JP2019136827A - ツールプリセッタ - Google Patents

Abstract

【課題】ツールプリセッタのナット締付作業時に、主軸部を任意の回転位置で固定することを課題とする。【解決手段】ツールプリセッタは、工具を挟持するテーパコレットと、前記テーパコレットを収納すると共に、収納した前記テーパコレットを縮径すると共に軸方向下方に向かって押し付けるナットを有する工具ホルダーと、前記工具ホルダーを保持する主軸部と、前記主軸部に設けられたブレーキディスクと、前記ブレーキディスクの回転を停止させる回転停止部と、前記回転停止部の制御部と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、ツールプリセッタに関する。

従来、工具を竪型姿勢でセットする主軸部（スピンドル本体）を備え、その主軸部を任意の回転位置で固定するためのロック手段を備えたツールプリセッタが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１におけるロック手段は、雄ねじ部を有する押付けロッドの先端部が主軸部の外周面に押し付けられることで主軸部を任意の回転位置で固定することができる。

実開平４−７３４４８号公報

ところで、ツールプリセッタに、ドリル等の工具をセットする場合、テーパコレットを用いて工具を保持する工具ホルダーが用いられる場合がある。テーパコレットは、工具ホルダー内に収容され、工具ホルダーの上部に装着されるナットによって締め付けられることで縮径し、その中心部に設置された工具を固定する。ナットの締め付けは、例えば、工具の高さ位置の調整時に行われる。ツールプリセッタにおいて工具の高さ位置を調整するためには、工具の状態を検出するためのセンサーやカメラ等に対し、工具を所定の回転位相でセットすることが求められる場合がある。このため、工具ホルダーが装着される主軸部は、任意の回転位置で固定できることが望ましい。従来のツールプリセッタが備えるロック手段は、主軸部を任意の回転位置で固定することができる。しかしながら、ナット締付作業時の締付トルクは大きく、工具ホルダーを主軸部に装着した状態でナットの締め付けを行うと、従来のロック手段を用いても、主軸部を任意の回転位置に固定しておくことが困難であることが想定される。

そこで、本明細書開示のツールプリセッタは、ナット締付作業時に、主軸部を任意の回転位置で固定することを課題とする。

本明細書に開示されたツールプリセッタは、工具を挟持するテーパコレットと、前記テーパコレットを収納すると共に、収納した前記テーパコレットを縮径すると共に軸方向下方に向かって押し付けるナットを有する工具ホルダーと、前記工具ホルダーを保持する主軸部と、前記主軸部に設けられたブレーキディスクと、前記ブレーキディスクの回転を停止させる回転停止部と、前記回転停止部の制御部と、を有する。

本明細書開示のツールプリセッタによれば、ナット締付作業時に、主軸部を任意の回転位置で固定することができる。

図１は実施形態のツールプリセッタの概略構成を模式的に示す説明図である。 図２は枠体に設置された主軸部周辺を拡大して示す説明図である。 図３は工具ホルダーを、その一部を断面として示す説明図である。 図４は工具ホルダーの上端部に装着されるナットの周辺を拡大して示す説明図である。 図５（Ａ）は工具ホルダーの主軸部へのクランプを解除した状態を示す説明図であり、図５（Ｂ）は工具ホルダーを主軸部へクランプした状態を示す説明図である。 図６は実施形態のツールプリセッタにおける工具装着作業の一例を示すフローチャートである。 図７は他の実施形態のツールプリセッタが備える枠体に設置された主軸部周辺を拡大して示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。以下の説明におけるＸ軸方向及びＺ軸方向は、図１に示す方向に設定されているものとする。本実施形態において、Ｚ軸方向は、鉛直方向と一致しており、Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向と直交しており、水平面に含まれている。

（実施形態）
まず、図１を参照して、実施形態のツールプリセッタ１００について説明する。ツールプリセッタ１００は、基台１０１にＸ軸方向に沿って延びるように設けられた第１レール部１０２上を移動可能に設けられた第１スライダ部１０３を備える。第１スライダ部１０３には、Ｚ軸方向に沿って立設されたコラム１０４が設けられている。コラム１０４には、Ｚ軸方向に沿って延びる第２レール部１０５が設けられている。第２レール部１０５には、Ｚ軸方向に移動する第２スライダ部１０６が設けられている。第２スライダ部１０６には、アーム部１０７を介してカメラ１０８及び光源１０９が装着されている。カメラ１０８と光源１０９とは対向させて配置されており、カメラ１０８と光源１０９との間に配置される工具３４の装着状態を検出する。工具３４については、後に詳説する。

ツールプリセッタ１００の基台１０１には、枠体１０が固定されている。図２を参照すると、枠体１０は、中空円筒形状を有しており、軸受１１、１２を介して主軸部１３を回転可能に支持している。主軸部１３は、中空円筒形状を有しており、その内周側にＺ軸方向に沿って下方に向かうほど内径が小径となるテーパ部１３ａを備えている。テーパ部１３ａには、後述する工具ホルダー３０が保持される。主軸部１３の上縁部には、上方に向かって突出したドライブキー１３ｂが設けられている。

主軸部１３の下端部には、筒状の案内部１４が設けられている。案内部１４の上縁部にはテーパ部１４ａが設けられている。テーパ部１４ａの内径は、Ｚ軸方向に沿って下方に向かうほど小径となっている。案内部１４の内側には、クランプ部材１５が案内部１４の内周壁に摺動可能に収納されている。クランプ部材１５の上縁部には、一対のクランプ爪部１５ａが設けられている。一対のクランプ爪部１５ａは、クランプ部材１５の弾性によって接近及び離間することができ、これにより、後に説明する係合部３６に係合し、把持することができる。それぞれのクランプ爪部１５ａは、その外側に張出部１５ｂを備えている。この張出部１５ｂがテーパ部１４ａよりも上方に位置しているときには、クランプ爪部１５ａは、離間して開いた状態となる。これに対し、クランプ部材１５が案内部１４内で下方に移動すると、張出部１５ｂがテーパ部１４ａに接触し、これに伴って、クランプ爪部１５ａが接近し、クランプ爪部１５ａは閉じた状態となる。

クランプ部材１５の下端部には、連結部材１６を介して牽引軸部材１７が設けられている。牽引軸部材１７は、Ｚ軸方向下方に移動可能に設けられており、この牽引軸部材１７を作動させることで、クランプ部材１５を下方に移動させ、クランプ爪部１５ａを閉じる。

主軸部１３には、ブレーキディスク１８が取り付けられている。ブレーキディスク１８は、主軸部１３の下端に取付ボルト１９によって取り付けられている。ブレーキディスク１８と主軸部１３との間には、回り止めピン２０が装着されている。これにより、ブレーキディスク１８は、主軸部１３と一体化され、主軸部１３とともに回転する。

枠体１０の下端部には、ブレーキシリンダ２１が取り付けられている。ブレーキシリンダ２１には、圧縮空気導入部２２が設けられると共に、この圧縮空気導入部２２内に圧縮空気が導入されることでブレーキディスク１８に押しけられるブレーキシュー２３が組み込まれている。本実施形態におけるブレーキシュー２３はブレーキディスク１８を挟持するように配置されている。ブレーキシリンダ２１は、取付ボルト２４によって、枠体１０の下端部に取り付けられている。ブレーキシリンダ２１と枠体１０との間には、回り止めピン２５が装着されている。これにより、ブレーキシリンダ２１は、枠体１０と一体化されている。ブレーキシリンダ２１、圧縮空気導入部２２及びブレーキシュー２３は、ブレーキディスク１８の回転を停止させる回転停止部として機能する。

ブレーキシュー２３は、圧縮空気によってブレーキディスク１８に押し付けられることで主軸部１３を任意の回転位置で固定する。ブレーキシュー２３は、ブレーキディスク１８に押し付けられ、その回転を停止し、ブレーキディスク１８及び主軸部１３を固定状態とすることができればよい。本実施形態のブレーキシュー２３は、ブレーキディスク１８を挟持することで、より強力にブレーキディスク１８及び主軸部１３を固定することができる。

図３及び図４を参照すると、工具ホルダー３０は、その下端側に、Ｚ軸方向に沿って下方に向かうほど外径が小径となっている外側テーパ部３１を備えている。外側テーパ部３１は、主軸部１３が備えるテーパ部１３ａに保持される。外側テーパ部３１の上側には、フランジ部３１ａが設けられている。フランジ部３１ａには、ドライブ溝３７が設けられている。ドライブ溝３７には、工具ホルダー３０が主軸部１３に保持され、クランプされた状態となるときに、ドライブキー１３ｂが挿入される。これにより、工具ホルダー３０と主軸部１３とは、一体となって回転する状態となる。

工具ホルダー３０は、上部にナット３２を備えるとともに、ナット３２の装着部分の下側にコレット収納部３３を備えている。コレット収納部３３には、テーパコレット（以下、「コレット」と称する）５０が収納されている。

コレット収納部３３の内径は、Ｚ軸方向に沿って下方に向かうほど小径となっている。一方、コレット５０は、周方向に複数の部分に分割されており、中心部に工具３４を挿入した状態で縮径されることで、工具３４を狭持する。コレット５０は、下部テーパ部５０ａと、上部テーパ部５０ｂとを有する。下部テーパ部５０ａの外径は、Ｚ軸方向に沿って下方に向かうほど小径となっている。上部テーパ部５０ｂの外径は、Ｚ軸方向に沿って下方に向かうほど大径となっている。下部テーパ部５０ａは、コレット５０がコレット収納部３３内に収納されたときに、コレット収納部３３の内周壁に接触する。上部テーパ部５０ｂは、ナット３２の内側に接触する。このような状態でナット３２が締め付けられると、図４に示すように、ナット３２は、コレット５０を縮径するとともに、コレット５０を軸方向（Ｚ軸方向）下方に向かって押し付ける。コレット５０が縮径すると、工具３４がコレット５０に狭持される。また、コレット５０が軸方向下方に向かって押し付けられることで、下部テーパ部５０ａがコレット収納部３３の内周壁に密着し、コレット５０、ひいては、工具３４が工具ホルダー３０に固定された状態となる。本実施形態の工具３４は、ドリルであるが、リーマ等、その他の工具であってもよい。

工具ホルダー３０の下部テーパ部５０ａには、下方に向かって延びるプルスタッドボルト３５が設けられている。プルスタッドボルト３５の下端には、プルスタッドボルト３５の軸部の外径よりも外径が大きい係合部３６が設けられている。係合部３６は、クランプ部材１５が備えるクランプ爪部１５ａによって狭持される。

ここで、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して、工具ホルダー３０の主軸部１３へのクランプが解除された状態と、工具ホルダー３０が主軸部１３へクランプされた状態について説明する。図５（Ａ）を参照すると、クランプ部材１５の張出部１５ｂがテーパ部１４ａよりも上方に位置している。この状態では、クランプ爪部１５ａは、離間して開いた状態となっており、クランプ爪部１５ａは、係合部３６と係合していない。このため、工具ホルダー３０は、主軸部１３へのクランプが解除された状態となっている。一方、図５（Ｂ）に示すように、牽引軸部材１７を下方に引かれ、クランプ部材１５が下方に移動すると、張出部１５ｂが案内部１４のテーパ部１４ａに接触する。これに伴って、クランプ爪部１５ａが接近し、クランプ爪部１５ａは閉じた状態となって係合部３６に係合される。クランプ爪部１５ａが係合部３６に係合した状態で牽引軸部材１７がさらに下方に引かれると、外側テーパ部３１が主軸部１３のテーパ部１３ａに密着し、工具ホルダー３０が、主軸部１３にクランプされた状態となる。

つぎに、再び図１及び図２を参照すると、ツールプリセッタ１００は、回転停止部の一部として機能するブレーキシリンダ２１の制御部４０を備える。制御部４０は、圧縮空気源を含み、圧縮空気を圧縮空気導入部２２へ導入するための経路及び制御弁を含んでいる。制御部４０は、主軸部１３を固定したいときに制御弁を開いて圧縮空気を圧縮空気導入部へ送り込み、ブレーキシュー２３でブレーキディスク１８を挟持する。これにより、主軸部１３は、任意の回転位置で固定される。主軸部１３は、ブレーキディスク１８がブレーキシュー２３で狭持されている間、固定状態が維持される。

つぎに、図６を参照して、実施形態のツールプリセッタ１００における工具装着作業の一例について説明する。まず、ステップＳ１では、工具３４が挿入されたコレット５０を収納した工具ホルダー３０を主軸部１３にセットする。工具ホルダー３０は、牽引軸部材１７を下方に引くことで主軸部１３にクランプされる。

ステップＳ１に引き続いて行われるステップＳ２では、コレット５０の仮締め、具体的には、ナット３２の仮締めを行う。つぎに、ステップＳ３において、カメラ１０８を工具３４の高さ位置（突き出し量）を測定する位置に移動させる。

ステップＳ３に引き続いて行われるステップＳ４では、切れ刃位相を割り出す。ここで、切れ刃位相とは、カメラ１０８に対し、工具３４の刃先が最高点を示す位相である。切れ刃位相は、カメラ１０８によって工具３４を撮影することによって得られる工具３４の高さの測定値を監視しながら主軸部１３を回転させることで割り出す。

ステップＳ４に引き続いて行われるステップＳ５では、切れ刃を目標高さに調整する。ここで、切れ刃の目標高さは、ステップＳ７で行われるコレット５０の締め付けによる切れ刃高さの変化を考慮して行う。ナット３２によってコレット５０を締め付けると、工具３４は、下方に引き込まれ、工具長が変動する。この工具長の変動量は、工具３４のシャンク径や用いられるコレット５０の種類、ナット３２の締付トルクの影響を受ける。このため、用いられた工具３４及びコレット５０と、予め定めた締付トルクに応じた変動量を調査しておき、その変動量を考慮して切れ刃の高さを調整する。

ステップＳ５に引き続いて行われるステップＳ６では、制御部４０によってブレーキシリンダ２１を作動させてブレーキシュー２３によってブレーキディスク１８を挟持し、主軸部１３を固定する。このとき、工具３４の刃先は、カメラ１０８に対して最高点を示し、カメラ１０８に対する切れ刃位相は維持されている。

ステップＳ６に引き続いて行われるステップＳ７では、ナット３２によってコレット５０の締め付けが行われる。このとき、ブレーキディスク１８はブレーキシュー２３によって狭持され、主軸部１３は、固定されているため、切れ刃位相は維持される。このため、その状態で切れ刃高さの測定をすることができる。ステップＳ８において、カメラ１０８による撮影によって取得された画像を用いて切れ刃高さの測定、確認が行われる。

ステップＳ９では、切れ刃高さが公差内であるか否かを判定する。ステップＳ９でＹＥＳと判定したときは、ツールプリセッタ１００における工具装着作業は完了する。一方、ステップＳ９でＮＯと判定したときは、ステップＳ１０において、コレット５０の締め付けを解除し、その後、ステップＳ９でＹＥＳと判定されるまでステップＳ３からの処理を繰り返す。

このように、本実施形態のツールプリセッタ１００は、ブレーキシリンダ２１を作動させることでカメラ１０８に対する切れ刃位相を維持した状態で主軸部１３を固定することができる。このため、ナット３２の締付作業時に切れ刃位相を維持することができる。

仮に、主軸部１３の外周面にロッドの先端部を押し付ける形式の回転停止部を採用すると、ナット３２の締付作業における締付トルクに耐えることができず、主軸部１３が回転してしまうことが想定される。主軸部１３が回転すると切れ刃位相がずれることになるので、切れ刃高さを測定するために、再度、切れ刃位相を割り出さなければならない。

また、仮に、ナット３２の締付トルクに対抗できるように、主軸部１３の外周壁にロッドが挿し込まれる挿込穴を設けた構成とすることも考えられるが、このような構成も以下のような不都合が考えられる。

主軸部１３を固定するために、挿込穴は、主軸部１３の外周壁に少なくとも一つ設けられていればよいが、このような形態では、主軸部１３を任意の回転位置で固定することができない。主軸部１３を任意の回転位置で固定することができないと、ツールプリセッタ１００における工具装着作業の工程が増す。本実施形態であれば、切れ刃を目標高さに調整するステップＳ５に引き続いて、ブレーキシリンダ２１を作動させ、主軸部１３を固定することができる（ステップＳ６）。これに対し、ロッドを挿込穴に挿し込むことで主軸部１３を固定する形態であると、ロッドを挿込穴に挿し込むことができる位置まで主軸部１３を回転させなければならない。さらに、コレット５０の締め付けを行った後、再度、切れ刃位相の割り出しを行わなければならない。ロッドを挿込穴に挿し込むことができる位置まで主軸部１３を回転させたことで切れ刃位相がずれてしまうからである。

本実施形態のツールプリセッタ１００によれば、主軸部１３を任意の回転位置で固定することができるので、切れ刃位相を維持した状態で主軸部１３を固定することができる。この結果、ツールプリセッタ１００における工具装着作業を簡略化し、作業時間を短縮することができる。

本実施形態のブレーキディスク１８は、圧縮空気によってブレーキシュー２３を作動させるが、油圧によってブレーキシューを作動させるようにしてもよい。また、図７に示すように、電磁ブレーキ７１によって回転が停止され、固定状態とされるブレーキディスク６８を採用してもよい。ブレーキディスク６８は、主軸部１３の下端に取付ボルト６９によって取り付けられている。ブレーキディスク６８と主軸部１３との間には、回り止めピン７０が装着されている。これにより、ブレーキディスク６８は、主軸部１３と一体化され、主軸部１３とともに回転する。

枠体１０の下端部には、電磁ブレーキ７１が取り付けられている。電磁ブレーキ７１は、コイル部７２を備えており、コイル部７２に通電されると、磁力が生じ、ブレーキディスク６８の回転を停止させる。このような形態であっても、主軸部１３を任意の回転位置で固定することができる。ブレーキディスク６８は、コイル部７２が生じさせる磁力によって吸着される性質を有していればよく、鉄等の強磁性体により形成されていることが望ましい。電磁ブレーキは、従来高知の種々の形態のものを採用することができる。

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１０ 枠体
１３ 主軸部
１５ クランプ部材
１８、６８ ブレーキディスク
２１ ブレーキシリンダ
２２ 圧縮空気導入部
２３ ブレーキシュー
２４ 取付ボルト
２５ 回り止めピン
３０ 工具ホルダー
３２ ナット
３３ コレット収納部
３４ 工具
５０ コレット
７１ 電磁ブレーキ
１００ ツールプリセッタ

Claims (1)

1. 工具を挟持するテーパコレットと、
   前記テーパコレットを収納すると共に、収納した前記テーパコレットを縮径すると共に軸方向下方に向かって押し付けるナットを有する工具ホルダーと、
   前記工具ホルダーを保持する主軸部と、
   前記主軸部に設けられたブレーキディスクと、
   前記ブレーキディスクの回転を停止させる回転停止部と、
   前記回転停止部の制御部と、
   を有するツールプリセッタ。

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