JP2005319540A - Main spindle device of machine tool - Google Patents
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Description
本発明は、工具が取付けられる工具ホルダを主軸の端面又は/及びテーパ穴の内周面に係合させて工具ホルダを主軸に装着する工作機械の主軸装置に関する。特に高速回転用主軸に適用可能な工作機械の主軸装置に関する。 The present invention relates to a spindle device for a machine tool in which a tool holder to which a tool is attached is engaged with an end surface of a spindle or / and an inner peripheral surface of a tapered hole to mount the tool holder on the spindle. In particular, the present invention relates to a spindle device of a machine tool applicable to a spindle for high-speed rotation.
工作機械の主軸装置の一例が本願出願人の出願に係わる特許第3159923号の明細書及び図面の中で開示されている(特許文献1参照)。この主軸装置は、ハウジングに対して回転自在に設けられた主軸の中空部に同軸状にドローバーを挿通されている。ドローバーが軸線方向に移動することにより開閉するコレットがドローバーの先端部に設けられている。工具が取付けられた工具ホルダの後端部のプルスタッドをコレットで係止、開放する構造になっている。 An example of a spindle device of a machine tool is disclosed in the specification and drawings of Japanese Patent No. 3159923 related to the applicant's application (see Patent Document 1). In this main shaft device, a draw bar is inserted coaxially into a hollow portion of a main shaft that is rotatably provided with respect to a housing. A collet that opens and closes as the draw bar moves in the axial direction is provided at the tip of the draw bar. The pull stud at the rear end of the tool holder to which the tool is attached is locked and released with a collet.
主軸に工具を装着するときには、ドローバーはその外周面に設けられた弾性付勢部材、例えば複数個の皿ばねの反発力で主軸に対して後方に付勢され、工具ホルダの後端部のプルスタッドをコレットが把持する。また、主軸から工具を取り外す場合には、主軸の後部に設けられたアンクランプ手段を作動させ、皿ばねの反発力に打ち勝つ力をピストンに作用させて、ドローバーを主軸に対して前方に押し出すことにより、コレットがプルスタッドを開放する。 When a tool is mounted on the main shaft, the draw bar is urged rearward with respect to the main shaft by the repulsive force of a plurality of disc springs, for example, a plurality of disc springs. The collet holds the stud. Also, when removing the tool from the main shaft, the unclamping means provided at the rear of the main shaft is actuated, and a force that overcomes the repulsive force of the disc spring is applied to the piston to push the draw bar forward relative to the main shaft. The collet opens the pull stud.
前述の特許文献1に記載の工具交換装置付きの工作機械では、加工により発生した切屑や加工領域に飛散した加工液が工具ホルダの外周部、特に工具ホルダのテーパ部など主軸への装着面に付着することがある。こうした状態の工具を主軸に装着すると、工具装着時の基準面である主軸先端部の端面又はテーパ穴に工具ホルダのフランジ端面又はテーパ部がそれぞれ正しく密着しない。そのため工具の正確な位置決めが行われず、主軸に対する工具の装着精度が著しく低下し、加工精度も著しく低下してしまうという問題点があった。また、主軸装置後方部にドローバーの位置を検出するためのセンサが設けられ、ドローバーにはドッグが取付けられていたため、ドローバーの長さが長くなり、重量やイナーシャが大きくなったり、回転アンバランス量が増えたりする。このような主軸装置を高速回転すると振動が大きく、加工精度に悪影響を及ぼすという問題点があった。
In the machine tool with a tool change device described in
本発明は前述の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、主軸に工具が装着されているか否か、工具が正しい位置に装着されているか否かを確認することができ、しかも高速回転の主軸に適用可能な工作機械の主軸装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to confirm whether or not a tool is mounted on the spindle and whether or not the tool is mounted at a correct position. It is possible to provide a spindle device of a machine tool that can be applied to a spindle that rotates at high speed.
前述の目的を達成するため、本発明は、工具が取付けられた工具ホルダを主軸の先端部の端面又は/及びテーパ穴の内周面に係合させて工具ホルダを主軸に装着する工作機械の主軸装置において、中空状のハウジングと、前記ハウジングに軸受けを介して回転可能に支持された中空状の主軸と、前記主軸の中空部に主軸と同軸に挿通され、工具ホルダに設けられたプルスタッドを係止、開放するコレットを有したドローバーと、前記主軸と前記ドローバーとの間に設けた弾性付勢部材の反発力でドローバーを後方に移動させ、工具ホルダを係止するクランプ手段と、前記ハウジング内に取付けられ、前記弾性付勢部材の反発力に抗してドローバーを前方に移動させ、工具ホルダを開放するアンクランプ手段と、前記ドローバーの後端部に向けて進退移動可能に設けられ、ドローバーの後端部に当接し、ドローバーの位置を検出するプローブと、前記プローブの停止位置を検出する複数のセンサで構成され、主軸に工具ホルダが装着されているか否か、又は工具ホルダが正しい位置に装着されているか否かを検出する工具装着状態確認手段と、を具備した工作機械の主軸装置が提供される。 In order to achieve the above-described object, the present invention provides a machine tool for mounting a tool holder on a main shaft by engaging a tool holder to which a tool is attached to an end surface of a tip end portion of the main shaft and / or an inner peripheral surface of a tapered hole. In the main shaft device, a hollow housing, a hollow main shaft rotatably supported by the housing via a bearing, and a pull stud provided in a tool holder through the hollow portion of the main shaft coaxially with the main shaft A draw bar having a collet for locking and releasing, a clamping means for moving the draw bar backward by a repulsive force of an elastic biasing member provided between the main shaft and the draw bar, and locking the tool holder; An unclamping means that is mounted in the housing and moves the draw bar forward against the repulsive force of the elastic biasing member to open the tool holder, and toward the rear end of the draw bar Whether the tool holder is mounted on the main shaft is configured to include a probe that can move forward and backward, abuts against the rear end of the draw bar, detects the position of the draw bar, and a plurality of sensors that detect the stop position of the probe. There is also provided a spindle device for a machine tool comprising tool mounting state confirmation means for detecting whether or not the tool holder is mounted at a correct position.
前述のように、本発明の主軸装置は、ドローバーを後方に移動させるクランプ手段とドローバーを前方に移動させるアンクランプ手段とを有し、かつドローバーの位置を検出するプローブと工具装着状態検出手段とを有して構成されている。このような構成であるから、ドローバーの位置を非回転部に設けたプローブで検出できる。また、主軸と共に回転するドローバーに位置を検出するための部材を取付ける必要がないので主軸回転部分を小さくでき、工具の装着状態を安全でしかも正確に検出することができる。 As described above, the spindle device of the present invention has the clamp means for moving the draw bar backward, the unclamp means for moving the draw bar forward, and the probe for detecting the position of the draw bar and the tool mounting state detection means. It is comprised. Since it is such a structure, the position of a draw bar can be detected with the probe provided in the non-rotating part. Further, since it is not necessary to attach a member for detecting the position to the draw bar that rotates together with the main shaft, the main shaft rotating portion can be made small, and the mounting state of the tool can be detected safely and accurately.
ドローバーの位置を検出するプローブを非回転部に設け、主軸に工具ホルダが装着されているか否か、又は工具ホルダが正しい位置に装着されているか否かを検出する工具装着状態確認手段を回転しないハウジングに取付けたので、ドローバーの位置検出が安全で、かつ正確に行える。また、ドローバーにドローバーの位置検出のための装置を設ける必要がないので、ドローバーを短くすることができ、振動やイナーシャを小さくできる。従って振動の小さい高速回転の主軸に適した主軸装置が得られる。 A probe for detecting the position of the draw bar is provided in the non-rotating part, and the tool mounting state checking means for detecting whether the tool holder is mounted on the spindle or whether the tool holder is mounted at the correct position is not rotated. Since it is attached to the housing, the position of the draw bar can be detected safely and accurately. Further, since it is not necessary to provide a device for detecting the position of the draw bar, the draw bar can be shortened, and vibration and inertia can be reduced. Therefore, a spindle device suitable for a spindle of high speed rotation with small vibration can be obtained.
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の工作機械の主軸装置の全体を示す断面図である。図2は工具装着状態確認の動作を示すフロー図である。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing the entire spindle device of a machine tool according to the present invention. FIG. 2 is a flowchart showing the operation of checking the tool mounting state.
工作機械の主軸装置10は、中空状のハウジング12と、該ハウジング12にベアリング16a、16b、16cを介して回転自在に支持された中空状の主軸14とを具備している。主軸14を回転駆動するために、主軸14の外周面にはビルトインモータのロータ32が固着されており、ハウジング12の内周面にはステータ34が固着されている。主軸14の先端部には、基準面として主軸14の先端方向に円錐状に拡開したテーパ面14aが形成されており、該テーパ面14aに工具20が取り付けられた工具ホルダ18の円錐台形状のテーパ部18aが装着される。
A
主軸14の中空部にはドローバー22が軸方向に移動自在に挿入されている。主軸14の中空部において主軸14の先端領域に案内筒26が挿入、固定されており、ドローバー22は該案内筒26内に挿入され主軸14の軸線方向に案内される。案内筒26と主軸14との間に弾性付勢部材としての皿ばね30が圧縮状態で配設されており、該皿ばね30によりドローバー22が、中心軸線に沿って主軸14の後端方向に付勢される。ドローバー22の先端部には、工具ホルダ18のテーパ部18aの後端に設けられたプルスタッド18bと係合可能なコレット28が配設されている。コレット28は、ドローバー22が主軸14内で後退するときプルスタッド18bと係合してこれを引き込み、工具ホルダ18を主軸14の先端部に係止する。ドローバー22が前進すると、コレット22が拡開してプルスタッド18bとの係止が解除され、工具ホルダ18を主軸14先端部のテーパ面14aから抜去可能となる。皿ばね30に代え、コイルばね等の他の弾性付勢部材を用いることもできる。
A
特許請求の範囲の中で言うハウジングは、ハウジング12にブラケット42が取付けられた状態を含んでいる。ドローバー22を中心軸線に沿って前後に移動させるために、主軸14及びドローバー22の後端部領域にアンクランプ装置が設けられている。アンクランプ装置は、ハウジング12の上部に設けられたブラケット42の中空部内に固着されたシリンダ44と、該シリンダ44内に摺動自在に配設され、ドローバー22の後端部22aと当接可能に設けられたピストン46の先端部46aとを備えている。ピストン46によりシリンダ44内には軸線方向に分離された2つの油圧室が形成され、シリンダ44の各々の油圧室に油圧源50から油圧が付与される。
The housing referred to in the claims includes a state in which a bracket 42 is attached to the
シリンダ44の前方側の油圧室に油圧を供給することにより、ピストン46がドローバー22の後端部から後退し、皿ばね30による付勢力によりドローバー22が後退し、コレット28が工具ホルダ18のプルスタッド18bを係止する。シリンダ44の後方側の油圧室に油圧を供給することにより、ピストン46が前方に移動して、ピストン46の先端部46aがドローバー22の後端部22aに当接し、皿ばね30による付勢力に抗してドローバー22を前方へ移動させる。これによりコレット28が拡開して工具ホルダ18のプルスタッド18bが開放され、工具ホルダ18を主軸14のテーパ面14aから抜去可能となる。
By supplying hydraulic pressure to the hydraulic chamber on the front side of the cylinder 44, the piston 46 is retracted from the rear end of the
ブラケット42の後部にシリンダ60及びピストン62が設けられ、空圧源64からの空圧によってピストン62が前進後退移動可能になっている。ピストン62の前方にはドローバー22の後端部22aに当接し、ドローバー22の位置を検出するプローブ66が取付けられている。ブラケット42の後方には工具装着状態確認のためのセンサとして、ドローバー22の位置を検出するための近接スイッチ70及びリミットスイッチ72、74が設けられ、それぞれ制御装置54に接続されている。ピストン62に取付けられたドッグバー68に近接スイッチ用ドッグ76及びリミットスイッチ用ドッグ78が取付けられている。
A
図2を参照して工具装着状態確認の動作を説明する。工具装着状態の確認は、主軸に工具ホルダが装着されているか否かの工具有無の確認と、工具ホルダが正しい位置に装着されているか否かの工具密着の確認を行う。工具装着状態の確認は主軸の回転指令が発せられた毎に行い、工具有無の確認、工具密着の確認を行い、主軸に工具が装着されており、しかも密着して正常に装着されていることを確認してから主軸を回転させるようになっている。 With reference to FIG. 2, the operation for checking the tool mounting state will be described. The confirmation of the tool mounting state is performed by confirming whether or not the tool holder is mounted on the spindle and confirming whether or not the tool holder is mounted at the correct position. Check the tool mounting status every time a spindle rotation command is issued, check for the presence of a tool, check for tool contact, the tool is mounted on the spindle, and it must be in close contact with the tool. The spindle is rotated after confirming the above.
図2において、ステップS1主軸回転指令が指令されるとステップS2プローブ前進でプローブ66がピストン62の前進によってドローバー22の後端部22aに当接する。ステップS3工具有無の確認では、工具無しの場合は主軸は回転せず、工具有りの場合は次のステップS4工具密着の確認を行う。密着の確認が異常の場合はアラームを発して異常を知らせる。密着の確認が正常の場合は次のステップS5プローブ後退でプローブ66がピストン62の後退によってドローバー22の後端部22aから離れる。そしてステップS6の主軸回転で主軸が回転し、ステップS7加工で加工が行われる。
In FIG. 2, when a command to rotate the main spindle of step S1 is issued, the
本実施の形態における工具装着状態確認のための各センサの動作は次の通りである。工具有無の確認で工具無しの場合は、近接スイッチ70がON、リミットスイッチ72がOFF、リミットスイッチ74がOFFの状態である。工具有りでかつ工具密着が異常の場合は、近接スイッチ70がOFF、リミットスイッチ72がON、リミットスイッチ74がOFFの状態である。工具有りでかつ工具密着が正常の場合は、近接スイッチ70がON、リミットスイッチ72がON、リミットスイッチ74がOFFの状態である。また、ステップS6の主軸回転が可能な場合は、近接スイッチ70がOFF、リミットスイッチ72がOFF、リミットスイッチ74がONの状態であり、つまりプローブ66が上昇している状態である。
The operation of each sensor for checking the tool mounting state in the present embodiment is as follows. When there is no tool in the presence / absence check of the tool, the
本実施形態では、図1においてドローバー22の後端部22aが主軸14の後端面から後方へ突き出ている場合について図示してあるが、ドローバー22の後端部22aが主軸14の後端面から内側に引込んでいても良い。要は、ピストン46とプローブ66がドローバー22の後端部22aに当接する構造になっていれば良い。また、シリンダ44とシリンダ60とはそれぞれ独立してブラケット42に設けられているが、シリンダ60がピストン46上に固定され、クランプ、アンクランプ毎にシリンダ60がピストン46と共に移動する構造であっても良い。
In the present embodiment, FIG. 1 illustrates the case where the rear end portion 22a of the
近接センサ70及びリミットスイッチ72、74の代わりに、ピストン62即ちプローブ66の軸線方向の位置を検出するリニアエンコーダ等の位置読取りセンサを1つ設けて、同様の検出機能を持たせても良い。また、ドッグバー68を用いずに、プローブ66自体の位置を直接的に検出する構造にしても良い。更に、工具ホルダ18が主軸14の端面及びテーパ面14aの両方に密着する、いわゆる2面拘束タイプの工具ホルダであっても、本実施形態と同様の作用、効果がある。
Instead of the
12 ハウジング
14 主軸
18 工具ホルダ
22 ドローバー
22a ドローバーの後端部
28 コレット
30 皿ばね
44 シリンダ
46 ピストン
50 油圧源
54 制御装置
60 シリンダ
62 ピストン
64 空圧源
66 プローブ
70 近接スイッチ
72 リミットスイッチ
74 リミットスイッチ
12
Claims (1)
中空状のハウジングと、
前記ハウジングに軸受を介して回転可能に支持された中空状の主軸と、
前記主軸の中空部に主軸と同軸に挿通され、工具ホルダを係止、開放するコレットを有したドローバーと、
前記主軸と前記ドローバーとの間に設けた弾性付勢部材の反発力でドローバーを後方に移動させ、工具ホルダを係止するクランプ手段と、
前記ハウジングに取付けられ、前記弾性付勢部材の反発力に抗してドローバーを前方に移動させ、工具ホルダを開放するアンクランプ手段と、
前記ドローバーの後端部に向けて非回転部から進退移動可能に設けられ、ドローバーの後端部に当接し、ドローバーの位置を検出するプローブと、
前記プローブの停止位置を検出するセンサで構成され、主軸に工具ホルダが装着されているか否か、又は/及び工具ホルダが正しい位置に装着されているか否かを検出する工具装着状態確認手段と、
を具備することを特徴とした工作機械の主軸装置。 In a spindle device of a machine tool in which a tool holder to which a tool is attached is engaged with an end surface of a tip end portion of the spindle or / and an inner peripheral surface of a tapered hole, and the tool holder is attached to the spindle.
A hollow housing;
A hollow main shaft rotatably supported by the housing via a bearing;
A drawbar having a collet that is inserted coaxially with the main shaft into the hollow portion of the main shaft to lock and release the tool holder;
Clamping means for moving the draw bar backward by the repulsive force of an elastic biasing member provided between the main shaft and the draw bar, and locking the tool holder;
Unclamping means attached to the housing and moving the draw bar forward against the repulsive force of the elastic biasing member to open the tool holder;
A probe that is provided so as to be able to move forward and backward from the non-rotating portion toward the rear end portion of the draw bar, abuts on the rear end portion of the draw bar, and detects the position of the draw bar;
A tool mounting state confirmation means configured to detect whether or not the tool holder is mounted on the spindle, and / or whether or not the tool holder is mounted at a correct position, the sensor comprising a sensor for detecting the stop position of the probe;
A spindle device of a machine tool characterized by comprising:
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