JP3268495B2 - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

工作機械の主軸装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、霧状切削液を刃具
先端から噴出するものとした工作機械の主軸装置、及び
工具ホルダに関する。
【０００２】
【従来の技術】工作機械による加工では被加工物や刃具
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具
寿命の低下、又は切削液過多による刃具の微細切込み加
工時の滑り磨耗などの問題があるほか、加工時に多量の
切削液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。これらの問題を解決するため、近年では極微量の切
削液を霧状にして加工部へ供給しながら切削する、いわ
ゆるドライ切削を行うものとした工作機械が出現してい
る。
【０００３】本出願人は、既に、ドライ切削を行うため
の工作機械を実施しており、その主軸装置は例えば図３
又は図４に示すようなものとなされている。先ず図３に
示すものについて説明すると、２は主軸で、これの中心
部にドローバー７を配設し、ドローバー７の先端にクラ
ンプロッド１１が螺着されている。そしてドローバー７
及びクランプロッド１１の中心部に主軸内霧状切削液通
路１０２が形成してある。１１ｃは工具ホルダ１８のテ
ーパ嵌入軸部で、主軸２先端に形成されたテーパ嵌合孔
５ａに密状に嵌入され、コレット１２により後方ｆ２へ
引張されてクランプ状態となされる。１４は切削液の霧
化ノズルであり、また１０３は工具ホルダ１８の中心部
に形成されたホルダ内霧状切削液通路で、この通路１０
３の先端は工具ホルダ１８に固定された刃具の先端面に
開口され、後端はテーパ嵌入軸部１１ｃの中心箇所に形
成された凹み穴ｂの底面に開口されている。
【０００４】また図４に示すものについて説明すると、
主軸２の中心部にキャニスタ２５が固定してあり、この
キャニスタ２５の周壁に形成された透孔２５ａに鋼球２
６が半径方向の移動可能に支持されている。この鋼球２
６はドローバー７に結合されたクランプロッド１１の後
方変位により楔面付凹み部２７に押されてキャニスタ２
５の半径外方向へ変位され、この変位により工具ホルダ
１８のテーパ嵌入軸部１８ｃの周壁部の円孔ｂ１に嵌合
し、テーパ嵌入軸部１８ｃを後方ｆ２へ引張する。これ
により、テーパ嵌入軸部１８ｃはクランプ状態となされ
る。その他は図５のものと同じである。
【０００５】図３及び図４の何れのものに於いても、主
軸２内の霧化ノズル１４の出口から主軸内霧状切削液通
路１０２内へ霧状切削液を噴射されるものとなり、この
ように噴射された切削液はクランプロッド１１の前端開
口から工具ホルダ１８の凹み穴ｂ内に流入し、次にホル
ダ内霧状切削液通路１０３及び、このホルダ１８に固定
された刃具中心部に形成された霧状切削液通路を経て刃
具先端から大気側へ流出するものとなる。この種の工作
機械によれば、刃具がワークの深い箇所を切削する状態
となっても刃具の加工部は刃具先端から噴出する霧状切
削液により効果的に潤滑され、合理的な切削が行えるの
である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した在
来の工作機械では、工具ホルダ１８の凹み穴ｂ内に達し
た霧状切削液が部品間の隙間を経て大気へ流出し、切削
液が浪費されるのである。また工具ホルダ１８の凹み穴
ｂがこれの前後の通路に対して比較的大きな径であるた
め、この凹み穴ｂに達した霧状切削液が液状化される現
象が生じるのであり、この液状化がワークの加工箇所へ
の切削液の安定的供給を阻害したり、刃具先端からの霧
状切削液噴出の開始及び停止の応答性を損ねる原因をな
すのである。本発明は、斯かる問題点に対処し得るもの
とした工作機械の主軸装置を提供するほか、これに使用
される工具ホルダを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の主軸装置では請求項１に記載したように、
主軸の先端部にコレットクランプ手段を介して工具ホル
ダを機械的な脱着可能に固定させる工作機械であって、
工具ホルダの中心部には切削液通路を備えており、且つ
該中心部に形成された凹み穴底面箇所へ一定長の口金部
材をネジ具を介し取付けてホルダ内切削液通路を後方へ
延長した態様の延長通路に形成し、一方主軸側クランプ
手段のドローバー中心部には気液通路、霧化手段及び主
軸内霧状切削液通路を形成すると共に、霧化手段は主軸
外方から気液通路を経て供給される切削液と圧縮空気と
を混合撹拌して霧状切削液となす霧化ノズルと、該ノズ
ル前方の主軸内霧状切削液通路内へ噴出された霧状切削
液の圧力が低下したときに前方へ少し変位して霧状切削
液に圧縮空気通路内の圧縮空気を直接に吹き込むものと
した圧縮空気供給弁体とからなり、且つ主軸内霧状切削
液通路は圧縮空気供給弁体の内孔で形成されるものとな
し、該主軸内霧状切削液通路先端と前記延長通路を介し
て工具ホルダ内霧状切削液通路間を連通させたものとす
る。
【０００８】これによれば、主軸内霧状切削液通路、ホ
ルダ内霧状切削液通路及び延長通路のそれぞれの径が大
きく異ならないものとなり、またこれら通路が密状に連
通されるものとなる。従って、これら通路を通過する霧
状切削液は通路径の急変による液状化を生じなくなって
工具ホルダの刃具先端から安定的に噴出されるものとな
り、また前記の各通路は密状に接続されるため、部品間
の隙間を通じて大気へ無駄に流出するのを阻止される。
また工具ホルダに延長通路を形成したことが従来の主軸
側の構造をそのまま使用し得るものとなす。
【０００９】上記発明は具体的には次のようになす。即
ち、請求項２に記載したように圧縮空気供給弁体の外形
を大径部と小径部の段差部を備えたものに形成し、小径
部をクランプ手段のクランプロッドの内孔に螺着させた
締結ネジ体の中心孔に位置させると共に、該締結ネジ体
と上記段差部間にスプリングを介在させたものとなし、
その弾力で霧化ノズル側へ押圧されるものとする。
【００１０】また、具体的には請求項３に記載したよう
に工具ホルダの締め付け時に圧縮空気供給弁体の小径先
端が、工具ホルダに於ける口金部材後端内へ部分的に内
挿される構成とする。
【００１１】また本発明の工具ホルダでは、テーパ嵌合
軸部に形成された比較的大きな径の凹み穴の底面中央部
に、ホルダ本体部の中心部に形成されたホルダ内霧状切
削液通路を後方へ延長した態様の延長通路に形成した構
成となされているので、従来のクランプ手段を殆どその
まま使用できるものとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例に係る工
作機械の主軸装置を示す側面視断面図、図２は前記主軸
装置の要部の拡大側面図であり、以下これらの図を参照
して説明する。
【００１３】１は工作機械の主軸支持フレームであり、
２は主軸であって軸受３を介して回転自在に支持されて
いる。４は軸受３や主軸２の前後方向ｆの変位を規制す
るためのリング部材で、主軸支持フレーム１の前端面に
ボルト固定されている。
【００１４】５は主軸２先端部の比較的大きな径の段付
孔２ａに嵌合され且つ主軸２にボルト固定されたリング
形支持部材である。このリング形支持部材５は前部に主
軸回転中心ｃと直交したフランジ端面ｓ１を有すると共
に中心部にテーパ嵌合孔５ａを形成されてなる。６は主
軸２の中心孔２ｂに内挿された筒形案内部材で、前端を
中心孔２ｂの段部ｋに係止された状態に保持されてい
る。
【００１５】主軸２の内部にはクランプ手段ＫＲが配設
されており、具体的には次のようになされている。即
ち、筒形案内部材６の中心孔にドローバー７が前後方向
ｆの変位可能に内挿されており、このドローバー７の長
さ途中にバネ受け８を筒形案内部材６の前端に支持され
た状態に外嵌し、このバネ受け８の前側に皿バネ９を配
置し、この皿バネ９を前方から覆うように押圧用リング
部材１０を主軸２の中心孔に内挿している。この際、押
圧用リング部材１０は前部に前後方向ｆの切込みａ１を
形成され且つ前端面を斜面ｓ２となされ、外周面を主軸
２の中心孔により前後方向ｆの摺動変位自在に案内され
ている。
【００１６】ドローバー７の先端部にはクランプロッド
１１が螺着されている。このクランプロッド１１は前端
部を膨大部１１ａとなされると共にこの膨大部１１ａの
前後端面を斜面となされ、また後端面を斜面となされる
と共に、中心部に段付きの内孔１１ｂを形成されてな
る。クランプロッド１１の周囲にはコレット１２が配置
してあり、このコレット１２は円筒状部材となされ前部
の円周方向の適当間隔位置に前後方向の図示しない切込
みを形成され、この前部が半径方向へ適当に弾性変形す
るものとなされ、また後端部を膨大部となされ、この膨
大部の前後端を斜面となされると共に後端部に切込みａ
２を形成され、この切込みの底面を前記斜面ｓ２と衝接
される斜面となされている。
【００１７】このように形成したクランプ手段ＫＲの中
心部には気液通路１００、霧化手段１０１及び主軸内霧
状切削液通路１０２が形成されている。気液通路１００
はドローバー７の中心部に形成された段付きの内孔内に
内管１３を同心状に配置したもので、内管１３内を切削
液通路１００ａとなされ、ドローバー７の内孔と内管１
３と間を圧縮空気通路１００ｂとなされており、霧化手
段１０１は主軸２外方から気液通路１００を経て供給さ
れた切削液と圧縮空気とを混合攪拌して霧状切削液とな
す霧化ノズル１４と、このノズル１４前方の主軸内霧状
切削液通路１０２内へ噴出された霧状切削液の圧力が低
下したときに前方へ少し変位して霧状切削液に圧縮空気
通路１００ｂ内の圧縮空気を直接に吹き込むものとした
圧縮空気供給弁体１５とからなっており、さらに主軸内
霧状切削液通路１０２は圧縮空気供給弁体１５の内孔で
形成されてなる。
【００１８】この際、圧縮空気供給弁体１５は大径部と
小径部による段差部を備えたものに形成し、小径部をク
ランプロッド１１の内孔に螺着された締結ネジ体１６の
中心孔に摺動変位自在に内挿されると共に、この締結ネ
ジ体１６の後面と上記段差部とで支持されたスプリング
１７の弾力で後方ｆ２へ押圧されて圧縮空気通路１００
ｂとの連通箇所を閉止するものとなす。なお、締結ネジ
体１６はこれの中心孔の周囲に小透孔を設け、この小透
孔を通じて漏洩切削液や漏洩圧縮空気を適所へ逃がすよ
うになされている。
【００１９】１８はリング形支持部材５のテーパ嵌合孔
５ａに嵌入され且つクランプ手段ＫＲを介してクランプ
された工具ホルダである。この工具ホルダ１８は前端に
刃具１９を固定されたホルダ本体部１８ａ、図示しない
自動工具交換装置により把持されるホルダ把持部１８
ｂ、及び、リング形支持部材５のテーパ嵌合孔５ａに嵌
入されるテーパ嵌入軸部１８ｃを備えている。
【００２０】ホルダ本体部１８ａは中心部に内孔を形成
され、この内孔に刃具１９を挿入されるのであり、この
刃具１９はホルダ本体部１８ａの先部に装着された刃具
締結具２０で締結されて固定状態となされる。そして、
刃具１９の中心部には２本の霧状切削液通路１９ａが形
成される。また工具ホルダ１８の内孔には雌ネジが形成
してあり、この雌ネジに、刃具１９の後端を支持するた
めの刃具ストッパ２１が螺入されている。
【００２１】テーパ嵌入軸部１８ｃはテーパ雄面ｓ３と
これの中心線（主軸回転中心ｃと一致するもの）と直交
した向きの当て面ｓ４を備え、また中心部に比較的大き
な径の凹み穴ｂを形成されると共にこの凹み穴ｂの周壁
部に複数の円孔ｂ１を形成されている。この際、テーパ
雄面ｓ３と当て面ｓ４はリング形支持部材５のテーパ嵌
合孔５ａとフランジ端面ｓ１とに同時に圧接されて主軸
２と同体状に拘束される。凹み穴ｂの内周面にはコッタ
ー１２の前端部と係合される斜面を形成されるのであ
り、また凹み穴ｂの周壁部の後端には切欠部ｄが形成さ
れる。
【００２２】ホルダ本体部１８ａの中心部で凹み穴ｂの
底面ｓ５よりも前方にはホルダ内霧状切削液通路１０３
を形成するのであって、具体的にはホルダ把持部１８ｂ
に中心孔を形成し、この中心孔に連通管２２を内挿して
これの先端を刃具ストッパ２１の中心孔に密状に内挿
し、連通管２２の内孔前部及び刃具ストッパ２１の中心
孔をホルダ内霧状切削液通路１０３となす。この際、連
通管２２の先端は刃具ストッパ２１に対し前後方向の相
対変位可能となして刃具１９の前後位置調整を可能とな
す。
【００２３】さらに、凹み穴ｂの底面にはホルダ内霧状
切削液通路１０３を後方へ向けて延長するものとした延
長通路１０４を形成するのであって、具体的には凹み穴
ｂの底面から後方ｆ２へ突出された連通管２２の後部に
一定長の口金部材２３を外嵌してこの口金部材２３の前
端鍔部を凹み穴ｂの底面にネジ具２４を介して固定させ
るのであり、この際、連通管２２の後部と口金部材２３
の内方を延長通路１０４となす。そして、口金部材２３
は主軸２への工具ホルダ１８の装着の際、先端がクラン
プロッド１１の内孔１１ｂに略密状に内挿され、一方で
は圧縮空気供給弁体１５の小径部の前端に略密状に外挿
されるものとなす。
【００２４】上記した本実施例の主軸装置に於いて、主
軸２側に対し工具ホルダ１８を脱着する際は、先ずドロ
ーバー７を前方ｆ１へ変位させる。これにより、クラン
プロッド１１が前方ｆ１へ変位されてコレット１２の前
部に対する拘束を解除するものとなり、コレット１２の
前部は自身の弾性で縮径し、これによりコレット１２
と、凹み穴ｂの周壁部の内周面上の斜面との係合が解除
され、クランプ手段ＫＲによる工具ホルダ１８のクラン
プは解除され、工具ホルダ１８の抜取りが可能となる。
この状態の下で図示しない自動工具交換装置が工具ホル
ダ１８を前方ｆ１へ引き抜き、次に使用される工具ホル
ダ１８のテーパ嵌合軸部１８ｃをリング形支持部材５の
テーパ嵌合孔５ａにこれの前方から嵌入させる。
【００２５】この後、ドローバー７を後方へ変位させ
る。これにより、クランプロッド１１の膨大部１１ａが
コレット１２の前部に係合しこれを拡径させて凹み穴ｂ
の周壁部の内周面上の斜面に係合させ、さらにコレット
１２及びテーパ嵌合軸部１８ｃを皿バネ９の弾力に抗し
て後方ｆ２へ変位させるものとなり、これによりテーパ
嵌合軸部１８ｃのテーパ雄面ｓ３はテーパ嵌合孔５ａ
に、そして当て面ｓ４はフランジ端面ｓ１に圧接された
状態となり、工具ホルダ１８はクランプ手段ＫＲにより
クランプされる。
【００２６】工具ホルダ１８のクランプされた状態に於
ける主軸２の回転中、刃具１９の先端から霧状切削液を
噴出させるときは、主軸２内の気液通路１００に主軸２
の外方から圧縮空気と切削液のそれぞれを別々に適当圧
で供給するのであり、この後の各部の作動は次のように
行われる。即ち、気液通路１００は切削液と圧縮空気を
霧化ノズル１４に供給し、霧化ノズル１４はこれらを混
合攪拌しつつ圧縮空気供給弁体１５の内孔である主軸内
霧状切削液通路１０２内へ噴射して霧状切削液となし、
主軸内霧状切削液通路１０２はこの霧状切削液を工具ホ
ルダ１８の口金部材２３を介して延長通路１０４内へ送
り込む。
【００２７】次に連通管２２の前部や刃具ストッパ２１
等の中心孔で形成されたホルダ内霧状切削液通路１０３
は延長通路１０４内に送り込まれた霧状切削液を刃具１
９内の霧状切削液通路１９ａに送り込むのであり、これ
により霧状切削液は刃具１９の先端から噴出される。
【００２８】この際、主軸内霧状切削液通路１０２と延
長通路１０４とは略密状に連通された状態となるため、
霧状切削液は延長通路１０４外方の凹み穴ｂ内に多量に
流出するのを抑制され、部品間の隙間から大気へ無駄に
飛散するのを防止される。また主軸内霧状切削液通路１
０２、延長通路１０４及びホルダ内霧状切削液通路１０
３はこれらの径がその長手方向で大きく変化しないもの
となるため、霧状切削液は通路の急拡大や急縮小に起因
した液状化を阻止され、刃具１９の先端から安定的に噴
出されるものとなる。
【００２９】
【発明の効果】以上の如く構成した本発明によれば、コ
レットクランプ手段を使用した工作機械の主軸装置に於
いて主軸内霧状切削液通路、ホルダ内霧状切削液通路及
び延長通路のそれぞれの径がその長手方向で大きく異な
らないものとなり、またこれら通路が密状に連通される
ため、これら通路を通過する霧状切削液が通路径の急変
による液状化を生じなくなり、工具ホルダの刃具先端か
ら霧状切削液を安定的に噴出させることができ、また霧
状切削液が部品間の隙間を通じて大気へ流出するのを抑
制して、霧状切削液の浪費を防止することができる。ま
た工具ホルダに延長通路を形成したため、従来の主軸側
の構造をそのまま使用することができる。
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【００３６】
【００３７】
【００３８】
【００３９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工作機械の主軸装置を示す側面視
断面図である。
【図２】前記主軸装置の要部を示す拡大側面図である。
【図３】従来の工作機械の主軸装置の一部を示す側面視
断面図である。
【図４】従来の工作機械の他の主軸装置の一部を示す側
面視断面図である。
【符号の説明】
２ 主軸 １１ クランプロッド １７ スプリング １８ 工具ホルダ １８ａ ホルダ本体部 １８ｃ テーパ嵌合軸部 １０２ 主軸内霧状切削液通路 １０３ ホルダ内霧状切削液通路 １０４ 延長通路 ＫＲ クランプ手段 ｂ 凹み穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−239637（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−192963（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−66437（ＪＰ，Ａ) 特開2000−158285（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23Q 3/12 B23Q 11/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 主軸の先端部にコレットクランプ手段を
    介して工具ホルダを機械的な脱着可能に固定させる工作
    機械であって、工具ホルダの中心部には切削液通路を備
    えており、且つ該中心部に形成された凹み穴底面箇所へ
    一定長の口金部材をネジ具を介し取付けてホルダ内切削
    液通路を後方へ延長した態様の延長通路に形成し、一方
    主軸側クランプ手段のドローバー中心部には気液通路、
    霧化手段及び主軸内霧状切削液通路を形成すると共に、
    霧化手段は主軸外方から気液通路を経て供給される切削
    液と圧縮空気とを混合撹拌して霧状切削液となす霧化ノ
    ズルと、該ノズル前方の主軸内霧状切削液通路内へ噴出
    された霧状切削液の圧力が低下したときに前方へ少し変
    位して霧状切削液に圧縮空気通路内の圧縮空気を直接に
    吹き込むものとした圧縮空気供給弁体とからなり、且つ
    主軸内霧状切削液通路は圧縮空気供給弁体の内孔で形成
    されるものとなし、該主軸内霧状切削液通路先端と前記
    延長通路を介して工具ホルダ内霧状切削液通路間を連通
    させる構成となしたことを特徴とする工作機械の主軸装
    置。
  2. 【請求項２】 圧縮空気供給弁体の外形を大径部と小径
    部の段差部を備えたものに形成し、小径部をクランプ手
    段のクランプロッドの内孔に螺着させた締結ネジ体の中
    心孔に位置させると共に、該締結ネジ体と上記段差部間
    にスプリングを介在させたものとなし、その弾力で霧化
    ノズル側へ押圧されるものとなし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】 工具ホルダの締め付け時に圧縮空気供給
    弁体の小径部先端が工具ホルダに於ける口金部材後端内
    へ部分的に内挿される構成となしたことを特徴とする請
    求項１又は２記載の工作機械の主軸装置。
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