JP3366465B2 - コレットチャックの開閉方法とそのための装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動旋盤のコレットチ
ャックの開閉方法とそのための装置に関するものであ
り、より詳細には、自動旋盤のコレットチャックを主軸
の回転中に開閉させる方法及びそのための装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】自動旋盤、特に、先端部に設けられたコ
レットチャックによってワークを把持して所要の回転数
で回転駆動される中空の主軸と、主軸の中心を貫通して
軸方向に移動することによってコレットチャックを開閉
させるチャック開閉スリーブと、チャック開閉スリーブ
を軸方向に移動させるチャック開閉スリーブの駆動手段
とを有する棒材加工用の自動旋盤においては、ワークの
加工が終了して完成したワークが切り落とされた後に、
次のワークとして棒材を供給するために、主軸を一旦停
止してからチャックを開いて棒材を供給し、供給された
棒材をチャックで把持した後に主軸を再び回転させて次
のワークの切削を行っていた。

【０００３】また、小径のワークを加工する際には、小
径のワークの切削に必要な周速を与えるために主軸を高
速回転させなければならないが、従来のボビンとチャッ
ク開閉爪によるチャック開閉機構では、１対のチャック
開閉爪のバランスを完全に一致させることは非常に困難
であり、チャック開閉爪のアンバランスによる振動が発
生しやすく、小径のワークを加工するために充分な周速
となるような高速回転にすることが困難であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そのために、小径のワ
ークにわずかな加工のみを行うような場合には、小径の
ワークの切削に必要な周速を与えるために主軸を高速回
転させるので、振動が発生して加工精度が悪くなりやす
く、また、次のワークを供給するために主軸を停止して
から棒材を供給し、主軸を再起動して必要な回転数に増
速させるための時間がワークの加工時間に対して無視で
きない程度の時間を要すると共に、主軸を加減速するた
めの動力負荷も、ワークを加工するための負荷に匹敵
し、又はこれを越えるようなことも生じていた。

【０００５】本発明は、このような振動による加工精度
の劣化及び非切削時における時間と動力の無駄を省くこ
とを目的とするものであって、振動の原因となりやすい
チャック開閉爪を除いて、アンバランスになり難いねじ
でチャック開閉スリーブの駆動し、且つ、主軸を高速で
回転させたままで棒材を供給可能にすることによって加
工精度の劣化を防止し、非切削時における時間と動力の
無駄を省くことが可能な自動旋盤のコレットチャックの
開閉方法とそのための装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、これらの課題
を解決するために、先端部に設けられたコレットチャッ
クによってワークを把持し、第１のサーボモータによっ
て所要の回転数で回転駆動される中空の主軸と、該中空
の主軸の中心を貫通し、軸方向に移動することによって
コレットチャックを開閉させるチャック開閉スリーブ
と、該チャック開閉スリーブを軸方向に移動させるチャ
ック開閉スリーブの駆動手段を有する自動旋盤におい
て、チャック開閉スリーブの駆動手段は、ねじによる回
転直動変換機構を有し、ねじの回転駆動をチャック開閉
スリーブの軸方向移動に変換し、通常は第１のサーボモ
ータによって所要の回転数で回転駆動される主軸の回転
数と第２のサーボモータによって所要の回転数で回転駆
動される回転直動変換機構のねじの回転数を一致させ、
チャック開閉時にのみ所定の回転数差にすることによっ
て主軸の回転中にチャックを開閉することを特徴とする
コレットチャックの開閉方法を採用したものである。

【０００７】そして、先端部にコレットチャックが配設
され、該コレットチャックでワークを把持して回転する
中空の主軸と、該主軸を所要の回転数で回転駆動する第
１のサーボモータと、主軸の中心を貫通し、軸方向に移
動することによってコレットチャックを開閉させるチャ
ック開閉スリーブと、第２のサーボモータの回転駆動を
チャック開閉スリーブの軸方向移動に変換するねじを有
する回転直動変換機構と、主軸の回転数に対して、回転
直動変換機構のねじの回転数が所定の回転数差になるよ
うに第１のサーボモータに対して第２のサーボモータを
回転制御する制御手段とを有することを特徴とするコレ
ットチャックの開閉装置によって課題を解決したもので
ある。

【０００８】また、その実施態様として、第２のサーボ
モータと回転直動変換機構との間にクラッチ機構を有
し、チャック開閉時のみ第２のサーボモータと回転直動
変換機構とが連結されるものとして構成したものであ
る。

【０００９】

【作用】本発明では、先端部に設けられたコレットチャ
ックによってワークを把持し、第１のモータによって所
要の回転数で回転駆動される中空の主軸と、この中空の
主軸の中心を貫通し、軸方向に移動することによってコ
レットチャックを開閉させるチャック開閉スリーブと、
該チャック開閉スリーブを軸方向に移動させるチャック
開閉スリーブの駆動手段とを有する自動旋盤において、
切削加工中等の主軸の通常回転時には、主軸の回転数と
回転直動変換機構のねじの回転数とが一致しているの
で、チャック開閉スリーブが軸方向に移動することはな
く、チャックは確実に閉じられたままであり、チャック
開閉時のみに主軸の回転数と回転直動変換機構のねじの
回転数とを所定の回転数差にすることによって、この回
転数差によって定まる回転直動変換機構の送り速さでチ
ャック開閉スリーブが軸方向に移動し、このチャック開
閉スリーブの軸方向の移動によってコレットチャックが
開閉し、主軸の回転中に棒材の供給が可能となり、アン
バランスとなりやすいチャック開閉爪を使用せず、バラ
ンスの保ちやすいねじ送り機構によってチャック開閉ス
リーブを軸方向に移動するので、高速回転時における振
動の発生も減少する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を図１に示す実施例に基づいて
説明する。図において、１は棒材加工用自動旋盤の主軸
台であって、主軸２が軸受３、４によって回転可能に支
承されている。そして、本実施例の自動旋盤は、主軸２
を高速で回転させるために、主軸駆動用の第１の駆動源
である第１のモータ５が主軸２の中央部に直結されてい
る。

【００１１】主軸２は、棒材Ｗを貫通して供給するため
に、中心軸に沿って中空の貫通孔が設けてあり、この主
軸２の貫通孔の先端部には、棒材Ｗを把持する周知のコ
レットチャック機構が配置されている。本実施例のコレ
ットチャック機構では、コレットチャック６のテーパ面
がチャックスリーブ７の前端のテーパ面に当接するよう
に嵌入して主軸２の中空穴に挿入されており、コレット
チャック６とチャックスリーブ７とは、圧縮ばね８によ
ってコレットチャック６がチャックスリーブ７から抜け
出す方向に付勢されている。この圧縮ばね８による付勢
力は、コレットチャック６の前端面が主軸２に固定され
たキャップナット９に当接して係止されている。従っ
て、チャックスリーブ７は常時後退してコレットチャッ
ク６のテーパ面とチャックスリーブ７のテーパ面とが離
れる方向、即ちコレットチャック６が開く方向に付勢さ
れている。

【００１２】チャックスリーブ７の後端にはチャック開
閉スリーブ１０が配置されていて、チャック開閉スリー
ブ１０の後端には、チャック開閉機構である回転直動変
換機構１１が主軸２の後端部に配置されている。ここ
で、通常の自動旋盤では、チャック開閉機構として、ボ
ビンとチャック開閉爪によるチャック開閉機構を採用し
ていることは前述の通りである。

【００１３】本発明の回転直動変換機構１１は、従来の
ボビンとチャック開閉爪によるチャック開閉機構とは全
く異なったものであり、回転軸に対して対称な形状の部
材のみで構成された送りねじ機構を採用したものであ
る。即ち、本実施例の回転直動変換機構１１は、チャッ
ク開閉スリーブ１０のねじ送り装置であって、主軸２と
共に回転するチャック開閉スリーブ１０を軸方向に移動
させることによってコレットチャック６を開閉させるも
のであり、チャック開閉スリーブ１０の後端部に設けら
れたねじ部１０ａと螺合するナット１２を回転させるこ
とによってチャック開閉スリーブ１０を主軸に対して相
対的に軸方向移動させ、且つナット１２が主軸２に対し
て軸方向に相対的に移動しないようにスラスト軸受１９
で支承されている。

【００１４】主軸２の後端部には、ナット１２が固定さ
れた中間回転体１３を連結、解離する電磁クラッチ１４
が固定されており、ナット１２はチャック開閉スリーブ
１０後端のねじ部１０ａと螺合している。中間回転体１
３は、主軸２に対して回転可能で且つ軸方向に相対移動
しないようにスラスト軸受１９を介して主軸２に設けら
れている。また、中間回転体１３と第２の駆動源である
第２のモータ１５の軸１６との間には、中間回転体１３
と軸１６とを連結、解離する電磁クラッチ１７が設けら
れており、電磁クラッチ１４、１７の電源としてスリッ
プリング１８が中間回転体１３の外周面に設けられてい
る。

【００１５】電磁クラッチ１４、１７の連結、解離及び
第１のモータ５、第２のモータ１５の起動、停止及び回
転数の設定は、図示しない制御手段によって行われる。
この制御手段は、自動旋盤を制御する制御装置の一部と
して設けられるものであって、電磁クラッチ１４、１７
及び第１のモータ５、第２のモータ１５を次のように制
御する。

【００１６】切削加工中等の通常の主軸２の回転時に
は、第１のモータ５は切削加工等の制御に従い、常時電
磁クラッチ１４をＯＮに、電磁クラッチ１７をＯＦＦに
して、第２のモータ１５は停止しておく。ワークＷの加
工が完了して突切り加工が終了したとき、棒材供給工程
となり、本発明の制御手段によって次のように制御され
る。 (1) 突切り加工終了の信号で第２のモータ１５を起動し
て、軸１６が主軸２と同期して回転するまで加速する。
第２のモータ１５が起動して主軸２と同期する回転数に
達するまでに時間が掛かる場合には、突切り加工の開始
の信号と同時に第２のモータ１５を起動して、突切り加
工の加工中に主軸２と同期して回転するまで加速するよ
うにしてもよい。 (2) 第２のモータ１５が加速され、主軸２と同期する回
転数に達したことが検出されると、電磁クラッチ１７を
ＯＮにし、次に電磁クラッチ１４をＯＦＦにする。 (3) 第２のモータ１５を減速して、主軸２と軸１６との
回転数の差でナット１２とチャック開閉スリーブ１０の
ねじ部１０ａからなる送りねじ装置の相対的な移動量が
コレットチャック６を開放させる量になるまでチャック
開閉スリーブ１０を後退させ、再び第２のモータ１５を
主軸２と同期して回転させ、チャック開の信号を出力し
て、自動旋盤で棒材供給の工程を行う。 (4) 自動旋盤から棒材供給終了の信号が入力すると、第
２のモータ１５を増速して、コレットチャック６が閉じ
るまでチャック開閉スリーブ１０を前進させ、コレット
チャック６を閉じてワークをしっかりと把持する。 (5) 電磁クラッチ１４をＯＮに、電磁クラッチ１７をＯ
ＦＦにして、第２のモータ１５を停止し、自動旋盤に加
工開始の信号を出力し、自動旋盤で次のワークの加工を
開始する。

【００１７】次に本発明の動作を説明する。主軸２の先
端部に設けられたコレットチャック機構は周知の構成で
あって、チャックスリーブ７に嵌入されたコレットチャ
ック６は、圧縮ばね８の付勢力によって前方に押圧され
ており、キャップナット９で係止されている。ここで、
チャック開閉スリーブ１０が前方（図では左側）に押さ
れると、チャックスリーブ７も前方に押され、チャック
スリーブ７の先端内径のテーパ部でコレットチャック６
の外径のテーパ部を押圧し、コレットチャック６の内径
が縮径してワークＷを把持する構成である。コレットチ
ャック６を開くときには、チャック開閉スリーブ１０が
後退するとチャックスリーブ７も圧縮ばね８の付勢力に
よって後退し、コレットチャック６外径のテーパ部がチ
ャックスリーブ７の内径のテーパ部から開放され、コレ
ットチャック６が開くことになる。従って、チャック開
閉スリーブ１０を後退、前進させることによってコレッ
トチャック６が開閉する。

【００１８】本発明の回転直動変換機構１１で主軸２の
回転中にコレットチャック６を開閉させる方法を説明す
る。切削加工中等の通常の主軸２の回転時には、電磁ク
ラッチ１４で主軸２とねじ送り装置のナット１２とを連
結し、電磁クラッチ１７は解離しているので、第２のモ
ータ１５の回転の有無に関係なく主軸２とナット１２と
は常に同じ回転数で回転し、コレットチャック６が開閉
することはない。従って、第２のモータ１５は停止して
おくことが望ましい。

【００１９】切削加工が終了してワークＷを供給する際
には、第２のモータ１５を起動して主軸２と同期して回
転させ、電磁クラッチ１７でスリーブ１３と第２のモー
タ１５の軸１６とを連結する。次に、電磁クラッチ１４
を解離すると、主軸２は第１のモータ５によって回転さ
れ、ナット１２は第２のモータ１５によって回転させら
れるので、相対的な回転数の差を生じさせることが可能
となり、この回転数の差でナット１２とチャック開閉ス
リーブ１０の雄ねじ部１０ａからなる送りねじ装置によ
ってチャック開閉スリーブ１０を前進、後退させ、コレ
ットチャック６を開閉させる。

【００２０】棒材の供給は、周知のスイス型自動旋盤等
と全く同様にして行うことができるので、ここでは、そ
の詳細の説明は省略する。

【００２１】尚、以上の説明では、第１のモータ５と第
２のモータ１５とを主軸２と軸１６に直結した構成とし
て説明したが、これらの構成は、歯車、タイミングベル
ト等の滑りを生じない伝導機構を使用し、又は主軸２と
軸１６にエンコーダを取り付けてその回転数を制御する
ことによって、本実施例のように軸にモータを直結した
構成でなくてもよいことは自明である。そして、第１の
モータ５と主軸２、第２のモータ１５と軸１６とを変速
して伝導することも当然可能であり、この場合には、本
明細書に記載された第１のモータ５と第２のモータ１５
の同期回転との説明は、主軸２とナット１２が同期回転
するように第１のモータ５と第２のモータ１５とを回転
させるとの意味になる。

【００２２】また、回転直動変換機構１１は、ナット１
２とチャック開閉スリーブ１０の雄ねじ部１０ａからな
る送りねじ装置を有すれば足りるもので、例えば、電磁
クラッチ１７又は１４を使用せず、ナット１２のスリー
ブ１３と第２のモータ１５の軸１６、又は主軸２とナッ
ト１２を相対的な回転を可能にしてもよい。即ち、電磁
クラッチ１７のみを使用するときには、主軸２とナット
１２は常時解離されているので、電磁クラッチ１７を常
時連結しておき、第１のモータ５と第２のモータ１５と
を同期回転させることによってコレットチャック６を閉
じた状態に保持し、チャック開閉時にのみ第２のモータ
１５の回転数を変更することによってチャックを開閉さ
せることができる。通常は電磁クラッチ１７を解離して
おき、チャック開閉時にのみ第２のモータ１５とナット
１２のスリーブ１３とを連結して、第１のモータ５と回
転数差を与えて回転することも可能であるが、この場合
には、ナット１２のスリーブ１３が主軸２に対して回転
可能な状態で解放され、送りねじ装置等の摩擦のみによ
って保持されることになるので、主軸の加減速の際等に
慣性で相対回転してコレットチャック６が緩む危険性が
ある。

【００２３】電磁クラッチ１４のみを使用するときに
は、通常は電磁クラッチ１４で主軸２とナット１２とを
連結して第１のモータ５のみで回転駆動（第２のモータ
１５は空転）し、チャックの開閉時のみ第２のモータ１
５を回転して一旦第１のモータ５と同期させ、その後電
磁クラッチ１４を解離して第２のモータ１５を送りねじ
装置に回転数差が生じるように回転させることによって
チャックを開閉させることができる。

【００２４】電磁クラッチ１７、１４の双方を使用しな
いときには、第１のモータ５と第２のモータ１５とを常
時同期回転させ、チャックの開閉時のみ第２のモータ１
５を送りねじ装置に回転差が生じるように回転させるこ
とによってチャックを開閉させることができる。

【００２５】最も簡単な構成としては、主軸２とチャッ
ク開閉スリーブ１０とを直接螺合して送りねじ装置とす
ることも可能である。この場合には、第２のモータ１５
の軸１６をチャック開閉スリーブ１０に直結又は一体と
すれば良いので、構成としては最も簡単なものになる。
しかし、チャック開閉スリーブ１０に直結又は一体とな
った軸１６も、チャック開閉スリーブ１０と共に軸方向
に移動するので、第２のモータ１５の軸受に軸方向に移
動可能な工夫が必要となる。動作は、第１のモータ５と
第２のモータ１５とを常時同期回転させ、チャックの開
閉時のみ第２のモータ１５を回転差が生じるように回転
させることによってチャックを開閉させることができ
る。

【００２６】但し、以上の構成では、いずれも第１のモ
ータ５と第２のモータ１５とを常時同期回転させること
によってコレットチャック６を閉じた状態に保持し、或
いは連結した状態で始動して同期回転させ、チャック開
閉時にのみ第２のモータ１５の回転数を変更することに
よってチャックを開閉させるものなので、チャックに緩
みを生じさせないためには、第１のモータ５と第２のモ
ータ１５の回転数を完全に同期させることが必要であ
る。このためには、第１のモータ５と第２のモータ１５
に指令信号を同時に与え、それぞれのモータは位置制御
ループによるサーボループによって制御する必要があ
る。

【００２７】

【発明の効果】本願発明は、以上のように構成されてい
るので、主軸を回転させたままで棒材の供給が可能とな
り、小径のワークを加工する際にも、主軸を高速回転さ
せるために、主軸を停止してから棒材を供給し主軸を再
起動して必要な回転数に増速させるための時間が不要と
なり、主軸を加減速するための動力負荷も不要なので、
非切削時における時間と動力の無駄を大幅に減少するこ
とが可能となったものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例をしめす自動旋盤の主軸台の
断面図である。

【符号の説明】

１ 主軸台 ２ 主軸 ３ 軸受 ４ 軸受 ５ 第１のモータ ６ コレットチャック ７ チャックスリーブ ８ 圧縮ばね ９ キャップナット １０ チャック開閉スリーブ １０ａねじ部 １１ 回転直動変換機構 １２ ナット １３ スリーブ １４ 電磁クラッチ １５ 第２のモータ １６ 軸 １７ 電磁クラッチ １８ スリップリング １９ スラスト軸受

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−199307（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−62603（ＪＰ，Ａ) 実公 昭51−16062（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23B 31/24 B23B 31/28 B23B 31/20 B23B 31/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部に設けられたコレットチャックに
   よってワークを把持し、第１のサーボモータによって所
   要の回転数で回転駆動される中空の主軸と、該中空の主
   軸の中心を貫通し、軸方向に移動することによってコレ
   ットチャックを開閉させるチャック開閉スリーブと、該
   チャック開閉スリーブを軸方向に移動させるチャック開
   閉スリーブの駆動手段を有する自動旋盤において、チャ
   ック開閉スリーブの駆動手段は、ねじによる回転直動変
   換機構を有し、ねじの回転駆動をチャック開閉スリーブ
   の軸方向移動に変換し、通常は第１のサーボモータによ
   って所要の回転数で回転駆動される主軸の回転数と第２
   のサーボモータによって所要の回転数で回転駆動される
   回転直動変換機構のねじの回転数を一致させ、チャック
   開閉時にのみ所定の回転数差にすることによって主軸の
   回転中にチャックを開閉することを特徴とするコレット
   チャックの開閉方法。
2. 【請求項２】 先端部にコレットチャックが配設され、
   該コレットチャックでワークを把持して回転する中空の
   主軸と、該主軸を所要の回転数で回転駆動する第１のサ
   ーボモータと、主軸の中心を貫通し、軸方向に移動する
   ことによってコレットチャックを開閉させるチャック開
   閉スリーブと、第２のサーボモータの回転駆動をチャッ
   ク開閉スリーブの軸方向移動に変換するねじを有する回
   転直動変換機構と、主軸の回転数に対して、回転直動変
   換機構のねじの回転数が所定の回転数差になるように第
   １のサーボモータに対して第２のサーボモータを回転制
   御する制御手段とを有することを特徴とするコレットチ
   ャックの開閉装置。
3. 【請求項３】 第２のサーボモータと回転直動変換機構
   との間にクラッチ機構を有し、チャック開閉時のみ第２
   のサーボモータと回転直動変換機構とが連結されること
   を特徴とする請求項２記載のコレットチャック開閉装
   置。