(57)【要約】【課題】交換後のＭＱＬホルダの空気流路へのクーラントの浸入を防止する。【解決手段】高圧空気およびクーラントの兼用流路（通路１７ａ）を備えた主軸装置１０に、ホルダ内で高圧空気を用いてオイルミストを生成するＭＱＬホルダ３０と、加工時にクーラントを使用するクーラントホルダとを交換して取り付ける工具交換方法であって、兼用流路１７ａ内に高圧空気を流して兼用流路１７ａ内の洗浄を行う流路洗浄工程と、先に取り付けられている先工具を取り外して、次に取り付けられる次工具を取り付ける工具交換工程と、を備えたことを特徴とする。次工具がＭＱＬホルダ３０かクーラントホルダのいずれであるかを識別するとともに、次工具がＭＱＬホルダ３０である場合に流路洗浄工程を行い、次工具がクーラントホルダである場合に流路洗浄工程を行わないとの判定を行う判定工程をさらに備えた方法が好ましい。【選択図】図３
2019119007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧空気およびクーラントの兼用流路を備えた主軸装置に、ホルダ内で前記高圧空気を用いてオイルミストを生成するＭＱＬホルダと、加工時に前記クーラントを使用するクーラントホルダとを交換して取り付ける工具交換方法であって、
前記兼用流路内に前記高圧空気を流して前記兼用流路内の洗浄を行う流路洗浄工程と、
先に取り付けられている先工具を取り外して、次に取り付けられる次工具を取り付ける工具交換工程と、を備えた
ことを特徴とする工具交換方法。
【請求項２】
前記次工具が前記ＭＱＬホルダか前記クーラントホルダのいずれであるかを識別するとともに、前記次工具が前記ＭＱＬホルダである場合に前記流路洗浄工程を行い、前記次工具が前記クーラントホルダである場合に前記流路洗浄工程を行わないとの判定を行う判定工程をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の工具交換方法。
【請求項３】
前記次工具が前記ＭＱＬホルダか前記クーラントホルダのいずれであるかを識別するとともに、前記先工具が前記クーラントホルダで且つ前記次工具が前記ＭＱＬホルダである場合に前記流路洗浄工程を行い、前記次工具が前記クーラントホルダである場合または前記先工具が前記ＭＱＬホルダで且つ前記次工具が前記ＭＱＬホルダである場合に前記流路洗浄工程を行わないとの判定を行う判定工程をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の工具交換方法。
【請求項４】
高圧空気およびクーラントの兼用流路とホルダ取付部とを備えた主軸装置と、前記兼用流路に前記高圧空気および前記クーラントを選択供給可能な流体供給装置と、を有する工作機械であって、
前記ホルダ取付部は、ホルダ内で前記高圧空気を用いてオイルミストを生成するＭＱＬホルダと、加工時に前記クーラントを使用するクーラントホルダとを選択して取付可能であり、
前記兼用流路は、前記ホルダ取付部でのホルダ交換前に前記高圧空気が流されて洗浄される
ことを特徴とする工作機械。
【請求項５】
前記ＭＱＬホルダと前記クーラントホルダとを選択して交換する工具マガジンをさらに備えており、
前記工具マガジンは、交換するホルダが前記ＭＱＬホルダと前記クーラントホルダのいずれであるかを識別可能である
ことを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
【請求項６】
前記流体供給装置は、前記高圧空気と前記クーラントの供給を制御する制御手段を備えており、
前記制御手段は、次に取り付けられる次工具がＭＱＬホルダである場合に前記次工具の取付前に前記高圧空気を前記兼用流路に流すように構成されている
ことを特徴とする請求項５に記載の工作機械。
【請求項７】
前記流体供給装置は、前記高圧空気と前記クーラントの供給を制御する制御手段を備えており、
前記制御手段は、先に取り付けられている先工具が前記クーラントホルダで且つ次に取り付けられる次工具がＭＱＬホルダである場合に前記次工具の取付前に前記高圧空気を前記兼用流路に流し、前記次工具が前記クーラントホルダである場合または前記先工具が前記ＭＱＬホルダで且つ前記次工具が前記ＭＱＬホルダである場合に前記次工具の取付前に前記高圧空気を前記兼用流路に流さないように構成されている
ことを特徴とする請求項５に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具交換方法および工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械は、一般に、ワークや工具の冷却、潤滑、切屑除去等のため、加工部に切削液としてのオイルを多量に供給しながらワークの加工を行う。このため、オイルの大量消費、オイルの飛散による環境汚染、使用済みオイルの廃棄処理負担等の問題があった。そこで、近年、オイルと高圧空気とを混合して生成したオイルミストを加工部に供給しながらワークの加工を行うセミドライ加工が提案されている。セミドライ加工においては、オイルミストを使用することで、実質的なオイルの使用量を大きく削減できる。
【０００３】
しかし、供給されたオイルミストを主軸および工具ホルダ内を通過させて工具を介して放出する場合、オイルが主軸内部の通路の内壁に付着し、実際に放出されるオイルミスト中のオイルの含有率が低下するという問題があった。
【０００４】
この問題を解決するために、工具ホルダ内のオイルタンクに貯留されたオイルを工具の近傍で流体通路に供給し、高圧空気に混入させてオイルミストを生成する装置が提案されている（特許文献１の図８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２１０８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、既存のマシニングセンタに、ホルダ内でオイルミストを生成する前記工具ホルダ（以下、「ＭＱＬ（Minimum Quantity Lubrication）ホルダ」という）を採用する際は、主軸軸心系統のクーラント流路を用いて、ＭＱＬホルダに高圧空気を供給することとなる。工具マガジンにおいて、ＭＱＬホルダと、加工時にクーラントを使用する工具ホルダ（以下、「クーラントホルダ」という）とを交換可能に構成すれば、両方の工具ホルダを適宜利用することができる。しかしながら、ＭＱＬホルダは、高圧空気の流路にクーラントが浸入すると不具合が発生する問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、前記問題を鑑みて創案されたものであって、ＭＱＬホルダの空気流路へのクーラントの浸入を防止できる工具交換方法および工作機械を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための本発明は、高圧空気およびクーラントの兼用流路を備えた主軸装置に、ホルダ内で前記高圧空気を用いてオイルミストを生成するＭＱＬホルダと、加工時に前記クーラントを使用するクーラントホルダとを交換して取り付ける工具交換方法である。かかる工具交換方法は、前記兼用流路内に前記高圧空気を流して前記兼用流路内の洗浄を行う流路洗浄工程と、先に取り付けられている先工具を取り外して、次に取り付けられる次工具を取り付ける工具交換工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ホルダ交換前に兼用流路内に高圧空気を流すことで兼用流路内に残るクーラントを排出することができるので、交換後のＭＱＬホルダの空気流路へのクーラントの浸入を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る工作機械の主軸装置を示した断面図である。
【図２】ＭＱＬホルダを示した断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る工具交換方法を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を適宜省略する。以下、説明の都合上、工具Ｔが取り付けられる側を「先端」側または「前」側、その反対側を「基端」側または「後」側と呼ぶ場合がある。
【００１２】
本発明の実施形態に係る工作機械１は、主軸装置１０と流体供給装置７０と工具マガジンとを備えている。本実施形態の主軸装置１０は、ホルダ内で高圧空気を用いてオイルミストを生成するＭＱＬホルダ３０と、加工時にクーラントを使用するクーラントホルダ（図示せず）とを選択して取付可能に構成されている。図１では、主軸装置１０の先端にＭＱＬホルダ３０が取り付けられている。主軸装置１０は、高圧空気およびクーラントの兼用流路とホルダ取付部１７ｂとを備えている。
【００１３】
主軸装置１０は、円筒状を呈するシリンダ１１と、シリンダ１１の内部に軸受１３，１４によって回転自在に支持される主軸１２とを備えている。主軸１２は、ロータ１５ａとステータ１５ｂとを有するビルトインモータ１５によって回転させられる。主軸１２の先端部には工具Ｔを固定したＭＱＬホルダ３０またはクーラントホルダ（図示せず）が取り外し可能に装着されている。
【００１４】
主軸１２の内部には、中心軸上に貫通した軸孔１２ａが形成されている。この軸孔１２ａの先端部（図１において左側）に、ＭＱＬホルダ３０のテーパ形状のシャンク部３６と相補形状を呈するテーパ孔１２ｂが形成されている。
【００１５】
主軸１２は、その内部に挿入されたプルロッド１７を有している。プルロッド１７の先端部は、ＭＱＬホルダ３０の基端部に設けられたプルスタッド３５に対して、鋼球１８を介して係止可能に構成されている。このプルロッド１７の先端部に、ホルダ取付部１７ｂが形成されている。プルロッド１７の基端部には金具１９が固定されている。この金具１９と、主軸１２の軸孔１２ａの内周面に形成された係止段部１２ｃとの間には、リテーナ部材等を介して、皿バネ２０が装着されている。
【００１６】
皿バネ２０の弾性力によりプルロッド１７が図１の右方に移動されると、鋼球１８によってプルスタッド３５が引き込まれ、ＭＱＬホルダ３０のシャンク部３６が主軸１２のテーパ孔１２ｂに圧接されて把持される。一方、金具１９が皿バネ２０の弾性力に抗して前方に押動されると、プルロッド１７の先端部および鋼球１８によるＭＱＬホルダ３０のプルスタッド３５の保持が解除される。そして、図示しない工具マガジンの自動工具交換装置によって、工具ＴおよびＭＱＬホルダ３０またはクーラントホルダの交換動作が行われるようになっている。
【００１７】
工具マガジンは、工具ホルダ部と自動工具交換装置とを備えている。工具ホルダ部は、工具の収納場所が複数設けられ、各収納場所に、工具を備えた工具ホルダが収納されている。工具ホルダ部では、工具の複数の収納位置にそれぞれ番地が設定されており、その収納位置にＭＱＬホルダ３０またはクーラントホルダのいずれが収容されているかが把握されている。そして、次に取り付けられる次工具がＭＱＬホルダ３０またはクーラントホルダのいずれであるかを、取り出した収容位置の番地から識別するようになっている。なお、ホルダの識別は、前記方法に限定されるものではない。たとえば、ホルダにＩＣチップを取り付けて、その情報を読み取ることで、ホルダの識別を行ってもよい。自動工具交換装置は、工具を備えた工具ホルダを把持し、収納位置と主軸１２の先端部との間で運搬する。
【００１８】
プルロッド１７の中心軸上には、通路１７ａが形成されている。通路１７ａの基端側は、供給管７０ａを介して、流体供給装置７０に接続されている。通路１７ａには、流体供給装置７０から供給される高圧空気またはクーラントが流される。この通路１７ａが兼用流路を構成する。
【００１９】
流体供給装置７０は、兼用流路に高圧空気とクーラントを選択して供給可能に構成されている。流体供給装置７０は、高圧空気供給部７１とクーラント供給部７２と切替え弁７３と制御手段（図示せず）とを備えている。高圧空気供給部７１は、切替え弁７３の一端に繋がる流路７１ａと、空気を圧縮して供給するポンプ７１ｂと、圧力調整弁７１ｃと、逆止弁７１ｄとを備えている。圧力調整弁７１ｃは、ポンプ７１ｂからの高圧空気を所定の圧力に減圧して流す。クーラント供給部７２は、切替え弁７３の他端に繋がる流路７２ａと、クーラントタンク７２ｂと、クーラントタンク７２ｂ内のクーラントを吸い上げて供給するポンプ７２ｃと、圧力調整弁７２ｄと、逆止弁７２ｅとを備えている。圧力調整弁７２ｄは、ポンプ７２ｃからのクーラントを所定の圧力に減圧して流す。切替え弁７３は、高圧空気供給部７１を兼用流路から延びる供給管７０ａに繋ぐ高圧空気供給位置と、クーラント供給部７２を兼用流路に繋ぐクーラント供給位置と、流体の供給を停止する供給停止位置（図１の状態）との間を移動する。切替え弁７３は、たとえば電磁弁にて構成されている。
【００２０】
制御手段は、流体供給装置７０の動作を制御するものである。制御手段は、ＣＰＵからなり、流体供給装置７０および工具マガジンにそれぞれ接続されている。制御手段は、工具マガジンから、次工具がＭＱＬホルダ３０またはクーラントホルダのいずれであるかの信号を受信して、流体供給装置７０の動作を制御する。なお、先に取り付けられている先工具の情報は、前回の交換時の次工具の情報として把握されている。本実施形態では、制御手段は、先工具がクーラントホルダで且つ次工具がＭＱＬホルダ３０である場合に、次工具の取付け前に、高圧空気を兼用流路に流して兼用流路内のクーラントを押し流す（兼用流路の洗浄を行う）ように構成されている。そして、次工具がクーラントホルダである場合、または先工具がＭＱＬホルダ３０で且つ次工具もＭＱＬホルダ３０である場合には、兼用流路の洗浄は行わないように構成されている。
【００２１】
なお、本実施形態では、制御手段は、前記構成に限定されるものではない。たとえば、制御手段は、次工具のみを識別して洗浄を行うかどうかを決定するものであってもよい。具体的には、制御手段は、次工具がＭＱＬホルダ３０である場合、次工具の取付け前に、所定時間、高圧空気を兼用流路に流して兼用流路内のクーラントを押し流して兼用流路の洗浄を行い、次工具がクーラントホルダである場合、兼用流路の洗浄は行わないように構成してもよい。
【００２２】
さらに、制御手段は、工具の種類は識別せずに、ホルダの交換を行う度に、次工具の取付け前に、所定時間、高圧空気を兼用流路に流して兼用流路の洗浄を行うように構成してもよい。
【００２３】
ＭＱＬホルダ３０は、図２に示すように、本体部３１と、本体部３１の先端面に取り付けられた固定部３２と、オイルミストを生成するノズル４５と、オイルを貯留するオイルタンク５０と、を備えている。本体部３１は、工作機械の主軸１２（図１参照）に着脱自在な部位である。また、固定部３２は、工具Ｔが固定される部位である。
【００２４】
本体部３１は、先端側の支持部３４と、基端端側の装着部３３とが形成されている円柱状の部材である。
装着部３３は、主軸２のテーパ孔に保持される部位である。装着部３３の外周面は、主軸１２のテーパ孔に密着可能なテーパ形状に形成されている。装着部３３の基端部には、工具マガジン（図１参照）に保持される嵌合部３７が形成されている。
装着部３３の中心には、空気流路３８が軸方向に延びている。空気流路３８は、装着部３３を主軸１２に装着したときに、主軸１２の空気流路（通路１７ａ）に連通する。
【００２５】
ノズル４５は、支持部３４内に設けられている。ノズル４５は、オイルと空気とを混合してオイルミストを生成し、固定部３２に取り付けられた工具Ｔに向けてオイルミストを噴出するものである。工具Ｔには軸方向に貫通した貫通孔が形成されており、この貫通孔にノズル４５からオイルミストが供給される。
【００２６】
オイルタンク５０は、支持部３４の径方向外側に配置されており、支持部３４を囲む円筒状（環状）のケースである。オイルタンク５０内には、支持部３４を囲む環状の内部空間５１が形成されている。
オイルタンク５０の内部空間５１には、環状のピストン５４が収容されている。ピストン５４は、内部空間５１をＭＱＬホルダ３０の軸方向に移動自在である。
内部空間５１は、ピストン５４によって二つの空間に区画されている。内部空間５１において、ピストン５４の一方側に貯留室５５が形成され、ピストン５４の他方側に加圧室５６が形成されている。貯留室５５は、支持部３４内の流路を介してノズル４５に連結されている。
【００２７】
貯留室５５はオイルが充填される空間である。また、加圧室５６は高圧の空気が供給される空間である。加圧室５６内の空気の圧力によって、ピストン５４が貯留室５５側に押し出されることで、貯留室５５内のオイルが加圧される。
【００２８】
支持部３４内には、装着部３３内の空気流路３８から分岐した第１分岐流路３９および第２分岐流路４０が形成されている。
第１分岐流路３９は、空気流路３８から加圧室５６に至る流路である。第１分岐流路３９には、第１レギュレータ３９ａが設けられている。
第２分岐流路４０は、空気流路３８からノズル４５に至る流路である。第２分岐流路４０には、第２レギュレータ４０ａが設けられている。
【００２９】
オイルタンク５０の外周面には、オイルタンク５０の貯留室５５にオイルを供給するための注入ポート６０が設けられている。注入ポート６０は、支持部３４内の流路を介して貯留室５５に連通している。
【００３０】
次に、前記構成の工作機械１において、ＭＱＬホルダ３０およびクーラントホルダの交換を行う工具交換方法を、図３を参照しながら説明する。かかる工具交換方法は、判定工程と流路洗浄工程と工具交換工程とを備えている。
【００３１】
判定工程は、交換するホルダの種類に基づいて、流路洗浄を行うかどうかを判定する工程である。判定工程では、工具マガジンにて次工具がＭＱＬホルダ３０かクーラントホルダのいずれであるかを識別するとともに、制御手段にて次工具がＭＱＬホルダである場合に流路洗浄を行い、次工具がクーラントホルダである場合に流路洗浄工程を行わないとの判定を行う。本実施形態では、さらに詳しく判定を行うものであって、先工具がクーラントホルダで且つ次工具がＭＱＬホルダである場合に流路洗浄工程を行い、次工具がクーラントホルダである場合、および先工具がＭＱＬホルダで且つ次工具がＭＱＬホルダである場合に流路洗浄を行わないとの判定を行う。
【００３２】
判定工程は、図３のＳＴＥＰ１およびＳＴＥＰ２に該当する。判定工程では、まず、工具マガジンから受信したホルダ情報より、制御手段で、次工具がＭＱＬホルダであるか否かを判定する（ＳＴＥＰ１）。ここで、次工具がＭＱＬホルダである場合は、先工具がクーラントホルダであるか否かの判定に進む（ＳＴＥＰ２）。次工程がＭＱＬホルダでない場合（クーラントホルダである場合）は、次の加工時にクーラントを兼用流路に流すので、流路洗浄を行う必要はない。よって、この場合は、工具交換工程（ＳＴＥＰ４）に進む。
【００３３】
ＳＴＥＰ２では、制御手段で蓄積されたホルダ情報より、先工具がＭＱＬホルダかクーラントホルダかを判定する。先工具がクーラントホルダである場合は、兼用流路内にクーラントが残存しているため、これを取り除くために、流路洗浄工程（ＳＴＥＰ３）に進む。先工具がクーラントホルダでない場合（ＭＱＬホルダである場合）は、兼用流路内にクーラントは残存していないため、流路洗浄を行う必要はない。よって、この場合は、工具交換工程（ＳＴＥＰ４）に進む。
【００３４】
流路洗浄工程は、兼用流路内に高圧空気を流して兼用流路内の洗浄を行う工程である（図３のＳＴＥＰ３）。流路洗浄工程では、次工具の取付け前に、所定時間、高圧空気を兼用流路内に流して兼用流路内のクーラントを押し流す。高圧空気を流す時間と圧力は、兼用流路の長さやクーラントの粘度に応じて適宜設定する。
【００３５】
工具交換工程は、工具が固定されたホルダを交換する工程である。工具交換工程では、工具マガジンの自動工具交換装置を用いて、先に取り付けられている先工具を取り外して、次に取り付けられる次工具を取り付ける。本実施形態では、流路洗浄を行った後に、先工具を取り外して次工具を取り付けているが、これに限定されるものではない。先工具を取り外した後に、流路洗浄を行い、その後に次工具を取り付けるようにしてもよい。
【００３６】
以上説明した工作機械１および工具交換方法によれば、兼用流路内に高圧空気を流すことで、内部に残存するクーラントを除去して洗浄することができる。そして、ＭＱＬホルダ３０の取付け前に、兼用流路の洗浄を行うことで、ＭＱＬホルダ３０の空気流路（空気流路３８と第１分岐流路３９と第２分岐流路４０）へのクーラントの浸入を防止できる。これによって、ＭＱＬホルダ３０の不具合の発生を軽減できる。
【００３７】
特に、本実施形態では、次工具がクーラントホルダの場合は、不要な流路洗浄を行わないので、時間的ロスをなくして、加工効率を高めることができる。さらに、次工具がＭＱＬホルダ３０の場合であっても、先工具がＭＱＬホルダ３０の場合には、兼用流路内にクーラントは残存していない。このような場合にも流路洗浄を行わないことで、さらに時間ロスを減らせるので、より一層加工効率を高めることができる。
【００３８】
以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に記載した構成に限定されるものではない。本発明は、前記実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。また、前記実施形態の構成の一部について、追加、削除、置換をすることができる。
【００３９】
例えば、前記した実施形態では、判定工程において、次工具がＭＱＬホルダであるか否かを判定した後に、先工具がＭＱＬホルダかクーラントホルダのどちらであるかを判定しているが、これに限定されるものではない。次工具がＭＱＬホルダであるか否かのみを判定して、流路洗浄を行うかどうかを決定してもよい。具体的には、判定工程で、次工具がＭＱＬホルダである場合に流路洗浄工程を行い、次工具がクーラントホルダである場合に流路洗浄工程を行わないとの判定を行うようにすればよい。また、次工具のホルダを識別せず（判定工程を行わず）に、ホルダ交換の度に、常に流路洗浄を行うようにしてもよい。このようにしても、ＭＱＬホルダの使用時には、必ず流路洗浄が行われているので、ＭＱＬホルダに不具合が生じることはない。
【００４０】
また、前記実施形態では、工具マガジンで認識された次工具に応じて制御手段で流体供給装置７０の動作の制御を行っているが、これに限定されるものではない。工具マガジンで認識された次工具を作業員が読み取り、作業員が流体供給装置に設けられた高圧空気およびクーラントの供給スイッチを手動で押して、作動させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１      工作機械
１０    主軸装置
１７ａ  通路（兼用流路）
１７ｂ  ホルダ取付部
３０    ＭＱＬホルダ
７０    流体供給装置
７１    高圧空気供給部
７２    クーラント供給部
７３    切替え弁
Ｔ      工具
【図１】
2019119007.tif 000003
【図２】
2019119007.tif 000004
【図３】
2019119007.tif 000005