JP2008126376A

JP2008126376A - 工作機械用集塵装置

Info

Publication number: JP2008126376A
Application number: JP2006315730A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Nakasuji; 智明中筋; Ryoichi Sonokawa; 良一園川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】グラファイトやカーボンのように乾式加工され、比重が軽く舞い上がりやすい材料の形状掘り込み加工で、発生した粉塵が工作機械周辺に飛散せず、作業環境が悪化することもなく、制御装置に切り屑などが進入して工作機械の劣化を引き起こすことのない工作機械用集塵装置を提供する。
【解決手段】工作機械の主軸に装着された加工工具４、この加工工具を包囲し且つ被切削材７を覆い加工工具の作動により発生、飛散する粉塵を捕集する集塵カバー６ａ、この集塵カバーに設けられた空気吸引孔部、この空気吸引孔部に一端部を接続すると共に他端部を空気吸引機に接続し、この空気吸引機の吸引力で粉塵を空気吸引孔部から空気吸引機へ誘導する空気吸引ホース１０ａを備え、集塵カバーは、天蓋部側を主軸に装着すると共に反天蓋部側に被切削材を覆う開口部を設け、この開口部に向かって内径が次第に大きくなる形状にしたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、グラファイトやカーボン等の被切削材を乾式加工する時に発生する切削屑や研削屑などの粉塵を効率的に集塵し、工作機械周辺に飛散することを防止する工作機械用集塵装置に関するものである。

グラファイトやカーボン等は、マシニングセンタなどの工作機械で乾式加工される。これらの加工工具としてエンドミルや砥石などが用いられ、被切削・被研削材が加工されると粉塵が発生し工作機械周辺に飛散する。このため、作業環境が悪化すると共に、案内面等への切り屑の付着、制御装置への切り屑の進入などが発生して工作機械の劣化を引き起こすなどの問題がある。これらの問題を解決するために、例えば特許文献１、２、３のような従来装置が提案されている。
特許文献１では、集塵装置取付け部と空気吸引装置接続部、吸込み部、及び環状ブラシなどで構成されており、集塵装置取付け部が吸引室を構成し、吸い込み部及び環状ブラシで工具の周囲を取り囲んでいる。又、特許文献２では、軸中心に流通孔を設けたエンドミルと、このエンドミルを保持し側面に流通孔のあるホルダ、内部に集塵機に連結する流通孔を形成した保持具などで構成されており、保持具を主軸端部に取付け、エンドミルは主軸にホルダを介して取付けられている。又、特許文献３では、筒状体の一部が蛇腹状に形成されているカバー部とカバーに連結された吸気管部とで構成されており、カバー部が主軸端部に取付けられている。

特開平８−７１８８４号公報特開平６−５５４０１号公報特開２００４−３０６２１２号公報

特許文献1のような従来の集塵装置では、吸い込み部の一部を構成する筒部材に環状ブラシが取付けてある。被切削材の加工形状の凹凸が大きい場合には、環状ブラシの長さを長くする必要があり、工具への巻き込み防止のため、ブラシの下部を外方に広げテーパ状に形成されているが、それでも工具への巻き込みの可能性が高くなる。又、巻き込みの可能性を低くするためには、ブラシ長さを短くする必要があり、この場合は環状ブラシによる粉塵飛散防止効果が小さくなる。このため、吸い込み部での粉塵吸引効果を向上させる必要がある。

特許文献２の集塵装置では、工具軸心に設けた流通孔より粉塵を集塵する構成となっているが、工具内部に穴をあける必要があるため工具の製作コストがアップする。又、回転するホルダ側面の流通孔と固定されている保持具を連結するため、スラストベアリングなどの軸受が必要となり装置構造が複雑、かつ製造コストがアップする。
特許文献３の集塵装置では、集塵アタッテメントである筒状体に蛇腹部を設けることによって、被切削材の加工形状の凹凸に対応できる構成になされている。この場合、ドリル加工などの工具の回転軸方向へ移動する加工には有効であるが、エンドミル加工のように工具回転軸と直行方向への移動を伴う場合には、筒状端面が被切削材に接触し、試作材を破損する可能性が高くなる。

このように従来技術では、グラファイトやカーボンのように乾式加工され、比重が軽く、舞い上がりやすい材料の形状掘り込み加工には、上述のような課題がある。
この発明は、切削・研削加工時に発生する切削屑や研削屑などの粉塵を、発生と同時に確実に集塵することのできる安価な集塵装置を提供することである。

この発明に係わる工作機械用集塵装置は、工作機械の主軸に装着された加工工具、この加工工具を包囲し且つ被切削材を覆い上記加工工具の作動により発生、飛散する粉塵を捕集する集塵カバー、この集塵カバーに設けられた空気吸引孔部、この空気吸引孔部に一端部を接続すると共に他端部を空気吸引機に接続し、この空気吸引機の吸引力で上記粉塵を上記空気吸引孔部から上記空気吸引機へ誘導する空気吸引ホースを備え、上記集塵カバーは、天蓋部側を上記主軸に装着すると共に反天蓋部側に上記被切削材を覆う開口部を設け、上記開口部に向かって内径が次第に大きくなる形状にしたものである。

この発明によれば、被切削材が大きく凹凸の大きな形状に対しても加工時に発生する切削屑や研削屑などの粉塵を、加工点から速やかに排出することができるため、粉塵による作業環境悪化や案内面等への切り屑付着、制御装置への切り屑進入などによる工作機械の劣化を防ぐことができる。
又、この発明では、被切削材を覆う集塵カバーの反天蓋部側に開口部を設け、この開口部に向かって内径が次第に大きくなる形状とし粉塵が取り込みやい形状としたので、効率的に切削屑や研削屑などの粉塵を外へ排出することができる。

以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である集塵装置の部分断面図を示し、縦型マシニングセンタでカーボン材の深彫り加工を行っているときの状態を示すものである。図２は、図１を下面から見た図である。
実施の形態１にかかる集塵装置では、グラファイトやカーボンのように乾式加工される場合、粉塵は比重が軽いため舞い上がり加工工具の回転により巻き上げられる。この知見に基づき、気流の流れを乱さない形状の集塵カバーを使用して、加工工具の回転により粉塵が巻き上がるのを阻害しないようにして粉塵を効率よく集塵・排出することを図った。

以下図１、図２に基づいて実施の形態１について説明する。
主軸ハウジング１は、マシニング本体（図示していない）に固定されており、主軸（以下「主軸ロータ」という）２は、主軸ハウジング１に組み込まれたベアリングなど（図示していない）で保持されており、加工時には高速回転する。
主軸ロータ２には、加工工具例えばエンドミル４が工具ホルダ３を介して取付けられ、主軸ロータ２、工具ホルダ３、及びエンドミル４で回転部５を構成している。
主軸ハウジング１の端面には、エンドミル４を包囲し且つ被切削材７を覆いエンドミル４の作動により発生、飛散する粉塵を捕集するための逆すり鉢形の集塵カバー６ａが、天蓋部側を主軸ロータ２に遊嵌６２させ、取付けボルト１１を使用して平面接触で取付けられている。
逆すり鉢形の集塵カバー６ａは、反天蓋部側に被切削材７を覆う開口部６１を設け、集塵カバー内周面を開口部６１に向かって内径が次第に大きくなる形状、すなわち口広がりの吸込み口で円錐形状とし、集塵カバー６ａ側面の所定箇所には、切り屑などの粉塵を吸引する空気吸引孔部１２ａがあけられている。この空気吸引孔部１２ａには、空気吸引ホース連結部材９ａが集塵カバー６ａの内面に突出しないように取付けてある。この空気吸引ホース連結部材９ａには、空気吸引機（図示せず）に接続されている空気吸引ホース１０ａが嵌め込まれている。

次に加工時の動作について説明する。
主軸ロータ２の回転に伴い、工具ホルダ３を介してエンドミル４が回転し、被切削材７の加工が可能となる。又、主軸ハウジング１と被切削材７の相対移動により、被切削材加工後の形状（ポケット）８が創成される。
深彫り加工を行うためには、深彫りする深さ以上に、エンドミル４を集塵カバー６ａより突き出させておく必要がある。
図１に示すように、被切削材７の底近傍の加工においては、集塵カバー６ａと被切削材７の間隔が少ないため、切り屑の集塵カバー６ａ外への飛散はあまり無く、さらに空気吸引機を作動させると、集塵カバー６ａと被切削材７で構成される空間は負圧になるため、集塵カバー６ａと被切削材７との隙間から空気が流入し、切り屑は空気吸引機内の集塵袋（図示せず）に収集される。

これに対し、加工初期においては、集塵カバー６ａと被切削材７の表面の距離が開いているため、切り屑は集塵カバー６ａ外へ飛び出しやすくなる。
しかし、集塵カバー６ａの形状を口広がりの吸込み口で円錐形状とし、集塵カバー６ａの側面に切り屑が吸引される（流出する）空気吸引孔部１２ａを設け、それに空気吸引ホース連結部材９ａが集塵カバー６ａの内面に突出することなく取付けてあるため、エンドミル４の回転で巻き上げられた切り屑は、気流を乱されること無く、螺旋を描いて上昇し、集塵カバー６ａの内面に沿って空気吸引孔部１２ａに導かれる。
深彫り加工時の初期において、集塵カバー６ａと被切削材７の間隔が広い状態においても、効率よく切り屑を集塵でき、作業環境を悪化させることは無い。
又、集塵カバー６ａは、主軸ハウジング１の端面に平面接触で固定してあるため、この部分での空気の流出入が無く、切り屑を含んだ空気流が主軸ロータ２と主軸ハウジング１の間に入り込むことも無いので、主軸ロータ２の精度と寿命に悪影響を及ぼすことは無い。

実施の形態２．
図３、図４に基づいて実施に形態２を説明する。なお、集塵装置の基本構成は、実施の形態１とほぼ同じであるため、その構成要素の説明は省略する。
図３は、この発明の実施の形態２における集塵装置の、特に集塵カバー部分を示す部分断面図、図４は、図３を下から見た図である。
実施の形態１では、集塵カバー６ｂの形状を口広がりの吸込み口で円錐形状としていたが、この実施の形態２では、図３に示すように口広がりの吸込み口で球面形状としている。
又、集塵カバー６ｂの側面に、切り屑が流出する空気吸引孔部１２ｂ、１２ｃを複数個所すなわちこの場合２ヶ所設け、空気吸引孔部１２ｂ、１２ｃに空気吸引ホース連結部材９ｂ、９ｃが集塵カバー６ｂの内面に突出しないように取付けてある。ただし、空気吸引ホース連結部材９ｂ、９ｃは、集塵カバー６ｂの中心に向かわずに、切り屑を含んだ空気流１３が空気吸引ホース連結部材９ｂ、９ｃに流れ込みやすい、中心からずれた方向に取付けてある。すなわち、空気吸引部１２ｂ、１２ｃの出口中心と加工工具４の回転中心を結ぶ線Ａと、空気吸引部１２ｂ、１２ｃの出口における空気流路軸線Ｂである空気吸引ホース連結部材９ｂ、９ｃとの成す角が、加工工具４の回転方向と同じ空気流１３の方向Ｃの向きに０度〜９０度の範囲で取り付けてある。
通常、エンドミル４は右刃右ネジレであり、主軸ロータ２の回転方向は主軸モータ側から見て時計回り（右回転）であるため、図４に示すように反時計回りが切り屑を含んだ空気流１３となる。

上述のごとく、空気吸引ホース連結部材９ｂ、９ｃが集塵カバー６ｂの内面に突出することなく、切り屑を含んだ空気流１３が空気吸引ホース連結部材９ｂ、９ｃに流れ込みやすい向き、すなわち加工工具の回転により発生する気流の旋回方向に取付けてあるため、エンドミル４の回転で巻き上げられた切り屑は、気流を乱されること無く、螺旋を描いて上昇し、集塵カバー６ｂの内面に沿って空気吸引孔部１２ｂ、１２ｃに導かれ、効率的に粉塵を収集できる。

この実施の形態２によれば、深彫り加工時の初期において、集塵カバー６ｂと被切削材７の間隔が広い状態においても、効率よく切り屑を集塵でき、作業環境を悪化させることは無く吸塵効率を高め、実施の形態１よりさらに効率的な集塵装置が得られる。
又、実施の形態１と同じく、集塵カバー６ｂは、主軸ハウジング１の端面に平面接触で固定してあるため、この部分での空気の流出入が無く、切り屑を含んだ空気流が主軸ロータ２と主軸ハウジング１の間に入り込むことも無いので、主軸ロータ２の精度と寿命に悪影響を及ぼすことは無い。

実施の形態３．
図５、図６に基づいて実施の形態３を説明する。なお、集塵装置の基本構成は、実施の形態１とほぼ同じであるため、その構成要素の説明は省略する。
図５は、この発明の実施の形態３における加工中の集塵装置を示す部分断面図、図６は、実施形態３における噴射ノズルの取付け位置を示す図である。
集塵装置の構成は、実施の形態１を基本に、噴射ノズル１４が集塵カバー６ａに貫通孔６３を開けて取付けてある。噴射ノズル１４からは、圧縮空気１５が噴出してポケット８内に溜まった切り屑１６を吹き飛ばす。
加工が進行して加工深さが深くなると、集塵カバー６ａ外への切り屑の飛散はほとんど無くなるが、深彫り加工されたポケットに切り屑が溜まりやすくなる。
空気吸引孔部１２ａと対向する位置でエンドミル４の先端に向けて圧縮空気１５が噴射できる角度で噴射ノズル１４を設置することで、圧縮空気で吹き飛ばされた切り屑１７を効率よく空気吸引孔部１２ａに導くことができる。
又、図６に示すように、エンドミル４の回転方向１８にあわせて発生する気流を乱さず、巻き上げやすくするために、エンドミル４の回転軌跡の接線方向に圧縮空気１５を噴出する。このように圧縮空気を加工工具の接線方向に噴射することにより、粉塵が滑らかに回転旋回するのでポケット内部の切り屑をより効率よく集塵することが可能となる。
圧縮空気１５の吹き付け方は、連続的でも良いし、間歇的でも良い。又、加工が進行してポケット深さが深くなったときのみでも良い。

この実施の形態３によれば、深彫り加工時に強制的に圧縮空気１５で、切り屑１７を空気吸引孔部に導くため、飛散はしやすくなるものの、切り屑の吸塵効率は高くなる。特に、切り屑１６がポケット８に溜まった状態で加工を続けると、加工負荷が高くなるため、加工精度劣化の要因となるが、ポケット８内の切り屑１６も吸引することにより、加工精度の向上が図れる。
実施の形態１と同様、集塵カバー６ｂと被切削材７の間隔が広い状態においても、効率よく切り屑を集塵でき、作業環境を悪化させることは無く、主軸ロータ２の精度と寿命に悪影響を及ぼすことは無い。

この発明の実施の形態１における加工中の集塵装置を示す部分断面図である。図１を下から見た集塵装置を示す図である。である。この発明の実施の形態２における集塵装置の特に集塵カバー部分を示す部分断面図である。図２を下から見た集塵装置を示す図である。この発明の実施の形態３における加工中の集塵装置を示す部分断面図である。実施形態３における噴射ノズルの取付け位置を示す図である。

符号の説明

１主軸ハウジング２主軸ロータ
３工具ホルダ４加工工具（エンドミル）
５回転部６６ａ、６ｂ集塵カバー
７被切削材８被切削材加工後の形状（ポケット）
９ａ、９ｂ、９ｃ空気吸引ホース連結部材
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ空気吸引ホース
１１集塵カバー取付けボルト
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ空気吸引孔部
１３切り屑を含んだ空気流
１４噴射ノズル１５圧縮空気
１６切り屑１７切り屑
１８エンドミル回転方向
Ａ空気吸引孔部出口中心と加工工具の回転中心を結ぶ線
Ｂ空気吸引孔部出口における空気流路軸線
Ｃ空気吸引孔部出口中心と加工工具の回転中心を結ぶ線と、空気吸引孔部出口におけ
る空気流路軸線の成す角。

Claims

工作機械の主軸に装着された加工工具、この加工工具を包囲し且つ被切削材を覆い上記加工工具の作動により発生、飛散する粉塵を捕集する集塵カバー、この集塵カバーに設けられた空気吸引孔部、この空気吸引孔部に一端部を接続すると共に他端部を空気吸引機に接続し、この空気吸引機の吸引力で上記粉塵を上記空気吸引孔部から上記空気吸引機へ誘導する空気吸引ホースを備え、
上記集塵カバーは、天蓋部側を上記主軸に装着すると共に反天蓋部側に上記被切削材を覆う開口部を設け、上記開口部に向かって内径が次第に大きくなる形状にしたこと特徴とする工作機械用集塵装置。
上記集塵カバーは、円錐形状又は球面形状にしたこと特徴とする請求項１に記載の工作機械用集塵装置。
上記空気吸引ホースは、空気吸引ホース連結部材によって上記集塵カバーの内周面に突出しないよう上記空気吸引孔部に取付けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工作機械用集塵装置。
上記空気吸引孔部は、上記集塵カバーに複数個設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の工作機械用集塵装置。
上記主軸に垂直な平面上において上記空気吸引孔部出口の中心と上記加工工具の回転中心とを結ぶ線と、上記空気吸引孔部出口における空気流路軸線との成す角が、０度〜９０度であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の工作機械用集塵装置。
上記集塵カバーは、堆積した上記粉塵を吹き上げ上記空気吸引孔部から排出するための圧縮空気を噴出する噴射ノズルを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の工作機械用集塵装置。
上記噴射ノズルは、噴射された圧縮空気の方向が上記加工工具の先端に向けられ、且つ上記主軸に垂直な平面上で上記加工工具の回転軌跡の接線方向に設けられたことを特徴とする請求項６に記載の工作機械用集塵装置。