JP2011051064A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】
切屑の形状に応じて、切屑を吸引して機外に排出し、又はクーラントの供給により切屑をテーブル下部等に流下させることのできる工作機械を提供することを課題としている。
【解決手段】
ワーク９２を加工した際に発生する切屑を吸引通路１０１，７５１，…，９１を介して吸引する切屑吸引装置１０と、前記ワーク９２の加工点に対して供給通路２０１，７５１，…，９１を介してクーラントを供給するクーラント供給装置２０と、前記切屑吸引装置１０と前記クーラント供給装置２０とを切り換えて作動させる切換装置１１とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被加工部材を加工した際に発生する切屑を吸引し、または、前記被加工部材へクーラントを供給するようにした工作機械に関する。

回転工具を用いて被加工部材（以下、ワークと記す）に穿孔加工を施す際に発生した切屑が、穿孔内部に溜まることがある。孔内部に溜まる切屑は、穿孔加工で発生する熱によって、高温に熱せられた結果、硬化する。そのような切屑に回転工具が干渉した場合、該回転工具にこれの耐久性能を超える負荷が加わり、回転工具が破損するおそれがある。

また、切屑が工作機械内の広範囲に亘って飛散し、加工終了後の清掃作業が煩雑になるという問題も発生する。

前記問題点の解決方法として、従来、例えば、加工時に発生した切屑を、工具の先端に設けた流入孔より吸い上げ、工具に設けた貫通孔、主軸内部に設けた切屑移送管を通じて外部に排出する切屑吸引装置を設けたものがある。

また、特許文献１には、工具、ワーク又はテーブル等に向かって、クーラント供給ノズルからクーラントを吐出するクーラント供給装置を設けたものが開示されている。このクーラント供給装置では、クーラントを供給することにより切削点における温度上昇を抑え、さらには、加工時に発生した切屑を、ワーク又はテーブル上から流下させることができる。

特開２０００−３０１４２７号公報

ところで、前記従来の切屑吸引装置を設けた場合、切屑が粉末状をなしている場合には確実に吸引できるものの、切屑の形状、大きさによっては効率良く吸引できなかったり、あるいは切削点の温度が異常に上昇するおそれがある。

一方前記特許文献１のクーラント供給装置を設けた場合は、切削点の温度がさほど上昇しない場合でも切屑がテーブルの下方に溜まるので、これを機外に排出する切屑排出装置が必要となり、装置コストが増加するという問題がある。

本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、切屑の形状に応じて、切屑を吸引して機外に排出し、又はクーラントの供給により切削点の温度上昇を回避することのできる工作機械を提供することを課題としている。

請求項１の発明は、主軸頭と、該主軸頭により回転自在に支持された主軸と、該主軸に着脱可能に装着された工具ホルダとを備えた工作機械において、被加工部材を加工した際に発生する切屑を吸引通路を介して吸引する切屑吸引装置と、前記被加工部材の加工点に対して供給通路を介してクーラントを供給するクーラント供給装置と、前記切屑吸引装置と前記クーラント供給装置とを切り換えて作動させる切換装置とを備えたことを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１に記載の工作機械において、前記切屑吸引装置の吸引通路及び前記クーラント供給装置の供給通路は、前記主軸及び工具ホルダを貫通するように形成され、かつ前記吸引通路が前記供給通路を兼ねていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、切屑を吸引する切屑吸引装置とクーラントを供給するクーラント供給装置とを切り換えて作動させる切換装置を備えているので、ワークを加工した際に発生する切屑の形状、大きさ等の性状に応じて、あるいは切削点の温度がさほど上昇しない場合には、切屑を吸引して機外に排出し、又は、切削点の温度上昇が高い場合には、クーラントを供給することにより、切削点の異常な温度上昇を回避することができ、切屑の除去あるいは切削点の冷却を必要に応じて選択できる。そのため、多様なワークの種類や加工条件に対応することが可能となる。

請求項２の発明によれば、前記切屑吸引装置の吸引通路及び前記クーラント供給装置の供給通路を主軸及び工具ホルダを貫通するように形成し、かつ前記吸引通路が前記供給通路を兼ねているので、別設のクーラント供給ノズルを必要とせず、安価な構成により、ワークを加工した際に発生する切屑の除去あるいは切削点の冷却を行うことができる。

本発明の実施例１による門形マシニングセンタの斜視図である。 前記門形マシニングセンタのユニバーサルヘッドの断面側面図である。 前記図２の主軸部分の断面側面図である。

図１ないし図３は、本発明の実施例１による工作機械を説明するための図である。

図において、１は工作機械の１例としての門形マシニングセンタを示している。この門形マシニングセンタ１は、床面上に設置されたベッド１１と、該ベッド１１の、正面（Ｘ軸方向）から見て左，右側部に配置された左，右のコラム１２，１２と、水平に左右方向に延び、前記コラム１２，１２の上端に支持されたクロスレール１３とを有する。

前記ベッド１１上には、テーブル１７がＸ軸方向（前後方向）に移動可能に設置されている。

前記クロスレール１３には、サドル１４がＹ軸方向（左右方向）に移動可能に設置されている。該サドル１４にはラム１５がＺ軸方向（垂直方向）に移動可能に設置されている。

前記ラム１５内には、垂直方向に延びる旋回中心軸線１５１と平行な支持部材貫通孔１５２が形成されている。該支持部材貫通孔１５２内には旋回中心軸１５３が内嵌され、軸受１５４及び図示しない上部軸受を介して前記ラム１５に旋回可能に軸支されている。

前記旋回中心軸１５３の外周面にはロータ１５５が固定され、前記支持部材貫通孔１５２にはステータ１５６が固定されている。該ステータ１５６は、前記ロータ１５５の外周面から径方向外側に一定間隔を隔てて該ロータ１５５を取り囲むように配置されている。前記ステータ１５６に電流を供給することによって、前記ロータ１５５が回転駆動され、前記旋回中心軸１５３は前記旋回中心軸線１５１を中心にして旋回する。

前記ラム１５の下部には、ユニバーサルヘッド１６が設置されている。該ユニバーサルヘッド１６は、水平面内での旋回動作であるＣ軸回り移動と、垂直面内での旋回動作であるＡ軸回り移動を行う。

前記ユニバーサルヘッド１６は、垂直方向に延びる筒体である主軸頭１８と、該主軸頭１８を前記Ａ軸回りに旋回可能に支持する主軸頭支持部材１９とを有する。該主軸頭支持部材１９は、前記旋回中心軸１５３の下端面にボルト締め固定され、前記ラム１５により前記Ｃ軸回りに旋回可能に支持されている。

前記支持部材貫通孔１５２の下端と前記軸受１５４との間には、ピストン１５７が、油圧によって、前記旋回中心軸線１５１に平行に移動可能となるよう内嵌されている。前記ピストン１５７の下端面には環状の噛合歯が形成され、前記軸受１５４の外輪１５４ａの上端面と内輪１５４ｂの上端面にも、同心状に環状の噛合歯が形成されている。

前記ピストン１５７の噛合歯、前記軸受１５４の外輪１５４ａの噛合歯、及び前記軸受１５４の内輪１５４ｂの噛合歯は、３ピースカップリングを構成しており、前記ピストン１５７が下方向に移動すると、前記ピストン１５７の噛合歯が、前記軸受１５４の外輪１５４ａと内輪１５４ｂとの両噛合歯に同時に噛み合い、前記主軸頭支持部材１９を旋回角度位置にクランプする。

前記主軸頭１８は、垂直軸方向に延びる主軸２を回転自在に軸支し、該主軸２の先端部には工具ホルダ３が装着されている。また前記主軸頭１８内には前記工具ホルダ３を前記主軸２にクランプ・アンクランプするクランプ機構４が備えられている。

前記主軸２は、その軸心に、主軸中心線２１と平行な主軸貫通孔２２を有する筒体であり、該主軸２の下部及び上部が下軸受２３及び上軸受２４を介して前記主軸頭１８に回転自在に軸支されている。

前記クランプ機構４は、前記主軸２の主軸貫通孔２２内に、主軸中心軸線２１と平行に移動可能に内嵌され、前記工具ホルダ３を前記主軸貫通孔２２前端部のテーパ孔２５にクランプ・アンクランプするドローバ５と、該ドローバ５をアンクランプ方向に移動させる駆動機構６とを有している。

前記ドローバ５は、前記テーパ孔２５の近傍に配置された複数の係合爪５３を前記工具ホルダ３の上端部に形成され係合段部３１に係合させる筒状の係合駆動パイプ５１と、該係合駆動パイプ５１に接続された筒状のドローバ本体５２とを有する。

前記係合爪５３はこれの基端部５３１を中心に前端の爪部５３２を径方向に拡開可能に構成されている。前記係合駆動パイプ５１の前端にはカム５３３が形成され、該カム５３３は前記爪部５３２の内面に摺接しており、後進位置（図３上方位置）にあるとき該爪部５３２を前記係合段部３１に係合させ、前進位置（図３下方位置）にあるとき前記係合を解除する。

前記ドローバ本体５２と前記主軸貫通孔２２との間には多数の皿ばね５４が介在されている。前記皿ばね５４は前記ドローバ５をクランプ方向（図３上方向）に付勢している。この付勢力により前記係合駆動パイプ５１がクランプ方向に移動すると、前記カム５３３が前記爪部５３２を拡開させて前記係合段部３１に係合させ、前記工具ホルダ３のテーパ部３２を前記テーパ孔２５に強固に嵌合させる。

前記駆動機構６は、前記主軸頭１８の上端部にボルト６１により締め付け固定されたケーシング６２と、蓋部材６３とで形成されたシリンダ孔６５内にピストン６４を挿入配置した構造のものである。油圧によって該ピストン６４が図３の下方に移動すると、押圧プレート５６を介して前記ドローバ５を前記皿ばね５４の付勢力に抗してアンクランプ方向（図３下方向）に移動させ、前記工具ホルダ３の前記テーパ部３２と前記テーパ孔２５との嵌合を解除する。

前記主軸２の外周面にはロータ２６が固定され、前記主軸頭１８の内周面にはステータ２７が前記ロータ２６を、これの外周面から径方向外側に一定間隔を隔てて取り囲むように配置固定されている。前記ステータ２７に電流を供給することによって、前記ロータ２６が回転駆動され、前記主軸２は前記主軸中心軸線２１を中心として旋回する。

前記主軸頭１８は、前記主軸頭支持部材１９に、前記主軸中心軸線２１に対して直交する旋回中心軸線１９１を中心にして、Ａ軸回りに旋回可能に支持されている。

前記主軸頭支持部材１９には前記旋回中心軸線１９１と平行な支持部材貫通孔１９２が形成されている。そして、前記支持部材貫通孔１９２には、前記主軸頭１８の左端部にボルトで固定された旋回中心軸１９３が内嵌され、該旋回中心軸１９３は前軸受１９４及び後軸受１９５を介して前記主軸頭支持部材１９に旋回可能に軸支されている。

前記旋回中心軸１９３の外周面にはロータ１９６が固定され、前記支持部材貫通孔１９２にはステータ１９７が固定されており、該ステータ１９７は、前記ロータ１９６の外周面から径方向外側に一定間隔を隔てて該ロータ１９６を取り囲むように配置されている。前記ステータ１９７に電流を供給することによって、前記ロータ１９６が回転駆動され、前記主軸頭１８は前記旋回中心軸線１９１を中心として旋回する。

前記支持部材貫通孔１９２の右端と前記前軸受１９４との間には、ピストン１９８が、油圧によって、前記旋回中心軸線１９１に平行に移動可能となるよう内嵌されている。前記ピストン１９８の右端面には環状の噛合歯が形成され、前記前軸受１９４の外輪１９４ａの左端面と内輪１９４ｂの左端面にも、同心状に環状の噛合歯が形成されている。

前記ピストン１９８の噛合歯、前記前軸受１９４の外輪１９４ａの噛合歯、及び前記前軸受１９４の内輪１９４ｂの噛合歯は、３ピースカップリングを構成しており、前記ピストン１９８が右方向に移動すると、前記ピストン１９８の噛合歯が、前記前軸受１９４の外輪１９４ａと内輪１９４ｂとの両噛合歯に同時に噛み合い、前記主軸頭１８を旋回角度位置にクランプする。

前記係合駆動パイプ５１の前記カム５３３内には、その軸心（主軸中心線２１）に通路孔３４が形成された連結パイプ３３が同軸をなすように挿入されており、該連結パイプ３３はナット部材３５により前記工具ホルダ３内に固定されている。

前記工具ホルダ３の下端には、刃具９が取付けられており、該刃具９の軸心（主軸中心線２１）には、前記通路孔３４に連通する貫通孔からなる通路孔９１が形成されている。また、前記係合駆動パイプ５１，前記ドローバ本体５２の軸心部（主軸中心線２１）には、それぞれ、軸方向に貫通する通路孔５１１，５２３が形成されており、前記通路孔５１１は前記通路孔３４に、前記通路孔５２３は通路孔５１１に、それぞれ連通し、同一径に設定されている。

前記ドローバ本体５２の上端部５２１は、主軸側通路パイプ７１の下端部７１１内に挿入されており、該主軸側通路パイプ７１は、前記蓋部材６３、前記ピストン６４内に挿入され、前記蓋部材６３にボルトで固定されている。また、前記主軸側通路パイプ７１の軸心（主軸中心線２１）には、前記通路孔５２３に連通し、同一径に設定された通路孔７１３が形成されている。

前記主軸側通路パイプ７１と前記ドローバ本体５２の上端部５２１との間には、前記通路孔７１３，５２３と外部とを遮断するためのシール機構８が設置されており、前記主軸側通路パイプ７１と前記上端部５２１とが相対的に回転可能となるよう接続されている。

前記主軸側通路パイプ７１の上端部には、通路パイプ７２の右端がボルトによって着脱可能に取り付けられ、該通路パイプ７２の左端は、前記主軸頭１８の上端部へボルトによって着脱可能に取り付けられている。

前記通路パイプ７２の軸心には、略U字形を成す通路孔７２１が形成されている。また、該通路孔７２１の右端は、前記通路孔７１３に同一径で連通されており、左端は前記主軸頭１８に形成された通路孔１８１の上端面に同一径で連通されている。

前記支持部材貫通孔１９２の軸心（旋回中心軸線１９１）には、該軸心（旋回中心軸線１９１）と平行に、支持部材通路パイプ７３が配置されている。該支持部材通路パイプ７３の右端は、前記主軸頭１８の左端面にボルトによって固定されており、前記支持部材通路パイプ７３の左端の外周面は、連通パイプ７４の下端の内周面に接続されている。

前記支持部材通路パイプ７３の軸心（旋回中心軸線１９１）には、通路孔７３１が形成され、前記連通パイプ７４の軸心には、略U字形を成す通路孔７４１が形成されている。また、前記通路孔７３１の右端は、前記通路孔１８１の左端面に同一径で連通されており、左端は前記通路孔７４１に同一径で連通されている。

前記支持部材通路パイプ７３の左端の外周面と、連通パイプ７４の下端の内周面との接続部には、前記通路孔７３１，７４１と外部とを遮断するためのシール機構８が設置されており、前記支持部材通路パイプ７３の左端の外周面と前記連通パイプ７４の下端の内周面とが相対的に回転可能となるよう接続されている。

前記連通パイプ７４の上端は、前記主軸頭支持部材１９の左端面にボルトによって着脱可能に取り付けられている。前記主軸頭支持部材１９の左端面には、中空の円筒部材７７が固定されており、前記連通パイプ７４の下端は、前記円筒部材７７の左端面にボルトによって着脱可能に取り付けられている。

前記支持部材貫通孔１５２の軸心（旋回中心軸線１５１）には、該軸心と平行に、支持部材通路パイプ７５が配置されている。該支持部材通路パイプ７５の下端の外周面は、前記主軸頭支持部材１９の上端面に設置されている中空の円盤部材７６の内周面に接続されている。

前記支持部材通路パイプ７５の軸心（旋回中心軸線１５１）には、通路孔７５１が形成されており、該通路孔７５１の下端は前記主軸頭支持部材１９に形成された通路孔１９９の上端面に同一径で連通されている。また、前記支持部材通路パイプ７５の下端の外周面と、前記円盤部材７６の内周面との接続部には、前記通路孔７５１，１９９と外部とを遮断するためのシール機構８が設置されており、前記支持部材通路パイプ７５の下端の外周面と前記円盤部材７６の内周面とが相対的に回転可能となるよう接続されている。

前記支持部材通路パイプ７５の上端は、通路孔１０１，２０１を有する吸引パイプ１１０，供給パイプ２１０に分岐されており、該吸引パイプ１１０には切屑吸引装置１０が接続され、前記供給パイプ２１０にはクーラント供給装置２０が接続されている。前記通路孔１０１，２０１は前記通路孔７５１と同一径になっている。

前記吸引パイプ１１０，前記供給パイプ２１０には、前記切屑吸引装置１０と前記クーラント供給装置２０とを切り換えて作動させる切換装置１１を構成する切換バルブ１１１，１１２がそれぞれ介設されている。なお、前記切換バルブ１１１，１１２の全開時の内径は、前記通路孔１０１，２０１と略同一径に構成されている。

前記通路孔１０１，７５１，１９９，７４１，７３１，１８１，７２１，７１３，５２３，５１１，３４及び９１によって吸引通路が構成されており、前記通路孔２０１，７５１，１９９，７４１，７３１，１８１，７２１，７１３，５２３，５１１，３４及び９１によって供給通路が構成されている。つまり、前記吸引通路の通路孔７５１，１９９，７４１，７３１，１８１，７２１，７１３，５２３，５１１，３４及び９１は供給通路の通路孔を兼ねている。

すなわち、マグネシウム合金，合成樹脂及びセラミック等の材質からなるワーク９２を加工する場合は、前記切換バルブ１１１を開くとともに前記切換バルブ１１２を閉じて、前記切屑吸引装置１０をオンにするとともに、前記クーラント供給装置２０をオフにする。これにより前記ワーク９２の切削加工により発生した切屑は、前記切屑吸引装置１０により前記ワーク９２の切削点から吸引され、前記吸引通路を介して機外へ排出される。

一方、鉄及び真鍮等の材質からなるワーク９２を加工する場合は、前記切換バルブ１１２を開くとともに前記切換バルブ１１１を閉じて、前記クーラント供給装置２０をオンにするとともに、前記切屑吸引装置１０をオフにする。これにより、前記クーラント供給装置２０から前記供給通路を介してクーラントが前記ワーク９２の切削点に供給される。

なお、図示していないが、前記切屑吸引装置１０により吸引され機外に排出された切屑は、切削粉フィルタにより捕捉され、切削粉バケットに貯留される。また、前記クーラント供給装置２０により供給されたクーラントは、クーラント貯蔵槽に集められ、ポンプ，フィルタ等を介して前記クーラント供給装置２０に送られ、再利用される。

本実施例では、切屑を吸引する切屑吸引装置１０とクーラントを供給するクーラント供給装置２０とを切り換えて作動させる切換装置１１を備えている。そのため、ワーク９２を加工した際に発生する切屑の形状、大きさ等の性状に応じて、あるいは、切削点の温度がそれほど上昇しない場合は、切屑を吸引して機外に排出する一方、切削点の温度が高くなる場合は、クーラントを供給することにより、切削点の異常昇温を回避することができ、切屑の除去あるいは切削点の冷却を必要に応じて選択できる。そのため、多様なワークの種類や加工条件に対応することが可能となる。

また、前記切屑吸引装置１０の吸引通路１０１，７５１，…，９１及び前記クーラント供給装置２０の供給通路２０１，７５１，…，９１を前記主軸２及び前記工具ホルダ３を貫通するように形成し、かつ前記吸引通路１０１，７５１，…，９１が前記供給通路２０１，７５１，…，９１を兼ねているので、別設のクーラント供給ノズルを必要とせず、安価な構成により、ワークを加工した際に発生する切屑の除去あるいは切削点の冷却を行うことができる。

なお、前記実施例１では、前記切換バルブ１１１，１１２で切換操作を手動で行う場合を説明したが、バルブによる切換に限定されないのは勿論であり、また、切換操作を自動で行ってもよい。

また、前記実施例１では、ユニバーサルヘッドを備えた工作機械の場合を説明したが、本発明は、ユニバーサルヘッドを備えていない工作機械にも勿論適用できる。

さらには、前記切屑吸引装置１０の吸引通路と前記クーラント供給装置の供給通路とは、別個独立のものとして設けられていてもよい。

１ 門形マシニングセンタ（工作機械）
２ 主軸
３ 工具ホルダ
１０ 切屑吸引装置
１１ 切換装置
１８ 主軸頭
２０ クーラント供給装置
９２ 被加工部材（ワーク）
１０１，７５１，…，９１ 吸引通路
２０１，７５１，…，９１ 供給通路

Claims (2)

1. 主軸頭と、該主軸頭により回転自在に支持された主軸と、該主軸に着脱可能に装着された工具ホルダとを備えた工作機械において、
   被加工部材を加工した際に発生する切屑を吸引通路を介して吸引する切屑吸引装置と、前記被加工部材の加工点に対して供給通路を介してクーラントを供給するクーラント供給装置と、前記切屑吸引装置と前記クーラント供給装置とを切り換えて作動させる切換装置とを備えた
   ことを特徴とする工作機械。
2. 請求項１に記載の工作機械において、
   前記切屑吸引装置の吸引通路及び前記クーラント供給装置の供給通路は、前記主軸及び工具ホルダを貫通するように形成され、かつ前記吸引通路が前記供給通路を兼ねている
   ことを特徴とする工作機械。

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