JPH11235641A - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転継手を使用することなく、主軸３内に圧
縮空気及び切削液を供給し主軸３内で霧状切削液を生成
させ、この霧状切削液により、ワークｗの比較的深い個
所を加工している刃具３０の先部を均等、確実且つ安定
的に潤滑する。 【解決手段】 先端に工具ホルダ８や刃具３０を備えた
主軸３の中心部に対し、主軸３外端から先端部に向かう
軸方向の孔３ｂを形成し、この孔３ｂ内に、主軸３が回
転されても非回転状態に保持される切削剤供給管２５を
挿設し、この供給管２５は内部長手方向に液通路ａと気
体通路ｂとを形成されると共に先端には液通路ａから供
給された切削液を気体通路ｂから供給された気体により
霧化させるものとした霧化手段２７を工具ホルダ８近傍
に形成され、この霧化手段２７により生成された霧状切
削液が工具ホルダ８や刃具３０内の通路３２、３０ａを
経て刃具３０先端から噴出される構成となす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、深い部位を加工し
ている刃具の先端部の潤滑に特に適した工作機械の主軸
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械による加工では被加工物や刃具
の冷却及び潤滑、又は切屑の除去などのため加工部に切
削油を多量に供給しているが、これによるときは切削油
による環境汚染や人体の健康への悪影響、切削油の廃油
処理に伴う大きなコスト、被加工物の過冷却による刃具
寿命の低下、又は切削油過多による刃具の微細切込み加
工時の滑り磨耗などの問題があるほか、加工時に多量の
切削油が切屑に付着するため、切屑の処理や再利用のさ
い、これに付着した切削油を分離することが必要とな
る。

【０００３】これらの問題を解決するため、近年では極
微量の切削油を霧状にして切削加工部へ供給することが
行われているのであり、このような処理はドライ切削な
どと称されている。

【０００４】ドライ切削を行う上で、被加工物の比較的
浅い部分を加工している刃具先端部に霧状の切削油を供
給することは簡易な手段により行えるのであるが、被加
工物の比較的深い部分を加工している刃具先端部にそれ
を供給することは実際上困難を伴うのである。本出願人
はこれを解決するための手段として特許第２６８７１１
０号を提案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特許第２６８７１
１０号の主軸装置によれば、被加工物の比較的深い部分
を加工している刃具の先端部に霧状の切削油を極めて効
果的に供給できるのであるが、回転される主軸の内方に
静止状態の外部から切削液を供給するさいに回転継手が
必要となり、その構造が複雑化する。本発明は、回転継
手を必要とすることなく上記実情に対処し得るものとし
た工作機械の主軸装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、先端に工具ホルダや刃具を備えた主軸
中心部に対し、主軸外端から先端部に向かう軸方向の孔
を形成し、この孔内に、主軸が回転されても非回転状態
に保持される切削剤供給管を挿設し、この供給管は内部
長手方向個所に液通路と気体通路とを形成されると共に
工具ホルダ近傍に位置された先端には液通路から供給さ
れた切削液を気体通路から供給された気体により霧化さ
せるものとした霧化手段を形成されてなり、この霧化手
段により生成された霧状切削液が工具ホルダや刃具内の
通路を経て刃具先端から噴出される構成となす。

【０００７】被加工物の加工中は主軸が回転される。こ
の回転中、切削剤供給管は非回転状態に保持され、液通
路及び気体通路を通じて切削液及び気体が主軸内の霧化
手段に供給される。このさい、液通路内を流れる切削液
は主軸の回転による影響を全く受けず、円滑に流動する
ものとなる。霧化手段で生成された霧状切削液は刃具先
端から安定的且つ比較的均一分布状態で噴出され、非加
工物の深い個所に達した刃具先端を効果的に潤滑する。

【０００８】

【発明の実施の形態】先ず本発明の第一実施例を説明す
ると、図１は本実施例に係る主軸装置を示す断面図、図
２は前記主軸装置の一部拡大断面図、図３は図１のｘ１
−ｘ１部を示す部分拡大図である。

【０００９】これらの図に於いて、１は主軸装置の本体
フレームで、２は本体フレーム１にボルト固定された筒
形支持フレームである。筒形支持フレーム２には主軸３
が軸受４ａ、４ｂを介して一定位置での回転自在に内挿
してある。

【００１０】このさい、５ａ及び５ｂは筒形支持フレー
ム２の前端面と後端面に固定されたリング部材、６ａ及
び６ｂは軸受４ａ、４ｂの位置を規制するための筒形ス
ペーサ、７は軸受４ｂの内輪後面を押圧するための螺着
リング体である。

【００１１】主軸３は先端中心部に工具ホルダ８のテー
パシャンク部８ａを内嵌されるテーパ孔３ａを有すると
共にこのテーパ孔３ａに連続して直状の中心孔３ｂを形
成されている。

【００１２】９は中心孔３ｂの前部に前方への移動を係
止された状態で内挿された案内筒部材で、これの内周面
９ａは適宜形状の段部を形成されたものとなされてい
る。１０はドローバーであって、先端には案内筒部材９
に密状に内挿される膨大部１０ａを、そして後端寄り位
置に中心孔３ｂの内周面に案内される鍔部１０ｂを備え
ると共に、中心部に直状の孔１０ｃを形成されたもので
ある。

【００１３】１１は皿バネであり、ドローバー１０の長
さ途中個所でしかも案内筒部材９の後端と鍔部１０ｂと
の間となる中心孔３ｂ内に段重ね状且つ圧縮状に装設さ
れている。

【００１４】１２はクランプ部材１３を開閉可能に保持
するための保持筒部材で、ドローバー１０の先端部に螺
着されている。この保持筒部材１２の周面にはクランプ
部材１３の係合する凹み１２ａが形成されており、また
クランプ部材１３は複数の係止片からなり、これら係止
片が凹み１２ａの周方向に配列され円筒状となされてい
る。

【００１５】１４は主軸３の後端外周に固定されたプー
リで、図示しないモータからベルトを介して回転を入力
されるものである。

【００１６】１５は主軸３の後端面にボルト固定された
端面カバー部材で、これの中心孔にはドローバー１０の
後端部１０ｃが前後方向ｆ１、ｆ２の変位可能に内挿さ
れている。

【００１７】１６は係止リング板で、主軸３の後端部に
外嵌され、端面カバー部材１５に係止されて後方への抜
け出しを規制されるものである。この係止リング板１６
の後面にはシリンダ部材１７及びシリンダカバー１８が
この順に配置されボルト固定されており、シリンダ部材
１８の内方には段付きのピストン１９が内挿されてい
る。

【００１８】このピストン１９は中心孔及び後部突起１
９ａを有しており、後部突起１９ａはシリンダカバー１
８の中心孔に前後方向ｆ１、ｆ２の摺動変位可能に内挿
されている。このさい、２０はピストン１９の中心孔に
螺着されたネジ管部材で、これの回転操作により変位さ
れロックナット２１によりその位置を締結される。シリ
ンダ部材１８に設けた通路ｐ１はピストン１９の後側の
シリンダ室２２内へ通じ、他方の通路ｐ２はピストン１
９の前側のシリンダ室２３に通じている。

【００１９】２４ａ及び２４ｂは本体フレーム１に固定
された支持フレームで、２５はこの支持フレーム２４ａ
に結合部材２６を介して固定された直状の潤滑剤供給管
である。支持フレーム２４ｂはシリンダ部材１７を若干
の前後移動可能に支持しており、またシリンダカバー１
８と支持フレーム２４ｂとの間にはシリンダーカバー１
８を前方ｆ１へ押圧するためのスプリングｓが設けてあ
る。

【００２０】潤滑剤供給管２５は外管２５ａと内管２５
ｂからなる二重管となしてあって、内管２５ｂの内孔を
液通路ａとなし、内管２５ｂと外管２５ａの間を気体通
路ｂとなしてある。

【００２１】そして潤滑剤供給管２５の先端には、液通
路ａを通じて供給された切削液を、気体通路ｂを通じて
供給された空気により霧状となすための霧化手段２７が
形成してある。この霧化手段２７は内管２５ｂの先端を
絞って形成した液噴口ｃとこれを取り巻く気体噴口ｄと
を備えたものとなしてあるが、これに限定するものでは
ない。

【００２２】このさい、液通路ａには静止側に設けた図
示しない液供給装置から切削液が供給され、また気体通
路には静止側に設けた図示しない気体供給装置から適当
圧の空気が供給されるようになす。

【００２３】またドローバー１０の後端部及び保持筒部
材１２の中心孔の内方には潤滑剤供給管２５を主軸３の
一定位置で回転可能とするため、両者間にベアリング２
８ａ、２８ｂを装着する。このベアリング２８ａ、２８
ｂは図示例ではボールベアリングとなしてあるが、ニー
ドルベアリングとなすこともできるのであり、ニードル
ベアリングになすと、ドローバー１０の潤滑剤供給管２
５に対する前後方向ｆ１、ｆ２の若干の変位を可能とす
る上で寄与する。保持筒部材１２とベアリング２８ａの
間にはシールリングＳＲ１を設け、切削剤供給管２５は
このシールリングＳＲ１を介してドローバー１０の孔１
０ｃ内に回転可能且つ気体密状に貫通される。

【００２４】工具ホルダ８はテーパシャンク部８ａ、鍔
部８ｂ及びチャック部８ｃを備え、テーパシャンク部８
ａが主軸３のテーパ孔３ａに嵌入されるものとなされて
いる。

【００２５】テーパシャンク部８ａはこれの後端にクラ
ンプ部材１３により係止されるプルスタッド２９を備え
ており、鍔部８ｂは自動工具交換装置が工具交換のさい
把持するものとなる凹みｍを形成されており、またチャ
ック部８ｃは刃具３０を固定するためのものである。

【００２６】工具ホルダ８は中心孔８ｄを形成され、こ
の中心孔８ｄの長さ途中に内嵌部材３１を設け、この内
嵌部材３１の中心孔とプルスタッド２９の中心孔とを連
絡管３２で結合したものとなされている。

【００２７】刃具３０はドリル、リーマ、タップ又はミ
ーリングなどその種類を限定するものではないが、後端
から先端部に渡る通路３０ａを備えたものとなすことが
必要である。

【００２８】上記の如く構成した主軸装置の使用例及び
その作動を説明すると、以下のとおりである。即ち、図
１及び図２に示す如く装着された工具ホルダ８を主軸３
から抜き取るさいは、図示しない自動工具交換装置が工
具ホルダ８の鍔部８ｂを把握した後、シリンダ室２２内
に圧力流体が供給される。これによりピストン１９が前
方ｆ１へ図示しないスプリングの弾力に抗して変位さ
れ、この変位量が一定大きさを超えたとき、係止リング
板１６と端面カバー部材１５とが圧接すると共に、ネジ
管部材１９の前端がドローバー１０の後端を押圧し、皿
バネ１１の弾力に抗してドローバー１０を前方ｆ１へ変
位させる。

【００２９】ドローバー１０の前方変位は保持筒部材１
２及びクランプ部材１３を前方ｆ１へ変位させ、この変
位が一定大きさ以上になると、クランプ部材１３の先端
が保持筒部材１２の内周面の突部から外れて保持筒部材
１２半径外方向への変位が可能となる。

【００３０】この状態で、自動工具交換装置が工具ホル
ダ８を前方ｆ１へ引抜き力を付与するのであり、このさ
いプルスタッド２９はクランプ部材１３の解放作動可能
状態の下、クランプ部材１３に引っ掛かることなくクラ
ンプ部材１３の内方から抜け出るため、工具ホルダ８は
主軸３から抜き取られるものとなる。

【００３１】一方、工具ホルダ８を主軸３に装着するさ
いは、ドローバー１０は工具ホルダ８を主軸３から抜き
取るときと同じ状態に保持され、この状態の下で自動工
具交換装置が工具ホルダ８のテーパーシャンク部８ａを
主軸３のテーパ孔３ａに挿入させる。このさい、プルス
タッド２９はクランプ部材１３が解放作動可能状態であ
るため引っ掛かることなくクランプ部材１３の内方に挿
入されるものとなる。

【００３２】この挿入の終了に関連してシリンダ室２２
内の圧力流体は流出され、他方のシリンダ室２３内に圧
力流体は供給される。これにより、ピストン１９は後方
へ変位され、ネジ管部材２１はドローバー１０から離
れ、ドローバー１０は皿バネ１１の弾力で図１などに示
す元位置に後退する。

【００３３】この後退により、クランプ部材１３は先部
外周を案内筒部材９の内周面の突部で押されて縮径し、
その内周面先部の突部がプルスタッド２９のくびれ部に
係止され、さらにプルスタッド２９を皿バネ１１の弾力
で引張するものとなる。これにより工具ホルダー８は主
軸３に密状に嵌着された状態となる。この嵌着状態では
プルスタッド２９の後端と切削剤供給管２５の先端との
間隙は一般に０．５〜１ｍｍ程度となされる。この後、
自動工具交換装置は工具ホルダ８を離して退避する。

【００３４】ワークｗを加工するさいは、図示しないモ
ータからプーリ１４に回転を入力する。これにより主軸
３は軸受４ａ、４ｂに案内されて回転する。このさい、
シリンダ部材１７やピストン１９などは支持フレーム２
４ｂに支持されているため回転しないのであり、またシ
リンダ室２３内に圧力流体が供給されると、係止板部材
１６はスプリングｓの弾力で前方ｆ１へ変位されて端面
カバー部材１５から離れた状態となり、主軸３に回転抵
抗を付与するものとならない。またピストン１９も端面
カバー部材１５とは離れているため主軸３の回転に支障
とならない。

【００３５】一方、切削剤供給管２５は支持フレーム２
４ａと同体に固定されているため、主軸３の回転にも拘
わらず非回転状態に保持される。

【００３６】この状態の下で、気体通路ｂに静止側の気
体供給装置から結合部材２６を通じて圧縮空気を供給
し、この供給中に静止側の液供給装置から結合部材２６
を通じて切削液を液通路ａに供給する。これにより気体
通路ｂに供給された空気は霧化手段２７の気体噴口ｄか
ら噴射され、また液通路ａに供給された切削液は霧化手
段２７の液噴口ｃから噴射される。

【００３７】霧化手段２７は液噴口ａから噴射された液
体を、気体噴口ｄから噴射された圧縮空気により均一分
布の霧状となし、工具ホルダ８側へ向け噴き出す。この
ように噴き出された霧状切削液は工具ホルダ８の中心部
の連絡管３２内を通じて刃具３０の後端に達し、さらに
刃具３０の通路３０ａを経てその先端から噴出される。

【００３８】このさい、液通路ａ内を前方ｆ１へ流れる
霧状切削液は主軸３の回転による遠心力の影響を受ける
ことがなく、切削液は液噴口ｃから安定的に噴射される
のであり、このことが均一分布の霧状切削液を生成する
上で寄与するものとなる。また霧化手段２７から刃具３
０先端までの距離が小さいことが、霧化手段２７から刃
具３０先端へ移動する霧状切削液に主軸３の回転による
遠心力の影響を小さくなし、従って霧状切削液は切削液
成分の比重差による成分分離や液状化現象を生じること
なく工具ホルダ８近傍まで導かれ、比較的均等な分布状
態で刃具３０先端から噴出されるものとなる。

【００３９】また切削剤供給管２５の先端から噴出され
た霧状切削液は切削剤供給管２５の外周面に沿って逆流
しようとするが、シールリングＳＲ１のシール作用で規
制され、またドローバー１０の外周面に沿って逆流しよ
うとするものはドローバー１０の先端膨大部１０ａ個所
などのシール作用で規制される。

【００４０】この状態の下で主軸装置をワークｗに対し
変位させ、所要の加工を行うのである。このさい、刃具
３０の先端部がワークｗの比較的深い位置を加工する状
態となっても、刃具３０は均等且つ効果的に潤滑され的
確な加工を行うものとなる。

【００４１】次に本発明の第二実施例を説明すると、図
４は本実施例に係る主軸装置を示す断面図、図５は図４
のｘ２−ｘ２部を示す部分拡大図である。図中、先の実
施例と実質的同一部位には同一の符号を付すものとす
る。

【００４２】工具ホルダ８は主軸３の先端にボルト固定
してあり、また先部には刃具３０がネジ止め固定してあ
る。

【００４３】切削剤供給管２５及び霧化手段２７には基
本的な差違はない。また自動工具交換装置による工具ホ
ルダ８の自動脱着を考慮していないため、先の実施例に
於けるシリンダ部材１７やピストン１９などは設けられ
ていない。

【００４４】切削剤供給管２５の前端は工具ホルダ８の
中心孔８ｄ内に望ませてあり、また主軸３の中心孔３ｂ
と切削剤供給管２５との間の空間を閉鎖するためのカバ
ー部材３３がボルト固定してある。このさい、ＳＲ２は
シールリングであり、切削剤供給管２７がこのシールリ
ングＳＲ２を介してカバー部材３３の中心個所を回転可
能且つ気体密状に貫通される。

【００４５】この実施例の主軸装置では、工具の交換は
人手により行われる。ワークｗを加工するさいは、プー
リ１４を介して回転を入力するのであり、これにより主
軸３、工具ホルダ８、刃具３０及びカバー部材３３など
が回転される。

【００４６】この後、霧化手段２７に圧縮空気と切削液
を供給して霧状切削液を生成させ、これを刃具３０先端
から噴出させ、ワークｗの加工を実施する。

【００４７】この実施例でも、切削剤供給管２５は回転
しないため、これを通じて供給された切削液は安定的に
均一分布の霧状切削液となされ、またこの霧状切削液は
主軸３の回転による遠心力の影響を受けることなく刃具
３０先端から均一分布状態のまま噴出され、ワークｗの
比較的深い位置を加工している刃具３０の先端部を先の
実勢例と同様に効果的に潤滑するものとなる。

【００４８】

【発明の効果】以上の如く構成した本発明によれば、回
転継手を必要とすることなく、主軸内に圧縮空気と切削
液が供給され、主軸内で霧状切削液が生成されるものと
なり、この霧状切削液により、比較的深い個所を加工し
ている刃具先部を均等、確実且つ安定的に潤滑すること
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に係る主軸装置を示す断面
図である。

【図２】前記主軸装置の一部拡大断面図である。

【図３】図１のｘ１−ｘ１部を示す拡大図である。

【図４】本発明の第二実施例に係る主軸装置を示す断面
図である。

【図５】図４のｘ２−ｘ２部を示す拡大図である。

【符号の説明】

３ 主軸 ３ｂ 孔 ８ 工具ホルダ ２５ 切削剤供給管 ２７ 霧化手段 ３０ 刃具 ３０ａ 通路 ３２ 通路 ａ 液通路 ｂ 気体通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に工具ホルダや刃具を備えた主軸中
   心部に対し、主軸外端から先端部に向かう軸方向の孔を
   形成し、この孔内に、主軸が回転されても非回転状態に
   保持される切削剤供給管を挿設し、この供給管は内部長
   手方向個所に液通路と気体通路とを形成されると共に工
   具ホルダ近傍に位置された先端には液通路から供給され
   た切削液を気体通路から供給された気体により霧化させ
   るものとした霧化手段を形成されてなり、この霧化手段
   により生成された霧状切削液が工具ホルダや刃具内の通
   路を経て刃具先端から噴出されることを特徴とする工作
   機械の主軸装置。