JPH02292155A

JPH02292155A - 工作機械の冷却装置

Info

Publication number: JPH02292155A
Application number: JP10908489A
Authority: JP
Inventors: Akira Koshiyou; 明古正
Original assignee: Hitachi Seiki Co Ltd
Current assignee: Hitachi Seiki Co Ltd
Priority date: 1989-05-01
Filing date: 1989-05-01
Publication date: 1990-12-03
Anticipated expiration: 2010-03-22
Also published as: JPH0725014B2

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。

［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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

［作　用］工作機械を構成する機体要素で熱が発生する。

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
。

［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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

［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．

【図面の簡単な説明】

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

Claims

【特許請求の範囲】１、工作機械において、前記工作機械を構成する機体要
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。