JP3238218B2 - 放電加工機の主軸角度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、放電加工機の主軸の
割出し角度を検出する装置に関するもので、特にその角
度検出装置の装着位置に特徴がある装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】放電加工機におけるワークの加工には、
円筒状の工具を用いて主軸を中程度の回転数で回転させ
ながら行う加工と、主軸の中心に対して非対称な工具を
用いて主軸を一定の角度に割り出した状態で固定して行
う加工とがある。この両者の加工における主軸の回転と
割出しとを同一のモータで行うことは技術的に無理があ
るので、主軸を所望の速度で回転させる回転モータと低
速でかつ正確な回転角制御が可能な割出しモータとを組
み合わせて用いている。通常回転モータは絶縁体を介し
て主軸スピンドルに直結されており、割出しモータは減
速機とクラッチとを介して主軸スピンドルに連結されて
いる。

【０００３】従来、回転モータとしてスピードコントロ
ールモータが用いられ、割出しモータとしてロータリエ
ンコーダを内蔵したサーボモータやパルスモータが用い
られており、主軸の角度をロータリエンコーダの分解能
より高い精度で割り出す必要上、割出しモータと主軸と
の間に減速機を介在させ、また主軸の連続回転加工時に
割出しモータが過大な速度で回転して破損するのを防止
するため、連続回転加工時にはクラッチで割出しモータ
を主軸スピンドルから切り離すようにしている。

【０００４】図４は上記構造の従来の放電加工機の主軸
構造の一例を示したもので、主軸スピンドル１は主軸ハ
ウジング２に絶縁スリーブ３を介して固定されたベアリ
ング受け４にベアリング５、６を介して回転自在に軸支
されており、主軸スピンドル１の下端には加工電極を装
着したツールホルダ７が自動工具交換装置などによって
装脱される。

【０００５】主軸スピンドル１の上端には導電リング１
１が固定され、この導電リング１１に給電ブラシ１２か
ら極間電流が供給されている。導電リングの上方には連
結軸１３が固定され、この連結軸に主軸スピンドルの角
度を保持するためのブレーキ１４が装着され、さらにノ
イズ対策用の絶縁体１５を介して主軸スピンドル１を回
転させる回転モータ１６が連結される。エンコーダ１７
を備えた割出しモータ１８はクラッチ１９及び減速機２
０を介して連結されている。

【０００６】従来の構造ではクラッチ１９が切り離され
るとエンコーダ１７の検出角度と主軸スピンドル１の角
度との相関関係が消失してしまうので、主軸スピンドル
１の外周一箇所に埋設された磁石８と主軸ハウジング２
に固定されたリードセンサ９とを用いた原点検出装置３
７が設けられている。この原点検出センサは検出精度が
高くないため、通常さらに機械的なメカニカルロック機
構４０が設けられている。主軸スピンドル１を加工位置
あるいは工具交換位置に割り出すときは、クラッチ１９
を接続したあと主軸スピンドル１を原点検出装置３７で
検出される位相原点に一旦復帰させ、さらにメカニカル
ロック機構４０で位置決めしてからこの位置を原点とし
て主軸スピンドル１を割り出す。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の装置では、主軸
スピンドル１の割出しの際に、割出しモータ１８の回転
が減速機２０及びクラッチ１９を介して主軸スピンドル
１に伝達されるが、フィードバック信号として用いてい
るエンコーダ１７の出力パルスは割出しモータ１８の回
転角を検出しているにすぎず、主軸スピンドル１の割出
し角度が指令どおり正確に割り出されたかどうかは確認
していない。実際問題として減速機２０が内包するバッ
クラッシュやクラッチ１９の滑り、あるいはエンコーダ
１７と主軸スピンドル１との間に介在する部材の捻じれ
変形が主軸スピンドル１の割出し精度に影響を与え、主
軸スピンドル１の位置決め精度は減速機２０やクラッチ
１９で生ずる誤差分だけ低下する。

【０００８】またクラッチ１９が切られるとエンコーダ
１７の検出角度と主軸スピンドル１の角度との相関関係
が消失してしまうため、クラッチ１９を断続する度に主
軸の原点位相を検出しなければならず、エンコーダ１７
にアブソリュートエンコーダや原点検出機能を有するエ
ンコーダを用いても、その検出値が全く意味のないもの
になってしまう。

【０００９】以上のように従来の構造では、高精度なエ
ンコーダ１７を用いて割出しモータ１８を正確に位置決
めしたとしても、割出しモータ１８と主軸スピンドル１
との間で生ずる各種の誤差により、主軸スピンドル１の
位置決め精度を高くできないという問題があった。また
工具交換などのためにクラッチ１９を切る度に主軸スピ
ンドル１の原点位置検出を繰り返さなければならず、エ
ンコーダ１７としてアブソリュート形や原点検出機能付
きのものを用いても意味がないため、主軸スピンドル１
の原点位置決めのための原点検出装置３７やメカニカル
ロック機構４０が不可欠であった。この発明はこのよう
な問題を解決することを課題としており、放電加工機の
主軸スピンドルをより高い精度で角度位置決めする技術
手段を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の放電加工機の
主軸角度検出装置は、極間電流を供給する給電ブラシ１
２に接触する導電リング１１を備えた主軸スピンドル１
に絶縁体を介して回転モータ１６が接続されると共にク
ラッチ１９を介して割出しモータ１８が接続されている
放電加工機の主軸角度検出装置において、主軸ハウジン
グ２にベアリング５、６で軸支されている主軸スピンド
ル１の上端に導電リング１１が固定され、この導電リン
グ１１の上方に隣接して短円筒状の絶縁体２３が固定さ
れ、スケールリング２６と検出ヘッド２７とからなる角
度検出装置３６のスケールリング２６が上記絶縁体２３
の外周に固定されていることを特徴とするものである。
角度検出装置３６としては、アブソリュート形や原点検
出機能付きインクリメンタル形のものを用いることがで
きる。

【００１１】

【作用】放電加工機において正確な角度位置決めが要求
されるのはツールである。従って種々の誤差の介入を防
止するためには、主軸スピンドル１のツールホルダ装着
側端部においてその角度位置を検出するのが最も好まし
い。しかしながら放電加工機では主軸スピンドル１から
ツールホルダ７に大きな加工電流が流れるため、角度検
出装置を主軸スピンドル１に設けたときには、加工電流
が変動したときのノイズにより、角度検出装置の電気系
に誤動作を生じさせてしまう。特に磁気スケールを用い
た角度検出装置を用いることは全く不可能である。

【００１２】この発明では主軸スピンドル１に加工電流
を供給するための導電リング１１の反主軸スピンドル側
に隣接して絶縁リング２３を設け、この絶縁リングに主
軸スピンドル角度検出用のスケールリング２６を設ける
ことにより、加工電流に影響されることなくかつツール
ホルダ７に最も近い位置で主軸スピンドル１の角度を検
出するようにしている。上記の絶縁体２３は角度検出装
置３６の電気系にノイズを与える電流を遮断するととも
に、この絶縁体２３を介して主軸スピンドル１と回転モ
ータ１６や割出しモータ１８を連結することにより、モ
ータ１６、１８に対するノイズも防止する作用をなして
いる。

【００１３】またこの発明の装置では、角度検出装置３
６が主軸スピンドル１の角度を直接検出しているので、
角度検出装置３６の検出信号を読み取れなくなる速度で
主軸スピンドル１が回転する場合を除き、角度検出装置
３６の検出値と主軸スピンドル１の角度との間の相対関
係が消失してしまうということがない。そのためたとえ
ば工具交換後に主軸の原点復帰を行う必要もなくなる。
また角度検出装置３６としてアブソリュート形や原点検
出機能付きインクリメンタル形のものを用いてやれば、
主軸の原点検出装置やメカニカルロック機構を設ける必
要がなくなる。

【００１４】

【実施例】図１及び図２はこの発明の角度検出装置を備
えた放電加工機の主軸ヘッド部分を示した図で、図１は
模式的な図、図２はより具体的な断面図である。ツール
ホルダ７が固定される主軸スピンドル１は、図４の従来
装置と同様に主軸ハウジング２に絶縁スリーブ３を介し
て装着されたベアリング受け４にベアリング５、６で軸
支されており、その上端にボルト２１で銅などの良導体
で形成された導電リング１１が固定され、この導電リン
グの上端にボルト２２でセラミックス製の絶縁リング２
３が固定されている。

【００１５】主軸ハウジング２には、導電リング１１を
囲んで絶縁ホルダ２４が設けられ、この絶縁ホルダに給
電ブラシ１２が放射方向に摺動自在に、かつ図示されな
いスプリングで導電リング１１に向けて付勢されて、装
着されている。また絶縁リング２３の外周には磁気スリ
ットを設けた円筒状のスケールリング２６が固着され、
そのスリットを検出するための検出ヘッド２７が主軸ハ
ウジング側に固定して設けられている。

【００１６】絶縁リング２３の上面には軸方向のナット
材２８が埋設されており、このナット材２８に螺合する
ボルト２９で連結フランジ３１が固定されている。連結
フランジ３１の上面にはボルト３２で薄い可撓性のある
連結円板３４が固定され、この連結円板３４にボルト３
５で連結軸１３が固定されている。連結軸１３の上方に
ブレーキ１４及び回転モータ１６が直結され、さらにク
ラッチ１９及び減速機２０を介して割出しモータ１８が
連結されている。

【００１７】スケールリング２６は、給電ブラシ１２か
ら与えられる放電パルスから絶縁するため本体をセラミ
ック製とし、その外周面に角度位置を示す磁気スリット
が形成されている。またこの角度検出装置３６は、検出
原理として磁気を用いているため、装置近くでの発磁性
のある材料の使用は機能上の障害を引き起こす。そのた
め検出ヘッド２７は絶縁ブラケット３８で固定してい
る。スケールリング２６として従来装置と同様な原点検
出機能を有していないインクリメンタル形のものを用い
て主軸スピンドルに従来装置と同様な原点検出装置３７
とメカニカルロック機構４０を設ける（図４と同様な構
造）こともできるが、スケールリング２６としてアブソ
リュート形のものや円周上の一点に原点スリットを設け
たインクリメンタル形のものを用いることにより、原点
検出装置３７やメカニカルロック機構４０を省略するこ
とができる。

【００１８】上記構成の主軸において、主軸スピンドル
１に装着されたツールホルダ７をある角度位置から他の
角度位置へ位置決めする場合、クラッチ１９が接続され
た状態で移動すべき角度に相当する信号が制御装置から
割出しモータ１８に送られ、割出しモータ１８の回転が
減速機２０を経て主軸スピンドル１に伝えられる。この
とき検出ヘッド２７がスケールリング２６の角度移動量
をそれに相当するパルス信号として読み取り、移動すべ
き角度に相当する信号と検出ヘッド２７より読み取られ
たパルス信号とが演算処理され、クローズドループ制御
による主軸スピンドル１の角度位置決めが実行される。

【００１９】主軸スピンドル１の指令角度位置への移動
が正確に行われたか否かは、主軸スピンドル１と実質上
一体のスケールリング２６の角度移動量を検出ヘッド２
７で読み取ることによって確認されるため、減速機２０
に内在するバックラッシュやクラッチ１９の滑りに影響
を受けることなく正確に確認することができる。従って
この角度検出装置３６が高精度で主軸スピンドル１の移
動角度を検出すれば、従来求められたような減速機やク
ラッチ単体の高い角度伝達精度は必ずしも要求されない
という利点がある。

【００２０】またこの発明の装置では、スケールリング
２６が主軸スピンドル１と実質上一体であるので、工具
交換の際にクラッチ１６を切り離してもスケールリング
２６と主軸スピンドル１の相対角度関係が変化するおそ
れはなく、スケールリング２６としてインクリメンタル
形のものを用いた場合でも、工具交換の際にクラッチ１
９を断続したあとの主軸スピンドル１の原点復帰を必要
としない。なお主軸スピンドル１を連続回転する加工後
において再び割出しが必要となったときは、最初の一回
のみ原点出しが必要である。またアブソリュート形のス
ケールリングを用いることにより、主軸スピンドル１を
一々原点に復帰させることなくその割出し角度を読み取
れるようにできる。

【００２１】主軸スピンドル１の原点位置を正確に設定
する構造として、メカニカルロック機構を用いる構造が
ある。図３はメカニカルロック機構の一例を模式的に示
したもので、主軸スピンドル１に半径方向に位置決めピ
ン４２が植立され、主軸ハウジング２にメカロックボデ
ィ４１が組み込まれており、メカロックボディ４１には
主軸スピンドル１の半径方向に進出して位置決めピン４
２を固定する溝付きキー４３が内蔵されている。この溝
付きキー４３はメカロックボディ４１に対してガタがな
い状態で摺動するようになっており、図示しないアクチ
ュエータで進退する。位置決めピン４２の先端はテーパ
ー状でも良いが、さらに高精度な位置決め精度を得たい
場合には球状にするのが有効である。

【００２２】なお溝付きキー４３をメカロックボディ４
１内でガタのない状態で摺動させるため、図３（Ｂ）に
示すように、メカロックボディ４１を分割してメカロッ
クボディ４１と溝付きキー４３との間に硬球４４を挿入
し、分割されたメカロックボディ４１の溝付きキー４３
が挿入されるべき間隔を調整することにより、溝付きキ
ー４３のスライドをガタなくかつスムーズに行うことを
可能にする構造や、同図（Ｃ）に示すように、溝付きキ
ー４３を楔形溝付きキーとし、ボディ本体と溝付きキー
４３との間に板バネ４５の力を利用した楔片４６を挿入
することにより、溝付きキー４３をガタなく摺動させる
ようにした構造が採用できる。

【００２３】主軸スピンドル１の原点位置を設定すると
きは、まず原点検出装置３７によって主軸スピンドル１
を原点位置に粗く位置決めし、溝付きキー４３を進出さ
せて位置決めピン４２に嵌合して主軸スピンドル１を固
定し、この状態で角度設定装置３６の原点を再設定す
る。

【００２４】放電加工機においては、主軸スピンドル１
に放電パルスを印加するという性質上、主軸スピンドル
１に組み込まれる電気機器はノイズ対策として絶縁処理
を施す必要があるが、角度検出装置のスケールリング２
６の本体に絶縁体であるセラミックスを用いることはこ
の点でも非常に有効である。

【００２５】以上の実施例では、角度検出装置として磁
気式の装置を用いているが、光学式のロータリエンコー
ダを用いることもできる。主軸構成部材の捻じれによる
角度位置決め精度の影響を考慮すれば、角度検出装置は
主軸スピンドル１にできるだけ近い位置に設ける必要が
あり、そのためには中空型のロータリエンコーダが適し
ていることとなる。ただし角度検出装置付近の雰囲気に
ついて言えば、光学式ロータリエンコーダの場合には油
煙や埃による誤検出を避けるために、角度検出装置を密
閉するなどの保護対策が必要となる。一方磁気式の場合
には油煙や埃に対して特別に対策を施す必要がないた
め、角度検出装置をよりコンパクトに構成できるという
利点がある。なお本発明は割出し機構のみを設けた主軸
スピンドルに対しても有効な構成である。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、主軸スピンドルの角度
をそれと実質上一体の角度検出装置によって確認できる
ため、ツールホルダの高精度な角度位置決めが主軸を構
成する系全体の剛性や減速機のバックラッシュやクラッ
チの滑りなどに影響されることなく、高い精度で実現で
きる。またツールホルダ着脱時等において主軸スピンド
ルの原点の再設定が不要となり、原点検出機能を有する
インクリメンタル形の角度検出装置やアブソリュート形
の角度検出装置を用いることにより、原点検出装置やメ
カニカルロック機構を別個に用いる必要がなくなり、主
軸スピンドルの角度割出しをより速やかに行うことがで
きるようになるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を模式的に示す側面図

【図２】主軸ハウジング部分のより詳細な実施例を示す
断面図

【図３】メカニカルロック機構の例を示す説明図

【図４】従来構造を模式的に示す側面図

【符号の説明】

１ 主軸スピンドル ２ 主軸ハウジング ５ ベアリング ６ ベアリング 11 導電リング 12 給電ブラシ 16 回転モータ 18 割出しモータ 19 クラッチ 23 絶縁リング 26 スケールリング 27 検出ヘッド 36 角度検出装置 40 メカニカルロック機構

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 極間電流を供給する給電ブラシ(12)に接
   触する導電リング(11)を備えた主軸スピンドル(1) に絶
   縁体を介して回転モータ(16)が接続されると共にクラッ
   チ(19)を介して割出しモータ(18)が接続されている放電
   加工機の主軸角度検出装置において、主軸ハウジング
   (2) にベアリング(5) 、(6) で軸支されている主軸スピ
   ンドル(1) の上端に導電リング(11)が固定され、この導
   電リング(11)の上方に隣接して短円筒状の絶縁体(23)が
   固定され、スケールリング(26)と検出ヘッド(27)とから
   なる角度検出装置(36)のスケールリング(26)が上記絶縁
   体(23)の外周に固定されていることを特徴とする、放電
   加工機の主軸角度検出装置。
2. 【請求項２】 上記角度検出装置(36)がアブソリュート
   形又は原点検出機能付きのインクリメンタル形の角度検
   出装置である、請求項１記載の放電加工機の主軸角度検
   出装置。