(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械に着脱可能に装着される工具装置であって、
工具本体を駆動するための電動機と、
前記電動機の回転速度を指定する回転速度入力手段と、
指定された回転速度になるように前記電動機の回転駆動を制御する回転制御手段と、
を備える工具装置。
【請求項２】
前記電動機の起動及び停止を指令する指令手段を更に備える請求項１記載の工具装置。
【請求項３】
前記電動機の回転数を表示する回転数表示手段を更に備える請求項１又は２記載の工具装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、工作機械等に装着して使用される電動機を内蔵する工具装置（工具ホルダ）に関し、特に、工具装置だけで電動機の起動、停止、回転数設定などを行えるようにした工具装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機、ＮＣ工作機、マシニングセンタ等には、自動工具交換装置が設けられており、種々の工具を選択して多種類の加工を行ったり、同種の多数の工具を順次交換して長時間にわたる自動運転を行っている。このような従来の工作機においては、自動工具交換装置により装着される工具が、工作機本体の主軸や工具台等の所定の位置に装着された後、主軸の回転によってワークを加工するようになっている。従って、例えば、ワークに微細な穴を開けたり、微小な面取り加工や微小部分の研磨を行ったりする場合であっても、主軸を回転させなければならない。そのため特別な増速装置を追加しなければ主軸の回転速度以上には回転させられず加工速度が遅い、加工精度が低下する、主軸の寿命が短い、主軸のための電力を無駄に消費するなどの問題があった。
【０００３】
このような問題を解決するために、例えば、特開昭６２−２７７２３８号、特公平６−２９８号、特公平６−６９６５８号等に開示されているように、自動工具交換装置によって工作機械本体の主軸に交換可能に装着される工具装置自体に工具本体駆動用電動機を内蔵させることが考えられた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電動機を搭載した工具装置を回転制御する回転制御部は、箱形の筐体に収められ、工作機械のテーブルや制御盤の中に置かれている。工具装置に内蔵された電動機のオン・オフや回転速度の変更の際には工作機に装着された工具装置から離れて操作しなければならず、操作が行い難く、安全性に欠ける。また、工具装置を交換した際には、工作機械から回転制御部に工具本体に応じた電動機の回転数を設定することが必要となる。
【０００５】
よって、本発明は、内蔵電動機のオン・オフや回転速度の可変な設定を工具装置（あるいは工具ホルダ）自体で行えるようにした工具装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の工具装置は、工作機械に着脱可能に装着される工具装置において、工具本体を駆動するための電動機と、前記電動機の回転速度を指定する回転速度入力手段と、指定された回転速度になるように上記電動機の回転駆動を制御する回転制御手段と、を備える。
【０００７】
好ましくは、上記電動機の起動及び停止を指令する指令手段を更に備える。
【０００８】
好ましくは、上記電動機の回転数を表示する回転数表示手段を更に備える。
【０００９】
かかる構成とすることによって、工具装置（あるいは工具ホルダ）で電動機のオン・オフや回転速度の変更が出来るので装置操作が容易になる。また、回転速度の変更のために工具装置から離れてＮＣ装置を操作する必要がなく、作業の安全性も向上する。
【００１０】
工具装置を交換しても工具装置が回転速度の設定手段を備えているので、工作機械から電動機の回転速度を変更する手段が必要なくなり、回転速度が変更されても回転速度の設定が表示されるので確認が容易である。また、電動機毎に個別の回転制御手段を備えるので、電動機定格、種類等に応じたインバータなどの制御機器の設計が容易となる。
【００１１】
可変速の回転制御手段が工具装置に内蔵されるので、工具装置を交換する際に工作機械からは単一の電源を工具装置に供給するだけでよい。
【００１２】
【実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。図１において、数値制御工作機１は、主軸２を有した工作機本体３、多数の工具４ｂ,４ｃ…を有した自動工具交換装置４、これらを加工指令や工具交換指令などによって制御する数値制御装置５、装着した工具に作動電源を供給する電源部５０などから成っている。主軸２には、自動工具交換装置４の図示しないマニピュレータによって工具４ａが装着されており、工具４ａの先端に取付けられた微小径のドリル刃６によってワークＷに微小径の穴を明けようとしている。
【００１３】
工具４ａには、テーパシャンク部７およびマニピュレータによる把持部７ａが設けられており、同軸状に高速回転可能な高周波電動機８が内蔵され、チャック部６ａの先端に前述のドリル刃６が取付けられている。
【００１４】
また、工具４ａには、高周波電動機８の動作をオン・オフするスイッチ４１、高周波電動機８の回転速度を指定する回転速度入力部１７、高周波電動機８を指定された回転速度（回転数）で動作させる回転制御部１８、高周波電動機８の回転数を表示する液晶表示器などからなる表示部３０が設けられている。
【００１５】
工具４ａの軸心からずれた位置に、回転速度入力部１７、回転制御部１８、等に動作電源を供給するためのコネクタ１１が設けられており、工具４ａが主軸２に装着されると同時に工作機機本体３に設けられた受けコネクタ１２に接続されるようになっている。それにより、工具４ａは、電源部５０から動作電源の供給を受け、また、ＮＣ制御装置５からの指令が工具４ａに伝達可能となる。
【００１６】
図２は、工具４ａの外観を説明する説明図である。同図において、図１と対応する部分には同一符号を付している。工具４ａのケースには、高周波電動機８の動作をオン・オフするスイッチ４１、速度を指定する回転速度入力部１７としてのロータリスイッチのつまみ、電動機８の回転数を表示する表示部３０の表示窓が設けられている。上記つまみの周囲には、設定回転速度が数値目盛によって示されている。回転速度入力部１７としては、ロータリスイッチの他、ボリューム、キーボードスイッチ、タッチキーパネル、ディップスイッチなどであってもよい。
【００１７】
図３は、高周波電動機８の制御系を説明するブロック図である。工具４ａに内蔵された回転制御部１８には、工作機本体３からコネクタ１１、オン・オフスイッチ４１を介して電源が供給される。また、回転制御部１８には、回転速度入力部１７から速度指定信号が入力される。
【００１８】
回転制御部１８は、回転速度入力部１７から入力された速度指定信号をデコードするＩＯ部１９、マイクロプロセッサなどからなる中央処理部２１、記憶部２２,２３、ＩＯ部２４、ディジタル信号を解読しそれによって指定された周波数の正弦波信号を出力するＤＦ変換部２５、ＤＦ変換部２５からの出力によって３相交流を発生するデバイダ部２６、デバイダ部２６からの出力を電力増幅して高周波電動機８を駆動するドライブ部２７、デバイダ部２６とドライブ部２７とからなる駆動部２８、高周波電動機８の回転に応じたパルス列を発生する回転センサ、該パルス列をデコードして回転速度表示データ（rpm）あるいは回転速度入力部１７によって設定された回転速度を表すディジタル信号を回転速度表示データに変換するデコーダ部２９、設定された回転速度と実際の回転速度とを選択可能に表示する表示部３０、とを含んでいる。なお、検出された高周波電動機８の回転速度は、デコーダ２９からＩ／Ｏ２４を介してＣＰＵ２１にフィードバックされるので、高周波電動機８の回転速度が所定範囲内になるようにフィードバック制御を行うことが可能である。
【００１９】
次に、動作について説明する。作業者は、工具４ａ、４ｂ、４ｃ…各々の回転数入力装置１７に予め回転周波数を設定しておく。なお、各工具における電動機の回転速度がいずれかの回転数の一種類で、夫々を都度変更する必要がないときは、ＲＯＭ２３にこれを記憶させ、この回転速度で工具を作動させるようにしても良い。数値制御装置５では、例えばプログラムされた紙テープ、ディスク等の情報記録媒体からの指令を読み込み、その内容に応じて工作機本体３および自動工具交換装置４を制御し、または回転制御部１８へ制御信号を出力する。例えば、最初の工程で使用する工具の選択を自動工具交換装置４に指令し、工具４ａを工作機本体の主軸に取付ける。取付完了後に、電源部５０に電源の供給を指令する。それにより、工具４ａの回転数入力装置１７に設定された回転数で高周波電動機８は回転を始める。ドリル刃６とワークＷを相対的に移動して工具４ａによって第１の切削工作を行う。次に、高周波電動機８を停止し、電源部５０から工具を４ａへの電源供給を遮断する。自動工具交換装置４に指令して工具を４ａから４ｂに交換する。工具４ｂに電源を供給し、工具４ｂの回転数入力装置１７に設定された回転数で高周波電動機８を回転させる。ドリル刃６とワークＷを相対的に移動して工具４ｂによって第２の切削工作を行う。このような工程を繰返して、プログラムされた切削加工が終了する。この間において、主軸２は回転せずに停止しており、高周波電動機８の高速回転によって加工が行われる。
【００２０】
上述の実施例によると、ワークＷへの穴の加工は主軸２の回転によらず高周波電動機８の回転によるものであるから、主軸２では回転不可能な高速回転によって加工することができて加工速度が速く、主軸２の回転による振動が発生せず、加工精度が向上し、主軸２を傷めないため主軸２の寿命が延び、消費電力を節約することができる。高周波電動機８を内蔵した工具４ａは、工具交換装置４によって他の工具４ｂ,４ｃ…などと同様に交換可能である。高周波電動機８の制御を各工具の回転数入力装置１７によって予め個別に設定でき、プログラムは起動または停止のための命令をプログラムするだけ自動運転が可能である。すなわち、工具を交換しても各工具が回転数の設定手段を持っているので工作機械から電動機の回転数を変更する手段が必要なくなる。工具に設けられた回転速度目盛により工具単体でも回転速度を設定でき、取付けられているドリル刃６などのチェックも行える。工作機械に装着された状態では表示器によって設定回転速度が表示器３０に表示される。
【００２１】
また、回転数の設定が回転数目盛あるいは表示器に表示されているので、工具単体でも工作機械に装着された状態でも回転速度確認が容易である。
【００２２】
また、高周波電動機８の回転制御部１８が工具内に設けられているので、工具交換する際に、工作機械３からは電源を供給するだけでよい。
【００２３】
また、工具毎に回転制御部１８を内蔵する構成であるので、多種類（トルクの大小、回転数の高低、電動機の回転原理（ブラシレス方式、直流方式、パルス電動機方式など）の相違等）ある電動機の各々の特性に最適の動作特性を持つ回転制御部を使用できる。このため、工作機本体に単一の回転制御部を設け、これにより多種類の高周波電動機を制御する場合に比べて回転制御部の設計の自由度高く、電動機を回転駆動するインバータのＶ−Ｆ（電圧−周波数）特性等の機器設計が容易である。
【００２４】
上述の実施例において、回転速度を指定する回転速度入力部として、複数のディジタルスイッチ、ロータリースイッチ、可変抵抗器などを用いてもよく、表示装置３０は、これらのツマミの位置や指針により数値や目盛などで表示されるようなものでもよい。このようにして設定された回転速度を中心とする所定範囲内に回転速度が維持されるように、ＲＯＭ２３に制御プログラムを記憶してフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００２５】
なお、回転制御部１８はマイクロプロセッサからなる中央処理部２１を用いたが、これに代えてハードロジックで構成することも可能である。
【００２６】
工具４ａの先端に取付けたドリル刃６に代えて砥石を取付け、ワークＷの面取り加工や研磨をすることもできる。工具４ａは、主軸２に装着するのではなく、例えばＣＮＣ旋盤の工具台に取付け、主軸によって保持されまたは回転されるワークに穴あけや面取りなどの加工を行うようにしてもよい。
【００２７】
また、工具４ａに設けた電動機によって、工具４ａに取付けたバイトの位置や姿勢を代えるようにしてもよく、その場合には、制御されるべき位置や姿勢となるような電動機の回転角度をＲＯＭ２３に記憶させておけばよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によると、工具装置は、工作機本体の主軸の駆動系とは別途に作動する電動機を内蔵し、更に、この電動機を動作させる回転制御部をも内蔵している。このため、工具装置側で電動機のオン・オフ、回転数の変更が可能であり、操作が容易で作業員の安全性が向上する。また、電動機毎に個別の回転制御部を有し、回転制御部を複数の電動機で共用する必要がないので、当該電動機の定格に合った回転制御部の設計で足りる。また、工作機械からは工具装置への電源の供給を行えばよいので、回転速度制御は不要となってＮＣ制御プログラムが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、工具装置を装着した数値制御工作機を模式的に示す図である。
【図２】図２は、工具装置を説明する示す説明図である。
【図３】図３は、工具装置の制御系のブロック回路図である。
【符号の説明】
１    数値制御工作機、
２    主軸、
３    工作機本体、
４    自動工具交換装置、
４ａ  工具（工具装置）、
５    数値制御装置、
８    高周波電動機（電動機）、
１１  コネクタ、
１２  受けコネクタ、
１７  回転速度入力部
１８  回転制御部
２３    メモリ（記憶手段）、
３０  表示装置（表示手段）、
【図１】
0004278243.tif 000002
【図２】
0004278243.tif 000003
【図３】
0004278243.tif 000004