JP2008055522A - 工作機械及び工作機械の異物挟み込み判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工具ホルダと主軸部材との間における異物の挟み込み判定の誤判定を防止することができる工作機械及び工作機械の異物挟み込み判定方法を提供すること。
【解決手段】被加工物に対して切削加工を施すための切削工具が装着された工具ホルダ１０を主軸部材２０に脱着可能に保持し、この主軸部材２０を回転させることによって、切削工具が装着された工具ホルダ１０を回転させてワークに対して切削加工を施すものであり、工具ホルダ１０と主軸部材２０との接触面にエアーを供給し、そのエアーの状態に基づいて異物の挟み込みを判定する制御装置６０と、異物の挟み込みを判定するときはエアー供給路２３とエアー供給路５２とが連通した状態で主軸部材２０と密着するシール部５３を有するエアー漏れ防止部材５０を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、ワークの切削加工に用いられる工作機械、および工作機械の異物挟み込み判定方法に関するものである。

現在、ワークに対して切削加工を施すための切削工具が装着された工具ホルダを保持孔に脱着可能（交換可能）に保持する工作機械がある。

このような工作機械では、予め用意された多種類の切削工具の中から必要な切削工具を選択して、その選択した切削工具を主軸部材の保持孔に装着してワークの加工が行われる。この時、加工精度を良好に維持するため、若しくは加工精度を向上させるために、切削工具が装着された工具ホルダを保持孔に正確に装着することが要求される。そのためには、工具ホルダを保持孔に対して装着するときに、工具ホルダと保持孔との接触面に異物を挟み込まないことが大変重要である。

ところが、上記工作機械は、ワークの加工に伴って発生した切削屑や切粉等の異物が工具ホルダ等に付着し、工具ホルダを保持孔に装着したときに、工具ホルダと保持孔との接触面にこの異物を挟み込むことがある。このような状態で工作機械を稼働すると、工具ホルダ、及び主軸部材の回転軸が本来の正しい回転軸から外れることとなる。工具ホルダ、及び主軸部材の回転軸が正しい回転軸から外れたままワークに加工を施してしまうと、ワークの仕上がり寸法の精度が低下することとなる。

そこで、工具ホルダと保持孔との接触面における異物の挟み込みを検出する機能を備えた工作機械が提案されている。例えば、特許文献１で開示された工作機械では、リニアスケールを設置して、工具ホルダの引き込み位置を当該リニアスケールにより測定するものである。すなわち、工具ホルダと保持孔との接触面に異物を挟み込んだ場合には、工具ホルダの引き込みが規定の位置に達しないことを利用して、接触面に異物を挟み込んだことを検出するものである。

また、特許文献２で開示された工作機械では、ギャップセンサを設置して、工具ホルダ、及び保持孔が回転するときの回転軸の振れ量を当該ギャップセンサにより測定するものである。すなわち、工具ホルダと保持孔との接触面に異物を挟み込んだ場合には、工具ホルダ、及び主軸部材の回転軸が振れることを利用して、接触面に異物を挟み込んだことを検出するものである。
特開平５−３０９５４８号公報 特開２０００−５９０７号公報

ところが、特許文献１で開示された工作機械では、リニアスケールは、駆動モータやコイルバネ等の周辺装置や周辺部材の稼働による発熱に伴う工具ホルダ、保持孔、プルスタッド等の熱膨張を検出してしまい、工具ホルダと保持孔との接触面に異物を挟み込んでいないにも関わらず、異物を挟み込んだと誤判定することがある。

また、特許文献２で開示された工作機械では、ワークの加工に伴って発生する切削屑や切粉等によってギャップセンサが覆われてしまい、ギャップセンサの回転軸の振れ量を検出する精度が低下することがある。

そこで、図７に示すように、エアーによって工具ホルダと保持孔との接触面における異物の挟み込みを検出することも考えられる。図７に示す工作機械は、工具ホルダ１０を保持する保持孔２１を有し電動機などの駆動装置によって回転する主軸部材２０と、主軸部材２０との間にベアリング４０を有し主軸部材２０を回転可能に支持する主軸ハウジング３００と、異物の異物挟み込み検出を行うエアー供給装置７０、圧力センサ８０、制御装置６００とを備える。

また、主軸部材２０及び主軸ハウジング３００は、エアー供給装置７０からエアー供給路７００を介して排出されるエアーを工具ホルダ１０と主軸部材２０との接触面に供給するためのエアー供給路２３、３２０を備える。さらに、エアー供給路２３、３２０の周辺における主軸部材２０と主軸ハウジング３００との間には、エアー漏れを防止するためのＯリング３１０を備える。

工具ホルダ１０は、図示しない引張装置（油圧シリンダ、ドローバなど）などによって主軸部材２０方向（紙面左方向）に引っ張られ、数百キログラム重以上の引張圧力が加えられている。したがって、工具ホルダ１０と主軸部材２０との間に異物を挟み込んでない場合、工具ホルダ１０は、工具ホルダ１０のテーパ部１１と主軸部材２０の壁面２１ａ、工具ホルダ１０の突出部１２と主軸部材２０の側面２２が密着した状態で保持孔２１に保持される。

一方、工具ホルダ１０と主軸部材２０との間に異物を挟み込んでいる場合、工具ホルダ１０のテーパ部１１と主軸部材２０の壁面２１ａ、工具ホルダ１０の突出部１２と主軸部材２０の側面２２との間に隙間が生じる。このように、隙間が生じた場合、エアー供給装置７０から排出されたエアーが隙間から漏れ、エアー供給路２３、３２０、７００内におけるエアー圧力が変化することとなる。

そして、異物の挟み込みを判定する場合、このようにエアーが漏れてエアー圧力が変化するか否かによって異物の挟み込みを判定する。すなわち、エアー供給装置７０は、制御装置６００からの指示に基づいてエアーを排出し、圧力センサ８０は、エアー供給路７００内のエアー圧力を検出する。制御装置６００は、圧力センサ８０によって検出されたエアー圧力値（圧力信号）によって工具ホルダ１０と主軸部材２０との間における異物の挟み込みを判定する。

しかしながら、図７に示す工作機械においては、主軸ハウジング３００は、主軸部材２０を回転可能に支持しているため、Ｏリング３１０や主軸部材２０と主軸ハウジング３００との接触面が削れたりする。したがって、主軸部材２０と主軸ハウジング３００との間には隙間が生じ、主軸部材２０と主軸ハウジング３００との間からエアーが漏れる可能性がある。このように主軸部材２０と主軸ハウジング３００との間からエアーが漏れた場合、圧力センサ８０によって検出されるエアー圧力値が変化（低下）して、工具ホルダ１０と主軸部材２０との間に異物を挟み込んでいると誤判定してしまう可能性がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、工具ホルダと主軸部材との間における異物の挟み込み判定の誤判定を防止することができる工作機械及び工作機械の異物挟み込み判定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の工作機械は、切削工具が装着された工具ホルダを着脱可能に密着した状態で保持孔に保持し、主軸ハウジングに回転可能に支持された主軸部材を回転駆動手段によって回転させることによって被加工物を加工するものであり、工具ホルダと主軸部材との接触面にエアーを供給するエアー供給手段と、エアーの状態に基づいて主軸部材と工具ホルダとの接触面における異物の挟み込みを判定する判定手段とを備える工作機械であって、主軸部材の主軸ハウジング側から保持孔にかけて貫通しエアー供給手段から排出されるエアーを工具ホルダと主軸部材との接触面に供給する第１のエアー供給路と、主軸ハウジングに設けられる貫通孔に、主軸部材に接触する位置と主軸部材から離間する位置との間を主軸ハウジングに密着して移動可能な状態で挿入されるものであり、第１のエアー供給路に対応する位置にエアー供給手段から排出されるエアーを第１のエアー供給路に供給する第２のエアー供給路と、主軸部材に接触する位置である場合に第１のエアー供給路と第２のエアー供給路とが連通した状態で主軸部材と密着するシール部とを有するエアー漏れ防止部材とを備えることを特徴とするものである。

このように、主軸部材に接触する位置である場合に第１のエアー供給路と第２のエアー供給路とが連通した状態で主軸部材と密着するシール部を有するエアー漏れ防止部材を設けることによって、エアー供給手段から工具ホルダと主軸部材との接触面までの間でエアーが漏れることを防止でき、エアーによって工具ホルダと主軸部材との間における異物の挟み込み判定を行う場合の誤判定を防止することができる。

また、請求項２に示すように、エアー漏れ防止部材は、複数個所に設けるようにしてもよい。このようにすることによって、異物の挟み込み判定の精度を向上させることができる。

また、請求項３に示すように、主軸部材は、エアー漏れ防止部材に対応する位置に研磨されたシール面を備えるようにしてもよい。このようにすることによって、エアー漏れ防止部材と主軸部材との密着度を向上させることができ、より一層エアー供給手段から工具ホルダと主軸部材との接触面までの間でエアーが漏れることを防止できる。

また、シール面を設ける際に主軸部材を研磨すると、その分だけ主軸部材の回転バランスが崩れることとなる。そこで、請求項４に示すように、シール面は、等間隔で複数個所に設けると好ましい。このようにすることによって、シール面を設けた場合であっても主軸部材の回転バランスを保つことができ被加工物の仕上がり寸法の精度の低下を抑制することができる。

また、請求項５に示すように、主軸部材は、シール面の近傍に穴が穿設され、研磨によって削られた分と穿設によって削られた分の重量と略同等の重量の材料が穴に埋設されるようにしてもよい。このようにすることによって、シール面を等間隔で複数個所に設けない場合であっても主軸部材の回転バランスを保つことができる。

また、請求項６に示すように、異物の挟み込み判定を行う時はエアー漏れ防止部材を主軸部材に接触する位置に移動させ、被加工物を加工する時はエアー漏れ防止部材を主軸部材から離間する位置に移動させる駆動部を備えることによって、エアー漏れ防止部材を主軸部材に接触する位置と主軸部材から離間する位置との間で移動させることができる。また、被加工物を加工する時は、エアー漏れ防止部材を主軸部材から離間する位置に移動させるので、シール部が主軸部材の回転によって削れたり変形したりすることもないので、エアー漏れをより一層防止することができ、長期間にわたってエアー漏れを防止することができる。

また、請求項７に示すように、シール部は、エアー漏れ防止部材に対して取り外し可能な状態で形成することによって、シール部を交換することができる。

また、請求項８に示すように、エアー漏れ防止部材は、中央部が外側端部に比べて幅広形状をなすものであり、主軸ハウジングは、貫通孔の外側の開口部に凹部を有し、凹部に外部端部の外形に対応する貫通孔を有する蓋部材が取り外し可能な状態で取り付けられるようにしてもよい。このようにすることによって、エアー漏れ防止部材の取り外しを容易に行うことができる。また、シール部を交換する場合であっても容易に行うことができる。

また、請求項９に示すように、エアー供給手段から排出されたエアーのエアー圧力を測定する圧力センサを備え、判定手段は、圧力センサの測定値の変化に基づいて異物の挟み込みを判定するようにしてもよい。

また、上記目的を達成するために請求項１０に記載の工作機械の異物挟み込み判定方法は、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の工作機械の異物挟み込み判定方法であって、主軸部材が回転していないときエアー漏れ防止部材を移動させてシール部を主軸部材に密着させる工程と、エアー供給手段にてエアーを工具ホルダと主軸部材との接触面に供給する工程と、判定手段にてエアーの状態に基づいて主軸部材と工具ホルダとの接触面における異物の挟み込みを判定する工程とを備えることを特徴とするものである。

このようにすることによって、エアーによって工具ホルダと主軸部材との間における異物の挟み込み判定を行う場合の誤判定を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、もしくは、均等である部分には同一の参照番号を付してその説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る工作機械の概略構成を示す部分的断面図である。図２は、図１におけるＡＡ断面図である。図３は、本発明の実施の形態における工作機械の概略構成を示すブロック図である。図４は、本発明の実施の形態における工作機械の概略構成を示す異物判定時の部分的断面図である。

本実施形態における工作機械は、ワーク（被加工物）に対して切削加工を施すための切削工具が装着された工具ホルダ１０を主軸部材２０（保持孔２１）に脱着可能（交換可能）に保持し、この主軸部材２０を回転させることによって、切削工具が装着された工具ホルダ１０を回転させてワークに対して切削加工を施すものである。

工作機械は、金属からなり切削工具を保持する工具ホルダ１０、この工具ホルダ１０を保持する金属からなる主軸部材２０、主軸部材２０を回転可能に支持する金属からなる主軸ハウジング３０などを備える。また、工作機械は、図示はしないが主軸部材２０を回転させるためのモータ等の駆動機構、工具ホルダ１０を主軸部材２０方向（紙面左方向）に引っ張り主軸部材２０に密着させるための引張装置（油圧シリンダ、ドローバなど）なども備えるものである。

工具ホルダ１０は、先端部に切削工具（図示省略）を保持すると共に、他端部にプルスタッド（図示省略）などを備える。また、工具ホルダ１０は、プルスタッドが形成される側であり、後ほど説明する主軸部材２０の保持孔２１に挿入される部位がテーパ部１１となっている、そのテーパ部１１の端部（切削工具側）にテーパ部１１から外方向に突出する突出部１２が形成される。

なお、本実施の形態においては、工具ホルダ１０における主軸部材２０の保持孔２１に挿入される部位がテーパ部１１となっている例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

主軸部材２０は、筒形状をなすものであり、その筒形状の外周部の一部にロータ（図示省略）が形成され、このロータの外周部に離間してステータ（図示省略）が形成される。そして、主軸部材２０は、ステータが発生する回転磁界によって回転する。また、主軸部材２０は、図示しないロータリーエンコードやポテンショメータなどによって角度割り出し（位相原位置戻し）が行われると正確な位置に戻るものである。なお、主軸部材２０を回転させるための機構としては、上述のものに限定されるものではない。

また、主軸部材２０の先端には、工具ホルダ１０を脱着可能（交換可能）に保持する保持孔２１が形成されている。この保持孔２１は、工具ホルダ１０の外形に対応した形状をなすものであり、本実施の形態においては、テーパ状の壁面２１ａ（内周面）を有するテーパ孔をなすものである。

さらに、主軸部材２０は、内部に上述の引張装置（油圧シリンダ、ドローバなど）なども備える。工具ホルダ１０は、プルスタッドが引張装置によって引っ張られ、数百キログラム重以上の引張圧力が加えられている。この引張圧力は、工具ホルダ１０を保持孔２１に引っ張り込むように作用する。そして、主軸部材２０の壁面２１ａと工具ホルダ１０のテーパ部１１、主軸部材２０の側面２２と工具ホルダ１０の突出部１２とが密着した状態で、工具ホルダ１０が保持孔２１に保持されている（いわゆる、２面拘束型）。

また、主軸部材２０は、後ほど説明する異物の挟み込み判定のためのエアーを工具ホルダ１０との接触面、すなわち保持孔２１まで供給するための貫通孔であるエアー供給路２３がエアー供給路５２に対応する位置に穿設されている。さらに、主軸部材２０の表面には、後ほど説明するエアー漏れ防止部材５０のシール部５３と密着してエアーが漏れるのを防止するためのシール面２４が形成されている。このシール面２４は、エアー漏れ防止部材５０のシール部５３と略同等の面積である。そして、シール面２４は、エアー漏れ防止部材５０に対応する位置であり、エアー供給路２３の周囲に形成される。また、シール面２４は、エアー漏れ防止部材５０とのシール性（密着性）を確保するために研磨などによって形成される。

なお、このシール面２４は、主軸部材２０が回転する際（特に、高速回転する場合）に、主軸部材２０の重量バランスが崩れて、主軸部材２０が本来の回転軸が振れて回転するのを防止するために均等な位置（等間隔）に設けると好ましい。本実施の形態においては、図２に示すように、主軸部材２０における回転軸を中心に１２０度間隔で３箇所に形成している。ただし、シール面２４は、主軸部材２０における回転軸を中心に１２０度間隔で３箇所に形成することに限定されるものではなく、１箇所に設けてもよいし、４箇所以上に設けてもよい。特に、主軸部材２０を低速回転させるような場合は、主軸部材２０の重量バランスが崩れたとしても回転軸はさほど振れないので、上述のように主軸部材２０における回転軸を中心に１２０度間隔で３箇所に形成する必要はない。

主軸部材２０の外周には、ベアリング４０によって主軸部材２０を回転可能に支持する主軸ハウジング３０を備える。この主軸ハウジング３０は、図１及び図２に示すように、後ほど説明するエアー漏れ防止部材５０を挿入するための挿入孔３２がシール面２４に対応する位置（３箇所）に形成されている。挿入孔３２は、エアー漏れ防止部材５０の外形に略対応した形状をなすものであり、内周面の複数個所（本実施の形態においては２箇所）にＯリング３１を配置するための凹部を備える。なお、挿入孔３２は、シール面２４に対応する位置に設ければよいため、シール面２４の形成箇所に応じて１箇所に設けてもよいし、複数個所に設けてもよい。

エアー漏れ防止部材５０は、後ほど説明する異物の挟み込み判定のためのエアーが主軸部材２０と主軸ハウジング３０との間で漏れないようにシールするものである。エアー漏れ防止部材５０は、主軸ハウジング３０との間に配置されたＯリング３１に密着しつつ移動可能な状態で挿入孔３２に挿入される。エアー漏れ防止部材５０は、主軸部材２０のエアー供給路２３に対応する位置に形成された貫通穴であるエアー供給路５２を備える本体部５１と、本体部５１の一方の端部（主軸部材２０方向、シール面２４と対抗する方向）に形成されエアー供給路５２に対応する貫通穴を有するシール部５３とを備える。

また、主軸部材２０は、上述のように角度割り出し（位相原位置戻し）が行われると正確な位置に戻るものである。したがって、エアー漏れ防止部材５０は、主軸部材２０が回転した後であっても、シール面２４に対応する位置に配置される。そして、主軸部材２０のエアー供給路２３とエアー漏れ防止部材５０のエアー供給路５２とも互いに対応する位置に配置される。

なお、このシール部５３を本体部５１に取り付ける場合、本体部５１におけるシール部５３の取り付け領域に凸部を設け、シール部５３に本体部５１の凸部に対応する凹部を設ける。そして、シール部５３の凹部に本体部５１の凸部を嵌め込むようにして、シール部５３を本体部５１に取り付ける。また、接着材などによってシール部５３を本体部５１に取り付けるようにしてもよい。

シール部５３の材料は、シール面２４と密着させる必要があるためゴムや樹脂材料が好ましい。すなわち、シール部５３の材料は、ある程度軟らかく、シール面２４と密着しやすい材料とすると好ましい。また、本体部５１の材料は、特に限定されるものではないが、シール部５３と同一材料で形成すると、本体部５１とシール部５３とを一括で形成することができ製造が容易となり好ましい。

また、エアー漏れ防止部材５０は、挿入孔３２内において駆動部９０からの駆動力によって移動するものであり、シール部５３とシール面２４とが密着する位置（以下、検出位置とも称する）と、シール部５３とシール面２４とが離間する位置（以下、非検出位置とも称する）との間で移動する。つまり、エアー漏れ防止部材５０は、異物の挟み込み判定を行わないとき（主軸部材２０が回転しているとき）は、図１に示すように、シール部５３とシール面２４とが密着しない位置に配置される。一方、エアー漏れ防止部材５０は、異物の挟み込み判定を行うとき、すなわち主軸部材２０が回転していないときは、図４に示すように、シール部５３とシール面２４とが密着する位置に配置される。したがって、シール部５３は、エアー漏れ防止部材５０が検出位置にあるときに、シール面２４と密着した状態で主軸部材２０のエアー供給路２３とエアー供給路５２との連結部の周囲に配置されるものである。よって、エアー供給路２３とエアー供給路５２との間でのエアー漏れを防止することができる。さらに、シール部５３は、主軸部材２０が回転しているときは、シール面２４と密着しない位置に配置されるので、主軸部材２０の回転によって削れたり変形したりすることがない。したがって、エアー漏れ防止部材５０が検出位置にあるときのエアー供給路２３とエアー供給路５２との間でのエアー漏れをより一層防止することができる。

なお、エアー漏れ防止部材５０は、本実施の形態においては３箇所に設ける例を示したが、シール面２４及び挿入孔３２に対応する位置に設ければよいため、シール面２４及び挿入孔３２の形成箇所に応じて１箇所に設けてもよいし、複数個所に設けてもよい。

ところで、工具ホルダ１０の交換時において、工具ホルダ１０を主軸部材２０の保持孔２１に挿入し、保持孔２１で保持するときに、工具ホルダ１０と保持孔２１との間、すなわち工具ホルダ１０のテーパ部１１と主軸部材２０の壁面２１ａとの間、もしくは、工具ホルダ１０の突出部１２と主軸部材２０の側面２２との間にワークの加工に伴って発生した切削屑や切粉等の異物を挟み込んでいる場合もありうる。このように、工具ホルダ１０と保持孔２１との間に異物を挟み込んでしまった場合、保持孔２１は、工具ホルダ１０を正確な位置で保持できないことがある。

工具ホルダ１０が正確な位置で保持されていない状態で、工作機械を稼動させて工具ホルダ１０及び主軸部材２０が高速回転すると、工具ホルダ１０及び保持孔２１は、本来の回転軸から振れて回転してしまうことがある。その結果、ワークの加工精度に影響を及ぼすことになる。また、工具ホルダ１０を保持孔２１に装着するときには、工具ホルダ１０に対して、引張装置により工具ホルダの一端に設けられたプルスタッドを介して、保持孔２１に引っ張り込む方向に数百キログラム以上の引張圧力を加えている。

このため、工具ホルダ１０と保持孔２１との間に異物を挟み込むと、工具ホルダ１０や保持孔２１にキズや歪みが発生するおそれがある。すると、工具ホルダ１０や保持孔２１の形状バランスや重量バランスが崩れ、工作機械の稼働時に工具ホルダ１０及び保持孔２１は本来の回転軸から振れて回転してしまうことがあり、その結果、ワークの加工精度に影響を及ぼすことになる。したがって、ワークに対する加工を行う前（工作機械の稼働前）に、工具ホルダ１０と保持孔２１との間における異物の挟み込みを判定することが重要である。

そこで、本実施形態に係る工作機械は、図３に示すように、工具ホルダ１０と保持孔２１における異物の挟み込みを判定するために、工具ホルダ１０と保持孔２１との接触面にエアー供給路７１，５２，２３を介してエアーを供給するエアー供給装置７０と、エアー供給路７１，５２，２３内のエアー圧力を検出する圧力センサ８０、エアー漏れ防止部材５０を検出位置と非検出位置との間で移動させる駆動部９０、エアー供給装置７０及び駆動部９０を駆動制御すると共に圧力センサ８０の検出結果に基づいて異物の挟み込み判定などを行う制御装置６０を備える。

制御装置６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備え、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って所定の演算処理を実行することによって、エアー供給装置７０や駆動部９０を駆動したり、圧力センサ８０からの検出結果（圧力信号）を用いて異物の挟み込み判定などを実行したりする。

エアー供給装置７０は、コンプレッサなどを備え、制御装置６０からの指示（指示信号）に基づいて、圧縮エアーをエアー供給路７１，５２，２３を介して、工具ホルダ１０と保持孔２１との接触面に排出する。圧力センサ８０は、エアーの圧力を検出する空気圧センサなどからなり、エアー供給路７１，５２，２３内のエアー圧力を検出し、その検出結果（圧力信号）を制御装置６０に出力する。

駆動部９０は、図示しないコンプレッサやエアー供給路などからなるエアー回路を備え、制御装置６０からの指示（駆動信号）に基づいて、エアー漏れ防止部材５０を移動させる。なお、駆動部９０に関しては、エアー回路に限定されるものではなく、油圧回路やサーボモータを備える駆動装置など、エアー漏れ防止部材５０を検出位置と非検出位置との間で移動させることができればよい。

ここで、本実施の形態における異物の挟み込み判定方法について説明する。

まず、制御装置６０は、ワークに対する加工を行うか否か、すなわち主軸部材２０が回転するか否かを判定する。そして、主軸部材２０が回転すると判定した場合は、制御装置６０は、駆動部９０に対してエアー漏れ防止部材５０を非検出位置とすることを示す指示信号を出力する。駆動部９０は、この指示信号に応じてエアー漏れ防止部材５０をシール部５３とシール面２４とが離間する位置とする。なお、制御装置６０は、主軸部材２０が回転するか否かを判断する場合、図示しない主軸部材２０などを駆動制御する制御装置からの信号などに基づいて判断することができるものである。また、制御装置６０を図示しない主軸部材２０などを駆動制御する制御装置としてもよい。

一方、工具ホルダ１０を交換した後など、主軸部材２０が回転しないと判定した場合は、制御装置６０は、駆動部９０に対してエアー漏れ防止部材５０を検出位置とすることを示す指示信号を出力する。駆動部９０は、この指示信号に応じてエアー漏れ防止部材５０をシール部５３とシール面２４とが密着する位置とする。

次に、制御装置９０は、図４に示すように、エアー漏れ防止部材５０を検出位置とした状態でエアー供給装置７０に対して圧縮エアーをエアー供給路７１，５２，２３に排出することを示す指示信号を出力する。エアー供給装置７０は、この指示信号に応じて圧縮エアーをエアー供給路７１，５２，２３に排出し、工具ホルダ１０と保持孔２１との接触面に供給する。そして、制御装置９０は、圧力センサ８０からの圧力信号に基づいて、異物の挟み込みを判定する。

工具ホルダ１０と主軸部材２０との間に異物を挟み込んでない場合、工具ホルダ１０は、工具ホルダ１０のテーパ部１１と主軸部材２０の壁面２１ａ、工具ホルダ１０の突出部１２と主軸部材２０の側面２２が密着した状態で保持孔２１に保持される。したがって、エアー供給装置７０から供給されているエアー供給路２３、３２０、７００内におけるエアー圧力もほとんど変化をせず略一定の圧力値を示すものである。

一方、工具ホルダ１０と主軸部材２０との間に異物を挟み込んでいる場合、工具ホルダ１０のテーパ部１１と主軸部材２０の壁面２１ａ、工具ホルダ１０の突出部１２と主軸部材２０の側面２２との間に隙間が生じる。このように、隙間が生じた場合、エアー供給装置７０から供給されたエアーが隙間から漏れ、エアー供給路２３、３２０、７００内におけるエアー圧力が変化することとなる。

そこで、制御装置９０は、圧力センサ８０からの圧力信号が変化しない場合は工具ホルダ１０と主軸部材２０との間に異物を挟み込んでいないと判定し、圧力センサ８０からの圧力信号が変化した場合は工具ホルダ１０と主軸部材２０との間に異物を挟み込んでいると判定する。

なお、本実施の形態においては、エアー漏れ防止部材５０を設け、異物の挟み込み判定時には、シール部５３がシール面２４と密着した状態で主軸部材２０のエアー供給路２３とエアー供給路５２との連結部の周囲に配置される。よって、主軸部材２０と主軸ハウジング３０との間に隙間があったとしても、エアー供給路２３とエアー供給路５２との間でのエアー漏れは防止することができ、エアー供給装置７０から工具ホルダ１０と保持孔２１との接触面にいたるエアー経路におけるエアー漏れを防止することができる。したがって、エアー漏れによって工具ホルダ１０と主軸部材２０との間における異物の挟み込み判定の誤判定を防止することができる。

また、エアー漏れ防止部材５０は、主軸部材２０が回転してないときのみシール部５３と主軸部材２０のシール面２４とが密着する位置にあり、主軸部材２０が回転しているときはシール部５３と主軸部材２０のシール面２４とが接触しない位置にある。したがって、シール部５３は主軸部材２０の回転によって削れたり変形したりすることもないので、エアー漏れをより一層防止することができ、長期間にわたってエアー漏れを防止することができる。

また、主軸部材２０と主軸ハウジング３０との間のベアリング４０は、水に弱くクーラントが付着すると好ましくない。そこで、主軸部材２０と主軸ハウジング３０との間に隙間を設け、ワークに対する加工を行っているとき（主軸部材２０が回転しているとき）に、その隙間にエアーを供給して、ベアリング４０にクーラントが付着しないようにすることも考えられる。ただし、主軸部材２０と主軸ハウジング３０との間に隙間を設けるため、エアーによる工具ホルダ１０と主軸部材２０との間の異物の挟み込み判定を行うことができない。

しかしながら、本実施の形態の工作機械は、検出位置と非検出位置との間で移動可能なエアー漏れ防止部材５０を備えており、主軸部材２０と主軸ハウジング３０との間に隙間があったとしても、異物の挟み込み判定を誤判定無く行うことができる。したがって、本実施の形態の工作機械は、上述のようなベアリング４０へのクーラントの付着防止を適用することができる。

（変形例１）
次に、変形例１に関して説明する。図５は、本発明の変形例１における断面図である。この図５は、上述の実施の形態における図１に対応する図面である。なお、変形例１に関しては、上述の実施の形態と同様な箇所に関する説明は省略して、異なる部分を主に説明する。

エアー漏れ防止部材５０ａは、外側端部５４ａ、シール側端部５４ｂ、中央部５４ｃからなる本体部５１ａと、本体部５１ａに設けられるシール部５３ａとからなる。そして、中央部５４ｃは、外部端部５４ａ及びシール側端部５４ｂに比べて幅広形状をなすものである。

主軸ハウジング３０ａは、外側から主軸方向に向かって２段階で開口面積が小さくなっている貫通孔を備える。すなわち、主軸ハウジング３０ａは、外側の開口部に凹部を備え、その凹部（蓋取付部３２ｂ）にエアー漏れ防止部材５０ａの外部端部５４ａの外形に対応する貫通孔を有する蓋部材３４ａが取り外し可能な状態で取り付けられる。したがって、主軸ハウジング３０ａは、蓋部財３４ａと共にエアー漏れ防止部材５０ａの挿入孔３２ａをなすものである。また、挿入孔３２ａは、エアー漏れ防止部材５０ａが検出位置と非検出位置との間で移動可能な形状をなすものである。

また、主軸ハウジング３０ａは、エアー漏れ防止部材５０ａと共に解除エアー室３２ａ１を構成すると共に、エアー漏れ防止部材５０ａと蓋部材３４ａと共に押圧エアー室３２ａ２を構成する。そして、主軸ハウジング３０ａは、エアー供給装置７０からエアー供給路７１ｂを介して排出されたエアー（解除エアー）を解除エアー室３２ａ１に供給するための貫通穴であるエアー供給路３２ｂ１を備える。また、蓋部材３４ａは、エアー供給装置７０からエアー供給路７１ａを介して排出されたエアー（押圧エアー）を押圧エアー室３２ａ２に供給するための貫通孔であるエアー供給路３４ｂを備える。なお、蓋部材３４ａは、外部端部５４ａの外形に対応する貫通孔を有しないものであってもよい。

エアー供給路７１ａとエアー供給路７１ｂとは、切換弁７１ｃを介して連結される。そして、この切換弁７１ｃは、図示しない制御装置からの指示信号に応じてエアー供給装置７０から排出されたエアーをエアー供給路７１ａに流すか、あるいはエアー供給路７１ｂに流すかを切り換える。すなわち、エアー供給装置７０、エアー供給路７１ａ、エアー供給路７１ｂ、切換弁７１ｃは、エアー漏れ防止部材５０ａを駆動する駆動部に相当するものである。このようにすることによって、異物の挟み込み判定に用いるエアー供給装置７０を用いてエアー漏れ防止部材５０ａの移動を行うことができるので、新たにエアー漏れ防止部材５０ａを移動させる機構を設ける必要がなくコストを低減することができる。

また、蓋取付部３２ｂ及び蓋部材３４ａを設けることによって、エアー漏れ防止部材５０ａの脱落を抑制することができると共に、シール部５３ａを交換する場合などに、エアー漏れ防止部材５０ａを挿入孔３２ａから取り出しやすくすることができる。

（変形例２）
また、主軸部材は、図６に示すように、変形例２としてバランス維持部２００ａを備えるようにしてもよい。図６は、本発明の変形例２における断面図である。この図６は、上述の実施の形態における図２に対応する図面である。

先に説明したように、主軸部材２００は、シール面２４を形成することによって、主軸部材２００の重力バランスが崩れる可能性がある。主軸部材２００は、重量バランスが崩れた状態で回転する場合（特に、高速回転する場合）、主軸部材２０が本来の回転軸が振れて回転することとなる。そこで、変形例２として、図６に示すように、主軸部材２００にバランス維持部２００ａを設けると好ましい。このバランス維持部２００ａは、主軸部材２００のシール面２４の近傍に穴を設け、シール面２４及び穴を形成する際に減った分と同等の重量の部材を穴に埋設することによって形成することができる。このようにすることによって、シール面２４を複数個所に均等に配置することなく、主軸部材２００の重力バランスを維持することができる。

本発明の実施の形態における工作機械の概略構成を示す部分的断面図である。 図１におけるＡＡ断面図である。 本発明の実施の形態における工作機械の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における工作機械の概略構成を示す異物判定時の部分的断面図である。 本発明の変形例１における断面図である。 本発明の変形例２における断面図である。 従来技術における工作機械の概略構成を示す部分的断面図である。

符号の説明

１０ 工具ホルダ、１１ テーパ部、１２ 突出部、２０，２００ 主軸部材、２１ 保持孔、２１ａ 壁面、２２ 側面、２３ エアー供給路、２４ シール面、３０，３０ａ，３０ｂ 主軸ハウジング、３１，３１ａ Ｏリング、３２，３２ａ 挿入孔、３４ａ 蓋部材、３４ｂ エアー供給路、４０ ベアリング、５０，５０ａ エアー漏れ防止部材、５１，５１ａ 本体部、５２，５２ａ エアー供給路、５３，５３ａ シール部、６０ 制御装置、７０ エアー供給装置、７１、７１ａ、７１ｂ エアー供給路、８０ 圧力センサ、９０ 駆動部、２００ａ バランス維持部

Claims (10)

1. 切削工具が装着された工具ホルダを着脱可能に密着した状態で保持孔に保持し、主軸ハウジングに回転可能に支持された主軸部材を回転駆動手段によって回転させることによって被加工物を加工するものであり、前記工具ホルダと前記主軸部材との接触面にエアーを供給するエアー供給手段と、当該エアーの状態に基づいて前記主軸部材と前記工具ホルダとの接触面における異物の挟み込みを判定する判定手段とを備える工作機械であって、
   前記主軸部材の前記主軸ハウジング側から前記保持孔にかけて貫通し前記エアー供給手段から排出されるエアーを前記工具ホルダと前記主軸部材との接触面に供給する第１のエアー供給路と、
   前記主軸ハウジングに設けられる貫通孔に、前記主軸部材に接触する位置と前記主軸部材から離間する位置との間を前記主軸ハウジングに密着して移動可能な状態で挿入されるものであり、前記第１のエアー供給路に対応する位置に前記エアー供給手段から排出されるエアーを当該第１のエアー供給路に供給する第２のエアー供給路と、前記主軸部材に接触する位置である場合に前記第１のエアー供給路と前記第２のエアー供給路とが連通した状態で当該主軸部材と密着するシール部とを有するエアー漏れ防止部材と、
   を備えることを特徴とする工作機械。
2. 前記エアー漏れ防止部材は、複数個所に設けられることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記主軸部材は、前記エアー漏れ防止部材に対応する位置に研磨されたシール面を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工作機械。
4. 前記シール面は、等間隔で複数個所に設けられることを特徴とする請求項３に記載の工作機械。
5. 前記主軸部材は、前記シール面の近傍に穴が穿設され、前記研磨によって削られた分と前記穿設によって削られた分の重量と略同等の重量の材料が前記穴に埋設されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の工作機械。
6. 前記異物の挟み込み判定を行う時は前記エアー漏れ防止部材を前記主軸部材に接触する位置に移動させ、前記被加工物を加工する時は前記エアー漏れ防止部材を前記主軸部材から離間する位置に移動させる駆動部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の工作機械。
7. 前記シール部は、前記エアー漏れ防止部材に対して取り外し可能な状態で形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の工作機械。
8. 前記エアー漏れ防止部材は、中央部が外側端部に比べて幅広形状をなすものであり、前記主軸ハウジングは、前記貫通孔の外側の開口部に凹部を有し、当該凹部に外部端部の外形に対応する貫通孔を有する蓋部材が取り外し可能な状態で取り付けられることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の工作機械。
9. 前記エアー供給手段から排出された前記エアーのエアー圧力を測定する圧力センサを備え、前記判定手段は、前記圧力センサの測定値の変化に基づいて異物の挟み込みを判定することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の工作機械。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の工作機械の異物挟み込み判定方法であって、
    前記主軸部材が回転していないとき、前記エアー漏れ防止部材を移動させて前記シール部を前記主軸部材に密着させる工程と、
    前記エアー供給手段にてエアーを前記工具ホルダと前記主軸部材との接触面に供給する工程と、
    前記判定手段にて、前記エアーの状態に基づいて前記主軸部材と前記工具ホルダとの接触面における異物の挟み込みを判定する工程と、
    を備えることを特徴とする工作機械の異物挟み込み判定方法。

Images