JP2001079727A - 工具装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機のオン・オフや可変な回転数の設定を
工具装置（工具装置）で行えるようにする。 【解決手段】 工作機械に着脱可能に装着される工具装
置において、工具本体を駆動するための電動機(8)と、
この電動機の回転数を指定する回転数入力手段(17)と、
指定された回転数になるように電動機(8)の回転駆動を
制御する回転制御手段(18)と、を内蔵する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械等に装着して
使用される電動機を内蔵する工具装置（工具ホルダ）に
関し、特に、工具装置だけで電動機の起動、停止、回転
数設定などを行えるようにした工具装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機、ＮＣ工作機、マシニングセンタ
等には、自動工具交換装置が設けられており、種々の工
具を選択して多種類の加工を行ったり、同種の多数の工
具を順次交換して長時間にわたる自動運転を行ってい
る。このような従来の工作機においては、自動工具交換
装置により装着される工具が、工作機本体の主軸や工具
台等の所定の位置に装着された後、主軸の回転によって
ワークを加工するようになっている。従って、例えば、
ワークに微細な穴を開けたり、微小な面取り加工や微小
部分の研磨を行ったりする場合であっても、主軸を回転
させなければならない。そのため特別な増速装置を追加
しなければ主軸の回転速度以上には回転させられず加工
速度が遅い、加工精度が低下する、主軸の寿命が短い、
主軸のための電力を無駄に消費するなどの問題があっ
た。

【０００３】このような問題を解決するために、例え
ば、特開昭６２−２７７２３８号、特公平６−２９８
号、特公平６−６９６５８号等に開示されているよう
に、自動工具交換装置によって工作機械本体の主軸に交
換可能に装着される工具装置自体に工具本体駆動用電動
機を内蔵させることが考えられた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電動機
を搭載した工具装置を回転制御する回転制御部は、箱形
の筐体に収められ、工作機械のテーブルや制御盤の中に
置かれている。工具装置に内蔵された電動機のオン・オ
フや回転速度の変更の際には工作機に装着された工具装
置から離れて操作しなければならず、操作が行い難く、
安全性に欠ける。また、工具装置を交換した際には、工
作機械から回転制御部に工具本体に応じた電動機の回転
数を設定することが必要となる。

【０００５】よって、本発明は、内蔵電動機のオン・オ
フや回転速度の可変な設定を工具装置（あるいは工具ホ
ルダ）自体で行えるようにした工具装置を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の工具装置は、工作機械に着脱可能に装着さ
れる工具装置において、工具本体を駆動するための電動
機と、前記電動機の回転速度を指定する回転速度入力手
段と、指定された回転速度になるように上記電動機の回
転駆動を制御する回転制御手段と、を備える。

【０００７】好ましくは、上記電動機の起動及び停止を
指令する指令手段を更に備える。

【０００８】好ましくは、上記電動機の回転数を表示す
る回転数表示手段を更に備える。

【０００９】かかる構成とすることによって、工具装置
（あるいは工具装置）で電動機のオン・オフや回転速度
の変更が出来るので装置操作が容易になる。また、回転
速度の変更のために工具装置から離れてＮＣ装置を操作
する必要がなく、作業の安全性も向上する。

【００１０】工具装置を交換しても工具装置が回転速度
の設定手段を備えているので、工作機械から電動機の回
転速度を変更する手段が必要なくなり、回転速度が変更
されても回転速度の設定が表示されるので確認が容易で
ある。また、電動機毎に個別の回転制御手段を備えるの
で、電動機定格、種類等に応じたインバータなどの制御
機器の設計が容易となる。

【００１１】可変速の回転制御手段が工具装置に内蔵さ
れるので、工具装置を交換する際に工作機械からは単一
の電源を工具装置に供給するだけでよい。

【００１２】

【実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。図１において、数値制御工作機１は、
主軸２を有した工作機本体３、多数の工具４ｂ,４ｃ…
を有した自動工具交換装置４、これらを加工指令や工具
交換指令などによって制御する数値制御装置５、装着し
た工具に作動電源を供給する電源部５０などから成って
いる。主軸２には、自動工具交換装置４の図示しないマ
ニピュレータによって工具４ａが装着されており、工具
４ａの先端に取付けられた微小径のドリル刃６によって
ワークＷに微小径の穴を明けようとしている。

【００１３】工具４ａには、テーパシャンク部７および
マニピュレータによる把持部７ａが設けられており、同
軸状に高速回転可能な高周波電動機８が内蔵され、チャ
ック部６ａの先端に前述のドリル刃６が取付けられてい
る。

【００１４】また、工具４ａには、高周波電動機８の動
作をオン・オフするスイッチ４１、高周波電動機８の回
転速度を指定する回転速度入力部１７、高周波電動機８
を指定された回転速度（回転数）で動作させる回転制御
部１８、高周波電動機８の回転数を表示する液晶表示器
などからなる表示部３０が設けられている。

【００１５】工具４ａの軸心からずれた位置に、回転速
度入力部１７、回転制御部１８、等に動作電源を供給す
るためのコネクタ１１が設けられており、工具４ａが主
軸２に装着されると同時に工作機機本体３に設けられた
受けコネクタ１２に接続されるようになっている。それ
により、工具４ａは、電源部５０から動作電源の供給を
受け、また、ＮＣ制御装置５からの指令が工具４ａに伝
達可能となる。

【００１６】図２は、工具４ａの外観を説明する説明図
である。同図において、図１と対応する部分には同一符
号を付している。工具４ａのケースには、高周波電動機
８の動作をオン・オフするスイッチ４１、速度を指定す
る回転速度入力部１７としてのロータリスイッチのつま
み、電動機８の回転数を表示する表示部３０の表示窓が
設けられている。上記つまみの周囲には、設定回転速度
が数値目盛によって示されている。回転速度入力部１７
としては、ロータリスイッチの他、ボリューム、キーボ
ードスイッチ、タッチキーパネル、ディップスイッチな
どであってもよい。

【００１７】図３は、高周波電動機８の制御系を説明す
るブロック図である。工具４ａに内蔵された回転制御部
１８には、工作機本体３からコネクタ１１、オン・オフ
スイッチ４１を介して電源が供給される。また、回転制
御部１８には、回転速度入力部１７から速度指定信号が
入力される。

【００１８】回転制御部１８は、回転速度入力部１７か
ら入力された速度指定信号をデコードするＩＯ部１９、
マイクロプロセッサなどからなる中央処理部２１、記憶
部２２,２３、ＩＯ部２４、ディジタル信号を解読しそ
れによって指定された周波数の正弦波信号を出力するＤ
Ｆ変換部２５、ＤＦ変換部２５からの出力によって３相
交流を発生するデバイダ部２６、デバイダ部２６からの
出力を電力増幅して高周波電動機８を駆動するドライブ
部２７、デバイダ部２６とドライブ部２７とからなる駆
動部２８、高周波電動機８の回転に応じたパルス列を発
生する回転センサ、該パルス列をデコードして回転速度
表示データ（rpm）あるいは回転速度入力部１７によっ
て設定された回転速度を表すディジタル信号を回転速度
表示データに変換するデコーダ部２９、設定された回転
速度と実際の回転速度とを選択可能に表示する表示部３
０、とを含んでいる。なお、検出された高周波電動機８
の回転速度は、デコーダ２９からＩ／Ｏ２４を介してＣ
ＰＵ２１にフィードバックされるので、高周波電動機８
の回転速度が所定範囲内になるようにフィードバック制
御を行うことが可能である。

【００１９】次に、動作について説明する。作業者は、
工具４ａ、４ｂ、４ｃ…各々の回転数入力装置１７に予
め回転周波数を設定しておく。なお、各工具における電
動機の回転速度がいずれかの回転数の一種類で、夫々を
都度変更する必要がないときは、ＲＯＭ２３にこれを記
憶させ、この回転速度で工具を作動させるようにしても
良い。数値制御装置５では、例えばプログラムされた紙
テープ、ディスク等の情報記録媒体からの指令を読み込
み、その内容に応じて工作機本体３および自動工具交換
装置４を制御し、または回転制御部１８へ制御信号を出
力する。例えば、最初の工程で使用する工具の選択を自
動工具交換装置４に指令し、工具４ａを工作機本体の主
軸に取付ける。取付完了後に、電源部５０に電源の供給
を指令する。それにより、工具４ａの回転数入力装置１
７に設定された回転数で高周波電動機８は回転を始め
る。ドリル刃６とワークＷを相対的に移動して工具４ａ
によって第１の切削工作を行う。次に、高周波電動機８
を停止し、電源部５０から工具を４ａへの電源供給を遮
断する。自動工具交換装置４に指令して工具を４ａから
４ｂに交換する。工具４ｂに電源を供給し、工具４ｂの
回転数入力装置１７に設定された回転数で高周波電動機
８を回転させる。ドリル刃６とワークＷを相対的に移動
して工具４ｂによって第２の切削工作を行う。このよう
な工程を繰返して、プログラムされた切削加工が終了す
る。この間において、主軸２は回転せずに停止してお
り、高周波電動機８の高速回転によって加工が行われ
る。

【００２０】上述の実施例によると、ワークＷへの穴の
加工は主軸２の回転によらず高周波電動機８の回転によ
るものであるから、主軸２では回転不可能な高速回転に
よって加工することができて加工速度が速く、主軸２の
回転による振動が発生せず、加工精度が向上し、主軸２
を傷めないため主軸２の寿命が延び、消費電力を節約す
ることができる。高周波電動機８を内蔵した工具４ａ
は、工具交換装置４によって他の工具４ｂ,４ｃ…など
と同様に交換可能である。高周波電動機８の制御を各工
具の回転数入力装置１７によって予め個別に設定でき、
プログラムは起動または停止のための命令をプログラム
するだけ自動運転が可能である。すなわち、工具を交換
しても各工具が回転数の設定手段を持っているので工作
機械から電動機の回転数を変更する手段が必要なくな
る。工具に設けられた回転速度目盛により工具単体でも
回転速度を設定でき、取付けられているドリル刃６など
のチェックも行える。工作機械に装着された状態では表
示器によって設定回転速度が表示器３０に表示される。

【００２１】また、回転数の設定が回転数目盛あるいは
表示器に表示されているので、工具単体でも工作機械に
装着された状態でも回転速度確認が容易である。

【００２２】また、高周波電動機８の回転制御部１８が
工具内に設けられているので、工具交換する際に、工作
機械３からは電源を供給するだけでよい。

【００２３】また、工具毎に回転制御部１８を内蔵する
構成であるので、多種類（トルクの大小、回転数の高
低、電動機の回転原理（ブラシレス方式、直流方式、パ
ルス電動機方式など）の相違等）ある電動機の各々の特
性に最適の動作特性を持つ回転制御部を使用できる。こ
のため、工作機本体に単一の回転制御部を設け、これに
より多種類の高周波電動機を制御する場合に比べて回転
制御部の設計の自由度高く、電動機を回転駆動するイン
バータのＶ−Ｆ（電圧−周波数）特性等の機器設計が容
易である。

【００２４】上述の実施例において、回転速度を指定す
る回転速度入力部として、複数のディジタルスイッチ、
ロータリースイッチ、可変抵抗器などを用いてもよく、
表示装置３０は、これらのツマミの位置や指針により数
値や目盛などで表示されるようなものでもよい。このよ
うにして設定された回転速度を中心とする所定範囲内に
回転速度が維持されるように、ＲＯＭ２３に制御プログ
ラムを記憶してフィードバック制御を行うようにしても
よい。

【００２５】なお、回転制御部１８はマイクロプロセッ
サからなる中央処理部２１を用いたが、これに代えてハ
ードロジックで構成することも可能である。

【００２６】工具４ａの先端に取付けたドリル刃６に代
えて砥石を取付け、ワークＷの面取り加工や研磨をする
こともできる。工具４ａは、主軸２に装着するのではな
く、例えばＣＮＣ旋盤の工具台に取付け、主軸によって
保持されまたは回転されるワークに穴あけや面取りなど
の加工を行うようにしてもよい。

【００２７】また、工具４ａに設けた電動機によって、
工具４ａに取付けたバイトの位置や姿勢を代えるように
してもよく、その場合には、制御されるべき位置や姿勢
となるような電動機の回転角度をＲＯＭ２３に記憶させ
ておけばよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明によると、工具装置は、工作機本
体の主軸の駆動系とは別途に作動する電動機を内蔵し、
更に、この電動機を動作させる回転制御部をも内蔵して
いる。このため、工具装置側で電動機のオン・オフ、回
転数の変更が可能であり、操作が容易で作業員の安全性
が向上する。また、電動機毎に個別の回転制御部を有
し、回転制御部を複数の電動機で共用する必要がないの
で、当該電動機の定格に合った回転制御部の設計で足り
る。また、工作機械からは工具装置への電源の供給を行
えばよいので、回転速度制御は不要となってＮＣ制御プ
ログラムが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、工具装置を装着した数値制御工作機を
模式的に示す図である。

【図２】図２は、工具装置を説明する示す説明図であ
る。

【図３】図３は、工具装置の制御系のブロック回路図で
ある。

【符号の説明】

１ 数値制御工作機、 ２ 主軸、 ３ 工作機本体、 ４ 自動工具交換装置、 ４ａ 工具（工具装置）、 ５ 数値制御装置、 ８ 高周波電動機（電動機）、 １１ コネクタ、 １２ 受けコネクタ、 １７ 回転速度入力部 １８ 回転制御部 ２３ メモリ（記憶手段）、 ３０ 表示装置（表示手段）、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械に着脱可能に装着される工具装置
   であって、 工具本体を駆動するための電動機と、 前記電動機の回転速度を指定する回転速度入力手段と、 指定された回転速度になるように前記電動機の回転駆動
   を制御する回転制御手段と、 を備える工具装置。
2. 【請求項２】前記電動機の起動及び停止を指令する指令
   手段を更に備える請求項１記載の工具装置。
3. 【請求項３】前記電動機の回転数を表示する回転数表示
   手段を更に備える請求項１又は２記載の工具装置。