JPS62228351A - マシニングセンタ用工具ホルダ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、多ツブ切り、ポーリングといった種々の機械加
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、タッ
プ切り、ポ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ってい
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、３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ャック部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が挿入され固定ねじｌＯによ
っ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
、予め人力された指示に従ってＸＹ方向にスライドする
ようになっており、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く場合によってはスピンドル１側
が下降し）で加工工具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
力された指示に従ったテーブルの移動もしくはスピンド
ル１の移動によっ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っ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って、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。

したがって、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っていくその接
点を重点的に冷却するのが望ましいにもかかわらず、的
はずれな注水となっ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（て手
指で方向を変えうるちのとし１．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存する他の便益性に比べ極
めて不合理である。したがって、注水が常に上記発熱点
をねらっ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
に入っていくその接点をねらっ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ボルダ−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って、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ャッ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
付けられ工具による加工部側が開放されている工具カバ
ーと、上記工具カバー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
記工具カバー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。

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っていくその接点をね
らっ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て工
作物の動きと連動しなければならず、そのためにはマシ
ニングセンタ本体よりも加工工具近傍に注水用ノズルを
配置したほうがノズルの動きを自動化しやすいのではな
いかと着想し、一連の研究を行った。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
返りを防ぐ工具カバーを取り付け、この工具カバーに注
水用ノズルを固定して上記工具カバーを回転もしくは停
止させることにより注水用ノズルの注水吐出方向を工作
物に対する工具の加工方向に連動させるようにすると、
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
。

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ャック部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工具カバー１６と、上記工具カバー
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、同じく上記工具
カバー１６に取り付けられその下端が上記注水ノズル１
７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のたわみ力によって矢
印Ａの方向に押し上げられている。したがって、工具カ
バー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、工具カバー１６の上面には、その先端が半球
状に加工されたストッパ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、上記ストッパ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、ストッパ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工具カバー１６の回転が止めら
れている。したがって、上記工具カバー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。

工具カバー１６は、底面開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
なっている。そして、上記工具カバー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１
３の研削面の頂部１３ａを狙うようにプリセット段階で
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
ングセンタによって行われる。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（プリセット段階
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ッピングモー
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、注水用チューブ（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
して工具カバー１６が、ストッパ２２とアーム被把持部
７底面の円錐状溝部２３との嵌合によって固定されてい
るため、結局工具ホルダー１４に対して、工具カバー１
６、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っている
。したがって、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の装着によって注水パイ
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１
８が工具カバー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
を静止されていた工具カバー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りングギャ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
動を工具カバー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によって与えられる。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
制御システムによって制御されており、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
略す）が移動するにつれて工具カバー１６を回転もしく
は停止させて、工具カバー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っている。

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っており、一
方、連結パイプ３３の先端開口部は、下方に向かって拡
がっており、嵌合が容易になされるようになっている。

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、高圧注水を行っても上記ゴム
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、工具カバー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
を行う工具カバー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。

Ｉ３．　　Ｃ，Ｄを有する四角形の工作物４０の４側面
を研削する場合の工具カバー１６の動きを説明するだめ
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（７）［角Ａから頂角Ｂに向かっ
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、　Ｑｏのように研削点を狙っているの
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に向かって研削が行
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、工具カバー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
配置になってしまうため、注水が常に研削点を狙って行
われるようにするには、工具カバー１６をさらに円周方
向に９０°回転させなければならない。このような工具
カバー１６の９０°回転は、前記のように工具カバー１
６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３ｏ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
って行われる。

したがって、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って行われるように
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って行われるようになる。

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工具
カバー１６の動きによって注水が常に研削点を狙って行
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、六角状等の多
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ット
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、
ドリル等、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、工具の種類によって、
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、常に加工点を狙って行う
ことができるのが最大の特徴であり、従来から注水につ
いて問題の多かっ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、
よりきめ細やがな注水を行うことができるのである。

〔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って行うことがで
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
。したがって、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。

【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
実施別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別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・・・工具カバー　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・・・ストッ
パ　２３・・・溝部第１図 第４図　　　　　　　第５図 第８１ 第６図 ゝ−１３ 第７図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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
   ンドル内のチャッ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工具に
   よる加工部側が開放されている工具カバーと、上記工具
   カバー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、同じく上記工具カバーに
   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。