JPH09295247A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 主軸自体に回転角度位相を認識する機能を具
備することなく、所定回転原位置以外の所望の停止位置
に主軸を効率よく回転位置決めする装置の提供 【構成】 主軸の工具把持部を開閉する機構が主軸と一
体回転し得る雄ねじ部材と固定側に固締・解放され得る
雌ねじ部材から構成され、主軸が回転原位置からの所要
回転角の回転によるねじ作動で工具把持部を閉じた後、
雌ねじ部材を解放して、主軸を加工回転すると共に、工
具把持部開放時には、回転原位置からの所要回転角の回
転位相で雌ねじ部材を固定して、主軸を回転原位置に戻
すことにより工具把持部を閉じる主軸装置において、前
記所要回転角の回転位相位決めは、制御装置において記
憶された主軸とは別の回転部材の同期模擬回転量に基づ
いて行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、切削工具が着脱可能
に装着される主軸装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術における切削工具が着脱可能
に装着されている主軸装置には、例えば特願平７−１６
３７６号のようなものがある。その主軸装置は、主軸先
端に形成されたテーパ穴に着脱自在に嵌着される切削工
具のテーパシャンクを把持・解放するシャンク把持部
と、主軸とに対し回転方向には一体的で、軸線方向には
滑動自在に嵌合し、軸線方向進退によりシャンク把持部
を開閉するシャンク把持部作動部材と、主軸に対し回転
自在に同心的に嵌着される環状ナット部材、環状ナット
部材の外周面の係止凹部に対し係合離脱自在に主軸ハウ
ジングに設けられ、係合により環状ナット部材を回転不
能に締着したり、離脱により環状ナット部材を解放した
りするクランプ用ピストンと、環状ナット部材に外周が
螺合すると共に、シャンク把持部作動部と結合した工具
クランプ作動駒とを具備している。

【０００３】そして、上記の従来の技術の主軸装置にお
いては、所定の回転原位置に停止している主軸に対し
て、切削工具交換で工具を装着する場合は、クランプ用
ピストンを環状ナット部材の外周面の係止凹部に係合さ
せて環状ナット部材を回転不能状態にしてから、主軸を
低速回転させることにより、回転不能状態の環状ナット
部材に対して螺合している工具クランプ作動駒を回転さ
せる。

【０００４】すると工具クランプ作動駒は、軸線方向に
変位し、それによりシャンク把持部作動部材も工具クラ
ンプ作動駒と共に変位する結果、シャンク把持部は閉じ
て切削工具のテーパシャンクを把持する。その際、切削
工具のテーパシャンクを適正に把持した状態では、主軸
の回転は所定のトルクに達する。それからクランプ用ピ
ストンを環状ナット部材の外周面の係止凹部から離脱さ
せ、環状ナット部材を主軸と共に回転可能状態にしてか
ら主軸の回転により加工が行われる。

【０００５】通常、主軸駆動装置には、主軸の所定の回
転原位置停止のための機能、即ちオリエンテーション機
能が具備されてはいるが、適正な把持のための所定のト
ルクに達するまで回転した主軸の角度位相を確認する機
能は具備されていない。そこで、図１４に示すように、
主軸装置には、主軸ハウジングに設けられ、環状ナット
部材１７の回転角度位相を検出する減速用近接スイッチ
２１・定位置確認用近接スイッチ１９及び環状ナット部
材１７の外周面に設けられた減速用近接スイッチ対応の
第１ターゲット２２・定位置確認用近接スイッチ１９対
応の第２ターゲット２０が具備されている。

【０００６】第２ターゲット２０が定位置確認用近接ス
イッチ１９に対向した位相関係では、クランプ用ピスト
ン１８が環状ナット部材１７の外周面の係止凹部１７ａ
に係合する状態にあり、第１ターゲット２２が減速用近
接スイッチ２１に対向すると、主軸４は、停止させら
れ、且つ寸動低速回転するようになっている。

【０００７】そして、加工が完了後の切削工具交換にお
いて、所定回転原位置に停止した主軸から切削工具を取
り外す場合は、切削工具把持において所定トルクに達す
るまでの低速回転した分を補償するように主軸４を回転
させなければ、クランプ用ピストン１８が環状ナット部
材１７の外周面の係止凹部１７ａに係合し得ない。しか
し、切削工具のテーパシャンクの形状・寸法やシャンク
把持部の寸法等により固締完了の所定トルクに達するま
での間における主軸の回転角は一定ではない。

【０００８】そこで、上記の従来の技術の主軸装置にお
ける工具交換に際しての主軸に対する切削工具の装着固
締・装着解放について、図１２、図１３及び図１４に従
って説明する。なお、便宜上、工具交換における使用済
の切削工具の主軸４からの解放に続く、次の工程で使用
する新しい切削工具の主軸４への装着固締を説明した後
で、その切削工具の主軸４からの装着解放を説明する。

【０００９】図１４（ａ）に示すように、１つの切削工
具による加工工程が終了した後において、工具交換で、
主軸４に対し使用済切削工具の工具ホルダが取外され、
新しい切削工具の工具ホルダが装着固締される時点で
は、主軸４は、回転原位置に回転位置決めされ、環状ナ
ット部材１７は、突出して係止凹部１７ａに押圧係合し
たクランプ用ピストン１８により回転不能に主軸ハウン
グ１に固定された状態にある。そして、シャンク把持部
は、工具装着解放状態である。

【００１０】そして、工具交換腕により使用済の切削工
具が主軸４から取り外された後、新しい切削工具は、マ
シニングセンタの主軸４に装着されるべく、切削工具の
シャンクが主軸４に挿入される。図１２におけるプロセ
スに従って工具装着固締を説明する。 ステップ１ 工具装着固締指令が出力される。

【００１１】ステップ２ すると、主軸は、寸動高速回転駆動される。主軸が左回
り寸動高速回転するが、環状ナット部材１７はクランプ
用ピストン１８で回転が阻止されているので、工具クラ
ンプ作動駒は後退し、工具クランプ作動駒の後退によ
り、シャンク把持部は、切削工具のシャンクを固締す
る。 ステップ３ 上記のようにして主軸４のみの左回り寸動高速回転が進
み、装着固締が進行し、回転角θで工具クランプ作動駒
の後退が阻止され、主軸４における切削工具のシャンク
の装着固締完了する。（図１４（ｂ）参照）

【００１２】ステップ４ 切削工具のシャンクの装着固締完了した段階で、クラン
プ用ピストン１８は、環状ナット部材１７の係止凹部１
７ａから離脱する。従って、環状ナット部材１７は主軸
４と共に回転自在となるので、主軸４の回転を阻止する
ものはなく、主軸４は回転駆動され得る。（図１４
（ｃ）参照） ステップ５ かくして、回転駆動される主軸４に装着固締された新し
い切削工具は、工作物に対し所望の切削加工を行う。

【００１３】続いて、上記の工具交換時の切削工具の装
着解放について説明する。前述において主軸４に装着固
締された切削工具による加工工程が終了し、主軸４は、
所定の回転原位置に位置決め停止され（図１４（ｄ）参
照）、次の切削工具との工具交換が行われことになる
と、工具装着解放が行われる。

【００１４】図１３におけるプロセスに従って工具装着
解放を説明する。 ステップ６ 工具装着解放指令が出力される。切削工具の装着解放す
るのには、環状ナット部材１７の固定のために環状ナッ
ト部材１７の係止凹部１７ａをクランプ用ピストン１８
に対向させなければならない。しかし、主軸４は、所定
の回転原位置に位置決め停止されるので、環状ナット部
材１７の係止凹部１７ａは、先の工具装着固締のために
主軸４が左回りに回転した回転角θ（図１４（ｂ）参
照）だけクランプ用ピストン１８の位置から偏位してい
る。（図１４（ｄ）参照）

【００１５】ステップ７ 主軸４は、右回りに高速寸動回転駆動される。すると、
主軸４に係止された環状ナット部材１７が一体的に右回
りに高速寸動回転される。（図１４（ｄ）参照） ステップ８ 第１ターゲット２２が減速用近接スイッチ２１に対向す
ると、第１ターゲット２２の位置が減速用近接スイッチ
２１で検出される。

【００１６】ステップ９ 第１ターゲット２２が減速用近接スイッチ２１で検出さ
れると、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａがクラン
プ用ピストン１８の位置に対向するように、主軸４の高
速寸動回転は止められる。（図１４（ｅ）参照） しかし、高速寸動回転のため主軸４は、オーバーランし
て停止するので、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａ
は、クランプ用ピストン１８の位置からずれた位置にな
る。（図１４（ｆ）参照）

【００１７】ステップ１０ 主軸４の回転原位置からのオーバーラン停止において
は、第１ターゲット２２の範囲が減速用近接スイッチ２
１に対向しているので、主軸４は、左回りに低速寸動回
転駆動される。 ステップ１１ 第２ターゲット２０が定位置確認用近接スイッチ１９に
対向すると、第２ターゲット２０の位置が定位置確認用
近接スイッチ１９で検出される。

【００１８】ステップ１２ 第２ターゲット２０が定位置確認用近接スイッチ１９で
検出されると、環状ナット部材１７の係止凹部１７ａ
は、クランプ用ピストン１８の位置に対向し、主軸４の
低速寸動回転は止められる。低速寸動回転のため、主軸
４は、正確に回転原位置に停止する。その状態では、環
状ナット部材１７の係止凹部１７ａは、クランプ用ピス
トン１８に対向する。（図１４（ｇ）参照） それから、クランプ用ピストン１８が突出して係止凹部
１７ａに押圧係合する。

【００１９】ステップ１３ クランプ用ピストン１８の係止凹部１７ａに対する押圧
係合により、環状ナット部材１７が回転不能の状態で、
主軸４は右回り回転して回転原位置に復帰位置決めされ
る。（図１４（ａ）参照） この状態は、先に述べた工具交換の最初の状態であっ
て、主軸４は、回転原位置にあり、シャンク把持部は、
工具装着解放状態である。そして環状ナット部材１７
は、突出して係止凹部１７ａに押圧係合したクランプ用
ピストン１８により回転不能に主軸ハウング１に固定さ
れた状態にある。即ち、次の切削工具との工具交換可能
状態である。 ステップ１４ 前回同様に次の切削工具との工具交換が行われる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上記の述べたように把
持された切削工具による加工が完了し、次の切削工具と
の交換において、使用済の切削工具を取り外す場合、所
定の回転原位置で停止した主軸をクランプ用ピストンが
環状ナット部材の外周面の係止凹部に係合し得るまで回
転位置決めするのに際し、その位置を検出する近接スイ
ッチを設け、近接スイッチの検出による停止での近接ス
イッチの誤検出を防止するべく、主軸の寸動回転を低速
で行うと、作動時間が長くなり非能率である。

【００２１】そのため、上記の従来の技術の主軸装置に
おいては、上記の寸動回転を低速だけでなく、減速用近
接スイッチ・定位置確認用近接スイッチによる二段検出
による高速寸動回転と低速寸動回転とに分けて行ってい
る。その作動について、図１５に従って説明すると、主
軸は、所定の回転原位置における停止状態の時点
（Ｔ₀ ）から高速寸動回転駆動され（速度ＶＲ）、環状
ナット部材１７の係止凹部１７ａがクランプ用ピストン
１８の位置に対向し、減速用近接スイッチにより第１タ
ーゲット２２が減速用近接スイッチ２１で検出された時
点（Ｔ₁ ）で、主軸４の高速寸動回転駆動は止められ
る。

【００２２】しかし、高速寸動回転のため主軸４は、オ
ーバーランして、時点（Ｔ₂ ）で停止すると共に、逆方
向に低速寸動回転駆動（速度ＶＬ）され、環状ナット部
材１７の係止凹部１７ａがクランプ用ピストン１８の位
置に対向し、第２ターゲット２０が定位置確認用近接ス
イッチ１９で検出された時点（Ｔ₃ ）で、主軸４の低速
寸動回転駆動は止められ、低速寸動回転のため主軸４は
環状ナット部材１７の係止凹部１７ａがクランプ用ピス
トン１８の位置に対向した位置に停止する。

【００２３】オーバーランの回転角（図１５の斜線三角
形面積）と低速寸動逆回転の回転角（図１５の斜線台形
面積）とは等しい。Ｔ₀ からＴ₁ までの時間を短縮する
ため高速寸動回転の速度を高めると、オーバーランの回
転角（図１５の三角形面積）が増大し、低速寸動逆回転
の回転角（図１５の斜線台形面積）も増大する。その結
果、Ｔ₂ からＴ₃ までの時間が増大してしまう。なお、
主軸４は環状ナット部材１７の係止凹部１７ａがクラン
プ用ピストン１８の位置に対向した位置に停止するため
には、低速寸動逆回転の速度は増大できない。

【００２４】従って、主軸を所定の回転原位置から環状
ナット部材１７の係止凹部１７ａがクランプ用ピストン
１８の位置に対向する位置まで割出し回転させる時間、
即ちＴ₀ からＴ₃ までの時間の短縮は困難である。又、
主軸駆動装置自体に主軸回転角度位相を認識する機能を
具備させることは、装置として高価となる欠点がある。
この発明は、高価である主軸回転角度位相を認識する機
能を具備することなく、所定回転原位置以外の所望の停
止位置に主軸を効率よく回転位置決めする機能を具備し
た主軸装置を提供することを目的としている。

【００２５】

【課題を解決するための手段】この発明の主軸装置は、
回転自在に支承された主軸；主軸を回転駆動する主軸モ
ータ；前記主軸に設けられ、工具のシャンクを固締・解
放するシャンク把持部；前記主軸に軸線方向変位自在に
設けられ、その変位により前記シャンク把持部を開閉す
るシャンク把持部作動部材；前記主軸に対し回転自在に
同心的に設けられ、内周に雌ねじ部が形成された環状ナ
ット部材；シャンク把持部の開閉作動時に環状ナット部
材を回転不能に締着する環状ナット部材締着手段；主軸
に対し回転方向には一体的に、且つ軸線方向に進退自在
に設けられ環状ナット部材の雌ねじ部に螺合し、シャン
ク把持部作動部材に結合された工具クランプ駒；前記主
軸とは別に回転駆動される回転部材；及び前記主軸モー
タ及び前記回転部材の回転駆動を制御する制御装置から
構成されている。

【００２６】そして、前記制御装置は、前記シャンク把
持部によるシャンク固締完了を前記主軸の回転駆動にお
いて判定する判定手段；前記主軸の回転に同期させて前
記回転部材を制御信号上のみで回転駆動させる同期回転
制御手段；シャンク固締時に、シャンク解放状態の前記
主軸の回転原位置から環状ナット部材締着手段により環
状ナット部材が回転不能状態でシャンク固締完了位置ま
で該主軸が回転する回転角を該主軸と同期回転する前記
回転部材の同期回転制御信号から算出する演算手段；前
記主軸の回転原位置に前記演算手段で算出した前記回転
角を加味したシャンク解放開始位置を記憶する記憶手段
の機能；を具備し、シャンク解放時に、シャンク固締状
態の前記主軸を回転原位置から前記シャンク解放開始位
置にまで回転駆動し、シャンク解放開始位置において、
環状ナット部材締着手段により環状ナット部材が回転不
能状態にした上で、主軸を回転原位置に回転するように
作動制御するようになっている。

【００２７】更に、別の形式の主軸装置は、前記シャン
ク解放開始位置を検出する検出器を併せ具備し、前記制
御装置は、シャンク解放時に、シャンク固締状態の前記
主軸を回転原位置から前記シャンク解放開始位置からオ
フセットした位置にまで回転駆動し、更に、検出器によ
り前記シャンク解放開始位置が検出されるまで寸動回転
し、シャンク解放開始位置において、環状ナット部材締
着手段により環状ナット部材が回転不能状態にした上
で、主軸を回転原位置に回転するように作動制御するよ
うになっている。

【００２８】前記主軸装置における工具交換時の工具の
装着固締について述べると、主軸装置は、新旧の工具を
交換する時点で、主軸が回転原位置で停止している初期
状態では、シャンク把持部作動部材、即ち工具クランプ
作動駒は解放位置にある。従って、シャンク把持部は解
放状態にある。なお、環状ナット部材は、環状ナット締
着手段と係合し得る位置にあって環状ナット締着手段に
より回転不能に締着されている。新しい工具が主軸に装
着されるのに際しては、工具のシャンクが主軸に挿入さ
れる。

【００２９】そこで、主軸が回転されると、環状ナット
部材締着手段により回転が阻止されている環状ナット部
材に対して、主軸と共に回転する工具クランプ作動駒は
主軸に対して軸線方向に固締位置に向ってに変位する。
工具クランプ作動駒、即ちシャンク把持部作動部材の変
位によりシャンク把持部はシャンクを固締する。工具ク
ランプ作動駒の変位によるシャンクの固締の完了が判定
されると、主軸は停止される。かくして、工具は主軸に
装着される。

【００３０】制御装置においては、この間の主軸の回転
角が、制御信号上のみで主軸と同期回転駆動される回転
部材の同期回転制御信号から算出され、主軸の回転原位
置にその算出した回転角を加味したシャンク解放開始位
置が記憶される。上記のように求められる工具装着固締
に要した回転原位置からの主軸の回転角は、切削工具の
テーパシャンクの形状・寸法やシャンク把持部の寸法等
により一定ではない。

【００３１】そして、環状ナット締着手段は、環状ナッ
ト部材を解放し、環状ナット部材は主軸共々回転自在に
なる。かくして、主軸が回転駆動されて、工具によって
工作物に対して所望の加工が行われる。

【００３２】次に、主軸装置における工具交換時の工具
の装着解放について述べると、既述のように主軸に装着
固締された工具による加工工程が終了し、主軸は、所定
の回転原位置に位置決め停止される。工具の装着解放す
るのには、環状ナット部材を、環状ナット部材締着手段
により締着して回転不能状態にするべく、環状ナット部
材締着手段に係合し得る位置に位置決めしなければなら
ない。即ち、環状ナット部材と結合された状態の主軸が
シャンク解放開始位置に位置決めされなければならな
い。

【００３３】そこで、制御装置において、工具装着解放
指令が出力されると、既述の工具装着固締時にシャンク
解放開始位置を記憶する記憶手段において記憶されてい
るシャンク解放開始位置が呼出され、回転原位置にある
主軸が制御装置からの制御指令によりその位置に相当す
る回転角だけ回転駆動される。その結果、主軸と共に一
体的に回転する環状ナット部材は、環状ナット部材締着
手段に係合し得る位置に位置決めされる。

【００３４】そして、環状ナット部材は、環状ナット部
材締着手段により締着されて回転不能状態にされた上
で、主軸は回転駆動されて、所定の回転原位置に回転位
置決めされて停止する。主軸が回転原位置になるまで回
転されると、環状ナット部材は、環状ナット部材締着手
段で回転が阻止されているので、主軸と共に回転する工
具クランプ作動駒は、ねじ作用により主軸に対して軸線
方向に解放位置に向ってに変位する。工具クランプ作動
駒、即ちシャンク把持部作動部材の変位によりシャンク
把持部はシャンクを解放する。かくして、工具は、主軸
から取外し自在になる。

【００３５】前記シャンク解放開始位置を検出する検出
器を併せ具備している形式の場合の主軸装置における工
具交換時の工具の装着解放について述べると、既述のよ
うに主軸に装着固締された工具による加工工程が終了
し、主軸は、所定の回転原位置に位置決め停止される。

【００３６】工具の装着解放するのには、環状ナット部
材は、環状ナット部材締着手段により締着されて回転不
能状態になるべく、環状ナット部材締着手段に係合し得
る位置に位置決めされなければならない。即ち、環状ナ
ット部材と結合された状態の主軸がシャンク解放開始位
置に位置決めされなければならない。

【００３７】そこで、制御装置において、工具装着解放
指令が出力されると、既述の工具装着固締時にシャンク
解放開始位置を記憶する記憶手段において記憶されてい
るシャンク解放開始位置が呼出され、回転原位置にある
主軸が制御装置からの制御指令によりシャンク解放開始
位置からオフセットした位置に相当する回転角だけ回転
駆動される。それから、検出器により前記シャンク解放
開始位置が検出されるまで、主軸は寸動回転され、その
結果、主軸に結合状態にある環状ナット部材は、環状ナ
ット部材締着手段に係合し得る位置に位置決めされる。
そして、環状ナット部材が環状ナット部材締着手段によ
り締着されて回転不能状態にされた上で、主軸は回転駆
動されて、所定の回転原位置に回転位置決めされて停止
する。

【００３８】主軸が回転原位置になるまで回転される
と、環状ナット部材は、環状ナット部材締着手段で回転
が阻止されているので、主軸と共に回転する工具クラン
プ作動駒は、ねじ作用により主軸に対して軸線方向に解
放位置に向ってに変位し、工具クランプ作動駒、即ちシ
ャンク把持部作動部材の変位によりシャンク把持部はシ
ャンクを解放する。かくして、工具は、主軸から取外し
自在になる。

【００３９】

【発明の実施の形態】この発明の発明の実施の形態にお
ける主軸装置を図面に従って説明する。図１に示すよう
に主軸ハウジング１内において、転がり軸受２により回
転自在に支承された主軸４の中間部には、制御装置によ
り制御されるビルドイン主軸モータ３が設けられ、主軸
４の先端には、切削工具４０を保持する工具ホルダ４１
が装着されるようになっている。

【００４０】工具ホルダ４１内において、切削工具４０
は、Ｕ軸作動棒４２の軸線方向の変位により切削工具変
位機構を介して半径方向に変位され得るようになってい
る。切削工具変位機構としては、カム機構や楔機構等、
種々の機構があるが、実施の形態としてカム溝機構４３
を例示する。主軸４には、中心に貫通孔６が形成され、
貫通孔６には、工具ホルダ４１のＵ軸作動棒４２に係合
離脱自在の切削工具変位用のＵ軸引張棒７が嵌挿されて
いる。

【００４１】貫通孔６に軸線方向滑動自在に、且つ主軸
４に対し回転が拘束されて嵌挿されている切削工具変位
用のＵ軸引張棒７の後端部は、主軸４から突出し、主軸
ハウジング１内において回転非伝達で軸線方向に結合す
るカップリング３１を介してボールねじ３２に結合され
ている。主軸ハウジング１の後端部には、制御装置３０
により制御されるＵ軸サーボモータ３３が装着され、Ｕ
軸サーボモータ３３の出力軸の前端には、ボールねじ３
２が螺合するボールねじナット３４が、後端には、エン
コーダ３５が夫々取り付けられている。又、主軸ハウジ
ング１には、主軸４の後端部に対向して、その回転を検
出する回転速度センサ３６が設けられている。

【００４２】制御装置３０には、制御装置３０からの制
御指令が入力されるように主軸駆動アンプ３７及びＵ軸
駆動アンプ３８が接続されると共に、エンコーダ３５及
び回転速度センサ３６から検出信号が入力されるように
エンコーダ３５及び回転速度センサ３６が接続されてい
る。そして、主軸駆動アンプ３７及びＵ軸駆動アンプ３
８は、制御装置３０からの制御指令に従ってビルドイン
主軸モータ３及びＵ軸サーボモータ３３を制御駆動する
ように夫々に接続されている。

【００４３】図示の実施の態様においては、制御装置３
０に検出信号を入力するのは、回転速度センサ３６のみ
であるが、主軸４に図示しないクランプトルク検出手段
を設け、クランプトルク検出手段からの検出信号を同様
に入力するようにしてもよく、或いは回転速度センサ３
６を省略して、クランプトルク検出手段のみでもよい。

【００４４】制御装置３０は、通常のＮＣ制御装置のよ
うにＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェース、入力ボ
ード、表示器等から構成され、制御系としてマシニング
センターの通常の制御機能を具備すると共に、図５の３
０に示すように主軸４における工具ホルダ４１の固締・
解放における同期制御指令手段５１、主軸回転指令手段
５２、Ｕ軸送り指令手段５３、全軸マシンロック指令手
段５４、ゲート回路５５、Ｕ軸現在位置記憶手段５６、
Ｕ軸座標カウント手段５７、クランプ判定手段５８、Ｕ
軸スキップ位置記憶手段５９、主軸回転量演算手段６０
及び回転係止位置記憶手段６１としての制御機能を具備
している。

【００４５】全軸マシンロック指令手段５４による指令
で全軸マシンロックした場合において、同期制御指令手
段５１による指令で主軸４と同期回転駆動される軸は、
Ｕ軸引張棒７（Ｕ軸サーボモータ３３）に限らず、マシ
ニンングセンタにおける他の回転駆動軸にエンコーダを
設けて、その回転駆動軸を利用してもよい。

【００４６】図２、図３及び図４に従って主軸４につい
て詳述すると、主軸４は、その先端に工具ホルダ４１の
テーパシャンク４１ａの外周テーパ面が嵌着されるテー
パ穴５が穿設され、貫通孔６は、テーパ穴５の底から後
端に向って貫通されている。Ｕ軸引張棒７の先端部は、
二段に縮径され、第１小径部７ａ及びその先の第２小径
部７ｂとなっている。このＵ軸引張棒７には、その先端
部と同心的に引張スリーブ８が設けられている。

【００４７】後端部に軸線方向の長孔９ａが直径方向対
向して穿設されたカラー９は、大径部９ｂの内周面がＵ
軸引張棒７の第１小径部７ａに、大径部９ｂの外周面が
引張スリーブ８に、小径部９ｃの内周面が第２小径部７
ｂに夫々軸線方向滑動自在に嵌合している。そして、Ｕ
軸引張棒７の第１小径部７ａに巻回された圧縮コイルば
ね１０は、引張スリーブ８の固着基部とカラー９の後端
面との間に嵌装されており、Ｕ軸引張棒７の第１小径部
７ａに直径方向に植設された止めピン１１は、カラー９
の長孔９ａに係合されている。従って、カラー９は、長
孔９ａの範囲でＵ軸引張棒７に対して進退し得ると共
に、常時、圧縮コイルばね１０により前方には付勢され
ている。

【００４８】Ｕ軸引張棒７、即ち第２小径部７ｂの先端
には、前鍔部及び後鍔部を構成するため、工具ホルダ４
１のＵ軸作動棒４２を把持するコレット１３を保持する
先端部材１２が固着されている。カラー９の小径部９ｃ
の先端は、先端部材１２の先端より突出し、その内周面
はテーパ面９ｄとなっている。

【００４９】そして、先端部材１２の前鍔部・後鍔部間
にその基部の内周突起が嵌まり微小移動可能に先端部材
１２に取り付けられたコレット１３は、その外周テーパ
面が前記カラー９のテーパ面９ｄに接しており、前記先
端部材１２と、前記カラー９のテーパ面９ｄと、コレッ
ト１３とから、工具ホルダ４１のＵ軸作動棒４２の後端
部に形成されたプルスタッド４２ａを把持するコレット
チャックが構成されている。

【００５０】カラー９の小径部９ｃには、クランプボー
ル作動スリーブ１４が軸線方向滑動自在に嵌挿されてい
る。即ち、クランプボール作動スリーブ１４には、前半
部の中心孔１４ａと後半部の中心孔１４ｂとが貫通し、
中心孔１４ａには、工具ホルダ４１のＵ軸作動棒４２が
挿通されるようになっており、中心孔１４ｂがカラー９
の小径部９ｃに嵌挿されている。

【００５１】クランプボール作動スリーブ１４の前半部
の外周面には、前縁部斜面１４ｃをもつクランプボール
作動凹部１４ｄが形成されており、後半部の外周面に
は、工具クランプ作動駒１５及びＵ軸作動棒クランプ駒
１６が前後して嵌装され、前者は、クランプボール作動
スリーブ１４に形成された係合突起１４ｅに係合してク
ランプボール作動スリーブ１４に対し軸線方向変位が拘
束されており、後者は、クランプボール作動スリーブ１
４に対し軸線方向変位自在であるが、後端部がカラー９
の大径部９ｂの前端段部に対向して接離し得る。

【００５２】クランプボール作動スリーブ１４の後半部
に対応する軸線方向範囲の主軸４の外周面に形成された
環状溝４ａには、外径が主軸４の外径と略等しい環状ナ
ット部材１７が回転自在に嵌装されており、環状ナット
部材１７は、互に逆ねじの前半の第１ねじ部１７ａと後
半の第２ねじ部１７ｂが刻設されている。主軸ハウジン
グ１には、クランプ用ピストン１８が環状ナット部材１
７の外周面に対向して半径方向に設けられている。

【００５３】そして、環状溝４ａの底面と主軸４の貫通
孔６外周面との間は、図４に示すように１２０度間隔で
放射状空所２４が貫通しており、工具クランプ作動駒１
５及びＵ軸作動棒クランプ駒１６の放射状のねじ部１５
ａ，１６ａが放射状空所２４，２４，２４内に突出し、
工具クランプ作動駒１５及びＵ軸作動棒クランプ駒１６
の回転は拘束されて、ねじ部１５ａは、環状ナット部材
１７ナット部材１７の第１ねじ部１７ａに、ねじ部１６
ａは、環状ナット部材１７の第２ねじ部１７ｂに夫々螺
合している。

【００５４】主軸４には、先端のテーパ穴５内で貫通孔
６の先端部を形成するクランプボール保持スリーブ部２
５が同心に形成され、その結果、クランプボール保持ス
リーブ部２５の外周面とテーパ穴５の内周面とにより形
成されたテーパ環状穴には、工具ホルダ４１の円筒状の
テーパシャンク４１ａが嵌着されるようになっている。
クランプボール保持スリーブ部２５には、テーパ環状穴
に嵌着される工具ホルダ４１のテーパシャンク４１ａの
クランプボール孔４１ｄに対応するクランプボール孔２
５ａが半径方向に貫通している。

【００５５】作動スリーブ１４のクランプボール作動用
凹部１４ｄとクランプボール保持スリーブ部２５のクラ
ンプボール孔２５ａとに跨ってクランプボール２７が納
められている。又、主軸４には、テーパ穴５の内周面に
開口した仮クランプボール孔５ａが半径方向に穿設さ
れ、仮クランプボール孔５ａに納められた仮クランプボ
ール２８は、外側から仮クランプボール孔５ａに挿入さ
れねじ止めされた圧縮コイルばね２９の付勢力で押圧さ
れ、仮クランプボール孔５ａの先端の絞り開口部からテ
ーパ穴５の内周面に一部突出している。

【００５６】主軸４に装着される工具ホルダ４１は、後
端に開口した中空穴４１ｂをもつ筒状のテーパシャンク
４１ａが伸長されて形成されている。テーパシャンク４
１ａには、後縁周斜面をもつクランプボール孔４１ｄが
穿設されており、テーパシャンク４１ａ基部の段部は、
工具ホルダ４１が主軸４に装着された時、主軸４の先端
面に当接する。

【００５７】従って、工具ホルダ４１は、主軸４のテー
パ穴５に対するテーパシャンク４１ａの外周テーパ面の
当接及び主軸４の先端面に対するテーパシャンク４１ａ
の基部の段部の当接によって、即ち２面拘束によって主
軸４に装着されるようになっている。ここで、上記発明
の実施の形態においては、上記のように主軸４と工具ホ
ルダ４１との固締における２面拘束部分の形状を市場に
一般的に普及している標準形状として、工具ホルダ４１
の製作・管理に対する容易化を図っている。工具ホルダ
４１の外周面には、自動工具交換装置の交換ハンドが係
合する環状溝４１ｃが形成されている。

【００５８】第１の実施の形態においては、省略され得
るが、第２実施の形態においては、図４に示すように、
主軸ハウジング１には、クランプ用ピストン１８とは位
相をずらした位置に、定位置確認用近接スイッチ１９が
環状ナット部材１７の外周面に対向して半径方向に設け
られている。図示の例では、クランプ用ピストン１８と
定位置確認用近接スイッチ１９とは１８０度位相がず
れ、直径方向に対向している。

【００５９】環状ナット部材１７の外周面には、主軸ハ
ウジング１にクランプ用ピストン１８の係止部が接離す
る係止凹部１７ｃが形成されており、更に定位置確認用
近接スイッチ１９に検出されるターゲット２０が所定位
相に、且つ円周方向に所定範囲に設けられている。図示
の例では、係止凹部１７ｃとターゲット２０とは、クラ
ンプ用ピストン１８と近接スイッチ１９とに合せて１８
０度位相がずれている。

【００６０】上記主軸装置の作用について説明する。図
６において容易に理解し得るように、マシニングセンタ
においては、図示のようなプロセスで自動工具交換が行
われ、所望の加工工程が行われる。一つの切削工具によ
る加工工程が終了し、ステップ１において、制御装置で
工具交換の要否が判断され、否として、工具交換する指
令がない限り一つの切削工具による加工が繰り返されて
全加工工程が完了する。

【００６１】工具交換必要として、工具交換の指令が出
されると、ステップ２において、主軸装置における使用
済切削工具の装着解放が行われ、ステップ３において、
図示しない工具交換腕により使用済切削工具が主軸から
取り外されると同時に新しい切削工具が主軸に挿入され
る。

【００６２】次にステップ４において、主軸装置におけ
る新しい切削工具の装着固締が行われ、ステップ５にお
いて主軸が回転駆動されて新しい切削工具による加工が
行われる。ステップ６において、制御装置で全加工工程
の完了が判断され、全加工工程が完了しない限り、ステ
ップ１に戻り、上記の工程が繰り返され、全加工工程の
完了に至る。

【００６３】そこで、図７、図９及び図１１に従って、
実施の形態（第１・第２）の主軸装置における上記の工
具交換時の切削工具の装着固締・解放について説明す
る。なお、便宜上、工具交換における使用済の切削工具
の主軸４からの解放に続く、次の工程で使用する新しい
切削工具の主軸４への装着固締を説明した後で、その切
削工具の主軸４からの装着解放を説明する。

【００６４】図３、図９（ａ）及び図１１（ａ）に示す
ように、１つの切削工具による加工工程が終了した後に
おいて、工具交換で、主軸４に対し使用済切削工具の工
具ホルダが取外され、新しい切削工具４０の工具ホルダ
４１が装着固締される時点では、主軸４は、回転原位置
に回転位置決めされ、環状ナット部材１７は、突出して
係止凹部１７ｃに押圧係合したクランプ用ピストン１８
により回転不能に主軸ハウング１に固定された状態にあ
る。

【００６５】Ｕ軸引張棒７は前進位置である原位置にあ
り、工具クランプ作動駒１５は前進位置に、Ｕ軸作動棒
クランプ駒１６は後退位置になって、互に離隔した状態
にあり、それによりクランプボール作動スリーブ１４は
前進位置にあり、カラー９は後退位置にあってクランプ
ボール２７及びコレット１３は開いた状態である。

【００６６】そして、図示しない工具交換腕により使用
済の切削工具４０の工具ホルダ４１が主軸４から取り外
された後、新しい切削工具４０の工具ホルダ４１は、工
作機械の主軸４に装着されるべく、工具ホルダ４１の環
状溝４１ｃが交換ハンドで把持されてテーパシャンク４
１ａが主軸４のテーパ穴５に挿入される。その際、圧縮
コイルばね２９のばね力でテーパ穴５内に突出している
仮クランプボール２８は、テーパシャンク４１ａで一旦
は仮クランプボール孔５ａに押し込められてからクラン
プボール孔４１ｄに合致すると再び圧縮コイルばね２９
でクランプボール孔４１ｄに押し込められ、テーパシャ
ンク４１ａは主軸４に仮クランプされる。

【００６７】図７におけるプロセスに従って工具装着固
締を説明する。 ステップ１ 制御装置３０において、工具装着固締指令が出力され
る。 ステップ２ すると、全軸マシンロック指令手段５４が作動し、全軸
マシンロック指令がゲート回路５５に入力されると、ゲ
ート回路５５は、Ｕ軸送り指令手段５３からの指令がＵ
軸駆動アンプ３８に入力されないで、Ｕ軸位置カウント
手段５７に入力するように切換えられる。

【００６８】ステップ３ Ｕ軸サーボモータ３３の回転位置は、常にエンコーダ３
５で検出されているので、Ｕ軸引張棒７を原位置にした
ときのＵ軸サーボモータ３３の回転位置、即ち新しい切
削工具の工具ホルダ４１のテーパシャンク４１ａが主軸
４のテーパ穴５に挿入されて、仮クランプされた時点の
Ｕ軸サーボモータ３３の回転角位置がエンコーダ３５か
らＵ軸現在位置記憶手段５６に記憶される。

【００６９】ステップ４ 同期制御指令手段５１から主軸回転指令手段５２及びＵ
軸送り指令手段５３の夫々に指令が同時に入力される
と、主軸回転指令手段５２から主軸回転指令が主軸駆動
アンプ３７に入力され、それに基づいてビルドイン主軸
モータ３は回転駆動される。それと同時に、Ｕ軸送り指
令手段５３からはＵ軸サーボモータ３３がビルドイン主
軸モータ３と同期回転するようにＵ軸送り指令が出力さ
れるが、それは、Ｕ軸駆動アンプ３８に入力されない
で、Ｕ軸位置カウント手段５７に入力される。即ち、Ｕ
軸サーボモータ３３は、その指令で実際回転しないが、
ビルドイン主軸モータ３との同期回転指令による回転角
が順次Ｕ軸位置カウント手段５７に入力されることにな
る。

【００７０】ビルドイン主軸モータ３が回転駆動される
と、主軸４は左回りに回転されるが、環状ナット部材１
７はクランプ用ピストン１８で回転が阻止されているの
で、工具クランプ作動駒１５とＵ軸作動棒クランプ駒１
６とは、逆ねじにより互に接近するように変位する。即
ち工具クランプ作動駒１５は後退し、Ｕ軸作動棒クラン
プ駒１６は前進する。

【００７１】工具クランプ作動駒１５の後退により、ク
ランプボール作動スリーブ１４、即ちクランプボール作
動凹部４ｄが後退するので、クランプボール２７は、ク
ランプボール作動凹部１４ｄの縁部斜面１４ｂにより押
上げられクランプボール保持スリーブ部２５のクランプ
ボール孔２５ａとテーパシャンク４１ａのクランプボー
ル孔４１ｄに跨った突出位置になり、クランプボール孔
４１ｄの後側傾斜内周面に係合して、テーパシャンク４
１ａは、テーパシャンク４１ａ基部の段部が主軸４の先
端面に当接するようにテーパ穴５内に引き込まれ、主軸
４に固締される。即ち、工具ホルダ４１は、主軸４に２
面拘束によって装着される。

【００７２】テーパシャンク４１ａが主軸４に固締され
た際、原位置にある工具ホルダ４１のＵ軸作動棒４２、
即ちプルスタッド４２ａの後端面は、原位置にあるＵ軸
引張棒７の先端部材１２の先端面に当接し、プルスタッ
ド４２ａがコレット１３に把持され得る状態になる。

【００７３】他方、Ｕ軸作動棒クランプ駒１６の前進に
従って、カラー９は、小径部９ｃの段部がＵ軸作動棒ク
ランプ駒１６の後端に当接したまま圧縮コイルばね１０
のばね力をもって前進し、カラー９の前進によりテーパ
面９ｄがコレット１３を閉じるので、コレット１３は、
原位置に停止しているＵ軸引張棒７の先端部材１２の先
端面に当接したままのプルスタッド４２ａを把持する。

【００７４】やがて、コレット１３がプルスタッド４２
ａを把持することにより、カラー９の前進は阻止され、
Ｕ軸作動棒クランプ駒１６は、カラー９の小径部９ｃの
段部から離れる。これにより、伸長しようとする圧縮コ
イルばね１０のばね力がカラー９を前進する方向に働
き、カラー９のテーパ面９ｄとコレット１３との係合、
即ちコレット１３の閉じは、圧縮コイルばね１０のばね
力により強固なものに維持され、その結果、プルスタッ
ド４２ａは、先端部材１２の先端面に強固に当接された
まま、先端部材１２に完全に結合される。

【００７５】ステップ５ 上記のようにして装着固締が進み、装着固締が完了する
と工具クランプ作動駒１５の後退が阻止され、ビルドイ
ン主軸モータ３の負荷が増大する。即ちビルドイン主軸
モータ３は減速され、やがて停止する。そこで、ビルド
イン主軸モータ３の回転速度を検出する回転速度センサ
３６から入力される検出信号の変化に基づいてクランプ
判定手段５８においては、主軸４におけるテーパシャン
ク４１ａの装着固締完了が判定される。

【００７６】この装着固締完了判定は、回転速度センサ
３６でなく、トルクセンサを設けてその検出トルク信号
の変化に基づいてクランプ判定手段５８で行ってもよ
い。即ち、回転速度センサ３６の減速する検出速度又は
トルクセンサの増大する検出トルクが所定値に達するこ
とにより固締完了と判定する。

【００７７】ステップ６ Ｕ軸位置カウント手段５７においては、Ｕ軸現在位置記
憶手段５６から入力された仮クランプされた時点のＵ軸
サーボモータ３３の回転角位置とビルドイン主軸モータ
３との仮想同期回転の回転角とから同期回転中のＵ軸サ
ーボモータ３３の回転角位置が求められ、それがＵ軸ス
キップ位置記憶手段５９に入力される。そして、クラン
プ判定手段５８から装着固締完了を判定した固締完了判
定信号がＵ軸スキップ位置記憶手段５９に入力される
と、その時点でのＵ軸サーボモータ３３の回転角位置が
Ｕ軸スキップ位置記憶手段５９に記憶される。

【００７８】ステップ７ 主軸回転量演算手段６０において、Ｕ軸スキップ位置記
憶手段５９に記憶されたＵ軸サーボモータ３３の回転角
位置に基づいて、ビルドイン主軸モータ３の回転量、即
ち工具装着固締に要した回転原位置からの主軸４の回転
角が演算される。要するに、主軸４の回転量は、Ｕ軸サ
ーボモータ３３のビルドイン主軸モータ３との仮想同期
回転量から換算されて間接的に求められている。上記の
ように求められる工具装着固締に要した回転原位置から
の主軸４の回転角θ（即ち回転原位置からの回転偏差
角）は、切削工具のテーパシャンクの形状・寸法やシャ
ンク把持部の寸法等により一定ではない。

【００７９】ステップ８ 回転係止位置記憶手段６１において、主軸回転量演算手
段６０で演算された工具装着固締に要した回転原位置か
らの主軸４の回転量に基づいて、環状ナット部材１７の
係止凹部１７ｃがクランプ用ピストン１８の係止部に対
向する回転係止位置が記憶される。（図９（ｂ）・図１
１（ｂ）参照）

【００８０】ステップ９ 全軸マシンロック指令手段５４が作動し、全軸マシンロ
ック解除指令がゲート回路５５に入力され、ゲート回路
５５は、Ｕ軸送り指令手段５３からの指令がＵ軸駆動ア
ンプ３８に入力するように切換えられる。そして、制御
装置３０からの指令信号によりＵ軸サーボモータ３３が
所望回転量だけ回転駆動されることによりボールねじナ
ット３４は所望回転角回転される。

【００８１】従って、ボールねじ３２は、所望量後退
し、それは、カップリング３１を介してＵ軸引張棒７に
達伝され、原位置のＵ軸引張棒７に結合されたＵ軸作動
棒４２は原位置から所望量だけ軸線方向に後退する。そ
の結果、切削工具４０は、溝カム機構４３を介して、所
望の半径方向位置に位置決めされる。

【００８２】ステップ１０ クランプ用ピストン１８は、図示しない流体圧制御装置
により退縮され、環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃ
から離脱する。従って、環状ナット部材１７は主軸４と
共に回転自在となるので、主軸４の回転を阻止するもの
はなく、主軸４はビルドイン主軸モータ３により回転駆
動され得る。（図９（ｃ）・図１１（ｃ）参照）

【００８３】かくして、ビルドイン主軸モータ３の回転
駆動により回転する主軸４に装着固締された新しい工具
ホルダ４１の切削工具４０は、中心軸線から所望量偏心
した位置で回転して、工作物に対する所望の加工径で切
削加工が行われる。ここで、Ｕ軸作動棒４２のプルスタ
ッド４２ａの後端面と先端部材１２の先端面とが完全に
密着し、即ち軸線方向に隙間なくＵ軸作動棒４２とＵ軸
引張棒７とが連結されているため、Ｕ軸引張棒７の移動
量に対応したバイト４７の半径方向変位量が精確なもの
となり、高精度に加工を行うことができる。

【００８４】次に、図８及び図９に従って、実施の第１
形態の主軸装置における上記の工具交換時の切削工具の
装着解放について説明する。既述のように主軸４に装着
固締された工具ホルダ４１の切削工具４０による加工工
程が終了し、主軸４は、所定の回転原位置に位置決め停
止される。（図９（ｄ）・図１１（ｄ）参照）

【００８５】図８におけるプロセスに従って工具装着解
放を説明する。 ステップ１１ 制御装置３０において、工具装着解放指令が出力され
る。 ステップ１２ 工具ホルダ４１の装着解放するのには、環状ナット部材
１７の固定のために環状ナット部材１７の係止凹部１７
ｃをクランプ用ピストン１８に対向させなければならな
い。しかし、主軸４は、所定の回転原位置に位置決め停
止されるので、環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃ
は、工具装着固締のために主軸４が左回りに回転した回
転角θ（図９（ｂ）参照）だけクランプ用ピストン１８
の位置から偏位している。（図９（ｄ）参照）

【００８６】そこで、制御装置３０において、既述の工
具装着固締時に回転係止位置記憶手段６１において記憶
されている回転係止位置が呼出され、ビルドイン主軸モ
ータ３が制御装置３０からの制御指令によりその位置に
相当する回転角（３６０°−θ）だけ右回り回転駆動さ
れる。その結果、主軸４と共に一体的に回転角（３６０
°−θ）だけ右回り回転する環状ナット部材１７の係止
凹部１７ｃは、クランプ用ピストン１８に対向するよう
に位置決めされる。（図９（ｅ）参照）

【００８７】ステップ１３ 退縮状態にあったクランプ用ピストン１８は、制御装置
３０の前進指令に基づく図示しない流体圧制御装置の作
動で突出し、環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃに押
圧係合される。即ち、環状ナット部材１７は、主軸ハウ
ジング１に回転不能に固定される。（図９（ｆ）参照）

【００８８】ステップ１４ 制御装置３０において、ビルドイン主軸モータ３は制御
駆動されて、主軸４は、右回り回転して所定の回転原位
置に位置決め停止される。主軸４が回転原位置になるま
で右回り回転されると、環状ナット部材１７は、回転が
クランプ用ピストン１８で阻止されているので、工具ク
ランプ作動駒１５とＵ軸作動棒クランプ駒１６とは、逆
ねじにより互に離隔するように変位する。即ち工具クラ
ンプ作動駒１５は前進し、Ｕ軸作動棒クランプ駒１６は
後退する。主軸４が所定の回転原位置に位置決め停止さ
れると、工具クランプ作動駒１５は最前進位置に、Ｕ軸
作動棒クランプ駒１６は最後退位置に夫々位置する。

【００８９】それにより、クランプボール作動スリーブ
１４、即ちクランプボール作動凹部１４ｄ、即ち縁部斜
面１４ｂが前進するので、クランプボール２７は、縁部
斜面１４ｂから解放され、工具ホルダ４１のテーパシャ
ンク４１ａのクランプボール孔４１ｄから外れ、クラン
プボール作動凹部１４ｄ内に後退すると共に、仮クラン
プボール２８が、圧縮コイルばね２９に押圧されて、工
具ホルダ４１のテーパシャンク４１ａのクランプボール
孔４１ｄに係合する。従って、図３に示すように工具ホ
ルダ４１のテーパシャンク４１ａは、主軸４に対し、固
締から解放されると共に、仮クランプ状態になる。

【００９０】他方、後退するＵ軸作動棒クランプ駒１６
の後端は、カラー９の小径部９ｃの段部に当接し、更に
圧縮コイルばね１０のばね力に抗してカラー９を適宜後
退させる。それによりカラー９のテーパ面９ｄは、初期
位置にあるＵ軸引張棒７のコレット１３の外周面から離
れ、従って、コレット１３は開いて、工具ホルダ４１の
Ｕ軸作動棒４２のプルスタッド４２ａを解放する。

【００９１】この主軸４の状態は、既述の工具交換にお
ける使用済の切削工具の工具ホルダを主軸４から取外す
と共に新しい切削工具の工具ホルダを主軸４へ装着固締
する作動開始前の状態である。（図９（ａ）参照） 続いて、図１０及び図１１に従って、実施の第２形態の
主軸装置における上記の工具交換時の切削工具の装着解
放について説明する。主軸４に装着固締された工具ホル
ダ４１の切削工具４０による加工工程の終了時における
主軸４の所定の回転原位置に位置決め停止状態は、既述
の実施の第１形態と同一である。（図１１（ｄ）参照）

【００９２】図１０におけるプロセスに従って工具装着
解放を説明する。 ステップ１１ 制御装置３０において、工具装着解放指令が出力され
る。 ステップ１２ 既述の実施の第１形態と同様に、環状ナット部材１７の
係止凹部１７ｃをクランプ用ピストン１８に対向するよ
うに位置決めするに際しては、制御装置３０において、
既述の工具装着固締時に回転係止位置記憶手段６１にお
いて記憶されている回転係止位置から適宜の角度（δ）
だけオフセットした位置が呼出され、ビルドイン主軸モ
ータ３が制御装置３０からの制御指令によりそのオフセ
ット位置に相当する回転角（３６０°−θ＋δ）だけ右
回り回転駆動される。（図１１（ｅ）参照）

【００９３】ステップ１３ ビルドイン主軸モータ３が制御装置３０からの制御指令
により、左回りに低速寸動回転する。 ステップ１４ 環状ナット部材１７において係止凹部１７ｃと１８０度
位相をずらして設けられたターゲット２０を主軸ハウジ
ング１においてクランプ用ピストン１８と１８０度位相
をずらして設けられた定位置確認用近接スイッチ１９に
よって検知することにより、停止指令がビルドイン主軸
モータ３に加わり、ビルドイン主軸モータ３は停止位置
決めされる。その結果、主軸４と共に一体的に左回り回
転する環状ナット部材１７の係止凹部１７ｃは、クラン
プ用ピストン１８に対向するように位置決めされる。
（図１１（ｆ）参照）

【００９４】この場合、既述の実施の第１形態の場合に
回転係止位置記憶手段６１において記憶されている回転
係止位置のみにより回転位置決めする場合に、環状ナッ
ト部材１７とＵ軸作動棒クランプ駒１６とのねじ機構に
おける潤滑状態等で影響を受けて生じる可能性がある実
際上の回転係止位置とのずれがあっても、環状ナット部
材１７において係止凹部１７ｃは、クランプ用ピストン
１８に正確に対向位置決めされる。 ステップ１５，１６ 既述の実施の第１形態におけるステップ１３，１４と同
一である。（図１１（ｇ），（ａ）参照）

【００９５】

【発明の効果】この発明の主軸装置によれば、所定回転
原位置にある主軸を他の所望の停止位置に効率よく回転
位置決めすることができる。例えば、自動工具交換にお
いて、使用済の切削工具を取り外す場合、所定の回転原
位置で停止した主軸を、工具装着解放ねじ式機構作動開
始位置（ナット部材締着位置）に回転位置決めする時間
を短縮することができる。結局は、工具交換時間を短縮
することができる。

【００９６】しかも、主軸回転位置検出のための高価で
ある主軸回転角度位相を認識する機能手段、例えば主軸
付近に設置スペースが必要な近接スイッチを設けること
なく、短縮された時間での所定回転原位置にある主軸を
他の所望の停止位置に回転位置決めが可能である。

【００９７】又、近接スイッチを設置したとしても１個
の近接スイッチを設置したのみで、工具装着解放ねじ式
機構の潤滑状態等による実際の工具装着解放ねじ式機構
作動開始位置（ナット部材締着位置）と制御装置におい
て記憶された当該位置とにずれが生じたとしも、正確に
工具装着解放ねじ式機構作動開始位置（ナット部材締着
位置）に回転位置決めすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態における主軸装置の構成
図である。

【図２】この発明の実施の形態における主軸装置（工具
ホルダ装着固締状態）の前半部の断面図である。

【図３】この発明の実施の形態における主軸装置（工具
ホルダ装着解放状態）の前半部の断面図である。

【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。

【図５】この発明の実施の形態における主軸装置の制御
装置の工具着脱制御機能構成図である。

【図６】この発明の実施の形態における主軸装置の工具
交換・加工プロセスのフローチャートである。

【図７】この発明の実施の形態における主軸装置の工具
ホルダ装着固締プロセスのフローチャートである。

【図８】この発明の実施の第１形態における主軸装置の
工具ホルダ装着解放プロセスのフローチャートである。

【図９】この発明の実施の第１形態における主軸装置の
工具ホルダ装着固締・解放作動の説明図である。

【図１０】この発明の実施の第２形態における主軸装置
の工具ホルダ装着解放プロセスのフローチャートであ
る。

【図１１】この発明の実施の第２形態における主軸装置
の工具ホルダ装着固締・解放作動の説明図である。

【図１２】従来の技術における主軸装置の工具ホルダ装
着固締プロセスのフローチャートである。

【図１３】従来の技術における主軸装置の工具ホルダ装
着解放プロセスのフローチャートである。

【図１４】従来の技術における主軸装置の工具ホルダ装
着固締・解放作動の説明図である。

【図１５】従来の技術における主軸装置の工具ホルダ装
着固締・解放作動の主軸回転速度／作動時間関係グラフ
である。

【符号の説明】

１ 主軸ハウジング ２ 転がり軸受 ３ ビルドイン主軸モータ ４ 主軸 ４ａ 環状溝 ５ テーパ穴 ５ａ 仮クランプボール孔 ６ 貫通孔 ７ Ｕ軸引張棒 ７ａ 第１小径
部 ７ｂ 第２小径部 ８ 引張スリー
ブ ９ カラー ９ａ 長孔 ９ｂ 大径部 ９ｃ 小径部 １０，２９ 圧縮コイルばね １１ 止めピン １２ 先端部材 １３ コレット １４ クランプボール作動スリーブ １４ａ，１４ｂ
中心孔 １４ｃ 前縁部斜面 １４ｄ クラン
プボール作動凹部 １４ｅ 係合突起 １５ 工具クラ
ンプ作動駒 １６ Ｕ軸作動棒クランプ駒 １５ａ，１６ａ
ねじ部 １７ 環状ナット部材 １７ａ 第１ね
じ部 １７ｂ 第２ねじ部 １７ｃ 係止凹
部 １７ｄ 筒部 １８ クランプ
用ピストン １９ 定位置確認用近接スイッチ ２０ ターゲッ
ト ２４ 放射状空所 ２５ クランプ
ボール保持スリーブ部 ２５ａ クランプボール孔 ２７ クランプ
ボール ２８ 仮クランプボール ２９ 圧縮コイ
ルばね ３０ 制御装置 ３１ カップリ
ング ３２ ボールねじ ３３ Ｕ軸サー
ボモータ ３４ ボールねじナット ３５ エンコー
ダ ３６ 回転速度センサ ３７ 主軸駆動
アンプ ３８ Ｕ軸駆動アンプ ４０ 切削工具 ４１ 工具ホルダ ４１ａ テーパ
シャンク ４２ Ｕ軸作動棒 ４２ａ プルス
タッド ４３ 溝カム機構 ５１ 同期制御指令手段 ５２主軸回転指
令手段 ５３ Ｕ軸送り指令手段 ５４ 全軸マシ
ンロック指令手段 ５５ ゲート回路 ５６ Ｕ軸現在
位置記憶手段 ５７ Ｕ軸位置カウント手段 ５８ クランプ
判定手段 ５９ Ｕ軸スキップ位置記憶手段 ６０ 主軸回転
量演算手段 ６１ 回転係止位置記憶手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 秀和 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 秋山 史郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 中安 正典 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 菅原 邦夫 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転自在に支承された主軸、該主軸を回
   転駆動する主軸モータ、前記主軸とは別に駆動される駆
   動部材、並びに前記主軸モータ及び前記駆動部材の駆動
   を制御する制御装置から構成され、 前記制御装置は、前記主軸の回転に同期させて前記駆動
   部材を駆動させる同期制御手段、前記主軸が回転原位置
   から所定位置まで回転する回転角を前記同期制御手段か
   らの前記駆動部材に関する同期位置として算出する演算
   手段、及び前記主軸の回転原位置に前記演算手段で算出
   した前記回転角を加味した位置を記憶する記憶手段の機
   能を具備していることを特徴とする主軸装置。
2. 【請求項２】 回転自在に支承された主軸、該主軸を回
   転駆動する主軸モータ、前記主軸に設けられ、工具のシ
   ャンクを固締・解放するシャンク把持部、前記主軸に軸
   線方向変位自在に設けられ、その変位により前記シャン
   ク把持部を開閉するシャンク把持部作動部材、前記主軸
   に対し回転自在に同心的に設けられ、内周に雌ねじ部が
   形成された環状ナット部材、前記シャンク把持部の開閉
   作動時に前記環状ナット部材を回転不能に締着する環状
   ナット部材締着手段、前記主軸に対し回転方向には一体
   的に、且つ軸線方向に進退自在に設けられ、且つ前記環
   状ナット部材の雌ねじ部に螺合し、前記シャンク把持部
   作動部材に結合された工具クランプ駒、前記主軸とは別
   に回転駆動される回転部材、及び前記主軸モータ及び前
   記回転部材の回転駆動を制御する制御装置から構成さ
   れ、 前記制御装置は、前記シャンク把持部によるシャンク固
   締完了を前記主軸の回転駆動において判定する判定手
   段、前記主軸の回転に同期させて前記回転部材を制御信
   号上のみで回転駆動させる同期回転制御手段、シャンク
   固締時に、前記環状ナット部材締着手段により前記環状
   ナット部材が回転不能状態で、シャンク解放状態の前記
   主軸が回転原位置からシャンク固締完了位置まで回転す
   る回転角を前記同期回転制御手段からの前記回転部材の
   同期回転制御信号から算出する演算手段、及び前記主軸
   の回転原位置に前記演算手段で算出した前記回転角を加
   味したシャンク解放開始位置を記憶する記憶手段の機能
   を具備し；シャンク解放時に、シャンク固締状態の前記
   主軸を前記回転原位置から前記シャンク解放開始位置に
   まで回転駆動し、該シャンク解放開始位置において、前
   記環状ナット部材締着手段により前記環状ナット部材を
   回転不能状態にした上で、前記主軸を回転原位置に回転
   するように作動制御するようになっていることを特徴と
   する主軸装置。
3. 【請求項３】 回転自在に支承された主軸、該主軸を回
   転駆動する主軸モータ、前記主軸とは別に回転駆動され
   る駆動部材、前記主軸の後記の所定位置とは別の所定位
   置を検出する検出器並びに前記主軸モータ及び前記駆動
   部材の駆動を制御する制御装置から構成され、 前記制御装置は、前記主軸の回転に同期させて前記駆動
   部材を駆動させる同期制御手段、前記主軸が回転原位置
   から所定位置まで回転する回転角を前記同期制御手段か
   らの前記駆動部材に関する同期位置として算出する演算
   手段、及び前記主軸の回転原位置に前記演算手段で算出
   した前記回転角を加味した別の所定位置を記憶する記憶
   手段の機能を具備し；前記主軸を前記回転原位置から前
   記の別の所定位置に対しオフセットした位置にまで回転
   駆動し、更に、前記検出器により前記の別の所定位置が
   検出されるまで回転し、該別の所定位置から改めて主軸
   を回転原位置に回転するように作動制御することを特徴
   とする主軸装置。
4. 【請求項４】 回転自在に支承された主軸、該主軸を回
   転駆動する主軸モータ、前記主軸に設けられ、工具のシ
   ャンクを固締・解放するシャンク把持部、前記主軸に軸
   線方向変位自在に設けられ、その変位により前記シャン
   ク把持部を開閉するシャンク把持部作動部材、前記主軸
   に対し回転自在に同心的に設けられ、内周に雌ねじ部が
   形成された環状ナット部材、前記シャンク把持部の開閉
   作動時に前記環状ナット部材を回転不能に締着する環状
   ナット部材締着手段、前記主軸に対し回転方向には一体
   的に、且つ軸線方向に進退自在に設けられ、且つ前記環
   状ナット部材の雌ねじ部に螺合し、前記シャンク把持部
   作動部材に結合された工具クランプ駒、前記主軸とは別
   に回転駆動される回転部材、前記環状ナット部材と結合
   された主軸のシャンク解放開始位置を検出する検出器及
   び前記主軸モータ及び前記回転部材の回転駆動を制御す
   る制御装置から構成され、 前記制御装置は、前記シャンク把持部によるシャンク固
   締完了を前記主軸の回転駆動において判定する判定手
   段、前記主軸の回転に同期させて前記回転部材を制御信
   号上のみで回転駆動させる同期回転制御手段、シャンク
   固締時に、前記環状ナット部材締着手段により前記環状
   ナット部材が回転不能状態で、シャンク解放状態の前記
   主軸が回転原位置からシャンク固締完了位置まで回転す
   る回転角を前記同期回転制御手段からの前記回転部材の
   同期回転制御信号から算出する演算手段、及び前記主軸
   の回転原位置に前記演算手段で算出した前記回転角を加
   味したシャンク解放開始位置を記憶する記憶手段の機能
   を具備し；シャンク解放時に、シャンク固締状態の前記
   主軸を前記回転原位置から前記シャンク解放開始位置に
   対しオフセットした位置にまで回転駆動し、更に、前記
   検出器により前記シャンク解放開始位置が検出されるま
   で寸動回転し、該シャンク解放開始位置において、前記
   環状ナット部材締着手段により前記環状ナット部材を回
   転不能状態にした上で、主軸を回転原位置に回転するよ
   うに作動制御することを特徴とする主軸装置。