JP6955655B2 - 工作機械の温度調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械のベースに備えたコラムが外気温度によって熱変形することを抑制できるようにした工作機械の温度調整装置に関する。

従来、ベースに対して略直角に起立したコラムを備えた工作機械において、床面に設置したベースは熱影響を受けにくい。一方、コラムの上下方向に温度分布が存在すると上下に起立するコラムは外気温度の影響を受け易かった。特に、工具用主軸を備えたコラムの前面はサドル等を覆うＸ軸カバーを備えると共にその前側のテーブル上が加工室であるため、コラムの後面は前面よりも外気温度の影響を受け易かった。
外気温度が高温に上昇する際にはコラムの後面が伸びてコラムが前倒れに傾斜し、外気温度が低温に下降する際にはコラムの後面が縮んで後ろ倒れに傾斜するため、工具によるワーク加工精度に悪影響を与えていた。従来、このような工作機械の温度変化を抑制するための温度調整装置が多く提案されている。

例えば、特許文献１に記載された工作機械は、コラムの側部や上部、またワークを保持する加工治具の背面等に冷却プレートを装着していた。冷却プレートと工作機械の被接合面のいずれかに熱交換オイルを流通させる冷却プレートを装着している。この冷却プレートを流れる熱交換オイルによって工作機械本体を冷却して変形を抑制している。

また、特許文献２に記載された工作機械では、コラム壁を横方向に貫通して互いに平行に延びる貫通孔がコラム壁の中に多数形成され、各２本の貫通孔同士の端部がコラム壁の両側端で結ばれている。そのため、これら貫通孔を流れる冷却液はコラムの下側から上側に向かって蛇行するように流れてコラムを冷却している。

特開２００５−２６２３７９号公報 特許第３６１８５５３号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の発明では、コラムの前後方向の倒れを抑制することや冷却の制御手段等については記載されておらず、熱伝達率が低いためにコラムの前後面の冷却効率が悪かった。しかも、冷却液とコラムの温度差が小さくなると熱の除去に長時間を要するという欠点があった。また、外気温度によるコラム３の倒れの防止について記載されていない。
また、特許文献２に記載の発明は貫通孔を流れる冷却液がコラムの下側から上側に流れ、しかも前後を縫うように蛇行して流れるため、コラムの上側で前後面共に温度が高くなり、逆台形状に熱膨張するためにコラムの主軸側が倒れる前倒れ状態に傾斜してしまう欠点があった。また、コラム後面側の温度が上昇した場合にコラムが前倒れになるが、コラム後面の冷却を行おうとしても前面側にも等しく冷却液が流れるためにコラム後面側の冷却と傾斜の抑制が困難であり、緩やかなコラム全体の冷却しかできなかった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、コラムの熱変形を効率的に抑制できるようにした工作機械の温度調整装置を提供することを目的とする。

本発明に係る工作機械の温度調整装置は、前面に工具を備えたコラムをベースに設置した工作機械の温度調整装置において、ベースの温度をベース温度として測定するベース温度センサと、コラムの工具を設けた前面に取り付けられていて内部に熱交換流体を流す流体流路を形成した前側熱交換パッドと、コラムの前面に対向する後面に取り付けられていて内部に熱交換流体を流す流体流路を形成した後側熱交換パッドと、ベース温度に基づいて熱交換流体の温度を設定する流体温度設定手段と、温度設定された熱交換流体を後側熱交換パッドと前側熱交換パッドに供給する温調装置と、外気温度を測定する外気温度センサと、外気温度センサで測定した過去の外気温度と現在の外気温度との温度差を検出して後側熱交換パッドと前側熱交換パッドに供給する熱交換流体の流量比を調整する流体流量設定手段とを備え、後側熱交換パッドに供給する流体温度設定手段で温度設定された熱交換流体を増減調整することで、コラムの前面及び後面の温度を均一化させるようにしたことを特徴とする。
本発明は、工作機械周囲の外気温度の影響を受けてコラムが前後方向に倒れを生じることがあり、コラム後面は特に外気温度の影響を受け易いが、流体温度設定手段でベース温度に基づいて熱交換流体の温度を設定し、その温度の熱交換流体を温調装置から後側熱交換パッドと前側熱交換パッドに供給することでコラムの前面及び後面の温度を均一化させることができて倒れを防止できる。
また、過去の外気温度と現在の外気温度との温度差を検出して、流体流量設定手段によって後側熱交換パッドと前側熱交換パッドに供給する熱交換流体の流量比を調整して設定することで、コラムの後面の温度がベース温度に近づくように調整できるためコラムの倒れを防止することができる。

また、コラムの後面の温度を測定する後側温度センサと、コラムの前面の温度を測定する前側温度センサとを備えており、コラムの前面と後面の温度差（δＴｍ）が、コラムの平均温度と熱交換流体の温度の温度差（δＴｄ）より小さい場合には、前記熱交換流体の温度をベース温度に設定し、前記コラムの前面と後面の温度差が、前記コラムの平均温度と前記熱交換流体の温度の温度差より大きい場合には、前記熱交換流体の温度を前記コラムの温度調整が迅速に行われるように温度差を大きくする補正を行うことが好ましい。
コラムの前面と後面の温度差（δＴｍ）が、コラムの平均温度と熱交換流体の温度の温度差（δＴｄ）より小さいとコラムと熱交換流体との間で温度調整能力が小さく温度調整に長時間を要するが、熱交換流体の温度をベース温度との温度差を広げるようシフトさせることで、短時間で効率的にコラムの温度を調整できる。

また、過去の外気温度の変化の履歴に基づいて現在の外気温度から先の外気温度の温度変化の傾きを予測して、後側熱交換パッドに供給する熱交換流体の温度と流量を設定するようにしてもよい。
外気温度の変化の履歴に基づいて現在より先の時刻の温度変化の傾きを予測することで、遅れを生じることなくコラムの温度を調整することができる。

本発明に係る工作機械の温度調整装置によれば、ベース温度に基づいて設定された熱交換流体を後側熱交換パッドと前側熱交換パッドに供給することで、コラムの前面及び後面の温度を調整して倒れを防止することができる。

本発明の第一実施形態による工作機械とその温度調整装置を示す構成図である。 図１に示す工作機械をコラムの前側から見た要部斜視図である。 図１に示す工作機械をコラムの後側から見た要部斜視図である。 熱交換パッドを示すもので、（ａ）は流体流路を示す断面図、（ｂ）は側面図である。 冷却液の温度制御方法を示すフローチャートである。 冷却液の流量制御方法を示すフローチャートである。 外気温度傾きデータにおける温度変化の傾きを示す図である。 図７に示す外気温度の傾きとその具体例の数値を示す表である。

以下、本発明の実施形態による工作機械とその温度調整装置について添付図面により説明する。
まず、第一実施形態による工作機械１とその温度調整装置５について図１に基づいて説明する。図１に示す工作機械１はベース２の一端部に門型のコラム３が立設されて略Ｌ字型を有している。コラム３において、主軸１３側の面を前面(前部)３ａといい、前面３ａに対向する面を後面(後部)３ｂというものとする。コラム３には、コラム３の前面３ａと後面３ｂの温度を調整して倒れを防止するための温度調整装置５が設置されている。
次に、図２及び図３に基づいて工作機械１について説明する。ここで、工作機械１において垂直軸をＹ軸とし、Ｙ軸に直交する水平面内において横方向をＸ軸、Ｘ軸に直交する縦方向をＺ軸とする。ベース２にはワークを把持するためのテーブル２２及びパレット２３ａが設けられている。

コラム３にはＹ軸方向に直交する方向に一対のＸ軸ガイドレール８が上下に分かれて平行に配設され、Ｘ軸ガイドレール８に沿って左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能に例えば門型のサドル９が配設されている。サドル９にはＹ軸方向に１対のＹ軸ガイドレール１０が配設され、Ｙ軸ガイドレール１０に沿って上下方向（Ｙ軸方向）に昇降可能な主軸頭１１が設けられている。主軸頭１１には図示しない工具を保持する主軸１３がＺ軸方向に突出し、主軸１３には主軸モータが連結されている。

サドル９には、Ｙ軸ガイドレール１０と平行にＹ軸ボールネジ１５が立設され、Ｙ軸ボールネジ１５の一端部、例えば上端部にはＹ軸駆動源としてＹ軸サーボモータＭｙが連結されている。Ｙ軸ボールネジ１５はサドル９に螺合状態に保持され、Ｙ軸サーボモータＭｙの正逆回転駆動によって主軸頭１１を主軸１３と一体に昇降可能としている。Ｙ軸サーボモータＭｙはコラム３よりも上方に突出して設置されている。
サドル９にはＸ軸ガイドレール８と平行にＸ軸ボールネジ１８が設けられ、Ｘ軸ボールネジ１８の一端部にはＸ軸駆動源としてＸ軸サーボモータＭｘが連結されている。Ｘ軸ボールネジ１８はコラム３に螺合状態に保持され、Ｘ軸サーボモータＭｘの正逆回転駆動によってサドル９をＸ軸ガイドレール８に沿って主軸１３と一体にＸ軸方向に移動可能としている。

ベース２にはＸ軸方向に直交する方向に一対のＺ軸ガイドレール１９が配設されている。ベース２にはＡＰＣ(オートパレットチェンジャ）装置２１が取り付けられ、旋回可能なＡＰＣ装置２１によってテーブル２２の上部に支持されている二つのパレット２３ａ、２３ａが交換可能とされている。テーブル２２はＺ軸ガイドレール１９に沿って前後方向（Ｚ軸方向）に移動可能とされている。加工位置にあるパレット２３ａには加工対象物である図示しないワークが固定され、主軸１３に保持された工具で切削加工に供される。
なお、加工位置にあるパレット２３ａを支持するテーブル２２は、Ｚ軸ボールネジ２０を介してＺ軸駆動源としてＺ軸サーボモータ(図示せず)に連結されており、Ｚ軸サーボモータを正逆回転させることで、Ｚ軸ガイドレール１９に沿ってＺ軸方向に前後動可能としている。

図２及び図３において、門型のコラム３の各支柱部分の前面３ａには前側熱交換パッド２４が装着され、後面３ｂには後側熱交換パッド２５が装着されている。前側熱交換パッド２４と後側熱交換パッド２５は内部を流れる熱交換流体としての冷却液によってコラム３の前面３ａ、後面３ｂで熱交換して前面３ａ、後面３ｂの温度を均一化するよう制御する。なお、コラム３が鋳物製である場合には前面３ａ、後面３ｂである鋳物の鋳肌(黒皮)の熱伝導率が低い。そのため、鋳肌面を切削してコラム３の母材面を直接、前側熱交換パッド２４及び後側熱交換パッド２５の冷却液と熱交換させることが好ましい。
各熱交換パッド２４、２５は図４に示すように例えば略薄板状に形成され、図４（ａ）に示す内部の水平断面において、縁部の四辺に外壁２６ａが形成されて内部空間が封止され、内部空間内には略Ｕ字状の仕切り壁２６ｂが形成されている。仕切り壁２６ｂで仕切られた内部空間は例えば冷却液の流体流路２８を形成している。

そして、外壁２６ａの一方の短辺が取り付け下部２６ａａとされ、他方の短辺が取り付け上部２６ａｂとされている。仕切り壁２６ｂのＵ字部が取り付け下部２６ａａ側にあり、取り付け下部２６ａａ側に冷却液の供給口２８ａ、仕切り壁２６ｂのＵ字部の内側に排出口２８ｂが形成されている。そのため、熱交換パッド２４，２５の供給口２８ａから流入する冷却液は仕切り壁２６ｂに沿って流体流路２８を略Ｕ字状に流れて排出口２８ｂから外部に排出される。
なお、冷却液として例えば熱交換用オイルや水、その他の適宜の熱伝導性の高い液体を使用できる。流体流路２８の経路はＵ字状に限定されるものではなく、冷却や加温を効率よく行うことのできる適宜の形状、例えば蛇腹状を採用できる。供給口２８ａと排出口２８ｂは前側熱交換パッド２４及び後側熱交換パッド２５の適宜位置に形成できる。
なお、コラム３の外面において、熱交換パッド２４，２５を装着しない側面や上面等の他の面に断熱板を取り付ければさらに効果的に熱交換できる。

外気温度の変化によってコラム３のＺ軸方向の倒れが生じるとワークの加工精度に悪影響を及ぼす。即ち、外気温度が高温に上昇する際にはコラム３の後面が伸びてコラム３が前倒れに傾斜し、外気温度が低温に下降する際にはコラム３の後面が縮んで後ろ倒れに傾斜する。そのため、コラム３の倒れを効率的に抑制することが重要である。
コラム３のＺ軸方向の熱変位の抑制に関し、室温を直に測定すると温度の変動が激しくなる場合があるため、コラム３内の前面３ａ近傍に前側温度センサ３１、後面３ｂ近傍に後側温度センサ３２を設置した。また、ベース２の内部(または外部)にはベース２の温度を測定するベース温度センサ３３が設置されている。ベース２の温度は、高さ方向に温度変位を生じ易いコラム３と比較して安定しているため、ベース２内の温度を温度制御の目標温度として基準ベース温度に設定した。
また、コラム３の上面外側に外気温度を測定する外気温度センサ３４を設置した。外気温度センサ３４は工作機械１の外部であれば他の適宜位置に設置してもよいが、上下方向に温度変動を生じ易いコラム３の上面やその近傍に設置することがコラム３の温度制御のために好ましい。

次に工作機械１の温度調整装置５について図１を中心に説明する。
工作機械１にはＮＣ装置３５が例えば外部に設置され、ＮＣ装置３５には温調装置インターフェース３６、バルブインターフェース３７、温度センサインターフェース３８が設置されている。温調装置インターフェース３６は温調装置コントローラ３９に接続されている。
温調装置コントローラ３９は、ベース温度センサ３３で測定した基準ベース温度と同じ温度に冷却液の温度を初期設定するものとする。そして、コラム３における後側温度センサ３２で測定した後側温度と前側温度センサ３１で測定した前側温度との温度差δＴｍ、後側温度及び前側温度の平均温度である中立温度と冷却液温度との温度差δＴｄを演算し、δＴｍの絶対値|δＴｍ｜がδＴｄの絶対値|δＴｄ｜より大きい場合に、初期設定された基準ベース温度よりも|δＴｍ｜分、高い温度か低い温度にシフトする。温調装置コントローラ３９は流体温度設定手段を構成する。
温調装置コントローラ３９で設定された冷却液の温度に基づいて、温調装置４３により前側及び後側熱交換パッド２４、２５に供給する冷却液の温度を調整する。

温調装置４３から後側熱交換パッド２５の供給口２８ａに冷却液を供給する後側供給流路４５ａが設置され、後側供給流路４５ａは分岐して前側熱交換パッド２４の供給口２８ａに冷却液を供給する前側供給流路４５ｂが設置されている。そして、後側熱交換パッド２５の排出口２８ｂと前側熱交換パッド２４の排出口２８ｂから排出された熱交換後の冷却液は後側戻り流路４６ａと前側戻り流路４６ｂを介して温調装置４３に戻される。後側戻り流路４６ａと前側戻り流路４６ｂは互いに合流することが好ましい。そして、温調装置４３では温調装置コントローラ３９からの温度設定信号により冷却液を再度熱交換することで循環させている。
後側供給流路４５ａには後側熱交換パッド２５に供給する冷却液の流量を手動または自動で制御する流量可変バルブ４７が設置されている。前側供給流路４５ｂには前側熱交換パッド２４に供給する冷却液の流量を制御する絞り４８が設置されている。温調装置４３から供給される冷却液は定量であり、流量可変バルブ４７によって後側熱交換パッド２５と前側熱交換パッド２４に供給する冷却液の流量比を調整することができる。

バルブインターフェース３７に接続されたバルブ開度調整手段４１は流量可変バルブ４７に接続されている。バルブ開度調整手段４１は、外気温度センサ３４で測定した過去の外気温度と現在の外気温度との温度差に基づいて後側熱交換パッド２５に供給する冷却液の流量を設定するものであり、流体流量設定手段を構成している。
バルブ開度調整手段４１は流量可変バルブ４７を例えば流量が大、中、小の三段階に変化できるように設定しているが、二段階や四段階以上に設定してもよい。或いは流量可変バルブ４７の開度を無段階に調整できるようにしてもよい。

また、温度センサインターフェース３８は温度測定手段４２に接続されている。温度測定手段４２は、前側温度センサ３１、後側温度センサ３２、ベース温度センサ３３、外気温度センサ３４にそれぞれ接続されている。温度測定手段４２は、前側温度センサ３１、後側温度センサ３２、ベース温度センサ３３、外気温度センサ３４で測定された温度データを温度測定手段４２及びＮＣ装置３５で演算処理して温調装置コントローラ３９とバルブ開度調整手段４１とに出力する。
また、後側戻り流路４６ａと後側供給流路４５ａはそれぞれの温度データが温調装置コントローラ３９に出力されることで、温調装置４３から供給される冷却液が設定したベース基準温度またはシフト温度になるようにフィードバック制御される。

本第一実施形態による工作機械１の温度調整装置５は上述した構成を備えており、次に冷却液の温度調整方法と流量制御方法について図５及び図６に示すフローチャートに沿って説明する。
温度調整装置５において、温調装置コントローラ３９と温調装置４３で設定する冷却液の温度調整方法について図５により説明する。まず、温度測定手段４２により、前側温度センサ３１、後側温度センサ３２、ベース温度センサ３３、外気温度センサ３４によって各部の現在温度を測定する（Ｓ１０１）。次に温度測定手段４２でコラム３の後面３ｂの後面温度と前面３ａの前面温度との差分を「δＴｍ」として演算する。
また、コラム３の後面温度と前面温度との平均温度である中立温度と冷却液の温度との差分を「δＴｄ」として演算する（Ｓ１０２）。冷却液の温度とは図示しない冷却装置から吐出する冷却液の出口温度であり、基本的に基準ベース温度に設定される。そして、δＴｍとδＴｄの絶対値の差温（|δＴｍ｜−|δＴｄ｜）を演算し、|δＴｍ｜の方が大きいか小さいかを判別する（Ｓ１０３）。

|δＴｍ｜の方が小さい場合には、コラム３の前面３ａと後面３ｂの温度差が小さい(例えば１℃以下)。|δＴｍ｜の方が大きい場合には、コラム３の前面３ａと後面３ｂの温度差が大きい(例えば１℃超え)。
そして、|δＴｍ｜の方が小さい場合には、コラム３の後面３ｂと前面３ａの温度差が小さく冷却液の温度が相対的に大きいため、温調装置４３から吐出される冷却液の温度を基準ベース温度に設定する（Ｓ１０４）。そして、所定間隔、例えば１〜１０分程度の間隔を開けて次の冷却水の温度を設定し（Ｓ１０５）、上述した処理を繰り返す。

また、|δＴｍ｜の方が大きい場合には、温度の差分δＴｄがプラス（正）かマイナス（負）かを判別し（Ｓ１０６）、いずれの場合でも、冷却液の温度とコラム３の後面３ｂの温度差が小さいといえるため、コラム３の温度の迅速な調整が困難であるといえる。そのため、冷却液の温度をコラム３の温度調整が迅速に行われるように温度差を大きくする補正を行う（シフトという）必要があり、次のように冷却液の温度シフトにつなげる。
即ち、差分δＴｄがプラスである場合はコラム３の温度が冷却液の温度よりわずかに高い場合であり、温調装置４３から吐出する冷却液の温度を基準ベース温度よりも|δＴｍ｜分、低い温度に設定する（Ｓ１０７）。これにより、冷却液の熱交換能力をアップさせることができ、より低い温度に設定してコラム３の前面３ａ及び後面３ｂを冷やし易くする。
差分δＴｄがマイナスである場合はコラム３の温度が冷却液の温度よりわずかに低い場合であり、温調装置４３から吐出する冷却液の温度を基準ベース温度よりも|δＴｍ｜分、高い温度に設定する（Ｓ１０８）。これにより、冷却液の熱交換能力をアップさせるため、より高い温度に設定してコラム３の前後面を暖めることができる。

次に、上述のように温調装置コントローラ３９で温度調整された冷却液の流量制御方法について図６に示すフローチャートに沿って説明する。
温度調整装置５において、温度測定手段４２により、前側温度センサ３１、後側温度センサ３２、ベース温度センサ３３、外気温度センサ３４によって各部の温度を測定する。この場合、各部の温度測定はバラつくことがあるため、例えば１０〜６０秒程度の時間測定してその平均値をとるものとする（Ｓ２０１）。次に、外気温度センサ３４により適宜の過去の時刻（例えば８分前）のコラム３上面の外気温度をメモリから読み込むと共に平均化した現在の時刻の温度を読み込む（Ｓ２０２）。

そして、現在の外気温度と過去の外気温度とを比較する（Ｓ２０３）。ここで、電源を投入した直後では、前回の稼働時に測定した外気温度の測定時刻から長時間を経過している。目安として１０分を超える場合には、前側熱交換パッド２４と後側熱交換パッド２５の冷却液流量を同一にしてＳ２０１に戻る（Ｓ２０４）。即ち、稼働初期で稼働時間不足のために冷却液の流量制御を行わない。
過去の外気温度の測定時刻から現在の測定時刻まで１０分以内であれば稼働初期から所定時間が経過した定常状態であると判断し、ベース２の基準となる現在のベース温度(以下、基準ベース温度という)と外気温度との差を算出する（Ｓ２０５）。
外気温度と基準ベース温度との差から、上述したように温調装置コントローラ３９で冷却液の温度を設定し、温調装置４３に出力する。温調装置４３からは設定温度で一定流量の冷却液が吐出される。

そして、外気温度と基準ベース温度との差から現在の外気温度の方が高いか低いかを判断する（Ｓ２０６）。外気温度が基準ベース温度より高い場合には次のステップＳ１０７において、バルブ開度調整手段４１で現在の外気温度と過去の外気温度との差から外気温度が下降状態にあるか上昇状態にあるかを判断する（Ｓ２０７）。
下降状態にある場合には、外気温度が基準ベース温度より高く外気温度が下降中であるため、コラム３は前よりも冷えており、コラム３が後ろに倒れるおそれがある。そのため、流量可変バルブ４７の開度を小さく絞って後側熱交換パッド２５の冷却液を減少させ、前側熱交換パッド２４に供給する冷却液を増大させる（Ｓ２０８）。この時刻、冷却液の温度、バルブ開度の各データをメモリに保存して、Ｓ２０１に戻る（Ｓ２０９）。

一方、現在の外気温度と過去の外気温度との差がない場合には、前側熱交換パッド２４と後側熱交換パッド２５への冷却液の流量を等しくする（Ｓ２１０）。現在の外気温度が過去の外気温度より上昇中である場合には、コラム３は前よりも温まっており、コラム３が前側に倒れるおそれがある。そのため、流量可変バルブ４７の開度を大きく開いて後側熱交換パッド２５の冷却液を増大させる（Ｓ２１１）。

また、Ｓ２０６で外気温度が基準ベース温度より低い場合には温度の高い冷却液によってコラム３を温める制御を行う。
即ち、Ｓステップ２１２において、バルブ開度調整手段４１で現在の外気温度と過去の外気温度との差から下降状態にあるか上昇状態にあるかを判断する（Ｓ２１２）。外気温が下降状態にある場合には、外気温度が基準ベース温度より低く外気温度が下降中であるため、コラム３の後面３ｂは前面３ａよりも低温であり、コラム３が後側に倒れるおそれがある。そのため、流量可変バルブ４７の開度を大きく開いて後側熱交換パッド２５に供給する温かい冷却液を増大させて（Ｓ２１３）、コラム３の後面３ｂを加温する。

現在の外気温度と過去の外気温度との差がない場合には、前側熱交換パッド２４と後側熱交換パッド２５への冷却液の流量を等しくする（Ｓ２１４）。現在の外気温度が過去の外気温度より上昇中である場合には、コラム３は前よりも高温であり、コラム３が前側に倒れるおそれがある。そのため、流量可変バルブ４７の開度を小さく絞り、後側熱交換パッド２５に供給する温かい冷却液を減少させる（Ｓ２１５）。これによって、前側熱交換パッド２４に供給する温かい冷却液が増大し、コラム３の後面３ｂから熱が流出することを抑え、コラム３の前後面の加温を調整する。
このようにして、コラム３の倒れを確実に防止することができる。

上述のように本実施形態による工作機械１の温度調整装置５によれば、コラム３の前面３ａと後面３ｂに前側熱交換パッド２４と後側熱交換パッド２５をそれぞれ装着して、温調装置４３から各熱交換パッド２４、２５に供給される冷却液の温度を基本的に基準ベース温度に設定し且つ温度差が所定値より小さい場合にシフトしてより大きく設定する。しかも、冷却液の流量を外気温度の過去の履歴と現在の温度により制御する。これにより、コラム３の熱変形を効率よく抑制することができる。

なお、本発明による工作機械１の温度調整装置５は、上述した実施形態によるものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能である。以下に、本発明の他の実施形態や変形例について説明するが、上述した実施形態による工作機械１の温度調整装置５と同一または同様な部材、部品等には同一の符号を用いて説明する。

上述した第一実施形態による温度調整装置５では、冷却液の流量制御に際し、外気温度の時間変化を過去と現在の外気温度の差から単位時間当たりの温度変化の傾きとして制御した。しかしながら、制御要素として現在から過去（例えば８分前等）の外気温度の履歴を用いており、しかもバラつきや外乱を除去して安定した温度を得るために例えば１０〜６０秒程度の各測定値を平均化した外気温度を用いている。その分、処理に遅れがでる欠点がある。しかも、工作機械１の大きさや熱交換パッド２４、２５の大きさによって処理時間の遅れが異なる。
そこで、第二実施形態による工作機械１の温度調整装置５では、過去の外気温度の傾きの変化により、温度上昇始めと終わり、温度下降の始めと終わりを検出し、現在より先の時刻を予測して早めに冷却液の流量制御を行えるように予測制御を行い、先の時刻の流量制御を行うこととした。これによって冷却液の熱交換の遅れを抑制できる。

即ち、図７に示すように、過去の時間経過に対する外気温度の変化を測定し、外気温度の変化特性を曲線状にプロットし、外気温度傾きデータを予め作成した。現在の外気温度を測定して、外気温度の変化曲線から先の時刻の単位時間当たりの温度変化の傾き角度を予測する。外気温度傾きデータの変化曲線に対して、時間の経過に沿った外気温度変化の傾きθｉ（ｉ＝１，２，３、…、…）を求めておく。
即ち、一例として、図７において、時間の経過に沿って外気温度の変化がない状態の傾きθ１、外気温度が上昇し始めた状態の傾きθ２、外気温度の上昇が大きい状態の傾きθ３、外気温度の上昇が大きい状態から緩んできた状態の傾きθ４、外気温度が下降し始めた状態の傾きθ５、外気温度の下降が大きい状態の傾きθ６、外気温度の下降が大きい状態から緩んできた状態の傾きθ７に分類する。
なお、外気温度傾きデータは直近のものが好ましく、外気温度センサで測定した外気温度を図７のグラフに加えて順次データを更新する。

外気温度の変化が上記７種の分類のいずれに該当するかは工作機械１の大きさ等によって異なるため、予め実験等によって定めて置く。例えば図８の表に示すように、１時間当たりの外気温度が、傾きθ１では０．６℃（±０．６℃/ｈ＝０．０１℃/ｍｉｎ）以下、傾きθ２では０．６℃（＋０．０１℃/ｍｉｎ）超え、傾きθ３では３．０℃（＋０．０５℃/ｍｉｎ）超え、傾きθ４では１．２℃（−０．０２℃/ｍｉｎ）超え、傾きθ５では−０．６℃（−０．０１℃/ｍｉｎ）超え、傾きθ６では−３．０℃（−０．０５℃/ｍｉｎ）超え、傾きθ７では−１．２℃（＋０．０２℃/ｍｉｎ）超えで変化したものとする。
そのため、外気温度センサ３４で測定した現在の外気温度が図７に示す履歴のいずれに該当するかを検知して、その先の時刻の温度の傾きがθ１〜θ７のいずれの状態になるかを予測し、先の外気温度に基づく冷却液の温度を設定する。なお、図７に示す外気温度傾きデータに±αの範囲の許容誤差範囲を設定すると、一層、先の時刻の温度の傾きθｉの選択が容易になる。

そして、第一実施形態における図５のフローチャートに示すように、予測した先の時刻の冷却液の温度及びコラム中立温度の差δＴｄとコラム３の前後面の温度差δＴｍとの絶対値の差温について、｜δＴｍ｜の方が大きい場合には冷却液の熱交換の能力が小さくなるので、先の時刻の温度設定をオフセットして温度差を広げるものとする。例えば、傾きθ１では、基準ベース温度と同じ温度の冷却液を吐出するためオフセット＝０℃とする。傾きθ２では、基準ベース温度より１℃低温の冷却液を吐出するため、オフセット＝−１℃ということになる。
また、コラム３の後側熱交換パッド２５に供給する先の時刻の冷却液の流量は第一実施形態の図６に示すフローチャートに沿って行う。
本第二実施形態による工作機械１の温度調整装置５によれば、現在の外気温度と図７及び図８に示す外気温度傾きデータとに基づく予測制御によって現在より先の時刻の冷却液の流量制御を行えるため、熱交換の遅れを抑制できる。

また、外気温度傾きデータの設定時間の範囲は適宜に設定できる。例えば数時間、１日、１週間等、或いは１年等に設定することができる。
また、上述した実施形態では、温調装置コントローラ３９で冷却液の温度制御を行い、バルブ開度調整手段４１で流量制御を行うようにしたが、図７のフローチャートに示すように流量制御は必ずしも行わなくてもよい。例えば温度制御した冷却液について、前側温度センサ３１と後側温度センサ３２の温度が等しくなるように流量可変バルブ４７の開閉制御を自動または手動で行って、前側熱交換パッド２４と後側熱交換パッド２５に供給される冷却液を分配するようにしてもよい。

１ 工作機械
２ ベース
３ コラム
３ａ 前面
３ｂ 後面
５ 温度調整装置
１３ 主軸
２４ 前側熱交換パッド
２５ 後側熱交換パッド
３１ 前側温度センサ
３２ 後側温度センサ
３３ ベース温度センサ
３４ 外気温度センサ
３５ ＮＣ装置
３９ 温調装置コントローラ（流体温度設定手段）
４１ バルブ開度調整手段（流体流量設定手段）
４３ 温調装置
４７ 流量可変バルブ
４８ 絞り

Claims (3)

1. 前面に工具を備えたコラムをベースに設置した工作機械の温度調整装置において、
   前記ベースの温度をベース温度として測定するベース温度センサと、前記コラムの前面に取り付けられていて内部に熱交換流体を流す前側熱交換パッドと、前記コラムの前面に対向する後面に取り付けられていて内部に熱交換流体を流す後側熱交換パッドと、前記ベース温度に基づいて熱交換流体の温度を設定する流体温度設定手段と、温度設定された前記熱交換流体を前記後側熱交換パッドと前側熱交換パッドに供給する温調装置と、外気温度を測定する外気温度センサと、前記外気温度センサで測定した過去の外気温度と現在の外気温度との温度差を検出して前記後側熱交換パッドと前側熱交換パッドに供給する熱交換流体の流量比を調整する流体流量設定手段とを備え、
   前記後側熱交換パッドに供給する前記流体温度設定手段で温度設定された前記熱交換流体を増減調整することで、前記コラムの前面及び後面の温度を均一化させるようにしたことを特徴とする工作機械の温度調整装置。
2. 前記コラムの前面の温度を測定する前側温度センサと、前記コラムの後面の温度を測定する後側温度センサとを備え、前記コラムの前面と後面の温度差が、前記コラムの平均温度と前記熱交換流体の温度の温度差より小さい場合には、前記熱交換流体の温度をベース温度に設定し、
   前記コラムの前面と後面の温度差が、前記コラムの平均温度と前記熱交換流体の温度の温度差より大きい場合には、前記熱交換流体の温度を前記コラムの温度調整が迅速に行われるように温度差を大きくする補正を行う請求項１に記載された工作機械の温度調整装置。
3. 過去の外気温度の変化の履歴に基づいて現在の外気温度から先の外気温度の温度変化の傾きを予測して、前記後側熱交換パッドに供給する熱交換流体の温度と流量を設定するようにした請求項１または２に記載された工作機械の温度調整装置。

Images