JPH0295537A - 切削工具保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は自動工具交換装置（ＡＴＣ）付きの数値制御
工作機械、いわゆるマニシングセンタあるいは、ターニ
ングセンタなどの工作機械に用いるツールホルダなどに
取付けた切削工具を保護する装置に関し、特に、工具異
常予知時において、工具取付軸を主軸に対して回転方向
と軸方向の何れかか、あるいは両方に逃げ得るようにし
さらには異常信号を発するようにしたものである。

〔従来の技術〕

従来の技術として実開昭５９−１３２７１０号公報に記
載された考案のように工作機械のスピンドルとドリルチ
ャックの間にバネで押されたプランジ中と、このプラン
ジャの先端が係合する係合凹部を設けて、ドリルチャッ
クに固定したドリルに加わる抵抗が一定値になるとプラ
ンジャが係合凹部から外れてスピンドルとドリルチャッ
クとを切り離し、スピンドルに対してドリルチャックが
自由に回転し得るようにするとともにトルクスイッチが
働いてスピンドルを非常停止させるようにしたものがあ
る。

また、実公昭５４−３７５１３号公報に記載の考案のよ
うに、工作機械の駆動側回転体と工具取付軸の回転の差
をネジ機構により軸方向の動きに変換し、これにより差
動トランスを作用させてトルクの変化を電気信号として
取出すようにしたものがある。

さらに、特公昭６３−２８７４２号公報記載の発明は、
工具ホルダに設けた３本の空気通路の一つに圧力空気を
供給し工具にかかる推力によって軸方向に移動させられ
る弁体が圧力空気の通路を切り換えたことを圧力スイッ
チで検出するようにしたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の各従来技術のうち、実開昭５９−１３２７１０号
公報のものは、工具の異常時において、スピンドルとド
リルチャックを切り離すため、非常停止をかけられたス
ピンドルが慣性で若干回転してもドリルは回らないが、
スピンドルを軸方向に動かす自動送り機構の慣性も作用
するので停止したドリルに送りがかかりドリルが折損す
る場合があるという問題がある。

また、実公昭５４−３７５１３号公報記載のものは切削
工具や、工具の送り台のような可動部分に差動トランス
のような電気的な検出手段を設ける必要があるため電気
的な故障が発生し易く、異常発生時も慣性で工具が回っ
てしまうので工具を切損させるおそれがある。

さらに特公昭６３−２８７４２号公報記載のものは工具
ホルダ内に切換弁を設けたり、複雑な空気通路を設けた
りする必要があるから構造が複雑となり、この場合も工
作機械の主軸側の回転部材と工具取付軸とは回転方向に
は拘束されているので、異常発生時に工具が慣性で回っ
てしまうことになる。

この発明は上記の問題を解決するため、工具に異常な抵
抗がｆ銹いたとき、速やかに工具を逃がすとともに異常
信号を発する装置を提供することを目的とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明は工作機械の主
軸に着脱自在に取付けるツールホルダの回転部材内に、
工具取付軸を回転自在に取付け、この回転部材内には工
具取付軸に加わる抵抗が設定値に達するまでは回転部材
と工具取付軸とを−体に係合し、工具取付軸に加わる抵
抗が設定値を越えると、回転部材に対して工具取付軸を
軸方向および回転方向の何れにも自由にする結合手段を
設けたものである。

また、工作機械の主軸に着脱自在に取付けるツールホル
ダの回転部材内に、工具取付軸を回転自在に取付け、こ
の回転部材内には工具取付軸に加わる抵抗が設定値に達
するまでは回転部材と工具取付軸とを一体に係合し、工
具取付軸に加わる回転方向の抵抗が設定値を越えると、
回転部材に対して工具取付軸を回転方向に自由にする結
合手段を設け、工具取付軸に加わる抵抗が、設定値を越
えると、前記主軸の回転を停止させるなどの異常信号を
発する検出手段を設けたものや上記工具取付軸に加わる
軸方向の抵抗が設定値を越えると、回転部材に対して工
具取付軸を軸方向に自由にする結合手段を設け、工具取
付軸に加わる抵抗が、設定値を越えると、前記主軸の回
転を停止させるなどの異常信号を発する検出手段を設け
たものもある。

さらに、上記工具取付軸に加わる軸方向の抵抗が設定値
を越えると、回転部材に対して工具取付軸を軸方向およ
び回転方向の何れにも自由にする結合手段を設け、工具
取付軸に加わる抵抗が、設定値を越えると、前記主軸の
回転を停止させるなどの異常信号を発する検出手段を設
けたものもある。

〔作用〕

この発明は上記の構成であるから、請求項４１．１の発
明においては工具取付軸の下端にドリルなどの工具を取
付けたツールホルダを工作機械の主軸に取付け、この主
軸の回転により所望のワークに孔あけなどの工作をおこ
なっている状態において、加工が正常に行われていると
きは回転部材と工具取付軸は結合手段により結合して一
体となって回転している。

しかし、工具の刃先の摩耗などの原因で異常な軸方向の
抵抗が生じたとき結合手段が外れて回転部材に対して工
具取付軸が軸方向に自由になって工具の折損を防止する
。

また、請求項（２）の発明では、軸方向の抵抗が設定値
を越えると工具取付軸が軸方向と回転方向に自由となり
、請求項（３）の発明では上記のように回転部材に対し
て工具取付軸が軸方向や回転方向にずれると、検出手段
が働いて異常１３号が発せられる。

また、請求項（４）の発明の場合も工具の刃先の摩耗や
切削屑のつまりなどの原因で異常な軸方向や回転方向の
抵抗が生したときは結合手段が外れて回転部材に対して
工具取付軸が軸方向および回転方向に自由になって工具
の折損を防止し、請求項（５）の発明ではこのときに検
出手段が異常発生を検出して異常信号を発する。

さらに、請求項（６）の発明では工具取付軸に加わる抵
抗が設定値を越えると、回転部材に対して工具取付軸が
、軸方向または回転方向の両方向または何れかに自由と
なるので、異常発生時に慣性により回転部材が若干回動
したり軸方向に移動しても、ドリルなどの工具がワーク
に喰い込むおそれはなくこの場合は軸方向と回転方向の
別々の異常検出手段が働（ので、工具が軸方向、回転方
向の何れに逃げたかを知ることができる。

〔実施例〕

第１図に示す実施例において、１はマニシングセンタな
どの工作機械の主軸（図示省略）に着脱自在に装着した
ツールホルダで、４はその回転部材である。

また、回転部材４は円筒状で、その内部には工具取付軸
８を回忌に取付けるがこの工具取付軸は回転部材４に対
し軸方向にのみ自由となっている。

すなわち、例えば回転部材４の前端の大径部２の内周に
取付けた複数のボール１３が取付軸８の外周の軸方向の
善導２４にそれぞれ移動自在に嵌合する。

１７は軸方向の結合手段で、ボール１８と、このボール
を受けるため、工具取付軸８の外側全周に形成した周溝
１９と、ボール１８を周溝１９に押し付けるバネ２０お
よびバネ受２１からなっている。

上記バネ受２１は回転部材４の中間部外周およびその外
側の筒体２２に設けた半径方向の孔に進退自在にはめ込
んである。

また、筒体２２の外周にはバネ受２１の外端を受ける外
筒２３を取付けである。

５は回転部材４の外側にはめた筒状の支持部材である。

上記支持部材５の内周に位置する回転部材４に設けた複
数の半径方向のネジ孔には止ネジ６をそれぞれねじ込ん
で、その内端のポール７を工具取付軸８の中間部の外側
全周にわたる周溝１０に係合させて、工具取付軸８の抜
は止めとする。

また、工具取付軸８の後端から設けた凹孔の内端と回転
部材４内のバネ受部２８間には工具取付軸８を前方に押
すバネ２９を取付ける。

上記支持部材５は工作機械の非回転部に着脱自在に固定
する非回転とし、エア式の検出手段を設ける。上記非回
転の支持部材５内部には前後のポールベアリング３１．
３２を介して回転部材４を回転自在に取付ける。

また、両ボールベアリング３Ｌ　３２の間には環状部材
３３を設け、この部材３３を部材５の内周に固定する。

また、部材３３の内周面は回転部材４の連通孔３４の部
分の外周に気密を保って接触している。

上記環状部材３３の内周には連通孔３４に通じる周溝を
全周に亘り形成し、この周溝に通じる半径方向の連通孔
３５を部材３３に設ける。

非回転支持部材５の一例には流体受部３６を突出させて
一体に設け、この受部３６には上記環状部材３３の連通
孔３５に通じる連通路３７を設け、この連通路３７を図
示省略しである連結手段により工作機械に設けた空気供
給路に着脱自在に連結する。

また図示省略しであるが工作機械の空気供給路にはコン
プレツサ、レシーバタンクなどからなる圧縮空気源が通
じており、その途中の分岐路に圧力センサを設ける。こ
の圧力センサは圧力スイツチのようなもので、このセン
サは制御アンプに接続され、このアンプからマニシング
センタの制御信号を発信するようになっている。

また、前記空気供給路には電磁弁を設けてツールホルダ
１を主軸に取付けた条件でこの電磁弁が開くように回路
を構成する。

上記実施例の作用を説明すれば、回転部材４を工作機械
の主軸に固定し、工具取付軸８の先端にドリルなどの切
削工具を取付けて主軸の回転と前進により切削工具をワ
ークへと切り込む。

通常の切削状態ではポール１８がそれぞれ周溝１９に嵌
合しているから、回転部材４と工具取付軸８とは一体と
なって回転している。

また、このような正常な切削の場合は第１図のように、
回転部材４の連通孔３４が工具取付軸８の排気孔３８に
通じている。

このような加工中において切削工具の刃先摩耗などによ
り切削工具に異常な推力が働いたときは、工具取付軸８
がバネ２９に抗して後退し、ボール１８が周溝１９から
前方へＭ脱して取付軸８を自由にする。

また上記のようにボール１８が周溝１９から外れて工具
取付軸８が部材４０回転に追随しなくなると、排気孔３
８と連通孔３４がずれて排気孔３８が遮断される。

こうして排気孔３８が遮断されると、送気路内の空気圧
が急上昇し、圧力センサがこれを感知してその信号が制
御アンプに入力され、これが、増巾されてマニシングセ
ンタの制御部に入力され工作機械の主軸を停止させる。

こうして主軸が停止すると同時に音響またはパイロット
ランプなとの警報器を働かせて異常状態を知らせること
によりこの部分の点検あるいはアダプタの交換が行われ
る。

また、深夜における無人運転の場合は制御アンプから出
力信号が発せられて主軸が停止すると、工具交換装置が
働いて予備のツールホルダと交換するようにしておけば
異常事態によるマシニングセンタの停止時間を最短にで
きる。

第２図に示す実施例においては、工具取付軸８は回転部
材４に対し軸方向と回転方向の両方に自由となっている
。

１１は部材４と工具取付軸８とを結合する回転方向の結
合手段で、この結合手段１１はボール１２と、このボー
ルを受けるため、工具取付軸８の外側に形成した複数の
凹部１４と、ボール１２を凹部１４に押し付けるバネ１
５およびバネ受１６からなっている。

上記の凹部１４は凹球状のもので、上記バネ受１６の回
転部材４の前端外周に一体に形成した大径部２の半径方
向の孔に進退自在にはめ込んである。

また、大径部２の外周にはバネ受１６の外端を受ける筒
体３も取付けである。

軸方向の結合手段１７やその他の部分は第１図の実施例
と同一である。

この実施例の場合は切削工具に加わる回転方向の抵抗が
設定値を越すと結合手段１１が分離し、軸方向の抵抗が
設定値を越すと結合手段１１．１２の両方が分離し、何
れの場合も第１図の実施例と同様に異常検出手段が働く
。

第３図に示す実施例は異常検出器がないもので、支持部
材５は回転部材４に固定し、取付軸８の後部に別体の摺
動体９を有し、回転部材４内の後部のバネ受部２８と摺
動体９間にバネ２Ｓを設けて、その先端の突軸２７で工
具取付軸８の凹孔２５内端のボール２６に圧着する点が
異なる。その他の部分は第２図の実施例と同じである。

この場合は回転方向と軸方向の両方の異常な抵抗により
工具取付軸８を回転方向と軸方向の両方に自由にする。

第４図の実施例は工具取付軸８の後方に別体の摺動体９
を設けた点で第３図と同じであるが、他の部分は第２図
のものと同じである。

この実施例においては回転部材４と工具取付軸８の回転
にずれを生じたとき、排気孔１４が開方向にずれて遮断
されてトルクの異常が検出される。

また、回転部材４に対し工具取付軸８が軸方向に移動し
た場合は排気孔３４が軸方向にずれて、スラストの変化
も同じように検出される。

ただし、検出されたとき、トルクとスラストの何れが異
常かは不明である。

第５図はトルクとスラストの異常を別々に検出するよう
にしたものである。

この第５図の場合、流体受部３６に設けた連通路３７の
横にさらに別の連通路３９を設け、連通路３７をトルク
用、連通路３７をスラスト用とする。

また、環状部材３３にも連通孔３５の他に連通路３９に
通じる連通孔４０を設ける。

さらに、工具取付軸８に設ける排気孔３８は軸方向に長
い長孔状とし、別にスラスト検出用の排気孔４１を設け
、回転部材４には排気孔４１に通じる連通孔４２を設け
るが、この部材４の内周に連通孔４２に通しる全周に亘
る周溝４３を設ける。

この他の部分は第２図、第４図の実施例と同じであるか
ら同一の符号を付けて説明は省略する。

この実施例の場合、工具取付軸８が回転部材４に対して
回転方向にずれた場合、トルクの検出は他の実施例と同
様に図の左側の結合手段（図示省略）が働き、そのさい
他の実施例と同様に連通孔３４と排気孔３８がずれる。

しかし、このとき、排気孔４１は周溝４３により連通孔
４２に通じているから圧力の変化はない。

また、推力の異常の場合、工具取付軸８が第５図の右方
へ後退したときは排気孔４１は遮断され、スラストの検
出器が作用するが、このとき長孔状の排気孔３８、によ
りこの排気孔３８は遮断されない。

上記各外筒３．２３の内周のバネ受面は渦巻の一部をな
す形状にして、外筒３．２３のバネ受１６．２１に対す
る回動によりバネ１５．２０の強さを調節し得るように
するとよい。

上記の各実施例では異常時の検出手段として空気圧遮断
方式を示したが、この逆の方式、すなわち、正常状態で
は排気路を遮断し、異常時に排気路を開放して圧力セン
サによる圧力の低下の検知により異常を検知するように
しても同様である。

〔発明の効果〕

この発明は上記のように、切削加−Ｔ中にドリルの刃先
の摩耗などの原因で工具取付軸に加わる軸方向の抵抗が
異常に大きくなると、結合手段が分離して、ツールホル
ダの回転部材に対して工具取材軸が軸方向に自由になる
。

従って、速い送りをかけて、切削中において、突然工具
取付軸が停止したにも係わらず、非常停止装置のタイム
ラグや各部の慣性により主軸の送りが若干の間つづいて
も工具取付軸がツールホルダに対して後退するために先
端のドリルの折損などのおそれがない。

また、ドリルの刃先の摩耗などの原因で工具取付軸に加
わる軸方向の抵抗が設定値を越えると、回転部材に対し
て工具取付軸を軸方向に自由にする結合手段を設け、工
具取付軸に加わる抵抗が、設定値を越えると、前記主軸
の回転を停止させるなどの異常信号を発する検出手段を
設けたものでは切削工具に加わる軸方向の抵抗の増大の
さいに結合手段が分離するとともに警報を発して切削工
具を保護し、上記工具取付軸に加わる軸方向の抵抗が設
定値を越えると、回転部材に対して工具取付軸を軸方向
および回転方向の何れにも自由にする結合手段を設け、
工具取付軸に加わる抵抗が、設定値を越えると、前記主
軸の回転を停止させるなどの異常信号を発する検出手段
を設けたものでは切削工具に加わるトルクとスラストの
両方の異常を検出して切削工具を提供することができる
。

さらに、工作機械の主軸に着脱自在に取付けるツールホ
ルダの回転部材内に、工具取付軸を回転自在に取付け、
この回転部材内には工具取付軸に加わる抵抗が設定値に
達するまでは回転部材と工具取付軸とを一体に係合し、
工具取付軸に加わる回転方向の抵抗が設定値を越えると
、回転部材に対して工具取付軸を回転方向に自由にする
結合手段を設け、工具取付軸に加わる抵抗が、設定値を
越えると、前記主軸の回転を停止させるなどの異常信号
を発する検出手段を設けたものではドリルの損耗、ドリ
ルの選定不良、切屑詰まりなどの原因で、工具取付軸に
加わる抵抗が増大して一定値以上になると結合手段が分
離して切削工具を保持するとともに警報を発するのでト
ルクの異常な増大による切削工具の折損などを防止する
などの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はこの発明装置の各実施例を示す要
部縦断側面図、第６図は回転方向の結合手段部分の拡大
横断面図、第７図は軸方向の結合手段部分の拡大横断面
図である。 １・・・・・・ツールホルダ、　４・・・・・・回転部
材、８・・・・・・工具取付軸、　　１１．１７・・・
・・・結合手段、１２．１８・・・・・・ボール、１４
・・・・・・凹部、１５．２０・・・・・・バネ、　１
６．２１・・・・・・バネ受、１Ｓ・・・・・・周溝。 特許出願人　　日本ニューマチック工業株式会社同　代
理人 鎌 田 文 ＼ｊ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）工作機械の主軸に着脱自在に取付けるツールホル
   ダの回転部材内に、工具取付軸を回転自在に取付け、こ
   の回転部材内には工具取付軸に加わる軸方向の抵抗が設
   定値に達するまでは回転部材と工具取付軸とを一体に係
   合し、工具取付軸に加わる軸方向の抵抗が設定値を越え
   ると、回転部材に対して工具取付軸を軸方向に自由にす
   る結合手段を設けたことを特徴とする切削工具保護装置
   。
2. （２）工作機械の主軸に着脱自在に取付けるツールホル
   ダの回転部材内に、工具取付軸を回転自在に取付け、こ
   の回転部材内には工具取付軸に加わる抵抗が設定値に達
   するまでは回転部材と工具取付軸とを一体に係合し、工
   具取付軸に加わる軸方向の抵抗が設定値を越えると、回
   転部材に対して工具取付軸を軸方向および回転方向に自
   由にする結合手段を設けたことを特徴とする切削工具保
   護装置。
3. （３）上記工具取付軸に加わる抵抗が設定値を越えて、
   上記工具取付軸が回転部材に対し自由になると前記主軸
   の回転を停止させるなどの異常信号を発する検出手段を
   設けたことを特徴とする請求項（１）または（２）記載
   の切削工具保護装置。
4. （４）工作機械の主軸に着脱自在に取付けるツールホル
   ダの回転部材内に、工具取付軸を回転自在に取付け、こ
   の回転部材内には工具取付軸に加わる抵抗が設定値に達
   するまでは回転部材と工具取付軸とを一体に係合し、工
   具取付軸に加わる軸方向または回転方向の抵抗が設定値
   を越えると、回転部材に対して工具取付軸を軸方向およ
   び回転方向の何れにも自由にする結合手段を設けたこと
   を特徴とする切削工具保護装置。
5. （５）上記工具取付軸に加わる軸方向または回転方向の
   抵抗が設定値を越えると、回転部材に対して工具取付軸
   を軸方向および回転方向に自由にする結合手段を設け、
   工具取付軸に加わる抵抗が、設定値を越えると、前記主
   軸の回転を停止させるなどの異常信号を発する検出手段
   を設けたことを特徴とする請求項（４）記載の切削工具
   保護装置。
6. （６）工作機械の主軸に着脱自在に取付けるツールホル
   ダの回転部材内に、工具取付軸を回転自在に取付け、こ
   の回転部材内には工具取付軸に加わる抵抗が設定値に達
   するまでは回転部材と工具取付軸とを一体に係合し、工
   具取付軸に加わる抵抗が設定値を越えると、回転部材に
   対して工具取付軸を軸方向または回転方向の何れにも自
   由にする結合手段を設け、さらに工具取付軸に加わる軸
   方向の抵抗が設定値を越えたことを検出するセンサと、
   同じく工具取付軸に加わる回転方向の抵抗が設定値を越
   えたことを検出するセンサとをそれぞれ設けたことを特
   徴とする切削工具保護装置。