JP6670545B2 - 構造部材により構成される機械ラックを備える工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、構造部材及び部品により構成され、それらが装着される機械ラックを備える工作機械に関する。これらの構造部材及び部品は、工作機械の動作中に発熱する機能部品を含む。そこでは、工作機械の構造部材の温度による変形が流路システムによって低減される。

工作機械の温度による変形を低減する種々の装置及び方法が従来技術から既知である。例えば、特許文献１からは、スプレーノズルを用いる冷却が既知である。特許文献１では、自由に枢動可能なスプレーノズルによって、冷媒が工作機械の所定の場所に噴霧され、それらの場所を冷却する。

特許文献２からは、補償機構を備える機械が既知である。特許文献２では、機械の変形が検出装置によって特定され、それに続いて、特定された変形の補償が補正装置によって実行される。したがって、ここでは工作機械を冷却せずに変形の補償のみが行われる。

上述の工作機械の温度による変形が例示的に図１に示されている。図１に示されている工作機械は、機械ベッド５００、ポスト９００、機械テーブル５０１、及び主軸により構成される。機械ベッド５００はガイドを介して機械テーブル５０１に連結し、主軸９０１を受けるポスト９００は機械ベッド５００に固定されている。工作機械の動作時、主軸９０１又はガイド等の発熱する機能部品が配置される領域は、比較的激しく加熱される。工作機械の構造部品がこのように一方から加熱されることで、工作機械の構造部品の不均一な変形又は歪みが生じる。これらの歪みに起因して、工作機械の加工軸も変位する。図１の右側の図には、このように不均一に加熱された工作機械が示されている。ここでは、主軸の加工軸が角度αだけ変形し、機械テーブル５０１の加工軸が角度βだけ変形する。図示の工作機械では、これらの変形は特に、機械ベッド５００の上側と下側との温度差によって生じる。図示の例では、機械ベッドの下側５０３の温度は機械ベッドの上側５０２の温度よりも低い。これらの温度差に起因して、機械ベッド５００の異なる側が別様に膨張する。機械ベッドの下側５０３の温度は機械ベッドの上側５０２におけるよりも低いため、機械ベッドの上側５０２は機械ベッドの下側よりも更に膨張する。ポスト９００及び機械テーブル５０１の双方は機械ベッド５００に取り付けられ、したがってこの機械ベッド５００は動作中に変形又は湾曲するため、加工軸の様々な変動が生じる。当然ながら、図示の歪み及び湾曲は、機械ベッド５００の長さが大きいほど、また機械ベッド５００における温度差が大きいほど大きく作用する。

独国特許出願公開第４１３２８２２号 国際公開第２０１２／０３２４２３号

本発明の目的は、上述の工作機械の温度による変動を、可能な限り安価で効果的に補償することである。特に、工作機械の温度による湾曲及び屈曲を低減することになる。

この目的は、独立請求項の特徴部によって解決される。従属請求項は本発明の有利な実
施形態に関連する。

構造部材及び部品により構成され、それらが装着される機械ラックを備える工作機械は、工作機械の動作中に発熱する機能部品を備える。ここでは、熱輸送によって熱が構造部材及び／又は部品に入力される可能性がある。工作機械は流路システムを備えることができる。流路システムにおいて、工作機械の構造部材及び／又は部品に配置することができる温度調整（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）媒体が循環することができ、温度調整媒体が通過することによって、機能部品によって発生する熱を機械ラック及び／又は部品に分散することができるようになっている。

工作機械の当該の構造部材における熱入力の均一な分布によって、構造部品の温度差及びひいてはまた構造部材のそれぞれの歪みを低減することができる。

したがって、本発明に係る流路システムでは工作機械の冷却は行われず、むしろ、工作機械の構造部品の種々の領域の温度差の均等化が行われる。機械ラック及び工作機械の更なる構造部材における均一な温度によって、工作機械の構造部材及び部品の歪みを回避しながら、温度による均一な膨張が可能になる。

工作機械を冷却する既知の原理とは異なり、冷却流路は、直接及び専ら、発熱する機能部品に配置され、機械ラックから周囲環境又は冷却機に熱入力を分散させる。本発明において、発熱物を有する領域と、発熱物を有しない領域との双方に流路が設けられる。流路の構成のこの形態により、工作機械の構造部品における温度勾配を減少させ、ひいては歪みを低減し、同時に、放熱を行う冷却機をなくすことが可能になる。

換言すると、本発明に係る構想は、加熱された構造部品の冷却の問題ではもはやなく、要点は、発生した熱を、本発明に係る流路システムによって、部品に均一に分散させることにある。したがって、従来技術で上述したように、変位／移動は、基本的には制御による補償によって補償することができるため、冷却は本来重要ではない。それと同時に、工作機械の歪み、及びそれにより生じる上述した角度誤差は、基本的には冷却原理によって補償することができない。ここでは、本発明は、熱が発生場所において分散し、部品が設置空間全体で均一に温度調整される場合には、部品は熱負荷の影響下で歪まないという観測に基づいている。ここでは、本発明に係る流路システムの流路の全てに、ポンプによって運ばれることが好ましい、均等に温度調整された媒体が通ることが重要である。

流路システムは、工作機械の構造部材及び／又は構造部品に配置することができ、構造部材及び／又は構造部品の傾斜及び／又は変位を防止することができるようになっている。特に、一部の流路システムは、構造部材及び／又は構造部品の温かい場所に取り付けられ、流路システムの更なる部分は、熱均等化を行うことができ、工作機械を温度調整することができるように冷たい領域に離間している。このようにして、不均一な膨張が回避されることから、工作機械の加工の正確性を向上することができる。

温度調整媒体はポンプによって循環することができ、その場合、流路システムの全ての流路を通ることができる。それにより、構造部材及び／又は構造部品の特に効率的な温度調整が確実になる。したがって、機能部品の発熱に応じたポンプの力の調整によって温度調整が可能であるため、温度調整する冷却機は必要とされない。

工作機械の流路システムの流路は、中空形状部（ｈｏｌｌｏｗ ｐｒｏｆｉｌｅｓ）として工作機械の構造部材及び／又は構造部品の表面に配置することができる。一方では、工作機械の部品の表面に直接、中空形状部を構成することによって、本発明に係る工作機械の単純な形態が可能であり、他方では、本発明に係る流路を本工作機械に後付けするこ
とが可能である。さらに、流路として中空形状部を使用することは、成型部分として一体的に製造された高価な流路に対して、安価で効果的な代替形態を提示する。

流路システムの流路は冷却形状部として構成することができる。各冷却形状部は、少なくとも供給流路と、温度調整媒体を受け取る戻り流路とを有することができる。供給流路及び戻り流路を同時に有する冷却形状部を設けることで、１つのみの単一形状部の取付けによって、工作機械の全ての縁部を完全に温度調整することが可能になる。さらに、供給流路及び戻り流路の開口を冷却形状部の同じ場所に設けることができ、それにより、冷却システムに対する非常に単純な接続が可能になる。さらに、これらの冷却形状部は、流路システムの安価な製造が確実になるように、必要に応じて所望の長さに事前製造及び切断することができる。

冷却形状部の供給流路は、温度調整媒体を転向することができるように、戻り流路に通じて接続することができる。この特定の形態により、循環路又は流路システムを単一の冷却形状部を用いて予め形成することができる。それにより、流路システムによって工作機械のコスト及び更に複雑性を低減することができる。

供給流路は、供給部から戻り部へ転向するフライス加工（ｍｉｌｌｅｄ）トラックを有する溶接プレートによって、戻り流路に接続することができる。それにより、流路内に大きい流れ抵抗を形成することなく、供給流路を戻り流路に安価に接続することが可能になる。

冷却形状部は、工作機械の構造部材及び／又は構造部品にねじ留めすることができる。冷却形状部をねじ結合によって取り付けることで、一方では、冷却形状部の側面と工作機械の構造部材及び／又は構造部品との間の良好な結合が確実になり、他方では、ねじ結合は、冷却形状部のその後の分解が可能である。したがって、冷却形状部にやがて摩耗が生じる場合、単純にねじを外して取り替えることができる。

工作機械の流路システムの流路は、管として構成し、工作機械の構造部材及び／又は構造部品の溝に取り付けることもできる。このようにして、工作機械に流路を可能な限り省スペースで取り付けて、したがって工作機械の表面及び縁部を温度調整することも可能にし、これは狭い設置スペースしか占めない。

流路システムの流路の管は、固定蓋によって溝に固定することができる。このような固定蓋により、管は特に単純に溝に固定することができるか、又は、固定蓋を介して管に圧力を加え、工作機械の構造部材及び／又は構造部品に対する管の完全な接触領域を確実にするとともに、ひいては伝熱も最適化することもできる。

流路システムの流路の管は、銅製とすることができる。銅の高い熱伝導率という特に有利な特性によって、工作機械の熱均等化を更に加速することができる。したがって、銅を用いることで、工作機械の温度勾配を更に減少させることができる。

流路システムの流路は、工作機械の部品及び／又は構造部材における穴（ｂｏｒｅ）として構成することもできる。それにより、発熱する機能部品の直近で温度調整媒体を循環させることが可能になり、ひいては工作機械の改善された温度調整が確実になる。

流路システムの流路は、主軸コア及び主軸軸受に同時に配置することができる。それにより、主軸コア及び主軸軸受において発生する、工作機械への高い熱入力が、発生場所において既に分散することができる。さらに、繊細な主軸の変形及び湾曲が特に低減される。

工作機械は機械ベッド及び機械ポストを備えることができる。工作機械の流路システムの流路は、機械ベッドの縁部に沿って上側及び下側に、また、ポストの縁部に沿って上側及び下側に配置することができる。上側及び下側に沿った流路のこの有利な構成は、特に効果的な温度の均等化を実行する。これは、特に、工作機械の最大の構造部材に属する機械ベッド及びポストの温度勾配が工作機械の歪みに特に著しく影響するためである。さらに、機械ベッド及びポストは、流路を取り付ける広い表面を有し、それにより、それらの表面に流路を安価で単純な様式で設置することができる。

工作機械は、温度調整媒体の体積流量を調節するポンプを備えることができる。ポンプは、温度調整媒体の温度差の大きさを、流路システムの種々の領域において、最大で３℃、また好ましくは最大で１℃に制限することができるように設定することができる。したがって、流路内の体積流量はポンプの力によって調節することができる。熱輸送は、体積流量によって制御することができ、さらにその後、流路システム内の温度差をこうして調整することができる。工作機械の種々の構造体の湾曲及び歪みは、流路システムの種々の領域における温度調整媒体の温度差の大きさが摂氏３度を下回る（若しくは最大で摂氏３度である）、又は好ましくは摂氏１度を下回る（若しくは最大で１℃である）場合、特に良好に低減することができる。したがって、温度差を制限することにより、特に、湾曲がなく歪みの少ない構造体を確実にすることができる。温度差の制限により、とりわけ冷却流路システムの締付けに積極的に影響を与える、冷却流路の変形の著しい低減が更にもたらされる。

さらに、工作機械は、温度勾配を検知するように、機能部品の領域に第１の温度センサーを、また、機能部品を有しない領域に少なくとも第２の温度センサーを備えることができる。２つの温度センサーによって温度勾配を求めることで、温度調整媒体の体積流量の効率的で単純な調節を実行することができる。温度センサーは、一方では発熱する機能部品に、他方では工作機械の冷たい領域に取り付けられることが好ましく、流路システムの最大温度及び最小温度を求めることができるようになっている。それにより、体積流量の非常に効率的な調節を形成することができる。

工作機械は、調節及び制御ユニットを更に備えることができる。このユニットは、温度調整媒体の体積流量をポンプの力によって調節することができ、それにより、第１の温度センサーと第２の温度センサーとの間の温度差の大きさを、最大で３℃、また好ましくは最大で１℃に制限することができるように設定することができる。温度差に基づく体積流量の調節は、工作機械のそれぞれの構造部材に生じる最大の湾曲及び歪みを制限する、単純で安価な可能性を提示する。

温度調整媒体が循環する流路システムを形成することが可能な流路を有する工作機械を温度調整する方法は、専ら流路又は流路システム内の温度調整媒体を循環させることによって、工作機械の温度勾配を均等化するステップを有することができる。専ら流路システム内に温度調整媒体を循環させることによって工作機械の温度勾配を均等化することにより、内部に冷却機を用いることなく工作機械の構造部品の屈曲を低減することが可能になる。したがって、本発明に係る方法に従って温度調整することによって、温度調整される工作機械のコスト及び複雑さが低減される。

工作機械を温度調整する方法は、工作機械が機能部品を配置することができる第１の領域と、第１の領域から離間することができる第２の領域とを有することができ、機能部品によって発生する第２の領域への熱入力が第１の領域に対するよりも小さくすることができ、工作機械はポスト９００及び機械ベッド５００を備えることができる。流路システムは第１の流路及び第２の流路を更に有することができる。本方法は、以下のステップ、す
なわち、機械ベッドの第１の流路から機械ベッドの第２の流路に温度調整媒体を循環させるステップと、機械ベッドの第２の流路からポストの第１の流路に温度調整媒体を循環させるステップと、ポストの第１の流路からポストの第２の流路に温度調整媒体を循環させるステップと、ポストの第２の流路から機械ベッドの第１の流路に温度調整媒体を循環させるステップとを含むことができる。ポスト及び機械ベッドの流路間に温度調整媒体を循環させることにより、ポスト及び機械ベッドの温度を互いに均等化することが可能になる。それにより、工作機械ラックの更なる湾曲が低減される。

工作機械を温度調整する方法は、工作機械が機能部品を配置することができる第１の領域と、第１の領域から離間することができる第２の領域とを有することができ、機能部品によって発生する第２の領域への熱入力が第１の領域に対するよりも小さくすることができ、工作機械はポスト９００及び機械ベッド５００を備えることができる。流路システムは第１の流路及び第２の流路を更に有することができる。本方法は、以下のステップ、すなわち、機械ベッドの第１の流路からポストの第１の流路に温度調整媒体を循環させるステップと、ポストの第１の流路からポスト及び／又は機械ベッドの第２の流路に、及びその反対に温度調整媒体を循環させるステップとを含むことができる。ポストの流路を機械ベッドの流路に接続することにより、発熱する機能部品の一部のみが作動する場合でも、可能な限り少ない温度勾配を工作機械の構造体全体に達成することができることが確実になる。

工作機械を温度調整する方法は、ポンプによって流路内の温度調整媒体の体積流量を調節するステップを更に含むことができる。ここでは、体積流量は、流路システムの種々の領域における温度調整媒体の温度差の大きさを、最大で３℃、また好ましくは１℃とすることができるように調節することができる。工作機械の種々の構造体の湾曲及び歪みは、流路システムの種々の領域における温度調整媒体の温度差の大きさが摂氏３度を下回る（若しくは最大で摂氏３度である）又は好ましくは摂氏１度を下回る（若しくは最大で１度である）場合、特に良好に低減することができる。したがって、温度差の制限により、特に湾曲がなく歪みの少ない構造体を確実にすることができる。温度差の制限により、とりわけ冷却流路システムの締付けに積極的に影響を与える、冷却流路の変形の著しい低減が更にもたらされる。

初期状態及び変形状態における工作機械を示す図である。 冷却形状部を有する機械ベッド及び冷却形状部を有するポストを示す図である。 基礎部材の溝にある冷却形状部を示す図である。 基礎部材に結合された固定部片内の冷却形状部を示す図である。 基礎部材の穴内の冷却形状部を示す図である。 供給部及び戻り部、更には転向プレートを備える冷却形状部を示す図である。 供給部及び戻り部を備える冷却形状部の断面図である。 機械ベッドの上側及び下側に冷却形状部を備える機械ベッドを示す図である。 機械ベッドの側面図、及び循環路又は流路システム内の温度調整媒体の進み方を概略的に示す図である。 初期状態及び変形状態の工作機械を示す図であり、ポストが変形状態で機械ベッドに向かって湾曲している。 全長Ｌの機械ベッドの平面図である。 種々の冷却形状部を有するポストの正面側からみた斜視図である。 種々の冷却形状部を有する機械ポストの背面側からみた斜視図である。 供給部及び戻り部を備える冷却形状部の例示的な寸法を示す図である。 工作機械の構造部品を示す図であり、冷却形状部がガイドにそって溝に配置されている。 フライス加工凹部を有する基礎部材、及び、固定蓋によって固定されている、フライス加工凹部に収容された冷却形状部を示す図である。 基礎部材の凹部内にクランプされている冷却形状部を示す図である。 基礎部材の特殊な形状の溝に挟持されている冷却形状部を示す図である。 主軸の軸受及びコアの温度調整部を示す図である。 主軸の軸受冷却部及びナット冷却部を示す図である。 軸受冷却部及び主軸コア冷却部を示す図である。 工作機械の推進駆動部を温度調整する冷却リング及び冷却ポットを示す図である。 ミリメートル単位で、冷却された横ビームの変位を示す図である。 温度調整を伴う場合及び温度調整を伴わない場合の横ビームの最大の変位の比較を示す図である。 温度調整媒体の体積流量を制御する閉ループを示す図である。

工作機械の温度応答は、内部若しくは外部の熱源又は更にヒートシンクによる熱バランス変動時、この機械の個々の構造部品の変動から生じる。こうして生じる変位及び移動は、制御による補償によって補償することができる。しかし、それにより生じる歪み又は角度誤差は補償することができない。さらに、変位と傾斜とが切り離せない場合には補償が可能でないことが多い。したがって、本発明の目的は、それぞれ、機械構造体の傾斜を防止するとともに、変位を補償及び更に防止することである。

熱が発生場所において分散し、部品が設置空間全体で均一に温度調整される場合には、構造部材が熱負荷の影響によって歪まない。正確には、本発明は、縁部に沿って、及び必要に応じて更には工作機械の構造部材の表面及び／又は部品上に、温度調整媒体の流れを引き起こさせる。この媒体は、必要に応じて冷却又は加熱することができ、変位又は移動を更に制御することができるようになっている。しかし、温度調整ライン又は流路の全てに、ポンプによって運ばれる温度調整された媒体が通っていることが重要である。

図２において、ポスト９００及び機械ベッド５００が示されている。ポスト９００には、種々の冷却形状部が、正面及び背面に対して表面に直接取り付けられている。第５の冷却形状部３０５がポスト９００の左前縁部に沿って存在する。この冷却形状部に対して平行に、更なる冷却形状部がポストの前面の中央に配置されている。ポスト９００の前面の第５の冷却形状部３０５に対して平行な右外面に、更なる冷却形状部が追加で配置されている。ポスト９００の背面にも、３つの冷却形状部が互いに平行に配置されている。これらの冷却形状部は、工作機械の当該の構造部材の温度が最大値又は最小値であると考えられる領域に配置されることが好ましい。したがって、冷却形状部は、特に発熱する機能部品の領域に配置される。

機械ベッド５００の上側には３つの平行な冷却形状部が配置される。そこでは、機械ベッド５００の上側の左縁部に、第２の冷却形状部３０２が配置されている。第２の冷却形状部３０２に対して平行に、第３の冷却形状部が機械ベッドの中央に存在する。第３の冷却形状部に対して平行に、更なる冷却形状部が縁延長部に沿って右外面に存在する。機械ベッド５００の下側には３つの冷却形状部が存在する。これらの冷却形状部は、互いに平行かつ機械ベッド５００の外縁部に対して平行に配置される。通常、発熱する機能部品は機械ベッド５００の上側に配置されるが、機械ベッド５００の下側には配置されない。そ
れにより、機械ベッド５００の上側及び下側のそれぞれにある冷却形状部の対向する構成により、機械ベッド５００に温度勾配の理想的な均等化がもたらされる。このような冷却形状部の単純な適用により、それぞれ工作機械の構造部品の表面に及び縁部に沿って、工作機械の構造部品の温度調整を単純な手段で行うことができ、したがって流路システムは単純に形成することができる。したがって、上述の実施態様によって均一な温度分布がそれぞれの構造部品において達成され、それにより、内部に高価な冷却機を必要とせずに構造部品の歪みが低減される。したがって、材料を介しての構造体内の熱伝導のみでは上述の湾曲を防止するにはあまりに効果が薄いため、本発明によって、構造体内の熱均等化が上述の冷却形状部を介して向上される。したがって、本発明は、熱又は低温の影響にさらされ、これに起因して不正確になる全ての工作機械において用いることができる。高価な冷却手段は本発明には必要とされない。

図３ａにおいて、基礎部材１５の流路としての冷却形状部の例示的な構成が示されている。冷却形状部３００は基礎部材１５のフライス加工凹部に挿入され、固定クランプ１６１によって基礎部材１５に固定されている。固定クランプ１６１は基礎部材１５に対してねじ留めされていることが好ましい。この実施形態では、冷却形状部３００は単に単純な管として示されている。全く異なる断面を有する形状部の使用も可能である。

図３ｂにおいて、冷却形状部は固定片１６２に収納されている。固定片１６２は基礎部材１５にねじ留めされていることが好ましい。さらに、固定片１６２は基礎部材に溶接することができる。これにより、溶接によって固定片１６２と基礎部材１５との間の特に良好な接触が行われ、それにより、伝熱も特に有利になるという利点を得る。

図３ｃにおいて、冷却形状部３００は基礎部材１５の穴内に示されている。穴内の冷却形状部３００の構成は、狭い空間条件を有する構造部材において特に実施可能である。

本発明の流路システムの特に有利な形態において、冷却形状部は、１つのみの流路ではなく、２つの流路を有する。図４において、供給流路及び戻り流路並びに接続面８を有する冷却形状部３００が示されている。図示の冷却形状部には、供給ポート８０１及び戻りポート８０２が、冷却形状部３００の同じ側面に示されている。これにより、循環路又は流路システムの特に単純な構成が確実になる。供給ポート８０１及び戻りポート８０２は、接合部８０４を介して結合ねじ８０３（Ｇ１／４ねじが好ましい）によって冷却形状部に結合されている。ポート８０１及び８０２の上記形状部に対する種々の結合部はねじ込み式結合部であることが好ましい。これにより、冷却形状部の締付けに関して、単純な生産性及び高い信頼性が確実になる。図示の冷却形状部は、非常に単純に生産でき、さらに、冷却形状部３００を単純に切断し、その後、供給ポート及び戻りポートを所望の長さまでねじ込むことにより、非常に単純に生産できるという利点を有する。供給ポート８０１及び戻りポート８０２の反対側には、転向プレート３５０がある。転向プレート３５０は、温度調整媒体を供給部から戻り部に、またその逆に、それぞれ転向する役目を果たす。そこでは、転向プレート（ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｐｌａｔｅ）３５０は、例えば、冷却形状部に溶接することができる。転向プレート３５０は転向キャビティ３５１を有する。この転向キャビティは、転向プレート３５０における単純なフライス加工凹部であることが好ましい。冷却形状部表面３４０を有する冷却形状部３００は、固定穴３４１を介して単純な様式で、工作機械のそれぞれの構造部材に安定して結合することができる。このように、例えば摩耗の兆候が現れた場合に、工作機械の流路システムの個々の冷却形状部が交換可能であることも可能になる。図示の冷却形状部によって、非常に単純で安価な流路システム／循環路の形成が可能になる。したがって、僅かな冷却形状部を工作機械の温かい側と冷たい側とに用いることで既に、工作機械の単純な温度調整を行うことができる。

図５において、流路システムの冷却形状部の断面図が例示的に示されている。図示の冷却形状部３００は、２つの別個のチャンバーを有する矩形の中空形状部として構成されている。冷却形状部は、第１のキャビティ３１１及び第２のキャビティ３１２を有する。第１のキャビティ３１１は第１のキャビティ空間（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）３２１によって囲まれている。第２のキャビティ３１２は第２のキャビティ空間３２２によって囲まれている。左側には、冷却形状部３００の固定面３３０がある。第１のキャビティ空間及び第２のキャビティ空間は、直接キャビティとして構成するか、非常に高い熱伝導率を有する材料で形成することができる。キャビティ空間が実際のキャビティとして構成される場合には、図示の冷却形状部３００は、実際に、供給ポート及び戻りポートを介して流路システムに接続する２つの大きい矩形チャンバーを有する。キャビティが特に大量の温度調整媒体を内部に収容することができるため、工作機械のそれぞれの構造部材も特に効果的に温度調整することができる。

図６において、流路システムの複数の冷却形状部３００を有する機械ベッドが示されている。図６では、機械ベッドの下側に、第１の冷却形状部３０１及び第４の冷却形状部３０４がある。したがって、これらの２つの冷却形状部は、機械ベッドの冷たい側又は加熱された側にない。したがって、これらの冷却形状部では、温度調整媒体が冷却されるか又は熱が分散する。機械ベッドの上側には、発熱する機能部品に直接配置される第２の冷却形状部３０２及び第３の冷却形状部３０３がある。特に、第２の冷却形状部３０２及び第３の冷却形状部３０３は、第１のガイド１及び第２のガイド２に配置されている。さらに、機械ベッドの中央には、発熱する駆動部６を配置することができる。第２の冷却形状部３０２及び第３の冷却形状部３０３は、発熱する機能部品の熱入力を、内部を循環している温度調整媒体を介して吸収し、機械ベッド又は工作機械のより冷たい領域にある冷却形状部に伝達する。工作機械及び特に図示の工作機械ベッドは、ベッド平面（ｆｌｕｓｈ）４及び中空チャンバー７を有する。図６に示されている種々の冷却形状部の構成により、機械ベッドにおける特に効果的な温度調整及びひいては特に効果的な熱均等化、又は特に効果的な熱分散につながる。これは、上記形状部が発熱する機能部品の特に近くに配置され、熱を均等化するように設けられている形状部が機械ラックの特に冷たい領域に配置されるためである。さらに、冷却形状部の図示の構成は、十分に又は効果的に温度調整するのに、４つの中空形状部を工作機械又は工作機械ベッドに取り付けることを必要とするのみであるため、特に安価に製造することができる。

図６に示されている工作機械又は図示の工作機械ベッドの更なる説明のために、工作機械ベッドの側面図が図７に示されている。図７に示されている、機械ベッドの下側の第４の冷却形状部３０４を介して、流路システムの一部が示されている。特に、図７において、流路システム又は冷却形状部内の温度調整媒体の概略的な循環が、機械ベッドの下の矢印によって示されている。第４の冷却形状部３０４の右外面には、冷却形状部ポート８がある。温度調整媒体は、概略的な流れ矢印に従って、冷却形状部ポート８から機械ベッドの左外端部に、及びその反対に導かれる。

図８において、冷却された工作機械及び冷却されていない工作機械が比較されて示されている。図８では、図示の工作機械は、ポスト凹部１０を有するポスト９００を備える。機械ベッドの下側には、第４の冷却形状部３０４、及びポスト９００の上側には上側駆動部１１が示されている。上側駆動部の初期位置１１０は、上側駆動部の変形位置１１１と比べてかなりの偏向を示している。さらに、概略的な線８０１及び線８０２によって、ここでも機械ベッドの変形が示されている。図８に示されている工作機械の変形は拡大されて示されている。しかし、工作機械の歪み及び湾曲のかなりの改良（低減）を、工作機械の種々の領域における本発明に係る冷却形状部の、本発明に係る構成によって確実にすることができることに留意するべきである。

図９において、機械ベッドの平面図が示されている。特に、非常に長い機械ベッドを備える工作機械において、機械ベッドの湾曲は、ワークの加工の正確性に特に著しく影響する。図９において、工作機械の長さ又は工作機械ベッドの長さはＬで示されている。

図２のポスト９００の種々の面にある冷却形状部の構成と同様に、図１０ａ及び図１０ｂにおいて、工作機械のポストにある冷却形状部の好ましい構成が、特定の例において示されている。図１０ａでは、第５の冷却形状部３０５がポスト９００の上縁部に沿って配置されている。第６の冷却形状部３０６はポスト９００の軸に沿って中央に配置されている。ポスト９００の下側には、第７の冷却形状部３０７が配置されている。冷却形状部の図示の構成によって、第６の冷却形状部３０６からポストの第５の形状部及び第７の形状部に向かう、中央駆動部１３において発生した熱の均等化を行うことができる。図１０ｂにおいて、工作機械のポスト９００の背面１２が示されている。図１０ｂでは、ポスト９００は、上側に第８の冷却形状部３０８を、下側に第９の冷却形状部３０９を有する。

本発明の更なる説明及び種々の冷却形状部の特別な構成のために、本発明に係る工作機械の流路システムは、工作機械を温度調整する温度調整装置とみなすこともできる。その場合、温度調整媒体が循環する流路システムの種々の流路（第１の流路及び第２の流路）は、工作機械の第１の領域及び第２の領域に配置される。その場合、熱源は第１の領域に配置され、第２の領域は第１の領域から離間している。熱源によって発生した第２の領域への熱入力は、第１の領域への熱入力よりも低くすることができる。第１の流路は第１の領域に配置することができ、第２の流路は第２の領域に配置することができる。流路は、工作機械の構造部材の縁部に沿って及び／又は表面上に更に配置することができる。流路は、工作機械の構造部材に配置することができ、温度調整媒体が第１の流路から第２の流路へと循環する際、工作機械の異なる領域の温度勾配を減少させることができるようになっている。工作機械の種々の領域における流路の構成によって、工作機械の構造に対する熱入力の再分散を単純な様式で行うことができる。

図１１において、冷却形状部の特に有利な形態の例示的な寸法、又は冷却形状部の断面が示されている。ここでは、この中空形状部は、特に、非常に高い熱伝導率を有する材料が好ましい。

特にガイド内の放熱を更に増加させることを可能にするために、冷却形状部を、ガイドの隣に直接配置されている溝に収容することが有利である。図１２において、冷却形状部はガイド１及びガイド２の隣に直接配置される溝内に示されている。このように、図１２に示されている冷却形状部３００の構成によって、放熱は、工作機械の構造部材の変形及び歪み又は湾曲を最小限にすることができるように、ガイド１及び２において直接可能であることが最適である。冷却形状部を溝又はフライス加工凹部に固定し取付けるのに好ましい可能な固定法が図１３ａ〜図１３ｃに示されている。

図１３ａにおいて、冷却形状部３００は、工作機械の構造部材の基礎部材１５にあるフライス加工凹部（溝１５１）内に配置されて示されている。冷却形状部３００は固定蓋１６によってフライス加工凹部に押し込まれ、それにより、冷却形状部と基礎部材との最適な接触が確実になるとともに、伝熱が最大になる。これは、例えば、図示の固定蓋１６によって確実になる。この固定蓋１６は、冷却部材３００を上から押し、固定蓋１６が、一方では基礎部材の固定溝と係合し、他方では冷却形状部３００の表面に適合するように変形する。

図１３ｂにおいて、冷却形状部３００は、基礎部材１５にあるフライス加工凹部に押し込まれて示されている。

図１３ｃにおいて、基礎部材１５にあるフライス加工凹部は、冷却形状部３００を基礎部材のフライス加工凹部に押し込み、それにより、基礎部材１５のフライス加工凹部の楔形部分に固定することができるように構成される。したがって、ここでは、冷却形状部３００の取付け時、冷却形状部３００は、基礎部材１５にあるフライス加工凹部の首部を通って僅かに圧縮されるようにガイドされ、冷却形状部はフライス加工凹部の球根状要素内で再び拡がることができ、自然に基礎部材１５のフライス加工凹部の首部を通って滑り出ることはもはやない。冷却形状部３００を固定するのに楔形のフライス加工凹部を設けることで、冷却形状部を固定する特に有利な形状をもたらすことができる。

図１４において、主軸軸受冷却部と組み合わされた主軸コア冷却部が示されている。工作機械の温度安定性を更に向上させるために、主軸コア冷却部に加えて主軸軸受冷却部を設けることができる。その場合、主軸軸受冷却部は、第２の冷却穴２５及び第３の冷却穴２６によって実現される。その場合、第２の冷却穴２５は、軸受２０に適用される冷却リング２２にある。第３の冷却穴２６は、主軸の正面に取り付けられる冷却ポット２３にある。したがって、図示の実施形態では、第１の冷却穴２４によって主軸のコア２１が冷却されるだけでなく、外側の軸受が第２の冷却穴２５及び第３の冷却穴２６によって更に冷却されるか又は温度調整され、したがって、工作機械のより高い温度安定性及びより高い精度が達成される。冷却リング２２は内部に複数の冷却穴を有し、それらの冷却穴を通って温度調整媒体が循環し、その温度調整媒体によって、軸受２０の温度を安定して維持することができる。

図１５において、図１５に示した主軸アセンブリの断面図がここでも示されている。図１５では、ナット冷却部が更に例示的に示されている。そこでは、ナットの外周に、種々の冷却穴を有する更なる第２の冷却リングが取り付けられている。したがって、主軸の温度安定性は、第１の冷却穴２４の他に、第２の冷却穴２５及び第２の冷却リング２８の冷却穴を介しても達成される。

図１６において、組み合わされた軸受冷却部及び主軸冷却部が再び示されている。ここでは、図示の軸受の外周に配置されている冷却リングと組み合わされた冷却ポット２３によって、また、内部に設けられた流路システムの冷却流路によって、一方では軸受の、他方では主軸コア２１の温度調整が行われる。主軸コア２１及びまた同時に主軸の軸受２０の温度調整をすることによって、工作機械の精度を特に向上することができる。例示のため、主軸における上述の温度調整を行う冷却リング２２及び冷却ポット２３が再び示されている。そこでは、冷却リング２２及び冷却ポット２３はねじによって互いに固定されている。冷却リング２２及び冷却ポット２３がアルミニウム鋳物から製造される形態が特に好ましい。なぜならそれにより、工具主軸の特に高い温度安定性を達成することができるからである。さらに、主軸の重量はアルミニウム鋳物によって最小限しか増加しない。

図１８において、冷却された横ビーム２９の変位がミリメートル単位で示されている。横ビームのガイドにおける更なる冷却により、横ビームの屈曲が、基準ガイドに対して１２μｍ〜２μｍだけかなり減少することができる。非冷却状態における屈曲は全体の変位の約３０％の部分を占める。残りの６０％は、ボールねじ主軸ナットの加熱によるｘ方向のスライドの拡大、幅（機械のｙ方向）における横ビームの拡大、ｚ方向の横ビームの温度差によるｘ軸回りの回転及びｙ方向の変位として説明することができる。

本発明の特に有利な形態において、たった９ｍｍの内径しか必要としないことで、流路システムの管が横ビーム２９において必要な冷却力を達成する結果となる。ここでは、必要な体積流量は６リットル／分であり、最適な供給温度は２３℃である。これらの境界条件により、工作機械の変形をかなり低減することができる。

図１９において、横ビーム２９の最大変位の比較が再び要約されて示されている。図１９では、冷却を伴う変位と冷却を伴わない変位との差がはっきりと見て取れる。これらの変位は、図１９の横ビームの位置に応じて提示される。変位自体は、図１９においてマイクロメートル単位で示されている。

図２０は、機械ベッド５００の例における流路システム（３０１〜３０９）内の温度調整媒体の体積流量を調節する簡略化された閉ループを示す。流路システムは、簡略化されて、２つの冷却形状部３００により構成されており、各冷却形状部３００は供給部３１１及び戻り部３１２を有する。冷却形状部３００のポートはポンプ３０に通じている。温度調整媒体はポンプ３０によって流路システム内を循環する。したがって、温度調整媒体の体積流量はポンプ３０の力によって調整することができる。それぞれの工作機械又は当該の部品、並びに発熱する既存の機能部品及び取り付けられる冷却形状部に応じて、流路システムにおける体積流量は、流路システムの種々の領域又はセクション内で或る特定の温度差を超えないように調節することができる。ここでは、流路内の温度調整媒体をガイドする利用可能な断面が特に重要な役割を果たす。更なる要因は、機能部品の熱入力が工作機械の構造内に生じることである。これらの要因に応じて、ポンプは、ポンプ力の調節によって体積流量が常に調整されるように選択することができる。それにより、温度調整媒体の温度差の大きさが、３℃の値を超えず、特に有利には１℃を超えないようになっている。それにより、工作機械の構造体の変形、特に湾曲及び歪みを制限することが可能になり、温度調整の労力と部品加工の正確性との間の最適な比率を達成することができるようになっている。さらに、体積流量を調節するために、機械ベッド５００の上側及び下側の温度が測定される。その場合、温度の測定点Ｔ１及びＴ２は、それぞれ上側及び下側（それぞれの構造体の冷たい側及び温かい側）の最大温度が発生する領域に設けられることが好ましい。発熱する機能部品が、機械テーブル５０１を基にして図２０に例示的に示されている。

本特徴部、部品、及び特定の詳細は、必要とされる使用の目的に応じて更なる実施形態を生成するように、交換し、及び／又は組合せることができる。当業者の知識の範囲内にある可能な変更は、本明細書によって暗示的に開示されている。

Claims (17)

1. 構造部材及び部品により構成され、それらが装着される機械ラックを備える工作機械であって、前記構造部材及び前記部品は、該工作機械の動作中に発熱する機能部品を含み、前記熱は、熱輸送によって前記構造部材及び／又は前記部品に入力され、
   流路システム（３０１〜３０９）は、第１流路及び第２流路を有し、
   前記流路システム（３０１〜３０９）は、前記工作機械の前記構造部材及び／又は前記部品上であって、第１の領域及び前記第１の領域から離間する第２の領域内に配置され、
   前記機能部品によって発生した前記第２の領域への前記熱の入力は、前記第１の領域への前記熱の入力よりも低く、温度調整媒体が前記流路システム（３０１〜３０９）を循環し、該温度調整媒体の通過によって、前記機能部品により発生した前記熱が前記機械ラック及び／又は前記部品に分散されるようになって、前記温度調整媒体が専ら前記流路システム（３０１〜３０９）内を循環することによって前記工作機械の温度勾配を均等化し、
   前記流路システム（３０１〜３０９）の流路は、前記工作機械の前記部品の表面に中空形状部として配置され、
   前記工作機械は機械ベッド（５００）及び機械ポスト（９００）を備え、
   前記流路システム（３０１〜３０９）の第１中空形状部は、前記機械ベッド（５００）の縁部に沿って前記機械ベッド（５００）の上側に配置され、前記流路システム（３０１〜３０９）の第２中空形状部は、前記機械ベッド（５００）の他の縁部に沿って前記機械ベッド（５００）の下側に配置され、前記第１中空形状部は、第２中空形状部に対向して配置されることを特徴とする、工作機械。
2. 前記流路システム（３０１〜３０９）は前記工作機械の前記構造部材及び／又は前記部品に配置され、それにより、前記構造部材及び／又は前記部品の傾斜及び／又は変位が防止されることを特徴とする、請求項１に記載の工作機械。
3. 前記流路システム（３０１〜３０９）の流路が冷却形状部（３００）として構成されることと、該冷却形状部（３００）は、少なくとも前記温度調整媒体を受け取る供給流路及び戻り流路を備えることとを特徴とする、請求項１又は２に記載の工作機械。
4. 前記供給流路は、前記温度調整媒体が転向されるように、前記戻り流路に通じて接続されることを特徴とする、請求項３に記載の工作機械。
5. 前記供給流路は、供給部から戻り部へ転向するように、フライス加工トラックを有する溶接プレート（３５０）を介して前記戻り流路に接続されることを特徴とする、請求項３又は４に記載の工作機械。
6. 前記冷却形状部（３００）が前記工作機械の前記部品にねじ留めされていることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の工作機械。
7. 前記流路システム（３０１〜３０９）の流路は管として構成され、前記工作機械は前記管が取り付けられる溝（１５１）を有することを特徴とする、請求項１に記載の工作機械。
8. 前記管は固定蓋（１６）によって前記溝（１５１）に固定されることを特徴とする、請求項７に記載の工作機械。
9. 前記流路の管は銅製であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の工作機械。
10. 前記流路システム（３０１〜３０９）の流路は前記工作機械の前記部品及び／又は前記構造部材にある穴であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の工作機械。
11. 前記流路システム（３０１〜３０９）の流路が主軸コア（２１）及び主軸軸受（２０）に配置されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の工作機械。
12. 前記温度調整媒体の体積流量を調節するポンプ（３０）は、前記温度調整媒体の温度差の大きさが、前記流路システム（３０１〜３０９）の種々の領域において最大で３℃までに制限されるように設定されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の工作機械。
13. 温度勾配を検知するために、第１の温度センサーが前記機能部品の領域に設けられ、少なくとも第２の温度センサーが、前記工作機械の前記機能部品を有しない領域に設けられることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の工作機械。
14. 前記温度調整媒体の体積流量はポンプ（３０）の力によって調節され、前記第１の温度センサーと前記第２の温度センサーとの間の温度差の大きさが最大で３℃までに制限されるように設定されている調節及び制御ユニットが設けられることを特徴とする、請求項１３に記載の工作機械。
15. 前記温度調整媒体を循環させる前記流路システム（３０１〜３０９）は、冷却機を用いることなしに、前記温度調整媒体が専ら前記流路システム（３０１〜３０９）内を循環することによって前記工作機械の温度勾配を均等化することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の工作機械。
16. 請求項１に記載の工作機械を温度調整する方法であって、
    前記温度調整媒体が専ら前記流路システム（３０１〜３０９）内を循環することによって前記工作機械の温度勾配を均等化するステップを特徴とする、方法。
17. 前記流路内の前記温度調整媒体の体積流量をポンプ（３０）を介して調節するステップであって、前記流路システム（３０１〜３０９）の種々の領域における前記温度調整媒体の温度差の大きさは最大で３℃、また好ましくは１℃であるようになっている、ステップを特徴とする、請求項１６に記載の工作機械を温度調整する方法。

Images