JPS63245304A - 工具異常予知装置 - 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〕 この発明は自動工具交換装置（ＡＴＣ）付きの数値制御
工作機械、いわゆるマニシングセンタあるいは、ターニ
ングセンタなどの工作機械に用いるツールホルダに取付
けた工具の異常を予知する装置に関し、特に、工具異常
予知時において、工具取付軸を主軸に対して回転方向と
軸方向の両方に逃げ得るようにしたものである。

〔従来の技術〕

従来の技術として実開昭５９−１３２７１０号公報に記
載された考案のように工作機械のスピンドルとドリルチ
ャックの間にバネで押されたプランジャと、このプラン
ジャの先端が係合する係合凹部を設けて、ドリルチャッ
クに固定したドリルに加わる抵抗が一定値になるとプラ
ンジャが係合凹部から外れてスピンドルとドリルチャッ
クとを切り離し、スピンドルに対してドリルチャックが
自由に回転し得るようにするとともにトルクスイッチが
働いてスピンドルを非常停止させるようにしたものがあ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来技術の場合、工具の異常時において、スピン
ドルとドリルチャックを切り離すため、非常停止をかけ
られたスピンドルが＋ｉ性で若干回転してもドリルは回
らないが、スピンドルを軸方向に動かす自動送り機構の
慣性も作用するので停止したドリルに送りがかかりドリ
ルが折損する場合があるという問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するために、この発明はマニシング
センタなどの工作機械の主軸に着脱自在に取付けるツー
ルホルダ本体の筒体内に、工具取付軸を回転自在に取付
け、この筒体内には工具取付軸に加わる抵抗が設定値に
達するまでは筒体と工具取付軸とを一体に係合し、工具
取付軸に加わる抵抗が設定値を越えると、筒体に対して
工具取付軸を軸方向および回転方向の何れにも自由にす
る結合手段を設け、工具取付軸に加わる抵抗が、設定値
を越えると、前記主軸の回転を停止させるなどの異常信
号を発する検出手段を設けたものである。

〔作用〕

この発明は上記の構成であるから、工具取付軸の下端に
ドリルなどの工具を取付けたツールホルダを工作機械の
主軸に取付け、この主軸の回転により所望のワークに孔
あけなどの工作をおこなっている状態において、加工が
正常に行われているときは筒体と工具取付軸は結合して
一体となって回転している。

しかし、何等かの原因で工具取付軸に異常に大きい抵抗
が働くと、筒体の回転に対して工具取付軸の回転が遅れ
る。これにより結合手段による筒体と工具取付軸の結合
がずれる。

上記のように筒体と工具取付軸の結合がずれると、結合
手段が外れ、筒体に対して工具取付軸が軸方向および回
転方向に自由となる。

また、上記のように筒体と工具取付軸がずれると、検出
手段も働いて工作機械の主軸を停止させるが、慣性によ
り主軸は筒体などとともに若干回転し、主軸の送り機構
にも慣性があるので異常発生後筒体は若干進む。

しかし、この発明装置の場合は前記のように異常発生と
同時に筒体に対して工具取付軸が、軸方向と周方向の両
方向に対して自由となるので、慣性により筒体が若干回
動したり軸方向に移動しても、ドリルなどがワークに喰
い込むおそれはない。

〔実施例〕

第１図に示す実施例において、１はマニシングセンタな
どの工作機械本体の非回転部、２は主軸で適宜の駆動手
段により駆動される。３はツールホルダで、回転部材４
と、この回転部材を支持する非回転支持部材５とからな
っている。

回転部材４の上部には主軸２のテーパ孔にはまるテーパ
シャンク６を設ける。このテーバシャンクの下部はＡＴ
Ｃのマニプレータの爪がはまる周溝を有する保持部７と
なり、その下端が前記回転部材４に一体にねじこまれて
いる。

また、回転部材４は円筒状で、その内部には前後のスラ
イドベアリング９．１０を介して工具取付軸８を間怠に
取付けて、工具取付軸は回転部材４に対し軸方向と回転
方向の両方に自由となっている。

１１は部材４と工具取付軸８とを結合する結合手段で、
この結合手段１１はボール１２と、このボールを受ける
ため、工具取付軸８の外側に一体に設けた突部１３と、
ボール１２を突部１３に設けた凹部１４に押し付けるバ
ネ１５およびバネ受１６からなっている。

上記の凹部１４は凹球状のもので、突部１３は凹部１４
を囲むように形成されてクレータ状となっている。

また、部材４の前端には、ここにねじ込んだ支持ナツト
１７で支持されている調節筒１８を回動自在に装着して
、その内周の支持部１９に前記バネ受１６の外端を圧着
させる。この支持部１９は第２図のように突部１３が二
つあるときは渦巻の一部をなすように、一端から次第に
深くなるものを約１８０°の範囲で２個所形成する場合
と、第３図のように、１８０°隔てた位置において、最
も深く、それより次第に浅くなる複数の弧状の凹所とし
た支持部１９を一定間隔で設けたものなどがある。

第２図の場合は、第２図の位置から、矢印方向に調節筒
１８を回していくとバネ１５が次第に圧縮されて凹所１
４に対するボール１２の圧力が強くなるが、調節筒１８
を任意の位置に固定するために、第１図のように調節筒
１８の一部に設けたネジ孔にねじ込んだ止ネジ２０を支
持ナツト１７に圧着する。

第３図の場合は各支持部１９毎に調節筒１８が固定され
るので止ネジは不用である。

実施例では検出手段とし圧縮空気の圧力変化を利用した
ものを示している。

すなわち、工具取付軸８にその中央を横断する排気孔２
５を設け、工具取付軸８と回転部材４の間に固定したス
リーブ２６の両側に排気孔２５に対向する半径方向の連
通孔２７を設け、一方の連通孔２７はスリーブ２６の外
側の軸方向の溝２８に連通させ、この溝２８はツールホ
ルダ３に設けた排気路２９により外気に開放し、一方の
連通孔２７は回転部材４に設けた連通孔３０に連通させ
る。

３１は前記非回転支持部材５の内周に固定した環状部材
で、この部材３１の内周面は回転部材４の連通孔３０の
部分の外周に気密を保って接触している。

上記環状部材３１の内周には連通孔３０に通じる周溝を
全周に亘り形成し、この周溝に通じる半径方向の連通孔
３２を部材３１に設ける。

非回転支持部材５の一例には流体受部３５を突出させて
一体に設け、この受部３５を上下に貫通する縦孔に係合
ビン３６の下部をはめ、この係合ピン３６の下端に大径
の蓋３８を固定する。

前記非回転部１の下面には係合ビン３６がはまる係合部
３３を設け、この係合部３３に係合ピン３６の上部をは
め、バネ３４により非回転部１の下面に圧着せしめる摺
動体３７には逆止弁３９を有する空気導入口４０を設け
、この導入口４０をピン３６に設けた連通路４１に連通
させ、流体受部３５には連通路４１と前記連通孔３２を
連通させる連通路４２を設ける。

また、前記非回転部１には前記空気導入口４０に通じる
空気供給路４３を設ける。

実施例には上記の構成の他にツールホルダ３のシャンク
６を主軸２から外したときに回転部材４を非回転支持部
材５に対して固定する固定手段やクーラント液の供給手
段などが示されているが、詳細な説明は省略する。

また図示省略しであるが前記空気供給路４３に連通する
送気路はコンプレッサ、レシーバタンクなどからなる圧
縮空気源に通じており、その途中の分岐路に圧力センサ
を設ける。この圧力センサは圧力スイッチのようなもの
で、このセンサは制御アンプに接続され、このアンプか
らマニシングセンタの制御信号を発信するようになって
いる。

また、前記供給路４３と送気路の間には電磁弁を設けて
ツールホルダ３を主軸２に取付けた条件でこの電磁弁が
開くように回路を構成する。

つぎに上記実施例の作用を説明すれば、工具交換装置な
どによりツールホルダ３のシャンク６を主軸２にはめ込
み、電磁弁を開いた状態で主軸２が回転を始めると工具
取付軸８に取付けた工具（図示省略）によりワークに対
する加工が始まるが、加工が正常に行われている間は第
１図ないし第３図のようにボール１２が凹部１４にはま
り、工具取付軸８と回転部材４がボール１２と凹部１４
の係合を介してともに回転し、この取付軸８と部材４が
一定の位置関係を保っているので、第１図のように連通
孔２７は排気孔２５により排気路２Ｓと連通されている
。

この状態では圧縮空気源からの圧縮空気が供給路４３−
逆止弁３Ｓ−空気導入口４〇一連通路４１一連通路４２
一連通孔３２−排気孔２５−と流れ、溝２８から排気路
２９を経て外気に放出されるから、送気路の空気圧は正
常値に保たれ、圧力センサは働かない。

このような加工作業中において、ドリルの損耗、ドリル
選定不良、切屑詰まりなどの原因で、工具取付軸８に加
わる抵抗が増大して一定値以上になると、第２図に示す
工具取付軸８の突部１３に設けた凹部１４からボール１
２が第４図、第５図のように外れる。

このようにボール１２が凹部１４から外れて工具取付軸
８が部材４の回転に追随しな（なると、排気孔２５と連
通孔２７がずれて排気孔２５が遮断される。

こうして排気孔２５が遮断されると、送気路内の空気圧
が急上昇し、圧力センサがこれを怒知してその信号が制
御アンプに人力され、これが、増巾されてマニシングセ
ンタの制御部に入力され主軸２を停止させる。

こうして主軸２が停止すると同時に音グまたはハイロッ
トランプなとの警報器を働かせて異常状態を知らせるこ
とによりこの部分の点検あるいはアダプタの交換が行わ
れる。

また、深夜における無人運転の場合は制御アンプから出
力信号が発せられて主軸が停止すると、工具交換装置が
働いて予備のツールホルダと交換するようにしておけば
異常事態によるマンニングセンタの停止時間を最短にで
きる。

上記のように排気孔２５が遮断された瞬間からマニンン
グセンタの制御部からの信号で主軸２が停止するまでに
は若干のタイムラグがあり、しかも主軸２やツールホル
ダ３などの慣性もあるから、主軸２が完全に停止するま
でには若干の時間を要し、また、軸方向の送りの停止も
若干のおくれがあるが、この発明の場合は上記のように
ボール１２が凹部１４から外れると、このボール１２は
第５図、第６図のように突部１３の前方部の切削工具取
付軸８の外周面に接触する状態に移動する。

従って異常発生と同時に工具取付軸８が、回転部材４に
対して軸方向と回転方向の両方向に自由となり、回転部
材４に対して後退するから主軸２０回転や送りが若干続
いても切削工具取付軸８にトルクやスラスト荷重が働か
なくなり、ドリルなどの折損を防止する。

第７図は他の実施例を示すもので、異なる部分、すなわ
ち、主として結合手段について説明する。

この場合、ボール１２の外側は環状の受座４５と環状の
押圧部材４６で挾んでいる。押圧部材４６はバネ受４７
で支持されたバネ４８で押圧されているが、このバネ受
４７の後部は回転部材４内の受は輪５２により支承し、
この受は輪５２の両側の突片４Ｓを部材４に設けた軸方
向のガイド孔に入れて部材４に対して進退自在で回動不
可とし、部材４の外側に摺動自在に嵌合したネジ輸５０
の前部に設けた係合切欠５１に前記突片４Ｓを係合させ
る。

また、前記ネジ輸５０の雄ネジには部材４の外側に回動
自在にはめた調節筒５４の雌ネジをねじ込み、この調節
筒５４の後端をツールホルダ３の保持部７により支承せ
しめて、調節筒５４の回転によるネジ輪５０の進退によ
って受は輪５２およびバネ受４７を進退させ、バネ４８
の調節を行なうようにする。

また、この実施例では排気路２９を回転部材４の下端面
に開口させる。

この実施例において工具取付軸８に加わる抵抗が限界を
こえると、押圧部材４６がバネ４８を圧縮して第７図の
右方に逃げると同時にボール１２が突部１３を乗越えて
工具取付軸８の外周部へ移動する。

従って取付軸８は回転部材４に対して自由となり、他方
では排気孔２５と排気路２Ｓのずれにより図示省略しで
ある圧力スイッチが働く。

上記の各実施例では異常時の検出手段として空気圧遮断
方式を示したが、この逆の方式、すなわち、正常状態で
は排気路を遮断し、異常時に排気路を開放して圧力セン
サによる圧力の低下の検知により異常を検知するように
しても同様である。

また、工具取付軸８に加わる抵抗が設定値を越えたこと
を検知する手段は実施例のような圧縮空気圧の変化を利
用する方法の他に、電気式などの任意の方法を利用でき
る。

第８図は上記の各実施例の作用状態を説明するグラフで
あって、縦軸がドリルの送り速度を示し、横軸が左から
右に時間の経過を示している。

上記グラフにおいて、０点から一定の送り速度で切削加
圧を実施中にａ点で異常が発生すると、若干のおくれを
もってｂ点で結合手段１１が分離する。

この発明の場合は結合手段１１が分離した直後に前記の
ように工具取付軸８が自由になり、ドリルなどの送りが
Ｃ点において殆ど零になる。

ついで、ｄ点で圧力センサが作動し、ｅ点で停止信号が
発せられる。

従来ではこの時点から若干の時間が経過してから１点で
停止するまでは工具取付軸とツールホルダとは軸方向に
拘束されているので、主軸の軸方向の送りが速い場合、
主軸が停止するまでの主軸の送り作用により工具取付軸
に送りがかかり、工具を損傷するおそれがある。

〔効果〕

この発明は上記のように、切削加工中に工具取付軸に加
わる抵抗が異常に大きくなると、結合手段が分離して、
ツールホルダの回転部材に対して工具取付軸が軸方向と
回転方向の両方に自由になる。

従って、速い送りをかけて、切削中において、突然工具
取付軸が停止したにも係わらず、非常停止装置のタイム
ラグや各部の慣性により主軸の送りが若干の間つづいて
も工具取付軸がツールホルダに対して後退するために先
端のドリルの折損などのおそれが全くなくなるという特
有の効果があ

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明装置の実施例を示す要部縦断側面図、
第２図は結合手段部分の拡大横断面図、第３図は同じ部
分の他の例を示す拡大横断面図、第４図、第５図は結合
手段の作用を示す拡大横断面図、第６図は同じく結合手
段の分離状態を示す縦断側面図、第７図は他の実施例を
示す一部切欠縦断側面図、第８図は作用を示すグラフで
ある。 ２・・・・・・主軸、３・・・・・・ツールホルダ、４
・・・・・・回転部材、８・・・・・・工具取付軸、１
１・・・・・・結合手段、１２・・・・・・ボール、１
３・・・・・・突部、１４・・・・・・凹部、１５・・
・・・・バネ、４５・・・・・・受座、４６・・・・・
・押圧部材、４７・・・・・・バネ受、４日・・・・・
・バネ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 工作機械の主軸に着脱自在に取付けるツールホルダの回
   転部材内に、工具取付軸を回転自在に取付け、この回転
   部材内には工具取付軸に加わる抵抗が設定値に達するま
   では回転部材と工具取付軸とを一体に係合し、工具取付
   軸に加わる抵抗が設定値を越えると、筒体に対して工具
   取付軸を軸方向および回転方向の何れにも自由にする結
   合手段を設け、工具取付軸に加わる抵抗が、設定値を越
   えると、前記主軸の回転を停止させるなどの異常信号を
   発する検出手段を設けたことを特徴とする工具異常予知
   装置。