JP3989695B2 - 自動工具交換機能付きスピンドル装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＡＴＣ機構を備えた高速切削加工装置や研削加工装置等に装備されるスピンドル装置に関し、特にその主軸先端における工具の空掴み検出の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動工具交換機構（ＡＴＣ機構）を備えたスピンドル装置では、主軸先端に、工具のシャンク部を押し込むことで、ばね力で工具の把持が行われるようにしたクランプ機構が設けられる。クランプ機構は、主軸内を貫通したドローバの後端をアンクランプユニットの押し棒で押すことにより、アンクランプが行われる。ドローバは、一般にはその後方に配置したシリンダ部材を介して押される。
このようなスピンドル装置において、工具の空掴みを防ぐために、ドローバの位置を検出して工具の掴みが正常に行われているか否かを判断することが行われている。工具の空掴みが生じると、ドローバは、工具掴み用のばね部材によって、正規の位置（クランプ機構が工具を把持した状態）よりさらにアンクランプユニットの押し棒側に押される。そのため、従来は、ドローバ後方のシリンダ部材にセンサターゲットを装着し、側面から近接センサ等によりドローバ位置を測定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
アンクランプユニットとして、アンクランプ時に主軸の後端外周に係合して主軸の先端側への移動を阻止する主軸後端係合機構を設けたものがある。この形式のアンクランプユニットを用いるクランプ機構は、アンクランプ時における軸受アキシアル荷重を軽減することに優れている。
しかし、アンクランプユニットに、主軸後端の外周に係合する形式のものを用いた場合、ドローバ位置を検出するセンサを設置する場所が周辺になく、空掴みの判断が困難であった。
【０００４】
また、ドローバまたはシリンダ部材の側面にセンサターゲットを設けるものでは、主軸重量のアンバランスが生じ、高速回転時に振動が生じるという課題がある。特に、主軸を磁気軸受等の非接触の軸受で支持した場合、上記のアンバランスによる振動への影響が大きい。そのため、次の静圧気体軸受と磁気軸受とを複合化したハイブリッド型の非接触軸受を用いる場合にも振動への影響が大きい。すなわち、高能率で高精度な加工を行うためには、高速回転が可能であって、高回転精度を有し、静剛性・動剛性が高いスピンドル装置が必要となる。この要求に対して静圧気体軸受と磁気軸受とを複合化したハイブリッド型の非接触軸受を提案した（特願平１０−０９７５０５号など）。これによれば、静圧気体軸受の優れた動剛性および回転精度と、磁気軸受の優れた静剛性という両軸受の特長を生かしたコンパクトな軸受とできる。しかし、非接触の軸受を用いるため、上記のようなセンサターゲットによる主軸重量のアンバランスが生じると、振動の影響を避けることが難しい。
【０００５】
この発明の目的は、アンクランプユニットの形式を問わず、ドローバ位置の検出により空掴みの判別が行え、また高速回転時のアンバランスの問題も生じることのない自動工具交換機能付きスピンドル装置を提供することである。
この発明の他の目的は、正常クランプ状態と半掴み状態との判別を可能にすることである。
この発明のさらに他の目的は、主軸後端係合機構を有するアンクランプユニットが用いられている場合にも、ドローバ位置が検出でき、空掴みの判別が行えるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、静圧磁気複合軸受による優れた動剛性、回転精度、および静剛性を得ながら、空掴みの判別が、主軸アンバランスによる振動発生の問題を生じることなく行えるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の自動工具交換機能付きスピンドル装置は、ハウジングに軸受を介して主軸を支持し、この主軸の先端にクランプ機構を設け、このクランプ機構は、主軸先端に工具が押し込まれることで、主軸内を貫通するドローバの後退付勢力により工具をクランプするものであり、上記ドローバの後端を押し棒で押すことにより上記クランプ機構をアンクランプ状態とするアンクランプユニットを上記ハウジングに設け、上記クランプ機構は、工具の掴み状態よりも空掴み状態の方がドローバ後端位置が後方となるものに適用される。 このスピンドル装置において、上記アンクランプユニットの上記押し棒の先端に、ドローバの後端を検出する検出手段を内蔵し、この検出手段は、磁気的に変位検出を行う近接スイッチであり、この検出手段の検出信号により工具の把持状態を判別するようにしたことを特徴とする。
この構成によると、主軸先端のクランプ機構で工具が正しく掴まれたときは、ドローバの後端は、押し棒の先端に内蔵された検出手段から遠く、ドローバが検出されないか、あるいはドローバ位置が遠いことが上記検出手段で検出される。クランプ機構で工具が空掴みを生じたときは、ドローバの後端は押し棒先端に内蔵された検出手段に近く、ドローバが検出され、あるいはドローバ位置が近いことが検出される。そのため、この検出手段の検出信号により、工具の把持状態が空掴みであることが判別できる。検出手段は押し棒の先端に内蔵されるため、アンクランプユニットの形式等で、主軸の後端外周付近に検出手段の配置空間が得られないような場合でも、ドローバ位置の検出が行える。また、検出手段は押し棒の先端に内蔵されるため、主軸と共に回転するドローバ等の部材に偏ってセンサターゲットを設ける必要がない。そのため、主軸の高速回転時にも、振動を生じることなく、安定した回転が得られる。また、検出手段は、磁気的に変位検出を行う近接スイッチである。近接スイッチは、小型，軽量で安価なものが多く、また精度にも優れており、アンクランプユニットの小さな押し棒に内蔵する検出手段として好ましい。
【０００７】
この発明において、前記検出手段は、前記押し棒の先端面から突没自在に突出し、かつ押し棒先端側に突出付勢されて配置されているものであっても良い。
主軸先端のクランプ機構は、異物の付着等により、工具が完全に押し込まれていない不完全なクランプ状態である半掴み状態を生じることがある。正常クランプ状態と半掴み状態とで、ドローバ位置の違いは僅かであるため、その判別のためには、検出手段とドローバ後端の距離を正確に検出する必要がある。また、検出手段は押し棒に組み込むための小型化の要請のために、検出可能な距離が短くなる。このような技術的要求に対して、この構成の場合、前記検出手段は押し棒よりもドローバの後端に近づいてドローバの後端を検出することができる。そのため、検出手段の検出可能な距離が短くてもドローバ後端を検出可能であり、正常クランプ状態および半掴み状態の判別が行える。
【０００８】
この発明において、前記検出手段は、ドローバの後端面に接して配置されたシリンダ部材を介してドローバの後端を検出するものであっても良い。
また、この発明において、上記アンクランプユニットは、アンクランプ時に主軸の後端外周に係合して主軸の先端側への移動を阻止する主軸後端係合機構を有するものであっても良い。
【０００９】
この発明において、上記軸受は、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化されたラジアル型の静圧磁気複合軸受であっても良い。
このように、静圧磁気複合軸受を用いた場合、静圧気体軸受の優れた動剛性および回転精度と、磁気軸受の優れた静剛性という両軸受の特長を生かしたコンパクトな軸受とできる。静圧磁気複合軸受は、非接触軸受であるため、主軸重量の偏りの影響を受け易いが、空掴み判別用の検出手段はアンクランプ用の押し棒の先端に内蔵するため、主軸に偏ってセンサターゲットを設ける必要がなく、非接触軸受を用いながら、動作に悪影響を及ぼすことなく空掴みの判別が行える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図１０と共に説明する。まず、全体の概略を図１と共に説明する。この自動工具交換機能付きスピンドル装置は、例えば、高速切削加工装置や研削加工装置の主軸頭として用いられる。このスピンドル装置は、ハウジング１にラジアル型の軸受２およびスラスト型の軸受３を介して主軸４を支持し、スピンドル駆動源５を設けたものである。スピンドル駆動源５は、ハウジング１に内蔵のモータであって、主軸４に一体に設けられたロータ６とハウジング１に設置されたステータ７とで構成され、ビルトインモータ形式のスピンドル装置を構成する。主軸４の先端には工具８のクランプ機構９が設けてある。クランプ機構９は、自動工具交換装置（ＡＴＣ装置）１０によって工具８の交換が可能なものである。自動工具交換装置１０は、主軸４に対する工具８の挿脱と、工具８の移動とを行うものである。
【００１２】
クランプ機構９は、主軸４の先端に工具８が押し込まれることで、主軸４内を貫通するドローバ１１のばね部材１２による後退付勢力により、工具８をクランプするものである。ハウジング１内の主軸４の後方には、アンクランプユニット１３が設置されている。アンクランプユニット１３は、進退駆動される押し棒１４でドローバ１１の後端を押すことにより、クランプ機構９をアンクランプ状態とするものである。押し棒１４は、ドローバ１１の後端に配置されたシリンダ部材１５を介してドローバ１１を押す。アンクランプユニット１３は、アンクランプ時に主軸４の後端外周に係合して主軸４の先端側への移動を阻止する主軸後端係合機構２０を有する。
アンクランプユニット１３の押し棒１４の先端には、ドローバ１１の後端を、シリンダ部材１５を介して検出する検出手段１６が内蔵され、この検出手段１６の検出信号により、クランプ機構９による工具８の空掴み等の把持状態を判別する判別手段１７が設けられている。判別手段１７は、例えば、スピンドル装置またはこのスピンドル装置を装備した機械の全体を制御する制御装置（図示せず）に設けられる。
【００１３】
各軸受２，３とスピンドル駆動源５の配置は、この例では主軸４の前部（工具取付側部）および後部をラジアル型の軸受２で支持、その中間をスラスト型の軸受３で支持し、後端にスピンドル駆動源５を配置した構成としてある。
軸受２，３は、磁気軸受等の非接触型軸受や、転がり軸受等の接触型軸受であっても良いが、この例では、図２に示すように静圧磁気複合軸受が用いられている。
【００１４】
この静圧磁気複合軸受からなるラジアル型の軸受２は、静圧気体軸受２Ａと磁気軸受２Ｂとを複合化させたものである。この明細書で言う複合化とは、静圧および磁気の両形式の軸受を共通部分が生じるように組み合わせることを意味し、例えば、静圧気体軸受面と磁気軸受面とに共通部分（ラジアル軸受では軸方向の重なり部分）を生じさせるか、あるいは両形式の軸受に少なくとも一部の部品が共通化されるものであれば良い。
【００１５】
この実施形態では、図３，図４に拡大して示すように、磁気軸受２Ｂの電磁石のコア２３に、静圧気体軸受２Ａの絞り２４ａを設けることで、コア２３で静圧気体軸受面の一部を構成している。コア２３は、軸方向に離れた一対の主コア部２３ａ，２３ａと、これら主コア部２３ａ，２３ａを連結した連結コア部２３ｂとを有する。磁気軸受２Ｂは、コア２３の連結コア部２３ｂにコイル２５を巻装したものである。コイル２５は樹脂材等の非磁性体２６に埋め込まれている。
静圧気体軸受２Ａは、コア２３および非磁性体２６の内径側面で形成されて主軸４との間に軸受隙間ｄ１を形成する静圧磁気受面２Ａａと、コア２３の各主コア部２３ａ，２３ａに設けられて静圧軸受面２Ａａに開口する絞り２４ａとで構成される。絞り２４ａは、各主コア部２３ａの外径側面に開口した給気孔２４の先端に設けられている。
コア２３は、主軸４の回りの円周方向複数箇所（同図の例では４箇所）に配置されてハウジング１に固定されている。円周方向に隣合うコア２３間の隙間は、樹脂材等の非磁性体２７で埋められている。この非磁性体２７は、コイル２５の周囲の非磁性体２６（図３）と一体のものであっても良い。これら非磁性体２６，２７と、コア２３とで、前記静圧磁気軸受面２Ａａが構成される。
【００１６】
図５は、スラスト型の静圧磁気複合軸受からなる軸受３の拡大図である。この一対の軸受３，３は、主軸４に設けられた鍔部４ａの両面に対向してハウジング１内に設置されたものであり、互いに一つの両面式スラスト型静圧磁気複合軸受３０を構成する。両側の静圧磁気複合軸受３，３は、互いに同じ構成のものである。これら静圧磁気複合軸受３は、各々静圧気体軸受３Ａと磁気軸受３Ｂとを複合化させたものである。
この実施形態では、磁気軸受３Ｂの電磁石のコア３３に、静圧気体軸受３Ａの絞り３４ａを設けることで、軸受構成部品の共通化と共に、軸受面の一部が軸方向に重なるようにしてある。コア３３は、主軸鍔部４ａの対向面に開き部３３ｄが生じるように、縦断面形状がＣ字状に形成され、その内部にコイル３５が収められている。
スラスト型の静圧気体軸受３Ａは、コア３３の側面で形成されて主軸鍔部４ａとの間に軸受隙間ｄ２を形成する静圧軸受面３Ａａと、コア３３に設けられて静圧軸受面３Ａａに開口する絞り３４ａとで構成される。絞り３４ａは、コア３３の外径側面に開口した給気孔３４の先端に設けられている。
【００１７】
図２の各静圧磁気複合軸受２，３における静圧気体軸受２Ａ，３Ａの給気孔２４，３４には、ハウジング１内に設けられた給気孔４０の給気入口４０ａから、圧縮空気またはその他の圧縮気体が供給される。
【００１８】
図８は主軸４の先端のクランプ機構９の各動作状態を示す。同図（Ａ）はアンクランプ状態、（Ｂ）はクランプ状態、（Ｃ）は工具空掴み状態（工具無し状態）を各々示す。主軸４の先端に、工具８のテーパ状のシャンク部８ａを嵌合させるテーパ状の工具嵌合凹部４１が設けられている。シャンク部８ａは中空に形成され、後端に内鍔８ｂを有している。主軸４内には、工具嵌合凹部４１に続いてクランプ機構収容凹部４２が設けられている。
【００１９】
クランプ機構９は、シャンク部８ａ内に挿入されて内鍔８ｂに係合するグリッパ４３と、このグリッパ４３内に配置されたグリッパ広げ部材４４とを有する。グリッパ４３は、円周方向に複数個に分割された筒状部材であり、先端の外周にシャンク部８ａの内鍔８ｂに係合可能な係合突部４３ａを有している。グリッパ４３は、主軸４のクランプ機構収容凹部４２に設けられたテーパ面状の拡縮ガイド面４ｂに係合するテーパ面４３ｂを有しており、クランプ機構収容凹部４２内の縮径付勢用ばね４５で拡縮ガイド面４ｂに押し付けられることで、縮径状態となる。
グリッパ広げ部材４４は、グリッパ４３内に引き込むことでグリッパ４３を広げる部材であり、外周面がテーパ状の拡径用ガイド面に形成されている。この広がりにより、グリッパ４３は、その係合突部４３ａが工具８の内鍔８ｂに係合する。グリッパ広げ部材４４は、ドローバ１１の先端に設けられており、ドローバ１１は、主軸４内のばね部材１２によって後退付勢される。ばね部材１２は、その付勢によるグリッパ４３の拡径力が、縮径付勢用ばね４５による縮径力よりも大きくなるように設計してある。したがって、ドローバ１１に外力を与えない自然状態では、工具８のシャンク部８ａは、グリッパ４３の係合突部４３ａにより工具嵌合凹部４１の奥側へ引きつけたクランプ状態となる。
【００２０】
このクランプ機構９によると、次のようにクランプ動作が行われる。図８（Ａ）のようにドローバ１１を前方へ押したアンクランプ状態で、主軸４の工具嵌合凹部４１に工具８のシャンク部８ａを押し込み、ドローバ１１の押し付けを解消する。この押し付け解消により、ばね部材１２の付勢力でドローバ１１と共にグリッパ広げ部材４４の拡径した前部がグリッパ４３内に入り込み、グリッパ４３が拡径して工具８をクランプ状態とする（図８（Ｂ））。この状態からドローバ１１を前方へ押すと、図８（Ａ）のアンクランプ状態となる。
工具８の空掴み状態では、グリッパ広げ部材４４は、グリッパ４３が工具８に当たらないために、正規の工具クランプ位置よりも後方まで移動する（図８（Ｃ））。この位置の差をＬとすると、工具８の掴み状態よりも空掴み状態の方が、ドローバ１１の後端位置（図９（Ｂ），（Ｃ）参照）も、距離Ｌだけ後方位置となる。
【００２１】
図７はアンクランプユニット１３の各動作状態および主軸４の後端部を示す。図７（Ａ），（Ｂ）の上半部は、アンクランプ時の動作状態を、同図（Ａ）の下半部は工具クランプ時の動作状態を、同図（Ｂ）の下半部は空掴み時の動作状態を各々示す。
主軸４内のドローバ１１の後端には鍔部１１ａが設けられ、鍔部１１ａにばね部材１２の後端が係合している。主軸４のドローバ１１を挿通した中空孔の後端には、アンクランプユニット１３の押し棒１４を当接させるシリンダ部材１５が、鍔部１１ａに隣接して進退自在に嵌合している。シリンダ部材１５は、主軸４の後端に取付けられたリング状の被係止部材１９により主軸後方への抜け止めがなされ、ばね部材１２による付勢と、押し棒１４による押し付けより、ドローバ１１と共に進退する。被係止部材１９は、外周に突部１９ａを有している。
【００２２】
アンクランプユニット１３は、押し棒１４の進退駆動源である流体圧シリンダ５１を有し、押し棒１４は、流体圧シリンダ５１のピストンロッド５４の先端部で構成される。ピストンロッド５４は流体圧シリンダ５１のシリンダ本体５２の前後に貫通する。シリンダ本体５２には、ピストン５３の前後のシリンダ室に各々連通する流体出入口５８，５９が設けられている。流体圧シリンダ５１は、ハウジング１に設置された筒状のガイド部材５５に、シリンダ本体５２が進退自在に設置され、前後に設けられたストッパ５６，５７がガイド部材５５に係合することにより、シリンダ本体５２の前後移動範囲が規制される。シリンダ本体５２は、ガイド部材５５に対して復帰ばね６０により前方へ付勢されている。
【００２３】
主軸後端係合機構２０を説明する。シリンダ本体５２の前部には、主軸４の後端の被係合部材１９に係合する引っ掛け部材６１が支軸６２回りに開閉回動自在に取付けられ、ねじりコイルばね等の閉じ付勢ばね６３で閉じ方向に付勢されている。引っ掛け部材６１の後方には、内向きテーパ状のガイド面６４ａを有する開き操作部材６４がシリンダ本体５２の外周に進退自在に設けられ、開き操作部材６４を前進させることで、そのガイド面６４ａで引っ掛け部材６１が閉じ操作される。開き操作部材６４は、シリンダ本体５２の段面５２ａで前方へ押し付け可能とされ、かつ押し当てばね６５で引っ掛け部材６１に軽く押し当てられている。
【００２４】
アンクランプユニット１３は、主軸４の先端のクランプ機構９（図１）による工具クランプ状態では、図７（Ａ）の下半部に示すように、復帰ばね６０の付勢により、シリンダ本体５２が後方のストッパ５７に当たる前進端まで前進している。アンクランプを行うときは、ピトスン５３の後方のシリンダ室に作動流体を供給する。これにより、ピストンロッド５２の先端の押し棒１４でドローバ１１の後方のシリンダ部材１８を押し、クランプ機構９に工具８のクランプ動作を行わせる。このとき、押し棒１４に作用する抵抗により、流体圧シリンダ５１の全体、つまりシリンダ本体５２が復帰ばね６０に抗して後退し、シリンダ本体５２と共に引っ掛け部材６１も後退する。この後退により、引っ掛け部材６１が主軸４の後端の被係合部材１９に係合し、主軸４が押し部材１４の押し動作で前方へ移動することが防止される。
【００２５】
このアンクランプ状態から、流体圧シリンダ５１の前方のシリンダ室に作動流体を供給すると、押し部材１４が後退すると共に、シリンダ本体５２が前進してその段面５２ａで開き操作部材６４を押す。そのため、開き操作部材６４により引っ掛け部材６１が開き動作させられ、引っ掛け部材６１と被係合部材１９の係合が解除される。
【００２６】
図１０に示すように、押し棒１４は中空に形成され、基端の雄ねじ部１４ａでピストンロッド５２の先端に取付けられている。押し棒１４の中空とされた内部空間に、ドローバ１１の後方のシリンダ部材１５を検出する検出手段１６が内蔵され、止めねじ６９で止め付けられている。検出手段１６は、クランプ機構９による工具掴み時と空掴み時とにおけるドローバ１１の後端位置の差Ｌが検出できるものであれば良く、磁気式または光学式の変位検出手段を用いることが可能であるが、この例では、磁気的に変位検出を行う近接スイッチが用いられている。検出手段１６のリード線６８は、中空軸とされたピストンロッド５２の中心孔から外部に引き出されている。
【００２７】
上記構成による空掴み検出動作を説明する。クランプ機構８およびアンクランプユニット１３の動作は前述の通りである。図９（Ａ）に示すように、クランプ機構８のアンクランプ時は、アンクランプユニット１３の押し棒１４が前進してドローバ１１の後方のシリンダ部材１５を押した状態となる。
クランプ時は、ドローバ１１がばね部材１２で後方に押されて、シリンダ部材１５は図９（Ｂ）に示すように所定位置に後退している。この状態では、押し棒１４とシリンダ部材１５との距離は長く、押し棒１４に内蔵の検出手段１６はシリンダ部材１５を検出しない。
空掴み時は、クランプ機構９（図８）で工具８がグリッパ４３に当たらないため、ドローバ１１はクランプ時よりもある距離Ｌだけさらに後方に移動する。そのため、シリンダ部材１５が押し棒１４に内蔵の検出手段１６で検出される。この検出信号により、空掴みであることが、判別手段１７で判別される。
なお、図９（Ａ）に示すアンクランプ状態では、押し棒１４はシリンダ部材１５に当接し、押し棒１４に内蔵の検出手段１６がオンとなるが、アンクランプ時とクランプ時とは、スピンドル装置を制御する制御信号で区別できるため、空掴みであるか、アンクランプ状態であるかの区別が行える。
【００２８】
このスピンドル装置によると、このようにドローバ１１を押す押し棒１４の先端に空掴み用の検出手段１６を内蔵したため、アンクランプユニット１３に主軸後端外周の被係合部材１９に引っ掛け部材６１を係合させる構成のものを用いながら、配置空間確保上の問題を生じることなく、ドローバ１１の位置検出が行える。また、検出手段１６は押し棒１４の先端に内蔵されるため、主軸４と共に回転するドローバ１１等の部材に偏ってセンサターゲットを設ける必要がない。そのため、主軸４の高速回転時にも、振動を生じることなく、安定した回転が得られる。
【００２９】
また、このスピンドル装置は、主軸４を支持する軸受２，３として、静圧磁気複合軸受を用いているため、静圧気体軸受の優れた動剛性および回転精度と、磁気軸受の優れた静剛性という両軸受の特長を生かしたコンパクトな軸受とできる。静圧磁気複合軸受は、非接触軸受であるため、主軸重量の偏りの影響を受け易いが、空掴み判別用の検出手段１６はアンクランプ用の押し棒１４の先端に内蔵するため、主軸４に偏ってセンサターゲットを設ける必要がなく、非接触軸受を用いながら、動作に悪影響を及ぼすことなく空掴みの判別が行える。
検出手段１６は、近接スイッチを用いたため、小型，軽量で，安価なものが使用でき、また精度にも優れており、アンクランプユニット１３の小さな押し棒１４に内蔵する検出手段として好ましい。
このように、主軸４を支持する軸受２，３に静圧磁気複合軸受を用いた高精度でコンパクトな構成のスピンドル装置において、主軸４の偏心荷重による振動の問題を生じることなく、工具の確実な空掴み検出が行える。
【００３０】
図１１，図１２は、この発明の第２の実施形態を示す。この実施形態は、第１の実施形態において、検出手段１６Ａを、押し棒１４の先端面から突没自在に突出したものとすることにより、正常クランプ状態と半掴み状態との判別を可能としたものである。検出手段１６Ａは、中空とされた押し棒１４内に配置され、押し棒１４に内蔵の突出付勢ばね７１により、押し棒先端側に突出付勢されている。検出手段１６Ａの最突出位置は、ストッパ手段７２により規制されている。検出手段１６Ａは、支持筒７３内に保持されており、支持筒７３を押し棒１４の先端内径部に進退自在に嵌合させることにより、検出手段１６Ａを押し棒１４に対して突没自在としている。上記ストッパ手段７２は、支持筒７３の後端に設けられた拡径部７２ａと、押し棒１４内に設けられた段差面７２ｂとで構成される。押し棒１４は、アンクランプユニット１３における流体圧シリンダ５１のピストンロッド５４に対して、両者１４，５４の内径面の雌ねじ部に螺合するねじ筒７４を螺合させることにより固定されている。
【００３１】
検出手段１６Ａは、磁気式の距離検出手段を用いており、ドローバ１１の後端までの距離を検出するものとしてある。詳細には、ドローバ後端のシリンダ部材１５の後端面までの距離を検出するものとしてある。磁気式の距離検出手段には、例えば、過電流式またはリラクタンス式の変位センサが用いられる。検出手段１６Ａの検出信号により工具の把持状態を判別する判別手段１７Ａは、検出手段１６Ａの距離検出値等により、把持状態の判別として、アンクランプ状態、正常クランプ状態、半掴み状態、および空掴み状態の判別を行うものとしてある。
この実施形態におけるこの他の構成は、図１〜図１０と共に説明した第１の実施形態と同じである。
【００３２】
この実施形態における工具把持状態の判別を説明する。図１２（Ａ）におけるアンクランプ状態においては、アンクランプユニット１３の押し棒１４が前進して、ドローバ１１の後方のシリンダ部材１５を押した状態となる。このとき、検出手段１６Ａは、シリンダ部材１５と接触し、押し棒１４内に没入して収容される。
同図（Ｂ）の正常クランプ状態においては、アンクランプユニット１３の押し棒１４が後退し、検出手段１６Ａとシリンダ部材１５とは離れる。このとき、検出手段１６Ａは押し棒１４内の突出付勢ばね７１によって、押し棒１４の先端面より前方（図の左側）に押し出される。押し出し量はストッパ手段７２により規制されるが、検出手段１６Ａによりシリンダ部材１５の後端までの距離検出が可能な範囲になるように押し出し量を設定する。
同図（Ｃ）の半掴み状態においては、シリンダ部材１５の後端位置は正常クランプ状態よりも僅かに前方にある。このときの距離Ｌａが規定値以上であった場合に、判別手段１７Ａ（図１１）は半掴みと判断する。
図１２（Ｄ）の空掴み状態においては、シリンダ部材１５の後端位置は正常クランプ状態よりも後方（図の右方向）にある。同図はシリンダ部材１５の後端面と検出手段１６Ａが接触する場合の例である。この場合、同図（Ａ）のアンクランプ状態と区別するために、判別手段１７Ａは、アンクランプユニット動作のオン／オフ信号を用いる。磁気軸受スピンドルや静圧磁気複合軸受スピンドルにおいては、アキシアル磁気軸受の電流値を測定することで、アンクランプユニットの押し棒１４がシリンダ部材１５を押している状態を検出できるため、判別手段１７Ａは、上記電流値の測定値によって、アンクランプ状態と空掴み状態との区別ができる。
【００３３】
この実施形態によると、このように検出手段１６Ａを押し棒１４の先端面から突没自在に突出させ、かつ突出付勢したため、アンクランプ状態、正常クランプ状態、および空掴み状態の区別だけでなく、正常クランプ状態と半掴み状態との判別が可能になる。半掴み状態は、工具８（図１）と主軸４の先端面に形成されているテーパ状の工具嵌合面との嵌合が不十分でクランプされている不完全クランプ状態のことである。この半掴み状態は嵌合面への異物の付着時等に生じる。第１の実施形態の場合は、アンクランプ状態、正常クランプ状態、および空掴み状態の判別は可能であるが、半掴み状態の判別は難しい。正常クランプ状態と半掴み状態とを判別するためには、シリンダ部材１５の後端面と押し棒１４の先端面（検出手段１６の検出面）までの距離を正確に検出しなければならない。一方、押し棒１４に内蔵できる磁気式変位センサは小型のものに限定されため、上記距離が検出可能範囲外になる場合がある。このため、押し棒１４の先端に固定した磁気式近接センサでは、半掴み状態におけるシリンダ部材１５の端面を検出することは構造上困難である。
しかし、第２の実施形態の場合は、検出手段１６Ａが押し棒１４から突没自在に突出して押し棒１４側に付勢されているため、正常クランプ状態および半掴み状態では検出手段１６Ａが押し棒１４に近づいた位置にあり、そのため、磁気式変位センサからなる検出手段１６Ａの検出可能距離が短くても距離検出を行うことができる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明の自動工具交換機能付きスピンドル装置は、アンクランプユニットの上記押し棒の先端に、ドローバの後端を検出する検出手段を内蔵し、この検出手段の検出信号により工具の把持状態を判別するようにしたため、アンクランプユニットの形式を問わず、ドローバ位置の検出により空掴みの判別が行え、また高速回転時のアンバランスの問題も生じることがない。上記検出手段が近接スイッチであるので、小型，軽量で安価で、精度にも優れ、小さな押し棒への内蔵が無理なく行える。
前記検出手段が、前記押し棒の先端面から突出し、かつ押し棒先端側に突出付勢されて配置されているものである場合は、正常クランプ状態と半掴み状態との判別が行える。
上記アンクランプユニットが、アンクランプ時に主軸の後端外周に係合して主軸の先端側への移動を阻止する主軸後端係合機構を有するものである場合は、コンパクトなクランプ機構とできる反面、ドローバ後端付近に検出手段配置空間が得難いが、押し棒の先端に検出手段を内蔵するため、検出手段配置空間の問題なく、空掴み検出が行える。
上記軸受が静圧磁気複合軸受である場合は、優れた動剛性、回転精度、静剛性を得ながら、空掴みの判別が、上記各性能に開く影響を及ぼさずに行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる自動工具交換機能付きスピンドル装置の概念構成を示す説明図である。
【図２】同スピンドル装置の断面図である。
【図３】同スピンドル装置のラジアル型の静圧磁気複合軸受の拡大断面図である。
【図４】同静圧磁気複合軸受の横断面図である。
【図５】同スピンドル装置のスラスト型の静圧磁気複合軸受の拡大断面図である。
【図６】（Ａ）は同スピンドル装置装置における主軸、クランプ機構、およびアンクランプユニットの関係を示す断面図、（Ｂ）はその主軸の断面図である。
【図７】同アンクランプユニットの各動作状態を示す拡大断面図である。
【図８】同クランプ機構の各動作状態を示す拡大断面図である。
【図９】各動作状態におけるドローバ後端と押し棒の関係を示す動作説明図である。
【図１０】（Ａ）は同押し棒の断面図、（Ｂ）は同押し棒の正面図、（Ｃ）は同押し棒の側面図である。
【図１１】この発明の第２の実施形態における押し棒の断面図である。
【図１２】同実施形態におけるドローバ後端と押し棒，検出手段の関係を示す動作説明図である。
【符号の説明】
１…ハウジング
２，３…軸受
４…主軸
５…スピンドル駆動源
８…工具
９…クランプ機構
１０…自動工具交換装置
１１…ドローバ
１２…ばね部材
１３…アンクランプユニット
１４…押し棒
１５…シリンダ部材
１６，１６Ａ…検出手段
１７，１７Ａ…判別手段
２０…主軸後端係合機構

Claims (5)

1. ハウジングに軸受を介して主軸を支持し、この主軸の先端にクランプ機構を設け、このクランプ機構は、主軸先端に工具が押し込まれることで、主軸内を貫通するドローバの後退付勢力により工具をクランプするものであり、上記ドローバの後端を押し棒で押すことにより上記クランプ機構をアンクランプ状態とするアンクランプユニットを上記ハウジングに設け、上記クランプ機構は、工具の掴み状態よりも空掴み状態の方がドローバ後端位置が後方となる自動工具交換機能付きスピンドル装置において、
   上記アンクランプユニットの上記押し棒の先端に、ドローバの後端を検出する検出手段を内蔵し、この検出手段は、磁気的に変位検出を行う近接スイッチであり、この検出手段の検出信号により工具の把持状態を判別するようにしたことを特徴とする自動工具交換機能付きスピンドル装置。
2. 前記検出手段は、前記押し棒の先端面から突没自在に突出し、かつ、押し棒先端側に突出付勢されて配置されているものである請求項１に記載の自動工具交換機能付きスピンドル装置。
3. 前記検出手段は、ドローバの後端面に接して配置されたシリンダ部材を介してドローバの後端を検出するものである請求項１または請求項２に記載の自動工具交換機能付きスピンドル装置。
4. 上記アンクランプユニットは、アンクランプ時に主軸の後端外周に係合して主軸の先端側への移動を阻止する主軸後端係合機構を有するものである請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の自動工具交換機能付きスピンドル装置。
5. 上記軸受は、静圧気体軸受と磁気軸受とが複合化されたラジアル型の静圧磁気複合軸受である請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の自動工具交換機能付きスピンドル装置。

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