JPH01222843A - 主軸回転数同調形主軸冷却制御装置 - Google Patents

主軸回転数同調形主軸冷却制御装置

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JPH01222843A
JPH01222843A JP4328488A JP4328488A JPH01222843A JP H01222843 A JPH01222843 A JP H01222843A JP 4328488 A JP4328488 A JP 4328488A JP 4328488 A JP4328488 A JP 4328488A JP H01222843 A JPH01222843 A JP H01222843A
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JP
Japan
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cooling
temperature
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spindle
calorific value
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JP4328488A
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JPH0516978B2 (ja
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Yu Miura
三浦 佑
Shosaku Sawada
沢田 正作
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Hitachi Seiki Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Seiki Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0003Arrangements for preventing undesired thermal effects on tools or parts of the machine

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、工作機械の主軸冷却制御装置に関する。更
に詳しくは、工作機械の回転数に同調して主軸冷却装置
をコントロールする主軸回転数同調形主軸冷却制御装置
に関する。
[従来技術] 工作機械の主軸ヘッド内では、工具または工作物を保持
し回転する主軸を軸受で支持している。
このため、軸受部分のころがり摩擦またはすべり摩擦に
より主軸ヘッド全体が発熱する0発生した熱は、主軸ヘ
ッドを熱変形させる主要因となる。
この主軸ヘッドは、冷却装置で冷却された冷却油を主軸
ヘッドに通して冷却される。冷却装置は、常に冷却油が
設定された温度となるように制御されている。
この設定温度は、室温と同一に設定されることが多い。
これは、設定温度を室温より下げると、主軸ヘッド上で
結露する。したがって、冷却油を室温より低く設定する
ことは通常は行われていない。
[発明が解決しようとする課題] 主軸ヘッドから発熱する発熱量は、主軸の回転数に関係
していることは、経験的に実験的に知られている。前記
した従来の冷却装置は、主軸ヘッドの発熱エネルギーを
単に冷却油を一定にするという制御方式で主軸ヘッドの
温度を間接的に制御しているにずぎない。主軸ヘッド内
の温度変化は、冷却装置に直接的にはフィードバックさ
れていない。主軸が発生させる熱発生量に対して充分な
容量を冷却装置が有していれば、主軸ヘッドの熱発生量
が変化しても設定した温度での定常偏差の幅が少なく問
題はない。しかし、冷却装置は、必然的に大型化する。
特に、主軸の回転数の変動が激しい工作機械の場合、こ
の熱変動に迅速に対応しないと、主軸ヘッドの温度が上
昇する。したがって、主軸へ・ラドの温度により主軸ヘ
ッドの変位が大きくなり、結果として加工精度を低下さ
せてしまう。また、前記した従来の冷却システムは、温
度修正の動作の時間遅れが大きく、温度が上下動する定
常偏差の量が大きかった。この発明は、前記した問題点
を解決するもので次のような課題を達成する。
この発明の目的は、主軸の単位時間当たりの回転数量に
応じて冷却装置を制御する主軸回転数同調形主軸冷却装
置を提供することにある。
この発明の他の目的は、冷却装置の応答速度を早くして
主軸ヘッドの温度の定常偏差が少ない主軸回転同調形主
軸冷却装置を提供することにある。
[前記課題を解決するための手段] この発明は、前記課題の解決をするため次の手段を採る
工作機械などの回転軸のすべり摩擦熱を冷却するための
冷却油を冷却するための冷却手段と、該冷却手段を制御
する冷却制御手段とを有する回転軸冷却装置において、
前記回転軸の回転速度と時間を積算して発熱量を算出す
る発熱量算出手段と、該発熱量算出手段の出力を前記冷
却制御手段に入力し前記冷却油が温度変化する前に前記
冷却手段を制御して前記回転軸の温度を一定にするため
の自動温度調整変換手段とからなる主軸回転数同調形主
軸冷却制御装置である。
し作 用」 主軸の単位時間の回転数を積算して、この積算値により
冷却装置をコントロールして主軸ヘッドを一定温度に保
つものである。
[実施例] 以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。
工作機f1ftは、主軸を軸受で回転自在に支持する主
軸ヘッド3を備えている。主軸冷却装置2は、主軸ヘッ
ド3を冷却するための冷却装置である。この冷却装置そ
のものは、公知の技術である。主軸の回転によって発生
する単位時間の摩擦仕事量Eは、軸受の種類、構造によ
って異なる。例えば、ジャーナル軸受とすれば、E=2
πnμWrであることが知られている。ただし、ノ1:
摩擦係数、W:主軸への垂直荷重、r:主軸の半径、n
:主軸の単位時間回転数である。
発生する熱量は、単位時間の回転数に比例することがわ
かる。惟位時間回転数nは、主軸駆動用サーボモータに
設けたシャフト・エンコーダなどから検出する。発熱総
量は、前記単位時間の李擦仕事tEを時間で積分した値
である。発熱量算出部4は、この発熱量を単位時間ごと
に計算する演算手段である。発熱量算出部4は、マイク
ロコンピュータで構成される公知の演算手段である。
発熱量算出部・1からの出力信号は、自動温度調整変換
制御部5に入力される。この自動温度調整変換制御部5
は、発熱量算出部4からの出力信号を受けて、主軸冷却
装置2へ制御信号を出力するものである。この出力信号
は、電圧などのアナログ信号である。主軸冷却装置2の
油槽10には、冷却油が貯蔵しである。油槽10には、
ポンプ11の吸入管12が挿入しである。吸入管12は
、油槽IOからボン111で冷却油を汲み収るためのも
のである。冷却油は、配管13を通して主軸ヘッド3に
送られ主軸へ・ラド3を冷却する。
ポンプ11は、モータ15で回転駆動される。
モータ15は、制御部26により制御される。冷却機1
6は、油槽10内の冷却油を冷却するための冷媒ガス(
フロン)を圧縮するものである。冷却機16で冷却され
た冷媒ガスは、放冷管17を通り油槽10内に入り、油
槽10内の冷却油を冷却する。プロペラ18は、油槽1
0内の冷却油を均一な温度に保つためにかくはんするも
のである。プロペラ18は、冷却機16を駆動するモー
タ(図示せず)により回転駆動される。
油温検知センサ20は、油槽10内の冷却油の温度を検
出するものである。油温検知センサ20は、半導体を素
子とするサーミスタ抵抗温度計である。油温検知センサ
20の出力は、油温検出部21に入力される。油温検出
部21は、油温検知センサ20からのアナログ量である
出力信号を増幅して差温算出部24に送る。室温検知セ
ンサ23は、同様にサーミスタ抵抗温度計である。室温
検出センサ23の出力は、室温検出部22に入力される
室温検出部22に入力された信号は、増幅されて差温算
出部24に送られる。差温算出部24は、油温検出部2
1と室温検出部22とからの出力値を比較して、両者の
差温を算出して比較部25に送る。比較部25には、差
温度算出部24からの出力信号と、自動温度調整変換制
御部5からの出力信号が入力される。自動温度調整変換
制御部5は、発熱量算出部4からのデジタル信号を電圧
などのアナログ破に変換するものである。例えば、複数
のR1−Rnのリレーを選択してデジタル信号をアナロ
グ量に変換するものである(図示せず)。
比較部25は、差温算出部24と自動温度調整変換制御
部5とからの再入力信号を加算して制御部26に送る。
制御部26は、比較部25の出力信号の大きさにしたが
って冷却機16をオンオフ制御して運転する。主軸ヘッ
ド3の温度を一定(室温にすることが多い。)にすると
いう目標値が自動温度調整変換制御部5の出力によって
支配されている。
以上の説明から理解されるように、本実施例は、目標値
が他の制御装置の出力によって支配されているのでカス
ケード制御系といえる。発熱量算出部4と、自動温度調
整変換制御部5との動作により冷却油温が速く修正され
る。主軸へ・ソド3の温度上昇の時定数が長いので制御
性が著しく改善される。
作動 第2図に示すフローチャートは、発熱量算出部5の動作
を示す、主軸回転数は、サンプル値信号(パルス信号)
で時間間隔Tごとに主軸駆動用サーボモータの回転数が
サンプリングされる。す〉′プリングされたデータは、
ホールド回路にホールドされている0本例では数秒ごと
にサンプリングされる。ステップP1では、サンプリン
グされたデータを温度設定データ、すなわち主軸冷却装
置2を制御するためのデータに変換するタイミングをタ
イマTMIで判断するステップである。
ステップP2では、サンプリングデータを温度設定デー
タに変換する。この変換されたデータは、自動温度調整
変換制御部5にデジタル値で出力される。自動温度調整
変換制御部5は、複数個のリレーを選択してデジタル量
をアナログの電圧に変換する。ステップP4では、タイ
マTMIを初期化する。
ステップP5でサンプリングされたデータを初期化する
。ステップP1でNoであれば、ステップP、rTM1
をカウントしてステップP6に行く。ステップ1:″ゎ
で夕、イマTMIがタイムアツプしたか否か判断し、Y
ESであればステップP1に戻る。Noであればステッ
プP、に進む。ステップP7では主軸が回転し′ている
か否か判断し、回転していればステップP8に進む、ス
テップP8では、5c=Snを判断する。
ただし、   − 3: CNC装置6から主軸回転指令が出ている時の主
軸回転数 Sn:主軸回転時の主軸の出回転数 Tn:Snの回転数で主軸が回転していた時間ステップ
P9では、S nメモリにScの回転数をセーブする。
ステップpttでタイマTnをセラ1− L時間のカウ
ントを開始する。ステップpHで主軸が停止したか否か
判断する。YESであればステップP12でタイマTn
の算出時間を加算する。ステップpHがNoであれば、
ステップPlに戻る。ステップPl’lでは、ターイマ
Tnをリセツ1〜する。
同様に、ステップP14〜ptsでは、主軸回転数Sn
+1についてその回転時間をカウントする。
こうして、各主軸回転数ごとにその回転時間を積算でき
る。こうして積算されたデータは、所定の係数で処理さ
れた後、主軸冷却装置2の比較部25に電圧などのアナ
ログ信号として送られる。
[他の実施例] 第3図に示すものは、他の実施例を示す。第1図に示し
た実施例と同一部材は、同一符号で示す。発熱量算出部
4で算出された発熱量は、発熱量通信部19に伝送され
る。発熱量通信部19は、算出された発熱量をデジタル
信号で発熱量受信部27に送る。発熱量受信部27は、
この信号を受けてアナログ量に変えて制御部26に送る
温度調整器28は、主軸ヘッド3の温度を自由に希望温
度にする場合の設定温度である。発熱量受信データによ
り、仮冷却を行う。ただし、このデータは、過冷却にな
った場合は切り捨てる。
前記した実施例は、いずれも工作機械の主軸冷却装置で
あるが、これに限定する必要はなく軸が回転するもので
あれば池のものでも良い。また、前記実施例では主軸の
回転数はシャフト・エンコーダから検出しているが、N
CプロクラムのS機能<tSO規落の回転数指令)指令
値を読み収っても良い。前記実施例では、主軸への垂直
荷重Wを一定として考慮しなあ)ったがひすみゲージな
どで垂直荷重を検出して、この検出値も発熱量の計算に
入れても良い。
「発明の効果1 以−L前記したように、主軸回転数の・変化に対応し゛
て、主軸冷却の温度設定を変えるため、主軸ヘッドの温
度の変動が少ない。このため、主軸変位を少なくするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す図、第2図は発熱
量算出部−の動作を示すフローチャート、第3図は他の
実施例を示す図である。 1・・・工作機械、2・・・主軸冷却装置、3・・・主
軸ヘッド、4・−・発熱量算出部、5−・・自動温度調
整変換制御部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 工作機械などの回転軸のすべり摩擦熱を冷却するための
    冷却油を冷却するための冷却手段と、該冷却手段を制御
    する冷却制御手段とを有する回転軸冷却装置において、
    前記回転軸の回転速度と時間を積算して発熱量を算出す
    る発熱量算出手段と、該発熱量算出手段の出力を前記冷
    却制御手段に入力し前記冷却油が温度変化する前に前記
    冷却手段を制御して前記回転軸の温度を一定にするため
    の自動温度調整変換手段とからなる主軸回転数同調形主
    軸冷却制御装置。
JP4328488A 1988-02-27 1988-02-27 主軸回転数同調形主軸冷却制御装置 Granted JPH01222843A (ja)

Priority Applications (1)

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JP4328488A JPH01222843A (ja) 1988-02-27 1988-02-27 主軸回転数同調形主軸冷却制御装置

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JP4328488A JPH01222843A (ja) 1988-02-27 1988-02-27 主軸回転数同調形主軸冷却制御装置

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JPH01222843A true JPH01222843A (ja) 1989-09-06
JPH0516978B2 JPH0516978B2 (ja) 1993-03-05

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04360744A (ja) * 1991-01-31 1992-12-14 Okuma Mach Works Ltd 送り軸軸受の破損防止方法
US7245983B2 (en) * 2004-10-22 2007-07-17 Yamazaki Mazak Corporation Method and apparatus for correcting thermal displacement of machine tool
US8650729B2 (en) 2007-05-16 2014-02-18 Yamazaki Mazak Corporation Blade position registering apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8650729B2 (en) 2007-05-16 2014-02-18 Yamazaki Mazak Corporation Blade position registering apparatus

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