JP2014024176A

JP2014024176A - 工作機械

Info

Publication number: JP2014024176A
Application number: JP2012168238A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kanie; 祥司蟹江; junya Kako; 順也加古; Takayuki Watanabe; 隆行渡邊; Shozo Hayashi; 庄三林
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: CN103567807A; CN103567807B; JP5966729B2

Abstract

【課題】主軸ヘッドに付着した切粉等を洗浄可能な工作機械を提供する。
【解決手段】工作機械１は、加工領域とＡＴＣ領域との間で移動可能であって工具を装着可能な主軸９を支持する主軸ヘッドと、ＡＴＣ領域で主軸９に装着する工具を交換する工具交換装置２０と、クーラント液を貯留するタンク５０と、主軸ヘッドに対してクーラント液を噴射可能なヘッド洗浄ノズル１３０と、工具に対してクーラント液を噴射可能な工具洗浄ノズルとを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、洗浄液を噴射する工作機械に関する。

工作機械は、工具の自動交換を行うための工具交換装置（ＡＴＣ）を備え、次のように工具を交換する。主軸ヘッドが所定の位置（Ｚ軸原点）まで上昇して、使用済みの工具をグリップアームで保持する。さらに主軸ヘッドが上昇して、使用済みの工具を主軸から抜き取る。次に工具交換装置が回転して、次に使用する工具を把持したグリップアームが所定の位置（割出位置）に移動する。最後に主軸ヘッドが垂直方向に下降して、次に使用する工具を主軸に嵌挿する。

工具は、工具本体と、工具本体を取り付けた工具ホルダを備える。工具ホルダは、上記の工具交換時に、グリップアームに保持され、主軸ヘッドに着脱される。ワーク加工時に、工具ホルダの主軸装着面に切粉等が付着する場合がある。この状態で上記の工具交換を実行すると、主軸に対する工具の位置ずれが生じて切削加工精度が低下する。これを防止するため、従来の工作機械は、工具ホルダの主軸装着面をクーラント液の噴射によって洗浄する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１４８０３９号公報

ワーク加工時に、主軸ヘッドに切粉等が付着する場合がある。この状態で上記の工具交換を実行すると、主軸ヘッドの上昇時に、主軸ヘッドに付着した切粉等が工具交換装置の内部に入り込むおそれがある。工具交換装置の内部に入り込んだ切粉等が蓄積すると、工具交換装置の作動不具合（例えば、回転不良等）を生じる原因となる。

本発明の目的は、主軸ヘッドに付着した切粉等を洗浄可能な工作機械を提供することである。

本発明の一態様である工作機械は、機械原点位置の一方側に設けてありワーク加工を行う加工領域と、前記機械原点位置の他方側に設けてあり工具交換を行う工具交換領域との間で移動可能であって、前記工具を装着可能な主軸を支持する主軸ヘッドと、前記工具交換領域で前記主軸に装着する前記工具を交換する工具交換装置と、洗浄液を貯留するタンクと、前記主軸ヘッドに対して前記洗浄液を噴射可能な第一ノズルと、前記タンクから前記第一ノズルに前記洗浄液を供給して、前記第一ノズルから前記洗浄液を噴射する第一液供給手段とを備える。工作機械は、例えばワーク加工時に主軸ヘッドに付着した切粉等を、第一ノズルから噴射した洗浄液で洗浄できる。

前記工具に対して前記洗浄液を噴射可能な第二ノズルと、前記タンクから前記第二ノズルに前記洗浄液を供給して、前記第二ノズルから前記洗浄液を噴射する第二液供給手段とを備えてもよい。工作機械は、例えばワーク加工時に工具に付着した切粉等を、第二ノズルから噴射した洗浄液で洗浄できる。第一ノズル及び第二ノズルがタンクの洗浄液を共用するため、工作機械は複数のタンクを備えなくてもよい。

前記第一液供給手段は、第一のタイミングで前記第一ノズルに前記洗浄液を供給し、前記第二液供給手段は、第一のタイミングとは異なる第二のタイミングで、前記第二ノズルに前記洗浄液を供給してもよい。工作機械は、第一ノズル及び第二ノズルから異なるタイミングで洗浄液を噴射するため、タンクの洗浄液が不足することを抑制できる。

前記主軸ヘッドを移動可能に支持するコラムと、前記工具交換装置を前記コラムに支持する支持部と、前記タンクから前記第一供給手段及び前記第二供給手段まで延びる、前記洗浄液の流路である液流路部とを備え、前記液流路部は、前記タンクから前記支持部まで延びる共通流路と、前記共通流路から分岐して前記第一ノズルに前記洗浄液を導く第一分岐流路と、前記共通流路から分岐して前記第二ノズルに前記洗浄液を導く第二分岐流路とを含み、更に、前記共通流路から前記洗浄液を供給する流路を、前記第一分岐流路と前記第二分岐流路との間で切り替える流路切替手段を備えてもよい。工作機械は、共通流路を流れる洗浄液の供給先を第一分岐流路と第二分岐流路との間で切り替えることができるので、タンクの洗浄液を効率的に利用できる。

前記主軸ヘッドを前記加工領域から前記機械原点位置に移動する原点復帰手段と、前記原点復帰手段が前記機械原点位置に移動した前記主軸ヘッドを、前記工具交換領域内の特定位置に移動することで、前記工具交換装置が前記主軸に装着してある前記工具を抜き出す工具抜出手段と、前記工具抜出手段が前記特定位置に移動した前記主軸ヘッドを前記機械原点位置に移動することで、前記工具交換装置が保持する次の前記工具を前記主軸に装着する工具装着手段とを備え、前記第一液供給手段は、前記原点復帰手段が前記主軸ヘッドを移動する間に、前記第一ノズルに前記洗浄液を供給し、前記第二液供給手段は、前記工具装着手段が前記主軸ヘッドを移動する間に、前記第二ノズルに前記洗浄液を供給してもよい。

主軸ヘッドが加工領域から機械原点位置に移動する間に、第一ノズルから噴射した洗浄液が主軸ヘッドを洗浄する。故に工作機械は、主軸ヘッドに付着した切粉等が工具交換装置の内部に入り込む前に、主軸ヘッドから切粉等を除去できる。主軸ヘッドが特定位置から機械原点位置に移動する間に、第二ノズルから噴射した洗浄液が工具を洗浄する。故に工作機械は、工具に付着した切粉等が主軸の内部に入り込む前に、工具から切粉等を除去できる。

工作機械１の外観斜視図である。工作機械１の他の外観斜視図である。工作機械１の上部を拡大した右側面図である。主軸ヘッド７の一部破断拡大図である。主軸ヘッド７及びグリップアーム７３を拡大した右側面図である。主軸ヘッド７及び工具マガジン２１を拡大した右側面図である。ノズル形成部材１５０の底面図である。図７のＢ−Ｂ線矢視方向断面図である。洗浄機構４０の回路図である。数値制御装置３０の電気的構成を示す図である。工作機械１のメイン処理のフローチャートである。工具洗浄ノズル１２０及びヘッド洗浄ノズル１３０、１４０のタイミングチャートである。

本発明の一実施形態である工作機械１について、図面を参照して説明する。工作機械１の構成を説明する。以下の説明では、図１の上方向、下方向、左下方向、右上方向、左上方向、右下方向を、それぞれ工作機械１の上方向、下方向、前方向、後方向、左方向、右方向とする。

図１及び図２に示すように、工作機械１は、鋳鉄製のベース２、ベース２の上部に位置してワークを切削する機械本体３、機械本体３の上部に位置して主軸９に装着する工具４の交換を行う工具交換装置２０、機械本体３及び工具交換装置２０の周囲を取り囲むカバー（図示省略）等を備える。カバーの前面に、操作パネル（図示省略）が設けてある。操作パネルは、入力部２４及び表示器２５を備える（図１０参照）。作業者は、表示器２５の表示情報を確認し、入力部２４を用いて加工プログラム、工具の種類、工具情報、及び各種パラメータ等を入力する。加工プログラムは、ワークの加工内容を複数のブロックで定義したプログラムであり、ＲＡＭ３３に記憶する。該ブロックは予め定められた指令（例えば、Gコード、Mコード）で構成している。

機械本体３の構成を説明する。図１〜図３に示すように、機械本体３は、コラム５、主軸ヘッド７（図４参照）、主軸９、テーブル１０、洗浄機構４０、フレーム７８等を備える。コラム５は、ベース２の上部後方で角柱状に立設して、主軸ヘッド７をコラム５の前面に沿って昇降可能に支持する。フレーム７８は、コラム５の上部から前方に延びる板状部材である。フレーム７８は、後述の工具交換装置２０をコラム５に支持する。主軸ヘッド７は、Ｚ軸モータ５３（図１０参照）の駆動により、Ｚ軸方向に移動する。主軸９は、主軸ヘッド７の下部に設けてある。主軸９には、工具４が装着され、主軸モータ５４（図１０参照）の駆動により回転する。

テーブル１０は、ベース２の上部中央に設けてある。テーブル１０は、Ｘ軸モータ５１（図１０参照）、Ｙ軸モータ５２（図１０参照）、ガイド機構（図示省略）によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に移動する。コラム５の背面側に位置する制御箱６は、数値制御装置３０（図１０参照）を格納する。洗浄機構４０は、工具４及び主軸ヘッド７に付着した切粉等を、クーラント液で洗浄する。

テーブル１０の移動機構を説明する。図１及び図２に示すように、テーブル１０は、下部に直方体状の支持台１２が設けてある。支持台１２は、上面にＸ軸方向（機械本体３の左右方向）に延びる一対のＸ軸送りガイド（図示省略）を備える。一対のＸ軸送りガイドは、テーブル１０を移動可能に支持する。

ベース２は、上部にＹ軸方向（機械本体３の奥行き方向）に延びる一対のＹ軸送りガイド（図示省略）を備える。一対のＹ軸送りガイドは、ベース２の前後方向に沿って延設する。一対のＹ軸送りガイドは、支持台１２を移動可能に支持する。ベース２は、上部にＹ軸モータ５２（図１０参照）を備える。Ｙ軸モータ５２は、テーブル１０をＹ軸送りガイドに沿ってＹ軸方向に移動駆動する。支持台１２は、上部にＸ軸モータ５１（図１０参照）を備える。Ｘ軸モータ５１は、テーブル１０をＸ軸送りガイドに沿ってＸ軸方向に移動駆動する。Ｘ軸モータ５１及びＹ軸モータ５２は、サーボモータである。

テーブル１０の左右両側は移動方向に収縮可能なカバー１３、１４を備える。支持台１２の前側は移動方向に収縮可能なカバー１５を備える。支持台１２の後側はＹ軸後ろカバーを備える。カバー１３〜１５及びＹ軸後ろカバーは、Ｘ軸送りガイド及びＹ軸送りガイドを常に覆う。故に工作機械１は、加工領域から飛散する切粉、及びクーラント液の飛沫等が各軸送りガイド上に落下するのを防止できる。

主軸ヘッドの昇降機構を説明する。図４に示すように、コラム５の前面側（図４における左側）で上下方向に延設するガイドレール（図示外）は、リニアガイドを介して主軸ヘッド７を昇降自在に支持する。主軸ヘッド７の上部には、主軸９を回転させる主軸モータ５４が固定してある。

コラム５の前面では、上側軸受部２７と下側軸受部２８が、上下方向に延設したボールねじ２６を回転可能に支持する。主軸ヘッド７の背面に固定したナット２９に対して、ボールねじ２６がねじ込まれて挿通する。ボールねじ２６の上端部は、カップリング（図示外）を介して上側軸受部２７の上部に固定したＺ軸モータ５３（図１０参照）の駆動軸に連結する。ボールねじ２６は、Ｚ軸モータ５３の駆動によって正逆両方向に回転する。ボールねじ２６が正逆方向に回転すると、ボールねじ２６に螺合するナット２９が昇降し、ナット２９に連結する主軸ヘッド７がＺ軸方向（図４の矢印Ａ方向）に昇降移動する。

テーブル１０（図１参照）上に固定したワーク（被加工物）に対して、主軸ヘッド７が昇降すると共に、主軸９が回転して、工具４は切削加工を行う。具体的には、図５に示すように、主軸ヘッド７は、Ｚ軸の機械原点であるＺ軸原点よりも下方の加工領域で加工動作を行う。主軸ヘッド７は、Ｚ軸原点よりも上方の工具交換領域（ＡＴＣ領域）で、工具４の交換動作を行う。尚、機械原点とは、Ｘ軸、Ｙ軸の機械座標が０である位置、及びＺ軸の機械座標が加工可能な上限位置である。

工具４の詳細構造を説明する。図４及び図５に示すように、工具４は、工具本体１６と、工具本体１６を装着した工具ホルダ１７とを有する。工具ホルダ１７は、シャンク１７ａとプルスタッド１７ｂとを有する。シャンク１７ａは、主軸９のテーパ穴１８に対応するテーパ面を有する。プルスタッド１７ｂは、シャンク１７ａの上端から側面視でＴ字型に上方に突出する。

主軸ヘッド７の内部構造を説明する。図４及び図５に示すように、主軸ヘッド７の前方下部の内側では、上下方向に回転軸を有する主軸９が回転可能に支持してある。主軸９は、カップリング２３を介して主軸ヘッド７の上部に固定した主軸モータ５４の駆動軸に連結する。主軸９は主軸モータ５４の回転駆動によって回転する。主軸９の先端部（下端部）には、工具ホルダ１７のシャンク１７ａを装着するためのテーパ穴１８が設けてある。テーパ穴１８にシャンク１７ａを装着すると、主軸９の内部に設けたホルダ挟持部材１９がプルスタッド１７ｂを挟持する。主軸９は内部にドローバー８１を備える。ドローバー８１がホルダ挟持部材１９を下方に押圧すると、ホルダ挟持部材１９はプルスタッド１７ｂの挟持を解除する。

主軸ヘッド７の後方上部の内側では、逆Ｌ字型（図４参照）のクランクレバー６０が支軸６１を介して揺動自在に軸支してある。クランクレバー６０は、垂直方向に延びる垂直レバー６０ｂと、垂直レバー６０ｂの下端部から前方に向かって略水平に延びる水平レバー６０ａを主体に構成してある。水平レバー６０ａの先端部は、ドローバー８１に直交して突設するピン６５に係合可能である。垂直レバー６０ｂの背面上部には、板カム体６６が固定してある。板カム体６６は、上側軸受部２７に固定したカムフォロア６７と接離可能である。垂直レバー６０ｂと主軸ヘッド７の間には、引張コイルバネが弾力的に介装する。クランクレバー６０を右側面から見た場合、クランクレバー６０は時計回りに常時付勢してあるので、工具交換動作時以外、水平レバー６０ａはピン６５から離れている。

例えば、主軸９のテーパ穴１８に工具ホルダ１７のシャンク１７ａを装着した状態では、主軸ヘッド７が上昇すると、クランクレバー６０に設けた板カム体６６がカムフォロア６７に摺動する。この場合、クランクレバー６０は、右側面から見た場合に、支軸６１を中心に反時計回りに回転する。水平レバー６０ａはピン６５に係合しつつ下方に押圧するので、ドローバー８１がホルダ挟持部材１９を下方に付勢し、ホルダ挟持部材１９がプルスタッド１７ｂの挟持を解除する。工具４は主軸９に対して着脱可能である。

工具交換装置２０の構造を説明する。図４に示すように、工具交換装置２０は、工具マガジン２１を備える。工具マガジン２１は、鍔付き円筒状のマガジン本体７１と、マガジン本体７１の鍔部７２の裏面の外周に沿って揺動可能に列設した複数のグリップアーム７３を主体に構成してある。フレーム７８に固定したマガジン支持台８７は、工作機械１の前側に向かって斜め下方に延びる支軸７５を回転可能に支持する。マガジン本体７１は支軸７５に外挿してある。マガジン本体７１は、工作機械１の前方に、円形状の鍔部７２の正面を向けて配置してあり、回転可能に支持してある。

マガジン本体７１は、支軸７５を内挿した筒状のボス部７４と、ボス部７４の外周面の前端側に鍔状に設けた鍔部７２を主体に構成してある。ボス部７４の後端部には、支軸７５を中心とする割出円板７７が外挿して固定してある。割出円板７７の背面側（主軸ヘッド７に対向する面）には、ローラ形状のカムフォロア（図示外）が複数のグリップアーム７３の配設位置に対応して各々設けてある。

マガジン支持台８７の上部には、ケーシング８２が固定してある。ケーシング８２の上部には、マガジン本体７１の回転割出用のマガジンモータ５５が固定してある。ケーシング８２の内側では、マガジンモータ５５の回転軸に対して、複数のギヤ（図示外）とカム（図示外）からなる回転割出機構の一部が連結する。この回転割出機構のカムに形成したカム溝（図示外）に対して、割出円板７７の複数のカムフォロアが順次嵌合する。割出円板７７は間欠的な割出回転を行うことができ、複数のグリップアーム７３の中の１つをマガジン本体７１の最下方に位置決めできる。

複数のグリップアーム７３の先端側に、工具ホルダ１７を保持可能な把持部７３ａ（図５参照）が設けてある。複数のグリップアーム７３のうち、マガジン本体７１の最下方位置に割り出された１本のグリップアーム７３のみが、図示外のカム機構を利用することで、主軸ヘッド７の昇降動作に伴って揺動する。最下方位置のグリップアーム７３の把持部７３ａは、主軸９に近接する「近接位置」と、主軸９から離間する「退避位置」との間を移動する。把持部７３ａの最下方位置は、グリップアーム７３の割出位置である。

洗浄機構４０の詳細構造を説明する。図３、図５及び図６に示すように、洗浄機構４０は、タンク５０、液流路部１００、工具洗浄ノズル１２０、ヘッド洗浄ノズル１３０、１４０を備える。タンク５０は、コラム５の上方に配置してあり、クーラント液を貯留する。液流路部１００は、タンク５０から各ノズル（工具洗浄ノズル１２０、ヘッド洗浄ノズル１３０、１４０）まで延びるクーラント液の流路である。

図３に示すように、液流路部１００は、共通流路１０１、第一分岐部１０２、第一切替バルブ１０３、第二分岐部１０４、ヘッド洗浄供給路１０５、１０６、第二分岐流路１０７、第二切替バルブ１０８、工具洗浄供給路１０９等を有する。共通流路１０１は、タンク５０からフレーム７８まで延びるクーラント液の流路である。共通流路１０１は、内部を流れるクーラント液の移動方向（以下、液移動方向）の下流側で、クーラント液の流路を２つに分岐する第一分岐部１０２に接続する。

第一分岐部１０２で分岐する一方の流路（図６に示す第一分岐流路１１０）は、液移動方向の下流側で第一切替バルブ１０３に接続する。第一切替バルブ１０３は、液移動方向の下流側で、クーラント液の流路を２つに分岐する第二分岐部１０４に接続する。第一切替バルブ１０３は、第一分岐流路１１０と第二分岐部１０４とを繋ぐ流路を閉鎖する閉弁位置と、この流路を開放する開弁位置とに切替え可能である。第二分岐部１０４で分岐する一方の流路が、ヘッド洗浄ノズル１３０にクーラント液を供給するヘッド洗浄供給路１０５である。第二分岐部１０４で分岐する他方の流路が、ヘッド洗浄ノズル１４０にクーラント液を供給するヘッド洗浄供給路１０６である。

第一分岐部１０２で分岐する他方の流路が、第二分岐流路１０７である。第二分岐流路１０７は、液移動方向の下流側で、第二切替バルブ１０８に接続する。第二切替バルブ１０８は、液移動方向の下流側で、工具洗浄ノズル１２０にクーラント液を供給する工具洗浄供給路１０９に接続する。第二切替バルブ１０８は、第二分岐流路１０７と工具洗浄供給路１０９とを繋ぐ流路を閉鎖する閉弁位置と、この流路を開放する開弁位置とに切替え可能である。尚、第一切替バルブ１０３及び第二切替バルブ１０８は、図示しない付勢手段（バネ部材）によって閉弁位置へ切替わる一方、後述する加圧エアによって開弁位置へ切替わる。

図５に示すように、環状の主軸キャップ２２は、主軸ヘッド７の下端に複数のボルトで固定している。主軸キャップ２２の先端部分は、環状通路２６が形成してある。環状のノズル形成部材８８は、環状通路２６を塞ぐように、主軸キャップ２２の先端側に固定してある。ノズル形成部材８８の先端面は、主軸９の端面９ａとほぼ同高さ位置に設定してある。環状通路２６は、主軸キャップ２２に接続した工具洗浄供給路１０９と連通している。

ノズル形成部材８８は、環状通路２６と連通する環状の工具洗浄ノズル１２０を有する。環状通路２６は、クーラント液を工具洗浄ノズル１２０に供給する。工具洗浄ノズル１２０は、主軸９の軸線へ向けて、クーラント液の噴射流を斜め下方に噴射する（図５の点線矢印）。故に工具洗浄ノズル１２０は、主軸９のテーパ穴１８に向けて上方へ相対移動する工具ホルダ１７のシャンク１７ａの表面を、クーラント液の噴射流で洗浄できる。

図１〜図３及び図６に示すように、フレーム７８は、主軸ヘッド７を挟んで左右方向に対向し、テーブル１０の上方で前方に延びる一対の支持板７８ａ、７８ｂを含む。支持板７８ａの下端に、ブロック状のノズル形成部材１５０が複数のボルトで固定してある。図７および図８に示すように、ノズル形成部材１５０は、止まり孔１５１、導入孔１５２、ボルト孔１５３等を有する。

止まり孔１５１は、ノズル形成部材１５０の側面側（図６では正面側）に開口を有する。ヘッド洗浄供給路１０５は、ノズル形成部材１５０の開口に接続する。導入孔１５２は、一端側で止まり孔１５１と連通し、且つ他端側でノズル形成部材１５０の下面に設けたノズル穴に連通する。該ノズル穴は、導入孔１５２よりも直径が大きく且つ前方に傾斜している。該ノズル孔はヘッド洗浄ノズル１３０として、工具マガジン２１の直下へ向けてクーラント液の噴射流を斜め下方に噴射する（図６の点線矢印）。

同様に、支持板７８ｂの下端にも、ブロック状のノズル形成部材１５０が固定してある。該ノズル形成部材１５０に形成したノズル孔はヘッド洗浄ノズル１４０として、工具マガジン２１の直下へ向けて、クーラント液の噴射流を斜め下方に噴射する。

つまり、正面視で左右対称に配置された一対のヘッド洗浄ノズル１３０、１４０は、主軸ヘッド７に対して左右両側からクーラント液を噴射する。故にヘッド洗浄ノズル１３０、１４０は、工具マガジン２１の下方から上昇する主軸ヘッド７の表面を、クーラント液の噴射流で洗浄できる。

洗浄機構４０の洗浄液回路を説明する。図９に示すように、洗浄機構４０は、前述した構造に加えて、ポンプ５８、エア源８０、第一電磁弁９１、第二電磁弁９２、第一エア通路２１１、第二エア通路２１２、第一エア供給路２２１、第二エア供給路２２２を有する。ポンプ５８は、タンク５０に設けてあり、タンク５０からクーラント液を吸引して共通流路１０１に供給する。エア源８０は、第一電磁弁９１及び第二電磁弁９２を制御する加圧エアを供給する。

エア源８０は、第一エア通路２１１を介して第一電磁弁９１に接続している。第一電磁弁９１は、内部を流れるクーラント液の移動方向（以下、エア移動方向）の下流側で、第一エア供給路２２１を介して第一切替バルブ１０３に接続する。第一電磁弁９１は、第一エア供給路２２１へのエア供給を禁止する第一位置と、第一エア供給路２２１へのエア供給を許容する第二位置との間で、電気的に切替え可能である。第一電磁弁９１は第一位置にある場合、第一電磁弁９１よりもエア移動方向の下流側で生じる圧力を、サイレンサ９１ａを介して大気解放する。

エア源８０は、第二エア通路２１２を介して第二電磁弁９２に接続している。第二電磁弁９２は、エア移動方向の下流側で、第二エア供給路２２２を介して第二切替バルブ１０８に接続する。第二電磁弁９２は、第二エア供給路２２２へのエア供給を禁止する第一位置と、第二エア供給路２２２へのエア供給を許容する第二位置との間で、電気的に切替え可能である。第二電磁弁９２は第一位置にある場合、第二電磁弁９２よりもエア移動方向の下流側で生じる圧力を、サイレンサ９２ａを介して大気解放する。

数値制御装置３０は、第一電磁弁９１及び第二電磁弁９２を夫々第一位置及び第二位置の何れかに切替制御する。数値制御装置３０が第一電磁弁９１をオンした時、第一電磁弁９１は第二位置に切り替わる。エア源８０の加圧エアは、第一電磁弁９１を通過して第一エア供給路２２１に流れる。第一エア供給路２２１に流れた加圧エアは、第一切替バルブ１０３の付勢手段を圧縮して、第一切替バルブ１０３を開弁位置に切替える。これにより、タンク５０に貯留されるクーラント液は、ヘッド洗浄ノズル１３０、１４０から噴射する。

数値制御装置３０が第二電磁弁９２をオンした時、第二電磁弁９２は第二位置に切り替わる。エア源８０の加圧エアは、第二電磁弁９２を通過して第二エア供給路２２２に流れる。第二エア供給路２２２に流れた加圧エアは、第二切替バルブ１０８の付勢手段を圧縮して、第二切替バルブ１０８を開弁位置に切替える。これにより、タンク５０に貯留されるクーラント液は、工具洗浄ノズル１２０から噴射する。

工作機械１の電気的構成を説明する。図１０に示すように、工作機械１は数値制御装置３０を備える。数値制御装置３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、入力インタフェース３４、出力インタフェース３５、駆動回路２０１〜２０９等を備える。ＲＯＭ３２は、加工プログラムを解析して実行する本発明の制御プログラム等を記憶している。ＲＡＭ３３は、後述する制御プログラムの実行中に算出した値等を一時的に記憶する。

ＣＰＵ３１は、出力インタフェース３５を介して駆動回路２０１〜２０９に接続している。駆動回路２０１〜２０９は、各々の制御対象であるＸ軸モータ５１、Ｙ軸モータ５２、Ｚ軸モータ５３、主軸モータ５４、マガジンモータ５５、ポンプ５８、表示器２５、第一電磁弁９１、第二電磁弁９２に接続している。Ｘ軸モータ５１、Ｙ軸モータ５２、Ｚ軸モータ５３は、エンコーダ５１ａ〜５３ａを備える。入力部２４およびエンコーダ５１ａ〜５３ａは、入力インタフェース３４を介して、ＣＰＵ３１に接続している。

駆動回路２０１〜２０３は、ＣＰＵ３１からの移動指令量を受けて、各モータ５１〜５３に駆動電流を出力する。エンコーダ５１ａ〜５３ａは、入力インタフェース３４に位置フィードバック信号を入力する。駆動回路２０１〜２０３は、入力された位置フィードバック信号に基づいて、テーブル１０のＸ軸位置及びＹ軸位置のフィードバック制御と、主軸ヘッド７のＺ軸位置のフィードバック制御とを行う。

工作機械１のメイン処理を説明する。本実施形態のメイン処理では、公知の工具交換動作を実行するとともに、工具４および主軸ヘッド７を洗浄する。数値制御装置３０のＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２の制御プログラムに基づいてメイン処理を実行する。

図１１に示すように、メイン処理では、ＲＡＭ３３に記憶してある加工プログラムの１ブロックを読み込む（Ｓ１）。ＣＰＵ３１は、読み込んだ１ブロックがプログラム終了指令であるか否かを判断する（Ｓ３）。読み込んだ１ブロックがプログラム終了指令でない場合（Ｓ３：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は読み込んだ１ブロックが工具交換指令であるか否かを判断する（Ｓ５）。

読み込んだ１ブロックが工具交換指令である場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は主軸モータ５４を制御して、主軸９の回転を停止する（Ｓ１１）。ＣＰＵ３１はＺ軸モータ５３を制御して、主軸ヘッド７を加工領域から上昇する（Ｓ１１）。ＣＰＵ３１は、第一電磁弁９１をオンすることで、ヘッド洗浄ノズル１３０、１４０のクーラント液噴射をオンにする（Ｓ１１）。これにより、ヘッド洗浄ノズル１３０、１４０はクーラント液の噴射を開始する。

ステップＳ１１の実行後、ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７がＺ軸原点に到達したか否かを判断する（Ｓ１３）。主軸ヘッド７がＺ軸原点に到達した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は第一電磁弁９１をオフすることで、ヘッド洗浄ノズル１３０、１４０のクーラント液噴射をオフにする（Ｓ１５）。これにより、ヘッド洗浄ノズル１３０、１４０はクーラント液の噴射を停止する。主軸ヘッド７がＺ軸原点に到達していない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は処理をステップＳ１３に戻す。

ステップＳ１５の実行後、ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７がＡＴＣ原点に到達したか否かを判断する（Ｓ１７）。主軸ヘッド７がＡＴＣ原点に到達した場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１はマガジンモータ５５を制御して工具マガジン２１を回転し、次の工具４を保持するグリップアーム７３を割出位置に位置決めする（Ｓ１９）。主軸ヘッド７がＡＴＣ原点に到達していない場合（Ｓ１７：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は処理をステップＳ１７に戻す。

ステップＳ１９の実行後、ＣＰＵ３１は工具マガジン２１の位置決めが完了した否かを判断する（Ｓ２１）。位置決めが完了した場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１はＺ軸モータ５３を制御して、主軸ヘッド７をＡＴＣ原点から下降する（Ｓ２３）。ＣＰＵ３１は第二電磁弁９２をオンすることで、工具洗浄ノズル１２０のクーラント液噴射をオンする（Ｓ２３）。これにより、工具洗浄ノズル１２０はクーラント液の噴射を開始する。

ステップＳ２３の実行後、ＣＰＵ３１は主軸ヘッド７がＺ軸原点に到達したか否かを判断する（Ｓ２５）。主軸ヘッド７がＺ軸原点に到達した場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１は第二電磁弁９２をオフすることで、工具洗浄ノズル１２０のクーラント液噴射をオフにする（Ｓ２７）。これにより、工具洗浄ノズル１２０はクーラント液の噴射を停止する。主軸ヘッド７がＺ軸原点に到達していない場合（Ｓ２５：ＮＯ）、ＣＰＵ３１は処理をステップＳ２５に戻す。

読み込んだ１ブロックが工具交換指令でない場合（Ｓ５：ＮＯ）、読み込んだ１ブロックが示す他の指令を実行する（Ｓ７）。ステップＳ７又はステップＳ２７の実行後、ＣＰＵ３１は加工プログラムの次のブロックに移行して（Ｓ９）、移行した１ブロックを読み込む（Ｓ１）。読み込んだ１ブロックがプログラム終了指令である場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＣＰＵ３１はメイン処理を終了する。

工作機械１がメイン処理（図１１）で実行する工具交換動作を、図１２を参照して具体的に説明する。読み込んだ１ブロックが工具交換指令である場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、主軸９の回転を停止した状態で、主軸ヘッド７が加工領域から上昇する（Ｓ１１）。このとき、ヘッド洗浄ノズル１３０、１４０がオフからオンに切り替わり、図６に例示するように主軸ヘッド７にクーラント液を噴射して、主軸ヘッド７の表面に付着した切粉等を洗浄する（Ｓ１１）。

主軸ヘッド７がＺ軸原点へ近づくのに伴って、割出位置のグリップアーム７３が退避位置から近接位置に移動する。主軸ヘッド７がＺ軸原点に到達すると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、グリップアーム７３の把持部７３ａは主軸９に装着されている使用済みの工具４を保持する。また、ヘッド洗浄ノズル１３０、１４０がオンからオフに切り替わり、主軸ヘッド７に対するクーラント液噴射が停止する（Ｓ１５）。その後、主軸ヘッド７がＡＴＣ領域内を上昇するのに伴って、ホルダ挟持部材１９がドローバー８１を押圧してプルスタッド１７ｂの挟持を解除する。

主軸ヘッド７がＡＴＣ原点に到達すると（Ｓ１７：ＹＥＳ）、工具マガジン２１の回転制御によって、使用済みの工具４を保持したグリップアーム７３が割出位置から離間する方向に移動し、且つ、次の工具４を保持したグリップアーム７３が割出位置に向けて移動する（Ｓ１９）。工具マガジン２１の位置決めが完了すると（Ｓ２１：ＹＥＳ）、主軸ヘッド７がＡＴＣ原点から下降する（Ｓ１１）。このとき、工具洗浄ノズル１２０がオフからオンに切り替わり、図５に例示するように工具４にクーラント液を噴射して、シャンク１７ａの表面に付着した切粉等を洗浄する（Ｓ２３）。

主軸ヘッド７がＺ軸原点まで下降すると（Ｓ２５：ＹＥＳ）、ホルダ挟持部材１９がドローバー８１の押圧を中断してプルスタッド１７ｂを挟持することで、次の工具４が主軸９に装着する（図４参照）。また、工具洗浄ノズル１２０がオンからオフに切り替わり、工具４に対するクーラント液噴射が停止する（Ｓ２７）。その後、主軸ヘッド７がＺ軸原点位置から加工領域内を下降するのに伴って、割出位置のグリップアーム７３が近接位置から退避位置に移動する。故に工作機械１は、加工領域で次の工具４を使用して、ワーク加工を実行できる。

以上説明したように、本実施形態の工作機械１によれば、ＣＰＵ３１はタンク５０からヘッド洗浄ノズル１３０、１４０にクーラント液を供給し、ヘッド洗浄ノズル１３０、１４０から主軸ヘッド７に対してクーラント液を噴射する。故に工作機械１は、例えばワーク加工時に主軸ヘッド７に付着した切粉等を、ヘッド洗浄ノズル１３０、１４０から噴射したクーラント液で洗浄できる。

ＣＰＵ３１はタンク５０から工具洗浄ノズル１２０にクーラント液を供給し、工具洗浄ノズル１２０から工具４に対してクーラント液を噴射する。ヘッド洗浄ノズル１３０、１４０及び工具洗浄ノズル１２０がタンク５０のクーラント液を共用するため、工作機械１は複数のタンクを備えなくてもよい。

ヘッド洗浄ノズル１３０、１４０にクーラント液を供給するタイミングは、工具洗浄ノズル１２０にクーラント液を供給するタイミングと異なる。工作機械１は、ヘッド洗浄ノズル１３０、１４０及び工具洗浄ノズル１２０から異なるタイミングでクーラント液を噴射するため、タンク５０のクーラント液が不足することを抑制できる。

ＣＰＵ３１は、共通流路１０１からクーラント液を供給する流路を、第一分岐流路１１０と第二分岐流路１０７との間で切り替える。工作機械１は、共通流路１０１を流れるクーラント液の供給先を切り替えることで、タンク５０のクーラント液を効率的に利用できる。

主軸ヘッド７が加工領域からＺ軸原点に移動する間に、ヘッド洗浄ノズル１３０、１４０から噴射したクーラント液が主軸ヘッド７を洗浄する。故に工作機械１は、主軸ヘッド７に付着した切粉等が工具交換装置２０の内部に入り込む前に、主軸ヘッド７から切粉等を除去できる。主軸ヘッド７がＡＴＣ原点からＺ軸原点に移動する間に、工具洗浄ノズル１２０から噴射したクーラント液が工具４を洗浄する。故に工作機械１は、工具４に付着した切粉等が主軸９の内部に入り込む前に、工具４から切粉等を除去できる。

上記実施形態では、「第一ノズル」の一例が、ヘッド洗浄ノズル１３０、１４０である。「第一液供給手段」の一例が、ステップＳ１１を実行するＣＰＵ３１である。「第二ノズル」の一例が、工具洗浄ノズル１２０である。「第二液供給手段」の一例が、ステップＳ２３を実行するＣＰＵ３１である。「支持部」の一例が、フレーム７８である。「流路切替手段」の一例が、ステップＳ１１１、Ｓ１５、Ｓ２３、Ｓ２７を実行するＣＰＵ３１である。「原点復帰手段」及び「工具抜出手段」の一例が、ステップＳ１１、Ｓ１３を実行するＣＰＵ３１である。「工具抜出手段」の一例が、ステップＳ１１、Ｓ１７を実行するＣＰＵ３１である。「工具装着手段」の一例が、ステップＳ２３、Ｓ２５を実行するＣＰＵ３１である。

本発明の工作機械は、上記実施形態に限らず、各種の変形が可能である。「第一ノズル」の位置、数量、大きさ等は、上記実施形態のヘッド洗浄ノズル１３０、１４０に限定されない。例えば、「第一ノズル」を一つだけ設けてもよいし、三つ以上設けてもよい。「第一ノズル」は、工作機械１においてフレーム７８とは異なる場所に設けてもよい。

「第一ノズル」が洗浄液を噴射するタイミングは、主軸ヘッド７が加工領域からＺ軸原点に上昇する間に限定されず、他のタイミングで洗浄液を噴射してもよい。例えば、「第一ノズル」は、主軸ヘッド７がＺ軸原点から加工領域に下降する間に、洗浄液を噴射してもよい。「第一ノズル」が主軸ヘッド７に洗浄液を噴射する位置も、主軸ヘッド７の左右方向に限定されず、例えば主軸ヘッド７の前後方向から洗浄液を噴射してもよい。

「工作機械」は、「第二ノズル」を備えていなくてもよい。「第一ノズル」及び「第二ノズル」は、それぞれ異なるタンクが貯留する洗浄液を噴射してもよい。「工作機械」は主軸ヘッド７が昇降するものではなく、主軸ヘッド７が前後に移動する横型のものでもよい。「洗浄液」は、クーラント液以外の液体（例えば、蒸留水）でもよい。

１工作機械
４工具
５コラム
７主軸ヘッド
９主軸
２０工具交換装置
３１ＣＰＵ
５０タンク
７８フレーム
１００液流路部
１０１共通流路
１０７第二分岐流路
１１０第一分岐流路
１２０工具洗浄ノズル
１３０ヘッド洗浄ノズル
１４０ヘッド洗浄ノズル

Claims

機械原点位置の一方側に設けてありワーク加工を行う加工領域と、前記機械原点位置の他方側に設けてあり工具交換を行う工具交換領域との間で移動可能であって、前記工具を装着可能な主軸を支持する主軸ヘッドと、
前記工具交換領域で前記主軸に装着する前記工具を交換する工具交換装置と、
洗浄液を貯留するタンクと、
前記主軸ヘッドに対して前記洗浄液を噴射可能な第一ノズルと、
前記タンクから前記第一ノズルに前記洗浄液を供給して、前記第一ノズルから前記洗浄液を噴射する第一液供給手段と
を備えたことを特徴とする工作機械。
前記工具に対して前記洗浄液を噴射可能な第二ノズルと、
前記タンクから前記第二ノズルに前記洗浄液を供給して、前記第二ノズルから前記洗浄液を噴射する第二液供給手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
前記第一液供給手段は、第一のタイミングで前記第一ノズルに前記洗浄液を供給し、
前記第二液供給手段は、第一のタイミングとは異なる第二のタイミングで、前記第二ノズルに前記洗浄液を供給することを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
前記主軸ヘッドを移動可能に支持するコラムと、
前記工具交換装置を前記コラムに支持する支持部と、
前記タンクから前記第一供給手段及び前記第二供給手段まで延びる、前記洗浄液の流路である液流路部とを備え、
前記液流路部は、前記タンクから前記支持部まで延びる共通流路と、前記共通流路から分岐して前記第一ノズルに前記洗浄液を導く第一分岐流路と、前記共通流路から分岐して前記第二ノズルに前記洗浄液を導く第二分岐流路とを含み、
更に、前記共通流路から前記洗浄液を供給する流路を、前記第一分岐流路と前記第二分岐流路との間で切り替える流路切替手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の工作機械。
前記主軸ヘッドを前記加工領域から前記機械原点位置に移動する原点復帰手段と、
前記原点復帰手段が前記機械原点位置に移動した前記主軸ヘッドを、前記工具交換領域内の特定位置に移動することで、前記工具交換装置が前記主軸に装着してある前記工具を抜き出す工具抜出手段と、
前記工具抜出手段が前記特定位置に移動した前記主軸ヘッドを前記機械原点位置に移動することで、前記工具交換装置が保持する次の前記工具を前記主軸に装着する工具装着手段とを備え、
前記第一液供給手段は、前記原点復帰手段が前記主軸ヘッドを移動する間に、前記第一ノズルに前記洗浄液を供給し、
前記第二液供給手段は、前記工具装着手段が前記主軸ヘッドを移動する間に、前記第二ノズルに前記洗浄液を供給することを特徴とする請求項３または４に記載の工作機械。