JP4342511B2

JP4342511B2 - 加工機械設備

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Publication number: JP4342511B2
Application number: JP2005366745A
Authority: JP
Inventors: 清金田; 敏之草刈
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2000-10-04
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2021-06-11
Also published as: JP2006102939A

Description

本発明は、マシニングセンタ、フライス盤、旋盤、研削盤、歯切盤、放電加工機等の工作機械、また半導体製造、バイオ産業、医学分野で用いる精密加工機、微細加工機、組立加工機、ピッキング装置、レーザビーム加工機等の加工機械をカバーで取り囲み、内部を恒温状態に維持する加工機械設備に関する。

工作機械等の加工機械は、主軸頭などの発熱体に冷却液を循環させて発熱を抑え、熱変形を小さくしている。また加工機械は、設置された環境温度の変化によって熱変形し、更にその熱変形の度合いが時間と共に変化してワークの加工精度に悪影響を与えている。これを防ぐため加工機械全体に一定温度の油をかける方法や、恒温室に加工機械を入れる方法がとられている。これらの方法は大がかりな構成になったり、多大な費用がかかる。また通常の恒温室では高い位置と低い位置との間で温度差があったり、加工機械で発生した切屑が恒温室内部に溜まったままになっていたり、オペレータが恒温室内に入って熱源となったりして厳密な意味での恒温室ではない。

これらの問題点を少しでも解決しようとした技術が特許文献１〜３に開示されている。特許文献１の技術（第１の従来技術）は、工作機械全体をカバーで取り囲み、カバー内を空調装置で一定温度に制御する自己完結型恒温室を構成したものである。
特許文献２の技術（第２の従来技術）は、工作機械本体の発熱部内を循環させる潤滑油の温度を、例えばベース等の発熱しない機体の温度に同調させて制御する追従式油温制御装置に関するものであり、機械の熱変位を少なくしたものである。
特許文献３の技術（第３の従来技術）は、工作機械の大部分をスプラッシュガードで取り囲み、スプラッシュガード内の空気を撹拌したり、外部との間で吸排気を行ってスプラッシュガード内外の温度差を極力少なくしたものである。

実開昭５９−１８３３４０号公報実公昭４８−２７３５１号公報特開昭６２−２０３７３６号公報

前述の第1の従来技術は、工具やワークを外部からカバー内へ投入する場合の準備室がなく、開閉扉が直接外部と接しており、開閉扉をあけるとカバー内の温度が変化し易い。また恒温室を設ける究極の目的は恒温室内の温度を一定にすることではなく、工作機械の機体各部の温度を均一にしようとすることである。しかし第１の従来技術はただ調温された空気を室内へ噴き出すだけであり、発熱部付近は多く、非発熱部付近は少なく調温された空気を噴き出すようにして機体各部の温度を均一にしようとする技術思想は開示されていない。

第２の従来技術は、工作機械本体の発熱部の温度を機体の非発熱部の温度と等しくしようとしたものであるが、潤滑油が循環している箇所は冷却されるが、循環路から離れた箇所は冷却不足があり、きめ細かく工作機械本体全体の機体温度を均一化することはできない。
第３の従来技術は、コラム前方側のスプラッシュガード内の温度は外部温度に近づきかつ均一化されるが、コラム後方側の温度については何ら制御していないので、コラムの前後の温度差が変化することによる熱変形は起こり得る。つまりコラムの反り具合が時間と共に変化する。
これら従来技術は、調温された空気の流量を変えて工作機械本体の各部の温度を均一に維持する構成が開示されていない。

本発明はこれらの従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、加工機械全体をカバーで取り囲み、その内部の温度を所望の温度に制御して加工機械の各部の温度を均一化することである。本発明の他の目的は、コンパクトな構成で加工機械の熱変形の時間的変化をなくす加工機械設備を提供することである。本発明の他の目的は、比較的簡単な構成で加工機械のコラム前後の温度差によるコラムの熱変形を防止できる加工機械設備を提供することである。本発明の他の目的は、加工機械をカバーで取り囲んだ内部の空調室の温度を外部温度、時刻又は季節に応じて設定可能な加工機械設備を提供することである。

上述の目的を達成するため、加工機械全体をカバーで取り囲み、その内部の温度を制御する加工機械設備において、工具とワークとを相対移動させてワークを加工する加工機械本体と、前記加工機械本体をカバーで取り囲んで外部空気と隔離した加工機械本体空調室と、前記加工機械本体空調室内に設けられ、前記加工機械本体の加工領域を取り囲み切屑の飛散を防止するスプラッシュガードと、前記スプラッシュガードの外部に面した側面に設けられ、開放したとき外部空気が前記スプラッシュガード内以外の前記加工機械本体空調室に侵入しないように遮蔽して構成された開閉ガードと、前記加工機械本体各部の温度がほぼ均一になるように前記加工機械本体各部の発熱の大小に応じて吹き出し空気量を予め調節して前記加工機械本体各部に向けた複数の空気吹き出し口を開口し、空気を吹き出す空気吹き出し装置と、前記加工機械本体空調室内温度が所望の温度になるように前記空気吹き出し装置に供給する空気の温度及び／又は空気の流量を制御する空調装置とを具備する加工機械設備が提供される。

上述の加工機械本体とは、工具とワークとの間で相対移動を行わせワークを加工することが可能な機械構造体のことである。マシニングセンタを例にとるとベッド、テーブル、コラム、主軸頭、主軸を組み合わせた構造全体をいう。工具とワークとの間の相対移動の形態には、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の直交３軸を有した形態、更にはＵ，Ｖ，Ｗ軸の直線補助送り軸やＡ，Ｂ，Ｃ軸の回転送り軸を少なくとも１軸付加した形態等種々のものが対象である。
上述の構成により、空気吹き出し装置の複数の空気吹き出し口から所定の温度に調温され、かつ加工機械本体各部の発熱の大小に応じて吹き出し空気量が調節された空気が加工機械本体各部に向けて吹き出され、加工機械本体空調室内の温度が所望の温度に維持されている。以って加工機械本体各部の温度は均一になる。空気吹き出し装置内に吹き出された空気は、カバー下部から大気に解放させても良いし、回収し空調装置に戻して循環使用しても良い。
また、上記のようなスプラッシュガードを設けることにより、加工機械本体に外部からワークを投入する場合、又は加工機械本体の運転を止めて外部からワークの加工状態や工具の摩耗状態を見たり、加工機械本体の手入れを行う場合、容易にその作業が行える。外部の空気が流入するのはスプラッシュガードの中だけであり、スプラッシュガード内以外の加工機械本体空調室へは外部の空気が侵入しない。従って開閉ガードを閉めれば、スプラッシュガード内にはすぐ所定温度の空気が流れ込み、加工機械本体の温度をほとんど変化させることがない。尚、開閉ガードは開閉扉、開閉窓の他、ボルト等で脱着可能に設けられた板部材のことである。

前記加工機械本体でワークを加工する際に発生する切屑を前記スプラッシュガード内の空気とともに吸引して前記加工機械本体空調室外へ排出する吸引式切屑排出装置を更に具備する加工機械設備が提供される。
吸引式切屑排出装置を有することによって切屑が迅速に加工機械本体空調室外へ排出されるのでスプラッシュガード内の温度が変わりにくい。また吸引式切屑排出装置は切屑とともにスプラッシュガード内の空気を吸引するので、開閉ガードを開放状態から閉じた時、直ちにスプラッシュガード内の空気は加工機械本体空調室内の所定温度の空気に入れ換わることができ、加工機械本体各部の温度をできるだけ均一に保つことができる。

また、前記加工機械本体に隣接して設けられ、前記加工機械本体との間で自動交換するワークを保持するワークストッカと、前記ワークストッカをカバーで取り囲んで外部空気と隔離し、かつ前記スプラッシュガードとの間にワーク交換のための開閉扉を備えたワークストッカ空調室と、を更に具備し、前記空気吹き出し装置は、前記ワークストッカ空調室内に向けて空気吹き出し口を更に開口し、前記加工機械本体空調室と前記ワークストッカ空調室の温度がほぼ等しくなるように空気を吹き出す加工機械設備が提供される。
ワークの準備室であるワークストッカ空調室があることによって、外部空気の直接的な加工機械本体空調室への流入が防止でき、外部からのワーク段取り時でも加工機械本体空調室の温度を変化させないで済む。また外部からワークストッカ空調室へ投入したワークの温度が所望の温度に順応してから加工機械本体に移載できる。

前記加工機械本体空調室内に空気を吹き出す前記空気吹き出し装置は、前記加工機械本体空調室の天井及び／又は側面を前記空調装置から供給される空気が内部を流通可能な二重壁構造とし、前記二重壁構造の内側壁は前記加工機械本体各部の発熱の大小に応じて吹き出し空気量が増減された空気吹き出し口が開口していることが望ましい。
これにより、加工機械本体の発熱の多い付近は空気吹き出し量が多くなるように空気吹き出し口の開口面積を大きく、非発熱部付近は空気吹き出し量が少なくなるように開口面積を小さくできる。これは加工機械本体各部の温度をできるだけ均一にするための一手段である。

前記加工機械本体空調室又は／及びワークストッカ空調室は、その外壁が断熱材又は断熱手段を有して構成されるのが好ましい。外壁が断熱材で構成されたり、断熱材を貼付した材料で構成されたり、間に断熱空気層を有した材料で構成されることにより、カバー内外の熱の出入りが起きにくくなりカバー内の温度管理が確実に行える。
またカバーが断熱材で成る又は断熱材を貼付した１枚のカバーで構成され、前記カバーは、前記加工機械本体又は／及び前記ワークストッカとの間に間隙を有して取付けられるのが好ましい。これによってカバーを通して外部温度が加工機械本体やワークストッカに伝導することがなくなる。

前記加工機械本体空調室又は／及び前記ワークストッカ空調室の内部の空気を回収し、前記空調装置に循環させる回収ダクトを更に具備していることが好ましい。
これにより、調温された空気を循環使用でき、省エネルギ効果がでる。

また、前記加工機械本体空調室又は／及び前記ワークストッカ空調室の温度は、外部温度、時刻又は季節に応じて設定可能になっている。
この構成によって加工機械の設置場所の局所的な温度差、特別に暑い日、寒い日、１日の時刻による温度変動又は季節的な温度変動等に起因する外部温度の変化に応じて、加工機械本体空調室やワークストッカ空調室内の温度設定をゆるやかに変更できる。すなわち、加工機械本体空調室やワークストッカ空調室の内部温度と外部温度とがいたずらに大きく異なることなく、外部温度が高ければ内部温度も比較的高く、外部温度が低ければ内部温度も比較的低く、手動又は自動で変更できる。このことによっても省エネルギ効果が出る。そして、ワークストッカ空調室と外部との間でワークの授受を行った後、短時間でワークストッカ空調室内の温度が所定値に戻る効果もある。

上記加工機械には、マシニングセンタ、フライス盤、旋盤、研削盤、歯切盤、放電加工機等の工作機械、また、半導体製造、バイオ産業、医学分野で用いる精密加工機、微細加工機、組立加工機、ピッキング装置、レーザビーム加工機等広義の加工機械が含まれる。

本発明の実施の形態を工作機械（マシニングセンタ）を例にとり、図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の加工機械設備を右側から見た側断面図、図２は図１のII−II断面図であり、加工機械設備を正面から見たもの、図３は図２のIII−III断面図であり、準備室の中を左側から見たものである。
工作機械本体Ｍは、床面に立設されたベッド１上をＸ軸方向に移動するテーブル３と、ベッド１上をＹ軸方向に移動するコラム５と、コラム５の前面を上下のＺ軸方向に移動する主軸頭７とで主に構成されている。主軸頭７には回転する立形の主軸９が内蔵されている。ベッド１の右側にはＸ軸モータ１１が、後側にはＹ軸モータ１３が設けられ、コラム５の上部にはＺ軸モータ１５が設けられている。テーブル３上にはワークパレット１７を介してワーク１９が載置され、主軸９の下端に装着される工具２４との間でＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の相対運動が行われワーク１９が加工される。

テーブル３の右側には工具マガジン２３がマガジンパレット２５を介して取り付けられる。工具マガジン２３には工具２４が複数本立設収納されており、主軸９との間で周知の方法によって自動工具交換される。
テーブル３、主軸９まわりは切屑や加工液が飛散しないようにスプラッシュガード２１で囲われている。ワーク１９の切削によって発生した切屑はスプラッシュガード２１の下方に落下し、外部に設けられた切屑排出装置２７の吸引ファン２９によって迅速に吸引、搬送される。切屑排出装置２７内では切屑は切屑受け３１に入れられ、加工液ミストを含んだ空気はミストコレクタ機能を備えたフィルタ３３を通過して、空気回収ダクト３５を通って空調装置３７に回収、循環される。図１では切屑排出装置２７を便宜上空調装置３７の後側に描いているが実際にはスプラッシュガード２１の近傍に設けられ、切屑搬送路は傾斜した短い筒状をしている。切屑排出装置からの空気を空調装置３７に回収、循環させないで切屑排出装置２７からすぐに大気に解放しても良い。尚、加工液については図示していないが、切屑とともに切屑排出装置２７へ回収され、切屑排出装置２７内で切屑と分離され、液温制御装置付きの加工液タンクを経て循環使用される。切屑排出装置は他のリフトアップコンベア式、スクリューコンベア式、スクレーパコンベア式等どんな形式のものでも良い。

一方、工作機械本体Ｍの左側にストッカ３９が配置され、ストッカ３９上にワークパレット１７及びマガジンパレット２５を載置するワークパレットベース４１及びマガジンパレットベース４３がそれぞれ２つずつ設けられる。
スプラッシュガード２１とストッカ３９との間にロボット４５が設けられており、工作機械本体Ｍのテーブル３とストッカ３９のワークパレットベース４１との間でワーク１９が載置されたワークパレット１７の自動交換を行ったり、工作機械本体のテーブル３の右側部分とストッカ３９のマガジンパレットベース４３との間で工具マガジン２３が載置されたマガジンパレット２５の自動交換を行ったりする。

工作機械本体Ｍ、ストッカ３９及びロボット４５は天井、４側面及び底面をカバー４７で取り囲まれ、外部と隔離される。本実施形態では、カバー４７の天井部分及び底面部分、並びに工作機械本体Ｍのまわりの４側面部分及びストッカ３９のまわりの２側面部分を二重壁構造とし、その二重壁構造は外側壁４９と内側壁５１とで成る。内側壁５１には複数個の空気吹き出し口５３が開口されている。底面の内側壁にあけられた空気出口穴５５と底面の外側壁との間の間隙から空気回収ダクト３５を通ってカバー４７内の空気は空調装置３７へ回収、循環される。本実施形態ではカバー４７内の空気を空調装置３７に回収、循環させるように構成したが、空気回収ダクト３５を設けずに大気に解放させても良い。

Ｘ軸モータ１１、Ｙ軸モータ１３、Ｚ軸モータ１５は発熱するのでカバー４７の外側に露出するようにしている。Ｚ軸モータ１５はＹ軸方向に移動するので、Ｚ軸モータ１５まわりのカバーには、図示していないが実際にはテレスコピックカバー等の可動カバーがＹ軸ストローク長分設けられている。
スプラッシュガード２１の左側面カバーは上下、前後に延長して内側壁５１まで達する仕切り壁４８を構成している。仕切り壁４８はカバー４７内を機械本体室５７とワークの準備室５９とに仕切っている。機械本体室５７は特許請求の範囲の工作機械本体空調室であり、準備室５９はワークストッカ空調室のことである。スプラッシュガード２１の左側面には内扉６１が設けられており、アクチュエータ６３によって上下方向に移動され開閉可能になっている。内扉６１はワークパレット１７やマガジンパレット２５の交換時に開けられ、それ以外の時は閉められている。内扉６１は機械本体室５７側に開くように構成しても、準備室５９側に開くように構成しても良い。

準備室５９の左側面カバー６５には外扉６７が設けられており、アクチュエータ６９によって上下方向に移動され開閉可能になっている。外扉６７は、ストッカ３９上の加工済ワークの取り出し、ストッカ３９上への加工すべきワークの投入、ストッカ３９上の工具マガジン２３内の工具の差し替え時に開けられ、通常は閉められている。

空調装置３７は、機械本体室５７及び準備室５９内の空気を空気回収ダクト３５を通して吸引するための吸引ファン７１、フィルタ７３、空気を冷却する冷却器７５、空気を加熱する加熱器７７、及び調温された空気を機械本体室５７及び準備室５９へ供給する送風ファン７９とで構成される。送風ファン７９は回転速度が可変であり、機械本体室５７及び準備室５９内の内圧が外圧（大気圧）より高くなるように運転されると共に、後述の温度制御によって送風空気量を変えることができる。内圧は、空気のもれ量及び空気の回収量の和より多い流量で空気を供給することによって外圧より高くなる。
本実施形態では機械本体室５７と準備室５９との境界部分の二重壁内に風量調節弁８１を設け、準備室５９に供給される空気量を調節可能にしている。この風量調節弁８１、並びに空調装置３７の吸引ファン７１、冷却器７５、加熱器７７及び送風ファン７９の運転の制御は図示しない制御装置によって行う。

また、発熱の大きい主軸頭７、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各ボールねじ等には温度制御された冷却液を循環させたり、加工液は切削熱で温められるので加工液の循環回路中に液温コントローラを介在させたりすることは、本発明とは別に適宜実施するのが良い。
空調装置３７から二重壁構造内に供給された調温、調圧された空気は、機械本体室５７及び準備室５９の内側壁５１の空気吹き出し口５３から図示の矢印のように噴出され、底面の空気出口穴５５から回収される。スプラッシュガード２１には鎧戸式のすき間が適宜設けられており、調温された空気がスプラッシュガード２１内にも図示の矢印のように入れ込める。スプラッシュガード２１内の空気は発生した切屑とともに切屑排出手段２７によって吸引されるので、スプラッシュガード２１内の空気は常に入れ替わる。

主軸頭７まわり、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のモータ１１、１３、１５まわり、加工液の回収路まわり、外気が入る準備室５９の外扉６７まわり等発熱部付近の内側壁５１には空気吹き出し口５３を多く開口し、工作機械本体Ｍの背面や下方部、準備室５９の下方部等の非発熱部付近の内側壁５１には空気吹き出し口５３を少なく開口する。これによって機械本体各部の温度をほぼ均一にするとともに、温度の時間的変化をなくすことができる。

内側壁５１からの空気吹き出し量を変える方法は、上述の空気吹き出し口５３を穿設する箇所を予め設計段階で決め、場所に応じて穿設個数を変える方法の他に、予め等ピッチで多数の空気吹き出し口５３を穿設しておき、空気吹き出し口５３を少なくすべき箇所に蓋をする方法、内側壁５１と等ピッチで同じ大きさの穴をあけた適度の大きさの板部材を、風量調節すべき箇所の内側壁５１に密着させて平行にスライド可能に設け、スライド量に応じて吹き出し口の開口面積を調節して吹き出し空気量を変える方法等適宜の方法を採用して良い。

温度センサＡは空調装置３７から送出される空気の温度を測定し、温度センサＢは機械本体室５７からの戻り空気の温度を測定し、温度センサＣは準備室５９からの戻り空気の温度を測定し、温度センサＤ，Ｅは例えばベッド１の前側温度と後側温度をそれぞれ測定する。
空調装置３７はまず温度センサＡが所定の範囲の値になるように冷却器、加熱器をＯＮ／ＯＦＦして運転される。外扉６７が開けられ温度センサＣの値が許容値を超えたら送風ファン７９の回転速度を上げる、又は風量調節弁８１の開度をあけて準備室５９への導入空気量を多くする。これによって準備室５９の温度をいち早く所定温度にし、外部から投入されたワークや工具の温度も早く所定温度に順応させる。あるいは、準備室５９は外部との空気の行き来があるので、予め機械本体室５７へ供給する流量より多い流量の空気を供給しておいても良い。

通常は、温度センサＡとＢの差温が所定の範囲に入るように空調装置３７から吐出される空気の温度及び／又は流量を制御する。しかしこの差温が所定の値を超えたら、工作機械本体Ｍからの異常発熱と判断して加工を停止する。また工作機械本体Ｍ各部の温度がほぼ均一になるように空気吹き出し口５３を設けてあるが、何らかの原因で機体各部の温度差が生じたことを例えば温度センサＤとＥの差温で感知し、加工を停止することもできる。
準備室５９に外部から投入したワーク１７や工具２４を工作機械本体Ｍに移載できるのは、温度センサＣの値が許容範囲にあり、かつ外部から投入してからの経過時間が所定値に達した時以降である。経過時間で判断するのではなく、ワークや工具の温度を非接触式の温度センサで測定し、測定値が許容範囲に入っているかを判断するという方法でも良い。

また、外扉６７が開の時は内扉６１の開を禁止し、内扉６１が開の時は外扉６７の開を禁止するインタロック制御も行い、機械本体室５７へ外気が流入することを防止している。そして、機械本体室５７及び準備室５９内の内圧は外圧（大気圧）より高めに設定されているので、どんなすき間からでも外気が浸入することはなく、機械本体室５７及び準備室５９内は確実に恒温状態を維持できる。

本実施形態では、ワークの準備室と工具の準備室とを１つの準備室５９で兼ねた例を説明したが、別々に分けて設けても良い。例えば工作機械本体Ｍ左側面には、ロボット４５に代えて自動パレット交換アームが設けられ、ストッカ３９に代えてパレットマガジンが設けられ、それらをカバーで取り囲んだワーク準備室があり、これとは別に更に、工作機械本体Ｍの右側には工具マガジンが設けられ、ＡＴＣアームで主軸との間で自動工具交換され、それら工具マガジンとＡＴＣアームをカバーで取り囲んだ工具準備室があるという形態も考えられる。あるいは、工具の熱変形は無視できる場合には、ワークの準備室のみ設け、工具の準備室は設けないという態様もある。

また、本実施形態では、天井及び側面の内側壁５１から空気を吹き出し、底面から空気を回収する例を説明したが、天井からのみ吹き出しても良いし、側面からだけ吹き出しても良い。また天井の内側壁からのみ空気を吹き出し、側面及び底面から空気を吸引して回収する構成にしても良い。空気を吸引することによっても機械本体室５７及び準備室５９内に空気流を発生させることはできる。
尚、本実施形態の外側壁４９が断熱材で構成される、又は断熱材を貼付して構成されると内部を流通する調温された空気の温度が変化しにくくて都合が良い。また、外側壁４９が、間に流通しない空気の層を設けた断熱中空構造体で構成されても断熱材で構成するのと同様に断熱効果を得られる。
外側壁４９と内側壁５１とで成る二重壁構造ではなく、断熱材で成る又は断熱材を貼付した１枚カバーで機械本体室５７や準備室５９のまわりを取り囲み、空調された空気を工作機械本体Ｍ、ストッカ３９及びロボット４５まわりに施した配管の複数のノズルから吹き出すように構成しても良い。その場合、１枚カバーは工作機械本体Ｍやストッカ３９の外側に密着せず、間隙を開けて設けるのが好ましい。１枚カバーを工作機械本体Ｍやストッカ３９に固定しなければならない場合は、断熱材で成るスペーサを介して取り付ける等の工夫が必要である。こうすることによって、外部温度がカバーを介して工作機械本体Ｍやストッカ３９に伝達されるのを防ぐ作用がある。

スプラッシュガード２１の前面側に開閉ガード２２を設けてある。開閉ガード２２の周囲は遮蔽されて外側壁４９に接続され、開閉ガード２２を開放していても外部の空気が機械本体室５７に侵入しないように構成されている。この開閉ガード２２によって、テーブル３上に外部からワークを投入したり、工作機械本体Ｍの運転を止めて、外部からワークの加工状態や工具の摩耗状態を見たり、工作機械本体Ｍの手入れを行うことができる。開閉ガード２２をあけても外部の空気が流入するのはスプラッシュガード２１の中だけであり、スプラッシュガード２１まわりの機械本体室５７へは外部の空気は流入しない。作業を終えてこの開閉ガード２２を閉めれば、スプラッシュガード２１内の切屑は空気と共に切屑排出装置２７によって吸引されているので、スプラッシュガード２１内へはすぐに所定温度の空気が流れ込み、工作機械本体Ｍの温度をほとんど変化させることはない。開閉ガード２２は、ヒンジを有さずボルト等で着脱可能に取り付けられた板部材であっても良い。

ストッカ３９やロボット４５を有さない構成、すなわち準備室５９がない構成、あるいは仕切り壁４８を有さず工作機械本体Ｍ及びストッカ３９やロボット４５を１つのカバーで取り囲んで準備室の概念のない構成においても本発明は成り立つ。また準備室がない構成でもスプラッシュガード２１及び開閉ガード２２を設けることはでき、また回収ダクト３５を設けて空調装置に空気を循環させることもできる。
更に本実施形態では、調温された空気を二重壁構造の内部を通し、内側壁５１の空気吹き出し口５３から吹き出したが、この構成に代えて空調装置３７から機械本体室５７及び準備室５９に配管をめぐらし、適所に空気吹き出しノズルを複数個設け、同様の作用を行わせるように空気吹き出し装置を構成しても良い。
上記実施形態の工作機械本体Ｍは、自動工具交換装置を有するいわゆるマシニングセンタの例を示したが、マシニングセンタに代えて、半導体製造、バイオ産業、医学分野で用いる精密加工機、微細加工機、組立加工機、ピッキング装置、レーザビーム加工機等の加工機械をカバーで取り囲み、内部を恒温状態に維持する加工機械設備でも本発明は成り立つ。この場合、ワークの準備室５９を設ける構成と設けない構成の２通りがあることは言うまでもない。

次に本発明の他の実施形態を図４、図５に基づいて説明する。図４は他の実施形態の工作機械設備の側断面図、図５は図４のＶ−Ｖ断面図であり、工作機械設備を上方から見たものである。
工作機械本体は、床面に固定されたフロントベッド１０１及びリヤベッド１０３とから成るベッドと、フロントベッド１０１上にＸ軸方向に移動するテーブル１０５と、リヤベッド１０３上をＺ軸方向に移動するコラム１０７と、コラム１０７の前面を上下のＹ軸方向に移動する主軸頭１０９とで主に構成されている。主軸頭１０９には回転する横形の主軸１１１が内蔵されている。テーブル１０５上にはイケール１１３が載置され、イケール１１３の垂直面にワーク１１５が固定されている。主軸１１１の先端に取り付けられた図示しない工具とワーク１１５との間でＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の相対運動が行われ、ワーク１１５が加工される。加工により発生する切屑はトラフ１１７に落下し、図示しない切屑排出装置によって加工液とともに機外に排出される。

テーブル１０５及び主軸頭１０９を含む加工領域はスプラッシュガード１１９で天井及び４側面が取り囲まれ、加工室１２１が形成される。
一方コラム１０７の後方は後部カバー１２３で天井及び４側面が取り囲まれ、コラム後部室１２５が形成される。加工室１２１とコラム後部室１２５との境界のカバーはコラム１０７の上面及び両側面と摺動可能なシール部材を有している。

加工室１２１及びコラム後部室１２５の外部には送風機１２７が設けられ、加工室１２１及びコラム後部室１２５に同温度の空気を供給している。加工室１２１及びコラム後部室１２５に供給された空気は加工室１２１及びコラム後部室１２５の下方部の穴から外部に解放される。この構成によってコラム前面側と後面側の温度が等しくなり、コラムの前後面の温度差によるコラムの反りが発生しなくなる。

また、送風機１２７の代わりに所定温度に調温された空気を送出可能な空調機を設ければ、加工室１２１とコラム後部室１２５とが同温度の恒温室を実現することもでき、コラム１０７の熱変形の時間的変化もなくなる。空調機を採用した場合は、加工室１２１及びコラム後部室１２５の下方部の穴を空気回収ダクト（図示せず）につないで、空気が空調機に循環するようにするのが望ましい。
送風機又は空調機を用いて加工室１２１及びコラム後部室１２５に空気を供給する場合、加工室１２１内の方が発熱量が高くかつ容積が大きいので、コラム後部室１２５へ供給する空気の流量より多くの流量を加工室１２１内へ供給したり、より低い温度の空気を供給したりして、加工室１２１とコラム後部室の温度が同一温度になるように構成する。
通常スプラッシュガード１１９は工作機械本体に備わっており、コラム後部カバー１２３を新設し、送風機１２７又は空調機を設ければ容易に簡易形の工作機械熱変形防止装置が実現する。

次に図６〜図１０を用いて第１の実施形態における空調装置３７及び第２の実施形態における送風機１２７に代わる空調機の目標温度の設定方法の説明をする。その設定方法は、第１の実施形態の空調装置３７でも第２の実施形態の空調機でも同じなので、代表して第１の実施形態の空調装置３７で説明する。
図６は空調装置３７の詳細構成ブロック図である。冷却器７５及び加熱器７７は、温度センサＡが目標温度設定器１５１で設定された目標温度を検出できるように運転される。それは温度調節器１５３で目標温度設定器１５１の出力である目標温度と温度センサＡの検出温度とを比較し、比較結果に応じて冷却器７５又は加熱器７７を運転する命令を電力調節器１５５に与えることによって行われる。目標温度は、年間を通じて一定値に設定しておいても良いし、外部温度に応じてゆるやかに変えても良い。外部温度に応じてゆるやかに変える理由は、外部温度と機械本体室５７や準備室５９の内部温度との差が大きいと、空調装置のエネルギ消費が多くなったり、準備室５９の内部温度が所定値になるのに時間がかかったりする問題があり、これを解決するためである。加工精度に悪影響を与えない範囲でゆるやかに目標設定温度を変えられる。例えば工作機械の設置環境が悪く１日のうちで外部温度の変化が大きかったり、季節の変わり目で寒い日があったり暑い日があったり、また季節によって夏と冬の寒暖の差が大きかったりする時目標設定温度を変える。オペレータが経験と勘によって手動で変えても良いが、あるアルゴリズムに従って自動で目標設定温度を変えるのが好ましい。

まず第１の目標温度の設定方法を図７、８を用いて説明する。図７は、第１の目標温度の設定方法を実現する目標温度設定器１５１の詳細構成ブロック図であり、図８はその演算装置１６１の動作フロー図である。
季節変動、週間変動要因を考慮して年間・週間の目標温度を年間・週間目標温度入力器１６５から入力し、記憶装置１６３に記憶させる。例えば冬１８℃と夏２８℃との間をなめらかな曲線で結んだ関数を記憶する。工作機械の稼動時間を考慮して、例えば土曜日、日曜日又は平日の夜間といった目標温度変更時期を目標温度変更時期入力器１６７から入力し、同じく記憶させる。また工作機械本体Ｍの温度追従特性を考慮して、例えば０．１℃／時といった目標温度変更速度を目標温度変更速度入力器１６９から入力し、同じく記憶させる。これら入力は、入力器によらず、予めＲＯＭなどの形で記憶装置１６３に組み込んでおいても良い。

ここでは演算装置１６１は、１０分間隔で目標設定温度の演算を行い目標温度を出力する。すなわちステップＳ１で処理周期が１０分経過したかを判断し、ＹＥＳならステップＳ２で目標温度変更時期かを、カレンダ＆時計機能１５９で得た現在時刻と記憶装置１６３に予め記憶してある目標温度変更時期とを比較して判断する。ＮＯなら目標温度の演算をせず処理を終える。ステップＳ２がＹＥＳなら現在設定目標温度を記憶してある年間・週間の目標温度から演算する（ステップＳ３）。現在出力中の出力目標温度とステップＳ３で演算した演算目標温度とをステップＳ４で比較し、同じ場合はＹＥＳで処理を終える。異なる場合はＮＯでステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、出力目標温度と演算目標温度との差分が記憶手段１６３に予め記憶した目標温度変更速度の処理周期１０分間相当の値Δ温度と比較して、大きい場合はＹＥＳでステップＳ６へ進み、等しいか小さい場合はＮＯでステップＳ７へ進む。例えばΔ温度は、目標温度変更速度が０．１℃／時ならその１０分間相当の（０．１／６）℃である。ステップＳ６では、新しい目標温度を現在の目標温度にΔ温度を加えた値を演算し、ステップＳ８でそれを出力する。そして次の１０分後の処理でもう１回Δ温度を加えた値を演算し出力する。これは急激に目標温度を上げると加工精度に悪影響を与えることを防ぐ措置である。ステップＳ７では、新しい目標温度をステップＳ３における演算目標温度にして、ステップＳ８で出力するのである。こうして１連の演算を終え、目標温度設定器１５１から目標温度が出力される。尚、機械稼動状況読込みＩＦ（インターフェース）１５７は、工作機械が稼動中に目標温度を変更するのは好ましくないので、稼動中には目標温度の演算を行わないようにする場合に必要となる。

次に第２の目標温度の設定方法を図９、１０を用いて説明する。図９は、第２の目標温度の設定方法を実現する目標温度設定器１５１の詳細構成ブロック図であり、図１０はその演算装置１６１の動作フロー図である。図７、８と同じ機能を有した手段は同じ符号で示してあり、説明を省略する。
外気温度演算方法、例えば３日間の移動平均温度をとる方法や５日間の平均二乗法で得た温度をとる方法等を外気温度演算方法設定器から入力し、記憶装置１６３に記憶させる。

ステップＳ１１はＳ１と同じ動作である。ステップＳ１２はカレンダ＆時計機能１５９から読込んだ現在時刻が外気温度演算時刻であれば、温度センサＦで外部温度である外気温度を外気温測定器１７１を通して読み込む。そしてステップＳ１３で、例えば３日間の外気温度の移動平均温度を計算する。ステップＳ１４はＳ２と同じである。ステップＳ１５は、設定された方法すなわち移動平均温度の計算式に基づいて現在設定目標温度を演算する。以下ステップＳ１６からＳ２０まではＳ４からＳ８までとそれぞれ同じ動作を行うので説明を省略する。
以上説明したように、第１の目標温度の設定方法は、年間や週間で外部温度が変化するパターンが予期でき、その平均的値を利用している。第２の目標温度の設定方法は、予期できない理由で１日のうちに外部温度が変化したり、数日間に寒暖の差が大きかったりする場合に、予め決めたサンプリング間隔で外部温度を読み込み、その平均温度を演算し、ゆるやかに変化する温度パターンを作成してそれを利用している。

以上説明したように、本発明によれば、加工機械本体空調室内の全領域を恒温の空気が流れて室温は所定の値に維持される。そして空気吹き出し装置の複数の空気吹き出し口から所定の温度の空気が加工機械本体各部に向けて吹き出され、加工機械本体各部の温度はほぼ均一になる。二重壁構造のカバーを採用することにより、加工機械本体の発熱の多い付近は空気吹き出し量が多くなるよう、非発熱部付近は空気吹き出し量が少なくなるように空気吹き出し口を容易に設定可能になる。よって加工機械本体各部の温度をより均一にすることができる。従来技術は加工機械本体まわりを恒温状態に維持する、つまり加工機械本体空調室の温度を一定に維持することが目的であったが、本発明はそれより深い目的である、「加工機械本体各部の温度を均一にすること」が達成でき、ワークの加工精度が非常に良くなる。

更に、空調装置からの調温、調圧された空気が導入されるワークストッカ空調室があることによって、外部空気の直接的な加工機械本体空調室への流入が防止でき、外部からのワーク段取り時でも加工機械本体空調室の温度を変化させないで済む。また外部からワークストッカ空調室へ投入したワークの温度が所定の温度に順応してから加工機械本体に移載できる。発生した切屑は、切屑排出装置によって次々に加工機械本体空調室外へ排出され、切屑からの発熱が機械本体室に残りにくい。
そして、加工機械本体空調室、ワークストッカ空調室に供給する空気の流量を変えることによって、加工機械本体空調室の温度及びワークストッカ空調室の温度をそれぞれ適正値に維持したり、加工機械本体空調室とワークストッカ空調室との温度差を適正値に維持したりできる。内部圧力の方が外部圧力（大気圧）より高いので外部空気の加工機械本体空調室やワークストッカ準備室内への流入はない。また空気回収ダクトを設けて空気を空調装置へ循環するようにすれば省エネルギ効果が出る。

このように加工機械本体とワークのストッカまわりを取り囲んだコンパクトな構成で加工機械本体の熱変形及び熱変形の時間的変化をなくすことができる。また加工するワークの温度を所定の温度に順応させてから加工することができる。よって本発明の加工機械設備によればワークの加工精度が非常に良くなる。
更に、本発明によれば、簡単な構成によってコラム前面側と後面側との温度差がなくなり、コラムの熱変形がなくなる。よって本発明の加工機械設備によるワークの加工精度が良くなる。

本発明によれば、空調された空気の吹き出される空調室内の温度は、外部温度、時刻又は季節に応じて設定可能にしたので、１日のうちで気温差が大きい場所、年間、週間を通じて気温差が大きい場所において、空調室内の設定温度をゆるやかに変えることができ、加工精度にほとんど悪影響を与えることなく、省エネルギの効果を得る。また準備室においてワークの温度を予め工作機械本体の温度と同調させる工程が短時間で達成できる効果もある。

本発明の一実施形態を示す加工機械設備を右側から見た側断面図である。図１のII−II断面図であり、加工機械設備を正面から見たものである。図２のIII−III断面図であり、準備室の中を左側から見たものである。本発明の他の実施形態を示す加工機械設備の側断面図である。図４のＶ−Ｖ断面図であり、加工機械設備を上方から見たものである。図１の空調装置３７の詳細構成ブロック図である。図６の目標温度設定器１５１の第１の目標温度設定方法にかかる詳細構成ブロック図である。第１の目標温度設定方法の演算動作フロー図である。図６の目標温度設定器１５１の第２の目標温度設定方法にかかる詳細構成ブロック図である。第２の目標温度設定方法の演算動作フロー図である。

符号の説明

１ベッド
３テーブル
５コラム
７主軸頭
１９ワーク
２１スプラッシュガード
２２開閉ガード
２３工具マガジン
２４工具
２７切屑排出装置
３５空気回収ダクト
３７空調装置
３９ストッカ
４５ロボット
４７カバー
４９外側壁
５１内側壁
５３空気吹き出し口
５７機械本体室
５９準備室
６１内扉
６７外扉
７１吸引ファン
７５冷却器
７７加熱器
７９送風ファン
１０１フロントベッド
１０３リヤベッド
１０５テーブル
１０７コラム
１０９主軸頭
１１５ワーク
１１９スプラッシュガード
１２１加工室
１２３後部カバー
１２５コラム後部室
１２７送風機

Claims

加工機械全体をカバーで取り囲み、その内部の温度を制御する加工機械設備において、
工具とワークとを相対移動させてワークを加工する加工機械本体と、
前記加工機械本体をカバーで取り囲んで外部空気と隔離した加工機械本体空調室と、
前記加工機械本体空調室内に設けられ、前記加工機械本体の加工領域を取り囲み切屑の飛散を防止するスプラッシュガードと、
前記スプラッシュガードの外部に面した側面に設けられ、開放したとき外部空気が前記スプラッシュガード内以外の前記加工機械本体空調室に侵入しないように遮蔽して構成された開閉ガードと、
前記加工機械本体各部の温度がほぼ均一になるように前記加工機械本体各部の発熱の大小に応じて吹き出し空気量を予め調節して前記加工機械本体各部に向けた複数の空気吹き出し口を開口し、空気を吹き出す空気吹き出し装置と、
前記加工機械本体空調室内の温度が所望の温度になるように前記空気吹き出し装置に供給する空気の温度及び／又は空気の流量を制御する空調装置と、
を具備することを特徴とした加工機械設備。
前記加工機械本体でワークを加工する際に発生する切屑を前記スプラッシュガード内の空気とともに吸引して前記加工機械本体空調室外へ排出する吸引式切屑排出装置を更に具備する請求項１に記載の加工機械設備。
前記加工機械本体に隣接して設けられ、前記加工機械本体との間で自動交換するワークを保持するワークストッカと、
前記ワークストッカをカバーで取り囲んで外部空気と隔離し、かつ前記スプラッシュガードとの間にワーク交換のための開閉扉を備えたワークストッカ空調室と、
を更に具備し、
前記空気吹き出し装置は、前記ワークストッカ空調室内に向けて空気吹き出し口を更に開口し、前記加工機械本体空調室と前記ワークストッカ空調室の温度がほぼ等しくなるように空気を吹き出す請求項１又は２に記載の加工機械設備。
前記加工機械本体空調室又は／及び前記ワークストッカ空調室の内部の空気を回収し、前記空調装置に循環させる回収ダクトを更に具備する請求項３に記載の加工機械設備。
前記加工機械本体空調室又は／及び前記ワークストッカ空調室の温度は、外部温度、時刻又は季節に応じて設定可能になった請求項３又は４に記載の加工機械設備。