JPH05337791A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工動作中においても、回転軸の回転を誤動
作なく正確に検出する。 【構成】 主軸ヘッド１に支持された主軸３の装着穴３
ａに工具ホルダ５を着脱可能に装着する。工具ホルダ５
には回転軸１２を回転可能に支持し、その回転軸１２の
先端に工具１５を取り付ける。工具ホルダ５には回転軸
１２をエアの噴射によって回転駆動させるためのエア駆
動機構１９を設ける。回転軸１２を支持するために工具
ホルダ５内に設けられた密閉空間４７内で、回転軸１２
と工具ホルダ５との間に、回転軸１２の回転を検出する
ための回転センサ４８及び被検出体４６を対向配置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マシニングセンタ等
の加工装置に係り、特に主軸ヘッドに支持された主軸に
工具ホルダを着脱可能に装着し、その工具ホルダに取り
付けられた研削用砥石やエンドミル等の工具をエア駆動
にて回転させることにより、研削や切削等の加工を行う
ようにした加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の加工装置としては、例え
ば特開平１−２８１８６１号公報に示すものが知られて
いる。すなわち、この加工装置は、工具ホルダに回転軸
を回転可能に支持し、その回転軸の先端にチャックを介
して切削用砥石等の工具を着脱可能に取り付け、工具ホ
ルダには回転軸をエアの噴射によって回転駆動させるた
めのエア駆動機構としてのエアタービンを備えている。

【０００３】この種の加工装置においては、一般に回転
軸やチャックの外部に露出した表面上に被検出体を設け
ると共に、被検出体に対応して装置フレームの一固定箇
所に回転センサを配設し、この回転センサにより回転軸
の回転数を検出して、エア駆動機構の作動等を制御する
ようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
加工装置では、装置フレーム上に支持されたワークに対
し主軸ヘッドが接離方向に移動されて加工が行われるた
め、この加工動作中には回転センサが被検出体に対応し
なくなって、回転軸の回転を検出することができないと
いう問題があった。

【０００５】又、回転センサが装置フレーム上に露出状
態で配設されているため、この回転センサに塵埃や切削
油等が付着して誤検出のおそれがあると共に、外乱の影
響を受けやすいという問題もあった。

【０００６】この発明は、このような従来の技術に存在
する問題点に着目してなされたものであって、その目的
とするところは、加工中においても回転軸の回転を検出
することができると共に、回転数の変化に合わせて制御
可能であり、塵埃や切削油等の付着あるいは外乱の影響
により、回転センサが誤検出するおそれを確実に防止す
ることができる加工装置を提供することにある。

【０００７】

【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、この発明では、主軸ヘッドに支持された主軸の装
着穴に工具ホルダをプルスタッド式に着脱可能に装着
し、その工具ホルダには先端に工具を取り付けた回転軸
を回転可能に支持し、前記工具ホルダには回転軸をエア
の噴射によって回転駆動させるためのエア駆動機構を設
けた加工装置において、前記回転軸を支持するための工
具ホルダの空間内で、回転軸と工具ホルダとの間には回
転軸の回転を検出するためのセンサを配設し、このセン
サからの検出信号を回転軸又は送りユニットへの駆動制
御信号として取出すことを特徴とする。また、前記工具
ホルダの空間を密閉空間とした。さらに、前記センサ
は、工具ホルダを主軸の装着穴に装着されると同時に制
御装置と電気的に接続されるようにした。

【０００８】

【作用】上記のように構成されたこの発明の加工装置に
おいては、主軸ヘッドがワークに対して接離方向へ移動
されながら、駆動用エアがエア駆動機構に供給されて回
転軸に噴射され、その回転軸が高速で回転駆動されて、
回転軸の先端の工具により切削等の加工が行われる。そ
して、この加工時には、回転センサにより回転軸の回転
数が検出され、その検出回転数に基づきエア駆動機構の
動作が制御されて、回転軸の回転が所定の回転数に維持
される。

【０００９】又、この発明では、回転センサが工具ホル
ダの空間内で、回転軸と工具ホルダとの間に対向配置さ
れているため、加工中においても回転軸の回転を正確に
検出することができると共に、回転センサに塵埃や切削
油等が付着したり、回転センサが外乱の影響をうけたり
して、誤検出するおそれを確実に防止することができ
る。

【００１０】さらに、この発明ではセンサが工具ホルダ
の密閉空間内に配置されているため、前述した正確な回
転検出や誤検出防止に一層寄与できる。加えて、この発
明では工具ホルダの装着と同時に、センサが制御装置と
電気的に接続されるため、その接続のための手間が不要
である。

【００１１】

【実施例】以下、この発明を具体化した自動工具交換装
置を備える縦型マシニングセンタの一実施例を、図面に
基づいて詳細に説明する。

【００１２】図１に示すように、マシニングセンタの主
軸ヘッド１は図示しない装置フレームに上下方向へ移動
可能に支持され、その底部には支持筒２が固定されてい
る。中空筒状の主軸３は軸受４を介して支持筒２に回転
可能に挿通支持され、その下端にはテーパ状の装着穴３
ａが形成されている。工具ホルダ５は図示しない自動工
具交換装置により主軸３の装着穴３ａに着脱交換可能に
装着され、そのホルダ本体６の上端には装着穴３ａに嵌
挿可能なテーパシャンク部６ａが設けられると共に、外
周には自動工具交換装置の交換用アームに係合可能な保
持溝６ｂが形成されている。中空筒状のクランプ軸７は
主軸３内に上下方向へ移動可能に挿通支持されている。

【００１３】プルスタッド式のクランプ機構８は前記ク
ランプ軸７とホルダ本体６との間に設けられ、クランプ
軸７の下端の支持孔９内に収容支持された複数のクラン
プボール１０と、そのクランプボール１０と係合するよ
うにホルダ本体６の上端に設けられたプルスタッド１１
とから構成されている。そして、このクランプボール１
０がプルスタッド１１に係合した状態で、クランプ軸７
が図示しないバネの付勢力にてクランプ方向の上方へ引
かれることにより、ホルダ本体６が装着穴３ａに装着さ
れた状態でクランプされる。又、クランプ軸７が図示し
ないエアシリンダにてアンクランプ方向の下方へ移動さ
れることにより、クランプボール１０がプルスタッド１
１から離脱して、ホルダ本体６のクランプが解除され
る。

【００１４】回転軸１２は前記ホルダ本体６内に上下一
対の軸受筒１３，１４を介して回転可能に支持され、そ
の下端には研削用砥石等の工具１５がチャック１６を介
して着脱可能に取り付けられている。多数の噴出ノズル
１７は軸受筒１３，１４に形成され、この噴出ノズル１
７から回転軸１２と軸受筒１３，１４との間の間隙にエ
アが噴出されることによって、回転軸１２を支承するた
めの静圧軸受１８が形成される。

【００１５】エア駆動機構１９は前記ホルダ本体６と回
転軸１２との間に設けられ、回転軸１２の外周に形成さ
れた大径の羽根車２０と、その羽根車２０に対向して上
軸受筒１３に形成された複数の噴射ノズル２１とから構
成されている。そして、前記主軸３が主軸ヘッド１に対
して所定位置に位置決め固定された状態で、このエア駆
動機構１９の噴射ノズル２１から羽根車２０にエアが噴
射されることによって、回転軸１２が一方向に高速で回
転駆動される。

【００１６】エア停止機構２２は前記エア駆動機構１９
の上方においてホルダ本体６と回転軸１２との間に設け
られ、回転軸１２の外周に形成された小径の羽根車２３
と、その羽根車２３に対向して上軸受筒１３に形成され
た複数の逆噴射ノズル２４とから構成されている。そし
て、前記エア駆動機構１９における噴射ノズル２１から
のエアの噴射が停止された後に、このエア停止機構２２
の逆噴射ノズル２４から羽根車２３にエアが逆噴射され
ることによって、回転軸１２の惰性回転が制動停止され
る。

【００１７】駆動用エア通路２５は前記ホルダ本体６内
に形成され、上軸受筒１３の外周面に設けられた環状通
路２６を介してエア駆動機構１９の各噴射ノズル２１に
連結されている。停止用エア通路２７はホルダ本体６及
びプルスタッド１１内に形成され、上軸受筒１３の外周
面に設けられた環状通路２８を介してエア停止機構２２
の各逆噴射ノズル２４に連結されている。そして、前記
駆動用エア通路２５はテーパシャンク部６ａの外側にお
いてホルダ本体６の上端面に開口され、停止用エア通路
２７はプルスタッド１１の上端面に開口されている。

【００１８】軸受用エア通路２９は前記ホルダ本体６内
に形成され、ホルダ本体６の内周面に設けられた環状通
路３０を介して静圧軸受１８の各噴出ノズル１７に連結
されている。一方向エア供給装置３１はホルダ本体６の
外側部に取着され、その内部には駆動用エア通路２５か
ら軸受用エア通路２９へのエアの供給のみを許容する第
１逆止弁３２と、停止用エア通路２７から軸受用エア通
路２９へのエアの供給のみを許容する第２逆止弁３３と
が設けられている。

【００１９】駆動用エア供給路３４は前記クランプ軸７
の中空部内に設けられ、その下端がクランプ軸７の外周
面に開口されている。傾斜供給路３５は装着穴３ａに沿
って延びるように主軸３に形成され、その上端が環状通
路３６を介して駆動用エア供給路３４に連結されると共
に、下端が前記駆動用エア通路２５の上端開口部に対向
して主軸３の下端面に開口されている。

【００２０】筒状のフロート部材３７は前記傾斜供給路
３５の下端開口部に上下移動可能に嵌挿され、その下端
には黄銅等の軟質材料よりなる接合体３８が嵌着されて
いる。バネ３９は傾斜供給路３５の下端開口部とフロー
ト部材３７との間に介装され、常にはこのバネ３９の付
勢力により、フロート部材３７が図示しない規制ピンに
て規制される上下移動範囲の下方位置に突出保持されて
いる。

【００２１】そして、主軸３が所定位置に位置決め停止
された状態で、ホルダ本体６のテーパシャンク部６ａが
装着穴３ａに嵌挿されたとき、フロート部材３７がバネ
３９の付勢力に抗して上方に移動されて、接合体３８が
ホルダ本体６の上端面に圧接される。このとき、傾斜供
給路３５がフロート部材３７及び接合体３８を介して駆
動用エア通路２５の上端開口部に接続される。

【００２２】停止用エア供給路４０は前記クランプ軸７
に形成され、その下端が装着穴３ａの内頂部に開口され
ている。そして、ホルダ本体６のテーパシャンク部６ａ
が装着穴３ａに嵌挿されたとき、この停止用エア供給路
４０が停止用エア通路２７の上端開口部に接続される。

【００２３】駆動用エア供給源としてのエアポンプ４１
は可変絞り弁４２及び電磁開閉弁４３を介して前記駆動
用エア供給路３４に接続されている。そして、工具ホル
ダ５の回転軸１２に取り付けられた研削用砥石等の工具
１５を使用して加工を行う場合には、電磁開閉弁４３が
開放されることにより、エアポンプ４１から可変絞り弁
４２の絞り量に応じた量の駆動用エアが、駆動用エア供
給路３４等を介して工具ホルダ５内のエア駆動機構１９
に供給される。

【００２４】停止用エア供給源としてのエアポンプ４４
は可変絞り弁５６及び電磁開閉弁４５を介して前記停止
用エア供給路４０に接続されている。なお、この停止用
のエアポンプ４４は、説明の便宜上、前記駆動用のエア
ポンプ４１と別の符号を付し説明しているが、実際には
駆動用のエアポンプ４１と同一のエアポンプで構成され
ている。そして、加工の終了後に、工具ホルダ５内の回
転軸１２の回転が停止される際には、電磁開閉弁４５が
開放されることにより、エアポンプ４４から停止用エア
供給路４０等を介して、工具ホルダ５内のエア停止機構
２２に停止用エアが供給される。

【００２５】なお、前記可変絞り弁４２と電磁開閉弁４
３との組合せ、可変絞り弁５６と電磁開閉弁４５との組
合せはそれぞれ電空レギュレータによって置換え可能で
ある。

【００２６】磁石よりなる被検出体４６は前記ホルダ本
体６内の密閉空間４７内において、回転軸１２の上端部
に固定されている。磁気センサよりなる回転センサ４８
は被検出体４６に対応して密閉空間４７の内頂部に固定
配置され、回転軸１２の回転時に、この回転センサ４８
が被検出体４６を磁気検出することによって、回転軸１
２の回転数の検出信号を出力する。

【００２７】一対のソケット４９，５０は前記ホルダ本
体６の上面及び支持筒２の下面に対応して設けられ、ホ
ルダ本体６のテーパシャンク部６ａが主軸３の装着穴３
ａに装着されたとき、このソケット４９，５０が接続状
態になる。複数の発光ダイオード５１は一方のソケット
４９内に設けられ、ケーブル５２を介して回転センサ４
８に接続されている。複数のフォトトランジスタ５３は
他方のソケット５０内に設けられ、ソケット４９，５０
の接続状態で、発光ダイオード５１に各別に対向配置さ
れる。従って、ホルダ本体６が主軸３の装着穴３ａに装
着されると同時に、回転センサ４８が後述の制御装置５
４に電気的に接続される。

【００２８】制御装置５４はケーブル５５を介して前記
フォトトランジスタ５３に接続され、回転センサ４８か
らの回転数の検出信号が、発光ダイオード５１及びフォ
トトランジスタ５３等を介して、この制御装置５４に入
力される。そして、回転軸１２の回転にともない、この
制御装置５４の制御のもとで、回転センサ４８からの回
転数の検出信号に応じて、駆動用エア供給回路の可動絞
り弁４２及び電磁開閉弁４３が制御されて、回転軸１２
が所定の回転数に維持されたり、回転軸１２の回転数が
可変されたり、あるいは図示しない送りユニットが制御
されて装置の軸方向への送り速度や送り量が調節された
りする。又、加工終了後の回転軸１２の回転を停止する
時には、制御装置５４の制御のもとで、回転センサ４８
からの回転数の検出信号に応じて、停止用エア供給回路
の電磁開閉弁４５が制御される。

【００２９】次に、前記のように構成されたマシニング
センタについて動作を説明する。さて、図１は、主軸３
が主軸ヘッド１に対して所定位置に位置決め固定され、
その主軸３の装着穴３ａに工具ホルダ５が装着されて、
クランプ機構８により工具ホルダ５が主軸３にクランプ
された状態を示すものである。この状態においては、駆
動用エア通路２５の上端開口部が傾斜供給路３５の下端
開口部の接合体３８に接続され、駆動用エア通路２５が
傾斜供給路３５を介してクランプ軸７内の駆動用エア供
給路３４に連結されている。又、停止用エア通路２７の
上端開口部がクランプ軸７内の停止用エア供給路４０に
連結されている。さらに、ソケット４９，５０が互いに
接続され、発光ダイオード５１がフォトトランジスタ５
３に対向配置されている。

【００３０】この状態で、駆動用エア供給回路の電磁開
閉弁４３が開放されると、エアポンプ４１からの駆動用
エアが、駆動用エア供給路３４及び傾斜供給路３５を介
して工具ホルダ５内の駆動用エア通路２５に導かれる。
そして、この駆動用エアが駆動用エア通路２５からエア
駆動機構１９に導かれ、その噴射ノズル２１から羽根車
２０に向けて噴射されて、回転軸１２が高速で回転駆動
される。このとき、主軸ヘッド１が図示しない装置フレ
ーム上のワークに向けて往復移動（送り動作）され、回
転軸１２の先端の工具１５によりワークに対し切削等の
加工が行われる。

【００３１】又、この回転軸１２の回転による加工動作
時には、前記駆動用エアが駆動用エア通路２５から一方
向エア供給装置３１の第１逆止弁３２を介して軸受用エ
ア通路２９に供給され、噴出ノズル１７から回転軸１２
と軸受筒体１３，１４との間の間隙に噴出されて静圧軸
受１８が形成され、これによって回転軸１２がホルダ本
体６に対して静圧的に支承される。このとき、軸受用エ
ア通路２９と停止用エア通路２７との間には第２逆止弁
３３が介装されているため、軸受用エア通路２９から停
止用エア通路２７側に駆動用エアが漏洩することはな
く、回転軸１２の回転をエア駆動により効率的に行うこ
とができる。

【００３２】さらに、この回転軸１２の回転による加工
動作時には、回転センサ４８により回転軸１２の回転数
が検出されて、その検出信号が制御装置５４に出力され
る。そして、この制御装置５４の制御により、回転セン
サ４８からの検出信号に応じて、駆動用エア供給回路の
可動絞り弁４２及び電磁開閉弁４３が開閉されて、回転
軸１２が所定の回転数に維持されたり、回転数が変更調
節されたりする。

【００３３】その後、前記回転軸１２上の工具１５によ
る加工が終了すると、駆動用エア供給回路の電磁開閉弁
４３が閉じられて、エアポンプ４１からエア駆動機構１
９へのエアの供給が停止される。それと共に、停止用エ
ア供給回路の電磁開閉弁４５が開放され、エアポンプ４
４からの停止用エアが、停止用エア供給路４０を介して
工具ホルダ５内の停止用エア通路２７に導かれる。その
後、停止用エアが停止用エア通路２７からエア停止機構
２２に導かれ、その逆噴射ノズル２４から羽根車２３に
向けて逆噴射されて、回転軸１２の回転が制動される。

【００３４】又、この回転軸１２の制動時には、前記停
止用エアが停止用エア通路２７から一方向エア供給装置
３１の第２逆止弁３３を介して軸受用エア通路２９に供
給され、噴出ノズル１７から回転軸１２と軸受筒体１
３，１４との間の間隙に噴出されて静圧軸受１８が形成
され、これによって回転軸１２がホルダ本体６に対して
静圧的に支承される。このとき、軸受用エア通路２９と
駆動用エア通路２５との間には第１逆止弁３２が介装さ
れているため、軸受用エア通路２９から駆動用エア通路
２５側に駆動用エアが漏洩することはなく、回転軸１２
の制動をエア駆動により効率的に行うことができる。

【００３５】さらに、この回転軸１２の制動時において
も、回転センサ４８により回転軸１２の回転数が検出さ
れて、その検出信号が制御装置５４に出力される。そし
て、検出された回転軸１２の回転数が所定値まで低下し
たとき、制御装置５４の制御により、停止用エア供給回
路の電磁開閉弁４５が閉じられて、エア停止機構２２へ
の停止用エアの供給が停止される。従って、回転軸１２
が長時間に亘って惰性回転することはなく、その回転軸
１２の惰性回転を短時間に制動停止させることができ
て、その後の自動工具交換装置による工具ホルダ５の交
換作業を迅速かつ短時間に行うことができる。

【００３６】以上のように、この実施例においては、回
転センサ４８がホルダ本体６の密閉空間４７内で、回転
軸１２上の被検出体４６に対向して配設されているた
め、加工動作時に主軸ヘッド１の移動に伴い、回転セン
サ４８が被検出体４６と対応しなくなることはなく、回
転軸１２の回転による加工動作時、及び加工終了後の回
転軸１２の制動時を通して、回転軸１２の回転を正確に
検出することができる。又、回転センサ４８が密閉空間
４７内に配設されているため、回転センサ４８に塵埃や
切削油等が付着したり、外乱の影響をうけたりすること
はなく、回転センサ４８の誤検出を確実に防止すること
ができる。

【００３７】加えて、この装置においては、工具ホルダ
の装着と同時にセンサが制御装置と電気的に接続される
ため、その接続の手間を省くことができる。なお、この
発明は前記実施例の構成に限定されるものではなく、例
えば、回転センサ４８として光センサを使用したり（こ
の場合、光センサとして発光型のものを使用し、回転軸
１２には被検出体４６の代わりに反射板を設ける）、被
検出体４６及び回転センサ４８を別の位置、例えば回転
軸１２の外周とそれに対向する位置に対向配置したり、
ソケット４９，５０内の発光ダイオード５１及びフォト
トランジスタ５３を互いに接離可能な電気的接点に変更
したり、回転速度を検出してブレーキ動作を制御したり
する等、この発明の趣旨から逸脱しない範囲で、各部の
構成を任意に変更して具体化することも可能である。

【００３８】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているため、加工中においても回転軸の回転を検出す
ることができると共に、回転数、送り速度等の制御が可
能であり、塵埃や切削油等の付着あるいは外乱の影響に
より、回転センサが誤検出するおそれを確実に防止する
ことができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の加工装置を縦型マシニングセンタに
具体化した一実施例を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１…主軸ヘッド、３…主軸、３ａ…装着穴、５…工具ホ
ルダ、６…ホルダ本体、１２…回転軸、１５…工具、１
９…エア駆動機構、２０…羽根車、２１…噴射ノズル、
２２…エア停止機構、２３…羽根車、２４…逆噴射ノズ
ル、４６…被検出体、４７…密閉空間、４８…回転セン
サ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸ヘッドに支持された主軸の装着穴に
   工具ホルダをプルスタッド式に着脱可能に装着し、その
   工具ホルダには先端に工具を取り付けた回転軸を回転可
   能に支持し、前記工具ホルダには回転軸をエアの噴射に
   よって回転駆動させるためのエア駆動機構を設けた加工
   装置において、 前記回転軸を支持するための工具ホルダの空間内で、回
   転軸と工具ホルダとの間には回転軸の回転を検出するた
   めのセンサを配設し、このセンサからの検出信号を回転
   軸又は送りユニットへの駆動制御信号として取出すこと
   を特徴とする加工装置。
2. 【請求項２】 工具ホルダの空間を密閉空間にした請求
   項１に記載の加工装置。
3. 【請求項３】 センサは、工具ホルダを主軸の装着穴に
   装着されると同時に制御装置と電気的に接続される請求
   項１に記載の加工装置。