(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸先端に被加工物を固定する電動チャックと、主軸の外周に設置された第一のモータと、前記第一のモータの回転子位置を検出する第一の位置検出器と、一部を主軸に内挿し主軸と同一軸上に設置されチャック爪を移動させる爪送り機構と、主軸と同一軸上に設置され前記爪送り機構を駆動する第二のモータと、前記第二のモータの回転子位置を検出する第二の位置検出器と、前記主軸と前記爪送り機構との連結と切離しをする連結手段とを前記主軸と同一軸上に構成した電動チャックを持つ旋盤の主軸装置の制御方法において、
被加工物をチャックに固定する場合は、主軸と回転子が機械的に連結された第一のモータは所定の速度で回転させ、爪送り機構と回転子が連結された第二のモータを所要のトルクで回転させ、第一のモータと第二のモータの速度差を生じるその回転力で被加工物をチャックに固定するチャックの爪を作用させて所要の力で被加工物をチャックに固定し、
チャックが被加工物把持後に旋削加工する場合は、前記主軸と爪送り機構を機械的に連結し、前記主軸の位置を検出する回転位置検出器の信号を用いて前記第一のモータと第二のモータを同期して制御し、主軸の位置を検出する回転位置検出器と爪送り機構の位置を検出する回転位置検出器の信号の差異を監視し、差異を生じれば保護機能を動作させ旋盤の加工を停止させ、
被加工物をチャックから取り出す場合は、主軸と回転子が機械的に連結された第一のモータは所定の速度で回転させ、爪送り機構と回転子が連結された第二のモータを所要のトルクで回転させ、第一のモータと第二のモータの速度差を生じるその回転力で前記チャックの爪を所要の力で緩め、被加工物をチャックから取り出すことを特徴とする電動チャックを持つ旋盤の主軸装置の制御方法。
【請求項２】
主軸先端に被加工物を固定する電動チャックと、主軸の外周に設置された第一のモータと、前記第一のモータの回転子位置を検出する第一の位置検出器と、一部を主軸に内挿し主軸と同一軸上に設置されチャック爪を移動させる爪送り機構と、主軸と同一軸上に設置され前記爪送り機構を駆動する第二のモータと、前記第二のモータの回転子位置を検出する第二の位置検出器と、前記主軸と前記爪送り機構との連結と切離しをする連結手段とを前記主軸と同一軸上に構成した電動チャックを持つ旋盤の主軸装置の制御装置において、
被加工物をチャックに固定する場合は、主軸と回転子が機械的に連結された第一のモータは所定の速度で回転させ、爪送り機構と回転子が連結された第二のモータを所要のトルクで回転させ、第一のモータと第二のモータの速度差を生じるその回転力で被加工物をチャックに固定するチャックの爪を作用させて所要の力で被加工物をチャックに固定し、
チャックが被加工物把持後に旋削加工する場合は、前記主軸と爪送り機構を機械的に連結し、前記主軸の位置を検出する回転位置検出器の信号を用いて前記第一のモータと第二のモータを同期して制御し、主軸の位置を検出する回転位置検出器と爪送り機構の位置を検出する回転位置検出器の信号の差異を監視し、差異を生じれば保護機能を動作させ旋盤の加工を停止させ、
被加工物をチャックから取り出す場合は、主軸と回転子が機械的に連結された第一のモータは所定の速度で回転させ、爪送り機構と回転子が連結された第二のモータを所要のトルクで回転させ、第一のモータと第二のモータの速度差を生じるその回転力で前記チャックの爪を所要の力で緩め、被加工物をチャックから取り出すことを特徴とする電動チャックを持つ旋盤の主軸装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動チャックを備えた工作機械の旋盤の主軸装置の制御方法及び装置に関する。ここで電動チャックはチャックの開閉を電動機によって行うものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の旋盤の主軸は駆動用モータと油圧機構を併用して構成されていた。図4に従来の主軸構成例を示す。図4において1は主軸、 2はチャック、3はチャック2に取り付けられた爪、4はチャックの爪4で固定された被加工物、5は主軸1を支える主軸台、 51は主軸駆動用モータ、52は主軸モータ51の動力を主軸1に伝達する52aおよび52bのプーリーと52cのベルトからなる動力伝達機構、53はチャックシリンダー、53aはチャックの爪を締める時に使用する油圧配管、53bはチャックの爪を緩める時に使用する油圧配管、53cは油圧ポンプ、54はチャックシリンダー53と油圧配管53a、53bと油圧ポンプ53cからなる油圧機構でありこれらが主軸を構成する。また55は切削工具、56は切削工具55を固定する刃物台、57a、58aはそれぞれX軸、Z軸の送りモータ、57b、58bは刃物台56の位置を可動にするそれぞれX軸、Ｚ軸のボールネジである。
被加工物4は主軸駆動用モータ51によって駆動される主軸1を介して回転しており、切削工具55の位置をX軸送りモータ57a、Ｚ軸送りモータ58aで移動させて所定の形状に加工される。被加工物4は加工中チャックの爪3によって固定されており、切削による外力に十分耐える構造となっている。被加工物4の交換時には爪3を移動させて把持力を弱め、交換を容易にしている。この爪3の移動は油圧機構54により行う。すなわち被加工物4を固定する時は油圧配管53aの油圧を上げてチャックの爪を締め、被加工物4を取り出す時は油圧配管53bの油圧を上げてチャックの爪を緩める。この操作に用いられるチャックシリンダー53は旋盤に取り付けられた油圧ポンプ53cから供給された油圧が動力源であり、各油圧配管53a、53bをバルブ開閉によって操作する。所定の油圧を保つために油圧ポンプ53cは常時運転されており、エネルギー消費と騒音の観点から望ましくなく省エネ化が望まれる。
また、世の中の動向は、環境改善で省エネルギー、省資源、小形化、高効率化の方向に進んでおり、上記の従来の旋盤もその対象になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来の油圧チャックシリンダを用いた主軸構成では、上記のように主軸に電気駆動部と油圧駆動部があり、小形化を妨げるとともに、油圧ポンプ54を常時使用するために、市場のニーズである環境改善で省エネルギー、小形化、高効率化などの技術的課題に対応できないという問題点があった。さらに従来のチャック駆動用モータは主軸駆動用モータ軸上ではなく、チャック駆動用モータをチャックの周辺に設置されているため、チャック駆動用モータを、主軸駆動用に用いることができなかった（例えば特開平１１−３００５１２）。
本発明は上記問題点に鑑み、油圧チャックシリンダの代わりにモータを用いてチャックの爪の開閉操作を電動化し、省エネルギーかつ小形化した旋盤の主軸装置の制御方法及び装置を提供することを第一の目的とする。さらに本発明はチャック駆動用モータを主軸駆動用にも使えるようにし、チャック駆動および主軸駆動をする２台のモータの特性をそれぞれ最適化して主軸モータとして低損失化、高信頼性を得ることを第二の目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の本発明は、主軸先端に被加工物を固定する電動チャックと、主軸の外周に設置された第一のモータと、前記第一のモータの回転子位置を検出する第一の位置検出器と、一部を主軸に内挿し主軸と同一軸上に設置されチャック爪を移動させる爪送り機構と、主軸と同一軸上に設置され前記爪送り機構を駆動する第二のモータと、前記第二のモータの回転子位置を検出する第二の位置検出器と、前記主軸と前記爪送り機構との連結と切離しをする連結手段とを前記主軸と同一軸上に構成した電動チャックを持つ旋盤の主軸装置の制御方法において、
被加工物をチャックに固定する場合は、主軸と回転子が機械的に連結された第一のモータは所定の速度で回転させ、爪送り機構と回転子が連結された第二のモータを所要のトルクで回転させ、第一のモータと第二のモータの速度差を生じるその回転力で被加工物をチャックに固定するチャックの爪を作用させて所要の力で被加工物をチャックに固定し、
チャックが被加工物把持後に旋削加工する場合は、前記主軸と爪送り機構を機械的に連結し、前記主軸の位置を検出する回転位置検出器の信号を用いて前記第一のモータと第二のモータを同期して制御し、主軸の位置を検出する回転位置検出器と爪送り機構の位置を検出する回転位置検出器の信号の差異を監視し、差異を生じれば保護機能を動作させ旋盤の加工を停止させ、
被加工物をチャックから取り出す場合は、主軸と回転子が機械的に連結された第一のモータは所定の速度で回転させ、爪送り機構と回転子が連結された第二のモータを所要のトルクで回転させ、第一のモータと第二のモータの速度差を生じるその回転力で前記チャックの爪を所要の力で緩め、被加工物をチャックから取り出すことを特徴とする電動チャックを持つ旋盤の主軸装置の制御方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図1は本発明の旋盤主軸の断面図である。図1において1は主軸、 2はチャック、3はチャック2に取り付けられた爪、4はチャックの爪4で固定された被加工物、5は主軸1を支える主軸台、6a、6bは軸受、7aは主軸台5に固定された第1のモータの固定子、7bは主軸1と連結された第1のモータの回転子、7はモータ固定子7aとモータ回転子7bからなる第1のモータ、8aは主軸1に取り付けられた主軸回転位置検出器のディスク、8bは主軸回転位置検出器の検出部、8はディスク8a、検出部8bからなる主軸回転位置検出器、9はチャックの爪を移動させる爪送り機構、10aは主軸台5に固定された第2のモータの固定子、10bは爪送り機構9と連結された第2のモータの回転子、10はモータ固定子10aとモータ回転子10bからなる第2のモータ、11aは爪送り機構9に取り付けられた爪送り機構回転位置検出器のディスク、11bは爪送り機構回転位置検出器の検出部、11はディスク11a、検出部11bからなる爪送り機構回転位置検出器、12は主軸1と爪送り機構9を機械的に連結したり、切り離したりするクラッチである。この連結手段となるクラッチは油圧式でもできるが、油圧を全く使用しないという意味で電磁クラッチや空気圧を用いたエアクラッチが望ましい。被加工物4をチャック2に固定する場合は前記主軸1と爪送り機構9を機械的に連結するクラッチ12を開いた後、第1のモータ7を駆動し所定の位置に停止後、爪送り機構9と回転子が連結された第2のモータ10を所要のトルクで回転させ、その回転力でチャックの爪3を移動させ、所要の力で被加工物4をチャック2に固定する。被加工物4の構造や素材によりチャックの爪3の把持力は調整が必要であり、これは前記第2のモータのトルクを制御することで可能にする。
【０００９】
被加工物4をチャック2から取り出す場合は、前記主軸1と爪送り機構9を機械的に連結するクラッチ12を開いた後、固定する場合と同様に第1のモータ7を駆動し所定の位置に停止後、前記第2のモータ10を所要のトルクで固定する場合と反対方向に回転させ、その回転力で前記チャックの爪3を所要の力で緩め、被加工物4をチャックから取り出す。緩める場合の所要トルクは固定した時の締め付けトルクより大きいので、トルク指令を変えることでこれを実現する。
被加工物4をチャック2に固定した後旋削加工する場合は、前記主軸1と爪送り機構9をクラッチ12で機械的に連結し、第1のモータ7と第2のモータ10を同期して主軸を回転させ、チャックで固定した被加工物の旋削加工に必要な動力を供給する。すなわち、被加工物4の着脱には第1のモータ7と第2のモータ10の最大トルク以下で使用するが、被加工物4をチャック2に固定した後旋削加工では第1のモータ7と第2のモータ10の最大トルクの和が主軸の切削動力として使用できる。第1のモータ7と第2のモータ10の出力が等しければ、被加工物4の着脱に使用する最大トルクの2倍のトルクが切削時には使用できる。さらに旋削加工時に図2に示すように第1のモータ7の出力と所定の関係で第2のモータ10の出力を制御することも可能であり、軽負荷時は第1のモータ7で主に切削し、重負荷時は第1のモータ7と第2のモータ10を使って切削することもできる。
第1のモータ7と第2のモータ10共、回転位置検出器の信号に基づいた位置制御、速度制御されることが一般的である。図3に本実施例のモータ駆動系のブロック図を示す。図3において1は主軸、 2はチャック、7は第1のモータ、8は主軸回転位置検出器、9は爪送り機構、10は第2のモータ、11は爪送り機構回転位置検出器、12はクラッチ、13は第1のモータに電力を供給する電力変換装置、14は第2のモータに電力を供給する電力変換装置、15aは電力変換装置14にフィードバックする回転位置検出信号の選択器、15bは電力変換装置14に入力する指令信号の選択器、16は主軸モータ指令器、17は電動チャック指令器、18は回転位置検出器8、11の信号を入力として差異を検出する把持力低下検出器である。
したがって被加工物4をチャック2に固定するあるいは取り出す場合は、主軸1と回転子が機械的に連結された第1のモータ7を主軸の位置を検出する回転位置検出器8の信号を用いて電力変換装置13が主軸モータ指令器16の指令に従って制御し、爪送り機構9と回転子が連結された第2のモータ10を爪送り機構の位置を検出する回転位置検出器11を用いて電力変換装置14が電動チャック指令器17の指令に従って制御し、チャック2が被加工物把持後に旋削加工する場合は、前記主軸1と爪送り機構9を機械的に連結し、上記主軸1の位置を検出する回転位置検出器8の信号を用いて上記第1のモータ7と第2のモータ10をそれぞれ電力変換装置13、14が主軸モータ指令器16の指令に従って同期して制御する。
【００１０】
さらに、チャック2が被加工物4を把持後に旋削加工する場合は前記主軸1と爪送り機構9を機械的に連結し、上記主軸1の位置を検出する回転位置検出器8の信号を用いて上記第1のモータ7と第2のモータ10をそれぞれ電力変換装置13、14が同期して制御すると共に、主軸1と爪送り機構9の位置を検出するそれぞれの回転位置検出器8および11の信号の差異を把持力低下検出器18が監視し、差異を生じればチャックの爪3の把持力が低下したと判断し保護機能を動作させ旋盤の加工を停止させることも可能である。
また主軸回転中に被加工物4をチャック2に固定する場合は、前記主軸1と爪送り機構9を機械的に連結するクラッチ12を開いた後、第1のモータ7を電力変換装置13が駆動し所定の速度で回転させ、爪送り機構9と回転子が連結された第2のモータ10を電力変換装置14が所要のトルクで回転させ、第1のモータ7と第2のモータ10の速度差を生じるその回転力でチャックの爪3を移動させ、所要の力で被加工物4をチャック2に固定する。被加工物4をチャック2から取り出す場合は、前記主軸1と爪送り機構9を機械的に連結するクラッチ12を開いた後、固定する場合と同様に第1のモータ7を電力変換装置13が駆動し所定の速度で回転させ、前記第2のモータ10を電力変換装置14が所要のトルクで固定する場合と反対方向に回転させ、第1のモータ7と第2のモータ10の速度差を生じるその回転力で前記チャックの爪3を所要の力で緩め、被加工物4をチャックから取り出すなど主軸回転中でも被加工物4をチャック2に固定したり取り出したりすることは可能である。
【００１１】
また本事例において、第1のモータ7もしくは第2のモータ10或いは両方のモータに誘導電動機、永久磁石を回転子の表面ではなくて回転子鉄心内部に埋め込んだ永久磁石内蔵形同期電動機（例えば実願平７−１２０）、リラクタンス形モータを適用することは可能であるばかりか、それぞれのモータが固定子巻線がY接続、Δ接続など接続変更可能な巻線切り替え構造となっているモータを適用すること、さらには4極/8極などモータ極数変更のために接続変更可能な極数切り替え構造となっているモータを適用することは可能である。
本発明により、旋盤の主軸機構から油圧ポンプ、油圧配管、チャックシリンダからなる油圧機構を完全に省いて全て電動化でき、省エネルギー、小形化、省資源化も図れる。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の旋盤の主軸を用いれば、上記手段により主軸としての回転機能と共に回転中においてもチャックの爪を開閉し、被加工物の固定と取り外しを行うので、従来の生産性が損なわれることなく、油圧ポンプ等の油圧機構を旋盤から省くことができる。２台のモータの特性をそれぞれ最適化して主軸モータとしても低損失化、高信頼性が得られるなど、市場のニーズである環境改善で省エネルギー、小形化、高効率化などの技術的課題に対応できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の旋盤主軸断面図
【図２】本発明の出力パターン説明図
【図３】本発明による実施例のモータ駆動系ブロック図
【図４】従来の旋盤機構図
【符号の説明】
1  主軸
2  チャック
3  チャック2に取り付けられた爪
4  チャックの爪4で固定された被加工物
5  主軸1を支える主軸台
6a、6b  軸受
7  モータ固定子7aとモータ回転子7bからなる第1のモータ
7a  主軸台5に固定された第1のモータの固定子
7b  主軸1と連結された第1のモータの回転子
8  ディスク8a、検出部8bからなる主軸回転位置検出器
8a  主軸1に取り付けられた主軸回転位置検出器のディスク
8b  主軸回転位置検出器の検出部
9  チャックの爪を移動させる爪送り機構
10  モータ固定子10aとモータ回転子10bからなる第2のモータ
10a  主軸台5に固定された第2のモータの固定子
10b  爪送り機構9と連結された第2のモータの回転子
11  ディスク11a、検出部11bからなる爪送り機構回転位置検出器
11a  爪送り機構9に取り付けられた爪送り機構回転位置検出器のディスク
11b  爪送り機構回転位置検出器の検出部
12  主軸1と爪送り機構9を機械的に連結したり、切り離したりするクラッチ
【図１】
0004543351.tif 000002
【図２】
0004543351.tif 000003
【図３】
0004543351.tif 000004
【図４】
0004543351.tif 000005