CN105522187A

CN105522187A - 机床

Info

Publication number: CN105522187A
Application number: CN201510629266.7A
Authority: CN
Inventors: 堂丸宏之; 仓本博久
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2016-04-27
Also published as: US20160107283A1; JP2016078177A

Abstract

本发明提供一种机床，防止工作台的变形(倾斜)引起的加工精度的降低。具备：可移动地支承于床身(11)的立柱(14)；可移动地支承于上述立柱(14)的滑鞍16)；可移动地支承于上述滑鞍(16)的滑枕(18)；使上述立柱(14)、上述滑鞍(16)和上述滑枕(18)在各移动轴X、Y、Z上移动的移动单元(131、132、133)；载置工件(20)的工作台(24)；检测上述工作台(24)的倾斜的工作台倾斜检测单元(121a、121b、122a、122b)；基于上述工作台倾斜检测单元(121a、121b、122a、122b)的检测结果控制上述移动单元(131、132、133)的控制单元(100)。

Description

机床

技术领域

本发明涉及提高加工时的工具与工件的相对位置的精度并提高加工精度的机床。

背景技术

近年来，对机床的高精度加工的要求越来越高。机床的加工精度被支承主轴的滑鞍等移动的平滑度及直线度等机械主体的几何学精度大幅左右，且根据工具的特性或加工条件等决定，并且还根据加工时的工具与工件的相对位置的精度决定。

例如，在卧式镗床那样的机床中，将滑鞍可移动地支承于立柱的侧面，因此，通过滑鞍沿着立柱上下移动，在立柱上会产生变形(倾斜)。另外，由于可移动地支承于床身的立柱在受床身的直线度影响而出现角度偏差(间距、摇晃、偏转)的同时进行移动、以及周边温度的变化，从而在立柱上也会产生变形(倾斜)。

这样，当在立柱上产生倾斜时，工具的前端位置偏移，加工时的工具与工件的相对位置的精度降低，因此，机床的加工精度会降低。因此，开发有一种技术，检测滑鞍的移动或立柱的移动等引起的立柱的倾斜，基于该检测结果使立柱或滑鞍等移动，由此校正工具的前端位置的偏移，防止机床的加工精度降低(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：专利第5001870号公报

发明所要解决的课题

在机床中，在设置工件的工作台上也产生倾斜，由于该工作台的倾斜，从而加工时的工具与工件的相对位置的精度也降低，因此，机床的加工精度会降低。例如，在将工件设置于工作台时，工件的重心和工作台的中心偏移的情况下，由于该重心的偏移(偏心)，在工作台上会产生变形(倾斜)。另外，由于可移动地支承于工作台床身的工作台在受工作台床身的直线度的影响而出现角度偏差的同时进行移动、以及周边温度的变化，从而在工作台上也会产生变形(倾斜)。

这样，当由于工件的设置位置、工作台的移动、周边温度的变化等而在工作台上产生倾斜时，上述的加工时的工具与工件的相对位置的精度降低，因此，机床的加工精度可能降低。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于，防止工作台的倾斜引起的加工精度的降低。

用于解决课题的技术方案

解决所述课题的第一发明提供一种机床，其特征在于，具备：立柱，其可移动地支承于床身；滑鞍，其可移动地支承于所述立柱；滑枕，其可移动地支承于所述滑鞍；移动单元，其使所述立柱、所述滑鞍及所述滑枕沿各移动轴移动；工作台，其载置工件；工作台倾斜检测单元，其检测所述工作台的倾斜；及控制单元，其基于所述工作台倾斜检测单元的检测结果来控制所述移动单元。

解决所述课题的第二发明的机床如第一发明的机床所述，其特征在于，具备：主轴，其支承于所述滑枕；及工具，其可装卸地安装于所述主轴上，所述控制单元以利用所述移动单元使所述立柱、所述滑鞍、所述滑枕中的至少一方移动的方式进行控制，以校正所述工具与工件的相对位置的偏移。

解决所述课题的第三发明的机床如第一或第二发明的机床所述，其特征在于，所述工作台倾斜检测单元具备检测所述工作台的多个被测定点的高度的高度检测单元，根据由所述高度检测单元检测出的多个被测定点的高度之差来求得所述工作台的倾斜量。

解决所述课题的第四发明的机床如第三发明的机床所述，其特征在于，所述高度检测单元是设置于所述工作台的下方侧的多个距离传感器，所述被测定点处于所述工作台的下表面。

解决所述课题的第五发明的机床如第一～第四发明中任一项的机床所述，其特征在于，具备检测所述立柱的倾斜的立柱倾斜检测单元，所述控制单元基于所述工作台倾斜检测单元和所述立柱倾斜检测单元的检测结果，来控制所述移动单元。

发明效果

根据第一发明的机床，可以利用工作台倾斜检测单元检测载置工件的工作台的变形(倾斜)，且利用控制单元基于工作台倾斜检测单元的检测结果来控制移动单元，因此，可以根据工作台的倾斜使立柱、滑鞍、滑枕移动。因此，在工具与工件的相对位置产生偏移的情况下，可以校正该偏移，因此，可以防止工作台的倾斜引起的加工精度的降低，即提高工具与工件的相对位置的精度，提高机床的加工精度。

根据第二发明的机床，可以利用工作台倾斜检测单元检测载置工件的工作台的变形(倾斜)，且利用控制单元基于工作台倾斜检测单元的检测结果来控制移动单元，因此，可以校正工作台的倾斜引起的工具与工件的相对位置的偏移。因此，可以防止工作台的倾斜引起的加工精度的降低，即提高工具与工件的相对位置的精度，提高机床的加工精度。

根据第三发明的机床，可以利用高度检测单元检测工作台上的多个被测定点的高度，且根据检测出的多个被测定点的高度之差求得工作台的倾斜量，因此，可以使工作台倾斜检测单元的构造及程序等简单。

根据第四发明的机床，利用设置于工作台的下方侧的多个距离传感器来测定处于工作台的下表面的被测定点，因此，可以使工作台倾斜检测单元的构造及程序等简单且廉价。

根据第五发明的机床，可以利用立柱倾斜检测单元检测立柱的变形(倾斜)，且利用控制单元基于工作台倾斜检测单元和立柱倾斜检测单元的检测结果来控制移动单元，因此，可以校正立柱的倾斜和工作台的倾斜这双方引起的工具与工件的相对位置的偏移。因此，可以防止立柱的倾斜及工作台的倾斜引起的加工精度的降低，即进一步提高工具与工件的相对位置的精度，进一步提高机床的加工精度。

附图说明

图1是表示实施例1的机床的构造的说明图；

图2是表示实施例1的机床的X－Y平面观察的立柱的说明图；

图3是表示实施例1的机床的Y－Z平面观察的立柱的说明图；

图4是表示实施例1的机床的X－Y平面观察的旋转工作台的说明图；

图5是表示实施例1的机床的Y－Z平面观察的旋转工作台的说明图；

图6是表示实施例1的机床的NC装置的控制块图；

图7是表示实施例1的机床的数字水平仪的校正的说明图；

图8是表示实施例1的机床的数字水平仪的校正的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的机床的实施例。当然，本发明不限定于以下的实施例，当然也可以在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种变更。

实施例1

参照图1～图6说明本发明的实施例1的机床的构造。

如图1所示，在大型的卧式镗床的机床1上设有固定于地面(基础)2的床身11，在该床身11的上表面设有沿水平的X轴方向延伸的左右一对导轨12a、12b。在导轨12a、12b上，沿X轴方向可滑动地支承有立柱底座13，在该立柱底座13的上表面竖立设置有立柱14。另外，在机床1上设有立柱驱动电动机131(参照图6)，通过驱动该立柱驱动电动机131，经由未图示的进给丝杠机构等，使立柱底座13及立柱14沿着导轨12a、12b在X轴方向上移动(参照图1)。

在立柱14的侧面设有沿垂直的Y轴方向延伸的左右一对导轨15a、15b，在该导轨15a、15b上沿Y轴方向可滑动地支承有滑鞍16。另外，在机床1上设有滑鞍驱动电动机132(参照图6)，通过驱动该滑鞍驱动电动机132，经由未图示的进给丝杠机构等，使滑鞍16沿着导轨15a、15b在Y轴方向上移动(参照图1)。

在滑鞍16上形成有沿水平的Z轴方向贯通的导向孔17，在该导向孔17内，沿Z轴方向可滑动地支承有滑枕18。另外，在机床1上设有滑枕驱动电动机133(参照图6)，通过驱动该滑枕驱动电动机133，经由未图示的进给丝杠机构等，使滑枕18及后述的主轴19沿着导向孔17在Z轴方向上移动(参照图1)。

如图1及图3所示，在滑枕18内，主轴19绕水平的旋转轴C可旋转且在与Z轴平行的W轴方向上可滑动地被支承，在该主轴19的前端可装卸地安装有进行规定加工的工具10。如上所述，主轴19通过驱动滑枕驱动电动机133，可以与滑枕18一起在Z轴方向上移动，并且通过驱动设于机床1的主轴驱动电动机134(参照图6)，也可以经由未图示的进给丝杠机构等，相对于滑枕18在W轴方向上移动。另外，在机床1上设有主轴旋转电动机135(参照图6)，通过驱动该主轴旋转电动机135，使主轴19在滑枕18内绕旋转轴C旋转(参照图1)。

另外，如图1所示，在床身11的前方设有固定于地面(基础)2的工作台床身21，在该工作台床身21的上表面设有在与Z轴平行的V轴方向延伸的前后一对导轨22a、22b。在导轨22a、22b上，工作台底座23沿V轴方向可滑动地被支承，此外，在该工作台底座23的上部，旋转工作台24绕垂直的旋转轴B可旋转地被支承。而且，在旋转工作台24的上表面可装卸地安装(载置)有工件(被加工物)20。因此，通过驱动未图示的工作台驱动电动机，经由未图示的进给丝杠机构等，使工作台底座23及旋转工作台24沿V轴方向移动，此外，通过驱动未图示的工作台旋转电动机，使旋转工作台24绕旋转轴B旋转。

而且，如图1及图6所示，在机床1上设有用于控制该机床1整体的NC装置100。在NC装置100上设有用于控制工具10的动作的工具控制部104，在该工具控制部104上连接有：上述的立柱驱动电动机131、滑鞍驱动电动机132、滑枕驱动电动机133、主轴驱动电动机134、主轴旋转电动机135等。即，在工具控制部104，切换工具10的移动方向、移动速度，并且调整它们的移动量、旋转量。

另外，在NC装置100中设有用于控制工件20的动作的未图示的工件控制部，在该工件控制部连接有上述的未图示的工作台驱动电动机及未图示的工作台旋转电动机等。即，在工件控制部，切换工件20的移动方向、移动速度，并且调整它们的移动量、旋转量。

另外，如图2及图3所示，在立柱14的上表面设有两个数字水平仪111、112，一个数字水平仪111检测X－Y平面内的立柱14的上表面相对于水平线H的倾斜即立柱14的变形(倾斜)的X轴方向的分量，另一个数字水平仪112检测Y－Z平面内的立柱14的上表面相对于水平线H的倾斜即立柱14的变形(倾斜)的Z轴方向的分量。

如图6所示，这两个数字水平仪111、112与设于NC装置100的立柱倾斜量运算部101连接，该立柱倾斜量运算部101根据两个数字水平仪111、112的检测结果，运算立柱14的倾斜(倾斜量)。而且，立柱倾斜量运算部101与后述的工具前端位置校正数据运算部103连接。

另外，如图4及图5所示，在机床1上设有多个(本实施例中，四个)距离传感器121a、121b、122a、122b，两个距离传感器121a、121b检测X－Y平面内的旋转工作台24相对于水平线H的倾斜即旋转工作台24的变形(倾斜)的X轴方向的分量(参照图4)，其它两个距离传感器122a、122b检测Y－Z平面内的旋转工作台24相对于水平线H的倾斜即旋转工作台24的变形(倾斜)的V轴(Z轴)方向的分量(参照图5)。

具体而言，距离传感器121a、121b、122a、122b利用传感器固定夹具30位于距地面(基础)2为规定的高度的位置，可以计测从该规定高度到旋转工作台24的下表面24a的距离，根据距离传感器121a和距离传感器121b的计测值(被测定点的高度)之差，求得旋转工作台24的变形(倾斜)中的X轴方向的分量，并根据距离传感器122a和距离传感器122b的计测值(被测定点的高度)之差，能够求得旋转工作台24的变形(倾斜)中的Z轴方向的分量。

因此，距离传感器121a和距离传感器121b优选如图4那样在X轴方向上分开设置，距离传感器122a和距离传感器122b优选如图5所示那样在V轴(Z轴)方向上分开设置。另外，为了使后述的工作台倾斜量运算部102的运算简单，优选连结距离传感器121a和距离传感器121b的直线以与X轴平行的方式配置，优选连结距离传感器122a和距离传感器122b的直线以与V轴(Z轴)平行的方式配置。

当然，本发明的工作台倾斜检测单元不限定于本实施例那样使用了四个距离传感器121a、121b、122a、122b的情况，例如，也可以使用与立柱倾斜检测单元相同的数字水平仪等。另外，只要利用工作台倾斜检测单元可求得旋转工作台24的变形(倾斜)即可，因此，只要至少具备三个距离传感器即可，也可将被测定点设定于旋转工作台24的下表面24a以外的上表面等。

另外，传感器固定夹具30由竖立设置部31和延伸设置部32构成，所述竖立设置部31固定于工作台床身21附近的地面(基础)2上且垂直延伸，所述延伸设置部32从该竖立设置部31的上端部向旋转工作台24侧水平延伸，工作台底座23及旋转工作台24在沿V轴方向移动时不干涉。距离传感器121a、121b、122a、122b安装于传感器固定夹具30的延伸设置部32的前端，且位于旋转工作台24的角部(端部)附近的下方侧。

如图6所示，这些多个距离传感器121a、121b、122a、122b与设于NC装置100的工作台倾斜量运算部102连接，该工作台倾斜量运算部102根据多个距离传感器121a、121b、122a、122b的检测结果即旋转工作台24的下表面24a的多个被测定点(未图示)的高度差，运算旋转工作台24的倾斜(倾斜量)。而且，工作台倾斜量运算部102与后述的工具前端位置校正数据运算部103连接。

与上述的立柱倾斜量运算部101及工作台倾斜量运算部102连接的工具前端位置校正数据运算部103根据由立柱倾斜量运算部101运算出的立柱14的倾斜(倾斜量)及由工作台倾斜量运算部102运算出的旋转工作台24的倾斜(倾斜量)，运算用于校正各个倾斜量引起的工具10前端位置的偏离的校正数据。

工具前端位置校正数据运算部103与工具控制部104连接，该工具控制部104基于由工具前端位置校正数据运算部103运算出的校正数据，控制立柱驱动电动机131、滑鞍驱动电动机132、滑枕驱动电动机133、主轴驱动电动机134、主轴旋转电动机135的驱动。即，通过该工具控制部104的控制，使立柱14、滑鞍16、滑枕18、主轴19中的至少一方移动，由此，校正立柱14的倾斜及工作台24的倾斜引起的工具10的前端位置(工件20和工具10的相对位置)的偏移，防止机床1的加工精度的降低。

另外，如图7及图8所示，在立柱14附近的地面(基础)2上设置有校正夹具40，使用该校正夹具40进行机床1中的数字水平仪111、112的校正。具体而言，在滑枕18的前端部安装有千分表50，一边使该千分表50的前端与校正夹具40的前面(Y－Z基准面)41抵接，一边使滑鞍16上下移动，由此，进行一个数字水平仪111的校正(参照图7)，一边使千分表50的前端与校正夹具40的侧面(X－Y基准面)42抵接，一边使滑鞍16上下移动，由此，进行另一个数字水平仪112的校正(参照图8)。

参照图1～图6说明本发明实施例1的机床1的动作。

在机床1中，在对工件20实施加工的情况下，如图1所示，将工件20安装于旋转工作台24的上表面，驱动未图示的工作台驱动电动机，使工作台底座23沿着导轨22a、22b在V轴方向上移动，由此，将工件20移动到加工位置。

一边驱动主轴旋转电动机135使安装于主轴19的工具10绕旋转轴C旋转，一边个别地驱动立柱驱动电动机131、滑鞍驱动电动机132、滑枕驱动电动机133、主轴驱动电动机134，并组合立柱14(立柱底座13)的X轴方向的移动、滑鞍16的Y轴方向的移动、滑枕18的Z轴方向的移动、主轴19的W轴方向的移动，由此，使工具10动作。另外，根据需要，个别地驱动未图示的工作台驱动电动机及未图示的工作台旋转电动机，并组合工件20的V轴方向的移动、工件20绕旋转轴B的旋转，由此，使工件20动作。根据以上，利用工具10对工件20进行加工。

在此，在机床1中，将滑鞍16可移动地支承于立柱14的侧面，因此，滑鞍16沿着立柱14上下移动，由此，可能在立柱14上产生变形(倾斜)。另外，由于可移动地支承于床身11的立柱14(立柱底座13)在受床身11的直线度影响而出现角度偏差(间距、摇晃、偏转)的同时进行移动、以及周边温度的变化，从而也可能在立柱14上产生变形(倾斜)。

这样，当由于滑鞍16的移动、立柱14(立柱底座13)的移动、周边温度的变化等而在立柱14上产生倾斜时，该倾斜中的X轴方向的分量被数字水平仪111检测，该倾斜中的Z轴方向的分量被数字水平仪112检测。

另外，在机床1中，在设置工件20的旋转工作台24上也可能产生倾斜。在将工件20设置于旋转工作台24时，工件20的重心和旋转工作台24的中心偏移的情况下，由于该重心的偏移(偏心)，在旋转工作台24上产生变形(倾斜)。另外，由于可移动地支承于工作台床身21的旋转工作台24在受工作台床身21的直线度影响而出现角度偏差的同时进行移动、以及周边温度的变化，从而也能在旋转工作台24上产生变形(倾斜)。

这样，当由于工件20的设置位置、旋转工作台24的移动、周边温度的变化等而在旋转工作台24上产生倾斜时，该倾斜中的X轴方向的分量被距离传感器121a、121b检测出，该倾斜中的Z轴方向的分量被距离传感器122a、122b检测出。

这样，在机床1中，在立柱14上产生的倾斜及在旋转工作台24上产生的倾斜总是被数字水平仪111、112及距离传感器121a、121b、122a、122b检测出。

由数字水平仪111、112检测出的检测结果即立柱14的倾斜中的X轴方向的分量及Z轴方向的分量在立柱倾斜量运算部101中作为立柱14的倾斜量运算，其结果(倾斜量)被发送至工具前端位置校正数据运算部103。

另一方面，由距离传感器121a、121b及距离传感器122a、122b检测出的检测结果在工作台倾斜量运算部102中作为旋转工作台24的倾斜量运算。具体而言，由距离传感器121a、121b、122a、122b计测的计测值(距离值)表示旋转工作台24的下表面24a的被测定点的高度，根据距离传感器121a和距离传感器121b的计测值(被测定点的高度)之差，求得旋转工作台24的倾斜中的X轴方向的分量，根据距离传感器122a和距离传感器122b的计测值(被测定点的高度)之差，求得旋转工作台24的倾斜中的Z轴方向的分量。而且，旋转工作台24的倾斜中的X轴方向的分量及Z轴方向的分量在工作台倾斜量运算部102中作为旋转工作台24的倾斜量运算，其结果(倾斜量)被发送至工具前端位置校正数据运算部103。

由立柱倾斜量运算部101及工作台倾斜量运算部102运算出的运算结果，即立柱14的倾斜量及旋转工作台24的倾斜量在工具前端位置校正数据运算部103中，运算用于校正工具10的前端位置相对于工件20的偏移的校正数据。

接着，基于由工具前端位置校正数据运算部103运算出的校正数据，工具控制部104分别驱动立柱驱动电动机131、滑鞍驱动电动机132、滑枕驱动电动机133、主轴驱动电动机134。即，组合立柱14(立柱底座13)的X轴方向的移动、滑鞍16的Y轴方向的移动、滑枕18的Z轴方向的移动、主轴19的W轴方向的移动而使工具10移动，由此，校正工具10的前端位置相对于工件20的偏移，即工具10与工件20的相对位置的偏移。因此，可以提高工具10与工件20的相对位置的精度，可以防止机床1的加工精度的降低。

如上所述，根据本实施例的机床1，可以基于立柱14的倾斜及旋转工作台24的倾斜，即，对立柱14的倾斜追加旋转工作台24的倾斜而校正工具10的前端位置，因此，可以进一步减少加工时的工具10与工件20的相对位置的偏移，可以防止机床1的加工精度的降低。

此外，在本实施例中，立柱驱动电动机131、滑鞍驱动电动机132、滑枕驱动电动机133、主轴驱动电动机134分别是使立柱14(立柱底座13)、滑鞍16、滑枕18、主轴19在作为各移动轴的X轴、Y轴、Z轴、W轴上移动的移动单元，包含工具前端位置校正数据运算部103及工具控制部104的NC装置100是控制立柱驱动电动机131、滑鞍驱动电动机132、滑枕驱动电动机133、主轴驱动电动机134的控制单元。

另外，在本实施例中，距离传感器121a、121b、122a、122b是检测旋转工作台24的下表面24a的多个被测定点(未图示)的高度的高度检测单元，利用该距离传感器121a、121b、122a、122b和工作台倾斜量运算部102构成工作台倾斜检测单元，利用数字水平仪111、112和立柱倾斜量运算部101构成立柱倾斜检测单元。

Claims

1.一种机床，其特征在于，具备：

立柱，其可移动地支承于床身；

滑鞍，其可移动地支承于所述立柱；

滑枕，其可移动地支承于所述滑鞍；

移动单元，其使所述立柱、所述滑鞍及所述滑枕沿各移动轴移动；

工作台，其载置工件；

工作台倾斜检测单元，其检测所述工作台的倾斜；及

控制单元，其基于所述工作台倾斜检测单元的检测结果来控制所述移动单元。

2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

具备：主轴，其支承于所述滑枕；及工具，其可装卸地安装于所述主轴上，

所述控制单元以利用所述移动单元使所述立柱、所述滑鞍、所述滑枕中的至少一方移动的方式进行控制，以校正所述工具与工件的相对位置的偏移。

3.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

所述工作台倾斜检测单元具备检测所述工作台的多个被测定点的高度的高度检测单元，根据由所述高度检测单元检测出的多个被测定点的高度之差来求得所述工作台的倾斜量。

4.根据权利要求3所述的机床，其特征在于，

所述高度检测单元是设置于所述工作台的下方侧的多个距离传感器，

所述被测定点处于所述工作台的下表面。

5.根据权利要求1～权利要求4中任一项所述的机床，其特征在于，

具备检测所述立柱的倾斜的立柱倾斜检测单元，

所述控制单元基于所述工作台倾斜检测单元和所述立柱倾斜检测单元的检测结果，来控制所述移动单元。