(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸のテーパ穴に、加工工具のツールシャンクが挿入されて該加工工具が主軸に装着される工作機械において、前記主軸および加工工具をエアで冷却する冷却構造であって、
主軸には、エアが主軸先端に向かって流れ、前記主軸の先端部を冷却する主軸用冷却エア通路が形成され、
前記主軸用冷却エア通路は、前記加工工具に形成された工具用冷却エア通路に前記主軸端面で接続され、前記工具用冷却エア通路は、前記加工工具の内部をチップまで延び、
前記主軸の端面は、前記加工工具を位置決めするキーを更に備え、
前記加工工具は、前記主軸のキーと係合するキー溝を更に備え、
前記キーには、前記主軸用冷却エア通路とキー溝に連通する前記工具用冷却エア通路とを中継する通路が形成され、主軸用冷却エア通路から送られてくるエアを前記中継通路を介して前記工具用冷却エア通路に導き前記加工工具のチップに供給することを特徴とする工作機械の主軸・加工工具の冷却構造。
【請求項２】
前記主軸用冷却エア通路は、主軸内部に収容されたドローバーに同心的に形成されている第１の通路と、前記主軸先端部においてツールシャンクにそって延びる第２の通路と、からなり、前記第１の通路から前記ドローバーの先端にあるコレットチャックが把持する加工工具のプルスタッドに向けて噴出されたエアは第２の通路に導かれることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の主軸・加工工具の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、横中ぐり盤などの工作機械の主軸およびこれに装着される加工工具の冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械の加工精度に大きな影響を与えるものとして、主軸や主軸頭などの温度上昇による熱変位がある。
【０００３】
ＮＣ工作機械における位置決め精度の変化は、主軸や主軸頭の熱変位によるものがほとんどである。また、主軸の位置精度はワークと工具との相対的な関係でもあるので、主軸位置決め精度をいくら上げても、熱変位が生じるかぎり実質的な主軸位置精度の向上に直結しないという問題がある。
【０００４】
また、主軸は、軸方向に熱膨張するばかりでなく、半径方向にも膨張する。軸方向への熱膨張は、上記のように加工精度に悪影響を及ぼすが、半径方向への熱膨張も加工に対して悪影響を及ぼす。特に、横中ぐりフライス盤の主軸の場合、フライス軸との間のわずかな隙間が存在することで主軸を繰り出すことができる構造になっている。このため、横中ぐりフライス盤の主軸に半径方向の熱膨張が生じると、主軸を軸方向に移動させることが不可能になって機械が停止し、横中ぐりフライス盤の自動運転ができなくなる。
【０００５】
このような主軸の熱変位、熱膨張に対しては、従来からいろいろな対策が行われている。例えば、主軸に冷却油を循環して冷却したり、あるいは、主軸に熱膨張係数の小さな材料を用いるなど、種々の試みが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱膨張の原因となる熱は、主軸のベアリングなどのほか、切削剤を使用しないで連続切削を長時間行ったときの切削熱が考えられ、この切削熱が工具から主軸に伝わり主軸を熱膨張させる。
【０００７】
切削剤を使用して切削する場合には、切削剤によって工具が直接冷却されるので問題は少ない。しかしながら近年では、環境への負荷が大きい切削剤をできるだけ使用しない傾向がある。また、加工対象であるワークの性質によっては加工材を使用することができない場合がある。このため、切削剤を使用しないで切削加工を行う場合に、加工工具から主軸に伝えられる切削熱により主軸が熱膨張してしまうことを防止することが、ますます重要になってきている。
【０００８】
切削剤を使わずに主軸の熱膨張を防ぐ手段として、例えば、主軸の外部にホース等を設け、このホースの先のノズルからエアを工具に吹き付けて工具を冷却することが行われている。しかしながら、複雑な切削動作に応じて、ノズルから工具にエアを適切に吹き付けることは難しく、特に、横中ぐり盤の場合には、主軸を繰り出す動きに追従できず工具を十分に冷却できないという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、切削加工の際に加工工具で生じた切削熱が主軸に伝わるのを防いで、主軸の熱膨張を防止することができる工作機械の主軸・加工工具の冷却構造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】
本発明は、主軸のテーパ穴に、加工工具のツールシャンクが挿入されて該加工工具が主軸に装着される工作機械において、前記主軸および加工工具をエアで冷却する冷却構造であって、主軸には、エアが主軸先端に向かって流れ、前記主軸の先端部を冷却する主軸用冷却エア通路が形成され、前記主軸用冷却エア通路は、前記加工工具に形成された工具用冷却エア通路に前記主軸端面で接続され、前記工具用冷却エア通路は、前記加工工具の内部をチップまで延び、前記主軸の端面は、前記加工工具を位置決めするキーを更に備え、前記加工工具は、前記主軸のキーと係合するキー溝を更に備え、前記キーには、前記主軸用冷却エア通路とキー溝に連通する前記工具用冷却エア通路とを中継する通路が形成され、主軸用冷却エア通路から送られてくるエアを前記中継通路を介して前記工具用冷却エア通路に導き前記加工工具のチップに供給することを特徴とする。
【００１５】
前記主軸用冷却エア通路は、主軸内部に収容されたドローバーに同心的に形成されている第１の通路と、前記主軸先端部においてツールシャンクにそって延びる第２の通路と、からなり、前記第１の通路から前記ドローバーの先端にあるコレットチャックが把持する加工工具のプルスタッドに向けて噴出されたエアは第２の通路に導かれることが好ましい。
【００１６】
また、主軸は、中ぐり盤の中ぐり軸であることが好ましい。この場合、主軸の半径方向への熱膨張が防がれるので、中ぐり盤の中ぐり軸である主軸を軸方向にスムーズに移動させることが可能である。
【００１７】
また、冷却媒体は、冷却用エアであることが好ましい。この場合、主軸、加工工具、および切削対象となるワークの材質を問わないで切削加工を行うことが可能である。
【００１８】
また、冷却媒体は、ミスト状の冷却用切削剤であることが好ましい。この場合、エアよりも冷却効率がよい冷却用切削剤によって効率的に加工工具を冷却することができるとともに、より少ない量の冷却用切削剤によって加工工具を冷却することが可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態を示す図であり、加工工具が装着された中ぐりフライス盤の主軸（中ぐり軸）を示す縦断面図である。
【００２１】
図１において、参照符号１０は主軸を示し、１２は、主軸１０が嵌合しているフライス軸１２である。図１に示すように、工作機械１は、先端部にテーパ穴７が形成されている主軸１０と、鉄鋼等のワークＷを切削する複数のチップ３０を具備する加工工具１４と、を備えている。
【００２２】
主軸１０は、中ぐり盤の中ぐり軸であり、フライス軸１２に対して軸方向に移動可能に嵌合することで繰り出されるようになっている。一方、フライス軸１２は、軸受を介して主軸１０頭のハウジング１３において回転自在に支持されている。
【００２３】
主軸１０の先端部にはキー９ａが設けられており、後述する加工工具１４のキー溝９ｂにキー９ａが係合して、主軸１０に加工工具１４が装着されるようになっている。このキー９ａには導気路１８が形成されており、後述する第２エア通路１７ｂから送られてくるエアが、導気路１８を経て後述の通気路１６に流入するようになっている。
【００２４】
主軸１０の内部には、ドローバー２１が同軸に収納されており、このドローバー２１にはスリ割り形のコレットチャック２２が連結されている。このドローバー２１、加工工具１４のプルスタッド２０を着脱自在に把持するコレットチャック２２は、一般に工作機械１１の主軸１０で加工工具１４のプルスタッド２０を把持するのに用いられる公知のものである。ドローバー２１には、第１エア通路１７ａが同心的に形成されている。また、ドローバー２１の先端部には、ロッド部材２３が挿着され、このロッド部材２３はコイルばね２４によって先端側に付勢されている。ロッド部材２３の先端部にはエアの吹出口２５が開口している。
【００２５】
そして第１エア通路１７ａが、ロッド部材２３まで延びて吹出口２５に連通している。また、後述するツールシャンク３が挿入されている主軸１０の先端範囲には、第２エア通路１７ｂが形成されており、この第２エア通路１７ｂはキー９ａに連通している。このため、吹出口２５から排出されたエアは第２エア通路１７ｂに流入してキー９ａの導気路１８へ流れ込むようになっている。
【００２６】
他方、加工工具１４は、テーパ穴７に挿入するためのツールシャンク３と、複数のチップ３０を具備する切削ヘッド４と、ツールシャンク３および切削ヘッド４を連結固定するアーパ部５とを有している。
【００２７】
ツールシャンク３は、主軸１０のテーパ穴７と同様のテーパ形状を有している。このため、ツールシャンク３はテーパ穴７に密着適合した状態で挿入されている。また、ツールシャンク３の端部にはプルスタッド２０が形成されており、このプルスタッド２０は主軸１０内部のコレットチャック２２により狭持されている。また、加工工具１４の切削ヘッド４の先端には複数のチップ３０が固定配置されており、ヘッドの先端に押し当てられたワークＷを切削することができるようになっている。また、この各チップ３０の背部にはチップポケット３１が設けられている。切削加工の際に生じる切削屑は、チップポケット３１によって切削面から逃がされて、切削加工を妨げないようになっている。
【００２８】
加工工具１４のアーパ部５にはキー溝９ｂが形成されており、主軸１０のキー９ａと係合している。アーパ部５には通気路１６（工具用冷却媒体通路）が形成され、この通気路１６は、キー溝９ｂと切削ヘッド４のチップポケット３１との間で連通している。このため、第２エア通路１７ｂを経てキー９ａの導気路１８へ流れ込んできたエアは、通気路１６に流入してチップポケット３１へ流出し、各チップポケット３１に対応する各チップ３０にエアが吹き付けられるようになっている。なお、通気路１６はチップ３０の切刃３２側に位置しており、通気路１６から排出されたエアは、チップ３０の切刃３２に吹き付けられるようになっている。
【００２９】
なお、第１エア通路１７ａと第２エア通路１７ｂとによって本発明の主軸用冷却媒体通路が形成されている。
【００３０】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００３１】
図１に示すように、加工工具１４のツールシャンク３が主軸１０のテーパ穴７に挿入され、加工工具１４のプルスタッド２０がコレットチャック２２に狭持され、主軸１０のキー９ａと加工工具１４のキー溝９ｂとが係合することにより、加工工具１４は主軸１０に装着される。
【００３２】
そして、ハウジング１３上で主軸１０およびフライス軸１２を回転させることにより、主軸１０に装着された加工工具１４を回転させる。そして、回転する加工工具１４の先端に鉄鋼等のワークＷを押し当てることにより、ワークＷは加工工具１４のチップ３０によって切削される。
【００３３】
この時、加工工具１４は高速回転してワークＷを切削しているので、加工工具１４とワークＷとの間では切削熱が生じる。特に、実際に切削を行って切削熱を生じさせているチップ３０の切刃３２は、非常に高温となる。
【００３４】
しかしながら、第１エア通路１７ａ、第２エア通路１７ｂ、および通気路１６を経て送られてくる冷却用エアが、加工工具１４に吹き付けられることによって、加工工具１４で生じた切削熱は除去される。
【００３５】
すなわち、冷却用エアは、主軸１０内部の第１エア通路１７ａを経て吹出口２５に送られ、吹出口２５から加工工具１４のプルスタッド２０に吹き付けられる。プルスタッド２０に吹き付けられた冷却用エアにより、加工工具１４は冷却される。そして、プルスタッド２０に吹き付けられた冷却用エアは、第２エア通路１７ｂに流入して、キー９ａの導気路１８へ送られる。なお、第２エア通路１７ｂを流れる冷却用エアは、主軸１０を冷却している。そして、キー９ａの導気路１８に送られた冷却用エアは、通気路１６に流入して対応するチップポケット３１へ送られる。なお、通気路１６を流れる冷却用エアは、加工工具１４を冷却している。
【００３６】
そして、チップポケット３１から排出された冷却用エアは、対応するチップ３０に吹き付けられる。この時、通気路１６はチップ３０の切刃３２側に位置しているので、通気路１６から排出された冷却用エアは、チップ３０の切刃３２に回り込む。このため、チップ３０の切刃３２にも冷却用エアが吹き付けられる。このように、切削熱の熱源であるチップ３０に冷却用エアを直接吹き付けることによって、切削熱を除去し、加工工具１４から主軸１０へ切削熱が伝わることを防ぐことができる。特に、実際に切削を行っている切刃３２に冷却用エアを吹き付けることにより、更に効果的に、加工工具１４から主軸１０へ切削熱が伝わることを防ぐことができる。
【００３７】
以上説明したように本実施の形態によれば、加工工具１４に通気路１６を形成することにより、通気路１６内を流れる冷却用エアによって加工工具１４を冷却することができる。これにより、切削加工の際に加工工具１４で生じた切削熱が主軸１０に伝わるのを防いで、主軸１０の熱膨張を防止することができる。特に、通気路１６はチップポケット３１を介してチップ３０に向かって延びているので、通気路１６から排出された冷却用エアは、切削熱の熱源であるチップ３０に直接吹き付けられるようになっている。このため、チップ３０で生じた切削熱を効果的に冷却することができ、加工工具１４から主軸１０へ切削熱が伝わるのを防いで主軸１０の熱膨張を防止することができる。また、本実施の形態では、チップ３０の切刃３２に冷却用エアが吹き付けられるようになっているので、冷却用エアによるチップ３０の冷却作用は更に効果的である。
【００３８】
ところで、主軸１０は中ぐり盤の中ぐり軸なので、主軸１０に半径方向の熱膨張が生じると、主軸１０とフライス軸１２との間の隙間がなくなって主軸１０を軸方向に移動させることが不可能となる場合がある。しかしながら、上述のように、通気路１６から排出される冷却用エアをチップ３０に吹き付けること、加工工具１４内に形成された通気路１６を冷却用エアが流れること、そして吹出口２５から加工工具１４のプルスタッド２０に冷却用エアを吹き付けること、によって、加工工具１４は冷却され、切削熱が加工工具１４から主軸１０に伝わるのを防いでいる。これにより、主軸１０の半径方向への熱膨張を防いで、中ぐり盤の中ぐり軸である主軸１０を軸方向にスムーズに移動させることが可能となっている。
【００３９】
また、加工工具１４の通気路１６に流入する冷却用エアは、キー９ａの導気路１８を介して接続され主軸１０内部に形成された第１エア通路１７ａおよび第２エア通路１７ｂから供給されるようになっている。切削加工中に加工工具１４と同期して回転する主軸１０の第１エア通路１７ａおよび第２エア通路１７ｂから、加工工具１４の通気路１６に冷却用エアが流入するようになっているので、主軸１０と加工工具１４との位置関係から、効率良く、確実に通気路１６に冷却用エアを供給することができる。特に、加工工具１４を主軸１０に装着するために用いられるキー９ａに形成された導気路１８を利用して、通気路１６に冷却用エアを供給するので、スムーズに冷却用エアを通気路１６に供給することができる。
【００４０】
更に、本実施の形態では、加工工具１４および主軸１０を冷却するための冷却媒体として冷却用エアが用いられており、冷却用の切削剤は用いられていない。このため、切削剤を回収、処理する必要もなく、また、主軸１０、加工工具１４、及びワークＷの材質を問わずに切削加工を行うことが可能である。
【００４１】
次に、本実施の形態の一変形例について説明する。
【００４２】
冷却媒体として、冷却用エアの替わりに、ミスト状の冷却用切削剤を用いてもよい。この場合には、冷却効率の良い冷却用切削剤によって効果的に加工工具１４を冷却することができる。また、加工工具１４のチップ３０に対してミスト状の冷却用切削剤が直接吹き付けられるので、より少ない冷却用切削剤によって加工工具１４を効果的に冷却することができ、切削剤による環境に対する負荷も軽減することができる。
【００４３】
なお、冷却媒体として、冷却用エアとミスト状の冷却用切削剤とを混合したものを用いた場合にも、加工工具１４を効果的に冷却することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、切削剤を使用せずに加工を行う場合でも、加工工具に形成された工具用冷却エア通路を流れるエアにより加工工具は冷却され、加工工具から主軸に熱が伝わることを防ぐことができる。特に、工具用冷却エア通路が切削ヘッドのチップに向かって延び、工具用冷却エア通路を流れるエアが切削ヘッドのチップに吹き付けられるようになっている場合には、切削熱の熱源であるチップが直接冷却されるので、加工工具を効果的に冷却することができる。
【００４５】
このように、加工工具を冷却して、加工工具から主軸への伝熱を防ぐことにより、主軸の熱膨張を防いで、ワークを精度良く加工することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】加工工具が装着された中ぐりフライス盤の主軸（中ぐり軸）を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  工作機械
３  ツールシャンク
４  切削ヘッド
５  アーパ部
７  テーパ穴
９ａ  キー
９ｂ  キー溝
１０  主軸
１２  フライス軸
１３  ハウジング
１４  加工工具
１６  通気路
１７ａ  第１エア通路
１７ｂ  第２エア通路
１８  導気路
２０  プルスタッド
２１  ドローバー
２２  コレットチャック
２３  ロッド部材
２４  コイルばね
２５  吹出口
３０  チップ
３１  チップポケット
３２  切刃
Ｗ  ワーク
【図１】
0004176368.tif 000002