JP2006326804A

JP2006326804A - 自動工具交換可能なエアマイクロ装置

Info

Publication number: JP2006326804A
Application number: JP2005157403A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsui; 貴史松井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】一対の出口ノズルが設けられた測定ヘッドを主軸先端に着脱可能に装着し、工具にクーラントを供給するために主軸軸線上に設けられた流体路から該測定ヘッドに一定圧力のエアを供給するようにした自動工具交換可能なエアマイクロ装置を提供する。
【解決手段】工具が主軸３先端の装着穴９に装着されると、クーラント供給装置３６が主軸の軸線上に設けられた流体路２１に接続されて工具にクーラントが供給される。一対の出口ノズルが設けられた測定ヘッド１０が装着穴に装着されると、定圧エア供給装置３７が流体路に接続されて測定ヘッドに一定圧力のエアが入口ノズル３９を介して供給される。入口ノズルと出口ノズル３３との間の背圧が圧力センサ４６により検出され、この背圧に基づいて一対の出口ノズルが対向する二面間の寸法が測定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、主軸の先端に形成された装着穴に測定装置の測定ヘッドを装着する自動工具交換可能な測定装置に関するものである。

特許文献１には、ＮＣ加工プログラムに基づいて加工を行う工作機械の主軸に装着され、工作物との接触を検出するタッチセンサが開示されている。かかるタッチセンサは、工具と交換してタッチプローブＴｐが主軸に装着され、タッチプローブＴｐの先端に設けられたスタイラスＳの変位により、スタイラスＳがワークＷに形成された穴内周面等に接触したことを検出し、この検出位置の主軸のＸ，Ｙ方向の座標値を読み込み、これら座標値に基づいて穴の内径、中心等を計測している。タッチプローブＴｐは、内部に電池を備え、接触信号は赤外線送信機ＴＲにより制御側のレシーバヘッドＲＨに送信される。レシーバヘッドＲＨは、ケーブルＣによりインターフェースＩＦを介してＮＣ装置と接続されている。
特公昭６２−２６４８５１号公報（第１頁、第５図）

上記従来装置では、接触検出、接触信号の送信等のために、タッチプローブＴｐに電池を内蔵しているので、この電池を定期的に交換しなければならいという問題があった。また、スタイラスＳがワークＷの穴内周面等と接触した位置の主軸のＸ，Ｙ方向の座標値を読み込み、これら座標値に基づいて穴の内径等を算出するので、測定精度が主軸の位置精度の影響を受ける。さらに、スタイラスＳがワークＷの穴内周面等と接触するとき、オーバシュートを避けるために主軸とワークＷとの相対送り速度を遅くする必要があるとともに、穴径等を測定するためには、スタイラスが穴内周面に接触する２箇所以上の位置での主軸の座標値を求める必要があり、穴径等の計測に時間がかかることとなる。

本発明は、一対の出口ノズルが設けられた測定ヘッドを主軸先端に着脱可能に装着し、工具にクーラントを供給するために主軸軸線上に設けられた流体穴から該測定ヘッドに一定圧力のエアを供給するようにした自動工具交換可能なエアマイクロ装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、先端に形成された装着穴に工具が装着される主軸がハウジングに回転駆動可能に軸承され、該主軸にはクーラント供給装置と接離される流体路が主軸軸線上に設けられ、前記工具が前記装着穴に装着されたとき、前記流体路が前記工具に形成されたクーラント穴に連通して該工具にクーラントを供給するようにした主軸装置において、前記装着穴に着脱可能に装着され、先端部に一対の出口ノズルが開口し、該一対の出口ノズルと連通するエア路が後端部に開口する測定ヘッドと、該測定ヘッドが前記装着穴に装着されたとき、前記エア路と前記流体路とを連通させる連通手段と、一定圧力のエアを供給する定圧エア供給装置と、前記工具が前記装着穴に装着されたとき、前記クーラント供給装置を前記流体路に接続し、前記測定ヘッドが前記装着穴に装着されたとき、前記定圧エア供給装置を入口ノズルを介して前記流体路に接続する切替弁と、前記入口ノズルと前記出口ノズルとの間の背圧を検出する圧力センサとを備えたことである。

請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記測定ヘッドは、前記装着穴に着脱可能に装着され、前記エア路の後部が後端部に開口するホルダと、該ホルダに半径方向および軸線方向にフローティング可能に支承され前記一対の出口ノズルおよび該一対の出口ノズルと連通する前記エア路の前部が設けられたノズル体と、該ノズル体が前記ホルダに対して所定量後退されると、前記エア路の前部と後部との連通を遮断する弁手段とを備えたことである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、工具が主軸先端の装着穴に装着されると、クーラント供給装置が主軸の軸線上に設けられた流体路に接続されて工具にクーラントが供給され、一対の出口ノズルが設けられた測定ヘッドが装着穴に装着されると、定圧エア供給装置が流体路に接続されて測定ヘッドに一定圧力のエアが入口ノズルを介して供給され、入口ノズルと出口ノズルとの間の背圧が圧力センサにより検出され、この背圧に基づいて一対の出口ノズルが対向する二面間の寸法が測定される。

これにより、測定ヘッドは電池を内蔵する必要がなくなり、電池の定期的な交換から解放される。また、入口ノズルと出口ノズルとの間の背圧に基づいて一対の出口ノズルが対向する二面間の寸法が直接測定されるので、測定精度が主軸の位置精度の影響を受けることがない。さらに、一対の出口ノズルを二面間に対向させるだけで、二面間の寸法を短時間で測定することができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明によれば、装着穴に着脱可能に装着されるホルダに、一対の出口ノズルが設けられたノズル体が半径方向および軸線方向にフローティング可能に支承されているので、一対の出口ノズルを二面間の寸法が測定される被測定物の二面にスムーズに対向させることができる。一対の出口ノズルに連通するエア路の前部および後部が、ホルダおよびノズル体に夫々設けられ、何らかの異常でノズル体がホルダに対して所定量以上後退されると、エア路の前部と後部とが弁手段で遮断され、入口ノズルと出口ノズルとの間の背圧の異常上昇が圧力センサにより検出されるので、測定ヘッドを被測定物に接近させるときに、ノズル体が被測定物に当接して移動を拘束されているにも拘らず、ノズル体を被測定物に向かって無理に移動させて装置を破損させるようなことを防止することができる。

以下、本発明に係る主軸装置の実施形態を図面に基づいて説明する。図１において、工作機械に装備される主軸装置１は、ハウジング２に主軸３が軸受４，５により回転可能に軸承され、ハウジング２の大径部７に設けられた収納穴にはモータ６が嵌合固着され、モータ６の出力軸８は主軸３に嵌合され回転連結されている。主軸３の先端にはテーパ状の装着穴９が穿設され、該装着穴９に測定ヘッド１０のホルダ１１に形成されたテーパ部１２が挿入された状態で工具クランプ機構１３が後方移動されると、工具クランプ機構１３の係合爪１４がホルダ１１に後端面から凹設された後端穴１５の係合部と係合してホルダ１１を後方に引っ張り、テーパ部１２を装着穴９に嵌着させてホルダ１１延いては測定ヘッド１０を主軸３先端に装着する。

主軸３には貫通穴１６が軸線上に貫通して穿設され、工具クランプ機構１３に先端で連結されたドローバー１７が貫通穴１６に挿通されている。貫通穴１６の途中から後方に形成された大径穴には圧縮スプリング１８が収納され、この圧縮スプリング１８がドローバー１７の後端に設けられたバネ受けと大径穴の前端段差との間に予圧縮されて介在され、ドローバー１７を後方に付勢している。ホルダ１１をアンクランプして装着穴９から抜き出すときは、ハウジング２の大径部７後端に装架されたシリンダ装置１９のピストン２０がドローバー１７の後端を圧縮スプリング１８のばね力に抗して前方に押動し、工具クランプ機構１３がドローバー１７により前方に移動されて係合爪１４が後端穴１５の係合部を解放する。

ドローバー１７には、流体路２１が軸線上に貫通して穿設されている。ドローバー１７の先端部には、工具クランプ機構１３のカム部材４９が固定され、カム部材４９の軸線には流体路２１と連通する連通穴２２が貫通して穿設されている。カム部材５５の外周には係合爪１４を収容するカム溝が軸線方向に刻設され、カム溝の先端部には先端に向かって外方に傾斜するカム面が形成されている。係合爪１４の後端部外側面に突設された係止部は、主軸３の貫通穴１６内周面に刻設された環状溝に係入されている。従って、装着穴９にホルダ１１のテーパ部１２が挿入された状態で、カム部材４９がドローバー１７を介して圧縮スプリング１８のばね力により後方移動されると、係合爪１４がカム面により外方に押し出されてホルダ１１の後端穴１５の係合部と係合し、ホルダ１１を後方に引っ張って装着穴９に装着する。シリンダ装置１９によりドローバー１７が前方に押動され、カム部材４９が前方に移動されると、係合爪１４は貫通穴１６の環状溝により前方移動を規制されるので、係合爪１４の先端部内側面がカム面から開離し、係合爪１４の先端部が内側に回動可能となって後端穴１５の係合部を解放する。

ホルダ１１には、後述するエア路２３の後部２３ｒと連通する筒状の連通体２４が後端穴１５内で後方に突設され、測定ヘッド１０のホルダ１１が装着穴９に装着されたとき、連通体２４が連通穴２２と嵌合し、エア路２３が流体路２１と連通される。連通穴２２および連通体２４により、測定ヘッド１０が装着穴９に装着されたとき、エア路２３を流体路２１と連通させる連通手段２５が構成されている。

流体路２１の後端部は拡径してドローバー１７の後端面に摺動穴２６として開口し、摺動穴２６には、ロータリジョイント２７の回転側２７ａが摺動可能に嵌合されている。ピストン２０には取付け穴が軸線上に貫通して穿設され、この取付け穴にロータリジョイント２７の固定側２７ｂが嵌合して固定されている。

図２に示すように、測定ヘッド１０のホルダ１１には前端面側から順に収納穴２８、弁穴２９およびエア路２３の後部２３ｒが軸線上に穿設され、収納穴２８には先端にテーパ部が形成されたノズル体３０が半径方向および軸線方向にフローティング可能に支承されている。ノズル体３０は、軸線方向に間隔をおいて収納穴２８との間に介在された２個のリング状の弾性部材３１によってホルダ１１に半径方向および軸線方向にフローティング可能に支承され、ノズル体３０の外周に収納穴２８内で突設されたフランジと収納穴２８底面との間に介挿された圧縮スプリング３２のばね力により前進端に付勢されている。

ノズル体３０の先端部は、測定する穴径より僅かに小径の既知寸法を有する基準直径に正確に加工され、エアマイクロの一対の出口ノズル３３が直径の両端で先端部外周面に開口している。ノズル体３０の後端部には、ノズル体３０が所定量後退されると、弁穴２９と嵌合して収納穴２８の底部とエア路２３の後部２３ｒとの連通を遮断する弁部３４が突設されている。ノズル体３０の軸線上には、一対の出口ノズル３３と連通するエア路２３の前部２３ｆが穿設され、エア路２３の前部２３ｆの後端は弁部３４に直径方向に穿設された穴により弁部３４の外周面に開口し、収納穴２８の底部と連通している。弁穴２９および弁部３４等により、ノズル体３０がホルダ１１に対して所定量後退されると、エア路２３の前部２３ｆと後部２３ｒとの連通を遮断する弁手段３５が構成されている。

ロータリジョイント２７の固定側２７ｂには、クーラント供給装置３６および定圧エア供給装置３７が切替弁３８を介して接続され、切替弁３８は、工具が装着穴９に装着されたとき、クーラント供給装置３６を流体路２１に接続し、測定ヘッド１０が装着穴９に装着されたとき、定圧エア供給装置３７を入口ノズル３９を介して流体路２１に接続する。このように、流体路２１は主軸３の軸線上に設けられ、クーラント供給装置３６と切替弁３８によって接離される。

クーラント供給装置３６は、タンク４０に貯溜されたクーラントをモータ４１により回転駆動されるポンプ４２によって汲み上げ、逆止弁４３およびクーラント側に切り替えられた切替弁３８を介して流体路２１に圧送する。定圧エア供給装置３７は、工場エア等のエア源４４から供給される加圧エアを減圧弁４５によって一定圧力に減圧し、一定圧力のエアを入口ノズル３９および定圧エア側に切り替えられた切替弁３８を介して流体路２１に供給する。入口ノズル３９と切替弁３８との間には、入口ノズル３９と出口ノズル３３との間の背圧を検出する圧力センサ４６が接続されている。エア源４４と切替弁３８との間には、開閉弁４７および逆止弁４８が定圧エア供給装置３７と並列に接続されている。

次に、上記実施形態の作動について説明する。図略の自動工具交換装置によって主軸３の装着穴９に挿入された工具が、工具クランプ機構１３により装着穴９に嵌着されると、主軸３がモータ６により回転駆動され、主軸装置１が図略の送り装置により工作物に対して相対移動され、工具によって工作物が加工される。このとき、切替弁３８はクーラント側に切り替えられ、クーラント供給装置３６から逆止弁４３、切替弁３８を通って圧送されるクーラントが、回転する主軸３の軸線上に設けられた流体路２１にロータリジョイント２７を経由して供給され、工具に穿設されたクーラント穴を通って刃先に供給される。工具による穴加工が終了すると、モータ４１が停止されポンプ４２からクーラントの供給が停止されるとともに、開閉弁４７が僅かな期間だけ開状態にされ、エア源４４から高圧エアがロータリジョイント２７を介して流体路２１に供給されて工具の刃先から噴出され、流路内に残留するクーラントを排出する。

工具によって加工された穴の直径を測定するために、自動工具交換装置により工具が装着穴９から抜き出され、測定ヘッド１０のホルダ１１が装着穴に挿入され、シリンダ装置１９のピストン２０が後退されてドローバー１７が圧縮スプリング１８のばね力により後退され、工具クランプ機構１３の係合爪１４がホルダ１１の後端穴１５の係合部と係合してホルダ１１を後方に引っ張り、測定ヘッド１０が装着穴９に装着される。このとき、ホルダ１１に設けられた連通体２４が連通穴２２と勘合し、一対の出口ノズル３３と連通するエア路２３が、ドローバー１７に穿設された流体路２１と連通される。その後、切替弁３８が定圧エア側に切り替えられ、減圧弁４５により一定圧力に減圧されたエアが入口ノズル３９、切替弁３８を通って流体路２１にロータリジョイント２７を介して供給され、一対の出口ノズル３３から噴出される。

主軸装置１が送り装置により工作物に対して相対移動され、測定ヘッド１０のノズル体３０の先端部が加工穴に挿入され、一対の出口ノズル３３が加工穴の内周面と対向する。このとき、ノズル体３０は、加工穴に対して僅かに芯ズレしていても、弾性部材３１により半径方向にフローティングして加工穴にスムーズに挿入される。一対の出口ノズル３３と加工穴内周面との間の隙間の合計に比例して入口ノズル３９と出口ノズル３３との間の背圧が変化し、この背圧が圧力センサ４６によって検出される。一対の出口ノズル３３と加工穴内周面との間の隙間の合計は、加工穴の直径とノズル体３０先端部の基準直径との差に等しいので、圧力センサ４６により検出された背圧と基準直径とから加工穴の直径が求められる。

ノズル体３０が、加工穴との芯ズレが大きい等の理由で加工穴に挿入されない状態で、主軸装置１が工作物に向かって接近されると、ノズル体３０が圧縮スプリング３２のばね力に抗して後退され、ノズル体３０の弁部３４がホルダ１１の弁穴２９とし嵌合し、エア路２３の後部２３ｒと前部２３ｆとが遮断され、背圧が異常に上昇する。背圧の異常上昇が圧力センサにより検出されると、主軸装置１の工作物に対する接近が停止され、主軸装置１などの破損が防止される。

加工穴の測定が完了すると、ホルダ１１が自動工具交換装置により把持され、シリンダ装置１９のピストン２０が前進されてドローバー１７の後端を押圧し、ドローバー１７が圧縮スプリング１８のばね力に抗して前進され、工具クランプ機構１３の係合爪１４がホルダ１１の後端穴１５の係合部から離脱してホルダ１１を解放する。自動工具交換装置は測定ヘッド１０を装着穴９から抜出して次の加工に使用する工具を装着穴９に挿入する。以下、前述の作動と同様の作動が繰り返される。

上記実施の形態では、ノズル体３０は、穴径を測定するために、先端部の直径を測定する穴径より僅かに小径の基準寸法に加工されたプラグとしているが、工作物の円柱部の外径Ｄを測定する場合、図３に示すようにノズル体３０をＣ型フレーム５０とし、円柱部を挟む対向基準面５１の間隔を測定される外径Ｄより僅かに大径の基準寸法に加工し、一対の出口ノズル３３を円柱部の直径の両端に向かって開口させるようにしてもよい。

また、図４に示すように、ノズル体３０を先端に段部を有するブロック５２とし、段をなす２個の基準面５３の段差を測定される段部の段差Ｈより僅かに小さい基準段差に加工し、一対の出口ノズル３３を段差Ｈをなす２面に向かって基準面５３に開口させるようにしてもよい。この場合、主軸装置１が送り装置により工作物に対して相対移動され、ブロック５２の先端が測定される段部に当接してノズル体３０が圧縮スプリング３２のばね力に抗してホルダ１１に対して僅かに後退され、基準面５３のいずれか一方が段差Ｈをなす２面のいずれか一方と当接する。基準面５３の他方と段差Ｈをなす２面の他方との間の隙間は、段差Ｈと基準段差との差と等しくなるので、圧力センサ４６により検出された背圧と基準段差とから段差Ｈが求められる

自動工具交換可能な測定装置を備えた主軸装置の縦断面図。第１の実施形態に係る測定ヘッドの縦断面図。第２の実施形態に係るノズル体の要部を示す図。第３の実施形態に係るノズル体の要部を示す図。

符号の説明

１…主軸装置、２…ハウジング、３…主軸、６…モータ、８…出力軸、９…装着穴、１０…測定ヘッド、１１…ホルダ、１２…テーパ部、１３…工具クランプ機構、１５…後端穴、１６…貫通穴、１７…ドローバー、１８…圧縮スプリング、１９…シリンダ装置、２１…流体路、２２…連通穴、２３…エア路、２３ｒ…エア路の後部、２３ｆ…エア路の前部、２５…連通手段、２７…ロータリジョイント、２８…収納穴、２９…弁穴、３０…ノズル体、３１…弾性部材、３２…圧縮スプリング、３３…出口ノズル、３４…弁部、３５…弁手段、３６…クーラント供給装置、３７…定圧エア供給装置、３８…切替弁、３９…入口ノズル、４４…エア源、４５…減圧弁、４６…圧力センサ、５０…フレーム、５１…対向基準面、５２…ブロック、５３…基準面。

Claims

先端に形成された装着穴に工具が装着される主軸がハウジングに回転駆動可能に軸承され、該主軸にはクーラント供給装置と接離される流体路が主軸軸線上に設けられ、前記工具が前記装着穴に装着されたとき、前記流体路が前記工具に形成されたクーラント穴に連通して該工具にクーラントを供給するようにした主軸装置において、
前記装着穴に着脱可能に装着され、先端部に一対の出口ノズルが開口し、該一対の出口ノズルと連通するエア路が後端部に開口する測定ヘッドと、
該測定ヘッドが前記装着穴に装着されたとき、前記エア路と前記流体路とを連通させる連通手段と、
一定圧力のエアを供給する定圧エア供給装置と、
前記工具が前記装着穴に装着されたとき、前記クーラント供給装置を前記流体路に接続し、前記測定ヘッドが前記装着穴に装着されたとき、前記定圧エア供給装置を入口ノズルを介して前記流体路に接続する切替弁と、
前記入口ノズルと前記出口ノズルとの間の背圧を検出する圧力センサとを備えたことを特徴とする自動工具交換可能なエアマイクロ装置。
請求項１において、前記測定ヘッドは、前記装着穴に着脱可能に装着され、前記エア路の後部が後端部に開口するホルダと、該ホルダに半径方向および軸線方向にフローティング可能に支承され前記一対の出口ノズルおよび該一対の出口ノズルと連通する前記エア路の前部が設けられたノズル体と、該ノズル体が前記ホルダに対して所定量後退されると、前記エア路の前部と後部との連通を遮断する弁手段とを備えたことを特徴とする自動工具交換可能なエアマイクロ装置。