JP4727602B2 - Tool lock device and tool lock method for machine tool - Google Patents

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Description

本発明は、工作機械の主軸先端部に配置された工具をクランプまたはアンクランプする工作機械のツールロック装置及びツールロック方法に関する。   The present invention relates to a tool lock device and a tool lock method for a machine tool that clamps or unclamps a tool disposed at a tip end of a spindle of a machine tool.

一般に、工作機械には、工具を主軸にクランプまたはアンクランプするツールロック装置が設けられている。ツールロック装置においては、クランプ機構を備えたロッドを主軸内に貫通させ、このロッドの押し引きにより、主軸に対し工具のクランプまたはアンクランプを行うようにしている。   Generally, a machine tool is provided with a tool lock device that clamps or unclamps a tool on a main shaft. In the tool lock device, a rod having a clamp mechanism is passed through the main shaft, and the tool is clamped or unclamped by pushing and pulling the rod.

即ち、ロッドを引くことにより、工具のシャンク部がロッドのクランプ機構にクランプされ、該工具のテーパ部が主軸の先端部に形成されるテーパ孔に嵌合し、主軸に対し工具が装着される。一方、ロッドを押すことにより、工具のシャンク部がロッドのクランプ機構にアンクランプされ、該工具のテーパ部が主軸のテーパ孔から離間し、主軸に対し工具が離脱される。   That is, by pulling the rod, the shank portion of the tool is clamped by the clamp mechanism of the rod, the taper portion of the tool is fitted into a tapered hole formed at the tip portion of the main shaft, and the tool is mounted on the main shaft. . On the other hand, by pushing the rod, the shank portion of the tool is unclamped by the clamp mechanism of the rod, the tapered portion of the tool is separated from the tapered hole of the main shaft, and the tool is detached from the main shaft.

このような従来の工作機械のツールロック装置は、例えば、特許文献1に開示されている。   Such a conventional tool lock device of a machine tool is disclosed in, for example, Patent Document 1.

特開平11−90708号公報JP-A-11-90708

上記従来のツールロック装置においては、クランプ機構にボールを使用することで、高いクランプ力を発生させ、工具を主軸に装着するようにしている。しかしながら、このように高いクランプ力で工具をクランプすると、工具のテーパ部が主軸のテーパ孔に固着してしまい、アンクランプ時に工具を主軸から抜き取れないおそれがある。   In the conventional tool lock device described above, a ball is used for the clamp mechanism, so that a high clamping force is generated and the tool is mounted on the spindle. However, when the tool is clamped with such a high clamping force, the taper portion of the tool is fixed to the taper hole of the main shaft, and the tool may not be removed from the main shaft during unclamping.

また、主軸のテーパ孔は先端開口部が拡開した形状をなしているので、主軸が高速回転切削する場合には、その径は先端に向かうに従い拡径する傾向にある。これにより、工具に切削反力がかかると、該テーパ部は主軸のテーパ孔の基端開口部側へと入り込もうとし、更に、工具のテーパ部は主軸のテーパ孔に固着されてしまうことになる。   Further, since the tapered hole of the main shaft has a shape in which the tip opening is expanded, when the main shaft is cut at high speed, the diameter tends to increase toward the tip. As a result, when a cutting reaction force is applied to the tool, the tapered portion tends to enter the proximal end opening side of the tapered hole of the main shaft, and the tapered portion of the tool is fixed to the tapered hole of the main shaft. .

このように、工具が主軸から抜き取れなくなると、例えば、各種工具を主軸との間で自動交換しながら加工を行うマシニング等の工作機械においては、作業効率が低下してしまい、生産性の低下を招くおそれがある。   Thus, when the tool cannot be removed from the main spindle, for example, in a machine tool such as a machining machine that performs processing while automatically exchanging various tools with the main spindle, the work efficiency is lowered and the productivity is lowered. May be incurred.

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、工具と主軸との固着を解消し、工具を主軸から容易に抜き取ることができる工作機械のツールロック装置及びツールロック方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention solves the above-described problems, and provides a tool lock device and a tool lock method for a machine tool that can eliminate the sticking between the tool and the spindle and can easily remove the tool from the spindle. Objective.

上記課題を解決する第1の発明に係る工作機械のツールロック装置は、
回転可能に支持され、その先端部内周面に工具を着脱可能に保持する主軸と、
前記主軸の中空部に当該主軸と同軸上で摺動可能に支持され、前記主軸の先端部内周面に装着された前記工具と当接可能なロッドと、
前記ロッドに支持され、前記主軸の先端部内周面に装着された前記工具をクランプまたはアンクランプするクランプ機構と、
前記ロッドを主軸基端側へ付勢することにより、前記クランプ機構をクランプ状態とする付勢手段と、
前記付勢手段の付勢力に抗して前記ロッドを主軸先端側へ押圧することにより、前記クランプ機構をアンクランプ状態とする押圧手段と、
前記主軸の先端部内周面の周方向に設けられる振動素子と、
前記ロッドが主軸先端側へ摺動して前記工具に当接してから、前記クランプ機構が前記工具を全開にアンクランプするまで、前記振動素子を振動させる制御手段とを備える
ことを特徴とする。
A tool lock device for a machine tool according to a first invention for solving the above-described problems,
A spindle that is rotatably supported and holds the tool detachably on the inner peripheral surface of the tip,
A rod that is slidably supported coaxially with the main shaft in the hollow portion of the main shaft, and that can contact the tool attached to the inner peripheral surface of the tip end portion of the main shaft ;
A clamping mechanism is supported by the rod, clamp or unclamp the tool attached to the distal end inner peripheral surface of the spindle,
An urging means for urging the clamp mechanism by urging the rod toward the main shaft proximal side;
A pressing means that puts the clamp mechanism into an unclamped state by pressing the rod against the urging force of the urging means toward the front end of the main shaft;
A vibration element provided in the circumferential direction of the inner peripheral surface of the tip of the main shaft;
And a control unit that vibrates the vibration element until the clamp mechanism unclamps the tool fully open after the rod slides toward the front end of the spindle and comes into contact with the tool .

上記課題を解決する第2の発明に係る工作機械のツールロック装置は、
第1の発明に係る工作機械のツールロック装置において、
前記押圧手段により変位した前記ロッドの変位量を検出する変位量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記押圧手段の押圧力が発生して、所定時間までに前記変位量検出手段が検出した前記ロッドの変位量が所定量まで達していない場合には、前記押圧手段の押圧力を大きくするように制御する
ことを特徴とする。
A tool lock device for a machine tool according to a second invention for solving the above-described problems,
In the tool lock device of the machine tool according to the first invention,
Displacement amount detection means for detecting the displacement amount of the rod displaced by the pressing means,
When the pressing force of the pressing means is generated and the displacement amount of the rod detected by the displacement amount detecting means does not reach the predetermined amount by a predetermined time, the control means presses the pressing force of the pressing means. It is characterized by controlling so as to increase.

上記課題を解決する第3の発明に係る工作機械のツールロック方法は、
主軸の先端部内周面に着脱可能に装着された工具を、前記主軸内に挿入されたロッドの押し引きでクランプまたはアンクランプする工作機械のツールロック方法であって、
前記ロッドをその基端側へ付勢することにより前記工具をクランプする一方、前記ロッドをその先端側に押圧することにより前記工具をアンクランプし、
前記ロッドがその先端側へ押圧され前記工具に当接してから、前記工具が全開にアンクランプされるまで、前記主軸の先端内周面を振動させるようにした
ことを特徴とする。
A tool lock method for a machine tool according to a third invention for solving the above-mentioned problem is as follows.
A tool locking method for a machine tool that clamps or unclamps a tool removably mounted on the inner peripheral surface of a tip end of a spindle by pushing and pulling a rod inserted into the spindle,
Clamping the tool by urging the rod toward its proximal end, while unclamping the tool by pressing the rod toward its distal end,
The inner peripheral surface of the tip end portion of the spindle is vibrated until the tool is fully unclamped after the rod is pressed toward the tip end and abutted against the tool .

本発明に係る工作機械のツールロック装置及びツールロック方法によれば、主軸に設けた振動素子を振動させることにより、工具と主軸との固着を解消することができるので、工具を主軸から容易に抜き取ることができる。   According to the tool lock device and the tool lock method for a machine tool according to the present invention, the vibration between the main shaft and the tool can be eliminated by vibrating the vibration element provided on the main shaft, so that the tool can be easily removed from the main shaft. Can be extracted.

以下、本発明に係る工作機械のツールロック装置及びツールロック方法を図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明に係る工作機械のツールロック装置の断面図、図2は工具抜き取り正常時におけるロッドの変位量とピストンの押圧力との関係を示したタイムチャート図、図3は工具抜き取り異常時におけるロッドの変位量とピストンの押圧力との関係を示したタイムチャート図、図4はピエゾ素子部材における周波数と振幅との関係を示した図である。   Hereinafter, a tool lock device and a tool lock method for a machine tool according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 is a cross-sectional view of a tool lock device for a machine tool according to the present invention, FIG. 2 is a time chart showing the relationship between the amount of displacement of a rod and the pressing force of a piston when tool removal is normal, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the frequency and the amplitude of the piezo element member.

なお、図1においては、主軸の軸線の上側が工具のクランプ状態を示し、下側が工具のアンクランプ状態を示している。また、図2及び図3においては、実線がロッドの変位量を示し、1点鎖線及び点線がピストンの押圧力を示している。   In FIG. 1, the upper side of the axis of the spindle shows the clamped state of the tool, and the lower side shows the unclamped state of the tool. In FIGS. 2 and 3, the solid line indicates the amount of displacement of the rod, and the alternate long and short dash line and the dotted line indicate the pressing force of the piston.

図1に示すように、図示しないマシニングセンタ等の工作機械には、筒状のハウジング12が設けられている。ハウジング12内には軸受13a,13b,13cを介して円筒状の主軸14が回転可能に支持されており、この主軸14の先端部には工具11が装着されている。   As shown in FIG. 1, a cylindrical housing 12 is provided in a machine tool such as a machining center (not shown). A cylindrical main shaft 14 is rotatably supported in the housing 12 via bearings 13a, 13b, and 13c, and a tool 11 is mounted on the tip of the main shaft 14.

主軸14は、その先端部において先端方向に円錐状に拡開するテーパ孔14aと、このテーパ孔14aの基端部と連通して主軸14の軸方向に延設する中空部14bとを有している。そして、テーパ孔14aの軸方向略中間部における主軸14内には、ピエゾ素子からなる4個のピエゾ素子部材(振動素子)17が埋設されている。ピエゾ素子部材17は、主軸14(テーパ孔14a)の周方向略等間隔で、且つ、テーパ孔14aの傾斜面に面するように配置されている。   The main shaft 14 has a tapered hole 14a that expands in a conical shape in the distal direction at the distal end portion, and a hollow portion 14b that communicates with the proximal end portion of the tapered hole 14a and extends in the axial direction of the main shaft 14. ing. Four piezo element members (vibrating elements) 17 made of piezo elements are embedded in the main shaft 14 at a substantially intermediate portion in the axial direction of the tapered hole 14a. The piezo element members 17 are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction of the main shaft 14 (taper hole 14a) and so as to face the inclined surface of the taper hole 14a.

主軸14のテーパ孔14aには、工具11の基端側において円錐状に形成されるテーパ部11aが装着される一方、その中空部14bには、円筒状のロッド18がその軸方向に摺動可能に挿入されている。そして、ロッド18の先端部にはコレット(クランプ機構)19が回動可能に設けられており、このコレット19を回動することにより、当該コレット19は工具11のテーパ部11aの基端部に形成されるシャンク部11bと係合可能となっている。   A tapered portion 11a formed in a conical shape on the proximal end side of the tool 11 is mounted in the tapered hole 14a of the main shaft 14, while a cylindrical rod 18 slides in the axial direction of the hollow portion 14b. Inserted as possible. A collet (clamp mechanism) 19 is rotatably provided at the tip of the rod 18. By rotating the collet 19, the collet 19 is attached to the proximal end portion of the taper portion 11 a of the tool 11. It is possible to engage with the formed shank portion 11b.

ロッド18の外側には皿ばね(付勢手段)21が配置されている。また、主軸14の中空部14bにおける先端部内周面には、環状の案内部材23及びスリーブ24が隣接して固定されており、ロッド18の基端部外周面には、スリーブ25が固定されている。そして、皿ばね21の先端はスリーブ24に接続される一方、その基端はスリーブ25に接続されている。 A disc spring (biasing means) 21 is disposed outside the rod 18. An annular guide member 23 and a sleeve 24 are adjacently fixed to the inner peripheral surface of the distal end of the hollow portion 14 b of the main shaft 14, and a sleeve 25 is fixed to the outer peripheral surface of the base end portion of the rod 18. Yes. The disc spring 21 has a distal end connected to the sleeve 24 and a proximal end connected to the sleeve 25.

従って、ロッド18の先端部及びコレット19は、案内部材23内に挿入されて摺動可能に案内されている。また、皿ばね21はスリーブ24,25間において圧縮状態で配置されており、この皿ばね21の付勢力により、ロッド18は主軸14内においてその軸方向基端側に向けて付勢されている。   Accordingly, the distal end portion of the rod 18 and the collet 19 are inserted into the guide member 23 and are slidably guided. The disc spring 21 is disposed in a compressed state between the sleeves 24 and 25, and the urging force of the disc spring 21 urges the rod 18 toward the proximal end in the axial direction within the main shaft 14. .

主軸14の基端側には、ハウジング12に支持されるシリンダ26が設けられている。シリンダ26内には円筒状のピストン27が摺動可能に支持されており、このピストン27の先端部はその摺動によりロッド18及びスリーブ25の基端部に当接可能となっている。そして、シリンダ26内には、ピストン27によりその軸方向に分離された2つの油圧室26a,26bが形成されている。油圧室26a,26bは油圧源28と接続されており、この油圧源28を作動させることにより、油圧室26a,26bに対し油圧の供排が行われる。なお、シリンダ26及びピストン27等は押圧手段を構成するものである。   A cylinder 26 supported by the housing 12 is provided on the proximal end side of the main shaft 14. A cylindrical piston 27 is slidably supported in the cylinder 26, and the distal end portion of the piston 27 can come into contact with the base end portions of the rod 18 and the sleeve 25 by the sliding. In the cylinder 26, two hydraulic chambers 26a and 26b separated in the axial direction by the piston 27 are formed. The hydraulic chambers 26a and 26b are connected to a hydraulic source 28, and by operating the hydraulic source 28, hydraulic pressure is supplied to and discharged from the hydraulic chambers 26a and 26b. Note that the cylinder 26, the piston 27, and the like constitute pressing means.

即ち、シリンダ26の油圧室26aに油圧が供給されることにより、ピストン27がロッド18及びスリーブ25の基端部から後退するので、皿ばね21の付勢力によりロッド18も後退する。これにより、コレット19が閉じて工具11のシャンク部11bをクランプする(クランプ状態)。一方、シリンダ26の油圧室26bに油圧が供給されることにより、ピストン27が前進してロッド18及びスリーブ25の基端部に当接するので、皿ばね21の付勢力に抗してロッド18も前進する。これにより、コレット19が開いて工具11のシャンク部11bをアンクランプする(アンクランプ状態)。   That is, when the hydraulic pressure is supplied to the hydraulic chamber 26 a of the cylinder 26, the piston 27 is retracted from the base end portion of the rod 18 and the sleeve 25, so that the rod 18 is also retracted by the biasing force of the disc spring 21. Thereby, the collet 19 is closed and the shank portion 11b of the tool 11 is clamped (clamped state). On the other hand, when the hydraulic pressure is supplied to the hydraulic chamber 26 b of the cylinder 26, the piston 27 moves forward and comes into contact with the base end portion of the rod 18 and the sleeve 25. Advance. Thereby, the collet 19 opens and the shank part 11b of the tool 11 is unclamped (unclamped state).

ここで、ピエゾ素子部材17は電源30と接続されており、当該電源30から電流が供給されることで、10KHz以上の周波数で2〜3μmの振幅(微振動)を発生する。具体的には、図4に示すように、電流が供給されると、10KHzから30KHzに周波数が変化し、周波数が20KHzになると、振幅が最大の3μmとなるようになっている。即ち、最大振幅となる20KHzを跨ぐようにしてその前後の間で周波数領域が設定されている。そして、電源30からピエゾ素子部材17への電流供給は、主軸14内にリード線を配線して通電させるようにしている。   Here, the piezo element member 17 is connected to the power source 30, and when an electric current is supplied from the power source 30, an amplitude (microvibration) of 2 to 3 μm is generated at a frequency of 10 KHz or more. Specifically, as shown in FIG. 4, when a current is supplied, the frequency changes from 10 KHz to 30 KHz, and when the frequency reaches 20 KHz, the maximum amplitude is 3 μm. That is, the frequency domain is set between before and after the maximum amplitude of 20 KHz. In order to supply current from the power supply 30 to the piezo element member 17, lead wires are wired in the main shaft 14 to energize.

また、ハウジング12の内周面には変位センサ(変位量検出手段)31が設けられており、スリーブ25の基端部にはリング状のリング部材32が設けられている。そして、変位センサ31によりリング部材32との間のギャップが測定されることにより、ロッド18のその軸方向への変位量が検出されるようになっている。   Further, a displacement sensor (displacement amount detecting means) 31 is provided on the inner peripheral surface of the housing 12, and a ring-shaped ring member 32 is provided at the proximal end portion of the sleeve 25. And the displacement amount to the axial direction of the rod 18 is detected by measuring the gap between the ring members 32 by the displacement sensor 31.

工作機械には当該工作機械全体を制御するためのNC装置(制御手段)33が設けられている。NC装置33は、その内部に時間を計測するタイマを備えると共に、油圧源28、電源30、及び変位センサ31等と接続されており、油圧源28及び電源30に信号を入力する一方、変位センサ31からの信号が入力される。即ち、ピエゾ素子17への電流の供給、シリンダ26の油圧室26a,26bへの油圧の供排、ロッド18の変位量の検出は、NC装置31により制御されている。   The machine tool is provided with an NC device (control means) 33 for controlling the entire machine tool. The NC device 33 includes a timer for measuring time therein, and is connected to the hydraulic power source 28, the power source 30, the displacement sensor 31, and the like, and inputs signals to the hydraulic power source 28 and the power source 30, while the displacement sensor The signal from 31 is input. That is, the NC device 31 controls the supply of current to the piezo element 17, supply / discharge of hydraulic pressure to the hydraulic chambers 26 a and 26 b of the cylinder 26, and detection of the displacement amount of the rod 18.

次に、図2及び図3を用いてNC装置33による工具交換動作について説明する。   Next, the tool change operation by the NC device 33 will be described with reference to FIGS.

工作機械により図示しないワークを加工するときには、シリンダ26の油圧室26aに油圧が供給されている。これにより、ピストン27がロッド18及びスリーブ25の基端部から後退し、皿ばね21の付勢力によりロッド18も後退する。この結果、コレット19が閉じて工具11のシャンク部11bをクランプし、当該工具11のテーパ部11aは主軸14のテーパ孔14aに引き込まれて嵌合している。   When a workpiece (not shown) is machined by the machine tool, hydraulic pressure is supplied to the hydraulic chamber 26a of the cylinder 26. As a result, the piston 27 is retracted from the base end portion of the rod 18 and the sleeve 25, and the rod 18 is also retracted by the biasing force of the disc spring 21. As a result, the collet 19 is closed and the shank portion 11b of the tool 11 is clamped, and the taper portion 11a of the tool 11 is drawn into the taper hole 14a of the main shaft 14 and fitted.

図2に示すように、ワークの加工が終了すると、主軸14は工具交換位置へと移動する(0秒)。このようなクランプ状態(図1の上側のクランプ状態)においては、上述したように、シリンダ26の油圧室26aに油圧が供給されているので、ピストン27は後退してロッド18への押圧力は0tとなり、これによりロッド18の前方への変位量も0mmとなっている。   As shown in FIG. 2, when the machining of the workpiece is completed, the spindle 14 moves to the tool change position (0 seconds). In such a clamping state (upper clamping state in FIG. 1), as described above, since the hydraulic pressure is supplied to the hydraulic chamber 26a of the cylinder 26, the piston 27 moves backward and the pressing force to the rod 18 is Thus, the amount of forward displacement of the rod 18 is also 0 mm.

そして、1.0秒経過すると、工具離脱動作が開始される。即ち、シリンダ26の油圧室26bに所定量の油圧を供給し、ピストン27を徐々に前進させ、最終的に1.3秒において、ピストン27の押圧力を1.5tとし、ロッド18を前進させてその変位量を5mmとする。これにより、ロッド18の先端が工具11のシャンク部11bの端面に当接すると共に、コレット19が開いて当該シャンク部11bをアンクランプする(図1の下側のアンクランプ状態)。   When 1.0 second has elapsed, the tool detachment operation is started. That is, a predetermined amount of hydraulic pressure is supplied to the hydraulic chamber 26b of the cylinder 26, and the piston 27 is gradually advanced. Finally, in 1.3 seconds, the pressing force of the piston 27 is 1.5t, and the rod 18 is advanced. The amount of displacement is 5 mm. As a result, the tip of the rod 18 contacts the end face of the shank portion 11b of the tool 11, and the collet 19 opens to unclamp the shank portion 11b (lower unclamped state in FIG. 1).

次いで、1.9秒経過すると、更に、シリンダ26の油圧室26bに所定量の油圧を供給し、ピストン27を徐々に前進させ、最終的に2.0秒において、ピストン27の押圧力を2.0tとし、この状態で4.0秒まで押圧することにより、ロッド18を前進させてその変位量を7mmとする。このように、1.9〜2.0秒の間でロッド18が2mm前進することで、ロッド18の先端が工具のシャンク部11bの端面を押圧することになり、当該工具11のテーパ部11aは主軸14のテーパ孔14aから離間する。即ち、工具11が主軸14に対し離脱する。   Next, when 1.9 seconds have elapsed, a predetermined amount of hydraulic pressure is further supplied to the hydraulic chamber 26b of the cylinder 26, the piston 27 is gradually advanced, and finally the pressure of the piston 27 is reduced to 2 at 2.0 seconds. In this state, the rod 18 is pushed up to 4.0 seconds to advance the rod 18 to a displacement of 7 mm. Thus, when the rod 18 moves forward by 2 mm between 1.9 and 2.0 seconds, the tip of the rod 18 presses the end surface of the shank portion 11b of the tool, and the taper portion 11a of the tool 11 is pressed. Is separated from the tapered hole 14 a of the main shaft 14. That is, the tool 11 is detached from the main shaft 14.

ここで、上述した1.0〜2.0秒の間においてコレット19が全開にアンクランプするまで(回動時)のアンクランプ準備状態では、コレット19が工具11のシャンク部11bをアンクランプしているものの、当該工具11のテーパ部11aが主軸14のテーパ14aに固着している場合がある。このような場合においては、更に、油圧を供給してピストン27の押圧力を2.0tにして、ロッド18により工具11を押圧しても、工具11が離脱しないおそれがある。   Here, the collet 19 unclamps the shank portion 11b of the tool 11 in the unclamp preparation state until the collet 19 is fully unclamped (at the time of rotation) between 1.0 and 2.0 seconds described above. However, the taper part 11a of the tool 11 may be fixed to the taper 14a of the main shaft 14 in some cases. In such a case, there is a possibility that the tool 11 will not be detached even if the pressure is applied to the piston 27 to 2.0 t and the tool 11 is pressed by the rod 18 in such a case.

そこで、本発明に係る工作機械のツールロック装置では、アンクランプ準備状態における1.3〜2.0秒の間(微振動発生期間)、即ち、最大押圧力発生前において、ピエゾ素子部材17を微振動させている。つまり、1.3秒において、ピストン27が1.5tの押圧力を発生し、ロッド18が5mm前進して工具11に当接した(このとき工具11には押圧力は付加されていない)ことを検出すると同時に、ピエゾ素子部材17の微振動を開始し、2.0秒において、ピストン27が2.0tの押圧力を発生し、ロッド18が更に2mm前進して工具11を押圧したことを検出すると同時にピエゾ素子部材17の微振動を停止するようにしている。この結果、工具11のテーパ部11aと主軸14のテーパ孔14aとの固着を解消し、主軸14からの工具11の離脱を容易にしている。   Therefore, in the tool lock device for a machine tool according to the present invention, the piezo element member 17 is moved between 1.3 and 2.0 seconds (fine vibration generation period) in the unclamp ready state, that is, before the maximum pressing force is generated. Slightly vibrates. That is, in 1.3 seconds, the piston 27 generated a pressing force of 1.5 t, and the rod 18 moved forward by 5 mm and contacted the tool 11 (at this time, no pressing force was applied to the tool 11). At the same time, the micro-vibration of the piezo element member 17 is started, and in 2.0 seconds, the piston 27 generates a pressing force of 2.0 t, and the rod 18 further advances 2 mm to press the tool 11. Simultaneously with the detection, the fine vibration of the piezo element member 17 is stopped. As a result, the taper portion 11a of the tool 11 and the taper hole 14a of the main shaft 14 are eliminated, and the tool 11 can be easily detached from the main shaft 14.

また、2.0〜4.0秒の間においては、主軸14から離脱した工具11と、次の加工を行う工具11との工具交換が行われ、次の加工を行う工具11のテーパ部11aは主軸14のテーパ孔14aに嵌合した状態(図1の下側のアンクランプ状態)となっている。   In addition, between 2.0 and 4.0 seconds, the tool 11 that is detached from the spindle 14 and the tool 11 that performs the next machining are exchanged, and the taper portion 11a of the tool 11 that performs the next machining. Is in a state of being fitted into the tapered hole 14a of the main shaft 14 (an unclamped state on the lower side of FIG. 1).

そして、4.0秒経過すると、次の加工を行う工具11の工具装着動作が開始される。即ち、シリンダ26の油圧室26aに所定量の油圧を供給し、ピストン27を徐々に後退させ、最終的に4.3秒において、ピストン27の押圧力を0tとし、皿ばね21の付勢力によりロッド18を後退させてその変位量を0mmとする。従って、4.0〜4.3秒の間においてコレット19が全閉にクランプするまで(回動時)のクランプ準備状態においては、ロッド18の先端が工具11のシャンク部11bの端面から後退すると共に、コレット19が閉じて当該シャンク部11bをクランプする(図1の上側のクランプ状態)。即ち、工具11が主軸14に対し装着される。   When 4.0 seconds have elapsed, the tool mounting operation of the tool 11 for performing the next machining is started. That is, a predetermined amount of hydraulic pressure is supplied to the hydraulic chamber 26a of the cylinder 26, and the piston 27 is gradually retracted. Finally, in 4.3 seconds, the pressing force of the piston 27 is set to 0t, and the biasing force of the disc spring 21 is used. The rod 18 is retracted and its displacement is set to 0 mm. Therefore, the tip of the rod 18 is retracted from the end face of the shank portion 11b of the tool 11 in the clamp preparation state until the collet 19 is fully closed (turned) between 4.0 and 4.3 seconds. At the same time, the collet 19 is closed to clamp the shank portion 11b (upper clamped state in FIG. 1). That is, the tool 11 is mounted on the main shaft 14.

ここで、仮に、2.0〜4.0秒において、ピストン27の押圧力を2.0tにしても、工具11が固着して主軸14から離脱しない場合には、図3に示すように、2.0秒から所定時間(例えば、t=3.0)経過までの間に、ロッド18の変位量から工具11が離脱しているか否かを判定し、ロッド18の変位量が7mmに達していないと判定したときには、また更に、判定後直ちに3.0秒において、シリンダ26の油圧室26bに所定量の油圧を供給し、ピストン27の押圧力を2.0tから3.0tに大きくするようにしてもよい。   Here, if the tool 11 is fixed and does not detach from the main shaft 14 even if the pressing force of the piston 27 is 2.0 t in 2.0 to 4.0 seconds, as shown in FIG. Between 2.0 seconds and a lapse of a predetermined time (for example, t = 3.0), it is determined from the displacement amount of the rod 18 whether or not the tool 11 is detached, and the displacement amount of the rod 18 reaches 7 mm. If it is determined that it is not, a predetermined amount of hydraulic pressure is supplied to the hydraulic chamber 26b of the cylinder 26 immediately after the determination, and the pressing force of the piston 27 is increased from 2.0t to 3.0t. You may do it.

また、ピストン27の押圧力を3.0tで一定に発生させるのではなく、図3の点線に示すように、ロッド18の変位量が7mmに達するまで押圧力を徐々に大きくするように油圧を供給することも可能である。   Also, instead of generating the pressing force of the piston 27 constant at 3.0 t, as shown by the dotted line in FIG. 3, the hydraulic pressure is increased so that the pressing force is gradually increased until the displacement amount of the rod 18 reaches 7 mm. It is also possible to supply.

このようにピストン27の押圧力を調整することにより、図3に示すような工具11の抜き取りに異常が発生した場合であっても、図2に示すような工具11を正常に抜き取りした場合における、次の加工を行う工具11の工具装着動作が開始される時間(4.0秒)は変わらない。   By adjusting the pressing force of the piston 27 in this way, even when an abnormality occurs in the extraction of the tool 11 as shown in FIG. 3, the tool 11 as shown in FIG. The time (4.0 seconds) for starting the tool mounting operation of the tool 11 for performing the next machining does not change.

なお、シリンダ26の油圧室26bに油圧を供給すると同時、即ち、シリンダ26の主軸先端側への作動が行われると同時(1秒経過時)に、ピエゾ素子部材17の微振動を開始したり、ロッド18の変位量が7mmに達すると同時にピエゾ素子部材の微振動を停止したりしてもよい。   It should be noted that the micro-vibration of the piezo element member 17 is started at the same time when the hydraulic pressure is supplied to the hydraulic chamber 26b of the cylinder 26, that is, when the operation of the cylinder 26 toward the front end of the main shaft is performed (at the time of 1 second) The fine vibration of the piezo element member may be stopped at the same time when the displacement amount of the rod 18 reaches 7 mm.

従って、本発明に係る工作機械のツールロック装置によれば、ピストン27の押圧力によりロッド18を介して工具11を押圧し、このピストン27の作動時にピエゾ素子部材17に電流を供給して微振動させることにより、工具11のテーパ部11aと主軸14のテーパ孔14aとの固着を解消することができるので、工具11を主軸14から容易に抜き取ることができる。また、振動素子としてコンパクトなピエゾ素子部材17を用いることで、主軸14内に設けることができ、装置全体の大型化を防止することができる。 Therefore, according to the tool lock device for a machine tool according to the present invention, the tool 11 is pressed through the rod 18 by the pressing force of the piston 27, and a current is supplied to the piezo element member 17 when the piston 27 is operated. By vibrating, the taper portion 11a of the tool 11 and the taper hole 14a of the main shaft 14 can be eliminated, so that the tool 11 can be easily removed from the main shaft 14. Further, by using the compact piezo element member 17 as the vibration element, it can be provided in the main shaft 14 and the enlargement of the entire apparatus can be prevented.

更に、ピストン27の押圧力が発生して、所定時間までにロッド18の変位量が所定量まで達していない場合には、ピストン27の押圧力を大きくするようにしたことにより、確実に工具11を抜き取ることができるだけでなく、必要以上に押圧力を発生させることがないので、省力化を図ることができる。また、このような、工具11が固着してロッド18が変位しない異常事態が発生しても、工具抜き取り時間を正常時と同じにすることができるので、次加工の作業開始時間の遅延を防止することができる。   Further, when the pressing force of the piston 27 is generated and the displacement amount of the rod 18 does not reach the predetermined amount by a predetermined time, the pressing force of the piston 27 is increased, so that the tool 11 is surely secured. In addition, the pressure can be removed more than necessary, so that it is possible to save labor. Further, even if such an abnormal situation occurs that the tool 11 is fixed and the rod 18 is not displaced, the tool extraction time can be made the same as that at the normal time, so that the work start time of the next machining is prevented from being delayed. can do.

工具が主軸に正しく装着されているか否かを検出できる工作機械のツールロック装置に適用可能である。   The present invention can be applied to a tool lock device of a machine tool that can detect whether or not a tool is correctly mounted on a spindle.

本発明に係る工作機械のツールロック装置の断面図である。It is sectional drawing of the tool lock apparatus of the machine tool which concerns on this invention. 工具抜き取り正常時におけるロッドの変位量とピストンの押圧力との関係を示したタイムチャート図である。It is the time chart which showed the relationship between the displacement amount of the rod at the time of tool extraction normal, and the pressing force of a piston. 工具抜き取り異常時におけるロッドの変位量とピストンの押圧力との関係を示したタイムチャート図である。It is the time chart which showed the relationship between the displacement amount of a rod at the time of tool extraction abnormality, and the pressing force of a piston. ピエゾ素子部材における周波数と振幅との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the frequency and amplitude in a piezo element member.

符号の説明Explanation of symbols

11 工具
11a テーパ部
11b シャンク部
12 ハウジング
13a〜13c 軸受
14 主軸
14a テーパ孔
14b 中空部
17 ピエゾ素子部材
18 ロッド
19 コレット
21 皿ばね
23 案内部材
24,25 スリーブ
26 シリンダ
26a,26b 油圧室
27 ピストン
28 油圧源
30 電源
31 変位センサ
32 リング部材
33 NC装置
11 Tool 11a Tapered part 11b Shank part 12 Housing 13a-13c Bearing 14 Main shaft 14a Tapered hole 14b Hollow part 17 Piezo element member 18 Rod 19 Collet 21 Belleville spring 23 Guide member 24, 25 Sleeve 26 Cylinder 26a, 26b Hydraulic chamber 27 Piston 28 Hydraulic source 30 Power source 31 Displacement sensor 32 Ring member 33 NC device

Claims (3)

回転可能に支持され、その先端部内周面に工具を着脱可能に保持する主軸と、
前記主軸の中空部に当該主軸と同軸上で摺動可能に支持され、前記主軸の先端部内周面に装着された前記工具と当接可能なロッドと、
前記ロッドに支持され、前記主軸の先端部内周面に装着された前記工具をクランプまたはアンクランプするクランプ機構と、
前記ロッドを主軸基端側へ付勢することにより、前記クランプ機構をクランプ状態とする付勢手段と、
前記付勢手段の付勢力に抗して前記ロッドを主軸先端側へ押圧することにより、前記クランプ機構をアンクランプ状態とする押圧手段と、
前記主軸の先端部内周面の周方向に設けられる振動素子と、
前記ロッドが主軸先端側へ摺動して前記工具に当接してから、前記クランプ機構が前記工具を全開にアンクランプするまで、前記振動素子を振動させる制御手段とを備える
ことを特徴とする工作機械のツールロック装置。
A spindle that is rotatably supported and holds the tool detachably on the inner peripheral surface of the tip,
A rod that is slidably supported coaxially with the main shaft in the hollow portion of the main shaft, and that can contact the tool attached to the inner peripheral surface of the tip end portion of the main shaft ;
A clamping mechanism is supported by the rod, clamp or unclamp the tool attached to the distal end inner peripheral surface of the spindle,
An urging means for urging the clamp mechanism by urging the rod toward the main shaft proximal side;
A pressing means that puts the clamp mechanism into an unclamped state by pressing the rod against the urging force of the urging means toward the front end of the main shaft;
A vibration element provided in the circumferential direction of the inner peripheral surface of the tip of the main shaft;
And a control unit that vibrates the vibration element until the clamp mechanism unclamps the tool fully open after the rod slides toward the front end of the spindle and comes into contact with the tool. Machine tool lock device.
請求項1に記載の工作機械のツールロック装置において、
前記押圧手段により変位した前記ロッドの変位量を検出する変位量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記押圧手段の押圧力が発生して、所定時間までに前記変位量検出手段が検出した前記ロッドの変位量が所定量まで達していない場合には、前記押圧手段の押圧力を大きくするように制御する
ことを特徴とする工作機械のツールロック装置。
The tool lock device for a machine tool according to claim 1,
Displacement amount detection means for detecting the displacement amount of the rod displaced by the pressing means,
When the pressing force of the pressing means is generated and the displacement amount of the rod detected by the displacement amount detecting means does not reach the predetermined amount by a predetermined time, the control means presses the pressing force of the pressing means. A tool lock device for a machine tool, characterized in that control is performed to increase the tool size.
主軸の先端部内周面に着脱可能に装着された工具を、前記主軸内に挿入されたロッドの押し引きでクランプまたはアンクランプする工作機械のツールロック方法であって、
前記ロッドをその基端側へ付勢することにより前記工具をクランプする一方、前記ロッドをその先端側に押圧することにより前記工具をアンクランプし、
前記ロッドがその先端側へ押圧され前記工具に当接してから、前記工具が全開にアンクランプされるまで、前記主軸の先端内周面を振動させるようにした
ことを特徴とする工作機械のツールロック方法。
A tool locking method for a machine tool that clamps or unclamps a tool removably mounted on the inner peripheral surface of a tip end of a spindle by pushing and pulling a rod inserted into the spindle,
Clamping the tool by urging the rod toward its proximal end, while unclamping the tool by pressing the rod toward its distal end,
An inner peripheral surface of the tip end portion of the spindle is vibrated until the tool is fully unclamped after the rod is pressed toward the tip end and abutted on the tool . Tool lock method.
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