JP5789220B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば横形マシニングセンタ等といったコラムを所定方向へスライド可能に備えてなる工作機械に関するものである。

従来、たとえば横形マシニングセンタ等の一般的な工作機械には、主軸頭等を設置されたコラムがベッド上に設けられている。そして、そのような工作機械において、室温変化などによりベッドやコラム等の構造物の温度が変化する際、たとえば構造物の前面と後面とでは環境の違いにより周囲の温度が違っているため、温度変化にも差が生じる。したがって、その温度変化の差に起因して構造物に反りや傾きといった熱変形が生じ、ひいては加工寸法精度の低下を招いてしまうといった問題が生じる。

そこで、上述したような問題に鑑み、特許文献１に記載の発明では、構造物の内部に冷却媒体を流し、温度変化そのものを抑制するといった構成を採用し、熱変形の抑制を図っている。また、特許文献２に記載の発明では、送風装置等を用いて構造物の表面にエアカーテン（すなわち断熱層）を発生させ、室温変化等に起因した構造物の温度変化を抑制するといった構成を採用し、熱変形の抑制を図っている。

特開平１０−２４９６６０号公報 特開平８−２８１５３３号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の構成では、冷却媒体の循環装置（特許文献１）や送風装置（特許文献２）等の周辺装置が必要であるため、設備コストや消費電力等のランニングコストが高コスト化するといった問題がある。また、当然ながら工作機械のみならず周辺装置も正常に作動する必要がある、すなわち正常に作動しなければならない装置が多く必要であるため、信頼性といった点でも問題がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、周辺装置を必要とせず、低コストで製造・運転することができ、且つ、熱変形の抑制効果の点で信頼性の高い工作機械を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ベッドと、前記ベッド上を所定方向へスライド可能に立設されたコラムとを備えており、前記コラムのスライド方向で前記コラムよりも一方側の空間が加工空間、他方側の空間が前記コラムの移動空間とされているとともに、少なくとも前記移動空間をカバー体によって覆った工作機械であって、前記ベッドに空気が出入り可能な空気出入空間を設けるとともに、前記空気出入空間と前記移動空間とを連通させる一方、前記ベッドにおける前記空気出入空間よりも上部の温度を測定する第１温度測定手段と、前記ベッドにおける前記空気出入空間よりも下部の温度を測定する第２温度測定手段と、前記移動空間内の周囲温度を測定する第３温度測定手段と、前記空気出入空間内の周囲温度を測定する第４温度測定手段と、前記第１〜第４温度測定手段による測定値をもとに前記コラムを往復移動を制御する制御装置とを設けており、前記制御装置は、所定の処理間隔で、前記第１〜第４温度測定手段による測定値をもとに、前記ベッドの上部の推定温度変化と、前記ベッドの下部の推定温度変化とを算出するとともに、両推定温度変化をもとに、前記ベッドの上部と下部とでの推定温度変化の差を算出しており、前記処理間隔の間に、前記推定温度変化の差が所定の制限値を超えると判断すると、前記コラムを往復移動させ、前記移動空間内及び前記空気出入空間内の空気を入れ替えることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項２に記載の発明は、ベッドと、前記ベッド上を所定方向へスライド可能に立設されたコラムとを備えており、前記コラムのスライド方向で前記コラムよりも一方側の空間が加工空間、他方側の空間が前記コラムの移動空間とされているとともに、少なくとも前記移動空間をカバー体によって覆った工作機械であって、前記ベッドに空気が出入り可能な空気出入空間を設けるとともに、前記空気出入空間と前記移動空間とを連通させる一方、前記ベッドにおける前記空気出入空間よりも上部の温度を測定する第１温度測定手段と、前記ベッドにおける前記空気出入空間よりも下部の温度を測定する第２温度測定手段と、前記移動空間内の周囲温度を測定する第３温度測定手段と、前記空気出入空間内の周囲温度を測定する第４温度測定手段と、前記第１〜第４温度測定手段による測定値をもとに前記コラムを往復移動を制御する制御装置とを設けており、前記制御装置は、所定の処理間隔で、前記第１〜第４温度測定手段による測定値をもとに、前記ベッドの上部の推定温度変化と、前記ベッドの下部の推定温度変化とを算出するとともに、両推定温度変化をもとに、前記ベッドの上部と下部とでの推定温度変化の差を算出しており、前記処理間隔を超えて所定時間が経過するまでに、前記推定温度変化の差が所定の制限値を超えると判断すると、前記コラムを往復移動させ、前記移動空間内及び前記空気出入空間内の空気を入れ替えることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記制御装置は、前記コラムの往復移動の開始に伴い、前記第３温度測定手段による測定値と、前記第４温度測定手段による測定値との差が所定の周囲温度制限値以下に収束したか否かを判断し、前記差が前記所定の周囲温度制限値以下に収束したことをもって前記コラムの往復移動を停止することを特徴とする。

本発明によれば、ベッドに空気が出入り可能な空気出入空間を設けるとともに、空気出入空間とコラムの移動空間とをダクトにより連通させる一方、ベッドにおける空気出入空間よりも上部の温度と、ベッドにおける空気出入空間よりも下部の温度と、移動空間内の周囲温度と、空気出入空間内の周囲温度とを測定しており、それらの測定温度をもとに、ベッドの上部の推定温度変化と、ベッドの下部の推定温度変化とを算出するとともに、両推定温度変化をもとに、ベッドの上部と下部とでの推定温度変化の差を算出し、処理間隔の間若しくは処理間隔を超えて所定時間が経過するまでに、推定温度変化の差が所定の制限値を超えると判断すると、コラムを往復移動させ、移動空間内及び空気出入空間内の空気を入れ替える。したがって、推定温度変化の差に起因してベッドに発生する反りや傾きといった熱変形を抑制することができ、精度の高い加工を実現することができる。また、従来の如く周辺装置を別途必要としないため、製造コストは勿論、ランニングコストも低く抑えることができる上、正常に動作する必要がある装置が少なくてすむため、信頼性の向上も期待することができる。
さらに、請求項１に記載の発明によれば、処理間隔の間に、推定温度変化の差が所定の制限値を超えると判断すると、コラムを往復移動させるため、推定温度変化の差が制限値を超えそうな直近のタイミングでコラムを往復移動させることができ、コラムの往復移動に伴う加工中断回数の抑制、すなわち加工効率の低下の抑制を図ることができる。一方、請求項２に記載の発明によれば、処理間隔を超えて所定時間が経過するまでに、推定温度変化の差が所定の制限値を超えると判断すると、コラムを往復移動させるため、早いタイミングでコラムを往復移動させることができ、推定温度変化の差に起因した熱変形を一層抑制することができる。
また、請求項３に記載の発明によれば、コラムの往復移動の開始に伴い、移動空間内の周囲温度と、空気出入空間内の周囲温度との差が所定の周囲温度制限値以下に収束したか否かを判断し、当該差が所定の周囲温度制限値以下に収束したことをもってコラムの往復移動を停止する。したがって、確実に熱変形を抑制可能な状態、すなわちベッドの上部と下部とで推定温度変化に大きな差が生じない状態にすることができるし、無駄に長い時間にわたってコラムを往復移動させるようなこともなく、加工中断時間を必要最低限にすることができ、加工効率を向上することができる。

横形マシニングセンタを示した斜視説明図である。 コラムが前進位置にある状態を示した説明図である、 コラムが後退位置にある状態を示した説明図である。 熱変形の抑制制御に係るフローチャート図である。 熱変形の抑制制御に係るフローチャート図である。 推定温度変化の差と制限値との関係を示したグラフである。 推定温度変化の差と制限値との関係を示したグラフである。 推定温度変化の差と制限値との関係を示したグラフである。 熱変形の抑制制御の変更例に係るフローチャート図である。 熱変形の抑制制御の変更例に係るフローチャート図である。

以下、本発明の一実施形態となる工作機械について、図面をもとに詳細に説明する。尚、本実施形態においてもＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は互いに直交する軸であり、Ｘ軸方向を左右方向、Ｙ軸方向を上下方向、Ｚ軸方向を前後方向とする。

図１は、横形マシニングセンタ１を示した斜視説明図である。図２は、コラム６が前進位置にある状態を示した説明図である、図３は、コラム６が後退位置にある状態を示した説明図である。なお、図２及び図３における左側を横形マシニングセンタ１の前側、右側を後側として説明する。
横形マシニングセンタ１は、上面にＸ軸案内レール３とＺ軸案内レール４とが敷設されたベッド２と、Ｘ軸案内レール３に沿って左右方向へスライドするように取り付けられたテーブル５と、Ｚ軸案内レール４に沿って前後方向へスライドするように立設されたコラム６と、コラム６の前面に敷設されたＹ軸案内レール７に沿って上下方向へスライドする主軸頭８と、主軸頭８に設置された主軸９と、テーブル５やコラム６等のスライド動作や主軸９の回転動作等といった各種動作を制御するＮＣ装置１０とを備えてなる。

また、横形マシニングセンタ１の前後左右及び前後両端の上部を囲むように周囲カバー１１が設けられている。さらに、周囲カバー７の前部には、前後方向へ伸縮可能な第１天井カバー１３が設けられており、コラム６の前後方向へのスライドに伴って伸縮し、コラム６よりも前方の空間（テーブル５や主軸９が設置されている所謂加工空間）Ａ１の上方を覆うようになっている。加えて、周囲カバー７の後部には、前後方向へ伸縮可能な第２天井カバー１４が設けられており、コラム６の前後方向へのスライドに伴って伸縮し、コラム６よりも後方の空間（所謂コラム６の移動空間）Ａ２の上方を覆うようになっている。そして、周囲カバー１１、第１天井カバー１３、及び第２天井カバー１４によって横形マシニングセンタ１を全体的に覆うことで、室温変化や空調がベッド２やコラム６等といった構造物の温度変化に及ぼす影響の抑制を図っている。なお、１２は、コラム６の左右両側に取り付けられて、コラム６のスライドに応じてコラム６と共に前後方向へスライドする移動カバーである。そして、該移動カバー１２、１２によって、コラム６よりも前方の空間Ａ１とコラム６よりも後方の空間Ａ２とが仕切られている。また、周囲カバー１１、及び第２天井カバー１４によって空間Ａ２は覆われているものの、密閉されているわけではなく、カバー１１、１４の内外にわたって空気の移動は可能となっている。

さらに、ベッド２の内部に存在する空間１５の下方側を仕切ることによって、空気出入空間１６が形成されているとともに、周囲カバー１１の後面に、空気出入空間１６とコラム６よりも後方の空間Ａ２とを連通させるダクト１７が設けられている。したがって、ＮＣ装置１０による制御のもと、駆動装置１８が動作してコラム６が前後方向へ往復移動すると、空間Ａ２の体積が増減するため、空間Ａ２内に瞬間的に正圧／負圧が生じ、周囲カバー１１及び第２天井カバー１４の内外にわたって空気が移動するとともに、ダクト１７を介して空気出入空間１６内の空気も入れ替わるようになっている。

加えて、ベッド２の上部（空気出入空間１６よりも上部）の温度を計測する温度センサｃｈ１、ベッド２の下部（空気出入空間１６よりも下部）の温度を計測する温度センサｃｈ２、空間Ａ２内における温度センサｃｈ１設置位置の近傍の周囲温度を計測する温度センサｃｈ３、及び空気出入空間１６内における温度センサｃｈ２設置位置の近傍の周囲温度を計測する温度センサｃｈ４が設置されている。また、温度センサｃｈ１〜ｃｈ４が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換して数値化する温度測定装置２１と、該温度測定装置２１により数値化された温度測定値にもとづき、温度差及び温度の時間的変化（以下、温度変化と称す）を演算する温度演算装置２２と、該温度演算装置２２による演算結果にもとづき後述するような制御を実行する判定装置２３とを備えている。

ここで、本発明の要部となる上記横形マシニングセンタ１における熱変形の抑制に係る制御について、図４及び図５に示すフローチャート図、及び図６〜図８に示すグラフにもとづき説明する。
温度測定装置２１、温度演算装置２２、及び判定装置２３により実行される下記Ｓ１〜Ｓ２５の処理は、オペレータにより予め設定された所定の処理間隔Δｔ（たとえば３０分とする）毎に繰り返し実行されるものとする。また、予備試験や解析等によって、温度センサｃｈ１が設置されるベッド２の上部の温度時定数τ１、温度センサｃｈ２が設置されるベッド２の下部の温度時定数τ２、ベッド２の上部と下部とでの温度変化の差と加工精度との関係は予め求めておき、判定装置２３等にそれぞれ設定しておくものとする。さらには、オペレータにより設定される（オペレータが要求する）加工精度から、ベッド２の上部と下部とでの温度変化の差の制限値Ｔｍａｘを容易に演算するため、上述した関係は実験式や対応テーブルとして設定しておくものとする。

そして、図５に示すように、たとえば午前８時に横形マシニングセンタ１の運転を開始したとすると、まず温度センサｃｈ１〜ｃｈ４と温度測定装置２１とを用いて、ベッド２の上部の温度Ｔ１、ベッド２の下部の温度Ｔ２、ベッド２の上部の周囲温度Ｔ３、及びベッド２の下部の周囲温度Ｔ４を測定する（Ｓ１）とともに、後述する条件に起因してＯＮとなる判定フラグのＯＮ／ＯＦＦを確認する（Ｓ２）。そして、当然ながら運転開始に伴う１回目の確認ではＯＦＦである（Ｓ２でＮＯと判断する）ため、温度演算装置２２においてベッド２の上部と下部とでの初期温度差Ｔｓを下記式（１）で算出する（Ｓ３）。

また、Ｓ１で測定した温度Ｔ１〜Ｔ４と各温度時定数τ１、τ２とを用いて、下記式（２）に示すような時間ｔの関数であるベッド２の上部における推定温度変化Ｔｕ（ｔ）、及び下記式（３）に示すような時間ｔの関数であるベッド２の下部における推定温度変化Ｔｄ（ｔ）を時刻に関連づけて求めるとともに、両推定温度変化Ｔｕ（ｔ）、Ｔｄ（ｔ）から下記式（４）に示すような時間ｔの関数であるベッド２の上部と下部とでの推定温度変化の差ΔＴ（ｔ）を時刻に関連づけて求める（Ｓ４）。

そして、判定装置２３において、推定温度変化の差ΔＴ（ｔ）と、オペレータにより予め設定される加工精度を満足する温度変化の差の制限値Ｔｍａｘとを比較し（Ｓ５）、今後、推定温度変化の差ΔＴ（ｔ）が制限値Ｔｍａｘを超える事態が起きないであろうと判断（Ｓ５でＮＯと判断）すると、処理続行の判断（Ｓ１１）を行った後、当該処理から処理間隔Δｔ後（ここでは午前８時３０分）に再び温度測定（Ｓ１）を実行する。なお、この状況においては、２回目の処理を１回目として処理することになり、Ｓ３では、２回目の処理に際して測定された温度Ｔ１’〜Ｔ４’を温度Ｔ１〜Ｔ４とし、該温度Ｔ１〜Ｔ４を用いて算出した温度差を、初期温度差Ｔｓとして記憶する。また、Ｓ４では、２回目の処理に際して測定された温度Ｔ１〜Ｔ４を用いて、新たに関数Ｔｕ（ｔ）、Ｔｄ（ｔ）、及びΔＴ（ｔ）を求め、Ｓ５において再度Ｔｍａｘとの比較を行う。そして、３回目以降の処理においても同様である。

一方、たとえば図６に示すように、今後、推定温度変化の差ΔＴ（ｔ）が制限値Ｔｍａｘを超える事態が起きると判断（Ｓ５でＹＥＳと判断）すると、判定装置２３において、現時点ｔｎ（ここではｎ＝１）から処理間隔Δｔが経過するまでの間に推定温度変化の差ΔＴ（ｔ）が制限値Ｔｍａｘを超える時刻ｔｍａｘに至るか否か、すなわちΔｔ＞ｔｍａｘ−ｔｎであるか否かを判断する（Ｓ６）。そして、Ｓ６における判断の結果、処理間隔Δｔが経過しても時刻ｔｍａｘに至らないと判断（Ｓ６でＮＯと判断）すると、判定フラグをＯＮした（Ｓ７）後、処理続行の判断（Ｓ１１）を行ってＳ１へと戻る。そのため、２回目以降の処理では、Ｓ２における判断の結果がＹＥＳとなり、後述するＳ２１へ進むことになる。

一方、Ｓ６における判断の結果、処理間隔Δｔが経過するまでの間に時刻ｔｍａｘに至ると判断（Ｓ６でＹＥＳと判断）すると、ＮＣ装置１０を介して駆動装置１８を作動させ、コラム６を前後方向へ往復移動させる（Ｓ８）ことにより、空間Ａ２内及び空気出入空間１６内の空気を入れ替え、ベッド２の上部と下部とで推定温度変化に大きな差が生じないような状態とする。また、判定装置２３において、往復移動の終了判定を行い（Ｓ９）、終了であると判断（Ｓ９でＹＥＳと判断）すると、コラム６の往復移動を停止した（Ｓ１０）後、処理続行の判断（Ｓ１１）を行ってＳ１へと戻る。そして、Ｓ９における往復移動の終了判定は、コラム６の往復移動の開始に伴い、ベッド２の上部の周囲温度Ｔ３とベッド２の下部の周囲温度Ｔ４とを適宜測定し、周囲温度Ｔ３と周囲温度Ｔ４との差が所定の周囲温度制限値ΔＴｃ以下に収束したか否か（下記式（５））によって行っており、周囲温度Ｔ３と周囲温度Ｔ４との差が所定の周囲温度制限値ΔＴｃ以下に収束したことをもって終了と判断する。なお、このとき判定フラグをＯＮしないため、処理間隔Δｔ後における２回目の処理では、上述したように２回目の処理を１回目として処理することになり、Ｓ３で、２回目の処理に際して測定された温度Ｔ１’〜Ｔ４’を温度Ｔ１〜Ｔ４とし、該温度Ｔ１〜Ｔ４を用いて算出した温度差を、初期温度差Ｔｓとして記憶するとともに、Ｓ４で、２回目の処理に際して測定された温度Ｔ１〜Ｔ４を用いて、新たに関数Ｔｕ（ｔ）、Ｔｄ（ｔ）、及びΔＴ（ｔ）を求め、Ｓ５において再度Ｔｍａｘとの比較を行う。

次に、Ｓ７で判定フラグがＯＮされると、２回目の処理（たとえば、午前８時に実行された処理で判定フラグがＯＮされたとすると、午前８時３０分に実行する処理）では、温度Ｔ１’〜Ｔ４’を測定した（Ｓ１）後のＳ２における判定でＹＥＳとなる。そこで、Ｓ２１へと進み、温度演算装置２２において現時点での温度差Ｔｓ’を下記式（６）により算出する。また、温度Ｔ１’〜Ｔ４’と各温度時定数τ１、τ２とを用いて、下記式（７）に示すような時間ｔの関数であるベッド２の上部における推定温度変化Ｔｕ’（ｔ）と、下記式（８）に示すような時間ｔの関数であるベッド２の下部における推定温度変化Ｔｄ’（ｔ）とを時刻に関連づけて求めるとともに、初期温度差Ｔｓ、現時点での温度差Ｔｓ’及び両推定温度変化Ｔｕ’（ｔ）、Ｔｄ’（ｔ）から下記式（９）に示すような時間ｔの関数であるベッド２の上部と下部とでの推定温度変化の差ΔＴ’（ｔ）を時刻に関連づけて求める。すなわち、２回目以降の処理では、１回目の処理において算出した初期温度差Ｔｓ（言うなれば運転開始時の機械状態）を考慮に入れており、図７及び図８に示すようにベッド２の上部と下部とでの実際の温度差の変化（初期温度差Ｔｓと現時点での温度差Ｔｓ’との差分）を加算する。

その後、判定装置２３において、現時点ｔｎ（ここではｎ≧２）から処理間隔Δｔが経過するまでの間に推定温度変化の差ΔＴ’（ｔ）が制限値Ｔｍａｘを超える時刻ｔｍａｘ’に至るか否か、すなわちΔｔ＞ｔｍａｘ’−ｔｎであるか否かを判断する（Ｓ２２）。そして、Ｓ２２における判断の結果、たとえば図７に示すように処理間隔Δｔが経過しても時刻ｔｍａｘ’に至らないと判断（Ｓ２２でＮＯと判断）すると、Ｓ１１へと進み、処理続行の判断を行う。一方、Ｓ２２における判断の結果、たとえば図８に示すように処理間隔Δｔが経過するまでの間に時刻ｔｍａｘ’に至ると判断（Ｓ２２でＹＥＳと判断）すると、ＮＣ装置１０を介して駆動装置１８を作動させ、コラム６を前後方向へ往復移動させる（Ｓ２３）ことにより、空間Ａ２内及び空気出入空間１６内の空気を入れ替え、ベッド２の上部と下部とで推定温度変化に大きな差が生じないような状態とする。また、判定装置２３において、往復移動の終了判定を行い（Ｓ２４）、終了であると判断（Ｓ２４でＹＥＳと判断）すると、コラム６の往復移動を停止した（Ｓ２５）後、処理続行の判断（Ｓ１１）を行う。そして、Ｓ２４における往復移動の終了判定は、上記Ｓ９同様に、現時点でのベッド２の上部の周囲温度Ｔ３’とベッド２の下部の周囲温度Ｔ４’との差が所定の周囲温度制限値ΔＴｃ以下に収束したか否か（下記式（１０））によって行っており、周囲温度Ｔ３’周囲温度Ｔ４’との差が所定の周囲温度制限値ΔＴｃ以下に収束したことをもって終了と判断する。なお、コラム６の往復移動を開始するに際し、横形マシニングセンタ１において加工中であれば、一旦加工を停止してから開始すればよい。そして、加工終了等に伴い、Ｓ１１で処理続行しないと判断することをもって、熱変形の抑制に係る制御も終了となる。

上述したような制御を実行する横形マシニングセンタ１によれば、ベッド２の内部に存在する空間１５の下方側を仕切ることによって、空気出入空間１６を形成するとともに、空気出入空間１６とコラム６よりも後方の空間Ａ２とを連通させるダクト１７を設けており、コラム６の前後方向への往復移動により、空間Ａ２内及び空気出入空間１６内の空気を入れ替え可能としている。そして、ベッド２の上部（空気出入空間１６よりも上部）の温度、ベッド２の下部（空気出入空間１６よりも下部）の温度、空間Ａ２内における温度センサｃｈ１設置位置の近傍の周囲温度、及び空気出入空間１６内における温度センサｃｈ２設置位置の近傍の周囲温度を夫々測定するとともに、ベッド２の上部と下部とでの推定温度変化の差ΔＴ（ｔ）、ΔＴ’（ｔ）を算出し、推定温度変化の差ΔＴ（ｔ）、ΔＴ’（ｔ）が制限値Ｔｍａｘを超える前に、コラム６を前後方向へ往復移動させて、空間Ａ２内及び空気出入空間１６内の空気を入れ替え、ベッド２の上部と下部とで推定温度変化に大きな差が生じないような状態とするようになっている。したがって、推定温度変化の差に起因してベッド２に発生する反りや傾きといった熱変形を抑制することができ、精度の高い加工を実現することができる。さらに、従来の如く周辺装置を別途必要としないため、製造コストは勿論、ランニングコストも低く抑えることができる上、正常に動作する必要がある装置が少なくてすむため、信頼性の向上も期待することができる。加えて、処理間隔Δｔの間に、推定温度変化の差ΔＴ（ｔ）、ΔＴ’（ｔ）が制限値Ｔｍａｘを超えると判断した場合にコラム６を往復移動させるため、推定温度変化の差ΔＴ（ｔ）、ΔＴ’（ｔ）が制限値Ｔｍａｘを超えそうな直近のタイミングでコラム６を往復移動させることになる。したがって、必要以上にコラム６を往復移動させることがなく、コラム６の往復移動に伴う加工中断回数の抑制、すなわち加工効率の低下の抑制を図ることができる。

また、２回目の処理以降では、横形マシニングセンタ１の運転開始時の機械状態を考慮に入れて推定温度変化の差ΔＴ’（ｔ）を算出するため、初期状態に依存せず安定した加工が可能となる。
さらに、コラム６の往復移動を、ベッド２の上部の周囲温度Ｔ３、Ｔ３’とベッド２の下部の周囲温度Ｔ４、Ｔ４’との差と所定の周囲温度制限値ΔＴｃとの比較にもとづいて終了させるようにしているため、確実に熱変形を抑制可能な状態、すなわちベッド２の上部と下部とで推定温度変化に大きな差が生じない状態にすることができるし、無駄に長い時間にわたってコラム６を往復移動させるようなこともなく、加工中断時間を必要最低限にすることができ、加工効率を向上することができる。

なお、本発明に係る工作機械は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、工作機械の全体的な構成や熱変形の制御に係る構成等について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、上記実施形態ではベッド２の内部に存在する空間１５の下方側を仕切ることによって、空気出入空間１６を形成しているが、ベッド２の下面と床面との間に板金等を用いて空気出入空間を形成したり、ベッド２の側面下部に板金等を用いて空気出入空間を形成することも可能である。また、ダクト１７を設けるにあたり、周囲カバー１１ではなく、別個にダクトを設けるように構成しても何ら問題はない。

また、上記実施形態では、コラム６の往復移動をさせるか否かを決定する制御において、推定温度変化の差ΔＴ（ｔ）を制限値Ｔｍａｘと比較したり、現時点での時刻ｔｎから時刻ｔｍａｘ、ｔｍａｘ’に至るまでの時間と処理間隔Δｔとを比較したりしているが、一般的な工作機械では運転を継続することでベッド２の温度や空間Ａ２の温度等は上昇一途である（自然にはほぼ下降しない）ことを考えると、上記式（２）、（３）、（７）、（８）においてｔ＝Δｔとし、次回の処理時点での推定温度変化の差ΔＴ、ΔＴ’と制限値Ｔｍａｘとを比較する（図６〜図８の曲線全体ではなく、各処理時刻のポイントで判断する）ように構成してもよい。つまり、１回目の処理においては、図９に示すように、Ｓ４を実行した後、処理間隔Δｔ後（２回目の処理時）における推定温度変化の差ΔＴと制限値Ｔｍａｘとを比較する（Ｓ３１）。そして、処理間隔Δｔ後における推定温度変化の差ΔＴが制限値Ｔｍａｘを超えないと判断（Ｓ３１でＮＯと判断）すると、判定フラグをＯＮとして（Ｓ７）Ｓ１１へ進む一方、処理間隔Δｔ後における推定温度変化の差ΔＴが制限値Ｔｍａｘを超えると判断（Ｓ３１でＹＥＳと判断）すると、コラム６の往復移動を開始する（Ｓ８）ような構成となる。また、２回目以降の処理においては、図１０に示すように、Ｓ２１を実行した後、現時点よりも処理間隔Δｔ後における推定温度変化の差ΔＴ’と制限値Ｔｍａｘとを比較する（Ｓ３２）。そして、現時点よりも処理間隔Δｔ後における推定温度変化の差ΔＴ’が制限値Ｔｍａｘを超えると判断（Ｓ３２でＹＥＳと判断）した場合には、コラム６の往復移動を開始する（Ｓ２３）ような構成となる。

さらに、処理間隔Δｔの間に空調等に起因して環境が大きく変わることも考えられるため、上記実施形態におけるＳ２１とＳ２２との間で、Ｓ５同様に、推定温度変化の差ΔＴ’（ｔ）と制限値Ｔｍａｘとの比較を再度行い、今後、推定温度変化の差ΔＴ’（ｔ）が制限値Ｔｍａｘを超える事態が起きると判断した場合にのみＳ２２へ進むような制御としてもよい。
さらにまた、上記実施形態では、時刻を採用しているが、ただ単に運転開始からの時間のみによって同様の制御を実行することも可能である。加えて、上記実施形態では、処理間隔の間に、推定温度変化の差ΔＴ（ｔ）、ΔＴ’（ｔ）が制限値Ｔｍａｘを超えると判断すると、コラム６を往復移動させるように構成しているが、処理間隔の間ではなく、処理間隔を超えて所定時間が経過するまでに（たとえば、処理間隔を超えて１時間が経過するまでや、加工が終了するまで等）、推定温度変化の差ΔＴ（ｔ）、ΔＴ’（ｔ）が制限値Ｔｍａｘを超えると判断すると、コラム６を往復移動させるように構成することも可能である。そして、当該構成を採用することにより、早いタイミングでコラム６を往復移動させることができ、推定温度変化の差に起因した熱変形を一層抑制することができる。

また、上記実施形態では、コラム６の往復移動を、ベッド２の上部の周囲温度Ｔ３、Ｔ３’とベッド２の下部の周囲温度Ｔ４、Ｔ４’との差が所定の周囲温度制限値ΔＴｃ内に収束したことをもって終了させるように構成しているが、たとえばコラム６の往復移動回数や往復移動時間を予め設定し、当該往復移動回数や往復移動時間にもとづいてコラム６の往復移動を終了させるように構成することも可能である。
さらに、上記実施形態では、Ｓ６でＮＯと判断した場合に判定フラグをＯＮするように構成しているが、Ｓ５とＳ６との間で判定フラグをＯＮとする、すなわち今後、推定温度変化の差ΔＴ（ｔ）が制限値Ｔｍａｘを超える事態が起きると判断した場合にはコラム６を往復移動させるか否かに拘わらず判定フラグをＯＮするように構成しても何ら問題はない。

またさらに、Ｓ５においてＮＯと判断した場合、すなわち今後、推定温度変化の差ΔＴ（ｔ）が制限値Ｔｍａｘを超える事態が起きないであろうと判断した場合には、処理間隔Δｔをより長い時間（たとえば１時間）に設定し、その後、Ｓ５における判断がＹＥＳになったことをもって処理間隔Δｔを元の長さに戻すといったように、Ｓ５における判断結果に応じて処理間隔Δｔを変更するような制御を実行することも可能である。
さらにまた、上記実施形態では、Ｓ５においてＮＯと判断した場合には、次回の処理時においてもΔＴ（ｔ）と制限値Ｔｍａｘとを比較するように構成しているが、Ｓ５においてＮＯと判断した場合にも判定フラグをＯＮとし、次回以降の処理時には、ΔＴ’（ｔ）と制限値Ｔｍａｘとを比較するような構成とすることも可能である。
加えて、上記実施形態では、横形マシニングセンタについて説明しているが、ベッドに対してコラムが所定方向へ往復移動可能であれば他の工作機械についても適用することができる。

１・・横形マシニングセンタ、２・・ベッド、４・・Ｚ軸案内レール、６・・コラム、１０・・ＮＣ装置（制御装置）、１１・・周囲カバー（カバー体）、１２・・移動カバー（カバー体）、１３・・第１天井カバー、１４・・第２天井カバー（カバー体）、１８・・空気出入空間、１７・・ダクト、１８・・駆動装置、２１・・温度測定装置（第１〜第４温度測定手段）、２２・・温度演算装置（制御装置）、２３・・判定装置（制御装置）、ｃｈ１・・温度センサ（第１温度測定手段）、ｃｈ２・・温度センサ（第２温度測定手段）、ｃｈ３・・温度センサ（第３温度測定手段）、ｃｈ４・・温度センサ（第４温度測定手段）、Ａ１・・空間（加工空間）、Ａ２・・空間（移動空間）。

Claims (3)

1. ベッドと、前記ベッド上を所定方向へスライド可能に立設されたコラムとを備えており、前記コラムのスライド方向で前記コラムよりも一方側の空間が加工空間、他方側の空間が前記コラムの移動空間とされているとともに、少なくとも前記移動空間をカバー体によって覆った工作機械であって、
   前記ベッドに空気が出入り可能な空気出入空間を設けるとともに、前記空気出入空間と前記移動空間とを連通させる一方、
   前記ベッドにおける前記空気出入空間よりも上部の温度を測定する第１温度測定手段と、前記ベッドにおける前記空気出入空間よりも下部の温度を測定する第２温度測定手段と、前記移動空間内の周囲温度を測定する第３温度測定手段と、前記空気出入空間内の周囲温度を測定する第４温度測定手段と、前記第１〜第４温度測定手段による測定値をもとに前記コラムを往復移動を制御する制御装置とを設けており、
   前記制御装置は、所定の処理間隔で、前記第１〜第４温度測定手段による測定値をもとに、前記ベッドの上部の推定温度変化と、前記ベッドの下部の推定温度変化とを算出するとともに、両推定温度変化をもとに、前記ベッドの上部と下部とでの推定温度変化の差を算出しており、
   前記処理間隔の間に、前記推定温度変化の差が所定の制限値を超えると判断すると、前記コラムを往復移動させ、前記移動空間内及び前記空気出入空間内の空気を入れ替えることを特徴とする工作機械。
2. ベッドと、前記ベッド上を所定方向へスライド可能に立設されたコラムとを備えており、前記コラムのスライド方向で前記コラムよりも一方側の空間が加工空間、他方側の空間が前記コラムの移動空間とされているとともに、少なくとも前記移動空間をカバー体によって覆った工作機械であって、
   前記ベッドに空気が出入り可能な空気出入空間を設けるとともに、前記空気出入空間と前記移動空間とを連通させる一方、
   前記ベッドにおける前記空気出入空間よりも上部の温度を測定する第１温度測定手段と、前記ベッドにおける前記空気出入空間よりも下部の温度を測定する第２温度測定手段と、前記移動空間内の周囲温度を測定する第３温度測定手段と、前記空気出入空間内の周囲温度を測定する第４温度測定手段と、前記第１〜第４温度測定手段による測定値をもとに前記コラムを往復移動を制御する制御装置とを設けており、
   前記制御装置は、所定の処理間隔で、前記第１〜第４温度測定手段による測定値をもとに、前記ベッドの上部の推定温度変化と、前記ベッドの下部の推定温度変化とを算出するとともに、両推定温度変化をもとに、前記ベッドの上部と下部とでの推定温度変化の差を算出しており、
   前記処理間隔を超えて所定時間が経過するまでに、前記推定温度変化の差が所定の制限値を超えると判断すると、前記コラムを往復移動させ、前記移動空間内及び前記空気出入空間内の空気を入れ替えることを特徴とする工作機械。
3. 前記制御装置は、前記コラムの往復移動の開始に伴い、前記第３温度測定手段による測定値と、前記第４温度測定手段による測定値との差が所定の周囲温度制限値以下に収束したか否かを判断し、前記差が前記所定の周囲温度制限値以下に収束したことをもって前記コラムの往復移動を停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。

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