JPH0457651A - 工作機械の主軸温度制御方法並びに装置 - Google Patents

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］ 本発明は、運転中の工作機械の主軸の発熱を循環する冷
却液によって吸収し、主軸の温度を目標値になるように
制御する方法とこれを実現するための装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、工作機械は主軸の回転数やワークの切削抵抗等
の加工条件に応じて発熱し、主軸部とこれを支持してい
る機台部との温度に差を生しる。

これによって工作機械の各部に熱歪みを生じ、加工精度
が低下するので、これを防ぐために主軸頭部分に冷却液
を循環させて発熱を吸収し、主軸温度と機台部の温度と
の差を常に一定値に維持するように制御する冷却システ
ムが設けられている。

従来の主軸温度の制御方式は、例えば特公昭４８−３７
９７号公報に開示されているように、主軸の予想最大発
熱量を充分に冷却し得る能力を有する冷却器を具え、主
軸温度と基準温度（大気温度又は機台温度）との差が所
定値を越えて上昇した場合には、冷却器を作動させて冷
却液を冷却し、低温となった冷却液を循環させて主軸温
度を低下させ、これが所定の値にまで低下すると冷却器
の作動を停止するように構成されている。又、この系で
は冷却液の温度を上昇させる必要がある場合に具えてヒ
ーターも設けられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、この方式においては、大量の冷却液を栄、速に
冷却／加熱する必要があるため、ヒーター並びに冷却器
甚大容量のものとならざるを得ない。

従って、これらのヒーターや冷却器がオン・オフ作動す
ると、かなりのヒートショックが工作機械に加わり、か
えって加工精度に悪影響を及ぼしている。

主軸の発熱量はその回転速度と正の相関を有することは
周知である。例えば、第４図に示すように、主軸を支持
するベアリングの発熱量は、主軸回転速度のほぼ二乗に
比例している。このため、加工条件に応じて主軸回転数
が低速域から高速域まで広い範囲にわたって変化するよ
うな場合、前述の系においては、冷却器やヒーターは主
軸の最高回転時の発熱量に対応する非常に大規模なもの
となり、オン・オフ時のヒートショックは益々増大する
傾向にある。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決し、低速
域から高速域まで広い範囲にわたる主軸回転速度に対応
可能で、しかも機械に与えるヒートショックの少ない主
軸の冷却方法並びにこれを実施するための装置を提供す
ることを目的とする。

（課題を解決するための手段〕 この目的は、工作機械の主軸装置に液温調節機を通して
冷却液を循環させ、前記主軸装置の主軸温度を目標値に
維持するようにした工作機械の主軸温度制御方法におい
て、前記冷却液の循環路に第１液温調節機及び第２液温
調節機を直列又は並列に設け、前記主軸装置の主軸回転
速度と該主軸回転速度に対応する発熱を補償する冷却容
量との関係を予め記憶し、前記主軸装置の回転速度に対
応する、前記予め記憶してある冷却容量が発生されるよ
うに前記第１液温調節機を作動させると共に、前記主軸
装置の主軸温度を検出し、該検出温度が前記目標値にな
るように前記第２液温調節機の冷却容量を調節すること
を特徴とする工作機械の主軸温度制御方法によって達成
される。

又、この方法を実施するための装置として、工作機械の
主軸装置に冷却液を循環させ、前記主軸装置の主軸温度
を目標値に維持するようにした工作機械の主軸温度制御
装置において、前記冷却液の循環路に直列又は並列に配
置された第１液温調節機と第２液温調節機と、前記主軸
装置の主軸回転速度と該主軸回転速度に対応する発熱を
補償する冷却容量との関係を予め記憶する記憶手段と、
前記主軸装置の回転速度に対応する、前記記憶手段に記
憶されている冷却容量が得られるように前記第１液温調
節機を作動させる第１制御手段と、前記主軸装置の主軸
温度を検出する主軸温度検出手段と、該主軸温度検出手
段によって検出された温度が前記目標値になるように前
記第２液温調節機を作動させる第２制御手段とを具えた
ことを特徴とする工作機械の主軸温度制御装置も提供さ
れる。

〔作用］ 工作機械の運転中は、前記第１液温調節機は第１制御手
段からの指令によって、現在の主軸回転速度に対応する
発熱量を補償する冷却容量を出力するようフィードフォ
ワード制御される。これによって主軸発熱の殆どは冷却
され、主軸温度を目標値に一致させるために必要な冷却
容量は残りわずかとなる。主軸の回転速度が変更された
場合には、第１液温調節機の冷却容量も変更され、主軸
の発熱の大部分が補償されるように冷却液の温度を調節
する。

一方、第２液温調節機の方は、主軸温度検出手段によっ
てリアルタイムで計測された主軸温度に基づく第２制御
手段からの指令によって、主軸温度が目標値に一致する
ようにフィードバック制御される。

このように、本発明によれば、記憶手段、第１制御手段
、並びに第１液温調節機による主軸回転速度に対応した
フィードフォワード制御と、主軸温度検出手段、第２制
御手段並びに第２液温調節機によるフィードバック制御
とを組み合わせることにより、きめの細かい、ヒートシ
ョックの小さい主軸温度の制御が可能になる。

以下、図面に示す好適実施例に基づいて、本発明を更に
詳細に説明する。

〔実施例〕

第１図は、本発明にかかる工作機械の主軸温度制御の原
理を示す模式図である。

工作機械の主軸装置ｌには、回転時の発熱を冷却するた
めに、その軸受２の領域に対して循環路３を通じてタン
ク４内の冷却液がポンプ５によって供給されている。

この循環路３の途中には、第１液温調節機Ａと第２液温
調節機Ｂとが互いに直列に配置され、その熱交換機８．
８゛を介して循環路内を通過する冷却液を冷却するよう
に構成されている。

第１液温調節機Ａは、予想される主軸の最高回転速度に
おける主軸発熱量を打ち消す冷却能力を具えたものが選
ばれている。この第１液温調節機６は、その冷凍圧縮機
９から熱交換機８に至る冷媒ガス循環路１０の途中に二
つのバイパスを有し、そのそれぞれに切替え弁１１．１
２を具えている。

この切替え弁１１．１２は両者共閉位置にある場合には
全部の冷媒ガスが熱交換機８に流れて最も冷却容量が大
きくなり（これを１００％冷却容量とする）、一方が閉
、他方が開の場合には６５％、両者とも開の場合には３
５％の冷却容量をなり、更に冷凍圧縮機９を停止した場
合には冷却容量Ｏ％となるように、４段階に冷却容量を
切替えられるようになっている。

同様に第２液温調節機Ｂも冷媒ガス循環路１０中に二つ
のバイパスを有し、それぞれに切替え弁１１“、１２°
を具えている。この両方の弁がともに閉の場合には冷却
容量は１００％となり、方を閉、他方を開にすると５０
％１両者を開にすると１０％、冷凍圧縮機９“を停止す
ると０％となるようになっている。

本発明の特徴とする点は主軸装置の冷却を前記二つの液
温冷却装置Ａ、Ｂを組み合わせてきめ細かく制御するこ
とに特徴を有する。即ち、前述したように主軸の発熱量
はその回転速度に大きく依存している点に鑑み、主軸の
回転速度の変更に伴って先ず第１液温調節機Ａの冷却容
量を変更してフィードフォワード制御を行い、大部分の
発熱をこれによって打ち消し、主軸温度の検出の結果こ
れに不足乃至は過剰があった場合には、更に第２液温調
節機Ｂの冷却容量の変更によってフィードバック制御す
るものである。

第１液温調節機Ａの切替え弁の切替え指令は、コンピュ
ータ１３に内蔵された第１制御手段によって行われる。

このコンピュータ１３のメモリには、当該工作機械の予
想される主軸回転速度とその際に生じる発熱を打ち消す
のに必要な冷却容量との関係式（第２図参照）が記憶さ
れており、ＮＣ装置から入力される主軸の回転速度デー
タに応じて、最適な冷却容量となるように弁に切替え指
令が発せられる。

一方、第２液温調節機Ｂの切替え弁の切替えは、次のよ
うにして行われる。先ず主軸温度の代表値として、タン
ク４に戻る直前の冷却液の温度の検出値が、温度計１４
によって、第２制御手段を構成する温度コントローラ１
５にリアルタイムに人力される。この第２制御手段１５
においては、予め１定されている主軸温度の目標値とこ
の検出値との比較が行われ、その差に応じて切替え弁１
１゜１２゛に切替え指令が発せられ、適宜な冷却容量で
第２液温調節機Ｂが作動せしめられる。

運転の実際を第２図に基づいて説明すると、主軸回転速
度が低い間（Ｌ以下）は主軸発熱量が小さいので、第１
液温調節機Ａの冷凍圧縮機は停止した状態（即ち冷却容
量Ｏ％）に維持され、専ら第２液温調ｆｆｉ機Ｂによる
フィードバック制御のみが行われる。主軸回転速度が上
昇してＬを越えると、第１液温調節機Ａは変更された主
軸回転速度に見合う冷却容量となるように切替えられて
運転され、フィードフォワード制御を行う。即ち、主軸
回転速度がＬ−Ｍの間は３５％の冷却容量、Ｍ〜Ｈの間
は６５％の冷却容量、Ｈを越えた場合には１００％の冷
却容量で作動する。この間に第２液温調節＠Ｂの方はフ
ィードバック制御を続行する。

このようにして本発明の制御システムによって主軸の温
度を制御した結果の実例を第３図（ａ）に、従来のフィ
ードバック制御のみによる例を第３図（ｂ）に示す。こ
れによれば、本発明の場合、主軸温度の代表値である戻
り油温はばらつきが少なく優れた制御が行われているこ
とが明らかである。

上に述べた例では液温調節機の冷却容量をそれぞれ４段
階に切り換える例について述べたが、切替え段数はこれ
に限定されるものではな（、必要に応じて適宜に設定可
能である。又、第１液温調節機並びに第２液温調節機は
、それぞれ複数台の液温調節機で構成されてもよい。

なお、第１図に示した実施例は、第１液温調節機Ａと第
２液温調節機Ｂが直列に配置されているが、２台の液温
調節機を並列に配置しても同等の効果が得られる。

〔発明の効果］ 以上、詳述したように、本発明によれば、二つの液温調
節機を用いて、一方では主軸回転速度に応じて冷却容量
を変化させて主軸温度をフィードフォワード制御し、他
方では検出された実際の主軸温度に応じてフィードバッ
ク制御しているので、主軸の冷却に際して液温調節機の
オン・オフによるヒートショックが極めて少なくなる。

更に主軸の回転速度をステップ的に変化させた場合にも
、冷却のオーバシュートやアンダーシュートが小さくな
り、冷却効率が向上するとともに、加工精度が改善され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による工作機械の主軸温度制御システム
の構成を示す冷却液循環路の模式図、第２図は主軸の回
転速度とこれによる発熱を補償するのに要する冷却容量
との関係図、第３図（ａ）、（ｂ）は本発明による主軸
温度の制御結果と従来の方式による結果とを示すチャー
ト、 第４図は主軸の回転速度とこれによる主軸軸受の発熱量
との関係図、 第５図は本発明による工作機械の主軸温度制御システム
の第２実施例の構成を示す冷却液循環路の模式図である
。 １−主軸装置 ２・−軸受 ３−冷却液循環路 ４−タンク ５−ポンプ ８．８”−熱交換機 ９．９’　　−−冷凍圧縮機 １０．１０°−冷媒ガス循環路 １１．１２．１１′、１２＝−切替え弁１３・−コンピ
ュータ １４−温度計 １５＝−温度コントローラ Ａ・・−第１液温調節機 Ｂ−−第２液温調節機 主軸回転速度 第 図 （Ｇ） （ｂ） 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、工作機械の主軸装置に液温調節機を通して冷却液を
   循環させ、前記主軸装置の主軸温度を目標値に維持する
   ようにした工作機械の主軸温度制御方法において、前記
   冷却液の循環路に第１液温調節機及び第２液温調節機を
   直列又は並列に設け、前記主軸装置の主軸回転速度と該
   主軸回転速度に対応する発熱を補償する冷却容量との関
   係を予め記憶し、前記主軸装置の回転速度に対応する、
   前記予め記憶してある冷却容量が発生されるように前記
   第１液温調節機を作動させると共に、前記主軸装置の主
   軸温度を検出し、該検出温度が前記目標値になるように
   前記第２液温調節機の冷却容量を調節することを特徴と
   する工作機械の主軸温度制御方法。 ２、工作機械の主軸装置に冷却液を循環させ、前記主軸
   装置の主軸温度を目標値に維持するようにした工作機械
   の主軸温度制御装置において、前記冷却液の循環路に直
   列又は並列に配置された第１液温調節機と第２液温調節
   機と、前記主軸装置の主軸回転速度と該主軸回転速度に
   対応する発熱を補償する冷却容量との関係を予め記憶す
   る記憶手段と、前記主軸装置の回転速度に対応する、前
   記記憶手段に記憶されている冷却容量が得られるように
   前記第１液温調節機を作動させる第１制御手段と、前記
   主軸装置の主軸温度を検出する主軸温度検出手段と、該
   主軸温度検出手段によって検出された温度が前記目標値
   になるように前記第２液温調節機を作動させる第２制御
   手段とを具えたことを特徴とする工作機械の主軸温度制
   御装置。