JP2503170B2 - 工作機械の主軸清掃装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動工具交換装置付の
工作機械の主軸先端のテーパ穴に空気を噴流状に供給し
て、テーパ穴の内面を清掃するための主軸清掃装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の自動化に伴い、自動工具交換
装置を備えた工作機械の使用が近時飛躍的に増加してい
る。こうした工作機械、例えば図１に図示するようなＣ
ＮＣドリルの工具交換は以下のように実施される。先
ず、主軸頭２が上動しながら、工具を保持する工具ホル
ダ（図示せず）を工具ホルダ把持装置（図示せず）によ
り把持して主軸２０から抜去する。次いで、複数の工具
を収納するタレット（図示せず）から所望の工具を選定
して、工具ホルダ把持装置により主軸２０に形成された
テーパ穴２４の直下に配置し、主軸頭２の下動々作によ
りテーパ穴２４と、工具を保持する工具ホルダ（図示せ
ず）のテーパ部を係合させる。その際、テーパ穴２４ま
たは工具ホルダのテーパ部に切削屑や埃が付着している
と、工具ホルダの主軸２０に対する位置決め、すなわち
工具の主軸に対する位置決めが正確に行われず、工作精
度が低下する危惧がある。そのために、従来から主軸、
特に、主軸内部に構成された工具ホルダを引き込むため
の引き棒（ドローバー）１６内に、前記テーパ穴２４に
連通する第１の空気供給経路４２を形成し、主軸２０の
回転動作が停止して工具を交換する際、前記経路から空
気を噴流状に供給して、テーパ穴２２の内面および工具
ホルダのテーパ部を清掃するように構成されている。上
記引き棒１６の第１の空気供給経路４２に空気を供給す
るために、主軸２０の回転動作が停止し工具が交換され
る際に、前記第１の空気供給経路４２と連通する空気供
給ノズル３６が設けられている。該ノズル３０はリンク
機構３０と組み合わされており、該リンク機構３０は、
引き棒１６を押し下げるベルクランク４と連動して、工
具交換動作の間のみ前記第１の空気供給経路４２と空気
源（図示せず）との間の連通を提供するように構成され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、工作機械
の高速化に伴い工具交換動作も高速化されてきており、
従ってベルクランク４の動作も高速化されている。従来
技術では、上記ノズル３６の動作がリンク機構３０によ
りベルクランク４の動作と連動して決定されるために、
工具交換動作が高速化されベルクランク４の動作が速く
なると、空気供給時間が短くなり、充分な清掃用空気を
テーパ穴に供給することが困難になるという問題が生じ
る。また、リンク機構を構成するために多数の部品が必
要であるという他の問題がある。そこで、本発明の目的
は上述の問題点に鑑み、より単純な構成により、ノズル
動作をベルクランク機構の動作とは独立して制御可能な
主軸清掃装置を提供して空気供給時間を可及的に長くし
て充分な清掃用空気を供給し、テーパ穴内面の清掃を確
実にすることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述の問題を解決するた
めに本発明では、自動工具交換装置付き工作機械の主軸
先端のテーパ穴を清掃用空気噴流により清掃するための
主軸清掃装置であって、前記テーパ穴に連通し、前記主
軸の引き棒に沿って長手方向に延設された第１の空気供
給経路と、工具交換動作に応動して前記引き棒の第１の
空気供給経路と連通するように形成された連絡横路と、
所定の軸線に沿って延設され、前記連絡横路に対して密
着、離隔可能に構成された、空気源から清掃用空気のた
めの圧縮空気の供給を受けるノズルと、工具交換動作に
応動して前記ノズルを前記連絡横路に対して密着させ、
清掃後離隔させるためのノズル作動機構と、を具備して
構成され、前記ノズル作動機構は、前記軸線の方向に延
設されたシリンダと、前記ノズルと一体的に構成され、
前記シリンダ内において、該ノズルを連絡横路から離隔
させる第１の位置と、同ノズルを前記空気源と連通させ
ると共に、前記連絡横路に密着、連通させる第２の位置
との間で往復動作可能に配置されたピストンと、前記シ
リンダ内に配置され、前記ピストンを前記第１の位置に
付勢するための付勢手段とを備えており、工具交換時
に、前記主軸先端のテーパ穴に主軸清掃用の圧縮空気を
噴流状に供給して該テーパ穴内面を清掃する主軸清掃装
置が提供される。

【０００５】

【実施例】先ず、図１を参照して、ＣＮＣドリルに備え
られる従来技術による主軸清掃装置を説明する。ＣＮＣ
ドリルは略鉛直に設けられた主軸２０を有しており、該
主軸２０は適切な軸受手段２２により、主軸頭２に回転
自在に保持されている。主軸２０は、電動モータ２６に
より継手２１を介して回転駆動され、該主軸２０の下端
に工具ホルダ（図示せず）のテーパ部と係合するテーパ
穴２４を具備している。該主軸２０は中空の部材により
構成されており、その内部に引き棒（ドローバー）１６
を具備している。該引き棒１６は工具ホルダが装着され
るとき、工具ホルダのテーパ部の頂部に備えられたプル
スタッドと係合して、工具ホルダを上方に引き上げる機
能を有している。該引き棒１６は、サラバネ４４により
通常時において上方に付勢されている。更に、引き棒１
６は、中心軸に沿って略鉛直方向に形成された第１の空
気供給経路４２を具備しており、該空気供給経路４２は
上部に略半径方向に横設された複数の連絡部４１を有し
ている。工具交換時において、先ず、主軸頭２が上動す
る。このとき、ベルクランク４の頂部に備えられたカム
ローラー１４と、ＣＮＣドリルの本体（図示せず）に備
えられたカム１２との係合により、ベルクランク４は、
ピン８を中心として矢印Ｂの方向に回動する。すると、
ベルクランク４の腕部１８の先端に設けられたローラ１
９が、引き棒１６の頂部に設けられた棒状の部材より成
る受承部２８を下方に押接し、以て引き棒１６を下動さ
せる。継手２１には連絡横路４０が備えられており、該
連絡横路４０は、引き棒１６が下動したとき該引き棒１
６の第１の空気供給経路４２の連絡部４１と連通するよ
うに構成されている。

【０００６】上述のように、主軸２０は、その先端に装
着された工具を回転駆動して切削加工するために、電動
モータ２６により回転駆動される。従って、主軸２０の
テーパ穴２４に清掃用の空気を供給するために、主軸が
回転している間は前記主軸２０の連絡横路４０から離隔
し、工具交換時に主軸２０が停止している間に連絡横路
４０に密着し、これと連通する機構を有するノズルが必
要となる。このために従来技術による主軸清掃装置は、
ベルクランク４の動作と連動するリンク機構３０を備え
たノズル３６を具備している。前記リンク機構３０は、
ベルクランク４に設けられたカム３２と係合する従動カ
ム３４を有している。工具交換時に主軸頭２が上動し、
ベルクランク４が矢印Ｂの方向に回動すると、ベルクラ
ンク４のカム３２が従動カム３４を上方から押接し、リ
ンク機構３０が作動してノズル３６を矢印Ｃの方向に動
作させ、その先端部３８が主軸の外周面に当接、密着す
る。こうした構成により、工具交換動作に応動して引き
棒１６が下動したときに、清掃用空気のための空気源
（図示せず）からテーパ穴２４へ到る一連の経路が形成
される。

【０００７】然しながら、こうした構成には既述の問題
がある。図１からも理解されるように、従来技術による
主軸清掃装置は、ベルクランク４の動作と連動するカム
３２、３４とリンク機構３０によりノズル３６を動作さ
せているために、ノズル３６の動作の制御には自ずと機
構上の限界がある。ＣＮＣドリルの工具交換動作を高速
化するとベルクランク４の動作も高速となる。従って、
テーパ穴２４を清掃するために充分な空気を供給するた
めに必要な時間ノズル３６の先端３８を主軸に当接させ
ることが困難となり、その結果、供給される空気流量が
減少し、テーパ穴２４および工具ホルダのテーパ部を充
分に清掃することが困難となる。そこで、ベルクランク
４の動作とは関係なく、清掃空気を供給するめのノズル
を動作させ、可及的に空気供給時間を長くして充分に清
掃用空気を供給可能に構成された主軸清掃装置が必要と
なる。

【０００８】次に、図２を参照して本発明による主軸清
掃装置について説明する。本発明による主軸清掃装置
は、従来のノズル３６を動作させるノズル作動機構に付
いての改良であり、連絡横路４１以降の構成に付いては
従来の主軸清掃装置とほぼ同じ構成となっている。図２
は、本発明によるノズル作動機構部を示しており、図１
においてＡで指示される範囲に相当する部分を拡大して
示した図である。ノズル作動機構４６はシリンダ４８を
有しており、該シリンダ４８内には、ノズル５２を連絡
横路４０から離隔させる第１の位置と、同ノズル５２を
コンプレッサ等の空気源７０と連通させると共に、連絡
横路４０に密着、連通させる第２の位置との間で往復動
作可能に配置されたピストン５０が備えられている。ノ
ズル５２がピストン５０と一体的に構成されており、主
軸２０の連絡横路４０に向かって、前記シリンダ４８を
貫通して延設されている。該ノズル５２には、その中心
軸に沿って第２の空気供給経路５４が形成されており、
該第２の空気供給経路５４は、ピストン５０において前
記中心軸に対して横断方向に屈曲し、該ピストン５０の
外周に向かって半径方向に延設されている。そして、該
第２の空気供給経路５４は、ピストン５０の外周面上に
沿って周状に延設された入口５６を有している。シリン
ダ４８内には、ピストン５０を上記第１の位置に付勢す
るための付勢手段６８が備えられており、工具交換時以
外は、ピストン５０は付勢手段６８により矢印Ｄの方向
に付勢され、ノズル５４の端部５８が主軸２０から離隔
されるように構成されている。主軸清掃用空気は、空気
の供給の断続を制御する電磁弁７２と第３の空気供給経
路６４とを介して空気源７０から供給される。そして、
該第３の空気供給経路６４は、ノズル作動機構４６の手
前で第１の分岐経路６０と第２の分岐経路６２に分岐
し、第１の分岐経路６０は出口６１においてシリンダ４
８の内周面に連通し、他方第２の分岐経路６２は出口６
３においてピストン５０の背面に形成された空気室６６
に連通する。

【０００９】次に、本発明による主軸清掃装置の動作を
以下に説明する。工具交換時において、先ず、ＣＮＣド
リルの制御装置（図示せず）に組み込まれたプログラム
に従い前記電磁弁７２が開放される。すると、ピストン
５０の背面に形成された空気室６６内が加圧され、ピス
トン５０は付勢手段６８の付勢力に対向して、主軸の方
向（矢印Ｄとは反対の方向）に、ノズル５２の先端部５
８が継手２１の連絡横路４０と当接、密着するまで移動
する。空気室６６が無圧の状態のときに、継手２１とノ
ズル５２の先端５８との間の距離δ₁ を、第１の分岐経
路６０の出口６１と第２の空気供給経路５４の入口５６
との距離δ₂ に一致させるように構成する点が、本発明
の１つの特徴となっている。こうした構成により、空気
室６６内が加圧され、ピストン５０が矢印Ｄとは反対の
方向に移動して、ノズル５２の先端５８が継手２１に当
接、密着するとき、第１の分岐経路６０の出口６１とノ
ズル５２の第２の空気供給経路５４の入口５６が一致
し、空気源７０から主軸２０の先端のテーパ穴２４に到
る空気供給経路が形成される。前記連絡横路４０と前記
ノズル５２の先端５８との間の良好な密接を得るため、
該先端５８に適当な密封手段を備えても良いことは言う
までもない。

【００１０】ここで、第１の経路６０の出口６１とノズ
ル５２の第２の空気供給経路５４の入口５６が一致する
と、空気室６６内の圧力が減少してピストン５０が付勢
手段６８により矢印Ｄの方向に復帰したり、或いはチャ
タリングを発生するのではないかとの危惧を抱く者もあ
るかと思われるが、空気源７０の元圧を広い範囲に渡っ
て変化させて実験した結果、そうした現象は確認されな
かったことを注意しておく。その理由に付いては明らか
ではないが、第３の空気供給経路６４の分岐点から第１
の経路６０の出口６１までの圧力降下と、同分岐点から
第２の経路６２の出口６３までの圧力降下のバランスに
おいて、前者の方が後者に比べてかなり大きくなってい
ることが原因ではないかと推測される。工具交換交換動
作が終了したとき電磁弁７２を閉鎖する。空気室６６内
の圧力は第１の経路６０を介して減圧され、付勢手段６
８による付勢力６８により、ピストン５０は矢印Ｄの方
向に移動し初期の位置に復帰する。

【００１１】

【発明の効果】以上の記載から明らかなように、本発明
による主軸清掃装置は、空気供給経路を断続するノズル
の動作を、ベルクランクの動作、つまり主軸頭の動作と
は独立して容易に制御可能であるので制御の自由度が高
く、工具交換動作を高速化しても空気供給時間を可及的
に長くすることが可能となり、従って、清掃用空気を主
軸のテーパ穴に充分供給することが可能である。それに
より、工具交換時において、主軸のテーパ穴と、工具ホ
ルダのテーパ部の間に切削屑や埃等が侵入する危惧が低
減し、工具交換動作の高速化に伴う工作精度の低下が防
止される。また、本発明による主軸清掃装置は構成が単
純であるために、従来技術による主軸清掃装置と比較し
て低コストで製作可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による主軸清掃装置の略示断面図であ
る。

【図２】本発明による主軸清掃装置のノズル作動機構の
拡大図である。

【符号の説明】

２０…主軸 ２４…テーパ穴 ４０…連絡横路 ４２…第１の空気供給経路 ４６…ノズル作動機構 ４８…シリンダ ５０…ピストン ５２…ノズル ５４…第２の空気供給経路 ５６…第２の空気供給経路の入口 ５８…ノズル先端部 ６８…付勢手段 ７０…空気源

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動工具交換装置付き工作機械の主軸先
   端のテーパ穴を清掃用空気噴流により清掃するための主
   軸清掃装置において、 前記テーパ穴（２４）に連通し、前記主軸（２０）の引
   き棒（１６）に沿って長手方向に延設された第１の空気
   供給経路（４２）と、 工具交換動作に応動して前記引き棒（１６）の第１の空
   気供給経路（４２）と連通するように形成された連絡横
   路（４０）と、 所定の軸線に沿って延設され、前記連絡横路（４０）に
   対して密着、離隔可能に構成された、空気源（７０）か
   ら清掃用空気のための圧縮空気の供給を受けるノズル
   （５２）と、 工具交換動作に応動して前記ノズル（５２）を前記連絡
   横路（４０）に対して密着させ、清掃後離隔させるため
   のノズル作動機構（４６）と、を具備して構成され、 前記ノズル作動機構（４６）は、前記軸線の方向に延設
   されたシリンダ（４８）と、 前記ノズル（５２）と一体的に構成され、前記シリンダ
   （４８）内において、該ノズル（５２）を前記連絡横路
   （４０）から離隔させる第１の位置と、同ノズル（５
   ２）を前記空気源（７０）と連通させると共に、前記連
   絡横路（４０）に密着、連通させる第２の位置との間で
   往復動作可能に配置されたピストン（５０）と、 前記シリンダ（４８）内に配置され、前記ピストン（５
   ０）を前記第１の位置に付勢するための付勢手段（６
   ８）とを備えており、 工具交換時に、前記主軸（２０）先端のテーパ穴（２
   ４）に主軸清掃用の圧縮空気を噴流状に供給して該テー
   パ穴内面を清掃する主軸清掃装置。