JPH04122549A

JPH04122549A - 工作機械の主軸装置

Info

Publication number: JPH04122549A
Application number: JP24273290A
Authority: JP
Inventors: Takao Kobayashi; 小林　宇夫; Hiromi Ito; 裕美伊藤
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 1992-04-23
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: JP2711756B2

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、主軸機枠に工具主軸のラジアル方向変位セン
サを備えた工作機械の主軸装置に関する。

〔従来の技術〕

主軸前端に工具を取付けて、ワークを加工する際、工具
に設計値を超えたラジアル方向の過負荷が掛かると主軸
が回転中に軸直角方向に変位して、主軸局面とベアリン
グ押えとが接触し、カジリや焼付けを生じるとか、主軸
テーパ孔の変形あるいは負荷により工具が主軸から抜は
出す、または主軸ベアリングの破損、工具のベンディン
グ破損などの好ましからざるトラブルが発生するおそれ
がある。

このようなトラブルが生じないように、従来はオペレー
タが、あらかじめ計算式を利用して工具長に対する適正
な送り速度を算出したり、かなりの安全率を見込んで切
削加工を施すようにしていたため加工能率の低下を免れ
難かった。

また、主軸駆動上−タの入力電流を計測して、工具の切
削抵抗を推定し、適応制御あるいはオーバロード監視に
利用する技術も知られている。

しかし、上述の技術は主軸にかかるトルクを検知するこ
とができたとしても、切削抵抗に基づく主軸のラジアル
荷重は検出することができない。

また、工具の長さに応じ、主軸の曲げの程度も変化する
筈である。

第５図は、従来、公知の工作機械の主軸装置において過
負荷切削中の工具、ワークの概略側面図を示し、第６図
は、前記装置の概念図で、同図中、１は、先端にテーパ
孔２を有する主軸で、前記主軸はベアリング３□、３□
を介して機枠（フレーム）４に軸支され、図示してない
原動機に連動して回転・駆動される。

５は、ベアリング押えで、リング状に形成され、機枠に
取付けて、ベアリング３□を機枠４に固定すると共に、
ベアリングの塵よけとしても機能している６通常、主軸
１の外径とベアリング押え５の内径との間の隙間は０．
１〜０．２ｍ程度与えられている。

６は、テーパシャンクを備えた工具で、同シャンクを主
軸１のテーパ孔２に嵌着し、その反対方向に伸びる切刃
７で、対向するワーク８を切削加工している。

今、切刃７の送り方向は、ワーク８に対し相対的に上向
きであり、過電切削加工をしているとすれば、切刃７の
先端には切削トルクに対する矢印方向の反力Ｆが掛かっ
て、第６図に示すように主軸１は、回転をしながら負荷
Ｆによって上に凸に弯曲し、それに応じてベアリング３
１．３□も正常位置の細心（センタ）に対して変形する
。

そこで極端な場合には、工具６がベンディング破損をし
たり、また、工具６のシャンク部分が、主軸テーパ孔２
から抜は出すとか、主軸テーパ孔２が変形するといった
故障が生じることは前述した。

上述のように、工具に過電負荷を与えると、主軸１の先
端がセンタに対して変位する結果、主軸１外径と、ベア
リング押え５の内径面とが接触して焼付けを起すことが
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで本発明は、上述、従来技術の問題点を解決し、そ
の種の故障が生じないように予防すると共に、主軸ある
いは工具の剛性を限度まで有効に利用できるようにした
工作機械の主軸装置を提供し、以て工作機械の加工能率
の向上を図・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〕

本発明は、上記目的を達成するために、次に述べるとお
りの各構成要件を具備している。

（１）主軸端外周に対向し、同外周と一定間隙を隔てて
前記主軸と同心的に電導性リングを機枠に取付け、前記
主軸と前記リングとの接触による導通の有無を検知する
センサを設けたことを特徴とする工作機械の主軸装置。

（２）主軸−中心軸に直角な断面内でｘ、ｙ軸上に、主
軸端外周に対向し、同外周と一定間隙を隔てて少なくと
も各１個以上の変位検出器を配置し、該変位検出器の出
力から前記主軸端の前記直角断面内での変位量を求める
ことを特徴とする工作機械の主軸装置。

（３）主軸中心軸に直角な断面内でｘ、ｙ軸上に、主軸
端外周に対向し、同外周と一定間隙を隔てて少なくとも
各１個以上の変位検出器を配置し、該変位検出器の出力
から前記主軸端の前記直角断面内での変位量を求め、前
記変位量の絶対値と、あらかじめ設定した許容値とを比
較・対比して、所要動作を行わせることを特徴とする工
作機械の主軸装置。

〔作　　　用〕

ベアリング押えの内周外側方に絶縁材を介して導電性リ
ング（検出リング）を取付け、その内径と主軸外周との
間に一定量の隙間ａを与えである。

主軸に工具を取付けてワークに対し切削送り加工を施し
ている間、工具刃先に設計値を超えた負荷が加わると、
その反力によって第６図示のように主軸がラジアル方向
に曲がるために、主軸局面と導電性リングの内周との隙
間ａが縮まり、ついには両者の表面のどこかが接触する
。

そこで、導電性リングと、主軸、一般には機枠との間に
導通が生ずるので、その信号を表示装置、警報手段など
に入力して機械が過負荷運転中であることをオペレータ
に知らせるか、切削送り速度を下げる。送り駆動を停止
する、または工具の送り停止後、主軸の回転を停止する
等の作動を行わせる。

ここで、主軸のベアリングが、セラミック軸受とか空気
軸受もしくは磁気軸受といったような通常、導電性がな
いものの場合には、直接、主軸と、検出リングとの間の
導通の有無を検出するようにしなければならないことは
勿論である。

これにより、主軸ないし工具の剛性を常に最大限に活用
して切削加工を施すことが可能になるため加工能率が向
上し、しかも工作機械、工具などの不測の破損を防止す
ることができる。

上記の場合は、接触形センサタイプについて説明したが
、基本的技術思想は、これと同一で非接触変位センサタ
イプを利用する手段もある。

すなわち、ベアリング押えに対し、主軸センタに直交す
る平面内でｘ、ｙ軸上の、微小間隔変位量センサを、そ
れぞれ主軸周面に対向し微小間隔ａを離して一対宛設置
し、各センサが検出する変位量の絶対値をΔＸ３、Δｘ
２．およびΔｙ工、Δｙ！とすると、主軸の変位量：ΔＳは、 ΔＳ：　　Δｘ１匂ｘ２／２　＋　Δｙ１＋Δｙｚ）／
２）”となるから上記ΔＳを、あらかじめ設定した許容
値か、工具データあるいは加ニブログラムに応じて設定
する許容値と比較・対比して、両者の差が返 −）になったときに、さきに述べたと同様な、工作機械
の制御を行う。

上述の検知センサは、ｘ、ｙ軸上に各１個設置するだけ
で同一目的を達成することができる。

〔実　施　例〕

以下、図面に従って、本発明装置の実施例につき説明す
るが、その具体的構造は、本出願当時の当業界における
公知技術の範囲内で、各種の変形が可能であるから、格
別の理由を示さない限り、本実施例の構成部材の形状の
みに基づいて１本発明構成要件を限定解釈すべきではな
い。

（その１）第１図は、本発明装置の一実施例の要部概略側面図を示
し、図中、１は、主軸で、その端部にテーパ孔２を穿設
し、ここに工具６のテーパシャンクを嵌着・固定する。

３は、主軸１を機枠（フレーム）４に対して軸支する軸
受で、５は、軸受３をフレーム４に対して固定する一方
、潤滑油が外部に跳ねないように、ｙング押えである。

このため、ベアリング押え５の内径と主軸１の外周との
間には微小隙間すを与えている。

６は、図示してない切刃を備えた工具である。

図で、シャンクの両側に、それぞれ形成される溝付フラ
ンジおよびプルスタッドは、当該個所を利用し、工具６
が工具マガジンから工具交換アームを介して主軸１に嵌
着・固定されたことを示しているが、そのことは、必ず
しも本発明装置との関連性を持たない。

９は、ベアリング押え５の内径の外側部に、絶縁材１０
を介して取付けた導電性の検出リングで、その材質は銅
合金、砲金、すべての軸受材料が好適に使用できる。

検出リング９の内径と主軸１の外周との隙間は。

主軸の許容変位量ａに設定してあり、一般にａ〈ｂの関
係を維持する。

導通検出器１１は、電圧を印加した前記検出リング９と
、フレーム４との間を連結する導線中に挿入され、主軸
１の当該個所が検出リング９と接触するまで変位すると
作動する。

すなわち、主軸１はベアリング３を介してフレーム４と
導通しており、主軸１の外周と検出リング９との接触は
結局、フレーム４と検出リング９との間の導通を調べれ
ば良いのである。

このようにして、工具６で加工中、主軸、工具の剛性の
最大値で稼働させる一方、常に過負荷運転が行われない
よう監視している。

（その２）第２図〜第４図は、本発明装置の別の実施例を示すもの
で、第２図は、要部概略側面図、第３図は、その正面図
で、第４図は、演算・比較回路のブロック図である。

図中、１は、主軸で、その端部にテーパ孔２を設け、こ
こに工具６のテーパシャンクを嵌着・固定すること、３は、主軸１のベアリング、４は、ベアリング３を支承
する機枠（フレーム）、５は、ベアリング押えであるこ
と、は実施例（その１）と同一構造である。

１２は、主軸１の軸心に直角な面内でベアリング押え５
に、前記軸心を通るｘ、ｙ軸上に、しがも。

その原点に対し各−討究取付けた近接センサで。

その端面ば、第３図に示すように、主軸１の局面に対向
して、それぞれΔＸ、Δｙだけ間隙を設けて配置する。

切削加工がオーバロードになって主軸１が歪み、第３回
で主軸１がＸ、　ｙ柏原点に対して変位し、同軸局面と
各センサ１２との間隔が変動するとき、その変位量の絶
対値を、それぞれΔｘ０、Δｘ２およびΔｙ１、Δｙ２
とすると、主軸１の変位量：ΔＳは、 Δ　Ｓ：　　　　Δｘ１＋Δス２　／２　　＋　　Δｙ
□＋Δｙ２　／２となる。

そこで、第４図を参照して、１２は、第３図において、それぞれＸ軸、ｙ軸上に、原
点に対し各１対宛配置した近接センサで、それぞれのセ
ンサからの出力、Δｘ１、Δｘ２およびΔｙ１、Δｙ２
の絶対値を演算器に入力して、そこでΔＳを算出し、そ
の値と、あらかじめ設定した許容値またはプログラムあ
るいは工具データにより自動設定する許容値とを比較・
対比し、両者の差が零になったときに、実施例（その１
）に述べたと同様な機械に対する制御が行われる。

なお、上述説明中、近接センサ１２については、本発明
の出願当時公知の各種の近接スイッチが適用可能である
こと、各ｘ、ｙ軸線上で原点に対し各一対配置したが、
それぞれ各１個宛膜けるだけでも所要の効果を得ること
ができることは改めて説明するまでもない。

〔発明の効果〕

以上のとおりであるから１本発明装置によれば、加工中
、常時、機枠に対する主軸のラジアル方向変位の程度を
監視して、過負荷な切削加工に基づく主軸とベアリング
押えとの間の接触・焼付け。

主軸テーバ孔の変形、主軸ベアリングないし切削工具（
プルスタッドを含む）の破損を防止すると

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれ本発明装置の一実施例
の要部側面概略図、第３図は、第２図示装置の正面略図
、第４図は、比較・演算回路のダイヤグラムの一実施例
、第５図は、従来装置の要部側面略図、第６図は、従来
装置における主軸、ベアリングなどの変形模式図を示す
。１・・・主軸、３・・・ベアリング、５・・・ベアリング押え、７・・・切刃、９・・・検出リング、１１・・・検出装置、２・・・テーパ孔、４・・・機枠（フレーム）、６・・・工具、８・・・ワーク、ｉｏ・・・絶縁材、】２・・・近接センサ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）主軸端外周に対向し、同外周と一定間隙を隔てて
前記主軸と同心的に電導性リングを機枠に取付け、前記
主軸と前記リングとの接触による導通の有無を検知する
センサを設けたことを特徴とする工作機械の主軸装置。
（２）主軸中心軸に直角な断面内でｘ、ｙ軸上に、主軸
端外周に対向し、同外周と一定間隙を隔てて少なくとも
各１個以上の変位検出器を配置し、該変位検出器の出力
から前記主軸端の前記直角断面内での変位量を求めるこ
とを特徴とする工作機械の主軸装置。
（３）主軸中心軸に直角な断面内でｘ、ｙ軸上に、主軸
端外周に対向し、同外周と一定間隙を隔てて少なくとも
各１個以上の変位検出器を配置し、該変位検出器の出力
から前記主軸端の前記直角断面内での変位量を求め、前
記変位量の絶対値と、あらかじめ設定した許容値とを比
較・対比して、所要動作を行わせることを特徴とする工
作機械の主軸装置。