JP2007175812A

JP2007175812A - 工作機械の主軸装置

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Publication number: JP2007175812A
Application number: JP2005376612A
Authority: JP
Inventors: Akira Takase; 亮高瀬
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: JP4820166B2

Abstract

【課題】主軸の回転と同期してミストをワークの加工部に適時に供給することができ、ワークの加工作業を適正に行うことができる工作機械の主軸装置を提供する。
【解決手段】主軸１３の内部に収容されたプルロッド２１にミスト供給路２１ａを設け、該ミスト供給路２１ａの下流側に開閉弁３１を配設する。開閉弁３１の本体３１ａに弾性変形可能な弁体３１ｂを一体に形成する。弁体３１ｂを主軸１３の回転時の遠心力又は前記供給路２１ａ内のミストの圧力が所定圧力以上となった場合に開放されるように構成する。主軸１３が回転されるとほぼ同時に開閉弁３１の弁体３１ｂが開弁状態となりミスト供給路２１ａ内のミストが工具ホルダ１６のミスト供給路１６ｂから工具の中心部に形成したミスト供給路を通してワークの加工部に供給され、加工部の潤滑と冷却が適時に行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械の主軸装置に関する。

一般に、工作機械の主軸装置に装着された工具によってワークを加工する際には、工具によるワークの加工部の冷却と潤滑を行うために、例えば、切削液供給ノズルから前記加工部に切削液を供給するようになっている。この切削液供給装置としては、切削液タンクから汲み上げた切削液を切削液供給管を通して切削液供給ノズルからワークの加工部に多量に供給するものがあった。

しかし、この加工方法によると、多量の切削液を供給するために消費電力が大きく、廃液の処理に伴う多大な労力がかかるため、大きなコストがかかり、地球環境の汚染という面でも悪影響を及ぼしていた。

上記問題を解消するために切削液をミスト状にしてワークの加工部に供給するようにしたミスト供給装置を用いたものもある。このミスト供給装置においては、切削液の貯留用容器にミスト発生器を設け、ワークの加工の際に前記ミスト発生器を作動させる。そして、前記貯留用容器からミスト供給管を通して主軸装置の主軸に設けられたミスト供給路及び工具の中心部に設けられたミスト供給路を通して該工具の先端噴射口からミストをワークの加工部に供給するようになっている。又、ミスト発生器を備えた工作機械の主軸装置として、例えば特許文献１に開示されたものがある。

この主軸装置は、主軸内へ気体と液体を別々に供給するための二系統の供給路を設け、供給された気体と液体を主軸先端部内あるいは工具ホルダ内に設けられたミスト発生装置において混合させてミストを発生し、加工部にミストを供給するものである。又、この主軸装置には、前記主軸内部のミスト発生装置直前の液体ライン側に相当する箇所にミスト発生装置から液垂れが生じないことを目的として、液圧が一定圧以下であるときに閉鎖状態に保持される止め弁が設けられている。
特開平９−６６４３７号公報（明細書の段落番号００３６及び図１２参照）

上記従来の工作機械のミスト発生器を備えた主軸装置は、ミスト発生器を作動させてからミストの圧力が設定圧力になるまでに長時間を要する。このため、ミストの供給開始が遅れて、切削液が無い状態で比較的長い時間ワークの加工が行われ、工具の損傷やワークの加工精度が低下するという問題があった。

一方、特許文献１に記載の工作機械の主軸装置は、二系統の供給路が設けられ、液体ライン側を止めるための止め弁がボールとスプリングにより構成されているため、流体抵抗が大き過ぎ、ミストを供給するラインとしては適していない。又、ボールとスプリングを省略した例（図１１参照）を適用したとしても供給路が非常に小径であるため流体抵抗は大きく、ミストを供給しない状態においてもミストの外部流出を防止できないという問題があった。さらに、特許文献１に記載の構成においては、二系統の供給路を主軸先端部付近まで構成させる必要があり、部品点数が多くなり、製造及び組付け作業が面倒で、コストを低減することができないという問題があった。

本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、主軸の回転開始と同期して又は供給路内のミストの圧力が所定圧力以上となった場合に、ミストをワークの加工部にミストの流路抵抗が低い状態で供給することができ、ワークの加工作業を適正に行うことができる工作機械の主軸装置を提供することにある。

又、この発明の別の目的は、上記目的に加えて、開閉弁の部品点数を低減し、製造及び組付け作業を容易に行い、コストを低減することができる工作機械の主軸装置を提供する。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ハウジングの内部に軸受を介して工具ホルダを装着する嵌合孔を有する主軸を回転可能に支持し、該主軸の内部に対し前記嵌合孔に開口するミストの供給路を一系統設け、該供給路の下流側に開閉弁を配設し、該開閉弁を主軸の回転時の遠心力又は前記供給路内のミストの圧力が所定圧力以上となった場合に開放可能に構成し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、前記開閉弁は弾性材料により形成された筒状の本体と、該本体の先端部に開閉可能に一体に形成され、かつ常には弾性復元力により閉弁状態に保持され、主軸の回転時の遠心力又は前記供給路内のミストの圧力が所定圧力以上となった場合に閉弁状態から弾性復元力に抗して開弁状態に変形する弁体とにより構成されてい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、前記弁体には、主軸の回転時の遠心力により該弁体の開弁動作を促進するウエイトが設けられていることを要旨とする。
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３において、前記開閉弁の本体の後端部外周には、主軸の内部に該開閉弁を装着するためのフランジ部が一体に形成されていることを要旨とする。

請求項１に記載の発明は、主軸の内部に形成された一系統のミストの供給路の下流側に開閉弁を配設し、該開閉弁を主軸の回転時の遠心力又は前記供給路内のミストの圧力が所定圧力以上となった場合に開放されるように構成した。このため、開閉弁の通路断面積を大きく設定することができ、ミスト供給路のミストの流路抵抗を低減してミストを効率良く加工部に供給することができる。又、主軸の回転開始と同期して又は前記供給路内のミストの圧力が所定圧力以上となった場合に、ミストをワークの加工部に供給することができ、ワークの加工作業を適正に行うことができる。

請求項２に記載の発明は、前記開閉弁は弾性材料により形成された筒状の本体と、該本体の先端部に一体に形成され、かつ常には弾性復元力により閉弁状態に保持され、主軸の回転時には遠心力又は前記供給路内のミストの圧力が所定圧力以上となった場合に閉弁状態から開弁状態に変形する弁体とにより構成されている。このため、開閉弁の部品点数を低減し、製造及び組付け作業を容易に行い、コストを低減することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記弁体には、主軸の回転開始時の遠心力により該弁体の開弁動作を促進するウエイトが設けられている。このため、弁体の開弁動作を迅速に行うことができるとともに、弁体の開放量を増大することができる。

請求項４に記載の発明は、前記開閉弁の本体の後端部外周には、主軸に開閉弁を装着するためのフランジ部が一体に形成されている。このため、開閉弁の部品点数を低減し、製造及び組付け作業を容易に行い、コストを低減することができる。

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５に従って説明する。
最初に、主軸装置の構成を図５に基づいて説明する。

横円筒状をなすハウジング１１の内部には前後一対のベアリング１２を介して中空筒状をなす主軸１３がビルトインモータ１４によって回転可能に支持されている。前記主軸１３の軸孔１３ａの先端部（図５の左側）にはテーパ状の嵌合孔１３ｂが形成され、該嵌合孔１３ｂには工具１５を把持したいわゆるＢＴタイプの工具ホルダ１６が取り外し可能に装着されている。前記工具１５は、その外周面と工具ホルダ１６の内周面との間に介在されたチャック部材１７と、前記工具ホルダ１６の先端外周部に螺合され、かつチャック部材１７をスラスト方向に押圧するための締付リング１８とによって前記工具ホルダ１６に取り付けられている。

前記主軸１３の軸孔１３ａには前記工具ホルダ１６をクランプするためのクランプ機構Ｋが装着されている。このクランプ機構Ｋの概要について説明すると、主軸１３の軸孔１３ａにはプルロッド２１が挿入され、その先端部は前記工具ホルダ１６の基端部に一体形成されたプルスタッド１６ａに対し鋼球２２を介して係止可能に構成されている。前記プルロッド２１の基端部にはフランジ金具２３が嵌合固定され、このフランジ金具２３と、前記主軸１３の軸孔１３ａの内周面に形成された係止段部１３ｃとの間には、皿バネ２４が介在されている。

従って、前記皿バネ２４の弾性力によりプルロッド２１が図５において右方に移動されると、鋼球２２によってプルスタッド１６ａが引き込まれ、工具ホルダ１６が主軸１３の所定位置に把持されるようになっている。反対に、図示しない駆動機構により前記フランジ金具２３が前記皿バネ２４の弾性力に抗して前方に押動され、前記プルロッド２１の先端部及び前記鋼球２２による前記工具ホルダ１６のプルスタッド１６ａの保持が解除されると、図示しない自動工具交換装置によって、前記工具１５及び工具ホルダ１６の交換動作が行われるようになっている。

前記プルロッド２１の中心部には一系統のミスト供給路２１ａが形成されている。前記工具１５及び工具ホルダ１６の中心部にもミストの供給路１５ａ，１６ｂが連通するように形成され、前記ミスト供給路１５ａは工具１５の先端面に開口されている。前記プルロッド２１に形成されたミスト供給路２１ａによって前記工具ホルダ１６のミスト供給路１６ｂの入口にミストを供給するようになっている。

前記プルロッド２１の基端部に開口されたミスト供給路２１ａの入口には回転継手２７が設けられ、該回転継手２７には配管２８を介して主軸１３の外部に設けたミスト発生装置２９が接続されている。前記配管２８には電磁開閉弁３０が設けられている。そして、前記電磁開閉弁３０を開放するとミスト発生装置２９から配管２８及び回転継手２７を通してミストが主軸１３内のミスト供給路２１ａに供給され、工具ホルダ１６のミスト供給路１６ｂ及び工具１５のミスト供給路１５ａの先端開口からワークＷの加工部にミストが供給されるようになっている。

次に、前記工具ホルダ１６のクランプ機構Ｋ及びこの発明の要部の構成について説明する。
図１及び図５に示すように、前記プルロッド２１の先端部には、開閉弁３１が装着されている。前記プルロッド２１は、本体３２と、その先端部に形成されたネジ孔３２ａに螺合された雄ネジ部３３ａを有する作動筒３３とにより分割形成されている。前記作動筒３３には、前記クランプ機構Ｋの鋼球２２を係合するための係合孔３３ｂが形成されている。図１に示すように前記主軸１３の軸孔１３ａの先端部には、前記鋼球２２と対応するように段差部１３ｄが形成されている。図３に示すように前記本体３２及び作動筒３３が皿バネ２４（図５参照）の弾性力に抗して前方へ移動された状態では、前記鋼球２２が段差部１３ｄに落ち込み、工具ホルダ１６（図１参照）のプルスタッド１６ａが作動筒３３の内部に進入可能に構成されている。そして、図３において、作動筒３３内に工具ホルダ１６のプルスタッド１６ａを挿入した状態で、前記本体３２及び作動筒３３が前記皿バネ２４によって後方に移動されると、図１に示すように前記鋼球２２によりプルスタッド１６ａが引き込まれて工具ホルダ１６が所定の位置にクランプされるようになっている。

図１に示すように、前記開閉弁３１は、例えばアクリロニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム或いはブチルゴム等の弾性材料により形成された筒状の本体３１ａと、該本体３１ａの先端部に一体に形成され、かつ常には弾性復元力により扁平につぶれた形状の閉弁状態に保持され、主軸１３の回転時には遠心力あるいはミスト発生装置２９により供給されるミストの圧力が所定圧力以上となった場合に反復元方向に拡開された開弁状態となる弁体３１ｂとを備えている。又、前記本体３１ａの後端部外周面には、前記本体３２と作動筒３３との接合部に介在されるフランジ部３１ｃが一体に形成されている。該フランジ部３１ｃを本体３２と作動筒３３との接合部間に挟着し、本体３１ａを作動筒３３内に挿入し、弁体３１ｂの先端部を工具ホルダ１６側に指向させている。

前記弁体３１ｂの両外表面には、図４に示すようにウエイト３４が接着されている。そして、主軸１３が回転されて開閉弁３１の弁体３１ｂに遠心力が作用したとき、両ウエイト３４が遠心力により互いに離隔する方向に移動されて弁体３１ｂをその弾性復元力に抗して閉弁状態から開弁状態に変形するのを促進するようにしている。

次に、前記のように構成した工作機械の主軸装置の動作について説明する。
図５に示すように、主軸装置の主軸１３が停止され、開閉弁３１が閉弁された状態において、前記ミスト発生装置２９が作動されて電磁開閉弁３０が開弁位置に切り換えられると、ミストが配管２８及び回転継手２７を介して開閉弁３１の上流側のミスト供給路２１ａ内に供給される。この状態で、ワークの加工を開始するため、主軸装置の主軸１３がビルトインモータ１４によって回転されると、開閉弁３１もプルロッド２１とともに一体に回転される。この開閉弁３１が回転されると、弁体３１ｂに遠心力が作用され、ミストの圧力が所定圧以上になっているため、弁体３１ｂが閉弁状態から開弁状態に変形され、ミスト供給路２１ａ内のミストが工具ホルダ１６のミスト供給路１６ｂ及び工具１５のミスト供給路１５ａから外部に噴射され、工具１５によるワークの加工部にミストが供給され、加工部の冷却と潤滑が行われる。

ワークＷの加工動作が終了した後に、前記ビルトインモータ１４が停止されて主軸１３の回転が停止されるとともに、前記電磁開閉弁３０が閉弁位置に切り換えられると、遠心力の低下とともに、ミスト発生装置２９からのミスト供給も停止され、ミストの圧力が所定圧以下となるため、開閉弁３１の弁体３１ｂが開弁状態から弾性復元力により閉弁状態に切り換えられ、ミスト供給路２１ａ内のミストの外部への供給が停止される。この状態においては、ミスト供給路２１ａの内部にミストが充満している。従って、次回のワークの加工開始に際しても、前記のように加工開始とともに直ちにミストがワークの加工部に供給される。

又、主軸１３の回転が停止されると、開閉弁３１の弁体３１ｂが直ちに閉弁状態となるので、ミスト供給路２１ａ内に残留するミストがミスト供給路２１ａから外部に漏れることはない。さらに、工具ホルダ１６を嵌合孔１３ｂから取り外した場合にも開閉弁３１の弁体３１ｂが閉弁状態であるためミストが液状化されて外部に漏れることもない。

上記実施形態の工作機械の主軸装置によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）上記実施形態では、前記プルロッド２１の内部に形成した一系統のミスト供給路２１ａの先端部に開閉弁３１を収容したので、開閉弁３１の通路断面積を大きく設定することができ、ミスト供給路２１ａのミストの流路抵抗を低減してミストを効率良く加工部に供給することができる。又、開閉弁３１の弁体３１ｂが主軸１３の回転による遠心力又はミスト発生装置２９により供給されるミストの圧力が所定圧力以上となった場合に弾性復元力に抗して閉弁状態から開弁状態に変形されるようにした。このため、主軸１３を回転するとほぼ同時に、又はミスト発生装置２９により供給されるミストの圧力が所定圧力以上となった場合に開閉弁３１を開弁状態にすることができ、ワークの加工部に適時にミストを供給することができ、加工開始後の潤滑不足を解消して工具１５の破損やワークの加工精度の不具合を防止でき、ワークの加工作業を適正に行うことができる。

（２）上記実施形態では、前記開閉弁３１を本体３１ａ、弁体３１ｂ及びフランジ部３１ｃにより一体に形成したので、開閉弁３１の部品点数を低減し、製造及び組付け作業を容易に行い、コストを低減することができる。

（３）上記実施形態では、開閉弁３１の弁体３１ｂが弾性復元力によって扁平につぶれた形状の閉弁状態を維持できるようにしたので、弁体３１ｂを固く閉塞でき、ミストの外部漏れを確実に防止することができる。

（４）上記実施形態では、前記開閉弁３１の弁体３１ｂにウエイト３４を取り付けたので、主軸１３の回転による遠心力を利用して、弁体３１ｂの開放動作を迅速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、開閉弁３１の弁体３１ｂにウエイト３４を埋設してもよい。この実施形態では、弁体３１ｂが開弁状態のとき弁体３１ｂの外周面が作動筒３３の内周面に接触する位置まで変形されるので、弁体３１ｂの通路断面積を増大することができる。

・図示しないが、前記開閉弁３１のウエイト３４を省略してもよい。
・図示しないが、前記開閉弁３１の弁体３１ｂの形状は、実施形態のような扁平形状のものに限らず、開閉できる他の形状や、他の構成にしてもよい。

・図示しないが、前記工具ホルダ１６として、いわゆるＫＭホルダ或いはＨＳＫホルダを用いるとともに、それらに対応したクランプ機構を用いた主軸装置に具体化してもよい。

・開閉弁３１の弁体３１ｂが遠心力と無関係にミスト発生装置２９により供給されるミストの圧力が所定圧力以上となった場合に開弁状態となるように構成してもよい。
・開閉弁３１の弁体３１ｂが圧力と無関係に開閉弁３１に作用する遠心力によってのみ開弁状態となるように構成してもよい。

この発明を具体化した工作機械の主軸装置の主軸の先端部の構造を示す開閉弁の閉弁状態の縦断面図。図１の開閉弁の開弁状態を示す縦断面図。工具ホルダを外した状態の主軸の部分縦断面図。開閉弁の斜視図。主軸装置の縦断面図。この発明の別の実施形態を示す正面図。

符号の説明

Ｋ…クランプ機構、１３…主軸、１３ｂ…嵌合孔、１６…工具ホルダ、２１…プルロッド、３１…開閉弁、３１ａ…本体、３１ｂ…弁体、３１ｃ…フランジ部、３４…ウエイト。

Claims

ハウジングの内部に軸受を介して工具ホルダを装着する嵌合孔を有する主軸を回転可能に支持し、該主軸の内部に対し前記嵌合孔に開口するミストの供給路を一系統設け、該供給路の下流側に開閉弁を配設し、該開閉弁を主軸の回転時の遠心力又は前記供給路内のミストの圧力が所定圧力以上となった場合に開放可能に構成したことを特徴とする工作機械の主軸装置。
請求項１において、前記開閉弁は弾性材料により形成された筒状の本体と、該本体の先端部に開閉可能に一体に形成され、かつ常には弾性復元力により閉弁状態に保持され、主軸の回転時の遠心力又は前記供給路内のミストの圧力が所定圧力以上となった場合に閉弁状態から弾性復元力に抗して開弁状態に変形する弁体とにより構成されていることを特徴とする工作機械の主軸装置。
請求項２において、前記弁体には、主軸の回転時の遠心力により該弁体の開弁動作を促進するウエイトが設けられていることを特徴とする工作機械の主軸装置。
請求項２又は３において、前記開閉弁の本体の後端部外周には、主軸の内部に該開閉弁を装着するためのフランジ部が一体に形成されていることを特徴とする工作機械の主軸装置。