(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定装置の係合部材を工作機械の主軸に係合し締結機構の締結力を測定する工作機械の締結力測定装置であって、前記係合部材を前後方向に移動可能に保持すると共に所定量以上の後方への移動を規制する保持部材と、前記締結機構の締結力に抗して前記係合部材を後方に付勢する弾性部材と、該弾性部材の歪み量である前記締結力に応じて移動する検知部材と、該検知部材の所定量の移動により支軸を中心にばねの付勢力に抗して回動しスイッチとして作動する導電性のレバーと、該レバーと接点との間を流れる電流によりランプを点灯する点灯手段とを有することを特徴とする工作機械の締結力測定装置。
【請求項２】
前記測定装置の係合部材は前記工作機械の主軸に適合するホルダを備えた請求項１に記載の工作機械の締結力測定装置。
【請求項３】
前記弾性部材は皿ばねとした請求項１又は２に記載の工作機械の締結力測定装置。
【請求項４】
前記ランプは前記締結力が充分にあるときに点灯又は消灯するようにした請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の工作機械の締結力測定装置。
【請求項５】
前記ランプは前記締結力が不十分であるときに点灯又は消灯するようにした請求項１〜４の何れか１つの請求項に記載の工作機械の締結力測定装置。
【請求項６】
前記保持部材に自動交換装置のマニュピュレータが係合する溝を設けた請求項１〜５の何れか１つの請求項に記載の工作機械の締結力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸に備えた締結機構の締結力を測定する工作機械の締結力測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車工場などで使用するマシニングセンタ、ＮＣフライス盤などの部品加工専用の工作機械は、所謂ＨＳＫシャンク、ＫＭシャンクなどの工具ホルダを締結するための締結機構を備えた主軸、これらの締結機構や主軸を駆動するための駆動手段、この駆動手段を制御するための制御手段などを備えている。そして、締結機構の締結力が適切でない場合には事故の可能性が多いので、締結力を確認することが重要になっている。
【０００３】
この種の工作機械の締結力を測定するための締結力測定装置は、一般にロードセルを使用して締結力をデジタル表示するようになっている。即ち、ロードセルは締結力として加わった荷重を金属の歪みに変換し、この金属の歪みを電流の変化に変換し、この電流の変化をデジタル電気信号に変換し、このデジタル電気信号を締結力として直接表示するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロードセルを使用した従来の締結力測定装置は高価であるので、一般の部品加工工場にはあまり普及していないのが現状である。これに対し、自動車工場等では大型の工作機械が所定の機械区域に存在しているので、締結力測定装置は専門の資格を有する作業者が取り扱うようになっている。この場合に、作業者は必要に応じて機械区域に入り、締結力測定装置を機械主軸に押し込み、機械主軸内の締結機構を作動させ、そのときの締結力を読み取る。従って、従来の締結力測定装置は、高価である上に締結力を容易に測定できないのが実状である。
【０００５】
本発明の目的は、上述の課題を解決し、安価な構成で締結力を容易に測定し得る工作機械の締結力測定装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る工作機械の締結力測定装置は、測定装置の係合部材を工作機械の主軸に係合し締結機構の締結力を測定する工作機械の締結力測定装置であって、前記係合部材を前後方向に移動可能に保持すると共に所定量以上の後方への移動を規制する保持部材と、前記締結機構の締結力に抗して前記係合部材を後方に付勢する弾性部材と、該弾性部材の歪み量である前記締結力に応じて移動する検知部材と、該検知部材の所定量の移動により支軸を中心にばねの付勢力に抗して回動しスイッチとして作動する導電性のレバーと、該レバーと接点との間を流れる電流によりランプを点灯する点灯手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は締結力測定装置の第１の実施の形態の断面図である。この第１の実施の形態の締結力測定装置は、ＨＳＫシャンクと称する工具ホルダと同様に自動工具交換装置によって工作機械の主軸に装着し、工作機械の主軸の締結機構の締結力の適否を判定できるようにしている。なお、この実施の形態で使用する「前」、「後」、又は「前後」を伴う用語は、紙面に対する相対的な方向であって、「前」は工作機械の主軸に装着する方向を意味し、「後」はその反対方向を意味する。
【０００９】
この締結力測定装置は、主としてシャンク１を保持したシャンク保持部材２と、主としてスイッチ３を保持したスイッチ保持部材４と、主としてバッテリ５を保持したバッテリ保持部材６と、主として表示ランプ７を保持したカバー部材８とを前方から順次に連結した構成としている。即ち、シャンク保持部材２、スイッチ保持部材４、バッテリ保持部材６、及びカバー部材８によって装置本体９を構成し、この装置本体９がシャンク１を軸線に沿った方向に移動自在に保持した構成としている。なお、表示ランプ７は緑色の光を発するようにしている。
【００１０】
シャンク１の前部は大径軸部１１とし、後部は小径軸部１２としている。大径軸部１１の前部は工作機械の主軸に締結されるテーパ部１１ａとし、このテーパ部１１ａの内外はＨＳＫシャンクと同様な構造としている。大径軸部１１の後部はシャンク保持部材２に嵌合されたストレート部１１ｂとし、このストレート部１１ｂにはシールリング１３を収容するための溝部１１ｃを形成している。
【００１１】
小径軸部１２の外周面の後部には、ねじ部１２ａを形成し、小径軸部１２の後端面の中心には鋼球１４を設けている。そして、小径軸部１２の外周面には皿ばね１５とスペーサ１６を嵌合し、ねじ部１２ａにはナット１７を螺合し、ナット１７は止めねじ１８により小径軸部１２に固定している。
【００１２】
シャンク保持部材２の軸線上には、シャンク１のストレート部１１ｂを摺動自在に嵌合するための大径孔部２１と、シャンク１の小径軸部１２を摺動自在に嵌合するための小径孔部２２と、皿ばね１５とスペーサ１６を嵌入するための嵌入孔部２３とを前方から順次に設けている。そして、シャンク保持部材２の外周面の前部はＨＳＫシャンクと同様な構造とし、そこには自動工具交換装置のマニュピュレータが係合する溝２４を備えた環状部材２５を嵌着している。また、シャンク保持部材２の外周面の後端部にはスイッチ保持部材４との連結部となるフランジ２６を設けている。
【００１３】
なお、スイッチ保持部材４はシャンク１の後端部とスイッチ３の全体を収容する収容室３１を有し、バッテリ保持部材６はバッテリ５を収容する収容室３２と後述の電線を挿通する挿通孔３３とを有し、カバー部材８は表示ランプ７を取り付けるための取付孔３４を有している。
【００１４】
シャンク１の大径軸部１１の後端面はシャンク保持部材２の大径孔部２１の奥壁２１ａに当接させ、シャンク１の後方への移動を規制している。また、皿ばね１５はスペーサ１６の前面と嵌入孔部２３の奥壁２３ａとの間に配置し、シャンク１を後方に付勢している。そして、皿ばね１５の弾発力は、工作機械の締結機構の設定締結力と同等としている。
【００１５】
図２の部分拡大図にも示すように、スイッチ３は接点式としており、導電体から成るレバー４１の上端部をスイッチ保持部材４に支軸４２を介して支持し、レバー４１は支軸４２を中心に回動自在としている。レバー４１の上下の略中間部とスイッチ保持部材４の固定部４ａとの間に圧縮コイルばね４３を配置し、レバー４１を時計回り方向に付勢している。レバー４１の下端部には一方の接点４４を取り付け、スイッチ保持部材４の固定部４ｂには他方の接点４５を設けている。
【００１６】
レバー４１はリード線４６を介して表示ランプ７の一方のリード線に接続し、他方の接点４５はリード線４７を介してバッテリ５の一方の端子５ａに接続し、表示ランプ７の他方のリード線はバッテリ５の他方の端子５ｂに接続している。そして、図３に示すように回路に抵抗４８を設け、表示ランプ７の電気回路を形成している。また、押しボタン式のスイッチ４９をカバー部材８に設け、バッテリ５の消耗度を検査できるようにしている。この場合に、例えばバッテリ５の電圧を９Ｖとし、抵抗４８を３００オームとすれば、回路を流れる電流は３０ｍＡとなる。なお、通常ではシャンク１に設けた鋼球１４がレバー４１を鉛直方向から傾斜させ、接点４４、４５の間を開いて表示ランプ７を消灯させている。
【００１７】
図４は制御部の処理手順のフローチャートである。ステップＳ１では加工プログラム中に加工回数又は加工時間が設定値に到達したか否かを判断する。何れも設定値に到達していないときには加工動作を開始する。そして、何れかが設定値に到達している場合にはステップＳ２において測定プログラムを開始し、ステップＳ３において自動工具交換装置によって締結力測定装置を工具マガジンから取り出し、シャンク１のテーパ部１１ａを主軸の孔に押し込む。そして、主軸内の締結機構がシャンク１を引き込む。これにより、皿ばね１５が歪むと共に、図５に示すようにレバー４１が回動して接点４４、４５同士が接近する。
【００１８】
ステップＳ４では締結機構の締結力が充分であるか否か、即ち締結機構がシャンク１を十分に引き付けたか否かを判断する。締結機構がシャンク１を十分に引き付けたときには、接点４４、４５同士が接触して表示ランプ７が緑色に点灯するので、締結力が充分であると判断する。そして、ステップＳ５に進んで自動工具交換装置によって締結力測定装置と正規の工具ホルダとを交換し、ステップＳ６においてステップＳ１の設定をリセットし、更にステップＳ７に進んで加工動作を開始する。
【００１９】
これに対し、締結機構がシャンク１を十分に引き付けない場合には、接点４４、４５同士が接触せずに表示ランプ７が消灯したままであるので、締結力が十分でないと判断する。そして、ステップＳ８に進んで締結力が不十分であるという警報を発動する。なお、この警報は締結機構の交換、必要部品の交換などを指示することにより行うことができる。
【００２０】
この第１の実施の形態では、工作機械を稼働している加工途中においても、通常の工具交換と同様の操作で締結力が十分であるか否かを自動的に確認できるので、有資格者ではない一般の作業者でも通常の加工作業の間に締結力を容易に確認できる。また、従来のようなロードセルを使用しないので製造コストを削減できる。更に、自動工具交換装置により工作機械の主軸に着脱できるので、締結力を安全に確認できる。
【００２１】
図６は第２の実施の形態の断面図である。この第２の実施の形態の締結力測定装置は、ＢＴシャンクと称する工具ホルダと同様に自動工具交換装置によって工作機械の主軸に装着し、工作機械の主軸の締結機構の締結力の適否を確認できるようにしている。
【００２２】
この締結力測定装置は、プルスタッド５１を螺合した軸部材５２と、この軸部材５２を摺動自在に保持すると共に主としてスイッチ５３を保持したスイッチ保持部材５４と、主としてバッテリ５５を保持したバッテリ保持部材５６と、主として表示ランプ５７を保持したカバー部材５８とを前方から順次に連結した構成としている。この場合にも、スイッチ保持部材５４、バッテリ保持部材５６、及びカバー部材５８とにより装置本体５９を構成し、この装置本体５９が軸部材５２を介してプルスタッド５１を摺動自在に保持した構成としている。なお、表示ランプ５７は赤色の光を発するようにしている。
【００２３】
軸部材５２の軸線上の前端部にはねじ孔５２ａを形成し、軸部材５２の外周面の前後の中間には環状溝５２ｂを形成し、軸部材５２の外周面の後端部にはフランジ５２ｃを形成している。ねじ孔５２ａにはワッシャ６１を介してプルスタッド５１を螺合し、環状溝５２ｂにはシールリング６２を嵌着している。そして、軸部材５２の外周面の後端部には皿ばね６３を嵌着し、軸部材５２の後端面の軸線上には検知軸６４を突設している。
【００２４】
スイッチ保持部材５４の軸線上には、軸部材５２を嵌合する軸孔７１と、スイッチ５３と皿ばね６３を収容する収容孔７２と、板部材７３とシールリング７４を取り付ける取付孔７５とを前方から順次に設けている。板部材７３は収容孔７２の後部を閉塞し、シールリング７４は板部材７３の外周面をシールしている。そして、スイッチ保持部材５４の外周面には、ＢＴシャンクと同様な形状のテーパ部７６と、自動工具交換装置のマニュピュレータが係合する環状溝７７と、バッテリ保持部材５６との連結部となるフランジ７８とを前方から順次に設けている。
【００２５】
そして、スイッチ５３は非接触式としている。即ち、板部材７３に近接スイッチ７９を取り付け、この近接スイッチ７９はリード線８０を介してバッテリ５５の一方の端子に接続している。
【００２６】
なお、バッテリ保持部材５６はバッテリ５５を収容する収容室８１を有し、カバー部材５８は表示ランプ５７を取り付けるための取付孔８２を有している。
【００２７】
ここで、プルスタッド５１と軸部材５２の間に固定したワッシャ６１はスイッチ保持部材５４の前端面に当接し、軸部材５２の後方への移動を規制している。また、皿ばね６３は軸部材５２のフランジ５２ｃと収容孔７２の奥壁７２ａとの間に配置し、軸部材５２を後方に付勢している。そして、皿ばね６３の弾発力は、工作機械の締結機構の設定締結力と同等としている。なお、通常では検知軸６４が近接スイッチ７９に最も接近していて、表示ランプ５７が赤色に点灯している。
【００２８】
この第２の実施の形態の締結力測定装置も、図４のフローチャートに示すように制御することができる。即ち、ステップＳ１では加工プログラム中に加工回数又は加工時間が設定値に到達したか否かを判断する。何れも設定値に到達していないときには加工動作を開始する。そして、何れかが設定値に到達している場合にはステップＳ２において測定プログラムを開始し、ステップＳ３において自動工具交換装置によって締結力測定装置を工具マガジンから取り出し、プルスタッド５１とスイッチ保持部材５４のテーパ部７６を主軸の孔に押し込む。そして、主軸内の締結機構がプルスタッド５１を引き込む。これにより、皿ばね６３が歪むと共に、検知軸６４が近接スイッチ７９から離間する。
【００２９】
ステップＳ４では締結機構の締結力が充分であるか否か、即ち締結機構がプルスタッド５１を十分に引き付けたか否かを判断する。締結機構がプルスタッド５１を十分に引き付けたときには、検知軸６４が近接スイッチ７９から完全に離間して表示ランプ５７が消灯するので、締結力が充分であると判断する。そして、ステップＳ５に進んで自動工具交換装置によって締結力測定装置と正規の工具ホルダとを交換し、ステップＳ６においてステップＳ１の設定をリセットし、更にステップＳ７に進んで加工動作を開始する。
【００３０】
これに対し、締結機構がプルスタッド５１を十分に引き付けない場合には、検知軸６４が近接スイッチ７９から十分に離間せずに表示ランプ５７が赤色で点灯したままであるので、締結力が十分でないと判断する。そして、ステップＳ８に進んで締結力が不十分であるという第１の実施の形態と同様な警報を発する。
【００３１】
この第２の実施の形態では、表示ランプ５７を赤色に点灯させておき、工作機械の締結力が十分であるときに表示ランプ５７を消灯させることを除いて、第１の実施の形態と同様な効果を達成できる。
【００３２】
なお上述の第１、第２の実施の形態では、皿ばね１５、６３の歪みを接点式スイッチ３、近接スイッチ５３によりそれぞれ検知したが、これらのスイッチ３、５３の代りに光電式スイッチ、歪みゲージなどを使用できる。そして、歪みゲージを使用した場合には、締結機構の連続した締結力を測定することが可能となる。
【００３３】
また、締結機構の締結力の適否を表示するために表示ランプ７、５７を使用したが、これらの表示ランプ７、５７として発光ダイオードを使用すれば、消費電力を低減できると共に耐衝撃性を向上でき、更には光通信を構成する場合に好都合となる。
【００３４】
また、締結力測定装置を主軸に１回装着しただけで締結力の適否を判定したが、締結力が充分でないと判断した場合には締結力測定装置を複数回装着し直し、複数回同一結果を得たときに主軸の回転を停止するようにすれば、工作機械をより確実に制御できる。
【００３５】
また、装置本体９、５９の前部はそれぞれＨＳＫシャンク、ＢＴシャンクと称する工具ホルダと同様としたが、それらに類似する工具ホルダ、例えばＫＭシャンクと称する工具ホルダと同様にすることもできる。
【００３６】
そして、締結力測定装置の出力を工作機械の制御部に入力し、締結力が適切である場合にのみ工作機械を動作させれば、締結力の不足に伴う工具の破損、機械の破損、被加工物の破損などを防止できると共に、作業性と安全性を向上させることができる。
【００３７】
この場合に、表示ランプ７、５７と同様な作用を呈する赤外線発光ダイオードを装置本体９、５９に設けると共に、この赤外線発光ダイオードからの光を受信する受信器を工作機械側に設け、締結力測定装置の測定結果を機械本体に光通信で伝達する。また、光通信に代えて電波又は電磁誘導も利用できる。この場合には、締結力測定装置を主軸に装着したときのみにオンになるように構成することが好ましい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る工作機械の締結力測定装置は、従来のロードセルや表示装置を使用しないので、製造コストを削減できる。また、工作機械の主軸に装着しただけで締結機構の締結力を取り出すことができるので、一般の作業者でも締結力を容易に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の断面図である。
【図２】スイッチの構成図である。
【図３】表示ランプの電気回路図である。
【図４】工作機械の制御部のフローチャートである。
【図５】スイッチの作用説明図である。
【図６】第２の実施の形態の断面図である。
【符号の説明】
１  シャンク
２  シャンク保持部材
３、５３  スイッチ
４、５４  スイッチ保持部材
５、５５  バッテリ
６、５６  バッテリ保持部材
７、５７  表示ランプ
８、５８  カバー部材
９、５９  装置本体
１１  大径軸部
１１ａ  テーパ部
１２  小径軸部
１５、６３  皿ばね
２４、７７  環状溝
４１  レバー
４３、４４  接点
５１  プルスタッド
５２  軸部材
６４  検知軸
７６  テーパ部
７９  近接スイッチ
【図１】
0004988102.tif 000002
【図２】
0004988102.tif 000003
【図３】
0004988102.tif 000004
【図４】
0004988102.tif 000005
【図５】
0004988102.tif 000006
【図６】
0004988102.tif 000007