JPH0211362B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、旋盤のチヤツキングに使用する電
動式チヤツク装置に係り、特に、ロードセルを組
み込むことにより、最適把持力の調整をリアルタ
イムでかつ自動的に行えるようにした電動式チヤ
ツク装置に関する。

［従来の技術］ 旋盤のチヤツキングは、油圧または空気圧によ
るものが一般的である。第４図は、従来の油圧式
チヤツク装置の一例を示すもので、油圧装置１か
ら回転油圧シリンダ２に油を供給してピストン３
を駆動し、旋盤の主軸（スピンドル軸）４ａの軸
芯中空部に軸方向移動自在に挿入されたドローバ
ー４を往復動させて、チヤツク５の爪６をチヤツ
クの径方向に移動させ、図示せぬワークを把持す
るようになつている。ここで、ドローバー４の軸
方向の動きを、爪６の径方向の動きに変換するに
は、カムレバ、テーパ等の動作交換機構が用いら
れる。なお、図中、７はドローバー４の移動方向
を切り換えるための切換弁である。

一方、電動式チヤツク装置については、未だ試
作段階を出ず、商品として市場に出されているも
のはない。ただし、いくつかの発明、考案が、特
公昭51−45111、53−19830、50−24464号、実公
昭56−29050、54−5395、53−38207号などに開示
されている。これらの公報記載の発明または考案
の主張点は次のようなものである。

(1) メカニズム改良による把持性能の向上。

(2) チヤツキング終了の信号出力。

(3) モータトルクの段階的調整。

(4) 爪の開閉度検知。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上述した従来のチヤツク装置におい
ては次のような問題があつた。

(1) チヤツクの把持力を無段階に調整することは
できない。このため、各種ワークに最適な把持
力を選定することが難しい。

(2) チヤツク把持力を数値で確認することができ
ない。すなわち、チヤツクにばらつきがあつて
も検知することができない。

(3) 把持力の変動をリアルタイムで確認できな
い。従つて、把持力に異常が生じても検知でき
ない。

この発明は、このような背景の下になされたも
ので、把持力を無段階に調整できるとともに、こ
の把持力をリアルタイムで検知することのできる
電動式チヤツク装置を提供することを目的とす
る。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために、電動機を駆動源
とする駆動手段によつて、牽引軸を軸方向に往復
動させることによりチヤツク爪を開閉するように
した電動式チヤツク装置において、前記牽引軸の
外周に螺合され、前記駆動手段によつて回動され
るスクリユーナツトと、前記スクリユーナツトの
両端部に各々配置され、前記牽引軸の軸方向一方
側および他方側に力が加わつたときに前記スクリ
ユーナツトの回転を各々抑止する第１の弾性部材
および第２の弾性部材と、前記第１および第２の
弾性部材の端部に配置され、前記第１および第２
の弾性部材の押圧力を各々検出する第１および第
２のロードセルと、これらのロードセルの出力信
号に応じて発光し、前記牽引軸の軸心に配置され
る発光素子と、この発光素子に対向配置される受
光素子と、この受光素子の出力信号に基づいて前
記電動機への供給電流を制御する制御手段とを具
備している。

また、第２の発明にあつては、上記構成に加え
て、前記受光素子の出力信号に基づいてチヤツク
把持力を表示する表示手段を具備している。

［作用］ 上記構成によれば、ロードセルからの出力信号
によつてチヤツク爪の把持力を検知しながら、電
動機の出力トルクを調整できるので、上記把持力
を無段階に調整することが可能となる。また、上
記出力信号によつてリアルタイムで把持力を検知
することが可能となるから、把持力の変動検知や
数値表示を常時行うことができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明
する。

第１図はこの発明の一実施例による電動式チヤ
ツク装置の要部の構成を示す部分断面図、第２図
は同電動式チヤツク装置の電気的構成を示すブロ
ツク図である。これらの図において、１１は誘導
電動機であり、その回転数は光学的回転検出器１
２（例えば、オムロン株式会社製EE−SV3）に
よつて検出され、電気信号として取り出される。

上記誘導電動機１１の出力軸１１ａは、減速機
１３の入力側に連結されている。すなわち、上記
出力軸１１ａにはピニオン１４がはめ込まれ、こ
のピニオン１４が、アクチユエータユニツトのケ
ーシング１５に固定された内歯歯車１６にかみ合
う遊星歯車１７とかみ合つている。また、遊星歯
車１７の回転軸は、減速機１３の出力軸１３ａと
一体形成された円盤部に回動自在に支持され、そ
の結果、出力軸１３ａは遊星歯車１７の公転にと
もなつて自転する。出力軸１３ａは、電磁クラツ
チ２０の入力ハブ２１にキー結合される一方、電
磁クラツチ２０の出力ハブ２２はスプライン軸２
５の外周にキー結合されている。なお、電磁クラ
ツチ２０は、後述するスピンドル軸３０と誘導電
動機１１とを切り離す役割を果たすもので、スピ
ンドル軸３０の回転によつて、誘導電動機１１が
連れ回りするのを防止する。

上記スプライン軸２５は、その中央部から右端
部（第１図の）に向けて有底円筒状の中央部２５
ａを有し、左端部に同径の中空部２６ａを有する
スプライン軸２６と対向配置されている。上記中
空部２５ａ，２６ａの外周は、両端にフランジを
有する円筒状のゲージフレーム２９に囲まれ、こ
のゲージフレーム２９の右端側フランジが、旋盤
のスピンドル軸（旋盤主軸）３０の左端に形成さ
れたスパイダ３１にネジで固定されている。この
結果、ゲージフレーム２９はスピンドル軸３０と
一体に回転する。

スプライン軸２５，２６の軸部外周には、上記
中空部２５ａ，２６ａを挾む形でボールベアリン
グ３３，３４がはめ込まれ、これらのボールベア
リング３３，３４は円環状のベアリングセル３３
ａ，３４ａを介して、ゲージフレーム２９とスパ
イダ３１の内周にはめ込まれている。また、ベア
リングセル３３ａ，３４ａの両側には、ロードセ
ル３５，３６と、これらのロードセル３５，３６
の出力を増幅する増幅器３５ａ，３６ａとが配設
され、ゲージフレーム２９とスパイダ３１の内壁
に固定されている。なお、上記増幅器３５ａ，３
６ａとともに、後述するＶ／Ｆ変換器（電圧／周
波数変換器）４９，５０（第２図参照）が収納さ
れている。

一方、スプライン軸２５，２６の中空部２５
ａ，２６ａを形成する内周面には、軸方向に延び
る多数の溝（スプライン）が形成され、該スプラ
インにはスクリユーナツト３８の外周に形成され
たスプラインが噛み合わされている。このスクリ
ユーナツト３８の軸芯中空部内壁にはメネジが形
成され、スピンドル軸３０の軸芯中空部に挿入さ
れたドローボルト３９の外周に形成されたオネジ
に螺合されている。この結果、スクリユーナツト
３８がスプライン軸２５によつて回転されると、
ドローボルト３９は軸方向に往復動し、チヤツク
爪がチヤツクの径方向に移動してワークを把持す
るようになつている。なお、ドローボルト３９と
スピンドル軸３０とは図示せぬ部分で連結され、
スピンドル軸３０が回転するとき、すなわちワー
ク切削時には、ゲージフレーム２９、スピンドル
軸３０およびスパイダ３１がドローボルト３９と
一体に回転するようになつている。

上記スクリユーナツト３８の両端外周には、並
列組み合わせされた複数の皿バネを背中合わせに
して構成した、一対の皿バネ４１，４２が被嵌さ
れ、皿バネ４１は、スプライン軸２５の中空部２
５ａ端部とスクリユーナツト３８の中央に形成さ
れたフランジ部との間に位置する一方、皿バネ４
２は、スプライン軸２６の中空部２６ａの端部と
スクリユーナツト３８のフランジ部との間に位置
する形となつている。したがつてドローボルト３
９に外力がかからない状態においては、スクリユ
ーナツト３８は中空部２５ａ，２６ａの真ん中に
位置することとなる。また、チヤツクがワークを
把持した状態においては、いずれか一方の皿バネ
４１または４２に変形され、その弾性力によつて
スクリユーナツト３８を押圧し、スクリユーナツ
ト３８の回転をロツクする。このとき、一方のロ
ードセル３５または３６に荷重がかかり、この荷
重に比例した電気信号が出力される。なお、スク
リユーナツト３８のフランジ部には適宜の間隔で
貫通孔が設けられ予圧バネ４３が挿入されてい
る。該予圧バネ４３は皿バネ４１，４２を外方に
押圧してガタをなくす働きをしている。

次に、ケーシング１５の内周には、ゲージフレ
ーム２９の外周を囲むようにして、回転トランス
４５の固定子４５ａが取り付けられる一方、ゲー
ジフレーム２９の外周には回転トランス４５の回
転子４５ｂが設けられている。この回転トランス
４５は増幅器３５ａ，３６ａ等に電源を供給する
ためのもので、回転子４５ｂの出力はゲージフレ
ーム２９の外周側に設けられた整流器（図示略）
によつて整流され、増幅器３５ａ，３６ａ等に供
給される。

上記増幅器３５ａ，３６ａの出力は、増幅器３
５ａ，３６ａとともに収納されたＶ／Ｆ変換器４
９，５０（第２図）によつて電圧信号から周波数
信号に変換された後、ドローボルト３９の軸芯に
設けられた中空部５２と、この中空部５２に挿入
され、誘導電動機１１の軸芯を緩やかに通り抜け
るパイプ状のリードガイド５３の内側とを通るリ
ード線５５によつて、誘導電動機１１の軸端側で
リードガイド５３の一端に固定された発光ダイオ
ード５６に導かれる。上記リードガイド５３はド
ローボルト３９に、ピンを介して軸方向摺動可動
かつ一体に回転するように連結されており、ドロ
ーボルト３９の往復動は、発光ダイオード５６に
影響を与えないようになつている。また、リード
ガイド５３の、発光ダイオード５６側の端部はベ
アリング５７を介して固定側に支持されているの
で、リードガイド５３がドローボルト３９と一体
に回転しても、リードガイド５３の外周が他の部
品と接触することはない。なお、第１図では省略
されているが、左側のＶ／Ｆ変換器４９からの出
力線は、ゲージフレーム２９に形成された溝を通
り、リード線５５に並列接続されている。この場
合、ロードセル３５，３６からの出力信号はいず
れか一方からしか出力されないので、Ｖ／Ｆ変換
器４９，５０の出力を発光ダイオード５６に並列
接続しても何等不都合はなく、１個の発光ダイオ
ード５６で済むことになる。

上記発光ダイオード５６の左固定側には、発光
ダイオード５６と僅かの間〓を隔てて、フオトト
ランジスタ５８が対向配置されており、これによ
つて、ロードセル３５，３６からの信号が外部に
取り出される。

なお、第１図中、５９はスピンドル軸３０にブ
レーキをかけるためのスピンドルブレーキであ
る。

次に、第２図において、フオトトランジスタ５
８の出力は増幅器６１によつて増幅され、インタ
ーフエイス（Ｉ／Ｆ）６２を介してCPU６３に
送られる。また、回転検出器１２の出力はインタ
ーフエイス（Ｉ／Ｆ）６４を介してCPU６３に
供給される。更に、チヤツク把持力の基準値やチ
ヤツク爪の移動方向（内ばり時はチヤツク径の外
方、外ばり時はチヤツク径の内方）を入力するた
めの入力装置６５がインターフエイス（Ｉ／Ｆ）
６６を介してCPU６３に接続されている。ここ
で、入力装置６５は、キーボードと、このキーボ
ードから入力したデータを表示するLED表示装
置とからなつている。CPU６３は上記各入力デ
ータとロードセル３６からのフイードバツク信号
とによつて誘導電動機１１への供給電流の大きさ
を決定し、Ｄ／Ａ変換器６７に供給する。Ｄ／Ａ
変換器６７は、CPU６３から供給されたデジタ
ル信号をアナログ信号に変換してモータ制御装置
６８に供給する。このアナログ信号に基づいてモ
ータ制御装置６８は、双方向サイリスタの点弧角
をコントロールして、交流電源を位相制御し、誘
導電動機１１に供給する電流をコントロールす
る。

(1) チヤツク爪の締め動作および緩め動作。

誘導電動機１１の出力トルクは、減速機１
３、電磁クラツチ２０を経て、スプライン軸２
５に伝達され、スプライン軸２５の回転にとも
なつて、スクリユーナツト３８が回転される。
これによつて、ドローボルト３９が軸方向に移
動する。このようにして、スクリユーナツト３
８の回転はドローボルト３９の引張力に変換さ
れる。ドローボルト３９の引張力は更に、図示
せぬ変換機構を介してチヤツク爪へ伝達される
が、これは従来と全く同様なので省略する。

チヤツクの締め、緩めはスクリユーナツト３
８の回転方向によつて決定される。従つて、締
めの場合と逆方向に誘導電動機１１を回転させ
ることにより、締めのときと同様の経路でトル
クが伝達され、スクリユーナツト３８が締めの
場合と逆方向に回転して、チヤツク爪を緩める
方向にドローボルト３９を移動させる。

(2) 締め付け力の保持 誘導電動機１１が締め方向に回転してスクリ
ユーナツト３８を回転させると、ドローボルト
３９は第１図の左方向へ移動する。そして、チ
ヤツク爪がワークを把持すると、ドローボルト
３９の移動が制止される。この時点で、更に誘
導電動機１１に電流を流し、スクリユーナツト
３８に適切なトルクを加え続けるとスクリユー
ナツト３８は若干右方向に移動して皿バネ４２
に変形を与える。

この時点で誘導電動機１１への電流を切れ
ば、皿バネ４２の復元力が、ドローボルト３９
のネジの摩擦トルクと拮抗し、皿バネ４２の変
形が保持される。従つて、スピンドル軸（旋盤
主軸）３０が回転しワークを切削する場合に、
電磁クラツチ２０を解放すれば、スピンドル軸
３０の回転は誘導電動機１１とは切り離される
が、チヤツク爪の把持力は保持されることとな
る。言い替えれば、このスクリユーナツト３
８、皿バネ４２を中心とした機構が存在しなけ
れば、誘導電動機１１は、スピンドル軸３０回
転中でも拘束トルクを出力し続けなければなら
ないが、この機構の存在によりこのような束縛
から誘導電動機１１を解放することができる。

(3) ドローボルト３９の引張力の検出 皿バネ４２（または皿バネ４１であるが、以
下の説明では皿バネ４２の方についてのみ説明
する。皿バネ４１についても同様である。）が
変形されたとき、反力は２方向に伝達される。
１つは、既に述べたように、ドローボルト３９
を通してワークを把持する。

また、もう一方は、スプライン軸２６を介し
て、ボールベアリング３４の内輪→ベアリング
ボール→ボールベアリング３４の外輪→ベアリ
ングセル３４ａ→ロードセル３６という経路を
経て、スピンドル軸３０に伝達される伝達経路
である。なお、この反力は更にスピンドル軸３
０の軸受を経て旋盤本体に至る。

従つて、上記反力の経路に挿入されたロード
セル３６は、この反力を検出し、これに比例し
た電圧を有する信号を出力する。この信号は増
幅器３６ａによつて増幅された後、Ｖ／Ｆ変換
器５０によつて周波数信号に変換され、リード
線５５を介して発光ダイオード５６に供給され
る。そして、発光ダイオード５６の点滅がフオ
トトランジスタ５８にキヤツチされ、増幅器６
１で増幅された後、インターフエイス６２を介
してCPU６３に供給される。CPU６３はこの
信号を予め設定された基準値と比較して動作信
号を得、この動作信号に基づいて操作信号を演
算してＤ／Ａ変換器６７に送り、Ｄ／Ａ変換器
６７でアナログ信号に変換された操作信号によ
つて、モータ制御装置６８が誘導電動機１１を
位相制御する。こうして、誘導電動機１１の出
力トルクはロードセル３６からの信号によつて
フイードバツク制御され、チヤツク把持力が基
準値と一致するように自動制御される。なお、
上記基準値の設定は入出力装置６５から行なわ
れる。

ここで、リード線５５が第１図に示すアクチ
ユエータユニツトの軸芯を貫通することは、旋
盤がワーク切削中で、スピンドル軸３０がドロ
ーボルト３９と同一速度で回転している最中に
あつても、チヤツク爪の把持力を固定部にリア
ルタイムで伝送できるようにする上で不可欠で
ある。また、リード線５５が上記軸芯を通るこ
とによつて、発光ダイオード５６をアクチユエ
ータユニツトの端部に取り付けられるので、油
や塵埃の影響を避け、保守の便宜を計ることが
できる。

(4) 締め付けトルクの調整。

上述したように、本実施例においては、ロー
ドセル３６の出力に基づいて、誘導電動機１１
の出力トルクがコントロールされ、チヤツク把
持力が予め定めたられ基準値と一致するように
無段階にフイードバツク制御される。以下、第
３図を参照してこの制御の具体的な方法につい
て説明する。

チヤツクにワークを臨ませて、誘導電動機１
１を始動すると、チヤツク爪がワークに当接す
るまで誘導電動機１１はアイドル回転する。そ
して、チヤツク爪がワークを把持し始めると、
皿バネ４２に力がかかり皿バネ４２が変形し始
める。これが第３図の時刻t0〜t1の間である。
このアイドル期間における誘導電動機１１の回
転数が必要以上に高いと、回転系のイナーシヤ
によつて皿バネ４２にインパクトを与え、微細
な把持力の調整が行いにくい。このため、作業
能率の許す限りアイドル回転数は低いほうが望
ましい。従つて、モータ制御装置６８によつ
て、誘導電動機１１への供給電流を適宜に位相
制御することにより、誘導電動機１１の回転数
を調整しなければならない。回転検出器１２は
このために設けられたものである。

さて、時刻t1にロードセル３６からの出力が
発生すると、CPU６３はこれを検出して誘導
電動機１１への供給電流を一旦オフする（同図
ｃ）。誘導電動機１１は時刻t1から時刻Taの
間、イナーシヤによつて回転し、時刻t2に停止
する。この時間Taの間皿バネ４２の変形が進
み、ロードセル３６への加圧力は、同図ａに示
すように若干増加する。

誘導電動機１１停止後、時間Tb経過した時
刻t3にCPU６３は誘導電動機１１に再度電流
を供給する。これによつて、拘束トルクが発生
し、ドローボルト３９を徐々に牽引し、ロード
セル３６が加圧される。そして、CPU６３は
ロードセル３６からのフイードバツク信号を照
合しながら、チヤツクの把持力が基準値になる
時刻t4まで誘導電動機１１に電流を供給する。
この間、誘導電動機１１の拘束トルクの調整は
モータ制御装置６８が位相制御を行うことによ
つて遂行される。こうして、チヤツク把持力が
所定の値になると、スピンドル軸３０が回転さ
れてワークの切削が行なわれ、この間、CPU
６３はロードセル３６からの信号によつて、現
在のチヤツク把持力を入出力装置６５に表示す
る。

以上のとおり、本実施例においては、ロードセ
ル３６からの信号は次の様に利用される。

(1) 締め付けモードにあつては、チヤツク把持力
が所定の設定値になるように、誘導電動機１１
のアイドル回転数および拘束トルクを適宜制御
する。

(2) スピンドル軸３０回転時にあつては、チヤツ
ク把持力を監視する。

なお、本実施例には次のような変形例が考えら
れる。

(1) CPUにフロツピイデイスク装置などの記憶
装置を接続して、加工データを記録することが
できる。

(2) 他の自動装置と連動するように、インターフ
エイスを取ることができる。

(3) 最適チヤツク把持力の追求により、この面で
CAM（コンピユータ・エイデド・マニユフアク
チヤリング）に発展させる可能性を秘めてい
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、ロードセに
よつてチヤツク把持力を常時検知するようにした
から、次のような効果を奏することができる。

(1) チヤツク把持力を無段階に調整することがで
きる。

(2) チヤツク把持力をリアルタイムで表示、確認
することができる。この結果、把持力の異常を
即座に検出することが可能となる。

(3) また、チヤツク把持方向によらず把持力の調
整、検出が行える利点が得られる。

(4) さらに、一対の弾性部材（皿バネ）の橈みに
よつて被切削物が保持され、しかも、この保持
作用が外絞め／内張りのいずれにおいても機能
する。したがつて、外絞め／内張りのいかんを
問わず、回転中は勿論のこと、停電等により給
電が遮断された場合においても被切削物が確実
に保持される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による電動式チヤ
ツク装置のアクチユエータユニツトの構成を示す
部分断面図、第２図は同電動式チヤツク装置の電
気的構成を示すブロツク図、第３図は同電動式チ
ヤツク装置の締め付けトルクの調整動作を説明す
るためのタイムチヤート、第４図は従来の油圧式
チヤツク装置の構成を示す断面図である。 １１……誘導電動機、２５，２６……スプライ
ン軸（駆動手段）、３５，３６……ロードセル、
３８……スクリユーナツト、３９……ドローボル
ト（牽引軸）、４１，４２……皿バネ（弾性部
材）、５５……リード線、５６……発光ダイオー
ド、５８……フオトトランジスタ（以上５５，５
６，５８は伝送手段）、６３……CPU、６８……
モータ制御装置（以上６３，６８は制御手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電動機を駆動源とする駆動手段によつて、牽
   引軸を軸方向に往復動させることによりチヤツク
   爪を開閉するようにした電動式チヤツク装置にお
   いて、前記牽引軸の外周に螺合され、前記駆動手
   段によつて回動されるスクリユーナツトと、前記
   スクリユーナツトの両端部に各々配置され、前記
   牽引軸の軸方向一方側および他方側に力が加わつ
   たときに前記スクリユーナツトの回転を各々抑止
   する第１の弾性部材および第２の弾性部材と、前
   記第１および第２の弾性部材の端部に配置され、
   前記第１および第２の弾性部材の押圧力を各々検
   出する第１および第２のロードセルと、これらの
   ロードセルの出力信号に応じて発光し、前記牽引
   軸の軸心に配置される発光素子と、この発光素子
   に対向配置される受光素子と、この受光素子の出
   力信号に基づいて前記電動機への供給電流を制御
   する制御手段とを具備することを特徴とする電動
   式チヤツク装置。 ２ 電動機を駆動源とする駆動手段によつて、牽
   引軸を軸方向に往復動させることによりチヤツク
   爪を開閉するようにした電動式チヤツク装置にお
   いて、前記牽引軸の外周に螺合され、前記駆動手
   段によつて回動されるスクリユーナツトと、前記
   スクリユーナツトの両端部に各々配置され、前記
   牽引軸の軸方向一方側および他方側に力が加わつ
   たときに前記スクリユーナツトの回転を各々抑止
   する第１の弾性部材および第２の弾性部材と、前
   記第１および第２の弾性部材の端部に配置され、
   前記第１および第２の弾性部材の押圧力を各々検
   出する第１および第２のロードセルと、これらの
   ロードセルの出力信号に応じて発光し、前記牽引
   軸の軸心に配置される発光素子と、この発光素子
   に対向配置される受光素子と、この受光素子の出
   力信号に基づいてチヤツク把持力を表示する表示
   手段と、前記受光素子の出力信号に基づいて前記
   電動機への供給電流を制御する制御手段とを具備
   することを特徴とする電動式チヤツク装置。