CN111432982A - 机床的主轴装置 - Google Patents

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Abstract

使用压缩空气进行刀具保持架(30)的落座确认的机床的主轴装置(10)，具备：主轴(12)，具有供刀具保持架(30)的凸缘端面贴紧的前端面(18)；环状凹部(25)，以被刀具保持架的凸缘端面覆盖的方式形成于主轴的前端面(18)；空气供给流路(21)，与环状凹部连通，对环状凹部供给压缩空气；压缩空气源(23)，向空气供给流路供给空气；以及压力检测器(22)，检测空气供给流路内的压缩空气的压力，环状凹部(25)具有第1部分(25a)和比第1部分深的第2部分(25b)，空气供给流路在第2部分(25b)开口。

Description

机床的主轴装置
技术领域
本发明涉及机床的主轴装置。
背景技术
在加工中心那样的机床中，在进行刀具的自动更换时，进行确认刀具保持架是否相对于主轴正确地安装的落座确认。以往，通过在供刀具保持架的凸缘的后端面贴紧的主轴的前端面设置压缩空气的出口，并从主轴内部通过空气供给流路供给压缩空气，检测该空气供给流路内的空气的压力来进行落座确认。即，在刀具保持架的凸缘的后端面与主轴的前端面贴紧的情况下，从这两个面之间漏出的空气量是微小量，因此空气供给流路的压力在短时间内提高至规定的值，其结果，判定为适当的落座。与此相对，在因切屑这样的异物夹在刀具保持架的凸缘的后端面与主轴的前端面之间而使这两个面不贴紧的情况下，漏出的空气量增多，空气供给流路的压力不会上升至规定的值，因此判定为是不适当的落座。
专利文献1记载了能够进行利用了上述那样的压缩空气的落座确认的夹紧装置。在专利文献1的夹紧装置中，将必要充分的空气量向主轴的前端面供给，在主轴的落座面形成圆弧状或环状的槽，空气供给流路的出口开设于该槽。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-159383号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的发明人发现，通过使专利文献1所示那样的环状的槽的深度变浅，薄的异物的检测也能够在比较短的时间内进行，但容易产生因异物导致的空气供给流路的出口堵塞这样的问题。当空气供给流路的出口被堵塞时，空气供给流路内的压力升高至与落座正常的情况大致同等的值，因此虽然夹有异物，但控制装置也有可能误判定为适当地进行了落座。与此相对，本发明的发明人发现，通过进一步加深环状的槽的深度，不易引起空气供给流路的出口被异物堵塞这样的问题，另一方面，薄的异物的检测所需的时间延长。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种机床的主轴装置，能够在不延长落座确认所需的时间的情况下提高落座确认的可靠度。
用于解决课题的技术方案
为了实现上述目的，根据本发明，提供一种机床的主轴装置，使用压缩空气进行刀具保持架的落座确认，其中，该机床的主轴装置具备：主轴，具有供刀具保持架的凸缘端面贴紧的前端面；环状凹部，以被刀具保持架的凸缘端面覆盖的方式形成于主轴的前端面；空气供给流路，与环状凹部连通，对环状凹部供给压缩空气；压缩空气源，向空气供给流路供给空气；以及压力检测器，检测空气供给流路内的压缩空气的压力，环状凹部具有第1部分和比第1部分深的第2部分，空气供给流路在第2部分开口。
发明效果
根据本发明，在通过向空气供给流路供给压缩空气来进行刀具保持架相对于主轴的落座确认时，能够兼顾以往处于相互折衷的关系的、即使是厚度薄的异物也能够在短时间内检测这样的效果和出口不易被覆盖空气供给流路的出口的异物堵塞这样的效果。因此，根据本发明，能够提供一种无需延长落座确认所需的时间就能够提高落座确认的可靠度的机床的主轴装置。
附图说明
图1是本发明的实施方式的主轴装置的纵剖视图(A)和前端面图(B)。
图2是图1的纵剖视图(A)的主要部分的放大图，但在该图中追加了被夹紧的刀具保持架。
图3是示意性地表示主轴装置的主轴的前端面的前端面图(A)和沿着(A)中的切断线X～X的主轴的示意性的纵剖视图(B)。
图4是刀具保持架的落座确认的流程图。
图5是表示将刀具保持架夹紧于主轴装置的主轴时的空气供给流路内的空气压力的随时间变化的曲线图。
图6是示意性地表示本发明的实施方式的主轴装置的第1变形例的主轴的前端面的前端面图(A)、和沿着(A)中的切断线X～X的主轴的示意性的纵剖视图(B)。
图7是示意性地表示本发明的实施方式的主轴装置的第2变形例的主轴的前端面的前端面图(A)、和沿着(A)中的切断线X～X的主轴的示意性的纵剖视图(B)。
图8是示意性地表示本发明的实施方式的主轴装置的第3变形例的主轴的前端面的前端面图(A)、和沿着(A)中的切断线X～X的主轴的示意性的纵剖视图(B)。
图9是表示在本发明的第1相关技术的主轴装置的主轴上夹紧刀具保持架时的空气供给流路内的空气压力的随时间变化的曲线图。
图10是表示在本发明的第2相关技术的主轴装置的主轴上夹紧刀具保持架时的空气供给流路内的空气压力的随时间变化的曲线图。
具体实施方式
以下，参照图1～图5对本发明的实施方式的机床的主轴装置10进行说明。图1的(A)是在本发明的实施方式的机床的主轴装置(以下，有时简称为“主轴装置”)10的主要部分的示意性的纵剖视图中附加了空气供给回路的图，图1的(B)是表示主轴装置10的前端面18的端面图。在以下的说明中，机床是立式的加工中心，但显然主轴装置10也可以是例如卧式的加工中心等其他机床的主轴装置10。
主轴装置10具备：由机床的立柱(未图示)支承成能够在Z轴方向上移动的支承体11；以在Z轴方向上延伸的旋转轴线RZ为中心旋转的主轴12；配置在支承体11与主轴12之间将主轴12支承成能够旋转的多个轴承13；配置在主轴12的内部的拉杆14；配置在拉杆14与刀具保持架30之间的夹头15；将拉杆14向Z轴方向上方施力的多个碟形弹簧16；以及将拉杆14向Z轴方向下方按压的未图示的致动器等。本实施方式中的主轴装置10通过两面约束方式将刀具保持架30相对于该主轴12夹紧。
图2是与将图1的(A)放大后的图相同的图，在此，在主轴12上夹紧有刀具保持架30。图2中的刀具保持架30作为通过公知的方法固定有切削加工用的旋转刀具40的状态的纵剖视图而示出，但未表示内部的构造而仅表示轮廓。刀具保持架30在此为两面约束型，因此具有锥状的柄部31和形成与旋转轴线Rz正交的定位面的凸缘部32。刀具保持架30向主轴12的夹紧如众所周知那样地进行，即，当刀具保持架30的柄部31***设置于主轴12的对应的柄***孔17时，刀具保持架30的柄部31的外周面与柄***孔17的内周面贴紧，进而刀具保持架30被拉杆14向上方拉起，直到刀具保持架30的凸缘部32的定位面即后端面与主轴12的前端面18贴紧。另外，在更换刀具保持架30的过程中，为了对上述的相互贴紧的面冲洗有可能附着于此的切屑等异物，从未图示的冷却剂喷出口喷射冷却剂。
本实施方式的主轴装置10为了进行落座确认，还具备从内部向主轴12的前端面18供给压缩空气的空气供给流路21、检测空气供给流路21的压力的压力检测器22、压缩空气源23、控制装置24、和对空气供给流路21进行开闭的未图示的电磁阀。空气供给流路21由从压缩空气源23到支承体11为止的管路部分21a、形成于支承体11的内部的支承体内部分21b、和形成于主轴12的内部的主轴内部分21c构成。空气供给流路21的出口21d形成为主轴内部分21c的出口21d。空气供给流路21的出口21d开设于以旋转轴线Rz为中心形成于主轴12的前端面18的环状凹部25中。环状凹部25在图1的(B)中示出，更详细而言，在作为示意性的说明图的图3中示出。
本实施方式的主轴装置10由控制装置24控制主轴12的旋转角度，以在主轴12停止时，空气供给流路21的支承体内部分21b的出口与主轴内部分21c的入口在角度上对位。并且，虽然未图示，但也可能是如下的实施方式，即，在主轴12静止时，空气供给流路21的支承体内部分21b的出口与主轴内部分21c的入口贴紧，另一方面，在主轴12的旋转过程中分离。在该情况下，空气供给流路21的包含支承体内部分21b的出口在内的流路部分形成在能够沿与旋转轴线Rz正交的方向进退的柱塞(未图示)内，柱塞以在主轴12的旋转过程中后退且在主轴12停止时前进而与主轴12接触的方式动作。
接着，参照图3对形成于主轴12的前端面18的环状凹部25进行说明。图3的(A)是示意性地表示主轴12的前端面18的图，(B)是将基于在(A)中沿圆周方向延伸的X～X切断线的弯曲的截面展开成平面的剖视图。环状凹部25形成为在刀具保持架30安装于主轴12时被刀具保持架30的凸缘部32的后端面完全覆盖。环状凹部25具有比较浅的第1部分25a和比第1部分25a深的第2部分25b。在第2部分25b的底面开设有空气供给流路21的直径1.5mm的出口21d。在本实施方式中，第1部分25a的深度D1为0.3mm，与此相对，第2部分25b的深度D2为0.5mm。第1部分25a和第2部分25b的宽度W均为1.8mm。但是，也能够是第1部分25a和第2部分25b的宽度W不同的实施方式。
在图3的实施方式中，第1部分25a具有与第2部分25b相比相当大的约5倍的俯视时的面积。这是因为，由本发明的发明人发现了以下的情况，即，若环状凹部25的深度较深，则如后所述，尤其是在夹有厚度较薄的异物的情况下的检测时间或判定时间延长。换言之，这是因为，减少相对较深的第2部分25b的面积能够缩短判定时间。
接着，参照图4的流程图对本发明的实施方式的主轴装置10如何进行落座确认进行说明。
落座确认的工序通过主轴12夹紧刀具保持架30而开始(S10)。需要说明的是，在本实施方式中，压缩空气从落座确认的工序开始前被持续供给。
接着，在该状态下待命规定的待命时间。上述规定的待命时间根据作为检测目标的最小的切屑的厚度等来确定(S20)。
接着，控制装置24判定由压力检测器22检测出的空气供给流路21内的空气压力是否超过规定的阈值(S30)。
而且，若检测出的压力为规定的阈值以下，则控制装置24判定为落座不适当而发出警报(S40)。
另一方面，若检测出的压力超过规定的阈值，则控制装置24判定为适当地进行了落座(S50)，结束落座确认工序以及刀具更换工序(S60)。
在此，在更详细地说明本发明的主轴装置10的作用效果之前，参照图9及图10的曲线图对本发明的第1及第2相关技术的主轴装置(未图示)的环状凹部的作用效果进行说明。另外，本发明的第1及第2相关技术的主轴装置仅其环状凹部的结构与本申请发明的实施方式的主轴装置10不同，因此省略制图，另一方面，该结构要素的附图标记引用主轴装置10的附图标记。
图9是表示使刀具保持架30落座于本发明的第1关联技术的主轴装置的主轴12而进行夹紧时检测出的空气供给流路21内的空气压力的随时间变化的曲线图。纵轴的压力是由压力检测器22检测出的压力。图9的(A)表示曲线图的整体，(B)是(A)的相对高压的区域的放大图。第1相关技术的主轴装置在形成于主轴12的前端面18的环状凹部25未设置第2部分25b，即，仅由第1部分构成，这一点与本发明的实施方式的主轴装置10不同。空气供给流路21的出口21d开设于环状凹部25的底面。另外，环状凹部25的深度形成为0.5mm。
图9中的6条曲线对应于下述6种条件，即，
(a)不夹着异物的紧贴状态时
(b)以使厚度10μm、宽度12mm的铁板覆盖空气供给流路21的出口21d且跨过环状凹部25的方式附着于主轴12的前端面18时
(c)以使厚度10μm、宽度12mm的铁板在距空气供给流路21的出口21d为180度相反侧跨过环状凹部25的方式附着于主轴12的前端面18时
(d)使厚度20μm、宽度12mm的铁板在距空气供给流路21的出口21d为180度相反侧跨过环状凹部25地附着于主轴12的前端面18时
(e)以使厚度约50μm、宽度约3mm的铝合金的切屑在空气供给流路21的出口21d的附近但不覆盖出口21d的方式跨过环状凹部25地附着于主轴12的前端面18时
(f)以使厚度约50μm、宽度约3mm的铝合金的切屑覆盖空气供给流路21的出口21d的方式跨过环状凹部25地附着于主轴12的前端面18时。需要说明的是，在本说明书中，切屑的厚度是指包含切屑的弯曲或翘曲在内的厚度。
由图9可知，压力通过刀具保持架30落座于主轴12并被夹紧而急剧上升，在约0.3～0.4秒时大致稳定。关于压力，在刀具保持架30适当地落座于主轴12，刀具保持架30的凸缘后端面与主轴12的前端面18处于紧贴状态的条件(a)的情况下最高，在夹在上述两个面之间的异物的厚度厚的条件(e)的情况下最低。在异物的厚度厚且其覆盖空气供给流路21的出口21d的条件(f)的情况下，压力稍微变高但未达到阈值，因此检测出该异物的存在。
另一方面，在异物的厚度薄且其在远离空气供给流路21的出口21d的场所夹在上述两个面之间的条件(c)的情况下，压力暂时上升到超过阈值而与紧贴状态(a)大致相等的值，但在约2.6秒后降低到阈值以下，因此，检测出异物的存在。但是，由于像这样直到得到正确的检测结果为止需要约2.6秒，所以上述的待命时间可能要加上余量，例如被设定为3秒。该3秒的待命时间对于刀具更换频率高的机床的用户而言，不是实用的值而是希望缩短的值。需要说明的是，在条件(c)的情况下，压力暂时升高的原因一般认为是存在于环状凹部25内的冷却剂的影响。即，由于存在于环状凹部25内的冷却剂阻碍空气的流动而使压力暂时升高，但一般认为随着冷却剂被压缩空气从环状凹部25挤出而压力会降低。
接着，参照图10对第2相关技术的主轴装置的作用效果进行说明。在第2相关技术中，形成于主轴12的环状凹部25也不具有第2部分25b而仅由第1部分构成。环状凹部25的深度在第1相关技术中为0.5mm，但第2相关技术中的环状凹部25的深度为0.3mm。除此以外的结构与第1相关技术相同。图10是与图9类似的曲线图，条件(a)～(f)也相同。
在图10中，与图9不同，在条件(c)的情况下，压力也不会超过阈值。因此，即使在短时间内例如将待命时间缩短到约0.5秒，也能够判定夹着10μm薄的异物的情况。另一方面，在图10中，在以覆盖空气供给流路21的出口21d的方式附着厚度约50μm的铝合金的切屑的条件(f)的情况下，虽然夹入异物，但压力超过阈值而稳定。这是因为比环状凹部25的深度厚的铝合金的切屑被按压于空气供给流路21的出口21d而将其堵塞。其结果，产生控制装置24误认为落座被适当地进行这样的问题。
接着，使用与图9、图10类似的图5对本发明的实施方式的主轴装置10中的压力的上升进行说明。如上所述，主轴装置10的主轴12的前端面18的环状凹部25由深度D1为0.3mm的第1部分25a、和面积比较小但比第1部分25a深的深度D2为0.5mm的第2部分25b构成，在该第2部分25b开设有空气供给流路21的出口21d。根据图5，在第1关联技术的情况下存在问题的条件(c)的情况下，压力也不会超过阈值，因此能够在短时间内判定夹有异物。另外，在第2关联技术的情况下存在问题的条件(f)的情况下，压力也不会超过阈值，因此不会误认为落座已适当地进行。
这样，根据本发明的实施方式的主轴装置10，能够兼顾以往相互处于折衷关系的、即使是厚度较薄的异物也能够在短时间内检测这样的效果、以及不易由覆盖空气供给流路21的出口21d的异物堵塞上述出口21d这样的效果。这是因为，根据本发明，通过在环状凹部25设置第2部分25b，空气供给流路21的出口21d难以被堵塞，因此能够使第1部分25a变浅。
接着，以下说明本发明的实施方式的主轴装置10的多个变形例。在这些变形例中，主轴12的环状凹部的第2部分的形态与上述的实施方式中的第2部分的形态不同。
首先，参照图6对第1变形例的环状凹部125进行说明。图6的(A)是示意性地表示主轴12的前端面18的图，(B)是将在(A)中沿圆周方向延伸的X～X切断线的弯曲的截面展开成平面的剖视图。在此，如图6的(B)所示，环状凹部125的第2部分125b的深度随着接近空气供给流路21的出口21d而逐渐变深。
在第2变形例中，如图7的(A)及(B)所示，环状凹部225的第2部分225b呈阶梯状地形成为随着接近空气供给流路21的出口21d而变深。在图7中，在第2部分225b形成有一个台阶，但也可以在此形成有多个台阶。
在第3变形例中，如图8的(A)和(B)所示，环状凹部325的第2部分325b形成为围绕空气供给流路21的出口21d的圆形的凹部。
也能够是组合了上述的第1～第3变形例的变形例。例如，也可以将第1变形例与第三变形例组合，形成为圆形的凹部随着接近空气供给流路21的出口21d而逐渐变深的截头圆锥状的凹部。
在上述实施方式的主轴装置10中，利用被压缩的空气进行了落座确认，但也能够在本发明中应用利用除空气以外的被压缩的气体、例如氮气、氩气、二氧化碳等的实施方式。
附图标记说明
10 主轴装置
12 主轴
18 主轴前端面
21 空气供给流路
21d 空气供给流路的出口
22 压力检测器
25 环状凹部
25a 第1部分
25b 第2部分
30 刀具保持架
32 刀具保持架的凸缘

Claims (6)

1.一种机床的主轴装置，使用压缩空气进行刀具保持架的落座确认，其特征在于，
该机床的主轴装置具备：
主轴，具有供所述刀具保持架的凸缘端面贴紧的前端面；
环状凹部，以被所述刀具保持架的凸缘端面覆盖的方式形成于所述主轴的前端面；
空气供给流路，与所述环状凹部连通，对所述环状凹部供给所述压缩空气；
压缩空气源，向所述空气供给流路供给空气；以及
压力检测器，检测所述空气供给流路内的所述压缩空气的压力，
所述环状凹部具有第1部分和比所述第1部分深的第2部分，所述空气供给流路在所述第2部分开口。
2.根据权利要求1所述的机床的主轴装置，其特征在于，
所述空气供给流路的所述第2部分具有比所述第1部分小的俯视时的面积。
3.根据权利要求1所述的机床的主轴装置，其特征在于，
所述环状凹部的所述第2部分形成为随着接近所述空气供给流路的所述出口而逐渐变深。
4.根据权利要求1所述的机床的主轴装置，其特征在于，
所述环状凹部的所述第2部分呈阶梯状地形成为随着接近所述空气供给流路的所述出口而变深。
5.根据权利要求1所述的机床的主轴装置，其特征在于，
所述环状凹部的所述第2部分形成为围绕所述空气供给流路的所述出口的凹部。
6.根据权利要求1所述的机床的主轴装置，其特征在于，
在所述环状凹部形成有一个所述空气供给流路的所述出口。
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