JP7262201B2 - 冷却液供給装置 - Google Patents

Description

本明細書は、工具に設けられた冷却液ホールに冷却液を供給する冷却液供給装置を開示する。

旋盤やマシニングセンタ等の工作機械では、工具を用いてワークを切削加工する。こうした工作機械には、工具を保持する工具保持装置が設けられている。工具保持装置は、タレット旋盤においてはタレットまたは刃物台であり、マシニングセンタでは工具主軸装置である。

通常、ワークを加工する際には、加工点の近傍に、冷却液（クーラントや切削液とも呼ばれる）が吐出される。工作機械には、こうした冷却液を吐出するための吐出ノズルが設けられている。特許文献１，２には、工作機械の加工室内にロボットを設け、このロボットに吐出ノズルを設けることが開示されている。また、特許文献３には、ロボットとは別に吐出ノズルを設け、当該吐出ノズルの先端位置をロボットにより移動させる技術が開示されている。かかる技術によれば、ロボットを利用して吐出ノズルの先端位置を変更できるため、冷却液を加工点により確実にかけることができる。

特開２０１８－３４２３２号公報 特開２０１６－１２４０４６号公報 特開２０１６－１５０３９９号公報

ところで、近年、工具の更なる寿命向上や精度安定性などを目的として、工具の内部に、冷却液ホールを設け、当該冷却液ホールに冷却液を供給することが提案されている。この冷却液ホールの一端は、工具保持装置内に設定された内部流路に連通し、他端は工具の先端近傍に達して外部に連通している。冷却液が内部流路を介して冷却ホールに供給されることで、工具が効果的に冷却されるため、工具の寿命や加工精度が向上する。また、工具を通過した冷却液は、冷却液ホールの他端から外部に放出され、ワークにかかるため、ワークの冷却も図ることができる。

ここで、こうした冷却液ホールを有する工具を利用するためには、工具保持装置の内部に、冷却液の供給源まで連通する内部流路を設けなければならない。しかし、かかる内部流路を設けた場合、工具保持装置の構成が複雑化したり、大型化したりする。そこで、本明細書では、工具保持装置の内部に、冷却液の供給源まで連通する内部流路を設けることなく、工具の冷却液ホールに冷却液を供給できる冷却液供給装置を開示する。

本明細書で開示する冷却液供給装置は、工具の冷却液ホールに冷却液を供給する冷却液供給装置であって、前記工具または工具ホルダまたは前記工具を保持する工具保持装置に設けられた第一コネクタと、前記第一コネクタから前記冷却液ホールまで冷却液を導く第一流路と、加工室内に設置され、エンドエフェクタを有するロボットと、前記ロボットの本体または前記エンドエフェクタに設けられた第二コネクタであって、前記第一コネクタに液密に着脱可能な第二コネクタと、前記冷却液の供給源から前記第二コネクタまで前記冷却液を導く第二流路と、を有し、前記ロボットを駆動して前記第二コネクタを前記第一コネクタに装着することで、前記冷却液ホールに冷却液を供給し、さらに、前記ロボットの駆動を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記第二コネクタが前記工具の移動に追従して移動するように、前記ロボットの駆動を制御する、ことを特徴とする。

かかる構成とすることで、工具保持装置の内部に、冷却液の供給源まで連通する内部流路を設けなくても、工具の冷却液ホールに冷却液を供給できる。

かかる構成とすることで、第二コネクタと第一コネクタとの意図しない分離を防止できる。

また、前記ロボットは、前記工具保持装置に設置されており、前記工具保持装置とともに移動してもよい。

かかる構成とすることで、第二コネクタを工具の移動に追従させることが容易となる。

また、前記第一コネクタは、前記工具または前記工具ホルダに設けられており、前記第一流路は、前記工具保持装置を通過しない、ことが望ましい。

かかる構成とすることで、工具保持装置に流路を形成する必要がなく、既存の工作機械であっても、冷却液ホールに冷却液を供給できる。

また、前記工具保持装置は、２以上設けられており、前記第一、第二コネクタおよび前記第一、第二流路は、複数組、設けられており、異なる工具保持装置に保持された２以上の工具の冷却液ホールに同時に前記冷却液が供給できてもよい。

かかる構成とすることで、異なる工具保持装置に保持された２以上の工具の冷却液ホールに同時に前記冷却液が供給できる。

本明細書に開示の冷却液供給装置によれば、工具保持装置の内部に、冷却液の供給源まで連通する内部流路を設けることなく、工具の冷却液ホールに冷却液を供給できる。

冷却液供給装置が組み込まれた工作機械の概略側面図である。 図１の工作機械の概略正面図である。 タレット周辺の拡大図である。 第一、第二コネクタの一例を示す図である。 第一、第二コネクタの他の一例を示す図である。 他の冷却液供給装置の一例を示す図である。 他の冷却液供給装置の一例を示す図である。 冷却液供給装置が組み込まれた複合加工機の一例を示す図である。

以下、冷却液供給装置の構成について図面を参照して説明する。図１は、冷却液供給装置が組み込まれた工作機械１２の概略的な側面図である。また、図２は、工作機械１２の概略的な正面図である。以下の説明では、主軸の回転軸と平行な方向をＺ軸、刃物台２０のＺ軸と直交する移動方向と平行な方向をＸ軸、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向をＹ軸と呼ぶ。

この工作機械１２は、自転する素材（図１、図２では図示せず）に刃物台２０で保持した工具２６を当てることで、素材を加工する旋盤である。より具体的には、この工作機械１２は、ＮＣ制御されるとともに、複数の工具２６を保持するタレット２２を備えたターニングセンタである。

工作機械１２の加工室１３の周囲は、カバー１４で覆われている。加工室１３の前面には、大きな開口が形成されており、この開口は、ドア１６により開閉される。オペレータは、この開口を介して、加工室１３内の各部にアクセスする。加工中、開口に設けられたドア１６は、閉鎖される。これは、安全性や環境性等を担保するためである。

工作機械１２は、素材の一端を自転可能に保持する主軸装置１８と、工具２６を保持する刃物台２０と、素材の他端を支える心押台２４（図１では図示せず、図２参照）と、を備えている。主軸装置１８は、回転モータ等を内蔵した主軸台と、当該主軸台に取り付けられた主軸１９と、を備えている。主軸１９は、素材を着脱自在に保持するチャック３２やコレットを備えており、保持する素材を適宜、交換できる。また、主軸１９およびチャック３２は、水平方向（Ｚ軸方向）に延びる回転軸を中心として自転する。

心押台２４は、Ｚ軸方向に、主軸１９と対向して配置されており、主軸１９で保持された素材の他端を支える。心押台２４は、素材に対して接離できるように、Ｚ軸方向に移動可能となっている。

刃物台２０は、工具２６を保持する工具保持装置である。この刃物台２０は、Ｚ軸、すなわち、素材の軸と平行な方向に移動可能となっている。また、刃物台２０は、Ｘ軸と平行な方向、すなわち、素材の径方向にも進退できるようになっている。なお、図から明らかな通り、Ｘ軸は、加工室１３の開口からみて、奥側に進むにつれ上方に進むように、水平方向に対して傾いている。

刃物台２０の端面には、複数の工具２６を保持可能なタレット２２が設けられている。タレット２２は、Ｚ軸方向視で多角形をしており、Ｚ軸に平行な軸を中心として回転可能となっている。このタレット２２の周面には、工具２６または工具ホルダが装着できる工具装着部３４が複数設けられている。そして、タレット２２を回転させることで、加工に使用する工具２６を変更できるようになっている。このタレット２２で保持される工具２６は、旋削に使用される旋削用工具（「バイト」とも呼ばれる）でもよいし、転削に使用される回転工具（「エンドミル」とも呼ばれる）でもよい。こうした工具２６は、直接、または、工具ホルダを介してタレット２２に装着される。なお、回転工具は、原則として、特定の工具装着部３４にのみ装着可能となっている。この特定の工具装着部３４に装着された回転工具には、刃物台２０に内蔵されたモータの回転力が伝達されるようになっている。また、本例のタレット２２には、冷却液が流れる第一流路４４と、当該第一流路４４の入口に設けられた第一コネクタ４２（いずれも図１、図２で図示せず）と、が設けられているが、これについては、後述する。

このタレット２２に保持された工具２６は、刃物台２０を、Ｚ軸と平行な方向に移動することで、Ｚ軸と平行な方向に移動する。また、刃物台２０をＸ軸と平行な方向に移動させることで、タレット２２に保持された工具２６は、Ｘ軸に平行な方向に移動する。そして、刃物台２０をＸ軸に平行な方向に移動させることで、工具２６による素材の切り込み量等が変更できる。

加工室１３内には、さらに、冷却液供給装置の一部として機能する機内ロボット２８が設けられている。機内ロボット２８は、加工室１３内に設けられた多自由度のロボットであり、複数のロボットアームが関節を介して接続された多関節ロボットである。本例では、この機内ロボット２８を加工室１３の天面に設置しているが、機内ロボット２８は、後述する第一コネクタ４２にアクセスできるのであれば、その設置場所や構成は適宜、変更されてもよい。例えば、機内ロボット２８は、加工室１３の壁面や主軸等に設置されてもよい。

機内ロボット２８には、エンドエフェクタ３６が設けられている。本例のエンドエフェクタ３６は、冷却液を中継するもので、その端面には、第二コネクタ４６が設けられている。この第二コネクタ４６は、タレット２２に設けられた第一コネクタ４２に液密かつ着脱自在に装着可能なコネクタである。この第二コネクタ４６には、第二流路４８が連結されている。第二流路４８は、冷却液供給源５０と第二コネクタ４６とを連通する流路である。この第二流路４８は、冷却液が流れるのであれば、その構成は、特に限定されないが、例えば、第二流路４８は、図１、図２に示すように、機内ロボット２８の外部に引き出されたチューブを含んでもよい。また、別の形態として、第二流路４８は、機内ロボット２８の内部を通ってもよい。また、この第二流路４８が、絡まったり、他部材に干渉して損傷したりしないように、当該第二流路４８を保護するカバー等を設けてもよい。

冷却液供給源５０は、工具２６やワークの冷却液（「切削油」、「クーラント」ともいう）を供給する。この冷却液供給源５０には、多量の冷却液や、当該冷却液を圧送するポンプ等が設けられている。また、この冷却液供給源５０または第二流路４８には、冷却液の通過を許容／遮断するためのバルブが設けられていてもよい。こうした冷却液供給源５０は、工作機械１２の外部に設けられてもよいし、工作機械１２の内部に設けられてもよい。

制御装置３０は、オペレータからの指示に応じて、工作機械１２の各部の駆動を制御する。この制御装置３０は、例えば、各種演算を行うＣＰＵと、各種制御プログラムや制御パラメータを記憶するメモリと、を有する。また、制御装置３０は、通信機能を有しており、他の装置との間で各種データ、例えば、ＮＣプログラムデータ等を授受できる。この制御装置３０は、例えば、工具２６や素材の位置を随時演算する数値制御装置を含んでもよい。また、制御装置３０は、単一の装置でもよいし、複数の演算装置を組み合わせて構成されてもよい。

制御装置３０は、例えば、素材を工具２６で加工する際に、主軸１９や刃物台２０、心押台２４の動きを制御する。また、本例の制御装置３０は、さらに、冷却液供給装置の制御装置としても機能し、必要に応じて、機内ロボット２８や各種バルブ、ポンプの駆動を制御する。以下、冷却液供給について図３を参照して詳説する。図３は、タレット２２周辺の拡大平面図である。

既述した通り、タレット２２には、複数の工具２６を装着することができる。こうした工具２６の中には、冷却液ホール３８が設けられた工具２６がある。冷却液ホール３８は、工具２６を貫通する孔であり、冷却液が流れる孔である。冷却液ホール３８に供給された冷却液は、工具２６の内部を通って、工具２６の外部に放出される。冷却液が工具２６の内部を通過する過程で、工具２６が除熱されるため、工具２６の寿命向上や加工精度向上が可能となる。また、工具２６から放出された冷却液は、加工点近傍においてワークに当たる。これにより、ワークも除熱され、更なる加工精度向上が可能となる。

ところで、こうした冷却液ホール３８に冷却液を供給するために、従来では、タレット２２および刃物台２０に、冷却液供給源５０に連通する内部流路を設けていた。しかし、冷却液供給源５０まで延びる内部流路をタレット２２等に設けた場合、タレット２２等の構造が複雑化したり、大型化したりする。

そこで、本明細書では、冷却液供給源５０に連通された流路（第二流路４８）を、刃物台２０およびタレット２２の外部に設け、機内ロボット２８を用いて、この第二流路４８と冷却液ホール３８とを連通させている。

具体的には、本例では、図３に示すように、タレット２２に、第一流路４４および第一コネクタ４２が設けられている。第一流路４４は、タレット２２に保持されている工具２６の冷却液ホール３８と、第一コネクタ４２と、を連通する流路である。第一流路４４の一端は、工具２６が所定の工具装着部３４に装着された際、当該工具２６の冷却液ホール３８の一端と、液密に連通する構成となっている。また、第一流路４４の他端は、タレット２２の端面に達しており、当該第一流路４４の他端には、第一コネクタ４２が設けられている。

第一コネクタ４２は、機内ロボット２８に設けられた第二コネクタ４６が、液密かつ着脱自在に装着できる流体コネクタである。この第一、第二コネクタ４２，４６は、既知の流体コネクタを用いることができる。したがって、例えば、第一コネクタ４２および第二コネクタ４６は、図４に示すようなワンタッチ式の流体カプラでもよい。この場合、例えば、第一コネクタ４２は、その外周面に係合溝６１が形成されたプラグ６０であり、第二コネクタ４６は、このプラグ６０が挿し込まれるソケット６２である。ソケット６２には、プラグ６０の外周面に液密に密着するOリング６３が設けられている。また、ソケット６２には、係合溝６１に係合するスチールボール６４と、当該スチールボール６４の径方向移動を規制するスリーブ６６も設けられている。そして、スリーブ６６を、スリーブスプリング６８の付勢力に抗して、基端側（図４における紙面左側）に引っ張れば、スチールボール６４が径方向外側に移動可能となる。そして、この状態になれば、プラグ６０をソケット６２から引き抜くことが可能となる。この場合、係合溝６１、スチールボール６４、スリーブ６６、スリーブスプリング６８は、第一、第二コネクタ４２，４６の分離をロックするロック機構として機能する。そして、この場合、機内ロボット２８には、このロック機構を解除する機構（すなわち、スリーブスプリング６８を基端側に引っ張る機構）が設けられていることが望ましい。

また、別の形態として、第一コネクタ４２および第二コネクタ４６は、図５に示すように、ユニオン式の流体継手でもよい。この場合、例えば、第一コネクタ４２は、その外周面に雄ネジ７２が形成されたプラグ６０であり、第二コネクタ４６は、このプラグ６０が挿し込まれるソケット６２である。ソケット６２の内部には、ソケット６２先端およびプラグ６０先端で挟持されるガスケット７０が設けられている。また、ソケット６２の外周には、第一コネクタ４２の雄ネジ７２に螺合するユニオンナット７４が取り付けられており、当該ユニオンナット７４を回すことで、プラグ６０が軸方向に進退できる。この場合、雄ネジ７２およびユニオンナット７４は、第一、第二コネクタ４２，４６の分離をロックするロック機構として機能する。そして、この場合、機内ロボット２８には、このロック機構を解除する機構（すなわち、ユニオンナット７４を緩める方向に回す機構）が設けられていることが望ましい。

また、これまでの説明では、第一、第二コネクタ４２，４６に、両者の分離を阻害するロック機構を設けているが、こうしたロック機構は無くてもよい。したがって、第一、第二コネクタ４２，４６は、一方を他方に圧入するだけの構成であってもよい。例えば、第一、第二コネクタ４２，４６は、その先端がテーパー状に形成され、圧入されることで液密に連結されるルアーコネクタでもよい。かかる構成とすれば、機内ロボット２８に、ロック解除機構を設ける必要がなく、構成をより簡易化できる。

第二コネクタ４６は、上述した通り、第二流路４８を介して冷却液供給源５０に接続されている。したがって、第二コネクタ４６を第一コネクタ４２に接続することで、冷却液ホール３８が、第一流路４４、第一コネクタ４２、第二コネクタ４６、第二流路４８を介して、冷却液供給源５０に連通される。

制御装置３０は、冷却液ホール３８に冷却液を供給する場合には、機内ロボット２８を駆動して、エンドエフェクタ３６に設けられた第二コネクタ４６を、タレット２２に設けられた第一コネクタ４２に接続する。そして、第一、第二コネクタ４２，４６が液密に接続されれば、冷却液供給源５０に設けられたポンプを駆動して、冷却液を、冷却液ホール３８に送出する。

ここで、こうした冷却液の供給は、主に、ワークを工具２６で加工している期間中に行われる。ワークの加工中、工具２６の位置、ひいては、タレット２２の位置は、徐々に変化する。そのため、制御装置３０は、第二コネクタ４６が第一コネクタ４２から分離しないように、機内ロボット２８を工具２６の移動に追従させる。

以上の説明から明らかな通り、本例によれば、タレット２２および刃物台２０の外部に設けられた第二流路４８および機内ロボット２８に設けられた第二コネクタ４６を介して、工具２６の冷却液ホール３８に冷却液を供給している。そのため、タレット２２および刃物台２０に、冷却液供給源５０まで延びる内部流路を設ける必要がなく、タレット２２および刃物台２０の構成を簡易化でき、また、小型化できる。

なお、本例では、タレット２２の内部に第一流路４４を設けている。しかしながら、第一流路４４の距離は、従来の内部流路に比べて大幅に短い。また、従来の内部流路は、刃物台２０と、当該刃物台２０に対して旋回するタレット２２に跨って設けられていた。そのため、従来は、タレット２２が旋回しても内部流路が分断されたり、ねじれたりしない構成が必要であり、構成が複雑であった。一方、本例の第一流路４４は、タレット２２内に収まっているため、構成を従来に比べて簡易化できる。

なお、これまで説明した構成は一例であり、機内ロボット２８のエンドエフェクタ３６に設けられた第二コネクタ４６と、第二コネクタ４６と冷却液供給源５０を連通する第二流路４８と、第二コネクタ４６に着脱自在の第一コネクタ４２と、第一コネクタ４２と冷却液ホール３８を連通する第一流路４４と、を有するのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、上述の説明では、タレット２２に第一流路４４および第一コネクタ４２を設けているが、第一流路４４および第一コネクタ４２は、他の箇所に設けられてもよい。例えば、図６に示すように、工具２６が工具ホルダ４０を介してタレット２２に装着されている場合、この工具ホルダ４０に第一流路４４および第一コネクタ４２を設けてもよい。このように、第一流路４４が、工具保持装置（タレット２２、刃物台２０）を通過しない構成とすることで、工具保持装置の内部に流路を形成しなくてもよい。そのため、既存の工具保持装置をそのまま用いることができるため、設計変更が不要となる。例えば、既存の工作機械１２でも、機内ロボット２８、第二流路４８、冷却液供給源５０を追加設置し、さらに、専用の工具ホルダ４０を用いれば、工具２６の冷却液ホール３８に冷却液を供給できる。

また、別の形態として、図７に示すように、工具２６そのものに、第一流路４４および第一コネクタ４２を設けてもよい。かかる構成とした場合でも、第一流路４４が工具保持装置（タレット２２、刃物台２０）を通過しないため、既存の工具保持装置をそのまま利用できる。また、かかる構成とした場合、冷却液ホール３８の一部が第一流路４４として機能する。そのため、図３や図６の構成と異なり、冷却液ホール３８と第一流路４４との連結構造が不要となり、構成をより簡易化でき、また、液漏れの可能性をより低減できる。

また、これまでの説明では、冷却液供給装置を、ワークを旋削加工するターニングセンタに組み込んだ例を挙げたが、本明細書で開示する冷却液供給装置は、他の工作機械に組み込まれてもよい。例えば、冷却液供給装置は、工具２６を回転保持する主軸頭を有し、ワークを転削加工するマシニングセンタに組み込まれてもよい。また、別の形態として、冷却液供給装置は、図８に示すように、主軸頭７６と刃物台２０とを有した複合加工機に組み込まれてもよい。なお、主軸頭７６で保持された工具２６の冷却液ホール３８に冷却液を供給する場合には、工具２６を回転保持する主軸頭７６に第一コネクタ４２および第一流路４４を設ければよい。なお、図８では、第二流路４８および冷却液供給源５０の図示は省略している。

また、機内ロボット２８は、位置不変の固定部材（例えば加工室１３の天面等）に限らず、移動可能な移動部材に設置されてもよい。特に、図８に示すように、機内ロボット２８は、工具２６を保持する工具保持装置（刃物台２０、主軸頭７６）に設置されてもよい。工具保持装置に機内ロボット２８を設置することで、エンドエフェクタ３６、ひいては、第二コネクタ４６を、工具２６の動きに容易に追従させることができる。

また、一つの工作機械１２に設けられる第一、第二コネクタ４２，４６および第一、第二流路４４，４８のセットの個数は、一つに限らず、複数でもよい。特に、工作機械１２の中には、図８に示す複合加工機や、上刃物台および下刃物台を有するターニングセンタのように、複数の工具保持装置を有するものがある。複数の工具保持装置を有する工作機械１２においては、第一、第二コネクタ４２，４６および第一、第二流路４４，４８のセットも、複数組、設けておき、異なる工具保持装置で保持された２以上の工具２６に、同時に、冷却液を供給できるようにしてもよい。

また、機内ロボット２８に設けられるエンドエフェクタ３６は、適宜、交換可能であってもよい。したがって、加工の前後では、機内ロボット２８に、ワークを把持できるエンドエフェクタ３６を取り付け、当該機内ロボット２８でワークを搬送し、加工中には、機内ロボット２８に、第二コネクタ４６を有したエンドエフェクタ３６を取り付けて、工具に冷却液を供給してもよい。また、一つの機内ロボット２８に取り付けられるエンドエフェクタ３６は、複数でもよい。また、第二コネクタ４６は、エンドエフェクタ３６に限らず、機内ロボット２８の本体に設けられてもよい。

１２ 工作機械、１３ 加工室、１４ カバー、１６ ドア、１８ 主軸装置、１９ 主軸、２０ 刃物台、２２ タレット、２４ 心押台、２６ 工具、２８ 機内ロボット、３０ 制御装置、３２ チャック、３４ 工具装着部、３６ エンドエフェクタ、３８ 冷却液ホール、４０ 工具ホルダ、４２ 第一コネクタ、４４ 第一流路、４６ 第二コネクタ、４８ 第二流路、５０ 冷却液供給源、６０ プラグ、６１ 係合溝、６２ ソケット、６３ Oリング、６４ スチールボール、６６ スリーブ、６８ スリーブスプリング、７０ ガスケット、７２ 雄ネジ、７４ ユニオンナット、７６ 主軸頭。

Claims (4)

1. 工具の冷却液ホールに冷却液を供給する冷却液供給装置であって、
   前記工具または工具ホルダまたは前記工具を保持する工具保持装置に設けられた第一コネクタと、
   前記第一コネクタから前記冷却液ホールまで冷却液を導く第一流路と、
   加工室内に設置され、エンドエフェクタを有するロボットと、
   前記ロボットの本体または前記エンドエフェクタに設けられた第二コネクタであって、前記第一コネクタに液密に着脱可能な第二コネクタと、
   前記冷却液の供給源から前記第二コネクタまで前記冷却液を導く第二流路と、
   を有し、前記ロボットを駆動して前記第二コネクタを前記第一コネクタに装着することで、前記冷却液ホールに冷却液を供給し、
   さらに、前記ロボットの駆動を制御する制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記第二コネクタが前記工具の移動に追従して移動するように、前記ロボットの駆動を制御する、
   ことを特徴とする冷却液供給装置。
2. 請求項１に記載の冷却液供給装置であって、
   前記工具保持装置は、２以上設けられており、
   前記第一、第二コネクタおよび前記第一、第二流路は、複数組、設けられており、
   異なる工具保持装置に保持された２以上の工具の冷却液ホールに同時に前記冷却液が供給できる、
   ことを特徴とする冷却液供給装置。
3. 請求項１または２に記載の冷却液供給装置であって、
   前記ロボットは、前記工具保持装置に設置されており、前記工具保持装置とともに移動する、
   ことを特徴とする冷却液供給装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却液供給装置であって、
   前記第一コネクタは、前記工具または前記工具ホルダに設けられており、
   前記第一流路は、前記工具保持装置を通過しない、
   ことを特徴とする冷却液供給装置。

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