JPH07328820A - 自動旋盤のコレットチャック開閉方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】作業者による調整のバラツキがなく、迅速に常
に適正なチャック力を得る。加工工程でチャック力を変
更すること及び棒材の外径に寸法のバラツキがあっても
常に一定のチャック力で把持する。コレットチャック開
閉時間の短縮を図る。コレットチャック開閉確認用のセ
ンサー及びボビンの移動量を決めるストッパーが不要
で、メンテナンスに優れる。 【構成】サーボ制御されたアクチュエータで、ボビン３
０をコレットチャック１７の把持力に対応する所定の押
圧力でコレットチャック１７の閉方向に摺動させて、ボ
ビン３０のテーパ部３１ａをフィンガー２７と主軸２の
外径との間に挿入してフィンガー２７を押し開き、予め
設定した第１の押圧力にアクチュエータの出力が達した
ところで該アクチュエータの駆動を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動旋盤のコレットチャ
ック開閉方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６、図７及び図８は従来の自動旋盤を
示す。図６に示すように、棒材１を貫通するために中空
に形成された主軸２は、軸受３、４を介して主軸台５及
び該主軸台５に固定された軸受ホルダ６に回転自在に支
承されている。主軸２の後方部には、キー７を介してプ
ーリ８が固定されており、プーリ８には図示しない主軸
駆動用モータからの駆動力がベルト９を介して伝えら
れ、主軸２が回転する。

【０００３】主軸２の内部には、ほぼ中央から前端側に
わたって中空軸１５とチャックスリーブ１６が主軸２と
共に回転可能で、かつ主軸中心線方向に摺動可能に嵌挿
されている。チャックスリーブ１６の前端部の内部に
は、棒材１を把持するコレットチャック１７が前端部の
テーパ部及び後端部のストレート部によって嵌挿されて
おり、コレットチャック１７はチャックスリーブ１６内
に装着された圧縮コイルばね１８で前方方向に付勢され
ている。また主軸２の最先端にはコレットチャック１７
の前端部を受けるキャップナット１９が螺着されてい
る。

【０００４】前記中空軸１５の後方の主軸２の外径部に
は、フィンガーホルダー２５が装着されており、フィン
ガーホルダー２５には２個の支軸２６が回転自在に支承
されており、支軸２６にはフィンガー２７が固定されて
いる。ここで、フィンガー２７は、内側部の前端部に中
空軸１５の後端部を押圧する押圧部２７ａを有し、外側
部の前端部にフィンガー２７を回動させる作動部２７ｂ
を有している。フィンガーホルダー２５の後端部の主軸
２の外径部には、調整ナット２８が螺合されており、こ
の調整ナット２８によってフィンガーホルダー２５の位
置、即ちフィンガー２７の位置を調整するようになって
いる。

【０００５】フィンガー２７の前方の主軸２の外径部に
は、ボビン３０が主軸２に対して回転及び摺動自在に嵌
挿されており、ボビン３０の内輪３１は前記フィンガー
２７の方向に伸び、後端部にはフィンガー２７の作動部
２７ｂに作用するテーパ部３１ａが形成されている。ボ
ビン３０の外輪３２にはボビン作動駒３３が固定されて
いる。ボビン作動駒３３の外周には溝３３ａが形成され
ており、溝３３ａにはチャック開閉レバー３４の一端部
に固定されたピン３５が嵌挿されている。

【０００６】図７及び図８に示すように、チャック開閉
レバー３４は、主軸台５に支軸４０を介して回転自在に
支承されており、チャック開閉レバー３４の他端部には
ピン４１が固定されている。主軸台５には、シリンダ取
付板４２を介して油圧シリンダ４３が固定されており、
油圧シリンダ４３の作動ロッドに固定された作動駒４４
の溝４４ａに前記ピン４１が挿入されており、作動駒４
４に対応した主軸台５の部分にマイクロスイッチ等のセ
ンサー４５が固定されている。また主軸台５には、スト
ッパ取付ブロック４６が固定され、ストッパ取付ブロッ
ク４６には油圧シリンダ４３の作動ロッドの先端に対向
してストッパ４７が螺合されている。

【０００７】次に作用について説明する。図６乃至図８
はいずれもコレットチャック１７が棒材１を把持した状
態を示す。棒材１を把持しない状態では、油圧シリンダ
４３の作動ロッドは突出し、作動ロッド先端の作動駒４
４はストッパ４７に当接した状態にあり、ボビン３０は
図６において左方向に移動しており、フィンガー２７の
作動部２７ｂは主軸２の外周に当接している。この状態
より油圧シリンダ４３が作動して作動ロッドが引っ込
み、チャック開閉レバー３４は支軸４０を中心として図
８において反時計方向に回動する。チャック開閉レバー
３４が反時計方向に回動すると、ボビン３０はピン３５
を介して右方向に移動し、フィンガー２７の作動部２７
ｂがボビン３０のテーパ部３１ａを乗り越えて外径部に
達する。これにより、フィンガー２７は作動部２７ｂが
外側に開く方向に支軸２６を中心として回動し、フィン
ガー２７の押圧部２７ａは中空軸１５の後端を左側に向
かって押す。中空軸１５が左方向に移動すると、チャッ
クスリーブ１６も左方向に移動してコレットチャック１
７の前端面をキャップナット１９に押圧し、更にチャッ
クスリーブ１６の内側テーパ面がコレットチャック１７
の外側テーパ面を押圧してコレットチャック１７を閉じ
る方向に変形させ、コレットチャック１７は棒材１をチ
ャック（把持）する。

【０００８】このように、フィンガー２７の作動部２７
ｂが主軸２の外径部よりボビン３０のテーパ部３１ａを
乗り越えて内輪３１の外径部に達するまでのフィンガー
２７の回動量、即ちフィンガー２７の押圧部２７ａが左
方向に移動する量によって棒材１をチャックするので、
コレットチャック１７のチャック力の調整は、手動で調
整ナット２８を回してフィンガーホルダー２５の位置、
即ちフィンガー２７の押圧部２７ａの位置を調整するこ
とによって行う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、手動
で調整ナット２８を回してコレットチャック１７のチャ
ック力を調整するので、手間が掛かると共に、特殊な高
度の技術を要し、また熟練度による調整のバラツキが大
きい等の問題があった。また加工工程においては、例え
ば外径の粗削りは強いチャック力で把持して強力に切削
し、中心孔を加工した後の薄肉の中空部の中ぐり等の工
程では、ワークを変形させないように弱いチャック力で
把持させることが好ましいが、加工工程の途中でチャッ
ク力を変更させることは不可能であった。更に棒材１の
外径に寸法のバラツキがあった場合、チャック力が変動
するという問題があった。

【００１０】またコレットチャック１７を閉じた場合に
おけるフィンガー２７の作動部２７ｂは、ボビン３０の
内輪３１の外径部の位置で常に固定（一定）であり、ボ
ビン３０の移動量に余裕を見ておく必要があるので、コ
レットチャック１７のチャック開閉時間のタイムロスが
あった。またチャックの開閉を確認するためのセンサー
４５が必要であり、センサー４５の故障等の問題があっ
た。また油圧シリンダ４３の圧力が直接ストッパ４７に
掛かるので、ストッパ４７の破損、磨耗等の問題があっ
た。更にセンサー４５及びストッパ４７は、機械の裏側
（背面側）に設けられているので、メンテナンスの点で
も問題があった。

【００１１】本発明の第１の目的は、作業者による調整
のバラツキがなく、迅速に常に適正なチャック力になる
自動旋盤のコレットチャック開閉方法を提供することに
ある。

【００１２】本発明の第２の目的は、加工工程の途中で
チャック力を変更すること及び棒材の外径に寸法のバラ
ツキがあっても常に一定のチャック力で把持することが
できる自動旋盤のコレットチャック開閉方法を提供する
ことにある。

【００１３】本発明の第３の目的は、コレットチャック
開閉時間の短縮が図れる自動旋盤のコレットチャック開
閉方法を提供することにある。

【００１４】本発明の第４の目的は、コレットチャック
開閉確認用のセンサー及びボビンの移動量を決めるスト
ッパーが不要で、メンテナンスに優れた自動旋盤のコレ
ットチャック開閉方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の方法は、主軸と、該主軸に嵌挿された
中空軸及びチャックスリーブと、該チャックスリーブに
嵌挿された棒材把持用のコレットチャックと、前記中空
軸の後方端の近傍の主軸の所定位置に外嵌して固定され
たフィンガーホルダーと、該フィンガーホルダーに揺動
自在に保持された複数個のフィンガーと、前記フィンガ
ーホルダーの前方側の主軸に軸方向に摺動自在に外嵌さ
れたボビンとを有し、ボビンをフィンガーと主軸の外径
との間に挿入し、フィンガーが押し開かれて揺動するこ
とによって中空軸を介してチャックスリーブが軸方向に
移動して、コレットチャックを開閉する自動旋盤におい
て、サーボ制御されたアクチュエータで、ボビンをコレ
ットチャックの把持力に対応する所定の押圧力でコレッ
トチャックの閉方向に摺動させて、ボビンのテーパ部を
フィンガーと主軸の外径との間に挿入してフィンガーを
押し開き、予め設定した第１の押圧力にアクチュエータ
の出力が達したところで該アクチュエータの駆動を停止
することを特徴とする。

【００１６】上記目的を達成するための本発明の第２の
方法は、前記第１の方法において、予め設定した第１の
押圧力に前記アクチュエータが達し、コレットチャック
閉方向へのアクチュエータの駆動を停止した後に、該ア
クチュエータをコレットチャック開方向に僅かに駆動す
ることを特徴とする。

【００１７】上記目的を達成するための本発明の第３の
方法は、前記第１の方法において、予め設定した第１の
押圧力に前記アクチュエータが達し、コレットチャック
閉方向へのアクチュエータの駆動を停止した後に、該ア
クチュエータの押圧力を前記第１の押圧力より低い第２
の押圧力に下げることを特徴とする。

【００１８】

【作用】ボビンは所定の圧力で軸方向に押圧するサーボ
制御されたアクチュエータで駆動されるので、ボビンの
軸方向の押圧力を制御することにより、コレットチャッ
クとボビンのテーパ部との係止位置を制御することがで
きる。即ち、コレットチャックのチャック力を任意に制
御できる。このため、加工工程の途中においても、ワー
クの加工状態に応じてチャック力が変更できる。またボ
ビンの軸方向の押圧力を一定に設定しておくことによ
り、棒材の外径に寸法のバラツキがあっても、常に一定
のチャック力で棒材を把持させることができる。

【００１９】第２の方法は、予め設定した第１のトルク
値に達した後に開方向に僅かに駆動するので、フィンガ
ーからコレットチャックまでの間に溜まった応力は解除
される。また第３の方法は、予め設定した第１のトルク
値より低い第２のトルク値、即ちコレットチャックがそ
の位置を保持するのに十分な弱めの第２のトルク値で保
持するので、コレットチャックに必要以上に大きな負荷
を与えることなく、ボビンの軸受部等の磨耗が低減す
る。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図５によ
り説明する。なお、図６乃至図８と同じ又は相当部材に
は、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。そし
て、図１に示す主軸の断面構造は、図６に示す構造とボ
ビン３０の形状が異なるのみであり、その他は同じ構造
となっている。即ち、図６に示す従来技術に比べてボビ
ン３０の内輪３１の外径部が大径となっており、テーパ
部３１ａは長いテーパ面となっている。

【００２１】チャック開閉レバー３４の駆動機構は、図
２に示すように、主軸台５にハウジング５０が固定さ
れ、ハウジング５０の一端側には軸受ホルダ５１、５２
が固定されている。軸受ホルダ５１、５２には、軸受５
３、５４を介してボールネジ５５が回転自在に支承され
ており、ボールネジ５５のネジ部には軸方向にのみ移動
可能で回転不能な雌ネジ部材５６が螺合されている。前
記ハウジング５０の他端側にはサーボ制御されるサーボ
モータ５８が固定されており、サーボモータ５８の出力
軸と前記ボールネジ５５とはカップリング５９で結合さ
れている。

【００２２】図４はコレットチャック１７の開閉指令制
御装置を示す。開閉指令制御装置は、サーボモータ５８
のトルクを測定するトルク測定手段６５と、サーボモー
タ５８のトルクを所定のトルクに予め設定するために手
動入力されるトルク設定手段６６と、トルク設定手段６
６によって設定されたトルクを記憶する設定トルク記憶
手段６７と、トルク測定手段６５の測定結果がトルク記
憶手段６６に記憶されたトルクに達したか否かを判定す
る判定手段６８と、ボビン３０の開位置を記憶するボビ
ン開位置記憶手段６９とを有する。サーボモータ５８は
図５に示すタイミングチャートによって制御装置７０に
よって制御される。またボビン３０とフィンガー２７と
の位置関係及びサーボモータ５８のトルク等は、モニタ
ー装置７１に表示される。

【００２３】次にチャック開閉動作の制御について説明
する。まず、コレットチャック１７が棒材１を把持しな
いチャック開時におけるボビン３０の内輪３１とフィン
ガー２７との位置関係を調整する。チャック開時には、
雌ネジ部材５６は図２に２点鎖線で示す右方向に位置し
ている。この場合、内輪３１とフィンガー２７がフリー
状態（フィンガー２７の作動部２７ｂが内輪３１のテー
パ部３１ａより離れた状態）になると、主軸２を高速回
転から停止させた時における主軸２の停止時に内輪３１
が空回りし、主軸２との嵌合部が磨耗し易い。

【００２４】そこで、チャック開時は、図３に示すよう
に、フィンガー２７の作動部２７ｂが内輪３１のテーパ
部３１ａにやや乗り上げた状態が好ましい。この状態
は、インプットキーなどの手動入力手段を押してサーボ
モータ５８にパルスを入力し、フィンガー２７の作動部
２７ｂが僅かに内輪３１のテーパ部３１ａに乗り上げた
位置に調節する。このボビン３０の開位置は、ボビン開
位置記憶手段６９に記憶させる。以後、チャック閉状態
よりチャック開状態にする時は、制御装置７０はボビン
開位置記憶手段６９に記憶されたボビン３０の開位置を
読み出してサーボモータ５８を制御する。

【００２５】次にチャック閉動作について説明する。図
５に示すように、予め適正なチャック力が得られるよう
なチャック閉用トルク値Ｑａと、このチャック閉用トル
ク値Ｑａより僅かに大きい最大トルク値Ｑｂと、コレッ
トチャック１７が閉じられた後、この位置を保持するた
めの保持トルク値Ｑｃとをトルク設定手段６６で設定し
てトルク記憶手段６７に記憶する。そこで、サーボモー
タ５８の閉起動をＯＮにすると、ボールネジ５５は指定
した速度Ｖ１で回転し、雌ネジ部材５６は左方向（チャ
ック閉位置方向）に移動する。雌ネジ部材５６が左方向
に移動すると、チャック開閉レバー３４が反時計方向に
回動し、ボビン３０の内輪３１のテーパ部３１ａによっ
てフィンガー２７は開く方向に支軸２６を中心として回
動し、フィンガー２７の押圧部２７ａが中空軸１５を介
してチャックスリーブ１６を図１左方向に押してコレッ
トチャック１７が閉じる。そして、サーボモータ５８の
出力トルクが最大トルク値Ｑｂに達すると、サーボモー
タ５８の回転は停止して雌ネジ部材５６の左方向の移動
は停止する。この場合、フィンガー２７の作動部２７ｂ
は、内輪３１のテーパ部３１ａの途中で停止するように
テーパ部３１ａは形成されている。

【００２６】次にサーボモータ５８は雌ネジ部材５６を
右方向（チャック開方向）に移動させるように速度Ｖ２
で僅かに逆回転する。このように、サーボモータ５８を
逆回転させることにより、フィンガー２７からコレット
チャック１７までの間に溜まった応力は解除される。そ
して、サーボモータ５８がチャック閉用トルク値Ｑａに
達するとサーボモータ５８の回転は停止する。これによ
り、コレットチャック１７の閉動作は終了する。しか
し、コレットチャック１７が閉じた後、常時チャック閉
に必要なチャック閉用トルク値Ｑａをコレットチャック
１７に与えたままだと、必要以上に大きな負荷を与えた
ままになり、ボビン３０の軸受部等が磨耗してしまうの
で、一旦チャック閉の動作が終了したら、コレットチャ
ック１７がその位置を保持するのに十分な弱めの保持ト
ルク値Ｑｃに変更する。これにより、ボビン３０は保持
トルク値Ｑｃでフィンガー２７を係止する。

【００２７】コレットチャック１７の開動作は、サーボ
モータ５８が逆回転し、雌ネジ部材５６は図２において
実線の状態より２点鎖線で示すように右方向に移動す
る。従って、チャック開閉レバー３４も支軸４０を中心
として実線の状態より２点鎖線で示すように時計方向に
回動する。これにより、ボビン３０は図３に示すように
左方向に移動し、フィンガー２７は閉じる方向に回動し
てフィンガー２７の作動部２７ｂは僅かに内輪３１のテ
ーパ部３１ａに乗り上げた状態となる。前記のようにフ
ィンガー２７が閉じる方向に回動すると、中空軸１５及
びチャックスリーブ１６は図１において右方向に移動
し、コレットチャック１７が開く。

【００２８】このように、サーボモータ５８でボビン３
０を軸方向に押圧し、フィンガー２７をボビン３０の押
圧力で定まるテーパ部３１ａの途中で係止するように制
御する。従って、チャック閉用トルク値Ｑａを変えるこ
とにより、そのチャック閉用トルク値Ｑａに対応するテ
ーパ部３１ａとフィンガー２７の作動部２７ｂとの位置
関係が得られ、チャック力を変えることができる。

【００２９】このため、加工工程の途中において、外形
の粗削りは強いチャック力で棒材１を把持させ、中心孔
を加工した後の薄肉の中空部材の中ぐり等の工程では、
ワークを変形させないように弱いチャック力で把持させ
るようにチャック力を変更することができる。またサー
ボモータ５８のトルクによってチャック力を調整するの
で、棒材１の外径に寸法のバラツキがあっても、常に一
定のチャック力で把持させることができる。

【００３０】また前記したコレットチャック１７のチャ
ック力の調整は、トルク設定手段６６で入力設定するの
みで自動で行われるので、作業者による調整のバラツキ
がなく、迅速に常に適正なチャック力になるようにする
ことが可能である。またチャック開閉のためのボビン３
０の移動量に余裕を見る必要がなく、最短の移動量に設
定できるので、チャック開閉時間の短縮が図れる。また
チャック開閉位置を確認するためのセンサー、ボビン３
０の移動量を規制するストッパー等が不要であり、メン
テナンスの点でも優れている。

【００３１】なお、上記実施例は、サーボ制御されたア
クチュエータとして、サーボモータ５８を使用したが、
サーボモータ５８に代え、例えばサーボ制御された油圧
モータ、油圧シリンダ等を使用してもよい。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、ボビンは所定の圧力で
軸方向に押圧するサーボ制御されたアクチュエータで駆
動するので、ボビンの軸方向の押圧力を制御することに
より、コレットチャックのチャック力を任意に制御でき
る。このため、加工工程の途中においても、ワークの加
工状態に応じてチャック力を変更することができる。ま
たボビンの軸方向の押圧力を一定に設定しておくことに
より、棒材の外径に寸法のバラツキがあっても、常に一
定のチャック力で棒材を把持させることができる。

【００３３】また作業者による調整のバラツキがなく、
迅速に常に適正なチャック力になるように調整が可能で
あると共に、ボビンを最短移動量に設定でき、コレット
チャック開閉時間の短縮が図れる。またコレットチャッ
ク開閉確認用のセンサー及びボビンの移動量を決めるス
トッパーが不要で、メンテナンスにも優れている。

【００３４】また予め設定した第１のトルク値に達した
後に開方向に僅かに駆動すると、フィンガーからコレッ
トチャックまでの間に溜まった応力は解除される。また
予め設定した第１のトルク値に達した後に該第１のトル
ク値より低い第２のトルク値にすると、コレットチャッ
クに必要以上に大きな負荷を与えることなく、ボビンの
軸受部等の磨耗が低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動旋盤のコレットチャック開閉機構
の一実施例を示す主軸の正面断面図である。

【図２】チャック閉状態の図１の要部平面図である。

【図３】チャック開状態の図１の要部を示す正面断面図
である。

【図４】コレットチャックの開閉指令制御装置のブロッ
ク図である。

【図５】チャック閉動作のタイミングチャート図であ
る。

【図６】従来の自動旋盤のコレットチャック開閉機構を
示す主軸の正面断面図である。

【図７】図６の要部背面図である。

【図８】図６の要部平面図である。

【符号の説明】

１５ 中空軸 １６ チャックスリーブ １７ コレットチャック ２７ フィンガー ２７ａ 押圧部 ２７ｂ 作動部 ３０ ボビン ３１ａ テーパ部 ３４ チャック開閉レバー ５５ ボールネジ ５６ 雌ネジ部材 ５８ サーボモータ ６５ トルク測定手段 ６６ トルク設定手段 ６８ 判定手段 ６９ ボビン開位置記憶手段 ７０ 制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金谷 昭秀 埼玉県所沢市下富840番地 シチズン時計 株式会社所沢事業所内 (72)発明者 山下 秀一郎 埼玉県所沢市下富840番地 シチズン時計 株式会社所沢事業所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸と、該主軸に嵌挿された中空軸及び
   チャックスリーブと、該チャックスリーブに嵌挿された
   棒材把持用のコレットチャックと、前記中空軸の後方端
   の近傍の主軸の所定位置に外嵌して固定されたフィンガ
   ーホルダーと、該フィンガーホルダーに揺動自在に保持
   された複数個のフィンガーと、前記フィンガーホルダー
   の前方側の主軸に軸方向に摺動自在に外嵌されたボビン
   とを有し、ボビンをフィンガーと主軸の外径との間に挿
   入し、フィンガーが押し開かれて揺動することによって
   中空軸を介してチャックスリーブが軸方向に移動して、
   コレットチャックを開閉する自動旋盤において、サーボ
   制御されたアクチュエータで、ボビンをコレットチャッ
   クの把持力に対応する所定の押圧力でコレットチャック
   の閉方向に摺動させて、ボビンのテーパ部をフィンガー
   と主軸の外径との間に挿入してフィンガーを押し開き、
   予め設定した第１の押圧力にアクチュエータの出力が達
   したところで該アクチュエータの駆動を停止することを
   特徴とする自動旋盤のコレットチャック開閉方法。
2. 【請求項２】 予め設定した第１の押圧力に前記アクチ
   ュエータが達し、コレットチャック閉方向へのアクチュ
   エータの駆動を停止した後に、該アクチュエータをコレ
   ットチャック開方向に僅かに駆動することを特徴とする
   請求項１記載の自動旋盤のコレットチャック開閉方法。
3. 【請求項３】 予め設定した第１の押圧力に前記アクチ
   ュエータが達し、コレットチャック閉方向へのアクチュ
   エータの駆動を停止した後に、該アクチュエータの押圧
   力を前記第１の押圧力より低い第２の押圧力に下げるこ
   とを特徴とする請求項１記載の自動旋盤のコレットチャ
   ック開閉方法。