KR20060053868A

KR20060053868A - 가공 장치

Info

Publication number: KR20060053868A
Application number: KR1020050065062A
Authority: KR
Inventors: 야스오 야마네; 마사히꼬 후꾸따; 오사무 시라네
Original assignee: 도시바 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2006-05-22
Also published as: TWI270434B; TW200607599A; US20060019578A1; US7104866B2; KR100637812B1; JP4175648B2; JP2006026855A

Abstract

도전성 공구(T)에 의해 도전성 워크(W)를 가공하는 가공 장치에 있어서, 가공시에 공구(T)와 워크(W)가 접촉되면, 공구(T) - 워크(W) - 브러시(315) - 도선(311) - 주축 하우징(12) - 주축(11) - 공구(T)의 차례로 폐쇄 회로(C)가 구성된다. 폐쇄 회로(C)에는 고주파 발생 장치(314), 여자 코일(312)에 의해 교류 전류가 유도된다. 공구(T)와 워크(W)와의 접촉 상태가 변화되면 폐쇄 회로(C)의 임피던스가 변화하여 교류 전류가 변화하고, 검출 코일(313)에 유도 전류가 발생하므로, 이를 이용하여 접촉 상태를 감시ㆍ제어할 수 있다. 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치를 포함하는 감시 조건에 따라, 가공시에는 항상 가벼운 접촉 상태를 유지할 수 있으므로 절삭 저항이 커지지 않고, 공구(T)의 파손 및 가공 정밀도의 악화를 방지할 수 있다.

브러시, 도선, 주축 하우징, 공구, 고주파 발생 장치, 검출 코일, 여자 코일

Description

가공 장치 {MACHINING DEVICE}

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 가공 장치를 도시하는 도면.

도2의 (a) 내지 도2의 (d)는 상기 실시 형태에 관한 공구와 워크와의 접촉 상태에 대한 설명도.

도3은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 가공 장치를 도시하는 도면.

도4는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 가공 장치를 도시하는 도면.

도5는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 가공 장치를 도시하는 도면.

도6은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 가공 장치를 도시하는 도면.

도7은 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 NC 가공 기계를 도시하는 사시도.

도8은 본 발명의 제1 실시예에 관한 공구의 워크로의 절입량과 출력 신호치 사이의 관계를 나타내는 그래프.

도9는 본 발명의 제2 실시예에 관한 가공시에 있어서의 출력 신호치와, 가공 후의 가공 표면의 표면 거칠기 사이의 관계를 나타내는 살포도.

도10은 볼록부를 갖는 워크면을 공구에 의해 연삭하는 경우에 발생할 수 있는 종래 기술의 문제점에 대한 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 공구 회전 구동 기구

2 : 워크 회전 구동 기구

3 : 접촉 상태 검출ㆍ감시ㆍ제어 시스템

4 : NC 장치

11 : 주축

12 : 주축 하우징

13 : 드러스트 베어링부

13A : 플랜지부

13B : 홈

14 : 주축 공기 베어링

21 : 워크 축

22 : 워크 축 하우징

24 : 워크 축 공기 베어링

25 : 절연재

31 : 정보 취득 수단

311 : 도선

312 : 여자 코일

313 : 검출 코일

314 : 고주파 발생 장치

315 : 브러시

321 : 증폭기 유닛

322 : 제어기

323 : 디지털 오실로스코프

T : 공구

W : 워크

[문헌 1] 일본 특허 공개 평10-217069호 공보(제4, 5, 8 페이지, 도1, 도2)

본 발명은, 가공 장치에 관한 것이다. 상세하게는, 워크와 공구와의 접촉 상태의 감시ㆍ제어를 행하면서 가공을 행할 수 있는 가공 장치에 관한 것이다.

종래, 예를 들어 문헌 : 일본 특허 공개 평10-217069호 공보(제4, 5, 8 페이지, 도1, 도2)에 도시되는 가공 장치가 알려져 있다.

이 가공 장치는 기계 본체와, 기계 본체에 부착되어 워크를 적재하는 테이블과, 워크를 가공하는 공구를 장착하는 주축과, 기계 본체와 주축 사이에 개재 장착되어 주축을 회전 가능하게 지지하는 접촉식 베어링과, 주축에 대해 미소 갭을 사이에 두고 동심 형상으로 대향 배치되는 급전 전극과, 기계 본체와 급전 전극을 전기적으로 접속시키는 도선을 구비하여 구성된다. 기계 본체, 테이블, 주축, 급전 전극은, 모두 도전성을 갖고, 또 워크 및 공구도 도전성을 갖는 것이 선택된다. 그로 인해, 가공할 때에 워크와 공구가 근접 혹은 접촉되면, 워크 - 공구 - 주축 - 급전 전극 - 도선 - 기계 본체 - 테이블 - 워크의 차례로 폐쇄 회로가 구성된다. 이 폐쇄 회로에는 교류 전원에 의해 교류 전류가 흐른다. 그리고, 이 교류 전류는 저항기를 포함하는 전류 검출 수단에 의해 검출된다.

가공할 때, 워크와 공구가 충분히 이격된 위치로부터 서서히 근접되어 행하여 접촉되기까지의 동안, 워크와 공구에 의해 구성되는 컨덴서의 정전 용량(CL)의 변화에 수반하여, 상기 폐쇄 회로의 임피던스가 변화되어 전류 검출 수단에 있어서의 검출 전류가 변화된다. 그로 인해, 상기 검출 전류를 통해 워크와 공구와의 근접 및 접촉을 검지할 수 있다.

이 가공 장치에 따르면, 워크와 공구와의 근접 및 접촉은 검지할 수 있지만, 워크와 공구가 일단 접촉한 후는, 그 접촉 상태의 변화를 검지할 수 없다. 예를 들어, 도10에 도시한 바와 같은 워크면(W)에 공구(T)를 접촉시킨 상태에서 연삭을 행하는 경우, 공구(T)가 도10에 있어서 우측으로 진행하고 워크면(W) 상의 볼록부(P)에 접촉하면, 워크면(W)[볼록부(P)]과 공구(T) 사이의 연삭 부하(역학적 부하)가 급격히 증대된다. 이러한 접촉 상태의 변화가 생겨도 상기 문헌의 가공 장치에 따라서는, 그것이 시정되는 일은 없으며, 연삭 부하가 현저히 증대된 상태에서 무리한 연삭이 행해지게 되므로, 공구(T)의 파손이나 가공 정밀도의 악화 등의 문제가 생긴다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평10-217069호 공보(제4, 5, 8 페이지, 도1, 도2)

본 발명의 주된 목적은, 워크와 공구와의 접촉 상태의 감시ㆍ제어를 행함으로써, 가공을 적절하게 할 수 있어 공구의 파손이나 가공 정밀도의 악화를 방지할 수 있는 가공 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 가공 장치는, 도전성을 갖는 워크를 보유 지지하는 워크 보유 지지 부재와, 상기 워크의 가공을 행하는 도전성을 갖는 공구를 보유 지지하고, 회전 가능하게 되어 도전성을 갖는 공구 보유 지지 부재와, 이 공구 보유 지지 부재의 외주면 중 적어도 일부분을 덮어 형성되고 도전성을 갖는 제1 외주 부재와, 상기 공구 보유 지지 부재를 상기 제1 외주 부재의 내주면으로부터 부상시킴으로써 구성되는 제1 비접촉 베어링과, 상기 제1 외주 부재와 상기 워크를 전기적으로 접속하는 도선과, 가공할 때에 상기 워크와 상기 공구가 접촉되면, 상기 워크, 상기 공구, 상기 공구 보유 지지 부재, 상기 제1 외주 부재 및 상기 도선의 차례로 구성되는 폐쇄 회로와, 이 폐쇄 회로에 교류 전류를 공급하는 교류 전류 공급 수단과, 상기 폐쇄 회로를 흐르는 교류 전류를 검출하는 검출 수단과, 이 검출 수단으로 검출되는 교류 전류를 기초로 하는 신호의 출력치를 소정의 감시 조건에 따라 감시하는 감시 제어 수단을 구비하고, 상기 감시 조건은 상기 워크와 상기 공구와의 접촉 상태가 가벼운 접촉/무거운 접촉 중 어느 하나를 판별하기 위한 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치를 포함하여 구성되고, 상기 감시 제어 수단은 상기 신호의 출력치가 항상 상기 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치에 대해 가벼운 접촉측의 영역 내로 수습되도록 상기 워크와 상기 공구와의 접촉 상태를 제어하는 것을 특징으 로 한다.

본 발명에서는, 회전되어 있는 공구를 워크에 접촉시킴으로써 워크의 가공이 행해진다.

가공시에 공구와 워크가 서로 접촉되면, 워크 - 공구 - 공구 보유 지지 부재 - 제1 외주 부재 - 도선 - 워크의 차례로 폐쇄 회로가 구성된다. 여기서, 제1 비접촉 베어링이 구성되어 있기 때문에, 공구 보유 지지 부재와 제1 외주 부재는 비접촉 상태에 있지만, 전자기적으로는 컨덴서(이하, 제1 컨덴서라 함)가 구성되어 있는 데 친밀 가공에 적합한 가공 장치를 제공할 수 있다.

또, 본 발명의 가공 장치는 도전성을 갖는 워크를 보유 지지하고, 회전 가능하게 되어 도전성을 갖는 워크 보유 지지 부재와, 상기 워크의 가공을 행하는 도전성을 갖는 공구를 보유 지지하는 공구 보유 지지 부재와, 상기 워크 보유 지지 부재의 외주면 중 적어도 일부분을 덮어 형성되고 도전성을 갖는 제2 외주 부재와, 상기 워크 보유 지지 부재를 상기 제2 외주 부재의 내주면으로부터 부상시킴으로써 구성되는 제2 비접촉 베어링과, 상기 제2 외주 부재와 상기 공구를 전기적으로 접속하는 도선과, 가공할 때에 상기 워크와 상기 공구가 접촉되면, 상기 공구, 상기 워크, 상기 워크 보유 지지 부재, 상기 제2 외주 부재 및 상기 도선의 차례로 구성되는 폐쇄 회로와, 이 폐쇄 회로에 교류 전류를 공급하는 교류 전류 공급 수단과, 상기 폐쇄 회로를 흐르는 교류 전류를 검출하는 검출 수단과, 이 검출 수단으로 검출되는 교류 전류를 기초로 하는 신호의 출력치를 소정의 감시 조건에 따라 감시하는 감시 제어 수단을 구비하고, 상기 감시 조건은 상기 워크와 상기 공구와의 접촉 상태가 가벼운 접촉/무거운 접촉 중 어느 하나를 판별하기 위한 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치를 포함하여 구성되고, 상기 감시 제어 수단은 상기 신호의 출력치가 항상 상기 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치에 대해 가벼운 접촉측의 영역 내로 수습되도록 상기 워크와 상기 공구와의 접촉 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 구성의 것이라도 좋다.

본 발명에서는, 회전되고 있는 워크를 공구에 접촉시킴으로써 워크의 가공이 행해진다.

가공시에 공구와 워크가 서로 접촉되면, 공구 - 워크 - 워크 보유 지지 부재 - 제2 외주 부재 - 도선-공구의 차례로 폐쇄 회로가 구성된다. 여기서, 제2 비접촉 베어링이 구성되어 있기 때문에, 워크 보유 지지 부재와 제2 외주 부재는 비접촉 상태에 있지만, 전자기적으로는 컨덴서(이하, 제2 컨덴서라 함)가 구성되어 있게 되므로, 교류 전류이면 흐르게 할 수 있다.

폐쇄 회로에는 교류 전류 공급 수단에 의해 교류 전류가 흐른다. 공구와 워크와의 접촉 상태(가공 상태)가 변화되면, 공구와 워크 사이의 접촉 저항(전기 저항) 등이 변화됨으로써, 폐쇄 회로의 임피던스가 변화하고, 폐쇄 회로에 흐르는 교류 전류가 변화된다. 그렇게 하면, 검출 수단에 있어서의 검출 전류가 변화되어 접촉 상태의 변화가 감지된다.

감시 제어 수단은, 검출 전류를 기초로 하는 신호의 출력치를 감시 조건에 따라 감시한다. 신호의 출력치가 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치를 넘으면, 감시 조건이 일탈되었다고 판정되어 감시 제어 수단은 감시 조건을 충족하도록 워 크와 공구와의 접촉 상태를 조정한다. 그로 인해, 워크와 공구와의 접촉 상태가 항상 가벼운 접촉 상태로 유지되고, 절삭 부하(역학적 부하)가 가벼운 상태에서 가공을 행할 수 있으므로, 공구의 파손이나 가공 정밀도의 악화도 방지할 수 있다.

또, 본 발명의 제2 비접촉 베어링으로서는 기체 베어링, 자기 베어링, 기체 자기 복합 베어링 등을 채용할 수 있다. 비접촉 베어링으로 함으로써, 워크 보유 지지 부재와 제2 외주 부재 사이의 마찰 저항을 현저히 저감할 수 있으므로, 워크 보유 지지 부재 및 워크의 회전을 원활하면서 정확하게 할 수 있어 가공 정밀도를 향상시킬 수 있어 초정밀 가공에 적합한 가공 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 가공 장치는 도전성을 갖는 워크를 보유 지지하고, 회전 가능하게 되어 도전성을 갖는 워크 보유 지지 부재와, 상기 워크의 가공을 행하는 도전성을 갖는 공구를 보유 지지하고, 회전 가능하게 되어 도전성을 갖는 공구 보유 지지 부재와, 이 공구 보유 지지 부재의 외주면 중 적어도 일부분을 덮어 형성되고 도전성을 갖는 제1 외주 부재와, 상기 워크 보유 지지 부재의 외주면 중 적어도 일부분을 덮어 형성되고 도전성을 갖는 제2 외주 부재와, 상기 공구 보유 지지 부재를 상기 제1 외주 부재의 내주면으로부터 부상시킴으로써 구성되는 제1 비접촉 베어링과, 상기 워크 보유 지지 부재를 상기 제2 외주 부재의 내주면으로부터 부상시킴으로써 구성되는 제2 비접촉 베어링과, 상기 제1 외주 부재와 상기 제2 외주 부재를 전기적으로 접속하는 도선과, 가공할 때에 상기 워크와 상기 공구가 접촉되면, 상기 워크, 상기 공구, 상기 공구 보유 지지 부재, 상기 제1 외주 부재, 상기 도선, 상기 제2 외주 부재 및 상기 워크 보유 지지 부재의 차례로 구성되는 폐쇄 회로와, 이 폐쇄 회로에 교류 전류를 공급하는 교류 전류 공급 수단과, 상기 폐쇄 회로를 흐르는 교류 전류를 검출하는 검출 수단과, 이 검출 수단으로 검출되는 교류 전류를 기초로 하는 신호의 출력치를 소정의 감시 조건에 따라 감시하는 감시 제어 수단을 구비하고, 상기 감시 조건은 상기 워크와 상기 공구와의 접촉 상태가 가벼운 접촉/무거운 접촉 중 어느 하나를 판별하기 위한 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치를 포함하여 구성되고, 상기 감시 제어 수단은 상기 신호의 출력치가 항상 상기 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치에 대해 가벼운 접촉측의 영역 내로 수습되도록 상기 워크와 상기 공구와의 접촉 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 구성의 것이라도 좋다.

본 발명에서는, 공구 및 워크 중 적어도 어느 하나가 회전된 상태에서 양자를 접촉시킴으로써, 공구에 의한 워크의 가공이 행해진다.

여기서, 공구 보유 지지 부재와 제1 외주 부재 사이에는 제1 비접촉 베어링 및 상기 제1 컨덴서가 구성되고, 또한 워크 보유 지지 부재와 제2 외주 부재 사이에는 제2 비접촉 베어링 및 상기 제2 컨덴서가 구성된다. 폐쇄 회로는 제1 및 제2 컨덴서를 포함하여 구성된다. 이 폐쇄 회로에는 교류 전류가 흐르고, 검출 수단에서의 검출 전류를 통해 감시 제어 수단이 워크와 공구와의 접촉 상태를 감시ㆍ제어한다. 이에 의해 접촉 상태는 가벼운 접촉 상태로 유지되어 공구가 파손되지 않고 정밀도 좋게 안정된 가공을 행할 수 있다.

또, 본 발명에서는 상기 감시 제어 수단은 상기 신호의 출력치가 상기 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치를 넘어 무거운 접촉측 영역 내의 값이 되면 사용 자의 주의를 환기시키는 주의 환기 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 워크와 공구가 무거운 접촉 상태가 됨으로써, 감시 조건이 충족되어 없어지면 사용자의 주의가 환기되고, 사용자는 즉시 절삭 부하가 허용 범위를 넘어 무겁게 되어 있는 것을 헤아려 알 수 있다. 그로 인해, 절삭 부하를 경감시키기 위한 방책을 신속하게 강구할 수 있어 공구의 파손이나 가공 정밀도의 악화를 방지할 수 있다.

본 발명의 주의 환기 수단으로서는 알람(경보)을 울리는, 알람 램프를 점등시키는, 디스플레이에 경고 정보를 표시하는, 경고 정보가 인자된 종이를 인쇄하여 출력(프린트 아웃)하는, 등 여러 가지의 수단을 예시할 수 있다.

또, 본 발명에서는 상기 감시 제어 수단은 상기 감시 조건을 기억하는 기억 수단을 구비하고, 이 기억 수단에 원하는 감시 조건을 입력하여 기억시키는 입력 수단이 마련되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 가공 목적 혹은 공구 및 워크의 선택에 맞춰 가장 적절한 감시 조건을 적절하게 입력한 후에, 이 감시 조건을 기초로 하여 가공을 보다 한층 적절하게 할 수 있고, 또한 공구의 파손이나 가공 정밀도의 악화도 방지하기 쉬워진다.

또, 본 발명에서는 상기 감시 제어 수단은 상기 워크와 상기 공구와의 접촉 상태에 관한 정보를 표시하는 표시 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 사용자는 표시 수단에 표시되는 정보를 봄으로써, 워크와 공구와의 현재의 접촉 상태를 알 수 있다.

접촉 상태에 관한 정보로서는, 예를 들어 검출 수단에 있어서의 검출 전류의 수치, 파형, 절대치 등을 직접 표시한 것을 채용할 수 있다. 또, 적당한 연산 수단에 의해 검출 전류에 연산을 실시하여 접촉 상태의 표시에 적합한 양으로 한 것이라도 좋다. 또한, 검출 수단이 후술의 검출 회로를 구비하는 구성의 것일 때에는 검출 회로에 있어서 발생되는 유도 전류의 수치, 파형, 절대치 등을 직접 표시한 것, 혹은 이들에 적당한 연산을 실시한 것 등을 채용할 수 있다. 또한, 검출 수단에 있어서의 검출 전류를 기초로 접촉 상태를 해석한 후에, 그 해석 결과를 문자로서 표시해도 좋다. 예를 들어, 비접촉/가벼운 접촉/무거운 접촉 중 현재의 접촉 상태에 대응하는 하나의 문자를 표시시키는 것이라도 좋다. 또, 여기서 가벼운 접촉/무거운 접촉의 판정에는, 상기한 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치를 이용할 수 있다.

또한, 표시 수단으로서는 디스플레이 등의 표시 화면을 갖는 데 한정되지 않고, 접촉 상태가 가벼운 접촉일 때에 점등되는 한 쪽의 램프(예를 들어, 청색) 및 접촉 상태가 무거운 접촉일 때에 점등되는 다른 쪽의 램프(예를 들어, 적색) 중 적어도 어느 하나를 구비하여 구성되는 것이라도 좋다. 이 때는, 램프의 점등이 접촉 상태에 관한 정보를 구성하고 있게 된다.

본 발명에서는, 상기 검출 수단은 상기 폐쇄 회로로부터 발생되는 자속과 쇄교되는 검출 회로를 구비하여 구성되고, 상기 감시 제어 수단은 상기 검출 회로에 있어서 발생되는 유도 전류를 기초로 하는 상기 신호의 출력치를 상기 감시 조건에 따라 감시하는 것이 바람직하다.

워크와 공구와의 접촉 상태가 변화되면, 상기한 바와 같이 폐쇄 회로를 흐르는 전류가 변화된다. 그러면, 폐쇄 회로로부터 발생되어 검출 회로에 쇄교하는 자속이 변화하므로, 검출 회로에는 유도 전류가 발생된다. 그로 인해, 이 유도 전류를 이용하여 접촉 상태를 감시할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 교류 전류 공급 수단은 일정 주파수의 교류 전류를 발생하는 교류 전류 발생 장치와, 이 교류 전류가 흐르는 여자 회로를 구비하여 구성되고, 상기 폐쇄 회로는 상기 여자 회로에 있어서 발생되는 자속과 쇄교되는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 교류 전류가 흐르는 여자 회로로부터 일정 주파수에 의해 주기 변동되는 자속이 발생하고 있다. 그리고, 이 변동 자속과 쇄교되는 상기 폐쇄 회로에는 전자 유도에 의해 일정 주파수의 교류 전류가 유도되고 있다. 워크와 공구와의 접촉 상태가 변화되면, 폐쇄 회로의 임피던스가 변화됨으로써 교류 전류가 변화되므로, 검출 수단에 있어서의 검출 전류를 이용하여 통해 접촉 상태를 감시할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 기초로 하여 설명한다.

<제1 실시 형태>

도1에, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 가공 장치가 도시되어 있다.

이 가공 장치는, 공구(T) 및 워크(W)를 회전시켜 공구(T)에 의해 워크(W)의 절삭 가공을 행하는 장치이다. 공구(T)는 도전성을 갖는 금속 재료에 의해 구성된다. 공구(T)는 뾰족한 단부나 절단날을 포함하는 형상으로 형성되어 있는 엔드밀 과 같은 것이라도 좋고, 또 피가공면의 마무리 가공 등에 이용되는 지석과 같은 것이라도 좋다. 공구(T)는 서로 형상이 다른 복수 종류의 것이 미리 준비되어 있고, 사용자는 가공 목적에 맞추어 가장 적절한 것을 선택하여 가공에 이용할 수 있다. 또한, 워크(W)는 도전성을 갖는 것, 예를 들어 강철계통 재료로 된 것이 선택된다.

공구(T)는 공구(T)를 회전 구동하기 위한 공구 회전 구동 기구(1)에 착탈 가능하게 부착된다. 공구 회전 구동 기구(1)는 대략 원기둥 형상으로 축선을 중심축으로서 회전 가능하게 설치되는 공구 보유 지지 부재로서의 주축(11)과, 주축(11)의 외주 측면을 덮어 형성되는 제1 외주 부재로서의 주축 하우징(12)을 구비한다. 주축(11) 및 주축 하우징(12)은 금속 재료에 의해 구성되는 동시에 도전성을 갖고 있다. 주축(11)의 외주 측면에는 플랜지부(13A)가 돌출되어 형성되고, 주축 하우징(12)의 내주면에는 이 플랜지부(13A)와 대략 동일 형상의 홈(13B)이 링 형상으로 형성되고, 드러스트 베어링부(13)가 구성되어 있다. 주축(11)의 외주면과 주축 하우징(12)의 내주면 사이에는 도시하지 않은 압축기 등에 의해 가압 공기가 공급되어 있고, 제1 비접촉 베어링으로서의 주축 공기 베어링(14)이 구성되어 있다. 그로 인해, 주축(11)은 주축 하우징(12)의 내주면으로부터 부상하고, 양자는 비접촉 상태에 있다. 이를 전기적으로 보면, 주축(11)과 주축 하우징(12)은 서로 절연 상태에 있고, 양자간에는 컨덴서가 형성되어 있게 된다. 이하, 이 컨덴서를 컨덴서(Ct)라 표기하는 것으로 한다.

주축(11)의 선단부에는 공구(T)가 착탈 가능하게 장착되고, 양자는 도시하지 않은 전동기(모터), 에어 터빈 등의 회전 구동 수단에 의해, 그 축선을 중심축으로 서 일체적으로 회전되도록 되어 있다. 초정밀 가공시에 있어서의 회전수는 1분당 3만 회전 이상이나 된다. 이 때, 주축 공기 베어링(14)에 의해 주축(11)과 주축 하우징(12) 사이의 마찰 저항이 현저히 저감되어 있고, 주축(11) 및 공구(T)는 원활하게 회전할 수 있다. 또, 드러스트 베어링부(13)에 의해 주축(11)의 축선 방향의 하중이 지지되고, 주축(11)이 축선 방향으로 이동하지 않도록 되어 있다. 또한, 주축 공기 베어링(14)을 구성하기 위해 상기 압축기로부터 공급되는 가압 공기의 양 및 압력은, 도시하지 않은 레귤레이터에 의해 수동 설정되어 있고, 주축(11)의 주축 하우징(12)의 내주면으로부터의 부상 상태가 엄밀하게 결정되고, 주축(11)의 축선의 위치 결정(소위, 코어 형성)이 정밀하게 이루어져 있다. 그로 인해, 본 실시 형태에 따르면 공구(T)에 의한 가공 정밀도를 현저하게 향상시킬 수 있어, 초정밀 가공에 적합한 가공 장치를 제공할 수 있다. 또, 이 가압 공기의 양 및 압력은, 후술하는 NC 장치(4)에 의해 수치 제어되도록 구성할 수도 있다.

워크(W)는 워크(W)를 회전 구동하기 위한 워크 회전 구동 기구(2)에 착탈 가능하게 부착된다. 워크 회전 구동 기구(2)는 대략 원기둥 형상으로 축선을 중심축으로서 회전 가능하게 설치되는 워크 보유 지지 부재로서의 워크 축(21)과, 워크 축(21)의 외주 측면을 덮어 형성되는 제2 외주 부재로서의 워크 축 하우징(22)을 구비한다. 워크 축(21)의 축선 방향은 주축(11)의 축선 방향에 대해 소정 각도 기울여 형성되어 있고, 이 각도는 사용자가 가공 목적에 맞추어 적절하게 조정하는 것이 가능하다.

또, 도1에 있어서 주축(11)과 워크 축(21)을 동일 평면 내에 도시하고 있는 것은 간략화하기 위해서이며, 실제 주축(11)과 워크 축(21)과의 상대 배치는 사용자가 자유롭게 조정할 수 있고, 또한 후술하는 NC 장치(4)에 의해 수치 제어된다.

워크 축(21)의 외주 측면에는 플랜지부(23A)가 돌출되어 형성되고, 워크 축 하우징(22)의 내주면에는 이 플랜지부(23A)와 대략 동일 형상의 홈(23B)이 링 형상으로 형성되고, 드러스트 베어링부(23)가 구성되어 있다. 워크 축(21)의 외주면과워크 축 하우징(22)의 내주면 사이에는 도시하지 않은 압축기 등에 의해 가압 공기가 공급되어 있고, 제2 비접촉 베어링으로서의 워크 축 공기 베어링(24)이 구성되어 있다. 그로 인해, 워크 축(21)은 워크 축 하우징(22)의 내주면으로부터 부상하여 양자는 비접촉 상태에 있다.

워크 축(21)의 선단부에는 절연재(25)를 통해, 워크(W)가 동축 상에 장착되어 있다. 워크 축(21)과 워크(W)는, 도시하지 않은 전동기(모터), 에어 터빈 등의 회전 구동 수단에 의해, 그 축선을 중심축으로서 일체적으로 회전되도록 되어 있다. 이 때, 워크 축 공기 베어링(24)에 의해 워크 축(21)과 워크 축 하우징(22) 사이의 마찰 저항이 현저하게 저감되어 있고, 워크 축(21) 및 워크(W)는 원활하게 회전할 수 있다. 또, 드러스트 베어링부(23)에 의해 워크 축(21)의 축선 방향의 하중이 지지되고, 워크 축(21)이 축선 방향으로 이동하지 않게 되어 있다. 또한, 워크 축 공기 베어링(24)을 구성하기 위해 상기 압축기로부터 공급되는 가압 공기의 양 및 압력은, 도시하지 않은 조절기에 의해 수동 설정되어 있고, 워크 축(21)의 워크 축 하우징(22)의 내주면으로부터의 부상 상태가 엄밀하게 결정되고, 워크 축(21)의 축선의 위치 결정(소위, 코어 형성)이 정밀하게 이루어져 있다. 그로 인 해, 본 실시 형태에 따르면, 공구(T)에 의한 워크(W)의 가공 정밀도를 현저히 향상시킬 수 있어 초정밀 가공에 적합한 가공 장치를 제공할 수 있다. 또, 이 가압 공기의 양 및 압력은, 후술하는 NC 장치(4)에 의해 수치 제어되도록 구성할 수도 있다.

공구 회전 구동 기구(1) 및 워크 회전 구동 기구(2)는 가공 장치의 장치 본체(도시하지 않음)에 부착되어 있다. 공구 회전 구동 기구(1) 및 워크 회전 구동 기구(2) 중 적어도 어느 하나는, 장치 본체에 설치되는 도시하지 않은 구동 기구에 의해 이동되는 구성으로 되어 있고, 양자는 서로 상대 이동 가능하게 되어 있다. 따라서, 공구(T)를 워크(W)에 대해 상대 이동시키면서 워크(W)를 가공하는 것이 가능하다. 이 때 공구(T) 및 워크(W)의 이송 속도 및 절입량은 후술하는 NC 장치(4)에 의해 수치 제어되어 가공이 적절하게 이루어지게 되어 있다.

본 실시 형태의 가공 장치는 공구(T)와 워크(W)와의 접촉 상태(가공 상태)를 검출하고, 그에 기초로 하여 감시ㆍ제어를 행하는 접촉 상태 검출ㆍ감시ㆍ제어 시스템(3)을 갖고 있다. 접촉 상태 검출ㆍ감시ㆍ제어 시스템(3)은 전자 유도 현상에 의한 유도 전류를 이용하여 접촉 상태에 관한 정보를 취득하는 정보 취득 수단(31)과, 이 취득 정보를 기초로 하여 접촉 상태의 감시ㆍ제어를 행하는 감시 제어 시스템(32)을 구비하여 구성된다.

정보 취득 수단(31)은 일단부가 주축 하우징(12)에 부착되고 타단부가 워크(W)에 부착되는 도선(311)과, 도선(311)의 주위에 링 장착되는 여자 코일(312) 및 검출 코일(313)과, 여자 코일(312)에 일정 주파수의 교류 전류를 흐르게 하는 교류 전류 발생 장치로서의 고주파 발생 장치(OSC)(314)를 구비하여 구성된다. 도선(311)의 타단부는, 도전성을 구비하는 브러시(315)를 통해 미끄럼 이동 가능하게 워크(W)에 부착되어 있다. 그로 인해, 가공시에 워크(W)가 회전되었다고 해도, 도선(311)의 타단부와 워크(W) 사이의 전기적 접속을 유지할 수 있다. 여기서, 여자 코일(312)은 본 발명의 여자 회로를 구성하고, 검출 코일(313)은 본 발명의 검출 회로를 구성하고 있다. 고주파 발생 장치(314)로부터 발생되는 교류 전류의 주파수는 가공 목적이나 공구(T) 및 워크(W)의 선택 등에 맞추어 적절하게 설정 가능하다.

가공할 때에 공구(T)와 워크(W)가 접촉되면, 도1에 있어서의 반시계 회전 방향에 따라서 공구(T) - 워크(W) - 브러시(315) - 도선(311) - 주축 하우징(12) - 주축(11) - 공구(T)의 차례로 폐쇄 회로가 구성된다. 또, 주축 하우징(12) - 주축(11) 사이는 용량 결합이며, 상기한 바와 같이 정전 용량(Ct)의 컨덴서가 구성되어 있다. 이하, 이 폐쇄 회로를 폐쇄 회로(C)라 칭하는 것으로 한다.

고주파 발생 장치(314)에 의해 여자 코일(312)에 일정 주파수의 고주파가 흐르면, 전자 유도에 의해 여자 코일(312)로부터 동일 주파수로 주기 변동하는 자속이 발생된다. 이 자속은 폐쇄 회로(C)에 쇄교되고 나서, 전자 유도에 의해 폐쇄 회로(C)에는 동일 주파수의 교류 전류가 유도되고, 또한 폐쇄 회로(C)로부터 자속이 발생된다. 이 자속은 검출 코일(313)에 쇄교되므로, 검출 코일(313)에는 유도 전류가 발생한다. 또, 고주파 발생 장치(314)와 여자 코일(312)은 폐쇄 회로(C)에 교류 전류를 공급하는 역할을 하고 있기 때문에 본 발명의 교류 전류 공급 수단을 구성하고 있다.

공구(T)와 워크(W)와의 접촉 상태(가공 상태)가 변화되면, 공구(T)와 워크(W) 사이의 접촉 저항이 변화하는 등으로 인해, 폐쇄 회로(C)의 임피던스가 변화된다. 그러면, 폐쇄 회로(C)에 흐르는 교류 전류가 변화되고, 그 결과 검출 코일(313)에 있어서의 유도 전류도 변화되므로, 접촉 상태의 변화가 감지된다.

또, 검출 코일(313)은 폐쇄 회로(C)를 흐르는 교류 전류를 검출하는 본 발명의 검출 수단을 구성하고 있다.

감시 제어 시스템(32)은 검출 코일(313)로부터의 신호(유도 전류를 기초로 하는 신호)를 증폭하는 증폭기 유닛(AMP)(321)과, 이 증폭 신호를 기초로 하여 접촉 상태를 감시 제어하는 제어기(제어 장치)(322)와, 상기한 증폭 신호를 리얼타임으로 표시하는 디지털 오실로스코프(323)를 구비하여 구성된다.

증폭기 유닛(321)은 증폭기, 검파기, 열전 변환 모듈 등(모두 도시하지 않음)을 구비하여 구성되어 있다.

제어기(322)에서는 증폭기 유닛(321)으로부터의 증폭 신호(아날로그 신호)가 아날로그 디지털 변환기(AD)(3221)에 의해 디지털 신호로 변환되고, 이 디지털 신호는 입출력 인터페이스(IOF)(3222)를 통해 버스(3223)에 입력된다. 버스(3223)에서는 CPU(3224)에 의한 연산 제어의 하, 이 디지털 신호가 전송된다. CPU(3224)는 ROM(3225)에 기억되어 있는 제어 프로그램이나 RAM(3226)에 기억되어 있는 여러 가지의 데이터 및 플래그를 기초로 하여, 상기 디지털 신호의 연산 제어를 행한다.

본 발명의 기억 수단으로서의 RAM(3226)에는, 상기 디지털 신호의 허용 출력 범위(단위 : ㎷)를 정하는 감시 조건이 기억된다. 이 감시 조건은, 허용 출력 범위의 상한을 규정하는 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치 S1과, 하한을 규정하는 비접촉/가벼운 접촉 판별 임계치 S2를 포함하여 구성된다. 여기서, 임계치 S1은 공구(T)와 워크(W)와의 접촉 상태가 가벼운 접촉/무거운 접촉 중 어느 하나를 판별하기 위한 임계치이며, 임계치 S2는 비접촉/가벼운 접촉 중 어느 하나를 판별하기 위한 임계치이다. 즉, 상기 디지털 신호의 출력치 S가, (i) S > S1이면, 공구(T)와 워크(W)가 무거운 접촉 상태에 있는 것을 알 수 있고, (ii) S1 ≥ S ≥ S2이면, 가벼운 접촉 상태에 있는 것을 알 수 있고, (iii) S2 > S이면, 비접촉 상태에 있는 것을 알 수 있다. 감시 조건이 충족되는 것은 상기 디지털 신호의 출력치가 허용 출력 범위 내에 있는 가벼운 접촉 상태(ii)일 때이다. 반대로, 무거운 접촉 상태(i) 및 비접촉 상태(iii)일 때는 감시 조건이 충족되지 않는다.

각 임계치 S1, S2는 공구(T) 및 워크(W)의 선택이나 가공 목적에 따라서 사용자가 적절하게 설정한 값을 도시하지 않은 입력 수단에 의해 입력함으로써, RAM(3226)에 기억시킬 수 있다.

여기서, 도2의 (a) 내지 도2의 (d)를 이용하여 공구(T)와 워크(W)와의 접촉 상태에 대해 설명한다. 이 도면에 있어서의 공구(T)는 표면에 미소 금속립(G)이 다수 배치되고, 이 금속립(G)에 의해 워크(W)를 연삭하는 타입의 것이 도시되어 있다. 도면 중의 화살표는 공구(T)의 회전을 나타내고 있다.

도2의 (a)는, 비접촉 상태(감시 조건은 충족되지 않음)를 도시한다. 공구(T)와 워크(W)가 접촉하지 않기 때문에 연삭이 행해지고 있지 않은 상태이다. 이 때, 공구(T)는 공회전을 하고 있다. 신속하게 연삭을 행하여 연삭 가공의 능률성을 높이기 위해서는, 비접촉 상태에 있는 시간은 가능한 한 단축할 필요가 있다.

도2의 (b)는, 가벼운 접촉 상태(감시 조건이 충족됨)를 도시한다. 공구(T)와 워크(W)가 가벼운 연삭 부하 하에 접촉하여 연삭이 행해진다. 공구(T) 및 워크(W)에 무리한 부하가 이러한 일 없이, 원활하게 연삭할 수 있으므로, 공구(T)의 파손의 우려가 적고, 또한 높은 연삭 정밀도를 실현할 수 있다. 그로 인해, 연삭은 이 가벼운 접촉 상태에서 행하는 것이 가장 적합하다.

도2의 (c) 및 도2의 (d)는, 무거운 접촉 상태(감시 조건이 충족되지 않음)를 도시한다. 공구(T)와 워크(W)에 큰 연삭 부하가 결려 있다. 도2의 (c)에서는 공구(T)의 파손까지는 일어나 있지는 않지만, 공구(T)를 워크(W)에 대해 무리하게 압박하고 있는 모양이 되기 때문에, 가공 정밀도에 악영향을 미칠 가능성이 있다. 또한, 도2의 (d)에서는 무리하게 더 공구(T)를 워크(W)에 대해 압박한 결과, 공구(T)가 파손되어 있다.

다시 도1로 복귀하여 설명을 계속한다. 액정 디스플레이를 갖는 LCD 모니터(3227)에는, 상기 감시 조건에 있어서의 임계치 S1 및 S2와, 실제 디지털 신호의 출력치가 모두 표시된다. 사용자는, 이 수치 비교에 의해 감시 조건이 충족되어 있는지 여부를 바로 판단할 수 있고, 감시 조건이 충족되어 있지 않은 경우에는 대응 조치, 즉 공구(T)와 워크(W)를 가벼운 접촉 상태로 조정하여 감시 조건을 충족시키기 위한 조치를 신속하게 강구할 수 있어, 공구(T)와 워크(W)를 항상 가벼운 접촉 상태로 유지할 수 있다. 그로 인해, 무거운 접촉 상태를 회피할 수 있음으로 써 공구(T)의 파손이나 가공 정밀도의 악화를 방지할 수 있고, 또한 비접촉 상태를 회피할 수 있음으로써 공(空)절삭 시간이 생기는 것을 방지할 수 있어 가공을 신속하면서 정확하게 행할 수 있다.

또, LCD 모니터(3227)는 공구(T)와 워크(W)와의 접촉 상태(가공 상태)에 관한 정보를 표시하는 본 발명의 표시 수단을 구성하고 있다. 여기서, 접촉 상태에 관한 정보라 함은, 상기 디지털 신호의 출력치를 가리키고 있다.

또, 공구(T)의 이송 속도, 절입량, 회전수, 워크(W)의 이송 속도, 회전수, 주축(11)과 주축 하우징(12) 사이에 압축기에 의해 공급되는 가압 공기의 양, 압력, 워크 축(21)과 워크 축 하우징(22) 사이에 압축기에 의해 공급되는 가압 공기의 양, 압력, 주축(11)과 주축 하우징(12) 간격, 컨덴서(Ct)의 정전 용량, 워크 축(21)과 워크 축 하우징(22) 간격, 등의 여러 가지의 양을 적당한 검출 수단에 의해 검출한 후에 LCD 모니터(3227)에 접촉 상태의 감시를 행하기 위한 보조 정보로서 표시시킬 수도 있다. 또한, 이러한 각 양에 대한 허용 범위를 규정하는 임계치를 LCD 모니터(3227)에 더불어 표시시키면, 사용자는 각 양에 대해 수치가 적정한지 여부의 판단을 정확하면서 신속하게 행할 수 있어 접촉 상태가 무거운 접촉 혹은 비접촉이 된 경우에는 가벼운 접촉으로 복귀시키기 위한 조치를 신속하게 강구할 수 있다. 또, 이러한 각 허용 범위를 규정하는 임계치는, 도시하지 않은 입력 수단에 의해 RAM(3226)에 입력 및 기억되어 있어 접촉 상태의 감시를 행하기 위한 보조 조건으로서 이용된다.

디지털 오실로스코프(323)는 증폭기 유닛(321)으로부터의 증폭 신호를 그대 로 도입하여 파형 표시하는 동시에, 제어기(322)로부터의 알람 신호를 USB(Universal Serial Bus) 신호로서 수신하여 알람 정보로서 표시한다.

여기서, 알람 신호라 함은, RAM(3226)에 기억되어 있는 상기 감시 조건[아날로그 디지털 변환기(3221)로부터의 디지털 신호의 출력치에 관한 조건] 및 상기 각 보조 조건 중 적어도 어느 하나가 충족되어 없어지면, USB 인터페이스(USB IF)(3228)를 통해, 디지털 오실로스코프(323)를 향해서 발신되는 경고 신호의 것이다.

디지털 오실로스코프(323)의 표시 화면에는 알람 정보를 표시하기 위한 알람 램프가 감시 조건 및 각 보조 조건에 대응하여 복수개 설치되어 있고, 충족되어 있지 않은 조건에 대응하는 알람 램프만이 점등된다. 이에 의해, 접촉 상태의 이상(무거운 접촉 또는 비접촉)이 사용자에게 알리게 되어 사용자의 주의가 환기된다. 사용자는 점등된 알람 램프를 보고, 어떤 조건이 충족되어 있지 않은 것인지를 즉시 헤아려 알 수 있으므로, 접촉 상태를 정상(가벼운 접촉)으로 복귀시키기 위한 조치를 신속하면서 정확하게 강구할 수 있다.

이상과 같이, 디지털 오실로스코프(323)는 본 발명의 주의 환기 수단을 구성하고 있다.

또, 제어기(322)로부터의 알람 신호는 고속버스 인터페이스(COM)(3229)를 통해, NC 장치(4)로 고속 시리얼 전송된다. NC 장치(4)는 수신한 알람 신호를 기초로 하여, 가공 제어용의 각종 수치 데이터를 적절하게 자동 수정하고, RAM(3226)에 기억된 모든 조건(감시 조건 및 각 보조 조건)이 충족되는 가공 상태, 즉 가벼운 접촉 상태로 신속하게 이행시킨다.

여기서, 가공 제어용의 각종 수치 데이터로서는 공구(T)의 이송 속도, 절입량, 회전수, 워크(W)의 이송 속도, 회전수, 주축(11)과 주축 하우징(12) 사이에 압축기에 의해 공급되는 가압 공기의 양, 압력, 워크 축(21)과 워크 축 하우징(22) 사이에 압축기에 의해 공급되는 가압 공기의 양, 압력, 주축(11)과 주축 하우징(12) 간격, 컨덴서(Ct)의 정전 용량, 워크 축(21)과 워크 축 하우징(22) 간격 등의 여러 가지의 양을 예시할 수 있다.

이와 같이, 공구(T)와 워크(W)와의 접촉 상태가 이상(무거운 접촉 또는 비접촉)이 됨으로써 RAM(3226)에 기억되는 각종 조건 중 적어도 어느 하나가 충족되어 없어졌다고 해도, NC 장치(4)가 즉시 이를 수정하고, 조건을 모두 충족시켜 접촉 상태를 정상(가벼운 접촉)으로 복귀시킬 수 있다. 그로 인해, 무거운 접촉 상태를 회피할 수 있음으로써 공구(T)의 파손이나 가공 정밀도의 악화를 방지할 수 있고, 또한 비접촉 상태를 회피할 수 있음으로써 공절삭 시간이 생기는 것을 방지할 수 있어 가공을 신속하면서 정확하게 행할 수 있다.

또, 이상의 구성에 있어서, 감시 제어 시스템(32) 및 NC 장치(4)는 검출 수단으로서의 검출 코일(313)에 있어서 발생되는 유도 전류를 기초로 하는 신호의 출력치를 감시 조건에 따라 감시하고, 공구(T)와 워크(W)와의 접촉 상태를 제어하는 본 발명의 감시 제어 수단을 구성하고 있다.

도1에 있어서 입출력 인터페이스(IOF)(3230)는 고주파 발생 장치(314)의 전원의 온/오프를 행하기 위해 설치된다. 제어기(322)에 설치되는 도시하지 않은 온 /오프 스위치를 절환하면, 입출력 인터페이스(3230)를 통해 고주파 발생 장치(314)를 향해 온/오프 절환 신호가 발신되고, 고주파 발생 장치(314)의 전원의 온/오프가 절환된다. 고주파 발생 장치(314)의 전원이 온일 때는 고주파가 발생되어 접촉 상태(가공 상태)의 감시ㆍ제어가 행해지고, 또한 오프일 때는 고주파가 발생되지 않아 접촉 상태의 감시ㆍ제어는 행해지지 않는다.

<제2 실시 형태>

계속해서, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 상기 제1 실시 형태에 있어서 설명한 구성 요소와 동일 또는 대응하는 구성 요소에 대해서는, 상기 제1 실시 형태에 있어서의 부호와 동일한 부호를 부여하여, 그 설명을 생략 혹은 간략하게 한다(후술하는 제3, 제4, 제5, 제6 실시 형태에 있어서도 동일함).

도3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 가공 장치에서는 상기 제1 실시 형태에 있어서 워크(W)와 워크 축(21) 사이에 개재 장착되어 있었던 절연재(25)가 제거되고, 워크(W)와 워크 축(21)이 직접 전기적으로 접속되어 있다. 도선(311)의 타단부는 워크 축 하우징(22)에 직접 전기적으로 접속되어 있다. 워크 축(21) 및 워크 축 하우징(22)은 도전성을 구비하게 된다.

이상의 구성에 있어서, 가공할 때에 공구(T)와 워크(W)가 접촉되면, 도3에 있어서의 반시계 회전 방향에 따라서, 공구(T) - 워크(W) - 워크 축(21) - 워크 축 하우징(22) - 도선(311) - 주축 하우징(12) - 주축(11)ㆍ공구(T)의 차례로 폐쇄 회로(C)가 구성된다. 여기서, 워크 축(21) - 워크 축 하우징(22) 사이는 용량 결합 이며, 컨덴서(Cw)가 구성되어 있다.

공구(T)와 워크(W)와의 접촉 상태(가공 상태)의 변화에 수반하여 생기는 폐쇄 회로(C)를 흐르는 교류 전류의 변화를, 검출 코일(313)에 있어서의 유도 전류로서 검출하여 접촉 상태의 감시ㆍ제어가 행해지는 것은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

또, 컨덴서(Cw)의 정전 용량의 수치는 접촉 상태를 감시하기 위한 보조 정보로서 LCD 모니터(3227)에 표시시킬 수도 있고, 또한 NC 장치(4)에 있어서의 수치 제어용의 수치 데이터로서도 채용할 수 있다. 또한, 적정한 정전 용량(Cw)의 수치 범위를 규정하는 보조 조건을 적절하게 설정하여 RAM(3226)에 기억시키고, 이것이 충족되지 않을 때는 디지털 오실로스코프(323)의 표시 화면 상에 알람 정보가 표시되는 구성으로 해도 좋다.

<제3 실시 형태>

계속해서, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 설명한다.

도4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 가공 장치에서는 제1 실시 형태에 있어서의 LCD 모니터(3227) 대신에 퍼스널 컴퓨터(PC)(5)가 설치되어 있다. 퍼스널 컴퓨터(5)는 제어기(322) 사이에서 데이터의 교환을 USB의 신호에 의해 행한다. 퍼스널 컴퓨터(5)의 표시 화면(디스플레이)에는, 제1 실시 형태와 같이 아날로그 디지털 변환기(3221)로부터의 디지털 신호의 허용 출력 범위에 있어서의 임계치 S1 및 S2와, 실제 디지털 신호의 출력치가 모두 표시된다. 또한, 접촉 상태의 감시를 행하기 위한 상기 각종 보조 정보 및 상기 각종 보조 조건을 표시시킬 수도 있다.

<제4 실시 형태>

계속해서, 본 발명의 제4 실시 형태에 대해 설명한다.

도5에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 가공 장치에 있어서는 제1 실시 형태에 있어서의 디지털 오실로스코프(323)가 설치되어 있지 않고, 그 대신에 LCD 모니터(3227)에 아날로그 디지털 변환기(3221)에 있어서 AD(아날로그 디지털) 변환된 증폭기 유닛(321)으로부터의 증폭 신호가 파형 표시된다. 또, LCD 모니터(3227)에는 상기 각종의 수치 정보ㆍ조건 등을 파형 표시와 더불어 표시시켜도 좋다. 또한, 모니터(3227)로서 스토리지형의 디스플레이를 채용하여, 이상의 파형 표시, 수치 정보ㆍ조건을 전자 빔에 의해 화면에 묘화하도록 해도 좋다.

<제5 실시 형태>

계속해서, 본 발명의 제5 실시 형태에 대해 설명한다.

도6에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 가공 장치에 있어서는 제1 실시 형태에 있어서의 디지털 오실로스코프(323) 및 LCD 모니터(3227)가 설치되어 있지 않고, 그 대신에 퍼스널 컴퓨터(PC)(5)가 설치된다.

퍼스널 컴퓨터(5)는 제어기(322) 사이에서 데이터 교환을 행하고, 그 표시 화면(디스플레이)에는 아날로그 디지털 변환기(3221)에 있어서 AD 변환된 증폭기 유닛(321)으로부터의 증폭 신호가 파형 표시되는 동시에, 상기 각종의 수치 정보ㆍ조건이 표시된다. 여기서, 퍼스널 컴퓨터(5)의 표시 화면은 스토리지형의 디스플레이로 할 수도 있다.

<제6 실시 형태>

계속해서, 본 발명의 제6 실시 형태에 대해 설명한다.

도7은 본 발명의 가공 장치로서의 NC 가공 기계를 도시하는 사시도이다. 상기 도면에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 NC 가공 기계는 NC 장치에 의해 제어되는 공작 기계이며, 베이스(61)와, 이 베이스(61) 상에 설치된 기계 본체(611)와, 이 기계 본체(611)의 구동을 제어하는 NC 장치(4)를 구비한다.

상기 기계 본체(611)는 상기 베이스(61)의 상면에 레벨라 등을 통해 설치된 베드(612)와, 이 베드(612)의 상면에 전후 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 설치된 테이블(613)과, 상기 베드(612)의 양측에 세워 설치된 한 쌍의 컬럼(614, 615)과, 이 양쪽 컬럼(614, 615)의 상부 사이에 걸쳐진 크로스 레일(1616)과, 이 크로스 레일(1616)에 따라서 좌우 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 설치된 슬라이더(617)와, 이 슬라이더(617)에 상하 방향(Z축 방향)으로 승강 가능하게 설치된 스핀들 헤드(618)와, 상기 컬럼(614, 615) 사이의 전방면부를 덮도록 설치되어 내부가 투시 가능하고 또한 상단부를 지지점으로서 상하 방향으로 개폐 가능한 스플래시(19)로 구성되어 있다.

본 발명의 워크 보유 지지 부재로서의 테이블(613)에는 워크(W)가 적재된다. 워크(W) 및 테이블(613)은 모두 도전성 재료에 의해 구성되어 있고, 양자는 전기적으로 도통되어 있다.

상기 베드(612)에는, 상기 테이블(613)을 안내하는 가이드(도시 생략)와 함께, 테이블(613)을 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 구동 기구(621)가 설치되어 있다. Y축 구동 기구(621)로서는 모터와, 그 모터에 의해 회전하는 이송 나사 축으로 이 루어지는 이송 나사 기구가 이용되고 있다.

상기 각 컬럼(614, 615)은 측면 형상이 상부에 대해 하부가 넓게 된 대략 삼각형 형상으로 형성되어 있다. 이에 의해, 하부가 안정된 구조이므로, 스핀들 헤드(618)가 고속 회전하는 것이라도 진동의 발생을 저감할 수 있다.

상기 크로스 레일(616)에는, 상기 슬라이더(617)를 이동 가능하게 안내하는 2개의 가이드 레일(1623)이 설치되어 있는 동시에, 슬라이더(617)를 X축 방향으로 이동시키는 X축 구동 기구(624)가 설치되어 있다.

상기 슬라이더(617)에는, 상기 스핀들 헤드(618)를 Z축 방향으로 안내하는 가이드(도시 생략)와 함께, 스핀들 헤드(618)를 Z축 방향으로 승강시키는 Z축 구동 기구(625)가 설치되어 있다. 이러한 구동 기구(624, 625)에 대해서도, 상기 Y축 구동 기구(621)와 마찬가지로, 모터와, 그 모터에 의해 회전하는 이송 나사 축으로 이루어지는 이송 나사 기구가 이용되고 있다.

상기 스핀들 헤드(618)는 주축(11)(도7에 있어서는 도시하지 않음)과, 이 외주면을 덮어 형성되는 주축 하우징(12)을 구비하여 구성되고, 주축(11)의 선단부에는 공구(T)가 착탈 가능하게 장착된다.

주축(11)과 주축 하우징(12) 사이에는 공기 베어링이 구성되어 있기 때문에, 양자는 비접촉이며, 전기적으로는 컨덴서(Ct)가 구성되어 있다. 또한, 주축 하우징(12)과 테이블(613)은 도시하지 않은 도선(311)에 의해 연결되어 있다.

공구(T)에 의한 워크(W)의 가공에 있어서, 양자가 접촉되면 공구(T) - 워크(W) - 테이블(613) - 도선(311) - 주축 하우징(12) - 주축(11) - 공구(T)의 차례로 폐쇄 회로(C)(도시하지 않음)가 구성된다. 이 폐쇄 회로(C)에는, 도시하지 않은 고주파 발생 장치(314) 및 여자 코일(312)에 의해 교류 전류가 흐른다. 공구(T)와 워크(W)와의 접촉 상태(가공 상태)의 변화에 수반하여 이 교류 전류에 변화가 발생하면 도시하지 않은 검출 코일(313)에는 유도 전류가 발생하고, 접촉 상태가 변화된 것이 감지된다. 도시하지 않은 제어기(322)는, 이 유도 전류를 기초로 하여 접촉 상태의 감시ㆍ제어를 행한다. 제어기(322)는 접촉 상태의 이상(무거운 접촉 또는 비접촉)을 감지하면 NC 장치(4)에 알람 신호를 발신하고, NC 장치(4)는 가공 제어용의 각종 수치 데이터를 적절하게 자동 수정하여 정상(가벼운 접촉)인 접촉 상태로 복귀시킨다.

또, 워크(W)의 가공에 있어서는 NC 장치(4)로부터의 명령에 의해 테이블(613)과 스핀들 헤드(618)를 X, Y, Z축 방향으로 상대 이동시키면서, 주축(11)에 장착된 회전 공구(T)에 의해 워크(W)를 가공한다. 즉, 테이블(613)을 Y축 구동 기구(621)를 통해 Y 방향으로, 스핀들 헤드(618)를 X축 구동 기구(624) 및 Z축 구동 기구(625)를 통해 X 및 Z축 방향으로 각각 이동시키면서, 주축(11)에 장착된 회전공구(T)에 의해 워크(W)를 가공한다.

또, 본 발명은 전술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형 및 개량 등은 본 발명에 포함되는 것이다.

예를 들어, 상기 각 실시 형태에 있어서는 본 발명의 제1 비접촉 베어링으로서 주축 공기 베어링(14)이 본 발명의 제2 비접촉 베어링으로서 워크 축 공기 베어링(24)이, 각각 설치되어 있었지만, 본 발명에서는 제1 및 제2 비접촉 베어링은 공 기 베어링일 필요는 없고, 예를 들어 자기 베어링 및 공기 자기 복합식 베어링이라도 좋다.

또, 상기 제1 실시 형태에 있어서는 도선(311)의 일단부가 주축 하우징(12)에 부착되고, 타단부가 브러시(315)를 통해 워크(W)에 부착됨으로써 폐쇄 회로(C)가 구성되어 있었지만, 본 발명에서는 도선(311)의 일단부를 도전성의 브러시를 통해 공구(T)에 부착되고, 타단부를 도전성의 워크 축 하우징(22)에 부착됨으로써 폐쇄 회로(C)를 구성시켜도 좋다. 여기서, 도1에 있어서의 절연재(25)는 제거되는 것으로 하고, 워크(W)와 워크 축(21)은 직접 전기적으로 도통되어 있다. 또한, 워크 축(21) 및 워크 축 하우징(22)은 모두 도전성을 구비하게 된다. 이 때, 폐쇄 회로(C)는 공구(T) - 워크(W) - 워크 축(21) - 워크 축 하우징(22) - 도선(311) - 브러시 - 공구(T)의 차례로 구성되어 있고, 여기에 교류 전류가 흐르게 됨으로써 공구(T)와 워크(W)와의 접촉 상태의 감시가 행해진다. 또, 워크 축(21) - 워크 축 하우징(22) 사이는 컨덴서(Cw)에 의한 용량 결합으로 되어 있다. 이 폐쇄 회로(C)에 있어서는 주축(11) 및 주축 하우징(12)에는 교류 전류를 흐르게 할 필요가 없기 때문에, 공구(T)와 주축(11) 사이에 절연재를 개재 장착함으로써, 양자가 전기적으로 절연되는 것이 바람직하다.

또, 상기 제1 실시 형태에 있어서는 검출 코일(313)에 발생되는 유도 전류의 검출을 통해, 폐쇄 회로(C)를 흐르는 교류 전류의 검출을 행하고 있었지만, 본 발명에서는 직접 폐쇄 회로(C)를 흐르는 교류 전류의 검출을 행해도 좋다. 또한, 폐쇄 회로(C)에 시리얼로 저항기를 접속하고, 이 저항기에 관한 전압의 검출을 통해 교류 전류의 검출을 행해도 좋다.

또한, 상기 제1 실시 형태에 있어서는 고주파 발생 장치(314)와 여자 코일(312)에 의해 폐쇄 회로(C)에 교류 전류를 흐르게 하고 있었지만, 본 발명에서는 폐쇄 회로(C)에 교류 전원을 시리얼로 접속하여 직접 교류 전류를 흐르게 하는 구성으로 해도 좋다. 이 때, 상기 교류 전원으로부터 발생되는 교류 전류는 일정 주파수로 되는 것이 바람직하다.

[실시예]

다음에, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

<제1 실시예>

도8은, 도1의 구성의 가공 장치에 있어서, 공구(T)의 워크(W)로의 절입량(횡축)을 변화시켰을 때 출력 신호(세로축)의 값이 변화를 나타낸 것이다. 여기서, 출력 신호라 함은, 아날로그 디지털 변환기(3221)에 있어서 AD 변환된 증폭기 유닛(321)으로부터의 증폭 신호를 가리킨다.

도8에 있어서, 절입량이 마이너스로 표시되는 영역에서는 공구(T)와 워크(W)가 비접촉 상태[도2의 (a) 참조]에 있고, 폐쇄 회로(C)가 구성되어 있지 않기 때문에, 출력 신호는 0 ㎷이다. 이 상태에서 공구(T)와 워크(W)를 서로 근접하게 하고, 양자가 접촉(절입량 = 0 ㎛일 때)되면 폐쇄 회로(C)가 구성되고, 바로 6 내지 7 ㎷의 출력 신호가 발생한다. 따라서, 출력 신호의 값을 감시함으로써, 공구(T)와 워크(W)가 접촉된 순간을 정확하게 파악할 수 있다. 여기서, 비접촉/가벼운 접촉 판별 임계치 S2를, 예를 들어 3 ㎷ 정도로 설정하면, 이 임계치 S2에 의해 비접 촉 상태와 가벼운 접촉 상태[도2의 (b) 참조]를 적절하게 판별할 수 있다.

또, 절입량을 0 ㎛로부터 점차 증대시켜 가면, 그에 따라 출력 신호의 값도 증대되므로, 절입량과 출력 신호치 사이에는 플러스의 상관 관계가 있다. 그로 인해, 출력 신호치를 이용함으로써 절입량의 증대에 수반하는 가벼운 접촉 상태로부터 무거운 접촉 상태[도2의 (c), 도2의 (d) 참조]로의 변화를 감시할 수 있는 것을 알 수 있다. 가벼운 접촉 상태와 무거운 접촉 상태와의 경계가 반드시 명확하지 않는 것은 먼저 서술한 바와 같지만, 지금 가령 경계가 출력 신호치 20 ㎷의 부분에 있다고 한다면, 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치 S1을 이 값으로 설정함으로써, 가벼운 접촉 상태와 무거운 접촉 상태를 이 임계치 S1을 갖고 적절하게 판별할 수 있다.

가공할 때는 신호 출력치가, 이상과 같이 설정된 2개의 임계치 S1(= 20 ㎷) 및 S2(= 3 ㎷) 사이(허용 출력 범위 내)의 값이 되도록 제어가 행해지므로, 공구(T)와 워크(W)와의 접촉 상태를 항상 가벼운 접촉 상태로 유지할 수 있다.

<제2 실시예>

계속해서, 도9에 대해 설명한다.

이 살포도에 있어서의 각 데이터는, 상기 각 실시 형태에 있어서의 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치 S1을 설정하지 않고 가공을 행한 경우에 있어서의 가공시 출력 신호치와, 가공 후 가공 표면의 표면 거칠기(PV치 : 단위 ㎛)를 플롯한 것이다. 또, 가공 표면의 표면 거칠기는 가공 후에 3차원 측정기에 의해 측정한 것이다.

우선, 플롯의 모양으로부터 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 출력 신호치와 가공 후 표면 거칠기 사이에는 플러스의 상관 관계가 있다. 그로 인해, 출력 신호치는 가공 후 표면 거칠기의 지표로서 기능할 것을 알 수 있다. 그로 인해, 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치 S1을 설정함으로써 출력 신호치의 허용 범위를 규정하면, 표면 거칠기(PV치)를 원하는 범위 내에 억제하는 것이 가능하고, 가공 정밀도를 일정하게 하면서 고정밀도로 유지할 수 있다.

예로서, PV치가 0.03 ㎛ 이하의 가공 정밀도를 필요로 하는 가공을 행하는 경우의 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치 S1을, 도9의 데이터를 이용하여 설정하는 방법에 대해 설명한다. 도9에 있어서, PV치가 0.03 ㎛ 이하의 적합 데이터를 백색 동그라미(○)로, PV치가 0.03 ㎛ 이상의 부적합 데이터를 흑색 동그라미(●)로 나타낸다. 이를 출력 신호치로 보면, 백색 동그라미(○)와 흑색 동그라미(●)와의 경계는 11 ㎷ 부근에 존재하는 것을 알 수 있으므로, 이 위치에 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치 S1을 설정한다. 그러면, 가공시 출력 신호치는 S1 이하로 항상 유지되게 되고, 가공 후 표면 거칠기(PV치)도 원하는 범위 내(PV치 ≤ 0.03 ㎛)로 억제할 수 있다.

또, 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치 S1의 설정 방법으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서는 가공 후 PV치가 0.03 ㎛ 이하가 되는 공구(T)와 워크(W)와의 접촉 상태를 가벼운 접촉 상태로 정의하고, PV치가 0.03 ㎛ 이상으로 가능한 한 접촉 상태를 무거운 접촉 상태로서 정의하는 것으로 이루어진다. 이는 가벼운 접촉/무거운 접촉 중 하나의 정의에 불과하지만, 이와 같이 정의된 결과로 설 정되는 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치 S1은 가공 정밀도의 악화 방지에 가장 적절한 임계치로 되어 있는 것은, 이상 설명한 바와 같다.

본 발명에 따르면, 워크와 공구와의 접촉 상태의 감시ㆍ제어를 행함으로써, 가공을 적절하게 할 수 있어 공구의 파손이나 가공 정밀도의 악화를 방지할 수 있는 가공 장치를 제공할 수 있다.

Claims

도전성을 갖는 워크를 보유 지지하는 워크 보유 지지 부재와,

상기 워크의 가공을 행하는 도전성을 갖는 공구를 보유 지지하고, 회전 가능하게 되어 도전성을 갖는 공구 보유 지지 부재와,

이 공구 보유 지지 부재의 외주면 중 적어도 일부분을 덮어 형성되고 도전성을 갖는 제1 외주 부재와,

상기 공구 보유 지지 부재를 상기 제1 외주 부재의 내주면으로부터 부상시킴으로써 구성되는 제1 비접촉 베어링과,

상기 제1 외주 부재와 상기 워크를 전기적으로 접속하는 도선과,

가공할 때에 상기 워크와 상기 공구가 접촉되면, 상기 워크, 상기 공구, 상기 공구 보유 지지 부재, 상기 제1 외주 부재 및 상기 도선의 차례로 구성되는 폐쇄 회로와,

이 폐쇄 회로에 교류 전류를 공급하는 교류 전류 공급 수단과,

상기 폐쇄 회로를 흐르는 교류 전류를 검출하는 검출 수단과,

이 검출 수단으로 검출되는 교류 전류를 기초로 하는 신호의 출력치를 소정의 감시 조건에 따라 감시하는 감시 제어 수단을 구비하고,

상기 감시 조건은, 상기 워크와 상기 공구와의 접촉 상태가 가벼운 접촉/무거운 접촉 중 어느 하나를 판별하기 위한 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치를 포함하여 구성되고,

상기 감시 제어 수단은 상기 신호의 출력치가 항상 상기 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치에 대해 가벼운 접촉측의 영역 내로 수습되도록 상기 워크와 상기 공구와의 접촉 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
도전성을 갖는 워크를 보유 지지하고, 회전 가능하게 되어 도전성을 갖는 워크 보유 지지 부재와,

상기 워크의 가공을 행하는 도전성을 갖는 공구를 보유 지지하는 공구 보유 지지 부재와,

상기 워크 보유 지지 부재의 외주면 중 적어도 일부분을 덮어 형성되고 도전성을 갖는 제2 외주 부재와,

상기 워크 보유 지지 부재를 상기 제2 외주 부재의 내주면으로부터 부상시킴으로써 구성되는 제2 비접촉 베어링과,

상기 제2 외주 부재와 상기 공구를 전기적으로 접속하는 도선과,

가공할 때에 상기 워크와 상기 공구가 접촉되면, 상기 공구, 상기 워크, 상기 워크 보유 지지 부재, 상기 제2 외주 부재 및 상기 도선의 차례로 구성되는 폐쇄 회로와,

이 폐쇄 회로에 교류 전류를 공급하는 교류 전류 공급 수단과,

상기 폐쇄 회로를 흐르는 교류 전류를 검출하는 검출 수단과,

이 검출 수단으로 검출되는 교류 전류를 기초로 하는 신호의 출력치를 소정의 감시 조건에 따라 감시하는 감시 제어 수단을 구비하고,

상기 감시 조건은 상기 워크와 상기 공구와의 접촉 상태가 가벼운 접촉/무거운 접촉 중 어느 하나를 판별하기 위한 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치를 포함하여 구성되고,

상기 감시 제어 수단은 상기 신호의 출력치가 항상 상기 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치에 대해 가벼운 접촉측의 영역 내로 수습되도록 상기 워크와 상기 공구와의 접촉 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 워크 보유 지지 부재는 회전 가능하게 되는 동시에, 도전성을 갖게 되고,

상기 워크 보유 지지 부재의 외주면 중 적어도 일부분을 덮어 형성되고 도전성을 갖는 제2 외주 부재와,

상기 워크 보유 지지 부재를 상기 제2 외주 부재의 내주면으로부터 부상시킴으로써 구성되는 제2 비접촉 베어링을 구비하고,

상기 도선은, 상기 제1 외주 부재와 상기 제2 외주 부재를 전기적으로 접속하고,

상기 폐쇄 회로는 상기 워크, 상기 공구, 상기 공구 보유 지지 부재, 상기 제1 외주 부재, 상기 도선, 상기 제2 외주 부재 및 상기 워크 보유 지지 부재의 차례로 구성되는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 감시 제어 수단은 상기 신호의 출력치가 상기 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치를 넘어 무거운 접촉측 영역 내의 값이 되면 사용자의 주의를 환기하는 주의 환기 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
제2항에 있어서, 상기 감시 제어 수단은 상기 신호의 출력치가 상기 가벼운 접촉/무거운 접촉 판별 임계치를 넘어 무거운 접촉측 영역 내의 값이 되면 사용자의 주의를 환기하는 주의 환기 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 감시 제어 수단은 상기 감시 조건을 기억하는 기억 수단을 구비하고,

이 기억 수단에 원하는 감시 조건을 입력하여 기억시키는 입력 수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
제2항에 있어서, 상기 감시 제어 수단은 상기 감시 조건을 기억하는 기억 수단을 구비하고,

이 기억 수단에 원하는 감시 조건을 입력하여 기억시키는 입력 수단이 마련되는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 감시 제어 수단은 상기 워크와 상기 공구와의 접촉 상태에 관한 정보를 표시하는 표시 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
제2항에 있어서, 상기 감시 제어 수단은 상기 워크와 상기 공구와의 접촉 상태에 관한 정보를 표시하는 표시 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 검출 수단은, 상기 폐쇄 회로로부터 발생되는 자속과 쇄교되는 검출 회로를 구비하여 구성되고,

상기 감시 제어 수단은 상기 검출 회로에 있어서 발생되는 유도 전류를 기초로 하는 상기 신호의 출력치를 상기 감시 조건에 따라 감시하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
제2항에 있어서, 상기 검출 수단은 상기 폐쇄 회로로부터 발생되는 자속과 쇄교되는 검출 회로를 구비하여 구성되고,

상기 감시 제어 수단은 상기 검출 회로에 있어서 발생되는 유도 전류를 기초로 하는 상기 신호의 출력치를 상기 감시 조건에 따라 감시하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 교류 전류 공급 수단은 일정 주파수의 교류 전류를 발생하는 교류 전류 발생 장치와, 이 교류 전류가 흐르는 여자 회로를 구비하여 구성되고,

상기 폐쇄 회로는 상기 여자 회로에 있어서 발생되는 자속과 쇄교되는 것을 특징으로 하는 가공 장치.