JP2008246610A

JP2008246610A - 工作機械の主軸装置

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Publication number: JP2008246610A
Application number: JP2007089274A
Authority: JP
Inventors: Junji Inoue; 淳司井上; Mutsumi Yoshikawa; 睦吉川; Takuji Tauchi; 拓至田内
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: TWI355312B; EP2138253A1; US20100119320A1; KR101099968B1; JP4638464B2; TW200846128A; EP2138253A4; CN101646520A; KR20090125798A; US8579561B2; WO2008120692A1; CN101646520B

Abstract

【課題】工作機械の主軸装置において、工具クランプ力を適正に検出することで付勢手段の交換時期を高精度に判定可能とする。
【解決手段】駆動装置２５によるロッド１８の押圧力を検出する圧力センサ３１と、ロッド１８の変位を検出する変位センサ３２と、このロッド１８の押圧力とロッド１８の変位に基づいてコレット２０による工具１９のクランプ力を検出する工具クランプ力検出部３３と、この工具のクランプ力と予め設定された皿ばね２４の付勢力特性値に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定するばね交換時期判定部３６を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、主軸の先端部に工具を装着して高速回転させることで各種の加工を行うマシニングセンタなどの工作機械の主軸装置に関するものである。

一般的な工作機械に主軸装置は、ハウジングに主軸が回転自在に支持され、この主軸内にロッドが軸方向に沿って移動自在に支持され、このロッドの先端部に工具をクランプ可能なコレットが装着され、複数の皿ばねによりロットをコレットが工具をクランプ方向に付勢する一方、駆動装置により皿ばねの付勢手段の付勢力に抗してロッドを移動することでコレットによる工具のアンクランプを可能となっている。

このように構成された工作機械に主軸装置にて、コレットは皿ばねの付勢力により工具をクランプしていることから、この皿ばねの付勢力の低下が工具による加工精度に大きな影響を及ぼすこととなる。即ち、長期の使用により皿ばねの付勢力が低下すると、コレットが工具を適正にクランプすることができず、主軸による工具の拘束力が低下し、切削による製品の加工精度が低下するばかりでなく、主軸と工具とのクランプ部でフレッティングなどの表面損傷が発生してしまう。

そこで、工作機械に主軸装置にて、主軸に工具をクランプするためのばねの付勢力を監視するものとして、例えば、下記特許文献１、２に記載されたものがある。

この特許文献１に記載された工作機械の主軸装置における工具固定ばね監視装置は、圧力センサが油圧シリンダによりドローバーを工具解放方向に移動させる際に皿ばねのばね力を測定し、比較部が圧力センサにより測定されたばね力と所定の基準値を比較し、判定部がこの比較部による比較結果に基づいて皿ばねの状態を判定するものである。また、特許文献２に記載された工作機械の主軸装置は、主軸内に移動自在に設置されたロッドの後端部に円板状のドッグを取付け、主軸の後部に位置してロッドを移動するシリンダに変位センサを設置し、この変位センサでロッドの位置を検出し、ロッドの前端側のコレットに正常に工具がクランプされているかの判断を行うものである。

特開２００３−２２０５０４号公報特開平０５−０５０３５９号公報

上述した特許文献１に記載された従来の工作機械の主軸装置における工具固定ばね監視装置では、圧力センサが油圧シリンダによりドローバーを工具解放方向に移動させる際に皿ばねのばね力を測定し、このばね力に基づいて皿ばねの状態を判定している。ところが、単に、圧力センサが皿ばねのばね力を測定するだけでは、ドローバーが工具をどの時点で解放したのかわからず、工具解放時の皿ばねのばね力を適正に測定することができず、皿ばねの状態を高精度に判定することができない。

また、特許文献２に記載された従来の工作機械の主軸装置では、変位センサがロッドの位置を検出することで、コレットが正常に工具をクランプしているかを判断するものであり、コレットによる工具のクランプ力を測定して皿ばねのばね力の低下を判定することはできない。

本発明は上述した課題を解決するものであり、工具クランプ力を適正に検出することで付勢手段の交換時期を高精度に判定可能とする工作機械の主軸装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための請求項１の発明の工作機械の主軸装置は、ハウジングに回転自在に支持された主軸と、該主軸内に軸方向に沿って移動自在に支持されたロッドと、該ロッドの移動により工具のクランプ及びアンクランプを行うコレットと、前記ロッドを前記コレットによる前記工具のクランプ方向に付勢する付勢手段と、該付勢手段の付勢力に抗して前記ロッドを押圧することで前記工具をアンクランプ方向に移動する駆動装置と、該駆動装置による前記ロッドの押圧力を検出するロッド押圧力検出手段と、前記ロッドの変位を検出するロッド変位検出手段と、前記ロッド押圧力検出手段が検出した前記ロッドの押圧力と前記ロッド変位検出手段が検出した前記ロッドの変位に基づいて前記コレットによる前記工具のクランプ力を検出する工具クランプ力検出手段と、該工具クランプ力検出手段が検出した前記工具のクランプ力と予め設定された前記付勢手段の付勢力特性値に基づいて前記付勢手段の交換時期を判定する交換時期判定手段とを具えたことを特徴とするものである。

請求項２の発明の工作機械の主軸装置では、前記交換時期判定手段は、前記付勢手段の付勢力特性線図に基づいて前記工具クランプ力検出手段が検出した前記工具のクランプ力から前記付勢手段における実際の付勢力特性線図を推定し、この実際の付勢力特性線図に基づいて前記付勢手段の交換時期を判定することを特徴としている。

また、請求項３の発明の工作機械の主軸装置は、ハウジングに回転自在に支持された主軸と、該主軸内に軸方向に沿って移動自在に支持されたロッドと、該ロッドの移動により工具のクランプ及びアンクランプを行うコレットと、前記ロッドを前記コレットによる前記工具のクランプ方向に付勢する付勢手段と、該付勢手段の付勢力に抗して前記ロッドを押圧することで前記工具をアンクランプ方向に移動する駆動装置と、該駆動装置による前記ロッドの押圧力を検出するロッド押圧力検出手段と、前記ロッドの変位を検出するロッド変位検出手段と、前記ロッド押圧力検出手段が検出した前記ロッドの押圧力と前記ロッド変位検出手段が検出した前記ロッドの変位に基づいて前記コレットによる前記工具のクランプ力を検出する工具クランプ力検出手段と、該工具クランプ力検出手段が検出した前記工具のクランプ力の経時的変化に基づいて前記付勢手段の交換時期を判定する交換時期判定手段とを具えたことを特徴とするものである。

請求項４の発明の工作機械の主軸装置では、前記交換時期判定手段は、前記工具クランプ力検出手段が検出した前記工具のクランプ力の経時的変化から前記付勢手段における付勢力特性線図を推定し、この付勢力特性線図に基づいて前記付勢手段の交換時期を判定することを特徴としている。

請求項５の発明の工作機械の主軸装置では、前記コレットによる前記工具のクランプ回数に対するクランプ力の変化を表す前記付勢手段の付勢力特性線図を表示する表示手段を設けたことを特徴としている。

請求項６の発明の工作機械の主軸装置では、前記工具クランプ力検出手段は、前記ロッド変位検出手段が前記ロッドの変位を検出したときに前記ロッド押圧力検出手段が検出した前記ロッドの押圧力を前記コレットによる前記工具のクランプ力として検出することを特徴としている。

請求項７の発明の工作機械の主軸装置では、顧客と管理者が通信回線により接続され、前記ロッド押圧力検出手段が検出した前記ロッドの押圧力及び前記ロッド変位検出手段が検出した前記ロッドの変位、または、前記交換時期判定手段が判定した前記付勢手段の交換時期が顧客から管理者に前記通信回線を用いて送られ、管理者は、前記付勢手段の交換時期について顧客に警告可能であることを特徴としている。

請求項１の発明の工作機械の主軸装置によれば、駆動装置によるロッドの押圧力を検出するロッド押圧力検出手段と、ロッドの変位を検出するロッド変位検出手段と、このロッドの押圧力とロッドの変位に基づいてコレットによる工具のクランプ力を検出する工具クランプ力検出手段と、この工具のクランプ力と予め設定された付勢手段の付勢力特性値に基づいて付勢手段の交換時期を判定する交換時期判定手段を設けたので、ロッドの押圧力とロッドの変位を用いることで、コレットによる工具のクランプ力を適正に検出することができ、この工具のクランプ力と付勢手段の付勢力特性値を用いることで、付勢手段の劣化を推定してその交換時期を高精度に判定することができる。

請求項２の発明の工作機械の主軸装置によれば、交換時期判定手段は、付勢手段の付勢力特性線図に基づいて工具のクランプ力から付勢手段における実際の付勢力特性線図を推定し、この実際の付勢力特性線図に基づいて付勢手段の交換時期を判定するので、付勢手段の付勢力特性線図に応じて実際の付勢力特性線図を推定して付勢手段の交換時期を判定することとなり、交換時期を高精度に判定することができる。

また、請求項３の発明の工作機械の主軸装置によれば、駆動装置によるロッドの押圧力を検出するロッド押圧力検出手段と、ロッドの変位を検出するロッド変位検出手段と、このロッドの押圧力とロッドの変位に基づいてコレットによる工具のクランプ力を検出する工具クランプ力検出手段と、この工具のクランプ力の経時的変化に基づいて付勢手段の交換時期を判定する交換時期判定手段を設けたので、ロッドの押圧力とロッドの変位を用いることで、コレットによる工具のクランプ力を適正に検出することができ、この工具のクランプ力の経時的変化を用いることで、付勢手段の劣化を推定してその交換時期を高精度に判定することができる。

請求項４の発明の工作機械の主軸装置によれば、交換時期判定手段は、工具のクランプ力の経時的変化から付勢手段における付勢力特性線図を推定し、この付勢力特性線図に基づいて付勢手段の交換時期を判定するので、工具のクランプ力の経時的変化から付勢手段における付勢力特性線図を推定して交換時期を判定することとなり、交換時期を高精度に判定することができる。

請求項５の発明の工作機械の主軸装置によれば、コレットによる工具のクランプ回数に対するクランプ力の変化を表す付勢手段の付勢力特性線図を表示する表示手段を設けたので、作業者は、表示手段に表示された付勢手段の付勢力特性線図を確認するだけで、容易に交換時期を把握することができる。

請求項６の発明の工作機械の主軸装置によれば、工具クランプ力検出手段は、ロッド変位検出手段がロッドの変位を検出したときにロッド押圧力検出手段が検出したロッドの押圧力をコレットによる工具のクランプ力として検出するので、ロッドの押圧力とロッドの変位を用いることで、コレットによる工具のクランプ力を高精度に検出することができる。

請求項７の発明の工作機械の主軸装置によれば、顧客と管理者を通信回線により接続し、ロッドの押圧力及びロッドの変位、または、付勢手段の交換時期を顧客から管理者に通信回線を用いて送り、管理者は付勢手段の交換時期について顧客に警告可能としたので、
管理者は、付勢手段の交換時期を把握することができると共に、顧客に警告することができ、交換部品の準備を容易として生産性を向上することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る工作機械の主軸装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る工作機械の主軸装置における概略構成図、図２は、実施例１の工作機械の主軸装置におけるロッドの押圧力及び変位量を表すグラフ、図３は、実施例１の工作機械の主軸装置における工具のクランプ回数に対するクランプ力を表すグラフである。

実施例１の工作機械の主軸装置において、図１に示すように、ハウジング１１内には、軸方向に沿って並設された３つの軸受１２，１３，１４により主軸１５が回転自在に支持されている。そして、主軸１５の軸方向における中間部外周にロータ１６が固定される一方、ハウジング１１にこのロータ１６に対向し、且つ、所定の隙間をもってステータ１７が固定されており、このロータ１６及びステータ１７により主軸１５を駆動回転する駆動モータが構成されている。

主軸１５内は、内部に軸方向に沿って中空部１５ａが形成されると共に、一端部にテーパ孔１５ｂが形成されており、この中空部１５ａ内にロッド１８が配置される一方、テーパ孔１５ｂ内に工具１９のテーパ部１９ａが配置されている。そして、工具１９は、テーパ部１９ａから延出したシャンク部１９ｂが中空部１５ａ内に位置し、ロッド１８の一端部に装着されたコレット２０がこのシャンク部１９ｂをクランプ可能となっている。

また、主軸１５の中空部１５ａの一端部には、円筒形状をなす案内部材２１が嵌合されると共に、この案内部材２１に隣接してスリーブ２２が嵌合している。一方、ロッド１８の他端部には、スリーブ２３が固定されており、このスリーブ２３の外周部が中空部１５ａに移動自在に嵌合している。そして、主軸１５の中空部１５ａにて、スリーブ２２とスリーブ２３との間には、付勢手段としての複数の皿ばね２４が圧縮状態で介装されている。

従って、ロッド１８は、皿ばね２４の付勢力によりスリーブ２３を介してコレット２０が工具１９をクランプする方向（図１にて、右方向）に付勢支持されており、このとき、コレット２０は、案内部材２１により内方側に拘束されることで、工具１９のシャンク部１９ｂをクランプすることができる。

また、ハウジング１１には、主軸１５の他端部側に位置して、皿ばね２４の付勢力に抗してロッド１８を押圧することで、工具１９をアンクランプ方向に移動する駆動装置２５が設けられている。即ち、この駆動装置２５において、ハウジング１１には、中空形状をなすシリンダ２６が固定され、このシリンダ２６内には、ピストン２７が２つの部屋２６ａ，２６ｂを区画するように嵌合し、且つ、移動自在に支持されている。そして、このピストン２７と一体のロッド２８は、主軸１５（ロッド１８）と同軸線上に位置し、一端面にスリーブ２３の端面が当接している。油圧制御装置２９は、駆動装置２５に対して油圧を給排可能であり、油圧給排通路３０を介してシリンダ２６の各部屋２６ａ，２６ｂに形成されたポート部に連結されている。

従って、油圧制御装置２９により油圧給排通路３０を通してシリンダ２６の部屋２６ａに油圧を供給すると、ピストン２７及びロッド２８が、図１にて右方向に移動することで、ロッド１８は、皿ばね２４の付勢力によりスリーブ２３に当接したままで同方向に移動し、コレット２０が工具１９をクランプしたままテーパ部１９ａがテーパ孔１５ｂに接触させ、主軸１５に工具１９が強固にクランプされることとなる。一方、油圧制御装置２９により油圧給排通路３０を通してシリンダ２６の部屋２６ｂに油圧を供給すると、ピストン２７と共にロッド２８が皿ばね２４の付勢力に抗し、スリーブ２３を介してロッド１８を押圧することで、このロッド１８を、コレット２０が工具１９をアンクランプする方向（図１にて、左方向）に移動することができる。このとき、コレット２０は、案内部材２１による外方側に移動することで、工具１９のシャンク部１９ｂをアンクランプすることができる。

ところで、工作機械に主軸装置では、コレット２０が皿ばね２４の付勢力により工具１９をクランプしているため、この皿ばね２４の付勢力が工具１９による加工精度に大きな影響を及ぼしている。この皿ばね２４は、工具１９の交換時に圧縮動作及び伸長動作が繰り返し作用することから、塑性変形量が微増してその付勢力が徐々に低下してしまう。そのため、工具１９による高精度な加工作業を確保するためには、皿ばね２４の付勢力を把握し、適正な時期に交換する必要がある。

そこで、本実施例の工作機械の主軸装置では、駆動装置２５によるロッド１８の押圧力を検出するロッド押圧力検出手段と、ロッド１８の変位を検出するロッド変位検出手段と、検出したロッド１８の押圧力とロッド１８の変位に基づいてコレット２０による工具１９のクランプ力を検出する工具クランプ力検出手段と、検出した工具１９のクランプ力と予め設定された皿ばね２４の付勢力特性値に基づいてこの皿ばね２４の交換時期を判定する交換時期判定手段とが設けられている。

即ち、駆動装置２５のロッド１８の先端部に、主軸１５のロッド１８の他端部との間で挟持可能なロッド押圧力検出手段としての圧力センサ３１が設けられている。また、ロッド１８のスリーブ２３には、円板形状をなすリング部２３ａが一体に形成される一方、ハウジング１１には、このリング部２３ａを検出するロッド変位検出手段としての変位センサ３２が設けられている。なお、この場合、変位センサ３２は近接センサであってもよく、ロッド１８の移動を検出することができればよい。

そして、工具クランプ力検出部（工具クランプ力検出手段）３３は、圧力センサ３１が検出した押圧力信号と変位センサ３２が検出したロッド変位信号に基づいて、皿ばね２４の付勢力に応じた工具１９のクランプ力を検出する。この工具クランプ力検出部３３は、判定結果表示部（表示手段）３４及び工具クランプ力記録部（データベース）３５に接続されており、判定結果表示部３４は、工具クランプ力検出部３３が検出した工具１９のクランプ力を、例えば、ディスプレイに表示し、工具クランプ力記録部３４は、工具クランプ力検出部３３が検出した工具１９のクランプ力を記憶する。

そして、ばね交換時期判定部（交換時期判定手段）３６は、工具１９のクランプ力と予め設定された皿ばね２４の付勢力特性値に基づいてこの皿ばね２４の交換時期を判定し、その交換時期を判定結果表示部３４に表示する。

なお、工具クランプ／アンクランプ指令部３７は、図示しないＮＣ制御装置の制御信号に基づいて、油圧制御装置２９に対して工具クランプ信号または工具アンクランプ信号を出力するものであり、この工具クランプ信号または工具アンクランプ信号は、工具クランプ力記録部３５に対しても出力される。

ここで、工具クランプ力検出部３３及びばね交換時期判定部３６による具体的な処理について説明する。

図１に示すように、ロッド１８のコレット２０が工具１９のシャンク部１９ｂをクランプすることで、主軸１５が工具１９をクランプした状態にあるとき、工具クランプ／アンクランプ指令部３７は、油圧制御装置２９及び工具クランプ力記録部３５に対して工具アンクランプ信号を出力する。油圧制御装置２９は、油圧給排通路３０を通して駆動装置２５におけるシリンダ２６の部屋２６ｂに油圧を供給し、ピストン２７と一体のロッド２８は、皿ばね２４の付勢力に抗してロッド１８を押圧して移動させる。すると、ロッド１８が移動することで、コレット２０が案内部材２１による外方側に移動し、工具１９のシャンク部１９ｂをアンクランプする。

このとき、図２に示すように、時間ｔ１で、油圧制御装置２９により駆動装置２５が作動し、ロッド２８が主軸１５のロッド１８を押し始めると、その押圧力が上昇するものの、その押圧力よりも皿ばね２４の付勢力が大きいため、ロッド１８は変位しない。そして、駆動装置２５によるロッド１８の押圧力が上昇し、時間ｔ２にて、駆動装置２５のロッド２８による主軸１５のロッド１８への押圧力が皿ばね２４の付勢力を超えると、このロッド１８が変位を開始し、コレット２０は工具１９のシャンク部１９ｂをアンクランプする。そして、更に、駆動装置２５の押圧力が上昇し、ロッド１８がさらに移動すると、時間ｔ３にて、ロッド１８が移動することでコレット２０が工具１９のシャンク部１９ｂを完全にアンクランプし、工具１９を交換可能となる。

従って、圧力センサ３１は、このときのロッド１８の押圧力を常時検出すると共に、変位センサ３２は、ロッド１８の変位を常時検出しており、図２に示す時間ｔ１〜ｔ２までの時間ｔａが皿ばね２４によるクランプ力解消範囲（時間）であり、このときの押圧力が工具クランプ力Ｐａである。即ち、駆動装置２５が主軸１５のロッド１８を押し始めて（時間ｔ１）から、ロッド１８が変位し始めたとき（時間ｔ２）までに作用した押圧力を、皿ばね２４による工具クランプ力と推定することができる。

ばね交換時期判定部３６は、図３に示すように、予め実験に基づいて求めた皿ばね２４における標準付勢力特性線（付勢力特性値）を記憶しておく。そして、上述の手法により検出した所定のクランプ回数Ｎ１のときのクランプ力Ｐａに基づいて標準付勢力特性線を修正、つまり、標準付勢力特性線に係数を乗算することで、実付勢力特性線図を設定する。皿ばね２４によるクランプ力の許容値は、予め設定されており、実付勢力特性線とクランプ力の許容値との交点におけるクランプ回数Ｎ２が皿ばね２４の交換時期となる。この場合、工具クランプ力記録部３５は、過去のクランプ回数や一日あたりクランプ回数を計測しており、交換時期に対応するクランプ回数Ｎ２に基づいて使用可能な残り日数を割り出すことができる。

このように実施例１の工作機械の主軸装置にあっては、駆動装置２５によるロッド１８の押圧力を検出する圧力センサ３１と、ロッド１８の変位を検出する変位センサ３２と、このロッド１８の押圧力とロッド１８の変位に基づいてコレット２０による工具１９のクランプ力を検出する工具クランプ力検出部３３と、この工具のクランプ力と予め設定された皿ばね２４の付勢力特性値に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定するばね交換時期判定部３６を設けている。

従って、ロッド１８の押圧力とロッド１８の変位を用いることで、コレット２０による工具１９のクランプ力を適正に検出することができ、この工具１９のクランプ力と皿ばね２４の付勢力特性値を用いることで、皿ばね２４の劣化を推定してその交換時期を高精度に判定することができる。その結果、皿ばね２４の交換時期に合わせて部品を注文したり、生産工程を組むことができ、生産効率を向上することができる。

また、実施例１の工作機械の主軸装置にて、この場合、ばね交換時期判定部３６は、皿ばね２４の標準付勢力特性線に基づいて、検出した工具１９のクランプ力から皿ばね２４における実付勢力特性線を推定し、この実付勢力特性線に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定している。従って、皿ばね２４の標準付勢力特性線に応じて実付勢力特性線を推定して皿ばねの交換時期を判定することとなり、交換時期を簡単に、且つ、高精度に判定することができる。

また、コレット２０による工具１９のクランプ回数に対するクランプ力の変化を表す皿ばね２４の付勢力特性線図を表示する判定結果表示部３４を設けており、作業者は、判定結果表示部３４に表示された皿ばね２４の付勢力特性線を確認するだけで、容易に交換時期を把握することができる。

更に、実施例１の工作機械の主軸装置では、工具クランプ力検出部３３は、変位センサ３２がロッド１８の変位を検出したときに圧力センサ３１が検出したロッド１８の押圧力をコレット２０による工具１９のクランプ力として検出しており、ロッド１８の押圧力とロッド１８の変位を用いることで、コレット２０による工具１９のクランプ力を高精度に検出することができる。

図４は、本発明の実施例２に係る工作機械の主軸装置における工具のクランプ回数に対するクランプ力を表すグラフである。なお、本実施例の工作機械の主軸装置における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２の工作機械の主軸装置において、図１に示すように、駆動装置２５によるロッド１８の押圧力を検出する圧力センサ３１と、ロッド１８の変位を検出する変位センサ３２と、検出したロッド１８の押圧力とロッド１８の変位に基づいてコレット２０による工具１９のクランプ力を検出する工具クランプ力検出部３３と、検出した工具１９のクランプ力と予め設定された皿ばね２４の標準付勢力特性線（値）に基づいてこの皿ばね２４の交換時期を判定するばね交換時期判定部３６が設けられている。

従って、油圧制御装置２９から駆動装置２５におけるシリンダ２６の部屋２６ｂに油圧を供給し、ピストン２７と一体のロッド２８により皿ばね２４の付勢力に抗してロッド１８を押圧して移動させる。すると、ロッド１８が移動することで、コレット２０が案内部材２１による外方側に移動し、工具１９のシャンク部１９ｂをアンクランプする。

このとき、工具クランプ力検出部３３は、圧力センサ３１及び変位センサ３２の検出結果に基づいて、駆動装置２５が主軸１５のロッド１８を押し始めてから、このロッド１８が変位し始めるまでに作用した押圧力を、皿ばね２４による工具クランプ力として検出する。そして、ばね交換時期判定部３６は、図４に示すように、予め実験に基づいて求めた皿ばね２４における標準付勢力特性線を記憶しておく。そして、所定のクランプ回数のときの複数のクランプ力に基づいて標準付勢力特性線を修正することで、実付勢力特性線図を設定する。皿ばね２４によるクランプ力の許容値は、予め設定されており、実付勢力特性線とクランプ力の許容値との交点におけるクランプ回数Ｎ３が皿ばね２４の交換時期となる。この場合、工具クランプ力記録部３５は、過去のクランプ回数や一日あたりクランプ回数を計測しており、交換時期に対応するクランプ回数Ｎ２に基づいて使用可能な残り日数を割り出すことができる。

このように実施例２の工作機械の主軸装置にあっては、駆動装置２５によるロッド１８の押圧力を検出する圧力センサ３１と、ロッド１８の変位を検出する変位センサ３２と、このロッド１８の押圧力とロッド１８の変位に基づいてコレット２０による工具１９のクランプ力を検出する工具クランプ力検出部３３と、異なるクランプ回数における複数の工具のクランプ力と予め設定された皿ばね２４の標準付勢力特性線に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定するばね交換時期判定部３６を設けている。

従って、ロッド１８の押圧力とロッド１８の変位を用いることで、コレット２０による工具１９のクランプ力を適正に検出することができ、異なるクランプ回数における複数の工具１９のクランプ力と皿ばね２４の標準付勢力特性線を用いることで、高精度な実付勢力特性線を形成することができ、皿ばね２４の劣化を適正推定してその交換時期を高精度に判定することができる。

図５は、本発明の実施例３に係る工作機械の主軸装置における工具のクランプ回数に対するクランプ力を表すグラフである。なお、本実施例の工作機械の主軸装置における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３の工作機械の主軸装置において、図１に示すように、駆動装置２５によるロッド１８の押圧力を検出する圧力センサ３１と、ロッド１８の変位を検出する変位センサ３２と、検出したロッド１８の押圧力とロッド１８の変位に基づいてコレット２０による工具１９のクランプ力を検出する工具クランプ力検出部３３と、検出した工具１９のクランプ力と予め設定された皿ばね２４の標準付勢力特性線（値）に基づいてこの皿ばね２４の交換時期を判定するばね交換時期判定部３６が設けられている。

このとき、工具クランプ力検出部３３は、圧力センサ３１及び変位センサ３２の検出結果に基づいて、駆動装置２５が主軸１５のロッド１８を押し始めてから、このロッド１８が変位し始めるまでに作用した押圧力を、皿ばね２４による工具クランプ力として検出する。そして、ばね交換時期判定部３６は、図４に示すように、所定のクランプ回数のときの複数のクランプ力に基づいて実付勢力特性線図を設定する。この場合、クランプ回数−クランプ力をデータベース化することで、精度の高い実付勢力特性線図を設定することができる。また、複数のクランプ力から実付勢力特性線図を設定するとき、最小二乗法を用いるとよい。そして、皿ばね２４によるクランプ力の許容値は、予め設定されており、実付勢力特性線とクランプ力の許容値との交点におけるクランプ回数Ｎ４が皿ばね２４の交換時期となる。この場合、工具クランプ力記録部３５は、過去のクランプ回数や一日あたりクランプ回数を計測しており、交換時期に対応するクランプ回数Ｎ２に基づいて使用可能な残り日数を割り出すことができる。

このように実施例３の工作機械の主軸装置にあっては、駆動装置２５によるロッド１８の押圧力を検出する圧力センサ３１と、ロッド１８の変位を検出する変位センサ３２と、このロッド１８の押圧力とロッド１８の変位に基づいてコレット２０による工具１９のクランプ力を検出する工具クランプ力検出部３３と、異なるクランプ回数における複数の工具のクランプ力に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定するばね交換時期判定部３６を設けている。

従って、ロッド１８の押圧力とロッド１８の変位を用いることで、コレット２０による工具１９のクランプ力を適正に検出することができ、異なるクランプ回数における複数の工具１９のクランプ力を用いることで、高精度な実付勢力特性線を形成することができ、皿ばね２４の劣化を適正推定してその交換時期を高精度に判定することができる。

図６は、本発明の実施例４に係る工作機械の主軸装置における概略構成図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例４の工作機械の主軸装置において、図１に示すように、駆動装置２５によるロッド１８の押圧力を設定する油圧制御装置２９と、ロッド１８の変位を検出する変位センサ３２と、設定したロッド１８の押圧力とロッド１８の変位に基づいてコレット２０による工具１９のクランプ力を検出する工具クランプ力検出部３３と、検出した工具１９のクランプ力と予め設定された皿ばね２４の標準付勢力特性線（値）に基づいてこの皿ばね２４の交換時期を判定するばね交換時期判定部３６が設けられている。

従って、工具クランプ／アンクランプ指令部３７は、油圧制御装置２９及び工具クランプ力記録部３５に対して工具アンクランプ信号を出力する。油圧制御装置２９は、油圧給排通路３０を通して駆動装置２５におけるシリンダ２６の部屋２６ｂに油圧を供給し、ピストン２７と一体のロッド２８は、皿ばね２４の付勢力に抗してロッド１８を押圧して移動させる。すると、ロッド１８が移動することで、コレット２０が案内部材２１による外方側に移動し、工具１９のシャンク部１９ｂをアンクランプする。

このとき、工具クランプ力検出部３３は、油圧制御装置２９による押圧力信号及び変位センサ３２の検出信号に基づいて、駆動装置２５が主軸１５のロッド１８を押し始めてから、このロッド１８が変位し始めるまでに作用した押圧力を、皿ばね２４による工具クランプ力として検出する。そして、ばね交換時期判定部３６は、この検出したクランプ力に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定する。なお、クランプ力に基づいた皿ばね２４の交換時期の判定方法は、上述した各実施例にて詳細に説明しており、ここでの説明は省略する。

このように実施例４の工作機械の主軸装置にあっては、駆動装置２５によるロッド１８の押圧力を設定する油圧制御装置２９と、ロッド１８の変位を検出する変位センサ３２と、このロッド１８の押圧力とロッド１８の変位に基づいてコレット２０による工具１９のクランプ力を検出する工具クランプ力検出部３３と、この工具のクランプ力と予め設定された皿ばね２４の付勢力特性値に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定するばね交換時期判定部３６を設けている。

従って、油圧制御装置２９による指示値と変位センサ３２の検出値を用いることで、コレット２０による工具１９のクランプ力を適正に検出することができ、この工具１９のクランプ力と皿ばね２４の付勢力特性値を用いることで、皿ばね２４の劣化を推定してその交換時期を高精度に判定することができる。また、圧力センサを不要とすることで、構造の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。

図７は、本発明の実施例５に係る工作機械の主軸装置における概略構成図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例５の工作機械の主軸装置において、図７に示すように、駆動装置２５によるロッド１８の押圧力を検出する圧力センサ３１と、ロッド１８の変位を検出する変位センサ３２と、検出したロッド１８の押圧力とロッド１８の変位に基づいてコレット２０による工具１９のクランプ力を検出する工具クランプ力検出部３３と、工具クランプ力検出部３３が検出した工具１９のクランプ力を表示する判定結果表示部３４及び記憶する工具クランプ力記録部３５と、検出した工具１９のクランプ力に基づいてこの皿ばね２４の交換時期を判定するばね交換時期判定部３６が設けられている。

また、工作機械の主軸装置を使用する顧客と、この工作機械の主軸装置を製造及び管理する製造メーカ（管理者）とは、通信回線により接続されている。そして、製造メーカは、データベース４１とばね交換時期判定部４２を有しており、顧客のデータベース４１から、工具クランプ力検出部３３が検出したコレット２０による工具１９のクランプ力が通信回線を通して製造メーカのデータベース４１に送られ、ばね交換時期判定部４２は、受信した工具１９のクランプ力に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定することができる。

このとき、工具クランプ力検出部３３は、圧力センサ３１及び変位センサ３２の検出結果に基づいて、駆動装置２５が主軸１５のロッド１８を押し始めてから、このロッド１８が変位し始めるまでに作用した押圧力を、皿ばね２４による工具クランプ力として検出する。そして、判定結果表示部３４は、工具クランプ力検出部３３が検出した工具１９のクランプ力を表示し、工具クランプ力記録部３５は、この具１９のクランプ力を記憶する。ばね交換時期判定部３６は、この検出したクランプ力に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定する。

また、顧客のデータベース４１から、工具クランプ力検出部３３が検出したコレット２０による工具１９のクランプ力が通信回線を通して製造メーカのデータベース４１に送られる。そして、ばね交換時期判定部４２は、受信した工具１９のクランプ力に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定する。そのため、顧客及び製造メーカは、同時に、皿ばね２４の交換時期を把握することができる。

なお、ばね交換時期判定部３６，４２によるクランプ力に基づいた皿ばね２４の交換時期の判定方法は、上述した各実施例にて詳細に説明しており、ここでの説明は省略する。

このように実施例５の工作機械の主軸装置にあっては、駆動装置２５によるロッド１８の押圧力を検出する圧力センサ３１と、ロッド１８の変位を検出する変位センサ３２と、このロッド１８の押圧力とロッド１８の変位に基づいてコレット２０による工具１９のクランプ力を検出する工具クランプ力検出部３３と、工具のクランプ力に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定するばね交換時期判定部３６を設けると共に、この工作機械の主軸装置を使用する顧客と、この工作機械の主軸装置を製造及び管理する製造メーカとを通信回線により接続し、製造メーカ側に、データベース４１とばねばね交換時期判定部４２を設けている。

従って、ロッド１８の押圧力とロッド１８の変位を用いてコレット２０による工具１９のクランプ力を検出し、顧客側は、工具１９のクランプ力に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定することができると共に、製造メーカ側も、工具１９のクランプ力に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定することができ、皿ばね２４の交換時期に合わせて部品を注文したり、生産工程を組むことができ、生産効率を向上することができる。

図８は、本発明の実施例６に係る工作機械の主軸装置における概略構成図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例６の工作機械の主軸装置において、図７に示すように、駆動装置２５によるロッド１８の押圧力を検出する圧力センサ３１と、ロッド１８の変位を検出する変位センサ３２と、検出したロッド１８の押圧力とロッド１８の変位に基づいてコレット２０による工具１９のクランプ力を検出する工具クランプ力検出部３３と、工具クランプ力検出部３３が検出した工具１９のクランプ力を表示する判定結果表示部３４及び記憶する工具クランプ力記録部３５が設けられている。

また、工作機械の主軸装置を使用する顧客と、この工作機械の主軸装置を製造及び管理する製造メーカとは、通信回線により接続されている。そして、製造メーカは、データベース４１とばね交換時期判定部４２を有しており、顧客のデータベース４１から、工具クランプ力検出部３３が検出したコレット２０による工具１９のクランプ力が通信回線を通して製造メーカのデータベース４１に送られ、ばね交換時期判定部４２は、受信した工具１９のクランプ力に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定することができる。

このとき、工具クランプ力検出部３３は、圧力センサ３１及び変位センサ３２の検出結果に基づいて、駆動装置２５が主軸１５のロッド１８を押し始めてから、このロッド１８が変位し始めるまでに作用した押圧力を、皿ばね２４による工具クランプ力として検出する。そして、判定結果表示部３４は、工具クランプ力検出部３３が検出した工具１９のクランプ力を表示し、工具クランプ力記録部３５は、この具１９のクランプ力を記憶する。

すると、顧客のデータベース４１から、工具クランプ力検出部３３が検出したコレット２０による工具１９のクランプ力が通信回線を通して製造メーカのデータベース４１に送られる。そして、ばね交換時期判定部４２は、受信した工具１９のクランプ力に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定する。そして、製造メーカは、ばね交換時期判定部４２が判定した皿ばね２４の交換時期を通信回線を通して顧客の判定結果表示部３４に送り、この判定結果表示部３４は、皿ばね２４の交換時期を表示して警告する。

このように実施例６の工作機械の主軸装置にあっては、駆動装置２５によるロッド１８の押圧力を検出する圧力センサ３１と、ロッド１８の変位を検出する変位センサ３２と、このロッド１８の押圧力とロッド１８の変位に基づいてコレット２０による工具１９のクランプ力を検出する工具クランプ力検出部３３を設けると共に、この工作機械の主軸装置を使用する顧客と、この工作機械の主軸装置を製造及び管理する製造メーカとを通信回線により接続し、製造メーカ側にデータベース４１とばね交換時期判定部４２を設けている。

従って、ロッド１８の押圧力とロッド１８の変位を用いてコレット２０による工具１９のクランプ力を検出し、顧客はこの工具のクランプ力を製造メーカに送り、工具１９のクランプ力に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定し、その判定結果を顧客側に送って警告することとなり、製造メーカ側は、工具１９のクランプ力に基づいて皿ばね２４の交換時期を判定することができ、皿ばね２４の交換時期に合わせて部品を事前準備したり、生産工程を組むことができ、生産効率を向上することができる。

なお、実施例５、６では、顧客のデータベース４１から、工具クランプ力検出部３３が検出したコレット２０による工具１９のクランプ力を通信回線を通して製造メーカのデータベース４１に送るようにしたが、圧力センサ３１が検出したロッド１８の押圧力と変位センサ３２が検出したロッド１８の変位を送ったり、ばね交換時期判定部３６が判定した皿ばね２４の交換時期を送るようにしてもよい。

本発明に係る工作機械の主軸装置は、ロッドの押圧力と変位から工具のクランプ力を検出し、この工具のクランプ力に基づいて付勢手段の交換時期を判定するものであり、いずれの工作機械にも適用することができる。

本発明の実施例１に係る工作機械の主軸装置における概略構成図である。実施例１の工作機械の主軸装置におけるロッドの押圧力及び変位量を表すグラフである。実施例１の工作機械の主軸装置における工具のクランプ回数に対するクランプ力を表すグラフである。本発明の実施例２に係る工作機械の主軸装置における工具のクランプ回数に対するクランプ力を表すグラフである。本発明の実施例３に係る工作機械の主軸装置における工具のクランプ回数に対するクランプ力を表すグラフである。本発明の実施例４に係る工作機械の主軸装置における概略構成図である。本発明の実施例５に係る工作機械の主軸装置における概略構成図である。本発明の実施例６に係る工作機械の主軸装置における概略構成図である。

符号の説明

１１ハウジング
１５主軸
１８ロッド
１９工具
２０コレット
２４皿ばね（付勢手段）
２５駆動装置
２９油圧制御装置（ロッド押圧力検出手段）
３１圧力センサ（ロッド押圧力検出手段）
３２変位センサ（ロッド変位検出手段）
３３工具クランプ力検出部（工具クランプ力検出手段）
３４判定結果表示部（表示手段）
３５工具クランプ力記録部
３６ばね交換時期判定部（交換時期判定手段）
３７工具クランプ／アンクランプ指令部
４１データベース
４２ばね交換時期判定部（交換時期判定手段）

Claims

ハウジングに回転自在に支持された主軸と、該主軸内に軸方向に沿って移動自在に支持されたロッドと、該ロッドの移動により工具のクランプ及びアンクランプを行うコレットと、前記ロッドを前記コレットによる前記工具のクランプ方向に付勢する付勢手段と、該付勢手段の付勢力に抗して前記ロッドを押圧することで前記工具をアンクランプ方向に移動する駆動装置と、該駆動装置による前記ロッドの押圧力を検出するロッド押圧力検出手段と、前記ロッドの変位を検出するロッド変位検出手段と、前記ロッド押圧力検出手段が検出した前記ロッドの押圧力と前記ロッド変位検出手段が検出した前記ロッドの変位に基づいて前記コレットによる前記工具のクランプ力を検出する工具クランプ力検出手段と、該工具クランプ力検出手段が検出した前記工具のクランプ力と予め設定された前記付勢手段の付勢力特性値に基づいて前記付勢手段の交換時期を判定する交換時期判定手段とを具えたことを特徴とする工作機械の主軸装置。
請求項１に記載の工作機械の主軸装置において、前記交換時期判定手段は、前記付勢手段の付勢力特性線図に基づいて前記工具クランプ力検出手段が検出した前記工具のクランプ力から前記付勢手段における実際の付勢力特性線図を推定し、この実際の付勢力特性線図に基づいて前記付勢手段の交換時期を判定することを特徴とする工作機械の主軸装置。
ハウジングに回転自在に支持された主軸と、該主軸内に軸方向に沿って移動自在に支持されたロッドと、該ロッドの移動により工具のクランプ及びアンクランプを行うコレットと、前記ロッドを前記コレットによる前記工具のクランプ方向に付勢する付勢手段と、該付勢手段の付勢力に抗して前記ロッドを押圧することで前記工具をアンクランプ方向に移動する駆動装置と、該駆動装置による前記ロッドの押圧力を検出するロッド押圧力検出手段と、前記ロッドの変位を検出するロッド変位検出手段と、前記ロッド押圧力検出手段が検出した前記ロッドの押圧力と前記ロッド変位検出手段が検出した前記ロッドの変位に基づいて前記コレットによる前記工具のクランプ力を検出する工具クランプ力検出手段と、該工具クランプ力検出手段が検出した前記工具のクランプ力の経時的変化に基づいて前記付勢手段の交換時期を判定する交換時期判定手段とを具えたことを特徴とする工作機械の主軸装置。
請求項３に記載の工作機械の主軸装置において、前記交換時期判定手段は、前記工具クランプ力検出手段が検出した前記工具のクランプ力の経時的変化から前記付勢手段における付勢力特性線図を推定し、この付勢力特性線図に基づいて前記付勢手段の交換時期を判定することを特徴とする工作機械の主軸装置。
請求項２または４に記載の工作機械の主軸装置において、前記コレットによる前記工具のクランプ回数に対するクランプ力の変化を表す前記付勢手段の付勢力特性線図を表示する表示手段を設けたことを特徴とする工作機械の主軸装置。
請求項１から５のいずれか一つに記載の工作機械の主軸装置において、前記工具クランプ力検出手段は、前記ロッド変位検出手段が前記ロッドの変位を検出したときに前記ロッド押圧力検出手段が検出した前記ロッドの押圧力を前記コレットによる前記工具のクランプ力として検出することを特徴とする工作機械の主軸装置。
請求項１から６のいずれか一つに記載の工作機械の主軸装置において、顧客と管理者が通信回線により接続され、前記ロッド押圧力検出手段が検出した前記ロッドの押圧力及び前記ロッド変位検出手段が検出した前記ロッドの変位、または、前記交換時期判定手段が判定した前記付勢手段の交換時期が顧客から管理者に前記通信回線を用いて送られ、管理者は、前記付勢手段の交換時期について顧客に警告可能であることを特徴とする工作機械の主軸装置。