(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に流体流路を開口した主軸と、この主軸を回転させ主軸回転角制御を行う主軸回転角制御手段と、前記主軸の下端に着脱可能に装着された工具ホルダとを備え、
前記工具ホルダは、
前記主軸の下端に着脱可能に装着されたホルダ本体と、
前記ホルダ本体に回転可能に支持された工具を有するスピンドルと、
前記スピンドルの回りの前記ホルダ本体に工具に対して所定向きに配設された流体噴射ノズルと、
前記ホルダ本体に形成され前記主軸の流体流路と連通する流体流路と、
前記流体流路を流れる流体によって前記スピンドルを回転させる流体回転駆動源と、
前記流体回転駆動源からの排出流体を前記流体噴射ノズルに導きその流体噴射ノズルから噴射させる連通流路とを含んで構成され、
前記主軸回転角制御手段は、前記工具とこの工具によって加工が行われるワークとの相対移動方向に対して、前記流体噴射ノズルの角度が常に所定角度になるように、前記主軸の回転角を制御する、ことを特徴とする流体回転駆動式主軸装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流体回転駆動式主軸装置において、前記流体として、クーラント液を用いたことを特徴とする流体回転駆動式主軸装置。
【請求項３】
請求項２に記載の流体回転駆動式主軸装置において、前記連通流路の途中には、フィルタが設けられていることを特徴とする流体回転駆動式主軸装置。
【請求項４】
請求項１に記載の流体回転駆動式主軸装置において、前記流体として、エアーを用いたことを特徴とする流体回転駆動式主軸装置。
【請求項５】
請求項４に記載の流体回転駆動式主軸装置において、前記連通流路の途中には、サイレンサが設けられていることを特徴とする流体回転駆動式主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体回転駆動式主軸装置に関する。たとえば、マシニングセンタなどのＮＣ工作機械に用いられる流体回転駆動式主軸装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
マシニングセンタなどの工作機械における切削加工においては、切削工具による切削加工位置に向けて、クーラント噴射ノズルよりクーラント液を吹き付けることが行われている。
従来、クーラント液の吹き付けは、主軸ヘッドなどにクーラント噴射ノズルを固定し、このクーラント噴射ノズルに主軸ヘッドの外部より配管を接続し、この配管を通じてクーラント液をクーラント噴射ノズルから切削工具による削加工位置に向けて吹き付けるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のクーラント液の吹き付け構造では、主軸ヘッドのクーラント噴射ノズルに配管が接続されているため、工具交換が自動的にできないという不具合があった。つまり、工具交換にあたっては、手作業で配管をクーラント噴射ノズルから外したのち、工具交換装置で主軸ヘッドを交換しなければならないので、自動工具交換ができないという不具合があった。
【０００４】
ところで、本出願人は、先に、特願平８−４３２６９号「クーラント噴出ノズル付き主軸装置およびクーラント供給切削加工方法」を提案している。
これは、主軸の回転軸線周りにクーラント噴出ノズルを回転可能に設けるとともに、このクーラント噴出ノズルを主軸回転軸線周りの所定角度に回転させるサーボモータを設けた構成である。
【０００５】
これにより、主軸の進行方向（切削方向）に対して常に所定の角度からクーラント液を吹き付けできるから、とくに、溝幅の狭い深溝加工を効率的にかつ高精度に行うことができる。
しかし、このような構成では、クーラント噴出ノズルにクーラントを供給する配管だけでなく、サーボモータに電気を供給するための電気配線が必要であるから、工具交換が一層困難になるという不具合があった。
【０００６】
本発明の目的は、自動工具交換を容易に実現することが可能な流体回転駆動式主軸装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、スピンドルの進行方向（切削方向）に対して常に所定の角度から流体を吹き付けできる機能を備えつつ、自動工具交換を容易に実現することが可能な流体回転駆動式主軸装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体回転駆動式主軸装置は、スピンドルを回転駆動させる手段の１つとして、流体を利用した主軸装置が知られていることに着目し、その流体を流体噴射ノズルに導いて流体噴射ノズルから噴射させることによって、前記目的を達成しようとするものである。
【０００８】
すなわち、本発明の流体回転駆動式主軸装置は、中心に流体流路を開口した主軸と、この主軸を回転させ主軸回転角制御を行う主軸回転角制御手段と、前記主軸の下端に着脱可能に装着された工具ホルダとを備え、前記工具ホルダは、前記主軸の下端に着脱可能に装着されたホルダ本体と、前記ホルダ本体に回転可能に支持された工具を有するスピンドルと、前記スピンドルの回りの前記ホルダ本体に工具に対して所定向きに配設された流体噴射ノズルと、前記ホルダ本体に形成され前記主軸の流体流路と連通する流体流路と、前記流体流路を流れる流体によって前記スピンドルを回転させる流体回転駆動源と、前記流体回転駆動源からの排出流体を前記流体噴射ノズルに導きその流体噴射ノズルから噴射させる連通流路とを含んで構成され、前記主軸回転角制御手段は、前記工具とこの工具によって加工が行われるワークとの相対移動方向に対して、前記流体噴射ノズルの角度が常に所定角度になるように、前記主軸の回転角を制御する、ことを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、流体流路を流れる流体によってスピンドルが回転されるとともに、その排出流体が連通流路を通じて流体噴射ノズルに導かれ、その流体噴射ノズルから噴射される。従って、流体噴射ノズルに流体を外部から供給するための配管を接続しなくてもよいから、在来の一般の工具交換の場合と同じ装置を用いて自動工具交換を容易に実現することができる。
【００１１】
しかも、この場合には、流体噴射ノズルをスピンドルの回転軸線を中心として回動させる回転角制御手段を備えているから、スピンドルの進行方向（切削方向）に対して流体噴射ノズルを所定の角度に維持できる。従って、切削方向に対して常に所定の角度から流体を吹き付けできるから、幅狭の深溝加工も効率的にできる。
【００１２】
以上において、前記流体としては、冷却機能を備えた流体であれば何でもよく、たとえば、クーラント液やエアーがよい。
クーラント液を用いれば、被切削材料に適したクーラント液を噴射することが可能である。しかも、比較的幅広の深溝加工を少ないクーラント液の供給で行うことができる。このこと、つまり、少ないクーラント液で済むことは、クーラント装置全体が小形となり、工作機械全体の省スペースにつながるとともに省エネルギーに役立つ。
この場合、そのクーラント液の連通流路の途中にフィルタを設けておけば、流体中に混入したゴミなどを除去することができるので、それらが加工位置に噴出されることがなく、高精度な加工が期待できる。
【００１３】
一方、エアーを用いれば、エアータービンやエアーモータなどの流体回転駆動源の特徴である超高速（毎分数万回転）の回転を容易に得ることができる。一般に、幅狭の深溝加工をするには小径で、長い形状の切削工具を用いる必要があるが、この形状の工具は脆弱であり、大きな切削負荷をかけると簡単に折損する。このため、きわめて小さな切削送り速度で加工することとなるから、生産性が低い。これを改善するためには工具の回転速度を高め１回転当たりの切削負荷を小さくする必要がある。従って、エアーによって超高速（毎分数万回転）の回転を得ることができれば、幅狭の深溝加工に最適である。
この場合、そのエアーの連通流路の途中にサイレンサを設けておけば、エアーが連通流路を流れるときに発生する騒音を低減できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の流体回転駆動式主軸装置を備えた工作機械を示している。同工作機械は、ベッド１と、このベッド１上に水平面内で互いに直交する左右、前後方向（Ｘ，Ｙ方向）へ移動可能に設けられたテーブル２と、このテーブル２をＸ，Ｙ方向へそれぞれ移動させる駆動源としてのサーボモータ３，４と、前記テーブル２の真上にコラム５を介して上下方向（Ｚ方向）へ昇降可能に設けられた昇降部材６と、この昇降部材６をＺ方向へ昇降させる駆動源としてのサーボモータ７と、前記昇降部材６に垂直に保持された流体回転駆動式主軸装置１１とを備える。
【００１５】
前記流体回転駆動式主軸装置１１は、前記昇降部材６に回転可能に保持された主軸１２と、この主軸１２をＺ方向と平行なＣ軸を中心として回転させ主軸回転角制御を行う主軸回転角制御手段としてのサーボモータ１３と、前記主軸１２の下端に着脱可能に装着された工具ホルダ１４とを備えている。
ここで、前記テーブル２をＸ，Ｙ方向へ移動させるサーボモータ３，４、昇降部材６をＺ方向へ昇降させるサーボモータ７および主軸１２をＣ軸を中心として回転させるサーボモータ１３は、制御装置１５からの指令により駆動、制御される。
【００１６】
前記工具ホルダ１４は、図２に示すように、前記主軸１２のテーパ孔１２Ａに自動工具交換によって着脱自在に装着されるホルダ本体２１と、このホルダ本体２１内に収納配置されかつボルト２２によって固定されたスリーブ２３と、このスリーブ２３内にＯリング２４を介して収納配置されたスピンドル装置３１とから構成されている。スピンドル装置３１には、加工工具２９が取り付けられている。
前記ホルダ本体２１には、その基端部に前記主軸１２のテーパ孔１２Ａに嵌合するテーパシャンク部２５が形成されているとともに、そのテーパシャンク部２５の中心部に前記主軸１２の中心に開口された流体流路１２Ｂと連通する流体流路２６が形成されている。
前記スリーブ２３には、その下端面に流体噴射ノズル２７が取り付けられているとともに、前記流体流路１２Ｂ，２６から前記スピンドル装置３１内を通って排出された流体を前記流体噴射ノズル２７に導く連通流路２８が形成されている。
【００１７】
前記スピンドル装置３１は、図３に示すように、前記スリーブ２３内に収納される外筒３２と、この外筒３２内に複数のベアリング３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄを介して回転可能に支持されたスピンドル３４とを含んで構成されている。
前スピンドル３４には、その基端部側に流体回転駆動源３５が設けられているとともに、先端部側に前記加工工具２９をチャックするチャック部３６が設けられている。ここで、流体回転駆動源３５は、スピンドル３４の基端部外周面に突設された複数のブレード３５Ａによって構成されている。
前記外筒３２には、その基端側に前記流体回転駆動源３５に前記流体が供給されるように前記流体流路２６と連通する流体流路３７が形成されているとともに、前記流体回転駆動源３５からの排出流体を前記スリーブ２３の連通流路２８に導く連通流路３８が外周壁に沿って形成されている。連通流路３８と前記連通流路２８との間には、フィルタ３９が設けられている。
【００１８】
従って、ワークの加工にあたっては、ワークをテーブル２上にセットしたのち、スピンドル装置３１のスピンドル３４を回転させながら、テーブル２をＸ，Ｙ方向へ、昇降部材６をＺ方向へ移動させながら、加工工具２９によって加工を行う。
スピンドル装置３１のスピンドル３４を回転させるにあたって、流体としてのクーラント液を主軸１２の流体流路１２Ｂに流すと、そのクーラント液は、流体流路２６，３７を通ってスピンドル３４の流体回転駆動源３５に達し、その流体駆動源３５を介してスピンドル３４を回転させる。流体回転駆動源３５からの排出流体は、連通流路３８，２８を通って流体噴射ノズル２７から噴出される。
【００１９】
このとき、加工工具２９とワークとの相対移動方向に対して、流体噴射ノズル２７の角度が常に所定角度になるように、サーボモータ１３の駆動が制御される。これにより、所定の方向より、クーラント液を加工工具２９の刃部へ向けて噴射させることができる。
【００２０】
本実施形態によれば、流体によってスピンドル３４を回転させるとともに、その排出流体を流体噴射ノズル２７に導きその流体噴射ノズル２７から噴射させる連通流路３８，２８を設けたので、流体噴射ノズル２７に流体を外部から供給するための配管を接続しなくてもよいから、自動工具交換を容易に実現することができる。
【００２１】
また、主軸１２をその回転軸線を中心として回転角制御を行うサーボモータ１３を備えているから、主軸１２を回動させることによってスピンドル３４の進行方向（切削方向）に対して流体噴射ノズル２７を常に所定の角度に設定できる。従って、スピンドル３４の進行方向（切削方向）に対して常に所定の角度からクーラント液を吹き付けできる。このことは、幅狭の深溝加工を効率的にかつ高精度に行うことができる。
【００２２】
また、流体としてクーラント液を用いたので、被切削材料に適したクーラント液を噴射することが可能であるとともに、比較的幅広の深溝加工でも少ないクーラント液の供給で行うことができる。このこと、つまり、少ないクーラント液で済むことは、クーラント装置全体が小形となり、工作機械全体の省スペースにつながるとともに省エネルギーに役立つ。
【００２３】
また、連通流路３８，２８の途中にフィルタ３９を設けたので、流体中に混入したゴミなどを除去することができるので、それらが加工位置に噴出されることがなく、高精度な加工が期待できる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、流体としてクーラント液を用いたが、冷却機能を備えた流体であれば何でもよく、たとえば、エアーでもよい。エアーを用いれば、エアータービンやエアーモータなどの流体回転駆動源の特徴である超高速（毎分数万回転）の回転を容易に得ることができるから、幅狭の深溝加工に最適である。つまり、幅狭の深溝加工をするには小径で、長い形状の切削工具を用いる必要があるが、この形状の工具は脆弱であり、大きな切削負荷をかけると簡単に折損する。このため、きわめて小さな切削送り速度で加工することとなるから、生産性が低い。これを改善するためには工具の回転速度を高め１回転当たりの切削負荷を小さくする必要がある。従って、エアーによって超高速（毎分数万回転）の回転を得ることができれば、幅狭の深溝加工に最適である。
この場合には、連通流路３８，２８の途中にフィルタ３９に替えてサイレンサを設けるようにすれば、エアーが連通流路３８，２８を流れるときに発生する騒音を低減できる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の流体回転駆動式主軸装置によれば、自動工具交換を容易に実現することができる。
また、スピンドルの進行方向（切削方向）に対して常に所定の角度から流体を吹き付けできる機能を備えつつ、自動工具交換を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】同上実施形態の工具ホルダ部分を示す断面図である。
【図３】同上実施形態のスピンドル装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１３  サーボモータ（回転角制御手段）
２６，３７  流体流路
２７  流体噴射ノズル
２８，３８  連通流路
３４  スピンドル
３５  流体回転駆動源
３９  フィルタ（サイレンサ）
【図１】
0003608703.tif 000002
【図２】
0003608703.tif 000003
【図３】
0003608703.tif 000004