JP6445395B2

JP6445395B2 - 工作機械における温度調整システムの制御方法

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Publication number: JP6445395B2
Application number: JP2015115990A
Authority: JP
Inventors: 英介曽我部; 誠栄山本
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2018-12-26
Anticipated expiration: 2035-06-08
Also published as: JP2016087777A

Description

本発明は、たとえば工作機械に設置される回転装置やテーブル等に供給する要温度調整媒体の温度を調整する温度調整システムの制御方法に関するものである。

工作機械における温度調整システムとしては、たとえば工作機械に設置される主軸装置の冷却システム等がある。すなわち、主軸装置では、主軸の回転に伴い、主軸の軸受や主軸を回転させるモータ等が発熱し、主軸が加熱されてしまう。そして、発生した熱をそのままにしておくと、温度上昇により主軸に熱変位が生じ、加工精度の悪化を招くことになる。そこで、従来より主軸装置では、たとえば図１に示すような主軸の冷却システムが設けられており、冷却用媒体を回収し、冷却装置で再度冷却した後、再び供給することによって主軸装置１の冷却を図っていた。つまり、ハウジング２内に複数の軸受３、３・・を介して主軸４を回転可能に支持してなる主軸装置１において、ハウジング２の外筒部分等に冷却用媒体を流すための冷却用流路５、５を設ける。そして、冷却用流路５、５内を流れる冷却用媒体によって、軸受３、３・・やモータ６等で生じる熱を冷却するようになっている。

また、一般的に待機中にある工作機械においては、その周辺機器で多くの電力を消費しており、特に冷却システムでの消費電力は、全体の消費電力において高い割合をしめている。そこで、冷却システムにおける電力消費量を抑制するために、たとえば特許文献１に記載されているような冷却システムの制御方法が考案されている。特許文献１に記載の制御方法では、冷却用流路へ供給する冷却用媒体の温度や、冷却用流路から回収する冷却用媒体の温度等を監視し、その監視結果にもとづいて工作機械が停止している等と判定すると、冷却装置からの冷却用媒体の供給量を減らす等して消費電力の低減を図っている。

特開２００１−１６５０５８号公報

ここで、上述の如く外筒部分に冷却用流路５、５を設けた主軸装置１において、主軸４を停止させた後、冷却用流路５、５へ供給する冷却用媒体の温度と、冷却用流路５、５から回収する冷却用媒体の温度との差温が十分に低下した後、冷却装置からの冷却用媒体の供給を停止した場合に、主軸装置１の軸受３、３・・の温度がどのように変化するかを測定した結果を図２に示す。そして、図２から明らかなように、差温が十分に低下した後でも、主軸内部の熱は十分に取り除けておらず、軸受３、３・・の温度は大きく上昇するのである。すなわち、冷却用媒体の供給を停止すると、主軸装置１における回転部等の構造体に熱変位が生じ、加工精度が安定しなくなることになる。したがって、冷却用媒体の温度を監視するような特許文献１に記載の方法では、冷却装置の電源を遮断するわけにはいかず、効果的な電力削減はできない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、消費電力の効率的な低減を図りつつ、構造体の熱変位等を抑制することができ、ひいては精度の高い加工に寄与することができる工作機械における温度調整システムの制御方法を提供しようとするものである。

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、工作機械の構造体に要温度調整媒体を供給するとともに前記構造体から前記要温度調整媒体を回収する媒体供給回収手段と、前記要温度調整媒体の温度を調整する温度調整手段とを備えた工作機械における温度調整システムの制御方法であって、前記要温度調整媒体に温度変化をもたらす機械動作の停止後に、前記構造体において、前記要温度調整媒体の温度変化に寄与し、且つ、前記要温度調整媒体の温度変化により変形する第１箇所の近傍の温度である構造体温度を測定するとともに、前記工作機械において、前記要温度調整媒体の温度変化に関わらず、且つ、前記要温度調整媒体の温度変化による変形もない第２箇所の温度である基準温度を測定し、前記構造体温度と前記基準温度とから温度変化値を求める第１工程と、前記温度変化値をもとに、前記第１箇所の推定温度を求める第２工程と、前記推定温度にもとづき前記温度調整手段と前記媒体供給回収手段との少なくとも何れか一方の動作を通常運転の第１状態から前記第１状態よりも消費電力の小さい第２状態へ切り替える、若しくは、前記温度調整手段と前記媒体供給回収手段との少なくとも何れか一方の動作を停止させるか否かを判定する第３工程とを実行することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２工程において、前記推定温度の変化と前記第１箇所の温度変化との時間応答が等しくなるように予め求めた係数、及び前記温度変化値を用い、前記推定温度を求め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、前記第３工程において、前記推定温度と所定の推定温度閾値とを比較し、その比較結果に応じて前記温度調整手段と前記媒体供給回収手段との少なくとも何れか一方の動作を前記第１状態から前記第２状態へ切り替える、若しくは、前記温度調整手段と前記媒体供給回収手段との少なくとも何れか一方の動作を停止させるか否かを判定することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記推定温度閾値は、前記第１箇所の熱変位若しくは前記温度調整手段及び前記媒体供給手段の動作停止後における前記第１箇所の温度変化との関数であり、許容する熱変位若しくは温度変化に応じて決定されることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の発明において、前記要温度調整媒体に温度変化をもたらす機械動作の前に、前記構造体温度及び前記基準温度を測定し、前記構造体温度と前記基準温度とから温度変化値を求め、前記温度変化値をもとに前記第１箇所の推定温度を求めるとともに、前記推定温度の変化率を求め、前記推定温度の変化率と所定の変化率閾値とを比較し、その比較結果に応じて前記推定温度閾値を更新する前工程を実行することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記変化率閾値は、前記工作機械が設置される環境温度との関数であり、前記前工程において、前記環境温度を測定するとともに、当該環境温度に応じて前記変化率閾値を決定することを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の発明において、前記構造体が、所定の軸回りで回転する回転体及び前記回転体を軸支する軸受を含んだ回転部と、前記回転部を支持する支持部とを有する回転装置であり、前記媒体供給回収手段にて前記支持部又は前記回転部に設けられた媒体用流路から前記要温度調整媒体を回収し、前記温度調整手段にて前記要温度調整媒体の温度を調整した後、再び前記媒体供給回収手段にて前記媒体用流路へ供給する工作機械における温度調整システムの制御方法であって、前記第１箇所が前記回転部である一方、前記第２箇所が前記回転装置以外の箇所であり、前記第１工程において、前記支持部側の温度若しくは前記媒体用流路内の前記要温度調整媒体の温度を前記構造体温度として測定することを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の発明において、前記構造体が、工作機械の加工空間内に設置されるテーブルであり、前記媒体供給回収手段にて前記加工空間から前記要温度調整媒体を回収し、前記温度調整手段にて前記要温度調整媒体の温度を調整した後、再び前記媒体供給回収手段にて前記加工空間へ供給する工作機械における温度調整システムの制御方法であって、前記第１箇所が前記テーブルの一部である一方、前記第２箇所が前記加工空間外の箇所であることを特徴とする。
なお、請求項１や請求項３における「温度調整手段と媒体供給回収手段との少なくとも何れか一方の動作を停止する」とは、媒体供給手段による要温度調整媒体の供給を停止するのみならず、温度調整手段において要温度調整媒体の温度の調整を停止する、温度調整手段や媒体供給回収手段の電源を遮断する等を含む。

本発明によれば、要温度調整媒体に温度変化をもたらす機械動作の停止後に、構造体において、要温度調整媒体の温度変化に寄与し、且つ、要温度調整媒体の温度変化により変形する第１箇所の近傍の温度である構造体温度を測定するとともに、工作機械において、要温度調整媒体の温度変化に関わらず、且つ、要温度調整媒体の温度変化による変形もない第２箇所の温度である基準温度を測定し、構造体温度と基準温度とから温度変化値を求める第１工程と、温度変化値をもとに、第１箇所の推定温度を求める第２工程と、推定温度にもとづき温度調整手段と媒体供給回収手段との少なくとも何れか一方の動作を通常運転の第１状態から第１状態よりも消費電力の小さい第２状態へ切り替える、若しくは、温度調整手段と媒体供給回収手段との少なくとも何れか一方の動作を停止させるか否かを判定する第３工程とを実行する。したがって、要温度調整媒体の温度のみにもとづく従来の方法と比べると、加工精度の低下を招くことのないまま、媒体供給回収手段による要温度調整媒体の供給を停止させたり、温度調整手段や媒体供給回収手段の動作を第１状態から第２状態へ切り替えたり等することができるため、消費電力の効率的な低減を図ることができる。

主軸装置の軸方向断面を示した説明図である。主軸を停止させた後、冷却用流路へ供給する冷却用媒体の温度と、冷却用流路から回収する冷却用媒体の温度との差温が十分に低下した後、冷却装置からの冷却用媒体の供給を停止した場合に、主軸装置の軸受の温度がどのように変化するかを測定した結果を示した図である。工作機械及び主軸装置の冷却システムのブロック構成図である。推定温度閾値と最大許容軸受温度上昇との関係を示した図である。環境温度と変化率閾値との関係を示した図である。主軸装置の冷却に係る制御を示したフローチャート図である。工作機械及びテーブルの冷却システムのブロック構成図である。推定温度閾値と最大テーブル温度上昇との関係を示した図である。環境温度と変化率閾値との関係を示した図である。テーブルの冷却に係る制御を示したフローチャート図である。

以下、本発明である工作機械における温度調整システムの制御方法の実施形態について、図面にもとづき詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず、主軸装置１の回転部を冷却するための冷却システムについて、図３をもとに説明する。図３は、工作機械１０及び冷却システムのブロック構成図である。なお、冷却対象となる主軸装置１は、図１に示す従来同様の主軸装置１である。
工作機械１０は、テーブル１１上に載置されたワークに対し、主軸装置１に装着された工具によって加工を行うものであって、テーブル１１はベッド１２の上面に設置されている。また、ベッド１２の上面でテーブル１１よりも後方となる位置には、コラム１３が立設されており、コラム１３の前面側に、主軸装置１を支持する主軸頭１４が設置されている。

一方、冷却システム（温度調整システム）は、要温度調整媒体としての冷却用媒体を冷却するとともに主軸装置１へ供給／主軸装置１から回収するための冷却装置１７、各センサ２５〜２７、各センサ２５〜２７により各温度を測定する温度測定装置２２、温度情報をもとに各種演算を行う演算装置２３、記録装置２４、及び工作機械１０や冷却装置１７の動作を制御するＮＣ装置２１を備えてなる。冷却装置１７は、主軸装置１に設けられた冷却用媒体の供給口１５と回収口１６とにチューブを介して接続されており、回収口１６を介して冷却用流路から回収した冷却用媒体を冷却装置１７で冷却した後、供給口１５を介して冷却用流路へ供給するという冷却回路が設けられる。工作機械１０の基準温度を測定するための機体温度センサ２６は、冷却用媒体の温度変化に関わることがなく、冷却用媒体の温度変化による影響も受けない（すなわち、冷却用媒体との間で熱交換することがなく、冷却用媒体の温度変化で変形もしない）ことを予め温度測定により確認したコラム１３に取り付けられている。冷却用媒体の温度変化に寄与し、且つ、冷却用媒体の温度変化による影響を受ける（すなわち、冷却用媒体との間で熱交換し、冷却用媒体の温度変化で変形する）軸受３、３・・を備えた主軸装置１のハウジング２の温度である主軸温度を測定するための主軸温度センサ２５は、主軸装置１に取り付けられている。周囲の環境温度を測定するための環境温度センサ２７も設けられており、各センサ２５〜２７は温度測定装置２２に接続され、該温度測定装置２２によって基準温度、主軸温度、及び環境温度が測定される。また、温度測定装置２２は演算装置２３と接続されており、演算装置２３では、後述の如くして、温度測定装置２２で測定された各種温度情報をもとに、たとえば軸受３、３・・等といったような熱変位が加工精度に影響を及ぼす主軸４近傍の箇所（すなわち回転部）の推定温度やその変化率を演算する。さらに、演算装置２３は記録装置２４とも接続されており、演算結果を記録装置２４に記録する。加えて、演算装置２３は、ＮＣ装置２１とも接続されており、ＮＣ装置２１における主軸装置１のモータへの指令状態、及び演算結果にもとづき、主軸装置１の冷却状態を判断し、ＮＣ装置２１を介して冷却装置１７の動作を制御するようになっている。

ここで、まず演算装置２３における主軸４近傍の箇所の推定温度及びその変化率の演算について詳述する。測定回数ｋ回目の主軸装置１の温度上昇値（温度変化値）をΔＴ_ｋ（基準温度と主軸温度との温度差）、温度上昇値のサンプリング周期をΔｔｓ、フィルタ時定数をＴとすると、推定温度と主軸４近傍の箇所の温度上昇（温度変化）との時間応答が等しくなるように予め設定したフィルタ係数Ｆは下記数１となり、ｋ回目における推定温度ｙ_ｋは下記数２で表される。

そして、演算装置２３では、上記数１、数２を用いて、温度上昇値ΔＴ_ｋとフィルタ係数Ｆとから推定温度ｙ_ｋを算出し、当該推定温度ｙ_ｋが予め設定されている所定の推定温度閾値を満たしているか否かを判定するとともに、その判定結果をもとに冷却装置１７の動作を切り替える。なお、推定温度閾値に関しては、主軸４の回転停止後の最大許容主軸近傍温度上昇と推定温度閾値との関係を実測結果から予め求めておく。たとえば、主軸４の回転数が２０００ｍｉｎ^−１からの主軸４の回転停止から冷却装置１７の停止後における最大許容軸受温度上昇（最大許容主軸近傍温度上昇）と推定温度閾値との関係を図４に示す。そして、図４に示すような関係にもとづき、許容する温度上昇値に合わせて推定温度閾値を決定する（すなわち、推定温度閾値は、冷却装置１７の停止後の軸受３の温度上昇との関数である）。

一方、推定温度ｙ_ｋを求めるための温度上昇値ΔＴ_ｋは、主軸温度や基準温度を測定する各センサの個体差等に起因してその値がシフトする（以下、温度シフトと称す）。そこで、主軸発熱がない状態における基準温度と主軸温度との差をキャンセルする必要がある。すなわち、上記温度シフトは、下記数３で求められる推定温度ｙ_ｋの変化率ｄｙ_ｋ／ｄｔが所定の変化率閾値を満たした時を主軸発熱がない状態とし、その際の推定温度ｙ_ｋを温度シフト量として演算するとともに、該温度シフト量を推定温度閾値に加算して、推定温度閾値を最新のものに更新することにより解決する。

なお、変化率閾値は、環境温度によって変化する冷却装置１７の冷却制御周期によって決まる。したがって、たとえば図５に示すような実測結果から予め求めた環境温度と変化率閾値（推定温度変化率の閾値）との関係にもとづき、環境温度センサ２７により測定される現在の環境温度に合わせて変化率閾値を決定する（すなわち、変化率閾値は、環境温度との関数である）。

次に、図６に示すフローチャート図に沿って主軸装置１を冷却する冷却システムの制御方法を説明すると、冷却システムの起動に伴い、基準温度や主軸温度の温度情報の測定及び記録を開始し（Ｓ１）、推定温度ｙ_ｋ及び推定温度ｙ_ｋの変化率ｄｙ_ｋ／ｄｔの計算を開始する（Ｓ２）。その後、冷却装置１７の運転を開始させ（Ｓ３）、主軸４が停止している（Ｓ４でＮＯと判断する）と、冷却システムを起動後における温度シフトのキャンセルに係る演算をしたか否かを判断する（Ｓ５）。そして、温度シフトのキャンセルに係る演算をしていない（Ｓ５でＮＯと判断した）場合、上述したように環境温度にもとづいて変化率閾値を決定する（Ｓ６）とともに、変化率ｄｙ_ｋ／ｄｔと変化率閾値とを比較する（Ｓ７）。この比較の結果、変化率ｄｙ_ｋ／ｄｔが変化率閾値未満である（Ｓ７でＹＥＳと判断する）と、上述したように現在の推定温度ｙ_ｋを温度シフト量とする（Ｓ８）とともに、該温度シフト量を予め設定した推定温度閾値に加算して、推定温度閾値を最新のものに更新する（Ｓ９）。その後、主軸４が回転を開始する（Ｓ４でＹＥＳと判断する）と、主軸４が回転を停止する（Ｓ４でＮＯと判断する）まで冷却装置１７を通常運転となる冷却能力の高い第１状態で作動させる。また、主軸４が回転を停止する（すなわち、要温度調整媒体に温度変化をもたらす機械動作が停止される）と、Ｓ９で算出した最新の推定温度閾値を認識し（Ｓ１０）、推定温度ｙ_ｋと推定温度閾値とを比較する（Ｓ１１）。そして、推定温度ｙ_ｋが推定温度閾値未満になる（Ｓ１１でＹＥＳと判断する）と、冷却装置１７による冷却用媒体の冷却用流路への供給を停止させる、若しくは、冷却装置１７を第１状態よりも消費電力が小さい第２状態（冷凍機やポンプの出力を下げる等した冷却能力の低い状態）で作動させるといったように、冷却装置１７の動作を切り替えた（Ｓ１２）後、続行するか否かの判断（Ｓ１３）で終了となる。なお、Ｓ１で開始される基準温度や主軸温度の温度情報の測定や、Ｓ２で開始される推定温度ｙ_ｋ及び推定温度ｙ_ｋの変化率ｄｙ_ｋ／ｄｔの計算は、冷却システムの起動後、常時行われている。

以上のような主軸装置１の冷却システムの制御方法によれば、工作機械１０における主軸装置１とは異なる箇所に取り付けられた機体温度センサ２６により測定した基準温度、すなわち冷却用媒体の温度変化に関わることがなく、冷却用媒体の温度変化による影響も受けない箇所で測定した温度を用いて、主軸４の回転停止後における主軸装置１の温度上昇値ΔＴ_ｋを求めて推定温度ｙ_ｋを算出する。したがって、冷却用媒体の温度のみにもとづく従来の方法と比べると、主軸装置１による加工精度の低下を招くことのないまま、冷却装置１７による冷却用媒体の供給を停止させたり、冷却装置１７の動作を第１状態から第２状態へ切り替えたりすることができ、消費電力の効率的な低減を図ることができる。
また、温度シフト量を考慮して推定温度閾値を決定するため、主軸装置１の冷却状態の判断をより精度良く行うことができ、上記効果が一層顕著なものとなる。

（第２実施形態）
次に、工作機械１０のテーブル１１を冷却対象とした冷却システムについて、図７をもとに説明する。図７は、工作機械１０及び冷却システムのブロック構成図である。なお、工作機械１０の全体的な構成は、第１実施形態の工作機械１０と略同じであり、その詳細な説明は省略する。そして、図７中において、第１実施形態の構成要素と同じ構成要素については、同一の符号を付している。

第２実施形態における冷却システム（温度調整システム）は、要温度調整媒体としての冷却用媒体（ここでは切削液）を冷却するとともにテーブル１１が設置された加工空間へ供給／加工空間から回収するための冷却装置３８、各センサ３５〜３７、各センサ３５〜３７により各温度を測定する温度測定装置３２、温度情報をもとに各種演算を行う演算装置３３、記録装置３４、及び工作機械１０や冷却装置３８の動作を制御するＮＣ装置３１を備えてなる。冷却装置３８は、テーブル１１が設置されている加工空間から延びる２本のチューブと接続されており、一方のチューブを介して加工空間から回収した冷却用媒体を冷却した後、他方のチューブを介して再び加工空間（特にテーブル１１上）へ供給するようになっている。工作機械１０の基準温度を測定するための機体温度センサ３６は、冷却用媒体の温度変化に関わることがなく、冷却用媒体の温度変化による影響も受けない（すなわち、冷却用媒体との間で熱交換することがなく、冷却用媒体の温度変化で変形もしない）ことを予め温度測定により確認したコラム１３に取り付けられている。冷却用媒体の温度変化に寄与し、且つ、冷却用媒体の温度変化による影響を受ける（すなわち、冷却用媒体との間で熱交換し、冷却用媒体の温度変化で変形する）テーブル１１の温度であるテーブル温度を測定するためのテーブル温度センサ３５は、テーブル１１に取り付けられている。周囲の環境温度を測定するための環境温度センサ３７も設けられており、各センサ３５〜３７は温度測定装置３２に接続され、該温度測定装置３２によって基準温度、テーブル温度、及び環境温度が測定される。また、温度測定装置３２は演算装置３３と接続されており、演算装置３３では、後述の如くして、温度測定装置３２で測定された各種温度情報をもとに、熱変位が加工精度に影響を及ぼすテーブル１１近傍の箇所の推定温度やその変化率を演算する。さらに、演算装置３３は記録装置３４とも接続されており、演算結果を記録装置３４に記録する。加えて、演算装置３３は、ＮＣ装置３１とも接続されており、ＮＣ装置３１における主軸装置１のモータへの指令状態、及び演算結果にもとづき、テーブル１１の温度変化を判断し、ＮＣ装置３１を介して冷却装置３８の動作を制御するようになっている。

ここで、まず演算装置３３におけるテーブル１１近傍の箇所の推定温度及びその変化率の演算について詳述する。測定回数ｋ回目のテーブル１１の温度上昇値（温度変化値）をΔＴ_ｋ（基準温度とテーブル温度との温度差）、温度上昇値のサンプリング周期をΔｔｓ、フィルタ時定数をＴとすると、推定温度とテーブル１１近傍の箇所の温度上昇（温度変化）との時間応答が等しくなるように予め設定したフィルタ係数Ｆは下記数４となり、ｋ回目における推定温度ｙ_ｋは下記数５で表される。

そして、演算装置３３では、上記数４、数５を用いて、温度上昇値ΔＴ_ｋとフィルタ係数Ｆとから推定温度ｙ_ｋを算出し、当該推定温度ｙ_ｋが予め設定されている所定の推定温度閾値を満たしているか否かを判定するとともに、その判定結果をもとに冷却装置３８の動作を切り替える。なお、推定温度閾値に関しては、テーブル１１の最大テーブル近傍温度上昇と推定温度閾値との関係を実測結果から予め求めておく。たとえば、冷却装置３８の停止後における最大テーブル温度上昇（最大テーブル近傍温度上昇）と推定温度閾値との関係を図８に示す。そして、図８に示すような関係にもとづき、許容する温度上昇値に合わせて推定温度閾値を決定する（すなわち、推定温度閾値は、冷却装置３８の停止後のテーブル１１の温度上昇との関数である）。

一方、推定温度ｙ_ｋを求めるための温度上昇値ΔＴ_ｋは、テーブル温度や基準温度を測定する各センサの個体差等に起因してその値がシフトする（以下、温度シフトと称す）。そこで、テーブル１１の温度上昇がない状態における基準温度とテーブル温度との差をキャンセルする必要がある。すなわち、上記温度シフトは、下記数６で求められる推定温度ｙ_ｋの変化率ｄｙ_ｋ／ｄｔが所定の変化率閾値を満たした時をテーブル１１の温度上昇がない状態とし、その際の推定温度ｙ_ｋを温度シフト量として演算するとともに、該温度シフト量を推定温度閾値に加算して、推定温度閾値を最新のものに更新することにより解決する。

なお、変化率閾値は、環境温度によって変化する冷却装置３８の冷却制御周期によって決まる。したがって、たとえば図９に示すような実測結果から予め求めた環境温度と変化率閾値（推定温度変化率の閾値）との関係にもとづき、環境温度センサ３７により測定される現在の環境温度に合わせて変化率閾値を決定する（すなわち、変化率閾値は、環境温度との関数である）。

次に、図１０に示すフローチャート図に沿ってテーブル１１を冷却する冷却システムの制御方法を説明すると、冷却システムの起動に伴い、基準温度やテーブル温度の温度情報の測定及び記録を開始し（Ｓ２１）、推定温度ｙ_ｋ及び推定温度ｙ_ｋの変化率ｄｙ_ｋ／ｄｔの計算を開始する（Ｓ２２）。その後、冷却装置３８の運転を開始させ（Ｓ２３）、機械動作を行っているかを判定し（Ｓ２４）、機械動作が停止している（Ｓ２４でＮＯと判断する）と、冷却システムを起動後における温度シフトのキャンセルに係る演算をしたか否かを判断する（Ｓ２５）。そして、温度シフトのキャンセルに係る演算をしていない（Ｓ２５でＮＯと判断した）場合、上述したように環境温度にもとづいて変化率閾値を決定する（Ｓ２６）とともに、変化率ｄｙ_ｋ／ｄｔと変化率閾値とを比較する（Ｓ２７）。この比較の結果、変化率ｄｙ_ｋ／ｄｔが変化率閾値未満である（Ｓ２７でＹＥＳと判断する）と、上述したように現在の推定温度ｙ_ｋを温度シフト量とする（Ｓ２８）とともに、該温度シフト量を予め設定した推定温度閾値に加算して、推定温度閾値を最新のものに更新する（Ｓ２９）。その後、機械動作が開始される（Ｓ２４でＹＥＳと判断する）と、機械動作が停止される（Ｓ２４でＮＯと判断される）まで冷却装置３８を通常運転となる冷却能力の高い第１状態で作動させる。また、機械動作が停止される（すなわち、要温度調整媒体に温度変化をもたらす機械動作が停止される）と、Ｓ２９で算出した最新の推定温度閾値を認識し（Ｓ３０）、推定温度ｙ_ｋと推定温度閾値とを比較する（Ｓ３１）。そして、推定温度ｙ_ｋが推定温度閾値未満になる（Ｓ３１でＹＥＳと判断する）と、冷却装置３８による冷却用媒体の加工空間への供給を停止させる、若しくは、冷却装置３８を第１状態よりも消費電力が小さい第２状態（冷凍機やポンプの出力を下げる等した冷却能力の低い状態）で作動させるといったように、冷却装置３８の動作を切り替えた（Ｓ３２）後、続行するか否かの判断（Ｓ３３）で終了となる。なお、Ｓ２１で開始される基準温度やテーブル温度の温度情報の測定や、Ｓ２２で開始される推定温度ｙ_ｋ及び推定温度ｙ_ｋの変化率ｄｙ_ｋ／ｄｔの計算は、冷却システムの起動後、常時行われている。

以上のようなテーブル１１の冷却システムの制御方法によれば、工作機械１０におけるテーブル１１とは異なる箇所に取り付けられた機体温度センサ３６により測定した基準温度、すなわち冷却用媒体の温度変化に関わることがなく、冷却用媒体の温度変化による影響も受けない箇所で測定した温度を用いて、機械動作の停止後におけるテーブル１１近傍の温度上昇値ΔＴ_ｋを求めて推定温度ｙ_ｋを算出する。したがって、冷却用媒体の温度のみにもとづく従来の方法と比べると、加工精度の低下を招くことのないまま、冷却装置３８による冷却用媒体の供給を停止させたり、冷却装置３８の動作を第１状態から第２状態へ切り替えたりすることができ、消費電力の効率的な低減を図ることができる。
また、温度シフト量を考慮して推定温度閾値を決定するため、テーブル１１の温度上昇の判断をより精度良く行うことができ、上記効果が一層顕著なものとなる。

なお、本発明に係る工作機械における温度調整システムの制御方法は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、各温度センサの取付位置や要温度調整媒体の種類、工作機械の種類等は勿論、温度調整に係る制御等についても、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。

たとえば、上記第１実施形態及び第２実施形態では工作機械における冷却システムの制御方法について説明しているが、工作機械における加温システムや保温システムの制御方法（この場合、所謂加熱装置が温度調整手段となる）等、他の温度調整システムの制御方法に対しても本発明は好適に採用することができる。

また、第１実施形態では、主軸の近傍や軸受等といった主軸装置の回転部を変形抑制対象物としているが、所定の軸回りで回転する回転体及び該回転体を軸支する軸受を含んでいれば、送り軸やテーブルの回転軸等といった他の回転装置の回転部を変形抑制対象物としても何ら問題はない。なお、第２実施形態では、テーブルを変形抑制対象物としているが、加工空間内の別の構造体を変形抑制対象物としても良いことは言うまでもない。

さらに、第１実施形態では、ハウジングの温度を支持部温度として測定しているが、継手ハウジングやキャップ等のハウジング以外の温度を測定してもよく、主軸及び軸受を含んだ回転部を支持する支持部側の温度であれば、支持部側のどこの温度を測定するかについては適宜変更可能である。加えて、ハウジングの内部や回転体の表面等に設けられた媒体用流路内の要温度調整媒体の温度を支持部温度として測定することも可能である。

さらにまた、第１実施形態及び第２実施形態では、温度調整手段や媒体供給回収手段の動作を切り替えるにあたり、媒体供給回収手段による要温度調整媒体の供給を停止させる、若しくは、温度調整手段と媒体供給回収手段との少なくとも何れか一方を第１状態よりも消費電力が小さい第２状態で作動させるとしているが、温度調整手段において要温度調整媒体の温度の調整を停止（たとえば、回収した冷却用媒体の冷却を停止等）したり、温度調整手段や媒体供給回収手段の電源を遮断する等しても何ら問題はない。

また、コラムに基準温度を測定するための機体温度センサを取り付けているが、基準温度をどこで測定するかについても適宜変更可能であり、要温度調整媒体の温度変化に関わることがなく、要温度調整媒体の温度変化による影響も受けない箇所であれば、コラムではなくベッド等で基準温度を測定しても何ら問題はない。なお、コラムやベッドは、主軸温度変化の影響を受けないため、特に好ましい。

さらに、第１実施形態において、どのような媒体用流路を回転装置に設けるかについても、適宜変更可能であり、たとえば主軸の外周面に媒体用流路が設けられていてもよい。また、第２実施形態では、加工空間に要温度調整媒体を供給してテーブルを冷却しているが、テーブル等の構造体内部に冷却用流路といった媒体用流路を設け、要温度調整媒体を媒体用流路へ供給し、媒体用流路から回収するような場合においても、本発明は好適に採用することができる。
さらにまた、第１実施形態では、推定温度閾値を、温度調整手段及び媒体供給回収手段の停止後の回転部の温度変化との関数としているが、回転部の熱変位との関数であっても何ら問題はないし、同様に、第２実施形態では、推定温度閾値を、温度調整手段及び媒体供給回収手段の停止後のテーブルの温度変化との関数としているが、テーブルの熱変位との関数であっても何ら問題はない。

またさらに、第１実施形態及び第２実施形態では、冷却装置のみによって要温度調整媒体の温度調整と、該要温度調整媒体の供給／回収とを行うように構成しているが、温度調整手段と媒体供給回収手段とを別の装置として構成することは当然可能である。
加えて、第１実施形態及び第２実施形態では冷却用媒体の温度を調整するとしているが、油圧動作における供給油の温度を調整するような温度調整手段を備えた工作機械にも好適に採用することができる。

１・・主軸装置（回転装置、構造体）、２・・ハウジング（支持部）、３・・軸受（回転部、第１箇所）、４・・主軸（回転部、第１箇所）、５・・冷却用流路（媒体用流路）、１０・・工作機械、１１・・テーブル（構造体、第１箇所）、１３・・コラム（工作機械における第２箇所）、１７、３８・・冷却装置（温度調整手段、媒体供給回収手段）、２１、３１・・ＮＣ装置（制御装置）、２２、３２・・温度測定装置、２３、３３・・演算装置、２４、３４・・記録装置、２５・・主軸温度センサ、２６、３６・・機体温度センサ、２７、３７・・環境温度センサ、３５・・テーブル温度センサ。

Claims

工作機械の構造体に要温度調整媒体を供給するとともに前記構造体から前記要温度調整媒体を回収する媒体供給回収手段と、前記要温度調整媒体の温度を調整する温度調整手段とを備えた工作機械における温度調整システムの制御方法であって、
前記要温度調整媒体に温度変化をもたらす機械動作の停止後に、前記構造体において、前記要温度調整媒体の温度変化に寄与し、且つ、前記要温度調整媒体の温度変化により変形する第１箇所の近傍の温度である構造体温度を測定するとともに、前記工作機械において、前記要温度調整媒体の温度変化に関わらず、且つ、前記要温度調整媒体の温度変化による変形もない第２箇所の温度である基準温度を測定し、前記構造体温度と前記基準温度とから温度変化値を求める第１工程と、
前記温度変化値をもとに、前記第１箇所の推定温度を求める第２工程と、
前記推定温度にもとづき前記温度調整手段と前記媒体供給回収手段との少なくとも何れか一方の動作を通常運転の第１状態から前記第１状態よりも消費電力の小さい第２状態へ切り替える、若しくは、前記温度調整手段と前記媒体供給回収手段との少なくとも何れか一方の動作を停止させるか否かを判定する第３工程と
を実行することを特徴とする工作機械における温度調整システムの制御方法。
前記第２工程において、前記推定温度の変化と前記第１箇所の温度変化との時間応答が等しくなるように予め求めた係数、及び前記温度変化値を用い、前記推定温度を求めることを特徴とする請求項１に記載の工作機械における温度調整システムの制御方法。
前記第３工程において、前記推定温度と所定の推定温度閾値とを比較し、その比較結果に応じて前記温度調整手段と前記媒体供給回収手段との少なくとも何れか一方の動作を前記第１状態から前記第２状態へ切り替える、若しくは、前記温度調整手段と前記媒体供給回収手段との少なくとも何れか一方の動作を停止させるか否かを判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械における温度調整システムの制御方法。
前記推定温度閾値は、前記第１箇所の熱変位若しくは前記温度調整手段及び前記媒体供給回収手段の動作停止後における前記第１箇所の温度変化との関数であり、許容する熱変位若しくは温度変化に応じて決定されることを特徴とする請求項３に記載の工作機械における温度調整システムの制御方法。
前記要温度調整媒体に温度変化をもたらす機械動作の前に、前記構造体温度及び前記基準温度を測定し、前記構造体温度と前記基準温度とから温度変化値を求め、前記温度変化値をもとに前記第１箇所の推定温度を求めるとともに、前記推定温度の変化率を求め、前記推定温度の変化率と所定の変化率閾値とを比較し、その比較結果に応じて前記推定温度閾値を更新する前工程を実行することを特徴とする請求項３又は４に記載の工作機械における温度調整システムの制御方法。
前記変化率閾値は、前記工作機械が設置される環境温度との関数であり、
前記前工程において、前記環境温度を測定するとともに、当該環境温度に応じて前記変化率閾値を決定することを特徴とする請求項５に記載の工作機械における温度調整システムの制御方法。
前記構造体が、所定の軸回りで回転する回転体及び前記回転体を軸支する軸受を含んだ回転部と、前記回転部を支持する支持部とを有する回転装置であり、前記媒体供給回収手段にて前記支持部又は前記回転部に設けられた媒体用流路から前記要温度調整媒体を回収し、前記温度調整手段にて前記要温度調整媒体の温度を調整した後、再び前記媒体供給回収手段にて前記媒体用流路へ供給する工作機械における温度調整システムの制御方法であって、
前記第１箇所が前記回転部である一方、前記第２箇所が前記回転装置以外の箇所であり、
前記第１工程において、前記支持部側の温度若しくは前記媒体用流路内の前記要温度調整媒体の温度を前記構造体温度として測定することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の工作機械における温度調整システムの制御方法。
前記構造体が、工作機械の加工空間内に設置されるテーブルであり、前記媒体供給回収手段にて前記加工空間から前記要温度調整媒体を回収し、前記温度調整手段にて前記要温度調整媒体の温度を調整した後、再び前記媒体供給回収手段にて前記加工空間へ供給する工作機械における温度調整システムの制御方法であって、
前記第１箇所が前記テーブルの一部である一方、前記第２箇所が前記加工空間外の箇所であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の工作機械における温度調整システムの制御方法。