(57)【要約】【課題】工具等のクランプ状態を正確に確認でき、装置の信頼性を高められる主軸の工具装着確認装置を提供する。【解決手段】ハウジング２に回転可能に支持された主軸５内にドローバー１０を軸線方向に移動自在に設け、主軸先端に工具ホルダー６等をクランプするために前記ドローバー１０を主軸後方側に付勢するばね装置１３を有すると共に、該ばね装置１３の付勢力に抗して前記ドローバー１０を主軸前方側に移動させて工具ホルダー６等をアンクランプする油圧シリンダ１４を有してなる工作機械の主軸装置において、前記ドローバー１０のロッドエンド１２の軸方向位置を検出する♯１近接スイッチ１９及び♯２近接スイッチ２０と、該♯１近接スイッチ１９及び♯２近接スイッチ２０からの検出信号に基づいて前記工具ホルダー６等のクランプ状態を判断する電子制御装置２１とを備えた。【選択図】　　　　図１
2004025388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに回転可能に支持された主軸内にドローバーを軸線方向に移動自在に設け、主軸先端に工具等をクランプするために前記ドローバーを主軸後方側に付勢する弾性手段を有すると共に、該弾性手段の付勢力に抗して前記ドローバーを主軸前方側に移動させて工具等をアンクランプするアクチュエータを有してなる工作機械の主軸装置において、前記ドローバーのロッドエンドの軸方向位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段からの検出信号に基づいて前記工具等のクランプ状態を判断する制御手段と、を備えたことを特徴とする主軸の工具装着確認装置。
【請求項２】
前記アクチュエータは、前記ロッドエンドに接離可能なピストンを有するアンクランプ用の油圧シリンダであり、前記位置検出手段は同油圧シリンダのピストン位置を検出する二つの位置検出センサであることを特徴とする請求項１記載の主軸の工具装着確認装置。
【請求項３】
前記ピストンは、前記工具等のクランプ時に前記弾性手段の付勢力より小さい付勢力で前記ロッドエンドに当接され、前記制御手段は当該時の前記二つの位置検出センサの検出信号により前記工具等のクランプ状態を判断することを特徴とする請求項２記載の主軸の工具装着確認装置。
【請求項４】
ハウジングに回転可能に支持された主軸内にドローバーを軸線方向に移動自在に設け、主軸先端に工具等をクランプするために前記ドローバーを主軸後方側に付勢する弾性手段を有すると共に、該弾性手段の付勢力に抗して前記ドローバーを主軸前方側に移動させて工具等をアンクランプするアクチュエータを有してなる工作機械の主軸装置において、前記ドローバーのロッドエンドの軸方向位置を検出し、該検出位置に基づいて前記工具等のクランプ状態を判断することを特徴とする主軸の工具装着確認方法。
【請求項５】
前記アクチュエータは、前記ロッドエンドに接離可能なピストンを有するアンクランプ用の油圧シリンダであり、前記ピストンを工具等のクランプ時に前記弾性手段の付勢力より小さい付勢力で前記ロッドエンドに当接させ、当該時のロッドエンドの軸方向位置を前記油圧シリンダのピストン位置により間接的に検出することを特徴とする請求項４記載の主軸の工具装着確認方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＴＣ（自動工具交換装置）を備えたマシニングセンタ等工作機械の主軸装置における主軸の工具装着確認装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および課題】
この種、工作機械の主軸装置として、例えば図７に示すようなものがある（特公平７−１０６５３４号公報等参照）。
【０００３】
これによれば、ハウジング１００　に回転可能に支持された主軸（スピンドル）１０１　内にドローバー（ガイドバー）１０２　を軸線方向（長手方向）に進退動可能に挿入し、工具クランプ用ばね１０３　及び工具交換用油圧シリンダ１０４　の伸縮作動により前記ドローバー１０２　を進退動させることで、主軸１０１　先端に対する工具（又は工具を保持した工具ホルダー）１０５　のクランプ・アンクランプを可能にしている。
【０００４】
当該主軸装置において、油圧シリンダ１０４　のピストン１０６　を伸び側（主軸１０１　の先端側）にストロークさせると、やがてピストン１０６　の前端部がドローバー１０２　のロッドエンド１０７　に当接して当該ドローバー１０２　を工具クランプ用ばね１０３　の付勢力に抗して前進動（押出し）させ、これにより主軸１０１　先端に組み付けられたコレットチャック１０８　が解放動作して工具１０５　をアンクランプする。一方、工具１０５　が主軸１０１　先端に挿入された状態で、油圧シリンダ１０４　のピストン１０６　を縮み側（主軸１０１　の後端側）にストロークさせると、工具クランプ用ばね１０３　によるドローバー１０２　の後退動（引込み）によりコレットチャック１０８　が係合動作して工具１０５　をクランプするのである。そして、このクランプ状態は、ピストン１０６　の後端位置を近接スイッチ１０９　が検出することで検知されるようになっている。尚、図中１１０　はビルトインモータである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、ＡＴＣ（自動工具交換装置）を備えたマシニングセンタ等工作機械の主軸装置においては、各種制御の自動化により、コレットチャック１０８　に工具１０５　が完全にクランプ（装着）されているか否か、確認することが重要な課題になっている。
【０００６】
ところが従来では、油圧シリンダ１０４　のピストン１０６　の後端位置を近接スイッチ１０９　で検出することで、間接的に工具１０５　のクランプ状態を検知するようになっているため、例えピストン１０６　が後端位置に在るとしても、コレットチャック１０８　と工具１０５　のプルスタッド部との間で異物噛み込みなどが生じ、工具１０５　が中途半端にクランプされている場合もあり、近接スイッチ１０９　のみの検出信号からの確認では、いま一つ信憑性に欠けるという問題点があった。
【０００７】
そこで本発明は、工具等のクランプ状態を正確に確認でき、装置の信頼性を高められる主軸の工具装着確認装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１に係る発明の主軸の工具装着確認装置は、ハウジングに回転可能に支持された主軸内にドローバーを軸線方向に移動自在に設け、主軸先端に工具等をクランプするために前記ドローバーを主軸後方側に付勢する弾性手段を有すると共に、該弾性手段の付勢力に抗して前記ドローバーを主軸前方側に移動させて工具等をアンクランプするアクチュエータを有してなる工作機械の主軸装置において、前記ドローバーのロッドエンドの軸方向位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段からの検出信号に基づいて前記工具等のクランプ状態を判断する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に係る発明の主軸の工具装着確認装置は、前記アクチュエータは、前記ロッドエンドに接離可能なピストンを有するアンクランプ用の油圧シリンダであり、前記位置検出手段は同油圧シリンダのピストン位置を検出する二つの位置検出センサであることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に係る発明の主軸の工具装着確認装置は、前記ピストンは、前記工具等のクランプ時に前記弾性手段の付勢力より小さい付勢力で前記ロッドエンドに当接され、前記制御手段は当該時の前記二つの位置検出センサの検出信号により前記工具等のクランプ状態を判断することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に係る発明の主軸の工具装着確認方法は、ハウジングに回転可能に支持された主軸内にドローバーを軸線方向に移動自在に設け、主軸先端に工具等をクランプするために前記ドローバーを主軸後方側に付勢する弾性手段を有すると共に、該弾性手段の付勢力に抗して前記ドローバーを主軸前方側に移動させて工具等をアンクランプするアクチュエータを有してなる工作機械の主軸装置において、前記ドローバーのロッドエンドの軸方向位置を検出し、該検出位置に基づいて前記工具等のクランプ状態を判断することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に係る発明の主軸の工具装着確認方法は、前記アクチュエータは、前記ロッドエンドに接離可能なピストンを有するアンクランプ用の油圧シリンダであり、前記ピストンを工具等のクランプ時に前記弾性手段の付勢力より小さい付勢力で前記ロッドエンドに当接させ、当該時のロッドエンドの軸方向位置を前記油圧シリンダのピストン位置により間接的に検出することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
［実施例］
図１は本発明の一実施例にかかる主軸装置の縦断面図である。
【００１５】
図１に示すように、ＡＴＣ（自動工具交換装置）を備えたマシニングセンタの主軸ヘッド１はハウジング２を有してなる。
【００１６】
当該ハウジング２内には、アンギュラ軸受３ａ，３ｂと円筒ころ軸受４とを介して主軸（スピンドル）５が回転可能に収容保持されている。この主軸５の先端部にはプルスタッド６ａを有した工具ホルダー６を引き込み、主軸５と一体回転可能にするコレットチャック７が組み付けられる。主軸５はその外周に組み付けられたビルトインモータ８によって回転駆動される。
【００１７】
詳述すると、前記主軸５の中心貫通孔９にはドローバー１０が挿通されており、該ドローバー１０は前記中心貫通孔９内を長手方向に摺動可能なナット１１に螺合させることによって、その中心軸線が主軸５の中心軸線と一致するようにセンタリング保持されている。また、ドローバー１０のナット１１が螺合されている後方にはドローバー１０と一体的に長手方向に移動するロッドエンド１２が嵌合される。
【００１８】
そして、前記ドローバー１０がばね装置１３の付勢力によって後退すると、その先端部に設けたコレットチャック７で前記工具ホルダー６のプルスタッド６ａを引き込むことにより、図示しない工具を保持した工具ホルダー６が主軸５に装着（クランプ）されるようになっている。
【００１９】
前記工具ホルダー６のクランプを解除（アンクランプ）するには、主軸５の後方に設けられた油圧シリンダ１４が使用される。この油圧シリンダ１４は、ハウジング２の後部に軸受ハウジング１５及びエンドキャップ１６を介して一体的に組み付けられたヘッド部１７内をピストン１８が摺動自在に収装されてなる。
【００２０】
そして、前記ピストン１８がポートＰ２より油室Ｃ２（図２参照）に供給される油圧により伸び側（主軸５の先端側）にストロークすると、やがて初期間隙Ｌが埋められてピストン１８の前端部がドローバー１０のロッドエンド１２に当接して当該ドローバー１０をばね装置１３の付勢力に抗して前進動（押出し）させ、これにより主軸５先端に組み付けられたコレットチャック７が解放動作して工具ホルダー６をアンクランプする。
【００２１】
一方、工具ホルダー６が主軸５先端に挿入された状態で、ピストン１８がポートＰ１より油室Ｃ１に供給される油圧により縮み側（主軸５の後端側）にストロークすると、ばね装置１３の付勢力によるドローバー１０の後退動（引込み）よりコレットチャック７が係合動作して工具ホルダー６をクランプするようになっている。
【００２２】
本実施例では、前記クランプ時の初期に、一時的に、ポートＰ３より油室Ｃ３（図３参照）に油圧を供給し、ピストン１８を伸び側にストロークさせて前記後退付勢されているドローバー１０のロッドエンド１２に当接させるようになっている。この時の油圧は、ばね装置１３の付勢力より小さく設定される。
【００２３】
また、前記ピストン１８の位置を検出する♯１近接スイッチ（位置検出手段）１９と♯２近接スイッチ（位置検出手段）２０の二つを設け、前記ヘッド部１７に取り付けられ、これらの検出信号が電子制御装置（制御手段）２１に入力されている。
【００２４】
そして、前記電子制御装置２１は、前記♯１近接スイッチ１９と♯２近接スイッチ２０の検出信号に基づいて前記工具ホルダー６のクランプ状態を判断し、工具ホルダー６が完全にクランプされていると判断したときだけ、電源装置２２を介してビルトインモータ８を回転駆動させるようになっている。
【００２５】
即ち、図５の制御フローに示すように、ステップＰ１で工具（工具ホルダー６）の有無を判断する。つまり、図３に示すように、ポートＰ３より油室Ｃ３に油圧を供給し、ピストン１８を伸び側にストロークさせて前記後退付勢されているドローバー１０のロッドエンド１２に当接させるのである。
【００２６】
この際、工具（工具ホルダー６）が無い状態の場合、図４に示すように、♯１近接スイッチ１９はＯＦＦ（♯２近接スイッチ２０はＯＮ／ＯＦＦどちらでも良い）となり、ステップＰ４に移行してビルトインモータ８を回転駆動させない。工具（工具ホルダー６）が有る状態の場合、♯１近接スイッチ１９はＯＮ（♯２近接スイッチ２０はＯＮ／ＯＦＦどちらでも良い）となり、ステップＰ２に移行してクランプ状態に異常は無いか否かを確認する。
【００２７】
つまり、前記同様図３に示すように、ポートＰ３より油室Ｃ３に油圧を供給し、ピストン１８を伸び側にストロークさせて前記後退付勢されているドローバー１０のロッドエンド１２に当接させる。コレットチャック７と工具ホルダー６のプルスタッド６ａ部との間での異物噛み込み等の異常が無ければ、図３に示すように、ピストン１８は伸び側に工具（工具ホルダー６）が無い場合より、若干ストロークが増加し、♯１近接スイッチ１９と♯２近接スイッチ２０の両方がＯＮとなる。つまり、♯１近接スイッチ１９と♯２近接スイッチ２０の取付位置が予めこのようになるように設定されているのである。このように、♯１近接スイッチ１９と♯２近接スイッチ２０の両方がＯＮされると異常無しと判断し、ステップＰ３でビルトインモータ８を回転駆動させる。
【００２８】
一方、コレットチャック７と工具ホルダー６のプルスタッド６ａ部との間での異物噛み込み等の異常が有れば、図２に示すように、図３に示した異常の無い場合と比べてピストン１８は伸び側にさらにストロークし、♯１近接スイッチ１９はＯＮ、♯２近接スイッチ２０はＯＦＦとなる。このような場合ステップＰ４に移行してビルトインモータ８を回転駆動させないのである。
【００２９】
以上説明した、ピストン１８の位置と工具（工具ホルダー６）の有無と♯１近接スイッチ１９及び♯２近接スイッチ２０のＯＮ−ＯＦＦとの関係を図６の表に示す。
【００３０】
このように本実施例では、工具（工具ホルダー６）有無によるドローバー１０のロッドエンド１２（コレットチャック７と一体動する）の位置を、当該ロッドエンド１２に一時的に当てられたピストン１８の位置により、間接的に確認するので、従来のようにロッドエンド１２の位置に関係なく単純にピストン１８の位置で確認する方式に比べて、工具等のクランプ状態を正確に確認できる。言い換えれば、工具等のクランプ状態を正確に確認できることで、マシニングセンタ等工作機械の主軸装置における各種制御を円滑に動作させられ、装置に対する信頼性を高められるのである。
【００３１】
また、従来から有るアンクランプ用の油圧シリンダ１４を効果的に利用できるので、大幅なコストアップも回避できる。
【００３２】
また、本実施例では、工具等が正常にクランプされていない場合は、主軸５が回転されないので、当該時に主軸５が回転されることによる主軸５の振動や損傷等が回避されるばかりでなく、工具等が飛び出すというようなことも無くなり、特に主軸の高速化（例えば１０．０００ｒｐｍ　→３０．０００ｒｐｍ　）に有利となる。
【００３３】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。例えば、本発明の主軸装置は、ＡＴＣやビルトインモータを有しない工作機械にも適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように請求項１に係る発明の主軸の工具装着確認装置によれば、ハウジングに回転可能に支持された主軸内にドローバーを軸線方向に移動自在に設け、主軸先端に工具等をクランプするために前記ドローバーを主軸後方側に付勢する弾性手段を有すると共に、該弾性手段の付勢力に抗して前記ドローバーを主軸前方側に移動させて工具等をアンクランプするアクチュエータを有してなる工作機械の主軸装置において、前記ドローバーのロッドエンドの軸方向位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段からの検出信号に基づいて前記工具等のクランプ状態を判断する制御手段と、を備えたので、工具等のクランプ状態を正確に確認でき、装置の信頼性を高められる。
【００３５】
また、請求項２に係る発明の主軸の工具装着確認装置よれば、前記アクチュエータは、前記ロッドエンドに接離可能なピストンを有するアンクランプ用の油圧シリンダであり、前記位置検出手段は同油圧シリンダのピストン位置を検出する二つの位置検出センサであるので、従来から有るアンクランプ用の油圧シリンダの有効利用が図れる。
【００３６】
また、請求項３に係る発明の主軸の工具装着確認装置は、前記ピストンは、前記工具等のクランプ時に前記弾性手段の付勢力より小さい付勢力で前記ロッドエンドに当接され、前記制御手段は当該時の前記二つの位置検出センサの検出信号により前記工具等のクランプ状態を判断するので、簡単な制御動作で前記ロッドエンドの位置を間接的にかつ正確に確認することができる。
【００３７】
また、請求項４に係る発明の主軸の工具装着確認方法は、ハウジングに回転可能に支持された主軸内にドローバーを軸線方向に移動自在に設け、主軸先端に工具等をクランプするために前記ドローバーを主軸後方側に付勢する弾性手段を有すると共に、該弾性手段の付勢力に抗して前記ドローバーを主軸前方側に移動させて工具等をアンクランプするアクチュエータを有してなる工作機械の主軸装置において、前記ドローバーのロッドエンドの軸方向位置を検出し、該検出位置に基づいて前記工具等のクランプ状態を判断するので、工具等のクランプ状態を正確に確認でき、装置の信頼性を高められる。
【００３８】
また、請求項５に係る発明の主軸の工具装着確認方法は、前記アクチュエータは、前記ロッドエンドに接離可能なピストンを有するアンクランプ用の油圧シリンダであり、前記ピストンを工具等のクランプ時に前記弾性手段の付勢力より小さい付勢力で前記ロッドエンドに当接させ、当該時のロッドエンドの軸方向位置を前記油圧シリンダのピストン位置により間接的に検出するので、簡単な制御動作で前記ロッドエンドの位置を間接的にかつ正確に確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる主軸装置の縦断面図である。
【図２】工具有りの場合で、異常クランプしたピストンの作用状態図である。
【図３】工具有りの場合で、正常クランプしたピストンの作用状態図である。
【図４】工具無い場合のピストンの作用状態図である。
【図５】同じく制御フローである。
【図６】同じくピストンの位置と工具等の有無と♯１近接スイッチ及び♯２近接スイッチのＯＮ−ＯＦＦとの関係を示す表である。
【図７】従来例の主軸装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１　主軸ヘッド
２　ハウジング
３ａ，３ｂ　アンギュラ軸受
４　円筒ころ軸受
５　主軸
６　工具ホルダー
６ａ　プルスタッド
７　コレットチャック
８　ビルトインモータ
９　中心貫通孔
１０　ドローバー
１１　ナット
１２　ロッドエンド
１３　ばね装置
１４　油圧シリンダ
１５　軸受ハウジング
１６　エンドキャップ
１７　ヘッド部
１８　ピストン
１９　♯１近接スイッチ
２０　♯２近接スイッチ
２１　電子制御装置
２２　電源装置
２３　モータ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３　ポート
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３　油室
Ｌ　初期間隙
【図１】
2004025388.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004025388.tif 000007
【図６】
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【図７】
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