JP2001322013A - 工作機械の主軸に装備されるツールクランプバネの監視装置 - Google Patents
工作機械の主軸に装備されるツールクランプバネの監視装置Info
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Abstract
をクランプするバネのバネ力の劣化を監視する装置を提
供する。 【解決手段】 マシニングセンタ1はベッド10上にテ
ーブル20とコラム30を有する。コラム30に対して
ヘッドストック100が摺動自在に指示される。コラム
30の頂部に取り付けたサーボモータ50は、ボールネ
ジ52を介してヘッドストック100を軸Y方向に移動
制御する。ヘッドストック100内には主軸が装備さ
れ、工具200を把持する。主軸に装着された工具は、
ドローバーを介してクランプバネで引っ張られてクラン
プされる。コラム30の頂部に取り付けたメカニカルア
ーム70のカムフォロワ72が係合する。ヘッドストッ
ク100はサーボモータ50により工具交換位置まで引
き上げると、メカニカルアームが旋回動してクランプバ
ネを圧縮して工具をアンクランプする。その際にサーボ
モータ50に流れる電流を検知してクランプバネの劣化
を監視する。
Description
等の工作機械において、工具を着脱自在に保持する主軸
内ツールクランプバネの自動監視装置に関する。
センタにあっては、主軸内に工具を引き込んで保持する
ツールクランプ機構を備える。ツールクランプ機構は、
ツールのシャンクの尾部に取り付けられるプルスタッド
を把持するコレットチャックを有するドローバーと、こ
のドローバーを常時引き込む方向に付勢されたクランプ
バネを備える。工具交換時には、アクチュエータにより
ドローバーをクランプバネに抗して押し出し、コレット
チャックを開いて工具を解放する。
方向に多数枚重ね合わせたもので、例えば800Kgの
引っ張り力を発生して、工具をクランプする。マシニン
グセンタにおいては、多数回の工具交換が行われ、その
度に、クランプバネは圧縮と伸張を繰り返す。使用する
ことにより、クランプバネのバネ係数が劣化すると、主
軸は充分なクランプ力で工具を保持することができなく
なり、加工性能に悪影響を及ぼす。
を停止させ、主軸に引っ張り応力を計測する測定機を取
り付けて、クランプバネのバネ力を測定していた。そし
て、このバネ力が初期値より所定の値だけ低下したとき
に、クランプバネの交換を行っていた。
プバネの監視手段にあっては、定期的な保守点検作業が
必要であり、また、突発的なクランプバネのバネ力の低
下に対しては対応することができず、加工不良や主軸の
故障等を引き起こす問題があった。そこで本発明は、主
軸を装備するヘッドストックをサーボ機構によって工具
交換位置まで移動したときに、ヘッドストックの移動力
を利用して機械的にドローバーをアンクランプと位置に
押し出す構造のマシニングセンタにおけるツールクラン
プバネの自動監視装置を提供するものである。
ングセンタは、ベッドと、ベッド上に配設されるコラム
と、コラムに対して摺動自在に支持されるヘッドストッ
クと、コラムに取り付けられてボールネジを介してヘッ
ドストックの移動を制御するサーボモータと、ヘッドス
トック内に回転自在に支持される主軸と、主軸内に装備
されて工具をクランプするクランプバネと、コラムの工
具交換位置に取り付けられるカム溝を有するカムブロッ
クと、ヘッドストックに装備されてカム溝に係合するカ
ムフォロワを有するメカニカルアームを備え、ヘッドス
トックがサーボモータにより工具交換位置に移動された
ときに、カムブロックに係合するメカニカルアームの旋
回動によりクランプバネが押圧されて工具のクランプを
解放する手段を備える。そして、ヘッドストックを駆動
するサーボモータに流れる電流値を検知する手段と、電
流値を予め設定した所定値とを比較する手段を備え、ツ
ールクランプバネのバネ力を監視するものである。
自動監視装置を備えたマシニングセンタの側面図、図2
はヘッドストックの要部の断面図である。全体を符号1
で示すマシニングセンタは、ベッド10と、ベッド10
上に軸Z方向に移動するテーブル20を有する。ベッド
10上には、一対のガイドレール31,32が水平に対
して傾斜する姿勢で敷設しており、このガイドレール3
1,32に係合する直動案内装置を備えたコラム30が
紙面に直交する軸X方向に移動可能に支持されている。
り付けてあり、サーボモータにより駆動されるボールネ
ジ34により、コラム30の移動が制御される。コラム
30に対して全体を符号100で示すヘッドストックが
軸Y方向に摺動自在に支持される。コラム30の頂部に
は、サーボモータ50が取り付けてあり、ボールネジ5
2を介してヘッドストック100を軸Yに沿って制御す
る。コラム30の上部にはカム溝62を有するカムブロ
ック60が固定してある。一方、ヘッドストック100
にはメカニカルアーム70が取り付けてあり、メカニカ
ルアーム70のカムフォロワ72がカムブロック60の
カム溝62に係合する。
ータ50によってATC(自動工具交換)位置まで引き
上げられた状態を示す。このATC位置において、ヘッ
ドストック100に取り付けられたメカニカルアーム7
0のカムフォロワ72はコラム30に固定されたカムブ
ロック60のカム溝62に係合する。カム溝は湾曲した
プロファイルを有し、このプロファイルによりメカニカ
ルアーム70は、ピン74を中心にして矢印R1方向に
旋回される。ヘッドストック100内に装備された主軸
のツールクランプ機構は、このメカニカルアームの旋回
を動力源としてアンクランプされる。
す断面図、図3は図2のD−D矢視図である。ヘッドス
トック100は、ハウジング105内に主軸110をベ
アリング群114,116によって回転自在に支持す
る。主軸110は、工具装着穴112を有し、工具20
0を保持する。
タ122が取り付けてあり、ステータ120に供給され
る電力により直接に駆動される。主軸110の内部に
は、ドローバー130が摺動自在に挿入される。このド
ローバー130の先端部には、コレットチャック132
が装備されていて、工具200のプルスタッド210を
着脱自在に把持する。
有するプッシュロッド140が連結される。このプッシ
ュロッド140の細径部は、主軸110内に固定される
バネ受け部材170を貫通する。プッシュロッド140
の細径部と主軸110の間には、多数の皿バネ160が
挿入される。この皿バネ160はプッシュロッド140
と、プッシュロッド140に連結されたドローバー13
0を常時主軸110内に引き込む方向にバネ力を発揮
し、工具のクランプバネとして機能する。プッシュロッ
ド140の後部142は、スリーブ150内を貫通し、
スリーブ150はメカニカルアーム70に係合する。
0は、ピン74によりヘッドストックのハウジング10
5に対して旋回自在に支持されている。メカニカルアー
ム70の上端に設けたカムフォロワ72は、ATC位置
において、コラム側に固定されたカムブロック60のカ
ム溝62に係合する。ヘッドストック100が軸Yに沿
ってATC位置まで上昇すると、メカニカルアーム70
のカムフォロワ72がカムブロック60のカム溝62に
挿入される。カム溝62は図示のように湾曲したカムプ
ロファイルを有し、メカニカルアーム70はピン74を
支点として、矢印R1方向に旋回動される。
80を有し、フォーク部80の内側に取り付けたローラ
82がスリーブ150の両側に形成された段付部に係合
する。
回動すると、ローラ82がスリーブ150を主軸110
の先端に向けて押し出し、スリーブ150の肩部152
によりスリーブ150に係合するプッシュロッド140
は、ドローバー130をクランプバネ160のバネ力に
抗して工具装着穴112に向けて押し出す。この作動に
よって、ドローバー130の先端のコレットチャック1
32は、工具200のプルスタッド210を押して工具
200を主軸110の工具装着穴から押し出すととも
に、プルスタッド210の把持を解放する。
交換装置によって、新たな工具が主軸110の工具装着
穴112に挿入される。その後に、サーボモータ50に
工具交換完了の指示が与えられ、サーボモータ50は、
ヘッドストック100を軸Yに沿って下降させ、所定の
下降位置まで移動させる。ヘッドストック100が下降
すると、メカニカルアーム70のカムフォロワ72は、
各ブロック60のカム溝62から離脱する。メカニカル
アーム70とヘッドストックハウジング105の間に張
設したスプリング90は、メカニカルアーム70を初期
状態に復帰させる。
0、プッシュロッド140を主軸110の内側に引き込
み、ドローバー130のコレットチャック132が工具
200のプルスタッド210を把持して引き込み、主軸
110に対する工具200のクランプが完了する。
と、ヘッドストック100を早送りモードで移動させた
ときの移動速度Vを示すグラフである。ヘッドストック
100は、軸Y上の第1原点Y1からATC位置まで上
昇を開始し、メカニカルアーム70のカムフォロワ72
がカムブロック60のカム溝62に係合し、ATC位置
Y2まで達して停止する。この上昇の間にメカニカルア
ーム70は、ドローバー130をクランプバネ160の
バネ力に抗して押し出すので、サーボモータ50には、
アンクランプに必要な電流値A1が供給される。ATC
が完了すると、サーボモータ50はヘッドストック10
0をATC装置Y3から下降させ、第1原点Y4に戻
す。
構は、上述したようにヘッドストックの軸Y方向の移動
を動力源として作動するので、ヘッドストックを操作す
るサーボモータに流れる電流を検知することによって、
工具のクランプバネのバネ力を監視することができる。
ネ力が初期値から60%減少したヘッドストックを、図
4と同様のモードで移動させたときのサーボモータへ流
れる電流Aと移動速度Vの変化を示すグラフである。ク
ランプバネのバネ力が低下しているので、サーボモータ
に流れるアンクランプに必要な電流値A2は、正常なク
ランプバネの電流値A1に比べて明確に低減される。
モータに流れる電流を検知し、ATCを開始する際の電
流値とを予め設定した電流値と比較することによって、
工具クランプ用のクランプバネのバネ力の低減を監視す
ることができる。
TCを実行する度に、ヘッドストックに装備された工具
クランプバネのバネ力の程度を検知することができる。
したがって、突発的なクランプ力の劣化による故障等の
発生を回避し、またクランプバネの交換時機を予め知る
ことができるので、機械の保守や加工計画上極めて有利
となる。
Claims (1)
- 【請求項1】 ベッドと、ベッド上に配設されるコラム
と、コラムに対して摺動自在に支持されるヘッドストッ
クと、コラムに取り付けられてボールネジを介してヘッ
ドストックの移動を制御するサーボモータと、ヘッドス
トック内に回転自在に支持される主軸と、主軸内に装備
されて工具をクランプするクランプバネと、コラムの工
具交換位置に取り付けられるカム溝を有するカムブロッ
クと、ヘッドストックに装備されてカム溝に係合するカ
ムフォロワを有するメカニカルアームを備え、ヘッドス
トックがサーボモータにより工具交換位置に移動された
ときに、カムブロックに係合するメカニカルアームの旋
回動によりクランプバネが押圧されて工具のクランプを
解放する工作機械であって、 ヘッドストックを駆動するサーボモータに流れる電流値
を検知する手段と、電流値を予め設定した所定値とを比
較する手段を備え、ツールクランプバネのバネ力を監視
するツールクランプバネの監視装置。
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