JP2002018674A - 加工点自動照準型クーラント液供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 事前のノズル角度の計算やＮＣ加工プログラ
ム上での角度指令を作成することなく、機械の動きに追
従してクーラントノズルの照射角度が自動調整されるよ
うにする。 【解決手段】 クーラント液を加工点に向けて噴射する
ときの照射角度βを可変としたクーラントノズル１２
と、クーラントノズル１２の照射角度βを変えて加工点
にクーラントノズルを指向させるためのノズル照準駆動
用のサーボモータとを有するクーラント噴射装置１０
と、工作機械の送り軸の移動に伴ない変化するワークの
加工点の現在位置を、工作機械の送り軸の移動量に基づ
いて常時演算し、前記加工点の位置変化に追従するよう
にノズルの照射角度を制御するノズル照射角度制御手段
と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械において
切削工具にクーラント液を供給するクーラント液供給装
置に係り、特に、クーラント液を噴き出すクーラントノ
ズルの照射角度を自動制御し、常時ワークの加工点にク
ーラント液が供給されるようにした加工点自動照準型ク
ーラント液供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークの切削加工では、クーラント液は
刃先の潤滑、ワークの冷却、加工点からの切屑の除去な
どの重要な役割を担っており、クーラント液の適切な供
給は、工作機械、とりわけマシニングセンタによる無人
切削加工では、加工の安定性と安全性を確保する上で不
可欠な技術課題となっている。

【０００３】従来、クーラント液の供給方式には、主軸
や主軸頭のノーズ端面に設けられたクーラントノズルか
ら、刃先に向けてクーラント液を供給する外部供給方式
や、主軸内部からツールホルダなどを通して供給する内
部供給方式がある。

【０００４】内部方式では、主軸側にクーラント液の供
給通路を加工したり、漏れ対策をする必要があるためコ
スト高となるため、外部供給方式が普及している。

【０００５】従来の外部供給方式のクーラント液供給シ
ステムでは、切削点にクーラント液を当てるためには、
切込み軸の移動や工具交換による工具長さの変更に伴っ
て、クーラントノズルのノズル角度をこまめに調整する
必要がある。従来はオペレータが加工の進み具合をみな
がら、手動操作によりノズル角度を調整していたが、加
工の自動化と省略化にともない、あらかじめＮＣ加工プ
ログラム中にノズル角度の指令を組み込んでおき、ＮＣ
加工プログラム上から指令してノズル角度を調整するこ
とが行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
加工では、主軸繰出し量、切込み軸の移動量、使用する
工具の長となど、ノズル角度を規定するパラメータは種
々にわたるため、クーラント液が適正に供給されるよう
にするためには、加工中の切込み軸の動きや、主軸の繰
出し量、使用する工具の長さに基づいて適正なノズル角
度を事前に計算しておいてから、ＮＣ加工プログラムを
プログラムする必要があり、事前の加工プログラム作成
に多大な時間を要していた。

【０００７】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、事前のノズル角度の計算やＮＣ
加工プログラム上での角度指令を作成することなく、機
械の動きに追従してクーラントノズルの照射角度が自動
調整されるようにした加工点自動照準型クーラント液供
給装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載した発明は、数値制御工作機械の
主軸の外部に配置され、工具によるワークの加工点にク
ーラント液をノズルからの噴射により供給するクーラン
ト液供給装置において、クーラント液を加工点に向けて
噴射するときの照射角度を可変としたクーラントノズル
と、前記クーラントノズルの照射角度を変えて加工点に
クーラントノズルを指向させるためのノズル照準駆動用
のサーボモータとを有するクーラント噴射装置と、工作
機械の送り軸の移動に伴ない変化するワークの加工点の
位置を、工作機械の送り軸の移動量に基づいて常時演算
し、前記加工点の現在位置変化に追従するように前記ノ
ズルの照射角度を制御するノズル照射角度制御手段と、
を備えることを特徴とするものである。

【０００９】この発明によれば、工具長の異なる工具に
交換した場合や、ワークを送る切込み軸や主軸の繰出し
軸などの送り軸の移動でワークの加工点が変化しても、
工具長や送り軸の動きに追従してクーラントノズルの照
射角度が加工点に照準が自動的に合って、加工点に確実
にクーラント液を供給する。

【００１０】また、請求項２に記載した発明は、請求項
１の発明において、前記ノズル照射角度制御手段は、前
記クーラントノズルの照射角度を検出するノズル角度検
出手段と、前記クーラントノズルをワークの加工点に正
確に照準するために必要な照射角度の目標値を前記加工
点の現在位置に基づいて演算し、前記クーラント噴射装
置に与える照射角度指令を発生する演算手段と、指令さ
れた前記照射角度の目標値に前記角度検出手段からフィ
ードバックされる照射角度の検出値が一致するように前
記サーボモータを制御するノズル角度制御手段と、から
なることを特徴としている。

【００１１】また、請求項３に記載した発明は、請求項
２の発明において、前記演算手段は、数値制御装置内部
の演算装置からなり、主軸軸方向の送り軸の位置制御系
から前記送り軸の移動量を取り込み、この移動量と、予
め与えられている工具長に基づいて加工開始位置を原点
とする加工点の現在位置を演算するようにしたことを特
徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による加工点自動照
準型クーラント液供給装置の一実施形態について、添付
の図面を参照しながら説明する。図１は、本発明による
加工点自動照準型クーラント液供給装置が適用されるテ
ーブル形横中ぐりフライス盤を示している。この図１お
いて、１はコラム、２は主軸頭、３は主軸を示してい
る。ワーク４はテーブル５に固定されている。主軸３の
先端部には工具６が取り付けられるようになっている。
このような横中ぐりフライス盤では、工具６としては、
フライス、エンドミル、ドリルなどが使用され、加工プ
ログラムで指定された工具が図示しない自動工具交換装
置によって主軸３に装着される。

【００１３】この横中ぐりフライス盤では機械本体の運
動を制御する軸が４軸あり、主軸頭２はコラム１の案内
面にそって上下のＹ軸を移動することができる。主軸頭
２においては、クイル８が主軸３と一体で軸方向（Ｗ
軸）に繰り出すことができる。テーブル４は、主軸３の
軸方向と垂直なＸ軸と、主軸３の軸方向の平行なＺ軸を
移動することができる。

【００１４】参照符号１０で示しているのが、ワーク４
の加工点に向いたノズル１２からクーラント液を噴出す
るクーラント噴出装置である。このクーラント噴出装置
１０は主軸頭２に取り付けられている。このクーラント
噴射装置１０自体は、そのノズル１２が主軸３の軸線を
含む鉛直面上を旋回し照射角度βを可変とした公知のも
のであるが、本発明では、加工の進行に伴う加工点の位
置変化に追従するように照射角度βを制御する手段を組
み合わせることで、クーラント液を目標とする加工点を
ねらって噴射することができるようになっている。な
お、この実施形態では、照射角度βをノズル軸線と主軸
軸線とがなす角度として定義している。

【００１５】次に、図２は、工具６としてドリルを使用
して、ワーク４に穴加工をする過程での加工点の変化並
びにワーク４、工具６、ノズル１２の位置の変化を模式
的に示す図である。図２において、１４は、テーブル５
を送るボールねじ１５を駆動するＺ軸モータであり、１
６は主軸３を繰り出すためにクイル８を送るボールねじ
１７を駆動するＷ軸モータである。Ｈは工具長さ、Ｗは
主軸繰出し長さである。ここで、工具長さＨは、主軸３
の端面から工具６の先端部までの長さをとっており、工
具寸法としてＮＣ加工プログラムを作成する際にあらか
じめプログラム中で指定するデータである。テーブル５
は、ワーク４の厚さＤを指定することで、ワーク４の加
工端面がＺ軸の原点になるように位置決めされる。主軸
繰出し長さは、多くの場合、テーブル５に固定されてい
るワーク４の加工端面の位置がＺ軸の原点にあるとき
に、工具６の先端がワーク４と接触する位置に主軸３を
位置決めるために主軸３がノーズ端面１９から前進した
長さである。Ａは、ノーズ端面１９とクーラント噴射装
置１０のノズル旋回中心２０との間の距離で、Ｂは主軸
３の軸線とノズル旋回中心２０との間の距離であり、こ
れらの距離Ａ、Ｂは機械の運動に関係なく一定であっ
て、あらかじめ、ＮＣ加工プログラムにおいて指定され
るデータである。

【００１６】工具６による穴加工の場合、主軸３をＷだ
け繰り出して位置決めした後に主軸３が回転し、切込み
量Ｚだけテーブル５が送られる。これにより、工具６は
ワーク４に穴を深く切削していき、クーラント液を供給
すべき加工点は、ワーク５の移動とともに位置が刻々と
変わってくる。なお、穴加工の場合、加工点といってい
るのは、ワーク４に穿孔した穴の入口でクーラント液を
あてる目標点を指しており、工具が工作物を現に切削し
ていく切削点とは必ずしも一致しない。なお、加工の種
類によっては、加工点は切削点と一致することがある。

【００１７】このようにクーラント液を供給すべき加工
点は、ワーク４と工具の相対移動とともに刻々と位置が
変わるが、加工点の現在位置を常に把握していれば、加
工点にノズル１２を照準したときのの照射角度βは、一
義的に決まる。

【００１８】すなわち、この実施形態では、工具長さＨ
と主軸繰出し長さＷが決まるとＺ軸上の原点と加工開始
時の加工点が一致するようになっているので、加工開始
後からのテーブル５の実際の移動量、つまり切込み量Ｚ
を求めれば、常に加工点の現在位置を求めることができ
る。

【００１９】加工開始時における加工点はＺ0で、この
加工点に照準した照射角度β1は、 β1＝ｔａｎ^-1｛ｂ／（Ｈ＋Ｗ＋ａ）｝ である。

【００２０】加工開始後、切込み量Ｚ1のときの加工点
の現在位置は、Ｚ軸上の限定位置からＺ1だけ移動した
位置にあるから、このときの加工点に照準したノズルの
照射角度β2は、 β2＝ｔａｎ^-1｛ｂ／（Ｈ＋Ｗ＋ａ）−Ｚ1｝ である。

【００２１】そこで、以下、図３を参照しながら、照準
角度βを加工点の位置変化に追従させる自動制御を実行
するノズル照射角度制御手段について説明する。

【００２２】図３において、Ｐは、ワーク４の穴加工に
関する加工指令情報を記述した加工プログラムである。
３０はＮＣ装置で、演算装置３１とサーボ制御部３３を
備えている。演算装置３１のプログラム解析部３２は、
読み込んだ加工プログラムＰの加工指令情報を逐次解析
して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｗ軸の移動量、送り速度の指
令を演算し、サーボ制御部３３に出力する。サーボ制御
部３２は各軸のサーボ部を有しており、各軸に分配され
た指令によってＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｗ軸のモータが制御
される。

【００２３】本実施の形態では、ＮＣ装置３０の演算装
置３１には、加工点の現在位置とこの現在位置における
ノズル照射角度の目標値βを演算するノズル角演算部３
４が設けられている。このノズル角演算部３４には、Ｚ
軸モータ１４の位置制御ループをなす位置検出器３５か
らの位置フィードバックと、Ｗ軸モータ１６の位置制御
ループをなす位置検出器３６からの位置フィードバック
とがサーボ制御部３２を介して導入されて、この位置フ
ィードバックからノズル角演算部３４は、実際の主軸繰
出し量Ｗ、切込み量Ｚを演算する。また、プログラム解
析部３２からは工具長さＨ等のデータが与えられ、ノズ
ル角演算部３４は、これらのデータから、上述した通り
に、加工点の現在位置を常時求め、ノズル照射角度の目
標値βを演算する。

【００２４】一方、クーラント噴射装置１０は、ノズル
１２を旋回させて加工点に照準する照準部にサーボーモ
ータ３８を駆動源として備えており、ＮＣ装置３０に
は、このサーボモータ３８を制御するノズル角度制御部
４２が付設され、サーボモータ３８の回転角度を検出す
るエンコーダ４０とで位置制御ループが構成されてい
る。

【００２５】ノズル角度制御部４２は、ノズル角演算部
３４から指令されたノズル照射角度の目標値βと、エン
コーダ４０からのフィードバックとを比較し、その偏差
が零になるように制御するので、加工点の位置変化に追
従して照射角度βが調整される結果、加工点の現在位置
に常にノズル１２の照準が自動的に合わせられる。した
がって、ノズル１２から噴射されるクーラント液は確実
に加工点に当たり、工具６には必要かつ十分なクーラン
ト液が供給されるので円滑かつ安全な加工を遂行するこ
とができる。

【００２６】しかも、事前に工具長や、主軸繰出し量、
切込み量などを事前に計算して、加工プログラム中にノ
ズル角度を調整する指令を組み込んだり、加工の進行を
見ながら適宜手動でノズル角度を調整する必要がなくな
り、加工の手順のみをプログラムするだけで、クーラン
トノズルの照準を自動的に人手を介さずに機械の動きに
追従させることができる。したがって、使用工具数が多
く加工時間が長時間にわたる複雑な加工では、プログラ
ム作成を楽にし、また、加工の無人化にも寄与する。

【００２７】以上は、ドリルを工具として、ワークに穴
加工を行う場合について説明したが、フライスやエンド
ミルを用いた加工でも、同じ様にして、刃先を加工点と
してその現在位置を求めてノズル照射角度を機械の動き
に追従させることができる。したがって、自動工具交換
装置により種々の工具を次々と交換して加工していく場
合にも、工具が換わる度に自動的にノズルの照準を加工
点に合わせることが可能となる。

【００２８】また、加工点を求めるために、工具長の
他、主軸繰出し軸と、切込み軸の移動量をフィードバッ
クして求める例について説明したが、加工の態様によっ
ては、工具長とその他の軸の移動量から加工点を求める
ことができることはもちろんである。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、事前に工具長や、主軸繰出し量、切込み量な
どを事前に計算して、加工プログラム中にノズル角度を
調整する指令を組み込んだり、加工の進行を見ながら適
宜手動でノズル角度を調整する必要がなくなり、加工の
手順のみをプログラムするだけで、クーラントノズルの
照準を自動的に人手を介さずに機械の動きに追従させる
ことができる。したがって、使用工具数が多く加工時間
が長時間にわたる複雑な加工では、プログラム作成を楽
にし、また、加工の無人化にも寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による加工点自動照準型クーラント液供
給装置が適用される横中ぐりフライス盤を示す側面図。

【図２】穴加工における加工点の変化と、クーラントノ
ズルの照射角度の関係を示す説明図。

【図３】本発明による加工点自動照準型クーラント液供
給装置の制御ブロック構成図。

【符号の説明】

１ コラム ２ 主軸頭 ３ 主軸 ４ ワーク ５ テーブル ６ 工具 １０ クーラント噴射装置 １２ クーラントノズル １４ Ｚ軸モータ １６ Ｗ軸モータ ２０ ノズル旋回中心 β ノズル照射角度

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】数値制御工作機械の主軸の外部に配置さ
   れ、工具によるワークの加工点にクーラント液をノズル
   からの噴射により供給するクーラント液供給装置におい
   て、 クーラント液を加工点に向けて噴射するときの照射角度
   を可変としたクーラントノズルと、前記クーラントノズ
   ルの照射角度を変えて加工点にクーラントノズルを指向
   させるためのノズル照準駆動用のサーボモータとを有す
   るクーラント噴射装置と、 工作機械の送り軸の移動に伴ない変化するワークの加工
   点の現在位置を、工作機械の送り軸の移動量に基づいて
   常時演算し、前記加工点の位置変化に追従するように前
   記ノズルの照射角度を制御するノズル照射角度制御手段
   と、を備えることを特徴とする加工点自動照準型クーラ
   ント液供給装置。
2. 【請求項２】前記ノズル照射角度制御手段は、 前記クーラントノズルの照射角度を検出するノズル角度
   検出手段と、 前記クーラントノズルをワークの加工点に正確に照準す
   るために必要な照射角度の目標値を前記加工点の現在位
   置に基づいて演算し、前記クーラント噴射装置に与える
   照射角度指令を発生する演算手段と、 指令された前記照射角度の目標値に前記角度検出手段か
   らフィードバックされる照射角度の検出値が一致するよ
   うに前記サーボモータを制御するノズル角度制御手段
   と、からなることを特徴とする請求項１に記載の加工点
   自動照準型クーラント液供給装置。
3. 【請求項３】前記演算手段は、数値制御装置内部の演算
   装置からなり、主軸軸方向の送り軸の位置制御系から前
   記送り軸の移動量を取り込み、この移動量と、予め与え
   られている工具長に基づいて加工開始位置を原点とする
   加工点の現在位置を演算するようにしたことを特徴とす
   る請求項２に記載の加工点自動照準型クーラント液供給
   装置。