JP7031289B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械に関する。

工作機械の１つである旋盤は、加工対象であるワークを主軸に保持し、ワークを回転させながら切削工具により切削加工を行う。この旋盤において、直線切刃を有する切削工具を用いて、主軸（ワーク）の軸線と交差する方向に切削工具を移動させながらワークを切削する加工方法がある。この加工方法において、切削加工時のワーク又は切削工具への熱の影響を軽減するために、潤滑用のミストを切削工具の刃先（切削部分）に供給して切削加工に伴う発熱を抑制することが考えられる。このような潤滑用のミストとしては、水粒の表面に油が付着した油水ミストがあり、この油水ミストは、ミスト生成部によって生成される（例えば、特許文献１参照）。

特許第５８５０５６５号公報

また、上記した加工方法において、予め複数の切削工具を刃物台に保持させ、いずれかの切削工具を選択してワークの切削を行うことが考えられる。この場合、複数の切削工具ごとに潤滑用のミストを噴射させる必要があるが、複数の切削工具のそれぞれに対応してミスト生成部を設けたのでは、複数のミスト生成部を設置するスペースを確保することが難しく、さらにミスト生成部を搭載する刃物台が大型化するといった問題がある。また、上記した特許文献１のミスト生成部では、１つのミスト生成部にガス、水、油をそれぞれ供給するための３つの配管が接続されている。そのため、複数の切削工具ごとにミスト生成部を設けると多くの配管が必要となり、複数のミスト生成部を設置するスペースに加えて、多くの配管を設置するためのスペースを確保することが難しくなる。

本発明は、複数の切削工具を刃物台に保持する場合でも、切削工具よりミスト生成部の数を少なくして、ミスト生成部及びこのミスト生成部に接続される配管の設置スペースを小さくすることができ、刃物台の大型化を抑制することが可能な工作機械を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、工作機械が提供される。工作機械は、ワークを切削する直線切刃を有する複数の切削工具を保持し、ワークを保持して回転する主軸の軸線に平行なＺ方向と、Ｚ方向に直交しかつワークに対する切削量を規定するＸ方向と、Ｚ方向及びＸ方向に直交するＹ方向とに移動可能なプレート状刃物台を備えてよい。工作機械は、プレート状刃物台に設けられ、複数の切削工具のそれぞれの刃先に向けて潤滑用のミストを噴射可能な複数のノズルを備えてよい。工作機械は、ミストを生成するミスト生成部を備えてよい。工作機械は、ミスト生成部で生成されたミストの供給先を複数のノズルのいずれかに切り替える切替部を備えてよい。工作機械は、プレート状刃物台を駆動する第１駆動系を備えてよい。工作機械は、第１駆動系と異なる駆動系であって切替部を駆動する第２駆動系を備えてよい。ミスト生成部は、圧縮ガスと油と水とを混合してミストを生成可能であってよい。切替部は、ミスト生成部から第１方向に流入したミストを第１方向と異なる第２方向に送り出す１つの一次流路を有する上流側部材を備えてよい。切替部は、複数のノズルのそれぞれに接続される複数の二次流路を有する下流側部材を備えてよい。上流側部材及び下流側部材は、第２駆動系により駆動されて相対的に移動することにより、一次流路を複数の二次流路のいずれかに接続してよい。プレート状刃物台は、第１駆動系により駆動されてＹ方向、又はＹ方向とＺ方向とを合成した方向に移動することにより、Ｘ方向から見てＺ方向に沿うワーク表面上の母線に対して直線切刃の刃先の位置がずれかつ母線上の切削点がすれながらワークの切削加工を行ってよい。

第１方向と第２方向とは直交してよい。第１方向は、Ｚ方向と平行であってよい。上流側部材は、下流側部材に対して第１方向に沿った軸線まわりに回転可能であってよい。下流側部材は、上流側部材の複数の回転位置に応じた第２方向に合わせるように、複数の二次流路における複数の流入部を軸線まわりに間隔を空けて備えてよい。第２駆動系部は、上流側部材を回転させてよい。

第２駆動部は、回転駆動軸が軸線と平行に配置された回転モータを備えてよい。第２駆動系は、回転駆動軸の回転を上流側部材に伝達する伝達部を備えてよい。第２駆動系を制御する制御部を備えてよい。制御部は、複数の切削工具のいずれかが選択されたことに応じて、選択された切削工具に対応したノズルにミストを供給するための上流側部材の回転位置となるように第２駆動系を制御してよい。切替部は、刃物台に固定されて刃物台とともに移動してよい。ミスト生成部は、刃物台に固定されて刃物台とともに移動してよい。

本発明の工作機械によれば、ミスト生成部から一次流路に供給されるミストを切替部により複数の二次流路のいずれかに供給するため、複数の切削工具を刃物台に保持する場合でも、切削工具の数よりミスト生成部の数を少なくすることができる。これにより、ミスト生成部及びこのミスト生成部に接続される配管の設置スペースを小さくすることができ、刃物台の大型化を抑制することができる。

また、第１方向と第２方向とが直交する構成では、複数の二次流路を一次流路を中心とした放射状に配置することにより、切替部の小型化を図りつつ、流路の切り替えを効率よく行うことができる。また、第１方向が、Ｚ方向と平行である構成では、刃物台、ミスト生成部、及び切替部をＺ方向に直線状に配置可能となるので、構成を簡略化できる。また、上流側部材が、下流側部材に対して第１方向に沿った軸線まわりに回転可能であり、下流側部材が、上流側部材の複数の回転位置に応じた第２方向に合わせるように、複数の二次流路における複数の流入部を軸線まわりに間隔を空けて備える構成では、上流側部材を回転させることによりミストの供給先を容易に切り替えることができる。また、切替部が、上流側部材を回転させる駆動部を備える構成では、駆動部により上流側部材を容易に回転させることができる。

また、駆動部が、回転駆動軸が軸線と平行に配置された回転モータと、回転駆動軸の回転を上流側部材に伝達する伝達部とを備える構成では、回転モータを効率よく配置できる。また、駆動部を制御する制御部を備え、制御部が、複数の切削工具のいずれかが選択されたことに応じて、選択された切削工具に対応したノズルにミストを供給するための上流側部材の回転位置となるように駆動部を制御する構成では、切削を行う切削工具に対してミストの供給先を自動的に設定することができる。また、切替部が、刃物台に固定されて刃物台とともに移動する構成では、刃物台が移動しても切替部とノズルとの位置関係が変化しないので、切替部から各ノズルまでの配管を長くする必要がなく、ミストを安定して各ノズルに供給できる。また、ミスト生成部が、刃物台に固定されて刃物台とともに移動する構成では、ミスト生成部と切替部との位置関係が変化しないので、ミスト生成部から切替部までの配管を長くする必要がなく、ミストを安定して切替部に供給できる。

実施形態に係る工作機械の一例を示す正面図である。 工作機械をＺ方向から見た側面図である。 刃物台の一例を示す斜視図である。 切削工具とノズルとの位置関係を示す図である。 切削工具とノズルとの位置関係を示す平面図である。 ミスト生成部、切替部、及び駆動部をＸ方向から見たときの一例を示し、一部を断面とした平面図である。 ミスト生成部、切替部、及び駆動部をＹ方向から見たときの一例を示し、一部を断面とした側面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、Ｚ方向から見たときの切替部の動作の一例を示す図である。 Ｚ方向から見たときの切替部の動作の他の例を示す図である。 Ｘ方向から見たときの切削工具Ｔ１の動きの一例を示す平面図であり、（Ａ）は切削加工前の図、（Ｂ）は切削加工中の図、（Ｃ）は切削加工後の図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこの実施形態に限定されない。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。以下の各図において、ＸＹＺ座標系を用いて図中の方向を説明する。このＸＹＺ座標系においては、水平面に平行な平面をＹＺ平面とする。このＹＺ平面において主軸７（対向軸８）の軸線ＡＸの方向をＺ方向と表記し、Ｚ方向に直交する方向をＹ方向と表記する。また、ＹＺ平面に垂直な方向はＸ方向と表記する。Ｘ軸は、Ｚ方向に直交し、かつ、ワークに対する切削量を規定する方向である。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が＋方向であり、矢印の方向とは反対の方向が－方向であるとして説明する。

図１は、実施形態に係る工作機械１００の一例を示す正面図である。図２は、図１に示す工作機械１００をＺ方向から見た側面図である。図１及び図２に示す工作機械１００は、旋盤である。図１及び図２において、工作機械１００の＋Ｙ側が正面側であり、－Ｙ側が背面側である。また、Ｚ方向は工作機械１００の左右方向である。

図１及び図２に示すように、工作機械１００は、機械本体部であるベース１を有している。ベース１には、主軸台２と心押し台４とが設けられる。主軸台２は、不図示の軸受け等により主軸７を回転可能な状態で支持している。なお、主軸台２は、ベース１に固定されるが、Ｚ方向、Ｘ方向、Ｙ方向等に移動可能に形成され、モータ等の駆動によって移動する構成でもよい。主軸７の＋Ｚ側の端部には、チャック駆動部９が設けられている。チャック駆動部９は、複数の把握爪９ａを主軸７の径方向に移動させてワークＷを保持させる。図１では、主軸７の軸線ＡＸの軸まわり方向に等間隔に配置された３つの把握爪９ａを用いてワークＷを把持しているが、これに限定されず、把握爪９ａの個数や形状は、ワークＷを保持可能な任意の構成が用いられる。なお、把握爪９ａによって保持されるワークＷは、表面Ｗａを有する形状（例えば円柱形など）である。

主軸７の－Ｚ側の端部は主軸台２から－Ｚ方向に突出しており、この端部にプーリ１１が取り付けられる。プーリ１１と、ベース１に設けられたモータ１２（図２参照）の軸線との間にはベルト１３が掛け渡されている。これにより、主軸７は、モータ１２の駆動によりベルト１３を介して回転する。モータ１２は、不図示の制御部からの指示により回転数等が制御される。モータ１２としては、例えば、トルク制御機構を備えたモータが用いられる。また、主軸７は、モータ１２及びベルト１３によって駆動されることに限定されず、モータ１２の駆動を歯車列等で主軸７に伝達する構成や、モータ１２によって直接主軸７を回転させる構成でもよい。

心押し台４は、ベース１上に設置されたＺ軸ガイド３に沿って移動可能に形成される。心押し台４は、不図示の軸受け等により対向軸８を回転可能な状態で支持している。主軸７の軸線ＡＸの方向と、対向軸８の軸線ＡＸの方向とはＺ方向に一致した状態となっている。心押し台４の－Ｚ側の端部には、センタ１０が取り付けられている。なお、対向軸８は、心押し台４に固定され、デッドセンタとして使用されてもよい。

ワークＷが長尺である場合（Ｚ方向に長い場合）は、ワークＷの＋Ｚ側の端部を心押し台４のセンタ１０で保持する。これにより、長尺のワークＷは主軸７と対向軸８とに挟まれた状態で回転するため、切削加工時に安定してワークＷを回転させることができる。ワークＷが短尺の場合（Ｚ方向に短い場合）、ワークＷは、主軸７の把握爪９ａのみにより保持されて回転する。この場合には、心押し台４を用いなくてもよい。

ベース１には、Ｚ方向に配置された２本のＺ軸ガイド５が設けられる。２本のＺ軸ガイド５は、上下方向（Ｚ方向）に並んで配置され、それぞれＺ方向に延びて設けられる。なお、Ｚ軸ガイド５は、図示のように上下に２本設けられることに限定されず、１本又は３本以上設けられてもよい。Ｚ軸ガイド５には、Ｚ軸ガイド５に沿ってＺ方向に移動可能なＺ軸スライダ１７が設けられる。Ｚ軸スライダ１７は、Ｚ方向駆動系Ｍ１の駆動によりＺ方向に移動し、所定位置で保持される。なお、Ｚ方向駆動系Ｍ１は、例えば、電気モータや油圧等の駆動装置が用いられる。

Ｚ軸スライダ１７の＋Ｙ側の面には、２本のＸ軸ガイド１８が形成される。２本のＸ軸ガイド１８は、所定の間隔で平行するように、それぞれがＸ方向に延びて設けられる。Ｘ軸ガイド１８には、２本のＸ軸ガイド１８に沿って移動可能なＸ軸スライダ１５が設けられる。Ｘ軸スライダ１５は、Ｘ方向駆動系Ｍ２の駆動によりＸ方向に移動し、所定位置で保持される。なお、Ｘ方向駆動系Ｍ２は、例えば、電気モータや油圧等の駆動装置が用いられる。

Ｘ軸スライダ１５の＋Ｘ側の面には、２本のＹ軸ガイド１６が形成される。２本のＹ軸ガイド１６は、所定の間隔で平行するように、それぞれがＹ方向に延びて設けられる。なお、２本のＸ軸ガイド１８の中間位置と、２本のＹ軸ガイド１６の中間位置とは一致又はほぼ一致しているが、この構成に限定されず、２本のＸ軸ガイド１８の中間位置と、２本のＹ軸ガイド１６の中間位置とが一致しなくてもよい。２本のＹ軸ガイド１６の間隔は、２本のＸ軸ガイド１８の間隔よりも小さい。また、２本のＹ軸ガイド１６は、２本のＸ軸ガイド１８の間隔内に配置される。さらに、２本のＹ軸ガイド１６は、２本のＸ軸ガイド１８の中間位置に対して対称に配置される。

Ｙ軸ガイド１６には、２本のＹ軸ガイド１６に沿って移動可能なＹ軸スライダ１９が設けられる。Ｙ軸スライダ１９は、Ｙ方向駆動系Ｍ３の駆動によりＹ方向に移動し、所定位置で保持される。Ｙ方向駆動系Ｍ３は、例えば、電気モータや油圧等の駆動装置が用いられる。なお、上記のＺ方向駆動系Ｍ１、Ｘ方向駆動系Ｍ２及びＹ方向駆動系Ｍ３は、制御部ＣＯＮＴによって制御される。従って、制御部ＣＯＮＴで制御されることにより、Ｚ方向駆動系Ｍ１、Ｘ方向駆動系Ｍ２及びＹ方向駆動系Ｍ３の２つ又は３つを同時に駆動させることができる。

Ｙ軸スライダ１９の＋Ｘ側の面には、刃物台としてプレート状刃物台２１が設けられる。プレート状刃物台２１は、例えば金属などの素材で板状に形成されている。プレート状刃物台２１は、下面側（－Ｘ側の面）を被取付面とし、この被取付面がＹ軸スライダ１９の取付面に接触した状態で、ボルト等の締結部材によりＹ軸スライダ１９に取り外し可能な状態で取り付けられる。このように、プレート状刃物台２１の被取付面と、Ｙ軸スライダ１９の取付面とが面接触した状態でプレート状刃物台２１がＹ軸スライダ１９に取り付けられるので、プレート状刃物台２１の剛性を向上させることができる。

ホルダ２４は、例えば、切削工具Ｔを保持する剛性が異なってもよく、ワークＷの切削加工時に切削工具Ｔに作用する反力の大きさによってホルダ２４が選定されてもよい。ホルダ２４ａ、２４ｃ、２４ｄと、ホルダ２４ｂとは、切削工具Ｔの取付座の形態が異なっている。なお、本実施形態では、２種類のホルダ２４ａ、２４ｂを用いているが、この形態に限定されず、１種類のホルダ２４ａ（又はホルダ２４ｂ）を用いて複数の切削工具Ｔを保持してもよい。

図３は、プレート状刃物台２１の一例を示す斜視図である。図４は、プレート状刃物台２１をＹ方向から見た場合の図である。図５は、プレート状刃物台２１をＸ方向から見た場合の平面図である。図３から図５に示すように、プレート状刃物台２１は、上面２１ａ（－Ｘ側の面）に、ワークＷを切削するための切削工具Ｔ１～Ｔ４を保持している。プレート状刃物台２１は、切削工具Ｔ１～Ｔ４を保持する複数のホルダ２４（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ）を介して、切削工具Ｔ１～Ｔ４を保持している。

ホルダ２４は、それぞれ１つの切削工具Ｔを保持しているが、この構成に限定されず、１つのホルダ２４で２つ以上の切削工具Ｔを保持させてもよい。ホルダ２４は、ボルト等の不図示の締結部材によって、取り外し可能な状態でプレート状刃物台２１に取り付けられる。この締結部材を取り外すことにより、切削工具Ｔ１～Ｔ４は、ホルダ２４とともに交換可能である。

ホルダ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄは、切削工具Ｔ１の位置が互いにＹ方向にずれた状態で、Ｚ方向に並んで配置される。図５では、ワークＷを切削工具Ｔ３により切削加工する場合のワークＷの配置を示している。この構成により、いずれか１つの切削工具Ｔ（例えば、切削工具Ｔ１）を用いてワークＷの切削加工を行う際に、他の切削工具Ｔ（例えば、切削工具Ｔ２～Ｔ４）がワークＷに干渉することを防止できる。

ホルダ２４は、例えば、切削工具Ｔを保持する剛性が異なってもよく、ワークＷの切削加工時に切削工具Ｔに作用する反力の大きさによってホルダが選定されてもよい。ホルダ２４ａ、２４ｃ、２４ｄと、ホルダ２４ｂとは、切削工具Ｔの取付座の形態が異なっている。なお、本実施形態では、２種類のホルダ２４ａ、２４ｂを用いているが、この形態に限定されず、１種類のホルダ２４ａ（又はホルダ２４ｂ）を用いて複数の切削工具Ｔを保持してもよい。

切削工具Ｔ１～Ｔ４のそれぞれは、直線切刃Ｈ１～Ｈ４を有する。ホルダ２４は、直線切刃Ｈ１の方向がＸ方向から見てＺ方向に対して傾いた状態となるように切削工具Ｔ１～Ｔ４を保持している。直線切刃Ｈ１～Ｈ４のＺ方向（母線Ｄ）に対する角度θ（図１０（Ａ）参照）は任意に設定可能である。また、ホルダ２４で切削工具Ｔ１～Ｔ４を保持する構成は、例えば、楔状の部材を固定ネジにより差し込み、楔状の部材とホルダ２４との間で切削工具Ｔ１～Ｔ４を挟み込んで保持する構成が適用されるが、この構成に限定されず、切削工具Ｔ１～Ｔ４を保持可能な任意の構成が適用される。

切削工具Ｔ１～Ｔ４は、ワークＷの表面Ｗａに対して接線方向（軸線ＡＸと交差する方向）に移動しながらワークＷの切削加工を行う。切削工具Ｔ１～Ｔ４は、プレート状刃物台２１がＹ方向、又はＹ方向とＺ方向とを含んだ合成方向Ｐ（図５参照）に移動することにより、Ｘ方向から見てＺ方向に沿うワークＷの表面Ｗａ上の母線Ｄ（図１０参照）に対して直線切刃Ｈ１～Ｈ４の刃先がＹ方向ずれつつ、かつ母線Ｄ上の切削点Ｃ（図１０参照）がＺ方向にずれながらワークＷの切削加工を行う。

なお、切削工具Ｔ１～Ｔ４の１つ又は２つは、直線切刃Ｈ１等を持つ切削工具に限定されない。例えば、切削工具Ｔとして、矩形状のチップの角部分に例えば曲線状の切刃を有する切削工具が用いられてもよい。このような切削工具は、例えば、Ｙ方向には移動させずに、ワークＷの母線Ｄに沿ってＺ方向に送られることによりワークＷの切削加工を行うシングルポイント加工用の切削工具である。この切削工具を用いる場合、この切削工具を保持するために専用のホルダがプレート状刃物台２１に着脱可能に取り付けられる。

また、複数の切削工具Ｔ１～Ｔ４は、例えば、直線切刃Ｈ１～Ｈ４の高さＬ１（Ｘ方向の位置）が同一となるようにホルダ２４に保持されている（図４参照）。これにより、複数の切削工具Ｔ１～Ｔ４において直線切刃Ｈ１～Ｈ４の高さの管理が容易となり、例えば、切削工具Ｔ１から他の切削工具Ｔ２～Ｔ４に切り替えたときに、Ｘ方向の位置合わせを不要又は簡略化することができる。なお、複数の切削工具Ｔ１～Ｔ４は、直線切刃Ｈ１～Ｈ４の高さを同一とする構成に限定されず、各直線切刃Ｈ１～Ｈ４が異なる高さに設定されてもよい。

プレート状刃物台２１には、複数のノズル３０が設けられる。各ノズル３０は、複数の切削工具Ｔ１～Ｔ４のそれぞれの刃先に向けて潤滑用のミストを噴射可能である。各ノズル３０は、プレート状刃物台２１の－Ｙ側に配置され、＋Ｙ方向にミストを噴射する。各ノズル３０は、不図示の固定部材によりプレート状刃物台２１に固定され、プレート状刃物台２１とともに移動する。ノズル３０は、切削工具Ｔ１～Ｔ４の数と同数設けられる。本実施形態では、４つの切削工具Ｔ１～Ｔ４に対応して、４つのノズル３０が設けられている。以下、４つのノズル３０を区別する場合、それぞれノズル３１、３２、３３、３４と表記する。

ノズル３１は、ホルダ２４ａに保持される切削工具Ｔ１に向けて配置される。ノズル３２は、ホルダ２４ｂに保持される切削工具Ｔ２に向けて配置される。ノズル３３は、ホルダ２４ｃに保持される切削工具Ｔ３に向けて配置される。ノズル３４は、ホルダ２４ｄに保持される切削工具Ｔ４に向けて配置される。各切削工具Ｔ１～Ｔ４は、Ｚ方向における位置が互いに異なっている。そのため、ノズル３１、３２、３３、３４は、互いに干渉することなくＺ方向に１列に並んで配置可能である。

本実施形態に示す例では、直線切刃Ｈ１～Ｈ４の高さＬ１が同一又はほぼ同一となっている。従って、複数のノズル３０についても、直線切刃Ｈ１～Ｈ４の高さＬ１に対応するように、高さＬ２（Ｘ方向の位置）が同一となるように設定されている（図４参照）。この構成により、複数のノズル３０の高さを切削工具Ｔごとに設定する必要がなく、複数のノズル３０の高さを容易に設定できる。なお、直線切刃Ｈ１～Ｈ４が異なる高さに設定されている場合では、ノズル３１、３２、３３、３４は、直線切刃Ｈ１～Ｈ４に対応するように互いに異なる高さに設定されてもよいし、ノズル３１、３２、３３、３４の高さを同一として、各ノズル３１、３２、３３、３４を、対応する直線切刃Ｈ１～Ｈ４に向けるように上向き又は下向きとする形態であってもよい。また、複数のノズル３１～３４は、図５に示すように、プレート状刃物台２１の－Ｙ側において、Ｙ方向の位置が同一又はほぼ同一である。この構成により、切削工具Ｔ１～Ｔ４のいずれかでワークＷを切削加工する場合でもワークＷがノズル３０に干渉しないようにしている。

また、ノズル３１～３４は、同一形状（例えば同一口径）が用いられてもよいし、異なる形状が用いられてもよい。例えば、各ノズル３１～３４から切削工具Ｔ１～Ｔ４までの距離が異なることから、ミストを噴射させる距離に応じて口径等が異なるノズル３１～３４が用いられてもよい。ノズル３１～３４は、いずれも＋Ｙ方向に向けて水平方向にミストを噴射するが、この構成に限定されない。例えば、ノズル３１～３４の少なくとも１つは、＋Ｙ方向に対して傾いた状態でミストを噴射してもよいし、ミストを上向き又は下向きに噴射してもよい。

各ノズル３０から噴射される潤滑用のミストは、ミスト生成部４０において生成される。ミスト生成部４０は、プレート状刃物台２１に対して＋Ｚ側に配置され、ネジ等の固定部材によりブラケット２６に固定される。ブラケット２６は、ネジ等の固定部材によりＹ軸スライダ１９に固定される。従って、ミスト生成部４０は、ブラケット２６及びＹ軸スライダ１９を介してプレート状刃物台２１に固定された状態となっており、プレート状刃物台２１とともに移動する。

図６及び図７は、ミスト生成部４０の一例を示す模式図である。図６は、ミスト生成部４０をＸ方向から見た断面図を示し、図７は、ミスト生成部４０をＹ方向から見た断面図を示している。図６及び図７に示すように、ミスト生成部４０は、ミキシングノズル４１と、ガス供給部４２と、油供給部４３と、水供給部４４とを有する。なお、図１及び図２ではガス供給部４２、油供給部４３、及び水供給部４４を総称して供給部と表記している。ミキシングノズル４１は、圧縮ガス、潤滑油、及び水により、油膜で覆われた粒状の水からなるミスト（油水ミスト）Ｍを生成する。ミキシングノズル４１は、圧縮ガスを注入するガス注入口４１ａと、潤滑油を注入する油注入口４１ｂと、水を注入する水注入口４１ｃとを＋Ｚ側の端部に有する。

ガス供給部４２は、ミキシングノズル４１に圧縮ガスを供給する。ガスとしては、例えばエア、窒素などが用いられる。ガス供給部４２は、ミキシングノズル４１のガス注入口４１ａに接続され、ガス注入口４１ａから圧縮ガスをミキシングノズル４１内に注入する。油供給部４３は、ミキシングノズル４１に潤滑油を供給する。油供給部４３は、ミキシングノズル４１の油注入口４１ｂに接続され、油注入口４１ｂから潤滑油をミキシングノズル４１内に注入する。水供給部４４は、ミキシングノズル４１に水を供給する。水供給部４４は、ミキシングノズル４１の水注入口４１ｃに接続され、水注入口４１ｃから水をミキシングノズル４１内に注入する。

ミキシングノズル４１は、流通管４１ｄ及び噴出口４１ｅを有する。流通管４１ｄは、圧縮ガスを第１方向Ｄ１に送りながら、ミキシングノズル４１内に供給された油及び水によってミストＭを生成し、このミストＭを第１方向Ｄ１に送る。第１方向Ｄ１は、Ｚ方向と平行であり、具体的には－Ｚ方向である。噴出口４１ｅは、流通管４１ｄの－Ｚ側の先端に配置され、流通管４１ｄにより送られたミストＭを第１方向Ｄ１に送り出す。噴出口４１ｅの－Ｚ側、つまり第１方向Ｄ１側には、切替部５０が設けられている。

切替部５０は、ミスト生成部４０で生成されたミストＭの供給先を複数のノズル３０のいずれかに切り替える。切替部５０は、プレート状刃物台２１に対して＋Ｚ側に配置され、ネジ等の固定部材によりブラケット２６に固定される。従って、切替部５０は、プレート状刃物台２１に固定され、プレート状刃物台２１及びミスト生成部４０とともに移動する。切替部５０は、上流側部材５１と、下流側部材５２と、駆動部６０とを有する。上流側部材５１は、例えば円柱状の部材であり、回転の中心である軸線ＡＸ１が第１方向Ｄ１（Ｚ方向）に平行に配置される。切替部５０は、駆動部６０を備えている。上流側部材５１は、駆動部６０を駆動することにより、下流側部材５２に対して軸線ＡＸ１の軸まわり方向に回転可能である。

駆動部６０は、回転モータ６１と、伝達部６２とを有する。回転モータ６１は、例えばステッピングモータが用いられるが、他のモータが用いられてもよい。回転モータ６１は、回転駆動する回転駆動軸６３を有する。回転駆動軸６３は、回転の中心である軸線ＡＸ２が第１方向Ｄ１（Ｚ方向）に平行に配置され、軸線ＡＸ２の軸まわり方向に回転する。すなわち、上流側部材５１の軸線ＡＸ１と、回転駆動軸６３の軸線ＡＸ２とは平行している。伝達部６２は、駆動ギア６４及び従動ギア６５を有する歯車列である。駆動ギア６４は、回転モータ６１の回転駆動軸６３に固定される。回転モータ６１の回転駆動軸６３が軸線ＡＸ２の軸まわり方向に回転することにより、駆動ギア６４が回転駆動軸６３と一体で回転する。

従動ギア６５は、上流側部材５１の－Ｚ側の端面５１ａに固定される。従動ギア６５は、上流側部材５１とともに軸線ＡＸ１の軸まわり方向に回転する。従動ギア６５は、駆動ギア６４と噛み合っているので、駆動ギア６４が回転することにより、従動ギア６５が軸線ＡＸ１の軸まわり方向に回転し、従動ギア６５とともに上流側部材５１が軸線ＡＸ１の軸まわり方向に回転する。なお、伝達部６２は、駆動ギア６４及び従動ギア６５の歯車列を用いることに限定されない。例えば、プーリ及びベルト等を用いて回転駆動軸６３の回転を上流側部材５１に伝達してもよい。

上流側部材５１は、１つの一次流路５５を有する。一次流路５５は、上流側部材５１の＋Ｚ側の端面５１ｂにミスト流入口５５ａを有する。ミスト流入口５５ａは、ミスト生成部４０のミキシングノズル４１に備える噴出口４１ｅに接続される。一次流路５５は、上流側部材５１の内部において、軸線ＡＸ１に沿った第１直線部５５ｂと、この第１直線部５５ｂの－Ｚ側端部から上流側部材５１の外周面５１ｃ側に屈曲されて第２方向Ｄ２に延びる第２直線部５５ｃとを有する。第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１と直交する方向であるが、この方向に限定されず、第１方向Ｄ１と交差する方向であれば任意の方向に設定可能である。

一次流路５５は、上流側部材５１の外周面５１ｃにミスト流出口５５ｄを有する。一次流路５５は、第１直線部５５ｂによりミスト生成部４０から第１方向Ｄ１に送られたミストＭを、第２直線部５５ｃにより第１方向Ｄ１とは異なる第２方向Ｄ２に送り出す。

下流側部材５２は、上流側部材５１が挿入され、上流側部材５１を軸線ＡＸ１の軸まわり方向に回転可能に支持する。すなわち、上流側部材５１と下流側部材５２とは、相対的に移動可能となっている。下流側部材５２は、上流側部材５１が挿入され、上流側部材５１の外周面５１ｃに対向する円筒状の内周面５２ｃを有する。下流側部材５２は、二次流路７０を有する。二次流路７０は、軸線ＡＸ１の軸まわり方向に間隔を空けて複数並んで放射状に配置される。複数の二次流路７０は、上流側部材５１が各回転位置に回転したときのミスト流出口５５ｄの位置に合わせるように設けられている。このため、複数の二次流路７０は、上流側部材５１の回転位置に応じて一次流路５５の接続先が切り替わる。複数の二次流路７０は、複数のノズル３０のそれぞれに１対１で接続される。複数の二次流路７０を区別する場合、それぞれ二次流路７１、７２、７３、７４と表記する。

各二次流路７１～７４は、下流側部材５２の内周面５２ｃにそれぞれミスト流入口７０ａを有する。ミスト流入口７０ａのそれぞれは、上流側部材５１の外周面５１ｃに設けられるミスト流出口５５ｄに接続可能である。つまり、複数のミスト流入口７０ａのうち、いずれかのミスト流入口７０ａが上流側部材５１の回転位置に応じたミスト流出口５５ｄに接続される。切替部５０は、上流側部材５１と下流側部材５２との相対的な回転移動により、一次流路５５を複数の二次流路７０のいずれかに接続する。下流側部材５２においては、ミスト流出口５５ｄから第２方向Ｄ２に流出したミストＭが、いずれかのミスト流入口７０ａから１つの二次流路７０に流入する。

各二次流路７０は、それぞれ配管５６（図２又は後述する図８等参照）を介してノズル３０に接続される。具体的には、二次流路７１がノズル３１に接続され、二次流路７２がノズル３２に接続され、二次流路７３がノズル３３に接続され、二次流路７４がノズル３４に接続される。配管５６は、金属製の配管が用いられてもよいし、フレキシブル配管が用いられてもよい。

回転モータ６１の駆動は、例えば回転制御部６６により制御される。回転制御部６６は、図１に示す制御部ＣＯＮＴに含まれてもよいし、制御部ＣＯＮＴとは別に設けられてもよい。上流側部材５１は、回転制御部６６により制御された回転モータ６１の回転量に応じて、ノズル３０の個数に応じた複数の回転位置に停止可能である。回転制御部６６は、複数の切削工具Ｔ１～Ｔ４のいずれかが選択されたことに応じて、選択された切削工具Ｔ１～Ｔ４に対応したノズル３０にミストＭを供給するように、上流側部材５１の回転位置を制御する。なお、駆動部６０を回転制御部６６により制御することに限定されず、例えば、作業者等のマニュアル操作により駆動部６０を駆動して、上流側部材５１を所望の回転位置を設定してもよい。

図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、上流側部材５１を回転させる場合の一例を示す図である。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、本実施形態では、ノズル３０が４つ配置されるため、上流側部材５１は４つの回転位置Ｐ１～Ｐ４にそれぞれ設定可能である。図８（Ａ）は、切削工具Ｔ２が選択された場合を示している。回転制御部６６は、回転モータ６１を制御して、上流側部材５１の第２直線部５５ｃ（図７参照）が二次流路７２と接続する回転位置Ｐ２となるように上流側部材５１を回転させる。その結果、ミスト生成部４０で生成されたミストＭは、一次流路５５から二次流路７２に送り出され、配管５６を介してノズル３２から切削工具Ｔ２の刃先に向けて噴射される。

また、回転制御部６６は、回転モータ６１を制御することにより、上流側部材５１の第２直線部５５ｃ（図７参照）が二次流路７１、７３、７４のいずれかと接続する回転位置Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４となるように上流側部材５１を回転させる。図８（Ｂ）では、上流側部材５１が回転位置Ｐ３まで回転し、一次流路５５が二次流路７３に接続した例を示している。なお、図８（Ｂ）において一点鎖線で示すように、上流側部材５１を回転位置Ｐ１、Ｐ４まで回転させ、一次流路５５を二次流路７１、７４に接続することも可能である。このように、上流側部材５１を回転させることにより、切削加工を行う切削工具Ｔ１～Ｔ４に対応したノズル３１～３４からミストＭを噴射させることができる。

図９は、上流側部材５１を回転させる場合の他の例を示す図である。図９に示す例では上流側部材５１が回転位置Ｐ０まで回転し、一次流路５５が二次流路７１～７４のいずれにも接続されていない。すなわち、回転位置Ｐ０は、ミストＭの噴射を規制するための上流側部材５１の回転位置である。図９に示すように、上流側部材５１が回転位置Ｐ０となることにより、ミストＭをノズル３１～３４のいずれからも噴射されない。従って、回転制御部６６は、例えば、切削工具Ｔ１～Ｔ４によりワークＷの切削加工が終了したタイミングで、上流側部材５１を回転位置Ｐ０に回転させることにより、ノズル３１～３４からミストＭの噴射を規制することができる。

図９では、回転位置Ｐ０として、下流側部材５２の内周面５２ｃのうち、二次流路７１から時計回りに二次流路７４までの領域に設定されているが、この領域に限定されず、例えば、二次流路７１と二次流路７２との間、二次流路７２と二次流路７３との間、又は二次流路７３と二次流路７２との間に回転位置Ｐ０が設定されてもよい。なお、ノズル３１～３４からミストＭの噴射を規制するために、上流側部材５１を回転位置Ｐ０まで回転させるか否かは任意である。例えば、ミストＭの噴射を規制するために、二次流路７１～７４のそれぞれに開閉弁等が設けられてもよいし、ミスト生成部４０の駆動を適宜停止させてもよい。

次に、以上のように構成された工作機械１００の動作について説明する。まず、切削工具Ｔ１をワークＷの軸線ＡＸと交差する方向に移動しながらワークＷの切削加工を行う加工動作について説明する。図１０は、Ｘ方向からワークＷを見たときの切削工具Ｔ１の動きの一例を示す平面図であり、（Ａ）は切削加工前の図、（Ｂ）は切削加工中の図、（Ｃ）は切削加工後の図である。

以下、図１０を適宜参照しながら加工動作について説明する。なお、以下の説明に際して、適宜図１から図９の内容を参照する。図１０では、切削工具Ｔ１～Ｔ４のうち、切削工具Ｔ１を用いてワークＷを切削加工する場合について説明している。先ず、加工対象であるワークＷを主軸７に保持させる。ワークＷを把持した後、モータ１２を駆動して主軸７を回転させることにより、ワークＷを軸線ＡＸの軸まわり方向に回転させる。なお、主軸７と対向軸８とでワークＷを把持する場合には、主軸７と対向軸８とを同期させて回転させる。また、ワークＷの回転数は、加工処理に応じて適宜設定される。

続いて、切削工具Ｔ１のＸ方向の位置が調整される。この調整では、直線切刃Ｈ１がワークＷの表面Ｗａに対応するように、Ｘ方向駆動系Ｍ２によってプレート状刃物台２１をＸ方向に移動させる。直線切刃Ｈ１のＸ方向の位置は、ワークＷの表面Ｗａに対する切削量（切削深さ）を規定する。切削量は、制御部ＣＯＮＴによって予め設定された値に設定されてもよく、また、作業者等のマニュアル操作によって設定されてもよい。

続いて、ワークＷの回転が安定した段階で、切削工具Ｔ１のＹ方向及びＺ方向の位置合わせを行う。切削工具Ｔ１のＹ方向及びＺ方向の位置合わせ、並びに後述する合成方向Ｐへの移動は、Ｚ軸スライダ１７のＺ方向への移動、及びＹ軸スライダ１９（プレート状刃物台２１）のＹ方向への移動によって行われる。切削工具Ｔ１は、ワークＷの切削範囲Ｌに応じて位置合わせされる。図１０（Ａ）に示すように、切削工具Ｔ１の直線切刃Ｈ１の＋Ｙ側の端部Ｈ１ａが、ワークＷの母線Ｄの－Ｙ側近傍であって切削範囲Ｌの＋Ｚ側に配置される。このとき、他の切削工具Ｔ２～Ｔ４は、ワークＷに対して－Ｙ側に位置するため（図５参照）、ワークＷと干渉することはない。

続いて、図１０（Ａ）に示すように、直線切刃Ｈ１を、＋Ｙ方向と－Ｚ方向とを合成した合成方向Ｐに移動させる。合成方向Ｐは、例えば、直線切刃Ｈ１の刃先に沿った長さと、ワークＷの切削範囲Ｌとに応じて設定される。すなわち、切削工具Ｔ１が母線Ｄの－Ｙ側から＋Ｙ側に抜けた際に（１回のパスで）切削範囲Ｌを直線切刃Ｈ１で切削加工するような合成方向Ｐに設定されている。ただし、合成方向Ｐに代えてＹ方向のみに切削工具Ｔ１を移動させてもよいし、合成方向Ｐとして１回のパスで切削範囲Ｌの一部を切削加工するような方向に設定されてもよい。

続いて、切削工具Ｔ１の直線切刃Ｈ１を、合成方向Ｐに移動させることによりワークＷの表面Ｗａに対して切削加工を行う。切削工具Ｔ１の直線切刃Ｈ１は、ワークＷの表面Ｗａ上のＺ方向の母線Ｄに対して－Ｙ側から＋Ｙ側に移動し、直線切刃Ｈ１の＋Ｙ側の端部Ｈ１ａが先にワークＷに当接し、この端部Ｈ１ａにおいて表面Ｗａの切削を行う。続いて、切削工具Ｔ１は、合成方向Ｐに移動しながらワークＷの切削加工を行う。なお、合成方向Ｐは、ワークＷの表面Ｗａに対する接平面に沿った方向である。また、切削工具Ｔ１は、直線切刃Ｈ１の刃先に沿った方向が、母線Ｄと平行を保ちながら合成方向Ｐに移動する。また、切削加工を行う際、回転制御部６６（あるいは制御部ＣＯＮＴ）は、上流側部材５１を回転位置Ｐ１まで回転させ、一次流路５５を二次流路７１に接続させることにより、選択された切削工具Ｔ１に対応したノズル３１からミストＭを噴射させる。

直線切刃Ｈ１は、図１０（Ｂ）に示すように、表面Ｗａに沿って合成方向Ｐに移動することにより、ワークＷへの切削部分が端部Ｈ１ａから端部Ｈ１ｂに向けて徐々にずれていく。さらに、直線切刃Ｈ１が合成方向Ｐに向けて移動する間に、ワークＷの表面Ｗａにおいて母線Ｄ上の切削点Ｃは、母線Ｄに沿って－Ｚ方向に進んでいく。また、直線切刃Ｈ１（切削工具Ｔ１）の移動にともなって、ノズル３１も合成方向Ｐに移動する。このため、直線切刃Ｈ１（切削部分）に対して連続してミストＭを供給することができ、このミストＭによって切削部分が冷却され、ワークＷ及び切削工具Ｔ１に対する熱の影響を低減することができる。

その後、図１０（Ｃ）に示すように、直線切刃Ｈ１の端部Ｈ１ｂが母線Ｄから＋Ｙ側に離れた段階で、切削工具Ｔ１による表面Ｗａの切削加工が終了する。上記した切削動作では、切削工具Ｔ１の直線切刃Ｈ１において端部Ｈ１ａから端部Ｈ１ｂまでの全体を用いて表面Ｗａの切削加工を行っているが、これに限定されず、直線切刃Ｈ１の一部を用いて表面Ｗａの切削範囲Ｌを切削加工してもよい。また、回転制御部６６は、切削工具Ｔ１による切削加工が終了するまで、ノズル３１からミストＭを噴射させ、切削加工が終了した段階でミストＭの噴射を停止させる。

このように、本実施形態に係る工作機械１００によれば、ミスト生成部４０から一次流路５５に供給されるミストＭを切替部５０により複数の二次流路７０のいずれかに供給するため、複数の切削工具Ｔ１～Ｔ４をプレート状刃物台２１に保持している場合でも、切削工具Ｔ１～Ｔ４の数よりミスト生成部４０の数を少なくすることができる。これにより、ミスト生成部４０及びこのミスト生成部４０に接続される配管５６の設置スペースを小さくすることができ、プレート状刃物台２１の大型化を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態に限定されない。上記した実施形態では、複数の切削工具Ｔ１～Ｔ４がプレート状刃物台２１に保持された構成を例に挙げて説明したが、この構成に限定されない。例えば、プレート状刃物台２１に代えて、くし歯状刃物台が用いられてもよいし、タレット刃物台が用いられてもよい。

また、上記した実施形態において、複数の切削工具Ｔ１～Ｔ４は、直線切刃Ｈ１～Ｈ４の向きがＺ方向に対して同一の角度θ（図１０（Ａ）参照）に設定されてもよいし、互いに異なる角度θに設定されてもよい。直線切刃Ｈ１～Ｈ４が互いに異なる角度θに設定される場合、例えば、複数の切削工具Ｔ１～Ｔ１のうち、いずれか１つが粗加工に用いられ、他の１つが仕上げ加工に用いられてもよい。

ＡＸ、ＡＸ１、ＡＸ２・・・軸線
Ｃ・・・切削点
ＣＯＮＴ・・・制御部
Ｄ・・・母線
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４・・・直線切刃
Ｍ・・・ミスト
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４・・・切削工具
Ｗ・・・ワーク
Ｗａ・・・表面
１・・・ベース（機械本体部）
５・・・Ｚ軸ガイド
７・・・主軸
１５・・・Ｘ軸スライダ
１６・・・Ｙ軸ガイド
１７・・・Ｚ軸スライダ
１８・・・Ｘ軸ガイド
１９・・・Ｙ軸スライダ
２１・・・プレート状刃物台（刃物台）
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ・・・ホルダ
３０、３１、３２、３３、３４・・・ノズル
４０・・・ミスト生成部
５０・・・切替部
５１・・・上流側部材
５２・・・下流側部材
５５・・・一次流路
６０・・・駆動部
６１・・・回転モータ
６２・・・伝達部
６３・・・回転駆動軸
６６・・・回転制御部
７０、７１、７２、７３、７４・・・二次流路
１００・・・工作機械

Claims (9)

1. ワークを切削する直線切刃を有する複数の切削工具を保持し、ワークを保持して回転する主軸の軸線に平行なＺ方向と、前記Ｚ方向に直交しかつワークに対する切削量を規定するＸ方向と、前記Ｚ方向及び前記Ｘ方向に直交するＹ方向とに移動可能なプレート状刃物台と、
   前記プレート状刃物台に設けられ、前記複数の切削工具のそれぞれの刃先に向けて潤滑用のミストを噴射可能な複数のノズルと、
   前記ミストを生成するミスト生成部と、
   前記ミスト生成部で生成された前記ミストの供給先を前記複数のノズルのいずれかに切り替える切替部と、
   前記プレート状刃物台を駆動する第１駆動系と、
   前記第１駆動系と異なる駆動系であって前記切替部を駆動する第２駆動系と、を備え、
   前記ミスト生成部は、圧縮ガスと油と水とを混合して前記ミストを生成可能であり、
   前記切替部は、
   前記ミスト生成部から第１方向に流入した前記ミストを前記第１方向と異なる第２方向に送り出す１つの一次流路を有する上流側部材と、
   前記複数のノズルのそれぞれに接続される複数の二次流路を有する下流側部材と、を備え、
   前記上流側部材及び前記下流側部材は、前記第２駆動系により駆動されて相対的に移動することにより、前記一次流路を前記複数の二次流路のいずれかに接続し、
   前記プレート状刃物台は、前記第１駆動系により駆動されて前記Ｙ方向、又は前記Ｙ方向と前記Ｚ方向とを合成した方向に移動することにより、前記Ｘ方向から見て前記Ｚ方向に沿うワーク表面上の母線に対して前記直線切刃の刃先の位置がずれかつ前記母線上の切削点がすれながらワークの切削加工を行う、工作機械。
2. 前記第１方向と前記第２方向とは直交する、請求項１に記載の工作機械。
3. 前記第１方向は、前記Ｚ方向と平行である、請求項１又は請求項２に記載の工作機械。
4. 前記上流側部材は、前記下流側部材に対して前記第１方向に沿った軸線まわりに回転可能であり、
   前記下流側部材は、前記上流側部材の複数の回転位置に応じた前記第２方向に合わせるように、前記複数の二次流路における複数の流入部を前記軸線まわりに間隔を空けて備える、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の工作機械。
5. 前記第２駆動系は、前記上流側部材を回転させる、請求項４に記載の工作機械。
6. 前記第２駆動系は、
   回転駆動軸が前記軸線と平行に配置された回転モータと、
   前記回転駆動軸の回転を前記上流側部材に伝達する伝達部と、を備える、請求項５に記載の工作機械。
7. 前記第２駆動系を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記複数の切削工具のいずれかが選択されたことに応じて、選択された前記切削工具に対応した前記ノズルに前記ミストを供給するための前記上流側部材の回転位置となるように前記第２駆動系を制御する、請求項５又は請求項６に記載の工作機械。
8. 前記切替部は、前記プレート状刃物台に固定されて前記プレート状刃物台とともに移動する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の工作機械。
9. 前記ミスト生成部は、前記プレート状刃物台に固定されて前記プレート状刃物台とともに移動する、請求項８に記載の工作機械。

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