JP4787741B2 - 工作機械用の冷却液供給装置 - Google Patents

Description

この出願は２００３年３月３１日に出願された米国仮特許出願第６０／４５９１２２号の利益を請求する。
本発明は、工作機械、特に、機械加工の際、特に切削ブレードを研削する際、工具及び工作物に冷却液を供給するための装置が対象とされる。

例えば、高速度鋼又はカーバイド材料から製造されるスティック・タイプ研削ブレードを備えた傘歯車及びハイポイド歯車などの歯車を製造することはよく知られている。望ましい表面及びエッジをスティック・タイプ切削ブレード上に形成し修復するために、研削作業を切削ブレードに行わなければならないことがさらに知られている。そのような切削ブレードの実施例を、Ｂｌａｓｋｅｓｌｅｙによる米国特許第４５７５２８５号、Ｃｌａｒｋ他による米国特許第５８９０８４６号又はＳｔａｄｔｆｅｌｄ他による米国特許第６１２０２１７号に見いだすことができる。このタイプの切削ブレードは、研磨する際に、研削される切削面及びクリアランス輪郭面、並びに上面をもつ。上述の切削面、クリアランス面及び上面の研削に加えて、切削ブレードの正面も研磨する際に研削される他の切削ブレードが知られている。

切削ブレードを研削するための（「研磨」機械と呼ぶこともできる）切削ブレード研削機械は、１つ以上の切削ブレードを研削の際に所定位置に保持するためのいくつかのタイプのクランプ機構を含む。一般に、そのようなクランプ機構は、クランプ機構の軸線に対して角度を付けた方向で、或いは切削ブレードが、クランプ機構の軸線に一致して又はそれに対して平行に位置決めされる「ゼロ角度」方向で切削ブレードを保持する。

切削ブレードを角度を付けた方向で研削するとき、クランプ機構が、研削の際、同じ位置（又はその位置に対して１８０度の位置）にとどまるので、切削ブレードと研削砥石車の間の接触領域は、一般に研削砥石車のほぼ同じ位置にとどまる。そのように位置決めすることは、研削プロセスの際、切削ブレードの上面を、研削砥石車に対して研削砥石車のほぼ同じ領域に位置決めさせ続ける。したがって、研削プロセスの際、冷却液を導入するとき、１つ以上の冷却液ノズルを、切削ブレードが研削されるのと同じ位置に位置決めし、そこにとどまらせることを可能にする。しかし、角度を付けたタイプのクランプ機構では、切削ブレードの角度は、切削ブレードのトップ角、並びに意図する切削ヘッドの切削ブレードの取り付け角に依存する。したがって、様々なトップ角又は取り付け角をもつ切削ブレードの研削は、様々なクランプ機構、又は、様々な切削ブレードに対応するために位置決め用インサートを必要とする。

「ゼロ角度」タイプのクランプ機構では、研削の際、各ブレードの方向はクランプ機構の軸線に平行なままである。しかし、研削の際、切削ブレードの様々な面を適切に研削するためにクランプ機構を様々な位置に回転させることが必要になる場合、研削砥石車減耗上の接触領域の位置が変わる。したがって、冷却液ノズルの位置を再方向付けするか、又は研削砥石車上の研削領域の様々な位置に対して位置決めされた複数の冷却液ノズルを提供することが必要になる。通常、冷却液管路は、機械の研削砥石車側に固定して取り付けられた冷却液ヘッダから延びる。多くの冷却液管路、したがって多くの冷却液ノズルをもつことは、機械の構成要素と干渉する状況、並びに管路の数が増えるにつれてより多くの冷却液を必要とすることになる。

本発明は、１つの工作物を機械加工する際、或いは１つの工作物から別の工作物などに、工具の機械加工ゾーンの位置がたとえ変化したとしても、冷却液を工具の機械加工ゾーンに供給することができるように冷却液供給装置の位置が制御できる工作機械用の冷却液供給装置を対象とする。

本発明を実施例としてだけ示す図面では、同じ構成要素は、同じ参照番号で識別される。

図１では、１つのタイプの切削ブレード研削機械２を示す。機械それ自体は本発明の一部ではないので、機械は、機械の一般的理解を得るのに必要な要素だけを備えて示されている。このタイプの機械は、例えばＮｅｗ Ｙｏｒｋ州のＲｏｃｈｅｓｔｅｒのＴｈｅ Ｇｌｅａｓｏｎ Ｗｏｒｋｓ社から市販されている。

図１で、研削機械２は、クランプ機構の軸線の周りで方向Ｃに回転可能である工作物クランプ機構１２と、研削砥石車の軸線の周りで方向Ｓに回転可能である研削砥石車６とを含む。研削砥石車は、クランプ機構に対して、（好ましくは互いに直交する）３つの直線方向Ｘ、Ｙ、Ｚに移動可能であり、方向Ａに角度方向で位置決め可能である。研削機械は、研削砥石車８の表面を定期的に修復するための方向Ｄに回転可能である癖取り機構１０を含む。

図２は、スティック・タイプ切削ブレード２２が固定された既知のタイプの「ゼロ角度」クランプ機構１２を示す。クランプ機構１２は、クランプ・ブラケット１６に取り付けられた少なくとも１つのクランプ１４をもつ外部リング部分４を含む。クランプ１４は、切削ブレード２２に係合して、取り付けブロック２８の取り付けスロットを共に画定する取り付け表面２４及び２６に押し付けて所定位置にそれをクランプする。クランプ機構は、切削ブレードを様々の位置にもってくることができるように回転して位置決め可能であり、したがって、プロセス・パラメータが命令する場合には、すべての適切な面を研削することができる。

切削ブレードが研磨されるとき、切削ブレード並びに研削砥石車が適切に冷却され潤滑されるように冷却液を導き、切削ブレードから取り除かれた物質が、切削ブレード及び研削砥石車から効率的に洗い流されることが重要である。したがって、上記の目的を達成するために、冷却液ノズルの適切な配置が必須である。

上述のように、図３（ａ）及び３（ｂ）に示されたような角度を付けたクランプ機構に対しては、スティック・タイプ切削ブレード３２の切削及びクリアランス側面を研削するために、クランプ機構３０を１８０度回転することで、切削ブレードの上を、研削砥石車３４の同じ領域Ｚ_１付近にもってくる。これは、切削ブレードのトップ角及び意図された切削ヘッドの切削ブレードの傾斜角に基づく角度αでクランプ機構３０に取り付けられた切削ブレード３２のためである。研削砥石車及び切削ブレードに冷却液を提供することは、他の側面を研削するために切削ブレードが再位置決めされるとき、実質的に変化しないゾーンＺ_１に冷却液を提供するために、所望の数の冷却液ノズルを方向付けることである。

図４（ａ）及び４（ｂ）では、「ゼロ角度」クランプ機構４０が示されている。このタイプのクランプでは、又その開示が本明細書中に参照により援用されている、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第２００３／０１４８７１７号に記載されているような荒削り及び仕上げ作業用の研削砥石車の専用エッジを使用するようないくつかのプロセス状況では、切削及びクリアランス側面の研削用に切削ブレード３２を位置決めするためのクランプ機構の回転が、それぞれの側面の研削用に研削砥石車を適切に再位置決めするための研削砥石車３４と切削ブレード３２の相対的移動によって達成される。例えば、図４（ａ）では、切削ブレード３２の１つの側面は、研削砥石車３４のゾーンＺ_２で研削され、一方、切削ブレード３２の他の側面を研削砥石車の同じエッジで研削するために、クランプ機構３０が、切削ブレード３２を位置決めするために回転し、次に研削は研削砥石車３４のゾーンＺ_３（図４（ｂ））で行われる。さらに、正面の研削など、切削ブレード３２の他の面は、この場合も、クランプ機構の再位置決めが必要となることがあり、したがって、研削砥石車の別のゾーン、例えば図４（ｂ）のゾーンＺ_４を使用することになる。

研削砥石車３４をゾーンＺ_２からＺ_３まで移動させるとき、研削砥石車と切削ブレードの間の相対的な移動が必ず生じる。図４（ａ）及び図４（ｂ）の紙面が、図１の機械のＸ−Ｚ面であると考えられる場合、研削砥石車３４上の異なるゾーンへの移動が切削ブレードと研削砥石車の間の少なくともＸ方向の相対移動を含むことを理解することができる。研削がゾーンＺ_２で行われるかぎり、ゾーンＺ_２で研削砥石車付近に位置決めされた冷却液ノズルは十分であることを理解することができる。しかし、研削が、例えばＺ_３及び／又はＺ_４など別のゾーンに移ると、最適な冷却液の流れは、ゾーンＺ_２に向けられたままである。

本発明者は上で説明された欠点に対処するために冷却液供給アセンブリを開発した。図５及び図６は、取り付けアダプタ４２と、冷却液ヘッダ４４と、保持キャップ４６とを備える一般的にリング形状の構成を含む独創的な冷却液アセンブリ４０を示す。冷却液アセンブリは、好ましくは、複数のねじ５０（４つを図示）によって取り付けアダプタを介して、研削砥石車スピンドル４９のスピンドル・ハウジング４８（図１又は図７）の端部に取り付けられて位置付けられる。冷却液ヘッダ４４は、取り付けアダプタ４２の周りで位置決め可能であり、回転可能である。保持キャップ４６が、冷却液ヘッダ４４を所定位置に保持するために、複数のねじ５２（図６では１つを図示）によって取り付けアダプタ４２に取り付けられる。冷却液ヘッダ４４も保持キャップ４６の周りで回転可能である。

図７に示されるように、冷却液アセンブリがスピンドル・ハウジング４８に取り付けられて位置決めされ、１つ以上の、好ましくは４つの、冷却液ヘッダ４４から延びる冷却液ノズル５４が研削砥石車８に隣接して位置決めされる。冷却液は、供給パイプ５６を介して冷却液ヘッダ４４に供給される。或いは、冷却液を、スピンドル・ハウジング４８を通って、取り付けアダプタ４２を通って延び、且つ冷却液ヘッダ４４と連通する適切なチャネルに供給することができる。

研削砥石車の研削ゾーン位置の変化は、図１の機械上のＸ方向の移動によって達成される。本発明は、研削砥石車のＸ方向の移動と同期した方法で冷却液ヘッダ４４を回転させる手段を提供し、したがって、冷却液ノズルの位置が、使用される研削ゾーンに隣接したままで移動する。冷却液ヘッダ４４の回転は、好ましくは、各々が、冷却液ヘッダ４４に取り付けられた半円形プレート６２のそれぞれの端部６４、６６に取り付けられた１対のケーブル５８、６０（図５）を含むケーブル・システムによってもたらされる。プレート６２の周辺部は、ケーブル５８、６０を納めるように溝が掘られており、各ケーブルは、その端部にボールをもち、そのボールは各プレートの端部６４、６６に配置された類似した形状の受け口に嵌合する。ケーブルは、プレートの端部６４、６６からプレート周辺部の溝に沿って、ハウジング７２に囲まれたそれぞれのプーリー６８、７０を通って延び、研削機械のＸ方向スライド７６に取り付けられたブラッケット７４に延びる。別のブラッケット７８が、固定面隣接スライド７６に取り付けられ、ケーブル５８、６０の鞘が、それらを固定して保持し、内部でケーブルの移動を可能とするように、ブラッケット７８に取り付けられる。

上記の装置では、スライド７６のＸ方向の移動が、それぞれのケーブル５８又は６０を引っ張り、プレート６２の移動を、したがって冷却液ヘッダ４４及びノズル５４の回転を引き起こす。したがって、例えば、Ｚ_２からＺ_３へ図４（ａ）及び図４（ｂ）の研削ゾーンの移動がＸ方向スライド７６の１インチ（２５．４ｍｍ）の移動を必要とする場合、ケーブル５８がこの量だけ引っ張られ、冷却液ヘッダ４４及びノズル５８も同様にこの量だけ回転して、冷却液ノズルの位置が研削砥石車の周りでゾーンＺ_２からゾーンＺ_３へ移動する。同じ原理が、研削砥石車上の任意の研削ゾーンの間の移動に適用される。

ケーブル・システムが説明されてきて、それが好ましいが、Ｘ方向の移動を冷却液ノズル５８の再位置決めに同期させる他のシステムも考えられる。例えば、サーボ・モータを使用するシステムを使用することができる。また、示されたシステムは、Ｘ方向の移動とノズルの回転距離の比に１対１を使用するが、他の比も本発明の範囲内にある。

本発明は図１に示す構成をもつ研削機械に関して説明されてきたが、本発明は、それに限定するものではないことにさらに留意されたい。本発明は、１つの研削ゾーンから別の研削ゾーンへの移動がクランプ機構の軸線の方向に直交する研削砥石車の面内の運動の成分を含む任意の研削機械に適用される。言い換えれば、本発明を、図１のＸ及びＺに相当する運動の方向をもつ任意の研削機械に適用することができる。

本発明が好ましい実施例に関して説明されてきたが、本発明がそれらの特定のものに限定されるものでないことに留意すべきである。本発明は、当分野の技術者には明らかであり、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲を逸脱せずに主題が関係する修正形態を含むものである。

独創的な冷却液供給装置を含むことができる切削ブレード研削機械の１つのタイプを示す。 「ゼロ角度」切削ブレードクランプ機構の実施例を示す。 切削ブレードが「角度を付けた」クランプ機構内に位置決めされた研削砥石車の研削ゾーンを示す。 切削ブレードが「角度を付けた」クランプ機構内に位置決めされた研削砥石車の研削ゾーンを示す。 切削ブレードが「ゼロ角度」クランプ機構内に位置決めされた研削砥石車の研削ゾーンを示す。 切削ブレードが「ゼロ角度」クランプ機構内に位置決めされた研削砥石車の研削ゾーンを示す。 独創的な冷却液供給装置の好ましい実施例の立面図を示す。 図５の独創的な冷却液供給装置の実施例の断面図を示す。 切削ブレード研削機械上の所定位置にある図５の独創的な実施例を示す。 独創的な冷却液供給装置の回転位置を制御するための好ましいタイプの機構を示す。

Claims (3)

1. 機械加工プロセスの際、工作物と機械の回転可能な工具との間の加工領域に冷却液を供給するための装置であって、
   前記工作物と前記工具との間の前記加工領域に冷却液を導くように位置決め可能な複数の冷却液ノズルと、
   前記工具の加工方向の変化と同時に前記複数の冷却液ノズルの前記位置を変化させるための位置決め手段とを含み、
   前記複数の冷却液ノズルが冷却液ヘッダに取り付けられ且つそれに連通し、前記冷却液ヘッダが前記複数の冷却液ノズルと共に位置決め可能である装置であって、
   前記複数の冷却液ノズル及び前記冷却液ヘッダの前記位置を変化させるための前記位置決め手段が１対のケーブルを備えたケーブル・システムを含み、前記冷却液ヘッダが第１及び第２の端部をもち、前記１対のケーブルの一方のケーブルの一端が前記第１の端部に取り付けられ、前記１対のケーブルの他方のケーブルの一端が前記第２の端部に取り付けられ、前記工具の前記工作物に対する加工方向を変更するスライドに前記１対のケーブルの他端が結合されていて、それにより前記工具の加工方向の変化と同期して前記冷却液ノズルの位置が自動的に変更される、装置。
2. 前記冷却液ヘッダがリング形状である、請求項１に記載の装置。
3. 前記冷却液ヘッダが前記工具を回転させるためのスピンドルの一端に取り付けられている、請求項１に記載の装置。

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