(57)【要約】【課題】リング状部材の溶融を防止可能で、長期間にわたってリング状部材の塑性変形防止機能を維持することができる工作機械の主軸装置を提供する。【解決手段】主軸ハウジング２の複数の軸受３、３・・より主軸先端側となる部位に、主軸１を非接触で取り囲むリング状部材５を固定設置し、主軸１が自身の軸方向と直交する方向へ弾性変形した場合にリング状部材５と接触させるとともに、リング状部材５の近傍位置に、主軸１のリング状部材５への接触を検知する温度センサ８を設置し、当該温度センサ８による検出値にもとづき、主軸１を退避方向へ移動させるか、若しくは主軸１の回転速度を低下させる又は主軸１の回転を停止させるようにした。【選択図】図１
2009160701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を回転操作するための主軸と、複数の軸受を介して前記主軸を回転可能に支持する主軸ハウジングとを有する工作機械の主軸装置であって、
前記主軸ハウジングの前記複数の軸受より主軸先端側となる部位に、前記主軸を非接触で取り囲むリング状部材を固定設置し、前記主軸が自身の軸方向と直交する方向へ弾性変形した場合に前記リング状部材と接触させるとともに、
前記リング状部材の近傍位置に、前記主軸の前記リング状部材への接触を検知する検知手段を少なくとも１つ設置し、前記検知手段による検出値にもとづき、前記主軸を退避方向へ移動させるか、若しくは前記主軸の回転速度を低下させる又は前記主軸の回転を停止させることを特徴とする工作機械の主軸装置。
【請求項２】
検知手段が、リング状部材の温度を検知可能な温度センサを含むことを特徴とする請求項１に記載の工作機械の主軸装置。
【請求項３】
検知手段が、主軸のリング状部材への接触により生じる振動を加速度として検知可能な加速度センサを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の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、たとえばマシニングセンタ等の工作機械に備えられる主軸装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
主軸を軸受で回転可能に支える主軸装置では、加工時の応力によって、主軸に曲げ荷重が加わる。この曲げ荷重が大きくなると、主軸が塑性変形し、振れとなって加工精度を悪化させることになる。そのため、本出願人は、主軸の塑性変形を抑止可能な主軸装置（特許文献１）を考案した。
特許文献１の主軸装置では、主軸を回転可能に支持する主軸ハウジングの軸受よりも主軸先端側となる部位に、主軸を取り囲むリング状部材を固定設置し、主軸が自身の回転軸と直交する方向へ弾性変形した場合に、当該リング状部材に接触するようにしている。そして、そのようにリング状部材を配置することで、主軸の塑性変形を防止し、加工精度の悪化の低減を図っている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３０５６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の構成によれば、主軸の塑性変形を防止することはできるものの、主軸のリング状部材への接触時間が長くなると、リング状部材が溶融するおそれがある。つまり、たとえば長さの長い工具を主軸に装着すると、軽微な切削反力であっても主軸にかかる曲げモーメントが大きくなるため、主軸とリング状部材とが連続的に接触する場合がある。この場合、リング状部材が主軸にかかる曲げモーメントを支えるため、主軸の塑性変形を防止することはできるものの、リング状部材を主軸に比べて低硬度な材質で形成していると、一般的に融点が主軸材料よりも低いため、長時間の接触による発熱でリング状部材が溶融して変形することがある。そして、このように溶融によりリング状部材が変形してしまうと、主軸との間に曲げモーメントを支えるための隙間を保持できなくなる、すなわち、主軸とリング状部材との隙間が大きくなりすぎて、主軸が弾性変形した際にリング状部材と接触しなくなり、塑性変形防止機能が発揮されなくなるといった問題が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、リング状部材の溶融を防止可能で、長期間にわたってリング状部材による主軸の塑性変形防止機能を維持することができる工作機械の主軸装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、工具を回転操作するための主軸と、複数の軸受を介して前記主軸を回転可能に支持する主軸ハウジングとを有する工作機械の主軸装置であって、前記主軸ハウジングの前記複数の軸受より主軸先端側となる部位に、前記主軸を非接触で取り囲むリング状部材を固定設置し、前記主軸が自身の軸方向と直交する方向へ弾性変形した場合に前記リング状部材と接触させるとともに、前記リング状部材の近傍位置に、前記主軸の前記リング状部材への接触を検知する検知手段を少なくとも１つ設置し、前記検知手段による検出値にもとづき、前記主軸を退避方向へ移動させるか、若しくは前記主軸の回転速度を低下させる又は前記主軸の回転を停止させることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、検知手段が、リング状部材の温度を検知可能な温度センサを含むことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、検知手段が、主軸のリング状部材への接触により生じる振動を加速度として検知可能な加速度センサを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、主軸ハウジングの複数の軸受より主軸先端側となる部位に、主軸を非接触で取り囲むリング状部材を固定設置し、主軸が自身の軸方向と直交する方向へ弾性変形した場合にリング状部材と接触させるとともに、リング状部材の近傍位置に、主軸のリング状部材への接触を検知する検知手段を少なくとも１つ設置し、検知手段による検出値にもとづき、主軸を退避方向へ移動させるか、若しくは主軸の回転速度を低下させる又は主軸の回転を停止させるようにした。そのため、長い工具を使用する等して軽微な切削反力で大きな曲げ荷重となり、主軸とリング状部材とが連続的に接触したような場合に、当該事態を確実に検知することができ、リング状部材の溶融・変形を防止し、主軸とリング状部材との隙間を適度な状態のまま維持することができる。したがって、従来の主軸装置と比較して、長期にわたりリング状部材による主軸の塑性変形防止機能を維持することができる。
また、請求項２に記載の発明によれば、検知手段として、リング状部材の温度を検知可能な温度センサを採用しているため、リング状部材の温度が所定値を超えた場合に、主軸を退避方向へ移動させるか、若しくは主軸の回転速度を低下させる又は回転を停止させることで、リング状部材の溶融等を確実に防止することができる。
さらに、請求項３に記載の発明によれば、検知手段として、主軸のリング状部材への接触により生じる振動を加速度として検知可能な加速度センサを採用しているため、主軸のリング状部材への接触を確実に検知することができ、リング状部材の溶融等を確実に防止することができる。加えて、上記温度センサと併用すれば、リング状部材の監視精度を向上することができ、よりスムーズな加工を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態となる主軸装置について、図面をもとに説明する。
【０００９】
図１は、主軸装置２０を示した断面説明図である。
主軸装置２０は、工具７を装着可能な主軸１と、複数の軸受３、３・・を介して主軸１を回転可能に支持する主軸ハウジング２とを備えてなるもので、主軸ハウジング２の先端は、蓋部材４により閉塞されている。また、蓋部材４の内側部には、後述するリング状部材５が主軸１を非接触で囲むように取り付けられているとともに、当該リング状部材５の温度を検知する温度センサ８が、リング状部材５の近傍位置に備えられている。尚、６は、工具７を主軸１に取り付けるための工具ホルダである。
【００１０】
主軸１は、その先端部内部に工具７を保持するためのコレット９を備えており、工具７は、当該コレット９に工具ホルダ６を把持されることにより主軸１に装着され、サーボモータ１１により主軸１とともに回転し、ワークの切削加工等を行うようになっている。また、主軸１の内部には、軸方向である前後方向（図１における上下方向）へコレット９を移動操作して工具ホルダ６を着脱操作する軸１０が設けられている。当該軸１０は、主軸ハウジング２の上部に設けられる図示しない油圧装置により前後移動するようになっている。尚、サーボモータ１１は、図示しないＮＣ装置（制御装置）にて動作制御されている。
【００１１】
リング状部材５は、軸受３、３・・よりも主軸１先端側の部位となる蓋部材４の内縁部に形成されたリング状凹部４ａに打ち込み固定され、しまりばめされて取り付けられている。このリング状部材５は、主軸１よりも低硬度な材質で形成されており、例えば主軸１がニッケルクロム鋼で、リング状部材５が真鍮で夫々形成されている。そして、主軸１とリング状部材５との間の隙間は、主軸１に曲げ荷重がかかり弾性変形が発生した際に、主軸１とリング状部材５とが接触する程度の僅かな隙間となっている。
また、温度センサ８は、蓋部材４内部のリング状部材５近傍位置に設置されている。当該温度センサ８はＮＣ装置と電気的に接続されており、ＮＣ装置において、リング状部材５の温度を検知可能となっている。
【００１２】
上記主軸装置２０では、ＮＣ装置による制御のもと、サーボモータ１１の回転動作が制御され、主軸１とともに工具７を回転させて切削加工が行われる。そして、切削力等により工具７から主軸１にかけて曲げ荷重（曲げモーメント）がかかり主軸１が弾性変形すると、主軸１とリング状部材５とが接触して、リング状部材５が曲げ荷重を支え、主軸１のそれ以上の変形、更には塑性変形を防止するようになっている。
また、ＮＣ装置は、温度センサ８によりリング状部材５の温度を常時監視しており、主軸１がリング状部材５に連続的に接触する等してリング状部材５の温度が所定値を超えると、主軸１の回転速度を低下させる、又は回転を停止するといった措置をとり、リング状部材５の溶融を防止する。
さらに、プログラミングミス等により工具７や主軸１がワーク等に衝突して、主軸１とリング状部材５との衝突が発生した場合、主軸１よりも低硬度な材質から成るリング状部材５に主軸１との衝突による痕跡が残るようになっている。
【００１３】
以上のような主軸装置２０によれば、温度センサ８によりリング状部材５の温度を常時監視しており、リング状部材５の温度が所定値を超えた場合に、主軸１の回転速度を低下させる、又は回転を停止するようになっている。そのため、長い工具７を使用する等して軽微な切削反力で大きな曲げ荷重となり、主軸１とリング状部材５とが連続的に接触したような場合に、当該事態を確実に検知することができ、リング状部材５の溶融を防止し、主軸１とリング状部材５との隙間を適度な状態のまま維持することができる。したがって、従来の主軸装置と比較して、長期にわたりリング状部材５による主軸１の塑性変形防止機能を維持することができる。
また、温度センサ８を蓋部材４内に設置しているため、蓋部材４を交換するだけで当該温度センサ８を備えていない従来の主軸装置に対して後付けすることができ、汎用性に富む。
【００１４】
さらに、軸受３、３・・よりも主軸１先端側の部位にリング状部材５を取り付けているため、工具７を介して主軸１に曲げ荷重がかかり、主軸１が弾性変形した場合に、当該主軸１とリング状部材５とが接触して、リング状部材５が曲げ荷重を支え、主軸１のそれ以上の変形を防止することができる。したがって、主軸１が曲げ荷重を受けた際の加工精度の悪化を低減することができるし、主軸１の塑性変形も防止することができる。
加えて、プログラミングミス等により工具７や主軸１がワーク等に衝突して、主軸１とリング状部材５との衝突が発生した場合、主軸１よりも低硬度な材質から成るリング状部材５に主軸１との衝突による痕跡が残る。したがって、その痕跡の大きさにより主軸１に加わった衝撃力を推定することができ、修理の規模や修理の必要箇所を判断することができる。
【００１５】
なお、本発明の主軸装置に係る構成は、上記実施形態に記載の態様に何ら限定されるものではなく、主軸の構成、検知手段の位置や構成等について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更可能である。
【００１６】
たとえば、上記実施形態では、検知手段による検出値にもとづき、主軸の回転速度を低下させる、又は回転を停止する構成としているが、主軸を切削／反切削方向へ移動可能に設けたものにあっては、検知手段による検出値にもとづき、切削指令値と反対方向、すなわち反切削方向へ主軸を軸移動させて退避させる（主軸を退避方向へ移動させる）ように構成してもよい。また、上記実施形態では、検知手段として温度センサを採用しているが、温度センサではなく、加速度センサを採用することも可能である。つまり、リング状部材の近傍位置に加速度センサを備えることで、主軸がリング状部材へ接触している際の僅かな振動を加速度として検知することができる。したがって、当該加速度センサによる検出値や検知時間等にもとづき、主軸を退避方向へ移動させたり、主軸の回転速度を制御する（たとえば、所定時間以上にわたって所定値以上の加速度が検出された際に、主軸の回転速度を低下させたり、回転を停止させたりする）ことで、上記温度センサを用いた場合と同様の効果を奏することができる。さらに、主軸のリング状部材への接触時に発生するＡＥ波を検知するＡＥ波検知センサを検知手段として採用することも可能である。
【００１７】
また、温度センサや加速度センサ等を採用するにあたっては、軸受の温度を監視するセンサ、加工状態を監視するセンサ等がリング状部材の近傍位置に備えられているのであれば、当該軸受用のセンサや加工監視用センサをリング状部材の状態監視のための検知手段として兼用することも可能である。
加えて、検知手段を複数備えたり、蓋部材外に設置する等、検知手段の数や設置位置を適宜変更してもよいことは言うまでもなく、温度センサと加速度センサとの両方によりリング状部材を監視することで、監視精度の向上を図ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】主軸装置を示した断面説明図である。
【符号の説明】
【００１９】
１・・主軸、２・・主軸ハウジング、３・・軸受、４・・蓋部材、５・・リング状部材、７・・工具、８・・温度センサ、２０・・主軸装置。
【図１】
2009160701.tif 000003