JP2017170601A

JP2017170601A - クーラントノズル自動交換装置

Info

Publication number: JP2017170601A
Application number: JP2016062902A
Authority: JP
Inventors: 敏幸一二三; Toshiyuki Hifumi
Original assignee: Mitsui Seiki Kogyo Co Ltd
Current assignee: Mitsui Seiki Kogyo Co Ltd
Priority date: 2016-03-26
Filing date: 2016-03-26
Publication date: 2017-09-28

Abstract

【課題】工作機械において自動交換される工具に対応して、比較的簡単な構成でクーラントノズルそのものを自動交換する技術を提供する。【解決手段】ヘッド部と、該ヘッド部に設けられた工具回転軸と、該工具回転軸に着脱自在に係合する工具ホルダを備え、該工具ホルダに保持されつつ前記工具回転軸により回転される工具によりワークの加工を行うと共に加工点に向ってクーラントノズルからクーラントを噴射する工作機械において、前記ヘッド部に前記クーラントノズルをクランプしアンクランプ可能なクランプ手段を設け、該クランプ手段により前記クーラントノズルを交換可能に構成した。【選択図】図７

Description

本発明は、工作機械のクーラントノズル自動交換装置に関し、特に、自動工具交換部を有する工作機械において交換される工具に対応してノズルも自動交換する技術に関する。

一般に、工作機械においてワークを加工する際には、所定の経路を介して案内・供給したクーラントを工具による加工部位に向けて噴射するようにしている。例えば、研削加工において、潤滑や冷却のために研削点にクーラント（研削液）を供給するが、ワークサイズや砥石径、クイル長さによってもクーラントを噴射すべき位置が異なる。砥石等のツール（工具）の自動交換装置は多く存在し（例えば、特許文献１参照）、ワークの加工位置に応じてクーラントの噴射口等を変更する装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）が、クーラントノズルの交換に関しては、オペレータが手作業により交換しているのが実情である。

特開２０１２−１４８３８２号公報特開２０１１−２００９７６号公報

しかしながら、特許文献１記載の従来例では、工具の自動交換は可能であっても、クーラントノズルはオペレータが手作業により交換する必要があるので、加工時間の短縮が困難であり、また、オペレータによる交換のタイミングの監視の手間も煩雑である。

また、特許文献２記載の従来例では、クーラントノズルの噴射口や噴射経路を複数設ける必要があるので、機構的にも装置が複雑にならざるを得ないという問題がある。

そこで、工作機械において自動交換される工具に対応して、比較的簡単な構成でクーラントノズルそのものを自動交換する技術の開発が望まれる。

本発明は上述のような事情から為されたものであり、その目的は、工作機械において自動交換される工具に対応して、比較的簡単な構成でクーラントノズルそのものを自動交換する技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の工作機械は、ヘッド部と、該ヘッド部に設けられた工具回転軸と、該工具回転軸に着脱自在に係合する工具ホルダを備え、該工具ホルダに保持されつつ前記工具回転軸により回転される工具によりワークの加工を行うと共に加工点に向ってクーラントノズルからクーラントを噴射する工作機械において、前記ヘッド部に前記クーラントノズルをクランプしアンクランプ可能なクランプ手段を設け、該クランプ手段により前記クーラントノズルを交換可能に構成したことを特徴とする。

前記クーラントノズルのストック位置を前記工作機械の可動部のストローク範囲内に設けるのが好適である。

前記クランプ手段は、空圧又は油圧式のチャックを有し、前記クーラントノズルは、前記クランプ手段によりクランプ可能なピンを有し、クーラントノズル付アタッチメントとして使用されるようにしても良い。

本発明によれば、工作機械において自動交換される工具に対応して、比較的簡単な構成でクーラントノズルそのものを自動交換する技術を提供することができる。

本発明が適用される研削装置の概略構成を示す図である。本発明が適用される研削装置の構成を示す機能ブロック図である。本発明の実施形態に係るクーラントノズル自動交換装置のチャック取付けの概要を示す図である。本発明の実施形態に係るクーラントノズル自動交換装置のクーラントノズル付アタッチメントの構成を示す図である。本発明の実施形態に係るクーラントノズル自動交換装置のクーラントノズルの形状が相違する例を示す図である。本発明の実施形態に係るクーラントノズル自動交換装置のノズルの自動交換位置を説明するための図であり、クーラントノズルの移動が機械のストローク範囲内に設定されることを示す図である。本発明の実施形態に係るクーラントノズル自動交換装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は、その正面図、（ｂ）は、その側面図、（ｃ）は、その平面図、をそれぞれ示す。本発明の実施形態に係るクーラントノズル自動交換装置の制御フローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明が適用される研削装置の概略構成を示す図、図２は、本発明が適用される研削装置の構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように、本実施形態の研削装置１００は、図示しないベッドと、ベッド上に載置された加工ベース部１０４と、加工ベース部１０４に対して所定方向（Ｘ−Ｙ−Ｚ３軸方向）に移動可能な砥石軸ヘッド１０６と、砥石軸ヘッド１０６をＸ−Ｙ−Ｚ３軸方向に駆動するヘッド側Ｘ−Ｙ−Ｚ３軸駆動装置（図示しないコラムを含む）１０８と、研削装置１００の加工ベース部１０４上に設けられたワーク支持台１１０と、ドレッサー１１２を備えている。また、本実施形態の研削装置１００は、図２に示すように、Ｘ−Ｙ−Ｚ−Ａ−Ｃの各軸方向の駆動を司るモータドライバ２０１，２０２，２０３，２０４，２０５と、これらモータドライバ２０１，２０２，２０３，２０４，２０５をそれぞれ制御すると共に各軸の回転数、送り速度等を数値制御すると共にその補間機能を含むＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置２００を備えており、このＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置２００には、その数値制御のためのデータ（加工物の諸元）を、例えば対話形式で入力することが可能な加工プログラムが内蔵されている。

即ち、研削装置１００は、図２に示すように、Ｘ−Ｙ−Ｚの３軸方向と、Ａ及びＣの２（軸）方向から成る５（軸）方向の制御が可能であり、砥石軸ヘッド１０６をＸ−Ｙ−Ｚ軸方向にそれぞれ駆動するモータドライバ２０１，２０２，２０３とそれぞれのモータ２１１，２１２、２１３、加工ベース部１０４をＡ軸モータ２１４と軸受２１４Ａ、２１４Ｂを介してＡ軸方向に旋回駆動するモータドライバ２０４、チャック機構ＣＨを備えたワーク軸ＷＡＸをＣ軸方向に回転駆動するモータドライバ２０５、砥石軸１０７を回転駆動する工具スピンドルドライバ２０６と、その工具スピンドルモータ２１６及びドレッサードライバ２０７と、そのモータ２１７と、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置２００を備えており、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置２００が、所定の加工プログラムに従って、モータドライバ２０１〜２０７を各軸方向に駆動制御すること等によって、ワークＷが所望の雌ネジ形状に加工（研削）される。また、加工する雌ネジ形状等に応じて、ドレッサー１１２により砥石１０５がドレスされる。尚、１回使用した砥石を再使用する際にも、ドレッサー１１２により砥石１０５のツルーイングやドレス（形状直しや目立て）を行なうことがあり、ドレスと単純に言った場合もツルーイング（形状直し）を含むものとする。便宜上図１の上下方向をＺ軸（送り軸）方向それと垂直で紙面に平行な方向をＸ軸（送り軸）としそれらと直行するようにＹ軸（送り軸）を定義し、チャックおよびワーク軸が図に表現された状態（方向）にあるとき、ワークにＸ軸回りの回転を与える軸をＡ軸（回転軸）方向、そして、Ｚ軸回りに回転を与える軸をＣ軸（回転軸）方向と定義する。

また、上述したように、加工ベース部１０４は、砥石軸ヘッド１０６に対して、砥石軸１０７を軸として、図１にも示すように、旋回可能に構成されている。この旋回可能角度は、砥石軸１０７の方向がＺ軸と一致している場合を便宜上０度とし、反時計回りを正方向とすると、例えば、−α度〜α度（例えばα＝２５）である。但し、これに限られることはなく、ネジ研削に必要な角度が含まれていればよい。この加工ベース部１０４が旋回する方向が、上述したＡ方向と規定される。

砥石軸ヘッド１０６には、砥石１０５が砥石軸１０７により軸承され、工具スピンドルモータ２１６により回転駆動される。ヘッド側Ｘ−Ｙ−Ｚ３軸駆動装置（図示しないコラムを含む）１０８に設けた砥石ヘッド駆動（サーボ）モータ２１２は、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置２００内のパルス分配回路（図示せず）から分配されるたとえば制御パルスに基づいて作動するモータドライバ２０３により制御駆動され、砥石軸ヘッド１０６にＺ方向の送りを与える。Ｚ方向に送りｚを与えるときに、ｓｉｎα倍だけモータドライバ２０２によりＹ方向にも送りを与え、Ｚ−Ｙ平面上で工具を送る長さを加工したいネジのリードで割った回数だけモータドライバ２０５によりＣ軸回転を与える。これらの動作を同期して行う３軸同時制御により、研削装置１００は、深穴のワークＷの内周面に上下方向に連続した雌ネジを加工することができる。また、エンコーダ等の位置検出器（図示せず）がＡ軸モータ２１４の回転角度を介して加工ベース部１０４の旋回位置を検出し、この検出値はセンサコントローラ（図示せず）を介して、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置２００に入力される。

ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置２００は、その各々は図示しないが、研削装置１００全体を制御し管理する中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、外部とのデータの授受を行うインタフェース、及びＣＰＵからの指令に応じて複数軸分の駆動指令を各軸に分配送出する機能を備えている。ＣＰＵには、たとえば専用または汎用のディジタルインタフェースやＡ−Ｄ／Ｄ − Ａコンバータなどの入出力装置を介してセンサコントローラが接続され、このセンサコントローラはＣＰＵにより制御されている。更に、インタフェースには、制御データ等を入力する入力装置（図示せず）が接続され、また各軸への指令分配機構には、モータドライバ２０１〜２０７を介して前述のモータ群が接続されている。メモリには、ワークＷを加工するための加工プログラム及びその他のデータ等が格納されている。尚、ＣＮＣ装置２００は、工具交換制御部２２０と、ノズル交換制御部２３０を含んでおり、それぞれ砥石１０５を他の砥石に交換する制御、クーラントノズル３０２Ｂを他のクーラントノズルに交換する制御を統括する。

さて、本実施形態の研削装置１００における研削液（クーラント）の供給経路及び方法について説明する。図３は、本発明の実施形態に係るクーラントノズル自動交換装置のチャック取付けの概要を示す図、図４は、そのクーラントノズル付アタッチメントの構成を示す図、図５は、そのクーラントノズルの形状が相違する例を示す図、図６は、そのノズルの自動交換位置を説明するための図であり、クーラントノズルの移動が機械のストローク範囲内に設定されることを示す図である。即ち、本実施形態の研削装置１００においては、図１に示すヘッド側Ｘ−Ｙ−Ｚ３軸駆動装置（図示しないコラムを含む）１０８内から砥石軸ヘッド１０６内及び図３（ｂ）に示す脱着（クランプ）装置３００を介して図４に示すクーラントノズル付アタッチメント３０２のアタッチメント本体３０２Ａ内に形成されたクーラント供給孔３０２ａに流入し、ノズル３０２Ｂから図３（ｂ）に示す砥石１０５による加工部位に向けて研削液（クーラント）を噴出する。しかしながら、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、砥石及びそのホルダとしてのクイルが交換される場合には、それに対応して形状の異なるクーラントノズルに交換する必要が生じる。ここで、砥石は自動で交換される機械であっても、クーラントノズルをオペレータが手作業により交換するためには、いったん機械を停止させ、機械の通常のストロークの範囲（図６参照）外まで抜き出してクーラントノズルを交換する必要があるため、作業が細かく煩雑にならざるを得なかった。

そこで、本発明者は、以下に述べる本発明のクーラントノズル自動交換装置の実施形態の構成を案出したので、上述した図１及び図２に加え、改めて図３乃至図８を参照して説明する。本実施形態の研削装置１００は、クーラントノズル付アタッチメント３０２の付け替えを自動で行うことができる。ここで、特に、図１に示すように、研削装置１００による円筒状のワークＷの内周研削においては、円筒状のワークＷの狭い内周面を小さな砥石１０５で研削するため、図３及び図４等に示すような特殊な３次元形状のクーラントノズル３０２Ｂを使用する。このようなケースでは、仮にそのクーラントノズルをオペレータが手作業により交換するためには、砥石１０５は自動で交換されても、いったん研削装置１００の通常のストロークの範囲（図６参照）外まで抜き出してクーラントノズルを交換する必要があるため、作業が細かく煩雑にならざるを得なかった。しかしながら、本実施形態の研削装置１００では、クーラントノズル付アタッチメント３０２のストック位置を図６に示すような機械（研削装置１００）のストローク範囲内に設けることで、脱着（クランプ）装置３００のみを追加する構成で機械（研削装置１００）の軸（ここでは、Ｚ軸）移動を使用した自動化が可能であり、他にロボット等の交換装置を必要としないため、比較的簡単な機構構成によりクーラントノズルの自動交換を実現することが可能である。

さて、本実施形態のクーラントノズル自動交換装置を構成するには、スピンドルヘッド（砥石軸ヘッド１０６）側に空圧又は油圧式のチャック手段である脱着（クランプ）装置３００を配置する。図４に示すように、各クーラントノズル３０２Ｂは、上記空圧又は油圧式チャック手段である脱着（クランプ）装置３００でクランプできるピン３０２Ｐを有し、クーラントノズル付アタッチメント３０２として使用する。クーラントノズル付アタッチメント３０２は、機内（研削装置１００内）にストックされ、図示しないカバーで覆われ、脱着面を保護されているように構成した。上記カバーの開閉は図示しないエアーシリンダを用いており、こちらも簡単な機構になっている。クーラントノズル交換位置（図６等参照）までの移動は、もともと研削装置１００に備えられた軸（図６ではＺ軸）を使用している。

図７は、本発明の実施形態に係るクーラントノズル自動交換装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は、その正面図、（ｂ）は、その側面図、（ｃ）は、その平面図、をそれぞれ示す。図７において、ここにある3つのノズル３０２Ｂ１、３０２Ｂ２、３０２Ｂ３はノズルストッカー３０３に収容され、一番手前の一つのノズル３０２Ｂ１をとりに行っている状態を表している。図５に示した３つのノズル３０２Ｂ１、３０２Ｂ、３０２Ｂ３がノズルストッカー３０３に収容され、砥石の種類、加工点等の状況に応じて、このうちの一つを装着するようになっている。即ち、図７に示すように、クランプ装置３００は、チャックを有しており、１種類のクーラントノズルたとえば３０２Ｂ１を把持している。ここで、クランプ装置３００は、砥石軸ヘッド１０６の下面側に設けられており、これにより砥石１０５（図５等参照）の交換等に応じてその状況に適したクーラントノズルたとえば３０２Ｂ２へ交換可能にしている。図８は、本実施形態のクーラントノズル自動交換装置の制御フローチャートである。即ち、図２に示す工具交換制御部２２０により工具としての砥石１０５が他の砥石に変換される時に、図２に示すノズル交換制御部２３０によりノズル自動交換の制御が開始され、ノズル交換の指令が送出される（Ｓ８０１）、この指令を受けて、Ｚ軸モータドライバ２０３によりモータ２１３が制御駆動され、砥石軸ヘッド１０６にＺ軸方向の送りを与えることで、砥石軸ヘッド１０６とクランプ装置３００がＺ軸原点に復帰する（Ｓ８０２）。続いて、砥石軸ヘッド１０６とクランプ装置３００がＺ軸方向をノズル返却位置へ移動し（Ｓ８０３）、チャックをアンクランプして（Ｓ８０４）、クーラントノズルたとえば３０２Ｂ１を返却する。続いて、ノズル把持位置へ移動して（Ｓ８０５）。ここで、チャックをクランプして（Ｓ８０６）、新たなクーラントノズルたとえば３０２Ｂ２を把持した状態で、砥石軸ヘッド１０６とクランプ装置３００がＺ軸原点に復帰する（Ｓ８０７）。これにより、新たなクーラントノズルを使用できる状態になり、ノズル自動交換の制御が終了する（Ｓ８０８）。

本発明によれば、クーラントノズルの付け替えを自動で行うことができる。特に、研削装置による円筒状のワーク等の内周研削においては、円筒状のワークの狭い内周面を小さな砥石で研削するため、特殊な３次元形状のクーラントノズルを使用することが多い。このようなケースでは、そのクーラントノズルを自動交換できるので、大変有益である。また、クーラントノズルのストック位置を機械のストローク範囲内に設けることで、脱着（クランプ）装置のみを追加する構成で機械の軸移動を使用した自動化が可能であり、他にロボット等の交換装置を必要としないため、比較的簡単な機構構成でクーラントノズルを自動交換することができる。

以上に述べた実施形態では、本発明を内周研削（内研）による雌ネジを加工する研削装置に適用したが、例えば、砥石による外周研削（外研）等にも適用することができる。また、縦型の研削装置に適用したが横型の研削装置でも適用することができる。更に、研削装置だけでなく、切削・研磨等あらゆる加工装置（工作機械）に適用することができ、砥石の代わりに切削工具を工具ホルダにより保持し、ワークの切削加工を行う場合のクーラントノズルの交換等にも用いることが可能である。

１００研削装置、１０４加工ベース部、１０５砥石、
１０６砥石軸ヘッド、１０７砥石軸、１０８ヘッド側Ｘ−Ｙ−Ｚ３軸駆動装置、
１１０ワーク支持台、１１２ドレッサー、
２００ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置、
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５モータドライバ、
２０６工具スピンドルドライバ、２０７ドレッサードライバ、２１４Ａ軸モータ、
２１４Ａ、２１４Ｂ軸受、２１６工具スピンドルモータ、２１７モータ、
Ｗワーク、３００脱着（クランプ）装置、３０２Ｂクーラントノズル、
３０２Ｐピン、３０２クーラントノズル付アタッチメント、
３０２Ｂ１、３０２Ｂ２、３０２Ｂ３クーラントノズル、３０３ノズルストッカー

Claims

ヘッド部と、該ヘッド部に設けられた工具回転軸と、該工具回転軸に着脱自在に係合する工具ホルダを備え、該工具ホルダに保持されつつ前記工具回転軸により回転される工具によりワークの加工を行うと共に加工点に向ってクーラントノズルからクーラントを噴射する工作機械において、前記ヘッド部に前記クーラントノズルをクランプしアンクランプ可能なクランプ手段を設け、該クランプ手段により前記クーラントノズルを交換可能に構成したことを特徴とする工作機械。
請求項１に記載の工作機械において、前記クーラントノズルのストック位置を前記工作機械の可動部のストローク範囲内に設けたことを特徴とする工作機械。
請求項１又は２に記載の工作機械において、前記クランプ手段は、空圧又は油圧式のチャックを有し、前記クーラントノズルは、前記クランプ手段によりクランプ可能なピンを有し、クーラントノズル付アタッチメントとして使用されることを特徴とする工作機械。