JP2011235365A

JP2011235365A - 工作機械の主軸装置の刃具接触検出装置

Info

Publication number: JP2011235365A
Application number: JP2010106238A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Matsunaga; 茂松永
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2030-05-06
Also published as: JP5560885B2

Abstract

【課題】軸受に損傷を与えることなく相手部材に対して刃具を接近させる速度を早くすることを可能とすることにより、刃具の接触位置の検出時間を短縮することができる刃具接触検知装置を提供する。
【解決手段】予圧調整手段により軸受３０，４０の予圧Ｐを基準予圧Ｐ０より低くした状態において刃具８１を相手部材に接触させた場合の変位センサ２０１，２０２による検出値を用いて、軸受３０，４０の予圧Ｐを基準予圧Ｐ０とした場合に刃具８１が相手部材に接触した位置を検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、工作機械の主軸装置において、主軸装置に取り付けられた刃具が相手部材に対する相対位置を検出するために用いられ、刃具が相手部材に接触した位置を検出する刃具接触検出装置に関するものである。

特開平１１−９５８２１号公報（特許文献１）には、主軸の負荷変動成分により、工具が被加工物に接触したことを検出することが記載されている。また、特開平１０−２７７８８９号公報（特許文献２）には、相手部材に取り付けられた刃先センサに刃具が接触することで刃具が相手側部材に接触したことを検出することが記載されている。特開２００５−２６２３８５号公報（特許文献３）には、アコースティックエミッションセンサ（ＡＥセンサ）を用いて、刃具と被加工物とが接触したことを検出することが記載されている。

特開平１１−９５８２１号公報特開平１０−２７７８８９号公報特開２００５−２６２３８５号公報

ところで、刃具の相手部材に対する接触位置の検出に際して刃具を相手部材に接触させると、その衝突力によって刃具を装着している主軸に負荷がかかる。そして、相手部材に対して刃具を接近させる速度が速いほど、主軸にかかる負荷が大きくなる。主軸に大きな負荷がかかると軸受が損傷するおそれがあるため、接触検出に際して刃具を相手部材に接近させる速度は、主軸にかかる負荷が設定範囲内となるように設定している。ここで、刃具の相手部材に対する接触位置の検出時間の短縮が求められるようになってきた。しかし、上述したように、軸受に損傷を与えるおそれがあるため、相手部材に対して刃具を接近させる速度を単に速めることはできない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、軸受に損傷を与えることなく相手部材に対して刃具を接近させる速度を早くすることを可能とすることにより、刃具の接触位置の検出時間を短縮することができる刃具接触検知装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、円筒形状に形成されたハウジングと、軸方向一端側に刃具が取り付けられた主軸と、前記ハウジングの内周面と前記主軸の外周面との間に介装され、前記ハウジングに対して前記主軸を回転可能に支持する軸受と、被加工物の加工の際に適用する前記軸受の基準予圧に対して前記軸受の予圧を調整可能であって、前記軸受の予圧を前記基準予圧より低くすることにより前記基準予圧における前記ハウジングと前記主軸の相対位置に対して前記ハウジングと前記主軸の相対位置を変更させる予圧調整手段と、前記基準予圧における前記ハウジングに対する前記主軸の相対位置を基準位置として、当該基準位置からの前記ハウジングに対する前記主軸の変位量を検出する変位センサと、前記予圧調整手段により前記軸受の予圧を前記基準予圧より低くした状態において前記刃具を相手部材に接触させた場合の前記変位センサによる検出値を用いて、前記軸受の予圧を前記基準予圧とした場合に前記刃具が前記相手部材に接触した位置を検出する刃具接触位置検出手段と、を備えることである。

請求項２に係る発明は、前記変位センサは、前記基準予圧における前記ハウジングに対する前記主軸の軸方向相対位置を基準位置として、前記ハウジングに対する前記主軸の軸方向の変位量を検出する軸方向変位センサであり、前記刃具接触検出手段は、前記刃具を前記相手部材に対して前記主軸の軸方向に接近させて、前記刃具を前記相手部材に接触させた場合に、前記軸方向変位センサの検出値を用いて、前記軸受の予圧を前記基準予圧とした場合に前記刃具が前記相手部材に接触した位置を算出することである。

請求項３に係る発明は、前記変位センサは、前記基準予圧における前記ハウジングに対する前記主軸の径方向相対位置を基準位置として、前記ハウジングに対する前記主軸の径方向の変位量を検出する径方向変位センサであり、前記刃具接触検出手段は、前記刃具を前記相手部材に対して前記主軸の径方向に接近させて、前記刃具を前記相手部材に接触させた場合に、前記径方向変位センサの検出値を用いて、前記軸受の予圧を前記基準予圧とした場合に前記刃具が前記相手部材に接触した位置を算出することである。

請求項１に係る発明によれば、軸受の予圧を基準予圧より低くした状態で刃具を相手部材に接触させる。軸受の予圧が基準予圧より低くすることで、軸受による支持剛性を低くしている。このことにより、ハウジングと主軸の相対位置が、被加工物の加工の際（基準予圧の状態）におけるハウジングと主軸の相対位置から移動する。つまり、軸受の予圧を基準予圧より低くすることで、軸受が損傷しないようにするための主軸が受け得る負荷（許容量）を基準負荷に比べて大きくできる。そのため、刃具を相手部材に接近させる速度を速くしたとしても、刃具が相手部材に接触することにより主軸にかかる負荷を許容範囲内とすることができる。従って、軸受に損傷を与えることなく刃具を相手部材に対して接近させる速度を早くすることができ、結果として刃具の相手部材への接触位置の検出時間を短縮できる。

請求項２に係る発明によれば、相手部材に対して刃具を軸方向に接近させる動作によって、刃具の相手部材への接触位置の検出が可能となる。請求項３に係る発明によれば、相手部材に対して刃具を径方向に接近させる動作によって、刃具の相手部材への接触位置の検出が可能となる。

工作機械の主軸装置の軸方向断面図である。刃具を相手部材に対して軸方向に接近させる場合に、軸受の予圧とハウジングに対する主軸の軸方向位置および主軸の軸方向許容量との関係を示す図である。刃具を相手部材に対して軸方向に接近させて接触させるまでの各種情報について挙動を示す図である。刃具を相手部材に対して径方向に接近させる場合に、軸受の予圧とハウジングに対する主軸の軸方向位置および主軸の軸方向許容量との関係を示す図である。刃具を相手部材に対して径方向に接近させて接触させるまでの各種情報について挙動を示す図である。

本実施形態の工作機械の主軸装置の機械構成部分について、図１を参照して説明する。本実施形態の工作機械の主軸装置は、主として、ハウジング１０と、主軸２０と、転がり軸受装置３０、４０、５０と、予圧付与ピストン部材６０と、モータ７０とを備えている。ハウジング１０は、前側ハウジング１１と、中央ハウジング１２と、第一後側ハウジング１３と、第二後側ハウジング１４と、スリーブ部材１５と、ハウジングキャップ１６とにより構成される。それぞれの部材１１〜１６は略円筒状に形成されており、それらの部材１１〜１６が一体に連結固定されることで、ハウジング１０が略円筒状に形成されている。

スリーブ部材１５は、軸方向中央部に径方向外方へ突出するリング状のフランジ部を有する。このスリーブ部材１５のフランジ部が、前側ハウジング１１と中央ハウジング１２との軸方向間に配置される。さらに、スリーブ部材１５におけるフランジ部の軸方向両側にある円筒部分が、中央ハウジング１２の前側（軸方向において、刃具８１の取付端側、図１において左側）端部の内周と前側ハウジング１１の内周に嵌合されている。スリーブ部材１５の内周面のうち軸方向中央部には、中央ハウジング１２およびスリーブ部材１５に形成された流体供給路９１の油排出開口部が形成されている。この流体供給路９１には、ポンプユニット（図示せず）が接続され、そのポンプユニットより所定の圧力に調整された油が供給される。

ハウジングキャップ１６は、前側ハウジング１１およびスリーブ部材１５の軸方向前側端に取り付けられる。このハウジングキャップ１６とスリーブ部材１５とにより、第一前側転がり軸受装置３０の外輪を軸方向間に挟んでいる。このハウジングキャップ１６には、径方向変位センサ２０１が固定されている。この径方向変位センサ２０１は、ハウジングキャップ１６に対する主軸２０の外周面の径方向変位を検出する。さらに、ハウジングキャップ１６には、軸方向変位センサ２０２が固定されている。この軸方向変位センサ２０２は、ハウジングキャップ１６に対する主軸２０の軸方向端面の軸方向変位を検出する。

主軸２０は、略円筒状に形成されており、ハウジング１０の内周面に転がり軸受装置３０，４０，５０を介して回転自在に支持されている。主軸２０の中空内部には、刃具８１が固定されたホルダ８２をクランプするクランプユニット８３や、クランプユニット８３を作動させるプッシュロッド８４およびドローバー８５が収容されている。また、主軸２０の軸方向後側であって、第二後側ハウジング１４の中空内部には、クランプユニット８３を操作するためのシリンダ組立体８６が配置されている。主軸２０の外周面の軸方向中央部には、モータ７０のロータ７１が固定されている。このロータ７１の外周側には、モータ７０のステータ７２が設けられている。このステータ７２は、中央ハウジング１２の内周面に嵌合固定されている。主軸２０は、このモータ７０により回転駆動されるようになっている。

第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０は、それぞれ二対のアンギュラ玉軸受を備えて構成されている。第一前側転がり軸受装置３０は、モータ７０の軸方向前側（刃具８１の取付端側）であって、前側ハウジング１１の内周面と主軸２０の外周面との間に嵌合される。第二前側転がり軸受装置４０は、モータ７０の軸方向前側であり、第一前側転がり軸受装置３０の軸方向後側（刃具８１の取付端側とは反対側）に配置される。この第二前側転がり軸受装置４０は、スリーブ部材１５の内周側に設けられた予圧付与ピストン部材６０の内周面と主軸２０の外周面との間に嵌合される。

第一前側転がり軸受装置３０のアンギュラ玉軸受の接触角と、第二前側転がり軸受装置４０のアンギュラ玉軸受の接触角は、軸直交平面に対して対称となるように設けられている。具体的には、第一前側転がり軸受装置３０の外輪と転動体の接点は、当該転動体の中心よりも軸方向後側（第二前側転がり軸受装置４０側）に位置し、第二前側転がり軸受装置４０の外輪と転動体の接点は、当該転動体の中心よりも軸方向前側（刃具８１の取付端側）に位置する。また、第一前側転がり軸受装置３０の内輪と転動体の接点は、当該転動体の中心よりも軸方向前側（刃具８１の取付端側）に位置し、第二前側転がり軸受装置４０の内輪と転動体の接点は、当該転動体の中心よりも軸方向後側（モータ７０側）に位置する。

後側転がり軸受装置５０は、図１に示すように、一個の円筒ころ軸受を備えて構成されている。後側転がり軸受装置５０は、モータ７０の軸方向後側（刃具８１の取付端側と反対側）であって、第一後側ハウジング１３の内周面と主軸２０の外周面との間に嵌合される。

予圧付与ピストン部材６０は、略円筒状に形成されている。この予圧付与ピストン部材６０は、スリーブ部材１５の内周面と第二前側転がり軸受装置４０の外輪の外周面との間に嵌合されている。この予圧付与ピストン部材６０の外周面とスリーブ部材１５に形成された流体供給路９１の油排出開口部との間には、流体供給路９１を介して供給された油が滞留する油滞留部９２が環状に形成されている。この油滞留部９２における油の圧力が高くなると、予圧付与ピストン部材６０には、スリーブ部材１５に対して軸方向後側へ移動する力が発生する。つまり、予圧付与ピストン部材６０は、第二前側転がり軸受装置４０の外輪を軸方向後側へ押圧する力が発生する。

従って、油滞留部９２における油の圧力を高めることで、予圧付与ピストン部材６０により第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０に付与される予圧を高くすることになる。逆に、油滞留部９２における油の圧力を低くすることで、第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０に付与される予圧を低くすることになる。そして、油滞留部９２には予め設定された圧力の油を付与しており、第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０には予め設定された予圧が付与されている。また、予圧付与ピストン部材６０の外周面とスリーブ部材１５の内周面との間において、油滞留部９２の軸方向両側には、軸方向への油の漏洩を防止するためにＯリングなどのシール部材が配置されている。

そして、第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０における外輪または内輪と転動体との接触点の関係から、予圧付与ピストン部材６０により付与される予圧が高くすると、ハウジング１０に対して主軸２０を軸方向後側へ僅かながら移動させることになる。つまり、第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０に付与される予圧が高いほど、すなわち流体供給路９１に供給する油の圧力が高いほど、ハウジング１０に対する主軸２０の軸方向位置が軸方向後側へ移動する。

次に、刃具８１を相手部材、例えば被加工物に対する相対位置を検出するために、ハウジング１０を相手部材に対して軸方向に移動させることによって刃具８１を相手部材に接触させて、接触した位置を検出する手順について、図２および図３を参照して説明する。

まずは、図２（ａ）を参照して、第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０に付与する予圧Ｐと、ハウジング１０に対する主軸２０の軸方向位置Ｚとの関係を説明する。予圧Ｐの基準値をＰ０とする。この基準予圧Ｐ０は、加工する際に使用する予圧Ｐである。この基準予圧Ｐ０において、ハウジング１０に対する主軸２０の軸方向位置Ｚ０を０とする。

そして、予圧ＰをＰ１まで低下させると、第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０による支持剛性が低くなる。そうすると、ハウジング１０に対する主軸２０の軸方向位置Ｚは、プラスＺ１（＋Ｚ１）となる。ここで、軸方向の正方向は、軸方向前側（図１における左側）、すなわち刃具８１の取付端側とする。つまり、予圧Ｐを基準予圧Ｐ０から低下させると、主軸２０は、ハウジング１０に対して軸方向前側へＺ１移動する。

ここで、ハウジング１０に対する主軸２０の軸方向許容量Ａについて、図２（ｂ）を参照して説明する。基準予圧Ｐ０において、主軸２０がハウジング１０に対してマイナスＺ（−Ｚ）方向に移動すると、第二前側転がり軸受装置４０にかかる負荷が増加する。そして、第二前側転がり軸受装置４０にかかる負荷が大きくなりすぎると損傷するおそれがある。そこで、第二前側転がり軸受装置４０が受け得る負荷の限界値から、主軸２０がハウジング１０に対してマイナスＺ方向に移動することができる許容量が設定される。そして、基準予圧Ｐ０における当該許容量が、軸方向許容量Ａ０である。

予圧Ｐを基準予圧Ｐ０からＰ１に低下させると、上述したように、ハウジング１０に対する主軸２０の軸方向位置Ｚは、プラスＺ１（＋Ｚ１）となる。従って、予圧Ｐ１における軸方向許容量Ａ１は、基準予圧Ｐ０における軸方向許容量Ａ０に比べて、Ｚ１の分だけ増加する。つまり、予圧Ｐ１における軸方向許容量Ａ１は、（Ａ０＋Ｚ１）となる。このように、予圧Ｐを基準予圧Ｐ０から低下させると、主軸２０の軸方向許容量Ａが増加する。

次に、図３（ａ）〜図３（ｄ）を参照して、刃具８１を被加工物（相手部材）に軸方向に接近させて接触させる動作について説明する。なお、図３（ｃ）と図３（ｄ）の縦軸のスケールは、説明上分かりやすくするために異なるスケールとして図示している。

まず、時刻ｔ０において、図３（ｂ）に示すように、予圧Ｐは基準予圧Ｐ０としている。このとき、図３（ａ）に示すように、ハウジング１０の軸方向前側端面と被加工物との軸方向距離Ｚａは、Ｚａ１である。この状態を初期状態として、ハウジング１０を軸方向に移動させて被加工物に接近させていく。ここで、図３（ｃ）に示すように、時刻ｔ０において、刃具８１と被加工物との軸方向距離Ｚｂは、Ｚｂ０である。また、軸方向変位センサ２０２の出力は、初期状態としているため０（零）である。

続いて、時刻ｔ１には、図３（ｂ）に示すように、予圧Ｐを基準予圧Ｐ０からＰ１へ低下させる。このとき、図３（ａ）に示すように、ハウジング１０は移動させないため、ハウジング１０の軸方向前側端面と被加工物との軸方向距離Ｚａは、時刻ｔ０のときと同様のＺａ１である。

しかし、予圧ＰをＰ１に低下させることで、図２（ａ）に示したように、主軸２０がハウジング１０に対して軸方向前側にＺ１移動する。そのため、図３（ｃ）に示すように、時刻ｔ１における刃具８１と被加工物との軸方向距離Ｚｂは、Ｚｂ０からＺ１だけ接近したＺｂ１になる。そして、時刻ｔ１における軸方向変位センサ２０２の出力も、初期状態の０（零）からＺ１だけ増加した値Ｚｃ１となる。

続いて、図３（ａ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間、ハウジング１０を軸方向に移動させて被加工物に接近させる。この間、予圧Ｐは、図３（ｂ）に示すように、Ｐ１の一定値としておく。ここで、時刻ｔ３とは、軸方向変位センサ２０２の出力により刃具８１が被加工物に接触したことを検出する時刻である。軸方向変位センサ２０２の出力が変化することによって、刃具８１が被加工物に接触したことを検出することができる。

以下に、刃具８１が被加工物に接触した時刻ｔ２から、検出機器によって刃具８１が被加工物に接触したことを検出した時刻ｔ３までについて詳細に説明する。時刻ｔ１から時刻ｔ３の間である時刻ｔ２において、刃具８１が被加工物に接触する。つまり、図３（ｃ）に示すように、時刻ｔ２において、刃具８１と被加工物との軸方向距離Ｚｂ２が０（零）となっている。このとき、軸方向変位センサ２０２の出力Ｚｃ２は、時刻ｔ１の時と同様にＺｃ１である。

さらに、時刻ｔ２から時間が経過すると、図３（ｃ）に示すように、刃具８１は被加工物に接触した状態を維持するが、図３（ａ）に示すように、ハウジング１０の軸方向前側端面と被加工物との軸方向距離Ｚａは、時刻ｔ２における軸方向距離Ｚａ２よりも近くなっていく。そのため、図３（ｄ）に示すように、時刻ｔ２から時間が経過すると、軸方向変位センサ２０２の出力が小さくなっていく。

ここで、軸方向変位センサ２０２の出力が変化することにより、刃具８１が被加工物に接触したと判断できる。刃具８１が被加工物に接触したことを検出するには、軸方向変位センサ２０２の出力の変化量が設定値以上となることに加えて、変化し始めてからの検出機器が実際に検出できるまでの最短時間（分解能）以上であることが必要である。そのため、刃具８１が被加工物に実際に接触してから、検出機器が接触したことを検出するまでには時間を要する。

本実施形態においては、時刻ｔ３において、刃具８１が被加工物に接触したことを検出できたものとする。この時刻ｔ３においては、軸方向変位センサ２０２の出力がＺｃ３となる。つまり、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間において、ハウジング１０に対して主軸２０が軸方向後側へ（Ｚｃ１−Ｚｃ３）だけ移動したことになる。

従って、時刻ｔ３におけるハウジング１０の被加工物に対する軸方向位置に、軸方向変位センサ２０２の出力Ｚｃ３を補正値として加算した値が、基準予圧Ｐ０において刃具８１が被加工物に接触したときのハウジング１０の被加工物に対する軸方向位置となる。このようにして、基準予圧Ｐ０において刃具８１が被加工物に接触した位置を算出することができる。

ここで、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間におけるハウジング１０に対する主軸２０の軸方向移動量は、ハウジング１０の被加工物に対する移動速度が早いほど大きくなる。そして、ハウジング１０に対する主軸２０の軸方向移動量が、図２（ｂ）に示す軸方向許容量Ａの範囲内である必要がある。そのため、軸方向許容量Ａに応じて、ハウジング１０の被加工物に対する移動速度を決定する必要がある。

本実施形態においては、刃具８１を被加工物に接触させる際には（時刻ｔ２〜ｔ３）、図３（ｂ）に示すように、予圧Ｐを基準予圧Ｐ０から低下させたＰ１にしている。そのため、軸方向許容量Ａは、図２（ｂ）および図３（ｄ）に示すように、基準予圧Ｐ０のときの軸方向許容量Ａ０よりも大きな値Ａ１となる。このように軸方向許容量Ａ１に増加できることにより、ハウジング１０の被加工物に対する移動速度を速くしたとしても、第二前側転がり軸受装置４０が損傷することを防止できる。

特に、図３（ｄ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間における軸方向変位センサ２０２の出力の変化量、すなわちハウジング１０に対する主軸２０の軸方向移動量（Ｚｃ１−Ｚｃ３）は、基準予圧Ｐ０における軸方向許容量Ａ０よりも大きな値となっている。つまり、予圧Ｐを基準予圧Ｐ０の状態において、上述したハウジング１０の被加工物に対する移動速度と同一速度で、刃具８１を被加工物に接触させると、主軸２０の軸方向移動量が軸方向許容量Ａ０を超えてしまう。

つまり、基準予圧Ｐ０の状態では、上述したハウジング１０の被加工物に対する移動速度で、刃具８１を被加工物に接触させることができない。従って、予圧Ｐを基準予圧Ｐ０より低下させたＰ１とした状態において接触検出動作を行うことで、基準予圧Ｐ０の場合に比べて、接触検出に要する時間を短縮することができる。

次に、刃具８１を相手部材、例えば被加工物に対する相対位置を検出するために、ハウジング１０を相手部材に対して径方向に移動させることによって刃具８１を相手部材に接触させて、接触した位置を検出する手順について、図４および図５を参照して説明する。

まずは、図４（ａ）を参照して、第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０に付与する予圧Ｐと、ハウジング１０に対する主軸２０の径方向位置Ｄとの関係を説明する。予圧Ｐの基準値をＰ０とする。この基準予圧Ｐ０は、加工する際に使用する予圧Ｐである。この基準予圧Ｐ０において、ハウジング１０に対する主軸２０の径方向位置Ｄ０を０とする。そして、予圧ＰをＰ１まで低下させると、ハウジング１０に対する主軸２０の軸方向位置は変化するが、ハウジング１０に対する主軸２０の径方向位置Ｄ１は０のままである。

次に、ハウジング１０に対する主軸２０の径方向許容量Ｂについて、図４（ｂ）を参照して説明する。基準予圧Ｐ０において、主軸２０がハウジング１０に対して径方向に移動すると、第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０にかかる負荷が増加する。そして、第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０にかかる負荷が大きくなりすぎると損傷するおそれがある。そこで、第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０が受け得る負荷の限界値から、主軸２０がハウジング１０に対して径方向に移動することができる許容量が設定される。そして、基準予圧Ｐ０における当該許容量が、径方向許容量Ｂ０である。

予圧Ｐを基準予圧Ｐ０からＰ１に低下させると、上述したように、ハウジング１０に対して主軸２０が軸方向に移動する。このことに伴って、予圧Ｐ１における径方向許容量Ｂ１は、基準予圧Ｐ０における径方向許容量Ｂ０に比べて増加する。このように、予圧Ｐを基準予圧Ｐ０から低下させると、主軸２０の径方向許容量Ｂが増加する。

次に、図５（ａ）〜図５（ｄ）を参照して、刃具８１を被加工物（相手部材）に径方向に接近させて接触させる動作について説明する。まず、時刻ｔ０において、図５（ｂ）に示すように、予圧Ｐは基準予圧Ｐ０としている。このとき、図５（ａ）に示すように、ハウジング１０の軸中心と被加工物との径方向距離Ｄａは、Ｄａ１である。この状態を初期状態として、ハウジング１０を径方向に移動させて被加工物に接近させていく。ここで、図５（ｃ）に示すように、時刻ｔ０において、刃具８１と被加工物との径方向距離Ｄｂは、Ｄｂ０である。また、径方向変位センサ２０１の出力は、初期状態としているため０（零）である。

続いて、時刻ｔ１には、図５（ｂ）に示すように、予圧Ｐを基準予圧Ｐ０からＰ１へ低下させる。このとき、図５（ａ）に示すように、ハウジング１０は移動させないため、ハウジング１０の軸中心と被加工物との径方向距離Ｄａは、時刻ｔ０のときと同様のＤａ１である。

そして、予圧ＰをＰ１まで低下させると、第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０による支持剛性が低くなる。そうすると、ハウジング１０に対して主軸２０が軸方向に移動する。しかし、予圧ＰをＰ１まで低下させたとしても、図４（ａ）に示したように、主軸２０がハウジング１０に対して径方向には移動しない。そのため、図５（ｃ）に示すように、時刻ｔ１における刃具８１と被加工物との径方向距離Ｄｂ１は、時刻ｔ０のときと同様のＤｂ０である。そして、時刻ｔ１における径方向変位センサ２０１の出力も、初期状態の０（零）と同様の０である。

続いて、図５（ａ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間、ハウジング１０を径方向に移動させて被加工物に接近させる。この間、予圧Ｐは、図５（ｂ）に示すように、Ｐ１の一定値としておく。ここで、時刻ｔ３とは、径方向変位センサ２０１の出力により刃具８１が被加工物に接触したことを検出する時刻である。径方向変位センサ２０１の出力が変化することによって、刃具８１が被加工物に接触したことを検出することができる。

以下に、刃具８１が被加工物に接触した時刻ｔ２から、検出機器によって刃具８１が被加工物に接触したことを検出した時刻ｔ３までについて詳細に説明する。時刻ｔ１から時刻ｔ３の間である時刻ｔ２において、刃具８１が被加工物に接触する。つまり、図５（ｃ）に示すように、時刻ｔ２において、刃具８１と被加工物との径方向距離Ｄｂ２が０（零）となっている。このとき、径方向変位センサ２０１の出力Ｄｃ２は、時刻ｔ１の時と同様に０である。

さらに、時刻ｔ２から時間が経過すると、図５（ｃ）に示すように、刃具８１は被加工物に接触した状態を維持するが、図５（ａ）に示すように、ハウジング１０の軸中心と被加工物との径方向距離Ｄａは、時刻ｔ２における径方向距離Ｄａ２よりも近くなっていく。そのため、図５（ｄ）に示すように、時刻ｔ２から時間が経過すると、径方向変位センサ２０１の出力が小さくなっていく。

ここで、径方向変位センサ２０１の出力が変化することにより、刃具８１が被加工物に接触したと判断できる。刃具８１が被加工物に接触したことを検出するには、径方向変位センサ２０１の出力の変化量が設定値以上となることに加えて、変化し始めてからの検出機器が実際に検出できるまでの最短時間（分解能）以上であることが必要である。そのため、刃具８１が被加工物に実際に接触してから、検出機器が接触したことを検出するまでには時間を要する。

本実施形態においては、時刻ｔ３において、刃具８１が被加工物に接触したことを検出できたものとする。この時刻ｔ３においては、径方向変位センサ２０１の出力がＤｃ３となる。つまり、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間において、ハウジング１０に対して主軸２０が径方向へ（Ｄｃ１−Ｄｃ３）だけ移動したことになる。

従って、時刻ｔ３におけるハウジング１０の被加工物に対する径方向距離から、径方向変位センサ２０１の出力Ｄｃ３を補正値として減算した値が、基準予圧Ｐ０において刃具８１が被加工物に接触したときのハウジング１０の被加工物に対する径方向位置となる。このようにして、基準予圧Ｐ０において刃具８１が被加工物に接触した位置を算出することができる。

ここで、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間におけるハウジング１０に対する主軸２０の径方向移動量は、ハウジング１０の被加工物に対する移動速度が早いほど大きくなる。そして、ハウジング１０に対する主軸２０の径方向移動量が、図４（ｂ）に示す径方向許容量Ｂの範囲内である必要がある。そのため、径方向許容量Ｂに応じて、ハウジング１０の被加工物に対する移動速度を決定する必要がある。

本実施形態においては、刃具８１を被加工物に接触させる際には（時刻ｔ２〜ｔ３）、図５（ｂ）に示すように、予圧Ｐを基準予圧Ｐ０から低下させたＰ１にしている。そのため、径方向許容量Ｂは、図４（ｂ）および図５（ｄ）に示すように、基準予圧Ｐ０のときの径方向許容量Ｂ０よりも大きな値Ｂ１となる。このように径方向許容量Ｂ１に増加できることにより、ハウジング１０の被加工物に対する移動速度を速くしたとしても、第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０が損傷することを防止できる。

特に、図５（ｄ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間における径方向変位センサ２０１の出力の変化量、すなわちハウジング１０に対する主軸２０の径方向移動量（Ｄｃ１−Ｄｃ３）は、基準予圧Ｐ０における径方向許容量Ｂ０よりも大きな値となっている。つまり、予圧Ｐを基準予圧Ｐ０の状態において、上述したハウジング１０の被加工物に対する移動速度と同一速度で、刃具８１を被加工物に接触させると、主軸２０の径方向移動量が径方向許容量Ｂ０を超えてしまう。

以上説明したように、本実施形態によれば、第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０の予圧Ｐを基準予圧Ｐ０より低くした状態で刃具８１を被加工物に接触させる。このことにより、ハウジング１０と主軸２０の相対位置が、被加工物の加工の際（基準予圧の状態）におけるハウジング１０と主軸２０の相対位置から移動する。つまり、第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０の予圧Ｐを基準予圧Ｐ０より低くすることで、第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０が損傷しないようにするための主軸２０が受け得る負荷を基準負荷に比べて大きくできる。そのため、刃具８１を被加工物に接近させる速度を速くしたとしても、刃具８１が被加工物に接触することにより主軸２０にかかる負荷を許容範囲内とすることができる。従って、第一，第二前側転がり軸受装置３０，４０に損傷を与えることなく刃具８１を被加工物に対して接近させる速度を早くすることができ、結果として刃具８１の被加工物への接触位置の検出時間を短縮できる。

１０：ハウジング、１１：前側ハウジング、１２：中央ハウジング
１３：第一後側ハウジング、１４：第二後側ハウジング
１５：スリーブ部材、１６：ハウジングキャップ
２０：主軸、３０，４０，５０：軸受装置、６０：予圧付与ピストン部材
７０：モータ、７１：ロータ、７２：ステータ
８１：刃具、８２：ホルダ、８３：クランプユニット、８４：プッシュロッド
８５：ドローバー、８６：シリンダ組立体
９１：流体供給路、９２：油滞留部
２０１：径方向変位センサ、２０２：軸方向変位センサ

Claims

円筒形状に形成されたハウジングと、
軸方向一端側に刃具が取り付けられた主軸と、
前記ハウジングの内周面と前記主軸の外周面との間に介装され、前記ハウジングに対して前記主軸を回転可能に支持する軸受と、
被加工物の加工の際に適用する前記軸受の基準予圧に対して前記軸受の予圧を調整可能であって、前記軸受の予圧を前記基準予圧より低くすることにより前記基準予圧における前記ハウジングと前記主軸の相対位置に対して前記ハウジングと前記主軸の相対位置を変更させる予圧調整手段と、
前記基準予圧における前記ハウジングに対する前記主軸の相対位置を基準位置として、当該基準位置からの前記ハウジングに対する前記主軸の変位量を検出する変位センサと、
前記予圧調整手段により前記軸受の予圧を前記基準予圧より低くした状態において前記刃具を相手部材に接触させた場合の前記変位センサによる検出値を用いて、前記軸受の予圧を前記基準予圧とした場合に前記刃具が前記相手部材に接触した位置を検出する刃具接触位置検出手段と、
を備えることを特徴とする工作機械の主軸装置の刃具接触検出装置。
請求項１において、
前記変位センサは、前記基準予圧における前記ハウジングに対する前記主軸の軸方向相対位置を基準位置として、前記ハウジングに対する前記主軸の軸方向の変位量を検出する軸方向変位センサであり、
前記刃具接触検出手段は、前記刃具を前記相手部材に対して前記主軸の軸方向に接近させて、前記刃具を前記相手部材に接触させた場合に、前記軸方向変位センサの検出値を用いて、前記軸受の予圧を前記基準予圧とした場合に前記刃具が前記相手部材に接触した位置を算出することを特徴とする工作機械の主軸装置の刃具接触検出装置。
請求項１において、
前記変位センサは、前記基準予圧における前記ハウジングに対する前記主軸の径方向相対位置を基準位置として、前記ハウジングに対する前記主軸の径方向の変位量を検出する径方向変位センサであり、
前記刃具接触検出手段は、前記刃具を前記相手部材に対して前記主軸の径方向に接近させて、前記刃具を前記相手部材に接触させた場合に、前記径方向変位センサの検出値を用いて、前記軸受の予圧を前記基準予圧とした場合に前記刃具が前記相手部材に接触した位置を算出することを特徴とする工作機械の主軸装置の刃具接触検出装置。