JPS6234708A - 電動式チヤツク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、旋盤のチャッキングに使用する電動式チャ
ック装置に係り、特に、ロードセルを組み込むことによ
り、最適把持力の調整をリアルタイムでかつ自動的に行
えるようにした電動式チャック装置に関する。

［従来の技術］ 旋盤のチャッキングは、油圧または空気圧によるものが
一般的である。第４図は、従来の油圧式チャック装置の
一例を示すもので、油圧装置ｌから回転油圧シリンダ２
に油を供給してピストン３を駆動し、旋盤の主軸（スピ
ンドル軸）４ａの軸芯中空部に軸方向移動自在に挿入さ
れたドローバ−４を往復動させて、チャック５の爪６を
チャックの径方向に移動させ、図示せぬワークを把持す
るようになっている。ここで、ドローバ−４の軸方向の
動きを、爪６の径方向の動きに変換するには、カムレバ
、テーパ等の動作変換機構が用いられる。

なお、図中、７はドローバ−４の移動方向を切り換える
ための切換弁である。

一方、電動式チャック装置については、未だ試作段階を
出ず、商品として市場に出されているものはない。ただ
し、いくつかの発明、考案が、特公昭５１−４５１１１
．５３−１９８３０．５０−２４４６４号、実公昭５６
−２９０５０．５４−５３９５．５３−３８２０７号な
どに開示されている。これらの公報記載の発明または考
案の主張点は次のようなものである。

（１）メカニズム改良による把持性能の向上。

（２）チャッキング終了の信号出力。

（３）モータトルクの段階的調整。

（４）爪の開閉度検知。

［発明が解決しようとする問題点コ ところで、上述した従来のチャック装置においては次の
ような問題があった。

（りチャックの把持力を無段階に調整することはできな
い。このため、各種ワークに最適な把持力を選定するこ
とが難しい。

（２）チャック把持力を数値で確認することができない
。すなわち、チャックにばらつきがあっても検知するこ
とができない。

（３）把持力の変動をリアルタイムで確認できなし）。

従って、把持力に異常が生じても検知できない。

この発明は、このような背景の下になされたもので、把
持力を無段階に調整できるとともに、この把持力をリア
ルタイムで検知することのできる電動式チャック装置を
提供することを目的とする。

し問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためにこの発明は、電動機を駆動
源とする駆動手段によって、牽引軸を軸方向に往復動さ
せることによりチャック爪を開閉するようにした電動式
チャック装置において、前記牽引軸の外周に螺合され、
前記駆動手段によって回転されるスクリューナツトと、
前記スクリューナツトの両端部に配置され、前記牽引軸
に力が加イつったときに前記スクリューナツトの回転を
抑止する一対の弾性部材と、前記各弾性部材の端部に配
置され、前記弾性部材の押圧力を検出するロードセルと
、このロードセルの出力信号を外部に伝送する伝送手段
と、前記伝送手段の出力に基づいて前記電動機への供給
電流を制御する制御手段とを具備することを特徴とする
。

［作用　］ 上記構成によれば、ロードセルからの出力信号によって
チャック爪の把持力を検知しながら、電動機の出力トル
クを調整できるので、上記把持力を無段階に調整するこ
とが可能となる。また、上記出力信号によってリアルタ
イムで把持力を検知することが可能となるから、把持力
の変動検知や数値表示を常時行うことができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明の一実施例による電動式チャック装置
の要部の構成を示す部分断面図、第２図は同電動式チャ
ック装置の電気的構成を示すブロック図である。これら
の図において、１１は誘導電動機であり、その回転数は
光学的回転検出器１２（例えば、オムロン株式会社製Ｅ
Ｅ−ＳＶ３）によって検出され、電気信号として取り出
される。

上記誘導電動機１１の出力軸１１ａは、減速機１３の入
力端に連結されている。すなわち、上記出力軸１１ａに
はピニオン１４がはめ込まれ、このピニオン１４が、ア
クチュエータユニットのケーシング１５に固定された内
歯歯車１６にかみ合う遊星歯車１７とかみ合っている。

また、遊星歯車１７の回転軸は、減速機１３の出力軸１
３ａと一体形成された円盤部に回動自在に支持され、こ
の結果、出力軸１３ａは遊星歯車１７の公転にともなっ
て自転する。出力軸１３ａは、電磁クラッチ２０の入力
ハブ２１にキー結合される一方、電磁クラッチ２０の出
力ハブ２２はスプライン軸２５の外周にキー結合されて
いる。なお、電磁クララ　　　　□チ２０は、後述する
スピンドル軸３０と誘導電動・ １ｉｆｔとを切り離す役割を果たすもので、スピンドル
軸３０の回転によって、誘導電動機１１が連れ回りする
のを防止する。

上記スプライン軸２５は、その中央部から右端部（第１
図の）に向けて有底円筒状の中空部２５ａを有し、左端
部に同径の中空部２６ａを有するスプライン軸２６と対
向配置されている。上記中空部２５ａ、２６ａの外周は
、両端にフランジを有する円筒状のゲージフレーム２９
に囲まれ、このゲージフレーム２９の右端側フランジが
、旋盤のスピンドル軸（旋盤主軸）３０の左端に形成さ
れたスパイダ３１にネジで固定されている。この結果、
ゲージフレーム２９はスピンドル軸３０と一体に回転す
る。

スプライン軸２５．２６の軸部外周には、上記中空部２
５ａ、２６ａを挾む形でボールベアリング３３．３４が
はめ込まれ、これらのボールベアリング３３．３４は円
環状のベアリングセル３３ａ。

３４ａを介して、ゲージフレーム２９とスパイダ３１の
内周にはめ込まれている。また、ベアリングセル３３ａ
、３４ａの両側には、ロードセル３５゜３６と、これら
のロードセル３５．３６の出力を増幅する増幅器３５ａ
、３６ａとが配設され、ゲージフレーム２９とスパイダ
３１の内壁に固定されている。なお、上記増幅器３５ａ
、３６ａとともに、後述するＶ／Ｆ変換器（電圧／周波
数変換器）４９゜５０（第２図参照）が収納されている
。

一方、スプライン軸２５．２６の中空部２５ａ。

２６ａを形成する内周面には、軸方向に延びる多数の溝
（スプライン）が形成され、該スプラインにはスクリュ
ーナツト３８の外周に形成されたスプラインが噛み合わ
されている。このスクリューナツト３８の軸芯中空部内
壁にはメネジが形成され、スピンドル軸３０の軸芯中空
部に挿入されたドローボルト３９の外周に形成されたオ
ネジに螺合されている。この結果、スクリューナツト３
８がスプライン軸２５に上って回転されると、ドローボ
　　′ルト３９は軸方向に往復動し、チャック爪がチャ
ックの径方向に移動してワークを把持するようになって
いる。なお、ドローボルト３９とスピンドル軸３０とは
図示せぬ部分で連結され、スピンドル軸３０が回転する
とき、すなわちワーク切削時には、ゲージフレーム２９
．スピンドル軸３０およびスパイダ３１がドローボルト
３９と一体に回転するようになっている。

上記スクリューナツト３８の両端外周には、並列組み合
わせされた複数の皿バネを背中合わせにして構成した、
一対の皿バネ４１．４２が被嵌され、皿バネ４１は、ス
プライン軸２５の中空部２５ａ端部とスクリューナツト
３８の中央に形成されたフランジ部との間に位置する一
方、皿バネ４２は、スプライン軸２６の中空部２６ａの
端部とスクリューナツト３８のフランジ部との間に位置
する形となっている。したがってドローボルト３９に外
力がかからない状態においては、スクリューナツト３８
は中空部２５ａ、２６ａの真ん中に位置することとなる
。また、チャックがワークを把持した状態においては、
いずれか一方の皿バネ４１または４２が変形され、その
弾性力によってスクリューナツト３８を押圧し、スクリ
ューナツト３８の回転をロックする。このとき、一方の
ロードセル３５または３６に荷重がかかり、この荷重に
比例した電気信号が出力される。なお、スクリューナツ
ト３８のフランジ部には適宜の間隔で貫通孔が設けられ
予圧バネ４３が挿入されている。該予圧バネ４３は皿バ
ネ４１．４２を外方に押圧してガタをなくす働きをして
いる。

次に、ケーシング１５の内周には、ゲージフレーム２９
の外周を囲むようにして、回転トランス４５の固定子４
５ａが取り付けられる一方、ゲージフレーム２９の外周
には回転トランス４５の回転子４５ｂが設けられている
。この回転トランス４５は増幅器３５ａ、３６ａ等に電
源を供給するためのもので、回転子４５ｂの出力はゲー
ジフレーム２９の外周側に設けられた整流器（図示路）
によって整流され、増幅器３５ａ、３６ａ等に供給され
る。

上記増幅器３５ａ、３６ａの出力は、増幅器３５ａ。

３６ａとともに収納されたＶ／Ｆ変換器４９．５０（第
２図）によって電圧信号から周波数信号に変換された後
、ドローボルト３９の軸芯に設けられた中空部５２と、
この中空部５２に挿入され、誘導電動機１１の軸芯を緩
やかに通り抜けるパイプ状のリードガイド５３の内側と
を通るリード線５５によって、誘導電動機１１の軸端側
でリードガイド５３の一端に固定された発光ダイオード
５６に導かれる。上記リードガイド５３はドローボルト
３９に、ピンを介して軸方向摺動可能かつ一体に回転す
るように連結されており、ドローポル）・３９の往復動
は、発光ダイオード５６に影響を与えないようになって
いる。また、リードガイド５３の、発光ダイオード５６
側の端部はベアリング５７を介して固定側に支持されて
いるので、リードガイド５３がドローボルト３９と一体
に回転しても、リードガイド５３の外周が他の部品と接
触することはない。なお、第１図では省略されているが
、左側のＶ／Ｆ変換器４９からの出力線は、ゲージフレ
ーム２９に形成された溝を通り、リード線５５に並列接
続されている。この場合、ロードセル３５．３６からの
出力信号はいずれか一方からしか出力されないので、Ｖ
／Ｆ変換器４９，５０の出力を発光ダイオード５６に並
列接続しても同等不都合はなく、１個の発光ダイオード
５６で済むことになる。

上記発光ダイオード５６の左固定側には、発光ダイオー
ド５６と僅かの間隙を隔てて、フォトトランジスタ５８
が対向配置されており、これによりて、ロードセル３５
．３６からの信号が外部に取り出される。

なお、第１図中、５９はスピンドル軸３０にブレーキを
かけるためのスピンドルブレーキである。

次に、第２図において、フォトトランジスタ５８の出力
は増幅器６１によって増幅され、インターフェイス（１
／Ｆ）６２を介してＣＰＵ６３に送られる。また、回転
検出器１２の出力はインターフェイス（１／Ｆ）６４を
介してＣＰＵ６３に供給される。更に、チャック把持力
の基準値やチャック爪の移動方向（内ばり時はチャック
径の外方、外ばり時はチャック径の内方）を人力するた
めの入力装置６５がインターフェイス（Ｔ　／Ｆ）６６
を介してＣＰＵ６３に接続されている。ここで、入力装
置６５は、キーボードと、このキーボードから入力した
データを表示するＬＥＤ表示装置とからなっている。Ｃ
ＰＵ６３は上記各入力データとロードセル３６からのフ
ィードバック信号とによって誘導電動機１１への供給電
流の大きさを決定し、Ｄ／Ａ変換器６７に供給する。Ｄ
／Ａ変換器６７は、ＣＰＵ６３から供給されたデジタル
信号をアナログ信号に変換してモータ制御装置６８に供
給する。このアナログ信号に基づいてモータ制御装置６
８は、双方向サイリスタの点弧角をコントロールして、
交流電源を位相制御し、誘導電動機ｌｌに供給する電流
をコントロールする。

次に、各項別に本実施例の動作を説明する。

（１）チャック爪の締め動作および緩め動作。

誘導電動機ＩＩの出力トルクは、減速！ａ１３、電磁ク
ラッチ２０を経て、スプライン軸２５に伝達され、スプ
ライン軸２５の回転にともなって、スクリューナツト３
８が回転される。これによって、ドローボルト３９が軸
方向に移動する。このようにして、スクリューナツト３
８の回転はドローボルト３９の引張力に変換される。ド
ローボルト３９の引張力は更に、図示せぬ変換機構を介
してチャック爪へ伝達されるが、これは従来と全く同様
なので省略する。

チャックの締め、緩めはスクリューナツト３８のｎ龜；
す白ンートープ連中六Ｊ１ス　倦−ブ　鉢私小場合と逆
方向に誘導電動機！１を回転させることにより、締めの
ときと同様の経路でトルクが伝達され、スクリューナツ
ト３８が締めの場合と逆方向に回転して、チャック爪を
緩める方向にドローボルト３９を移動させる。

（２）締め付は力の保持 誘導電動機１１が締め方向に回転してスクリューナツト
３８を回転させると、ドローボルト３９は第１図の左方
向へ移動する。そして、チャック爪がワークを把持する
と、ドローボルト３９の移動が制止される。この時点で
、更に誘導電動機ｌｌに電流を流し、スクリューナツト
３８に適切なトルクを加え続けるとスクリューナツト３
８は若干右方向に移動して皿バネ４２に変形を与える。

この時点で誘導電動機１１への電流を切れば、皿バネ４
２の復元力が、ドローボルト３９のネジの摩擦トルクと
拮抗し、皿バネ４２の変形が保持される。従って、スピ
ンドル軸（旋盤主軸）３０が回転しワークを切削する場
合に、電磁クラッチ２０を解放すれば、スピンドル軸３
０の回転は誘導電動機１１とは切り離されるが、チャッ
ク爪の把持力は保持されることとなる。言い替えれば、
このスクリューナツト３８、皿バネ４２を中心とした機
構が存在しなければ、誘導電動機１１は、スピンドル軸
３０回転中でも拘束トルクを出力し続けなければならな
いが、この機構の存在によりこのような束縛から誘導電
動機１１を解放することができる。

（３）ドローボルト３９の引張力の検出器バネ４２（ま
たは皿バネ４１であるが、以下の３Ｋ　明では皿バネ４
２の方についてのみ説明する。

皿バネ４１についても同様である。）が変形されたとき
、反力は２方向に伝達される。１つは、既に述べたよう
に、ドローボルト３９を通してワークを把持する。

また、もう一方は、スプライン軸２６を介して、ボール
ベアリング３４の内輪−ベアリングボッルーボールベア
リング３４の外輪−ベアリングセル３４ａ→ロードセル
３６という経路を経て、スピンドル軸３０に伝達される
伝達経路である。なお、この反力は更にスピンドル軸３
０の軸受を経て旋盤本体に至る。

従って、上記反力の経路に挿入されｆこロードセル３６
は、この反力を検出し、これに比例した電圧を有する信
号を出力する。この信号は増幅器３６ａによって増幅さ
れた後、Ｖ／Ｆ変換器５０によって周波数信号に変換さ
れ、リード線５５を介して発光ダイオード５６に供給さ
れる。そして、発光ダイオード５６の点滅がフォトトラ
ンジスタ５８にキャッチされ、増幅器６１で増幅された
後、インターフェイス６２を介してＣＰＵ６３に供給さ
れる。ＣＰＵ６３はこの信号を予め設定された基準値と
比較して動作信号を得、この動作信号に基づいて操作信
号を演算してＤ／Ａ変換器６７に送り、Ｄ／Ａ変換器６
７でアナログ信号に変換された操作信号によって、モー
タ制御装置６８が誘導電動機１１を位相制御する。こう
して、誘導電動機１１の出力トルクはロードセル３６か
らの信号によってフィードバック制御され、チャック把
持力が基準値と一致するように自動制御される。

なお、上記基準値の設定は入出力装置６５から行なわれ
る。

ここで、リード線５５が第１図に示すアクチュエータユ
ニットの軸芯を貫通することは、旋盤がワーク切削中で
、スピンドル軸３０がドローボルト３９と同一速度で回
転している最中にあっても、チャック爪の把持力を固定
部にリアルタイムで伝送できるようにする上で不可欠で
ある。また、リード線５５が上記軸芯を通ることによっ
て、発光ダイオード５６をアクチュエータユニットの端
部に取り付けられるので、油や塵埃の影響を避け、保守
の便宜を計ることができる。

（４）締め付はトルクの調整。

上述したように、本実施例においては、ロードセル３６
の出力に基づいて、誘導電動機１１の出力トルクがコン
トロールされ、チャック把持力が予め定めたられ基準値
と一致するように無段階にフィードバック制御される。

以下、第３図を参照してこの制御の具体的な方法につい
て説明ずろ。

キＪＨ１，ｌ々ｌ−１’７−々ル昨す什ア　番道雷旧１
祷１１を始動すると、チャック爪がワークに当接するま
で誘導電動機１１はアイドル回転する。そして、チャッ
ク爪がワークを把持し始めると、皿バネ４２に力がかか
り皿バネ４２が変形し始めろ。これが第３図の時刻ｔＯ
〜ｔｌの間である。このアイドル期間における誘導電動
機１１の回転数が必要以上に高いと、回転系のイナーシ
ャによって皿バネ４２にインパクトを与え、微細な把持
力の調整が行いにくい。このため、作業能率の許す限り
アイドル回転数は低いほうが望ましい。従って、モータ
制御装置６８によって、誘導電動機１１への供給電流を
適宜に位相制御することにより、誘導電動機１１の回転
数を調整しなければならない。回転検出器１２はこのた
めに設けられたものである。

さて、時刻ｔ１にロードセル３６からの出力が発生する
と、ＣＰＵ６３はこれを検出して誘導電動機１１への供
給電流を一旦オフする（同図（Ｃ））。

誘導電動機１１は時刻１１から時間Ｔａの間、イナーシ
ャによって回転し、時刻ｔ２に停止する。この時間Ｔａ
の量器バネ４２の変形が進み、ロードセル３６への加圧
力は、同図（ａ）に示すように若干増加する。

誘導電動機１１停止後、時間Ｔｂ経過した時刻Ｌ３にＣ
ＰＵ６３は誘導電動機１１に再度？ｌｉ流を供給する。

これによって、拘束トルクが発生し、ドローボルト３９
を徐々に牽引し、ロードセル３６が加圧される。そして
、ＣＰＵ６３はロードセル３６からのフィードバック信
号を照合しながら、チャックの把持力が基ｔ＄値になる
時刻ｔ４まで誘導電動機１１１．１７ｒｉ流を供給する
。この間、誘導電動機１１の拘束トルクの調整はモータ
制御装置６８が位相制御を行うことによって遂行される
。こうして、チャック把持力か所定の値になると、スピ
ンドル軸３０が回転されてワークの切削が行なわれ、こ
の間、ＣＰＵ６３はロードセル３６からの信号によって
、現在のチャック把持力を入出力装置６５に表示する。

以上のとおり、本実施例においては、ロードセル３６か
らの信号は次の様に利用される。

（１）締め付はモードにあっては、チャック把持力が所
定の設定値になるように、誘導電動機１１のアイドル回
転数および拘束トルクを適宜制御する。

（２）スピンドル軸３０回転時にあっては、チャック把
持力を監視ずろ。

なお、本実施例には次のような変形例が考えられる。

（ｔ　）ｃ　ｐ　ｕにフロッピィディスク装置などの記
憶装置を接続して、加工データを記録することができろ
。

（２）他の自動装置と連動するように、インターフェイ
スを取ることができる。

（３）最適チャック把持力の追求により、この面でＣＡ
Ｍ（コンピュータ・エイデド・マニュファクヂャリング
）に発展させる可能性を秘めている。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、ロードセルによって
チャック把持力を常時検知するようにしたから、次のよ
うな効果を奏することができる。

（１）チャック把持力を無段階に調整することができる
。

（２）チャック把持力をリアルタイムで表示、確認する
ことができる。この結果、把持力の異常を即座に検出す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による電動式チャック装置
のアクチュエータユニットの構成を示す部分断面図、第
２図は同電動式チャック装置の電気的構成を示すブロッ
ク図、第３図は同電動式チャック装置の締め付はトルク
の調整動作を説明するためのタイムチャート、第４図は
従来の油圧式チャック装置の構成を示す断面図である。 １１・・・・・・誘導電動機、２５．２６・・・・・・
スプライン軸（駆動手段）、３５．３６・・・・・・ロ
ードセル、３８・・・・・・スクリューナツト、３９・
・・・・・ドローボルト（牽引軸）、４１．４２・・・
・・皿バネ（弾性部材）、５５・・・・・・リード線、
５６・・・・・・発光ダイオード、５８・・・・・・フ
ォトトランジスタ（以上５５，５６．５８は伝送手段）
、６３・・・・・・ＣＰＵ、６８・・・・・・モータ制
御装置（以上６３．６８は制御手段）。 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電動機を駆動源とする駆動手段によって、牽引軸を軸方
   向に往復動させることによりチャック爪を開閉するよう
   にした電動式チャック装置において、前記牽引軸の外周
   に螺合され、前記駆動手段によって回動されるスクリュ
   ーナットと、前記スクリューナットの両端部に配置され
   、前記牽引軸に力が加わったときに前記スクリューナッ
   トの回転を抑止する一対の弾性部材と、前記各弾性部材
   の端部に配置され、前記弾性部材の押圧力を検出するロ
   ードセルと、このロードセルの出力信号を外部に伝送す
   る伝送手段と、前記伝送手段の出力に基づいて前記電動
   機への供給電流を制御する制御手段とを具備することを
   特徴とする電動式チャック装置。