JP4831271B2 - 工具装着検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械における主軸の先端に、工具が正確に装着されたか否かを検出するための工具装着検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の工具装着検出装置として、特開昭57−48443号公報に開示されているものがあった。即ち、工具ホルダのフランジの外周側面に、主軸の軸線方向に沿って延びる第1キー溝と第2キー溝とを直径線上に刻設し、主軸の端面には、その受け口に工具ホルダを正規の位相にて嵌め入れた時、前記第1キー溝と第2キー溝とに各別に係入する第1可動キーと第2可動キーとを主軸の軸線方向に進退動可能に設け、バネにて前記各可動キーを主軸端面からの突出方向に押圧させるように構成する一方、前記主軸を回転自在に支持する主軸ヘッドの蓋部材には加圧空気を導くためのエア導入路を設け、前記エア導入路に連通する環状溝を主軸の円筒外周面に穿設し、この環状溝から半径方向に延びる第1空気通路と第2空気通路とを、前記第1可動キー及び第2可動キーの各後部室に連通するように形成する。そして、前記蓋部材に設けたエア通路を外部の圧力スイッチに連接し、このエア通路は、前記第1可動キー及び第2可動キーが突出状態のときには、前記各後部室に連通するように形成されている。
【0003】
さらに、前記第1可動キー及び第2可動キーには、その突出面と側面とに連通する側面視L字状の通気路を設け、該通気路は、工具ホルダが正規の位相にて受け口に嵌め入れできずに当該工具ホルダのフランジにて押して前記第1可動キー及び第2可動キーが後退したとき、前記圧力スイッチに接続したエア通路に連通するように設定されているものであった。
【0004】
この構成によれば、工具ホルダの挿入開始段階においては、前記第1可動キー及び第2可動キーが突出状態であり、加圧空気はエア導入路→環状溝→第1空気通路(第2空気通路)→後部室→エア通路→圧力スイッチに導入されて接点が閉じている。挿入される途次に工具ホルダのフランジが前記第1可動キー及び第2可動キーを押して後退させると、前記各通気路とエア通路→圧力スイッチとが連通して大気圧が導入されるため、圧力スイッチの接点が開く。正規の位相にて工具ホルダが受け口に嵌まった場合のみ、第1可動キーは突出して第1キー溝に、第2可動キーは突出して第2キー溝にそれぞれ係合し、前記各通気路とエア通路とが遮断される代わりに、前記加圧空気が後部室→エア通路→圧力スイッチに導入されて接点が閉じる。この閉成信号により工具ホルダが正規の位相にて挿入されたことを検知することができるものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この検出装置では、前記キー溝及び可動キーを設けなければならないから構造が複雑となると共に、製造コストも高くなるという問題があった。さらに、前記可動キーを有しない主軸及びキー溝を有しな工具ホルダに対しては適用できないのであった。
【0006】
本発明は、前記従来の問題を解決すべくなされたものであって、簡単な構成で、工具ホルダが着座したことを確実に検知できる工具装着検出装置を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項1に記載の発明の工具装着検出装置は、先端面に工具ホルダの取付け孔が形成され、内径部に設けられた工具把持機構により前記工具ホルダが装着されるように構成された主軸と、該主軸を回転可能に支持するハウジングとからなる工作機械において、前記取付け孔に装着された工具ホルダの着座面と対峙するように開口する検出孔を、前記主軸の先端面に設け、前記回転駆動される主軸の外周面とハウジングの回転案内面との間には、前記検出孔に連通する検出エアポケット部と、該検出エアポケット部を前記主軸の軸線方向に挟んで互いに連通する複数の供給エアポケット部とを形成し、該複数の供給エアポケット部にはハウジング外から圧力空気を供給し、前記主軸の外周面とハウジングの回転案内面との間で前記軸線方向に延びる隙間を介して、前記複数の供給エアポケット部からの圧力空気を前記検出エアポケット部に導入し、前記検出エアポケット部は、圧力センサに連通させたものである。
【0008】
そして、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の工具装着検出装置において、前記供給エアポケット部または検出エアポケット部のいずれか一方もしくは双方は、前記主軸の外周面及び/またはハウジングの回転案内面に形成された環状凹溝状であることを特徴とするものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を具体化した実施形態について説明する。図1は本発明の工具装着検出装置を具備する工作機械の主軸ヘッドの断面図、図2は図1のII−II線断面図、図3は要部拡大断面図、図4は圧力センサの検出値を示す図である。
【0010】
図1は、マシンニングセンタの主軸ヘッド先端部分の断面図であって、主軸1は、上下に長い中空円筒状のハウジング(主軸ヘッド)本体2内に嵌装された複数の軸受3を介して回転可能に支持されている。この主軸1は前記ハウジング本体2上部に設けた図示しないモータにより回転駆動させられている。主軸1内に軸線に沿った貫通孔は、その先端(下端)が後述する工具ホルダ4のテーパー部4aが密接して嵌まり得る取付け孔としての主軸テーパー孔5に形成されている。
【0011】
工具ホルダ4は、前記テーパー部4aが主軸テーパー孔5に密接し、且つフランジ部6の端面6aが主軸1の先端面1aに密接する2面拘束形ツールシャンク7を有し、工具把持機構としての主軸1の前記主軸テーパー孔5に続く中心孔内に軸線方向に進退動可能に挿通されたドローバー8によりコレット9が前記テーパー部4aの内径部に嵌まって引き込まれて、工具ホルダ4が着脱可能に装着されるようになっている。なお、切削加工用の工具(図示せず)は工具ホルダ4の先端側に取付けられている。
【0012】
前記ハウジング本体2の端面に図示しないボルト等により固定された蓋体10の内径部(回転案内面)が微小な隙間を介して前記主軸1の外周面を囲む。ハウジング本体2の一部としての蓋体10の内径部(回転案内面)及び主軸1の外周面とには、環状の検出エアポケット11が凹み形成されている。該検出エアポケット11を挟んで、主軸1の軸線の方向に適宜隔てて、第1供給エアポケット部12と第2供給エアポケット部13とが同じく環状に凹み形成されている。
【0013】
換言すると、前記検出エアポケット部11を挟んで主軸1の軸線の方向に適宜隔てて、先端面1aに近い側に第1供給エアポケット部12が形成され、遠い側に第2供給エアポケット部13形成されている。
【0014】
前記蓋体10の外周面から半径内方向に延びるエア通路14、15が前記第1供給エアポケット部12、第2供給エアポケット部13にそれぞれ連通しており、エア通路14、15には外部のエアタンク又はエアポンプ等の流体(加圧空気)を供給するための圧縮空気供給源16が接続されている。
【0015】
他方、前記検出エアポケット部11に連通するエア流路17を蓋体10の外周面にまで延ばし、圧力センサ20に接続する。また、主軸1の先端面に開口する検出孔21から側断面L字状の検出通路22を介して前記検出エアポケット部11に連通させる。なお、主軸1の先端面に対する前記検出孔21の開口位置は、工具ホルダ4の着座面としてのフランジ部6の端面6aと対峙する箇所、即ち、主軸1に工具ホルダ4を装着(着座)した状態では、フランジ部6の端面6aで開口部が密着されて塞がれる箇所になる。
【0016】
なお、前記第1供給エアポケット部12に対するエア通路14及び第2供給エアポケット部13に対するエア通路15と検出エアポケット部11に対するエア流路17が蓋体10の外周に開口する箇所は、図2に示すように、主軸1の軸線回りの位相をずらせることにより、ホース等の取付け金具(口金)の着脱作業を容易するすることができる。
【0017】
次に、前記構成による工具ホルダ4の着座操作及びその検出方法について説明する。工作作業時には、前記圧縮空気供給源16からの加圧空気(圧縮空気)を、蓋体10の外周からエア通路14、15を介して前記第1供給エアポケット部12及び第2供給エアポケット部13に導入させる。この両供給エアポケット部12、13の加圧空気は、蓋体10の内径面(回転案内面)と主軸1の外周面との隙間19を介して図3の上下方向即ちハウジング本体2の内面と主軸1との間及び蓋体10の下面(大気圧)方向に向かうと共に、当該両供給エアポケット部12、13の上下間の位置する検出エアポケット部11に導入される。この検出エアポケット部11の圧力はエア流路17を介して圧力センサ20にて検出することができる。
【0018】
即ち、前記第1供給エアポケット部12及び第2供給エアポケット部13に導入された加圧空気の圧力がP0とすると、第1供給エアポケット部12から下方に抜け出した空気と第2供給エアポケット部13から上方向に抜け出した空気とによる減少空気圧ΔPだけ低い圧力P2(=P0−ΔP)の加圧空気が検出エアポケット部11に到達することになる。
【0019】
そして、工具ホルダ4のフランジ部6の端面(着座面)6aが主軸1の先端面1aに密接していない状態(フランジとの隙間が大きい状態)では、前記検出エアポケット部11に導入された加圧空気は、前記隙間19より大きい隙間である検出通路22を介して主軸1の先端面1aにて大気に放出されるから、圧力センサ20での検出値(圧力)は低い値P1となる(図4参照)。
【0020】
そして、図示しない工具交換装置により、工具ホルダ4のテーパー部4aを主軸テーパー孔5に差し込み、フランジ部6の端面6aが主軸1の先端面1aに密接すると(フランジとの隙間がほぼ零になると)、前記検出孔21が塞がれるから、検出エアポケット部11の圧力はP2まで上昇することになる。
【0021】
このように、圧力センサ20で検出されたこの検出値(圧力P)の高低を電子式等のコントローラ23に送り、予め設定された高い圧力値P3以上であれば、工具ホルダ4のフランジ部6が主軸1の先端面1aに略密接した装着良好状態と判断し、実際の切削作業を実行する。逆に検出値が前記圧力値P3より低いときには、フランジ部6の端面6aと主軸1の先端面1aとの間に切屑等の異物が挟まれているもの(装着ミス)と判断して、工具ホルダ4の装着作業をやり直すか、図示しない警報装置(ランプやブザー)を作動させて作業者に事態を報知したり、機械の運転を停止させる等の措置を採るのである。
【0022】
なお、図1〜図3の実施形態では、検出エアポケット部11、第1供給エアポケット部12及び第2供給エアポケット部13が、主軸1の外周面及び蓋体10の回転案内面の両方にわたって環状(リング状)に凹み形成されているが、主軸1の外周面、又は蓋体10の回転案内面のうちいずれか一方にのみ形成しても良い。
【0023】
さらに他の実施形態として、図5に示すように、主軸1の外周面にその円周方向に断続的に形成された内周側の第1供給エアポケット部12a(第2供給エアポケット部13a、検出エアポケット部11a)と蓋体10の回転案内面にその円周方向に断続的に形成された外周側の第1供給エアポケット部12b(第2供給エアポケット部13b、検出エアポケット部11b)とが、主軸1の回転につれて内周側のエアポケット部を介して外周側の複数箇所のエアポケット部と連通するようしても良い。このようにすれば、エアポケット部のない箇所(主軸1の外周面と蓋体10の回転案内面との隙間19の間隔の極めて小さい箇所による圧力の途切れを防止できる。
【0024】
図示実施形態では、主軸1の軸線が上下方向に延びる場合を示したが、水平方向の軸線の主軸1を有する工作機械にも、本発明が適用できることはいうまでもない。また、検出エアポケット部を前記主軸の軸線方向で挟む一方の供給エアポケット部は2つで、他方の供給エアポケット部は1つというように適宜の複数数であっても良い。
【0025】
【発明の効果】
以上に詳述したように、請求項1に記載の発明の工具装着検出装置は、先端面に工具ホルダの取付け孔が形成され、内径部に設けられた工具把持機構により前記工具ホルダが装着されるように構成された主軸と、該主軸を回転可能に支持するハウジングとからなる工作機械において、前記取付け孔に装着された工具ホルダの着座面と対峙するように開口する検出孔を、前記主軸の先端面に設け、前記回転駆動される主軸の外周面とハウジングの回転案内面との間には、前記検出孔に連通する検出エアポケット部と、該検出エアポケット部を前記主軸の軸線方向に挟んで互いに連通する複数の供給エアポケット部とを形成し、該複数の供給エアポケット部にはハウジング外から圧力空気を供給し、前記主軸の外周面とハウジングの回転案内面との間で前記軸線方向に延びる隙間を介して、前記複数の供給エアポケット部からの圧力空気を前記検出エアポケット部に導入し、前記検出エアポケット部は、圧力センサに連通させたものである。
【0026】
このように構成したことにより、検出エアポケット部が複数の供給エアポケット部に挟まれた位置にあり、且つ検出エアポケット部が主軸の先端面のうち工具ホルダの着座面と対峙する箇所に開口した検出孔に連通しているから、正規(適正)の状態にて工具ホルダが着座すると、前記検出孔が塞がれることになり、前記両供給エアポケット部から主軸の外周面との隙間を通って検出エアポケット部に到達した高い加圧圧力を圧力センサにて検出できる、他方、適正な姿勢で工具ホルダが着座していない状態では、主軸の先端面との着座隙間が大きくなり、前記検出孔に連通している検出エアポケット部の圧力は大気圧に近い低い圧力となるので、この圧力の差異を検出すれば、工具ホルダが正規に着座していない状態を明瞭且つ確実に判別できることになる。
【0027】
このようにして、工具装着状態を正確に検出できるのあり、そのための構成が、検出エアポケット部が複数の供給エアポケット部に挟まれた位置にあるように設定するだけの簡単なものであるから、製造コストも高くならないという顕著な効果を奏する。
【0028】
そして、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の工具装着検出装置において、前記供給エアポケット部または検出エアポケット部のいずれか一方もしくは双方は、前記主軸の外周面及び/またはハウジングの回転案内面に形成された環状凹溝状であることを特徴とするものであるから、請求項1に記載の発明による効果に加えて、前記環状凹溝の形成のための手間も余り掛からず、製造コストの低減に寄与できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】主軸ヘッド部分の縦断面図である。
【図2】図1のII−II線矢視断面図である。
【図3】供給エアポケット部及び検出エアポケット部の要部拡大断面図である。
【図4】圧力センサの検出値を示す図である。
【図5】他の実施形態の供給エアポケット部及び検出エアポケット部の配置状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 主軸
2 ハウジング本体(主軸ヘッド)
4 工具ホルダ
4a テーパー部
5 取付け孔
6 フランジ部
6a 端面(着座面)
10 蓋体
11 検出エアポケット部
12 第1供給エアポケット部
13 第2供給エアポケット部
16 圧縮空気供給源
17 エア通路
19 隙間
20 圧力センサ
21 検出孔
22 検出通路
Claims (2)
- 先端面に工具ホルダの取付け孔が形成され、内径部に設けられた工具把持機構により前記工具ホルダが装着されるように構成された主軸と、該主軸を回転可能に支持するハウジングとからなる工作機械において、
前記取付け孔に装着された工具ホルダの着座面と対峙するように開口する検出孔を、前記主軸の先端面に設け、
前記回転駆動される主軸の外周面とハウジングの回転案内面との間には、前記検出孔に連通する検出エアポケット部と、該検出エアポケット部を前記主軸の軸線方向に挟んで互いに連通する複数の供給エアポケット部とを形成し、
前記複数の供給エアポケット部にはハウジング外から圧力空気を供給し、
前記主軸の外周面とハウジングの回転案内面との間で前記軸線方向に延びる隙間を介して、前記複数の供給エアポケット部からの圧力空気を前記検出エアポケット部に導入し、 前記検出エアポケット部は、圧力センサに連通させたことを特徴とする工具装着検出装置。 - 前記供給エアポケット部または検出エアポケット部のいずれか一方もしくは双方は、前記主軸の外周面及び/またはハウジングの回転案内面に形成された環状凹溝状であることを特徴とする請求項1に記載の工具装着検出装置。
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