JP4242887B2 - 工具、工具ホルダおよび工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の主軸に装着されるワークを加工する工具、エンドミル等の加工具を保持する工具ホルダ、この工具または工具ホルダが主軸に着脱される工作機械に関する。

たとえば、マシニングセンタ等の主軸を備えた工作機械では、主軸の最大回転数（単位時間当たり）は主軸を回転自在に保持する主軸受の構造や潤滑方式によって決定されるため、この最大回転数より増速した回転数で工具を回転させたい場合には、たとえば、増速装置を用いている。
増速装置としては、たとえば、工具を保持し主軸に着脱可能となっており、主軸の回転力を遊星歯車機構等の歯車機構によって増速して工具の回転数を増速させるものが知られている。
たとえば、マシニングセンタにおいて、一時的に主軸の最大回転数よりも工具の回転数を増速させたい場合には、上記のような増速装置を主軸に対して通常の工具と同様に装着し、工具を高い回転数で回転させている。

ところで、上記のような歯車機構による増速装置によって工具を主軸の回転数よりも増速する場合に、数万回転〜数十万回転の超高速回転させると、増速装置の発熱が増大し、工具の熱膨張のために加工精度に影響することがある。また、数万回転〜数十万回転の超高速回転では、増速装置からの騒音も増大する。さらに、増速装置は、たとえば、数万回転〜数十万回転の回転に耐えうる信頼性の高い構造にするため、比較的製造コストが高騰するという不利益も存在した。
また、歯車機構による増速装置の場合、歯車や軸受の潤滑が必要であり、潤滑油の供給経路および排出経路を増速装置内に設けるため、装置が大型化し、自動工具交換装置による自動交換が難しいという不利益も存在した。
また、他の増速方法として、工具を駆動するモータに高周波モータを使用し、この高周波モータに特別に用意された制御装置から駆動電流を供給し、工具を高速回転させる方法が採られる場合がある。しかしながら、この方法では、電力を外部から供給するケーブルが存在するため、工具の自動交換を通常の工具と同様に行うことが難しく、また、設備コストが比較的高いという不利益が存在する。

本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、通常の工具と同様に工作機械の主軸に着脱自在に装着され、外部から電力を供給することなく工作機械の主軸よりも高い回転数を得ることができ、外部の電源等と結線することなく駆動可能で、加えて、自動工具交換が可能なように小型化された工具、工具ホルダおよびこれらを備えた工作機械を提供することにある。

本発明の第１の観点の工具は、工作機械の主軸に着脱可能に装着される工具であって、ワークを加工する加工具と、前記加工具を駆動する電動機と、前記工作機械の主軸から回転力が供給され、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、前記発電機の発電した電力により動作し、前記電動機および／または前記発電機の動作状態の情報を出力する制御回路と、前記制御回路から出力された情報を外部から視認可能に表示する表示手段とを有する。

好適には、前記動作状態の情報は、前記電動機に供給される電流値である。

本発明の第２の観点の工具は、工作機械の主軸に着脱可能に装着される工具であって、ワークを加工する加工具と、前記加工具を駆動する電動機と、前記工作機械の主軸から回転力が供給され、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、前記電動機の回転数を検出する回転検出手段と、前記発電機の発電した電力により動作し、前記回転検出手段の検出した回転数の情報を出力する制御回路と、前記制御回路から出力された情報から特定される回転数を外部から視認可能に表示する回転数表示手段とを有する。

好適には、前記制御回路は、前記電動機の駆動制御を行う。

本発明の第３の観点の工具ホルダは、ワークを加工する加工具を保持可能で、工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具ホルダであって、前記加工具を駆動する電動機と、前記主軸の回転力に基づいて、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、前記電動機の回転数を検出する回転検出手段と、前記発電機の発電した電力により動作し、前記回転検出手段の検出した回転数の情報を出力する制御回路と、前記制御回路から出力された情報から特定される回転数を外部から視認可能に表示する回転数表示手段とを有する。

本発明の第４の観点の工作機械は、主軸と、前記主軸を駆動する駆動手段と、前記主軸とワークとの相対位置を変更する少なくとも一の制御軸とを備える工作機械本体と、前記駆動手段および制御軸を加工プログラムにしたがって駆動制御する制御装置と、ワークを加工する加工具、前記加工具を駆動する電動機、前記工作機械本体の主軸から回転力が供給され、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機、前記電動機の回転数を検出する回転検出手段、前記発電機の発電した電力により動作し、前記回転検出手段の検出した回転数の情報を出力する制御回路および前記制御回路から出力された情報から特定される回転数を外部から視認可能に表示する回転数表示手段を備え、前記工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具とを有する。

本発明によれば、通常の工具と同様に工作機械の主軸に着脱自在に装着され、外部から電力を供給することなく工作機械の主軸よりも高い回転数を得ることができ、外部の電源等と結線することなく駆動可能で、加えて、自動工具交換が可能なように小型化された工具、工具ホルダおよびこれらを備えた工作機械が提供される。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
第１実施形態
図１は、本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。なお、マシニングセンタはいわゆる複合加工の可能な数値制御工作機械である。
マシニングセンタ１は、工作機械本体２と、数値制御装置（ＮＣ装置）４５０と、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）１５０とを備えている。
図１において、工作機械本体２は、門型のコラム３８の各軸によって両端部を移動可能に支持されたクロスレール３７を備えており、このクロスレール３７上を移動可能に支持されたサドル４４を介してラム４５が鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。

サドル４４には、水平方向にクロスレール３７内を通じて図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４１が螺合している。
送り軸４１の一端部には、サーボモータ１９が接続されており、送り軸４１はサーボモータ１９によって回転駆動される。
送り軸４１の回転駆動によって、サドル４４はＹ軸方向に移動可能となり、これによってラム４５のＹ軸方向の移動および位置決めが行われる。

さらに、サドル４４には、鉛直方向に図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４２がねじ込まれている。送り軸４２の端部には、サーボモータ２０が接続されている。
サーボモータ２０によって送り軸４２が回転駆動され、これによりサドル４４に移動可能に設けられたラム４５のＺ軸方向の移動および位置決めが行われる。

ラム４５内には、主軸モータ３１が内蔵され、この主軸モータ３１はラム４５に回転自在に保持された主軸４６を回転駆動する。
主軸４６の先端には、エンドミルなどの加工具とこの加工具を保持する工具ホルダからなる工具Ｔが装着され、主軸４６の回転によって工具Ｔが駆動される。
ラム４５の下方には、加工すべきワークが固定されるテーブル３５がＸ軸方向に移動可能に設けられている。テーブル３５には、図示しないねじ部が形成されており、これにＸ軸方向に沿って設けられた図示しない送り軸が螺合しており、この図示しない送り軸にサーボモータ１８が接続されている。
テーブル３５は、サーボモータ１８の回転駆動によってＸ軸方向の移動および位置決めが行われる。

また、２本の門型コラム３８には、図示しないねじ部がそれぞれ形成されており、これに螺合する送り軸３２ａをクロスレール昇降用サーボモータ３２によって回転駆動することによりクロスレール３７は昇降する。
自動工具交換装置（ＡＴＣ）３９は、主軸４６に対して各種工具Ｔを自動交換する。
この自動工具交換装置３９は、たとえば、図示しないマガジンにエンドミル、ドリル等の各種加工具を工具ホルダによって保持した工具Ｔを収納しており、主軸４６に装着された工具Ｔを図示しない工具交換アームによってマガジンに収納し、必要な工具Ｔを主軸４６に工具交換アームによって装着する。

ＮＣ装置４５０は、上記のサーボモータ１８，１９，２０および、クロスレール昇降用サーボモータ３２の駆動制御を行う。
ＮＣ装置４５０は、具体的には、予め加工プログラムで規定されたワークの加工手順にしたがって、サーボモータ１８，１９，２０および３２による工具Ｔとワークとの間の位置および速度制御を行う。また、ＮＣ装置４５０は、加工プログラムにおいて、たとえば、Ｓコードで規定された主軸モータ３１の回転数（単位時間当りの回転数）を解読することにより主軸４６の回転数の制御を行う。
さらに、ＮＣ装置４５０は、ＮＣプログラムにおいて、たとえば、Ｍコードで規定された工具Ｔの交換を動作を解読することにより、各種工具Ｔの自動交換を実行する。

ＰＬＣ１５０は、ＮＣ装置４５０および操作パネル５００と接続されている。このＰＬＣ１５０は、予め決められたシーケンスプログラムにしたがって、マシニングセンタ１の起動、停止を行ったり、操作パネル５００の表示部を点灯、消灯する信号を出力する等の各種シーケンス制御を行う。
また、ＰＬＣ１５０は、主軸モータ３１を駆動制御する主軸モータドライバ１５７と接続されている。ＰＬＣ１５０は、主軸モータ３１の起動、停止および速度制御を行うための制御指令を主軸モータドライバ１５７に出力する。なお、ＰＬＣ１５０は各種シーケンス制御を行う。

図２は、本発明の工具の一実施形態の構成を示す断面図である。
図２において、工具６０は、刃具１００と、この刃具１００を保持する工具ホルダ６１とから構成される。なお、刃具１００は本発明の加工具の一実施態様である。また、本実施形態に係る工具６０は、上記した通常の工具Ｔと同様に自動工具交換装置３９によって主軸４６に着脱される。

工具ホルダ６１は、装着部６２と、ケース部材６６，６７および６８からなるケース６５と、発電機７０と、電動機８０と、工具保持部９０と、回り止め部材８５とを備えている。

装着部６２は、把持される把持部６２ａと、上記の主軸４６の先端部に形成されたテーパスリーブ４６ａに装着されるテーパシャンク部６２ｂと、このテーパシャンク部６２ｂの先端部に形成されたプルスタッド６２ｃと、ケース部材６６に回転自在に保持される軸部６２ｄとを備えている。

装着部６２の把持部６２ａは、上記した自動工具交換装置３９の工具交換アームによって、自動工具交換装置３９のマガジンから主軸４６に装着される際および主軸４６から自動工具交換装置３９のマガジンへ搬送される際に把持される。

装着部６２のテーパシャンク部６２ｂは、主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることによって、中心軸が主軸４６の中心軸と同心になる。

装着部６２のプルスタッド６２ｃは、装着部６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されると、主軸４６に内蔵された図示しないクランプ機構のコレットによってクランプされる。なお、主軸４６に内蔵されたクランプ機構は周知技術であるので詳細については省略する。

装着部６２の軸部６２ｄは、ケース部材６６の内周に複数の軸受７２を介して回転自在に保持されている。

ケース部材６７の内周には、保持部材７３を介して発電機７０および電動機８０が保持されている。
発電機７０は、入力軸７１が装着部６２の軸部６２ｄと同心に連結されており、この発電機７０には主軸４６の回転力が装着部６２を介して伝達される。
発電機７０には、たとえば、三相同期発電機が用いられる。

電動機８０は、図示しない導電ケーブルによって、発電機７０で発電された電力が供給される。この電動機８０は、発電機７０から供給される電力によって駆動される。
電動機８０には、たとえば、三相誘導電動機を用いることができる。

工具保持部９０は、回転軸９１と、この回転軸９１と電動機８０の回転軸８１とを連結するカップリング９３と、回転軸９１の先端部に固定された工具装着部材９５とを有する。

回転軸９１は、ケース部材６８の内周に複数の軸受９２を介して回転自在に保持されている。
回転軸９１の先端側は、ケース部材６８に抜け止め部材９４によって抜け止めされている。

刃具１００は、工具装着部９５に保持されており、この刃具１００はワークを加工する。刃具１００は、具体的には、ドリル、エンドミル等の各種の刃具である。又、他の加工具としては、研磨工具や砥石等が挙げられる。

ケース部材６６，６７および６８は、たとえば、ボルト等の締結手段によって連結されており、これらケース部材６６、６７および６８がケース６５を構成している。
ケース部材６６の外周には、回り止め部材８５が設けられている。
回り止め部材８５は、装着部６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることにより、主軸４６側の、たとえば、ラム４５等の非回転部４７に形成された嵌合穴４７ａに先端８５ａが挿入される。
これにより、ケース部材６６、すなわち、ケース６５は、主軸４６が回転しても回転が規制される。

回転検出機構
上記した工具６０には、ケース６５に形成された挿通孔６５ｈおよびこの挿通孔６５ｈに連通する回り止め部材８５に形成された挿通孔８５ｈに挿通された光ファイバ２００と、この光ファイバ２００の一端に接続された光学部品２０１と、光ファイバ２００の他端に接続された光学部品２０２と、電動機８０の回転軸９１に設けられた反射鏡１２５とが設けられている。なお、光ファイバ２００および光学部品２０１，２０２は本発明の導光手段の一実施態様であり、回転軸９１に設けられた反射鏡１２５は本発明の光信号生成手段の一実施態様である。

一方、主軸４６側には、非回転部４７の嵌合穴４７ａ内に設けられた光学部品２５１と、この光学部品２５１に一端が接続され非回転部４７に形成された挿通孔４７ｈに挿通された光ファイバ２５０と、この光ファイバ２５０の他端と接続されたセンサアンプ４００とが設けられている。なお、光学部品２５１、光ファイバ２５０およびセンサアンプ４００は本発明の受発光手段の一実施態様である。

図３は、電動機８０の回転数を検出するための要部構成を示す図である。
図３において、光学部品２０１は、電動機８０の回転軸９１に対向する位置に固定されており、光ファイバ２００によって導かれる光を回転軸９１に向けて出力するとともに、回転軸９１からの反射光を光ファイバ２００に導く。

光学部品２０２は、回り止め部材８５が非回転部４７の嵌合穴４７ａに嵌合することによって、光学部品２５１に対向配置される。この光学部品２０２は、光学部品２５１から出力される光を光ファイバ２００に導くとともに、光ファイバ２００を通じて出力される回転軸９１からの反射光を光学部品２５１に出力する。

光学部品２５１は、センサアンプ４００から光ファイバ２５０を通じて出力される光を光学部品２０２に出力するとともに、光学部品２０２から出力される回転軸９１からの反射光を光ファイバ２５０に導く。

センサアンプ４００は、発光素子４０１および受光素子４０２を備えている。発光素子４０１は、たとえば、レーザダイオードで構成され、受光素子４０２は、たとえば、フォトダイオードで構成される。
このセンサアンプ４００は、発光素子４０１から光ファイバ２５０に光を出力するとともに、光ファイバ２５０を通じて入力される回転軸９１からの反射光を受光素子４０２で受光する。
受光素子４０２は、受光した光をその強度に応じた電気信号に変換し、この信号４０２ｓをＰＬＣ１５０に出力する。

ＰＬＣ１５０は、センサアンプ４００からの信号４０２ｓに基づいて、電動機８０の回転数を検出する。また、ＰＬＣ１５０は、検出した電動機８０の回転数をＮＣ装置４５０に出力する。なお、ＰＬＣ１５０は、本発明の回転数検出手段の一実施態様である。

次に、本実施形態に係る工具６０の動作の一例について説明する。
まず、自動工具交換装置３９によって、工具装着部９５に刃具１００を保持した工具６０を工作機械本体２の主軸４６に装着する。
工具６０は、回り止め部材８５の先端部８５ａが非回転部４７の嵌合穴４７ａに嵌合挿入され、ケース６５の回転が規制される。

回り止め部材８５の先端部８５ａが非回転部４７の嵌合穴４７ａに嵌合挿入されると、上記した光学部品２０２と光学部品２５１とが対向した状態となる。
ここでセンサアンプ４００の発光素子４０１から光を出力させると、光ファイバ２５０および光学部品２５１を通じて、この光が非接触で光学部品２０２に入力される。光学部品２０２に入力された光は、光ファイバ２００を通じて光学部品２０１から回転軸９１に向けて出力される。

この状態から主軸４６を回転数Ｎ₀ で回転させると、工具６０の装着部６２が回転し、主軸４６の回転力が発電機７０に伝達される。
これにより、発電機７０は、たとえば、三相同期発電機を用いた場合には、三相交流電力を発電する。

三相同期発電機の発生する三相交流電力の周波数ｆは、三相同期発電機の極数をＰ₁ とし、主軸４６の回転数をＮ₀ 〔ｍｉｎ^-1〕とすると、次式（１）によって表される。

[数１]
ｆ＝Ｐ₁ ×Ｎ₀ ／１２０〔Ｈｚ〕 …（１）

したがって、主軸４６を回転数Ｎ₀ で回転させると、上記（１）式で表される周波数ｆの三相交流電力が電動機８０に供給される。

ここで、電動機８０に三相誘導電動機を用いたとすると、この三相誘導電動機の極数がＰ₂ とすると、三相誘導電動機は三相交流の１サイクルで２／Ｐ₂ 回転することから、すべりがないときの三相誘導電動機の同期速度Ｎ₁ は、次式（２）で表される。

[数２]
Ｎ₁ ＝１２０×ｆ／Ｐ₂ 〔ｍｉｎ^-1〕 …（２）

したがって、主軸４６の回転数Ｎ₀ に対する工具の回転数Ｎ₁ は次式（３）によって表される。

[数３]
Ｎ₁ ＝Ｎ₀ ×Ｐ₁ ／Ｐ₂ 〔ｍｉｎ^-1〕 …（３）

（３）式からわかるように、主軸４６の回転数Ｎ₀ は、上記（３）式で表される回転数Ｎ₁ に変速される。
（３）式で示すように、三相同期発電機の極数Ｐ₁ と三相誘導電動機の極数Ｐ₂ との比を適宜設定することにより、主軸４６の回転数Ｎ₀ に対する工具の回転数Ｎ₁ の変速比を任意に設定することが分かる。
すなわち、主軸４６の回転数Ｎ₀ を増速したい場合には、極数比Ｐ₁ ／Ｐ₂ を１より大きくし、減速したい場合には、極数比Ｐ₁ ／Ｐ₂ を１より小さくなるように、三相同期発電機の極数Ｐ₁ および三相誘導電動機の極数Ｐ₂ を予め選択すればよい。

たとえば、主軸４６の最大回転数Ｎmax が３０００ｍｉｎ^-1であるとすると、通常の工具を用いたワークの加工では、主軸４６の回転数は上記の最大回転数Ｎmax の範囲で十分である場合が多い。
一方、主軸４６の最大回転数Ｎmax が３０００ｍｉｎ^-1のマシニングセンタ１を使用し、たとえば、ワークにアルミニウム合金材を用いてこれを高速加工したい場合には、工具の回転数を、たとえば、３００００ｍｉｎ^-1に増速させたいような場合がある。
このような場合のために、マシニングセンタ１の自動工具交換装置３９のマガジンに工具６０を予め収容しておく。なお、工具６０は、増速比が１０となるように、上記の極数比Ｐ₁ ／Ｐ₂ が１０である三相同期発電機および三相誘導電動機を内蔵させる。

自動工具交換装置３９によって、主軸４６に通常の工具と同様に工具６０を自動装着する。
主軸４６を主軸モータ３１を駆動して回転させるが、工具６０に保持された工具の回転数は、主軸４６の回転数によって制御する。すなわち、ＮＣ装置４５０にダウンロードするＮＣプログラムにおいて、主軸４６の回転数をＳコードで指定することにより、工具６０の刃具１００の回転数を規定しておく。すなわち、ＮＣ装置４５０は、主軸４６の回転数を制御することにより、工具６０の刃具１００の回転数を制御する。
たとえば、工具６０の刃具１００を３００００ｍｉｎ^-1で回転させたい場合には、ＮＣプログラムにおいてＳコードで主軸４６の回転数を３０００ｍｉｎ^-1に指定しておく。

主軸４６を３０００ｍｉｎ^-1で回転させると、発電機７０は主軸４６の回転数および極数Ｐ₁ に応じた周波数の三相交流を発生する。
電動機８０は、発電機７０から供給される三相交流によって駆動され、工具６０の刃具１００は、略３００００ｍｉｎ^-1の回転数で回転する。

上記のように刃具１００が増速された状態で、テーブル３５に固定されたワークと刃具１００（主軸４６）とを加工プログラムにしたがって相対移動させることにより、ワークの切削加工が行われる。

一方、電動機８０の回転軸９１が回転している間には、回転軸９１に設けられた反射鏡１２５が光学部品２０１に対向する位置にくると、反射鏡１２５は光学部品２０１からの光を光学部品２０１に向けて反射する。したがって、光学部品２０１には回転軸９１の回転数に同期した強度の光信号が入力されることになる。

回転軸９１の回転数に同期した強度をもつ光信号は、光ファイバ２００，２５０を通じてセンサアンプ４００の受光素子４０２に入射する。受光素子４０２は、この光信号を光電変換し、信号４０２ｓをＰＬＣ１５０に出力する。
ＰＬＣ１５０は、この信号４０２ｓに基づいて、電動機８０の回転数を検出し、検出した回転数をＮＣ装置４５０に出力する。
これにより、ＮＣ装置４５０は電動機８０の回転数を常時監視することが可能となる。また、ＮＣ装置４５０は検出した電動機８０の回転数を用いて主軸４６の回転制御を行うことにより、電動機の回転制御を間接的に行うことも可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、通常の工具と同様にユニット化された工具ホルダ６１に発電機７０および電動機８０を内蔵し、発電機７０で発生した電力で電動機８０を駆動することで、主軸４６に対する工具６０の回転速度を増速させるため、主軸４６を高速回転させても歯車装置のように発熱が増大せず、工具６０の熱膨張が抑えられて加工精度の低下が抑制される。

さらに、本実施形態によれば、電動機８０のイナーシャを主軸４６のイナーシャよりも小さくできるため、主軸４６を直接に高速回転させる場合に比べて、刃具１００の応答性を向上できる。

また、本実施形態によれば、主軸４６の回転速度を変速させる工具６０を主軸４６に対して着脱自在とし、かつ、自動工具交換装置３９によって通常の工具と同様に交換可能となっているため、通常の回転速度の範囲での加工を行いながら、高速加工の要求に対して即座に対応することができる。
また、本実施形態によれば、主軸４６の回転によって発電した電力によって刃具１００を駆動するため、外部から駆動電流を供給する必要がなく、この結果、電源供給のための配線が必要ない。

また、本実施形態によれば、工具６０側には、光学部品、光ファイバおよび反射鏡のみを設け、発光素子や受光素子を工具６０外に設けて工具６０に内蔵された電動機８０の回転数を検出する構成としているため、工具６０の構造を簡素化でき、小型化が可能となり、工具６０を自動工具交換に適したものとすることができる。

なお、上述した実施形態では、反射鏡１２５を回転軸９１に設ける構成としたが、回転軸９１の一部を鏡面加工してもよい。また、反射鏡１２５は、回転軸９１の周方向に沿って複数配置することも可能である。
また、電動機８０の回転数の検出方法は、上述した反射鏡１２５を用いた方法に限定されない。たとえば、回転軸９１に透過孔をもつ円板を設け、円板の一方面側から光を出力し、円板の他方面側から透過孔を通過した光を受光することによって電動機８０の回転数に応じた光信号を生成する構成とすることも可能であり、工具６０の外部から光を供給して電動機８０の回転数に応じた光信号を生成して外部に出力する構成であればあらゆる構成を採用できる。

第２実施形態
図４は、本発明の工具の他の実施形態の構成を示す正面図である。なお、図４において、上述した実施形態と同一構成部分については同一の符号を使用している。
図４に示すように、本実施形態に係る工具１６０は、ケース６５の外側面にディジタル表示器６００を備えている。このディジタル表示器６００は、工具１６０に内蔵された電動機の回転数を表示する。

図５は、本実施形態に係る工具１６０の電気系の構成図である。
本実施形態に係る工具１６０は、上述した第１の実施形態に係る工具６０と同様に、発電機７０および電動機８０を内蔵している。発電機７０は装着部６２を通じて主軸４６の回転が伝達され発電する。発電機７０には、たとえば、三相同期発電機が用いられる。
本実施形態に係る工具１６０は、発電機７０および電動機８０に加えて、整流回路３０２、電力逆変換回路３０３および制御回路３０４を備えている。
これら整流回路３０２、電力逆変換回路３０３および制御回路３０４は、上記ケース６５に内蔵されている。

整流回路３０２は、発電機７０で発電された交流電流を直流電流に整流して電力逆変換回路３０３に供給する。
また、整流回路３０２は、整流した直流電流の一部を制御回路３０４の電源として供給する。
電力逆変換回路３０３は、整流回路３０２から供給された直流電流を電動機８０を駆動するのに必要な周波数の交流電流に変換するインバータであり、たとえば、ＰＷＭインバータで構成される。

制御回路３０４は、マイクロプロセッサ３０５と、ＲＯＭ(Read Only Memory)３０６と、ＲＡＭ(Random Access Memory)３０７と、カウンタ回路３０８と、Ａ／Ｄ変換回路３１０と、Ｄ／Ａ変換回路３０９とを備えている。

ＲＯＭ３０６は、電動機８０の駆動制御、たとえば、ベクトル制御による電動機８０の可変速制御をするための制御用プログラムを記憶保持している。
ＲＡＭ３０７は、マイクロプロセッサ３０５の演算に必要なデータ等を記憶保持する。

マイクロプロセッサ３０５は、ＲＯＭ３０６に記憶された制御用プログラムを実行し、各種演算を行ってＤ／Ａ変換回路３０９を介して電力逆変換回路３０３に制御信号３０４ｓを出力する。この制御信号３０４ｓは、たとえば、ＰＷＭ制御信号である。
また、マイクロプロセッサ３０５は、電動機８０の回転数を検出し、電動機８０の回転数情報Ｒｎをディジタル表示器６００に出力する。

Ａ／Ｄ変換回路３１０は、電流検出器３１２で検出された電力逆変換回路３０３から電動機８０に供給される電流値をディジタル信号に変換してマイクロプロセッサ３０５に出力する。

電動機８０には、回転位置検出器３１１が設けられている。この回転位置検出器３１１には、たとえば、光学式ロータリエンコーダやレゾルバが使用される。
カウンタ回路３０８は、回転位置検出器３１１の検出した電動機８０の回転量に応じたパルス信号をカウントしてマイクロプロセッサ３０５に出力する。

上記構成の制御回路３０４は、発電機７０が主軸４６の回転によって発電することにより電源が供給され動作可能となる。
制御回路３０４には、電動機８０の回転量および駆動電流が入力されるため、制御回路３０４のＲＯＭ３０６に予め所要の制御プログラムを用意しておくことにより、電動機８０の各種の駆動制御が可能となる。
たとえば、電動機８０に同期電動機を用いた場合に、この同期電動機を可変速制御したい場合には、予め、速度指令パターンをＲＯＭ３０６に設定しておき、この速度指令パターンにしたがって速度制御することが可能である。

次に、上記構成の工具１６０の動作の一例について説明する。
工具１６０を主軸４６に装着し主軸４６を回転させると、発電機７０は発電する。
発電機７０によって発電された交流電流は、整流回路３０２によって直流電流に整流され、制御回路３０４および電力逆変換回路３０３に供給される。

制御回路３０４に電力が供給されると、制御回路３０４は動作を開始し、ＲＯＭ３０６に記憶されたプログラムを実行する。このプログラムにより、電力逆変換回路３０３から所定周波数の交流が電動機８０に供給され、電動機８０が駆動される。

電動機８０が駆動されると、この電動機８０の回転数に応じた数のパルス信号が回転位置検出器３１１からカウンタ回路３０８に入力される。カウンタ回路３０８はこのパルス信号の数を逐次カウントし、カウント値をマイクロプロセッサ３０５に出力する。
マイクロプロセッサ３０５は、カウンタ回路３０８から入力されるカウント値から電動機８０の回転数を換算し、この電動機８０の回転数を用いて、電動機８０の回転位置制御、速度制御、トルク制御等を行う。

さらに、マイクロプロセッサ３０５は、電動機８０の回転数情報Ｒｎをディジタル表示装置６００に逐次出力する。
これにより、ディジタル表示装置６００には、現在の電動機８０の回転数が表示される。

本実施形態では、工具６０は主軸４６とは電気的に独立している。このため、工具６０の動作状態を把握するには、無線装置等で工具６０の外部に工具６０の動作状態を知らせる情報を送信するなどの構成とする必要があるが、ディジタル表示装置６００をケース６５に設けることにより、工具６０の動作状態を簡易に把握することが可能となる。

なお、本実施形態では、ディジタル表示器６００に電動機８０の回転数を表示する構成としたが、たとえば、電動機８０に供給される電流値等の他の電動機８０の動作状態を示す情報を表示することも可能であり、また、電動機８０の動作状態を示す複数の情報を表示する構成とすることも可能である。
さらに、電動機８０に限らず、発電機７０の動作状態を検出し、これを外部から視認可能に表示することも可能である。

本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。 本発明の工具の一実施形態の構成を示す断面図である。 電動機８０の回転数を検出するための要部構成を示す図である。 本発明の工具の他の実施形態の構成を示す正面図である。 本実施形態に係る工具１６０の電気系の構成図である。

符号の説明

１…マシニングセンタ
２…工作機械本体
３１…主軸モータ
３９…自動工具交換装置
４６…主軸
６０，１６０…工具
６２…装着部
６５…ケース
６６，６７，６８…ケース部材
７０…発電機
８０…電動機
９０…工具保持部
９５…工具装着部
１００…刃具
１５０…ＰＬＣ
２００，２５０…光ファイバ
２５１，２０２，２０１…光学部品
４００…センサアンプ
４５０…ＮＣ装置
６００…ディジタル表示器

Claims (3)

1. 工作機械の主軸に着脱可能に装着される工具であって、
   ワークを加工する加工具と、
   前記加工具を駆動する電動機と、
   前記主軸から回転力が供給され、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、
   前記電動機の回転数を検出する回転検出手段と、
   前記発電機の発電した電力により動作し、前記回転検出手段の検出した回転数の情報を出力する制御回路と、
   前記制御回路から出力された情報から特定される回転数を外部から視認可能に表示する回転数表示手段と、
   前記工作機械の非回転部に嵌合する回り止め部材と、
   自己へ導かれた光を反射することにより、前記電動機の回転数に応じた光信号を生成する光信号生成手段と、
   前記回り止め部材に設けられた工具側光学部品を備え、前記非回転部に設けられた工作機械側光学部品から前記工具側光学部品に非接触で入射した光を前記光信号生成手段へ導き、当該光信号生成手段で生成された光信号を前記工具側光学部品から出射して前記工作機械側光学部品に非接触で出力する導光手段と
   を有する工具。
2. ワークを加工する加工具を保持可能で、工作機械の主軸に着脱可能に装着される工具ホルダであって、
   前記加工具を駆動する電動機と、
   前記主軸の回転力に基づいて、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、
   前記電動機の回転数を検出する回転検出手段と、
   前記発電機の発電した電力により動作し、前記回転検出手段の検出した回転数の情報を出力する制御回路と、
   前記制御回路から出力された情報から特定される回転数を外部から視認可能に表示する回転数表示手段と、
   前記工作機械の非回転部に嵌合する回り止め部材と、
   自己へ導かれた光を反射することにより、前記電動機の回転数に応じた光信号を生成する光信号生成手段と、
   前記回り止め部材に設けられた工具側光学部品を備え、前記非回転部に設けられた工作機械側光学部品から前記工具側光学部品に非接触で入射した光を前記光信号生成手段へ導き、当該光信号生成手段で生成された光信号を前記工具側光学部品から出射して前記工作機械側光学部品に非接触で出力する導光手段と
   を有する工具ホルダ。
3. 主軸と、前記主軸を駆動する駆動手段と、前記主軸とワークとの相対位置を変更する少なくとも一の制御軸と、非回転部とを備える工作機械本体と、
   前記駆動手段および制御軸を加工プログラムにしたがって駆動制御する制御装置と、
   ワークを加工する加工具、前記加工具を駆動する電動機、前記主軸から回転力が供給され、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機、前記電動機の回転数を検出する第１回転検出手段、前記発電機の発電した電力により動作し、前記第１回転検出手段の検出した回転数の情報を出力する制御回路、前記制御回路から出力された情報から特定される回転数を外部から視認可能に表示する回転数表示手段、前記非回転部に嵌合する回り止め部材、自己へ導かれた光を反射することにより、前記電動機の回転数に応じた光信号を生成する光信号生成手段および前記回り止め部材に設けられた工具側光学部品により外部から前記工具側光学部品に入射した光を前記光信号生成手段へ導き、当該光信号生成手段で生成された光信号を前記工具側光学部品から出射して外部に出力する導光手段を備え、前記主軸に着脱可能に装着される工具と
   前記非回転部に設けられた工作機械側光学部品を備え、前記工作機械側光学部品から前記工具側光学部品に光を非接触で出力し、かつ、前記工具側光学部品から出射される前記光信号を前記工作機械側光学部品により非接触で受信する受発光手段と、
   受信した前記光信号に基づいて前記電動機の回転数を検出する第２回転数検出手段と、
   を有する工作機械。

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