JP6437255B2

JP6437255B2 - 工作機械及びその工具ホルダ

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Publication number: JP6437255B2
Application number: JP2014189720A
Authority: JP
Inventors: 和美峯岸
Original assignee: MITSUISEIKI KOGYO KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: MITSUISEIKI KOGYO KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2018-12-12
Anticipated expiration: 2034-09-18
Also published as: JP2016059995A

Description

本発明は、工作機械及びその工具ホルダに関し、特に、クーラント供給機構を備えた工作機械及びその工具ホルダに関する。

従来、研削盤等の工作機械において、ワークを研削加工する際には、所定の経路を介して案内・供給したクーラント（研削液）を砥石による加工部位に向けて噴射するようにしている。特に、いわゆる内研として、円筒状のワーク等の内周穴に入る比較的小さな砥石を用いて、その内周のネシ゛等を研削する工作機械においては、工具ホルダ側或いはワーク支持台側の所定の箇所から伸長するクーラント供給路から伸長するクーラントノズルの先端を加工部位に向けて配置し、ノズルからクーラントを噴射するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、加工用工作機械において、主軸に配設される工具ホルダ等の軸心部を貫通して形成された供給孔を介して、工具の先端部にクーラントとして切削液を供給する、いわゆるセンタースルークーラントに関する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−１１２７４６号公報特開２００３−３３４７３８号公報

しかしながら、特許文献１記載の従来例は、例えば、円筒状のワークの外周面を研削する場合等には、比較的加工部位に精度よくクーラントを噴射することができるが、例えば、深穴のワークの内周面を研削する場合等には、砥石の位置に応じて加工部位が内周方向と上下方向の双方で移動していくため、的確に加工部位にクーラントを噴射し続けることは困難である。仮に、加工部位に適応するようにクーラントノズルの角度等をＮＣで制御しようとすれば、構造及び制御技術の複雑化は免れない。

また、特許文献２記載の従来例は、マシニングセンタ等によりワークを切削加工する場合に、センタースルー構造でクーラント（切削液）を工具の先端側の加工部位に供給することはできるが、円盤状の砥石によりワークを研削する場合等については、砥石がワークを削るポイントに精度よくクーラントを噴出するのは困難である。この場合、軸芯部から周面側に向う供給孔を砥石そのものに設けることも考えられるが、砥石の硬度の脆弱化等を招いてしまう。また、多孔質の砥石を使用して砥石の軸芯部から周面側にクーラントを滲出させる構成では、砥石の選択や用途等の制約を受けてしまう。

そこで、簡単な構成でありながら、ワークの内周面を砥石で研削する場合等に加工部位に的確にクーラントを噴射することが可能な技術の開発が望まれる。

本発明は上述のような事情から為されたものであり、その目的は、簡単な構成でありながら、ワークの内周面を砥石で研削する場合等に加工部位に的確にクーラントを噴射することが可能な技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の様相の工具ホルダは、回転軸と、前記回転軸に着脱自在に係合するとともに研削液の供給孔が形成された工具ホルダを備え、該工具ホルダに保持されつつ前記回転軸により回転される砥石によりワークの内周研削を行う工作機械において、前記工具ホルダは軸心部に形成された幹供給孔と、該幹供給孔から前記砥石の周面方向に向って斜めに分岐して形成された複数の分岐供給孔とを有し、該複数の分岐供給孔から前記砥石の周面方向に向けて前記研削液を噴出する工具ホルダであって、前記幹供給孔は、前記工具ホルダの軸心部に貫通孔を形成し、該貫通孔を該工具ホルダの先端側から砥石取付け部により封止することにより形成し、更に、当該砥石取付け部に前記砥石が取り付けられ、キャップ部により固定されることを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成でありながら、ワークの内周面を砥石で研削する場合等に加工部位に的確にクーラントを噴射することが可能な技術を提供することができる。

本発明が適用される研削装置の概略構成を示す図である。本発明が適用される研削装置の構成を示す機能ブロック図である。図１に示した研削装置におけるＡ軸の搖動制御を示す図である。図１に示した研削装置における研削液の経路を示す図である。本発明の実施形態に係る工具ホルダの概略構成を示す図であり、（ａ）は、そのホルダ本体、（ｂ）は、そのキャップ部、（ｃ）は、砥石、をそれぞれ示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明が適用される研削装置の概略構成を示す図、図２は、本発明が適用される研削装置の構成を示す機能ブロック図、図３は、図１に示した研削装置におけるＡ軸の搖動制御を示す図である。図１に示すように、本実施形態の研削装置１００は、図示しないベッドと、ベッド上に載置された加工ベース部１０４と、加工ベース部１０４に対して所定方向（Ｘ−Ｙ−Ｚ３軸方向）に移動可能な砥石軸ヘッド１０６と、砥石軸ヘッド１０６をＸ−Ｙ−Ｚ３軸方向に駆動するヘッド側Ｘ−Ｙ−Ｚ３軸駆動装置（図示しないコラムを含む）１０８と、研削装置１００の加工ベース部１０４上に設けられたワーク支持台１１０と、ドレッサー１１２を備えている。また、本実施形態の研削装置１００は、図２に示すように、Ｘ−Ｙ−Ｚ−Ａ−Ｃの各軸方向の駆動を司るモータドライバ２０１，２０２，２０３，２０４，２０５と、これらモータドライバ２０１，２０２，２０３，２０４，２０５をそれぞれ制御すると共に各軸の回転数、送り速度等を数値制御すると共にその補間機能を含むＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置２００を備えており、このＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置２００には、その数値制御のためのデータ（加工物の諸元）を、例えば対話形式で入力することが可能な加工プログラムが内蔵されている。

即ち、研削装置１００は、図２に示すように、Ｘ−Ｙ−Ｚの３軸方向と、Ａ及びＣの２（軸）方向から成る５（軸）方向の制御が可能であり、砥石軸ヘッド１０６をＸ−Ｙ−Ｚ軸方向にそれぞれ駆動するモータドライバ２０１，２０２，２０３とそれぞれのモータ２１１，２１２、２１３、加工ベース部１０４をＡ軸モータ２１４と軸受２１４Ａ、２１４Ｂを介してＡ軸方向に旋回駆動するモータドライバ２０４、チャック機構ＣＨを備えたワーク軸ＷＡＸをＣ軸方向に回転駆動するモータドライバ２０５、砥石軸１０７を回転駆動する工具スピンドルドライバ２０６と、その工具スピンドルモータ２１６及びドレッサードライバ２０７と、そのモータ２１７と、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置２００を備えており、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置２００が、所定の加工プログラムに従って、モータドライバ２０１〜２０７を各軸方向に駆動制御すること等によって、ワークＷが所望の雌ネジ形状に加工（研削）される。また、加工する雌ネジ形状等に応じて、ドレッサー１１２により砥石１０５がドレスされる。尚、１回使用した砥石を再使用する際にも、ドレッサー１１２により砥石１０５のツルーイングやドレス（形状直しや目立て）を行なうことがあり、ドレスと単純に言った場合もツルーイング（形状直し）を含むものとする。便宜上図１の上下方向をＺ軸（送り軸）方向それと垂直で紙面に平行な方向をＸ軸（送り軸）としそれらと直行するようにＹ軸（送り軸）を定義し、チャックおよびワーク軸が図に表現された状態（方向）にあるとき、ワークにＸ軸回りの回転を与える軸をＡ軸（回転軸）方向、そして、Ｚ軸回りに回転を与える軸をＣ軸（回転軸）方向と定義する。

また、上述したように、加工ベース部１０４は、砥石軸ヘッド１０６に対して、砥石軸１０７を軸として、図３にも示すように、旋回可能に構成されている。この旋回可能角度は、砥石軸１０７の方向がＺ軸と一致している場合を便宜上０度とし、反時計回りを正方向とすると、例えば、−α度〜α度（例えばα＝２５）である。但し、これに限られることはなく、ネジ研削に必要な角度が含まれていればよい。この加工ベース部１０４が旋回する方向が、上述したＡ方向と規定される。

砥石軸ヘッド１０６には、砥石１０５が砥石軸１０７により軸承され、工具スピンドルモータ２１６により回転駆動される。ヘッド側Ｘ−Ｙ−Ｚ３軸駆動装置（図示しないコラムを含む）１０８に設けた砥石ヘッド駆動（サーボ）モータ２１２は、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置２００内のパルス分配回路（図示せず）から分配されるたとえば制御パルスに基づいて作動するモータドライバ２０３により制御駆動され、砥石軸ヘッド１０６にＺ方向の送りを与える。Ｚ方向に送りｚを与えるときに、ｓｉｎα倍だけモータドライバ２０２によりＹ方向にも送りを与え、Ｚ−Ｙ平面上で工具を送る長さを加工したいネジのリードで割った回数だけモータドライバ２０５によりＣ軸回転を与える。これらの動作を同期して行う３軸同時制御により、研削装置１００は、深穴のワークＷの内周面に上下方向に連続した雌ネジを加工することができる。また、エンコーダ等の位置検出器（図示せず）がＡ軸モータ２１４の回転角度を介して加工ベース部１０４の旋回位置を検出し、この検出値はセンサコントローラ（図示せず）を介して、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置２００に入力される。

ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置２００は、その各々は図示しないが、研削装置１００全体を制御し管理する中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、外部とのデータの授受を行うインタフェース、及びＣＰＵからの指令に応じて複数軸分の駆動指令を各軸に分配送出する機能を備えている。ＣＰＵには、たとえば専用または汎用のディジタルインタフェースやＡ−Ｄ／Ｄ − Ａコンバータなどの入出力装置を介してセンサコントローラが接続され、このセンサコントローラはＣＰＵにより制御されている。更に、インタフェースには、制御データ等を入力する入力装置（図示せず）が接続され、また各軸への指令分配機構には、モータドライバ２０１〜２０７を介して前述のモータ群が接続されている。メモリには、ワークＷを加工するための加工プログラム及びその他のデータ等が格納されている。

次に、本実施形態の研削装置１００における研削液（クーラント）の供給経路及び方法について説明する。図４は、本実施形態の研削装置１００における研削液の供給経路Ｐを示す図である。即ち、ヘッド側Ｘ−Ｙ−Ｚ３軸駆動装置（図示しないコラムを含む）１０８内から砥石軸ヘッド１０６及び砥石ホルダＨ及び砥石軸１０７の軸芯部を貫通して設けられた（センタースルーの）供給孔から砥石１０５による加工部位に向けて研削液（クーラント）を噴出できるのが望ましい。しかしながら、例えば、砥石ホルダＨのキャップ部材（図示せず）の軸芯部までの貫通孔を設けて、その貫通孔から研削液（クーラント）を噴出しても、砥石１０５は砥石軸１０７に直交するように取り付けられているので、砥石１０５による加工部位に向けて研削液（クーラント）を噴出するのは困難である。

そこで、本発明者は、以下に述べる本発明の工具ホルダの実施形態の構成を案出したので、図４及び図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施形態に係る工具ホルダの概略構成を示す図であり、（ａ）は、そのホルダ本体、（ｂ）は、そのキャップ部、（ｃ）は、砥石、をそれぞれ示す図である。本実施形態の研削装置１００は、図４に示すように、工具ホルダ３００を有している（図４における工具ホルダ３００の外径形状は、砥石ホルダＨと同様なので、図４においては同一の部材を示している）。この工具ホルダ３００は、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、ホルダ本体３０２と、キャップ部３０４とを備える。ホルダ本体３０２は、砥石軸ヘッド側取付け部３０６と、フランジ部３０８と、長尺の円筒又は円錐状から成るクイル部３１０と、砥石取付け部３０３を有する。砥石１０５は、このホルダ本体３０２の砥石取付け部３０３に取り付けられ、キャップ部３０４により固定されることで、砥石軸１０７（図４参照）に固定されて用いられる。ホルダ本体３０２は、軸心部に形成された幹供給孔３０２Ａと、幹供給孔３０２Ａから砥石１０５の周面方向に向って斜めに分岐して形成された複数の分岐供給孔３０２Ｂとを有し、複数の分岐供給孔３０２Ｂから砥石１０５の周面方向に向けて研削液を噴出する構造を有している。幹供給孔３０２Ａは、ホルダ本体３０２の軸心部に貫通孔３００Ａを形成し、貫通孔３００Ａをホルダ本体３０２の先端側から砥石取付け部３０３により封止することにより形成している。また、複数の分岐供給孔３０２Ｂは、工具ホルダ３００（ホルダ本体３０２）の円形断面に対し、等間隔、例えば９０度４分割等、で分割配置されている。
以上の実施形態では、幹供給孔３０２Ａは、ホルダ本体３０２の軸心部に貫通孔３００Ａを形成し、貫通孔３００Ａをホルダ本体３０２の先端側から砥石取付け部３０３により封止することにより形成しているので、ホルダ本体３０２に貫通孔を形成したものを封止できるので、本発明の工具ホルダを比較的容易に製作することができる。しかしながら、ホルダ本体３０２の長短に拘わらず、ホルダ本体３０２の基端面から先端付近まで非貫通孔を形成することで、幹供給孔３０２Ａを形成しても良い。

さて、上述したクーラント経路Ｐを有する研削装置において、砥石１０５による研削加工に必要なクーラントをヘッド側Ｘ−Ｙ−Ｚ３軸駆動装置（図示しないコラムを含む）１０８に設けられた固定配管（図示せず）から供給すると、クーラントは砥石軸ヘッド１０６に収められた工具回転軸（砥石軸）１０７及び工具ホルダユニット３００の概略中心を通ってホルダ本体３０２に到達する。次いで、クーラントはホルダ本体３０２内に設けられた幹供給孔３０２Ａ内を流れて、複数の分岐供給孔３０２Ｂに分流され、各分岐供給孔３０２Ｂの出口から、研削液（クーラント）の油勢により砥石１０５の周面付近に向けて噴出される。この時、例えば９０度４分割等の場合、分岐供給孔３０２Ｂの出口４か所から噴出された研削液（クーラント）は、工具回転の遠心力が作用して、砥石１０５の周縁全体に降りかかるように噴出される。従って、ワークＷの内周面の雌ネジを砥石１０５で研削する場合等にも、加工部位に的確にクーラントを噴射することが可能になる。尚、本実施形態の研削装置１００では、砥石１０５は、クーラントを流す何らの孔も形成されていない、従来からの砥石を用いている。なお、砥石１０５の形を形成している結合剤には多くの種類が存在し、当然のことではあるが無気孔タイプの結合剤で作られた砥石にも本発明は適用可能である。

また、この工具ホルダ３００の分岐供給孔３０２Ｂからクーラント流を加工時に噴出させることで、例えば、ワーク支持台１１０の底部にクーラントノズルを設け、そのクーラントノズルから加工部位に向けて噴射させるクーラントは不要となる、或いは、そのようなクーラントノズルからの噴出（供給）と併用可能となる。従って、いわゆる研削焼け等の問題を心配することなく、ワーク支持台１１０のチャックＣＨにより回転可能に保持されているワークＷの内周面に雌ネジの研削加工が可能である。

本発明は、砥石の代わりに切削工具を工具ホルダにより保持し、ワークの切削加工を行う場合等にも応用可能である。

以上に述べた実施形態では、本発明を内周研削（内研）による雌ネジの加工に適用したが、これに限られないのは、勿論である。本発明は、例えば、砥石による外周研削（外研）等にも適用することができる。

１００研削装置、１０４加工ベース部、１０５砥石、
１０６砥石軸ヘッド、１０７砥石軸、
１０８ヘッド側Ｘ−Ｙ−Ｚ３軸駆動装置、１１０ワーク支持台、
１１２ドレッサー、２００ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）装置、
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５モータドライバ、
２０６工具スピンドルドライバ、２０７ドレッサードライバ、
２１４Ａ軸モータ、２１４Ａ、２１４Ｂ軸受、
２１６工具スピンドルモータ、２１７モータ、Ｗワーク、
ＣＨチャック機構、ＷＡＸワーク軸、
３００工具ホルダ、３００Ａ貫通孔、３０２ホルダ本体、
３０２Ａ幹供給孔、３０２Ｂ分岐供給孔、３０３砥石取付け部、
３０４キャップ部、３０６砥石軸ヘッド側取付け部、３０８フランジ部、
３１０クイル部、Ｐクーラント経路

Claims

回転軸と、前記回転軸に着脱自在に係合するとともに研削液の供給孔が形成された工具ホルダを備え、該工具ホルダに保持されつつ前記回転軸により回転される砥石によりワークの内周研削を行う工作機械において、前記工具ホルダは軸心部に形成された幹供給孔と、該幹供給孔から前記砥石の周面方向に向って斜めに分岐して形成された複数の分岐供給孔とを有し、該複数の分岐供給孔から前記砥石の周面方向に向けて前記研削液を噴出する工具ホルダであって、前記幹供給孔は、前記工具ホルダの軸心部に貫通孔を形成し、該貫通孔を該工具ホルダの先端側から砥石取付け部により封止することにより形成し、更に、当該砥石取付け部に前記砥石が取り付けられ、キャップ部により固定されることを特徴とする工具ホルダ。