JPS63232918A - ク−ラントノズルの噴射制御装置 - 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］ 本発明は、工作機械のり一ランドのノズル制御装置に関
する。更に詳しくは、ノズルの吐出角度を工具の長さ、
直径等の形状に従って制御し、クーラン１〜を加工点に
噴射するためのクーラントノズルの噴射制御装置に関す
る。

［従来技術１ 切削、研削する工作機械は、工具又は工作物を回転又は
直線移動させて、工具で工作物を所望の形状に削るもの
である。この時、工具、工作物との間に摩擦が発生し、
工具、工作物は高温になる。この高温のために、工具又
は工作物に損傷を引き起こす。更にこれらの熱が工作１
［の機体に伝導し、機体に変形を起こす要因ともなる。

このため、工具、工作物の冷却と、潤滑のために水を主
体とした切削、研削液（以下、クーラント）が使用され
ている。このクーラントは、ポンプアップされノズルか
ら切削、研削の加工点の近傍に噴射される。

クーラントは、より厳密には工具と工作物とが現実に切
削・研削を実行しているポイントに噴射するのが最も理
想的である。特開昭５５−１．、１２７４９号公報には
、クーラントを可能な限り加工点にＩ（ｉ射させるため
、切削工具の選択及び自動工具交換に対応して、切削液
の吐出供給のためのノズル角度を算出して制御するもの
が記載されている。また、特１剤昭５８−１２６０３６
号公報には、作業りにより入力された切削液吐出ノズル
のノズル角度をダレイバック方式により工具毎に記憶す
るものが記載されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、特開昭５５−１１２７４９号公報、特開昭５８
−１２６０３６号公報に記載されたものは、ドリル加工
等のように加工中に噴射点が変化するときには使えない
。また、工具チャックの直径、主軸の直径等機ＦｉｉＩ
ｉ細部のデータ、現場での作７条件等を考慮に入れてい
ないため、きめこまかい対応ができない。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、前記問題点を解決するために以下のような技
術的手段を採る。

工作！Ｒ械の工具・工作物を冷却、潤滑するためのクー
ラントを吐出するためのノズルの制御装置において、ノ
ズルの吐出方向を変えるためのノズルサーボモータと、
工具の諸寸法を記憶するためのエーユ寸法記憶手段と、
ノズル角度補正値記憶手段と、加工のために選択された
工具の種類に従って前記工具寸法記憶手段から工具寸法
を呼び出してノズルの吐出角度を演算し、前記ノズル角
度補正値記憶手段の角度補正値を加味する演算手段と、
前記演算手段の演算結果に従って前記ノズルサーボモー
タを駆動することを特徴とするクーランズルの噴射制御
装置である。

［作　用］ ＮＣ装置から自動工具交換装置（ＡＴＣ）に工具交換の
指令（ＭＯ６）が降りると、選択された工具の諸寸法を
記憶した工具寸法記憶手段内から工具寸法データ、角度
補正値等が実行レジスタに移される。クーラントが必要
な加工であれば、前記実行レジスタから寸法データを読
み出し、演算手段でノズルの噴射角度を演算する。この
演算結果によって、ノズルの噴射角度を変えるサーボモ
ータを動かしノズルを所定角度駆動する。ノズルの先端
からクーラントが加工点に噴射される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１図は、本発明のクーラントノズルの制御装置の概要
を示す。第１図のＣＰＵ９に導通しているバスを挾んで
左欄上段はデータ等の入出力のためのキーボード２１と
、データ、プログラムの内容等を表示するのためのＣＲ
Ｔを示す。加ニブログラムメモリ２２は、工作物を加工
するためのメイン１０グラムのためのメモリである。工
具補正メモリ２３は、通常のＮＣ装置に備えているもの
で工具の加工摩耗等で寸法が変化したときの工具等にそ
の補正値を記憶するものである。角度補正メモリ２４は
、ノズル１のクーラントの吐出角度を補正する角度補正
値ＴＨを記憶しておくメモリである。なお、図示してい
ないが工具の諸寸法は工具毎に別途記憶されている。

この角度補正値ＴＨは、加工工具の種類、加工内容ごと
に実際に切削してみて、最適位置に噴射するための角度
を補正する場合に使う補正値を入力するためのものであ
る。第１図中央のバスを挾んで右欄の上段に示すノズル
１は、その先端からクーラントを噴出する。クーラント
の吐出方向と垂直に可変軸２がノズル１に固定されてい
る。

可変軸２には、ウオームホイール３が固定されていてウ
オームホイール３にはウオームが噛み合っていて、ウオ
ームにはつオーム軸４がサーボモータ６で回転駆動され
る。サーボモータ６を回転駆動することで、ノズル１の
先端が可変軸２を中心に回転し角度を変更する。サーボ
モータ６は、位置制御回路８の指令でサーボドライブ回
路７で増［１］され指令値にしたがって所定角度回転駆
動される。サーボモータ６のモータ軸には位置検出器５
が固定されていて、この位置検出器５によりモータ軸の
位置が検出され、この出力信号は位置制御回路８にフィ
ードバックされる。

位置制御回路８は中央のＣＰＵ９の管理下におかれ、加
ニブログラム２２が実行されて、その機械加工のプログ
ラムの実行内容にしたがって後述するようなフローにし
たがって制御される。工具とノズル１の間の所要寸法を
記憶する実行レジスタ１０，１１，１２．１３．１４を
有している。

これらの実行レジスタ１０，１．１，１２，１３゜１４
の出力は、ＡＮＤ回路１５に運なかり、これらの実行レ
ジスタ１０，１１，１２．１３；　　１４にすべてのデ
ータが揃うとこれらのデータは演算回路１６に入り演算
されノズル１の噴射角度αが計算される。計算された結
果は、比較器１７でＯくαくβ又はＯくαくγ（後述す
る）内にあるか否か判断される。

刊＠された結果が所定角度内であれば、ＡＮＤ回路１８
を通して、サーボモータ６に回転駆動命令を出す。Ｏく
αくβ範囲外であればアラーム回路１９でアラームを出
す。このアラームは、ＣＲＴ画面画面表示、音声等の表
示手段でオペレータに知らせる。第２図（ａ＞に示すも
のは、ノズル１が取り付けられている主軸３０の１つの
実施例である。ノズル１は、クイル３１の外周に複数個
配置され、ノズル１の先端は工具３３（図示例ではドリ
ル）の方向分そｔしぞれ向いている。主軸３０はクイル
３１内に主軸受で回転自在に支持されている。

工具３３には、工具チャック３４に保持固定されている
。工具チャック３４の後部には、把持部３２が設けられ
ていて、工具３３を交換するときには自動工具交換装置
で把持部３２を把持して交換される。ノズル１は、クイ
ル３１に固定されている。

以下に示す寸法Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｈは、工作機械の固有
値であり各符号の意味は次のような寸法を指す。

Ａ・・・クイル前端面３７と可変軸２の中心軸線間の距
離 Ｂ・−・クイル３１の半径 Ｃ・・・把持部面端３５からり一イル前端３７までの距
離 Ｄ・・・把持部３２の半径 ｌ−１−・・可変軸２の軸線から主軸軸線までの半径Ｔ
Ｄ・・・工具３３の半径 ＴＬ・・・工具３３の先端部の肩部分からタイル前端３
７までの距離 α・・・可変軸２の軸線と工具３３の先端の外周と結ん
だ線と主軸軸線となす角度 β・・・可変軸２の軸線とタイル前端３７の最外周と結
んだ線と主軸軸線となす角度 γ・・・可変軸２の軸線と把持部面端３５の最外周と結
んだ線と主軸軸線となす角度 とすれば、三角関数の定理より α−し”ａｎ−Ｉ　　Ｎ（−ＴＤ）／　　（ＴＬ＋Ａ）
　　＋ＴＨただし、Ｔ　Ｈは実際に加工して補正する角
度補正値 β　・−ｊａｎ−１（Ｈ−Ｂ）／Ａ γ・＝Ｌａｎ−１（Ｈ−Ｄ）／　（Ａ＋Ｃ）となる。Ａ
、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｈ，はそれぞれ工作機械固有の形状で決
まる値であるから機械毎に記憶させておく。α、βは数
字的に計算で求められる。ＴＤ、ＴＬ、Ｌで表示される
値は工具３３の長さと径で決まる値であり、図示してい
る実施例の工具の場合は、ドリルの肩部からの距離を示
している。しかし、実際にはクーラントが必要とされる
ところは、切削が行われている切削点でありその切削点
に噴射する必要がある。この計算と現実上の微妙な差違
を現場で、オペレータが補正する値が前記補正角度ＴＨ
である。

ノズルＬ土仇 第３図に示すフローチャートは、第１図に示した制御ブ
ロック図で示した制御装置の作動を示す動作説明図であ
る。ステップ■で自動工具交換装置に工具交換（ＭＯ６
）の指令が下ると、ステップ■で予め記憶されているＮ
Ｃ装置の工具メモリーからこれから使用する工具の工具
長、工具径の情報すなわち前記ＴＤ、ＴＬ、Ｔ　Ｈなど
の値を実行レジスタげ移す。Ｉ−１，Ａ、Ｂなど機械固
有値は予め記憶装置内にセットして置く。これらの工具
情報に補正があれば工具補正メモリ２３、角度補正メモ
リ２４からのその補正値を読み込む。

ステップ■で、クーラントＯＮ　（ＭＯＳ）が否か、言
い換えるとクーラントが必要な加工でクーラントの指令
が出ているか否かの判断をする。ステップ（０で前記し
た角度αを演算する。ステップ（［株］でγ〉αを°１
′１１断し、ＮＯであれば次のステップ（のでアラーム
を出す。この状態は、第２図に示されるようにノズル１
の方向が１把持部前端３５の最外周より更に把持３２ｆ
ｎＪに向いている状態であるから、クーラントは切削点
に噴射される状態ではないのでアラームを出す。Ｙｅｓ
であればステ・ｖ　７　に）に進み、０〈αを判断する
。ステップ■でＹｅｓであればステップ■に進み、所要
の角度指令念サーボモータ５に出す。

Ｎ　Ｏであれば、ステップ■でアラーム指令を出す。ス
テップ（ΦではクーラントＯＮの指令を出す。クーラン
トを噴出しノズル１の角度制御は終了する。ステップ■
では工具３３の半径ＴＤが想定の径より大きいときすな
わちＯくαを判断し、Ｎｏであればアラームを出す。

Ｌ人災角度が凱工とともに弯ヨ化で月ヌ、基１合−第２
図は（ｂ）は、ドリル加工している場合にクーラントの
噴射位置を移動させる場合を示す。

ドリル加工が深くなればドリル先端でなく加工穴の入］
］に１１０射する必要があり、除々にクーラン１〜は、
ドリルの根元の方へ移動させる。図示した符号の意味を
示すと、 １（・・・工作物の表面から工具先端までの距離で切削
送り開始点 Ｚｏ・・・Ｚ軸方向の送り量 Ｆ・・・送り速度 δ・・・噴射角度 である。ｚｏの送り量を送るに要する送り時間Ｆ０は、
Ｆｌ）＝ＺＯ／’Ｆで計算できる。噴射角度δは、三角
関数の定理によりδ−ｔａｎ−’（Ｌ−ｚ。＋Ｒ）／　
（Ｔ−（−Ｔ　Ｄ　）となる。したがって、ノーズ移動
速度ＦＦは、ＦＦ−＝　（ａ−δ）　／　Ｆ　。

で計算できる。ただし、このノーズ移動速度ＦＦによら
て計算され制御されるクーラン１〜の噴出点は、厳密な
意味で加工穴の人力を指していないが実用」二問題はな
い。

第４図は、前記ドリル加工のように切削の進行にしたが
って、噴射点が移動する場合の制御装置のフローチャー
トを示す。ステップ■で切削送りか否か判断する。切削
送りでなければ、前記した演算式で角度αを計算する（
ステップ■）、ステップ■でＺ軸の移動か否か判断する
。すなわち噴射点が移動する加工か否か判断する。ステ
ップ■で、Ｒ点（切削開拓点）からのＺ軸の移動量Ｚ。

と：ぐリル３３のＺ軸の送り速度Ｆから前記した送り時
間Ｆ。を演算する。

ステップ■で、角度δを計算する。角度δは、ドリル３
３が最も深い切削位置に達してときクーラン１〜が噴射
される角度である。ステップ■で、切削加工中のノーズ
ｌの移動速度ＦＦ計算する。

この移動速度Ｆ　Ｆの速度でノーズ１を角度δまで駆動
させる。

［（ＩＪ！、の実施例］ ノズルｌはクイル３１に固定したが、必ずしもクイル３
１に固定する必要はなく、非回転工具であれば、工具ソ
ケット、工具などに固定しても前記実施例のものと同様
な効果を果たす。また、第３図のフローチャートのステ
ップ■でγ〉（χを判断したがβ〉αを判断し、ステッ
プ■で０°〈α〈γ又はＯｏくαくβを判断しても良い
。要は機械の形状、実際に切断されている状況でこれら
の値を変える。前記した各演算を自動工具交換指令（Ｍ
　Ｏ６）で開始したが、クーラント指令（ＭＯＳ、ＭＯ
９＞で開始しても良い。前記実施例は、単数のノズル１
の角度のみ制御したが、前記同様の思想で複数のノズル
を配置し多方面から噴射する方法も良い。また、ノズル
１を２軸制御して噴射する位置を制御しても良い。

［効　果］ クーラントが常に切削ポイン１〜に届くので、冷却、潤
滑効果が良い工具寿命、加工精度が伸びる。また、必要
以上のクーラントが吐出しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のり一ラントノズル制御装置の機能ブロ
ック図、第２図（ａ）、（ｂ）は本発明のクーラントノ
ズルの角度計算の原理を示す図、第３図は制御装置の動
作のフローチャート、第４図は噴射点が移動する場合の
制御装置のフローチャートを示す。 １・・・ノズル、２・・・可変軸、５・・位置検出器、
６・・・サーボモータ、８・・・位置制御回路、１６・
・・演算回路、１７・・・比較器２２・・・加ニブログ
ラム、２３・・・工具補正メモリ、２４・・・角度ｉ１
＋ｆｆ正メモリ特許出願人　　日立ｖｔ機株式会社 代　　理　　人　　　富　　崎　　元　　成第ｉ図 第　２１！！

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 工作機械の工具・工作物を冷却、潤滑するためのクーラ
   ントを吐出するためのノズルの制御装置において、ノズ
   ルの吐出方向を変えるためのノズルサーボモータと、工
   具の諸寸法を記憶するための工具寸法記憶手段と、ノズ
   ル角度補正値記憶手段と、加工のために選択された工具
   の種類に従って前記工具寸法記憶手段から工具寸法を呼
   び出してノズルの吐出角度を演算し、前記ノズル角度補
   正値記憶手段の角度補正値を加味する演算手段と、前記
   演算手段の演算結果に従って前記ノズルサーボモータを
   駆動することを特徴とするクーラントノズルの噴射制御
   装置。