JP2013215861A - 工作機械 - Google Patents
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Abstract
【課題】主軸の先端面と工具の基端面との距離が長くても、主軸の先端面に付着した切粉を除去することができる工作機械を提供する。
【解決手段】工作機械1は、基台に回転可能に支持された主軸5と、この主軸5の先端部に着脱可能に取り付けられ、ワークに対して切削加工を行うための工具6とを備えている。主軸5には、工具6の基端面(工具面)6aに向けて洗浄用エアーを噴射させるためのエアー噴射口17aを有する複数のエアー通路17が形成されている。工具面6aにおける各エアー噴射口17aに対向する位置には、エアー噴射口17aから噴射される洗浄用エアーを主軸5の先端面(主軸面)5a側に返すための複数の凹部19が形成されている。
【選択図】図3
【解決手段】工作機械1は、基台に回転可能に支持された主軸5と、この主軸5の先端部に着脱可能に取り付けられ、ワークに対して切削加工を行うための工具6とを備えている。主軸5には、工具6の基端面(工具面)6aに向けて洗浄用エアーを噴射させるためのエアー噴射口17aを有する複数のエアー通路17が形成されている。工具面6aにおける各エアー噴射口17aに対向する位置には、エアー噴射口17aから噴射される洗浄用エアーを主軸5の先端面(主軸面)5a側に返すための複数の凹部19が形成されている。
【選択図】図3
Description
本発明は、ワークに対して切削加工を行う工作機械に関するものである。
従来の工作機械としては、例えば特許文献1に記載されているものが知られている。特許文献1に記載の工作機械は、スピンドルに収容されて回転する主軸と、この主軸の先端部に着脱可能に取り付けられる工具とを備え、主軸の先端面には、エアーを主軸の軸方向に放出するための複数のエアー放出口が形成されている。これらのエアー放出口からエアーが放出されることにより、工具の基端面(主軸の先端面と係合する面)及び主軸の先端面に付着した切粉がエアー圧で吹き飛ばされて除去される。
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、主軸の先端面と工具の基端面との距離が長いときは、主軸のエアー放出口から放出されたエアーが主軸の先端面に付着した切粉を除去するような流速の大きな空気の流れを形成することができない。このため、エアー放出口から放出されるエアーにより主軸の先端面を洗浄するためには、主軸の先端面と工具の基端面との距離を十分短くする必要がある。しかし、この場合には、大きな切粉が主軸の先端面と工具の基端面との間に挟まれて除去できないことがある。
本発明の目的は、主軸の先端面と工具の基端面との距離が長くても、主軸の先端面に付着した切粉を除去することができる工作機械を提供することである。
本発明は、主軸と、主軸の先端部に着脱可能に取り付けられ、切削加工を行うための工具とを備える工作機械において、主軸側には、工具に向けて洗浄用エアーを噴射させるためのエアー噴射部が設けられており、工具におけるエアー噴射部からの洗浄用エアーの噴射方向に対応する領域には、エアー噴射部から噴射される洗浄用エアーを主軸側に返すための凹部が設けられていることを特徴とするものである。
このように本発明の工作機械においては、工具におけるエアー噴射部からの洗浄用エアーの噴射方向に対応する領域に、エアー噴射部から噴射される洗浄用エアーを主軸側に返すための凹部を設けることにより、エアー噴射部から洗浄用エアーが噴射されると、洗浄用エアーが凹部に入り込んで凹部の側面に沿って主軸の先端面に向かって流れるようになる。このため、主軸の先端面に、流速の大きな空気の流れが形成されることになる。これにより、主軸の先端面と工具の基端面との距離が長くても、主軸の先端面に付着した切粉を除去することができる。
好ましくは、エアー噴射部は、主軸に設けられており、凹部は、工具におけるエアー噴射部に対向する位置に設けられている。この場合には、エアー噴射部から噴射される洗浄用エアーが凹部に入り込みやすくなるため、洗浄用エアーを主軸側にスムーズに返すことができる。
また、好ましくは、凹部は、エアー噴射部に対して主軸の周方向にオフセットされている。この場合には、エアー噴射部から噴射された洗浄用エアーが凹部の側面に沿って主軸の先端面に向かって流れるときに、洗浄用エアーが主軸の径方向に対して交差する方向に流れるようになる。従って、洗浄用エアーが主軸の先端面に沿って流れる距離が長くなり、主軸の先端面において洗浄用エアーが流れる面積が増加する。これにより、主軸の先端面に付着した切粉を一層除去することができる。
さらに、好ましくは、凹部の底面が曲面状をなしている。この場合には、凹部に入り込んだ洗浄用エアーが凹部の底面に沿って滑らかに流れるようになり、洗浄用エアーの流れの剥離が発生しにくくなる。従って、主軸の先端面に流速の十分大きな空気の流れを形成することができる。
本発明によれば、主軸の先端面と工具の基端面との距離が長くても、主軸の先端面に付着した切粉を除去することができる。これにより、主軸の先端面と工具の基端面との距離を短くしなくて済むため、大きな切粉が主軸の先端面と工具の基端面との間に挟まれて除去できなくなるという不具合を防止することが可能となる。
以下、本発明に係わる工作機械の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明に係わる工作機械の一実施形態を示す概略構成図である。同図において、本実施形態の工作機械1は、治具2にセットされたワーク3に対する複数種類の切削加工を1台で行うことができる数値制御工作機械(マシニングセンタ)である。
工作機械1は、基台4と、この基台4に回転可能に支持された主軸5と、この主軸5の先端部に着脱可能に取り付けられ、ワーク3に対して切削加工を行うための工具6と、主軸5に取り付けられる工具6を自動的に交換する自動工具交換装置(ATC装置)7とを備えている。ATC装置7は、多数の工具6を格納する工具マガジン8と、この工具マガジン8に格納されている何れか1つの工具6と主軸5に取り付けられている工具6とを交換するための工具交換アーム(図示せず)とを有している。工具交換アームは、工具6を主軸5に対して着脱する際に、工具6を主軸5の軸方向(矢印X方向)に移動させる。
図2は、主軸5と工具6の基端部とを示す断面図である。同図において、主軸5は、円筒状の本体部9と、この本体部9の内側に主軸5の軸方向に移動可能に設けられたロッド部10とを有している。本体部9には、主軸5の先端面(工具6側の面)5aに開口する環状溝11が形成されている。主軸5の内部には、工具6を主軸5に保持するための工具保持用ボール12が配置されている。本体部9及びロッド部10には、工具保持用ボール12と係合する貫通孔13及び凹み14がそれぞれ形成されている。
工具6の基端面6aには、主軸5の環状溝11と嵌合する筒状部15が突設されている。筒状部15には、工具保持用ボール12と係合する貫通孔16が形成されている。なお、工具6の基端面6aは、主軸5の先端面5aと係合する面である。
図2(a)に示すように、工具6が主軸5の先端部に取り付けられていない状態では、工具保持用ボール12が主軸5の凹み14及び貫通孔13にわたって収容されている。一方、図2(b)に示すように、工具交換アーム(図示せず)によって工具16を主軸15に向けて移動させることで、工具6の筒状部15が主軸5の環状溝11に挿入されると、バネ(図示せず)の付勢力によりロッド部10が主軸5の基端側に移動し、工具保持用ボール12が凹み14から出て工具6の貫通孔16に嵌まり込む。これにより、工具6の基端面(以下、工具面)6aが主軸5の先端面(以下、主軸面)5aに接触した状態で、工具6が主軸5に保持されるようになる。
主軸5の本体部9には、図2及び図3に示すように、工具面6aに向けて洗浄用エアーを噴射させるためのエアー噴射口(エアー噴射部)17aを有する複数のエアー通路17が形成されている。エアー噴射口17aは、主軸面5aに形成されている。エアー通路17は、主軸5の軸方向に延びている。また、本体部9には、外部装置(図示せず)からの洗浄用エアーを各エアー通路17に供給するためのエアー通路18が形成されている。なお、図3では、主軸5の先端部及び工具6の基端部を簡略化して示している。
エアー噴射口17aを含むエアー通路17は、図4に示すように、主軸5の周方向に等間隔で配置されている。エアー噴射口17aは、断面円形状をなしている。エアー噴射口17aの外径Aは、例えば2mm程度である。
工具面6aにおける各エアー噴射口17aに対向する位置には、エアー噴射口17aから噴射される洗浄用エアーを主軸面5a側に返すための複数の凹部19が形成されている。凹部19の開口は、図4に示すように、断面円形状をなしている。また、凹部19は、図3に示すように、開口側が円柱状をなし、底側が半球面状をなすように形成されている。つまり、凹部19の底面は、曲面状となっている。
このとき、エアー噴射口17aから噴射される洗浄用エアーを効果的に主軸面5a側に返すためには、凹部19の深さBをエアー噴射口17aの外径Aの2倍以上にするのが望ましいことが実験的に分かっている。凹部19の深さBは、例えば5mm程度であり、凹部19の開口径Cは、例えば5mm程度である。
エアー噴射口17aは、図4に示すように、凹部19に対応する領域内に位置している。これにより、エアー噴射口17aから噴射される洗浄用エアーが凹部19に入り込みやすくなる。このとき、凹部19は、エアー噴射口17aに対して主軸5の周方向にオフセットされている。つまり、凹部19の中心は、エアー噴射口17aの中心に対して主軸5の周方向に所定量だけずれている。
以上のように構成した工作機械1において、工具6によりワーク3に対して切削加工を施したときには、工作機械1内に微小な切粉が飛散する。このような切粉は、工具6の脱着時に主軸面5aや工具面6aに付着してしまう。このため、工具6の装着前に、主軸面5aや工具面6aを洗浄する必要がある。主軸面5aや工具面6aの洗浄を行うときは、主軸面5aと工具面6aとを離間させた状態で、外部装置(図示せず)より洗浄用エアーを主軸5の各エアー通路17に供給し、各エアー噴射口17から工具6に向けて洗浄用エアーを噴射させることにより、主軸面5aや工具面6aに付着した切粉を吹き飛ばして除去する。
ここで、工具6に上記凹部19が形成されていない場合に、主軸面5aと工具面6aとの距離を長くした状態で、各エアー噴射口17aから工具6に向けて洗浄用エアーを噴射させると、図3の破線Pで示すように、洗浄用エアーが工具面6aに沿って流れるようになるため、工具面6aで反射して主軸面5a側に返ってくる洗浄用エアーが少なく、主軸面5aには流速の大きな空気の流れが形成されにくい。このため、工具面6aに付着した切粉は除去されるが、主軸面5aに付着した切粉を除去することが困難になる。
これに対し本実施形態では、工具面6aにおける各エアー噴射口17aに対向する位置に凹部19を形成したので、主軸面5aと工具面6aとの距離を長くした状態で、各エアー噴射口17aから工具6に向けて洗浄用エアーを噴射させたときには、図3の実線Qで示すように、洗浄用エアーの一部は、凹部19の底面に当たってから凹部19の側面に沿って主軸面5aに向けて流れるようになる。このとき、凹部19の底面は曲面状となっているので、凹部19における洗浄用エアーの流れが滑らかとなり、洗浄用エアーの流れの剥離が生じにくい。そして、その洗浄用エアーは、主軸面5aに沿って流れる。従って、主軸面5aには、流速が十分大きな空気の流れが形成されるようになる。これにより、主軸面5aに付着した切粉を除去することができる。また、洗浄用エアーの他の一部は工具面6aに沿って流れるので、工具面6aに付着した切粉も除去することができる。
このように洗浄用エアーを用いて主軸面5a及び工具面6aの洗浄を行う際に、図5に示すように、凹部19がエアー噴射口17aに対して主軸5の周方向にオフセットされていない、つまり凹部19の中心がエアー噴射口17aの中心に対して主軸5の周方向にずれていない場合には、凹部19により主軸面5a側にはね返された洗浄用エアーは、主軸面5aに沿って主軸5の径方向に流れるようになる。
これに対し本実施形態では、図4に示すように、凹部19がエアー噴射口17aに対して主軸5の周方向にオフセットされているので、各凹部19により主軸面5a側にはね返された洗浄用エアーは、主軸面5aに沿って主軸5の径方向に交差する方向に流れるようになる。つまり、主軸面5aの上に洗浄用エアーの旋回流が発生する。このため、凹部19がエアー噴射口17aに対して主軸5の周方向にオフセットされていない場合に比べて、洗浄用エアーが主軸面5aに沿って流れる距離が長くなり、洗浄用エアーによる主軸面5aの洗浄面積が大きくなる。従って、主軸面5aに付着した切粉を一層除去することができる。
以上のように本実施形態によれば、主軸面5aと工具面6aとの距離を長くしても、主軸面5aに付着した切粉を十分に除去することができる。これにより、主軸面5aと工具面6aとの距離を必要以上に短くしなくて済むため、大きな切粉が主軸面5aと工具面6aとの間に挟まれて除去できなくなるという不具合を防止することができる。また、主軸面5aに切粉が付着したまま工具6の交換を行うことが無いので、工具取付精度の悪化やワーク加工精度の悪化を防ぐことができる。
図6は、主軸のエアー噴射口から工具に向けて空気を噴射させたときに、主軸面を流れる空気の流速分布のCAE解析結果を比較して示したものである。図6(a)は、工具に凹部が形成されている場合のCAE解析結果を示し、図6(b)は、工具に凹部が形成されていない場合に、空気を工具面に対して斜めに噴射させたときのCAE解析結果を示し、図6(c)は、工具に凹部が形成されていない場合に、空気を工具面に対して垂直に噴射させたときのCAE解析結果を示している。なお、この時の主軸面と工具面との距離は、3mmと長くしている。また、図6中の部分Sは、主軸面に形成されたエアー噴射口に相当する。
図6(c)から分かるように、工具に凹部が形成されていない場合に、空気を工具面に対して垂直に噴射させたときは、主軸面において空気の流速が低い領域が多いため、空気による主軸面の洗浄性能は低い。また、図6(b)から分かるように、工具に凹部が形成されていない場合に、空気を工具の基端面に対して斜めに噴射させたときは、主軸面において空気の流速が低い領域が少なくなるが、空気の流速が高い領域も少ないため、空気による主軸面の洗浄性能は高くない。一方、図6(a)から分かるように、工具に凹部が形成されている場合には、主軸面において空気の流速が高い領域が多くなるため、空気による主軸面の洗浄性能は高い。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、図4に示すように、凹部19を工具面6aに主軸5のエアー噴射口17aに対して主軸5の周方向にオフセットするように形成したが、特にそれには限られず、図5に示すように、凹部19をエアー噴射口17aに対して主軸5の周方向にオフセットしないように形成しても良い。
また、上記実施形態では、凹部19の底面が曲面状をなしているが、凹部19の形状としては、特にそれには限られず、種々変更可能である。例えば図7(a)に示すように、凹部19の底面が円錐状(断面三角形状)をなすようにしても良い。また、図7(b)に示すように、凹部19の形状自体を断面台形状としても良い。
さらに、上記実施形態では、エアー噴射口17aが凹部19に対応する領域内に位置しているが、エアー噴射口17aが凹部19に対応する領域の近傍に存在するのであれば、図7(c)に示すように、エアー噴射口17aが凹部19に対応する領域の外側に位置するように凹部19を工具面6aに形成しても良い。この場合でも、エアー噴射口17aから噴射された洗浄用エアーは凹部19に入り込むため、洗浄用エアーを主軸面5a側に返すことが可能となる。
また、上記実施形態では、エアー噴射口17aを含むエアー通路17が主軸5の本体部9に形成されているが、主軸5側より洗浄用エアーを噴射できるのであれば、特にエアー通路17を本体部9に形成しなくても良い。例えば、本体部9の外側に、工具面6aを向いたエアー噴射ノズルをエアー噴射部として配置すると共に、工具面6aにおけるエアー噴射ノズルからの洗浄用エアーの噴射方向に対応する領域に凹部19を形成しても良い。この場合にも、噴射された洗浄用エアーの一部が工具面6aに沿って流れ、また凹部19ではね返された洗浄用エアーが主軸面5aに沿って流れるようになる。
1…工作機械、5…主軸、6…工具、5a…主軸面(先端面)、6a…工具面(基端面)、17…エアー通路、17a…エアー噴射口(エアー噴射部)、19…凹部。
Claims (4)
- 主軸と、前記主軸の先端部に着脱可能に取り付けられ、切削加工を行うための工具とを備える工作機械において、
前記主軸側には、前記工具に向けて洗浄用エアーを噴射させるためのエアー噴射部が設けられており、
前記工具における前記エアー噴射部からの前記洗浄用エアーの噴射方向に対応する領域には、前記エアー噴射部から噴射される前記洗浄用エアーを前記主軸側に返すための凹部が設けられていることを特徴とする工作機械。 - 前記エアー噴射部は、前記主軸に設けられており、
前記凹部は、前記工具における前記エアー噴射部に対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項1記載の工作機械。 - 前記凹部は、前記エアー噴射部に対して前記主軸の周方向にオフセットされていることを特徴とする請求項1または2記載の工作機械。
- 前記凹部の底面が曲面状をなしていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の工作機械。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012090356A JP2013215861A (ja) | 2012-04-11 | 2012-04-11 | 工作機械 |
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JP2012090356A JP2013215861A (ja) | 2012-04-11 | 2012-04-11 | 工作機械 |
Publications (1)
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JP2012090356A Pending JP2013215861A (ja) | 2012-04-11 | 2012-04-11 | 工作機械 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11217408B2 (en) | 2017-11-10 | 2022-01-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gas circuit breaker |
US11227735B2 (en) | 2017-12-01 | 2022-01-18 | Kabushiki Kaishatoshiba | Gas circuit breaker |
-
2012
- 2012-04-11 JP JP2012090356A patent/JP2013215861A/ja active Pending
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US11217408B2 (en) | 2017-11-10 | 2022-01-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gas circuit breaker |
US11227735B2 (en) | 2017-12-01 | 2022-01-18 | Kabushiki Kaishatoshiba | Gas circuit breaker |
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