特開 2024-99268 工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024099268

(43)【公開日】2024-07-25

(54)【発明の名称】工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 11/00 20060101AFI20240718BHJP

   B23Q 11/10 20060101ALI20240718BHJP

【ＦＩ】

B23Q11/00 U

B23Q11/10 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023003089

(22)【出願日】2023-01-12

(71)【出願人】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】株式会社ＦＵＪＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100125737

【弁理士】

【氏名又は名称】廣田 昭博

(72)【発明者】

【氏名】合津 秀雄

【テーマコード（参考）】

3C011

【Ｆターム（参考）】

3C011BB32

3C011BB34

3C011EE09

(57)【要約】

【課題】質の高いクーラントを供給するクーラント装置を備えた工作機械を提供すること。
【解決手段】ワークの加工を行う加工室に噴射された使用済みのクーラントが流れ込む第１クーラントタンクと、前記第１クーラントタンクから汲み上げられたクーラントが濾過および調温されることにより供給される第２クーラントタンクと、前記第２クーラントタンクから前記第１クーラントタンクへとクーラントを戻すための前記第２クーラントタンクに設けられた取水堰と、前記第１クーラントタンク内のクーラントを前記加工室へ供給する第１クーラントポンプと、前記第２クーラントタンク内のクーラントを前記加工室へ供給する第２クーラントポンプと、を有するクーラント装置を備えた工作機械。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークの加工を行う加工室に噴射された使用済みのクーラントが流れ込む第１クーラントタンクと、
前記第１クーラントタンクから汲み上げられたクーラントが濾過および調温されることにより供給される第２クーラントタンクと、
前記第２クーラントタンクから前記第１クーラントタンクへとクーラントを戻すための前記第２クーラントタンクに設けられた取水堰と、
前記第１クーラントタンク内のクーラントを前記加工室へ供給する第１クーラントポンプと、
前記第２クーラントタンク内のクーラントを前記加工室へ供給する第２クーラントポンプと、
を有するクーラント装置を備えた工作機械。

【請求項2】

前記第２クーラントタンクへクーラントを供給する配管の排出口が、前記取水堰によって設定される液面下に位置するように配置された請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

前記取水堰によって設定された液面をハイレベルとし、そこから一定の深さをローレベルとした場合に、前記排出口が前記ハイレベルと前記ローレベルとの間に配置された請求項２に記載の工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加工室へと供給するクーラントの質を高めるようにしたクーラント装置を備えた工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械は、加工部を冷却するため、また切粉や切削片などの切屑を洗浄するためにクーラントが使用される。そのクーラントは、使用後も切屑が除去されて繰り返し使用できるように、工作機械にはクーラントを循環させるクーラント装置が設けられている。下記特許文献１にもクーラントを循環させるクーラント装置が開示されている。同文献に記載されたクーラント装置は、クーラントタンクの底板中央に水平パイプが取り付けられ、その水平パイプが外部のポンプに連結されている。そのポンプには垂直パイプを介してサイクロンフィルタが接続され、クーラントが送り込まれている。

【0003】

クーラントが供給されたサイクロンフィルタではクーラントと切粉などが分離され、排出口から排出された切屑が下方に配置された回収容器へと落下して回収される。また、サイクロンフィルタには排出パイプが接続され、それがクーラントタンク内へ延びて濾過されたクーラントが送り込まれる。一方、クーラントタンク内のクーラントは、送出しポンプによって工作機械の加工室へと供給される。こうした従来の工作機械では、繰り返し使用されるクーラント内の切屑等がサイクロンフィルタによって完全に除去できないため、クーラントタンク内では絶えずクーラントが旋回運動をすることで沈降を防ぎながら、効率良く微細な切屑を除去してクーラントの浄化度を上げるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０－２３０１８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

工作機械では、加工部の冷却や切屑の洗浄といった異なる目的でクーラントが噴出されるようにクーラント装置が構成されている。その際、工具やワークなどに使用されるクーラントと、加工によって発生した切屑を洗い流すためのクーラントを共通のものにした場合、容積の大きなクーラントタンクが必要になり、サイクロンフィルタに関しても出力の大きなものが必要になる。また、加工室からのクーラントが送り込まれたクーラントタンクから再び加工室へとクーラントを供給するような構成では、質の良いクーラントを工具やワークなどに使用することができない。

【0006】

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、質の高いクーラントを供給するクーラント装置を備えた工作機械を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る工作機械は、ワークの加工を行う加工室に噴射された使用済みのクーラントが流れ込む第１クーラントタンクと、前記第１クーラントタンクから汲み上げられたクーラントが濾過および調温されることにより供給される第２クーラントタンクと、前記第２クーラントタンクから前記第１クーラントタンクへとクーラントを戻すための前記第２クーラントタンクに設けられた取水堰と、前記第１クーラントタンク内のクーラントを前記加工室へ供給する第１クーラントポンプと、前記第２クーラントタンク内のクーラントを前記加工室へ供給する第２クーラントポンプと、を有するクーラント装置を備えたものである。

【発明の効果】

【0008】

前記構成によれば、第１クーラントタンクと第２クーラントタンクとがクリーン槽とダーティ槽とに分けられるため、クリーンなクーラントを工具の冷却や清掃に使用することができ、また、第２クーラントタンクには調温装置によって冷やされたクーラントが貯められ、それが第１クーラントタンクにも戻るため、第１クーラントタンクおよび第２クーラントタンクから加工室へ噴射されるクーラントの温度上昇を抑えた使用が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】工作機械の一実施形態について主要な内部構造を示した斜視図である。

【図2】工作機械の一実施形態について全体を示した外観斜視図である。

【図3】クーラント装置の主要部を示す斜視図である。

【図4】クーラント装置を簡略化して示したシステム構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明に係る工作機械の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の工作機械について主要な内部構造を示した斜視図である。この工作機械１は、ＮＣ旋盤とマシニングセンタの両方の機能を持つようにした複合加工機である。この複合加工機を構成する各加工装置は、ワークＷを把持する第１ワーク主軸装置３および第２ワーク主軸装置５、複数の工具Ｔを有する第１タレット装置４および第２タレット装置６であり、それぞれが左右対称に配置された対向２軸旋盤を構成し、更に加工装置として機体中央に工具主軸装置２が設けられている。

【0011】

対称的に構成された第１および第２ワーク主軸装置３，５は同じ構造であり、主軸台１２にスピンドルが回転自在に組み込まれ、そこに加工対象であるワークＷを把持するチャック機構１１が組付けられている。チャック機構１１はスピンドルモータ１３の駆動によって回転し、そこに把持されたワークＷに対する加工時の位相決めや所定速度での回転が与えられる。主軸台１２やスピンドルモータ１３は、搭載された主軸スライド１４がガイドレール１５に沿って摺動自在であり、ボールネジ機構に連結されたＺ軸サーボモータの制御によって位置決め移動が可能になっている。

【0012】

また、対照的に構成された第１タレット装置４および第２タレット装置６も互いに同じ構造であり、刃物台１６に複数の工具Ｔ（タレット工具）が円周方向に等間隔で取り付けられ、割出し用サーボモータ１７の回転制御によって、任意の工具Ｔを円周上の加工位置に位置決めできるよう構成されている。第１および第２タレット装置４，６は、刃物台１６をＺ軸に直交する２方向に移動させるようにした駆動機構が設けられている。略三角形状のベーススライド１８がベッド１０に対して前方斜め４５度上方にスライド可能であり、刃物台１６を搭載したタレットスライド１９がベーススライド１８に対して前方斜め４５度下方にスライド可能に組み付けられている。そして、ベーススライド１８やタレットスライド１９は、各々のサーボモータによって回転するネジ軸のボールネジ機構を介して各方向に移動するよう構成されている。

【0013】

中央に位置する工具主軸装置２は、主軸ヘッド２１内に工具用モータや工具スピンドルが内蔵されたビルトインタイプであり、下端部に設けられた工具装着部に対して様々な工具Ｔ（主軸ヘッド工具）の取り換えが行われるようになっている。主軸ヘッド２１は、主軸スライド２２に対して回転可能に取り付けられ、回転伝達機構を介してＢ軸モータ２３の回転が伝達されるよう構成されている。工具主軸装置２は、機体前後方向の水平なＹ軸に沿ってガイドレールが固定され、そこにベーススライド２５が摺動可能に組付けられている。また、ベーススライド２５は、その前面側に機体上下方向の鉛直なＸ軸に沿ってレール部が固定され、主軸スライド２２が摺動可能に組付けられている。ベーススライド２５と主軸スライド２２は、ともにボールネジ機構が設けられ、Ｙ軸サーボ―モータまたはＸ軸サーボモータの駆動によって、主軸ヘッド２１が各軸方向に移動可能になっている。

【0014】

図２は、工作機械１全体の外観斜視図である。工作機械１は、ベッド１０上の第１ワーク主軸装置３など各種加工装置が機体カバー３０によって覆われている。機体正面には中央に操作表示装置３１が設けられ、その左右両側には左正面扉３３と右正面扉３４とが形成されている。機体の正面中央には工具主軸装置２に対して工具Ｔの交換を行う自動工具交換装置８が設けられ、複数の工具を収納したツールマガジン３５が機体前面上部に配置されている。また、工作機械１にはガントリ式のワーク自動搬送装置９が設けられ、機体内部にてワークＷを３軸方向に移動させるよう構成されている。

【0015】

工作機械１には左右に不図示のワークストッカが配置され、例えば図面左から右へとワーク自動搬送装置９によってワークＷが運ばれる。従って、加工時にはワークＷが第１ワーク主軸装置３から第２ワーク主軸装置５へと運ばれ、各々でチャック機構１１に把持される。第１および第２タレット装置４，６で旋回割出しされた工具Ｔは、ベーススライド１８やタレットスライド１９の移動によりワークＷに対する加工位置へと送られる。そうした工具Ｔに対して主軸スライド２４がＺ軸方向に移動し、回転するワークＷに工具Ｔが当てられることにより外径旋削や中ぐり加工などの切削加工が行われる。

【0016】

第１ワーク主軸装置３で把持されたワークＷに対する第１加工は、第１タレット装置４による加工のほか、工具主軸装置２を加えた加工、或いは工具主軸装置２のみによる加工が行われる。第２ワーク主軸装置５で把持されたワークＷに対する第２加工でも同様である。こうしたワーク加工にはクーラントが使用される。クーラントは、工具の摩耗や切削の抵抗を少なくする潤滑効果、切削加工時の発熱を抑える冷却効果、切削中に発生する切屑を流し落とす洗浄効果を有し、加工精度を高めるために重要や役割を果たすものである。

【0017】

工作機械１では、第１ワーク主軸装置３側の第１加工部と、第２ワーク主軸装置５側の第２加工部の各々の加工室内おいてクーラントが噴射されるが、そのクーラントは、流れ落ちたタンク内に貯められて繰り返し使用される。工作機械１には、そのためのクーラント装置が設けられている。図３は、クーラント装置の主要部を示す斜視図である。本実施形態のクーラント装置７は、２つのクーラントタンクを有し、機体内に収められた第１クーラントタンク５１と機体の外に設けられた第２クーラントタンク５２である。

【0018】

第１クーラントタンク５１は、ベッド１０の前に横長に配置されたものであり、その中にはチップコンベアが組み込まれている。チップコンベアは、切屑をクーラントと分けて機外へと搬出するものである。第１クーラントタンク５１内には、投入口６１が上方に大きく開いた貯留槽が設けられ、そこには第１及び第２加工部で発生した切屑を含んだ使用済みのクーラントが流れ込むようになっている。チップコンベアは、そうした貯留槽内の切屑を図面右側へと機外へ搬送するように、無端ベルトのベルトコンベアによって構成されている。チップコンベアは、貯留槽から連続する上昇搬送部６２が機外へと突き出し、その先端部では切屑がベルトコンベアから落下し、下のボックス６３内に回収されるようになっている。

【0019】

ここで、図４は、クーラント装置７を簡略化して示したシステム構成図である。第１クーラントタンク５１は、前述したチップコンベアを内蔵しており、切屑を含むクーラントが溜められるダーティ漕である。チップコンベアの貯留槽にはパンチングメタルが設けられ、貯留槽から第１クーラントタンク５１内には大きな切屑が流れ出ないようになっている。しかし、切粉などの細かい切屑は通ってしまうため、第１クーラントタンク５１には切粉を含んだクーラントが溜まることになる。そのため、第１クーラントタンク５１に溜められたクーラントから更に切粉などを取り除くため、濾過装置であるサイクロンフィルタ５４を介して、第２クーラントタンク５２がクリーン槽として接続されている。

【0020】

第１クーラントタンク５１の汲み上げポンプ５３は、供給パイプ６５を介してサイクロンフィルタ５４が接続され、そのサイクロンフィルタ５４に接続された排出パイプ６６は第２クーラントタンク５２内へと延びている。サイクロンフィルタ５４は、第１クーラントタンク５１から汲み上げポンプ６６によって汲み上げられたクーラントが送り込まれ、そのクーラントから質量のある切粉などが分離され、下方に接続された回収容器６７へと落下して回収される。一方、切粉などが除去されたクーラントは、第２クーラントタンク５２へと送り込まれる。その第２クーラントタンク５２には、貯められたクリーンなクーラントを工作機械１の第１および第２加工部へと送るための第２クーラントポンプ５５が設けられている。

【0021】

第２クーラントタンク５２は、図２に示すように第１クーラントタンク５１よりも深さのある容器あり、貯められたクーラントの液面が高くなる。その液面は堰５６によって設定されている。第２クーラントタンク５２は、側面に排出口５７が形成され、その周りを囲むようにして壁面内部に堰５６がつくられている。排出口５７には戻りパイプ５８が接続され第１クーラントタンク５１へと延びている。そのため、堰５６を越えて流れ出たクリーンなクーラントは、第１クーラントタンク５１へと流れ込むようになっている。すなわち、クーラント装置７の堰５６は、第２クーラントタンクの液面高さの確保することにより第１クーラントタンクへとクーラントを戻すための取水堰となっている。

【0022】

クーラント装置７は、クリーン槽である第２クーラントタンク５２内のクーラントだけではなく、ダーティ槽である第１クーラントタンク５１のクーラントも使用される。そのため、第１クーラントタンク５１にもクーラントを工作機械１の第１および第２加工部へと送るための第１クーラントポンプ５９が設けられている。特に、第１クーラントタンク５１のクーラントは、加工室床面に落ちる切屑などの洗い流しに使用される。一方で、第２クーラントタンク５１のクーラントは、加工部分の潤滑や冷却に使用される。クーラント装置７は、繰り返し使用されるクーラントの温度を下げるため調温装置６８が設けられ、サイクロンフィルタ５４から排出パイプ６６を流れて第２クーラントタンク５２へと送られるクーラントの温度を下げる構成となっている。

【0023】

ここで、第１クーラントタンク５１内のクーラントは、加工室での熱を奪って流れてきたものであるため、第１クーラントポンプ５９によって再度加工室へと供給するには、第２クーラントタンク５２からの冷やされたクーラントを混ぜることで温度を下げることが好ましい。従って、本実施形態のクーラント装置７は、調温装置６８によって冷えたクーラントが堰５６を越えて第１クーラントタンク５１へと効率よく流れる構成がとられている。特に、第２クーラントタンク５２内の液面が適切な高さになるよう構成されている。

【0024】

クーラント装置７は、前述したように第２クーラントタンク５２の液位が第１クーラントタンク５１よりも高くなっている。従って、汲み上げポンプ５３が停止した場合には、サイフォン現象によって第２クーラントタンク５２のクーラントが第１クーラントタンク５１へと逆流することになる。そのため、排出パイプ６６の排出口６６０が深い位置にあると、その高さ以上のクーラントを逆流させてしまうことになるので、第２クーラントポンプ５５の吸い込み口５５０は高い位置にあることが好ましい。

【0025】

クーラント装置７には液位計が設けられ、第２クーラントタンク５２にも堰５６の高さをハイレベルＨとし、その６０ｍｍ下の位置をローレベルＬとしてクーラントの液面高さが計測されている。そして、第２クーラントポンプ５５は、その吸い込み口５５０がローレベルＬよりも下に位置するように組み付けられ、常にクーラントが吸い込める状態がつくられている。従って、排出パイプ６６の排出口６６０は、ローレベルＬよりも上に位置する必要がある。

【0026】

一方で、排出パイプ６６の排出口６６０がハイレベルＨよりも上、つまり液面から離れた位置に配置された場合には、サイフォン現象の影響を受けることなく、第２クーラントタンク５２のクーラントが第１クーラントタンク５１へと逆流することはない。従って、第２クーラントタンク５２内のクーラントの液面をハイレベルＨに保つことができる。しかし、このような配管構造では、サイクロンフィルタ５４から送り込まれたクーラントが空気を巻き込んで第２クーラントタンク５２内に供給される。そのため、液面が泡立ってしまい時間経過によって第２クーラントタンク５２からその泡が溢れ出てしまう。そこで本実施形態のクーラント装置７は、排出パイプ６６の排出口６６０がハイレベルＨとローレベルＬとの間の高さに位置するよう構成されている。

【0027】

工作機械１は、前述したようにワーク自動搬送装置９によってワークＷが運ばれ、第１および第２加工部において切削などの加工が行われる。その際、クーラント装置７は、汲み上げポンプ５３によって第１クーラントタンク５１内のクーラントがサイクロンフィルタ５４へと送り込まれ、そこで切粉などが除去される。サイクロンフィルタ５４から排出されたクーラントは、調温装置６８によって温度が下げられ第２クーラントタンク５２へと送り込まれる。

【0028】

第２クーラントタンク５２内のクーラントは、第２クーラントポンプ５５によって加工室へと送られ、工具などに噴射される。また、排出パイプ６６の排出口６６０が液面近くにあるため、第２クーラントタンク５２内の温度を下げたクーラントが堰５６を越えて第１クーラントタンク５１へと流れ込む。それにより温度が下がった第１クーラントタンク５１内のクーラントも第１クーラントポンプ５９によって加工室へと送られ、床面などへ噴射される。

【0029】

よって、本実施形態での工作機械１は、第１クーラントタンク５１と第２クーラントタンク５２とを有し、クリーン槽とダーティ槽とを分けた構成のクーラント装置７としたため、切粉などを取り除いたクリーンなクーラントを使用することができる。そして、第２クーラントタンク５２には調温装置６８で冷やされたクーラントが貯められるため、そこから工具などへと噴射されるクーラントの効果を高めることができる。

【0030】

また、本実施形態では、第２クーラントタンク５２に設けた取水堰（堰５６）によって、調温装置６８で冷やされたクーラントが第１クーラントタンク５１に戻るため、その第１クーラントタンク５１からも温度を下げたクーラントを加工室へと供給することができる。第１クーラントタンク５１のクーラントは、加工室の床面に落ちた切屑などを流すために使用されるものであるが、それでも熱を持ったクーラントによって工作機械１の加工に影響が生じてしまう。この点、第１クーラントタンク５１のクーラントも温度を下げることにより、クーラントを原因とした熱影響を防止することにより、工作機械１における加工精度を高めることができる。

【0031】

特に、排出パイプ６６の排出口６６０が液面に近いため、温調装置６８で冷やされたクーラントを第１クーラントタンク５２に戻すことができ、第１クーラントタンク５１内のクーラントの温度を下げる効果が大きい。また、排出パイプ６６の排出口６６０がハイレベルＨとローレベルＬとの間に位置することにより、汲み上げポンプ５３が駆動停止した場合にでもサイフォン現象の影響を受けることなく、再駆動時にはクーラントを加工室へと送り込むことができる。

【0032】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、工作機械として対向２軸旋盤の複合加工機を例に挙げて説明したが、こうした構造のものに限定されるわけではない。

【符号の説明】

【0033】

１…工作機械 ２…工具主軸装置 ３…第１ワーク主軸装置 ４…１タレット装置 ５…第２ワーク主軸装置 ６…第２タレット装置 ７…クーラント装置 ８…自動工具交換装置 ９…ワーク自動搬送装置 ５１…第１クーラントタンク ５２…第２クーラントタンク ５３…汲み上げポンプ ５４…サイクロンフィルタ ５５…第２クーラントポンプ ５６…堰 ５７…排出口 ５８…戻りパイプ ５９…第１クーラントポンプ ６５…供給パイプ ６６…排出パイプ … ６８…調温装置 ６６０…排出口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】