JP5756331B2

JP5756331B2 - Coolant injection device

Info

Publication number: JP5756331B2
Application number: JP2011097404A
Authority: JP
Inventors: 荻原　英之; 英之荻原; 加藤　正夫; 正夫加藤
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2031-04-25
Also published as: JP2012228738A; CN202491134U

Description

本発明は、工作機械を用いてワークを機械加工する際に、加工部位にクーラントを噴射するためのクーラント噴射装置に関するものである。 The present invention relates to a coolant injection device for injecting coolant onto a processing part when machining a workpiece using a machine tool.

一般的に、工作機械を用いて切削加工、研削加工等の機械加工を行なう場合、潤滑、冷却、切屑除去、溶着防止等のため、加工部位にクーラント（切削、研削油剤）を供給しながら加工が行なわれ、機械加工においては、加工の安定性、加工精度を確保する観点から、加工部位に適切にクーラントを供給することが望まれている。そこで、例えば特許文献１及び２に記載されているように、ＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の自動工作機械において、加工の進行に応じてクーラントの噴射角度を自動的に調整することにより、加工部位に適切にクーラントを噴射するようにしたクーラント噴射装置が種々提案されている。 Generally, when machining such as cutting and grinding using a machine tool, processing is performed while supplying coolant (cutting and grinding oil) to the processing site for lubrication, cooling, chip removal, prevention of welding, etc. In machining, it is desired that coolant is appropriately supplied to a machining site from the viewpoint of ensuring machining stability and machining accuracy. Therefore, for example, as described in Patent Documents 1 and 2, in an automatic machine tool such as an NC machine tool or a machining center, the coolant injection angle is automatically adjusted according to the progress of the process, so that Various coolant injection apparatuses that appropriately inject coolant are proposed.

この種のクーラント噴射装置では、クーラントを噴射するノズルをサーボモータによって駆動し、工具の交換、機械加工の進行等に応じてノズルの位置、角度を調整することにより、加工部位に正確にクーラントを噴射するようにしている。 In this type of coolant injection device, the nozzle for injecting coolant is driven by a servo motor, and the position and angle of the nozzle are adjusted according to tool change, machining progress, etc., so that coolant is accurately applied to the processing site. I try to spray.

特開２００２−１８６７４号公報JP 2002-18674 A 米国特許第６７７２０４２号明細書US Pat. No. 6,770,2042

クーラント噴射装置は、機械加工によって生じるクーラントの飛沫、切屑の飛散にさらされるため、ノズルを駆動するサーボモータ、減速ギヤ機構等に対して充分な防滴性及び防塵性が要求され、また、ＮＣボール盤、ＮＣフライス盤、ＮＣ旋盤、マシニングセンタ等の数値制御（ＮＣ）工作機械の限られたスペースに設置する必要があるため、小型化が望まれている。 Since the coolant injection device is exposed to the splash of coolant and chips generated by machining, sufficient drip-proof and dust-proof properties are required for the servo motor, the reduction gear mechanism, etc. that drive the nozzle. Since it is necessary to install in a limited space of a numerical control (NC) machine tool such as a drilling machine, an NC milling machine, an NC lathe, or a machining center, miniaturization is desired.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、防滴性、防塵性に優れ、また、小型化を可能にしたクーラント噴射装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a coolant injection device that is excellent in drip-proof property and dust-proof property and that can be downsized.

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、クーラントを噴射するノズルと、該ノズルの回転角度を調整するモータとを備えたクーラント噴射装置において、前記モータは、出力軸として内部にクーラントの通路が形成された中空シャフトを有し、該中空シャフトは、前記モータのケースを貫通して両端部が前記ケースから突出し、前記ノズルは、前記中空シャフトの前記モータのケースから突出した一端部に接続されていることを特徴とする。
請求項２の発明に係るクーラント噴射装置は、上記請求項１の構成において、前記中空シャフトの前記モータのケースの外部に突出した他端部には、管路を回転可能に接続する回転継手が接続されていることを特徴とする。
請求項３の発明に係るクーラント噴射装置は、上記請求項１又は２の構成において、前記モータが、ステッピングモータであることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is directed to a coolant injection apparatus including a nozzle for injecting coolant and a motor for adjusting a rotation angle of the nozzle. A hollow shaft having a coolant passage formed therein, the hollow shaft penetrating the case of the motor and projecting at both ends from the case, and the nozzle projecting from the motor case of the hollow shaft It is connected to one end .
According to a second aspect of the present invention, there is provided the coolant injection device according to the first aspect, wherein the hollow shaft has a rotary joint that rotatably connects the pipe line at the other end of the hollow shaft that protrudes outside the motor case. It is connected.
According to a third aspect of the present invention, in the coolant injection device according to the first or second aspect, the motor is a stepping motor.

請求項１の本発明に係るクーラント噴射装置によれば、モータの中空シャフトを介してノズルにクーラントを供給することができる。その結果、小型化が可能になり、また、シールが必要な部位を少なくして、防滴性及び防塵性を高めることができる。
請求項２の発明に係るクーラント噴射装置によれば、回転継手を介して中空シャフトにクーラントが供給される。
請求項３の発明に係るクーラント噴射装置によれば、ステッピングモータを用いることで、オープンループによる駆動制御を行なうことができ、制御回路の簡素化が可能になる。 According to the coolant injection apparatus of the first aspect of the present invention, the coolant can be supplied to the nozzle via the hollow shaft of the motor. As a result, it is possible to reduce the size and reduce the number of parts that need to be sealed, thereby improving the drip-proof property and the dust-proof property.
According to the coolant injection device of the second aspect of the invention, the coolant is supplied to the hollow shaft via the rotary joint.
According to the coolant injection device of the third aspect of the invention, by using the stepping motor, it is possible to perform drive control by an open loop and to simplify the control circuit.

本発明の第１実施形態に係るクーラント噴射装置の斜視図である。It is a perspective view of the coolant injection device concerning a 1st embodiment of the present invention. 図１のＡ−Ａ線による縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view by the AA line of FIG. 図１に示すクーラント噴射装置の封止板が取外された状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state from which the sealing plate of the coolant injection apparatus shown in FIG. 1 was removed. 図１に示すクーラント噴射装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the coolant injection apparatus shown in FIG. 本発明の第２実施形態に係るクーラント噴射装置の横断面図である。It is a cross-sectional view of a coolant injection device according to a second embodiment of the present invention. 図５に示すクーラント噴射装置の封止板が取外された状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state from which the sealing plate of the coolant injection apparatus shown in FIG. 5 was removed. 図５に示すクーラント噴射装置の分解斜視図である。FIG. 6 is an exploded perspective view of the coolant injection device shown in FIG. 5.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。
図１乃至図４に示すように、本実施形態に係るクーラント噴射装置１は、マシニングセンタ等のＮＣ工作機械に取付け、加工部位にクーラントを噴射するためのものであって、ケース２内にモータ−ノズルユニット３及び回転継手機構４（回転継手）が収容されて一体化（ユニット化）されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 to 4, a coolant injection device 1 according to the present embodiment is attached to an NC machine tool such as a machining center and is used for injecting coolant to a processing site. The nozzle unit 3 and the rotary joint mechanism 4 (rotary joint) are accommodated and integrated (unitized).

ケース２は、略直方体で一側が開口した箱状のケース本体５と、ケース本体５の開口部を閉じる封止板６とから構成されている。ケース２には、封止板６に連なるように平板状に延出された長方形の取付部７がケース本体５と一体に形成されている。ケース本体５の長手方向両端部の側壁には、略Ｕ字形の切欠８、９がそれぞれ形成されている。ケース本体５の取付部７には、ケース２をＮＣ工作機械等に取付けるための一対の長穴１０が設けられている。 The case 2 is composed of a box-shaped case main body 5 which is a substantially rectangular parallelepiped and has one side opened, and a sealing plate 6 which closes the opening of the case main body 5. In the case 2, a rectangular attachment portion 7 extending in a flat plate shape so as to be continuous with the sealing plate 6 is formed integrally with the case body 5. On the side walls at both ends in the longitudinal direction of the case body 5, substantially U-shaped cutouts 8 and 9 are formed, respectively. The attachment portion 7 of the case body 5 is provided with a pair of long holes 10 for attaching the case 2 to an NC machine tool or the like.

ケース本体５の開口部には、ネジ、ファスナ、接着剤等の公知の結合手段（図示せず）によって封止板６が取付けられている。ケース本体５と封止板６との間は、パッキン等の公知のシール手段（図示せず）によってシールされている。封止板６は、好ましくは、ネジ等の着脱可能な結合手段により、ケース本体５に着脱可能に取付けられる。ケース２は、合成樹脂、アルミニウム合金等の適当な材料で形成することができる。 A sealing plate 6 is attached to the opening of the case body 5 by a known coupling means (not shown) such as screws, fasteners, and adhesives. The case body 5 and the sealing plate 6 are sealed by a known sealing means (not shown) such as packing. The sealing plate 6 is preferably detachably attached to the case body 5 by a detachable coupling means such as a screw. The case 2 can be formed of an appropriate material such as a synthetic resin or an aluminum alloy.

モータ−ノズルユニット３は、クーラントを噴射するノズル１１と、ノズル１１の回転角を調整するモータ１２とを一体化したものである。モータ１２は、図２に示すように、内部にクーラントの通路１３Ａが形成された中空シャフト１３と、中空シャフト１３の中間部の外周に取付けられたロータ１４と、ロータ１４に対向して矩形のモータケース１５内に固定されたステータ１６とを備えている。中空シャフト１３は、モータケース１５の両端部に取付けられたフロントカバー１７Ａ及びリアカバー１７Ｂに設けられた軸受１８、１９によってロータ１４と共に回転可能に支持され、かつ、可動部がシールされている。中空シャフト１３は、モータケース１５を貫通して両端部がフロントカバー１７Ａ及びリアカバー１７Ｂから外部に突出し、フロントカバー１７Ａ側の先端部に直角方向に向けられたノズル１１が接続されている。 The motor-nozzle unit 3 is a unit in which a nozzle 11 for injecting coolant and a motor 12 for adjusting the rotation angle of the nozzle 11 are integrated. As shown in FIG. 2, the motor 12 includes a hollow shaft 13 having a coolant passage 13 </ b> A formed therein, a rotor 14 attached to the outer periphery of an intermediate portion of the hollow shaft 13, and a rectangular shape facing the rotor 14. And a stator 16 fixed in the motor case 15. The hollow shaft 13 is rotatably supported together with the rotor 14 by bearings 18 and 19 provided on the front cover 17A and the rear cover 17B attached to both ends of the motor case 15, and the movable part is sealed. The hollow shaft 13 penetrates through the motor case 15 and has both end portions projecting outside from the front cover 17A and the rear cover 17B, and a nozzle 11 directed in a perpendicular direction is connected to a front end portion on the front cover 17A side.

モータ１２は、出力軸である中空シャフト１３の回転角を制御可能なものであり、公知のサーボモータあるいはステッピングモータとすることができる。また、ステッピングモータとしては、可変リラクタンス型、永久磁石型、又は、これらを組合わせたハイブリッド型のいずれを用いてもよいが、本実施形態では、調整可能なステップ角が充分小さいことから、ハイブリッド型ステッピングモータを採用している。モータ１２には、制御電流を供給するリード線（図示せず）が接続され、リード線は、ケース２に取付けられた電気コネクタ（図示せず）を介して、あるいは、ケース２の外壁を貫通して、外部の駆動回路（図示せず）に接続される。 The motor 12 can control the rotation angle of the hollow shaft 13 as an output shaft, and can be a known servo motor or stepping motor. Further, as the stepping motor, any of a variable reluctance type, a permanent magnet type, or a hybrid type combining these may be used, but in this embodiment, the adjustable step angle is sufficiently small. A stepping motor is used. A lead wire (not shown) for supplying a control current is connected to the motor 12, and the lead wire passes through an electrical connector (not shown) attached to the case 2 or through the outer wall of the case 2. Then, it is connected to an external drive circuit (not shown).

回転継手機構４は、矩形の継手ケース２０の一端部から固定管路２１が突出され、他端部から、モータ１２のリアカバー１７Ｂ側から突出した中空シャフト１３を受入れて、回転可能に支持すると共に、中空シャフト１３の通路１３Ａを固定管路２１に流体接続するようになっている。図２に示すように、継手ケース２０の他端部には、中空シャフト１３を回転可能に支持する軸受２２が取付けられ、また、軸受２２の回転部分をシールするＯリング２３及びシールキャップ２４が設けられている。固定管路２１と中空シャフト１３との接続部分は、Ｏリング等の公知のシール手段（図示せず）によって回転可能にシールされている。 The rotary joint mechanism 4 receives a hollow shaft 13 projecting from one end of a rectangular joint case 20 and projecting from the rear cover 17B side of the motor 12 from the other end, and rotatably supports the shaft 13. The passage 13A of the hollow shaft 13 is fluidly connected to the fixed pipeline 21. As shown in FIG. 2, a bearing 22 that rotatably supports the hollow shaft 13 is attached to the other end portion of the joint case 20, and an O-ring 23 and a seal cap 24 that seal the rotating portion of the bearing 22. Is provided. A connecting portion between the fixed pipe 21 and the hollow shaft 13 is rotatably sealed by a known sealing means (not shown) such as an O-ring.

モータ−ノズルユニット３及び回転継手機構４は、継手ケース２０内で中空シャフト１３と固定管路２１とが接続されて、リアカバー１７Ｂとシールキャップ２４とが当接した状態で、ケース本体５内に収容され、中空シャフト１３の一端部及び固定管路２１が切欠８、９から外部に延出している。モータ−ノズルユニット３及び回転継手機構４は、ケース本体５の開口部に封止板６が取付けられてケース２へ固定される。 The motor-nozzle unit 3 and the rotary joint mechanism 4 are disposed in the case body 5 in a state where the hollow shaft 13 and the fixed pipe line 21 are connected in the joint case 20 and the rear cover 17B and the seal cap 24 are in contact with each other. One end of the hollow shaft 13 and the fixed pipe line 21 extend from the notches 8 and 9 to the outside. The motor-nozzle unit 3 and the rotary joint mechanism 4 are fixed to the case 2 with a sealing plate 6 attached to the opening of the case body 5.

このように構成したクーラント噴射装置１は、ノズル１１を適当な方向に向けて、取付部７の長穴１０にボルト等を挿通してＮＣ旋盤、マシニングセンタ等のＮＣ工作機械に取付けられる。また、固定管路２１がポンプ等を含むクーラントの供給源に接続され、モータ１２が制御電流を供給する駆動回路に接続される。 The coolant injection device 1 configured as described above is attached to an NC machine tool such as an NC lathe or a machining center by inserting a bolt or the like into the elongated hole 10 of the attachment portion 7 with the nozzle 11 directed in an appropriate direction. The fixed pipe 21 is connected to a coolant supply source including a pump and the motor 12 is connected to a drive circuit for supplying a control current.

そして、クーラントを固定管路２１に供給し、中空シャフト１３を介してノズル１１から噴射する。モータ１２の中空シャフト１３を回転させ、その回転角を制御することにより、ノズル１１の角度を調整することができ、クーラントを所望の方向に噴射することができる。 Then, the coolant is supplied to the fixed pipe line 21 and sprayed from the nozzle 11 through the hollow shaft 13. By rotating the hollow shaft 13 of the motor 12 and controlling the rotation angle, the angle of the nozzle 11 can be adjusted, and the coolant can be injected in a desired direction.

このとき、モータ１２の中空シャフト１１の回転角の初期位置の調整（０点調整）を行なう必要がある場合には、例えば、中空シャフト１３にホール素子（図示せず）を取付け、その検出位置に基づき０点調整を行うことができる。あるいは、ノズル１１の回転範囲をストッパによって規制し、ノズル１１をストッパに当接するまで回転させ、その位置を基準として、０点調整を行ってもよい。 At this time, when it is necessary to adjust the initial position (zero point adjustment) of the rotation angle of the hollow shaft 11 of the motor 12, for example, a Hall element (not shown) is attached to the hollow shaft 13, and the detection position is detected. 0 point adjustment can be performed based on the above. Alternatively, the rotation range of the nozzle 11 may be regulated by a stopper, the nozzle 11 may be rotated until it comes into contact with the stopper, and the zero point adjustment may be performed based on the position.

これにより、自動工作機械の工具の交換による工具先端位置の変化や、機械加工の進行によるノズルから加工位置までの距離の変化などに応じてノズル１１の回転角を調整して、加工部位に正確にクーラントを噴射することが可能になる。このとき、モータ１２として、ステッピングモータを用いているので、オープンループによる制御が可能であり、サーボモータを用いてクローズドループによる制御を行なう場合に比してモータの駆動回路を簡素化することができる。 As a result, the rotation angle of the nozzle 11 is adjusted according to the change in the tool tip position due to the replacement of the tool of the automatic machine tool or the change in the distance from the nozzle to the machining position due to the progress of machining, etc. It becomes possible to inject the coolant. At this time, since a stepping motor is used as the motor 12, control by an open loop is possible, and the motor drive circuit can be simplified as compared with the case of performing control by a closed loop using a servo motor. it can.

ノズル１１の回転角を制御する際、切削加工部位に対してクーラントを的確に当てるためにノズルの噴射角度を調節することに加えて、クーラントの噴射によって加工部位の切屑を払うようにノズル１１を移動させることにより、切屑の除去を促進することができる。また、ノズルの回転は一定速度または速度を変化させながら行うことができる。また、モータ１２としてステッピングモータを使用することにより、ＮＣ工作機械の工具の移動及び工具指定のための数値制御コード（いわゆるＭコード、Ｔコード）に対応した数値制御盤からの出力信号をモータ１２の制御信号として利用してノズル１１の回転角を加工部位に追従させる制御が可能となるので、クーラント噴射装置の制御回路を簡素化することができる。 When controlling the rotation angle of the nozzle 11, in addition to adjusting the nozzle injection angle in order to accurately apply the coolant to the cutting portion, the nozzle 11 is set so as to remove chips from the processing portion by the injection of the coolant. By moving, removal of chips can be promoted. Further, the rotation of the nozzle can be performed while changing the constant speed or the speed. In addition, by using a stepping motor as the motor 12, an output signal from a numerical control panel corresponding to a numerical control code (so-called M code, T code) for moving and specifying a tool of the NC machine tool is transmitted to the motor 12. As a control signal, it is possible to control the rotation angle of the nozzle 11 to follow the machining site, so that the control circuit of the coolant injection device can be simplified.

モータ１２の出力軸を中空シャフト１３とし、中空シャフト１３にノズル１１を接続して、中空シャフト１３によってノズル１１を直接駆動すると共に、中空シャフト１３の通路１３Ａを介してノズル１１にクーラントを供給することにより、クーラント噴射装置１の小型化、特に、軸方向の寸法の短縮が可能になり、また、シールが必要な部位を少なくして、防滴性及び防塵性を高めることができる。 The output shaft of the motor 12 is a hollow shaft 13, the nozzle 11 is connected to the hollow shaft 13, the nozzle 11 is directly driven by the hollow shaft 13, and the coolant is supplied to the nozzle 11 through the passage 13A of the hollow shaft 13. As a result, the coolant injection device 1 can be reduced in size, particularly in the axial direction, and the number of parts that need to be sealed can be reduced to improve the drip-proof and dust-proof properties.

次に本発明の第２実施形態について、図５乃至図７参照して説明する。なお、上記第１実施形態に対して、同様の部分には同じ参照符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the same reference numerals are used for the same parts in the first embodiment, and only different parts will be described in detail.

図５乃至図７に示すように、本実施形態に係るクーラント噴射装置３１では、回転継手機構４の代りに回転継手３２が設けられている。モータ−ノズルユニット３は、ケース２内において、ケース本体５に形成された保持板３３によって軸方向に固定されている。中空シャフト１３のリアカバー１７Ｂ側の端部は、突出長さが短く、内周部に回転継手３２を接続するためのネジ部３４が形成されている。保持板３３には、中空シャフト１３の端部を挿通させるためのＵ字形の切欠３５が形成されている。 As shown in FIGS. 5 to 7, in the coolant injection device 31 according to the present embodiment, a rotary joint 32 is provided instead of the rotary joint mechanism 4. In the case 2, the motor-nozzle unit 3 is fixed in the axial direction by a holding plate 33 formed in the case body 5. The end of the hollow shaft 13 on the rear cover 17B side has a short protruding length, and a threaded portion 34 for connecting the rotary joint 32 to the inner peripheral portion is formed. The holding plate 33 is formed with a U-shaped notch 35 through which the end of the hollow shaft 13 is inserted.

回転継手３２は、互い直角に延びる入口管路３６と出口管路３７とが回転可能に流体接続されており、出口管路３７の先端部外周には、中空シャフト１３のネジ部３４にねじ込まれるネジ部３８及び締付工具用のナット部３９が一体に形成されている。ケース本体５の側壁には、回転継手３２の入口管路３６を外部に延出するための開口が設けられている。 In the rotary joint 32, an inlet pipe line 36 and an outlet pipe line 37 extending at right angles to each other are fluidly connected so as to be rotatable, and an outer periphery of a distal end portion of the outlet pipe 37 is screwed into a screw part 34 of the hollow shaft 13. A screw portion 38 and a nut portion 39 for a tightening tool are integrally formed. An opening for extending the inlet pipe 36 of the rotary joint 32 to the outside is provided on the side wall of the case body 5.

そして、回転継手３２の入口管路３６がクーラントの供給源に接続され、回転継手３２及び中空シャフト１３を介してノズル１１からクーラントを噴射する。これにより、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。なお、上記第２実施形態において、中空シャフト１３に対して必要な回転を許容することが可能であれば、中空シャフト３７のネジ部３４に、回転継手３２の代りに、柔軟性を有するフレキシブルホースを直接接続してもよい。 The inlet pipe 36 of the rotary joint 32 is connected to a coolant supply source, and the coolant is injected from the nozzle 11 via the rotary joint 32 and the hollow shaft 13. Thereby, there can exist an effect similar to the said 1st Embodiment. In the second embodiment, if the necessary rotation of the hollow shaft 13 can be permitted, a flexible hose having flexibility instead of the rotary joint 32 can be used instead of the rotary joint 32 on the threaded portion 34 of the hollow shaft 37. May be connected directly.

１…クーラント噴射装置、１１…ノズル、１２…モータ、１３中空シャフト（出力軸）、１３Ａ…通路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Coolant injection apparatus, 11 ... Nozzle, 12 ... Motor, 13 Hollow shaft (output shaft), 13A ... Passage

Claims

In a coolant injection device comprising a nozzle for injecting coolant and a motor for adjusting the rotation angle of the nozzle,
The motor has a hollow shaft in which a coolant passage is formed as an output shaft. The hollow shaft penetrates the case of the motor and protrudes at both ends, and the nozzle is connected to the hollow shaft . A coolant injection device connected to one end projecting to the outside of the case of the motor .

The coolant injection device according to claim 1, wherein a rotary joint that rotatably connects a pipe line is connected to the other end portion of the hollow shaft that protrudes outside the case of the motor .

The coolant injection device according to claim 1, wherein the motor is a stepping motor.