JP5789220B2 - Machine Tools - Google Patents
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Description
本発明は、たとえば横形マシニングセンタ等といったコラムを所定方向へスライド可能に備えてなる工作機械に関するものである。 The present invention relates to a machine tool including a column such as a horizontal machining center that can slide in a predetermined direction.
従来、たとえば横形マシニングセンタ等の一般的な工作機械には、主軸頭等を設置されたコラムがベッド上に設けられている。そして、そのような工作機械において、室温変化などによりベッドやコラム等の構造物の温度が変化する際、たとえば構造物の前面と後面とでは環境の違いにより周囲の温度が違っているため、温度変化にも差が生じる。したがって、その温度変化の差に起因して構造物に反りや傾きといった熱変形が生じ、ひいては加工寸法精度の低下を招いてしまうといった問題が生じる。 Conventionally, for example, a general machine tool such as a horizontal machining center is provided with a column on which a spindle head is installed on a bed. In such a machine tool, when the temperature of a structure such as a bed or a column changes due to a change in room temperature, for example, the ambient temperature differs depending on the environment on the front and rear surfaces of the structure. There is also a difference in change. Therefore, due to the difference in temperature change, the structure is subject to thermal deformation such as warping and tilting, and as a result, a problem that the dimensional accuracy is lowered is caused.
そこで、上述したような問題に鑑み、特許文献1に記載の発明では、構造物の内部に冷却媒体を流し、温度変化そのものを抑制するといった構成を採用し、熱変形の抑制を図っている。また、特許文献2に記載の発明では、送風装置等を用いて構造物の表面にエアカーテン(すなわち断熱層)を発生させ、室温変化等に起因した構造物の温度変化を抑制するといった構成を採用し、熱変形の抑制を図っている。
Therefore, in view of the above-described problems, the invention described in
しかしながら、特許文献1及び2に記載の構成では、冷却媒体の循環装置(特許文献1)や送風装置(特許文献2)等の周辺装置が必要であるため、設備コストや消費電力等のランニングコストが高コスト化するといった問題がある。また、当然ながら工作機械のみならず周辺装置も正常に作動する必要がある、すなわち正常に作動しなければならない装置が多く必要であるため、信頼性といった点でも問題がある。
However, in the configurations described in
そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、周辺装置を必要とせず、低コストで製造・運転することができ、且つ、熱変形の抑制効果の点で信頼性の高い工作機械を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and does not require a peripheral device, can be manufactured and operated at low cost, and has a high reliability in terms of the effect of suppressing thermal deformation. Is to provide a machine.
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、ベッドと、前記ベッド上を所定方向へスライド可能に立設されたコラムとを備えており、前記コラムのスライド方向で前記コラムよりも一方側の空間が加工空間、他方側の空間が前記コラムの移動空間とされているとともに、少なくとも前記移動空間をカバー体によって覆った工作機械であって、前記ベッドに空気が出入り可能な空気出入空間を設けるとともに、前記空気出入空間と前記移動空間とを連通させる一方、前記ベッドにおける前記空気出入空間よりも上部の温度を測定する第1温度測定手段と、前記ベッドにおける前記空気出入空間よりも下部の温度を測定する第2温度測定手段と、前記移動空間内の周囲温度を測定する第3温度測定手段と、前記空気出入空間内の周囲温度を測定する第4温度測定手段と、前記第1〜第4温度測定手段による測定値をもとに前記コラムを往復移動を制御する制御装置とを設けており、前記制御装置は、所定の処理間隔で、前記第1〜第4温度測定手段による測定値をもとに、前記ベッドの上部の推定温度変化と、前記ベッドの下部の推定温度変化とを算出するとともに、両推定温度変化をもとに、前記ベッドの上部と下部とでの推定温度変化の差を算出しており、前記処理間隔の間に、前記推定温度変化の差が所定の制限値を超えると判断すると、前記コラムを往復移動させ、前記移動空間内及び前記空気出入空間内の空気を入れ替えることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項2に記載の発明は、ベッドと、前記ベッド上を所定方向へスライド可能に立設されたコラムとを備えており、前記コラムのスライド方向で前記コラムよりも一方側の空間が加工空間、他方側の空間が前記コラムの移動空間とされているとともに、少なくとも前記移動空間をカバー体によって覆った工作機械であって、前記ベッドに空気が出入り可能な空気出入空間を設けるとともに、前記空気出入空間と前記移動空間とを連通させる一方、前記ベッドにおける前記空気出入空間よりも上部の温度を測定する第1温度測定手段と、前記ベッドにおける前記空気出入空間よりも下部の温度を測定する第2温度測定手段と、前記移動空間内の周囲温度を測定する第3温度測定手段と、前記空気出入空間内の周囲温度を測定する第4温度測定手段と、前記第1〜第4温度測定手段による測定値をもとに前記コラムを往復移動を制御する制御装置とを設けており、前記制御装置は、所定の処理間隔で、前記第1〜第4温度測定手段による測定値をもとに、前記ベッドの上部の推定温度変化と、前記ベッドの下部の推定温度変化とを算出するとともに、両推定温度変化をもとに、前記ベッドの上部と下部とでの推定温度変化の差を算出しており、前記処理間隔を超えて所定時間が経過するまでに、前記推定温度変化の差が所定の制限値を超えると判断すると、前記コラムを往復移動させ、前記移動空間内及び前記空気出入空間内の空気を入れ替えることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記制御装置は、前記コラムの往復移動の開始に伴い、前記第3温度測定手段による測定値と、前記第4温度測定手段による測定値との差が所定の周囲温度制限値以下に収束したか否かを判断し、前記差が前記所定の周囲温度制限値以下に収束したことをもって前記コラムの往復移動を停止することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
In order to achieve the above object, the invention according to
According to a third aspect of the present invention, the control device according to the first or second aspect of the present invention is configured such that the control device detects the measured value by the third temperature measuring unit and the fourth temperature with the start of the reciprocating movement of the column. It is determined whether or not the difference from the measured value by the measuring means has converged below a predetermined ambient temperature limit value, and the reciprocation of the column is stopped when the difference has converged below the predetermined ambient temperature limit value. It is characterized by that.
本発明によれば、ベッドに空気が出入り可能な空気出入空間を設けるとともに、空気出入空間とコラムの移動空間とをダクトにより連通させる一方、ベッドにおける空気出入空間よりも上部の温度と、ベッドにおける空気出入空間よりも下部の温度と、移動空間内の周囲温度と、空気出入空間内の周囲温度とを測定しており、それらの測定温度をもとに、ベッドの上部の推定温度変化と、ベッドの下部の推定温度変化とを算出するとともに、両推定温度変化をもとに、ベッドの上部と下部とでの推定温度変化の差を算出し、処理間隔の間若しくは処理間隔を超えて所定時間が経過するまでに、推定温度変化の差が所定の制限値を超えると判断すると、コラムを往復移動させ、移動空間内及び空気出入空間内の空気を入れ替える。したがって、推定温度変化の差に起因してベッドに発生する反りや傾きといった熱変形を抑制することができ、精度の高い加工を実現することができる。また、従来の如く周辺装置を別途必要としないため、製造コストは勿論、ランニングコストも低く抑えることができる上、正常に動作する必要がある装置が少なくてすむため、信頼性の向上も期待することができる。
さらに、請求項1に記載の発明によれば、処理間隔の間に、推定温度変化の差が所定の制限値を超えると判断すると、コラムを往復移動させるため、推定温度変化の差が制限値を超えそうな直近のタイミングでコラムを往復移動させることができ、コラムの往復移動に伴う加工中断回数の抑制、すなわち加工効率の低下の抑制を図ることができる。一方、請求項2に記載の発明によれば、処理間隔を超えて所定時間が経過するまでに、推定温度変化の差が所定の制限値を超えると判断すると、コラムを往復移動させるため、早いタイミングでコラムを往復移動させることができ、推定温度変化の差に起因した熱変形を一層抑制することができる。
また、請求項3に記載の発明によれば、コラムの往復移動の開始に伴い、移動空間内の周囲温度と、空気出入空間内の周囲温度との差が所定の周囲温度制限値以下に収束したか否かを判断し、当該差が所定の周囲温度制限値以下に収束したことをもってコラムの往復移動を停止する。したがって、確実に熱変形を抑制可能な状態、すなわちベッドの上部と下部とで推定温度変化に大きな差が生じない状態にすることができるし、無駄に長い時間にわたってコラムを往復移動させるようなこともなく、加工中断時間を必要最低限にすることができ、加工効率を向上することができる。
According to the present invention, the bed is provided with an air entrance / exit space through which air can enter and exit, and the air entrance / exit space and the column moving space are communicated by the duct, while the temperature above the air entrance / exit space in the bed, The temperature below the air access space, the ambient temperature in the moving space, and the ambient temperature in the air access space are measured, and based on those measured temperatures, the estimated temperature change at the top of the bed, Calculate the estimated temperature change in the lower part of the bed and calculate the difference in estimated temperature change between the upper and lower parts of the bed based on both estimated temperature changes. If it is determined that the difference in estimated temperature change exceeds a predetermined limit before the time elapses, the column is reciprocated to exchange the air in the moving space and the air in / out space. Therefore, it is possible to suppress thermal deformation such as warpage and inclination generated in the bed due to the difference in estimated temperature change, and it is possible to realize highly accurate machining. In addition, since a peripheral device is not required separately as in the prior art, not only the manufacturing cost but also the running cost can be kept low, and the number of devices that need to operate normally can be reduced. be able to.
Further, according to the first aspect of the present invention, when it is determined that the difference in estimated temperature change exceeds a predetermined limit value during the processing interval, the column is moved back and forth. The column can be reciprocated at the most recent timing that is likely to exceed the above, and the number of machining interruptions associated with the reciprocating movement of the column, that is, the reduction in machining efficiency can be suppressed. On the other hand, according to the second aspect of the invention, the column is reciprocated when it is determined that the difference in estimated temperature change exceeds the predetermined limit before the predetermined time elapses beyond the processing interval. The column can be reciprocated at the timing, and thermal deformation due to the difference in estimated temperature change can be further suppressed.
According to the third aspect of the present invention, the difference between the ambient temperature in the moving space and the ambient temperature in the air inlet / outlet space converges to a predetermined ambient temperature limit value or less as the column starts to reciprocate. It is determined whether the difference has converged to a predetermined ambient temperature limit value or less, and the column reciprocation is stopped. Therefore, it is possible to ensure that thermal deformation can be reliably suppressed, i.e., no significant difference in estimated temperature change occurs between the upper and lower portions of the bed, and the column can be reciprocated over an unnecessarily long time. In addition, the processing interruption time can be minimized and the processing efficiency can be improved.
以下、本発明の一実施形態となる工作機械について、図面をもとに詳細に説明する。尚、本実施形態においてもX軸、Y軸、及びZ軸は互いに直交する軸であり、X軸方向を左右方向、Y軸方向を上下方向、Z軸方向を前後方向とする。 Hereinafter, a machine tool according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, the X axis, the Y axis, and the Z axis are orthogonal to each other. The X axis direction is the left-right direction, the Y axis direction is the up-down direction, and the Z-axis direction is the front-rear direction.
図1は、横形マシニングセンタ1を示した斜視説明図である。図2は、コラム6が前進位置にある状態を示した説明図である、図3は、コラム6が後退位置にある状態を示した説明図である。なお、図2及び図3における左側を横形マシニングセンタ1の前側、右側を後側として説明する。
横形マシニングセンタ1は、上面にX軸案内レール3とZ軸案内レール4とが敷設されたベッド2と、X軸案内レール3に沿って左右方向へスライドするように取り付けられたテーブル5と、Z軸案内レール4に沿って前後方向へスライドするように立設されたコラム6と、コラム6の前面に敷設されたY軸案内レール7に沿って上下方向へスライドする主軸頭8と、主軸頭8に設置された主軸9と、テーブル5やコラム6等のスライド動作や主軸9の回転動作等といった各種動作を制御するNC装置10とを備えてなる。
FIG. 1 is a perspective explanatory view showing a
The
また、横形マシニングセンタ1の前後左右及び前後両端の上部を囲むように周囲カバー11が設けられている。さらに、周囲カバー7の前部には、前後方向へ伸縮可能な第1天井カバー13が設けられており、コラム6の前後方向へのスライドに伴って伸縮し、コラム6よりも前方の空間(テーブル5や主軸9が設置されている所謂加工空間)A1の上方を覆うようになっている。加えて、周囲カバー7の後部には、前後方向へ伸縮可能な第2天井カバー14が設けられており、コラム6の前後方向へのスライドに伴って伸縮し、コラム6よりも後方の空間(所謂コラム6の移動空間)A2の上方を覆うようになっている。そして、周囲カバー11、第1天井カバー13、及び第2天井カバー14によって横形マシニングセンタ1を全体的に覆うことで、室温変化や空調がベッド2やコラム6等といった構造物の温度変化に及ぼす影響の抑制を図っている。なお、12は、コラム6の左右両側に取り付けられて、コラム6のスライドに応じてコラム6と共に前後方向へスライドする移動カバーである。そして、該移動カバー12、12によって、コラム6よりも前方の空間A1とコラム6よりも後方の空間A2とが仕切られている。また、周囲カバー11、及び第2天井カバー14によって空間A2は覆われているものの、密閉されているわけではなく、カバー11、14の内外にわたって空気の移動は可能となっている。
Further, a
さらに、ベッド2の内部に存在する空間15の下方側を仕切ることによって、空気出入空間16が形成されているとともに、周囲カバー11の後面に、空気出入空間16とコラム6よりも後方の空間A2とを連通させるダクト17が設けられている。したがって、NC装置10による制御のもと、駆動装置18が動作してコラム6が前後方向へ往復移動すると、空間A2の体積が増減するため、空間A2内に瞬間的に正圧/負圧が生じ、周囲カバー11及び第2天井カバー14の内外にわたって空気が移動するとともに、ダクト17を介して空気出入空間16内の空気も入れ替わるようになっている。
Furthermore, an air entrance /
加えて、ベッド2の上部(空気出入空間16よりも上部)の温度を計測する温度センサch1、ベッド2の下部(空気出入空間16よりも下部)の温度を計測する温度センサch2、空間A2内における温度センサch1設置位置の近傍の周囲温度を計測する温度センサch3、及び空気出入空間16内における温度センサch2設置位置の近傍の周囲温度を計測する温度センサch4が設置されている。また、温度センサch1〜ch4が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換して数値化する温度測定装置21と、該温度測定装置21により数値化された温度測定値にもとづき、温度差及び温度の時間的変化(以下、温度変化と称す)を演算する温度演算装置22と、該温度演算装置22による演算結果にもとづき後述するような制御を実行する判定装置23とを備えている。
In addition, the temperature sensor ch1 that measures the temperature of the upper part of the bed 2 (above the air entrance / exit space 16), the temperature sensor ch2 that measures the temperature of the lower part of the bed 2 (below the air entrance / exit space 16), and the space A2 A temperature sensor ch3 that measures the ambient temperature in the vicinity of the installation position of the temperature sensor ch1 and a temperature sensor ch4 that measures the ambient temperature in the vicinity of the installation position of the temperature sensor ch2 in the
ここで、本発明の要部となる上記横形マシニングセンタ1における熱変形の抑制に係る制御について、図4及び図5に示すフローチャート図、及び図6〜図8に示すグラフにもとづき説明する。
温度測定装置21、温度演算装置22、及び判定装置23により実行される下記S1〜S25の処理は、オペレータにより予め設定された所定の処理間隔Δt(たとえば30分とする)毎に繰り返し実行されるものとする。また、予備試験や解析等によって、温度センサch1が設置されるベッド2の上部の温度時定数τ1、温度センサch2が設置されるベッド2の下部の温度時定数τ2、ベッド2の上部と下部とでの温度変化の差と加工精度との関係は予め求めておき、判定装置23等にそれぞれ設定しておくものとする。さらには、オペレータにより設定される(オペレータが要求する)加工精度から、ベッド2の上部と下部とでの温度変化の差の制限値Tmaxを容易に演算するため、上述した関係は実験式や対応テーブルとして設定しておくものとする。
Here, control related to suppression of thermal deformation in the
The following processes S1 to S25 executed by the
そして、図5に示すように、たとえば午前8時に横形マシニングセンタ1の運転を開始したとすると、まず温度センサch1〜ch4と温度測定装置21とを用いて、ベッド2の上部の温度T1、ベッド2の下部の温度T2、ベッド2の上部の周囲温度T3、及びベッド2の下部の周囲温度T4を測定する(S1)とともに、後述する条件に起因してONとなる判定フラグのON/OFFを確認する(S2)。そして、当然ながら運転開始に伴う1回目の確認ではOFFである(S2でNOと判断する)ため、温度演算装置22においてベッド2の上部と下部とでの初期温度差Tsを下記式(1)で算出する(S3)。
Then, as shown in FIG. 5, for example, if the operation of the
また、S1で測定した温度T1〜T4と各温度時定数τ1、τ2とを用いて、下記式(2)に示すような時間tの関数であるベッド2の上部における推定温度変化Tu(t)、及び下記式(3)に示すような時間tの関数であるベッド2の下部における推定温度変化Td(t)を時刻に関連づけて求めるとともに、両推定温度変化Tu(t)、Td(t)から下記式(4)に示すような時間tの関数であるベッド2の上部と下部とでの推定温度変化の差ΔT(t)を時刻に関連づけて求める(S4)。
Further, using the temperatures T1 to T4 measured in S1 and the temperature time constants τ1 and τ2, the estimated temperature change Tu (t) at the upper part of the
そして、判定装置23において、推定温度変化の差ΔT(t)と、オペレータにより予め設定される加工精度を満足する温度変化の差の制限値Tmaxとを比較し(S5)、今後、推定温度変化の差ΔT(t)が制限値Tmaxを超える事態が起きないであろうと判断(S5でNOと判断)すると、処理続行の判断(S11)を行った後、当該処理から処理間隔Δt後(ここでは午前8時30分)に再び温度測定(S1)を実行する。なお、この状況においては、2回目の処理を1回目として処理することになり、S3では、2回目の処理に際して測定された温度T1’〜T4’を温度T1〜T4とし、該温度T1〜T4を用いて算出した温度差を、初期温度差Tsとして記憶する。また、S4では、2回目の処理に際して測定された温度T1〜T4を用いて、新たに関数Tu(t)、Td(t)、及びΔT(t)を求め、S5において再度Tmaxとの比較を行う。そして、3回目以降の処理においても同様である。
Then, the
一方、たとえば図6に示すように、今後、推定温度変化の差ΔT(t)が制限値Tmaxを超える事態が起きると判断(S5でYESと判断)すると、判定装置23において、現時点tn(ここではn=1)から処理間隔Δtが経過するまでの間に推定温度変化の差ΔT(t)が制限値Tmaxを超える時刻tmaxに至るか否か、すなわちΔt>tmax−tnであるか否かを判断する(S6)。そして、S6における判断の結果、処理間隔Δtが経過しても時刻tmaxに至らないと判断(S6でNOと判断)すると、判定フラグをONした(S7)後、処理続行の判断(S11)を行ってS1へと戻る。そのため、2回目以降の処理では、S2における判断の結果がYESとなり、後述するS21へ進むことになる。
On the other hand, as shown in FIG. 6, for example, if it is determined that a difference ΔT (t) of the estimated temperature change will exceed the limit value Tmax in the future (YES in S5), the
一方、S6における判断の結果、処理間隔Δtが経過するまでの間に時刻tmaxに至ると判断(S6でYESと判断)すると、NC装置10を介して駆動装置18を作動させ、コラム6を前後方向へ往復移動させる(S8)ことにより、空間A2内及び空気出入空間16内の空気を入れ替え、ベッド2の上部と下部とで推定温度変化に大きな差が生じないような状態とする。また、判定装置23において、往復移動の終了判定を行い(S9)、終了であると判断(S9でYESと判断)すると、コラム6の往復移動を停止した(S10)後、処理続行の判断(S11)を行ってS1へと戻る。そして、S9における往復移動の終了判定は、コラム6の往復移動の開始に伴い、ベッド2の上部の周囲温度T3とベッド2の下部の周囲温度T4とを適宜測定し、周囲温度T3と周囲温度T4との差が所定の周囲温度制限値ΔTc以下に収束したか否か(下記式(5))によって行っており、周囲温度T3と周囲温度T4との差が所定の周囲温度制限値ΔTc以下に収束したことをもって終了と判断する。なお、このとき判定フラグをONしないため、処理間隔Δt後における2回目の処理では、上述したように2回目の処理を1回目として処理することになり、S3で、2回目の処理に際して測定された温度T1’〜T4’を温度T1〜T4とし、該温度T1〜T4を用いて算出した温度差を、初期温度差Tsとして記憶するとともに、S4で、2回目の処理に際して測定された温度T1〜T4を用いて、新たに関数Tu(t)、Td(t)、及びΔT(t)を求め、S5において再度Tmaxとの比較を行う。
On the other hand, as a result of the determination in S6, if it is determined that the time tmax is reached before the processing interval Δt elapses (YES in S6), the driving
次に、S7で判定フラグがONされると、2回目の処理(たとえば、午前8時に実行された処理で判定フラグがONされたとすると、午前8時30分に実行する処理)では、温度T1’〜T4’を測定した(S1)後のS2における判定でYESとなる。そこで、S21へと進み、温度演算装置22において現時点での温度差Ts’を下記式(6)により算出する。また、温度T1’〜T4’と各温度時定数τ1、τ2とを用いて、下記式(7)に示すような時間tの関数であるベッド2の上部における推定温度変化Tu’(t)と、下記式(8)に示すような時間tの関数であるベッド2の下部における推定温度変化Td’(t)とを時刻に関連づけて求めるとともに、初期温度差Ts、現時点での温度差Ts’及び両推定温度変化Tu’(t)、Td’(t)から下記式(9)に示すような時間tの関数であるベッド2の上部と下部とでの推定温度変化の差ΔT’(t)を時刻に関連づけて求める。すなわち、2回目以降の処理では、1回目の処理において算出した初期温度差Ts(言うなれば運転開始時の機械状態)を考慮に入れており、図7及び図8に示すようにベッド2の上部と下部とでの実際の温度差の変化(初期温度差Tsと現時点での温度差Ts’との差分)を加算する。
Next, when the determination flag is turned on in S7, in the second process (for example, the process executed at 8:30 am if the determination flag is turned on in the process executed at 8 am), the temperature T1 is set. It becomes YES by the determination in S2 after measuring “˜T4” (S1). Therefore, the process proceeds to S21, and the
その後、判定装置23において、現時点tn(ここではn≧2)から処理間隔Δtが経過するまでの間に推定温度変化の差ΔT’(t)が制限値Tmaxを超える時刻tmax’に至るか否か、すなわちΔt>tmax’−tnであるか否かを判断する(S22)。そして、S22における判断の結果、たとえば図7に示すように処理間隔Δtが経過しても時刻tmax’に至らないと判断(S22でNOと判断)すると、S11へと進み、処理続行の判断を行う。一方、S22における判断の結果、たとえば図8に示すように処理間隔Δtが経過するまでの間に時刻tmax’に至ると判断(S22でYESと判断)すると、NC装置10を介して駆動装置18を作動させ、コラム6を前後方向へ往復移動させる(S23)ことにより、空間A2内及び空気出入空間16内の空気を入れ替え、ベッド2の上部と下部とで推定温度変化に大きな差が生じないような状態とする。また、判定装置23において、往復移動の終了判定を行い(S24)、終了であると判断(S24でYESと判断)すると、コラム6の往復移動を停止した(S25)後、処理続行の判断(S11)を行う。そして、S24における往復移動の終了判定は、上記S9同様に、現時点でのベッド2の上部の周囲温度T3’とベッド2の下部の周囲温度T4’との差が所定の周囲温度制限値ΔTc以下に収束したか否か(下記式(10))によって行っており、周囲温度T3’周囲温度T4’との差が所定の周囲温度制限値ΔTc以下に収束したことをもって終了と判断する。なお、コラム6の往復移動を開始するに際し、横形マシニングセンタ1において加工中であれば、一旦加工を停止してから開始すればよい。そして、加工終了等に伴い、S11で処理続行しないと判断することをもって、熱変形の抑制に係る制御も終了となる。
Thereafter, whether or not the
上述したような制御を実行する横形マシニングセンタ1によれば、ベッド2の内部に存在する空間15の下方側を仕切ることによって、空気出入空間16を形成するとともに、空気出入空間16とコラム6よりも後方の空間A2とを連通させるダクト17を設けており、コラム6の前後方向への往復移動により、空間A2内及び空気出入空間16内の空気を入れ替え可能としている。そして、ベッド2の上部(空気出入空間16よりも上部)の温度、ベッド2の下部(空気出入空間16よりも下部)の温度、空間A2内における温度センサch1設置位置の近傍の周囲温度、及び空気出入空間16内における温度センサch2設置位置の近傍の周囲温度を夫々測定するとともに、ベッド2の上部と下部とでの推定温度変化の差ΔT(t)、ΔT’(t)を算出し、推定温度変化の差ΔT(t)、ΔT’(t)が制限値Tmaxを超える前に、コラム6を前後方向へ往復移動させて、空間A2内及び空気出入空間16内の空気を入れ替え、ベッド2の上部と下部とで推定温度変化に大きな差が生じないような状態とするようになっている。したがって、推定温度変化の差に起因してベッド2に発生する反りや傾きといった熱変形を抑制することができ、精度の高い加工を実現することができる。さらに、従来の如く周辺装置を別途必要としないため、製造コストは勿論、ランニングコストも低く抑えることができる上、正常に動作する必要がある装置が少なくてすむため、信頼性の向上も期待することができる。加えて、処理間隔Δtの間に、推定温度変化の差ΔT(t)、ΔT’(t)が制限値Tmaxを超えると判断した場合にコラム6を往復移動させるため、推定温度変化の差ΔT(t)、ΔT’(t)が制限値Tmaxを超えそうな直近のタイミングでコラム6を往復移動させることになる。したがって、必要以上にコラム6を往復移動させることがなく、コラム6の往復移動に伴う加工中断回数の抑制、すなわち加工効率の低下の抑制を図ることができる。
According to the
また、2回目の処理以降では、横形マシニングセンタ1の運転開始時の機械状態を考慮に入れて推定温度変化の差ΔT’(t)を算出するため、初期状態に依存せず安定した加工が可能となる。
さらに、コラム6の往復移動を、ベッド2の上部の周囲温度T3、T3’とベッド2の下部の周囲温度T4、T4’との差と所定の周囲温度制限値ΔTcとの比較にもとづいて終了させるようにしているため、確実に熱変形を抑制可能な状態、すなわちベッド2の上部と下部とで推定温度変化に大きな差が生じない状態にすることができるし、無駄に長い時間にわたってコラム6を往復移動させるようなこともなく、加工中断時間を必要最低限にすることができ、加工効率を向上することができる。
In addition, after the second processing, the estimated temperature change difference ΔT ′ (t) is calculated taking into account the machine state at the start of operation of the
Further, the reciprocation of the
なお、本発明に係る工作機械は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、工作機械の全体的な構成や熱変形の制御に係る構成等について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。 Note that the machine tool according to the present invention is not limited to the aspect of the embodiment described above, and the overall configuration of the machine tool, the configuration related to control of thermal deformation, and the like do not depart from the spirit of the present invention. Thus, it can be changed as necessary.
たとえば、上記実施形態ではベッド2の内部に存在する空間15の下方側を仕切ることによって、空気出入空間16を形成しているが、ベッド2の下面と床面との間に板金等を用いて空気出入空間を形成したり、ベッド2の側面下部に板金等を用いて空気出入空間を形成することも可能である。また、ダクト17を設けるにあたり、周囲カバー11ではなく、別個にダクトを設けるように構成しても何ら問題はない。
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、コラム6の往復移動をさせるか否かを決定する制御において、推定温度変化の差ΔT(t)を制限値Tmaxと比較したり、現時点での時刻tnから時刻tmax、tmax’に至るまでの時間と処理間隔Δtとを比較したりしているが、一般的な工作機械では運転を継続することでベッド2の温度や空間A2の温度等は上昇一途である(自然にはほぼ下降しない)ことを考えると、上記式(2)、(3)、(7)、(8)においてt=Δtとし、次回の処理時点での推定温度変化の差ΔT、ΔT’と制限値Tmaxとを比較する(図6〜図8の曲線全体ではなく、各処理時刻のポイントで判断する)ように構成してもよい。つまり、1回目の処理においては、図9に示すように、S4を実行した後、処理間隔Δt後(2回目の処理時)における推定温度変化の差ΔTと制限値Tmaxとを比較する(S31)。そして、処理間隔Δt後における推定温度変化の差ΔTが制限値Tmaxを超えないと判断(S31でNOと判断)すると、判定フラグをONとして(S7)S11へ進む一方、処理間隔Δt後における推定温度変化の差ΔTが制限値Tmaxを超えると判断(S31でYESと判断)すると、コラム6の往復移動を開始する(S8)ような構成となる。また、2回目以降の処理においては、図10に示すように、S21を実行した後、現時点よりも処理間隔Δt後における推定温度変化の差ΔT’と制限値Tmaxとを比較する(S32)。そして、現時点よりも処理間隔Δt後における推定温度変化の差ΔT’が制限値Tmaxを超えると判断(S32でYESと判断)した場合には、コラム6の往復移動を開始する(S23)ような構成となる。
In the above embodiment, in the control for determining whether or not the
さらに、処理間隔Δtの間に空調等に起因して環境が大きく変わることも考えられるため、上記実施形態におけるS21とS22との間で、S5同様に、推定温度変化の差ΔT’(t)と制限値Tmaxとの比較を再度行い、今後、推定温度変化の差ΔT’(t)が制限値Tmaxを超える事態が起きると判断した場合にのみS22へ進むような制御としてもよい。
さらにまた、上記実施形態では、時刻を採用しているが、ただ単に運転開始からの時間のみによって同様の制御を実行することも可能である。加えて、上記実施形態では、処理間隔の間に、推定温度変化の差ΔT(t)、ΔT’(t)が制限値Tmaxを超えると判断すると、コラム6を往復移動させるように構成しているが、処理間隔の間ではなく、処理間隔を超えて所定時間が経過するまでに(たとえば、処理間隔を超えて1時間が経過するまでや、加工が終了するまで等)、推定温度変化の差ΔT(t)、ΔT’(t)が制限値Tmaxを超えると判断すると、コラム6を往復移動させるように構成することも可能である。そして、当該構成を採用することにより、早いタイミングでコラム6を往復移動させることができ、推定温度変化の差に起因した熱変形を一層抑制することができる。
Furthermore, since the environment may change significantly due to air conditioning or the like during the processing interval Δt, the difference ΔT ′ (t) in the estimated temperature change between S21 and S22 in the above embodiment, similar to S5. It is also possible to perform the control so that the process proceeds to S22 only when it is determined that the estimated temperature change difference ΔT ′ (t) exceeds the limit value Tmax in the future.
Furthermore, in the above embodiment, the time is adopted, but it is also possible to execute the same control only by the time from the start of operation. In addition, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、コラム6の往復移動を、ベッド2の上部の周囲温度T3、T3’とベッド2の下部の周囲温度T4、T4’との差が所定の周囲温度制限値ΔTc内に収束したことをもって終了させるように構成しているが、たとえばコラム6の往復移動回数や往復移動時間を予め設定し、当該往復移動回数や往復移動時間にもとづいてコラム6の往復移動を終了させるように構成することも可能である。
さらに、上記実施形態では、S6でNOと判断した場合に判定フラグをONするように構成しているが、S5とS6との間で判定フラグをONとする、すなわち今後、推定温度変化の差ΔT(t)が制限値Tmaxを超える事態が起きると判断した場合にはコラム6を往復移動させるか否かに拘わらず判定フラグをONするように構成しても何ら問題はない。
In the above-described embodiment, the reciprocation of the
Further, in the above embodiment, the determination flag is set to ON when it is determined NO in S6. However, the determination flag is set to ON between S5 and S6, that is, the difference in estimated temperature change in the future. If it is determined that a situation where ΔT (t) exceeds the limit value Tmax occurs, there is no problem even if the determination flag is turned on regardless of whether the
またさらに、S5においてNOと判断した場合、すなわち今後、推定温度変化の差ΔT(t)が制限値Tmaxを超える事態が起きないであろうと判断した場合には、処理間隔Δtをより長い時間(たとえば1時間)に設定し、その後、S5における判断がYESになったことをもって処理間隔Δtを元の長さに戻すといったように、S5における判断結果に応じて処理間隔Δtを変更するような制御を実行することも可能である。
さらにまた、上記実施形態では、S5においてNOと判断した場合には、次回の処理時においてもΔT(t)と制限値Tmaxとを比較するように構成しているが、S5においてNOと判断した場合にも判定フラグをONとし、次回以降の処理時には、ΔT’(t)と制限値Tmaxとを比較するような構成とすることも可能である。
加えて、上記実施形態では、横形マシニングセンタについて説明しているが、ベッドに対してコラムが所定方向へ往復移動可能であれば他の工作機械についても適用することができる。
Furthermore, when it is determined NO in S5, that is, when it is determined that a situation where the estimated temperature change difference ΔT (t) will not exceed the limit value Tmax will not occur in the future, the processing interval Δt is set to a longer time ( For example, control is performed such that the processing interval Δt is changed in accordance with the determination result in S5 such that the processing interval Δt is returned to the original length when the determination in S5 becomes YES. It is also possible to execute.
Furthermore, in the above embodiment, when NO is determined in S5, ΔT (t) is compared with the limit value Tmax in the next processing, but NO is determined in S5. In this case, the determination flag may be turned on, and ΔT ′ (t) may be compared with the limit value Tmax in the subsequent processing.
In addition, although the horizontal machining center has been described in the above embodiment, the present invention can be applied to other machine tools as long as the column can reciprocate in a predetermined direction with respect to the bed.
1・・横形マシニングセンタ、2・・ベッド、4・・Z軸案内レール、6・・コラム、10・・NC装置(制御装置)、11・・周囲カバー(カバー体)、12・・移動カバー(カバー体)、13・・第1天井カバー、14・・第2天井カバー(カバー体)、18・・空気出入空間、17・・ダクト、18・・駆動装置、21・・温度測定装置(第1〜第4温度測定手段)、22・・温度演算装置(制御装置)、23・・判定装置(制御装置)、ch1・・温度センサ(第1温度測定手段)、ch2・・温度センサ(第2温度測定手段)、ch3・・温度センサ(第3温度測定手段)、ch4・・温度センサ(第4温度測定手段)、A1・・空間(加工空間)、A2・・空間(移動空間)。 1 .... Horizontal machining center, 2 .... Bed, 4 .... Z-axis guide rail, 6 .... Column, 10 .... NC device (control device), 11 .... Surrounding cover (cover body), 12 .... Moving cover ( Cover body), 13 .... first ceiling cover, 14..second ceiling cover (cover body), 18..air inlet / outlet space, 17..duct, 18..drive device, 21..temperature measuring device (first) 1 to 4th temperature measuring means), 22 .... temperature computing device (control device), 23 ... determining device (control device), ch1 ... temperature sensor (first temperature measuring means), ch2 .... temperature sensor (first) 2 temperature measuring means), ch3 ... temperature sensor (third temperature measuring means), ch4 ... temperature sensor (fourth temperature measuring means), A1 ... space (working space), A2 ... space (moving space).
Claims (3)
前記ベッドに空気が出入り可能な空気出入空間を設けるとともに、前記空気出入空間と前記移動空間とを連通させる一方、
前記ベッドにおける前記空気出入空間よりも上部の温度を測定する第1温度測定手段と、前記ベッドにおける前記空気出入空間よりも下部の温度を測定する第2温度測定手段と、前記移動空間内の周囲温度を測定する第3温度測定手段と、前記空気出入空間内の周囲温度を測定する第4温度測定手段と、前記第1〜第4温度測定手段による測定値をもとに前記コラムを往復移動を制御する制御装置とを設けており、
前記制御装置は、所定の処理間隔で、前記第1〜第4温度測定手段による測定値をもとに、前記ベッドの上部の推定温度変化と、前記ベッドの下部の推定温度変化とを算出するとともに、両推定温度変化をもとに、前記ベッドの上部と下部とでの推定温度変化の差を算出しており、
前記処理間隔の間に、前記推定温度変化の差が所定の制限値を超えると判断すると、前記コラムを往復移動させ、前記移動空間内及び前記空気出入空間内の空気を入れ替えることを特徴とする工作機械。 A bed and a column that is slidable in a predetermined direction on the bed, and a space on one side of the column in the sliding direction of the column is a processing space, and a space on the other side is the column. A machine tool that is a moving space, and at least the moving space is covered with a cover body,
While providing an air entrance / exit space through which air can enter and exit the bed, the air entrance / exit space communicates with the moving space,
A first temperature measuring means for measuring a temperature above the air entrance / exit space in the bed, a second temperature measuring means for measuring a temperature below the air entrance / exit space in the bed, and a surrounding in the moving space A third temperature measuring means for measuring temperature, a fourth temperature measuring means for measuring the ambient temperature in the air inlet / outlet space, and a reciprocating movement of the column based on the measured values by the first to fourth temperature measuring means. And a control device for controlling
The control device calculates an estimated temperature change in the upper part of the bed and an estimated temperature change in the lower part of the bed based on the measurement values obtained by the first to fourth temperature measuring units at a predetermined processing interval. At the same time, based on both estimated temperature changes, the difference in estimated temperature changes between the upper and lower parts of the bed is calculated.
When it is determined that the difference in the estimated temperature change exceeds a predetermined limit value during the processing interval, the column is reciprocated, and the air in the moving space and the air in / out space is switched. Machine Tools.
前記ベッドに空気が出入り可能な空気出入空間を設けるとともに、前記空気出入空間と前記移動空間とを連通させる一方、
前記ベッドにおける前記空気出入空間よりも上部の温度を測定する第1温度測定手段と、前記ベッドにおける前記空気出入空間よりも下部の温度を測定する第2温度測定手段と、前記移動空間内の周囲温度を測定する第3温度測定手段と、前記空気出入空間内の周囲温度を測定する第4温度測定手段と、前記第1〜第4温度測定手段による測定値をもとに前記コラムを往復移動を制御する制御装置とを設けており、
前記制御装置は、所定の処理間隔で、前記第1〜第4温度測定手段による測定値をもとに、前記ベッドの上部の推定温度変化と、前記ベッドの下部の推定温度変化とを算出するとともに、両推定温度変化をもとに、前記ベッドの上部と下部とでの推定温度変化の差を算出しており、
前記処理間隔を超えて所定時間が経過するまでに、前記推定温度変化の差が所定の制限値を超えると判断すると、前記コラムを往復移動させ、前記移動空間内及び前記空気出入空間内の空気を入れ替えることを特徴とする工作機械。 A bed and a column that is slidable in a predetermined direction on the bed, and a space on one side of the column in the sliding direction of the column is a processing space, and a space on the other side is the column. A machine tool that is a moving space, and at least the moving space is covered with a cover body,
While providing an air entrance / exit space through which air can enter and exit the bed, the air entrance / exit space communicates with the moving space,
A first temperature measuring means for measuring a temperature above the air entrance / exit space in the bed, a second temperature measuring means for measuring a temperature below the air entrance / exit space in the bed, and a surrounding in the moving space A third temperature measuring means for measuring temperature, a fourth temperature measuring means for measuring the ambient temperature in the air inlet / outlet space, and a reciprocating movement of the column based on the measured values by the first to fourth temperature measuring means. And a control device for controlling
The control device calculates an estimated temperature change in the upper part of the bed and an estimated temperature change in the lower part of the bed based on the measurement values obtained by the first to fourth temperature measuring units at a predetermined processing interval. At the same time, based on both estimated temperature changes, the difference in estimated temperature changes between the upper and lower parts of the bed is calculated.
If it is determined that the difference in estimated temperature change exceeds a predetermined limit before a predetermined time elapses beyond the processing interval, the column is reciprocated to move the air in the moving space and the air in / out space. Machine tool characterized by replacing
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