JP4264847B1 - 工作機械の冷却システム - Google Patents
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Abstract
【課題】主軸の回転数の速度変化に対応して冷却能力を変化させることができ、発生熱を確実に除去することが可能な工作機械の冷却装置を提供することを目的とする。
【解決手段】主軸２８内部に主軸冷却油を循環させて、工作機械２の熱変形を防止する工作機械２の冷却装置１において、主軸２８の回転速度情報Ｖθを受信する速度情報受信部４１と、回転速度の取り得る範囲を段階的に複数の速度領域に区分して、該速度領域毎に、発熱量に対応する温度設定値が定められた主軸速度・温度テーブルを備えた温度データ記憶部４２と、回転速度情報Ｖθと主軸速度・温度テーブルとを読み込んで、回転速度情報Ｖθが属する速度領域を判別して、該速度領域に対応する温度設定値を主軸冷却油の設定温度とする比較演算部４３と、該設定温度に基づいて主軸冷却油に温度調節を施して送油を行う主軸冷却装置３５とを設ける。
【選択図】図２
【解決手段】主軸２８内部に主軸冷却油を循環させて、工作機械２の熱変形を防止する工作機械２の冷却装置１において、主軸２８の回転速度情報Ｖθを受信する速度情報受信部４１と、回転速度の取り得る範囲を段階的に複数の速度領域に区分して、該速度領域毎に、発熱量に対応する温度設定値が定められた主軸速度・温度テーブルを備えた温度データ記憶部４２と、回転速度情報Ｖθと主軸速度・温度テーブルとを読み込んで、回転速度情報Ｖθが属する速度領域を判別して、該速度領域に対応する温度設定値を主軸冷却油の設定温度とする比較演算部４３と、該設定温度に基づいて主軸冷却油に温度調節を施して送油を行う主軸冷却装置３５とを設ける。
【選択図】図２
Description
本発明は、主軸内部に形成された主軸冷却路又は主軸をワークに対して相対移動させる送り軸内部に形成された送り軸冷却路に冷却油を循環させて工作機械の熱変形を防止する工作機械の冷却装置に関する。
マシニングセンタ等の工作機械においては、一般に主軸の回転数や送り軸の送り速度、加工抵抗等の加工条件等に応じて熱が発生し、主軸や送り軸に熱変形が生じることがある。これに対処すべく、特に主軸の熱を除去するものとして、例えば特許文献１及び２には主軸内部に冷却油を循環させて発熱を除去する冷却装置が開示されている。
特許文献１には、発熱量や主軸の回転数に応じて冷却油の流量を制御することにより主軸の冷却を行う発明が記載されている。
また、特許文献２には、主軸回転数に対応した必要冷却熱量を予め記憶し、主軸回転数が低速から高速に変速されることを検知して、該変速に先立って高速の主軸回転数に対応する必要冷却熱量の潤滑油を吐出するに際し、主軸からの戻り潤滑油を吐出する潤滑油に混同して温度を制御する発明が記載されている。この発明においては、吐出される潤滑油の温度は、工作機械のベース等の基準温度に対して定められた温度差に調節されている。
特開２００５−２３０９５５号公報
特許第３１１９７６８号公報
また、特許文献２には、主軸回転数に対応した必要冷却熱量を予め記憶し、主軸回転数が低速から高速に変速されることを検知して、該変速に先立って高速の主軸回転数に対応する必要冷却熱量の潤滑油を吐出するに際し、主軸からの戻り潤滑油を吐出する潤滑油に混同して温度を制御する発明が記載されている。この発明においては、吐出される潤滑油の温度は、工作機械のベース等の基準温度に対して定められた温度差に調節されている。
ところで、上記のような冷却装置には以下のような問題があった。
即ち、主軸内の冷却路の伝熱面積を増加すれば冷却能力が向上するが、設計上、スペース上の制限から一定以上伝熱面積を増やすことはできない。したがって、近年の高速化、高出力化に伴う発熱量の大きな工作機械に対しては、従来の方式では発熱量を除去するための十分な冷却能力を得ることができないという問題があった。
即ち、主軸内の冷却路の伝熱面積を増加すれば冷却能力が向上するが、設計上、スペース上の制限から一定以上伝熱面積を増やすことはできない。したがって、近年の高速化、高出力化に伴う発熱量の大きな工作機械に対しては、従来の方式では発熱量を除去するための十分な冷却能力を得ることができないという問題があった。
また、特許文献１に記載の発明のように発熱量に応じて冷却液の流量を制御する方式の場合、上記同様冷却液循環路の伝熱面積を増加するには限界があるため、冷却能力の向上を図ることができず、さらに、流量を増加するためにはポンプの圧力を高める必要があるため、これによりポンプ自体からの発熱により冷却油が加熱されて十分な冷却性能を得ることができないという問題があった。
一方、特許文献２に記載の発明では、吐出される潤滑油の温度を基準温度に対して一定の温度差に調節する方式のため、主軸の速度変化に追従したものとはいえず冷却能力に不足を生じていた。また、使用条件で温度が変化する戻り潤滑油を混合するため、主軸に供給する潤滑油の温度が不安定になり易いという欠点があった。
また、一般的にこのような工作機械においては主軸速度が頻繁に変化するため、僅かな主軸速度の変化が起こった場合でもこれに応じて冷却能力を変化させようとすると、冷却能力の調整が不安定に行われて適確な冷却をすることができないという問題が生じる。
また、一般的にこのような工作機械においては主軸速度が頻繁に変化するため、僅かな主軸速度の変化が起こった場合でもこれに応じて冷却能力を変化させようとすると、冷却能力の調整が不安定に行われて適確な冷却をすることができないという問題が生じる。
さらに、主軸や送り軸を冷却するに際しては、発生熱を確実に除去するとともに過冷却を防ぐべく、発熱量に適した冷却性能の冷却油を供給することが望まれる。
この発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、主軸の回転数や送り軸の送り速度の変化に対応して適確に冷却能力を変化させることができ、発生熱を確実に除去することが可能な工作機械の冷却装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る工作機械の冷却システムは、主軸内部に主軸冷却油を循環させて、工作機械の熱変形を防止する工作機械の冷却装置において、前記主軸の回転速度情報を受信する速度情報受信部と、前記主軸の回転速度の取り得る範囲を段階的に複数の速度領域に区分して、該速度領域毎に、発熱量に対応する温度設定値が定められた主軸速度・温度テーブルを備えた温度データ記憶部と、前記回転速度情報と前記主軸速度・温度テーブルとを読み込んで、前記回転速度情報が属する前記速度領域を判別して、該速度領域に対応する前記温度設定値を前記主軸冷却油の設定温度とする比較演算部と、該設定温度に基づいて前記主軸冷却油に温度調節を施して送油を行う主軸冷却装置とが設けられ、前記回転速度情報の属する前記速度領域が変更された際に、前記主軸冷却装置が、１０秒〜１分以内は元の速度領域に対応する前記設定温度に基づいて前記主軸冷却油に温度調節を行い、前記１０秒〜１分経過後に新たな前記速度領域に対応する前記設定温度に基づいて前記主軸冷却油に温度調節を行うことを特徴とする。
即ち、本発明に係る工作機械の冷却システムは、主軸内部に主軸冷却油を循環させて、工作機械の熱変形を防止する工作機械の冷却装置において、前記主軸の回転速度情報を受信する速度情報受信部と、前記主軸の回転速度の取り得る範囲を段階的に複数の速度領域に区分して、該速度領域毎に、発熱量に対応する温度設定値が定められた主軸速度・温度テーブルを備えた温度データ記憶部と、前記回転速度情報と前記主軸速度・温度テーブルとを読み込んで、前記回転速度情報が属する前記速度領域を判別して、該速度領域に対応する前記温度設定値を前記主軸冷却油の設定温度とする比較演算部と、該設定温度に基づいて前記主軸冷却油に温度調節を施して送油を行う主軸冷却装置とが設けられ、前記回転速度情報の属する前記速度領域が変更された際に、前記主軸冷却装置が、１０秒〜１分以内は元の速度領域に対応する前記設定温度に基づいて前記主軸冷却油に温度調節を行い、前記１０秒〜１分経過後に新たな前記速度領域に対応する前記設定温度に基づいて前記主軸冷却油に温度調節を行うことを特徴とする。
このような特徴の工作機械の冷却システムによれば、主軸の回転速度情報が属する速度領域の温度設定値を主軸冷却油の設定温度として温度調節を行うことにより、主軸の速度変化に対応した冷却能力の主軸冷却油を主軸に送油することが可能となる。
また、速度領域を段階的に区分し、この区分に応じた冷却能力を備えた主軸冷却油を循環させる方式とすることで、主軸冷却油の調整を安定的に行うことが可能となる。
さらに、主軸の回転速度が変化して速度領域が変更された際には、一定時間が経過しない限り主軸冷却油の設定温度が変更されることはないため、例えば、２つの速度領域の境界において主軸の回転速度が安定しないときであっても、設定温度が元の速度領域に対応するものに保持されて、主軸冷却油の温度調節が不安定に行われるのを防止することができる。
また、速度領域を段階的に区分し、この区分に応じた冷却能力を備えた主軸冷却油を循環させる方式とすることで、主軸冷却油の調整を安定的に行うことが可能となる。
さらに、主軸の回転速度が変化して速度領域が変更された際には、一定時間が経過しない限り主軸冷却油の設定温度が変更されることはないため、例えば、２つの速度領域の境界において主軸の回転速度が安定しないときであっても、設定温度が元の速度領域に対応するものに保持されて、主軸冷却油の温度調節が不安定に行われるのを防止することができる。
さらに、本発明に係る工作機械の冷却システムは、前記主軸の回転が停止してから１０分〜３０分経過後に、前記主軸冷却装置が、前記主軸冷却油の送油を停止することを特徴とする。
これにより、主軸の過冷却の防止と省エネルギー化を図ることが可能となる。
これにより、主軸の過冷却の防止と省エネルギー化を図ることが可能となる。
さらにまた、本発明に係る工作機械の冷却システムは、前記主軸の回転が停止した際に、前記主軸冷却装置が、前記工作機械のベース温度よりも高い温度を前記設定温度として、前記冷却油の温度調節を行うことを特徴とする。
工作機械は加工精度が安定している定常運転時が長時間の停止時に比べて主軸の温度は僅かに高いものとなっている。よって、運転が停止した後も冷却を続けると安定状態の温度が低下して加工再開時直後の精度が低下してしまう。そこで、上記のように、主軸の停止後冷却油を工作機械のベース温度よりも高く温度調節することで、加工再開時の加工精度を安定させることが可能となる。
また、本発明に係る工作機械の冷却システムは、前記比較演算部が、前記回転速度情報が属する前記速度領域を判別するのに代えて、前記回転速度情報に基づいて算出した１分〜１０分間の平均回転速度が属する前記速度領域を判別して、該速度領域に対応する前記温度設定値を前記主軸冷却油の設定温度とすることを特徴とするものであってもよい。
これによっても、主軸の速度変化に対応した冷却能力の主軸冷却油を主軸に送油することが可能となる。
これによっても、主軸の速度変化に対応した冷却能力の主軸冷却油を主軸に送油することが可能となる。
本発明に係る工作機械の冷却システムは、主軸をワークに対して相対移動させる送り軸内部に送り軸冷却油を循環させて、工作機械の熱変形を防止する工作機械の冷却装置において、前記送り軸の送り速度情報を受信する速度情報受信部と、前記送り軸の送り速度の取り得る範囲を段階的に複数の速度領域に区分して、該速度領域毎に、発熱量に対応する温度設定値が定められた送り軸速度・温度テーブルを備えた温度データ記憶部と、前記送り速度情報と前記送り軸速度・温度テーブルとを読み込んで、前記送り速度情報が属する前記速度領域を判別して、該速度領域に対応する前記温度設定値を前記送り軸冷却油の設定温度とする比較演算部と、該設定温度に基づいて前記送り軸冷却油に温度調節を施して送油を行う送り軸冷却装置とが設けられ、前記送り速度情報の属する前記速度領域が変更された際に、前記送り軸冷却装置が、１０秒〜１分以内は元の速度領域に対応する前記設定温度に基づいて前記送り軸冷却油に温度調節を行い、前記１０秒〜１分経過後に新たな前記速度領域に対応する前記設定温度に基づいて前記送り軸冷却油に温度調節を行うことを特徴とする。
送り軸の送り速度情報が属する速度領域の温度設定値を送り軸冷却油の設定温度として温度調節を行うことにより、送り軸の速度変化に対応した冷却能力の送り軸冷却油を送り軸に送油することが可能となる。
また、速度領域を段階的に区分し、この区分に応じた冷却能力を備えた送り軸冷却油を循環させる方式とすることで、送り軸冷却油の調整を安定的に行うことが可能となる。
さらに、送り軸の回転速度が変化して速度領域が変更された際には、一定時間が経過しない限り送り軸冷却油の設定温度が変更されることはない。したがって、例えば、２つの速度領域の境界において送り軸の回転速度が安定しないときであっても、設定温度が元の速度領域に対応するものに保持されて、送り軸冷却油の温度調節が不安定に行われるのを防止することができる。
また、速度領域を段階的に区分し、この区分に応じた冷却能力を備えた送り軸冷却油を循環させる方式とすることで、送り軸冷却油の調整を安定的に行うことが可能となる。
さらに、送り軸の回転速度が変化して速度領域が変更された際には、一定時間が経過しない限り送り軸冷却油の設定温度が変更されることはない。したがって、例えば、２つの速度領域の境界において送り軸の回転速度が安定しないときであっても、設定温度が元の速度領域に対応するものに保持されて、送り軸冷却油の温度調節が不安定に行われるのを防止することができる。
さらに、本発明に係る工作機械の冷却システムは、前記送り軸の送りが停止してから１０分〜３０分経過後に、前記送り軸冷却装置が、前記送り軸冷却油の送油を停止することを特徴とする。
これにより、送り軸の過冷却の防止と省エネルギー化を図ることが可能となる。
これにより、送り軸の過冷却の防止と省エネルギー化を図ることが可能となる。
また、本発明に係る工作機械の冷却システムは、前記送り軸の回転が停止した際に、前記送り軸冷却装置が、前記工作機械のベース温度よりも高い温度を前記設定温度として、前記送り軸冷却油の温度調節を行うことを特徴とする。
これにより上記主軸と同様、加工再開時の加工精度を安定させることが可能となる。
これにより上記主軸と同様、加工再開時の加工精度を安定させることが可能となる。
さらにまた、本発明に係る工作機械の冷却システムは、前記比較演算部が、前記送り速度情報が属する前記速度領域を判別するのに代えて、前記送り速度情報に基づいて算出した１分〜１０分間の平均送り速度が属する前記速度領域を判別して、該速度領域に対応する前記温度設定値を前記送り軸冷却油の設定温度とすることを特徴とする。
これによっても、送り軸の速度変化に対応した冷却能力の送り軸冷却油を送り軸に送油することが可能となる。
これによっても、送り軸の速度変化に対応した冷却能力の送り軸冷却油を送り軸に送油することが可能となる。
本発明の工作機械の冷却システムによれば、速度領域毎の温度設定値に基づいて主軸冷却油又は送り軸冷却油の温度調節を行うことで、速度変化に対応して発熱量に適した冷却性能の主軸又は送り軸冷却油を供給することが可能となる。よって、加工条件に応じて適確に発生熱を除去することができるため、工作機械の熱変形を確実に抑え、加工精度を向上させることが可能となる。
さらに、主軸冷却油又は送り軸冷却油の温度調節が不安定に行われるのを防止することができる。
さらに、主軸冷却油又は送り軸冷却油の温度調節が不安定に行われるのを防止することができる。
以下、本発明に係る工作機械の冷却装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は工作機械の冷却システムが適用される工作機械の概略構成を示す斜視図、図２は実施の形態に係る工作機械の冷却装置の概略構成図、図３は（ａ）主軸速度・温度テーブル及び（ｂ）送り軸速度・温度テーブルを示す図、図４は工作機械の冷却装置の動作を説明するフローチャート、図５は速度領域の速度値と温度設定値との関係を示す図である。
図１は工作機械の冷却システムが適用される工作機械の概略構成を示す斜視図、図２は実施の形態に係る工作機械の冷却装置の概略構成図、図３は（ａ）主軸速度・温度テーブル及び（ｂ）送り軸速度・温度テーブルを示す図、図４は工作機械の冷却装置の動作を説明するフローチャート、図５は速度領域の速度値と温度設定値との関係を示す図である。
冷却システム１は、例えば図１に示すような、横型のマシニングセンタである工作機械２に適用される。
工作機械２は、図１に示すように、ベース３と、ベース３上に立設されたコラム部４と、コラム部４と同様にベース３上に配置されてパレットＰを保持するテーブル５と、パレットＰを自動交換する自動パレット交換装置（ＡＰＣ）６とを備えている。
工作機械２は、図１に示すように、ベース３と、ベース３上に立設されたコラム部４と、コラム部４と同様にベース３上に配置されてパレットＰを保持するテーブル５と、パレットＰを自動交換する自動パレット交換装置（ＡＰＣ）６とを備えている。
コラム部４は、ベース３上に立設された門型のコラム１１と、該コラム１１の上下にＸ軸方向ｘに沿って一対が配設されたＸ軸ガイドレール１２と、該Ｘ軸ガイドレール１２を介してＸ軸方向に移動可能に支持されているサドル１３と、このサドル１３のＸ軸方向両側にＹ軸方向ｙに沿って一対が配設されたＹ軸ガイドレール１４と、該Ｙ軸ガイドレール１４を介してＹ軸方向に移動可能とされたヘッド１５と、ヘッド１５に設けられてＺ軸方向ｚに沿ってテーブル５側に延びる主軸筒１６とによって構成されている。
サドル１３は、Ｘ軸モータ２１により回転させられるＸ軸送り軸２４を介してＸ軸方向に移動可能とされている。また、ヘッド１５もサドル１３と同様に、Ｙ軸モータ２２により回転させられるＹ軸送り軸２５を介してＹ軸方向ｙに移動可能となっている。
主軸筒１６には、先端に切削工具（図示省略）がＺ軸方向ｚの軸線回りで回転可能に取り付けられ、図２に示すような主軸モータ２７によりＺ軸方向ｚと平行な軸線の軸回りで回転可能となっており、これら主軸筒１６及び主軸モータ２７により主軸２８が構成されている。
主軸筒１６には、先端に切削工具（図示省略）がＺ軸方向ｚの軸線回りで回転可能に取り付けられ、図２に示すような主軸モータ２７によりＺ軸方向ｚと平行な軸線の軸回りで回転可能となっており、これら主軸筒１６及び主軸モータ２７により主軸２８が構成されている。
なお、コラム部４の上部には自動工具交換装置（ＡＴＣ）１９が設けられており、これにより上記切削工具が自動交換されるように構成されている。
テーブル５は、ベース３上にＺ軸方向ｚに沿って一対が平行に設けられたＺ軸ガイドレール２０を介してＺ軸方向ｚに移動可能に支持されており、該テーブル５の上面にはワークがイケール又は治具を介して取り付けられるパレットＰが配設されている。
自動パレット交換装置６は、ベース３上にてテーブル５から見てコラム部４とは反対側の位置に設けられており、鉛直方向周りに回転自在に支持され水平方向に延びて、一端側がテーブル５に向けられた旋回支持アーム１７と、該旋回支持アーム１７の他端側に位置する段取りテーブル１８とを備えている。
この自動パレット交換装置６は、テーブル５がパレット交換位置に移動したときに、旋回支持アーム１７が該テーブル５上のパレットＰと段取りテーブル１８上のパレットＰとを受け取って旋回することにより、テーブル５上の加工済みワークと段取りテーブル１８上の新しいワーク（待機ワーク）Ｗとを互いに入れ替える（テーブル５に対してワークＷを受け渡しする）ようにしている。
この自動パレット交換装置６は、テーブル５がパレット交換位置に移動したときに、旋回支持アーム１７が該テーブル５上のパレットＰと段取りテーブル１８上のパレットＰとを受け取って旋回することにより、テーブル５上の加工済みワークと段取りテーブル１８上の新しいワーク（待機ワーク）Ｗとを互いに入れ替える（テーブル５に対してワークＷを受け渡しする）ようにしている。
以上のような工作機械２においては、コラム部４のサドル１３がＸ軸方向ｘに、ヘッド１５がＹ軸方向ｙに移動可能であるとともに、テーブル５がＺ軸方向ｚに移動可能であることにより、主軸筒１６がテーブルに配設されたパレットＰ上のワークに対してＸＹＺ方向に任意に相対移動可能となるように構成されている。
また、加工の際には、工作機械２の外部に設置されたＮＣ装置３０（図２参照）による、主軸モータ２７への回転速度指令、Ｘ軸モータ２１、Ｙ軸モータ２２及びＺ軸モータ２３への送り速度指令により、主軸２８及び各送り軸２４、２５、２６が駆動される。なお、ＮＣ装置３０は回転速度指令及び送り速度指令に対応する回転速度情報Ｖθ及び送り速度情報ＶＸＹＺを後述する速度情報受信部４１へと送信している。
また、加工の際には、工作機械２の外部に設置されたＮＣ装置３０（図２参照）による、主軸モータ２７への回転速度指令、Ｘ軸モータ２１、Ｙ軸モータ２２及びＺ軸モータ２３への送り速度指令により、主軸２８及び各送り軸２４、２５、２６が駆動される。なお、ＮＣ装置３０は回転速度指令及び送り速度指令に対応する回転速度情報Ｖθ及び送り速度情報ＶＸＹＺを後述する速度情報受信部４１へと送信している。
次に、上記の工作機械２に適用される冷却システム１の構成について図２を参照して説明する。
この冷却システム１は、主軸２８内を通過する主軸冷却路５０と、Ｘ軸送り軸２４、Ｙ軸送り軸２５及びＺ軸送り軸２６内をそれぞれ通過する送り軸冷却路６０と、主軸冷却路５０に温度調節を施した主軸冷却油を送油する主軸冷却装置３５と、送り軸冷却路６０に温度調節を施した送り軸冷却油を送油する送り軸冷却装置３６と、これら主軸冷却装置３５及び送り軸冷却装置３６の冷却油の設定温度を制御する温度制御装置４０とを備えている。
この冷却システム１は、主軸２８内を通過する主軸冷却路５０と、Ｘ軸送り軸２４、Ｙ軸送り軸２５及びＺ軸送り軸２６内をそれぞれ通過する送り軸冷却路６０と、主軸冷却路５０に温度調節を施した主軸冷却油を送油する主軸冷却装置３５と、送り軸冷却路６０に温度調節を施した送り軸冷却油を送油する送り軸冷却装置３６と、これら主軸冷却装置３５及び送り軸冷却装置３６の冷却油の設定温度を制御する温度制御装置４０とを備えている。
主軸冷却装置３５及び送り軸冷却装置３６は、それぞれ冷却油を貯留するタンク３５ａ、３６ａと、該タンク３５ａ、３６ａ内の冷却油に対して温度制御装置４０による設定温度に基づいて温度調節を行う温度調節部３５ｂ、３６ｂとから構成されている。
主軸冷却路５０は、主軸冷却装置３５の温度調節部３５ｂに接続されて、主軸２８を経由した後、主軸冷却装置３５のタンク３５ａに接続されている。具体的には、温度調節部３５ｂから主流路５１が延びており、途中で回転体冷却路５２と固定体冷却路５３とに分岐する。回転体冷却路５２は、その途中に加圧ポンプ５４が設けられており、主軸２８における主軸モータ２７及び主軸筒１６の回転軸内を軸線方向に沿って往復するように通過し、その後タンク３５ａに接続されて、循環通路を形成している。
固定体冷却路５３は、さらに２つの流路５３ａ、５３ｂに分岐した後、一方の流路５３ａが主軸筒１６の内部を、他方の流路５３ｂが主軸モータ２７の内部を、それぞれコイル状に通過し、その後合流してタンク３５ａに接続され循環流路を形成している。
固定体冷却路５３は、さらに２つの流路５３ａ、５３ｂに分岐した後、一方の流路５３ａが主軸筒１６の内部を、他方の流路５３ｂが主軸モータ２７の内部を、それぞれコイル状に通過し、その後合流してタンク３５ａに接続され循環流路を形成している。
送り軸冷却路６０は、送り軸冷却装置３６の温度調節部３６ｂに接続されて、Ｘ軸送り軸２４、Ｙ軸送り軸２５及びＺ軸送り軸２６内を経由した後、送り軸冷却装置３６のタンク３６ａに接続されている。具体的には、温度調節部３６ｂから延びる主流路６１は、途中でＸ軸送り軸２４、Ｙ軸送り軸２５及びＺ軸送り軸２６内を通過する３つの軸流路６２ａ、６２ｂ、６２ｃに分岐し、それぞれの送り軸２４、２５、２６内通過後合流してタンク３６ｂに接続され、循環流路を形成している。
なお、上記主軸冷却装置３５及び送り軸冷却装置３６の温度調節部３５ｂ、３６ｂは、それぞれ主流路５１、６１を通過する冷却油の温度を温度センサー３８、３８で測定することでフィードバック制御を行いそれぞれ主軸冷却油、送り軸冷却路の温度調節を行っている。
さらに、温度調節部３５ｂ、３６ｂは、工作機械２のベース３に設けられた温度センサー３９、３９からの温度情報が入力されている。
さらに、温度調節部３５ｂ、３６ｂは、工作機械２のベース３に設けられた温度センサー３９、３９からの温度情報が入力されている。
次に、冷却システム１において冷却油の温度設定を行う温度制御装置４０について、図２の左上のブロック図を参照して説明する。
この温度制御装置４０は、速度情報受信部４１と、温度データ記憶部４２と、比較演算部４３と、２つの送受信部４４、４４とを備えている。
この温度制御装置４０は、速度情報受信部４１と、温度データ記憶部４２と、比較演算部４３と、２つの送受信部４４、４４とを備えている。
速度情報受信部４１は、ＮＣ装置３０から回転速度情報Ｖθ及び送り速度情報ＶＸＹＺを受信し、これらを比較演算部に出力する。
温度データ記憶部４２は、主軸２８の回転速度及び各送り軸２４、２５、２６の送り速度に対応した冷却油の温度設定値が記憶されている。
より具体的には、温度データ記憶部４２は、例えば図３に示すような、速度・温度テーブルを主軸２８及び送り軸２４、２５、２６についてそれぞれ所有している。
より具体的には、温度データ記憶部４２は、例えば図３に示すような、速度・温度テーブルを主軸２８及び送り軸２４、２５、２６についてそれぞれ所有している。
図３（ａ）に示す主軸２８についての速度・温度テーブル（以下、主軸速度・温度テーブルと称する）は、主軸２８の回転速度の取り得る範囲が、上欄に示すように、例えば、回転停止、速度領域Ａθ、速度領域Ｂθ、速度領域Ｃθ、速度領域Ｄθの計５つの速度領域に区分されている。なお、速度領域Ａθ〜Ｄθは、その速度の値が小さいものから大きなものへと順に並べられており、これら５つの速度領域の区分毎に、温度設定値Ｔθ１〜Ｔθ５がそれぞれ定められている。なお、これら温度設定値Ｔθ１〜Ｔθ５はそれぞれの速度領域における主軸２８の発生熱を除去するのに必要な温度が定められており、温度設定値と速度領域との関係は例えば図５に示すように、速度領域の速度値が大きいほど温度設定値が低い値をとるようになっている。
図３（ｂ）に示す各送り軸２４、２５、２６についての速度・温度テーブル（以下、送り軸速度・温度テーブルと称する）も上記同様に、各送り軸２４、２５、２６の送り速度の取り得る範囲が、例えば、送り停止、速度領域ＡＸＹＺ、速度領域ＢＸＹＺ、速度領域ＣＸＹＺ、速度領域ＤＸＹＺの計５つの速度領域に区分されており、これら速度領域ＡＸＹＺ〜ＤＸＹＺ毎に冷却油の温度設定値ＴＸＹＺ１〜ＴＸＹＺ５が定められている。
比較演算部４３は、速度情報受信部４１から入力される回転速度情報Ｖθ及び送り速度情報ＶＸＹＺと温度データ記憶部４２が所有する主軸速度・温度テーブル及び送り軸速度・温度テーブルとに基づいて主軸冷却装置３５と送り軸冷却装置３６との設定温度を決定する。
具体的には、主軸２８について言えば、回転速度情報Ｖθが属する速度領域を５つの速度領域Ａθ〜Ｄθの中から判別し、この速度領域に対応する温度設定値を主軸冷却路５０の設定温度として決定する。例えば、主軸２８の回転速度情報Ｖθが、５つの速度領域のうち速度領域Ａ内に該当すると判別した場合、速度領域Ａに対応する温度設定値Ｔθ１が主軸冷却油の設定温度となる。
各送り軸２４、２５、２６についても同様に、送り速度情報ＶＸＹＺが属する速度領域を５つの速度領域ＡＸＹＺ〜ＤＸＹＺの中から判別し、この速度領域に対応する温度設定値を送り軸冷却路６０の設定温度として決定する。例えば、各送り軸２４、２５、２６の送り速度情報ＶＸＹＺが、５つの速度領域のうち速度領域Ａ内に該当すると判別した場合、速度領域Ａに対応する温度設定値ＴＸＺＹ１が主軸冷却油の設定温度となる。
そして、このようにして決定された設定温度は、回転速度情報Ｖθ及び送り速度情報ＶＸＹＺが属する速度領域が変更されて、１０秒〜１分経過後に、送受信部４４へと出力される。
具体的には、加工条件に応じて回転速度情報Ｖθ又は送り速度情報ＶＸＹＺが変化して速度領域が変更された場合、当該変更から１０秒〜１分以内は設定温度が送受信部４４に出力されず、１０秒〜１分経過後に初めて、新たな速度領域に対応する設定温度が送受信部４４へと出力される。
即ち、比較演算部４３は回転速度情報Ｖθ及び送り速度情報ＶＸＹＺが属する速度領域が変更された際に、一定の猶予時間の経過後に新たな設定温度を送受信部４４に出力するようになっている。
具体的には、加工条件に応じて回転速度情報Ｖθ又は送り速度情報ＶＸＹＺが変化して速度領域が変更された場合、当該変更から１０秒〜１分以内は設定温度が送受信部４４に出力されず、１０秒〜１分経過後に初めて、新たな速度領域に対応する設定温度が送受信部４４へと出力される。
即ち、比較演算部４３は回転速度情報Ｖθ及び送り速度情報ＶＸＹＺが属する速度領域が変更された際に、一定の猶予時間の経過後に新たな設定温度を送受信部４４に出力するようになっている。
また、比較演算部４３には、省エネモードが備えられている。具体的には、主軸２８及び各送り軸２４、２５、２６が停止して、速度情報受信部４１から入力される回転速度情報Ｖθ又は送り速度情報ＶＸＹＺが０となった場合には、当該０の状態が１０分〜３０分経過後に、主軸冷却油及び送り軸冷却油の送油を停止させる信号を送受信部４４に送出する。
送受信部４４、４４は、比較演算部４３から入力された主軸冷却油及び送り軸冷却油の設定温度を設定温度変更指令としてそれぞれ主軸冷却装置３５及び送り軸冷却装置３６へと送信する。
本実施形態による冷却システム１は上述の構成を備えており、次にその作用を図４に示すフローチャートに沿って説明する。
まず最初に温度制御装置４０の有効スイッチがＯＮか否か確認する（ステップＳ１）。この有効スイッチがＯＦＦの場合には温度制御装置４０は作動しない。
まず最初に温度制御装置４０の有効スイッチがＯＮか否か確認する（ステップＳ１）。この有効スイッチがＯＦＦの場合には温度制御装置４０は作動しない。
次に、比較演算部４３が、ＮＣ装置３０から速度情報受信部４１に送出される回転速度情報Ｖθ及び送り速度情報ＶＸＹＺを読み込んで（ステップＳ２）、速度が変化したか否かを判別し（ステップＳ３）、速度変化があった場合には、温度データ記憶部４２から主軸速度・温度テーブル及び送り軸速度・温度テーブルの読み込みを行う。（ステップＳ４）。
そして、比較演算部４３が、回転速度情報Ｖθ及び送り速度情報ＶＸＹＺが現状の速度領域から外れて別の速度領域に入ったかを判別する。（ステップＳ５）。
別の速度領域に入ったと判断した場合、タイマカウントを行い（ステップＳ６）、その後、一定時間Ｔ１（本実施形態では１０秒〜１分）が経過したか否かを判別し（ステップＳ７）、経過した場合には省エネモードがＯＮか否かの確認を行う（ステップＳ８）。
省エネモードがＯＦＦの場合、送受信部４４が主軸冷却装置３５及び送り軸冷却装置３６の温度調節部３５ｂ、３６ｂに対し、比較演算部４３で決定された設定温度に基づいて設定温度変更指令を送出し（ステップＳ９）、その後、主軸冷却装置３５及び送り軸冷却装置３６の設定温度を確認し（ステップＳ１０）、正常に設定温度が変更されたか否かを確認する（ステップＳ１１）。そして、正常でない場合には異常表示を行う（ステップＳ１２）。
そして、主軸冷却装置３５及び送り軸冷却装置３６は設定温度に基づいて、それぞれ主軸冷却油及び送り軸冷却油の温度調節を行う。
そして、主軸冷却装置３５及び送り軸冷却装置３６は設定温度に基づいて、それぞれ主軸冷却油及び送り軸冷却油の温度調節を行う。
一方、省エネモードがＯＮの場合、回転速度情報Ｖθ及び送り速度情報ＶＸＹＺが０か否か、即ち、速度が停止したか否かを確認し（ステップＳ１３）、停止していない場合、冷却油の送油実行を継続し（ステップＳ１４）、停止している場合には、タイマカウントを行い（ステップＳ１５）、その後、一定時間Ｔ２（本実施形態では１０分〜３０分）経過したか否かを判別し（ステップＳ１６）、経過した場合には主軸冷却油及び送り軸冷却油の送油を停止する信号を主軸冷却装置及び送り軸冷却装置に送出する（ステップＳ１７）。
以上のようにして、本実施形態の冷却装置によれば、比較演算部４３によって、速度情報受信部４１から入力される回転速度情報Ｖθ及び送り速度情報ＶＸＹＺと温度データ記憶部４２が所有する主軸速度・温度テーブル及び送り軸速度・温度テーブルとに基づき、それぞれ主軸冷却油及びの設定温度が決定される。
従って、主軸２８の回転速度及び各送り軸２４、２５、２６の速度変化に応じた冷却能力の冷却油をそれぞれ主軸冷却路５０及び送り軸冷却路６０に供給することができる。よって、加工条件に応じて適確に発生熱を除去することができるため、工作機械の熱変形を確実に抑え、加工精度を向上させることが可能となる。
従って、主軸２８の回転速度及び各送り軸２４、２５、２６の速度変化に応じた冷却能力の冷却油をそれぞれ主軸冷却路５０及び送り軸冷却路６０に供給することができる。よって、加工条件に応じて適確に発生熱を除去することができるため、工作機械の熱変形を確実に抑え、加工精度を向上させることが可能となる。
また、回転速度情報Ｖθ及び送り速度情報ＶＸＹＺが属する速度領域が変更された場合には、タイマカウントを行って一定時間（本実施形態では１０秒〜１分）が経過するまでは温度設定変更指令が主軸冷却装置３５及び送り軸冷却装置３６に送出されることはない。
したがって、温度調節部３５ｂ、３６ｂが上記一定時間経過後に新たな速度領域に対応する設定温度に基づいての冷却油の温度調節を開始するため、例えば、２つの速度領域の境界で回転速度及び送り速度が安定しないときであっても、設定温度が元の速度領域に対応するものに保持されて、主軸冷却油及び送り軸冷却油の温度調節が不安定に行われるのを防止することができる。
したがって、温度調節部３５ｂ、３６ｂが上記一定時間経過後に新たな速度領域に対応する設定温度に基づいての冷却油の温度調節を開始するため、例えば、２つの速度領域の境界で回転速度及び送り速度が安定しないときであっても、設定温度が元の速度領域に対応するものに保持されて、主軸冷却油及び送り軸冷却油の温度調節が不安定に行われるのを防止することができる。
さらに、上述の省エネモードにより、回転速度及び送り速度が停止してから一定時間（本実施形態では１０分〜３０分）が経過した後に主軸冷却路５０及び送り軸冷却路６０の冷却油の送油が停止されることにより、必要以上の冷却が行われることがないため、主軸２８及び各送り軸２４、２５、２６の過冷却の防止と省エネルギー化を図ることが可能となる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、変形例として、上記省エネモードに代えて、加工準備モードが備えられたものであってもよい。
この加工準備モードによれば、前記主軸２８及び各送り軸２４、２５、２６が停止した際に、温度調節部３５ａ、３５ｂが主軸冷却路５０及び送り軸冷却路６０の各冷却油の調設定温度を、温度センサー３９によって得られる工作機械２のベース３の温度よりも高い温度に設定する。
例えば、変形例として、上記省エネモードに代えて、加工準備モードが備えられたものであってもよい。
この加工準備モードによれば、前記主軸２８及び各送り軸２４、２５、２６が停止した際に、温度調節部３５ａ、３５ｂが主軸冷却路５０及び送り軸冷却路６０の各冷却油の調設定温度を、温度センサー３９によって得られる工作機械２のベース３の温度よりも高い温度に設定する。
ここで、工作機械２においては、加工精度が安定している定常運転時は長時間の停止時に比べて主軸２８及び各送り軸２４、２５、２６の温度は僅かに高いものとなっている。よって、工作機械２が停止した後も冷却を続けると安定状態の温度が低下して、加工再開時直後の精度が低下してしまう。そこで、上記のように、主軸２８及び各送り軸２４、２５、２６の停止後、工作機械２のベース３温度よりも高く温度調節して加工準備状態としておくことで、加工再開時の加工精度を安定させることが可能となる。
さらに、比較演算部４３が、回転速度情報Ｖθ又は送り速度情報ＶＸＹＺが属する速度領域を判別するのに代えて、これら回転速度情報Ｖθ又は送り速度情報ＶＸＹＺに基づいて算出した１分〜１０分間の平均回転速度が属する速度領域を判別して、この速度領域に対応する温度設定値を主軸冷却油及び送り軸冷却油の設定温度とするものであってもよい。
１ 冷却システム
２ 工作機械
３ ベース
１６ 主軸筒
２１ Ｘ軸モータ
２２ Ｙ軸モータ
２３ Ｚ軸モータ
２４ Ｘ軸送り軸
２５ Ｙ軸送り軸
２６ Ｚ軸送り軸
２７ 主軸モータ
２８ 主軸
３０ ＮＣ装置
３５ 主軸冷却装置
３５ｂ 温度調節部
３６ 送り軸冷却装置
３６ｂ 温度調節部
４０ 温度制御装置
４１ 速度情報受信部
４２ 温度データ記憶部
４３ 比較演算部
４４ 送受信部
５０ 主軸冷却路
６０ 送り軸冷却路
２ 工作機械
３ ベース
１６ 主軸筒
２１ Ｘ軸モータ
２２ Ｙ軸モータ
２３ Ｚ軸モータ
２４ Ｘ軸送り軸
２５ Ｙ軸送り軸
２６ Ｚ軸送り軸
２７ 主軸モータ
２８ 主軸
３０ ＮＣ装置
３５ 主軸冷却装置
３５ｂ 温度調節部
３６ 送り軸冷却装置
３６ｂ 温度調節部
４０ 温度制御装置
４１ 速度情報受信部
４２ 温度データ記憶部
４３ 比較演算部
４４ 送受信部
５０ 主軸冷却路
６０ 送り軸冷却路
Claims (8)
- 主軸内部に主軸冷却油を循環させて、工作機械の熱変形を防止する工作機械の冷却装置において、
前記主軸の回転速度情報を受信する速度情報受信部と、
前記主軸の回転速度の取り得る範囲を段階的に複数の速度領域に区分して、該速度領域毎に、発熱量に対応する温度設定値が定められた主軸速度・温度テーブルを備えた温度データ記憶部と、
前記回転速度情報と前記主軸速度・温度テーブルとを読み込んで、前記回転速度情報が属する前記速度領域を判別して、該速度領域に対応する前記温度設定値を前記主軸冷却油の設定温度とする比較演算部と、
該設定温度に基づいて前記主軸冷却油に温度調節を施して送油を行う主軸冷却装置とが設けられ、
前記回転速度情報の属する前記速度領域が変更された際に、前記主軸冷却装置が、１０秒〜１分以内は元の速度領域に対応する前記設定温度に基づいて前記主軸冷却油に温度調節を行い、前記１０秒〜１分経過後に新たな前記速度領域に対応する前記設定温度に基づいて前記主軸冷却油に温度調節を行うことを特徴とする工作機械の冷却システム。 - 前記主軸の回転が停止してから１０分〜３０分経過後に、前記主軸冷却装置が、前記主軸冷却油の送油を停止することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の冷却システム。
- 前記主軸の回転が停止した際に、前記主軸冷却装置が、前記工作機械のベース温度よりも高い温度を前記設定温度として、前記冷却油の温度調節を行うことを特徴とする請求項１に記載の工作機械の冷却システム。
- 前記比較演算部が、前記回転速度情報が属する前記速度領域を判別するのに代えて、前記回転速度情報に基づいて算出した１分〜１０分間の平均回転速度が属する前記速度領域を判別して、該速度領域に対応する前記温度設定値を前記主軸冷却油の設定温度とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の工作機械の冷却システム。
- 主軸をワークに対して相対移動させる送り軸内部に送り軸冷却油を循環させて、工作機械の熱変形を防止する工作機械の冷却装置において、
前記送り軸の送り速度情報を受信する速度情報受信部と、
前記送り軸の送り速度の取り得る範囲を段階的に複数の速度領域に区分して、該速度領域毎に、発熱量に対応する温度設定値が定められた送り軸速度・温度テーブルを備えた温度データ記憶部と、
前記送り速度情報と前記送り軸速度・温度テーブルとを読み込んで、前記送り速度情報が属する前記速度領域を判別して、該速度領域に対応する前記温度設定値を前記送り軸冷却油の設定温度とする比較演算部と、
該設定温度に基づいて前記送り軸冷却油に温度調節を施して送油を行う送り軸冷却装置とが設けられ、
前記送り速度情報の属する前記速度領域が変更された際に、前記送り軸冷却装置が、１０秒〜１分以内は元の速度領域に対応する前記設定温度に基づいて前記送り軸冷却油に温度調節を行い、前記１０秒〜１分経過後に新たな前記速度領域に対応する前記設定温度に基づいて前記送り軸冷却油に温度調節を行うことを特徴とする工作機械の冷却システム。 - 前記送り軸の送りが停止してから１０分〜３０分経過後に、前記送り軸冷却装置が、前記送り軸冷却油の送油を停止することを特徴とする請求項５に記載の工作機械の冷却システム。
- 前記送り軸の回転が停止した際に、前記送り軸冷却装置が、前記工作機械のベース温度よりも高い温度を前記設定温度として、前記送り軸冷却油の温度調節を行うことを特徴とする請求項５に記載の工作機械の冷却システム。
- 前記比較演算部が、前記送り速度情報が属する前記速度領域を判別するのに代えて、前記送り速度情報に基づいて算出した１分〜１０分間の平均送り速度が属する前記速度領域を判別して、該速度領域に対応する前記温度設定値を前記送り軸冷却油の設定温度とすることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の工作機械の冷却システム。
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