JP4091764B2

JP4091764B2 - ワーク加工用流体供給装置

Info

Publication number: JP4091764B2
Application number: JP2001386466A
Authority: JP
Inventors: 正人塩崎; 大平真野
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2021-12-19
Also published as: JP2003181740A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マシニングセンタ等の工作機械でワークを加工するワーク加工用流体供給装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
例えば、マシニングセンタ等の工作機械によるワークの加工に際し、冷却や潤滑を目的として、主軸に取り付けられた工具による加工位置に向けて、エアー、オイルミスト（オイルを霧状にしてエアー内に混在させたもの）、クーラント液等を吹き付けて工具を冷却し、あるいは切粉を排除することが行われている。
【０００３】
例えば、オイルミストの吹き付けは、ノズル先端と工具先端間の距離を一定に制御しないと効果を得られないことから、そのような距離の制御を行える装置として、(1) 特開平８−２５２７４５号公報のノズル装置が知られている。このノズル装置は、オイルミスト用のノズルユニットが工具に対して進退可能、かつ、方向制御可能となっているが、使用時は、所定位置で固定されている。
また、このようなノズル装置とは別に、本出願人は、(2) 圧縮エアを使用し高速のエアを吹き出すことができる冷却ノズルを用いた冷却装置を出願している（特開２０００−１２６９８２号公報）。この冷却装置では、ノズルの先端から、エアが略マッハの流速となって高速で出力され、しかも、ノズル噴出口から噴出された圧縮空気中には、潤滑油が霧状になって混在しており、そのため、冷却効果と、潤滑効果とを得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、工作機械の工具による加工においては、エンドミル等の工具によりワークに切削加工等すると、当然に切粉が発生する。このような切粉は、加工に悪影響を及ぼすので、加工中常に排除する必要がある。
ところが、従来の(1) のタイプでは、ノズル先端と工具先端間の距離は一定になっているが、その所定位置に固定されているため、ノズル先端から噴出されるオイルミストでは、ノズルの噴出口の先方しか切粉を吹き飛ばして排除することができず、加工位置で発生し、かつ、その周囲に散乱している切粉をすべて吹き飛ばして排除することは困難である。
また、従来の(2) のタイプでは、ノズルの先端から、エアが略マッハの流速となって高速で出力されるが、ノズルと工具との距離、およびノズルの工具に対する向きが一定となっているので、前記(1) と同じように、加工位置で発生し、かつ、その周囲に散乱している切粉をすべて吹き飛ばして排除することは困難であるという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、工具によるワークの加工の際に生じる切粉を充分に排除することができ、高品質の加工品を得ることができるワーク加工用流体供給装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のワーク加工用流体供給装置は、工具によるワークの加工中に、このワークの加工位置に対して、流体を噴出可能なノズルを移動させながら、このノズルから前記流体を前記加工位置に向けて噴出するワーク加工用流体供給装置であって、前記流体を噴出可能なノズルを前記工具によるワークの加工中に、このワークの加工位置に対して前後移動させる前後移動駆動手段と、前記ノズルを前記工具によるワークの加工位置に対して左右移動させる左右移動駆動手段と、を備えて構成され、前記左右移動駆動手段は、前記工具が取り付けられる主軸頭に取付台を介して回転可能に、かつ、その回転軸が前記主軸頭の軸線に対して斜めに取り付けられる回転テーブルと、この回転テーブルの駆動源となるモータと、を備え、前記前後移動駆動手段は、前記回転テーブルの下面にその軸線が前記回転テーブルの軸線と直交しかつ回転自在に設けられたボールねじと、このボールねじを回転させるモータと、前記ボールねじと並列して設けられたガイド棒と、このガイド棒および前記ボールねじに係合し前記ボールねじの回転により移動する駆動体と、この駆動体の下部に設けられ、前記ノズルがその軸線と前記回転テーブルの軸線とが直交する状態で取り付けられたノズル取付部材と、を備え、前記左右移動駆動手段により前記ノズルを前記加工位置に対して首振りさせ、前記前後移動駆動手段により前記ノズルを前記加工位置に対して前後方向に移動させながら、前記流体を前記加工位置に向けて噴出することを特徴とするものである。
このような本発明によれば、前後移動駆動手段により、ノズルをワークの加工位置に対して前後方向に移動させ、あるいは、左右移動駆動手段により、左右方向に移動させながら、流体を噴出するので、ワークの加工中に発生する切粉を充分に排除することができる。
また、ノズルを前後方向に移動させて、流体を加工位置に向けて噴出することにより、ワークの加工位置に近いときは、流体の範囲が狭まり、ピンポイント的に強力に切粉の排除を行えるので、重量のある切粉でも排除でき、ワークの加工位置から遠いときは、流体が拡散するので、広い範囲にわたって切粉の排除を行える。
さらに、ノズルを左右方向に移動させて、流体を加工位置に向けて噴出することにより、広い範囲にわたる切粉の排除を行える。
また、加工により発生する切粉を常に排除しながらワークの加工ができるので、高品質の加工品を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、第１実施形態のワーク加工用流体供給装置（以下、供給装置という）１０は、工作機械の主軸頭１に取付台２を介して設けられている。
主軸頭１には、高速回転自在な例えばドリル等の工具３が着脱、交換可能に取り付けられ、この工具３により、工作機械のテーブル４上に設置されたワークＷが加工されるようになっている。
【００１７】
供給装置１０は、図示しない制御装置により制御される左右移動駆動手段２０と前後移動駆動手段３０とを備えて構成されている。
前記取付台２の下部には、上記左右駆動手段２０を構成する、例えば、円筒状の支持台２１がその軸線を主軸頭１の軸線に対して所定角度の斜めに設けられ、この支持台２１の下部には、丸状の回転テーブル２２が回転可能に設けられている。回転テーブル２２の回転は、支持台２１の内部に設けられたモータ２３を駆動源として行われる。
【００１８】
すなわち、回転テーブル２２の取付台２側内部には、例えば、図示しない歯車が設けられており、一方、この歯車と噛合する図示しない歯車がモータ２３の主軸に連結されている。従って、モータ２３の駆動により、モータ２３に連結した歯車が回転し、次いで、この歯車と噛合する回転テーブル２２に取り付けられた歯車が回転し、これにより、回転テーブル２２が回転することになる。ここで、モータ２３はサーボモータが使用されている。また、支持台２１と回転テーブル２２の接触面が、回転テーブル２２の回転時の摺動面となっている。
回転テーブル２２は、モータ２３の正回転、逆回転により所定角度の範囲内で回動できるようになっており、さらに、連続的または間欠的に回動可能となっている。
【００１９】
回転テーブル２２の下面には、例えば、円板状の固定台３１が設けられ、この固定台３１の径方向両端には、所定幅、かつ、所定高さの略四角形の支持部材３２が設けられている。
２本の支持部材３２の下部には、前記前後移動駆動手段３０を構成するボールねじ３３が回転自在に架けわたされ、このボールねじ３３の一端にはサーボモータ３４が接続されており、モータ３４の正回転、逆回転によりボールねじ３３が所定時間毎に正回転、逆回転できるようになっている。また、支持部材３２の下部には、ボールねじ３３と並列して図示しないガイド棒が架けわたされており、このガイド棒とボールねじ３３とに係合して駆動体３５が吊された状態で設けられている。
【００２０】
駆動体３５は、例えば四角形のブロック状に形成され、上部にはガイド棒とボールねじ３３とが並列して設けられている。従って、サーボモータ３４を正回転、または逆回転駆動させることによりボールねじ３３が正回転、または逆回転し、ガイド棒にガイドされて駆動体３５が前後（矢印Ｘ）方向に移動可能となっている。なお、回転テーブル２２用のサーボモータ２３、およびボールねじ３３用のサーボモータ３４は、図略の制御装置によって、同時にあるいはそれぞれ単独で駆動制御されるようになっており、さらに、連続的または間欠的に運転可能となっている。
【００２１】
駆動体３５の下部には、例えば、四角形状のテーブル３６が設けられ、このテーブル３６に、ノズル取付部材４１を介してノズル４０が設けられている。そして、このノズル４０にはエアホース４２が接続されている。これらノズル４０等は、前記冷却装置（特開２０００−１２６９８２号公報）と同様のものが用いられ、ノズル４０の先端から、エアが略マッハの流速となって高速で出力され、しかも、ノズル噴出口から噴出された圧縮空気中には、潤滑油が霧状になって混在しており、高速のオイルミストが噴出されるようになっている。
【００２２】
そして、ここにおいて、前記支持台２１、回転テーブル２２、回転テーブル用サーボモータ２３を備えて前記左右移動駆動手段２０が構成され、前記ボールねじ３３、ボールねじ３３用のサーボモータ３４および、駆動体３５を含んで、前記前後移動駆動手段３０が構成されている。
【００２３】
前記制御装置による連続的または間欠的な移動は、ＮＣ機による軸移動プログラムに基づくものでもよく、ＮＣ機とシーケンスコントローラとの組合せによるもの、あるいは、専用の制御装置を用いるもの等、いずれの制御によるものでもよく、タイマー等での一時停止による制御でもよい。
【００２４】
次に、図２〜４をも参照して、前記供給装置１０を使用してワークを加工するワークの加工方法を説明する。
まず、図２に示すように、ノズル４０を加工位置Ｐに対して、連続的あるいは間欠的に、前後方向に移動させて、流体、つまりオイルミストを吹き付けて切粉１００を排除する方法について説明する。
工具３によるワークＷの加工を開始するに際し、制御装置により、前後移動駆動手段３０のサーボモータ３４を連続的あるいは間欠的に駆動させ、ボールねじ３３を所定間隔の時間毎に正回転、逆回転させる。それと併行してノズル４０にエア源から高圧のエアとともにオイルミストを送り込み、加工位置Ｐに向かって噴出を開始する。
【００２５】
加工に際して切粉１００が発生して工具３の周辺に散乱するが、ノズル４０がボールねじ３３の正回転、逆回転に伴い、連続的あるいは間欠的に前後（矢印Ｘ）方向に移動しながら、オイルミストを噴出する。
ここで、図２において、ノズル４０の位置が実線で示す位置、つまり、加工位置Ｐに最も近づいた位置では、噴出されるオイルミストの範囲が、実線の斜線で示す範囲Ａのように狭まるので、ピンポイント的に切粉１００を強力に吹き飛ばすことができ、重量のある切粉１００でも加工位置Ｐおよびその近傍から排除される。
これに対して、図２において、ノズル４０の位置が仮想線で示す位置、つまり、加工位置Ｐから最も遠い位置では、噴出されるオイルミストの範囲が、仮想線で示すＢのように拡がるので、広い範囲の切粉１００を吹き飛ばして加工位置Ｐおよびその近傍から排除する。
【００２６】
次に、図３に示すように、ノズル４０を加工位置Ｐに対して、連続的あるいは間欠的に、同じ位置で首振りさせて、つまり、左右方向に移動させてオイルミストを吹き付け、切粉１００を排除する方法について説明する。
加工に際し、制御装置により、左右移動駆動手段２０のサーボモータ２３を正回転、逆回転駆動させ、回転テーブル２２を所定角度の範囲内で、連続的あるいは間欠的に回動させる。それと併行してノズル４０にエア源から高圧のエアとともにオイルミストを送り込み、加工位置Ｐに向かって噴出を開始する。
【００２７】
加工に際して切粉１００が発生し、工具３の周辺に散乱するが、ノズル４０が回転テーブル２２の正回転、逆回転により、所定角度の範囲内、かつ、水平面内で、連続的あるいは間欠的に移動（首振り状態）しながら、オイルミストを噴出する。
ここで、図３において、ノズル４０の位置が実線で示す位置Ａ、つまり、加工位置Ｐの正面に向いているときは、噴射角度が決まっているので所定の範囲の切粉しか排除することができないが、回転テーブル２２を所定角度、図３においてノズル４０の噴出口が左側Ｃ１を向くように回転させたときは、工具３の一方側周辺の切粉１００を、ノズル４０の噴出口が右側Ｃ２を向くように回転させたときは、工具３の他方側周辺の切粉１００を、それぞれ排除することができる。このように、ノズル４０は左側Ｃ１のときと、右側Ｃ２のときとの範囲Ｃ内で常に移動しているので、結局、常にその範囲Ｃ内の切粉１００が排除される。
【００２８】
そして、図４に示すように、ノズル４０を、連続的あるいは間欠的に前後移動させながらしかも左右移動させる場合は、前述のように、制御装置により、前後移動駆動手段３０のサーボモータ３４および左右移動駆動手段２０のサーボモータ２３をそれぞれ駆動させ、ボールねじ３３および回転テーブル２２を回転させる。そして、ノズル４０を、連続的あるいは間欠的に前後移動、左右移動させながら、オイルミストを加工位置Ｐおよび加工位置近傍に、前記Ａ、ＢおよびＣの範囲で吹き付ける。
【００２９】
このような本第１実施形態によれば、次のような効果がある。
(1) ノズル４０を、連続的あるいは間欠的に前後方向に移動させることができるので、ワークＷの加工位置Ｐに近いときは、オイルミストの範囲が狭まり、ピンポイント的に強力に切粉１００の排除を行えるので、重量のある切粉１００でも排除することができ、また、ワークＷの加工位置Ｐから遠いときは、オイルミストが拡散するので、広い範囲にわたって切粉１００の排除を行える。
【００３０】
(2) ノズル４０を、連続的あるいは間欠的に首振りさせて左右方向に移動させることができるので、広い範囲にわたって切粉１００の排除を行える。
(3) ノズル４０を、ワークＷの加工位置Ｐに対して連続的あるいは間欠的に、前後方向および左右方向に移動させることができるので、強力に、かつ、広い範囲にわたって切粉１００の排除を行える。
【００３１】
(4) ノズル４０は、オイルミストを噴出するので、ワークＷの加工位置Ｐで生じる切粉１００を、強力に、かつ、広い範囲にわたって排除することができる他、ワークＷの加工位置Ｐおよび工具３を冷却することができ、その上、工具３に潤滑機能を持たせることもできる。
【００３２】
(5) 供給装置１０が主軸頭１に設けられ、主軸頭１の動きに追従するので、主軸頭１に対して常に一定の距離を保つことができ、供給装置１０が主軸頭１と別部材に設けられる場合と比べて、ノズルに無駄な動きをさせずにすむ。
【００３３】
次に、図５に基づいて本発明の第２実施形態を説明する。
なお、本実施形態において、前記第１実施形態と同一部材には同一符号を付すとともに、それらの詳細な説明は省略または簡略化する。
本実施形態では、前記第１実施形態と同じようにノズル４０を前後移動、左右移動可能とする他、供給装置５０全体を、ノズル上下移動手段６０により上下方向に移動可能とし、さらに、ノズル４０の先端を、ノズル揺動手段７０により上下方向に揺動可能としたものである。
【００３４】
すなわち、供給装置５０は、取付台５２を介して、例えば断面コ字状のスタンド５３に上下方向移動可能に設けられ、このスタンド５３は、固定プレート５４を介して、工作機械において主軸頭１とは別の部位に着脱可能に設けられるようになっている。ここで、固定プレート５４に、例えばマグネットを設け、これにより着脱できるようにしてもよい。
このようなスタンド５３には、前記上下動手段６０を構成するとともに、上下方向に延びるボールねじ５５と図示しないガイド棒とが設けられ、ボールねじ５５は、スタンド５３に設けられたサーボモータ５６により回転駆動される。また、ボールねじ５５の上部には上ストッパ５７、下部には下部ストッパ５８がそれぞれ設けられ、ボールねじ５５には、各ストッパ５７，５８間を移動する前記取付台５２が係合されている。
そして、ここにおいて、前記スタンド５３から下部ストッパ５８にいたる一連の続き番号で示す各部材で、前記ノズル上下移動手段６０が構成されている。
【００３５】
前記ノズル揺動手段７０は、前記ボールねじ３３と係合する駆動体７５を備え、この駆動体７５には、揺動テーブル７６が連結軸７７によって連結されている。揺動テーブル７６の側面には、連結軸７７の延長部に固定して第１歯車７８が設けられている。これに対して、駆動体７５の側面にはモータ架台７９を介してサーボモータ８０が設けられ、このサーボモータ８０の主軸には、第１歯車７８と噛合する第２歯車８１が設けられている。そして、このサーボモータ８０は、前記制御装置により連続的あるいは間欠的な駆動が可能なように制御される。
従って、サーボモータ８０を正回転、逆回転駆動させることにより、第１歯車７８と第２歯車８１とが噛合し、揺動テーブル７６が連結軸７７を支点として、上下方向（揺動方向；矢印Ｙ方向）に連続的あるいは間欠的に揺動することとなる。
そして、ここにおいて、前記駆動体７５から第２歯車８１にいたる一連の続き番号で示す各部材で、前記ノズル揺動手段７０が構成されている。
【００３６】
このような本第２実施形態によれば、前記(1) 〜(5) と同様の効果の他、次のような効果がある。
(6) 供給装置５０全体が上下方向に移動可能となっているので、ワークＷの高さが高くて、工具長が長いとき等、工具の取り付け側に付着した切粉で、ノズル４０の揺動によっても排除できないようなものでも、全体を上昇させることで吹き飛ばして排除することができる。
(7) ノズル４０が、加工位置Ｐに対して上下方向に揺動してオイルミストを噴出することができるので、工具３にまとわりついて工具３の上部等に付着した切粉１００も吹き飛ばして排除することができる。
【００３７】
図６には、以上のような第１、第２実施形態の供給装置１０，５０を使用してワークＷを加工して得られた加工品９０が示されている。
供給装置１０，５０により、加工時に発生する切粉１００を充分に排除しながら、高速回転する工具３により加工するので、深穴部９０Ａの内部に立ち上がり部９０Ｂを有するような複雑形状でも、高精度に仕上げられた加工品９０とすることができる。
【００３８】
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成することができれば、次に示すような変形形態でもよいものである。
例えば、前記第１実施形態では、供給装置１０は主軸頭１に設けられ、当該主軸頭１の動きに追従するようになっているが、これに限らず、供給装置１０を、前記第２実施形態と同様に、工作機械における主軸頭１とは別部材に着脱可能に設ける構造としてもよい。
また、前記各実施形態では、流体としてオイルミストが使用されているが、これに限らず、エアー、クーラントを使用してもよい。
【００３９】
さらに、前記第２実施形態では、供給装置５０はボールねじ５５、サーボモータ５６等により自動的に上下移動するように構成されているが、これに限らず、例えば、ボールねじに歯車を連結させるとともに、この歯車に他の歯車を噛合させ、他の歯車にハンドルを連結し、ハンドルを回すことにより供給装置５０を上下移動できるような手動方式としてもよい。
【００４０】
また、前記各実施形態における供給装置１０，５０は、ノズル４０がボールねじ３３の下方に配置された、つまり下向きの構成とされているが、これに限らず、ノズル４０を最上部に配置した設けた、つまり上向きの構成としてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、ワークの加工位置に対してノズルが移動するので、あらゆる位置、あらゆる方向から流体を噴出することができ、これにより、加工位置に発生する切粉、および加工位置近傍に散乱した切粉を充分に排除することができる。
また、加工により発生する切粉を常に排除しながらワークの加工ができるので、高品質の加工品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態でワークの加工方法が適用されるワーク加工用流体供給装置を示す全体図である。
【図２】前記実施形態のノズルが前後方向に移動する状態を示す側面図である。
【図３】前記実施形態のノズルが左右方向に移動する状態を示す平面図である。
【図４】前記実施形態のノズルが前後方向および左右方向に移動する状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るワーク加工用流体供給装置を示す正面図である。
【図６】本発明により製造された加工品の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
３工具
１０ワーク加工用流体供給装置
２０左右移動駆動手段
２２回転テーブル
３０前後移動駆動手段
３３ボールねじ
４０ノズル
５０ワーク加工用流体供給装置
６０ノズル上下移動手段
７０ノズル揺動手段
９０加工品
Ｗワーク

Claims

工具によるワークの加工中に、このワークの加工位置に対して、流体を噴出可能なノズルを移動させながら、このノズルから前記流体を前記加工位置に向けて噴出するワーク加工用流体供給装置であって、
前記流体を噴出可能なノズルを前記工具によるワークの加工中に、このワークの加工位置に対して前後移動させる前後移動駆動手段と、前記ノズルを前記工具によるワークの加工位置に対して左右移動させる左右移動駆動手段と、を備えて構成され、
前記左右移動駆動手段は、
前記工具が取り付けられる主軸頭に取付台を介して回転可能に、かつ、その回転軸が前記主軸頭の軸線に対して斜めに取り付けられる回転テーブルと、
この回転テーブルの駆動源となるモータと、を備え、
前記前後移動駆動手段は、
前記回転テーブルの下面にその軸線が前記回転テーブルの軸線と直交しかつ回転自在に設けられたボールねじと、
このボールねじを回転させるモータと、
前記ボールねじと並列して設けられたガイド棒と、
このガイド棒および前記ボールねじに係合し前記ボールねじの回転により移動する駆動体と、
この駆動体の下部に設けられ、前記ノズルがその軸線と前記回転テーブルの軸線とが直交する状態で取り付けられたノズル取付部材と、を備え、
前記左右移動駆動手段により前記ノズルを前記加工位置に対して首振りさせ、前記前後移動駆動手段により前記ノズルを前記加工位置に対して前後方向に移動させながら、前記流体を前記加工位置に向けて噴出することを特徴とするワーク加工用流体供給装置。