(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支承された主軸；該主軸を回転駆動する主軸モータ；前記主軸に設けられ、工具のシャンクを固締・解放するシャンク把持部；前記主軸に軸線方向変位自在に設けられ、その変位により前記シャンク把持部を開閉するシャンク把持部作動部材；前記主軸に対し回転自在に同心的に設けられ、内周に雌ねじ部が形成された環状ナット部材；前記シャンク把持部の開閉作動時に前記環状ナット部材を回転不能に固定する環状ナット部材固定手段；前記主軸に対し回転方向には一体的に、且つ軸線方向に進退自在に設けられ、前記環状ナット部材の雌ねじ部に螺合し、前記シャンク把持部作動部材に結合された工具クランプ作動駒；並びに前記主軸モータ及び前記主軸とは別の回転部材の駆動モータを制御する制御装置
から構成された主軸装置であって、
前記制御装置が、
前記環状ナット部材の回転不能状態における前記主軸モータの回転駆動によるシャンク把持部のシャンク固締が完了したことを前記主軸モータの回転駆動において判定するクランプ判定手段；前記主軸モータの回転に同期させて前記主軸とは別の回転部材の駆動モータを回転駆動させる制御信号を該駆動モータの駆動に直接与る駆動アンプに送るか、またはシャンク把持部のシャンク固締時には該駆動モータの駆動に直接与らないカウント手段に送るか択一的である同期回転制御手段；シャンク固定作動中には前記カウント手段に送られる前記制御信号に基く前記駆動モータの仮想回転量を記憶する記憶手段；シャンク固締時に、前記環状ナット部材固定手段により前記環状ナット部材が回転不能にされた状態において回転原位置にあってシャンク解放状態の前記主軸が該回転原位置から前記クランプ判定手段で判定された時点の前記主軸モータの回転位置であるシャンク固締完了位置まで回転する回転角を、前記記憶手段に記憶された駆動モータの仮想回転量から算出する演算手段；及び前記主軸の回転原位置に前記演算手段で算出した前記回転角を加味した回転係止位置を記憶する回転係止位置記憶手段
を具備し；
シャンク解放時に前記回転原位置に停止したシャンク固締状態の前記主軸を前記回転原位置から前記回転係止位置記憶手段に記憶された前記回転係止位置にまで回転駆動し；該回転係止位置において、前記環状ナット部材固定手段により前記環状ナット部材を回転不能状態にした上で、前記主軸を回転原位置に回転するように前記主軸モータを制御するようになっている
主軸装置。
【請求項２】
回転自在に支承された主軸；該主軸を回転駆動する主軸モータ；前記主軸に設けられ、工具のシャンクを固締・解放するシャンク把持部；前記主軸に軸線方向変位自在に設けられ、その変位により前記シャンク把持部を開閉するシャンク把持部作動部材；前記主軸に対し回転自在に同心的に設けられ、内周に雌ねじ部が形成された環状ナット部材；前記シャンク把持部の開閉作動時に前記環状ナット部材を回転不能に固定する環状ナット部材固定手段；前記主軸に対し回転方向には一体的に、且つ軸線方向に進退自在に設けられ、前記環状ナット部材の雌ねじ部に螺合し、前記シャンク把持部作動部材に結合された工具クランプ作動駒；前記環状ナット部材と結合される主軸の回転係止位置を検出する検出器；並びに前記主軸モータ及び前記主軸とは別の回転部材の駆動モータを制御する制御装置
から構成された主軸装置であって、
前記制御装置が、
前記環状ナット部材の回転不能状態における前記主軸モータの回転駆動によるシャンク把持部のシャンク固締が完了したことを前記主軸モータの回転駆動において判定するクランプ判定手段；前記主軸モータの回転に同期させて前記主軸とは別の回転部材の駆動モータを回転駆動させる制御信号を該駆動モータの駆動に直接与る駆動アンプに送るか、またはシャンク把持部のシャンク固締時には該駆動モータの駆動に直接与らないカウント手段に送るか択一的である同期回転制御手段；シャンク固定作動中には前記カウント手段に送られる前記制御信号に基く前記駆動モータの仮想回転量を記憶する記憶手段；シャンク固締時に、前記環状ナット部材固定手段により前記環状ナット部材が回転不能にされた状態において回転原位置にあってシャンク解放状態の前記主軸が該回転原位置から前記クランプ判定手段で判定された時点の前記主軸モータの回転位置であるシャンク固締完了位置まで回転する回転角を、前記記憶手段に記憶された駆動モータの仮想回転量から算出する演算手段；前記主軸の回転原位置に前記演算手段で算出した前記回転角を加味した回転係止位置を記憶する回転係止位置記憶手段；並びに前記主軸の回転原位置に前記演算手段で算出した前記回転角を加味した回転係止位置及び該回転係止位置に対しオフセットした位置を記憶する回転係止位置記憶手段
を具備し；
シャンク解放時に前記回転原位置に停止したシャンク固締状態の前記主軸を前記回転原位置から前記回転係止位置記憶手段における回転係止位置に対しオフセットした位置にまで回転駆動し、更に、前記検出器による回転係止位置が検出されるまで寸動回転し；前記検出器により検出された回転係止位置において、前記環状ナット部材固定手段により前記環状ナット部材を回転不能状態にした上で、前記主軸を回転原位置に回転するように前記主軸モータを制御するようになっている
主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、切削工具が着脱可能に装着される主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術における切削工具が着脱可能に装着されている主軸装置には、例えば特願平７−１６３７６号のようなものがある。
その主軸装置は、主軸先端に形成されたテーパ穴に着脱自在に嵌着される切削工具のテーパシャンクを把持・解放するシャンク把持部と、主軸とに対し回転方向には一体的で、軸線方向には滑動自在に嵌合し、軸線方向進退によりシャンク把持部を開閉するシャンク把持部作動部材と、主軸に対し回転自在に同心的に嵌着される環状ナット部材、環状ナット部材の外周面の係止凹部に対し係合離脱自在に主軸ハウジングに設けられ、係合により環状ナット部材を回転不能に締着したり、離脱により環状ナット部材を解放したりするクランプ用ピストンと、環状ナット部材に外周が螺合すると共に、シャンク把持部作動部と結合した工具クランプ作動駒とを具備している。
【０００３】
そして、上記の従来の技術の主軸装置においては、所定の回転原位置に停止している主軸に対して、切削工具交換で工具を装着する場合は、クランプ用ピストンを環状ナット部材の外周面の係止凹部に係合させて環状ナット部材を回転不能状態にしてから、主軸を低速回転させることにより、回転不能状態の環状ナット部材に対して螺合している工具クランプ作動駒を回転させる。
【０００４】
すると工具クランプ作動駒は、軸線方向に変位し、それによりシャンク把持部作動部材も工具クランプ作動駒と共に変位する結果、シャンク把持部は閉じて切削工具のテーパシャンクを把持する。その際、切削工具のテーパシャンクを適正に把持した状態では、主軸の回転は所定のトルクに達する。それからクランプ用ピストンを環状ナット部材の外周面の係止凹部から離脱させ、環状ナット部材を主軸と共に回転可能状態にしてから主軸の回転により加工が行われる。
【０００５】
通常、主軸駆動装置には、主軸の所定の回転原位置停止のための機能、即ちオリエンテーション機能が具備されてはいるが、適正な把持のための所定のトルクに達するまで回転した主軸の角度位相を確認する機能は具備されていない。
そこで、図１４に示すように、主軸装置には、主軸ハウジングに設けられ、環状ナット部材１７の回転角度位相を検出する減速用近接スイッチ２１・定位置確認用近接スイッチ１９及び環状ナット部材１７の外周面に設けられた減速用近接スイッチ対応の第１ターゲット２２・定位置確認用近接スイッチ１９対応の第２ターゲット２０が具備されている。
【０００６】
第２ターゲット２０が定位置確認用近接スイッチ１９に対向した位相関係では、クランプ用ピストン１８が環状ナット部材１７の外周面の係止凹部１７ａに係合する状態にあり、第１ターゲット２２が減速用近接スイッチ２１に対向すると、主軸４は、停止させられ、且つ寸動低速回転するようになっている。
【０００７】
そして、加工が完了後の切削工具交換において、所定回転原位置に停止した主軸から切削工具を取り外す場合は、切削工具把持において所定トルクに達するまでの低速回転した分を補償するように主軸４を回転させなければ、クランプ用ピストン１８が環状ナット部材１７の外周面の係止凹部１７ａに係合し得ない。
しかし、切削工具のテーパシャンクの形状・寸法やシャンク把持部の寸法等により固締完了の所定トルクに達するまでの間における主軸の回転角は一定ではない。
【０００８】
そこで、上記の従来の技術の主軸装置における工具交換に際しての主軸に対する切削工具の装着固締・装着解放について、図１２、図１３及び図１４に従って説明する。
なお、便宜上、工具交換における使用済の切削工具の主軸４からの解放に続く、次の工程で使用する新しい切削工具の主軸４への装着固締を説明した後で、その切削工具の主軸４からの装着解放を説明する。
【０００９】
図１４（ａ）に示すように、１つの切削工具による加工工程が終了した後において、工具交換で、主軸４に対し使用済切削工具の工具ホルダが取外され、新しい切削工具の工具ホルダが装着固締される時点では、主軸４は、回転原位置に回転位置決めされ、環状ナット部材１７は、突出して係止凹部１７ａに押圧係合したクランプ用ピストン１８により回転不能に主軸ハウング１に固定された状態にある。そして、シャンク把持部は、工具装着解放状態である。
【００１０】
そして、工具交換腕により使用済の切削工具が主軸４から取り外された後、新しい切削工具は、マシニングセンタの主軸４に装着されるべく、切削工具のシャンクが主軸４に挿入される。
図１２におけるプロセスに従って工具装着固締を説明する。
ステップ１
工具装着固締指令が出力される。
【００１１】
ステップ２
すると、主軸は、寸動高速回転駆動される。
主軸が左回り寸動高速回転するが、環状ナット部材１７はクランプ用ピストン１８で回転が阻止されているので、工具クランプ作動駒は後退し、工具クランプ作動駒の後退により、シャンク把持部は、切削工具のシャンクを固締する。
ステップ３
上記のようにして主軸４のみの左回り寸動高速回転が進み、装着固締が進行し、回転角θで工具クランプ作動駒の後退が阻止され、主軸４における切削工具のシャンクの装着固締完了する。（図１４（ｂ）参照）
【００１２】
ステップ４
切削工具のシャンクの装着固締完了した段階で、クランプ用ピストン１８は、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａから離脱する。
従って、環状ナット部材１７は主軸４と共に回転自在となるので、主軸４の回転を阻止するものはなく、主軸４は回転駆動され得る。（図１４（ｃ）参照）
ステップ５
かくして、回転駆動される主軸４に装着固締された新しい切削工具は、工作物に対し所望の切削加工を行う。
【００１３】
続いて、上記の工具交換時の切削工具の装着解放について説明する。
前述において主軸４に装着固締された切削工具による加工工程が終了し、主軸４は、所定の回転原位置に位置決め停止され（図１４（ｄ）参照）、次の切削工具との工具交換が行われことになると、工具装着解放が行われる。
【００１４】
図１３におけるプロセスに従って工具装着解放を説明する。
ステップ６
工具装着解放指令が出力される。
切削工具の装着解放するのには、環状ナット部材１７の固定のために環状ナット部材１７の係止凹部１７ａをクランプ用ピストン１８に対向させなければならない。しかし、主軸４は、所定の回転原位置に位置決め停止されるので、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａは、先の工具装着固締のために主軸４が左回りに回転した回転角θ（図１４（ｂ）参照）だけクランプ用ピストン１８の位置から偏位している。（図１４（ｄ）参照）
【００１５】
ステップ７
主軸４は、右回りに高速寸動回転駆動される。すると、主軸４に係止された環状ナット部材１７が一体的に右回りに高速寸動回転される。（図１４（ｄ）参照）
ステップ８
第１ターゲット２２が減速用近接スイッチ２１に対向すると、第１ターゲット２２の位置が減速用近接スイッチ２１で検出される。
【００１６】
ステップ９
第１ターゲット２２が減速用近接スイッチ２１で検出されると、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａがクランプ用ピストン１８の位置に対向するように、主軸４の高速寸動回転は止められる。（図１４（ｅ）参照）
しかし、高速寸動回転のため主軸４は、オーバーランして停止するので、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａは、クランプ用ピストン１８の位置からずれた位置になる。（図１４（ｆ）参照）
【００１７】
ステップ１０
主軸４の回転原位置からのオーバーラン停止においては、第１ターゲット２２の範囲が減速用近接スイッチ２１に対向しているので、主軸４は、左回りに低速寸動回転駆動される。
ステップ１１
第２ターゲット２０が定位置確認用近接スイッチ１９に対向すると、第２ターゲット２０の位置が定位置確認用近接スイッチ１９で検出される。
【００１８】
ステップ１２
第２ターゲット２０が定位置確認用近接スイッチ１９で検出されると、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａは、クランプ用ピストン１８の位置に対向し、主軸４の低速寸動回転は止められる。低速寸動回転のため、主軸４は、正確に回転原位置に停止する。その状態では、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａは、クランプ用ピストン１８に対向する。（図１４（ｇ）参照）
それから、クランプ用ピストン１８が突出して係止凹部１７ａに押圧係合する。
【００１９】
ステップ１３
クランプ用ピストン１８の係止凹部１７ａに対する押圧係合により、環状ナット部材１７が回転不能の状態で、主軸４は右回り回転して回転原位置に復帰位置決めされる。（図１４（ａ）参照）
この状態は、先に述べた工具交換の最初の状態であって、主軸４は、回転原位置にあり、シャンク把持部は、工具装着解放状態である。そして環状ナット部材１７は、突出して係止凹部１７ａに押圧係合したクランプ用ピストン１８により回転不能に主軸ハウング１に固定された状態にある。即ち、次の切削工具との工具交換可能状態である。
ステップ１４
前回同様に次の切削工具との工具交換が行われる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の述べたように把持された切削工具による加工が完了し、次の切削工具との交換において、使用済の切削工具を取り外す場合、所定の回転原位置で停止した主軸をクランプ用ピストンが環状ナット部材の外周面の係止凹部に係合し得るまで回転位置決めするのに際し、その位置を検出する近接スイッチを設け、近接スイッチの検出による停止での近接スイッチの誤検出を防止するべく、主軸の寸動回転を低速で行うと、作動時間が長くなり非能率である。
【００２１】
そのため、上記の従来の技術の主軸装置においては、上記の寸動回転を低速だけでなく、減速用近接スイッチ・定位置確認用近接スイッチによる二段検出による高速寸動回転と低速寸動回転とに分けて行っている。
その作動について、図１５に従って説明すると、主軸は、所定の回転原位置における停止状態の時点（Ｔ0 ）から高速寸動回転駆動され（速度ＶＲ）、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａがクランプ用ピストン１８の位置に対向し、減速用近接スイッチにより第１ターゲット２２が減速用近接スイッチ２１で検出された時点（Ｔ1 ）で、主軸４の高速寸動回転駆動は止められる。
【００２２】
しかし、高速寸動回転のため主軸４は、オーバーランして、時点（Ｔ2 ）で停止すると共に、逆方向に低速寸動回転駆動（速度ＶＬ）され、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａがクランプ用ピストン１８の位置に対向し、第２ターゲット２０が定位置確認用近接スイッチ１９で検出された時点（Ｔ3 ）で、主軸４の低速寸動回転駆動は止められ、低速寸動回転のため主軸４は環状ナット部材１７の係止凹部１７ａがクランプ用ピストン１８の位置に対向した位置に停止する。
【００２３】
オーバーランの回転角（図１５の斜線三角形面積）と低速寸動逆回転の回転角（図１５の斜線台形面積）とは等しい。Ｔ0 からＴ1 までの時間を短縮するため高速寸動回転の速度を高めると、オーバーランの回転角（図１５の三角形面積）が増大し、低速寸動逆回転の回転角（図１５の斜線台形面積）も増大する。その結果、Ｔ2 からＴ3 までの時間が増大してしまう。なお、主軸４は環状ナット部材１７の係止凹部１７ａがクランプ用ピストン１８の位置に対向した位置に停止するためには、低速寸動逆回転の速度は増大できない。
【００２４】
従って、主軸を所定の回転原位置から環状ナット部材１７の係止凹部１７ａがクランプ用ピストン１８の位置に対向する位置まで割出し回転させる時間、即ちＴ0 からＴ3 までの時間の短縮は困難である。
又、主軸駆動装置自体に主軸回転角度位相を認識する機能を具備させることは、装置として高価となる欠点がある。
この発明は、高価である主軸回転角度位相を認識する機能を具備することなく、所定回転原位置以外の所望の停止位置に主軸を効率よく回転位置決めする機能を具備した主軸装置を提供することを目的としている。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
この発明の主軸装置は、回転自在に支承された主軸；主軸を回転駆動する主軸モータ；前記主軸に設けられ、工具のシャンクを固締・解放するシャンク把持部；前記主軸に軸線方向変位自在に設けられ、その変位により前記シャンク把持部を開閉するシャンク把持部作動部材；前記主軸に対し回転自在に同心的に設けられ、内周に雌ねじ部が形成された環状ナット部材；シャンク把持部の開閉作動時に環状ナット部材を回転不能に締着する環状ナット部材締着手段；主軸に対し回転方向には一体的に、且つ軸線方向に進退自在に設けられ環状ナット部材の雌ねじ部に螺合し、シャンク把持部作動部材に結合された工具クランプ駒；前記主軸とは別に回転駆動される回転部材；及び前記主軸モータ及び前記回転部材の回転駆動を制御する制御装置から構成されている。
【００２６】
そして、前記制御装置は、前記シャンク把持部によるシャンク固締完了を前記主軸の回転駆動において判定する判定手段；前記主軸の回転に同期させて前記回転部材を制御信号上のみで回転駆動させる同期回転制御手段；シャンク固締時に、シャンク解放状態の前記主軸の回転原位置から環状ナット部材締着手段により環状ナット部材が回転不能状態でシャンク固締完了位置まで該主軸が回転する回転角を該主軸と同期回転する前記回転部材の同期回転制御信号から算出する演算手段；前記主軸の回転原位置に前記演算手段で算出した前記回転角を加味したシャンク解放開始位置を記憶する記憶手段の機能；を具備し、シャンク解放時に、シャンク固締状態の前記主軸を回転原位置から前記シャンク解放開始位置にまで回転駆動し、シャンク解放開始位置において、環状ナット部材締着手段により環状ナット部材が回転不能状態にした上で、主軸を回転原位置に回転するように作動制御するようになっている。
【００２７】
更に、別の形式の主軸装置は、前記シャンク解放開始位置を検出する検出器を併せ具備し、前記制御装置は、シャンク解放時に、シャンク固締状態の前記主軸を回転原位置から前記シャンク解放開始位置からオフセットした位置にまで回転駆動し、更に、検出器により前記シャンク解放開始位置が検出されるまで寸動回転し、シャンク解放開始位置において、環状ナット部材締着手段により環状ナット部材が回転不能状態にした上で、主軸を回転原位置に回転するように作動制御するようになっている。
【００２８】
前記主軸装置における工具交換時の工具の装着固締について述べると、主軸装置は、新旧の工具を交換する時点で、主軸が回転原位置で停止している初期状態では、シャンク把持部作動部材、即ち工具クランプ作動駒は解放位置にある。従って、シャンク把持部は解放状態にある。なお、環状ナット部材は、環状ナット締着手段と係合し得る位置にあって環状ナット締着手段により回転不能に締着されている。
新しい工具が主軸に装着されるのに際しては、工具のシャンクが主軸に挿入される。
【００２９】
そこで、主軸が回転されると、環状ナット部材締着手段により回転が阻止されている環状ナット部材に対して、主軸と共に回転する工具クランプ作動駒は主軸に対して軸線方向に固締位置に向ってに変位する。工具クランプ作動駒、即ちシャンク把持部作動部材の変位によりシャンク把持部はシャンクを固締する。
工具クランプ作動駒の変位によるシャンクの固締の完了が判定されると、主軸は停止される。
かくして、工具は主軸に装着される。
【００３０】
制御装置においては、この間の主軸の回転角が、制御信号上のみで主軸と同期回転駆動される回転部材の同期回転制御信号から算出され、主軸の回転原位置にその算出した回転角を加味したシャンク解放開始位置が記憶される。
上記のように求められる工具装着固締に要した回転原位置からの主軸の回転角は、切削工具のテーパシャンクの形状・寸法やシャンク把持部の寸法等により一定ではない。
【００３１】
そして、環状ナット締着手段は、環状ナット部材を解放し、環状ナット部材は主軸共々回転自在になる。
かくして、主軸が回転駆動されて、工具によって工作物に対して所望の加工が行われる。
【００３２】
次に、主軸装置における工具交換時の工具の装着解放について述べると、既述のように主軸に装着固締された工具による加工工程が終了し、主軸は、所定の回転原位置に位置決め停止される。
工具の装着解放するのには、環状ナット部材を、環状ナット部材締着手段により締着して回転不能状態にするべく、環状ナット部材締着手段に係合し得る位置に位置決めしなければならない。即ち、環状ナット部材と結合された状態の主軸がシャンク解放開始位置に位置決めされなければならない。
【００３３】
そこで、制御装置において、工具装着解放指令が出力されると、既述の工具装着固締時にシャンク解放開始位置を記憶する記憶手段において記憶されているシャンク解放開始位置が呼出され、回転原位置にある主軸が制御装置からの制御指令によりその位置に相当する回転角だけ回転駆動される。その結果、主軸と共に一体的に回転する環状ナット部材は、環状ナット部材締着手段に係合し得る位置に位置決めされる。
【００３４】
そして、環状ナット部材は、環状ナット部材締着手段により締着されて回転不能状態にされた上で、主軸は回転駆動されて、所定の回転原位置に回転位置決めされて停止する。
主軸が回転原位置になるまで回転されると、環状ナット部材は、環状ナット部材締着手段で回転が阻止されているので、主軸と共に回転する工具クランプ作動駒は、ねじ作用により主軸に対して軸線方向に解放位置に向ってに変位する。工具クランプ作動駒、即ちシャンク把持部作動部材の変位によりシャンク把持部はシャンクを解放する。かくして、工具は、主軸から取外し自在になる。
【００３５】
前記シャンク解放開始位置を検出する検出器を併せ具備している形式の場合の主軸装置における工具交換時の工具の装着解放について述べると、既述のように主軸に装着固締された工具による加工工程が終了し、主軸は、所定の回転原位置に位置決め停止される。
【００３６】
工具の装着解放するのには、環状ナット部材は、環状ナット部材締着手段により締着されて回転不能状態になるべく、環状ナット部材締着手段に係合し得る位置に位置決めされなければならない。即ち、環状ナット部材と結合された状態の主軸がシャンク解放開始位置に位置決めされなければならない。
【００３７】
そこで、制御装置において、工具装着解放指令が出力されると、既述の工具装着固締時にシャンク解放開始位置を記憶する記憶手段において記憶されているシャンク解放開始位置が呼出され、回転原位置にある主軸が制御装置からの制御指令によりシャンク解放開始位置からオフセットした位置に相当する回転角だけ回転駆動される。それから、検出器により前記シャンク解放開始位置が検出されるまで、主軸は寸動回転され、その結果、主軸に結合状態にある環状ナット部材は、環状ナット部材締着手段に係合し得る位置に位置決めされる。そして、環状ナット部材が環状ナット部材締着手段により締着されて回転不能状態にされた上で、主軸は回転駆動されて、所定の回転原位置に回転位置決めされて停止する。
【００３８】
主軸が回転原位置になるまで回転されると、環状ナット部材は、環状ナット部材締着手段で回転が阻止されているので、主軸と共に回転する工具クランプ作動駒は、ねじ作用により主軸に対して軸線方向に解放位置に向ってに変位し、工具クランプ作動駒、即ちシャンク把持部作動部材の変位によりシャンク把持部はシャンクを解放する。かくして、工具は、主軸から取外し自在になる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
この発明の発明の実施の形態における主軸装置を図面に従って説明する。
図１に示すように主軸ハウジング１内において、転がり軸受２により回転自在に支承された主軸４の中間部には、制御装置により制御されるビルドイン主軸モータ３が設けられ、主軸４の先端には、切削工具４０を保持する工具ホルダ４１が装着されるようになっている。
【００４０】
工具ホルダ４１内において、切削工具４０は、Ｕ軸作動棒４２の軸線方向の変位により切削工具変位機構を介して半径方向に変位され得るようになっている。切削工具変位機構としては、カム機構や楔機構等、種々の機構があるが、実施の形態としてカム溝機構４３を例示する。
主軸４には、中心に貫通孔６が形成され、貫通孔６には、工具ホルダ４１のＵ軸作動棒４２に係合離脱自在の切削工具変位用のＵ軸引張棒７が嵌挿されている。
【００４１】
貫通孔６に軸線方向滑動自在に、且つ主軸４に対し回転が拘束されて嵌挿されている切削工具変位用のＵ軸引張棒７の後端部は、主軸４から突出し、主軸ハウジング１内において回転非伝達で軸線方向に結合するカップリング３１を介してボールねじ３２に結合されている。主軸ハウジング１の後端部には、制御装置３０により制御されるＵ軸サーボモータ３３が装着され、Ｕ軸サーボモータ３３の出力軸の前端には、ボールねじ３２が螺合するボールねじナット３４が、後端には、エンコーダ３５が夫々取り付けられている。
又、主軸ハウジング１には、主軸４の後端部に対向して、その回転を検出する回転速度センサ３６が設けられている。
【００４２】
制御装置３０には、制御装置３０からの制御指令が入力されるように主軸駆動アンプ３７及びＵ軸駆動アンプ３８が接続されると共に、エンコーダ３５及び回転速度センサ３６から検出信号が入力されるようにエンコーダ３５及び回転速度センサ３６が接続されている。そして、主軸駆動アンプ３７及びＵ軸駆動アンプ３８は、制御装置３０からの制御指令に従ってビルドイン主軸モータ３及びＵ軸サーボモータ３３を制御駆動するように夫々に接続されている。
【００４３】
図示の実施の態様においては、制御装置３０に検出信号を入力するのは、回転速度センサ３６のみであるが、主軸４に図示しないクランプトルク検出手段を設け、クランプトルク検出手段からの検出信号を同様に入力するようにしてもよく、或いは回転速度センサ３６を省略して、クランプトルク検出手段のみでもよい。
【００４４】
制御装置３０は、通常のＮＣ制御装置のようにＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェース、入力ボード、表示器等から構成され、制御系としてマシニングセンターの通常の制御機能を具備すると共に、図５の３０に示すように主軸４における工具ホルダ４１の固締・解放における同期制御指令手段５１、主軸回転指令手段５２、Ｕ軸送り指令手段５３、全軸マシンロック指令手段５４、ゲート回路５５、Ｕ軸現在位置記憶手段５６、Ｕ軸座標カウント手段５７、クランプ判定手段５８、Ｕ軸スキップ位置記憶手段５９、主軸回転量演算手段６０及び回転係止位置記憶手段６１としての制御機能を具備している。
【００４５】
全軸マシンロック指令手段５４による指令で全軸マシンロックした場合において、同期制御指令手段５１による指令で主軸４と同期回転駆動される部材は、Ｕ軸引張棒７を変位させるボールねじナット３４（Ｕ軸サーボモータ３３）に限らず、マシニンングセンタにおける他の回転駆動軸（駆動モータ）にエンコーダを設けて、その回転駆動軸を利用してもよい。
【００４６】
図２、図３及び図４に従って主軸４について詳述すると、主軸４は、その先端に工具ホルダ４１のテーパシャンク４１ａの外周テーパ面が嵌着されるテーパ穴５が穿設され、貫通孔６は、テーパ穴５の底から後端に向って貫通されている。
Ｕ軸引張棒７の先端部は、二段に縮径され、第１小径部７ａ及びその先の第２小径部７ｂとなっている。このＵ軸引張棒７には、その先端部と同心的に引張スリーブ８が設けられている。
【００４７】
後端部に軸線方向の長孔９ａが直径方向対向して穿設されたカラー９は、大径部９ｂの内周面がＵ軸引張棒７の第１小径部７ａに、大径部９ｂの外周面が引張スリーブ８に、小径部９ｃの内周面が第２小径部７ｂに夫々軸線方向滑動自在に嵌合している。そして、Ｕ軸引張棒７の第１小径部７ａに巻回された圧縮コイルばね１０は、引張スリーブ８の固着基部とカラー９の後端面との間に嵌装されており、Ｕ軸引張棒７の第１小径部７ａに直径方向に植設された止めピン１１は、カラー９の長孔９ａに係合されている。従って、カラー９は、長孔９ａの範囲でＵ軸引張棒７に対して進退し得ると共に、常時、圧縮コイルばね１０により前方には付勢されている。
【００４８】
Ｕ軸引張棒７、即ち第２小径部７ｂの先端には、前鍔部及び後鍔部を構成するため、工具ホルダ４１のＵ軸作動棒４２を把持するコレット１３を保持する先端部材１２が固着されている。
カラー９の小径部９ｃの先端は、先端部材１２の先端より突出し、その内周面はテーパ面９ｄとなっている。
【００４９】
そして、先端部材１２の前鍔部・後鍔部間にその基部の内周突起が嵌まり微小移動可能に先端部材１２に取り付けられたコレット１３は、その外周テーパ面が前記カラー９のテーパ面９ｄに接しており、前記先端部材１２と、前記カラー９のテーパ面９ｄと、コレット１３とから、工具ホルダ４１のＵ軸作動棒４２の後端部に形成されたプルスタッド４２ａを把持するコレットチャックが構成されている。
【００５０】
カラー９の小径部９ｃには、クランプボール作動スリーブ１４が軸線方向滑動自在に嵌挿されている。即ち、クランプボール作動スリーブ１４には、前半部の中心孔１４ａと後半部の中心孔１４ｂとが貫通し、中心孔１４ａには、工具ホルダ４１のＵ軸作動棒４２が挿通されるようになっており、中心孔１４ｂがカラー９の小径部９ｃに嵌挿されている。
【００５１】
クランプボール作動スリーブ１４の前半部の外周面には、前縁部斜面１４ｃをもつクランプボール作動凹部１４ｄが形成されており、後半部の外周面には、工具クランプ作動駒１５及びＵ軸作動棒クランプ駒１６が前後して嵌装され、前者は、クランプボール作動スリーブ１４に形成された係合突起１４ｅに係合してクランプボール作動スリーブ１４に対し軸線方向変位が拘束されており、後者は、クランプボール作動スリーブ１４に対し軸線方向変位自在であるが、後端部がカラー９の大径部９ｂの前端段部に対向して接離し得る。
【００５２】
クランプボール作動スリーブ１４の後半部に対応する軸線方向範囲の主軸４の外周面に形成された環状溝４ａには、外径が主軸４の外径と略等しい環状ナット部材１７が回転自在に嵌装されており、環状ナット部材１７は、互に逆ねじの前半の第１ねじ部１７ａと後半の第２ねじ部１７ｂが刻設されている。主軸ハウジング１には、クランプ用ピストン１８が環状ナット部材１７の外周面に対向して半径方向に設けられている。
【００５３】
そして、環状溝４ａの底面と主軸４の貫通孔６外周面との間は、図４に示すように１２０度間隔で放射状空所２４が貫通しており、工具クランプ作動駒１５及びＵ軸作動棒クランプ駒１６の放射状のねじ部１５ａ，１６ａが放射状空所２４，２４，２４内に突出し、工具クランプ作動駒１５及びＵ軸作動棒クランプ駒１６の回転は拘束されて、ねじ部１５ａは、環状ナット部材１７ナット部材１７の第１ねじ部１７ａに、ねじ部１６ａは、環状ナット部材１７の第２ねじ部１７ｂに夫々螺合している。
【００５４】
主軸４には、先端のテーパ穴５内で貫通孔６の先端部を形成するクランプボール保持スリーブ部２５が同心に形成され、その結果、クランプボール保持スリーブ部２５の外周面とテーパ穴５の内周面とにより形成されたテーパ環状穴には、工具ホルダ４１の円筒状のテーパシャンク４１ａが嵌着されるようになっている。クランプボール保持スリーブ部２５には、テーパ環状穴に嵌着される工具ホルダ４１のテーパシャンク４１ａのクランプボール孔４１ｄに対応するクランプボール孔２５ａが半径方向に貫通している。
【００５５】
クランプボール作動スリーブ１４のクランプボール作動用凹部１４ｄとクランプボール保持スリーブ部２５のクランプボール孔２５ａとに跨ってクランプボール２７が納められている。
【００５６】
主軸４に装着される工具ホルダ４１は、後端に開口した中空穴４１ｂをもつ筒状のテーパシャンク４１ａが伸長されて形成されている。
テーパシャンク４１ａには、後縁周斜面をもつクランプボール孔４１ｄが穿設されており、テーパシャンク４１ａ基部の段部は、工具ホルダ４１が主軸４に装着された時、主軸４の先端面に当接する。
【００５７】
従って、工具ホルダ４１は、主軸４のテーパ穴５に対するテーパシャンク４１ａの外周テーパ面の当接及び主軸４の先端面に対するテーパシャンク４１ａの基部の段部の当接によって、即ち２面拘束によって主軸４に装着されるようになっている。
ここで、上記発明の実施の形態においては、上記のように主軸４と工具ホルダ４１との固締における２面拘束部分の形状を市場に一般的に普及している標準形状として、工具ホルダ４１の製作・管理に対する容易化を図っている。
工具ホルダ４１の外周面には、自動工具交換装置の交換ハンドが係合する環状溝４１ｃが形成されている。
【００５８】
第１の実施の形態においては、省略され得るが、第２実施の形態においては、図４に示すように、主軸ハウジング１には、クランプ用ピストン１８とは位相をずらした位置に、定位置確認用近接スイッチ１９が環状ナット部材１７の外周面に対向して半径方向に設けられている。図示の例では、クランプ用ピストン１８と定位置確認用近接スイッチ１９とは１８０度位相がずれ、直径方向に対向している。
【００５９】
環状ナット部材１７の外周面には、主軸ハウジング１にクランプ用ピストン１８の係止部が接離する係止凹部１７ｃが形成されており、更に定位置確認用近接スイッチ１９に検出されるターゲット２０が所定位相に、且つ円周方向に所定範囲に設けられている。図示の例では、係止凹部１７ｃとターゲット２０とは、クランプ用ピストン１８と近接スイッチ１９とに合せて１８０度位相がずれている。
【００６０】
上記主軸装置の作用について説明する。
図６において容易に理解し得るように、マシニングセンタにおいては、図示のようなプロセスで自動工具交換が行われ、所望の加工工程が行われる。
一つの切削工具による加工工程が終了し、ステップ１において、制御装置で工具交換の要否が判断され、否として、工具交換する指令がない限り一つの切削工具による加工が繰り返されて全加工工程が完了する。
【００６１】
工具交換必要として、工具交換の指令が出されると、ステップ２において、主軸装置における使用済切削工具の装着解放が行われ、ステップ３において、図示しない工具交換腕により使用済切削工具が主軸から取り外されると同時に新しい切削工具が主軸に挿入される。
【００６２】
次にステップ４において、主軸装置における新しい切削工具の装着固締が行われ、ステップ５において主軸が回転駆動されて新しい切削工具による加工が行われる。
ステップ６において、制御装置で全加工工程の完了が判断され、全加工工程が完了しない限り、ステップ１に戻り、上記の工程が繰り返され、全加工工程の完了に至る。
【００６３】
そこで、図７、図９及び図１１に従って、実施の形態（第１・第２）の主軸装置における上記の工具交換時の切削工具の装着固締・解放について説明する。
なお、便宜上、工具交換における使用済の切削工具の主軸４からの解放に続く、次の工程で使用する新しい切削工具の主軸４への装着固締を説明した後で、その切削工具の主軸４からの装着解放を説明する。
【００６４】
図３、図９（ａ）及び図１１（ａ）に示すように、１つの切削工具による加工工程が終了した後において、工具交換で、主軸４に対し使用済切削工具の工具ホルダが取外され、新しい切削工具４０の工具ホルダ４１が装着固締される時点では、主軸４は、回転原位置に回転位置決めされ、環状ナット部材１７は、突出して係止凹部１７ｃに押圧係合したクランプ用ピストン１８により回転不能に主軸ハウング１に固定された状態にある。
【００６５】
Ｕ軸引張棒７は前進位置である原位置にあり、工具クランプ作動駒１５は前進位置に、Ｕ軸作動棒クランプ駒１６は後退位置になって、互に離隔した状態にあり、それによりクランプボール作動スリーブ１４は前進位置にあり、カラー９は後退位置にあってクランプボール２７及びコレット１３は開いた状態である。
【００６６】
そして、図示しない工具交換腕により使用済の切削工具４０の工具ホルダ４１が主軸４から取り外された後、新しい切削工具４０の工具ホルダ４１は、工作機械の主軸４に装着されるべく、工具ホルダ４１の環状溝４１ｃが交換ハンドで把持されてテーパシャンク４１ａが主軸４のテーパ穴５に挿入される。その際、圧縮コイルばね２９のばね力でテーパ穴５内に突出している仮クランプボール２８は、テーパシャンク４１ａで一旦は仮クランプボール孔５ａに押し込められてからクランプボール孔４１ｄに合致すると再び圧縮コイルばね２９でクランプボール孔４１ｄに押し込められ、テーパシャンク４１ａは主軸４に仮クランプされる。
【００６７】
図７におけるプロセスに従って工具装着固締を説明する。
ステップ１
制御装置３０において、工具装着固締指令が出力される。
ステップ２
すると、全軸マシンロック指令手段５４が作動し、全軸マシンロック指令がゲート回路５５に入力されると、ゲート回路５５は、Ｕ軸送り指令手段５３からの指令がＵ軸駆動アンプ３８に入力されないで、Ｕ軸位置カウント手段５７に入力するように切換えられる。
【００６８】
ステップ３
Ｕ軸サーボモータ３３の回転位置は、常にエンコーダ３５で検出されているので、Ｕ軸引張棒７を原位置にしたときのＵ軸サーボモータ３３の回転位置、即ち新しい切削工具の工具ホルダ４１のテーパシャンク４１ａが主軸４のテーパ穴５に挿入されて、仮クランプされた時点のＵ軸サーボモータ３３の回転角位置がエンコーダ３５からＵ軸現在位置記憶手段５６に記憶される。
【００６９】
ステップ４
同期制御指令手段５１から主軸回転指令手段５２及びＵ軸送り指令手段５３の夫々に指令が同時に入力されると、主軸回転指令手段５２から主軸回転指令が主軸駆動アンプ３７に入力され、それに基づいてビルドイン主軸モータ３は回転駆動される。それと同時に、Ｕ軸送り指令手段５３からはＵ軸サーボモータ３３がビルドイン主軸モータ３と同期回転するようにＵ軸送り指令が出力されるが、それは、Ｕ軸駆動アンプ３８に入力されないで、Ｕ軸位置カウント手段５７に入力される。即ち、Ｕ軸サーボモータ３３は、その指令で実際回転しないが、ビルドイン主軸モータ３との同期回転指令による回転角が順次Ｕ軸位置カウント手段５７に入力されることになる。
【００７０】
ビルドイン主軸モータ３が回転駆動されると、主軸４は左回りに回転されるが、環状ナット部材１７はクランプ用ピストン１８で回転が阻止されているので、工具クランプ作動駒１５とＵ軸作動棒クランプ駒１６とは、逆ねじにより互に接近するように変位する。即ち工具クランプ作動駒１５は後退し、Ｕ軸作動棒クランプ駒１６は前進する。
【００７１】
工具クランプ作動駒１５の後退により、クランプボール作動スリーブ１４、即ちクランプボール作動凹部４ｄが後退するので、クランプボール２７は、クランプボール作動凹部１４ｄの縁部斜面１４ｂにより押上げられクランプボール保持スリーブ部２５のクランプボール孔２５ａとテーパシャンク４１ａのクランプボール孔４１ｄに跨った突出位置になり、クランプボール孔４１ｄの後側傾斜内周面に係合して、テーパシャンク４１ａは、テーパシャンク４１ａ基部の段部が主軸４の先端面に当接するようにテーパ穴５内に引き込まれ、主軸４に固締される。即ち、工具ホルダ４１は、主軸４に２面拘束によって装着される。
【００７２】
テーパシャンク４１ａが主軸４に固締された際、原位置にある工具ホルダ４１のＵ軸作動棒４２、即ちプルスタッド４２ａの後端面は、原位置にあるＵ軸引張棒７の先端部材１２の先端面に当接し、プルスタッド４２ａがコレット１３に把持され得る状態になる。
【００７３】
他方、Ｕ軸作動棒クランプ駒１６の前進に従って、カラー９は、小径部９ｃの段部がＵ軸作動棒クランプ駒１６の後端に当接したまま圧縮コイルばね１０のばね力をもって前進し、カラー９の前進によりテーパ面９ｄがコレット１３を閉じるので、コレット１３は、原位置に停止しているＵ軸引張棒７の先端部材１２の先端面に当接したままのプルスタッド４２ａを把持する。
【００７４】
やがて、コレット１３がプルスタッド４２ａを把持することにより、カラー９の前進は阻止され、Ｕ軸作動棒クランプ駒１６は、カラー９の小径部９ｃの段部から離れる。これにより、伸長しようとする圧縮コイルばね１０のばね力がカラー９を前進する方向に働き、カラー９のテーパ面９ｄとコレット１３との係合、即ちコレット１３の閉じは、圧縮コイルばね１０のばね力により強固なものに維持され、その結果、プルスタッド４２ａは、先端部材１２の先端面に強固に当接されたまま、先端部材１２に完全に結合される。
【００７５】
ステップ５
上記のようにして装着固締が進み、装着固締が完了すると工具クランプ作動駒１５の後退が阻止され、ビルドイン主軸モータ３の負荷が増大する。即ちビルドイン主軸モータ３は減速され、やがて停止する。そこで、ビルドイン主軸モータ３の回転速度を検出する回転速度センサ３６から入力される検出信号の変化に基づいてクランプ判定手段５８においては、主軸４におけるテーパシャンク４１ａの装着固締完了が判定される。
【００７６】
この装着固締完了判定は、回転速度センサ３６でなく、トルクセンサを設けてその検出トルク信号の変化に基づいてクランプ判定手段５８で行ってもよい。
即ち、回転速度センサ３６の減速する検出速度又はトルクセンサの増大する検出トルクが所定値に達することにより固締完了と判定する。
【００７７】
ステップ６
Ｕ軸位置カウント手段５７においては、Ｕ軸現在位置記憶手段５６から入力された仮クランプされた時点のＵ軸サーボモータ３３の回転角位置とビルドイン主軸モータ３との仮想同期回転の回転角とから同期回転中のＵ軸サーボモータ３３の回転角位置が求められ、それがＵ軸スキップ位置記憶手段５９に入力される。
そして、クランプ判定手段５８から装着固締完了を判定した固締完了判定信号がＵ軸スキップ位置記憶手段５９に入力されると、その時点でのＵ軸サーボモータ３３の回転角位置がＵ軸スキップ位置記憶手段５９に記憶される。
【００７８】
ステップ７
主軸回転量演算手段６０において、Ｕ軸スキップ位置記憶手段５９に記憶されたＵ軸サーボモータ３３の回転角位置に基づいて、ビルドイン主軸モータ３の回転量、即ち工具装着固締に要した回転原位置からの主軸４の回転角が演算される。要するに、主軸４の回転量は、Ｕ軸サーボモータ３３のビルドイン主軸モータ３との仮想同期回転量から換算されて間接的に求められている。
上記のように求められる工具装着固締に要した回転原位置からの主軸４の回転角θ（即ち回転原位置からの回転偏差角）は、切削工具のテーパシャンクの形状・寸法やシャンク把持部の寸法等により一定ではない。
【００７９】
ステップ８
回転係止位置記憶手段６１において、主軸回転量演算手段６０で演算された工具装着固締に要した回転原位置からの主軸４の回転量に基づいて、環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃがクランプ用ピストン１８の係止部に対向する回転係止位置が記憶される。（図９（ｂ）・図１１（ｂ）参照）
【００８０】
ステップ９
全軸マシンロック指令手段５４が作動し、全軸マシンロック解除指令がゲート回路５５に入力され、ゲート回路５５は、Ｕ軸送り指令手段５３からの指令がＵ軸駆動アンプ３８に入力するように切換えられる。
そして、制御装置３０からの指令信号によりＵ軸サーボモータ３３が所望回転量だけ回転駆動されることによりボールねじナット３４は所望回転角回転される。
【００８１】
従って、ボールねじ３２は、所望量後退し、それは、カップリング３１を介してＵ軸引張棒７に達伝され、原位置のＵ軸引張棒７に結合されたＵ軸作動棒４２は原位置から所望量だけ軸線方向に後退する。
その結果、切削工具４０は、溝カム機構４３を介して、所望の半径方向位置に位置決めされる。
【００８２】
ステップ１０
クランプ用ピストン１８は、図示しない流体圧制御装置により退縮され、環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃから離脱する。
従って、環状ナット部材１７は主軸４と共に回転自在となるので、主軸４の回転を阻止するものはなく、主軸４はビルドイン主軸モータ３により回転駆動され得る。（図９（ｃ）・図１１（ｃ）参照）
【００８３】
かくして、ビルドイン主軸モータ３の回転駆動により回転する主軸４に装着固締された新しい工具ホルダ４１の切削工具４０は、中心軸線から所望量偏心した位置で回転して、工作物に対する所望の加工径で切削加工が行われる。ここで、Ｕ軸作動棒４２のプルスタッド４２ａの後端面と先端部材１２の先端面とが完全に密着し、即ち軸線方向に隙間なくＵ軸作動棒４２とＵ軸引張棒７とが連結されているため、Ｕ軸引張棒７の移動量に対応したバイト４７の半径方向変位量が精確なものとなり、高精度に加工を行うことができる。
【００８４】
次に、図８及び図９に従って、実施の第１形態の主軸装置における上記の工具交換時の切削工具の装着解放について説明する。
既述のように主軸４に装着固締された工具ホルダ４１の切削工具４０による加工工程が終了し、主軸４は、所定の回転原位置に位置決め停止される。（図９（ｄ）・図１１（ｄ）参照）
【００８５】
図８におけるプロセスに従って工具装着解放を説明する。
ステップ１１
制御装置３０において、工具装着解放指令が出力される。
ステップ１２
工具ホルダ４１の装着解放するのには、環状ナット部材１７の固定のために環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃをクランプ用ピストン１８に対向させなければならない。しかし、主軸４は、所定の回転原位置に位置決め停止されるので、環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃは、工具装着固締のために主軸４が左回りに回転した回転角θ（図９（ｂ）参照）だけクランプ用ピストン１８の位置から偏位している。（図９（ｄ）参照）
【００８６】
そこで、制御装置３０において、既述の工具装着固締時に回転係止位置記憶手段６１において記憶されている回転係止位置が呼出され、ビルドイン主軸モータ３が制御装置３０からの制御指令によりその位置に相当する回転角（３６０°−θ）だけ右回り回転駆動される。その結果、主軸４と共に一体的に回転角（３６０°−θ）だけ右回り回転する環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃは、クランプ用ピストン１８に対向するように位置決めされる。（図９（ｅ）参照）
【００８７】
ステップ１３
退縮状態にあったクランプ用ピストン１８は、制御装置３０の前進指令に基づく図示しない流体圧制御装置の作動で突出し、環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃに押圧係合される。即ち、環状ナット部材１７は、主軸ハウジング１に回転不能に固定される。（図９（ｆ）参照）
【００８８】
ステップ１４
制御装置３０において、ビルドイン主軸モータ３は制御駆動されて、主軸４は、右回り回転して所定の回転原位置に位置決め停止される。
主軸４が回転原位置になるまで右回り回転されると、環状ナット部材１７は、回転がクランプ用ピストン１８で阻止されているので、工具クランプ作動駒１５とＵ軸作動棒クランプ駒１６とは、逆ねじにより互に離隔するように変位する。即ち工具クランプ作動駒１５は前進し、Ｕ軸作動棒クランプ駒１６は後退する。主軸４が所定の回転原位置に位置決め停止されると、工具クランプ作動駒１５は最前進位置に、Ｕ軸作動棒クランプ駒１６は最後退位置に夫々位置する。
【００８９】
それにより、クランプボール作動スリーブ１４、即ちクランプボール作動凹部１４ｄ、即ち縁部斜面１４ｂが前進するので、クランプボール２７は、縁部斜面１４ｂから解放され、工具ホルダ４１のテーパシャンク４１ａのクランプボール孔４１ｄから外れ、クランプボール作動凹部１４ｄ内に後退すると共に、仮クランプボール２８が、圧縮コイルばね２９に押圧されて、工具ホルダ４１のテーパシャンク４１ａのクランプボール孔４１ｄに係合する。
従って、図３に示すように工具ホルダ４１のテーパシャンク４１ａは、主軸４に対し、固締から解放されると共に、仮クランプ状態になる。
【００９０】
他方、後退するＵ軸作動棒クランプ駒１６の後端は、カラー９の小径部９ｃの段部に当接し、更に圧縮コイルばね１０のばね力に抗してカラー９を適宜後退させる。それによりカラー９のテーパ面９ｄは、初期位置にあるＵ軸引張棒７のコレット１３の外周面から離れ、従って、コレット１３は開いて、工具ホルダ４１のＵ軸作動棒４２のプルスタッド４２ａを解放する。
【００９１】
この主軸４の状態は、既述の工具交換における使用済の切削工具の工具ホルダを主軸４から取外すと共に新しい切削工具の工具ホルダを主軸４へ装着固締する作動開始前の状態である。（図９（ａ）参照）
続いて、図１０及び図１１に従って、実施の第２形態の主軸装置における上記の工具交換時の切削工具の装着解放について説明する。
主軸４に装着固締された工具ホルダ４１の切削工具４０による加工工程の終了時における主軸４の所定の回転原位置に位置決め停止状態は、既述の実施の第１形態と同一である。（図１１（ｄ）参照）
【００９２】
図１０におけるプロセスに従って工具装着解放を説明する。
ステップ１１
制御装置３０において、工具装着解放指令が出力される。
ステップ１２
既述の実施の第１形態と同様に、環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃをクランプ用ピストン１８に対向するように位置決めするに際しては、制御装置３０において、既述の工具装着固締時に回転係止位置記憶手段６１において記憶されている回転係止位置から適宜の角度（δ）だけオフセットした位置が呼出され、ビルドイン主軸モータ３が制御装置３０からの制御指令によりそのオフセット位置に相当する回転角（３６０°−θ＋δ）だけ右回り回転駆動される。（図１１（ｅ）参照）
【００９３】
ステップ１３
ビルドイン主軸モータ３が制御装置３０からの制御指令により、左回りに低速寸動回転する。
ステップ１４
環状ナット部材１７において係止凹部１７ｃと１８０度位相をずらして設けられたターゲット２０を主軸ハウジング１においてクランプ用ピストン１８と１８０度位相をずらして設けられた定位置確認用近接スイッチ１９によって検知することにより、停止指令がビルドイン主軸モータ３に加わり、ビルドイン主軸モータ３は停止位置決めされる。
その結果、主軸４と共に一体的に左回り回転する環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃは、クランプ用ピストン１８に対向するように位置決めされる。（図１１（ｆ）参照）
【００９４】
この場合、既述の実施の第１形態の場合に回転係止位置記憶手段６１において記憶されている回転係止位置のみにより回転位置決めする場合に、環状ナット部材１７とＵ軸作動棒クランプ駒１６とのねじ機構における潤滑状態等で影響を受けて生じる可能性がある実際上の回転係止位置とのずれがあっても、環状ナット部材１７において係止凹部１７ｃは、クランプ用ピストン１８に正確に対向位置決めされる。
ステップ１５，１６
既述の実施の第１形態におけるステップ１３，１４と同一である。（図１１（ｇ），（ａ）参照）
【００９５】
【発明の効果】
この発明の主軸装置によれば、所定回転原位置にある主軸を他の所望の停止位置に効率よく回転位置決めすることができる。
例えば、自動工具交換において、使用済の切削工具を取り外す場合、所定の回転原位置で停止した主軸を、工具装着解放ねじ式機構作動開始位置（ナット部材の回転係止位置）に回転位置決めする時間を短縮することができる。結局は、工具交換時間を短縮することができる。
【００９６】
しかも、主軸回転位置検出のための高価である主軸回転角度位相を認識する機能手段、例えば主軸付近に設置スペースが必要な近接スイッチを設けることなく、短縮された時間での所定回転原位置にある主軸を他の所望の停止位置に回転位置決めが可能である。
【００９７】
又、近接スイッチを設置したとしても１個の近接スイッチを設置したのみで、工具装着解放ねじ式機構の潤滑状態等による実際の工具装着解放ねじ式機構作動開始位置（ナット部材締着位置）と制御装置において記憶された当該位置とにずれが生じたとしも、正確に工具装着解放ねじ式機構作動開始位置（ナット部材の回転係止位置）に回転位置決めすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における主軸装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態における主軸装置（工具ホルダ装着固締状態）の前半部の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態における主軸装置（工具ホルダ装着解放状態）の前半部の断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【図５】この発明の実施の形態における主軸装置の制御装置の工具着脱制御機能構成図である。
【図６】この発明の実施の形態における主軸装置の工具交換・加工プロセスのフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態における主軸装置の工具ホルダ装着固締プロセスのフローチャートである。
【図８】この発明の実施の第１形態における主軸装置の工具ホルダ装着解放プロセスのフローチャートである。
【図９】この発明の実施の第１形態における主軸装置の工具ホルダ装着固締・解放作動の説明図である。
【図１０】この発明の実施の第２形態における主軸装置の工具ホルダ装着解放プロセスのフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の第２形態における主軸装置の工具ホルダ装着固締・解放作動の説明図である。
【図１２】従来の技術における主軸装置の工具ホルダ装着固締プロセスのフローチャートである。
【図１３】従来の技術における主軸装置の工具ホルダ装着解放プロセスのフローチャートである。
【図１４】従来の技術における主軸装置の工具ホルダ装着固締・解放作動の説明図である。
【図１５】従来の技術における主軸装置の工具ホルダ装着固締・解放作動の主軸回転速度／作動時間関係グラフである。
【符号の説明】
１  主軸ハウジング                  ２  転がり軸受
３  ビルドイン主軸モータ            ４  主軸
４ａ  環状溝                        ５  テーパ穴
５ａ  仮クランプボール孔            ６  貫通孔
７  Ｕ軸引張棒                      ７ａ  第１小径部
７ｂ  第２小径部                    ８  引張スリーブ
９  カラー                          ９ａ  長孔
９ｂ  大径部                        ９ｃ  小径部
１０，２９  圧縮コイルばね          １１  止めピン
１２  先端部材                      １３  コレット
１４  クランプボール作動スリーブ    １４ａ，１４ｂ  中心孔
１４ｃ  前縁部斜面                  １４ｄ  クランプボール作動凹部
１４ｅ  係合突起                    １５  工具クランプ作動駒
１６  Ｕ軸作動棒クランプ駒          １５ａ，１６ａ  ねじ部
１７  環状ナット部材                １７ａ  第１ねじ部
１７ｂ  第２ねじ部                  １７ｃ  係止凹部
１７ｄ  筒部                        １８  クランプ用ピストン
１９  定位置確認用近接スイッチ      ２０  ターゲット
２４  放射状空所                    ２５  クランプボール保持スリーブ部
２５ａ  クランプボール孔            ２７  クランプボール
２８  仮クランプボール              ２９  圧縮コイルばね
３０  制御装置                      ３１  カップリング
３２  ボールねじ                    ３３  Ｕ軸サーボモータ
３４  ボールねじナット              ３５  エンコーダ
３６  回転速度センサ                ３７  主軸駆動アンプ
３８  Ｕ軸駆動アンプ                ４０  切削工具
４１  工具ホルダ                    ４１ａ  テーパシャンク
４２  Ｕ軸作動棒                    ４２ａ  プルスタッド
４３  溝カム機構
５１  同期制御指令手段              ５２主軸回転指令手段
５３  Ｕ軸送り指令手段              ５４  全軸マシンロック指令手段
５５  ゲート回路                    ５６  Ｕ軸現在位置記憶手段
５７  Ｕ軸位置カウント手段          ５８  クランプ判定手段
５９  Ｕ軸スキップ位置記憶手段      ６０  主軸回転量演算手段
６１  回転係止位置記憶手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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