JP2602306B2 - 切削工具保護装置における自動復帰装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は自動工具交換装置（ATC）付きの数値制御
工作機械、いわゆるマニシングセンタあるいは、ターニ
ングセンタなどの工作機械に用いるツールホルダなどに
取付けた切削工具を保護する装置の自動復帰装置に関
し、特に、工具に異常な力が加わった時には、工具取付
軸を主軸に対して回転方向と軸方向の何れか、あるいは
両方に逃がすようにし、異常状態が消滅すると同時に自
動復帰させることにより、切削作業を能率よく行えるよ
うにしたものである。

〔従来の技術〕

従来の技術として実開昭59-132710号公報に記載され
た考案のように工作機械のスピンドルとドリルチャック
の間にバネで押されたプランジャと、このプランジャの
先端が係合する係合凹部を設けて、ドリルチャックに固
定したドリルに加わる抵抗が一定値になると、プランジ
ャが係合凹部から外れてスピンドルとドリルチャックと
を切り離し、スピンドルに対してドリルチャックが自由
に回転し得るようにするとともに、トルクスイッチが働
いてスピンドルを非常停止させるようにしたものであ
る。

また、実公昭54-37513号公報に記載されている考案の
ように、工作機械の駆動側回転体と工具取付軸の回転の
差をネジ機構により軸方向の動きに変換し、これにより
差動トランスを作用させてトルクの変化を電気信号とし
て取出すようにしたものがある。

さらに、特公昭63-28742号公報記載の発明は、工具ホ
ルダに設けた３本の空気通路の一つに圧力空気を供給
し、工具にかかる推力によって軸方向に移動させられる
弁体が圧力空気の通路を切り換えたことを圧力スイッチ
で検出するようにしたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような従来の装置は切削工具の異常を検出して
工具を逃したり、警報を発して機械を停止したりする機
能は有するが、異常状態が消滅後に工具を復帰させる作
業に手数がかかり、能率が低下するという問題があっ
た。

この発明の目的は上記の問題を解決して、トルクやス
ラストの異常な力が発生した瞬間、切削工具の拘束を解
除して逃がし、工具を保護したのち、異常な力が消滅す
れば、直ちに工具を自動復帰させる装置を提供するもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明は、工作機械
の主軸に着脱自在に取り付けるツールホルダの回転部材
内に、工具取付軸を軸方向及び回転方向にそれぞれ移動
可能に設けると共に、工具取付軸の後部の工具取付軸に
対して回転可能な摺動部材を設け、工具取付軸の外周に
回転方向に並ぶ複数の凹部を設け、摺動部材の外周に全
周に亘る周溝を設け、上記回転部材内に、上記凹部にバ
ネ圧によって係合して回転部材の回転トルクを工具取付
軸に伝達する係合子と、上記周溝にバネ圧によって係合
して工具取付軸の軸方向の移動を規制する係合子をそれ
ぞれ設け、上記凹部に係合する係合子のバネ圧を、工具
取付軸に加わる異常トルクにより係合子が凹部から外れ
る大きさに設定し、上記回転部材と工具取付軸との間
に、異常スラストにより周溝と係合子との係合が外れて
回転部材内で後退した工具取付軸と摺動部材を、異常ス
ラストが消滅した状態で軸方向の元の位置に復帰させる
復元バネを摺動部材と回転部材との間に設けるという手
段を採用したのである。

上記の手段により、回転部材の回転トルクは、工具取
付軸に対し、工具取付軸の外周に設けた凹部と、回転部
材内に設けた係合子との係合によって伝達される。

そして、工具取付軸に係合子のバネ圧よりも大きな異
常トルクが加わると、係合子が凹部から外れて工具取付
軸が回転部材に対し回転するので、工具に加わる負荷が
軽減される。また、工具取付軸に係合子のバネ圧よりも
大きな異常スラストが加わると、係合子が摺動部材の周
溝から外れて、工具取付軸と摺動部材とが回転部材に対
して軸方向に後退し、工具に加わる軸方向の負荷が軽減
される。

次に、異常トルクと異常スラストが消滅すると、回転
部材と摺動部材との間に設けた復元バネによって、摺動
部材と工具取付軸が軸方向の元の位置まで押し戻され、
摺動部材の周溝に係合子が係合して軸方向の移動が規制
されると共に、凹部に係合子が係合して回転部材の回転
トルクが工具取付軸に再び伝達される。

このように、この発明では、工具に異常トルクと異常
スラストが加わると、回転部材に対し工具取付軸が軸方
向にそれぞれ移動して工具に加わる負荷を軽減し、異常
トルクと異常スラストが消滅すると、回転部材と摺動部
材の間に設けた復元バネによって工具取付軸と摺動部材
を軸方向の元の位置まで押し戻すようにしている。その
際に回転部材と工具取付軸との間に回転方向の抵抗があ
ると、工具への負荷の軽減と工具取付軸の復帰の妨げに
なるため、この発明では、工具取付軸の後部に摺動部材
を工具取付軸に対して回転可能に設けている。

〔実施例〕

第１図に示した実施例において、１はマニシングセン
タなどの工作機械の主軸（図示省略）に着脱自在に装着
したツールホルダで、４はその回転部材である。

また、回転部材４は円筒状で、その内部には工具取付
軸８を同芯に取付けるがこの工具取付軸は回転部材４に
対し軸方向と回転方向の両方に自由となっている。

11は部材４と工具取付軸８とを係合する回転方向の結
合手段で、この結合手段11は係合子の一例としてのボー
ル12と、このボールを受けるため、工具取付軸８の外側
に形成した複数の凹球状凹部14と、ボール12を凹部14に
押し付けるバネ15およびバネ受16からなっている。

上記バネ受16は回転部材４の前端外周に一体に形成し
た大径部２に設けた半径方向の孔に進退自在にはめ込ん
である。

また、大径部２の外周にはバネ受16の外周を受ける外
筒３も取付けてある。

17は軸方向の結合手段で、係合子の一例としてのボー
ル18と、このボールを受けるため、摺動部材９の外側全
周に形成した周溝19と、ボール18を周溝19に押し付ける
バネ20およびバネ受21からなっている。

上記バネ受21は回転部材４の中間部外周およびその外
側の筒体22に設けた半径方向の孔に進退自在にはめ込ん
である。

また、筒体22の外周にはバネ受21の外端を受ける外筒
23を取付けてある。

５は回転部材４の外側にはめた筒状の支持部材であ
る。

上記支持部材５の内周に位置する回転部材４に設けた
複数の半径方向のネジ孔には止ネジ６をそれぞれねじ込
んで、その内端のボール７を工具取付軸８の中間部の外
側全周にわたる周溝10に係合させて、工具取付軸８の抜
け止めとする。

また、前記摺動部材９は工具取付軸８の後部に配置し
たもので、回転部材４内の後部のバネ受部28と摺動部材
９間にバネ29を設けて、その先端の突軸27で工具取付軸
８後端の凹孔25内端のボール26に圧着せしめる。

上記支持部材５は工作機械の非回転部に着脱自在に固
定する非回転とし、エア式の検出手段を設ける。上記非
回転の支持部材５内部には前後のボールベアリング31、
32を介して前記回転部材４を回転自在に取付ける。

また、両ボールベアリング31、32の間には環状部材33
を設け、この部材33を部材５の内周に固定する。

また、部材33の内周面は回転部材４の連通孔34の部分
の外周に気密を保って接触している。

上記環状部材33の内周には連通孔34に通じる周溝を全
周に亘り形成し、この周溝に通じる半径方向の連通孔35
を部材33に設ける。

非回転支持部材５の一側には流体受部36を突出させて
一体に設け、この受部36には上記環状部材33の連通孔35
に通じる連通路37を設け、この連通路37を図示省略して
ある連結手段により工作機械を設けた空気供給路に着脱
自在に連結する。

上記の流体受部36に設けた連通路37の横にさらに別の
連通路39を設け、連通路37をトルク検出用、連通路39を
スラスト検出用とする。

また、環状部材33にも連通孔35の他に連通路39に通じ
る連通孔40を設ける。

さらに、工具取付軸８に設ける排気孔38はトルク検出
用として軸方向に長い長孔状とし、別にスラスト検出用
の排気孔41を設け、回転部材４には排気孔41に通じる連
通孔42を設けるが、この部材４の内周に連通孔42に通じ
る全周に亘る周溝43を設ける。

また図示省略してあるが工作機械の空気供給路にはコ
ンプレッサ、レシーバタンクなどからなる圧縮空気源が
通じており、その途中の分岐路に圧力センサを設ける。
この圧力センサは圧力スイッチのようなもので、このセ
ンサは制御アンプに接続され、このアンプからマニシン
グセンタの制御信号を発信するようになっている。

上記制御アンプは異常信号により機械を停止させるが
若干の時間が通過すると機械の運転を再開するようにプ
ログラムされている。

また、前記空気供給路には電磁弁を設けてツールホル
ダ１を主軸に取付けた条件でこの電磁弁が開くように回
路を構成する。

上記実施例の作用を説明すれば、回転部材４を工作機
械の主軸に固定し、工具取付軸８の先端にドリルなどの
切削工具を取付けて主軸の回転と前進により切削工具を
ワークへと切り込む。

通常の切削状態ではボール12、18が第３図、第５図の
ようにそれぞれ凹部14と周溝19に嵌合しているから、回
転部材４と工具取付軸８とは一体となって回転してい
る。

また、このような正常な切削の場合は第１図のよう
に、回転部材４の連通孔34、40が工具取付軸８の排気孔
38、41に通じている。

上記の切削加工中において切削屑の詰まりなどの原因
で刃物に大きな抵抗が働いて工具取付軸８が停止または
回転遅れとなると、結合手段11のボール12がバネ15を圧
縮し、第４図のように凹部14から外れて隣接する凹部14
との間の山に乗り上げることによって、回転部材４に対
する工具取付軸８の拘束を解除して刃物を逃がすことに
より、刃物を保護するが、軸８に対し、部材４がさらに
回ると、ボール12は直ちにつぎの凹部14に入って自動復
帰する。

また、加工中において切削屑の詰まりや切削工具の刃
先摩耗などにより切削工具に異常な推力が働いたとき
は、工具取付軸８がバネ29に抗して後退し、第６図のよ
うにボール18が周溝19から前方へ離脱して取付軸８を自
由にする。同時に前部のボール12も凹部14から離脱す
る。

しかし、工具取付軸８にはバネ29による復帰力が常に
働いているため、工具取付軸８の後退のために切屑が自
動的に除去されて抵抗がなくなったときなどはバネ29に
より工具取付軸８が自動復帰する機能がある。

また、上記のように、工具取付軸８が回転部材４に対
して回転方向にずれると、排気孔38と連通孔34がずれて
排気孔38が遮断される。

こうして排気孔38が遮断されると、送気路内の空気圧
が急上昇し、圧力センサがこれを感知してその信号が制
御アンプに入力され、これが、増巾されてマニシングセ
ンタの制御部に入力され工作機械の主軸を停止させる。

上記のような異常発生が軽度のものでは工具の後退な
どで正常に戻る場合もある。従って上記のように機械を
停止させたのち、若干の時間が経過したとき、機械の運
転を再開すると、正常に復帰しているときはそのまま加
圧作業が続行される。

正常に復帰していないときは工具取付軸８は依然とし
て停止しているかまたは回転部材４の回転よりも遅い回
転となる。従って、ボール12は再び凹部14から外れ、前
回と同様に、工具取付軸８の拘束を解除して前回と同様
に刃物を逃がす。

上記のように主軸が停止すると同時に音響またはパイ
ロットランプなどの警報器を働かせて異常状態を知らせ
ることによりこの部分の点検あるいは工具やツールホル
ダの交換が行われる。

また、深夜における無人運転の場合は制御アンプから
出力信号が発せられて主軸が停止すると、工具交換装置
が働いて予備のツールホルダと交換するようにしておけ
ば異常事態によるマシニングセンタの停止時間を最短に
できる。

上記のように、工具取付軸８が回転部材４に対して回
転方向にのみずれたとき、排気孔41は周溝43により連通
孔42に通じているから圧力の変化はない。

また、推力の異常により、工具取付軸８が第６図のよ
うに右方へ後退したときは排気孔41は遮断され、スラス
トの検出器が作用するが、排気孔38は長孔状のため、こ
の排気孔38は遮断されない。

従って、トルクの異常かスラストの異常かが判断で
き、それぞれの信号に応じて適切に回転数や送り速度の
制御ができる。

上記各外筒３、23の内周のバネ受面は渦巻の一部をな
す形状にして、外筒３、23のバネ受16、21に対する回動
によりバネ15、20の強さを調節し得るようにするとよ
い。

上記の各実施例では異常時の検出手段として空気圧遮
断方式を示したが、この逆の方式、すなわち、正常状態
では排気路を遮断し、異常時に排気路を開放して圧力セ
ンサによる圧力の低下の検知により異常を検知するよう
にしても同様である。

〔発明の効果〕 この発明は上記のように、切削加工中に切削屑の詰ま
りやドリルの刃先の摩耗などの原因で工具取付軸に加わ
る回転方向や軸方向の抵抗が異常に大きくなると、結合
手段が分離して、ツールホルダの回転部材に対して工具
取付軸が回転方向に自由になり、また、軸方向にも自由
になる。

従って、速い送りをかけて、切削中において、突然工
具取付軸が停止したにも係わらず、非常停止装置のタイ
ムラグや各部の慣性により主軸の送りが若干の間つづい
ても工具取付軸がツールホルダに対して後退するために
先端のドリルの折損などのおそれがない。

さらに、この発明の場合、工具取付軸にはバネによる
復元性があるため、工具取付軸の後退により詰まってい
た切削屑が自然に除去された場合は、工具取付軸はバネ
により元の位置に復帰し、速やかに切削加工が再開され
るという利点がある。

また、工具取付軸の異常を検出して機械を停止させる
装置を有する場合は、異常検出により機械が停止したの
ち、一定時間後、自動的に機械の運転を再開するように
しておけば、工具取付軸は自動復帰しているために直ぐ
加工が再開される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明装置の一実施例を示す要部縦断側面
図、第２図は第１図II-II線の横断正面図、第３図は第
１図III-III線の拡大横断面図、第４図は同上の作動状
態の拡大横断面図、第５図は第１図Ｖ−Ｖ線の拡大横断
面図、第６図は工具取付軸の後退状態を示す一部切欠縦
断側面図である。 １……ツールホルダ、４……回転部材、８……工具取付
軸、11、17……結合手段、12、18……ボール、14……凹
部、15、20……バネ、16、21……バネ受、19……周溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本間 喜嗣 大阪府大阪市東成区神路４丁目11番５号 日本ニューマチック工業株式会社内 (72)発明者 高田 ▲れい▼二 大阪府大阪市東成区神路４丁目11番５号 日本ニューマチック工業株式会社内 (72)発明者 中井 瞳 大阪府大阪市東成区神路４丁目11番５号 日本ニューマチック工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−245304（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−15630（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭59−43044（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械の主軸に着脱自在に取り付けるツ
   ールホルダの回転部材内に、工具取付軸を軸方向及び回
   転方向にそれぞれ移動可能に設けると共に、工具取付軸
   の後部に工具取付軸に対して回転可能な摺動部材を設
   け、工具取付軸の外周に回転方向に並ぶ複数の凹部を設
   け、摺動部材の外周に全周に亘る周溝を設け、上記回転
   部材内に、上記凹部にバネ圧によって係合して回転部材
   の回転トルクを工具取付軸に伝達する係合子と、上記周
   溝にバネ圧によって係合して工具取付軸の軸方向の移動
   を規制する係合子をそれぞれ設け、上記凹部に係合する
   係合子のバネ圧を、工具取付軸に加わる異常トルクによ
   り係合子が凹部から外れる大きさに設定し、上記周溝に
   係合する係合子のバネ圧を工具取付軸に加わる異常スラ
   ストにより係合子が周溝から外れる大きさに設定し、上
   記回転部材と工具取付軸との間に、異常スラストにより
   周溝と係合子との係合が外れて回転部材内で後退した工
   具取付軸と摺動部材を、異常スラストが消滅した状態で
   軸方向の元の位置に復帰させる復元バネを摺動部材と回
   転部材との間に設けたことを特徴とする切削工具保護装
   置における自動復帰装置。