JP2009291912A - 工作機械における工具ホルダの洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工具ホルダのテーパ状の保持部に付着した切粉を確実に除去する。
【解決手段】工具５を装着する工具ホルダ３は、工作機械の主軸に着脱可能な円柱ないしは円錐形状の保持部７を有する。洗浄装置１は、平面上で時計回りと反時計回り方向に交互に反復して回転自在に設けた回転体１１と、前記工具ホルダ３の保持部７の中心軸が回転体１１の回転軸心上にほぼ位置するようにセットした前記保持部７の外側で回転すべく回転体１１に固定した少なくとも２つ以上のブラシ固定部材１９と、このブラシ固定部材１９に、前記保持部７を掃除する方向に植設したブラシ２１と、少なくとも１つのブラシ固定部材１９のブラシ２１の間に、前記保持部７に向けてエアを噴射するように設けたエアノズル２３と、少なくとも１つのブラシ固定部材１９のブラシ２１の間に、前記保持部７に向けてクーラント液を噴射するように設けたクーラントノズル３１と、で構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、工作機械における工具ホルダの洗浄装置に関し、特にマシニングセンタ等の工作機械で使用する工具ホルダのテーパ状の保持部に付着した切粉を除去するための工作機械における工具ホルダの洗浄装置に関する。

従来、工作機械としての例えばマシニングセンタ１０１（以下、ＭＣ）は、図３に示されているように、切削工具１０３を装着した工具ホルダ１０５を着脱可能な主軸１０７が回転駆動される構成であり、前記主軸１０７に装着された工具ホルダ１０５が回転することにより、切削工具１０３の回転でワーク１０９が切削加工される。

主軸１０７の回転軸心には、工具ホルダ１０５を着脱するためのホルダ把持部としての例えば凹型円錐形状の主軸側テーパ部１１１が設けられている。一方、工具ホルダ１０５には、前記主軸側テーパ部１１１に着脱可能に嵌合する凸型円錐形状のホルダ側テーパ部１１３が備えられている。

さらに、ＭＣ１０１には、例えばドリル、フライス、タップ、カッタ、エンドミルなどの各種の切削工具１０３を装着した工具ホルダ１０５の複数個が所定位置のツールマガジン１１５に収納されて待機している。工具ホルダ１０５は自動交換装置(ＡＴＣ；Automatic Tool Changer)のＡＴＣアーム１１７により、ツールマガジン１１５と主軸１０７の主軸側テーパ部１１１との間で自動交換される。例えば、工具交換時には、ＡＴＣアーム１１７が回動し、主軸１０７に保持されている工具ホルダ１０５をツールマガジン１１５に収納されている工具ホルダ１０５と交換する。

なお、工具ホルダ１０５のホルダ側テーパ部１１３が主軸１０７の主軸側テーパ部１１１に嵌入して装着されるときは、工具ホルダ１０５の上端部が主軸１０７の内部の図示しない把持部で保持される。一方、工具ホルダ１０５が主軸１０７から取外されるときは、工具ホルダ１０５の上端部が主軸１０７の内部の図示しない押出装置で下方へ押し出される。

前述したように、主軸１０７の主軸側テーパ部１１１に装着された工具ホルダ１０５が回転することにより、工具ホルダ１０５の切削工具１０３が回転してワーク１０９に切削加工が施される。このワーク１０９を加工する時に排出される切粉ＰＭは、大きく飛び散って、図３のＩＩＩ部に示されているように、ツールマガジン１１５に待機している工具ホルダ１０５のホルダ側テーパ部１１３に付着する。ホルダ側テーパ部１１３に付着した切粉ＰＭは、工具交換時に主軸１０７の主軸側テーパ部１１１に入り込んでしまうために、回転する切削工具１０３の振れを引き起こすので、加工精度の悪化や外観不良の原因となる。実際に多くの切粉ＰＭを排出する切削加工工程においては、主軸１０７内の切粉ＰＭが原因と思われる切削異常が頻繁に発生し、機械稼働率の低下が大きな問題となっている。

上記の問題を解決するために、例えば特許文献１では、主軸の両側にクーラント液を吐出する工具洗浄用ノズルが配置されている。工具選択時のタレットの旋回と連動して工具洗浄用ノズルからクーラント液が吐出される。タレットが旋回する毎に、タレットに保持された工具のテーパ部やフランジ部がクーラント液で洗浄される構成である。また、上記のクーラント液に代えてエア等の流体を吐出するようにしても良いことが記載されている。

また、特許文献２では、主軸に装着される工具ホルダの芯ずれ防止方法であるが、その実施の形態で使用される掃除具の一例が示されている。その掃除具は、主軸のテーパ嵌合部を清掃するために、テーパ付き工具ホルダと近似する外径を有したテーパ部にブラシを形成したものである。工具ホルダの代わりに前記掃除具を主軸のテーパ嵌合部に装着する。掃除具のブラシの部分を主軸のテーパ嵌合部に挿入するとき、掃除具に備えている回り止めピンを機体の穴に嵌入させる。

主軸を低速で１〜２回転させると、掃除具は回り止めピンで機体に留められているので、主軸のテーパ嵌合部はブラシで清掃されることになる。
特開２００５−５２９４８号公報 特開平９−２９５７７号公報

ところで、従来の洗浄装置においては、例えば特許文献１では、高圧クーラント液で行った場合、工具ホルダのテーパ部表面に付着した微細な切扮は、高圧クーラント液では落としきれないものであった。さらに、高圧クーラント液は表面近くになるほど粘性により流速力が小さくなるため、切粉が微細になるほど洗浄が難しくなるものであった。

また、上記の高圧クーラント液と同様の理由で、エア（圧縮空気）でも落ちきれないことが多いものであった。また、高圧クーラント液と圧縮空気の２つを合わせても、ホルダについた微細な切粉を完全に除去するのは困難であるという問題点があった。

また、特許文献２では、ブラシによる掃除具で主軸のテーパ嵌合部を清掃するものであり、主軸内部の清掃だけでは、工具ホルダのテーパ部に付着する切扮を除去することはできない。また、主軸内部に入り込む切粉は、工具ホルダに付着したものが一緒に入ったものであることから、工具ホルダを洗浄した方が大きな効果を見込める。

また、洗浄装置として、ブラシだけでは、ホルダに付着した切粉をかき回すだけとなり、ブラシ内に残留した切粉が再びホルダに付着する可能性があるという問題点があった。

この発明は、工作機械で使用する工具ホルダのテーパ状の保持部に付着した微細な切粉も確実に除去することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明の工作機械における工具ホルダの洗浄装置は、工具を装着する工具ホルダの保持部を洗浄する工作機械における工具ホルダの洗浄装置であって、
平面上で時計回りと反時計回り方向に交互に反復して回転自在に設けた回転体と、
前記工具ホルダの保持部の中心軸が前記回転体の回転軸心上にほぼ位置するようにセットした前記工具ホルダの保持部の外側で、その円周方向に回転すべく前記回転体に固定した少なくとも２つ以上のブラシ固定部材と、
このブラシ固定部材に、前記工具ホルダの保持部を掃除する方向に植設したブラシと、
少なくとも１つの前記ブラシ固定部材に植設したブラシの間に前記工具ホルダの保持部に向けてエアを噴射するように設けたエアノズルと、
少なくとも１つの前記ブラシ固定部材に植設したブラシの間に前記工具ホルダの保持部に向けてクーラント液を噴射するように設けたクーラントノズルと、
で構成されていることを特徴とするものである。

また、この発明の工作機械における工具ホルダの洗浄装置は、前記工作機械における工具ホルダの洗浄装置において、前記ブラシ固定部材は、前記回転体の回転平面上で複数のほぼ等分角の位置に配置されると共に、エアノズルを設けたブラシ固定部材と、クーラントノズルを設けたブラシ固定部材が交互に配置されていることが好ましい。

また、この発明の工作機械における工具ホルダの洗浄装置は、前記工作機械における工具ホルダの洗浄装置において、前記ブラシ固定部材は、前記回転体の回転平面上でほぼ４等分角の位置に配置されていることが好ましい。

以上のごとき課題を解決するための手段から理解されるように、この発明によれば、工具ホルダの保持部に対して、ブラシによる掃き動作と、クーラント液による液体洗浄と、エアによる吹き飛ばし清掃の３つの清掃要素が組み合わされて強力に洗浄することができる。しかも、ブラシとクーラント液とエアを工具ホルダの保持部にくまなく均等に当てることができ、満遍なく洗浄することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１及び図２を参照するに、この実施の形態に係る工具ホルダの洗浄装置１は、マシニングセンタ（以下、ＭＣ）やＮＣ工作機械などの工作機械に使用される工具ホルダ３に付着した微細な切粉を洗浄するものである。

例えば、ＭＣは、背景技術で概略を説明した通りであり、切削工具５を装着した工具ホルダ３を着脱可能な主軸が回転駆動され、前記主軸に装着された工具ホルダ３が回転することにより、切削工具５の回転でワークに切削加工が施される。

主軸の回転軸心には、工具ホルダ３を着脱するためのホルダ把持部としての例えば凹型円錐形状の主軸側のテーパ部が設けられている。一方、工具ホルダ３には、前記ホルダ把持部つまり主軸側のテーパ部に着脱可能に嵌合する保持部としての例えば凸型円錐形状のホルダ側のテーパ部７が備えられている。工具ホルダ３は、自動交換装置(ＡＴＣ；Automatic Tool Changer)のＡＴＣアーム９により、複数個の工具ホルダ３を収納したツールマガジンと主軸の主軸側のテーパ部との間で自動交換される。

なお、この実施の形態では、工具ホルダ３の保持部が円錐形状のテーパ部７を代表例として記載しているが、円柱形状の保持部の場合にも適用されるものである。

上記のようなＭＣで使用される工具ホルダ３に対する洗浄装置１は、図２に示されているように、ドーナツ型円板状の回転体１１が、図示しない機体により、一つの平面上、この実施の形態ではほぼ水平面上において回転自在に設けられている。さらに、回転体１１のドーナツ型の円周枠体１３の中央には十字型枠体１５が一体的に設けられており、十字型枠体１５の回転中心部は前記機体に保持されたアクチュエータ１７の回転軸に連結されている。したがって、回転体１１は、例えばステッピングモータを搭載したアクチュエータ１７によりほぼ水平面上において時計回りと反時計回り方向に交互に反復して回転駆動される構成である。

また、上記の回転体１１の下方には、洗浄すべき工具ホルダ３がセットされる構成である。すなわち、前記工具ホルダ３のテーパ部７の中心軸が回転体１１の回転軸心上にほぼ位置するようにセットされる。

そこで、この実施の形態では、４つの断面四角形の棒状のブラシ固定部材１９が上記の回転体１１の円周枠体１３に、その外周円をほぼ４等分角する位置、つまり９０°間隔の位置で下方に向けて一体的に設けられている。前記４つのブラシ固定部材１９は、上記のようにセットされる工具ホルダ３のテーパ部７に沿った外側の位置で円周方向に回転するように前記回転体１１に固定されている。

さらに、前記各ブラシ固定部材１９には、ブラシ２１が前記工具ホルダ３のテーパ部７の表面を掃除する方向に向けて植設されており、ブラシ２１の先端が工具ホルダ３のテーパ部７に密着する高さに配置されている。

また、回転体１１の回転中心を挟んで対向する２つのブラシ固定部材１９には、複数のエアノズル２３がブラシ２１の間に前記工具ホルダ３のテーパ部７の表面に向けてエア（圧縮空気）を噴射する方向に向けて突出して設けられている。なお、複数の各エアノズル２３は工具ホルダ３のテーパ部７の表面にぶつからないように、ブラシ２１の先端位置より低く設定されている。さらに、各エアノズル２３はブラシ固定部材１９の内部に設けたエア供給路２５に連通しており、エア供給路２５は回転体１１の円周枠体１３の上面のエア供給口２７に連通している。各エア供給口２７には図示しないエア供給源から供給されるエアを供給するエア供給ホース２９が連結されている。

また、上記の４つのブラシ固定部材１９のうちの前記回転体１１の回転中心を挟んで対向する残りの２つのブラシ固定部材１９には、複数のクーラントノズル３１がブラシ２１の間に前記工具ホルダ３のテーパ部７の表面に向けてクーラント液を噴射する方向に向けて突出して設けられている。なお、複数の各クーラントノズル３１は工具ホルダ３のテーパ部７の表面にぶつからないように、ブラシ２１の先端位置より低く設定されている。さらに、各クーラントノズル３１はブラシ固定部材１９の内部に設けたクーラント液供給路３３に連通しており、クーラント液供給路３３は回転体１１の円周枠体１３の上面のクーラント液供給口３５に連通している。各クーラント液供給口３５には図示しないクーラント液供給源から供給されるクーラント液を供給するクーラント液供給ホース３７が連結されている。

上記構成により、工具ホルダ３を交換する際に、工具ホルダ３が主軸に装着される前に、図１に示されているように、洗浄装置１が図示しない移動装置によりＡＴＣアーム９で把持されている工具ホルダ３の位置まで移動してから、工具ホルダ３のテーパ部７の上から下降して４つのブラシ固定部材１９の各ブラシ２１が前記テーパ部７に密着した後に洗浄動作を開始する。

すなわち、ステッピングモータを搭載したアクチュエータ１７により回転体１１が原位置を基準にしてほぼ水平面上において時計回りと反時計回り方向に９０°ずつ交互に回転する。これにより、回転体１１が回転してもクーラント液供給ホース３７とエア供給ホース２９は絡まることは無い。

より詳しくは、例えば、図２において、回転体１１が原位置から時計回り方向に９０°回転して停止した後に、反時計回り方向に９０°回転して原位置で停止してから再び反時計回り方向に９０°回転するか、あるいは原位置を通過するように反時計回り方向に１８０°回転して停止する。次いで、再び時計回り方向に９０°回転して原位置で停止する。以上が一サイクルの洗浄動作となる。実際の洗浄では、一サイクル又は数回のサイクルの洗浄動作を繰り返して行われる。

このとき、工具ホルダ３のテーパ部７はブラシ固定部材１９の各ブラシ２１で掃き動作が行われると共に、高圧クーラント液が各クーラントノズル３１からテーパ部７に向けて噴射して液体洗浄が行われ、エア（圧縮空気）が各エアノズル２３からテーパ部７に向けて噴射して吹き飛ばし清掃が行われる。

つまり、ブラシ２１とクーラントノズル３１を備えたブラシ固定部材１９では、工具ホルダ３のテーパ部７の表面にこびり付いた微細な切粉がブラシ２１によりテーパ部７の表面から剥離され、そこに高圧のクーラント液が噴射することで前記切粉が流し出される。

ブラシ２１とエアノズル２３を備えたブラシ固定部材１９では、上記のようにブラシ２１とクーラントノズル３１で剥離された切粉を含んだクーラント液がブラシ２１とエアにより吹き飛ばされることにより、工具ホルダ３のテーパ部７の表面から切粉が完全に除去される。

したがって、工具ホルダ３のテーパ部７に対して、ブラシ２１による掃き動作と、クーラント液による液体洗浄と、エアによる吹き飛ばし清掃の３つの清掃要素が組み合わされて強力に洗浄することができる。しかも、ブラシ２１とクーラント液とエアを工具ホルダ３のテーパ部７にくまなく均等に当てることができ、満遍なく洗浄することができる。

なお、前述した洗浄装置１は、４つのブラシ固定部材１９が回転体１１の円周枠体１３の外周円のほぼ４等分角する位置、つまりほぼ９０°間隔の位置で一体的に設けられているが、これに限定されない。

例えば、ブラシ２１を植設したブラシ固定部材１９が少なくとも２つ以上、回転体１１に設けられると共に、そのうちの少なくとも１つの前記ブラシ固定部材１９にクーラントノズル３１を設け、少なくとも１つの前記ブラシ固定部材１９にエアノズル２３を設けることができる。

また、ブラシ固定部材１９は回転体１１の回転平面上で複数のほぼ等分角の位置に設けると共に、エアノズル２３を設けたブラシ固定部材１９と、クーラントノズル３１を設けたブラシ固定部材１９を交互に配置することができる。この場合、ブラシ固定部材１９の数が偶数の場合はエアノズル２３を設けたブラシ固定部材１９とクーラントノズル３１を設けたブラシ固定部材１９は交互に配置されるが、ブラシ固定部材１９の数が奇数の場合は厳密に言えば１箇所だけ交互にならない。しかし、基本的には奇数の場合も適用される。

また、回転体１１の反復回転角度は、ブラシ固定部材１９の数や配置箇所によって設計変更すればよい。

この発明の実施の形態の洗浄装置の概略的な構造図を示すもので、図２の矢視Ｉ−Ｉ線の断面図である。 図１の上から視た平面図である。 マシニングセンタにおける切削加工状態を示すもので、使用される工具ホルダにかかる切粉の状況を示す概略説明図である。

符号の説明

１ 工具ホルダの洗浄装置
３ 工具ホルダ
５ 切削工具
７ テーパ部（保持部）
９ ＡＴＣアーム
１１ 回転体
１３ 円周枠体
１５ 十字型枠体
１７ アクチュエータ
１９ ブラシ固定部材
２１ ブラシ
２３ エアノズル
２５ エア供給路
２７ エア供給口
２９ エア供給ホース
３１ クーラントノズル
３３ クーラント液供給路
３５ クーラント液供給口
３７ クーラント液供給ホース

Claims (3)

1. 工具を装着する工具ホルダの保持部を洗浄する工作機械における工具ホルダの洗浄装置であって、
   平面上で時計回りと反時計回り方向に交互に反復して回転自在に設けた回転体と、
   前記工具ホルダの保持部の中心軸が前記回転体の回転軸心上にほぼ位置するようにセットした前記工具ホルダの保持部の外側で、その円周方向に回転すべく前記回転体に固定した少なくとも２つ以上のブラシ固定部材と、
   このブラシ固定部材に、前記工具ホルダの保持部を掃除する方向に植設したブラシと、
   少なくとも１つの前記ブラシ固定部材に植設したブラシの間に前記工具ホルダの保持部に向けてエアを噴射するように設けたエアノズルと、
   少なくとも１つの前記ブラシ固定部材に植設したブラシの間に前記工具ホルダの保持部に向けてクーラント液を噴射するように設けたクーラントノズルと、
   で構成されていることを特徴とする工作機械における工具ホルダの洗浄装置。
2. 前記ブラシ固定部材は、前記回転体の回転平面上で複数のほぼ等分角の位置に配置されると共に、エアノズルを設けたブラシ固定部材と、クーラントノズルを設けたブラシ固定部材が交互に配置されていることを特徴とする請求項１記載の工作機械における工具ホルダの洗浄装置。
3. 前記ブラシ固定部材は、前記回転体の回転平面上でほぼ４等分角の位置に配置されていることを特徴とする請求項２記載の工作機械における工具ホルダの洗浄装置。

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