JP4193076B2

JP4193076B2 - 工作機械の主軸装置

Info

Publication number: JP4193076B2
Application number: JP05577598A
Authority: JP
Inventors: 秦介菅田
Original assignee: Horkos Corp
Current assignee: Horkos Corp
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2018-02-20
Also published as: JPH11235641A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、深い部位を加工している刃具の先端部の潤滑に特に適した工作機械の主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械による加工では被加工物や刃具の冷却及び潤滑、又は切屑の除去などのため加工部に切削油を多量に供給しているが、これによるときは切削油による環境汚染や人体の健康への悪影響、切削油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刃具寿命の低下、又は切削油過多による刃具の微細切込み加工時の滑り磨耗などの問題があるほか、加工時に多量の切削油が切屑に付着するため、切屑の処理や再利用のさい、これに付着した切削油を分離することが必要となる。
【０００３】
これらの問題を解決するため、近年では極微量の切削油を霧状にして切削加工部へ供給することが行われているのであり、このような処理はドライ切削などと称されている。
【０００４】
ドライ切削を行う上で、被加工物の比較的浅い部分を加工している刃具先端部に霧状の切削油を供給することは簡易な手段により行えるのであるが、被加工物の比較的深い部分を加工している刃具先端部にそれを供給することは実際上困難を伴うのである。
本出願人はこれを解決するための手段として特許第２６８７１１０号を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許第２６８７１１０号の主軸装置によれば、被加工物の比較的深い部分を加工している刃具の先端部に霧状の切削油を極めて効果的に供給できるのであるが、回転される主軸の内方に静止状態の外部から切削液を供給するさいに回転継手が必要となり、その構造が複雑化する。
本発明は、回転継手を必要とすることなく上記実情に対処し得るものとした工作機械の主軸装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、内部に通路を有する工具ホルダに刃具内の通路が連通した工作機械の主軸装置において、工具ホルダが先端に取付けられ、主軸一端から先端部に向かい、中心に貫通した中心孔を有する主軸と、支持フレーム内で主軸を前後で支えるベアリングと、
主軸の一端の中心孔の入り口から主軸の他端に向かって挿入されている供給管であって、後段の前記ベアリングよりも主軸の他端側にまでその先端が到達し、内部長手方向に切削液通路と気体通路とが先端まで形成されている供給管と、供給管の先端に設けられ、切削液通路の切削液を気体通路から供給された気体により霧化する霧化手段と、主軸の内側と供給管の間の中心孔内に設けられて、主軸が回転されても供給管を非回転状態に保持するベアリングと、前記中心孔内のベアリングと霧化手段の間の位置であって、主軸の中心孔内と供給管との間をシールするシールとを有し、
前記霧化手段により生成された霧状切削液が工具ホルダや刃具内の通路を経て刃具先端から噴出されることを特徴とする。
【０００７】
被加工物の加工中は主軸が回転される。この回転中、切削剤供給管は非回転状態に保持され、液通路及び気体通路を通じて切削液及び気体が主軸内の霧化手段に供給される。このさい、液通路内を流れる切削液は主軸の回転による影響を全く受けず、円滑に流動するものとなる。霧化手段で生成された霧状切削液は刃具先端から安定的且つ比較的均一分布状態で噴出され、非加工物の深い個所に達した刃具先端を効果的に潤滑する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
先ず本発明の第一実施例を説明すると、図１は本実施例に係る主軸装置を示す断面図、図２は前記主軸装置の一部拡大断面図、図３は図１のｘ１−ｘ１部を示す部分拡大図である。
【０００９】
これらの図に於いて、１は主軸装置の本体フレームで、２は本体フレーム１にボルト固定された筒形支持フレームである。
筒形支持フレーム２には主軸３が軸受４ａ、４ｂを介して一定位置での回転自在に内挿してある。
【００１０】
このさい、５ａ及び５ｂは筒形支持フレーム２の前端面と後端面に固定されたリング部材、６ａ及び６ｂは軸受４ａ、４ｂの位置を規制するための筒形スペーサ、７は軸受４ｂの内輪後面を押圧するための螺着リング体である。
【００１１】
主軸３は先端中心部に工具ホルダ８のテーパシャンク部８ａを内嵌されるテーパ孔３ａを有すると共にこのテーパ孔３ａに連続して直状の中心孔３ｂを形成されている。
【００１２】
９は中心孔３ｂの前部に前方への移動を係止された状態で内挿された案内筒部材で、これの内周面９ａは適宜形状の段部を形成されたものとなされている。
１０はドローバーであって、先端には案内筒部材９に密状に内挿される膨大部１０ａを、そして後端寄り位置に中心孔３ｂの内周面に案内される鍔部１０ｂを備えると共に、中心部に直状の孔１０ｃを形成されたものである。
【００１３】
１１は皿バネであり、ドローバー１０の長さ途中個所でしかも案内筒部材９の後端と鍔部１０ｂとの間となる中心孔３ｂ内に段重ね状且つ圧縮状に装設されている。
【００１４】
１２はクランプ部材１３を開閉可能に保持するための保持筒部材で、ドローバー１０の先端部に螺着されている。この保持筒部材１２の周面にはクランプ部材１３の係合する凹み１２ａが形成されており、またクランプ部材１３は複数の係止片からなり、これら係止片が凹み１２ａの周方向に配列され円筒状となされている。
【００１５】
１４は主軸３の後端外周に固定されたプーリで、図示しないモータからベルトを介して回転を入力されるものである。
【００１６】
１５は主軸３の後端面にボルト固定された端面カバー部材で、これの中心孔にはドローバー１０の後端部１０ｃが前後方向ｆ１、ｆ２の変位可能に内挿されている。
【００１７】
１６は係止リング板で、主軸３の後端部に外嵌され、端面カバー部材１５に係止されて後方への抜け出しを規制されるものである。この係止リング板１６の後面にはシリンダ部材１７及びシリンダカバー１８がこの順に配置されボルト固定されており、シリンダ部材１８の内方には段付きのピストン１９が内挿されている。
【００１８】
このピストン１９は中心孔及び後部突起１９ａを有しており、後部突起１９ａはシリンダカバー１８の中心孔に前後方向ｆ１、ｆ２の摺動変位可能に内挿されている。
このさい、２０はピストン１９の中心孔に螺着されたネジ管部材で、これの回転操作により変位されロックナット２１によりその位置を締結される。
シリンダ部材１８に設けた通路ｐ１はピストン１９の後側のシリンダ室２２内へ通じ、他方の通路ｐ２はピストン１９の前側のシリンダ室２３に通じている。
【００１９】
２４ａ及び２４ｂは本体フレーム１に固定された支持フレームで、２５はこの支持フレーム２４ａに結合部材２６を介して固定された直状の潤滑剤供給管である。
支持フレーム２４ｂはシリンダ部材１７を若干の前後移動可能に支持しており、またシリンダカバー１８と支持フレーム２４ｂとの間にはシリンダーカバー１８を前方ｆ１へ押圧するためのスプリングｓが設けてある。
【００２０】
潤滑剤供給管２５は外管２５ａと内管２５ｂからなる二重管となしてあって、内管２５ｂの内孔を液通路ａとなし、内管２５ｂと外管２５ａの間を気体通路ｂとなしてある。
【００２１】
そして潤滑剤供給管２５の先端には、液通路ａを通じて供給された切削液を、気体通路ｂを通じて供給された空気により霧状となすための霧化手段２７が形成してある。この霧化手段２７は内管２５ｂの先端を絞って形成した液噴口ｃとこれを取り巻く気体噴口ｄとを備えたものとなしてあるが、これに限定するものではない。
【００２２】
このさい、液通路ａには静止側に設けた図示しない液供給装置から切削液が供給され、また気体通路には静止側に設けた図示しない気体供給装置から適当圧の空気が供給されるようになす。
【００２３】
またドローバー１０の後端部及び保持筒部材１２の中心孔の内方には潤滑剤供給管２５を主軸３の一定位置で回転可能とするため、両者間にベアリング２８ａ、２８ｂを装着する。このベアリング２８ａ、２８ｂは図示例ではボールベアリングとなしてあるが、ニードルベアリングとなすこともできるのであり、ニードルベアリングになすと、ドローバー１０の潤滑剤供給管２５に対する前後方向ｆ１、ｆ２の若干の変位を可能とする上で寄与する。
保持筒部材１２とベアリング２８ａの間にはシールリングＳＲ１を設け、切削剤供給管２５はこのシールリングＳＲ１を介してドローバー１０の孔１０ｃ内に回転可能且つ気体密状に貫通される。
【００２４】
工具ホルダ８はテーパシャンク部８ａ、鍔部８ｂ及びチャック部８ｃを備え、テーパシャンク部８ａが主軸３のテーパ孔３ａに嵌入されるものとなされている。
【００２５】
テーパシャンク部８ａはこれの後端にクランプ部材１３により係止されるプルスタッド２９を備えており、鍔部８ｂは自動工具交換装置が工具交換のさい把持するものとなる凹みｍを形成されており、またチャック部８ｃは刃具３０を固定するためのものである。
【００２６】
工具ホルダ８は中心孔８ｄを形成され、この中心孔８ｄの長さ途中に内嵌部材３１を設け、この内嵌部材３１の中心孔とプルスタッド２９の中心孔とを連絡管３２で結合したものとなされている。
【００２７】
刃具３０はドリル、リーマ、タップ又はミーリングなどその種類を限定するものではないが、後端から先端部に渡る通路３０ａを備えたものとなすことが必要である。
【００２８】
上記の如く構成した主軸装置の使用例及びその作動を説明すると、以下のとおりである。
即ち、図１及び図２に示す如く装着された工具ホルダ８を主軸３から抜き取るさいは、図示しない自動工具交換装置が工具ホルダ８の鍔部８ｂを把握した後、シリンダ室２２内に圧力流体が供給される。これによりピストン１９が前方ｆ１へ図示しないスプリングの弾力に抗して変位され、この変位量が一定大きさを超えたとき、係止リング板１６と端面カバー部材１５とが圧接すると共に、ネジ管部材１９の前端がドローバー１０の後端を押圧し、皿バネ１１の弾力に抗してドローバー１０を前方ｆ１へ変位させる。
【００２９】
ドローバー１０の前方変位は保持筒部材１２及びクランプ部材１３を前方ｆ１へ変位させ、この変位が一定大きさ以上になると、クランプ部材１３の先端が保持筒部材１２の内周面の突部から外れて保持筒部材１２半径外方向への変位が可能となる。
【００３０】
この状態で、自動工具交換装置が工具ホルダ８を前方ｆ１へ引抜き力を付与するのであり、このさいプルスタッド２９はクランプ部材１３の解放作動可能状態の下、クランプ部材１３に引っ掛かることなくクランプ部材１３の内方から抜け出るため、工具ホルダ８は主軸３から抜き取られるものとなる。
【００３１】
一方、工具ホルダ８を主軸３に装着するさいは、ドローバー１０は工具ホルダ８を主軸３から抜き取るときと同じ状態に保持され、この状態の下で自動工具交換装置が工具ホルダ８のテーパーシャンク部８ａを主軸３のテーパ孔３ａに挿入させる。このさい、プルスタッド２９はクランプ部材１３が解放作動可能状態であるため引っ掛かることなくクランプ部材１３の内方に挿入されるものとなる。
【００３２】
この挿入の終了に関連してシリンダ室２２内の圧力流体は流出され、他方のシリンダ室２３内に圧力流体は供給される。これにより、ピストン１９は後方へ変位され、ネジ管部材２１はドローバー１０から離れ、ドローバー１０は皿バネ１１の弾力で図１などに示す元位置に後退する。
【００３３】
この後退により、クランプ部材１３は先部外周を案内筒部材９の内周面の突部で押されて縮径し、その内周面先部の突部がプルスタッド２９のくびれ部に係止され、さらにプルスタッド２９を皿バネ１１の弾力で引張するものとなる。これにより工具ホルダー８は主軸３に密状に嵌着された状態となる。この嵌着状態ではプルスタッド２９の後端と切削剤供給管２５の先端との間隙は一般に０．５〜１ｍｍ程度となされる。
この後、自動工具交換装置は工具ホルダ８を離して退避する。
【００３４】
ワークｗを加工するさいは、図示しないモータからプーリ１４に回転を入力する。これにより主軸３は軸受４ａ、４ｂに案内されて回転する。
このさい、シリンダ部材１７やピストン１９などは支持フレーム２４ｂに支持されているため回転しないのであり、またシリンダ室２３内に圧力流体が供給されると、係止板部材１６はスプリングｓの弾力で前方ｆ１へ変位されて端面カバー部材１５から離れた状態となり、主軸３に回転抵抗を付与するものとならない。またピストン１９も端面カバー部材１５とは離れているため主軸３の回転に支障とならない。
【００３５】
一方、切削剤供給管２５は支持フレーム２４ａと同体に固定されているため、主軸３の回転にも拘わらず非回転状態に保持される。
【００３６】
この状態の下で、気体通路ｂに静止側の気体供給装置から結合部材２６を通じて圧縮空気を供給し、この供給中に静止側の液供給装置から結合部材２６を通じて切削液を液通路ａに供給する。これにより気体通路ｂに供給された空気は霧化手段２７の気体噴口ｄから噴射され、また液通路ａに供給された切削液は霧化手段２７の液噴口ｃから噴射される。
【００３７】
霧化手段２７は液噴口ａから噴射された液体を、気体噴口ｄから噴射された圧縮空気により均一分布の霧状となし、工具ホルダ８側へ向け噴き出す。このように噴き出された霧状切削液は工具ホルダ８の中心部の連絡管３２内を通じて刃具３０の後端に達し、さらに刃具３０の通路３０ａを経てその先端から噴出される。
【００３８】
このさい、液通路ａ内を前方ｆ１へ流れる霧状切削液は主軸３の回転による遠心力の影響を受けることがなく、切削液は液噴口ｃから安定的に噴射されるのであり、このことが均一分布の霧状切削液を生成する上で寄与するものとなる。
また霧化手段２７から刃具３０先端までの距離が小さいことが、霧化手段２７から刃具３０先端へ移動する霧状切削液に主軸３の回転による遠心力の影響を小さくなし、従って霧状切削液は切削液成分の比重差による成分分離や液状化現象を生じることなく工具ホルダ８近傍まで導かれ、比較的均等な分布状態で刃具３０先端から噴出されるものとなる。
【００３９】
また切削剤供給管２５の先端から噴出された霧状切削液は切削剤供給管２５の外周面に沿って逆流しようとするが、シールリングＳＲ１のシール作用で規制され、またドローバー１０の外周面に沿って逆流しようとするものはドローバー１０の先端膨大部１０ａ個所などのシール作用で規制される。
【００４０】
この状態の下で主軸装置をワークｗに対し変位させ、所要の加工を行うのである。このさい、刃具３０の先端部がワークｗの比較的深い位置を加工する状態となっても、刃具３０は均等且つ効果的に潤滑され的確な加工を行うものとなる。
【００４１】
次に本発明の第二実施例を説明すると、図４は本実施例に係る主軸装置を示す断面図、図５は図４のｘ２−ｘ２部を示す部分拡大図である。図中、先の実施例と実質的同一部位には同一の符号を付すものとする。
【００４２】
工具ホルダ８は主軸３の先端にボルト固定してあり、また先部には刃具３０がネジ止め固定してある。
【００４３】
切削剤供給管２５及び霧化手段２７には基本的な差違はない。また自動工具交換装置による工具ホルダ８の自動脱着を考慮していないため、先の実施例に於けるシリンダ部材１７やピストン１９などは設けられていない。
【００４４】
切削剤供給管２５の前端は工具ホルダ８の中心孔８ｄ内に望ませてあり、また主軸３の中心孔３ｂと切削剤供給管２５との間の空間を閉鎖するためのカバー部材３３がボルト固定してある。
このさい、ＳＲ２はシールリングであり、切削剤供給管２７がこのシールリングＳＲ２を介してカバー部材３３の中心個所を回転可能且つ気体密状に貫通される。
【００４５】
この実施例の主軸装置では、工具の交換は人手により行われる。
ワークｗを加工するさいは、プーリ１４を介して回転を入力するのであり、これにより主軸３、工具ホルダ８、刃具３０及びカバー部材３３などが回転される。
【００４６】
この後、霧化手段２７に圧縮空気と切削液を供給して霧状切削液を生成させ、これを刃具３０先端から噴出させ、ワークｗの加工を実施する。
【００４７】
この実施例でも、切削剤供給管２５は回転しないため、これを通じて供給された切削液は安定的に均一分布の霧状切削液となされ、またこの霧状切削液は主軸３の回転による遠心力の影響を受けることなく刃具３０先端から均一分布状態のまま噴出され、ワークｗの比較的深い位置を加工している刃具３０の先端部を先の実勢例と同様に効果的に潤滑するものとなる。
【００４８】
【発明の効果】
以上の如く構成した本発明によれば、回転継手を必要とすることなく、主軸内に圧縮空気と切削液が供給され、主軸内で霧状切削液が生成されるものとなり、この霧状切削液により、比較的深い個所を加工している刃具先部を均等、確実且つ安定的に潤滑することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例に係る主軸装置を示す断面図である。
【図２】前記主軸装置の一部拡大断面図である。
【図３】図１のｘ１−ｘ１部を示す拡大図である。
【図４】本発明の第二実施例に係る主軸装置を示す断面図である。
【図５】図４のｘ２−ｘ２部を示す拡大図である。
【符号の説明】
３主軸
３ｂ孔
８工具ホルダ
２５切削剤供給管
２７霧化手段
３０刃具
３０ａ通路
３２通路
ａ液通路
ｂ気体通路

Claims

内部に通路を有する工具ホルダに刃具内の通路が連通した工作機械の主軸装置において、
工具ホルダが先端に取付けられ、主軸一端から先端部に向かい、中心に貫通した中心孔を有する主軸と、
支持フレーム内で主軸を前後で支えるベアリングと、
主軸の一端の中心孔の入り口から主軸の他端に向かって挿入されている供給管であって、後段の前記ベアリングよりも主軸の他端側にまでその先端が到達し、内部長手方向に切削液通路と気体通路とが先端まで形成されている供給管と、
供給管の先端に設けられ、切削液通路の切削液を気体通路から供給された気体により霧化する霧化手段と、
主軸の内側と供給管の間の中心孔内に設けられて、主軸が回転されても供給管を非回転状態に保持するベアリングと、
前記中心孔内のベアリングと霧化手段の間の位置であって、主軸の中心孔内と供給管との間をシールするシールとを有し、
前記霧化手段により生成された霧状切削液が工具ホルダや刃具内の通路を経て刃具先端から噴出されることを特徴とする工作機械の主軸装置。