(57)【要約】【課題】  マニシングセンタなどの発熱量が頻々変化する工作機械を、一定の温度分布が保てるように冷却できる冷却装置を提供する。【解決手段】  機体温度または機械設置室温を基準温度として設定する基準温度設定手段と、冷却液供給装置から冷却配管に送給される冷却液の温度測定手段と、冷却配管から冷却液供給装置に戻る冷却液の温度測定手段と、選定された一方の温度測定手段による冷却液の測定温度が設定された基準温度と一致するように冷却液供給装置に設けた冷却液の冷却制御装置と、両温度測定手段による測定温度間の温度差が設定された一定値を維持するように冷却液供給装置に設けた冷却液の供給流量制御装置とから構成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却液を循環供給する冷却液供給装置と、工作機械の所定の部位に前記冷却液供給装置からの冷却液が供給流通させられ、当該冷却液供給装置に戻るように配管された冷却配管を有する工作機械の冷却装置において、
工作機械の機体温度または機械設置室の室温等を基準温度として設定する基準温度設定手段と、前記冷却液供給装置から前記冷却配管に送給される冷却液の温度測定手段と、前記冷却配管から冷却液供給装置に戻る冷却液の温度測定手段と、選定された一方の温度測定手段による冷却液の測定温度が前記設定された基準温度と一致するように冷却液供給装置に設けた冷却液の冷却制御装置と、前記両温度測定手段による測定温度間の温度差が設定された一定値を維持するように前記冷却液供給装置に設けた冷却液の供給流量制御装置とから成ることを特徴とする工作機械の冷却装置。
【請求項２】
前記冷却制御装置による冷却液の冷却制御が、冷凍機の凝縮器モータのオン／オフ制御又は、連続制御であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の冷却装置。
【請求項３】
前記供給流量制御装置による冷却液の供給流量の制御が、冷却液供給装置のポンプモータのオン／オフ制御又は、連続制御、または流量制御器におけるサーボ弁による弁開度制御であることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸、主軸廻りの機体、又は各部のモータ等の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の機体は、環境温度、発熱部からの熱などにより変形する。機体の変形は、加工精度に影響を及ぼすので、従来から機体各部の温度を一定温度に制御することが行なわれている。
【０００３】
この温度制御の方法は、種々提案されているが、通常温度制御された一定流量の冷却油を工作機械の発熱部に設けた冷却配管に常時流入して、発熱部を冷却している。この冷却油は、熱交換器を介し冷凍機などの冷却装置の冷媒ガスにより冷却されるものであり、所謂間接温度制御方法である。
【０００４】
この冷却油の設定温度は、室温または工作機械の構成要素中の時定数が最大のものの温度であり、冷却油の工作機械発熱部の入口又は、出口温度をこの温度に追従させて制御する。
【０００５】
この方法は、工作機械の熱変形を最小にし、加工誤差を小さくするものである。この方法は公知の技術であり、これらの方式は室温追従制御または機体温度追従制御と呼ばれている。
【０００６】
従来は、この間接温度制御を室温追従制御または機体温度追従制御で行なう場合の制御動作として、２位置制御（＝オン／オフ制御）が用いられてきた。２位置制御の場合、制御される冷却温度に温度変動幅がある。また、２位置制御では、制御される油温に定常偏差を生じる。ところが最近の発熱量の大きい工作機械では、温度変動幅と定常偏差が許容値を超えてしまうことがある。このため、積分動作を含むＰＩＤ制御（＝インバータ等による連続制御）を行ない、定常偏差をなくする制御なども行なわれている。
【０００７】
更に、冷凍機、すなわち圧縮機の回転数をインバータで周波数を可変に制御することにより、冷却液温度の変化を平滑にするものも提案されている（例えば、特開平２−１０４９９４号公報参照。）。しかし、工作機械の主軸は、停止状態から、毎分数千〜数万回転以上まで変動するので、従来のインバータ周波数制御だけでは、冷却能力の可変範囲に限界がある（例えば、特許文献１−２参照。）。
【０００８】
図５（ａ）〜（ｅ）は、発熱により温度が時間的に変化する工作機械の冷却に、前述従来形の追従制御の冷却（温度制御）を行なった場合を説明する温度等の特性説明図で、ｔ１は冷却配管へ送給される冷却液の温度、ｔ２は冷却配管から戻り回収される冷却液の温度、そしてΔｔは前記各温度ｔ１、ｔ２の温度偏差Δｔ＝ｔ１−ｔ２である。
【０００９】
図５において、（ａ）は工作機械の発熱量が時間的に変化する状態を示し、（ｂ）は冷却液の送給流量が時間的に一定であることを示している。（ｃ）は前述（ａ）及び（ｂ）の状態において供給される冷却液の温度ｔ１を、機械温または室温などの基準温度ｔ０と同一となるように制御した場合で、機械からの戻り冷却液の温度ｔ２は前述発熱量（ａ）に応じて変化するから、前記供給冷却液の温度ｔ１の維持制御には、偏差Δｔの温度変化を解消する冷却液の冷却が必要なことが判る。
【００１０】
また、（ｄ）は前述（ｃ）の供給冷却液に替えて戻り回収する冷却液の温度ｔ２が基準温度ｔ０と同一であるように制御した場合で、供給冷却液の温度ｔ１を温度偏差Δｔが生じないように冷却しておいて供給する必要があることが判るのである。
【００１１】
そして、前述（ｃ）及び（ｄ）の何れの基準温度追従制御の場合でも、発熱部の発熱量が変化すると、供給液温ｔ１と戻り液温ｔ２との差が大きくなり、工作機械の発熱部及びその周囲の温度分布が変わり、例えば（ｅ）に示すように機械構造体の姿勢変化が生じたり、熱変位に変化が生じる問題があった。
このため回転速度が、大幅に変化する主軸等を含む工作機械の冷却制御乃至は温度制御をする場合に、主軸の回転速度等をパラメータとして、冷却液の温度制御あるいは流量制御をすることも知られている（例えば、特許文献３−７参照。）。
【００１２】
【特許文献１】特開平２−１０４９９４号公報
【特許文献２】特開平４−３７２３２８号公報
【特許文献３】特公平７−９４０９９号公報
【特許文献４】特公平８−６９９７号公報
【特許文献５】特開２００１−８６７０７号公報
【特許文献６】特開２００２−３９６５８号公報
【特許文献７】特開平１０−８６０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述の主軸または主軸を含む機体の冷却の場合に主軸回転速度をパラメータにして、供給冷却液の温度制御を行なったとしても、前述した冷却液の追従制御の場合と同様に、発熱部の発熱量が変化すると、供給液温と戻り液温の差が大きくなり、発熱部及びその周囲の温度分布が変わり、構造体の姿勢に変化が生じたり、熱変位に変化が生じるものである。
【００１４】
他方、前記主軸の回転速度をパラメータとして、供給冷却液の流量制御を行なうようにすると、発熱部及びその周囲の温度分布の変化を抑制できるが、この目的を達成するには、主軸の回転速度の変化によって発熱量がどのように変化するかを予めデータ採り及び制御のための数式化等をしておく必要があり多くの手間を要するものであった。しかしながら。それにもかかわらず回転速度が頻繁に変わる条件下では、誤差が大きくなると言う問題は解決できなかった。
【００１５】
そこで、本発明は、マニシングセンタなどの工作機械において、主軸及び主軸廻りの機体が発熱部の負荷変動により発熱量が変化し温度が変化しても、一定の温度分布が保てるように、主軸等を確実に冷却し、高精度の加工を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前述の本発明の目的は、（１）冷却液を循環供給する冷却液供給装置と、工作機械の所定の部位に前記冷却液供給装置からの冷却液が供給流通させられて、当該冷却液供給装置に戻るように配管された冷却配管を有する工作機械の冷却装置において、
工作機械の機体温度または機械設置室の室温等を基準温度として設定する基準温度設定手段と、前記冷却液供給装置から前記冷却配管に送給される冷却液の温度測定手段と、前記冷却配管から冷却液供給装置に戻る冷却液の温度測定手段と、選定された一方の温度測定手段による冷却液の測定温度が前記設定された基準温度と一致するように冷却液供給装置に設けた冷却液の冷却制御装置と、前記両温度測定手段による測定温度間の温度差が設定された一定値を維持するように前記冷却液供給装置に設けた冷却液の供給流量制御装置とから成る工作機械の冷却装置とすることにより達成される。
【００１７】
また、前述の本発明の目的は、（２）前記冷却制御装置による冷却液の冷却制御が、冷凍機の凝縮器モータのオン／オフ制御又は、連続制御である前記（１）に記載の工作機械の冷却装置とすることにより達成される。
【００１８】
また、前述の本発明の目的は、（３）前記供給流量制御装置による冷却液の供給流量の制御が、冷却液供給装置のポンプモータのオン／オフ制御又は、連続制御、または流量制御器におけるサーボ弁による弁開度制御である前記（１）または（２）に記載の工作機械の冷却装置とすることにより達成される。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の本発明に依れば、冷却配管などの冷却部に供給される冷却液の温度ｔ１と、冷却部に流通して戻って来る冷却液の温度ｔ２との温度差Δｔ（＝ｔ１−ｔ２）が、所定の一定値を維持するように、冷却液供給装置に設けた供給流量制御装置が冷却液の流量を制御した状態で、前記温度ｔ１の供給冷却液の温度または温度ｔ２の戻り冷却液の温度が、設定されている基準温度（ｔＭ又はｔＲ）＋αと一致するように供給装置の冷却液が冷却制御されるので、工作機械の主軸などの発熱部のように負荷変動により発熱量が変化しても、一定した温度分布を作り維持させることができ、その結果、熱変位が安定し、姿勢変化を抑制でき高い精度の加工が可能となる。
【００２０】
請求項２及び３に記載の本発明によれば、比較的簡単な構成、制御の態様で請求項１に記載の発明を実現させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は本発明の実施の形態に係る全体的な配管構成の説明用ブロック線図、図２は冷却液の冷却制御装置としての冷凍機の凝縮器モータの制御器のブロック線図、図３は冷却液の供給流量制御装置としてのポンプモータの制御器のブロック線図、そして図４は、上述実施例の実施の形態による制御の結果としての温度、流量等の特性説明図である。
【００２２】
図において、１は主軸１Ａの回転速度が制御や負荷により種々変化するマニシングセンタ等の工作機械で、主軸１Ａの回転モータや主軸１廻りの発熱、加温される要冷却部分に冷却液回路３の冷却液が流通する冷却配管２が設けられている。前記冷却液回路３は、油などの所定冷却液４を収納するタンク５から、供給流量の制御が可能なポンプ装置６により冷却液４を汲み上げ、後述する冷凍機である冷却装置７の蒸発器７Ａから成る冷却熱交換部を介し、冷却液供給管路３Ａから前記冷却配管２へ送られ、冷却により温度の上昇した冷却液４が、前記冷却配管２の戻り開始端から冷却液戻り管路３Ｂを介して前記タンク５へと帰還して循環するように構成されている。
【００２３】
一方前記冷却装置７は、所謂冷凍機から成る周知のもので、その冷凍回路は、冷媒を圧縮するコンプレッサ７Ｂ、凝縮するコンデンサ７Ｃ、膨張機構の減圧器７Ｄ、そして冷却液循環供給回路３の流通冷却液から熱を取り冷却する前記蒸発機７Ａとから成る。
【００２４】
前記工作機械の冷却は、本発明によれば、前記冷却配管２中を流通、循環する冷却液４の温度制御と流量制御との組み合わせによって行なわれるものである。そして、前記温度制御のために、工作機械の機体温度ｔＭまたは機械設置室の室温ｔＲを夫々測定設定する手段ＴＭ、ＴＲが設けられると共に機体温ｔＭと室温ｔＲの何れか一方を所望により基準温度ｔ０として選定する切換設定手段８が設けられる。又前記温度制御は、冷却配管２への供給冷却液の温度ｔ１、または配管２からの戻り冷却液の温度ｔ２が、前記基準温度ｔ０（＝（ｔＭ又はｔＲ）＋α）と同一となるように冷却液４を制御するものであるから、前記冷却液の冷却配管２への供給管路３Ａ部と戻り部３Ｂ管路とには、夫々の部位に於ける冷却液の夫々の温度測定手段Ｔ１、Ｔ２とが設けられる。
【００２５】
図２は、前記冷却配管２への供給冷却液４の温度ｔ１、または戻り冷却液４の温度ｔ２が選定、設定されている基準温度ｔ０と同一になるように冷却するように前記凝縮機７ＣのモータＭＣを制御駆動する駆動制御回路７Ｅである。図示の場合、前記基準温度ｔ０は機体温度ｔＭに選定、設定されると共に、その基準温度ｔ０と成るように測定される冷却液の温度測定部位は、冷却液供給側の温度測定手段Ｔ１に切換器９により切換設定してある。
【００２６】
図に於いて、装置の作動が開始され、制御作動がスタートすると、前記基準温度ｔ０（ｔＭ又はｔＲ）信号が演算部１０へ指令値として送られ、該演算部１０は前記切換器９で選定されている供給側の冷却液から検出した温度ｔ１をフィードバックして指令値との温度偏差を求め、その温度偏差（ｔ０−ｔ１）を、温度制御器１１に指令値として出力し、該温度制御器１１は、凝縮器７ＣのモータＭＣの駆動回路７Ｅにオン／オフ制御やインバータ制御などの連続制御の操作量の電源指令を出力し、モータＭＣを所定の回転数で回転させ、冷却能を変化させる。
【００２７】
図３は、冷却液４を発熱部１Ａ等の冷却配管２に送給する供給装置６のポンプモータ６Ａによる供給液流量を、前記発熱部１Ａの発熱量にほぼ比例するように回転を制御する流量制御装置６Ｂで、図示の場合は前述図２の冷却制御装置７Ｅで，冷却液の供給側の液温ｔ１が設定されている基準液温ｔ０に一致するように制御されているところから、冷却液の戻り側の液温ｔ２が、前記供給側の液温ｔ１に対し常に、所定の小さい温度幅以内であるように、即ち、供給側の液温ｔ１に対する戻り側の液温ｔ２の温度偏差Δｔ（＝ｔ１−ｔ２）が常に所定の一定値を維持するように制御するものである。
【００２８】
即ち、図において、装置の作動が開始され制御作動がスタートすると、送り側と戻り側の各温度測定手段Ｔ１、Ｔ２による測定が、所定の小さい時間間隔で行なわれてその温度偏差Δｔ（ｔ１−ｔ２）が求められ、次の差分を設定する比較器１２により、前述基準温度ｔ０と一致するように制御される送り側の液温ｔ１に対する戻り側液温ｔ２の偏差が演算部１０Ａに指令値として出力する。そして、この指令値とポンプモータ６Ａの回転数又は冷却液の供給流量の信号をフィードバックして取った回転数又は流量の偏差の指令信号としてポンプモータ６Ａの回転又は流量制御器１１Ａに出力し、該回転又は流量制御器１１Ａはポンプモータ６Ａをオン／オフ制御やインバータ制御等により回転駆動し、冷却液４の循環回路３に於ける流量を発熱部１Ａの発熱量に応じて増減制御する。
【００２９】
図４（Ａ）〜（Ｅ）は、前述従来例の温度等の特性説明図に対応する本発明の温度、流量等の特性説明図で、（Ａ）は前述（ａ）と同じく冷却すべき発熱部の発熱量又は温度の特性図、（Ｂ）は前述（ｂ）と同じく冷却液の循環回路３における流量の特性図で、前述本発明によれば、冷却液の流量が、発熱部の発熱量に応じて制御又は特性図（Ｃ）又は（Ｂ）に示すように、冷却液４の供給側の温度ｔ１と戻り側の温度ｔ２との偏差が所定の一定状態となるように制御することにより、流量が変化すること、そしてこれにより前述の発熱が無かったのに近い状態まで冷却され、そして、この場合（Ｃ）又は（Ｄ）のように、基準温度ｔ０に一致するように冷却等制御されている送り冷却液又は戻り冷却液の一方に対して、他方の冷却液の温度が、常に一定の温度偏差となるように制御されているので、前述（Ｃ）、（Ｄ）に示すように供給側又は戻り側の何れも温度が一定又は殆んど変化のない特性となって、（Ｅ）に示すように工作機械などの熱変位が安定し、姿勢変化が抑制できることになるのである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、発熱量が時間的に変化する工作機械の冷却装置として用いて有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係る全体的な配管構成の説明用ブロック線図。
【図２】冷却制御装置の凝縮機モータの制御装置のブロック線図。
【図３】冷却液の流量制御装置としてのポンプモータの制御装置のブロック線図。
【図４】本発明の実施の形態による温度、流量等の特性説明図。
【図５】前記図４に対応する従来例の温度、流量等の特性説明図。
【符号の説明】
【００３２】
１  工作機械
１Ａ  主軸
２  冷却配管
３  冷却液回路
３Ａ  冷却液供給管路
３Ｂ  冷却液戻管路
４  冷却液
５  タンク
６  ポンプ装置
６Ａ  供給循環ポンプ
６Ｂ  流量制御装置
７  冷却装置
７Ａ  蒸発器
７Ｂ  コンプレッサ
７Ｃ  凝縮器
７Ｄ  減圧機構
７Ｅ  冷却制御装置
８  選択切換器
１０、１０Ａ  演算部
１１、１１Ａ  制御装置
Ｔ１  供給液温度測定手段
Ｔ２  戻り液温度測定手段
ｔ１  供給側測定温度
ｔ２  戻り側測定温度
ｔ０  （ＴＭ、又はＴＲ）＋α基準温度
Δｔ  設定温度差
ｔＭ  機体温度
ｔＲ  周囲温度（＝室温）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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