JPH03121709A

JPH03121709A - スピンドル装置とその工具交換方法

Info

Publication number: JPH03121709A
Application number: JP1257943A
Authority: JP
Inventors: Takao Terabayashi; 寺林　隆夫; Yoichi Taiko; 大幸　洋一
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-10-04
Filing date: 1989-10-04
Publication date: 1991-05-23

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］本発明は工作機械に係わり、とくに自動的に工具交換を
可能とする切削トルク検出機能付スピンドルに関する。

［従来の技術］従来のドリル等のトルク検出装置は実開昭５２−１５９
６７８号公報に記載のように、ドリルを取付けるスピン
ドルに作動棒を磁気力により圧接し、スピンドルの回転
により上記作動棒が軸方向に変位するようにして、上記
変位によりトルクを検出するようにしていた。

また、特開昭６２−２４７２２２号公報に記載のように
、上記スピンドルにトルクの大きさに比例して変形する
弾性体を設け、上記弾性体の変位によりトルクを検出す
るようにしていた。

［発明が解決しようとする課題］上記従来技術は、単独のドリルのトルクを検出する方法
に係わり、上記ドリルの交換をその都度、手動的に行な
うようになっていたため、たとえばＮＣ制御の加工装置
のように、多数の穴を自動的。

かつ迅速に加工するような場合に適用できないという問
題があった。

本発明の目的は、大量の穴の加工中に工具に作用するト
ルクを自動的に、連続的に計測して、工具交換指令を発
生し、これにより工具を自動的に取り外すことを可能に
するスピンドル装置とその工具交換方法を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］本発明は上記の目的を達成するために、上記スピンドル
ロータ内に工具支持体であるコレットにかん合するスリ
ーブを収容し、上記スリーブと上記コレット相互間を軸
方向にバネによる反発力を作用させて工具を支持し、上
記コレットを上記反発力に抗して押し下げ上記スリーブ
による締着力を解除し、上記工具を取外すようにする。

さらに、上記スリーブと上記スピンドルロー５間を弾性
リングにより結合し、上記弾性リングの変形量を計測し
て上記スリーブに作用するトルクを知るようにする。

さらに、上記トルクを基準値と比較して得られる信号に
より、ドリルの送りを一時的に止め、−回戻して切り粉
を除いたり、さらに上記トルクが上記基準値を越える度
数に応じて上記スピンドルロータの回転を停止させ、空
気圧等を上記コレットに印加して上記バネの反発力に抗
して上記工具を上記コレットから開放し、工具交換装置
により他の工具に交換するようにする。

さらに、上記スピンドルロータと上記スリーブ間を回転
軸方向および円周方向に滑動可能に支持するようにする
。

［作用コ以上のように構成した本発明のスピンドル装置は、工具
の自動的な取外しを可能とし、さらに上記工具に作用す
るトルクを検出するので、これより上記工具の交換信号
を生成することができる。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明による工具自動交換機能を備えた穴あけ
機用トルク検出機能付スピンドルの断面図である。

第１図において、スピンドルロータ２の回転がドリル１
５に伝えられ穴あけ加工が行なわれる。

ドリル１５は第３図に示す形状のコレット４内にかん合
され、さらにコレット４はスリーブ５内にかん合される
。スリーブ５とスピンドルロータ２間は第１図に示すよ
うにその下端部にて弾性リング３を介して結合されてい
る。

上記弾性リング３は第２図（ａ）に示すような形状をな
し、その上端がスピンドルロータ２に固定され、下端が
スリーブ５に固定される。スリーブ５の外周部、および
スピンドルロータ２の内周部にはそれぞれスペーサ１７
および１６が取付けられ、その間に２個のアンギュラ軸
受７が設けられているので、スリーブ５はスピンドルロ
ータ２と同軸に回転し、かつ相互に滑動可能となってい
る。また、上部と下部の各アンギュラ軸受はそれぞれバ
ネ座金８と１２により支持されている。

このようにしてスピンドルロータ２に支持されたスリー
ブ５の上端は、５枚の皿バネ１０を介してコレット４の
上端のナツト１１を押し上げる。

コレット４先端のテーパ部６には第３図に示すように複
数の溝４ａが設けられているので、上記皿バネ１０のバ
ネ力によってコレット４がスリーブ５内押し込まれると
、テーパ部は収縮してドリル１５を強固に保持する。

ドリル１５を外すときは、上部のブツシュパー１４をコ
レット４の上端に当てて押し下げ、テーパ部６の収納を
開放するようにする。

スピンドルロータ２の回転により弾性リング３にトルク
が作用すると、弾性リング３は第２図（ｂ）に示すよう
に変形する。本発明では穴あけ加工中におけるトルクを
計測するために、非接触変位計等を用いて上記弾性リン
グ３の変形量を計測するようにする。本発明では２弾性
リング３は第１図に示すよう、スピンドルロータ２の外
周面に沿って剥き出しの状態で取付けられるので、通常
の非接触変位計等を極めて容易に弾性リング３の変形面
に近接させることが出来る。この結果、インプロセスの
状態でトルクを容易に計測できるようになるので１例え
ば、上記変形量が予め定めたしきい値を越えた場合に、
工具を急速後退させて工具の破損を防止したり、或いは
上記変形量が頻繁に上記しきい値を越える場合には、工
具が磨耗したと判断して、工具を交換することが可能と
なるのである。

また、上記ブツシュパー１４の押し下げを、例えば別途
制御される空気圧により行なうと、上記空気圧と連動す
る自動工具交換装置により、工具の開放と交換を自動的
に迅速に行なうことができるのである。

上記第１図に示した本発明の装置は、アンギュラ軸受７
の摩擦計数が小さいため、軽トルクの用途に適している
。反面、アンギュラ軸受７は負荷容量が小さいため、大
きなトルクの装置には適用出来ない。

第４図は大きなトルクの用途と対象とした本発明の他の
実施例の断面図である。第１図の場合と同様に５スピン
ドルロータ２の回転は弾性リング３を介してスリーブ１
８に伝達され、皿バネ１０のバネ力によりコレット４に
固着されたドリル１５を回転させる。スリーブ１８は回
転軸方向に対してはスラスト軸受１９により支持され、
また、半径方向に対してはスリーブ１８とスペーサ２１
間に設けたローラ軸受２０により支持されるようになっ
ている。

［発明の効果］本発明によれば、インプロセスの状態で工具に作用する
トルクを容易に計測出来るので１例えば、上記トルクが
予め定めたしきい値を越えた場合に、工具を自動的に急
速後退させてその破損を防止したり、或いは頻繁に上記
しきい値を越える場合には、自動的に工具を交換するよ
うにすることができる。また、空気圧発生装置と自動工
具交換装置とにより、工具の交換を自動的に迅速に行な
うことができる。

上記の効果により、工具破損のない信頼性の高い加工を
無人で行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるトルク検出機能付スピンドル実施
例の断面図、第２図（ａ）は本発明によるトルク検出用
の弾性リング実施例の斜視図、第２図（ｂ）は弾性リン
グの変形状態を示す図、第３図は本発明によるコレット
の実施例の斜視図。第４図は本発明によるトルク検出機能付スピンドルの他
の実施例の断面図である。１・・・スピンドル本体、２・・・スピンドルロータ、
３・・・弾性リング、４・・・コレット、５・・・スリ
ーブ、６・・・テーパ部、７・・・アンギュラ軸受、８
・・・バネ座金、９・・・ナツト、１０・・・皿バネ、
１１・・・ナツト、１２・・・バネ座金、１３・・・ナ
ツト、１４・・・ブツシュパー１５・・・ドリル、１６
．１７・・・各スペーサ、１８・・・スリーブ、１９・
・・スラスト軸受、２ｏ・・・ローラ軸２１・・・スペ
ーサ。

Claims

【特許請求の範囲】１、スピンドルロータの回転により工具支持体を回転す
るスピンドル装置において、上記スピンドルロータと結合され上記工具支持体を収容
する結合部材と、上記結合部材と上記工具支持体間を結
合する弾性部材と、押し棒とを設け、上記スピンドルロ
ータ内に設けた中空部内に、上記工具支持体と上記弾性
部材と上記押し棒とを収容し、上記工具支持体と上記結
合部材間に作用する上記弾性体の反発力により上記工具
を上記工具支持体に支持させ、上記押し棒により上記反
発力に抗して上記工具支持体を押圧して上記工具を上記
工具支持体から開放するようにしたことを特徴とするス
ピンドル装置。２、請求項１において、上記工具支持体を、その端部に複数の割目の入った円錐
形状を有するコレットとし、上記結合部材の端部には上
記コレットの円錐形状にかん合する円錐形状を設けたこ
とを特徴とするスピンドル装置。３、請求項１および２において、上記スピンドルロータと上記工具支持体間を結合する弾
性リングを備えたことを特徴とするスピンドル装置。４、請求項３において、上記スピンドルロータと上記工具支持体間を回転軸方向
および円周方向に滑動可能に支持する軸受装置を備えた
ことを特徴とするスピンドル装置。５、請求項４において、上記軸受装置を、アンギュラ軸受装置としたことを特徴
とするスピンドル装置。６、請求項４において、上記軸受装置を、上記コレットの端部に設けたフランジ
を回転軸方向に支持するスラスト軸受と、上記コレット
の側面を支持するローラ軸受とにより構成するようにし
たことを特徴とするスピンドル装置。７、請求項１ないし６において、上記弾性部材を複数の
皿バネとしたことを特徴とするスピンドル装置。８、スピンドルロータを弾性リングを介して結合部材に
結合し、上記結合部材にかん合された工具支持体が支持
する工具を、上記結合部材と上記工具支持体間に設けた
弾性部材の反発力により支持し、上記弾性部材の反発力
による締着力を弱めて上記工具を上記工具支持体から開
放するようにしたスピンドル装置において、上記弾性リングの変形量を基準値と比較して得られる信
号により、上記工具の送りを一時停止して戻し、さらに
、上記変形量が上記基準値を越える度数により、上記ス
ピンドルロータの回転を停止させ、上記弾性部材の反発
力による締着力を弱めて上記工具を上記工具支持体から
開放するようにしたことを特徴とするスピンドル装置の
工具交換方法。９、請求項８において、上記弾性リングの変形量が上記基準値を越える度数によ
り上記スピンドルロータの回転を停止させ、上記弾性部
材の反発力を弱めて上記工具を上記工具支持体から開放
し、工具交換装置により他の工具を装着するようにした
ことを特徴とするスピンドル装置の工具交換方法。