JP2003062736A - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械において、工具交換動作時に、切屑
や加工液が主軸と工具の接触面の間に噛み込まれること
を回避する。 【解決手段】 工作機械の主軸装置１１は、主軸１５を
回転可能に支持するハウジング１３を有している。さら
に、ハウジング１３の前端面にノズル手段４１を設け、
ノズル手段４１からハウジング１３の前端面に沿って加
工液を噴射して、ハウジング１３の前端面上を流動さ
せ、ハウジング１３の前端面に付着した切屑を除去す
る。さらに、ハウジング１３に付着した加工液はノズル
手段４１から噴射した圧縮空気により除去される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主軸ハウジングの
前端面に付着した切屑や加工液を除去する機能を有した
工作機械の主軸装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の主軸装置では、主軸の前端部
に形成された工具装着孔に工具のシャンク部を挿入、接
触させて主軸に工具を保持する。また、主軸の前端面と
工具フランジ端面とをさらに接触させて主軸に工具を保
持する２面拘束式工具装着を行うタイプも存在する。

【０００３】このように工具と主軸との間には接触領域
が存在する。したがって、主軸に工具を装着する際に工
具装着孔の内周面や主軸の前端面に切屑や加工液が付着
し、工具装着孔の内周面と工具のシャンク部の表面との
間や主軸の前端面と工具のフランジ端面との間に切屑や
加工液を噛み込むと、工具装着精度を低下させ、加工精
度の悪化を招いてしまう。

【０００４】そこで、主軸の工具装着孔の内部後方に圧
縮空気の噴射口を形成して、工具交換時に工具装着孔の
後方から主軸前方に向けて圧縮空気を噴出させ、主軸の
工具装着孔の内面と工具のシャンク部との間に切屑や加
工液を侵入させないようにしていた。また、実用新案登
録第３００２６２３号公報に記載されているように、主
軸前端面に複数のエア噴出孔を設け、工具交換時にそこ
から圧縮空気を噴出させて主軸及び工具の接触面を清掃
し、主軸の前端面と工具のフランジ端面との間に切屑や
加工液を噛み込まないようにしていた。

【０００５】なお、上記説明において、工具とは、工具
交換時に主軸に対して着脱される部分全体を意味し、工
具単体（ホルダレスタイプ）のみならず、フランジ部を
備えた工具ホルダに工具を装着したもの（ホルダタイ
プ）も含んでいる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、主軸装
置の回転可能な主軸を支持するべく主軸の周囲に設けら
れた主軸ハウジングには、なんら清掃手段が設けられて
いないため、加工の際に特に主軸ハウジングの前端面に
切屑や加工液が付着して溜まり易く、これが主軸の前端
面を伝って工具装着孔内に侵入したり、工具のシャンク
部に落下して付着したりすることがあった。しかも、上
述した従来技術の接触面清掃手段を備えていても、これ
ら主軸ハウジングの前端面から落下又は流下してきた切
屑や加工液を主軸の前端面や工具装着孔の内面から完全
に除去することは困難であった。また、切屑や加工液が
主軸及び主軸ハウジングの前端面から工具シャンク部に
落下することを防止することもできなかった。

【０００７】このことは、特に、自動工具交換装置を用
いて自動で工具交換を行う場合に問題となる。

【０００８】よって、本発明の目的は、上記従来技術に
存する問題を解消して、工具交換動作時、特に自動工具
交換装置を使用している場合に、切屑や加工液を工具と
主軸の接触面の間に噛み込むことを回避させ得る工作機
械の主軸装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的に鑑
み、主軸装置の主軸ハウジングの前端面や外周面に付着
した切屑や加工液を除去し、切屑や加工液が主軸装置の
主軸ハウジングから主軸の前端面又は工具に流下又は落
下することを防止するようにしたものである。

【００１０】すなわち、本発明によれば、前端部に工具
を装着する主軸を回転支持する主軸ハウジングを有した
工作機械の主軸装置であって、前記主軸ハウジングの前
端面に沿って流体を噴射可能なノズル手段を設け、前記
ノズル手段から噴射された流体を前記主軸ハウジングの
前端面上を流動させ、前記主軸ハウジングの前端面を清
掃するようにした工作機械の主軸装置が提供される。

【００１１】また、前記工作機械のワークの加工中には
前記ノズル手段から前記主軸ハウジングの前端面に沿っ
て加工液又は圧縮空気を噴射し、工具交換動作の直前に
は前記ノズル手段から圧縮空気を噴射させ、工具交換動
作中には前記ノズル手段からの圧縮空気の噴射を停止さ
せるようにする。工具交換動作中に、さらに、前記主軸
の前端部に設けられた工具装着孔の内部から前記主軸の
前方へ向けて圧縮空気を噴出させるようにすることが好
ましい。

【００１２】前記主軸装置は、前記主軸ハウジングの外
周面に沿って前記主軸の前方へ向けて流体を噴射する別
のノズル手段をさらに備えてもよい。

【００１３】また、前記ノズル手段は、前記主軸ハウジ
ングの前端面の外縁部の全周又は一部に沿って延びてお
り、分散配置された複数のノズル口又は単一のスリット
状ノズル口を備えていることが好ましい。

【００１４】本発明による工作機械の主軸装置では、主
軸ハウジングの前端部に設けられたノズル手段から噴射
された流体が主軸ハウジングの前端面に沿って流動する
ので、加工中に主軸ハウジングの前端面に付着した切屑
を除去することが可能となる。特に、流体として圧縮空
気を利用すれば、主軸ハウジングの前端面に付着した加
工液をも除去することができるようになる。

【００１５】さらに、加工中にノズル手段から噴射され
る加工液又は圧縮空気により主軸ハウジングの前端面か
ら切屑を除去し、加工終了後、工具を工具装着孔から取
り外す前に、ノズル手段から噴射される圧縮空気により
主軸ハウジングに付着した加工液を除去すれば、工具交
換時に主軸ハウジングに切屑及び加工液が付着している
ことは回避される。また、工具交換時にノズル手段から
の流体の噴射を停止させれば、主軸ハウジングに微量の
加工液が残留していたとしても主軸の前端面に落下する
可能性を減少させることができ、工具装着孔内部から圧
縮空気の噴射を行わせれば、外部から工具装着孔内に加
工液や加工屑が侵入することもなくなる。したがって、
精度良い主軸への工具の装着が達成される。

【００１６】第２のノズル手段により主軸ハウジングの
外周面に流体を噴射すれば、同様に、主軸ハウジング外
周面に切屑や加工液が付着することが防止され、主軸ハ
ウジング外周面から主軸ハウジング前端面を経て切屑や
加工液が主軸前端面に到達することもなくなり、工具と
主軸との間の接触面に切屑や加工液を噛み込む可能性を
さらに減少させることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を詳細に説明する。

【００１８】図１は本発明の工作機械の主軸装置の前端
部の側面図であり、一部が断面で示されている。図２
は、図１に示されている主軸装置の端面図である。図３
は、図１において円で囲まれた部分Ａの拡大断面図であ
る。図４は、本発明の主軸装置で使用されるノズル手段
の配管の例を示している線図である。

【００１９】最初に、本発明の工作機械の主軸装置の全
体構成を説明する。

【００２０】本発明の工作機械の主軸装置１１は、ハウ
ジング１３と、ハウジング１３に回転可能に支持されて
いる主軸１５とを備えている。主軸１５の前端部には工
具装着孔１７が形成されており、この工具装着孔１７に
工具１９を挿入、把持することにより、主軸１５に工具
１９が装着される。なお、図１に示されている実施形態
では、工具１９を保持した工具ホルダ２１を工具装着孔
１７に挿入、把持することにより、工具ホルダ２１を介
して工具１９が主軸１５に装着されている。しかしなが
ら、工具ホルダ２１を介さず、直接的に工具１９を工具
装着孔１７に挿入、把持することにより、工具１９を主
軸１５に装着してもよい。

【００２１】工具装着孔１７の内面後方側には、ハウジ
ング１３及び主軸１５を通って延びる圧縮空気供給通路
２３が開口しており、工具交換作業時に、工具装着孔１
７の後方から主軸１５の前方へ向けて圧縮空気を噴出さ
せ、外部から工具装着孔１７内に切屑又は加工液が侵入
することを防止するようになっている。

【００２２】主軸装置１１は、さらに、ハウジング１３
の前端面に設けられ、ワーク（不図示）上の加工領域へ
向けて加工液を噴射するための加工用ノズル２５と、同
様にハウジング１３の前端面に設けられ、加工領域へ向
けて圧縮空気を噴射するための補助ノズル２７とを備え
ている。

【００２３】加工用ノズル２５は、ハウジング１３内に
設けられた加工液供給通路２９と逆止弁３１を介して接
続されており、加工の際に、加工液を噴射して、加工領
域から切屑を除去すると共に加工領域においてワーク
（不図示）及び工具１９を冷却する。加工用ノズル２５
への加工液の供給は加工液供給通路２９上に設けられた
電磁弁３２のような開閉手段によって制御することがで
きる。なお、ドライ加工やセミドライ加工を行う場合に
は、加工液に代えて、圧縮空気やミスト状の加工液を加
工用ノズル２５に供給して噴射する。

【００２４】また、補助ノズル２７は、図４に示されて
いるように、ハウジング１３内に設けられた圧縮空気供
給通路３３と逆止弁３５を介して接続されており、加工
終了後に圧縮空気を噴射して、加工領域及び工具１９か
ら切屑や加工液を除去することができるようになってい
る。工具装着孔１７内に形成された圧縮空気供給通路２
３の開口と補助ノズル２７とから圧縮空気を異なるタイ
ミングで噴射するために、図４に示されているように、
圧縮空気供給通路２３と圧縮空気供給通路３３とは電磁
弁３７、３９のような独立して開閉制御が可能な開閉手
段を備えた通路により構成されていることが好ましい。

【００２５】加工用ノズル２５から加工領域へ加工液を
噴射しながら工具１９によりワークを加工すると、切屑
や加工液がハウジング１３の前端面に付着する。する
と、工具交換の際にこうした切屑や加工液がハウジング
１３から主軸１５の前端面を伝って工具装着孔１７に侵
入したり、ハウジング１３の前端面から落下して工具１
９に付着したりすることがある。そこで、本発明の主軸
装置１１は、ハウジング１３の前端面に、ハウジング１
３の前端面に付着した切屑を除去するためのノズル手段
４１を備えている。

【００２６】ノズル手段４１は、ハウジング１３の前端
面の外縁部に沿って設けられており、ハウジング１３の
前端面の外縁部から主軸１５へ向かってハウジング１３
の前端面に沿って流体を噴射して、ハウジング１３の前
端面上を流動させるように構成されている。ノズル手段
４１は、ハウジング１３の前端面の外縁部の一部に沿っ
て弧状に配置されていてもよく、外縁部の全周に沿って
配置されていてもよい。外縁部の一部に沿って設けられ
る場合、本実施形態のように上から下へ流体を噴出する
ものとは限らず、横から流体を噴出しても、下から上に
向けて流体を噴出させても良い。

【００２７】例えば、図３に示されているように、ハウ
ジング１３の前端部の外周面に略Ｌ字形状のひさし部材
４３を取り付けることによりひさし部材４３とハウジン
グ１３の表面との間に形成されたスリット状の細長い間
隙がノズル手段４１を提供することができる。このと
き、Ｌ字の短い脚部が主軸１５側へ向くようにひさし部
材４３を配置する。また、ハウジング１３の前端面とひ
さし部材４３の短い脚部との間に形成されるノズル口
は、流体がハウジング１３の前端面と平行に噴射される
か若しくはハウジング１３の前端面へ向かって前端面に
対して僅かに角度を成して噴射されるようになってい
る。

【００２８】このように、ノズル手段４１は、単一のス
リット状のノズル口を備えてもよいが、分散配置された
複数のノズル口を備えてもよい。ノズル口を分散配置さ
せる場合、ノズル口から噴射される加工液がハウジング
１３の前端面を渦巻き状に流動するように、各ノズル口
の噴射方向を設定することもできる。

【００２９】さらに、ハウジング１３の前端面にはフロ
ントカバー４５が取り付けられ、ハウジング１３の前端
面を形成しており、ノズル手段４１のノズル口がフロン
トカバー４５の表面から前方へ突出するようになってい
る。フロントカバー４５の表面は滑らかで凹凸がなく、
付着した切屑や加工液がノズル手段４１から噴射された
流体で容易に除去できるようになっている。

【００３０】ここで、図１及び図４を参照して、ノズル
手段４１に対する配管を詳細に説明する。ノズル手段４
１には、加工用ノズル２５に加工液を供給する加工液供
給通路が電磁弁３２の後段で分岐し、逆止弁４７を介し
て接続されていると同時に、図４に示されているよう
に、補助ノズル２７に圧縮空気を供給する圧縮空気供給
通路３３が電磁弁３９の後段で分岐し、逆止弁４９を介
して接続されている。すなわち、ノズル手段４１は、電
磁弁３２及び３９の開閉を制御することにより、加工液
供給通路２９及び圧縮空気供給通路３３から選択的に加
工液又は圧縮空気の供給を受けることができるようにな
っているのである。

【００３１】さらに、主軸装置１１は、ハウジング１３
の外周面に付着した切屑を除去するために、ハウジング
１３の外周面に沿って流体を噴射する補助ノズル手段５
１を備えていることが好ましい。補助ノズル手段５１
は、ノズル手段４１と同様に、電磁弁等の開閉手段を制
御することにより加工液又は圧縮空気を選択的に供給さ
れ、噴射できるようになっている。例えば、図４に示さ
れているように、ノズル手段４１への流体の供給通路を
分岐させ補助ノズル手段５１へ流体を供給してもよい。
ハウジング１３の外周面からハウジング１３の前端面へ
の切屑や加工液の流下又は落下を防止するために、主軸
装置１１は補助ノズル手段５１を備えることが好ましい
が、例えば主軸装置が横置きの場合などハウジング１３
の外周面からその前端面への流下の可能性が少ない場合
には、補助ノズル手段５１を設けなくてもよい。

【００３２】次に、ノズル手段４１及び補助ノズル手段
５１の動作を含めた主軸装置１１の動作を説明する。

【００３３】本発明の主軸装置１１を備えた工作機械で
ワークを加工するとき、先ず、電磁弁３９を閉じ且つ電
磁弁３２を開けることにより、加工液供給通路２９から
逆止弁３１を介して加工用ノズル２５に加工液を供給す
る。これにより、加工用ノズル２５はワーク上の加工領
域へ向かって加工液を噴射し、加工領域からの切屑の除
去とワーク及び工具の冷却が行われる。一方、同時に、
加工液供給通路２９から逆止弁４７を介してノズル手段
４１にも加工液が供給され、ハウジング１３の前端面に
沿って加工液が噴射される。これにより、ハウジング１
３の前端面に付着した切屑がそこから除去される。さら
に、加工中、補助ノズル手段５１からハウジング１３の
外周面に沿って加工液を噴射し、ハウジング１３の外周
面に付着した切屑を除去する。補助ノズル手段５１から
の加工液の噴射はノズル手段４１からの加工液の噴射と
同期させることが好ましい。

【００３４】ドライ加工を行う場合には、このとき、電
磁弁３２を閉じ且つ電磁弁３９を開くことにより、加工
液に代えて、加工用ノズル２５及びノズル手段４１に圧
縮空気を供給し、補助ノズル５１にも同様にして圧縮空
気を供給すればよい。なお、ウエット加工を行う場合に
は、上述したように加工中は、圧縮空気よりも加工液の
方が優れた切屑除去能力を有しているので、加工液を用
いてハウジング１３の前端面の切屑除去を行うことが好
ましいが、圧縮空気を用いることも可能である。

【００３５】ワークの加工が終了すると、電磁弁３２を
閉じることにより加工用ノズル２５及びノズル手段４１
への加工液の供給を遮断して加工液の噴射を停止させ、
さらに補助ノズル手段５１からの加工液の噴射も停止さ
せる。

【００３６】次に、工具交換作業を行う直前に、電磁弁
３２を閉じたまま電磁弁３９を開けることにより、圧縮
空気供給通路３３から逆止弁３５を介して補助ノズル２
７に圧縮空気を供給する。これにより、補助ノズル２７
はワーク上の加工領域及び工具へ向かって圧縮空気を噴
射し、加工領域及び工具から加工液が除去される。同時
に、圧縮空気供給通路３３から逆止弁４９を介してノズ
ル手段４１にも圧縮空気が供給され、ハウジング１３の
前端面に沿って圧縮空気が噴射される。これにより、ハ
ウジング１３の前端面に付着した加工液がそこから除去
される。したがって、ハウジング１３の前端面から加工
液が工具装着孔１７内に侵入したり、工具のシャンク部
に加工液が落下したりすることが防止される。さらに、
このとき、補助ノズル手段５１から同様にしてハウジン
グ１３の外周面へ向けて圧縮空気を噴射し、ハウジング
１３の外周面に付着した加工液を除去することが好まし
い。ハウジング１３の外周面からハウジング１３の前端
面に加工液が流下することを防止するためである。

【００３７】次に、工具交換作業を行うにあたって、電
磁弁３９を閉じ圧縮空気供給通路３３からノズル手段４
１への圧縮空気の供給を遮断し、ノズル手段４１からの
圧縮空気の噴射を停止させる。同時に、電磁弁３７を開
いて工具装着孔１７の内部に圧縮空気を供給し、工具装
着孔１７の後方から主軸先端へ向けて圧縮空気を噴出さ
せる。こうして、外部から工具装着孔１７内に切屑や加
工液が侵入することを防止するようにしているのであ
る。

【００３８】こうして、工具交換作業が終了すると、再
び次の加工が開始される。

【００３９】以上、本発明の工作機械の主軸装置を図示
されている実施形態に基づいて説明したが、これに限定
されるわけではない。

【００４０】例えば、上述した実施形態では、ノズル手
段４１は、加工用ノズル２５と同期して加工液を噴射す
ると共に、補助ノズル２７と同期して圧縮空気を噴射す
るものとして説明した。しかしながら、加工用ノズル２
５及びノズル手段４１への加工液の供給と補助ノズル２
７及びノズル手段４１への圧縮空気の供給は、全て別個
の電磁弁を用いることにより、独立して制御され得るよ
うにすることもできる。この場合には、加工中は加工用
ノズル２５のみから加工液を噴射し、ノズル手段４１の
噴射を停止させておき、加工終了後に、加工用ノズル２
５の噴射を停止させて、ノズル手段４１から加工液を噴
射させた後、同じくノズル手段４１から圧縮空気を噴射
させて、ハウジング１３の前端面からの切屑及び加工液
の除去をまとめて行うことも可能となる。

【００４１】また、本発明の主軸装置１１は、ウエット
加工やドライ加工のみならず、セミドライ加工にも適用
することができる。このとき、加工用ノズル２５からミ
スト状加工液を噴射させ、ノズル手段４１からは加工液
又は圧縮空気を加工用ノズルと独立して選択的に噴射す
る若しくは圧縮空気のみを噴射するようにすればよい。

【００４２】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、主軸装置の主軸ハウジングの前端面に付着した切屑
や加工液を主軸ハウジング前端面に設けたノズル手段か
ら噴射する流体により除去するので、工具交換動作の際
に、切屑や加工液が主軸ハウジングの前端面から工具装
着孔に流下したり工具のシャンク部に落下したりするこ
とにより工具と主軸との接触面に噛み込む可能性が低減
される。したがって、主軸に工具を正確に装着すること
ができ、工具装着精度が向上し、加工精度の向上が図ら
れる。このような効果は、自動工具交換装置を用いて工
具交換を行うときに特に顕著となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工作機械の主軸装置の前端部の側面図
であり、一部が断面で示されている。

【図２】図１に示されている主軸装置の端面図である。

【図３】図１において円で囲まれた部分Ａの拡大断面図
である。

【図４】本発明の主軸装置で使用されるノズル手段の配
管の例を示している線図である。

【符号の説明】

１１…主軸装置 １３…ハウジング １５…主軸 １７…工具装着孔 １９…工具 ４１…ノズル手段 ５１…補助ノズル手段

フロントページの続き (72)発明者 栄居 正樹 山梨県南都留郡勝山村3560番地１ 株式会 社牧野フライス製作所内 Ｆターム(参考） 3C011 BB13

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前端部に工具を装着する主軸を回転支持
   する主軸ハウジングを有した工作機械の主軸装置であっ
   て、 前記主軸ハウジングの前端面に沿って流体を噴射可能な
   ノズル手段を設け、前記ノズル手段から噴射された流体
   を前記主軸ハウジングの前端面上を流動させ、前記主軸
   ハウジングの前端面を清掃することを特徴とした工作機
   械の主軸装置。
2. 【請求項２】 前記工作機械のワークの加工中には前記
   ノズル手段から前記主軸ハウジングの前端面に沿って加
   工液又は圧縮空気を噴射し、工具交換動作の直前には前
   記ノズル手段から圧縮空気を噴射させ、工具交換動作中
   には前記ノズル手段からの圧縮空気の噴射を停止させる
   ようにした請求項１に記載の工作機械の主軸装置。
3. 【請求項３】 前記工具交換動作中に、さらに、前記主
   軸の前端部に設けられた工具装着孔の内部から前記主軸
   の前方へ向けて圧縮空気を噴出させるようにした請求項
   ２に記載の工作機械の主軸装置。
4. 【請求項４】 前記主軸装置は、前記主軸ハウジングの
   外周面に沿って前記主軸の前方に向けて流体を噴射する
   別のノズル手段をさらに備える請求項１に記載の工作機
   械の主軸装置。
5. 【請求項５】 前記ノズル手段は、前記主軸ハウジング
   の前端面の外縁部の全周又は一部に沿って延びており、
   分散配置された複数のノズル口又は単一のスリット状ノ
   ズル口を備えている請求項１から４のいずれか１項に記
   載の工作機械の主軸装置。