JP2006263859A - 工作機械用洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クーラント液の吐出量を増すことなく少流量の加圧エアを有効活用して、クーラント液による工具の洗浄力を強化することを目的とする。
【解決手段】主軸２に取り付けられた工具６を交換する工具交換機構を備えた工作機械に対して適用される工作機械用洗浄装置において、主軸ヘッド４の先端面に固定される主軸キャップ２０に複数の洗浄ノズル３０を形成し、その洗浄ノズル３０から主軸２のテーパ係合孔２ａに向けて移動する工具６にクーラント液を内径側へ向けてクーラント噴流Ａのように傾斜状に噴射するように構成し、複数の洗浄ノズル３０よりも内径側に位置する主軸キャップ２０の内周面に対応する部位にエア吹き出し口３８を形成し、複数の洗浄ノズル３０から噴射されるクーラント液と交差する筒状エアカーテンをなす加圧エア流Ｂを形成するように構成した。
【選択図】 図４

Description

本発明は、工具交換装置により主軸に工具を装着する際に工具の表面を洗浄する工作機械用洗浄装置に関し、特に加圧エアを利用して噴射ノズルから噴射されたクーラント液の流速を高めるようにしたものである。

従来より、工具による被切削物の切削個所にクーラント液を噴射して加工精度や工具寿命の向上を図ったり、また、切削個所の周囲をクーラント液のカーテンで被い、切粉の飛散を防止するようにしている。

最近のマシニンクセンタなどの工作機械においては自動工具交換装置を有し、工具（切削工具と工具ホルダ）の自動交換を行う。工具の自動交換の際、切削工具を保持する工具ホルダのフランジ部のＶ溝部を工具交換装置のアームで把持し、工具ホルダのシャンク部を主軸のテーパ係合孔に係合させて主軸内のドローバーにより工具ホルダをテーパ係合孔の奥方へ引きつけ、工具ホルダのフランジ部の軸心方向位置規制面を主軸の端面に当接させることで、二面拘束にて工具を主軸に固定する。

ここで、工具交換時に、シャンク部の外周面やフランジ部の軸心方向位置規制面に切粉が付着した状態で工具を主軸にセットすると、工具の主軸への位置決めと固定に支障を来し、切削加工精度の低下原因となる。そこで、従来から工具の表面をクーラント液やエアブローにて洗浄する技術が種々提案されている。
例えば、特許文献１に記載の工作機械用洗浄装置においては、主軸ヘッドの先端面に固定される主軸キャップに、クーラント液と加圧エアを混合する混合器を接続すると共にノズル部材を設け、ノズル部材に主軸のテーパ穴に向けて移動する工具にクーラント液と加圧エアの混合流体を内径側へ向けて傾斜状に噴射する環状のノズルを形成し、この環状のノズルからクーラント液の液滴が混った加圧エア流を工具ホルダに噴射する。
特開２００２−２７３６４０号公報

前記特許文献１の工作機械用洗浄装置においては、主軸キャップに形成した環状のノズルからクーラントの液滴を混合した加圧エア流を噴射することで、工具（特に工具ホルダ）の表面を洗浄するように構成しているが、このクーラントの液滴を混合した加圧エア流では、加圧エアの消費量が多くなるだけでなく、クーラント液の液滴を加圧エアに混合し混合流体の密度が小さいため強力な洗浄力が得られず、微細な切粉等も確実に洗浄できるように洗浄力を高めることが難しいという問題がある。

他方、前記同様の環状のノズルからクーラント液をテーパ面状に噴射することも考えられるが、クーラント液の吐出量が多くなるにもかかわらず洗浄力はさほど強化されない。
本発明の目的は、小さな流量の加圧エア流を有効活用して噴射ノズルから噴射されたクーラント液の洗浄力を強化できるような工作機械用洗浄装置を提供することである。

請求項１の工作機械用洗浄装置は、主軸に取り付けられた工具を交換する工具交換機構を備えた工作機械に対して適用される工作機械用洗浄装置において、前記主軸ヘッドの先端面に固定される主軸キャップに形成され、主軸のテーパ穴に向けて移動する工具にクーラント液を内径側へ向けて傾斜状に噴射する複数の洗浄ノズルと、前記複数の洗浄ノズルよりも内径側に位置する前記主軸キャップの内周面に対応する部位に形成され、前記複数の洗浄ノズルから噴射されるクーラント液と交差する筒状エアカーテンをなす加圧エア流を形成するエア吹き出し口とを備えたことを特徴とするものである。

工具交換機構により工作機械の主軸に工具を装着する際に、工具を保持した工具ホルダが主軸のテーパ係合孔に向けて移動される。このとき主軸キャップに形成された複数の洗浄ノズルからクーラント液を内径側へ向けて傾斜状に噴射すると共に、前記複数の洗浄ノズルよりも内径側に位置する前記主軸キャップの内周面に対応する部位に形成されたエア吹き出し口から、複数の洗浄ノズルから噴射されるクーラント液と交差する筒状エアカーテンをなす加圧エア流を形成すると、複数の洗浄ノズルから噴射されるクーラント液の噴射流が、筒状エアカーテンをなす加圧エア流と交差する際に、加圧エア流で加速されて工具（特に工具ホルダ）の表面に衝突し、工具の表面を洗浄する。しかも、クーラント液の噴射流が加圧エアのエアカーテンで乱されるため、クーラント液の噴射流の断面形状が偏平化しつつ断面幅が水平方向に拡大して工具ホルダの表面に到達するため、工具ホルダの表面がむらなく洗浄される。

請求項２の工作機械用洗浄装置は、洗浄の発明において、前記主軸の先端面から前記主軸のテーパ係合孔に向けて移動する工具のシャンク部の外周面と軸方向位置規制面に加圧エアを噴射する複数のエア噴射ノズルを形成したことを特徴とする。

請求項３の工作機械用洗浄装置は、請求項１又は２の発明において、前記エア吹き出し口は、円筒状エアカーテンをなす加圧エア流を形成することを特徴とする。
請求項４の工作機械用洗浄装置は、請求項１〜３の何れかの発明において、前記エア吹き出し口は、前記主軸キャップとその内径側に配置された端面カバーとの間の隙間からなることを特徴とする。

請求項１の工作機械用洗浄装置によれば、主軸のテーパ係合孔に向けて移動する工具にクーラント液を内径側へ向けて傾斜状に噴射する複数の洗浄ノズルと、複数の洗浄ノズルよりも内径側に位置する主軸キャップの内周面に対応する部位に形成されたエア吹き出し口であって、複数の洗浄ノズルから噴射されるクーラント液と交差する筒状エアカーテンをなす加圧エア流を形成するエア吹き出し口とを設けたので、複数の洗浄ノズルからのクーラント液の噴射流を加圧エア流で加速して洗浄力を強化することでき、複数の洗浄ノズルから噴射させるためクーラントの吐出量も少量ですむ。そして、クーラント液の噴射流を加圧エア流で乱してその噴射流の水平方向の断面幅を拡大することができるため洗浄ムラを解消し、工具ホルダの表面をほぼ均一に洗浄できる。しかも、エア吹き出し口から噴出する加圧エアの流量をあまり多くする必要はないので、小流量の加圧エアを有効活用してクーラント液による洗浄力を強化することができる。

請求項２の工作機械用洗浄装置によれば、前記主軸の先端面から前記主軸のテーパ係合孔に向けて移動する工具のシャンク部の外周面と軸方向位置規制面に加圧エアを噴射する複数のエア噴射ノズルを形成したため、工具が主軸にさらに接近した状態において、複数のエア噴射ノズルから工具の工具ホルダのシャンク部の外周面と軸方向位置規制面に加圧エアを噴射して、上記の外周面と軸方向位置規制面をエアブローしてクリーニングすることがができる。

請求項３の工作機械用洗浄装置によれば、前記エア吹き出し口は円筒状エアカーテンをなす加圧エア流を形成するため、エア吹き出し口の構造が簡単になる。
請求項４の工作機械用洗浄装置によれば、前記エア吹き出し口は、主軸キャップとその内径側に配置された端面カバーとの間の隙間からなるため、主軸キャップと端面カバーとの間の隙間を有効活用して前記エア吹き出し口を形成することができる。

本願の工作機械用洗浄装置は、主軸に取り付けられた工具を交換する工具交換機構を備えた工作機械に対して適用される工作機械用洗浄装置において、前記主軸ヘッドの先端面に固定される主軸キャップに形成され、主軸のテーパ穴に向けて移動する工具にクーラント液を内径側へ向けて傾斜状に噴射する複数の洗浄ノズルと、前記複数の洗浄ノズルよりも内径側に位置する前記主軸キャップの内周面に対応する部位に形成され、前記複数の洗浄ノズルから噴射されるクーラント液と交差する筒状エアカーテンをなす加圧エア流を形成するエア吹き出し口とを備えたことを特徴とするものである。

次に、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、工作機械１は、主軸２が鉛直に立てられた竪型のマシニンクセンタであり、主軸２はベアリング３により主軸ヘッド４に回転自在に支持され、モータ５により回転駆動される。

図１〜図４に示すように、主軸２の下端部分には、工具６における工具ホルダ７のシャンク部７ａをテーパ係合させる為のテーパ係合孔２ａ（工具挿入孔）が形成されている。工具６は、ドリル等の切削工具６ａと、この切削工具６ａを保持させる工具ホルダ７とからなり、工具ホルダ７は、シャンク部７ａとフランジ部７ｂとＶ溝部７ｃとを有する。
主軸２に工具６を取り付けた状態において、工具ホルダ７のシャンク部７ａがテーパ係合孔２ａにテーパ係合し、フランジ部７ｂの軸心方向位置規制面７ｄが主軸２の先端の端面２ｂに面当りする形式の二面拘束型の構成が採用されている。主軸２内と主軸２の上端側には、主軸２に装着された工具６における工具ホルダ７のクランプ用係合部（図示略）に係合して上方へ引きつける保持機構が設けられている。

図１，図２に示すように、主軸ヘッド４には自動工具交換装置１０が装備されており、自動工具交換装置１０は複数のポッド１１がチェーン状部材１２に連結されたマガジン１３を有する。各ポッド１１には種々の切削工具付き工具ホルダ７が選択的に着脱可能に挿入される。マガジン１３は指令信号に応じてそれらのポッド１１を移動させて、指令されたポッド１１を所定の交換位置に搬送する。

自動工具交換装置１０は、主軸２と平行な軸の回りに旋回する旋回アーム１４を備え、旋回アーム１４は主軸２に取り付けられている工具６と、交換位置に搬送された工具６とをチャックしてから、旋回アーム１４を下降させて、主軸２とポッド１１とから工具６を取り外した後１８０度旋回させる。次に旋回アーム１４を上昇させて主軸２に別の工具６を取り付けると共に交換位置のポッド１１に主軸２から取り外した工具６を戻す。

次に、主軸２のテーパ係合孔２ａに装着される工具６を洗浄する洗浄装置について説明する。図４に示すように、主軸２を回転自在に支持する主軸ヘッド４の下端には、環状の主軸キャップ２０（別名「ベアリング押え」）が固定され、主軸キャップ２０はキャップ本体２１とキャップ補助部材２２とからなる。キャップ本体２１は複数のボルト２３で主軸ヘッド４に固定され、キャップ補助部材２２は複数のボルトでキャップ本体２１に固定されている。

キャップ本体２１の内周部分にはシール形成部２１ａが形成され、このシール形成部２１ａと主軸２の間にはラビリンスシール２４が形成されている。主軸２の先端の外周側部分に段落ち部２５が形成され、この段落ち部２５とシール形成部２１ａの先端には端面カバー２６が装着され、端面カバー２６は複数のボルトで主軸２に固定されている。キャップ補助部材２２の下部には、環状溝の下端部をノズル形成部材２７で塞いた環状のクーラント通路２８が形成され、このクーラント通路２８はクーラント液を供給するクーラント供給ポート２９に連通され、クーラント供給ポート２９には後述のようにクーラント供給源５０，５１（図５参照）から加圧されたクーラント液が供給される。

ノズル形成部材２７の内周端においてノズル形成部材２７とキャップ補助部材２２との境界部には、主軸２のテーパ嵌合孔２ａに向けて移動する工具６の工具ホルダ７にクーラント液を内径側へ向けて傾斜状に噴射する複数（例えば８つ）の洗浄ノズル３０が、円周等間隔おきに形成され、これら洗浄ノズル３０はクーラント通路２８に連通孔３０ａで連通されている。上記の洗浄ノズル３０は、主軸２の軸心に対して例えば約３０〜４０度傾斜している。

従って、クーラント供給ポート２９に加圧されたクーラント液が供給されると、そのクーラント液はクーラント通路２８から連通孔３０ａを通って噴射ノズル３０に供給され、複数の噴射ノズル３０から下向き傾斜状に主軸２の軸心の方へクーラント噴流Ａのように噴射され、主軸２のテーパ嵌合孔２ａに向けて、自動工具交換装置１０により上方へ移動中の工具ホルダ７のシャンク部７ａの上端面、外周面、フランジ部７ｂの規制面７ｄに噴射される。

キャップ本体２１とキャップ補助部材２２の間には、加圧エア供給ポート３４に接続された環状の第１エア通路３５が形成されている。この第１エア通路３５の下方にはキャップ補助部材２２の内周面に開放状の環状の第２エア通路３６が形成され、この第２エア通路３６が端面カバー２６の外周面の中段部に対面しており、この第２エア通路３６は複数のエア通路３７により第１エア通路３５に接続されている。

複数の洗浄ノズル３０から噴射されるクーラント噴流Ａと交差する円筒状エアカーテンをなす加圧エア流Ｂを形成するエア吹き出し口３８が形成され、このエア吹き出し口３８は、複数の洗浄ノズル３０よりも内径側に位置する主軸キャップ２０の内周面に対応する部位に形成されている。具体的には、エア吹き出し口３８は、キャップ補助部材２２とその内径側に配置された端面カバー２６との間の円筒状隙間で構成されている。

端面カバー２６には第２エア通路３６に連通した複数（例えば、６本）の小径のエア通路３９が水平に主軸２の軸心に向けて形成され、主軸２の段落ち部２５の内周側の端面形成壁部２ｂには、エア通路３９に連通したエア噴射ノズル４０であって、主軸２のテーパ嵌合孔２ａ内へ加圧エアを噴射する複数（例えば、２又は４本）のエア噴射ノズル４０が形成されている。

さらに、主軸２の端面形成壁部２ｂには、上記の複数のエア通路３９に夫々連通され、主軸２の先端面から、テーパ係合孔２ａに向けて移動する工具ホルダ７のシャンク部７ａの外周面と軸方向位置規制面７ｄに加圧エアを噴射する複数（例えば、６本）のエア噴射ノズル４１が主軸２の軸心とほぼ平行に形成されている。尚、前記のエア供給ポート３４には、図５に示す加圧エア供給源６１から加圧エアが供給される。

次に、加圧エア供給系と、クーラント供給系について説明する。
図５に示すように、クーラントポンプ５１はクーラント液を貯留するクーラントタンク５０内のクーラント液を加圧して吐出する。このクーラントポンプ５１の吐出側には、レギュレータ５２と切換弁５３が接続されている。クーラントタンク５０には、クーラント液の粘度を測定する粘度測定器５４が設けられている。測定されたクランプ液の粘度に基づいてレギュレータ５２が調節される。
切換弁５３は、切削用ノズル５５が接続された第１吐出系と、それ以外の第２吐出系とに対するクーラント液の供給の有無を切換えるものである。切削用ノズル５５は、切削工具６ａによる切削個所にクーラント液を噴射できるように設けられている。

第２吐出系には、フィルタ５６を介して前記の洗浄ノズル３０、自動工具交換機構１０による工具６の交換に影響を与える切粉の付着する個所にクーラント液を噴射する別の複数の洗浄ノズルにも接続されている。この別の複数の洗浄ノズルとしては、図１〜図３に示すように、自動工具交換機構１０の下端面に向かってクーラント液を噴射する洗浄ノズル５７、旋回アーム１４に向かってクーラント液を噴射する洗浄ノズル５８，５９、自動工具交換機構１０のポッド１１にクーラント液を噴射する洗浄ノズル６０などが設けられている。

加圧エア供給系に関して、工場の加圧エア供給系又はコンプレッサからなる加圧エア供給源６１にはフィルタ６２とレギュレータ６３とが接続され、前記のエア吹き出し口３８と、エア噴射ノズル４０と、エア噴射ノズル４１とに加圧エアを供給するように構成されている。

次に、以上説明した工作機械用洗浄装置の作用について説明する。
自動工具交換装置１０により工具交換する際には、クーラント供給系は第２吐出系に切換えられ、複数の噴射ノズル３０，５７〜６０からクーラント液が噴射されると共に、加圧エア供給系に加圧エアが供給され、エア吹き出し口３８と複数のエア噴射ノズル４０，４１から加圧エアが噴射される。

自動工具交換装置１０のアーム１４により、工具６を主軸２のテーパ係合孔２ａに向けて上方移動させる際に、複数の噴射ノズル３０からクーラント液が、図４のクーラント噴流Ａのように噴射されて工具ホルダ７の上端面、シャンク部７ａの外周面、軸心方向位置規制面７ｄに噴射され、この複数本のクーラント噴流Ａにより切粉等の異物が洗浄される。このとき、エア吹き出し口３８から噴射される加圧エアにより、円筒状エアカーテンをなす加圧エア流Ｂがクーラント噴流Ａと交差する状態に形成され、この加圧エア流Ｂによりクーラント噴流Ａが加速されるため、クーラント液による洗浄力が強化され、工具ホルダ７の表面に付着している微細な切粉を含む全ての切粉が確実に洗浄される。

また、加圧エア流Ｂによりクーラント噴流Ａが乱され、その断面の水平方向の幅が拡大するため、工具ホルダ７の表面を満遍なく洗浄することができる。しかも、加圧エア流Ｂは、端面カバー２６とキャップ補助部材２２の間の小さな隙間からなるエア吹き出し口３８から噴射する加圧エア流であるので、その少流量の加圧エアにより、工具ホルダを洗浄する洗浄力を強化することができる。

一方、複数のエア噴射ノズル４１から噴射される加圧エア流により工具ホルダ７のシャンク部７ａの外周面と、規制面７ｄとがエアブローされるため、切粉等の異物とクーラント液とがエアブローされて清浄化される。

また、工具ホルダ７のシャンク部７ａがテーパ係合孔２ａに突入し始めると、エア噴射ノズル４０から噴射される加圧エア流により、シャンク部７ａの上端面と外周面がエアブローされて清浄化され、その加圧エア流の反射流によりテーパ係合孔２ａの内周面もエアブローされて清浄化される。更に、規制面７ｄが主軸２の端面２ｂに接近した段階においては、エア噴射ノズル４１から噴射され、規制面７ｄで上方へ反射した加圧エア流により端面２ｂに付着している切粉等がエアブローされて清浄化される。

こうして、工具６における工具ホルダ７のシャンク部７ａの全表面を清浄化し、テーパ係合孔２ａの内周面および主軸２の端面２ｂを清浄化した状態にして、工具６を主軸２に装着し、工具ホルダ７のシャンク部７ａをテーパ係合孔２ａに密着状に嵌合させ、主軸２の端面２ａを規制面７ｄに当接させた二面拘束にして精度よく固定することができる。

次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１）前記の洗浄ノズル３０の数は一例に過ぎず、前記の数より多くしてもよく、少なくてもよい。前記の洗浄ノズル３０の傾斜角は一例に過ぎず、前記の傾斜角以外の傾斜角に設定してもよい。
２）エア噴射ノズル４１を主軸２の軸心とほぼ平行に形成したが、下方へいく程主軸２の軸心の方へ近づくような僅かに傾いた状態に形成してもよい。

本発明の実施例に係る自動工具交換装置付き工作機械の正面図である。 工作機械の側面図である。 工作機械の要部の底面図である。 主軸と主軸ヘッドの要部の拡大断面図である クーラント供給系と加圧エア供給系のブロック図である。

符号の説明

１ 工作機械
２ 主軸
２ａ テーパ係合孔
４ 主軸ヘッド
６ 工具
７ 工具ホルダ
７ａ シャンク部
７ｄ 軸心方向位置規制面
１０ 自動工具交換機構
２０ 主軸キャップ
２１ キャップ本体
２２ キャップ補助部材
２６ 端面カバー
３０ 洗浄ノズル
３８ エア吹き出し口
４１ エア噴射ノズル

Claims (4)

1. 主軸に取り付けられた工具を交換する工具交換機構を備えた工作機械に対して適用される工作機械用洗浄装置において、
   前記主軸ヘッドの先端面に固定される主軸キャップに形成され、主軸のテーパ係合孔に向けて移動する工具にクーラント液を内径側へ向けて傾斜状に噴射する複数の洗浄ノズルと、
   前記複数の洗浄ノズルよりも内径側に位置する前記主軸キャップの内周面に対応する部位に形成され、前記複数の洗浄ノズルから噴射されるクーラント液と交差する筒状エアカーテンをなす加圧エア流を形成するエア吹き出し口と、
   を備えたことを特徴とする工作機械用洗浄装置。
2. 前記主軸の先端面から前記主軸のテーパ係合孔に向けて移動する工具のシャンク部の外周面と軸方向位置規制面に加圧エアを噴射する複数のエア噴射ノズルを形成したことを特徴とする請求項１に記載の工作機械用洗浄装置。
3. 前記エア吹き出し口は、円筒状エアカーテンをなす加圧エア流を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械用洗浄装置。
4. 前記エア吹き出し口は、前記主軸キャップとその内径側に配置された端面カバーとの間の隙間からなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の工作機械用洗浄装置。
   

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