JP3872948B2 - 自動旋盤のコレットチャック装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動旋盤のコレットチャック装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のコレットチャック装置として、たとえば特開平６−２４６５１６号公報に開示されたようなものが知られている。この特開平６−２４６５１６号公報に開示された自動旋盤のコレットチャック装置は、軸受部材によって回転可能に支持されたスピンドルを有している。このスピンドルには、チャック爪手段がスピンドルと一体回転するように取付けられている。チャック爪手段は、爪ホルダと、この爪ホルダに揺動可能に取付けられたチャック爪等から構成される。スピンドルの外周であってチャック爪手段側にはシフターが外嵌されている。このシフターは、スピンドルに対して回転可能に取付けられているとともに、軸方向であってチャック爪手段方向に移動可能に取付けられている。また、シフターは軸受部材によって回転可能に支持されている。シフターを支持する軸受部材はナットによって所定の位置に取付・固定されるようになっている。シフターは、油圧シリンダによってレバーを回動させることによりチャック爪手段方向に往復動するように構成されている。
【０００３】
スピンドルの内周側であってチャック爪手段側には押しスリーブが配置されていて、この押しスリーブの一端はチャック爪手段のチャック爪の作動部に当接した状態になっている。また、スピンドルの内周側であって押しスリーブの他端側にはチャックスリーブが配置されている。このチャックスリーブの一端は、押しスリーブの他端に当接した状態になっている。チャックスリーブの内周側にはコレットチャックが内挿されていて、このコレットチャックの先端部は、例えば、三割状になっていいて、この三割状の先端部が開閉することにより、ワークを把持したり該把持を解除したりする。
【０００４】
上記構成において、シフターがチャック爪手段側に移動せられて、その先端部によりチャック爪を拡開させると、チャック爪の作動部によって押しスリーブが他端側に移動せられ、次いで、チャックスリーブが同方向に移動する。コレットチャックはキャップにより、押しスリーブ（チャックスリーブ）と同方向への移動ができなくなっているため、チャックスリーブの他端側への移動により、コレットチャックの三割状の先端部が閉じる方向に移動せられ、ワークが把持されることになる。逆に、シフターをチャック爪手段から離れる方向に移動させると、チャック爪が閉じる方向に回動できる状態になる。したがって、それによって、チャック爪の作動部を介しての押しスリーブへの押圧力が解除されるので、押しスリーブ及びチャックスリーブが、コレットチャックの三割状の先端部の拡開方向への力（圧バネ）によって一端側に押し戻され、コレットチャックの三割状の先端部が拡開してワークの把持が解除され、チャック爪は閉じる方向に回動する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成によると次のような問題があった。シフターがコレットチャックを閉じる位置に達した状態では、シフターを支持する軸受部材に予圧がかからない状態となっており、軸受部材の内部すきま等により転動体（玉）がばたついて、異音が生じてしまう。また、転動体のばたつきにより、軸受部材（転動体あるいは軌道輪）が摩耗する惧れもある。
【０００６】
軸受部材に予圧をかける構造として、軸受部材として一対のアンギュラコンタクト玉軸受を組合せて用いることが考えられるが、構成部品点数が増加して高コスト化を招来すると共に、軸受部材が配設された部分の構成が複雑且つ大型になるになるという問題を有している。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、高コスト化、構成の複雑化及び大型化をともなうことなく、軸受部材の摩耗や異音の発生を抑制することが可能な自動旋盤のコレットチャック装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る自動旋盤のコレットチャック装置は、主軸と、主軸の内周側に主軸の軸線と同心に配設されたスリーブと、スリーブと同心に内挿され、スリーブとの相対移動により開成あるいは閉成して被加工物を把持するコレットチャックと、主軸の外周側に主軸の軸線方向に移動可能に設置されたシフターと、シフターの外周部に当接する作動部とスリーブ又はコレットチャックのいずれか一方を主軸の軸線方向に押圧する押圧部とを有し、揺動可能に軸支されたチャック爪と、シフターを軸支する単列深溝ラジアル玉軸受と、単列深溝ラジアル玉軸受を介してシフターを主軸の軸線方向に移動させるアクチュエータと、アクチュエータの駆動を制御する制御手段と、を備えており、シフターの外周部は、主軸の軸線方向に沿って順次外径が変化するテーパ部と、主軸の軸線方向に沿って外径が同等とされた大径部と、を含み、制御手段は、コレットチャックが閉成されてチャック爪の作動部がシフターの大径部に当接している状態では、作動部と大径部との間に生じる摩擦力よりも小さい押圧力でシフターを主軸の軸線方向に付勢して単列深溝ラジアル玉軸受に予圧を与えるように制御することを特徴としている。
【０００９】
本発明に係る自動旋盤のコレットチャック装置では、制御手段は、コレットチャックが閉成されてチャック爪の作動部がシフターの大径部に当接している状態では、作動部と大径部との間に生じる摩擦力よりも小さい押圧力でシフターを主軸の軸線方向に付勢して単列深溝ラジアル玉軸受に予圧を与えるように制御するので、シフターがコレットチャックを閉成する位置に達し、チャック爪の作動部が大径部に当接している状態では、シフターを軸支する単列深溝ラジアル玉軸受に予圧が付与された状態となり、単列深溝ラジアル玉軸受の内部すきま等による転動体のばたつきが低減され、単列深溝ラジアル玉軸受の摩耗や異音の発生を抑制することができる。また、シフターを軸支する軸受部材として単列深溝ラジアル玉軸受を用い、この単列深溝ラジアル玉軸受に対して予圧を付与することができるので、構成部品点数の増加による高コスト化、構成の複雑化及び大型化を防ぐことができる。
【００１０】
また、アクチュエータに連結され、アクチュエータの変位をシフターに伝えるためのコレットチャック開閉レバーと、アクチュエータの変位量が、コレットチャックを閉じて被加工物を把持するための変位量よりも大きい場合にコレットチャック開閉レバーとアクチュエータとの連結が外れているものと判断する判断手段と、を更に備えていることが好ましい。このように構成した場合、判断手段により、コレットチャック開閉レバーとアクチュエータとが連結されておらずコレットチャックが閉異常状態にあることを認識することができる。これにより、コレットチャック開閉レバーの位置を検知するためのセンサを別途配設する必要がなく、コレットチャックの閉異常を確実且つ簡易に確認することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による自動旋盤のコレットチャック装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
【００１２】
自動旋盤は、主軸台１を有しており、この主軸台１は、図示しないサーボモータ及びボールネジ・ボールナット機構部によって、軸芯方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成されている。主軸台１には、主軸３が、軸受部材５を介して、回転可能に支持されている。主軸３に対して、主軸モータ及びプーリ及びベルトからなる回転伝達機構部（図示せず）が設けられており、主軸モータを回転させることにより、回転伝達機構部を介して主軸（スピンドル）３が回転する。
【００１３】
主軸３の内周側には、スリーブとしてのチャックスリーブ１１及び押しスリーブ１２とが、主軸３の軸線と同心に配設されており、主軸３の軸線方向に移動可能に嵌挿されている。チャックスリーブ１１の一端部（図１中左側となる端部）と押しスリーブ１２の一端部（図１中右側となる端部）とは当接、係合している。チャックスリーブ１１の内周側には、棒状の被加工物（図示せず）を把持するためのコレットチャック１３がチャックスリーブ１１と同心に内挿されている。このコレットチャック１３とチャックスリーブ１１との間にはコイルスプリング１４が張設されていて、コレットチャック１３は、このコイルスプリング１４によって、押しスリーブ１２から遠ざかる方向（図１中右方向）に常時付勢された状態にある。また、チャックスリーブ１１の他端（図１中右側となる端部）側には主軸キャップ部１５が主軸３に螺合・固定されている。
【００１４】
コレットチャック１３の先端部は、たとえば三割り状になっていて、この三割り状の先端部を拡開するあるいは絞ることによりコレットチャック１３が開成あるいは閉成し、被加工物を選択的に把持することになる。また、コレットチャック１３の先端部の外周には、主軸キャップ部１５に当接する段付部１３ａが設けられている。この段付部１３ａが主軸キャップ部１５に当接することにより、主軸３の軸線方向におけるコレットチャック１３の位置が規制されるようになっている。押しスリーブ１２及びチャックスリーブ１１が図１中右側に移動することにより、チャックスリーブ１１のテーパ面１１ａとコレットチャック１３のテーパ面１３ｂとの相互作用によって、上述した三割り状になっている部分が絞られ、それによって、被加工物を把持する。逆に、押しスリーブ１２及びチャックスリーブ１１が、コイルスプリング１４のスプリング力によって、図１中左側に移動することにより、チャックスリーブ１１のテーパ面１１ａとコレットチャック１３のテーパ面１３ｂとの相互作用が解除され、上述した三割り状になっている部分が自信のばね力によって拡開し、それによって、被加工物の把持が解除される。上述したように、コレットチャック１３は、チャックスリーブ１１及び押しスリーブ１２との相対移動により開成あるいは閉成する。
【００１５】
主軸３の長手方向中央より図１中若干左側に寄った位置であって外周部には爪ホルダ１６が外挿されていて、この爪ホルダ１６には、一対のチャック爪１７が、ピン１８を介して、回動可能に取り付けられている。爪ホルダ１６の後方（図１中左側）には、調整ナット１９が主軸３に螺合されていて、この調整ナット１９の螺合位置を調整することにより、爪ホルダ１６ひいては一対のチャック爪１７の位置（主軸３の軸線方向における任意の位置）を調整するようになっている。
【００１６】
主軸３の外周であって、爪ホルダ１６のチャックスリーブ１１（コレットチャック１３）側（図１中右側）となる位置には、シフター２１が嵌挿されている。このシフター２１は、主軸３の軸線方向に移動可能に設置されている。また、シフター２１は、支持部材２２の内側に配設された単列深溝ラジアル玉軸受２３によって回転可能に軸支されている。単列深溝ラジアル玉軸受２３はナット２４によって所定の位置に取付・固定されるようになっている。
【００１７】
シフター２１について更に詳細に説明すると、シフター２１は、チャック爪１７を徐々に拡開させるためのテーパ部３２と、チャック爪１７を拡開させた状態に維持するための大径部３３と、を含む外周部３１を有している。テーパ部３２は、主軸３の軸線方向に沿って順次外径が変化するように形成されている。テーパ部３２のコレットチャック１３側（図１中右側）となる部分の外径が、爪ホルダ１６側（図１中左側）となる部分の外径よりも大きくなっている。大径部３３は、テーパ部３２のコレットチャック１３側（図１中右側）に、テーパ部３２に連続して形成されている。大径部３３は、主軸３の軸線方向に沿ってその外径が同等とされており、大径部３３の外径は、テーパ部３２のコレットチャック１３側（図１中右側）となる部分の外径と同等に設定されている。
【００１８】
チャック爪１７には、ピン１８により支持された部分を挟んで、押しスリーブ１２を主軸３の軸線方向に押圧する押圧部３５と、シフター２１の外周部３１に当接して作用する作動部３６とが設けられている。
【００１９】
主軸台１には、図２〜図４に示されるように、コレットチャック開閉レバー４１が軸４２を介して回動自在に取り付けられている。コレットチャック開閉レバー４１の一端には、連結ピン４３を介して支持部材２２が回動可能に連結されている。また、コレットチャック開閉レバー４１の他端には、連結ピン４４を介してロッド４５が連結されている。ロッド４５は、ボールネジ・ボールナット機構部４６を介してアクチュエータとしてのサーボモータ４７に接続されており、コレットチャック開閉レバー４１はサーボモータ４７の変位をシフター２１に伝えることになる。
【００２０】
ボールネジ・ボールナット機構部４６は、サーボモータ４７の回転を主軸３の軸線に平行な方向の動きに変換するためのもので、ロッド４５は、サーボモータ４７の回転により移動（前進あるいは後退）することになる。サーボモータ４７は、ロッド４５を図２中矢印ａ方向に移動させ、コレットチャック開閉レバー４１を図２中矢印ｂ方向に回動させ、それによって、支持部材２２、単列深溝ラジアル玉軸受２３を介して、シフター２１を主軸３の軸線方向に移動させる。サーボモータ４７には、サーボモータ４７の回転を検知するためのパルスジェネレータ（エンコーダ）が設けられている。なお、サーボモータ４７は駆動トルクの制御が可能なものが用いられている。なお、図２〜図４においては、パルスジェネレータの図示を省略している。
【００２１】
上述した構成において、コレットチャック１３による被加工物の把持・把持の解除は次のようにして行われる。図１はコレットチャック１３により被加工物を把持している状態を示し、図５はコレットチャック１３によって被加工物を把持していない（把持を解除した）状態を示している。図５に示す状態、すなわち、コレットチャック１３によって被加工物を把持していない状態において、「コレットチャック閉じ指令」が出力される。「コレットチャック閉じ指令」の出力によって、サーボモータ４７が所定の方向に回転して、ロッド４５を引込み方向に移動させる（図２中右方向）。それによって、コレットチャック開閉レバー４１が図２中反時計回り方向に回動し、シフター２１を爪ホルダ１６の方向（図５において、左方向）に移動させる。
【００２２】
シフター２１の移動によって、シフター２１のテーパ部３２が一対のチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間に入り込んでいき、それによって、一対のチャック爪１７は作動部３６側の部分が拡開するように回動する。チャック爪１７の回動によって、チャック爪１７の押圧部３５が、押しスリーブ１２を、チャックスリーブ１１（コレットチャック１３）方向（図５中右方向）に押圧して移動させる。押しスリーブ１２の移動によって、チャックスリーブ１１も同方向に移動する。このようにチャックスリーブ１１が移動すると、チャックスリーブ１１のテーパ面１１ａとコレットチャック１３のテーパ面１３ｂとの相互作用によって、三割り状になっている部分が絞られてコレットチャック１３が閉成し、被加工物を把持することになる。そして、シフター２１の移動が更に進むと、図１に示されるように、シフター２１の大径部３３が一対のチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間に入り込み、コレットチャック１３により被加工物が把持された状態が維持されることになる。
【００２３】
逆に、被加工物の把持を解除する場合であるが、「コレットチャック開き指令」が出力されると、サーボモータ４７がコレットチャック１３を閉じるときとは反対の方向に回転し、ロッド４５を突出方向に移動させる（図２中左方向）。それによって、コレットチャック開閉レバー４１が図２中時計方向に回動し、シフター２１をチャックスリーブ１１（コレットチャック１３）の方向（図１において、右方向）に移動させる。
【００２４】
シフター２１の移動によって、シフター２１の大径部３３及びテーパ部３２が一対のチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間から抜けていき、チャックスリーブ１１及び押しスリーブ１２はコイルスプリング１４の作用を受けて爪ホルダ１６の方向（図８中左方向）に戻される。これにより、一対のチャック爪１７は、作動部３６側の部分が閉じるように回動することになる。そして、チャックスリーブ１１のテーパ面１１ａとコレットチャック１３のテーパ面１３ｂとの相互作用が解除されていって、三割り状になっている部分が自身のバネ力によって拡開してコレットチャック１３が開成する。この結果、図５に示されるように、被加工物の把持が解除されることになる。
【００２５】
自動旋盤は、図６に示されるように、主軸モータ、サーボモータ４７等の駆動を制御するための制御ユニット部５１を有している。パルスジェネレータ４８の出力は制御ユニット部５１に接続されており、パルスジェネレータ４８から出力される回転位置信号が制御ユニット部５１に入力される。サーボモータ４７は、駆動回路５２及びシフター移動制御回路５３を介して制御ユニット部５１に接続されている。パルスジェネレータ４８は、サーボモータ４７の所定回転角度毎に回転位置信号を発生して、シフター移動制御回路５３及び制御ユニット部５１に出力する。ここで、制御ユニット部５１及びシフター移動制御回路５３は、各請求項における制御手段を構成している。また、制御ユニット部５１は、各請求項における判断手段も構成している。
【００２６】
シフター移動制御回路５３は、パルスジェネレータ４８から出力された回転位置信号に基づいて実際のロッド４５、すなわちシフター２１（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置を認識すると共に、認識した実際のシフター２１の移動位置と後述する制御ユニット部５１から出力されるシフター位置指令信号とを比較して、この比較結果に基づいてシフター駆動信号を生成する。シフター移動制御回路５３にて生成されたシフター駆動信号は、駆動回路５２に出力される。駆動回路５２は、シフター移動制御回路５３から出力されたシフター駆動信号に基づいてサーボモータ４７への供給電力を制御する。これら、駆動回路５２及びシフター移動制御回路５３は、シフター２１の移動位置のフィードバック制御系を構成している。
【００２７】
制御ユニット部５１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＰＬＣ（Program logic Controller）等を有している。ＣＰＵは、制御ユニット部５１全体の信号処理等をつかさどる演算部である。ＲＯＭは各種処理プログラムを記憶する記憶部であり、ＲＡＭはＣＰＵにおける各種演算の結果を読み出し可能に一時的に記憶するように構成されている。制御ユニット部５１は、ＲＯＭに記憶された各種処理プログラムに基づいて、シフター位置指令信号をシフター移動制御回路５３に出力する。また、制御ユニット部５１は、パルスジェネレータ４８から出力された回転位置信号に基づいて実際のロッド４５、すなわちシフター２１（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置を認識する。
【００２８】
次に、図７に基づいて、制御ユニット部５１におけるシフター位置指令信号の出力処理動作を説明する。
【００２９】
制御ユニット部５１は、まず、Ｓ１０１にて、コレットチャック閉じ指令が出されたか否かを判断する。コレットチャック閉じ指令が出された場合には（Ｓ１０１で「Ｙｅｓ」）、Ｓ１０３に進む。一方、コレットチャック閉じ指令が出されていない場合には（Ｓ１０１で「Ｎｏ」）、Ｓ１１１に進む。
【００３０】
Ｓ１０３に進むと、制御ユニット部５１は、第１のシフター位置指令信号をシフター移動制御回路５３に出力する。第１のシフター位置指令信号は、シフター２１の大径部３３がチャック爪１７の作動部３６に当接してチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間に入り込む状態となるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置をあらわす位置データを含んでいる。シフター移動制御回路５３は、制御ユニット部５１から第１のシフター位置指令信号が出力されると、ロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置が第１のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置となるように、パルスジェネレータ４８から出力された回転位置信号に基づいてシフター駆動信号を生成、出力する。これにより、サーボモータ４７は、第１の駆動トルク（たとえば、１．２８N・ｍ；１３ｋｇｆ・ｃｍ）で駆動し、ロッド４５をシフター２１の大径部３３がチャック爪１７の作動部３６に当接してチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間に入り込む状態となるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置となるまで引込み方向に移動させる（図２中右方向）。第１の駆動トルクは、シフター２１のテーパ部３２がチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間に入り込んだ状態で、シフター２１をロッド４５、コレットチャック開閉レバー４１、支持部材２２、単列深溝ラジアル玉軸受２３を介して主軸３の軸線方向に移動させ得る値に設定されている。
【００３１】
続く、Ｓ１０５では、コレットチャック１３により被加工物を把持する位置までシフター２１が移動したか否か、すなわち、ロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置が、第１のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置に達したか否かを判断する。ロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置が、第１のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置に達した場合には（Ｓ１０５で「Ｙｅｓ」）、Ｓ１０７に進む。一方、ロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置が、第１のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置に達していない場合には（Ｓ１０５で「Ｎｏ」）、リターンして、第１のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置に達するまで待機する。
【００３２】
Ｓ１０７に進むと、制御ユニット部５１は、第２のシフター位置指令信号をシフター移動制御回路５３に出力する。第２のシフター位置指令信号は、第１のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置よりも更に引込み方向となる移動位置をあらわす位置データを含んでいる。続く、Ｓ１０９では、サーボモータ４７の駆動トルクが第１の駆動トルクより小さい第２の駆動トルク（たとえば、０．０４N・ｍ；０．４ｋｇｆ・ｃｍ）となるように、駆動トルク制限信号をシフター移動制御回路５３に出力し、処理を終了する。第２の駆動トルクは、コイルスプリング１４の付勢力と被加工物を把持したときに被加工物から受ける反力とによりチャック爪１７の作動部３６とシフター２１の大径部３３との間に生じる摩擦力（Ｒ1＝μＦ）よりも、サーボモータ４７によるシフター２１の押圧力（Ｒ2）が小さく（Ｒ1＞Ｒ2）なり、シフター２１の大径部３３がチャック爪１７の作動部３６に当接してチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間に入り込んでシフター２１が主軸３の軸線方向に移動しない状態を保持し得る値に設定されている。なお、被加工物が薄肉のパイプ材あるいは樹脂等の柔らかい材料からなる場合においては、第２の駆動トルクによって、シフター２１の爪ホルダ１６側の端部が爪ホルダ１６の端面に当接する場合もある。
【００３３】
シフター移動制御回路５３は、制御ユニット部５１から第２のシフター位置指令信号が出力されると、ロッド４５を更に引込み方向に移動させるように、パルスジェネレータ４８から出力された回転位置信号に基づいてシフター駆動信号を生成、出力する。これにより、サーボモータ４７は、ロッド４５を更に引込み方向に移動させるようとするが、制御ユニット部５１からの駆動トルク制限信号により駆動トルクが第２の駆動トルクとされているので、ロッド４５は第１のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５の移動位置からほぼ移動することはなく、シフター２１の大径部３３がチャック爪１７の作動部３６に当接して、シフター２１が主軸３の軸線方向に移動しない状態が保持される。ロッド４５（シフター２１）が移動しないことから、第２のシフター位置指令信号によるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置と実際のロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置との偏差が生じたままとなり、サーボモータ４７は第２の駆動トルクで駆動し続けることになる。これにより、シフター２１にはサーボモータ４７から第２の駆動トルクに基づく押圧力が付与された状態が継続することになり、シフター２１は主軸３の軸線方向に付勢される。この間、単列深溝ラジアル玉軸受２３には、サーボモータ４７から第２の駆動トルクに基づく予圧がかけられることになる。
【００３４】
Ｓ１１１に進むと、制御ユニット部５１は、コレットチャック開き指令が出されたか否かを判断する。コレットチャック開き指令が出された場合には（Ｓ１１１で「Ｙｅｓ」）、Ｓ１１３に進む。一方、コレットチャック開き指令が出されていない場合には（Ｓ１１１で「Ｎｏ」）、Ｓ１０１にリターンし、コレットチャック閉じ指令あるいはコレットチャック開き指令が出力されるまで待機する。
【００３５】
Ｓ１１３では、制御ユニット部５１は、第３のシフター位置指令信号をシフター移動制御回路５３に出力し、処理を終了する。第３のシフター位置指令信号は、シフター２１のテーパ部３２がチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間から抜けた状態となるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置をあらわす位置データと第１の駆動トルクをあらわすデータとを含んでいる。
【００３６】
シフター移動制御回路５３は、制御ユニット部５１から第３のシフター位置指令信号が出力されると、ロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置が第３のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置となるように、パルスジェネレータ４８から出力された回転位置信号に基づいてシフター駆動信号を生成、出力する。これにより、サーボモータ４７は、第１の駆動トルクで駆動し、ロッド４５をシフター２１のテーパ部３２がチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間から抜けた状態となるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置となるまで突出方向に移動させる（図２中左方向）。
【００３７】
次に、図８に基づいて、制御ユニット部５１におけるコレットチャック閉異常の判断処理動作を説明する。
【００３８】
制御ユニット部５１は、まず、Ｓ２０１にて、パルスジェネレータ４８から出力された回転位置信号に基づいて、サーボモータ４７の変位量がコレットチャック１３を閉じて被加工物を把持するための変位量よりも所定量大きくなったか否か、すなわちロッド４５が第２のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５の移動位置から引込み方向に所定量以上移動したか否かを判断する。ロッド４５が第２のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５の移動位置から引込み方向に所定量以上移動した場合には（Ｓ２０１で「Ｙｅｓ」）、Ｓ２０３に進む。一方、ロッド４５が第２のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５の移動位置から引込み方向に所定量移動していない場合には（Ｓ２０１で「Ｎｏ」）、Ｓ２０３に進むことなくリターンする。
【００３９】
Ｓ２０３に進むと、制御ユニット部５１は、連結ピン４４が破損しているあるいは抜けている等の理由によりコレットチャック開閉レバー４１とロッド４５（サーボモータ４７）との連結が外れていると判断して、シフター移動制御回路５３にサーボモータ４７の駆動を停止するように駆動停止信号を出力する。シフター移動制御回路５３は、制御ユニット部５１から駆動停止信号が出力されると、サーボモータ４７の駆動を停止するようにサーボモータ停止信号を生成、出力する。続く、Ｓ２０５では、制御ユニット部５１は、コレットチャック開閉レバー４１とロッド４５（サーボモータ４７）との連結が外れている旨の報知を行い、リターンする。
【００４０】
このように、本実施形態の自動旋盤のコレットチャック装置によれば、シフター２１の外周部３１がテーパ部３２と大径部３３とを含んでおり、制御ユニット部５１及びシフター移動制御回路５３は、コレットチャック１３を開成あるいは閉成させる場合にはサーボモータ４７の駆動トルクがシフター２１をチャック爪１７の作動部３６に対して移動させ得る第１の駆動トルクとなるように制御するので、シフター２１はサーボモータ４７により主軸３の軸線方向に移動するように押圧されることになり、コレットチャック１３により被加工物を確実に把持することができる。
【００４１】
また、制御ユニット部５１及びシフター移動制御回路５３は、コレットチャック１３が閉成されてチャック爪１７の作動部３６がシフター２１の大径部３３に当接している状態ではサーボモータ４７の駆動トルクが第１の駆動トルクよりも小さく且つシフター２１が主軸３の軸線方向に移動しない状態を保持し得る第２の駆動トルクとなるように制御するので、シフター２１がコレットチャック１３を閉成する位置に達し、チャック爪１７の作動部３６がシフター２１の大径部３３に当接している状態では、シフター２１はサーボモータ４７により第２の駆動トルクで押圧され続ける。そして、サーボモータ４７の駆動トルクは単列深溝ラジアル玉軸受２３を介してシフター２１に伝えられてシフター２１が主軸３の軸線方向に付勢されるので、サーボモータ４７の駆動トルクが第２の駆動トルクとされると、シフター２１を軸支する単列深溝ラジアル玉軸受２３に第２の駆動トルクに基づく予圧が付与された状態となり、単列深溝ラジアル玉軸受２３の内部すきま等による転動体（玉）のばたつきが低減され、単列深溝ラジアル玉軸受２３の摩耗や異音の発生を抑制することができる。また、シフター２１を軸支する軸受部材として単列深溝ラジアル玉軸受２３を用い、この単列深溝ラジアル玉軸受２３に対して制御ユニット部５１及びシフター移動制御回路５３がサーボモータ４７の駆動トルクを制御することにより予圧を付与することができるので、構成部品点数の増加による高コスト化、構成の複雑化及び大型化を防ぐことができる。
【００４２】
また、本実施形態の自動旋盤のコレットチャック装置においては、制御ユニット部５１は、サーボモータ４７の変位量がコレットチャック１３を閉じて被加工物を把持するための変位量よりも大きい場合にコレットチャック開閉レバー４１とロッド４５（サーボモータ４７）との連結が外れているものと判断するので、コレットチャック開閉レバー４１とロッド４５（サーボモータ４７）とが連結されておらずコレットチャック１３が閉異常状態にあることを認識することができる。これにより、コレットチャック開閉レバー４１の位置を検知するためのセンサを別途配設する必要がなく、コレットチャック１３の閉異常を確実且つ簡易に確認することができる。
【００４３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、上述した数値、各構成要素の形状等も適宜変更して設定することができ、各種自動旋盤に本発明を適用することができる。
【００４４】
また、本実施形態においては、サーボモータ４７の駆動トルクを制御する手法として、サーボモータ４７の位置制御を継続した状態でサーボモータ４７の駆動トルクを制限する（トルクリミットをかける）ことにより、サーボモータ４７の駆動トルクを第１の駆動トルクよりも小さく且つシフター２１が主軸３の軸線方向に移動しない状態を保持し得る第２の駆動トルクとなるように制御しているが、これに限られるものではない。たとえば、ロッド４５の移動位置が第１のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５の移動位置に達したときにサーボモータ４７の制御内容を位置制御からトルク制御に変更することにより、サーボモータ４７の駆動トルクが第２の駆動トルクとなるように制御するようにしてもよい。
【００４５】
また、本実施形態においては、制御ユニット部５１とシフター移動制御回路５３とを別々に構成しているが、１つの制御ユニット部として構成するようにしてもよい。更に、シフター２１を移動させるためのアクチュエータとしては、サーボモータ４７等のサーボ制御が可能なアクチュエータであればよい。
【００４６】
また、本実施形態においては、スリーブを移動させることによりコレットチャック１３を開成あるいは閉成するように構成しているが、これに限られるものではない。たとえば、スリーブに対してコレットチャック１３自身を移動させることによりコレットチャック１３を開成あるいは閉成するように構成した場合においても、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、高コスト化、構成の複雑化及び大型化をともなうことなく、軸受部材の摩耗や異音の発生を抑制することが可能な自動旋盤のコレットチャック装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る自動旋盤のコレットチャック装置の構成を示す図で、被加工物を把持した状態における断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る自動旋盤のコレットチャック装置の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る自動旋盤のコレットチャック装置の構成を示す側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る自動旋盤のコレットチャック装置に含まれる、コレットチャック開閉レバー近傍の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る自動旋盤のコレットチャック装置を示す図で、被加工物の把持を解除した状態における断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る自動旋盤のコレットチャック装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施形態に係る自動旋盤のコレットチャック装置に含まれる、制御ユニット部におけるシフター位置指令信号の出力処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る自動旋盤のコレットチャック装置に含まれる、制御ユニット部におけるコレットチャック閉異常の判断処理動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
３…主軸、１１…チャックスリーブ、１２…押しスリーブ、１３…コレットチャック、１６…爪ホルダ、１７…チャック爪、２１…シフター、２２…支持部材、２３…単列深溝ラジアル玉軸受、３１…外周部、３２…テーパ部、３２…大径部、３５…押圧部、３６…作動部、４１…コレットチャック開閉レバー、４５…ロッド、４６…ボールネジ・ボールナット機構部、４７…サーボモータ、５１…制御ユニット部、５２…駆動回路、５３…シフター移動制御回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動旋盤のコレットチャック装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のコレットチャック装置として、たとえば特開平６−２４６５１６号公報に開示されたようなものが知られている。この特開平６−２４６５１６号公報に開示された自動旋盤のコレットチャック装置は、軸受部材によって回転可能に支持されたスピンドルを有している。このスピンドルには、チャック爪手段がスピンドルと一体回転するように取付けられている。チャック爪手段は、爪ホルダと、この爪ホルダに揺動可能に取付けられたチャック爪等から構成される。スピンドルの外周であってチャック爪手段側にはシフターが外嵌されている。このシフターは、スピンドルに対して回転可能に取付けられているとともに、軸方向であってチャック爪手段方向に移動可能に取付けられている。また、シフターは軸受部材によって回転可能に支持されている。シフターを支持する軸受部材はナットによって所定の位置に取付・固定されるようになっている。シフターは、油圧シリンダによってレバーを回動させることによりチャック爪手段方向に往復動するように構成されている。
【０００３】
スピンドルの内周側であってチャック爪手段側には押しスリーブが配置されていて、この押しスリーブの一端はチャック爪手段のチャック爪の作動部に当接した状態になっている。また、スピンドルの内周側であって押しスリーブの他端側にはチャックスリーブが配置されている。このチャックスリーブの一端は、押しスリーブの他端に当接した状態になっている。チャックスリーブの内周側にはコレットチャックが内挿されていて、このコレットチャックの先端部は、例えば、三割状になっていいて、この三割状の先端部が開閉することにより、ワークを把持したり該把持を解除したりする。
【０００４】
上記構成において、シフターがチャック爪手段側に移動せられて、その先端部によりチャック爪を拡開させると、チャック爪の作動部によって押しスリーブが他端側に移動せられ、次いで、チャックスリーブが同方向に移動する。コレットチャックはキャップにより、押しスリーブ（チャックスリーブ）と同方向への移動ができなくなっているため、チャックスリーブの他端側への移動により、コレットチャックの三割状の先端部が閉じる方向に移動せられ、ワークが把持されることになる。逆に、シフターをチャック爪手段から離れる方向に移動させると、チャック爪が閉じる方向に回動できる状態になる。したがって、それによって、チャック爪の作動部を介しての押しスリーブへの押圧力が解除されるので、押しスリーブ及びチャックスリーブが、コレットチャックの三割状の先端部の拡開方向への力（圧バネ）によって一端側に押し戻され、コレットチャックの三割状の先端部が拡開してワークの把持が解除され、チャック爪は閉じる方向に回動する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成によると次のような問題があった。シフターがコレットチャックを閉じる位置に達した状態では、シフターを支持する軸受部材に予圧がかからない状態となっており、軸受部材の内部すきま等により転動体（玉）がばたついて、異音が生じてしまう。また、転動体のばたつきにより、軸受部材（転動体あるいは軌道輪）が摩耗する惧れもある。
【０００６】
軸受部材に予圧をかける構造として、軸受部材として一対のアンギュラコンタクト玉軸受を組合せて用いることが考えられるが、構成部品点数が増加して高コスト化を招来すると共に、軸受部材が配設された部分の構成が複雑且つ大型になるになるという問題を有している。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、高コスト化、構成の複雑化及び大型化をともなうことなく、軸受部材の摩耗や異音の発生を抑制することが可能な自動旋盤のコレットチャック装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る自動旋盤のコレットチャック装置は、主軸と、主軸の内周側に主軸の軸線と同心に配設されたスリーブと、スリーブと同心に内挿され、スリーブとの相対移動により開成あるいは閉成して被加工物を把持するコレットチャックと、主軸の外周側に主軸の軸線方向に移動可能に設置されたシフターと、シフターの外周部に当接する作動部とスリーブ又はコレットチャックのいずれか一方を主軸の軸線方向に押圧する押圧部とを有し、揺動可能に軸支されたチャック爪と、シフターを軸支する単列深溝ラジアル玉軸受と、単列深溝ラジアル玉軸受を介してシフターを主軸の軸線方向に移動させるアクチュエータと、アクチュエータの駆動を制御する制御手段と、を備えており、シフターの外周部は、主軸の軸線方向に沿って順次外径が変化するテーパ部と、主軸の軸線方向に沿って外径が同等とされた大径部と、を含み、制御手段は、コレットチャックが閉成されてチャック爪の作動部がシフターの大径部に当接している状態では、作動部と大径部との間に生じる摩擦力よりも小さい押圧力でシフターを主軸の軸線方向に付勢して単列深溝ラジアル玉軸受に予圧を与えるように制御することを特徴としている。
【０００９】
本発明に係る自動旋盤のコレットチャック装置では、制御手段は、コレットチャックが閉成されてチャック爪の作動部がシフターの大径部に当接している状態では、作動部と大径部との間に生じる摩擦力よりも小さい押圧力でシフターを主軸の軸線方向に付勢して単列深溝ラジアル玉軸受に予圧を与えるように制御するので、シフターがコレットチャックを閉成する位置に達し、チャック爪の作動部が大径部に当接している状態では、シフターを軸支する単列深溝ラジアル玉軸受に予圧が付与された状態となり、単列深溝ラジアル玉軸受の内部すきま等による転動体のばたつきが低減され、単列深溝ラジアル玉軸受の摩耗や異音の発生を抑制することができる。また、シフターを軸支する軸受部材として単列深溝ラジアル玉軸受を用い、この単列深溝ラジアル玉軸受に対して予圧を付与することができるので、構成部品点数の増加による高コスト化、構成の複雑化及び大型化を防ぐことができる。
【００１０】
また、アクチュエータに連結され、アクチュエータの変位をシフターに伝えるためのコレットチャック開閉レバーと、アクチュエータの変位量が、コレットチャックを閉じて被加工物を把持するための変位量よりも大きい場合にコレットチャック開閉レバーとアクチュエータとの連結が外れているものと判断する判断手段と、を更に備えていることが好ましい。このように構成した場合、判断手段により、コレットチャック開閉レバーとアクチュエータとが連結されておらずコレットチャックが閉異常状態にあることを認識することができる。これにより、コレットチャック開閉レバーの位置を検知するためのセンサを別途配設する必要がなく、コレットチャックの閉異常を確実且つ簡易に確認することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による自動旋盤のコレットチャック装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
【００１２】
自動旋盤は、主軸台１を有しており、この主軸台１は、図示しないサーボモータ及びボールネジ・ボールナット機構部によって、軸芯方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成されている。主軸台１には、主軸３が、軸受部材５を介して、回転可能に支持されている。主軸３に対して、主軸モータ及びプーリ及びベルトからなる回転伝達機構部（図示せず）が設けられており、主軸モータを回転させることにより、回転伝達機構部を介して主軸（スピンドル）３が回転する。
【００１３】
主軸３の内周側には、スリーブとしてのチャックスリーブ１１及び押しスリーブ１２とが、主軸３の軸線と同心に配設されており、主軸３の軸線方向に移動可能に嵌挿されている。チャックスリーブ１１の一端部（図１中左側となる端部）と押しスリーブ１２の一端部（図１中右側となる端部）とは当接、係合している。チャックスリーブ１１の内周側には、棒状の被加工物（図示せず）を把持するためのコレットチャック１３がチャックスリーブ１１と同心に内挿されている。このコレットチャック１３とチャックスリーブ１１との間にはコイルスプリング１４が張設されていて、コレットチャック１３は、このコイルスプリング１４によって、押しスリーブ１２から遠ざかる方向（図１中右方向）に常時付勢された状態にある。また、チャックスリーブ１１の他端（図１中右側となる端部）側には主軸キャップ部１５が主軸３に螺合・固定されている。
【００１４】
コレットチャック１３の先端部は、たとえば三割り状になっていて、この三割り状の先端部を拡開するあるいは絞ることによりコレットチャック１３が開成あるいは閉成し、被加工物を選択的に把持することになる。また、コレットチャック１３の先端部の外周には、主軸キャップ部１５に当接する段付部１３ａが設けられている。この段付部１３ａが主軸キャップ部１５に当接することにより、主軸３の軸線方向におけるコレットチャック１３の位置が規制されるようになっている。押しスリーブ１２及びチャックスリーブ１１が図１中右側に移動することにより、チャックスリーブ１１のテーパ面１１ａとコレットチャック１３のテーパ面１３ｂとの相互作用によって、上述した三割り状になっている部分が絞られ、それによって、被加工物を把持する。逆に、押しスリーブ１２及びチャックスリーブ１１が、コイルスプリング１４のスプリング力によって、図１中左側に移動することにより、チャックスリーブ１１のテーパ面１１ａとコレットチャック１３のテーパ面１３ｂとの相互作用が解除され、上述した三割り状になっている部分が自信のばね力によって拡開し、それによって、被加工物の把持が解除される。上述したように、コレットチャック１３は、チャックスリーブ１１及び押しスリーブ１２との相対移動により開成あるいは閉成する。
【００１５】
主軸３の長手方向中央より図１中若干左側に寄った位置であって外周部には爪ホルダ１６が外挿されていて、この爪ホルダ１６には、一対のチャック爪１７が、ピン１８を介して、回動可能に取り付けられている。爪ホルダ１６の後方（図１中左側）には、調整ナット１９が主軸３に螺合されていて、この調整ナット１９の螺合位置を調整することにより、爪ホルダ１６ひいては一対のチャック爪１７の位置（主軸３の軸線方向における任意の位置）を調整するようになっている。
【００１６】
主軸３の外周であって、爪ホルダ１６のチャックスリーブ１１（コレットチャック１３）側（図１中右側）となる位置には、シフター２１が嵌挿されている。このシフター２１は、主軸３の軸線方向に移動可能に設置されている。また、シフター２１は、支持部材２２の内側に配設された単列深溝ラジアル玉軸受２３によって回転可能に軸支されている。単列深溝ラジアル玉軸受２３はナット２４によって所定の位置に取付・固定されるようになっている。
【００１７】
シフター２１について更に詳細に説明すると、シフター２１は、チャック爪１７を徐々に拡開させるためのテーパ部３２と、チャック爪１７を拡開させた状態に維持するための大径部３３と、を含む外周部３１を有している。テーパ部３２は、主軸３の軸線方向に沿って順次外径が変化するように形成されている。テーパ部３２のコレットチャック１３側（図１中右側）となる部分の外径が、爪ホルダ１６側（図１中左側）となる部分の外径よりも大きくなっている。大径部３３は、テーパ部３２のコレットチャック１３側（図１中右側）に、テーパ部３２に連続して形成されている。大径部３３は、主軸３の軸線方向に沿ってその外径が同等とされており、大径部３３の外径は、テーパ部３２のコレットチャック１３側（図１中右側）となる部分の外径と同等に設定されている。
【００１８】
チャック爪１７には、ピン１８により支持された部分を挟んで、押しスリーブ１２を主軸３の軸線方向に押圧する押圧部３５と、シフター２１の外周部３１に当接して作用する作動部３６とが設けられている。
【００１９】
主軸台１には、図２〜図４に示されるように、コレットチャック開閉レバー４１が軸４２を介して回動自在に取り付けられている。コレットチャック開閉レバー４１の一端には、連結ピン４３を介して支持部材２２が回動可能に連結されている。また、コレットチャック開閉レバー４１の他端には、連結ピン４４を介してロッド４５が連結されている。ロッド４５は、ボールネジ・ボールナット機構部４６を介してアクチュエータとしてのサーボモータ４７に接続されており、コレットチャック開閉レバー４１はサーボモータ４７の変位をシフター２１に伝えることになる。
【００２０】
ボールネジ・ボールナット機構部４６は、サーボモータ４７の回転を主軸３の軸線に平行な方向の動きに変換するためのもので、ロッド４５は、サーボモータ４７の回転により移動（前進あるいは後退）することになる。サーボモータ４７は、ロッド４５を図２中矢印ａ方向に移動させ、コレットチャック開閉レバー４１を図２中矢印ｂ方向に回動させ、それによって、支持部材２２、単列深溝ラジアル玉軸受２３を介して、シフター２１を主軸３の軸線方向に移動させる。サーボモータ４７には、サーボモータ４７の回転を検知するためのパルスジェネレータ（エンコーダ）が設けられている。なお、サーボモータ４７は駆動トルクの制御が可能なものが用いられている。なお、図２〜図４においては、パルスジェネレータの図示を省略している。
【００２１】
上述した構成において、コレットチャック１３による被加工物の把持・把持の解除は次のようにして行われる。図１はコレットチャック１３により被加工物を把持している状態を示し、図５はコレットチャック１３によって被加工物を把持していない（把持を解除した）状態を示している。図５に示す状態、すなわち、コレットチャック１３によって被加工物を把持していない状態において、「コレットチャック閉じ指令」が出力される。「コレットチャック閉じ指令」の出力によって、サーボモータ４７が所定の方向に回転して、ロッド４５を引込み方向に移動させる（図２中右方向）。それによって、コレットチャック開閉レバー４１が図２中反時計回り方向に回動し、シフター２１を爪ホルダ１６の方向（図５において、左方向）に移動させる。
【００２２】
シフター２１の移動によって、シフター２１のテーパ部３２が一対のチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間に入り込んでいき、それによって、一対のチャック爪１７は作動部３６側の部分が拡開するように回動する。チャック爪１７の回動によって、チャック爪１７の押圧部３５が、押しスリーブ１２を、チャックスリーブ１１（コレットチャック１３）方向（図５中右方向）に押圧して移動させる。押しスリーブ１２の移動によって、チャックスリーブ１１も同方向に移動する。このようにチャックスリーブ１１が移動すると、チャックスリーブ１１のテーパ面１１ａとコレットチャック１３のテーパ面１３ｂとの相互作用によって、三割り状になっている部分が絞られてコレットチャック１３が閉成し、被加工物を把持することになる。そして、シフター２１の移動が更に進むと、図１に示されるように、シフター２１の大径部３３が一対のチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間に入り込み、コレットチャック１３により被加工物が把持された状態が維持されることになる。
【００２３】
逆に、被加工物の把持を解除する場合であるが、「コレットチャック開き指令」が出力されると、サーボモータ４７がコレットチャック１３を閉じるときとは反対の方向に回転し、ロッド４５を突出方向に移動させる（図２中左方向）。それによって、コレットチャック開閉レバー４１が図２中時計方向に回動し、シフター２１をチャックスリーブ１１（コレットチャック１３）の方向（図１において、右方向）に移動させる。
【００２４】
シフター２１の移動によって、シフター２１の大径部３３及びテーパ部３２が一対のチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間から抜けていき、チャックスリーブ１１及び押しスリーブ１２はコイルスプリング１４の作用を受けて爪ホルダ１６の方向（図８中左方向）に戻される。これにより、一対のチャック爪１７は、作動部３６側の部分が閉じるように回動することになる。そして、チャックスリーブ１１のテーパ面１１ａとコレットチャック１３のテーパ面１３ｂとの相互作用が解除されていって、三割り状になっている部分が自身のバネ力によって拡開してコレットチャック１３が開成する。この結果、図５に示されるように、被加工物の把持が解除されることになる。
【００２５】
自動旋盤は、図６に示されるように、主軸モータ、サーボモータ４７等の駆動を制御するための制御ユニット部５１を有している。パルスジェネレータ４８の出力は制御ユニット部５１に接続されており、パルスジェネレータ４８から出力される回転位置信号が制御ユニット部５１に入力される。サーボモータ４７は、駆動回路５２及びシフター移動制御回路５３を介して制御ユニット部５１に接続されている。パルスジェネレータ４８は、サーボモータ４７の所定回転角度毎に回転位置信号を発生して、シフター移動制御回路５３及び制御ユニット部５１に出力する。ここで、制御ユニット部５１及びシフター移動制御回路５３は、各請求項における制御手段を構成している。また、制御ユニット部５１は、各請求項における判断手段も構成している。
【００２６】
シフター移動制御回路５３は、パルスジェネレータ４８から出力された回転位置信号に基づいて実際のロッド４５、すなわちシフター２１（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置を認識すると共に、認識した実際のシフター２１の移動位置と後述する制御ユニット部５１から出力されるシフター位置指令信号とを比較して、この比較結果に基づいてシフター駆動信号を生成する。シフター移動制御回路５３にて生成されたシフター駆動信号は、駆動回路５２に出力される。駆動回路５２は、シフター移動制御回路５３から出力されたシフター駆動信号に基づいてサーボモータ４７への供給電力を制御する。これら、駆動回路５２及びシフター移動制御回路５３は、シフター２１の移動位置のフィードバック制御系を構成している。
【００２７】
制御ユニット部５１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＰＬＣ（Program logic Controller）等を有している。ＣＰＵは、制御ユニット部５１全体の信号処理等をつかさどる演算部である。ＲＯＭは各種処理プログラムを記憶する記憶部であり、ＲＡＭはＣＰＵにおける各種演算の結果を読み出し可能に一時的に記憶するように構成されている。制御ユニット部５１は、ＲＯＭに記憶された各種処理プログラムに基づいて、シフター位置指令信号をシフター移動制御回路５３に出力する。また、制御ユニット部５１は、パルスジェネレータ４８から出力された回転位置信号に基づいて実際のロッド４５、すなわちシフター２１（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置を認識する。
【００２８】
次に、図７に基づいて、制御ユニット部５１におけるシフター位置指令信号の出力処理動作を説明する。
【００２９】
制御ユニット部５１は、まず、Ｓ１０１にて、コレットチャック閉じ指令が出されたか否かを判断する。コレットチャック閉じ指令が出された場合には（Ｓ１０１で「Ｙｅｓ」）、Ｓ１０３に進む。一方、コレットチャック閉じ指令が出されていない場合には（Ｓ１０１で「Ｎｏ」）、Ｓ１１１に進む。
【００３０】
Ｓ１０３に進むと、制御ユニット部５１は、第１のシフター位置指令信号をシフター移動制御回路５３に出力する。第１のシフター位置指令信号は、シフター２１の大径部３３がチャック爪１７の作動部３６に当接してチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間に入り込む状態となるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置をあらわす位置データを含んでいる。シフター移動制御回路５３は、制御ユニット部５１から第１のシフター位置指令信号が出力されると、ロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置が第１のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置となるように、パルスジェネレータ４８から出力された回転位置信号に基づいてシフター駆動信号を生成、出力する。これにより、サーボモータ４７は、第１の駆動トルク（たとえば、１．２８N・ｍ；１３ｋｇｆ・ｃｍ）で駆動し、ロッド４５をシフター２１の大径部３３がチャック爪１７の作動部３６に当接してチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間に入り込む状態となるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置となるまで引込み方向に移動させる（図２中右方向）。第１の駆動トルクは、シフター２１のテーパ部３２がチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間に入り込んだ状態で、シフター２１をロッド４５、コレットチャック開閉レバー４１、支持部材２２、単列深溝ラジアル玉軸受２３を介して主軸３の軸線方向に移動させ得る値に設定されている。
【００３１】
続く、Ｓ１０５では、コレットチャック１３により被加工物を把持する位置までシフター２１が移動したか否か、すなわち、ロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置が、第１のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置に達したか否かを判断する。ロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置が、第１のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置に達した場合には（Ｓ１０５で「Ｙｅｓ」）、Ｓ１０７に進む。一方、ロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置が、第１のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置に達していない場合には（Ｓ１０５で「Ｎｏ」）、リターンして、第１のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置に達するまで待機する。
【００３２】
Ｓ１０７に進むと、制御ユニット部５１は、第２のシフター位置指令信号をシフター移動制御回路５３に出力する。第２のシフター位置指令信号は、第１のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置よりも更に引込み方向となる移動位置をあらわす位置データを含んでいる。続く、Ｓ１０９では、サーボモータ４７の駆動トルクが第１の駆動トルクより小さい第２の駆動トルク（たとえば、０．０４N・ｍ；０．４ｋｇｆ・ｃｍ）となるように、駆動トルク制限信号をシフター移動制御回路５３に出力し、処理を終了する。第２の駆動トルクは、コイルスプリング１４の付勢力と被加工物を把持したときに被加工物から受ける反力とによりチャック爪１７の作動部３６とシフター２１の大径部３３との間に生じる摩擦力（Ｒ1＝μＦ）よりも、サーボモータ４７によるシフター２１の押圧力（Ｒ2）が小さく（Ｒ1＞Ｒ2）なり、シフター２１の大径部３３がチャック爪１７の作動部３６に当接してチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間に入り込んでシフター２１が主軸３の軸線方向に移動しない状態を保持し得る値に設定されている。なお、被加工物が薄肉のパイプ材あるいは樹脂等の柔らかい材料からなる場合においては、第２の駆動トルクによって、シフター２１の爪ホルダ１６側の端部が爪ホルダ１６の端面に当接する場合もある。
【００３３】
シフター移動制御回路５３は、制御ユニット部５１から第２のシフター位置指令信号が出力されると、ロッド４５を更に引込み方向に移動させるように、パルスジェネレータ４８から出力された回転位置信号に基づいてシフター駆動信号を生成、出力する。これにより、サーボモータ４７は、ロッド４５を更に引込み方向に移動させるようとするが、制御ユニット部５１からの駆動トルク制限信号により駆動トルクが第２の駆動トルクとされているので、ロッド４５は第１のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５の移動位置からほぼ移動することはなく、シフター２１の大径部３３がチャック爪１７の作動部３６に当接して、シフター２１が主軸３の軸線方向に移動しない状態が保持される。ロッド４５（シフター２１）が移動しないことから、第２のシフター位置指令信号によるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置と実際のロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置との偏差が生じたままとなり、サーボモータ４７は第２の駆動トルクで駆動し続けることになる。これにより、シフター２１にはサーボモータ４７から第２の駆動トルクに基づく押圧力が付与された状態が継続することになり、シフター２１は主軸３の軸線方向に付勢される。この間、単列深溝ラジアル玉軸受２３には、サーボモータ４７から第２の駆動トルクに基づく予圧がかけられることになる。
【００３４】
Ｓ１１１に進むと、制御ユニット部５１は、コレットチャック開き指令が出されたか否かを判断する。コレットチャック開き指令が出された場合には（Ｓ１１１で「Ｙｅｓ」）、Ｓ１１３に進む。一方、コレットチャック開き指令が出されていない場合には（Ｓ１１１で「Ｎｏ」）、Ｓ１０１にリターンし、コレットチャック閉じ指令あるいはコレットチャック開き指令が出力されるまで待機する。
【００３５】
Ｓ１１３では、制御ユニット部５１は、第３のシフター位置指令信号をシフター移動制御回路５３に出力し、処理を終了する。第３のシフター位置指令信号は、シフター２１のテーパ部３２がチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間から抜けた状態となるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置をあらわす位置データと第１の駆動トルクをあらわすデータとを含んでいる。
【００３６】
シフター移動制御回路５３は、制御ユニット部５１から第３のシフター位置指令信号が出力されると、ロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置が第３のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置となるように、パルスジェネレータ４８から出力された回転位置信号に基づいてシフター駆動信号を生成、出力する。これにより、サーボモータ４７は、第１の駆動トルクで駆動し、ロッド４５をシフター２１のテーパ部３２がチャック爪１７（作動部３６）と主軸３との間から抜けた状態となるロッド４５（コレットチャック開閉レバー４１）の移動位置となるまで突出方向に移動させる（図２中左方向）。
【００３７】
次に、図８に基づいて、制御ユニット部５１におけるコレットチャック閉異常の判断処理動作を説明する。
【００３８】
制御ユニット部５１は、まず、Ｓ２０１にて、パルスジェネレータ４８から出力された回転位置信号に基づいて、サーボモータ４７の変位量がコレットチャック１３を閉じて被加工物を把持するための変位量よりも所定量大きくなったか否か、すなわちロッド４５が第２のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５の移動位置から引込み方向に所定量以上移動したか否かを判断する。ロッド４５が第２のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５の移動位置から引込み方向に所定量以上移動した場合には（Ｓ２０１で「Ｙｅｓ」）、Ｓ２０３に進む。一方、ロッド４５が第２のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５の移動位置から引込み方向に所定量移動していない場合には（Ｓ２０１で「Ｎｏ」）、Ｓ２０３に進むことなくリターンする。
【００３９】
Ｓ２０３に進むと、制御ユニット部５１は、連結ピン４４が破損しているあるいは抜けている等の理由によりコレットチャック開閉レバー４１とロッド４５（サーボモータ４７）との連結が外れていると判断して、シフター移動制御回路５３にサーボモータ４７の駆動を停止するように駆動停止信号を出力する。シフター移動制御回路５３は、制御ユニット部５１から駆動停止信号が出力されると、サーボモータ４７の駆動を停止するようにサーボモータ停止信号を生成、出力する。続く、Ｓ２０５では、制御ユニット部５１は、コレットチャック開閉レバー４１とロッド４５（サーボモータ４７）との連結が外れている旨の報知を行い、リターンする。
【００４０】
このように、本実施形態の自動旋盤のコレットチャック装置によれば、シフター２１の外周部３１がテーパ部３２と大径部３３とを含んでおり、制御ユニット部５１及びシフター移動制御回路５３は、コレットチャック１３を開成あるいは閉成させる場合にはサーボモータ４７の駆動トルクがシフター２１をチャック爪１７の作動部３６に対して移動させ得る第１の駆動トルクとなるように制御するので、シフター２１はサーボモータ４７により主軸３の軸線方向に移動するように押圧されることになり、コレットチャック１３により被加工物を確実に把持することができる。
【００４１】
また、制御ユニット部５１及びシフター移動制御回路５３は、コレットチャック１３が閉成されてチャック爪１７の作動部３６がシフター２１の大径部３３に当接している状態ではサーボモータ４７の駆動トルクが第１の駆動トルクよりも小さく且つシフター２１が主軸３の軸線方向に移動しない状態を保持し得る第２の駆動トルクとなるように制御するので、シフター２１がコレットチャック１３を閉成する位置に達し、チャック爪１７の作動部３６がシフター２１の大径部３３に当接している状態では、シフター２１はサーボモータ４７により第２の駆動トルクで押圧され続ける。そして、サーボモータ４７の駆動トルクは単列深溝ラジアル玉軸受２３を介してシフター２１に伝えられてシフター２１が主軸３の軸線方向に付勢されるので、サーボモータ４７の駆動トルクが第２の駆動トルクとされると、シフター２１を軸支する単列深溝ラジアル玉軸受２３に第２の駆動トルクに基づく予圧が付与された状態となり、単列深溝ラジアル玉軸受２３の内部すきま等による転動体（玉）のばたつきが低減され、単列深溝ラジアル玉軸受２３の摩耗や異音の発生を抑制することができる。また、シフター２１を軸支する軸受部材として単列深溝ラジアル玉軸受２３を用い、この単列深溝ラジアル玉軸受２３に対して制御ユニット部５１及びシフター移動制御回路５３がサーボモータ４７の駆動トルクを制御することにより予圧を付与することができるので、構成部品点数の増加による高コスト化、構成の複雑化及び大型化を防ぐことができる。
【００４２】
また、本実施形態の自動旋盤のコレットチャック装置においては、制御ユニット部５１は、サーボモータ４７の変位量がコレットチャック１３を閉じて被加工物を把持するための変位量よりも大きい場合にコレットチャック開閉レバー４１とロッド４５（サーボモータ４７）との連結が外れているものと判断するので、コレットチャック開閉レバー４１とロッド４５（サーボモータ４７）とが連結されておらずコレットチャック１３が閉異常状態にあることを認識することができる。これにより、コレットチャック開閉レバー４１の位置を検知するためのセンサを別途配設する必要がなく、コレットチャック１３の閉異常を確実且つ簡易に確認することができる。
【００４３】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、上述した数値、各構成要素の形状等も適宜変更して設定することができ、各種自動旋盤に本発明を適用することができる。
【００４４】
また、本実施形態においては、サーボモータ４７の駆動トルクを制御する手法として、サーボモータ４７の位置制御を継続した状態でサーボモータ４７の駆動トルクを制限する（トルクリミットをかける）ことにより、サーボモータ４７の駆動トルクを第１の駆動トルクよりも小さく且つシフター２１が主軸３の軸線方向に移動しない状態を保持し得る第２の駆動トルクとなるように制御しているが、これに限られるものではない。たとえば、ロッド４５の移動位置が第１のシフター位置指令信号に含まれる位置データとしてあらわされるロッド４５の移動位置に達したときにサーボモータ４７の制御内容を位置制御からトルク制御に変更することにより、サーボモータ４７の駆動トルクが第２の駆動トルクとなるように制御するようにしてもよい。
【００４５】
また、本実施形態においては、制御ユニット部５１とシフター移動制御回路５３とを別々に構成しているが、１つの制御ユニット部として構成するようにしてもよい。更に、シフター２１を移動させるためのアクチュエータとしては、サーボモータ４７等のサーボ制御が可能なアクチュエータであればよい。
【００４６】
また、本実施形態においては、スリーブを移動させることによりコレットチャック１３を開成あるいは閉成するように構成しているが、これに限られるものではない。たとえば、スリーブに対してコレットチャック１３自身を移動させることによりコレットチャック１３を開成あるいは閉成するように構成した場合においても、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、高コスト化、構成の複雑化及び大型化をともなうことなく、軸受部材の摩耗や異音の発生を抑制することが可能な自動旋盤のコレットチャック装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る自動旋盤のコレットチャック装置の構成を示す図で、被加工物を把持した状態における断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る自動旋盤のコレットチャック装置の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る自動旋盤のコレットチャック装置の構成を示す側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る自動旋盤のコレットチャック装置に含まれる、コレットチャック開閉レバー近傍の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る自動旋盤のコレットチャック装置を示す図で、被加工物の把持を解除した状態における断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る自動旋盤のコレットチャック装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施形態に係る自動旋盤のコレットチャック装置に含まれる、制御ユニット部におけるシフター位置指令信号の出力処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る自動旋盤のコレットチャック装置に含まれる、制御ユニット部におけるコレットチャック閉異常の判断処理動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
３…主軸、１１…チャックスリーブ、１２…押しスリーブ、１３…コレットチャック、１６…爪ホルダ、１７…チャック爪、２１…シフター、２２…支持部材、２３…単列深溝ラジアル玉軸受、３１…外周部、３２…テーパ部、３２…大径部、３５…押圧部、３６…作動部、４１…コレットチャック開閉レバー、４５…ロッド、４６…ボールネジ・ボールナット機構部、４７…サーボモータ、５１…制御ユニット部、５２…駆動回路、５３…シフター移動制御回路。
Claims (2)
- 主軸と、
前記主軸の内周側に前記主軸の軸線と同心に配設されたスリーブと、
前記スリーブと同心に内挿され、前記スリーブとの相対移動により開成あるいは閉成して被加工物を把持するコレットチャックと、
前記主軸の外周側に前記主軸の軸線方向に移動可能に設置されたシフターと、
前記シフターの外周部に当接する作動部と前記スリーブ又は前記コレットチャックのいずれか一方を前記主軸の軸線方向に押圧する押圧部とを有し、揺動可能に軸支されたチャック爪と、
前記シフターを軸支する単列深溝ラジアル玉軸受と、
前記単列深溝ラジアル玉軸受を介して前記シフターを前記主軸の軸線方向に移動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの駆動を制御する制御手段と、を備えており、
前記シフターの前記外周部は、前記主軸の軸線方向に沿って順次外径が変化するテーパ部と、前記主軸の軸線方向に沿って外径が同等とされた大径部と、を含み、
前記制御手段は、前記コレットチャックが閉成されて前記チャック爪の作動部が前記シフターの前記大径部に当接している状態では、前記作動部と前記大径部との間に生じる摩擦力よりも小さい押圧力で前記シフターを前記主軸の軸線方向に付勢して前記単列深溝ラジアル玉軸受に予圧を与えるように制御することを特徴とする自動旋盤のコレットチャック装置。 - 前記アクチュエータに連結され、前記アクチュエータの変位を前記シフターに伝えるためのコレットチャック開閉レバーと、
前記アクチュエータの変位量が、前記コレットチャックを閉じて被加工物を把持するための変位量よりも大きい場合に前記コレットチャック開閉レバーと前記アクチュエータとの連結が外れているものと判断する判断手段と、を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の自動旋盤のコレットチャック装置。
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