JP2000079537A - 工具ホルダーの密着状態検出装置 - Google Patents

工具ホルダーの密着状態検出装置

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JP2000079537A
JP2000079537A JP10246887A JP24688798A JP2000079537A JP 2000079537 A JP2000079537 A JP 2000079537A JP 10246887 A JP10246887 A JP 10246887A JP 24688798 A JP24688798 A JP 24688798A JP 2000079537 A JP2000079537 A JP 2000079537A
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tool holder
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resistance strain
side end
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Muneaki Kaga
宗明 加賀
Tsutomu Sugihara
勉 杉原
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Nippei Toyama Corp
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Nippei Toyama Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/002Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring the holding action of work or tool holders
    • B23Q17/003Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring the holding action of work or tool holders by measuring a position

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Jigs For Machine Tools (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】工具ホルダーが主軸のテーパ孔内に異常状態で
装着されているか否かを精度高く検出することができる
工具ホルダーの密着状態検出装置を提供することを課題
とする。 【解決手段】3枚以上の抵抗歪ゲージを主軸の工具側端
面の表面に別々に設け、これらの抵抗歪ゲージにつなが
るそれぞれの第1コイルを主軸の工具側端面の側表面に
臨ませて設け、他方、主軸ヘッドに前記第1コイルに対
応するように第2コイルを設け、第2コイルを用いてブ
リッジ回路を形成して、ブリッジ出力により工具ホルダ
ーの異常クランプ状態を検出する工具ホルダーの密着状
態検出装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工具ホルダーが主
軸のテーパ孔内に密着状態すなわち正常状態で挿着され
たか否かを検知する工具ホルダーの密着状態検出装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】自動工具交換装置を備えた工作機械にお
いては、工具ホルダーが主軸のテーパ孔内に正しく挿着
された状態で、主軸の回転が工具ホルダーを介して工具
に伝達されることが期待されている。しかしながら、か
かる状態が常時保たれることは困難であり、まれには主
軸のテーパ孔と工具ホルダーとの間に切粉等が噛み込ま
れ、そのため加工精度が低下したり、最悪の場合には工
具が損傷せしめられていた。
【0003】そこで、従来から工具ホルダーの密着状態
を検出するために種々の工夫がなされてきた。第一に、
円筒状ケーシングにより回転自在に軸受けされるスピン
ドルと、このスピンドルの軸孔内に内装され、スピンド
ルと一体に回転し、且つその先端に工具ホルダーの底部
をグリップするチャック部を備えた中心軸と、この中心
軸を後方側に付勢するばね手段と、上記中心軸を進退動
作させ、チャック部が工具をクランプするかまたはアン
クランプするかを制御する進退可能な油圧シリンダのピ
ストンロッドとから構成される工作機械用スピンドルに
おいて、前記油圧シリンダのピストンロッドの軸孔に前
方向にばね付勢された異常検出軸が内挿され、チャック
部異常時に油圧シリンダのピストンロッドが後退位置に
あるとき、異常検出軸の前端が中心軸の後端と当接し、
中心軸に押圧され、異常検出軸の後端が所定位置まで後
退し、この後退により異常を検知する異常検出用スイッ
チを設けたことを特徴とする工作機械用スピンドルにお
ける工具クランプ異常検出装置が提案されている(実公
平4ー51922号公報)。
【0004】第二に、工具ホルダーのシャンクと主軸ヘ
ッドの工具側のテーパ面との密着状態を調べるために該
シャンクと該テーパ面との間に圧縮エアを供給して圧縮
エアの圧力変化により検知する手段が提案されている。
【0005】第三に、図5に示すように振れセンサ30
を、主軸ヘッド28にベアリング29を介して回転可能
に支承されている主軸31のテーパ孔34に嵌合されて
いる工具33に向かい合わせに設置して距離の変化すな
わち変位を測定し、工具33に流れる渦電流又は工具3
3と振れセンサ30(検出端)との間にたまる静電容量
を検出する手段が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、第一の手段
は、チャック部が破損したりしているとき、皿ばねの引
張力により、中心軸が後方に可動して、異常検出軸を圧
縮コイルばねのばね力に抗して後方に押圧し、異常検出
軸の検出体が異常検出用スイッチにより検知されるもの
であり、この構造から推してかなりの異常状態にならな
ければ検知されにくい問題点を有する。例えば、切粉等
の異物がわずかにテーパ孔に残った状態で工具ホルダー
がクランプされたような外観上正常時と区別がつかない
場合には、かかる手段ではこのような異常状態は見逃さ
れてしまう。
【0007】第二の手段は、圧縮エア圧が安定してから
検知すべき圧力スイッチが動作するので、異常状態を検
出するまでの時間がかかり、後工程の作業手順を狂わす
等の問題点を有する。
【0008】第三の手段は、図6に示すような数ミクロ
ン程度の小さな切粉35がテーパ孔34の面とシャンク
32との間に噛まれた場合に、変位は殆んど変わらない
ため検知されにくく、異常状態でクランプされたままで
主軸31が高速回転されると、工具33が折損したり、
加工面のびびりが生じたり、真円度及び面粗度の精度が
低下したりする。
【0009】本発明は、かかる従来の手段の欠点を解消
し、工具ホルダーひいては工具が主軸のテーパ孔内に正
常状態で挿着されているか否かを精度高く検出すること
ができる工具ホルダーの密着状態検出装置を提供するこ
とを課題とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、次の手段をとるものである。すなわち、
請求項1の発明は、少なくとも3枚以上の抵抗歪ゲージ
が主軸の工具側端面の表面に別々に設けられ、この抵抗
歪ゲージ夫々につながる第1コイルが主軸の工具側端面
の側表面に臨ませて設けられ、他方、前記主軸を回転可
能に支承する外周の非回転体部に前記第1コイルに対向
するように第2コイルが設けられ、該第2コイルを用い
てブリッジ回路が形成され、該回路のブリッジ出力によ
り工具ホルダーの異常クランプ状態を検出するようにし
たことを特徴とする工具ホルダーの密着状態検出装置で
ある。
【0011】また、請求項2の発明は、抵抗歪ゲージが
3〜4枚である請求項1に記載の工具ホルダーの密着状
態検出装置である。
【0012】さらに、請求項3の発明は、抵抗歪ゲージ
が主軸の工具側端面の表面の同一円周上に等間隔に設け
られた請求項1又は2に記載の工具ホルダーの密着状態
検出装置である。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に本発明を図をまじえて詳細
に説明するが、図はあくまでも説明のためのものであ
り、本発明の精神を逸脱しない限り多少の変更は許容さ
れる。図1は、本発明の工具ホルダーの密着状態検出装
置の一実施例を適用した主軸ヘッドの略断面図である
が、同図において、主軸16は、主軸ヘッド17にベア
リング18を介して回転可能に支承されている。
【0014】図1においては、工具ホルダー26が主軸
16のテーパ孔23内に嵌合された場合が想定されてお
り、そのためクランプロッド19の先端部分25がクラ
ンプ用鋼球24を押し上げまたは押し下げて工具ホルダ
ー26とスタブ27とを係合することにより、工具ホル
ダー26ひいては工具が主軸16にクランプされてい
る。
【0015】他方、クランプロッド19が図に向かって
左向きに押されると、クランプ用鋼球24がクランプロ
ッド19の凹所20に嵌まり込み、工具ホルダー26と
スタブ27との係合が解除されてアンクランプ状態にな
るように構成される。21は、仮保持用硬球であり、ば
ね22によって主軸16の孔から工具ホルダー26に臨
み、アンクランプ状態から自動工具交換に至るまでの工
具ホルダー26の離脱を防止して安全を図っている。
【0016】1、3は、抵抗歪ゲージであり、主軸16
の工具側端面15の表面15aに外部と絶縁状態で取り
付けられている。そして図3に示すように抵抗歪ゲージ
2、4も、前記抵抗歪ゲージ1、3と同じく主軸16の
工具側端面15の表面15aに等間隔に設けられてい
る。抵抗歪ゲージは3枚以上とする。2枚以下では密着
状態を正確に検出することが困難であるからである。他
方5枚以上になると、効果が4枚の場合と変わりがなく
コスト的に問題であるので4枚以下が好ましい。また、
4枚を等間隔に設けるのは、図1に示すように、ブリッ
ジを形成しやすくするために好ましい。なお、抵抗歪ゲ
ージを起歪体に接着し、この起歪体を工具側端面15の
表面15aに埋め込んで用いるのが、実用面から好まし
い。
【0017】図2において抵抗歪ゲージ1、2、3、4
は、それぞれ第1コイル5、6、7、8との間で閉回路
を形成している。それぞれの第1コイルに対応して第2
コイル9、10、11、12が設けられてブリッジ回路
abcdが形成される。点a、cは電源13にそれぞれ
繋がれ、また点b、dは検知部14に繋がれている。工
具ホルダー26が主軸16のテーパ孔23内に嵌入装着
され、異常にクランプされたとき、抵抗歪ゲージを圧着
する程度が異なり、前記ブリッジ回路のバランスが崩
れ、検知部14にブリッジ出力が得られる。これにより
工具ホルダーの密着状態の異常が検出される。
【0018】ここで、図1〜4に基づいて本発明の作用
について説明する。まず、主軸16は加工中においては
回転しているが、図4に示すように単一サイクル(a)
において該主軸16の工具を交換する際には、主軸16
が定位され(h〜i)、決まった位相に電気的に固定さ
れるとともに、第1コイル5、6、7、8が旋回方向
上、ある決まった位置に固定され、それぞれ第2コイル
9、10、11、12に対応するように位置決めされ
る。次に、図4の自動工具交換(b)において、自動工
具交換装置が作動しはじめる(j〜o)。さらに、アン
クランプ/クランプ(c)において、クランプロッド1
9が図1に向かって左向きに押されると、クランプ用鋼
球24がクランプロッド19の凹所20に嵌まり込み、
工具ホルダー26とスタブ27との係合が解除されてア
ンクランプ状態が形成される(k〜l)。工具交換アー
ムの働きにより、ばね22に抗して仮保持用鋼球21を
押し下げて旧工具ホルダーをアンクランプする。
【0019】ついで、検知(d)において、新しい工具
ホルダー26が主軸16のテーパ孔23内に正常な密着
状態で嵌入装着された場合には、検知部14にはブリッ
ジ出力は発生せず、自動工具交換装置の工具交換動作は
完了し、加工が開始される。他方、新しい工具ホルダー
26が異常な状態で嵌入装着された場合には、検知部1
4にブリッジ出力が発生し、図示しない信号発生装置を
介して異常信号が発信され、工作機械を停止し自動工具
交換のリトライが行われる。
【0020】
【発明の効果】請求項1又は2の発明によれば、工具ホ
ルダーの異常状態が精度高く正確に短時間で検出され、
ひいては工具の折損が防止される。請求項3の発明によ
れば、請求項1又は2の発明に比してより安定して精度
高く工具ホルダーの異常状態が検出される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の工具ホルダー密着状態検出装置の一実
施例を適用した主軸ヘッドの略断面図である。
【図2】本発明の工具ホルダー密着状態検出装置の一実
施例の概念的説明図である。
【図3】主軸の工具側端面の表面に抵抗歪ゲージを設け
た本発明に係る説明図である。
【図4】本発明の工具ホルダー密着状態検出装置を用い
た場合のタイムチャートである。
【図5】従来の工具ホルダーの密着状態検出装置の断面
図である。
【図6】図5において切粉が噛み込まれた場合の断面図
である。
【符号の説明】
1、2、3、4 抵抗歪ゲージ 5、6、7、8 第1コイル 9、10、11、12 第2コイル 13 電源 14 検知部 15 主軸の工具側端面 16 主軸 17 主軸ヘッド 19 クランプロッド 23 テーパ孔 26 工具ホルダー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも3枚以上の抵抗歪ゲージが主軸
    の工具側端面の表面に別々に設けられ、この抵抗歪ゲー
    ジ夫々につながる第1コイルが主軸の工具側端面の側表
    面に臨ませて設けられ、他方、前記主軸を回転可能に支
    承する外周の非回転体部に前記第1コイルに対向するよ
    うに第2コイルが設けられ、該第2コイルを用いてブリ
    ッジ回路が形成され、該回路のブリッジ出力により工具
    ホルダーの異常クランプ状態を検出するようにしたこと
    を特徴とする工具ホルダーの密着状態検出装置。
  2. 【請求項2】抵抗歪ゲージが3〜4枚である請求項1に
    記載の工具ホルダーの密着状態検出装置。
  3. 【請求項3】抵抗歪ゲージが主軸の工具側端面の表面の
    同一円周上に等間隔に設けられた請求項1又は2に記載
    の工具ホルダーの密着状態検出装置。
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