(57)【要約】【課題】ワークを歪ませることなく把持でき、かつチャック開閉時間が短縮できるワークチャック装置を提供する。【解決手段】複数のチャック部材８を有しワークＷを把持可能なチャック５と、チャック部材８を開閉させるシリンダ装置７と、その圧力流体供給回路１３とを備える。圧力流体供給回路１３には、シリンダ装置７に供給する流体圧を高圧と低圧とに切り換える高低圧切換手段１８を設ける。圧力流体供給回路１３を制御する回路制御手段２５には、高低圧切換制御手段２６を設ける。高低圧切換制御手段２６は、チャック５が開閉する移動経路の途中位置からワークＷを把持する側の移動経路部分Ｓａが低圧、ワークＷに対して遠い側の移動経路部分Ｓｂが高圧となるように、高低圧切換手段１８を制御する。【選択図】　　　　図１
2004017193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに開閉移動自在な複数のチャック部材を有し閉じ状態でワークを把持可能なチャックと、上記チャック部材を開閉させるシリンダ装置と、このシリンダ装置に圧力流体を供給する圧力流体供給回路と、この圧力流体供給回路に設けられて上記シリンダ装置に供給する流体圧を高圧と低圧とに切り換える高低圧切換手段と、上記圧力流体供給回路を制御する回路制御手段と、この回路制御手段に設けられ、上記チャックが開閉する移動経路の途中位置からワークを把持する側の移動経路部分が低圧、ワークに対して遠い側の移動経路部分が高圧となるように、上記高低圧切換手段を制御する高低圧切換制御手段とを備えたワークチャック装置。
【請求項２】
上記回路制御手段は、チャック部材を移動させる開閉指令に従って、上記シリンダ装置に圧力流体が供給されるように圧力流体供給回路を制御するものとし、上記高低圧切換制御手段は、開閉指令を受けたときから設定時間後に高低圧切換を行うように高低圧切換手段を制御するものとした請求項１記載のワークチャック装置。
【請求項３】
設定時間を記憶するタイマを設け、上記高低圧切換制御手段は、チャック部材が移動を開始してから上記タイマに設定された設定時間後に高低圧切換を行うように高低圧切換手段を制御するものとした請求項１記載のワークチャック装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、旋盤やその他の工作機械等において、ワークをチャックするワークチャック装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
旋盤の主軸チャック等のワークチャック装置では、チャック爪等のチャック部材の開閉に流体圧のシリンダ装置が用いられる。このチャック用のシリンダ装置を駆動する流体圧は、チャックサイズや想定されるワーク重量等に応じた適宜の圧力に設定し、チャックの開閉ストローク中、全区間にわたり、低圧または高圧としていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、高圧の場合、ワーク形状によっては、チャック部材による把持力でワークを歪ませてしまうことがある。例えば、円筒ワーク等の場合、ワークの肉厚が薄いと、歪みが生じる恐れがある。また、流体圧が低圧の場合は、チャック開閉の抵抗のために、チャック開閉時間が長くかかることがある。特に、大きなサイズのチャックで小さなワークを把持する場合、無駄にチャック開閉時間が長くなる。
【０００４】
この発明の目的は、ワークを歪ませることなく把持でき、かつチャック開閉時間が短縮できるワークチャック装置を提供することである。
この発明の他の目的は、チャック部材の途中位置を検知するセンサやスイッチ等の専用の検知機構を設けることなく、高低圧の切換タイミングを指示することができるものとすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の構成を実施形態に対応する図１と共に説明する。このワークチャック装置は、互いに開閉移動自在な複数のチャック部材（８）を有し閉じ状態でワーク（Ｗ）を把持可能なチャック（５）と、上記チャック部材（８）を開閉させるシリンダ装置（７）と、このシリンダ装置（７）に圧力流体を供給する圧力流体供給回路（１３）とを備えるものにおいて、次の構成としたものである。すなわち、上記圧力流体供給回路（１３）に設けられて上記シリンダ装置（７）に供給する流体圧を高圧と低圧とに切り換える高低圧切換手段（１８）と、上記圧力流体供給回路（１３）を制御する回路制御手段（２５）と、この回路制御手段（２５）に設けられ、上記チャック（５）が開閉する移動経路（Ｓ）の途中位置からワーク（Ｗ）を把持する側の移動経路部分（Ｓａ）が低圧、ワーク（Ｗ）に対して遠い側の移動経路部分（Ｓｂ）が高圧となるように、上記高低圧切換手段（１８）を制御する高低圧切換制御手段（２６）とを備えるものとする。
この構成によると、高低圧切換制御手段（２６）により、チャック（５）が開閉する移動経路（Ｓ）の途中位置からワーク（Ｗ）を把持する側の移動経路部分（Ｓａ）が低圧、ワーク（Ｗ）に対して遠い側の移動経路部分（Ｓｂ）が高圧となるように、高低圧切換手段（１８）を制御する。そのため、低圧でワーク（Ｗ）が把持されることになり、ワーク（Ｗ）を歪ませることなく把持することができる。また、ワーク（Ｗ）を押し付けない間は、高圧でチャック部材（８）を移動させることになるため、高速でチャック部材（８）を移動させることができ、全移動経路（Ｓ）を低圧で移動させる場合に比べてチャック開閉時間が短縮される。
【０００６】
この発明において、上記回路制御手段（２５）は、チャック部材（８）を移動させる開閉指令（Ｑ１，Ｑ２）に従って、上記シリンダ装置（７）に圧力流体が供給されるように圧力流体供給回路（１３）を制御するものとしても良い。その場合に、上記高低圧切換制御手段（２５）は、開閉指令（Ｑ１，Ｑ２）を受けたときから設定時間後に高低圧切換を行うように高低圧切換手段（１８）を制御するものとしても良い。
このように、開閉指令を受けてから設定時間後に高低圧切換を行うようにする場合、チャック部材（８）の途中位置を検知するセンサやスイッチ等の専用の検知機構を設けることなく、高低圧の切換タイミングを指示することができる。上記設定時間は、例えばタイマ（２７）で設定することができる。
【０００７】
また、この発明において、設定時間を記憶するタイマ（２７）設け、上記高低圧切換制御手段（２６）は、チャック部材（８）が移動を開始してから上記タイマ（２７）に設定された設定時間後に高低圧切換を行うように高低圧切換手段（１８）を制御するものとしても良い。
このようにタイマ（２７）を設けた場合も、チャック部材（８）の途中位置を検知するセンサやスイッチ等の専用の検知機構を設けることなく、高低圧の切換タイミングを指示することができる。チャック部材（８）の移動の開始は、例えばシリンダ装置（７）の動作の検出信号等から得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１は、このワークチャック装置を含む工作機械の主軸部分の断面および制御系の概念構成を示す説明図である。主軸１は、主軸台２に軸受３を介して回転自在に支持されており、後部でプーリ等の伝達系４を介して主軸モータ（図示せず）により回転駆動される。主軸１は、先端にワークＷを把持するチャック５が取付けられ、中空軸からなる主軸１内を貫通したチャックドローバ６を介して流体圧のシリンダ装置７により開閉させられる。
【０００９】
チャック５は、互いに開閉移動自在な複数のチャック部材８を有し、このチャック部材８が閉じた状態でワークＷを把持可能なものである。チャック部材８はチャック爪等からなる。チャック５は、背面で主軸１の先端に取付けられたチャック本体９を有し、チャック本体９の前面に、ガイド溝等のガイド手段（図示せず）を介して上記各チャック部材８が半径方向に移動自在に設置されている。チャック部材８は、例えば円周方向の３か所または４か所に設けられる。チャック本体９には、チャックドローバ６の進退動作を各チャック部材８の上記半径方向の進退動作に変換する動作変換機構１０が設けられている。チャック部材８は、チャックドローバ６の引き状態でチャック軸心側へ移動し、押し状態で外径側へ移動する。動作変換機構１０は、例えば各チャック部材８に対応してチャック本体９に回動自在に支持された複数の回動レバー１０ａと、チャックドローバ６の先端に設けられて各回動レバー１０ａの一端を揺動させるレバー係合部材１０ｂと、各チャック爪８に設けられて回動レバー１０ａの他端から動作伝達を受ける被係合部材１０ｃとからなる。
【００１０】
シリンダ装置７は、シリンダ本体７ａが主軸台２に取付部材（図示せず）を介して設置されていて、ピストン７ｂを有するピストンロッドがチャックドローバ６に連結されている。シリンダ装置７は、シリンダ室におけるピストン７ｂで互いに仕切られたトップ側の流体圧室１１およびボトム側の流体圧室１２に圧力流体供給回路１３から圧力流体が給排される複動型のものとされている。圧力流体には例えば油が用いられる。
【００１１】
圧力流体供給回路１３は、タンク１４の流体を、ポンプ１５により方向切換弁１６を介して、シリンダ装置７の両流体圧室１１，１２に切り換えて供給可能としたものである。方向切換弁１６は、例えば電磁弁からなる。シリンダ装置７の流体圧室１１，１２の排出流体は、上記方向切換弁１６からタンク１４に戻される。ポンプ１５はモータ１７により駆動される。この圧力流体供給回路１３に、シリンダ装置７に供給する流体圧を高圧と低圧とに切り換える高低圧切換手段１８が設けられている。高低圧切換手段１８は、圧力流体供給回路１３におけるポンプ１５からシリンダ装置７に至るポンプ側回路部分１３ａに設けられ、かつ方向切換弁１６よりもポンプ１５側に配置されている。高低圧切換手段１８は、例えば単独の圧力制御弁、または複数の制御弁の組み合わせにより構成される。圧力制御弁としては、例えばリリーフ弁または減圧弁等が用いられ、また電磁式のものが用いられる。なお、この圧力流体供給回路１３は、この工作機械の全体に圧力流体を供給する回路の一部であり、モータ１５は、工作機械各部のへの圧力流体供給に兼用される。
【００１２】
図２は、図１の圧力流体供給回路１３の具体例を示す。方向切換弁１６は、４ポート２位置、または３位置の電磁弁を用いている。３位置とする場合、各ポートが閉止状態となる切換位置を付加する。高低圧切換手段１８は、圧力流体供給回路１３のポンプ側回路部分１３ａから分岐した分岐回路１３ａａに設けられ、圧力制御弁１８ａと、この圧力制御弁１８ａに流入する回路を、通過状態と内蔵の逆止弁による逆止め状態とに切り換える切換弁１８ｂとで構成される。この切換弁１８ｂが高低圧切換弁となる。圧力制御弁１８ａは減圧弁からなり、この圧力制御弁１８ａの戻り路１３ａｂはタンク側回路１３ｂに接続されている。タンク側回路１３ｂは、圧力流体供給回路１３におけるシリンダ装置７からタンク１４へ至る回路部分である。なお、ポンプ側回路部分１３ａには他の圧力制御弁１９が介在し、分岐回路１３ａａは、上記他の圧力制御弁１９から分岐して設けられている。この圧力制御弁１９は、例えばリリーフ弁からなる。
図２の動作状態は、シリンダ装置７のチャック閉じ状態である。高低圧切換手段１８は、高低圧切換弁１８ｂが同図（Ａ）に示す逆止状態にある位置となっていて、内蔵の逆止弁が機能し、分岐流れが生じず、ポンプ側回路部分１３ａを高圧状態に維持する。高低圧切換弁１８ｂが同図（Ｂ）に示す通過状態に位置に切り換えられると、圧力制御弁１８ａが機能し、ポンプ側回路部分１３ａが低圧状態とされる。
【００１３】
図１と共に制御系について説明する。機械制御装置２１は、工作機械の全体を制御する装置であり、数値制御装置２２とプログラマブルコントローラ２３とで構成される。機械制御装置２１は、コンピュータ式のものであり、加工プログラム２４を数値制御装置２２で解読，実行して、工作機械の各軸の制御を行う。上記各軸は、例えば刃物台（図示せず）の各方向の進退用のモータや主軸モータ等である。加工プログラム２４における各シーケンス指令は、数値制御装置２２からプログラマブルコントローラ２３に転送され、プログラマブルコントローラ２３に設定された所定のシーケンスに従って実行される。プログラマブルコントローラ２３に、回路制御手段２５が設けられている。
【００１４】
回路制御手段２５は、圧力流体供給回路１３を制御する手段であり、チャック用のシリンダ装置７に対して圧力流体を給排する制御を行う。この制御の一つとして、方向切換弁１６の切換制御を行う。この場合に、回路制御手段２５は、チャック部材８を移動させる開閉指令Ｑ１，Ｑ２に従って、シリンダ装置７に圧力流体が供給されるように圧力流体供給回路１３を制御するものとされる。開閉指令Ｑ１，Ｑ２は、例えば加工プログラム２４に記述された指令であり、クランプ指令となる開閉指令Ｑ１と、アンクランプ指令となる開閉指令Ｑ２とがある。
【００１５】
高低圧切換制御手段２６は、チャック５が開閉するチャック部材８の移動経路Ｓの途中位置から、ワークＷを把持する側（すなわちチャック中心側）の移動経路部分Ｓａが低圧、ワークＷに対して遠い側（すなわちチャック外径側）の移動経路部分Ｓｂが高圧となるように、高低圧切換手段１８を制御する手段である。したがって、高低圧切換制御手段２６は、チャック５が開状態では高低圧切換手段１８を高圧状態とし、チャック閉状態では高低圧切換手段１８を低圧状態とする。チャック開状態は、最大開状態または所定の開度の開き状態を言う。チャック閉状態は、ワークＷをチャック５で把持できる閉じ程度の状態である。
【００１６】
また、高低圧切換制御手段２６は、開閉指令Ｑ１，Ｑ２を受けたときから設定時間後に高低圧切換を行うように高低圧切換手段１８を制御するものとしてある。上記の開閉指令Ｑ１，Ｑ２を受けたときとは、高低圧切換制御手段２６がその指令Ｑ１，Ｑ２を受けたときであり、具体的には、加工プログラム２４の開閉指令Ｑ１，Ｑ２が、プログラマブルコントローラ２３の備えるシーケンスに従い、実行可能な状態となって高低圧切換制御手段２６に伝えられたときである。この場合に、高低圧切換制御手段２６は、クランプ指令となる開閉指令Ｑ１を受けたときは、設定時間後に低圧となるように、高低圧切換手段１８を制御する。クランプ指令となる開閉指令Ｑ１を受けるときは、チャック５が開き状態であり、この開き状態において、高低圧切換手段１８は上記のように高低圧切換制御手段２６によって高圧とされている。高低圧切換制御手段２６は、アンクランプ指令となる開閉指令Ｑ２を受けたときは、設定時間後に高圧となるように、高低圧切換手段１８を制御する。アンクランプ指令となる開閉指令Ｑ２を受けるときは、チャック５が閉じ状態であり、この閉じ状態において、高低圧切換手段１８は上記のように高低圧切換制御手段２６によって低圧とされている。高圧から低圧に切り換えるときの設定時間と、低圧から高圧に切り換えるときの設定時間とは、別の時間とし、高圧から低圧への切り換えの設定時間の方が長くなるようにしているが、この逆に短くしても、また同じ時間としても良い。
【００１７】
上記各設定時間は、タイマ２７に設定された時間である。このタイマ２７は、高低圧切換制御手段２６が有するものであっても、回路制御手段２５が有するものであっても、プログラマブルコントローラ２３の何処かに設けられたものであっても良い。タイマ２７は、高圧から低圧への切り換えの設定時間と、低圧から高圧への切り換えの設定時間との別に設けてある。両設定時間を同じとする場合は共通のタイマ２７を用いても良い。タイマ２７は、例えば適宜の入力手段や加工プログラム２４で設定時間の変更が自在なものとすることが望ましい。
【００１８】
上記構成の動作を説明する。いま、図３（Ｃ）にチャック開閉位置を示すように、チャック５が開状態であって、チャッククランプ指令（同図（Ａ））がオフ、チャックアンクランプ指令同図（Ｂ）もオフであったとする。チャッククランプ指令は図１の開閉指令Ｑ１、アンクランプ指令は開閉指令Ｑ２であって、図３（Ａ），（Ｂ）は高低圧切換制御手段２６がそれらの指令を受けるときの状態を示す。このとき、高低圧切換制御手段２６の制御により、高低圧切換手段１８は図３（Ｄ）のように高圧とされている。
【００１９】
ここで、チャッククランプ指令がオンになると、回路制御手段２５で方向切換弁１６がシリンダ装置７のトップ側流体圧室１１に対して開き、高圧でシリンダ装置７が駆動される。そのため、チャック５のチャック部材８は、図３（Ｃ）の曲線部分ｃ２で示すように、高速で閉じ側へ移動する。チャッククランプ指令のオンから、タイマ２７による設定時間Ｔ１だけ経過すると、チャック部材８は移動経路の所定の途中位置となり、このとき、高低圧切換制御手段２６は、高低圧切換手段１８を低圧に切り換える。そのため、チャック部材８は、図３（Ｃ）の曲線部分曲線部分ｃ３で示すように低速で移動する。チャック部材８は、完全にワークＷを把持する位置となると、曲線部分ｃ４で示すようにその閉じ位置を維持する。このワーク把持状態において、チャック４は低圧でワークＷを把持するため、ワークＷをクランプ圧で歪ませることがない。
【００２０】
アンクランプを行うときは、チャッククランプ指令をオフにすると同時に（図３（Ａ））、チャックアンクランプ指令をオンにする（図３（Ｂ））。このチャックアンクランプ指令により、回路制御手段２５は、方向切換弁１６の切換を行い、ボトム側の流体圧室に１２に圧力流体を供給する。このとき、クランプ圧力は低圧であり、曲線部分ｃ５のようにチャック部材８は低速で移動する。アンクランプ指令から設定時間Ｔ２だけ経過すると、チャック部材８は移動経路の所定の途中位置となり、このとき、高低圧切換制御手段２６は、高低圧切換手段１８を高圧に切り換える。そのため、チャック部材８は、図３（Ｃ）の曲線部分曲線部分ｃ６で示すように高速で移動する。ストローク端となる最大開き位置まで移動すると、その位置で停止する。
【００２１】
このように、高低圧切換制御手段２６により、チャック５が開閉する移動経路Ｓ（図１）の途中位置からワークＷを把持する側の移動経路部分Ｓａが低圧、ワークＷに対して遠い側の移動経路部分Ｓｂが高圧となるように、高低圧切換手段１８を制御する。そのため、低圧でワークＷが把持されることになり、ワークＷを歪ませることなく把持することができる。また、ワークＷを押し付けない間は、高圧でチャック部材８を移動させることになるため、高速でチャック部材８を移動させることができ、全移動経路を低圧で移動させる場合に比べてチャック開閉時間が短縮される。
【００２２】
なお、順次加工される各ワークＷの寸法が一定である場合、タイマ２７の設定時間Ｔ１の最適化を図り、実際にワークＷを把持する寸前までは高圧とすることにより、チャック圧による歪みを避けながら、チャック動作時間をできるだけ短縮することができる。
【００２３】
なお、アンクランプ時、つまりアンクランプの開閉指令Ｑ２を与えるときは、図３のような設定時間Ｔ２を設けずに、チャック５の開き動作の開始時または開始直後から高圧に切り返ても良い。これにより、アンクランプ動作をより短縮することができる。チャック５の開き開始直後時に、まだ高圧ではワークＷの歪みを恐れがあるときは、図３のようにアンクランプ時もチャック部材８の開き移動の途中で高圧に切り換えることが望ましい。
【００２４】
なお、上記実施形態では、高低圧切換制御手段２６は、開閉指令を受けたときから設定時間後に高低圧切換を行うように高低圧切換手段１８を制御するものとしたが、高低圧切換制御手段２６は、チャック部材８が移動を開始してから上記タイマ２７に設定された設定時間後に高低圧切換を行うように高低圧切換手段１８を制御するものとしても良い。チャック部材２８の移動の開始は、例えばシリンダ装置７の動作の検出信号等から得ることができる。シリンダ装置７は、各種の目的でストローク端の検出を行うスイッチ類を設けることがあり、このようなスイッチ類の信号を、チャック部材２８の移動の開始の信号として利用することもできる。
【００２５】
【発明の効果】
この発明のワークチャック装置は、チャック開閉用のシリンダ装置に供給する流体圧を高圧と低圧とに切り換える高低圧切換手段を圧力流体供給回路に設け、チャックが開閉する移動経路の途中位置からワークを把持する側の移動経路部分が低圧、ワークに対して遠い側の移動経路部分が高圧となるように、上記高低圧切換手段を制御する高低圧切換制御手段を設けたため、ワークを歪ませることなく把持でき、かつチャック開閉時間が短縮できる。
上記高低圧切換制御手段を、開閉指令を受けてから設定時間後に高低圧切換を行うように高低圧切換手段を制御するものとした場合は、チャック部材の途中位置を検知するセンサやスイッチ等の検知機構を設けることなく、高低圧の切換タイミングを指示することができる。
設定時間を記憶するタイマ設け、上記高低圧切換制御手段を、チャック部材が移動を開始してから上記タイマに設定された設定時間後に高低圧切換を行うように高低圧切換手段を制御するものとした場合も、チャック部材の途中位置を検知するセンサやスイッチ等の検知機構を設けることなく、高低圧の切換タイミングを指示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかるワークチャック装置を備えた工作機械の主軸部分と、その制御系の概念構成を示す説明図である。
【図２】その圧力流体供給回路の具体例を示す回路図である。
【図３】同チャック装置の各部のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…主軸
５…チャック
６…チャックドローバ
７…シリンダ装置
８…チャック部材
１１，１２…流体圧室
１３…圧力流体供給回路
１６…方向切換弁
１８…高低圧切換手段
１９…圧力制御弁
２３…プログラマブルコントローラ
２４…加工プログラム
２５…回路制御手段
２６…高低圧切換制御手段
２７…タイマ
Ｑ１，Ｑ２…開閉指令
Ｓ…移動経路
Ｓａ，Ｓｂ…移動経路部分
【図１】
2004017193.tif 000003
【図２】
2004017193.tif 000004
【図３】
2004017193.tif 000005