JP3929424B2 - 工具交換装置及び工具洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は工作機械の工具交換装置及び工具の洗浄方法に関する。

工具交換を行った場合、工作機械の主軸に工具が正確に装着されることによって、被加工物の加工精度が維持される。しかしながら、工具交換装置を備える工作機械においては、工具はタレット又はマガジンに保持され、該タレット又はマガジンは、ワークを切削する近傍に配置されている。そのため、工具には、ワークを切削することによって生じる切粉が付着する可能性が大きい。主軸と工具との接合部に切粉等の異物が付着していると、工具ホルダが正確に主軸に装着されない場合があり、加工精度に悪影響を及ぼす。そのため、工具の主軸との接合面であるテーパ部やフランジ部をエアやクーラント液等の流体によって切粉等を除去し洗浄する方法が取られている。

例えば、工具を主軸から取り外し工具マガジンに収納した後、工具マガジンの旋回板を旋回させ、取り外した工具を保持する工具保持部を、工具洗浄手段が配置された位置に搬送し、工具を洗浄液で洗浄するものが知られている（特許文献１参照）。
又、工具交換時において、工具を主軸に装着する際に主軸テーパ面と密着する工具のテーパにクーラント液を噴射させて付着していた切粉等を除去し洗浄するようにした洗浄装置も公知である（特許文献２参照）。

また、主軸の端面にフランジ面を当接させると共に、主軸の装着孔にシャンク部を装着する２面拘束形工具を使用する場合、主軸端面洗浄用工具を設けて、該主軸端面洗浄用工具を主軸に装着して、主軸端面と主軸端面洗浄用工具のフランジ面間に間隙を形成しておき、この間隙に洗浄液を供給することによって、主軸端面から切粉等の異物を取り除き洗浄するものも公知である（特許文献３参照）。

又、工具ホルダのテーパ部と嵌合する主軸側のテーパ部にエアノズルを開口させておき、工具ホルダを主軸側テーパ部から離脱させる際、又は新工具を主軸に装着する際に、加圧エア源から主軸側に設けられたエア孔及びエアノズルを介して加圧エアを工具ホルダと主軸テーパ穴の各接合面に供給して、工具ホルダ及び主軸側の嵌合面のテーパ部に付着した切粉等をエアで除去し清掃するようにしたものが知られている（特許文献４参照）。

特開２００１−１９８７６１号公報 特開２００２−２７３６４０号公報 特開２００１−１８１４４号公報 特公昭５２−４９５７９号公報

工具交換装置のタレットやマガジンは、切削領域の近傍に配置される。そのため、タレットやマガジン内に収納され保持されている工具に対して、そのテーパ部やフランジ部に加工により飛散した切粉が付着する。そのため、工具を使用した後、その工具の主軸との接合面であるテーパ部さらにはフランジ部を清掃したとしても、待機中に切粉等の異物が付着し、そのまま主軸に装着され加工した場合、加工精度が悪くなったり主軸や工具のテーパ又はフランジ部に傷がつくという問題がある。特許文献１、４に記載されているように工具の使用の直前にテーパ部やフランジ部の主軸との接合面を洗浄すれば、この問題はないものと判断しがちである。

しかし、クーラントを使用した加工の場合、待機中のタレットやマガジン内の工具に付着した切粉は時間経過と共に濃縮された粘度の高いクーラント液により工具のテーパ又はフランジ部に強く密着し、クーラント液等による洗浄を行っても完全には除去できない。

また、ドライ加工又はエアを使用した加工を行う場合も、静電気等によりタレットやマガジン内の工具に付着する切粉の量は増大するため、エアによる洗浄を行っても完全には除去できない。
そこで、本発明は、上述した問題点を改善し、主軸への接合面である工具のテーパ部やフランジ部に付着した切粉等の異物の除去をより確実に行うことのできる工具交換装置又は工具洗浄方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本願請求項１に係わる発明は、工作機械に用いられる工具交換装置であって、タレット又はマガジンの旋回により工具が通過する領域にクーラント液又はエアを吐出させるノズルが、主軸の両側に配置され、タレット又はマガジンに保持された工具のテーパ部が通過する領域又はテーパ部及びフランジ部が通過する領域に向けてクーラント液又はエアを吐出するようにその位置姿勢が保持され、工具交換動作中、該ノズルよりクーラント液又はエアを吐出するようにして、工具の主軸との接合面を洗浄するようにした。

請求項２に係わる発明は、工具洗浄方法であって、工具交換装置のタレット又はマガジンの旋回により工具が通過する領域にクーラント液又はエアを吐出させるノズルを設け、該ノズルからクーラント液又はエアを吐出させた状態でタレット又はマガジンを旋回させ工具がクーラント液又はエアが吐出された領域内を通過するようにすることで、工具のテーパ部又はテーパ部及びフランジ部に付着した切粉等の異物を洗浄、除去するようにした。また、請求項３に係わる発明は、工具選択時のタレット又はマガジンの旋回と連動させて、ノズルからクーラント液又はエアを吐出させて、工具選択動作毎にタレット又はマガジン内の工具を洗浄するようにしたものである。

タレット又はマガジン内の工具をクーラント液又はエア内を通過させることにより、タレット又はマガジン内の待機中の工具に対して、工具のテーパ部又はフランジ部に付着した切粉の洗浄／除去するので、タレット又はマガジン内の待機中に付着した切粉等をも洗浄／除去するので、より確実に工具のテーパ部又はフランジ部から切粉等の異物を除去できる。

図１（ａ）は本発明を適用した第１の実施形態を用いる工作機械の正面図で、正面のカバー７を取り除いて前面より見た図を示している。又、図１（ｂ）は、同側面図である。図２（ａ）は、この第１の実施形態の工具交換装置の前面拡大図であり、図２（ｂ）は同工具交換装置の右側面図である。
工作機械の支柱１には、腕部材２が取り付けられ該腕部材２には、工具３を保持するタレット４が旋回可能に取り付けられている。又、支柱１には主軸頭５が上下移動可能に取り付けられ、該主軸頭５には主軸６が取り付けられていると共に、該主軸６に装着された工具３により、テーブル１１に取り付けられたワークを切削する。その切削領域にクーラント液を供給し工具を冷却する工具冷却用ノズル８ａ，８ｂも該主軸頭５に取り付けられている。工具３を交換する際には、主軸６を上昇させ、主軸６に装着されていた工具３を取り出しタレット４に保持させる。その後、タレット４を旋回させて、次に主軸６に装着する工具３を選択し、該工具３を主軸６に取り付ける。そして、主軸６を下降させて、テーブル１１に取り付けられたワークに対して切削加工を行う。このときクーラント供給管１０ａを介して供給されたクーラント液を工具冷却用ノズル８ａ，８ｂから加工領域に吐出させる。

以上は、従来の工具交換装置を備えた工作機械の構成及び作用と同一である。本実施形態の工具交換装置は、さらにタレット４に保持されている工具３における主軸６との接合面を洗浄する工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂが主軸６の両側に配置されて主軸頭５に取り付けられている点、及びこの工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂにクーラント液を供給するクーラント供給管１０ｂが設けられている点で、従来の工具交換装置と相違する。
この実施形態では、工具３を選択のためにタレット４を旋回するとき、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、クーラント供給管１０ｂによりクーラント液３０が供給され、タレット４に保持されている工具３の移動経路と交差するようにクーラント液３０を吐出する工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂが配置されている。

工具３は主軸６のテーパ穴と嵌合し接合するテーパ部３ａを有する。さらに、２面拘束形工具の場合には、主軸６の端面と面が当接するフランジ部３ｂを有し、工具３を主軸６に装着したとき、主軸６のテーパ穴には工具のテーパ部３ａを嵌合させると共に、主軸６の端面とフランジ部３ｂの面が当接するようにして主軸に取り付ける。本実施形態では、このテーパ部及びフランジ部をクーラント液で洗浄するようにしている。
本実施形態においては、タレット４が旋回するときタレット４に保持される工具３のテーパ部３ａとフランジ部３ｂが通過する領域に向けてクーラント液が吐出されるように、工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂの位置、姿勢が決められ主軸頭５に取り付けられている。

工具選択のためにタレット４が旋回する毎に、工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂからクーラント液を吐出させ、この吐出されたクーラント液３０の中を主軸６との接合部である工具３のテーパ部３ａ及びフランジ面３ｂが通過することにより、タレット４に保持された工具３は、工具選択の度にタレット４が回転して洗浄されることになる。
本実施形態では使用する工具３のテーパ部３ａ及びフランジ部３ｂに加え、タレット４が旋回することにより、使用する工具３が主軸６の位置に移動する間にクーラント液が吐出された領域を通過する未使用工具３のテーパ部３ａ及びフランジ部３ｂも同時に清浄することができる。

上述した第１の実施形態では、工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂを主軸頭５に取り付け、主軸頭５と共に上下動するようにしたが、タレット４が工具選択のために旋回するのは、所定位置であることから、工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂを移動しない部材に取り付けて、旋回するタレット４に保持された工具３のテーパ部３ａ及びフランジ部３ｂの移動経路に向けてクーラント液を吐出させるようにしてもよい。
図３は、工具洗浄用ノズルを固定位置に取り付けた本発明の第２の実施形態の要部を示す図である。図３（ａ）は、この第２の実施形態の工具交換装置の正面拡大図であり、図３（ｂ）は同側面図である。

この第２の実施形態では、２つの工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂが工作機械の支柱１に取り付けられ、主軸６を挟むようにして主軸６の両側において、タレット４に保持された工具３のテーパ部３ａ及びフランジ部３ｂの移動領域に向けてクーラント液３０を吐出するように配置されている。
この第２の実施形態においても、タレット４が工具選択等のために旋回するとき、該工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂからクーラント供給管１０ｂを介して供給されたクーラント液３０を吐出し、この吐出クーラント液３０内をタレット４に保持された工具３が通過することにより、タレット４に保持された工具３を洗浄するものである。当然選択された工具３もこの吐出クーラント液３０中を通過することになるから、工具を主軸に装着する直前も、工具のテーパ部３ａ及びフランジ部３ｂは吐出クーラント液３０によって洗浄され切粉等の異物が除去されることになる。

図４は、本発明の第３の実施形態の要部説明図である。この第３の実施形態では、タレットの代わりに工具を収納する手段としてマガジン２０を用いた工具交換装置に本発明を適用したものである。図４（ａ）は、この実施形態におけるマガジン２０の側面図であり、図４（ｂ）はマガジン２０の正面図である。マガジン２０は、チェーン２１で連結された多数ポット２３を有し、該ポット２３に工具３が収納されている。該マガジン２０の筐体２４等には、図４（ａ），（ｂ）に示すように２つの工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂが取り付けられており、該２つの工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂは、ポット２３に保持された工具３の主軸との接合部であるテーパ部３ａ及びフランジ部３ｂが通過する領域に向けてクーラント液３０を吐出するように配置されている。

この実施形態においても、工具選択時において、工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂからクーラント液３０が吐出される。そして、スプロケット２２が駆動されチェーン２１が旋回し、ポット２３及び該ポット２３に収納された工具３が旋回することによって工具選択動作がなされる。このとき、工具３は工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂから吐出されたクーラント液３０中を通過することになり、主軸６との接合面である工具３のテーパ部３ａ及びフランジ部３ｂは洗浄されることになる。工具選択がなされチェーン２１が旋回する毎に、該マガジン２０に収容された工具３は洗浄されることになる。

図５は、上述した第１、第２，第３の実施形態において用いる工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂの各種クーラント液吐出口形状による加工液吐出形状を示す図である。図５において、（ａ）、（ｂ）は、扇形状の吐出クーラント液３０が形成される工具洗浄用ノズルを示すもので、（ａ）は、扇形外形の内側までクーラント液３０が充足されて吐出される充扇形ノズルで、（ｂ）は扇形外形の内側は中空となる扇形ノズルを示している。又、（ｃ）は、円錐形状で内部までクーラント液を充足して吐出する充円錐形ノズルで、（ｄ）は、内部が中空となった円錐形ノズルである。（ｅ）は角錐形状で内部までクーラント液を充足して吐出する充角錐形ノズルで、（ｆ）は内部が中空となった角錐形ノズルである。（ｇ）は角柱状で内部までクーラント液を充足して吐出する充角柱形ノズルで、（ｈ）は内部が中空となった角柱形ノズルである。
第１〜第３の実施形態において用いる工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂは、図５に示した各種クーラント液３０の吐出形状をなす工具洗浄用ノズルのいずれを用いてもよいものである。

上述した各実施形態においては、工具選択指令によりタレット４若しくはマガジン２０が旋回すると同時に工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂよりクーラント液３０を吐出させる。若しくは工具選択指令が出力される前に工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂよりクーラント液３０を吐出させ、その後工具選択指令を出力してタレット４若しくはマガジン２０を旋回させるようにする。その結果、工具３が選択されるときは、タレット４若しくはマガジン２０に収容されている工具３は、工具洗浄ノズル９ａ，９ｂから吐出されるクーラント液３０の膜を通過することになり、この膜を通過する際に工具３のテーパ部３ａ及びフランジ部３ｂは、吐出クーラント液３０によって洗浄され、テーパ部３ａやフランジ部３ｂに付着した切粉等の異物は取り除かれることになる。そして、工具が選択され、タレット４又はマガジン２０の旋回終了後にクーラント液の吐出を終了させるようにする。

以上のように、工具選択によるタレット４又はマガジン２０の旋回と連動して工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂからクーラント液３０を吐出させることにより、工具選択がなされる毎にこの洗浄が行われるので、使用する工具３だけではなく、タレット４やマガジン２０に収納されている待機中の工具３に対しても洗浄が行われるから、タレット４やマガジン２０内で待機中に切粉等がテーパ部３ａやフランジ部３ｂに付着したものも、その付着強度が高くなる前に洗浄／除去されることになる。

また、工具選択時にこだわらず、タレット４やマガジン２０を定期的又は任意に旋回させると共に、工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂからクーラント液３０を吐出させて定期的に又は任意に工具３を洗浄するようにしてもよい。また、上述した実施形態では、工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂからクーラント液３０を吐出させるようにしたが、クーラント液３０に変えてエア等の流体を吐出するようにしてもよい。また、工具洗浄用ノズル９ａ，９ｂは主軸を挟むように両側に配置し、クーラント液又はエアを、主軸下方を通過する工具に向けて吐出させるようにしたが、主軸の両側ではなく一方の側だけに工具洗浄用ノズルを設けてもよい。但しこの場合は洗浄効果が両側に設ける場合と比較して低下する。

本発明を適用した第１の実施形態を用いる工作機械の正面図及び側面図である。 同第１の実施形態の工具交換装置の前面拡大図と右側面図である。 本発明の第２の実施形態の要部を示す図で、正面拡大図と側面図である。 本発明の第３の実施形態の要部説明図である。 各実施形態において用いる工具洗浄用ノズルのクーラント液吐出口形状を説明する、加工液吐出形状を示す図である。

符号の説明

１ 支柱
２ 腕部材
３ 工具
３ａ テーパ部
３ｂ フランジ部
４ タレット
５ 主軸頭
６ 主軸
７ カバー
８ａ，８ｂ 工具冷却用ノズル
９ａ，９ｂ 工具洗浄用ノズル
１０ａ，１０ｂ クーラント供給管
１１ テーブル
２０ マガジン
２１ チェーン
２２ スプロケット
２３ ポット
２４ 筐体
３０ クーラント液

Claims (3)

1. 工作機械に用いられる工具交換装置であって、タレット又はマガジンの旋回により工具が通過する領域にクーラント液又はエアを吐出させるノズルが、主軸の両側に配置され、タレット又はマガジンに保持された工具のテーパ部が通過する領域又はテーパ部及びフランジ部が通過する領域に向けてクーラント液又はエアを吐出するようにその位置姿勢が保持され、工具交換動作中、該ノズルよりクーラント液又はエアを吐出するようにしたことを特徴とする工具交換装置。
2. 工具交換装置のタレット又はマガジンの旋回により工具が通過する経路にクーラント液又はエアを吐出させるノズルを設け、該ノズルからクーラント液又はエアを吐出させた状態でタレット又はマガジンを旋回させ、工具がクーラント液又はエアが吐出された領域内を通過するようにすることで、工具のテーパ部又はテーパ部及びフランジ部に付着した異物を洗浄、除去する工具洗浄方法。
3. 工具選択時のタレット又はマガジンの旋回と連動させて、前記ノズルからクーラント液又はエアを吐出させる請求項２に記載の工具洗浄方法。

Images