JPH08252745A

JPH08252745A - ノズル装置

Info

Publication number: JPH08252745A
Application number: JP8488095A
Authority: JP
Inventors: Koichi Takemura; 竹村公一
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 1996-10-01

Abstract

(57)【要約】【目的】主軸外周に配置したオイルミストのノズルユ
ニットを工具先端に対し、工具交換される新工具と常に
一定距離となるように出没制御されるノズル装置を提供
することを目的とする。【構成】工作機械の主軸外周１Ａやロボットのアーム
先端等に、少なくともオイルミストのノズルユニットＮ
２を首振り自在に設置させ、上記ノズルユニットＮ２は
工具交換に伴い工具先端方向に向くよう制御されると共
に、上記ノズルユニットＮ２を交換される工具先端との
距離Ｌｏを例えば一定に保持するよう突出量を制御する
ノズル装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械やロボット等
の回転軸に備えてワーク加工を行う工具やワークに対す
るオイルミストや高圧クーラント，吸引作用を行なうノ
ズル等の方向制御技術に関し、特にノズルユニットを工
具先端に向け、且つ所定距離となるように制御させるも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、形状寸法の異なる複数の工具を使
用した自動交換するマシニングセンタ等では、各工具に
対する最適位置へのオイルミストやクーラント液を供給
するノズル方向を備え、この方向制御を行なう必要があ
る。この工具交換に対応して工具先端にノズルを向ける
技術として、例えば、実開昭６０ー１３４５３５号で
は、工具長が長いものや工具径の大きなものは、複数の
ノズルを主軸周囲に設け、各ノズルから噴射される切削
液により工具を冷却・潤滑させる他、そのノズル方向を
一斉に調節させる構成になっている。この連動構成は、
１つの駆動モータ等をリングギヤやリンク機構を介在さ
せて各ノズル方向を首振り調節するものである。又、オ
イルミストを工具先端に散布するにしても、ノズル先端
と工具先端間の距離を短く制御させたくても工具長によ
り変動する。

【０００３】更に、グラファイト加工機においては、乾
式加工時に切粉が空中に散乱し、作業環境を最悪にする
から、吸引パイプの配置が望まれる。そして、旋盤等で
はバイトの旋削点へのクーラントの供給や連続する切粉
処理手段が望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記ノズルを主軸外周
に備えたノズル装置では、ノズル方向制御を一斉に行う
機構が複雑であるほか、主軸周囲にその機構の取付けス
ペースを広く必要とする。更に、オイルミストや切削液
の２つのノズル設置には、２倍の取付空間を必要とする
ため、後付けを困難ならしめている。特に、オイルミス
トを工具先端に散布する時は、オイルミストは短い飛散
距離で散乱するから、ノズル先端と工具先端間の距離を
一定に制御させないと、工具長によりその距離が変動
し、正確且つ確実なオイルミストの供給ができない。

【０００５】そして、グラファイト加工機において、特
に、乾式加工時での切粉の空中散乱が激しく、たとえ吸
引パイプを配置したとしても、加工点までの距離が遠
く、十分な吸引作用が得られない。また、旋盤ではバイ
トの旋削点への高圧クーラントの供給や連続する切粉が
ワークに絡み付くから、この解除処理を簡便に行なう手
段の開発が望まれている。

【０００６】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、主軸外周に配置した１つのノズルユニットを工具
先端に対し、工具交換される新工具の先端に方向制御
し、更に一定距離となるように制御されるノズル装置を
提供することを目的とする。

【０００７】また、上記オイルミストやクーラント，切
粉吸引作用を行なう１つ乃至複数のノズルユニットを軽
量・コンパクトに一体構成したノズル装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】更に、旋盤等のワークへの高圧クーラント
の供給やワークに絡み付く切粉への高圧クーラントの噴
射で切粉を切断処理する簡便な手段を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、工
作機械の主軸外周等やロボットのアーム先端等に、少な
くとも１つのノズルユニットを首振り自在に設置させ、
上記ノズルユニットは工具交換に伴い工具先端方向に向
くよう制御されると共に、上記ノズルユニットを交換さ
れる工具先端との距離を所定値に保持するよう突出量を
制御することを特徴とするノズル装置である。

【００１０】又、本発明の請求項２は、請求項１に記載
のノズル装置において、上記１つのノズルユニットと一
体に別のノズルユニットを設置し、工具交換に伴い別の
ノズルユニットを工具先端方向に向くよう旋回動のみ行
なわせることを特徴とするノズル装置である。

【００１１】又、本発明の請求項３は、請求項１又は２
に記載のノズル装置において、上記ノズルは吸引作用又
は吹き出し作用を行なわせることを特徴とするノズル装
置である。

【００１２】又、本発明の請求項４は、請求項１又は２
に記載のノズル装置において、上記ノズルから高圧クー
ラントを旋盤のワークとバイトとの旋削点に噴射するこ
とを特徴とするノズル装置である。

【００１３】又、本発明の請求項５は、請求項１又は２
に記載のノズル装置において、上記ノズルから高圧クー
ラントを旋盤のワークとバイトとの旋削点から連続して
出る切粉に噴射し、この切粉を切断処理することを特徴
とするノズル装置である。

【００１４】

【作用】本発明の請求項１によると、主軸外周やロボッ
トアーム先端に配置した１つのノズルユニットを工具先
端に向かせ、その距離間隔を所定に制御すべく、交換さ
れた新工具の長さ及び外径情報等により、その傾き角度
を自動制御すると共に、ノズルと工具先端間を所定距離
となるようにノズルユニットを制御する。

【００１５】本発明の請求項２，３によると、オイルミ
ストや切粉吸引用のノズルユニットを工具先端に向か
せ、その距離間隔を所定に制御すべく、交換される新工
具の長さ及び外径情報等により、その傾き角度を自動制
御すると共に、ノズルと工具先端間が常に所定距離とな
るようにノズルユニットを制御する。これと同時に、切
削液を工具先端に供給するクーラント等の別のノズルユ
ニットも、上記ノズルユニットの支持体に一体的に取付
けられており、軽快に工具の先端方向へ向けられる併合
作用が行なわれる。

【００１６】本発明の請求項４，５によると、旋盤の旋
削点へのクーラントの供給で加工点を冷却し、また連続
する切粉をチップ片状に切断処理する作用を発揮する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の各請求項に記載する技術を含
んだ図面の実施例で説明する。図１は工作機械の実施例
で本発明の全体構成をブロック線図と共に示し、工作機
械は工具Ｔ１を装着した主軸１とその主軸頭２及び各種
の工具Ｔ１を交換するＡＴＣ装置等の交換アームを備え
ている。

【００１８】上記主軸１の主軸外周下端１Ａの任意個所
に、方向制御できる切削液（クーラント液等）Ｃのノズ
ルユニットＮ１と、オイルミスト（Ｏ），切粉吸引用の
ノズルユニットＮ２とを１組ずつ一体構成で支持する支
持体Ｈ２をホルダＨ１に枢支させている。このホルダＨ
１は、図１のように制御箱５０の底部に付設され、この
制御箱５０を主軸頭２の側面部に取付けている。また、
図２の第２実施例のように、上記ホルダＨ１は、締付バ
ンドＢにより主軸外周下端１Ａに取付けられている。そ
して、上記各ノズルユニットＮ１，Ｎ２のクーラント等
のノズルｎ１とオイルミストや切粉吸引用のノズルｎ２
とを、工具Ｔ１の外周Ｄ１を考慮した先端Ｘ１に傾き角
θ１で向けるべく、支持体Ｈ２に付設されて一斉に方向
制御する（詳細は後記）。

【００１９】即ち、上記各ノズルｎ１，ｎ２の方向制御
は、主軸１に装着される工具Ｔ１の先端に、例えば、目
測で向けるティーチング法により予め方向を記憶させ、
ワーク加工時に交換される各工具に対応してノズル方向
の傾きθ１をプレイバック制御する方法（詳細は後記）
と。ノズルｎ１，ｎ２の傾きθ１を、工具寸法（工具長
Ｘ、工具外径Ｄ）から主軸１に装着される工具Ｔ１の先
端を予め計算した角度θとしてメモリに順次記憶し、ワ
ーク加工による工具交換毎に上記記憶したノズル方向指
令値を工具交換毎に呼び出し、ノズル方向を自動制御さ
れる方法とによって行われる（詳細は、本願出願人に係
わる特願平６ー１８５５１８号公報を参照して下さ
い）。

【００２０】上記各ノズルユニットＮ１，Ｎ２は、図
１，２，３に示すように、各ノズルｎ１，ｎ２の方向制
御を連動して行うべく、ホルダＨ１に枢支持された支持
体Ｈ２に付設されている。この支持体Ｈ２は、制御箱５
０内に備える各ノズルユニットの旋回用駆動源ＳＭ１
（例えばエンコーダＥ付きモータ）にフレキシブルワイ
ヤＦ１等で連結されている。図２は自在継手６０で連結
されている。また、上記ノズルユニットＮ２は、支持体
Ｈ２の案内孔３に貫通支持された直伸性のある薄肉帯体
（巻尺のスチール帯体等）Ｆ２の先端部に付設されてお
り、このノズルユニットＮ２を進退移動させる進退用駆
動源ＳＭ２（例えばエンコーダＥ付きモータ）に直伸性
のある薄肉帯体Ｆ２の末端側が、図５〜８のように連結
されている。

【００２１】そして、工具交換時は、例えばアーム等の
他何でも良い交換動作でリミットスイッチＬＳを作用さ
せ、この交換信号を受けるシーケンサ１００の制御部Ｍ
ＣがドライバＤ１を介してモータ（エンコーダＥ付のサ
ーボモータ等）ＳＭ１を起動させ、各ノズルｎ１，ｎ２
を実線で示す工具Ｔ１の先端方向Ａに垂下待機位置
（Ｏ）から所定角θ１だけ回動させるように構成されて
いる。これと同時に、オイルミスト用のノズルｎ２を実
線で示す工具Ｔ１の先端方向Ａに所定の間隔Ｌｏとなる
ようにその突出量をシーケンサ１００の制御部ＭＣがド
ライバＤ２を介してモータ（エンコーダＥ付のサーボモ
ータ等）ＳＭ２を起動制御させるように構成されてい
る。尚、切削液Ｃの供給源（図示なし）に供給管Ｐ１を
介してノズルユニットＮ１が連絡され、ノズルユニット
Ｎ２には、オイルミストＯの供給源（図示なし）に供給
管Ｐ２を介して接続され、各々別の物質が供給する。

【００２２】続いて、各ノズルユニットＮ１，Ｎ２の旋
回機構及び進退機構やこの駆動源ＳＭ１，ＳＭ２の構成
とシーケンサ１００の機能を説明する。先ず、各ノズル
ユニットＮ１，Ｎ２の旋回機構３１は、支持体Ｈ２を枢
支するホルダＨ１内に備えている。その構成は、図３に
示すように、フレキシブルワイヤＦ１につながるウオー
ム２８とこれに噛み合うウオームホイール２９とからな
る。上記ウオームホイール２９の中心孔２９Ａに伝動軸
２１を貫通し、この伝動軸２１の両端が支持体Ｈ２を固
着枢支する。しかして、フレキシブルワイヤＦ１の回転
で旋回機構３１の部材２８，２９を介して伝動軸２１を
正転・逆転し、各ノズルユニットＮ１，Ｎ２を回動させ
ることで、各ノズルｎ１，ｎ２の方向を一斉に制御する
構成になっている。

【００２３】また、ノズルユニットＮ２の進退機構であ
る進退用駆動源ＳＭ２は、図１，５〜８のように構成さ
れている。先ず、図５，６の第１実施例は、一対のプー
リー体４１，４２をケース４３内の支軸４４，４５に支
持させ、プーリー体の上端に設けたギヤ４１Ａ，４２Ａ
にウオーム４６を噛み合わせ、このウオーム４６をフレ
キシブルワイヤ４７にてモータＳＭ２に接続する。しか
して、モータＳＭ２の正逆転により、薄肉帯体Ｆ２を進
退動させる。又、図７の第２実施例は、ウオーム４６に
替えて、ギヤ列４８，４９に変更したものである。この
構成では、ギヤ４９を直接にギヤ４２Ａに噛み合わせる
一方、ギヤ４８を介してギヤ４１Ａに噛み合わせてい
る。これにより、一対のプーリー体４１，４２は矢印方
向に相互に反転し、薄肉帯体Ｆ２を進退動させる。更
に、図８の実施例はエンコーダＥ２とサーボモータＳＭ
２と減速機Ｇと回転軸Ｓとからなる駆動源には、直伸性
のある薄肉帯体Ｆ２等の後端部を巻き上げたリールＲを
納める容器Ｋを減速機Ｇの端面に結合させている。そし
て、回転軸ＳをリールＲに連結させ、サーボモータＳＭ
２の正逆回転で、ゆっくり薄肉帯体Ｆ２を進退移動さ
せ、この先端に付設するノズルユニットＮ２を進退移動
させることでその突出量を制御する。その突出量が工具
と所定間隔Ｌｏとなるようにシーケンサ１００の機能で
行なわれる。

【００２４】最後に、上記各部材を制御するシーケンサ
１００を中心とした制御系の一例を、図１により説明す
る。シーケンサ１００は、リミットスイッチＬＳからの
工具交換信号やティーチング及びプレイバツクの切換ス
イッチＳ１からの切換信号やテンキースイッチＴＫ及び
ティーチングボックス（ＩＣカードによるデータ入力や
保存を行なう機能を持つ）ＴＢからの指令で「工具種
別」「上移動」「下移動」「突出量」「メモリ」指令等
を入力するＩ／Ｏ回路５０と、これらの各指令を受けて
メモリＭにクーラントノズルｎ１のノズル方向指令値や
オイルミストノズルｎ２のノズル突出指令値を記憶す
る。そして、リミットスイッチＬＳからの工具交換信号
により、メモリＭに記憶した工具種別に対応するノズル
方向指令値とノズル突出指令値を順次に呼び出し、ドラ
イバＤ１，Ｄ２を介して各駆動源ＳＭ１，ＳＭ２を指令
値駆動する制御部ＭＣとを備えている。

【００２５】本発明のノズル装置及びシーケンサ１００
は、上記のように構成されており、以下のように作用及
び機能する。先ず、図９に示すように、各工具Ｔ１，Ｔ
２，Ｔ３・・・の工具長Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３・・・と外径
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３・・・に対応するように、「クーラン
トノズルｎ１の傾きθ」と「オイルミスト等のノズルｎ
２の傾きθ」と「オイルミスト等のノズルｎ２の突出
量」と「オイルミスト等のノズルｎ２と工具先端の間隔
Ｌｏ」とがティーチング法や工具寸法計算法により求め
られ、シーケンサ１００のメモリＭに書き込まれる。ま
た、ＩＣカードから書き込まれる。

【００２６】例えば、上記駆動源ＳＭ１はノズルｎ１，
ｎ２の方向制御を行なうべく、その旋回角度により調節
するためのエンコーダＥ１からの指令値をティーチング
時に、メモリＭに各工具Ｔ１，Ｔ２・・・に対応したノ
ズル方向指令値（θ１，θ２，θ３・・・）のデータと
して記憶する。また、上記駆動源ＳＭ２はノズルｎ２と
工具ＴＩの先端間の間隔を一定値Ｌｏにする制御を行な
うべく、その突出量を調節するためのエンコーダＥ２か
らの指令値をティーチング時に、メモリＭに各工具Ｔ
１，Ｔ２・・・に対応したノズルｎ２の突出指令値（Ｌ
１，Ｌ２，Ｌ３・・・）のデータとして記憶する。

【００２７】そして、プレイバツク時のノズル方向制御
と突出量制御は、リミットスイッチＬＳからの工具交換
信号を受けてこのノズル方向指令値と突出量指令値を該
当工具に対応して順次に出力し、各駆動源ＳＭ１，ＳＭ
２を順次に回転制御するだけのオープンループ制御によ
り実行される（エンコーダＥによる比較制御を行わな
い）。しかして、主軸外周等に配置したオイルミスト等
のノズルユニットを工具先端に向かせ、その距離間隔を
一定に制御すべく、交換された新工具の長さ及び外径情
報等により、その傾き角度を自動制御すると共に、ノズ
ルと工具先端間が常に一定距離となるようにノズルを出
没制御する作用効果が発揮される。

【００２８】更に、オイルミスト等のノズルユニットを
工具先端に向かせ、その距離間隔を一定に制御すべく、
交換される新工具の長さ及び外径情報等により、その傾
き角度を自動制御すると共に、ノズルと工具先端間が常
に一定距離となるようにノズルが出没制御する。これと
同時に、切削液を工具先端に供給するクーラントノズル
ユニットも、軽快に工具の先端方向へ向けられる併合作
用が行なわれる。

【００２９】所で、本発明は、上記実施例に限定される
ことなく発明の要旨内での設計変更が自由に出来る。例
えば、ロボットアームの先端に工具を備えてワーク加工
を行うときは、この先端外周にノズル装置を備えてもよ
い。上記オイルミスト等やクーラントノズル等のノズル
ユニットは、上記実施例の部材によることなく適宜に、
部材変更や組合せの変更を成し得ること勿論である。更
に、オイルミストのノズルユニットＮ２だけを支持体Ｈ
２に設けてもよいし、逆にクーラントのノズルユニット
Ｎ１だけを支持体Ｈ２に設けてもよい。これによると、
各々単独の機能のみを発揮する。

【００３０】上記具体例的な実例を図１０に示す。これ
はグラファイトＧＦの乾式加工例を示し、工具Ｔ１によ
る加工時に、多量の切粉を空中に発散する。しかし、工
具Ｔ１の先端近くに吸引作用するノズルユニットＮ２を
接近させて配置することで、空中に発散する多量の切粉
を能率的に吸引する。これにより、特に作業環境を最悪
にする乾式グラファイト加工においても、空中に散乱す
る前に、グラファイトの粉を積極的に吸引することで、
その環境の改善が図られる。又、図１１のように、湿式
グラファイト加工においては、ノズルユニットＮ２から
切削液，灯油を短く接近した距離にて、グラファイトＧ
Ｆの加工点に射出する。

【００３１】以上のように、図１０，１１に示す、グラ
ファイト加工機において、本発明のノズル装置を利用す
ることにより、合理的に切粉処理が行なえる効果があ
る。

【００３２】又、上記図２の実施例は、制御箱５０と各
ノズルユニットＮ１，Ｎ２とを分離式とし、両者間を自
在継手６０にて繋ぎ、各ノズルユニットＮ１，Ｎ２の旋
回動をリモコン操作させている。この実施例によると、
主軸外周１Ａの軸径が小さい時に有利な取付手段と云え
るし、制御箱５０を主軸から遠く離せる利点が或る。そ
の他の構成は、図１と同一であるから説明を省略する。

【００３３】更に、図１２，１３は、本発明のノズル装
置を旋盤に適用したもので、上記ノズルＮ１又はＮ２か
ら高圧クーラントＣ´を旋盤２００のワークＷとバイト
Ｂとの旋削点Ｐに噴射することで冷却効果を増大させた
ものの応用が可能である。更に、上記ノズルＮ１又はＮ
２から高圧クーラントＣ´を旋盤２００のワークＷとバ
イトＢとの旋削点Ｐから連続して出る切粉３００に噴射
し、この切粉３００を短いチップ片Ｊに切断処理するも
のの応用も可能である。

【００３４】即ち、図１２は、旋盤２００の刃物台３１
０等に配置した１つのノズルＮ１又はＮ２から高圧クー
ラントＣ´を旋盤２００のワークＷとバイトＢとの旋削
点Ｐに噴射したり、また切粉３００を短いチップ片Ｊに
切断処理すべく、その方向へ切り換え制御するものであ
る。又、図１３は、刃物台３１０等に配置した２つのノ
ズルＮ１とＮ２とで高圧クーラントＣ´を旋盤２００の
ワークＷとバイトＢとの旋削点Ｐに噴射するものと、切
粉３００を短いチップ片Ｊに切断処理するものとに専用
化している。

【００３５】

【効果】本発明の請求項１，３は、主軸外周やロボット
アーム先端に配置したオイルミストやクーラント又は吸
引用のノズルユニットを工具先端に向かせ、その距離間
隔を一定に制御すべく、交換される新工具の長さ及び外
径情報等により、その傾き角度を自動制御すると共に、
ノズルと工具先端間が常に一定距離となるようにノズル
を制御するから、工具先端へのオイルミストやクーラン
トの供給及び切粉の吸引が工具の種類や交換に関係無
く、常に安定して行なえる効果がある。

【００３６】本発明の請求項２は、１つのノズルユニッ
トに一体的に他のクーラントノズル等を付設構成したか
ら、両方のノズル方向制御が一斉に一つの旋回部材によ
り行なえるほか、省スペースと構成のシンプル化を可能
にしたノズル装置としての効果がある。

【００３７】本発明の請求項４，５は、本発明のノズル
装置を旋盤に適用したもので、ワークへの高圧クーラン
トの供給やワークに絡み付く切粉への高圧クーラントの
噴射で切粉を簡便な手段にて切断処理できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明工作機械のノズル装置を示す正面図であ
る。

【図２】本発明工作機械のノズル装置の第２実施例を示
す正面図である。

【図３】本発明ノズル装置の旋回駆動系を示す部分断面
図である。

【図４】本発明のノズルユニットの進退部材の断面図で
ある。

【図５】本発明のノズルユニットの第１実施例の進退駆
動部の平面図である。

【図６】本発明のノズルユニットの第１実施例の進退駆
動部の断面図である。

【図７】本発明のノズルユニットの第２実施例の進退駆
動部の平面図である。

【図８】本発明のノズルユニットの第３実施例の進退駆
動部の斜視図である。

【図９】本発明ノズル装置による工具と各ノズルの傾き
及びオイルミストノズルの突出量の関係を示す説明図で
ある。

【図１０】本発明ノズル装置をグラファイト加工機に適
用した正面図である。

【図１１】本発明ノズル装置をグラファイト加工機に適
用した一部正面図である。

【図１２】本発明ノズル装置を旋盤に適用した第１実施
例の正面図である。

【図１３】本発明ノズル装置を旋盤に適用した第２実施
例の正面図である。

【符号の説明】

１主軸１Ａ主軸外周２主軸頭Ｎ１ノズルユニットＮ２ノズルユニットｎ１クーラントノズルｎ２ノズルＢ締付バンドＨ２支持体２１伝動軸Ｆ１回転伝動部材Ｆ２進退伝動部材３１旋回機構Ｃ切削液Ｃ´ 高圧クーラントＯオイルミスト等ＳＭ１ノズルユニットの旋回用駆動モータＳＭ２ノズルユニットの進退用駆動モータＰ１，Ｐ２供給管Ｐ旋削点Ｊチップ片 θ 各ノズルの傾きＬｏ工具とノズルの間隔１００シーケンサ２００旋盤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工作機械の主軸外周等やロボットのアー
ム先端等に、少なくとも１つのノズルユニットを首振り
自在に設置させ、上記ノズルユニットは工具交換に伴い
工具先端方向に向くよう制御されると共に、上記ノズル
ユニットを交換される工具先端との距離を所定値に保持
するよう突出量を制御することを特徴とするノズル装
置。
【請求項２】請求項１に記載のノズル装置において、
上記１つのノズルユニットと一体に別のノズルユニット
を設置し、工具交換に伴い別のノズルユニットを工具先
端方向に向くよう旋回動のみ行なわせることを特徴とす
るノズル装置。
【請求項３】請求項１又は２に記載のノズル装置にお
いて、上記ノズルは吸引作用又は吹き出し作用を行なわ
せることを特徴とするノズル装置。
【請求項４】請求項１又は２に記載のノズル装置にお
いて、上記ノズルから高圧クーラントを旋盤のワークと
バイトとの旋削点に噴射することを特徴とするノズル装
置。
【請求項５】請求項１又は２に記載のノズル装置にお
いて、上記ノズルから高圧クーラントを旋盤のワークと
バイトとの旋削点から連続して出る切粉に噴射し、この
切粉を切断処理することを特徴とするノズル装置。