JP4933906B2 - 工作機械及び工作機械における位置決めブロックの嵌合穴の清掃方法。 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械に装着される工具ホルダの刃具に対して流体を供給するための流体供給手段を備える工作機械及び工作機械における位置決めブロックの嵌合穴の清掃方法に関する。

従来より工作機械に装着される工具ホルダの刃具に対して、流体を、工具ホルダにおける主体部の側方から供給するための流体供給手段を備える工作機械は広く知られている。例えば特許文献１に示される工作機械等を含めて広く知られている。
例えば特許文献１に示される工作機械は次のように構成されている。
フレームの内側には回転自在にスピンドルを備えさせ、そのスピンドルの先端部には、側方流体供給方式の工具ホルダＢにおけるシャンク２１を装着するためのホルダ装着孔５を備えさせている。
さらに上記フレームに対しては、上記スピンドルのホルダ装着孔の側方位置に、給液用の台を備えさせ、その給液用の台の先端部には、上記側方流体供給方式の工具ホルダにおける受流体筒を嵌着するための嵌合穴を備えさせている。なお上記嵌合穴には、流体供給手段に連なる流体通過用の孔を備えさせている。

運転に際しては、上記ホルダ装着孔５に対しては上記工具ホルダＢにおけるシャンク21を装着すると共に、上記給液用の台の嵌合穴に対しても上記受流体筒の先端を嵌合させる。
次に上記スピンドルを回転させることによって上記工具ホルダＢの主体部20を回転させる。
一方、上記流体通過用の孔から流体（例えば冷却用ミスト）を噴出させ、上記工具ホルダにおける受流体筒の中空部に設けた流体室と、工具ホルダＢの主体部20に設けられている流体通路を経由して上記工具ホルダＢの主体部20の先端に装着する工具（刃具）に向けて、上記流体供給手段からの流体（例えば空気と冷却用油性分とを混合してなるミスト）を供給するようにしている。

上記構成の工作機械は、工具ホルダを高速回転させる場合においても、工具ホルダの刃具に対して供給する流体は工具ホルダにおける主体部の側方から供給するため、即ち、流体（例えば冷却用ミスト）を工具ホルダの比較的先端に近い位置から供給できるため、上記冷却用ミストは高速回転時の遠心力の悪影響を受けること少なく供給できる利点がある。

特開２００５−３４９６４

この従来の工作機械では、上記給液用の台から離れた位置にある流体供給手段において適正に混合された冷却用ミストを造り、周知のパイプを経由してそのミストを上記給液用の台に供給するようにしている。しかし、スピンドルに対する工具ホルダの取り換えが頻繁であったり、工具（刃具）による切削の微妙な変化の度合いが激しくなると、それら作業の変化に対して冷却用ミストの供給のタイミング、或いは冷却用ミストの成分比率の変化が対応できなくる問題点が生じ、応答性の鋭敏化が求められている。

本件出願の目的は、スピンドルに対する工具ホルダの取り換えが頻繁である等、冷却液の敏感な応答性が求められる場合においても対応することのできる工作機械を提供しようとするものである。
他の目的は、位置決めブロックが汚れた場合は、流体混合室から空気を噴出させて位置決めブロックを綺麗にすることのできる工作機械を提供しようとするものである。
他の目的は、流体混合室の保守点検が容易になる工作機械を提供しようとするものである。
他の目的及び利点は図面及びそれに関連した以下の説明により容易に明らかになるであろう。

本発明における工作機械は、フレーム２の内側には回転自在にスピンドル３を備えさせ、そのスピンドル３の先端部には、側方流体供給方式の工具ホルダＢにおけるシャンク２１を装着するためのホルダ装着孔５を備えさせ、
さらに上記フレーム２に対しては、上記スピンドル３のホルダ装着孔５の側方位置に、位置決めブロックDを備えさせ、その位置決めブロックDの先端部には、上記側方流体供給方式の工具ホルダＢにおける位置決めピン31を嵌着するための嵌合穴10を備えさせ、
上記嵌合穴10には、流体供給手段Fに連なる流体吹出口11を備えさせ、
上記ホルダ装着孔５に対して上記工具ホルダＢにおけるシャンク21を装着すると共に、上記位置決めブロックDの嵌合穴10に対しても上記位置決めピン31の先端を嵌合させ、
上記スピンドル３を回転させることによって上記工具ホルダＢの主体部20を回転させ、
一方、上記流体吹出口11から上記位置決めピン31の中空部に設けた流通路38と、工具ホルダＢの主体部20に設けられている流体通路24を経由して上記工具ホルダＢの主体部20の先端に装着する工具Cに向けて、上記流体供給手段Fからの流体を供給するようにしている工作機械Aにおいて、
上記位置決めブロックDには流体混合室13を備えさせ、そこには流体供給手段Fに夫々連なる第１流体路17と、第１流体路17とは別の第２流体路18 を連通させ、
上記第１流体路17には空気流を、上記第２流体路18には空気流とは異なる流体を供給して流体混合室13に備えさせたミスト混合手段Eで両者を混合し、混合された流体を上記流体吹出口11から嵌合穴10に吹きだすことにより、上記位置決めピン31の流通路38に向けて上記混合された流体を流通させて、上記工具Cに向けて混合された流体を供給するようにしたものである。

以上のように本発明は、位置決めブロックDに流体混合室13を備えさせ、そこには上記流体供給手段Fに連なる第１流体路17と、第１流体路17とは別の第２流体路18 を連通させ、上記第１流体路17には空気流を、上記第２流体路18には空気流とは異なる流体を供給して、工具ホルダＢにおける位置決めピン31に最も近い位置において両者を混合し、混合された流体を上記流体吹出口11から嵌合穴10に向けて吹きだすことりより、上記位置決めピン31の流通路38に向けて上記混合された流体を直接流通させ、上記工具Cに向けて混合された流体を供給するものであるから、
スピンドルに対する工具ホルダの取り換えが頻繁であったり、工具（刃具）による切削の微妙な変化の度合いが激しくなっても、それに対応して応答性素早く、適正な性質の冷却用ミストを混合して供給できる効果がある。

さらに流体混合室13に対しては、ミストを直接供給するものではなく、流体供給手段Fに連なる第１流体路17と、第１流体路17とは別の第２流体路18 とを位置決めブロックDに連通させることにより、工具ホルダＢにおける位置決めピン31に最も近い位置において両者を混合し、吹きだすものであるから、側方流体供給方式の工具ホルダＢを利用しないで、他の形式の工具ホルダを利用することによって位置決めブロックDの開口部に切削屑が付着した場合でも、空気流専用の第１流体路のみを利用して、汚染されていない空気流、即ち、純粋の空気流を噴出させることにより、位置決めブロックDの開口部を清浄化することのできる効果がある。

更に位置決めブロックDが着脱自在である場合は、流体混合室13内のミスト混合手段Eの保守点検は極めて容易となる効果もある。

以下本願の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３において、Ａはマシニングセンタ等とも称せられ、広く知られている工作機械の存在を示す。これにおいて、２は主軸頭とも称せられるフレームで、この固定されているフレーム２の内側には回転自在に主軸とも称せられるスピンドル３を備えさせている。４は軸受を示す。スピンドル３の先端部3aには、側方流体供給方式の工具ホルダＢにおけるシャンク２１を装着するためのホルダ装着孔５を備えさせている。この装着孔５は、周知のように色々な規格のシャンクに対応させる為、任意選択される規格寸法のテーパ状（勾配）に形成する。６はスピンドル３と主体部20の一体回動を可能にするための係合爪を示す。７は中空部を示し、ここには通常プルスタッド21aの引き込みを可能にする周知の引具が存在する。また必要に応じては、図示外の冷却用流体供給手段から周知のように中空部７に設ける流体流通孔を通して冷却用流体を主体部20の先端に装着される工具に向けて送るようにする場合がある。

次に上記フレーム２に対しては、図１に示されるようにスピンドル３のホルダ装着孔５の側方位置に、位置決めブロックDを備えさせ、その位置決めブロックDの先端部8aには、上記側方流体供給方式の工具ホルダＢにおける位置決めピン31を嵌着するための嵌合穴10を備えさせ、上記嵌合穴10には、流体供給手段Fに連なる流体吹出口11を備えさせてある。
上記位置決めブロックDにおいて、８はフレーム２の先端に備えさせる装着面2aに対して、元部９を任意の固着手段（例えばボルトを用いて装着面2aの側に設けられる雌ねじ孔に螺合させる装着手段）によって、着脱自在で、かつ、密着状態で装着した筒状の位置決め枠体、10はその先端部に設けた嵌合穴で、位置決めピン31の先端の形状に対応させ、水密的に密着可能な形状に構成してある。

次に工具ホルダＢについて説明する。
側方流体供給方式（当分野では、サイドスルー又はサイドスルーＭＱＬ方式とも称されて、広く知られている）の工具ホルダＢは、市場において各種の形式のものが広く知られており、例えば図１に示されるようにスピンドル３によって回転される主体部20と、ベアリング４１を介して主体部20の中間部（中間位置より図示のように前寄りの位置）を回転可能に支持するケース40と、フレーム２の位置決めブロックDの嵌合穴10に嵌合され、かつケース40に連結されている位置決めピン31とを備える。
上記ケース40には、前記工作機械Aの流体吹出口11から位置決めピン31の流通路38が受け取る流体を、主体部20の流体受入孔58に送る為に前記ケースの内側に設けた流体送出口42を備える。具体的には、工作機械Ａの流体吹出口11から受け取った流体を、ケース40に向けて送るための受流体伝送手段30（符号38,46の流路を含む）と、受流体伝送手段30とケース40における上記流体送出口42とを連結する受流体用の部材と、ケース40と主体部20との間に設けられ、受流体伝送手段30から供給される流体に対するシール機構とが備えられる。

次に主体部20について説明する。主体部20の後部には、工作機械本体Ａのスピンドル３におけるホルダ装着孔５に対する装着部２１として、嵌合可能にしたテーパ形状の突子（シャンク）２１を備える。
前部には、周知の任意構成による工具装着部２５が設けられている。この工具装着部２５には周知のように任意の工具が着脱自在に装着でき、しかも工具の先端又は工具の周辺から流体を噴出可能な構成にしてある。
工具装着部25としては、例えば流体路43を備えるもので、工具Ｃの装着を可能にした受具25aを備えた工具装着孔が設けられている。
主体部20の中間部においては、図示しない周知のマニュピレータの爪が嵌合する溝22aを有するホルダ把持部材２２を備える。
さらに主体部20の中間部においては、工具装着部２５に装着される工具Cに向けて（工具Cの刃先、或いは刃先の周辺に向けて）流体を供給する為に、主軸の軸芯位置に備えさせる流体通路２４と、流体通路２４に対してケース40の側から流体を受け入れできるようにケース40の内周面に向けて開口させる流体受入孔58、23を備えている。

更に主体部20には、例えば上記ケース40の内周面側に対向する位置に対して、上記ケース40の内周面側と上記主体部の外周面側との間に、流体を環状に配置する為に環状の流路57を形成する。この環状の流路57は、図示のように静的に位置するケース40の内周面側を凹ませて形成しても、高速で回転する上記主体部20の外周面側を凹ませて形成してもこれらは相対的な構成であるから支障はない。
この環状流路57には、上記流体送出口42からの流体を、上記流体受入孔58に流入可能に上記流体送出口42と上記流体受入孔58とを夫々連通させる。

このように構成すると、静的に位置するケース40の内周面側の一つまたは複数の流体送出口42から噴出する流体は、環状流路に流入し、高速回転中の主体部20の周囲に位置する環状流路内を満たす。一方、高速回転中の主体部20にあっては一つまたは複数の流体受入孔58が高速で回転しているので環状流路内の流体を連続的に受け入れることができる。

次に、受流体伝送手段30は、位置決めブロックDの嵌合穴10に嵌合される位置決めピン31と、この位置決めピン31を軸方向摺動自在に保持すると共にケース40の側に固定される保持筒３２とから構成されている。
上記ケース40は、例えば図１に示す様に、図示左側部分にベアリング41,41を内嵌して主体部20を回転自在とする状態で一体化させてある。また広く知られているように中央より右側部分にシールケース３５を配し、そこにシール３６を抜き差し交換可能に備えさせてある。上記ケース40と、これの外周位置に固着してある保持筒３２との間には、流体道４６が介設されており、流通路３８からの流体を流体送出口42に流通可能にしてある。

上記位置決めブロックDには、図１〜図３に示されているように、嵌合穴10の後方に流体混合室13を備えさせ、そこには上記流体供給手段Fに連なる第１流体路17と、第１流体路17とは別の第２流体路18 とを連通させてある。さらに必要に応じては、第３流体路19（必要に応じては、第４、５流体路等、次々と複数〜多数追加しても良い）を連通させてある。なお10aは切り屑進入防止用の隔壁を示し、11は流体吹出口（ミスト噴出用の孔）を示す。
上記第１流体路17には周知の圧縮された空気流を、上記第２流体路18には空気流とは異なる流体（例えば周知の冷却用オイル）、上記第３流体路19には空気流とは異なる流体（例えば周知の冷却用の水）を供給して流体混合室13に備えさせた周知の構成からなるミスト混合手段Eで混合する。この混合は、任意の異なる流体２者、又は３者等（相互に異質な成分のもの、或いは同じ性質であれば成分比の異なるもの等）多数の種類を任意選択的に供給して混合し、混合された流体（単にミストとも称される）を上記流体吹出口11から嵌合穴10に向けて吹きだすことにより、図２から明らかに上記位置決めピン31の流通路38に向けて上記混合されたミスト状の流体を流通させて、上記工具Cに向けて混合された流体を供給するようにしてある。

尚上記流体としては、当分野において周知の流体を示し、例えば空気であり、切削油であり、水であり、気体状のミストと称される流体、或いはクーラント等と呼ばれる流体状のものがあり、本件明細書中においてはそれらの個々を簡便のため包括的に流体と称する。

次に、流体混合室13に備えさせたミスト混合手段Eは周知の構成であればよく、例えば中間部を図示の如く膨出させたノズル部材14でもって、小さなノズル孔１５を形成し、第１流体路17からノズル孔１５に高圧の空気を吹き込むことにより、直角状態で側方にある第２流体路18、又は第３流体路19、或いは両方から夫々流体が出て霧状になり、ミスト状の流体として嵌合穴10方向に向かうようにしても良い。

次に上記構成のものの使用方法及び使用状態を説明する。
上記構成の側方流体供給方式の工具ホルダＢは、マガジン内に収納されている状態では係止片３７が嵌合凹部２６に嵌合して主体部20の回転が阻止されている。上記工具ホルダＢを工作機本体Ａに装着する場合には、主体部20の突子２１をスピンドル３の装着孔５に向け、図1に示される状態から、左方向に向けて（軸線方向）に挿入し、周知の如く、引具を用いて装着孔５の内面と突子２１の外周面とを密着させる状態で連結する。
すると受流体伝送手段30の位置決めピン31は位置決めブロックDの嵌合穴10に図２に示されているように当接嵌合し、同時に保持筒３２の内部に向けて押し動かされ、その結果、係止片３７が嵌合凹部２６からはずれ、主体部20の回転が自在の状態となる。

上記装着状態においてスピンドル３が回転すると主体部20が一体に回転し、工具Ｃも一体に回転して周知の切削加工がなされる。主体部20の回転数は、一般的には１分当たり例えば１００００近辺であり、さらには２００００回転に向けたもの、更にはそれ以上に向けたものもある。

上記の過程においては、流体供給手段Fとして例えば比較的離れた位置に備えられるコンプレッサーなどの空気圧縮装置F1は、パイプ17aを経由し、かつ、図示外の流量制御用のバルブを経由し、第１流体路17に接続されていることにより、圧縮装置F1によって作られる高圧空気は、ノズル孔15を経由して位置決めピン31の方向に噴出できる。
また、流体供給手段Fとして例えば比較的離れた位置に備えられる冷却用オイル供給装置F2は、パイプ18aを経由し、かつ、流量制御用のバルブ18bを経由し、第２流体路18に接続されることにより、オイル供給装置F2によって作られる高圧のオイル（流体）は、ノズル孔15において霧状にされて、ミストとなり、空気流と共に位置決めピン31の方向に噴出する。
さらに、流体供給手段Fとして例えば比較的離れた位置に備えられる冷却用水供給装置F3は、パイプ19aを経由し、かつ、流量制御用のバルブ19bを経由し、第３流体路19に接続されることにより、水供給装置F3によって作られる高圧の水（流体）は、図示のノズル孔15において霧状にされて、ミストとなり、空気流と共に位置決めピン31の方向に噴出する。
尚上記構成においては、パイプ17a内の空気流、パイプ18a内のオイル流、パイプ19a内の水流等は、夫々単独で流したり、二者、三者選択的に混合して流すことにより任意濃度（切削の要求に対応する種類）のミストを作ることができる。

次に、前述した位置決めブロックDの流体吹出口11を通して送られてくる流体は、位置決めピン31の流通路38に流入し、前述の通り、流通路38、流体道46等を通ってシールケース35の内側、ケース40の内側に至り、さらに、ケース40の流体送出口42からの流体は、環状流路57，流体受入孔58，流体通過路２３，流体通路２４，流体孔４３を経由して工具Cに向けて流通し、工具Cの刃先４５の周辺、或いは工具の流体路４４を通過して刃先から勢いよく噴射する。この流体によって、切削作業中の工具Ｃの潤滑乃至は冷却が行われる。

上記構成にあっては、図１からも明らかなように、ミストを作るための流体混合室13は、工具ホルダＢにおける位置決めピン31を嵌着するための嵌合穴10を備えさせた位置決めブロックDに備えさせたものであるから、工具ホルダＢをスピンドル３に対して装着した直後、直ちに図２の状態でもって工具Cに向けて最短距離で育成したミストを送ることが出来る利点がある。
繰り返すと、ミスト混合装置を位置決めブロック内に配置し、ミスト混合部とツールホルダに供給するプランジャーピンとの距離を最短とし、ミスト混合装置の起動から刃先へ潤滑剤が到達するまでの時間を短くすることができる。
さらに、流体を工具ホルダの比較的先端に近い位置から供給できるため、上記冷却用ミストは搬送時のミストのロスを少なくし、高速回転時のミストの刃先への吐出ロスを少なく供給できる利点がある。
また、工具Cを用いての切削中においては切削状況に対応して適切な内容のミストを位置決めブロックDの場所から応答性素早く届けることのできる利点もある。

さらに、側方流体供給方式でなく（位置決めピン31を備えていない）工具ホルダをスピンドル３に対して装着して使用することにより、切り屑が嵌合孔10に付着したり、ノズル孔15に付着した場合でも、圧縮装置F1によって作られる高圧空気を、単独で、混合成分のない第１流体路17を通し、そのきれいな空気を直接、流体吹出口11から外気に向けて噴出させることのできる特長がある。
このことは、きれいな空気流（油分を含むことのない清浄な空気流）によって嵌合孔10の清掃を行うことができ、しかも極めて迅速にできるので、工具ホルダＢの取り換え時間を短縮する上に著しい効果がある。
特に、空気流により位置決めブロック内に入り込んだ切粉等を排除することにより、工具ホルダ内に切粉等が侵入し、ミストの流れを妨げることを防止する。
また、プランジャーピン装着時に位置決めブロックとプランジャーピンの間で切粉等を噛み込むことが防止され、噛み込みによる位置決めブロックとプランジャーピン間からのミスト漏れを防止する効果もある。

さらに図１からも明らかなように、ミストを作るための流体混合室13は、工具ホルダＢにおける位置決めピン31を嵌着するための嵌合穴10を備える位置決めブロックDに対して備えさせたものであるから、ノズル孔15が詰まった場合でも、図３に示すように、着脱自在の枠体８を、密着部９においてフレーム２から外すことにより、ノズル孔15の清掃を前後から迅速簡便に行うことができる利点がある。

スピンドル３に対して、側方流体供給方式の工具ホルダＢを装着する寸前の状態を説明するための断面図。 位置決めブロックDに対して位置決めピン31を結合させた状態を示す部分断面図。 フレーム２から流体混合室13を外した状態を示す部分断面図。

符号の説明

工作機械・・・A、工具ホルダ・・・Ｂ、工具・・・C、位置決めブロック・・・D、ミスト混合手段・・・E、流体供給手段・・・F、フレーム・・・２、スピンドル・・・３、ホルダ装着孔・・・５、嵌合穴・・・10、流体吹出口・・・11 、 流体混合室・・・13、第１流体路・・・17、主体部・・・20、シャンク・・・２１、流体通路・・・24、 位置決めピン・・・31、 流通路・・・38。

Claims (3)

1. フレームの内側には回転自在にスピンドルを備えさせ、そのスピンドルの先端部には、側方流体供給方式の工具ホルダにおけるシャンクを装着するためのホルダ装着孔を備えさせ、
   さらに上記フレームに対しては、上記スピンドルのホルダ装着孔の側方位置に、位置決めブロックを備えさせ、その位置決めブロックの先端部には、上記側方流体供給方式の工具ホルダにおける位置決めピンを嵌着するための嵌合穴を備えさせ、
   上記嵌合穴には、流体供給手段に連なる流体吹出口を備えさせ、
   上記ホルダ装着孔に対して上記工具ホルダにおけるシャンクを装着すると共に、上記位置決めブロックの嵌合穴に対しても上記位置決めピンの先端を嵌合させ、
   上記スピンドルを回転させることによって上記工具ホルダの主体部を回転させ、
   一方、上記流体吹出口から上記位置決めピンの中空部に設けた流通路と、工具ホルダの主体部に設けられている流体通路を経由して上記工具ホルダの主体部の先端に装着する工具に向けて、上記流体供給手段からの流体を供給するようにしている工作機械において、
   上記位置決めブロックには流体混合室を備えさせ、そこには流体供給手段に夫々連なる第１流体路と、第１流体路とは別の第２流体路を連通させ、
   上記第１流体路には空気流を、上記第２流体路には空気流とは異なる流体を供給して流体混合室に備えさせたミスト混合手段で両者を混合し、混合された流体を上記流体吹出口から嵌合穴に吹きだすことにより、上記位置決めピンの流通路に向けて上記混合された流体を流通させて、上記工具に向けて混合された流体を供給するようにしていることを特徴とする工作機械。
2. 上記位置決めブロックに備えさせる流体混合室には、流体供給手段に夫々連なる第１流体路と、少なくとも第１流体路とは別の第２、第３の複数の流体路を夫々連通させ、
   上記複数の流体路には、夫々性質の異なる流体を供給して、流体混合室に備えさせたミスト混合手段で上記性質の異なる複数の流体を混合し、混合された流体を上記流体吹出口から嵌合穴に吹きだすことにより、上記位置決めピンの流通路に向けて上記混合された流体を流通させて、上記工具に向けて混合された流体を供給するようにしていることを特徴とする請求項１記載の工作機械。
3. フレームの内側には回転自在にスピンドルを備えさせ、そのスピンドルの先端部には、側方流体供給方式の工具ホルダにおけるシャンクを装着するためのホルダ装着孔を備えさせ、
   さらに上記フレームに対しては、上記スピンドルのホルダ装着孔の側方位置に、位置決めブロックを備えさせ、その位置決めブロックの先端部には、上記側方流体供給方式の工具ホルダにおける位置決めピンを嵌着するための嵌合穴を備えさせ、
   上記嵌合穴には、流体供給手段に連なる流体吹出口を備えさせ、
   上記ホルダ装着孔に対して上記工具ホルダにおけるシャンクを装着すると共に、上記位置決めブロックの嵌合穴に対しても上記位置決めピンの先端を嵌合させ、
   上記スピンドルを回転させることによって上記工具ホルダの主体部を回転させ、
   一方、上記流体吹出口から上記位置決めピンの中空部に設けた流通路と、工具ホルダの主体部に設けられている流体通路を経由して上記工具ホルダの主体部の先端に装着する工具に向けて、上記流体供給手段からの流体を供給するようにしている工作機械において、
   上記位置決めブロックには流体混合室を備えさせ、そこには流体供給手段に夫々連なる第１流体路と、第１流体路とは別の第２流体路を連通させ、
   上記第１流体路には空気流を、上記第２流体路には空気流とは異なる流体を供給して流体混合室に備えさせたミスト混合手段で両者を混合し、混合された流体を上記流体吹出口から嵌合穴に吹きだしうるように構成しておき、
   上記位置決めブロックの嵌合穴に対して上記位置決めピンの先端を嵌合させるに先立って、嵌合穴の清掃が必要な場合は、上記第１流体路を通して空気流のみを単独で上記流体吹出口から嵌合穴に吹きだし、その空気流によって嵌合穴を清掃することを特徴とする工作機械における位置決めブロックの嵌合穴の清掃方法。

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