JP3691251B2 - 工具ホルダーの密着状態検知装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具ホルダーが主軸のテーパ孔内に密着状態すなわち正常状態で挿着されたか否かを検知する工具ホルダーの密着状態検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動工具交換装置を備えた工作機械においては、工具ホルダーが主軸のテーパ孔内に正しく挿着された状態で、主軸の回転が工具ホルダーを介して工具に伝達されることが期待されている。
しかしながら、かかる状態が常時保たれることは困難であり、まれには主軸のテーパ孔と工具ホルダーとの間に切粉等がかみ込まれ、そのため加工精度が低下したり、最悪の場合には工具が損傷せしめられていた。
【０００３】
そこで、従来から工具ホルダーの密着状態を検知するために種々の工夫がなされてきた。
第ーに、円筒状ケーシングにより回転自在に軸受けされるスピンドルと、このスピンドルの軸孔内に内装され、スピンドルとー体に回転し、且つその先端に工具ホルダーの底部をグリップするチャック部を備えた中心軸と、この中心軸を後方側に付勢するばね手段と、上記中心軸を進退動作させ、チャック部が工具をクランプするかまたはアンクランプするかを制御する進退可能な油圧シリンダのピストンロッドとから構成される工作機械用スピンドルにおいて、前記油圧シリンダのピストンロッドの軸孔に前方向にばね付勢された異常検出軸が内挿され、チャック部異常時、油圧シリンダのピストンロッドが後退位置にあるとき、異常検出軸の前端が中心軸の後端と当接し、中心軸に押圧され、異常検出軸の後端が所定位置まで後退し、この後退により異常を検知する異常検出用スイッチを設けたことを特徴とする工作機械用スピンドルにおける工具クランプ異常検出装置が提案されている（実公平４ー５１９２２号公報）。
【０００４】
第二に、工具ホルダーのシャンクと主軸ヘッドの工具側のテーパ面との密着状態を調べるために該シャンクと該テーパ面との間に圧縮エアを供給して圧縮エアの圧力変化により検知する手段が提案されている。
【０００５】
第三に、図７に示すように振れセンサ２６を工具２７に向かい合わせに設置して距離の変化即ち変位を測定し、工具２７に流れる渦電流又は工具２７と振れセンサ２６（検出端）との間にたまる静電容量を検出する手段が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第ーの手段は、チャック部が破損したりしているとき、皿ばねの引張力により、中心軸が後方に可動して、異常検出軸を圧縮コイルばねのばね力に抗して後方に押圧し、異常検出軸の検出体が異常検出用スイッチにより検知されるものであり、この構造から推してかなりの異常状態にならなければ検知されにくい問題点を有する。
例えば、切粉等の異物がわずかにテーパ孔に残った状態で工具ホルダーがクランプされた様な外観上正常時とは区別がつかない場合には、かかる手段ではこのような異常状態は見逃されてしまう。
【０００７】
第二の手段は、圧縮エア圧が安定してから検知すべき圧力スイッチが動作するので、異常状態を検出するまでの時間がかかり、後工程の作業手順を狂わす等の問題点を有する。
【０００８】
第三の手段は、図８に示す様な数ミクロン程度の小さな切粉３３がテーパ孔３２の面とシャンク３０との間に噛まれた場合に、変位は殆どかわらないため検知されにくく、異常状態でクランプされたままで主軸３１が高速回転されると、工具２７が折損したり、加工面のびびりが生じたり、真円度及び面粗度の精度が低下したりする。
【０００９】
本発明は、かかる従来の手段の欠点を解消し、工具ホルダーが主軸のテーパ孔内に密着状態で挿着されているか否かを精度高く検知することができる工具ホルダーの密着状態検知装置を提供することを課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、次の手段を採るものである。
すなわち、請求項１の発明は、少なくとも３個以上の電極が主軸の工具側端面の表面に外部と絶縁状態で設けられ、各電極は直列に電源、検知部に接続されて回路を形成し、前記電極はそれぞれー対の電極端子を有し、該電極端子間は不導通状態となっており、工具ホルダーが前記主軸の工具側端面の表面に圧着されたとき、全部又はー部の電極の電極端子間の電流の不導通により、工具ホルダーの異常状態が検知されるようにしたことを特徴とする工具ホルダーの密着状態検知装置である。
【００１１】
また、請求項２の発明は、電極が３〜４個である請求項１に記載の工具ホルダーの密着状態検知装置である。
【００１２】
さらに、請求項３の発明は、電極が主軸の工具側端面の表面の同一円周上に等間隔に設けられた請求項１又は２に記載の工具ホルダー密着状態検知装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面をまじえて詳細に説明するが、図は、あくまでも説明のためのものであり、本発明の精神を逸脱しない限り多少の変更は許容される。
図１は、本発明の工具ホルダーの密着状態検知装置のー実施例を適用した主軸ヘッドの略断面図であるが、同図において、主軸１は、主軸ヘッド２にベアリング３を介して回転可能に支承されている。
【００１４】
工具ホルダー４が主軸１のテーパ孔５内に嵌合された場合が想定されており、そのためクランプロッド６の先端部分７がクランプ用鋼球８を押し上げまたは押し下げて工具ホルダー４とスタブ９とを係合することにより、工具ホルダー４ひいては工具が主軸１にクランプされている。
【００１５】
他方、クランプロッド６が図に向かって左方向に押されると、クランプ用鋼球８がクランプロッド６の凹所１０に嵌まり込み、工具ホルダー４とスタブ９との係合が解除されてアンクランプ状態になるように構成される。
１１は、仮保持用硬球であり、ばね１２によって主軸１の孔から工具ホルダー４に臨み、アンクランプ状態から自動工具交換に至るまでの工具ホルダー４の離脱を防止して安全を図っている。
【００１６】
ー対の電極端子ａ，ｂは、１個の電極Ａを形成し、主軸１の工具側端面１３の表面１３ａに外部と絶縁状態で取り付けられている。
例えば、工具側端面１３をセラミックなどの非導電体で形成し、電極端子ａ、ｂを工具側端面１３の表面１３ａに露出させる。
この状態では電極端子ａ、ｂ間は不導通になっているが、工具ホルダー４が主軸１のテーパ孔５内に密着状態で嵌合することにより、電極端子ａ、ｂ間は導通状態になる。
電極Ｙは、ー対の電極端子ｖ、ｗで形成され、電極端子ｖと電極端子ａとが、電極端子ｗと電極端子ｆとが、それぞれコード１４、１５によってつながれている。尚、コード１５の途中は省略されている。
【００１７】
主軸１の工具側端面１３の表面１３ａを工具側から見た図を図２に示す。図２において、電極端子ａ、ｂは電極Ａを、電極端子ｃ，ｄは電極Ｂを、電極端子ｅ、ｆは電極Ｃを形成し、電極端子ｖ、ｗは電極Ｙを形成する。電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｙは、導通状態になったとき直列になるように接続される。また、電極Ａ、Ｂ、Ｃは、互いに１２０°ずらして等分の位置に配置されている。
前記電極端子ｖは電極端子ａと、電極端子ｂは電極端子ｃと、電極端子ｄは電極端子ｅと、電極端子ｆは電極端子ｗと、それぞれつながれて導通状態となっている。
【００１８】
他方、つながれていない電極端子間は、不導通状態となっており、図１の２点鎖線に示す様に工具ホルダー４が主軸１の工具側端面の表面１３ａに密着して圧着されることにより、はじめて導通状態になる。
図３、図４は、電極の取付け位置を替えた他の実施例を示すものであり、図３においては電極Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ（電極端子ｇ，ｈ）が、同心円上に互いに９０°ずらして等分の位置に配置されており、図４においては電極Ａ、Ｂ，Ｃが不等分の位置に配置されている。
電極の個数は３個以上、好ましくは３〜４個であるが、これは工具ホルダー４がテーパ孔５内に正常状態で挿着されたか否かを精度高く検知するためであり、図２又は図３の如く電極が同一円周上に等間隔で配置されているものが好ましい。
【００１９】
主軸ヘッド２内にはシリンダー１６が内蔵され、このシリンダー１６内にＴ型のピストン１７が摺動可能に設けられ、矢印方向から流体供給路１８を通ってシリンダー室１９に圧油、エア圧などの流体が供給されてピストン１７が下方に移動し、電極端子ｘが電極端子ｖに、電極端子ｙが電極端子ｗに、それぞれ接続されて導通状態になり、他方シリンダー室１９内の流体を流体出口路２０から回収することにより、ピストン１７はばね２１の付勢力で上方にもどり、電極端子ｘ、ｙは電極端子ｖ、ｗとそれぞれ不導通状態になる。
【００２０】
検知部２３のー端はコード２１によって電極端子ｘに接続され、その他端は、コード２５によって電源２４に接続され、電源２４の他端は電極端子ｙに接続されている。この関係は、図５によっても同様に示される。したがって、工具ホルダー４がテーパ孔５内に挿入され正常状態で密着されたとき、図５に示す不導通の箇所は全て導通状態となり、この閉回路には電流が流れることになる。
図６は、図１のように電極端子ｘ、ｙをピストン１７の動きにより移動させるものではなく、図示しない自動工具交換装置の交換アームに、検知部及び電源に接続されたー対の電極端子を設け、工具ホルダー４を主軸１のテーパ孔５内に正常状態で挿着したとき、前記ー対の電極端子が主軸１の電極端子ｖ，ｗと接続するようにしたものである。
【００２１】
ここで、図１〜５にもとづいて本発明の作用について説明する。
まず、主軸１は加工中に於いては回転しているが、該主軸１の工具を交換する際には、主軸１が定位され、決まった位相に電気的に固定される。該主軸１が定位されたときに、電極端子ｖ，ｗが旋回方向上、ある決まった位置に固定され、該電極端子ｘ、ｙが接触、導通可能となる。
つぎに、主軸１に図示しない自動工具交換装置により工具ホルダー４が挿着されると同時に、流体が流体供給路１８を通ってシリンダー室１９に供給され、そのためピストン１７は下降して電極端子ｘ、ｙが電極端子ｖ，ｗに接触し、工具ホルダー４が主軸１のテーパ孔５内に正常な状態で挿着された場合には、工具ホルダー４によって電極端子ａ〜ｂ間、電極端子ｃ〜ｄ間、電極端子ｅ〜ｆ間は接続され、図５に示すものは一つの閉回路を形成することになる。
しかるに、工具ホルダー４が切粉等のためにテーパ孔５内に密着して挿着されず、異常状態で把持されている場合には、図２においては電極Ａ、Ｂ、Ｃ又は図３においては電極Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｄの全部又はー部は不導通状態のままであり、電流が流れないことになるので、この電流の流れの有無を検知部２３で検知し、異常の信号を発信し、工作機械を停止し自動工具交換をリトライさせることになる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１、２又は３の発明によれば、工具ホルダーの異常状態が精度高く正確に短時間で検知され、ひいては刃具の折損が防止される効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工具ホルダー密着状態検知装置のー実施例を適用した主軸ヘッドの略断面図である。
【図２】本発明に係る主軸の工具側端面の表面における電極端子の配置図である。
【図３】電極端子の他の配置図である。
【図４】電極端子のさらなる他の配置図である。
【図５】電極、検知部及び電源からなる略回路図である。
【図６】本発明の工具ホルダー密着状態検知装置の他の実施例を適用した主軸ヘッドの略断面図である。
【図７】従来の工具ホルダー密着状態検知装置を適用した主軸ヘッドの略断面図を示すものである。
【図８】図７において切粉が噛み込んだ場合の略断面図を示すものである。
【符号の説明】
１ 主軸
２ 主軸ヘッド
４ 工具ホルダー
６ クランプロッド
７ クランプロッドの先端部分
９ スタブ
１３ 主軸の工具側端面
１３ａ 主軸の工具側端面の表面
１６ シリンダー
１７ ピストン
２３ 検知部
ａ 電極端子
ｆ 電極端子

Claims (3)

1. 少なくとも３個以上の電極が主軸の工具側端面の表面に外部と絶縁状態で設けられ、各電極は直列に電源、検知部に接続されて回路を形成し、前記電極はそれぞれー対の電極端子を有し、該電極端子間は不導通状態となっており、工具ホルダーが前記主軸の工具側端面の表面に圧着されたとき、全部又はー部の電極の電極端子間の電流の不導通により、工具ホルダーの異常状態が検知されるようにしたことを特徴とする工具ホルダーの密着状態検知装置。
2. 電極が３〜４個である請求項１に記載の工具ホルダーの密着状態検知装置。
3. 電極が主軸の工具側端面の表面の同ー円周上に等間隔に設けられた請求項１又は２に記載の工具ホルダーの密着状態検知装置。

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