JPH1190765A - 流体回転駆動式主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動工具交換が容易に実現可能な流体回転駆
動式主軸装置を提供する。 【解決手段】 内部に流体流路２６を有し、かつ、その
流体流路２６を流れる流体によってスピンドル３４を回
転させる流体回転駆動源を内蔵した流体回転用主軸装置
において、スピンドル３４の周りに流体噴射ノズル２７
を配置するとともに、流体回転駆動源からの排出流体を
前記流体噴射ノズル２７に導く連通流路２８を形成す
る。流体は、スピンドル３４を回転させたのち、連通流
路２８を通って、流体噴射ノズル２７から噴射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体回転駆動式主
軸装置に関する。たとえば、マシニングセンタなどのＮ
Ｃ工作機械に用いられる流体回転駆動式主軸装置に関す
る。

【０００２】

【背景技術】マシニングセンタなどの工作機械における
切削加工においては、切削工具による切削加工位置に向
けて、クーラント噴射ノズルよりクーラント液を吹き付
けることが行われている。従来、クーラント液の吹き付
けは、主軸ヘッドなどにクーラント噴射ノズルを固定
し、このクーラント噴射ノズルに主軸ヘッドの外部より
配管を接続し、この配管を通じてクーラント液をクーラ
ント噴射ノズルから切削工具による削加工位置に向けて
吹き付けるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のクーラント液の
吹き付け構造では、主軸ヘッドのクーラント噴射ノズル
に配管が接続されているため、工具交換が自動的にでき
ないという不具合があった。つまり、工具交換にあたっ
ては、手作業で配管をクーラント噴射ノズルから外した
のち、工具交換装置で主軸ヘッドを交換しなければなら
ないので、自動工具交換ができないという不具合があっ
た。

【０００４】ところで、本出願人は、先に、特願平８−
４３２６９号「クーラント噴出ノズル付き主軸装置およ
びクーラント供給切削加工方法」を提案している。これ
は、主軸の回転軸線周りにクーラント噴出ノズルを回転
可能に設けるとともに、このクーラント噴出ノズルを主
軸回転軸線周りの所定角度に回転させるサーボモータを
設けた構成である。

【０００５】これにより、主軸の進行方向（切削方向）
に対して常に所定の角度からクーラント液を吹き付けで
きるから、とくに、溝幅の狭い深溝加工を効率的にかつ
高精度に行うことができる。しかし、このような構成で
は、クーラント噴出ノズルにクーラントを供給する配管
だけでなく、サーボモータに電気を供給するための電気
配線が必要であるから、工具交換が一層困難になるとい
う不具合があった。

【０００６】本発明の目的は、自動工具交換を容易に実
現することが可能な流体回転駆動式主軸装置を提供する
ことにある。また、本発明の他の目的は、スピンドルの
進行方向（切削方向）に対して常に所定の角度から流体
を吹き付けできる機能を備えつつ、自動工具交換を容易
に実現することが可能な流体回転駆動式主軸装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の流体回転駆動式
主軸装置は、スピンドルを回転駆動させる手段の１つと
して、流体を利用した主軸装置が知られていることに着
目し、その流体を流体噴射ノズルに導いて流体噴射ノズ
ルから噴射させることによって、前記目的を達成しよう
とするものである。

【０００８】すなわち、本発明の流体回転駆動式主軸装
置は、内部に流体流路を有し、かつ、その流体流路を流
れる流体によって工具を有するスピンドルを回転させる
流体回転駆動源を内蔵した流体回転駆動式主軸装置であ
って、前記スピンドルの回りに配設された流体噴射ノズ
ルと、前記流体回転駆動源からの排出流体を前記流体噴
射ノズルに導きその流体噴射ノズルから噴射させる連通
流路と、を備えたことを特徴とする。

【０００９】このような構成によれば、流体流路を流れ
る流体によってスピンドルが回転されるとともに、その
排出流体が連通流路を通じて流体噴射ノズルに導かれ、
その流体噴射ノズルから噴射される。従って、流体噴射
ノズルに流体を外部から供給するための配管を接続しな
くてもよいから、在来の一般の工具交換の場合と同じ装
置を用いて自動工具交換を容易に実現することができ
る。

【００１０】本発明の他の流体回転駆動式主軸装置は、
内部に流体流路を有し、かつ、その流体流路を流れる流
体によって前記スピンドルを回転させる流体回転駆動源
を内蔵した流体回転駆動式主軸装置であって、前記スピ
ンドルの回りに配設された流体噴射ノズルと、前記流体
回転駆動源からの排出流体を前記流体噴射ノズルに導き
その流体噴射ノズルから噴射させる連通流路と、前記流
体噴射ノズルを前記スピンドルの回転軸線を中心として
回動させる回転角制御手段と、を備えたことを特徴とす
る。

【００１１】このような構成によれば、前記と同様に、
流体によってスピンドルが回転されるとともに、その排
出流体が流体噴射ノズルから噴射される。しかも、この
場合には、流体噴射ノズルをスピンドルの回転軸線を中
心として回動させる回転角制御手段を備えているから、
スピンドルの進行方向（切削方向）に対して流体噴射ノ
ズルを所定の角度に維持できる。従って、切削方向に対
して常に所定の角度から流体を吹き付けできるから、幅
狭の深溝加工も効率的にできる。

【００１２】以上において、前記流体としては、冷却機
能を備えた流体であれば何でもよく、たとえば、クーラ
ント液やエアーがよい。クーラント液を用いれば、被切
削材料に適したクーラント液を噴射することが可能であ
る。しかも、比較的幅広の深溝加工を少ないクーラント
液の供給で行うことができる。このこと、つまり、少な
いクーラント液で済むことは、クーラント装置全体が小
形となり、工作機械全体の省スペースにつながるととも
に省エネルギーに役立つ。この場合、そのクーラント液
の連通流路の途中にフィルタを設けておけば、流体中に
混入したゴミなどを除去することができるので、それら
が加工位置に噴出されることがなく、高精度な加工が期
待できる。

【００１３】一方、エアーを用いれば、エアータービン
やエアーモータなどの流体回転駆動源の特徴である超高
速（毎分数万回転）の回転を容易に得ることができる。
一般に、幅狭の深溝加工をするには小径で、長い形状の
切削工具を用いる必要があるが、この形状の工具は脆弱
であり、大きな切削負荷をかけると簡単に折損する。こ
のため、きわめて小さな切削送り速度で加工することと
なるから、生産性が低い。これを改善するためには工具
の回転速度を高め１回転当たりの切削負荷を小さくする
必要がある。従って、エアーによって超高速（毎分数万
回転）の回転を得ることができれば、幅狭の深溝加工に
最適である。この場合、そのエアーの連通流路の途中に
サイレンサを設けておけば、エアーが連通流路を流れる
ときに発生する騒音を低減できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の流体回転駆動式主
軸装置を備えた工作機械を示している。同工作機械は、
ベッド１と、このベッド１上に水平面内で互いに直交す
る左右、前後方向（Ｘ，Ｙ方向）へ移動可能に設けられ
たテーブル２と、このテーブル２をＸ，Ｙ方向へそれぞ
れ移動させる駆動源としてのサーボモータ３，４と、前
記テーブル２の真上にコラム５を介して上下方向（Ｚ方
向）へ昇降可能に設けられた昇降部材６と、この昇降部
材６をＺ方向へ昇降させる駆動源としてのサーボモータ
７と、前記昇降部材６に垂直に保持された流体回転駆動
式主軸装置１１とを備える。

【００１５】前記流体回転駆動式主軸装置１１は、前記
昇降部材６に回転可能に保持された主軸１２と、この主
軸１２をＺ方向と平行なＣ軸を中心として回転させ主軸
回転角制御を行う主軸回転角制御手段としてのサーボモ
ータ１３と、前記主軸１２の下端に着脱可能に装着され
た工具ホルダ１４とを備えている。ここで、前記テーブ
ル２をＸ，Ｙ方向へ移動させるサーボモータ３，４、昇
降部材６をＺ方向へ昇降させるサーボモータ７および主
軸１２をＣ軸を中心として回転させるサーボモータ１３
は、制御装置１５からの指令により駆動、制御される。

【００１６】前記工具ホルダ１４は、図２に示すよう
に、前記主軸１２のテーパ孔１２Ａに自動工具交換によ
って着脱自在に装着されるホルダ本体２１と、このホル
ダ本体２１内に収納配置されかつボルト２２によって固
定されたスリーブ２３と、このスリーブ２３内にＯリン
グ２４を介して収納配置されたスピンドル装置３１とか
ら構成されている。スピンドル装置３１には、加工工具
２９が取り付けられている。前記ホルダ本体２１には、
その基端部に前記主軸１２のテーパ孔１２Ａに嵌合する
テーパシャンク部２５が形成されているとともに、その
テーパシャンク部２５の中心部に前記主軸１２の中心に
開口された流体流路１２Ｂと連通する流体流路２６が形
成されている。前記スリーブ２３には、その下端面に流
体噴射ノズル２７が取り付けられているとともに、前記
流体流路１２Ｂ，２６から前記スピンドル装置３１内を
通って排出された流体を前記流体噴射ノズル２７に導く
連通流路２８が形成されている。

【００１７】前記スピンドル装置３１は、図３に示すよ
うに、前記スリーブ２３内に収納される外筒３２と、こ
の外筒３２内に複数のベアリング３３Ａ，３３Ｂ，３３
Ｃ，３３Ｄを介して回転可能に支持されたスピンドル３
４とを含んで構成されている。前スピンドル３４には、
その基端部側に流体回転駆動源３５が設けられていると
ともに、先端部側に前記加工工具２９をチャックするチ
ャック部３６が設けられている。ここで、流体回転駆動
源３５は、スピンドル３４の基端部外周面に突設された
複数のブレード３５Ａによって構成されている。前記外
筒３２には、その基端側に前記流体回転駆動源３５に前
記流体が供給されるように前記流体流路２６と連通する
流体流路３７が形成されているとともに、前記流体回転
駆動源３５からの排出流体を前記スリーブ２３の連通流
路２８に導く連通流路３８が外周壁に沿って形成されて
いる。連通流路３８と前記連通流路２８との間には、フ
ィルタ３９が設けられている。

【００１８】従って、ワークの加工にあたっては、ワー
クをテーブル２上にセットしたのち、スピンドル装置３
１のスピンドル３４を回転させながら、テーブル２を
Ｘ，Ｙ方向へ、昇降部材６をＺ方向へ移動させながら、
加工工具２９によって加工を行う。スピンドル装置３１
のスピンドル３４を回転させるにあたって、流体として
のクーラント液を主軸１２の流体流路１２Ｂに流すと、
そのクーラント液は、流体流路２６，３７を通ってスピ
ンドル３４の流体回転駆動源３５に達し、その流体駆動
源３５を介してスピンドル３４を回転させる。流体回転
駆動源３５からの排出流体は、連通流路３８，２８を通
って流体噴射ノズル２７から噴出される。

【００１９】このとき、加工工具２９とワークとの相対
移動方向に対して、流体噴射ノズル２７の角度が常に所
定角度になるように、サーボモータ１３の駆動が制御さ
れる。これにより、所定の方向より、クーラント液を加
工工具２９の刃部へ向けて噴射させることができる。

【００２０】本実施形態によれば、流体によってスピン
ドル３４を回転させるとともに、その排出流体を流体噴
射ノズル２７に導きその流体噴射ノズル２７から噴射さ
せる連通流路３８，２８を設けたので、流体噴射ノズル
２７に流体を外部から供給するための配管を接続しなく
てもよいから、自動工具交換を容易に実現することがで
きる。

【００２１】また、主軸１２をその回転軸線を中心とし
て回転角制御を行うサーボモータ１３を備えているか
ら、主軸１２を回動させることによってスピンドル３４
の進行方向（切削方向）に対して流体噴射ノズル２７を
常に所定の角度に設定できる。従って、スピンドル３４
の進行方向（切削方向）に対して常に所定の角度からク
ーラント液を吹き付けできる。このことは、幅狭の深溝
加工を効率的にかつ高精度に行うことができる。

【００２２】また、流体としてクーラント液を用いたの
で、被切削材料に適したクーラント液を噴射することが
可能であるとともに、比較的幅広の深溝加工でも少ない
クーラント液の供給で行うことができる。このこと、つ
まり、少ないクーラント液で済むことは、クーラント装
置全体が小形となり、工作機械全体の省スペースにつな
がるとともに省エネルギーに役立つ。

【００２３】また、連通流路３８，２８の途中にフィル
タ３９を設けたので、流体中に混入したゴミなどを除去
することができるので、それらが加工位置に噴出される
ことがなく、高精度な加工が期待できる。

【００２４】なお、上記実施形態では、流体としてクー
ラント液を用いたが、冷却機能を備えた流体であれば何
でもよく、たとえば、エアーでもよい。エアーを用いれ
ば、エアータービンやエアーモータなどの流体回転駆動
源の特徴である超高速（毎分数万回転）の回転を容易に
得ることができるから、幅狭の深溝加工に最適である。
つまり、幅狭の深溝加工をするには小径で、長い形状の
切削工具を用いる必要があるが、この形状の工具は脆弱
であり、大きな切削負荷をかけると簡単に折損する。こ
のため、きわめて小さな切削送り速度で加工することと
なるから、生産性が低い。これを改善するためには工具
の回転速度を高め１回転当たりの切削負荷を小さくする
必要がある。従って、エアーによって超高速（毎分数万
回転）の回転を得ることができれば、幅狭の深溝加工に
最適である。この場合には、連通流路３８，２８の途中
にフィルタ３９に替えてサイレンサを設けるようにすれ
ば、エアーが連通流路３８，２８を流れるときに発生す
る騒音を低減できる。

【００２５】また、前記実施形態では、主軸１２をその
回転軸線を中心として回転角制御を行うサーボモータ１
３を備えた構造としたが、この手段がない工作機械にも
適用できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の流体回転駆動式主軸装置によれ
ば、自動工具交換を容易に実現することができる。ま
た、スピンドルの進行方向（切削方向）に対して常に所
定の角度から流体を吹き付けできる機能を備えつつ、自
動工具交換を容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。

【図２】同上実施形態の工具ホルダ部分を示す断面図で
ある。

【図３】同上実施形態のスピンドル装置を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１３ サーボモータ（回転角制御手段） ２６，３７ 流体流路 ２７ 流体噴射ノズル ２８，３８ 連通流路 ３４ スピンドル ３５ 流体回転駆動源 ３９ フィルタ（サイレンサ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に流体流路を有し、かつ、その流体
   流路を流れる流体によって工具を有するスピンドルを回
   転させる流体回転駆動源を内蔵した流体回転駆動式主軸
   装置であって、 前記スピンドルの回りに配設された流体噴射ノズルと、 前記流体回転駆動源からの排出流体を前記流体噴射ノズ
   ルに導きその流体噴射ノズルから噴射させる連通流路
   と、 を備えたことを特徴とする流体回転駆動式主軸装置。
2. 【請求項２】 内部に流体流路を有し、かつ、その流体
   流路を流れる流体によって前記スピンドルを回転させる
   流体回転駆動源を内蔵した流体回転駆動式主軸装置であ
   って、 前記スピンドルの回りに配設された流体噴射ノズルと、 前記流体回転駆動源からの排出流体を前記流体噴射ノズ
   ルに導きその流体噴射ノズルから噴射させる連通流路
   と、 前記流体噴射ノズルを前記スピンドルの回転軸線を中心
   として回動させる回転角制御手段と、 を備えたことを特徴とする流体回転駆動式主軸装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の流体回
   転駆動式主軸装置において、前記流体として、クーラン
   ト液を用いたことを特徴とする流体回転駆動式主軸装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の流体回転駆動式主軸装
   置において、前記連通流路の途中には、フィルタが設け
   られていることを特徴とする流体回転駆動式主軸装置。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項２に記載の流体回
   転駆動式主軸装置において、前記流体として、エアーを
   用いたことを特徴とする流体回転駆動式主軸装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の流体回転駆動式主軸装
   置において、前記連通流路の途中には、サイレンサが設
   けられていることを特徴とする流体回転駆動式主軸装
   置。