JPH02292155A - Machine tool cooling system - Google Patents
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、工作機械の冷却装置に関する。更に詳しく
は、工作機械を構成する発熱機体部分にユニット式の冷
却装置を組み込んで、その発熱部分のみを冷却する工作
機械の冷却装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a cooling device for a machine tool. More specifically, the present invention relates to a cooling device for a machine tool that incorporates a unit-type cooling device into a heat-generating body portion of the machine tool and cools only the heat-generating portion.
［従来技術］
工作機械は、機体各部に発熱源を備えている．例えば、
主軸の軸受のころがり摩擦熱、切削する工具からの発熱
、油圧駆動部からの発熱など数多い．これらの発熱源は
、機体各部に伝導し機体を変形させる。この機体の変形
は、加工精度に影響する．例えば、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軸受部分
のころがり摩擦またはすべり摩擦により発熱する。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、通常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。[Prior art] Machine tools are equipped with heat sources in each part of the machine. for example,
There are many causes such as frictional heat from rolling of the main shaft bearing, heat generated from cutting tools, and heat generated from hydraulic drive parts. These heat sources are transmitted to various parts of the fuselage and deform the fuselage. This deformation of the machine body affects machining accuracy. For example, in the spindle head of a machine tool, heat is generated due to rolling friction or sliding friction of a bearing portion that holds and rotates a tool or workpiece. The generated heat is the main cause of thermal deformation of the spindle head. This spindle head is normally cooled by passing cooling oil cooled by a cooling device through the spindle head.
冷却装置は、常に冷却油が設定された温度となるように
冷却油を冷やすように制御されている。The cooling device is controlled so that the cooling oil is always cooled to a set temperature.
冷却装置は、工作機械本体とは別な場所に設置され、冷
却油をバイビングにより導き冷却している。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の
で、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．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、主軸ヘッドで発生する熱により主軸ヘッド
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
正動作のむだ時間、動作すきまなどで、温度が上下動す
るいわゆる定常偏差量が大きい。一方、工作機械を構成
するユニットは、ベッド、主軸ヘッド、刃物台、駆動装
置などのユニットに分割される。工作機械を可能な限り
このユニットを組み立てるだけで構成しよ．うとする考
え方は、以前から知られている。The cooling device is installed in a separate location from the machine tool body, and cools the machine by guiding the cooling oil through vibrating. This set temperature is often set to be the same as room temperature. This is because if the set temperature is lowered below room temperature, condensation will form on the spindle head, so it is not normally done to set the cooling oil below room temperature. Particularly in the case of machine tools where the rotational speed of the spindle fluctuates rapidly, the temperature of the spindle head will rise if these thermal fluctuations are not dealt with quickly. Therefore, the heat generated in the spindle head increases the displacement of the spindle head, resulting in a reduction in machining accuracy. Further, in the conventional cooling system described above, the so-called steady-state deviation amount in which the temperature fluctuates up and down due to dead time of temperature correction operation, operation gap, etc. is large. On the other hand, the units that make up a machine tool are divided into units such as a bed, a spindle head, a turret, and a drive device. Configure the machine tool by simply assembling these units as much as possible. The idea of trying to do so has been known for a long time.
［発明が解決しようとする課題］
冷却装置を工作機械本体とは、別の位置に設置して、冷
媒を管路で導いている。この方法は、管路が長くなり、
必然的に冷媒の熱損失、摩擦損失が多くなる。また、設
定温度（通常は室温〉に冷媒をコントロールする場合に
は、定常偏差が大きくなる。前記損失も考慮してセンサ
ーを配置して、定常偏差を小さ・くシようとすると制御
バルブ、制御回路などが複雑になる。[Problems to be Solved by the Invention] The cooling device is installed at a different location from the machine tool body, and the refrigerant is guided through a pipe. This method requires a longer pipe,
Naturally, heat loss and friction loss of the refrigerant increase. In addition, when controlling the refrigerant to a set temperature (usually room temperature), the steady-state deviation becomes large.If you try to reduce the steady-state deviation by arranging sensors taking the above losses into consideration, the control valve and control Circuits become complicated.
前記した工作機械を構成するユニット（ここでは要素と
同義に使う。）は、熱の問題は考慮されていない。した
がツて、各ユニットで発生した熱は、そのユニットのみ
ならず他のユニットにも伝導して他ユニットを変形させ
る。この発明は、前記したような技術背景のもとに発明
されたもので、以下の目的を達成する。The units (here used synonymously with elements) that make up the machine tool described above do not take heat issues into consideration. Therefore, the heat generated in each unit is conducted not only to that unit but also to other units, deforming the other units. This invention was invented based on the above-mentioned technical background, and achieves the following objects.
この発明の目的は、工作機械を構成する機体に一体的に
組み込んだ工作機械の冷却装置を提供することにある．
この発明の他の目的は、工作機械を構成する要素で発生
した熱を機体の他の部分に伝熱させず、その熱発生源で
冷却する工作機械の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］
前記課題を解決するために次の手段を採る。An object of the present invention is to provide a cooling device for a machine tool that is integrally incorporated into the body of the machine tool. Another object of the present invention is to provide a cooling device for a machine tool that cools the heat generated by the elements constituting the machine tool at its heat generation source without transmitting it to other parts of the machine body. [Means for solving the above-mentioned problem] In order to solve the above-mentioned problem, the following means are adopted.
工作機械において、前記工作機械を楕成する機体要素と
、この機体要素の発熱部を冷却するなめに前記機体要素
に一体に組み込まれかつ冷却熱を発生するために冷熱発
生手段を内蔵したユニット冷却装置と、このユニット冷
却装置で発生した冷却熱と前記発熱部の発熱とを熱交換
する熱交換手段とからなる工作機械の冷却装置である。In a machine tool, a body element forming an oval shape of the machine tool, and a cooling unit integrally incorporated in the body element to cool the heat generating part of the machine tool and having a built-in cold heat generation means to generate cooling heat. This cooling device for a machine tool includes a cooling device and a heat exchange means for exchanging cooling heat generated by the unit cooling device with heat generated by the heat generating section.
前記ユニット冷却装置で発生した冷却熱をガス冷媒のみ
を介して、前記機体要素の発熱部の熱と熱交換するよう
に構成すると効果的である。発熱要素である主軸ヘッド
に前記ユニット冷却装置を適用すると良い。更に、前記
機体要素が前記主軸ヘッド内に回転自在に設けた主軸に
ロー夕を組み込み主軸ヘッドにステータを組み込んだ主
軸ヘッドに適用するとなお効果的である。また、前記ユ
ニット冷却装置と前記機体要素間に振動減衰材を介在さ
せるとなお良い。It is effective to configure the system so that the cooling heat generated by the unit cooling device is exchanged with the heat of the heat generating portion of the airframe element through only the gas refrigerant. It is preferable to apply the unit cooling device to the spindle head, which is a heat generating element. Furthermore, it is even more effective to apply the present invention to a spindle head in which the body element is rotatably provided in the spindle head, a rotor is built into the spindle, and a stator is built into the spindle head. Further, it is even better if a vibration damping material is interposed between the unit cooling device and the airframe element.
［作 用］ 工作機械を構成する機体要素で熱が発生する。[Work] Heat is generated in the body elements that make up the machine tool.
二の熱発生源に一体的に冷却装置を組み込む。熱発生源
の熱を組み込んだ冷却装置でその機体要素内で冷却する
。A cooling device is integrated into the second heat generation source. A cooling system that incorporates the heat from the heat source cools it within the airframe element.
［実施例］
以下、この発明の実施例を図にしたがって説明する。第
１図は、ＮＣ旋盤１の主軸ヘッド３の冷却に適用した実
施例を示す透視図である。ＮＣ旋盤１は、本体フレーム
であるベッド２を有している。ベッド２上の一端に設け
た主軸ヘッド３、主軸ヘッド３に対向して設けた心押台
４からなる。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment applied to cooling a spindle head 3 of an NC lathe 1. FIG. The NC lathe 1 has a bed 2 which is a main body frame. It consists of a spindle head 3 provided on one end of the bed 2, and a tailstock 4 provided opposite the spindle head 3.
更に、ベッド２上を移動する往復台５、往復台５上のタ
レット刃物台６などからなる。これらのユニットは、従
来から公知のものであり、ここでは説明を省略する。主
軸ヘッド３上には、冷却装置１０が一体に組み込んで設
けてある．
冷却装置１０には、ＮＣ旋盤１０の全面から外気ａを取
り入れ、主軸ヘッド１０を冷却後、排熱を含んだ排気を
冷却装置１０の外に排出する。第２図は、第１図■−■
断面図である。主軸ヘッド３内には、主軸１ｌが回転自
在にベアリング１２、ｌ２により支持されている。主軸
１１の外周には、誘導モータのロータ１３が固定してあ
る。Furthermore, it consists of a carriage 5 that moves on the bed 2, a turret tool rest 6 on the carriage 5, and the like. These units are conventionally known and will not be described here. A cooling device 10 is integrally installed on the spindle head 3. The cooling device 10 takes in outside air a from the entire surface of the NC lathe 10, cools the spindle head 10, and then discharges exhaust gas containing waste heat to the outside of the cooling device 10. Figure 2 is the same as Figure 1 ■-■
FIG. Inside the spindle head 3, a spindle 1l is rotatably supported by bearings 12, l2. A rotor 13 of an induction motor is fixed to the outer periphery of the main shaft 11.
ロータ１３は、けい素鋼板を積層したものである。一方
、主軸ヘッド３には、熱交換器１５が固定してある。熱
交換器１５は、後述するように主軸モータで発生した熱
を排熱するために、冷媒ガスと熱交換を行うものである
。The rotor 13 is made of laminated silicon steel plates. On the other hand, a heat exchanger 15 is fixed to the spindle head 3. The heat exchanger 15 exchanges heat with refrigerant gas in order to exhaust heat generated by the main shaft motor, as will be described later.
熱交換器１５は、円筒状の形をしていて、外周には、螺
旋満１６が切ってある。主軸ヘッド３と熱交換器１５と
の間には、冷媒ガスが漏出しないように０リング１７が
介在ざせてある。なお、Ｏリング１７以外にも主軸ヘッ
ド３と熱交換器１５との気密を保持するものであれば、
ガスケットなど他の公知のシール手段でも良い。熱交換
器１５の内周面には、ステータ１８が固定してある．ス
テータ１８には、誘導コイル１９が巻いてある。The heat exchanger 15 has a cylindrical shape, and a spiral groove 16 is cut on the outer periphery. An O-ring 17 is interposed between the spindle head 3 and the heat exchanger 15 to prevent refrigerant gas from leaking. In addition, other than the O-ring 17, if it maintains airtightness between the spindle head 3 and the heat exchanger 15,
Other known sealing means such as gaskets may also be used. A stator 18 is fixed to the inner peripheral surface of the heat exchanger 15. An induction coil 19 is wound around the stator 18 .
ステータ１８の外周と、熱交換器１５との外周には、熱
が伝導しやすいように気密に挿入されている，結局、主
軸１１のロータ１３とステータｌ８とは、モータを構成
することになる．一方、主軸ヘッド３上には、冷却装置
１０が一体に取り付けてある。冷却装置１０は、フレー
ム（図示せず）外周を板材２１でカバーされている。板
金材２１は、合成樹脂などを被覆した振動減衰型の板金
材である。これは、内部に設けたモータの振動を減衰さ
せて主軸ヘッドへ伝達させないようにするためのもので
ある．
板金材２１の内周面には、断熱材２２でコーティングさ
れていろり断熱材２２は、冷却装置２０で発生した熱を
機体に熱伝導させないようにしたものである。更に、冷
却装置１０と主軸ヘッド３との間には、振動減衰材２３
が介在させてある。振動減衰材２３は、主軸ヘッド３の
振動を冷却装置１０に伝導させないため、逆に冷却装置
１０の振動を主軸ヘッド３に伝導させないようにしたも
のである。The outer periphery of the stator 18 and the outer periphery of the heat exchanger 15 are airtightly inserted to facilitate heat conduction.In the end, the rotor 13 of the main shaft 11 and the stator l8 constitute a motor. ．． On the other hand, a cooling device 10 is integrally attached to the spindle head 3. The cooling device 10 includes a frame (not shown) whose outer periphery is covered with a plate material 21 . The sheet metal material 21 is a vibration damping type sheet metal material coated with synthetic resin or the like. This is to dampen the vibrations of the internal motor and prevent them from being transmitted to the spindle head. The inner peripheral surface of the sheet metal material 21 is coated with a heat insulating material 22, and the heat insulating material 22 prevents the heat generated by the cooling device 20 from being conducted to the fuselage. Furthermore, a vibration damping material 23 is provided between the cooling device 10 and the spindle head 3.
is interposed. The vibration damping material 23 prevents the vibrations of the spindle head 3 from being transmitted to the cooling device 10, and conversely prevents the vibrations of the cooling device 10 from being transmitted to the spindle head 3.
圧縮機３０は、冷媒ガスを圧縮して高圧高温の状態にす
るものである。圧縮機３０は、モータ３１により駆動さ
れる。圧縮機３０は、公知のいかなるタイプのものでも
良いが、小型化できるものが望ましい。圧縮機３０を出
た冷媒ガスは、管路３２を通り凝縮器３３で放熱される
。この放熱は、モータ３５で駆動されるファン３４を回
転駆動して行われる．放熱し、液化された冷媒ガスは、
管路３６を通り、受液器３７に入る．受液器３７の液体
は、膨張弁３８で絞り膨張され低圧低温の気液混合状態
となる。The compressor 30 compresses refrigerant gas to a high pressure and high temperature state. The compressor 30 is driven by a motor 31. The compressor 30 may be of any known type, but one that can be made smaller is desirable. The refrigerant gas that has exited the compressor 30 passes through a conduit 32 and is radiated in heat by a condenser 33 . This heat radiation is performed by rotating a fan 34 driven by a motor 35. The heat released and liquefied refrigerant gas is
It passes through the pipe line 36 and enters the liquid receiver 37. The liquid in the liquid receiver 37 is throttled and expanded by the expansion valve 38 and becomes a gas-liquid mixed state at low pressure and low temperature.
この状態で熱交換器１５の入口３９に入る。一方、誘導
コイル１９、ステータ１８、ロータ１３には、ジュール
熱が発生する。また、ベアリング１２、１２にも熱が発
生する．熱交換器１５は、冷凍機でいうといわゆる蒸発
器であるから、周囲から発生した熱を奪って気化しなが
ら、螺旋満１６をたどりながら出口４０に出て圧縮機３
０に戻る。In this state, it enters the inlet 39 of the heat exchanger 15. On the other hand, Joule heat is generated in the induction coil 19, stator 18, and rotor 13. Heat is also generated in the bearings 12, 12. Since the heat exchanger 15 is a so-called evaporator in a refrigerator, it takes the heat generated from the surroundings and vaporizes it, while following the spiral pattern 16 and exiting to the outlet 40 to the compressor 3.
Return to 0.
［ｆｌ！！の実施例〕
前記した実施例は、排熱を主軸と直角の方向に排出して
いるが、主軸１１と平行に主軸の後部に排熱しても良い
．前記した冷却装置は、一段圧縮冷却機装置であった、
多段圧縮タイプ、電子冷凍など他の公知の冷却装置を用
いても良い。また、前記した断熱材は、断熱材のみであ
った。しかし、ふく射を防ぐなめアルミはくなどを貼り
付けても良い．更に、前記実施例の冷却装置は、主軸ヘ
ッドに設け主に主軸モータから発生する熱を冷却してい
る．
しかし、工作機械の熱発生源は、この箇所に限定される
ものではなく、軸受部、送りねじとナットの摺動部、往
復台とベッドのすべり面、切削油と接する機体要素など
からも発生する。したがって、前記実施例と同様に、工
作機械を構成する他の箇所も前記同様の技術思想で冷却
できる．なお、前記した機体要素とは、モジュール式の
工作機械の機体を意味しない．
［発明の効果］
以上詳記したように、この発明は、工作機械の発熱源に
取り付けるのみであるから、冷却装置がコンパクトにな
り、床面積をも減少させる。冷却装置の冷媒ガスのため
の管路がきわめて短くて済む。したがって、冷却効率が
向上し、定常偏差も小さい．[fl! ! Embodiment] In the embodiment described above, the waste heat is discharged in a direction perpendicular to the main shaft, but the heat may be discharged parallel to the main shaft 11 to the rear of the main shaft. The cooling device described above was a single-stage compression chiller device.
Other known cooling devices such as multi-stage compression type and electronic refrigeration may also be used. Further, the above-mentioned heat insulating material was only a heat insulating material. However, it is also possible to attach aluminum foil or the like to prevent radiation. Furthermore, the cooling device of the above embodiment is provided in the spindle head and mainly cools the heat generated from the spindle motor. However, heat generation sources in machine tools are not limited to these locations, but can also be generated from bearings, sliding parts of feed screws and nuts, sliding surfaces of carriages and beds, and machine body elements that come into contact with cutting oil. do. Therefore, similar to the embodiment described above, other parts of the machine tool can also be cooled using the same technical concept as described above. Note that the above-mentioned body elements do not mean the body of a modular machine tool. [Effects of the Invention] As described in detail above, since the present invention is only attached to the heat generating source of a machine tool, the cooling device becomes compact and the floor space is also reduced. The conduit for the refrigerant gas of the cooling device can be extremely short. Therefore, cooling efficiency is improved and steady-state deviation is small.
第１図は工作機械のユニットの冷却装置の概観を示す透
視図、第２図は第１図の■−■断面図である。
１・・・ＮＣ旋盤、２・・・ベッド、３・・・主軸ヘッ
ド、１０・・・冷却装置FIG. 1 is a perspective view showing an overview of a cooling device for a unit of a machine tool, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line 1--2 in FIG. 1...NC lathe, 2...bed, 3...spindle head, 10...cooling device
Claims (1)
素と、この機体要素の発熱部を冷却するために前記機体
要素に一体に組み込まれかつ冷却熱を発生するために冷
熱発生手段を内蔵したユニット冷却装置と、このユニッ
ト冷却装置で発生した冷却熱と前記発熱部の発熱とを熱
交換する熱交換手段とからなる工作機械の冷却装置。 ２、請求項１において、前記ユニット冷却装置で発生し
た冷却熱をガス冷媒のみを介して前記機体要素の発熱部
の熱と熱交換するようにしたことを特徴とする工作機械
の冷却装置。 ３、請求項１または２において、前記機体要素が主軸ヘ
ッドであることを特徴とする工作機械の冷却装置。 ４、請求項３において、前記機体要素が前記主軸ヘッド
内に回転自在に設けた主軸にロータを組み込み主軸ヘッ
ドにステータを組み込んだ主軸ヘッドであることを特徴
とする工作機械の冷却装置。 ５、請求項１、２、３、４項から選択される１項におい
て、前記ユニット冷却装置と前記機体要素間に振動減衰
材を介在させたことを特徴とする工作機械の冷却装置。[Claims] 1. In a machine tool, a body element constituting the machine tool, and a cold heat source integrally incorporated in the body element for cooling the heat generating part of the body element and for generating cooling heat. A cooling device for a machine tool comprising a unit cooling device having a built-in generating means, and a heat exchange means for exchanging cooling heat generated by the unit cooling device with heat generated by the heat generating section. 2. The cooling device for a machine tool according to claim 1, wherein the cooling heat generated by the unit cooling device is heat exchanged with the heat of the heat generating portion of the machine body element through only a gas refrigerant. 3. A cooling device for a machine tool according to claim 1 or 2, wherein the machine body element is a spindle head. 4. A cooling device for a machine tool according to claim 3, wherein the body element is a spindle head in which a rotor is built into a spindle rotatably provided in the spindle head, and a stator is built into the spindle head. 5. A cooling device for a machine tool according to claim 1, wherein a vibration damping material is interposed between the unit cooling device and the body element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1109084A JPH0725014B2 (en) | 1989-05-01 | 1989-05-01 | Machine tool cooling system |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP1109084A JPH0725014B2 (en) | 1989-05-01 | 1989-05-01 | Machine tool cooling system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02292155A true JPH02292155A (en) | 1990-12-03 |
| JPH0725014B2 JPH0725014B2 (en) | 1995-03-22 |
Family
ID=14501192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1109084A Expired - Lifetime JPH0725014B2 (en) | 1989-05-01 | 1989-05-01 | Machine tool cooling system |
Country Status (1)
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Also Published As
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| JPH0725014B2 (en) | 1995-03-22 |
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