(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
刃具内の通路に連通した通路を有する刃具ホルダの後端突起部を嵌入された複数個のスピンドル軸が同一方向に配設された多軸スピンドルヘッドであって、各スピンドルヘッドは、
前記刃具ホルダの通路入り口が開口する前記後端突起部との間で一定容積の密閉室が設けられるように、スピンドル軸先端の内面部に円孔が穿設され、かつ円孔内面からスピンドル軸の半径方向に向かってその側面に多数の開口を有するスピンドル軸先端部と、
前記多数の開口の位置よりもスピンドル軸の後ろ側であって、ケースフレーム内でスピンドル軸を前後で支える前後軸受と、
前記前後軸受よりも前側に設けられたスピンドル軸先端部開口に、霧状切削液を供給する供給路と有することを特徴とする多軸スピンドルヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物の深い部位を切削している刃具の先端部の潤滑に特に適した工作機械の多軸スピンドルヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械による加工では被加工物や刃具の冷却及び潤滑、又は切屑の除去などのため加工部に切削油を多量に供給しているが、これによるときは切削油による環境汚染や人体の健康への悪影響、切削油の廃油処理に伴う大きなコスト、被加工物の過冷却による刃具寿命の低下、又は切削油過多による刃具の微細切込み加工時の滑り磨耗などの問題があるほか、加工時に多量の切削油が切屑に付着するため、切屑の処理や再利用のさい、これに付着した切削油を分離することが必要となる。
【０００３】
これらの問題を解決するため、近年では極微量の切削油を霧状にして切削加工部へ供給することが行われているのであり、このような処理はドライ切削などと称されている。
【０００４】
ところで、工作機械の多軸スピンドルヘッドには、先端に刃具を備えた同一方向の複数のスピンドル軸を一定程度以上の密状に配設したものが存在しているが、これによる切削処理に於いてもドライ切削を行うことが要望される場合がある。
【０００５】
しかし、多軸スピンドルヘッドによる切削処理に於いては、スピンドル軸が密状に存在するため、たとえ被加工物の比較的浅い部分を加工している刃具先端部であっても全ての刃具に均等に霧状の切削油を供給することは困難であり、ましてや被加工物の比較的深い部分を加工している刃具先端部にそれを供給することは一層大きな困難を伴うのである。
【０００６】
この種の問題に対応するための技術として、本出願人は特許第２６８７１１０号を提案している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許第２６８７１１０号に係る主軸装置によれば、被加工物の比較的深い部分を加工している刃具の先端部に霧状の切削油を極めて効果的に供給できるのであるが、その構造が複雑で、使途によってはコスト高に過ぎる場合がある。
【０００８】
特に多軸スピンドルヘッドに上記主軸装置の思想を利用するときは、スピンドルの数が多い分余計にコスト高となるほか、スピンドル軸内の機構が複雑なためスピンドル軸が径大となる嫌いがある。
【０００９】
本発明は、斯かる実情に対処し得る工作機械の多軸スピンドルヘッド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】
上記目的を達成するため、本発明では、刃具内の通路に連通した通路を有する刃具ホルダの後端突起部を嵌入された複数個のスピンドル軸が同一方向に配設された多軸スピンドルヘッドであって、各スピンドルヘッドは、前記刃具ホルダの通路入り口が開口する前記後端突起部との間で一定容積の密閉室が設けられるように、スピンドル軸先端の内面部に円孔が穿設され、かつ円孔内面からスピンドル軸の半径方向に向かってその側面に多数の開口を有するスピンドル軸先端部と、前記多数の開口の位置よりもスピンドル軸の後ろ側であって、ケースフレーム内でスピンドルを前後で支える前後軸受と、前記前後軸受よりも前側に設けられたスピンドル軸先端部開口に、霧状切削液を供給する供給路と有することを特徴とする。
【００１１】
霧状の切削液は外部から先ずスピンドル軸の密閉室内に供給され、次に刃具ホルダの導入孔に達し、この後、刃具内透孔を経て刃具先端部から霧状のまま噴出される。従って被加工物の比較的深い個所を切削している刃具であってもその所要個所が効果的に潤滑されるのである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
先ず第一実施例について説明する。図１は本実施例に係る多軸スピンドルヘッドを具備した工作機械の要部を示す側面視断面図、図２は図１のｘーｘ部を示す図、図３は前記スピンドルヘッドの拡大断面図、図４は図３の部分拡大図、図５は図３のｘ１ーｘ１部を示す図である。
【００１３】
これらの図に於いて、１はベッドで、２はこのベッド１の上面の案内軌道１ａを介して前後方向ｆ１、ｆ２の作動可能に装着された移動台、そして３は移動台２の上面に固定された多軸スピンドルヘッドである。
【００１４】
多軸スピンドルヘッド３の具体的構成について説明すると、次のとおりである。
即ち、移動台２に固定されたヘッドフレーム４を備えており、このフレーム４の前面には後部ケースフレーム５ａと前部ケースフレーム５ｂを具備したスピンドル部５が設けてある。
【００１５】
後部ケースフレーム５ａは起立壁部６と側壁部７を有しており、前部ケースフレーム５ｂは起立壁部９とスピンドルケース部１０とからなる。
前部ケースフレーム５ｂの起立壁部９は後部ケースフレーム５ａにボルト固定してあり、スピンドルケース部１０の背後個所には図３に示すようにスピンドル軸１１の挿通される透孔９ａが各スピンドル軸１１毎に形成されている。
【００１６】
スピンドルケース部１０は複数のスピンドル軸１１を包囲するための方形状の外壁部１２と、これの内方で各スピンドル軸１１を包囲するための中間壁部１３とからなる。
【００１７】
外壁部１２の前面部には各スピンドル軸１１に対応した図３及び図４に示す円形の透孔ａが形成されており、各透孔ａの前面にはスピンドル軸１１の挿通される前端面カバー１４がボルト固定されている。この前端面カバー１４の前面には中間板１４１が、そして中間板１４１の前面には室壁部材１４２が固定してある。
【００１８】
室壁部材１４２の内方で後述の開口ｂの前後位置にはシール手段ｓ１、ｓ２が設けてあり、このシール手段ｓ１、ｓ２間でスピンドル軸１１外方となるスペースが外側密閉空間ｍ１となされている。室壁部材１４２にはこの密閉空間ｍ１の内方に外部から霧状の切削液を供給するための供給路１４２ａが形成されている。
【００１９】
１４２ｂはシール手段ｓ１、ｓ２から漏れた切削液などを外方へ逃がすための通路であり、４１はオイル切り用のリング部材でスピンドル軸１１に固定されている。
【００２０】
各スピンドル軸１１は概ね一様径となされており、透孔ａに嵌着された軸受１５と透孔９ａに嵌着された軸受１６とで前部ケースフレーム５ｂ上の一定位置での回転自在に支持されている。
ここで、１７は前端面カバー１４の前面を被うためのカバー部材でスピンドル軸１１に固定されている。
【００２１】
各スピンドル軸１１の先側中心部の軸方向個所には円孔ｂ１が形成してある。この円孔ｂ１には刃具１９の固定された工具ホルダ２０の後端突起部２０ａが嵌着固定されている。
【００２２】
このさい、後端突起部２０ａと円孔ｂ１の内面との間には内側密閉室ｍが形成される。この内側密閉室ｍは図４及び図５に示すようにスピンドル軸１１に形成された半径方向の開口ｂを介して周面外方の外側密閉室ｍ１内と連通されている。
また刃具１９の中心部の軸方向個所には切削液透孔ｃ１が形成され、工具ホルダ２０の中心部の各軸方向個所には切削液導入孔ｃ２が形成される。
【００２３】
各スピンドル軸１１はヘッドフレーム４に装設された主軸駆動モータ２３で駆動されるようになされており、具体的には次のようになされている。
【００２４】
即ち、主軸駆動モータ２３の出力軸２４に結合された原動軸２５をスピンドル部５の前部及び後部ケースフレーム５ａ、５ｂ個所に一定位置での回転自在に設け、この原動軸２５の先部に原動歯車２６を形成する。一方では各スピンドル軸１１の後端部に従動歯車２７を固定し、この従動歯車２７と原動歯車２６とを複数の中間歯車２８からなる歯車列で連動連結させる。このさい、各スピンドル軸の回転速度は毎分凡そ５０００回転程度以下となす。
【００２５】
このように構成した多軸スピンドルヘッド３の前方にはベッド１と一定相対配置となした被加工物固定台２９が設けてある。このさい、被加工物固定台２９の被加工物支持面２９ａの周囲には包囲枠部材３０が固定される。
【００２６】
３１は多軸スピンドルヘッド３の前面に枢着点３２廻りの上方へ退避移動可能且つ前後方向ｆ１、ｆ２の伸縮可能に装着されたカバー装置で、加工時は包囲枠部材３０に密状に接して被加工物ｗや多軸スピンドルヘッド３の前部を下方側のみ開放された状態に包囲するものとなしてある。
【００２７】
３３は切屑や切削液を案内するためのホッパー形案内路でカバー装置３１の下面を被うように配設してあり、また３４はホッパー形案内路３３から落下した切削液などを適当個所へ案内するための案内面装置である。
【００２８】
３５は霧状の切削液を生成するための切削液霧化装置で、圧縮空気供給管３６、フィルター３７ａ、圧力調整装置３７ｂ、霧化装置３７ｃ及び切削液送出管３８とを備えている。切削液送出管３８は管路３９を介して供給路１４２ａと連通させ、管路３９途中には適時に開閉作動される電磁弁４０が設けてある。
【００２９】
次に上記の如く構成した本実施例品の使用例及びその作動を説明する。
被加工物ｗを固定するさいは移動台２を図１の位置から後方ｆ２へ移動させる。これによりカバー装置３１の前縁は包囲枠部材３０から離れ、カバー装置３１の前後方向全長は図示しない付勢手段により最長状態となる。この後、カバー装置３１を図１の状態から枢着点３２廻りの上方へ退避させ、作業空間を広く確保する。この状態の下で被加工物固定台２９の被加工物支持面２９ａに被加工物ｗを固定させる。
【００３０】
次にカバー装置３１を原位置に戻し、主軸駆動モータ２４を作動させる。これにより、このモータ２４の回転は歯車２６、２７、２８を介して各スピンドル軸１１に伝達され、各スピンドル１１は軸受１５、１６に案内されて毎分凡そ５０００回転程度以下の速度で円滑に回転される。
【００３１】
一方では必要に応じて電磁弁４０を開放作動させる。これにより、圧縮空気供給管３６から供給される圧縮空気が霧化装置３７ｃ内を流動し、霧化装置３７ｃは霧吹き原理で霧状の切削液を生成する。
【００３２】
この霧状の切削液は供給路１４２ａを経て外側密閉室ｍ１内に達し、この密閉室ｍ１内から開口ｂを通じてスピンドル軸１１の内側密閉室ｍ内へ供給される。このさい、シール手段ｓ１、ｓ２はスピンドル軸１１の回転中に外側密閉室ｍ１内の霧状の切削液を外部に漏洩させることなく内側密閉室ｂ内に移動させる上で寄与するものとなる。
【００３３】
内側密閉室ｍ内に達した霧状の切削液は、スピンドル軸１１が回転してもその速度が比較的小さいため、この回転による遠心力の作用を過度には受けないのであり、従って遠心力による液化現象や、その構成成分の比重の差による成分分離現象などを殆ど生じることなく均等に分布された状態を保持される。
【００３４】
この切削液は工具ホルダ２０の導入孔ｃ２や刃具１９の切削液透孔ｃ１を通じて刃具１９先端から比較的均等な分布状態で噴出されるのである。
【００３５】
次に移動台２を前方ｆ１へ移動させる。この移動の過程でカバー装置３１の前端縁が包囲枠部材３０の後端縁と圧接し、以後、カバー装置３１はこの圧接状態を保持されたまま図示しない付勢手段の弾力に抗して移動台２の前進変位に応じつつ短縮変形される。
【００３６】
そして移動台２の前方移動が一定大きさに達すると、刃具１９が被加工物ｗに達し、これを加工するものとなる。この加工中、霧状の切削液が刃具１９の先端から噴出されるため、たとえ刃具１９が被加工物ｗの深部を加工する状態となっても所要個所を効果的に潤滑するものとなる。
【００３７】
本発明に於いて、回転中のスピンドル軸１１内に霧状の切削液を直接的に供給するようになしたことは、スピンドル軸１１内に霧化用のノズルなどを設ける必要をなくし、スピンドル軸１１を細くする必要のある場合に特に有益となるものである。
【００３８】
なお、加工の終了した被加工物を被加工物固定台から取り外すさいはこれを装着したときの逆の手順による。
【００３９】
【発明の効果】
以上の如く構成した本発明によれば、ロータリジョイントなどを要しない比較的簡易な構造によって、複数のスピンドル軸の各刃具先端から、霧状の切削液を比較的均等な分布状態で噴出させることができ、従って被加工物の深部を加工している複数の各刃具の所要個所を効果的に潤滑することができるものである。
【００４０】
またスピンドル軸には先部の内方に比較的短くて小さい密閉室を設けることで足りるためスピンドル軸の径を比較的細くでき、これにより複数のスピンドル軸を狭い空間に密集させることができて装置の小型化が図られる。
【００４１】
さらには構造が簡易であるため安価で故障の少ない装置となり、また管理の行い易いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係る多軸スピンドルヘッドを具備した工作機械の要部を示す側面視断面図である。
【図２】  図１のｘーｘ部を示す図である。
【図３】  前記スピンドルヘッドの拡大断面図である。
【図４】  図３の部分拡大図である。
【図５】  図３のｘ１ーｘ１部を示す図である。
【符号の説明】
１１  スピンドル軸
１９  刃具
２０  刃具ホルダ
２０ａ  後端突起部
ｂ１  円孔
ｃ１  透孔
ｃ２  導入孔
ｍ  密閉室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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