JPH04217446A - 工具ホルダ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、切削中に生じる工具
の過負荷トルクを検出し、工具折損予知を行なう工具ホ
ルダに関する。

【０００２】

【従来の技術】本願出願人は先に、テーパシャンクを備
えたホルダ軸にトルク調整リングを遊嵌して両者を係脱
自在な係止手段で連結し、トルク調整リングの前方でホ
ルダ軸に工具保持筒を円周方向に所定量回動可能に支承
し、工具保持筒とトルク調整リングをねじりコイルばね
で連結し、トルク調整リングをはさんでホルダ軸と工具
保持筒に円周方向に複数の検出子を対応して設けたもの
を提案している（特願平１−３４１９１９号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記によれば、トルク
調整リングとホルダ軸の係止を外してトルク調整リング
を円周方向に細かく位置決めすることで、トルク調整リ
ングの前後に軸方向に離れて対応している検出子の位相
関係をくずすことなくねじりコイルばねのねじり強さが
調整できるという利点がある。しかし、検出子が軸方向
に離れているので、２つの検出スイッチを用いて検出子
を別々に検出して過負荷トルクが生じた時の工具保持筒
とホルダ軸の回転ずれを求めなければならない。このよ
うに２つの検出スイッチを用いていることは切粉付着に
よる誤作動のおそれが多いという問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は１つの検出ス
イッチによって工具保持筒とホルダ軸の回転ずれを求め
、しかも、ホルダ軸と工具保持筒をつなぐねじりコイル
ばねのねじり強さを外部から容易に調整するように、ホ
ルダ軸に保持筒本体を回動自在に支持し、ホルダ軸と保
持筒本体の一方の部材に検出リングを遊嵌し、検出リン
グ外周に設けた複数の検出子間に他方の部材の外周に設
けた複数の検出子を臨ませ、ホルダ軸と保持筒本体をね
じりコイルばねで連結する一方、検出リングを遊嵌した
部材と検出リングとを係脱自在な係止手段によって係止
連結してねじりコイルばねのねじり強さを調整自在とし
たことを特徴とする。

【０００５】

【作用】過負荷トルクが工具に生じると、保持筒本体が
ホルダ軸に対して所定量円周方向へ回動し、互いに間に
臨み合っている検出子の円周方向の距離が変わり、この
変化によって過負荷トルクの発生を取出す。また、ねじ
りコイルばねのねじり強さは検出リングを保持筒本体（
ホルダ軸）から切離して保持筒本体（ホルダ軸）を円周
方向へ回した後、検出リングを係止して調整する。

【０００６】

【実施例】

図１に示すように、ホルダ軸１はテーパシャンク２ａを
有する本体２、本体２と一体の把持部３、本体２の中心
に軸方向摺動可能に挿通した支持軸４及び支持軸４を前
方（図１左方）へ付勢するばね５を備えている。ばね５
は後述の工具保持筒のドリル等の工具１３に生ずるスラ
スト荷重を受けるもので、一定の設定スラスト荷重を越
えるまでは軸方向後方にたわまない。支持軸４の前端面
は円錐面６に形成されると共に、支持軸４にはスリーブ
７が遊嵌され、スリーブ７の後端面は円錐面８に形成し
てある。これらの円錐面６，８を支承する大、小のピボ
ット玉軸受９，１０が後述の連結筒２４及び検出リング
２８と共に工具保持筒２０を構成する支承筒２１に嵌着
してある。支持軸４に軸方向前方へ移動不能に装着した
スペーサ１１とスリーブ７の鍔部７ａとの間にはスプリ
ング１２が介装され、このスプリング１２のばね力で、
２つの円錐面６，８を介してピボット玉軸受９，１０に
予圧が付与される。このばね力は、ピボット玉軸受９，
１０による摩擦トルクを必要最小とする予圧となるよう
に設定してある。支承筒２１の前端には工具１３を保持
するコレットチャック２３が取付けてある。

【０００７】支承筒２１には連結筒２４が外周に一体螺
合され、両者で保持筒本体が構成される。この連結筒２
４にはトルク伝達用のねじりコイルばね２５の一端が接
続され、ばね他端は前記本体２に連結してある。この連
結筒２４には検出リング２８が遊嵌されると共に本体２
との間に介装したばね２９により前方へ付勢してある。 連結筒２４には上下２本の位置決めピン２６が植設され
、検出リング２８にはこの位置決めピン２６と係脱し、
ビン２６と共に係止手段を構成する多数の係止孔２７が
穿設してある。従ってねじりコイルばね２５のねじり強
さは、検出リング２８をばね力に抗して後方（図１右方
）へ動かして係止孔２７と位置決めピン２６の係合を外
し、その状態で支承筒２１と連結筒２４（つまり保持筒
本体）を円周方向へ回動した後、検出リング２８の係止
孔２７と位置決めピン２６を係合させることにより調整
される。検出リング２８の外周には図３に示すように、
複数個の凹部３０（本図では３個）が削設されてその間
が円周方向に等角度間隔（図４に示す角度θ（１２０度
）おき）の３つの変位検出子３１に形成されている。図
４に示すように変位検出子３１は工具ホルダの回転方向
両縁が後述の近接スイッチ４５による検出開始又は検出
終了を示す検出表示部３２，３３となっている。

【０００８】３つの凹部３０内へ向かって、本体２から
３つの基準検出子３４が突設されている。各基準検出子
３４は図４に示すように中央が突出した階段状を成し、
中央突出部３５の回転方向両縁が後述の近接スイッチ４
５による検出開始又は検出終了を示す一対の検出表示部
３６，３７となっており、回転方向１２０度の間に一対
の検出表示部３６，３７と対応する１対の検出表示部３
２，３３との間で一対の回転ずれの検出域３８，３９が
形成され、このような検出域３８，３９が三対設けてあ
る。これらの検出域３８，３９を検出した時近接スイッ
チ４５はＯＦＦとなる。１つの基準検出子３４の低段部
４０の一側面には変位検出子３１の一側に設けた斜面３
１ａと係合する斜面４０ａが形成してあり、前記ねじり
コイルばね２５のねじり力で両斜面３１ａ，４０ａが当
接している時、低段部４０の他側面４０ｂと対向する検
出表示部３３との間には僅かな円周方向の遊び（図４の
ａ、絶対値２ａに対応するパルスカウント値が後述の設
定値ｔより大となるようにしてある）があるようにして
あり、前記一対の検出域３８，３９と中央突出部３５及
び変位検出子３１の円周方向長さＬは全て同じ（３０度
）に設定してある。前記斜面３１ａ，４０ａは過負荷ス
ラスト荷重で変位検出子３１が軸方向後方へ移動すると
これを、変位検出子３１の回動としてとらえるためのも
のである。

【０００９】前記検出域３８，３９を検出する近接スイ
ッチ（位相判定器）４５は、図１に示すように主軸ヘッ
ド１５の前面に固着したブラケット１６に１個取付けて
ある。この近接スイッチ４５からの信号は図５に示す過
負荷トルク（又はスラスト荷重）の判別手段５０へ送ら
れるようにしてある。

【００１０】判別手段５０において、５１は周波数−電
圧変換器５２と電圧−周波数変換器５３により近接スイ
ッチ４５からの信号パルスを平均し、所定倍数逓倍して
スピンドル１７の１回転で所定数の基準パルスを発生す
るようにしたスピンドル角度パルス発生器、５４は近接
スイッチ４５の信号の立下りで立上り、立上りで立下が
る（近接スイッチ４５がＯＦＦの間開く）ゲート回路、
５５はゲート回路５４が開いている間に入力されてくる
スピンドル角度パルスＰｓを加算又は減算するカウンタ
ー、５６は近接スイッチ４５のＯＮ，ＯＦＦ信号の１周
期でカウンター５５に対する加算又は減算指令を切換え
ると共に、立上りで判定指令信号を比較回路５７へ出力
する加算、減算切換回路、５７は判定指令があった時に
カウンター５５内のカウント値が設定回路５８で予め設
定される設定値ｔを越えたかを判定する比較回路、５９
は比較回路５７で判定後に前記カウンター５５をリセッ
トするリセット回路、６０は比較回路５７での比較結果
が設定値ｔを越えたときに過負荷トルク（又はスラスト
）検出信号を出力信号として出力する出力回路である。 前記設定値ｔは切削前の無負荷時に近接スイッチ４５が
前記一対の検出域３８，３９を検出した時のカウンター
５５のパルスカウント値の差に許容値を加えたものが設
定される。製作誤差がないとすると、この実施例では一
対の検出域３８，３９でのパルスカウント値の差はゼロ
となる。尚、スピンドル角度パルスＰｓは他にスピンド
ル１７の駆動用サーボモータのエンコーダ出力を用いて
も良い。また、スピンドル角度パルスＰｓに代えて一定
周波数で時間パルスを出力するようにし、これをカウン
ターでカウントして前記一対の検出域３８，３９のカウ
ント値の差が設定値ｔを越えたら過負荷の出力信号を出
力しても良い。この場合、設定値はスピンドル１７の回
転速度に依存するので、回転速度に対する補正が必要で
ある。

【００１１】さて、前記のような構成によれば、正常切
削時ホルダ軸１の回転はねじりコイルばね２５を介して
工具保持筒２０へ伝えられ加工が行なわれる。近接スイ
ッチ４５からはＯＮ，ＯＦＦ信号が繰り返し出力される
。検出域３８ではＯＦＦとなり、この間にゲート回路５
４が開き加算、減算切換回路５６の加算指令のもとにカ
ウンター５５内にスピンドル角度パルスＰｓが加算され
、近接スイッチ４５が中央突出部３５を検出してＯＮと
なるとゲート回路５４が閉じ減算に切換わり、再び近接
スイッチ４５が検出域３９を検出してＯＦＦとなるとカ
ウンター５５内に先程加算したパルスカウント値からス
ピンドル角度パルスＰｓを減じ、近接スイッチ４５が変
位検出子３１を検出してＯＮとなると、判定指令信号が
出力されてカウンター５５内のカウント値が設定値ｔと
比較される。正常加工の場合、ねじりコイルばね２５に
より変位検出子３１と基準検出子３４の斜面３１ａ，３
４ａが当接した状態なので検出域３８，３９の長さは同
一であるからカウンター５５内のカウント値はゼロとな
り、過負荷トルクの出力信号は出されない。

【００１２】工具１３の切れ味が悪くなるか、もしくは
切粉づまり等によりトルクがねじりコイルばね２５で設
定した伝達トルクを越えると、変位検出子３１が基準検
出子３４に対して回転遅れを生じ、相対的に基準検出子
３４が図４に示す遊びａだけ回転して低段部４０の側面
４０ｂが検出表示部３３に当接する。この相対回動によ
り検出域３８の円周方向長さはＬ−ａに、また検出域３
９の円周方向長さはＬ＋ａとなる。従って検出域３８で
加算し、検出域３９で減算した結果は−２ａとなり、そ
の絶対値は設定値ｔより大となるので出力回路６０から
過負荷トルクの出力信号Ｃが出力される。この過負荷ト
ルクの出力信号Ｃによって、スピンド駆動モータに停止
指令を出力したり、あるいは、ステップバック動作を指
令したり、更にはこの出力信号を計数する寿命カウンタ
を設けておき、寿命カウンタ内の計数値が所定回数を越
えたときに、加工途中でもその工具と同一の新しい工具
に工具交換を行なう。近接スイッチ４５の検出タイミン
グによっては検出域３９で加算し、検出域３８で減算す
ることもあり、この場合でも比較結果（差）の絶対値は
２ａとなるので設定値ｔとの比較により過負荷トルクの
検出が行なわれることになる。尚、上記した判別手段５
０はコンピュータによってソフトウェア的に処理しても
良い。

【００１３】このように過負荷トルクの判別において、
変位検出子３１と基準検出子３４の相対回動量（遊び）
の２倍の値が比較結果として出力されてくるため、相対
回動量の値を極めて小さくしても過負荷トルクの検出が
行なわれることになる。従ってねじりコイルばね２５で
設定した伝達トルクを僅かに越えた場合でも、瞬時にこ
れを検出してその後の対応動作に移ることができる。

【００１４】次に工具摩耗により、過負荷スラスト荷重
が工具１３に生じた場合について説明する。ばね５によ
る設定スラスト荷重を越える過負荷スラスト荷重が工具
１３に生じるまではばね５は後方へたわまず、変位検出
子３１と基準検出子３４とは図４に示す関係にある。工
具１３に過負荷スラスト荷重が生じると、工具保持筒２
０と共に支持軸４が本体２に対して後退する。これによ
り変位検出子３１が基準検出子３４に対して後退し、斜
面３１ａと斜面３４ａとの係合により変位検出子３１が
基準検出子３４に対して回転方向と逆方向へ所定角度（
本実施例の場合遊びａ）だけ回動する。この回動によっ
て前記したと同様に検出域３８，３９間でカウントされ
るパルス数に差が生じるので、これにより過負荷トルク
荷重の検出信号が出力信号として出力される。

【００１５】この実施例では過負荷スラスト荷重を検出
するのに変位検出子３１の軸方向移動を変位検出子３１
の回転として取出し、過負荷トルクの検出を行なう近接
スイッチ４５により検出するようにしたので、過負荷ス
ラスト荷重検出用に別に検出スイッチを設けなくても良
い。

【００１６】

【発明の効果】以上のようにこの発明の装置によれば、
ホルダ軸と保持筒本体とをつなぐねじりコイルばねのね
じり強さの調整を検出リングを保持筒本体（ホルダ軸）
から切離して保持筒本体（ホルダ軸）を円周方向へ回し
て調整できる。しかも、検出リング外周とホルダ軸（保
持筒本体）の外周に夫々対応した検出子を互いに間に臨
ませたので、検出子は軸方向に重なっており、その円周
方向の距離の変動を検出する検出スイッチを１つ設ける
だけで過負荷トルクの生じたことを取出すことができ、
検出スイッチを複数持つものに比べ、切粉の付着のおそ
れが少ない利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】工具ホルダの断面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。

【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

【図４】基準検出子と変位検出子の円周方向展開図であ
る。

【図５】判別手段のブロック図である。

【符号の説明】

１　　ホルダ軸、　　２１　　支承筒、　　２４　　連
結筒、　　２５　　ねじりコイルばね、２６　　位置決
めピン、　　２７　　係止孔、　　２８　　検出リング
、　　２９　　ばね、　　３１　　変位検出子、　　３
４　　基準検出子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ホルダ軸に保持筒本体を回動自在に支
   持し、ホルダ軸と保持筒本体の一方の部材に検出リング
   を遊嵌し、検出リング外周に設けた複数の検出子間に他
   方の部材の外周に設けた複数の検出子を臨ませ、ホルダ
   軸と保持筒本体をねじりコイルばねで連結する一方、検
   出リングを遊嵌した部材と検出リングとを係脱自在な係
   止手段によって係止連結してねじりコイルばねのねじり
   強さを調整自在としたことを特徴とする工具ホルダ。