JP2002052406A - Spindle apparatus with automatic tool changing function - Google Patents

Spindle apparatus with automatic tool changing function

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JP2002052406A
JP2002052406A JP2001150702A JP2001150702A JP2002052406A JP 2002052406 A JP2002052406 A JP 2002052406A JP 2001150702 A JP2001150702 A JP 2001150702A JP 2001150702 A JP2001150702 A JP 2001150702A JP 2002052406 A JP2002052406 A JP 2002052406A
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bearing
rear end
drawbar
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To discriminate miss grasping regardless of an unclamp form, and discriminate without the problem of unbalance in high speed rotation. SOLUTION: A clamp mechanism 9 of a tool 8 is provided at the tip of a spindle 4. In the clamp mechanism 9, a draw bar 11 is pushed by a push rod 14 of the unclamp unit 13 in the rear of the spindle to unclamp a tool. A detecting means 6 for detecting the trailing end of the draw bar 11 is housed in the tip of the push rod 14. According to the detection signal of the detecting means 16, miss grasping for the tool is discriminated. This apparatus is applied also to the case of using a hydrostatic magnetic composite bearing for bearings 2, 3 supporting the spindle 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、ATC機構を備
えた高速切削加工装置や研削加工装置等に装備されるス
ピンドル装置に関し、特にその主軸先端における工具の
空掴み検出の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spindle device provided in a high-speed cutting device, a grinding device, or the like having an ATC mechanism, and more particularly, to an improvement in detection of an empty grip of a tool at the tip of a spindle.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動工具交換機構(ATC機構)を備え
たスピンドル装置では、主軸先端に、工具のシャンク部
を押し込むことで、ばね力で工具の把持が行われるよう
にしたクランプ機構が設けられる。クランプ機構は、主
軸内を貫通したドローバの後端をアンクランプユニット
の押し棒で押すことにより、アンクランプが行われる。
ドローバは、一般にはその後方に配置したシリンダ部材
を介して押される。このようなスピンドル装置におい
て、工具の空掴みを防ぐために、ドローバの位置を検出
して工具の掴みが正常に行われているか否かを判断する
ことが行われるている。工具の空掴みが生じると、ドロ
ーバは、工具掴み用のばね部材によって、正規の位置
(クランプ機構が工具を把持した状態)よりさらにアン
クランプユニットの押し棒側に押される。そのため、従
来は、ドローバ後方のシリンダ部材にセンサターゲット
を装着し、側面から近接センサ等によりドローバ位置を
測定している。
2. Description of the Related Art In a spindle device provided with an automatic tool change mechanism (ATC mechanism), a clamp mechanism is provided at the tip of a main spindle, in which a tool shank is pushed in so that a tool is gripped by a spring force. . The clamp mechanism performs unclamping by pushing the rear end of the draw bar that has penetrated the main shaft with the push rod of the unclamping unit.
The drawbar is generally pushed through a cylinder member arranged behind it. In such a spindle device, in order to prevent empty gripping of the tool, it is performed to detect the position of the drawbar and determine whether or not the gripping of the tool is normally performed. When an empty grip of the tool occurs, the drawbar is further pushed by a spring member for gripping the tool toward a push rod side of the unclamping unit from a normal position (a state where the clamp mechanism grips the tool). Therefore, conventionally, a sensor target is attached to a cylinder member behind the drawbar, and the position of the drawbar is measured from the side by a proximity sensor or the like.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】アンクランプユニット
として、アンクランプ時に主軸の後端外周に係合して主
軸の先端側への移動を阻止する主軸後端係合機構を設け
たものがある。この形式のアンクランプユニットを用い
るクランプ機構は、アンクランプ時における軸受アキシ
アル荷重を軽減することに優れている。しかし、アンク
ランプユニットに、主軸後端の外周に係合する形式のも
のを用いた場合、ドローバ位置を検出するセンサを設置
する場所が周辺になく、空掴みの判断が困難であった。
As an unclamping unit, there is a unit provided with a main shaft rear end engaging mechanism that engages with the outer periphery of the main shaft rear end during unclamping to prevent the main shaft from moving toward the front end side. A clamp mechanism using this type of unclamping unit is excellent in reducing the bearing axial load during unclamping. However, when a type that engages with the outer periphery of the rear end of the spindle is used as the unclamping unit, there is no place to install a sensor for detecting the drawbar position, and it is difficult to judge the empty grip.

【0004】また、ドローバまたはシリンダ部材の側面
にセンサターゲットを設けるものでは、主軸重量のアン
バランスが生じ、高速回転時に振動が生じるという課題
がある。特に、主軸を磁気軸受等の非接触の軸受で支持
した場合、上記のアンバランスによる振動への影響が大
きい。そのため、次の静圧気体軸受と磁気軸受とを複合
化したハイブリッド型の非接触軸受を用いる場合にも振
動への影響が大きい。すなわち、高能率で高精度な加工
を行うためには、高速回転が可能であって、高回転精度
を有し、静剛性・動剛性が高いスピンドル装置が必要と
なる。この要求に対して静圧気体軸受と磁気軸受とを複
合化したハイブリッド型の非接触軸受を提案した(特願
平10−097505号など)。これによれば、静圧気
体軸受の優れた動剛性および回転精度と、磁気軸受の優
れた静剛性という両軸受の特長を生かしたコンパクトな
軸受とできる。しかし、非接触の軸受を用いるため、上
記のようなセンサターゲットによる主軸重量のアンバラ
ンスが生じると、振動の影響を避けることが難しい。
Further, in the case where the sensor target is provided on the side surface of the drawbar or the cylinder member, there is a problem that imbalance of the spindle weight occurs and vibration occurs at high speed rotation. In particular, when the main shaft is supported by a non-contact bearing such as a magnetic bearing, the above imbalance has a large effect on vibration. Therefore, even when a hybrid non-contact bearing in which the following static pressure gas bearing and magnetic bearing are combined is used, the influence on the vibration is large. That is, in order to perform high-efficiency and high-accuracy machining, a spindle device that can rotate at high speed, has high rotational accuracy, and has high static rigidity and high dynamic rigidity is required. In response to this demand, a hybrid non-contact bearing in which a hydrostatic gas bearing and a magnetic bearing are combined has been proposed (Japanese Patent Application No. 10-097550). According to this, it is possible to provide a compact bearing that utilizes the characteristics of both bearings, that is, excellent dynamic rigidity and rotational accuracy of the hydrostatic gas bearing, and excellent static rigidity of the magnetic bearing. However, since a non-contact bearing is used, it is difficult to avoid the influence of vibration when the imbalance of the spindle weight due to the sensor target as described above occurs.

【0005】この発明の目的は、アンクランプユニット
の形式を問わず、ドローバ位置の検出により空掴みの判
別が行え、また高速回転時のアンバランスの問題も生じ
ることのない自動工具交換機能付きスピンドル装置を提
供することである。この発明の他の目的は、正常クラン
プ状態と半掴み状態との判別を可能にすることである。
この発明のさらに他の目的は、主軸後端係合機構を有す
るアンクランプユニットが用いられている場合にも、ド
ローバ位置が検出でき、空掴みの判別が行えるようにす
ることである。この発明のさらに他の目的は、静圧磁気
複合軸受による優れた動剛性、回転精度、および静剛性
を得ながら、空掴みの判別が、主軸アンバランスによる
振動発生の問題を生じることなく行えるようにすること
である。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a spindle with an automatic tool changing function that can detect an empty grip by detecting a drawbar position regardless of the type of an unclamping unit and does not cause an unbalance problem at high speed rotation. It is to provide a device. Another object of the present invention is to enable discrimination between a normal clamping state and a half-grasping state.
It is still another object of the present invention to be able to detect a drawbar position and determine an empty grip even when an unclamping unit having a main shaft rear end engaging mechanism is used. Still another object of the present invention is to make it possible to discriminate an empty grip without obtaining a problem of generation of vibration due to unbalance of the spindle while obtaining excellent dynamic rigidity, rotation accuracy, and static rigidity by the hydrostatic magnetic composite bearing. It is to be.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明の自動工具交換
機能付きスピンドル装置は、ハウジングに軸受を介して
主軸を支持し、この主軸の先端にクランプ機構を設け、
このクランプ機構は、主軸先端に工具が押し込まれるこ
とで、主軸内を貫通するドローバの後退付勢力により工
具をクランプするものであり、上記ドローバの後端を押
し棒で押すことにより上記クランプ機構をアンクランプ
状態とするアンクランプユニットを上記ハウジングに設
け、上記クランプ機構は、工具の掴み状態よりも空掴み
状態の方がドローバ後端位置が後方となるものに適用さ
れる。このスピンドル装置において、上記アンクランプ
ユニットの上記押し棒の先端に、ドローバの後端を検出
する検出手段を内蔵し、この検出手段の検出信号により
工具の把持状態を判別するようにしたことを特徴とす
る。この構成によると、主軸先端のクランプ機構で工具
が正しく掴まれたときは、ドローバの後端は、押し棒の
先端に内蔵された検出手段から遠く、ドローバが検出さ
れないか、あるいはドローバ位置が遠いことが上記検出
手段で検出される。クランプ機構で工具が空掴みを生じ
たときは、ドローバの後端は押し棒先端に内蔵された検
出手段に近く、ドローバが検出され、あるいはドローバ
位置が近いことが検出される。そのため、この検出手段
の検出信号により、工具の把持状態が空掴みであること
が判別できる。検出手段は押し棒の先端に内蔵されるた
め、アンクランプユニットの形式等で、主軸の後端外周
付近に検出手段の配置空間が得られないような場合で
も、ドローバ位置の検出が行える。また、検出手段は押
し棒の先端に内蔵されるため、主軸と共に回転するドロ
ーバ等の部材に偏ってセンサターゲットを設ける必要が
ない。そのため、主軸の高速回転時にも、振動を生じる
ことなく、安定した回転が得られる。
According to the present invention, a spindle device having an automatic tool changing function supports a main shaft via a housing through a bearing, and a clamp mechanism is provided at a tip of the main shaft.
This clamp mechanism clamps the tool by the backward biasing force of the drawbar that penetrates the inside of the spindle by the tool being pushed into the tip of the spindle, and presses the rear end of the drawbar with a push rod to push the clamp mechanism. The housing is provided with an unclamping unit for setting an unclamping state, and the clamping mechanism is applied to a unit in which the rear end position of the drawbar is rearward in the idle gripping state rather than the tool gripping state. In this spindle device, detection means for detecting the rear end of the drawbar is incorporated at the tip of the push bar of the unclamping unit, and the gripping state of the tool is determined based on a detection signal of the detection means. And According to this configuration, when the tool is correctly grasped by the clamp mechanism at the tip of the spindle, the rear end of the drawbar is far from the detecting means built in the tip of the push rod, and the drawbar is not detected or the drawbar position is far. Is detected by the detection means. When the tool causes an empty grip by the clamp mechanism, the rear end of the drawbar is close to the detection means built in the tip of the push rod, and the drawbar is detected or the drawbar position is detected to be close. Therefore, it can be determined from the detection signal of the detection means that the gripping state of the tool is the empty gripping. Since the detection means is built into the tip of the push rod, the drawbar position can be detected even when the arrangement space of the detection means cannot be obtained near the outer periphery of the rear end of the main spindle by the unclamping unit or the like. Further, since the detection means is built in the tip of the push rod, it is not necessary to provide a sensor target in a member such as a drawbar which rotates together with the main shaft. Therefore, even during high-speed rotation of the main shaft, stable rotation can be obtained without generating vibration.

【0007】この発明において、前記検出手段は、前記
押し棒の先端面から突没自在に突出し、かつ押し棒先端
側に突出付勢されて配置されているものであっても良
い。主軸先端のクランプ機構は、異物の付着等により、
工具が完全に押し込まれていない不完全なクランプ状態
である半掴み状態を生じることがある。正常クランプ状
態と半掴み状態とで、ドローバ位置の違いは僅かである
ため、その判別のためには、検出手段とドローバ後端の
距離を正確に検出する必要がある。また、検出手段は押
し棒に組み込むための小型化の要請のために、検出可能
な距離が短くなる。このような技術的要求に対して、こ
の構成の場合、前記検出手段は押し棒よりもドローバの
後端に近づいてドローバの後端を検出することができ
る。そのため、検出手段の検出可能な距離が短くてもド
ローバ後端を検出可能であり、正常クランプ状態および
半掴み状態の判別が行える。
In the present invention, the detecting means may protrude from the distal end surface of the push rod so as to be freely retractable, and may be arranged so as to be biased to project toward the distal end side of the push rod. The clamp mechanism at the tip of the spindle
A semi-grabbing condition can occur, which is an incomplete clamping condition where the tool is not fully pushed in. Since the difference in the drawbar position between the normal clamping state and the half-grasping state is slight, it is necessary to accurately detect the distance between the detecting means and the rear end of the drawbar in order to determine the difference. In addition, the detection distance of the detection means is shortened due to a demand for miniaturization for incorporating the detection means into the push rod. In order to meet such technical requirements, in the case of this configuration, the detection means can detect the rear end of the drawbar closer to the rear end of the drawbar than the push rod. Therefore, even if the distance detectable by the detecting means is short, the rear end of the drawbar can be detected, and the normal clamp state and the half-grasping state can be determined.

【0008】この発明において、前記検出手段は、ドロ
ーバの後端面に接して配置されたシリンダ部材を介して
ドローバの後端を検出するものであっても良い。また、
この発明において、上記アンクランプユニットは、アン
クランプ時に主軸の後端外周に係合して主軸の先端側へ
の移動を阻止する主軸後端係合機構を有するものであっ
ても良い。
In the present invention, the detecting means may detect the rear end of the drawbar via a cylinder member arranged in contact with the rear end surface of the drawbar. Also,
In the present invention, the unclamping unit may have a main shaft rear end engaging mechanism that engages with a rear end outer periphery of the main shaft at the time of unclamping to prevent the main shaft from moving toward the front end side.

【0009】この発明において、上記軸受は、静圧気体
軸受と磁気軸受とが複合化されたラジル型の静圧磁気複
合軸受であっても良い。このように、静圧磁気複合軸受
を用いた場合、静圧気体軸受の優れた動剛性および回転
精度と、磁気軸受の優れた静剛性という両軸受の特長を
生かしたコンパクトな軸受とできる。静圧磁気複合軸受
は、非接触軸受であるため、主軸重量の偏りの影響を受
け易いが、空掴み判別用の検出手段はアンクランプ用の
押し棒の先端に内蔵するため、主軸に偏ってセンサター
ゲットを設ける必要がなく、非接触軸受を用いながら、
動作に悪影響を及ぼすことなく空掴みの判別が行える。
In the present invention, the bearing may be a radial-type hydrostatic composite bearing in which a hydrostatic gas bearing and a magnetic bearing are combined. As described above, when the hydrostatic composite bearing is used, it is possible to provide a compact bearing that utilizes the advantages of both the dynamic rigidity and rotational accuracy of the hydrostatic gas bearing and the superior static rigidity of the magnetic bearing. Since the hydrostatic magnetic composite bearing is a non-contact bearing, it is easily affected by the bias of the spindle weight.However, since the detecting means for discriminating the idle grip is built into the tip of the unclamping push rod, it is biased to the spindle. There is no need to provide a sensor target, while using a non-contact bearing,
An empty grip can be determined without adversely affecting the operation.

【0010】この発明において、上記検出手段は、磁気
的に変位検出を行う近接スイッチであっても良い。近接
スイッチは、小型,軽量で安価なものが多く、また精度
にも優れており、アンクランプユニットの小さな押し棒
に内蔵する検出手段として好ましい。
In the present invention, the detecting means may be a proximity switch for magnetically detecting displacement. Proximity switches are often small, lightweight, inexpensive, and have excellent accuracy, and are preferable as detection means built in a small push rod of an unclamping unit.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】この発明の第1の実施形態を図1
ないし図10と共に説明する。まず、全体の概略を図1
と共に説明する。この自動工具交換機能付きスピンドル
装置は、例えば、高速切削加工装置や研削加工装置の主
軸頭として用いられる。このスピンドル装置は、ハウジ
ング1にラジアル型の軸受2およびスラスト型の軸受3
を介して主軸4を支持し、スピンドル駆動源5を設けた
ものである。スピンドル駆動源5は、ハウジング1に内
蔵のモータであって、主軸4に一体に設けられたロータ
6とハウジング1に設置されたステータ7とで構成さ
れ、ビルトインモータ形式のスピンドル装置を構成す
る。主軸4の先端には工具8のクランプ機構9が設けて
ある。クランプ機構9は、自動工具交換装置(ATC装
置)10によって工具8の交換が可能なものである。自
動工具交換装置10は、主軸4に対する工具8の挿脱
と、工具8の移動とを行うものである。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG. First, the overall outline is shown in FIG.
It is explained together with. The spindle device with an automatic tool changing function is used, for example, as a spindle head of a high-speed cutting device or a grinding device. The spindle device includes a housing 1 having a radial bearing 2 and a thrust bearing 3.
And a spindle drive source 5 is supported. The spindle drive source 5 is a motor built in the housing 1 and includes a rotor 6 provided integrally with the main shaft 4 and a stator 7 provided in the housing 1 to constitute a built-in motor type spindle device. A clamp mechanism 9 for a tool 8 is provided at the tip of the main shaft 4. The clamp mechanism 9 is capable of exchanging the tool 8 by an automatic tool exchanging device (ATC device) 10. The automatic tool changing device 10 performs insertion and removal of the tool 8 with respect to the spindle 4 and movement of the tool 8.

【0012】クランプ機構9は、主軸4の先端に工具8
が押し込まれることで、主軸4内を貫通するドローバ1
1のばね部材12による後退付勢力により、工具8をク
ランプするものである。ハウジング1内の主軸4の後方
には、アンクランプユニット13が設置されている。ア
ンクランプユニット13は、進退駆動される押し棒14
でドローバ11の後端を押すことにより、クランプ機構
9をアンクランプ状態とするものである。押し棒14
は、ドローバ11の後端に配置されたシリンダ部材15
を介してドローバ11を押す。アンクランプユニット1
3は、アンクランプ時に主軸4の後端外周に係合して主
軸4の先端側への移動を阻止する主軸後端係合機構20
を有する。アンクランプユニット13の押し棒14の先
端には、ドローバ11の後端を、シリンダ部材15を介
して検出する検出手段16が内蔵され、この検出手段1
6の検出信号により、クランプ機構9による工具8の空
掴み等の把持状態を判別する判別手段17が設けられて
いる。判別手段17は、例えば、スピンド装置またはこ
のスピンド装置を装備した機械の全体を制御する制御装
置(図示せず)に設けられる。
The clamp mechanism 9 includes a tool 8 at the tip of the spindle 4.
Is pushed in, the drawbar 1 penetrates through the main shaft 4.
The tool 8 is clamped by the backward biasing force of the first spring member 12. An unclamping unit 13 is provided behind the main shaft 4 in the housing 1. The unclamping unit 13 includes a push rod 14 driven forward and backward.
By pressing the rear end of the draw bar 11, the clamp mechanism 9 is brought into an unclamped state. Push rod 14
Is a cylinder member 15 disposed at the rear end of the drawbar 11.
Push the drawbar 11 via. Unclamp unit 1
Reference numeral 3 denotes a main shaft rear end engagement mechanism 20 which engages with the outer periphery of the rear end of the main shaft 4 during unclamping to prevent the main shaft 4 from moving toward the front end.
Having. At the tip of the push rod 14 of the unclamping unit 13, a detecting means 16 for detecting the rear end of the draw bar 11 via a cylinder member 15 is built in.
A determination means 17 is provided for determining a gripping state such as an empty grip of the tool 8 by the clamp mechanism 9 based on the detection signal 6. The determination means 17 is provided, for example, in a spinning device or a control device (not shown) that controls the entire machine equipped with the spinning device.

【0013】各軸受2,3とスピンドル駆動源5の配置
は、この例では主軸4の前部(工具取付側部)および後
部をラジアル型の軸受2で支持、その中間をスラスト型
の軸受3で支持し、後端にスピンドル駆動源5を配置し
た構成としてある。軸受2,3は、磁気軸受等の非接触
型軸受や、転がり軸受等の接触型軸受であっても良い
が、この例では、図2に示すように静圧磁気複合軸受が
用いられている。
The arrangement of the bearings 2 and 3 and the spindle drive source 5 is such that, in this example, the front part (tool mounting side part) and the rear part of the main shaft 4 are supported by a radial type bearing 2, and the middle part thereof is a thrust type bearing 3. And a spindle drive source 5 is disposed at the rear end. The bearings 2 and 3 may be non-contact type bearings such as magnetic bearings or contact type bearings such as rolling bearings. In this example, as shown in FIG. 2, a hydrostatic / magnetic composite bearing is used. .

【0014】この静圧磁気複合軸受からなるラジアル型
の軸受2は、静圧気体軸受2Aと磁気軸受2Bとを複合
化させたものである。この明細書で言う複合化とは、静
圧および磁気の両形式の軸受を共通部分が生じるように
組み合わせることを意味し、例えば、静圧気体軸受面と
磁気軸受面とに共通部分(ラジアル軸受では軸方向の重
なり部分)を生じさせるか、あるいは両形式の軸受に少
なくとも一部の部品が共通化されるものであれば良い。
The radial type bearing 2 composed of the hydrostatic magnetic composite bearing is a composite of the hydrostatic gas bearing 2A and the magnetic bearing 2B. The term "combination" as used in this specification means that both types of bearings of a static pressure type and a magnetic type are combined so as to generate a common part. For example, a common part (a radial bearing) In this case, an axially overlapping portion may be generated, or at least a part of parts may be shared by both types of bearings.

【0015】この実施形態では、図3,図4に拡大して
示すように、磁気軸受2Bの電磁石のコア23に、静圧
気体軸受2Aの絞り24aを設けることで、コア23で
静圧気体軸受面の一部を構成している。コア23は、軸
方向に離れた一対の主コア部23a,23aと、これら
主コア部23a,23aを連結した連結コア部23bと
を有する。磁気軸受2Bは、コア23の連結コア部23
bにコイル25を巻装したものである。コイル25は樹
脂材等の非磁性体26に埋め込まれている。静圧気体軸
受2Aは、コア23および非磁性体26の内径側面で形
成されて主軸4との間に軸受隙間d1を形成する静圧磁
気受面2Aaと、コア23の各主コア部23a,23a
に設けられて静圧軸受面2Aaに開口する絞り24aと
で構成される。絞り24aは、各主コア部23aの外径
側面に開口した給気孔24の先端に設けられている。コ
ア23は、主軸4の回りの円周方向複数箇所(同図の例
では4箇所)に配置されてハウジング1に固定されてい
る。円周方向に隣合うコア23間の隙間は、樹脂材等の
非磁性体27で埋められている。この非磁性体27は、
コイル25の周囲の非磁性体26(図3)と一体のもの
であっても良い。これら非磁性体26,27と、コア2
3とで、前記静圧磁気軸受面2Aaが構成される。
In this embodiment, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, the throttle 23a of the static pressure gas bearing 2A is provided on the core 23 of the electromagnet of the magnetic bearing 2B, so that the static pressure gas It constitutes a part of the bearing surface. The core 23 has a pair of main cores 23a, 23a separated in the axial direction, and a connecting core 23b connecting the main cores 23a, 23a. The magnetic bearing 2 </ b> B
The coil 25 is wound around b. The coil 25 is embedded in a non-magnetic material 26 such as a resin material. The static pressure gas bearing 2A is formed on the inner diameter side surface of the core 23 and the non-magnetic body 26, and forms a bearing gap d1 between the main shaft 4 and a static pressure magnetic receiving surface 2Aa. 23a
And a diaphragm 24a which is provided on the hydrostatic bearing surface 2Aa. The throttles 24a are provided at the ends of the air supply holes 24 opened on the outer diameter side surfaces of the main core portions 23a. The cores 23 are arranged at a plurality of locations in the circumferential direction around the main shaft 4 (four locations in the example of FIG. 1) and fixed to the housing 1. The gap between the circumferentially adjacent cores 23 is filled with a non-magnetic material 27 such as a resin material. This non-magnetic material 27 is
It may be integrated with the non-magnetic body 26 around the coil 25 (FIG. 3). These nonmagnetic materials 26 and 27 and core 2
3 form the static pressure magnetic bearing surface 2Aa.

【0016】図5は、スラスト型の静圧磁気複合軸受か
らなる軸受3の拡大図である。この一対の軸受3,3
は、主軸4に設けられた鍔部4aの両面に対向してハウ
ジング1内に設置されたものであり、互いに一つの両面
式スラスト型静圧磁気複合軸受30を構成する。両側の
静圧磁気複合軸受3,3は、互いに同じ構成のものであ
る。これら静圧磁気複合軸受3は、各々静圧気体軸受3
Aと磁気軸受3Bとを複合化させたものである。この実
施形態では、磁気軸受3Bの電磁石のコア33に、静圧
気体軸受3Aの絞り34aを設けることで、軸受構成部
品の共通化と共に、軸受面の一部が軸方向に重なるよう
にしてある。コア33は、主軸鍔部4aの対向面に開き
部33dが生じるように、縦断面形状がC字状に形成さ
れ、その内部にコイル35が収められている。スラスト
型の静圧気体軸受3Aは、コア33の側面で形成されて
主軸鍔部4aとの間に軸受隙間d2を形成する静圧軸受
面3Aaと、コア33に設けられて静圧軸受面3Aaに
開口する絞り34aとで構成される。絞り34aは、コ
ア33の外径側面に開口した給気孔34の先端に設けら
れている。
FIG. 5 is an enlarged view of a bearing 3 formed of a thrust type hydrostatic magnetic composite bearing. This pair of bearings 3, 3
Are installed in the housing 1 so as to oppose both sides of the flange portion 4a provided on the main shaft 4, and constitute one double-sided thrust-type hydrostatic composite bearing 30 with each other. The hydrostatic magnetic bearings 3 on both sides have the same configuration. These hydrostatic magnetic composite bearings 3 are each composed of a hydrostatic gas bearing 3
A and the magnetic bearing 3B are combined. In this embodiment, the throttle 33a of the hydrostatic gas bearing 3A is provided in the core 33 of the electromagnet of the magnetic bearing 3B so that the bearing components are shared and a part of the bearing surface is overlapped in the axial direction. . The core 33 has a C-shaped longitudinal section so that the opening 33d is formed on the surface facing the main shaft flange 4a, and the coil 35 is housed therein. The thrust type hydrostatic gas bearing 3A is formed on the side surface of the core 33 and forms a bearing gap d2 with the main shaft flange 4a, and the hydrostatic bearing surface 3Aa provided on the core 33. And a stop 34a which is open to the outside. The throttle 34 a is provided at the tip of an air supply hole 34 opened on the outer diameter side surface of the core 33.

【0017】図2の各静圧磁気複合軸受2,3における
静圧気体軸受2A,3Aの給気孔24,34には、ハウ
ジング1内に設けられた給気孔40の給気入口40aか
ら、圧縮空気またはその他の圧縮気体が供給される。
In the static pressure gas bearings 2A, 3A in the static pressure magnetic composite bearings 2, 3 shown in FIG. 2, the air supply holes 24, 34 are compressed from the air supply inlet 40a of the air supply hole 40 provided in the housing 1. Air or other compressed gas is supplied.

【0018】図8は主軸4の先端のクランプ機構9の各
動作状態を示す。同図(A)はアンクランプ状態、
(B)はクランプ状態、(C)は工具空掴み状態(工具
無し状態)を各々示す。主軸4の先端に、工具8のテー
パ状のシャンク部8aを嵌合させるテーパ状の工具嵌合
凹部41が設けられている。シャンク部8aは中空に形
成され、後端に内鍔8bを有している。主軸4内には、
工具嵌合凹部41に続いてクランプ機構収容凹部42が
設けられている。
FIG. 8 shows the operating states of the clamp mechanism 9 at the tip of the main shaft 4. FIG. 3A shows an unclamped state,
(B) shows a clamp state, and (C) shows a tool empty gripping state (no tool state). A tapered tool fitting recess 41 for fitting the tapered shank portion 8a of the tool 8 is provided at the tip of the main shaft 4. The shank portion 8a is formed hollow, and has an inner flange 8b at the rear end. In the spindle 4,
Subsequent to the tool fitting recess 41, a clamp mechanism housing recess 42 is provided.

【0019】クランプ機構9は、シャンク部8a内に挿
入されて内鍔8bに係合するグリッパ43と、このグリ
ッパ43内に配置されたグリッパ広げ部材44とを有す
る。グリッパ43は、円周方向に複数個に分割された筒
状部材であり、先端の外周にシャンク部8aの内鍔8b
に係合可能な係合突部43aを有している。グリッパ4
3は、主軸4のクランプ機構収容凹部42に設けられた
テーパ面状の拡縮ガイド面4bに係合するテーパ面43
bを有しており、クランプ機構収容凹部42内の縮径付
勢用ばね45で拡縮ガイド面4bに押し付けられること
で、縮径状態となる。グリッパ広げ部材44は、グリッ
パ43内に引き込むことでグリッパ43を広げる部材で
あり、外周面がテーパ状の拡径用ガイド面に形成されて
いる。この広がりにより、グリッパ43は、その係合突
部43aが工具8の内鍔8bに係合する。グリッパ広げ
部材44は、ドローバ11の先端に設けられており、ド
ローバ11は、主軸4内のばね部材12によって後退付
勢される。ばね部材12は、その付勢によるグリッパ4
3の拡径力が、縮径付勢用ばね45による縮径力よりも
大きくなるように設計してある。したがって、ドローバ
11に外力を与えない自然状態では、工具8のシャンク
部8aは、グリッパ43の係合突部43aにより工具嵌
合凹部41の奥側へ引きつけたクランプ状態となる。
The clamp mechanism 9 has a gripper 43 inserted into the shank portion 8a and engaged with the inner flange 8b, and a gripper spreading member 44 disposed in the gripper 43. The gripper 43 is a cylindrical member that is divided into a plurality of pieces in the circumferential direction.
It has an engagement projection 43a that can be engaged with. Gripper 4
Reference numeral 3 denotes a tapered surface 43 which engages with a tapered expansion / contraction guide surface 4b provided in the clamp mechanism receiving recess 42 of the main shaft 4.
b, and the diameter is reduced by being pressed against the expansion / contraction guide surface 4b by the diameter-reducing urging spring 45 in the clamp mechanism housing recess 42. The gripper expanding member 44 is a member that expands the gripper 43 by being drawn into the gripper 43, and has an outer peripheral surface formed as a tapered diameter expanding guide surface. Due to the spread, the engagement protrusion 43a of the gripper 43 is engaged with the inner flange 8b of the tool 8. The gripper spreading member 44 is provided at the tip of the draw bar 11, and the draw bar 11 is urged backward by the spring member 12 in the main shaft 4. The spring member 12 holds the gripper 4
The diameter expansion force of No. 3 is designed to be larger than the diameter reduction force of the diameter reduction urging spring 45. Accordingly, in a natural state in which no external force is applied to the drawbar 11, the shank portion 8a of the tool 8 is in a clamped state in which the shank portion 8a of the gripper 43 is pulled toward the back side of the tool fitting concave portion 41 by the engagement protrusion 43a.

【0020】このクランプ機構9によると、次のように
クランプ動作が行われる。図8(A)のようにドローバ
11を前方へ押したアンクランプ状態で、主軸4の工具
嵌合凹部41に工具8のシャンク部8aを押し込み、ド
ローバ11の押し付けを解消する。この押し付け解消に
より、ばね部材12の付勢力でドローバ11と共にグリ
ッパ広げ部材44の拡径した前部がグリッパ43内に入
り込み、グリッパ43が拡径して工具8をクランプ状態
とする(図8(B))。この状態からドローバ11を前
方へ押すと、図8(A)のアンクランプ状態となる。工
具8の空掴み状態では、グリッパ広げ部材44は、グリ
ッパ43が工具8に当たらないために、正規の工具クラ
ンプ位置よりも後方まで移動する(図8(C))。この
位置の差をLとすると、工具8の掴み状態よりも空掴み
状態の方が、ドローバ11の後端位置(図9(B),
(C)参照)も、距離Lだけ後方位置となる。
According to the clamp mechanism 9, the clamp operation is performed as follows. In the unclamped state in which the drawbar 11 is pushed forward as shown in FIG. 8A, the shank portion 8a of the tool 8 is pushed into the tool fitting recess 41 of the main shaft 4 to cancel the pushing of the drawbar 11. Due to the elimination of the pressing, the expanded front portion of the gripper expanding member 44 enters the gripper 43 together with the draw bar 11 by the urging force of the spring member 12, and the gripper 43 expands its diameter to bring the tool 8 into a clamped state (FIG. 8 ( B)). When the drawbar 11 is pushed forward from this state, an unclamped state shown in FIG. In the state where the tool 8 is gripped in an empty state, the gripper spreading member 44 moves backward from the regular tool clamp position because the gripper 43 does not hit the tool 8 (FIG. 8C). Assuming that the difference between the positions is L, the rear end position of the draw bar 11 is more in the empty grip state than in the grip state of the tool 8 (FIG. 9B,
(C) is also located behind by the distance L.

【0021】図7はアンクランプユニット13の各動作
状態および主軸4の後端部を示す。図7(A),(B)
の上半部は、アンクランプ時の動作状態を、同図(A)
の下半部は工具クランプ時の動作状態を、同図(B)の
下半部は空掴み時の動作状態を各々示す。主軸4内のド
ローバ11の後端には鍔部11aが設けられ、鍔部11
aにばね部材12の後端が係合している。主軸4のドロ
ーバ11を挿通した中空孔の後端には、アンクランプユ
ニット13の押し棒14を当接させるシリンダ部材15
が、鍔部11aに隣接して進退自在に嵌合している。シ
リンダ部材15は、主軸4の後端に取付けられたリング
状の被係止部材19により主軸後方への抜け止めがなさ
れ、ばね部材12による付勢と、押し棒14による押し
付けより、ドローバ11と共に進退する。被係止部材1
9は、外周に突部19aを有している。
FIG. 7 shows the operating states of the unclamping unit 13 and the rear end of the main shaft 4. FIG. 7 (A), (B)
The upper half shows the operating state at the time of unclamping in FIG.
The lower half shows the operating state at the time of tool clamping, and the lower half shows the operating state at the time of empty gripping. A flange 11 a is provided at the rear end of the draw bar 11 in the main shaft 4.
The rear end of the spring member 12 is engaged with a. At the rear end of the hollow hole through which the draw bar 11 of the main shaft 4 is inserted, a cylinder member 15 for abutting the push rod 14 of the unclamping unit 13
However, it is fitted adjacent to the flange 11a so as to be able to move forward and backward. The cylinder member 15 is prevented from falling back to the rear of the main shaft by a ring-shaped locked member 19 attached to the rear end of the main shaft 4, and is pressed together with the draw bar 11 by the urging by the spring member 12 and the pressing by the push rod 14. Retreat. Locked member 1
9 has a projection 19a on the outer periphery.

【0022】アンクランプユニット13は、押し棒14
の進退駆動源である流体圧シリンダ51を有し、押し棒
14は、流体圧シリンダ51のピストンロッド54の先
端部で構成される。ピストンロッド54は流体圧シリン
ダ51のシリンダ本体52の前後に貫通する。シリンダ
本体52には、ピストン53の前後のシリンダ室に各々
連通する流体出入口58,59が設けられている。流体
圧シリンダ51は、ハウジング1に設置された筒状のガ
イド部材55に、シリンダ本体52が進退自在に設置さ
れ、前後に設けられたストッパ56,57がガイド部材
55に係合することにより、シリンダ本体52の前後移
動範囲が規制される。シリンダ本体52は、ガイド部材
55に対して復帰ばね60により前方へ付勢されてい
る。
The unclamping unit 13 includes a push rod 14
The push rod 14 is constituted by the tip of a piston rod 54 of the hydraulic cylinder 51. The piston rod 54 penetrates through the cylinder body 52 of the fluid pressure cylinder 51 before and after. The cylinder main body 52 is provided with fluid ports 58 and 59 that communicate with the cylinder chambers before and after the piston 53, respectively. The fluid pressure cylinder 51 has a cylindrical guide member 55 installed in the housing 1, and a cylinder body 52 is installed to be able to advance and retreat, and stoppers 56, 57 provided before and after are engaged with the guide member 55. The longitudinal movement range of the cylinder body 52 is restricted. The cylinder body 52 is urged forward by a return spring 60 with respect to the guide member 55.

【0023】主軸後端係合機構20を説明する。シリン
ダ本体52の前部には、主軸4の後端の被係合部材19
に係合する引っ掛け部材61が支軸62回りに開閉回動
自在に取付けられ、ねじりコイルばね等の閉じ付勢ばね
63で閉じ方向に付勢されている。引っ掛け部材61の
後方には、内向きテーパ状のガイド面64aを有する開
き操作部材64がシリンダ本体52の外周に進退自在に
設けられ、開き操作部材64を前進させることで、その
ガイド面64aで引っ掛け部材61が閉じ操作される。
開き操作部材64は、シリンダ本体52の段面52aで
前方へ押し付け可能とされ、かつ押し当てばね65で引
っ掛け部材61に軽く押し当てられている。
The spindle rear end engaging mechanism 20 will be described. At the front of the cylinder body 52, the engaged member 19 at the rear end of the spindle 4 is provided.
A hooking member 61 that engages with the shaft is mounted to be freely openable and closable about a support shaft 62, and is urged in a closing direction by a closing urging spring 63 such as a torsion coil spring. Behind the hooking member 61, an opening operation member 64 having an inwardly tapered guide surface 64a is provided on the outer periphery of the cylinder body 52 so as to be able to advance and retreat, and by opening the opening operation member 64, the guide surface 64a The hooking member 61 is closed.
The opening operation member 64 can be pressed forward on the step surface 52 a of the cylinder body 52, and is lightly pressed against the hook member 61 by a pressing spring 65.

【0024】アンクランプユニット13は、主軸4の先
端のクランプ機構9(図1)による工具クランプ状態で
は、図7(A)の下半部に示すように、復帰ばね60の
付勢により、シリンダ本体52が後方のストッパ57に
当たる前進端まで前進している。アンクランプを行うと
きは、ピトスン53の後方のシリンダ室に作動流体を供
給する。これにより、ピストンロッド52の先端の押し
棒14でドローバ11の後方のシリンダ部材18を押
し、クランプ機構9に工具8のクランプ動作を行わせ
る。このとき、押し棒14に作用する抵抗により、流体
圧シリンダ51の全体、つまりシリンダ本体52が復帰
ばね60に抗して後退し、シリンダ本体52と共に引っ
掛け部材61も後退する。この後退により、引っ掛け部
材61が主軸4の後端の被係合部材19に係合し、主軸
4が押し部材14の押し動作で前方へ移動することが防
止される。
When the tool is clamped by the clamping mechanism 9 (FIG. 1) at the tip of the spindle 4, the unclamping unit 13 is actuated by the return spring 60 as shown in the lower half of FIG. The main body 52 has advanced to a forward end where it hits a rear stopper 57. When performing unclamping, a working fluid is supplied to the cylinder chamber behind the pitson 53. As a result, the push rod 14 at the tip of the piston rod 52 pushes the cylinder member 18 behind the draw bar 11 to cause the clamp mechanism 9 to perform the clamping operation of the tool 8. At this time, the entire hydraulic cylinder 51, that is, the cylinder body 52, retreats against the return spring 60 due to the resistance acting on the push rod 14, and the hook member 61 also retreats together with the cylinder body 52. By this retreat, the hook member 61 is engaged with the engaged member 19 at the rear end of the main shaft 4, and the main shaft 4 is prevented from moving forward by the pushing operation of the pushing member 14.

【0025】このアンクランプ状態から、流体圧シリン
ダ51の前方のシリンダ室に作動流体を供給すると、押
し部材14が後退すると共に、シリンダ本体52が前進
してその段面52aで開き操作部材64を押す。そのた
め、開き操作部材64により引っ掛け部材61が開き動
作させられ、引っ掛け部材61と被係合部材19の係合
が解除される。
When the working fluid is supplied from the unclamped state to the cylinder chamber in front of the fluid pressure cylinder 51, the pushing member 14 retreats, and the cylinder body 52 moves forward to open the operating member 64 on the step surface 52a. Push. Therefore, the hooking member 61 is opened by the opening operation member 64, and the engagement between the hooking member 61 and the engaged member 19 is released.

【0026】図10に示すように、押し棒14は中空に
形成され、基端の雄ねじ部14aでピストンロッド52
の先端に取付けられている。押し棒14の中空とされた
内部空間に、ドローバ11の後方のシリンダ部材15を
検出する検出手段16が内蔵され、止めねじ69で止め
付けられている。検出手段16は、クランプ機構9によ
る工具掴み時と空掴み時とにおけるドローバ11の後端
位置の差Lが検出できるものであれば良く、磁気式また
は光学式の変位検出手段を用いることが可能であるが、
この例では、磁気的に変位検出を行う近接スイッチが用
いられている。検出手段16のリード線68は、中空軸
とされたピストンロッド52の中心孔から外部に引き出
されている。
As shown in FIG. 10, the push rod 14 is formed to be hollow, and the piston rod 52 is formed by the male screw portion 14a at the base end.
Mounted on the tip of Detecting means 16 for detecting the cylinder member 15 behind the drawbar 11 is built in the hollow internal space of the push rod 14, and is fixed with a set screw 69. The detecting means 16 may be any as long as it can detect the difference L between the rear end positions of the draw bar 11 when the tool is gripped by the clamp mechanism 9 and when the tool is idle, and a magnetic or optical displacement detecting means can be used. In Although,
In this example, a proximity switch that magnetically detects displacement is used. The lead wire 68 of the detecting means 16 is drawn out from the center hole of the piston rod 52 having a hollow shaft.

【0027】上記構成による空掴み検出動作を説明す
る。クランプ機構8およびアンクランプユニット13の
動作は前述の通りである。図9(A)に示すように、ク
ランプ機構8のアンクランプ時は、アンクランプユニッ
ト13の押し棒14が前進してドローバ11の後方のシ
リンダ部材15を押した状態となる。クランプ時は、ド
ローバ11がばね部材12で後方に押されて、シリンダ
部材15は図9(B)に示すように所定位置に後退して
いる。この状態では、押し棒14とシリンダ部材15と
の距離は長く、押し棒14に内蔵の検出手段16はシリ
ンダ部材15を検出しない。空掴み時は、クランプ機構
9(図8)で工具8がグリッパ43に当たらないため、
ドローバ11はクランプ時よりもある距離Lだけさらに
後方に移動する。そのため、シリンダ部材15が押し棒
14に内蔵の検出手段16で検出される。この検出信号
により、空掴みであることが、判別手段17で判別され
る。なお、図9(A)に示すアンクランプ状態では、押
し棒14はシリンダ部材15に当接し、押し棒14に内
蔵の検出手段16がオンとなるが、アンクランプ時とク
ランプ時とは、スピンドル装置を制御する制御信号で区
別できるため、空掴みであるか、アンクランプ状態であ
るかの区別が行える。
An operation for detecting an empty grip by the above configuration will be described. The operations of the clamp mechanism 8 and the unclamping unit 13 are as described above. As shown in FIG. 9A, when the clamp mechanism 8 is unclamped, the push rod 14 of the unclamping unit 13 moves forward and pushes the cylinder member 15 behind the drawbar 11. At the time of clamping, the drawbar 11 is pushed rearward by the spring member 12, and the cylinder member 15 is retracted to a predetermined position as shown in FIG. 9B. In this state, the distance between the push rod 14 and the cylinder member 15 is long, and the detection means 16 built in the push rod 14 does not detect the cylinder member 15. At the time of empty gripping, the tool 8 does not hit the gripper 43 by the clamp mechanism 9 (FIG. 8).
The drawbar 11 is moved further backward by a certain distance L than at the time of clamping. Therefore, the cylinder member 15 is detected by the detection means 16 built in the push rod 14. Based on this detection signal, it is determined by the determination means 17 that it is an empty grip. In the unclamped state shown in FIG. 9A, the push rod 14 comes into contact with the cylinder member 15 and the detection means 16 built in the push rod 14 is turned on. Since the device can be distinguished by a control signal for controlling the device, it can be distinguished between an empty grip and an unclamped state.

【0028】このスピンドル装置によると、このように
ドローバ11を押す押し棒14の先端に空掴み用の検出
手段16を内蔵したため、アンクランプユニット13に
主軸後端外周の被係合部材19に引っ掛け部材61を係
合させる構成のものを用いながら、配置空間確保上の問
題を生じることなく、ドローバ11の位置検出が行え
る。また、検出手段16は押し棒14の先端に内蔵され
るため、主軸4と共に回転するドローバ11等の部材に
偏ってセンサターゲットを設ける必要がない。そのた
め、主軸4の高速回転時にも、振動を生じることなく、
安定した回転が得られる。
According to this spindle device, since the detecting means 16 for empty gripping is incorporated at the tip of the push rod 14 for pushing the draw bar 11, the unclamping unit 13 is hooked to the engaged member 19 on the outer periphery of the rear end of the main shaft. The position of the drawbar 11 can be detected without causing a problem in securing the arrangement space while using the structure in which the member 61 is engaged. Further, since the detecting means 16 is built in the tip of the push rod 14, there is no need to provide a sensor target in a member such as the draw bar 11 which rotates together with the main shaft 4. Therefore, even when the main shaft 4 rotates at high speed, no vibration occurs.
Stable rotation is obtained.

【0029】また、このスピンドル装置は、主軸4を支
持する軸受2,3として、静圧磁気複合軸受を用いてい
るため、静圧気体軸受の優れた動剛性および回転精度
と、磁気軸受の優れた静剛性という両軸受の特長を生か
したコンパクトな軸受とできる。静圧磁気複合軸受は、
非接触軸受であるため、主軸重量の偏りの影響を受け易
いが、空掴み判別用の検出手段16はアンクランプ用の
押し棒14の先端に内蔵するため、主軸4に偏ってセン
サターゲットを設ける必要がなく、非接触軸受を用いな
がら、動作に悪影響を及ぼすことなく空掴みの判別が行
える。検出手段16は、近接スイッチを用いたため、小
型,軽量で,安価なものが使用でき、また精度にも優れ
ており、アンクランプユニット13の小さな押し棒14
に内蔵する検出手段として好ましい。このように、主軸
4を支持する軸受2,3に静圧磁気複合軸受を用いた高
精度でコンパクトな構成のスピンドル装置において、主
軸4の偏心荷重による振動の問題を生じることなく、工
具の確実な空掴み検出が行える。
Further, in this spindle device, since the hydrostatic compound bearings are used as the bearings 2 and 3 for supporting the main shaft 4, the dynamic dynamic rigidity and rotational accuracy of the hydrostatic gas bearing and the magnetic bearing are excellent. A compact bearing that takes advantage of the dual-bearing characteristics of static rigidity. Hydrostatic magnetic composite bearings
Since it is a non-contact bearing, it is susceptible to the bias of the spindle weight. However, since the detection means 16 for discriminating the idle grip is built in the tip of the unclamping push rod 14, a sensor target is provided on the spindle 4 with a bias. It is not necessary, and it is possible to judge the empty gripping without adversely affecting the operation while using the non-contact bearing. Since the proximity switch is used as the detection means 16, a small, lightweight and inexpensive one can be used, and the detection means 16 has excellent accuracy.
It is preferable as a detection means incorporated in the device. As described above, in a spindle device having a high-precision and compact configuration using a hydrostatic composite bearing as the bearings 2 and 3 for supporting the main shaft 4, the problem of vibration due to the eccentric load of the main shaft 4 does not occur, and It is possible to detect an empty grip.

【0030】図11,図12は、この発明の第2の実施
形態を示す。この実施形態は、第1の実施形態におい
て、検出手段16Aを、押し棒14の先端面から突没自
在に突出したものとすることにより、正常クランプ状態
と半掴み状態との判別を可能としたものである。検出手
段16Aは、中空とされた押し棒14内に配置され、押
し棒14に内蔵の突出付勢ばね71により、押し棒先端
側に突出付勢されている。検出手段16Aの最突出位置
は、ストッパ手段72により規制されている。検出手段
16Aは、支持筒73内に保持されており、支持筒73
を押し棒14の先端内径部に進退自在に嵌合させること
により、検出手段16Aを押し棒14に対して突没自在
としている。上記ストッパ手段72は、支持筒73の後
端に設けられた拡径部72aと、押し棒14内に設けら
れた段差面72bとで構成される。押し棒14は、アン
クランプユニット13における流体圧シリンダ51のピ
ストンロッド54に対して、両者14,54の内径面の
雌ねじ部に螺合するねじ筒74を螺合させることにより
固定されている。
FIGS. 11 and 12 show a second embodiment of the present invention. In this embodiment, in the first embodiment, the detection means 16A is configured to protrude from the distal end surface of the push rod 14 so as to be freely protruded and retracted, so that it is possible to distinguish between the normal clamp state and the half-grasped state. Things. The detecting means 16A is disposed in the hollow push rod 14, and is urged toward the distal end of the push rod by a projection urging spring 71 built in the push rod 14. The most protruding position of the detecting means 16A is regulated by the stopper means 72. The detection means 16A is held in the support cylinder 73,
Is fitted to the inner diameter portion of the tip of the push rod 14 so as to be able to advance and retreat, so that the detecting means 16A can freely project and retract with respect to the push rod 14. The stopper means 72 includes an enlarged diameter portion 72 a provided at the rear end of the support cylinder 73 and a step surface 72 b provided in the push rod 14. The push rod 14 is fixed to the piston rod 54 of the fluid pressure cylinder 51 in the unclamping unit 13 by screwing a screw cylinder 74 that is screwed into a female screw portion on the inner diameter surface of the two 14, 14.

【0031】検出手段16Aは、磁気式の距離検出手段
を用いており、ドローバ11の後端までの距離を検出す
るものとしてある。詳細には、ドローバ後端のシリンダ
部材15の後端面までの距離を検出するものとしてあ
る。磁気式の距離検出手段には、例えば、過電流式また
はリラクタンス式の変位センサが用いられる。検出手段
16Aの検出信号により工具の把持状態を判別する判別
手段17Aは、検出手段16Aの距離検出値等により、
把持状態の判別として、アンクランプ状態、正常クラン
プ状態、半掴み状態、および空掴み状態の判別を行うも
のとしてある。この実施形態におけるこの他の構成は、
図1〜図10と共に説明した第1の実施形態と同じであ
る。
The detecting means 16A uses a magnetic distance detecting means and detects the distance to the rear end of the drawbar 11. Specifically, the distance from the rear end of the drawbar to the rear end surface of the cylinder member 15 is detected. As the magnetic distance detecting means, for example, an overcurrent type or reluctance type displacement sensor is used. The determining unit 17A that determines the grip state of the tool based on the detection signal of the detecting unit 16A is based on the distance detection value of the detecting unit 16A and the like.
As the determination of the gripping state, a determination is made of an unclamped state, a normal clamped state, a half gripped state, and an empty gripped state. Other configurations in this embodiment include:
This is the same as the first embodiment described with reference to FIGS.

【0032】この実施形態における工具把持状態の判別
を説明する。図12(A)におけるアンクランプ状態に
おいては、アンクランプユニット13の押し棒14が前
進して、ドローバ11の後方のシリンダ部材15を押し
た状態となる。このとき、検出手段16Aは、シリンダ
部材15と接触し、押し棒14内に没入して収容され
る。同図(B)の正常クランプ状態においては、アンク
ランプユニット13の押し棒14が後退し、検出手段1
6Aとシリンダ部材15とは離れる。このとき、検出手
段16Aは押し棒14内の突出付勢ばね71によって、
押し棒14の先端面より前方(図の左側)に押し出され
る。押し出し量はストッパ手段72により規制される
が、検出手段16Aによりシリンダ部材15の後端まで
の距離検出が可能な範囲になるように押し出し量を設定
する。同図(C)の半掴み状態においては、シリンダ部
材15の後端位置は正常クランプ状態よりも僅かに前方
にある。このときの距離Laが規定値以上であった場合
に、判別手段17A(図11)は半掴みと判断する。図
12(D)の空掴み状態においては、シリンダ部材15
の後端位置は正常クランプ状態よりも後方(図の右方
向)にある。同図はシリンダ部材15の後端面と検出手
段16Aが接触する場合の例である。この場合、同図
(A)のアンクランプ状態と区別するために、判別手段
17Aは、アンクランプユニット動作のオン/オフ信号
を用いる。磁気軸受スピンドルや静圧磁気複合軸受スピ
ンドルにおいては、アキシアル磁気軸受の電流値を測定
することで、アンクランプユニットの押し棒14がシリ
ンダ部材15を押している状態を検出できるため、判別
手段17Aは、上記電流値の測定値によって、アンクラ
ンプ状態と空掴み状態との区別ができる。
The determination of the tool gripping state in this embodiment will be described. In the unclamping state in FIG. 12A, the push rod 14 of the unclamping unit 13 moves forward and pushes the cylinder member 15 behind the drawbar 11. At this time, the detecting means 16 </ b> A comes into contact with the cylinder member 15 and is immersed and housed in the push rod 14. In the normal clamping state shown in FIG. 3B, the push rod 14 of the unclamping unit 13 is retracted, and the detecting means 1
6A and the cylinder member 15 are separated from each other. At this time, the detection means 16A is actuated by the projection urging spring 71 in the push rod 14.
The push rod 14 is pushed forward (left side in the figure) from the distal end face. Although the pushing amount is regulated by the stopper means 72, the pushing amount is set so that the distance to the rear end of the cylinder member 15 can be detected by the detecting means 16A. In the half-grasping state shown in FIG. 4C, the rear end position of the cylinder member 15 is slightly forward of the normal clamping state. If the distance La at this time is equal to or greater than the specified value, the determination means 17A (FIG. 11) determines that the user is half-grasping. In the empty gripping state shown in FIG.
Is located rearward (rightward in the figure) of the normal clamp state. FIG. 5 shows an example in which the rear end surface of the cylinder member 15 and the detection means 16A come into contact with each other. In this case, the discriminating means 17A uses an on / off signal of the operation of the unclamping unit in order to distinguish it from the unclamped state in FIG. In a magnetic bearing spindle or a hydrostatic composite bearing spindle, the state in which the push rod 14 of the unclamping unit is pushing the cylinder member 15 can be detected by measuring the current value of the axial magnetic bearing. The measured value of the current value makes it possible to distinguish between the unclamped state and the idle gripping state.

【0033】この実施形態によると、このように検出手
段16Aを押し棒14の先端面から突没自在に突出さ
せ、かつ突出付勢したため、アンクランプ状態、正常ク
ランプ状態、および空掴み状態の区別だけでなく、正常
クランプ状態と半掴み状態との判別が可能になる。半掴
み状態は、工具8(図1)と主軸4の先端面に形成され
ているテーパ状の工具嵌合面との嵌合が不十分でクラン
プされている不完全クランプ状態のことである。この半
掴み状態は嵌合面への異物の付着時等に生じる。第1の
実施形態の場合は、アンクランプ状態、正常クランプ状
態、および空掴み状態の判別は可能であるが、半掴み状
態の判別は難しい。正常クランプ状態と半掴み状態とを
判別するためには、シリンダ部材15の後端面と押し棒
14の先端面(検出手段16の検出面)までの距離を正
確に検出しなければならない。一方、押し棒14に内蔵
できる磁気式変位センサは小型のものに限定されため、
上記距離が検出可能範囲外になる場合がある。このた
め、押し棒14の先端に固定した磁気式近接センサで
は、半掴み状態におけるシリンダ部材15の端面を検出
することは構造上困難である。しかし、第2の実施形態
の場合は、検出手段16Aが押し棒14から突没自在に
突出して押し棒14側に付勢されているため、正常クラ
ンプ状態および半掴み状態では検出手段16Aが押し棒
14に近づいた位置にあり、そのため、磁気式変位セン
サからなる検出手段16Aの検出可能距離が短くても距
離検出を行うことができる。
According to this embodiment, the detecting means 16A is projected from the tip end surface of the push rod 14 so as to be able to protrude and retract, and is urged to protrude. In addition, it is possible to determine the normal clamping state and the half-grasping state. The half-grasping state is an incompletely clamped state in which the tool 8 (FIG. 1) and the tapered tool fitting surface formed on the distal end surface of the main shaft 4 are insufficiently fitted and are clamped. This half-grasping state occurs when foreign matter adheres to the fitting surface. In the case of the first embodiment, it is possible to determine the unclamped state, the normal clamped state, and the empty gripping state, but it is difficult to determine the half gripped state. In order to determine the normal clamping state and the half-grasping state, the distance between the rear end surface of the cylinder member 15 and the front end surface of the push rod 14 (the detection surface of the detection means 16) must be accurately detected. On the other hand, magnetic displacement sensors that can be built into the push rod 14 are limited to small ones,
The distance may be outside the detectable range. For this reason, it is structurally difficult for the magnetic proximity sensor fixed to the tip of the push rod 14 to detect the end face of the cylinder member 15 in the half-grasped state. However, in the case of the second embodiment, since the detecting means 16A protrudes from the push rod 14 and is urged toward the push rod 14, the detecting means 16A is pushed in the normal clamping state and the half-grasping state. Since it is located at a position near the rod 14, even if the detectable distance of the detecting means 16A composed of a magnetic displacement sensor is short, the distance can be detected.

【0034】[0034]

【発明の効果】この発明の自動工具交換機能付きスピン
ドル装置は、アンクランプユニットの上記押し棒の先端
に、ドローバの後端を検出する検出手段を内蔵し、この
検出手段の検出信号により工具の把持状態を判別するよ
うにしたため、アンクランプユニットの形式を問わず、
ドローバ位置の検出により空掴みの判別が行え、また高
速回転時のアンバランスの問題も生じることがない。前
記検出手段が、前記押し棒の先端面から突出し、かつ押
し棒先端側に突出付勢されて配置されているものである
場合は、正常クランプ状態と半掴み状態との判別が行え
る。上記アンクランプユニットが、アンクランプ時に主
軸の後端外周に係合して主軸の先端側への移動を阻止す
る主軸後端係合機構を有するものである場合は、コンパ
クトなクランプ機構とできる反面、ドローバ後端付近に
検出手段配置空間が得難いが、押し棒の先端に検出手段
を内蔵するため、検出手段配置空間の問題なく、空掴み
検出が行える。上記軸受が静圧磁気複合軸受である場合
は、優れた動剛性、回転精度、静剛性を得ながら、空掴
みの判別が、上記各性能に開く影響を及ぼさずに行え
る。上記検出手段が近接スイッチである場合は、小型,
軽量で安価で、精度にも優れ、小さな押し棒への内蔵が
無理なく行える。
The spindle device with an automatic tool changing function according to the present invention has a built-in detecting means for detecting the rear end of the draw bar at the tip of the push rod of the unclamping unit. Because the gripping state is determined, regardless of the type of unclamping unit,
An idle grip can be determined by detecting the drawbar position, and the problem of imbalance during high-speed rotation does not occur. When the detecting means is arranged to protrude from the distal end face of the push rod and to be protruded toward the distal end side of the push rod, it is possible to discriminate between the normal clamp state and the half-clamp state. When the unclamping unit has a main shaft rear end engaging mechanism that engages with the outer periphery of the main shaft rear end during unclamping to prevent the main shaft from moving toward the front end, a compact clamping mechanism can be obtained. However, it is difficult to obtain a detection means arrangement space near the rear end of the drawbar. However, since the detection means is built in at the tip of the push rod, empty gripping detection can be performed without any problem of the detection means arrangement space. When the above-mentioned bearing is a hydrostatic magnetic composite bearing, it is possible to discriminate the empty gripping without affecting the above-mentioned performances while obtaining excellent dynamic rigidity, rotational accuracy and static rigidity. If the detection means is a proximity switch,
Lightweight, inexpensive, excellent in accuracy, and can be easily incorporated into a small push rod.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1の実施形態にかかる自動工具交
換機能付きスピンドル装置の概念構成を示す説明図であ
る。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a conceptual configuration of a spindle device with an automatic tool changing function according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同スピンドル装置の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the spindle device.

【図3】同スピンドル装置のラジアル型の静圧磁気複合
軸受の拡大断面図である。
FIG. 3 is an enlarged sectional view of a radial type hydrostatic composite bearing of the spindle device.

【図4】同静圧磁気複合軸受の横断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the hydrostatic magnetic composite bearing.

【図5】同スピンドル装置のスラスト型の静圧磁気複合
軸受の拡大断面図である。
FIG. 5 is an enlarged sectional view of a thrust type hydrostatic composite bearing of the spindle device.

【図6】(A)は同スピンドル装置装置における主軸、
クランプ機構、およびアンクランプユニットの関係を示
す断面図、(B)はその主軸の断面図である。
FIG. 6A is a diagram showing a spindle of the spindle device.
FIG. 3B is a cross-sectional view showing the relationship between the clamp mechanism and the unclamping unit, and FIG.

【図7】同アンクランプユニットの各動作状態を示す拡
大断面図である。
FIG. 7 is an enlarged sectional view showing each operation state of the unclamping unit.

【図8】同クランプ機構の各動作状態を示す拡大断面図
である。
FIG. 8 is an enlarged sectional view showing each operation state of the clamp mechanism.

【図9】各動作状態におけるドローバ後端と押し棒の関
係を示す動作説明図である。
FIG. 9 is an operation explanatory diagram showing the relationship between the rear end of the drawbar and the push rod in each operation state.

【図10】(A)は同押し棒の断面図、(B)は同押し
棒の正面図、(C)は同押し棒の側面図である。
10A is a cross-sectional view of the push rod, FIG. 10B is a front view of the push rod, and FIG. 10C is a side view of the push rod.

【図11】この発明の第2の実施形態における押し棒の
断面図である。
FIG. 11 is a sectional view of a push rod according to a second embodiment of the present invention.

【図12】同実施形態におけるドローバ後端と押し棒,
検出手段の関係を示す動作説明図である。
FIG. 12 shows a drawbar rear end and a push rod according to the embodiment;
FIG. 7 is an operation explanatory diagram showing a relationship between detection means.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ハウジング 2,3…軸受 4…主軸 5…スピンドル駆動源 8…工具 9…クランプ機構 10…自動工具交換装置 11…ドローバ 12…ばね部材 13…アンクランプユニット 14…押し棒 15…シリンダ部材 16,16A…検出手段 17,17A…判別手段 20…主軸後端係合機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Housing 2, 3 ... Bearing 4 ... Spindle 5 ... Spindle drive source 8 ... Tool 9 ... Clamp mechanism 10 ... Automatic tool changer 11 ... Drawbar 12 ... Spring member 13 ... Unclamp unit 14 ... Push rod 15 ... Cylinder member 16 , 16A: detecting means 17, 17A: determining means 20: main shaft rear end engaging mechanism

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ハウジングに軸受を介して主軸を支持
し、この主軸の先端にクランプ機構を設け、このクラン
プ機構は、主軸先端に工具が押し込まれることで、主軸
内を貫通するドローバの後退付勢力により工具をクラン
プするものであり、上記ドローバの後端を押し棒で押す
ことにより上記クランプ機構をアンクランプ状態とする
アンクランプユニットを上記ハウジングに設け、上記ク
ランプ機構は、工具の掴み状態よりも空掴み状態の方が
ドローバ後端位置が後方となる自動工具交換機能付きス
ピンドル装置において、 上記アンクランプユニットの上記押し棒の先端に、ドロ
ーバの後端を検出する検出手段を内蔵し、この検出手段
の検出信号により工具の把持状態を判別するようにした
ことを特徴とする自動工具交換機能付きスピンドル装
置。
1. A main shaft is supported by a housing via a bearing, and a clamp mechanism is provided at a tip of the main shaft. The clamp mechanism is configured to retreat a drawbar penetrating through the inside of the main shaft by pushing a tool into the front end of the main shaft. An unclamping unit that clamps the tool by a force and presses the rear end of the draw bar with a push rod to set the clamp mechanism in an unclamping state is provided in the housing. In the spindle device with an automatic tool change function in which the rear end position of the drawbar is also rearward in the empty gripping state, a detection means for detecting the rear end of the drawbar is built in at the front end of the push rod of the unclamping unit. A spindle with an automatic tool changing function, wherein a gripping state of the tool is determined based on a detection signal of a detecting means. Location.
【請求項2】 前記検出手段は、前記押し棒の先端面か
ら突没自在に突出し、かつ、押し棒先端側に突出付勢さ
れて配置されているものである請求項1に記載の自動工
具交換機能付きスピンドル装置。
2. The automatic tool according to claim 1, wherein the detection means protrudes from the distal end surface of the push rod so as to be able to protrude and retract, and is arranged so as to be urged toward the distal end side of the push rod. Spindle device with exchange function.
【請求項3】 前記検出手段は、ドローバの後端面に接
して配置されたシリンダ部材を介してドローバの交換を
検出するものである請求項1または請求項2に記載の自
動工具交換機能付きスピンドル装置。
3. The spindle with an automatic tool change function according to claim 1, wherein the detection means detects the replacement of the drawbar via a cylinder member arranged in contact with a rear end surface of the drawbar. apparatus.
【請求項4】 上記アンクランプユニットは、アンクラ
ンプ時に主軸の後端外周に係合して主軸の先端側への移
動を阻止する主軸後端係合機構を有するものである請求
項1ないし請求項3のいずれかに記載の自動工具交換機
能付きスピンドル装置。
4. The main shaft rear end engaging mechanism for engaging the main shaft rear end outer periphery at the time of unclamping to prevent the main shaft from moving toward the front end side. Item 4. A spindle device with an automatic tool change function according to any one of Items 3.
【請求項5】 上記軸受は、静圧気体軸受と磁気軸受と
が複合化されたラジル型の静圧磁気複合軸受である請求
項1ないし請求項4のいずれかに記載の自動工具交換機
能付きスピンドル装置。
5. The bearing according to claim 1, wherein the bearing is a radial-type hydrostatic composite bearing in which a hydrostatic gas bearing and a magnetic bearing are combined. Spindle device.
【請求項6】 上記検出手段は、磁気的に変位検出を行
う近接スイッチである請求項1ないし請求項5のいずれ
かに記載の自動工具交換機能付きスピンドル装置。
6. The spindle device with an automatic tool change function according to claim 1, wherein said detecting means is a proximity switch for magnetically detecting displacement.
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