JPH0529656U - 工作機械における主軸の切削屑排出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工作機械の運転を停止することなく、工具工
具アダプタの装着時の異物排除を自動的に行う切削屑排
出装置を提供するものである。 【構成】 工作機械の主軸における切削屑排出装置は、
主軸頭ハウジング（主軸）の工具装着部における工具ア
ダプタとの当接面部に開口した空気ノズルと、空気ノズ
ルへの圧縮空気供給路に設けられた圧力検出手段と、圧
力検出手段の検出信号が入力され、且つ前記駆動装置及
び圧縮空気供給を制御する制御装置とから構成され；制
御装置は、装着時に主軸と工具アダプタとを主軸に対し
軸線方向に適宜の間隙をあけた仮装着状態にし、空気ノ
ズルに圧縮空気を供給中に、両者を接近させ、装着面を
接触させて装着を行い、更に装着時の空気漏洩による圧
力検出手段の圧力不足検出の場合、前記仮装着状態位置
決め、圧縮空気の供給及び装着を再行乃至繰返すように
前記駆動装置及び前記圧縮空気供給を制御する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、工作機械における主軸の切削屑排出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

高精度な孔加工においては、刃先の振れを少なくするために、工具アダプタの シャンク部のテーパ面、フランジ部の基部のテーパ面及びフランジ部の背面の３ 箇所を主軸の各対応装着面（テーパ孔面及び主軸の先端面）に当接させて、工具 アダプタ、即ち工具を主軸に装着している。 そして、上記の工具アダプタのテーパ面又は主軸のそれの各対応装着面に切削 屑等の異物が付着し、工具アダプタの装着に際し噛み込むと、加工精度の不良が 生じる。

【０００３】 そこで、従来の技術においては、工具アダプタの装着時に工具アダプタのフラ ンジ部の背面と工具主軸の先端面との間隙の有無を工具主軸の先端面に設けられ た空気噴出口からの空気噴出による検出器で検出するのである。 間隙、即ち異物の存在の検出信号が出力されると、工作機械においては、工具 交換腕ににより工具アダプタが外され、この時、噴出される圧縮空気により異物 の排除が行われる。そして、再び工具アダプタが装着されて、加工サイクルが再 開されているのである。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上記の従来の技術においては、工具アダプタを外しながら、同時に噴出される 圧縮空気により異物を排除しているため、工具アダプタのテーパ面やフランジ部 の背面に圧縮空気の当る時間が短く、十分に異物の排除が行われないという問題 がある。

【０００５】 この問題のため、作業者の手作業による異物の排除が行われ、工作機械の運転 が停止されるので、生産効率が低下するという二次的問題も発生している。 この考案は、そのような欠点を伴わず、工具アダプタの装着時の異物排除を確 実に行う工作機械における主軸の切削屑排出装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

この考案の工作機械における主軸の切削屑排出装置は、主軸頭ハウジング中で駆 動モータにより回転駆動され、且つ工具を保持した工具アダプタが装着される主 軸と、前記工具アダプタの交換を行う工具交換装置又は主軸を回転軸線方向及び 回転軸線と直交する方向に移動する駆動装置とを備えた工作機械において；前記 主軸頭ハウジングと前記主軸との少なくとも一方の工具装着部における装着時の 前記工具アダプタとの当接面に開口した空気ノズルと、空気ノズルへの圧縮空気 供給路に設けられた圧力検出手段と、圧力検出手段の検出信号が入力され、且つ 前記駆動装置及び圧縮空気供給を制御する制御装置とから構成され；前記制御装 置は、装着時の移動において前記主軸と前記工具アダプタとが前記主軸に対し回 転軸線方向に間隙をあけた仮装着状態に位置決めし、空気ノズルへの圧縮空気供 給開始後、両者を接近させ、装着面を接触させて装着を行い、更に装着時に空気 漏洩による圧力検出手段の圧力不足検出の場合、前記仮装着状態位置決め、圧縮 空気供給及び装着を再行乃至繰返すように前記駆動装置及び前記圧縮空気供給を 制御するものである。

【０００７】

【作用】

上記の工作機械における主軸の切削屑排出装置の作動は、制御装置により次の プロセスで行われる。 （１）主軸への工具を保持した工具アダプタの装着時において、主軸と工具アダ プタとが軸線方向に適宜の間隙をあけた状態となる仮装着状態への軸線方向の送 りが行われる。

【０００８】 （２）空気ノズルに圧縮空気が供給されて、装着面の清掃が行われた後、主軸と 工具アダプタとの軸線方向の接近送りによる装着が行われる。

【０００９】 （３）清掃が完全であると、空気ノズルは、装着面密着により閉塞され、圧縮空 気供給路の圧力上昇、即ち完全装着が圧力検出手段で検出される。

【００１０】 （４）清掃が不完全の場合には、装着面の異物残存による微小隙間からの空気の 漏洩で圧力検出手段から圧力不足検出信号が出力される。すると、前記仮装着状 態への主軸と工具アダプタとの間の隔離、空気ノズルへの圧縮空気の供給、装着 の再行乃至繰返しが行われる。

【００１１】

【実施例】

この考案の実施例の工作機械における主軸の切削屑排出装置を図面に従って説 明する。なお、以下の説明における上下方向は図面における方向とする。 実施例においては、工作機械として竪型マシニングセンタが例示されている。

【００１２】 図１に示されているマシニングセンタにおいて、ベッド50上に滑動台51が水平 なＸ軸線方向（図１紙面左右方向）に滑動するように搭載され、更に滑動台51上 にコラム52がＸ軸線と直角で且つ水平なＹ軸線方向（図１紙面垂直方向）に滑動 するように搭載されている。そして、コラム52の直立案内面上には、主軸頭ハウ ジング１が直立方向であるＺ軸線方向（図１紙面上下方向）に滑動するように取 付けられている。滑動台51、コラム52及び主軸頭ハウジング１は、夫々図４に示 される駆動モータ70，71，72の駆動によるねじ送りで移動するようになっている 。

【００１３】 主軸頭ハウジング１には、主軸２が回転可能に嵌装され、主軸２は、駆動モー タ53により回転駆動されるようになっている。 コラム52には、駆動モータ56により作動される工具マガジン55を具備した自動 工具交換装置が取付けられている。

【００１４】 工具マガジン55は、図３に示すように回転体60の周縁に放射状に等間隔で複数 の工具把持爪54が開閉可能に設けられている。この工具把持爪54は、左右一対の 爪によって構成され、支軸29により開閉可能であり、且つ隣接する爪間に設けら れたばね61によって常に閉じる方向に付勢されている。回転体60は、駆動モータ 56により回転され、所望の工具を後述するように工具交換位置に割り出されるよ うになっており、駆動モータ73により図１において左右方向に移動可能となって いる。 そして、上記の各駆動モータ及び自動工具交換装置は、制御装置により制御さ れる。

【００１５】 図２に示すように、先端に工具Ｔが設けられた工具アダプタ30は、主軸２と共 に回転する円筒部31、フランジ部32、テーパシャンク部33及び後端のプルスタッ ド34が順次続いて形成されており、円筒部31には、工具把持爪54が係合する環状 溝35を有するフランジ部本体39、中間フランジ部36及び後端テーパ部37が順次形 成されたスリーブ38が回転自在に嵌装されている。中間フランジ部36には、回り 止め係合部が形成され、工具アダプタ装着時には、主軸頭ハウジング１の先端面 に設けられた回り止め突起部（後出）に係合される。

【００１６】 図２には、主軸頭ハウジング１及び主軸２の後端部が図略され、先端部のみが 図示されているが、主軸頭ハウジング１の中空孔には、主軸２が回転自在に嵌挿 されている。即ち、先端部が円筒状である主軸頭ハウジング１の中空孔には転が り軸受３により主軸２の先端部が支承されている。

【００１７】 主軸頭ハウジング１の中空孔は、その先端には、外広がりのテーパ内周面４を もつ内向きのフランジ部５が形成され、先側円筒孔部６、転がり軸受外輪取付部 ７及び後側円筒孔部８と順次続いている。又、主軸頭ハウジング１の先端面には 、工具アダプタ30の回り止め係合部に係合し得る図示しない回り止め突起部が設 けられている。

【００１８】 主軸２の先端部は、主軸頭ハウジング１の先側円筒孔部６に滑合する大径部10 となり、それに続く外径部は転がり軸受内輪取付部11となっている。そして大径 部10の外周面には、環状溝12，12が形成されている。

【００１９】 主軸２の中空孔13の先端部は、外広がりのテーパ孔14となり、先端面にはフラ ンジ部32とキー係合するドライブキー15が取付けられている。中空孔13には、皿 ばね16及び図示しない適宜の作動手段で進退され、且つその進退により開閉され るコレットチャック17を先端に備えた引張棒18が嵌挿されている。 テーパ孔14の内周面に開口した空気噴出口19，19と環状溝12，12とは主軸２に 穿設された圧縮空気供給通路20を介して連通している。

【００２０】 主軸頭ハウジング１の先端面及びテーパ内周面４には、夫々空気噴出口21，22 が等円周間隔に少なくとも２つ開口し、空気噴出口21，22には、主軸頭ハウジン グ１に穿設された圧縮空気供給通路23が環状通路24を介して連通している。更に 、先側円筒孔部６の内周面に、主軸２の大径部10の環状溝12，12に対向して形成 された環状溝25，25の溝底に主軸頭ハウジング１に穿設された圧縮空気供給通路 26が開口している。そして、圧縮空気供給通路23，26は、後述する制御装置によ り制御される開閉弁及び通路中の圧力を検出して開閉する圧力スイッチ76を具備 する圧縮空気供給源からの供給路に接続されている。

【００２１】 先端に工具を保持した工具アダプタ30が主軸２に装着された状態、即ち、テー パシャンク部33がテーパ孔14に嵌着された状態では、回り止め係合部が主軸頭ハ ウジング１の回り止め突起部が係合すると共に中間フランジ部36の後端面は、主 軸頭ハウジング１の先端面に当接して、空気噴出口21，21を塞ぎ、それと同時に 、後端テーパ部37がテーパ内周面４に当接して、空気噴出口22，22を塞ぎ、そし て、フランジ部32の後端面は、ドライブキー15の段部に当接する位置関係に夫々 ある。又、テーパシャンク部33が、テーパ孔14の空気噴出口19，19を塞ぐように なっている。

【００２２】 なお、引張棒18の前進位置にあっては、引張棒18の先端が工具アダプタ30のプ ルスタッド34に係合し、コレットチャック17が開放状態となるようになっている 。 又、引張棒18の後退位置にあっては、コレットチャック17が閉じ、工具アダプ タ30のプルスタッド34を把持するようになっている。

【００２３】 図４において、制御装置は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）74、メモリ75及び各 駆動モータのサーボユニットＤ₁ 〜Ｄ₆ から構成され、メモリ75には、この実施 例の切削屑排出プログラムを含む加工プログラムや加工データが記憶されている 。ＣＰＵ74には、上述した各駆動モータのサーボユニットＤ₁ 〜Ｄ₆ に目標位置 を出力するものであり、各サーボユニットＤ₁ 〜Ｄ₆ は、夫々サーボ制御用のＣ ＰＵを備え、パルスエンコーダＥ₁ 〜Ｅ₆ からの位置信号を検出して、目標位置 を実現するべく各駆動モータ53，56，70，71，72，73を制御するものである。又 、ＣＰＵ74は、圧力スイッチ76からの圧力信号を入力して、工具アダプタ30が主 軸２に適切に装着されているか否かを判断するようになっている。

【００２４】 上記の実施例の主軸の切削屑排出装置の操作・作用について説明する。 工具交換において、制御装置の工具交換プログラムによる指令に基づき、次の ような作動が順次行われる。

【００２５】 （１）工具交換開始にあたり、初期状態として工具マガジン55の主軸ハウジング １に最も近い位置（以下「工具交換位置62」という）にある工具把持爪54は、現 在、主軸２に装着されている工具アダプタ30を把持するために空の状態となって いる。この状態で、主軸２は、工具アダプタ30の環状溝35と工具把持爪54とが係 合できるようにＸ軸線方向（上下方向）の位置決めがされ、この後、工具マガジ ン55が図１において、位置80まで右進することによって主軸２に装着された使用 済工具の工具アダプタ30を把持する。

【００２６】 （２）作動手段が働き、皿ばね16のばね力に抗して引張棒18が前進すると、コレ ットチャック17が開かれ、使用済工具付き工具アダプタ30のプルスタッド34は解 放されると共に引張棒18により前方に押出される。

【００２７】 （３）制御装置の送り制御により主軸ハウジング１がコラム52の案内に沿って上 方に所定量Ｘだけ上昇することによって、使用済工具付き工具アダプタ30は、主 軸２から完全に取り外される。即ち、テーパシャンク部33がテーパ孔14から抜き 取られる。

【００２８】 （４）工具マガジン55の回転体60が回動して次の使用工具付き工具アダプタ30を 工具交換位置62に割り出し、主軸２と同軸線位置に位置する。

【００２９】 （５）制御装置の送り制御により主軸ハウジング１がコラム52の案内に沿って下 方に所定量Ｘ−ΔＸだけ前進することによって、次の使用工具付き工具アダプタ 30は、主軸２に挿入される。即ち、テーパシャンク部33がテーパ孔14に挿入され 、仮装着状態となる。その際、図２の二点鎖線に示すように工具アダプタ30の各 部と主軸ハウジング１・主軸２の各部との各対向面間に前記ΔＸに応じた空隙が 生じる。

【００３０】 図２における符号36b ，Ｔ´は、この時における工具アダプタ30の中間アダプ タ36及び工具Ｔの位置を示している。ここで、ΔＸは、３mm程度の圧縮空気が工 具アダプタ30に吹き付けられ、その圧力で切削屑を吹き飛ばすことができる距離 である。

【００３１】 （６）開閉弁が開かれて、圧縮空気供給源からの空気が工具アダプタ30に穿設さ れた圧縮空気供給通路23，26に供給され、一方では、環状通路24を介して空気噴 出口供給口21，21；22，22から噴出し、主軸頭ハウジング１の前端面及びテーパ 内周面４、並びに工具アダプタ30の中間フランジ部36の後端面、後端テーパ部37 及びフランジ部32の後端面を清掃すると共に、他方では、環状溝25，25；12，12 及び圧縮空気供給通路20，20を介して空気噴出口供給口19，19から噴出し、主軸 ２のテーパ孔14と工具アダプタ30のテーパシャンク部33とを清掃する。

【００３２】 （７）制御装置の送り制御により主軸ハウジング１がコラム52の案内に沿って下 方に所定量ΔＸだけ前進することによって、次の使用工具付き工具アダプタ30は 、主軸２に完全に挿入される。即ち、テーパシャンク部33がテーパ孔14に完全に 挿入される。そして、作動手段が働き、皿ばね16のばね力により引張棒18が後退 すると、コレットチャック17が閉じて工具付き工具アダプタ30のプルスタッド34 は把持されると共に引張棒18により後方に引込まれる。かくして、次の使用工具 付き工具アダプタ30は主軸２に装着される。

【００３３】 （８）工具アダプタ30が主軸30に完全に装着された状態においては、中間フラン ジ部36が主軸ハウジング１の先端面に当接し、空気噴出口21，21を塞ぎ、それと 同時に、後端テーパ部37がテーパ内周面４に当接し、空気噴出口22，22を塞ぐ。 そして、フランジ部32の後端面は、ドライブキー15の段部に当接する。又、テー パシャンク部33が、テーパ孔14の空気噴出口19，19を塞ぐ。 従って、圧縮空気供給通路23，26中の圧力が上昇し、所定圧になると圧力スイ ッチが作動して、開閉弁が閉じられる。

【００３４】 （９）しかし、工具アダプタ30が主軸30に不完全に装着された状態においては、 例えば、上記の空気噴出による各部対向面の清掃が不完全で、切削屑等の異物が 残存している場合には、対向面間に空隙が生じ、空気噴出口が完全に閉塞されな い。従って、空気噴出口からの空気漏れにより、圧縮空気供給通路23，26中の圧 力が所定圧まで上昇ないので、圧力スイッチが作動しないで、圧力不足信号が出 力される。

【００３５】 （10）その場合には、圧力不足信号が出力により、作動手段が働き皿ばね16のば ね力に抗して引張棒18が前進すると、コレットチャック17が開かれ、工具付き工 具アダプタ30のプルスタッド34は解放されると共に引張棒18により前方に押出さ れる。そして、制御装置の送り制御により主軸ハウジング１がコラム52の案内に 沿って上方に所定量ΔＸだけ後退する。それによって、工具アダプタ30の各部と 主軸ハウジング１・主軸２の各部との各対向面間に前記ΔＸに応じた空隙が生じ る。

【００３６】 （11）次いで、（８）の状態になるまで、上記（６）、（７）、（９）及び（10 ）が再行される。

【００３７】 （12）上記の再行の回数は、計数され、所定回数に達すると、異常信号が出され 、上記の作動は停止され、異常処理が行われる。

【００３８】 （13）（８）の状態、即ち工具アダプタ30が主軸30に完全に装着された状態にな ると、工具マガジン55は、左進して、工臭把持爪54は、工具付き工具アダプタ30 の環状溝35を解放し、初期状態に戻る。そして、主軸ハウジング１がコラム52の 案内に沿って上方に所定量Ｘだけ上昇し、次の加工状態に移行する。

【００３９】

【考案の効果】

この考案の工作機械における主軸の切削屑排出装置によれば、工作機械の運転 停止がないまま、工具装着時における装着部の異物存在の検出と異物排除とが自 動的に行われ、この時、工具アダプタを主軸との間に間隙をもった状態で圧縮空 気が供給されるので、十分に工具アダプタに圧縮空気が吹き付けられ、切削屑の 排出を良好に行うことができる。従って、作業者の手作業による工具工具アダプ タの取外し及び異物の排除のように工作機械運転の停止操作の必要がないので、 工作機械の連続無人運転が可能となり、生産効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の実施例における切削屑排出装置を備
えたマシニングセンタの正面図である。

【図２】この考案の実施例における切削屑排出装置を備
えた工作機械の主軸の断面部分図である。

【図３】この考案の実施例における工具マガジンの図１
におけるＡ矢視図である。

【図４】この考案の実施例における切削屑排出装置の制
御装置のブロック図である。

【符号の説明】

１ 主軸頭ハウジング ２ 主軸 ４ テーパ内周面 ５ フランジ部 ６ 先側円筒孔部 ８ 後側円筒孔部 10 大径部 12，25 環状溝 13 中空孔 14 テーパ孔 15 ドライブキー 16 皿ばね 17 コレットチャック 18 引張棒 19，21，22 空気噴出口 20，23，26 圧縮空気供給通路 24 環状通路 29 支軸 30 工具アダプタ 31 円筒部 32 フランジ部 33 テーパシャンク部 34 プルスタッド 35 環状溝 36 中間フランジ部 37 後端テーパ部 38 スリーブ 39 フランジ部本体 53，56，70，71，72，73 駆動モータ 74 ＣＰＵ（中央演算処理装置） 75 メモリ 76 圧力スイッチ Ｄ₁ 〜Ｄ₆ サーボユニット Ｅ₁ 〜Ｅ₆ パルスエンコーダ

【手続補正書】

【提出日】平成３年１１月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸頭ハウジング中で駆動モータにより
   回転駆動され、且つ工具を保持した工具アダプタが装着
   される主軸と、前記工具アダプタの交換を行う工具交換
   装置又は主軸を回転軸線方向及び回転軸線と直交する方
   向に移動する駆動装置とを備えた工作機械において；前
   記主軸頭ハウジングと前記主軸との少なくとも一方の工
   具装着部における装着時の前記工具アダプタとの当接面
   に開口した空気ノズルと、空気ノズルへの圧縮空気供給
   路に設けられた圧力検出手段と、圧力検出手段の検出信
   号が入力され、且つ前記駆動装置及び圧縮空気供給を制
   御する制御装置とから構成され；前記制御装置は、装着
   時の移動において前記主軸と前記工具アダプタとが前記
   主軸に対し回転軸線方向に間隙をあけた仮装着状態に位
   置決めし、空気ノズルへの圧縮空気供給開始後、両者を
   接近させ、装着面を接触させて装着を行い、更に装着時
   に空気漏洩による圧力検出手段の圧力不足検出の場合、
   前記仮装着状態位置決め、圧縮空気供給及び装着を再行
   乃至繰返すように前記駆動装置及び前記圧縮空気供給を
   制御するものであることを特徴とする主軸の切削屑排出
   装置