JPH1177470A - ビルトインモータ型主軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主軸から工具全体を取り外すことなく簡易に
刃具だけを交換できるようにする。 【解決手段】 工作機械の主軸駆動系に機械的な減速装
置を介さずにモータを組み込み、主軸を電気制御方式に
より無段変速するようにしたビルトインモータ型主軸で
あって、モータに発生するトルクにより前記主軸を定位
置に保持する機能を有するモータ１を主軸１５に連結
し、工具交換時にモータ１の作動モードを主軸を定位置
に保持するモードに手動により切り替える手動操作のス
イッチ手段４４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＣ工作機械の主
軸に組み込んだモータにより機械的な減速装置を介さず
に直接主軸を駆動するようにしたビルトインモータ型主
軸での工具の交換を容易にするようにしたビルトインモ
ータ型主軸に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機械の主軸駆動系では、主軸
の変速方式に、３相誘導電動機と、歯車、減速機等の減
速装置との組み合わせが採用されていた。近年では、モ
ータや、制御用半導体の技術開発が進み、ＤＣサーボモ
ータやＡＣサーボモータを用い電気制御方式で主軸の無
段変速を行う方式が主流になってきている。

【０００３】ＡＣサーボモータは、小型・軽量であるこ
と、ＤＣモータと違ってブラシなどの接触部分がないた
め、保守の必要がないこと、さらには全閉構造であり、
機電一体化したビルトインモータ型主軸に採用されてい
る。

【０００４】この種のビルトインモータ型主軸上の工具
の交換をＡＴＣ（工具自動交換装置）により行う場合、
ＡＴＣの交換アームに対して、主軸上の工具の割り出し
位置を合わせるために、主軸の回転位置を定位置に保持
する。交換アームは工具をつかんで主軸から抜き取り、
そして、旋回して新しい工具を主軸に取り付けている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】工具交換では、通常、
ドリル、フライスなどの刃具を工具ホルダごと交換する
が、場合によっては、刃具のみを違うものに交換したい
場合がある。ＡＴＣは、基本的に工具ホルダごと交換す
るようになっているので、刃具だけの自動交換はできな
い。

【０００６】ビルトインモータ型主軸ではなく、減速装
置によって減速を行う主軸では、減速装置が負荷、つま
り回り止めとなって、主軸に工具を取り付けたまま刃具
のみの交換が可能である。

【０００７】ところが、ビルトインモータ型主軸では、
機械的な減速装置を用いていないために、刃具を主軸に
固定されている工具ホルダから外そうとすると、いっし
ょに主軸が回ってしまい、刃具だけを取り外すことがで
きなかった。

【０００８】また、ビルトインモータ型主軸では、主軸
を定位置に停止させるためにある程度の力で保持する
が、破損防止のために、大きな外力がかかり主軸の定位
置から所定のずれ幅を越えると、主軸がフリーになるよ
うにしている。

【０００９】このため、刃具のみを交換する場合には、
主軸から工具を取り外してから、手動で段取治具等を用
いて工具ホルダの回り止めをしておいて、刃具を手作業
で交換しているのが実状である。

【００１０】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、主軸から工具全体を取り外すこ
となく簡易に刃具だけを交換できるようにしたビルトイ
ンモータ型主軸を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、工作機械の主軸駆動系に機械的な減速
装置を介さずにモータを組み込み、主軸を電気制御方式
により無段変速するようにしたビルトインモータ型主軸
において、モータに発生するトルクにより前記主軸を定
位置に保持する機能を有するモータを前記主軸に連結
し、工具交換時に前記モータの作動モードを主軸を定位
置に保持するモードに手動により切り替える手動操作の
スイッチ手段を設けたものである。

【００１２】本発明によれば、スイッチ手段により主軸
定位置停止モードにすると、主軸はビルトインモータの
保持力によって定位置に保持される。刃具のネジを戻そ
うとするときに、主軸を回転させるとトルクが作用して
も、ビルトインモータは、その反対方向のトルクをモー
タ性能の範囲内で生じさせて主軸を定位置に保持するの
で、主軸が回ることがなく、簡単に、特別な治具等を用
いることなく刃具だけを取り外すことができる。また、
刃具だけの取り付けも同じようにして行える。

【００１３】また、本発明では、前記スイッチ手段がオ
フの場合は、主軸定位置保持モード中に外力による主軸
の定位置からの位相のずれが一定量を越えると主軸定位
置保持モードが解除され、前記スイッチ手段がオンの場
合は、外力の大きさによらず主軸定位置保持モードが維
持されるようにすることができる。このようにすること
により、ＡＴＣによる自動工具交換にも手動による工具
交換にも、その双方に柔軟に対応できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるビルトインモ
ータ型主軸の一実施の形態について添付の図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の実施形態によるビルトイ
ンモータ型主軸の縦断面を示す。参照番号１０はラム本
体を示す。このラム本体１０の内部にはビルトインモー
タを構成するステータ１１とロータ１２が組み込まれて
いる。ステータ１１はモータ冷却用のオイルが流れるオ
イルジャケット１３を介してラム本体１０の内周部に固
定されている。

【００１５】参照番号１５は主軸であり、この主軸１５
の後端部はロータ１２に直結されている。１６は主軸１
５を回転自在に支持するベアリングのうち、ラム本体１
０内で主軸１５を支持する後部ベアリングである。

【００１６】ラム本体１０の先端には、主軸１５の先端
部が挿通されるスナウト１７が取り付けられており、主
軸１５の端面は、スナウト１７から突出するようになっ
ている。１８はスナウト１７内で主軸を支持する前部ベ
アリングである。スナウト１７の端面では、蓋１９が取
り付けられている。

【００１７】主軸１５の工具取付側の内径部には、テー
パ穴２０が形成されており、このテーパ穴２０に工具２
２が取付けられる。工具２２は、そのホルダ部には、主
軸１５のテーパ穴２０に挿入される中実のテーパシャン
ク２３と、フランジ部２４が形成されている。テーパシ
ャンク２３とテーパ穴２０には、相等しいテーパが形成
されている。フランジ部２４には、ＡＴＣのアームとの
位相合せのための平坦面２５が形成されている。また、
刃具、この実施の形態では、ドリル２６はフランジ部２
４にねじ込まれることで固定されるもので、着脱可能に
フランジ部２４にねじ接合されるようになっている。

【００１８】主軸１５に工具をクランプする機構として
は、工具２２のテーパシャンク２３に連結されているプ
ルスタッド３０と、図示しないクランプ力発生機構と連
結されているドローバー３１と、その先端のコレット３
２が用いられている。プルスタッド３０をコレット３２
により把持し、ドローバー３１をクランプ力で引っ張る
ことにより、工具２２は主軸端面部に強固にクランプさ
れるようになっている。

【００１９】次に、図２は、ビルトインモータ１を制御
するシステムのブロック図である。４０はＮＣ装置から
与えられるＮＣ指令に基づいてビルトインモータの速度
制御等を行うモータ制御回路である。このモータ制御回
路４０は、ビルトインモータ１に供給する電圧、周波数
を制御することで（例えば、トランジスタＰＷＭ方式や
ベクトル制御方式等による）、ビルトインモータ１の回
転数を速度指令に従って無段変速する。その際、ビルト
インモータ１の位置および速度がモータ制御回路４０の
サーボ部にフィードバックされ、指令値との偏差がなく
なるようにビルトインモータ１の回転数が制御される。

【００２０】また、モータ制御回路４０は、ＮＣ指令中
の工具の自動交換、パレットの交換などの指令に基づい
て、指示される動作にビルトインモータ１を制御する。
また、このモータ制御回路４０は、工具自動交換の指令
が与えられると、ビルトインモータ１を停止するととも
に、工具交換のための定位置に主軸１５の回転位置が保
持されるように、主軸１５に作用する外力と反対方向の
トルクを発生させる。このようなビルトインモータ１の
作動モードを主軸定位置保持モードといい、従来からビ
ルトインモータ型の主軸のモータに備わっている機能で
ある。

【００２１】コントローラ４１（プログラマブルコント
ローラ）は、ＮＣ指令に従ってＡＴＣ４２などの工作機
械に付設される周辺機械をあらかじめ決められた順序に
動作させる。このコントローラ４１は、工作機械の主操
作盤４３と接続されている。

【００２２】この主操作盤４３には、機械の運転に必要
な各種機器の中に、特に、工具交換時のビルトインモー
タ１の作動モードを主軸定位置保持モードに手動で切り
替えるスイッチ４４が設けられている。

【００２３】ＡＴＣ４２による自動工具交換時と、ＡＴ
Ｃ４２を用いずに手動で工具を交換するために主軸定位
置保持モード切替スイッチ４４をオンにした時とでは、
同じ主軸定位置保持モードでも違いがある。

【００２４】自動工具交換時には、通常、主軸定位置保
持モード切替スイッチ４４はオフにしており、自動的に
工具交換のＮＣ指令に基づいて自動的に主軸定位置保持
モードに切り替わる。この場合は、工具２２とＡＴＣ４
２の交換アームの相互の割り出し位置が合わない事態に
備え、主軸定位置保持モード中に主軸１５の定位置から
の位相のずれが一定量を越えると主軸定位置保持モード
が解除され、過大な力がかかることによる機器の破損を
防止するようになっている。

【００２５】他方、前記主軸定位置保持モード切替スイ
ッチ４４がオンの場合は、自動的にすでに主軸定位置保
持モードに切り替わっていても、外力の大きさによらず
主軸定位置保持モードが維持されるようになっている。
この場合は、主軸１５の定位置からの位相のずれを監視
しないようになっている。また、当初から主軸定位置保
持モード切替スイッチ４４をオンにして、手動で主軸定
位置保持モードに切り替えることもできる。この場合も
主軸１５の定位置からの位相のずれを監視しないことは
同様である。

【００２６】次に、工具交換との関連において、本実施
の形態の作用について説明する。

【００２７】主軸定位置保持モード切替スイッチ４４を
オンにすると、主軸１５はビルトインモータ１の保持力
によって定位置に保持される。すなわち、工具２２のう
ち、テーパシャンク２３をそのまま主軸１５の端面に固
定しておいて、ドリル２６だけを取り外して別の刃具に
交換する場合、ドリル２６をホルダ部のフランジ部２４
からネジを戻して取り外すことができる。すなわち、ネ
ジを戻そうとすると、主軸１５を回転させるとトルクと
して作用するが、ビルトインモータ１は、その反対方向
のトルクを生じさせて主軸１５を定位置に保持するの
で、主軸１５が回ることがなく、簡単に、特別な治具等
を用いることなくドリル２６だけを取り外すことができ
る。別の刃具を取り付ける場合も同様である。

【００２８】また、この刃具だけの交換に際して、刃具
を戻すのに必要なトルクがかなり大きくても、ビルトイ
ンモータ１の性能の範囲内のトルクを利用して主軸１５
を固定できるので確実に刃具の交換を行うことができ
る。

【００２９】また、この実施の形態のように、従来から
この種のビルトインモータ型の主軸のモータの機能とし
て備えていた主軸定位置停止モードを利用できるので、
ＡＴＣによる自動工具交換にも手動による工具交換にも
柔軟に対応でき、しかも、在来のビルトインモータ搭載
の工作機械に簡易に実施可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、モータに発生するトルクにより前記主軸を定
位置に保持する機能を有するモータを前記主軸に連結
し、工具交換時に前記モータの作動モードを主軸を定位
置に保持するモードに手動により切り替える手動操作の
スイッチ手段を設けているので、モータのトルクを主軸
の回り止めとして利用でき、主軸から工具全体を取り外
すことなく簡易かつ確実に刃具だけを手動で交換するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態によるビルトインモータ
型主軸の縦断面図。

【図２】ビルトインモータを制御するシステムのブロッ
ク図

【符号の説明】

１ ビルトインモータ １０ ラム本体 １１ ステータ １２ ロータ １５ 主軸 １７ スナウト ２０ テーパ穴 ２２ 工具 ２３ テーパシャンク ２６ ドリル（刃具） ３０ プルスタッド ３１ ドローバー ３２ コレット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械の主軸駆動系に機械的な減速装置
   を介さずにモータを組み込み、主軸を電気制御方式によ
   り無段変速するようにしたビルトインモータ型主軸にお
   いて、 モータに発生するトルクにより前記主軸を定位置に保持
   する機能を有するモータを前記主軸に連結し、工具交換
   時に前記モータの作動モードを主軸を定位置に保持する
   モードに手動により切り替える手動操作のスイッチ手段
   を設けたことを特徴とするビルトインモータ型主軸。
2. 【請求項２】前記スイッチ手段がオフの場合は、主軸定
   位置保持モード中に外力による主軸の定位置からの位相
   のずれが一定量を越えると主軸定位置保持モードが解除
   され、前記スイッチ手段がオンの場合は、外力の大きさ
   によらず主軸定位置保持モードが維持されるようにした
   ことを特徴とする請求項１に記載のビルトインモータ型
   主軸。