JPH10296587A - 工作機械における回転体の温度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械本体側の主軸ヘッドにアタッチメン
トが着脱可能に装着される場合でも、アタッチメントに
温度センサ、センサケーブル、ケーブル接続端子を設け
る必要がなく、したがって、コストダウンが可能で、ケ
ーブル接続端子に粉塵などが付着することによるトラブ
ルの発生がなく、しかも主軸の温度を直接正確に測定で
きるようにする。 【解決手段】 工作機械本体側の主軸ハウジング７に放
射型非接触温度センサ25が設けられ、工作機械本体側の
主軸ハウジング７とアタッチメント６の主軸ハウジング
11に、アタッチメント６の主軸14の外表面と非接触温度
センサ25を結ぶ屈曲状の連絡空間26、27が形成され、主
軸14の外表面から発せられる電磁波を反射して非接触温
度センサ25まで到達させるための反射板(28)が連絡空間
26の屈曲部26a に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、工作機械におけ
る回転体の温度測定装置、さらに詳しくは、たとえば主
軸、ボールねじなどの回転体の温度を測定する装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械においては、熱変形による加工
精度の低下が大きな問題となり、この問題を解決するた
めの種々の対策がとられている。熱変形の原因として、
工作機械を取り巻く環境室温変化、工作機械自身の発
熱、加工熱による切削液の温度上昇などがある。そし
て、熱変形およびそれによる加工精度低下の防止策とし
て、発熱部を冷却して熱変形自体を抑制する方法、工作
機械の各部の温度測定値から主軸先端部の熱変位を推定
してこれを補正する方法などがある。

【０００３】後者の方法として、主軸と比較的温度変化
の小さい工作機械本体側の部分の２箇所の温度を測定
し、予め実験により求めて記憶しておいた両者の間の温
度差と主軸先端部の熱変位との関係式を用いて、主軸の
熱変位を推定し、これを補正するものが知られている
（特公昭６１−５９８６０号公報参照）。しかしなが
ら、この場合、軸受を介して主軸を回転可能に支持する
主軸ハウジング内に埋め込まれたサーミスタなどの温度
センサを用いて、主軸を支持する軸受の近傍の温度を測
定することにより、主軸の温度を間接的に測定している
ため、主軸の温度を正確に測定することができず、主軸
の熱変位を正確に補正することは難しい。

【０００４】また、とくにマシニングセンタなどでは、
サドルなどに設けられた工作機械本体側の主軸ヘッドに
アタッチメントを装着し、アタッチメントに工具を装着
して加工を行うことがある。図１はこのようなマシニン
グセンタの概略構成を示し、図２はその主軸の温度測定
装置の部分を示している。

【０００５】このマシニングセンタは門形マシニングセ
ンタであり、図１において、(1) はベッド、(2) はコラ
ム、(3) はクロスレール、(4) はサドルである。サドル
(4)には、図２に示すようなサドル主軸ヘッド(5) が設
けられ、この主軸ヘッド(5)の下端にアタッチメント(6)
が着脱可能に装着されるようになっている。

【０００６】図２に示すように、主軸ヘッド(5) は、固
定部分を構成する鉛直円筒状のサドル主軸ハウジング
(7) と、ハウジング(7) 内の中心に上下の転がり軸受
(8)(9)を介して同心状にかつ回転可能に支持された中空
状のサドル主軸（回転体）(10)とを備えている。アタッ
チメント(6) は、全体でアタッチメント主軸ヘッドを構
成しており、固定部分を構成する鉛直円筒状のアタッチ
メント主軸ハウジング(11)と、ハウジング(11)内の中心
に上下の転がり軸受(12)(13)を介して同心状にかつ回転
可能に支持された中空状のアタッチメント主軸（回転
体）(14)とを備えている。アタッチメント(6) がサドル
主軸ヘッド(5) に装着されると、アタッチメント主軸ハ
ウジング(11)の上端面がサドル主軸ハウジング(7) の下
端面に連結されるとともに、アタッチメント主軸(14)の
上端部がサドル主軸(10)の下端部に連結され、全体で１
つの主軸ヘッドが構成される。

【０００７】アタッチメント(6) の下側の軸受(13)の近
傍のハウジング(11)内に、アタッチメント主軸(14)の下
端部近傍の温度を検出するための第１温度センサ(15)が
埋め込まれている。温度センサ(15)は、ハウジング(11)
内に通されたセンサケーブル(16)を介して、ハウジング
(11)の上端面に固定されたケーブル接続端子(17)に接続
されている。サドル主軸ハウジング(7) の下端面に、ア
タッチメント(6) がサドル主軸ヘッド(5) に装着された
ときにアタッチメント(6) の接続端子(17)に電気的に接
続されるケーブル接続端子(18)が固定されており、この
接続端子が、サドル主軸ハウジング(7) 内に通されたセ
ンサケーブル(19)を介して、温度差測定装置(20)に電気
的に接続されている。サドル主軸ハウジング(7) の内部
に、その部分の温度を測定するための第２温度センサ(2
1)が埋め込まれている。このセンサ(21)は、ハウジング
(7) 内に通されたセンサケーブル(22)を介して、温度差
測定装置(20)に電気的に接続されている。温度センサ(1
5)(21)には、たとえばサーミスタ温度センサが用いられ
ている。

【０００８】温度差測定装置(20)は、２つの温度センサ
(15)(21)の出力から２箇所の温度差を求め、それを補正
値演算装置(23)に出力する。補正値演算装置(23)には、
２箇所の温度差から主軸(14)の先端部（下端部）の熱変
位を演算するための関係式が記憶されている。そして、
演算装置(23)は、上記の関係式に基づいて、温度差測定
装置(20)の出力から主軸(14)の先端部の熱変位を演算
し、これに基づいて上下方向の位置の補正値をＮＣ装置
（数値制御装置）(24)に出力する。なお、上記の関係式
は、予め実験により求められて、演算装置(23)に記憶さ
れている。

【０００９】上記のようなマシニングセンタでは、主軸
(10)(14)の熱変位を補正するために、アタッチメント主
軸(14)の部分の温度を測定する必要があり、そのために
各アタッチメント(6) に温度センサ(15)が取付けられる
ため、コストアップとなる。また、アタッチメント(6)
の着脱の際に、ケーブル(16)(19)の接続端子(17)(18)に
粉塵、油、切削液などが付着しやすく、これがトラブル
の原因となりやすい。さらに、上記の場合も、主軸(14)
を支持する軸受(13)の近傍の温度を測定することによ
り、主軸(14)の温度を間接的に測定しているため、主軸
(14)の温度を正確に測定することができず、主軸(10)(1
4)の熱変位を正確に補正することは難しい。

【００１０】工作機械においては、テーブル、サドルな
どの移動体などを移動させて位置決めするために、ボー
ルねじが用いられる。ボールねじは、通常、ハウジング
などの固定部分に転がり軸受により回転可能に支持され
る。ボールねじにも、主軸の場合と同様に、熱変位が生
じるので、高い位置決め精度が要求される場合には、ボ
ールねじの温度を測定して、熱変位を補正する必要があ
る。ところが、ボールねじも、主軸の場合と同様、軸受
により支持されて回転しているため、その温度を直接測
定することは困難であり、ハウジングに埋め込まれたサ
ーミスタ温度センサなどの温度センサで軸受近傍の温度
を測定することにより、ボールねじの温度を推定するよ
うになっている。このため、上記と同様に、ボールねじ
の温度を正確に測定することが困難で、その熱変位を正
確に補正することが難しい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、上
記の問題を解決し、主軸やボールねじなどのような回転
体の温度を直接正確に測定できる工作機械における回転
体の温度測定装置を提供することにある。

【００１２】この発明の目的は、また、温度センサの取
付け位置に制約がある場合でも回転体の温度を直接正確
に測定できる工作機械における回転体の温度測定装置を
提供することにある。

【００１３】この発明の目的は、また、工作機械本体側
の主軸ヘッドにアタッチメントが着脱可能に装着される
場合でも、アタッチメントに温度センサ、センサケーブ
ル、ケーブル接続端子を設ける必要がなく、したがっ
て、コストダウンが可能で、ケーブル接続端子に粉塵な
どが付着することによるトラブルの発生がなく、しかも
主軸の温度を直接正確に測定できる工作機械における回
転体の温度測定装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明による装置は、工作機械の回転体の温度を測定する装
置であって、回転体の外表面を臨むように非接触温度セ
ンサが設けられていることを特徴とするものである。

【００１５】非接触温度センサが回転体の外表面を臨む
ように設けられているので、この非接触温度センサによ
って回転体の温度を直接測定することができる。したが
って、温度測定が正確であり、この正確な測定値に基づ
いて、主軸やボールねじなどの回転体の熱変位を正確に
補正することが可能になる。

【００１６】たとえば、回転体を回転可能に支持する固
定部分の回転体の外表面と対向する部分に非接触温度セ
ンサが設けられている。

【００１７】このようにすれば、非接触温度センサを簡
単に回転体の外表面に臨ませることができ、回転体の外
表面と対向する位置に設けられた非接触温度センサによ
って回転体の温度を直接正確に測定することができる。

【００１８】たとえば、回転体を回転可能に支持する固
定部分に放射型非接触温度センサが設けられ、上記固定
部分に回転体の外表面と非接触温度センサを結ぶ屈曲状
の連絡空間が形成され、回転体の外表面から発せられる
電磁波を反射して非接触温度センサまで到達させるため
の反射部材が連絡空間の屈曲部に設けられている。

【００１９】放射型非接触温度センサは回転体の外表面
から発せられる電磁波の強さに基づいて温度を測定する
ものであり、これには、たとえば、公知の放射温度計な
どが用いられる。

【００２０】この場合、回転体の外表面から発せられる
電磁波は、連絡空間内に入り、反射部材により反射され
て、非接触温度センサまで到達し、このように非接触温
度センサに到達した電磁波の強さに基づいて回転体の温
度が直接正確に測定される。また、連絡空間と反射部材
を用いて電磁波を非接触温度センサまで導くため、非接
触温度センサを任意の位置に配置して、回転体の温度を
直接正確に測定することができ、したがって、温度セン
サの取付け位置に制約がある場合でも、回転体の温度を
直接正確に測定することができる。

【００２１】たとえば、温度測定装置は、工作機械の主
軸ハウジングに回転可能に支持された主軸の温度を測定
する装置であって、主軸ハウジングに、放射型非接触温
度センサが設けられるとともに、主軸の外表面と非接触
温度センサを結ぶ屈曲状の連絡空間が形成され、主軸の
外表面から発せられる電磁波を反射して非接触温度セン
サまで到達させるための反射部材が連絡空間の屈曲部に
設けられていることを特徴とするものである。

【００２２】この場合、主軸の外表面から発せられる電
磁波は、連絡空間内に入り、反射部材により反射され
て、非接触温度センサまで到達し、このように非接触温
度センサに到達した電磁波の強さに基づいて主軸の温度
が直接正確に測定される。また、連絡空間と反射部材を
用いて電磁波を非接触温度センサまで導くため、非接触
温度センサを任意の位置に配置して、主軸の温度を直接
正確に測定することができ、したがって、温度センサの
取付け位置に制約がある場合でも、主軸の温度を直接正
確に測定することができる。

【００２３】たとえば、温度測定装置は、主軸ハウジン
グに主軸が回転可能に支持された工作機械本体側の主軸
ヘッドに、主軸ハウジングに主軸が回転可能に支持され
たアタッチメントが着脱可能に装着される工作機械にお
いて、工作機械本体側の主軸ヘッドに装着されたアタッ
チメントの主軸の温度を測定する装置であって、工作機
械本体側の主軸ハウジングに放射型非接触温度センサが
設けられ、工作機械本体側の主軸ハウジングとアタッチ
メントの主軸ハウジングのうちの少なくともアタッチメ
ントの主軸ハウジングに、アタッチメントの主軸の外表
面と非接触温度センサを結ぶ屈曲状の連絡空間が形成さ
れ、主軸の外表面から発せられる電磁波を反射して非接
触温度センサまで到達させるための反射部材が連絡空間
の屈曲部に設けられていることを特徴とするものであ
る。

【００２４】この場合、主軸の外表面から発せられる電
磁波は、連絡空間内に入り、反射部材により反射され
て、非接触温度センサまで到達し、このように非接触温
度センサに到達した電磁波の強さにより主軸の温度が直
接正確に測定される。また、連絡空間と反射部材を用い
て電磁波を非接触温度センサまで導くため、非接触温度
センサを工作機械本体側の主軸ハウジングの任意の位置
に配置して、主軸の温度を直接正確に測定することがで
きる。すなわち、工作機械本体側の主軸ヘッドにアタッ
チメントが着脱可能に装着される場合でも、工作機械本
体側の主軸ヘッド側に設けられた非接触温度センサによ
って、アタッチメントの主軸の温度を直接正確に測定す
ることができる。したがって、各アタッチメントに温度
センサを設ける必要がなく、コストダウンが可能であ
る。また、各アタッチメントに温度センサを設ける必要
がないため、各アタッチメントにセンサケーブルやケー
ブル接続端子を設ける必要もなく、したがって、ケーブ
ル接続端子に粉塵などが付着することによるトラブルが
ない。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図３を参照して、この発明
の実施形態について説明する。

【００２６】図３は従来技術を示す図２に相当するもの
であり、図２のものと同じ部分には同一の符号を付して
いる。また、図３に示されているサドル主軸ヘッド(5)
およびアタッチメント(6) は、図１のような門形マシニ
ングセンタに用いられ、図１の場合と同様に、主軸(10)
(14)の熱変位の補正が行われる。

【００２７】図３に示すように、サドル主軸ハウジング
(7) の下端寄りの部分内に、たとえばファイバ式放射温
度計などを用いた放射型非接触温度センサ（第１温度セ
ンサ）(25)が埋め込まれている。第１温度センサ(25)
は、図２の場合と同様のセンサケーブル(19)を介して、
温度差測定装置(20)に接続されている。そして、アタッ
チメント主軸ハウジング(11)とサドル主軸ハウジング
(7) に、上下の軸受(12)(13)の間の部分においてアタッ
チメント主軸(14)の外表面に直接面するアタッチメント
主軸ハウジング(11)の内周面と第１温度センサ(25)とを
結ぶ屈曲状の連絡空間(26)(27)が形成されている。アタ
ッチメント(6) 側の連絡空間(26)は、ハウジング(11)の
内周面から径方向外側に水平に伸びた後に上方に直角に
屈曲し、ハウジング(11)の上端面まで達している。サド
ル(5) 側の連絡空間(27)は、ハウジング(7) の下端面か
ら上方に真直ぐ伸びて、第１温度センサ(25)の下端の電
磁波を受ける面まで達している。そして、アタッチメン
ト(6) がサドル(5) に装着されたときに、アタッチメン
ト(6) 側の連絡空間(26)の鉛直部分とサドル(5) 側の連
絡空間(27)が一直線状に連続し、両ハウジング(11)(7)
に、全体として途中の１箇所で直角に屈曲したＬ字状の
連絡空間(26)(27)が形成される。また、アタッチメント
(6) 側の連絡空間(26)の屈曲部(26a) に、アタッチメン
ト主軸(14)の外表面から発せられた電磁波を反射して第
１温度センサ(25)まで到達させるための反射部材として
の反射板(28)が設けられている。すなわち、第１温度セ
ンサ(25)は、連絡空間(26)(27)と反射板(28)を介して、
主軸(14)の外表面に臨んでいる。反射板(28)には、たと
えば、放射率の低い金属板が用いられている。

【００２８】他は、図２の場合と同様である。

【００２９】上記の温度測定装置において、アタッチメ
ント主軸(14)から発せられた電磁波は、アタッチメント
主軸ハウジング(11)の内周面から連絡空間(26)の水平部
分に入り、反射板(28)で上向きに反射され、連絡空間(2
6)の鉛直部分と連絡空間(27)を通って、第１温度センサ
(25)まで到達する。そして、このようにして第１温度セ
ンサ(25)に入射した電磁波の強さに基づいて、主軸(14)
の温度が直接正確に測定される。

【００３０】反射板(28)には、金属以外の放射率の低い
材料を用いることもできる。また、反射部材の形状は任
意であり、板状以外の形状にすることもできる。さら
に、連絡空間(26)の屈曲部(26a) に直接反射面を形成し
て反射部材とすることもできる。

【００３１】サドル主軸ハウジング(7) における第１温
度センサ(25)の取付け位置は、任意に変更可能である。
たとえば、第１温度センサ(25)をハウジング(7) の下端
部に取付けて、温度センサ(25)の下端面をハウジング
(7) の下端面と面一にすることができる。このようにし
た場合、アタッチメント(6) のハウジング(11)だけに連
絡空間(26)が形成されればよく、温度センサ(25)はこの
連絡空間(26)と反射板(28)を介して主軸(14)の外表面に
臨ませられる。さらに、第１温度センサ(25)をハウジン
グ(7) の下端面から少し下方に突出するように取付け、
アタッチメント(6) をサドル主軸ヘッド(5) に装着した
ときに、温度センサ(25)の下部がアタッチメント(6) の
ハウジング(11)の連絡空間(26)の鉛直部分の上部に入り
込むようにしてもよい。

【００３２】上記実施形態では、サドル主軸ヘッド(5)
にアタッチメント(6) が装着されて全体として１つの主
軸ヘッドが形成されるようになっているが、この発明
は、一体に形成された主軸ヘッドにおける主軸の温度測
定にも適用することができる。その場合、非接触温度セ
ンサは、主軸ハウジングの内周面など、主軸の先端部外
表面に対向する部分に設けて、主軸の外表面に直接面す
るようにすればよい。また、主軸の先端部外表面に対向
するハウジングの内周面に非接触温度センサを取付ける
ことが困難な場合など、非接触温度センサの取付け位置
に制約がある場合には、非接触温度センサをハウジング
の適当箇所に設け、上記実施形態の場合と同様に、ハウ
ジングに形成した屈曲状の連絡空間と反射部材により、
主軸の先端部外表面から発せられた電磁波を非接触温度
センサに導くようにすればよい。

【００３３】非接触温度センサの種類は、上記実施形態
のものに限らない。

【００３４】この発明は、たとえばボールねじなど、工
作機械における他の回転体の温度測定にも適用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、マシニングセンタの１例を示す概略構
成図である。

【図２】従来のマシニングセンタにおける主軸の温度測
定装置の１例を示すサドル主軸ヘッドとこれに装着され
たアタッチメントの部分の縦断面図である。

【図３】図３は、この発明の実施形態を示す図２相当の
図面である。

【符号の説明】

(5) サドル主軸ヘッド (6) アタッチメント (7) サドル主軸ハウジング（固定部分） (10) サドル主軸（回転体） (11) アタッチメント主軸ハウジング（固
定部分） (14) アタッチメント主軸（回転体） (25) 非接触温度センサ (26) 連絡空間 (26a) 屈曲部 (27) 連絡空間 (28) 反射板（反射部材）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械の回転体の温度を測定する装置で
   あって、回転体の外表面を臨むように非接触温度センサ
   が設けられていることを特徴とする工作機械における回
   転体の温度測定装置。
2. 【請求項２】工作機械の回転体の温度を測定する装置で
   あって、回転体を回転可能に支持する固定部分の回転体
   の外表面と対向する部分に非接触温度センサが設けられ
   ていることを特徴とする工作機械における回転体の温度
   測定装置。
3. 【請求項３】工作機械の回転体の温度を測定する装置で
   あって、回転体を回転可能に支持する固定部分に放射型
   非接触温度センサが設けられ、上記固定部分に回転体の
   外表面と非接触温度センサを結ぶ屈曲状の連絡空間が形
   成され、回転体の外表面から発せられる電磁波を反射し
   て非接触温度センサまで到達させるための反射部材が連
   絡空間の屈曲部に設けられていることを特徴とする工作
   機械における回転体の温度測定装置。
4. 【請求項４】工作機械の主軸ハウジングに回転可能に支
   持された主軸の温度を測定する装置であって、主軸ハウ
   ジングに、放射型非接触温度センサが設けられるととも
   に、主軸の外表面と非接触温度センサを結ぶ屈曲状の連
   絡空間が形成され、主軸の外表面から発せられる電磁波
   を反射して非接触温度センサまで到達させるための反射
   部材が連絡空間の屈曲部に設けられていることを特徴と
   する工作機械における回転体の温度測定装置。
5. 【請求項５】主軸ハウジングに主軸が回転可能に支持さ
   れた工作機械本体側の主軸ヘッドに、主軸ハウジングに
   主軸が回転可能に支持されたアタッチメントが着脱可能
   に装着される工作機械において、工作機械本体側の主軸
   ヘッドに装着されたアタッチメントの主軸の温度を測定
   する装置であって、工作機械本体側の主軸ハウジングに
   放射型非接触温度センサが設けられ、工作機械本体側の
   主軸ハウジングとアタッチメントの主軸ハウジングのう
   ちの少なくともアタッチメントの主軸ハウジングに、ア
   タッチメントの主軸の外表面と非接触温度センサを結ぶ
   屈曲状の連絡空間が形成され、主軸の外表面から発せら
   れる電磁波を反射して非接触温度センサまで到達させる
   ための反射部材が連絡空間の屈曲部に設けられているこ
   とを特徴とする工作機械における回転体の温度測定装
   置。