JP4996104B2 - 工作機械用加工ヘッドおよび工作機械 - Google Patents

Description

この発明は、工作機械用加工ヘッドおよび工作機械に関し、特に、クーラント等の媒体の流路の開閉、切り換えを要する工作機械用加工ヘッドおよび工作機械に関するものである。

工作機械の加工ヘッドに設けられている主軸の近傍には、工具アンクランプ油圧、主軸テーパ清掃エア、クーラント（切削剤）など、様々な媒体が使用されている。

なかでも、クーラントは、用途によって水平外部クーラント、垂直外部クーラント、スルーツールクーラント、スルースピンドルクーラント等、種類が多い。これらは、供給されるクーラント圧力、クーラント流量によっては、全てを同時に使用することができない場合がある。特に、外部クーラントとスルークーラントとでは、前者が大流量、後者が高圧力を必要とすることから、同一クーラント源を使用する場合には、一方のクーラントを使用する場合、他方のクーラントを閉じておくことが必要である。

このため、クーラント源からクーラント吐出口へ至るクーラント流路の途中に、切換弁（開閉弁）を設けることになる。

切換弁をクーラント源から工作機械の主軸頭あるいはラム上部に至るまでの部位に設けると、スペースは十分であるが、切換弁からクーラント吐出口へ至るクーラント流路の経路となるラム内部の通管スペースに、かなりの制約を受けることになり、十分なサイズのパイプ、ホースを通すことができない場合も生じる。

これに対し、主軸周りに切換弁を設けると、ラム内部の通管スペースの問題を生じないが、切換弁の切換作動させるための電流や流体圧の供給のために、主軸周りに配線、配管を行う必要が生じる。このため、主軸周りに多くの出っ張り物ができ、中小型機械の場合には、主軸のワークへの近接性が悪くなる。

この発明が解決しようとする課題は、クーラント等の切り換えにおいて、ラム内部の通管スペースの問題を生じることがなく、主軸周りに多くの出っ張り物ができることがなく、中小型機械の場合でも、主軸のワークへの近接性が悪くなることがようにすることである。

この発明による工作機械用加工ヘッドは、クーラント等の媒体を供給される工作機械用加工ヘッドであって、当該工作機械用加工ヘッドにおける前記媒体の流路の開閉を行う媒体流路開閉弁を具備し、前記媒体流路開閉弁は、第１スプール弁により構成されており、前記第１スプール弁は、前記工作機械用加工ヘッドの外部より押圧可能な第１押圧ピンを有するとともに、前記第１押圧ピンの側とは反対の側に第１リセット用流体圧室を有し、前記第１押圧ピンを当該工作機械用加工ヘッドの外部より押されることにより開閉作動するように構成され、前記第１リセット用流体圧室に圧力流体が供給されることにより、前記第１押圧ピンによる開閉作動とは逆の開閉作動を行うように構成されており、当該工作機械用加工ヘッドには、前記第１リセット用流体圧室に圧力流体を供給する流路を開閉するリセット用流路開閉弁が取り付けられており、前記リセット用流路開閉弁は、第２スプール弁により構成されており、前記第２スプール弁は、当該工作機械用加工ヘッドの外部より押圧可能な第２押圧ピンを有し、前記第２押圧ピンを当該工作機械用加工ヘッドの外部より押されることにより開閉作動するように構成されている。

この発明による工作機械は、上述の発明による工作機械用加工ヘッドを取り付けられる工作機械であって、当該工作機械が備えている制御軸による前記工作機械用加工ヘッドの軸移動によって前記第１押圧ピンおよび前記第２押圧ピンを押圧する操作ピンが取り付けられている。

また、この発明による工作機械は、上述の発明による工作機械用加工ヘッドを取り付けられる工作機械であって、当該工作機械に進退移動可能に設けられ、前記第１押圧ピンおよび前記第２押圧ピンを押圧する操作ピンと、前記操作ピンを進退駆動する進退駆動手段とを有する。

この発明による工作機械用加工ヘッドは、媒体流路開閉弁を取り付けられ、第１押圧ピンが工作機械用加工ヘッドの外部より押されることにより、媒体流路開閉弁が開閉作動する。工作機械には操作ピンが設けられていて、工作機械が備えている制御軸による工作機械用加工ヘッドの軸移動によって第１押圧ピンが操作ピンによって押圧されることにより、媒体流路開閉弁が開閉作動する。

これにより、媒体流路開閉弁に対する電流や流体圧の供給の配線、配管を主軸周りに行う必要がなく、媒体流路開閉弁を工作機械用加工ヘッドに埋め込み装着することも可能になり、クーラント等の切り換えにおいて、ラム内部の通管スペースの問題を生じることも、主軸周りに多くの出っ張り物ができることもなく、中小型機械の場合でも、主軸のワークへの近接性が悪くなることがない。

この発明による工作機械用加工ヘッドおよび工作機械の一つの実施形態を、図１、図２を参照して説明する。

この実施形態の工作機械は、門形工作機械であり、図１に示されているように、ベット１と、ベット１上にＸ軸方向に移動可能に設けられたワークテーブル３と、ベッド１の左右に固定配置された左右のコラム５、７と、コラム５、７の上端部を互いに接続するブレース９と、コラム５、７間に掛け渡されて上下動（Ｗ軸方向の移動）可能な横けた部材（クロスレール）１１と、横けた部材１１にＹ軸方向に移動可能に設けられた主軸頭（サドル）１３と、主軸頭１３に上下動（Ｚ軸方向の移動）可能に設けられたラム１５を有し、ラム１５の下端部に工作機械用加工ヘッドである５面加工ヘッド１７が取り付けられている。

この門形工作機械は、サーボモータ駆動の制御軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｗ軸の４個の制御軸を有し、図示されていない数値制御装置によって、各制御軸の動きを制御（位置制御）される。

５面加工ヘッド１７は、垂直主軸１９と水平主軸２１とを有し、最低９０度の割り出し回転角度をもってラム１５に固定される。５面加工ヘッド１７には、外部クーラントノズルとして、水平ノズル２３と、垂直ノズル２５とが取り付けられている。

５面加工ヘッド１７には外部操作弁ユニット３１が取り付けられている。外部操作弁ユニット３１は、図２に示されているように、一つの弁ハウジング（ブロック）３３に、媒体流路開閉弁として、二つのスプール弁（第１スプール弁）３５、３７と、リセット用流路開閉弁をなすスプール弁（第２スプール弁）３９とを互いに平行配置されている。弁ハウジング３３には、媒体流路として、クーラント流路４１、４３、４５、４７が形成されている。

クーラント流路４１、４５は、ともに図示されていない同一のクーラント源に連通接続され、クーラント流路４３は水平ノズル２３に、クーラント流路４７は垂直ノズル２５に各々連通接続されている。

スプール弁３５は、クーラント流路４１と４３との連通遮断（媒体流路の開閉）を行うものであり、図示の左側位置では、クーラント流路４１と４３との連通を遮断し、図示の左側位置より右方へ移動した右側位置では、クーラント流路４１と４３との連通を確立する。

スプール弁３７は、クーラント流路４５と４７との連通遮断（媒体流路の開閉）を行うものであり、図示の左側位置では、クーラント流路４５と４７との連通を遮断し、図示の左側位置より右方へ移動した右側位置では、クーラント流路４５と４７との連通を確立する。

スプール弁３５、３７には、各々、Ｏリング４９、５１が取り付けられており、スプール弁３５、３７は、各々、Ｏリング４９、５１の摩擦抵抗によって、上述の左側位置あるいは右側位置を維持する。

スプール弁３５、３７は、各々、左端に押圧ピン（第１押圧ピン）５３、５５を一体に有する。押圧ピン５３、５５は、弁ハウジング３３に形成された開放孔５７、５９内にあり、開放孔５７、５９が弁ハウジング３３の外側面３３Ａより外方に開口していることにより、弁ハウジング３３の外部、ついては５面加工ヘッド１７の外部より押圧可能になっている。

弁ハウジング３３は、外側面３３Ａが外部に露呈するよう、５面加工ヘッド１７に埋め込まれ、出っ張り物にならないように、装着位置を考慮されている。

弁ハウジング３３は、スプール弁３５、３７の各々について、押圧ピン５３、５５の側とは反対の側に、弁ハウジング３３に取り付けられたプラグ６１、６３と共働してリセット用流体圧室（第１リセット用流体圧室）６５、６７を画定している。

スプール弁３５は、押圧ピン５３を外部より右側に押されることにより、右側位置に移動してクーラント流路４１と４３との連通を確立し、リセット用流体圧室６５に圧力流体（中〜高圧媒体）が供給されることにより、押圧ピン５３による開閉作動とは逆の開閉作動、つまり、左側位置に移動してクーラント流路４１と４３との連通を遮断する。

スプール弁３７は、押圧ピン５５を外部より右側に押されることにより、右側位置に位置してクーラント流路４５と４７との連通を確立し、リセット用流体圧室６７に圧力流体（中〜高圧媒体）が供給されることにより、押圧ピン５５による開閉作動とは逆の開閉作動、つまり、左側位置に移動してクーラント流路４５と４７との連通を遮断する。

弁ハウジング３３には、圧力流体入口６９、圧力流体流路７１、７３、７５が形成されている。スプール弁３９は、圧力流体入口６９と圧力流体流路７１との連通遮断（圧力流体流路の開閉）を行うものであり、図示の左側位置では、圧力流体入口６９と圧力流体流路７１との連通を遮断し、図示の左側位置より右方へ移動した右側位置では、圧力流体入口６９と圧力流体流路７１との連通を確立する。

弁ハウジング３３にはばね室７７が形成され、弁ハウジング３３に取り付けられたプラグ７９とスプール弁３９との間には圧縮コイルばねによる弁閉ばね８１が設けられている。スプール弁３９は、弁閉ばね８１のばね力によって左側位置へ付勢されている。

スプール弁３９は、左端に押圧ピン（第２押圧ピン）８３を一体に有する。押圧ピン８３は、弁ハウジング３３に形成された開放孔８５内にあり、開放孔８５が弁ハウジング３３の外側面３３Ａより外方に開口していることにより、弁ハウジング３３の外部、ついては５面加工ヘッド１７の外部より押圧可能になっている。

スプール弁３９は、押圧ピン８３を外部より右側に押されることにより、弁閉ばね８１のばね力に抗して右側位置に移動し、圧力流体入口６９と圧力流体流路７１との連通を確立する。圧力流体入口６９と圧力流体流路７１との連通が確立した状態では、圧力流体が、圧力流体入口６９より、圧力流体流路７１、リセット用流体圧室６５、圧力流体流路７３、リセット用流体圧室６７に順に流れ、圧力流体流路７５より排出される。これにより、スプール弁３９が右側位置に位置すると、スプール弁３５、３７に圧力流体が作用し、スプール弁３５、３７が、ともに左側位置に移動する。これをリセット動作と云う。

門形工作機械の固定側部材、この実施形態では、図１に示されているように、左側のコラム５にブラケット９１によって操作ピン９３が固定装着されている。操作ピン９３は、水平配置で、弁ハウジング３３の外側面３３Ａに対向している。操作ピン９３は、門形工作機械が備えている制御軸による５面加工ヘッド１７の軸移動によって５面加工ヘッド１７が操作ピン９３の側に接近することにより、押圧ピン５３、５５、８３を選択的に押圧する。

この実施形態では、押圧ピン５３、５５、８３は縦一列で、操作ピン９３の配置位置は、Ｘ軸方向において押圧ピン５３、５５、８３のＸ軸方向の配置位置と一致している。ラム１５のＺ軸移動あるいは横けた部材１１のＷ軸移動によって、押圧ピン５３、５５、８３の高さ方向位置（ピン選択位置）を操作ピン９３の高さ方向位置に一致させることができる。操作ピン９３による押圧ピン５３、５５、８３の押し込みは、主軸頭１３のＹ軸移動により行われる。

たとえば、図２に示されている状態（垂直ノズル２５が選択使用されている状態）より、水平ノズル２３を選択使用する状態に変更する場合には、まず、押圧ピン８３の高さ方向位置が操作ピン９３の高さ方向位置に一致するように、ラム１５のＺ軸移動あるいは横けた部材１１のＷ軸移動を行い、そして、主軸頭１３をＹ軸移動（左方向移動）させる。この軸移動により、押圧ピン８３が操作ピン９３によって押圧される。

これにより、スプール弁３９が弁閉ばね８１のばね力に抗して右側位置に移動し、圧力流体入口６９と圧力流体流路７１との連通が確立され、圧力流体が圧力流体入口６９より、圧力流体流路７１、リセット用流体圧室６５、圧力流体流路７３、リセット用流体圧室６７に順に流れ、スプール弁３５、３７に圧力流体が作用し、スプール弁３７が左側位置に移動する。このリセット動作によってクーラント流路４５と４７との連通が遮断され、垂直ノズル２５がオフ状態になる。

つぎに、主軸頭１３をＹ軸移動（右方向移動）に少し移動させて押圧ピン８３と操作ピン９３とを離間させ。これにより、スプール弁３９は弁閉ばね８１のばね力によって元の左側位置に戻り、圧力流体入口６９と圧力流体流路７１との連通が遮断され、リセット用流体圧室６５、６７の圧力流体による圧力が消滅する。

つぎに、押圧ピン５３の高さ方向位置が操作ピン９３の高さ方向位置に一致するように、ラム１５のＺ軸移動あるいは横けた部材１１のＷ軸移動を行い、そして、主軸頭１３をＹ軸移動（左方向移動）させる。この軸移動により、押圧ピン５３が操作ピン９３によって押圧される。これにより、スプール弁３５が右側位置に移動し、クーラント流路４１と４３との連通が確立する。これにより、水平ノズル２３がオン状態になる。

これにより、媒体流路開閉を行うスプール弁３５、３７に対する電流や流体圧の供給の配線、配管を主軸周りに行う必要がなく、媒体流路開閉弁を工作機械用加工ヘッドに埋め込み装着することも可能になり、クーラント等の切り換えにおいて、ラム内部の通管スペースの問題を生じることも、主軸周りに多くの出っ張り物ができることもなく、中小型機械の場合でも、垂直主軸１９、水平主軸２１のワークへの近接性が悪くなることがない。

上述の実施形態では、スプール弁３５、３７を元の位置（弁閉位置）に戻すリセット動作を、リセット用のスプール弁３９によるリセット用流体圧室６５、６７に対する圧力流体の供給によって行ったが、この発明による工作機械用加工ヘッドは、これに限定される物ではなく、押圧ピンを２度押すと、元に戻るメカニズムによるものや、押圧ピンの側とは反対の側に工作機械用加工ヘッドの外部より押圧可能なリセット用押圧ピンを設け、当該リセット用押圧ピンが工作機械用加工ヘッドの外部より操作ピンによって押されることにより、押圧ピンによる開閉作動とは逆の開閉作動、つまり、リセット動作するように構成することもできる。

リセット用押圧ピンによってリセット動作する実施形態を、図３を参照して説明する。なお、図３において、図２に対応する部分は、図２に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態では、スプール弁３９は、右端にリセット用押圧ピン８７を一体に有する。リセット用押圧ピン８７は、弁ハウジング３３に取り付けられたカバー部材９５に形成された開放孔９７内にあり、開放孔９７がカバー部材９５の先端面９５Ａより外方に開口していることにより、弁ハウジング３３の外部、ついては５面加工ヘッド１７の外部より押圧可能になっている。

リセット用押圧ピン８７が図３で見て左側に押されると、スプール弁３９は左側位置（弁閉位置）に移動する。リセット用押圧ピン８７の外部よりの押圧は、５面加工ヘッド１７を１８０度割り出し回転させてリセット用押圧ピン８７を操作ピン９３に対向させ、操作ピン９３により行うか、あるいは、図１に示されているように、右側のコラム７にリセット用操作ピン９９を設け、リセット用操作ピン９９により行うことができる。

上述の実施形態では、Ｙ軸移動によって、押圧ピン５３、５５、８３、リセット用押圧ピン８７を押圧するようになっているが、押圧ピン５３、５５、８３、リセット用押圧ピン８７を押圧する制御軸は、Ｙ軸に限られることはなく、操作ピン９９の配置位置に応じて、Ｘ軸、Ｚ軸、Ｗ軸等の制御軸を使用することもできる。

押圧ピン５３、５５、８３、リセット用押圧ピン８７の押圧は、固定配置の操作ピン９３に対する工作機械用加工ヘッド（５面加工ヘッド１７）の軸移動に限られることはなく、操作ピンをコラム等に進退移動可能に設け、この操作ピンを流体圧アクチェータや電磁アクチェータ等による進退駆動手段によって進退駆動することにより、停止状態での５面加工ヘッド１７の押圧ピン５３、５５、８３、リセット用押圧ピン８７を押圧してもよい。この場合、Ｘ軸のように、５面加工ヘッド１７が軸移動できない方向に、押圧ピン５３、５５、８３、リセット用押圧ピン８７が配置される場合にも対応できる。

この実施形態を、図４を参照して説明する。コラム５にアクチュエータハウジング１０１が固定装着されている。アクチュエータハウジング１０１にはシリンダボア１０２が形成されている。シリンダボア１０２にはピストン１０３が、軸線方向、例えば、Ｘ軸方向に移動可能に設けられている。ピストン１０３には操作ピン１０４が取り付けられている。操作ピン１０４はピストン１０３によってＸ軸方向に進退駆動される。

アクチュエータハウジング１０１とアクチュエータハウジング１０１に固定装着された蓋部材１０５は、ピストン１０３の両側にシリンダ室１０６、１０７を画定している。

ピストン１０３は、シリンダ室１０６に圧油を供給されることにより、図４で見て右方へ移動し、操作ピン１０４をアクチュエータハウジング１０１の孔１０８より外方へ突出させる。この前進移動によって押圧ピン５３、５５、８３、リセット用押圧ピン８７を押圧することができる。

これに対し、シリンダ室１０７に圧油を供給されることにより、ピストン１０３は、図４で見て左方へ移動し、操作ピン１０４をアクチュエータハウジング１０１の孔１０８内に後退させる。

シリンダ室１０６、１０７に対する圧油の給排は、電磁切換弁１１０により行われる。
つまり、電磁切換弁１１０の流路切換動作により、シリンダ室１０６のポート１１１とシリンダ室１０７のポート１１２が、油圧源１１３とドレン１１４に切換接続される。

本発明による工作機械用加工ヘッドにおける媒体供給先の切り換えは、水平ノズル２３と垂直ノズル２５との切り換えに限られることはなく、この発明による工作機械用加工ヘッドの媒体切り換えは、スルーツールクーラントとスルースピンドルクーラントとの切り換え、外部クーラントとスルークーラントとの切り換え、その他、油圧系の切り換え等にも適用できる。

この発明による工作機械用加工ヘッドおよび工作機械の一つの実施形態を示す構成図である。 この発明による工作機械用加工ヘッドの一つの実施形態の要部を示す拡大断面図である。 この発明による工作機械用加工ヘッドの他の実施形態の要部を示す拡大断面図である。 この発明による工作機械の一つの実施形態の要部を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ ベット
３ ワークテーブル
５、７ コラム
１１ 横けた部材
１３ 主軸頭
１５ ラム
１７ ５面加工ヘッド
１９ 垂直主軸
２１ 水平主軸
２３ 水平ノズル
２５ 垂直ノズル
３１ 外部操作弁ユニット
３３ 弁ハウジング
３５、３７ スプール弁（第１スプール弁）
３９ スプール弁（第２スプール弁）
４１、４３、４５ クーラント流路
４９、５１ Ｏリング
５３、５５ 押圧ピン（第１押圧ピン）
５７、５９ 開放孔
６１、６３ プラグ
６５、６７ リセット用流体圧室（第１リセット用流体圧室）
６９ 圧力流体入口
７１、７３、７５ 圧力流体流路
７７ ばね室
７９ プラグ
８１ 弁閉ばね
８３ 押圧ピン（第２押圧ピン）
８５ 開放孔
８７ リセット用押圧ピン
９１ ブラケット
９３ 操作ピン
９５ カバー部材
９７ 開放孔
９９ リセット用操作ピン
１０１ アクチュエータハウジング
１０２ シリンダボア
１０３ ピストン
１０４ 操作ピン
１０５ 蓋部材
１０６、１０７ シリンダ室
１０８ 孔
１１０ 電磁切換弁
１１１、１１２ ポート
１１３ 油圧源
１１４ ドレン

Claims (3)

1. クーラント等の媒体を供給される工作機械用加工ヘッドであって、
   当該工作機械用加工ヘッドにおける前記媒体の流路の開閉を行う媒体流路開閉弁を具備し、
   前記媒体流路開閉弁は、第１スプール弁により構成されており、
   前記第１スプール弁は、前記工作機械用加工ヘッドの外部より押圧可能な第１押圧ピンを有するとともに、前記第１押圧ピンの側とは反対の側に第１リセット用流体圧室を有し、前記第１押圧ピンを当該工作機械用加工ヘッドの外部より押されることにより開閉作動するように構成され、前記第１リセット用流体圧室に圧力流体が供給されることにより、前記第１押圧ピンによる開閉作動とは逆の開閉作動を行うように構成されており、
   当該工作機械用加工ヘッドには、前記第１リセット用流体圧室に圧力流体を供給する流路を開閉するリセット用流路開閉弁が取り付けられており、
   前記リセット用流路開閉弁は、第２スプール弁により構成されており、
   前記第２スプール弁は、当該工作機械用加工ヘッドの外部より押圧可能な第２押圧ピンを有し、前記第２押圧ピンを当該工作機械用加工ヘッドの外部より押されることにより開閉作動するように構成されている工作機械用加工ヘッド。
2. 請求項１に記載の工作機械用加工ヘッドを取り付けられる工作機械であって、
   当該工作機械が備えている制御軸による前記工作機械用加工ヘッドの軸移動によって前記第１押圧ピンおよび前記第２押圧ピンを押圧する操作ピンが取り付けられている工作機械。
3. 請求項１に記載の工作機械用加工ヘッドを取り付けられる工作機械であって、
   当該工作機械に進退移動可能に設けられ、前記第１押圧ピンおよび前記第２押圧ピンを押圧する操作ピンと、
   前記操作ピンを進退駆動する進退駆動手段と、
   を有する工作機械。