JP3961836B2 - 工具へのミスト供給方法およびその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸に装着される工具ホルダの工具にミストを供給するための工具へのミスト供給方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工作機械による加工では、被加工物や工具の冷却および潤滑、または切り屑の除去等のために、加工部に切削液を多量に供給している。
しかしながら、このように切削液を多量に供給する場合には、環境汚染や人体の健康への悪影響、切削液の廃油処理に伴う大きなコスト、被加工物の過冷却による工具寿命の低下、あるいは、切削液の過多による工具の微細切り込み加工時の滑り摩擦等の問題がある。
【０００３】
また、加工時に多量の切削液が切り屑に付着するため、切り屑の処理や再利用の際に、付着した切削液を分離するための処理に多大なコストが必要になるという問題がある。
そこで、近年、これ等の問題を解決するため、極微量の切削液をミスト状にして、工具を通して加工部へ供給することが行われている。
【０００４】
従来、このような工具へのミスト供給方法として、例えば、工作機械の外部で液体と気体とを混合して発生させたミストを、主軸後端のロータリジョイントを介して、主軸の中心に形成される貫通穴に供給し、工具ホルダの中心に形成される貫通穴から工具に供給する方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の工具へのミスト供給方法では、主軸を高速で回転させると、主軸の貫通穴を通過するミストの液体成分が、遠心力の作用により貫通穴の内周に付着し、必要量のミストを工具に供給することが困難になるという問題があった。
【０００６】
すなわち、例えば、深穴ドリル加工やアルミニウム材の切削等では、実験的に、毎時５０ｃｃ以上の油を加工部に供給する必要があるが、主軸の回転数が増大すると、急激にミストが薄くなり、必要な量の油を工具の先端に供給することが困難になり、また、主軸の回転を停止すると溜まっていた油が一度に排出され油が無駄になる。
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、主軸の回転数が増大した場合にも必要量のミストを工具に確実に供給することができる工具へのミスト供給方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の工具へのミスト供給方法は、工作機械の主軸の先端に装着される工具ホルダに保持される工具に、液体と気体とを混合したミストを供給するための工具へのミスト供給方法において、前記工具ホルダの外周から前記工具ホルダ内に前記液体または気体を供給するとともに、前記工具ホルダの後端から前記工具ホルダ内に前記気体または液体を供給し、前記工具ホルダ内において前記液体と気体とを混合してミストを発生させ前記工具に噴出し、前記工具ホルダの交換直後に、前記工具ホルダに供給する前記液体の量を通常加工時より増大することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の工具へのミスト供給装置は、請求項１記載の工具へのミスト供給方法に用いられる装置において、前記工具ホルダの内部に着脱自在に配置され、供給された前記液体と気体とを混合して前記工具に噴出するミスト発生手段と、前記工具ホルダの外周に前記工具ホルダの回転により回転しないように装着され、前記液体または気体を前記ミスト発生手段に供給するための外部案内手段と、前記主軸および工具ホルダに形成され前記気体または液体を前記ミスト発生手段に供給するための内部案内手段とを有し、前記主軸が配置される主軸頭に、前記外部案内手段が着脱可能に連結され、前記外部案内手段に前記液体または気体を供給するための連結手段を配置されていることを特徴とする。
【００１１】
（作用）
請求項１の工具へのミスト供給方法では、工作機械の主軸の先端に装着される工具ホルダの外周から工具ホルダ内に液体または気体が供給され、工具ホルダの後端から工具ホルダ内に気体または液体が供給される。
そして、工具ホルダ内において液体と気体とが混合されミストが発生され、発生したミストが工具に噴出される。
また、工具ホルダに供給される液体の量が、工具ホルダの交換直後において、通常加工時より増大される。
【００１２】
請求項２の工具へのミスト供給装置では、外部案内手段を介して工作機械の主軸の先端に装着される工具ホルダの外周から工具ホルダ内に液体または気体が供給され、また、内部案内手段を介して工具ホルダの後端から工具ホルダ内に気体または液体が供給される。
そして、工具ホルダ内に配置されるミスト発生手段により、工具ホルダ内において液体と気体とが混合されミストが発生され、発生したミストが工具に噴出される。
また、主軸が配置される主軸頭に、工具ホルダの外部案内手段に液体または気体を供給するための連結手段が配置される。
そして、主軸に工具ホルダが装着されると、工具ホルダの外部案内手段が連結手段に連結され、連結手段から外部案内手段に液体または気体が供給される。
また、ミスト発生手段が、工具ホルダに着脱自在に配置され、交換可能とされる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態について説明する。
図１は、本発明の工具へのミスト供給装置の一実施形態を示している。
図において符号１１は、マシニングセンタ等の工作機械の主軸を示している。
この主軸１１は、工作機械の主軸頭１３に回転自在に配置されている。
【００１６】
主軸１１の先端には、テーパ穴１１ａが形成され、このテーパ穴１１ａに工具ホルダ１５のテーパシャンク部１５ａが装着されている。
この工具ホルダ１５は、ＡＴＣ（自動工具交換装置）により交換可能とされ、主軸１１側の外周にＡＴＣ用の把持部１５ｂが形成されている。
工具ホルダ１５の先端には、テーパ穴１５ｃが形成され、このテーパ穴１５ｃには、テーパコレット１７が装着されている。
【００１７】
テーパコレット１７には、例えば、ドリルからなる工具１９の後端が挿入されている。
工具１９は、工具ホルダ１５の先端に螺合される締付ナット２１により、テーパコレット１７を介して工具ホルダ１５に固定されている。
工具ホルダ１５のテーパ穴１５ｃの内側には、油，切削液等の液体と、空気等の気体とを混合して工具１９に噴出するミスト発生手段２３が配置されている。
【００１８】
このミスト発生手段２３は、円柱状のノズル部材２５を有している。
ノズル部材２５は、工具ホルダ１５の中心軸上にテーパ穴１５ｃに連続して形成される穴部１５ｄに収容されている。
この穴部１５ｄは、工具ホルダ１５の把持部１５ｂの前側に形成される小径部１５ｅ内に形成されている。
【００１９】
この穴部１５ｄは、工具ホルダ１５の中心軸上に形成される連通穴１５ｆおよび連通穴１５ｈを介して工具ホルダ１５の後端に開口されている。
そして、主軸１１のテーパ穴１１ａの底面に開口される連通穴１１ｂに、図示しない穴付プルボルトを介して連通されている。
連通穴１１ｂは、主軸１１の中心軸に沿って形成されており、主軸１１の後端に連結される図示しないロータリジョイントを介して、周知の方法により圧縮空気が連通穴１１ｂに供給される。
【００２０】
工具ホルダ１５の連通穴１５ｆの穴部１５ｄ側には、雌螺子部１５ｉが形成され、この雌螺子部１５ｉには、ノズル部材２５の後端に形成される雄螺子部２５ａが着脱自在に螺合されている。
ノズル部材２５の中心軸に沿って断面円形状の軸長方向穴２５ｂが貫通形成されている。
【００２１】
また、ノズル部材２５の外周には、径方向穴２５ｃが貫通形成され、軸長方向穴２５ｂに連通されている。
ノズル部材２５の外周には、径方向穴２５ｃの両側となる位置にＯリング２７が配置されている。
工具ホルダ１５の小径部１５ｅには、ノズル部材２５の径方向穴２５ｃに重なる位置に径方向穴１５ｊが形成されている。
【００２２】
そして、工具ホルダ１５の外周には、液体をミスト発生手段２３に供給するための外部案内手段２９が配置されている。
この外部案内手段２９は、工具ホルダ１５の回転により回転しないように、工具ホルダ１５に装着される円筒状の筒状部材３１を有している。
【００２３】
この筒状部材３１は、工具ホルダ１５の小径部１５ｅの外周に、ベアリング３３を介して装着されている。
このベアリング３３は、筒状部材３１の両側に配置されており、ベアリング３３の間には、ベアリング抑え３５、および、バネ３７を用いた圧力バランス型のメカニカルシール３９が配置されている。
【００２４】
筒状部材３１の外側には、連結部材４１を介してハウジング４３が連結されている。
連結部材４１には、小径部１５ｅの径方向穴１５ｊに重なる位置に径方向穴４１ａが形成されている。
連結部材４１は、図２に示すように、ボルト４５により筒状部材３１に連結されている。
【００２５】
ハウジング４３内には、位置決めピン４７が収容されている。
この位置決めピン４７は、工具ホルダ１５の軸長方向と平行に配置されている。
位置決めピン４７には、回り止め部材４９が配置されている。
この回り止め部材４９は、バネ部材５１により工具ホルダ１５の把持部１５ｂ側に付勢され、主軸１１に工具ホルダ１５が装着されない状態では、把持部１５ｂ側に形成される溝部１５ｋに嵌合され、位置決めピン４７が所定の角度位置に位置決めされている。
【００２６】
位置決めピン４７の先端には、小径穴４７ａが形成され、この小径穴４７ａは、位置決めピン４７に形成される軸長方向穴４７ｂおよび径方向穴４７ｃを介して、連結部材４１の径方向穴４１ａに連通されている。
位置決めピン４７の小径穴４７ａの先端には、ボール５３とバネ５５とからなるチェックバルブ５７が配置されている。
【００２７】
位置決めピン４７の軸長方向穴４７ｂ内には、ボール５３の位置を規制するボール規制ロッド５８が配置され、その先端の小径部５８ａが、小径穴４７ａに挿入されている。
そして、主軸１１が配置される主軸頭１３には、外部案内手段２９に液体を供給するための連結手段５９が配置されている。
【００２８】
この連結手段５９は、位置決めブロック６１を有している。
この位置決めブロック６１は、主軸頭１３の端面に固定されている。
この位置決めブロック６１には、凹部６１ａが形成されており、この凹部６１ａに位置決めピン４７の先端が嵌合可能とされている。
そして、凹部６１ａの底面には、位置決めピン４７のチェックバルブ５７に対応する位置にチェックバルブ６３が配置されている。
【００２９】
すなわち、位置決めブロック６１には、図３に示すように、凹部６１ａの底面６１ｂに垂直に開口する小径穴６１ｃが形成され、この小径穴６１ｃの先端にボール６５とバネ６７とからなるチェックバルブ６３が配置されている。
そして、位置決めブロック６１への位置決めピン４７の嵌合により、位置決めピン４７側のチェックバルブ５７のボール５３と位置決めブロック６１側のチェックバルブ６３のボール６５が相互に押圧され、これにより位置決めピン４７側および位置決めブロック６１側のチェックバルブ５７，６３が同時に開とされる。
【００３０】
位置決めブロック６１の小径穴６１ｃ内には、ボール６５の位置を規制するボール規制ロッド６８が配置され、その先端部が、小径穴６１ｃに挿入されている。
位置決めブロック６１には、凹部６１ａの底面に平行に連通穴６１ｄが形成されている。
この連通穴６１ｄの先端は小径穴６１ｃに連通され、開口端には、パイプ接続用の雌螺子部６１ｅが形成されている。
【００３１】
この雌螺子部６１ｅには、液体を供給するための液体供給装置のパイプが接続される。
図４は、液体供給装置の一例を示すもので、この液体供給装置では、タンク６９内に収容される液体Ｅが、プランジャポンプ７１により、パイプ７３を介して位置決めブロック６１に供給される。
【００３２】
また、プランジャポンプ７１は、圧力源７４からの圧縮空気を電磁弁７５により制御することにより作動される。
上述した工具へのミスト供給装置では、工具１９へのミストの供給が以下述べるようにして行われる。
先ず、ＡＴＣにより工具ホルダ１５の交換が行われ、主軸１１のテーパ穴１１ａに工具ホルダ１５のテーパシャンク部１５ａが挿入されると、位置決めブロック６１の凹部６１ａに位置決めピン４７の先端が嵌合され、これにより、位置決めピン４７側のチェックバルブ５７および位置決めブロック６１側のチェックバルブ６３が開とされる。
【００３３】
同時に、位置決めピン４７は、主軸軸線の先端方向にスライドし、回り止め部材４９が溝部１５ｋから外れ、工具ホルダ１５は回転可能となる。
次に、プランジャポンプ７１が作動され、タンク６９内の液体が、パイプ７３，位置決めブロック６１，位置決めピン４７，連結部材４１，筒状部材３１を通り、工具ホルダ１５の小径部１５ｅに形成される径方向穴１５ｊおよびノズル部材２５に形成される径方向穴２５ｃを通り、ノズル部材２５の軸長方向穴２５ｂに供給される。
【００３４】
そして、工具ホルダ１５の交換直後には、工具ホルダ１５を交換した時に生ずるミストの一時的な濃度低下を防止するため、工具ホルダ１５に供給する液体の量が通常加工時より増大するようにプランジャポンプ７１の作動回数が増大される。
一方、同時に、主軸１１の後端に配置される図示しないロータリジョイントに圧縮空気からなる気体が供給され、気体は、主軸１１の連通穴１１ｂを通った後、図示しない穴付プルボルトの中心穴を経由して、工具ホルダ１５の連通穴１５ｈおよび連通穴１５ｆを通り、ノズル部材２５の軸長方向穴２５ｂに供給される。
【００３５】
この連通穴部分で内部案内手段を構成している。
この軸長方向穴２５ｂに供給された気体は、ノズル部材２５の径方向穴２５ｃから供給される液体をミスト化し、工具１９の後端に向けて噴出する。
噴出したミストは、工具１９に形成されるミスト穴１９ａを通り、加工部位に直接供給される。
【００３６】
上述した工具へのミスト供給方法では、工具ホルダ１５の外周から工具ホルダ１５内に液体を供給し、工具ホルダ１５の後端から工具ホルダ１５内に気体を供給して、工具ホルダ１５内において液体と気体とを混合してミストを発生させ工具１９に噴出するようにしたので、発生したミストが、主軸１１の回転にともなう遠心力の影響を大きく受ける前に工具１９に供給されることになり、主軸１１の回転数が増大した場合にも必要量のミストを工具１９に確実に供給することができる。
【００３７】
そして、工具ホルダ１５内においてミストを発生させるため、発生したミストを工具１９に迅速に供給することが可能になり、応答性を向上することができる。
また、上述した工具へのミスト供給方法では、工具ホルダ１５の交換直後に、工具ホルダ１５に供給する液体の量を通常加工時より増大するようにしたので、工具ホルダ１５を交換した時に生ずるミストの一時的な濃度低下を容易，確実に防止することができる。
【００３８】
そして、工具ホルダ１５をＡＴＣで交換した直後は、ミストの応答性を上げるために、液体が一定時間、大量に供給され、ミストの濃度が保たれた後には、液体の供給量が減少されるため、必要以上の液体の供給を制限することができる。なお、この場合、液体の供給量は、プランジャポンプ７１の場合には、作動回数で制御され、回転型ポンプの場合には、回転速度で制御される。
【００３９】
そして、上述した工具へのミスト供給装置では、外部案内手段２９を介して工具ホルダ１５の外周から工具ホルダ１５内に液体を供給し、内部案内手段を介して工具ホルダ１５の後端から工具ホルダ１５内に気体を供給し、工具ホルダ１５内に配置されるミスト発生手段２３により、工具ホルダ１５内において液体と気体とを混合してミストを発生させ工具１９に噴出するようにしたので、発生したミストが、主軸１１の回転にともなう遠心力の影響を大きく受ける前に工具１９に供給されることになり、主軸１１の回転数が増大した場合にも必要量のミストを工具１９に確実に供給することができる。
【００４０】
そして、工具ホルダ１５内においてミストを発生させるため、発生したミストを工具１９に迅速に供給することが可能になり、応答性を向上することができる。
また、上述した工具へのミスト供給装置では、主軸１１が配置される主軸頭１３に、外部案内手段２９が着脱可能に連結される連結手段５９を配置したので、交換された工具ホルダ１５の外部案内手段２９に、液体を容易，確実に供給することができる。
【００４１】
さらに、上述した工具へのミスト供給装置では、ミスト発生手段２３を、工具ホルダ１５に着脱自在に配置したので、工具ホルダ１５に装着される工具１９に対応してミスト発生手段２３を最適なものに交換することができる。
すなわち、工具１９に形成されるミスト穴１９ａの大きさに対応して、最適な絞り径を有するノズル部材２５を装着することにより最適なミスト流量を得ることができる。
【００４２】
また、工具ホルダ１５からノズル部材２５を取り外すことによりノズル部材２５の修理を容易に行うことができる。
そして、工具ホルダ１５を取り外すことによりノズル部材２５の修理が可能になるため、他の工具ホルダ１５を主軸１１に装着し、機械を稼働した状態で修理が可能になる。
【００４３】
また、上述した工具へのミスト供給装置では、位置決めピン４７側および位置決めブロック６１側のチェックバルブ５７，６３を同時に開とするようにしたので、工具ホルダ１５をＡＴＣ用にした場合に、液体の通路に気泡が混入することを有効に防止することができる。
さらに、上述した工具へのミスト供給装置では、工具ホルダ１５と筒状部材３１とのシールに、圧力バランス型のメカニカルシール３９を使用したので、従来のリップ型のシールに比較して発熱を低減することができる。
【００４４】
なお、上述した工具へのミスト供給装置において、ノズル部材２５の軸長方向穴２５ｂの径を、工具１９との接続部まで出来るだけ細く、かつ、一定に保つことにより、ミストが通り易くなり、また、遠心力の影響による溜まりがなくなるため、応答性をより向上することができる。
また、上述した工具へのミスト供給装置において、ノズル部材２５の軸長方向穴２５ｂの工具１９側に、ミストの圧力により開となるチェックバルブを配置することにより、ＡＴＣによる工具ホルダ１５の交換時に工具ホルダ１５の内部の液体が流出することを有効に防止することができる。
【００４５】
さらに、上述した工具へのミスト供給装置において、ノズル部材２５の先端とテーパコレット１７の後端との間に、シール部材として、例えば、ゴム製のリング部材を配置することにより、ノズル部材２５で発生したミストを工具１９の後端に確実に導くことができる。
なお、上述した実施形態では、本発明をマシニングセンタに適用した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、各種の工作機械に広く適用することができる。
【００４６】
それと共に、工具ホルダ１５のシャンク形状と穴の構成は、プルボルトによる連結手段についても、これに限定されず、例えば、ＨＳＫシャンクと呼ばれているショートテーパシャンクとクランプロッドとの組み合わせによる構成など、従来公知の手段を適宜置き換えて採用することができる。
【００４７】
また、上述した実施形態では、工具ホルダ１５の外周から液体を供給し、工具ホルダ１５の後端から気体を供給した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、工具ホルダ１５の外周から気体を供給し、工具ホルダ１５の後端から液体を供給するようにしても良い。
そして、この場合には、工具ホルダ１５と主軸１１との液体経路の接点にチェックバルブを設け液体の流出を防止するのが望ましい。
【００４８】
さらに、上述した実施形態では、主軸頭１３に固定される連結手段５９を介して外部案内手段２９に液体を供給した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、工具ホルダ１５の交換を殆ど行わないような工作機械では、外部案内手段２９に直接パイプ等を接続して液体を供給するようにしても良い。
【００４９】
また、上述した実施形態では、プランジャポンプ７１の作動回数を制御することにより工具ホルダ１５の交換直後に液体の量を増大した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、別途、一定容積のプランジャポンプを設け、工具ホルダ１５の交換直後にこのプランジャポンプを１回だけ作動するようにしても良い。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１の工具へのミスト供給方法では、工具ホルダの外周から工具ホルダ内に液体または気体を供給し、工具ホルダの後端から工具ホルダ内に気体または液体を供給して、工具ホルダ内において液体と気体とを混合してミストを発生させ工具に噴出するようにしたので、発生したミストが、主軸の回転にともなう遠心力の影響を大きく受ける前に工具に供給されることになり、主軸の回転数が増大した場合にも必要量のミストを工具に確実に供給することができる。
また、工具ホルダの交換直後に、工具ホルダに供給する液体の量を通常加工時より増大するようにしたので、工具ホルダを交換した時に生ずるミストの一時的な濃度低下を容易，確実に防止することができる。
【００５１】
請求項２の工具へのミスト供給装置では、外部案内手段を介して工具ホルダの外周から工具ホルダ内に液体または気体を供給し、内部案内手段を介して工具ホルダの後端から工具ホルダ内に気体または液体を供給し、工具ホルダ内に配置されるミスト発生手段により、工具ホルダ内において液体と気体とを混合してミストを発生させ工具に噴出するようにしたので、発生したミストが、主軸の回転にともなう遠心力の影響を大きく受ける前に工具に供給されることになり、主軸の回転数が増大した場合にも必要量のミストを工具に確実に供給することができる。
また、主軸が配置される主軸頭に、外部案内手段が着脱可能に連結される連結手段を配置したので、交換された工具ホルダの外部案内手段に、液体または気体を容易，確実に供給することができる。
また、ミスト発生手段を、工具ホルダに着脱自在に配置したので、工具ホルダに装着される工具に対応してミスト発生手段を最適なものに交換することができる。
また、工具ホルダからミスト発生手段を取り外すことによりミスト発生手段の修理を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工具へのミスト供給装置の一実施形態の要部を示す縦断面図である。
【図２】図１の外部案内手段を示す側面図である。
【図３】図１の位置決めブロックを示す断面図である。
【図４】図１の位置決めブロックに液体を供給する液体供給装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１１ 主軸
１３ 主軸頭
１５ 工具ホルダ
１９ 工具
２３ ミスト発生手段
２５ ノズル部材
２９ 外部案内手段
３１ 筒状部材
５９ 連結手段

Claims (2)

1. 工作機械の主軸の先端に装着される工具ホルダに保持される工具に、液体と気体とを混合したミストを供給するための工具へのミスト供給方法において、
   前記工具ホルダの外周から前記工具ホルダ内に前記液体または気体を供給するとともに、前記工具ホルダの後端から前記工具ホルダ内に前記気体または液体を供給し、前記工具ホルダ内において前記液体と気体とを混合してミストを発生させ前記工具に噴出し、
   前記工具ホルダの交換直後に、前記工具ホルダに供給する前記液体の量を通常加工時より増大する
   ことを特徴とする工具へのミスト供給方法。
2. 請求項１記載の工具へのミスト供給方法に用いられる装置において、
   前記工具ホルダの内部に着脱自在に配置され、供給された前記液体と気体とを混合して前記工具に噴出するミスト発生手段と、
   前記工具ホルダの外周に前記工具ホルダの回転により回転しないように装着され、前記液体または気体を前記ミスト発生手段に供給するための外部案内手段と、
   前記主軸および工具ホルダに形成され前記気体または液体を前記ミスト発生手段に供給するための内部案内手段と
   を有し、
   前記主軸が配置される主軸頭に、前記外部案内手段が着脱可能に連結され、前記外部案内手段に前記液体または気体を供給するための連結手段を配置されている
   ことを特徴とする工具へのミスト供給装置。

Images