JPH0763915B2 - マシニングセンタ用工具ホルダ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、マシニングセンタの備品として、あるいは
別途に準備される種々の加工工具をマシニングセンタ内
に装着する際に用いられるマシニングセンタ用工具ホル
ダーに関するものである。

〔従来の技術〕

近年、生産ラインの合理化、無人化の見地から、フライ
ス加工，タツプ切り，ボーリングといつた種々の機械加
工を自動的かつ高性能に行いうるマシニングセンタ（複
合工作機械）が汎用されている。上記マシニングセンタ
は、通常、工作物を自動的に位置決めする位置決め機能
と、目的とする工作物の加工部位にフライス加工，タツ
プ切り，ボーリング等の必要な加工を施す工作機能とを
有するもので、上記必要な加工を施すための多種多様な
加工工具が工具ホルダーに連結され固定された状態で内
蔵されており、必要な工具がその中から自動的に選択さ
れて工具ホルダーごと取り出されてマシニングセンタの
スピンドル下端に装着されて加工を行うようになつてい
る。

このようなマシニングセンタに加工工具が工具ホルダー
ごと装着された状態を第９図に示す。図はマシニングセ
ンタの工作用スピンドル周辺部の縦断面図である。図に
おいて、１は工作物の加工に際し加工工具に回転運動を
与えるためのスピンドルで、２はスピンドル１の下端に
装着された工具ホルダー、3aはこの工具ホルダー２の先
端に連結固定された加工工具である。この工具ホルダー
２を詳しく説明すると、工具ホルダー２は、上記スピン
ドル１の下端近傍のテーパの付いた内壁３に嵌合する円
錐台状の嵌合部４と、上記嵌合部４の上端面中央からボ
ルト状に突出していて上記スピンドル内のチヤツク部５
と係合する被把持部６と、上記嵌合部４の底部に形成さ
れマシニングセンタの工具脱着用アーム（図示せず）と
係合する係合溝部７を有するアーム被把持部８と、上記
アーム被把持部８の下端面中央から下方に延びる工具連
結軸９とを有する。そして、上記工具ホルダー２の工具
連結軸９の下端には加工工具3aが挿入され固定ねじ10に
よつて連結固定されている。

このような状態において、マシニングセンタの加工作業
はつぎのようにして行われる。すなわち、まず、上記ス
ピンドル１の下方に設けられている工作物載置用テーブ
ル（図示せず）上に工作物を載置する。上記テーブル
は、予め入力された指示に従つてXY方向にスライドする
ようになつており、工作物の加工開始点（原点）に工作
物を位置決めする。そして、スピンドル１が回転を開始
して工具ホルダー２ごと加工工具を回転させると同時に
上記テーブルが上昇し（場合によつてはスピンドル１側
が下降し）て加工工具３の刃先と工作物の被加工部位と
が圧接し、工作物の加工が開始される。そして、予め入
力された指示に従つたテーブルの移動もしくはスピンド
ル１の移動によつて上記圧接部が時々刻々と変化して一
定の加工形状を工作物に与える。こうして一連の加工作
業が終了し、加工工具３と工作物の圧接が解除され、加
工済工作物はテーブル上から取り出される。なお、同一
加工を複数の工作物に行う場合には、加工済工作物がテ
ーブルから取り出されると同時に新たな工作物がテーブ
ル上に供給されて、上記一連の操作を繰り返すことによ
り連続的な加工が自動的に行われる。

ところで、このようなマシニングセンタによる自動加工
においても、通常の加工作業と同様に切削液や研削液等
の注水が必要な場合があり、マシニングセンタ内に切削
液や研削液吐出用の注水ノズルが設けられている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、工作物に対する工具の加工方向が、上記
のように工作物を載置したテーブルとスピンドルとの相
対的な位置関係によつて規制されるにもかかわらず、切
削液や研削液の注水は、通常、マシニングセンタ内のテ
ーブルおよびスピンドルの動きから全く無関係な部位に
固定された注水ノズルから行うのであつて、上記テーブ
ル等の動き、すなわち工作物に対する工具の加工方向と
は無関係に注水が行われているのが実情である。したが
つて、本来、切削、研削等の加工において最も発熱する
点、つまり工具の刃が工作物に入つていくその接点を重
点的に冷却するのが望ましいにもかかわらず、的はずれ
な注水となつてしまい加工時の発熱を適切に冷却でき
ず、工具の損傷が激しい等の問題を生じている。

そこで、注水用ノズルを第10図に示すように長くて手指
で方向を変えうるものとし、加工状態を見ながら人間が
ノズル50を適当に動かしたりすることで対処している
が、マシニングセンタの有する他の便益性に比べ極めて
不合理である。したがつて、注水が常に上記発熱点をね
らつて行われるような機構を備えたマシニングセンタの
実現が望まれているが未だ実用化されていないのが現状
である。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、マ
シニングセンタにおける注水が常に工具の刃が工作物に
入つていくその接点をねらつて行われるような機構を備
えたマシニングセンタ用工具ホルダーの提供をその目的
とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、この発明のマシニングセン
タ用工具ホルダーは、嵌合する工具ホルダーを駆動する
駆動手段として、スピンドル駆動系とは区別される補助
駆動系を備えたマシニングセンタに装着されるマシニン
グセンタ用工具ホルダーであつて、マシニングセンタの
スピンドル内壁に嵌合する円錐台状の嵌合部と、上記嵌
合部の上端面中央からボルト状に突出していてマシニン
グセンタのスピンドル内のチヤツク部と係合する被把持
部と、上記嵌合部の底部に形成されマシニングセンタの
工具脱着用アームと係合する係合溝部を有するアーム被
把持部と、上記アーム被把持部の下端面中央から下方に
延びる工具連結軸と、上記工具連結軸に回転自在に取り
付けられる保持具と、上記保持具に取り付けられノズル
口が工具による加工方向に向けられている注水ノズル
と、同じく上記保持具に取り付けられその下端が上記注
水ノズルに連通し上端が前記マシニングセンタの補助駆
動系の連結部に着脱自在に嵌合する注水パイプと、この
工具ホルダーをマシニングセンタに装着するときに上記
注水パイプ上端を上記補助駆動系の連結部に案内するガ
イド手段とを備えるという構成をとる。

〔作用〕

すなわち、この発明者は、マシニングセンタにおける注
水が、常に工具の刃が工作物に入つていくその接点をね
らつて行われるような機構をマシニングセンタに付加す
るためには、注水用ノズル自体が一定の制御のもとで工
作物の動きと連動しなければならない、と考えた。そこ
で、工作物の動きと連動する注水用ノズルを、マシニン
グセンタ本体に取り付けるか、マシニングセンタに装備
される工具ホルダーに取り付けるかについて検討した結
果、マシニングセンタ本体に注水用ノズルを取り付ける
と、その駆動制御や注水経路の形成等が簡単である反
面、加工点と注水用ノズル取り付け位置との距離が遠
くなつて注水方向を正確に定めにくい、加工の種類に
応じてそれに合つた工具が工具ホルダーごと自動的に選
択されマシニングセンタ本体のスピンドルにセツトされ
るが、工具の大きさや種類等によつて加工点の高さが変
わるため、その都度いちいち注水用ノズルの高さを調節
しなければならない、等の不都合があることが判明し
た。これに対し、工具ホルダーに注水用ノズルを取り付
け、マシニングセンタ本体側から駆動制御や注水を行う
ことにすると、工具ホルダー装着時にマシニングセンタ
本体側と上記注水用ノズルとを連結しなければならない
点で工夫が必要であるが、工具交換ごとに注水用ノズル
の高さを調節することは不要となり、常に加工点に向か
つて的確な注水を行うことができる。このような立場か
ら、工具ホルダー側に注水用ノズルを取り付けることに
ついて一連の研究を行つた。その結果、マシニングセン
タ用工具ホルダーの工具連結軸に注水液の跳ね返りを防
ぐ保持具を取り付け、この保持具に注水ノズルを固定す
るとともに上記保持具から突出してマシニングセンタ本
体側と着脱自在に嵌合する注水パイプを取り付け、上記
注水パイプを介して上記保持具を、工作物に対する工具
の動きに連動させるように回転もしくは停止させて注水
ノズルの注水口を加工点に向けながら注水を行うように
すると、所期の目的を達成することを見いだし、この発
明に到達した。

つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳しく説明す
る。

〔実施例〕

この発明のマシニングセンタ用工具ホルダーの一実施例
を第１図に示す。

この工具ホルダー14は、研削加工用で、従来の工具ホル
ダー２（第９図参照）と同様、スピンドルの下端近傍の
テーパの付いた内壁３に嵌合する円錐台状の嵌合部４
と、上記嵌合部４の上端面中央からボルト状に突出して
いて上記スピンドル内のチヤツク部５と係合する被把持
部６と、上記嵌合部４の底部に形成されマシニングセン
タの工具脱着用アーム（図示せず）と係合する係合溝部
７を有するアーム被把持部８と、上記アーム被把持部８
の下端面中央から下方に延びる工具連結軸９とを有し、
さらに、上記工具連結軸９に玉軸受15を介して回転自在
に取り付けられた保持具16と、上記保持具16に取り付け
られノズル口が工具による加工方向に向けられている二
股の注水ノズル17と、同じく上記保持具16に取り付けら
れその下端が上記注水ノズル17に連通し上端が前記マシ
ニングセンタの補助駆動系の連結部に着脱自在に嵌合す
る注水パイプ18とを備えている。なお、加工工具である
研削砥石13は、二点鎖線で示すように上記工具連結軸９
の先端に取り付けられる。また、上記玉軸受15の内側に
は、上記工具連結軸９に遊嵌されたスライダ19が挿嵌さ
れていてその下に同軸的に装着された圧縮ばね材20のた
わみ力によつて矢印Ａの方向に押し上げられている。し
たがつて、保持具16もこれに追従して矢印Ａの方向に押
し上げられている。21は工具連結軸９に固着されたばね
当てである。一方、保持具16の上面には、その先端が半
球状に加工されたストツパ22が取り付けられている。そ
して、この発明におけるアーム被把持部８の下端面には
円錐状溝部23が形成されていて、上記ストツパ22の先端
が押しつけられ入り込んでいる。上記押しつけは、前記
圧縮ばね材20のたわみ力の付勢によるものである。この
ように、ストツパ22の先端がアーム被把持部８の下端面
の溝部23に入り込んでいるため、本来回転自在に取り付
けられている保持具16の回転が止められている。したが
つて、上記保持具16に固定されている注水パイプ18も振
れることなく固定されている。

この工具ホルダー14のＢ−Ｂ′断面を第２図に示す。保
持具16は、底面解放型の略円筒形であるが、図示のよう
に側面および上面の一部が切り欠かれていて取り付けら
れる研削砥石13の研削面を露出させるようになつてい
る。そして、上記保持具16の切欠端部からは注水ノズル
17が突き出しており、上記研削砥石13の研削面の頂部13
aを狙うようにプリセツト段階で調整されている。

この工具ホルダー14を用いた研削加工は、通常、嵌合す
る工具ホルダーを駆動する駆動手段としてスピンドル駆
動系とは区別される補助駆動系を備えた特殊なマシニン
グセンタによつて行われる。このマシニングセンタは、
この発明者が従来のマシニングセンタに改良を加えて新
たに開発したものである。このマシニングセンタのスピ
ンドル下端に上記工具ホルダー14（プリセツト段階で、
その先端に研削砥石13が取り付けられ固定されている）
を装着した状態の要部縦断面を第３図に示す。すなわ
ち、このマシニングセンタのスピンドル１の外筒下端面
には、リングギヤ30とこれにかみ合うウオームギヤ31と
これに間欠的な回動を与えるステツピングモータ等のパ
ルスモータ32とが組み合わされて配設されている。上記
リングギヤ30の下端面の一個所には、工具ホルダー14の
注水パイプ18の上端部と連結する連結パイプ33が取り付
けられている。上記連結パイプ33には、注水用チユーブ
（図示せず）が連通されている。上記マシニングセンタ
側の連結パイプ33と、工具ホルダー14側の注水パイプ18
の連結は、つぎのようにして自動的に行われる。これ
は、マシニングセンタの、装着される工具ホルダーの円
周方向の位置がスピンドルに対して常に一定で、しかも
スピンドルの円周方向の停止位置がマシニングセンタに
対して常に一定であるという特質を利用したものであ
る。すなわち、この発明の工具ホルダー14では、前記の
ように工具ホルダー14に対して保持具16が、ストツパ22
とアーム被把持部７底面の円錐状溝部23との嵌合によつ
て固定されているため、結局工具ホルダー14に対して、
保持具16、ひいては、注水パイプ18が工具ホルダー14の
円周方向において必ず一定の位置にあるようになつてい
る。したがつて、上記工具ホルダー14は、スピンドル１
に装着される際、その注水パイプ18がマシニングセンタ
に対して必ず一定の位置にくるように装着されるように
なる。そこで、上記注水パイプ18の定位置に合致するよ
うに前記連結パイプ33を位置決めして取り付けておく
と、上記工具ホルダー14の装着によつて注水パイプ18と
連結パイプ33は必ず嵌合することになる。ただし、上記
嵌合時の注水パイプ18の上下方向の位置決めは、連結パ
イプ33の長さ等を調整して注水パイプ18が保持具16を介
して圧縮ばね20を矢印の方向に押し返すような位置に調
整されなければならない。すなわち、工具ホルダー14の
装着時には固定されて回転を静止されていた保持具16
は、工具ホルダー14の装着後研削作業開始時には、前記
マシニングセンタのスピンドル１の外筒下端面に配設さ
れたリングギヤ30の動きに合わせて円周方向に回転，停
止を行わなければならないからである。このとき、一体
化した注水パイプ18と連結パイプ33は、単に注水液の通
路となるだけでなく、上記マシニングセンタ側のリング
ギヤ30の駆動を保持具16に伝達する働きを兼ねる。上記
リングギヤ30の駆動は、ウオームホイール31を介してパ
ルスモータ32によつて与えられる。このパルスモータ32
の駆動は、マシニングセンタに別途設けられている制御
システムによつて制御されており、後述するように、研
削砥石の工作物に対する研削点（以下「研削点」と細
す）が移動するにつれて保持具16を回転もしくは停止さ
せて、保持具16に固定された注水ノズル17を適宜の方向
に方向付けるようになつている。

なお、上記注水パイプ33の嵌合部は、第４図に示すよう
に注水パイプ18の先端外径が細径になつており、一方、
連結パイプ33の先端開口部は、下方に向かつて拡がつて
おり、嵌合が容易になされるようになつている。この関
係は逆でもよい。

また、注水が高圧で行われる場合には嵌合部から水が洩
れて両者の嵌合が離れやすいため、第５図に示すように
連結パイプ33の内壁にゴムパツキン33aを接着してお
き、このゴムパツキン33aと連結パイプ33の内壁の間隙
に注水パイプ18の先端を挿入するようにしてもよい。こ
のようにすると、高圧注水を行つても上記ゴムパツキン
33aが水圧を受けて嵌合部内壁を内側から外側に押すた
めに両者の境目が密着した状態を保ち、離れることがな
い。

このようにして、保持具16が工具ホルダー14との固定を
解除され、マシニングセンタに設けられた補助駆動手段
からの駆動に連結された状態で研削加工が開始される。

研削対象である工作物の位置決めおよび移動は、通常の
マシニングセンタと同様に行われる。しかしながら、こ
の発明の工具ホルダー14を用いた研削は、研削液の注水
が従来のマシニングセンタのように固定位置から行われ
るのではなく、研削点の移動に合わせて回転，停止を行
う保持具16に固定された注水ノズル17から行われるた
め、注水が常に研削点を狙うことができ、これがこの発
明の最大の特徴である。これについて詳しく説明する。
第６図は、この発明の工具ホルダー16を用いて、その平
面形状が４つの頂角A,B,C,Dを有する四角形の工作物40
の４側面を研削する場合の保持具16の動きを説明するた
めの模式的な平面図である。砥石13には上方のスピンド
ル（図示せず）から矢印Ｐの方向に回転が与えられてお
り、いま、工作物40の頂角Ａから頂角Ｂに向かつて研削
が行われている。このとき、注水ノズル17からの注水は
矢印Q,Q′のように研削点を狙つているので研削点での
発熱が抑えられると同時に研削屑の除去が適切に行わ
れ、優れた研削面を得ることができる。つぎに、工作物
40の頂角Ｂから頂角Ｃに向かつて研削が行われる。この
状態を第７図に示す。このとき、砥石13の工作物に対す
る相対的な動きは、矢印Ｒのように示すことができる。
一方、保持具16は、上記砥石13の動きに追従するのみで
は、二点鎖線16′で示される配置になつてしまうため、
注水が常に研削点を狙つて行われるようにするには、保
持具16をさらに円周方向に90°回転させなければならな
い。このような保持具16の90°回転は、前記のように保
持具16の上面に固定された注水パイプ18に連結されたリ
ングギヤ30（第３図参照）の動きに連動して行われる。
上記リングギヤ30の駆動はすでに述べた通り、マシニン
グセンタに内蔵された研削点移動制御システムによつて
行われる。したがつて、頂角B,C間の研削においても、
第７図に示すように、注水が常に研削点を狙つて行われ
るようになる。頂角C,D間、D,A間においても、上記と同
様に注水が常に研削点を狙つて行われるようになる。特
に、上記保持具16が、マシニングセンタ本体側ではなく
工具ホルダー14側に取り付けられており、砥石13のごく
近傍から注水ノズル17が延びているため、加工点への注
水の向きを非常に正確に設定することができる。また、
上記保持具16は、マシニングセンタに装備される各工具
ホルダー（加工工具の種類が異なる）ごとに取り付けら
れるため、実際の加工作業において、工具の交換（工具
ホルダー交換）のたびに、その加工に応じて予め位置決
めされた注水ノズルが工具とともにセツトされることと
なり、いちいち人間が手でノズルの高さや向きを調節し
直す必要がない。

このように、この発明の工具ホルダー14を用いた研削
は、研削点の移動とともに、その動きと連動された保持
具16の動きによつて注水が常に研削点を狙つて行われる
ようになるのである。

なお、上記研削加工において、研削対象である工作物
は、上記のような四角状に限らず、六角状，八角状等の
多角形状のものや、円形状，特殊形状のもの等、いずれ
の形状をしていてもよい。マシニングセンタのプリセツ
ト段階で、研削点移動制御システムに入力する制御のた
めの数式を変換すれば足りるからである。

また、このような工具ホルダー14に取り付ける加工工具
としては、上記研削砥石13に限らず、フライス盤，ドル
リ等、通常マシニングセンタに装備される種々の加工工
具から選択することができ、工具の種類によつて、種々
の加工作業に供することができる。ただし、この発明の
工具ホルダーは、注水を、常に加工点を狙つて行うこと
ができるのが最大の特徴であり、従来から注水について
問題の多かつた研削加工に供することがその効果の点か
ら最適であると考えられる。

さらに、上記工具ホルダー14において、第８図に示すよ
うに注水パイプ18を２本（ａ）あるいは３本（ｂ）設け
て注水ノズル17の本数を増やしてもよい。このようにす
ると、低圧注水と高圧注水を適宜組み合わせて、よりき
め細やかな注水を行うことができるのである。

また、上記実施例では、保持具16を工具連結軸９に、玉
軸受15を介して回転自在に取り付けているが、保持具16
を工具連結軸９に対し回転自在に取り付ける態様は、ど
のようなものであつても差し支えはない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の工具ホルダーは、従来の工具
ホルダーの工具連結軸に数点の部品を組み合わせて取り
付けただけで、注水を常に加工点を狙つて行うことがで
きるという従来にない優れた効果を発揮するものであ
る。したがつて、この発明の工具ホルダーを介して加工
工具を装着したマシニングセンタによる加工は、注水が
常に工作物と加工工具との接点である加工点に行われる
ため、加工点での発熱が抑えられると同時に研削屑の除
去が適切に行われ、精度のよい高能率加工を実現するこ
とができるのである。また、加工工具の損傷，摩耗も極
めて少なくなり、作業効率の向上効果を得ることもでき
るのである。特に、この発明の工具ホルダーによれば、
工具のごく近傍から注水を行うことができるため、加工
点への注水の向きを非常に正確に設定することができ
る。しかも、実際の加工作業において、工具の交換（工
具ホルダーの交換）のたびに、その加工に応じて予め位
置決めされた注水ノズルが工具とともにセツトされるた
め、いちいち人間が手でノズルの高さや向きを調節し直
す必要がないという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は
第１図のＢ−Ｂ′断面図、第３図はこの発明の実施例品
をマシニングセンタに装着した状態を示す縦断面図、第
４図はこの発明の注水パイプ先端の嵌合部の説明図、第
５図はその変形例の説明図、第６図および第７図はこの
発明の実施例品を用いた加工工程の説明図、第８図はこ
の発明の注水ノズルと注水パイプの変形例を示す説明
図、第９図は従来の工具ホルダーをマシニングセンタに
装着した状態を示す縦断面図、第10図は従来のマシニン
グセンタの注水機構を示す部分的斜視図である。 ４……嵌合部、６……被把持部、７……係合溝部、８…
…アーム被把持部、９……工具連結軸、13……研削砥
石、14……工具ホルダー、15……玉軸受、16……保持
具、17……注水ノズル、18……注水パイプ、19……スラ
イダ、20……圧縮ばね、21……ばね当て、22……ストツ
パ、23……溝部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】嵌合する工具ホルダーを駆動する駆動手段
   として、スピンドル駆動系とは区別される補助駆動系を
   備えたマシニングセンタに装着されるマシニングセンタ
   用工具ホルダーであつて、マシニングセンタのスピンド
   ル内壁に嵌合する円錐台状の嵌合部と、上記嵌合部の上
   端面中央からボルト状に突出していてマシニングセンタ
   のスピンドル内のチヤツク部と係合する被把持部と、上
   記嵌合部の底部に形成されマシニングセンタの工具脱着
   用アームと係合する係合溝部を有するアーム被把持部
   と、上記アーム被把持部の下端面中央から下方に延びる
   工具連結軸と、上記工具連結軸に回転自在に取り付けら
   れる保持具と、上記保持具に取り付けられノズル口が工
   具による加工方向に向けられている注水ノズルと、同じ
   く上記保持具に取り付けられその下端が上記注水ノズル
   に連通し上端が前記マシニングセンタの補助駆動系の連
   結部に着脱自在に嵌合する注水パイプと、この工具ホル
   ダーをマシニングセンタに装着するときに上記注水パイ
   プ上端を上記補助駆動系の連結部に案内するガイド手段
   とを備えることを特徴とするマシニングセンタ用工具ホ
   ルダー。