JP4951870B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工具交換装置により主軸に工具を装着する際に工具の表面を洗浄する洗浄装置を備えた工作機械に関し、特にクーラント液の噴射流で主軸の先端面を確実に洗浄できるようにしたものに関する。

従来より、工具による被切削物の切削個所にクーラント液を噴射して加工精度や工具寿命の向上を図ったり、また、切削個所の周囲をクーラント液のカーテンで被い、切粉の飛散を防止するようにしている。

最近のマシニングセンタなどの工作機械においては自動工具交換装置を有し、工具（切削工具と工具ホルダ）の自動交換を行う。工具の自動交換の際、切削工具を保持する工具ホルダのフランジ部のＶ溝部を工具交換装置のアームで把持し、工具ホルダのシャンク部を主軸のテーパ係合孔に係合させて主軸内のドローバーにより工具ホルダをテーパ係合孔の奥方へ引きつけ、工具ホルダのフランジ部の軸心方向位置規制面を主軸の端面に当接させることで、二面拘束にて工具を主軸に固定する。

ここで、工具交換時に、シャンク部の外周面やフランジ部の軸心方向位置規制面に切粉が付着した状態で工具を主軸にセットすると、工具の主軸への位置決めと固定に支障を来し、切削加工精度の低下原因となる。そこで、従来から工具の表面をクーラント液やエアブローにて洗浄する技術が種々提案されている。

例えば、特許文献１に記載の工作機械用洗浄装置においては、主軸ヘッドの先端面に固定される主軸キャップにノズル部材を設け、ノズル部材に複数（例えば４つ）の噴射ノズルを形成し、クーラントホースからクーラント供給ポートに供給されたクーラント液を複数の噴射ノズルから、主軸のテーパ穴に向けて移動する工具のシャンク部にクーラント液の噴射流を内径側へ向けて傾斜状に噴射するように構成されている。
特開２０００−５２１８５号公報

前記特許文献１の工作機械用洗浄装置においては、主軸のテーパ係合孔に装着される工具における工具ホルダのシャンク部の上端面、外周面、フランジ部の軸心方向位置規制面にクーラント液の噴射流を噴射することにより洗浄することができる。しかし、前記の複数の噴射ノズルからは、主軸の軸心の方へ且つ下方へ向けて傾斜状にクーラント液が噴射されるだけであるので、主軸の先端面をクーラント液で殆ど洗浄することができない。そのため、主軸の先端面に付着していた切粉がその先端面と工具ホルダの軸心方向位置規制面との間に噛み込み、主軸への工具の取り付け位置精度が低下し、機械加工精度の低下原因となり、機械加工中における振動発生原因となる。

本発明の目的は、主軸の先端面をクーラント液で確実に洗浄できるようにした洗浄装置を備える工作機械を提供することである。

請求項１の工作機械は、主軸に取り付けられた工具を交換する工具交換機構を備えた工作機械において、主軸ヘッドの先端に固定される主軸キャップに固定され且つその先端面が前記主軸の端面と同じ高さ位置に設定されたノズル形成部材と、前記ノズル形成部材に形成された１つの環状ノズルからなる第１噴射ノズルであって、主軸ヘッドのクーラント供給ポートに接続され主軸の軸心の方へ向けてクーラント液の噴射流を傾斜状に噴射することでクーラント液のテーパ筒状噴射流を形成する第１噴射ノズルと、前記ノズル形成部材のうちの前記第１噴射ノズルよりも内周側に形成され且つ環状テーパの傾斜面と、この傾斜面に連なる環状水平面とを備えた１又は複数の第２噴射ノズルであって、主軸ヘッドのクーラント供給ポートに接続され主軸の先端面へ向けてクーラント液の噴射流を噴射する１又は複数の第２噴射ノズルと、前記主軸の先端に固定される端面カバーに形成された環状テーパ面であって、前記第２噴射ノズルから噴射されて前記環状テーパの傾斜面と前記環状水平面とで前記主軸の先端面の方向へ向けたクーラント液の噴射流を主軸の先端面に案内する環状テーパ面とを有する洗浄装置を設けたことを特徴とするものである。

自動工具交換機構により工具交換を行う際に、工具を主軸のテーパ係合孔の方へ向けて移動させながら、クーラント供給ポートにクーラント液を供給すると、１つの第１噴射ノズルから主軸の軸心の方へ且つ下方へ向けて傾斜状にクーラント液の噴射流が形成され、その噴射流により工具ホルダのシャンク部の表面が洗浄される。これと並行して、１又は複数の第２噴射ノズルから主軸の先端面へ向けて噴射流が形成されて、主軸の先端面が確実に洗浄される。

請求項２の工作機械は、請求項１の発明において、前記主軸と主軸キャップとの境界部に加圧エアを供給してエアパージするエアパージ手段を設けたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、主軸キャップにクーラント液を傾斜状に噴射する１つの第１噴射ノズルを設けるため、自動工具交換の際に、工具における工具ホルダのシャンク部の表面をクーラント液の噴射流で確実に洗浄することができる。
そして、主軸キャップに主軸の先端面に向けてクーラント液を噴射する１又は複数の第２噴射ノズルを設けるため、自動工具交換の際に、主軸の先端面を確実に洗浄することができる。その結果、主軸に工具を二面拘束にて取り付ける取り付け位置精度を高めて、機械加工精度を高め、機械加工中の振動発生を格段に軽減することができる。
しかも、第１噴射ノズルを形成するためのノズル形成部材を有効活用して第２噴射ノズルを形成するため、部材数を少なく、構成を簡単化することができる。

また、第１噴射ノズルはクーラント液のテーパ筒状噴射流を形成する１つの環状ノズルからなるため、この第１噴射ノズルにより形成されるテーパ筒状噴射流により工具における工具ホルダのシャンク部の表面をムラなく洗浄することができる。

さらに、主軸の先端に固定される端面カバーに、第２噴射ノズルから噴射されたクーラント液の噴射流を主軸の先端面に導く環状テーパ面を形成したため、第２噴射ノズルから噴射されたクーラント液の噴射流を前記環状テーパ面で案内することにより、主軸の先端面へ効率よく導くことができる。

請求項２の発明によれば、前記主軸と主軸キャップとの境界部に加圧エアを供給してエアパージするエアパージ手段を設けたため、主軸を回転自在に支持する主軸ヘッドの軸受の方へクーラント液や切粉が侵入するのを確実に防止することができる。

本願の工作機械は、主軸に取り付けられた工具を交換する工具交換機構を備えた工作機械において、主軸ヘッドの先端に固定される主軸キャップに固定され且つその先端面が前記主軸の端面と同じ高さ位置に設定されたノズル形成部材と、前記ノズル形成部材に形成された１つの環状ノズルからなる第１噴射ノズルであって、主軸ヘッドのクーラント供給ポートに接続され主軸の軸心の方へ向けてクーラント液の噴射流を傾斜状に噴射することでクーラント液のテーパ筒状噴射流を形成する第１噴射ノズルと、前記ノズル形成部材のうちの前記第１噴射ノズルよりも内周側に形成され且つ環状テーパの傾斜面と、この傾斜面に連なる環状水平面とを備えた１又は複数の第２噴射ノズルであって、主軸ヘッドのクーラント供給ポートに接続され主軸の先端面へ向けてクーラント液の噴射流を噴射する１又は複数の第２噴射ノズルと、前記主軸の先端に固定される端面カバーに形成された環状テーパ面であって、前記第２噴射ノズルから噴射されて前記環状テーパの傾斜面と前記環状水平面とで前記主軸の先端面の方向へ向けたクーラント液の噴射流を主軸の先端面に案内する環状テーパ面とを有する洗浄装置を設けたことを特徴とするものである。

次に、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、工作機械１は、主軸２が鉛直に立てられた竪型のマシニングセンタであり、主軸２はベアリング３により主軸ヘッド４に回転自在に支持され、モータ５により回転駆動される。

図１〜図４に示すように、主軸２の下端部分には、工具６における工具ホルダ７のシャンク部７ａをテーパ係合させる為のテーパ係合孔２ａ（工具挿入孔）が形成されている。工具６は、ドリル等の切削工具６ａと、この切削工具６ａを保持させる工具ホルダ７とからなり、工具ホルダ７は、シャンク部７ａとフランジ部７ｂとＶ溝部７ｃとを有する。
主軸２に工具６を取り付けた状態において、工具ホルダ７のシャンク部７ａがテーパ係合孔２ａにテーパ係合し、フランジ部７ｂの軸心方向位置規制面７ｄが主軸２の先端の端面２ｃに面当りする形式の二面拘束型の構成が採用されている。主軸２内と主軸２の上端側には、主軸２に装着された工具６における工具ホルダ７のクランプ用係合部（図示略）に係合して上方へ引きつける保持機構が設けられている。

図１，図２に示すように、主軸ヘッド４には自動工具交換装置１０が装備されており、自動工具交換装置１０は複数のポッド１１がチェーン状部材１２に連結されたマガジン１３を有する。各ポッド１１には種々の切削工具付き工具ホルダ７が選択的に着脱可能に挿入される。マガジン１３は指令信号に応じてそれらのポッド１１を移動させて、指令されたポッド１１を所定の交換位置に搬送する。

自動工具交換装置１０は、主軸２と平行な軸の回りに旋回する旋回アーム１４を備え、旋回アーム１４は主軸２に取り付けられている工具６と、交換位置に搬送された工具６とをチャックしてから、旋回アーム１４を下降させて、主軸２とポッド１１とから工具６を取り外した後１８０度旋回させる。次に旋回アーム１４を上昇させて主軸２に別の工具６を取り付けると共に交換位置のポッド１１に主軸２から取り外した工具６を戻す。

次に、主軸２のテーパ係合孔２ａに装着される工具６と主軸２の先端面２ｃを洗浄する洗浄装置について説明する。図４に示すように、主軸２を回転自在に支持する主軸ヘッド４の下端には、環状の主軸キャップ２０（別名「ベアリング押え」）が固定され、主軸キャップ２０は複数のボルト２１で主軸ヘッド４に固定されている。

主軸２の先端の外周部分には段落ち部２ｂが形成され、主軸キャップ２０の内周部にも段落ち部２２が形成され、これら段落ち部２ｂ，２２には環状の端面カバー２３が装着されて複数のボルト２４で主軸２に固定されている。主軸２の先端の内周部は、端面カバー２３よりも下方へ所定高さ突出し、その突出部の先端には工具ホルダ７のフランジ部７ｂの軸心方向位置規制面７ｄを受け止める二面拘束用の端面２ｃが形成されている。

主軸キャップ２０の先端部分に形成された環状通路２５を塞ぐ環状のノズル形成部材２６が主軸キャップ２０の嵌合穴２７に嵌合されて接着剤により接着されると共に、嵌合穴２７の外周側の縁部をカシメることによっても固定されている。このノズル形成部材２６の先端面は主軸２の端面２ｃとほぼ同高さ位置に設定されている。前記環状通路２５はクーラント供給ポート２８に接続され、クーラント供給ポート２８はクーラントホース２９により加圧されたクーラント液を供給するクーラント供給源（５０，５１）に接続されている。

前記のノズル形成部材２６には、主軸２の軸心の方へ向けてクーラント液の噴射流を傾斜状に噴射する１つの第１噴射ノズル３０であって環状ノズルからなる第１噴射ノズル３０が形成され、この第１噴射ノズル３０は複数の通路孔３０ａにより環状通路２５に接続されている。クーラント供給ポート２８に加圧されたクーラント液が供給されると、環状通路２５と複数の通路孔３０ａから第１噴射ノズル３０に供給され、第１噴射ノズル３０からクーラント液のテーパ筒状噴射流Ａが噴射され、主軸２のテーパ係合孔２ａに向けて上方移動する工具６における工具ホルダ７のシャンク部７ａの表面が洗浄される。

前記ノズル形成部材２６のうちの第１噴射ノズル３０よりも内周側には、主軸２の端面２ｃへ向けてクーラント液のほぼ水平状噴射流を噴射する１つの第２噴射ノズル３１であって環状ノズルからなる第２噴射ノズル３１が形成され、この第２噴射ノズル３１は、複数の通路孔３１ａにより環状通路２５に連通されている。第２噴射ノズル３１は、クーラント液の噴射流を水平方向へ方向変換する環状テーパの傾斜面３２と、この傾斜面３２に連なる環状水平面３３とを有する。

前記の端面カバー２３には、第２噴射ノズル３１から噴射されたクーラント液の水平状噴射流を主軸２の端面２ｃに導く環状テーパ面３４が形成されている。クーラント供給ポート２８から環状通路２５に加圧されたクーラント液が供給されると、複数の通路孔３１ａから第２噴射ノズル３１へ供給され、第２噴射ノズル３１からほぼ水平状の噴射流となって主軸２の端面２ｃの方へ噴射され、主軸２の端面２ｃが確実に洗浄される。

主軸２と主軸キャップ２０との境界部３５に加圧エアを供給してエアパージするエアパージ手段として、加圧エア供給源６１（図５参照）に接続されたエアホース３８が接続される加圧エアポート３６が主軸キャップ２０に形成され、この加圧エアポート３６に連通したエア通路３７が主軸２と主軸キャップ２０との境界部３５に連通されている。加圧エアポート３６に供給される加圧エアはエア通路３７を通って主軸２と主軸キャップ２０との境界部３５に供給されるため、その境界部３５にクーラント液が侵入することはない。

次に、加圧エア供給系と、クーラント供給系について説明する。
図５に示すように、クーラントポンプ５１はクーラント液を貯留するクーラントタンク５０内のクーラント液を加圧して吐出する。このクーラントポンプ５１の吐出側には、レギュレータ５２と切換弁５３が接続されている。クーラントタンク５０には、クーラント液の粘度を測定する粘度測定器５４が設けられている。測定されたクランプ液の粘度に基づいてレギュレータ５２が調節される。
切換弁５３は、切削用ノズル５５が接続された第１吐出系と、それ以外の第２吐出系とに対するクーラント液の供給の有無を切換えるものである。切削用ノズル５５は、切削工具６ａによる切削個所にクーラント液を噴射できるように設けられている。

第２吐出系には、フィルタ５６を介して前記の噴射ノズル３０、自動工具交換機構１０による工具６の交換に影響を与える切粉の付着する個所にクーラント液を噴射する別の複数の洗浄ノズルにも接続されている。この別の複数の洗浄ノズルとしては、図１〜図３に示すように、自動工具交換機構１０の下端面に向かってクーラント液を噴射する洗浄ノズル５７、旋回アーム１４に向かってクーラント液を噴射する洗浄ノズル５８，５９、自動工具交換機構１０のポッド１１にクーラント液を噴射する洗浄ノズル６０などが設けられている。

加圧エア供給系に関して、工場の加圧エア供給系又はコンプレッサからなる加圧エア供給源６１にはフィルタ６２とレギュレータ６３とが接続され、このレギュレータ６３を通して前記のエア供給ポート３６に連なる境界部３５及びその他のエアノズルへ加圧エアを供給するように構成してある。

次に、以上説明した工作機械の作用について説明する。
自動工具交換装置１０により工具交換する際には、クーラント供給系は第２吐出系に切換えられ、複数の噴射ノズル３０，５７〜６０からクーラント液が噴射されると共に、加圧エア供給系に加圧エアが供給され、エアパージ手段の前記の境界部３５へ加圧エアが供給される。

自動工具交換装置１０のアーム１４により、工具６を主軸２のテーパ係合孔２ａに向けて上方移動させる際に、噴射ノズル３０からクーラント液が、図４の環状テーパ筒状のクーラント噴射流Ａのように主軸２の軸心の方へ傾斜状に噴射されて工具ホルダ７の上端面、シャンク部７ａの外周面、軸心方向位置規制面７ｄに噴射され、このクーラント噴射流Ａにより切粉等の異物が洗浄される。また、上記と並行して、噴射ノズル３１からクーラント液が、図４のクーラント噴射流Ｂのように主軸２の先端の端面２ｃの方へほぼ水平状に噴射されるため、主軸２の端面２ｃを確実に洗浄することができる。

そのため、工具ホルダ７のシャンク部７ａの表面と、主軸２の端面２ｃを完全に洗浄してから、工具ホルダ７のシャンク部７ａを主軸２のテーパ係合孔２ａに係合させ、軸心方向位置規制面７ｄを主軸２の端面２ｃに密着させて、高精度に位置決めした状態で、ドローバーを含む保持機構により主軸２に二面拘束で固定することができる。それ故、主軸２に工具６を二面拘束にて取り付ける取り付け位置精度を高めて、機械加工精度を高め、機械加工中の振動発生を格段に軽減することができる。しかも、第１噴射ノズル３０を形成するためのノズル形成部材２６を有効活用して第２噴射ノズル３１を形成するため、部材数を少なく、構成を簡単化することができる。

既存の工作機械における第１噴射ノズル３０のみを有するノズル形成部材２６を第１，第２噴射ノズル３０，３１を有するノズル形成部材２６に変更するだけで、第１，第２噴射ノズル３０，３１を実現できるから、安価に経済的に実施可能である。
しかも、エアパージ手段を設けたため、主軸２と主軸キャップ２０の間の境界部３５にクーラント液が侵入するのを確実に防止することができる。

第１噴射ノズル３０はクーラント液のテーパ筒状噴射流を形成する１つの環状ノズルからなるため、この第１噴射ノズル３０により形成されるテーパ筒状噴射流Ａにより工具６における工具ホルダ７のシャンク部７ａの表面をムラなく洗浄することができる。
前記第２噴射ノズル３１はクーラント液のほぼ水平状噴射流を形成する１つの環状ノズルからなるため、この第２噴射ノズル３１により形成される水平状噴射流により主軸２の先端面２ｃをムラなく確実に洗浄することができる。

前記主軸２の先端に固定される端面カバー２３に、第２噴射ノズル３１から噴射されたクーラント液の水平状噴射流を主軸２の先端面（端面２ｃ）に導く環状テーパ面３２を形成したため、第２噴射ノズル３１から噴射されたクーラント液の水平状噴射流を環状テーパ面３２で案内することにより、主軸２の先端面へ効率よく導くことができる。

前記主軸２と主軸キャップ２０との境界部３５に加圧エアを供給してエアパージするエアパージ手段を設けたため、主軸２を回転自在に支持する主軸ヘッド４の軸受の方へクーラント液や切粉が侵入するのを確実に防止することができる。

次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１）前記の第２噴射ノズル３１は１つの環状ノズルであるが、その１つの第２噴射ノズル３１の代わりに、周方向適当間隔おきに形成された複数の第２噴射ノズルを形成してもよい。

２）尚、本願発明は前記実施例に限定されるものでなく、当業者であれば、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能であり、本願の発明はそのような種々の変更形態をも包含するものである。

本発明の実施例に係る自動工具交換装置付き工作機械の正面図である。 工作機械の側面図である。 工作機械の要部の底面図である。 主軸と主軸ヘッドの要部の拡大断面図である クーラント供給系と加圧エア供給系のブロック図である。

１ 工作機械
２ 主軸
２ａ テーパ係合孔
２ｃ 端面
４ 主軸ヘッド
６ 工具
７ 工具ホルダ
７ａ シャンク部
７ｄ 軸心方向位置規制面
１０ 自動工具交換機構
２０ 主軸キャップ
２３ 端面カバー
２６ ノズル形成部材
３０ 第１噴射ノズル
３１ 第２噴射ノズル
３４ 環状テーパ面

Claims (2)

1. 主軸に取り付けられた工具を交換する工具交換機構を備えた工作機械において、
   主軸ヘッドの先端に固定される主軸キャップに固定され且つその先端面が前記主軸の端面と同じ高さ位置に設定されたノズル形成部材と、
   前記ノズル形成部材に形成された１つの環状ノズルからなる第１噴射ノズルであって、主軸ヘッドのクーラント供給ポートに接続され主軸の軸心の方へ向けてクーラント液の噴射流を傾斜状に噴射することでクーラント液のテーパ筒状噴射流を形成する第１噴射ノズルと、
   前記ノズル形成部材のうちの前記第１噴射ノズルよりも内周側に形成され且つ環状テーパの傾斜面と、この傾斜面に連なる環状水平面とを備えた１又は複数の第２噴射ノズルであって、主軸ヘッドのクーラント供給ポートに接続され主軸の先端面へ向けてクーラント液の噴射流を噴射する１又は複数の第２噴射ノズルと、
   前記主軸の先端に固定される端面カバーに形成された環状テーパ面であって、前記第２噴射ノズルから噴射されて前記環状テーパの傾斜面と前記環状水平面とで前記主軸の先端面の方向へ向けたクーラント液の噴射流を主軸の先端面に案内する環状テーパ面と、
   を有する洗浄装置を設けたことを特徴とする工作機械。
2. 前記主軸と主軸キャップとの境界部に加圧エアを供給してエアパージするエアパージ手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。