JPH10277886A

JPH10277886A - 工作機械

Info

Publication number: JPH10277886A
Application number: JP8407197A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Itou; 万成伊藤
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1997-04-02
Filing date: 1997-04-02
Publication date: 1998-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度な主軸の熱変位推定を行うよう主軸温
度と測定部位との温度関係を安定させた工作機械を提供
する。【解決手段】クーラントノズル６を、吹き出し口が主
軸１の先端及び工具ホルダーのツールシャンク部を冷却
するよう主軸頭９に固定し、主軸１の軸受２の近傍に第
１温度センサ３を取り付け、ベッド５に第２温度センサ
４を取り付け、これらの温度を温度検出器１１で検出
し、演算装置１２で主軸の熱変位量を演算し、この演算
結果を受け数値制御装置１３のＺ軸駆動モータ１４への
指令値を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マシニングセンタ
等の工作機械において、主軸軸線方向の熱変位補正機能
を有する工作機械に属する。

【０００２】

【従来の技術】主軸の回転に伴う軸受等の発熱の影響を
受けやすい主軸頭の温度と、影響を比較的受けないとさ
れるベッド等の部位の温度とを夫々測定し、それらの温
度を基に主軸の回転軸線方向の熱変位を推定し、工具と
ワークとの相対位置を数値制御装置により工作機械の軸
指令で補正を行う技術は例えば特公昭６１−５９８６０
号公報等により周知である。

【０００３】この技術を図３の工作機械の構成図を用い
て説明する。図示するように、まず主軸１を支持する軸
受２の近傍に第１温度センサ３が取り付けられ、ベッド
５に第２温度センサ４が取り付けられている。そして主
軸１の先端に取り付けられた工具８を回転させてワーク
７を加工するときに、その２つの温度センサの温度を検
出器１１で検出し、これを基に熱変位量を熱変位量演算
装置１２で演算する。この演算結果を受け、数値制御装
置１３がＺ軸駆動モータ１４に出力する軸駆動指令を加
算補正する。その結果、Ｚ軸駆動モータ１４によりボー
ルネジ１５を介してＺ軸方向移動可能な主軸頭９が温度
補正されて移動されるため、工具とワーク間の相対位置
を所望の値にすることができるものである。尚、図３に
おいて、１０は移動テーブル、１６はクーラントを放出
するノズル、１７はコラムである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の技
術は、特定部位の温度から機械の温度分布を仮定し、主
軸１の回転軸線方向の熱膨張を推定し補正を行っている
もので、運転条件の変化による機械温度分布の変化につ
いては考慮されていない。即ち、エアブロー、クーラン
トによる切削点の冷却・潤滑の有無、主軸回転数、切削
負荷の変化等により、主軸の放熱量は大きく変化するの
に対し考慮されていない。

【０００５】そのため、例えば乾式切削の一例として図
４に示すように、主軸１と工具８との間で発生する熱は
軸受２を介して主軸頭９に流れると共に、工具８にも流
れて行くが、一方で加工時に切削点より発せられる熱は
工具８から主軸側に伝達される。また、切削点にクーラ
ントをかける湿式切削では図５に示すように、切削点の
熱がノズル１７より放出されるクーラントにより外部に
排出されるだけでなく、工具８そのものも冷却され主軸
１の熱は一層工具側へ移動する。

【０００６】この結果、乾式切削と湿式切削とにおける
軸受２から主軸頭９に伝達される熱量に差が生じること
になり、両者を同一の推定方法で補正するのは適当では
ない。また、主軸は高回転時比べ低回転時の周囲への放
熱力が劣るので測定部位と主軸との温度関係が変化す
る。この結果、推定温度と実際の主軸の温度とに差が生
じる。

【０００７】図６は主軸の回転数と軸受の熱の伝達率を
調べたもので、低回転からある程度までは、回転数の上
昇に伴い熱伝達率も高くなり,その後安定することがわ
かる。逆に見ると低回転では熱伝達率は低いということ
がわかる。

【０００８】そこで本発明は、上記従来の技術の有する
問題点に鑑みなされたもので、その目的とするところ
は、主軸の放熱を工作機械の運転条件に係わらず一定方
向として、主軸の放熱能力を安定させることにより、主
軸温度と測定部位との温度関係を安定させ、より高精度
な主軸の熱変位推定を行う工作機械を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明による工作機械は、主軸の先端に工
具を取り付け、ワークと主軸との相対移動によりワーク
を加工する工作機械において、工作機械の特定部位の温
度を測定するセンサと、センサの出力から主軸の熱膨張
を演算する演算部と、演算結果に基づいてワークと主軸
との相対移動手段を制御する制御手段と、主軸先端及び
主軸先端に取り付けられた工具を冷却する冷却流体供給
手段とを有するよう構成される。

【００１０】請求項２の発明による工作機械は、前記冷
却流体供給手段が、主軸先端及びツールシャンク部を冷
却することを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
形態を図面を基に詳細に説明する。図１は工作機械の構
成を示し、図２は主軸先端部の熱の流れを示した断面説
明図である。図示するように、主軸頭９にはクーラント
ノズル６が固定され、その吹き出し口は、主軸１の先端
及び工具ホルダーのツールシャンク部８ａに向いてお
り、図示されていない圧縮空気供給源より清浄な圧縮空
気が供給されている。

【００１２】そして、主軸１を支持する軸受２の近傍に
第１温度センサ３を取り付け、ベッド５に第２温度セン
サ４を取り付け、２つの温度センサの温度を温度検出器
１１により検出し、この検出値を基に演算装置１２で熱
変位量を演算し、この演算結果を受けＺ軸駆動モータ１
４に出力する軸駆動指令を補正する数値制御装置１３に
より、Ｚ軸駆動モータ１４がボールネジ１５を介してＺ
軸方向移動可能な主軸頭９を移動させる点は従来の技術
と同一である。

【００１３】また、気体と個体の熱伝達率は、相対速度
がある程度以上大きい場合には相対速度の変化による熱
伝達率の変化が小さくなることから、ノズルから供給さ
れる圧縮空気は、主軸端及びツールシャンク部８ａの表
面と主軸が回転していない状態にて十分な相対速度を得
る圧力にて供給されるものとする。

【００１４】このようにすることで、主軸の熱の流れ
は、冷却流体の冷却力が大きいためにどのような切削条
件においてもほぼ図２の矢印に示すようになり、軸受を
介して主軸頭に伝達される熱量が切削条件に左右され難
くなる。従って、主軸の回転数によらず主軸端あるいは
工具ホルダーからの放熱を一定に保つことができ、温度
センサの測定温度と主軸の温度との関係を主軸の回転数
によらず一定とすることが可能となり、熱変位補正機構
の精度を高めることができる。尚、ノズル吹き出し口の
方向としてツールシャンク部８ａを指定したのは、形状
と主軸に対する位置が規定されており、異なる工具ホル
ダーにおいても冷却条件が安定するためである。

【００１５】また、この場合冷却流体の量あるいは圧力
あるいは速度を主軸の回転数に従い制御することによ
り、放熱の制御をより正確に行うことも可能であり、熱
変位補正機構の精度をより高めることができるし、冷却
流体の温度を制御して供給することにより、熱変位補正
をより正確に行うこともできる。更に、冷却流体は圧縮
空気でなくとも良く、切削条件によっては、より冷却効
果の高い水あるいは切削液等、別の冷却用流体を用いる
ことも可能であるし、ノズルを複数設置して切削条件に
従い冷却流体を使い分けることも有効である。

【００１６】また、上記実施の形態においては、主軸の
うち主軸頭から出た主軸端のみを冷却する機構を示した
が、これは主軸頭の主軸回転支持部の機構に冷却流体が
悪影響を与えることを懸念したためであり、グリス潤滑
軸受による支持の場合は冷却流体の圧力によるグリスの
飛散があったり、オイルエア潤滑軸受であれば負圧によ
る潤滑不良の発生等の可能性が考えられるためである。
しかし、これらの懸念に対して、十分な配慮を行った上
で主軸頭内の主軸を冷却することは有効である。その
他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の形状並びに
構成を適宜に変更して具体化することも可能である。

【００１７】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、冷却流体を主軸先端部に供給するという簡素且
つ安価な構成により、周知の熱変位補正機能の精度を大
幅に向上させることができるという顕著な効果を奏す
る。

【００１８】請求項２の発明によれば、請求項１の効果
に加え、異なる工具ホルダにおいても冷却条件が安定す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例を示す工作機械の構
成図である。

【図２】図１の主軸先端部の熱伝導を示す縦断面説明図
である。

【図３】従来の工作機械の構成図である。

【図４】従来の乾式切削の熱伝導を示す主軸先端部の縦
断面説明図である。

【図５】従来の湿式切削の熱伝導を示す主軸先端部の縦
断面説明図である。

【図６】主軸の回転数と軸受の熱の伝達率の関係を示す
図である。

【符号の説明】

１・・主軸、２・・軸受、３・・第１温度センサ、４・
・第２温度センサ、５・・ベッド、６・・ノズル（クー
ラントノズル）、７・・ワーク、８・・工具、８ａ・・
ツールシャンク部、９・・主軸頭、１１・・温度検出
器、１２・・演算装置、１３・・数値制御装置、１４・
・Ｚ軸駆動モータ、１５・・ボールネジ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主軸の先端に工具を取り付け、ワークと
主軸との相対移動によりワークを加工する工作機械にお
いて、工作機械の特定部位の温度を測定するセンサと、
センサの出力から主軸の熱膨張を演算する演算部と、演
算結果に基づいてワークと主軸との相対移動手段を制御
する制御手段と、主軸先端及び主軸先端に取り付けられ
た工具を冷却する冷却流体供給手段とを有することを特
徴とする工作機械。
【請求項２】前記冷却流体供給手段が、主軸先端及び
ツールシャンク部を冷却することを特徴とする請求項１
に記載の工作機械。