JP2020032492A - 加工装置 - Google Patents

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Hisashi Ohara
久史 大原
斎藤 浩史
Hiroshi Saito
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Abstract

【課題】被加工材と先端工具とを確実に冷却できる、または潤滑性を向上できる加工装置を提供する。【解決手段】被加工材を加工可能な先端工具を装着可能とする駆動軸と、前記駆動軸を駆動するモータと、前記駆動軸の軸心上の複数箇所に向けてクーラントを射出する複数のノズルと、を備えることを特徴とする加工装置。【選択図】図6

Description

本発明は加工装置に関する。
駆動軸を駆動するモータを備え、駆動軸に先端工具を装着して駆動することにより、被加工材を加工する加工装置が知られている(特許文献1)。
特開2016−135519号公報
上記のような加工装置では、先端工具が被加工材に直接接触して加工作業を実施する。そのため、先端工具と被加工材との接触箇所である加工部位において、先端工具の焼き付きや損傷を防止する必要がある。焼き付き、損傷を防止する方法の一つとして、加工作業用のクーラントを加工部位に向けて射出し、被加工材と先端工具とを冷却し、潤滑にする構成を採用することが考えられる。
上記構成において、駆動軸に装着する先端工具の種類を変更すると、クーラントが加工部位に適切に届かない場合があり、被加工材及び先端工具の冷却、または潤滑性の向上を確実に行えないという課題があった。
上記課題に鑑み、本発明の目的は、被加工材と先端工具とを確実に冷却できる、または潤滑性を向上できる加工装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明は、被加工材を加工可能な先端工具を装着可能とする駆動軸と、前記駆動軸の軸心上の複数箇所に向けてクーラントを射出する複数のノズルと、を備えることを特徴とする加工装置を提供する。
本発明によれば、被加工材と先端工具とを確実に冷却できる、または潤滑性を向上できる加工装置を提供できる。
本実施形態に係る加工装置を示す外観斜視図である。 本実施形態に係る加工装置の内部構造を示す斜視図である。 本実施形態に係る加工装置の断面図である。 本実施形態に係る(a)被加工材を装着した取付部を示す図、及び(b)2種類のミリングバーを示す図である。 本実施形態に係るモータ及びジャケットの(a)側面図、及び(b)図5(a)のb−b線に沿った断面図である。 本実施形態に係るモータ及びジャケットの斜視図であり、(a)長尺のミリングバーを装着した状態と(b)短尺のミリングバーを装着した状態とを示す図である。 変形例に係るモータ及びジャケットを示す斜視図である。
<実施形態>
図1〜図6を参照して、本発明の実施形態に係る加工装置1について説明を行う。図1〜図3に示すように本実施形態に係る加工装置1は、筐体10、加工部20、移動機構30、保持部40、タンク50、供給部60、及びフィルタ70を含む。加工装置1は、被加工材Cを3次元に切削加工する装置である。タンク50は、筐体10に対して着脱可能である。また、フィルタ70は、タンク50に着脱可能である。
なお、本実施形態においては、図1から図3に示すように、前後左右及び上下の方向を定める。図3において、供給部60に対してタンク50が装着される側を前方とし、その反対の方向を後方とする。また、図1に示すように、筐体10を前面から見た場合を基準として、左右の方向を定める。保持部40に対して、加工部20が配置される方向を上方とし、その反対を下方とする。また、タンク50など、着脱可能な部材についても、筐体10に装着された状態を基準にして、方向を定めることとする。
[筐体]
図1に示すように、筐体10は、略矩形に形成された本体部11と、本体部11に対して上下に移動可能なフロントカバー12と、ボトムカバー13と、レギュレータ14とを備える。本体部11の内部では、加工空間10aが画成されている。さらに本体部11は、加工空間10aの下方において、タンク50を収容するタンク部区画10bが画成される(図2)。加工空間10aとタンク部区画10bとの間には、クーラントを回収するための開口部10cが形成される。
フロントカバー12を上方に移動することによって、加工空間10aは、筐体10の外部に開放される。また、ボトムカバー13を前方に引き出すことによって、タンク部区画10bは、筐体10の外部に開放される。
レギュレータ14は、筐体10の背面に設置される。レギュレータ14は、チューブ14Aを備えており、筐体10の内部と連通する。レギュレータ14は、外部のコンプレッサ等から圧縮空気の供給を受け、圧力を調整する機能を備える。圧力調整された圧縮空気は、チューブ14A及び不図示の管路を介して、加工部20へ供給される。
[移動機構]
図2及び図3に示すように、移動機構30は、加工空間10aより上方に配置される。移動機構30は、一対のシャフト31A、31Bと、シャフト31A、31Bの上下両端部を支持するベース部32と、左右方向に延出する1対のシャフト33A、33Bとを備える。なお、以下において、一対のシャフト31A、31Bが延出する方向をZ軸方向と定義する。
シャフト31A、31Bは、連結部23をZ軸方向に移動可能に支持する。連結部23は、不図示のモータによってZ軸方向に駆動される。また、シャフト33A、33Bは、ベース部32を、左右方向に移動可能に支持する。ベース部32は、不図示のモータによって、左右方向に駆動される。上記構成により、移動機構30は、加工部20を支持するとともに、加工部20をZ軸方向及び左右方向に移動可能とする。
[保持部]
図2及び図4に示すように、保持部40は、駆動部41と、駆動部41を支持する1対のシャフト43A、43Bと、駆動部41に支持される取付部44とを備える。
駆動部41は、加工空間10aより右方に配置される。駆動部41は、左右方向に延びる出力軸を備え、取付部44を出力軸回りに回転駆動することが可能である。取付部44は、加工空間10a内部に配置される。取付部44の左端部は、被加工材Cを着脱可能である(図4)。
シャフト43A、43Bは、筐体10に両端部を固定され、Z軸方向と直交するY軸方向(図2)に延出する。シャフト43A、43Bは、駆動部41を、Y軸方向に移動可能に支持する。このように駆動部41及び取付部44は、Y軸方向に移動可能である。
[タンク]
タンク50は、筐体10に対して装着及び取り外しが可能である。タンク50は、加工作業用のクーラントを貯留する。図3に示すように、装着状態において、タンク50はタンク部区画10bに収容される。タンク50は、後方に突出した取水部57を備える。取水部57は略円筒形状に形成され、タンク50の内部と連通する。取水部57は、装着状態において、筐体10の後部に配置された供給部60(図3参照)と接続し、タンク50に貯留されるクーラントを供給部60に対して供給可能である。また、図3に示すように、タンク50内部にはフィルタ70が設けられる。フィルタ70は、中空円筒形状に形成された濾材を備え、クーラントに含まれる異物を除去することができる。
[供給部]
供給部60は、図3に示すように、接続部61と、ポンプ部62とを備える。接続部61は、タンク部区画10b内に配置され、タンク50の装着時において、取水部57と接続する。接続部61の内部には、ポンプ部62と連通する流路が形成される。
ポンプ部62は、タンク部区画10bの後方に設置される。ポンプ部62は、接続部61からクーラントを取水し、不図示の流路を介して、加工部20へクーラントを送出、供給する機能を備える。
[加工部]
図2から図6に示すように、加工部20は、モータ21と、Z軸方向に延出するスピンドル22と、連結部23と、被加工材Cを切削するための先端工具であるミリングバー24、124(図4)と、ジャケット25とを備える。連結部23は、モータ21と移動機構30とを連結する部材である(図3)。連結部23の後部は、移動機構30によって支持される。
モータ21はブラシレスモータであり、ケーシング211と、出力軸212と、ロータ213と、ステータ214とを含む(図5及び図6)。モータ21は、スピンドル22を回転駆動する機能を備える。また、モータ21は、図示せぬ制御部と電気的に接続され、制御される。ケーシング211は、本発明における第1筐体の一例である。
図5及び図6に示すように、ケーシング211はZ軸方向に延出する略中空円筒形状の部材であり、モータ21の外殻をなす。ケーシング211の上部と下部には、それぞれ、軸受215及び軸受216が設けられる。また、ケーシング211の上部外周面には、円環状のパッキン217が取付けられる。パッキン217は、エラストマなどの弾性体で構成される。
出力軸212は、ケーシング211の内部に配置される。出力軸212は、略円柱形状を有し、Z軸に平行な軸心ALを規定する(図5及び図6)。出力軸212の上端部及び下端部は、軸受215及び軸受216によって、それぞれ軸心ALを中心に回転可能に支持される。すなわち出力軸212は、軸受215及び軸受216を介して、ケーシング211によって回転可能に支持される。出力軸212の軸心AL方向における中央部分では、永久磁石が出力軸212の外周を囲むように固定され、円柱形状のロータ213を構成する。出力軸212の下端部は、スピンドル22と同軸に連結する。出力軸212は、本発明の駆動軸の一例である。
ステータ214は、複数のステータコアと、それぞれのステータコアに巻回されたコイルとを備える。ステータ214は、ロータ213を周方向に囲むように配置され、ケーシング211の内周面に固定される。ステータ214は、不図示の制御部と電気的に接続しており、電力の供給を受け、ロータ213を回転駆動することができる。
スピンドル22は、略円柱形状の部材であり、加工空間10aに露出される(図3)。スピンドル22の上端部は出力軸212と連結しており、スピンドル22は軸心ALと同軸に回転可能である。スピンドル22の下端部にはコレット22Aが設けられ、切削加工用のミリングバー24、124(図4(b))を着脱可能に保持する。すなわち、出力軸212は、スピンドル22を介して切削加工用のミリングバー24、124を着脱可能である。スピンドル22は、図4(b)に示す2種類のミリングバー24、124のいずれも装着することができる。ミリングバー24とミリングバー124とは互いに長さが異なる。ミリングバー24は長尺の先端工具であり、ミリングバー124は短尺の先端工具である。作業時においては、被加工材Cの形状や加工目的等に応じて、ミリングバー24、124のどちらをスピンドル22に装着するか、適宜選択される。
ジャケット25は、本体部251と、給水部254A、254Bとを備える(図5及び図6)。本体部251は、Z軸方向に延びる軸を持つ略円筒形状の部材である。ジャケット25は、本発明における第2筐体の一例である。
本体部251は、ステンレス製であり、ケーシング211を覆うように固定される(図6)。なお、本体部251を樹脂製としても良い。本体部251は少なくとも一部分において、ケーシング211の外径より大きな内径を有しており、ケーシング211に対して下方から被せるように同軸に設置され、固定される。図5(b)に示すように、本体部251とケーシング211との間には、上端部から下端部にかけてクーラントが流通するための流路20Aが形成される。流路20Aは、Z軸方向視で略円環形状に形成される。流路20Aは、軸受216及びステータ214の近傍に位置する。詳細には、図5(b)に示すように流路20Aは、軸受216及びステータ214の径方向外方に位置している。
図5(b)に示すように、本体部251の上端部は、ケーシング211の外周部と当接する。また、本体部251の上端部の内周は、全周に亘ってパッキン217と当接する。本体部251の下端部はパッキン253を備える。パッキン253は、円環状に形成されたエラストマなどの弾性体からなり、全周に亘ってケーシング211の下端部と当接する。ケーシング211及び本体部251との当接部分は、パッキン217及びパッキン253によって止水される。換言すれば、本体部251は、その上部及び下部において、ケーシング211と水密に当接する。
給水部254A、254Bは、本体部251の上部に設置される。給水部254A、254Bは、中空の管状に形成され、流路20Aと連通する。給水部254A、254Bは、図示せぬ流路を介して供給部60と連通し、クーラントの供給を受けることができる。
本体部251の下面には、本体部251と一体的に形成されたクーラントノズル252が、4カ所に設けられる(図6)。4つのクーラントノズル252は、スピンドル22を中心として円周方向に90度間隔で配置され、スピンドル22から略等距離に位置する。理解を容易にするため、クーラントノズル252を個別に説明する場合には、図5及び図6に示すようにクーラントノズル252のそれぞれに参照番号を付し、下方視で左側から反時計回りに252A、252B、252C、252Dとする。
各クーラントノズル252は、本体部251の下面から下方に突出するように設けられる。各クーラントノズル252には、流路20Aとジャケット25の外部とを連通する流路252gが形成される。それぞれのクーラントノズル252は、流路252gを介して、被加工材Cまたはスピンドル22に装着されたミリングバー24、124に向けてクーラントを射出する機能を備える。
ここで、本実施形態に係るクーラントノズル252は、駆動軸の軸心上の複数個所に向けてクーラントを射出する構成となっている。具体的に、クーラントノズル252A及び252Cは、軸心ALに対するクーラントの出射角が、角度A1に規定されている(図5(a))。一方、クーラントノズル252B及び252Dは、軸心ALに対するクーラントの出射角が、角度A1とは異なる角度A2に規定されている(図5(b))。角度A2は、角度A1よりも小さい角度に規定されている。
図5及び図6では、4つのクーラントノズル252がそれぞれ射出するクーラントの軌跡を二点鎖線で示している。上述の通り、クーラントノズル252A、252Cとクーラントノズル252B、252Dとでは射出角が異なるため、クーラントが当たる箇所(目標点)が相違する。図5及び図6に示すように、クーラントノズル252A、252Cの出射角は、軸心AL上の目標点P1にクーラントが当たるように規定される。一方、クーラントノズル252B、252Dの出射角は、軸心AL上の目標点P2にクーラントが当たるように規定される。なお、目標点P2は、スピンドルに装着された長尺のミリングバー24の先端部に略一致し(図6(a))、目標点P1は、スピンドルに装着された短尺のミリングバー124の先端部に略一致する(図6(b))。すなわち、本実施形態において、角度A1または角度A2は、ミリングバー24または124の先端部に向けてクーラントを射出するよう規定されている。
このような射出角の相違は、流路252gの傾き、すなわちノズル角を、軸心ALに対して個別に規定することによって生じている。詳細には、クーラントノズル252A、252Cでは、ノズル角を、軸心ALに対して角度A1となるように設定している。一方、クーラントノズル252B、252Dでは、ノズル角を、軸心ALに対して角度A2となるように設定している。
なお、この例において、クーラントノズル252A及び252Cは「第1のノズル」の一例であり、角度A1は「第1の角度」の一例であり、クーラントノズル252B及び252Dは「第2のノズル」の一例であり、角度A2は「第2の角度」の一例である。また、目標点P1は「第1の箇所」の一例であり、目標点P2は「第2の箇所」の一例である。
[加工装置の動作]
以下、加工装置1による加工作業、およびその際の動作について説明する。加工作業を行う前に、ユーザは、フィルタ70が取付けられたタンク50にクーラントを入れ、タンク部区画10bに設置する。設置に伴い、取水部57と接続部61とが接続され、タンク50の筐体10への装着が完了する。
被加工材Cが取付部44に装着され、加工作業が開始されると、ミリングバー24またはミリングバー124と、出力軸212及びスピンドル22とが回転し、被加工材Cを加工する。加工作業において、ミリングバー24またはミリングバー124の先端部は、被加工材Cに接触し、切削加工を行う。移動機構30、取付部44、及び駆動部41によって、ミリングバー24、124及び被加工材Cは、相対的に3次元方向に移動可能である。そのため、加工装置1は、被加工材Cを3次元に切削加工できる。
加工作業中、タンク50に貯留されていたクーラントは、フィルタ70によって濾過され、取水部57及び接続部61を順次通過後、ポンプ部62へ供給される。
さらにクーラントは、ポンプ部62によって加工部20に供給される。詳細には、クーラントは、図5(b)中の矢印に示すように、給水部254A、254Bから流路20Aを略Z軸方向に流れ、クーラントノズル252から射出される。
クーラントノズル252は、クーラントをミリングバー24、124と被加工材Cとの接触部分、すなわち加工部位に向けて射出する。これによりクーラントノズル252は、ミリングバー24(図6(a))またはミリングバー124(図6(b))と、被加工材Cとを、加工部位及びその近傍で冷却する。また、クーラントノズル252から射出されたクーラントは、ミリングバー24またはミリングバー124と、被加工材Cとを潤滑にし、加工部位での摩擦を低減する。クーラントは、被加工材C及びミリングバー24、124を冷却し、さらに潤滑性を向上させることによって、加工部位の損傷や焼き付き、ミリングバー24、124の劣化等を防止する。冷却、潤滑を終えたクーラントは、開口部10cに回収され、その後再びタンク50に貯留される。
クーラントが目標点P1及びP2の2カ所に向けて射出されるため、長尺のミリングバー24及び短尺のミリングバー124のどちらを装着した場合でも、加工装置1は加工部位にクーラントを当て、確実に冷却するとともに、潤滑性を向上させることができる。つまり、先端工具の種類によらず、加工部位及びその近傍において、先端工具及び被加工材Cは好適に冷却され、潤滑にされる。また、クーラントを複数箇所に向けて射出するため、加工装置1は、ミリングバー24、124及び被加工材Cを、加工部位及びその近傍において同時に冷却するとともに、潤滑性の向上が可能である。そのため本構成では、先端工具及び被加工材Cを、効率よく冷却できる。
<効果>
このように、本実施形態に係る加工装置1は、被加工材Cを加工可能なミリングバー24、124を装着可能とする出力軸212と、出力軸212の軸心AL上の複数箇所に向けてクーラントを射出する複数のクーラントノズル252とを備える。
上記構成では、軸心AL上の複数箇所に向けてクーラントを射出することによって、ミリングバー24、124の種類に関わらず、加工部位またはその近傍の複数箇所において、ミリングバー24、124及び被加工材Cの確実な冷却、または潤滑性の向上が可能である。
本実施形態に係るクーラントノズル252は、軸心ALに対するクーラントの射出角を角度A1とするクーラントノズル252A、252Cを有する。さらに、クーラントノズル252は、軸心ALに対するクーラントの射出角を角度A1と異なる角度A2とするクーラントノズル252B、252Dを有する。
上記構成では、クーラントノズル252の射出角によって、クーラントを射出する目標点を変えることができる。そのため、簡易な構成によって、複数箇所に向けてクーラントを射出する機能を実現できる。
本実施形態における角度A1または角度A2は、ミリングバー24またはミリングバー124の先端部に向けて前記クーラントを射出するよう規定されている。
上記構成では、ミリングバー24、124の先端部にクーラントが射出されるため、加工部位の確実な冷却、または潤滑性の向上が可能である。
本実施形態に係る加工装置1は、出力軸212を支持するケーシング211を持つモータ21を備える。さらに加工装置1は、ケーシング211の少なくとも一部を覆うように設けられたジャケット25を備え、流路20Aは、ケーシング211とジャケット25との間に形成される。
上記構成では、簡易な構成によって流路20Aが構成される。そのため、加工装置1の製造コストを抑制することができるとともに、小型の加工装置1とすることができる。
クーラントノズル252は、軸心AL上の目標点P1に向けてクーラントを射出する2つのクーラントノズル252A、252Cを有する。加えて、クーラントノズル252は、目標点P1とは異なる軸心AL上の目標点P2に向けてクーラントを射出する、2つのクーラントノズル252B、252Dを有する。
上記構成では、1つの目標点に対して2つのクーラントノズル252がクーラントを射出するため、加工部位の冷却または潤滑がより確実に行われる。
<変形例>
本実施形態において加工装置1は、クーラントの射出目標点を複数設定するため、クーラントの射出角をクーラントノズル252毎に設定していた。しかし、本発明はこのような構成に限定されず、以下のような変形例を含み得る。
図7には、本発明の変形例に係るジャケット125及びモータ21を示す。モータ21は、上記実施形態と同構成である。ジャケット125は、上記実施形態と略同構成の本体部251と、スピンドル22を挟んで互いに対向するように設けられた2つのクーラントノズル252E、252Fとを備える。クーラントノズル252E、252Fは、それぞれ中空の管状に形成され、流路20Aと連通している。クーラントノズル252E、252Fは、Z軸方向に沿って本体部251から延出しており、延出長さは互いに相違する。クーラントノズル252E、252Fの下部は、軸心ALに向けて屈曲している。クーラントノズル252Eとクーラントノズル252Fとの屈曲角は軸心ALに対して略等しい。そのため、クーラントノズル252E、252Fからのクーラントの射出角は、軸心ALに対して略等しい。クーラントノズル252E、252Fの先端部は、目標点P1、P2の近傍にそれぞれ位置する。なお、目標点P1、P2のスピンドル22に対する相対位置は、それぞれ上記実施形態と同じである。
図7の2点鎖線に示すように、クーラントノズル252Eは、クーラントを目標点P1に向けて射出する。また、クーラントノズル252Fは、クーラントを目標点P2に向けて射出する。
このように本発明においては、クーラントの射出角を略等しく設定し、クーラントノズル252の長さを変えることによって射出目標点を複数設定する構成とすることも可能である。
変形例においても、クーラントが目標点P1、P2の2カ所に向けて射出されるため、長尺のミリングバー24及び短尺のミリングバー124のどちらを装着した場合でも、加工装置1は加工部位にクーラントを当て、冷却し、潤滑性を向上できる。また、ミリングバー24、124及び被加工材Cは、加工部位及びその近傍の複数箇所において同時に冷却されるとともに、潤滑性の向上がなされる。
また、実施形態におけるクーラントノズル252の数は4つに限定されるものではなく、変形例に示すように2つとすることも可能であるし、3つや5つ以上など、任意の数とすることできる。また、クーラントの射出角を2種類とすることに限定されず、先端工具の種類、すなわち長さ、太さ、及び形状などのバリエーションを考慮し、3種類以上としてもよい。すなわち、射出目標点を、3つ以上とすることが可能である。例えば、実施形態において、4つのクーラントノズル252の射出角を全て違うものとしてもよい。この場合、先端工具の種類が3種以上ある場合でも、確実に冷却するとともに、潤滑性の向上が可能である。
上記実施形態は、発明の例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。上記の構成は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1 加工装置
10 筐体
11 本体部
20 加工部
21 モータ
211 ケーシング
212 出力軸
25 ジャケット
251 本体部
252 クーラントノズル
24、124 ミリングバー
30 移動機構
40 保持部
50 タンク
60 供給部

Claims (5)

  1. 被加工材を加工可能な先端工具を装着可能とする駆動軸と、
    前記駆動軸の軸心上の複数箇所に向けてクーラントを射出する複数のノズルと、を備えることを特徴とする加工装置。
  2. 前記複数のノズルは、
    前記軸心に対する前記クーラントの射出角が第1の角度に規定された第1のノズルと、
    前記射出角が前記第1の角度とは異なる第2の角度に規定された第2のノズルと、
    を少なくとも含むことを特徴とする請求項1に記載の加工装置。
  3. 前記第1の角度または前記第2の角度は、前記先端工具の先端部に向けて前記クーラントを射出するよう規定されていることを特徴とする請求項2に記載の加工装置。
  4. 前記駆動軸を支持する第1筐体を有し、前記駆動軸を駆動するモータと、
    前記第1筐体の少なくとも一部を覆うように設けられた、前記複数のノズルを有する第2筐体と、
    を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の加工装置。
  5. 前記複数のノズルは、
    前記軸心上の第1の箇所に向けてクーラントを射出する2つのノズルと、
    前記第1の箇所と異なる前記軸心上の第2の箇所に向けてクーラントを射出する2つのノズルと、を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載の加工装置。
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