JP3624005B2 - 機械加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、工具ホルダーと、この工具ホルダーが装着される主軸とを備えて、主軸から工具に動力を伝達することによりワークの機械加工を行う機械加工装置に関するもので、特に、工具ホルダーや主軸等の装置構成部材がワークに接触することにより損傷を受けるのを防止する機械加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＣ工作機械等の機械加工装置によって、大きな段差のあるワークや、鋳物のように形状が不揃いのワークを加工する場合に、工具ホルダーが工具よりも大径であることから、工具ホルダーがワークと接触すると、工具が損傷し、ひいては機械主軸の損傷、ワークの変形に至るおそれもあった。このため、本発明の出願人は、以前に、工具ホルダーの工具以外の部材が工具７と接触すると、主軸を制御して、工具ホルダー等の損傷を未然に防止できるようにした機械加工装置を提案している（特開平６−１７０６８２号公報）。この機械加工装置は、工具と工具ホルダーとの間に例えばスリーブ形の電気的絶縁材を介装して両者を電気的に絶縁し、加工中に工具ホルダー等がワークに接触したとき、主軸、工具ホルダー、工具、ワーク等からなる電気回路が導通するようにし、この導通状態を導出検出手段により検出し、その出力信号を受ける主軸制御手段により主軸を制御して、例えば主軸を停止させるようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の機械加工装置では、工具と工具ホルダーとを絶縁するようにしているため、両者間に絶縁スリーブを介装する場合、工具ホルダーの筒状ホルダー本体部（ホルダー胴部）に把持される工具基端部の径によってそれぞれ専用の絶縁スリーブが必要となる。つまり、工具基端部の径が異なるごとに、その径の工具基端部に適嵌合し得る内径を有する絶縁スリーブを用意する必要がある。しかして、上記絶縁スリーブには、相当な強度が要求されることから、セラミック材等が使用されるが、高精度に加工する必要があるため加工コストが非常に高くつくという難点がある。また工具ホルダーは、工具保持穴の径が規格によって例えば４２ｍｍ、３２ｍｍ、２５ｍｍ、２０ｍｍ等と段階的に決められているが、例えば３２ｍｍの保持径を有する工具ホルダーでは、上記のような絶縁スリーブを使用するため、２５ｍｍの保持能力となり、工具ホルダーの保持能力が一段落ちるという難点もある。
【０００４】
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、上記従来の機械加工装置のように工具と工具ホルダーとの間に絶縁スリーブ等の電気的絶縁材を介在させる必要がなく、工具ホルダーの工具保持穴で工具基端部を直接保持できると共に、標準品のストレートコレットもそのまま使用できるようにした機械加工装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、工具７を保持する工具ホルダー４と、この工具ホルダー４が装着される主軸１とを備え、工具ホルダー４が、主軸１の軸穴５に嵌合される側のシャンク部６と、このシャンク部６からその先方側に延び、工具７の基端部が挿入される側の筒状ホルダー本体部８と、このホルダー本体部８に外嵌される締付用回転筒９とからなり、主軸１から工具７に動力を伝達することによりワークＷの機械加工を行う機械加工装置において、工具ホルダー４のシャンク部６とホルダー本体部８とが互いに電気的に絶縁され、締付用回転筒９の外周側に、回転筒本体部１８と電気的に絶縁され且つシャンク部６と接触可能な導電性カバー部１４が回転筒本体部１８と一体的に設けられ、当該装置の構成部材の表面部がワークＷに接触することにより導通する電気回路と、この電気回路の導通状態を検出する導通検出手段と、この導通検出手段からの検出信号を受けて主軸を制御する主軸制御手段とが設けられてなることを特徴とする。
【０００６】
請求項２は、請求項１に記載の機械加工装置において、工具ホルダー４のシャンク部６とホルダー本体部８とが互いに分割形成されて、両者間に電気的絶縁材を介装した状態でボルト１５により接合されてなることを特徴とする。
【０００７】
請求項３は、請求項１に記載の機械加工装置において、工具ホルダー４のシャンク部６とホルダー本体部８とは、互いに分割形成されて、両者間に電気的絶縁材を介装した状態で接着材により接合されてなることを特徴とする。
【０００８】
請求項４は、請求項１ないし３のいずれかに記載の機械加工装置において、導電性カバー部１４は、電気的絶縁材を介装した状態でこの絶縁材と共に回転筒本体部１８に対しねじ結合されてなることを特徴とする。
【０００９】
請求項５は、請求項１ないし３のいずれかに記載の機械加工装置において、導電性カバー部１４は、電気的絶縁材を介装した状態で回転筒本体部１８に接着剤により接合されてなることを特徴とする。
【００１０】
請求項６は、請求項１ないし５に記載の機械加工装置において、工具ホルダー４のシャンク部６側には、締付用回転筒９の締付時にこの回転筒９に接触する導電性の接触部片２０が設けられてなることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
請求項１によれば、機械加工装置構成部材の表面部、例えば導電性カバー部１４がワークＷに接触すると、主軸１、工具ホルダー４のシャンク部６、締付用回転筒９の導電性カバー部１４、ワークＷ、及び主軸頭２を有するとともにワークＷを支持する加工機本体からなる電気回路が導通し、この導通状態を導通検出手段が検出し、且つ所定の検出信号を出力し、主軸制御手段は、この検出信号を受けて主軸を制御し、例えば停止させる。従って、工具ホルダー４等の損傷を未然に防止できる。また、工具７と工具ホルダー４との間に絶縁スリーブ等の電気的絶縁材を介在させる必要がないから、工具ホルダー４のホルダー本体部８で工具７を直接保持でき、保持能力を低下することがなく、工具基端部７ａの径が変更されたときは、標準品のストレートコレットをそのまま使用できる。
【００１２】
請求項２によると、ボルト１５を取り外せば、シャンク部６とホルダー本体部８とは互いに分離し、従ってホルダー本体部８を所要径のものと取り替えることができる。
【００１３】
請求項３によれば、シャンク部６とホルダー本体部８とは電気的絶縁材を介装した状態で接着材により接合されるから、シャンク部６とホルダー本体部８との接合構造が簡単となり、その接合が容易となる。
【００１４】
請求項４によれば、導電性カバー部１４を回転筒本体部１８から取り外すことができ、導電性カバー部１４が損傷した場合に取り替えることができる。
【００１５】
請求項５によれば、導電性カバー部１４が回転筒本体部１８に対して電気的絶縁材を介装した状態で接着剤により接合されるから、回転筒本体部１８への導電性カバー部１４の取付けが容易となる。
【００１６】
請求項６によれば、締付用回転筒９を締付方向に回転させることにより、この回転筒９はシャンク部６に対して導通可能な状態となる。
【００１７】
【実施例】
実施例について図面を参照して説明すると、図１は、本発明に係る機械加工装置が、大きな段差のあるワークＷを加工している状態を示す説明図、図２は、その拡大詳細断面図であり、これらの図において、１は主軸で、機械加工装置本体（図示省略）の主軸頭２に軸受３を介して回転自在に支持されている。４は、主軸１に装着される工具ホルダーで、この工具ホルダー４は、テーパ状の基端部６ａが主軸１のテーパ状軸穴５に嵌合されるシャンク部６と、このシャンク部６から先方側へ延出された筒状のホルダー本体部８と、このホルダー本体部８に外嵌される締付用回転筒９とからなり、ホルダー本体部８には工具７の基端部７ａが挿入される軸穴１０が形成されている。尚、このシャンク部６は、先端部外周に形成されたマニピュレータ把持用のフランジ部１１を含むものとする。
【００１８】
ホルダー本体部８の外周面８ａは先細テーパ状に形成され、このホルダー本体部８に外嵌される締付用回転筒９の内周面９ａは、ホルダー本体部８のテーパ状外周面８ａと対応するテーパ状に形成されている。締付用回転筒９とホルダー本体部８との間には複数のニードルローラー１２が介装され、これらのニードルローラー１２はリテーナ１３によって保持されている。しかして、ホルダー本体部８の軸穴１０にエンドミル等の工具７の基端部７ａを挿入した後、締付用回転筒９を回転させることにより、ニードルローラー１２が自転しつつホルダー本体部８の外周面８ａに対して螺旋状に公転し、ホルダー本体部８に工具把持力を与えるようになっている。尚、図示は省略するが、主軸１の先端面所要部にキーが突設してあって、このキーが、シャンク部６のフランジ部１１の一部外周に設けられたキー溝に係合することにより、主軸１の回転動力がこれらキー及びキー溝を介して工具ホルダー４に伝達されることになる。
【００１９】
工具ホルダー４のシャンク部６とホルダー本体部８とは電気的に絶縁されていると共に、締付用回転筒９の外周側に、当該締付用回転筒９と電気的に絶縁され且つシャンク部６と接触可能な導電性カバー部１４が締付用回転筒９と一体的に設けられており、従って通常の加工状態では、主軸頭１ａ、主軸１、工具ホルダー４のシャンク部６、ホルダー本体部８、工具７、ワークＷ、及び主軸頭２を有するとともにワークＷを支持する加工機本体（図示せず）からなる電気的な閉回路は形成されない。しかして、例えば締付用回転筒９の導電性カバー部１４がワークＷに接触すると、主軸頭２、主軸１、工具ホルダー４のシャンク部６、導電性カバー部１４、ワークＷ、及び加工機本体からなる電気的な閉回路が形成されることになる。
【００２０】
上記工具ホルダー４のシャンク部６とホルダー本体部８との絶縁構造、及び導電性カバー部１４の取付構造について図２を参照して説明すると、シャンク部６とホルダー本体部８とは、互いに分割形成されて、複数のボルト１５により一体的に接合されている。そして、シャンク部６とホルダー本体部８とを絶縁するために、図２に示す実施例では、両者間に合成樹脂材やセラミック等の電気的絶縁材からなる板状材１６が介装されると共に、上記ボルト１５とホルダー本体部８との間に同様な電気的絶縁材からなるブッシュ１７が介装されている。尚、この実施例に限定する必要はなく、２分割したシャンク部６とホルダー本体部８の分割端面間に電気的絶縁材を介在させると共に、強力な接着力を有する接着剤によってその電気的絶縁材とシャンク部６とホルダー本体部８とを互いに一体的に接合させてもよく、この場合には両者の接合が簡単となる。シャンク部６とホルダー本体部８とをボルト１５により接合した場合は、ボルト１５を取り外すことにより、シャンク部６とホルダー本体部８とを互いに分離でき、従ってホルダー本体部８を所要径のものと取り替えることができる。
【００２１】
上記締付用回転筒９は、回転筒本体１８と前記導電性カバー部１４とからなるもので、両者を絶縁するために、図２に示す実施例では、回転筒本体１８の外周面と、筒状に形成された導電性カバー部１４の内周面との間に合成樹脂材やセラミック等の電気的絶縁材からなる筒状材１９が介装されると共に、強力な接着力を有する接着剤によって上記筒状材１９と回転筒本体１８と導電性カバー部１４とが一体的に結合されている。尚、これら筒状材１９、回転筒本体１８及び導電性カバー部１４を一体的に結合するには、これら三者を互いにねじ結合するようにしてもよい。この場合には、図２に示すように筒状材１９、回転筒本体１８及び導電性カバー部１４はそれぞれの基端側が平行で先方側が先細テーパ状となっていることから、回転筒本体１８の平行部外周面に雄ねじを形成し、この雄ねじに螺合する雌ねじを筒状材１９の平行部内周面に形成し、またこの筒状材１９の平行部外周面に雄ねじを形成し、この雄ねじに螺合する雌ねじを導電性カバー部１４の平行部内周面に形成するとよい。このようにねじ結合することによって、導電性カバー部１４が損傷したような場合にこのカバー部１４を取り替えることができる。尚、この導電性カバー部１４は、ワークＷに接触したときワークＷやこのカバー部１４自体を破損しないように比較的軟質の金属で形成することが望ましい。
【００２２】
また、締付用回転筒９を締付けてホルダー本体部８内に工具７の基端部７ａを把持した状態において、導電性カバー部１４がシャンク部６に接触してこの導電性カバー部１４とシャンク部６とが電気的に導通することが必要であるため、この実施例では、図２に示すようにシャンク部６の先端部に導電性の筒状接触部片２０がビス２１によって取付けられている。この接触部片２０をシャンク部６と一体に形成してもよいし、また導電性カバー部１４側にシャンク部６と接触可能な接触片を一体または一体的に設けてもよい。しかし、図示のような接触部片２０にすれば、接触部片の製作及び取付けが簡単容易となる。
【００２３】
図１〜図４において２２は、機械加工装置を構成する部材の表面部、例えば導電性カバー部１４がワークＷに接触したことを検出するセンサーであり、このセンサー２２は全体として環状に形成され、主軸頭２の先端部外周に装着されている。このセンサー２２からの信号は制御部２３に入力され、この制御部２３により主軸１を制御するようになっている。
【００２４】
図３に示すように、センサー２２は、フェライト等の磁性材料からなる円環状のコア２４，２５にそれぞれコイル２６，２７が一様に巻かれてなる励起コイル２８及び検知コイル２９を互いに接近して有している。更に具体的には、図４にその断面を示すように、励起コイル２８及び検知コイル２９は、アルミニウム等の金属材料からなる円環状で端面コ字形のケーシング３０内に収納され、合成樹脂３１が注封されて固定された上、合成樹脂製のカバー３２で被覆されている。また励起コイル２８及び検知コイル２９は、絶縁のためケーシング３０とは接触しないようになっている。ケーシング３０の外周部には取付用のフランジ３０ａが設けられ、ボルト３３によって主軸頭２に取付けられている。
【００２５】
制御部２３は、図３に示すように、励起コイル２８に高周波電流を流すための電源部３４と、検知コイル２９の出力信号から検知信号を得るための検出部３５とからなり、これが一個の筐体内に収納されて機械加工装置本体（図示省略）の制御盤内に取付けられ結線されるようになっている。電源部３４は、数ＫＨｚから数百ＫＨｚの発振回路及び電力増幅回路等からなり、周波数及び出力電力の調整が可能となっている。
【００２６】
図５において、検出部３５は、検知コイル２９の出力信号Ｓ１を適当なレベルに増幅する増幅器３６と、増幅器３６の出力信号Ｓ２が比較的低いレベルにおいて検知信号を出力する低レベル検出部３７と、出力信号Ｓ２が比較的高いレベルにおいて検知信号を出力する高レベル検出部３８とを有している。低レベル検出部３７は、例えば調整器３９ａによって増幅度の調整が可能な増幅器３９、検波器４０、波形整形器４１、積分器４２及び出力部４３からなり、増幅器３６の出力信号Ｓ２を適当なレベルに増幅して検波し、一定レベル以上の信号に対してはいでいの波形のパルスに変換し、そのパルスが一定個数（ここでは３個）以上連続した場合に検知信号Ｓ７を出力する。
【００２７】
つまり、電源部３４によって励起コイル２８のコイル２６には高周波電流が流れ、コア２９に高周波磁界が発生する。ここで、工具７とワークＷとが接触しても、工具ホルダー４のシャンク部６と、工具７を把持するホルダー本体部８とが絶縁され、またシャンク部６と接触している締付用回転筒９の導電性カバー部１４と回転筒本体１８とが絶縁されているため、電気的閉回路は形成されず、主軸１や主軸頭２を電流は流れない。しかし、図１及び図２に示すように、加工中に機械加工装置構成部材の表面部、例えば導電性カバー部１４がワークＷに接触すると、この高周波磁界によって加工機本体、主軸頭２、主軸１、工具ホルダー４のシャンク部６、締付用回転筒９の導電性カバー部１４、及びワークＷをループ状に流れる高周波電流Ｈが生ずる。この高周波電流Ｈによって検知コイル２９のコア２５に高周波磁界が発生し、これがコイル２７に高周波電流を誘起して検知コイル２９の出力信号Ｓ１となる。この出力信号Ｓ１が、上述した低レベル検出部３７で処理されて検知信号Ｓ７が出力される。積分器４２は単発性の雑音による誤動作を防止するためのものであるが、これによって応答に遅れ時間が生じるが、電源部３４の周波数が高いためこの遅れ時間は僅かですみ、実用上は何ら差し支えない。
【００２８】
主軸１が高速回転している場合には、軸受３部分が油膜によって直流的に絶縁状態となっているが、高周波に対してはその部分の静電容器によっけ有限値のリアクタンスとして働き、高周波電流Ｈが生じるので、これを検知コイル２９によって信号Ｓ１として検知し、増幅器３６，３９により大きく増幅することによって検知信号Ｓ７が得られるのである。
【００２９】
次に、高レベル検出部３８は、その入力信号Ｓ２が低レベル検出部３７におけるときよりも高いレベルであるときに検知信号Ｓ８を出力するようになっており、増幅器４４の増幅度が比較的低く設定されているほかは、検波器４５、波形整形器４６、積分器４７、及び出力部４８は、低レベル検出部３７のそれらと同一の機能を有するものである。従って、高レベル検出部３８は、主軸１が停止している場合に機械加工装置構成部材の表面部がワークＷに接触したときに検知信号Ｓ８を出力し、その他の場合、例えば主軸１が回転して絶縁状態となるときや、主軸１が停止していて締付用回転筒９の導電性カバー部１４等がワークＷに金属粉や切削油等を介してのみ接触し接触抵抗が高いときには、検知レベルが高いために検知信号Ｓ８を出力しない。
【００３０】
これに対して、低レベル検出部３７は、上述のように検知レベルが低いため、主軸１が停止している場合には導電性カバー部１４等が金属粉や切削油等を介してワークＷと接触しても検知信号Ｓ７を出す可能性があるが、これらの信号Ｓ７，Ｓ８を用いて所要の処理を行う側（加工機）において、これらの信号Ｓ７，Ｓ８と主軸１の停止または回転状態信号との論理積を得ることによって、主軸１が停止または回転のいずれかの状態であっても正しい信号を得ることができるのである。その一例を図６に示す。同図において、信号Ｓ９は主軸１の停止または回転の両状態を通じて導電性カバー部１４等がワークＷと接触したときに出力される検知信号であり、この検知信号が主軸１のコントローラに出力され、例えば主軸１を一時停止する。
【００３１】
上述の実施例では、工具７以外の部材がワークＷと接触していないときには加工機や主軸１に高周波電流Ｈは流れないため消費電力の増大を招かないとともに、導電性カバー部１４等がワークＷと接触した場合には主軸１が高速回転しているときでも高周波電流Ｈが流れ、これを検知コイル２９によって無接触で検知し、検出部３５によって検知信号を良好なＳＮ比で安定して得ることができる。励起コイル２８と検知コイル２９とをケーシング３０内に収納して一体化したので、取付けや交換が容易である。
【００３２】
尚、以上の実施例では、主軸１の先端部、工具ホルダー４のシャンク部６、導電性カバー部１４等がワークＷと接触した際に主軸１を直ちに停止もしくは回転しないようにしたが、警報（警告ランプの点灯、警告音の出力）を発した上で主軸１を停止するようにしてもよい。また主軸１を停止することなく主軸１の回転速度を低速あるいは回転トルクを低くするように制御してもよく、更には主軸１の停止がマニュアルで実行できるようなものにしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る機械加工装置によれば、機械加工装置構成部材の表面部がワークに接触してそれらの部材が損傷を受けるのを防止し、ひいてはワークに対する損傷を防止することができる。そして、工具と工具ホルダーとの間に絶縁スリーブ等の電気的絶縁材を介在させる必要がないから、工具ホルダーのホルダー本体部で工具を直接保持することができ、工具基端部の径が変更されたときは、標準品のストレートコレットをそのまま使用でき、工具ホルダーによる保持能力を落とすこともない。
【００３４】
請求項２によれば、ボルトを取り外すことにより、シャンク部とホルダー本体部とを互いに分離できるから、ホルダー本体部を所要径のものと取り替えることも可能となる。
【００３５】
請求項３によれば、シャンク部とホルダー本体部とが、電気的絶縁材を介装した状態で接着材により接合されるから、シャンク部とホルダー本体部との接合構造が簡単となり、その接合が容易となる。
【００３６】
請求項４によれば、導電性カバー部が損傷した場合にはこれを取り替えることができる。
【００３７】
請求項５によれば、導電性カバー部が回転筒本体部に対して電気的絶縁材を介装した状態で接着剤により接合されるから、回転筒本体部への導電性カバー部の取付けが容易となる。
【００３８】
請求項６によれば、接触部片の製作及び取付けが簡単容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る機械加工装置を示す側面図である。
【図２】同上の機械加工装置の要部を示す拡大詳細断面図である。
【図３】検知装置の一部ブロック図を含む斜視図である。
【図４】センサーの断面図である。
【図５】検出部の一例を示すブロック図である。
【図６】検知信号Ｓ７，Ｓ８の処理の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 主軸
２ 主軸頭
４ 工具ホルダー
５ 主軸の軸穴
６ シャンク部
７ 工具
８ ホルダー本体部
９ 締付用回転筒
１４ 導電性カバー部
１６ 電気的絶縁材からなる板状材
１８ 回転筒本体部
１９ 電気的絶縁材からなる筒状材
２０ 接触部片
Ｗ ワーク

Claims (6)

1. 工具を保持する工具ホルダーと、この工具ホルダーが装着される主軸とを備え、工具ホルダーが、主軸の軸穴に嵌合される側のシャンク部と、このシャンク部からその先方側に延び、工具の基端部が挿入される側の筒状ホルダー本体部と、このホルダー本体部に外嵌される締付用回転筒とからなり、主軸から工具に動力を伝達することによりワークの機械加工を行う機械加工装置において、工具ホルダーのシャンク部とホルダー本体部とが互いに電気的に絶縁され、締付用回転筒の外周側に、回転筒本体部と電気的に絶縁され且つシャンク部と接触可能な導電性カバー部が一体的に設けられ、当該装置の構成部材の表面部がワークに接触することにより導通する電気回路と、この電気回路の導通状態を検出する導通検出手段と、この導通検出手段からの検出信号を受けて主軸を制御する主軸制御手段とが設けられてなることを特徴とする機械加工装置。
2. 工具ホルダーのシャンク部とホルダー本体部とは、互いに分割形成されて、両者間に電気的絶縁材を介装した状態でボルトにより接合されてなることを特徴とする請求項１に記載の機械加工装置。
3. 工具ホルダーのシャンク部とホルダー本体部とは、互いに分割形成されて、両者間に電気的絶縁材を介装した状態で接着材により接合されてなることを特徴とする請求項１に記載の機械加工装置。
4. 導電性カバー部は、電気的絶縁材を介装した状態でこの絶縁材と共に回転筒本体部に対しねじ結合されてなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の機械加工装置。
5. 導電性カバー部は、電気的絶縁材を介装した状態で回転筒本体部に接着剤により接合されてなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の機械加工装置。
6. 工具ホルダーのシャンク部側には、締付用回転筒の締付時にこの回転筒に接触する導電性の接触部片が設けられてなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の機械加工装置。

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