JP2013071211A

JP2013071211A - 加工工具

Info

Publication number: JP2013071211A
Application number: JP2011212669A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Sengoku; 一生仙石; Makoto Koreshige; 誠是繁
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-04-22
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: JP5791189B2

Abstract

【課題】工具交換の負担を軽減すると共に、加工時の工具のビビリを防止する。
【解決手段】加工工具１の内部に、マシニングセンタの主軸Ｓに取り付けた状態で主軸Ｓに設けられたクーラント供給口Ｓ３と連通する連通路４１と、連通路４１と連通し、クーラントを充填可能な充填室４２と、充填室４２と連通し、外部に開口した排出路４３と、排出路４３を閉塞可能な閉塞手段（ボール５０）とを設ける。工具交換時には充填室４２を空の状態とし、加工時には充填室４２にクーラントを満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工設備の主軸に取り付けられる加工工具（以下、単に「工具」とも言う。）に関し、特に、自動工具交換装置（オートツールチェンジャー、以下、「ＡＴＣ」と言う。）を有するマシニングセンタで使用される加工工具に関する。

例えば自動車の生産工場では、排出される二酸化炭素やエネルギー削減の観点から工場の省スペース化や生産ラインの簡略化が図られ、これに伴って設備の小型化への取り組みが行われている。例えば、機械加工ラインの小型化及び簡略化を図るべく、マシニングセンタを小型化すると、マシニングセンタに設けられたＡＴＣも小型化され、ＡＴＣにより保持可能な工具の許容重量が低下する。このため、使用できる工具のサイズが制限されてしまい、加工時間の長期化を招く恐れがある。

例えば特許文献１では、工具の一部を樹脂化することで軽量化を図っている。

特開２００６−１５９３４９号公報

しかし、工具を軽量化すると、工具交換の負担が減る一方で、加工時の負荷により工具自体に微小振動（いわゆる「ビビリ」）が生じてしまい、加工精度が低下する恐れがある。このように、工具交換の負担を減らすべく加工工具を軽量化すると、加工時にビビリが生じて加工精度が低下し、加工時のビビリを防止すべく加工工具の重量を増やすと、工具交換の負担が増大するというジレンマが生じる。

以上のような事情から、工具交換の負担を軽減すると共に、加工時の工具のビビリを防止することが、本発明が解決すべき技術的課題である。

前記課題を解決するためになされた本発明は、加工設備の主軸に脱着可能に取り付けられ、加工刃を有する加工工具であって、主軸に取り付けた状態で、主軸に設けられたクーラント供給口と連通する連通路と、連通路と連通し、クーラントを充填可能な充填室と、充填室と連通し、外部に開口した排出路と、排出路を閉塞可能な閉塞手段とを備えたものである。

上記の加工工具を加工設備の主軸に脱着する際には、充填室と連通した排出路を外部と連通することにより、充填室のクーラントが外部に排出されて充填室が空となり、加工工具が軽量化されて工具交換の負担を軽減できる。一方、上記の加工工具により加工を行う際には、閉塞手段により排出路を閉塞した状態で、連通路から充填室にクーラントを供給して充填室をクーラントで満たすことにより、加工工具が中実のような状態となって重量及び剛性が増大し、加工時のビビリを防止することができる。

上記の加工工具に、充填室と外部とを連通し、加工刃にクーラントを供給するクーラント供給路を設ければ、クーラント供給路から供給されるクーラントで、加工刃の冷却及び加工屑除去を行うことができる。

上記の閉塞手段は、例えば排出路の内部で、主軸の回転半径方向（以下、単に「回転半径方向」と言う）に移動可能な閉塞部材を有する構成とすることができる。この場合、主軸の回転時の遠心力により閉塞部材を回転半径方向外方に移動させて排出路を閉塞するようにすれば、別途の駆動手段を設けることなく簡単な機構で排出路を閉塞することができる。

閉塞部材としてボールを使用する場合、排出路に、ボールの直径よりも内径が大きい大径部と、大径部の回転半径方向外方に設けられ、ボールの直径よりも内径が小さい小径部とを設ければ、主軸の回転による遠心力でボールが排出路の内部で回転半径方向外方に移動し、ボールと小径部とが嵌合して密着することにより、排出路を閉塞することができる（閉塞位置）。一方、ボールが回転半径方向内方に移動して排出路の大径部に配置されることで、ボールと大径部との間に隙間が形成され、排出路が連通される（連通位置）。

排出路の底面を、小径部から大径部に向けて下方に傾斜させれば、主軸を停止して遠心力を解放したときに、重力によりボールが大径部側、すなわち連通位置側に移動するため、別途の駆動手段を設けることなく排出路を連通することができる。

以上のように、本発明の加工工具は、充填室にクーラントを充填及び排出可能であり、加工工具の重量及び剛性を変更可能であるため、工具交換の負担軽減及び加工時のビビリ防止の双方を達成することができる。

本発明の実施形態に係る加工工具の断面図である。上記加工工具の排出路付近を拡大した断面図である。上記加工工具の充填室にクーラントを充填した状態の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示す加工工具１は、加工設備の主軸Ｓに対して脱着可能に取り付けられる。本実施形態の加工設備は、主軸Ｓを鉛直方向とした縦型のマシニングセンタであり、加工工具を自動で交換するＡＴＣ（図示省略）を有する。加工工具１は、本体部１０と、主軸Ｓに固定される固定部２０と、加工刃３０とを備える。尚、以下では、説明の便宜上、主軸Ｓの方向を「上下方向」、主軸Ｓと直交する方向を「水平方向」、主軸Ｓの回転半径方向を「回転半径方向」と言う。

固定部２０は、テーパ部２１と、テーパ部２１の上方に設けられた被チャック部２２とを有する。テーパ部２１のテーパ状外周面は、主軸Ｓに設けられたテーパ状内周面Ｓ１と嵌合する。被チャック部２２は、主軸Ｓに設けられたチャック装置Ｓ２でチャックされ、これにより加工工具１の主軸Ｓからの抜け止めが行われる。

加工刃３０は、例えば切削工具であって、図示例では穴明け加工に用いられるものであり、具体的には、ドリル、リーマ、あるいはボーリング等である。加工刃３０はこれに限らず、平面切削加工や溝加工、あるいは研磨などを行うものでもよい。

加工工具１の内部には、クーラントが流通可能な流通経路が設けられる。本実施形態では、流通経路として、連通路４１、充填室４２、排出路４３、及びクーラント供給路４４が設けられる。

連通路４１は、加工工具１を主軸Ｓに取り付けた状態で、主軸Ｓに設けられたクーラント供給口Ｓ３と連通している。図示例の連通路４１は、固定部２０（テーパ部２１及び被チャック部２２）の軸心を貫通し、充填室４２に達している。

充填室４２は、連通路４１の下端と連通している。図示例の充填室４２は、本体部１０の内部に設けられた円柱状の空間であり、その上部に連通路４１が開口している。充填室４２の水平方向の断面積は、連通路４１の水平方向の断面積よりも十分に大きく、例えば直径比で５〜１０倍程度、水平方向の断面積比で２０〜１００倍程度の差がある。

排出路４３は、充填室４２と外部とを連通している。図示例では、排出路４３が本体部１０の円筒状の側壁１１を半径方向に貫通している。排出路３２の外径端は本体部１０の外周面に開口している。排出路４３の内径端は充填室４２に連通し、図示例では充填室４２の下端部に開口している。排出路４３は円周方向に離隔した複数箇所に設けられ、例えば円周方向等間隔の４箇所に設けられる。

加工工具１には、排出路４３を閉塞可能な閉塞手段が設けられる。本実施形態の閉塞手段は、閉塞部材としてのボール５０で構成される。ボール５０は、排出路４３の内部で回転半径方向に自由に移動可能とされる。排出路４３は、図２に拡大して示すように、ボール５０の直径Ｄよりも内径寸法が大きい大径部４３ａと、大径部４３ａより回転半径方向外方（充填室４２から離反する側）に設けられ、ボール５０の直径Ｄよりも内径寸法が小さい小径部４３ｂとを有する。図示例では、排出路４３の断面が円形であり、その直径は回転半径方向外方に向けて徐々に小さくなっている。排出路４３の小径部４３ｂの断面積は、連通路４１やクーラント供給路４４よりも十分に大きく、例えば直径比で２〜４倍程度、面積比で４〜１５倍程度に設定される。排出路４３の底面４３ｃは、回転半径方向内方に向けて下方に傾斜している。排出路４３の回転半径方向内方に隣接した位置には、ストッパ５１が設けられる。ストッパ５１は、ボール５０が排出路４３から飛び出して充填室４２に進入することを防止するものであり、例えば充填室４２の底面の外周端に環状に設けられる。排出路４３の大径部４３ａの上面とストッパ５１との間に設けられる隙間Ｌは、ボール５０の直径Ｄよりも小さい（Ｄ＞Ｌ）。

クーラント供給路４４は、充填室４２と外部とを連通し、加工刃３０に対してクーラントを供給可能な位置に設けられる。図示例では、クーラント供給路４４が、充填室４２から下方に延びて加工刃３０の先端の切刃に開口し、本体部１０及び加工刃３０を上下方向に貫通している。

上記の加工工具１は、充填室４２を空にした状態で、ＡＴＣにより主軸Ｓに取り付けられる。このように、加工工具１の内部に充填室４２を設けることで、加工工具１が軽量化されるためＡＴＣの負担が軽減される。これにより、ＡＴＣの許容重量の範囲内で従来より大きい加工工具を使用することが可能となり、加工時間の短縮を図ることができる。

加工工具１を主軸Ｓに取り付けて停止させた状態では、図２に点線で示すように、排出路４３の大径部４３ａにボール５０が配され、このボール５０にストッパ５１が回転半径方向内方から当接して係止している。そして、加工工具１で加工を行うにあたり、主軸Ｓ及び加工工具１を回転させると、図２に実線で示すようにボール５０が遠心力により回転半径方向外方に移動し、排出路４３の小径部４３ｂと嵌合して係止される。これにより、ボール５０と排出路４３の小径部４３ｂとが密着し、排出路が閉塞される。この状態で、主軸Ｓのクーラント供給口Ｓ３からクーラントを供給すると、図３に示すように、連通路４１を介して充填室４２にクーラント（散点で示す）が充填されると同時に、充填室４２のクーラントの一部がクーラント供給路４４から加工刃３０の切刃に供給され、加工刃３０の冷却及び切り屑除去が行われる。

加工工具１は、充填室４２を設けることで内部が空洞となっているため、このままの状態では加工時の負荷により加工工具１（特に本体部１０の側壁１１）にビビリが生じる恐れがある。そこで、上記のように充填室４２にクーラントを満たすことで加工工具１が中実のような状態となり、加工工具１の重量及び剛性が増大するため、加工時の負荷によるビビリを抑えることができる。

主軸Ｓに装着する工具を異なる種類のもの交換する際には、主軸Ｓ及び加工工具１を停止させると共に、主軸Ｓのクーラント供給口Ｓ３からのクーラント供給を停止する。これにより、ボール５０に遠心力が働かなくなるため、ボール５０が排出路４３の底面４３ｃに沿って自重により回転半径方向内方に移動し、ストッパ５１で係止されて排出路４３の大径部４３ａ（連通位置）に配される。こうして排出路４３が連通され、排出路４３とボール５０との間の隙間から充填室４２のクーラントが外部に排出される。

尚、主軸Ｓ及び加工工具１を停止させた直後は、充填室４２にクーラントが満たされて内圧が比較的高い状態となっているため、ボール５０が回転半径方向内方に移動せず、閉塞位置で止まることも考えられる。本実施形態では、クーラント供給路４４が充填室４２から下方に延びて外部に開口しているため、充填室４２の内圧が高い場合でも、充填室４２のクーラントが自重によりクーラント供給路４４を介して加工刃３０の先端から少しずつ排出されることにより、充填室４２の内圧が低下し、ボール５０が回転半径方向内方に移動可能となる。ボール５０が連通位置に配された後は、クーラント供給路４４よりも開口面積が十分に広い排出路４３から主にクーラントが排出されるため、排出に要する時間が短縮される。

こうして、充填室４２の内部のクーラントが排出されることで、加工工具１が軽量化される。この状態で、加工工具１を主軸Ｓから取り外す。具体的には、加工工具１の本体部１０の外周面をＡＴＣのクランプアーム（図示省略）でクランプすると共に、チャック装置Ｓ２による固定部２０の被チャック部２２のチャックを解放し、クランプアームを加工工具１と共に下降させ、加工工具１を主軸Ｓから分離する。

以上のように、加工工具１の内部にクーラントを充填可能な充填室４２を設けることで、加工工具１の重量及び剛性を調整可能としたことにより、工具交換時には充填室４２からクーラントを排出して加工工具１を軽量化することで工具交換の負担を軽減でき、加工時には充填室４２にクーラントを満たして加工工具１の剛性を高めることでビビリを防止できる。

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では閉塞部材をボール５０で構成した場合を示したが、排出路４３を閉塞可能な形状であればこれに限らず、他の形状であってもよい。また、閉塞手段は、排出路の内部で移動可能な閉塞部材を用いるものに限らず、例えば、排出路を開閉する弁を設けてもよい。

また、加工部にクーラントを供給する必要のない加工工具であれば、加工刃の先端に開口したクーラント供給路を省略してもよい。

また、上記の実施形態では、本発明に係る加工工具１を、主軸Ｓを鉛直方向とした縦型のマシニングセンタに適用した場合を示したが、これに限らず、主軸Ｓを水平方向とした横型のマシニングセンタに適用してもよい。また、マシニングセンタに限らず、主軸に対して加工工具を脱着可能に取り付ける加工設備であれば、本発明の加工工具を適用することができる。

１加工工具
１０本体部
２０固定部
３０加工刃
４１連通路
４２充填室
４３排出路
４３ａ大径部
４３ｂ小径部
４３ｃ底面
４４クーラント供給路
５０ボール（閉塞手段、閉塞部材）
Ｓ主軸
Ｓ１テーパ状内周面
Ｓ２チャック装置
Ｓ３クーラント供給口

Claims

加工設備の主軸に脱着可能に取り付けられ、加工刃を有する加工工具であって、
前記主軸に取り付けた状態で、前記主軸に設けられたクーラント供給口と連通する連通路と、前記連通路と連通し、クーラントを充填可能な充填室と、前記充填室と連通し、外部に開口した排出路と、前記排出路を閉塞可能な閉塞手段とを備えた加工工具。
前記充填室と外部とを連通し、前記加工刃にクーラントを供給可能な位置に設けられたクーラント供給路を有する請求項１記載の加工工具。
前記閉塞手段が、前記排出路の内部で前記主軸の回転半径方向に移動可能な閉塞部材で構成され、前記主軸の回転時の遠心力により、前記閉塞部材を前記回転半径方向外方に移動させて前記排出路を閉塞する請求項１又は２記載の加工工具。