JPH0212608Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は工具損傷検出用AEノイズ減少機構に
関するものである。NC工作機械等における工具
の損傷を自動的に検出する方法としてアコースチ
ツクエミツシヨン（以下AEと略称）を利用する
方法が知られている。切削加工中での工具の損傷
検出はNC工作機械を使用する無人化運転に必須
の機能であり、この目的を達成するために工具が
損傷したとき発生するAEを利用する方法が開発
され、現在小径のドリルやエンドミルあるいはタ
ツプ等の切削工具に対して効果的な利用がなされ
ている。

AEによる工具損傷の検出信号は、工具損損傷
の割合や損傷速度、あるいはAE波の伝播減衰特
性等によつて大きさを異にするから、正確な検出
信号を得るためにはAE波の伝播減衰特性に不必
要な外乱、即ちノイズが影響を与えないように機
械の構造的特性に十分な考慮を払う必要がある。
工作機械を例にとつて説明すると、これらのノイ
ズとしては機械的ノイズ、電気的ノイズおよび切
粉衝突ノイズが挙げられ、これらのノイズが大き
い場合には工具の損傷検出に十分な使用条件を確
保することができない。これ迄の改良によつて機
械的ノイズおよび電気的ノイズに関してはノイズ
のレベルを実用上支障のない程度迄低減せしめる
ことが可能になつたが、切削加工時に発生する切
粉、特に大きな運動のエネルギを有する大形の切
粉が主軸に衝突したときに発生する切粉衝突に起
因するAEノイズはAEによる工具損傷の検出に看
過ごすことのできない障害を与える。

即ち、大形の切粉が主軸に衝突すると、実際に
は工具が損傷していないのにも拘らず工具損傷の
検出信号が発生し機械を自動停止せしめる頻度が
高く、このため生産ラインの稼動効率が大幅に低
下する。

本考案者はAE波の伝播減衰特性ならびにその
発生機構に関し一連の系統的な研究を実施し、
AE波に大きな影響を与える切粉衝突によるノイ
ズは主として主軸のキヤツプに切粉が衝突すると
きに発生する事実を見出し、この主軸キヤツプ部
分におけるAE波の伝播減衰特性を制御すること
によつてAEによる工具損傷の検出信号の大きさ
を適切な範囲に維持し得ることに着目し本考案に
到達した。

本考案の主要な目的は、主軸のキヤツプ部分に
切粉が衝突したときに発生するAEノイズを減少
せしめた工具損傷の検出精度の高い工作機械を提
供することにある。

而して本考案の斯かる目的は、主軸キヤツプを
主軸の軸線方向前後に２分割し、前後の主軸キヤ
ツプ間及び主軸ノーズへの取付面にAE波の反射
吸収性部材を間挿した状態で主軸ノーズの先端に
音響絶縁ワツシヤ等の音響絶縁材を有するボルト
で固着することによつて効果的に達成することが
できる。

以下、添付図面の例示に基いて本考案を詳述す
る。図面において第１図は在来の横型NC工作機
械の主軸要部の縦断面図、第２図は本考案に係る
工具損傷検出用AEノイズ減少機構を有する第１
図同様の横型NC工作機械の主軸要部の縦断面
図、第３図および第４図はそれぞれ本考案の主軸
キヤツプ要部の拡大組立図である。

第１図および第２図に示すように工作機械１の
主軸ベアリング２および３は、主軸キヤツプ４に
よつて主軸スピンドル５に固定されている。ここ
で主軸ノーズ６の外周面に取付けられたAEセン
サ７に対するAE波の伝播特性が同一であれば、
切削工具例えばドリルの折損により発生するAE
波は主軸の軸端に切粉が衝突したことによつて発
生するAE波よりも大きい。従つて主軸スピンド
ル５あるいは切削工具８例えばドリルに直接AE
センサを取付けることが可能であれば切粉の衝突
によつて発生するAE波の有無に拘らず切削工具
の折損を検出するのに十分な大きさのAE波をAE
センサに伝達することができる。しかしながら、
主軸スピンドル５あるいはドリル８に直接AEセ
ンサを取付けることは機構上の制約から不可能な
場合が多く、一般的には第２図に例示するように
主軸ノーズ６の外周面等、切削工具８の作動位置
からやゝ離れた位置にAEセンサ７を取付ける。

このような第２図に示すAEセンサ装着方法を
採用した場合には、AE波の伝播特性は大幅に変
化し、主軸スピンドル５に切粉が衝突することに
よつて発生したAE波ならびにドリル８の折損に
よつて発生したAE波は、主として主軸ベアリン
グ２および３部分で該ベアリング内に充填された
グリース等による吸収作用によつて大幅に減衰さ
れる。これに対し主軸キヤツプ４の先端部に衝突
した切粉によつて発生したAE波は殆んど減衰す
ることなく、AEセンサ７へ直接伝達される。こ
のためSN比（信号とノイズとの比を表わし、必
要な信号のレベルに対するノイズが小さい程該
SN比は大となり工具折損の検出精度は良好にな
る）が極端に低下し、実際にはドリル８が折損し
ていないにも拘らず機械装置１に停止信号を伝達
する等の不都合を惹起する。したがつて、前記の
如く主軸ノーズ６の外周面等にAEセンサ７を取
付ける場合には、主軸キヤツプ４の先端への切粉
の衝突によつて発生したAE波の伝播を減衰させ、
切削工具８の折損によつて発生したAE波のみを
所望のレベルに維持したまま、AEセンサ７へ伝
達するノイズ減少機構を設ける必要がある。

第２図ないし第４図は斯かる観点に立脚して案
内された本考案に係る工具損傷検出用AEノイズ
減少機構を例示するものであつて、第１図に示す
主軸キヤツプ４を主軸の軸線方向前後に２分割
し、リング状の第１の主軸キヤツプ４ａならびに
第２の主軸キヤツプ４ｂを形成し、該第１の主軸
キヤツプ４ａと第２の主軸キヤツプ４ｂとの間、
ならびに第２の主軸キヤツプ４ｂと工具機械１の
主軸ノーズ６の先端に嵌装したスリーブ９との間
にAEの反射吸収性部材よりなる第１および第２
のリング状部材１０および１１をそれぞれ間挿
し、この状態で前記スリーブ９を介して第１の主
軸キヤツプ４ａ、第１のAE反射吸収性部材１０、
第２の主軸キヤツプ４ｂ、ならびに第２のAE反
射吸収性部材１１よりなる多層構造を有する主軸
キヤツプ４を主軸ノーズ６の先端に固着する。

上記実施例において金属製の第１の主軸キヤツ
プ４ａは、主軸ノーズ６の最先端に位置して主軸
スピンドル５に対する防塵、防油部材として機能
し、また金属製の第２の主軸キヤツプ４ｂは、主
軸ベアリング２および３に対する固定部材として
機能する。

第１のAE反射吸収性部材１０は、例えば厚さ
約１mmのフエノール樹脂製環状部材であり、また
第２のAE反射吸収性部材１１は、例えば厚さ約
１mmのアルミニユーム製環状部材から形成されて
いる。

また、第１の主軸キヤツプ４ａと第２の主軸キ
ヤツプ４ｂとは、その間に第１のAE反射吸収性
部材１０を間挿した状態で一体構造に締着され
る。即ち第３図に示すように、第２の主軸キヤツ
プ４ｂとの接触面に音響絶縁材１２を捲回した締
着ルト１４を使用し、該第２の主軸キヤツプ４ａ
の上面に設けられたボルト頭部の嵌込孔１３′の
上面に公知の音響絶縁ワツシヤ１８′を嵌込み、
前記締着ボルト１４によつて主軸キヤツプ４ａと
４ｂをそのフランジ部分で強固に締着し一体構造
の主軸キヤツプ４を形成する。

前記主軸キヤツプ４は、第４図に例示するよう
にこの後その上面に第２のAE反射吸収性部材１
１を載置し、第２の主軸キヤツプ４ｂのフランジ
部分１５ａならびにスリーブ９の先端フランジ部
分１５ｂに穿設した隙間１３を有する締着ボルト
挿通孔１６内に第２の締着ボルト１６′を挿入し、
該締着ボルト１６′によつて主軸ノーズ６に主軸
キヤツプ４を螺着する。このようにして音響的に
絶縁された状態で主軸キヤツプ４を主軸ノーズ６
に取付けることができる。

なお、本考案の好ましくは実施態様において
は、主軸キヤツプ４の側周面に対する切粉の衝突
によるAE波の伝播を防止するため、該側周面を
例えば70重量部の石綿と30重量部のゴムからなる
石綿ジヨイントシート１７で捲回することもでき
る。

以上説明したように、本考案は先端に工具を装
着可能とした主軸スピンドルを、主軸ノーズ内に
嵌装したスリーブ内に、主軸ベアリングを介して
回転可能に支持し、かつ、後端で主軸ベアリング
の軸方向の位置決めをなし、内周面に防塵、防油
手段を組込んだ主軸キヤツプを上記スリーブの先
端フランジ部を通して主軸ノーズの先端に固着
し、上記主軸ノーズの一部に工具損傷検出用の
AEセンサを装着した工作機械において、主軸キ
ヤツプを主軸の軸線方向前後に２分割し、前後の
主軸キヤツプ間及び主軸ノーズへの取付面にAE
波の反射吸収性部材を間挿した状態で主軸ノーズ
の先端に音響絶縁ワツシヤ等の音響絶縁材を有す
るボルトで固着したから、主軸キヤツプの先端に
切粉が衝突しても、AEセンサを取付けてある主
軸ノーズには、AE波の反射吸収性部材や音響絶
縁材によつて衝突音が反射吸収され或いは絶縁さ
れて減衰した状態で伝わるため、AEセンサを誤
作動させることが防止できる。

尚、工具及び主軸スピンドルに切粉が衝突した
場合では、主軸ベアリングがAE波を減衰せしめ
る作用があるため、主軸ノーズに取付けたAEセ
ンサには工具損傷検出レベル以下の低レベルの音
響しか伝わらないので誤作動することはない。

而して、工具が損傷した時では、切粉が衝突し
た時よりも遥かに高レベルのAE波が発生し、主
軸ベアリングの減衰作用に拘らず、主軸ノーズに
取付けたAEセンサには工具損傷検出レベル以上
のAE波が伝わり、工具の損傷を検出し、工具機
械を自動停止させるものである。

したがつて、本考案は小径のドリル等を使用す
る工作機械における工具損傷検出用ノイズの減少
機構として極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は在来の横型NC工具機械の主軸要部の
縦断面図、第２図は本考案に係る工具損傷検出用
AEノイズ減少機構を備えた第１図同様の横型
NC工作機械の主軸要部の縦断面図、第３図およ
び第４図はそれぞれ本考案の主軸キヤツプ要部の
拡大組立図である。 ４……主軸キヤツプ、６……主軸ノーズ、７…
…AEセンサ、１０，１１……AE反射吸収性リン
グ状部材、９……スリーブ、２，３……主軸ベア
リング、５……主軸スピンドル。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 先端に工具を装着可能とした主軸スピンドル
   を、主軸ノーズ内に嵌装したスリーブ内に、主軸
   ベアリングを介して回転可能に支持し、かつ、後
   端で主軸ベアリングの軸方向の位置決めをなし、
   内周面に防塵、防油手段を組込んだ主軸キヤツプ
   を上記スリーブの先端フランジ部を通して主軸ノ
   ーズの先端に固着し、上記主軸ノーズの一部に工
   具損傷検出用のAEセンサを装着した工作機械に
   おいて、 主軸キヤツプを主軸の軸線方向前後に２分割
   し、前後の主軸キヤツプ間及び主軸ノーズへの取
   付面にAE波の反射吸収性部材を間挿した状態で
   主軸ノーズの先端に音響絶縁ワツシヤ等の音響絶
   縁材を有するボルトで固着したことを特徴とする
   工具損傷検出用AEノイズ減少機構。