JPH06304848A - 工具ホルダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑な信号処理回路を不要とする過負荷検出
用工具ホルダを得る。 【構成】 切削中の工具に過負荷が加わるまでは、変位
検出子３１、基準検出子３５は回動隙間Ｓを保って回転
し、近接スイッチ４５の前面をＡ，Ｃ位置のように各検
出子３１，３５が単体で通過しても、あるいはＢ位置の
ように２つの検出子３１，３５が隙間Ｓを保って通過し
ても、円周方向長さが不足しているので近接スイッチ４
５は検出しない。過負荷トルク、あるいは過負荷スラス
トの発生により、両検出子３１，３５が接近し、これに
より２つの検出子３１，３５間にまたがる円周方向長さ
が、近接スイッチ４５の検知し得る長さとなり、近接ス
イッチ４５は検出信号（ＯＮ信号）を過負荷信号として
出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は切削加工中に回転工具
に過負荷が生じた時に、これを検出して工具切損前に工
具交換や機台停止などを行わせる過負荷検出機能を有す
る工具ホルダに関する。

【０００２】

【従来の技術】過負荷トルクのみを検出するものとして
例えば特開平３−２４５９５１号がある。また、過負荷
トルクと過負荷スラストを検出するものとして特開平３
−２４５９５０号がある。これらは工具保持筒がホルダ
軸に回動自在に支持されており、前者では、過負荷トル
クが、また、後者ではこれに加えて過負荷スラストが工
具保持筒の工具に加わると、内蔵したばねのばね力に抗
して工具保持筒がホルダ軸に対して所定量相対回動し、
互いに臨み合う検出子間の円周方向の相対位置が変化し
て両検出子によって形成される検出域の円周方向長さが
変わり、この変化した検出域を近接スイッチなどのセン
サで検出し、パルス発生器により生成される基準パルス
の数をカウンターでカウントし、このカウントしたパル
ス数と予め設定されている許容値を比較回路で比較し、
工具保持筒とホルダ軸の回転ずれを検出して、過負荷信
号を出力していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、基準
パルスを生成するパルス発生器や、これをカウントする
カウンター及びカウンター内のパルス数と設定値を比較
する比較回路などの複雑な信号処理回路が必要となり、
製造上高価となったり、あるいは複雑な故に故障も生じ
易い欠点もあった。この発明の課題は、これらの複雑な
信号処理回路を一切用いないで過負荷を検出できる工具
ホルダを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、この課題解
決のために、工具保持筒先端の工具が過負荷となるまで
は、工具ホルダ内のばね力で工具保持筒とホルダ軸の検
出子間に所定量の回動隙間が保たれ、過負荷となると工
具保持筒とホルダ軸間に相対回動を生じてそれらの検出
子間の円周方向の相対位置が変化することをセンサでと
らえるようにした過負荷検出システムにおいて、前記各
検出子の円周方向長さを、夫々各検出子単体ではセンサ
が検知不能で、過負荷時に両者が接近した接近位置関係
となったときに検知可能な長さに設定し、かつ、両者間
の回動隙間は、過負荷となるまでは両者が接近位置関係
とならない隙間に設定されていることを特徴とする。

【０００５】

【作用】この発明の工具ホルダでは、工具負荷が過負荷
となるまでは工具保持筒とホルダ軸に設けた検出子が接
近位置関係とならず、従ってセンサは検出子を検出しな
い。工具負荷が過負荷となって工具保持筒がホルダ軸に
対して相対回動して検出子が接近位置関係となると、２
つの検出子を合せた長さがセンサ検知可能長さとなるの
で、センサは接近位置関係となった２つの検出子を検出
して、検出信号を出力する。このように過負荷となるま
では全く検出信号が無く、過負荷となると検出信号が出
力されるので、センサからの検出信号の有無で過負荷が
判り、従来のような複雑な信号処理回路が不要となる。

【０００６】

【実施例】次に、図面において本願の工具ホルダ１の実
施例について説明する。ホルダ軸２は、テーパシャンク
に形成されたホルダ本体３にホルダ軸側検出リング４を
ねじ止めして構成されている。ホルダ本体３の中心より
前方に突出する支持筒部５内には、スラスト力伝達ピン
６が軸方向移動自在に嵌装され、このスラスト力伝達ピ
ン６は、ホルダ本体３の取付孔７内に設けたスラスト荷
重設定ばね８により前方に付勢されている。このスラス
ト荷重設定ばね８は、後述の工具保持筒１１に保持され
た工具１２にかかるスラスト荷重を受けるもので、バネ
力の設定値は使用される工具と対応する過負荷スラスト
荷重であり、この設定荷重を越えるまでは軸線方向にた
わまない。

【０００７】次に、工具保持筒１１は工具１２を保持す
るコレットチャック部１３後端に、支持スリーブ１４の
フランジ部１４ａをねじ止めして構成されている。この
支持スリーブ１４内周面と、前記支持筒部５外周面の間
にはころがり軸受１５が介在され、ホルダ軸２に対して
工具保持筒１１は回動自在かつ軸方向移動自在に支持さ
れている。尚、このころがり軸受１５は多数のボール１
６を剛性の高い保持器１７で転動自在に保持し螺旋状に
配列した周知のものである。また、支持スリーブ１４の
フランジ部１４ａと前記ホルダ軸側検出リング４は、ホ
ルダ軸２の回転を工具保持筒１１へ伝えるねじりコイル
ばね１８により連結され、ホルダ軸２に対して工具保持
筒１１を工具ホルダ１の回転方向と同方向（図３矢印
Ｚ）へ付勢している。このねじりコイルばね１８は、一
部が前記ころがり軸受１５の外側を囲むように即ち前記
ころがり軸受１５の外側で一部が軸線方向位置を重ねて
配設されており、従って工具ホルダ１は比較的全長が短
く、小型軽量となる。前記支持スリーブ１４のフランジ
部１４ａには後方に伸びる上下一対の位置決めピン２１
が植設されている（図２に示す）。この一対の位置決め
ピン２１は、保持筒側検出リング２２の内側フランジ部
２２ａに円周方向等ピッチで多数穿設された係止孔２３
のうち２つの係止孔２３内に係止されている。検出リン
グ２２はフランジ部１４ａ外周面とホルダ軸側検出リン
グ４の内周面に支持されて円周方向に回動自在でかつ、
軸方向に所定量移動可能となっており、その内側フラン
ジ部２２ａと前記ホルダ軸側の検出リング４前面との間
に介装した検出リング付勢バネ２４により前方に付勢さ
れている。従って、前記ねじりコイルばね１８のねじり
強さは、検出リング２２をばね力に抗して後方（図１の
右方）へ動かして検出リング２２の係止孔２３と支持ス
リーブ１４の位置決めピン２１の係合を外し、その状態
でホルダ軸２に対して工具保持筒１１を円周方向へ回動
した後、他の係止孔２３内に位置決めピン２１を係合さ
せることにより調整自在とされ、使用される工具１２と
対応する過負荷トルク荷重に設定されている。

【０００８】検出リング２２の外周には図２，３に示す
ように、複数個の凹部３０（本図では４個）が削設され
てその間が円周方向に等角度間隔（図３（ａ）に示す角
度θ（９０度）おき）の４つの変位検出子３１に形成さ
れている。変位検出子３１のスピンドル側端には４５度
の傾斜面３１ａが形成してある。検出リング４には、前
方へ円周方向に９０度間隔で４つの基準検出子３５が突
設され、各基準検出子３５の回転方向（図４のＺ方向）
前方には、前記傾斜面３１ａと当接する４５度の傾斜面
３６が形成してある。これらの傾斜面３１ａ，３６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の回動に変換する変換機
構３７を構成する。各基準検出子３５と変位検出子３１
とは互いにその間に臨んでおり、前記ねじりコイルばね
１８のばね力により工具保持筒１１がホルダ軸２に対し
てＺ方向に付勢されて前記傾斜面３１ａ，３６が当接し
ている状態（過負荷でない状態）では、変位検出子３１
と基準検出子３５間には回動隙間Ｓが存在するようにし
てある。

【０００９】各検出子３１，３５の円周方向長さは、主
軸ヘッド２７の前面に取付けたブラケット４０にねじ込
まれて、ナット４１により、検出子３１，３５に対して
ホルダ軸２の半径方向位置を調整可能とした近接スイッ
チ（センサ）４５の動作特性に基づいて設定される。即
ち、近接スイッチ４５と検出３１，３５の距離がある距
離Ｔのとき、夫々の検出子３１，３５の円周方向長さ
は、図３（ａ）のＡ，Ｃ位置で示すように、近接スイッ
チ４５の前面を検出子３１（３５）が単体で通過したと
き、近接スイッチ４５が検出不能な長さＬであって、両
検出子３１，３５が図３（ｂ），（ｃ）のように過負荷
により接した接近位置関係となったとき、両者を合わせ
た長さ２Ｌは近接スイッチ４５が検出可能な長さとなる
ように設定される。距離Ｔが変更されれば、この長さＬ
も変更される。そして、前記回動隙間Ｓは図３（ａ）の
Ｂ位置のように、近接スイッチ４５の前方を２つの検出
子３１，３５がその隙間Ｓを保って通過してもこれを検
知し得ない間隔に設定してある。

【００１０】近接スイッチ４５は工作機械の制御装置５
０に接続され、近接スイッチ４５からの検出子検出信号
（ＯＮ信号）が入力されると過負荷を判別して、直ちに
主軸２８をステップバックさせ、あるいは、この検出信
号を計数して工具の寿命を判定して工具交換を行わせる
ようにしてある。

【００１１】この構成の工具ホルダ１では、正常切削時
（過負荷でない時）には、ホルダ軸２の回転はねじりコ
イルばね１８を介して工具保持筒１１へ伝えられ、加工
が行われる。過負荷でないとき、ねじりコイルばね１８
のばね力で傾斜面３１ａ，３６が当接しており、変位検
出子３１と基準検出子３５は、図３（ａ）の状態を保っ
て回転する。この時検出子３１，３５が近接スイッチ４
５に対してＡ，Ｂ，Ｃ何れの位置関係となっても、検出
子３１，３５の円周方向長さが不足しているため近接ス
イッチ４５は検出子３１，３５を検出せず、また、凹部
３０では近接スイッチ４５はＯＦＦのままなので、回転
中の工具ホルダの全周にわたって検出信号（ＯＮ信号）
は出力されない。

【００１２】工具１２の切れ味が低下して工具１２に加
わるトルクがねじりコイルばね１８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３５に対し
て回転遅れを生じ、相対的に基準検出子３５が回動隙間
Ｓだけ回転して両検出子３１，３５は円周方向に接した
接近位置関係となり（図３（ｂ））、この時、２つの検
出子３１，３５を合せた円周方向長さは近接スイッチ４
５の特性から検出可能な長さ２Ｌとなるので、近接スイ
ッチ４５は検出信号（ＯＮ信号）を制御装置５０へ過負
荷信号として出力する。制御装置５０は、この信号によ
りステップバック等の工具保護動作、あるいは工具交換
動作を、工作機へ指令する。

【００１３】一方、工具摩耗で過負荷スラストが工具１
２に生じると、工具保持筒１１がスラスト荷重設定ばね
８のばね力に抗してホルダ軸２に対して軸方向に相対的
に後退し、傾斜面３１ａ，３６の係合で図３（ｃ）のよ
うに検出子３１，３５が上述したと同じように接近位置
関係となり、これによって２つの検出子３１，３５が近
接スイッチ４５で検出され、過負荷スラストが検出され
る。過負荷トルクと過負荷スラストの両方が同時に発生
した場合も同様である。

【００１４】本実施例では過負荷トルク、過負荷スラス
トの両方を検知できる工具ホルダ構造で説明したが、過
負荷トルクのみを検知できる構造であってもよい。ま
た、変換機構をホルダ外周部に設けたもので説明した
が、ホルダ内部に変換機構を有するものでもよい。ま
た、変位、基準検出子の組は４組に限らず、更に多数で
あってもよい。

【００１５】

【発明の効果】以上のようにこの発明の工具ホルダによ
れば、過負荷となるまでは工具保持筒とホルダ軸の検出
子は接近位置関係になく、過負荷となると工具保持筒が
ホルダ軸に対して相対回動して接近位置関係となり、し
かも検出子の円周方向長さを、検出子を検知するために
工具ホルダと組合せて用いられるセンサとの関係におい
て、検出子単体ではセンサが検知不能で、両検出子が接
近位置関係になったときのみにセンサが検出可能となる
長さとしてあるので、過負荷となるまではセンサから検
出子検出信号は全く出力されず、過負荷となったときに
検出子検出信号を出力するようにでき、この検出信号の
有無のみで過負荷の発生を知ることができ、従来のよう
な複雑な信号処理回路が不要となり、故障の少ない過負
荷検知システムが構築できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工具ホルダの縦断面図である。

【図２】図１のII−II線断面拡大図である。

【図３】変位・基準検出子の円周方向展開図である。

【符号の説明】

２ ホルダ軸、 ８ スラスト荷重設定ばね、 １１
工具保持筒、１２ 工具、 １８ ねじりコイルばね、
３１ 変位検出子、３１ａ 傾斜面、 ３５ 基準検
出子、 ３６ 傾斜面、４５ 近接スイッチ、 Ｓ 回
動隙間、 Ｌ 検出子の円周方向長さ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具保持筒をホルダ軸に対して回動自在
   に支持し、ホルダ軸側の検出子と工具保持筒側の検出子
   とを円周方向に所定量の相対回動を許すように互いに臨
   ませ、工具保持筒とホルダ軸間に、トルク伝達のための
   ばねを介在させ、工具保持筒先端の工具が過負荷となる
   までは、このばね力で検出子間に前記所定量の回動隙間
   が保たれ、過負荷となると工具保持筒とホルダ軸間に相
   対回動を生じてそれらの検出子間の円周方向の相対位置
   が変化することをセンサでとらえるようにした過負荷検
   出システムにおいて、前記各検出子の円周方向長さを、
   夫々各検出子単体ではセンサが検知不能で、過負荷時に
   両者が接近した接近位置関係となったときに検知可能な
   長さに設定し、かつ、両者間の回動隙間は、過負荷とな
   るまでは両者が接近位置関係とならない隙間に設定され
   ていることを特徴とする工具ホルダ。