(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸中空円筒部に、工具ホルダを主軸に装着操作するドローバーを有する工作機械の主軸装置において、
前記ドローバーの任意の位置にゲージ受感部を添着し、ドローバーの弾性変形量を該ゲージ受感部の抵抗変化により測定可能とし、
ゲージ受感部の抵抗変化を検出する電線をドローバー後部に設けられた接点に接続する一方、ドローバーを前後動させるピストンのドローバー接触部に前記ドローバー側接点に接触可能な接点を設け、ピストンがドローバーを押圧操作したときに両接点同士が接触し、ピストンを介してゲージ受感部の抵抗変化量を測定可能としたことを特徴とする工作機械の主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は工作機械の主軸装置に関し、詳しくは主軸が工具を保持する工具保持力を検出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械において、主軸に工具を固定する方法として、主軸中心部に開けられた貫通孔内にドローバーを配置し、そのドローバー先端に設けられた工具ホルダ把持具を用いて工具を取付けた工具ホルダの端部を掴みながらドローバーを主軸後部に引き込み、その引き込み力により工具ホルダを主軸に密着固定する方法が知られている。このときの引き込み方式は、工具保持力を得るために圧縮バネの力を利用してドローバーを後部に引き込む方式が広く採用されている。
【０００３】
この方式を採用した従来の工作機械の主軸装置の一例を図２に示している。図２は主軸装置の縦断面図であり、主軸２０周囲の下方先端部４カ所と上方後部一ヶ所に転がり軸受２１ａ〜２１ｅが設けられ、固定された円筒状の固定ハウジング２２内に回転支持され、固定ハウジング２２は主軸頭２３に固定され、主軸頭２３は主軸台などの機械本体に固定されている。尚、前側の転がり軸受は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円錐ころ軸受等、ラジアル荷重と少なくとも一方向のスラスト荷重が受けられるもの、後側の軸受はラジアル荷重が受けられるコロ軸受や深溝玉軸受等が用いられている。
【０００４】
前側の転がり軸受２１ａ〜２１ｄと後側の転がり軸受２１ｅの間には、主軸２０を回転させるための駆動装置としてビルトイン型の電動機２５が設けられ、この電動機２５は主軸２０の外周に設けられたロータ２６と、その周囲の主軸頭２３の内周に設けられたステータ２７とから構成されている。
また、主軸２０には加工工具固定用の工具ホルダ２８が取付けられ、工具ホルダ２８は、ホルダ把持具２９を介してドローバー３１により主軸２０に固定されている。更に工具ホルダ２８を主軸２０に引き込んで固定保持するために、主軸内部の任意位置の端面に固定されたリング３２ａとドローバー３１の軸方向外径部にナットを介して固定されているリング３２ｂとの間に圧縮バネ３３が支持され、その圧縮バネ３３には、所定の圧縮力が付与されている。
【０００５】
上記のような主軸装置において、加工工具固定用の工具ホルダ２８は、主軸先端部に挿入してホルダ把持具２９に把持させて、圧縮バネ３３がドローバー３１を主軸長手方向へ押す力によってホルダ把握具２９を介して主軸２０に密着固定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の場合、工具ホルダ２８の密着力は圧縮バネ３３の伸長力によって決まるため、実際の主軸においては、工具ホルダ２８を主軸２０に引き込んだときに必要な保持力で保持するように、圧縮バネ３３の圧縮量を予め調整して組み込んでおくのが望ましいし、工具ホルダ２８固定時にドローバー３１が常に同じ位置まで引き込まれるならば、発生する保持力は常に一定であるが、工具ホルダ２８後部の長手寸法が長かったり短かったりすれば当然ドローバー３１の引き込まれる位置は変わってしまい、それにより保持力も変化することになる。また、使用を重ねて圧縮バネ３３がへたってきた時などは、引き込み位置が変わらなくても保持力は初期に比べて小さくなってしまう。
【０００７】
このような問題点に関し、工具ホルダの寸法ばらつきなどによる保持力の違いをみる為であれば、保持力は圧縮バネの圧縮量に比例するため、工具ホルダ固定時のドローバーの長手方向位置を正確に検出することで、どれくらいの保持力が出ているかどうか推定することが可能である。
しかし、一般に保持力発生用のバネは強力であり、僅かな圧縮量の変化でも保持力は大きく変わってしまうため、ドローバーの長手位置を検出することで工具保持力がどれだけ出ているかを推定することは、ドローバーの長手位置を正確に検出するための測定装置が高価となってしまう点や、バネのへたり等による保持力の低下等はこの方法では検出できない等の問題から実際には行なわれていない。
このような理由から、工具ホルダを固定したときに実際どれだけの保持力が出ているかは分からないまま加工を行なっていた。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、工作機械の主軸装置において、加工工具を保持する工具ホルダを主軸に固定する際に、保持力を検出できるようにすることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、主軸中空円筒部に、工具ホルダを主軸に装着操作するドローバーを有する工作機械の主軸装置において、前記ドローバーの任意の位置にゲージ受感部を添着し、ドローバーの弾性変形量を該ゲージ受感部の抵抗変化により測定可能とし、ゲージ受感部の抵抗変化を検出する電線をドローバー後部に設けられた接点に接続する一方、ドローバーを前後動させるピストンのドローバー接触部に前記ドローバー側接点に接触可能な接点を設け、ピストンがドローバーを押圧操作したときに両接点同士が接触し、ピストンを介してゲージ受感部の抵抗変化量を測定可能としたことを特徴とし、この構成により、ドローバーの長手位置によらず工具保持力が測定でき、不具合が生じて少ない保持力で工具が固定された場合でも確実に検知でき、弱い保持力のまま工具が回転することを無くすことができる。
【００１０】
また、回転動作のないピストンを介して工具保持力を測定できるので、回転部を介して例えばスリップリングのような回転式接点を介してゲージ受感部に通電する必要が無くなり、発熱や接点間の接触抵抗変化等の影響を受けることがなく精度良く抵抗変化を検知できる。その結果、簡易な構成により測定できるし、このとき使用するゲージ受感部の歪み量測定装置や工具保持力判定装置等も比較的安価に構成できるので測定システム全体としても、安価に構成できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る主軸装置の要部である主軸の縦断面説明図を示している。図１において、主軸１は中心軸部に貫通孔２（中空円筒部）が形成され、ドローバー３が挿通配置されている。そのドローバー３先端にはホルダ把持具４が設けられている。６はドローバー３を前後動させるピストン７を内蔵したピストンユニットであり、ピストン７は、図示していない油圧装置に配管接続され、油圧装置からの油圧操作により上下方向に移動動作し、ドローバー３を押圧操作してホルダ把持具４による工具ホルダ５のクランプ／アンクランプ動作を操作している。
尚、主軸１の周囲には上記図２に示すような主軸１を回転させる電動機が配置され、また主軸１は上記図２と同様に周囲の下方先端部数カ所と上方後部一ヶ所に転がり軸受が設けられ、固定されたハウジング内に回転支持され、ハウジングは主軸頭に固定され、主軸頭は主軸台などの機械本体に固定されている。
【００１２】
そしてドローバー３の先端部近傍の細径部には、歪み検出素子であるゲージ受感部９が貼着されている。このゲージ受感部９は、貼着部の弾性変形量に応じて抵抗値が変化するように選択され貼着されている。このゲージ受感部９によりドローバー長手方向に引張り応力が加わった時の弾性変形量を検出可能となっている。
【００１３】
このゲージ受感部９に通電させるための電線は、ドローバー３の内部を通り、ドローバー３の後部端面の任意位置に設けられた接点１０に接続されている。そして、ドローバー３後部となる主軸上方に設けられたピストンユニット６のピストン７の先端面には対応する接点１１が設けられ、ピストン７がドローバー３を押す時に互いの接点１０，１１が接するようになっている。そして、ピストン７側の接点１１は別途設置された歪み量測定装置１３に接続され、歪み量測定装置はさらにゲージ受感部９の特性変化を受けて工具保持力を判断する工具保持状態判定手段１４に接続されている。
尚、ゲージ受感部は、その伸び縮みにより内部の電気抵抗値が変化するため、予め電気抵抗の変化と工具引き上げ力の関係を調べておけば、素子に電気を通し、そのときの電流、電圧、抵抗の相関関係から間接的に工具の引き上げ力を知ることができる。
【００１４】
上記構成において工具を交換する際の動作を説明すると、まず主軸１の回転を止めた後、油圧装置等から油を注入してピストン７を前進させ、ドローバー３を押し下げて工具ホルダ５をアンクランプの状態とする。このときピストン７がドローバー３に接触することで、接点１０，１１同士が接触して歪み量測定装置１３からゲージ受感部に通電してドローバー３に加わる引張り応力を測定することができる。
【００１５】
そして、工具ホルダ５を掴んだ後、保持するためにピストン７が上がり始めると、徐々にドローバー３に引張り応力がかかり出す。ドローバー３は工具ホルダを掴んで停止する位置まで後退するので、ドローバー３が停止する位置が、ドローバー３に最大の引張り応力がかかる位置となり、その応力で工具ホルダ保持力即ち工具保持力も決まる。そのため、ドローバー３の後退が止まり、ピストン７と離れる間際の引張り応力を測定し、その値を基に工具保持状態判定手段１４において、所定の工具保持力が確保できているか判定させている。
【００１６】
このように、ゲージ受感部をドローバーに設けて工具を装着する前と装着後のドローバーの引張り応力である弾性変形量を検出することで、ドローバーの長手位置によらず工具保持力が測定できる。その結果、不具合が生じて少ない保持力で工具が固定された場合でも確実に検知でき、弱い保持力のまま工具が回転することを無くすことができる。
更に、その引張り応力が工具保持力の許容範囲を下回った場合は警告を発したり、主軸の回転を不可としたり、或いは主軸の回転数を制限させる等の指令を工作機械の制御装置に伝えるようにすれば、回転中に工具が外れてしまうような問題も容易に回避できる。
【００１７】
又、回転動作のないピストンを介して工具保持力を測定できるので、簡易な構成により測定できるし、このとき使用するゲージ受感部の歪み量測定装置や工具保持力判定装置等も公知の電子回路を組み合わせることで容易に構成でき機械精度を要求されないので、ドローバーの長手位置を正確に検出する測定装置より安価に構成でき、システム全体としても安価に構成できる。
【００１８】
尚、上記実施の形態ではゲージ受感部をドローバー先端部近傍に設けたが、先端部でなくとも良く、ドローバーは後部の圧縮バネ係止部から先端にかけて弾性変形するので、その間の任意位置に貼着すればよい。但し、上記実施形態のように、他の部位に比べて細い部位がある場合はその部位の弾性変形量は太径部に比べて大きいので、そのような部位に設けるのが良い。
【００１９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ドローバーの長手位置によらず工具保持力が測定できる。その結果、不具合が生じて少ない保持力で工具が固定された場合でも確実に検知でき、弱い保持力のまま工具が回転することを無くすことができる。
【００２０】
また、回転動作のないピストンを介して工具保持力を測定できるので、簡易な構成により測定できる。また、このとき使用するゲージ受感部の歪み量測定装置や工具保持力判定装置等も比較的安価に構成できるので測定システム全体としても、安価に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工作機械の主軸装置の実施形態の一例を示し、その要部である主軸部の縦断面説明図である。
【図２】従来の主軸装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１・・主軸、２・・貫通孔、３・・ドローバー、４・・ホルダ把持具、５・・工具ホルダ、６・・ピストンユニット、７・・ピストン、９・・ゲージ受感部、１０，１１・・接点。
【図１】
0004772991.tif 000002
【図２】
0004772991.tif 000003