KR101497219B1

KR101497219B1 - 정밀 공작 기계

Info

Publication number: KR101497219B1
Application number: KR20130078153A
Authority: KR
Inventors: 노리오 야마니시; 히로시 우티무라
Original assignee: 도시바 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2015-02-27
Also published as: TW201417940A; TWI566878B; US9511465B2; JP5964159B2; CN103522075A; US10252391B2; US20140010611A1; US20170043441A1; KR20140005790A; JP2014012321A; CN103522075B

Abstract

베드(10) 상에 세워 설치되는 컬럼(14)에 상하 방향으로 이동 가능한 주축두(20)가 설치되고, 컬럼(14)의 내부에는, 온도 관리된 냉각수 저수 공간이 형성된 정밀 공작 기계에 있어서, 컬럼(14)의 하부에는 냉각수가 상기 저수 공간에 도입되는 취수구(38a, 38b)를 갖고, 컬럼(14)의 상부에는 냉각수를 외부로 도출하는 드레인구(40)를 갖고, 드레인구(40)보다도 높은 위치에, 컬럼 내의 공기를 배출시키는 공기 배출 구멍(49)을 형성한다.

Description

정밀 공작 기계{PRECISION MACHINE TOOL}

본 발명은, 정밀 공작 기계에 관한 것으로, 특히, 렌즈 등의 광학 부품을 성형하는 금형 등을 초정밀 가공하는 정밀 공작 기계에 관한 것이다.

최근, 고도의 가공 정밀도를 필요로 하는 부품, 예를 들어, 광학 관련 기기의 반사경이나 렌즈 등을 성형하는 정밀 금형을 고정밀도로 가공하는, 입형, 횡형, 문형의 정밀 공작 기계나, 혹은 선반 등의 정밀 공작 기계가 개발되어 있다.

예를 들어, 문형 공작 기계를 예로 들어 설명하면, 문형 공작 기계는, 베드 상의 양측에 세워 설치된 좌우의 컬럼에 크로스 레일이 수평으로 걸쳐진 문형의 컬럼을 갖는 공작 기계이다. 좌우의 컬럼의 사이에 테이블이 설치되고, 크로스 레일에는, 주축두를 보유 지지한 새들이 이동 가능하게 설치되어 있다.

종래의 문형 공작 기계는, 대형이며 장척의 워크의 가공을 행하는 대형의 공작 기계가 일반적이었지만, 최근에는, 고정밀도의 가공을 행할 수 있는 소형의 문형 정밀 공작 기계가 개발되어 있다. 이 문형 정밀 공작 기계에 의해, 정밀 기계 관련의 정밀 부품이나 광학 관련 기기의 부품 제조에 사용하는 정밀 금형이 가공되고 있다.

예를 들어, 반사경이나 렌즈 등의 광학 부품의 성형에 사용하는 금형의 가공에서는, 금형 표면을 고정밀도의 경면으로 가공하기 위해서는, 서브 마이크론 혹은 나노미터 오더의 초정밀 레벨의 정밀도가 요구된다. 이러한 고정밀도의 경면을 갖는 금형을 가공하는 경우에는, 가공 마무리 시간은 필연적으로 길어지므로, 가공 개시로부터 가공 종료까지의 사이의 환경 온도의 변화가 가공 정밀도에 영향을 미치지 않도록 할 필요가 있다. 마찬가지의 필요성은, 입형이나 횡형의 정밀 공작 기계나 선반에도 발생한다.

일반적으로, 공작 기계에서는, 모터나 안내면의 발열이나 실온 변동에 의해, 베드나 컬럼에 열변형이 발생하므로, 열변형 대책으로서 냉각수가 흐르는 배관을 컬럼이나 베드에 설치하는 것이 행해지고 있다. 예를 들어, 컬럼을 냉각하는 종래 기술로서는, 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 평5-309536호 공보, 일본 특허 출원 공개 평6-126564호 공보에 기재된 컬럼 냉각 구조를 들 수 있다.

문형 정밀 공작 기계나 입형 정밀 공작 기계의 경우, 공구의 절입 방향(Z축)은, 컬럼과 동일하게 연직 방향으로 되고, 컬럼이 온도 변동의 영향을 받아 열변형하면, 가공 정밀도는 금세 저하되어 버려, 경면과 같은 초정밀 가공을 할 수 없게 된다.

종래, 정밀 공작 기계는, 다른 가공기와 마찬가지로, 축을 구동하는 모터나 안내면 등의 발열부에 대하여 냉각수를 공급하는 냉각 장치를 구비하고 있고, 냉각수의 일부를 컬럼 내에서 순환시키는 것도 행해지고 있지만, 컬럼의 일부분밖에 냉각할 수 없으므로, 초정밀 가공의 경우에는 그 효과는 적었다.

이 문제를 해결하기 위해, 정밀 공작 기계를 항온실에 설치하거나, 정밀 공작 기계를 둘러싸는 커버 내부의 온도를 제어하는 것이 행해지고 있다. 그러나 이러한 항온실에서는, 공작 기계 자신으로부터 발생하는 열이나 환경 온도 변화에 기인하는 컬럼의 열변위를 초정밀 가공이 가능해지는 정도에까지 억제하기 위해서는 반드시 충분하지는 않았다. 또한, 이들 설비는 매우 고가로 된다고 하는 문제가 있었다.

본래, 컬럼은, 탱크로서 이용되는 것을 예정하고 있지 않은 구조물이며, 이 컬럼의 내부에 단지 냉각수를 넣는 것만으로는, 컬럼을 열적으로 안정시키는 것은 어렵다.

본 발명의 목적은, 환경 온도의 변화를 가장 받기 쉬운 컬럼이나 베드를 추가 설비를 필요로 하지 않고 또한 효과적으로 열적으로 안정시킬 수 있고, 열악한 환경하라도 초정밀 가공을 실현할 수 있도록 하여 정밀 공작 기계를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 컬럼이 냉각수로 채워진 탱크를 겸하는 경우의 냉각 효과를 한층 더 높이고, 환경 온도 변화의 변동에 관계없이 컬럼을 열적으로 안정시켜 열변위를 효과적으로 억제하고, 초정밀 가공을 실현하는 정밀 공작 기계를 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은,

베드와,

상기 베드 상에 세워 설치된 컬럼과,

상기 컬럼에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된 주축두를 구비하고,

상기 컬럼은, 온도 관리된 냉각수의 저수조를 형성하는 저수 공간이 구획된 내부 구조를 갖고 있다.

또한, 본 발명은,

베드와,

상기 베드 상에 세워 설치된 컬럼과,

상기 컬럼은, 온도 관리된 냉각수의 저수조를 형성하는 저수 공간이 구획된 내부 구조를 갖고, 상기 컬럼의 하부에는 냉각수가 상기 저수 공간에 도입되는 취수구를 갖고, 상기 컬럼의 상부에는 냉각수를 외부로 도출하는 드레인구를 갖고, 상기 드레인구보다도 높은 위치에, 상기 컬럼 내의 공기를 배출시키는 공기 배출 구멍을 형성하고 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 문형 정밀 공작 기계를 도시하는 사시도.
도 2는 문형 정밀 공작 기계의 문형 컬럼의 정면도.
도 3은 도 2에 도시한 문형 컬럼의 종단면도.
도 4는 문형 정밀 공작 기계의 냉각수 계통의 계통도.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 정밀 공작 기계의 주축두의 단면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 정밀 공작 기계의 베드의 단면도.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 횡형 정밀 공작 기계의 냉각수 계통을 도시하는 도면.

이하, 본 발명에 의한 정밀 공작 기계의 실시 형태에 대해, 첨부의 도면을 참조하면서 설명한다.

제1 실시 형태

도 1은 본 발명이 적용되는 문형 정밀 공작 기계를 도시한다. 도 1에 있어서, 참조 번호 10은, 베드를 나타낸다. 이 베드(10) 상에는, 안내면(11)을 따라 전후 방향으로 이동 가능하게 테이블(12)이 설치되어 있다. 참조 번호 14는, 문형 컬럼의 전체를 나타내고 있다. 이 문형 컬럼(14)은, 베드(10) 상에 있어서 테이블(12)의 좌우에 배치되고 연직으로 상승되어 있는 컬럼(15)과, 이 컬럼(15, 15) 사이에 수평으로 걸쳐진 크로스 레일(16)로 구성되어 있다.

이 실시 형태에서는, 문형 컬럼(14)은, 컬럼(15, 15)과 크로스 레일(16)이 일체 구조의 주조물이다. 이 문형 컬럼(14)의 상세한 구조에 대해서는 후술한다.

크로스 레일(16)의 상면에는, 새들(17)이 안내면(18)을 따라 좌우 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 이 새들(17)에는 주축두(20)가 보유 지지되어 있고, 이 주축두(20)에는 상하 방향으로 이동하는 주축(22)이 설치되어 있다. 이 문형 정밀 공작 기계는, 워크에 서브 마이크론 혹은 나노미터 오더의 초정밀 가공을 행하는 기계이다. 주축(22)은, 고속 공기 베어링으로 지지되어 있고, 최대로 120000/분의 초고속 회전이 가능하게 되어 있다.

이러한 문형 정밀 공작 기계에서는, X축은 테이블(12)의 이동을 제어하는 축이며, Y축은 새들(17)의 이동을 제어하는 축이며, X축과 Y축으로 공구의 수평면 상에서의 위치 결정을 행한다. Z축은, 주축(22)의 상하 방향의 위치 결정을 행하는 축이며, 주로 공구의 절입량을 제어한다.

문형 정밀 공작 기계의 경우, 크로스 레일(16)의 안내면(18)을 이동하는 새들(17) 상에서 주축(22)의 상하 방향의 위치 결정이 행해지고, 이 안내면(18)은 상하 방향, 즉 Z축 상의 위치 결정의 말하자면 기준면으로 된다. 한편, 문형 컬럼(14)에서는, 안내면(18)과 테이블(12) 상에 놓이는 워크 사이의 고저 차가 크므로, 문형 컬럼(14)을 구성하고 있는 컬럼(15)이나 크로스 레일(16)에 열변형이 발생하면, 공구의 Z축 상의 위치 결정 정밀도에 큰 영향이 미친다. 서브 마이크론 단위나 나노미터 단위에서의 초정밀 가공의 경우에는, 경면 가공 등의 마무리 가공이 끝날 때까지는 장시간이 걸린다. 그동안, 공작 기계의 각 부로부터는 열이 계속해서 발생하고, 온도 환경은 변화되어 가므로, 온도 변동에 의한 문형 컬럼(14)의 극히 미소한 변형조차도, 위치 결정 정밀도에는 크게 영향을 미친다.

본 실시 형태에서는, 문형 컬럼(14)을 안정된 열적 상태로 유지하기 위해, 문형 컬럼(14)의 본체 자체가 온도 관리된 냉각수를 저수하는 냉각수 저수조를 겸하도록, 문형 컬럼(14)의 내부에는 이하와 같은 냉각수 저수 공간이 형성되어 있다.

여기서, 도 2는 문형 컬럼(14)의 정면을 도시하는 도면이며, 도 3은 문형 컬럼(14)의 단면을 도시하는 도면이다.

이 실시 형태에 의한 문형 컬럼(14)은, 컬럼(15, 15)과 크로스 레일(16)이 일체 구조로 되어 있는 주조물이다. 문형 컬럼(14)의 내부는, 중공으로 되어 있는 동시에, 복수의 구획으로 갈라져 거기에 냉각수 저수 공간이 형성되어 있다. 이 실시 형태의 경우, 문형 컬럼(14)의 내부는, 강성을 확보하기 위한 경사 격벽(30, 31, 32, 33)을 이용하여 좌우 대칭으로 7개의 제1 내지 제7 냉각수 저수 구획(36a 내지 36g)으로 구획되어 있다.

좌우의 컬럼(15)의 하부에는, 제1 냉각수 저수 구획(36a), 제7 냉각수 저수 구획(36g)의 각각에 연통되는 취수구(38a, 38b)가 형성되어 있다. 이 취수구(38a, 38b)는, 후술하는 바와 같이, 컬럼(15) 내로부터 냉각수를 배출하는 드레인구도 겸하므로, 컬럼(15)의 가능한 한 하방의 위치에 설치하는 것이 바람직하다.

이에 반해, 크로스 레일(16)의 중앙부의 높은 위치에는 제4 냉각수 저수 구획(36d)에 연통되는 드레인 구멍(40)이 형성되어 있다. 이 드레인 구멍(40)의 위치는, 취수구(38a, 38b)에 대하여 상대적으로 가능한 한 높은 위치로 하여, 크로스 레일(16)의 상면에 가까운 위치에 형성하는 것이 바람직하다.

제1 냉각수 저수 구획(36a)과 제2 냉각수 저수 구획(36b)은 경사 격벽(30)의 주물 구멍(41)을 통해 연통되고, 제2 냉각수 저수 구획(36b)과 제3 냉각수 저수 구획(36c)은 경사 격벽(31)의 주물 구멍(42)을 통해 연통되어 있다. 제3 냉각수 저수 구획(36c)과 제4 냉각수 저수 구획(36d)은 경사 격벽(30)의 주물 구멍(43)을 통해 연통되도록 되어 있다. 마찬가지로, 제4 냉각수 저수 구획(36d)과 제5 냉각수 저수 구획(36e)은 경사 격벽(32)의 주물 구멍(44)을 통해 연통되어 있다. 제5 냉각수 저수 구획(36e)과 제6 냉각수 저수 구획(36f)은 경사 격벽(33)의 주물 구멍(45)을 통해 연통되고, 제6 냉각수 저수 구획(36f)과 제7 냉각수 저수 구획(36g)은 경사 격벽(32)의 주물 구멍(46)을 통해 연통되도록 되어 있다.

본 실시 형태에서는, 크로스 레일(16)의 내부에 구획되어 있는 제3 내지 제5 냉각수 저수 구획(36c, 36d, 36e)에 각각 연통되도록, 공기 배출 구멍(49)이 설치되어 있다. 이 공기 배출 구멍(49)은, 드레인 구멍(40)보다도 높은 위치에 있다.

또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 문형 컬럼(14)의 정면에는, 주조상의 필요로부터 주물 구멍(47, 48)이 형성되어 있지만, 이들 주물 구멍(47, 48)은 커버에 의해 폐색된다.

다음으로, 도 4는 문형 정밀 공작 기계에 있어서의 냉각수 순환 계통을 도시하는 도면이다. 도 4에 있어서, 참조 번호 50은, 냉각수의 온도를 원하는 일정 온도로 제어하는 냉각수 온도 조절 장치이다. 이 냉각수 온도 조절 장치(50)와, 문형 컬럼(14)의 취수구(38a, 38b)는 배관(51)에 의해 접속되어 있다. 이 배관(51)에는, 문형 컬럼(14)으로부터 냉각수 온도 조절 장치(50)로의 냉각수의 역류를 방지하는 역류 방지 밸브(52)가 설치되어 있다. 또한, 배관(51)으로부터는, 문형 컬럼(14)으로부터 냉각수를 배출하기 위한 드레인 배관(53)이 분기하고 있다.

한편, 문형 컬럼(14)의 상부에 형성되어 있는 드레인 구멍(40)으로부터 연장되는 냉각수 회수용 배관(54)은, 냉각수 탱크(55)까지 연장되도록 되어 있다. 이 냉각수 탱크(55)는, 문형 컬럼(14)으로부터 오버플로우한 냉각수를 저류해 두는 탱크이다. 이 실시 형태에서는, 냉각수 탱크(55)에는, 냉각수의 수량을 감시하기 위해 레벨 센서(56a, 56b)가 설치되어 있다. 레벨 센서(56a)는 수면 레벨의 하한을 검지하고, 레벨 센서(56b)는 수면 레벨의 상한을 검지한다. 냉각수 탱크(55)와 냉각수 온도 조절 장치(50)는 복귀 배관(57)에 의해 접속되어 있고, 냉각수 탱크(55)에 저류되어 있는 냉각수는, 소정의 유량으로 냉각수 온도 조절 장치(50)로 복귀되도록 되어 있다.

또한, 냉각수에 대해서는, 물이어도 되지만, 바람직하게는, 예를 들어, 프리사이스 플루이드 2001(상품명), JX 닛꼬우닛세끼(日鑛日石) 에너지 가부시끼가이샤제와 같은 공작 기계 온도 제어용의 수용성 냉각액을 물에 용해한 것을 냉각수로서 사용하면 적합하다. 이러한 냉각액을 사용함으로써 냉각수의 열교환 성능이 높아지고, 또한, 방식 효과도 높아진다.

본 실시 형태에 의한 정밀 공작 기계는, 이상과 같이 구성되는 것이며, 다음으로, 그 작용 및 효과에 대해 설명한다.

도 4에 있어서, 문형 컬럼(14)에는, 냉각수 온도 조절 장치(50)로부터 배관(51)을 통해 일정 온도의 냉각수가 이송된다. 냉각수는, 문형 컬럼(14)의 하부에 있는 취수구(38a, 38b)로부터 문형 컬럼(14) 내부로 유도되고, 제1 내지 제7 냉각수 저수 구획(36a 내지 36g)의 각각의 구획이 냉각수로 채워진다. 그리고 최상위에 있는 냉각수 저수 구획(36d)으로부터 드레인 구멍(40)을 통해 흘러 넘친 냉각수는, 냉각수 회수용 배관(54)을 통과하여 냉각수 탱크(55)에 회수된다. 이 냉각수 탱크(55)에 저류되어 있는 냉각수는, 냉각수 온도 조절 장치(50)에서 일정 온도로 냉각되고 나서, 다시 문형 컬럼(14)으로 이송되게 된다.

본 실시 형태에서는, 문형 컬럼(14)의 내부를 일정 온도로 관리된 냉각수로 채우는 데 있어서, 문형 컬럼(14)의 상부에 드레인 구멍(40)과는 별도로, 공기 배출 구멍(49)을 형성하고 있다. 이에 의해, 문형 컬럼(14)의 내부에서 냉각수의 수면이 올라감에 따라, 공기 배출 구멍(49)으로부터는 공기가 배출되어 가므로, 공기 압력을 받는 일 없이, 드레인 구멍(40)이 있는 높이까지 문형 컬럼(14)의 내부를 냉각수로 채울 수 있다. 또한, 드레인 구멍(40)을 문형 컬럼(14)의 상부에 배치하고 있으므로, 문형 컬럼(14)의 내부 전체에 냉각수를 저수할 수 있다.

이와 같이 하여, 본 실시 형태에 따르면, 문형 컬럼(14)의 내부 전체에 걸쳐 구획되어 있는 제1 냉각수 저수 구획(36a) 내지 제7 냉각수 저수 구획(36g)에는 소정의 온도로 유지된 냉각수가 항상 저수된 상태로 되어 있어, 말하자면, 문형 컬럼(14) 자체 전체를 온도 조절된 냉각수의 탱크로 할 수 있다.

또한, 문형 컬럼(14)의 내부에서는, 냉각수에 대류가 발생하고, 따뜻해진 냉각수는, 상승해 가, 드레인 구멍(40)으로부터 냉각 탱크(55)로 배출된다. 그 동안에도, 냉각수 온도 조절 장치(50)로부터는 냉각수가 문형 컬럼(14)의 내부에 계속해서 공급되고 있다. 이와 같이 하여, 문형 컬럼(14)의 상부에 드레인 구멍(40)을 형성함으로써, 문형 컬럼(14) 내부의 냉각수의 온도 상승을 억제하여 냉각 효과를 높이고, 문형 컬럼(14)의 온도를 환경 온도의 변화에 관계없이 일정하게 관리하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에서는, 문형 컬럼(14)의 내부에 항상 일정량의 냉각수가 저수되도록, 드레인 구멍(40)으로부터 오버플로우한 냉각수를 냉각수 탱크(55)에 일단 회수해 두고, 이 냉각수 탱크(55)로부터 냉각수 온도 조절 장치(50)로 이송하도록 순환계가 구성되어 있다. 오버플로우한 냉각수를 냉각 탱크(55)에 저류해 두면, 항상, 일정량의 냉각수를 문형 컬럼(14)의 내부에 저수할 수 있다. 그리고 이 실시 형태에서는, 냉각수 탱크(55)에서는, 냉각수의 레벨을 검지하는 레벨 센서(56a, 56b)에 의해, 냉각수의 레벨을 감시하고 있다. 냉각수의 레벨이 하한보다도 저하된 경우에는 레벨 센서(56b)에 의해 검지되고, 반대로, 냉각수의 레벨이 상한을 초과한 경우에는, 레벨 센서(56a)에 의해 검지되므로, 냉각수 부족이나 냉각수가 넘쳐 버리는 것을 미연에 방지할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 공구의 절입 방향(Z축)이 연직 방향에 있어, 워크와 크로스 레일(16)의 안내면(18)의 거리가 크고, 온도 변동의 영향을 받기 쉬운 문형 컬럼(14)을 갖는 문형 정밀 공작 기계라도, 문형 컬럼(14)의 내부를 상시 온도 조절된 냉각수로 채우고, 컬럼 하부의 취수구(38a, 38b)로부터 도입한 냉각수를 컬럼 상부에 형성한 드레인 구멍(40)으로부터 오버플로우시킴으로써 냉각 효과를 높이고 있으므로, 부분적이 아니라 문형 컬럼(14)의 전체의 열적 상태를 장시간에 걸쳐 일정하게 유지하는 것이 가능해져, 워크에 대한 고정밀도의 경면의 가공과 같은 시간이 걸리는 나노미터 오더의 초정밀 가공의 실현에 기여한다.

또한, 공작 기계를 항온 실내에 설치하거나, 공작 기계를 둘러싸는 커버 내의 온도를 제어하는 장치를 설치하는 것에 비교하면 문형 컬럼의 본래의 구조를 이용하고 있으므로 추가 설비를 필요로 하는 일 없이, 환경 온도의 변화를 가장 받기 쉬운 컬럼을 온도 변동의 영향으로부터 보호하여 저비용으로 열적으로 안정시키는 것이 가능해진다.

제2 실시 형태

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해, 도 5를 참조하면서 설명한다. 이 제2 실시 형태는, 도 1의 문형 정밀 공작 기계의 문형 컬럼(14)에 더하여, 주축두(20)의 내부 또는 베드(10)의 내부에도 온도 관리된 냉각수로 채워지는 냉각수 저장 구획을 형성한 실시 형태이다.

도 5에 있어서, 주축두(20)를 구성하는 직육면체 형상의 본체(70)는, 일체 구조이며 중공의 주조물이다. 중앙부에는, 관상벽(71)이 형성되어 있고, 이 관상벽(71)의 내측은, 주축(22)을 지지하는 고속 공기 베어링이나 서보 모터가 내장된 주축 구동 유닛(72)이 장착되는 구멍으로 되어 있다. 또한, 주축두(20)의 본체(70)의 내부에서는, 관상벽(71)의 외측이 냉각수가 저장되는 냉각수 저장 구획(74)으로 되어 있고, 도 4에 도시한 냉각수 온도 조절 장치(50)에서 일정 온도로 온도 관리된 냉각수는 냉각수 입구(75)로부터 공급된다. 또한, 주축두(20)의 본체(70)에는, 냉각수 출구(76)가 형성되어 있고, 이 냉각수 출구(76)로부터 도출된 냉각수는, 냉각 탱크(55)를 통해 냉각수 온도 조절 장치(50)로 복귀된다.

이러한 제2 실시 형태에서는, 주축두(20)에 대해서도, 그 본체(70)가 주조물인 것을 활용하여, 내부에 냉각수 저장 구획(74)을 형성하고 있으므로, 기계 중에서도 큰 발열원인 주축두(20) 전체를 효과적으로 저비용으로 일정한 온도로 유지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 도 6에 도시되는 바와 같이, 베드(10)의 내부에도 마찬가지로, 격벽에 의해 복수의 냉각수 저장 구획(80)이 형성되어 있다. 이들 냉각수 저장 구획(80)에도 냉각수 온도 조절 장치(50)에서 일정 온도로 관리되어 있는 냉각수가 도시하지 않은 입구 구멍으로부터 공급되고, 또한 도시하지 않은 출구 구멍에 접속된 배관을 통해 냉각 탱크(55)를 개재하여 냉각수 온도 조절 장치(50)로 복귀되도록 되어 있다. 이와 같이, 베드(10) 내부의 냉각수 저장 구획(74)이 일정 온도로 관리된 냉각수로 채워져 있음으로써, 베드(10)의 전체를 효과적으로 일정한 온도로 유지할 수 있다.

제3 실시 형태

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해, 도 7을 참조하면서 설명한다. 이 제3 실시 형태는, 본 발명을 횡형의 정밀 공작 기계에 적용한 실시 형태이다. 또한, 도 4의 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부여하여 그 상세한 설명은 생략한다.

도 7에 있어서, 참조 번호 84는 베드를 나타낸다. 이 베드(84) 상에는, 새들(85)이 전후 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 또한, 새들(85) 상에는, 테이블(86)이 좌우 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 베드(84)에 설치된 컬럼(87)에는, 주축두(88)가 상하로 이동 가능하게 보유 지지되어 있고, 이 주축두(88)에는 주축(90)이 수평으로 지지되어 있다.

본 실시 형태의 횡형 정밀 공작 기계에 있어서는, 컬럼(87)이 주조물인 것을 활용하여 내부에는 복수의 냉각수 저수 구획(92)이 구획되고, 컬럼(87)의 하부에 형성한 취수구(91)를 통해 냉각수 온도 조절 장치(50)로부터 이송되어 오는 냉각수가 도입된다. 그리고 제1 실시 형태와 마찬가지로, 컬럼(87)의 내부에는, 항상 일정량의 냉각수가 저수되도록, 드레인 구멍(93)으로부터 오버플로우한 냉각수를 냉각수 탱크(55)에 일단 회수하여 저류해 두고, 이 냉각수 탱크(55)로부터 냉각수 온도 조절 장치(50)로 이송하도록 순환계가 구성되어 있다. 또한, 드레인 구멍(93)과는 별도로, 드레인 구멍(93)보다도 높은 위치에 공기 배출 구멍(94)이 형성되어 있다.

이와 같이, 드레인 구멍(93)과는 별도로, 공기 배출 구멍(94)을 형성하고 있으므로, 공기 압력을 받아 방해되는 일 없이, 드레인 구멍(40)이 있는 높이까지 컬럼(87)의 내부 전체를 냉각수로 채울 수 있다. 또한, 컬럼(87)의 상부에 형성한 드레인 구멍(93)으로부터 냉각수를 오버플로우시킴으로써 냉각 효과를 높이고 있으므로, 부분적이 아니라 컬럼(87)의 전체의 열적 상태를 장시간에 걸쳐 일정하게 유지하는 것이 가능해져, 워크에 대한 고정밀도의 경면의 가공과 같은 시간이 걸리는 초정밀 가공의 실현에 기여한다.

또한, 이 제3 실시 형태에서는, 횡형의 정밀 공작 기계의 컬럼을 탱크로서 구성한 예를 나타냈지만, 주축이 연직으로 지지되어 있는 입형의 정밀 공작 기계의 컬럼에 대해서도 마찬가지로 탱크로서 구성하는 것도 가능하다.

또한, 입형 또는 횡형의 정밀 공작 기계에 있어서도, 제2 실시 형태와 같이, 주축두 또는 베드의 내부에 냉각수의 저장 구획을 형성하도록 해도 된다.

이상, 본 발명에 관한 정밀 공작 기계에 대해, 적합한 실시 형태를 들어 설명하였지만, 본 발명은 주조물 외에, 판금 구조물로 이루어지는 컬럼이나 주축두에도 적용하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명은, 정밀 선반의 베드 등에도 적용 가능하다.

Claims

베드와,
상기 베드 상에 세워 설치된 컬럼과,
상기 컬럼에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된 주축두를 구비하고,
상기 컬럼은, 온도 관리된 냉각수의 저수조를 형성하는 저수 공간이 상기 컬럼의 내부 전체에 걸쳐 구획되어 있는 것을 특징으로 하는, 정밀 공작 기계.
제1항에 있어서, 상기 컬럼은, 상기 베드 상의 좌우 양측에 세워 설치된 컬럼에 크로스 레일이 수평으로 걸쳐지고, 상기 컬럼과 크로스 레일의 내부는, 격벽에 의해 복수의 냉각수 저장 공간으로 구획된 문형의 컬럼으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 정밀 공작 기계.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베드는, 온도 관리된 냉각수의 저수조를 형성하는 저수 공간이 구획된 내부 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 정밀 공작 기계.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주축두는, 온도 관리된 냉각수의 저수조를 형성하는 저수 공간이 구획된 내부 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 정밀 공작 기계.
베드와,
상기 베드 상에 세워 설치된 컬럼과,
상기 컬럼에 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된 주축두를 구비하고,
상기 컬럼은, 온도 관리된 냉각수의 저수조를 형성하는 저수 공간이 구획된 내부 구조를 갖고, 상기 컬럼의 하부에는 냉각수가 상기 저수 공간에 도입되는 취수구를 갖고, 상기 컬럼의 상부에는 냉각수를 외부로 도출하는 드레인구를 갖고, 상기 드레인구보다도 높은 위치에, 상기 컬럼 내의 공기를 배출시키는 공기 배출 구멍을 설치한 것을 특징으로 하는, 정밀 공작 기계.
제5항에 있어서, 상기 드레인구로부터 오버플로우한 냉각수를 회수하는 냉각수 탱크와,
상기 냉각수 탱크로부터 도입한 냉각수의 온도를 제어하고, 상기 취수구로 온도 관리된 냉각수를 송출하는 냉각수 온도 조절 장치를 갖는 냉각수 순환 계통을 더 구비한 것을 특징으로 하는, 정밀 공작 기계.
제6항에 있어서, 상기 냉각수 탱크에는, 저류되어 있는 냉각수의 수면의 레벨을 검지하는 레벨 센서를 설치한 것을 특징으로 하는, 정밀 공작 기계.
제6항에 있어서, 상기 취수구와 상기 냉각수 온도 조절 장치를 접속하는 배관에는, 상기 냉각수 온도 조절 장치로의 냉각수의 역류를 방지하는 역류 방지 밸브를 설치한 것을 특징으로 하는, 정밀 공작 기계.
제5항에 있어서, 상기 컬럼은, 상기 베드 상의 좌우 양측에 세워 설치된 컬럼에 크로스 레일이 수평으로 걸쳐지고, 상기 컬럼과 크로스 레일의 내부는, 격벽에 의해 복수의 냉각수 저수 공간으로 구획되어 있었던 문형의 컬럼으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 정밀 공작 기계.
제9항에 있어서, 상기 문형의 컬럼은, 상기 컬럼과 상기 크로스 레일이 일체 구조의 주조물인 것을 특징으로 하는, 정밀 공작 기계.
제2항 또는 제9항에 있어서, 상기 복수의 냉각수 저수 공간은, 경사진 격벽에 의해 구획되어 있는 것을 특징으로 하는, 정밀 공작 기계.
제2항 또는 제9항에 있어서, 상기 좌우의 컬럼의 사이에 전후 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 테이블이 설치되고, 상기 크로스 레일에 새들이 좌우 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 새들에는 상하 방향(Z축 방향)으로 이동 가능한 주축을 갖는 주축두가 설치된 것을 특징으로 하는, 정밀 공작 기계.
제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 정밀 공작 기계는, 베드 상에 세워 설치되는 1개의 컬럼에 상하 방향으로 이동 가능한 주축두가 설치된 입형 또는 횡형의 정밀 공작 기계인 것을 특징으로 하는, 정밀 공작 기계.
제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 냉각수는, 공작 기계 온도 제어용의 수용성 냉각액이 물에 용해된 것인 것을 특징으로 하는, 정밀 공작 기계.