WO2024095359A1 - クーラント装置および工作機械 - Google Patents

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WO2024095359A1
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tank
temperature
temperature sensor
pump
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Inventor
寺田雅人
木野裕也
福永敏貴
藤原晶
大塚裕也
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株式会社Fuji
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/10—Arrangements for cooling or lubricating tools or work

Definitions

  • the present invention relates to a coolant device that suppresses the effects of temperature rise on coolant used for cooling and cleaning workpieces during machining, and to a machine tool equipped with the coolant device.
  • coolant In machine tools, coolant is used to reduce processing heat, as well as for lubrication and to wash away cutting chips from processing areas. After use, the coolant is returned to the coolant tank and is supplied back into the processing chamber by the coolant pump.
  • the coolant pump When the coolant is used repeatedly, it gradually increases in temperature as it absorbs heat from the coolant pump, which generates heat during continuous operation, and if left unchecked, this can have a negative effect on the processing of the workpiece.
  • the heat from the coolant sprayed into the processing chamber is transmitted to the drive unit, and the slight thermal deformation that occurs can affect the processing of workpieces, which require high precision.
  • Patent Document 1 discloses a machine tool that adjusts the temperature of coolant that is used repeatedly.
  • the coolant tank of the machine tool is provided with a temperature adjustment tank for storing coolant from which cutting chips and the like have been removed via a filter, and a temperature adjustment device is connected to the temperature adjustment tank.
  • the temperature adjustment device prevents the coolant from rising in temperature, and is configured to circulate cooled coolant between the temperature adjustment tank and the temperature adjustment tank.
  • the present invention aims to solve this problem by providing a coolant device that is configured to suppress the rise in coolant temperature, and a machine tool equipped with such a coolant device.
  • the coolant device includes a coolant tank that stores coolant supplied to a machining chamber where workpiece machining is performed, a coolant pump that supplies used coolant in the coolant tank to the machining chamber, an in-tank temperature sensor that measures the temperature of the coolant in the coolant tank, and a control device that adjusts the rotation speed of a pump motor that drives the coolant pump based on the measurement value of the in-tank temperature sensor.
  • the machine tool includes a processing device for performing a predetermined processing on a workpiece with a tool in a processing chamber, a coolant device that repeatedly supplies used coolant that flows from the processing chamber and is stored in a coolant tank to the processing chamber using a coolant pump, and a control device that is provided with an in-tank temperature sensor in the coolant tank for measuring the temperature of the coolant and adjusts the rotation speed of a pump motor that drives the coolant pump based on the measurement value of the in-tank temperature sensor.
  • coolant when workpieces are machined in the machining chamber, coolant is supplied to lubricate the machining point and wash away chips.
  • This coolant flows into the coolant tank, where it is stored, and is repeatedly supplied to the machining chamber by the coolant pump.
  • the temperature of the coolant gradually rises and begins to affect machining. Therefore, the coolant temperature in the coolant tank is measured by an in-tank temperature sensor, and the control device adjusts the rotation speed of the pump motor based on the measured value, making it possible to suppress the rise in coolant temperature by suppressing heat generation in the coolant pump.
  • FIG. 1 is a side view of an internal structure showing one embodiment of a machine tool.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a coolant tank.
  • FIG. 1 is a simplified circuit diagram of an embodiment of a coolant device.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the machine tool.
  • FIG. 11 is a flowchart for executing a pump operation switching program.
  • 10 is a line graph showing a change in the temperature of the coolant measured by an in-tank temperature sensor.
  • FIG. 1 is a side view of the internal structure showing one embodiment of a machine tool.
  • the coolant device according to the present invention can be used with a variety of machine tools, and the machine tool 1 shown in FIG. 1 is an example of such an NC lathe.
  • the machine tool 1 is mounted on a movable bed 14 equipped with wheels, and is configured to be movable in the front-rear direction (Z-axis direction) along rails 13 laid on the upper surface of the base 3.
  • the movable bed 14 is equipped with various drive devices such as a spindle device 5, and the drive of the various drive devices is controlled by a control device 6 mounted at the rear of the machine body.
  • the spindle unit 5 has a spindle chuck 11 attached to a freely rotatable spindle, and rotates the gripped workpiece W using a spindle motor.
  • the machine tool 1 is provided with a turret unit 7 that selects from a number of tools an appropriate tool for machining the workpiece.
  • the turret unit 7 has a tool rest 12 to which a number of tools are attached, and selects and positions the tool to be used for machining by rotating and indexing.
  • the drive units that move the tool to the machining position for the workpiece W are a Z-axis drive unit 8 that moves the tool in the Z-axis direction, which is the front-to-back direction of the machine body, and an X-axis drive unit 9 that moves the tool in the X-axis direction, which is the up-and-down direction of the machine body.
  • the workpiece W is gripped in the spindle chuck 11 by transfer to an automatic workpiece transporter (not shown), and rotation is imparted by driving the spindle unit 5.
  • a tool to be used for machining the workpiece W is selected by rotation indexing. Then, the tool moves along with the turret unit 7 in the machining axis direction by driving the Z-axis drive unit 8 and the X-axis drive unit 9, and the specified machining is performed on the workpiece W.
  • the machined workpiece W is replaced with a new workpiece W in the spindle chuck 11, and the automatic machining of the workpiece W is repeated.
  • the machine tool 1 is provided with a coolant tank 15 below the machining chamber 10 where machining is performed, and chips and other debris generated during machining of the workpiece W are washed away with coolant and stored in the coolant tank 15.
  • FIG. 2 is a perspective view of the coolant tank 15.
  • the coolant tank 15 has a chip conveyor 18 built in and an inlet 19 that opens to be located at the bottom of the machining chamber 10. The chips generated during machining are washed away by the coolant supplied into the machining chamber 10, and enter the inlet 19 together with the coolant and are stored in the storage tank of the chip conveyor 18. Then, by driving the chip conveyor 18, only the chips are carried outside the machine and discharged and collected in an external collection box.
  • the machine tool 1 is provided with a coolant system so that the coolant can be reused repeatedly.
  • a coolant pump 16 draws up the coolant stored in a coolant tank 15 and sends it back to the machining chamber 10.
  • the storage tank of the chip conveyor 18 has a drop port that is blocked with finely-pore punched metal or the like, and the coolant that flows out from there is stored in the coolant tank 15. The used coolant is then filtered and repeatedly supplied back to the machining chamber 10.
  • FIG 3 is a simplified circuit diagram of such a coolant device.
  • the coolant device 2 is provided with a cylindrical strainer 17 on the suction port side of the coolant pump 16, and a pipe 28 is connected to the secondary side.
  • a pump chamber 22 surrounded by a side wall 22 is formed in a corner of the coolant tank 15, and the coolant pump 16 equipped with the strainer 17 is installed inside.
  • the side wall 22 is formed with an intake window 23 with a mesh plate fitted in it, and the coolant in the coolant tank 15 is drawn into the pump chamber 21 by driving the coolant pump 16, and then sucked up.
  • the pipe 28 connected to the coolant pump 16 extends towards the machining chamber 10 and, for example, branches along the way to form a cleaning-side flow path 281 and a machining section-side flow path 282.
  • the cleaning-side flow path 281 is a flow path that supplies coolant to carry away chips and the like that accumulate at the bottom of the machining chamber 10 to the inlet 19, and the machining section-side flow path 282 is a flow path for spraying coolant to lubricate and cool the machining point of the workpiece W and to wash away the chips.
  • the machining section-side flow path 282 is formed to the machining point of the workpiece W by passing through the tool rest 12 of the turret device 7.
  • the coolant device 2 of this embodiment is provided with temperature sensors 25, 26 for measuring temperature changes related to the coolant, and is connected to the control device 6.
  • This is a configuration for controlling the operation of the coolant pump 16 according to the measured values of the temperature sensors 25, 26, and a pump operation switching program is stored in the control device 6.
  • the temperature sensor 25 is disposed inside the coolant tank 15, and is an in-tank temperature sensor that directly measures the temperature change of the coolant.
  • the temperature sensor 26 is attached to a column 29 that supports the Z-axis drive device 8 and the X-axis drive device 9, and is a drive unit temperature sensor for measuring temperature changes near the drive unit that are affected by the coolant temperature.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the control system of the machine tool 1.
  • the control device 6 of the machine tool 1 is mainly a computer equipped with storage devices such as a ROM 42, RAM 43, and non-volatile memory 44 in addition to a CPU 41, and is connected to the coolant unit 2, spindle unit 5, turret unit 7, Z-axis drive unit 8, X-axis drive unit 9, etc. via I/O 45.
  • the control device 6 is configured to control the drive of the pump motor 27 of the coolant pump 16 based on signals from temperature sensors 25 and 26.
  • the drive motors of each device are each connected via a driver circuit 47.
  • An inverter is built into the driver circuit 47 of the coolant unit 2 as a means for controlling the rotation speed of the pump motor 27, and the current of the pump motor 27 is controlled according to a command signal.
  • the coolant unit 2 of the machine tool 1 is configured to reduce the amount of heat generated by changing the rotation speed of the pump motor 27. Therefore, the control device 6 stores the pump operation switching program, which drives and controls the pump motor 27 according to changes in the temperature of the coolant, in addition to machining programs related to various types of machining.
  • the coolant pump 16 generates heat through continuous operation, and as the coolant repeatedly passes through the coolant pump 16, it absorbs heat and gradually increases in temperature. Then, as the coolant is sprayed into the machining chamber 10, the heat is transferred to the Z-axis drive unit 8 and X-axis drive unit 9, etc.
  • the Z-axis drive unit 8 and X-axis drive unit 9 position the cutting edge of the tool relative to the workpiece W through drive control of a servo motor using a ball screw.
  • a servo motor using a ball screw.
  • the pump operation switching program is configured to switch the rotation speed of the pump motor 27 depending on the situation in order to suppress the amount of heat generated by the coolant pump 16.
  • the operation of the coolant pump 16 is switched between five stages depending on the situation of the machine tool 1.
  • the situation in which the operating speed of the coolant pump 16 (the rotation speed of the pump motor 27) is switched is determined based on the presence or absence of machining in the machine tool 1, the measured values of the temperature sensors 25, 26, etc.
  • FIG. 5 is a flow chart for executing a pump operation switching program.
  • the start switch of the machine tool 1 is operated to start the operation of each device, and in the coolant device 2, the pump motor 27 starts the operation of the coolant pump 16.
  • the coolant in the coolant tank 15 is sucked up by the coolant pump 16, pushed into the pipe 28, and sprayed into the machining chamber 10 through the cleaning side flow path 281 and the machining side flow path 282.
  • the coolant flows down inside the machining chamber 10 and returns to the coolant tank 15, from where it is circulated and pumped out again by the coolant pump 16.
  • the workpiece machining state of the machine tool 1 is confirmed (S101), and if machining of the workpiece W is being performed (S101: YES), the measured values of the temperature sensors 25, 26 are checked.
  • the operation of the coolant pump 16 is first switched based on the measurement result of the temperature sensor 25 for the coolant.
  • the coolant pump 16 heats up over time, causing the coolant temperature to rise. Therefore, if the measurement value of the temperature sensor 25 exceeds the first switch temperature (S102: YS), then a check is made to see if the measurement value of the temperature sensor 26 exceeds a preset second switch temperature for the drive unit (S104). That is, a check is made to see if the measurement value of the column 29 mounting the Z-axis drive unit 8, etc. exceeds the preset second switch temperature (S104).
  • FIG. 6 is a line graph showing the change in the temperature of the coolant measured by the temperature sensor 25.
  • the vertical axis shows the temperature of the coolant, and the horizontal axis shows the operating time of the coolant pump 16.
  • the coolant temperature will tend to rise, as shown in the graph in the figure.
  • the temperature indicated by the dashed dotted line is the first switch temperature, which the coolant temperature exceeds at time T1. Therefore, the rotation speed of the pump motor 27 is reduced to 80% by the drive control in step S105 described above, thereby reducing the amount of heat generated by the coolant pump 16 and suppressing the rise in coolant temperature. However, heat still accumulates in the continuously operating coolant pump 16, causing the coolant temperature to rise again.
  • the rotation speed of the pump motor 27 is reduced to 60% by drive control in step S106. This reduces the amount of heat generated by the coolant pump 16, and as shown in the graph in FIG. 6, the rise in temperature of the coolant is suppressed at time T2. However, even in this case, heat accumulates in the coolant pump 16, which continues to operate continuously, causing the temperature to rise again. However, by operating at a low speed with the rotation speed of the pump motor 27 reduced to 80% or 60%, it is possible to suppress the rise in temperature while maintaining a certain level of the amount of coolant discharged by the coolant pump 16.
  • the machine tool 1 does not process the workpiece W.
  • the machine tool 1 forms a machining line together with other machine tools, and the workpiece W is automatically transported by an autoloader.
  • the machine will be in a standby state where machining cannot be performed until repairs are completed.
  • the coolant pump would remain in normal operation even when such workpiece machining was not being performed.
  • the pump motor 27 is operated at a reduced rotation speed. Therefore, if the machine tool 1 is not in a state where the workpiece W is being machined (S101: NO), the operation of the coolant pump 16 is switched to a power-saving mode. This not only suppresses heat generation from the coolant pump 16, as in steps S105 and S106, but also achieves a power-saving operation effect by reducing power consumption by lowering the rotation speed of the pump motor 27.
  • the unmachined confirmation time is counted by a timer from the end of machining of the previous workpiece W. If it is within the unmachined confirmation time (S109: NO), control is performed in accordance with the measurement values of the temperature sensors 25, 26 described above, and if machining of the next workpiece W begins during that time (S101: YES), the count value is returned to zero.
  • the control device 6 determines that processing of the workpiece W should be stopped (S109: YES), and the pump motor 27 is operated at a low speed, with the rotation speed reduced to 40% (S110). The timer count is then returned to zero. This is a standby state that allows the coolant flow rate to be immediately restored when processing is started, and the rotation speed is still reduced to reduce heat generation from the coolant pump 16 and power consumption by the pump motor 27.
  • the operating speed of the coolant pump 16 (the rotation speed of the pump motor 27) is switched based on the measured values of the temperature sensors 25, 26, so that it is possible to suppress the rise in the temperature of the coolant, as shown in the graph of FIG. 6 (at times T1 and T2). Furthermore, by lowering the rotation speed of the pump motor 27 when the machine tool 1 is not machining a workpiece, it is possible to obtain a power saving effect by suppressing power consumption. In addition, it is possible to suppress the rise in the temperature of the coolant affected by the coolant pump 16. In this embodiment, the rotation speed of the pump motor 27 is changed in five stages depending on the situation, so that the above effect can be obtained without reducing the function of the coolant sprayed into the machining chamber 10.
  • an NC lathe has been given as an example of a machine tool, but the machine tool may be another NC processing machine such as a machining center, or a manually operated machine tool as long as it is equipped with the coolant device according to the present invention.
  • the rotation speed of the pump motor 27 is adjusted in accordance with the measurement values of the temperature sensors 25 and 26.
  • the rotation speed may be adjusted in multiple stages in accordance with the measurement value of the temperature sensor 25 that measures the temperature of the coolant.
  • the coolant device is not limited to the one incorporating the chip conveyor of the above embodiment, and may have various configurations.

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Abstract

クーラントの温度上昇を抑える構成を備えたクーラント装置および、そのクーラント装置を搭載した工作機械であり、そのクーラント装置は、ワーク加工を行う加工室内に供給されたクーラントが溜められるクーラントタンクと、前記クーラントタンク内の使用済みのクーラントを前記加工室へと供給するクーラントポンプと、前記クーラントタンク内のクーラントの温度を測定するタンク内温度センサと、前記タンク内温度センサの測定値に基づいて前記クーラントポンプを駆動するポンプモータの回転数を調整する制御装置と、を有する。

Description

クーラント装置および工作機械
　本発明は、ワークの加工における冷却や洗浄に使用されるクーラントについて、その温度上昇に対する影響を抑えるためのクーラント装置および、そのクーラント装置を備えた工作機械に関する。
　工作機械では、加工熱を下げるほか潤滑や加工個所などから切り屑を洗い流すためにクーラントが使用されている。使用された後のクーラントはクーラントタンクに戻され、クーラントポンプによって再び加工室内へと供給される。繰り返し使用されるクーラントは、連続運転で発熱するクーラントポンプから熱を奪って次第に温度が上昇するため、そのままではワークの加工に悪影響を及ぼすことになる。例えば、加工室内に噴射されるクーラントの熱が駆動部に伝わり、僅かに生じる熱変形によって高い精度が要求されるワーク加工に影響してしまう。
　下記特許文献１は、繰り返し使用されるクーラントの温度調整を行う工作機械が開示されている。その工作機械のクーラントタンクには、フィルタを介して切屑などが排除されたクーラントを溜めるための温度調整用タンクが設けられ、その温度調整用タンクに対して温度調整装置が接続されている。温度調整装置は、クーラントの温度上昇を抑えるものであり、冷却させたクーラントを温度調整用タンクとの間で循環させるようにした構成を有している。
国際公開ＷＯ２０１７－１２２２８８号公報 特開２０１６－９７４８５号公報
　しかし、加工対象となるワークの加工内容によっては、それほどクーラントの温度管理が厳しく求められないこともあり、そうした場合に高価な温度調節装置を設置することは、必要以上にコストをかけてしまうことになる。その一方で、温度調整に関して何もしなければクーラントの温度が上昇してしまうため、放置すれば加工精度の低下を招く恐れがある。したがって加工に影響を及ぼすようなクーラントの温度上昇を抑えることが必要である。そこで、ワークの加工精度を維持することができるように、大幅にコストをかけることなく、クーラントの温度上昇を一定程度抑えることが求められている。
　そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、クーラントの温度上昇を抑える構成を備えたクーラント装置および、そのクーラント装置を搭載した工作機械を提供することを目的とする。
　本発明の一態様におけるクーラント装置は、ワーク加工を行う加工室内に供給されたクーラントが溜められるクーラントタンクと、前記クーラントタンク内の使用済みのクーラントを前記加工室へと供給するクーラントポンプと、前記クーラントタンク内のクーラントの温度を測定するタンク内温度センサと、前記タンク内温度センサの測定値に基づいて前記クーラントポンプを駆動するポンプモータの回転数を調整する制御装置と、を有する。
　本発明の他の態様における工作機械は、加工室内においてワークに対し工具による所定の加工を実行するための加工装置と、前記加工室から流れてクーラントタンク内に溜められた使用済みクーラントをクーラントポンプによって前記加工室へと繰り返し供給するクーラント装置と、前記クーラントタンク内にクーラントの温度を測定するタンク内温度センサが設けられ、前記タンク内温度センサの測定値に基づいて前記クーラントポンプを駆動するポンプモータの回転数を調整する制御装置と、を有する。
　前記構成によれば、加工室内で行われるワーク加工時には加工点における潤滑や切屑を洗い流すためにクーラントが供給されるが、そのクーラントはクーラントタンクへと流れ込んで溜められ、クーラントポンプによって繰り返し加工室へと供給される。そうしたクーラントは、次第に温度が上昇して加工に影響を及ぼすようになる。そこで、クーラントタンク内のクーラント温度がタンク内温度センサによって測定され、制御装置によって測定値に基づいたポンプモータに対する回転数の調整制御が行われ、クーラントポンプの発熱を抑えることでクーラントの温度上昇も抑えることが可能になる。
工作機械の一実施形態を示した内部構造の側面図である。 クーラントタンクを示した斜視図である。 クーラント装置の一実施形態を簡略化して示した回路図である。 工作機械の制御システムを表すブロック図である。 ポンプ運転切替プログラムを実行するためのフローチャート図である。 タンク内温度センサによって測定されたクーラントの温度変化を示す折れ線グラフである。
　本発明に係るクーラント装置および、そのクーラント装置を搭載した工作機械の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、工作機械の一実施形態を示した内部構造の側面図である。本発明に係るクーラント装置は様々な工作機械に対応することが可能であり、図１に示す工作機械１はその一例を示すＮＣ旋盤である。工作機械１は、車輪を備えた可動ベッド１４の上に組み付けられ、ベース３の上面に敷設されたレール１３に沿って前後方向（Ｚ軸方向）の移動が可能な構成となっている。可動ベッド１４は、主軸装置５などの各種駆動装置が搭載され、機体後方に搭載された制御装置６によって各種駆動装置の駆動制御が行われるようになっている。
　主軸装置５は、回転自在な主軸に対して主軸チャック１１が設けられ、把持したワークＷを主軸モータによって回転させるものである。工作機械１には複数の工具からワーク加工に対応したものを選択するタレット装置７が設けられている。タレット装置７は、複数の工具を取り付けた刃物台１２を有し、旋回割出しによって加工に使用する工具を選択して位置決めするものである。そして、その工具をワークＷの加工位置へと移動させる駆動装置は、該当工具を機体前後方向であるＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動装置８および、機体上下方向であるＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動装置９である。
　工作機械１は、不図示のワーク自動搬送機との受け渡しによって主軸チャック１１にワークＷが把持され、主軸装置５の駆動により回転が与えられる。タレット装置７では旋回割出しによってワークＷの加工に用いられる工具が選択される。そして、Ｚ軸駆動装置８やＸ軸駆動装置９の駆動によりタレット装置７ごと工具が加工軸方向に移動し、ワークＷに対する所定の加工が行われる。ワークＷの加工後には、主軸チャック１１に対して加工済みワークＷが新たなワークＷに取り替えられ、ワークＷの自動加工が繰り返し行われることとなる。
　工作機械１は、加工を行う加工室１０の下側にクーラントタンク１５が設けられ、ワークＷの加工によって発生した切屑などがクーラントで洗い流され、そのクーラントタンク１５内に溜められるようになっている。ここで図２は、クーラントタンク１５を示した斜視図である。クーラントタンク１５は、その内部にチップコンベア１８が組み込まれ、加工室１０の底部に位置するように開口した投入口１９が形成されている。加工によって発生した切屑は、加工室１０内に供給されたクーラントによって洗い流され、そのクーラントとともに投入口１９から入ってチップコンベア１８の貯留槽に溜められる。そして、チップコンベア１８の駆動により、切屑だけが機外へと運び出され、外部の回収ボックスへと排出および回収されるようになっている。
　工作機械１は、クーラントを繰り返し使用することができるようにクーラント装置が設けられている。クーラント装置は、クーラントタンク１５内に溜められたクーラントをクーラントポンプ１６が汲み上げ、再び加工室１０へと送り込むものである。例えば、チップコンベア１８の貯留槽には微細孔のパンチングメタルなどで塞がれた落し口が形成され、そこから流れ出たクーラントがクーラントタンク１５に溜められる。そして、使用済みのクーラントは濾過され再び加工室１０へと繰り返し供給されるようになっている。
　図３は、そうしたクーラント装置を簡略化して示した回路図である。クーラント装置２は、クーラントポンプ１６の吸込み口側に円柱形状のストレーナ１７が設けられ、二次側にはパイプ２８が接続されている。具体的には図２に示すように、クーラントタンク１５の角部に側壁２２に囲まれたポンプ室２２が構成され、その中にストレーナ１７を備えたクーラントポンプ１６が設置されている。側壁２２にはメッシュ板を嵌め込んだ吸入窓２３が形成され、クーラントポンプ１６の駆動によってクーラントタンク１５内のクーラントをポンプ室２１へと引き入れてから吸い上げるよう構成されている。
　図３に戻り、そのクーラントポンプ１６に接続されたパイプ２８は加工室１０側へと延び、例えば途中で分岐することにより洗浄側流路２８１や加工部側流路２８２が形成されている。洗浄側流路２８１は、加工室１０の底部に溜まってしまう切屑などを、投入口１９へと流すためのクーラントを供給する流路であり、加工部側流路２８２は、ワークＷの加工点における潤滑や冷却さらに切屑を洗い流すクーラントを噴射するための流路である。ワークＷの加工点へは、タレット装置７の刃物台１２を通すようにして加工部側流路２８２が形成されている。
　本実施形態のクーラント装置２は、クーラントに関連する温度変化を測定するための温度センサ２５，２６が設けられ、制御装置６に接続されている。これは、温度センサ２５，２６の測定値に従ってクーラントポンプ１６の駆動を制御するための構成であり、制御装置６にはポンプ運転切替プログラムが格納されている。温度センサ２５は、クーラントタンク１５内に配置され、クーラントの温度変化を直接測定するタンク内温度センサである。また、温度センサ２６は、Ｚ軸駆動装置８およびＸ軸駆動装置９を支持するコラム２９に取り付けられ、クーラントの温度によって影響を受ける駆動部付近の温度変化を測定するための駆動部用温度センサである。
　図４は、工作機械１の制御システムを表すブロック図である。工作機械１の制御装置６は、ＣＰＵ４１のほかにＲＯＭ４２やＲＡＭ４３、不揮発性メモリ４４といった記憶装置などを備えたコンピュータを主体とするものであり、Ｉ／０４５を介してクーラント装置２、主軸装置５、タレット装置７、Ｚ軸駆動装置８、Ｘ軸駆動装置９などに接続されている。クーラント装置２では、図３に示すように、温度センサ２５，２６からの信号に基づき、制御装置６によってクーラントポンプ１６のポンプモータ２７を駆動制御が行われるよう構成されている。
　クーラント装置２および主軸装置５など各装置の駆動モータは各々ドライバ回路４７を介して接続されている。クーラント装置２のドライバ回路４７には、ポンプモータ２７の回転数制御手段として内部にインバータが組み込まれ、指令信号に従ってポンプモータ２７の電流制御が行われるようになっている。すなわち、工作機械１のクーラント装置２には、ポンプモータ２７の回転数を変化させることにより、その発熱量を抑える構成がとられている。そこで、制御装置６には各種加工に関する加工プログラムのほか、クーラントの温度変化に従いポンプモータ２７を駆動制御する前記ポンプ運転切替プログラムが格納されている。
　クーラントポンプ１６は連続運転によって発熱し、クーラントは、そのクーラントポンプ１６を繰り返し通ることで熱を奪って次第に温度が上昇してしまう。そして、クーラントが加工室１０内で噴射されることで、Ｚ軸駆動装置８およびＸ軸駆動装置９などにも熱が伝わってしまう。例えば、Ｚ軸駆動装置８およびＸ軸駆動装置９は、ボールネジを使用したサーボモータの駆動制御によってワークＷに対する工具の刃先が位置決めされる。しかし、熱によってネジ軸などの寸法に僅かな変化が生じてしまうと、極めて高い精度で行われる工具の位置決め制御を狂わせ、ワークに対する加工精度を低下させてしまうことになる。
　そこで、ポンプ運転切替プログラムでは、クーラントポンプ１６の発熱量を抑えるため、状況に応じてポンプモータ２７の回転数を切り替える構成がとられている。本実施形態では、工作機械１の状況に応じてクーラントポンプ１６の運転が５段階に切り替えられるようになっている。そして、クーラントポンプ１６の運転速度（ポンプモータ２７の回転数）の切り替えを行う状況とは、工作機械１における加工の有無や温度センサ２５，２６の測定値などに基づいて判断される。
　図５は、ポンプ運転切替プログラムを実行するためのフローチャート図である。先ず、工作機械１は、起動スイッチの操作によって各部装置の駆動が開始され、クーラント装置２においてもポンプモータ２７によってクーラントポンプ１６の駆動が開始される。これにより、クーラントタンク１５内のクーラントは、クーラントポンプ１６によって吸い上げられ、パイプ２８へと押し流されて洗浄側流路２８１や加工部側流路２８２を通り加工室１０内で噴射される。
　そのクーラントは、加工室１０内を流れ落ちてクーラントタンク１５内へと戻り、クーラントポンプ１６によって再び送り出される循環が行われる。ポンプ運転切替プログラムでは、工作機械１におけるワーク加工状態が確認され（Ｓ１０１）、ワークＷに対する加工が実行される状態であれば（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、次に温度センサ２５，２６の測定値による確認が行われる。本実施形態では、２箇所の設けられた温度センサ２５，２６のうち、先ずクーラントに対する温度センサ２５の測定結果を基に、クーラントポンプ１６の運転切替が行われる構成となっている。
　従って、ワークＷに対する加工動作が行われている工作機械１では、温度センサ２５の測定値が予め設定したクーラントの第１切替温度を超えているか否かについて確認が行われる（Ｓ１０２）。クーラントの温度上昇が進んでおらず、第１切替温度を超えていない場合には（Ｓ１０２：ＮＯ）、クーラントポンプ１６の通常出力に対応したポンプモータ２７の駆動制御が行われる（Ｓ１０３）。なお、本実施形態では、クーラントポンプ１６を通常運転する時のポンプモータ２７の回転数を１００％として説明する。
　工作機械１によって複数のワーク加工が行われると、クーラントポンプ１６は時間経過によって熱を持つようになり、クーラントの温度も上昇してしまう。そこで、温度センサ２５の測定値が第１切替温度を超えてしまった場合には（Ｓ１０２：ＹＳ）、次に温度センサ２６の測定値が予め設定した駆動部の第２切替温度を超えているか否かについて確認が行われる（Ｓ１０４）。すなわち、Ｚ軸駆動装置８などを搭載するコラム２９について、予め設定した第２切替温度を超えているか否かについて確認が行われる（Ｓ１０４）。
　第２切替温度を超えていない場合には（Ｓ１０４：ＮＯ）、ポンプモータ２７の回転数を８０％にまで落とした低速運転が行われる（Ｓ１０５）。一方で、第２切替温度を超えている場合には（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、ポンプモータ２７の回転数を更に６０％にまで落とした低速運転が行われる（Ｓ１０６）。ここで、図６は、温度センサ２５によって測定されるクーラントの温度変化を示す折れ線グラフである。縦軸にはクーラントの温度が示され、横軸にはクーラントポンプ１６の運転時間が示されている。
　クーラントの温度は、クーラントポンプ１６が連続して運転されていれば、図のグラフに示すように上昇傾向となる。一点鎖線で示す温度が第１切替温度であり、ここではＴ１時点でクーラントの温度が超えてしまっている。そこで、前述したステップＳ１０５の駆動制御によってポンプモータ２７の回転数が８０％に下げられることにより、クーラントポンプ１６の発熱量が低下してクーラントの温度上昇が抑えられる。しかし、それでも連続運転のクーラントポンプ１６には熱が蓄積され、再びクーラントの温度も上昇することとなる。
　そして、温度センサ２６による測定値が第２切替温度を超えてしまった場合には（温度変化のグラフは図示していない）、ステップＳ１０６の駆動制御によってポンプモータ２７の回転数が６０％にまで下げられる。これによりクーラントポンプ１６の発熱量は低下し、図６に示すグラフのようにＴ２時点でクーラントの温度上昇が抑えられる。しかしながら、この場合にも引き続き連続運転が行われるクーラントポンプ１６には熱が蓄積され、再び上昇することとなる。ただし、ポンプモータ２７の回転数を８０％や６０％にまで落とした低速運転が行われることで、クーラントポンプ１６によるクーラントの吐出量をある程度維持しながら、温度上昇を抑えることが可能になる。
　続いて、工作機械１にはワークＷの加工が行われない時間帯が生じる。例えば工作機械１は、他の工作機械などと加工ラインを構成し、オートローダによってワークＷの自動搬送が行われる。そのため、他の工作機械とのタイミングで加工が実施できない待ち時間が生じることがある。また、加工ラインを構成する工作機械１の前後で故障等のトラブルが生じた場合、修理が終わるまでの間は加工が実施できない待機状態となってしまう。従来は、このようなワーク加工が実行されない場合でもクーラントポンプは通常運転のままであった。
　本実施形態では、ワークＷの加工が一定時間行われない場合、ポンプモータ２７の回転数を落とした運転が行われる。従って、工作機械１がワークＷの加工実行状態ではない場合には（Ｓ１０１：ＮＯ）、クーラントポンプ１６の運転が節電モードに切り替えられる。これはステップＳ１０５，Ｓ１０６と同じくクーラントポンプ１６の発熱を抑えることはもちろん、更にポンプモータ２７の回転数を下げることにより電力を抑えた節電運転効果を果たすものである。
　そこで、工作機械１において加工指令が出されていない場合には（Ｓ１０１：ＮＯ）、加工ライン上のトラブルが生じているか否かについて確認が行われる（Ｓ１０７）。他の工作機械について故障などのトラブルが生じた場合には、停止指令信号を受けた制御装置６ではワークの加工停止判定が行われ（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、更にポンプモータ２７の回転数を２０％にまで落とした低速運転が行われる（Ｓ１０８）。故障の修理などは停止時間が長くなることが予想されるため、回転数を最小にまで落としてクーラントポンプ１６の発熱や、ポンプモータ２７に対する電力消費を抑えるようにしている。
　次に、制御装置６が停止指令信号を受け取っていない場合は（Ｓ１０７：ＮＯ）、単に加工の合間の待機時間であるため、予め設定された未加工確認時間（例えば３０秒）を超えているか否かの確認が行われる（Ｓ１０９）。未加工確認時間は、前のワークＷに対する加工終了時からタイマによってカウントが開始される。そして、未加工確認時間内であれば（Ｓ１０９：ＮＯ）、前述した温度センサ２５，２６の測定値に従った制御が行われ、その間に次のワークＷの加工が開始すれば（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、カウント値はゼロに戻される。
　一方で、次のワークＷについて加工が開始されずに未加工確認時間が経過した場合には、制御装置６によるワークＷの加工停止判定により（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、ポンプモータ２７の回転数を４０％にまで落とした低速運転が行われる（Ｓ１１０）。そして、タイマによるカウント値はゼロに戻される。これは、加工が開始されたときには直ちにクーラントの流量を戻せるようにした待機状態であり、それでも回転数を落としてクーラントポンプ１６の発熱や、ポンプモータ２７に対する電力消費を抑えるようになっている。
　よって、本実施形態によれば、温度センサ２５，２６の測定値に基づいて、クーラントポンプ１６の運転速度（ポンプモータ２７の回転数）の切り替えるようにしたため、図６のグラフ（Ｔ１，Ｔ２時点）に示すようにクーラントの温度上昇を抑えることが可能になる。また、工作機械１がワーク加工時でない場合にポンプモータ２７の回転数を低くすることにより、電力消費を抑えた節電効果を得ることができる。加えてクーラントポンプ１６の影響を受けたクーラントの温度上昇も抑えることができる。本実施形態では、状況に応じてポンプモータ２７の回転数を５段階に変化させるようにしたので、加工室１０内で噴出されるクーラントの機能を低下させることなく前記効果を得ることができる。
　本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
　前記実施形態では、工作機械としてＮＣ旋盤の例を挙げて説明したが、マシニングセンタなど他のＮＣ加工機および、本発明に係るクーラント装置を備えるものであれば手動操作の工作機械などであってもよい。
　前記実施形態では、温度センサ２５，２６の測定値に従いポンプモータ２７の回転数を調整するようにしたが、クーラントの温度を測定する温度センサ２５の測定値によって多段階に回転数を調整するようにしてもよい。
　クーラント装置に関しても前記実施形態のチップコンベアが組み込まれたものに限定されることなく、様々な構成のものであってもよい。
１…工作機械　２…クーラント装置　５…主軸装置　６…制御装置　７…タレット装置　８…Ｚ軸駆動装置　９…Ｘ軸駆動装置　１５…クーラントタンク　１６…クーラントポンプ　２５，２６…温度センサ　２７…ポンプモータ

Claims (7)

  1. 　ワーク加工を行う加工室内に供給されたクーラントが溜められるクーラントタンクと、
    　前記クーラントタンク内の使用済みのクーラントを前記加工室へと供給するクーラントポンプと、
    　前記クーラントタンク内のクーラントの温度を測定するタンク内温度センサと、
    　前記タンク内温度センサの測定値に基づいて前記クーラントポンプを駆動するポンプモータの回転数を調整する制御装置と、
    を有するクーラント装置。
  2. 　前記制御装置は、前記タンク内温度センサの測定値が予め設定された所定温度を超えた場合に前記ポンプモータに対する回転数調整を行う請求項１に記載のクーラント装置。
  3. 　前記加工室内に工具を位置決めする駆動装置側の温度を測定する駆動部用温度センサを有し、前記制御装置は、前記タンク内温度センサと駆動部用温度センサとの測定値が予めそれぞれに設定された所定温度を超えた場合に前記ポンプモータに対する回転数調整を行う請求項１に記載のクーラント装置。
  4. 　加工室内においてワークに対し工具による所定の加工を実行するための加工装置と、
    　前記加工室から流れてクーラントタンク内に溜められた使用済みクーラントをクーラントポンプによって前記加工室へと繰り返し供給するクーラント装置と、
    　前記クーラントタンク内にクーラントの温度を測定するタンク内温度センサが設けられ、前記タンク内温度センサの測定値に基づいて前記クーラントポンプを駆動するポンプモータの回転数を調整する制御装置と、
    を有する工作機械。
  5. 　前記制御装置は、前記タンク内温度センサの測定値が予め設定された所定温度を超えた場合に前記ポンプモータに対する回転数調整を行う請求項４に記載の工作機械。
  6. 　前記加工室内に工具を位置決めする駆動装置側の温度を測定する駆動部用温度センサを有し、前記制御装置は、前記タンク内温度センサと駆動部用温度センサとの測定値が予めそれぞれに設定された所定温度を超えた場合に前記ポンプモータに対する回転数調整を行う請求項４に記載の工作機械。
  7. 　前記制御装置は、前記加工装置を駆動制御するものであり、前記加工装置によるワークの加工停止判定により前記ポンプモータに対する回転数調整を行う請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の工作機械。
     
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