(57)【要約】  発熱箇所の冷却を行う工作機械(５)のクーラント装置であり、ワークの加工室(８)内に供給したクーラント液をクーラントタンク(３７)へと回収し、ポンプ(４２)により加工室(８)内への供給を繰り返すものであって、クーラントタンク(３７)内のクーラント液を加工室(８)内の供給位置に送るためのクーラント流路を構成するクーラント管(４３１〜４３３)と、クーラント管(４３１〜４３３)に配管され、クーラント流路の一部を構成する流路(４５８)が形成された、熱伝導性の良い材料からなる一又は二以上の冷却ブロック(４５，４６)と、加工室(８)内へ供給するクーラント液を冷却するための温度調整装置(４１)とを有するものである。
2017122288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの加工室内に供給したクーラント液をクーラントタンクへと回収し、ポンプにより前記加工室内への供給を繰り返す工作機械のクーラント装置において、
前記クーラントタンク内のクーラント液を前記加工室内の供給位置に送るためのクーラント流路を構成するクーラント管と、
前記クーラント管に配管され、前記クーラント流路の一部を構成する流路が形成された、熱伝導性の良い材料からなる一又は二以上の冷却ブロックと、
前記加工室内へ供給するクーラント液を冷却するための温度調整装置とを有するものであることを特徴とする工作機械のクーラント装置。
【請求項２】
前記冷却ブロックは、前記工作機械内部の発熱箇所に取り付けられるものであり、その発熱箇所に応じた形状で形成されたものあることを特徴とする請求項１に記載する工作機械のクーラント装置。
【請求項３】
前記冷却ブロックは、アルミニウムにより形成され、方向を変えた流路が内部に形成されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載する工作機械のクーラント装置。
【請求項４】
前記温度調整装置は、前記クーラントタンク内のクーラント液を温度調整するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する工作機械のクーラント装置。
【請求項５】
前記工作機械は、
ベース上を前後方向に移動可能な可動ベッドと、
前記可動ベッドに固定された主軸台に対して軸線方向が前後方向になるように設けられた主軸と、
前記主軸の前方側に位置し、前記主軸に保持されたワークを加工するための工具を備えた工具台と、
前記主軸の軸線方向と平行な主軸方向と、その主軸方向に直交する上下方向に前記工具台を移動させる駆動装置とを有するものであり、
前記冷却ブロックは、前記主軸台に取り付けられた第１冷却ブロックと、前記駆動装置に取り付けられた第２冷却ブロックであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載する工作機械のクーラント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繰り返し使用されるクーラント液の温度を調整することにより、そのクーラント液を利用して機内の発熱箇所に対する冷却を行う機内冷却機能を持った工作機械のクーラント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械では、クーラント液が加工熱を下げるほか、切り屑を加工個所などから流し出すための冷却液として使用されている。しかし、そのクーラント液は、クーラントタンクに戻されて繰り返し使用されるため、次第に加工熱によって温度が上昇してしまい、工作機械の加工に悪影響を与えてしまう。例えば、クーラント液とそのクーラント液が接するベッドとの温度差によってベッドに熱変形が生じ、ワークの取付部分と切削工具を備えた工具台との相対的な位置が変化してしまい、加工精度が低下してしまう。この点について下記特許文献１では、クーラント液がワークの切削領域に供給されるだけではなく、その一部がベッドに形成されたクーラント液の通過流路にも供給されるように構成された工作機械が開示されている。これにより、ベッド側の温度と切削領域に供給されるクーラント液との温度差がほとんどなくなるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３５６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記公報の従来例では、クーラント液とベースとの温度差による熱変位を問題としているが、工作機械における熱変位はその他にも存在する。工作機械を構成する主軸部分や工具台を駆動するための駆動部分などである。主軸部分や駆動部分は、自らが発熱して熱変形することにより加工位置の熱変位を生じさせてしまい、ワークの加工寸法が安定しない原因となっている。そこで、各発熱箇所の熱変位対策が必要になるが、新たな冷却構造を加えるとすればコストがかかるだけではなく、狭小な工作機械の内部空間に組み込むことも困難である。よって、新たな冷却構造を追加することなく、コストアップを抑えながらも熱変位による加工寸法の安定を図ることが望まれる。【０００５】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、発熱箇所の冷却を行う工作機械のクーラント装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様における工作機械のクーラント装置は、ワークの加工室内に供給したクーラント液をクーラントタンクへと回収し、ポンプにより前記加工室内への供給を繰り返すものであって、前記クーラントタンク内のクーラント液を前記加工室内の供給位置に送るためのクーラント流路を構成するクーラント管と、前記クーラント管に配管され、前記クーラント流路の一部を構成する流路が形成された、熱伝導性の良い材料からなる一又は二以上の冷却ブロックと、前記加工室内へ供給するクーラント液を冷却するための温度調整装置とを有するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、クーラントタンクに回収されたクーラント液が温度調節装置によって冷却され、ポンプによって繰り返し加工室内へと送られる。そのポンプから加工室にまで延びたクーラント管には、熱伝導性の良い材料からなる一又は二以上の冷却ブロックが配管され、その冷却ブロックが、内部に形成された流路を流れるクーラント液によって冷やされる。そのため、工作機械における発熱箇所に冷却ブロックが取り付けられることにより、加工中に絶えず流れるクーラント液によって熱が奪われ、加工時の熱変形が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】工作機械を複数並べて構成された加工機械ラインを示した斜視図である。
【図２】ベースに搭載された工作機械の内部構造を示した斜視図である。
【図３】工作機械の内部構造を示した側面図である。
【図４】工作機械のクーラント装置の一実施形態を示した図である。
【図５】冷却ブロックを示した断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明に係る工作機械のクーラント装置に関する一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の工作機械を複数並べて構成された加工機械ラインを示した斜視図である。加工機械ライン１は、基礎となるベース２の上に６台の工作機械５が搭載されている。６台の工作機械５は、いずれも同じ型のＮＣ旋盤であり、外形形状や寸法が揃えられている。その工作機械５は、外装カバー６によって覆われ、内部には工作機械５ごとに閉じられた加工室が構成されている。そして前方には前カバー７によって一つのワーク搬送室７０（図３参照）が構成され、その中には各工作機械５に対してワークの受渡しを行うワーク搬送装置が設置されている。
【００１０】
加工機械ライン１は、３台のベース２が幅方向に近接して並べられ、ベース２の上に２台ずつ搭載された工作機械５も隣同士が極めて近接して配置されている。本実施形態の加工機械ライン１は、全体が非常にコンパクトになるように設計され、加えて各工作機械５も幅寸法の抑えられたコンパクトな構成になっている。図２は、ベース２に搭載された工作機械５の内部構造を示した斜視図である。特に、工作機械５の本体をなす加工モジュール１０が台車１００に載せられ、ベース２の後方へ引き出された状態が示されている。更に図３は、工作機械５の内部構造を示した側面図である。
【００１１】
工作機械５は、ベース２の上に加工モジュール１０が搭載され、図１に示すように外装カバー６によって覆われている。図２では、１台の加工モジュール１０しか示されていないが、ベース２には２台の加工モジュール１０が搭載可能である。従って、ベース２は、加工モジュール１０の幅に合わせてレール２０１が２本ずつ設けられている。加工モジュール１０は、車輪を備えた可動ベッド１１の上に設けられ、レール２０１に沿ってベース２の上を前後方向に移動可能な構成になっている。
【００１２】
加工モジュール１０は、エンドミルやドリルなどの回転工具、或いはバイトなどの切削工具を装着した工具台１５を備えるタレット旋盤である。そのため、加工モジュール１０は、ワークを掴んで保持するチャック１３を備えた主軸台１２、工具台１５を備えたタレット装置１４および、そのタレット装置１４をＸ軸やＺ軸に沿って移動させるＸ軸駆動装置１６やＺ軸駆動装置１７、さらには各駆動装置を制御するための加工制御装置１８などが設けられている。
【００１３】
ここで、Ｚ軸は、ワークを回転させる主軸台１２の回転軸（主軸）と平行な水平軸であり、加工モジュール１０の前後方向になる。また、Ｘ軸は、Ｚ軸に対して直交し、タレット装置１４の工具をＺ軸に対して進退させる移動軸であり、本実施形態では鉛直な上下方向である。そして、主軸に直交する加工モジュール１０の左右幅方向がＹ軸方向である。図１に対応させてみれば、加工機械ライン１の前後方向がＺ軸方向であり、工作機械５が複数並んだ幅方向がＹ軸方向である。そして鉛直な上下方向がＸ軸方向である。
【００１４】
加工モジュール１０は、可動ベッド１１上に主軸台１２が固定されている。主軸台１２は、前後方向に配置された主軸が回転自在に組み付けられ、前方にはチャック１３を備えたチャック機構が構成され、後方にはサーボモータ１９の回転を主軸に伝える回転伝達機構２０が構成されている。そして、主軸台１２の隣にはコラム２１が近接して固定され、そのコラム２１に対してタレット装置１４をＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動装置１６と、Ｚ軸方向に移動させるＺ軸駆動装置１７とが組み付けられている。具体的には、コラム２１に形成された上下方向のガイドレールに対してＸ軸スライダ２２が摺動自在に取り付けられている。特に、加工モジュール１０の幅寸法を抑えるため、Ｘ軸スライダ２２は主軸台１２の上方に配置されている。
【００１５】
コラム２１の上部には、Ｘ軸スライダ２２を昇降させるためのサーボモータ２３が固定され、その出力を受けて回転するネジ軸２５が鉛直方向に配置されている。Ｘ軸スライダ２２の内部にはナットが設けられ、そのナットにネジ軸２５が螺合することによりボールネジ機構が構成されている。そして、そのＸ軸スライダ２２にはＺ軸スライダ２７が水平方向に摺動自在に取り付けられ、その前方側端部にタレット装置１４が一体的に構成されている。Ｚ軸スライダ２７の後方側にはＸ軸スライダ２２に支持フレーム３１が固定され、そこにサーボモータ３２が取り付けられている。また、支持フレーム３１には、サーボモータ３２によって回転するネジ軸３３が回転支持され、Ｚ軸スライダ２７内部のナットに螺合することにより、ボールネジ機構が構成されている。
【００１６】
工作機械５は、主軸用のサーボモータ１９の駆動により主軸が回転し、チャック１３に保持されたワークに回転が与えられる。タレット装置１４は、旋回割出しによって工具台１５に取り付けられた複数の工具のうち所定に工具が選択される。そして、Ｘ軸用のサーボモータ２３が駆動してネジ軸２５が回転し、Ｘ軸スライダ２２が昇降してワークに対する工具の高さ調整が行われる。続いて、Ｚ軸用のサーボモータ３２が駆動し、ネジ軸２５の回転によるＺ軸スライダ２７が水平方向に移動することにより、例えば切削工具によって回転するワークに対して切削加工や中ぐり加工などが行われる。その際、工作機械５の加工室８内では加工点にクーラント液が吹きかけられ、加工に対する潤滑や切屑の洗い流しなどが行われる。
【００１７】
そのクーラント液は、ワークに対する加工点である切削工具の切削部分に吹きかけられるほか、加工室８の真下に形成された貯留槽の投入口３５に対しても供給されるようになっている。すなわち、工作機械５は、ベース２の内部に切屑やクーラント液を溜めることができる貯留槽が設けられ、加工室８の真下には貯留槽内部への投入口３５が形成されている。そこで、加工室８内の底部にあたる投入口３５の周りに切屑などが留まってしまわないように、投入口３５の周りに落ちた切屑などをクーラント液によって貯留槽内部にまで流し込むようになっている。
【００１８】
本実施形態の工作機械５は、貯留槽にスクリューコンベアが組み込まれ、スクリューの回転によって切屑が掻き出されて回収される一方、クーラント液が貯留槽外側のクーラントタンク３７へと流れ出して回収される。そして、クーラントタンク３７に戻ったクーラント液がフィルタを通して再生され、ポンプ４２によって再び加工点などへと供給されるようにして繰り返し使用される。
【００１９】
クーラント液は、加工点における潤滑および切屑の洗い流しなどに使用されるが、こうした用途のほかにも、加工によって発生する熱を下げて熱変形を防止するという用途も有している。しかし、クーラント液によって冷却する場合、クーラント液が直接吹きかけられる箇所、あるいはその周辺は冷却効果を得ることができるものの、機内の発熱箇所全てに対してクーラント液を吹きかけることができるわけではない。また、クーラント液は繰り返し使用されることにより温度が上昇してしまうので、そのクーラント液がベッド上に吹きかけられることで逆に熱変形を生じさせてしまうことにもなる。
【００２０】
そこで、本実施形態のクーラント装置では、かかる点を考慮して、クーラント液による十分な冷却効果が得られる構成が採られている。図４は、工作機械５の内部構造を示した側面図であり、特にクーラント装置を示した図である。なかでも貯留槽の投入口３５部分へクーラント液を噴出させるための流路を示したものである。
【００２１】
本実施形態のクーラント装置は、繰り返し使用されるクーラント液の温度調整を行うための温度調整装置４１が設けられている。ベース２内に設けられたクーラントタンク３７には、フィルタを介して切屑などを排除したクーラント液を溜めるための温度調整用タンク３８が形成され、その温度調整用タンク３８に対して温度調整装置４１が接続されている。この温度調整装置４１は、クーラント液の温度上昇を抑えて冷媒として機能させるようにしたものであり、冷却させたクーラント液を温度調整用タンク３８との間で循環させるものである。
【００２２】
温度調整用タンク３８にはポンプ４２が接続され、ポンプ４２の出力ポートにはクーラント液を加工室８へと送るためのクーラント管４３１〜４３３が接続されている。そして、このクーラント管４３１〜４３３には、ヒートシンクとして機能する一又は二以上の冷却ブロックが配管される構成となっている。本実施形態の場合、２つの冷却ブロック４５，４６が設けられている。冷却ブロック４５，４６は、工作機械５の発熱箇所に取り付けられるものであるが、本実施形態では主軸台１２とＸ軸駆動装置１６の２箇所に取り付けられている。主軸台１２は、主軸の軸受け部５１に冷却ブロック４５が取り付けられ、Ｘ軸駆動装置１６は、ねじ軸２５の軸受け部５２に冷却ブロック４６が取り付けられている。
【００２３】
冷却ブロック４５，４６は、冷却効果を高めるための構成が採られている。具体的に冷却ブロック４５，４６は、熱伝導性に優れたアルミニウムからなるブロック体であって、内部には温度調整されたクーラント液が流れる流路が形成されている。その流路は、冷却ブロック４５，４６内をクーラント液が長い距離流れるようにしたものであり、折り返し部分によって流れの方向が変わるように形成されている。また、冷却ブロック４５，４６は、取り付け箇所の取り付け面に密着して且つ広い面積で接触するように形成されている。ここで、図５は、冷却ブロック４５を示した斜視図であり、特に、内部の流路が分かるようにした断面が示されている。
【００２４】
冷却ブロック４５の取り付け箇所である主軸台１２は、軸受け部５１の側面が円周面になっている。そのため、冷却ブロック４５は、主軸台１２の取付面に合わせた湾曲面４５１とその他の平面によって形成されている。一方、冷却ブロック４６の取り付け箇所であるＸ軸駆動装置１６の軸受け部５２は平面である。そのため、冷却ブロック４６は単純な直方体形状である。そして、冷却ブロック４５，４６は、ともに入力ポートと出力ポートが形成され、内部には両ポートをつなぐ流路が形成されている。冷却ブロック４５，４６は、内部を流れるクーラント液によって冷やされるものであるため、クーラント液との接触面が大きくなるように流れる距離を長くした折返し流路が形成されている。
【００２５】
例えば、冷却ブロック４５では、同じ側の面に入力ポート４５２と出力ポート４５３が形成され、３箇所の折返しを有する流路４５８が形成されている。本実施形態では、穴あけ加工によって流路４５８が形成されているが、そのため冷却ブロック４５は上ブロック４５５と下ブロック４５６の２つに分けられている。上ブロック４５５と下ブロック４５６には、それぞれに穴あけ加工の後に栓部材によって不要な開口部が塞がれ、流路４５８が一本の流路になっている。上ブロック４５５と下ブロック４５６はボルト締めなどによって一体に組み合わされ、流路４５８の接続部分にはＯリング４８を使ったシール処理が行われている。一方、冷却ブロック４６は体積が小さいため、１箇所の折返しを有する流路４５８が形成されている。この場合には、一つのブロックに対して穴あけ加工の後、栓部材４９によって不要な開口部分が塞がれて一本の流路４５８が形成される。
【００２６】
工作機械５は、Ｘ軸駆動装置１６の軸受け部５２よりも主軸台１２の軸受け部５１の発熱量が大きく、しかも主軸台１２の軸受け部５１の方が加工点に近いため加工に対する熱の影響が大きい。そこで、冷却ブロック４５がクーラント管４３１によってポンプ４２と直接接続され、温度調整された低い温度のクーラント液が流れ込むようになっている。そして、冷却ブロック４５の下流側に冷却ブロック４６があり、クーラント管４３２によって接続されている。更に、冷却ブロック４６の出力ポートにはクーラント管４３３が接続され、そのクーラント管４３３が加工室８へと延びている。
【００２７】
そこで、工作機械５では、前述したように、回転するワークに対して切削工具が当てられて所定の加工が行われる。その際、ポンプ４２の駆動によって送り出されるクーラント液が加工点へと吹きかけられるほか、図４に示すように貯留槽の投入口３５への吹きかけも行われる。繰り返し使用されるクーラント液は、加工点などで熱を奪うことによって自身の温度が上がってしまう。しかし、本実施形態では、貯留槽へ流れ落ちたクーラント液がクーラントタンク３７から温度調整用タンク３８へと送られ、温度調整装置４１との間を循環することにより冷やされる。クーラント液は、こうして温度が上がらないように温度調整が行われる。
【００２８】
冷やされたクーラント液は、ポンプ４２によって温度調整用タンク３８から送り出され、クーラント管４３１から冷却ブロック４５へと流れる。そして、冷却ブロック４５に形成された折返しの流路４５８を通り抜け、クーラント管４３２から第２の冷却ブロック４６へと流れる。冷却ブロック４６においても折返し流路を通り抜けてクーラント管４３３へと流れ、加工室８内に噴出して貯留槽の投入口３５へと流れ落ちる。工作機械５の加工中は主軸台１２などの軸受け部５１，５２が回転によって発熱する。しかし、その熱は軸受け部５１，５２に接した冷却ブロック４５，４６へと伝わり、その冷却ブロック４５，４６では、流路４５８などを流れるクーラント液との間で熱交換が行われる。
【００２９】
よって、本実施形態の工作機械５によれば、冷却ブロック４５，４６を備えたクーラント装置を搭載することにより、軸受台１２の軸受け部５１などで発生した熱がクーラント液によって奪われるため加工時の熱変形が抑えられる。従って、従来の工作機械に比べてワークの加工寸法を安定させることができる。しかも、従来の工作機械から構成を大幅に変えることなくクーラント装置について多少の改良を加えただけであるため、コストを抑えて上記効果を達成することができる。しかも、工作機械５の外装カバー６の内部では、従来の構成に比べて冷却ブロック４５，４６と、その間を接続するクーラント管４３２とを追加しただけの構成であるため、これまでの狭小な内部空間にも取り付けが可能である。
【００３０】
また、本実施形態のクーラント装置は、温度調整用タンク３８と温度調整装置４１との間でクーラント液を循環させることにより、ポンプ４２から送り出されるクーラント液を安定して所定の温度にすることができる。例えば、発熱箇所に温度センサを設置し、その計測値を基に温度調整装置４１の駆動を制御すれば、クーラント液を適切な温度にして送り出すことができる。更に、冷却ブロック４５が主軸台１２の取付面に合わせた形状で形成され、広い面で接しているため、発熱箇所からより多くの熱を奪うことができる。しかも、冷却ブロック４５，４６は、熱伝導性に優れたアルミニウムであって長い流路４５８が形成されているため、クーラント液による効率の良い熱交換を行うことができる。
【００３１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、Ｚ軸駆動装置１７は、ネジ軸３３の軸受け部５３が発熱箇所となるが、Ｘ軸スライダ２２に搭載されて上下動してしまうため、前記実施形態ではクーラント液によって冷却する構成にはなっていない。しかし、その軸受け部５３にも冷却ブロックを取り付け、フレキシブル管によって接続して上下の妨げにならないように変形してもよい。
【００３２】
また、２つの冷却ブロック４５，４６は、一本の流路によって接続されているが、別々のクーラント管を接続させて異なる流路にクーラント液が流れるようにした構成であってもよい。
また、ヒートシンクとして機能する冷却ブロックは、材料として伝熱特性の良いアルミニウムを使用したが、そのほかにも鉄や銅などの金属であってもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１…加工機械ライン  ２…ベース  ５…工作機械  １２…主軸台  １５…工具台  １６…Ｘ軸駆動装置  １７…Ｚ軸駆動装置  ３７…クーラントタンク  ３８…温度調整用タンク  ４１…温度調整装置  ４２…ポンプ  ４３１〜４３３…クーラント管  ４５，４６…冷却ブロック  ５１，５２…軸受け部
【図１】
2017122288.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2017122288.tif 000008
2017122288.tif 000009
2017122288.tif 000010
2017122288.tif 000011