WO2009031672A1 - 工作機械の移動体の冷却方法及び装置 - Google Patents

Abstract

工作機械の移動体の熱変形の変動を小さくする冷却方法及び冷却装置が提供される。コラム（１）の正面に上下一対のガイド（３）が形成され、そのガイド（３）にサドル（７）が懸架され、サドル（７）が左右方向に移動可能になっている。ガイド（３）の案内面（５）とサドル（７）の摺動面（９）は接触すべり面である。予めシミュレーションして冷却する必要がある発熱量の多い摺動面（９ａ、９ｂ、９ｄ、９ｅ）を特定する。その特定した発熱部位を冷却するための流体管路（２５）を形成し、発熱量の少ない部位（９ａ）の方から発熱量の多い（９ｅ）の方向に向けて冷却液を流して冷却液を循環する。

Description

明 細 書 工作機械の移動体の冷却方法及び装置 技術分野

本発明は、 工作機械の移動体の発熱部位を冷却し、 移動体の熱変 形の変動を小さくする冷却方法及び装置に関する。 背景技術

工作機械は加工能率を上げるために、 テーブル、 サドル等の移動 体を高速に送ることが要求されている。 工作機械の移動体に摺動面 を有する構造の場合、 移動体を高速に送ると摺動面摩擦によつて摩 擦熱が発生する。 その摩擦熱が移動体の各部に伝達し 、 移動体が熱 変形し、 機械の加ェ精度を悪くするという問題がある

工作機械のべッ ドゃサドルの摺動面摩擦によつて発生する熱を除 去して機械の精度を維持する技術は、 特開 2 0 0 0 ― 1 1 7 5 7 1 号公報に開示されている。 この技術は、 ベッ ド摺動面のリ ブの中や サドル摺動面の下方に冷却液を通す管路を設け、 その管路内に冷却 液を循環させてベッ ド摺動面やサドル摺動面の温度上昇を抑えるも のである。

また、 工作機械の各部位を冷却するために、 各部位の発熱量に応 じて冷却液の流量を調節して供給し、 機械の各部の温度を均一にす る技術は、 特開 2 0 0 2 - 1 6 6 3 3 7号公報に開示されている。 この技術は、 機械の発熱部に冷却液を通す管路を設け、 各管路の途 中に流量調節バルブを設け、 機械の各部の発熱量の大小に応じて冷 却液の流量を調節して、 機械の各部の温度のばらつきを抑えるもの である。 前述の特開 2 0 0 0 — 1 1 7 5 7 1号公報及び特開 2 0 0 2 — 1 6 6 3 3 7号公報に記載された工作機械の冷却装置は、 機械の各部 に温度センサ一を埋めこみ、 各部の温度又は各部の温度差を検知し ている。 そして、 検知した温度の大小に対応して冷却液の温度や流 量を調節して冷却液を循環させることによって、 機械各部の発熱を 低減させたり、 機械各部の温度のばらつきを抑えるものである。 そ のために、 温度センサ一や流量調節手段が多数必要であり、 機械が 高価になるという問題点がある。 発明の開示

本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、 本 発明の目的は、 工作機械の移動体の発熱の状況を予測し、 冷却部位 を特定し、 その特定した冷却部位に冷却液を流し、 移動体の熱変形 の変動を小さくする工作機械の移動体の冷却方法及び装置を提供す ることである。

前述の目的を達成するために、 本発明によれば、 工作機械の移動 体の冷却方法であって、 （ a ) 前記工作機械の運転時に発生する前 記移動体の各部の発熱の状況を予測し、 発熱が大きくて冷却する必 要がある冷却部位を複数箇所特定する工程と、 （ b ) 前記特定した 冷却部位に冷却液を流すための流体管路を形成する工程と、 （ c ) 前記流体管路内に所定温度に冷却した冷却液を供給し、 前記特定し た冷却部位の発熱が小さい部位の方から発熱が大きい部位の方に向 けて冷却液を流して循環させる工程とを含む工作機械の移動体の冷 却方法が提供される。

また、 前述の目的を達成するために、 本発明によれば、 工作機械 の移動体の冷却方法であって、 （ _a ) 前記工作機械の設計段階にお いて、 設計データに基づいて前記工作機械の運転時に発生する前記 移動体の各部の発熱量又は温度分布をシミュレーショ ンし、 発熱が 大きくて冷却する必要がある冷却部位を複数箇所特定する工程と、

( b ) 前記工作機械の製造段階において、 冷却液が前記特定した冷 却部位又はその近傍を順次通過して流れるように前記移動体に流体 管路を形成する工程と、 （ c ) 前記工作機械の運転段階において、 前記流体管路内に所定温度に冷却した冷却液を供給し、 前記特定し た冷却部位の発熱が小さい部位の方から発熱が大きい部位の方に向 けて冷却液を流して循環させる工程とを含む工作機械の移動体の冷 却方法が提供される。

なお、 前述の工作機械の運転段階とは、 工作機械を使用して被加 ェ物を加工する段階のことである。

また、 前述の目的を達成するために、 本発明によれば、 前述のェ 作機械の移動体の冷却方法を実施する冷却装置であって、 前記工作 機械の移動体に前記特定した冷却部位又はその近傍に冷却液を流す ための流体管路を設け、 該流体管路は冷却液が前記特定した冷却部 位又はその近傍を順次通過して流れるように連通して形成され、 前 記流体管路内に所定温度に冷却した冷却液を供給し、 冷却液を循環 させる冷却液循環手段を設けた工作機械の移動体の冷却装置が提供 される。

工作機械の移動体が各部の発熱によって短時間に伸びたり縮んだ り して、 熱変形の変動が大きいと被加工物の加工精度に悪影響を与 える。 しかし、 移動体の各部位の温度が等しくなく とも、 各部位間 の温度差が一定で安定していれば、 熱変形の変動が小さいので、 加 ェ精度の悪化は少ない。 本発明はこの点に着目 して、 移動体の各部 の若千の温度差は許容し、 その温度差の変化を少なくすることによ つて、 被加工物の加工精度を悪化させないようにしている。

前述したように、 本発明は、 工作機械の移動体の冷却部位を予め 特定して、 その特定した冷却部位又はその近傍を冷却液が流れるよ うに流体管路を設け、 発熱が小さい部位の方から発熱が大きい部位 の方に向けて冷却液を流して循環させ、 発熱部位を冷却するように したものである。 そのため、 移動体の各部位の温度は完全に等しく ないが、 時間経過における各部位の温度差の変化が少ないので、 移 動体の熱変形の変動が小さい。 従って、 一つの被加工物を加工して いる間に移動体の熱変形の変動がほとんどないので、 被加工物の加 ェ精度が安定している。

また、 本発明は、 発熱部位の全てを冷却するものではなく、 移動 体の発熱が大きくて冷却する必要がある部位のみを特定して冷却す るようにしたので、 流体管路の経路を単純化して短くすることがで きるので、 冷却液の供給量が少なくなり、 装置全体が簡単になり安 価にできる。 図面の簡単な説明

本発明の上述及びその他の目的、 特徴、 利点を以下、 添付図面を 参照して本発明の実施形態に基づいてさ らに詳細に説明する。

図 1 は、 本発明の工作機械の移動体の冷却装置の実施の形態を示 す側面図である。

図 2 は、 図 1 における移動体の A— A正面断面図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 添付図面を参照して、 本発明による工作機械の移動体の冷 却方法及び冷却装置の好ましい実施の形態を説明する。 図 1 は、 本 発明の工作機械の移動体の冷却装置の実施の形態を示す側面図であ る。 図 1 に示す工作機械は立形マシニングセン夕で図示しないべッ ドの上にコラム 1 が立設されている。 コラム 1 の正面に上下に一対 のガイ ド 3が設けられ、 ガイ ド 3は紙面に垂直な方向に平行に設け られている。 ガイ ド 3は角形ガイ ドであり、 複数の案内面 5を有し ている。 ガイ ド 3にはサドル 7が懸架されており、 サドル 7の摺動 面 9がガイ ド 3の案内面 5に係合している。 サドル 7は図示しない 駆動装置及び送りねじ 1 1 によりガイ ド 3上を移動可能になってい る。 サドル 7 にリニアガイ ド 1 3が設けられ、 主軸頭 1 5が上下方 向に移動可能になっている。 主軸頭 1 5の内部には工具を装着する 工具主軸 1 7が支持され、 モー夕 1 9によって回転駆動される。

ガイ ド 3の案内面 5 とサドル 7の摺動面 9は、 それぞれすき間な く適宜の面圧をもって調整されている。 サドル 7 とガイ ド 3の間に ギブ 2 1が設けられ、 摺動面圧力が調整可能になっている。 ガイ ド 3の下面と上面には隙間 2 3が設けられている。 サドル 7の摺動面 9は、 摺動面 9 a 、 9 b 、 9 c 、 9 d 、 9 e 、 9 f がガイ ド 3のそ れぞれの案内面 5に接している。 サドル 7が移動すると摺動面摩擦 によって発熱し、 各部位の温度が上昇する。 図 1 に示すような上下 一対のガイ ド 3にサドル 7 を懸架した構造の場合は、 移動体の質量 及びモーメント荷重又は押圧力によりサドル 7の各摺動面 9 a 〜 9 f の摺動面圧力が異なるので、 移動体の各部位の発熱量が異なる。 本発明は、 少ない冷却エネルギーで効率良く冷却効果を上げるた めに、 工作機械の移動体の各部の発熱量の大小又は温度分布を予め シミュレーションし、 発熱が大きくて冷却する必要がある冷却部位 を複数箇所特定し、 特定した冷却部位のみを冷却するようにしたも のである。 シミュレーショ ンは、 工作機械の設計段階において、 機 械各要素の寸法、 質量、 モーメント荷重、 面圧などの設計データに 基づいて、 各部位の発熱状況を解析し、 発熱が大きくて冷却する必 要がある冷却部位を複数箇所特定する。 シミュレーショ ンは、 構造 解析ツール、 例えば、 商品名コスモスワークスを用いて行うことが できる。

図 1 の実施の形態におけるシミュレーションの例を説明する。 構 造解析ツールで発熱状況を解析した結果、 発熱量が多い部位の順は

、 9 e、 9 d、 9 a , 9 b、 9 c、 9 f であった。 そこで、 冷却す る必要がある冷却部位を 9 a、 9 b、 9 d、 9 e と特定し、 9 c と 9 f は冷却しないことに決めた。 工作機械の製造段階において、 サ ドル 7 (移動体） の前記特定した冷却部位又はその近傍に冷却液を 流すために流体管路 2 5を設ける。 流体管路 2 5は、 摺動面 9 aの 近傍に管路 2 5 a、 摺動面 9 bの近傍に管路 2 5 b、 摺動面 9 dの 近傍に管路 2 5 d、 摺動面 9 eの近傍に管路 2 5 e を形成する。 図 2は図 1 における移動体の A_ A正面断面図を示している。 図 2に おいて、 管路 2 5 a、 2 5 b、 2 5 d、 2 5 eは、 管部材 2 7 によ つて接続され、 管路 2 5 aから 2 5 eは一本の連通した流体管路 2 5を形成している。

前述のシミュレーショ ンの結果、 発熱量は摺動面 9 eの部位が一 番多く、 摺動面 9 aの部位が摺動面 9 eの部位より低かつたので、 本発明は摺動面 9 aの部位の方から摺動面 9 eの部位の方向に向け て冷却液を流す。 すなわち、 冷却液は図 2の矢印 Bから供給して矢 印 Cから回収するように冷却液を循環させるのである。 所定温度に 冷却した冷却液をこのように循環させると、 摺動面 9 aの部位の温 度より摺動面 9 eの部位の温度が若干高い状態で安定して維持され る。 従って、 時間経過における各部位の温度差の変化が少ないので 、 移動体の熱変形の変動は小さく、 被加工物の加工精度に悪影響を 与えない。

本発明は前述の如く、 工作機械の移動体の各部の温度を等しく し て熱変形を抑えようとするものではなく、 各部の温度差の変化を少 なく して、 移動体の熱変形の変動を抑えようとするものである。 前 述の従来技術は、 いずれも機械の各部の温度を均一にして熱変形を 抑えようとするものであり、 従来技術からは、 本発明が着目 した、 各部の若干の温度差は許容し、 各部の温度差の変化を少なく して、 熱変形の変動を小さくするという技術的思想は窺われない。

Claims

1 . 工作機械の移動体の冷却方法であって、

( a ) 前記工作機械の運転時に発生する前記移動体の各部の発熱 の状況を予測し、 発熱が大きくて冷却する必要がある冷却部位を複 数箇所特定する工程と、

請

( b ) 前記特定した冷却部位に冷却液を流すための流体管路を形 成する工程と、

( c ) 前記流体管路内に所定温の度に冷却した冷却液を供給し、 前 記特定した冷却部位の発熱が小さい部位の方から発熱が大きい部位 の方に向けて冷却液を流して循環させる工程と、

囲

を含むことを特徴とする工作機械の移動体の冷却方法。

2 . 工作機械の移動体の冷却方法であって、

( a ) 前記工作機械の設計段階において、 設計データに基づいて 前記工作機械の運転時に発生する前記移動体の各部の発熱量又は温 度分布をシミュレーショ ンし、 発熱が大きくて冷却する必要がある 冷却部位を複数箇所特定する工程と、

( b ) 前記工作機械の製造段階において、 冷却液が前記特定した 冷却部位又はその近傍を順次通過して流れるように前記移動体に流 体管路を形成する工程と、

( c ) 前記工作機械の運転段階において、 前記流体管路内に所定 温度に冷却した冷却液を供給し、 前記特定した冷却部位の発熱が小 さい部位の方から発熱が大きい部位の方に向けて冷却液を流して循 環させる工程と、

を含むことを特徴とする工作機械の移動体の冷却方法。

3 . 請求項 1 に記載の工作機械の移動体の冷却方法を実施する冷 却装置であって、 前記工作機械の移動体に前記特定した冷却部位又はその近傍に冷 却液を流すための流体管路を設け、 該流体管路は冷却液が前記特定 した冷却部位又はその近傍を順次通過して流れるように連通して形 成され、

前記流体管路内に所定温度に冷却した冷却液を供給し、 冷却液を 循環させる冷却液循環手段を設けたことを特徴とする工作機械の移 動体の冷却装置。

4 . 請求項 2 に記載の工作機械の移動体の冷却方法を実施する冷 却装置であって、

前記工作機械の移動体に前記特定した冷却部位又はその近傍に冷 却液を流すための流体管路を設け、 該流体管路は冷却液が前記特定 した冷却部位又はその近傍を順次通過して流れるように連通して形 成され、

前記流体管路内に所定温度に冷却した冷却液を供給し、 冷却液を 循環させる冷却液循環手段を設けたことを特徴とする工作機械の移 動体の冷却装置。