CN102448666B - 机床的切削液供给装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于去除混入切削液供给管线内的气体，提高雾被喷射之前的反应性。机床(1)将切削液从泵(42)经旋转接头(28)供向旋转主轴(29)内的雾发生装置(24)。从泵(42)供给的切削液的压力通过压力传感器(47)而测量。在高于旋转接头(28)的位置设置空气排出装置(30)，其将供给切削液的管(3)相对大气压而开放/封闭。控制盘(70)从压力传感器(47)输入检测信号，在泵(42)向管(3)的切削液供给停止后，如果检测到切削液的压力不低于规定阈值，对空气排出装置(30)指示为：将管(4)向大气压开放。

Description

机床的切削液供给装置
技术领域
本发明涉及机床的切削液供给装置。
背景技术
为了应对环境，作为削减切削液的使用量的机床，人们知道有从主轴前端使切削液雾化而喷射的机床。在该机床中，对应于切削加工，从刀具的前端使切削液变为雾状而喷射，但如果延迟切削液的喷射，则会导致烧熔或破损而产生不佳的状况，由此，对雾喷射的反应性的探讨在进行中。
比如，在于专利文献1中公开的机床中，在停止切削液供给泵的切削液供给时，吸引切削液供给管线内的一定量的切削液，防止泄漏，但在开始切削液供给时，将已吸引的切削液再次返回到切削液供给管线中，消除反应性的延迟。
专利文献2中公开了下述技术，其不是喷射雾的机床，而是涉及润滑剂的监视，在从泵压送润滑剂的管中安装监视装置，检测压力，在压力低于下限警报压力时，显示管泄漏的信息，预防管泄漏造成的轴承的热粘。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特第3087119号公报
专利文献2：日本特开平6-201094号公报
发明内容
供给切削液的泵供给10μl/s(微升/秒)左右的微量的切削液。相对该情况，对于切削液的量，位于供给管线的通路长度范围内的切削液伴随该通路长度而增加。混入切削液中的气体在气体状态时，吸收泵的微小的供给能力，降低从启动泵到喷射雾的反应性。由于泵的运转时间与主轴的加工时间相对应，故在许多情况下，按照5～10秒的间隔反复进行停止、启动。于是，雾的供给延迟，会影响作为工件制品的品质。
如果切削液供给管线发生泄漏，则压力上升延迟。通过发明人的研究，确认会有雾被喷射之前的反应性变差的情况。
在从主轴前端喷射雾的机床中，将切削液从主轴的后方的旋转接头导入到主轴内部。在沿水平方向设置主轴时，主轴后方的旋转接头位于与切削液供给泵呈基本水平的位置。另一方面，在沿垂直方向设置主轴时，旋转接头设置于主轴后方的较高位置，切削液供给管线中存在位于高位的情况。
在对反应性差的原因进行研究的过程中判明：在切削液供给管线的返回通路中存在高位时，混入切削液供给管线内的气体集中于切削液供给管线中的高位。
本申请发明的课题在于，去除混入切削液供给管线内的气体，提高雾被喷射之前的反应性。
本发明的切削液供给装置结构如下，该机床具有供给管线，该供给管线将切削液从泵经旋转接头而供给到旋转主轴内的雾发生装置，其特征在于，该切削液供给装置包括压力传感器，其测量从上述泵而供给的切削液的压力；空气排出装置，其设置于上述供给管线中高于上述旋转接头的位置，将上述供给管线相对大气压而开放/封闭；控制盘，其在从上述压力传感器输入检测信号，在上述泵停止向切削液供给管线的切削液供给后，如果检测到切削液的压力不低于规定阈值，则对上述空气排出装置指示为：将切削液供给管线向大气压开放。
附图说明
图1为表示本实施例的机床1的图；
图2为表示机床1的管系统的图；
图3为表示切削液供给管线中的压力的图；
图4为表示监视器程序70d的流程的图。
标号说明
标号1表示机床；
标号2表示主轴组件；
标号24表示雾发生装置；
标号26表示压缩空气供给通路；
标号27表示切削液供给通路；
标号28表示旋转接头；
标号30表示空气排出装置；
标号40表示供给控制装置；
标号42表示泵；
标号50表示气体供给装置；
标号60表示箱；
标号70表示控制盘；
标号90表示操作面板。
具体实施方式
图1表示本实施例的机床1。在后面的说明中，作为XYZ的3维坐标系，X方向为左右方向，前后方向为Y方向，垂直方向为Z方向。
如图1所示，本实施例的机床1包括在基座200上沿Y方向滑动的Y滑动件300，在Y滑动件300上沿X方向滑动的X滑动件400，在X滑动件400上沿Z方向滑动的Z滑动件500，主轴组件2装载于Z滑动件500上。这样的机床1是作为立式机床而为人们所知。另外，Y滑动件300、X滑动件400、Z滑动件500的基座200上的叠置顺序也可为任意的形式。主轴组件2包括主轴电动机20；具有雾发生装置24的主轴21；持握刀具23的刀夹22。从主轴电动机20到主轴21和最底部端部的刀夹22的旋转主轴29朝向垂直方向，在其内侧设置切削液供给通路27和压缩空气供给通路26。
机床1还包括气体供给装置50，其从压缩空气源80接收压缩空气；切削液箱60；设置于Z滑动件上的供给控制装置40；控制盘70；操作面板90。在主轴电动机20上设置旋转接头28，其在旋转主轴29的内部与切削液供给通路27和压缩空气供给通路26连通。从箱60到供给控制装置40的管3、从供给控制装置40到旋转接头28的管4、以及旋转主轴内的切削液供给通路27构成切削液供给管线。
由于在这样的机床1中，主轴组件2的旋转主轴29朝向Z方向底侧，故这样的机床1称为立式机床，旋转接头28位于主轴组件2的最上部，即机床1的高位。空气排出装置30设置于位于切削液供给管线的最高位置的旋转接头28的上方。
控制盘70通过来自在图2中的后述的液位计61、压力传感器47的检测信号控制气体供给装置50和供给控制装置40。另外，在操作面板90上显示检测结果，接收来自操作者的指示。这些控制通过下述方式实现，该方式为：通过处理装置70b运行存储于控制盘70中的存储装置70a中的程序70c。
图2为表示机床1的管系统的图。在主轴21的内部设置雾发生装置24，其通过压缩空气使切削液呈雾状。雾发生装置24包括喷嘴24a、球体24b与压缩弹簧24c。
在从旋转接头28通过旋转主轴29的切削液供给通路27的前端部设置喷嘴24a，压缩空气供给通路26的压缩空气从侧面而导入。另外，在中心部，通过朝向切削液供给通路27侧偏置的压缩弹簧24c而设置球体24b，将切削液供给通路27封闭。如果切削液供给通路27的切削液在一定压力以上，则球体24b抵抗压缩弹簧24c的弹力，向下方位移，将切削液供给通路27开放。相反，如果切削液供给通路27内的切削液在一定压力以下，则球体24b通过压缩弹簧24c的弹力向上方位移，将切削液供给通路27封闭。在喷嘴24a的前端，通过压缩空气供给通路26供给压缩空气，剧烈地与压缩空气相搅拌的切削液形成喷雾，经由刀夹22和刀具23的中心孔，从刀具23的前端而喷射。
在空气排出装置30中，在缸室30a的内部设置活塞30b，经由球体30c借助压缩弹簧30d，将切削液的管4封闭。如果压缩空气进入缸室30a的内部，则抵抗压缩弹簧30d，活塞30b向上方发生位移，切削液的管4处于大气压状态。
供给控制装置40包括泵42、吸引排出装置41与压力传感器47。压力传感器47测定供给控制装置40和旋转接头28之间的管4的压力，将其送给图1所示的控制盘70。
泵42设置有切削液用的缸室42a和压缩空气用的缸室42b，二者相面对而设置。在该两个缸室42a、42b中，分别设置连接的活塞42c、42d。活塞42c、42d通过压缩弹簧42e，通常沿一个方向偏置。在泵42的流入侧、排出侧分别设置逆止阀45、46。方向切换阀43间歇地将压缩空气送给泵42，驱动泵42。如果将压缩空气送给泵42的缸室42b，则通过活塞42c压送切削液，如果停止压缩空气的供给，则通过泵内的压缩弹簧42e将活塞42d返回，排除活塞室42b内的气体。已排除的气体经由方向切换阀43、消音器43a而排到大气中。
吸引排出装置41设置有切削液用的缸室41a和压缩空气用的缸室41b，二者相对而设置。在该两个缸室41a、41b的内部分别设置连接的活塞41c、41d。活塞41c、41d通过压缩弹簧41通常沿一个方向偏置。
方向切换阀44将压缩空气送给空气排出装置30，如果停止压缩空气的供送，则空气排出装置30的活塞室30a内的气体经由消音器44a而排到大气中。
气体供给装置50包括用于调整压缩空气的供给压力的压力调整阀51；方向切换阀52；逆止阀53，其允许压缩空气供给管线内的压缩空气流向方向切换阀侧。方向切换阀52具有消音器52a，其将压缩空气送给压缩空气供给管5，或将管5内的压缩空气排到大气中。设置管9、8，其从压缩空气源80直接将压缩空气送给方向切换阀44、43。
上述方向切换阀44、52、43从上述压缩空气源80接收压缩空气的供给，通过图1所示的控制盘70而进行控制。控制盘70按如下对方向切换阀43进行控制：在通过刀具23而进行切削加工时，转到“泵启动”的状态，但是在“泵启动”中，间歇地将压缩空气送给泵。在“泵停止”的状态，间歇地将压缩空气输送给泵的动作被停止。
在切削液箱60中设置液位计61，其测定贮存的切削液的液位，将检测到的液位送给图1的控制盘70。
下面对上述机床1的动作进行说明。如果将方向切换阀52切换到压缩空气供给侧，则压缩空气经旋转接头28、旋转主轴29的压缩空气供给通路26送给雾发生装置24。压缩空气流入吸引排出装置41的压缩空气用的缸室41b的内部，使活塞41d抵抗压缩弹簧41e的弹力，受到按压而向另一活塞41c侧发生位移。由此，使切削液侧的缸室41a的容积为最小。
方向切换阀43间歇地在压缩空气供给侧和压缩空气流出侧的两个位置反复以往复方式发生位移。由于在方向切换阀43位于压缩空气供给侧时，将压缩空气供给到压缩空气的缸室42b，故活塞42d抵抗压缩弹簧42e的弹力，朝向另一侧的活塞42c按压，另一方面，由于在方向切换阀43位于压缩空气流出侧时，压缩空气的缸室42b内的压缩空气从方向切换阀43而流出，故活塞42b通过压缩弹簧42e的弹力沿按压方向发生位移。由于每当反复该动作时，切削液用的缸室42a的活塞42c发生位移，故缸室42a反复进行对切削液箱60内的切削液吸引、送出的动作。此场合为“泵启动”的状态。
通过如此送出的切削液通过旋转接头28和切削液供给通路27到达雾发生装置24。通过切削液的压力抵抗压缩弹簧24c的偏置，将球体24b向下方按压，切削液供给通路27处于开放状态。由此，切削液与压缩空气混合搅拌，形成雾，经由刀夹22的中心孔和刀具23的中心孔，从其前端开口向外部流出。
如果使方向切换阀52位移到压缩空气流出侧，停止压缩空气的供给，则停止压缩空气向雾发生装置24的供给，另外，还停止泵42的动作，停止切削液向切削液供给管线的供给。
由于在吸引排出装置41中，缸室内41b的压缩空气从方向切换阀52而流出，故通过压缩弹簧41e的弹力，活塞41c发生位移，吸引管4内的切削液。通过该作用，抑制切削液供给通路27内的切削液从刀具23而泄漏。
接着，如果在停止压缩空气的供给的状态下，方向切换阀52再次位移到压缩空气的供给侧，则压缩空气与上述相同，经由管5供给雾发生装置24。该被供给的压缩空气供给到吸引排出装置41的压缩空气用的缸室41b，使该活塞41d抵抗压缩弹簧41e的弹力而按压、位移到另一活塞41c侧。该按压位移挤压滞留于切削液用的缸室41a的内部的切削液，该挤压的切削液供给到切削液供给管线内。
在这样的机床1中，引用图3对切削液供给管线中的异常进行说明。可通过压力传感器47而检测的异常可大致分为下述的4种。另外，图3A为正常时的压力传感器47的检测波形。泵42停止时的压力在P1～P2的正常压力的范围内，从泵启动起，压力急剧上升，到达从泵42启动时的P3～P4的正常压力的范围内，间歇驱动泵42，呈脉动状的压力波形，如果停止，则呈在正常压力范围内急剧地下降的样子。
1.在泵启动后，压力过高的状态(图3B)
处于在泵42为“泵启动”而进行驱动之后，超出正常压力范围P3～P4的范围，压力上升的状态。
2.泵启动时的上升的滞后(图3C)
处于在泵42为“泵启动”而进行驱动之后，到正常压力范围P3～P4的范围之前，与正常时相比较而要求时间的情况。
3.泵停止后的下降的滞后(图3D)
处于在泵42停止之后，在到正常压力范围P1～P2的范围之前，与正常时相比较而要求时间的情况。
4.在泵停止后，压力过低的状态(图3E)
处于在泵42停止后，超出正常压力范围P1～P2的范围，压力下降的状态。
针对这些异常中的每个，并不是分别具有1个原因，但是，可预计其原因。
在上述1.的状态时，估计为下述情况：压缩空气的压力过高，泵42送出多的切削液的情况下，切削液供给管线堵塞。
在上述2.的状态时，估计为下述情况：在切削液供给管线中空气进行冲击的情况下，在切削液供给管线中产生泄漏的情况、切削液供给通路27发生故障的情况、产生旋转接头28的泄漏的情况。
在上述3.的状态时，估计为下述情况：在切削液供给管线中空气进行冲击。
在上述4.的状态时，估计为下述情况：在切削液供给管线中产生泄漏的情况、泵42产生喷射不良的情况。
在控制盘70的存储装置70a中存储监视程序70d，该程序70d监视这些异常，采取应对措施，并且向操作面板90显示警告，对操作者进行通知。
下面参照图4对监视程序70d进行说明。
监视程序70d在控制盘70处于“泵启动”状态时启动(S100)。
在步骤S101，通过压力传感器47测量泵42送出切削液前的压力，检查该压力是否超过上限阈值P2。如果超过，则显示异常的标记NG1。如果没有超过，则在步骤S105将压缩空气送给泵42，从泵42排出切削液。在步骤S106中，在规定时间后，压力传感器47检查是否没有超过启动时的上限阈值P4。如果超过，则显示异常的标记NG2。如果没有超过，则转到步骤S108，压力传感器47检查是否没有低于启动时的下限阈值P3。如果低于，则显示标记NG3。如果没有超过，则转到步骤S110，控制盘70检查是否转到“泵停止”的状态，只要没有处于“泵停止”的状态，则返回到步骤S108。
如果转移到“泵停止”的状态，则在步骤S111检查步骤S108是否一次也没有在OK状态通过。如果即使通过一次，则在步骤114中停止泵42。
在步骤S115，通过压力传感器47测量泵停止之后的经过规定时间后的压力，检查是否超过上限值P2。如果超过，则设立异常的标记NG4。如果没有超过，则在步骤S119中，检查压力传感器47是否没有低于下限阈值P1。如果低于，则显示异常的标记NG5。如果没有超过，则在步骤S123中，在再次转移到“泵启动”之前，反复进行步骤S119。
异常标记NG1～NG5存储于控制盘70的存储装置70a的内部中。在监视程序70d的步骤，关于异常标记NG1～NG5设立的场合的应对和警告在下面描述。
在步骤S101设立异常标记NG1时，在步骤S102，按照规定时间使空气排出装置30运转，再次在步骤S101检测切削液供给管线内的压力。在步骤S103，在N1次反复进行步骤S101和S102的阶段，转到步骤S104，在操作面板90上警告“空气排出动作异常”，停止机床1。
在步骤S106设立异常标记NG2时，在操作面板90上警告“On-high异常”，停止机床1。操作者根据该警告，进行切削液供给管线中是否堵塞的确认，以及在降低压缩空气压力的状态进行再启动。
在步骤S108显示异常标记NG3时，在步骤S109加快泵42的驱动周期，增加喷射量。通过该动作，恢复切削液的压力，但是，如果通过步骤S112，确认接连几次出现异常标记NG3，则通过步骤S113，在操作面板90上警告“ON-low异常”，停止机床1。操作者根据该警告，通过手动方式使空气排出装置30动作，或确认泵42的喷射量。
在步骤S115，显示异常标记NG4时，在步骤S116，进行基于空气排出装置30的空气排出。如果在步骤S117确认空气排出按照规定次数连续地实施，则在步骤S118，在操作面板90上警告“OFF-high异常”，停止机床。操作者根据该警告，通过手动方式使空气排出装置30动作。
在步骤S119，异常标记NG5显示时，在步骤S120，在达到下限压力P1之前使泵42运转。在步骤S121使泵42运转，判断即使经过T1秒，仍没有达到下限压力P1，则在步骤S122，在操作面板90上警告“OFF-low异常”，停止机床1。操作者根据该警告，确认泵的喷射量，或确认切削液供给管线的液泄漏。
如上所述，监视程序70d使机床1停止为下述情况：如步骤S103、S112、S117所示，若干次自动地尝试修复时；或如步骤S121所示自动地尝试修复，经过规定时间的场合。
在本实施例中，在“泵启动”时，压力未超过P3，在雾喷射开始时刻的反应性中检测到异常时(“ON-low异常”)，作为假定的原因，仅仅空气在切削液供给管线中进行冲击这一点并不构成其要因，由此，增加泵42的喷射量，进行应对(步骤S109)。另一方面，在“泵停止”时，检测到压力不低于P2的异常时(“OFF-high异常”)，该异常本身并不导致切削加工的不佳状况，但是驱动空气排出装置30(步骤S116)。在“OFF-high异常”的场合，与空气在切削液供给管线中进行冲击的情况几乎没有差异，由此，在通过该操作的大多数的场合，下次的“泵启动”时的雾喷射的反应性恢复。
在上述实施例中，警告判断的次数(N)和时间(T)可任意地设定。另外，泵42也可采用阀泵、齿轮泵、活塞泵、螺旋泵等的泵。
空气排出装置30的设置场所为切削液供给管线中的高位，但是，设置于泵42和旋转接头28之间的高位位置，高于旋转接头28的位置这一点是有效的。

Claims (4)

1.一种机床的切削液供给装置，该机床具有供给管线，该供给管线将切削液从泵经由旋转接头供给到雾发生装置，其特征在于，该切削液供给装置包括：
压力传感器，其测量从上述泵而供给的切削液的压力；
空气排出装置，其设置于上述供给管线中高于上述旋转接头的位置，将上述供给管线相对大气压而开放/封闭；
控制盘，其在从上述压力传感器输入检测信号，在上述泵停止向切削液供给管线的切削液供给后，如果检测到切削液的压力不低于规定阈值，则对上述空气排出装置指示为：将切削液供给管线向大气压开放。
2.根据权利要求1所述的机床的切削液供给装置，其特征在于，上述机床包括：在垂直方向上的旋转主轴，在该旋转主轴的底侧设置的装有刀具的刀夹，在该旋转主轴的上侧设置的上述旋转接头，上述空气排出装置设置于上述旋转接头的上方。
3.根据权利要求1所述的机床的切削液供给装置，其特征在于，上述机床还包括操作面板，上述控制盘在上述泵反复进行切削液的供给和停止供给时，在接连发生切削液的压力不低于规定阈值时，在操作面板上显示警报。
4.根据权利要求1所述的机床的切削液供给装置，其特征在于，上述控制盘在泵进行向切削液供给管线的切削液供给开始之后，如果检测到切削液的压力未达到规定阈值时，则对上述泵指示：增加切削液喷射量。
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