JP2004276158A

JP2004276158A - Driving device and driving method for chuck

Info

Publication number: JP2004276158A
Application number: JP2003069174A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Ito; 美津雄伊藤; Isamu Sugi; 勇杉; Shinichi Nakamura; 伸一中村
Original assignee: NOMURA MACHINE TOOL WORKS; NOMURA SEISAKUSHO KK
Current assignee: NOMURA MACHINE TOOL WORKS; NOMURA SEISAKUSHO KK
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP4549032B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manage the fastening force for a chuck with high accuracy without lowering of work efficiency, and to continuously switch between roughening fastening force and finishing fastening force without increase in size of the device and detaching a work. <P>SOLUTION: This driving device for a chuck includes: driving force transmitting means 10, 11, 12, 13 for converting the rotary driving force of an electric motor 3 to the axial driving force to move a draw bar 2; a torque detecting means 5 for detecting the output torque of the electric motor; and a control means 6 for controlling the rotating speed of the electric motor according to the output torque from the torque detecting means. The driving force transmitting means axially moves the draw bar through an elastic body 21 formed by a combination of two or more elastic members 26, 27 different in elastic modulus. The control means changes the rotating speed of the electric motor and/or stops the electric motor according to the value of output torque of the electric motor depending on the deformation of the elastic motor. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、チャックの駆動装置及び駆動方法に関する。詳しくは、チャックの締め付け力を精度高く制御できるとともに、チャック動作を迅速に行って加工作業を効率化することができるチャックの駆動装置及び駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、旋盤等のチャック装置として油圧によって駆動されるチャック装置が採用されることが多い。しかし、駆動源として油圧を用いた場合には、油圧ポンプや油圧配管を設ける必要があるため装置が大掛かりになる。このため、電動モータによってチャックを駆動するものが提供されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−１９１５０８号
【０００４】
【特許文献２】
特開平２００２−３６０１３号
【０００５】
特許文献１は、把持力を広範囲に調整するとともに把持力を定量的に把握することを目的としており、電動モータからの駆動力をスクリューナットを介してドローバーに伝達するように構成している。上記スクリューナットには、皿バネから変位量に応じた弾力が作用するように構成されており、上記弾力によって締め付け力が保持される。また、上記スクリューナットには、軸方向の変位量を測定する変位測定手段が設けられており、締め付け力をリアルタイムに検出して制御することができる。
【０００６】
特許文献２には、チャックの締め付け力の大きさに関係なく、ドローバーに対して軸方向へ常に一定以上の押圧力を加えることによってチャックの操作力を確実に保持することを目的としたチャック装置が開示されている。上記チャック装置においては、一定の弾力を付与できる付勢部材をクラッチを介してドローバーを移動させるネジに作用させることができるように構成している。これにより、ネジの緩みを防止してチャックの締め付け力を保持できるように構成している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載されたチッャクの駆動装置では、上記センサを駆動装置内に設ける必要があるため構造が複雑になる。しかも、上記センサの出力に応じて回転速度を精度高く制御できる電動モータを採用しなければ、締め付け力を精度高く管理することができない。したがって、製造コストも大幅に増加する。
【０００８】
また、上記皿バネの押圧力及び上記スクリューナットの軸方向の押圧力を、軸回転用のベアリングで支持しているため、ベアリングが傷みやすい。このため、上記ベアリング等の寿命が短くなる。
【０００９】
さらに、上記皿バネとこれを支持する部材とを軸方向に配置して構成しているため、装置の軸方向長さを短縮することが困難であり、装置を小型化するのも困難である。
【００１０】
上記特許文献２に記載されたチャックの駆動装置では、皿バネの弾性力をドローバーを移動させるネジに作用させてネジの緩みを防止するように構成しているため、ワークのチャック部分において生じる緩みを防止することはできない。
【００１１】
また、ネジに作用させる弾性押圧力の作用方向が一方向であるため、ネジにバックラッシがあると、ドローバーが逆方向へ移動する場合に効果を期待することはできない。
【００１２】
しかも、上記特許文献１に記載された発明と同様に、上記皿バネの軸方向の弾力を、軸回転用のベアリングで支持しているため、ベアリングが傷みやすく寿命が短くなる。
【００１３】
さらに、電動モータの電流値が所定のトルクを出力する値に達したときに電動モータを停止させることによりチャックの締め付け力を設定するように構成している。ところが、電流値による出力トルク検出してから電動モータが停止するまでには、電気信号の遅れやモータの惰性回転が生じる。このため、締め付け力を精度高く制御するには、モータの回転速度を低く設定しなければならない。ところが、電動モータの回転速度を低く設定すると、チャック装置の動きが遅くなり、作業効率が低下する。
【００１４】
本願発明は、上述の問題を解決し、作業効率を低下させることなくチャックの締め付け力を精度高く管理することができるとともに、装置が大型化することもなく、しかも、ワークを取り外すことなく荒加工用締め付け力と仕上加工用締め付け力を連続的に切り換えて作用させることのできるチャック駆動装置及びチャック駆動方法を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１６】
本願の請求項１に記載した発明は、電動モータの回転駆動力によってドローバーを軸方向に移動させ、チャックを開閉駆動するチャックの駆動装置であって、上記電動モータの回転駆動力を軸方向駆動力に変換して上記ドローバーを移動させる駆動力伝達手段と、上記電動モータの出力トルクを検出するトルク検出手段と、上記トルク検出手段からの出力トルクに基づいて上記電動モータの回転速度を制御する制御手段とを備え、上記駆動力伝達手段は、弾性係数の異なる複数の弾性部材を組み合わせて構成される弾性体を介して上記ドローバーを軸方向に移動させるように構成されているとともに、上記制御手段は、上記弾性体の変形にともなう上記電動モータの出力トルクの値に基づいて、上記電動モータの回転速度を変更し又は／及び上記電動モータを停止させるように構成されているものである。
【００１７】
本願発明に採用される電動モータは、出力トルクを検出できるとともに回転速度を制御できるものであれば種々の形式の電動モータを採用できる。たとえば、サーボモータやステッピングモータ等を採用することができる。
【００１８】
本願発明が適用される加工機械の種類も特に限定されることはない。また、本願発明に係るチャックの種類、構造等も限定されることはない。ドローバーを軸方向に牽引あるいは押圧することにより作動させることのできるものであれば、種々の構造のチャックを採用できる。
【００１９】
上記駆動力伝達手段の構成も特に限定されることはない。たとえば、種々の歯車機構やネジ機構等を組み合わせて構成することができる。
【００２０】
たとえば、請求項２に記載した発明のように、上記電動モータによって回転させられるネジ軸部と、このネジ軸部に螺合させられて上記ネジ軸部の回転によって軸方向動させられる内周ネジ部を備える駆動部材によって、回転運動を軸方向動に変換することができる。
【００２１】
上記トルク検出手段として、電動モータの電流値あるいは電圧値を測定することにより出力トルクを求める構造のトルク検出手段を採用することができる。また、駆動力伝達経路の途中に、上記電動モータと別途にトルク検出手段を設けることもできる。上記制御手段は、上記電動モータの出力トルクに基づいて電動モータの回転速度を制御できるものであればよく、マイクロコンピュータ等を用いて構成することができる。
【００２２】
本願発明では、弾性係数の異なる複数の弾性部材を組み合わせて構成される上記弾性体を介して上記ドローバーを軸方向に移動させるように構成している。すなわち、ドローバーに上記弾性体の弾力を作用させながら軸方向に移動させる。このため、チャック部にガタがある場合にも、上記弾力によってチャック装置に緩みが発生するのを防止することができる。
【００２３】
上記弾性部材として、ゴム等の弾性材料や種々の形態のバネ部材を採用することができる。上記弾性体を弾性係数の異なる複数の弾性部材を組み合わせて構成することにより、各弾性部材の変形に応じた出力トルクを検出できる。
【００２４】
たとえば、請求項４に記載した発明のように、上記弾性体として、弾性係数の大きい第１のバネ部材と、弾性係数の小さい第２のバネ部材とを組み合わせて構成された圧縮バネを採用することができる。
【００２５】
上記二つのバネ部材を組み合わせた圧縮バネに圧縮力を加えていくと、まず、弾性係数の小さな第１のバネ部材が主として変形し、このバネ部材が変形限度に達した後に、弾性係数の大きな第２のバネ部材が圧縮変形させられる。このため、上記弾性体の作用力−変形量のグラフは折れ線状になり、電動モータの出力トルクの変化を容易に検出することができる。これにより、ドローバーに作用する力が、いずれのバネ部材の変形領域によるものかを検出することが可能となる。
【００２６】
上記制御手段は、上記弾性体の変形にともなう上記電動モータの出力トルクの値に基づいて、上記電動モータの回転速度を変更し又は／及び上記電動モータを停止させる。
【００２７】
チャックに締め付け力が作用しない状態、すなわち、ワークを把持しない状態では、電動モータを高速で回転させてチャックを高速で作動させるのが好ましい。これにより、ワークをチッャックに装着する場合における作業効率を高めることができる。
【００２８】
一方、ワークを把持して締め付け力が作用する段階では、電動モータの回転速度を低下させて、所要の締め付け力が作用するまでドローバーに作用する軸力を次第に増加させるのが好ましい。これにより、電動モータの停止信号が発せられてから電動モータが実際に停止するまでの回転誤差が小さくなる。また、惰性で回転する量も小さくなる。したがって、締め付け力を精度高く設定することが可能となる。
【００２９】
すなわち、締め付け力が作用するまではチャックを高速作動させるとともに、ワークを把持した後にチャックを低速で作動させることにより、作業効率を低下させることなく、締め付け力を精度高く制御することができるのである。
【００３０】
請求項２に記載した発明は、上記駆動力伝達手段を、主軸の端部においてスラスト軸受を介して回転可能かつ軸方向移動不可能に保持されるネジ軸部と、上記ネジ軸部に上記電動モータから回転駆動力を伝達する回転駆動力伝達機構と、外周部に第１の保持部を有し、内周ネジ部が上記ネジ軸部に螺合させられるとともに相対回転不可能に保持されて、上記ネジ軸部の回転によって軸方向に移動させられる第１の駆動部材と、上記第１の保持部に対向する第２の保持部を有し、端部が上記ドローバーに連結されるとともに上記第１の駆動部材に対して軸方向相対移動可能に保持される第２の駆動部材と、上記第１の保持部と上記第２の保持部に掛け渡し状に保持されるとともに、上記第１の駆動部材と上記第２の駆動部材の軸方向相対変位によって弾性変形させられる上記弾性体とを備えて構成したものである。
【００３１】
上記ネジ軸部をスラスト軸受によって支持することにより、上記ドローバーの駆動力や上記弾性体の弾力が、主軸回転用のベアリングに作用することはない。このため、上記主軸回転用のベアリングが傷むこともない。
【００３２】
上記回転駆動力伝達機構も種々の構成のものを採用することができる。たとえば、歯車機構や巻き掛け機構等を採用することができる。
【００３３】
上記第１の駆動部材は、上記ネジ軸部に対して相対回転不可能に保持されて、上記ネジ軸部の回転に応じて軸方向に変位させられる。上記相対回転不可能に保持する手法は限定されることはなく、第１の駆動部材を相対回転不可能に直接保持することもできるし、上記第２の駆動部材を相対回転不可能に保持して第１の駆動部材が相対回転しないように構成することもできる。上記第２の駆動部材は、上記第１の駆動部材に対して軸方向相対移動可能に保持されるとともに端部に上記ドローバーが連結されており、この第２の駆動部材の動きによって上記ドローバーが移動させられる。
【００３４】
上記第１の駆動部材と上記第２の駆動部材は、上記保持部が対向するように半径方向に配置され、これら保持部に上記弾性体が掛け渡し状に保持される。チャックがワークを把持して締め付け力が作用すると、上記ドローバーにも軸方向力が作用し、上記第１の駆動部材と上記第２の駆動部材とに相対変位が生じて上記弾性体が弾性変形させられる。
【００３５】
上記弾性体は、種々の弾性部材を組み合わせて構成することができる。たとえば、請求項６に記載した発明のように、上記第１の駆動部材の外周を囲むように配置した大径皿バネから上記第１のバネ部材を構成するとともに、上記第１のバネ部材の側部周方向に所定間隔で配置した複数の小径皿バネから上記第２のバネ部材を構成することができる。
【００３６】
大径皿バネの側部に複数の小径皿バネを配置することにより、弾性係数の差を大きく設定することが可能となる。このため、電動モータの出力トルクの検出が容易となり、精度の高い制御を行うことができる。また、半径方向に配置した上記第１の駆動部材と上記第２の駆動部材に弾性体を掛け渡し状に保持することにより、装置の軸方向寸法を小さく設定することが可能となり、装置を小型化することができる。
【００３７】
請求項３に記載した発明は、上記回転駆動力伝達機構を、上記電動モータの駆動力伝達経路を断続させることのできるクラッチ装置を備えて構成したものである。
【００３８】
上記クラッチ機構は、電動モータを主軸の回転動作から切離すために設けられる。電動モータを主軸の回転動作から切り離すことにより、構造を簡単化することができるとともに、主軸の慣性重量を低減させることができる。上記クラッチ機構は、たとえば、駆動力伝達機構を歯車機構で構成するとともに、一部の歯車を噛合離脱できるようにして構成することができる。なお、上記クラッチ機構を設けず、電動モータを主軸と一体的に回転するように構成することもできる。
【００３９】
本願の請求項５に記載した発明は、上記第２のバネ部材を、上記チャックにワークの最低把持力が生じる弾力が発生するように設定したものである。
【００４０】
ワークの最低保持力は、加工装置やチャックの種類、加工するワークの大きさ等に応じて変更することができる。上記第２のバネ部材の弾力によってワークを保持することができるように構成することにより、ワークをチャックから取り外すことなく、チャックの締め付け力を連続的に変更することが可能となる。
【００４１】
たとえば、大きな締め付け力でワークを荒加工した後に、上記第２のバネ部材によって保持されるまで締め付け力を弛緩させて弱い締め付け力でワークをいったん仮保持し、再び電動モータを回転させて締め付け力を増加させ、上記荒加工を行う場合よりも弱い締め付け力を作用させて仕上加工を行うことも可能となる。これにより、ワークの加工精度を高めることも可能となる。
【００４２】
本願の請求項７から請求項１１に記載した発明は、請求項１から請求項６に記載したチャック装置を用いて達成できるチャックの駆動方法に関するものである。
【００４３】
請求項７に記載した発明は、電動モータによってドローバーを軸方向に移動させることによって、チャックを開閉駆動するチャックの駆動方法であって、弾性係数の大きな第１の弾性部材と弾性係数の小さい第２の弾性部材を組み合わせて構成される弾性体を介して上記ドローバーを移動させる一方、上記弾性体の変形にともなう電動モータの出力トルクを検出し、上記電動モータの回転速度を変更し又は／及び上記電動モータを停止させるものである。
【００４４】
本願の請求項８に記載した発明は、上記電動モータの出力トルクが設定されたトルクに達したときに制御信号を出力することにより、上記電動モータの回転速度を所定の値に変更し又は／及び上記電動モータを停止させるものである。
【００４５】
設定される出力トルクを変更することにより、チャックの把持力の変更に容易に対応できる。
【００４６】
本願の請求項９に記載した発明は、チャックがワークを把持しない状態において、上記電動モータを高速で回転させて上記ドローバーを駆動する高速駆動工程と、チャックがワークを把持して上記第２の弾性部材が変形することにより生じる電動モータの出力トルクを検出して、上記電動モータの回転速度を減速する回転速度減速工程と、上記第２の弾性部材が変形限度に達した後に、第１の弾性部材を変形させながら低速でワーク締め付けるワーク締め付け工程と、所定の出力トルクが検出されたとき、上記電動モータの回転を停止するとともに、上記電動モータの回転駆動力伝達経路を切断し、上記弾性部材の弾力が作用した状態で上記ドローバーを保持する締め付け保持工程とを含むものである。
【００４７】
上記のようにチャックを駆動制御することにより、締め付け力を精度高く管理することができる。また、ワークを把持しない状態では、チャックを高速で作動させることができるため、作業能率が向上する。
【００４８】
本願の請求項１０に記載した発明は、上記締め付け保持工程において荒加工用の締め付け力でワークをチャックに保持してワークの荒加工を行う荒加工保持工程と、上記電動モータの回転駆動力伝達経路を接続するとともに、上記電動モータをワークの締め付け力解除方向に低速で回転させ、上記ドローバーに第２の弾性体の弾力が作用する領域内で電動モータを停止させて上記ワークを仮保持する締め付け力弛緩工程と、上記電動モータをワークの締め付け方向に再度回転させ、上記荒加工保持工程より小さい仕上加工用の締め付け力をワークに作用させた状態で電動モータを停止させるとともに、上記電動モータの回転駆動力伝達経路を切断してワークを保持する再締め付け工程と、上記仕上加工用の締め付け力でワークをチャックに保持して仕上加工を行う仕上加工保持工程とを含むものである。
【００４９】
上記のようにチャックを駆動させることにより、ワークをチャックから取り外すことなく、チャックの締め付け力を変更して、荒加工と仕上加工を連続して行うことができる。このため、作業効率と加工精度とを高めることができる。
【００５０】
本願の請求項１１に記載した発明は、ワークの加工終了後、上記電動モータの回転駆動力伝達経路を接続し、電動モータを締め付け力解除方向に高速で回転させる締め付け力解除工程を含むものである。
【００５１】
加工作業終了後に、迅速にワークを取り外すことが可能となり、加工作業の効率を高めることができる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を図に基づいて具体的に説明する。
【００５３】
図１に示すように、本実施の形態に係るチャック駆動装置１は、図示しない中空状主軸の基端部側に設けられ、上記主軸の内部空間に挿入されて、図示しないチャックを駆動するドローバー２を押圧、牽引できるように構成されている。
【００５４】
上記チャック駆動装置１は、電動モータ３と、この電動モータ３の回転駆動力を軸方向駆動力に変換して上記ドローバー２を移動させる駆動力伝達手段と、上記電動モータ３の出力トルクを検出するトルク検出手段５と、上記トルク検出手段５からの出力トルクに基づいて上記電動モータ３の回転速度を制御する制御手段６と、ラジアルベアリング７を介して上記主軸と一体的に回転させられる回転ハウジング８とを備えて構成される。
【００５５】
本実施の形態に係る駆動力伝達手段は、上記回転ハウジング８の端部内側に設置した一対のスラストベアリング９を介して回転可能かつ軸方向移動不可能に保持されるネジ軸部１０と、上記ネジ軸部１０に上記電動モータ３から回転駆動力を伝達する回転駆動力伝達機構１１と、上記ドローバー２が連結されるとともに上記ネジ軸部１０に螺合させられて、上記ネジ軸部１０の回転によって上記ドローバー２を軸方向に牽引、押圧する一対の駆動部材１２，１３とを備えて構成される。
【００５６】
上記ネジ軸部１０は、図１に示すように、外周ネジ部１４を上記回転ハウジング８の中空部に突き出すようにして、基端部が上記スラストベアリング９に保持されている。上記ネジ軸部１０の外周ネジ部１４と反対側の端部には、上記回転駆動力伝達機構１１の歯車１５が連結されている。
【００５７】
本実施の形態に係る上記回転駆動力伝達機構１１は、複数の平歯車１５，１６，１７，１８を噛合させた歯車機構から構成されている。上記歯車機構には、エアシリンダ１９によって中間部の歯車１６，１７を軸方向にスライドさせて、回転駆動力伝達経路を断続できるクラッチ機構２０が設けられている。上記クラッチ機構２０を設けることにより、上記電動モータ３を上記回転ハウジングから切り離すことができる。
【００５８】
上記第１の駆動部材１２は、内周ネジ部３２が上記ネジ軸部１０の外周ネジ部１４に螺合されて、上記ネジ軸部１０の回転によって軸方向に移動させられる。一方、第２の駆動部材１３は、端部が上記ドローバー２に連結されるとともに上記第１の駆動部材１２に対して軸方向相対移動可能に保持される。上記第１の駆動部材１２の外周部には、外周溝状の第１の保持部２２が形成されている。一方、上記第２の駆動部材１３の内周部には、上記第１の保持部に対向する内周溝状の第２の保持部２３が形成されている。そして、これらの保持部に掛け渡し状に弾性体２１が保持されている。なお、各駆動部材は、複数の部材を組み合わせてネジで連結することにより形成されている。
【００５９】
上記回転ハウジング８の内周部には、軸方向に伸びるキー溝２４が形成される一方と、上記第２の駆動部材１３の外周部には、上記キー溝２４に軸方向摺動可能に係合する滑りキー２５が設けられている。これにより、上記第２の駆動体１３が軸方向移動可能かつ回転不可能に保持されている。また、上記第１の駆動部材１２も上記弾性体２１を介して連結されているため、上記回転ハウジング８に対して回転不可能に保持される。
【００６０】
本実施の形態に係る上記弾性体は、複数の大径皿バネを積層して構成される第１のバネ部材２６と、図１及び図３に示すように、上記第１のバネ部材２６の側部周方向の４箇所に配置された複数の小径皿バネから構成される第２のバネ部材２７と、上記第１のバネ部材２６と上記第２のバネ部材２７の間に配置された仕切プレート２８と、上記第１のバネ部材２６と上記保持部２３，２４の側壁との間に配置された第１の挟圧プレート２９と、上記第２のバネ部材２７を保持しつつ挟圧する第２の挟圧プレート３０とを軸方向に積層して構成されている。上記第２の挟圧プレート３０は、上記第２のバネ部材２７を収容する保持穴３１を備え、上記第２のバネ部材２７が上記保持穴内に収容された状態では、第２のバネ部材２７はそれ以上変形できないように構成されている。上記構成の弾性体２１は、図１から図３に示すように、上記第１の保持部２２と上記第２の保持部２３との間に形成される環状空間に圧縮された状態で保持されている。上記弾性体２１の上記圧縮力は、チャックがワークを把持しない状態で、上記ドローバーを移動させることができる値以上に設定される。
【００６１】
図４から図７によって、上記構成のチャック駆動装置１の作動を説明する。
【００６２】
図４に示すように、上記第１の駆動部材１２と上記第２の駆動部材１３が、右方に位置する初期状態から、上記ドローバー２を牽引方向に移動させるように上記電動モータ３を回転させる。
【００６３】
図５に示すように、チャックがワークを保持するまでは、上記ドローバー２に大きな力が作用しないため、上記弾性体２１が変形することなく、上記ドローバー２が左方に向けて移動させられる。このとき、上記電動モータ３は高速で回転させられており、チャックを迅速に作動させることができる。
【００６４】
チャックがワークを保持すると、まず、弾性係数の小さい第２のバネ部材２７が変形させられる。上記第２のバネが変形させられると、上記電動モータ２の出力電圧が上昇し、上記トルク検出手段５から制御信号が出力される。上記制御信号によって、上記制御手段６は、上記電動モータ３の回転速度を減速させる。
【００６５】
上記第２のバネ部材２７は、上記第２の挟圧プレート３０が上記仕切プレートに当接した後は、図６に示すように、その変形が規制される。第２のバネ部材２７の変形が規制されると、第１のバネ部材２６が変形し始める。上記第１のバネ部材２６の弾性係数は第１のバネ部材の弾性係数より大きく設定されており、これらバネ部材から構成される弾性体は、図８に示す折れ線状の変形特性を備えている。
【００６６】
図７に示すように、上記第１のバネ部材２６は、上記チャックが所定の締め付け力を発揮するまで変形させられ、電動モータ３の出力トルクも第１のバネ部材の変形に伴って増加する。そして、上記電動モータの出力電圧が上記の締め付け力を発揮する値に達したとき、トルク検出手段５から制御信号が出力されて、上記電動モータが停止される。
【００６７】
本実施の形態では、ワークがチャックに把持された後、所定の締め付け力が作用するまでは、電動モータの回転速度を小さく設定している。したがって、停止信号が出力されてから電動モータが停止するまでの惰性回転を小さく押さえることが可能となる。これにより、上記チャックの締め付け力を精度高く制御することが可能となる。
【００６８】
また、本実施の形態では、回転ハウジング８をラジアルベアリング７で保持して主軸と一体回転するように構成する一方、上記ネジ軸部１０を、上記回転ハウジング８の内側においてスラストベアリング９を介して保持している。このため、上記ドローバー２の牽引押圧力や、上記弾性体２１の保持力が、上記ラジアルベアリング７に作用することはない。したがって、従来例のように、上記ラジアルベアリング７が傷むことはない。
【００６９】
図９及び図１０に基づいて、ワークの荒加工と仕上加工を連続的に行う場合に上記チャック駆動装置を適用した場合の駆動方法を説明する。図９は、駆動方法を説明するフローチャートであり、図１０は、電動モータのトルク及び回転速度の変化を表すグラフである。
【００７０】
チャックを解除した状態（Ｓ１０１）から、上記クラッチ機構２０によって上記駆動力伝達歯車１６，１７を係合させ（Ｓ１０２）、電動モータ３を高速で回転させる（Ｓ１０３）。ワークを把持しない状態では上記弾性体２１が変形することはなく、また、電動モータ３の出力トルクも小さい。
【００７１】
チャックがワークを把持し始めると、まず第２のバネ部材２７が変形させられ、電動モータの出力トルクが増加する。上記トルク検出手段５によって上記出力トルクの増加を検出すると（Ｓ１０４でＹ）、制御信号が発せられる。この制御信号に基づいて電動モータの回転速度が減速される（Ｓ１０５）。
【００７２】
第２のバネ部材２７を保持する挟圧プレート３０が仕切プレート２８に当接した後は第２のバネ部材２７の変形は規制され、上記第１のバネ部材２６が変形させられる（Ｓ１０６）。上記第１のバネ部材２６は弾性係数が大きく設定されているため、図１０に示すように、電動モータ３の出力トルクの増加勾配が大きくなる。
【００７３】
上記トルク検出手段５が、ワークの荒加工に必要な締め付け力を発生させる設定トルクを検出すると（Ｓ１０７でＹ）、制御信号が出力されて電動モータ３が停止させられる（Ｓ１０８）。
【００７４】
次に、上記クラッチ機構２０によって駆動力伝達歯車１６，１７の一部を離脱させ、上記電動モータ３を回転駆動力伝達機構１１から切り離す（Ｓ１０９）。上記ドローバー２は上記弾性体２１の弾力が作用した状態で保持されているため、ワークの締め付け力が緩むことはない。そして、この状態でワークの荒加工が行われる（Ｓ１１０）。
【００７５】
荒加工が終了すると（Ｓ１１１でＹ）、上記クラッチ機構２０によって駆動力伝達歯車が係合されて（Ｓ１１２）、電動モータ３が低速で締め付け力解除方向へ低速で回転させられる（Ｓ１１３）。これにより、チャックの締め付け力が弛緩するとともに電動モータ３の出力トルクも低下する。上記弾性体２１は、図８に示す折れ線状の変形特性を備えているため、上記第２のバネ部材２７の変形領域においては、出力トルクが大きく低下する。上記トルク検出手段５によって上記第２のバネ部材２７による出力トルクを検出して（Ｓ１１４）、制御信号を出力し、上記電動モータ３を停止させる（Ｓ１１５）。上記電動モータ３は、低速で回転させられているため、上記第２のバネ部材２７の変形領域において停止させることができる。上記第２のバネ部材２７は、ワークに最低把持力が発生する弾力に設定されているため、小さな力でワークを仮保持することができる。
【００７６】
上記仮保持状態から、電動モータ３をチャック締め付け方向へ低速で回転させ（Ｓ１１６）、第１のバネ部材２６を変形させてワークを締め付ける（Ｓ１１７）。仕上加工を行うために設定されたトルクが出力されると（Ｓ１１８）、制御信号が出力され、電動モータ３が停止される（Ｓ１１９）。その後、駆動力伝達歯車１６，１７が離脱させられて（Ｓ１２０）、仕上加工が行われる（Ｓ１２１）。上記仕上加工を行うための上記出力トルクは、荒加工を行うための出力トルクより小さな値に設定されているため、ワークを仕上加工に適した締め付け力で保持して加工を行うことができる。
【００７７】
仕上加工が終了すると（Ｓ１２２でＹ）、上記駆動力伝達歯車が再び係合させられて（Ｓ１２３）、電動モータ３が締め付け力解除方向へ回転させられて（Ｓ１２４）、ワークの締め付け力が弛緩される。チャックが開放端に達すると、上記第２のバネ部材２７が変形させられて出力トルクが増加する。この出力トルクを検出して（Ｓ１２５でＹ）、電動モータを停止させる（Ｓ１２６）。その後、駆動力伝達歯車を離脱させて（Ｓ１２７）、チャックが解除されて初期状態に戻る（Ｓ１２８）。
【００７８】
上記荒加工−仕上加工の工程においては、ワークをチャックから取り外すことなく、締め付け力を変更することができる。また、チャックの締め付け力を精度高く制御することができる。このため、ワークの加工精度を向上させることができるとともに、加工効率を大幅に高めることができる。
【００７９】
【発明の効果】
本願発明に係るチャックの駆動装置においては、弾性係数の異なる複数の弾性部材を組み合わせて構成される弾性体を介して上記ドローバーを軸方向に移動させるように構成し、上記弾性体の変形にともなう上記電動モータの出力トルクの値に基づいて、上記電動モータの回転速度を変更し又は／及び上記電動モータを停止させるように構成している。このため、チャックの締め付け力を精度高く制御することができる。
【００８０】
また、上記弾性体を、弾性係数の大きい第１のバネ部材と、弾性係数の小さい第２のバネ部材とを組み合わせて構成するとともに、上記第２のバネ部材を、上記チャックにワークの最低把持力が生じる弾力が発生するように構成することにより、ワークを取り外すことなく締め付け力を変更して、荒加工と仕上加工とを連続して行うことができる。これにより、作業効率及び加工精度を高めることができる。
【００８１】
また、主軸と一体的に回転させられる回転ハウジングの内部に、ネジ軸部をスラスト軸受によって支持するとともに、一対の駆動部材を介してドローバーを駆動するように構成することにより、上記ドローバーの駆動力や上記弾性体の弾力が、主軸回転用のベアリングに作用することはない。このため、上記主軸回転用のベアリングが傷むことがない。
【００８２】
また、上記一対の駆動部材を半径方向に配置するとともに、これら駆動部材に弾性体を掛け渡し状に保持することにより、装置の軸方向寸法を小さく設定することが可能となり、装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態であるチャック駆動装置の全体断面図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う要部の断面図である。
【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図１に示すチャック駆動装置の要部の断面図である。
【図５】図４に示す状態から、ワークを把持しない状態でドローバーが移動させられた状態を示す要部の断面図である。
【図６】図５に示す状態から、第２のバネ部材が変形させられた状態を示す要部の断面図である。
【図７】図６に示す状態から、第１のバネ部材が変形させられて、チャックに締め付け力が作用した状態を示す要部の断面図である。
【図８】本願発明に係る弾性体の変形特性を示す図である。
【図９】本願発明に係るチャック駆動装置を用いて、荒加工と仕上加工とを連続して行う場合のフローチャートである。
【図１０】図９に対応して、電動モータの出力、回転速度の変化を表す図である。
【符号の簡単な説明】
１チャックの駆動装置
２ドローバー
３電動モータ
５トルク検出手段
６制御手段
１０駆動力伝達手段
１１駆動力伝達手段
１２駆動力伝達手段
１３駆動力伝達手段
２１弾性体
２６弾性部材
２７弾性部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a chuck driving device and a driving method. More specifically, the present invention relates to a chuck driving device and a driving method capable of controlling a chucking force with high precision and performing a chucking operation quickly to improve a working efficiency.
[0002]
[Prior art]
For example, a chuck device driven by hydraulic pressure is often used as a chuck device for a lathe or the like. However, when hydraulic pressure is used as a driving source, a hydraulic pump and a hydraulic pipe need to be provided, so that the device becomes large-scale. For this reason, a device that drives a chuck by an electric motor has been provided.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-63-191508
[0004]
[Patent Document 2]
JP-A-2002-36013
[0005]
Patent Document 1 aims to adjust the gripping force over a wide range and quantitatively grasp the gripping force, and is configured to transmit the driving force from the electric motor to the drawbar via a screw nut. The screw nut is configured so that an elastic force according to the displacement amount acts from the disc spring, and the tightening force is held by the elastic force. Further, the screw nut is provided with a displacement measuring means for measuring a displacement amount in the axial direction, so that the tightening force can be detected and controlled in real time.
[0006]
Patent Document 2 discloses a chuck device which is intended to reliably hold the operating force of the chuck by always applying a constant or higher pressing force to the draw bar in the axial direction regardless of the magnitude of the clamping force of the chuck. Is disclosed. The above-mentioned chuck device is configured such that an urging member capable of giving a certain elasticity can act on a screw for moving the draw bar via a clutch. Thus, the screw is prevented from being loosened, and the clamping force of the chuck can be maintained.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the chuck driving device described in Patent Document 1, the structure is complicated because the sensor needs to be provided in the driving device. Moreover, unless an electric motor capable of controlling the rotation speed with high accuracy in accordance with the output of the sensor is employed, the tightening force cannot be managed with high accuracy. Therefore, the manufacturing cost also increases significantly.
[0008]
Further, since the pressing force of the disc spring and the pressing force of the screw nut in the axial direction are supported by the bearing for rotating the shaft, the bearing is easily damaged. Therefore, the life of the bearing and the like is shortened.
[0009]
Further, since the disc spring and the member supporting the disc spring are arranged in the axial direction, it is difficult to reduce the axial length of the device, and it is also difficult to reduce the size of the device. .
[0010]
In the chuck driving device described in Patent Document 2, since the elastic force of the disc spring is applied to the screw for moving the draw bar to prevent the screw from being loosened, the slack generated in the chuck portion of the work. Cannot be prevented.
[0011]
Further, since the direction of the elastic pressing force acting on the screw is one direction, if the screw has backlash, the effect cannot be expected when the drawbar moves in the opposite direction.
[0012]
In addition, similarly to the invention described in Patent Document 1, the axial elasticity of the disc spring is supported by the shaft rotating bearing, so that the bearing is easily damaged and the life is shortened.
[0013]
Further, when the current value of the electric motor reaches a value at which a predetermined torque is output, the electric motor is stopped to set the tightening force of the chuck. However, from the detection of the output torque based on the current value to the stop of the electric motor, a delay of the electric signal and the inertial rotation of the motor occur. Therefore, in order to control the tightening force with high accuracy, the rotational speed of the motor must be set low. However, if the rotation speed of the electric motor is set low, the movement of the chuck device is slowed down, and the working efficiency is reduced.
[0014]
The present invention solves the above-described problems, and can control the tightening force of the chuck with high accuracy without lowering the work efficiency, and does not increase the size of the apparatus, and further, performs rough machining without removing the work. It is an object of the present invention to provide a chuck driving device and a chuck driving method capable of continuously switching and applying a clamping force for finishing and a clamping force for finishing.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention employs the following technical means.
[0016]
An invention according to claim 1 of the present application is a chuck driving device for moving a draw bar in an axial direction by a rotational driving force of an electric motor to open and close the chuck, wherein the rotational driving force of the electric motor is axially driven. Driving force transmitting means for converting the drawbar into force and moving the drawbar, torque detecting means for detecting the output torque of the electric motor, and controlling the rotation speed of the electric motor based on the output torque from the torque detecting means. Control means, wherein the driving force transmission means is configured to move the drawbar in the axial direction via an elastic body formed by combining a plurality of elastic members having different elastic coefficients, and The means changes a rotation speed of the electric motor based on a value of an output torque of the electric motor accompanying the deformation of the elastic body, and / or Are those configured to stop the serial electric motor.
[0017]
As the electric motor employed in the present invention, various types of electric motors can be employed as long as they can detect the output torque and control the rotation speed. For example, a servo motor or a stepping motor can be employed.
[0018]
The type of the processing machine to which the present invention is applied is not particularly limited. Further, the type, structure, and the like of the chuck according to the present invention are not limited. Various types of chucks can be employed as long as they can be operated by pulling or pressing the draw bar in the axial direction.
[0019]
The configuration of the driving force transmitting means is not particularly limited. For example, various gear mechanisms and screw mechanisms can be combined.
[0020]
For example, as in the invention described in claim 2, a screw shaft portion rotated by the electric motor, and an inner peripheral screw screwed to the screw shaft portion and axially moved by rotation of the screw shaft portion The rotational movement can be converted into axial movement by means of a drive member comprising a part.
[0021]
As the torque detecting means, a torque detecting means having a structure for obtaining an output torque by measuring a current value or a voltage value of the electric motor can be adopted. Further, a torque detecting means may be provided in the driving force transmission path separately from the electric motor. The control means only needs to be able to control the rotation speed of the electric motor based on the output torque of the electric motor, and can be configured using a microcomputer or the like.
[0022]
According to the present invention, the drawbar is configured to move in the axial direction via the elastic body formed by combining a plurality of elastic members having different elastic coefficients. That is, the draw bar is moved in the axial direction while applying the elastic force of the elastic body. For this reason, even if there is a play in the chuck portion, it is possible to prevent the chuck device from becoming loose due to the elasticity.
[0023]
As the elastic member, an elastic material such as rubber or various forms of spring members can be adopted. By configuring the elastic body by combining a plurality of elastic members having different elastic coefficients, an output torque corresponding to the deformation of each elastic member can be detected.
[0024]
For example, as in the invention described in claim 4, as the elastic body, a compression spring configured by combining a first spring member having a large elastic coefficient and a second spring member having a small elastic coefficient is employed. be able to.
[0025]
When a compressive force is applied to a compression spring combining the above two spring members, first, the first spring member having a small elastic coefficient is mainly deformed, and after the spring member reaches the deformation limit, the first spring member having a large elastic coefficient is deformed. The second spring member is compressed and deformed. For this reason, the graph of the acting force-the amount of deformation of the elastic body has a polygonal line shape, and a change in the output torque of the electric motor can be easily detected. Accordingly, it is possible to detect which of the spring members has a deformed region that acts on the drawbar.
[0026]
The control means changes a rotation speed of the electric motor or / and stops the electric motor based on a value of an output torque of the electric motor due to the deformation of the elastic body.
[0027]
In a state where no tightening force acts on the chuck, that is, in a state where the work is not gripped, it is preferable to rotate the electric motor at high speed to operate the chuck at high speed. Thereby, the work efficiency when the work is mounted on the chuck can be improved.
[0028]
On the other hand, at the stage where the clamping force acts while gripping the workpiece, it is preferable to reduce the rotation speed of the electric motor and gradually increase the axial force acting on the draw bar until the required clamping force acts. As a result, a rotation error from when the stop signal of the electric motor is issued to when the electric motor actually stops is reduced. Also, the amount of rotation due to inertia is reduced. Therefore, it is possible to set the tightening force with high accuracy.
[0029]
That is, by operating the chuck at a high speed until the tightening force is applied, and operating the chuck at a low speed after gripping the work, the tightening force can be controlled with high precision without lowering the working efficiency. .
[0030]
According to a second aspect of the present invention, the driving force transmission means is rotatably held at the end of the main shaft through a thrust bearing and is not movable in the axial direction, and the electric power is transmitted to the screw shaft by the screw shaft. A rotational driving force transmitting mechanism for transmitting a rotational driving force from a motor, and a first holding portion on an outer peripheral portion, wherein an inner peripheral screw portion is screwed to the screw shaft portion and held so as to be relatively non-rotatable. A first driving member that is moved in the axial direction by the rotation of the screw shaft portion, and a second holding portion that faces the first holding portion. A second driving member that is held movably in the axial direction relative to the first driving member, and is held in a bridging manner between the first holding portion and the second holding portion; To the axial relative displacement of the drive member of What is constructed by a said elastic body to be elastically deformed.
[0031]
By supporting the screw shaft portion with a thrust bearing, the driving force of the drawbar and the elasticity of the elastic body do not act on the bearing for rotating the main shaft. Therefore, the bearing for rotating the main shaft is not damaged.
[0032]
The rotary driving force transmission mechanism may have various configurations. For example, a gear mechanism, a winding mechanism, or the like can be employed.
[0033]
The first drive member is held so as not to rotate relative to the screw shaft, and is displaced in the axial direction according to the rotation of the screw shaft. The method of holding the relative rotation impossible is not limited, and the first driving member can be directly held so that the relative rotation cannot be performed, or the second driving member can be held such that the relative rotation cannot be rotated. Thus, the first driving member may be configured not to relatively rotate. The second drive member is held so as to be axially movable relative to the first drive member, and the drawbar is connected to an end thereof. The movement of the second drive member causes the drawbar to move. Moved.
[0034]
The first drive member and the second drive member are arranged in the radial direction such that the holding portions face each other, and the elastic body is held by these holding portions in a bridging manner. When the chuck grips the work and applies a clamping force, an axial force also acts on the draw bar, causing a relative displacement between the first drive member and the second drive member, and the elastic body is elastically deformed. Let me do.
[0035]
The elastic body can be configured by combining various elastic members. For example, as in the invention described in claim 6, the first spring member is constituted by a large-diameter disc spring arranged so as to surround the outer periphery of the first drive member. The second spring member can be composed of a plurality of small-diameter disc springs arranged at predetermined intervals in the side circumferential direction.
[0036]
By arranging a plurality of small-diameter disc springs on the side of the large-diameter disc spring, it is possible to set a large difference in elastic coefficient. Therefore, the output torque of the electric motor can be easily detected, and highly accurate control can be performed. Also, by holding the elastic body in a bridging manner between the first driving member and the second driving member arranged in the radial direction, the axial dimension of the device can be set small, and the device can be downsized. Can be
[0037]
According to a third aspect of the present invention, the rotary driving force transmission mechanism includes a clutch device that can intermittently connect a driving force transmission path of the electric motor.
[0038]
The clutch mechanism is provided to disconnect the electric motor from the rotation of the main shaft. By separating the electric motor from the rotation of the main shaft, the structure can be simplified and the inertial weight of the main shaft can be reduced. In the clutch mechanism, for example, the driving force transmission mechanism may be configured by a gear mechanism, and may be configured so that some gears can be disengaged. The electric motor may be configured to rotate integrally with the main shaft without providing the clutch mechanism.
[0039]
In the invention described in claim 5 of the present application, the second spring member is set so that the chuck generates an elastic force for generating a minimum gripping force of the work.
[0040]
The minimum holding force of the workpiece can be changed according to the type of the processing device and the chuck, the size of the workpiece to be processed, and the like. With the configuration in which the work can be held by the elasticity of the second spring member, the tightening force of the chuck can be continuously changed without removing the work from the chuck.
[0041]
For example, after roughing a work with a large tightening force, the tightening force is loosened until it is held by the second spring member, and the work is temporarily held with a weak tightening force. , And a finishing process can be performed by applying a weaker tightening force than in the case of performing the roughing. As a result, it is possible to increase the processing accuracy of the work.
[0042]
The invention described in claims 7 to 11 of the present application relates to a chuck driving method that can be achieved by using the chuck device described in claims 1 to 6.
[0043]
The invention described in claim 7 is a chuck driving method for driving the chuck to open and close by moving the draw bar in the axial direction by an electric motor, wherein the first elastic member having a large elastic coefficient and the first elastic member having a small elastic coefficient are provided. The drawbar is moved via an elastic body configured by combining the two elastic members, while the output torque of the electric motor accompanying the deformation of the elastic body is detected to change the rotation speed of the electric motor and / or The electric motor is stopped.
[0044]
The invention described in claim 8 of the present application changes the rotation speed of the electric motor to a predetermined value by outputting a control signal when the output torque of the electric motor reaches a set torque, and / or And stopping the electric motor.
[0045]
By changing the set output torque, it is possible to easily cope with a change in the gripping force of the chuck.
[0046]
The invention described in claim 9 of the present application is a high-speed driving step of rotating the electric motor at a high speed to drive the draw bar in a state where the chuck does not grip the work, and the second step in which the chuck grips the work and A rotation speed reduction step of detecting the output torque of the electric motor caused by the deformation of the elastic member and reducing the rotation speed of the electric motor; A work tightening step of tightening the work at a low speed while deforming the elastic member, and, when a predetermined output torque is detected, stopping the rotation of the electric motor and cutting the rotational driving force transmission path of the electric motor, And a tightening and holding step of holding the drawbar while the elasticity of the member is acting.
[0047]
By controlling the driving of the chuck as described above, the tightening force can be managed with high accuracy. Further, when the workpiece is not gripped, the chuck can be operated at a high speed, so that work efficiency is improved.
[0048]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a rough machining holding step of holding a work on a chuck with a clamping force for rough machining and performing rough machining of the work in the tightening and holding step, and transmitting a rotational driving force of the electric motor. While connecting the path, the electric motor is rotated at a low speed in the direction of releasing the work clamping force, and the electric motor is stopped in a region where the elasticity of the second elastic body acts on the draw bar to temporarily hold the work. Tightening force relaxing step, rotating the electric motor again in the work tightening direction, stopping the electric motor in a state where a tightening force for finishing work smaller than the rough machining holding step is applied to the work, and stopping the electric motor The re-tightening step of holding the work by cutting the rotary drive force transmission path of the workpiece, and holding the work on the chuck with the tightening force for finishing To those comprising a finishing holding step performing finishing.
[0049]
By driving the chuck as described above, the clamping force of the chuck can be changed and the roughing and finishing can be performed continuously without removing the work from the chuck. For this reason, work efficiency and processing accuracy can be improved.
[0050]
The invention described in claim 11 of the present application includes a tightening force releasing step of connecting the rotational driving force transmission path of the electric motor and rotating the electric motor at a high speed in the tightening force releasing direction after processing of the workpiece is completed.
[0051]
After the processing operation is completed, the work can be quickly removed, and the efficiency of the processing operation can be increased.
[0052]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0053]
As shown in FIG. 1, a chuck driving device 1 according to the present embodiment is provided on a base end side of a hollow main shaft (not shown) and is inserted into an internal space of the main shaft to drive a chuck (not shown). 2 can be pressed and towed.
[0054]
The chuck driving device 1 includes an electric motor 3, a driving force transmitting unit that converts the rotational driving force of the electric motor 3 into an axial driving force to move the draw bar 2, and detects an output torque of the electric motor 3. Torque detecting means 5, control means 6 for controlling the rotation speed of the electric motor 3 based on the output torque from the torque detecting means 5, and rotation which is integrally rotated with the main shaft via a radial bearing 7. And a housing 8.
[0055]
The driving force transmitting means according to the present embodiment includes a screw shaft portion 10 rotatably and axially immovably held via a pair of thrust bearings 9 installed inside the end portion of the rotary housing 8, A rotational drive transmitting mechanism 11 for transmitting rotational drive from the electric motor 3 to the screw shaft 10 and the drawbar 2 are connected and screwed to the screw shaft 10, and It comprises a pair of drive members 12 and 13 for pulling and pressing the draw bar 2 in the axial direction by rotation.
[0056]
As shown in FIG. 1, the screw shaft portion 10 has a base end portion held by the thrust bearing 9 so that an outer peripheral screw portion 14 protrudes into a hollow portion of the rotary housing 8. A gear 15 of the rotary driving force transmission mechanism 11 is connected to an end of the screw shaft 10 opposite to the outer peripheral screw 14.
[0057]
The rotation driving force transmission mechanism 11 according to the present embodiment is configured by a gear mechanism in which a plurality of spur gears 15, 16, 17, and 18 are meshed. The gear mechanism is provided with a clutch mechanism 20 which can slide the intermediate gears 16 and 17 in the axial direction by the air cylinder 19 to intermittently connect and disconnect the rotational driving force transmission path. By providing the clutch mechanism 20, the electric motor 3 can be separated from the rotary housing.
[0058]
The first driving member 12 has an inner peripheral thread 32 screwed to the outer peripheral thread 14 of the screw shaft 10, and is moved in the axial direction by the rotation of the screw shaft 10. On the other hand, the second drive member 13 has an end connected to the draw bar 2 and is held movably in the axial direction relative to the first drive member 12. An outer peripheral groove-shaped first holding portion 22 is formed on the outer peripheral portion of the first driving member 12. On the other hand, a second holding portion 23 in the form of an inner circumferential groove facing the first holding portion is formed on the inner circumference of the second driving member 13. The elastic body 21 is held by these holding portions in a bridging manner. Each drive member is formed by combining a plurality of members and connecting them with screws.
[0059]
A key groove 24 extending in the axial direction is formed in the inner peripheral portion of the rotary housing 8, and the key groove 24 is slidable in the key groove 24 in the outer peripheral portion of the second drive member 13. A matching sliding key 25 is provided. Thus, the second driving body 13 is held so as to be movable in the axial direction and not to rotate. Further, since the first drive member 12 is also connected via the elastic body 21, the first drive member 12 is held non-rotatably with respect to the rotary housing 8.
[0060]
The elastic body according to the present embodiment includes a first spring member 26 formed by stacking a plurality of large-diameter disc springs, and a first spring member 26 as shown in FIGS. 1 and 3. A second spring member 27 composed of a plurality of small-diameter disc springs arranged at four locations in the side circumferential direction, and a partition arranged between the first spring member 26 and the second spring member 27 A plate 28, a first pressure plate 29 disposed between the first spring member 26 and the side walls of the holding portions 23 and 24, and a second pressure plate for holding and pressing the second spring member 27. The two pressing plates 30 are laminated in the axial direction. The second pressure plate 30 has a holding hole 31 for accommodating the second spring member 27. In a state where the second spring member 27 is accommodated in the holding hole, the second spring member 27 is provided. Is configured so that it cannot be further deformed. The elastic body 21 having the above configuration is held in a compressed state in an annular space formed between the first holding section 22 and the second holding section 23, as shown in FIGS. ing. The compressive force of the elastic body 21 is set to a value that can move the drawbar in a state where the chuck does not grip the work.
[0061]
The operation of the chuck driving device 1 having the above configuration will be described with reference to FIGS.
[0062]
As shown in FIG. 4, the first drive member 12 and the second drive member 13 rotate the electric motor 3 so as to move the draw bar 2 in the pulling direction from an initial state located to the right. Let it.
[0063]
As shown in FIG. 5, since a large force does not act on the draw bar 2 until the chuck holds the work, the draw bar 2 is moved to the left without deforming the elastic body 21. At this time, the electric motor 3 is rotated at a high speed, and the chuck can be quickly operated.
[0064]
When the chuck holds the work, first, the second spring member 27 having a small elastic coefficient is deformed. When the second spring is deformed, the output voltage of the electric motor 2 increases, and a control signal is output from the torque detecting means 5. The control means 6 reduces the rotation speed of the electric motor 3 according to the control signal.
[0065]
After the second pressure plate 30 abuts on the partition plate, the deformation of the second spring member 27 is regulated as shown in FIG. When the deformation of the second spring member 27 is regulated, the first spring member 26 starts to deform. The elastic coefficient of the first spring member 26 is set to be larger than the elastic coefficient of the first spring member, and the elastic body constituted by these spring members has a polygonal deformation characteristic shown in FIG. .
[0066]
As shown in FIG. 7, the first spring member 26 is deformed until the chuck exerts a predetermined tightening force, and the output torque of the electric motor 3 increases with the deformation of the first spring member. . When the output voltage of the electric motor reaches a value at which the tightening force is exerted, a control signal is output from the torque detecting means 5, and the electric motor is stopped.
[0067]
In the present embodiment, after the work is gripped by the chuck, the rotation speed of the electric motor is set low until a predetermined tightening force is applied. Therefore, the inertial rotation from the output of the stop signal to the stop of the electric motor can be reduced. This makes it possible to control the tightening force of the chuck with high accuracy.
[0068]
Further, in the present embodiment, the rotary housing 8 is held by the radial bearing 7 so as to rotate integrally with the main shaft, while the screw shaft portion 10 is provided inside the rotary housing 8 via the thrust bearing 9. keeping. Therefore, the pulling pressure of the drawbar 2 and the holding force of the elastic body 21 do not act on the radial bearing 7. Therefore, unlike the conventional example, the radial bearing 7 is not damaged.
[0069]
With reference to FIGS. 9 and 10, a description will be given of a driving method in a case where the chuck driving device is applied to the case where rough machining and finish machining of a work are continuously performed. FIG. 9 is a flowchart illustrating the driving method, and FIG. 10 is a graph illustrating changes in torque and rotation speed of the electric motor.
[0070]
From the state where the chuck is released (S101), the driving force transmission gears 16 and 17 are engaged by the clutch mechanism 20 (S102), and the electric motor 3 is rotated at a high speed (S103). When the workpiece is not gripped, the elastic body 21 is not deformed, and the output torque of the electric motor 3 is small.
[0071]
When the chuck starts gripping the work, first, the second spring member 27 is deformed, and the output torque of the electric motor increases. When the increase in the output torque is detected by the torque detecting means 5 (Y in S104), a control signal is issued. The rotation speed of the electric motor is reduced based on the control signal (S105).
[0072]
After the pressure plate 30 holding the second spring member 27 contacts the partition plate 28, the deformation of the second spring member 27 is regulated, and the first spring member 26 is deformed (S106). Since the first spring member 26 is set to have a large elastic coefficient, as shown in FIG. 10, the output torque of the electric motor 3 has a large increase gradient.
[0073]
When the torque detecting means 5 detects a set torque for generating a tightening force necessary for rough machining of the work (Y in S107), a control signal is output and the electric motor 3 is stopped (S108).
[0074]
Next, a part of the driving force transmission gears 16 and 17 is disengaged by the clutch mechanism 20, and the electric motor 3 is separated from the rotary driving force transmission mechanism 11 (S109). Since the draw bar 2 is held in a state where the elasticity of the elastic body 21 is applied, the work clamping force is not loosened. Then, in this state, rough machining of the workpiece is performed (S110).
[0075]
When the rough machining is completed (Y in S111), the driving force transmission gear is engaged by the clutch mechanism 20 (S112), and the electric motor 3 is rotated at a low speed in the direction of releasing the tightening force (S113). Thereby, the tightening force of the chuck is relaxed and the output torque of the electric motor 3 is also reduced. Since the elastic body 21 has the polygonal deformation characteristic shown in FIG. 8, the output torque is greatly reduced in the deformation region of the second spring member 27. The output torque of the second spring member 27 is detected by the torque detecting means 5 (S114), a control signal is output, and the electric motor 3 is stopped (S115). Since the electric motor 3 is rotated at a low speed, it can be stopped in the deformation region of the second spring member 27. Since the second spring member 27 is set to have an elasticity at which a minimum gripping force is generated on the work, the work can be temporarily held with a small force.
[0076]
From the temporary holding state, the electric motor 3 is rotated at a low speed in the chuck tightening direction (S116), and the first spring member 26 is deformed to tighten the work (S117). When the torque set for performing the finishing is output (S118), a control signal is output, and the electric motor 3 is stopped (S119). Then, the driving force transmission gears 16 and 17 are disengaged (S120), and finishing is performed (S121). Since the output torque for performing the finish processing is set to a value smaller than the output torque for performing the rough processing, the work can be performed while holding the workpiece with a tightening force suitable for the finish processing.
[0077]
When finishing is completed (Y in S122), the driving force transmission gear is engaged again (S123), and the electric motor 3 is rotated in the direction of releasing the tightening force (S124), so that the tightening force of the work is relaxed. Is done. When the chuck reaches the open end, the second spring member 27 is deformed, and the output torque increases. This output torque is detected (Y in S125), and the electric motor is stopped (S126). Thereafter, the driving force transmission gear is released (S127), the chuck is released, and the initial state is returned (S128).
[0078]
In the above roughing and finishing processes, the tightening force can be changed without removing the work from the chuck. Further, the clamping force of the chuck can be controlled with high precision. For this reason, the processing accuracy of the work can be improved, and the processing efficiency can be significantly increased.
[0079]
【The invention's effect】
In the chuck driving device according to the present invention, the drawbar is configured to be moved in the axial direction via an elastic body configured by combining a plurality of elastic members having different elastic coefficients, and the drawbar is deformed. The rotation speed of the electric motor is changed or / and the electric motor is stopped based on the value of the output torque of the electric motor. For this reason, the clamping force of the chuck can be controlled with high accuracy.
[0080]
In addition, the elastic body is configured by combining a first spring member having a large elastic coefficient and a second spring member having a small elastic coefficient, and the second spring member is held by the chuck with a minimum grip of a workpiece. By configuring so as to generate elasticity that generates a force, the tightening force can be changed without removing the work, and roughing and finishing can be performed continuously. Thereby, work efficiency and processing accuracy can be improved.
[0081]
In addition, a screw shaft portion is supported by a thrust bearing inside a rotating housing that is integrally rotated with the main shaft, and the draw bar is driven through a pair of drive members, thereby driving the draw bar. Also, the elasticity of the elastic body does not act on the bearing for rotating the main shaft. For this reason, the spindle rotation bearing is not damaged.
[0082]
In addition, by arranging the pair of driving members in the radial direction and holding an elastic body over these driving members in a bridging manner, the axial dimension of the device can be set small, and the device can be downsized. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall sectional view of a chuck driving device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part taken along line II-II in FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG.
4 is a sectional view of a main part of the chuck driving device shown in FIG.
5 is a cross-sectional view of a main part showing a state where the draw bar has been moved without holding the work from the state shown in FIG. 4;
6 is a cross-sectional view of a main part showing a state where a second spring member has been deformed from the state shown in FIG. 5;
7 is a cross-sectional view of a main part showing a state in which the first spring member has been deformed from the state shown in FIG. 6 and a clamping force has been applied to the chuck;
FIG. 8 is a diagram showing a deformation characteristic of the elastic body according to the present invention.
FIG. 9 is a flowchart in a case where roughing and finishing are continuously performed using the chuck driving device according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram corresponding to FIG. 9, showing changes in output and rotation speed of the electric motor.
[Brief description of reference numerals]
1 chuck drive
2 Drawbar
3 Electric motor
5 Torque detection means
6 control means
10 Driving force transmission means
11 Driving force transmission means
12 Driving force transmission means
13 Driving force transmission means
21 Elastic body
26 Elastic member
27 Elastic member

Claims

電動モータの回転駆動力によってドローバーを軸方向に移動させ、チャックを開閉駆動するチャックの駆動装置であって、
上記電動モータの回転駆動力を軸方向駆動力に変換して上記ドローバーを移動させる駆動力伝達手段と、
上記電動モータの出力トルクを検出するトルク検出手段と、
上記トルク検出手段からの出力トルクに基づいて上記電動モータの回転速度を制御する制御手段とを備え、
上記駆動力伝達手段は、弾性係数の異なる複数の弾性部材を組み合わせて構成される弾性体を介して上記ドローバーを軸方向に移動させるように構成されているとともに、
上記制御手段は、上記弾性体の変形にともなう上記電動モータの出力トルクの値に基づいて、上記電動モータの回転速度を変更し又は／及び上記電動モータを停止させるように構成されている、チャックの駆動装置。A chuck driving device for moving the draw bar in the axial direction by the rotational driving force of the electric motor and driving the chuck to open and close,
Driving force transmitting means for converting the rotational driving force of the electric motor into an axial driving force to move the draw bar,
Torque detection means for detecting the output torque of the electric motor,
Control means for controlling the rotation speed of the electric motor based on the output torque from the torque detection means,
The driving force transmission means is configured to move the draw bar in the axial direction via an elastic body configured by combining a plurality of elastic members having different elastic coefficients,
A chuck configured to change a rotation speed of the electric motor or / and stop the electric motor based on a value of an output torque of the electric motor due to the deformation of the elastic body; Drive.

上記駆動力伝達手段は、
主軸の端部においてスラスト軸受を介して回転可能かつ軸方向移動不可能に保持されるネジ軸部と、
上記ネジ軸部に上記電動モータから回転駆動力を伝達する回転駆動力伝達機構と、
外周部に第１の保持部を有し、内周ネジ部が上記ネジ軸部に螺合させられるとともに相対回転不可能に保持されて、上記ネジ軸部の回転によって軸方向に移動させられる第１の駆動部材と、
上記第１の保持部に対向する第２の保持部を有し、端部が上記ドローバーに連結されるとともに、上記第１の駆動部材に対して軸方向相対移動可能に保持される第２の駆動部材と、
上記第１の保持部と上記第２の保持部に掛け渡し状に保持されるとともに、上記第１の駆動部材と上記第２の駆動部材の軸方向相対変位によって弾性変形させられる上記弾性体とを備えて構成される、請求項１に記載のチャックの駆動装置。The driving force transmitting means,
A screw shaft portion that is rotatably held via a thrust bearing at the end of the main shaft and cannot move in the axial direction,
A rotational driving force transmitting mechanism that transmits rotational driving force from the electric motor to the screw shaft portion,
A first holding portion is provided on an outer peripheral portion, and an inner peripheral screw portion is screwed to the screw shaft portion and held so as not to be relatively rotatable, and is axially moved by rotation of the screw shaft portion. 1 driving member;
A second holding portion opposed to the first holding portion, an end portion of which is connected to the draw bar, and which is held movably in an axial direction relative to the first driving member; A driving member;
An elastic body which is held in a bridging manner between the first holding portion and the second holding portion, and which is elastically deformed by an axial relative displacement of the first driving member and the second driving member; The chuck driving device according to claim 1, further comprising:

上記回転駆動力伝達機構は、上記電動モータの駆動力伝達経路を断続させることのできるクラッチ装置を備えて構成されている、請求項２に記載のチャックの駆動装置。The chuck driving device according to claim 2, wherein the rotation driving force transmission mechanism includes a clutch device that can connect and disconnect the driving force transmission path of the electric motor.

上記弾性体は、弾性係数の大きい第１のバネ部材と、弾性係数の小さい第２のバネ部材とを組み合わせて構成された圧縮バネである、請求項１から請求項３のいずれかに記載のチャックの駆動装置。4. The elastic body according to claim 1, wherein the elastic body is a compression spring configured by combining a first spring member having a large elastic coefficient and a second spring member having a small elastic coefficient. 5. Drive device for chuck.

上記第２のバネ部材を、上記チャックにワークの最低把持力が生じる弾力が発生するように構成した、請求項４に記載のチャックの駆動装置。The chuck driving device according to claim 4, wherein the second spring member is configured to generate elasticity that generates a minimum gripping force of the work on the chuck.

上記第１の駆動部材の外周を囲むように配置した大径皿バネから上記第１のバネ部材を構成するとともに、上記第１のバネ部材の側部周方向に所定間隔で配置した複数の小径皿バネから上記第２のバネ部材を構成した、請求項４又は請求項５のいずれかに記載のチャックの駆動装置。The first spring member is constituted by a large-diameter disc spring disposed so as to surround the outer periphery of the first drive member, and a plurality of small diameter members arranged at predetermined intervals in a side circumferential direction of the first spring member. The chuck driving device according to claim 4, wherein the second spring member is formed from a disc spring.

電動モータによってドローバーを軸方向に移動させることによって、チャックを開閉駆動するチャックの駆動方法であって、
弾性係数の大きな第１の弾性部材と弾性係数の小さい第２の弾性部材を組み合わせて構成される弾性体を介して上記ドローバーを移動させる一方、
上記弾性体の変形にともなう電動モータの出力トルクを検出し、上記電動モータの回転速度を変更し又は／及び上記電動モータを停止させる、チャックの駆動方法。A chuck driving method for opening and closing the chuck by moving the draw bar in the axial direction by an electric motor,
While moving the draw bar via an elastic body configured by combining a first elastic member having a large elastic coefficient and a second elastic member having a small elastic coefficient,
A method of driving a chuck, comprising detecting an output torque of an electric motor due to deformation of the elastic body, changing a rotation speed of the electric motor, and / or stopping the electric motor.

上記電動モータの出力トルクが設定されたトルクに達したときに制御信号を出力することにより、上記電動モータの回転速度を所定の値に変更し又は／及び上記電動モータを停止させる、請求項７に記載のチャクの駆動方法。8. The method according to claim 7, further comprising: outputting a control signal when the output torque of the electric motor reaches a set torque, thereby changing a rotation speed of the electric motor to a predetermined value and / or stopping the electric motor. 6. The method of driving a chak described in 1. above.

チャックがワークを把持しない状態において、上記電動モータを高速で回転させて上記ドローバーを駆動する高速駆動工程と、
チャックがワークを把持して上記第２の弾性部材が変形することにより生じる電動モータの出力トルクを検出して、上記電動モータの回転速度を減速する回転速度減速工程と、
上記第２の弾性体が変形限度に達した後に、上記第１の弾性体を変形させながら低速でワークを締め付けるワーク締め付け工程と、
所定の出力トルクが検出されたとき、電動モータの回転を停止するとともに、上記電動モータの回転駆動力伝達経路を切断し、上記弾性体の弾力が作用した状態で上記ドローバーを保持する締め付け保持工程とを含む、請求項７又は請求項８のいずれかに記載のチャックの駆動方法。In a state where the chuck does not grip the workpiece, a high-speed driving step of driving the draw bar by rotating the electric motor at high speed,
A rotation speed reduction step of detecting the output torque of the electric motor caused by the chuck gripping the workpiece and deforming the second elastic member, and reducing the rotation speed of the electric motor;
A work tightening step of tightening the work at a low speed while deforming the first elastic body after the second elastic body reaches a deformation limit;
When a predetermined output torque is detected, the rotation of the electric motor is stopped, the rotation driving force transmission path of the electric motor is cut, and the drawbar is held in a state where the elasticity of the elastic body is applied. The chuck driving method according to claim 7, comprising:

上記締め付け保持工程において設定された荒加工用の締め付け力でワークをチャックに保持してワークの荒加工を行う荒加工保持工程と、上記電動モータの回転駆動力伝達経路を接続するとともに、上記電動モータをワークの締め付け力解除方向に低速で回転させ、上記ドローバーに第２の弾性体の弾力が作用する領域内で電動モータを停止させて上記ワークを仮保持する締め付け力弛緩工程と、
上記電動モータをワークの締め付け方向に再度回転させ、上記荒加工保持工程より小さい仕上加工用の締め付け力をワークに作用させた状態で電動モータを停止させるとともに、上記電動モータの回転駆動力伝達経路を切断してワークを保持する再締め付け工程と、
上記仕上加工用の締め付け力でワークをチャックに保持して仕上加工を行う仕上加工保持工程とを含む、請求項９に記載のチャックの駆動方法。The roughing and holding step of holding the work on the chuck with the roughening tightening force set in the tightening and holding step and performing the roughing of the work, and connecting the rotation driving force transmission path of the electric motor and the electric motor Rotating the motor at a low speed in the direction of releasing the tightening force of the work, stopping the electric motor in a region where the elasticity of the second elastic body acts on the draw bar, and temporarily tightening the work to temporarily hold the work,
The electric motor is rotated again in the work tightening direction, and the electric motor is stopped in a state in which a work-tightening force smaller than the rough machining holding step is applied to the work, and a rotational driving force transmission path of the electric motor is provided. Re-tightening process to cut and hold the work,
The chuck driving method according to claim 9, further comprising: a finishing work holding step of performing finishing by holding the work on the chuck with the tightening force for finishing.

ワークの加工終了後、上記電動モータの回転駆動力伝達経路を接続し、電動モータを締め付け力解除方向に高速で回転させる締め付け力解除工程を含む、請求項７から請求項１０のいずれかに記載のチャックの駆動方法。The method according to any one of claims 7 to 10, further comprising a tightening force releasing step of connecting the rotation driving force transmission path of the electric motor after the work is completed, and rotating the electric motor at a high speed in the tightening force releasing direction. Driving method of the chuck.