JP3818695B2

JP3818695B2 - Spindle device

Info

Publication number: JP3818695B2
Application number: JP13419596A
Authority: JP
Inventors: 広志鳴瀬; 伸二植竹; 秀和平野; 史郎秋山; 正典中安; 邦夫菅原
Original assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-05-02
Filing date: 1996-05-02
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2016-05-02
Also published as: JPH09295247A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、切削工具が着脱可能に装着される主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術における切削工具が着脱可能に装着されている主軸装置には、例えば特願平７−１６３７６号のようなものがある。
その主軸装置は、主軸先端に形成されたテーパ穴に着脱自在に嵌着される切削工具のテーパシャンクを把持・解放するシャンク把持部と、主軸とに対し回転方向には一体的で、軸線方向には滑動自在に嵌合し、軸線方向進退によりシャンク把持部を開閉するシャンク把持部作動部材と、主軸に対し回転自在に同心的に嵌着される環状ナット部材、環状ナット部材の外周面の係止凹部に対し係合離脱自在に主軸ハウジングに設けられ、係合により環状ナット部材を回転不能に締着したり、離脱により環状ナット部材を解放したりするクランプ用ピストンと、環状ナット部材に外周が螺合すると共に、シャンク把持部作動部と結合した工具クランプ作動駒とを具備している。
【０００３】
そして、上記の従来の技術の主軸装置においては、所定の回転原位置に停止している主軸に対して、切削工具交換で工具を装着する場合は、クランプ用ピストンを環状ナット部材の外周面の係止凹部に係合させて環状ナット部材を回転不能状態にしてから、主軸を低速回転させることにより、回転不能状態の環状ナット部材に対して螺合している工具クランプ作動駒を回転させる。
【０００４】
すると工具クランプ作動駒は、軸線方向に変位し、それによりシャンク把持部作動部材も工具クランプ作動駒と共に変位する結果、シャンク把持部は閉じて切削工具のテーパシャンクを把持する。その際、切削工具のテーパシャンクを適正に把持した状態では、主軸の回転は所定のトルクに達する。それからクランプ用ピストンを環状ナット部材の外周面の係止凹部から離脱させ、環状ナット部材を主軸と共に回転可能状態にしてから主軸の回転により加工が行われる。
【０００５】
通常、主軸駆動装置には、主軸の所定の回転原位置停止のための機能、即ちオリエンテーション機能が具備されてはいるが、適正な把持のための所定のトルクに達するまで回転した主軸の角度位相を確認する機能は具備されていない。
そこで、図１４に示すように、主軸装置には、主軸ハウジングに設けられ、環状ナット部材１７の回転角度位相を検出する減速用近接スイッチ２１・定位置確認用近接スイッチ１９及び環状ナット部材１７の外周面に設けられた減速用近接スイッチ対応の第１ターゲット２２・定位置確認用近接スイッチ１９対応の第２ターゲット２０が具備されている。
【０００６】
第２ターゲット２０が定位置確認用近接スイッチ１９に対向した位相関係では、クランプ用ピストン１８が環状ナット部材１７の外周面の係止凹部１７ａに係合する状態にあり、第１ターゲット２２が減速用近接スイッチ２１に対向すると、主軸４は、停止させられ、且つ寸動低速回転するようになっている。
【０００７】
そして、加工が完了後の切削工具交換において、所定回転原位置に停止した主軸から切削工具を取り外す場合は、切削工具把持において所定トルクに達するまでの低速回転した分を補償するように主軸４を回転させなければ、クランプ用ピストン１８が環状ナット部材１７の外周面の係止凹部１７ａに係合し得ない。
しかし、切削工具のテーパシャンクの形状・寸法やシャンク把持部の寸法等により固締完了の所定トルクに達するまでの間における主軸の回転角は一定ではない。
【０００８】
そこで、上記の従来の技術の主軸装置における工具交換に際しての主軸に対する切削工具の装着固締・装着解放について、図１２、図１３及び図１４に従って説明する。
なお、便宜上、工具交換における使用済の切削工具の主軸４からの解放に続く、次の工程で使用する新しい切削工具の主軸４への装着固締を説明した後で、その切削工具の主軸４からの装着解放を説明する。
【０００９】
図１４（ａ）に示すように、１つの切削工具による加工工程が終了した後において、工具交換で、主軸４に対し使用済切削工具の工具ホルダが取外され、新しい切削工具の工具ホルダが装着固締される時点では、主軸４は、回転原位置に回転位置決めされ、環状ナット部材１７は、突出して係止凹部１７ａに押圧係合したクランプ用ピストン１８により回転不能に主軸ハウング１に固定された状態にある。そして、シャンク把持部は、工具装着解放状態である。
【００１０】
そして、工具交換腕により使用済の切削工具が主軸４から取り外された後、新しい切削工具は、マシニングセンタの主軸４に装着されるべく、切削工具のシャンクが主軸４に挿入される。
図１２におけるプロセスに従って工具装着固締を説明する。
ステップ１
工具装着固締指令が出力される。
【００１１】
ステップ２
すると、主軸は、寸動高速回転駆動される。
主軸が左回り寸動高速回転するが、環状ナット部材１７はクランプ用ピストン１８で回転が阻止されているので、工具クランプ作動駒は後退し、工具クランプ作動駒の後退により、シャンク把持部は、切削工具のシャンクを固締する。
ステップ３
上記のようにして主軸４のみの左回り寸動高速回転が進み、装着固締が進行し、回転角θで工具クランプ作動駒の後退が阻止され、主軸４における切削工具のシャンクの装着固締完了する。（図１４（ｂ）参照）
【００１２】
ステップ４
切削工具のシャンクの装着固締完了した段階で、クランプ用ピストン１８は、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａから離脱する。
従って、環状ナット部材１７は主軸４と共に回転自在となるので、主軸４の回転を阻止するものはなく、主軸４は回転駆動され得る。（図１４（ｃ）参照）
ステップ５
かくして、回転駆動される主軸４に装着固締された新しい切削工具は、工作物に対し所望の切削加工を行う。
【００１３】
続いて、上記の工具交換時の切削工具の装着解放について説明する。
前述において主軸４に装着固締された切削工具による加工工程が終了し、主軸４は、所定の回転原位置に位置決め停止され（図１４（ｄ）参照）、次の切削工具との工具交換が行われことになると、工具装着解放が行われる。
【００１４】
図１３におけるプロセスに従って工具装着解放を説明する。
ステップ６
工具装着解放指令が出力される。
切削工具の装着解放するのには、環状ナット部材１７の固定のために環状ナット部材１７の係止凹部１７ａをクランプ用ピストン１８に対向させなければならない。しかし、主軸４は、所定の回転原位置に位置決め停止されるので、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａは、先の工具装着固締のために主軸４が左回りに回転した回転角θ（図１４（ｂ）参照）だけクランプ用ピストン１８の位置から偏位している。（図１４（ｄ）参照）
【００１５】
ステップ７
主軸４は、右回りに高速寸動回転駆動される。すると、主軸４に係止された環状ナット部材１７が一体的に右回りに高速寸動回転される。（図１４（ｄ）参照）
ステップ８
第１ターゲット２２が減速用近接スイッチ２１に対向すると、第１ターゲット２２の位置が減速用近接スイッチ２１で検出される。
【００１６】
ステップ９
第１ターゲット２２が減速用近接スイッチ２１で検出されると、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａがクランプ用ピストン１８の位置に対向するように、主軸４の高速寸動回転は止められる。（図１４（ｅ）参照）
しかし、高速寸動回転のため主軸４は、オーバーランして停止するので、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａは、クランプ用ピストン１８の位置からずれた位置になる。（図１４（ｆ）参照）
【００１７】
ステップ１０
主軸４の回転原位置からのオーバーラン停止においては、第１ターゲット２２の範囲が減速用近接スイッチ２１に対向しているので、主軸４は、左回りに低速寸動回転駆動される。
ステップ１１
第２ターゲット２０が定位置確認用近接スイッチ１９に対向すると、第２ターゲット２０の位置が定位置確認用近接スイッチ１９で検出される。
【００１８】
ステップ１２
第２ターゲット２０が定位置確認用近接スイッチ１９で検出されると、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａは、クランプ用ピストン１８の位置に対向し、主軸４の低速寸動回転は止められる。低速寸動回転のため、主軸４は、正確に回転原位置に停止する。その状態では、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａは、クランプ用ピストン１８に対向する。（図１４（ｇ）参照）
それから、クランプ用ピストン１８が突出して係止凹部１７ａに押圧係合する。
【００１９】
ステップ１３
クランプ用ピストン１８の係止凹部１７ａに対する押圧係合により、環状ナット部材１７が回転不能の状態で、主軸４は右回り回転して回転原位置に復帰位置決めされる。（図１４（ａ）参照）
この状態は、先に述べた工具交換の最初の状態であって、主軸４は、回転原位置にあり、シャンク把持部は、工具装着解放状態である。そして環状ナット部材１７は、突出して係止凹部１７ａに押圧係合したクランプ用ピストン１８により回転不能に主軸ハウング１に固定された状態にある。即ち、次の切削工具との工具交換可能状態である。
ステップ１４
前回同様に次の切削工具との工具交換が行われる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の述べたように把持された切削工具による加工が完了し、次の切削工具との交換において、使用済の切削工具を取り外す場合、所定の回転原位置で停止した主軸をクランプ用ピストンが環状ナット部材の外周面の係止凹部に係合し得るまで回転位置決めするのに際し、その位置を検出する近接スイッチを設け、近接スイッチの検出による停止での近接スイッチの誤検出を防止するべく、主軸の寸動回転を低速で行うと、作動時間が長くなり非能率である。
【００２１】
そのため、上記の従来の技術の主軸装置においては、上記の寸動回転を低速だけでなく、減速用近接スイッチ・定位置確認用近接スイッチによる二段検出による高速寸動回転と低速寸動回転とに分けて行っている。
その作動について、図１５に従って説明すると、主軸は、所定の回転原位置における停止状態の時点（Ｔ₀）から高速寸動回転駆動され（速度ＶＲ）、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａがクランプ用ピストン１８の位置に対向し、減速用近接スイッチにより第１ターゲット２２が減速用近接スイッチ２１で検出された時点（Ｔ₁）で、主軸４の高速寸動回転駆動は止められる。
【００２２】
しかし、高速寸動回転のため主軸４は、オーバーランして、時点（Ｔ₂）で停止すると共に、逆方向に低速寸動回転駆動（速度ＶＬ）され、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａがクランプ用ピストン１８の位置に対向し、第２ターゲット２０が定位置確認用近接スイッチ１９で検出された時点（Ｔ₃）で、主軸４の低速寸動回転駆動は止められ、低速寸動回転のため主軸４は環状ナット部材１７の係止凹部１７ａがクランプ用ピストン１８の位置に対向した位置に停止する。
【００２３】
オーバーランの回転角（図１５の斜線三角形面積）と低速寸動逆回転の回転角（図１５の斜線台形面積）とは等しい。Ｔ₀からＴ₁までの時間を短縮するため高速寸動回転の速度を高めると、オーバーランの回転角（図１５の三角形面積）が増大し、低速寸動逆回転の回転角（図１５の斜線台形面積）も増大する。その結果、Ｔ₂からＴ₃までの時間が増大してしまう。なお、主軸４は環状ナット部材１７の係止凹部１７ａがクランプ用ピストン１８の位置に対向した位置に停止するためには、低速寸動逆回転の速度は増大できない。
【００２４】
従って、主軸を所定の回転原位置から環状ナット部材１７の係止凹部１７ａがクランプ用ピストン１８の位置に対向する位置まで割出し回転させる時間、即ちＴ₀からＴ₃までの時間の短縮は困難である。
又、主軸駆動装置自体に主軸回転角度位相を認識する機能を具備させることは、装置として高価となる欠点がある。
この発明は、高価である主軸回転角度位相を認識する機能を具備することなく、所定回転原位置以外の所望の停止位置に主軸を効率よく回転位置決めする機能を具備した主軸装置を提供することを目的としている。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
この発明の主軸装置は、回転自在に支承された主軸；主軸を回転駆動する主軸モータ；前記主軸に設けられ、工具のシャンクを固締・解放するシャンク把持部；前記主軸に軸線方向変位自在に設けられ、その変位により前記シャンク把持部を開閉するシャンク把持部作動部材；前記主軸に対し回転自在に同心的に設けられ、内周に雌ねじ部が形成された環状ナット部材；シャンク把持部の開閉作動時に環状ナット部材を回転不能に締着する環状ナット部材締着手段；主軸に対し回転方向には一体的に、且つ軸線方向に進退自在に設けられ環状ナット部材の雌ねじ部に螺合し、シャンク把持部作動部材に結合された工具クランプ駒；前記主軸とは別に回転駆動される回転部材；及び前記主軸モータ及び前記回転部材の回転駆動を制御する制御装置から構成されている。
【００２６】
そして、前記制御装置は、前記シャンク把持部によるシャンク固締完了を前記主軸の回転駆動において判定する判定手段；前記主軸の回転に同期させて前記回転部材を制御信号上のみで回転駆動させる同期回転制御手段；シャンク固締時に、シャンク解放状態の前記主軸の回転原位置から環状ナット部材締着手段により環状ナット部材が回転不能状態でシャンク固締完了位置まで該主軸が回転する回転角を該主軸と同期回転する前記回転部材の同期回転制御信号から算出する演算手段；前記主軸の回転原位置に前記演算手段で算出した前記回転角を加味したシャンク解放開始位置を記憶する記憶手段の機能；を具備し、シャンク解放時に、シャンク固締状態の前記主軸を回転原位置から前記シャンク解放開始位置にまで回転駆動し、シャンク解放開始位置において、環状ナット部材締着手段により環状ナット部材が回転不能状態にした上で、主軸を回転原位置に回転するように作動制御するようになっている。
【００２７】
更に、別の形式の主軸装置は、前記シャンク解放開始位置を検出する検出器を併せ具備し、前記制御装置は、シャンク解放時に、シャンク固締状態の前記主軸を回転原位置から前記シャンク解放開始位置からオフセットした位置にまで回転駆動し、更に、検出器により前記シャンク解放開始位置が検出されるまで寸動回転し、シャンク解放開始位置において、環状ナット部材締着手段により環状ナット部材が回転不能状態にした上で、主軸を回転原位置に回転するように作動制御するようになっている。
【００２８】
前記主軸装置における工具交換時の工具の装着固締について述べると、主軸装置は、新旧の工具を交換する時点で、主軸が回転原位置で停止している初期状態では、シャンク把持部作動部材、即ち工具クランプ作動駒は解放位置にある。従って、シャンク把持部は解放状態にある。なお、環状ナット部材は、環状ナット締着手段と係合し得る位置にあって環状ナット締着手段により回転不能に締着されている。
新しい工具が主軸に装着されるのに際しては、工具のシャンクが主軸に挿入される。
【００２９】
そこで、主軸が回転されると、環状ナット部材締着手段により回転が阻止されている環状ナット部材に対して、主軸と共に回転する工具クランプ作動駒は主軸に対して軸線方向に固締位置に向ってに変位する。工具クランプ作動駒、即ちシャンク把持部作動部材の変位によりシャンク把持部はシャンクを固締する。
工具クランプ作動駒の変位によるシャンクの固締の完了が判定されると、主軸は停止される。
かくして、工具は主軸に装着される。
【００３０】
制御装置においては、この間の主軸の回転角が、制御信号上のみで主軸と同期回転駆動される回転部材の同期回転制御信号から算出され、主軸の回転原位置にその算出した回転角を加味したシャンク解放開始位置が記憶される。
上記のように求められる工具装着固締に要した回転原位置からの主軸の回転角は、切削工具のテーパシャンクの形状・寸法やシャンク把持部の寸法等により一定ではない。
【００３１】
そして、環状ナット締着手段は、環状ナット部材を解放し、環状ナット部材は主軸共々回転自在になる。
かくして、主軸が回転駆動されて、工具によって工作物に対して所望の加工が行われる。
【００３２】
次に、主軸装置における工具交換時の工具の装着解放について述べると、既述のように主軸に装着固締された工具による加工工程が終了し、主軸は、所定の回転原位置に位置決め停止される。
工具の装着解放するのには、環状ナット部材を、環状ナット部材締着手段により締着して回転不能状態にするべく、環状ナット部材締着手段に係合し得る位置に位置決めしなければならない。即ち、環状ナット部材と結合された状態の主軸がシャンク解放開始位置に位置決めされなければならない。
【００３３】
そこで、制御装置において、工具装着解放指令が出力されると、既述の工具装着固締時にシャンク解放開始位置を記憶する記憶手段において記憶されているシャンク解放開始位置が呼出され、回転原位置にある主軸が制御装置からの制御指令によりその位置に相当する回転角だけ回転駆動される。その結果、主軸と共に一体的に回転する環状ナット部材は、環状ナット部材締着手段に係合し得る位置に位置決めされる。
【００３４】
そして、環状ナット部材は、環状ナット部材締着手段により締着されて回転不能状態にされた上で、主軸は回転駆動されて、所定の回転原位置に回転位置決めされて停止する。
主軸が回転原位置になるまで回転されると、環状ナット部材は、環状ナット部材締着手段で回転が阻止されているので、主軸と共に回転する工具クランプ作動駒は、ねじ作用により主軸に対して軸線方向に解放位置に向ってに変位する。工具クランプ作動駒、即ちシャンク把持部作動部材の変位によりシャンク把持部はシャンクを解放する。かくして、工具は、主軸から取外し自在になる。
【００３５】
前記シャンク解放開始位置を検出する検出器を併せ具備している形式の場合の主軸装置における工具交換時の工具の装着解放について述べると、既述のように主軸に装着固締された工具による加工工程が終了し、主軸は、所定の回転原位置に位置決め停止される。
【００３６】
工具の装着解放するのには、環状ナット部材は、環状ナット部材締着手段により締着されて回転不能状態になるべく、環状ナット部材締着手段に係合し得る位置に位置決めされなければならない。即ち、環状ナット部材と結合された状態の主軸がシャンク解放開始位置に位置決めされなければならない。
【００３７】
そこで、制御装置において、工具装着解放指令が出力されると、既述の工具装着固締時にシャンク解放開始位置を記憶する記憶手段において記憶されているシャンク解放開始位置が呼出され、回転原位置にある主軸が制御装置からの制御指令によりシャンク解放開始位置からオフセットした位置に相当する回転角だけ回転駆動される。それから、検出器により前記シャンク解放開始位置が検出されるまで、主軸は寸動回転され、その結果、主軸に結合状態にある環状ナット部材は、環状ナット部材締着手段に係合し得る位置に位置決めされる。そして、環状ナット部材が環状ナット部材締着手段により締着されて回転不能状態にされた上で、主軸は回転駆動されて、所定の回転原位置に回転位置決めされて停止する。
【００３８】
主軸が回転原位置になるまで回転されると、環状ナット部材は、環状ナット部材締着手段で回転が阻止されているので、主軸と共に回転する工具クランプ作動駒は、ねじ作用により主軸に対して軸線方向に解放位置に向ってに変位し、工具クランプ作動駒、即ちシャンク把持部作動部材の変位によりシャンク把持部はシャンクを解放する。かくして、工具は、主軸から取外し自在になる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
この発明の発明の実施の形態における主軸装置を図面に従って説明する。
図１に示すように主軸ハウジング１内において、転がり軸受２により回転自在に支承された主軸４の中間部には、制御装置により制御されるビルドイン主軸モータ３が設けられ、主軸４の先端には、切削工具４０を保持する工具ホルダ４１が装着されるようになっている。
【００４０】
工具ホルダ４１内において、切削工具４０は、Ｕ軸作動棒４２の軸線方向の変位により切削工具変位機構を介して半径方向に変位され得るようになっている。切削工具変位機構としては、カム機構や楔機構等、種々の機構があるが、実施の形態としてカム溝機構４３を例示する。
主軸４には、中心に貫通孔６が形成され、貫通孔６には、工具ホルダ４１のＵ軸作動棒４２に係合離脱自在の切削工具変位用のＵ軸引張棒７が嵌挿されている。
【００４１】
貫通孔６に軸線方向滑動自在に、且つ主軸４に対し回転が拘束されて嵌挿されている切削工具変位用のＵ軸引張棒７の後端部は、主軸４から突出し、主軸ハウジング１内において回転非伝達で軸線方向に結合するカップリング３１を介してボールねじ３２に結合されている。主軸ハウジング１の後端部には、制御装置３０により制御されるＵ軸サーボモータ３３が装着され、Ｕ軸サーボモータ３３の出力軸の前端には、ボールねじ３２が螺合するボールねじナット３４が、後端には、エンコーダ３５が夫々取り付けられている。
又、主軸ハウジング１には、主軸４の後端部に対向して、その回転を検出する回転速度センサ３６が設けられている。
【００４２】
制御装置３０には、制御装置３０からの制御指令が入力されるように主軸駆動アンプ３７及びＵ軸駆動アンプ３８が接続されると共に、エンコーダ３５及び回転速度センサ３６から検出信号が入力されるようにエンコーダ３５及び回転速度センサ３６が接続されている。そして、主軸駆動アンプ３７及びＵ軸駆動アンプ３８は、制御装置３０からの制御指令に従ってビルドイン主軸モータ３及びＵ軸サーボモータ３３を制御駆動するように夫々に接続されている。
【００４３】
図示の実施の態様においては、制御装置３０に検出信号を入力するのは、回転速度センサ３６のみであるが、主軸４に図示しないクランプトルク検出手段を設け、クランプトルク検出手段からの検出信号を同様に入力するようにしてもよく、或いは回転速度センサ３６を省略して、クランプトルク検出手段のみでもよい。
【００４４】
制御装置３０は、通常のＮＣ制御装置のようにＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェース、入力ボード、表示器等から構成され、制御系としてマシニングセンターの通常の制御機能を具備すると共に、図５の３０に示すように主軸４における工具ホルダ４１の固締・解放における同期制御指令手段５１、主軸回転指令手段５２、Ｕ軸送り指令手段５３、全軸マシンロック指令手段５４、ゲート回路５５、Ｕ軸現在位置記憶手段５６、Ｕ軸座標カウント手段５７、クランプ判定手段５８、Ｕ軸スキップ位置記憶手段５９、主軸回転量演算手段６０及び回転係止位置記憶手段６１としての制御機能を具備している。
【００４５】
全軸マシンロック指令手段５４による指令で全軸マシンロックした場合において、同期制御指令手段５１による指令で主軸４と同期回転駆動される部材は、Ｕ軸引張棒７を変位させるボールねじナット３４（Ｕ軸サーボモータ３３）に限らず、マシニンングセンタにおける他の回転駆動軸（駆動モータ）にエンコーダを設けて、その回転駆動軸を利用してもよい。
【００４６】
図２、図３及び図４に従って主軸４について詳述すると、主軸４は、その先端に工具ホルダ４１のテーパシャンク４１ａの外周テーパ面が嵌着されるテーパ穴５が穿設され、貫通孔６は、テーパ穴５の底から後端に向って貫通されている。
Ｕ軸引張棒７の先端部は、二段に縮径され、第１小径部７ａ及びその先の第２小径部７ｂとなっている。このＵ軸引張棒７には、その先端部と同心的に引張スリーブ８が設けられている。
【００４７】
後端部に軸線方向の長孔９ａが直径方向対向して穿設されたカラー９は、大径部９ｂの内周面がＵ軸引張棒７の第１小径部７ａに、大径部９ｂの外周面が引張スリーブ８に、小径部９ｃの内周面が第２小径部７ｂに夫々軸線方向滑動自在に嵌合している。そして、Ｕ軸引張棒７の第１小径部７ａに巻回された圧縮コイルばね１０は、引張スリーブ８の固着基部とカラー９の後端面との間に嵌装されており、Ｕ軸引張棒７の第１小径部７ａに直径方向に植設された止めピン１１は、カラー９の長孔９ａに係合されている。従って、カラー９は、長孔９ａの範囲でＵ軸引張棒７に対して進退し得ると共に、常時、圧縮コイルばね１０により前方には付勢されている。
【００４８】
Ｕ軸引張棒７、即ち第２小径部７ｂの先端には、前鍔部及び後鍔部を構成するため、工具ホルダ４１のＵ軸作動棒４２を把持するコレット１３を保持する先端部材１２が固着されている。
カラー９の小径部９ｃの先端は、先端部材１２の先端より突出し、その内周面はテーパ面９ｄとなっている。
【００４９】
そして、先端部材１２の前鍔部・後鍔部間にその基部の内周突起が嵌まり微小移動可能に先端部材１２に取り付けられたコレット１３は、その外周テーパ面が前記カラー９のテーパ面９ｄに接しており、前記先端部材１２と、前記カラー９のテーパ面９ｄと、コレット１３とから、工具ホルダ４１のＵ軸作動棒４２の後端部に形成されたプルスタッド４２ａを把持するコレットチャックが構成されている。
【００５０】
カラー９の小径部９ｃには、クランプボール作動スリーブ１４が軸線方向滑動自在に嵌挿されている。即ち、クランプボール作動スリーブ１４には、前半部の中心孔１４ａと後半部の中心孔１４ｂとが貫通し、中心孔１４ａには、工具ホルダ４１のＵ軸作動棒４２が挿通されるようになっており、中心孔１４ｂがカラー９の小径部９ｃに嵌挿されている。
【００５１】
クランプボール作動スリーブ１４の前半部の外周面には、前縁部斜面１４ｃをもつクランプボール作動凹部１４ｄが形成されており、後半部の外周面には、工具クランプ作動駒１５及びＵ軸作動棒クランプ駒１６が前後して嵌装され、前者は、クランプボール作動スリーブ１４に形成された係合突起１４ｅに係合してクランプボール作動スリーブ１４に対し軸線方向変位が拘束されており、後者は、クランプボール作動スリーブ１４に対し軸線方向変位自在であるが、後端部がカラー９の大径部９ｂの前端段部に対向して接離し得る。
【００５２】
クランプボール作動スリーブ１４の後半部に対応する軸線方向範囲の主軸４の外周面に形成された環状溝４ａには、外径が主軸４の外径と略等しい環状ナット部材１７が回転自在に嵌装されており、環状ナット部材１７は、互に逆ねじの前半の第１ねじ部１７ａと後半の第２ねじ部１７ｂが刻設されている。主軸ハウジング１には、クランプ用ピストン１８が環状ナット部材１７の外周面に対向して半径方向に設けられている。
【００５３】
そして、環状溝４ａの底面と主軸４の貫通孔６外周面との間は、図４に示すように１２０度間隔で放射状空所２４が貫通しており、工具クランプ作動駒１５及びＵ軸作動棒クランプ駒１６の放射状のねじ部１５ａ，１６ａが放射状空所２４，２４，２４内に突出し、工具クランプ作動駒１５及びＵ軸作動棒クランプ駒１６の回転は拘束されて、ねじ部１５ａは、環状ナット部材１７ナット部材１７の第１ねじ部１７ａに、ねじ部１６ａは、環状ナット部材１７の第２ねじ部１７ｂに夫々螺合している。
【００５４】
主軸４には、先端のテーパ穴５内で貫通孔６の先端部を形成するクランプボール保持スリーブ部２５が同心に形成され、その結果、クランプボール保持スリーブ部２５の外周面とテーパ穴５の内周面とにより形成されたテーパ環状穴には、工具ホルダ４１の円筒状のテーパシャンク４１ａが嵌着されるようになっている。クランプボール保持スリーブ部２５には、テーパ環状穴に嵌着される工具ホルダ４１のテーパシャンク４１ａのクランプボール孔４１ｄに対応するクランプボール孔２５ａが半径方向に貫通している。
【００５５】
クランプボール作動スリーブ１４のクランプボール作動用凹部１４ｄとクランプボール保持スリーブ部２５のクランプボール孔２５ａとに跨ってクランプボール２７が納められている。
【００５６】
主軸４に装着される工具ホルダ４１は、後端に開口した中空穴４１ｂをもつ筒状のテーパシャンク４１ａが伸長されて形成されている。
テーパシャンク４１ａには、後縁周斜面をもつクランプボール孔４１ｄが穿設されており、テーパシャンク４１ａ基部の段部は、工具ホルダ４１が主軸４に装着された時、主軸４の先端面に当接する。
【００５７】
従って、工具ホルダ４１は、主軸４のテーパ穴５に対するテーパシャンク４１ａの外周テーパ面の当接及び主軸４の先端面に対するテーパシャンク４１ａの基部の段部の当接によって、即ち２面拘束によって主軸４に装着されるようになっている。
ここで、上記発明の実施の形態においては、上記のように主軸４と工具ホルダ４１との固締における２面拘束部分の形状を市場に一般的に普及している標準形状として、工具ホルダ４１の製作・管理に対する容易化を図っている。
工具ホルダ４１の外周面には、自動工具交換装置の交換ハンドが係合する環状溝４１ｃが形成されている。
【００５８】
第１の実施の形態においては、省略され得るが、第２実施の形態においては、図４に示すように、主軸ハウジング１には、クランプ用ピストン１８とは位相をずらした位置に、定位置確認用近接スイッチ１９が環状ナット部材１７の外周面に対向して半径方向に設けられている。図示の例では、クランプ用ピストン１８と定位置確認用近接スイッチ１９とは１８０度位相がずれ、直径方向に対向している。
【００５９】
環状ナット部材１７の外周面には、主軸ハウジング１にクランプ用ピストン１８の係止部が接離する係止凹部１７ｃが形成されており、更に定位置確認用近接スイッチ１９に検出されるターゲット２０が所定位相に、且つ円周方向に所定範囲に設けられている。図示の例では、係止凹部１７ｃとターゲット２０とは、クランプ用ピストン１８と近接スイッチ１９とに合せて１８０度位相がずれている。
【００６０】
上記主軸装置の作用について説明する。
図６において容易に理解し得るように、マシニングセンタにおいては、図示のようなプロセスで自動工具交換が行われ、所望の加工工程が行われる。
一つの切削工具による加工工程が終了し、ステップ１において、制御装置で工具交換の要否が判断され、否として、工具交換する指令がない限り一つの切削工具による加工が繰り返されて全加工工程が完了する。
【００６１】
工具交換必要として、工具交換の指令が出されると、ステップ２において、主軸装置における使用済切削工具の装着解放が行われ、ステップ３において、図示しない工具交換腕により使用済切削工具が主軸から取り外されると同時に新しい切削工具が主軸に挿入される。
【００６２】
次にステップ４において、主軸装置における新しい切削工具の装着固締が行われ、ステップ５において主軸が回転駆動されて新しい切削工具による加工が行われる。
ステップ６において、制御装置で全加工工程の完了が判断され、全加工工程が完了しない限り、ステップ１に戻り、上記の工程が繰り返され、全加工工程の完了に至る。
【００６３】
そこで、図７、図９及び図１１に従って、実施の形態（第１・第２）の主軸装置における上記の工具交換時の切削工具の装着固締・解放について説明する。
なお、便宜上、工具交換における使用済の切削工具の主軸４からの解放に続く、次の工程で使用する新しい切削工具の主軸４への装着固締を説明した後で、その切削工具の主軸４からの装着解放を説明する。
【００６４】
図３、図９（ａ）及び図１１（ａ）に示すように、１つの切削工具による加工工程が終了した後において、工具交換で、主軸４に対し使用済切削工具の工具ホルダが取外され、新しい切削工具４０の工具ホルダ４１が装着固締される時点では、主軸４は、回転原位置に回転位置決めされ、環状ナット部材１７は、突出して係止凹部１７ｃに押圧係合したクランプ用ピストン１８により回転不能に主軸ハウング１に固定された状態にある。
【００６５】
Ｕ軸引張棒７は前進位置である原位置にあり、工具クランプ作動駒１５は前進位置に、Ｕ軸作動棒クランプ駒１６は後退位置になって、互に離隔した状態にあり、それによりクランプボール作動スリーブ１４は前進位置にあり、カラー９は後退位置にあってクランプボール２７及びコレット１３は開いた状態である。
【００６６】
そして、図示しない工具交換腕により使用済の切削工具４０の工具ホルダ４１が主軸４から取り外された後、新しい切削工具４０の工具ホルダ４１は、工作機械の主軸４に装着されるべく、工具ホルダ４１の環状溝４１ｃが交換ハンドで把持されてテーパシャンク４１ａが主軸４のテーパ穴５に挿入される。その際、圧縮コイルばね２９のばね力でテーパ穴５内に突出している仮クランプボール２８は、テーパシャンク４１ａで一旦は仮クランプボール孔５ａに押し込められてからクランプボール孔４１ｄに合致すると再び圧縮コイルばね２９でクランプボール孔４１ｄに押し込められ、テーパシャンク４１ａは主軸４に仮クランプされる。
【００６７】
図７におけるプロセスに従って工具装着固締を説明する。
ステップ１
制御装置３０において、工具装着固締指令が出力される。
ステップ２
すると、全軸マシンロック指令手段５４が作動し、全軸マシンロック指令がゲート回路５５に入力されると、ゲート回路５５は、Ｕ軸送り指令手段５３からの指令がＵ軸駆動アンプ３８に入力されないで、Ｕ軸位置カウント手段５７に入力するように切換えられる。
【００６８】
ステップ３
Ｕ軸サーボモータ３３の回転位置は、常にエンコーダ３５で検出されているので、Ｕ軸引張棒７を原位置にしたときのＵ軸サーボモータ３３の回転位置、即ち新しい切削工具の工具ホルダ４１のテーパシャンク４１ａが主軸４のテーパ穴５に挿入されて、仮クランプされた時点のＵ軸サーボモータ３３の回転角位置がエンコーダ３５からＵ軸現在位置記憶手段５６に記憶される。
【００６９】
ステップ４
同期制御指令手段５１から主軸回転指令手段５２及びＵ軸送り指令手段５３の夫々に指令が同時に入力されると、主軸回転指令手段５２から主軸回転指令が主軸駆動アンプ３７に入力され、それに基づいてビルドイン主軸モータ３は回転駆動される。それと同時に、Ｕ軸送り指令手段５３からはＵ軸サーボモータ３３がビルドイン主軸モータ３と同期回転するようにＵ軸送り指令が出力されるが、それは、Ｕ軸駆動アンプ３８に入力されないで、Ｕ軸位置カウント手段５７に入力される。即ち、Ｕ軸サーボモータ３３は、その指令で実際回転しないが、ビルドイン主軸モータ３との同期回転指令による回転角が順次Ｕ軸位置カウント手段５７に入力されることになる。
【００７０】
ビルドイン主軸モータ３が回転駆動されると、主軸４は左回りに回転されるが、環状ナット部材１７はクランプ用ピストン１８で回転が阻止されているので、工具クランプ作動駒１５とＵ軸作動棒クランプ駒１６とは、逆ねじにより互に接近するように変位する。即ち工具クランプ作動駒１５は後退し、Ｕ軸作動棒クランプ駒１６は前進する。
【００７１】
工具クランプ作動駒１５の後退により、クランプボール作動スリーブ１４、即ちクランプボール作動凹部４ｄが後退するので、クランプボール２７は、クランプボール作動凹部１４ｄの縁部斜面１４ｂにより押上げられクランプボール保持スリーブ部２５のクランプボール孔２５ａとテーパシャンク４１ａのクランプボール孔４１ｄに跨った突出位置になり、クランプボール孔４１ｄの後側傾斜内周面に係合して、テーパシャンク４１ａは、テーパシャンク４１ａ基部の段部が主軸４の先端面に当接するようにテーパ穴５内に引き込まれ、主軸４に固締される。即ち、工具ホルダ４１は、主軸４に２面拘束によって装着される。
【００７２】
テーパシャンク４１ａが主軸４に固締された際、原位置にある工具ホルダ４１のＵ軸作動棒４２、即ちプルスタッド４２ａの後端面は、原位置にあるＵ軸引張棒７の先端部材１２の先端面に当接し、プルスタッド４２ａがコレット１３に把持され得る状態になる。
【００７３】
他方、Ｕ軸作動棒クランプ駒１６の前進に従って、カラー９は、小径部９ｃの段部がＵ軸作動棒クランプ駒１６の後端に当接したまま圧縮コイルばね１０のばね力をもって前進し、カラー９の前進によりテーパ面９ｄがコレット１３を閉じるので、コレット１３は、原位置に停止しているＵ軸引張棒７の先端部材１２の先端面に当接したままのプルスタッド４２ａを把持する。
【００７４】
やがて、コレット１３がプルスタッド４２ａを把持することにより、カラー９の前進は阻止され、Ｕ軸作動棒クランプ駒１６は、カラー９の小径部９ｃの段部から離れる。これにより、伸長しようとする圧縮コイルばね１０のばね力がカラー９を前進する方向に働き、カラー９のテーパ面９ｄとコレット１３との係合、即ちコレット１３の閉じは、圧縮コイルばね１０のばね力により強固なものに維持され、その結果、プルスタッド４２ａは、先端部材１２の先端面に強固に当接されたまま、先端部材１２に完全に結合される。
【００７５】
ステップ５
上記のようにして装着固締が進み、装着固締が完了すると工具クランプ作動駒１５の後退が阻止され、ビルドイン主軸モータ３の負荷が増大する。即ちビルドイン主軸モータ３は減速され、やがて停止する。そこで、ビルドイン主軸モータ３の回転速度を検出する回転速度センサ３６から入力される検出信号の変化に基づいてクランプ判定手段５８においては、主軸４におけるテーパシャンク４１ａの装着固締完了が判定される。
【００７６】
この装着固締完了判定は、回転速度センサ３６でなく、トルクセンサを設けてその検出トルク信号の変化に基づいてクランプ判定手段５８で行ってもよい。
即ち、回転速度センサ３６の減速する検出速度又はトルクセンサの増大する検出トルクが所定値に達することにより固締完了と判定する。
【００７７】
ステップ６
Ｕ軸位置カウント手段５７においては、Ｕ軸現在位置記憶手段５６から入力された仮クランプされた時点のＵ軸サーボモータ３３の回転角位置とビルドイン主軸モータ３との仮想同期回転の回転角とから同期回転中のＵ軸サーボモータ３３の回転角位置が求められ、それがＵ軸スキップ位置記憶手段５９に入力される。
そして、クランプ判定手段５８から装着固締完了を判定した固締完了判定信号がＵ軸スキップ位置記憶手段５９に入力されると、その時点でのＵ軸サーボモータ３３の回転角位置がＵ軸スキップ位置記憶手段５９に記憶される。
【００７８】
ステップ７
主軸回転量演算手段６０において、Ｕ軸スキップ位置記憶手段５９に記憶されたＵ軸サーボモータ３３の回転角位置に基づいて、ビルドイン主軸モータ３の回転量、即ち工具装着固締に要した回転原位置からの主軸４の回転角が演算される。要するに、主軸４の回転量は、Ｕ軸サーボモータ３３のビルドイン主軸モータ３との仮想同期回転量から換算されて間接的に求められている。
上記のように求められる工具装着固締に要した回転原位置からの主軸４の回転角θ（即ち回転原位置からの回転偏差角）は、切削工具のテーパシャンクの形状・寸法やシャンク把持部の寸法等により一定ではない。
【００７９】
ステップ８
回転係止位置記憶手段６１において、主軸回転量演算手段６０で演算された工具装着固締に要した回転原位置からの主軸４の回転量に基づいて、環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃがクランプ用ピストン１８の係止部に対向する回転係止位置が記憶される。（図９（ｂ）・図１１（ｂ）参照）
【００８０】
ステップ９
全軸マシンロック指令手段５４が作動し、全軸マシンロック解除指令がゲート回路５５に入力され、ゲート回路５５は、Ｕ軸送り指令手段５３からの指令がＵ軸駆動アンプ３８に入力するように切換えられる。
そして、制御装置３０からの指令信号によりＵ軸サーボモータ３３が所望回転量だけ回転駆動されることによりボールねじナット３４は所望回転角回転される。
【００８１】
従って、ボールねじ３２は、所望量後退し、それは、カップリング３１を介してＵ軸引張棒７に達伝され、原位置のＵ軸引張棒７に結合されたＵ軸作動棒４２は原位置から所望量だけ軸線方向に後退する。
その結果、切削工具４０は、溝カム機構４３を介して、所望の半径方向位置に位置決めされる。
【００８２】
ステップ１０
クランプ用ピストン１８は、図示しない流体圧制御装置により退縮され、環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃから離脱する。
従って、環状ナット部材１７は主軸４と共に回転自在となるので、主軸４の回転を阻止するものはなく、主軸４はビルドイン主軸モータ３により回転駆動され得る。（図９（ｃ）・図１１（ｃ）参照）
【００８３】
かくして、ビルドイン主軸モータ３の回転駆動により回転する主軸４に装着固締された新しい工具ホルダ４１の切削工具４０は、中心軸線から所望量偏心した位置で回転して、工作物に対する所望の加工径で切削加工が行われる。ここで、Ｕ軸作動棒４２のプルスタッド４２ａの後端面と先端部材１２の先端面とが完全に密着し、即ち軸線方向に隙間なくＵ軸作動棒４２とＵ軸引張棒７とが連結されているため、Ｕ軸引張棒７の移動量に対応したバイト４７の半径方向変位量が精確なものとなり、高精度に加工を行うことができる。
【００８４】
次に、図８及び図９に従って、実施の第１形態の主軸装置における上記の工具交換時の切削工具の装着解放について説明する。
既述のように主軸４に装着固締された工具ホルダ４１の切削工具４０による加工工程が終了し、主軸４は、所定の回転原位置に位置決め停止される。（図９（ｄ）・図１１（ｄ）参照）
【００８５】
図８におけるプロセスに従って工具装着解放を説明する。
ステップ１１
制御装置３０において、工具装着解放指令が出力される。
ステップ１２
工具ホルダ４１の装着解放するのには、環状ナット部材１７の固定のために環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃをクランプ用ピストン１８に対向させなければならない。しかし、主軸４は、所定の回転原位置に位置決め停止されるので、環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃは、工具装着固締のために主軸４が左回りに回転した回転角θ（図９（ｂ）参照）だけクランプ用ピストン１８の位置から偏位している。（図９（ｄ）参照）
【００８６】
そこで、制御装置３０において、既述の工具装着固締時に回転係止位置記憶手段６１において記憶されている回転係止位置が呼出され、ビルドイン主軸モータ３が制御装置３０からの制御指令によりその位置に相当する回転角（３６０°−θ）だけ右回り回転駆動される。その結果、主軸４と共に一体的に回転角（３６０°−θ）だけ右回り回転する環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃは、クランプ用ピストン１８に対向するように位置決めされる。（図９（ｅ）参照）
【００８７】
ステップ１３
退縮状態にあったクランプ用ピストン１８は、制御装置３０の前進指令に基づく図示しない流体圧制御装置の作動で突出し、環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃに押圧係合される。即ち、環状ナット部材１７は、主軸ハウジング１に回転不能に固定される。（図９（ｆ）参照）
【００８８】
ステップ１４
制御装置３０において、ビルドイン主軸モータ３は制御駆動されて、主軸４は、右回り回転して所定の回転原位置に位置決め停止される。
主軸４が回転原位置になるまで右回り回転されると、環状ナット部材１７は、回転がクランプ用ピストン１８で阻止されているので、工具クランプ作動駒１５とＵ軸作動棒クランプ駒１６とは、逆ねじにより互に離隔するように変位する。即ち工具クランプ作動駒１５は前進し、Ｕ軸作動棒クランプ駒１６は後退する。主軸４が所定の回転原位置に位置決め停止されると、工具クランプ作動駒１５は最前進位置に、Ｕ軸作動棒クランプ駒１６は最後退位置に夫々位置する。
【００８９】
それにより、クランプボール作動スリーブ１４、即ちクランプボール作動凹部１４ｄ、即ち縁部斜面１４ｂが前進するので、クランプボール２７は、縁部斜面１４ｂから解放され、工具ホルダ４１のテーパシャンク４１ａのクランプボール孔４１ｄから外れ、クランプボール作動凹部１４ｄ内に後退すると共に、仮クランプボール２８が、圧縮コイルばね２９に押圧されて、工具ホルダ４１のテーパシャンク４１ａのクランプボール孔４１ｄに係合する。
従って、図３に示すように工具ホルダ４１のテーパシャンク４１ａは、主軸４に対し、固締から解放されると共に、仮クランプ状態になる。
【００９０】
他方、後退するＵ軸作動棒クランプ駒１６の後端は、カラー９の小径部９ｃの段部に当接し、更に圧縮コイルばね１０のばね力に抗してカラー９を適宜後退させる。それによりカラー９のテーパ面９ｄは、初期位置にあるＵ軸引張棒７のコレット１３の外周面から離れ、従って、コレット１３は開いて、工具ホルダ４１のＵ軸作動棒４２のプルスタッド４２ａを解放する。
【００９１】
この主軸４の状態は、既述の工具交換における使用済の切削工具の工具ホルダを主軸４から取外すと共に新しい切削工具の工具ホルダを主軸４へ装着固締する作動開始前の状態である。（図９（ａ）参照）
続いて、図１０及び図１１に従って、実施の第２形態の主軸装置における上記の工具交換時の切削工具の装着解放について説明する。
主軸４に装着固締された工具ホルダ４１の切削工具４０による加工工程の終了時における主軸４の所定の回転原位置に位置決め停止状態は、既述の実施の第１形態と同一である。（図１１（ｄ）参照）
【００９２】
図１０におけるプロセスに従って工具装着解放を説明する。
ステップ１１
制御装置３０において、工具装着解放指令が出力される。
ステップ１２
既述の実施の第１形態と同様に、環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃをクランプ用ピストン１８に対向するように位置決めするに際しては、制御装置３０において、既述の工具装着固締時に回転係止位置記憶手段６１において記憶されている回転係止位置から適宜の角度（δ）だけオフセットした位置が呼出され、ビルドイン主軸モータ３が制御装置３０からの制御指令によりそのオフセット位置に相当する回転角（３６０°−θ＋δ）だけ右回り回転駆動される。（図１１（ｅ）参照）
【００９３】
ステップ１３
ビルドイン主軸モータ３が制御装置３０からの制御指令により、左回りに低速寸動回転する。
ステップ１４
環状ナット部材１７において係止凹部１７ｃと１８０度位相をずらして設けられたターゲット２０を主軸ハウジング１においてクランプ用ピストン１８と１８０度位相をずらして設けられた定位置確認用近接スイッチ１９によって検知することにより、停止指令がビルドイン主軸モータ３に加わり、ビルドイン主軸モータ３は停止位置決めされる。
その結果、主軸４と共に一体的に左回り回転する環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃは、クランプ用ピストン１８に対向するように位置決めされる。（図１１（ｆ）参照）
【００９４】
この場合、既述の実施の第１形態の場合に回転係止位置記憶手段６１において記憶されている回転係止位置のみにより回転位置決めする場合に、環状ナット部材１７とＵ軸作動棒クランプ駒１６とのねじ機構における潤滑状態等で影響を受けて生じる可能性がある実際上の回転係止位置とのずれがあっても、環状ナット部材１７において係止凹部１７ｃは、クランプ用ピストン１８に正確に対向位置決めされる。
ステップ１５，１６
既述の実施の第１形態におけるステップ１３，１４と同一である。（図１１（ｇ），（ａ）参照）
【００９５】
【発明の効果】
この発明の主軸装置によれば、所定回転原位置にある主軸を他の所望の停止位置に効率よく回転位置決めすることができる。
例えば、自動工具交換において、使用済の切削工具を取り外す場合、所定の回転原位置で停止した主軸を、工具装着解放ねじ式機構作動開始位置（ナット部材の回転係止位置）に回転位置決めする時間を短縮することができる。結局は、工具交換時間を短縮することができる。
【００９６】
しかも、主軸回転位置検出のための高価である主軸回転角度位相を認識する機能手段、例えば主軸付近に設置スペースが必要な近接スイッチを設けることなく、短縮された時間での所定回転原位置にある主軸を他の所望の停止位置に回転位置決めが可能である。
【００９７】
又、近接スイッチを設置したとしても１個の近接スイッチを設置したのみで、工具装着解放ねじ式機構の潤滑状態等による実際の工具装着解放ねじ式機構作動開始位置（ナット部材締着位置）と制御装置において記憶された当該位置とにずれが生じたとしも、正確に工具装着解放ねじ式機構作動開始位置（ナット部材の回転係止位置）に回転位置決めすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における主軸装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態における主軸装置（工具ホルダ装着固締状態）の前半部の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態における主軸装置（工具ホルダ装着解放状態）の前半部の断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【図５】この発明の実施の形態における主軸装置の制御装置の工具着脱制御機能構成図である。
【図６】この発明の実施の形態における主軸装置の工具交換・加工プロセスのフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態における主軸装置の工具ホルダ装着固締プロセスのフローチャートである。
【図８】この発明の実施の第１形態における主軸装置の工具ホルダ装着解放プロセスのフローチャートである。
【図９】この発明の実施の第１形態における主軸装置の工具ホルダ装着固締・解放作動の説明図である。
【図１０】この発明の実施の第２形態における主軸装置の工具ホルダ装着解放プロセスのフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の第２形態における主軸装置の工具ホルダ装着固締・解放作動の説明図である。
【図１２】従来の技術における主軸装置の工具ホルダ装着固締プロセスのフローチャートである。
【図１３】従来の技術における主軸装置の工具ホルダ装着解放プロセスのフローチャートである。
【図１４】従来の技術における主軸装置の工具ホルダ装着固締・解放作動の説明図である。
【図１５】従来の技術における主軸装置の工具ホルダ装着固締・解放作動の主軸回転速度／作動時間関係グラフである。
【符号の説明】
１主軸ハウジング２転がり軸受
３ビルドイン主軸モータ４主軸
４ａ環状溝５テーパ穴
５ａ仮クランプボール孔６貫通孔
７Ｕ軸引張棒７ａ第１小径部
７ｂ第２小径部８引張スリーブ
９カラー９ａ長孔
９ｂ大径部９ｃ小径部
１０，２９圧縮コイルばね１１止めピン
１２先端部材１３コレット
１４クランプボール作動スリーブ１４ａ，１４ｂ中心孔
１４ｃ前縁部斜面１４ｄクランプボール作動凹部
１４ｅ係合突起１５工具クランプ作動駒
１６Ｕ軸作動棒クランプ駒１５ａ，１６ａねじ部
１７環状ナット部材１７ａ第１ねじ部
１７ｂ第２ねじ部１７ｃ係止凹部
１７ｄ筒部１８クランプ用ピストン
１９定位置確認用近接スイッチ２０ターゲット
２４放射状空所２５クランプボール保持スリーブ部
２５ａクランプボール孔２７クランプボール
２８仮クランプボール２９圧縮コイルばね
３０制御装置３１カップリング
３２ボールねじ３３Ｕ軸サーボモータ
３４ボールねじナット３５エンコーダ
３６回転速度センサ３７主軸駆動アンプ
３８Ｕ軸駆動アンプ４０切削工具
４１工具ホルダ４１ａテーパシャンク
４２Ｕ軸作動棒４２ａプルスタッド
４３溝カム機構
５１同期制御指令手段５２主軸回転指令手段
５３Ｕ軸送り指令手段５４全軸マシンロック指令手段
５５ゲート回路５６Ｕ軸現在位置記憶手段
５７Ｕ軸位置カウント手段５８クランプ判定手段
５９Ｕ軸スキップ位置記憶手段６０主軸回転量演算手段
６１回転係止位置記憶手段[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a spindle device on which a cutting tool is detachably mounted.
[0002]
[Prior art]
For example, Japanese Patent Application No. 7-16376 discloses a spindle device in which a cutting tool in a conventional technique is detachably mounted.
The spindle device is integrated with the shank gripping part for gripping / releasing the taper shank of the cutting tool that is detachably fitted in the tapered hole formed at the tip of the spindle, and the spindle is integral in the rotational direction, and the axial direction Are slidably fitted, a shank gripping member actuating member that opens and closes the shank gripping part by moving back and forth in the axial direction, an annular nut member that is rotatably and concentrically fitted to the main shaft, and an outer peripheral surface of the annular nut member A clamping piston, which is provided on the main shaft housing so as to be freely disengaged from the locking recess, and which is fastened to be non-rotatable by engagement, or which is freed by disengagement, and an annular nut member. A tool clamp operating piece coupled with the shank gripping portion operating portion is provided while the outer periphery is screwed.
[0003]
In the above-described conventional spindle device, when the tool is mounted by exchanging the cutting tool with respect to the spindle stopped at the predetermined rotation original position, the clamping piston is attached to the outer peripheral surface of the annular nut member. After engaging the locking recess to make the annular nut member non-rotatable, the tool clamp operating piece screwed with the non-rotatable annular nut member is rotated by rotating the main shaft at a low speed.
[0004]
Then, the tool clamp operating piece is displaced in the axial direction, whereby the shank gripping part operating member is also displaced together with the tool clamp operating piece. As a result, the shank gripping part is closed and grips the taper shank of the cutting tool. At that time, in a state where the taper shank of the cutting tool is properly gripped, the rotation of the spindle reaches a predetermined torque. Then, the clamping piston is detached from the engaging recess on the outer peripheral surface of the annular nut member, and the annular nut member is rotated together with the main shaft, and then the processing is performed by the rotation of the main shaft.
[0005]
Normally, the spindle drive device has a function for stopping a predetermined rotation original position of the spindle, that is, an orientation function, but the angle phase of the spindle rotated until a predetermined torque for proper gripping is reached. The function of confirming is not provided.
Therefore, as shown in FIG. 14, the spindle device includes a deceleration proximity switch 21, a fixed position confirmation proximity switch 19, and an annular nut member 17 that are provided in the spindle housing and detect the rotational angle phase of the annular nut member 17. A first target 22 corresponding to a proximity switch for deceleration provided on an outer peripheral surface and a second target 20 corresponding to a proximity switch 19 for confirming a fixed position are provided.
[0006]
In the phase relationship in which the second target 20 faces the fixed position confirmation proximity switch 19, the clamping piston 18 is engaged with the engaging recess 17 a on the outer peripheral surface of the annular nut member 17, and the first target 22 is decelerated. When facing the proximity switch 21 for use, the main shaft 4 is stopped and rotated at a low speed.
[0007]
When the cutting tool is removed from the main spindle stopped at the predetermined rotation position in the cutting tool replacement after the machining is completed, the main spindle 4 is compensated so as to compensate for the low-speed rotation until the predetermined torque is reached in the cutting tool gripping. Unless it is rotated, the clamping piston 18 cannot engage with the locking recess 17 a on the outer peripheral surface of the annular nut member 17.
However, the rotation angle of the main shaft is not constant until a predetermined torque for completion of fastening is reached due to the shape and size of the taper shank of the cutting tool and the size of the shank gripping portion.
[0008]
Accordingly, the mounting / tightening / releasing of the cutting tool with respect to the spindle when the tool is replaced in the above-described conventional spindle apparatus will be described with reference to FIGS.
For the sake of convenience, after describing the mounting and fastening of a new cutting tool to be used in the next process to the main spindle 4 following the release of the used cutting tool from the main spindle 4 in the tool change, the main spindle 4 of the cutting tool will be described. I will explain the release from the mounting.
[0009]
As shown in FIG. 14 (a), after the machining process with one cutting tool is completed, the tool holder of the used cutting tool is removed from the main shaft 4 by exchanging the tool, and the tool holder of the new cutting tool is removed. At the time of mounting and tightening, the main shaft 4 is rotationally positioned at the rotation original position, and the annular nut member 17 is fixed to the main shaft housing 1 so as not to rotate by the clamping piston 18 that protrudes and press-engages with the locking recess 17a. It is in the state that was done. The shank gripping part is in the tool mounting release state.
[0010]
Then, after the used cutting tool is removed from the spindle 4 by the tool changing arm, a shank of the cutting tool is inserted into the spindle 4 so that the new cutting tool is mounted on the spindle 4 of the machining center.
Tool mounting and fastening will be described in accordance with the process in FIG.
Step 1
A tool mounting fastening command is output.
[0011]
Step 2
Then, the main shaft is driven to rotate at high speed.
Although the main shaft rotates counterclockwise at high speed, the annular nut member 17 is prevented from rotating by the clamping piston 18, so that the tool clamp operating piece is retracted, and the tool clamp operating piece is retracted so that the shank gripping portion is cut. Tighten the tool shank.
Step 3
As described above, the counterclockwise jogging high-speed rotation of only the spindle 4 proceeds, the mounting and clamping progress, the tool clamp operating piece is prevented from moving backward at the rotation angle θ, and the shank of the cutting tool shank on the spindle 4 is completed. To do. (See FIG. 14 (b))
[0012]
Step 4
When the mounting and fastening of the shank of the cutting tool is completed, the clamping piston 18 is detached from the locking recess 17a of the annular nut member 17.
Therefore, since the annular nut member 17 is rotatable together with the main shaft 4, there is nothing that prevents the main shaft 4 from rotating, and the main shaft 4 can be driven to rotate. (See FIG. 14 (c))
Step 5
Thus, the new cutting tool mounted and fastened to the main shaft 4 that is rotationally driven performs a desired cutting process on the workpiece.
[0013]
Next, the mounting / release of the cutting tool at the time of changing the tool will be described.
In the above, the machining process with the cutting tool mounted and fixed to the main shaft 4 is finished, and the main shaft 4 is stopped at a predetermined rotation original position (see FIG. 14D), and the tool exchange with the next cutting tool is performed. When done, the tool is released.
[0014]
The tool mounting release will be described according to the process in FIG.
Step 6
Tool mounting release command is output.
In order to release and attach the cutting tool, the locking recess 17a of the annular nut member 17 must be opposed to the clamping piston 18 in order to fix the annular nut member 17. However, since the main shaft 4 is positioned and stopped at a predetermined rotation original position, the locking concave portion 17a of the annular nut member 17 has a rotation angle θ (when the main shaft 4 rotates counterclockwise for the previous tool mounting fastening. Only the position of the clamping piston 18 is displaced from the position shown in FIG. (See FIG. 14 (d))
[0015]
Step 7
The main shaft 4 is driven to rotate in a clockwise direction at high speed. Then, the annular nut member 17 locked to the main shaft 4 is integrally rotated at a high speed in the clockwise direction. (See FIG. 14 (d))
Step 8
When the first target 22 faces the deceleration proximity switch 21, the position of the first target 22 is detected by the deceleration proximity switch 21.
[0016]
Step 9
When the first target 22 is detected by the deceleration proximity switch 21, the high-speed inching rotation of the main shaft 4 is stopped so that the locking recess 17 a of the annular nut member 17 faces the position of the clamping piston 18. (See FIG. 14 (e))
However, because the spindle 4 overruns and stops due to high-speed inching rotation, the locking recess 17a of the annular nut member 17 is shifted from the position of the clamping piston 18. (See FIG. 14 (f))
[0017]
Step 10
When the overrun is stopped from the rotation original position of the main shaft 4, the range of the first target 22 faces the decelerating proximity switch 21, so that the main shaft 4 is driven in a low-speed jogging rotation counterclockwise.
Step 11
When the second target 20 faces the fixed position confirmation proximity switch 19, the position of the second target 20 is detected by the fixed position confirmation proximity switch 19.
[0018]
Step 12
When the second target 20 is detected by the home position confirmation proximity switch 19, the locking recess 17 a of the annular nut member 17 faces the position of the clamping piston 18, and the low speed inching rotation of the main shaft 4 is stopped. Due to the low-speed jogging rotation, the spindle 4 accurately stops at the rotation original position. In this state, the locking recess 17 a of the annular nut member 17 faces the clamping piston 18. (See FIG. 14 (g))
Then, the clamping piston 18 protrudes and engages with the locking recess 17a.
[0019]
Step 13
Due to the pressing engagement of the clamping piston 18 with respect to the locking recess 17a, the main shaft 4 rotates clockwise and is returned to the original rotation position in a state where the annular nut member 17 cannot rotate. (See Fig. 14 (a))
This state is the initial state of the tool change described above, in which the main shaft 4 is at the rotation original position, and the shank gripping portion is in the tool mounting / release state. The annular nut member 17 is fixed to the main shaft housing 1 so as not to rotate by a clamping piston 18 that protrudes and press-engages with the locking recess 17a. That is, the tool can be exchanged with the next cutting tool.
Step 14
As with the previous time, the tool is replaced with the next cutting tool.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
When machining with the held cutting tool is completed as described above, and the used cutting tool is removed in the replacement with the next cutting tool, the clamping piston has an annular shape around the main shaft stopped at the predetermined rotation original position. In order to prevent erroneous detection of the proximity switch at the stop due to the detection of the proximity switch, a proximity switch for detecting the position is provided at the time of rotational positioning until it can be engaged with the locking recess on the outer peripheral surface of the nut member. If the jogging rotation is performed at a low speed, the operation time becomes long and it is inefficient.
[0021]
Therefore, in the spindle device of the above-mentioned conventional technology, not only the above-mentioned inching rotation is performed at a low speed but also a high-speed inching rotation and a low-speed inching rotation by two-step detection by a proximity switch for deceleration and a proximity switch for confirming a fixed position. It is divided into two.
The operation will be described with reference to FIG. 15. The main shaft is stopped at a predetermined rotation original position (T ₀ ), The locking recess 17a of the annular nut member 17 faces the position of the clamping piston 18, and the first target 22 is detected by the deceleration proximity switch 21 by the deceleration proximity switch. Time (T ₁ ), The high-speed inching rotation drive of the main shaft 4 is stopped.
[0022]
However, due to the high-speed inching rotation, the spindle 4 overruns and the time (T ₂ ) And is driven in a reverse direction at a low speed inching rotation (speed VL), the locking recess 17a of the annular nut member 17 is opposed to the position of the clamping piston 18, and the second target 20 is close to the fixed position confirmation. When detected by the switch 19 (T _Three ) Is stopped, and the main shaft 4 stops at a position where the locking recess 17a of the annular nut member 17 faces the position of the clamping piston 18 due to the low speed inching rotation.
[0023]
The rotation angle of the overrun (the hatched triangle area in FIG. 15) is equal to the rotation angle of the low-speed inversion reverse rotation (the hatched trapezoid area in FIG. 15). T ₀ To T ₁ If the speed of the high-speed inching rotation is increased in order to shorten the time until the rotation time, the overrun rotation angle (triangle area in FIG. 15) increases, and the rotation angle of the low-speed inversion reverse rotation (shaded trapezoid area in FIG. 15) also increases. Increase. As a result, T ₂ To T _Three The time until is increased. In addition, since the main shaft 4 stops at the position where the locking recess 17a of the annular nut member 17 is opposed to the position of the clamping piston 18, the speed of the low speed inching reverse rotation cannot be increased.
[0024]
Therefore, the time for indexing and rotating the main shaft from a predetermined rotation original position to the position where the locking recess 17a of the annular nut member 17 faces the position of the clamping piston 18, that is, T ₀ To T _Three It is difficult to shorten the time until the time.
Further, providing the spindle driving device itself with a function of recognizing the spindle rotation angle phase has a disadvantage that the apparatus is expensive.
The present invention provides a spindle apparatus having a function of efficiently rotating and positioning a spindle at a desired stop position other than a predetermined rotation original position without having an expensive function of recognizing a spindle rotation angle phase. It is aimed.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
The spindle device of the present invention includes a spindle that is rotatably supported; a spindle motor that rotationally drives the spindle; a shank gripping portion that is provided on the spindle and fastens and releases a tool shank; and is axially displaceable to the spindle. A shank gripping member actuating member provided to open and close the shank gripping portion by its displacement; an annular nut member provided concentrically rotatably with respect to the main shaft and having an internal thread portion formed on an inner periphery; opening and closing of the shank gripping portion An annular nut member fastening means for fastening the annular nut member in a non-rotatable manner during operation; it is screwed into a female screw portion of the annular nut member provided integrally with the main shaft in the rotational direction and freely movable back and forth in the axial direction; A tool clamp piece coupled to the shank gripping member actuating member; a rotating member driven to rotate separately from the main shaft; and a control device for controlling the rotational driving of the main shaft motor and the rotating member It is constructed from.
[0026]
Then, the control device determines the completion of shank clamping by the shank gripping portion in the rotational driving of the main shaft; synchronous rotation for driving the rotating member only on a control signal in synchronization with the rotation of the main shaft Control means; at the time of shank clamping, the rotation angle at which the spindle rotates from the rotation original position of the spindle in the shank released state to the shank clamping completion position when the annular nut member fastening means cannot rotate the annular nut member. A calculating means for calculating from a synchronous rotation control signal of the rotating member that rotates synchronously; and a function of a storage means for storing a shank release start position in which the rotation angle calculated by the calculating means is added to a rotation original position of the spindle. When the shank is released, the main shaft in the shank-tightened state is driven to rotate from the original rotation position to the shank release start position. In release starting position, in terms of the annular nut member by an annular nut member fastening means is nonrotatably state, is adapted to operate controlled to rotate the main shaft rotational situ.
[0027]
Further, another type of spindle device further includes a detector for detecting the shank release start position, and the control device starts the shank release from the rotation original position of the spindle in a shank-tightened state when the shank is released. The rotary nut is rotated to the position offset from the position, and further rotated by the detector until the shank release start position is detected by the detector. At the shank release start position, the annular nut member cannot be rotated by the annular nut member fastening means. In this state, the operation is controlled so as to rotate the main shaft to the rotation original position.
[0028]
When describing the mounting and tightening of the tool at the time of tool change in the spindle device, the spindle device is in the initial state where the spindle is stopped at the rotation original position when the old and new tools are exchanged. That is, the tool clamp operating piece is in the release position. Therefore, the shank gripping part is in a released state. The annular nut member is in a position where it can engage with the annular nut fastening means, and is fastened non-rotatably by the annular nut fastening means.
When a new tool is mounted on the spindle, the tool shank is inserted into the spindle.
[0029]
Therefore, when the main shaft is rotated, the tool clamp operating piece rotating together with the main shaft is directed to the locking position in the axial direction with respect to the main shaft with respect to the annular nut member whose rotation is prevented by the annular nut member fastening means. Displace to The shank gripping part fastens the shank by the displacement of the tool clamp operating piece, that is, the shank gripping part operating member.
When it is determined that the shank has been clamped due to the displacement of the tool clamp operating piece, the spindle is stopped.
Thus, the tool is mounted on the spindle.
[0030]
In the control device, the rotation angle of the main shaft during this period is calculated from the synchronous rotation control signal of the rotating member that is driven to rotate synchronously with the main shaft only on the control signal, and the calculated rotation angle is added to the rotation position of the main shaft. The shank release start position is stored.
The rotation angle of the main shaft from the rotation original position required for the tool mounting and fastening required as described above is not constant depending on the shape and size of the taper shank of the cutting tool, the size of the shank gripping portion, and the like.
[0031]
Then, the annular nut fastening means releases the annular nut member, and the annular nut member becomes rotatable together with the main shaft.
Thus, the spindle is driven to rotate, and a desired machining is performed on the workpiece by the tool.
[0032]
Next, the tool mounting / release at the time of tool change in the spindle device will be described. As described above, the machining process with the tool fixed to the spindle is finished, and the spindle is positioned and stopped at a predetermined rotation original position. The
In order to release the tool, the annular nut member must be positioned at a position where the annular nut member can be engaged with the annular nut member fastening means so that the annular nut member is fastened by the annular nut member fastening means and cannot be rotated. . That is, the main shaft coupled with the annular nut member must be positioned at the shank release start position.
[0033]
Therefore, when the tool mounting release command is output in the control device, the shank release start position stored in the storage means for storing the shank release start position at the time of the tool mounting and fastening described above is called, and the rotation original position is set. A certain spindle is rotationally driven by a rotation angle corresponding to its position in accordance with a control command from the control device. As a result, the annular nut member that rotates integrally with the main shaft is positioned at a position where it can engage with the annular nut member fastening means.
[0034]
Then, the annular nut member is fastened by the annular nut member fastening means to be in a non-rotatable state, and the main shaft is rotationally driven to be rotationally positioned at a predetermined rotation original position and stopped.
When the main shaft is rotated until it reaches the rotation home position, the annular nut member is prevented from rotating by the annular nut member fastening means. Displacement in the axial direction towards the release position. The shank gripping part releases the shank by the displacement of the tool clamp operating piece, that is, the shank gripping part operating member. Thus, the tool can be removed from the spindle.
[0035]
When the tool release in the spindle device in the case of the type that also includes the detector for detecting the shank release start position is described, the machining by the tool fixed to the spindle as described above is performed. The process is completed, and the spindle is stopped at a predetermined rotation original position.
[0036]
In order to release the tool, the annular nut member must be positioned at a position where it can be engaged with the annular nut member fastening means so that the annular nut member is fastened by the annular nut member fastening means and becomes non-rotatable. That is, the main shaft coupled with the annular nut member must be positioned at the shank release start position.
[0037]
Therefore, when the tool mounting release command is output in the control device, the shank release start position stored in the storage means for storing the shank release start position at the time of the tool mounting and fastening described above is called, and the rotation original position is set. A certain spindle is rotationally driven by a rotation angle corresponding to a position offset from the shank release start position by a control command from the control device. Then, the main shaft is pivoted until the shank release start position is detected by the detector. As a result, the annular nut member coupled to the main shaft is brought into a position where it can engage with the annular nut member fastening means. Positioned. Then, after the annular nut member is fastened by the annular nut member fastening means to be in a non-rotatable state, the main shaft is rotationally driven, rotationally positioned at a predetermined rotation original position, and stopped.
[0038]
When the main shaft is rotated until it reaches the rotation home position, the annular nut member is prevented from rotating by the annular nut member fastening means. It is displaced in the axial direction toward the release position, and the shank gripping part releases the shank by the displacement of the tool clamp operating piece, that is, the shank gripping part operating member. Thus, the tool can be removed from the spindle.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A spindle device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a built-in spindle motor 3 controlled by a control device is provided in an intermediate portion of a spindle 4 rotatably supported by a rolling bearing 2 in the spindle housing 1, and a tip of the spindle 4 is provided at the tip of the spindle 4. A tool holder 41 for holding the cutting tool 40 is mounted.
[0040]
In the tool holder 41, the cutting tool 40 can be displaced in the radial direction through the cutting tool displacement mechanism due to the axial displacement of the U-axis operating rod 42. As the cutting tool displacement mechanism, there are various mechanisms such as a cam mechanism and a wedge mechanism, and the cam groove mechanism 43 is illustrated as an embodiment.
A through-hole 6 is formed in the center of the main shaft 4, and a U-axis tension rod 7 for displacing a cutting tool that is detachably engageable with a U-axis operating rod 42 of the tool holder 41 is fitted in the through-hole 6. Yes.
[0041]
The rear end portion of the U-axis tension rod 7 for displacing the cutting tool, which is inserted in the through hole 6 so as to be slidable in the axial direction and restricted in rotation with respect to the main shaft 4, protrudes from the main shaft 4, Are coupled to the ball screw 32 via a coupling 31 coupled in the axial direction without rotation. A U-axis servomotor 33 controlled by the control device 30 is mounted on the rear end portion of the spindle housing 1, and a ball screw nut 34 into which a ball screw 32 is screwed onto the front end of the output shaft of the U-axis servomotor 33. However, encoders 35 are respectively attached to the rear ends.
The spindle housing 1 is provided with a rotation speed sensor 36 that detects the rotation of the spindle housing 1 facing the rear end of the spindle 4.
[0042]
A spindle drive amplifier 37 and a U-axis drive amplifier 38 are connected to the control device 30 so that a control command from the control device 30 is input, and detection signals are input from the encoder 35 and the rotation speed sensor 36. The encoder 35 and the rotation speed sensor 36 are connected to the above. The spindle drive amplifier 37 and the U-axis drive amplifier 38 are connected to control and drive the built-in spindle motor 3 and the U-axis servomotor 33 in accordance with a control command from the control device 30.
[0043]
In the illustrated embodiment, only the rotational speed sensor 36 inputs a detection signal to the control device 30, but a clamp torque detection means (not shown) is provided on the main shaft 4, and the detection signal from the clamp torque detection means is received. Similarly, the input may be performed, or the rotational speed sensor 36 may be omitted and only the clamp torque detecting means may be used.
[0044]
The control device 30 includes a CPU, a ROM, a RAM, an interface, an input board, a display and the like like a normal NC control device, and has a normal control function of a machining center as a control system. As shown, the synchronous control command means 51, the spindle rotation command means 52, the U-axis feed command means 53, the all-axis machine lock command means 54, the gate circuit 55, the current position of the U-axis in the fastening and release of the tool holder 41 in the spindle 4 The storage unit 56, U-axis coordinate counting unit 57, clamp determination unit 58, U-axis skip position storage unit 59, spindle rotation amount calculation unit 60, and rotation locking position storage unit 61 are provided.
[0045]
When all-axis machine lock is performed by a command from the all-axis machine lock command means 54, the spindle 4 is driven to rotate synchronously by a command from the synchronization control command means 51. The member is a ball screw nut 34 that displaces the U-axis tension rod 7. Not only the (U-axis servomotor 33), but other rotational drive shafts in the machining center (Drive motor) An encoder may be provided to the rotary drive shaft.
[0046]
The main shaft 4 will be described in detail with reference to FIGS. 2, 3, and 4. The main shaft 4 has a tapered hole 5 in which the outer peripheral tapered surface of the taper shank 41 a of the tool holder 41 is fitted at the tip thereof. Is penetrated from the bottom of the taper hole 5 toward the rear end.
The distal end portion of the U-axis tension rod 7 is reduced in diameter in two steps, forming a first small diameter portion 7a and a second small diameter portion 7b beyond the first small diameter portion 7a. The U-axis tension rod 7 is provided with a tension sleeve 8 concentrically with the tip portion.
[0047]
In the collar 9 in which the axial long hole 9a is formed in the rear end portion so as to face the diameter direction, the inner peripheral surface of the large-diameter portion 9b is connected to the first small-diameter portion 7a of the U-axis tension rod 7 and the large-diameter portion 9b. The outer peripheral surface is fitted to the tension sleeve 8 and the inner peripheral surface of the small diameter portion 9c is fitted to the second small diameter portion 7b so as to be slidable in the axial direction. The compression coil spring 10 wound around the first small-diameter portion 7a of the U-axis tension bar 7 is fitted between the fixed base of the tension sleeve 8 and the rear end surface of the collar 9, and the U-axis tension bar 7 is engaged with the elongated hole 9a of the collar 9 in a diametrical direction. Therefore, the collar 9 can move forward and backward with respect to the U-axis tension rod 7 within the range of the long hole 9 a and is always urged forward by the compression coil spring 10.
[0048]
A tip member 12 that holds a collet 13 that holds the U-axis actuating rod 42 of the tool holder 41 is provided at the tip of the U-axis tension rod 7, that is, the second small-diameter portion 7b. It is fixed.
The tip of the small diameter portion 9c of the collar 9 protrudes from the tip of the tip member 12, and the inner peripheral surface thereof is a tapered surface 9d.
[0049]
And the inner peripheral protrusion of the base part fits between the front flange part and the rear collar part of the tip member 12, and the collet 13 attached to the tip member 12 so as to be able to move is the taper surface of the collar 9 on the outer peripheral taper surface. A collet that is in contact with 9d and grips a pull stud 42a formed at the rear end portion of the U-axis operating rod 42 of the tool holder 41 from the tip member 12, the tapered surface 9d of the collar 9 and the collet 13. A chuck is configured.
[0050]
A clamp ball operating sleeve 14 is fitted into the small diameter portion 9c of the collar 9 so as to be slidable in the axial direction. That is, the center hole 14a in the front half and the center hole 14b in the rear half pass through the clamp ball operating sleeve 14, and the U-axis operating rod 42 of the tool holder 41 is inserted into the center hole 14a. The center hole 14 b is fitted into the small diameter portion 9 c of the collar 9.
[0051]
A clamp ball operating recess 14d having a front edge slope 14c is formed on the outer peripheral surface of the front half of the clamp ball operating sleeve 14, and the tool clamp operating piece 15 and the U-axis operating rod are formed on the outer peripheral surface of the rear half. The clamp piece 16 is fitted back and forth, and the former is engaged with an engagement protrusion 14e formed on the clamp ball operating sleeve 14 to restrain the axial displacement with respect to the clamp ball operating sleeve 14, and the latter is The clamp ball actuating sleeve 14 can be displaced in the axial direction, but the rear end portion can be opposed to and separated from the front end step portion of the large-diameter portion 9 b of the collar 9.
[0052]
An annular nut member 17 having an outer diameter substantially equal to the outer diameter of the main shaft 4 is rotatably fitted in an annular groove 4a formed on the outer peripheral surface of the main shaft 4 in the axial direction range corresponding to the rear half of the clamp ball operating sleeve 14. The annular nut member 17 is engraved with a first screw portion 17a in the first half and a second screw portion 17b in the second half of each other. The main shaft housing 1 is provided with a clamping piston 18 in a radial direction so as to face the outer peripheral surface of the annular nut member 17.
[0053]
Then, between the bottom surface of the annular groove 4a and the outer peripheral surface of the through hole 6 of the main shaft 4, as shown in FIG. 4, radial cavities 24 penetrate at intervals of 120 degrees, and the tool clamp operating piece 15 and the U-axis operation The radial screw portions 15a, 16a of the bar clamp piece 16 project into the radial cavities 24, 24, 24, and the rotation of the tool clamp operation piece 15 and the U-axis operation bar clamp piece 16 is restricted, and the screw portion 15a is Annular nut member 17 The threaded part 16a is screwed to the first threaded part 17a of the nut member 17 and the second threaded part 17b of the annular nut member 17, respectively.
[0054]
The spindle 4 is formed with a concentric clamp ball holding sleeve portion 25 that forms the tip of the through hole 6 within the tapered hole 5 at the tip. As a result, the outer peripheral surface of the clamp ball holding sleeve portion 25 and the tapered hole 5 A cylindrical tapered shank 41a of the tool holder 41 is fitted into a tapered annular hole formed by the inner peripheral surface. In the clamp ball holding sleeve portion 25, a clamp ball hole 25a corresponding to the clamp ball hole 41d of the taper shank 41a of the tool holder 41 fitted in the taper annular hole penetrates in the radial direction.
[0055]
Clamp ball A clamp ball 27 is accommodated across the clamp ball operating recess 14 d of the operating sleeve 14 and the clamp ball hole 25 a of the clamp ball holding sleeve portion 25.
[0056]
The tool holder 41 attached to the main shaft 4 is formed by extending a cylindrical taper shank 41a having a hollow hole 41b opened at the rear end.
The taper shank 41a is provided with a clamp ball hole 41d having a peripheral edge slope, and the stepped portion of the base of the taper shank 41a is formed on the tip surface of the main shaft 4 when the tool holder 41 is mounted on the main shaft 4. Abut.
[0057]
Therefore, the tool holder 41 is driven by the contact of the outer peripheral tapered surface of the taper shank 41a with the tapered hole 5 of the main shaft 4 and the contact of the stepped portion of the base of the taper shank 41a with the front end surface of the main shaft 4, that is, by the two-surface constraint. 4 is attached.
Here, in the embodiment of the invention described above, the tool holder 41 is defined as a standard shape that is generally popular in the market, as described above, in which the shape of the two-surface constraining portion in the fastening of the spindle 4 and the tool holder 41 is fixed. Simplification of production and management.
On the outer peripheral surface of the tool holder 41, an annular groove 41c that engages with an exchange hand of the automatic tool changer is formed.
[0058]
Although it can be omitted in the first embodiment, in the second embodiment, as shown in FIG. 4, the spindle housing 1 has a fixed position at a position shifted in phase from the clamping piston 18. A confirmation proximity switch 19 is provided in the radial direction facing the outer peripheral surface of the annular nut member 17. In the illustrated example, the clamping piston 18 and the fixed position confirmation proximity switch 19 are 180 degrees out of phase and face each other in the diameter direction.
[0059]
On the outer peripheral surface of the annular nut member 17, a locking recess 17 c is formed in the spindle housing 1 where the locking portion of the clamping piston 18 contacts and separates, and the target 20 detected by the fixed position confirmation proximity switch 19 is further formed. Are provided in a predetermined range and in a predetermined range in the circumferential direction. In the illustrated example, the locking recess 17 c and the target 20 are 180 degrees out of phase with each other with the clamping piston 18 and the proximity switch 19.
[0060]
The operation of the spindle apparatus will be described.
As can be easily understood in FIG. 6, in the machining center, automatic tool change is performed by a process as shown in the drawing, and a desired machining process is performed.
When the machining process with one cutting tool is finished, in step 1, the control device determines whether or not the tool needs to be changed. As long as there is no command to change the tool, the machining with one cutting tool is repeated and the entire machining process is repeated. Is completed.
[0061]
When a tool change command is issued in order to replace the tool, in step 2, the used cutting tool is mounted and released in the spindle device, and in step 3, the used cutting tool is removed from the spindle by a tool changing arm (not shown). At the same time, a new cutting tool is inserted into the spindle.
[0062]
Next, in step 4, the new cutting tool is mounted and tightened in the main spindle device, and in step 5, the main spindle is rotationally driven to perform processing with the new cutting tool.
In step 6, the completion of all machining processes is determined by the control device. Unless all machining processes are completed, the process returns to step 1, and the above processes are repeated to complete all machining processes.
[0063]
Therefore, according to FIGS. 7, 9 and 11, the mounting / tightening / release of the cutting tool at the time of the above-described tool replacement in the spindle device of the embodiment (first and second) will be described.
For the sake of convenience, after describing the mounting and fastening of a new cutting tool to be used in the next process to the main spindle 4 following the release of the used cutting tool from the main spindle 4 in the tool change, the main spindle 4 of the cutting tool will be described. I will explain the release from the mounting.
[0064]
As shown in FIG. 3, FIG. 9 (a) and FIG. 11 (a), the tool holder of the used cutting tool is removed from the spindle 4 by tool replacement after the machining process with one cutting tool is completed. When the tool holder 41 of the new cutting tool 40 is mounted and tightened, the main shaft 4 is rotationally positioned at the rotation original position, and the annular nut member 17 protrudes and is pressed and engaged with the locking recess 17c. The piston 18 is fixed to the main shaft housing 1 so as not to rotate.
[0065]
The U-axis tension bar 7 is in the original position, which is the forward position, the tool clamp operating piece 15 is in the advanced position, and the U-axis operating bar clamp piece 16 is in the retracted position, thereby being separated from each other. The ball operating sleeve 14 is in the forward position, the collar 9 is in the retracted position, and the clamp ball 27 and the collet 13 are in an open state.
[0066]
Then, after the tool holder 41 of the used cutting tool 40 is removed from the spindle 4 by a tool changer arm (not shown), the tool holder 41 of the new cutting tool 40 is attached to the spindle 4 of the machine tool so as to be mounted. The annular groove 41 c of 41 is gripped by the replacement hand, and the taper shank 41 a is inserted into the tapered hole 5 of the main shaft 4. At that time, the temporary clamp ball 28 protruding into the tapered hole 5 by the spring force of the compression coil spring 29 is once pushed into the temporary clamp ball hole 5a by the taper shank 41a and then compressed again when it matches the clamp ball hole 41d. The taper shank 41 a is temporarily clamped to the main shaft 4 by being pushed into the clamp ball hole 41 d by the coil spring 29.
[0067]
Tool mounting and fastening will be described according to the process in FIG.
Step 1
In the control device 30, a tool mounting fastening command is output.
Step 2
Then, the all-axis machine lock command means 54 operates, and when the all-axis machine lock command is input to the gate circuit 55, the gate circuit 55 inputs the command from the U-axis feed command means 53 to the U-axis drive amplifier 38. Instead, it is switched to input to the U-axis position counting means 57.
[0068]
Step 3
Since the rotational position of the U-axis servomotor 33 is always detected by the encoder 35, the rotational position of the U-axis servomotor 33 when the U-axis tension rod 7 is set to the original position, that is, the tool holder 41 of the new cutting tool. The rotational angle position of the U-axis servomotor 33 at the time when the taper shank 41a is inserted into the tapered hole 5 of the main shaft 4 and temporarily clamped is stored from the encoder 35 into the U-axis current position storage means 56.
[0069]
Step 4
When commands are simultaneously input from the synchronous control command means 51 to the spindle rotation command means 52 and the U-axis feed command means 53, a spindle rotation command is input from the spindle rotation command means 52 to the spindle drive amplifier 37, and based on that. The built-in spindle motor 3 is driven to rotate. At the same time, a U-axis feed command is output from the U-axis feed command means 53 so that the U-axis servomotor 33 rotates in synchronization with the built-in spindle motor 3, but this is not input to the U-axis drive amplifier 38. Input to the shaft position counting means 57. That is, the U-axis servomotor 33 does not actually rotate in response to the command, but the rotation angle based on the synchronous rotation command with the built-in spindle motor 3 is sequentially input to the U-axis position counting means 57.
[0070]
When the built-in spindle motor 3 is driven to rotate, the spindle 4 is rotated counterclockwise. However, since the annular nut member 17 is prevented from rotating by the clamping piston 18, the tool clamp operating piece 15 and the U-axis operating rod are The clamp piece 16 is displaced so as to approach each other by a reverse screw. That is, the tool clamp operating piece 15 moves backward and the U-axis operating bar clamp piece 16 moves forward.
[0071]
As the tool clamp operating piece 15 is retracted, the clamp ball operating sleeve 14, that is, the clamp ball operating recess 4d, is retracted. The taper shank 41a is located on the base of the taper shank 41a by engaging with the rear inclined inner peripheral surface of the clamp ball hole 41d. The stepped portion is drawn into the tapered hole 5 so as to abut the tip end surface of the main shaft 4 and is fastened to the main shaft 4. That is, the tool holder 41 is attached to the main shaft 4 by two-surface restraint.
[0072]
When the taper shank 41a is fastened to the main shaft 4, the rear end surface of the U-axis actuating rod 42 of the tool holder 41 in the original position, that is, the pull stud 42a, of the tip member 12 of the U-axis tension bar 7 in the original position. It will contact | abut to a front end surface, and will be in the state which the pull stud 42a can be hold | gripped by the collet 13. FIG.
[0073]
On the other hand, as the U-axis actuating rod clamp piece 16 advances, the collar 9 advances with the spring force of the compression coil spring 10 while the stepped portion of the small diameter portion 9c is in contact with the rear end of the U-axis actuating rod clamp piece 16. Since the tapered surface 9d closes the collet 13 by the advancement of the collar 9, the collet 13 holds the pull stud 42a that is in contact with the distal end surface of the distal end member 12 of the U-axis tension rod 7 that is stopped at the original position. .
[0074]
Eventually, when the collet 13 grips the pull stud 42 a, the advancement of the collar 9 is prevented, and the U-axis actuating bar clamp piece 16 moves away from the step portion of the small diameter portion 9 c of the collar 9. As a result, the spring force of the compression coil spring 10 to be extended acts in the direction in which the collar 9 advances, and the engagement between the tapered surface 9d of the collar 9 and the collet 13, that is, the closing of the collet 13 is performed by the compression coil spring 10. As a result, the pull stud 42 a is completely coupled to the tip member 12 while being firmly in contact with the tip surface of the tip member 12.
[0075]
Step 5
As described above, the mounting and fastening is advanced, and when the mounting and fastening is completed, the tool clamp operating piece 15 is prevented from moving backward, and the load on the built-in spindle motor 3 is increased. That is, the built-in spindle motor 3 is decelerated and eventually stops. In view of this, the clamp determination means 58 determines whether or not the taper shank 41a has been fixed in the main shaft 4 based on the change in the detection signal input from the rotation speed sensor 36 that detects the rotation speed of the built-in main shaft motor 3.
[0076]
This mounting / tightening completion determination may be performed by the clamp determination means 58 based on a change in the detected torque signal by providing a torque sensor instead of the rotation speed sensor 36.
That is, it is determined that the fastening is completed when the detection speed at which the rotation speed sensor 36 decelerates or the detection torque at which the torque sensor increases reaches a predetermined value.
[0077]
Step 6
In the U-axis position counting means 57, the rotational angle position of the U-axis servo motor 33 at the time of temporary clamping inputted from the U-axis current position storage means 56 and the rotational angle of the virtual synchronous rotation of the built-in spindle motor 3 are used. The rotational angle position of the U-axis servomotor 33 during synchronous rotation is obtained and input to the U-axis skip position storage means 59.
Then, when a clamping completion determination signal that determines the completion of mounting and clamping is input from the clamp determination means 58 to the U-axis skip position storage means 59, the rotational angle position of the U-axis servo motor 33 at that time is the U-axis skip. It is stored in the position storage means 59.
[0078]
Step 7
Based on the rotation angle position of the U-axis servo motor 33 stored in the U-axis skip position storage means 59 in the spindle rotation amount calculation means 60, the rotation amount of the built-in spindle motor 3, that is, the rotation source required for tool mounting and fastening. The rotation angle of the spindle 4 from the position is calculated. In short, the rotation amount of the main shaft 4 is indirectly calculated by converting from the virtual synchronous rotation amount of the U-axis servomotor 33 with the built-in main shaft motor 3.
The rotation angle θ of the main shaft 4 from the rotation original position required for the tool mounting and fastening required as described above (that is, the rotation deviation angle from the rotation original position) is the shape and size of the taper shank of the cutting tool and the shank gripping portion. It is not constant depending on the dimensions of the.
[0079]
Step 8
Based on the rotation amount of the main shaft 4 from the rotation original position required for the tool mounting and tightening calculated by the main shaft rotation amount calculation means 60 in the rotation lock position storage means 61, the locking recess 17 c of the annular nut member 17 is formed. The rotational locking position facing the locking portion of the clamping piston 18 is stored. (See Fig. 9 (b) and Fig. 11 (b))
[0080]
Step 9
The all-axis machine lock command means 54 is activated, and an all-axis machine lock release command is input to the gate circuit 55. The gate circuit 55 inputs a command from the U-axis feed command means 53 to the U-axis drive amplifier 38. Switched.
Then, the ball screw nut 34 is rotated by a desired rotation angle by the U-axis servomotor 33 being driven to rotate by a desired rotation amount in response to a command signal from the control device 30.
[0081]
Accordingly, the ball screw 32 is retracted by a desired amount, which is transmitted to the U-axis tension bar 7 via the coupling 31, and the U-axis operating bar 42 coupled to the original U-axis tension bar 7 is in-situ. To the axial direction by a desired amount.
As a result, the cutting tool 40 is positioned at a desired radial position via the groove cam mechanism 43.
[0082]
Step 10
The clamping piston 18 is retracted by a fluid pressure control device (not shown) and detached from the locking recess 17 c of the annular nut member 17.
Accordingly, since the annular nut member 17 is rotatable with the main shaft 4, there is nothing that prevents the rotation of the main shaft 4, and the main shaft 4 can be driven to rotate by the built-in main shaft motor 3. (See Fig. 9 (c) and Fig. 11 (c))
[0083]
Thus, the cutting tool 40 of the new tool holder 41, which is mounted and fastened to the spindle 4 that is rotated by the rotational drive of the built-in spindle motor 3, rotates at a position offset by a desired amount from the center axis, and a desired machining diameter for the workpiece. Cutting is performed. Here, the rear end surface of the pull stud 42a of the U-axis operating rod 42 and the front end surface of the front end member 12 are completely in close contact, that is, the U-axis operating rod 42 and the U-axis tension rod 7 are connected without any gap in the axial direction. Therefore, the amount of radial displacement of the cutting tool 47 corresponding to the amount of movement of the U-axis tension bar 7 becomes accurate, and processing can be performed with high accuracy.
[0084]
Next, according to FIGS. 8 and 9, the mounting / release of the cutting tool at the time of the above tool change in the spindle device of the first embodiment will be described.
As described above, the machining process by the cutting tool 40 of the tool holder 41 mounted and fastened to the main shaft 4 is completed, and the main shaft 4 is positioned and stopped at a predetermined rotation original position. (See FIG. 9 (d) and FIG. 11 (d))
[0085]
Tool release will be described according to the process in FIG.
Step 11
In the control device 30, a tool mounting release command is output.
Step 12
In order to release the tool holder 41, the locking recess 17c of the annular nut member 17 must be opposed to the clamping piston 18 in order to fix the annular nut member 17. However, since the main shaft 4 is positioned and stopped at a predetermined rotation original position, the locking recess 17c of the annular nut member 17 has a rotation angle θ (FIG. 9) when the main shaft 4 is rotated counterclockwise for tool mounting fastening. (See (b)) is displaced from the position of the clamping piston 18 only. (See Fig. 9 (d))
[0086]
Therefore, the control device 30 calls the rotation lock position stored in the rotation lock position storage means 61 at the time of the tool mounting and fastening described above, and the built-in spindle motor 3 is moved to the position by the control command from the control device 30. Is rotated clockwise by a rotation angle corresponding to (360 ° −θ). As a result, the locking recess 17c of the annular nut member 17 that rotates clockwise together with the main shaft 4 by the rotation angle (360 ° −θ) is positioned so as to face the clamping piston 18. (See Fig. 9 (e))
[0087]
Step 13
The clamping piston 18 in the retracted state protrudes by the operation of a fluid pressure control device (not shown) based on the advance command of the control device 30 and is pressed and engaged with the locking recess 17 c of the annular nut member 17. That is, the annular nut member 17 is fixed to the main shaft housing 1 so as not to rotate. (See Fig. 9 (f))
[0088]
Step 14
In the control device 30, the built-in main shaft motor 3 is controlled and driven, and the main shaft 4 rotates clockwise and is positioned and stopped at a predetermined rotation original position.
When the main shaft 4 is rotated clockwise until it reaches the rotation original position, the rotation of the annular nut member 17 is blocked by the clamping piston 18, so that the tool clamp operating piece 15 and the U-axis operating rod clamp piece 16 are They are displaced so as to be separated from each other by a reverse screw. That is, the tool clamp operating piece 15 moves forward, and the U-axis operating bar clamp piece 16 moves backward. When the main shaft 4 is positioned and stopped at a predetermined rotation original position, the tool clamp operation piece 15 is located at the most advanced position, and the U-axis operation bar clamp piece 16 is located at the last retracted position.
[0089]
As a result, the clamp ball operating sleeve 14, that is, the clamp ball operating recess 14 d, that is, the edge slope 14 b advances, so that the clamp ball 27 is released from the edge slope 14 b and the clamp ball hole of the taper shank 41 a of the tool holder 41 is released. The temporary clamp ball 28 is pressed by the compression coil spring 29 and engaged with the clamp ball hole 41d of the taper shank 41a of the tool holder 41.
Therefore, as shown in FIG. 3, the taper shank 41a of the tool holder 41 is released from the fastening with respect to the main shaft 4 and is temporarily clamped.
[0090]
On the other hand, the rear end of the retracting U-axis actuating rod clamp piece 16 abuts on the step portion of the small diameter portion 9 c of the collar 9 and further retracts the collar 9 appropriately against the spring force of the compression coil spring 10. As a result, the tapered surface 9d of the collar 9 is separated from the outer peripheral surface of the collet 13 of the U-axis tension bar 7 in the initial position, so that the collet 13 is opened and the pull stud 42a of the U-axis operating bar 42 of the tool holder 41 is opened. release.
[0091]
The state of the main shaft 4 is a state before starting the operation of removing the tool holder of the used cutting tool in the tool change described above from the main shaft 4 and mounting and fixing the tool holder of a new cutting tool on the main shaft 4. (See Fig. 9 (a))
Next, according to FIGS. 10 and 11, the mounting / release of the cutting tool at the time of the above tool change in the spindle device of the second embodiment will be described.
The positioning stop state at a predetermined rotation original position of the spindle 4 at the end of the machining process by the cutting tool 40 of the tool holder 41 attached and fastened to the spindle 4 is the same as that in the first embodiment described above. (See FIG. 11 (d))
[0092]
Tool release will be described according to the process in FIG.
Step 11
In the control device 30, a tool mounting release command is output.
Step 12
As in the first embodiment described above, when positioning the locking recess 17c of the annular nut member 17 so as to face the clamping piston 18, the controller 30 rotates at the time of the tool mounting and fastening described above. A position offset by an appropriate angle (δ) from the rotation locking position stored in the locking position storage means 61 is called, and the built-in spindle motor 3 rotates corresponding to the offset position by a control command from the control device 30. It is rotated clockwise by an angle (360 ° −θ + δ). (See FIG. 11 (e))
[0093]
Step 13
The built-in spindle motor 3 rotates in a low-speed inching direction counterclockwise in response to a control command from the control device 30.
Step 14
A target 20 provided in the annular nut member 17 with a phase difference of 180 degrees from the locking recess 17c is detected by a proximity position confirmation proximity switch 19 provided in the spindle housing 1 with a phase difference of 180 degrees with respect to the clamping piston 18. As a result, a stop command is applied to the build-in spindle motor 3, and the build-in spindle motor 3 is stopped and positioned.
As a result, the locking recess 17 c of the annular nut member 17 that rotates integrally counterclockwise with the main shaft 4 is positioned so as to face the clamping piston 18. (See FIG. 11 (f))
[0094]
In this case, in the case of the first embodiment described above, the annular nut member 17 and the U-axis actuating rod clamp piece 16 are used when the rotation positioning is performed only by the rotation locking position stored in the rotation locking position storage means 61. Even if there is a deviation from the actual rotational locking position, which may occur due to the lubrication state or the like in the screw mechanism, the locking recess 17c in the annular nut member 17 is accurately positioned in the clamping piston 18. Are positioned opposite to each other.
Steps 15 and 16
This is the same as steps 13 and 14 in the first embodiment described above. (See FIGS. 11 (g) and (a))
[0095]
【The invention's effect】
According to the spindle device of the present invention, the spindle at the predetermined rotation original position can be efficiently rotationally positioned at another desired stop position.
For example, when removing a used cutting tool in automatic tool change, the spindle stopped at a predetermined rotation original position is moved to the tool mounting release screw mechanism operation start position (nut member). Rotation lock It is possible to shorten the time for rotational positioning to the position. Eventually, the tool change time can be shortened.
[0096]
In addition, the function means for recognizing the spindle rotation angle phase, which is expensive for detecting the spindle rotation position, for example, is provided at the predetermined rotation original position in a shortened time without providing a proximity switch that requires an installation space near the spindle. The spindle can be rotationally positioned at another desired stop position.
[0097]
Even if a proximity switch is installed, only one proximity switch is installed, and the actual tool installation release screw type mechanism start position (nut member fastening position) due to the lubrication state of the tool installation release screw type mechanism, etc. Even if there is a deviation from the position stored in the control device, the tool mounting release screw type mechanism start position (nut member Rotation lock Position).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a spindle device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a front half portion of a spindle device (tool holder mounted and fastened state) in an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the front half of the spindle device (tool holder mounted and released state) according to the embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
FIG. 5 is a configuration diagram of a tool attachment / detachment control function of the control device of the spindle device in the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart of a tool change / machining process of the spindle device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart of a tool holder mounting fastening process of the spindle device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart of a tool holder mounting / releasing process of the spindle device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a tool holder mounting fastening / releasing operation of the spindle device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart of a tool holder mounting / releasing process of the spindle device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a tool holder mounting fastening / releasing operation of the spindle device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a flowchart of a conventional tool holder mounting / fastening process of a spindle device.
FIG. 13 is a flowchart of a tool holder mounting / releasing process of the spindle device in the prior art.
FIG. 14 is an explanatory view of a tool holder mounting fastening / releasing operation of a spindle device in the prior art.
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the spindle rotational speed and the operating time of the tool holder mounting fastening / releasing operation of the spindle device in the prior art.
[Explanation of symbols]
1 Spindle housing 2 Rolling bearing
3 Build-in spindle motor 4 Spindle
4a annular groove 5 taper hole
5a Temporary clamp ball hole 6 Through hole
7 U-axis tension rod 7a 1st small diameter part
7b Second small diameter part 8 Tension sleeve
9 Color 9a Long hole
9b Large diameter part 9c Small diameter part
10, 29 Compression coil spring 11 Stop pin
12 Tip member 13 Collet
14 Clamp ball operating sleeve 14a, 14b Center hole
14c Front edge slope 14d Clamp ball operation recess
14e Engagement protrusion 15 Tool clamp operation piece
16 U-axis actuating rod clamp piece 15a, 16a Screw part
17 annular nut member 17a first screw part
17b Second screw portion 17c Locking recess
17d cylinder 18 piston for clamping
19 Proximity switch for fixed position confirmation 20 Target
24 Radial void 25 Clamp ball holding sleeve
25a Clamp ball hole 27 Clamp ball
28 Temporary clamp ball 29 Compression coil spring
30 Controller 31 Coupling
32 Ball screw 33 U-axis servo motor
34 Ball screw nut 35 Encoder
36 Rotational speed sensor 37 Spindle drive amplifier
38 U-axis drive amplifier 40 Cutting tool
41 Tool holder 41a Taper shank
42 U-axis operating rod 42a Pull stud
43 Groove cam mechanism
51 Synchronous control command means 52 Spindle rotation command means
53 U-axis feed command means 54 All-axis machine lock command means
55 Gate circuit 56 U-axis current position storage means
57 U-axis position counting means 58 Clamp determination means
59 U-axis skip position storage means 60 Spindle rotation amount calculation means
61 Rotation locking position storage means

Claims

回転自在に支承された主軸；該主軸を回転駆動する主軸モータ；前記主軸に設けられ、工具のシャンクを固締・解放するシャンク把持部；前記主軸に軸線方向変位自在に設けられ、その変位により前記シャンク把持部を開閉するシャンク把持部作動部材；前記主軸に対し回転自在に同心的に設けられ、内周に雌ねじ部が形成された環状ナット部材；前記シャンク把持部の開閉作動時に前記環状ナット部材を回転不能に固定する環状ナット部材固定手段；前記主軸に対し回転方向には一体的に、且つ軸線方向に進退自在に設けられ、前記環状ナット部材の雌ねじ部に螺合し、前記シャンク把持部作動部材に結合された工具クランプ作動駒；並びに前記主軸モータ及び前記主軸とは別の回転部材の駆動モータを制御する制御装置
から構成された主軸装置であって、
前記制御装置が、
前記環状ナット部材の回転不能状態における前記主軸モータの回転駆動によるシャンク把持部のシャンク固締が完了したことを前記主軸モータの回転駆動において判定するクランプ判定手段；前記主軸モータの回転に同期させて前記主軸とは別の回転部材の駆動モータを回転駆動させる制御信号を該駆動モータの駆動に直接与る駆動アンプに送るか、またはシャンク把持部のシャンク固締時には該駆動モータの駆動に直接与らないカウント手段に送るか択一的である同期回転制御手段；シャンク固定作動中には前記カウント手段に送られる前記制御信号に基く前記駆動モータの仮想回転量を記憶する記憶手段；シャンク固締時に、前記環状ナット部材固定手段により前記環状ナット部材が回転不能にされた状態において回転原位置にあってシャンク解放状態の前記主軸が該回転原位置から前記クランプ判定手段で判定された時点の前記主軸モータの回転位置であるシャンク固締完了位置まで回転する回転角を、前記記憶手段に記憶された駆動モータの仮想回転量から算出する演算手段；及び前記主軸の回転原位置に前記演算手段で算出した前記回転角を加味した回転係止位置を記憶する回転係止位置記憶手段
を具備し；
シャンク解放時に前記回転原位置に停止したシャンク固締状態の前記主軸を前記回転原位置から前記回転係止位置記憶手段に記憶された前記回転係止位置にまで回転駆動し；該回転係止位置において、前記環状ナット部材固定手段により前記環状ナット部材を回転不能状態にした上で、前記主軸を回転原位置に回転するように前記主軸モータを制御するようになっている
主軸装置。A main shaft that is rotatably supported; a main shaft motor that rotationally drives the main shaft; a shank gripping portion that is provided on the main shaft and fastens and releases a shank of a tool; and is provided on the main shaft so as to be axially displaceable. A shank gripper operating member for opening and closing the shank gripper; an annular nut member provided concentrically and rotatably with respect to the main shaft, and having an internal thread formed on an inner periphery thereof; annular nut member fixing means for non-rotatably securing the member; integrally with respect to the main shaft in the rotational direction, and is provided retractably in the axial direction, is screwed into the internal thread portion of the annular nut member, said shank gripping A tool clamp actuating piece coupled to a part actuating member ; and a main unit comprising a main unit motor and a control device for controlling a drive motor of a rotating member different from the main shaft. A shaft device ,
The control device is
Clamp determination means for determining in the rotational drive of the main shaft motor that the shank gripping portion of the shank gripping part has been completed by the rotational drive of the main shaft motor in a state where the annular nut member cannot rotate; in synchronization with the rotation of the main shaft motor A control signal for rotationally driving a driving motor of a rotating member different from the main shaft is sent to a driving amplifier that directly applies driving of the driving motor, or is directly applied to driving of the driving motor when the shank gripping portion is fixed to the shank. Synchronous rotation control means that is alternatively sent to the counting means ; storage means for storing the virtual rotation amount of the drive motor based on the control signal sent to the counting means during the shank fixing operation ; sometimes, in the rotational situ in a state in which the annular nut member by the annular nut member fixing means is unrotatable Shi Driving said main shaft of the link released state the rotation angle of rotation from the rotating original position to the shank locking completion position is a rotational position of the spindle motor when it is determined by said clamping determining means, stored in said storage means Calculation means for calculating from the virtual rotation amount of the motor ; and rotation lock position storage means for storing a rotation lock position in which the rotation angle calculated by the calculation means is added to the rotation original position of the spindle.
Comprising:
Rotatably driving said spindle shank solid fastening a stopped state to the rotating original position when the shank released from the rotational original position to the stored the rotation locking position to the rotation locking position storage means; said rotary locking position The main shaft device is configured to control the main shaft motor so as to rotate the main shaft to the rotation original position after the annular nut member fixing means makes the annular nut member non-rotatable.

回転自在に支承された主軸；該主軸を回転駆動する主軸モータ；前記主軸に設けられ、工具のシャンクを固締・解放するシャンク把持部；前記主軸に軸線方向変位自在に設けられ、その変位により前記シャンク把持部を開閉するシャンク把持部作動部材；前記主軸に対し回転自在に同心的に設けられ、内周に雌ねじ部が形成された環状ナット部材；前記シャンク把持部の開閉作動時に前記環状ナット部材を回転不能に固定する環状ナット部材固定手段；前記主軸に対し回転方向には一体的に、且つ軸線方向に進退自在に設けられ、前記環状ナット部材の雌ねじ部に螺合し、前記シャンク把持部作動部材に結合された工具クランプ作動駒；前記環状ナット部材と結合される主軸の回転係止位置を検出する検出器；並びに前記主軸モータ及び前記主軸とは別の回転部材の駆動モータを制御する制御装置
から構成された主軸装置であって、
前記制御装置が、
前記環状ナット部材の回転不能状態における前記主軸モータの回転駆動によるシャンク把持部のシャンク固締が完了したことを前記主軸モータの回転駆動において判定するクランプ判定手段；前記主軸モータの回転に同期させて前記主軸とは別の回転部材の駆動モータを回転駆動させる制御信号を該駆動モータの駆動に直接与る駆動アンプに送るか、またはシャンク把持部のシャンク固締時には該駆動モータの駆動に直接与らないカウント手段に送るか択一的である同期回転制御手段；シャンク固定作動中には前記カウント手段に送られる前記制御信号に基く前記駆動モータの仮想回転量を記憶する記憶手段；シャンク固締時に、前記環状ナット部材固定手段により前記環状ナット部材が回転不能にされた状態において回転原位置にあってシャンク解放状態の前記主軸が該回転原位置から前記クランプ判定手段で判定された時点の前記主軸モータの回転位置であるシャンク固締完了位置まで回転する回転角を、前記記憶手段に記憶された駆動モータの仮想回転量から算出する演算手段；前記主軸の回転原位置に前記演算手段で算出した前記回転角を加味した回転係止位置を記憶する回転係止位置記憶手段；並びに前記主軸の回転原位置に前記演算手段で算出した前記回転角を加味した回転係止位置及び該回転係止位置に対しオフセットした位置を記憶する回転係止位置記憶手段
を具備し；
シャンク解放時に前記回転原位置に停止したシャンク固締状態の前記主軸を前記回転原位置から前記回転係止位置記憶手段における回転係止位置に対しオフセットした位置にまで回転駆動し、更に、前記検出器による回転係止位置が検出されるまで寸動回転し；前記検出器により検出された回転係止位置において、前記環状ナット部材固定手段により前記環状ナット部材を回転不能状態にした上で、前記主軸を回転原位置に回転するように前記主軸モータを制御するようになっている
主軸装置。A main shaft that is rotatably supported; a main shaft motor that rotationally drives the main shaft; a shank gripping portion that is provided on the main shaft and fastens and releases a shank of a tool; and is provided on the main shaft so as to be axially displaceable. A shank gripper operating member for opening and closing the shank gripper; an annular nut member provided concentrically and rotatably with respect to the main shaft, and having an internal thread formed on an inner periphery thereof; annular nut member fixing means for non-rotatably securing the member; integrally with respect to the main shaft in the rotational direction, and is provided retractably in the axial direction, is screwed into the internal thread portion of the annular nut member, said shank gripping part tool clamp actuation piece coupled to the actuating member; detector for detecting the rotational locking position of the main shaft to be coupled to the annular nut member; and the spindle motor and the The axis a spindle device and a control device for controlling the drive motor of another rotary member,
The control device is
Clamp determination means for determining in the rotational drive of the main shaft motor that the shank gripping portion of the shank gripping part has been completed by the rotational drive of the main shaft motor in a state where the annular nut member cannot rotate; in synchronization with the rotation of the main shaft motor A control signal for rotationally driving a driving motor of a rotating member different from the main shaft is sent to a driving amplifier that directly applies driving of the driving motor, or is directly applied to driving of the driving motor when the shank gripping portion is fixed to the shank. synchronizing rotation control means is alternatively or send et no counting means; memory means in the shank fixing operation for storing a virtual rotation of the drive motor based on the control signal sent to the counting means; shank fastening sometimes, in the rotational situ in a state in which the annular nut member by the annular nut member fixing means is unrotatable Shi Driving said main shaft of the link released state the rotation angle of rotation from the rotating original position to the shank locking completion position is a rotational position of the spindle motor when it is determined by said clamping determining means, stored in said storage means Calculation means for calculating from the virtual rotation amount of the motor ; rotation locking position storage means for storing the rotation locking position in which the rotation angle calculated by the calculation means is added to the rotation original position of the main shaft; and the rotation source of the main shaft A rotation lock position storage means for storing a rotation lock position in consideration of the rotation angle calculated by the calculation means and a position offset with respect to the rotation lock position ;
The main shaft in the shank-tightened state stopped at the rotation original position when the shank is released is driven to rotate from the rotation original position to a position offset with respect to the rotation engagement position in the rotation engagement position storage means , and further, the detection Until the rotational locking position by the detector is detected; and at the rotational locking position detected by the detector, the annular nut member fixing means makes the annular nut member non-rotatable, A spindle device configured to control the spindle motor so as to rotate the spindle to a rotation original position.