JP2687110B2 - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

工作機械の主軸装置

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JP2687110B2
JP2687110B2 JP7259174A JP25917495A JP2687110B2 JP 2687110 B2 JP2687110 B2 JP 2687110B2 JP 7259174 A JP7259174 A JP 7259174A JP 25917495 A JP25917495 A JP 25917495A JP 2687110 B2 JP2687110 B2 JP 2687110B2
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    • Y10T409/30—Milling
    • Y10T409/303976—Milling with means to control temperature or lubricate
    • Y10T409/304032—Cutter or work

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主軸内にミスト発生装
置を設けたものとした工作機械の主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】工作機械による加工では被加工物や刃物
の冷却及び潤滑、又は切屑の除去などのため加工部に切
削液を多量に供給しているが、これによるときは切削液
による環境汚染や人体の健康への悪影響、切削液の廃油
処理に伴う大きなコスト、被加工物の過冷却による刃物
寿命の低下、又は切削油過多による刃物の微細切込み加
工時の滑り摩耗などの問題があるほか、加工時に多量の
切削油が切屑に付着するため、切屑の処理や再利用のさ
い、これに付着した切削油を分離することが必要となる
が、この処理に大きなコストがかかるなどの問題があ
る。
【０００３】これらの問題を解決するため、近年では極
微量の切削液をミスト状にして加工部へ供給することが
行われている。
【０００４】具体的には例えば図１及び図２に示すよう
に主軸１先端に固定された刃物２の近傍に付設したミス
ト供給管３を通じることにより、刃物２の近傍位置から
加工部へ向けて切削油のミストｍを噴射するようになさ
れている。このさい、４は主軸１から離れて設けられた
ミスト発生供給装置、５は主軸１を回転自在に包囲した
ヘッド部材、６は主軸１に回転を入力するためのプー
リ、７は工具ホルダ８を固定解放するためのドローバー
９を押引き変位させるための駆動装置、そしてｗは被加
工物である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】既述した図１及び図２
に示す従来手段では、例えば穴加工のように加工部が被
加工物ｗの比較的深い位置となる場合、ミストｍが被加
工物ｗや刃物２或いは切屑などに遮られて加工部まで十
分に侵入することができなくなる。このため、加工部の
冷却や潤滑が十分に行われないのであり、その程度によ
っては単に効率的な加工が行えないことに留まらず、加
工が不可能となってしまうのである。
【０００６】これを解消する試みとして図３に示すよう
に工具ホルダ８の周囲に設けられたミスト供給路手段１
０の入口１０ａからミストｍを供給し、このミストｍを
刃物２の軸芯に形成された通路２ａを経て加工部まで供
給することが考えられる。
【０００７】しかし、これによるときは工具ホルダ８及
び刃物２が加工中に主軸１と同体に回転されるため、入
口１０ａから供給されたミストｍは同ホルダ８の半径方
向通路８ａ内を外側から回転中心へ向けて流れるさいに
遠心力を受け、これに影響されて安定した濃度で加工部
へ供給されるものとならない。即ち、工具ホルダ８内に
達したミストｍは当初は気体と切削油が均一に混合した
状態のものとなっているが、通路８ａ内を通過中に、比
重の大きい切削油は半径方向外側に、そしてそれの小さ
い気体は半径方向内側に偏し、気体と液体が分離された
状態のものとなってしまうのであり、したがって切削油
の過少な状態のミストとそれの過多な状態のミストが不
規則的に供給されることが生じるのである。
【０００８】また別の試みとして図４に示すように主軸
１後部に流体通路の回転継手１１を設け、これの入口１
１ａからミストｍを供給し、このミストｍを主軸１、工
具ホルダ８及び刃物２に形成された通路１ａ、８ｂ、２
ａを経て加工部へ供給することが考えられる。
【０００９】しかし、これによるときも主軸１、工具ホ
ルダ８及び刃物２は加工中に回転されるため、主軸１内
へ供給されたミストｍは主軸１後部から刃具２先端まで
の長い通路１ａ、８ｂ、２ａを通過中に遠心力を受け
て、やはり前述したと同様に気体と切削油が分離した状
態のものに変化され、同様な問題が生じるのである。
【００１０】上記したように被加工物ｗの比較的深い箇
所へミストｍを効果的に供給することは、従来に存在す
る装置へ単にミストを供給するということだけでは達成
することができないのであり、これを実現させるための
装置が望まれる。本発明は斯かる要望に応え得る工作機
械の主軸装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明においては主軸内へ気体と液体を別々に供給
するための二系統の供給路を設けると共に、これら供給
路を通じて供給された気体と液体を混合させてミストを
噴出させるためのミスト発生装置を主軸の先端部内或い
は工具ホルダ内に設けたものとなす。
【００１２】この発明においてミスト必要量の大小に拘
らず使用できるようにするには、気体の供給路とミスト
発生装置のミスト噴出側空間とを連通させるためのバイ
パス通路を設けると共にこの通路の途中にはミスト発生
装置の発生したミストが一定圧以下であるときのみ開放
状態に保持される開閉弁機構を設ける。
【００１３】またミストの供給を停止したような場合に
ミスト発生装置から液垂れが生じないようにするには、
液体の供給路の末端部であるミスト発生装置の直前箇所
に液体が一定圧以下であるときに閉鎖状態に保持される
止め弁を設ける。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下の説明で示される図におい
て、既述したものと実質的に同一の部位には同一の符号
を付すものとする。
【００１５】先ず第一の実施形態を説明すると、図５は
工作機械の主軸ヘッド部の縦断面図である。
【００１６】図に示すように主軸１の内孔１ａ内に内管
１２が同心状に設けてあり、内孔１ａ内は図６に示すよ
うに内管１２壁面を境として外側通路ｓ１と内側通路ｓ
２との二系統に区分されている。そして外側通路ｓ１は
気体の供給路となされ、内側通路ｓ２は切削液の供給路
となされている。
【００１７】主軸１の後部には流体通路の回転継手１１
Ａが固定してあって、具体的には次のようになされてい
る。
【００１８】即ち、主軸１の後端面に段付軸筒部材１３
を延長状に螺着して、これの上部細径部１３ａにベアリ
ング１４ａ、１４ｂを介して外筒部材１５を嵌装すると
共に、この外筒部材１５には中間筒部材１６及び蓋部材
１７を固定する。軸筒部材１３の内孔１３ｂ内にはこれ
と同心に内管部材１８をボルト固定し、この内管１８壁
面の外側の通路ｓ３は切欠部１８ｃを経て前記供給路ｓ
１と連通させ、また内側の通路ｓ４は内管部材１８の下
端に前記内管１２の上端を接続させることにより前記供
給路ｓ２と連通させる。中間部材１６の内孔１６ａには
摺動筒部材１９をＯリング２０による液密状に嵌挿し、
この摺動筒部材１９は鍔部１９ａを有し、これの前面に
摺接リング体２１を固定すると共に中間部材１６に固定
された案内棒２２を介して主軸１方向の出入り自在とな
し且つスプリング２３に主軸１側へ押圧させたものとな
す。そして軸筒部材１３の細径部１３ａの上端面にも前
記摺接リング体２１の圧接するものとした摺接リング体
２４を固定する。さらに蓋部材１７の内孔１７ａにもＯ
リング２５、案内棒２６及びスプリング２７を介して比
較的小さな摺動筒部材２８を前記摺動筒部材１９に準じ
た作動の得られるように嵌挿し、これの鍔部２８ａの前
面に摺接リング体２９を固定し、また前記内管部材１８
の上端面にも前記摺接リング体２９の圧接するものとな
る摺接リング体３０を固定する。３１は中間部材１６の
内孔１６ａに気体を供給するための供給口で、３２は蓋
部材１７の内孔１７ａ内に切削液を供給するための供給
口である。
【００１９】この回転継手１１Ａにおいて外筒部材１
５、中間部材１６及び蓋部材１７は非回転状態に支持さ
れ、段付軸筒部材１３及び内管部材１８は主軸１と同体
に回転されるものとなされる。
【００２０】そして、その作動中は、摺接リング体２１
と摺接リング体２４とが圧接状態かつ液密状態で相対回
転され、同時に摺接リング体２９と摺接リング体３０と
が同様の状態で相対回転される。このため主軸１の回転
状態下であっても、供給口３１から供給された気体は摺
動筒部材１９の内孔及び軸筒部材１３の内孔１３ｂを経
て供給路ｓ１内に達し、また供給口３２から供給された
切削液は摺動筒部材２８の内孔及び内管部材１８の通路
ｓ４を経て他方の供給路ｓ２内に達する。
【００２１】主軸１の先端中心部内にはミスト発生装置
３３が設けてあって、具体的には次のようになされてい
る。
【００２２】即ち、図７に示すように主軸１の内孔１ａ
の先端に連続して幾分直径の拡大された案内孔１ｂを形
成し、これの内方に摺動筒部材３４を主軸１方向の変位
自在に嵌挿する。この摺動筒部材３４の外周面の細径部
には圧縮スプリング３５を外嵌し、これの一端を工具ホ
ルダ８の上端面に支持させることにより摺動筒部材３４
をスプリング３５の弾力で上方へ押圧させる。一方、内
孔１ａの先端にはノズル前部材３６を嵌挿すると共に、
この部材３６に嵌合固定されたノズル後部材３７は内管
１２の先端に固定させる。そしてノズル前部材３６は先
部外周面３６ａを円錐面となすと共に本体外周面に主軸
方向の通路ｓ５を形成すべく本体部断面を図８に示すよ
うな概ね三角形となし、中心部には図９に示すように段
付状の中心孔３６ｂを設け、この中心孔３６ｂの先側と
前記通路ｓ５とを連通させるための連絡路ｓ６を形成
し、さらに肉厚部内には中心孔３６ｂを内孔１ａ周面内
に解放するのと同時に連絡路ｐ２に連通する小孔通路ｐ
を設けたものとなす。またノズル後部材３７は細径部３
７ａをノズル前部材３６の中心孔３６ｂに内嵌固定さ
せ、中心部には内孔３７ｂを設け、この内孔３７ｂの上
端を供給路ｓ２に連通させると共に、先端小径突出部３
７ｃを中心孔３６ｂの中央小径部に同心状に位置させて
この突出部３７ｃの外周囲に通路の形成されるようにな
すほか、内孔３７ｂと前記小孔通路ｐとを連通させるた
めの連絡路ｐ２を形成したものとなす。
【００２３】工具ホルダ８は主軸１にボルト固定されて
おり、同ホルダ８の上端面の中心部にはこれの中心通路
８ｂと連続され前記案内孔１ｂに対応したものとなされ
た案内孔８ｂ１を設け、この案内孔８ｂ１に摺動筒部材
３４の下部を主軸１方向の変位自在に嵌挿させている。
刃物２の通路２ａは先端を複数に分岐され、各切刃２ｂ
の存在箇所に開口されている。
【００２４】上記の如く構成した本発明装置の使用例及
びその作動を説明する。装置が作動状態となされると、
図示しないモータの回転がプーリ６を経て主軸１に伝達
され、また外部の気体供給ラインから供給口３１を通じ
て気体が、そして外部の切削油供給ラインから他の供給
口３２を通じて切削油が供給される。
【００２５】これにより、気体は回転継手１１Ａの気体
通路及び供給路ｓ１を経た後、連絡路ｓ６を通じて先端
小径突出部３７ｃの外周囲から中心孔３６ｂの先部内方
に噴出され、また切削油は回転継手１１Ａの切削油通路
及び供給路ｓ２を経た後、内孔３７ｂを通じて先端小径
突出部３７ｃの中心部から同じくノズル前部材３６の中
心孔３６ｂの先部内方に噴出される。
【００２６】このように噴出された気体と切削油は前記
中心孔３６ｂ内で激しく攪拌混合されて切削油のミスト
ｍとなされる。
【００２７】このさい、刃物２のサイズが比較的小さい
などのため通路２ａ内のミストｍの圧力がスプリング３
５の弾力などに関連した一定圧力よりも大きく保持され
ているとすると、この圧力は摺動筒部材３４の先端面３
４ａなどに作用してこの部材を主軸１の後側へ押圧する
ため、この部材３４の内孔の上端開口はこのミスト圧に
よる押圧力とスプリング３５の押圧力によりノズル前部
材３６の先部外周面３６ａに押し付けられるものとな
り、かくして摺動筒部材３４は図９に示す状態を保持さ
れる。
【００２８】したがってミスト発生装置３３で生成され
たミストｍはそのまま摺動筒部材３４の内孔を経た後、
工具ホルダ８及び刃物２の通路２ａを通じて切刃２ｂ近
傍から噴出される。
【００２９】この状態の下で主軸ヘッド部が必要に応じ
降下移動され、刃物２が被加工物ｗを切削加工するもの
となるのであり、この加工が進むと、切刃２ｂは被加工
物ｗの深い箇所で作用するが、この場合もミストｍは直
接的に切刃２ｂ部分に供給されるため、その供給が切屑
などに遮蔽されることは生じず、加工部を十分に潤滑及
び冷却することができ、所要の作用を奏するのである。
【００３０】一方、刃物２のサイズが比較的大きいよう
な場合で通路２ａ内のミストｍの圧力が一定圧力よりも
小さくなったとすると、この圧力が摺動筒部材３４の先
端面３４ａなどに作用することに基づいてこの部材３４
を主軸１の後側へ押圧するものとなる力が小さくなるた
め、ノズル前部材３６の通路ｓ５を通じて摺動筒部材３
４の後端面３４ｂに作用する気体の圧力に基づく刃物２
側への力がスプリング３５の力に抗して同部材３４を図
７に示すように刃物２側へ変位させるものとなる。
【００３１】これにより摺動筒部材３４の内孔の上端開
口とノズル前部材３６の先部外周面３６ａとが離れ、供
給路ｓ１とミスト発生装置３３のミスト噴出側空間（摺
動筒部材３４の内孔内）とが連通される。
【００３２】したがって供給路ｓ１内の気体は通路ｓ５
及び案内孔１ｂの上部を経た後、摺動筒部材３４の内孔
の上端開口とノズル前部材３６の先部外周面３６ａとの
間を通じて摺動筒部材３４の内孔内へ直接的に流れ込む
ものとなる。即ち本態様では通路ｓ５及び案内孔１ｂの
上部が供給路と摺動筒部材３４の内孔とを連通させるバ
イパス通路として機能し、また摺動筒部材３４の内孔の
上端開口とノズル前部材３６の先部外周面３６ａとが気
体の流動を制御するものとなる開閉弁として機能する。
【００３３】かつして通路２ａ内を流れる気体の量が増
大され、ミストｍは圧力低下を補われて加工部へ効果的
に供給され所要の効果を奏するのである。
【００３４】上記実施態様においてミスト発生装置３３
及び摺動筒部材３４は図１０に示すように工具ホルダ８
の内方に設けることもできる。
【００３５】また既述した摺動筒部材３４及びこれに関
連したスプリング３５などは図１１に示すように省略す
ることも差し支えない。
【００３６】図１２は上記実施態様を改良したものの要
部を示す縦断面図である。このものでは同図に示すよう
にノズル後部材３７の上部に細径部３７ｄが形成してあ
り、ここに所要の止め弁３８を設けるのであって、具体
的には次のようなものとなされる。即ち、細径部３７ｄ
の内孔内に圧縮スプリング３９を装着すると共にこのス
プリング３９の弾力に抗して下方へ変位されるものとし
たボール４０を存在させる。また細径部３７ｄにはボー
ル４０の密接により供給路ｓ２を閉塞するものとした筒
部材４１を嵌着する。細径部３７ｄは内管１２の下端に
嵌着する。
【００３７】この改良品の作用を説明すると、切削油の
非供給状態ではボール４０はスプリング３９の力により
同図に示すように筒部材４１の下端に密接され、供給路
ｓ２を閉塞した状態となる。一方、切削油が供給される
と、ボール４０はその圧力で図１３に示すように下方へ
変位され、切削油はボール４０の周囲やスプリング３９
の存在箇所を経てノズル後部材３７の内孔３７ｂの先方
へ供給される。
【００３８】この供給中、切削油の供給が断たれるとボ
ール４０はスプリング３９の力で直ちに図１２に示す状
態に復して供給路ｓ２を閉塞する。
【００３９】かくして切削油は必要時には支障なく供給
され、不必要時には供給路ｓ２内の残液が漏出すること
なく直ちに停止されるものとなる。このさい、止め弁３
８がミスト発生装置３３の近傍に設けてあることは液垂
れ防止を一層確実にする。
【００４０】次に第二の実施態様を説明すると、図１４
は主軸ヘッド部を示す縦断面図である。
【００４１】図に示すように主軸１の先端には自動工具
交換装置などで脱着される工具ホルダ８がテーパシャン
ク部８ｃを介して嵌着されている。
【００４２】工具ホルダ８の通路８ｂはプルスタッド８
ｄの後端から刃物２装着部に至るものとなされている。
【００４３】４２は主軸１の後端面にボルト固定された
シリンダ係止部材、４３は主軸１の内孔１ａの先端に内
嵌された案内筒部材であり、また４４は先端膨大部４４
ａが前記部材４３内に摺動変位自在に内挿されたドロー
バーである。
【００４４】ドローバー４４の後端部には鍔部４５ａを
具備した延長棒４５が連結固定され、この延長棒４５に
リング部材４６が外嵌状に固定されると共にこのリング
部材４６の後端面にスラスト受け部材４７が延長状にボ
ルト固定されている。
【００４５】４８はスラスト受け部材４７に嵌着された
ベアリング４９などを介して延長棒４６の外周囲にその
中心線廻りの回転自在に装着されてなるピストン支持筒
であり、これの周囲に段付ピストン５０が固定されてい
る。
【００４６】５１はピストン５０を包囲したシリンダ部
材で上面には円環状のシリンダカバ５２を、そして下端
面には前記シリンダ係止部材４２で主軸１方向変位を係
止されるものとした係止リング部材５３をボルト固定し
たものとなされている。このさい５１ａ及び５１ｂは圧
力流体の出入り口である。
【００４７】５４は皿バネであって案内筒部材４３の上
端と延長棒４５の鍔部４５ａとの間に圧縮状に段重ねさ
れている。
【００４８】５５はドローバー４４の先端に固定された
段付のクランプ部材支持筒で、これの外周面には案内筒
部材４３の内周面に案内されるクランプ部材５６を係合
状に装着してある。
【００４９】しかして、ドローバー４４の中心孔、延長
棒４５及びスラスト受け部材４７の中心孔内に内管１２
を設け、この内管１２の壁面の外側と内側を前述の供給
路ｓ１、ｓ２に対応した供給路となし、またクランプ部
材支持筒５５の中心孔内にミスト発生装置３３や摺動筒
部材３４及びこれらの関連部品を装設するほか、先の実
施態様のものと同様に回転継手１１Ａとミスト発生装置
３３を気体の供給路と液体の供給路とで結合している。
【００５０】上記した態様の装置においてもミストｍは
第一の実施態様のものと同様に刃物２の先端から噴出さ
れ、所要の作用を奏するものとなる。
【００５１】そして切削油の供給が停止された状態の下
で、工具ホルダ８の脱着を行うようにする。
【００５２】このさい一方の出入り口５１ａに圧力流体
が供給されると、ピストン５０及びドローバー４４が主
軸１先端側へ移動され、クランプ部材支持筒５５が工具
ホルダ８を押し出すと同時にクランプ部材５６がプルス
タッド８ｄを解放するものとなり、工具ホルダ８は主軸
１から分離される。
【００５３】逆に他方の出入り口５１ｂに圧力流体が供
給されると、各部が上記とは逆に作動し、クランプ部材
５６が自動工具交換装置などにより主軸１先端に挿入操
作された工具ホルダ８のプルスタッド８ｄを把握して引
き込むものとなり、工具ホルダ８は図１４に示すように
主軸１に強固に固定される。
【００５４】上記実施態様は図１５に示すように変形す
ることができるのであって、即ちスラスト受け部材４７
を上方に延長してこれにモータ５７の回転軸５８の下端
を連結し、同回転軸５８の上端に延長部材５９を介して
回転継手１１Ａの軸筒部材１３を固定する。このさい回
転軸５８などの中心部にも回転継手１１Ａとミスト発生
装置３３とを連結するための前記供給路ｓ１、ｓ２に対
応した供給路を設ける。
【００５５】このものによってもミストｍは先の各態様
のものと同様に被加工物ｗの加工部に供給されるものと
なり、また主軸１は回転軸５８と同体に回転される。
【００５６】
【付記事項】本明細書の全図において実質的同一部位に
は同一符号を付して説明の簡略化を図っている。
【００５７】
【発明の効果】上記の如く構成した本発明によれば、被
加工物の比較的深い箇所を加工する場合にも加工部へ十
分なミストを供給することができ、ミスト供給による加
工法の利点を支障なく得ることのできるものである。
【００５８】請求項２に記載のものよれば、刃物のサイ
ズが大きいことなどに起因して刃物内の通路におけるミ
ストの圧力が低くなるような場合に、気体がその供給路
からバイパス通路を経て自動的にミスト発生装置のミス
ト噴出側に直接的に供給されるため、刃物内の通路のミ
ストの流れが増強され、加工部に十分なミストを供給す
ることができるものとなる。
【００５９】請求項３に記載のものによれば、ミストの
供給を停止させるべく主軸への切削油の供給を断ったと
き直ちにミスト発生装置への切削油の供給が断たれ、そ
の後に供給路内などの残油が刃物から垂れるのを効果的
に防止し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の工作機械の主軸ヘッド部を示す縦断面図
である。
【図２】他の従来例に係る主軸ヘッド部を示す縦断面図
である。
【図３】他の従来例に係る主軸ヘッド部を示す縦断面図
である。
【図４】さらに他の従来例に係る主軸ヘッド部を示す縦
断面図である。
【図５】本発明の第一実施態様に係る主軸ヘッド部を示
す縦断面図である。
【図６】同態様の主軸ヘッド部の上部を示す拡大縦断面
図である。
【図７】同態様の主軸ヘッド部の下部を示す拡大縦断面
図である。
【図８】図７の主軸の中心部を示し、（ａ）はｘ−ｘ部
断面図、（ｂ）はｘ１−ｘ１部断面図、そして（ｃ）は
ｘ２−ｘ２部断面図である。
【図９】同態様のミスト発生装置の周辺を示す縦断面図
である。
【図１０】同態様の変形例に係る主軸ヘッド部を示す縦
断面図である。
【図１１】同態様の変形例に係る主軸ヘッド部を示す縦
断面図である。
【図１２】同態様の改良例に係る要部を示す縦断面図で
ある。
【図１３】同改良例の作動を説明するための縦断面図で
ある。
【図１４】本発明の第二実施態様に係る主軸ヘッド部を
示す縦断面図である。
【図１５】同態様の変形例に係る主軸ヘッド部を示す縦
断面図である。
【符号の説明】
ｍ ミスト ｓ１ 気体の供給路 ｓ２ 切削液の供給路 ｓ５及び１ｂ バイバス通路 ８ 工具ホルダ ３３ ミスト発生装置 ３４及び３６ａ 開閉弁 ３８ 止め弁

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 主軸内へ気体と液体を別々に供給するた
    めの二系統の供給路を設けると共に、これら供給路を通
    じて供給された気体と液体を混合させてミストを噴出さ
    せるためのミスト発生装置を主軸の先端部内或いは工具
    ホルダ内に設けたことを特徴とする工作機械の主軸装
    置。
  2. 【請求項２】 気体の供給路とミスト発生装置のミスト
    噴出側空間とを連通させるためのバイパス通路を設ける
    と共にこの通路の途中にはミスト発生装置の発生したミ
    ストが一定圧以下であるときに開放状態に保持される開
    閉弁機構を設けたことを特徴とする請求項１記載の工作
    機械の主軸装置。
  3. 【請求項３】 液体の供給路の末端部であるミスト発生
    装置の直前箇所に液体が一定圧以下であるときに閉鎖状
    態に保持される止め弁を設けたことを特徴とする請求項
    １記載の工作機械の主軸装置。
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