JP5269955B2 - 工作機械のクーラント供給装置およびクーラント供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工領域にクーラントを供給する工作機械のクーラント供給装置およびクーラント供給方法に関する。

この種のクーラント供給装置として、クーラント吐出用のポンプを駆動するためのモータの消費電力を低減するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、クーラントの吐出圧力を圧力センサにより検出するとともに、検出圧力と設定圧力との偏差を演算し、この偏差に基づいて検出圧力が設定圧力となるようにモータの回転数を制御（フィードバック制御）する。

特開２００４−１４４０２０号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、クーラントの検出圧力に基づいてモータの回転数をフィードバック制御するため、検出圧力を変動させるような外的要因が発生した場合（例えば工具を交換した場合等）に制御動作に遅れが生じ、モータの消費電力を最適に低減することが難しい。

本発明による工作機械のクーラント供給装置は、クーラントの吐出能力を変更可能なポンプと、ポンプから吐出されたクーラントを工作機械の加工領域に導くクーラント供給路と、ポンプの最大吐出圧を制限するリリーフ弁と、リリーフ弁から排出されたクーラントの有無を判定するセンサと、センサの判定結果に応じて、リリーフ弁からクーラントの排出が開始されるポンプの吐出能力を最適吐出能力として求める最適吐出能力取得手段と、最適吐出能力取得手段で求めた最適吐出能力を記憶する記憶手段と、ポンプの吐出能力を記憶手段に記憶された最適吐出能力に制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ポンプからのクーラントの過剰な吐出を抑えるようなポンプの最適吐出能力を予め記憶し、ポンプの吐出能力をこの最適吐出能力に制御するようにしたので、クーラントの圧力等が変動した場合であっても、制御動作に遅れが生じることなく、モータの消費電力を最適に低減することができる。

本発明の実施の形態に係る工作機械のクーラント供給装置の概略構成を示す回路図。 図１のコントローラで実行されるモータ周波数設定処理の一例を示すフローチャート。 操作パネルの周波数調整画面の一例を示す図。 図２の自動周波数取得処理を説明する図。 図２の自動周波数取得処理の一例を示すフローチャート。 図４の変形例を示す図。 図４の他の変形例を示す図。

以下、図１〜図７を参照して、本発明による工作機械のクーラント供給装置の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る工作機械のクーラント供給装置の概略構成を示す回路図である。工作機械は、例えば工具自動交換装置を有するマシニングセンタである。マシニングセンタは、工具１が取り付けられた主軸２を、ワークが固定された不図示のテーブルに対し、例えば直交３軸方向に相対移動させてワークを加工するものである。このようなマシニングセンタによってワークを加工する場合、工具１の焼き付き防止や切削屑の除去等の目的で、加工領域にクーラントを供給する必要がある。本実施の形態では、主軸２および工具１を貫通したクーラント供給路Ｌ１を形成し、クーラント供給路Ｌ１を介して加工領域にクーラントを供給する、いわゆるスルースピンドルクーラントの場合について説明する。

図１のクーラント供給装置は、吐出管路Ｌａにクーラントを吐出するポンプ１０と、ポンプ１０を駆動する電動モータ１１と、ポンプ１０の最大吐出圧を制限するリリーフ弁１２と、リリーフ弁１２から排出されたクーラントの流れ（ドレン流量）を検出する流量センサ１３と、吐出管路Ｌａをクーラント供給路側の供給管路Ｌｂまたはタンク側の戻り管路Ｌｃに接続する電磁切換弁１４と、戻り管路Ｌｃの途中に設けられたエゼクタ１５と、供給管路Ｌｂから分岐してエゼクタ１５に至る分岐管路Ｌｄに設けられた電磁弁１６と、コントローラ２０とを有する。

コントローラ２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成され、流量センサ１３と入力装置２１からの信号に応じて、電磁切換弁１４と電磁弁１６の切換を制御する。さらにコントローラ２０はインバータ回路を内蔵し、インバータ回路によりモータ１１に出力される周波数（モータ周波数）を制御し、モータ１１の回転数（モータ速度）を制御する。なお、入力装置２１は、モータ周波数を自動調整する自動調整指令、モータ周波数を手動調整する手動調整指令、ワークの加工開始指令、クーラント供給路Ｌ１に残ったクーラントを吸引するドローバック指令等を出力することができる。

エゼクタ１５は、ノズル部とディフューザ部とを内部に有する周知のものであり、電磁切換弁１４からタンクへのクーラントの流れによって負圧を発生させ、分岐回路Ｌｄからクーラントを吸い込み、タンクに回収する。流量センサ１３は、リリーフ弁１２の下流のドレン管路Ｌｅに接続され、ドレン流量が所定流量以上であるか否かを検出する。所定流量は、流量センサ１３が検知可能な最小流量に相当する。流量センサ１３は、ドレン流量が検出されるとオン信号を出力し、非検出のときはオフ信号を出力する。

図１において、例えば入力装置２１によりワークの加工開始指令が出力されると、コントローラ２０から電磁切換弁１４のソレノイド１４ａにオン信号が出力され、ソレノイド１４ａが励磁して電磁切換弁１４は位置イに切り換えられる。これにより吐出管路Ｌａと供給管路Ｌｂとが連通し、ポンプ１０から吐出されたクーラントは、供給管路Ｌｂおよびクーラント供給路Ｌ１を介して加工領域に供給される。一方、コントローラ２０から電磁切換弁１４のソレノイド１４ａにオフ信号が出力されると、ソレノイド１４ａが非励磁となり、電磁切換弁１４は位置ロに切り換えられる。これにより吐出管路Ｌａと戻り管路Ｌｃとが連通し、ポンプ１０から吐出されたクーラントは、エゼクタ１５を介してタンクに戻る。

また、コントローラ２０から電磁弁１６のソレノイド１６ａにオン信号が出力されると、ソレノイド１６ａが励磁して電磁弁１６は位置イに切り換えられる。これにより供給管路Ｌｂがエゼクタ１５から遮断され、エゼクタ１５を介したクーラントの吸い込みが阻止される。一方、コントローラ２０から電磁弁１６のソレノイド１６ａにオフ信号が出力されると、ソレノイド１６ａが非励磁となり、電磁弁１６は位置ロに切り換えられる。これにより供給管路Ｌｂがエゼクタ１５と連通し、クーラント供給路Ｌ１内の残留クーラントの吸い込みが可能となる。

ところで、マシニングセンタの主軸２には、形状の異なる種々の工具１が取り付けられるが、工具内部のクーラント供給路Ｌ１の仕様（吐出穴の径、クーラント供給路の長さ等）、および工具先端部のワークとの接触状態や、工具先端部に作用する加工負荷等は工具毎に異なる。このため、クーラント供給路Ｌ１に供給されることが必要なクーラント量は、工具毎に異なる。この場合、モータ１１を最大回転数で駆動すれば、ポンプ吐出圧が最大となり、工具１の種類に拘わらず、クーラント供給路Ｌ１には必要量のクーラントを供給することが可能となる。しかし、モータ回転数が最大になると、リリーフ弁１２から排出されるドレン流量が多くなり、モータ１１の消費電力の無駄が大きい。

そこで、本実施の形態では、ドレン流量を最小とするようなモータ回転数（適正モータ回転数Ｎａと呼ぶ）に対応したモータ周波数を、ワーク加工前に予め工具毎に求めておき、ワーク加工時にはモータ回転数をこの適正モータ回転数Ｎａに制御する。モータ回転数が適正モータ回転数Ｎａに制御されると、ポンプ１０からのクーラントの過剰な吐出が抑えられ、ポンプ吐出能力が最適吐出能力となる。適正モータ回転数Ｎａに対応したモータ周波数は、以下のモータ周波数設定処理によって自動的に設定することができる。なお、モータ周波数設定処理では、モータ周波数をユーザが手動で任意の値に設定することも可能である。

以下では、自動的に設定されるモータ周波数を自動周波数ｆ１、ユーザが手動で設定するモータ周波数を手動周波数ｆ２と呼ぶ。本実施の形態では、自動周波数ｆ１と手動周波数ｆ２のいずれかを設定周波数ｆαとして設定し、この設定周波数ｆαを各工具の工具データの一部としてメモリに記憶する。そして、ワーク加工時には、コントローラ２０からの指令によってモータ周波数を使用する工具に対応した設定周波数ｆαに制御する。

図２は、コントローラ２０のＣＰＵで実行されるモータ周波数設定処理の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１では、入力装置２１の操作によりモータ周波数の自動調整指令が入力されたか否かを判定する。入力装置２１は例えばタッチパネル式の操作パネルを含む。

図３は、操作パネルの周波数調整画面２２の一例を示す図である。周波数調整画面２２には、モータ周波数の自動調整指令を入力する自動調整釦２２ａと、手動調整指令時におおけるモータ周波数の指令値を増加するアップ釦２２ｂと、モータ周波数の指令値を減少するダウン釦２２ｃと、調整中の周波数を表示する表示部２２ｄと、調整中の周波数を設定周波数ｆαとして設定する設定釦２２ｅと、周波数の調整動作をキャンセルするキャンセル釦２２ｆと、流量センサ１３からオン信号が出力されると点灯し、オフ信号が出力されると消灯するドレン流量検知ランプ２２ｇと、クーラントを手動で供給および停止させるクーラント釦２２ｈとを有する。自動調整釦２２ａおよびクーラント釦２２ｈは、点消灯可能なランプ式釦として構成されている。

図２のステップＳ１では、自動調整釦２２ａが操作されたか否かにより、自動調整指令が入力されたか否かを判定する。ステップＳ１が肯定されるとステップＳ５に進み、後述の自動周波数ｆ１の取得処理が開始される。ステップＳ１が否定されるとステップＳ２に進み、入力装置２１の操作によりモータ周波数の手動調整指令が入力されたか否かを判定する。例えば図３のアップ釦２２ｂまたはダウン釦２２ｃが操作されると、手動調整指令が入力されたと判定する。図示は省略するが、入力装置２１には最高周波数ｆｍａｘ（例えば６０Ｈｚ）を指令する最高周波数指令部が設けられており、この最高周波数指令部により最高周波数ｆｍａｘが指令されたときも、手動調整指令が入力されたと判定する。ステップＳ２が肯定されるとステップＳ１１に進み、否定されるとステップＳ３に進む。

ステップＳ１１では、手動周波数ｆ２の取得処理が実行される。この場合、アップ釦２２ｂが操作されると、表示部２２ｄに表示される周波数が現在表示中の周波数から所定周波数（例えば１Ｈｚ）ずつ増大し、ダウン釦２２ｃが操作されると所定周波数（例えば１Ｈｚ）ずつ減少して、手動周波数ｆ２がその表示値に変更される。最高周波数指令部により最高周波数ｆｍａｘが指令されたときは、手動周波数ｆ２が最高周波数ｆｍａｘに変更される。このようにして調整された手動周波数ｆ２は、その後、設定釦２２ｅが操作されることにより（ステップＳ９）、設定周波数ｆαとして設定される。以上の手動周波数取得処理は、キャンセル釦２２ｆあるいは自動調整釦２２ａが操作されると、中止される。

一方、ステップＳ３では、入力装置２１の操作によりクーラントの供給指令が入力されたか否かを判定する。ステップＳ３が肯定されるとステップＳ４に進み、否定されるとステップＳ９に進む。ステップＳ４では、自動または手動で設定周波数ｆαが既に設定済みであるか否かが判定される。ステップＳ４が肯定されるとステップＳ９に進み、否定されるとステップＳ５に進む。ステップＳ５では、自動周波数ｆ１の取得処理が実行される。この自動周波数取得処理は、周波数を自動的に変更させることによりドレン流量が最小となる自動周波数ｆ１を検索する処理であり、詳細は後述する。

ステップＳ５で、自動周波数取得処理が開始されるとステップＳ６に進み、自動調整釦２２ａのランプを点灯する。次いで、ステップＳ７で、周波数の調整が完了したか否か、すなわち自動周波数ｆ１の検索が完了したか否かを判定する。ステップＳ７が肯定されるとステップＳ８に進み、否定されるとステップＳ５に戻る。ステップＳ８では、自動調整釦２２ａのランプを消灯する。なお、自動周波数取得処理の最中にキャンセル釦２２ｆが操作されると、自動周波数取得処理が中止され、この場合にもランプが消灯する。

ステップＳ９では、設定釦２２ｅ（図３）の操作により周波数設定指令が入力されか否かを判定する。ステップＳ９が肯定されるとステップＳ１０に進み、手動周波数取得処理（ステップＳ１１）で取得した手動周波数ｆ２あるいは自動周波数取得処理（ステップＳ５）で取得した自動周波数ｆ１を設定周波数ｆαとして設定する。以上の処理は、主軸２に装着される工具毎に行われ、設定周波数ｆαは工具データの一部としてメモリに記憶される。

次に、自動周波数取得処理（ステップＳ５）についてより詳しく説明する。図４は、自動周波数取得処理で実行される周波数の変更手順を説明する図である。ここでは、インバータ回路を介してモータ１１に出力される周波数をｆａ，ｆｂ，ｆｃ，・・・の順序で変更し、そのときの流量センサ１３の出力を検出することで、最小ドレン流量が流れる周波数（自動周波数ｆ１）、つまり流量センサ１３の出力がオフからオンになる周波数を検索する。図４には、各周波数ｆａ，ｆｂ，ｆｃ，・・・の大きさと、流量センサ１３のオンオフ信号の出力状態とをそれぞれ示している。なお、周波数ｆｂ，ｆｃ，・・・は計算によって求めるが、計算値が小数となった場合には小数点以下を切り捨てる。

自動周波数取得処理を行うにあたっては、予め、主軸２に工具１を装着するとともに、周波数の調整範囲を定めておく。図の例では、最小周波数ｆｍｉｎ例えば３０Ｈｚに、最高周波数ｆｍａｘを例えば６０Ｈｚに定めており、最小周波数ｆｍｉｎと最高周波数ｆｍａｘの範囲で自動周波数ｆａが検索される。

自動周波数取得処理の開始時には、電磁切換弁１４と電磁弁１６は、コントローラ２０からの信号によってそれぞれ位置イに切り換えられ、ポンプ１０から吐出されたクーラントが工具先端部から吐出可能な状態とされる。

この状態で、まず、第１段階として、モータ周波数ｆａを最小周波数ｆｍｉｎに設定し、周波数ｆａでモータ１０を駆動する。このとき、流量センサ１３がオン信号を出力してドレン流量が検出されると、現在の周波数ｆａを自動周波数ｆ１として処理を終了する。この例では、流量センサ１３がオフ信号を出力しているため処理を続行する。

次に、第２段階として、モータ周波数ｆｂをモータ周波数ｆａと最高周波数ｆｍａｘの中間の値（（ｆａ＋ｆｍａｘ）／２）に設定する。このとき、（ｆａ＋ｆｍａｘ）／２が小数となった場合には、小数点以下を切り捨てる。すなわち、モータ周波数ｆｂを整数として、モータ周波数ｆｂでモータ１０を駆動する。この点は、モータ周波数ｆｃ，ｆｄ，・・・の設定においても同様である。

第２段階で、図示のように流量センサ１３がオン信号を出力すると、第３段階として、モータ周波数ｆｃをｆａとｆｂの中間の値（（ｆａ＋ｆｂ）／２）に設定し、モータ周波数ｆｃでモータ１０を駆動する。一方、第２段階で流量センサ１３がオフ信号を出力すれば、第３段階では、周波数ｆｃをｆｂとｆｍａｘの中間の値に設定する。すなわち、流量センサ１３がオン信号を出力すると、次の段階では周波数を減少させ、流量センサ１３がオフ信号を出力すると、次の段階では周波数を増加させる。

第３段階で流量センサ１３がオフ信号を出力すると、次の第４段階では、モータ周波数ｆｄをｆｃとｆｂの中間の値に設定し、モータ周波数ｆｄでモータ１０を駆動する。このとき、図示のように流量センサ１３がオフ信号を出力すると、第５段階として、モータ周波数ｆｅをｆｄとｆｂの中間の値に設定し、モータ周波数ｆｅでモータ１０を駆動する。このようにして流量センサ１３がオフからオンするモータ周波数の範囲を徐々に狭めていく。以上の処理は、モータ周波数の範囲が１Ｈｚ単位になるまで繰り返され、第６段階で最終的に求められたモータ周波数が自動周波数ｆ１となる。

上述の例でいうと、最低周波数ｆｍｉｎを３０Ｈｚ、最高周波数ｆｍａｘを６０Ｈｚとした場合、ｆａは３０Ｈｚ、ｆｂは４５Ｈｚ、ｆｃは３７Ｈｚ、ｆｄは４１Ｈｚ、ｆｅは４３Ｈｚとなり、ｆｅとｆｂの間の周波数４４Ｈｚが、流量センサ１３がオフからオンする自動周波数ｆ１となる。

以上の動作は、自動周波数取得処理（ステップＳ５）によって自動的に行われる。図５は、自動周波数取得処理を示すフローチャートである。なお、自動周波数取得処理の開始時には、コントローラ２０からの信号によって電磁切換弁１４と電磁弁１６がそれぞれ位置イに切り換えられている。

ステップＳ５１では、下限周波数を最低周波数ｆｍｉｎに設定する。ステップＳ５２では、上限周波数を最高周波数ｆｍａｘに設定する。ステップＳ５３では、インバータ回路に制御信号を出力し、モータ周波数ｆａを最低周波数ｆｍｉｎに設定して周波数ｆａでモータ１１を駆動し、ポンプ１０を起動する。ステップＳ５４では、流量センサ１３がオンか否かを判定する。ステップＳ５４が肯定されるとステップＳ５５に進み、ｆｍｉｎを自動周波数ｆ１に設定し、自動周波数ｆ１の検索を完了する。

一方、ステップＳ５４が否定されるとステップＳ５６に進み、最高周波数ｆｍａｘから最低周波数ｆｍｉｎを減算したものを２で除算し、周波数増分Δｆを算出する。次いで、ステップＳ５７で、現在の周波数ｆｍｉｎにΔｆを加算したものをモータ周波数ｆｂとして、周波数ｆｂでモータ１１を駆動する。ステップＳ５８では、安定時間が経過したか否かを判定する。これは、モータの周波数を変更した後、クーラントの流れ状態が安定するまでに時間がかかる点を考慮したものであり、安定時間が経過するまで待機する。なお、ステップＳ５８以降の処理は、モータ周波数ｆｃ，ｆｄ，・・・を順次求めて、そのモータ周波数における流量センサ１３のオンオフを判定する処理であり、自動周波数ｆ１が求められるまで繰り返される。

ステップＳ５８が肯定されるとステップＳ５９に進み、流量センサ１３がオンか否かを判定する。ステップＳ５９が否定されるとステップＳ６０に進み、下限周波数を現在の周波数とする。ステップＳ６１では、上限周波数から下限周波数（現在の周波数）を減算したものを２で除算し、周波数増分Δｆを算出する。次いで、ステップＳ６２で周波数増分Δｆが０か否かを判定し、否定されるとステップＳ６４で現在の周波数にΔｆを加算して、ステップＳ５８に戻る。ステップＳ６２が肯定されるとステップＳ６３で周波数増分Δｆを１に設定した後、ステップＳ６４で現在の周波数にΔｆを加算して、ステップＳ５８に戻る。

一方、ステップＳ５９が肯定されるとステップＳ６５に進み、上限周波数を現在の周波数とする。ステップＳ６６では、上限周波数（現在の周波数）から下限周波数を減算したものを２で除算し、周波数増分Δｆを算出する。次いで、ステップＳ６７で周波数増分Δｆが０か否かを判定し、否定されるとステップＳ６８で現在の周波数からΔｆを減算して、ステップＳ５８に戻る。ステップＳ６７が肯定されると、ステップＳ６９で現在の周波数を自動周波数ｆ１に設定し、自動周波数ｆ１の検索を完了する。

本実施の形態の動作をまとめると次のようになる。
自動周波数ｆ１を工具データの設定周波数ｆαとして設定する場合には、ワーク加工前に主軸２に工具１を取り付けた状態で、モータ周波数の自動調整が行われる。自動調整処理は、ユーザが操作パネルの自動調整釦２２ａを操作することにより、あるいはユーザが手動調整を選択しないで、かつ、未だ設定周波数ｆαが設定されていない状態で、単にクーラントの供給を指令することにより開始される（ステップＳ１〜ステップＳ５）。

自動調整処理においては、モータ１１の駆動によりポンプ１０からクーラントを吐出させ、リリーフ弁１２から排出したドレン流量の有無を流量センサ１３により検出する。モータ周波数は、最低周波数ｆｍｉｎから開始し、流量センサ１３がオフした場合には増加させ、流量センサ１３がオンした場合には減少させる。この場合、周波数の増減量Δｆは、それまでに変更した周波数のうち、流量センサ１３がオンした最小の周波数（上限周波数）とオフした最大の周波数（下限周波数）の中間値と、現在の周波数との差に定められる。これにより周波数の範囲を徐々に狭めていき、流量センサ１３がオフからオンする自動周波数ｆ１を検索する。

自動調整処理の最中は自動調整釦２２ａのランプが点灯し、自動周波数ｆ１の検索が完了するとランプが消灯する。また、自動調整処理中の周波数は表示部２２ｄに表示され、ランプ消灯時点では、検索された自動周波数ｆ１が表示部２２ｄに表示される。ユーザは、ランプの消灯により自動調整処理の完了を認識すると、設定釦２２ｅを操作する。これにより、自動周波数ｆ１が、その工具に対応した設定周波数ｆαとしてメモリに記憶される（ステップＳ１０）。

工具によっては切削屑除去のために高圧でクーラントを吐出したい場合がある。この場合、自動周波数ｆ１ではクーラント吐出圧が不足するため、設定周波数ｆａが手動で設定される。すなわち、ユーザは、操作パネルのアップ釦２２ｂまたはダウン釦２２ｃを操作して手動周波数ｆ２を変更する、あるいは、入力装置２１の最高周波数指令部の操作により手動周波数ｆ２として最高周波数ｆｍａｘを選択する（ステップＳ１１）。設定された手動周波数ｆ２は表示部２２ｄに表示され、設定釦２２ｅを操作すると、そのときの手動周波数ｆ２が、その工具に対応した設定周波数ｆαとしてメモリに記憶される（ステップＳ１０）。

周波数の手動調整時に、設定周波数ｆαで所望量のクーラントが吐出されているか否かを確認する場合、ユーザはクーラント釦２２ｈを操作する。これによりポンプ１０が起動し、工具先端部からクーラントが吐出される。ユーザは、このときのドレン流量の有無を、ドレン流量検知ランプ２２ｇの点消灯により認識することができ、例えばドレン流量検知ランプ２２ｇの点消灯を確認しながらアップ釦２２ｇまたはダウン釦２２ｃを操作する。

以上によって設定周波数ｆαが設定された後にワークの加工が行われる。入力装置２１の操作によりワークの加工指令が入力されると、コントローラ２０は電磁切換弁１４および電磁弁１６に制御信号を出力し、電磁切換弁１４および電磁弁１６をそれぞれ位置イに切り換える。さらに、インバータ回路を介してモータ１１に制御信号を出力し、設定周波数ｆαでモータ１１を駆動する。この場合、コントローラ１１は、予め記憶された工具データを読み込み、主軸２に取り付けられた工具１に対応した設定周波数ｆαにモータ周波数を制御する。これにより、ポンプ１０から吐出されたクーラントが供給管路Ｌｂおよびクーラント供給路Ｌ１を介して加工領域に供給される。

このとき工具データに自動周波数ｆ１が設定周波数ｆαとして設定されていれば、モータ回転数は適正モータ回転数Ｎａとなり、工具１の種類に拘わらずドレン流量が最小となって、モータ１１の消費電力を最小限に抑えることができる。一方、自動周波数ｆ１よりも大きな手動周波数ｆ２が設定周波数ｆαとして設定されていれば、モータ回転数が適正モータ回転数Ｎａよりも増大し、加工領域に必要量のクーラントを供給することができる。

ワーク加工終了後に、入力装置２１の操作によりドローバック指令が入力されると、コントローラ２０は電磁切換弁１４および電磁弁１６に制御信号を出力し、電磁切換弁１４を位置ロに切り換えるとともに、電磁弁１６を位置ロに切り換える。さらに、予めドローバック周波数（本実施の形態では最高周波数ｆｍａｘ）をメモリに記憶しておき、ドローバック指令が入力されるとモータ周波数をドローバック周波数に切り換え、インバータ回路を介してモータ１１に制御信号を出力し、モータ周波数を最高周波数ｆｍａｘに制御する。これによりクーラント供給路Ｌ１内の残留クーラントがエゼクタ１５を介してタンクに吸い込まれ、工具先端部からの液垂れを防ぐことができる。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ワーク加工前に自動周波数取得処理を行うことにより、モータ１１に出力される周波数を変更しながら流量センサ１３がオフからオンする自動周波数ｆ１を求め、この自動周波数ｆ１を設定周波数ｆαとしてメモリに記憶して、ワーク加工時にモータ周波数を設定周波数ｆαに制御するようにした。したがって、クーラントの圧力等を検出してモータ１１を制御する必要がないため、モータ１１の制御動作に遅れが生じることなく、モータ１１の消費電力を最適に低減することができる。

（２）自動周波数取得処理を各工具毎に行って設定周波数ｆαを各工具データの一部としてメモリに記憶し、ワーク加工時のモータ周波数を各工具に対応した設定周波数ｆαに制御するようにしたので、工具１の種類に拘わらず、モータ消費電力を最適に抑えることができる。
（３）操作パネルのアップ釦２２ｂおよびダウン釦２２ｃの操作により、設定周波数ｆαを手動でも設定可能としたので、クーラント供給量を増加させるような加工に対しても容易に対応できる。
（４）入力装置２１の操作によりドローバック指令が入力されると、モータ周波数をドローバック周波数（最高周波数ｆｍａｘ）に制御するようにしたので、管路内に残ったクーラントを容易にタンクに回収することができる。

なお、上記実施の形態では、流量センサ１３がオンした最小の周波数（上限周波数）とオフした最大の周波数（下限周波数）の中間値のドレン流量の有無を判定して、自動周波数ｆ１を求めるようにしたが、自動周波数取得処理はこれに限らない。図６は、自動周波数取得処理の他の例を説明する図である。この例は、最低周波数ｆｍｉｎからモータ１１の駆動を開始し、モータ周波数の増分Δｆを徐々に小さくするものである。この際、モータ周波数を増加させるたびに流量センサ１３のオンオフを判定し、流量センサ１３がオンしたら周波数増分Δｆを小さくして、再度、モータ周波数を増加させる。この処理を繰り返すことで、自動周波数ｆ１を決定する。

具体的には、最低周波数ｆｍｉｎ（例えば３０Ｈｚ）から開始し、流量センサ１３がオンするまで、所定の周波数増分Δｆ１（例えば１０Ｈｚ）ずつモータ周波数を増加する（ｆａ→ｆｂ→ｆｃ）。モータ周波数ｆｃで流量センサ１３がオンすると、その直前のモータ周波数ｆｂから開始し、流量センサ１３がオンするまで、所定の周波数増分Δｆ２（例えば５Ｈｚ）ずつモータ周波数を増加する（ｆｂ→ｆｄ）。モータ周波数ｆｄで流量センサ１３がオンすると、その直前のモータ周波数ｆｂから開始し、流量センサ１３がオンするまで、所定の周波数増分Δｆ３（例えば２Ｈｚ）ずつモータ周波数を増加する（ｆｂ→ｆｅ→ｆｇ）。

さらに、モータ周波数ｆｇで流量センサ１３がオンすると、その直前のモータ周波数ｆｅから開始し、流量センサ１３がオンするまで、所定の周波数増分Δｆ４（例えば１Ｈｚ）ずつモータ周波数を増加する（ｆｅ→ｆｈ→ｆｉ）。周波数増分が１Ｈｚとなった状態で、流量センサ１３がオンすると（ｆｉ）、モータ周波数ｆｉを自動周波数ｆ１とする。

図７は、自動周波数取得処理のさらに別の例を説明する図である。この例は、最低周波数ｆｍｉｎからモータ１１の駆動を開始し、モータ周波数を所定の周波数増分Δｆで増加させ、流量センサ１３がオンしたら、周波数増分Δｆを小さくして、今度はモータ周波数を所定の増分で減少させるものである。すなわち、流量センサ１３がオンオフする度に周波数増分Δｆを小さくしてモータ周波数を増加または減少させ、周波数増分Δｆが１Ｈｚとなった状態で自動周波数ｆ１を決定する。

具体的には、最低周波数ｆｍｉｎ（例えば３０Ｈｚ）から開始し、流量センサ１３がオンするまで、所定の周波数増分Δｆ１（例えば１０Ｈｚ）ずつモータ周波数を増加する（ｆａ→ｆｂ→ｆｃ）。モータ周波数ｆｃで流量センサ１３がオンすると、そのモータ周波数ｆｃから開始し、流量センサ１３がオフするまで、所定の周波数増分Δｆ２（例えば５Ｈｚ）ずつモータ周波数を減少させる（ｆｃ→ｆｄ→ｆｂ）。モータ周波数ｆｂで流量センサ１３がオフすると、今度はそのモータ周波数ｆｂから開始し、流量センサ１３がオンするまで、所定の周波数増分Δｆ３（例えば２Ｈｚ）ずつモータ周波数を増加する（ｆｂ→ｆｅ→ｆｇ）。

モータ周波数ｆｇで流量センサ１３がオンすると、そのモータ周波数ｆｇから開始し、流量センサ１３がオフするまで、所定の周波数増分Δｆ４（例えば１Ｈｚ）ずつモータ周波数を減少する（ｆｇ→ｆｈ）。モータ周波数ｆｈで流量センサ１３がオフすると、その直前のモータ周波数ｆｇを自動周波数ｆ１とする。

上記実施の形態では、インバータ回路を介してモータ周波数を制御することでポンプ１０の吐出能力を変更するようにしたが、吐出能力を変更可能なポンプ１０の形態はこれに限らない。例えばリリーフ弁１２を、リリーフ圧を変更可能な可変リリーフ弁として構成し、リリーフ弁１２のリリーフ圧を制御することでポンプ吐出能力（ポンプ吐出圧）を変更するようにしてもよい。吐出能力の異なる複数のポンプ１０を管路Ｌａに対して並列に接続し、そのいずれか１つあるいは複数を選択することで管路Ｌ１内に吐出されるクーラントの吐出能力（ポンプ全体の吐出能力）を変更するようにしてもよい。ここで、ポンプ吐出能力とは、管路Ｌ１内にどの程度のクーラントを吐出できるかの能力をいい、ポンプ吐出能力が高いほど、管路Ｌ１内の圧力が高く、あるいはクーラント量が多くなる。このようにモータ周波数以外を制御した場合でも、ポンプ吐出能力が低減されれば、ポンプ１０の仕事量が減少するため、モータ１１の消費電力を抑えることができる。

本実施の形態では、工具交換装置を用いて主軸２に取り付けられた工具１を第１の工具から第２の工具に交換する場合、主軸２にドリル等、所定の工具１（第１の工具）が取り付けられた第１の状態におけるクーラント供給路Ｌ１（第１のクーラント供給路）と、エンドミル等、他の工具１（第２の工具）が取り付けられた第２の状態におけるクーラント供給路Ｌ１（第２のクーラント供給路）とが互いに異なる点を考慮し、第１のクーラント供給路Ｌ１に対応した第１の設定周波数ｆα（第１の最適吐出能力）と第２のクーラント供給路Ｌ１に対応した第２の設定周波数ｆα（第２の最適吐出能力）をそれぞれメモリに記憶し、第１の状態でモータ周波数を第１の設定周波数ｆαに、第２の状態でモータ周波数を第２の設定周波数ｆαにそれぞれ制御する。

上記実施の形態では、主軸２と工具１の内部を貫通してクーラント供給路Ｌ１を形成したが、工具１の内部を通過せずにクーラント供給路Ｌ１を形成してもよい。すなわち、ポンプ１０から吐出されたクーラントを工作機械における加工領域に導くのであれば、クーラント供給路Ｌ１の構成は上述したものに限らない。上記実施の形態では、最小ドレン流量が流れるモータ周波数をメモリに記憶して、ポンプ１０からのクーラントの過剰な吐出を抑えるようにしたが、ポンプ１０からのクーラントの過剰な吐出を抑えるポンプ１０の最適吐出能力として、モータ周波数以外を記憶手段としてのメモリに記憶してもよい。この場合、ポンプ吐出能力をメモリに記憶された最適吐出能力に制御するのであれば、制御手段としてのコントローラ２０の構成はいかなるものでもよい。記憶手段としてのメモリはコントローラ内部のメモリでもよく、外部記憶媒体を用いてもよい。

上記実施の形態では、流量センサ１３のオンオフによりドレン流量の有無、すなわちリリーフ弁１２からのクーラントの排出の有無を判定するようにしたが、センサはこれに限らない。コントローラ１０の自動周波数取得処理で、流量センサ１３のオンオフに応じてリリーフ弁１２から排出が開始されるモータ周波数を求めるようにしたが、最適吐出能力取得手段はこれに限らない。クーラントの戻り管路Ｌｃの途中に吸い込み手段としてのエゼクタ１５を設け、クーラントのドローバック指令時に、モータ周波数を最高周波数ｆｍａｘに設定して、クーラント供給路Ｌ１内のクーラントをタンクに回収するようにしたが、ドローバック時のモータ周波数を最高周波数ｆｍａｘ以外に設定してもよい。例えば自動周波数ｆ１の所定倍（１倍より大きな値であり、例えば１．２倍等）に設定してもよい。

本実施の形態で述べたクーラント供給方法は、ワークの加工前に、工作機械の主軸２に工具１を取り付けた状態で、ポンプ１０から吐出されたクーラントを、クーラント供給路Ｌ１を介して加工領域に吐出する手順と、ポンプ１０の吐出能力を変更しながら、クーラントの吐出が過剰になった時点のポンプ吐出能力（自動周波数ｆ１）を求める手順（自動周波数取得処理）と、求められたポンプ吐出能力を最適吐出能力（設定周波数ｆα）として記憶する手順と、ワークの加工時に、ポンプ１０の吐出能力を、記憶された最適吐出能力に制御する手順とを含むことを特徴とするのであり、この特徴を実現できる限り、種々の変更が可能である。

以上では、工作機械として工具自動交換装置を有するマシニングセンタを例に説明したが、本発明のクーラント供給装置は、加工領域にクーラントを供給することが必要な他の工作機械にも同様に適用可能である。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のクーラント供給装置に限定されない。

１ 工具
１０ ポンプ
１１ モータ
１２ リリーフ弁
１３ 流量センサ
１５ エゼクタ
２０ コントローラ
２１ 入力装置
Ｌ１ クーラント供給路

Claims (6)

1. 工具によりワークを加工する際に、加工領域へクーラントを供給する工作機械のクーラント供給装置において、
   クーラントの吐出能力を変更可能なポンプと、
   前記ポンプから吐出されたクーラントを工作機械の加工領域に導くクーラント供給路と、
   前記ポンプの最大吐出圧を制限するリリーフ弁と、
   前記リリーフ弁から排出されたクーラントの有無を判定するセンサと、
   前記センサの判定結果に応じて、前記リリーフ弁からクーラントの排出が開始される前記ポンプの吐出能力を最適吐出能力として求める最適吐出能力取得手段と、
   前記最適吐出能力取得手段で求めた最適吐出能力を記憶する記憶手段と、
   前記ポンプの吐出能力を前記記憶手段に記憶された前記最適吐出能力に制御する制御手段と、を備えることを特徴とした工作機械のクーラント供給装置。
2. 請求項１に記載の工作機械のクーラント供給装置において、
   前記記憶手段は、前記ポンプの最適吐出能力を工具毎に記憶し、
   前記制御手段は、前記記憶手段から使用する工具に応じて最適吐出能力を読み出し、読み出した最適吐出能力に前記ポンプの吐出能力を制御する工作機械のクーラント供給装置。
3. 請求項１または２に記載の工作機械のクーラント供給装置において、
   加工領域へのクーラントの供給を止めたとき、前記クーラント供給路から分岐して前記タンクに戻るクーラントの流れにより、前記クーラント供給路内の残留クーラントを吸い込んでタンクに回収する吸い込み手段を有し、
   前記制御手段は、前記吸い込み手段の作動時に、前記ポンプの吐出能力を予め前記吸い込み手段用に定めた吐出能力に制御する、工作機械のクーラント供給装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械のクーラント供給装置において、
   前記ポンプを駆動するモータを有し、
   前記制御手段は、前記モータの回転を制御することにより前記ポンプの吐出能力を制御する、工作機械のクーラント供給装置。
5. ポンプから吐出されたクーラントを、クーラント供給路を介して加工領域に吐出する手順と、
   前記ポンプの吐出能力を変更しながら、クーラントの吐出が過剰になった時点のポンプ吐出能力を求める手順と、
   前記求められたポンプ吐出能力を最適吐出能力として記憶する手順と、
   ワークの加工時に、前記ポンプの吐出能力を、前記記憶された最適吐出能力に制御する手順と、を含むことを特徴とした工作機械のクーラント供給方法。
6. ワークの加工前に、工作機械の主軸に工具を取り付けた状態で、ポンプから吐出されたクーラントを、クーラント供給路を介して加工領域に吐出する手順と、
   前記ポンプの吐出能力を変更しながら、クーラントの吐出が過剰になった時点のポンプ吐出能力を求める手順と、
   前記求められたポンプ吐出能力を最適吐出能力として記憶する手順と、
   ワークの加工時に、前記ポンプの吐出能力を、前記記憶された最適吐出能力に制御する手順と、を含むことを特徴とした工作機械のクーラント供給方法。

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