JP2006000975A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの加工作業中において、切粉がベッドの上面に広範囲に飛散して堆積するのを低減して、切粉の廃棄処理を容易に行うことができる主軸装置を提供する。
【解決手段】主軸装置２２を構成する主軸頭３１の先端部に取り付けられた蓋板４４に対して、取付板４５をビス４６によって取り付ける。前記取付板４５の前面に接着剤を介して衝撃緩衝板４７を取り付ける。前記主軸頭３１の内部に回転可能に支持された主軸３３の先端部にホルダ取付部材３４を介して工具ホルダ２３を取り外し可能に装着する。工具ホルダ２３の先端部に取り付けられた工具２４によって、ワークＷの加工を行う。このワークの加工作業中において飛散する切粉が後方に移動したとき、前記衝撃緩衝板４７によってその衝撃を緩和し、切粉が跳ね返りにより広範囲に飛散するのを防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工作機械において、ワークの加工を行うための工具を備えた工具ホルダを装着する主軸装置に関する。

一般に、工作機械においては、ベッドの上面にワークテーブルを介して、ワークを所定位置に支持した状態で、液体クーラントを供給しながら主軸装置に工具ホルダを介して装着された工具によって、ワークの加工作業を行うようになっている。ワークの加工作業中においては、回転するドリル等の工具の遠心力によって、ワークから生成される切粉が飛散する。この飛散した切粉は、液体クーラントと共にベッドの上面側に落下され、ベッドに形成された排出通路からベッドの後側に設けた切粉回収装置により回収されるようになっている。（特許文献１参照）
特開平１０−１８０５８５号公報

ところが、上記従来の工作機械において、液体クーラントを使用しない加工を行った場合、ワークの加工作業中に切粉が回転している工具ホルダ本体の前端面、工具ホルダ本体の外周面及び主軸の前端面に衝突する。切粉が衝突する前記各部材は金属で形成されているので、衝突後の跳ね返りも強く、切粉が広範囲に亘って飛散する。このため、切粉がベッドの上面に開口された切粉の回収通路に落下されないで、ベッド、治具及びワークの上面に堆積する量が多くなり、切粉の熱によりベッド等の熱変形が生じるという問題があった。又、手作業による切粉の廃棄処理量が多くなって、作業時間が長くなる上に、ワークのクランプ不良の原因になるという問題もあった。

本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、ワークの加工作業中において、切粉がベッド、治具及びワークの上面に広範囲に飛散して堆積するのを低減して、切粉の熱によるベッド等の熱変形を抑制でき、切粉の廃棄処理を確実かつ容易に行うことができる主軸装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、主軸頭の内部に主軸を回転可能に支持し、該主軸の前端部に、工具ホルダを支持するようにした主軸装置において、前記主軸頭の前端面に対し、ワークの加工作業中に飛散して該前端面に衝突する切粉の飛散力を減衰する飛散力減衰手段を設けたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記飛散力減衰手段は、主軸頭の前端面に取り付けられた衝撃緩衝部材であることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記衝撃緩衝部材は、軟質合成樹脂、発泡合成樹脂、合成繊維あるいは、軟質合成ゴムよりなる衝撃緩衝板であることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１において、前記飛散力減衰手段は、主軸頭の前端面に取り付けられた電磁石であって、ワークの加工作業中に作動され、加工終了後に停止されるように構成されていることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項において、前記主軸及び該主軸に装着される工具ホルダには、ワークの加工作業中にワークの加工部に向かってエアを噴射するためのエア供給経路が設けられていることを要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項において、前記主軸に装着される工具ホルダの外周面にも飛散力減衰手段が設けられていることを要旨とする。

本発明によれば、主軸頭の前端面に切粉の衝突時にその飛散力を減衰する手段を設けたので、液体クーラントを使用しない加工においても、切粉の飛散が広範囲に及ばなくなり、ベッド、治具及びワークの上面に切粉が広範囲に多量に堆積するのを防止でき、切粉の処理作業を容易に行うことができる。又、熱を帯びた切粉の堆積に伴うベッド、治具等の熱変形や、ワークのクランプ不良等の不具合も解消できる。

以下、本発明を具体化した工作機械の主軸装置の一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図３は、工作機械全体の概略正面を示す。ベッド１１の上面には、ワーク支持テーブル１２が装設され、この支持テーブル１２の上面には、ワークＷが図示しないクランプ機構によって、所定位置にクランプされるようになっている。前記ベッド１１の上面にはＸ軸（紙面直交）方向にＸ軸ガイドレール１３，１４が敷設され、このＸ軸ガイドレール１３，１４には、Ｘ軸コラム１５が図示しないＸ軸駆動機構によってＸ軸方向の往復動可能に装着されている。前記Ｘ軸コラム１５の前面（図３の左側が前側、右側が後側）には、Ｙ軸ガイドレール１８がＹ軸（上下）方向に敷設され、このＹ軸ガイドレール１８には、Ｙ軸サドル１９が図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向の往復動可能に装着されている。前記Ｙ軸サドル１９にはＺ軸ガイドレール２０がＺ軸（前後）方向に敷設され、このＺ軸ガイドレール２０にはＺ軸サドル２１が図示しないＺ軸駆動機構によってＺ軸方向の往復動可能に装着されている。

前記Ｚ軸サドル２１には、主軸装置２２が前記Ｚ軸サドル２１と同期してＺ軸方向の往復動可能に装設されている。この主軸装置２２には、工具ホルダ２３を介して工具２４が装着され、前記ワークＷを工具２４によって加工するようになっている。

次に、図１及び図２に基づいて前記主軸装置２２及び工具ホルダ２３の構成について説明する。
前記主軸装置２２を構成する主軸頭３１の内部には、ベアリング３２を介して、主軸３３が所定位置において、回転可能に支持されている。この主軸３３の前端部には、ホルダ取付部材３４が図示しないボルトによって、主軸３３に締め付け固定されている。このホルダ取付部材３４の中心部には、前記工具ホルダ２３のテーパシャンク２３ａを取り付けるためのテーパ状の取付穴３４ａが形成されている。前記主軸３３及びホルダ取付部材３４の内周面側には、円筒状をなすカラー３５が所定位置に装着され、該カラー３５に形成された複数の収容穴３５ａには、クランプ用のボール３６がそれぞれ収容されている。前記工具ホルダ２３のテーパシャンク２３ａには、前記ボール３６を係合可能な係合孔２３ｂが形成されている。前記カラー３５の内部には、クランプ部材３７が挿入され、クランプ部材３７に形成された係合凹部３７ａによって、前記ボール３６を係合孔２３ｂから離脱することができるようになっている。前記クランプ部材３７の後端部には、ドローイングバー３８が連結され、該ドローイングバー３８は、皿バネ３９によって、前記クランプ部材３７を後方向に付勢している。そして、前記クランプ部材３７の係合凹部３７ａに連続して設けられたテーパ面３７ｂを前記ボール３６に押圧することによって、前記ボール３６を工具ホルダ２３をクランプする位置に付勢保持するようになっている。又、前記ドローイングバー３８が図示しないシリンダによって皿バネ３９の付勢力に抗して、前方に移動されると、前記クランプ部材３７の係合凹部３７ａが前方に移動され、工具ホルダ２３に係合されていたボール３６が係合凹部３７ａに移動され、工具ホルダ２３のクランプ状態が解除されるようになっている。

前記工具ホルダ２３の前端部にはテーパ状をなす取付穴２３ｃが形成され、この取付穴２３ｃには、チャック部材４１が前記工具２４の基端部をクランプするように収容されている。このチャック部材４１には、先端から後端に向かって複数の縮径用のスリット４１ａが形成されている。前記工具ホルダ２３の前端外周部には雄ねじ部２３ｄが形成され、この雄ねじ部２３ｄには、前記チャック部材４１を工具２４の外周面に締め付けるためのホルダキャップ４２が螺合されている。このホルダキャップ４２を雄ねじ部２３ｄに螺合することによって、前記スリット４１ａの作用によってチャック部材４１が縮径されて、工具ホルダ２３に工具２４を連結するようになっている。

図３に示すように、前記ベッド１１には前記支持テーブル１２に隣接するようにワークＷの加工によって生成された切粉を回収するための切粉回収通路２５が形成されている。この切粉回収通路２５の回収口２５ａは前記支持テーブル１２に接近するようにベッド１１の上面に開口され、切粉回収通路２５はベッド１１の後端部に設けた切粉回収装置２６に連通するように後方に延長されている。

図３に示すように、前記ベッド１１には、保護カバー２７が取り付けられ、この保護カバー２７の内部には、前記Ｘ軸コラム１５を収容した機械室Ｒ１と、前記支持テーブル１２を収容した加工室Ｒ２とに区画形成するための区画壁２８が設けられている。この区画壁２８には前記主軸装置２２がＺ軸方向のスライド可能に貫通され、該区画壁２８は、主軸装置２２のＸ，Ｙ軸方向の移動を許容するように形成されているが、図３では簡略化して図示されている。

次に、前記工具２４によるワークの加工作業中に、ワークの加工部に向かってエアを噴射して、飛散する切粉の飛散力を減衰するようにしたエア供給通路手段について説明する。

前記工具ホルダ２３、工具２４、クランプ部材３７及びドローイングバー３８の中心部には、エア通路２４ａ，２３ｅ，３７ｃ，３８ａが形成され、エア通路３８ａの後端部には、エア供給源４３から図示しない開閉弁を介してエアが供給されるようになっている。このエアは、エア通路３８ａからエア通路３７ｃ及びエア通路２３ｅを経て前記チャック部材４１に形成したエア噴射孔４１ｂから前記工具２４の外周面に沿って、前方に向かって噴射され、ワークＷの加工部から生成される切粉の飛散力を減衰するとともに、ホルダキャップ４２に向かって飛散する切粉の飛散方向を偏向するようにしている。

次に、ワークＷの加工中に飛散して、主軸頭３１の前面側に衝突した切粉の飛散力を減衰する飛散力減衰手段の構成について説明する。
前記主軸頭３１の前端面には、蓋板４４が図示しないボルトによって締め付け固定されている。この蓋板４４の内周面は、前記ホルダ取付部材３４の外周面に近接して配置されている。前記蓋板４４には取付板４５が装着されている。この取付板４５は、ドーナッツ板状をなす本体４５ａと、この本体４５ａの外周面に一体に後方に型成形した取付部４５ｂとによって構成されている。前記取付部４５ｂは、前記蓋板４４の外周面に嵌合され、複数のビス４６によって、蓋板４４の外周面に取り付けられている。前記取付板４５の本体４５ａの前面には接着剤によって、飛散力減衰手段（衝撃緩衝部材）としての軟質合成樹脂製の衝撃緩衝板４７が取り付けられている。この衝撃緩衝板４７の材料としては、軟質塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、発泡性ポリスチレンシート、発泡性ポリスチレンシート、エチレン・スチレン共重合体発泡シート、発泡ポリスチレンシート、発泡ポリスチレンシート、シリコン樹脂、合成繊維等がある。又、前記接着剤として、エポキシ、ウレタン、ナイロン、アクリル系構造接着剤がある。

次に、前記のように構成した工作機械の主軸装置２２についてその動作を説明する。
前記主軸装置２２の主軸３３が図示しない駆動モータによって回転されると、工具ホルダ２３及び工具２４が一体となって回転される。又、前記エア供給源４３が作動されて、エア通路３８ａ，３７ｃ，２３ｅを介して、エア噴射孔４１ｂからエアが外部に噴射される。そして、主軸装置２２が図３において図示しないＸ軸及びＹ軸駆動機構によって、ワークＷの加工位置に移動された後、Ｚ軸駆動機構によって、主軸装置２２がＺ軸方向に前進移動されると、工具２４によってワークＷの加工が行われる。

工具２４によるワークの加工中には、ワークから生成される切粉が、図１において例えば矢印方向に飛散する。この飛散した切粉のうち、前記ホルダキャップ４２に向かう切粉は、前記チャック部材４１のエア噴射孔４１ｂから噴射されるエアによって、ホルダキャップ４２から離れる前方に押し戻される力を受けるので、切粉の飛散力が減衰されるとともに、飛散方向が工具ホルダ２３の半径方向外側に偏向される。又、飛散された切粉は、前記衝撃緩衝板４７の前面に衝突する。このとき、衝撃緩衝板４７によって、切粉の衝突による飛散力（跳ね返り力）が弱まるために、切粉の広範囲な飛散が防止され、大半の切粉は、衝撃緩衝板４７の下方に落下する。この落下された切粉は、ベッド１１に設けられた切粉回収通路２５内に収容され、ベッド１１の後方に設けた切粉回収装置２６によって回収される。なお、前記工具２４のエア通路２４ａから噴射されたエアによって、ワークＷの加工部及び工具２４の冷却と、ワークの加工穴の内部に収容された切粉の外部への排出が行われる。

上記実施形態の工作機械の主軸装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、前記主軸頭３１の前端面に取り付けた蓋板４４に対して、取付板４５を介して衝撃緩衝板４７を装着したので、ワークＷの加工作業中に飛散する切粉の衝突時の衝撃を緩和して、跳ね返えった切粉の広範囲の飛散を防止することができる。このため、ベッド１１の前記切粉回収通路２５の開口以外の上面への切粉の堆積を低減して、その切粉の手作業による処理作業を容易に行うことができる。又、熱を帯びた切粉の堆積に伴うベッド１１、支持テーブル１２、ワークＷ等の熱変形や、ワークのクランプ不良等の不具合も解消できる。

（２）上記実施形態では、取付板４５を介して衝撃緩衝板４７を装着したので、蓋板４４に対する衝撃緩衝板４７の取付作業を容易に行うことができる。
次に、本発明を具体化した別の実施形態を図４について説明する。なお、この実施形態は、前記実施形態の取付板４５及び衝撃緩衝板４７を変更した構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

この実施形態では、前記取付板４５を例えば硬質合成樹脂等の非磁性材料によって形成すると共に、この取付板４５の前面に対して、飛散力減衰手段としての薄形電磁石５１を装着している。この薄形電磁石５１は、前記取付板４５の前面に取り付けられた鉄芯５２と、この鉄芯５２に巻着された薄形のコイル５３と、前記鉄芯５２及びコイル５３の前面に接合された磁性材料よりなる吸着板５４とによって構成されている。前記コイル５３には、直流又は交流の電源５５からスイッチ５６を介して直流又は交流の電圧が供給され、前記鉄芯５２及び吸着板５４を励磁することができるようになっている。

この実施形態においては、ワークＷの加工作業中に飛散する切粉が前記薄形電磁石５１の吸着板５４の前面に付着され、吸着板５４に保持される。ワークＷの加工が終了すると、前記コイル５３への通電が解除されて、吸着板５４による切粉の吸引力が解かれ、切粉は吸着板５４の下方に落下され、前記切粉回収通路２５により回収される。

上記実施形態によれば、吸着板５４によって切粉が、ワークの加工中に飛散されることがないので、切粉の飛散をより確実に防止することができる。
図５に示す別の実施形態は、前述した図１に示す実施形態において、前記工具ホルダ２３の外周面に取付筒５８を介して、円筒状の衝撃緩衝部材としての衝撃緩衝層５９を装着したものである。この実施形態では、前記工具ホルダ２３の表面に衝突しようとする切粉の飛散力を低減して、切粉の広範囲への飛散をさらに抑制でき、切粉の回収作業をさらに容易に行うことができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○図６に示すように、前記チャック部材４１及びホルダキャップ４２の前端面を遮蔽するように前記取付筒５８及び衝撃緩衝層５９を形成してもよい。この場合には衝撃緩衝層５９の前端面によって切粉の飛散を効果的に抑制して、切粉の回収作業をさらに容易に行うことができる。

○前記実施形態では、前記主軸装置２２を水平Ｚ軸方向の往復動可能に装着したが、垂直Ｙ軸方向の往復動可能に装着するタイプの工作機械の主軸装置に適用してもよい。
○チャック部材４１の前面及びホルダキャップ４２の前面に衝撃緩衝材を取り付けるようにしてもよい。

○前記区画壁２８の前面に前記衝撃緩衝板４７と同様の衝撃緩衝板４７を装着するようにしてもよい。
○前記区画壁２８の材料を衝撃緩衝板４７と同様の材料によって形成してもよい。又、蓋板４４の材料を衝撃緩衝板４７と同様の材料によって形成してもよい。

○前記実施形態では前記エア通路２４ａ及びエア噴射孔４１ｂからエアを噴射するようにしたが、これに代えて、オイルミスト、クーラントあるいはクーラントミストを噴射するようにしてもよい。

この発明を具体化した主軸装置の中央部縦断面図。 主軸装置の工具側から見た正面図。 工作機械全体を示す正面図。 この発明の別の実施形態を示す要部の断面図。 この発明の別の実施形態を示す要部の断面図。 この発明の別の実施形態を示す要部の断面図。

符号の説明

Ｗ…ワーク、２２…主軸装置、２３…工具ホルダ、３１…主軸頭、３３…主軸、４７…衝撃緩衝板。

Claims (6)

1. 主軸頭の内部に主軸を回転可能に支持し、該主軸の前端部に、工具ホルダを支持するようにした主軸装置において、前記主軸頭の前端面に対し、ワークの加工作業中に飛散して該前端面に衝突する切粉の飛散力を減衰する飛散力減衰手段を設けたことを特徴とする主軸装置。
2. 請求項１において、前記飛散力減衰手段は、主軸頭の前端面に取り付けられた衝撃緩衝部材であることを特徴とする主軸装置。
3. 請求項２において、前記衝撃緩衝部材は、軟質合成樹脂、発泡合成樹脂、合成繊維あるいは、軟質合成ゴムよりなる衝撃緩衝板であることを特徴とする主軸装置。
4. 請求項１において、前記飛散力減衰手段は、主軸頭の前端面に取り付けられた電磁石であって、ワークの加工作業中に作動され、加工終了後に停止されるように構成されていることを特徴とする主軸装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、前記主軸及び該主軸に装着される工具ホルダには、ワークの加工作業中にワークの加工部に向かってエアを噴射するためのエア供給経路が設けられていることを特徴とする主軸装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、前記主軸に装着される工具ホルダの外周面にも飛散力減衰手段が設けられていることを特徴とする主軸装置。

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