(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械（３０）からの指令データを受信するとともに、前記指令データに対する応答データを送信するための双方向通信インターフェース（１５）と、
前記指令データの内容を解析し、前記指令データに対する応答データを作成して前記双方向通信インターフェース（１５）を介して送信する通信データ処理部（１４）と、
前記工作機械（３０）に熱媒体液を循環させる冷却回路（２）と、
前記冷却回路（２）に循環させる熱媒体液の温度を制御するための温度制御手段（１０，１１）とを有し、
前記指令データは、温度制御装置に対して情報の種類を指定して要求するための要求コマンドと、温度制御装置に対して情報の種類を指定して値や状態を設定する設定コマンドとを含むものである工作機械の温度制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載した工作機械の温度制御装置であって、
前記指令データは、情報の種類を指定するための識別子を含むものである工作機械の温度制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載した工作機械の温度制御装置であって、
前記識別子は、各種の温度測定値、熱媒体液の設定温度、温度制御装置の運転／停止状態、温度制御に関するパラメータおよび各種アラーム情報を指定可能なものである工作機械の温度制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載した工作機械の温度制御装置であって、
前記応答データは、情報の種類を指定するための識別子を含むものである工作機械の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械に循環させる熱媒体液の温度を制御して熱変形を抑制する工作機械の温度制御装置に関し、詳しくは、工作機械との双方向のデータ送受信を可能として、温度制御に対する多様なニーズに応え、多様な形態の温度制御を実施することのできる工作機械の温度制御装置に関する。
【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われている。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常時流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て冷媒により冷却されるものである。
【０００３】
このような温度制御装置と工作機械との情報（信号）のやりとりは、通常は、工作機械から温度制御装置に対して送られる起動／停止信号や、温度制御装置から工作機械に対して送られる正常／異常信号のみである。また、これらの信号は専用に設置された信号線を介して送られる。
【０００４】
また、工作機械の温度制御の精度を向上させるものとして、本発明の発明者等により、下記の特許文献１のような技術が既に提案されている。特許文献１には、フィードフォーワード制御によって過渡偏差および定常偏差を減少させるようにした工作機械の温度制御方法が記載されている。このようなフィードフォーワード制御においては、工作機械の主軸の回転速度情報などが温度制御装置に対して送られる。フィードフォーワード制御のための情報に対しても専用の信号線が必要となる。
【特許文献１】特許第２５２９９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の温度制御装置においては、温度制御装置に対する起動／停止信号や温度制御装置からの正常／異常信号を専用の信号線によってやりとりしていた。さらに、特許文献１のようなフィードフォーワード制御を行ったり、その他の必要性により新たな情報（信号）の授受が求められる場合には、その情報に対しても専用の信号線やインターフェース回路が必要となってしまう。このように、従来の温度制御装置においては、工作機械との間でやりとりする情報の種類がほとんど固定されてしまっており、新たな情報のやりとりが必要になっても、それに対応することは困難であった。
【０００６】
さらに、加工の高精度化や多様化に伴い、工作機械の温度制御装置に対しても多様な新機能が求められるようになってきている。例えば、工作機械の起動時の暖機運転時間を短縮して稼働率を向上させるために、工作機械の起動時に通常運転時とは異なる特別な温度制御を行うことが求められている。また、工作機械の運転状態に応じて温度制御装置の制御パラメータを適宜変更したり、長時間にわたる加工においても工作機械の加工精度を保証するために温度制御装置の各部の温度や運転状態をモニタしたりすることが求められている。さらに、工作機械の運転状態に応じて一時的にフィードフォーワード制御を行って温度制御の応答時間を短縮することなども考えられる。このような多様なニーズに応えることは、従来の温度制御装置では困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、工作機械との双方向のデータ送受信を可能とし、工作機械と温度制御装置との間の通信情報の自由度を大幅に拡大して、温度制御に対する多様なニーズに応え、多様な形態の温度制御を実施することのできる工作機械の温度制御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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の工作機械の温度制御装置は、工作機械からの指令データを受信するとともに、前記指令データに対する応答データを送信するための双方向通信インターフェースと、前記指令データの内容を解析し、前記指令データに対する応答データを作成して前記双方向通信インターフェースを介して送信する通信データ処理部と、前記工作機械に熱媒体液を循環させる冷却回路と、前記冷却回路に循環させる熱媒体液の温度を制御するための温度制御手段とを有し、前記指令データは、温度制御装置に対して情報の種類を指定して要求するための要求コマンドと、温度制御装置に対して情報の種類を指定して値や状態を設定する設定コマンドとを含むものである。
【００１０】
また、上記の工作機械の温度制御装置において、前記指令データは、情報の種類を指定するための識別子を含むものであることが好ましい。
【００１１】
また、上記の工作機械の温度制御装置において、前記識別子は、各種の温度測定値、熱媒体液の設定温度、温度制御装置の運転／停止状態、温度制御に関するパラメータおよび各種アラーム情報を指定可能なものであることが好ましい。
【００１３】
また、上記の工作機械の温度制御装置において、前記応答データは、情報の種類を指定するための識別子を含むものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以上のように構成されているので、以下のような効果を奏する。
【００１５】
双方向通信インターフェースを備えることにより、工作機械との双方向のデータ送受信を可能とし、工作機械と温度制御装置との間の通信情報の自由度を大幅に拡大して、温度制御に対する多様なニーズに応え、多様な形態の温度制御を実施することができる。工作機械側から温度制御装置の種々の状態を読み出したり、温度制御装置の状態変更や種々のパラメータの設定変更を行うことができるので、温度制御の制御形態や制御パラメータを工作機械側から自動的に変更したりすることも可能となり、温度制御の制御形態の自由度が飛躍的に向上する。
【００１６】
工作機械からの指令データが温度制御装置に対して情報の種類を指定して要求するためのコマンドを含むので、温度制御装置の種々の状態や値を読み出すことができ、温度制御装置の状態を正確かつ詳細に把握することができる。
【００１７】
工作機械からの指令データが温度制御装置に対して情報の種類を指定して値や状態を設定するコマンドを含むので、温度制御装置の状態変更や種々のパラメータの設定変更を自動的に行うことができ、温度制御の制御形態の自由度が飛躍的に向上する。
【００１８】
応答データが情報の種類を指定するための識別子を含むものであるので、この識別子により工作機械側が、応答データの種類が要求したものと一致しているか否かを確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の温度制御装置１を工作機械３０と接続した状態を示す図である。工作機械３０は、実際に機械加工を行う工作機械本体３１と、工作機械本体３１を制御するためのＮＣ（数値制御）装置３２とからなる。工作機械の典型的な発熱源として主軸頭がある。主軸頭には回転可能に主軸が支持されており、主軸には工具または工作物が取り付けられて回転駆動される。
【００２０】
この主軸の回転速度は、停止状態から毎分数千回転以上にまで変動するので、主軸を支持する主軸頭を冷却して温度制御を行い、主軸頭の温度が基準温度に対して常に一定の温度差を保つようにされる。すなわち、主軸頭の温度を基準温度に対して常に一定の温度差に保つことが制御目標である。ただし、この場合の一定の温度差とは温度が等しい（温度差０）場合も含むものである。
【００２１】
基準温度は、一般的に室温または工作機械の構成要素中の時定数が大きい（熱容量が大きい）部材（例えば、ベッドやコラム等）の温度に設定される。基準温度センサ３３によって測定された基準部位の温度が、基準温度として設定される。なお、基準温度としては、複数位置の温度を測定してその中から選択したり、複数の測定値の平均値を基準温度としてもよい。また、測定値に適宜の演算を施して基準温度としてもよい。
【００２２】
図１において、冷却回路２は工作機械３０の主軸頭などを冷却するように循環して設けられている。すなわち、温度制御装置１から出た冷却回路２は工作機械の主軸頭などを循環し、再び温度制御装置１に戻るように配設されている。この冷却回路２の中には熱媒体液として冷却油が循環している。冷却油は温度制御装置１の温度調整部１０により冷却され、一定温度となるように調整制御されて、工作機械３０に送られている。
【００２３】
温度制御装置１は、冷却油を冷却するための温度調整部１０と、その温度調整部１０を制御するための温度制御部１１とを有する。なお、本発明における温度制御手段は、温度調整部１０と温度制御部１１の両方を包括したものに相当する。温度調整部１０の構成については、後に詳しく説明する。また、温度制御装置１には、工作機械３０と双方向に情報のやりとりを行うための双方向通信インターフェース１５が設けられている。
【００２４】
工作機械３０のＮＣ装置３２側にもまた双方向の通信インターフェースが設けられており、工作機械３０と温度制御装置１とはこれらのインターフェースを介して双方向に情報の送受信を行うことが可能である。すなわち、工作機械３０から温度制御装置１に対する指令データは双方向通信インターフェース１５を介して受信され、その指令データに対する応答データや送信データも双方向通信インターフェース１５を介して送信される。
【００２５】
通信データ処理部１４は、双方向通信インターフェース１５を介して送受信されるデータの処理を行うものである。通信データ処理部１４は、工作機械３０からの指令データの内容を解析し、必要ならば、温度制御部１１の内部メモリに記憶されたデータを指令データに従って書き換える。また、指令データに従って温度制御部１１の内部メモリに記憶されたデータの内容を読み出し、指令データに対する応答データを作成して双方向通信インターフェース１５を介して工作機械３０に送信する。この通信データ処理部１４は双方向通信インターフェース１５と温度制御部１１との間に配置されている。
【００２６】
図２は、温度制御装置１の全体構成を示す図である。なお、図１における温度調整部１０は、図２の冷凍機５、凝縮器６、膨張弁７、熱交換器８などを包括的に示したものである。冷却回路２に設けられた冷却ポンプ２２は駆動モータ２３によって駆動され、冷却回路２中の冷却油を一定流量で循環させる。冷却油は熱交換器８によって冷却された後、主軸頭に流入して主軸頭を冷却する。主軸頭を冷却した後の冷却油は冷却回路２を循環して冷却ポンプ２２に戻ってくる。
【００２７】
主軸頭を冷却後の冷却油の温度（戻り油温）を温度センサ２１によって検出し、その戻り油温が設定温度となるようにフィードバック制御を行う。設定温度は基準温度と一定の温度差を有する値に設定される。温度差は０でもよく、その場合、設定温度は基準温度と等しくなる。なお、温度センサ２１は、図示の位置に限定されず、戻り油温を検出できる位置であればどの位置に配置してもよい。例えば、冷却ポンプ２２の流入側に配置してもよい。
【００２８】
一方、熱交換器８に流入する冷媒に関しては、まず、冷媒ガスが冷凍機５によって圧縮されて凝縮器６に送られる。凝縮器６では、圧縮されて温度上昇した冷媒ガスの熱が放熱されて液化される。凝縮器６は冷却ファン６１によって空冷により冷却されている。液化された冷媒ガスは、さらに膨張弁７を通る際に絞り膨張されて低温低圧の気液混合状態となる。この低温低圧の気液混合の冷媒ガスが熱交換器８に流入して、冷却油を冷却するのである。冷媒ガスは熱交換器８中で冷却油の熱を奪って気化し、気化熱により効率よく冷却油を冷却する。熱交換器８から流出した冷媒ガスは冷凍機５に戻り、循環回路３を循環する。
【００２９】
冷凍機５は、例えばインバータ制御駆動装置によって駆動される。その場合、冷凍機５の回転速度を連続的に変更制御することができ、冷凍機５の冷却能力を連続的に変更制御することができる。また、冷凍機５は、通常の交流電源によって一定の回転速度で駆動するようにしてもよい。冷凍機５を一定の回転速度で駆動する場合は、インバータ制御駆動装置が不要となり、温度制御装置１のコストを低減させるとともに温度制御装置１の小型化が可能となる。この場合、冷凍機５の冷却能力は、膨張弁７の開度およびバイパス弁９の開度によって調整する。
【００３０】
冷凍機５からの冷媒ガスが循環する循環回路３には、圧縮されて温度上昇した冷媒ガスの一部を冷却せずに熱交換器８に流入させるバイパス路４が付加されている。バイパス路４には流量調整弁であるバイパス弁９が設けられている。バイパス路４は、冷却油を冷却する冷却能力を低減調整するために設けられている。バイパス弁９が開状態では低温の冷媒ガスに高温ガスが混合して熱交換器８に流入するため、冷却能力は低下する。バイパス弁９の開度を変更制御することにより、冷却能力を変更制御することができる。バイパス弁９が全閉状態では、高温ガスが混合せず、冷凍機５の冷却能力が最大となる。
【００３１】
温度制御部１１は、冷凍機５の回転速度、膨張弁７の開度およびバイパス弁９の開度を制御して、冷却油の温度制御を行う。また、温度制御部１１には表示部１２および入力部１３が接続されている。表示部１２によって温度制御に関する種々のパラメータ等を確認することができ、入力部１３によってこれらのパラメータ等を入力することができる。また、表示部１２および入力部１３によって、双方向通信インターフェース１５の通信パラメータの確認や設定変更を行うことができる。
【００３２】
冷却油の温度制御は、温度センサ２１によって検出した戻り油温が設定温度となるようにフィードバック制御を行う。フィードバック制御はＰＩＤ制御により、高精度、高速応答かつ高安定な制御を行うようにする。すなわち、ＰＩＤ制御により冷凍機５の回転速度、膨張弁７の開度、バイパス弁９の開度を変更制御してフィードバック制御を行う。なお、冷凍機５の回転速度と膨張弁７の開度を一対一に対応する関係となるように連動して同時に制御することができる。また、膨張弁７の開度とバイパス弁９の開度も、一対一に対応する関係となるように連動して同時に制御することができる。
【００３３】
図３は、温度制御装置１と工作機械３０との間で行う双方向通信プロトコルの例を示す図である。双方向通信インターフェース１５は、シリアルデータ（時系列上で１ビットずつ送受信するデータ）によって通信を行うものでもよく、パラレルデータ（時系列上で複数ビットを同時に送受信するデータ）によって通信を行うものでもよい。ここでは、シリアルデータによる双方向通信の場合について説明する。実際のインターフェース回路としては、いわゆるＲＳ−２３２Ｃなどのシリアルインターフェース回路や、ＬＡＮ用のイーサネット（登録商標）などのネットワーク・インターフェース回路が使用できる。
【００３４】
例えば、ＲＳ−２３２Ｃを使用する場合、通信速度、通信データ構成（データ長、パリティ有無、ストップビット長など）などの通信パラメータの確認や設定変更を、表示部１２および入力部１３によって行うことができる。図３（ａ）は、工作機械３０から特定の温度制御装置１に対してポーリングを行う場合である。ポーリングは工作機械３０に接続された温度制御装置１に対して指定したデータの送信を要求する動作である。これは温度制御装置１から指定したデータを読み出す場合に行われる。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、工作機械３０側から、まず２バイトのデバイス・アドレスＡ１，Ａ２を送信し、続いて２バイトの識別子Ｓ１，Ｓ２を送信する。そして、最後に１バイトの「ＥＮＱ」キャラクタを送信する。デバイス・アドレスＡ１，Ａ２は温度制御装置を特定するための装置ごとに一意的に付与されたアドレスである。このように、工作機械３０に温度制御装置や他の補助装置が複数接続されていても、それらを区別して指定することができる。識別子Ｓ１，Ｓ２は、要求するデータの種類を示すものである。「ＥＮＱ」キャラクタは、ポーリング手順の終了を表す伝送制御キャラクタである。
【００３６】
温度制御装置１がポーリング手順を示す図３（ａ）のようなデータ列を受信した場合、デバイス・アドレスＡ１，Ａ２が自己のアドレスと一致すれば、図３（ｂ）に示すような応答データを送信する。図３（ｂ）の最初の「ＳＴＸ」キャラクタは、送信データの開始を表す伝送制御キャラクタである。次の識別子Ｓ１，Ｓ２は、送信するデータの種類を示すものであり、工作機械３０側はこれにより応答データの種類が要求したものと一致しているか否かを確認することができる。次の６バイトのデータＤ１〜Ｄ６が識別子で示される応答データの内容である。
【００３７】
次の「ＥＴＸ」キャラクタは送信データの終了を表す伝送制御キャラクタである。次の誤り検出符号Ｂ１，Ｂ２は、送信データブロックの誤り検出のためのデータであり、識別子Ｓ１から「ＥＴＸ」キャラクタまでの水平パリティ（偶数）を示すデータである。誤り検出符号Ｂ１，Ｂ２により、工作機械３０側が応答データの正当性を判定することができる。応答データに伝送誤り等がある場合、工作機械３０側からデータの再送信を要求することができる。
【００３８】
また、工作機械３０側は、図３（ｂ）のような応答データを正常に受信できた場合、「ＡＣＫ」キャラクタを送信する。「ＡＣＫ」キャラクタは肯定応答を意味する伝送制御キャラクタである。応答データを正常に受信できなかった場合は、工作機械３０側は「ＮＡＫ」キャラクタを送信する。「ＮＡＫ」キャラクタは否定応答を意味する伝送制御キャラクタであり、この場合は応答データ再送信の要求となる。
【００３９】
工作機械３０側から「ＮＡＫ」キャラクタが送信された場合、温度制御装置１は応答データを再送信する。工作機械３０側が応答データを正常に受信できない場合とは、例えば、誤り検出符号により応答データに誤りが検出された場合、識別子が要求したものと異なる場合、応答データの構成（長さや伝送制御キャラクタの位置など）が異常な場合等である。
【００４０】
図３（ｃ），（ｄ）は、工作機械３０側から特定の温度制御装置１に対してセレクティングを行う場合である。セレクティングは工作機械３０側から通信相手とする装置を選択する動作である。本発明においては、温度制御装置１に指定したデータを書き込む（設定する）場合にセレクティングを使用する。図３（ｃ）に示すように、最初に工作機械３０側から温度制御装置１を指定するためのデバイス・アドレスＡ１，Ａ２を送信する。それに続いて工作機械３０側から、図３（ｄ）に示すような温度制御装置１に対する設定データが送られる。
【００４１】
図３（ｄ）の設定データの構成は、図３（ｂ）の応答データの構成と同じである。最初の「ＳＴＸ」キャラクタ、設定データの種類を表す識別子Ｓ１，Ｓ２、設定データの内容Ｄ１〜Ｄ６、「ＥＴＸ」キャラクタ、誤り検出符号Ｂ１，Ｂ２が連続して送られる。セレクティングで選択された（デバイス・アドレスＡ１，Ａ２が一致した）温度制御装置１は、この設定データに基づいて、識別子Ｓ１，Ｓ２で示された内部データを書き換えて設定変更を行う。
【００４２】
また、温度制御装置１は、図３（ｄ）のような設定データを正常に受信できた場合、肯定応答の「ＡＣＫ」キャラクタを送信する。設定データを正常に受信できなかった場合は、温度制御装置１は否定応答の「ＮＡＫ」キャラクタを送信する。温度制御装置１が設定データを正常に受信できない場合とは、例えば、誤り検出符号により設定データに誤りが検出された場合、識別子がテーブルに存在しない場合、設定データの構成（長さや伝送制御キャラクタの位置など）が異常な場合、設定データの内容が設定範囲外である場合等である。温度制御装置１から「ＮＡＫ」キャラクタが送信された場合、工作機械３０側は再度セレクティングを行う等の回復処理を行うことができる。
【００４３】
以上のような双方向通信により、工作機械３０側から温度制御装置１の状態や内部データを任意に指定して読み出すことができ、また、工作機械３０側から温度制御装置１に設定データを書き込んで状態を変更したり内部データを変更することもできる。温度制御装置１に対して読み書きできるデータには、それぞれの種類を識別できる識別子が付与されている。温度制御装置１に対して読み書きできるデータは、例えば、次のようなデータとすることができる。
【００４４】
温度制御装置１から読み出し専用のデータとして、制御モード、各種の温度測定値（マスター、スレーブ、室温、機体温度など）、各種アラーム情報などを読み出すことができる。温度制御装置１に対して読み書き可能なデータとしては、温度制御の設定温度、操作量（冷却量：０〜１００％）、ＰＩＤ設定パラメータ（０〜１０）、運転／停止状態などである。前述のように、温度制御装置１からのデータ読み出しはポーリングによって行い、温度制御装置１へのデータ書き込みはセレクティングによって行う。
【００４５】
このように双方向通信により、工作機械３０側から温度制御装置１の種々の状態を読み出したり、温度制御装置１の状態変更や種々のパラメータの設定変更を行うことができるので、温度制御の制御形態や制御パラメータを工作機械３０側から自動的に変更したりすることも可能となり、温度制御の制御形態の自由度が飛躍的に向上する。例えば、工作機械の運転状態に応じて一時的にフィードフォーワード制御を取り入れたり、温度制御装置の各部の温度や運転状態をモニタしたりすることを容易に実行することができる。
【００４６】
具体的には、工作機械の起動時に温度制御装置１の制御パラメータを通常時とは異なる値に設定して短時間で定常温度に近付けるようにし、工作機械の暖機運転時間を短縮して稼働率を向上させることができる。また、金型加工のように長時間の加工が必要な場合に、温度制御装置の各部の温度や運転状態をモニタして、温度制御装置に問題が発生した場合には即座に工作機械を問題回避動作に移すようにし、高価な金型の加工精度を維持して不良品となるのを回避することができる。
【００４７】
なお、以上の説明においては、双方向通信インターフェースがシリアルデータによって通信を行うものとしていたが、それに限らずパラレルデータによって通信を行うものであってもよい。また、温度制御装置に対して読み書きするデータとしては、例示したデータだけに限らずその他の任意のデータを読み書きできるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明によれば、工作機械との双方向のデータ送受信を可能とし、工作機械と温度制御装置との間の通信情報の自由度を大幅に拡大して、温度制御に対する多様なニーズに応え、多様な形態の温度制御を実施可能な温度制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の温度制御装置１を工作機械３０と接続した状態を示す図である。
【図２】温度制御装置１の全体構成を示す図である。
【図３】双方向通信プロトコルの例を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  温度制御装置
２  冷却回路
３  循環回路
４  バイパス路
５  冷凍機
６  凝縮器
７  膨張弁
８  熱交換器
９  バイパス弁
１０  温度調整部
１１  温度制御部
１２  表示部
１３  入力部
１４  通信データ処理部
１５  双方向通信インターフェース
２１  温度センサ
２２  冷却ポンプ
２３  駆動モータ
３０  工作機械
３１  工作機械本体
３２  ＮＣ装置
３３  基準温度センサ
６１  冷却ファン
【図１】
0005102005.tif 000002
【図２】
0005102005.tif 000003
【図３】
0005102005.tif 000004