JP2003001506A - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工工具を保持する工具ホルダを主軸に固定
する際に、保持力を検出できるようにする。 【解決手段】 主軸１内部のドローバー３にその弾性変
形量を検出するゲージ受感部９を貼着してドローバー３
後端部に設けた接点１０と電気的に接続した。ドローバ
ー３を操作するピストン７の先端部にドローバー側接点
１０に対応する接点１１を設け、ピストン７がドローバ
ー３を押圧操作した際に接点同士が接触するようにし
た。接点１１と別途設けた歪み量測定装置１３及び工具
保持状態判定手段１４を接続し、ピストン７を介してゲ
ージ受感部９の特性変化を測定し、工具保持力を判定可
能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工作機械の主軸装置
に関し、詳しくは主軸が工具を保持する工具保持力を検
出する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械において、主軸に工具を固定す
る方法として、主軸中心部に開けられた貫通孔内にドロ
ーバーを配置し、そのドローバー先端に設けられた工具
ホルダ把持具を用いて工具を取付けた工具ホルダの端部
を掴みながらドローバーを主軸後部に引き込み、その引
き込み力により工具ホルダを主軸に密着固定する方法が
知られている。このときの引き込み方式は、工具保持力
を得るために圧縮バネの力を利用してドローバーを後部
に引き込む方式が広く採用されている。

【０００３】この方式を採用した従来の工作機械の主軸
装置の一例を図２に示している。図２は主軸装置の縦断
面図であり、主軸２０周囲の下方先端部４カ所と上方後
部一ヶ所に転がり軸受２１ａ〜２１ｅが設けられ、固定
された円筒状の固定ハウジング２２内に回転支持され、
固定ハウジング２２は主軸頭２３に固定され、主軸頭２
３は主軸台などの機械本体に固定されている。尚、前側
の転がり軸受は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸
受、円錐ころ軸受等、ラジアル荷重と少なくとも一方向
のスラスト荷重が受けられるもの、後側の軸受はラジア
ル荷重が受けられるコロ軸受や深溝玉軸受等が用いられ
ている。

【０００４】前側の転がり軸受２１ａ〜２１ｄと後側の
転がり軸受２１ｅの間には、主軸２０を回転させるため
の駆動装置としてビルトイン型の電動機２５が設けら
れ、この電動機２５は主軸２０の外周に設けられたロー
タ２６と、その周囲の主軸頭２３の内周に設けられたス
テータ２７とから構成されている。また、主軸２０には
加工工具固定用の工具ホルダ２８が取付けられ、工具ホ
ルダ２８は、ホルダ把持具２９を介してドローバー３１
により主軸２０に固定されている。更に工具ホルダ２８
を主軸２０に引き込んで固定保持するために、主軸内部
の任意位置の端面に固定されたリング３２ａとドローバ
ー３１の軸方向外径部にナットを介して固定されている
リング３２ｂとの間に圧縮バネ３３が支持され、その圧
縮バネ３３には、所定の圧縮力が付与されている。

【０００５】上記のような主軸装置において、加工工具
固定用の工具ホルダ２８は、主軸先端部に挿入してホル
ダ把持具２９に把持させて、圧縮バネ３３がドローバー
３１を主軸長手方向へ押す力によってホルダ把握具２９
を介して主軸２０に密着固定される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような構成の場
合、工具ホルダ２８の密着力は圧縮バネ３３の伸長力に
よって決まるため、実際の主軸においては、工具ホルダ
２８を主軸２０に引き込んだときに必要な保持力で保持
するように、圧縮バネ３３の圧縮量を予め調整して組み
込んでおくのが望ましいし、工具ホルダ２８固定時にド
ローバー３１が常に同じ位置まで引き込まれるならば、
発生する保持力は常に一定であるが、工具ホルダ２８後
部の長手寸法が長かったり短かったりすれば当然ドロー
バー３１の引き込まれる位置は変わってしまい、それに
より保持力も変化することになる。また、使用を重ねて
圧縮バネ３３がへたってきた時などは、引き込み位置が
変わらなくても保持力は初期に比べて小さくなってしま
う。

【０００７】このような問題点に関し、工具ホルダの寸
法ばらつきなどによる保持力の違いをみる為であれば、
保持力は圧縮バネの圧縮量に比例するため、工具ホルダ
固定時のドローバーの長手方向位置を正確に検出するこ
とで、どれくらいの保持力が出ているかどうか推定する
ことが可能である。しかし、一般に保持力発生用のバネ
は強力であり、僅かな圧縮量の変化でも保持力は大きく
変わってしまうため、ドローバーの長手位置を検出する
ことで工具保持力がどれだけ出ているかを推定すること
は、ドローバーの長手位置を正確に検出するための測定
装置が高価となってしまう点や、バネのへたり等による
保持力の低下等はこの方法では検出できない等の問題か
ら実際には行なわれていない。このような理由から、工
具ホルダを固定したときに実際どれだけの保持力が出て
いるかは分からないまま加工を行なっていた。

【０００８】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、工作
機械の主軸装置において、加工工具を保持する工具ホル
ダを主軸に固定する際に、保持力を検出できるようにす
ることを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明は、主軸中空円筒部に、工具ホルダ
を主軸に装着操作するドローバーを有する工作機械の主
軸装置において、前記ドローバーの任意の位置にゲージ
受感部を添着し、ドローバーの弾性変形量を該ゲージ受
感部の抵抗変化により測定可能としたことを特徴とし、
この構成により、ドローバーの長手位置によらず工具保
持力が測定でき、不具合が生じて少ない保持力で工具が
固定された場合でも確実に検知でき、弱い保持力のまま
工具が回転することを無くすことができる。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、ゲージ受感部の抵抗変化を検出する電線をドローバ
ー後部に設けられた接点に接続する一方、ドローバーを
前後動させるピストンのドローバー接触部に前記ドロー
バー側接点に接触可能な接点を設け、ピストンがドロー
バーを押圧操作したときに両接点同士が接触し、ピスト
ンを介してゲージ受感部の抵抗変化量を測定可能とした
ことを特徴し、このように構成することで、回転動作の
ないピストンを介して工具保持力を測定できるので、回
転部を介して例えばスリップリングのような回転式接点
を介してゲージ受感部に通電する必要が無くなり、発熱
や接点間の接触抵抗変化等の影響を受けることがなく精
度良く抵抗変化を検知できる。その結果、簡易な構成に
より測定できるし、このとき使用するゲージ受感部の歪
み量測定装置や工具保持力判定装置等も比較的安価に構
成できるので測定システム全体としても、安価に構成で
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明
に係る主軸装置の要部である主軸の縦断面説明図を示し
ている。図１において、主軸１は中心軸部に貫通孔２
（中空円筒部）が形成され、ドローバー３が挿通配置さ
れている。そのドローバー３先端にはホルダ把持具４が
設けられている。６はドローバー３を前後動させるピス
トン７を内蔵したピストンユニットであり、ピストン７
は、図示していない油圧装置に配管接続され、油圧装置
からの油圧操作により上下方向に移動動作し、ドローバ
ー３を押圧操作してホルダ把持具４による工具ホルダ５
のクランプ／アンクランプ動作を操作している。尚、主
軸１の周囲には上記図２に示すような主軸１を回転させ
る電動機が配置され、また主軸１は上記図２と同様に周
囲の下方先端部数カ所と上方後部一ヶ所に転がり軸受が
設けられ、固定されたハウジング内に回転支持され、ハ
ウジングは主軸頭に固定され、主軸頭は主軸台などの機
械本体に固定されている。

【００１２】そしてドローバー３の先端部近傍の細径部
には、歪み検出素子であるゲージ受感部９が貼着されて
いる。このゲージ受感部９は、貼着部の弾性変形量に応
じて抵抗値が変化するように選択され貼着されている。
このゲージ受感部９によりドローバー長手方向に引張り
応力が加わった時の弾性変形量を検出可能となってい
る。

【００１３】このゲージ受感部９に通電させるための電
線は、ドローバー３の内部を通り、ドローバー３の後部
端面の任意位置に設けられた接点１０に接続されてい
る。そして、ドローバー３後部となる主軸上方に設けら
れたピストンユニット６のピストン７の先端面には対応
する接点１１が設けられ、ピストン７がドローバー３を
押す時に互いの接点１０，１１が接するようになってい
る。そして、ピストン７側の接点１１は別途設置された
歪み量測定装置１３に接続され、歪み量測定装置はさら
にゲージ受感部９の特性変化を受けて工具保持力を判断
する工具保持状態判定手段１４に接続されている。尚、
ゲージ受感部は、その伸び縮みにより内部の電気抵抗値
が変化するため、予め電気抵抗の変化と工具引き上げ力
の関係を調べておけば、素子に電気を通し、そのときの
電流、電圧、抵抗の相関関係から間接的に工具の引き上
げ力を知ることができる。

【００１４】上記構成において工具を交換する際の動作
を説明すると、まず主軸１の回転を止めた後、油圧装置
等から油を注入してピストン７を前進させ、ドローバー
３を押し下げて工具ホルダ５をアンクランプの状態とす
る。このときピストン７がドローバー３に接触すること
で、接点１０，１１同士が接触して歪み量測定装置１３
からゲージ受感部に通電してドローバー３に加わる引張
り応力を測定することができる。

【００１５】そして、工具ホルダ５を掴んだ後、保持す
るためにピストン７が上がり始めると、徐々にドローバ
ー３に引張り応力がかかり出す。ドローバー３は工具ホ
ルダを掴んで停止する位置まで後退するので、ドローバ
ー３が停止する位置が、ドローバー３に最大の引張り応
力がかかる位置となり、その応力で工具ホルダ保持力即
ち工具保持力も決まる。そのため、ドローバー３の後退
が止まり、ピストン７と離れる間際の引張り応力を測定
し、その値を基に工具保持状態判定手段１４において、
所定の工具保持力が確保できているか判定させている。

【００１６】このように、ゲージ受感部をドローバーに
設けて工具を装着する前と装着後のドローバーの引張り
応力である弾性変形量を検出することで、ドローバーの
長手位置によらず工具保持力が測定できる。その結果、
不具合が生じて少ない保持力で工具が固定された場合で
も確実に検知でき、弱い保持力のまま工具が回転するこ
とを無くすことができる。更に、その引張り応力が工具
保持力の許容範囲を下回った場合は警告を発したり、主
軸の回転を不可としたり、或いは主軸の回転数を制限さ
せる等の指令を工作機械の制御装置に伝えるようにすれ
ば、回転中に工具が外れてしまうような問題も容易に回
避できる。

【００１７】又、回転動作のないピストンを介して工具
保持力を測定できるので、簡易な構成により測定できる
し、このとき使用するゲージ受感部の歪み量測定装置や
工具保持力判定装置等も公知の電子回路を組み合わせる
ことで容易に構成でき機械精度を要求されないので、ド
ローバーの長手位置を正確に検出する測定装置より安価
に構成でき、システム全体としても安価に構成できる。

【００１８】尚、上記実施の形態ではゲージ受感部をド
ローバー先端部近傍に設けたが、先端部でなくとも良
く、ドローバーは後部の圧縮バネ係止部から先端にかけ
て弾性変形するので、その間の任意位置に貼着すればよ
い。但し、上記実施形態のように、他の部位に比べて細
い部位がある場合はその部位の弾性変形量は太径部に比
べて大きいので、そのような部位に設けるのが良い。

【００１９】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、ドローバーの長手位置によらず工具保持力が測
定できる。その結果、不具合が生じて少ない保持力で工
具が固定された場合でも確実に検知でき、弱い保持力の
まま工具が回転することを無くすことができる。

【００２０】請求項２の発明によれば、請求項１の効果
に加えて、回転動作のないピストンを介して工具保持力
を測定できるので、簡易な構成により測定できる。ま
た、このとき使用するゲージ受感部の歪み量測定装置や
工具保持力判定装置等も比較的安価に構成できるので測
定システム全体としても、安価に構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る工作機械の主軸装置の実施形態の
一例を示し、その要部である主軸部の縦断面説明図であ
る。

【図２】従来の主軸装置の縦断面図である。

【符号の説明】

１・・主軸、２・・貫通孔、３・・ドローバー、４・・
ホルダ把持具、５・・工具ホルダ、６・・ピストンユニ
ット、７・・ピストン、９・・ゲージ受感部、１０，１
１・・接点。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸中空円筒部に、工具ホルダを主軸に
   装着操作するドローバーを有する工作機械の主軸装置に
   おいて、前記ドローバーの任意の位置にゲージ受感部を
   添着し、ドローバーの弾性変形量を該ゲージ受感部の抵
   抗変化により測定可能としたことを特徴とする工作機械
   の主軸装置。
2. 【請求項２】 ゲージ受感部の抵抗変化を検出する電線
   をドローバー後部に設けられた接点に接続する一方、ド
   ローバーを前後動させるピストンのドローバー接触部に
   前記ドローバー側接点に接触可能な接点を設け、ピスト
   ンがドローバーを押圧操作したときに両接点同士が接触
   し、ピストンを介してゲージ受感部の抵抗変化量を測定
   可能とした請求項１記載の工作機械の主軸装置。