CN105458826B - 切削液喷射装置 - Google Patents

Abstract

一种切削液喷射装置，其具有切削液喷射喷嘴、喷嘴角度调整用伺服马达、喷嘴长度调整用伺服马达、喷嘴位置计算单元以及基于利用上述喷嘴位置计算单元计算出的喷嘴位置而追随机床的主轴方向轴的移动来控制上述切削液喷射喷嘴的角度以及喷嘴的长度的喷嘴控制单元。

Description

切削液喷射装置

技术领域

本发明涉及机床中向切削工具供给切削液的切削液喷射装置，特别是涉及喷射切削液的喷嘴的倾斜角度和喷嘴的长度可变的切削液喷射装置。

背景技术

机床中常见使用切削液的加工方法。最近随着切削工具的发展，促进传送速度的高速传送化。然而，为了进行高速加工，如何高效地进行切削工具的冷却成为问题。

使用机床进行的切削加工以及研磨加工中，使用期待润滑效果、冷却效果、碎屑除去效果等的切削液的情况较多。储藏于专用的罐等的切削液经由排出泵等驱动单元到达配管，从位于上述配管的延长线上的喷嘴前端朝向切削点或者切削工具喷射。

用于切削液的供给的喷嘴一般被称为冷却剂喷嘴，为了向切削点或切削工具供给切削液而需要调整喷嘴前端位置。现在市场上出现的机床的冷却剂喷嘴以手动进行位置调整的较多，在每次切削工具的长度变化时反复调整，所以存在花费时间的问题。另外，冷却剂喷嘴为了避免与夹具或被切削材料、预备工具等的干涉，需要从切削工具或切削点保持某种程度的距离的情况较多，若使喷嘴越远离切削工具，则切削液的供给位置越不明确，所以存在如下问题，在进行一次的调整情况下位置不合适的情况较多，并且不能向工具前端喷射，所以润滑效果、冷却效果、碎屑除去效果剧减。

作为用于解决这样的问题的方法，在日本特开2002－018674号公报中公开了设置多个轴的驱动单元而自动地进行冷却剂喷嘴的位置调整的技术。该技术是在开孔加工时与加工程序连动地自动地变更喷嘴角度来避免干涉并且向切削点供给切削液的方法。

然而，在日本特开2002－018674号公报中公开的方法中，存在若使喷嘴过度接近切削点，则喷嘴与切削工具干涉的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供切削液喷射装置，能够避免与夹具、被切削件的干涉，并且，即使在开孔加工时使喷嘴接近切削点并使喷嘴角度与加工程序连动，喷嘴也不会与切削工具干涉。

本发明的切削液喷射装置是设置在机床的主轴的附近，且向把持于上述主轴的工具支架以及工具供给切削液的切削液喷射装置，该切削液喷射装置具有：喷射角度以及喷嘴的长度可变，且使上述切削液朝向上述工具对工件的切削点喷射的切削液喷射喷嘴；用于改变上述切削液喷射喷嘴的喷射角度来使上述切削液喷射到上述切削点的喷嘴角度调整用伺服马达；用于改变上述切削液喷射喷嘴的长度来使上述切削液喷射到上述切削点的喷嘴长度调整用伺服马达；基于主轴方向的移动量、使用的工具的工具长度以及工具半径来求出上述切削液喷射喷嘴的角度和喷嘴的长度的喷嘴位置计算单元；以及基于利用上述喷嘴位置计算单元计算出的喷嘴位置而追随机床的主轴方向轴的移动来控制上述切削液喷射喷嘴的角度以及喷嘴的长度的喷嘴控制单元。

通过上述的结构，即使使喷嘴接近来进行开孔加工，喷嘴也能够不干涉地供给切削液。

上述切削液喷射装置能够具有改变上述切削液喷射喷嘴的上述主轴的周向的位置的切削液喷射喷嘴行驶轴和用于改变上述切削液喷射喷嘴的上述主轴的周向的位置来使上述切削液喷射到上述切削点的切削液喷射喷嘴行驶轴用伺服马达。

通过上述的结构，通过除了两轴之外还设置有沿主轴圆周方向行驶的三号轴，干涉物的回避变得可靠。

上述切削液喷射装置中，从上述切削液喷射喷嘴喷射的介质是空气或者油雾气体来代替上述切削液。

通过上述的结构，能够可靠地将空气或者油雾气体供给到切削点。

本发明通过具备以上的结构，能够提供切削液喷射装置，能够避免与夹具、被切削件的干涉，并且即使在开孔加工时使喷嘴接近切削点来使喷嘴角度与加工程序连动，喷嘴也不会与切削工具干涉。

附图说明

本发明的上述的以及其他的目的以及特征通过参照附图的以下的实施例的说明将变得更清楚。其中：

图1是机床的概要外观图。

图2是具备工具交换装置的机床主体的概要主视图。

图3是具备工具交换装置的机床主体的概要侧视图。

图4是本发明的切削液喷射装置的机构部的外观立体图。

图5是表示一号轴的伸缩方向的图。

图6是表示二号轴的倾斜方向的图。

图7是表示三号轴的行驶方向的图。

图8是表示开孔加工之前的工件的冷却剂供给的状态的图。

图9是表示孔底的冷却剂供给的状态的图。

图10是求出喷嘴伸缩幅度的计算例。

图11是表示切削液喷射装置的结构的图。

图12是控制机床的数值控制装置的概要结构的框图。

具体实施方式

图1是机床的概要外观图。图2是具备工具交换装置的机床的概要主视图。具备图2以及图3所示的工具交换装置的机床的主体收纳在图1所示的壳体内。

首先，对图1所示的机床的概要的外观进行说明。附图标记10为固定罩，附图标记11为滑动式的前门，附图标记12为电磁锁定开关，附图标记13为显示装置，附图标记14为操作盘，附图标记15为起动按钮。能够通过将电磁锁定开关12关闭来打开前门11。

显示装置13是控制机床的控制装置的显示装置，显示加工的状况、加工中使用的加工程序。操作盘14是用于控制机床的各种输入数据的输入单元。另外，起动按钮15是使机械从为了工具交换而处于临时停止的状态，再次动作而进行工具交换的动作的输入单元。

图2是具备工具交换装置的机床主体的概要主视图。图2是配置在表示图1中说明的外观构造的壳体内的机床。附图标记20是转塔刀架。在转塔刀架20的表面示出的附图标记C1～C8号表示从工具安装部1号至工具安装部8号的编号。图2中具备八处工具安装部，然而也可以为其他的个数。

切削工具6被转塔刀架20的工具安装部保持。被加工程序指令的切削工具6在主轴位置从转塔刀架20向主轴侧转移。

图3是具备工具交换装置的机床主体的概要侧视图。在载置工件(被切削件)26的基台25的后方上部竖立设置有立柱23。转塔刀架基体21被固定于立柱23的上部的转塔刀架支撑机构22支撑。在工具交换位置20a在转塔刀架基体21设置有切口。在被转塔刀架20保持的切削工具6中有不需要的工具的情况下，分度到工具交换位置20a，由作业员进行将该切削工具6抽出的作业。

在转塔刀架支撑机构22的下方在立柱23安装有主轴头24。主轴头24具备主轴4。在主轴4安装有装配切削工具6的工具支架5。从转塔刀架20传递来的切削工具6装配在安装于主轴4的工具支架5。主轴头24能够在Z轴方向(纸面上下方向)移动。本实施方式中的切削液喷射装置JM的机构部安装于切削液喷射装置的设置部8。

使用图4，对切削液喷射装置JM的机构部进行说明。

图4是本实施方式的切削液喷射装置的机构部的外观立体图。如图4所示，切削液喷射装置JM具备被把持于机床的主轴4的工具支架5和被把持于工具支架5的切削工具6。切削液喷射装置JM还具备工具支架5，另外，还具备用于向切削点供给切削液的冷却剂喷嘴一号轴伸缩轴1、冷却剂喷嘴二号轴倾斜轴2、冷却剂喷嘴三号轴行驶轴3以及安装单元7。安装单元7是用于将安装有使冷却剂喷嘴一号轴伸缩轴1转动的冷却剂喷嘴二号轴倾斜轴2的冷却剂喷嘴三号轴行驶轴3固定于主轴头24的安装部件。因此，切削液喷射装置的机构部伴随着主轴头的上下运动而相同地上下运动。切削液喷射装置JM还具备冷却剂配管、排出泵(未图示冷却剂配管、排出泵)，以使得从冷却剂喷嘴一号轴伸缩轴1的喷嘴前端喷射切削液。这里记载的切削液喷射装置JM也可以使用空气或者油雾气体代替切削液而作为冷却剂。此外，使用图8、图9说明切削点。

作为切削液喷射装置JM的机构部的冷却剂喷嘴一号轴伸缩轴1、冷却剂喷嘴二号轴倾斜轴2、冷却剂喷嘴三号轴行驶轴3设置在机床的主轴头24的主轴4的附近。而且，切削液喷射装置JM的机构部以即使使主轴4移动的Z轴动作也能够向工具前端供给切削液的方式安装。

如图5所示，冷却剂喷嘴一号轴伸缩轴1为沿喷嘴轴向伸缩的伸缩轴(图中的箭头方向)。如图6所示，冷却剂喷嘴二号轴倾斜轴2为以与主轴4正交的方向为轴向的倾斜轴(图中的箭头方向)。另外，如图7所示，冷却剂喷嘴三号轴行驶轴3为沿机床的主轴4的周向行驶的行驶轴(图中的箭头方向)。此外，图7是在Z轴方向上从下方向上方观察主轴4的图。

如图4～图7所示，使用伺服马达，设置三轴能够通过数值控制装置控制以及驱动的冷却剂喷嘴轴，从而能够避免与夹具、被切削件、切削工具的干涉。具体而言，通过利用工具长度、工具直径等在通常加工中使用的偏移数据，判断工具前端的位置信息，因此能够自动地在切削工具前端定位喷嘴，能够可靠地将切削液供给至工具前端。另外，通过设置围绕主轴行驶的行驶轴，从而能够可靠地避免与夹具、被切削件、切削工具的干涉。

图8是开孔加工时的供给例，图示了将喷嘴前端接近工具前端来进行开孔加工之前的状态。载置于基台25的工件26被夹具27固定于基台25。将利用切削工具6对工件(被切削件)26进行切削的位置称为切削点28。当然，在开孔之前的状态下，能够将切削液供给到切削工具6的工具前端。此时的主轴4和冷却剂喷嘴一号轴伸缩轴1所成的角度为θ。

图9所示的是切削工具6到达孔底的例子，如果以图8的状态(冷却剂喷嘴的姿势)保持原样地进行开孔加工，则喷嘴前端29与工件26干涉。例如，如日本特开2002－018674号公报记载，即使使用孔深度、工具长度等的数值数据而与开孔加工连动地使冷却剂喷嘴二号轴倾斜轴2倾斜，由于将喷嘴接近工具，因此也会如图9所示地与切削工具干涉(参照虚线部)。

作为解决该问题的方法，本发明的实施方式1中，通过使冷却剂喷嘴二号轴倾斜轴2和冷却剂喷嘴三号轴伸缩轴3与开孔加工的切削工具6的移动连动，如图10所示，将间隙量D2控制为恒定，从而能够避免与切削工具6的干涉，并且能够可靠地向切削点28供给切削液。此外，间隙量D2是指切削工具6的表面与冷却剂喷嘴三号轴伸缩轴3的喷嘴前端29的最短距离。

作为求出冷却剂喷嘴的伸缩幅度的例，如图10所示，能够使用三角函数来求出伸缩幅度。若设为工具半径D、间隙量D2、初始喷嘴长度L1、喷嘴伸缩幅度L2、从冷却剂喷嘴一号轴伸缩轴1的旋转中心9至主轴中心轴16的距离P2、倾斜后的喷嘴长度Y方向成分P3、孔深度Z1、初始喷嘴角度θ以及喷嘴倾斜角度θ2，则倾斜后的喷嘴长度Y方向成分P3由式(1)表示。

另外，喷嘴伸缩幅度L2由式(2)表示。

P3＝COS(θ-θ2)×L1 ···(1)

L2＝(P3-P2+D+D2)/COS(θ-θ2) ···(2)

图11所示的是切削液喷射装置的构造例。对于构造而言做成利用已知的技术的构造，然而作为这里的例，若安装于第一号轴的马达旋转，则通过如图所示的齿轮的啮合而使一号轴的喷嘴能够沿喷嘴轴向滑动来伸缩。第一号轴的马达(一号轴伺服马达41)固定于构成冷却剂喷嘴一号轴伸缩轴1的单元。第二号轴的马达(第二号轴伺服马达42)固定于构成冷却剂喷嘴二号轴倾斜轴的单元。若第二号轴的马达旋转，则通过如图所示的齿轮的啮合，第二号轴的单元能够以与主轴正交的方向为轴(旋转中心9)旋转。接下来，若第三号轴的马达(第三号轴伺服马达43)旋转，则通过安装于第三号轴的齿轮与安装于主轴圆周方向的齿轮的啮合，第一号轴的马达和安装于第一号轴的马达前端的第二号轴的单元能够沿主轴周向移动(安装于主轴圆周方向的齿轮为固定)。通过控制各轴伺服马达41、42、43，能够将经由冷却剂管40从未图示的切削液供给泵供给的切削液供给至工具支架5、切削工具6或者切削点28。

图12说明数值控制装置的概要结构。数值控制装置构成为以处理器30为中心。处理器30按照储存于ROM31的系统程序来控制数值控制装置整体。RAM32存储临时的计算数据、显示数据、输入输出信号等。在非挥发性存储器34存储在电源切断后也应保持的参数、加工程序、工具修正数据等。在本实施方式中，处理器30计算冷却剂一号轴伸缩轴1的伸缩量、冷却剂二号轴倾斜轴2的倾斜角度、冷却剂三号轴行驶轴3的行驶量，以便将从喷嘴喷射的切削液供给到切削点28。

带显示装置的MDI(带显示装置的机械操作盘)33例如配置在数值控制装置的前表面，使用于数据以及图形的显示、数据输入、数值控制装置的运转。利用带显示装置的MDI33具备的键盘、软键等的输入单元(省略图示)，能够从存储于非挥发性存储器34的加工程序中，选择用于加工的加工程序。对后述的安排作业中的刀具交换模式(工具交换作业模式)进行的开启操作也能够经由带显示装置的MDI33进行。

轴控制电路35接受来自处理器的移动指令，并将轴的移动指令输出给伺服放大器。伺服放大器36驱动与机床结合的伺服马达，控制机床39的工具和工件的相对运动。另外，通过轴控制电路35控制切削液喷射装置JM所具备的各轴的伺服马达41、42、43，以使切削液供给到切削点28。

PMC37从处理器30经由总线38而接受M(辅助)功能信号、S(主轴速度控制)功能信号、T(工具选择)功能信号等，并将这些信号通过顺控程序来处理并输出输出信号，控制机床的驱动器等。另外，接受机床39内的机械操作盘(参照图1)的按钮信号、开关信号，进行顺控处理，并经由总线38对处理器30传输所需的输入信号。

本发明通过具备以上的结构，能够提供切削液喷射装置，能够避免与夹具、被切削件的干涉，并且即使在开孔加工时使喷嘴接近切削点并使喷嘴角度与加工程序连动，喷嘴也不会与切削工具干涉。除了两轴以外还设置沿主轴圆周方向行驶的三号轴，从而干涉物的回避变得可靠。另外，能够将空气或者油雾气体可靠地供给至切削点。

本实施方式中的切削液喷射装置中，能够始终与对工具前端(孔加工时工件上面)进行监视的切削工具的位置同步地移动喷射装置，因此切削工具的冷却、切屑除去的效率变好，有助于高精度、高传送加工。

其结果，能够实现工具寿命的长寿化、加工精度的提高，并且也有助于机床用切削工具成本的降低(资源降低)。不像以往的机床那样依靠采用大容量排出泵或冷却剂泵的大量化，而是能以小容量泵仅以一个喷射装置对应，所以也可以说是有助于环境问题的装置。

Claims (4)

1.一种切削液喷射装置，设置在机床的主轴的附近，且向被把持于上述主轴的工具支架以及工具供给切削液，其特征在于，

该切削液喷射装置具有：

切削液喷射喷嘴，其与上述工具支架的主轴方向的移动一体化地移动，喷射角度以及喷嘴的长度可变，且使上述切削液朝向上述工具对工件的切削点喷射；

用于改变上述切削液喷射喷嘴的长度来使上述切削液喷射到上述切削点的喷嘴长度调整用伺服马达；

用于改变上述切削液喷射喷嘴的喷射角度来使上述切削液喷射到上述切削点的喷嘴角度调整用伺服马达；

基于主轴方向的移动量、使用的工具的工具长度以及工具半径来求出上述切削液喷射喷嘴的角度和喷嘴的长度的喷嘴位置计算单元；以及

基于利用上述喷嘴位置计算单元计算出的喷嘴位置而追随机床的主轴方向轴的移动来控制上述切削液喷射喷嘴的角度以及喷嘴的长度的喷嘴控制单元。

2.根据权利要求1所述的切削液喷射装置，其特征在于，

具有改变上述切削液喷射喷嘴的上述主轴的周向的位置的切削液喷射喷嘴行驶轴和用于改变上述切削液喷射喷嘴的上述主轴的周向的位置来使上述切削液喷射到上述切削点的切削液喷射喷嘴行驶轴用伺服马达。

3.根据权利要求1或2所述的切削液喷射装置，其特征在于，

从上述切削液喷射喷嘴喷射的介质是空气或者油雾气体来代替上述切削液。

4.根据权利要求2所述的切削液喷射装置，其特征在于，

具备固定上述喷嘴长度调整用伺服马达的喷嘴伸缩轴，

上述喷嘴长度调整用伺服马达的旋转经由齿轮改变为上述切削液喷射喷嘴的长度的变化，

具备固定上述喷嘴角度调整用伺服马达的喷嘴倾斜轴，

喷嘴角度调整用伺服马达的旋转经由齿轮改变为上述喷嘴伸缩轴的角度的变化，从而改变上述切削液喷射喷嘴的喷射角度。