JP3220761U

JP3220761U - 工作機械及びその工具ホルダユニット

Info

Publication number: JP3220761U
Application number: JP2018004750U
Authority: JP
Inventors: 岳見浅井
Original assignee: MITSUISEIKI KOGYO KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: MITSUISEIKI KOGYO KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2024-09-18

Abstract

【課題】簡単な構成でありながら、ワークの内周面を砥石で研削する場合等に加工部位に的確にクーラントを噴射することが可能な工作機械を提供する。
【解決手段】回転軸の内部を貫通する流路が形成される工具回転軸と、工具回転軸に着脱自在に係合するとともに流路が工具回転軸と連続するように形成された工具ホルダ３００を備え、工具ホルダは、回転軸に配設される工具ホルダ本体３０２と工具ホルダ本体に取り付けられ、回転軸により回転される砥石１０５と、砥石を工具ホルダ本体とで挟持するホルダキャップ３０４とを有し、砥石によりワークの内周研削を行う工作機械において、工具ホルダ本体は軸心部に形成され、工作機械の機械側からクーラントが供給される主供給孔を備え、ホルダキャップは、軸方向と直交する面に広がり、主供給孔と連通する窪み部と、窪み部から軸方向と直交する外周面又は外側面側に連通する複数の分岐供給孔とを有し、分岐供給孔から砥石の周面側にクーラントを噴出する。
【選択図】図１０

Description

本考案は、工作機械及びその工具ホルダユニットに関し、特に、クーラント供給機構を備えた工作機械及びその工具ホルダユニットに関する。

従来、研削盤等の工作機械において、ワークを研削加工する際には、所定の経路を介して案内・供給したクーラント（研削液）を砥石による加工部位に向けて噴射するようにしている。特に、いわゆる内研として、円筒状のワーク等の内周穴に入る比較的小さな砥石を用いて、その内周の雌ネジ等を研削する工作機械においては、工具ホルダ側或いはワーク支持台側の所定の箇所から伸長するクーラント供給路から伸長するクーラントノズルの先端を加工部位に向けて配置し、ノズルからクーラントを噴射するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、加工用工作機械において、主軸に配設される工具ホルダ等の軸心部を貫通して形成された供給孔を介して、工具の先端部にクーラントとして切削液を供給する、いわゆるセンタースルークーラントに関する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−１１２７４６号公報特開２００３−３３４７３８号公報

しかしながら、特許文献１記載の従来例は、例えば、円筒状のワークの外周面を研削する場合等には、比較的加工部位に精度よくクーラントを噴射することができるが、例えば、深穴のワークの内周面を研削する場合等には、砥石の位置に応じて加工部位が内周方向と上下方向の双方で移動していくため、的確に加工部位にクーラントを噴射し続けることは困難である。仮に、加工部位に適応するようにクーラントノズルの角度等をＮＣで制御しようとすれば、構造及び制御技術の複雑化は免れない。

また、特許文献２記載の従来例は、マシニングセンタ等によりワークを切削加工する場合に、センタースルー構造でクーラント（切削液）を切削工具の先端側の加工部位には供給し易いが、工具軸に直交するように取り付けられた円盤状の砥石によりワークを研削する場合には、砥石の周端面によるワークの加工部位に向けてクーラントを噴出するのは困難である。この場合、軸芯部から周端面側に向う供給孔を砥石そのものに設けることも考えられるが、砥石の硬度の脆弱化等を招いてしまう。また、多孔質の砥石を使用して砥石の軸芯部から周端面側にクーラントを滲出させる構成では、砥石の選択や用途等の制約を受けてしまう。

そこで、簡単な構成でありながら、ワークの内周面を砥石で研削する場合等に加工部位に的確にクーラントを噴射することが可能な技術の開発が望まれていた。

本考案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、簡単な構成でありながら、ワークの内周面を砥石で研削する場合等に加工部位に的確にクーラントを噴射することが可能な技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本考案に係る工作機械は、工具回転軸に対して旋回可能な加工ベース部上に設けられたワーク支持台に支持されるワークを工具回転軸により回転される砥石により内周研削を行う工作機械であって、前記ワーク支持台の空孔内に設けられたクーラントノズルから前記砥石による前記ワークの加工部位に向けて研削液を噴出する第１の研削液供給経路と、前記工具回転軸の内部を貫通する流路から前記砥石による前記ワークの加工部位に向けて研削液を供給する第２の研削液供給経路とを有する工作機械において、前記工具回転軸に着脱自在に係合するとともに流路が前記工具回転軸と連続するように形成された工具ホルダを備え、前記工具ホルダは、前記回転軸に配設され、前記砥石が取り付けられる工具ホルダ本体と、該工具ホルダ本体に取り付けられた砥石を前記工具ホルダ本体とで挟持するホルダキャップとを有し、前記工具ホルダ本体は軸心部に形成され、前記工具回転軸の内部を貫通する流路から研削液が供給される主供給孔を備え、前記ホルダキャップは、軸方向と直交する先端面に広がり、前記主供給孔と連通する先端面からの窪み部と、該窪み部から軸方向と直交する外周表面又は外側表面側に連通する複数の分岐供給孔とを有し、該分岐供給孔から前記砥石の周面側に向けて研削液を噴出することを特徴とする。

尚、前記分岐供給孔は、前記窪みから前記出口に向けて砥石側に斜めに形成されているのが好適である。

本考案によれば、簡単な構成でありながら、ワークの内周面を砥石で研削する場合等に加工部位に的確にクーラントを噴射することが可能な技術を提供することができる。

本考案が適用される研削装置の概略構成を示す図である。本考案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に示した研削装置におけるＡ軸の搖動制御を示す図である。図１に示した研削装置における研削液の第１の経路を示す図である。図４に示した研削液の第１の経路からの研削液の噴出方法を説明するための図である。図１に示した研削装置における研削液の第２の経路を示す図である。本考案の比較例としての円錐キャップ付き工具ホルダユニットを示す図であり、（ａ）はその底面図、（ｂ）はその正面図、（ｃ）はその斜視図である。図４に示した研削液の第１の経路からの研削液の噴出及び図７に示した円錐キャップ付き工具ホルダユニットによる課題を説明するための図である。本考案の実施形態に係る研削装置の概略構成を示す図である。本考案の実施形態に係る工具ホルダユニットを示す図であり、（ａ）はその底面図、（ｂ）はその正面図、（ｃ）はその斜視図である。本考案の実施形態に係る工具ホルダユニットのキャップ部の構成を示す図であり、（ａ）はその底面図、（ｂ）はその正面図、（ｃ）はその正面のＡ−Ａ断面図、（ｄ）はその正面の透視図、（ｅ）はその平面図である。

以下、図面を参照して、本考案の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本考案が適用される研削装置の概略構成を示す図、図２は、本考案が適用される研削装置の構成を示す機能ブロック図、図３は、図１に示した研削装置におけるＡ軸の搖動制御を示す図である。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３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。

次に、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。ここで、本考案の理解を容易にするために、比較例として、図４及び図５を参照して、従来の研削装置における研削液（クーラント）の供給経路及び方法について簡単に述べておく。図４及び図５に示すように、Ａ軸モータ２１４側から供給され、加工ベース部１０４内の流路を介して、ワーク支持台１１０の空孔１１０Ａ内に設けられたクーラントノズル４０２から砥石１０５によるワークＷの雌ネジの加工部位に向けて研削液（クーラント）が噴出される（第１の供給経路Ｐ１）。しかしながら、ワークＷと同期して回転してしまうクーラントノズル４０２は、例えば９０度直立するように固定されているため、旋回角度αと砥石１０５までの距離がちょうど適合する時には、砥石１０５による加工部位に的確にクーラントを供給できるが、砥石１０５が、例えば、図８の矢印Ｕで示す上方位置で加工するようになると、砥石１０５による加工部位に的確にクーラントを供給できなくなる。

そこで、本実施形態の研削装置１００では、上述した研削液（クーラント）の第１の供給経路Ｐ１に加え、研削液（クーラント）の第２の供給経路Ｐ２を採用した。図６は、本実施形態の研削装置１００における研削液の第２の供給経路Ｐ２を示す図である。即ち、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及び砥石ホルダ（クイル）Ｈ及び砥石軸１０７の軸芯部を貫通して設けられた（センタースルーの）供給孔から砥石１０５による加工部位に向けて研削液（クーラント）を噴出できるのが望ましい。しかしながら、例えば、砥石ホルダＨのキャップ部材（図示せず）の軸芯部までの貫通孔を設けて、その貫通孔から研削液（クーラント）を噴出しても、砥石１０５は砥石軸１０７に直交するように取り付けられているので、砥石１０５による加工部位に向けて研削液（クーラント）を噴出するのは困難である。この場合、砥石ホルダＨのキャップ部材として、図７に示すように、先端側に頂部を有する円錐形のキャップ部材ＥＣを設けることも考えられる。この円錐形のキャップ部材ＥＣによれば、例えば、第１の経路Ｐ１を介してクーラントノズル４０２から上方の砥石１０５側に向けて噴出された研削液（クーラント）がその頂部及び円錐面に衝突し、遠心力と相俟って円錐面を流れて砥石１０５の周面側に放射状に分散させて行き渡らせることが可能になる。

しかしながら、上述したように、砥石１０５が、図８の矢印Ｕで示す上方位置で加工するようになると、砥石１０５による加工部位に的確にクーラントを供給できなくなるのは同様であり、深穴の内周研削を行う場合（雌ネネジの研削等）において砥石がどのような高さ位置にあっても加工部位に的確にクーラントを供給するという課題を解決することはできない。

そこで、本考案者は、以下に述べる本考案の工具ホルダユニットの実施形態の構成を案出したので、図９−図１１を参照して説明する。図９は、本考案の実施形態に係る研削装置の概略構成を示す図である。図１０は、本考案の実施形態に係る工具ホルダユニットを示す図であり、（ａ）はその底面図、（ｂ）はその正面図、（ｃ）はその斜視図である。図１１は、本考案の実施形態に係る工具ホルダユニットのキャップ部の詳細構成を示す図であり、（ａ）はその底面図、（ｂ）はその正面図、（ｃ）はその正面のＡ−Ａ断面図、（ｄ）はその正面の透視図、（ｅ）はその平面図である。本実施形態の研削装置１００は、図９に示すように、工具ホルダユニット３００を有している。この工具ホルダユニット３００は、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、ホルダ本体３０２と、キャップ部３０４とを備える。ホルダ本体３０２は、砥石軸ヘッド側取付け部３０６と、フランジ部３０８と、長尺の円筒状から成るクイル部３１０とを有する。砥石１０５は、このホルダ本体３０２のクイル部３１０に取り付けられ、キャップ部３０４により封止固定されることで、砥石軸１０７に固定されて用いられる。キャップ部３０４は、例えば、図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示すように、円周に６等配で誘導用の孔３０４ａを設けている。先端の窪み３０４Ｈに入った研削液（クーラント）は、一旦この窪み３０４Ｈに溜まり、研削液（クーラント）の油勢と工具回転の遠心力で周面側の端に寄せられ、誘導用の孔３０４ａ内を流れて、誘導用の孔３０４ａの出口付近の加工部位に導かれる。

即ち、上述した第２の経路Ｐ２を有する研削装置において、砥石１０５による研削加工に必要なクーラントをヘッド側Ｘ−Ｙ−Ｚ３軸駆動装置（図示しないコラムを含む）１０８に設けられた固定配管（図示せず）から供給すると、クーラントは砥石軸ヘッド１０６に収められた工具回転軸（砥石軸）１０７及び工具ホルダユニット３００の概略中心を通ってホルダ本体３０２に到達する。次いで、クーラントはホルダ本体３０２内部に設けられた流路を経てキャップ部３０４の中央にある穴から窪み３０４Ｈに溜まり、研削液（クーラント）の油勢と工具回転の遠心力で周面側の端に寄せられ、誘導用の孔３０４ａ内を流れて、誘導用の孔３０４ａの出口付近の加工部位に導かれる。尚、本実施形態の研削装置１００では、砥石１０５は、クーラントを流す何らの孔も形成されていない、従来からの砥石を用いている。なお、砥石１０５の形を形成している結合剤には多くの種類が存在し、当然のことではあるが無気孔タイプの結合剤で作られた砥石にも本考案は適用可能である。この工具ホルダユニット３００のキャップ部３０４からクーラント流Ｃｆｌｏｗを加工時に噴出させることで、ワーク支持台１１０の底部に設けられたクーラントノズル４０２から加工部位に向けて噴射させるクーラントは不要となる、或いは、クーラント流Ｃｆｌｏｗと併用可能となる。ワークＷは、ワーク支持台１１０のチャックＣＨにより回転可能に保持されており、内周面に雌ネジの加工が可能である。

本実施形態の研削装置１００では、キャップ部３０４の円周に６等配で設けた誘導用の孔３０４ａのそれぞれからクーラント流が噴出しているので、加工する部位の形状や深さによってクーラント流が到達しないという問題がないので、大切込みのクリープフィード研削等にも応用可能である。

以上に述べた実施形態では、本考案を内周研削（内研）による雌ネジの加工に適用したが、これに限られないのは、勿論である。本考案は、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。

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、
ＣＨチャック機構、ＷＡＸワーク軸、Ｐ１、Ｐ２クーラント供給経路
３００工具ホルダユニット、３０２ホルダ本体、３０４キャップ部、
３０６砥石軸ヘッド側取付け部、３０８フランジ部、
３１０クイル部、３０４ａ誘導用の孔、３０４Ｈ窪み

尚、前記分岐供給孔は、前記窪み部から前記外周表面又は外側表面側に向けて砥石側に斜めに形成されているのが好適である。

Claims

工具回転軸に対して旋回可能な加工ベース部上に設けられたワーク支持台に支持されるワークを工具回転軸により回転される砥石により内周研削を行う工作機械であって、前記ワーク支持台の空孔内に設けられたクーラントノズルから前記砥石による前記ワークの加工部位に向けて研削液を噴出する第１の研削液供給経路と、前記工具回転軸の内部を貫通する流路から前記砥石による前記ワークの加工部位に向けて研削液を供給する第２の研削液供給経路とを有する工作機械において、前記工具回転軸に着脱自在に係合するとともに流路が前記工具回転軸と連続するように形成された工具ホルダを備え、前記工具ホルダは、前記回転軸に配設され、前記砥石が取り付けられる工具ホルダ本体と、該工具ホルダ本体に取り付けられた砥石を前記工具ホルダ本体とで挟持するホルダキャップとを有し、前記工具ホルダ本体は軸心部に形成され、前記工具回転軸の内部を貫通する流路から研削液が供給される主供給孔を備え、前記ホルダキャップは、軸方向と直交する先端面に広がり、前記主供給孔と連通する先端面からの窪み部と、該窪み部から軸方向と直交する外周表面又は外側表面側に連通する複数の分岐供給孔とを有し、該分岐供給孔から前記砥石の周面側に向けて研削液を噴出することを特徴とする工作機械。
請求項１に記載の工作機械であって、前記分岐供給孔は、前記窪みから前記出口に向けて砥石側に斜めに形成されていることを特徴とする工作機械。