(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具が取り付けられる主軸と、この主軸を収容した主軸ハウジングと、上記主軸の前後端部に位置し上記主軸ハウジングに対しこの主軸を回転自在かつスラスト方向に移動可能に支持した第一の軸受と、この第一の軸受間に位置し内輪が上記主軸に固定され内輪と外輪との間で上記主軸を回転自在かつスラスト方向に保持する第二の軸受と、上記主軸と主軸ハウジング間において上記主軸に対し回転自在かつ上記主軸ハウジングに対しスラスト方向に移動可能に嵌合され上記第二の軸受の外輪が固定されスラスト力を受ける検知部材と、この検知部材の上記工具とは反対側の端面と空間部を介して対向し上記主軸ハウジングに設けられたスラスト受け面と、上記空間部に加圧流体を供給する流体管路と、上記スラスト受け面での加圧流体の圧力を検知する圧力センサとを備えた工具異常検出装置。
【請求項２】
工具が取り付けられる主軸と、この主軸を収容した主軸ハウジングと、上記主軸の前後端部に位置し上記主軸ハウジングに対しこの主軸を回転自在かつスラスト方向に移動可能に支持した第一の軸受と、この第一の軸受間に位置し内輪が上記主軸に固定され内輪と外輪との間で上記主軸を回転自在かつスラスト方向に保持する第二の軸受と、上記主軸と主軸ハウジング間において上記主軸に対し回転自在かつ上記主軸ハウジングに対しスラスト方向に移動可能に嵌合され上記第二の軸受の外輪が固定されスラスト力を受ける検知部材と、この検知部材の上記工具とは反対側の端面と空間部を介して対向し上記主軸ハウジングに設けられたスラスト受け面と、上記スラスト受け面での加圧流体の圧力を検知する圧力センサと、上記主軸ハウジングの上記検知部材の側面と対面する位置に開口し上記加圧流体を供給する第一の流体管路と、上記主軸ハウジングの上記スラスト受け面に開口し常時圧力センサに流体圧を導く第二の流体管路とを備え、上記主軸ハウジングと上記検知部材との間の上記第一の流体管路の開口部から上記空間部へ上記加圧流体が通過可能な隙間が形成された工具異常検出装置。
【請求項３】
上記スラスト受け面と対面する上記検知部材の端面には、上記隙間から上記第二の流体管路に向かって上記加圧流体が通過可能な溝が形成されている請求項２記載の工具異常検出装置。
【請求項４】
上記検知部材と対面する上記スラスト受け面には、上記隙間から上記第二の流体管路に向かって上記加圧流体が通過可能な溝が形成されている請求項２記載の工具異常検出装置。
【請求項５】
上記検知部材には、上記主軸ハウジングに対し回転を阻止する回り止めが設けられている請求項１，２，３又は４記載の工具異常検出装置。
【請求項６】
工具が取り付けられる主軸と、この主軸を収容した主軸ハウジングと、上記主軸の前後端部に位置し上記主軸ハウジングに対しこの主軸を回転自在かつスラスト方向に移動可能に支持した第一の軸受と、この第一の軸受間に位置し内輪が上記主軸に固定され内輪と外輪との間で上記主軸を回転自在かつスラスト方向に保持する第二の軸受と、上記主軸と主軸ハウジング間において上記主軸に対し回転自在かつ上記主軸ハウジングに対しスラスト方向に移動可能に嵌合され上記第二の軸受の外輪が固定されスラスト力を受ける検知部材と、この検知部材の上記工具とは反対側の端面と空間部を介して対向し上記主軸ハウジングに設けられたスラスト受け面と、このスラスト受け面に開口し上記空間部に加圧流体を供給する流体管路と、上記スラスト受け面での加圧流体の圧力を検知する圧力センサを備えた工具異常検出装置。
【請求項７】
上記主軸ハウジングの上記スラスト受け面に開口し上記スラスト受け面に、上記圧力センサに流体圧を導く流体管路を備えた請求項６記載の工具異常検出装置。
【請求項８】
上記スラスト受け面に、上記加圧流体を供給する流体管路の開口部から上記圧力センサに流体圧を導く流体管路の開口部に連通する溝が形成されている請求項７記載の工具異常検出装置。
【請求項９】
上記検知部材には、上記主軸ハウジングに対し回転を阻止する回り止めが設けられている請求項６，７又は８記載の工具異常検出装置。
【請求項１０】
工具が取り付けられる主軸と、この主軸を収容した主軸ハウジングと、上記主軸の前後端部に位置し上記主軸ハウジングに対し上記主軸を回転自在かつスラスト方向に移動可能に保持した第一の軸受と、この第一の軸受間に位置し一方の回転輪が上記主軸ハウジングに固定され上記主軸に遊嵌された第二の軸受と、上記主軸と一体的に設けられスラスト方向に上記第二の軸受の他方の回転輪と対向するフランジ部と、上記主軸ハウジングに形成され上記主軸側に開口して加圧流体を供給する流体管路と、上記主軸のフランジ部とスラスト方向に空間部を介して対面し上記第二の軸受の他方の回転輪に固定された検知部材と、この検知部材に形成され一方の開口部が上記主軸ハウジングの流体管路の開口部と連通し他方の開口部が上記主軸のフランジ部と対面する流体管路と、上記主軸ハウジングに形成された流体管路内の加圧流体の圧力を検知する圧力センサとを備えた工具異常検出装置。
【請求項１１】
工具が取り付けられる主軸と、この主軸を収容した主軸ハウジングと、上記主軸の前後端部に位置し上記主軸ハウジングに対し上記主軸を回転自在かつスラスト方向に保持する第一の軸受と、この第一の軸受間に位置し上記主軸を回転自在かつスラスト方向に保持する一対の第二の軸受と、この一対の第二の軸受のそれぞれの内輪を上記主軸に固定するとともに、前方側の上記第二の軸受の外輪を上記主軸ハウジングに対し回り止め状態でかつスラスト方向にわずかに移動可能に設け、後方側の上記第二の軸受の外輪を上記主軸ハウジング側に支持し、上記主軸側に開口して加圧流体を供給する流体管路を上記主軸ハウジングに形成し、上記一対の第二の軸受の外輪間に設けられ上記前方側の第二の軸受の端面と空間部を介して対向し上記後方側の第二の軸受の外輪に支持された検知部材と、この検知部材に形成され一方の開口部が上記主軸ハウジングの流体管路の開口部と連通し他方の開口部が上記前方側の第二の軸受の外輪の端面と対面する流体管路と、上記主軸ハウジングに形成された流体管路内の加圧流体の圧力を検知する圧力センサとを備えた工具異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、工作機械において、主軸に取り付けられたドリル等の工具の折損や摩耗等の異常を検出する工具異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ドリルの折損や摩耗等を検知する工具異常検出装置は、例えば本願出願人による特開平５−１４６９０９号公報に開示されているように、工具が取り付けられる主軸の軸方向負荷を軸受からピストンを介して油圧変化に変えて検知しているものがある。その検知方法は、この軸受を一対のピストンにより挟持し、このピストンを各々保持したシリンダ部と、この各シリンダ部に連続し上記軸受の軸方向前後端部の各々の側で独立して閉管路を形成した油圧管路とを設け、このシリンダ部及び各油圧管路に所定の圧力で油を密封し、上記油圧管路の油圧を圧力センサにより検知しているものである。そして、これにより、主軸に取り付けられた工具の折損や摩耗等により生じる加工抵抗の変化を、ピストンを介して軸方向に生じる油圧の変化に変換し、この油圧を圧力センサで検出して工具異常を検知することができるものである。
【０００３】
また、特公平５−２４３６６号公報に開示されているように、電気的に応力を検知する歪ゲージを主軸に取り付け、この歪ゲージの出力により、主軸に係る負荷を検知するものもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の前者の場合、軸受自体が本体に保持されているので、軸受が摺動しにくく、そのわずかな移動が検知されにくく、検出信号のＳ／Ｎ比も良いものではなかった。
【０００５】
また、上記従来の技術の後者の場合、高速で回転する主軸から電気的に検知信号を取るために、ＦＭ送信機を主軸側に取り付け、ＦＭ受信機によりその検知信号を受けているものである。従って、電気系の構成が複雑であり、機械的電気的信頼性も低いものであった。
【０００６】
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みて成されたもので、簡単な構成で検出精度が高い工具異常検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ドリル等の工具が取り付けられる主軸と、この主軸を収容した主軸ハウジングと、上記主軸の前後端部に位置し上記主軸ハウジングに対しこの主軸を回転自在かつスラスト方向に移動可能に支持した第一の軸受と、この第一の軸受間に位置し内輪が上記主軸に固定され内輪と外輪との間で上記主軸を回転自在かつスラスト方向に保持する第二の軸受と、上記主軸と主軸ハウジング間において上記主軸に対し回転自在かつ上記主軸ハウジングに対しスラスト方向に移動可能に嵌合され上記第二の軸受の外輪が固定されスラスト力を受ける検知部材と、この検知部材の上記工具とは反対側の端面と空間部を介して対向し上記主軸ハウジングに設けられたスラスト受け面と、上記空間部に加圧流体を供給する流体管路と、上記スラスト受け面での加圧流体の圧力を検知する圧力センサとを備えた工具異常検出装置である。さらに、上記スラスト受け面での加圧流体の圧力を検知する圧力センサと、上記主軸ハウジングの上記検知部材の側面と対面する位置に開口し上記加圧流体を供給する第一の流体管路と、上記主軸ハウジングの上記スラスト受け面に開口し常時圧力センサに流体圧を導く第二の流体管路とを備え、上記主軸ハウジングと上記検知部材との間の上記第一の流体管路の開口部から上記空間部へ上記加圧流体が通過可能な隙間が形成された工具異常検出装置である。
【０００８】
また、上記スラスト受け面と対面する上記検知部材の端面には、上記隙間から上記第二の流体管路に向かって上記加圧流体が通過可能な溝が形成されている。または、上記検知部材と対面する上記スラスト受け面には、上記隙間から上記第二の流体管路に向かって上記加圧流体が通過可能な溝が形成されているものである。また、上記検知部材には、上記主軸ハウジングに対し回転を阻止する回り止めが設けられているものである。
【０００９】
またこの発明は、ドリル等の工具が取り付けられる主軸と、この主軸を収容した主軸ハウジングと、上記主軸の前後端部に位置し上記主軸ハウジングに対しこの主軸を回転自在かつスラスト方向に移動可能に支持した第一の軸受と、この第一の軸受間に位置し内輪が上記主軸に固定され内輪と外輪との間で上記主軸を回転自在かつスラスト方向に保持する第二の軸受と、上記主軸と主軸ハウジング間において上記主軸に対し回転自在かつ上記主軸ハウジングに対しスラスト方向に移動可能に嵌合され上記第二の軸受の外輪が固定されスラスト力を受ける検知部材と、この検知部材の上記工具とは反対側の端面と空間部を介して対向し上記主軸ハウジングに設けられたスラスト受け面と、このスラスト受け面に開口し上記空間部に加圧流体を供給する流体管路と、上記スラスト受け面での加圧流体の圧力を検知する圧力センサを備えた工具異常検出装置である。上記主軸ハウジングの上記スラスト受け面に開口し上記スラスト受け面に、上記圧力センサに流体圧を導く流体管路を備えている。また。上記スラスト受け面に、上記加圧流体を供給する流体管路の開口部から上記圧力センサに流体圧を導く流体管路の開口部に連通する溝が形成されている。上記検知部材には、上記主軸ハウジングに対し回転を阻止する回り止めが設けられている工具異常検出装置である。
【００１０】
さらにこの発明は、ドリル等の工具が取り付けられる主軸と、この主軸を収容した主軸ハウジングと、上記主軸の前後端部に位置し上記主軸ハウジングに対し上記主軸を回転自在かつスラスト方向に移動可能に保持した第一の軸受と、この第一の軸受間に位置し一方の回転輪が上記主軸ハウジングに固定され上記主軸に遊嵌された第二の軸受と、上記主軸と一体的に設けられスラスト方向に上記第二の軸受の他方の回転輪と対向するフランジ部と、上記主軸ハウジングに形成され上記主軸側に開口して加圧流体を供給する流体管路と、上記主軸のフランジ部とスラスト方向に空間部を介して対面し上記第二の軸受の他方の回転輪に固定された検知部材と、この検知部材に形成され一方の開口部が上記主軸ハウジングの流体管路の開口部と連通し他方の開口部が上記主軸のフランジ部と対面する流体管路と、上記主軸ハウジングに形成された流体管路内の加圧流体の圧力を検知する圧力センサとを備えた工具異常検出装置である。
【００１１】
さらにこの発明は、ドリル等の工具が取り付けられる主軸と、この主軸を収容した主軸ハウジングと、上記主軸の前後端部に位置し上記主軸ハウジングに対し上記主軸を回転自在かつスラスト方向に保持する第一の軸受と、この第一の軸受間に位置し上記主軸を回転自在かつスラスト方向に保持する一対の第二の軸受と、この一対の第二の軸受のそれぞれの内輪を上記主軸に固定するとともに、前方側の上記第二の軸受の外輪を上記主軸ハウジングに対し回り止め状態でかつスラスト方向にわずかに移動可能に設け、後方側の上記第二の軸受の外輪を上記主軸ハウジング側に支持し、上記主軸側に開口して加圧流体を供給する流体管路を上記主軸ハウジングに形成し、上記一対の第二の軸受の外輪間に設けられ上記前方側の第二の軸受の端面と空間部を介して対向し上記後方側の第二の軸受の外輪に支持された検知部材と、この検知部材に形成され一方の開口部が上記主軸ハウジングの流体管路の開口部と連通し他方の開口部が上記前方側の第二の軸受の外輪の端面と対面する流体管路と、上記主軸ハウジングに形成された流体管路内の加圧流体の圧力を検知する圧力センサとを備えた工具異常検出装置である。
【００１２】
【作用】
この発明の工具異常検出装置は、主軸を主軸ハウジングに対し、前後の第一の軸受と中間の第二の軸受による３点支持することで剛性を向上させ、しかも、検知部材を主軸とともにスラスト方向に移動しやすく支持したことにより、主軸に取り付けられた工具の折損や摩耗等の場合に生じる加工抵抗を検知するに際して、主軸にかかるスラスト力を、そのまま検知部材の動きに変えることができ、この検知部材とそれに対面する部材との間に加圧流体を供給し、この加圧流体の圧力を圧力センサに導いて検出し、その圧力の変化により、加工抵抗や、工具の折損、摩耗、欠け等の異常を検知するものである。
【００１３】
【実施例】
以下この発明の実施例について図面に基づいて説明する。図１〜図５は、この発明の第一実施例を示すもので、この実施例の工具異常検出装置は、ドリル等の工具１０が取り付けられた主軸１２と、この主軸１２を収容した主軸ハウジング１６とを有した各種工作機械に利用されるものである。主軸１２の工具１０側である前端部とその反対側である後端部において、主軸ハウジング１６と主軸１２との間には、ラジアル方向の位置を規制するとともに、主軸１２とともにスラスト方向にわずかに移動可能な円筒コロ軸受等のラジアル軸受である第一の軸受としての一対の軸受１４，１５が設けられている。軸受１４は、主軸ハウジング１６の工具１０側で、その外輪１４ａの一端が主軸ハウジング１６の段部１６ａに当接し、外輪１４ａの他端が取付部材１８により保持されて主軸ハウジング１６に対して固定されている。そして、軸受１４の内輪１４ｂが主軸１２に固定されて、スラスト方向に主軸１２とともにわずかに移動可能に設けられている。また、軸受１５も軸受１４と同様の構成で、外輪１５ａが主軸ハウジング１６に固定され、内輪１５ｂが主軸１２に固定され、主軸１２がスラスト方向にわずかに移動可能に設けられている。
【００１４】
主軸１２の軸受１４，１５間には、スラスト方向の荷重を受けることができるアンギュラ玉軸受け等の第二の軸受としての軸受２０が設けられている。軸受２０は、スラスト方向前後の力を受けることができる様に一対設けられ、その内輪２０ｂが主軸１２に固定されている。そして、軸受１４の内輪１４ｂと軸受２０の内輪２０ｂとの間に金属製のスペーサ１７が嵌め込まれ、主軸１２の工具１０側のストッパ面１２ａに、軸受１４の内輪１４ｂが当接し、軸受２０の内輪２０ｂがスペーサ１７を介して主軸１２に螺合したナット１９により締めつけられて固定されている。また、外輪２０ａは、有底円筒状の検知部材２２の内側面の段部２２ａに当接して固定されている。検知部材２２は、円筒端面の透孔２４に主軸１２が、回転可能に同軸的に挿通され、スラスト方向に主軸１２とともに移動可能に設けられている。
【００１５】
検知部材２２には、外側面に主軸１２の軸線方向に形成された長溝２６が設けられ、長溝２６に、主軸ハウジング１６に螺合された回り止めネジ２８の先端部が位置し、検知部材２２がスラスト方向に移動可能であるとともに回転不能にガイドしている。また、検知部材２２の先端部は、主軸ハウジング１６の内壁面に固定された軸止め輪２３に所定の位置で当接可能に設けられている。検知部材２２と、主軸ハウジング１２の内周面との間隔δｒは、全周に渡って、加圧流体が通過可能な、ほぼ１０〜２０μｍ程度の隙間に形成されている。検知部材２２の端面の外側表面には、図３に示すように、放射状に３方向に形成された、加圧流体が通過可能な溝３０が設けられている。この溝３０の深さδｈは、約３０〜４０μｍ程度であり、外側面から中心部の透孔２４付近まで形成されている。なお、この溝３０は、図１の２点鎖線で示すように、主軸ハウジング１６のスラスト受け面３２側に、溝３０に代えて同様に溝３０’を形成しても良いものである。また、検知部材２２の端面と対面して、この検知部材２２をスラスト方向に支持するスラスト受け面３２が主軸ハウジング１２に形成されている。そして、検知部材２２の端面の外側表面とスラスト受け面３２との間隔δｄは、ほぼ５０μｍ程度からそれ以下に、主軸１２のスラスト方向移動により変化する。
【００１６】
主軸ハウジング１６には、検知部材２２の側面に開口して加圧エア供給源に接続され加圧エアを供給する流体管路３４が形成され、この流体管路３４の開口部３４ａと対面した検知部材２２の側面には凹部３６が形成されている。主軸ハウジング１６のスラスト受け面３２には、その主軸１２の近傍に、主軸ハウジング１６に内に形成された流体管路３８の一端の開口部３８ｄが開口し、流体管路３８の他端は、流体の圧力を電気的に検知する半導体ダイヤフラム圧力センサ等の圧力センサ４０に接続されている。
【００１７】
この実施例の工具異常検出装置の動作は、工具１０を主軸１２に取り付け、ワーク５０をセットした後、図示しない主軸モータを回転させ、主軸１２を所定回転数で回転させる。そして、図示しない摺動機構及び送りモータにより主軸ハウジング１６をワークに向かって移動させる。この時、加圧エア源より、加圧エアを流体管路３４に供給する。これにより、主軸ハウジング１６内の検知部材２２と、主軸ハウジング１６のスラスト受け面３２との間に加圧エアが送り込まれ、静圧空気軸受と同様に機能する。また、その加圧エアの圧力により、検知部材２２とともに主軸１２、軸受２０、及び軸受１４の内輪１４ｂが工具１０側に微小量移動し、図示しないストッパに当接して停止する。これにより、検知部材２２の端面の外側表面とスラスト受け面３２との間に、ほぼ５０μｍ程度の間隙の空間部が形成される。これにより、流体管路３８を経て圧力センサ４０により検出される圧力は、大気圧に開放されている主軸１２の周面部と同様に、ほぼゲージ圧よりわずかに高い圧力を示している。
【００１８】
そして、工具１０の先端がワーク５０に当接し加工が開始されると、その加工抵抗により、主軸１２にはスラスト方向に力が作用し、軸受２０には、このスラスト力により、検知部材２２とともにわずかに、工具１０とは反対方向に移動する。この移動距離は、数十μｍ程度である。この加圧エアの流体管路３４の開口部３４ａから流体管路３８の開口部３８ｄまでの圧力低下は、図４に示すような傾向を示す。
【００１９】
即ち、図２、図４に示すように、流体管路３４の開口部３４ａのａ地点から検知部材２２の端面の角部ｂ地点までの圧力損失に対して、端面の角部ｂ地点から溝３０の中心部側端部ｃ地点までの圧力損失は小さく、溝３０の中心側端部ｃ地点から大気圧に開放されたｄ地点までの圧力損失は、きわめて急激に生じるものである。これは、検知部材２２の外周面と主軸ハウジング１６の内周面との隙間が、１０〜２０μｍときわめて小さいのに対して、検知部材端面とスラスト受け面３２との間は、スラスト力がかかった状態でも、検知部材２２の端面の溝３０により、適切な流体通路が形成され、圧力損失が小さいからである。そして、流体管路３８の開口部３８ｄは、このｄ地点よりわずかに溝３０の中心部側端部ｃ地点寄りに位置し、このｃ−ｄ地点間の圧力の急激な変化を、流体管路３８により圧力センサ４０に伝達可能に設けられている。なお、この溝３０がないと、この加圧エアの流路ａ−ｂ−ｃ−ｄにおける圧力損失は、図４の破線に示すように、一様に低下する傾向となる。
【００２０】
そして、図示しない制御装置により工具１０の送り量が制御されており、工具１０の先端がワーク５０に当接する位置及びタイミングが分かるので、工具１０を回転させながらワーク５０の表面から数ｍｍ進んだところで、圧力センサ４０の出力を図示しない制御装置が検知する。圧力センサ４０の出力は、図５に示すように、時間ｔ１でワーク５０に工具１０が当接し、スラスト力が主軸１２にかかると、圧力センサ４０の出力も急激に立ち上がり、スラスト力が横ばいになると圧力センサ出力もほぼ一定となる。ここで、図５に示すように、主軸１０にかかるスラスト力を歪ゲージ等の測定装置で測定すると、加工抵抗の変動等によって、高い周波数で大きな変動波形が得られる。従って、このスラスト力の測定値を基にスラスト力の判別を行うと、誤差が大きくなってしまうものである。しかし、加圧エアを介して、スラスト力を測るようにしたこの実施例では、加圧エアがダンパとして作用し、図５の圧力センサ出力に示すように、滑らかな曲線として検出され、正確な判別が可能となる。
【００２１】
この圧力センサ４０の出力を基に、工具１０の折損検知を行うには、工具１０が折損している場合、正常な工具１０であれば、ワーク５０内へ数ｍｍ進んだ状態でも、折損した工具１０はワークに達していないので、主軸１２にはスラスト力が作用せず、圧力センサ４０の出力は立ち上がらない。従って、工具１０がワーク５０に接触する前の圧力センサ４０の出力よりわずかに高い値を閾値Ｖ１としておけば、工具１０がワーク５０内へ数ｍｍ進んだ時点ｔ２で確実に折損検知を行うことができる。
【００２２】
また、工具１０が摩耗している場合、加工抵抗がおおきくなり主軸１２にかかるスラスト力も大きくなる。従って、圧力センサ４０の出力が一定となる定常加工時の圧力センサ出力が、摩耗限界となった工具１０により得られる圧力センサ４０の出力の定常出力値Ｖ２以上となった時に、摩耗と判断するように設定することができる。
【００２３】
さらに、例えば、工具１０の先端部がわずかに欠けた場合、工具１０は、正常な工具と同様にワーク１０に当接するので、上述の折損検知では、発見できない。しかし、この場合、工具１０の刃が欠けているので、加工抵抗はきわめて大きくなりスラスト力も異常に大きなものとなる。従って、通常の加工では生じ得ない大きなスラスト力に対して、一定の閾値Ｖ３を設定しておくことにより、工具の欠け等の異常も検知することができる。
【００２４】
この実施例の工具異常検出装置は、加圧エアを検知部材２２と主軸ハウジング１６の間に印加し、主軸ハウジング１６内のスラスト受け面３２と検知部材２２との間の加圧エア圧力により、スラスト力に対応した出力を得て、工具異常を判断しているものであり、圧力センサ４０の出力が安定しており、ノイズが少なく、きわめてＳ／Ｎ比の良い検知信号を得ることができる。従って、精度良く、折損検知や、摩耗検知、さらには工具の欠け等の異常をも検知することができる。また、回り止めネジ２８により検知部材２２の主軸１２回りの回転が阻止されているので、検知部材２２がスラスト受け面３２に当接した際にも、主軸１２の回転により当接面が焼き付くようなこともない。
【００２５】
次に、この発明の第二実施例について図６、図７に基づいて説明する。ここで、上述の実施例と同様の部材については同一符号を付して説明を省略する。この実施例の工具異常検出装置は、主軸ハウジング１６のスラスト受け面３２に、加圧エアの供給源に接続された流体管路３４の開口部３４ａと、圧力センサ４０に接続された流体管路３８の開口部３８ｄが、溝４２によって連接されて設けられたものである。溝４２の深さは、約３０〜４０μｍ程度であり、検知部材２２の平な端面がスラスト受け面３２に当接した状態で、加圧エアが圧力損失を伴って、流体管路３８の開口部３８ｄに伝達される程度の長さである。
【００２６】
この実施例の工具異常検出装置の動作は、上記第一実施例と同様であり、加圧エア供給当初は、検知部材２２が主軸ハウジング１６のスラスト受け面３２から離間しており、圧力センサ４０の出力は、ゲージ圧よりわずかに高い程度である。そして工具１０がワーク５０に当接して、スラスト力がかかると、検知部材２２が主軸ハウジング１６のスラスト受け面３２側に移動し、流体管路３４，３８の開口部３４ａ，３８ｄを塞ぐように位置する。これにより、加圧エアは、溝４２を通って、流体管路３４の開口部３４ａから流体管路３８の開口部３８ｄに伝わる。この時、スラスト力により検知部材２２のスラスト受け面３２への近接状態が異なり、上記実施例と同様に、圧力センサ４０の出力が異なる。即ち、スラスト力が小さいと、検知部材２２とスラスト受け面３２との間が比較的広く、圧力センサ４０に検知される圧力は比較的小さい。また、加工抵抗が大きくスラスト力が大きくなると、この間が狭くなって、大気側へ逃げる圧力が小さくなり、圧力センサ４０に伝わる圧力が大きくなるものである。これにより、工具１０の折損、摩耗、欠け等を正確に検知できるものである。
【００２７】
この実施例の工具異常検出装置によっても上記第一実施例と同様の効果が得られるものであり、さらに、検知部材２２等の構造を簡単なものにすることができる。
【００２８】
次に、この発明の第三実施例について図８に基づいて説明する。ここで、上述の実施例と同様の部材については同一符号を付して説明を省略する。この実施例の工具異常検出装置は、主軸ハウジング１６に取付部材４５を介して一方の回転輪が固定されスラスト方向に主軸１２を保持するスラスト玉軸受け等の軸受４４が設けられ、主軸１２には、スラスト方向に軸受４４と対向するフランジ部４６が一体的に設けられている。さらに、主軸１２側に開口して加圧エアを供給するとともに、圧力センサ４０にも接続された流体管路４８が、主軸ハウジング１６内に形成されている。この加圧エアは、圧力センサ４０側の流体管路との合流点の手前の絞り４１を経て流体管路４８に接続され、軸受４４の他方の回転輪４４ｂには、主軸１２側のフランジ部４６とスラスト方向に対面したリング状の検知部材５２が固定されている。この検知部材５２には、流体管路５４が形成され、一方の開口部５４ａが主軸ハウジング１６の流体管路４８の開口部４８ａと対面し、他方の開口部５４ｂが、主軸１２側のフランジ部４６の端面と対面している。
【００２９】
この実施例の工具異常検出装置の動作は、上記第一実施例と同様であり、加圧エア供給当初は、検知部材５２の流体管路５４から加圧エアが主軸１２に設けられたフランジ部４６に噴射され、フランジ部４６は、主軸１２とともに、検知部材５２から数十μｍ程度離間しており、圧力センサ４０の出力は、ゲージ圧よりわずかに高い程度である。そして、工具１０がワーク５０に当接して、スラスト力がかかると、フランジ部４６が検知部材５２の流体管路５４の開口部５４ｂを塞ぐ。この時、フランジ部４６は主軸１２と一体に高速で回転しているが、検知部材５２は軸受４４に設けられているので、回転しながらスラスト方向に主軸１２を支持する。
【００３０】
そして、フランジ部４６が検知部材５２の流体管路５４の開口部５４ｂを塞ぐことにより、圧力センサ４０には、加圧エア供給源からの圧力が直接かかり、その圧力が検知される。従って、例えば正常な工具１０がワーク５０に当接した後、数ｍｍ進んだ位置で圧力を検知すると、正常な場合は、圧力センサ４０の検知圧力が高くなる。一方、折損工具の場合は、その位置でもワークに当接していないので、スラスト力が作用せず、フランジ部４６により流体管路５４の開口部５４ｂが塞がれない。従って、圧力センサ４０にかかる圧力は上昇せず、工具の折損が検知される。
【００３１】
この実施例の工具異常検出装置によっても上記第一実施例と同様に、比較的ノイズの少ない検知が可能となるものである。
【００３２】
次に、この発明の第四実施例について図９、図１０に基づいて説明する。ここで、上述の実施例と同様の部材については同一符号を付して説明を省略する。この実施例の工具異常検出装置は、主軸１２を回転自在かつスラスト方向に保持するアンギュラ玉軸受け等の一対の第二の軸受６０，６１が設けられ、この軸受６０，６１は、それぞれ内輪６０ｂ，６１ｂがスペーサ１７とナット６３の締め付けにより主軸１２に固定されている。軸受６１の外輪６１ａは主軸ハウジング１６の段部１６ｂに当接し、また、この外輪６１ａの前端面には、リング状の検知部材６２が当接されている。軸受６０の外輪６０ａと検知部材６２との間には、圧縮スプリング６５が設けられ、その作用で、上記検知部材６２と外輪６１ａが常時主軸ハウジング１６の段部１６ｂに向かって押圧されている。そして、外輪６０ａと検知部材６２との間には、隙間δが形成されている。外輪６０ａは、回り止めネジ２８によって回り止めされ、かつ主軸１２とともにスラスト方向にわずかに移動自在に支持されている。検知部材６２には、流体管路６４が形成され、一方の開口部６４ａが主軸ハウジング１６の流体管路６６の開口部６６ａと対面し、他方の開口部６４ｂが、主軸１２とともにスラスト方向に移動可能な軸受６０の外輪６０ａの端面に向かって開口している。流体管路６６は、加圧エア供給源に接続されているとともに、圧力センサ４０にも接続されている。
【００３３】
この実施例の工具異常検出装置の動作は、上記第三実施例と同様であり、加圧エア供給当初は、検知部材６２の流体管路６４から加圧エアが主軸１２に設けられた軸受６０の外輪６０ａに噴射され、主軸１２は軸受６０とともに、検知部材６２から数十μｍ程度離間しており、圧力センサ４０の出力は、ゲージ圧よりわずかに高い程度である。そして、工具１０がワーク５０に当接して、スラスト力がかかると、主軸１２とともに軸受６０が検知部材６２の端面に当接し、検知部材６２の流体管路６４の開口部６４ｂを塞ぐ。これにより、流体管路６４の開口部６４ｂが塞がれ、圧力センサ４０には、加圧エア供給源からの圧力が直接かかり、その圧力が検知される。従って、例えば正常な工具１０がワーク５０に当接した後、数ｍｍ進んだ位置で圧力を検知すると、圧力センサ４０の検知圧力が高くなる。一方、折損工具の場合は、その位置でもワークに当接していないので、スラスト力が作用せず、軸受６０により検知部材６２の流体管路６４の開口部６４ｂが塞がれない。従って、圧力センサ４０にかかる圧力は上昇せず、所定の出力が得られないので工具の折損が検知される。
【００３４】
この実施例の工具異常検出装置によっても上記第三実施例と同様の効果が得られるものであり、さらに、検知部材６２や軸受６０，６１等の取付構造を簡単なものにすることができる。
【００３５】
なお、この発明は、上記実施例の他、各実施例において加圧流体として、オイルを用いても良く、オイルを用いることにより、軸受の潤滑を同時に行うことができるという効果がある。
【００３６】
【発明の効果】
この発明の工具異常検出装置は、主軸にかかるスラスト力を、加圧流体を介して圧力センサにより検知しているので、加工抵抗の変動等によるスラスト力の変動の影響を受けにくく、Ｓ／Ｎ比の良い検知が可能である。従って、高精度に工具の異常を検知することができ、検知可能な異常の種類も多いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の工具異常検出装置の第一実施例の概略縦断面図である。
【図２】この発明の第一実施例の軸受と検知部材の部分拡大縦断面図である。
【図３】この発明の第一実施例の検知部材の正面図である。
【図４】この発明の第一実施例の加圧流体経路の圧力損失を示すグラフである。
【図５】この発明の第一実施例の圧力センサの出力と、主軸にかかるスラスト力を示すグラフである。
【図６】この発明の第二実施例の軸受と検知部材の概略縦断面図である。
【図７】この発明の第二実施例の主軸ハウジングのスラスト受け面の正面図である。
【図８】この発明の工具異常検出装置の第三実施例の概略縦断面図である。
【図９】この発明の工具異常検出装置の第四実施例の概略縦断面図である。
【図１０】この発明の工具異常検出装置の第四実施例の部分拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１０    工具
１２    主軸
１４，１５，２０，４４，６０，６１    軸受
１６    主軸ハウジング
２２，５２，６２    検知部材
３２    スラスト受け面
３４，３８，４８，５４，６４，６６    流体管路
４０    圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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