JP5603030B2

JP5603030B2 - 加工機械の温度制御装置

Info

Publication number: JP5603030B2
Application number: JP2009148863A
Authority: JP
Inventors: 好昭杉本; 隆史星; 紀好吉岡; 聡一郎山田
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2029-06-23
Also published as: JP2011005558A; US9004991B2; US20100319903A1; DE102010024814A1

Description

本発明は、加工機械の温度制御装置、特に、数値制御旋盤やマシニングセンタ等の工作機械の温度制御装置に関する。

数値制御旋盤やマシニングセンタ等の工作機械では、主軸を回転させ、刃物台や主軸頭等を移動させて、ワークを切削加工するために、モータや回転部分の発熱、及び工具とワークとの接触による発熱によって、工作機械の各部の温度が上昇する。

工作機械の運転が終了し、翌日の朝になっても、前日の熱が工作機械の各部に残っていることがある。すると、工作機械が設置された部屋の温度と加工領域の温度との温度差による熱変位が工作機械の各部に生じ、加工精度にとって好ましくない。

特許文献１及び特許文献２の加工機械は、加工機械全体をカバーで覆い、このカバーの内部にフロン等の冷媒を使用した空調装置で温度調整した送風エアを供給することによって、加工領域の温度を所定の温度に制御して、熱変位による加工精度の低下を防止している。

しかし、特許文献１及び特許文献２の加工機械は、空調装置が必要となるため、高価となり、加工領域の温度を所定の温度に制御するのに多くのエネルギーが必要になる。

特開２００３−２９１０５０号公報特開２００６−１０２９３９号公報

本発明の目的は、安価且つ省エネルギーで、加工機械が設置された部屋の温度と加工領域の温度との温度差を無くすことが可能な加工機械の温度制御装置を提供することにある。

前記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明の加工機械の温度制御装置は、加工機械の内部の加工領域と、前記加工機械の外部との間で、前記加工領域の内部空気と前記加工機械の外部空気との換気を行う換気手段を有する加工機械の温度制御装置において、前記加工領域の温度を検知する加工領域温度センサと、前記加工機械の外部の温度を検知する外部空気温度センサと、前記換気手段を駆動する換気手段駆動装置と、前記加工領域温度センサにより検知された前記加工領域の温度と、前記外部空気温度センサにより検知された前記加工機械外部温度と、予め設定された加工領域の目標温度とを比較し、その比較結果に応じて、前記加工機械の非運転時に、前記換気手段駆動装置に対して、前記換気手段を駆動または停止する為の信号を出力する換気手段制御装置とを備え、前記換気手段は、前記加工領域の少なくとも一部を覆い、前記加工機械の機体カバーの開口を開閉する為のカバーの開閉手段であり、前記温度制御装置は、前記加工機械が運転中か否かをチェックし、前記加工機械の非運転時に前記信号を出力するものであることを特徴とする。

第２番目の発明の加工機械の温度制御装置は、第１番目の発明の加工機械の温度制御装置において、前記換気手段制御装置は、前記加工領域の温度が前記加工機械外部温度と前記加工領域の目標温度との何れよりも大となった時に、前記換気手段駆動装置に対して、前記換気手段の前記カバーを開く信号を出力することを特徴とする。

第３番目の発明の加工機械の温度制御装置は、第１番目の発明の加工機械の温度制御装置において、前記換気手段制御装置は、前記加工領域の温度が前記加工機械外部温度と前記加工領域の目標温度との何れよりも小となった時に、前記換気手段駆動装置に対して、前記換気手段の前記カバーを開く信号を出力することを特徴とする。

第４番目の発明の加工機械の温度制御装置は、第１番目の発明の加工機械の温度制御装置において、前記換気手段制御装置は、前記加工領域の温度が前記加工機械外部温度と一致した時に、前記換気手段駆動装置に対して、前記換気手段の前記カバーを閉じる信号を出力することを特徴とする。

第５番目の発明の加工機械の温度制御装置は、第１番目の発明の加工機械の温度制御装置において、前記換気手段制御装置は、前記加工領域の温度が前記加工機械外部温度と前記目標温度との間の値となった時に、前記換気手段駆動装置に対して、前記換気手段の前記カバーを閉じる信号を出力することを特徴とする。

第６番目の発明の加工機械の温度制御装置は、第１番目の発明の加工機械の温度制御装置において、前記加工領域温度センサにより検知される前記加工領域の温度は、前記加工領域内の空気温度であることを特徴とする。

第７番目の発明の加工機械の温度制御装置は、第１番目の発明の加工機械の温度制御装置において、前記加工領域温度センサにより検知される前記加工領域の温度は、前記加工機械の主要構造物温度であることを特徴とする。

第８番目の発明の加工機械の温度制御装置は、第１番目の発明の加工機械の温度制御装置において、前記外部空気温度センサにより検知される前記加工機械の外部の温度は、前記加工機械が設置された部屋の空気温度であることを特徴とする。

第９番目の発明の加工機械の温度制御装置は、第１番目の発明の加工機械の温度制御装置において、前記換気手段制御装置は、１日の中の特定の時間帯のみに、前記信号を出力することを特徴とする。

本発明の加工機械の温度制御装置は、加工機械の内部の加工領域と加工機械の外部との間で、加工領域の内部空気と加工機械の外部空気との換気を行う換気手段を有する加工機械の温度制御装置において、加工領域温度センサにより検知された加工領域の温度と、外部空気温度センサにより検知された加工機械外部温度と、予め設定された加工領域の目標温度とを比較し、その比較結果に応じて、加工機械の非運転時に、換気手段駆動装置に対して、換気手段を駆動または停止する為の信号を出力する換気手段制御装置とを備えている。従って、空調装置が不要となり、安価で省エネルギーな加工機械の温度制御装置を提供することができる。

本発明の実施の形態の加工機械の温度制御装置を有する数値制御旋盤の概略構成を示し、作業用開口を覆うカバーを閉じた状態を示す正面図である。図１の数値制御旋盤が作業用開口を覆うカバーを開いた状態を示す正面図である。本発明の実施の形態の加工機械の温度制御装置を有する数値制御装置を示すブロック図である。本発明の実施の形態の加工機械の温度制御装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態の加工機械の温度制御装置を有する数値制御旋盤の概略構成を示し、作業用開口を覆うカバーを閉じた状態を示す正面図である。図２は図１の数値制御旋盤が作業用開口を覆うカバーを開いた状態を示す正面図である。

図１及び図２に示す数値制御旋盤１は、ベッド１１上にＸ軸及びＺ軸方向に移動可能に配設された刃物台１２と、ベッド１１上に固定された主軸台１３と、ベッド１１上にＺ軸方向に移動可能に配設され、心押軸１４を有する心押台１５で構成されている。

主軸台１３には、図示しないワーク主軸の先端にチャック１６が取り付けられ、チャック１６に図示しないワークが把持される。この刃物台１２、チャック１６、心押台１５により、ワークに機械加工を施す加工領域Ａ（図２参照）が形成されている。

ベッド１１上の刃物台１２、主軸台１３、心押台１５等は、切屑や切削油が外部に飛散するのを防止するための機体カバー１７で全体が囲まれている。機体カバー１７を構成する機体前カバー１７１の右側には操作パネル１８が取り付けられている。この操作パネル１８によって、加工プログラムの設定、本発明の温度制御装置の各種の設定値の入力、加工状態の監視等を行う。

上記機体前カバー１７１の左右方向の中央部には、作業用開口１７２が形成されている。この作業用開口１７２の開口幅は、チャック１６と心押軸１４に渡る大きさ、つまりセンターワーク加工の領域を囲む大きさに設定されており、作業用開口１７２の開口高さは、機体前カバー１７１の下縁部と上縁部に渡る大きさに設定されている。この作業用開口１７２を通して、上記ワークの加工状態を観察可能となっており、またチャック１６へのワークの着脱、刃物台１２への工具の着脱、その他のメンテナンスを行うようになっている。

上記機体前カバー１７１には、上記作業用開口１７２を開閉するカバー（換気手段）１７３が配置されている。このカバー１７３は、前記加工領域Ａの少なくとも一部を覆い、機体前カバー１７１の上縁に配置されたガイドレール１７４に沿ってスライド可能に支持されている。シリンダ（換気手段駆動装置）１７５が機体前カバー１７１の右側上縁に取り付けられ、このシリンダ１７５によってカバー１７３が往復駆動され、ガイドレール１７４に沿ってカバー１７３がスライドする。

ワークの加工を行っている加工時には、図１に示すように、カバー１７３を閉じて作業用開口１７２を閉じ、切屑や切削油が外部に飛散するのを防止する。前記加工領域Ａの内部空気と外部空気との換気、チャック１６へのワークの着脱、刃物台１２への工具の着脱、その他のメンテナンスを行う時には、図２に示すように、カバー１７３を開き、作業用開口１７２を開く。

図１、図２に示すように、加工領域Ａには、加工領域Ａ内の空気温度を検知する温度センサ２１が取り付けられている。この温度センサ２１を複数設置し、加工領域Ａ内の複数の場所の空気温度を検知するようにしてもよい。また、数値制御旋盤１の主軸台１３の温度を検知する温度センサ２２が、主軸台１３に取り付けられている。温度センサ２２は、数値制御旋盤１の主要構造物の温度を検出する温度センサである。この温度センサ２２は、主軸台１３に限らず、ベッド１１、刃物台１２、心押台１５等の任意の単数または複数の主要構造物に取り付けることができる。

また、数値制御旋盤１が設置された部屋の空気温度を検知する温度センサ２３が、機体カバー１７の右側面に取り付けられている。温度センサ２３は、数値制御旋盤１の外部の温度を検出する外部空気温度センサである。この温度センサ２３を複数設置し、外部の複数の場所の空気温度を検知するようにしてもよい。

次に、図３に示す本発明の実施の形態の加工機械の温度制御装置を有する数値制御装置を示すブロック図について説明する。図３に示すように、数値制御旋盤１は、数値制御旋盤本体１０１の動作を制御する数値制御装置３を備えている。数値制御装置３は、数値制御装置３全体を統括的に制御するＣＰＵ３１と、加工機械の温度制御装置のシステムプログラム等が格納されるＲＯＭ３２と、ＮＣプログラムや各種パラメータ、工具補正量等のモーダル情報が格納されるＲＡＭ３３を有している。

ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）３４は、ＲＡＭ３３に格納されたＮＣプログラム等に基づいて、切削液の供給・遮断、刃物台１２の工具の割り出しといったＭ機能やＴ機能で指示される数値制御旋盤本体１０１の動作を制御する。

制御回路３５は、ＣＰＵ３１からの指示を受けて、数値制御旋盤本体１０１に搭載されたサーボモータ（図示せず）を駆動するサーボアンプ３６に軸移動指令等を出力することによって、サーボモータの駆動を制御する。

操作パネル（図１、図２参照）１８に搭載されたＣＲＴ３７は、ＣＰＵ３１の指示に従って、各軸の位置、アラーム、パラメータ、ＮＣプログラムといった種々の情報を画面に表示する。また、ＣＲＴ３７は、ＣＰＵ３１の指示に従って、換気手段の作動時間帯設定画面、加工領域の目標温度設定画面を表示する。操作パネル１８に搭載されたキーボード３８は、オペレータがＮＣプログラムの入力・編集操作や、換気手段の作動時間帯設定、加工領域の目標温度設定等の操作を行う。ＣＲＴ３７、キーボード３８は、インターフェース３７ａ、３８ａを介してバスラインＢＬに接続されている。

換気手段の作動時間帯設定メモリ３９１には、キーボード３８から入力された換気手段の作動時間帯が格納される。この換気手段の作動時間帯としては、数値制御旋盤１を運転しない特定の時間帯で、かつ、始業前の時間帯（例えば午前４時から午前８時）が好ましい。また、加工領域の目標温度設定メモリ３９２には、キーボード３８から入力された加工領域の目標温度Ｔ１が格納される。

上記した、加工領域Ａ内の空気温度を検知する温度センサ２１、主軸台１３の温度を検知する温度センサ２２、部屋の空気温度を検知する温度センサ２３、カバー１７３を開閉駆動するシリンダ１７５が、インターフェース２１ａ、２２ａ、２３ａ、１７５ａを介してバスラインＢＬに接続されている。

図４は本発明の実施の形態の加工機械の温度制御装置の動作を示すフローチャートである。図４に示すように、ステップＳ１で、キーボード３８から、加工領域の目標温度設定メモリ３９２に加工領域の目標温度Ｔ１、例えば２０℃±２℃を設定する。また、キーボード３８から、換気手段の作動時間帯設定メモリ３９１に換気手段の作動時間帯、例えば午前４時から午前８時を設定する。

ステップＳ２で、数値制御旋盤（加工機械）１が運転中か否かチェックし、ＮＯならステップＳ３へ進む。ＹＥＳなら、数値制御旋盤１の運転中には、作業者の安全性や切屑の飛散等の問題があり、カバー１７３の開閉はできないので、温度制御装置の動作を終了する。

ステップＳ３で、換気手段の作動時間帯（例えば午前４時から午前８時の間）か否かチェックし、ＹＥＳならステップＳ４へ進む。ＮＯなら、換気手段を作動させる時間帯ではないので、温度制御装置の動作を終了する。

ステップＳ４で、部屋の空気温度を検知する温度センサ２３で部屋の空気温度Ｔ２、加工領域Ａ内の空気温度を検知する温度センサ２１で加工領域の空気温度Ｔ３、主軸台１３の温度を検知する温度センサ２２で主軸台の温度Ｔ４を測定する。

ステップＳ５で、加工領域の空気温度Ｔ３と主軸台の温度Ｔ４の平均値（算術平均値）Ｔ５を算出する。ステップＳ５では、加工領域の空気温度Ｔ３と主軸台の温度Ｔ４の加重平均値、中央値、または、最大値を算出してもよい。

ステップＳ６で、平均値Ｔ５が加工領域の目標温度Ｔ１と部屋の空気温度Ｔ２との何れよりも大又は小かチェックし、ＹＥＳならステップＳ８へ進み、シリンダ１７５を駆動してカバー１７３を開き、作業用開口１７２を開く。すると、加工領域Ａの内部空気と数値制御旋盤１の外部空気との換気が行われ、加工領域の温度が部屋の空気温度Ｔ２に近づく。ＮＯなら、シリンダ１７５を駆動してカバー１７３を閉じ、作業用開口１７２を閉じる。すると、加工領域Ａの内部空気と数値制御旋盤１の外部空気との換気が終了し、温度制御装置の動作を終了する。

具体的な例として、春または秋で、加工領域の目標温度Ｔ１が２０℃±２℃、部屋の空気温度Ｔ２が２４℃、加工領域の空気温度Ｔ３と主軸台の温度Ｔ４の平均値Ｔ５が３０℃の場合を考えてみる。この場合、Ｔ５＞Ｔ１で、かつ、Ｔ５＞Ｔ２なので、シリンダ１７５を駆動してカバー１７３を開き、加工領域Ａの内部空気と数値制御旋盤１の外部空気との換気を行う。加工領域の空気温度Ｔ３と主軸台の温度Ｔ４の平均値Ｔ５が部屋の空気温度Ｔ２と一致したら、シリンダ１７５を駆動してカバー１７３を閉じ、作業用開口１７２を閉じる。

具体的な別の例として、冬で、加工領域の目標温度Ｔ１が２０℃±２℃、部屋の空気温度Ｔ２が７℃、加工領域の空気温度Ｔ３と主軸台の温度Ｔ４の平均値Ｔ５が２５℃の場合を考えてみる。この場合、Ｔ５＞Ｔ１で、かつ、Ｔ５＞Ｔ２なので、シリンダ１７５を駆動してカバー１７３を開き、加工領域Ａの内部空気と数値制御旋盤１の外部空気との換気を行う。加工領域の空気温度Ｔ３と主軸台の温度Ｔ４の平均値Ｔ５が、部屋の空気温度Ｔ２と加工領域の目標温度Ｔ１との間の温度になったら、シリンダ１７５を駆動してカバー１７３を閉じ、作業用開口１７２を閉じる。始業時間になって暖房が入り、部屋の空気温度Ｔ２が２０℃前後に上昇すれば、加工領域の空気温度Ｔ３と主軸台の温度Ｔ４の平均値Ｔ５と、部屋の空気温度Ｔ２がほぼ一致することになる。

具体的な別の例として、冬で、暖房が早朝から入り、加工領域の目標温度Ｔ１が２０℃±２℃、部屋の空気温度Ｔ２が２０℃、加工領域の空気温度Ｔ３と主軸台の温度Ｔ４の平均値Ｔ５が１０℃の場合を考えてみる。この場合、Ｔ５＜Ｔ１で、かつ、Ｔ５＜Ｔ２なので、シリンダ１７５を駆動してカバー１７３を開き、加工領域Ａの内部空気と数値制御旋盤１の外部空気との換気を行う。加工領域の空気温度Ｔ３と主軸台の温度Ｔ４の平均値Ｔ５が、部屋の空気温度Ｔ２と加工領域の目標温度Ｔ１との間の温度になったら、シリンダ１７５を駆動してカバー１７３を閉じ、作業用開口１７２を閉じる。

上記した実施形態では、カバーを開いて作業用開口を開き、加工領域Ａの内部空気と加工機械の外部空気との換気を行って、加工機械が設置された部屋の温度と加工領域の温度との温度差を無くすことができるため、空調装置が不要となり、安価で省エネルギーな加工機械の温度制御装置を提供することができる。

上記した実施形態では、換気手段として、加工領域Ａの少なくとも一部を覆うカバー１７３を開閉しているが、加工領域Ａの空気を外部に排気するファンを使用してもよい。

１…数値制御旋盤
１１…ベッド
１２…刃物台
１３…主軸台
１４…心押軸
１５…心押台
１６…チャック
１７…機体カバー
１７１…機体前カバー
１７２…作業用開口
１７３…カバー（換気手段）
１７４…ガイドレール
１７５…シリンダ（換気手段駆動装置）
１８…操作パネル
２１…温度センサ
２２…温度センサ
２３…温度センサ
１０１…数値制御旋盤本体
３…数値制御装置
３１…ＣＰＵ
３２…ＲＯＭ
３３…ＲＡＭ
３４…ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）
３５…制御回路
３６…サーボアンプ
３７…ＣＲＴ
３７ａ…インターフェース
３８…キーボード
３８ａ…インターフェース
３９１…換気手段の作動時間帯設定メモリ
３９２…加工領域の目標温度設定メモリ
ＢＬ…バスライン

Claims

加工機械の内部の加工領域と、前記加工機械の外部との間で、前記加工領域の内部空気と前記加工機械の外部空気との換気を行う換気手段を有する加工機械の温度制御装置において、
前記加工領域の温度を検知する加工領域温度センサと、
前記加工機械の外部の温度を検知する外部空気温度センサと、
前記換気手段を駆動する換気手段駆動装置と、
前記加工領域温度センサにより検知された前記加工領域の温度と、前記外部空気温度センサにより検知された前記加工機械外部温度と、予め設定された加工領域の目標温度とを比較し、その比較結果に応じて、前記加工機械の非運転時に、前記換気手段駆動装置に対して、前記換気手段を駆動または停止する為の信号を出力する換気手段制御装置とを備え、
前記換気手段は、前記加工領域の少なくとも一部を覆い、前記加工機械の機体カバーの開口を開閉する為のカバーの開閉手段であり、
前記温度制御装置は、前記加工機械が運転中か否かをチェックし、前記加工機械の非運転時に前記信号を出力するものである
ことを特徴とする加工機械の温度制御装置。
前記換気手段制御装置は、前記加工領域の温度が前記加工機械外部温度と前記加工領域の目標温度との何れよりも大となった時に、前記換気手段駆動装置に対して、前記換気手段の前記カバーを開く信号を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の加工機械の温度制御装置。
前記換気手段制御装置は、前記加工領域の温度が前記加工機械外部温度と前記加工領域の目標温度との何れよりも小となった時に、前記換気手段駆動装置に対して、前記換気手段の前記カバーを開く信号を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の加工機械の温度制御装置。
前記換気手段制御装置は、前記加工領域の温度が前記加工機械外部温度と一致した時に、前記換気手段駆動装置に対して、前記換気手段の前記カバーを閉じる信号を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の加工機械の温度制御装置。
前記換気手段制御装置は、前記加工領域の温度が前記加工機械外部温度と前記目標温度との間の値となった時に、前記換気手段駆動装置に対して、前記換気手段の前記カバーを閉じる信号を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の加工機械の温度制御装置。
前記加工領域温度センサにより検知される前記加工領域の温度は、前記加工領域内の空気温度である
ことを特徴とする請求項１に記載の加工機械の温度制御装置。
前記加工領域温度センサにより検知される前記加工領域の温度は、前記加工機械の主要構造物温度である
ことを特徴とする請求項１に記載の加工機械の温度制御装置。
前記外部空気温度センサにより検知される前記加工機械の外部の温度は、前記加工機械が設置された部屋の空気温度である
ことを特徴とする請求項１に記載の加工機械の温度制御装置。
前記換気手段制御装置は、１日の中の特定の時間帯のみに、前記信号を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の加工機械の温度制御装置。