JP2003039280A

JP2003039280A - 工作機械の締結力測定装置及び制御方法

Info

Publication number: JP2003039280A
Application number: JP2001232338A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Suzuki; 繁鈴木
Original assignee: Kuroda Precision Industries Ltd
Current assignee: Kuroda Precision Industries Ltd
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2003-02-12
Anticipated expiration: 2021-07-31
Also published as: JP4988102B2

Abstract

(57)【要約】【課題】工作機械の締結力を容易に測定する。【解決手段】装置本体９内にシャンク１を軸線方向に
摺動自在に保持すると共に、シャンク１の移動を検知す
る接点式のスイッチ３を設ける。皿ばね１５をシャンク
１の小径軸部１２の外周面に嵌合すると共に、スペーサ
１６と装置本体９の奥壁２３ａとの間に配置し、シャン
ク１を皿ばね１５で後方に付勢する。皿ばね１５の弾発
力は、工作機械の締結機構の設定締結力と同等とする。
スイッチ３では導電体レバー４１の上端をスイッチ保持
部材４に軸支し、レバー４１を圧縮コイルばね４３で時
計回りに付勢する。レバー４１の下端に一方の接点４４
を設けると共に、装置本体９に他方の接点４５を設け、
スイッチ３、バッテリ５、表示ランプ７を通る回路を構
成する。締結機構がシャンク１を十分に引き込むと、接
点４４、４５同士が接触し、表示ランプ７が点灯し、締
結力が充分であることを表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸に
備えた締結機構の締結力を測定する工作機械の締結力測
定装置及び制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車工場などで使用するマシ
ニングセンタ、ＮＣフライス盤などの部品加工専用の工
作機械は、所謂ＨＳＫシャンク、ＫＭシャンクなどの工
具ホルダを締結するための締結機構を備えた主軸、これ
らの締結機構や主軸を駆動するための駆動手段、この駆
動手段を制御するための制御手段などを備えている。そ
して、締結機構の締結力が適切でない場合には事故の可
能性が多いので、締結力を確認することが重要になって
いる。

【０００３】この種の工作機械の締結力を測定するため
の締結力測定装置は、一般にロードセルを使用して締結
力をデジタル表示するようになっている。即ち、ロード
セルは締結力として加わった荷重を金属の歪みに変換
し、この金属の歪みを電流の変化に変換し、この電流の
変化をデジタル電気信号に変換し、このデジタル電気信
号を締結力として直接表示するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ロード
セルを使用した従来の締結力測定装置は高価であるの
で、一般の部品加工工場にはあまり普及していないのが
現状である。これに対し、自動車工場等では大型の工作
機械が所定の機械区域に存在しているので、締結力測定
装置は専門の資格を有する作業者が取り扱うようになっ
ている。この場合に、作業者は必要に応じて機械区域に
入り、締結力測定装置を機械主軸に押し込み、機械主軸
内の締結機構を作動させ、そのときの締結力を読み取
る。従って、従来の締結力測定装置は、高価である上に
締結力を容易に測定できないのが実状である。

【０００５】本発明の目的は、上述の課題を解決し、安
価な構成で締結力を容易に測定し得る工作機械の締結力
測定装置及び制御方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る工作機械の締結力測定装置は、工作機械
の主軸に装着して締結機構の締結力を測定する工作機械
の締結力測定装置であって、前部を前記締結機構との係
合部とする係合部材と、該係合部材を前後方向に移動可
能に保持すると共に後方への移動を規制可能に保持する
装置本体とから成り、該装置本体は前記係合部材を後方
に付勢する弾性部材と、該弾性部材の歪み量を検知する
検知手段と、該検知手段の出力を取り出す取出手段とを
有することを特徴とする。

【０００７】本発明に係る工作機械の制御方法は、締結
力測定装置を工作機械の主軸に装着して締結機構の締結
力を測定する測定工程を有する工作機械の制御方法であ
って、前記測定工程は所定の加工回数又は所定の加工時
間毎に実施することを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明を図示の実施の形態に基づ
いて詳細に説明する。図１は締結力測定装置の第１の実
施の形態の断面図である。この第１の実施の形態の締結
力測定装置は、ＨＳＫシャンクと称する工具ホルダと同
様に自動工具交換装置によって工作機械の主軸に装着
し、工作機械の主軸の締結機構の締結力の適否を判定で
きるようにしている。なお、この実施の形態で使用する
「前」、「後」、又は「前後」を伴う用語は、紙面に対
する相対的な方向であって、「前」は工作機械の主軸に
装着する方向を意味し、「後」はその反対方向を意味す
る。

【０００９】この締結力測定装置は、主としてシャンク
１を保持したシャンク保持部材２と、主としてスイッチ
３を保持したスイッチ保持部材４と、主としてバッテリ
５を保持したバッテリ保持部材６と、主として表示ラン
プ７を保持したカバー部材８とを前方から順次に連結し
た構成としている。即ち、シャンク保持部材２、スイッ
チ保持部材４、バッテリ保持部材６、及びカバー部材８
によって装置本体９を構成し、この装置本体９がシャン
ク１を軸線に沿った方向に移動自在に保持した構成とし
ている。なお、表示ランプ７は緑色の光を発するように
している。

【００１０】シャンク１の前部は大径軸部１１とし、後
部は小径軸部１２としている。大径軸部１１の前部は工
作機械の主軸に締結されるテーパ部１１ａとし、このテ
ーパ部１１ａの内外はＨＳＫシャンクと同様な構造とし
ている。大径軸部１１の後部はシャンク保持部材２に嵌
合されたストレート部１１ｂとし、このストレート部１
１ｂにはシールリング１３を収容するための溝部１１ｃ
を形成している。

【００１１】小径軸部１２の外周面の後部には、ねじ部
１２ａを形成し、小径軸部１２の後端面の中心には鋼球
１４を設けている。そして、小径軸部１２の外周面には
皿ばね１５とスペーサ１６を嵌合し、ねじ部１２ａには
ナット１７を螺合し、ナット１７は止めねじ１８により
小径軸部１２に固定している。

【００１２】シャンク保持部材２の軸線上には、シャン
ク１のストレート部１１ｂを摺動自在に嵌合するための
大径孔部２１と、シャンク１の小径軸部１２を摺動自在
に嵌合するための小径孔部２２と、皿ばね１５とスペー
サ１６を嵌入するための嵌入孔部２３とを前方から順次
に設けている。そして、シャンク保持部材２の外周面の
前部はＨＳＫシャンクと同様な構造とし、そこには自動
工具交換装置のマニュピュレータが係合する溝２４を備
えた環状部材２５を嵌着している。また、シャンク保持
部材２の外周面の後端部にはスイッチ保持部材４との連
結部となるフランジ２６を設けている。

【００１３】なお、スイッチ保持部材４はシャンク１の
後端部とスイッチ３の全体を収容する収容室３１を有
し、バッテリ保持部材６はバッテリ５を収容する収容室
３２と後述の電線を挿通する挿通孔３３とを有し、カバ
ー部材８は表示ランプ７を取り付けるための取付孔３４
を有している。

【００１４】シャンク１の大径軸部１１の後端面はシャ
ンク保持部材２の大径孔部２１の奥壁２１ａに当接さ
せ、シャンク１の後方への移動を規制している。また、
皿ばね１５はスペーサ１６の前面と嵌入孔２３の奥壁２
３ａとの間に配置し、シャンク１を後方に付勢してい
る。そして、皿ばね１５の弾発力は、工作機械の締結機
構の設定締結力と同等としている。

【００１５】図２の部分拡大図にも示すように、スイッ
チ３は接点式としており、導電体から成るレバー４１の
上端部をスイッチ保持部材４に支軸４２を介して支持
し、レバー４１は支軸４２を中心に回動自在としてい
る。レバー４１の上下の略中間部とスイッチ保持部材４
の固定部４ａとの間に圧縮コイルばね４３を配置し、レ
バー４１を時計回り方向に付勢している。レバー４１の
下端部には一方の接点４４を取り付け、スイッチ保持部
材４の固定部４ｂには他方の接点４５を設けている。

【００１６】レバー４１はリード線４６を介して表示ラ
ンプ７の一方のリード線に接続し、他方の接点４５はリ
ード線４７を介してバッテリ５の一方の端子５ａに接続
し、表示ランプ７の他方のリード線はバッテリ５の他方
の端子５ｂに接続している。そして、図３に示すように
回路に抵抗４８を設け、表示ランプ７の電気回路を形成
している。また、押しボタン式のスイッチ４９をカバー
部材８に設け、バッテリ５の消耗度を検査できるように
している。この場合に、例えばバッテリ５の電圧を９Ｖ
とし、抵抗４８を３００オームとすれば、回路を流れる
電流は３０ｍＡとなる。なお、通常ではシャンク１に設
けた鋼球１４がレバー４１を鉛直方向から傾斜させ、接
点４４、４５の間を開いて表示ランプ７を消灯させてい
る。

【００１７】図４は制御部の処理手順のフローチャート
である。ステップＳ１では加工プログラム中に加工回数
又は加工時間が設定値に到達したか否かを判断する。何
れも設定値に到達していないときには加工動作を開始す
る。そして、何れかが設定値に到達している場合にはス
テップＳ２において測定プログラムを開始し、ステップ
Ｓ３において自動工具交換装置によって締結力測定装置
を工具マガジンから取り出し、シャンク１のテーパ部１
１ａを主軸の孔に押し込む。そして、主軸内の締結機構
がシャンク１を引き込む。これにより、皿ばね１５が歪
むと共に、図５に示すようにレバー４１が回動して接点
４４、４５同士が接近する。

【００１８】ステップＳ４では締結機構の締結力が充分
であるか否か、即ち締結機構がシャンク１を十分に引き
付けたか否かを判断する。締結機構がシャンク１を十分
に引き付けたときには、接点４４、４５同士が接触して
表示ランプ７が緑色に点灯するので、締結力が充分であ
ると判断する。そして、ステップＳ５に進んで自動工具
交換装置によって締結力測定装置と正規の工具ホルダと
を交換し、ステップＳ６においてステップＳ１の設定を
リセットし、更にステップＳ７に進んで加工動作を開始
する。

【００１９】これに対し、締結機構がシャンク１を十分
に引き付けない場合には、接点４４、４５同士が接触せ
ずに表示ランプ７が消灯したままであるので、締結力が
十分でないと判断する。そして、ステップＳ８に進んで
締結力が不十分であるという警報を発動する。なお、こ
の警報は締結機構の交換、必要部品の交換などを指示す
ることにより行うことができる。

【００２０】この第１の実施の形態では、工作機械を稼
働している加工途中においても、通常の工具交換と同様
の操作で締結力が十分であるか否かを自動的に確認でき
るので、有資格者ではない一般の作業者でも通常の加工
作業の間に締結力を容易に確認できる。また、従来のよ
うなロードセルを使用しないので製造コストを削減でき
る。更に、自動工具交換装置により工作機械の主軸に着
脱できるので、締結力を安全に確認できる。

【００２１】図６は第２の実施の形態の断面図である。
この第２の実施の形態の締結力測定装置は、ＢＴシャン
クと称する工具ホルダと同様に自動工具交換装置によっ
て工作機械の主軸に装着し、工作機械の主軸の締結機構
の締結力の適否を確認できるようにしている。

【００２２】この締結力測定装置は、プルスタッド５１
を螺合した軸部材５２と、この軸部材５２を摺動自在に
保持すると共に主としてスイッチ５３を保持したスイッ
チ保持部材５４と、主としてバッテリ５５を保持したバ
ッテリ保持部材５６と、主として表示ランプ５７を保持
したカバー部材５８とを前方から順次に連結した構成と
している。この場合にも、スイッチ保持部材５４、バッ
テリ保持部材５６、及びカバー部材５８とにより装置本
体５９を構成し、この装置本体５９が軸部材５２を介し
てプルスタッド５１を摺動自在に保持した構成としてい
る。なお、表示ランプ５７は赤色の光を発するようにし
ている。

【００２３】軸部材５２の軸線上の前端部にはねじ孔５
２ａを形成し、軸部材５２の外周面の前後の中間には環
状溝５２ｂを形成し、軸部材５２の外周面の後端部には
フランジ５２ｃを形成している。ねじ孔５２ａにはワッ
シャ６１を介してプルスタッド５１を螺合し、環状溝５
２ｂにはシールリング６２を嵌着している。そして、軸
部材５２の外周面の後端部には皿ばね６３を嵌着し、軸
部材５２の後端面の軸線上には検知軸６４を突設してい
る。

【００２４】スイッチ保持部材５４の軸線上には、軸部
材５２を嵌合する軸孔７１と、スイッチ５３と皿ばね６
３を収容する収容室７２と、板部材７３とシールリング
７４を取り付ける取付孔７５とを前方から順次に設けて
いる。板部材７３は収容孔７２の後部を閉塞し、シール
リング７４は板部材７３の外周面をシールしている。そ
して、スイッチ保持部材５４の外周面には、ＢＴシャン
クと同様な形状のテーパ部７６と、自動工具交換装置の
マニュピュレータが係合する環状溝７７と、バッテリ保
持部材５６との連結部となるフランジ７８とを前方から
順次に設けている。

【００２５】そして、スイッチ５３は非接触式としてい
る。即ち、板部材７３に近接スイッチ７９を取り付け、
この近接スイッチ７９はリード線８０を介してバッテリ
５５の一方の端子に接続している。

【００２６】なお、バッテリ保持部材５６はバッテリ５
５を収容する収容室８１を有し、カバー部材５８は表示
ランプ５７を取り付けるための取付孔８２を有してい
る。

【００２７】ここで、プルスタッド５１と軸部材５２の
間に固定したワッシャ６１はスイッチ保持部材５４の前
端面に当接し、軸部材５２の後方への移動を規制してい
る。また、皿ばね６３は軸部材５２のフランジ５２ｃと
収容孔７２の奥壁７２ａとの間に配置し、軸部材５２を
後方に付勢している。そして、皿ばね６３の弾発力は、
工作機械の締結機構の設定締結力と同等としている。な
お、通常では検知軸６４が近接スイッチ７９に最も接近
していて、表示ランプ５７が赤色に点灯している。

【００２８】この第２の実施の形態の締結力測定装置
も、図４のフローチャートに示すように制御することが
できる。即ち、ステップＳ１では加工プログラム中に加
工回数又は加工時間が設定値に到達したか否かを判断す
る。何れも設定値に到達していないときには加工動作を
開始する。そして、何れかが設定値に到達している場合
にはステップＳ２において測定プログラムを開始し、ス
テップＳ３において自動工具交換装置によって締結力測
定装置を工具マガジンから取り出し、プルスタッド５１
とスイッチ保持部材５４のテーパ部７６を主軸の孔に押
し込む。そして、主軸内の締結機構がプルスタッド５１
を引き込む。これにより、皿ばね６３が歪むと共に、検
知軸６４が近接スイッチ７９から離間する。

【００２９】ステップＳ４では締結機構の締結力が充分
であるか否か、即ち締結機構がプルスタッド５１を十分
に引き付けたか否かを判断する。締結機構がプルスタッ
ド５１を十分に引き付けたときには、検知軸６４が近接
スイッチ７９から完全に離間して表示ランプ５７が消灯
するので、締結力が充分であると判断する。そして、ス
テップＳ５に進んで自動工具交換装置によって締結力測
定装置と正規の工具ホルダとを交換し、ステップＳ６に
おいてステップＳ１の設定をリセットし、更にステップ
Ｓ７に進んで加工動作を開始する。

【００３０】これに対し、締結機構がプルスタッド５１
を十分に引き付けない場合には、検知軸６４が近接スイ
ッチ７９から十分に離間せずに表示ランプ５７が赤色で
点灯したままであるので、締結力が十分でないと判断す
る。そして、ステップＳ８に進んで締結力が不十分であ
るという第１の実施の形態と同様な警報を発する。

【００３１】この第２の実施の形態では、表示ランプ５
７を赤色に点灯させておき、工作機械の締結力が十分で
あるときに表示ランプ５７を消灯させることを除いて、
第１の実施の形態と同様な効果を達成できる。

【００３２】なお上述の第１、第２の実施の形態では、
皿ばね１５、６３の歪みを接点式スイッチ３、近接スイ
ッチ５３によりそれぞれ検知したが、これらのスイッチ
３、５３の代りに光電式スイッチ、歪みゲージなどを使
用できる。そして、歪みゲージを使用した場合には、締
結機構の連続した締結力を測定することが可能となる。

【００３３】また、締結機構の締結力の適否を表示する
ために表示ランプ７、５７を使用したが、これらの表示
ランプ７、５７として発光ダイオードを使用すれば、消
費電力を低減できると共に耐衝撃性を向上でき、更には
光通信を構成する場合に好都合となる。

【００３４】また、締結力測定装置を主軸に１回装着し
ただけで締結力の適否を判定したが、締結力が充分でな
いと判断した場合には締結力測定装置を複数回装着し直
し、複数回同一結果を得たときに主軸の回転を停止する
ようにすれば、工作機械をより確実に制御できる。

【００３５】また、装置本体９、５９の前部はそれぞれ
ＨＳＫシャンク、ＢＴシャンクと称する工具ホルダと同
様としたが、それらに類似する工具ホルダ、例えばＫＭ
シャンクと称する工具ホルダと同様にすることもでき
る。

【００３６】そして、締結力測定装置の出力を工作機械
の制御部に入力し、締結力が適切である場合にのみ工作
機械を動作させれば、締結力の不足に伴う工具の破損、
機械の破損、被加工物の破損などを防止できると共に、
作業性と安全性を向上させることができる。

【００３７】この場合に、表示ランプ７、５７と同様な
作用を呈する赤外線発光ダイオードを装置本体９、５９
に設けると共に、この赤外線発光ダイオードからの光を
受信する受信器を工作機械側に設け、締結力測定装置の
測定結果を機械本体に光通信で伝達する。また、光通信
に代えて電波又は電磁誘導も利用できる。この場合に
は、締結力測定装置を主軸に装着したときのみにオンに
なるように構成することが好ましい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る工作機
械の締結力測定装置は、従来のロードセルや表示装置を
使用しないので、製造コストを削減できる。また、工作
機械の主軸に装着しただけで締結機構の締結力を取り出
すことができるので、一般の作業者でも締結力を容易に
測定できる。

【００３９】本発明に係る工作機械の制御方法は、締結
力を所定の加工回数又は所定の加工時間毎に測定するの
で、締結力の低下による事故を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の断面図である。

【図２】スイッチの構成図である。

【図３】表示ランプの電気回路図である。

【図４】工作機械の制御部のフローチャートである。

【図５】スイッチの作用説明図である。

【図６】第２の実施の形態の断面図である。

【符号の説明】

１シャンク２シャンク保持部材３、５３スイッチ４、５４スイッチ保持部材５、５５バッテリ６、５６バッテリ保持部材７、５７表示ランプ８、５８カバー部材９、５９装置本体１１大径軸部１１ａテーパ部１２小径軸部１５、６３皿ばね２４、７７環状溝４１レバー４３、４４接点５１プルスタッド５２軸部材６４検知軸７６テーパ部７９近接スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工作機械の主軸に装着して締結機構の締
結力を測定する工作機械の締結力測定装置であって、前
部を前記締結機構との係合部とする係合部材と、該係合
部材を前後方向に移動可能に保持すると共に後方への移
動を規制可能に保持する装置本体とから成り、該装置本
体は前記係合部材を後方に付勢する弾性部材と、該弾性
部材の歪み量を検知する検知手段と、該検知手段の出力
を取り出す取出手段とを有することを特徴とする工作機
械の締結力測定装置。
【請求項２】前記係合部を含む前記装置本体の前部は
工具ホルダの前部と同様な構造とした請求項１に記載の
工作機械の締結力測定装置。
【請求項３】前記弾性部材は皿ばねとした請求項１に
記載の工作機械の締結力測定装置。
【請求項４】前記検知手段は前記弾性部材の歪み量を
連続的に検知する歪みゲージとした請求項１に記載の工
作機械の締結力測定装置。
【請求項５】前記検知手段は前記弾性部材の歪み量が
設定値以上であるときに作用するスイッチとした請求項
１に記載の工作機械の締結力測定装置。
【請求項６】前記取出手段は表示手段とした請求項１
に記載の工作機械の締結力測定装置。
【請求項７】前記取出手段は送信手段とした請求項１
に記載の工作機械の締結力測定装置。
【請求項８】締結力測定装置を工作機械の主軸に装着
して締結機構の締結力を測定する測定工程を有する工作
機械の制御方法であって、前記測定工程は所定の加工回
数又は所定の加工時間毎に実施することを特徴とする工
作機械の制御方法。
【請求項９】前記工作機械はマシニングセンタとした
請求項８に記載の工作機械の制御方法。