JPH0579458B2 - - Google Patents

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
環する冷却液によつて吸収し、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じる。
これによつ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
−3797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
となつ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
急速に冷却／加熱する必要があるため、ヒーター
並びに冷却器共大容量のものとならざるを得な
い。従つて、これらのヒーターや冷却器がオン・
オフ作動すると、かなりのヒートシヨツクが工作
機械に加わり、かえつ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つ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・オフ時のヒートシヨツクは益々増
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
トシヨツ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つて達成される。

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つて検出された
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つて、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
するようフイードフオワード制御される。これに
よつ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
段によつ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つて、主軸温
度が目標値に一致するようにフイードバツク制御
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
速度に対応したフイードフオワード制御と、主軸
温度検出手段、第２制御手段並びに第２液温調節
機によるフイードバツク制御とを組み合わせるこ
とにより、きめの細かい、ヒートシヨツクの小さ
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１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によつ
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１１，１２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35％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０％となるように、４段階に冷却容量を切替え
られるようになつている。

同様に第２液温調節機Ｂも冷媒ガス循環路１
０′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、一
方を閉、他方を開にすると50％、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
ようになつている。

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
つて先ず第１液温調節機Ａの冷却容量を変更して
フイードフオワード制御を行い、大部分の発熱を
これによつて打ち消し、主軸温度の検出の結果こ
れに不足乃至は過剰があつた場合には、更に第２
液温調節機Ｂの冷却容量の変更によつてフイード
バツ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、
コンピユータ１３に内蔵された第１制御手段によ
つて行われる。このコンピユータ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によつて、第２制御手段
を構成する温度コントローラ１５にリアルタイム
に入力される。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１１′，１２′に切替え指令が発生せられ、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０％）に維持され、専ら
第２液温調節機Ｂによるフイードバツク制御のみ
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、フイードフオワード制御を行う。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
調節機Ｂの方はフイードバツク制御を続行する。

このようにして本発明の制御システムによつて
主軸の温度を制御した結果の実例を第３図ａに、
従来のフイードバツ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
替え段数はこれを限定されるものではなく、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イード
フオワード制御し、他方では検出された実際の主
軸温度に応じてフイードバツク制御しているの
で、主軸の冷却に際して液温調節機のオン・オフ
によるヒートシヨツクが極めて少なくなる。更に
主軸の回転速度をステツプ的に変化させた場合に
も、冷却のオーバシユートやアンダーシユートが
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ヤート、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、１０，１
０′……冷媒ガス循環路、１１，１２，１１′，１
２′……切替え弁、１３……コンピユータ、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。

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つて検出
   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。