JP3701225B2 - 工作機械の主軸装置 - Google Patents
工作機械の主軸装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3701225B2 JP3701225B2 JP2001315674A JP2001315674A JP3701225B2 JP 3701225 B2 JP3701225 B2 JP 3701225B2 JP 2001315674 A JP2001315674 A JP 2001315674A JP 2001315674 A JP2001315674 A JP 2001315674A JP 3701225 B2 JP3701225 B2 JP 3701225B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tool
- main shaft
- spindle
- working fluid
- pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Gripping On Spindles (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハウジングに回転可能に支持された主軸を有する工作機械の主軸装置に関し、特に主軸の先端部に流体圧式の工具把持機構を備え工具ホルダを介在させずに工具を把持できる工作機械の主軸装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
工作機械には、ハウジングに回転可能に支持された主軸に工具を装着するとき予め工具を把持したホルダを主軸に装着するタイプの主軸装置と、ホルダに予め工具を把持してホルダごと主軸に工具を装着するのではなく、工具単体のまま直接的に主軸に工具を装着する、いわゆるホルダレスタイプの主軸装置とが使用される。後者のホルダレスタイプの主軸装置は特に成型金型のリブ溝等の複雑な形状のワークの加工を比較的細身の工具を用いて行う工作機械で使用されることが多い。
【0003】
さらに、ホルダレスタイプの主軸装置には、ドローバーの先端部に設けられたコレットなどによって工具のシャンク部分を把持する機械式の工具把持機構を備えたものや、作動油などの圧力媒体(作動流体)により主軸先端部に設けられた工具装着穴を弾性変形させて工具のシャンクを把持する流体圧式の工具把持機構を備えたものが含まれている。なお、本願における「先」又は「前」とは工具を把持しワーク等を加工する側を指し、「後」とはワーク等を加工する側と反対側を指すものとする。
【0004】
機械式の工具把持機構は例えば特開平8−174364号公報に記載されており、工具脱着の際に、主軸の内部にその軸線に沿って延びるドローバーの先端部に設けられたコレットにより主軸の先端部に設けられた工具装着穴内に挿入された工具のシャンク部分の把持及び解放を行う。また、流体圧式の工具把持機構は例えば特開昭62−15043号公報に記載されており、主軸の先端部に設けられた工具装着穴の周囲に圧力室を設けこの圧力室に封入された作動流体の圧力を変化させることにより工具装着穴を拡径又は縮径させ、工具装着穴に挿入された工具の脱着を行う。同様の技術は実開平5−53816号公報にも開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、ワークの加工においては、非常に高い加工精度が求められることが多くなってきている。このため、主軸の回転軸線と主軸に取り付けられた際の工具の軸線とのずれや工具の軸線方向の把持位置のずれによる実際上の工具長の変化などに起因する加工精度の悪化も問題となってきている。
【0006】
NC工作機械で自動工具交換装置を利用する場合、上記従来技術の工具把持機構は、工具装着時の工具把持位置のずれが原因となる次のような欠点を抱えている。
ドローバーの先端部に設けられたコレットを用いた工具把持機構では、ドローバーによりコレットを主軸後方に引き込んで工具を把持するため、コレットの動きに伴って工具が移動し把持位置が変化してしまうので、実際上の工具長にばらつきが生じるという問題が生じる。
【0007】
流体圧式の工具把持機構では、例えば特開昭62−15043号公報に記載されているように、ねじなどの締結具を用いて主軸の先端面に流体圧式のチャックを取り付けている。または、実開平5−53816号公報に記載されているように、流体圧式のチャックを有した工具ホルダのテーパ状のシャンクを主軸先端部の工具装着穴に挿入して、主軸に内蔵された工具クランプ手段で着脱可能に工具を工具ホルダごと把持している。したがって、流体圧式のチャックを主軸に取り付ける際に、または工具ホルダを着脱可能に主軸に装着する際に、主軸の回転軸線とチャックの中心軸線との不一致により工具の偏心回転を起こすことがあり、加工精度に悪影響を及ぼし得るという問題が生じる。
【0008】
また、特開昭62−15043号や実開平5−53816号公報に記載のチャックでは、チャックの近傍に作動流体の圧力を調節するためのねじが設けられ、作動流体通路の長さが短かい。よって、封入されている作動流体の体積が少ない。更に、高速で回転すると遠心力で圧力室や作動流体通路の容積が増える方向に変形し、作動流体の体積が少ないこともあり、圧力が下がり、工具の把持力が弱くなる。従って、通常20000回転/分以下の回転速度で使用するという制限があり、これ以上の回転速度で回転する主軸装置には使えないという問題点もある。
【0009】
また、主軸の先端部に取り付けられた流体圧式のチャックの流体圧を調節するためには、主軸先端部においてチャックに設けられた流体圧調節ねじをレンチなどにより回転させなければならない。ところが、主軸先端部の周囲にはテーブルやワークなどが配置されており作業スペースが十分とれないので、流体圧の調節を行うことが容易ではなく、作業効率を低下させる問題が存在する。また、従来の流体圧式の工具把持機構では上記のように流体圧調節を主軸先端部で行わなくてはならないので、自動工具交換装置と共に使用する場合には、機械式の工具把持機構と組み合わせて用いられることが多く、流体圧式の工具把持機構を用いる場合には工具交換の完全な自動化が困難であった。
【0010】
よって、本発明の目的は、従来技術に存する問題を解消して、ホルダレスタイプの工具把持機構を備えた工作機械の主軸装置において、工具装着の際に、工具の軸線方向の把持位置に誤差を生じさせず、主軸の回転軸線と工具の中心軸線とが一致するように工具を把持し、しかも工具の脱着が自動で容易に行えるようにすることにある。更に、高速回転しても工具の把持力の低下がないようにすることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的に鑑みて、主軸の先端部に直接的に又はそこにアダプタを固定的に取り付けて間接的に、工具装着穴をその中心軸線が主軸の回転軸線と一致するように形成し、流体圧式の工具把持機構を用いて、工具把持機構の流体圧の調節を広い作業スペースを確保しやすい主軸後方で行えるようにしたものである。
【0012】
すなわち、本発明によれば、主軸ハウジングに回転可能に支持された主軸を有する工作機械の主軸装置において、前記主軸の先端部に前記主軸の回転軸線に沿って延びる工具装着穴を形成し、前記工具装着穴周りにラジアル方向に変形可能な薄肉を隔てて圧力室を形成し、前記主軸内に形成された作動流体通路を介して前記圧力室を前記主軸の後部に設けた圧力調節装置に連結し、該圧力調節装置により前記圧力室内の作動流体の圧力を増減させて前記薄肉を弾性変形させ、前記工具装着穴が縮径、拡径することにより前記工具装着穴に挿入された工具を把持、解放するようにした工作機械の主軸装置が提供される。
【0013】
上記工作機械の主軸装置においては、前記圧力調節装置は、前記主軸の後端部に形成された押圧具挿入孔に挿入され、前記作動流体通路内の作動流体を押圧する押圧具と、該押圧具を駆動する押圧具駆動装置とを含むことが可能である。
上記工作機械の主軸装置の一実施態様では、前記押圧具駆動装置は、回転するレンチを有するモータと、該レンチを前記押圧具に係合させ、又は前記押圧具から離脱させるアクチュエータと、アクチュエータ及びモータの動作を制御する制御装置とを備えてもよい。好ましくは、この場合、前記モータは、サーボモータでなり、前記制御装置は、工具を把持するときに前記サーボモータを速度制御及び位置制御を行う第1モードで回転させ、次いでトルク制御を行う第2モードで回転させる。
【0014】
また、本発明によれば、主軸ハウジングに回転可能に支持された主軸を有する工作機械の主軸装置において、前記主軸の先端部に前記主軸の回転軸線に沿って延びる工具装着穴を形成し、前記工具装着穴周りにラジアル方向に変形可能な薄肉を隔てて圧力室を形成し、前記主軸内に形成された作動流体通路を介して前記圧力室を前記主軸の後方外部に設けた圧力調節装置に連通、遮断可能に連結し、前記圧力室と前記圧力調節装置とが連通したとき前記圧力調節装置により前記圧力室における作動流体の圧力を増減させて前記薄肉を弾性変形させ、前記工具装着穴が縮径、拡径することにより前記工具装着穴に挿入された工具を把持、解放するようにした工作機械の主軸装置が提供される。
【0015】
上記工作機械の主軸装置においては、前記作動流体通路は、逆止弁を介して前記主軸の後端部に開口しており、前記圧力調節装置は、前記主軸の後端面に着座可動な作動流体流通装置を具備し、前記作動流体流通装置は、前記主軸の後端面に着座したときに前記逆止弁を開弁させて前記作動流体通路を前記圧力調節装置に連通させ、前記圧力室内の作動流体の圧力を制御することが好ましい。
【0016】
工作機械の主軸自体の先端部に主軸の回転軸線に沿って延びる工具装着穴を形成しその周囲に圧力室を形成すれば、流体圧を変化させることにより主軸の先端部に工具を把持、解放することができるようになる。したがって、コレットを用いた工具把持機構の欠点である工具把持の際の軸線方向の把持位置のずれを生じることがなくなる。この構成に替えて、主軸の先端部に工具装着穴、圧力室、作動流体通路を予め形成したアダプタを主軸と一体になるよう固定的に取付けても良い。
【0017】
さらに、圧力室内の流体圧の調節は主軸後部に設けた圧力調節装置で行うので、主軸や主軸を支持するハウジング、ワークを支持するテーブル等が妨げとなって作業スペースが十分にとれない主軸の先端部で工具の脱着のための圧力調節を行う必要もなく、主軸への工具の脱着作業が容易になる。
また、主軸の後部に圧力調節装置が設けられるので、主軸への工具着脱の自動化が容易になる。その一例として、主軸後端面に開口した押圧具挿入孔に押圧具を挿入し、この押圧具を押圧具駆動装置によって駆動作動流体通路内の作動流体を押圧することで工具着脱の自動化が達成される。また、逆止弁を介して作動流体通路を主軸の後端面に開口させ、可動な圧力調節装置が主軸後端面に着座することにより逆止弁を開弁させて、圧力調節装置で作動流体通路内の作動流体の圧力を調節することによっても工具の着脱の自動化が達成される。したがって、流体圧式の工具把持機構を用いていながらも工具着脱の自動化が達成され、自動工具交換装置と共に使用することにより工具交換の完全な自動化を実現することができるようになる。
【0018】
更に、主軸の後部又は主軸の後方外部に圧力調節装置が設けられるので、作動流体通路が長くなり、よって封入されている作動流体の体積が多い。作動流体通路を主軸の中心に形成することもでき、この場合には遠心力の影響をほとんど受けず、作動流体通路の遠心力による拡張はほとんどない。そして、作動流体の体積が多いことから、たとえ遠心力によって作動流体の封入されている圧力室付近の体積が増えたとしても圧力の低下割合は小さい。しかも、主軸が回転すると軸受やモータからの発熱が主軸に伝達され、主軸の温度が上る。すると、主軸内の作動流体の温度も上り、作動流体が膨張し、作動流体圧力は上昇する。従って、主軸の後部又は主軸の後方外部に圧力調節装置を設けることによって、主軸が高速回転しても工具の把持力が低下しなくなる。尚、作動流体通路がチャック近傍にのみ設けられている従来技術の工具ホルダは、外気にふれて回転しているため、温度上昇はなく、作動流体の温度も上ることはない。
【0019】
主軸の先端部に工具装着穴を形成すれば、工具装着穴が予め形成されたアダプタを主軸に取り付ける必要がなくなり、すなわち主軸自体に工具装着穴が形成されるのでアダプタ取り付けの際の主軸の回転軸線と工具装着穴の中心軸線とのずれの発生が防止され、正確な工具の把持が可能となる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施態様を説明する。
図1は本発明による工作機械の主軸装置の断面図、図2は図1に示されている主軸の先端部の拡大断面図、図3は図1に示されている本発明による工作機械を用いた場合の工具交換動作を示しているフローチャート、図4は図3における工具把持動作の詳細を示しているフローチャート、図5は図3における工具解放動作の詳細を示しているフローチャートである。また、図6は本発明による工作機械の主軸装置に適用可能な圧力調節装置の第2の実施態様を示している要部断面図、図7は本発明による工作機械の主軸装置に適用可能な圧力調節装置の第3の実施態様を示している要部断面図、図8は本発明による工作機械の主軸装置に適用可能な圧力調節装置の第4の実施態様を示している要部断面図である。
【0021】
なお、以下の説明において「先」又は「前」とは工具を把持しワーク等を加工する側を指し、「後」とはワーク等を加工する側と反対側を指すものとする。
図1を参照すると、本発明による工作機械の主軸装置11は、主軸13と、主軸13の前部及び後部にそれぞれ設けられた軸受15により主軸13を回転可能に支持しているハウジング17とを具備している。軸受15はハウジング17に設けられた肩部と軸受押え19及び軸受押えナット21とにより定位置に固定されている。また、主軸装置11は、主軸13の外周面の中央部に固着されたロータM1と、ハウジング17の内周面に同ロータM1と半径方向に所定の間隔を隔てて対向して配設されたステータM2とを備えており、ロータM1とステータM2との電磁相互作用により主軸13をハウジング17に対して回転させることができるようになっている。
【0022】
主軸13の先端部の先端面上には主軸13の回転軸線23に沿って延びる円形断面の工具装着穴25が形成されている。より詳細には、図2に示されているように、工具装着穴25は、主軸13の先端面上に形成された円形断面の穴に挿入され溶接などの適宜の接合方法によって穴に固定された同心の円筒状スリーブ27の内孔によって形成されている。なお、スリーブ27を主軸13の先端面上に形成された穴に固定した後、スリーブ27の内周面に研削加工を施して主軸13の回転軸線23と工具装着穴25(詳細にはその内側に固定されたスリーブ27の内孔)の中心軸線とが一致するようにすることが好ましい。このように構成することによって、主軸13への工具(不図示)の取り付けがより正確に行われ、工具回転時に偏心回転が起こることが防止される。
【0023】
スリーブ27の外周面上には凹部が形成されており、スリーブ27を主軸13の先端面上に設けられた穴に挿入したときにスリーブ27の凹部が主軸13の先端部の穴の内周面と協働して、スリーブ27の内孔すなわち工具装着穴25の周りにラジアル方向すなわち半径方向に変形可能な薄肉29を隔てた圧力室31を形成する。各圧力室31は、主軸13内に形成され後方に向かって延びる作動流体通路33を介して、主軸13の後部に設けた圧力調節装置35に連結している。なお、圧力室31に封入される作動流体が主軸13の先端部の穴の内周面とスリーブ27の外周面との境界面を伝って漏出することを防止するために、圧力室31の前後端部には境界面にシール37が設置されている。圧力室31は環状であることが好ましいが周方向に分離し等間隔で配置された室でなってもよい。また、圧力室31は、図2に示されているように、工具装着穴25の軸線方向に2列に配置されていることが好ましいが、1列又は3列以上で配置されていてもよい。
【0024】
図1及び図2に示されているように、工具装着穴25の内部には、軸受押え19、主軸13及びスリーブ27を主軸装置11の半径方向に貫通して形成された空気通路39が開口している。この空気通路39には主軸装置11の外部から圧縮空気が供給され、この圧縮空気を工具装着穴25内の清掃や背圧を監視することによる工具装着確認を行うために使用する。
【0025】
次に、図1を参照して、主軸13の後部に設けられた圧力調節装置35について詳述する。
図1に示されている圧力調節装置35は、作動流体通路33内の作動流体を直接又は間接的に押圧する押圧具と、押圧具を駆動する押圧具駆動装置とを含んでいる。
【0026】
押圧具は、主軸13の後端部の後端面上に形成され作動流体通路33と連通している押圧具挿入孔41内に挿入されており、例えば図1に示されているように、作動流体通路33内まで挿入されたピストン43と、ピストン43に連結されている押圧ねじ45とから構成される。ピストン43の先端には作動流体通路33内から作動流体が漏出するのを防ぐためにシール部材47が設けられており、押圧具挿入孔41の内周面には押圧ねじ45が螺合するねじ溝が形成されている。
【0027】
押圧具駆動装置は、例えば図1に示されているように、回転軸にレンチ49(例えば六角レンチ)が取り付けられているレンチモータ51と、レンチモータ51を移動させてレンチモータ51に取り付けられたレンチ49を押圧具の押圧ねじ45の後端部に設けられた係合穴(例えば六角穴)に係合させる又はそこから離脱させるアクチュエータ53と、レンチモータ51及びアクチュエータ53の動作を制御する制御装置55とを備える。主軸装置11の後部に設けられたブラケット57に固定されたロッドシリンダなどのアクチュエータ53により移動可能に支持された可動板59上にレンチモータ51を取り付けることにより、押圧具の後端部に設けられた係合穴に対するレンチ49の係合又は離脱を行うことが可能となる。
【0028】
押圧具駆動装置はさらにレンチ49を押圧具の押圧ねじ45の係合穴に係合させて押圧具を駆動する際に主軸13の回転を停止させるロック部材61を備えている。図1に示されている実施態様では、可動板59の主軸13に対面する側にロック部材61が支持されており、アクチュエータ53により可動板59が主軸13へ向かって移動すると、ロック部材61が主軸13の後端面上に設けられた切欠き63に係合して主軸13をロックし、主軸13の回転が防止される。ロック部材61は圧縮ばねなどの弾性体65を介して可動板59に支持されることが好ましい。
【0029】
上記実施態様では、工具装着穴が主軸の先端部に一体的に形成されている場合について説明しているが、従来のように、予め工具装着穴、圧力室、作動流体通路が形成されているアダプタを主軸先端部に一体となるように固定的に取り付けることも可能であることはいうまでもない。
【0030】
次に、図3を参照して、図1に示されている工作機械の主軸装置11の工具交換動作を説明する。
工作機械のNC装置から工具交換指令が発せられると(ステップ151)、主軸装置11は、押圧具駆動装置のロック部材61が主軸13の後端面上に形成された切欠き63と係合可能となるように、主軸13を回転方向において予め定められた角度位置で停止させる(ステップ153)。なお、この角度位置においては、レンチ49が押圧具の係合穴と係合するようになっている。また、この主軸13の回転方向の位置決めはセンサ(不図示)の使用など周知技術により可能となる。さらに、工具を装着したままの状態で主軸13をX軸、Y軸、及びZ軸方向に移動して工具マガジン(不図示)の空きスペースに位置決めする(ステップ155)。
【0031】
次いで、押圧具駆動装置のレンチモータ51を降下(主軸13の後端面に向かう方向に移動)させ、主軸13の後端面上の切欠き63に押圧具駆動装置のロック部材61を係合させる(ステップ157)。これにより、主軸13はロックされて回転することができなくなる。同時に、レンチモータ51に取り付けられたレンチ49が押圧ねじ45の後端部の係合穴に係合する。
【0032】
ステップ159では、レンチモータ51が逆回転を行い、押圧具を押圧具挿入孔41内で主軸13の後方に押圧具駆動装置へ向かって移動させ、作動流体通路33内で後方へ向かって押圧具のピストン43を移動させる。それにより、作動流体通路33内及びそれに連通している圧力室31内に封入された作動流体の圧力が下降して、圧力室31と工具装着穴25の間の薄肉29が工具装着穴25の内部に向かって膨らんだ状態から工具装着穴25のラジアル方向に外側へ向かって弾性変形し、移動する。その結果、工具装着穴25が拡径して工具装着穴25に把持されていた工具を解放し、工具を工具マガジンに収納する。
【0033】
次いで、工具を把持していない状態で、主軸13がX軸、Y軸、及びZ軸方向に移動して所望される工具の収納位置に位置決めされ、工具装着穴25に新たな工具が挿入される(ステップ161)。
ステップ163では、押圧具駆動装置のレンチモータ51が正回転を行い、押圧具を押圧具挿入孔41内で主軸13の前方へ向かって移動させ、作動流体通路33内で前方へ向かって押圧具のピストン43を移動させる。それにより、作動流体通路33内及びそれに連通している圧力室31内に封入された作動流体の圧力が上昇して、圧力室31と工具装着穴25の間の薄肉29が工具装着穴25のラジアル方向に内側へ向かって弾性変形し、移動する。その結果、工具装着穴25が縮径して工具装着穴25内に挿入されている工具を把持する。
【0034】
工具を工具装着穴25に把持すると、押圧具駆動装着のレンチモータ51を上昇(主軸13の後端面から離れる方向に移動)させ、レンチモータ51に取り付けられたレンチ49を押圧ねじ45の後端部の係合穴から離脱させる(ステップ165)。同時に、主軸13の後端面の切欠き63に係合している押圧具駆動装置のロック部材61も切欠き63から離脱する。
【0035】
以上のステップを経て工具交換が行われ、工具交換が終了した後に新たな工具での加工が開始される(ステップ167)。
ところで、図1に示されている本発明の工作機械の主軸装置11の実施態様で使用されるレンチモータ51には、(1)押圧具の押圧ねじ45を早く回転させすぎて破損させることを防止するための速度制御と、(2)押圧具の押圧ねじ45を予め定めた範囲の位置に位置決めするための回転方向における角度位置の制御と、(3)作動流体通路33及び圧力室31内において予め定められた圧力を発生させることを保証するためのトルク制御との3つの制御が要求される。しかしながら、レンチモータ51として一般に使用され得るサーボモータは3つの制御を同時に行うことができない。そこで、上記実施態様では、サーボモータが「トルクリミット機能」という予め設定したトルクが発生したときに信号を発生する機能を備えていることを利用して、速度制御と位置制御を同時に行う第1モードと、トルク制御のみを行う第2モードの2つのモードを切り換えて上記の要求される制御を行う。
【0036】
以下で、図4及び図5を参照して、上記制御を行う場合のレンチモータ51の正回転及び逆回転の工程をより詳細に説明する。
最初に、図4を参照して、レンチモータ51の正回転すなわち工具把持の工程を説明する。工具把持の工程は標準締め工程と増し締め工程の2つの工程に分離して実行される。標準締め工程の際の第1設定トルク及び第1設定回転速度と、増し締め工程の際の第2設定トルク及び第2設定回転速度は予め定められるものとする。
【0037】
工具把持工程の標準締め工程が開始されるにあたって、先ず、第1モードに切り換え、速度制御及び位置制御を有効にし、予め定められた標準締めトルクをトルクリミット値として設定する。次に、第1設定回転速度(例えば押圧ねじ45を1000mm/分で移動させる回転速度)でレンチモータ51を正方向(ねじを締める方向)に回転させる(ステップ169)。トルクが第1設定トルクに達するとレンチモータ51(サーボモータ)はトルクリミット機能によりトルクリミット信号を発生させ、レンチモータ51の回転を停止させる(ステップ171)。このとき、レンチモータ51の回転方向の角度位置すなわち押圧ねじ45の位置が予め定められた範囲あることを確認する(ステップ173)。
【0038】
例えば、レンチモータ51の回転方向の角度位置が予め定められた範囲の最小値に達していなければ押圧ねじ45のかじりが考えられ、或いは予め定められた範囲の最大値を超えていれば押圧ねじ45の係合穴とレンチ49との係合が不十分で空転が起こった可能性が考えられる。よって、レンチモータ51の回転角度位置が予め定められた範囲に入っていないときは異常発生信号を発生させることが好ましい。
【0039】
レンチモータ51の回転方向の角度位置が予め定められた範囲に入っていることが確認された場合には、レンチモータ51(サーボモータ)の制御モードを第2モードに切り換え、トルク制御を有効にする。次いで、レンチモータ51の正方向の回転を再開し、レンチモータ51のトルクが第1設定トルクを越えてから予め定められた時間(例えば2秒)の経過後にレンチモータ51の回転を停止させる、すなわち第1設定トルクをかけた状態で予め定められた時間だけレンチモータ51を正回転させる(ステップ175)。
【0040】
以上の標準締め工程が終了すると、次いで増し締め工程が行われる。増し締め工程は標準締め工程とほぼ同様の工程であり、工程が開始されるにあたって、先ず、第1モードに切り換え、速度制御及び位置制御を有効にし、予め定められた増し締めトルクをトルクリミット値として設定する。次に、第2設定回転速度(例えば押圧ねじ45を100mm/分で移動させる回転速度)でレンチモータ51を正方向に回転させ(ステップ177)、トルクが第2設定トルクに達するとレンチモータ51(サーボモータ)はトルクリミット機能によりトルクリミット信号を発生させ、レンチモータ51の回転を停止させる(ステップ179)。このとき、レンチモータ51の回転方向の角度位置すなわち押圧ねじ45の位置が予め定められた範囲あることを確認する(ステップ181)。レンチモータ51の回転方向の角度位置が予め定められた範囲に入っていることが確認された場合には、レンチモータ51(サーボモータ)の制御モードを第2モードに切り換え、トルク制御を有効にする。次いで、レンチモータ51の正方向の回転を再開し、レンチモータ51のトルクが第2設定トルクを越えてから予め定められた時間(例えば2秒)の経過後にレンチモータ51の回転を停止させる(ステップ183)。以上で増し締め工程が終了する。
【0041】
増し締め工程終了後、レンチモータ51を主軸13から離す方向に移動する前に、次の工具解放工程でレンチ49を押圧具の押圧ねじ45の係合穴へ確実に係合させることができるように、レンチモータ51の回転方向の角度位置を記憶しておく(ステップ185)。
次に、図5を参照して、レンチモータ51の逆回転すなわち工具解放の工程を説明する。なお、工具把持工程において予め定められた第1設定トルク及び第1設定回転速度、第2設定トルク及び第2設定回転速度に加えて、以下で使用される第3設定回転速度が予め定められているものとする。
【0042】
工具解放工程が開始されるにあたって、先ず、第1モードに切り換え、速度制御及び位置制御を有効にし、工具把持工程において設定された第2設定トルクより大きなトルクをトルクリミット値として設定する。次に、第2設定回転速度でレンチモータ51を逆方向(ねじを緩める方向)に回転させる(ステップ187)。レンチモータ51が予め定められた回転角度だけ回転し、押圧具の押圧ねじ45を予め定められた距離だけ主軸13の後端面に向かって移動させたら、レンチモータ51の回転を停止させる(ステップ189)。次いで、第3設定回転速度(例えば押圧ねじを3000mm/分で移動させる回転速度)でレンチモータ51を逆方向に予め定められた回転角度だけ回転させ(ステップ191)、押圧具の押圧ねじ45をホームポジションまで戻しレンチモータ51の回転を停止させる(ステップ193)。通常は、次の工具把持工程が完了するまでレンチ49を押圧ねじ45の係合穴から離脱させることはないが、保全等の場合にはレンチ49を押圧ねじ45の係合穴から離脱させることがあるので、回転停止時におけるレンチモータ51の回転方向の角度位置を記憶しておく(ステップ195)。以上で工具解放工程が終了する。
【0043】
図1及び図2に示されている実施態様では、主軸13の先端面上に形成された穴に外周面上に凹部が形成された円筒状スリーブ27を挿入することにより工具装着穴25が形成されているが、工具装着穴周りにラジアル方向に弾性変形可能な薄肉を隔てた圧力室を備えたアダプタを別個に形成し、このアダプタを主軸と一体となるよう固定的に主軸の先端部に取り付けてもよい。この場合にもアダプタを主軸に取り付けた後に、工具装着穴の中心軸線が主軸の回転軸線と一致するように工具装着穴の内周面を研削することが好ましい。また、主軸と完全に一体成形で工具装着穴及びその周りにラジアル方向に弾性変形可能な薄肉を隔てて形成された圧力室を設けることも可能である。
【0044】
図6〜図8には図1に示されている実施態様とは異なるタイプの圧力調節装置の実施態様が示されている。
図6に示されている圧力調節装置71は、主軸13の後端部の後端面上に形成され作動流体通路33と連通した押圧具挿入孔41に挿入された押圧具と、主軸13の軸線方向に進退可能なロッド73を有したアクチュエータ75からなる押圧具駆動装置とを備えている。
【0045】
押圧具は、ピストン77と、押圧具挿入孔41に挿入されこれを封鎖するエンドキャップ79とを含んでいる。エンドキャップ79の主軸13の内部側には穴81が形成されており、この穴81の頂部には止め栓83が螺合されている。エンドキャップ79の穴81と止め栓83とによって規定される空間内にはピストン77が挿入されており、同空間を2つに分割している。分割された空間のうちのアクチュエータ75側に位置する空間は接続通路85を介して作動流体通路33と連通しており、その内部に作動流体が充満している。
【0046】
ピストン77により分割された他方の空間には作動流体の圧力を高める方向にピストン77を付勢する圧縮ばね87が設置されており、作動流体通路33内及び圧力室31内の作動流体はピストン77により工具把持を行うように付勢されている。一方、ピストン77からはエンドキャップ79の底面を貫通して主軸13の外部に突出するロッド77aが延びており、アクチュエータ75が圧縮ばね87の付勢力に逆らってこのロッド77aを主軸13の先端部へ向かって押圧することにより作動流体通路33を介して圧力室31内の作動流体の圧力が降下し、工具装着穴25から工具を解放することが可能となる。
【0047】
図7に示されている圧力調節装置91は、図6に示されているものと同様に、主軸13の後端部の後端面上に形成され作動流体通路33と連通した押圧具挿入孔41に挿入された押圧具と、主軸13の軸線方向に進退可能なロッド93を有したアクチュエータ95からなる押圧具駆動装置とを備えている。押圧具はピストン97からなり、同ピストン97は主軸13の後端面に取り付けられ押圧具挿入孔41を封鎖するエンドキャップ99を貫通してアクチュエータ95へ向かって主軸13の外部に延びるロッド97aを有している。
【0048】
押圧具挿入孔41においてピストン97とエンドキャップ99との間に形成される空間にはピストン97を主軸13の前方へ向かって付勢する圧縮ばね101が設置されており、ピストン97により作動流体通路33を介して圧力室31内の作動流体の圧力を増加させ工具把持を行うように付勢している。一方、ピストン97から延びるロッド97aとアクチュエータ95から延びるロッド93とはそれらの端部において回転可能に係合しており、アクチュエータ95が圧縮ばね101の付勢力に逆らってピストン97をアクチュエータ95へ向かって引きつけることにより、作動流体通路33を介して圧力室31内の作動流体の圧力が降下し、工具装着穴25から工具を解放することが可能となる。なお、図6に示されている圧力調節装置71と同様に、圧縮ばね101は工具装着穴25内に挿入された工具を把持するのに十分な流体圧を圧力室31内の作動流体に発生させるばね力を有している。
【0049】
図8を参照すると、作動流体通路33がばね103と鋼球105とによって構成された逆止弁107を介して主軸13の後端部の後端面上に開口している。すなわち、主軸13の後端部に取り付けられ主軸13の後端面を形成するエンドキャップ109に設けられ主軸13の作動流体通路33に貫通している開口111は、ばね103により後方へ向かって付勢された鋼球105により通常は閉鎖されている。一方、主軸13の後方外部には、アクチュエータ113によって駆動されて主軸13の後端面に着座することができる作動流体流通装置115を備えた圧力調節装置117が設けられている。この作動流体流通装置115は主軸13の後端面に着座したときに逆止弁107を開弁させて作動流体通路33を圧力調節装置117と連通させ、圧力調節装置117により圧力室31内の作動流体の圧力を制御することを可能とさせるものである。
【0050】
図8に示されている作動流体流通装置115は、内部に空洞119が形成されているハウジング121と、このハウジング121に保持されている開弁体123とを備えている。
ハウジング121内の空洞119は圧力調節装置117と連通しておりその内部に作動流体が充満していると共に、主軸13の後端面に面するハウジング121の壁には貫通孔125が設けられており貫通孔125を通して空洞119内の作動流体がハウジング121の外部に流通できるようになっている。
【0051】
開弁体123は、通常、貫通孔125を封鎖するように圧縮ばね127により付勢されている。また、開弁体123はハウジング121の貫通孔125を通って主軸13の後端面へ向かって延びる突出部123aを備えており、作動流体流通装置115が主軸13の後端面に着座したときに開弁体123の突出部123aがエンドキャップ109の開口111に挿入され逆止弁107の鋼球105を押し返して、逆止弁107を開弁させると同時に逆止弁107のばね103の付勢力によって開弁体123もハウジング121の貫通孔125を開通させる方向に移動させられる。この結果、作動流体流通装置115のハウジング121内の空洞119を介して作動流体通路33と圧力調節装置117とが連通する。
【0052】
こうして、作動流体流通装置115が主軸13の後端面に着座すると作動流体通路33と圧力調節装置117とが連通するので、圧力調節装置117により作動流体通路33を介して圧力室31内の作動流体の圧力を制御することによって、工具装着穴25に挿入された工具の把持又は解放を行うことが可能になる。
【0053】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、コレットを用いた工具把持機構の欠点である工具把持の際の軸線方向の把持位置のずれを生じることがなくなり、主軸の回転軸線と工具の中心軸線とのずれによる工具の偏心回転が防止され、工作機械において高精度の加工が可能となる。また、主軸や主軸を支持するハウジング等が妨げとなって作業スペースが十分にとれない主軸の先端部で工具の脱着のための圧力調節を行う必要もなく、主軸への工具の脱着作業が容易になり、主軸への工具着脱の自動化が容易になる。
【0054】
また、工具を把持する薄肉部を構成する圧力室から主軸後部又は主軸の後方外部に設けた圧力調節装置までの作動流体通路が比較的長く、封入されている作動流体の体積が多いこと、及び作動流体通路が温度上昇のある主軸内を通っているので作動流体が昇温して膨張することから、遠心力による工具把持力の低下がない。よって、主軸装置を高速回転域でも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による工作機械の主軸装置の断面図である。
【図2】図1に示されている主軸の先端部の拡大断面図である。
【図3】図1に示されている本発明による工作機械を用いた場合の工具交換動作を示しているフローチャートである。
【図4】図3における工具把持動作の詳細を示しているフローチャートである。
【図5】図3における工具解放動作の詳細を示しているフローチャートである。
【図6】本発明による工作機械の主軸装置に適用可能な圧力調節装置の第2の実施態様を示している要部断面図である。
【図7】本発明による工作機械の主軸装置に適用可能な圧力調節装置の第3の実施態様を示している要部断面図である。
【図8】本発明による工作機械の主軸装置に適用可能な圧力調節装置の第4の実施態様を示している要部断面図である。
【符号の説明】
11…主軸装置
13…主軸
23…回転軸線
25…工具装着穴
29…薄肉
31…圧力室
33…作動流体通路
35…圧力調節装置
41…押圧具挿入孔
43…ピストン
45…押圧ねじ
47…シール部材
49…レンチ
51…レンチモータ
53…アクチュエータ
55…制御装置
71…圧力調節装置
91…圧力調節装置
107…逆止弁
115…作動流体流通装置
117…圧力調節装置
Claims (3)
- 主軸ハウジングに回転可能に支持された主軸を有する工作機械の主軸装置において、前記主軸の先端部に前記主軸の回転軸線に沿って延びる工具装着穴を形成し、前記工具装着穴周りにラジアル方向に変形可能な薄肉を隔てて圧力室を形成し、前記主軸内に形成され前記圧力室から延びる作動流体通路に前記主軸の後部においてピストンを挿入し、前記ピストンを押圧して進退させることにより前記作動流体通路を介して前記圧力室内の作動流体の圧力を増減するための押圧ねじを前記主軸に螺合し、前記主軸の外部に、アクチュエータにより前記押圧ねじに係合及び離脱可能なレンチと、前記レンチが前記押圧ねじに係合したとき前記レンチを回転駆動して前記押圧ねじにより前記ピストンを進退させるためのモータとを設け、制御装置により前記アクチュエータ及びモータの動作を制御して前記圧力室内の作動流体の圧力を増減させて前記薄肉を弾性変形させ、前記工具装着穴が縮径、拡径することにより前記工具装着穴に挿入された工具を把持、解放するようにしたことを特徴とする工作機械の主軸装置。
- 前記モータは、サーボモータでなり、前記制御装置は、工具を把持するときに前記サーボモータを速度制御及び位置制御を行う第1モードで回転させ、次いでトルク制御を行う第2モードで回転させる請求項1に記載の工作機械の主軸装置。
- 主軸ハウジングに回転可能に支持された主軸を有する工作機械の主軸装置において、前記主軸の先端部に前記主軸の回転軸線に沿って延びる工具装着穴を形成し、前記工具装着穴周りにラジアル方向に変形可能な薄肉を隔てて圧力室を形成し、前記主軸内に形成され前記圧力室から延びる作動流体通路に前記主軸の後部においてピストンを挿入し、前記ピストンを押圧して前記作動流体通路を介して前記圧力室内の作動流体の圧力を高める方向に前記ピストンを付勢するばね手段を前記主軸内に設け、前記主軸の外部に前記ばね手段の付勢力に抗して前記ピストンを移動させて前記圧力室内の作動流体の圧力を低くするアクチュエータを設け、制御装置により前記アクチュエータの動作を制御して前記圧力室内の作動流体の圧力を増減させて前記薄肉を弾性変形させ、前記工具装着穴が縮径、拡径することにより前記工具装着穴に挿入された工具を把持、解放するようにしたことを特徴とする工作機械の主軸装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001315674A JP3701225B2 (ja) | 2000-10-16 | 2001-10-12 | 工作機械の主軸装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000315165 | 2000-10-16 | ||
JP2000-315165 | 2000-10-16 | ||
JP2001315674A JP3701225B2 (ja) | 2000-10-16 | 2001-10-12 | 工作機械の主軸装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002192411A JP2002192411A (ja) | 2002-07-10 |
JP3701225B2 true JP3701225B2 (ja) | 2005-09-28 |
Family
ID=26602144
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001315674A Expired - Fee Related JP3701225B2 (ja) | 2000-10-16 | 2001-10-12 | 工作機械の主軸装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3701225B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017114536B3 (de) * | 2017-02-07 | 2018-07-05 | Schunk Gmbh & Co. Kg Spann- Und Greiftechnik | Verfahren und Vorrichtung zum Betätigen einer Hydro-Dehnspanneinrichtung |
JP7006909B2 (ja) * | 2017-08-25 | 2022-01-24 | 株式会社 神崎高級工機製作所 | ワーク支持具及びこれを備えた歯車加工装置 |
WO2022044215A1 (ja) * | 2020-08-27 | 2022-03-03 | 黒田精工株式会社 | 液圧式クランプ装置、液圧式クランプ装置におけるワーク把持開始点検出方法、ワーク把持開始点検出装置及びワーク把持方法 |
KR102404346B1 (ko) * | 2021-03-26 | 2022-05-31 | 박문선 | 디버링 장치 및 이를 이용한 디버링 시스템 |
-
2001
- 2001-10-12 JP JP2001315674A patent/JP3701225B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002192411A (ja) | 2002-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4773290A (en) | Caliper machining apparatus and method | |
US6663548B2 (en) | Spindle unit for a machine tool | |
JP4628427B2 (ja) | 工具アンクランプ装置 | |
KR102580289B1 (ko) | 콜렛 홀더와 툴 어댑터 사이의 인터페이스 | |
US6139028A (en) | Electric chuck for machine tool and method of opening or closing gripping pawl of same | |
JP3701225B2 (ja) | 工作機械の主軸装置 | |
JPH11333607A (ja) | 主軸用ツールホルダクランプ装置 | |
JP4765790B2 (ja) | 砥石車の着脱構造 | |
JP2696296B2 (ja) | 筒形アタッチメント | |
JP4107912B2 (ja) | 工作機械の主軸装置 | |
JPH0248171Y2 (ja) | ||
JP2001009607A (ja) | 工作機械の電動チャックにおける潤滑油供給装置 | |
JP2857102B2 (ja) | スピンドル装置 | |
JPS6317639Y2 (ja) | ||
JP4119552B2 (ja) | 工具保持具 | |
JPS6221403Y2 (ja) | ||
JPH0346242B2 (ja) | ||
JPH03213243A (ja) | 工作機械の主軸冷却装置 | |
JPH0536609Y2 (ja) | ||
JPH1119848A (ja) | 工作機械の主軸台 | |
JPH0243644Y2 (ja) | ||
JPH0321883Y2 (ja) | ||
JPS6024484Y2 (ja) | 工具補正装置 | |
JPS60123242A (ja) | 工具交換保持装置 | |
SU1161267A1 (ru) | Устройство дл зажима заготовок |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041101 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041207 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050128 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050614 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050712 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3701225 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080722 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090722 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090722 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100722 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110722 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110722 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120722 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120722 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130722 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |