JP3570688B2 - Tool abnormality detection device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、工作機械において、主軸に取り付けられたドリル等の工具の折損や摩耗等の異常を検出する工具異常検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ドリルの折損や摩耗等を検知する工具異常検出装置は、例えば本願出願人による特開平5−146909号公報に開示されているように、工具が取り付けられる主軸の軸方向負荷を軸受からピストンを介して油圧変化に変えて検知しているものがある。その検知方法は、この軸受を一対のピストンにより挟持し、このピストンを各々保持したシリンダ部と、この各シリンダ部に連続し上記軸受の軸方向前後端部の各々の側で独立して閉管路を形成した油圧管路とを設け、このシリンダ部及び各油圧管路に所定の圧力で油を密封し、上記油圧管路の油圧を圧力センサにより検知しているものである。そして、これにより、主軸に取り付けられた工具の折損や摩耗等により生じる加工抵抗の変化を、ピストンを介して軸方向に生じる油圧の変化に変換し、この油圧を圧力センサで検出して工具異常を検知することができるものである。
【0003】
また、特公平5−24366号公報に開示されているように、電気的に応力を検知する歪ゲージを主軸に取り付け、この歪ゲージの出力により、主軸に係る負荷を検知するものもある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の前者の場合、軸受自体が本体に保持されているので、軸受が摺動しにくく、そのわずかな移動が検知されにくく、検出信号のS/N比も良いものではなかった。
【0005】
また、上記従来の技術の後者の場合、高速で回転する主軸から電気的に検知信号を取るために、FM送信機を主軸側に取り付け、FM受信機によりその検知信号を受けているものである。従って、電気系の構成が複雑であり、機械的電気的信頼性も低いものであった。
【0006】
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みて成されたもので、簡単な構成で検出精度が高い工具異常検出装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ドリル等の工具が取り付けられる主軸と、この主軸を収容した主軸ハウジングと、上記主軸の前後端部に位置し上記主軸ハウジングに対しこの主軸を回転自在かつスラスト方向に移動可能に支持した第一の軸受と、この第一の軸受間に位置し内輪が上記主軸に固定され内輪と外輪との間で上記主軸を回転自在かつスラスト方向に保持する第二の軸受と、上記主軸と主軸ハウジング間において上記主軸に対し回転自在かつ上記主軸ハウジングに対しスラスト方向に移動可能に嵌合され上記第二の軸受の外輪が固定されスラスト力を受ける検知部材と、この検知部材の上記工具とは反対側の端面と空間部を介して対向し上記主軸ハウジングに設けられたスラスト受け面と、上記空間部に加圧流体を供給する流体管路と、上記スラスト受け面での加圧流体の圧力を検知する圧力センサとを備えた工具異常検出装置である。さらに、上記スラスト受け面での加圧流体の圧力を検知する圧力センサと、上記主軸ハウジングの上記検知部材の側面と対面する位置に開口し上記加圧流体を供給する第一の流体管路と、上記主軸ハウジングの上記スラスト受け面に開口し常時圧力センサに流体圧を導く第二の流体管路とを備え、上記主軸ハウジングと上記検知部材との間の上記第一の流体管路の開口部から上記空間部へ上記加圧流体が通過可能な隙間が形成された工具異常検出装置である。
【0008】
また、上記スラスト受け面と対面する上記検知部材の端面には、上記隙間から上記第二の流体管路に向かって上記加圧流体が通過可能な溝が形成されている。または、上記検知部材と対面する上記スラスト受け面には、上記隙間から上記第二の流体管路に向かって上記加圧流体が通過可能な溝が形成されているものである。また、上記検知部材には、上記主軸ハウジングに対し回転を阻止する回り止めが設けられているものである。
【0009】
またこの発明は、ドリル等の工具が取り付けられる主軸と、この主軸を収容した主軸ハウジングと、上記主軸の前後端部に位置し上記主軸ハウジングに対しこの主軸を回転自在かつスラスト方向に移動可能に支持した第一の軸受と、この第一の軸受間に位置し内輪が上記主軸に固定され内輪と外輪との間で上記主軸を回転自在かつスラスト方向に保持する第二の軸受と、上記主軸と主軸ハウジング間において上記主軸に対し回転自在かつ上記主軸ハウジングに対しスラスト方向に移動可能に嵌合され上記第二の軸受の外輪が固定されスラスト力を受ける検知部材と、この検知部材の上記工具とは反対側の端面と空間部を介して対向し上記主軸ハウジングに設けられたスラスト受け面と、このスラスト受け面に開口し上記空間部に加圧流体を供給する流体管路と、上記スラスト受け面での加圧流体の圧力を検知する圧力センサを備えた工具異常検出装置である。上記主軸ハウジングの上記スラスト受け面に開口し上記スラスト受け面に、上記圧力センサに流体圧を導く流体管路を備えている。また。上記スラスト受け面に、上記加圧流体を供給する流体管路の開口部から上記圧力センサに流体圧を導く流体管路の開口部に連通する溝が形成されている。上記検知部材には、上記主軸ハウジングに対し回転を阻止する回り止めが設けられている工具異常検出装置である。
【0010】
さらにこの発明は、ドリル等の工具が取り付けられる主軸と、この主軸を収容した主軸ハウジングと、上記主軸の前後端部に位置し上記主軸ハウジングに対し上記主軸を回転自在かつスラスト方向に移動可能に保持した第一の軸受と、この第一の軸受間に位置し一方の回転輪が上記主軸ハウジングに固定され上記主軸に遊嵌された第二の軸受と、上記主軸と一体的に設けられスラスト方向に上記第二の軸受の他方の回転輪と対向するフランジ部と、上記主軸ハウジングに形成され上記主軸側に開口して加圧流体を供給する流体管路と、上記主軸のフランジ部とスラスト方向に空間部を介して対面し上記第二の軸受の他方の回転輪に固定された検知部材と、この検知部材に形成され一方の開口部が上記主軸ハウジングの流体管路の開口部と連通し他方の開口部が上記主軸のフランジ部と対面する流体管路と、上記主軸ハウジングに形成された流体管路内の加圧流体の圧力を検知する圧力センサとを備えた工具異常検出装置である。
【0011】
さらにこの発明は、ドリル等の工具が取り付けられる主軸と、この主軸を収容した主軸ハウジングと、上記主軸の前後端部に位置し上記主軸ハウジングに対し上記主軸を回転自在かつスラスト方向に保持する第一の軸受と、この第一の軸受間に位置し上記主軸を回転自在かつスラスト方向に保持する一対の第二の軸受と、この一対の第二の軸受のそれぞれの内輪を上記主軸に固定するとともに、前方側の上記第二の軸受の外輪を上記主軸ハウジングに対し回り止め状態でかつスラスト方向にわずかに移動可能に設け、後方側の上記第二の軸受の外輪を上記主軸ハウジング側に支持し、上記主軸側に開口して加圧流体を供給する流体管路を上記主軸ハウジングに形成し、上記一対の第二の軸受の外輪間に設けられ上記前方側の第二の軸受の端面と空間部を介して対向し上記後方側の第二の軸受の外輪に支持された検知部材と、この検知部材に形成され一方の開口部が上記主軸ハウジングの流体管路の開口部と連通し他方の開口部が上記前方側の第二の軸受の外輪の端面と対面する流体管路と、上記主軸ハウジングに形成された流体管路内の加圧流体の圧力を検知する圧力センサとを備えた工具異常検出装置である。
【0012】
【作用】
この発明の工具異常検出装置は、主軸を主軸ハウジングに対し、前後の第一の軸受と中間の第二の軸受による3点支持することで剛性を向上させ、しかも、検知部材を主軸とともにスラスト方向に移動しやすく支持したことにより、主軸に取り付けられた工具の折損や摩耗等の場合に生じる加工抵抗を検知するに際して、主軸にかかるスラスト力を、そのまま検知部材の動きに変えることができ、この検知部材とそれに対面する部材との間に加圧流体を供給し、この加圧流体の圧力を圧力センサに導いて検出し、その圧力の変化により、加工抵抗や、工具の折損、摩耗、欠け等の異常を検知するものである。
【0013】
【実施例】
以下この発明の実施例について図面に基づいて説明する。図1〜図5は、この発明の第一実施例を示すもので、この実施例の工具異常検出装置は、ドリル等の工具10が取り付けられた主軸12と、この主軸12を収容した主軸ハウジング16とを有した各種工作機械に利用されるものである。主軸12の工具10側である前端部とその反対側である後端部において、主軸ハウジング16と主軸12との間には、ラジアル方向の位置を規制するとともに、主軸12とともにスラスト方向にわずかに移動可能な円筒コロ軸受等のラジアル軸受である第一の軸受としての一対の軸受14,15が設けられている。軸受14は、主軸ハウジング16の工具10側で、その外輪14aの一端が主軸ハウジング16の段部16aに当接し、外輪14aの他端が取付部材18により保持されて主軸ハウジング16に対して固定されている。そして、軸受14の内輪14bが主軸12に固定されて、スラスト方向に主軸12とともにわずかに移動可能に設けられている。また、軸受15も軸受14と同様の構成で、外輪15aが主軸ハウジング16に固定され、内輪15bが主軸12に固定され、主軸12がスラスト方向にわずかに移動可能に設けられている。
【0014】
主軸12の軸受14,15間には、スラスト方向の荷重を受けることができるアンギュラ玉軸受け等の第二の軸受としての軸受20が設けられている。軸受20は、スラスト方向前後の力を受けることができる様に一対設けられ、その内輪20bが主軸12に固定されている。そして、軸受14の内輪14bと軸受20の内輪20bとの間に金属製のスペーサ17が嵌め込まれ、主軸12の工具10側のストッパ面12aに、軸受14の内輪14bが当接し、軸受20の内輪20bがスペーサ17を介して主軸12に螺合したナット19により締めつけられて固定されている。また、外輪20aは、有底円筒状の検知部材22の内側面の段部22aに当接して固定されている。検知部材22は、円筒端面の透孔24に主軸12が、回転可能に同軸的に挿通され、スラスト方向に主軸12とともに移動可能に設けられている。
【0015】
検知部材22には、外側面に主軸12の軸線方向に形成された長溝26が設けられ、長溝26に、主軸ハウジング16に螺合された回り止めネジ28の先端部が位置し、検知部材22がスラスト方向に移動可能であるとともに回転不能にガイドしている。また、検知部材22の先端部は、主軸ハウジング16の内壁面に固定された軸止め輪23に所定の位置で当接可能に設けられている。検知部材22と、主軸ハウジング12の内周面との間隔δrは、全周に渡って、加圧流体が通過可能な、ほぼ10〜20μm程度の隙間に形成されている。検知部材22の端面の外側表面には、図3に示すように、放射状に3方向に形成された、加圧流体が通過可能な溝30が設けられている。この溝30の深さδhは、約30〜40μm程度であり、外側面から中心部の透孔24付近まで形成されている。なお、この溝30は、図1の2点鎖線で示すように、主軸ハウジング16のスラスト受け面32側に、溝30に代えて同様に溝30’を形成しても良いものである。また、検知部材22の端面と対面して、この検知部材22をスラスト方向に支持するスラスト受け面32が主軸ハウジング12に形成されている。そして、検知部材22の端面の外側表面とスラスト受け面32との間隔δdは、ほぼ50μm程度からそれ以下に、主軸12のスラスト方向移動により変化する。
【0016】
主軸ハウジング16には、検知部材22の側面に開口して加圧エア供給源に接続され加圧エアを供給する流体管路34が形成され、この流体管路34の開口部34aと対面した検知部材22の側面には凹部36が形成されている。主軸ハウジング16のスラスト受け面32には、その主軸12の近傍に、主軸ハウジング16に内に形成された流体管路38の一端の開口部38dが開口し、流体管路38の他端は、流体の圧力を電気的に検知する半導体ダイヤフラム圧力センサ等の圧力センサ40に接続されている。
【0017】
この実施例の工具異常検出装置の動作は、工具10を主軸12に取り付け、ワーク50をセットした後、図示しない主軸モータを回転させ、主軸12を所定回転数で回転させる。そして、図示しない摺動機構及び送りモータにより主軸ハウジング16をワークに向かって移動させる。この時、加圧エア源より、加圧エアを流体管路34に供給する。これにより、主軸ハウジング16内の検知部材22と、主軸ハウジング16のスラスト受け面32との間に加圧エアが送り込まれ、静圧空気軸受と同様に機能する。また、その加圧エアの圧力により、検知部材22とともに主軸12、軸受20、及び軸受14の内輪14bが工具10側に微小量移動し、図示しないストッパに当接して停止する。これにより、検知部材22の端面の外側表面とスラスト受け面32との間に、ほぼ50μm程度の間隙の空間部が形成される。これにより、流体管路38を経て圧力センサ40により検出される圧力は、大気圧に開放されている主軸12の周面部と同様に、ほぼゲージ圧よりわずかに高い圧力を示している。
【0018】
そして、工具10の先端がワーク50に当接し加工が開始されると、その加工抵抗により、主軸12にはスラスト方向に力が作用し、軸受20には、このスラスト力により、検知部材22とともにわずかに、工具10とは反対方向に移動する。この移動距離は、数十μm程度である。この加圧エアの流体管路34の開口部34aから流体管路38の開口部38dまでの圧力低下は、図4に示すような傾向を示す。
【0019】
即ち、図2、図4に示すように、流体管路34の開口部34aのa地点から検知部材22の端面の角部b地点までの圧力損失に対して、端面の角部b地点から溝30の中心部側端部c地点までの圧力損失は小さく、溝30の中心側端部c地点から大気圧に開放されたd地点までの圧力損失は、きわめて急激に生じるものである。これは、検知部材22の外周面と主軸ハウジング16の内周面との隙間が、10〜20μmときわめて小さいのに対して、検知部材端面とスラスト受け面32との間は、スラスト力がかかった状態でも、検知部材22の端面の溝30により、適切な流体通路が形成され、圧力損失が小さいからである。そして、流体管路38の開口部38dは、このd地点よりわずかに溝30の中心部側端部c地点寄りに位置し、このc−d地点間の圧力の急激な変化を、流体管路38により圧力センサ40に伝達可能に設けられている。なお、この溝30がないと、この加圧エアの流路a−b−c−dにおける圧力損失は、図4の破線に示すように、一様に低下する傾向となる。
【0020】
そして、図示しない制御装置により工具10の送り量が制御されており、工具10の先端がワーク50に当接する位置及びタイミングが分かるので、工具10を回転させながらワーク50の表面から数mm進んだところで、圧力センサ40の出力を図示しない制御装置が検知する。圧力センサ40の出力は、図5に示すように、時間t1でワーク50に工具10が当接し、スラスト力が主軸12にかかると、圧力センサ40の出力も急激に立ち上がり、スラスト力が横ばいになると圧力センサ出力もほぼ一定となる。ここで、図5に示すように、主軸10にかかるスラスト力を歪ゲージ等の測定装置で測定すると、加工抵抗の変動等によって、高い周波数で大きな変動波形が得られる。従って、このスラスト力の測定値を基にスラスト力の判別を行うと、誤差が大きくなってしまうものである。しかし、加圧エアを介して、スラスト力を測るようにしたこの実施例では、加圧エアがダンパとして作用し、図5の圧力センサ出力に示すように、滑らかな曲線として検出され、正確な判別が可能となる。
【0021】
この圧力センサ40の出力を基に、工具10の折損検知を行うには、工具10が折損している場合、正常な工具10であれば、ワーク50内へ数mm進んだ状態でも、折損した工具10はワークに達していないので、主軸12にはスラスト力が作用せず、圧力センサ40の出力は立ち上がらない。従って、工具10がワーク50に接触する前の圧力センサ40の出力よりわずかに高い値を閾値V1としておけば、工具10がワーク50内へ数mm進んだ時点t2で確実に折損検知を行うことができる。
【0022】
また、工具10が摩耗している場合、加工抵抗がおおきくなり主軸12にかかるスラスト力も大きくなる。従って、圧力センサ40の出力が一定となる定常加工時の圧力センサ出力が、摩耗限界となった工具10により得られる圧力センサ40の出力の定常出力値V2以上となった時に、摩耗と判断するように設定することができる。
【0023】
さらに、例えば、工具10の先端部がわずかに欠けた場合、工具10は、正常な工具と同様にワーク10に当接するので、上述の折損検知では、発見できない。しかし、この場合、工具10の刃が欠けているので、加工抵抗はきわめて大きくなりスラスト力も異常に大きなものとなる。従って、通常の加工では生じ得ない大きなスラスト力に対して、一定の閾値V3を設定しておくことにより、工具の欠け等の異常も検知することができる。
【0024】
この実施例の工具異常検出装置は、加圧エアを検知部材22と主軸ハウジング16の間に印加し、主軸ハウジング16内のスラスト受け面32と検知部材22との間の加圧エア圧力により、スラスト力に対応した出力を得て、工具異常を判断しているものであり、圧力センサ40の出力が安定しており、ノイズが少なく、きわめてS/N比の良い検知信号を得ることができる。従って、精度良く、折損検知や、摩耗検知、さらには工具の欠け等の異常をも検知することができる。また、回り止めネジ28により検知部材22の主軸12回りの回転が阻止されているので、検知部材22がスラスト受け面32に当接した際にも、主軸12の回転により当接面が焼き付くようなこともない。
【0025】
次に、この発明の第二実施例について図6、図7に基づいて説明する。ここで、上述の実施例と同様の部材については同一符号を付して説明を省略する。この実施例の工具異常検出装置は、主軸ハウジング16のスラスト受け面32に、加圧エアの供給源に接続された流体管路34の開口部34aと、圧力センサ40に接続された流体管路38の開口部38dが、溝42によって連接されて設けられたものである。溝42の深さは、約30〜40μm程度であり、検知部材22の平な端面がスラスト受け面32に当接した状態で、加圧エアが圧力損失を伴って、流体管路38の開口部38dに伝達される程度の長さである。
【0026】
この実施例の工具異常検出装置の動作は、上記第一実施例と同様であり、加圧エア供給当初は、検知部材22が主軸ハウジング16のスラスト受け面32から離間しており、圧力センサ40の出力は、ゲージ圧よりわずかに高い程度である。そして工具10がワーク50に当接して、スラスト力がかかると、検知部材22が主軸ハウジング16のスラスト受け面32側に移動し、流体管路34,38の開口部34a,38dを塞ぐように位置する。これにより、加圧エアは、溝42を通って、流体管路34の開口部34aから流体管路38の開口部38dに伝わる。この時、スラスト力により検知部材22のスラスト受け面32への近接状態が異なり、上記実施例と同様に、圧力センサ40の出力が異なる。即ち、スラスト力が小さいと、検知部材22とスラスト受け面32との間が比較的広く、圧力センサ40に検知される圧力は比較的小さい。また、加工抵抗が大きくスラスト力が大きくなると、この間が狭くなって、大気側へ逃げる圧力が小さくなり、圧力センサ40に伝わる圧力が大きくなるものである。これにより、工具10の折損、摩耗、欠け等を正確に検知できるものである。
【0027】
この実施例の工具異常検出装置によっても上記第一実施例と同様の効果が得られるものであり、さらに、検知部材22等の構造を簡単なものにすることができる。
【0028】
次に、この発明の第三実施例について図8に基づいて説明する。ここで、上述の実施例と同様の部材については同一符号を付して説明を省略する。この実施例の工具異常検出装置は、主軸ハウジング16に取付部材45を介して一方の回転輪が固定されスラスト方向に主軸12を保持するスラスト玉軸受け等の軸受44が設けられ、主軸12には、スラスト方向に軸受44と対向するフランジ部46が一体的に設けられている。さらに、主軸12側に開口して加圧エアを供給するとともに、圧力センサ40にも接続された流体管路48が、主軸ハウジング16内に形成されている。この加圧エアは、圧力センサ40側の流体管路との合流点の手前の絞り41を経て流体管路48に接続され、軸受44の他方の回転輪44bには、主軸12側のフランジ部46とスラスト方向に対面したリング状の検知部材52が固定されている。この検知部材52には、流体管路54が形成され、一方の開口部54aが主軸ハウジング16の流体管路48の開口部48aと対面し、他方の開口部54bが、主軸12側のフランジ部46の端面と対面している。
【0029】
この実施例の工具異常検出装置の動作は、上記第一実施例と同様であり、加圧エア供給当初は、検知部材52の流体管路54から加圧エアが主軸12に設けられたフランジ部46に噴射され、フランジ部46は、主軸12とともに、検知部材52から数十μm程度離間しており、圧力センサ40の出力は、ゲージ圧よりわずかに高い程度である。そして、工具10がワーク50に当接して、スラスト力がかかると、フランジ部46が検知部材52の流体管路54の開口部54bを塞ぐ。この時、フランジ部46は主軸12と一体に高速で回転しているが、検知部材52は軸受44に設けられているので、回転しながらスラスト方向に主軸12を支持する。
【0030】
そして、フランジ部46が検知部材52の流体管路54の開口部54bを塞ぐことにより、圧力センサ40には、加圧エア供給源からの圧力が直接かかり、その圧力が検知される。従って、例えば正常な工具10がワーク50に当接した後、数mm進んだ位置で圧力を検知すると、正常な場合は、圧力センサ40の検知圧力が高くなる。一方、折損工具の場合は、その位置でもワークに当接していないので、スラスト力が作用せず、フランジ部46により流体管路54の開口部54bが塞がれない。従って、圧力センサ40にかかる圧力は上昇せず、工具の折損が検知される。
【0031】
この実施例の工具異常検出装置によっても上記第一実施例と同様に、比較的ノイズの少ない検知が可能となるものである。
【0032】
次に、この発明の第四実施例について図9、図10に基づいて説明する。ここで、上述の実施例と同様の部材については同一符号を付して説明を省略する。この実施例の工具異常検出装置は、主軸12を回転自在かつスラスト方向に保持するアンギュラ玉軸受け等の一対の第二の軸受60,61が設けられ、この軸受60,61は、それぞれ内輪60b,61bがスペーサ17とナット63の締め付けにより主軸12に固定されている。軸受61の外輪61aは主軸ハウジング16の段部16bに当接し、また、この外輪61aの前端面には、リング状の検知部材62が当接されている。軸受60の外輪60aと検知部材62との間には、圧縮スプリング65が設けられ、その作用で、上記検知部材62と外輪61aが常時主軸ハウジング16の段部16bに向かって押圧されている。そして、外輪60aと検知部材62との間には、隙間δが形成されている。外輪60aは、回り止めネジ28によって回り止めされ、かつ主軸12とともにスラスト方向にわずかに移動自在に支持されている。検知部材62には、流体管路64が形成され、一方の開口部64aが主軸ハウジング16の流体管路66の開口部66aと対面し、他方の開口部64bが、主軸12とともにスラスト方向に移動可能な軸受60の外輪60aの端面に向かって開口している。流体管路66は、加圧エア供給源に接続されているとともに、圧力センサ40にも接続されている。
【0033】
この実施例の工具異常検出装置の動作は、上記第三実施例と同様であり、加圧エア供給当初は、検知部材62の流体管路64から加圧エアが主軸12に設けられた軸受60の外輪60aに噴射され、主軸12は軸受60とともに、検知部材62から数十μm程度離間しており、圧力センサ40の出力は、ゲージ圧よりわずかに高い程度である。そして、工具10がワーク50に当接して、スラスト力がかかると、主軸12とともに軸受60が検知部材62の端面に当接し、検知部材62の流体管路64の開口部64bを塞ぐ。これにより、流体管路64の開口部64bが塞がれ、圧力センサ40には、加圧エア供給源からの圧力が直接かかり、その圧力が検知される。従って、例えば正常な工具10がワーク50に当接した後、数mm進んだ位置で圧力を検知すると、圧力センサ40の検知圧力が高くなる。一方、折損工具の場合は、その位置でもワークに当接していないので、スラスト力が作用せず、軸受60により検知部材62の流体管路64の開口部64bが塞がれない。従って、圧力センサ40にかかる圧力は上昇せず、所定の出力が得られないので工具の折損が検知される。
【0034】
この実施例の工具異常検出装置によっても上記第三実施例と同様の効果が得られるものであり、さらに、検知部材62や軸受60,61等の取付構造を簡単なものにすることができる。
【0035】
なお、この発明は、上記実施例の他、各実施例において加圧流体として、オイルを用いても良く、オイルを用いることにより、軸受の潤滑を同時に行うことができるという効果がある。
【0036】
【発明の効果】
この発明の工具異常検出装置は、主軸にかかるスラスト力を、加圧流体を介して圧力センサにより検知しているので、加工抵抗の変動等によるスラスト力の変動の影響を受けにくく、S/N比の良い検知が可能である。従って、高精度に工具の異常を検知することができ、検知可能な異常の種類も多いものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の工具異常検出装置の第一実施例の概略縦断面図である。
【図2】この発明の第一実施例の軸受と検知部材の部分拡大縦断面図である。
【図3】この発明の第一実施例の検知部材の正面図である。
【図4】この発明の第一実施例の加圧流体経路の圧力損失を示すグラフである。
【図5】この発明の第一実施例の圧力センサの出力と、主軸にかかるスラスト力を示すグラフである。
【図6】この発明の第二実施例の軸受と検知部材の概略縦断面図である。
【図7】この発明の第二実施例の主軸ハウジングのスラスト受け面の正面図である。
【図8】この発明の工具異常検出装置の第三実施例の概略縦断面図である。
【図9】この発明の工具異常検出装置の第四実施例の概略縦断面図である。
【図10】この発明の工具異常検出装置の第四実施例の部分拡大縦断面図である。
【符号の説明】
10 工具
12 主軸
14,15,20,44,60,61 軸受
16 主軸ハウジング
22,52,62 検知部材
32 スラスト受け面
34,38,48,54,64,66 流体管路
40 圧力センサ[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a tool abnormality detection device for detecting an abnormality such as breakage or wear of a tool such as a drill attached to a spindle in a machine tool.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a tool abnormality detecting device for detecting breakage or wear of a drill has been disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-146909 by the applicant of the present invention. There is a device that detects a change in the hydraulic pressure via a. The detection method is such that the bearing is sandwiched between a pair of pistons, and a cylinder portion holding each of the pistons, and a closed pipe line which is continuous with each of the cylinder portions and independently at each of the axial front and rear ends of the bearing. Is provided with a hydraulic pressure line, oil is sealed in the cylinder portion and each hydraulic pressure line with a predetermined pressure, and the oil pressure in the hydraulic pressure line is detected by a pressure sensor. This converts the change in machining resistance caused by breakage or wear of the tool attached to the spindle into a change in oil pressure generated in the axial direction via the piston, and detects this oil pressure with a pressure sensor to detect a tool abnormality. Can be detected.
[0003]
Further, as disclosed in Japanese Patent Publication No. H5-24366, a strain gauge that electrically detects a stress is attached to a main shaft, and an output of the strain gauge detects a load on the main shaft.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the former case of the above prior art, since the bearing itself is held by the main body, the bearing is not easily slid, its slight movement is hard to be detected, and the S / N ratio of the detection signal is not good.
[0005]
In the latter case of the above-mentioned conventional technology, an FM transmitter is mounted on the main shaft side in order to electrically take a detection signal from a main shaft rotating at a high speed, and the detection signal is received by an FM receiver. . Therefore, the configuration of the electric system is complicated and the mechanical and electrical reliability is low.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and has as its object to provide a tool abnormality detection device having a simple configuration and high detection accuracy.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a spindle to which a tool such as a drill is attached, a spindle housing accommodating the spindle, and supports the spindle so as to be rotatable and movable in the thrust direction with respect to the spindle housing at front and rear ends of the spindle. A first bearing, a second bearing positioned between the first bearing, the inner ring is fixed to the main shaft, and the second bearing rotatably holds the main shaft in the thrust direction between the inner ring and the outer ring; and A detecting member which is rotatably fitted to the main shaft between the main shaft housings and is movably fitted to the main shaft housing in the thrust direction, and an outer ring of the second bearing is fixed and receives a thrust force; A thrust receiving surface provided in the main spindle housing and opposed to the opposite end surface via a space, a fluid conduit for supplying pressurized fluid to the space, Only a tool abnormality detecting device provided with a pressure sensor for detecting the pressure of the pressurized fluid in terms. Further, a pressure sensor for detecting the pressure of the pressurized fluid at the thrust receiving surface, and a first fluid conduit that opens at a position facing the side surface of the detection member of the spindle housing and supplies the pressurized fluid, A second fluid conduit opening in the thrust receiving surface of the spindle housing and constantly guiding fluid pressure to a pressure sensor, wherein an opening of the first fluid conduit between the spindle housing and the detection member is provided. A tool abnormality detection device in which a gap through which the pressurized fluid can pass from a portion to the space portion is formed.
[0008]
A groove through which the pressurized fluid can pass from the gap toward the second fluid conduit is formed on an end surface of the detection member facing the thrust receiving surface. Alternatively, the thrust receiving surface facing the detection member is formed with a groove through which the pressurized fluid can pass from the gap toward the second fluid conduit. Further, the detection member is provided with a detent for preventing rotation with respect to the spindle housing.
[0009]
Further, the present invention provides a spindle to which a tool such as a drill is attached, a spindle housing accommodating the spindle, and a spindle rotatably and movable in a thrust direction with respect to the spindle housing located at front and rear ends of the spindle. A first bearing supported, a second bearing positioned between the first bearing, an inner ring fixed to the main shaft, the second bearing rotatably holding the main shaft in the thrust direction between the inner ring and the outer ring, and the main shaft A detecting member which is rotatable with respect to the main shaft and movable in the thrust direction with respect to the main shaft housing between the main shaft housing and the main shaft housing, the outer ring of the second bearing is fixed and receives a thrust force, and the tool of the detecting member A thrust receiving surface provided in the main spindle housing and opposed to an end surface opposite to the end surface via a space portion, and a pressurized fluid is supplied to the space portion opened in the thrust receiving surface. A fluid line to a tool abnormality detecting device provided with a pressure sensor for detecting the pressure of the pressurized fluid in the thrust receiving surface. The thrust receiving surface of the spindle housing is provided with a fluid conduit that opens to the thrust receiving surface and guides fluid pressure to the pressure sensor on the thrust receiving surface. Also. A groove is formed in the thrust receiving surface so as to communicate with an opening of the fluid conduit for guiding fluid pressure from the opening of the fluid conduit for supplying the pressurized fluid to the pressure sensor. The detection member is a tool abnormality detection device provided with a detent for preventing rotation with respect to the spindle housing.
[0010]
The present invention further provides a spindle to which a tool such as a drill is attached, a spindle housing accommodating the spindle, and a spindle in front of the spindle. rear A first bearing located at an end and holding the main shaft rotatably and movably in a thrust direction with respect to the main shaft housing; bearing One between Rotating wheel A second bearing fixed to the spindle housing and loosely fitted to the spindle, and a second bearing provided integrally with the spindle and in a thrust direction. The other rotating wheel of A fluid pipe line formed in the main shaft housing and opened to the main shaft side to supply pressurized fluid, and a flange portion of the main shaft facing the flange portion through a space in a thrust direction. A detecting member fixed to the other rotating wheel of the bearing, and one opening formed in the detecting member communicates with the opening of the fluid conduit of the spindle housing, and the other opening corresponds to the flange of the spindle. A tool abnormality detection device comprising: a facing fluid conduit; and a pressure sensor for detecting a pressure of a pressurized fluid in the fluid conduit formed in the spindle housing.
[0011]
Further, the present invention provides a spindle on which a tool such as a drill is mounted, a spindle housing accommodating the spindle, and a spindle which is located at front and rear ends of the spindle and holds the spindle rotatably and in a thrust direction with respect to the spindle housing. One bearing and this first bearing while And a pair of second bearings that are rotatable and hold the main shaft in the thrust direction, and each inner ring of the pair of second bearings is fixed to the main shaft, and The above second bearing The outer ring is provided so as to be able to move slightly in the thrust direction in a detented state with respect to the spindle housing. The above second bearing The outer ring is supported on the main shaft housing side, and a fluid conduit that opens to the main shaft side and supplies pressurized fluid is formed in the main shaft housing, and is provided between the outer rings of the pair of second bearings. the above Facing the end face of the second bearing on the front side via the space the above A detection member supported by the outer ring of the second bearing on the rear side, and one opening formed in the detection member communicates with the opening of the fluid conduit of the spindle housing; Front second bearing And a pressure sensor for detecting a pressure of a pressurized fluid in the fluid conduit formed in the main shaft housing.
[0012]
[Action]
The tool abnormality detecting device of the present invention improves rigidity by supporting the main shaft with respect to the main shaft housing at three points by a front and rear first bearing and an intermediate second bearing, and furthermore, moves the detection member together with the main shaft in the thrust direction. The thrust force applied to the main shaft can be directly converted to the movement of the detection member when detecting the machining resistance generated when the tool attached to the main shaft is broken or worn, etc. A pressurized fluid is supplied between the detection member and the member facing the same, and the pressure of the pressurized fluid is guided to a pressure sensor to detect the pressure. And other abnormalities are detected.
[0013]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1 to 5 show a first embodiment of the present invention. A tool abnormality detecting device according to this embodiment includes a
[0014]
Between the
[0015]
The detecting
[0016]
The
[0017]
The operation of the tool abnormality detection device of this embodiment is as follows. After the
[0018]
Then, when the tip of the
[0019]
That is, as shown in FIGS. 2 and 4, the pressure loss from the point a of the opening 34 a of the
[0020]
The feed amount of the
[0021]
In order to detect breakage of the
[0022]
In addition, when the
[0023]
Further, for example, when the tip of the
[0024]
The tool abnormality detecting device of this embodiment applies pressurized air between the
[0025]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the same members as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The tool abnormality detecting device according to this embodiment includes a
[0026]
The operation of the tool abnormality detection device of this embodiment is the same as that of the first embodiment. At the beginning of the supply of pressurized air, the
[0027]
The same effects as those of the first embodiment can be obtained by the tool abnormality detection device of this embodiment, and the structure of the
[0028]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the same members as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The tool abnormality detecting device of this embodiment is mounted on the
[0029]
The operation of the tool abnormality detection device of this embodiment is the same as that of the first embodiment. At the beginning of the supply of pressurized air, the flange portion in which pressurized air is provided on the
[0030]
Then, the pressure from the pressurized air supply source is directly applied to the
[0031]
As with the first embodiment, the tool abnormality detection device of this embodiment can detect relatively little noise.
[0032]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the same members as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The tool abnormality detection device of this embodiment is provided with a pair of
[0033]
The operation of the tool abnormality detecting device of this embodiment is the same as that of the third embodiment. At the beginning of the supply of the pressurized air, the bearing 60 in which the pressurized air is provided to the
[0034]
The same effects as in the third embodiment can be obtained by the tool abnormality detection device of this embodiment, and the mounting structure of the
[0035]
Note that, in addition to the above-described embodiments, the present invention may use oil as the pressurized fluid in each embodiment, and has the effect of simultaneously lubricating the bearing by using oil.
[0036]
【The invention's effect】
Since the tool abnormality detecting device of the present invention detects the thrust force applied to the main shaft by the pressure sensor via the pressurized fluid, it is hardly affected by the variation of the thrust force due to the variation of the machining resistance and the like, and the S / N Detection with a good ratio is possible. Therefore, the abnormality of the tool can be detected with high accuracy, and there are many types of abnormalities that can be detected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of a first embodiment of a tool abnormality detecting device according to the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged longitudinal sectional view of a bearing and a detecting member according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a front view of the detection member according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing pressure loss in a pressurized fluid path according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the output of the pressure sensor according to the first embodiment of the present invention and the thrust force applied to the main shaft.
FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view of a bearing and a detecting member according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a front view of a thrust receiving surface of a spindle housing according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic vertical sectional view of a third embodiment of the tool abnormality detecting device according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic vertical sectional view of a fourth embodiment of the tool abnormality detecting device according to the present invention.
FIG. 10 is a partially enlarged longitudinal sectional view of a fourth embodiment of the tool abnormality detecting device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Tools
12 spindle
14, 15, 20, 44, 60, 61 bearings
16 Spindle housing
22, 52, 62 detecting member
32 Thrust receiving surface
34, 38, 48, 54, 64, 66 Fluid lines
40 pressure sensor
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