JP2005186180A - セミドライ加工用工作機械およびセミドライ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工具交換を行った後に直ちに切削油剤のミストを供給したとしても、加工に必要なミストの供給遅れが発生しないようにした構造を提供する。
【解決手段】主軸２に装着された工具４にはミスト供給装置８からミストを供給し、工具４の先端から加工部位に向けて吐出する。次に使用すべき工具４が工具マガジンのマガジン内待機位置Ｐ１に割り出された段階で、工具４の後端にミスト充填ガン１６のミスト供給ノズル１９を押し付けるとともに、先端にエンドキャップ１７をかぶせた上で、その待機位置Ｐ１にある工具４の内部に予めミストを充填する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、セミドライ加工用工作機械とセミドライ加工方法に関し、特に自動工具交換装置を備えるとともに、主軸に装着された工具からミスト状の切削油剤を吐出しながら機械加工を行うマシニングセンタ等のセミドライ加工用工作機械とセミドライ加工方法に関するものである。

セミドライ加工を目的としたマシニングセンタ等の工作機械においては、特許文献１〜３に記載のように、マシニングセンタ等の機械そのもののほかに切削油剤のミストを生成するミスト発生装置を備えており、圧縮空気等のガスを搬送媒体としてミスト発生装置からマシニングセンタの主軸までミストを供給するようになっている。主軸まで送られたミストは工具ホルダや工具内に予め形成されている通路を通って最終的に工具そのものの先端から加工部位に向けて吐出される。そして、特に自動工具交換を前提としたマシニングセンタ等では、選択使用される全ての工具（工具ホルダを含む）に予めミスト供給用の通路が形成されていて、自動工具交換を終えて主軸に装着された段階でミストの供給が初めて可能となる。
特開平１１−２３５６４１号号公報 特開２００３−８９０３６号公報 特開２００１−２５９９６２号公報

自動工具交換装置による工具交換作業は主軸に対する工具の脱着にほかならないことから、その工具交換の際にはミストの供給経路がその都度一旦は断接されることになるため、交換されたばかりの工具で加工を行う際にはミストの供給遅れが生じ、工具の摩耗増加や加工穴精度の低下等の不具合が発生することとなって好ましくない。

なお、上記のミストの供給遅れは、（ア）供給されるミストの粒径が大きく、主軸回転時にミストが通路の壁面に付着し、工具先端の方へミストが十分に行き届かない、（イ）特に工具ホルダに予め装着されている工具の場合には、工具ホルダ内のミスト供給用通路によどみが発生して、ミストが通路途中で滞留してしまう、（ウ）工具や工具ホルダに形成されているミスト供給用通路は、工具や工具ホルダそれ自体の機能の上で粗さや形状に自ずと制約があり、通路内部が油膜保持しやすい形状とならざるを得ない、等が主な発生原因となっているものと推測される。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけ工具交換を行った後に直ちに切削油剤のミストを供給したとしても、加工に必要なミストの供給遅れが発生しないようにしたセミドライ加工用工作機械とセミドライ加工方法を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、自動工具交換装置を備えるとともに、主軸に装着された工具からミスト状の切削油剤を吐出しながら機械加工を行うセミドライ加工用工作機械を前提として、現在主軸に装着されている工具に代わって次に使用される工具に対し工具交換に備えて待機している間にミスト状の切削油剤を充填するミスト充填手段を備えていることを特徴とする。

この場合、切削油剤の無駄をなくす上では、請求項２に記載のように、ミスト充填手段は、ミスト供給手段から供給されるミスト状の切削油剤を工具交換に備えて待機している工具の一端から充填する一方、その工具の他端から吐出されるミスト状の切削油剤を回収するようになっていることが望ましい。また、工具には、工具そのものを予め工具ホルダに装着したものまで含むものとする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の技術をセミドライ加工方法として捉えたものであって、自動工具交換装置を備えた工作機械の主軸に装着された工具からミスト状の切削油剤を吐出しながらセミドライ加工を行うにあたり、現在主軸に装着されている工具に代わって次に使用される工具に対し工具交換に備えて待機している間にミスト状の切削油剤を充填することを特徴とする。

したがって、これらの請求項１，８に記載の発明では、現在主軸に装着されている工具に代わって次に使用される工具が工具交換に備えて待機している間に、ミスト状の切削油剤を予め充填しておくことにより、主軸に装着された段階で直ちに加工に移行したとしても、ミスト状の切削油剤の供給遅れが生ずることはなくなる。

請求項１に記載の発明によれば、工具交換後にその工具を使って直ちに次の加工に移行したとしても、加工開始時のミストの供給遅れを回避することができ、従来のようなミストの供給遅れを原因とする工具の摩耗増加や加工穴精度の低下等の不具合の発生を未然に防止できる効果がある。

図１は本発明の好ましい実施の形態としてセミドライ加工を目的としたマシニングセンタ１の概略構造を示している。なお、同図のＡ１部はａ１部の断面を拡大したものを示している。

同図に示すように、マシニングセンタ１は、主軸２を備えた機械本体３と、多数の工具４，４…が収容された工具マガジン５と、工具マガジン５とともに自動工具交換装置を構成することになるツールチェンジアーム６およびポットスライダ７のほか、切削油剤をミスト状にした上でこれを主軸２側等に供給するミスト供給手段たるミスト供給装置８を備えている。工具マガジン５内の工具４，４…は、図２に示すように例えばドリル等の工具１４そのものが予めツールホルダ２４に装着されていて（以下、工具１４そのものが予めツールホルダ２４に装着されているものを単に工具４という）、そのツールホルダ２４は工具マガジン５内でのアドレスが予め定められている図示外のツールポットにそれぞれ着脱可能に装着されている。また、ポットスライダ７は、マガジン内待機位置Ｐ１とツールチェンジ待機位置Ｐ２との間でスライド移動可能な中間ポット９を備えている。

そして、今仮にいずれかの工具４が主軸２に装着されていて、その工具４による加工が行われているものとすると、次に主軸２に装着されるべき工具４がマガジン内待機位置Ｐ１に割り出された上で、中間ポット９に把持されてツールチェンジ待機位置Ｐ１まで移動し、現在主軸２に装着されている工具４による加工が終了するのを待って、その主軸２と中間ポット９との間でツールチェンジアーム６による自動工具交換作業が行われることになる。

ミスト供給装置８は、図示しないタンク内に貯留されている切削油剤を吸い上げながら空気圧源（例えば工場内空気圧源）１０から供給されるミスト搬送流体としての圧縮エアとミキシングすることによりその切削油剤をミスト状にした上で圧送するもので（以下、切削油剤をミスト状にしたものを単にミストをいう）、タンク内にはその貯留されている切削油剤を所定温度例えば４０℃前後に維持するために温度調整手段（加熱手段）としてヒータ１１が内蔵されている。

また、ミスト供給装置８の後段にはミスト供給経路を主軸２側もしくは後述する工具マガジン５側のミスト充填装置１５に切り換えるための切換バルブ（電磁バルブ）１２が設けられているとともに、切換バルブ１２には上記空気圧源１０からの圧縮エアが導入されるようになっている。なお、空気圧源１０からミスト供給装置８を経ずに切換バルブ１２に導入される圧縮エアは切換バルブ１２の前段で加熱手段たるヒータ１３にて例えば４０℃程度に加熱されて温風化される。

工具マガジン５のうちマガジン内待機位置Ｐ１には図２に示すようにミスト充填装置１５が設けられている。このミスト充填装置１５は、マガジン内待機位置Ｐ１にて図示しないツールポットに保持されている工具４をはさんでそれと同一軸線上に位置するようにミスト充填ガン１６と蓋体としてのエンドキャップ１７とを対向配置したものである。ミスト充填ガン１６はエアシリンダ１８の作動により進退移動するミスト充填ノズル１９を備えているいる一方、有底円筒状のエンドキャップ１７もまたエアシリンダ２０の作動により進退移動するようになっていて、ミスト充填ノズル１９はミスト供給通路２１を介して図１に示した切換バルブ１２に接続されているとともに、エンドキャップもまたリターン通路２２を介してミスト供給装置８のタンクに接続されている。

そして、図２に示すように工具４の後端にミスト充填ノズル１９のノズル口１９ａを圧接させるとともに、工具４の先端側にエンドキャップ１７をかぶせた上で切換バルブ１２の切換操作によりミストを供給することにより、マガジン内待機位置Ｐ１にある工具４に対して予めミストを充填することができるようになっている。すなわち、ミスト充填ガン１６にてミストを充填すると、工具４内にミストが充填されるとともに、余剰のミストは工具４の先端から漏洩してエンドキャップ１７にて捕集もしくは回収され、図示外のポンプ等によりリターン通路２２を介してミスト供給装置８側に帰還されるようになっている。

このように構成されたマシニングセンタ１によれば、図３のほか図４に示すように、機械そのものを起動させるべくマシニングセンタ１の電源を投入すると、アイドリング状態となる。すなわち、図３，４に示すようにマシニングセンタ１の電源をＯＮにすると（ステップＳ１）、ミスト供給装置８がＯＮとなり、同時にヒータ１１および１３も同時にＯＮとなる。そして、所定時間経過後に切換バルブ１２が切換作動し、主軸２側のミスト供給経路に温風を供給してその経路を加温もしくは昇温させる（ステップＳ２）。なお、図４では温風が通過する経路を太実線で描いてある。また、ヒータ１３は所定時間経過後にＯＦＦとなる。

次に、プログラム上での最初の加工に必要な工具４（ここでは便宜的に４Ａとする）を呼び出し、図１に示すマガジン内待機位置Ｐ１に割り出す（ステップＳ３，Ｓ４）。最初の工具４Ａがマガジン内待機位置Ｐ１に割り出されると、図５に示すようにミスト充填ガン１６のミスト充填ノズル１９およびエンドキャップ１７がそれぞれ前進動作して工具４Ａに押し付けられる（ステップＳ５）。この状態で切換バルブ１２が切換動作して、ミスト供給装置８からミスト供給通路２１を通して、マガジン内待機位置Ｐ１にある工具４Ａ内にミストを充填する（ステップＳ６）。このミスト充填に伴い余剰のミストが工具４Ａの先端から吐出されて、エンドキャップ７内に捕集され、この捕集されたミストはリターン通路２２を経てミスト供給装置８側に戻されて再使用される。こうして待機中の工具４Ａに所定量のミストが充填されると、切換バルブ１２の切換作動とともにミスト充填ガン１６およびエンドキャップ１７がそれぞれ後退して、当初の状態に戻る（ステップＳ７）。なお、図５ではミストが通過する経路を太実線で描いてある。

続いて、ミストが充填された工具４Ａは図１の中間ポット９に移載されてツールチェンジ待機位置Ｐ２まで移動し、この位置Ｐ２においてツールチェンジアーム６に支持された上で主軸２に装着される。そして、直ちに工具４Ａによる機械加工に移行する（ステップＳ８，Ｓ９）。

工具４Ａによる加工と並行して、次の加工に必要な工具４Ｂを呼び出すべく次の工具４Ｂがマガジン内待機位置Ｐ１に割り出されて（ステップＳ１１，Ｓ１２）、図６に示すようにその待機中の工具４Ｂに対してミスト充填ガン１６とエンドキャップ１７とを用いてミストの充填が行われる（ステップＳ１２，Ｓ１３）。そして、次に使用すべき工具４Ｂへのミストの充填が終わると、ミスト充填ガン１６とエンドキャップ１７が後退動作するとともに（ステップＳ１４）、その工具４Ｂはマガジン内待機位置Ｐ１からツールチェンジ待機位置Ｐ２まで移動して、図１に示したツールチェンジアーム６による工具交換に備えてその位置Ｐ２で待機する。なお、図６ではミストが通過する経路を太実線で描いてある。

ここで、最初の工具４Ａによる加工開始と相前後して切換バルブ１２の切換作動により主軸２側にミストを供給すると、その工具４Ａにはマガジン内待機位置Ｐ１で待機している段階で予めミストが充填されているので、ミストの供給遅れが発生することがなく、加工に必要なミストが過不足なく供給されることになる。

やがて最初の工具４Ａによる加工が終了すると（ステップＳ１５）、主軸２に装着されている工具４Ａとツールチェンジ待機位置Ｐ２で待機している二番目の工具４Ｂとがツールチェンジアーム６にてその入れ換えすなわち工具交換が行われて（ステップＳ１６）、直ちにその工具４Ｂによる加工に移行する（ステップＳ１７）。

そして、プログラム上での次の工具の呼び出しがあるか否か確認した上で（ステップＳ１８）、次なる工具の呼び出しがなければステップＳ１９をもってサイクルが完了する一方、次なる工具の呼び出しがある場合にはステップＳ１０に戻って、そのステップＳ１０以降の一連の動作を繰り返すことになる。

このように本実施の形態によれば、主軸２に装着されるべき工具４がマガジン内待機位置Ｐ１にある状態で予めミストを充填するようにしているので、その工具４が主軸２に装着された段階で直ちに加工に必要なミストを供給したとしてもミストの供給遅れが発生することがなく、加工に必要なミストが過不足なく確保されることになる。

図７は、工具交換直後からの経過時間と主軸２に装着された工具４からのミスト吐出量との関係を示す図で、実線Ａは従来例を、実線Ｂは本実施の形態の場合をそれぞれ示している。同図から明らかなように、本実施の形態では工具交換直後の早い時期からミスト吐出量が安定化することになる。

また、ミスト供給に先立って主軸２側のミスト供給経路内に温風を供給するようにしていることから、主軸２側のミスト供給経路の温度の安定化が図られ、ミスト供給経路に付着するミスト量が安定化して、最小限のミストの使用で所期の目的を達成することができるとともに、加工治具等に付着するミスト量も低減化されて、コストの低減に寄与できることになる。

ここで、工具交換の対象となる工具４，４…は多岐にわたることから、例えば工具の種類ごとに予めミスト充填量を予め設定しておき、その都度工具４，４…の種別に応じた量だけマガジン内待機位置Ｐ１にてミストを充填するようにするとより好ましいものとなる。

さらに、工具マガジン５内に収容されている全ての工具４，４…内に温風を供給して、工具４，４…自体の温度を所定の温度に維持しておくことがミストの使用量を一段と削減する上で有利であり、また加工治具等に付着するミスト量等も低減化されて、コストの低減に一層寄与できることになる。

ここで、本実施の形態では、図１に示すように主軸２と工具マガジン５との間にツールチェンジアーム６とポットスライダ７が介在している場合について例示したが、本発明は、工具マガジン５と主軸２との間にツールチェンジアーム６のみが介在していて、それらの主軸２と工具マガジン５との間で工具交換が行われるタイプのマシニングセンタ等の工作機械にも適用できることはいうまでもない。

本発明の好ましい実施の形態としてマシニングセンタの概略構成を示す説明図。 図１の要部拡大図。 図１に示すマシニングセンタでの工具交換の手順を示すフローチャート。 図１にマシニングセンタにおけるミスト供給系の作動説明図。 図１にマシニングセンタにおけるミスト供給系の作動説明図。 図１にマシニングセンタにおけるミスト供給系の作動説明図。 ミスト吐出量と工具交換直後からの経過時間との関係を示す特性図。

符号の説明

１…マシニングセンタ
２…主軸
４，４Ａ，４Ｂ…工具
５…工具マガジン
６…ツールチェンジアーム
８…ミスト供給装置（ミスト供給手段）
１０…空気圧源
１１…ヒータ（加熱手段、温度調整手段）
１３…ヒータ（加熱手段）
１５…ミスト充填装置（ミスト充填手段）
１６…ミスト充填ガン
１７…エンドキャップ（蓋体）
１９…ミスト充填ノズル
２４…工具ホルダ
Ｐ１…マガジン内待機位置

Claims (9)

1. 自動工具交換装置を備えるとともに、主軸に装着された工具からミスト状の切削油剤を吐出しながら機械加工を行うセミドライ加工用工作機械において、
   現在主軸に装着されている工具に代わって次に使用される工具に対し工具交換に備えて待機している間にミスト状の切削油剤を充填するミスト充填手段を備えていることを特徴とするセミドライ加工用工作機械。
2. 上記ミスト充填手段は、ミスト供給手段から供給されるミスト状の切削油剤を工具交換に備えて待機している工具の一端から充填する一方、その工具の他端から吐出されるミスト状の切削油剤を回収するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のセミドライ加工用工作機械。
3. 工具の他端から吐出されるミスト状の切削油剤を回収は、その工具の他端を蓋体にて封止しつつ吐出されるミスト状の切削油剤をその蓋体で回収した上でミスト供給手段側に戻すようになっていることを特徴とする請求項２に記載のセミドライ加工用工作機械。
4. 上記ミスト供給手段は、貯留している切削油剤の温度調整手段を備えていることを特徴とする請求項２または３に記載のセミドライ加工用工作機械。
5. 上記温度調整手段は加熱手段であることを特徴とする請求項４に記載のセミドライ加工用工作機械。
6. ミスト供給手段側から工具交換に備えて待機している工具へのミスト状の切削油剤の供給は、加熱されたミスト搬送用流体にて行うようになっていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のセミドライ加工用工作機械。
7. 上記工具は、工具そのものが工具ホルダに予め装着されたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のセミドライ加工用工作機械。
8. 機械の起動直後に主軸側のミスト供給経路にミストを供給するのに先立って、加熱空気を供給することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のセミドライ加工用工作機械。
9. 自動工具交換装置を備えた工作機械の主軸に装着された工具からミスト状の切削油剤を吐出しながらセミドライ加工を行うにあたり、
   現在主軸に装着されている工具に代わって次に使用される工具に対し工具交換に備えて待機している間にミスト状の切削油剤を充填することを特徴とするセミドライ加工方法。

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