JPH06210501A - 工作機械の主軸部制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、工作機械の主軸部制御装置に関し、
モータおよびセンサに安定的に電流を供給することがで
きる低コストな工作機械の主軸部制御装置を提供するこ
とを目的としている。 【構成】それぞれ回転トランス31を構成する１次コイル
32を本体ケース１に取付けるとともに、２次コイル33を
中空回転軸３に取付け、該２次コイル33を電源装置36を
介してパルスモータ４、センサ20および制御手段21に接
続している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の主軸部制御
装置に関し、特に、フェーシング加工やリセッシング加
工、ボーリング加工等を行なう工作機械に設けられた主
軸部制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、フェーシング加工やリセッシン
グ加工(溝切り加工)を行う工作機械においては、加工中
に工具の刃先位置を径方向に移動させる必要がある。ま
た、ボーリング加工を行う工作機械においても、刃先位
置を径方向の任意の位置に設定できれば、所望する穴径
の加工を工具の交換なしで実施できるため、有用であ
る。

【０００３】これらの装置には、工具が取付けられた主
軸部(例えば、スピンドル)を何等かの方法によって径方
向に移動させる必要があり、その移動方法として、主軸
部にセンサを設け、該センサによって刃先位置を検出
し、該センサの検出情報に基づいて主軸部を移動させて
刃先の位置制御を行うようにしている。この主軸部は支
持体に回転自在に支持されていることから、支持体と主
軸部の間に電気的信号の送受が必要になり、固定された
支持体から回転する主軸部に電気的な信号を送受するた
めの種々の工夫がなされている。

【０００４】従来のこの種の主軸部制御装置としては、
回転体と主軸部の間にカーボンブラシとスリップリング
等の接触型の接続手段を介装し、スリップリングを介し
てセンサに電流を供給するものがある。また、その他の
主軸部制御装置としては、例えば、特開平３−５８８６
０号公報に記載されたようなものがあり、このものは、
主軸部と支持体の間に主軸部と共に回転可能で、内部に
水銀等の導電液体を有するロータリーコネクタを介装
し、この導電液体を介して支持体から主軸部に電流を供
給するようにしている。

【０００５】一方、刃先を任意の設定位置に径方向に移
動させるために、主軸部に対して工具を径方向に移動さ
せる刃物移動装置を設け、刃先位置を主軸部の放射方向
に移動させて自動調整するようにしたものがあり、本出
願人は面板を中空回転軸内に設けたモータによって移動
させるようにしたものを提案している。この装置は、支
持体に回転自在に支持された中空回転軸と、該中空回転
軸の前部に放射方向の直線運動自在に設けられた面板
と、該面板に取付けられた工具と、面板に設けられたセ
ンサと、を備えた工作機械であって、中空回転軸内に設
けられたモータと、該モータと面板の間に設けられ、モ
ータの回転を面板の放射方向の直線運動に変換する面板
移動機構と、を備え、センサの出力情報に基づいてモー
タを駆動し、このモータおよび面板移動機構を介して刃
先位置を任意の位置に自動調整するようにしている。こ
の装置にあっても、中空回転軸内に設けられたモータに
電流を供給するために上述した従来例と同様にスリップ
リングや導電液体を介装することが考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
主軸部制御装置にあっては、カーボンブラシとブラシの
接触抵抗が大きいため、長期間使用した場合に摩耗によ
ってスリップリングが擦り減ってしまい、センサに電源
を充分に供給することができなくなってしまった。この
ため、スリップリングを定期的に交換する必要が生じて
しまい、主軸部制御装置の維持費が増大してしまうとい
う問題があった。

【０００７】また、スリップリングの摩耗粉が主軸部内
部に飛散することがあるため、この摩耗粉が主軸部およ
び支持体の摺動面に付着した場合に、主軸部を充分に支
持することができなくなってしまうとともに、主軸部の
寿命が低下してしまうという問題があった。また、この
主軸部の寿命を延ばすために、エアカーテン等によって
摺動面に摩耗粉がかからないようにすることが考えられ
るが、このようにした場合には装置のコストが増大して
しまうという不具合が発生してしまった。

【０００８】また、カーボンブラシとスリップリングの
接触が不安定になった場合に、瞬間的に電気が切れてし
まい、センサ等の信号処理系に電流を供給する場合にセ
ンサが誤動作してしまうという問題があった。一方、後
者の公報に記載のものにあっては、水銀等の導電液体を
有するケースを主軸部と支持体の間に介装していたた
め、導電液体がケースから漏れてしまうおそれがあり、
電気的なショートが発生して電気系統が破壊してしま
い、センサが作動しなくなるおそれがあった。これに加
えて、ショートによって発火等が誘発される可能性があ
り、安全性が低下してしまうという問題もあった。

【０００９】また、導電液体がケースから漏れてしまっ
た場合や軸受等の構成部品の寿命等が少なくなった場合
等にロータコネクタを定期的に交換しなければならず、
上述したものと同様に主軸部制御装置の維持費が増大し
てしまうという問題があった。また、ロータリーコネク
タは支持体側の端子と主軸部側の端子を導電液体を介し
て接続していたため、端子部の構造が複雑になってしま
い、コストが増大してしまうという問題があった。

【００１０】また、中空回転軸内に設けられたモータに
スリップリングや導電液体によって電流を供給した場合
にも上述したものと同様の問題が発生することが考えら
れ、未だ改善の余地があり、何れにしても回転する主軸
部に設けられた電気的装置に支持体から安定して電流を
供給することが望まれている。そこで、請求項１記載の
発明は、支持体および中空回転軸の間に回転トランスを
設け、支持体から回転トランスを介してセンサに電流を
供給することにより、センサに安定的に電流を供給する
ことができる低コストな工作機械の主軸部制御装置を提
供することを目的としている。

【００１１】また、請求項２記載の発明は、支持体およ
び中空回転軸の間に回転トランスを設け、支持体から回
転トランスを介してモータに電流を供給することによ
り、モータに安定的に電流を供給することができる低コ
ストな工作機械の主軸部制御装置を提供することを目的
としている。また、請求項３記載の発明は、支持体およ
び中空回転軸の間に回転トランスを設け、支持体から回
転トランスを介してモータおよびセンサに電流を供給す
ることにより、モータおよびセンサに安定的に電流を供
給することができる低コストな工作機械の主軸部制御装
置を提供することを目的としている。

【００１２】さらに、請求項４記載の発明は、中空回転
軸内にセンサの出力情報に基づいてモータを制御する制
御手段を設け、制御手段に回転トランスを介して電流を
供給することにより、電気系統をコンパクト化すること
ができる工作機械の主軸部制御装置を提供することを目
的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１記載の発明は、支持体に回転自在に支持された中
空回転軸と、該中空回転軸の前部に設けられ工具が取付
けられた面板と、面板に設けられたセンサと、を備え、
前記センサの出力情報に基づいて工具の位置制御を行う
ようにした工作機械の主軸部制御装置において、前記中
空回転軸および支持体の間に回転トランスを介装し、該
回転トランスを支持体に取付けられた１次コイルおよび
中空回転軸に取付けられた２次コイルから構成し、２次
コイルをセンサに接続したことを特徴としている。

【００１４】また、上記目的達成のため、請求項２記載
の発明は、支持体に回転自在に支持された中空回転軸
と、該中空回転軸の前部に放射方向の直線運動自在に設
けられた面板と、該面板に取付けられた工具と、を備え
た工作機械であって、中空回転軸内に設けられたモータ
と、該モータと面板の間に設けられ、モータの回転を面
板の放射方向の直線運動に変換する面板移動機構と、前
記中空回転軸および支持体の間に介装された回転トラン
スと、を備え、前記回転トランスを支持体に取付けられ
た１次コイルおよび中空回転軸に取付けられた２次コイ
ルから構成するとともに、２次コイルをモータに取付け
ることを特徴としている。

【００１５】また、上記目的達成のため、請求項３記載
の発明は、支持体に回転自在に支持された中空回転軸
と、該中空回転軸の前部に放射方向の直線運動自在に設
けられた面板と、該面板に取付けられた工具と、面板に
設けられたセンサと、を備え、前記センサの出力情報に
基づいて面板を放射方向の直線運動に移動させるように
した工作機械において、前記中空回転軸内に設けられた
モータと、該モータと面板の間に設けられ、モータの回
転を面板の放射方向の直線運動に変換する面板移動機構
と、中空回転軸および支持体の間に介装された回転トラ
ンスと、を備え、前記回転トランスを支持体に取付けら
れた１次コイルおよび中空回転軸に取付けられた２次コ
イルから構成するとともに、２次コイルをモータおよび
センサに接続したことを特徴としている。

【００１６】さらに、上記目的達成のため、請求項４記
載の発明は、前記中空回転軸内にセンサの出力情報に基
づいてモータを制御する制御手段を設け、前記２次コイ
ルを制御手段にも接続したことを特徴としている。

【００１７】

【作用】請求項１記載の発明では、それぞれ回転トラン
スを構成する１次コイルが支持体に取付けられるととも
に、２次コイルが中空回転軸に取付けられ、該２次コイ
ルがセンサに接続されている。したがって、１次コイル
に通電が行われると、２次コイルに励起電流が生じ、こ
の電流がセンサに供給される。このため、センサに回転
トランスから電流が安定して供給され、スリップリング
や導電液体のように定期的な交換を行う必要がない。こ
の結果、主軸部制御装置の維持費が低減される。

【００１８】また、回転トランスによって電流の供給が
行われるので、支持体と中空回転軸の間にスリップリン
グ等を介装する必要がなく、摩耗粉が中空回転軸内に飛
散することがない。この結果、中空回転軸が支持体に対
して円滑に回転され、主軸部の寿命が長くなるととも
に、中空回転軸と支持体の摺動面に摩耗粉除去用のエア
カーテン等を設ける必要がなく、主軸部のコストが低減
される。

【００１９】また、導電液体のように電気的なショート
が発生することがなく、電気系統の発火やセンサの作動
不良が発生することがない。また、スリップリングのよ
うに接触が不安定な状態になることもないので、センサ
の誤作動が発生することがない。また、請求項２記載の
発明では、支持体と回転軸の間に回転トランスが介装さ
れるとともに、この回転トランスがモータに接続され、
また、請求項３記載の発明では、支持体と回転軸の間に
回転トランスが介装されるとともに、この回転トランス
がモータおよびセンサに接続される。したがって、セン
サあるいは、モータおよびセンサにバッテリーから電流
が安定して供給され、請求項１記載の発明と同様の作用
が得られる。

【００２０】さらに、請求項４記載の発明では、中空回
転軸内にセンサの出力情報に基づいてモータを制御する
制御手段が設けられ、この制御手段にも回転トランスか
ら電流が供給される。したがって、電気系統がコンパク
ト化される。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜３は請求項１〜４記載の発明に係る工作機械の刃物
移動装置の一実施例を示す図である。まず、構成を説明
する。

【００２２】図１において、１はＮＣ等の工作機械の本
体ケース(支持体)であり、この本体ケース１は工作機械
によって３次元方向に移動するようになっている。本体
ケース１には複数の軸受２を介して中空回転軸３が回転
自在に支持されており、軸受２は本体ケース１に形成さ
れた油路１ａから潤滑油が供給されるようになってい
る。

【００２３】中空回転軸３の内部にはパルスプモータ
(モータ)４が収納されており、このパルスモータ４は中
空回転軸３に支持されているとともに、出力軸４ａ側が
フロントプレート５に固定されている。フロントプレー
ト５はボルト６を介して第１部材７に取付けられてお
り、この第１部材７はボルト８を介して第２部材９に取
付けられている。この第２部材９はボルト10を介して中
空回転軸３に固定されており、これら中空回転軸３、フ
ロントプレート５、第１部材７および第２部材９は本体
ケース１に対して一体的に回転するようになっている。

【００２４】パルスモータ４の出力軸４ａにはベベルギ
ヤ11の一方の歯車11ａが取付けられており、このベベル
ギヤ11の他方の歯車11ｂはボールネジ12に噛合されてい
る。このため、パルスモータ４の回転力はベベルギヤ11
によって中空回転軸３の軸線と直交する方向の回転中心
軸を中心とした回転に変換され、この回転力によってボ
ールネジ12が回転するようになっている。

【００２５】このボールネジ12は中空回転軸３の軸線方
向と直交する方向に延在しており、両端部が軸受13を介
してガイド部材14に回転自在に支持されている。また、
ボールネジ12の両端部にはサイドプレート15が設けられ
ており、ボールネジ12はこのサイドプレート15によって
軸方向の移動が禁止されている。また、サイドプレート
15には油路15ａが形成されており、この油路15ａは軸受
13に潤滑油を供給するようになっている。なお、これら
ガイド部材14およびサイドプレート15は第１部材14に図
示しないボルト等によって取付けられている。

【００２６】また、ボールネジ12にはボールネジナット
16が取付けられており、このボールネジナット16はボー
ルネジ12の回転に伴ってボールネジ12の軸線方向に移動
するようになっている。中空回転軸３の前部には面板17
が取付けられており、この面板17はボールナットネジ16
に取付けられている。このため、面板17はボールネジナ
ット16と共にボールネジ12の軸線方向に移動する。ま
た、面板17の前面中央には仮想線で示すように工具18が
脱着可能に設けられており、工具18の刃先を構成するチ
ップ18ａは面板17の移動方向一方側に向いている。

【００２７】この工具18は中空回転軸３および面板17と
共に回転し、チップ18ａにより例えば、図示しないワー
クの内周凹部を切削加工するもので、面板17の直線運動
によって刃先位置を横送り(放射内方または放射外方に
移動させる)ようになっている。そして、この刃先位置
は、パルスモータ４の回転をベベルギヤ11、ボールネジ
12、ボールネジナット16を介して面板17の放射方向の運
動に変換することにより、微調整されるようになってお
り、これらベベルギヤ11、ボールネジ12、ボールネジナ
ット16は面板移動機構19を構成している。

【００２８】また、面板17にはセンサ20が設けられてお
り、このセンサ20は中空回転軸３の送り量の制御や面板
17に取付けられた工具18の折損の監視等を行うために面
板17の位置を検出して制御手段21に信号を出力するよう
になっている。この制御手段21は図２に示すように中空
回転軸３内に収納されており、制御手段21は、図３に示
すようにデテクタ22、カウンタ23、ＣＰＵ24、出力部2
5、パルス発振器26、パルスモータドライブ27および通
信用インターフェース28から構成されている。デテクタ
22はセンサ20の出力信号をパルス信号に変換するもので
あり、カウンタ23はこのパルス信号をカウントする。Ｃ
ＰＵ24はカウンタ23からの信号を演算して工具18のチッ
プ18ａの位置を演算した後、この演算結果を出力部に25
に出力する。

【００２９】出力部25はＣＰＵ24からの出力信号をパル
ス発振器26に出力するものであり、パルス発振器26はこ
の信号をパルスに変換してパルスモータドライバ27に出
力する。このドライバ27はパルスモータ４に駆動信号を
出力し、パルスモータ４はこの駆動信号に応じて駆動さ
れるようになっている。一方、中空回転軸３と本体ケー
ス１の間には回転トランス31が介装されており、この回
転トランス31は本体ケース１に取付けられた１次コイル
32および中空回転軸３に取付けられた２次コイル33から
構成されている。１次コイル33は工作機械本体34の電源
35に接続されており、この電源35から通電されるように
なっている。また、２次コイル33は電源装置36に接続さ
れており、この電源装置36はパルスモータ４、センサ20
および制御手段21に接続されている。

【００３０】このため、１次コイル32が通電されると２
次コイル33に励磁電流が発生するため、電源装置36を介
してパルスモータ４、センサ20および制御手段21に電流
が供給される。また、１次コイル32および２次コイル33
にはそれぞれ素子37、38が同軸的に設けられており、こ
れら素子37、素子38は通信用インターフェース28および
工作機械本体34に設けられた通信用インターフェース39
に接続されている。

【００３１】通信用インターフェース28はＣＰＵ24から
出力情報を光信号に変換した後、素子37を介して出力す
るものであり、素子38はこの出力光を受光して通信用イ
ンターフェース39に出力する。通信用インターフェース
39はこの光信号をパルス信号に変換した後、工作機械本
体34を制御するメインのＣＰＵ40に出力する。ＣＰＵ40
はこの出力情報を上位用インターフェース41を介して入
力される工作機械本体34の各種情報に基づいて演算した
後、例えば、工具18の移動指令信号としてのパルス信号
を通信用インターフェース39に出力し、このインターフ
ェース39により光信号に変換して、素子38、37に出力す
る。通信用インターフェース28はこの光信号をパルス信
号に変換してＣＰＵ24に出力し、ＣＰＵ24はこの信号に
基づいてパルスモータ４に駆動信号等を出力する。

【００３２】なお、図中42は面板17に取付けられたガイ
ドレール、43はガイドレール42に噛合する歯車であり、
これらガイドレール42および歯車43は面板17の放射方向
の移動時に面板17をガイドする機能を有している。ま
た、44、45はセンサ20およびパルスモータ４と電源装置
35を接続するリード線である。次に、作用を説明する。

【００３３】まず、ワークを加工する場合、まず、準備
作業として、ワークを図示しないワーク保保持手段に保
持させる。次いで、１次コイル32を通電して２次コイル
33に励磁電流を発生させて電源装置36を介してパルスモ
ータ４、センサ20および制御手段21に電流を供給する。
次いで、工具18とワークを相対移動させて工具18のチッ
プ18ａとワークの内周凹部とを近接させる。このとき、
ワークに対する面板17の位置をセンサ20によって検出
し、この検出情報に基づいてチップ18ａの位置を制御す
る。

【００３４】次いで、ステップモータ４を作動させる
と、このモータ４の回転力がベベルギヤ11よって中空回
転軸３の軸線方向と直交する方向の回転中心軸に変化さ
れてボールネジ12に伝達される。この伝達力はボールネ
ジナット16に伝達され、ボールネジナット16はボールネ
ジ12の軸線方向に移動して面板17を該方向に移動させ
る。このため、工具18のチップ18ａは中空回転軸３の放
射方向(ワークの径方向)に直線運動し、ワークへの径方
向の切込み深さを増加させる。また、工具18とワークを
ワーク軸線方向に相対移動させることで、ワークの内周
凹部の奥側まで加工される。

【００３５】このように本実施例では、それぞれ回転ト
ランス31を構成する１次コイル32を本体ケース１に取付
けるとともに、２次コイル33を中空回転軸３に取付け、
該２次コイル33を電源装置36を介してパルスモータ４、
センサ20および制御手段21に接続しているため、本体ケ
ース１側からパルスモータ４、センサ20および制御手段
21に駆動電流を供給することができる。このため、パル
スモータ４、センサ20および制御手段21に回転トランス
31から電流を安定して供給することができ、スリップリ
ングや導電液体のように定期的な交換を行うのを不要に
することができる。この結果、主軸部制御装置の維持費
を低減させることができる。

【００３６】また、回転トランス31によって電流の供給
を行っているので、本体ケース１と中空回転軸３の間に
スリップリング等を介装するのを不要にでき、摩耗粉が
中空回転軸３内に飛散するのを防止することができる。
この結果、中空回転軸３を本体ケース１に対して円滑に
回転させることができ、主軸部の寿命を長くすることが
できるとともに、中空回転軸３と本体ケース１の摺動面
に摩耗粉除去用のエアカーテン等を設けるのを不要にし
て、主軸部のコストを低減させることができる。

【００３７】また、導電液体のように電気的なショート
が発生することがないため、電気系統の発火やセンサの
作動不良が発生するのを防止することができる。これに
加えて、スリップリングのように接触が不安定な状態に
なることもないので、センサ20等の誤動作が発生するの
を防止することができる。さらに、中空回転軸３内に制
御手段21を設け、制御手段21にも回転トランス31から電
流を供給しているため、電気系統をコンパクト化するこ
とができる。

【００３８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、センサに
回転トランスから電流を安定して供給することができ、
スリップリングや導電液体のように定期的な交換を行う
のを不要にすることができる。この結果、主軸部制御装
置の維持費を低減させることができる。

【００３９】また、回転トランスによって電流の供給を
行っているので、支持体と中空回転軸の間にスリップリ
ング等を介装するのを不要にでき、摩耗粉が中空回転軸
内に飛散するのを防止することができる。この結果、中
空回転軸を支持体に対して円滑に回転させることがで
き、主軸部の寿命を長くすることができるとともに、中
空回転軸と支持体の摺動面に摩耗粉除去用のエアカーテ
ン等を設けるのを不要にして、主軸部のコストを低減さ
せることができる。

【００４０】また、導電液体のように電気的なショート
が発生することがないため、電気系統の発火やセンサの
作動不良が発生するのを防止することができる。これに
加えて、スリップリングのように接触が不安定な状態に
なることもないので、センサ等の誤作動が発生するのを
防止することができる。請求項２記載の発明によれば、
支持体と回転軸の間に回転トランスを介装するととも
に、この回転トランスをモータに接続し、また、請求項
３記載の発明によれば、支持体と回転軸の間に回転トラ
ンスを介装するとともに、この回転トランスをモータお
よびセンサに接続しているので、センサあるいは、モー
タおよびセンサにバッテリーから電流を安定して供給す
ることができ、請求項１記載の発明と同様の効果を得る
ことができる。

【００４１】さらに、請求項４記載の発明によれば、中
空回転軸内にセンサの出力情報に基づいてモータを制御
する制御手段を設け、この制御手段にも回転トランスか
ら電流を供給しているので、電気系統をコンパクト化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る工作機械の主軸部制御装置の一実
施例を示すその要部断面図である。

【図２】その中空回転軸の内部の電気系統の概略構成図
である。

【図３】その中空回転軸と支持体側の電気系統の構成図
である。

【符号の説明】

１ 本体ケース(支持体) ３ 中空回転軸 ４ パルスモータ(モータ) 17 面板 18 工具(刃物) 19 面板移動機構 20 センサ 21 制御手段 31 回転トランス 32 １次コイル 33 ２次コイル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持体に回転自在に支持された中空回転軸
   と、該中空回転軸の前部に設けられ工具が取付けられた
   面板と、面板に設けられたセンサと、を備え、前記セン
   サの出力情報に基づいて工具の位置制御を行うようにし
   た工作機械の主軸部制御装置において、前記中空回転軸
   および支持体の間に回転トランスを介装し、該回転トラ
   ンスを支持体に取付けられた１次コイルおよび中空回転
   軸に取付けられた２次コイルから構成し、２次コイルを
   センサに接続したことを特徴とする工作機械の主軸部制
   御装置。
2. 【請求項２】支持体に回転自在に支持された中空回転軸
   と、該中空回転軸の前部に放射方向の直線運動自在に設
   けられた面板と、該面板に取付けられた工具と、を備え
   た工作機械であって、中空回転軸内に設けられたモータ
   と、該モータと面板の間に設けられ、モータの回転を面
   板の放射方向の直線運動に変換する面板移動機構と、前
   記中空回転軸および支持体の間に介装された回転トラン
   スと、を備え、前記回転トランスを支持体に取付けられ
   た１次コイルおよび中空回転軸に取付けられた２次コイ
   ルから構成するとともに、２次コイルをモータに取付け
   ることを特徴とする工作機械の主軸部制御装置。
3. 【請求項３】支持体に回転自在に支持された中空回転軸
   と、該中空回転軸の前部に放射方向の直線運動自在に設
   けられた面板と、該面板に取付けられた工具と、面板に
   設けられたセンサと、を備え、前記センサの出力情報に
   基づいて面板を放射方向の直線運動に移動させるように
   した工作機械において、前記中空回転軸内に設けられた
   モータと、該モータと面板の間に設けられ、モータの回
   転を面板の放射方向の直線運動に変換する面板移動機構
   と、中空回転軸および支持体の間に介装された回転トラ
   ンスと、を備え、前記回転トランスを支持体に取付けら
   れた１次コイルおよび中空回転軸に取付けられた２次コ
   イルから構成するとともに、２次コイルをモータおよび
   センサに接続したことを特徴とする工作機械の主軸部制
   御装置。
4. 【請求項４】前記中空回転軸内にセンサの出力情報に基
   づいてモータを制御する制御手段を設け、前記２次コイ
   ルを制御手段にも接続したことを特徴とする請求項３記
   載の工作機械の主軸部制御装置。