JP2005262379A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 コラムなどの各部の温度を調整して温度差による熱変形を抑制することが可能な工作機械を提供すること。
【解決手段】 工作機械本体１５に工具２７を取り付けてワーク１３を切削加工する工作機械１において、工作機械本体１５に着脱交換可能な冷却プレート４１を装着してなり、冷却プレート４１は、熱交換オイルを流通させて工作機械本体１５を冷却する流路を形成したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工具を相対移動させてワークを加工する工作機械に関する。

一般的に、工作機械は、空調機が備えられた工場内に設置されるが、このような工場内であっても室内に温度差が生じてしまう。これにより、工具を取り付ける主軸ヘッドを備えているコラムやワークを取り付けるイケールにおける各部で温度差が発生する。このように生じた温度差によって、コラムやイケールに伸縮変形が発生し、これによりワークの加工位置に誤差が生じ、ワークの加工精度が不安定となることがある。

従来、このようなコラムやイケールの伸縮を抑制した工作機械が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、図４に示すように、この工作機械１００は、主軸ヘッド１０２に切削刃などの工具１０３が取り付けられたコラム１０４や、ワーク１０５を保持するイケール１０６の表面に溝１０４Ａ、１０６Ａを設け、この溝１０４Ａ、１０６Ａをカバー１０７によって液密となるように覆っている。そして、この溝１０４Ａ、１０６Ａの内部に冷却媒体として温度管理された熱交換オイルを流通させて、コラム１０４及びイケール１０６における各部の温度が均一になるよう循環させている。このようにしてコラム１０４及びイケール１０６の伸縮変形の発生を抑制して、ワーク１０５の加工精度を安定させている。なお、溝１０４Ａ、１０６Ａを流通する熱交換オイルの循環は、カバー１０７に設けられたノズル１０７Ａに配管１０８を接続し、さらにこの配管１０８が接続された図示しないポンプによって行われている。
特開２００２−２３９８５７号公報（図１）

しかしながら上記従来の工作機械には、以下の課題が残されている。すなわち、工作機械は、空調機の近くに設置される場合や、工場の窓の近くに設置される場合など、工場の大きさや他に配置されている設備などによってさまざまな場所に設置される場合がある。これにより、工作機械の設置場所の周囲の温度状況によって、コラムやイケールにおける各部に発生する温度差が異なることになる。例えば、工作機械が工場の窓の近くに配置された場合、コラムやイケールにおいて直射日光が照射される部位と照射されない部位とが発生し、直射日光が照射される部位では、直射日光が照射しないように設置された場合に比べて温度が高くなりやすくなる。したがって、設置場所に応じてコラムやイケールの各部の温度均一化の方法を調整する必要がある。しかし、熱交換オイルを流通させるための溝がコラムやイケールの表面に形成されているため、工作機械の設置場所に応じて調整することが困難である。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、コラムなどの各部の温度を調整して温度差による熱変形を抑制することが可能な工作機械を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の工作機械は、工作機械本体に工具を取り付けてワークを切削加工する工作機械において、前記工作機械本体に着脱交換可能な冷却部材を装着してなり、該冷却部材は、熱交換媒体を流通させて前記工作機械本体を冷却する流路を形成したことを特徴とする。

この発明にかかる工作機械によれば、熱交換媒体を流通可能な流路が形成された冷却部材を、工作機械本体に装着することによって、冷却部材が装着された工作機械本体における各部の温度差を解消し、各部の温度を均一とすることで伸縮変形を抑制する。ところで、工作機械が窓の近くに設置されると、工作機械本体において直射日光が照射される部位と照射されない部位とが発生し、直射日光が照射される部位では、直射日光が照射されないように設置された場合に比べて温度が高くなりやすくなる。ここで、工作機械が設置された場所の周囲の温度状況に応じて最適となるように形成された流路を有する冷却部材を選択し、工作機械本体に装着することによって、熱交換媒体による温度を調整することができる。したがって、工作機械の設置場所に応じて効率よく温度の均一化を図ることができる。
これにより、温度差による工作機械の変形を抑制し、ワークの加工精度をより安定させることができ、より効率のよいワークの加工を行うことができる。
さらに、この冷却部材は、工作機械本体に着脱可能であるため、工作機械を設置した後でも、各部位の温度変化に応じて温度分布の均一化を効率よく行える流路を有する冷却部材を選択して装着させることができる。

また、本発明にかかる工作機械は、前記冷却部材が、前記ワークを取り付ける加工治具に着脱交換可能に装着されていることが好ましい。
この発明にかかる工作機械によれば、ワークを取り付ける加工治具に対しても温度差によるイケールの変形を抑制し、上述と同様に、ワークの加工精度をより安定させることができる。

また、本発明にかかる工作機械は、前記冷却部材が、伝熱性の充填材を介して前記工作機械本体または前記加工治具に装着されていることが好ましい。
この発明にかかる工作機械によれば、伝熱性を有する充填材を介して冷却部材を装着することによって、工作機械本体または加工治具と流路中を流通する熱交換媒体との間で効率よく熱エネルギーの授受が行われる。したがって、熱交換媒体による温度の均一化を、より効率よく行うことができる。

また、本発明にかかる工作機械は、前記冷却部材が、板状の部材であることが好ましい。
この発明にかかる工作機械によれば、冷却部材が板状であることによって、冷却部材を工作機械本体に対して容易に着脱することができる。

本発明の工作機械によれば、熱交換媒体を流通可能な流路が形成された冷却部材を、工作機械本体に装着することによって、冷却部材が装着された各部の温度を均一にして伸縮変形の発生を抑制する。ここで、冷却部材が着脱可能に装着されているため、工作機械を設置した後でも、設置場所の周囲の温度環境に応じて異なる流路を有する冷却部材を選択して装着することができる。この結果、周囲温度環境に応じて最適な流路を有する冷却部材を装着することで、工作機械本体の変形を抑制する。したがって、ワークの加工精度をより安定させることができ、より効率のよいワークの加工を行うことができる。

以下、本発明にかかる工作機械の一実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。
本実施形態による工作機械１は、図１及び図２に示すように、横型マシニングセンタであって、基台１１と、基台１１に直交して設けられたコラム部１２と、コラム部１２と同様に基台１１に設けられてワーク１３を保持する保持部１４とで構成される工作機械本体１５を有し、コラム部１２及び保持部１４を冷却する冷却部１６を備えている。

コラム部１２は、基台１１の上面に配置された門型のコラム２１と、一対のガイドレール２２を介して左右方向に移動可能に支持されている左右支持台２３と、一対のガイドレール２４を介して上下方向に移動可能に支持されている昇降台２５と、昇降台２５に設けられた主軸ヘッド２６とによって構成されている。

また、コラム２１の左右両面及び上面には、コラム２１の温度の均一化を図る、後述する冷却プレート４１が図示しない伝熱セメント（充填材）を介して配置されており、後述する冷却プレート（冷却部材）４１に形成された貫通孔４１Ａを介してネジ穴２１Ａにネジ２１Ｂを螺合させることによって装着されている。

左右支持台２３は、図示しないモータにより図示しないボールネジを介してＸ軸方向に移動可能となっている。
また、昇降台２５も左右支持台２３と同様に、図示しないモータにより図示しないボールネジを介してＹ軸方向に移動可能となっている。
主軸ヘッド２６には、先端に例えば切削刃などの工具２７がＺ軸の軸回りで回転可能に取り付けられている。この工具２７は、図示しないモータによってＺ軸と平行な軸線の軸回りで回転可能となっている。
一対のガイドレール２２は、コラム２１に設けられており、その長手方向がＸ軸と平行となるように配置されている。また、一対のガイドレール２４は、左右支持台２３に設けられており、その長手方向がＹ軸と平行となるように配置されている。

保持部１４は、一対のガイドレール３１を介して工具２７の方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持されているテーブル３２と、テーブル３２の上面に配置されて工具２７に対向する位置にワーク１３を支持するイケール（加工治具）３３とで構成されている。
このようにして、コラム部１２に取り付けられた工具２７と保持部１４に保持されているワーク１３とが相対的に接近、離間することができるようになっている。

イケール３３の表面には、コラム２１と同様に、イケール３３の温度の均一化を図る冷却プレート４１が図示しない伝熱セメントを介して配置されており、後述する冷却プレート４１に形成された貫通孔４１Ａを介してネジ穴３３Ａにネジ３３Ｂを螺合させることによって装着されている。

冷却部１６は、コラム２１及びイケール３３に装着された板状の冷却プレート４１と、冷却プレート４１に配管４８を介して熱交換媒体として使用する熱交換オイルを循環させる図示しないポンプとを備えている。
冷却プレート４１は、図２に示すように、平板であるプレート４２と、長手方向で折り返される蛇行形状を有する凸部４３が形成されたコイルプレート４４とを貼り合わせることによって構成されている。ここで、プレート４２とコイルプレート４４とを貼り合わせることによって、凸部４３とプレート４２との間に流路４５が形成される。
プレート４２とコイルプレート４４とには、流路４５の周囲にコラム２１の左右両側面及び上面とイケール３３の表面とに設けられたネジ穴２１Ａと一致する位置に貫通孔４１Ａが設けられている。
この冷却プレート４１は、伝熱セメントを介してプレート４２の裏面をコラム２１あるいはイケール３３に配置し、ネジ２１Ｂ、３３Ｂを螺合させることによって、コラム２１またはイケール３３に装着される。

また、流路４５の両端には、ノズル４７がそれぞれ設けられており、このノズルに接続された配管４８を介して前述したポンプに接続されている。このポンプを駆動することによって配管４８や流路４５中を熱交換オイルが流通するように構成されている。
熱交換オイルは、腐らないように配管４８や流路４５内で一定の温度となるように温度管理された液体である。

なお、本実施形態では、冷却プレート４１に形成された流路４５の形状が、図３（ａ）に示すように、プレート４２の長手方向で折り返される蛇行形状であったが、これに限られるものではない。例えば、図４（ａ）に示すように、流路４５が、短手方向で折り返すことによって一方で密となるようにした形状であってもよく、図４（ｂ）に示すように、プレート４２のノズル４７から離間した一端側で密となるようにした形状であってもよく、また、他の形状であってもよい。

ここで、流路４５が密となるように形成された部分では、熱交換オイルを流通させる面積が増大するため、より短時間で設置箇所の温度を低下させることができる。一方、流路４５が疎となるように形成された部分では、熱交換オイルが流通する面積が少ないので、設置箇所の温度をあまり低下させない。すなわち、温度が高くなりやすい部分には流路４５が密となるように形成され、温度があまり変化しない部分では流路４５が疎となるように形成されているような形状を有する冷却部材を用いることにより、設置箇所の温度分布を短時間で均一化させることができる。

このように構成された工作機械１によれば、熱交換オイルを流通させる冷却プレート４１をコラム２１の左右両側面及び上面とイケール３３の裏面に装着することによって、コラム２１及びイケール３３における各部の温度差を解消し、コラム２１及びイケール３３の伸縮変形の発生を抑制する。ここで、冷却プレート４１に形成されている流路４５の形状を変更することによって、装着するコラム２１やイケール３３の冷却方法を調整することができる。したがって、工作機械１が設置された場所の周囲の温度環境に応じて異なる冷却流路を有する冷却プレート４１を、コラム２１及びイケール３３に選択して装着することができる。
これにより、効率よくコラム２１またはイケール３３における各部の温度を均一とし、コラム２１及びイケール３３の熱変形を抑制することができる。したがって、工具２７の取り付け位置及びイケール３３によるワーク１３の取り付け位置の誤差を小さくしてワーク１３の加工精度をより安定させることができ、より効率のよいワーク１３の加工を行うことができる。

また、冷却プレート４１はコラム２１やイケール３３に着脱可能であることによって、工作機械１を設置した後であっても、設置場所の周囲の温度環境に対して最適となるように流路４５が形成された冷却プレート４１を、選択して取り付けることが可能である。
また、冷却プレート４１が、伝熱セメントを介して装着されていることで、流路４５中を流通する熱交換オイルとの間の熱エネルギーの交換を効率よく行える。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態において、工作機械として横型マシニングセンタを用いたが、これに限定されるものではなく、縦型マシニングセンタ、フライス盤、研削盤、旋盤などの他の工作機械であってもよい。

本発明の一実施形態における工作機械を示す斜視図である。 図１における冷却プレートを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面矢視図である。 冷却プレートの他の形態を示す平面図である。 従来の工作機械を示す斜視図である。

符号の説明

１ 工作機械
１３ ワーク
１５ 工作機械本体
１６ 冷却部
２７ 工具
３３ イケール（加工治具）
４１ 冷却プレート（冷却部材）
４５ 流路

Claims (4)

1. 工作機械本体に工具を取り付けてワークを切削加工する工作機械において、
   前記工作機械本体に着脱交換可能な冷却部材を装着してなり、
   該冷却部材は、熱交換媒体を流通させて前記工作機械本体を冷却する流路を形成したことを特徴とする工作機械。
2. 前記冷却部材が、前記ワークを取り付ける加工治具に着脱交換可能に装着されていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記冷却部材が、伝熱性の充填材を介して前記工作機械本体または前記加工治具に装着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械。
4. 前記冷却部材が、板状の部材であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の工作機械。
   

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