(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
数値制御工作機械の主軸の外部に配置され、工具によるワークの加工点にクーラント液をノズルからの噴射により供給するクーラント液供給装置において、
クーラント液を加工点に向けて噴射するときの照射角度を可変としたクーラントノズルと、前記クーラントノズルの照射角度を変えて加工点にクーラントノズルを指向させるためのノズル照準駆動用のサーボモータとを有するクーラント噴射装置と、
工作機械の送り軸の移動に伴ない変化するワークの加工点の現在位置を、工作機械の送り軸の移動量に基づいて常時演算し、前記加工点の位置変化に追従するように前記ノズルの照射角度を制御するノズル照射角度制御手段と、を備え、
前記ノズル照射角度制御手段は、
前記クーラントノズルの照射角度を検出するノズル角度検出手段と、
主軸軸方向にワークを送って切り込み量を与えるＺ軸と主軸を繰り出すＷ軸の位置制御系から前記切込み量と主軸繰出し長さを取り込み、予め与えられている工具長と主軸繰出し長さとから決まる加工開始時の加工点を原点として、前記切込み量から加工点の現在位置を演算し、前記クーラントノズルをワークの加工点に正確に照準するために必要な照射角度の目標値を前記加工点の現在位置に基づいて演算し、前記クーラント噴射装置に与える照射角度指令を発生する演算手段と、
指令された前記照射角度の目標値に前記角度検出手段からフィードバックされる照射角度の検出値が一致するように前記サーボモータを制御するノズル角度制御手段と、
からなることを特徴とする加工点自動照準型クーラント液供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械において切削工具にクーラント液を供給するクーラント液供給装置に係り、特に、クーラント液を噴き出すクーラントノズルの照射角度を自動制御し、常時ワークの加工点にクーラント液が供給されるようにした加工点自動照準型クーラント液供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワークの切削加工では、クーラント液は刃先の潤滑、ワークの冷却、加工点からの切屑の除去などの重要な役割を担っており、クーラント液の適切な供給は、工作機械、とりわけマシニングセンタによる無人切削加工では、加工の安定性と安全性を確保する上で不可欠な技術課題となっている。
【０００３】
従来、クーラント液の供給方式には、主軸や主軸頭のノーズ端面に設けられたクーラントノズルから、刃先に向けてクーラント液を供給する外部供給方式や、主軸内部からツールホルダなどを通して供給する内部供給方式がある。
【０００４】
内部方式では、主軸側にクーラント液の供給通路を加工したり、漏れ対策をする必要があるためコスト高となるため、外部供給方式が普及している。
【０００５】
従来の外部供給方式のクーラント液供給システムでは、切削点にクーラント液を当てるためには、切込み軸の移動や工具交換による工具長さの変更に伴って、クーラントノズルのノズル角度をこまめに調整する必要がある。従来はオペレータが加工の進み具合をみながら、手動操作によりノズル角度を調整していたが、加工の自動化と省略化にともない、あらかじめＮＣ加工プログラム中にノズル角度の指令を組み込んでおき、ＮＣ加工プログラム上から指令してノズル角度を調整することが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の加工では、主軸繰出し量、切込み軸の移動量、使用する工具の長となど、ノズル角度を規定するパラメータは種々にわたるため、クーラント液が適正に供給されるようにするためには、加工中の切込み軸の動きや、主軸の繰出し量、使用する工具の長さに基づいて適正なノズル角度を事前に計算しておいてから、ＮＣ加工プログラムをプログラムする必要があり、事前の加工プログラム作成に多大な時間を要していた。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、事前のノズル角度の計算やＮＣ加工プログラム上での角度指令を作成することなく、機械の動きに追従してクーラントノズルの照射角度が自動調整されるようにした加工点自動照準型クーラント液供給装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、数値制御工作機械の主軸の外部に配置され、工具によるワークの加工点にクーラント液をノズルからの噴射により供給するクーラント液供給装置において、クーラント液を加工点に向けて噴射するときの照射角度を可変としたクーラントノズルと、前記クーラントノズルの照射角度を変えて加工点にクーラントノズルを指向させるためのノズル照準駆動用のサーボモータとを有するクーラント噴射装置と、工作機械の送り軸の移動に伴ない変化するワークの加工点の現在位置を、工作機械の送り軸の移動量に基づいて常時演算し、前記加工点の位置変化に追従するように前記ノズルの照射角度を制御するノズル照射角度制御手段と、を備え、前記ノズル照射角度制御手段は、前記クーラントノズルの照射角度を検出するノズル角度検出手段と、主軸軸方向にワークを送って切り込み量を与えるＺ軸と主軸を繰り出すＷ軸の位置制御系から前記切込み量と主軸繰出し長さを取り込み、予め与えられている工具長と主軸繰出し長さとから決まる加工開始時の加工点を原点として、前記切込み量から加工点の現在位置を演算し、前記クーラントノズルをワークの加工点に正確に照準するために必要な照射角度の目標値を前記加工点の現在位置に基づいて演算し、前記クーラント噴射装置に与える照射角度指令を発生する演算手段と、指令された前記照射角度の目標値に前記角度検出手段からフィードバックされる照射角度の検出値が一致するように前記サーボモータを制御するノズル角度制御手段と、からなることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明によれば、工具長の異なる工具に交換した場合や、ワークを送る切込み軸や主軸の繰出し軸などの送り軸の移動でワークの加工点が変化しても、工具長や送り軸の動きに追従してクーラントノズルの照射角度が加工点に照準が自動的に合って、加工点に確実にクーラント液を供給する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による加工点自動照準型クーラント液供給装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明による加工点自動照準型クーラント液供給装置が適用されるテーブル形横中ぐりフライス盤を示している。この図１おいて、１はコラム、２は主軸頭、３は主軸を示している。ワーク４はテーブル５に固定されている。主軸３の先端部には工具６が取り付けられるようになっている。このような横中ぐりフライス盤では、工具６としては、フライス、エンドミル、ドリルなどが使用され、加工プログラムで指定された工具が図示しない自動工具交換装置によって主軸３に装着される。
【００１３】
この横中ぐりフライス盤では機械本体の運動を制御する軸が４軸あり、主軸頭２はコラム１の案内面にそって上下のＹ軸を移動することができる。主軸頭２においては、クイル８が主軸３と一体で軸方向（Ｗ軸）に繰り出すことができる。テーブル４は、主軸３の軸方向と垂直なＸ軸と、主軸３の軸方向の平行なＺ軸を移動することができる。
【００１４】
参照符号１０で示しているのが、ワーク４の加工点に向いたノズル１２からクーラント液を噴出するクーラント噴出装置である。このクーラント噴出装置１０は主軸頭２に取り付けられている。このクーラント噴射装置１０自体は、そのノズル１２が主軸３の軸線を含む鉛直面上を旋回し照射角度βを可変とした公知のものであるが、本発明では、加工の進行に伴う加工点の位置変化に追従するように照射角度βを制御する手段を組み合わせることで、クーラント液を目標とする加工点をねらって噴射することができるようになっている。なお、この実施形態では、照射角度βをノズル軸線と主軸軸線とがなす角度として定義している。
【００１５】
次に、図２は、工具６としてドリルを使用して、ワーク４に穴加工をする過程での加工点の変化並びにワーク４、工具６、ノズル１２の位置の変化を模式的に示す図である。
図２において、１４は、テーブル５を送るボールねじ１５を駆動するＺ軸モータであり、１６は主軸３を繰り出すためにクイル８を送るボールねじ１７を駆動するＷ軸モータである。Ｈは工具長さ、Ｗは主軸繰出し長さである。ここで、工具長さＨは、主軸３の端面から工具６の先端部までの長さをとっており、工具寸法としてＮＣ加工プログラムを作成する際にあらかじめプログラム中で指定するデータである。テーブル５は、ワーク４の厚さＤを指定することで、ワーク４の加工端面がＺ軸の原点になるように位置決めされる。主軸繰出し長さは、多くの場合、テーブル５に固定されているワーク４の加工端面の位置がＺ軸の原点にあるときに、工具６の先端がワーク４と接触する位置に主軸３を位置決めるために主軸３がノーズ端面１９から前進した長さである。Ａは、ノーズ端面１９とクーラント噴射装置１０のノズル旋回中心２０との間の距離で、Ｂは主軸３の軸線とノズル旋回中心２０との間の距離であり、これらの距離Ａ、Ｂは機械の運動に関係なく一定であって、あらかじめ、ＮＣ加工プログラムにおいて指定されるデータである。
【００１６】
工具６による穴加工の場合、主軸３をＷだけ繰り出して位置決めした後に主軸３が回転し、切込み量Ｚだけテーブル５が送られる。これにより、工具６はワーク４に穴を深く切削していき、クーラント液を供給すべき加工点は、ワーク５の移動とともに位置が刻々と変わってくる。なお、穴加工の場合、加工点といっているのは、ワーク４に穿孔した穴の入口でクーラント液をあてる目標点を指しており、工具が工作物を現に切削していく切削点とは必ずしも一致しない。なお、加工の種類によっては、加工点は切削点と一致することがある。
【００１７】
このようにクーラント液を供給すべき加工点は、ワーク４と工具の相対移動とともに刻々と位置が変わるが、加工点の現在位置を常に把握していれば、加工点にノズル１２を照準したときのの照射角度βは、一義的に決まる。
【００１８】
すなわち、この実施形態では、工具長さＨと主軸繰出し長さＷが決まるとＺ軸上の原点と加工開始時の加工点が一致するようになっているので、加工開始後からのテーブル５の実際の移動量、つまり切込み量Ｚを求めれば、常に加工点の現在位置を求めることができる。
【００１９】
加工開始時における加工点はＺ0で、
この加工点に照準した照射角度β1は、
β1＝ｔａｎ-1｛ｂ／（Ｈ＋Ｗ＋ａ）｝
である。
【００２０】
加工開始後、切込み量Ｚ1のときの加工点の現在位置は、Ｚ軸上の限定位置からＺ1だけ移動した位置にあるから、このときの加工点に照準したノズルの照射角度β2は、
β2＝ｔａｎ-1｛ｂ／（Ｈ＋Ｗ＋ａ）−Ｚ1｝
である。
【００２１】
そこで、以下、図３を参照しながら、照準角度βを加工点の位置変化に追従させる自動制御を実行するノズル照射角度制御手段について説明する。
【００２２】
図３において、Ｐは、ワーク４の穴加工に関する加工指令情報を記述した加工プログラムである。３０はＮＣ装置で、演算装置３１とサーボ制御部３３を備えている。演算装置３１のプログラム解析部３２は、読み込んだ加工プログラムＰの加工指令情報を逐次解析して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｗ軸の移動量、送り速度の指令を演算し、サーボ制御部３３に出力する。サーボ制御部３２は各軸のサーボ部を有しており、各軸に分配された指令によってＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｗ軸のモータが制御される。
【００２３】
本実施の形態では、ＮＣ装置３０の演算装置３１には、加工点の現在位置とこの現在位置におけるノズル照射角度の目標値βを演算するノズル角演算部３４が設けられている。このノズル角演算部３４には、Ｚ軸モータ１４の位置制御ループをなす位置検出器３５からの位置フィードバックと、Ｗ軸モータ１６の位置制御ループをなす位置検出器３６からの位置フィードバックとがサーボ制御部３２を介して導入されて、この位置フィードバックからノズル角演算部３４は、実際の主軸繰出し量Ｗ、切込み量Ｚを演算する。また、プログラム解析部３２からは工具長さＨ等のデータが与えられ、ノズル角演算部３４は、これらのデータから、上述した通りに、加工点の現在位置を常時求め、ノズル照射角度の目標値βを演算する。
【００２４】
一方、クーラント噴射装置１０は、ノズル１２を旋回させて加工点に照準する照準部にサーボーモータ３８を駆動源として備えており、ＮＣ装置３０には、このサーボモータ３８を制御するノズル角度制御部４２が付設され、サーボモータ３８の回転角度を検出するエンコーダ４０とで位置制御ループが構成されている。
【００２５】
ノズル角度制御部４２は、ノズル角演算部３４から指令されたノズル照射角度の目標値βと、エンコーダ４０からのフィードバックとを比較し、その偏差が零になるように制御するので、加工点の位置変化に追従して照射角度βが調整される結果、加工点の現在位置に常にノズル１２の照準が自動的に合わせられる。したがって、ノズル１２から噴射されるクーラント液は確実に加工点に当たり、工具６には必要かつ十分なクーラント液が供給されるので円滑かつ安全な加工を遂行することができる。
【００２６】
しかも、事前に工具長や、主軸繰出し量、切込み量などを事前に計算して、加工プログラム中にノズル角度を調整する指令を組み込んだり、加工の進行を見ながら適宜手動でノズル角度を調整する必要がなくなり、加工の手順のみをプログラムするだけで、クーラントノズルの照準を自動的に人手を介さずに機械の動きに追従させることができる。したがって、使用工具数が多く加工時間が長時間にわたる複雑な加工では、プログラム作成を楽にし、また、加工の無人化にも寄与する。
【００２７】
以上は、ドリルを工具として、ワークに穴加工を行う場合について説明したが、フライスやエンドミルを用いた加工でも、同じ様にして、刃先を加工点としてその現在位置を求めてノズル照射角度を機械の動きに追従させることができる。したがって、自動工具交換装置により種々の工具を次々と交換して加工していく場合にも、工具が換わる度に自動的にノズルの照準を加工点に合わせることが可能となる。
【００２８】
また、加工点を求めるために、工具長の他、主軸繰出し軸と、切込み軸の移動量をフィードバックして求める例について説明したが、加工の態様によっては、工具長とその他の軸の移動量から加工点を求めることができることはもちろんである。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、事前に工具長や、主軸繰出し量、切込み量などを事前に計算して、加工プログラム中にノズル角度を調整する指令を組み込んだり、加工の進行を見ながら適宜手動でノズル角度を調整する必要がなくなり、加工の手順のみをプログラムするだけで、クーラントノズルの照準を自動的に人手を介さずに機械の動きに追従させることができる。したがって、使用工具数が多く加工時間が長時間にわたる複雑な加工では、プログラム作成を楽にし、また、加工の無人化にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による加工点自動照準型クーラント液供給装置が適用される横中ぐりフライス盤を示す側面図。
【図２】穴加工における加工点の変化と、クーラントノズルの照射角度の関係を示す説明図。
【図３】本発明による加工点自動照準型クーラント液供給装置の制御ブロック構成図。
【符号の説明】
１  コラム
２  主軸頭
３  主軸
４  ワーク
５  テーブル
６  工具
１０  クーラント噴射装置
１２  クーラントノズル
１４  Ｚ軸モータ
１６  Ｗ軸モータ
２０  ノズル旋回中心
β  ノズル照射角度
【図１】
0004080145.tif 000002
【図２】
0004080145.tif 000003
【図３】
0004080145.tif 000004