JP2003291049A - 加工工具および工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切削加工の際に加工工具で生じた切削熱が主
軸に伝わるのを防いで、主軸の熱膨張を防止することが
できる加工工具、及びこの加工工具を備える工作機械を
提供する。 【解決手段】 本発明の工作機械１は、主軸１０と、主
軸１０に装着される加工工具１４と、を備えている。主
軸１０には、冷却用エア（冷却媒体）が流れる主軸用冷
却媒体通路１７ａ、１７ｂが形成されている。加工工具
には、キー９ａの導気路１８を介して、主軸用冷却媒体
通路１７ａ、１７ｂに接続する工具用冷却媒体通路１６
が形成されている。工具用冷却媒体通路１６は、加工工
具１４の切削ヘッド４のチップ３０に向かって延びてお
り、工具用冷却媒体通路１６を流れる冷却用エアは、切
削ヘッド４のチップ３０に吹き付けられるようになって
いる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、横中ぐり盤などの
工作機械の主軸に装着される加工工具、及びこの加工工
具を備える工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の加工精度に大きな影響を与え
るものとして、主軸や主軸頭などの温度上昇による熱変
位がある。

【０００３】ＮＣ工作機械における位置決め精度の変化
は、主軸や主軸頭の熱変位によるものがほとんどであ
る。また、主軸の位置精度はワークと工具との相対的な
関係でもあるので、主軸位置決め精度をいくら上げて
も、熱変位が生じるかぎり実質的な主軸位置精度の向上
に直結しないという問題がある。

【０００４】また、主軸は、軸方向に熱膨張するばかり
でなく、半径方向にも膨張する。軸方向への熱膨張は、
上記のように加工精度に悪影響を及ぼすが、半径方向へ
の熱膨張も加工に対して悪影響を及ぼす。特に、横中ぐ
りフライス盤の主軸の場合、フライス軸との間のわずか
な隙間が存在することで主軸を繰り出すことができる構
造になっている。このため、横中ぐりフライス盤の主軸
に半径方向の熱膨張が生じると、主軸を軸方向に移動さ
せることが不可能になって機械が停止し、横中ぐりフラ
イス盤の自動運転ができなくなる。

【０００５】このような主軸の熱変位、熱膨張に対して
は、従来からいろいろな対策が行われている。例えば、
主軸に冷却油を循環して冷却したり、あるいは、主軸に
熱膨張係数の小さな材料を用いるなど、種々の試みが行
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、熱膨張
の原因となる熱は、主軸のベアリングなどのほか、切削
剤を使用しないで連続切削を長時間行ったときの切削熱
が考えられ、この切削熱が工具から主軸に伝わり主軸を
熱膨張させる。

【０００７】切削剤を使用して切削する場合には、切削
剤によって工具が直接冷却されるので問題は少ない。し
かしながら近年では、環境への負荷が大きい切削剤をで
きるだけ使用しない傾向がある。また、加工対象である
ワークの性質によっては加工材を使用することができな
い場合がある。このため、切削剤を使用しないで切削加
工を行う場合に、加工工具から主軸に伝えられる切削熱
により主軸が熱膨張してしまうことを防止することが、
ますます重要になってきている。

【０００８】切削剤を使わずに主軸の熱膨張を防ぐ手段
として、例えば、主軸の外部にホース等を設け、このホ
ースの先のノズルからエアを工具に吹き付けて工具を冷
却することが行われている。しかしながら、複雑な切削
動作に応じて、ノズルから工具にエアを適切に吹き付け
ることは難しく、特に、横中ぐり盤の場合には、主軸を
繰り出す動きに追従できず工具を十分に冷却できないと
いう問題がある。

【０００９】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、切削加工の際に加工工具で生じた切削熱が
主軸に伝わるのを防いで、主軸の熱膨張を防止すること
ができる加工工具、及びこの加工工具を備える工作機械
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、ツールシャン
クと、ワークを切削するためのチップを具備する切削ヘ
ッドと、を備え、主軸に形成されたテーパ穴にツールシ
ャンクが挿入されることにより主軸に装着される加工工
具において、冷却媒体が流される工具用冷却媒体通路が
形成されていることを特徴とする加工工具である。

【００１１】本発明によれば、加工工具に形成された工
具用冷却媒体通路に所定の冷却媒体を流すことによっ
て、加工工具を冷却することができる。

【００１２】また、工具用冷却媒体通路は切削ヘッドの
チップに向かって延びており、工具用冷却媒体通路を流
れる冷却媒体は、切削ヘッドのチップに吹き付けられる
ようになっていることことが好ましい。この場合、工具
用冷却媒体通路を流れる冷却媒体は、切削熱の熱源であ
る切削ヘッドのチップに、直接吹き付けられるので、切
削熱を効率良く除去することができる。

【００１３】本発明は、先端部にテーパ穴を有する主軸
と、テーパ穴にツールシャンクが挿入されて主軸に装着
される前述の加工工具と、を備え、主軸には、冷却媒体
が先端に向かって流れる主軸用冷却媒体通路が形成され
ており、主軸用冷却媒体通路は工具用冷却媒体通路に接
続し、工具用冷却媒体通路には、主軸用冷却媒体通路か
ら送られてくる冷却媒体が供給されることを特徴とする
工作機械である。

【００１４】本発明によれば、工具用冷却媒体通路に供
給される冷却媒体は、主軸の主軸用冷却媒体通路から送
られてくる。加工工具は主軸に装着されているので、加
工工具との位置関係から、冷却媒体は工具用冷却媒体通
路から主軸用冷却媒体通路へスムーズに供給される。

【００１５】また、主軸は、主軸用冷却媒体通路が連通
するキーを更に備え、加工工具は、工具用冷却媒体通路
が連通し主軸のキーと係合するキー溝を更に備え、キー
には、主軸用冷却媒体通路から送られてくる冷却媒体
を、キー溝に連通している工具用冷却媒体通路へ導く通
路が形成されていることが好ましい。この場合、加工工
具を主軸に装着するために用いられるキーに形成された
所定の通路によって、主軸用冷却媒体通路から送られて
くる冷却媒体は、効率的かつスムーズに工具用冷却媒体
通路へ導かれる。

【００１６】また、主軸は、中ぐり盤の中ぐり軸である
ことが好ましい。この場合、主軸の半径方向への熱膨張
が防がれるので、中ぐり盤の中ぐり軸である主軸を軸方
向にスムーズに移動させることが可能である。

【００１７】また、冷却媒体は、冷却用エアであること
が好ましい。この場合、主軸、加工工具、および切削対
象となるワークの材質を問わないで切削加工を行うこと
が可能である。

【００１８】また、冷却媒体は、ミスト状の冷却用切削
剤であることが好ましい。この場合、エアよりも冷却効
率がよい冷却用切削剤によって効率的に加工工具を冷却
することができるとともに、より少ない量の冷却用切削
剤によって加工工具を冷却することが可能である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００２０】図１は、本発明の一実施の形態を示す図で
あり、加工工具が装着された中ぐりフライス盤の主軸
（中ぐり軸）を示す縦断面図である。

【００２１】図１において、参照符号１０は主軸を示
し、１２は、主軸１０が嵌合しているフライス軸１２で
ある。図１に示すように、工作機械１は、先端部にテー
パ穴７が形成されている主軸１０と、鉄鋼等のワークＷ
を切削する複数のチップ３０を具備する加工工具１４
と、を備えている。

【００２２】主軸１０は、中ぐり盤の中ぐり軸であり、
フライス軸１２に対して軸方向に移動可能に嵌合するこ
とで繰り出されるようになっている。一方、フライス軸
１２は、軸受を介して主軸１０頭のハウジング１３にお
いて回転自在に支持されている。

【００２３】主軸１０の先端部にはキー９ａが設けられ
ており、後述する加工工具１４のキー溝９ｂにキー９ａ
が係合して、主軸１０に加工工具１４が装着されるよう
になっている。このキー９ａには導気路１８が形成され
ており、後述する第２エア通路１７ｂから送られてくる
エアが、導気路１８を経て後述の通気路１６に流入する
ようになっている。

【００２４】主軸１０の内部には、ドローバー２１が同
軸に収納されており、このドローバー２１にはスリ割り
形のコレットチャック２２が連結されている。このドロ
ーバー２１、加工工具１４のプルスタッド２０を着脱自
在に把持するコレットチャック２２は、一般に工作機械
１１の主軸１０で加工工具１４のプルスタッド２０を把
持するのに用いられる公知のものである。ドローバー２
１には、第１エア通路１７ａが同心的に形成されてい
る。また、ドローバー２１の先端部には、ロッド部材２
３が挿着され、このロッド部材２３はコイルばね２４に
よって先端側に付勢されている。ロッド部材２３の先端
部にはエアの吹出口２５が開口している。

【００２５】そして第１エア通路１７ａが、ロッド部材
２３まで延びて吹出口２５に連通している。また、後述
するツールシャンク３が挿入されている主軸１０の先端
範囲には、第２エア通路１７ｂが形成されており、この
第２エア通路１７ｂはキー９ａに連通している。このた
め、吹出口２５から排出されたエアは第２エア通路１７
ｂに流入してキー９ａの導気路１８へ流れ込むようにな
っている。

【００２６】他方、加工工具１４は、テーパ穴７に挿入
するためのツールシャンク３と、複数のチップ３０を具
備する切削ヘッド４と、ツールシャンク３および切削ヘ
ッド４を連結固定するアーパ部５とを有している。

【００２７】ツールシャンク３は、主軸１０のテーパ穴
７と同様のテーパ形状を有している。このため、ツール
シャンク３はテーパ穴７に密着適合した状態で挿入され
ている。また、ツールシャンク３の端部にはプルスタッ
ド２０が形成されており、このプルスタッド２０は主軸
１０内部のコレットチャック２２により狭持されてい
る。また、加工工具１４の切削ヘッド４の先端には複数
のチップ３０が固定配置されており、ヘッドの先端に押
し当てられたワークＷを切削することができるようにな
っている。また、この各チップ３０の背部にはチップポ
ケット３１が設けられている。切削加工の際に生じる切
削屑は、チップポケット３１によって切削面から逃がさ
れて、切削加工を妨げないようになっている。

【００２８】加工工具１４のアーパ部５にはキー溝９ｂ
が形成されており、主軸１０のキー９ａと係合してい
る。アーパ部５には通気路１６（工具用冷却媒体通路）
が形成され、この通気路１６は、キー溝９ｂと切削ヘッ
ド４のチップポケット３１との間で連通している。この
ため、第２エア通路１７ｂを経てキー９ａの導気路１８
へ流れ込んできたエアは、通気路１６に流入してチップ
ポケット３１へ流出し、各チップポケット３１に対応す
る各チップ３０にエアが吹き付けられるようになってい
る。なお、通気路１６はチップ３０の切刃３２側に位置
しており、通気路１６から排出されたエアは、チップ３
０の切刃３２に吹き付けられるようになっている。

【００２９】なお、第１エア通路１７ａと第２エア通路
１７ｂとによって本発明の主軸用冷却媒体通路が形成さ
れている。

【００３０】次に、このような構成からなる本実施の形
態の作用について説明する。

【００３１】図１に示すように、加工工具１４のツール
シャンク３が主軸１０のテーパ穴７に挿入され、加工工
具１４のプルスタッド２０がコレットチャック２２に狭
持され、主軸１０のキー９ａと加工工具１４のキー溝９
ｂとが係合することにより、加工工具１４は主軸１０に
装着される。

【００３２】そして、ハウジング１３上で主軸１０およ
びフライス軸１２を回転させることにより、主軸１０に
装着された加工工具１４を回転させる。そして、回転す
る加工工具１４の先端に鉄鋼等のワークＷを押し当てる
ことにより、ワークＷは加工工具１４のチップ３０によ
って切削される。

【００３３】この時、加工工具１４は高速回転してワー
クＷを切削しているので、加工工具１４とワークＷとの
間では切削熱が生じる。特に、実際に切削を行って切削
熱を生じさせているチップ３０の切刃３２は、非常に高
温となる。

【００３４】しかしながら、第１エア通路１７ａ、第２
エア通路１７ｂ、および通気路１６を経て送られてくる
冷却用エアが、加工工具１４に吹き付けられることによ
って、加工工具１４で生じた切削熱は除去される。

【００３５】すなわち、冷却用エアは、主軸１０内部の
第１エア通路１７ａを経て吹出口２５に送られ、吹出口
２５から加工工具１４のプルスタッド２０に吹き付けら
れる。プルスタッド２０に吹き付けられた冷却用エアに
より、加工工具１４は冷却される。そして、プルスタッ
ド２０に吹き付けられた冷却用エアは、第２エア通路１
７ｂに流入して、キー９ａの導気路１８へ送られる。な
お、第２エア通路１７ｂを流れる冷却用エアは、主軸１
０を冷却している。そして、キー９ａの導気路１８に送
られた冷却用エアは、通気路１６に流入して対応するチ
ップポケット３１へ送られる。なお、通気路１６を流れ
る冷却用エアは、加工工具１４を冷却している。

【００３６】そして、チップポケット３１から排出され
た冷却用エアは、対応するチップ３０に吹き付けられ
る。この時、通気路１６はチップ３０の切刃３２側に位
置しているので、通気路１６から排出された冷却用エア
は、チップ３０の切刃３２に回り込む。このため、チッ
プ３０の切刃３２にも冷却用エアが吹き付けられる。こ
のように、切削熱の熱源であるチップ３０に冷却用エア
を直接吹き付けることによって、切削熱を除去し、加工
工具１４から主軸１０へ切削熱が伝わることを防ぐこと
ができる。特に、実際に切削を行っている切刃３２に冷
却用エアを吹き付けることにより、更に効果的に、加工
工具１４から主軸１０へ切削熱が伝わることを防ぐこと
ができる。

【００３７】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、加工工具１４に通気路１６を形成することにより、
通気路１６内を流れる冷却用エアによって加工工具１４
を冷却することができる。これにより、切削加工の際に
加工工具１４で生じた切削熱が主軸１０に伝わるのを防
いで、主軸１０の熱膨張を防止することができる。特
に、通気路１６はチップポケット３１を介してチップ３
０に向かって延びているので、通気路１６から排出され
た冷却用エアは、切削熱の熱源であるチップ３０に直接
吹き付けられるようになっている。このため、チップ３
０で生じた切削熱を効果的に冷却することができ、加工
工具１４から主軸１０へ切削熱が伝わるのを防いで主軸
１０の熱膨張を防止することができる。また、本実施の
形態では、チップ３０の切刃３２に冷却用エアが吹き付
けられるようになっているので、冷却用エアによるチッ
プ３０の冷却作用は更に効果的である。

【００３８】ところで、主軸１０は中ぐり盤の中ぐり軸
なので、主軸１０に半径方向の熱膨張が生じると、主軸
１０とフライス軸１２との間の隙間がなくなって主軸１
０を軸方向に移動させることが不可能となる場合があ
る。しかしながら、上述のように、通気路１６から排出
される冷却用エアをチップ３０に吹き付けること、加工
工具１４内に形成された通気路１６を冷却用エアが流れ
ること、そして吹出口２５から加工工具１４のプルスタ
ッド２０に冷却用エアを吹き付けること、によって、加
工工具１４は冷却され、切削熱が加工工具１４から主軸
１０に伝わるのを防いでいる。これにより、主軸１０の
半径方向への熱膨張を防いで、中ぐり盤の中ぐり軸であ
る主軸１０を軸方向にスムーズに移動させることが可能
となっている。

【００３９】また、加工工具１４の通気路１６に流入す
る冷却用エアは、キー９ａの導気路１８を介して接続さ
れ主軸１０内部に形成された第１エア通路１７ａおよび
第２エア通路１７ｂから供給されるようになっている。
切削加工中に加工工具１４と同期して回転する主軸１０
の第１エア通路１７ａおよび第２エア通路１７ｂから、
加工工具１４の通気路１６に冷却用エアが流入するよう
になっているので、主軸１０と加工工具１４との位置関
係から、効率良く、確実に通気路１６に冷却用エアを供
給することができる。特に、加工工具１４を主軸１０に
装着するために用いられるキー９ａに形成された導気路
１８を利用して、通気路１６に冷却用エアを供給するの
で、スムーズに冷却用エアを通気路１６に供給すること
ができる。

【００４０】更に、本実施の形態では、加工工具１４お
よび主軸１０を冷却するための冷却媒体として冷却用エ
アが用いられており、冷却用の切削剤は用いられていな
い。このため、切削剤を回収、処理する必要もなく、ま
た、主軸１０、加工工具１４、及びワークＷの材質を問
わずに切削加工を行うことが可能である。

【００４１】次に、本実施の形態の一変形例について説
明する。

【００４２】冷却媒体として、冷却用エアの替わりに、
ミスト状の冷却用切削剤を用いてもよい。この場合に
は、冷却効率の良い冷却用切削剤によって効果的に加工
工具１４を冷却することができる。また、加工工具１４
のチップ３０に対してミスト状の冷却用切削剤が直接吹
き付けられるので、より少ない冷却用切削剤によって加
工工具１４を効果的に冷却することができ、切削剤によ
る環境に対する負荷も軽減することができる。

【００４３】なお、冷却媒体として、冷却用エアとミス
ト状の冷却用切削剤とを混合したものを用いた場合に
も、加工工具１４を効果的に冷却することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、加
工工具に形成された工具用冷却媒体通路を流れる冷却媒
体により加工工具は冷却され、加工工具から主軸に熱が
伝わることを防ぐことができる。特に、工具用冷却媒体
通路が切削ヘッドのチップに向かって延び、工具用冷却
媒体通路を流れる冷却媒体が切削ヘッドのチップに吹き
付けられるようになっている場合には、切削熱の熱源で
あるチップが直接冷却されるので、加工工具を効果的に
冷却することができる。

【００４５】このように、加工工具を冷却して、加工工
具から主軸への伝熱を防ぐことにより、主軸の熱膨張を
防いで、ワークを精度良く加工することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】加工工具が装着された中ぐりフライス盤の主軸
（中ぐり軸）を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 工作機械 ３ ツールシャンク ４ 切削ヘッド ５ アーパ部 ７ テーパ穴 ９ａ キー ９ｂ キー溝 １０ 主軸 １２ フライス軸 １３ ハウジング １４ 加工工具 １６ 通気路 １７ａ 第１エア通路 １７ｂ 第２エア通路 １８ 導気路 ２０ プルスタッド ２１ ドローバー ２２ コレットチャック ２３ ロッド部材 ２４ コイルばね ２５ 吹出口 ３０ チップ ３１ チップポケット ３２ 切刃 Ｗ ワーク

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ツールシャンクと、ワークを切削するため
   のチップを具備する切削ヘッドと、を備え、主軸に形成
   されたテーパ穴にツールシャンクが挿入されることによ
   り主軸に装着される加工工具において、 冷却媒体が流される工具用冷却媒体通路が形成されてい
   ることを特徴とする加工工具。
2. 【請求項２】工具用冷却媒体通路は切削ヘッドのチップ
   に向かって延びており、 工具用冷却媒体通路を流れる冷却媒体は、切削ヘッドの
   チップに吹き付けられるようになっていることを特徴と
   する請求項１記載の加工工具。
3. 【請求項３】先端部にテーパ穴を有する主軸と、 テーパ穴にツールシャンクが挿入されて主軸に装着され
   る請求項１または２のいずれか１項に記載の加工工具
   と、を備え、 主軸には、冷却媒体が先端に向かって流れる主軸用冷却
   媒体通路が形成されており、 主軸用冷却媒体通路は工具用冷却媒体通路に接続し、工
   具用冷却媒体通路には、主軸用冷却媒体通路から送られ
   てくる冷却媒体が供給されることを特徴とする工作機
   械。
4. 【請求項４】主軸は、主軸用冷却媒体通路が連通するキ
   ーを更に備え、 加工工具は、工具用冷却媒体通路が連通し主軸のキーと
   係合するキー溝を更に備え、 キーには、主軸用冷却媒体通路から送られてくる冷却媒
   体を、キー溝に連通している工具用冷却媒体通路へ導く
   通路が形成されていることを特徴とする請求項３に記載
   の工作機械。
5. 【請求項５】主軸は、中ぐり盤の中ぐり軸であることを
   特徴とする請求項３または４のうちいずれか１項に記載
   の工作機械。
6. 【請求項６】冷却媒体は、冷却用エアであることを特徴
   とする請求項３乃至５のうちいずれか１項に記載の工作
   機械。
7. 【請求項７】冷却媒体は、ミスト状の冷却用切削剤であ
   ることを特徴とする請求項３乃至５のうちいずれか１項
   に記載の工作機械。