JPH0346242B2 - - Google Patents

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、いわゆるマシニングセンタあ
るいは、ターニングセンタなどの工作機械に用い
るツールホルダに取付けた工具の異常を予知する
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両方
に逃げ得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
リルチヤツクの間にバネで押されたプランジヤ
と、このプランジヤの先端が係合する係合凹部を
設けて、ドリルチヤツ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ヤが係合凹部か
ら外れてスピンドルとドリルチヤツクとを切り離
し、スピンドルに対してドリルチヤツクが自由に
回転し得るようにするとともにトルクスイツチが
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、特開昭61−270054号公報に記載された発
明のように工具取付軸に加わる抵抗が一定値以上
になると、工作機械の主軸に取付けた筒体に対し
て工具取付軸の回転が遅れ、これにより検出用空
気通路を切替えて異常を検出するようにしたもの
や、実開昭53−45329号公報記載のもののように
工作機械の主軸の回転をコイルバネを介して工具
取付軸に伝え、工具取付軸に加わる抵抗が異常に
大きくなるとコイルバネのねじれ作用で主軸に対
し工具取付軸が回動し、この回動を工具取付軸内
の軸杆の移動に変えて異常を検出するものなどが
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の実開昭59−132710号公報に記載されてい
る従来技術の場合、工具の異常時において、スピ
ンドルとドリルチヤツクを切り離すため、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
るという問題があつた。

また、上記特開昭61−270054号公報や実公昭53
−45329号公報記載の従来技術も、工具の異常時
に、工具取付軸を軸方向に逃すことができないの
で、工具異常時において、工具が破損するおそれ
があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するために、この発明はマ
シニングセンタなどの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、
同上回転部材とともに回転し、かつバネにより上
記工具取付け軸に圧着するボールと、このボール
が係脱するように上記工具取付軸に形成した凹部
からなり、上記工具取付軸に加わる抵抗が設定値
に達するまでは上記ボールと凹部の係合で回転部
材と工具取付軸とを一体に結合し、工具取付軸に
加わる抵抗が設定値を越えると、上記ボールが凹
部から離脱したままとなり、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
にする機能を有する結合手段を設けたものであ
る。

〔作用〕

この発明は上記の構成であるから、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つ
ている状態において、加工が正常に行われている
ときは筒体と工具取付軸は結合して一体となつて
回転している。

しかし、何等かの原因で工具取付軸に異常に大
きい抵抗が働くと、筒体の回転に対して工具取付
軸の回転が遅れる。これにより結合手段による筒
体と工具取付軸の結合がずれる。

上記のように筒体と工具取付軸の結合がずれる
と、結合手段が外れ、筒体に対して工具取付軸が
軸方向および回転方向に自由となる。

また、上記のように筒体と工具取付軸がずれる
と、検出手段も働いて工作機械の主軸を停止させ
るが、慣性により主軸は筒体などとともに若干回
転し、主軸の送り機構にも慣性があるので異常発
生後筒体は若干進む。

しかし、この発明装置の場合は前記のように異
常発生と同時に筒体に対して工具取付軸が、軸方
向と周方向の両方向に対して自由となるので、慣
性により筒体が若干回動したり軸方向に移動して
も、ドリルなどがワークに喰い込むおそれはな
い。

〔実施例〕

第１図に示す実施例において、１はマシニング
センタなどの工作機械本体の非回転部、２は主軸
で適宜の駆動手段により駆動される。３はツール
ホルダで回転部材４と、この回転部材を支持する
非回転支持部材５とからなつている。

回転部材４の上部には主軸２のテーパ孔にはま
るテーパシヤンク６を設ける。このテーパシヤン
クの下部はATCのマニプレータの爪がはまる周
溝を有する保持部７となり、その下端が前記回転
部材４に一体にねじこまれている。

また、回転部材４は円筒状で、その内部には前
後のスライドベアリング９，１０を介して工具取
付軸８を同芯に取付けて、工具取付軸は回転部材
４に対し軸方向と回転方向の両方に自由となつて
いる。

１１は部材４と工具取付軸８とを結合する結合
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の外側に一体
に設けた突部１３と、ボール１２を突部１３に設
けた凹部１４に押し付けるバネ１５およびバネ受
１６からなつている。

上記の凹部１４は凹球状のもので、突部１３は
凹部１４を囲むように形成されてクレータ状とな
つている。

また、部材４の前端には、ここにねじ込んだ支
持ナツト１７で支持されている調節筒１８を回動
自在に装着して、その内周の支持部１９に前記バ
ネ受１６の外端を圧着させる。この支持部１９は
第２図のように突部１３が二つあるときは渦巻の
一部をなすように、一端から次第に深くなるもの
を約180°の範囲で２個所形成する場合と、第３図
のように、180°隔てた位置において、最も深く、
それより次第に浅くなる複数の弧状の凹所とした
支持部１９を一定間隔で設けたものなどがある。

第２図の場合は、第２図の位置から、矢印方向
に調節筒１８を回していくとバネ１５が次第に圧
縮されて凹部１４に対するボール１２の圧力が強
くなるが、調節筒１８を任意に固定するために、
第１図のように調節筒１８の一部に設けたネジ孔
にねじ込んだ止ネジ２０を支持ナツト１７に圧着
する。

第３図の場合は各支持部１９毎に調節筒１８が
固定されるので止ネジは不用である。

実施例では検出手段として圧縮空気の圧力変化
を利用したものを示している。

すなわち、工具取付軸８にその中央を横断する
排気孔２５を設け、工具取付軸８と回転部材４の
間に固定したスリーブ２６の両側に排気孔２５に
対向する半径方向の連通孔２７を設け、一方の連
通孔２７はスリーブ２６の外側の軸方向の溝２８
に連通させ、この溝２８はツールホルダ３に設け
た排気路２９により外気に開放し、一方の連通孔
２７は回転部材４に設けた連通孔３０に連通させ
る。

３１は前記非回転支持部材５の内周に固定した
環状部材で、この部材３１の内周面は回転部材４
の連通孔３０の部分の外周に気密を保つて接触し
ている。

上記環状部材３１の内周には連通孔３０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３２を部材３１に設ける。

非回転支持部材５の一側には流体受部３５を突
出させて一体に設け、この受部３５を上下に貫通
する縦孔に係合ピン３６の下部をはめ、この係合
ピン３６の下端に大径の蓋３８を固定する。

前記非回転部１の下面には係合ピン３６がはま
る係合部３３を設け、この係合部３３に係合ピン
３６の上部をはめ、バネ３４により非回転部１の
下面に圧着せしめる摺動体３７には逆止弁３９を
有する空気導入口４０を設け、この導入口４０を
ピン３６に設けた連通路４１に連通させ、流体受
部３５には連通路４１と前記連通孔３２を連通さ
せる連通路４２を設ける。

また、前記非回転部１には前記空気導入口４０
に通じる空気供給路４３を設ける。

実施例には上記の構成の他にツールホルダ３の
シヤンク６を主軸２から外したときに回転部材４
を非回転支持部材５に対して固定する固定手段や
クーラント液の供給手段などが示されているが、
詳細な説明は省略する。

また図示省略してあるが前記空気供給路４３に
連通する送気路はコンプレツサ、レシーバタンク
などからなる圧縮空気源に通じており、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、このアンプからマシニング
センタの制御信号を発信するようになつている。

また、前記供給路４３と送気路の間には電磁弁
を設けてツールホルダ３を主軸２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。

つぎに上記実施例の作用を説明すれば、工具交
換装置などによりツールホルダ３のシヤンク６を
主軸２にはめ込み、電磁弁を開いた状態で主軸２
が回転を始めると工具取付軸８に取付けた工具
（図示省略）によりワークに対する加工が始まる
が、加工が正常に行われている間は第１図ないし
第３図のようにボール１２が凹部１４にはまり、
工具取付軸８と回転部材４がボール１２と凹部１
４の係合を介してともに回転し、この取付軸８と
部材４が一定の位置関係を保つているので、第１
図のように連通孔２７は排気孔２５により排気路
２９と連通されている。

この状態では圧縮空気源からの圧縮空気が供給
路４３→逆止弁３９→空気導入口４０→連通路４
１→連通路４２→連通孔３２→排気孔２５→と流
れ、溝２８から排気路２９を経て外気に放出され
るから、送気路の空気圧は正常値に保たれ、圧力
センサは働かない。

このような加工作業中において、ドリルの損
耗、ドリル選定不良、切屑詰まりなどの原因で、
工具取付軸８に加わる抵抗が増大して一定値以上
になると、第２図に示す工具取付軸８の突部１３
に設けた凹部１４からボール１２が第４図、第５
図のように外れる。

このようにボール１２が凹部１４から外れて工
具取付軸８が部材４に追随しなくなると、排気孔
２５と連通孔２７がずれて排気孔２５が遮断され
る。

こうして排気孔２５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
巾されてマシニングセンタの制御部に入力され主
軸２を停止させる。

こうして主軸２が停止すると同時に音響または
バイロツ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。

上記のように排気孔２５が遮断された瞬間から
マシニングセンタの制御部からの信号で主軸２が
停止するまでには若干のタイムラグがあり、しか
も主軸２やツールホルダ３などの慣性もあるか
ら、主軸２が完全に停止するまでには若干の時間
を要し、また、軸方向の送りの停止も若干のおく
れがあるが、この発明の場合は上記のようにボー
ル１２が凹部１４から外れると、このボール１２
は第５図、第６図のように突部１３の前方部の切
削工具取付軸８の外周面に接触する状態に移動す
る。

従つて異常発生と同時に工具取付軸８が、回転
部材４に対して軸方向と回転方向の両方向に自由
となり、回転部材４に対して後退するから主軸２
の回転や送りが若干続いても切削工具取付軸８に
トルクやスラスト荷重が働かなくなり、ドリルな
どの折損を防止する。

第７図は他の実施例を示すもので、異なる部
分、すなわち、主として結合手段について説明す
る。

この場合、ボール１２の外側は環状の受座４５
と環状の押圧部材４６で挟んでいる。押圧部材４
６はバネ受４７で支持されたバネ４８で押圧され
ているが、このバネ受４７の後部は回転部材４内
の受け輪５２により支承し、この受け輪５２の両
側の突片４９を部材４に設けた軸方向のガイド孔
に入れて部材４に対して進退自在で回動不可と
し、部材４の外側に摺動自在に嵌合したネジ輪５
０の前部に設けた係合切欠５１に前記突片４９を
係合させる。

また、前記ネジ輪５０の雄ネジには部材４の外
側に回動自在にはめた調節筒５４の雌ネジをねじ
込み、この調節筒５４の後端をツールホルダ３の
保持部７により支承せしめて、調節筒５４の回転
によるネジ輪５０の進退によつて受け輪５２およ
びバネ受４７を進退させ、バネ４８の調節を行な
うようにする。

また、この実施例では排気路２９を回転部材４
の下端面に開口させる。

この実施例において工具取付軸８に加わる抵抗
が限界をこえると、押圧部材４６がバネ４８を圧
縮して第７図の右方に逃げると同時にボール１２
が突部１３を乗越えて工具取付軸８の外周部へ移
動する。

従つて取付軸８は回転部材４に対して自由とな
り、他方では排気孔２５と排気路２９のずれによ
り図示省略してある圧力スイツチが働く。

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。

また、工具取付軸８に加わる抵抗が設定値を越
えたことを検知する手段は実施例のような圧縮空
気圧の変化を利用する方法の他に、電気式などの
任意の方法を利用できる。

第８図は上記の各実施例の作用状態を説明する
グラフであつて、縦軸がドリルの送り速度を示
し、横軸が左から右に時間の経過を示している。

上記グラフにおいて、０点から一定の送り速度
で切削加圧を実施中にａ点で異常が発生すると、
若干のおくれをもつてｂ点で結合手段１１が分離
する。

この発明の場合は結合手段１１が分離した直後
に前記のように工具取付軸８が自由になり、ドリ
ルチヤツクなどの送りがｃ点において殆ど零にな
る。

ついで、ｄ点で圧力センサが作動し、ｅ点で停
止信号が発せられる。

従来ではこの時点から若干の時間が経過してか
らｆ点で停止するまでは工具取付軸とツールホル
ダとは軸方向に拘束されているので、主軸の軸方
向の送りが速い場合、主軸が停止するまでの主軸
の送り作用により工具取付軸に送りがかかり、工
具を損傷するおそれがある。

〔効果〕

この発明は上記のように、切削加工中に工具取
付軸に加わる抵抗が異常に大きくなると、結合手
段のボールが凹部から離脱してそのままとなつ
て、ツールホルダの回転部材に対して工具取付軸
が軸方向と回転方向の両方に自由になる。

従つて、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
どのおそれが全くなくなるので、非常停止装置を
備えた工作機械に好適なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明装置の実施例を示す要部縦断
側面図、第２図は結合手段部分の拡大横断面図、
第３図は同じ部分の他の例を示す拡大横断面図、
第４図、第５図は結合手段の作用を示す拡大横断
面図、第６図は同じく結合手段の分離状態を示す
縦断側面図、第７図は他の実施例を示す一部切欠
縦断側面図、第８図は作用を示すグラフである。 ２……主軸、３……ツールホルダ、４……回転
部材、８……工具取付軸、１１……結合手段、１
２……ボール、１３……突部、１４……凹部、１
５……バネ、４５……受座、４６……押圧部材、
４７……バネ受、４８……バネ。

Claims (1)

【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、同上回転部材とと
   もに回転し、かつバネにより上記工具取付軸に圧
   着するボールと、このボールが係脱するように上
   記工具取付軸に形成した凹部からなり、上記工具
   取付軸に加わる抵抗が設定値に達するまでは上記
   ボールと凹部の係合で回転部材と工具取付軸とを
   一体に結合し、工具取付軸に加わる抵抗が設定値
   を越えると、上記ボールが凹部から離脱したまま
   となり、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機能を有する結合
   手段を設けた工具異常予知装置。