
본 발명은, 컬럼에 의해 주축 헤드가 지지된 공작 기계, 특히, 기초 위에 배치된 컬럼에 의해, 주축이 연직 방향으로 직립하도록 지지된 공작 기계, 혹은 당해 컬럼에 의해 주축이 수평 방향으로 지지된 수평 보링 머신 등의 공작 기계에 관한 것이다.
종래부터, 컬럼에 의해 주축 헤드가 지지된 공작 기계가 알려져 있다. 본 타입의 공작 기계는, 컬럼이 베드 또는 기초 위를 이동할 수 있는 컬럼 이동형과, 컬럼이 베드 또는 기초 위를 이동하지 않는(워크가 이동하는) 컬럼 고정형으로 각각 분류된다.
어느 쪽의 공작 기계에 있어서도, 워크를 정확하게 가공하기 위해서는, 주축 헤드에 장착되어 있는 주축의 선단(주축 선단)의 위치를 고정밀도로 제어할 필요가 있다. 그러나, 공작 기계의 설치 장소의 환경에 따라서는, 컬럼의 전후 좌우에 있어서의 실온의 상위, 공조기나 창(옥외)으로부터의 공기의 흐름, 햇빛의 컬럼에 대한 쪼이는 상태 등에 기인하여, 컬럼에 온도 차(온도 구배)가 발생해서 컬럼이 열적으로 변형되어 버리고, 이 결과, 주축 선단의 위치가 원치 않게 변위해 버리는 경우가 있었다. 또한, 워크의 가공을 위해 주축 선단에 장착되는 공구(어태치먼트)의 중량은 다양하며, 장착되는 공구에 따라서 컬럼이 지지하는 중량이 변동된다. 이것에 의해, 컬럼의 휨량이 변화하고, 이 결과, 주축 선단의 위치가 원치않게 변위해 버리는 경우가 있었다.
또한, 당해 주축 선단은, 주축을 회전시키는 주축 헤드의 회전 구동부의 발열에 의해, 원하는 위치부터 열적으로 변위해 버린다고 하는 문제도 있었다. 구체적으로는, (1) 주축을 회전시키는 주축 헤드의 온도 상승에 기인하여, 주축을 포함하는 주축 헤드 자체가, 열팽창에 의해 경시적으로 변형되고, 또한 (2) 주축 헤드로부터의 열전달에 기인하여, 당해 주축 헤드를 지지하는 컬럼도, 열팽창에 의해 경시적으로 변형된다. 이들의 결과, 주축 선단이 원치않게 변위해 버리므로, 당해 주축 선단에 장착된 공구에 의한 워크의 가공에 있어서, 가공 정밀도가 저하되어 버린다고 하는 문제가 있었다.
주축을 포함하는 주축 헤드의 변위에 관해서는, 주축 헤드의 열팽창에 기인하는 변형이 주축 방향(Z축 방향이라 칭함)에 있어서 지배적인 것을 감안하여, Z축 열 변위의 보정이라 칭하여, 열원인 주축 헤드 근방의 온도를 측정하고 당해 온도로부터 주축 방향의 신장을 추정하여 보정하는 방법이나, 주축의 회전수 및 과거의 실측값에 기초하여 주축 방향의 신장을 추정하여 보정하는 방법이, 종래부터 채용되고 있다.
또한, 일본 특허공개 소57-48448호 공보(특허문헌 1)에는, 일단부에 발자체가 설치된 기준 바(석영 유리 막대)를 주축 헤드의 표면을 따르도록 배치해서 당해 기준 바의 타단부에 있어서 당해 주축 헤드에 고정하고, 상기 발자체의 위치와 당해 발자체에 대응해서 주축 헤드의 표면 위에 고정된 자기 검출 헤드의 위치 사이의 거리를 측정하고, 그 측정 결과에 기초하여 주축 선단의 주축 방향의 열적 변위를 보정하는 방법이 개시되어 있다.
단, 특허문헌 1의 방법에 따라서는, 주축 선단의 주축 방향으로의 열적 변위는 보정되지만, 연직 방향으로의 열적 변위는 보정되지 않는다. 이 문제에 대응하기 위해, 일본 특허공고 평7-115282호 공보(특허문헌 2)에는, 일단부에 발자체가 설치된 복수의 기준 바를 주축 헤드의 표면을 따르도록 배치해서 당해 복수의 기준 바의 타단부에 있어서 주축 헤드에 고정하고, 각 발자체의 위치와 당해 발자체에 대응해서 주축 헤드의 표면에 고정된 각 검출 헤드의 위치 사이의 거리를 측정하고, 그들 측정 결과에 기초하여 주축 헤드의 주축 방향뿐만 아니라 연직 방향에 있어서도 열적 변위를 보정하는 방법이 개시되어 있다.
일본 특허공개 소57-48448호 공보 일본 특허공고 평7-115282호 공보
그러나, 특허문헌 2에 의한 주축 헤드의 열적 변위를 보정하는 경우라도, 특히 주축 방향이 수평 방향인 보링기 등의 공작 기계에 있어서는, 여전히 주축 방향(Z축 방향)에 수직인 방향(X축 방향 및 Y축 방향)에 있어서 변위가 존재하는 경우가 있었다.
이와 같은 X축 방향 및 Y축 방향의 변위는, 전술한 바와 같이, 공작 기계의 설치 장소의 환경이나 컬럼이 지지하는 중량이 변동하는 것 등에 기인하고 있다고 생각된다. 그러나, 컬럼의 변형(자세 변화)에 기인하는 주축 선단의 변위의 보정에 대해서는, 종래, 검토 내지 실시되어 오지 않았다.
본 발명은, 이상과 같은 문제를 감안하여, 컬럼의 자세 변화를 저비용으로 고정밀도로 측정함으로써, 당해 자세 변화에 기인하는 주축 선단의 변위를 보정하여 워크의 정확한 가공이 실현 가능한 공작 기계를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은, 연직 방향으로 직립하도록 배치되고, 소정의 선팽창 계수를 갖는 컬럼과, 상기 컬럼에 지지되고, 공구 설치를 위한 수평 주축을 지지하는 주축 헤드와, 상기 컬럼에 대하여 이격해서 배치되고, 당해 컬럼의 선팽창 계수와는 상이한 선팽창 계수를 갖는 기준 바를 구비하고, 상기 컬럼은, 컬럼측 측정 대상 부위를 갖고 있으며, 상기 기준 바는, 기준 바측 측정 대상 부위를 갖고 있으며, 상기 컬럼측 측정 대상 부위와 상기 기준 바측 측정 대상 부위 사이의 거리를 측정하는 측정 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 공작 기계이다.
본 발명에 의하면, 기준 바측 측정 대상 부위와 컬럼측 측정 대상 부위 사이의 거리를 측정 수단에 의해 직접적으로 측정함으로써, 컬럼의 열변형을 저비용으로 고정밀도로 측정할 수 있다. 이것에 의해, 컬럼의 자세 변화를 저비용으로 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 되어, 당해 자세 변화에 기인하는 주축 선단의 변위를 보정하여 워크의 정확한 가공이 실현 가능한 공작 기계를 제공할 수 있다.
즉, 본 발명의 공작 기계는, 상기 측정 수단에 의한 각각의 거리의 측정 결과에 기초하여, 상기 주축 헤드의 자세 변화를 평가하는 자세 변화 평가부와, 상기 자세 변화 평가부의 평가 결과에 기초하여, 상기 주축의 선단 위치를 제어하는 제어부를 더 구비하고 있는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 자세 변화 평가부에는, 상기 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 컬럼측 측정 대상 부위 사이의, 연직 방향, 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향의 각각에 대하여, 미리 정해진 기준 거리가 저장되어 있으며, 상기 자세 변화 평가부는, 상기 기준 거리와, 상기 측정 수단에 의해 측정되는 거리를 비교함으로써, 상기 주축 헤드의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다.
또는, 바람직하게는, 미리 정해진 기준 조건하에서, 상기 측정 수단은, 상기 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 컬럼측 측정 대상 부위 사이의, 연직 방향, 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향의 각각의 거리를 기준 거리로서 측정하게 되어 있으며, 상기 자세 변화 평가부는, 상기 기준 거리와, 상기 측정 수단에 의해 측정되는 거리를 비교함으로써, 상기 주축 헤드의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다.
또는, 바람직하게는 상기 측정 수단은, 상기 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 컬럼측 측정 대상 부위 사이의, 연직 방향, 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향의 각각의 거리를 순차적으로 측정하게 되어 있으며, 상기 자세 변화 평가부는, 상기 측정 수단에 의해 측정되는 거리를 순차적으로 비교함으로써, 상기 주축 헤드의 자세 변화를 순차적으로 평가하도록 되어 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 기준 바측 측정 대상 부위에 대하여, 상기 컬럼의 상면에 있어서 소정의 거리를 이격한 제1 컬럼 측정 대상 부위와 제2 컬럼측 측정 대상 부위가 관련지어져 있으며, 상기 수평면 내의 서로 직교하는 2방향은, 상기 주축의 축선 방향과 수평면 내에서 당해 주축의 축선 방향과 직교하는 방향이며, 상기 측정 수단은, 상기 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 제1 컬럼측 측정 대상 부위 사이의, 연직 방향, 상기 주축의 축선 방향, 및 수평면 내에서 상기 주축의 축선 방향에 직교하는 방향의 각각의 거리와, 상기 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 제2 컬럼측 측정 대상 부위 사이의, 연직 방향, 및 수평면 내에서 상기 주축의 축선 방향에 직교하는 방향의 각각의 거리를 측정하게 되어 있으며, 상기 자세 변화 평가부는, 상기 측정 수단에 의한 거리의 측정 결과에 기초하여 상기 제1 컬럼 측정 대상 부위와 제2 컬럼측 측정 대상 부위를 연결하는 직선의 기울기를 평가함으로써, 상기 주축 헤드의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다.
이 경우, 계산 프로세스가 단순하기 때문에, 컬럼의 자세 변화를 신속하게 평가할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 자세 변화 평가부에는, 상기 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 제1 컬럼측 측정 대상 부위 사이의, 연직 방향, 상기 주축의 축선 방향, 및 수평면 내에서 상기 주축의 축선 방향에 직교하는 방향의 각각의 거리와, 상기 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 제2 컬럼측 측정 대상 부위 사이의, 연직 방향, 및 수평면 내에서 상기 주축의 축선 방향에 직교하는 방향의 각각의 거리에 대하여, 미리 정해진 기준 거리가 저장되어 있으며, 상기 자세 변화 평가부는, 상기 기준 거리와, 상기 측정 수단에 의해 측정되는 거리를 비교함으로써, 상기 주축 헤드의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다.
또는, 바람직하게는, 미리 정해진 기준 조건하에서, 상기 측정 수단은, 상기 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 제1 컬럼측 측정 대상 부위 사이의, 연직 방향, 상기 주축의 축선 방향, 및 수평면 내에서 상기 주축의 축선 방향에 직교하는 방향의 각각의 거리와, 상기 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 제2 컬럼측 측정 대상 부위 사이의, 연직 방향, 및 수평면 내에서 상기 주축의 축선 방향에 직교하는 방향의 각각의 거리를 기준 거리로서 측정하게 되어 있으며, 상기 자세 변화 평가부는, 상기 기준 거리와, 상기 측정 수단에 의해 측정되는 거리를 비교함으로써, 상기 주축 헤드의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다.
또는, 바람직하게는, 상기 측정 수단은, 상기 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 제1 컬럼측 측정 대상 부위 사이의, 연직 방향, 상기 주축의 축선 방향, 및 수평면 내에서 상기 주축의 축선 방향에 직교하는 방향의 각각의 거리와, 상기 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 제2 컬럼측 측정 대상 부위 사이의, 연직 방향, 및 수평면 내에서 상기 주축의 축선 방향에 직교하는 방향의 각각의 거리를 순차적으로 측정하게 되어 있으며, 상기 자세 변화 평가부는, 상기 측정 수단에 의해 측정되는 거리를 순차적으로 비교함으로써, 상기 주축 헤드의 자세 변화를 순차적으로 평가하도록 되어 있다.
또한, 바람직하게는 상기 기준 바는, 30℃ 내지 100℃에서의 선팽창 계수가 1.0×10-6/℃ 이하이다.
이 경우, 기준 바에는 열적 변위가 거의 발생하지 않기 때문에, 당해 기준 바의 측정 대상 부위와 컬럼의 측정 대상 부위 사이의 거리를, 당해 컬럼의 측정 대상 부위의 열적 변위로서 취급할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 측정 수단은, 상기 컬럼측 측정 대상 부위에 지지된 접촉식의 변위 센서이다. 또는, 상기 측정 수단은, 상기 컬럼측 측정 대상 부위에 지지된 비접촉식의 변위 센서여도 된다.
또한, 상기 기준 바는, 복수 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 컬럼측 측정 대상 부위가 복수 설정되어 있는 경우에, 그 각각에 각 1개의 기준 바를 대응시킴으로써, 컬럼측 측정 대상 부위와 이것에 대응하는 기준 바측 측정 대상 부위 사이의 거리를 보다 고정밀도로 측정할 수 있다.
또한, 상기 컬럼은 한 쌍 설치되어 있으며, 상기 기준 바는, 상기 한 쌍의 컬럼 각각에 대응해서 설치되어 있어도 된다. 이 경우, 문형 머시닝 센터 등의 2개의 컬럼을 갖는 공작 기계에 있어서도, 당해 컬럼의 자세 변화에 기인하는 주축 선단의 변위를 보정하여 워크의 정확한 가공을 실현할 수 있다.
또는, 본 발명은, 공구 설치를 위한 주축을 지지하고 있는 주축 헤드와, 연직 방향으로 직립하도록 배치되고, 소정의 연직 방향의 선팽창 계수를 갖고, 상기 주축 헤드를 지지하고 있는 컬럼과, 소정의 높이를 갖고, 상기 컬럼의 연직 방향에 있어서의 신축과 간섭하지 않는 형태로, 당해 컬럼의 내부에, 또는 당해 컬럼의 측면을 따라서, 적어도 연직 방향 성분을 갖는 방향으로 배치되어 있음과 함께, 상기 컬럼의 연직 방향의 선팽창 계수와는 상이한 연직 방향의 선팽창 계수를 갖고, 일단부측의 고정 부위가 당해 컬럼에 고정되고 타단부측의 측정 대상 부위가 당해 컬럼에 대하여 상대 변위 가능한 기준 바를 구비하고, 상기 기준 바의 상기 측정 대상 부위에 대하여, 상기 컬럼에 있어서도 측정 대상 부위가 관련지어져 있으며, 상기 기준 바의 상기 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 상기 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정하는 측정 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 공작 기계이다.
본 발명에 의하면, 컬럼과 기준 바 사이의 연직 방향의 선팽창 계수의 상이에 기초하여, 컬럼의 측정 대상 부위와 기준 바의 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정 수단에 의해 직접적으로 측정함으로써, 컬럼의 열적 변위를 저비용으로 고정밀도로 측정할 수 있다. 이것에 의해, 컬럼의 자세 변화를 저비용으로 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 되어, 당해 자세 변화에 기인하는 주축 선단의 변위를 보정하여 워크의 정확한 가공을 실현 가능한 공작 기계를 제공하는 것이 가능하게 된다.
즉, 본 발명의 공작 기계는, 상기 측정 수단에 의한 상기 연직 방향의 거리 측정 결과에 기초하여, 상기 컬럼의 자세 변화를 평가하는 자세 변화 평가부와, 상기 자세 변화 평가부의 평가 결과에 기초하여, 상기 주축의 선단 위치를 제어하는 제어부를 더 구비하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 바람직하게는, 상기 기준 바의 상기 측정 대상 부위에 대하여, 상기 컬럼의 상면에 있어서 소정의 거리를 이격한 2개소의 측정 대상 부위가 관련지어져 있으며, 상기 측정 수단은, 상기 기준 바의 상기 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 2개소의 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정하게 되어 있으며, 상기 자세 변화 평가부는, 상기 측정 수단에 의한 2개의 연직 방향의 거리 측정 결과에 기초하여, 상기 컬럼의 2개소의 측정 대상 부위를 연결하는 직선의 기울기 변화를 평가함으로써, 상기 컬럼의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다.
이 경우, 직선 기울기의 변화의 평가라고 하는 단순한 계산 프로세스를 채용함으로써, 컬럼의 자세 변화를 신속하게 평가할 수 있다.
또는, 바람직하게는, 상기 기준 바의 상기 측정 대상 부위에 대하여, 상기 컬럼의 상면에 있어서 소정의 거리를 이격한 3개소의 측정 대상 부위가 관련지어져 있으며, 상기 측정 수단은, 상기 기준 바의 상기 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 3개소의 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정하게 되어 있으며, 상기 자세 변화 평가부는, 상기 측정 수단에 의한 3개의 연직 방향의 거리 측정 결과에 기초하여 예를 들어, 상기 컬럼의 3개소의 측정 대상 부위에 의해 규정되는 평면의 기울기 변화를 평가함으로써, 상기 컬럼의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다.
이 경우, 컬럼의 자세 변화를 정확하게 평가할 수 있어, 보다 고정밀도로 주축 선단의 변위를 보정하는 것이 가능하게 된다.
또는, 바람직하게는 상기 기준 바의 상기 측정 대상 부위에 대하여, 상기 컬럼의 상면에 있어서 소정의 거리를 이격한 4개소의 측정 대상 부위가 관련지어져 있으며, 상기 측정 수단은, 상기 기준 바의 상기 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 4개소의 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정하게 되어 있으며, 상기 자세 변화 평가부는, 상기 측정 수단에 의한 4개의 연직 방향의 거리 측정 결과에 기초하여, 상기 컬럼의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다.
이 경우, 컬럼의 자세 변화를 보다 정확하게 평가할 수 있어, 보다 한층 고정밀도로 주축 선단의 변위를 보정하는 것이 가능하게 된다.
바람직하게는, 상기 자세 변화 평가부에는, 미리 정해진 기준 거리가 저장되어 있으며, 상기 자세 변화 평가부는, 상기 기준 거리와, 상기 측정 수단에 의해 측정되는 상기 연직 방향의 거리를 비교함으로써 상기 컬럼의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다.
또는, 바람직하게는, 상기 측정 수단은, 미리 정해진 기준 조건하에서 상기 기준 바의 상기 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 상기 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 기준 거리로서 측정하게 되어 있으며, 상기 자세 변화 평가부는, 상기 기준 거리와, 상기 측정 수단에 의해 측정되는 상기 연직 방향의 거리를 비교함으로써 상기 컬럼의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다.
또는, 바람직하게는 상기 측정 수단은, 상기 기준 바의 상기 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 상기 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 순차적으로 측정하게 되어 있으며, 상기 자세 변화 평가부는, 상기 측정 수단에 의해 측정된 상기 연직 방향의 거리끼리를 순차적으로 비교함으로써 상기 컬럼의 자세 변화를 순차적으로 평가하도록 되어 있다.
또한, 바람직하게는 상기 기준 바는, 30℃ 내지 100℃에서의 연직 방향의 선팽창 계수가 1.0×10-6/℃ 이하이다.
이 경우, 기준 바에는 연직 방향의 열적 변위가 거의 발생하지 않기 때문에, 당해 기준 바의 측정 대상 부위와 컬럼의 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 당해 컬럼의 측정 대상 부위의 연직 방향의 열적 변위로서 취급할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 컬럼에는, 연직 방향으로 연장되는 관통 구멍이 형성되어 있으며, 상기 기준 바는, 상기 관통 구멍에 설치된 베어링에 의해 지지되어 있다. 이 경우, 컬럼의 연직 방향에 있어서의 신축과 간섭하지 않는 형태로, 기준 바를 용이하게 배치할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 측정 수단은, 상기 컬럼의 상기 측정 대상 부위에 지지된 접촉식의 변위 센서이다. 또는, 상기 측정 수단은, 상기 컬럼의 상기 측정 대상 부위에 지지된 비접촉식의 변위 센서여도 된다.
또한, 상기 측정 수단은, 상기 기준 바의 상기 측정 대상 부위에 지지된 접촉식의 변위 센서여도 된다. 또는, 상기 측정 수단은, 상기 기준 바의 상기 측정 대상 부위에 지지된 비접촉식의 변위 센서여도 된다.
또한, 본 발명은, 컬럼의 복수의 측정 대상 부위에 관련지어진 복수의 기준 바를 갖는 공작 기계이다. 즉, 본 발명은, 공구 설치를 위한 주축을 지지하고 있는 주축 헤드와, 연직 방향으로 직립하도록 배치되고, 소정의 연직 방향의 선팽창 계수를 갖고, 상기 주축 헤드를 지지하고 있는 컬럼과, 각각이 소정의 높이를 갖고, 상기 컬럼의 연직 방향에 있어서의 신축과 간섭하지 않는 형태로, 당해 컬럼의 내부에, 또는 당해 컬럼의 측면을 따라서, 적어도 연직 방향 성분을 갖는 방향으로 배치되어 있음과 함께, 상기 컬럼의 연직 방향의 선팽창 계수와는 상이한 연직 방향의 선팽창 계수를 갖고, 일단부측의 고정 부위가 당해 컬럼에 고정되고 타단부측의 측정 대상 부위가 당해 컬럼에 대하여 상대 변위 가능하다고 하는 제1 및 제2 기준 바를 구비하고, 상기 제1 기준 바의 상기 측정 대상 부위에 대하여, 상기 컬럼에 있어서도 제1 측정 대상 부위가 관련지어져 있으며, 상기 제2 기준 바의 상기 측정 대상 부위에 대하여, 상기 컬럼에 있어서도 제2 측정 대상 부위가 관련지어져 있으며, 상기 제1 기준 바의 상기 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 상기 제1 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정하는 제1 측정 수단이 설치되어 있고, 상기 제2 기준 바의 상기 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 상기 제2 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정하는 제2 측정 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 공작 기계이다.
본 발명에 의하면, 컬럼과 제1 및 제2 기준 바 사이의 연직 방향의 선팽창 계수의 상이에 기초하여, 컬럼의 제1 및 제2 측정 대상 부위와 제1 및 제2 기준 바의 각 측정 대상 부위 사이의 각각의 연직 방향의 거리를 각 측정 수단에 의해 직접적으로 측정함으로써, 컬럼의 열적 변위를 저비용으로 보다 한층 고정밀도로 측정할 수 있다. 이것에 의해, 컬럼의 자세 변화를 저비용으로 보다 한층 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 되어, 당해 자세 변화에 기인하는 주축 선단의 변위를 보정하여 워크의 정확한 가공을 실현 가능한 공작 기계를 제공하는 것이 가능하게 된다.
또는, 본 발명은, 공구 설치를 위한 주축을 지지하고 있는 주축 헤드와, 연직 방향으로 직립하도록 배치되고, 소정의 연직 방향의 선팽창 계수를 갖고, 상기 주축 헤드를 지지하고 있는 컬럼과, 각각이 소정의 높이를 갖고, 상기 컬럼의 연직 방향에 있어서의 신축과 간섭하지 않는 형태로, 당해 컬럼의 내부에, 또는 당해 컬럼의 측면을 따라서, 적어도 연직 방향 성분을 갖는 방향으로 배치되어 있음과 함께, 상기 컬럼의 연직 방향의 선팽창 계수와는 상이한 연직 방향의 선팽창 계수를 갖고, 일단부측의 고정 부위가 당해 컬럼에 고정되고 타단부측의 측정 대상 부위가 당해 컬럼에 대하여 상대 변위 가능하다고 하는 제1, 제2 및 제3 기준 바를 구비하고, 상기 제1 기준 바의 상기 측정 대상 부위에 대하여, 상기 컬럼에 있어서도 제1 측정 대상 부위가 관련지어져 있으며, 상기 제2 기준 바의 상기 측정 대상 부위에 대하여, 상기 컬럼에 있어서도 제2 측정 대상 부위가 관련지어져 있으며, 상기 제3 기준 바의 상기 측정 대상 부위에 대하여, 상기 컬럼에 있어서도 제3 측정 대상 부위가 관련지어져 있으며, 상기 제1 기준 바의 상기 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 상기 제1 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정하는 제1 측정 수단이 설치되어 있고, 상기 제2 기준 바의 상기 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 상기 제2 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정하는 제2 측정 수단이 설치되어 있고, 상기 제3 기준 바의 상기 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 상기 제3 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정하는 제3 측정 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 공작 기계이다.
본 발명에 의하면, 컬럼과 제1, 제2 및 제3 기준 바 사이의 연직 방향의 선팽창 계수의 상이에 기초하여, 컬럼의 제1, 제2 및 제3 측정 대상 부위와 제1, 제2 및 제3 기준 바의 각 측정 대상 부위 사이의 각각의 연직 방향의 거리를 각 측정 수단에 의해 직접적으로 측정함으로써, 컬럼의 열적 변위를 저비용으로 보다 한층 고정밀도로 측정할 수 있다. 이것에 의해, 컬럼의 자세 변화를 저비용으로 보다 한층 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 되어, 당해 자세 변화에 기인하는 주축 선단의 변위를 보정하여 워크의 정확한 가공을 실현 가능한 공작 기계를 제공하는 것이 가능하게 된다.
또는, 본 발명은, 공구 설치를 위한 주축을 지지하고 있는 주축 헤드와, 연직 방향으로 직립하도록 배치되고, 소정의 연직 방향의 선팽창 계수를 갖고, 상기 주축 헤드를 지지하고 있는 컬럼과, 각각이 소정의 높이를 갖고, 상기 컬럼의 연직 방향에 있어서의 신축과 간섭하지 않는 형태로, 당해 컬럼의 내부에, 또는 당해 컬럼의 측면을 따라서, 적어도 연직 방향 성분을 갖는 방향으로 배치되어 있음과 함께, 상기 컬럼의 연직 방향의 선팽창 계수와는 상이한 연직 방향의 선팽창 계수를 갖고, 일단부측의 고정 부위가 당해 컬럼에 고정되고 타단부측의 측정 대상 부위가 당해 컬럼에 대하여 상대 변위 가능하다고 하는 제1, 제2, 제3 및 제4 기준 바를 구비하고, 상기 제1 기준 바의 상기 측정 대상 부위에 대하여, 상기 컬럼에 있어서도 제1 측정 대상 부위가 관련지어져 있으며, 상기 제2 기준 바의 상기 측정 대상 부위에 대하여, 상기 컬럼에 있어서도 제2 측정 대상 부위가 관련지어져 있으며, 상기 제3 기준 바의 상기 측정 대상 부위에 대하여, 상기 컬럼에 있어서도 제3 측정 대상 부위가 관련지어져 있으며, 상기 제4 기준 바의 상기 측정 대상 부위에 대하여, 상기 컬럼에 있어서도 제4 측정 대상 부위가 관련지어져 있으며, 상기 제1 기준 바의 상기 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 상기 제1 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정하는 제1 측정 수단이 설치되어 있고, 상기 제2 기준 바의 상기 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 상기 제2 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정하는 제2 측정 수단이 설치되어 있고, 상기 제3 기준 바의 상기 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 상기 제3 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정하는 제3 측정 수단이 설치되어 있고, 상기 제4 기준 바의 상기 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 상기 제4 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정하는 제4 측정 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 공작 기계이다.
본 발명에 의하면, 컬럼과 제1, 제2, 제3 및 제4 기준 바 사이의 연직 방향의 선팽창 계수의 상이에 기초하여, 컬럼의 제1, 제2, 제3 및 제4 측정 대상 부위와 제1, 제2, 제3 및 제4 기준 바의 각 측정 대상 부위 사이의 각각의 연직 방향의 거리를 각 측정 수단에 의해 직접적으로 측정함으로써, 컬럼의 열적 변위를 저비용으로 보다 한층 고정밀도로 측정할 수 있다. 이것에 의해, 컬럼의 자세 변화를 저비용으로 보다 한층 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 되어, 당해 자세 변화에 기인하는 주축 선단의 변위를 보정하여 워크의 정확한 가공을 실현 가능한 공작 기계를 제공하는 것이 가능하게 된다.
또는, 본 발명은, 연직 방향으로 직립하도록 배치되고, 소정의 선팽창 계수를 갖는 컬럼과, 상기 컬럼에 지지되고, 공구 설치를 위한 연직 주축을 지지하는 주축 헤드와, 상기 컬럼에 대하여 이격해서 배치되고, 당해 컬럼의 선팽창 계수와는 상이한 선팽창 계수를 갖는 기준 바를 구비하고, 상기 컬럼은, 컬럼측 측정 대상 부위를 갖고 있으며, 상기 기준 바는, 기준 바측 측정 대상 부위를 갖고 있으며, 상기 컬럼측 측정 대상 부위와 상기 기준 바측 측정 대상 부위 사이의 거리를 측정하는 측정 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 공작 기계이다.
본 발명에 의하면, 기준 바측 측정 대상 부위와 컬럼측 측정 대상 부위 사이의 거리를 측정 수단에 의해 직접적으로 측정함으로써, 컬럼의 열변형을 저비용으로 고정밀도로 측정할 수 있다. 이것에 의해, 컬럼의 자세 변화를 저비용으로 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 되어, 당해 자세 변화에 기인하는 주축 선단의 변위를 보정하여 워크의 정확한 가공이 실현 가능한 공작 기계를 제공할 수 있다.
일례로서, 상기 기준 바는, 제1 기준 바와 제2 기준 바를 갖고, 당해 제1 기준 바에는 제1 기준 바측 측정 대상 부위가 설치되고, 당해 제2 기준 바에는 제2 기준 바측 측정 대상 부위가 설치되어 있으며, 상기 컬럼은, 제1 컬럼과 제2 컬럼을 갖고, 당해 제1 컬럼에는 제1 컬럼측 측정 대상 부위가 설치되고, 당해 제2 컬럼에는 제2 컬럼측 측정 대상 부위가 설치되어 있으며, 상기 측정 수단은, 제1 측정 수단과 제2 측정 수단을 갖고 있으며, 상기 제1 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 제1 컬럼측 측정 대상 부위와 상기 제1 측정 수단이 대응지어져 있고, 상기 제2 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 제2 컬럼측 측정 대상 부위와 상기 제2 측정 수단이 대응지어져 있는 공작 기계를 들 수 있다.
이상과 같은 공작 기계는, 상기 제1 측정 수단 및 상기 제2 측정 수단에 의한 각각의 거리의 측정 결과에 기초하여, 상기 주축 헤드의 자세 변화를 평가하는 자세 변화 평가부와, 상기 자세 변화 평가부의 평가 결과에 기초하여, 상기 주축의 선단 위치를 제어하는 제어부를 더 구비하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 바람직하게는 상기 자세 변화 평가부는, 상기 제1 측정 수단 및 상기 제2 측정 수단에 의한 각각의 거리의 측정 결과에 기초하여 상기 제1 컬럼측 측정 대상 부위와 상기 제2 컬럼측 측정 대상 부위를 연결하는 직선의 기울기를 평가함으로써, 상기 주축 헤드의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다.
이 경우, 직선의 기울기 평가라고 하는 단순한 계산 프로세스를 채용함으로써, 2개의 컬럼의 자세 변화를 신속하게 평가할 수 있다.
바람직하게는, 상기 자세 변화 평가부에는, 상기 제1 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 제1 컬럼측 측정 대상 부위의 사이, 및 상기 제2 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 제2 컬럼측 측정 대상 부위 사이의, 연직 방향, 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향에 대하여, 미리 정해진 기준 거리가 저장되어 있으며, 상기 자세 변화 평가부는, 상기 기준 거리와, 상기 제1 측정 수단 및 상기 제2 측정 수단에 의해 측정되는 각각의 거리를 비교함으로써 상기 주축 헤드의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다.
또는, 바람직하게는, 미리 정해진 기준 조건하에서, 상기 제1 측정 수단은, 상기 제1 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 제1 컬럼측 측정 대상 부위 사이의, 연직 방향, 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향의 각각의 거리를, 상기 제2 측정 수단은, 상기 제2 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 제2 컬럼측 측정 대상 부위 사이의, 연직 방향, 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향의 각각의 거리를, 기준 거리로서 측정하게 되어 있으며, 상기 자세 변화 평가부는, 상기 기준 거리와, 상기 제1 측정 수단 및 상기 제2 측정 수단에 의해 측정되는 각각의 거리를 비교함으로써 상기 주축 헤드의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다.
또는, 바람직하게는, 상기 제1 측정 수단은, 상기 제1 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 제1 컬럼측 측정 대상 부위 사이의, 연직 방향, 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향의 각각의 거리를, 상기 제2 측정 수단은, 상기 제2 기준 바측 측정 대상 부위와 상기 제2 컬럼측 측정 대상 부위 사이의, 연직 방향, 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향의 각각의 거리를, 순차적으로 측정하게 되어 있으며, 상기 자세 변화 평가부는, 상기 제1 측정 수단 및 상기 제2 측정 수단에 의해 측정된 각각의 거리를 순차적으로 비교함으로써, 상기 주축 헤드의 자세 변화를 순차적으로 평가하도록 되어 있다.
또한, 바람직하게는 상기 제1 기준 바 및 상기 제2 기준 바는, 30℃ 내지 100℃에서의 선팽창 계수가 1.0×10-6/℃ 이하이다.
이 경우, 각 기준 바에는 열적 변위가 거의 발생하지 않기 때문에, 각 기준 바측 측정 대상 부위와 2개의 컬럼측 측정 대상 부위 사이의 거리를, 당해 2개의 컬럼측 측정 대상 부위의 열적 변위로서 취급할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 측정 수단 및 상기 제2 측정 수단은, 상기 제1 컬럼측 측정 대상 부위 및 상기 제2 컬럼측 측정 대상 부위에 각각 지지된 접촉식의 변위 센서이다. 또는, 상기 제1 측정 수단 및 상기 제2 측정 수단은, 상기 제1 컬럼측 측정 대상 부위 및 상기 제2 컬럼측 측정 대상 부위에 각각 지지된 비접촉식의 변위 센서여도 된다.
또한, 상기 제1 측정 수단 및 상기 제2 측정 수단은, 상기 제1 기준 바측 측정 대상 부위 및 상기 제2 기준 바측 측정 대상 부위에 각각 지지된 접촉식의 변위 센서여도 된다. 또는, 상기 제1 측정 수단 및 상기 제2 측정 수단은, 상기 제1 기준 바측 측정 대상 부위 및 상기 제2 기준 바측 측정 대상 부위에 각각 지지된 비접촉식의 변위 센서여도 된다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태의 공작 기계의 개략 사시도이다.
도 2는, 도 1의 공작 기계의 개략 측면도이다.
도 3은, 도 1의 우측 방향에서 본, 주축 헤드 및 컬럼의 개략 측면도이다.
도 4는, 도 1의 공작 기계에 사용되고 있는 컬럼의 개략 사시도이다.
도 5는, 도 1의 공작 기계에 사용되고 있는 기준 바의 개략 측면도이다.
도 6은, 도 4의 컬럼의 상부의 상세를 나타내는 부분적인 개략 사시도이다.
도 7은, 도 1의 공작 기계에 사용되고 있는 제어 장치의 개략적인 블록도이다.
도 8은, 도 4의 컬럼이 변형될 때의 측정 대상 부위 및 주축 선단의 변위를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시 형태의 공작 기계에 사용되고 있는 컬럼의 상부의 상세를 나타내는 부분적인 개략 사시도이다.
도 10은, 도 9의 컬럼이 변형될 때의 측정 대상 부위 및 주축 선단의 변위를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 본 발명의 제2 실시 형태의 공작 기계에 있어서의 컬럼의 자세 변화의 평가 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는, 변형 상태의 도 11의 컬럼을 원호로서 근사하고 있는 도면이다.
도 13은, 본 발명의 제2 실시 형태의 공작 기계의 개략 정면도이다.
도 14는, 도 13의 공작 기계의 개략 평면도이다.
도 15는, 도 13의 우측 방향에서 본, 주축 헤드 및 컬럼의 개략 측면도이다.
도 16은, 도 13의 공작 기계에 사용되고 있는 컬럼의 개략 사시도이다.
도 17은, 본 발명의 제2 실시 형태의 기준 바의 개략 측면도이다.
도 18은, 도 13의 컬럼의 상부의 상세를 나타내는 부분적인 개략 사시도이다.
도 19는, 본 발명의 제2 실시 형태의 제어 장치의 개략적인 블록도이다.
도 20은, 본 발명의 제3 실시 형태의 공작 기계에 있어서의 컬럼의 상부의 상세를 나타내는 부분적인 개략 사시도이다.
도 21은, 본 발명의 제4 실시 형태의 공작 기계의 개략 사시도이다.
도 22는, 도 21의 공작 기계 상부 및 제1 컬럼의 내부의 상세를 나타내는 부분적인 개략 사시도이다.
도 23은, 도 21의 공작 기계에 사용되고 있는 기준 바의 개략 측면도이다.
도 24는, 도 21의 공작 기계에 사용되고 있는 제어 장치의 개략적인 블록도이다.
도 25는, 컬럼이 변형될 때의 측정 대상 부위 및 주축 선단의 변위를 설명하기 위한 도면이다.
도 26은, 본 발명의 변형예에 채용되는 컬럼의 상부의 상세를 나타내는 부분적인 개략 사시도이다.
도 27은, 도 26의 컬럼이 변형될 때의 측정 대상 부위 및 주축 선단의 변위를 설명하기 위한 도면이다.
이하에, 첨부의 도면을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태를 상세히 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태의 공작 기계(300)의 개략 사시도이며, 도 2는, 도 1의 공작 기계(300)의 개략 측면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 공작 기계(300)는, 가공기(100)와 당해 가공기(100)를 제어하는 제어 장치(200)를 갖고 있다.
본 실시 형태의 가공기(100)는, 예를 들어 수평 보링 머신이며, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 베드(52)와, 연직 방향으로 직립하도록 베드(52) 위에 고정된 각기둥 형상의 컬럼(10)과, 이 컬럼(10)에 지지되고, 공구 설치를 위한 수평 주축(보링 축)(22)을 지지하고 있는 주축 헤드(20)를 갖고 있다. 또한, 수평 주축이란, 회전 중심축이 수평하게 되어 있는 주축을 의미한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 공작 기계(300)는, 기초(51)와 기초(51) 위에 레벨링 블럭(53)을 개재해서 고정된 베드(52)를 갖고 있다. 이들 기초(51) 및 베드(52)는, 예를 들어 다음과 같이 하여 설치된다. 즉, 본 실시 형태의 공작 기계(300)가 설치되는 장소의 바닥면에 1차 구멍을 형성하고, 이 1차 구멍에, 목재 등으로 2차 구멍이 확보되도록 한 상태에서 콘크리트를 유입하고, 기초(51)가 부설된다. 그리고, 베드(52)에 기초 볼트 및 레벨링 블럭(53)이 장착되고, 이 상태에서, 상기 2차 구멍에 기초 볼트가 들어가도록 베드(52)를 복수의 지점에서 지지하고, 잭(임시 코어 지그) 등으로 베드(52)를 기초(51) 위에 임시 적치한다. 그리고, 베드(52)의 수평을 가조정한 후, 상기 2차 구멍에 콘크리트(및 경화제)를 유입하고, 기초 시공이 완료된다. 2차 구멍의 콘크리트가 경화된 후, 잭 등을 제거하여, 레벨링 블럭(53)을 조정함으로써, 구조물[베드(52) 및 각 컬럼(10, 11)]의 수평을 확보한다. 이상으로부터 명백해진 바와 같이, 본 실시 형태의 베드(52)는, 레벨링 블럭(53)을 조정함으로써, 기초(51)에 대한 기울기가 조정(수정)될 수 있다.
본 실시 형태의 주축(22)은, 예를 들어 직경 110㎜의 원기둥 형상으로 되어 있으며, 선단부(도 2에 있어서의 좌측 단부)에는, 원하는 가공 공구가 착탈 가능하게 장착되도록 되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 주축(22)은, 주축 헤드(20) 내에 장착된 구동 기구에 의해 축선 주위에 예를 들어 5 내지 3000min-1에서의 회전이 가능함과 함께, 축선 방향으로 예를 들어 최대 500㎜의 조출이 가능하다.
또한, 베드(52) 위에는 새들(도시생략)이 설치되어 있으며, 워크가 적재되는 이동식 테이블(60)이 당해 새들 위에 설치되어 있다. 이 테이블(60)이 수평면 내에서 새들에 대하여 X축 방향으로 상대 이동하고, 당해 새들이 베드(52)에 대하여 Z축 방향으로 상대 이동함으로써, 워크에 대한 주축(22)의 수평면 내에 있어서의 위치 결정이 이루어지게 되어 있다. 또한, 후술되는 바와 같이, 본 실시 형태의 주축 헤드(20)는, 컬럼(10)을 따라서 연직 방향(도 1 및 도 2에 있어서의 상하 방향)으로 이동 가능하게 되어 있으며, 이 이동에 의해 워크에 대한 주축(22)의 연직 방향의 위치 결정이 향해지게 되어 있다.
도 3은, 도 1의 우측 방향에서 본, 주축 헤드(20) 및 컬럼(10)의 개략 측면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 주축 헤드(20)는, 주축(22)의 축선을 수평하게 유지한 상태에서 컬럼(10)의 측면에 배치되어 있다. 본 실시 형태의 주축 헤드(20)는, 기지의 구동 기구, 예를 들어 볼 나사(16) 및 당해 볼 나사(16)를 구동하는 서보 모터(17)에 의해 연직 방향(도 3에 있어서의 상하 방향)으로 이동 가능하게 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 당해 구동 기구에 의한 주축 헤드(20)의 상하 방향 이동을 지원하기 위해서, 당해 주축 헤드(20)는, 컬럼(10) 내에 배치된 밸런스 웨이트에 일단부가 연결되고 가공기(100)의 상부에 설치된 도르래를 개재해서 수직 하향으로 배치되어 있는, 와이어(15)의 타단부에 연결되어, 현수되어 있다. 또한, 주축 헤드(20)에는, 컬럼(10)에 면하는 영역에 피 가이드부(홈부)가 설치되어 있으며, 당해 피 가이드부는, 당해 주축 헤드(20)가 와이어(15)에 의해 현수된 상태에서, 컬럼(10)의 일측면에 일체적으로 설치된 가이드부(11: 레일)(도 4 참조)에 걸림 결합되어 있다.
도 4는, 도 1의 공작 기계(300)에 사용되고 있는 컬럼(10)의 개략 사시도이며, 도 5는, 도 1의 공작 기계(300)에 사용되고 있는 기준 바(30)의 개략 측면도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 컬럼(10)에는, 연직 방향으로 제1 및 제2 관통 구멍(12a, 12b)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 및 제2 관통 구멍(12a, 12b)은, 컬럼(10)의 코너부(횡단면에 있어서의 직사각형의 정점)의 근방에 주축(20)의 축선 방향(도 4에 있어서의 Y축 방향)을 따라 설치되어 있다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 제1 관통 구멍(12a)에는, 제1 기준 바(30a)가 삽입되어 있으며, 제2 관통 구멍(12b)에는, 제2 기준 바(30b)가 삽입되어 있다. 본 실시 형태의 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 하단부에 수나사부(31)가 형성된 원기둥 형상으로 되어 있고, 당해 수나사부(31)가 베드(52)에 설치된 암나사부에 나사 장착되도록 되어 있다. 본 실시 형태의 컬럼(10)은, 주축 헤드(20)가 연직으로 이동하도록 기초(51)에 고정된 레벨링 블럭(53)이 조정된 상태에서, 베드(52)의 위에 고정적으로 지지되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)는, 공작 기계(300)의 통상 사용에 있어서 제1 및 제2 관통 구멍(12a, 12b)의 내주면과 간섭하는 일이 없도록, 베드(52)에 나사 장착되어 있다. 또한, 다른 실시 형태에 있어서는, 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)는, 수평이 확보된 블록 등을 통하여 기초(51)에 독립하여 고정되어도 된다.
또한, 본 실시 형태의 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)는, 컬럼(10)의 선팽창 계수보다도 작은 선팽창 계수를 갖고 있으며, 30℃ 내지 100℃에서의 선팽창 계수가 0.29×10-6/℃이다.
도 6은, 도 4의 컬럼(10)의 상부의 상세를 나타내는 부분적인 개략 사시도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 컬럼(10)의 상부의 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b)에는, 접촉식의 제1 및 제2 변위 센서(40a, 40b)가 설치되어 있다. 본 실시 형태의 제1 변위 센서(40a)는, 연직 방향(도 6에 있어서의 Y축 방향)의 변위 내지 거리를 검출하는 제1 Y축 변위 센서(42a)와, 수평면 내의 서로 직교하는 2방향(도 6에 있어서의 X축 방향 및 Z축 방향)의 변위 내지 거리를 검출하는 제1 X축 변위 센서(41a) 및 제1 Z축 변위 센서(43a)를 갖고 있다. 또한, 본 실시 형태의 제2 변위 센서(40b)는, Y축 방향의 변위 내지 거리를 검출하는 제2 Y축 변위 센서(42b)와, X축 방향의 변위 내지 거리를 검출하는 제2 X축 변위 센서(41b) 및 제2 Z축 변위 센서(43b)를 갖고 있다. 이들 제1 및 제2 변위 센서(40a, 40b)에 의해, 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b)와 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)의 각 측정 대상 부위 사이의 연직 방향, 및 수평면 내에 있어서의 변위 내지 거리가 측정되도록 되어 있다. 본 실시 형태의 제1 및 제2 변위 센서(40a, 40b)에는, 고정밀도의 디지털 센서가 채용되어 있다. 또한, 도 6에서는, 제1 및 제2 변위 센서(40a, 40b)가 확대되어 도시되어 있다.
또한, 도 7은, 도 1의 공작 기계(300)에 사용되고 있는 제어 장치(200)의 개략적인 블록도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 제1 및 제2 변위 센서(40a, 40b)의 출력 신호는, 제어 장치(200)에 송신되도록 되어 있다. 당해 제어 장치(200)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 변위 센서(40a, 40b)에 의한 측정 결과에 기초하여 컬럼(10)의 자세 변화를 평가하는 자세 변화 평가부(210)와, 자세 변화 평가부(210)의 평가 결과에 기초하여 주축 선단의 변위(위치 어긋남)를 보정하기 위한 데이터를 생성하는 보정 데이터 생성부(220)를 갖고 있다. 보정 데이터 생성부(220)는, 주축 선단의 위치를 제어하는 제어부(23)에 접속되어 있으며, 생성된 보정 데이터가 당해 제어부(23)를 향해서 출력되도록 되어 있다.
본 실시 형태에서는, 예를 들어 가공기(100)의 정밀도 조정 시에, 미리 정해진 기준 조건하에서, 제1 및 제2 변위 센서(40a, 40b)에 의해, 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)의 상부의 측정 대상 부위와 컬럼(10)의 상면의 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b) 사이의 연직 방향(도 6에 있어서의 Y축 방향) 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향(도 6에 있어서의 X축 방향 및 Z축 방향)의 거리가 측정되도록 되어 있다. 구체적으로는, 제1 및 제2 X축 변위 센서(41a, 41b)에 의해, 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)의 상부의 측정 대상 부위와 컬럼(10)의 상면의 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b) 사이의 X축 방향의 거리 ax, bx가 측정되고, 주축의 우측 쓰러짐 및 좌측 쓰러짐이 확인되게 되어 있다. 제1 및 제2 Y축 변위 센서(42a, 42b)에 의해, 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)의 상부의 측정 대상 부위와 컬럼(10)의 상면의 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b) 사이의 Y축 방향의 거리 ay, by가 측정되고, 컬럼의 신축이 확인되게 되어 있다. 제1 및 제2 Z축 변위 센서(43a, 43b)에 의해, 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)의 상부의 측정 대상 부위와 컬럼(10)의 상면의 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b) 사이의 Z축 방향의 거리 az, bz가 측정되고, 주축의 전측 쓰러짐 및 후측 쓰러짐이 확인되게 되어 있다. 그리고, 측정된 각 거리 ax, ay, az, 및 bx, by, bz는, 제어 장치(200) 내의 자세 변화 평가부(210)에 기준 거리로서 저장되고, 전술한 구체적인 변위와 그에 대한 보정값이 연산되도록 되어 있다.
다음으로, 본 실시 형태의 공작 기계(300)의 작용에 대하여 설명한다.
우선, 주축 선단에, 원하는 가공 공구(밀링 커터 등)가 장착된다. 다음으로, 유저에 의해, 가공 대상의 워크가 테이블(60) 위에 설치됨과 함께, 제어 장치(200)에 원하는 가공 데이터가 입력된다. 가공기(100)는, 당해 가공 데이터에 기초하여 제어된다. 이어서, 상기 가공 데이터에 기초하여, 워크가 적재된 테이블(60)이 새들 위를 X축 방향으로 이동하고, 또한 당해 테이블(60)을 지지하는 새들이 베드(52) 위를 Z축 방향으로 이동함으로써 수평면 내에 있어서의 워크의 위치 결정이 행해짐과 함께, 주축 헤드(20)가 전술한 구동 기구를 개재해서 연직 방향으로 원하는 위치까지 이동된다. 그리고, 주축(22)이, 워크를 향해서 수평 방향으로 조출된다.
그 후, 주축 헤드(20) 내의 주축 구동 기구에 의해 주축(22)의 회전이 개시되고, 가공 공구의 선단을 향해서 절삭액의 공급이 개시되며, 워크의 가공이 개시된다.
본 실시 형태에서는, 워크의 가공이 개시되기 전에, 제1 및 제2 변위 센서(40a, 40b)에 의해, 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)의 측정 대상 부위와 컬럼(10)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b) 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 거리 ax', ay', az', 및 bx', by', bz'가 측정된다. 그리고, 제어 장치(200) 내의 자세 변화 평가부(210)에 의해, 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b)에 있어서의 X, Y, Z의 각 축방향의 기준 거리에 대한 변위가 평가된다. 즉, 제1 측정 대상 부위(13a)에 있어서의 X, Y, Z의 각 축방향의 기준 거리에 대한 변위는, 각각, ax'-ax(=Δax), ay'-ay(=Δay), az'-az(=Δaz)이며, 제2 측정 대상 부위(13b)에 있어서의 X, Y, Z의 각 축방향의 기준 거리에 대한 변위는, 각각, bx'-bx(=Δbx), by'-by(=Δby), bz'-bz(=Δbz)이다.
그리고, 자세 변화 평가부(210)는, 컬럼(10)의 변형에 기인하는 주축 헤드(20)의 자세 변화에 의한 주축 선단이 원치 않는 변위 δ를 X, Y, Z의 각 축방향에 대하여 평가한다. 이 평가에 관하여, 도 4의 컬럼(10)이 변형될 때의, 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b) 및 주축 선단의 변위를 설명하기 위한 도면이, 도 8에 도시되어 있다. 우선, X축 방향에 있어서의 주축 헤드(20)의 자세 변화에 대하여 검토한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 제2 측정 대상 부위(13b)의 Z 좌표를 Zb, 측정 대상 부위(13a)의 Z 좌표를 Za, 제1 측정 대상 부위(13a)로부터 컬럼(10)의 자세 변화를 고려하지 않는 경우의 명목상의 주축(22)의 위치까지, 구체적으로는 주축(22)을 구동하는 구동계에 대하여 정해진 기준 위치 P까지의 거리를 l, 컬럼(10)의 자세 변화를 고려하지 않는 경우의 제1 측정 대상 부위(13a)와 제2 측정 대상 부위(13b)를 연결하는 직선 거리를 L, 컬럼(10)의 자세 변화를 고려한 경우의 실제의 주축 선단 P'와 명목상의 주축(22)의 기준 위치 P 사이의 거리(변위)를 δ라 하면, 이 변위 δ의 X축 방향의 성분 δx는, 다음 식으로 표현된다. 또한, 실제의 주축 선단의 변위를 산출할 때에는, 본 계산에 의한 변위에 더하여, 주축 본체의 기울기의 영향도 고려하는 것이 바람직하다.
<수학식 1>
δx=Δax+mxl[단, mx=(Δax-Δbx)/L]
이상의 검토 결과는, Y축 방향에 있어서의 주축 헤드(20)의 자세 변화를 평가하는 경우에 대해서도 마찬가지이다. 즉, 변위 δ의 Y축 방향의 성분 δy는, 다음의 식으로 표현된다.
<수학식 2>
δy=Δay+myl[단, my=(Δay-Δby)/L]
또한, Z축 방향에 대해서도, 마찬가지로 평가할 수 있다.
<수학식 3>
δz=Δaz+mzl[단, mz=(Δaz-Δbz)/L]
이상의 각 식에 있어서, δ는, 직교 3축으로 분해해서 연산된다. 단, 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b)는 모두 1개의 컬럼(10)의 상면에 존재하고 있기 때문에, Δaz와 Δbz가 완전히 상이한 값으로 되는 것은 물리적으로 생각되지 않는다. 이로 인해, 본 실시의 공작 기계(100)에는, 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b) 간의 거리가 일정 이상 변동하는 이상한 자세 변화가 발생할 때 알람을 발하는 감시 시스템이 설치되어 있는 것이 바람직하다.
자세 변화 평가부(210)에 의한 평가 결과는, 보정 데이터 생성부(220)에 송신되고, 당해 보정 데이터 생성부(220)에 의해, 주축 선단의 변위를 보정하기 위한 보정 데이터가 생성된다. 보정 데이터의 생성 자체에 대해서는, 공지된 각종 알고리즘이 원용될 수 있다. 생성된 보정 데이터는, 주축 선단의 위치를 제어(보정)하는 제어부(23)에 송신된다. 그리고, 당해 제어부(23)는, 수신한 보정 데이터에 따라서 주축 선단의 위치를 제어(보정)한다. 제어부(23)에 의한 제어의 구체적 내용에 대해서는, 공지된 각종 알고리즘이 원용될 수 있다.
이상과 같은 본 실시 형태에 의하면, 연직 방향(Y축 방향), 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향(X축 방향 및 Z축 방향)에 대하여, 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)의 측정 대상 부위와 컬럼(10)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b) 사이의 거리를 제1 및 제2 변위 센서(40a, 40b)에 의해 직접적으로 측정함으로써, 컬럼(10)의 열적 변위를 저비용으로 고정밀도로 측정할 수 있다. 이것에 의해, 컬럼(10)의 자세 변화를 저비용으로 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 되어, 당해 자세 변화에 기인하는 주축 선단의 변위를 보정하여 워크의 정확한 가공이 실현 가능한 공작 기계(300)를 제공할 수 있다.
특히, 본 실시 형태에 의하면, X, Y, Z의 각 축방향에 대하여, 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)의 측정 대상 부위와 컬럼(10)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b) 사이의 거리를 제1 및 제2 변위 센서(40a, 40b)에 의해 직접적으로 측정함으로써, 컬럼(10)의 열적 변위를 저비용으로 한층 고정밀도로 측정할 수 있다. 이것에 의해, 컬럼(10)의 자세 변화를 저비용으로 보다 한층 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 되어, 당해 자세 변화에 기인하는 주축 선단의 변위를 보정하여 워크의 정확한 가공이 실현 가능한 공작 기계(300)를 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)의 측정 대상 부위에 대하여, 컬럼(10)의 상면에 있어서 소정의 거리를 이격한 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b)가 관련지어져 있으며, 수평면 내의 서로 직교하는 2방향은, 주축(22)의 축선 방향과 수평면 내에서 당해 주축(22)의 축선 방향과 직교하는 방향이며, 제1 및 제2 변위 센서(40a, 40b)는, 제1 기준 바(30a)의 측정 대상 부위와 컬럼(10)의 제1 측정 대상 부위(13a) 사이의, 연직 방향, 주축(22)의 축선 방향, 및 수평면 내에서 주축(22)의 축선 방향에 직교하는 방향의 각각의 거리와, 제2 기준 바(30b)의 측정 대상 부위와 컬럼(10)의 제2 측정 대상 부위(13b) 사이의, 연직 방향, 및 수평면 내에서 주축(22)의 축선 방향에 직교하는 방향의 각각의 거리를 측정하게 되어 있으며, 자세 변화 평가부(210)는 제1 및 제2 변위 센서(40a, 40b)에 의한 각각의 거리의 측정 결과에 기초하여 컬럼(10)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b)를 연결하는 직선의 기울기를 평가함으로써, 주축 헤드(20)의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다. 이로 인해, 계산 프로세스가 단순하며, 컬럼의 자세 변화를 신속하게 평가할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 변위 센서(40a, 40b)는, 워크의 가공이 개시되기 전에, 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)의 측정 대상 부위와 컬럼(10)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b) 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 거리를 측정하게 되어 있으며, 자세 변화 평가부(210)는, 측정된 각 거리를 당해 자세 변화 평가부(210)에 저장되어 있는 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b)의 각 기준 거리와 비교함으로써, 컬럼(10)의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다. 이로 인해, 각 축방향의 변위의 평가가 용이하다.
또한, 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)는, 30℃ 내지 100℃에서의 선팽창 계수가 0.29×10-6/℃이다. 이로 인해, 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)에는 열적 변위가 거의 발생하지 않기 때문에, 당해 제1 및 제2 기준 바(30a, 30b)의 측정 대상 부위와 컬럼(10)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b) 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 거리를 당해 컬럼(10)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b)의 열적 변위로서 취급할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 측정 수단으로서, 컬럼(10)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b)에 지지된 접촉식의 제1 및 제2 변위 센서(40a, 40b)가 채용되어 있다. 이로 인해, 각 기준 바(30a, 30b)의 측정 대상 부위와 컬럼(10)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(13a, 13b) 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 거리를 용이하게 고정밀도로 측정할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, Δaz와 Δbz가 완전히 상이한 값으로 되는 것은 물리적으로 생각되지 않는다. 이로 인해, 제2 Z축 변위 센서(43b)를 생략하고, 제1 측정 대상 부위(13a)에 있어서 발생한 변위 Δaz가 측정 대상 부위(13b)에 있어서도 발생하고 있는 것으로서 주축 헤드(20)의 자세 변화를 평가하는 것도 가능하다. 즉, 이 경우, 변위 δ의 Z축 방향의 성분 δz는, 다음 식으로 표현된다.
<수학식 4>
δz=Δaz
또는, 변위 δ의 Z축 방향의 성분 δz를, Δaz와 Δbz의 평균값[(Δaz+Δbz)/2]과 동등한 것, 혹은, Δbz와 동등한 것으로서 취급해도 된다. 단, 제2 측정 대상 부위(13b)보다도 제1 측정 대상 부위(13a)의 쪽이 주축 선단에 가까운 위치에 있기 때문에, 당해 주축 선단에 발생하고 있는 변위(위치 어긋남)를 보다 정확하게 평가할 수 있다고 추정된다.
또한, 이상과 같은 도 8에 기초하는 주축 선단의 변위의 보정 계산은 일례이며, 다른 방법에 의해 주축 선단의 변위를 평가해도 된다. 예를 들어, 변위 센서의 실측값과 사전의 시험에 의해 미리 취득된 주축 선단의 변위의 측정 데이터에 의한 다른 유사식으로 대용해도 된다.
또한, 본 실시 형태의 공작 기계(300)로서, 단일의 컬럼(10)을 갖는 공작 기계를 예시하여 설명하였지만, 수평 주축을 갖고 있는 공작 기계라면, 복수의 컬럼을 갖고 있어도 된다. 예를 들어, 2개의 컬럼을 갖는 머시닝 센터에 있어서는, 당해 2개의 컬럼의 각각에 1조의 기준 바 및 변위 센서를 설치함으로써, 전술한 계산식에 기초하여 주축 선단의 변위를 평가할 수 있다. 또는, 당해 2개의 컬럼의 각각에 복수 조(예를 들어 2조)의 기준 바 및 변위 센서를 설치하고, 당해 복수 조의 변위 센서의 측정 결과에 기초하여 컬럼마다 측정 대상 부위의 변위를 결정하고, 전술한 계산식에 당해 변위를 적용함으로써, 주축 선단의 변위를 평가해도 된다.
또한, 단일의 컬럼을 갖는 공작 기계에 있어서는, 당해 컬럼에 1조의 기준 바 및 변위 센서를 설치함으로써, 주축 선단의 변위를 평가하는 것도 가능하다. 이 변형예에 있어서의 주축 선단의 변위의 평가 방법의 일례에 대하여, 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 공작 기계에 사용되고 있는 컬럼(410)의 상부의 상세를 나타내는 부분적인 개략 사시도이며, 도 10은, 도 9의 컬럼(410)이 변형될 때의 측정 대상 부위(413a) 및 주축 선단의 변위 δ를 설명하기 위한 도면이다.
본 실시 형태의 컬럼(410)에는, 주축 헤드에 가장 가까운 코너부에만 연직 방향(도 9에 있어서의 Y축 방향)에 관통 구멍(412a)이 형성되어 있으며, 당해 관통 구멍(412a) 내에 기준 바(430a)가 삽입되어 있다. 또한, 컬럼(410)의 상면에는, 기준 바(430a)에 대응해서 측정 대상 부위(413a)가 관련지어져 있다. 이 측정 대상 부위(413a)에는, 접촉식의 변위 센서(440a)가 설치되어 있으며, 기준 바(430a)의 측정 대상 부위와 컬럼(410)의 측정 대상 부위(413a) 사이의 연직 방향, 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향(도 9에 있어서의 X축 방향 및 Z축 방향)의 각각의 거리가 측정되도록 되어 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 변위 센서(440a)도, 연직 방향의 변위 내지 거리를 검출하는 Y축 변위 센서(441a)와, 수평면 내의 서로 직교하는 2방향의 변위 내지 거리를 검출하는 X축 변위 센서(442a) 및 Z축 변위 센서(443a)를 갖고 있고, 이 변위 센서(440a)에 의해, 측정 대상 부위(413a)와 기준 바(430a)의 측정 대상 부위 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 변위 내지 거리가 측정되도록 되어 있다.
그리고, 예를 들어 가공기의 정밀도 조정 시에, 미리 정해진 기준 조건하에서, 변위 센서(440a)에 의해, 기준 바(430a)의 상부의 측정 대상 부위와 컬럼(410)의 상면의 측정 대상 부위(413a) 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 거리 ax, ay, az가 미리 측정되고, 당해 각 거리 ax, ay, az가, 제어 장치(200)(도 7 참조) 내의 자세 변화 평가부(210)(도 7 참조)에 기준 거리로서 저장되게 되어 있다. 또한, 자세 변화 평가부(210)에는, 미리, 컬럼(410)의 상면에 위치하는, 측정 대상 부위(413a)와는 상이한 점인 기준 좌표(도 10에 있어서의 점 O의 좌표)가 저장되어 있으며, 후술되는 바와 같이, 이 기준 좌표에 대한 측정 대상 부위(413a)의 변위에 기초하여, 주축 헤드(20)의 자세 변화가 평가되도록 되어 있다. 여기에서는, 기준 좌표는, 이 기준 좌표와 측정 대상 부위(413a)를 연결하는 직선이 Z축과 평행해지도록 설정되어 있다. 그 밖의 구성은, 제1 실시 형태의 공작 기계(300)와 마찬가지이기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다.
주축 선단의 변위를 평가할 때, 본 변형예에 있어서도, 워크의 가공이 개시되기 전에, 변위 센서(440a)에 의해, 기준 바(430a)의 측정 대상 부위와 컬럼(410)의 측정 대상 부위(413a) 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 거리 ax', ay', az'가 측정된다. 그리고, 제어 장치(200) 내의 자세 변화 평가부(210)에 의해, 컬럼(410)의 측정 대상 부위(413a)에 있어서의 X, Y, Z의 각 축방향의 기준 거리에 대한 변위[ax'-ax(=Δax), ay'-ay(=Δay), az'-az(=Δaz)]가 평가된다.
이상의 평가 결과에 기초하여, 자세 변화 평가부(210)는, 컬럼(410)의 자세 변화를 평가한다. 이 평가에 관하여, 도 9의 컬럼(410)이 변형될 때의, 측정 대상 부위(413a) 및 주축 선단의 변위를 설명하기 위한 도면이, 도 10에 도시되어 있다. 우선, X축 방향에 있어서의 주축 헤드(20)의 자세 변화에 대하여 검토한다. 도 10에 도시한 바와 같이, 점 O의 Z 좌표를 ZO, 측정 대상 부위(413a)의 Z 좌표를 Za, 측정 대상 부위(413a)로부터 컬럼(410)의 자세 변화를 고려하지 않는 경우의 명목상의 주축 선단 P까지의 거리를 l, 컬럼(10)의 자세 변화를 고려하지 않는 경우의 측정 대상 부위(13a)와 기준 좌표를 연결하는 직선 거리를 L, 컬럼(410)의 자세 변화를 고려한 경우의 실제의 주축 선단 P'와 명목상의 주축 선단 P 사이의 거리(변위)를 δ라 하면, 이 변위 δ의 X축 방향의 성분 δx는, 다음 식으로 표현된다.
<수학식 5>
δx=Δax+mxl(단, mx=Δax/L)
이상의 검토 결과는, Y축 방향에 있어서의 주축 헤드(20)의 자세 변화를 평가하는 경우에 대해서도 마찬가지이다. 즉, 변위 δ의 Y축 방향의 성분 δy는, 다음 식으로 표현된다.
<수학식 6>
δy=Δay+myl(단, my=Δay/L)
한편, Z축 방향에 대해서는, 측정 대상 부위(413a)에 있어서 발생한 변위 Δaz가 점 O에 있어서도 발생하고 있는 것으로서, 주축 헤드(20)의 자세 변화가 평가된다. 이것은, 측정 대상 부위(413a) 및 점 O가 모두 컬럼(410) 위의 점인 것에 의해, 측정 대상 부위(413a)와 점 O 사이의 Z축 방향의 거리가 보존되기 때문이다. 즉, 변위 δ의 Z축 방향의 성분 δz는, 다음 식으로 표현된다.
<수학식 7>
δz=Δaz
그리고, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 자세 변화 평가부(210)에 의한 평가 결과는, 보정 데이터 생성부(220)에 송신되고, 당해 보정 데이터 생성부(220)에 의해, 주축 선단의 변위를 보정하기 위한 보정 데이터가 생성된다. 생성된 보정 데이터는, 주축 선단의 위치를 제어(보정)하는 제어부(23)에 송신된다. 그리고, 당해 제어부(23)는, 수신한 보정 데이터에 따라서 주축 선단의 위치를 제어(보정)한다.
이상과 같은 변형예에 있어서도, 연직 방향(Y축 방향), 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향(X축 방향 및 Z축 방향)에 대하여, 기준 바(430a)의 측정 대상 부위와 컬럼(410)의 측정 대상 부위(413a) 사이의 거리를 변위 센서(440a)에 의해 직접적으로 측정함으로써, 컬럼(410)의 열적 변위를 저비용으로 고정밀도로 측정할 수 있다. 이것에 의해, 컬럼(410)의 자세 변화를 저비용으로 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 되어, 당해 자세 변화에 기인하는 주축 선단의 변위를 보정하여 워크의 정확한 가공이 실현 가능한 공작 기계를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시 형태 및 전술한 변형예의 설명에 있어서는, 컬럼이 기초(51) 또는 베드(52) 위에 고정되어 있는 것으로서 설명하였지만, 컬럼이 기초(51) 또는 베드(52) 위를 이동하는 타입의 공작 기계여도 된다. 이 경우, 컬럼에 설치한 관통 구멍 내에 기준 바의 수평 방향으로의 변위를 규제하는 가이드 부재(예를 들어 베어링)를 설치하고, 주축 선단의 Y축 방향만의 변위를 평가하는 것이 가능하다.
공작 기계가 2개의 이동식 컬럼을 갖는 경우에는, 각 컬럼에 1조의 기준 바 및 변위 센서를 설치해도 되고, 복수 조의 기준 바 및 변위 센서를 설치해도 된다. 어떠한 경우에 있어서도, 본 실시 형태에 있어서 설명한 계산식에 기초하여 주축 선단의 변위를 평가하는 것이 가능하다. 또는, 변위 센서의 실측값과 시험에 의한 변위의 실측 데이터에 의한 다른 유사식에 기초하여 주축 선단의 변위를 평가해도 된다.
또한, 공작 기계가 단일의 이동식 컬럼을 갖는 경우에도, 당해 컬럼에 1조의 기준 바 및 변위 센서를 설치해도 되고, 복수 조의 기준 바 및 변위 센서를 설치해도 된다. 이들 경우에 있어서도, 본 실시 형태 및 전술한 변형예에 있어서 나타낸 계산식에 기초하여 주축 선단의 변위를 평가하는 것이 가능하다. 또는, 변위 센서의 실측값과 시험에 의한 변위의 실측 데이터에 의한 다른 유사식에 기초하여 주축 선단의 변위를 평가해도 된다.
다음으로, 도 11 내지 도 20을 참조하여 본 발명의 제2 실시 형태의 공작 기계에 대하여 설명하지만, 이것에 앞서, 도 11 및 도 12를 참조하여, 2개의 변위 센서(840a, 840b)에 기초하는 컬럼(810)의 변위(자세 변화)의 평가 원리를 설명한다. 도 11은, 본 실시 형태에 의한 컬럼(810)의 자세 변화의 평가 원리를 설명하기 위한 도면이며, 도 12는, 변형 상태의 도 11의 컬럼(810)을 원호 형상으로 근사하고 있는 도면이다.
컬럼(810)에는, 도 11에 도시한 바와 같이, 좌측 바로 앞 벽부의 좌우 양측에 연직 방향으로 연장되는 2개의 관통 구멍(812a, 812b)이 형성되어 있으며, 당해 관통 구멍(812a, 812b)의 각각에 기준 바(830a, 830b)가 삽입되어 있다. 또한, 컬럼(810)의 상부에는, 기준 바(830a, 830b)에 대응하여 2개소의 측정 대상 부위(813a, 813b)가 관련지어져 있다. 또한, 각각의 측정 대상 부위(813a, 813b)에는, 접촉식의 변위 센서(840a, 840b)가 설치되어 있으며, 기준 바(830a, 830b)의 측정 대상 부위와 컬럼(810)의 측정 대상 부위(813a, 813b) 사이의 연직 방향의 거리가 측정되도록 되어 있다.
그리고, 예를 들어 가공기의 정밀도 조정 시에, 미리 정해진 기준 조건하에서, 변위 센서(840a, 840b)에 의해, 기준 바(830a, 830b)의 상면의 측정 대상 부위와 컬럼(810)의 상면의 2개의 측정 대상 부위(813a, 813b) 사이의 연직 방향의 거리 a, b가 미리 측정된다. 측정된 거리 a, b는, 제어 장치(200) 내의 자세 변화 평가부(210)(도 19 참조)에 기준 거리 a, b로서 저장된다.
다음으로, 워크 W의 가공이 개시되기 전에, 변위 센서(840a, 840b)에 의해, 기준 바(830a, 830b)의 측정 대상 부위와 컬럼(810)의 2개소의 측정 대상 부위(813a, 813b) 사이의 연직 방향의 거리 a', b'가 측정된다.
그리고, 제어 장치(200) 내의 자세 변화 평가부(210)에 의해, 컬럼(410)의 각 측정 대상 부위(813a, 813b)에 있어서의 연직 방향의 변위[a'-a(=Δa), b'-b(=Δb)]가 평가된다. 자세 변화 평가부(210)는, 또한 Δa-Δb(=δ)를 평가한다.
이상의 평가 결과에 기초하여, 자세 변화 평가부(210)는, 예를 들어 다음과 같이 하여 컬럼(810)의 자세 변화를 평가한다. 즉, 이때의 컬럼(810)은, Z축의 부(負)의 측으로부터 정(正)의 측을 향해서(도 11의 우측 상단 방향으로부터) 보면, 도 12에 도시한 바와 같이, 내주 H, 외주 H+δ, 내경 R, 외경 R+B의 원호(중심각 θ)를 구성하는 것으로서 근사할 수 있다. 이때, Rθ=H, 및
(R+B)θ=H+δ
의 각 관계식이 성립한다. 이들 2가지 식을 θ에 대하여 풀면, θ는 δ를 파라미터로 한 함수로서 구할 수 있다. 즉,
(식 1)
θ=f(δ)
라는 관계가 얻어진다. 여기서, H는 컬럼(810)의 길이(높이)를 나타내고 있으며, B는 컬럼(810)의 폭을 나타내고 있다.
자세 변화 평가부(210)는, 평가된 δ(=Δa-Δb)를 상기 식 (1)에 대입함으로써, θ를 평가한다. 그리고, 당해 θ에 기초하여 컬럼(810)의 기울기를 직선에 근사함으로써, 당해 컬럼(810)의 X축 방향(도 11 참조)의 자세 변화를 평가한다.
계속해서, 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명한다.
도 13은, 본 발명의 제2 실시 형태의 공작 기계(600)의 개략 정면도이며, 도 14는, 도 13의 공작 기계(600)의 개략 평면도이다.
도 13에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 공작 기계(600)는, 가공기(100)와 당해 가공기(100)를 제어하는 제어 장치(200)를 갖고 있다.
본 실시 형태의 가공기(100)는, 예를 들어 수평 보링 머신이며, 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 수평 방향으로 연장되는 주축(보링 축)(22)을 지지하는 램(21)을 갖는 주축 헤드(20)와, 당해 주축 헤드(20)를 측면에 지지하는 각기둥 형상의 컬럼(10)을 갖고 있다. 본 실시 형태의 주축(22)은, 직경 180㎜의 원기둥 형상으로 되어 있으며, 전방(도 14에 있어서의 하방)의 단부에는, 원하는 가공 공구가 착탈 가능하게 장착되도록 되어 있다.
본 실시 형태에서는, 주축(22)을 지지하는 램(21)은, 1변이 대략 500㎜의 정사각형의 횡단면을 갖는 각기둥 형상으로 되어 있으며, 주축(22)을 주축 방향(도 14에 있어서의 상하 방향)으로 미끄럼 이동(조출) 가능하게 지지하고 있다. 당해 램(21) 자체도, 주축 헤드(20)에 형성된 1변이 대략 500㎜의 정사각형의 횡단면을 갖는 구멍부에 삽입되어 수평으로 지지되어 있으며, 주축 헤드(20)에 대하여 주축(22)의 축선 방향으로 미끄럼 이동(조출) 가능하게 되어 있다.
본 실시 형태에서는, 램(21)은 주축 헤드(20)에 대하여 최대 1,400㎜의 조출이 가능하다. 또한, 주축(보링 축)(22)은, 램(21)에 대하여 최대 1,200㎜의 조출이 가능하다. 즉, 주축(22)의 선단에 설치된 가공 공구는, 가공기(100)에 대하여 최대 2,600㎜인 길이에 걸쳐서 주축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.
또한, 본 실시 형태의 컬럼(10)은, 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 받침대(14)를 개재해서 베드(52) 위에 지지되어 있으며, 당해 받침대(14)에 설치된 기지의 구동 기구에 의해, 베드(52) 위를 좌우 방향(도 13 및 도 14에 있어서의 좌우 방향)으로 이동 가능하게 되어 있다.
도 15는, 도 13의 우측 방향에서 본, 주축 헤드(20) 및 컬럼(10)의 개략 측면도이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 주축 헤드(20)는 주축(22)의 축선을 수평하게 유지한 상태에서 컬럼(10)의 측면에 위치하고 있다. 본 실시 형태의 컬럼(10)은 금속제이며, 1변이 1,600㎜의 대략 정사각 형상의 횡단면을 갖는 높이 6,650㎜의 각기둥 형상으로 되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 주축 헤드(20)는, 기지의 구동 기구, 예를 들어 볼 나사(16) 및 당해 볼 나사(16)를 구동하는 서보 모터(17)에 의해 상하 방향(도 13에 있어서의 상하 방향)으로 이동 가능하게 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 당해 구동 기구에 의한 주축 헤드(20)의 상하 방향으로의 이동을 지원하기 위해, 당해 주축 헤드(20)는, 컬럼(10) 내에 배치된 밸런스 웨이트에 일단부가 연결되어 있으며 가공기(100)의 상부에 설치된 도르래를 개재해서 수직 하향하고 있는, 와이어(15)의 타단부에 연결되어, 현수되어 있다. 또한, 주축 헤드(20)에는, 컬럼(10)에 면하는 영역에 피 가이드부(홈부)가 설치되어 있으며, 당해 피 가이드부는, 당해 주축 헤드(20)가 와이어(15)에 의해 현수된 상태에서, 컬럼(10)의 일측면에 일체적으로 설치된 가이드부(레일)(11)(도 16 참조)에 걸림 결합되어 있다.
도 16은, 도 13의 공작 기계(600)에 사용되고 있는 컬럼(10)의 개략 사시도이며, 도 17은, 본 발명의 제2 실시 형태의 기준 바(30)의 개략 측면도이다. 도 16에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 컬럼(10)에는, 연직 방향으로 연장되는 직경이 64㎜의 제1 내지 제4 관통 구멍(12a, 12b, 12c, 12d)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 내지 제4 관통 구멍(12a, 12b, 12c, 12d)은, 컬럼(10)의 코너부(횡단면에 있어서의 직사각형의 정점)의 근방에 설치되어 있다.
또한, 도 16에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 제1 내지 제4 관통 구멍(12a, 12b, 12c, 12d)에는, 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d)가 삽입되어 있다. 본 실시 형태의 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d)는, 도 17에 도시한 바와 같이, 하단부에 수나사부(31)가 형성된 직경 30㎜의 원기둥 형상으로 되어 있으며, 당해 수나사부(31)가 컬럼(10)의 받침대(14)에 설치된 암나사부에 나사 장착되도록 되어 있다. 또한, 이 상태에서, 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d)는, 컬럼(10)의 제1 내지 제4 관통 구멍(12a, 12b, 12c, 12d)에 설치된 원환상의 미끄럼 베어링에 삽입 관통되어 지지되어 있으며, 컬럼(10)의 연직 방향으로의 신축과 간섭하지 않도록 배치되어 있다.
또한, 본 실시 형태의 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d)는, 컬럼(10)의 연직 방향의 선팽창 계수보다도 작은 선팽창 계수를 갖고 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d)의 30℃ 내지 100℃에서의 연직 방향의 선팽창 계수는, 0.29×10-6/℃이다.
도 18은, 도 13의 컬럼(10)의 상부의 상세를 나타내는 부분적인 개략 사시도이다. 도 18에 도시한 바와 같이, 컬럼(10)의 상부의 제1 내지 제4 측정 대상 부위(13a, 13b, 13c, 13d)에는 접촉식의 제1 내지 제4 변위 센서(40a, 40b, 40c, 40d)가 설치되어 있으며, 당해 제1 내지 제4 측정 대상 부위(13a, 13b, 13c, 13d)와 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d)의 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리가 측정되도록 되어 있다. 도 18에서는, 변위 센서(40a, 40b, 40c, 40d)가, 확대되어 도시되어 있다.
또한, 도 19는, 본 발명의 제3 실시 형태의 제어 장치(200)의 개략적인 블록도이다. 본 실시 형태에서는, 변위 센서(40a, 40b, 40c, 40d)의 출력 신호는, 제어 장치(200)에 송신되도록 되어 있다. 당해 제어 장치(200)는, 도 19에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제4 변위 센서(40a, 40b, 40c, 40d)에 의한 측정 결과에 기초하여 컬럼(10)의 자세 변화를 평가하는 자세 변화 평가부(210)와, 자세 변화 평가부(210)의 평가 결과에 기초하여 주축(22)의 선단 변위를 보정하기 위한 데이터를 생성하는 보정 데이터 생성부(220)를 갖고 있다. 보정 데이터 생성부(220)는, 주축(22)의 선단 위치를 제어하는 제어부(23)에 접속되어 있으며, 생성된 보정 데이터가 당해 제어부(23)를 향해서 출력되도록 되어 있다.
다음으로, 본 실시 형태의 공작 기계(600)의 작용에 대하여 설명한다.
우선, 주축(22)의 선단에, 원하는 가공 공구(밀링 커터 등)가 장착된다.
다음으로, 유저에 의해, 가공 대상의 워크 W가 소정의 위치에 설치됨과 함께, 제어 장치(200)에 원하는 가공 데이터가 입력된다. 가공기(100)는, 당해 가공 데이터에 기초하여 제어된다. 이어서, 상기 가공 데이터에 기초하여, 주축 헤드(20)가 볼 나사(16)를 개재해서 연직 방향으로 원하는 위치로 이동된다. 그리고, 주축(22)을 지지하는 램(21)이, 워크 W를 향해서 수평 방향으로 조출된다.
그 후, 주축 헤드(20) 내의 주축 구동 기구에 의해 주축(22)의 회전이 개시되고, 가공 공구의 선단을 향해서 절삭액의 공급이 개시되고, 워크 W의 가공이 개시된다.
본 실시 형태에서는, 워크 W의 가공이 개시되기 전에, 제1 내지 제4 변위 센서(40a, 40b, 40c, 40d)에 의해, 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d)의 상면의 측정 대상 부위와 컬럼(10)의 상면의 제1 내지 제4 측정 대상 부위(13a, 13b, 13c, 13d) 사이의 연직 방향의 거리가 측정된다.
다음으로, 측정된 각 거리는, 자세 변화 평가부(210)에 의해, 당해 자세 변화 평가부(210)에 저장되어 있는 제1 내지 제4 측정 대상 부위(13a, 13b, 13c, 13d)의 각 기준 거리와 비교되고, 전술한 측정 원리에 따라서, 컬럼(10)의 자세 변화가 평가된다. 또한, 각 기준 거리는, 전술한 바와 같이, 예를 들어 가공기의 정밀도 조정 시에, 미리 정해진 기준 조건하에서 측정되고, 자세 변화 평가부(210)에 미리 저장되어 있다.
본 실시 형태에서는, 4개소의 측정 결과에 기초하여, Z축 방향(주축 방향) 및 X축 방향(수평면 내에 있어서의 Z축에 수직인 방향)의 2방향에 대하여, 컬럼(10)의 기울기를 평가할 수 있다. 즉, 자세 변화 평가부(210)에 의해, 컬럼(10)의 제1 내지 제4 측정 대상 부위(13a, 13b, 13c, 13d)에 있어서의 연직 방향으로의 변위[a'-a(=Δa), b'-b(=Δb), c'-c(=Δc), d'-d(=Δd)]가 평가된다. 그리고, 자세 변화 평가부(210)는, 예를 들어 2개의 변위의 평균값끼리의 차
(Δc+Δb)/2-(Δd+Δa)/2(=δx), 및
(Δc+Δd)/2-(Δb+Δa)/2(=δz)
를 평가한다. 그리고, δx 및 δz를 각각 상기 식 (1)의 δ에 대입함으로써, X축 방향 및 Z축 방향 각각에 대하여 θ를 평가한다. 그리고, 자세 변화 평가부(210)는, 당해 θ에 기초하여 컬럼(10)의 기울기를 직선에 근사함으로써, 당해 컬럼(10)의 X축 방향 및 Z축 방향의 자세 변화를 평가한다.
자세 변화 평가부(210)에 의한 평가 결과는, 보정 데이터 생성부(220)에 송신되고, 당해 보정 데이터 생성부(220)에 의해, 주축(22)의 선단 변위를 보정하기 위한 보정 데이터가 생성된다. 보정 데이터의 생성 자체에 대해서는, 공지된 각종 알고리즘이 원용될 수 있다.
당해 보정 데이터는, 주축(22)의 선단 위치를 제어(보정)하는 제어부(23)에 송신된다.
그리고, 당해 제어부(23)는, 송신된 보정 데이터에 따라서 주축(22)의 선단 위치를 제어(보정)한다. 제어부(23)에 의한 제어의 구체적 내용에 대해서는, 공지된 각종 알고리즘이 원용될 수 있다.
이상과 같은 본 실시 형태에 의하면, 컬럼(10)과 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d) 사이의 연직 방향의 선팽창 계수의 상이에 기초하여, 컬럼(10)의 제1 내지 제4 측정 대상 부위(13a, 13b, 13c, 13d)와 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d)의 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 제1 내지 제4 변위 센서(40a, 40b, 40c, 40d)에 의해 직접적으로 측정함으로써, 컬럼(10)의 열적 변위를 저비용으로 고정밀도로 측정할 수 있다. 이것에 의해 컬럼(10)의 자세 변화를 저비용으로 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 되어, 당해 자세 변화에 기인하는 주축(22)의 선단 변위를 보정하여 워크 W의 정확한 가공을 실현 가능한 공작 기계(600)를 제공하는 것이 가능하게 된다.
특히, 본 실시 형태에 의하면, 컬럼(10)과 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d) 사이의 연직 방향의 선팽창 계수의 상이에 기초하여, 컬럼(10)의 제1 내지 제4 측정 대상 부위(13a, 13b, 13c, 13d)와 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d)의 각 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 제1 내지 제4 변위 센서(40a, 40b, 40c, 40d)에 의해 직접적으로 측정함으로써, 컬럼(10)의 열적 변위를 저비용으로 보다 한층 고정밀도로 측정할 수 있다. 이것에 의해, 컬럼(10)의 자세 변화를 저비용으로 보다 한층 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 되어, 당해 자세 변화에 기인하는 주축(22) 선단의 변위를 보정하여 워크 W의 정확한 가공을 실현 가능한 공작 기계(600)를 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 제1 내지 제4 변위 센서(40a, 40b, 40c, 40d)는, 워크 W의 가공이 개시되기 전에, 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d)의 측정 대상 부위와 컬럼(10)의 제1 내지 제4 측정 대상 부위(13a, 13b, 13c, 13d) 사이의 연직 방향의 거리를 측정하게 되어 있으며, 자세 변화 평가부(210)는, 측정된 각 거리를 당해 자세 변화 평가부(210)에 저장되어 있는 제1 내지 제4 측정 대상 부위(13a, 13b, 13c, 13d)의 각 기준 거리와 비교함으로써, 컬럼(10)의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다.
또한, 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d)는, 30℃ 내지 100℃에서의 연직 방향의 선팽창 계수가 0.29×10-6/℃이다. 이로 인해, 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d)에는 연직 방향의 열적 변위가 거의 발생하지 않기 때문에, 당해 각 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d)의 측정 대상 부위와 컬럼(10)의 제1 내지 제4 측정 대상 부위(13a, 13b, 13c, 30d) 사이의 연직 방향의 거리를 당해 컬럼(10)의 제1 내지 제4 측정 대상 부위(13a, 13b, 13c, 13d)의 연직 방향의 열적 변위로서 취급할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 컬럼(10)에는, 연직 방향으로 연장되는 제1 내지 제4 관통 구멍(12a, 12b, 12c, 12d)이 형성되어 있으며, 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d)는, 제1 내지 제4 관통 구멍(12a, 12b, 12c, 12d)에 설치된 미끄럼 베어링에 의해 지지되어 있다. 이로 인해, 컬럼(10)의 연직 방향에 있어서의 신축과 간섭하지 않는 형태로, 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d)를 배치할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 측정 수단으로서, 컬럼(10)의 제1 내지 제4 측정 대상 부위(13a, 13b, 13c, 13d)에 지지된 4개의 접촉식의 변위 센서(40a, 40b, 40c, 40d)가 채용되어 있다. 이로 인해, 제1 내지 제4 기준 바(30a, 30b, 30c, 30d)의 측정 대상 부위와 컬럼(10)의 제1 내지 제4 측정 대상 부위(13a, 13b, 13c, 13d) 사이의 연직 방향의 거리를 용이하게 고정밀도로 측정할 수 있다.
다음으로, 도 20을 이용하여, 본 발명의 제3 실시 형태를 설명한다. 도 20은, 본 발명의 제3 실시 형태의 공작 기계(700)에 있어서의 컬럼(510)의 상부의 상세를 나타내는 부분적인 개략 사시도이다. 본 실시 형태에서는, 도 20에 도시한 바와 같이, 컬럼(510)에 3개의 코너부에 연직 방향으로 연장되는 제1 내지 제3 관통 구멍(512a, 512b, 512c)이 형성되어 있으며, 각 관통 구멍(512a, 512b, 512c)에는, 제1 내지 제3 기준 바(530a, 530b, 530c)가 삽입되어 있다. 또한, 컬럼(510)의 상부에는, 제1 내지 제3 기준 바(530a, 530b, 530c)에 대응하여 제1 내지 제3 측정 대상 부위(513a, 513b, 513c)가 관련지어져 있다.
본 실시 형태에 있어서도, 각 측정 대상 부위(513a, 513b, 513c)에는, 제2 실시 형태와 마찬가지의 접촉식의 제1 내지 제3 변위 센서(540a, 540b, 540c)가 설치되어 있으며, 각 기준 바(530a, 530b, 530c)의 측정 대상 부위와 컬럼(510)의 각 측정 대상 부위(513a, 513b, 513c) 사이의 연직 방향의 거리가 각각 측정되도록 되어 있다. 그 밖의 구성에 대해서는, 제2 실시 형태와 마찬가지이다.
본 실시 형태에서도, 전술한 측정 원리에 따라서, X축 방향 및 Z축 방향의 2방향에 대하여, 컬럼(510)의 기울기가 평가된다. 즉, 자세 변화 평가부(210)에 의해, 컬럼(510)의 각 측정 대상 부위(513a, 513b, 513c)에 있어서의 연직 방향으로의 변위[a'-a(=Δa), b'-b(=Δb), c'-c(=Δc)]가 평가된다. 그리고, 자세 변화 평가부(210)는, 예를 들어
Δb-(Δa+Δc)/2(=δx), 및
Δc-Δa(=δz)
를 평가한다. 그리고, δx 및 δz를 각각 상기 식 (1)의 δ에 대입함으로써, X축 방향 및 Z축 방향 각각에 대하여 θ를 평가한다. 그리고, 자세 변화 평가부(210)는, 당해 θ에 기초하여 컬럼(510)의 기울기를 직선에 근사함으로써, 당해 컬럼(510)의 X축 방향 및 Z축 방향의 자세 변화를 평가한다.
또한, 공작 기계의 설치 장소의 환경에 따라서, 컬럼(510)의 자세 변화의 평가 정밀도가 가장 높아지는 δx 및 δz의 식의 세트, 예를 들어
Δb-(Δa+Δc)/2(=δx), 및
Δc-(Δb+Δa)/2(=δz')
등을 실측값으로부터 특정하고, 당해 식의 세트를 채용하는 것도 가능하다.
그리고, 자세 변화 평가부(210)에 의한 평가 결과는, 보정 데이터 생성부(220)에 송신되고, 제2 실시 형태와 마찬가지로 주축 선단의 변위의 보정이 실행된다.
또한, 도 20에 있어서는, 관통 구멍(512a, 512b, 512c)은, 컬럼(510)의 3개의 코너부의 근방에 설치되어 있지만, 이것으로 한정되지 않는다. 제1 내지 제3 관통 구멍(512a, 512b, 512c) 중 적어도 하나가, 인접하는 2개의 코너부 간의 중점에 배치되어 있어도 된다[예를 들어, 제1 내지 제3 관통 구멍(512a, 512b, 512c) 중 2개는 컬럼(510)의 2개의 인접하는 코너부의 근방에 설치되고, 관통 구멍(512a, 512b, 512c) 중 나머지 1개가 나머지 2개의 코너부의 중점에 배치되어 있어도 됨].
본 실시 형태에 의하면, 컬럼(510)과 제1 내지 제3 기준 바(530a, 530b, 530c) 사이의 연직 방향의 선팽창 계수의 상이에 기초하여, 컬럼(510)의 제1 내지 제3 측정 대상 부위(513a, 513b, 513c)와 각 기준 바(530a, 530b, 530c)의 측정 대상 부위 사이의 각각의 연직 방향의 거리가, 제1 내지 제3 변위 센서(540a, 540b, 540c)에 의해 직접적으로 측정된다. 이에 의해, 컬럼(510)의 열적 변위를 저비용으로 보다 한층 고정밀도로 측정할 수 있다. 이것에 의해, 컬럼(510)의 자세 변화를 저비용으로 보다 한층 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 되어, 당해 자세 변화에 기인하는 주축 선단의 변위를 보정하여 워크 W의 정확한 가공을 실현 가능한 공작 기계를 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 제2 및 제3 실시 형태에 있어서, 기준 바(30, 530)는, 단일의 부재에 의해 형성되어 있을 필요는 없으며, 예를 들어 복수의 기준 바 요소가 연결되어 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 각 기준 바 요소의 하단부에는 걸림 결합부(예를 들어 수나사부)가 형성되어 있으며, 상단부에는 당해 걸림 결합부와 걸림 결합하는 피결합부(예를 들어 암나사부)가 형성되어 있다.
또한, 변위 센서(40, 540)는, 접촉식으로 한정되지 않고, 비접촉식(예를 들어 광학식)이어도 된다. 이 경우에도, 기준 바(30, 530)의 측정 대상 부위와 컬럼(10, 510)의 측정 대상 부위(13, 513) 사이의 연직 방향의 거리를 용이하게 고정밀도로 측정할 수 있다.
또한, 각 실시 형태에 있어서, 변위 센서(40, 540)는, 컬럼(10, 510)의 측정 대상 부위(13, 513)에 설치되어 있지만, 이와는 반대로, 기준 바(30, 530)의 측정 대상 부위에 설치되어 있어도 된다.
또한, 각 실시 형태에서는, 기준 바(30, 530)는 원기둥 형상의 부재이지만, 다른 형상, 예를 들어 각기둥 형상이나 다각기둥 형상이어도 된다. 또한, 그 재질도 저열 팽창재로 한정되지 않고, 막대 형상으로 가공할 수 있는 재료라면 다른 재질이어도 된다.
이 경우에도, 컬럼(10, 510)의 각 측정 대상 부위(13, 513)와, 기준 바(30, 530) 사이의 거리가 측정됨으로써, 컬럼(10, 510)의 자세 변화를 평가하는 것이 가능하다.
또는, 변위 센서(40, 540)에 의해 기준 바(30, 530)의 측정 대상 부위와 컬럼(10, 510)의 측정 대상 부위(13, 513) 사이의 연직 방향의 거리가 순차적으로 측정되도록 되어 있으며, 자세 변화 평가부에 의해 당해 연직 방향의 거리끼리가 순차적으로 비교됨으로써, 컬럼(10, 510)의 자세 변화가 순차적으로 평가되도록 되어 있어도 된다. 이 경우, 컬럼(10, 510)의 자세 변화에 기인하는 주축 선단의 변위를 보다 원활하게 보정할 수 있다.
또한, 이상의 설명에 있어서는, 기준 바에 대응하여 컬럼의 상부에 관련지어진 측정 대상 부위가 2개소, 3개소 및 4개소인 경우에 대하여 예시되었지만, 당해 측정 대상 부위는 5개소 이상이어도 된다. 즉, 예를 들어 기준 바의 측정 대상 부위에 대하여 컬럼의 상면에 있어서 소정의 거리를 이격한 5개소의 측정 대상 부위가 관련지어져 있으며, 측정 수단이, 기준 바의 측정 대상 부위와 컬럼의 5개소의 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정하게 되어 있으며, 자세 변화 평가부가, 측정 수단에 의한 5개의 연직 방향의 거리의 측정 결과에 기초하여 컬럼의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다는 공작 기계여도 된다. 이 경우도, 전술한 각 실시 형태와 마찬가지로, 주축 선단의 변위의 보정이 바람직하게 실행될 수 있다.
다음으로, 도 21 내지 도 27을 참조하여, 본 발명의 제4 실시 형태를 상세히 설명한다.
도 21은, 본 발명의 제4 실시 형태의 공작 기계(1300)의 개략 사시도이다. 도 21에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 공작 기계(1300)는, 가공기(1100)와 당해 가공기(1100)를 제어하는 제어 장치(1200)를 갖고 있다.
본 실시 형태의 가공기(1100)는, 문형의 머시닝 센터이며, 도 21에 도시한 바와 같이, 기초(1051)와, 연직 방향으로 직립하도록 소정의 간격을 두고 당해 기초(1051) 위에 고정된 각기둥 형상의 제1 컬럼(1010) 및 제2 컬럼(1011)과, 제1 컬럼(1010) 및 제2 컬럼(1011)에 적절한 지지 기구에 의해 지지되고, 수평 방향으로 연장되어 있는 크로스 레일(1014)과, 크로스 레일(1014)에 지지되고, 공구 설치를 위한 연직 주축을 지지하고 있는 주축 헤드(1020)를 갖고 있다. 본 실시 형태의 제1 컬럼(1010)과 제2 컬럼(1011)은, 크로스 레일(1014)과 평행한 브레이스(1019)에 의해 상부가 연결되어 있다. 또한, 연직 주축이란, 회전 중심축이 연직으로 되어 있는 주축을 의미한다.
도 21에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 공작 기계(1300)는, 기초(1051)와 기초(1051) 위에 레벨링 블럭(1053)을 개재해서 고정된 베드(1052)를 갖고 있다. 이들 기초(1051) 및 베드(1052)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 예를 들어 다음과 같이 하여 설치된다. 즉, 본 실시 형태의 공작 기계(1300)가 설치되는 장소의 바닥면에 1차 구멍을 형성하고, 이 1차 구멍에, 목재 등으로 2차 구멍이 확보되도록 한 상태에서 콘크리트를 유입하고, 기초(1051)가 부설된다. 그리고, 베드(1052)에 기초 볼트 및 레벨링 블럭(1053)이 장착되고, 이 상태에서, 상기 2차 구멍에 기초 볼트가 들어가도록 베드(1052)를 복수의 지점에서 지지하여, 잭(가중심 지그) 등으로 베드(1052)를 기초(1051) 위에 임시 적치한다. 그리고, 베드(1052)의 수평을 가조정한 후, 상기 2차 구멍에 콘크리트(및 경화제)를 유입하고, 기초 시공이 완료된다. 2차 구멍의 콘크리트가 경화된 후, 잭 등을 제거하고, 레벨링 블럭(1053)을 조정함으로써, 구조물[베드(1052) 및 각 컬럼(1010, 1011)]의 수평을 확보한다. 이상으로부터 명백해진 바와 같이, 본 실시 형태의 베드(1052)는, 레벨링 블럭(1053)을 조정함으로써, 기초(1051)에 대한 기울기가 조정(수정)될 수 있다.
도 21에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 크로스 레일(1014)에는, 제1 컬럼(1010) 및 제2 컬럼(1011)에 면하는 영역에 피 가이드부(홈부)가 설치되어 있으며, 당해 피 가이드부는, 컬럼(1010)의 일측면에 일체적으로 설치된 가이드부(레일)(1017, 1018)에 걸림 결합되어 있다. 이 가이드부(1017, 1018)는, 공지된 미끄럼 가이드 혹은 동압 가이드여도 된다. 또한, 본 실시 형태의 크로스 레일(1014)은, 공지된 구동 기구에 의해 가이드부(1017, 1018)를 따라 연직 방향(도 21에 있어서의 Z축 방향)으로 구동되도록 되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 크로스 레일(1014)에는, 연직 방향으로 관통 구멍이 형성된 새들(1015)과, 새들(1015)의 관통 구멍 내에 지지되고, 당해 관통 구멍 내를 연직 방향으로 미끄럼 이동 가능한 각기둥 형상의 램(1016)이 설치되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도시되어 있지 않지만, 주축의 선단부에 원하는 가공 공구가 착탈 가능하게 장착되도록 되어 있다. 본 실시 형태의 주축은, 주축 헤드(1020) 내에 설치된 공지된 주축 구동 기구에 의해 축선 주위에 예를 들어 5 내지 10000min-1에서의 회전이 가능함과 함께, 새들(1015) 내에 설치된 구동 기구에 의해 램(1016)이 이동(미끄럼 이동)됨으로써, 연직 방향으로 예를 들어 최대 900㎜의 조출이 가능하다.
또한, 워크가 적재되는 이동식의 테이블(1060)이 베드(1052) 위에 설치되어 있다. 이 테이블(1060)은, 적절한 구동 기구에 의해, 수평면 내에서 베드(1052)의 길이 방향(도 21에 있어서의 X축 방향)으로 이동 가능하게 되어 있으며, 이 이동에 의해 워크에 대한 주축의 X축 방향의 위치 결정이 행해지도록 되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 주축 헤드(1020)를 지지하는 크로스 레일(1014)이, 컬럼(1010)을 따라 연직 방향으로 이동 가능하게 되어 있으며, 이 이동에 의해 워크에 대한 주축의 Z축 방향의 위치 결정이 이루어지게 되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 새들(1015)은, 크로스 레일(1014)의 길이 방향(도 21에 있어서의 Y축 방향)을 따라서, 적당한 구동 기구에 의해 당해 크로스 레일(1014) 위를 이동 가능하게 되어 있으며, 이 이동에 의해, 워크에 대한 주축의 Y축 방향의 위치 결정이 이루어지게 되어 있다.
도 22는, 도 21의 공작 기계(1300)의 상부 및 제1 컬럼(1010)의 내부의 상세를 나타내는 부분적인 개략 사시도이며, 도 23은, 도 21의 공작 기계(1300)에 사용되고 있는 기준 바(1030)의 개략 측면도이다. 도 22에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 제1 컬럼(1010)에는, 연직 방향으로 제1 관통 구멍(1012a)이 형성되어 있으며, 제2 컬럼(1011)에는, 연직 방향으로 제2 관통 구멍(1012b)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 각 관통 구멍(1012a, 1012b)은, 각 컬럼(1010, 1011)의 크로스 레일(1014)에 면하는 측면의 근방에 주축(1020)의 축선 방향(도 22에 있어서의 Z축 방향)에 대하여, 직교하는 방향(도 22에 있어서의 X축 방향)에 등거리로 설치되어 있다.
또한, 도 22에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 각 관통 구멍(1012a, 1012b)에는, 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)가 각각 삽입되어 있다. 본 실시 형태의 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)는, 도 23에 도시한 바와 같이, 하단부에 수나사부(1031)가 형성된 원기둥 형상으로 되어 있으며, 당해 수나사부(1031)가 각 컬럼(1010, 1011)의 하부에 설치된 암나사부에 나사 장착되도록 되어 있다. 본 실시 형태의 각 컬럼(1010, 1011)은, 가이드부(1017, 1018)를 개재해서 크로스 레일(1014)이 연직으로 이동하도록 기초(1051)에 고정된 레벨링 블럭(1053)이 조정된 상태에서, 당해 레벨링 블록(1053) 위에 고정적으로 지지되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)는, 공작 기계(1300)의 통상 사용에 있어서 제1 및 제2 관통 구멍(1012a, 1012b)의 내주면과 간섭하는 일이 없도록, 기초(1051)에 고정된 레벨링 블럭(1053) 위에 지지된 각 컬럼(1010, 1011)의 하부에 나사 장착되어 있다. 또한, 다른 실시 형태에 있어서는, 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)는, 수평이 확보된 블록 등을 개재하여 기초(1051)에 독립하여 고정되어도 된다.
또한, 본 실시 형태의 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)는, 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 선팽창 계수보다도 작은 선팽창 계수를 갖고 있으며, 30℃ 내지 100℃에서의 선팽창 계수가 0.29×10-6/℃이다.
도 22로 되돌아가서, 본 실시 형태의 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 상부에는, 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b)가 각각 설치되어 있다. 이들 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b)에는, 접촉식의 제1 및 제2 변위 센서(1040a, 1040b)가 설치되어 있다. 본 실시 형태의 제1 변위 센서(1040a)는, 연직 방향(도 22에 있어서의 Z축 방향)의 변위 내지 거리를 검출하는 제1 Z축 변위 센서(1041a)와, 수평면 내의 서로 직교하는 2방향(도 22에 있어서의 X축 방향 및 Y축 방향)의 변위 내지 거리를 검출하는 제1 X축 변위 센서(1042a) 및 제1 Y축 변위 센서(1043a)를 갖고 있다. 마찬가지로, 본 실시 형태의 제2 변위 센서(1040b)는, Z축 방향의 변위 내지 거리를 검출하는 제2 Z축 변위 센서(1041b)와, 수평면 내의 서로 직교하는 2방향의 변위 내지 거리를 검출하는 제2 X축 변위 센서(1042b) 및 제2 Y축 변위 센서(1043b)를 갖고 있다. 이 제1 및 제2 변위 센서(1040a, 1040b)에 의해, 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b)와 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)의 각 측정 대상 부위 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 변위 내지 거리가 측정되도록 되어 있다. 본 실시 형태의 제1 및 제2 변위 센서(1040a, 1040b)에는, 접촉식의 디지털 센서가 채용되어 있다. 또한, 도 22에서는, 제1 및 제2 변위 센서(1040a, 1040b)가 확대되어 도시되어 있다.
또한, 도 24는, 도 21의 공작 기계(1300)에 사용되고 있는 제어 장치(1200)의 개략적인 블록도이다. 도 24에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 제1 및 제2 변위 센서(1040a, 1040b)의 출력 신호는, 제어 장치(1200)에 송신되도록 되어 있다. 당해 제어 장치(1200)는, 도 24에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 변위 센서(1040a, 1040b)에 의한 측정 결과에 기초하여 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 자세 변화를 평가하는 자세 변화 평가부(1210)와, 자세 변화 평가부(1210)의 평가 결과에 기초하여 주축 선단의 변위(위치 어긋남)를 보정하기 위한 데이터를 생성하는 보정 데이터 생성부(1220)를 갖고 있다. 보정 데이터 생성부(1220)는, 주축 선단의 위치를 제어하는 제어부(1023)에 접속되어 있으며, 생성된 보정 데이터가 당해 제어부(1023)를 향해서 출력되도록 되어 있다.
본 실시 형태에서는, 예를 들어 가공기(1100)의 정밀도 조정 시에, 미리 정해진 기준 조건하에서, 제1 및 제2 변위 센서(1040a, 1040b)에 의해, 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)의 상부의 측정 대상 부위와 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 상면의 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b) 사이의 연직 방향(도 22에 있어서의 Z축 방향) 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향(도 22에 있어서의 X축 방향 및 Y축 방향)의 거리가 측정되도록 되어 있다. 구체적으로는, 제1 및 제2 X축 변위 센서(1042a, 1042b)에 의해, 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)의 상부의 측정 대상 부위와 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 상면의 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b) 사이의 X축 방향의 거리 ax, bx가 측정되고, 주축[새들(1015)/크로스 레일(1014)]의 전측 쓰러짐, 후측 쓰러짐 및 비틀림이 확인되도록 되어 있다. 제1 및 제2 Y축 변위 센서(1041a, 1041b)에 의해, 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)의 상부의 측정 대상 부위와 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 상면의 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b) 사이의 Y축 방향의 거리 ay, by가 측정되고, 주축[새들(1015)/크로스 레일(1014)]의 좌측 쓰러짐 및 우측 쓰러짐이 확인되도록 되어 있다. 제1 및 제2 Z축 변위 센서(1043a, 1043b)에 의해, 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)의 상부의 측정 대상 부위와 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 상면의 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b) 사이의 Z축 방향의 거리 az, bz가 측정되고, 주축[새들(1015)/크로스 레일(1014)]의 신축 방향에 직접 영향을 미치는 컬럼의 신축이 확인되도록 되어 있다. 측정된 각 거리 ax, ay, az 및 bx, by, bz는, 제어 장치(1200) 내의 자세 변화 평가부(1210)에 기준 거리로서 저장되고, 전술한 구체적인 변위와 그에 대한 보정값이 연산되도록 되어 있다.
다음으로, 본 실시 형태의 공작 기계(1300)의 작용에 대하여 설명한다.
우선, 주축 선단에, 원하는 가공 공구(밀링 커터 등)가 장착된다. 이어서, 유저에 의해, 가공 대상의 워크가 테이블(1060) 위에 설치됨과 함께, 제어 장치(1200)에 원하는 가공 데이터가 입력된다. 가공기(1100)는, 당해 가공 데이터에 기초하여 제어된다. 이어서, 상기 가공 데이터에 기초하여, 워크가 적재된 테이블(1060)이 베드(1052)의 길이 방향(도 21에 있어서의 X축 방향)으로 이동되어 X축 방향의 위치 결정이 행해지고, 주축 헤드(1020)를 램(1016)을 개재해서 지지하고 있는 새들(1015)이 크로스 레일(1014)의 길이 방향으로 이동되어 Y축 방향의 위치 결정이 행해지고, 또한 새들(1015)에 대하여 램(1016)이 연직 방향(도 21에 있어서의 Z축 방향)으로 조출되어 Z축 방향의 위치 결정이 행해진다.
그 후, 주축 헤드(1020) 내의 주축 구동 기구에 의해 주축의 회전이 개시되고, 가공 공구의 선단을 향해서 절삭액의 공급이 개시되고, 워크의 가공이 개시된다.
본 실시 형태에서는, 워크의 가공이 개시되기 전에, 제1 변위 센서(1040a)에 의해, 제1 기준 바(1030a)의 측정 대상 부위와 제1 컬럼(1010)의 제1 측정 대상 부위(1013a) 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 거리 ax', ay', az'가, 제2 변위 센서(1040b)에 의해, 제2 기준 바(1030b)의 측정 대상 부위와 제2 컬럼(1011)의 제2 측정 대상 부위(1013b) 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 거리 bx', by', bz'가, 각각 측정된다. 그리고, 제어 장치(1200) 내의 자세 변화 평가부(1210)에 의해, 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b)에 대하여, X, Y, Z의 각 축방향의 기준 거리에 대한 변위가 평가된다. 즉, 제1 측정 대상 부위(1013a)에 있어서의 X, Y, Z의 각 축방향의 기준 거리에 대한 변위는, 각각, ax'-ax(=Δax), ay'-ay(=Δay), az'-az(=Δaz)이며, 제2 측정 대상 부위(1013b)에 있어서의 X, Y, Z의 각 축방향의 기준 거리에 대한 변위는, 각각, bx'-bx(=Δbx), by'-by(=Δby), bz'-bz(=Δbz)이다.
그리고, 자세 변화 평가부(1210)는, 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 변형에 기인하는 주축 헤드(1020)의 자세 변화에 의한 주축 선단이 원치 않는 변위 δ를 X, Y, Z의 각 축방향에 대하여 평가한다. 구체적으로는, 제1 컬럼(1010)의 제1 측정 대상 부위(1013a)와 제2 컬럼(1011)의 제2 측정 대상 부위(1013b)를 연결하는 직선의, 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 자세 변화를 고려하지 않는 경우와 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 자세 변화를 고려하는 경우 사이의 기울기 변화에 기초하여, 변위 δ를 X, Y, Z의 각 축방향에 대하여 평가한다.
이 평가에 관하여, 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)이 변형될 때의, 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b)와 주축 선단의 변위를 설명하기 위한 도면이, 도 25에 도시되어 있다. 우선, X축 방향에 있어서의 주축 헤드(1020)의 자세 변화에 대하여 검토한다. 도 25에 도시한 바와 같이, 제2 측정 대상 부위(1013b)의 Y 좌표를 Yb, 제1 측정 대상 부위(1013a)의 Y 좌표를 Ya, 제1 측정 대상 부위(1013a)로부터 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 자세 변화를 고려하지 않는 경우의 명목상의 주축 선단 P의 Y 좌표 Yp까지의 직선 거리를 l, 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 자세 변화를 고려하지 않는 경우의 제1 컬럼(1010)의 제1 측정 대상 부위(1013a)와 제2 컬럼(1011)의 제2 측정 대상 부위(1013b) 사이의 거리를 L, 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 자세 변화를 고려한 경우의 당해 직선의 XY 평면 내에 있어서의 기울기를 mx, 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 자세 변화를 고려한 경우의 실제의 주축 선단과 명목상의 주축 선단 P 사이의 거리(변위)를 δ라 하면, 이 변위 δ의 X축 방향의 성분 δx는, 도 25에 있어서의 QQ' 간의 직선 거리와 동등하며, 다음 식으로 표현된다.
<수학식 8>
δx=Δax+mxl[단, mx=(Δbx-Δax)/L]
이상의 검토 결과는, Z축 방향에 있어서의 주축 헤드(1020)의 자세 변화를 평가하는 경우에 대해서도 마찬가지이다. 즉, 변위 δ의 Z축 방향의 성분 δz는, 다음 식으로 표현된다.
<수학식 9>
δz=Δaz+mzl[단, mz=(Δbz-Δaz)/L]
또한, Y축 방향에 대해서도, 마찬가지로 평가할 수 있다.
<수학식 10>
δy=Δay+myl[단, my=(Δby-Δay)/L]
이상의 각 식에 있어서, δ는, 직교 3축으로 분해해서 연산된다. 단, 각 컬럼(1010, 1011)이 브레이스(1019) 및 크로스 레일(1014)에 의해 연결되어 있기 때문에, Y축 방향의 자세 변화(좌우 쓰러짐)가 각 컬럼(1010, 1011)에 독립하여 발생하는 것은 물리적으로 생각되지 않는다. 이로 인해, 본 실시의 공작 기계(1100)에는, 각 컬럼(1010, 1011) 사이의 거리가 일정 이상 변동하는 이상한 자세 변화, 각 컬럼(1010, 1011)이 독립하여 반대 방향(서로 가까워지는 방향 또는 서로 이격되는 방향)으로 쓰러지는 현상이 발생할 때 알람을 발하는 감시 시스템이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 단, 결과로서 각 컬럼(1010, 1011)이 독립적으로 반대 방향으로 쓰러지듯이 보이는 미소 변위가 발생하는 경우가 있기 때문에, 일정량까지는 오차량으로서 파악하는 것이 바람직하다.
자세 변화 평가부(1210)에 의한 평가 결과는, 보정 데이터 생성부(1220)에 송신되고, 당해 보정 데이터 생성부(1220)에 의해, 주축 선단의 변위를 보정하기 위한 보정 데이터가 생성된다. 보정 데이터의 생성 자체에 대해서는, 공지된 각종 알고리즘이 원용될 수 있다. 생성된 보정 데이터는, 주축 선단의 위치를 제어(보정)하는 제어부(1023)에 송신된다. 그리고, 당해 제어부(1023)는, 수신한 보정 데이터에 따라서 주축 선단의 위치를 제어(보정)한다. 제어부(1023)에 의한 제어의 구체적 내용에 대해서는, 공지된 각종 알고리즘이 원용될 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 연직 방향(Z축 방향) 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향(X축 방향 및 Y축 방향)에 대하여, 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)의 측정 대상 부위와 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b) 사이의 거리를 제1 및 제2 변위 센서(1040a, 1040b)에 의해 직접적으로 측정함으로써, 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 열적 변위를 저비용으로 고정밀도로 측정할 수 있다. 이것에 의해, 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 자세 변화를 저비용으로 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 되어, 당해 자세 변화에 기인하는 주축 선단의 변위를 보정하여 워크의 정확한 가공이 실현 가능한 공작 기계(1300)를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 자세 변화 평가부(1210)는, 제1 및 제2 변위 센서(1040a, 1040b)에 의한 각각의 거리의 측정 결과에 기초하여 제1 컬럼(1010)의 제1 측정 대상 부위(1013a)와 제2 컬럼(1011)의 제2 측정 대상 부위(1013b)를 연결하는 직선의 기울기의 변화를 평가함으로써, 주축 헤드(1020)의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다. 이로 인해, 계산 프로세스가 단순하며, 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 자세 변화를 신속하게 평가할 수 있다.
또한, 미리 정해진 기준 조건하에서, 제1 변위 센서(1040a)는, 제1 기준 바(1030a)의 측정 대상 부위와 제1 컬럼(1010)의 제1 측정 대상 부위(1013a) 사이의, 연직 방향, 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향의 각각의 거리를, 제2 변위 센서(1040b)는, 제2 기준 바(1030b)의 측정 대상 부위와 제2 컬럼(1011)의 제2 측정 대상 부위(1013b) 사이의, 연직 방향, 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향의 각각의 거리를, 기준 거리로서 측정하게 되어 있으며, 자세 변화 평가부(1210)는, 기준 거리와, 제1 및 제2 변위 센서(1040a, 1040b)에 의해 측정되는 각각의 거리를 비교함으로써 주축 헤드(1020)의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다. 이로 인해, 각 축방향의 변위의 평가가 용이하다.
또한, 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)는, 30℃ 내지 100℃에서의 선팽창 계수가 0.29×10-6/℃이다. 이로 인해, 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)에는 열적 변위가 거의 발생하지 않기 때문에, 당해 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)의 측정 대상 부위와 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b) 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 거리를 당해 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b)의 열적 변위로서 취급할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b)에 지지된 접촉식의 제1 및 제2 변위 센서(1040a, 1040b)가 채용되어 있다. 이로 인해, 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)의 측정 대상 부위와 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b) 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 거리를 용이하게 고정밀도로 측정할 수 있다.
또한, 이상의 실시 형태에 있어서, 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)는, 단일의 부재에 의해 형성되어 있을 필요는 없으며, 예를 들어 복수의 기준 바 요소가 연결되어 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 각 기준 바 요소의 하단부에는 걸림 결합부(예를 들어 수나사부)가 형성되어 있으며, 상단부에는 당해 걸림 결합부와 걸림 결합하는 피결합부(예를 들어 암나사부)가 형성되어 있다.
또한, 제1 및 제2 변위 센서(1040a, 1040b)는, 접촉식으로 한정되지 않고, 비접촉식(예를 들어 광학식)이어도 된다. 이 경우에도, 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)의 측정 대상 부위와 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b) 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 거리를 용이하게 고정밀도로 측정할 수 있다.
또한, 각 실시 형태에 있어서, 제1 및 제2 변위 센서(1040a, 1040b)는, 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b)에 설치되어 있지만, 이와는 반대로, 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)의 측정 대상 부위에 설치되어 있어도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)는 원기둥 형상의 부재이지만, 다른 형상, 예를 들어 각기둥 형상이나 다각기둥 형상이어도 된다. 또한, 그 재질도 저열 팽창재로 한정되지 않고, 막대 형상으로 가공할 수 있는 재료라면 다른 재질이어도 된다. 이 경우에도, 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b)와, 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b) 사이의 거리가 측정됨으로써, 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 자세 변화를 평가하는 것이 가능하다.
또는, 제1 및 제2 변위 센서(1040a, 1040b)에 의해 제1 및 제2 기준 바(1030a, 1030b)의 측정 대상 부위와 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b) 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 거리가 순차적으로 측정되도록 되어 있으며, 자세 변화 평가부(1210)에 의해 당해 거리끼리가 순차적으로 비교됨으로써, 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 자세 변화가 순차적으로 평가되도록 되어 있어도 된다. 이 경우, 제1 및 제2 컬럼(1010, 1011)의 자세 변화에 기인하는 주축 선단의 변위를 보다 원활하게 보정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 기준 바와 이 기준 바에 관련지어진 컬럼상의 측정 대상 부위가, 각 컬럼에 1조씩, 계 2조 설치되어 있는 경우에 대하여 나타냈지만, 각 컬럼의 2조 이상 설치되어 있어도 된다. 즉, 예를 들어 각 컬럼에, 기준 바의 측정 대상 부위에 대하여 당해 컬럼의 상면에 있어서 소정의 거리를 이격한 2개소, 즉, 2개의 컬럼에 계 4개소의 측정 대상 부위가 관련지어져 있으며, 측정 수단이, 기준 바의 측정 대상 부위와 각 컬럼의 2개소의 측정 대상 부위 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 거리를 측정하게 되어 있으며, 자세 변화 평가부가, 측정 수단에 의한 계 4개의 측정 결과에 기초하여 컬럼의 자세 변화를 평가하도록 되어 있다는 공작 기계이어도 된다. 이 경우도, 전술한 각 실시 형태와 마찬가지로, 주축 선단의 변위의 보정이 바람직하게 실행될 수 있다.
또는, 본 실시 형태에 있어서는, 제1 및 제2 측정 대상 부위(1013a, 1013b)에 각각 X, Y 및 Z축의 각 방향의 변위를 측정하는 제1 및 제2 변위 센서(1040a, 1040b)가 설치되어 있지만, Y축 방향의 자세 변화(좌우 쓰러짐)가 각 컬럼(1010, 1011)에 독립하여 발생하는 것은 물리적으로 생각되지 않게 때문에, 예를 들어 제2 변위 센서(1040b)의 제2 Y축 변위 센서(1043b)를 생략하고, Y축 방향의 자세 변화를 제1 변위 센서(1040a)의 제1 Y축 변위 센서(1043a)만에 의해 측정하는 것도 가능하다. 이 경우, 변위 δ의 Y축 방향의 성분 δy는, 이하의 식으로 표현된다. 이와 같은 1개의 센서에 의한 대용은, 후술되는 변형예에 있어서도 마찬가지의 응용이 이루어질 수 있다.
<수학식 11>
δy=Δay
또한, 본 실시 형태에서는, 도 25에 도시한 바와 같이, 주축 선단이 2개의 기준 바의 사이에 존재하고 있지만, 공작 기계의 구성상, 주축 선단이 2개의 기준 바의 사이에 존재하지 않는, 즉, 주축 선단과 한쪽의 기준 바 사이의 다른 쪽의 기준 바가 존재하는 위치 관계가 되어 있어도 된다. 이 경우, 도 25에 있어서의 제1 측정 대상 부위(1013a)와 제2 측정 대상 부위(1013b)를 연결하는 선분의 연장선상에 주축 선단이 존재하고 있다고 가정하면 된다. 또한, 도 25에 기초하는 주축 선단의 변위의 보정 계산은 일례이며, 다른 방법에 의해 주축 선단의 변위를 평가해도 된다. 예를 들어, 변위 센서의 실측값과 사전의 시험에 의해 미리 취득된 주축 선단의 변위의 측정 데이터에 의한 다른 유사식으로 대용해도 된다.
또한, 본 실시 형태의 공작 기계(1300)로서, 2개의 컬럼(1010, 1011)을 갖는 문형의 머시닝 센터를 예시하여 설명하였지만, 수직으로 직립하는 주축을 갖고 있는 공작 기계라면, 컬럼은 2개가 아니어도 된다. 예를 들어, 베드에 고정된 단일의 컬럼을 갖는 공작 기계에 있어서는, 당해 단일의 컬럼에 복수 조(예를 들어 Y축 방향을 따라서 2조)의 기준 바 및 변위 센서를 설치함으로써, 전술한 계산식에 기초하여 주축 선단의 변위를 평가할 수 있다.
또는, 단일의 컬럼에 1조의 기준 바 및 변위 센서를 설치함으로써, 주축 선단의 변위를 평가하는 것도 가능하다. 이 변형예에 있어서의 주축 선단의 변위의 평가 방법의 일례에 대하여, 도 26 및 도 27을 참조하여 설명한다.
도 26은, 본 변형예에 채용되는 컬럼(1410)의 상부의 상세를 나타내는 부분적인 개략 사시도이며, 도 27은, 도 26의 컬럼(1410)이 변형될 때의 측정 대상 부위(1413a) 및 주축 선단의 변위 δ를 설명하기 위한 도면이다.
본 변형예의 컬럼(1410)에는, 주축 헤드에 가장 가까운 코너부만에 연직 방향(도 26에 있어서의 Z축 방향)에 관통 구멍(1412a)이 형성되어 있으며, 당해 관통 구멍(1412a) 내에 기준 바(1430a)가 삽입되어 있다. 또한, 컬럼(1410)의 상면에는, 기준 바(1430a)에 대응하여 측정 대상 부위(1413a)가 관련지어져 있다. 이 측정 대상 부위(1413a)에는, 접촉식의 변위 센서(1440a)가 설치되어 있으며, 기준 바(1430a)의 측정 대상 부위와 컬럼(1410)의 측정 대상 부위(1413a) 사이의 연직 방향, 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향(도 26에 있어서의 X축 방향 및 Y축 방향), 각각의 거리가 측정되도록 되어 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 변위 센서(1440a)도, 연직 방향의 변위 내지 거리를 검출하는 Z축 변위 센서(1442a)와, 수평면 내의 서로 직교하는 2방향의 변위 내지 거리를 검출하는 X축 변위 센서(1443a) 및 Y축 변위 센서(1441a)를 갖고 있고, 이 변위 센서(1440a)에 의해, 측정 대상 부위(1413a)와 기준 바(1430a)의 측정 대상 부위 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 변위 내지 거리가 측정되도록 되어 있다.
그리고, 예를 들어 가공기의 정밀도 조정 시에, 미리 정해진 기준 조건하에서, 변위 센서(1440a)에 의해, 기준 바(1430a)의 상부의 측정 대상 부위와 컬럼(1410)의 상면의 측정 대상 부위(1413a) 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 거리 ax, ay, az가 미리 측정되고, 당해 각 거리 ax, ay, az가, 제어 장치 내의 자세 변화 평가부에 기준 거리로서 저장되도록 되어 있다. 또한, 자세 변화 평가부에는, 미리, 컬럼(1410)의 상면에 위치하는, 측정 대상 부위(1440a)와는 상이한 점인 기준 좌표(도 27에 있어서의 점 O의 좌표)가 저장되어 있으며, 후술되는 바와 같이, 이 기준 좌표에 대한 측정 대상 부위(1413a)의 변위에 기초하여, 주축 헤드(1020)의 자세 변화가 평가되도록 되어 있다. 여기에서는, 기준 좌표는, 이 기준 좌표와 측정 대상 부위(1413a)를 연결하는 직선이 X축과 평행해지도록 설정되어 있다.
주축 선단의 변위를 평가할 때, 본 변형예에 있어서도, 워크의 가공이 개시되기 전에, 변위 센서(1440a)에 의해, 기준 바(1430a)의 측정 대상 부위와 컬럼(1410)의 측정 대상 부위(1413a) 사이의 X, Y, Z의 각 축방향의 거리 ax', ay', az'가 측정된다. 그리고, 제어 장치 내의 자세 변화 평가부에 의해, 컬럼(1410)의 측정 대상 부위(1413a)에 있어서의 X, Y, Z의 각 축방향의 기준 거리에 대한 변위[ax'-ax(=Δax), ay'-ay(=Δay), az'-az(=Δaz)]가 평가된다.
이상의 평가 결과에 기초하여, 자세 변화 평가부는, 컬럼(1410)의 자세 변화를 평가한다. 이 평가에 관하여, 도 26의 컬럼(1410)이 변형될 때의, 측정 대상 부위(1413a) 및 주축 선단의 변위를 설명하기 위한 도면이, 도 27에 도시되어 있다. 우선, X축 방향에 있어서의 주축 헤드(1020)의 자세 변화에 대하여 검토한다. 도 27에 도시한 바와 같이, 점 O의 X 좌표를 XO, 측정 대상 부위(1413a)의 X 좌표를 Xa, 측정 대상 부위(1413a)로부터 컬럼(1410)의 자세 변화를 고려하지 않는 명목상의 주축 선단 P까지의 거리를 l, 컬럼(1410)의 자세 변화를 고려하지 않는 측정 대상 부위(1413a)와 기준 좌표를 연결하는 직선 거리를 L, 컬럼(1410)의 자세 변화를 고려한 경우의 실제의 주축 선단 P'와 명목상의 주축 선단 P 사이의 거리(변위)를 δ라 하면, 이 변위 δ의 X축 방향의 성분 δx는, 다음 식으로 표현된다.
<수학식 12>
δx=Δax+mxl(단, mx=Δax/L)
이상의 검토 결과는, Z축 방향에 있어서의 주축 헤드(1020)의 자세 변화를 평가하는 경우에 대해서도 마찬가지이다. 즉, 변위 δ의 Z축 방향의 성분 δz는, 다음 식으로 표현된다.
<수학식 13>
δz=Δaz+mzl(단, mz=Δaz/L)
한편, Y축 방향에 대해서는, 측정 대상 부위(1413a)에 있어서 발생한 변위 Δay가 점 O에 있어서도 발생하고 있는 것으로서, 주축 헤드(1020)의 자세 변화가 평가된다. 이것은, 측정 대상 부위(1413a) 및 점 O가 모두 컬럼(1410) 위의 점인 것에 의해, 측정 대상 부위(1413a)와 점 O 사이의 Y축 방향의 거리가 보존되기 때문이다. 즉, 변위 δ의 Y축 방향의 성분 δy는, 다음 식으로 표현된다.
<수학식 14>
δy=Δay
그리고, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 자세 변화 평가부(1210)에 의한 평가 결과는, 보정 데이터 생성부(1220)에 송신되고, 당해 보정 데이터 생성부(1220)에 의해, 주축 선단의 변위를 보정하기 위한 보정 데이터가 생성된다. 생성된 보정 데이터는, 주축 선단의 위치를 제어(보정)하는 제어부(1023)에 송신된다. 그리고, 당해 제어부(1023)는, 수신한 보정 데이터에 따라서 주축 선단의 위치를 제어(보정)한다.
이와 같은 변형예에 의하면, 연직 방향, 및 수평면 내의 서로 직교하는 2방향에 대하여, 기준 바(1430a)의 측정 대상 부위와 컬럼(1410)의 측정 대상 부위(1413a) 사이의 거리를 변위 센서(1440a)에 의해 직접적으로 측정함으로써, 컬럼(1410)의 열적 변위를 저비용으로 고정밀도로 측정할 수 있다. 이것에 의해, 컬럼(1410)의 자세 변화를 저비용으로 고정밀도로 측정하는 것이 가능하게 되어, 당해 자세 변화에 기인하는 주축 선단의 변위를 보정하여 워크 W의 정확한 가공이 실현 가능한 공작 기계를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시 형태 및 전술한 2개의 변형예의 설명에 있어서는, 컬럼(1010, 1011, 1410)이 기초(1051) 위에 고정되어 있는 것으로서 설명하였지만, 컬럼(1010, 1011, 1410)이 기초(1051) 위를 이동하는 타입의 공작 기계이어도 된다. 이 경우, 컬럼에 설치한 관통 구멍 내에 기준 바의 수평 방향으로 변위를 규제하는 가이드 부재(예를 들어 베어링)를 설치하고, 주축 선단의 Z축 방향만의 변위를 평가하는 것이 가능하다.
공작 기계가 2개의 이동식 컬럼을 갖는 경우에는, 각 컬럼에 1조의 기준 바 및 변위 센서를 설치해도 되고, 복수 조의 기준 바 및 변위 센서를 설치해도 된다. 모든 경우에 있어서도, 본 실시 형태에 있어서 설명한 계산식에 기초하여 주축 선단의 변위를 평가하는 것이 가능하다. 또는, 변위 센서의 실측값과 시험에 의한 변위의 실측 데이터에 의한 다른 유사식에 기초하여 주축 선단의 변위를 평가해도 된다.
또한, 공작 기계가 단일의 이동식 컬럼을 갖는 경우에도, 당해 컬럼에 1조의 기준 바 및 변위 센서를 설치해도 되고, 복수 조의 기준 바 및 변위 센서를 설치해도 된다. 이들 경우에 있어서도, 본 실시 형태 및 전술한 변형예에 있어서 나타낸 계산식에 기초하여 주축 선단의 변위를 평가하는 것이 가능하다. 또는, 변위 센서의 실측값과 시험에 의한 변위의 실측 데이터에 의한 다른 유사식에 기초하여 주축 선단의 변위를 평가해도 된다.

Claims (25)

  1. 연직 방향으로 직립하도록 배치되고, 소정의 선팽창 계수를 갖는 컬럼과,
    상기 컬럼에 지지되고, 공구 설치를 위한 수평 주축을 지지하는 주축 헤드
    를 구비한 공작 기계이며,
    상기 컬럼에 대하여 이격되어 배치되고, 상기 컬럼의 선팽창 계수와는 상이한 선팽창 계수를 갖는 두 개의 제1 기준 바 및 제2 기준 바와,
    상기 제1 기준 바측의 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 제1 컬럼측 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정하는 제1 측정 수단과,
    상기 제2 기준 바측의 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 제2 컬럼측 측정 대상 부위 사이의 연직 방향의 거리를 측정하는 제2 측정 수단과,
    상기 제1 및 제2 측정 수단에 의한 거리 측정 결과와 미리 정해진 제1 기준 바 및 제2 기준 바 사이의 수평면 내의 거리에 기초하여 상기 주축 헤드의 자세 변화를 평가하고, 상기 제1 및 제2 측정 수단에 의한 거리 측정 결과의 차이 δ과, 미리 정해진 제1 기준 바 및 제2 기준 바 사이의 수평면 내의 거리와, 상기 컬럼의 높이에 기초하여 상기 컬럼의 자세 변화를 평가하는 자세 변화 평가부와,
    상기 자세 변화 평가부의 평가 결과에 기초하여 상기 주축의 선단 위치를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 자세 변화 평가부는 상기 제1 측정 수단 및 제2 측정 수단에 의해 측정된 측정 대상 부위 각각에 대해 미리 정해진 기준 거리에서의 연직 방향 변위를 구하고, 이러한 변위 및 제1 기준 바와 제2 기준 바 사이의 수평면 내의 거리에 기초하여 상기 주축 선단의 특정 방향의 변위를 선형 근사하여 평가하여, 상기 주축 헤드의 자세 변화를 평가하고,
    상기 자세 변화 평가부는, 상기 컬럼의 높이를 H로 하고, 같은 원주 각도를 가지는 원호 길이 H의 내주 원호와 원호 길이 H+δ의 외주 원호에 의해 상기 컬럼의 변형 상태를 근사하여, 상기 차이 δ로부터 구한 중심각에 근거하여 상기 컬럼의 자세를 평가하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 기준 바의 선팽창 계수는, 상기 컬럼의 선팽창 계수와 다른 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 측정 수단 및 제2 측정 수단은, 상기 제1 컬럼측 측정 대상 부위 및 제2 컬럼측 측정 대상 부위에 각각 지지된 접촉식의 변위 센서인 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 측정 수단 및 제2 측정 수단은, 상기 제1 컬럼측 측정 대상 부위 및 제2 컬럼측 측정 대상 부위에 각각 지지된 비접촉식의 변위 센서인 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 측정 수단 및 제2 측정 수단은, 상기 제1 기준 바측 측정 대상 부위 및 제2 기준 바측 측정 대상 부위에 각각 지지된 접촉식의 변위 센서인 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 측정 수단 및 제2 측정 수단은, 상기 제1 기준 바측 측정 대상 부위 및 제2 기준 바측 측정 대상 부위에 각각 지지된 비접촉식의 변위 센서인 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  7. 연직 방향으로 직립하도록 배치되고, 소정의 선팽창 계수를 갖는 컬럼과,
    상기 컬럼에 지지되고, 공구 설치를 위한 수평 주축을 지지하는 주축 헤드를 구비한 공작 기계이며,
    상기 컬럼에 대해 이격되어 배치되고, 상기 컬럼의 선팽창 계수와는 상이한 선팽창 계수를 갖는 두 개의 제1 기준바 및 제2 기준바와,
    상기 제1 기준 바측의 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 제1 컬럼측 측정 대상 부위 사이의 연직 방향 거리를 측정하는 제1 측정 수단과,
    상기 제2 기준 바측의 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 제2 컬럼측 측정 대상 부위 사이의 연직 방향 거리를 측정하는 제2 측정 수단과,
    상기 제1 및 제2 측정 수단에 의한 거리 측정 결과의 차이 δ과, 미리 정해진 제1 기준 바 및 제2 기준 바 사이의 수평면 내의 거리와, 컬럼의 높이에 기초하여 상기 컬럼의 자세 변화를 평가하는 자세 변화 평가부와,
    상기 자세 변화 평가부의 평가 결과에 기초하여 상기 주축 선단의 위치를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 자세 변화 평가부는, 상기 컬럼의 높이를 H로 하고, 같은 원주 각도를 가지는 원호 길이 H의 내주 원호와 원호 길이 H+δ의 외주 원호에 의해 상기 컬럼의 변형 상태를 근사하여, 상기 차이 δ로부터 구한 중심각에 근거하여 상기 컬럼의 자세를 평가하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  8. 제7항에있어서,
    상기 컬럼에는,
    상기 제1 기준 바 및 제1 측정 수단의 세트와 상기 제2 기준 바 및 제2 측정 수단의 세트의 두 세트가 설치되고, 상기 컬럼의 특정 방향의 자세를 평가하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 컬럼에는,
    상기 제1 기준 바 및 제1 측정 수단의 세트와 상기 제2 기준 바 및 제2 측정 수단의 세트의 두 세트에 더하여,
    제3 기준 바 및, 상기 제3 기준 바측의 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 제3 컬럼측 측정 대상 부위 사이의 연직 방향 거리를 측정하는 제3 측정 수단의 세 세트가 설치되며,
    상기 컬럼의 특정 방향에 더하여, 상기 제1 기준 바 및 제1 측정 수단의 세트와 상기 제3 기준 바 및 제3 측정 수단의 세트에 의한 측정으로부터 서로 다른 특정 방향의 자세를 평가하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 컬럼에는,
    상기 제1 기준 바 및 제1 측정 수단의 제1 세트, 상기 제2 기준 바 및 제2 측정 수단의 제2 세트 및, 상기 제3 기준 바 및 제3 측정 수단의 제3 세트에 더하여,
    제4 기준 바 및, 상기 제4 기준 바측의 측정 대상 부위와 상기 컬럼의 제4 컬럼측 측정 대상 부위 사이의 연직 방향 거리를 측정하는 제4 측정 수단의 제4 세트가 설치되고,
    상기 제1 측정 수단 및 상기 제2 측정 수단의 측정값과, 상기 제3 측정 수단 및 제4 측정 수단의 각각의 측정값의 평균값의 차이를 δ로 하여 상기 컬럼의 특정 방향의 자세를 평가하는 것에 더하여,
    상기 제1 측정 수단 및 제4 측정 수단의 측정값과, 상기 제2 측정 수단 및 제3 측정 수단의 각각의 측정값의 평균값의 차이를 δ로 하여 다른 특정 방향의 자세를 평가하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 기준 바는 하단이 상기 컬럼에 고정되고 상단이 상기 컬럼에 대해 연직방향으로 상대적으로 변위 가능한 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 기준 바의 선팽창 계수는, 상기 컬럼의 선팽창 계수와 상이한 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 측정 수단은, 상기 제1 내지 제4 컬럼측 측정 대상 부위에 각각 지지된 접촉식의 변위 센서인 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 측정 수단은, 상기 제1 내지 제4 컬럼측 측정 대상 부위에 각각 지지된 비접촉식의 변위 센서인 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 측정 수단은, 상기 제1 내지 제4 기준 바측 측정 대상 부위에 각각 지지된 접촉식의 변위 센서인 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 측정 수단은, 상기 제1 내지 제4 기준 바측 측정 대상 부위에 각각 지지된 비접촉식의 변위 센서인 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  17. 연직 방향으로 직립하도록 배치되고, 소정의 선팽창 계수를 갖는 제1 컬럼 및 제2 컬럼과,
    상기 제1 컬럼과 제2 컬럼 사이에 가설(架設)된 크로스레일과,
    상기 크로스 레일에 이동 가능하게 지지되고, 공구 장착을 위한 수평 주축을 지지하는 주축 헤드를 구비하는 공작 기계이며,
    상기 제1 컬럼에 대해서 이격되어 배치되고 상기 제1 컬럼의 선팽창 계수와 상이한 선팽창 계수를 갖는 제1 기준 바와,
    상기 제2 컬럼에 대해서 이격되어 배치되고 상기 제2 컬럼의 선팽창 계수와 상이한 선팽창 계수를 갖는 제2 기준 바와,
    상기 제1 기준 바측 측정 대상 부위 및 상기 제1 컬럼의 제1 컬럼측 측정 대상 부위 사이의 연직 방향 거리를 측정하는 제1 측정 수단과,
    상기 제2 기준 바측 측정 대상 부위 및 상기 제2 컬럼의 제2 컬럼측 측정 대상 부위 사이의 연직 방향 거리를 측정하는 제2 측정 수단과,
    상기 제1 및 제2 측정 수단에 의한 거리 측정 결과와 미리 정해진 제1 기준 바 및 제2 기준 바 사이의 수평면 내의 거리에 기초하여 상기 주축 헤드의 자세 변화를 평가하고, 상기 제1 및 제2 측정 수단에 의한 거리 측정 결과의 차이 δ과, 미리 정해진 제1 기준 바 및 제2 기준 바 사이의 수평면 내의 거리와, 상기 컬럼의 높이에 기초하여 상기 컬럼의 자세 변화를 평가하는 자세 변화 평가부와,
    상기 자세 변화 평가부의 평가 결과에 기초하여 상기 주축의 선단 위치를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 자세 변화 평가부는 상기 제1 측정 수단 및 제2 측정 수단에 의해 측정된 측정 대상 부위 각각에 대해 미리 정해진 기준 거리에서의 연직 방향 변위를 구하고, 이러한 변위 및 제1 기준 바와 제2 기준 바 사이의 수평면 내의 거리에 기초하여 상기 주축 선단의 특정 방향의 변위를 선형 근사하여 평가하여, 상기 주축 헤드의 자세 변화를 평가하고,
    상기 자세 변화 평가부는, 상기 컬럼의 높이를 H로 하고, 같은 원주 각도를 가지는 원호 길이 H의 내주 원호와 원호 길이 H+δ의 외주 원호에 의해 상기 컬럼의 변형 상태를 근사하여, 상기 차이 δ로부터 구한 중심각에 근거하여 상기 컬럼의 자세를 평가하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 컬럼 및 제2 컬럼에는 각각,
    상기 제1 기준 바 및 제1 측정 수단의 세트와 상기 제2 기준 바 및 제2 측정 수단의 세트의 두 개의 세트가 설치되고,
    상기 제1 측정 수단에 의해 측정된 변위와 상기 제2 측정 수단에 의해 측정된 변위와의 비교에 기초하여 상기 주축 헤드 또는 크로스 레일의 자세를 평가하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 컬럼 및 제2 컬럼에는 각각,
    상기 제1 기준 바 및 제1 측정 수단의 세트와 상기 제2 기준 바 및 제2 측정 수단의 세트의 두 개의 세트에 더하여,
    제3 기준 바 및, 상기 제3 기준 바측의 측정 대상 부위와 상기 제1 컬럼 또는 제2 컬럼의 제3 컬럼측 측정 대상 부위 사이의 연직 방향 거리를 측정하는 제3 측정 수단의 세트의 세 개의 세트가 설치되고,
    상기 제1 기준 바 및 제1 측정 수단의 세트와 상기 제3 기준 바 및 제3 측정 수단의 세트에 의한 측정으로부터 제1 컬럼 및 2 컬럼에 대하여 각각 특정 두 개 방향의 변위를 구하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제1 컬럼 및 제2 컬럼에는 각각,
    상기 제1 기준 바 및 제1 측정 수단의 제1 세트와, 상기 제2 기준 바 및 제2 측정 수단의 제2 세트와, 제3 기준 바 및 제3 측정 수단의 제3 세트에 더하여,
    제4 기준 바 및, 상기 제4 기준 바측의 측정 대상 부위와 상기 제1 컬럼 또는 제2 컬럼의 제4 컬럼측 측정 대상 부위 사이의 연직 방향 거리를 측정하는 제4 측정 수단의 제4 세트가 설치되고,
    상기 제1 측정 수단 및 제2 측정 수단의 측정값과, 상기 제3 측정 수단 및 제4 측정 수단의 각각의 측정값의 평균값의 차이를 δ로하여 상기 제1 컬럼 및 제2 컬럼 각각의 특정 방향 변위를 구하는 것에 더하여,
    상기 제1 측정 수단 및 제4 측정 수단의 측정값과, 상기 제2 측정 수단 및 제3 측정 수단의 각각의 측정값의 평균값의 차이를 δ로 하여 다른 특정 방향의 변위를 구하는 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 기준 바 내지 제4 기준 바의 선팽창 계수는, 상기 컬럼의 선팽창 계수와 상이한 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 측정 수단은, 상기 제1 내지 제4 컬럼측 측정 대상 부위에 각각 지지된 접촉식의 변위 센서인 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 측정 수단은, 상기 제1 내지 제4 컬럼측 측정 대상 부위에 각각 지지된 비접촉식의 변위 센서인 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 측정 수단은, 상기 제1 기준 바측 측정 대상 부위 내지 제4 기준 바측 측정 대상 부위에 각각 지지된 접촉식의 변위 센서인 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 측정 수단은, 상기 제1 기준 바측 측정 대상 부위 내지 제4 기준 바측 측정 대상 부위에 각각 지지된 비접촉식의 변위 센서인 것을 특징으로 하는, 공작 기계.
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