(57)【要約】【課題】スピンドルユニットを切削加工機から外しても、冷却用液体が流出してくることがない切削加工機を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の切削加工機は、切削刃を回転させて材料を切削加工するスピンドルユニット２２を備えた切削加工機１０であって、切削加工を行う前記スピンドルユニットが着脱可能に装着される装着部２４と、該装着部に装着されたスピンドルユニット内に冷却用液体を循環させる冷却用液体供給機構８２と、前記冷却用液体供給機構内の冷却用流体を抜き取る冷却用液体抜き取り機構９０，９２、９４、９６と、を備えていることを特徴とする。【選択図】　　　図３
2004058163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削刃を回転させて材料を切削加工するスピンドルユニットを備えた切削加工機であって、
切削加工を行う前記スピンドルユニットが着脱可能に装着される装着部と、
該装着部に装着されたスピンドルユニット内に冷却用液体を循環させる冷却用液体供給機構と、
前記冷却用液体供給機構内の冷却用流体を抜き取る冷却用液体抜き取り機構と、を備えている、
ことを特徴とする切削加工機。
【請求項２】
前記冷却用液体供給機構が、冷却用液体を圧送可能な冷却用液体源と、該冷却用液体源から冷却用液体を前記スピンドルユニットに送る送出管路と、前記スピンドルユニットから冷却用液体を前記冷却用液体源に戻す戻り管路とを備え、
前記冷却用液体抜き取り機構が、前記送出管に接続された第１の経路切り換え手段と、該第１の経路切り換え手段に接続された加圧気体源と、前記戻り管路に接続された第２の経路切り換え手段と、該第２の経路切り換え手段に接続されたドレンタンクと、を備えている、
請求項１に記載の切削加工機。
【請求項３】
交換用のスピンドルユニットを保持するスピンドルユニット保持部と、
該保持部に保持されたスピンドルユニットを、前記装着部に装着されたスピンドルユニットと自動交換する交換機構とを備え、
切削加工中には、第１の経路切り換え手段を作動させて前記冷却用液体源から前記装着部に装着されたスピンドルユニット内に冷却用液体を送ると共に、前記第２の経路切り換え手段を作動させて前記スピンドルユニット内の冷却用液体を前記冷却用液体源に戻し、前記スピンドルユニットの交換を行うときには、第１の経路切り換え手段を作動させて前記加圧気体源から前記装着部に装着されたスピンドルユニット内に加圧気体を送ると共に、前記第２の経路切り換え手段を作動させて前記スピンドルユニット、前記送出管路および前記戻り管路内の冷却用液体および加圧気体を前記ドレンタンクに排出させる、
請求項２に記載の切削加工機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピンドルユニットを備えた切削加工機に関連し、より詳細には、冷却用液体によりスピンドルユニット内を冷却する切削加工機に関連する。
【０００２】
【従来の技術】
切削刃を回転させて材料を切削加工するスピンドルユニットを備えた切削加工機が知られている。スピンドルユニットは、モータ等の駆動手段により高速で回転させられる主軸の先端に切削刃が設けられ、この切削刃により、金属材料等の加工対象物を切削加工していく。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように切削刃を回転させて材料を切削加工するスピンドルユニットを備えた切削加工機においては、加工中に、回転による熱でスピンドルユニット内の主軸が膨張して切削刃の位置が変化してしまい、必要な加工精度が得られなくなる等の問題が生じる。このような問題に対して、スピンドルユニット内に冷却用液体の流路を設け、この流路を通る冷却用液体によりスピンドルユニット内の主軸等を冷却する手法が提案されている。しかしながら、スピンドルユニット内を流路に冷却用液体を通す構成とすると、スピンドルユニットを切削加工機から外したときに、冷却用液体が流出してくるという問題が生じる。
【０００４】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、スピンドルユニットを切削加工機から外しても、冷却用液体が流出してくることがない切削加工機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、切削刃を回転させて材料を切削加工するスピンドルユニットを備えた切削加工機であって、切削加工を行う前記スピンドルユニットが着脱可能に装着される装着部と、該装着部に装着されたスピンドルユニット内に冷却用液体を循環させる冷却用液体供給機構と、前記冷却用液体供給機構内の冷却用流体を抜き取る冷却用液体抜き取り機構と、を備えていることを特徴とする切削加工機が提供される。
【０００６】
このような構成によれば、冷却用液体抜き取り機構によりスピンドルユニット等から冷却用液体を抜き取ることができるので、スピンドルユニットを加工機から外しても、冷却用液体が流出することがない。
【０００７】
本発明の好ましい態様によれば、前記冷却用液体供給機構が、冷却用液体を圧送可能な冷却用液体源と、該冷却用液体源から冷却用液体を前記スピンドルユニットに送る送出管路と、前記スピンドルユニットから冷却用液体を前記冷却用液体源に戻す戻り管路とを備え、前記冷却用液体除去機構が、前記送出管に接続された第１の経路切り換え手段と、該第１の経路切り換え手段に接続された加圧気体源と、前記戻り管路に接続された第２の経路切り換え手段と、該第２の経路切り換え手段に接続されたドレンタンクと、を備えている。
【０００８】
このような構成によれば、経路切り換え手段の作動により、加圧気体がスピンドルユニット内の冷却用液体供給機構に送り込まれるので、スピンドル等の中の冷却用液体を確実にドレンタンク内に回収し、冷却用液体の流出が確実に防止される。
【０００９】
本発明の好ましい態様によれば、交換用のスピンドルユニットを保持するスピンドルユニット保持部と、該保持部に保持されたスピンドルユニットを、前記装着部に装着されたスピンドルユニットと自動交換する交換機構とを備え、切削加工中には、第１の経路切り換え手段を作動させて前記冷却用液体源から前記装着部に装着されたスピンドルユニット内に冷却用液体を送ると共に、前記第２の経路切り換え手段を作動させて前記スピンドルユニット内の冷却用液体を前記冷却用液体源に戻し、前記スピンドルユニットの交換を行うときには、第１の経路切り換え手段を作動させて前記加圧気体源から前記装着部に装着されたスピンドルユニット内に加圧気体を送ると共に、前記第２の経路切り換え手段を作動させて前記スピンドルユニット、前記送出管路、および、前記戻り管路内の冷却用液体および加圧気体を前記ドレンタンクに排出させる。尚、経路切り換え手段の作動（切り換え）は、切削加工機の作動を制御する制御装置によって実行されるのが好ましい。
【００１０】
このような構成によれば、スピンドルユニットの自動交換に先立って、冷却用液体供給機構のスピンドルユニット側部分から、冷却用液体が確実に抜き取られるので、スピンドルユニットの交換時の冷却用液体流出が確実に防止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。まず、図１に沿って、本発明の実施形態の切削加工機の構成を説明する。図１は、本発明の実施形態の切削加工機（マシニングセンタ）１０の構成を示す概略的な斜視図である。
【００１２】
図１に示されているように、切削加工機１０は、床面に設置される基部１２と、この基部１２の上方に配置された加工部１４とを備えている。加工部１４の下側位置には、切削加工される被加工物（ワーク）１６が載置される加工台１８が設けられている。加工台１８は、公知の機構によって、切削加工に関する数値データに基づいて上下および水平方向に移動できるように構成されている。
【００１３】
加工台１８の上方には、ヘッド２０が設けられている。ヘッド２０の下部には、スピンドルユニット２２が着脱自在に装着されるユニット装着部２４が設けられている。スピンドルユニット２２は、本体部２６と、本体部２６の先端に取付けられた切削工具２８を備えている。
【００１４】
スピンドルユニット２２は、切削工具２８が加工台１８に対向し、加工台１８に載置・固定されたワーク１６を切削加工できるように、ユニット装着部２４に取付けられている。ヘッド２０は、公知の機構により、切削加工に関する数値データに基づいて、加工台１８に対して上下方向及び水平方向に移動可能であるように構成されている。
【００１５】
このスピンドルユニット２２は、例えば、回転可能な主軸の先端に取付けられた切削工具２８を内蔵モータによって、最高毎分５００００回転以上で高速回転させ、ワーク１６を切削加工することができるものである。切削工具２８の回転速度は可変である。切削加工機１０は、ワーク１６が載置された加工台１８とスピンドルユニット２２とを切削加工に関する数値データに基づいて相対的に移動させることにより、ワーク１６を所望の形状に切削加工することができる。
【００１６】
図１に示されているように、切削加工機１０は、ヘッド２０の側方に、交換用の複数のスピンドルユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃが装着される交換用スピンドルユニット装着部３２が設けられている。この交換用スピンドルユニット装着部３２に装着されている交換用スピンドル３０ａ、３０ｂ、３０ｃには、異なった寸法形状の切削工具が取付けられている。
【００１７】
切削加工機１０は、スピンドルユニット２２を自動的に交換することができる所謂ＡＴＣ（自動工具交換装置）を備えている。ＡＴＣは、ヘッド３０の下方に設けられ、ユニット装着部２４に取付けられたスピンドルユニット２２を、交換用スピンドルユニット装着部３２に装着された交換用スピンドルユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃのいずれかと交換するための交換用アーム３４を備えている。本実施形態では、交換用スピンドルユニット装着部３２は、図示しない駆動機構によって、交換用スピンドルユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃを交換用アーム３４方向に順次移動させることができるように構成されている。
【００１８】
スピンドルユニットの交換時には、まず、交換用アーム３４でユニット装着部２４に取付けられているスピンドルユニット２２を取り外して、取り外したスピンドルユニット２２を交換用スピンドルユニット装着部３２の空きスペースに収容する。次いで、交換用スピンドルユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃを交換用アーム３４方向に移動させ、所望の交換用スピンドルユニット３０ａ、３０ｂまたは３０ｃが交換アーム３４に隣接した位置まで運ばれると、この交換用スピンドルユニット３０ａ、３０ｂまたは３０ｃを交換用アーム３４で把持し、この交換用スピンドルユニット３０ａ、３０ｂまたは３０ｃをスピンドルユニットが取り外されたユニット装着部２４に取付ける。
【００１９】
従って、マシンニングセンタ１０では、切削加工用のユニット装着部２４に装着されるスピンドルユニットを交換することにより、ワーク１６に種々の加工を施すことが可能となる。尚、交換アーム３４は、ヘッド２０に対して昇降可能且つ旋回自在に構成された支持軸３６に取付けられている。また、交換アーム３４には、各スピンドルユニット２２、３０ａ、３０ｂ、３０ｃに形成された、後述の係合溝５５（図２参照）に嵌合可能な切欠き部３８が形成されている。
【００２０】
次に、図２に沿って、スピンドルユニット２２の構成を説明する。図２は、ユニット装着部２４近傍と該ユニット装着部２４に取付けられたスピンドルユニット２２とを示す概略的な断面図である。図２に示されているように、スピンドルユニット２２は、本体部２６と、本体部２６の下端に保持されたドリルやエンドミル等の切削工具２８とを備えている。
【００２１】
本体部２６は、切削工具２８を回転させるための種々の機構を収容する筺体として機能しており、先端側に切削工具２８が取付けられる略円筒状の胴部４０と、胴部４０の他端側の側面から側枝状に突出する略Ｌ字状の動力受入部４２とを備えている。胴部４０の他端側は、端方向に向かって先細りする円錐台形状を有する嵌合部４２とされている。
【００２２】
切削加工機１０のユニット装着部２４の底部には、スピンドルユニット２２の嵌合部４４と補完的な形状を備えたテーパ状の嵌合凹部４６が形成されている。また、ヘッド２０の下部には、スピンドルユニット２２の動力受入部４２の先端が連結される動力供給部４８が形成されている。動力供給部４８には、動力受入部４２に形成されたカプラ５０が連結されるカプラ５２が形成されている。
【００２３】
また、スピンドルユニット２２は嵌合部４４をユニット装着部２４の嵌合凹部４６に取付けたとき、動力受入部４２のカプラ５０が動力供給部４８のカプラ５２に連結されるように構成されている。
【００２４】
スピンドルユニット２２の嵌合部４４の先端には、嵌合凹部４６の奥には設けられたチャック５１によって保持される形状の固定部５３が設けられている。この固定部５３をチャック５１に固定することで、スピンドルユニット２２がユニット装着部２４に固定される。又、嵌合部４４の基部側には、交換アーム３４の切欠き部３８に嵌合可能な形状を有する環状溝５５が形成されている。
【００２５】
スピンドルユニット２２の本体部４０は、略円筒状の外側筺体５４と、先端が外側筐体５４から突出するように外側筐体５４内に配置された略円筒状の内側筺体５６とを備えている。本実施形態では、外側筐体５４は合金工具鋼ＳＫＤ６１で形成され、内側筐体５６はステンレス鋼ＳＵＳ３０４で形成されている。
【００２６】
内側筺体５６内には、主軸６０と、高速型のモータ６２とが配置されている。主軸６０の先端側には、コレットチャック６４を介して切削工具２８が取り付けられており、主軸６０の他端側は、軸継手６６を介してモータ６２に接続されている。
【００２７】
モータ６２は、いわゆるブラシレスＤＣモータであり、切削加工機１０の本体側に設けられた回転制御コントローラ６８内の電源７０から電源ケーブル７２ａ、７２ｂを介して電力を供給されることで、主軸６０および主軸６０に連結された切削工具２８を回転駆動させる。また、主軸６０の両端は、セラミックスボールを使用した合計４つの玉軸受７３によって支持されている。
【００２８】
切削加工機１０は、スピンドルユニットを冷却するための冷却機構を備えている。スピンドルユニット２２内、詳細にはモータ６２の周囲には冷媒供給管７４ａ、７４ｂを介してスピンドルユニット外から循環される冷却用液体によりモータ６２を冷却する冷却器７５が設けられている。本実施形態では、冷却器７５はモータ６２の外周に接触して螺旋状に配置された管路である。
【００２９】
次に、この冷却装置等について、図３に沿って詳細に説明する。図３は、スピンドルユニット２２をユニット装着部２４から取外した状態の、動力受入部４２と動力供給部４８の先端部近傍等を示す拡大図である。動力受入部４２のカプラ５０には、モータ６２に接続された電源ケーブル７２ａに接続された第１接続端子部（駆動側接続端子）７６が設けられている。一方、動力供給部４８のカプラ５２には、回転制御コントローラ６８からの電源ケーブル７２ｂに接続され、第１接続端子部７６と嵌合可能な第２接続端子部（電源側接続端子）７８が設けられている。第１接続端子部（駆動側接続端子）７６と、第２接続端子部（電源側接続端子）７８とは、スピンドルユニット２２がユニット装着部２４に取付けられ、動力受入部４２のカプラ５０ａが動力供給部４８のカプラ５２に連結されたとき、接続されるように構成されている
【００３０】
また、冷却器７５に連通するスピンドルユニット側の冷媒供給管７４ａ、７４ｂは、カプラ５０に設けられた接続用凸部８０ａ、８０ｂで、それぞれ、終端している。また、切削加工機１０本体側でポンプＰ、冷媒冷却装置を含む冷却用液体源８２に接続されている冷媒供給管８４ａ、８４ｂは、カプラ５２に形成された接続用凹部８６ａ、８６ｂ内でそれぞれ終端している。本実施形態では、冷媒供給管８４ａが、冷却用液体源８２から冷却用液体をスピンドルユニット２２に送り出す送出管であり、冷媒供給管８４ｂがスピンドルユニット２２から冷却用液体を冷却用液体源８２に戻す戻り管路とされている。接続用凹部８６ａ、８６ｂ内には、接続凸部８０ａ、８０ｂとの間での冷却用液体の漏れを防止するためのＯリング８８が設けられている。
【００３１】
接続続用凸部８０ａ、８０ｂと接続用凹部８６ａ、８６ｂとは、スピンドルユニット２２がユニット装着部２４に取付けられて動力受入部４２のカプラ５０が動力供給部４８のカプラ５２に連結されたときに嵌合して、切削加工機本体側の冷媒供給管８４ａ、８４ｂと、スピンドルユニット２２側の冷媒供給管７４ａ、７４ｂとを連通させるように構成されている。従って、制御装置が冷却用液体源８２のポンプを作動させると、冷却用液体源８２から圧送された冷却用液体は、切削加工機側の冷媒供給管８４ａ、スピンドルユニット２２側の冷媒供給管７４ａを通って冷却器７５に送られ、モータ６２を冷却した後、スピンドルユニット２２側の冷媒供給管７４ｂ、切削加工機側の冷媒供給管８４ｂを通って、冷却用液体源８２に戻る循環経路を辿る。冷却用液体としては、例えば、水、油等が使用される。
【００３２】
また、冷却用液体源８２から冷却用液体を送り出す冷媒供給管８４ａには、第１の三方弁（経路切り換え手段）９０が介装され、冷却用液体源８２からの接続を加圧空気源９２からの接続に選択的に切り換えられるように構成されている。また、スピンドルユニット２２から冷却用液体を戻す冷媒供給管８４ｂには第２の三方弁（経路切り換え手段）９４が介装され、冷却用液体源８２への接続をドレンタンク９６への接続に選択的に切り換えられるように構成されている。これらの三方弁９０、９４の作動は、切削加工機１０の作動を制御する制御装置（図示せず）によってＡＴＣなどの切削加工機１０の他の装置の作動と協調制御される。
【００３３】
このような構成を有する切削加工機１０では、切削加工中には、制御装置により、第１の三方弁９０が冷却用液体源８２を冷媒供給管８４ａ、７４ａに接続するように作動させられ、第２の三方弁９４が冷媒供給管７４ｂ、８４ｂを冷却用液体源８２に接続するように作動させられている。そして、冷却用液体源８２から圧送される冷却用液体により、切削作業中の、スピンドルユニット２２のモータ６２を冷却している。
【００３４】
１工程の切削加工が終了し、ユニット装着部２４に装着されているスピンドルユニット２２を他の交換用スピンドルユニット３０ａ、３０ｂまたは３０ｃに交換するときには、制御装置により、第１の三方弁９０を作動させ、冷却用液体源８２に代えて加圧空気源９２を冷媒供給管８４ａ、７４ａに接続する。さらに、第２の三方弁９４を作動させ、冷媒供給管７４ｂ、８４ｂを冷却用液体源８２に代えてドレンタンク９６に接続する。そして、加圧空気源９２を作動させ、加圧空気により、冷媒供給管８４ａ、７４ａ、冷却器７５、冷媒供給管８４ｂ、７４ｂ内の冷却用液体をドレンタンク９６に排出する。
【００３５】
その後、ＡＴＣを作動させ、スピンドルユニット２２をユニット装着部２４から取り外し、次いで、所望の交換用スピンドルユニット３０ａ、３０ｂまたは３０ｃをユニット装着部２４に装着する。
【００３６】
さらに、制御装置により、第１の三方弁９０が冷却用液体源８２を冷媒供給管８４ａ、７４ａに接続するように作動させ、また、第２の三方弁９４が冷媒供給管７４ｂ、８４ｂを冷却用液体源８２に接続するように作動させる。そして、冷却用液体源８２から圧送される冷却用液体により、ユニット装着部２４に取付けられたスピンドルユニットを冷却できるようにする。
【００３７】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、添付の請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の変更・変形が可能である。
【００３８】
例えば、スピンドルユニットの駆動部の電源は、スピンドルユニットの筺体内に設けてもよい。また、工具としては、ドリル、エンドミルの他、切削加工に使用される種々の工具を使用することができる。
【００３９】
また、本実施形態では冷却器７５は、モータ６２の外周を螺旋状に取り巻く冷却管とされているが、内側筺体５６の内壁面、または、主軸６０の周囲等に冷却器を配置してもよい。さらに、スピンドルユニット２２の胴部４０の外側に冷却器を配置する構造でもよい。
【００４０】
さらに、上記実施形態では、経路切り換え手段として三方弁を使用したが、選択的に経路を切り換え可能な他の手段を用いても良い。
【００４１】
さらに、上記実施形態では、スピンドルユニット２２から切削工具を取り外せる構成であるが、本発明は、スピンドルユニットから切削工具を取り外せない一体型のスピンドルユニットにも適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、スピンドルユニットを切削加工機から外しても、冷却用液体が流出してくることがない切削加工機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の切削加工機（マシニングセンタ）の構成を示す概略的な斜視図である。
【図２】ユニット装着部近傍と該ユニット装着部に取付けられたスピンドルユニットとを示す概略的な断面図である。
【図３】スピンドルユニットをユニット装着部から取外した状態の、動力受入部と動力供給部の先端部近傍等を示す拡大図である　。
【符号の説明】
１０：切削加工機
２２：スピンドルユニット
２４：ユニット装着部
７４ａ、７４ｂ：冷媒供給管
７５：冷却器
８２：冷却用液体源
８４ａ、８４ｂ：冷媒供給管
９０：第１の三方弁
９２：加圧空気源
９４：第２の三方弁
９６：ドレンタンク
【図１】
2004058163.tif 000003
【図２】
2004058163.tif 000004
【図３】
2004058163.tif 000005