JP2015024454A - 工作機械の機内洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工具タレットを備えた工作機械の内部を洗浄する装置に関する。機械コストを殆ど増大させることなく、加工室の種々の箇所に付着した切屑を少ない量の加工液ないしは空気流で除去することができる洗浄装置を得る。【解決手段】工具タレットの割出回転部に加工液ないし加圧空気のノズルを設け、ワークの加工を行っていないときに、工具タレットを装着した刃物台の移動と工割出回転部の回転とによってノズルを切屑が付着している箇所に向けて加工液又は加圧空気を噴射して切屑を除去する。刃物台の移動平面と直交する軸回りに旋回可能な工具タレットにノズルを設ければ、加工室内のほぼ総ての箇所の洗浄を行うことができる。【選択図】図２

Description

この発明は、工具タレットを備えた工作機械の機械内部を洗浄する装置に関するもので、ワークを加工する加工室内の部材や当該加工室を区画するカバーや隔壁に付着した切屑を除去する装置に関するものである。

刃物や砥石などの工具でワークの加工を行う工作機械は、通常、加工部（工具とワークの接触部）に加工液を供給しながら加工を行っており、加工により生じた切屑が加工液の液滴と共に周囲に飛散する。近時の工作機械は、この加工液や切屑が工場内や機械の機構部に飛散しないように加工室（加工中のワークや工具が移動する領域）を隔壁やカバーで区画している。例えば旋盤においては、オペレータ側にドアを設けたカバーで加工部の前後と天井を覆い、主軸チャックや刃物台を臨出させる開口を設けた隔壁で加工室の左右を区画し、刃物台を移動するガイドレールや送りねじを設けたベッド上面は、刃物台の移動に追従して伸縮する蛇腹構造のカバーで覆っている。蛇腹構造のカバーは、例えば、重ね合わせた薄板が刃物台の移動に伴って引き出されたり引き込まれたりする構造のものである。

加工時に発生した切屑と流出した加工液の大部分は、ベッド上面のカバー（以下、「下カバー」と言う。）の上に落下する。落下した加工液や切屑は、できるだけ速やかに排出するのが望ましい。そこでベッドを上面がオペレータ側が低くなる方向に傾斜したスラント型とし、更にオペレータから見て奥側の下カバー上に加工液を散布して、下カバー上を流れる当該加工液により、下カバー上に留まろうとする切屑を押し流して排除するようにしている。流下した加工液と切屑は、ベッドの下に配置した加工液タンクに導かれ、加工液はフィルタで切屑を除去して更に冷却して循環使用され、切屑はチップコンベアで機外に排出される。

加工中に生じた切屑の一部は、加工室の左右の隔壁や加工室の前後及び天井を覆っているカバー（以下、「上カバー」と言う。）及びワークを含む加工室内の部材に飛散する。大きな切屑は自重で落下するが、細かい切屑は、切屑と共に飛散する加工液の粘性ないし表面張力により加工室の内面に付着したままとなる。そこでオペレータは、加工室が切屑の付着によって汚れたときに、エアガンなどを用いて加工室の清掃を行っていた。なお、特許文献１や特許文献２には、ノズルから噴射した加工液や圧縮空気で加工室内の一部の部材（ワークや自動交換される工具のシャンク部分）を洗浄する装置が示されている。

特開２０００−２２５５０２号公報 特開２００５−５２９４８号公報

下カバー上に落下した切屑を当該カバー上を流下する加工液で洗い流す構造は、下カバーの上面全体に亘って加工液を流下し続けなければならないため、循環する加工液の量が多くなり、加工液ポンプの消費電力が大きくなるという問題がある。更に蛇腹構造の下カバーは、カバーの伸縮動作によってその上面に付着している切屑をカバー板の継ぎ目部分や屈曲部分に押し付けるように作用するため、押し固められた切屑を洗い流せなくなるという事態が往々にして生じ、これを確実に洗い流そうとすると、更に多量の加工液を常時流し続けなければならないこととなるので、加工液ポンプの大型化による機械コストの上昇や消費電力の更なる上昇が生じるという問題がある。

一方、特許文献１や特許文献２に記載された手段は、加工液の付着が特に問題となる部分の洗浄を目的としたもので、加工室内の切屑が堆積しやすい箇所の総てに加工液ないし空気を噴射するノズルを設ける構造では多数のノズル及びそれらのノズルを切り換えるための切換弁を含む配管を設置する費用が膨大になり、ワークの形状や材質、加工態様などによっても切屑の堆積箇所が変化するので、ノズルを適切な箇所に配置することも困難である。

この発明は、上記のような従来装置の問題点を解決するためになされたもので、工作機械の構造による適不適はあるけれども、機械コストを殆ど増大させることなく、加工室の種々の箇所に付着した切屑を少ない量の加工液ないしは空気流で除去することができる工作機械の機内洗浄装置を得ることを課題としている。

この発明は、工具タレット２を備えた工作機械の当該工具タレットの割出回転部２３に加工液ないし加圧空気の供給源６に連結されたノズル５を設け、当該工具タレット２に装着した工具ｔがワークの加工を行っていないときに、当該工具タレット２を装着した刃物台２１の移動と工当該割出回転部の回転とによってノズル５を切屑が付着している箇所（標的）Ｐに向け、当該ノズルから加工液又は加圧空気を噴射して、当該標的部分に付着した切屑を除去するというものである。

工具タレットの割出回転部２３は、割出モータによって割出軸回りに回転する。工具を割り出すときは、割出回転部２３を間欠回転させ、ギヤカップリングなどの嵌合装置で割り出された角度で割出回転部２３を固定している。割出位置への割出回転部２３の回転角は、正確に制御する必要があるため、割出モータとしてサーボモータなどの回転角を正確に制御できるモータが使われている。従って、割出回転部２３は、前記嵌合装置の嵌合を外した状態で制御器で指令する任意の角度位置に回動させることができ、従ってノズル５を割出回転部２３の割出軸回りの任意の方向に向けることができる。そして、工具タレット２を装着した刃物台２１は、下カバー４１の上方でそのカバー上面と平行な平面上を移動及び位置決め可能に設けられているから、当該刃物台２１の移動と割出回転部２３の回転により、割出回転部２３に設けたノズル５を加工室４内の部材１１、１２、２、３やワーク及び加工室をを囲んでいるカバー４１、４４、４５ないし隔壁４２、４３の大部分の箇所に向けて加工液ないし加圧空気を噴射することができる。

一部の工具タレット２は、刃物台２１の上記移動平面と直交する軸回りに旋回可能に装着されている。このような旋回工具タレットを備えた工作機械であれば、旋回及び割出回転する割出回転部にノズル５を設けることにより、加工室４内のほぼ総ての箇所にノズル５を向けて加工室４の洗浄を行うことができる。

工具タレットの割出回転部２３には、割り出された工具、すなわちワークを加工する工具の刃先に加工液を供給するための通路が設けられている。加工液は、工具タレットのハウジング（割出回転部を軸支する軸受や前述した嵌合装置や割出モータが収容されている部分）に設けたカプラ２５を介してタレットハウジング２４側から割出回転部２３に供給されている。割出回転部２３に設けたノズル５への加工液は、このカプラ２５や割出回転部内の前記通路を通して供給することも不可能ではないが、通常は、この工具刃先への加工液の供給経路とは別に設けた経路を通して供給するのが簡単である。工具タレットがドリルやフライスなどの回転工具の駆動装置を有しない工具タレット（例えば旋削工具のみを装着する工具タレット）であれば、割出回転部２３を支持している割出軸の軸心を通して刃物台２１側から割出回転部２３に装着したノズル５に加工液や空気圧を供給するのが便利である。一方、回転工具の駆動装置を備えた工具タレットでは、割出軸を軸方向に貫通する工具駆動軸を介して回転工具を回転する構造が多いので、そのような場合には、タレットハウジング２４側から、割出回転部２３及びそれに装着した工具ｔを回り込んで、割出回転部２３の反ハウジング側の回転中心からノズル５へ加工液や加圧空気を供給するようにすればよい。

旋回工具タレットを有しない工作機械であっても、２個以上の工具タレットを備えた工作機械であれば、２個の工具タレットの割出回転部に割出軸に対する角度が異なるノズル（図４の符号５ａ、５ｂ）を設けることにより、すなわち旋盤であれば一方の工具タレットの割出回転部に左側の隔壁に向けて傾斜した方向のノズルを設け、他方の工具タレットの割出回転部に右側の隔壁に向けて傾斜した方向のノズルを設けることにより、加工室のほぼ総ての箇所に向けて加工液や加圧空気を噴射することができる。

ノズル５からの加工液や加圧空気の噴射は、切屑の堆積が予想される所定時間毎に当該ノズルが装着されている工具タレットでの加工が行われていないタイミングで行う。各タイミングでノズルをどの方向に向けて洗浄を行うかは、機械の構造やワークの加工態様に応じて、経験に基づいて決定すればよく、切屑が堆積する箇所が新たに発見されたら、その箇所への洗浄動作を追加してやればよい。もし、加工室内の画像を取得するカメラ４６を備えた工作機械であれば、そのカメラで適時加工室内を撮影し、その画像から切屑の堆積の有無を判別して、切屑の堆積が認められたときにその箇所を洗浄する動作を行わせてやればよい。

切屑の堆積は、カメラ４６で取得した画像と切屑が堆積していないときの当該箇所の画像とを対比することによって検出できる。切屑が堆積した箇所は、当たった光は乱反射し、また、カバー板の継ぎ目などでは継ぎ目を示す画像上の直線に部分的な乱れが生ずるから、カメラ４６の画像からそれらを検出してやればよい。

この発明によれば、切屑の付着や堆積が認められる箇所に工具タレットに設けたノズルからピンポイントで加工液や加圧空気を噴射することにより、当該箇所を洗浄するので、従来手段では洗浄できなかった箇所の切屑も除去することができ、また堆積や付着の程度に応じて加工液や加圧空気の噴射時間を調整するなどで汚れの程度に応じた洗浄が可能となる。

また、加工液や加圧空気が噴射される箇所（標的）は、割出回転部の回転及び可能な場合の旋回と当該工具タレットを装着した刃物台の移動位置とにより設定されるから、制御器の設定値を変更するなどにより洗浄箇所を変更でき、無駄な動作を避けた確実な洗浄が可能である。更に、予想しない箇所に切屑が付着してもその箇所の洗浄動作を追加設定することも容易である。そのため、加工室内を清浄に保つことができ、加工室内の殆どの箇所を自動で洗浄できるので、オペレータの作業負担を軽減できると共に、作業環境及び機械の耐久性が向上する。

またこの発明では、カメラの画像などから切屑の堆積が検出されたとき又は定期的に、切屑排出用の加工液ないし加圧空気を切屑が堆積ないし付着した箇所に向けて局部的に噴射することで加工室内の洗浄を行うので、切屑を洗い流すために加工液を常時流していた従来手段に比べて、洗浄可能な箇所の制限が大幅に緩和されるばかりでなく、洗浄のために必要な消費電力を大幅に削減でき、構造も簡単で洗浄のための追加部品も少なく、コストの削減ができる。

すなわち、加工液や加圧空気の無駄な消耗が無く、加工液ポンプや加圧空気供給用のコンプレッサの消費電力の増大を防止できる。洗浄に加工液を用いたときは、加工部に加工液を供給するために設けられている加工液ポンプを切屑の洗浄に兼用できるため、構造が簡単で洗浄のために追加する部品も少なく、機械コストの増大も抑制できる。

２主軸対向旋盤の加工室示す模式的な正面図 同側面図 機内洗浄用のノズルを設けた旋回工具タレットと加工液の供給系を示す図 ノズルの装着箇所とノズルの例を示す拡大図

図１〜４は、旋回工具タレットを備えた２主軸対向旋盤におけるこの発明の実施例を示した図である。図の旋盤は、同一の主軸軸線１上に配置した２個の主軸を備えており、これらの主軸の対向端にそれぞれワークチャック１１、１２が装着されている。主軸軸線１の上方（オペレータから見て奥側）には、旋回工具タレット２を備えた上刃物台２１が配置され、下方には通常の（旋回しない）工具タレット３を備えた下刃物台（図には表れていない。）が配置されている。この２個の刃物台は、主軸軸線１と平行なＺ軸方向及びこれと直交するベッド上面と平行な方向のＸ軸方向に移動可能である。旋回工具タレット２は、Ｚ軸及びＸ軸と直交するＹ軸回りに旋回可能に上刃物台２１に装着されている。図１の左側の主軸を支持する左主軸台１３は、定位置に設けられており、右側の主軸を支持する右主軸台１４は、主軸軸線方向に移動可能である。

チャック１１、１２及び工具タレット２、３の移動空間である加工室４は、ベッド上面を覆う下カバー４１、オペレータから見て左側の左隔壁４２及び右側の右隔壁４３並びに前後及び上方を覆う上カバー４４で区画されている。左隔壁４２は、定位置に固定されている。右隔壁４３は、右主軸台１４の移動に伴ってＺ軸方向に移動する。上刃物台２１は、下カバー４１を貫通しており、旋回工具タレット２は、Ｙ軸回りに旋回駆動される旋回台２２を介して上刃物台２１に搭載されている。下刃物台の工具タレット３は、右隔壁４３を貫通して設けられており、加工室４内へと延びる部分には、伸縮する角筒状の刃物台カバー４５が設けられている。

右主軸台１４がＺ軸方向に移動し、上刃物台２１がＺ及びＸ方向に移動するので、下カバー４１は、上刃物台２１の両側の部分４１ａ、４１ｂがＺ軸方向に伸縮する蛇腹構造となっており、上刃物台２１の上下の部分４１ｃ、４１ｄがＸ軸方向に伸縮する蛇腹構造となっている。右隔壁の下刃物台が貫通している部分の上下４３ａ、４３ｂもＸ軸方向に伸縮する蛇腹構造としてある。加工室４の上方には、ワークや刃物台の状態を確認するカメラ４６が設置されている。

旋回工具タレット２の割出回転部であるタレットケース２３の外周の隣接する工具取付ステーションの中間の位置に洗浄用のノズル５が設けられている。ノズル５は、タレットケース２３のノズル取付孔に基端のねじ５１をねじ込んで固定されている。図３に示すように、旋回工具タレット２のハウジング２４には、ワークに向いて割り出された工具ｔの刃先に加工液を供給するためのカプラ２５が設けられており、このカプラ２５には、ホース６６を介して加工液ポンプ６の加工液が供給されている。一方、ノズル５を装着するタレットケース２３のノズル取付口へは、タレットケース２３の反ハウジング側の軸心から回転継手２６とタレットケース内の通路を介して加工液が供給されている。

すなわち、加工液ポンプ６から吐出された加工液は、リリーフ弁６１を通って分岐し、一方の分岐管は、減圧弁６２、電磁開閉弁６３及びフレキシブルホース６４を介してカプラ２５に接続され、他方の分岐管は、電磁開閉弁６５及びフレキシブルホース６６を介してタレットハウジング２４に固定した配管ブロック２７に接続されている。配管ブロック２７からは、タレットケース２３及びこれに装着した工具ｔを迂回して回転継手２６に至る配管２８が設けられ、配管ブロック２７に供給された加工液は、この配管２８、回転継手２６及びタレットケース２３内に設けた図示しない通路を通ってノズル５の供給されている。

上記の構造において、上刃物台のタレットケース２３に装着した工具ｔでワークを加工するときは、電磁切換弁６３が開いて加工液ポンプ６の加工液がカプラ２５を介して当該工具ｔの刃先に供給される。ワークのロードアンロード時、あるいは左右のチャック間でのワークの受け渡し時など、旋回工具タレット２が加工動作を行っていない洗浄タイミングになると、制御器は、上刃物台２１のＺ軸及びＸ軸方向の移動、旋回台２２の旋回及びタレットケース２３の割出回転により、ノズル５を指令された洗浄箇所（標的）Ｐ（図２参照）に向け、次いで電磁開閉弁６５を開いて加工液ポンプ６の加工液をノズル５から洗浄箇所Ｐに向けて噴射する。洗浄箇所に堆積した切屑は、加工液の噴射エネルギーによって剥離して噴射された加工液と共に下カバー４１上を流下し、図示されていない経路を通ってベッド１５の下に配置された加工液タンク６７（図３）に流下する。

切屑は、伸縮カバーのカバー板の継ぎ目４７や、カバーと隔壁との角部分４８に堆積しやすいが、そのような箇所が分かっており、かつどのような頻度で洗浄を行うべきかが分かっていれば、制御器に予め洗浄時の上刃物台２１及び旋回工具タレット２の動作とノズル５からの加工液の噴射動作とを登録した洗浄手段（プログラム）と、洗浄する箇所と洗浄タイミングを登録する洗浄指令手段（記憶装置）とを設けてておくことにより、定期的に当該箇所の洗浄を行うことができる。

一方、制御器に設けた切屑解析手段がカメラ４６で取得した画像の解析によって切屑の堆積箇所を検出したときは、カメラの画像上における当該箇所の座標から加工室内のどの箇所かが判別できるので、前記した洗浄手段に当該箇所と洗浄動作の実行を指示して、当該箇所の洗浄を行う。

以上は回転工具を取り付け可能な旋回工具タレットにこの発明の洗浄装置のノズルを設けた例であるが、例えば上下の工具タレット２、３が旋回しない通常の工具タレットであるときは、その上下のタレットケースにノズル５を設け、割出軸の軸心に工具駆動軸が設けられていない工具タレットについては、出軸の軸心を通してノズルに加工液を供給する通路を設け、割出軸の軸心に工具駆動軸が設けられている工具タレットについては、前述した実施例と同様な構造でノズルへの加工液の供給配管を設け、切屑の堆積場所により、上タレットケース又は下タレットケースのノズルから当該箇所に向けて加工液を噴射することにより、加工室内のほぼ全域についての洗浄を行うことができる。

上記のように、工具刃先への加工液の供給装置を備えた工作機械では、工具タレットに装着したノズルから加工液を噴射してやれば、除去した切屑を加工液と共に排出することができて便利であるが、加工液供給装置を備えていない工作機械であれば、コンプレッサを設置して加圧空気を工具タレットに装着したノズルに供給する空気配管を設けることにより、当該ノズルから噴射する加圧空気で切屑の除去を行うことが可能である。

また、特定の箇所に堆積した切屑の除去を目的としないで、工具タレットに設けたノズルから加工液や加圧空気を噴射しながら刃物台の往復移動とタレットケースの連続回転によって、加工室全体の洗浄を行うこともできる。

２ 工具タレット
３ 工具タレット
４ 加工室
５ ノズル
６ 加圧空気の供給源
１１ ワークチャック
１２ ワークチャック
２１ 上刃物台
２３ 割出回転部
２４ タレットハウジング
２５ カプラ
４１ 下カバー
４２ 左隔壁
４３ 右隔壁
４４ 上カバー
４５ 刃物台カバー
４６ カメラ
Ｐ 洗浄箇所（標的）
ｔ 工具

Claims (5)

1. 割出回転部に複数の工具を装着して当該割出回転部の割出回転によりワーク側に割り出された工具でワークの加工を行う工具タレットを備えた工作機械の機内洗浄装置であって、
   前記割出回転部に流体噴射ノズルを備え、当該割出回転部に装着された工具での加工が行われないタイミングで、加工室内の所定の標的に前記ノズルを向ける割出回転部の回転動作及び当該工具タレットを搭載した刃物台の移動動作と、前記ノズルから加工液又は加圧空気を噴射する噴射動作とで、前記標的に付着した切屑を除去する、工具タレットを備えた工作機械の機内洗浄装置。
2. 工作機械が前記割出回転部に装着した工具によるワークの加工時に当該工具の加工部に加工液を供給する加工液供給装置を備え、当該加工液供給装置から加工液が前記ノズルに供給される、請求項１記載の機内洗浄装置。
3. 前記ノズルを備えた工具タレットが、前記割出回転部の割出軸と直交する軸回りに旋回自在に装着されている、請求項１又は２記載の機内洗浄装置。
4. 前記加工液又は加圧空気が前記ノズルを備えた工具タレットの割出回転中心から当該工具タレットの割出回転部内を経由して前記ノズルに供給されている、請求項１、２又は３記載の機内洗浄装置。
5. 加工室の画像を取得するカメラを備え、前記標的が当該カメラの画像解析により設定される、請求項１、２、３又は４記載の機内洗浄装置。

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