JP6868157B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、加工室内に残る切屑をクーラントやエアを使用して清掃する清掃装置を備えた工作機械に関する。

工作機械の加工時の加工室内は、加工点にクーラントが噴き出され、切削加工などに対する潤滑や切屑の洗い流しが行われる。また、工作機械には切屑の排出装置として排出コンベアなどが設けられ、その貯留槽に入った切屑が機外へと送り出されようになっている。そのため、加工点の下側には貯留槽への投入口が設けられ、落下した切屑やクーラントが貯留槽に集められるようになっている。そして、投入口へ入らなかった切屑が加工室内に残ってしまわないように、投入口の外側には切屑をクーラントで流し込むようにした構成がとられている。

一方、下記特許文献１には、加工プログラムから検出される加工範囲に基づいて清掃経路を自動的に作成し、ワークの加工によって発生した切粉が溜まる位置を清掃するようにした工作機械が開示されている。この従来例は、マシニングセンタに鉛直下向きの主軸ヘッドが設けられ、主軸の中心部を貫通するようにエア通路が形成されている。そのエア通路は、工具の取付部に開口したエア噴出口が形成され、下方に向けてエアの噴出が可能になっている。 また、主軸ヘッドの外周にはクーラント用ノズルが形成され、下方に向けてクーラントを噴出させる構成となっている。更に、下記特許文献２には、工作機械内の切粉除去に使用する気液混合クーラントノズルに関する技術が開示されている。

特開２００８−１５５３２４号公報 実開昭６３−１６１６４５号公報

ところで、前記従来例の工作機械は、主軸ヘッドを清掃経路に沿ってＸＹ平面上を移動させ、その間、高圧エアと共にクーラントを噴出させることにより、加工室内の清掃が行われる。しかし、この従来例における清掃は、ワークに対する加工範囲に基づいて清掃経路が作成され、工具を取外した主軸ヘッドからクーラントなどの噴出が行われるため、加工作業が行われない時間を選択して実行されるものであった。また、前記従来例は、下向きの主軸ヘッドからクーラントなどが噴出されるため、隅部などのように移動が制限される箇所の清掃が困難となってしまう。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、加工作業中であっても切屑の清掃が可能な工作機械を提供することを目的とする。

本発明の一態様における工作機械は、主軸チャックによって把持したワークを回転させる主軸装置と、複数の工具が取り付けられる工具台の旋回割出しが可能であり、工具取付部に開口した通常流路および、装置下面に開口した清掃用流路を備えるタレット装置と、前記タレット装置を加工軸方向に移動させる駆動装置と、ワークの加工によって発生した切屑を排出する排出装置と、前記タレット装置の通常流路および清掃用流路に対してクーラント、エア、又はクーラント及びエアを供給する清掃装置と、前記各装置の駆動を制御する制御装置とを有し、前記タレット装置は、その回転軸上に前記清掃用流路が形成され、装置下面に前記回転軸に対して角度を有する斜めノズルが前記清掃用流路に連通するように取り付けられるものである。

前記構成によれば、主軸チャックによって把持したワークが回転し、そのワークに対してタレット装置の工具が加工軸方向に移動することにより所定の加工が行われる。その際、タレット装置には、通常流路や清掃用流路にクーラント、エア、又はクーラント及びエアが任意に供給され、各開口部からクーラントなどが噴出することにより、加工作業中であっても切屑の清掃が可能となる。

工作機械の一実施形態の内部構造を示した側面図である。 流路が構成されたタレット装置を簡略化して示した図である。 加工室内からカバー前面部の下側付近を示した図である。 工作機械の制御システムを表すブロック図である。 タレット装置のＸ軸方向の移動時について、斜めノズルからクーラントなどを噴出する状態を簡略化して示した図である。 タレット装置のＺ軸方向の移動時について、斜めノズルからクーラントなどを噴出する状態を簡略化して示した図である。

次に、本発明に係る工作機械の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の工作機械について、その内部構造を示した側面図である。工作機械１は、車輪を備えた可動ベッド３の上に組み付けられ、ベース２の上面に敷設されたレール２０１に沿って前後方向への移動が可能になっている。工作機械１は、エンドミルやドリルなどの回転工具、或いはバイトなどの切削工具を備える工具台１６を有し、その工具台１６の旋回割出しが可能なタレット装置１５が設けられている。そして、工作機械１には、そのタレット装置１５を加工軸方向に移動させる駆動装置が構成されている。

工作機械１は、可動ベッド３上に主軸装置１１が搭載され、ワークＷを把持する主軸チャック１２が回転可能な構成を有している。本実施形態では、主軸装置１１の水平な回転軸と平行な方向、つまり機体前後に水平な方向がＺ軸方向であり、そのＺ軸に直交する機体上下の鉛直方向がＸ軸方向である。工作機械１は、タレット装置１５をそのＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動装置１３とＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動装置１４とが設けられている。Ｚ軸駆動装置１３およびＸ軸駆動装置１４は、摺動可能なＺ軸スライド１３１又はＸ軸スライド１４１を有し、各々サーボモータの回転出力をボールネジ機構によって直進運動に変換し、各スライド１３１，１４１を移動させるよう構成されている。

工作機械１には閉じられた加工室２０が構成され、その下には貯留槽２１の投入口２１１が設けられている。貯留槽２１にはスクリューコンベアからなる排出装置１７（図４参照）が設けられ、スクリューの回転によって貯留槽２１内に溜められた切屑が機体後方へと掻き出され、外部における切屑の回収が可能になっている。また、工作機械１には、ワークの加工に対する潤滑や切屑の洗い流しに使用するクーラントを供給するためのクーラント装置１９（図４参照）が設けられている。

クーラント装置１９は、使用済のクーラントが貯留槽２１に溜められ、そこからクーラントタンク２２へとフィルタを通して送られる。切粉などを含んだクーラントは、フィルタによって異物が除かれて再生し、ポンプ２３によって送り出されることとなる。ポンプ２３に接続されたクーラント管２４は、図示するように加工室２０にまで延びているが、その他にも不図示の分岐管がタレット装置１５へと接続され、工具台１６から加工点などへのクーラント供給が可能になっている。

ところで、主軸装置１１の主軸チャック１２やタレット装置１５などは、作動油や圧縮エアによって作動する駆動機構を有している。そのため、工作機械１には機外に油圧ユニット２５やエアコンプレッサ２６が設置され、作動油や圧縮エアを供給するための油圧ホースやエアホースが接続されている。特に、本実施形態では、エアコンプレッサ２６から供給される圧縮エアがタレット装置１５にも送られるように構成され、圧縮エアがクーラントと同じく切屑を排除するための清掃用エアとして使用される。

ここで、図２は、流路が構成されたタレット装置１５を簡略化して示した図である。タレット装置１５は、Ｘ軸方向の回転軸を中心にして旋回割出しが行われ、工具台１６に装着された複数の工具３１から任意に選択することが可能なものである。このタレット装置１５は、Ｚ軸スライド１３１に対して装置本体３２が固定され、その装置本体３２に対して工具台１６が割出し機構を介して組み付けられている。その割出し機構は、装置本体３２に対して工具台１６のＸ軸方向の移動と回転とを可能にするものである。

工具台１６は、Ｘ軸方向に見た場合の形状が八角形（図６参照）であり、その外周側面部に工具３１を備えた複数の工具ブロック３３が着脱可能になっている。図面には１つの工具３１しか記載されていないが、本来は複数の工具が取り付けられる。工具台１６には、装置本体３２の中心部を通したシャフト部材３４が固定されている。そのシャフト部材３４にはシャフトギヤが一体に形成され、割出し用モータ３５の回転が伝達されるよう構成されている。また、シャフト部材３４はピストンによって上下方向に移動可能であり、上昇時にはクラウンギヤの噛み合いによって回転が制限され、下降することによって噛み合いが解除され、工具台の回転つまり旋回割出しが可能になっている。

そうしたタレット装置１５には、工具台１６を通してワークＷの加工箇所へとクーラントなどを噴出させるための流路３６が形成されている。流路３６は、装置本体３２から工具台１６へと連通し、その工具台１６に取り付けられる工具ブロック３３の流路３７に接続されている。また、本実施形態では、シャフト部材３４にも回転中心部分に貫通孔が形成され、工具台１６の下面側からクーラントなどを噴出させるための流路３８が形成されている。そして、こうした２つの流路３６，３８に対しクーラントやエアを供給し、工具台１６の下面側からそのクーラントなどを噴出する清掃装置１８が構成されている。

清掃装置１８は、流路３６に対してクーラント流路４１とエア流路４２がそれぞれ混合装置４５を介して接続されている。また、流路３８にも同様に、クーラント流路５１とエア流路５２がそれぞれ混合装置５５を介して接続されている。そして、クーラント流路４１，５１にはポンプ２３が、エア流路４２，５２にはエアコンプレッサ２６が接続され、各流路には電磁弁４３，５３，４４，５４が設けられている。電磁弁４３，４４，５３，５４は、いずれもＯＮ／ＯＦＦの開閉弁である。

清掃装置１８は、タレット装置１５の各流路３６，３８に対し、電磁弁４６，４７，５６，５７の開閉の切り換えによってクーラント又は圧縮エアの供給、或はクーラントと圧縮エアを混合させて供給することが可能になっている。そのため、タレット装置１５の下面側にある、流路３６に連通した流路３７や流路３８の開口部からクーラントやエアを噴出させることができる。各々の開口部からは直接クーラントやエアを噴出させてもよいが、本実施形態の清掃装置１８には、図５に示すように斜めノズル４８，５８が取り付けられている。

流路３６および工具ブロック３３の流路３７は従来から存在する流路であり、ワークの加工点へとクーラントを噴出する通常流路である。しかし本実施形態では、図５に示すように、斜めノズル４８を備え、流路３９によって連通するノズルブロック４９が工具台１６に取り付けられている。さらに、本実施形態のタレット装置１５には、その回転軸上を貫く流路３８が清掃用流路として新たに構成され、その下端開口部に斜めノズル５８を備えたノズルブロック５９が工具台１６に取り付けられている。

ところで、工作機械１は、全体が機体カバーによって覆われるが、図１にはそのカバー前面部５と、機体前部に取り付けられた前カバー６が示されている。カバー前面部５の内側には、主軸チャック１２に把持されたワークに対して加工を行う加工室２０が構成されている。カバー前面部５には扉が上下にスライドする通し口が設けられ、前カバー６内を移動するオートローダによって、加工室２０におけるワークの出し入れが行われるようになっている。

加工室２０内には、二股に分かれたクーラント管２４の先に、図３に示すように、カバー前面部５の左右両側に位置するようにノズル２７が接続されている。図３は、加工室２０内からカバー前面部５の下側付近を示した図である。加工時に発生するワークの切屑は、投入口２１１から入って貯留槽２１内に溜められるが、投入口２１１へと入らずに加工室２０内に切屑が残ってしまうため、その投入口２１１の外側にはガイドテーブル２３が設けられている。ガイドテーブル２８は、投入口２１１側に傾斜し、２つのノズル２７からクーラントが噴き出されることにより、ガイドテーブル２８の上面の切屑が投入口２１１へと押し流されるようになっている。

ところが、ノズル２７から噴出されるクーラントだけでは、その流れが一定であるため、流れの弱い箇所の切屑が押し流されずにガイドテーブル２８の上に残ってしまうことがある。本来であれば、切屑自身が自重で滑り落ちてしまう程度にガイドテーブル２８の傾斜角を大きくすることが好ましい。しかし、工作機械１は、コンパクトな設計であるためスペースに制限があり、ガイドテーブル２８の傾斜角度を大きくとることができない。ただ、加工室内に切屑が残ってしまう問題は、本実施形態の工作機械１に限らず、様々なタイプの工作機械において共通の課題である。そこで、本実施形態では、こうした課題に対して、タレット装置１５に清掃装置１８が設けられ、加工室２０内の切屑の清掃が行われるようになっている。

また、工作機械１には、主軸装置１１や清掃装置１８などの各装置について駆動制御するための制御装置１５が搭載されている。図４は、工作機械１の制御システムを表すブロック図である。制御装置１０は、ＣＰＵ６１のほかにＲＯＭ６２やＲＡＭ６３、不揮発性メモリ６４といった記憶装置などを備えたコンピュータを主体とするものであり、Ｉ／０６８を介して主軸装置１１、タレット装置１５、Ｘ軸駆動装置１４およびＺ軸駆動装置１３、更に清掃装置１８などの各駆動部に接続されている。工作機械１には、タッチパネル式やボタン式の入力手段を有し、作業情報や操作画面などの表示や作業者による設定値の入力などが可能な操作表示装置７が設けられ、制御装置１０に接続されている。

制御装置１０には、各種加工に関する加工プログラムやワークの種類、工具や治具に関するワーク加工情報などが格納されている。また、制御装置１０には、主軸装置１１など各装置に対してワークの加工を実行させるための加工プログラム６４１がメモリに格納されている。更に、本実施形態の制御装置１０にはリアルタイムクロック（ＲＴＣ）６５が搭載され、現在の時刻が計時され、その時刻情報に基づいて所定の動作が実行されるようになっている。そこで、制御装置１０には予約動作を実行させるための動作設定プログラム６４２がメモリに格納されている。予約動作とは、例えば清掃装置１８による清掃作業などの対象動作を予約した時刻に自動で実行させるようにしたものである。

こうした工作機械１は、ワークの加工に際して、タレット装置１５の旋回割出しにより工具台１６の工具が選択され、Ｘ軸駆動装置１４及びＺ軸駆動装置１３の駆動により、その工具についてＸ軸方向およびＺ軸方向の所定位置への移動が行われる。そして、主軸装置１１は、主軸チャック１２に保持されたワークＷに回転が与えられ、そのワークＷに工具が当てられて切削加工や中ぐり加工などが行われる。その際、工作機械１の加工室６内は、加工点にクーラントが噴きかけられ、加工に対する潤滑や切屑の洗い流しなどが行われる。そのため、ワークの切屑は、投入口２１１から入って貯留槽２１内に溜められ、スクリューの回転によって機体後方へと掻き出されて回収される。

ワークから発生した切屑は、加工室２０内に飛び散るため投入口２１１の周りにも落ちてしまう。そうした切屑は、ガイドテーブル２８の傾斜よって投入口２１１に落ちるか、ノズル２７から噴き出されるクーラントによって流されるようにして投入口２１１に落される。しかし、前述したように、ガイドテーブル２８の傾斜角が小さいため、ある程度の切屑が残ってしまう。そこで、本実施形態では、タレット装置１５に取り付けた斜めノズル４８，５８からクーラントやエアを噴出させ、加工室２０内に残る切屑を排除するための清掃作業が行われる。特に、タレット装置１５に組み込まれた清掃装置１８では、ワークの加工作業と並行して行われる清掃作業のほかに、予約設定による清掃作業が可能になっている。

清掃装置１８は、電磁弁４３，４４，５３，５４を開弁させることにより、該当するクーラント流路４１，５１およびエア流路４２，５２から混合装置４５，５５を通ってクーラントやエアが流路３６，３８へと供給される。従来と同様に、クーラントのみの供給であってもよいが、クーラントに圧縮エアを加えるようにしてもよい。クーラントは他の個所に供給されていることもあるため、クーラント流路４１，５１への供給圧力が低くなっていることがある。そうした場合、混合装置４５，５５を介してクーラントに圧縮エアの圧力を加えることにより、斜めノズル４８，５８からクーラントを勢いよく遠くへと噴出させることができる。また、例えば電磁弁５３，５４を短時間にタイミングを合わせて開閉させることにより、弾丸的な噴出をコントロールすることもできる。

図５及び図６は、清掃装置１８の斜めノズル４８，５８からクーラントなどを噴出する状態を簡略化した図であり、図５はＸ軸方向の移動時の状態が示され、図６はＺ軸方向の移動時の状態が示されている。斜めノズル４８，５８は、工具台１６に取り付けられているため、タレット装置１５がＸ軸駆動装置１４の駆動によって上下することにより、クーラントなどの噴出位置が図５に示すように上下に移動する。また、同じくＺ軸駆動装置１３の駆動によってタレット装置１５が機体前後方向に移動することにより、クーラントなどの噴出位置が図６に示すように前後に移動する。

このような移動は、例えばワークを加工するための工具３１の移動に伴うものであり、その移動時に斜めノズル４８，５８からクーラントなどを噴出した清掃が行われる。こうした清掃装置１８における清掃は、同じ位置にクーラントを噴きかけるノズル２７とは異なり、上下及び前後方向（Ｘ軸およびＺ軸方向）に移動する斜めノズル４８，５８からクーラントなどが噴出され、その噴きかけ位置が変化することとなる。つまり、加工室２０内の広い範囲において、しかも移動に伴う変化の付いたクーラントなどの噴きかけが行われる。そのため、ノズル２７だけでは切屑が残ってしまう箇所を含め、広い範囲においてクーラントなどを勢いよく噴きかけることができ、貯留槽２１の投入口２１１へと切屑を流し落とすことができる。

次に、清掃装置１８によれば、斜めノズル４８，５８から噴出されるクーラントの噴きかけ位置は、タレット装置１５の旋回割出しによって変化させることができる。よって、タレット装置１５に対して旋回角度を調整することにより斜めノズル４８，５８の方向を変化させ、切屑が溜まり易い箇所をねらってクーラントなどの噴きかけを行うことが可能になる。この点、加工時には工具３１によって旋回割出し位置が制限されるが、非加工時には斜めノズル４８，５８の方向を任意に変化させることができる。

そこで、工作機械１では、制御装置１０に格納された動作設定プログラム６４２により、予約時刻に自動で清掃作業が行われる。なお、本実施形態では、予約動作として清掃作業についてのみ説明するが、対象動作とその動作時刻に関しては、操作表示装置７から作業者が任意に設定入力することが可能になっている。例えば、工作機械１に対する暖機運転やチャック装置などの動作確認などを予約動作として、作業スケジュールに組み込むようにしてもよい。

予約動作の清掃作業は、工作機械１の加工作業が中断する休憩時間などに合わせて行われ、例えば午前及び午後の休憩時間のほか、昼休憩や終業時間に行われる。ワークの加工に合わせて行われる清掃作業は、斜めノズル５８などの移動進路つまりクーラントなどの噴出位置が工具の軌道に従うことになるが、予約動作に基づく清掃作業は、Ｚ軸駆動装置１３およびＸ軸駆動装置１４の駆動、タレット装置１５の旋回割出しをそれぞれ任意に行い、切屑の溜り箇所を特定してその位置にクーラントなどを噴出させることができる。

更に、本実施形態では、斜めノズル４８，５８からクーラントとエアを別々に噴出させることができるため、ワークの加工にはクーラントを噴きかけた後、エアに切り換えて水切りを行うようにした清掃なども可能である。また、主軸チャック１２に対しては、ワークを位置決めする当金に対しエアを使用し、切粉などを吹き飛ばすようにした清掃も必要である。この点、本実施形態では、タレット装置１５の旋回割出しなどにより、斜めノズル４８，５８の噴き出し口をある程度任意に調整可能であるため、主軸チャック１２に対するエアを使用した清掃を自動で行うことが可能である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、斜めノズル４８，５８は、ノズルブロック４９，５９に対して噴き出し口の方向を調整できるようにしたものであっても良い。また、ノズルブロック４９，５９に対して複数本の斜めノズルを設けるようにしてもよい。

１…工作機械 １０…制御装置 １１…主軸装置 １２…主軸チャック １３…Ｚ軸駆動装置 １４…Ｘ軸駆動装置 １５…タレット装置 １６…工具台 １７…排出装置 １８…清掃装置 １９…クーラント装置 ２０…加工室 ３６…流路（通常流路） ３８…流路（清掃用流路） ４１，５１…クーラント流路 ４２，５２…エア流路 ４３，４４，５３，５４…電磁弁 ４５，５５…混合装置

Claims (5)

1. 主軸チャックによって把持したワークを回転させる主軸装置と、
   複数の工具が取り付けられる工具台の旋回割出しが可能であり、工具取付部に開口した通常流路および、装置下面に開口した清掃用流路を備えるタレット装置と、
   前記タレット装置を加工軸方向に移動させる駆動装置と、
   ワークの加工によって発生した切屑を排出する排出装置と、
   前記タレット装置の通常流路および清掃用流路に対してクーラント、エア、又はクーラント及びエアを供給する清掃装置と、
   前記各装置の駆動を制御する制御装置と、
   を有し、
   前記タレット装置は、その回転軸上に前記清掃用流路が形成され、装置下面に前記回転軸に対して角度を有する斜めノズルが前記清掃用流路に連通するように取り付けられる工作機械。
2. 前記タレット装置は、前記タレット装置の回転軸に対して角度を有する斜めノズルが、前記通常流路に連通するように前記工具取付部に取り付けられる請求項１に記載の工作機械。
3. 前記制御装置は、ワークに対する工具の加工時を除く非加工時に前記清掃装置を制御することにより、前記タレット装置の清掃用流路にクーラント、エア、又はクーラント及びエアを供給し、前記駆動装置を制御することにより前記タレット装置を駆動させる請求項１または請求項２に記載の工作機械。
4. 前記制御装置は、清掃用流路にクーラント、エア、又はクーラント及びエアを供給する場合に、前記タレット装置を制御することにより前記斜めノズルに対する旋回割出しを行う請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の工作機械。
5. 前記駆動装置は、前記主軸装置の主軸方向と平行な水平方向と、前記主軸方向に直交する上下方向とに前記タレット装置を移動させる加工軸を有する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の工作機械。

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