(57)【要約】【課題】  主軸に工具が装着されている状態を確認でき、しかも高速回転の主軸に適用可能な主軸装置を提供すること。【解決手段】  ドローバー２２を後方に移動させる皿ばね３０によるクランプ手段と、ドローバー２２を前方に移動させるシリンダ・ピストン装置によるアンクランプ手段とを有している。ドローバー２２の位置を検出するプローブ６６がドローバー２２の後端部２２ａに向けて進退移動可能に設けられており、そのプローブ６６の位置を検出する複数のセンサ７０、７２、７４で工具装着状態確認を行うようにした。【選択図】      図１
2005319540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具が取付けられた工具ホルダを主軸の先端部の端面又は／及びテーパ穴の内周面に係合させて工具ホルダを主軸に装着する工作機械の主軸装置において、
中空状のハウジングと、
前記ハウジングに軸受を介して回転可能に支持された中空状の主軸と、
前記主軸の中空部に主軸と同軸に挿通され、工具ホルダを係止、開放するコレットを有したドローバーと、
前記主軸と前記ドローバーとの間に設けた弾性付勢部材の反発力でドローバーを後方に移動させ、工具ホルダを係止するクランプ手段と、
前記ハウジングに取付けられ、前記弾性付勢部材の反発力に抗してドローバーを前方に移動させ、工具ホルダを開放するアンクランプ手段と、
前記ドローバーの後端部に向けて非回転部から進退移動可能に設けられ、ドローバーの後端部に当接し、ドローバーの位置を検出するプローブと、
前記プローブの停止位置を検出するセンサで構成され、主軸に工具ホルダが装着されているか否か、又は／及び工具ホルダが正しい位置に装着されているか否かを検出する工具装着状態確認手段と、
を具備することを特徴とした工作機械の主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具が取付けられる工具ホルダを主軸の端面又は／及びテーパ穴の内周面に係合させて工具ホルダを主軸に装着する工作機械の主軸装置に関する。特に高速回転用主軸に適用可能な工作機械の主軸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸装置の一例が本願出願人の出願に係わる特許第３１５９９２３号の明細書及び図面の中で開示されている（特許文献１参照）。この主軸装置は、ハウジングに対して回転自在に設けられた主軸の中空部に同軸状にドローバーを挿通されている。ドローバーが軸線方向に移動することにより開閉するコレットがドローバーの先端部に設けられている。工具が取付けられた工具ホルダの後端部のプルスタッドをコレットで係止、開放する構造になっている。
【０００３】
主軸に工具を装着するときには、ドローバーはその外周面に設けられた弾性付勢部材、例えば複数個の皿ばねの反発力で主軸に対して後方に付勢され、工具ホルダの後端部のプルスタッドをコレットが把持する。また、主軸から工具を取り外す場合には、主軸の後部に設けられたアンクランプ手段を作動させ、皿ばねの反発力に打ち勝つ力をピストンに作用させて、ドローバーを主軸に対して前方に押し出すことにより、コレットがプルスタッドを開放する。
【０００４】
【特許文献１】特許第３１５９９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の特許文献１に記載の工具交換装置付きの工作機械では、加工により発生した切屑や加工領域に飛散した加工液が工具ホルダの外周部、特に工具ホルダのテーパ部など主軸への装着面に付着することがある。こうした状態の工具を主軸に装着すると、工具装着時の基準面である主軸先端部の端面又はテーパ穴に工具ホルダのフランジ端面又はテーパ部がそれぞれ正しく密着しない。そのため工具の正確な位置決めが行われず、主軸に対する工具の装着精度が著しく低下し、加工精度も著しく低下してしまうという問題点があった。また、主軸装置後方部にドローバーの位置を検出するためのセンサが設けられ、ドローバーにはドッグが取付けられていたため、ドローバーの長さが長くなり、重量やイナーシャが大きくなったり、回転アンバランス量が増えたりする。このような主軸装置を高速回転すると振動が大きく、加工精度に悪影響を及ぼすという問題点があった。
【０００６】
本発明は前述の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、主軸に工具が装着されているか否か、工具が正しい位置に装着されているか否かを確認することができ、しかも高速回転の主軸に適用可能な工作機械の主軸装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の目的を達成するため、本発明は、工具が取付けられた工具ホルダを主軸の先端部の端面又は／及びテーパ穴の内周面に係合させて工具ホルダを主軸に装着する工作機械の主軸装置において、中空状のハウジングと、前記ハウジングに軸受けを介して回転可能に支持された中空状の主軸と、前記主軸の中空部に主軸と同軸に挿通され、工具ホルダに設けられたプルスタッドを係止、開放するコレットを有したドローバーと、前記主軸と前記ドローバーとの間に設けた弾性付勢部材の反発力でドローバーを後方に移動させ、工具ホルダを係止するクランプ手段と、前記ハウジング内に取付けられ、前記弾性付勢部材の反発力に抗してドローバーを前方に移動させ、工具ホルダを開放するアンクランプ手段と、前記ドローバーの後端部に向けて進退移動可能に設けられ、ドローバーの後端部に当接し、ドローバーの位置を検出するプローブと、前記プローブの停止位置を検出する複数のセンサで構成され、主軸に工具ホルダが装着されているか否か、又は工具ホルダが正しい位置に装着されているか否かを検出する工具装着状態確認手段と、を具備した工作機械の主軸装置が提供される。
【０００８】
前述のように、本発明の主軸装置は、ドローバーを後方に移動させるクランプ手段とドローバーを前方に移動させるアンクランプ手段とを有し、かつドローバーの位置を検出するプローブと工具装着状態検出手段とを有して構成されている。このような構成であるから、ドローバーの位置を非回転部に設けたプローブで検出できる。また、主軸と共に回転するドローバーに位置を検出するための部材を取付ける必要がないので主軸回転部分を小さくでき、工具の装着状態を安全でしかも正確に検出することができる。
【発明の効果】
【０００９】
ドローバーの位置を検出するプローブを非回転部に設け、主軸に工具ホルダが装着されているか否か、又は工具ホルダが正しい位置に装着されているか否かを検出する工具装着状態確認手段を回転しないハウジングに取付けたので、ドローバーの位置検出が安全で、かつ正確に行える。また、ドローバーにドローバーの位置検出のための装置を設ける必要がないので、ドローバーを短くすることができ、振動やイナーシャを小さくできる。従って振動の小さい高速回転の主軸に適した主軸装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の工作機械の主軸装置の全体を示す断面図である。図２は工具装着状態確認の動作を示すフロー図である。
【００１１】
工作機械の主軸装置１０は、中空状のハウジング１２と、該ハウジング１２にベアリング１６ａ、１６ｂ、１６ｃを介して回転自在に支持された中空状の主軸１４とを具備している。主軸１４を回転駆動するために、主軸１４の外周面にはビルトインモータのロータ３２が固着されており、ハウジング１２の内周面にはステータ３４が固着されている。主軸１４の先端部には、基準面として主軸１４の先端方向に円錐状に拡開したテーパ面１４ａが形成されており、該テーパ面１４ａに工具２０が取り付けられた工具ホルダ１８の円錐台形状のテーパ部１８ａが装着される。
【００１２】
主軸１４の中空部にはドローバー２２が軸方向に移動自在に挿入されている。主軸１４の中空部において主軸１４の先端領域に案内筒２６が挿入、固定されており、ドローバー２２は該案内筒２６内に挿入され主軸１４の軸線方向に案内される。案内筒２６と主軸１４との間に弾性付勢部材としての皿ばね３０が圧縮状態で配設されており、該皿ばね３０によりドローバー２２が、中心軸線に沿って主軸１４の後端方向に付勢される。ドローバー２２の先端部には、工具ホルダ１８のテーパ部１８ａの後端に設けられたプルスタッド１８ｂと係合可能なコレット２８が配設されている。コレット２８は、ドローバー２２が主軸１４内で後退するときプルスタッド１８ｂと係合してこれを引き込み、工具ホルダ１８を主軸１４の先端部に係止する。ドローバー２２が前進すると、コレット２２が拡開してプルスタッド１８ｂとの係止が解除され、工具ホルダ１８を主軸１４先端部のテーパ面１４ａから抜去可能となる。皿ばね３０に代え、コイルばね等の他の弾性付勢部材を用いることもできる。
【００１３】
特許請求の範囲の中で言うハウジングは、ハウジング１２にブラケット４２が取付けられた状態を含んでいる。ドローバー２２を中心軸線に沿って前後に移動させるために、主軸１４及びドローバー２２の後端部領域にアンクランプ装置が設けられている。アンクランプ装置は、ハウジング１２の上部に設けられたブラケット４２の中空部内に固着されたシリンダ４４と、該シリンダ４４内に摺動自在に配設され、ドローバー２２の後端部２２ａと当接可能に設けられたピストン４６の先端部４６ａとを備えている。ピストン４６によりシリンダ４４内には軸線方向に分離された２つの油圧室が形成され、シリンダ４４の各々の油圧室に油圧源５０から油圧が付与される。
【００１４】
シリンダ４４の前方側の油圧室に油圧を供給することにより、ピストン４６がドローバー２２の後端部から後退し、皿ばね３０による付勢力によりドローバー２２が後退し、コレット２８が工具ホルダ１８のプルスタッド１８ｂを係止する。シリンダ４４の後方側の油圧室に油圧を供給することにより、ピストン４６が前方に移動して、ピストン４６の先端部４６ａがドローバー２２の後端部２２ａに当接し、皿ばね３０による付勢力に抗してドローバー２２を前方へ移動させる。これによりコレット２８が拡開して工具ホルダ１８のプルスタッド１８ｂが開放され、工具ホルダ１８を主軸１４のテーパ面１４ａから抜去可能となる。
【００１５】
ブラケット４２の後部にシリンダ６０及びピストン６２が設けられ、空圧源６４からの空圧によってピストン６２が前進後退移動可能になっている。ピストン６２の前方にはドローバー２２の後端部２２ａに当接し、ドローバー２２の位置を検出するプローブ６６が取付けられている。ブラケット４２の後方には工具装着状態確認のためのセンサとして、ドローバー２２の位置を検出するための近接スイッチ７０及びリミットスイッチ７２、７４が設けられ、それぞれ制御装置５４に接続されている。ピストン６２に取付けられたドッグバー６８に近接スイッチ用ドッグ７６及びリミットスイッチ用ドッグ７８が取付けられている。
【００１６】
図２を参照して工具装着状態確認の動作を説明する。工具装着状態の確認は、主軸に工具ホルダが装着されているか否かの工具有無の確認と、工具ホルダが正しい位置に装着されているか否かの工具密着の確認を行う。工具装着状態の確認は主軸の回転指令が発せられた毎に行い、工具有無の確認、工具密着の確認を行い、主軸に工具が装着されており、しかも密着して正常に装着されていることを確認してから主軸を回転させるようになっている。
【００１７】
図２において、ステップＳ１主軸回転指令が指令されるとステップＳ２プローブ前進でプローブ６６がピストン６２の前進によってドローバー２２の後端部２２ａに当接する。ステップＳ３工具有無の確認では、工具無しの場合は主軸は回転せず、工具有りの場合は次のステップＳ４工具密着の確認を行う。密着の確認が異常の場合はアラームを発して異常を知らせる。密着の確認が正常の場合は次のステップＳ５プローブ後退でプローブ６６がピストン６２の後退によってドローバー２２の後端部２２ａから離れる。そしてステップＳ６の主軸回転で主軸が回転し、ステップＳ７加工で加工が行われる。
【００１８】
本実施の形態における工具装着状態確認のための各センサの動作は次の通りである。工具有無の確認で工具無しの場合は、近接スイッチ７０がＯＮ、リミットスイッチ７２がＯＦＦ、リミットスイッチ７４がＯＦＦの状態である。工具有りでかつ工具密着が異常の場合は、近接スイッチ７０がＯＦＦ、リミットスイッチ７２がＯＮ、リミットスイッチ７４がＯＦＦの状態である。工具有りでかつ工具密着が正常の場合は、近接スイッチ７０がＯＮ、リミットスイッチ７２がＯＮ、リミットスイッチ７４がＯＦＦの状態である。また、ステップＳ６の主軸回転が可能な場合は、近接スイッチ７０がＯＦＦ、リミットスイッチ７２がＯＦＦ、リミットスイッチ７４がＯＮの状態であり、つまりプローブ６６が上昇している状態である。
【００１９】
本実施形態では、図１においてドローバー２２の後端部２２ａが主軸１４の後端面から後方へ突き出ている場合について図示してあるが、ドローバー２２の後端部２２ａが主軸１４の後端面から内側に引込んでいても良い。要は、ピストン４６とプローブ６６がドローバー２２の後端部２２ａに当接する構造になっていれば良い。また、シリンダ４４とシリンダ６０とはそれぞれ独立してブラケット４２に設けられているが、シリンダ６０がピストン４６上に固定され、クランプ、アンクランプ毎にシリンダ６０がピストン４６と共に移動する構造であっても良い。
【００２０】
近接センサ７０及びリミットスイッチ７２、７４の代わりに、ピストン６２即ちプローブ６６の軸線方向の位置を検出するリニアエンコーダ等の位置読取りセンサを１つ設けて、同様の検出機能を持たせても良い。また、ドッグバー６８を用いずに、プローブ６６自体の位置を直接的に検出する構造にしても良い。更に、工具ホルダ１８が主軸１４の端面及びテーパ面１４ａの両方に密着する、いわゆる２面拘束タイプの工具ホルダであっても、本実施形態と同様の作用、効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の工作機械の主軸装置の全体を示す断面図である。
【図２】工具装着状態確認の動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００２２】
１２  ハウジング
１４  主軸
１８  工具ホルダ
２２  ドローバー
２２ａ  ドローバーの後端部
２８  コレット
３０  皿ばね
４４  シリンダ
４６  ピストン
５０  油圧源
５４  制御装置
６０  シリンダ
６２  ピストン
６４  空圧源
６６  プローブ
７０  近接スイッチ
７２  リミットスイッチ
７４  リミットスイッチ
【図１】
2005319540.tif 000003
【図２】
2005319540.tif 000004