JPH10291105A - 工具クランプ力測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特別の測定器を主軸に取付けることなく工具
クランプ力を測定できるようにする。 【解決手段】 多数の皿ばね１４を積層したばね手段９
によりドローバー８を主軸１の奥側へ引込み、ドローバ
ー８の先端に作動連結されたクランプ手段７に工具ホル
ダ３のプルスタッド５を係合させて、工具ホルダ３を主
軸１のテーパ孔１ａに嵌合固定する工具クランプ装置６
において、前記ドローバー８の後端にロードセル２１を
配置し、シリンダ装置１９によりドローバー８を押圧し
てクランプ手段７をアンクランプ動作させる際、ロード
セル２１によりその押圧力を検出して、その信号をＰＣ
２３に送出し、必要時に表示装置２４にアンクランプ力
を表示させて皿ばね１４の交換時期を把握する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸に
内蔵された工具クランプ装置のクランプ力を測定する装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の工具クランプ装置は、従来一般
には、工具ホルダのプルスタッドに係脱可能なクランプ
手段と、該クランプ手段に一端部が作動連結されたドロ
ーバーと、該ドローバーを主軸の奥側へ引込んで前記ク
ランプ手段をクランプ動作させる、多数の皿ばねを積層
したばね手段と、前記ドローバーの他端を反引込方向へ
押圧し、前記ばね手段を圧縮させて前記クランプ手段を
アンクランプ動作させる駆動手段とから構成されてい
る。

【０００３】ところで、工作機械が、例えば自動工具交
換装置を備えたマシニングセンタのようなものである場
合、工具交換が頻繁に行われるため、上記した工具クラ
ンプ装置のばね手段を構成する皿ばねが減衰または破損
することが多く、そのまま使用を重ねたのでは工具クラ
ンプ力が低下して所望の加工精度を確保することが困難
になる。

【０００４】そこで、例えば、実開昭６３−７４４３号
公報または実開平２−３５６０３号公報には、工具ホル
ダと類似形状の測定器本体にロードセルを設け、クラン
プ時にドローバーにかかる引張力を前記ロードセルに伝
えてクランプ力を検出し、その検出結果を表示器に表示
させるようにした測定器が提案されている。これら測定
器によれば、工具クランプ力の良否を判定して皿ばねを
遅滞なく交換することができ、上記した加工精度の低下
を未然に防止できるようになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
公報に記載の工具クランプ力の測定器によれば、測定を
必要とするごとに、測定器を工作機械の主軸に手作業で
取付けなければならないため、測定工数の増大が避けら
れず、その上、クランプ、アンクランプ動作に伴って思
わぬ衝撃が手に加わって不安全作業になるという問題が
あった。

【０００６】本発明は、上記従来の問題点を解決するこ
とを課題としてなされたもので、その目的とするところ
は、特別の測定器を主軸に取付ける手間をなくし、簡単
かつ安全に工具クランプ力を測定できる装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、工具ホルダのプルスタッドに係脱可能なク
ランプ手段と、該クランプ手段に一端部が作動連結され
たドローバーと、該ドローバーを主軸の奥側へ引込んで
前記クランプ手段をクランプ動作させる、多数の皿ばね
を積層したばね手段と、前記ドローバーの他端を反引込
方向へ押圧し、前記ばね手段を圧縮させて前記クランプ
手段をアンクランプ動作させる駆動手段とからなる工具
クランプ装置を主軸に内蔵させた工作機械において、前
記ドローバーの他端に前記駆動手段の押圧力を受圧する
ロードセルを配置し、かつ前記ロードセルの信号を取込
んでアンクランプ力を表示する表示手段を設ける構成と
したことを特徴とする。

【０００８】このように構成した工具クランプ力測定装
置においては、駆動手段の押圧力がロードセルを介して
ドローバーに加わるので、ドローバーを押圧してクラン
プ手段をアンクランプ動作させる際、そのアンクランプ
動作に必要な力すなわちアンクランプ力がロードセルに
より検出されることになる。しかして、このアンクラン
プ力Ｐ_B は、図２に示すようにクランプ力Ｐ_A と一定の
相関があり、したがって、ロードセルにより検出したア
ンクランプ力Ｐ_B を適宜タイミングで表示手段に表示さ
せることで、ばね手段を構成する皿ばねの交換時期を予
測できるようになる。

【０００９】本発明は、上記ロードセルと表示手段との
間にプログラマブルコントローラ（ＰＣ）を介装し、前
記ＰＣに所定のタイミングでロードセルの信号を取込ん
で記憶させ、必要に応じて前記記憶した信号を表示器に
送出してアンクランプ力を表示させる構成とすることが
できる。この場合は、工具クランプ力の経時変化を表示
手段に表示させることによりその傾向を把握することが
でき、皿ばねの交換時期をより的確に予測できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基いて説明する。

【００１１】図１において、１は工作機械の主軸で、図
示を略す主軸頭に回動可能に支持されている。主軸１は
有底筒状をなし、その底部には、工具２を支持する工具
ホルダ３のテーパ部４を嵌合させるためのテーパ孔１ａ
が形成されている。工具ホルダ３は、前記テーパ部４に
続く部分にプルスタッド５を備えており、主軸１内に
は、前記プルスタッド５に係脱して工具ホルダ３を主軸
１のテーパ孔１ａに嵌合固定する工具クランプ装置６が
配設されている。

【００１２】工具クランプ装置６は、工具ホルダ３のプ
ルスタッド５に係脱可能なクランプ手段７と、このクラ
ンプ手段７に一端部が作動連結されたドローバー８と、
ドローバー８を主軸１の奥側へ引込んで前記クランプ手
段６をクランプ動作させるばね手段９と、ドローバー８
の他端を反引込方向（図の左方向）へ押圧し、前記ばね
手段９を圧縮させてクランプ手段６をアンクランプ動作
させるシリンダ装置（駆動手段）１０とから概略構成さ
れている。

【００１３】上記クランプ手段７は、工具ホルダ３のプ
ルスタッド５を受入可能な凹部を有する、ドローバー８
と一体のカップ部１１と、このカップ部１１に円周方向
に等配して設けた複数（ここでは３つ）の半径方向孔１
１ａ内に保持された複数のボール１２と、主軸１内に嵌
合固定されたカム筒１３とからなっている。カム筒１３
の内面は、内径を二段に変化させたカム面１３ａとして
構成されており、前記カップ部１１がこのカム面１３ａ
の小径部分に摺動案内されると共に、該カップ部１１の
摺動に応じてボール１２がカム面１３ａ上を転動する。
各ボール１２は、カム面１３ａの小径部分に位置決めさ
れた状態において工具ホルダ３のプルスタッド５に係合
し、一方、カム面１３ａの大径部分に位置決めされた状
態においてプルスタッド５から係合離脱するようになっ
ており、したがって、クランプ手段７は、ドローバー８
の軸方向移動に応じてクランプ動作およびアンクランプ
動作するようになる。

【００１４】また、上記ばね手段９は、多数の皿ばね１
４を積層してなっており、その一端は上記カム筒１３に
当接する状態で主軸１内に固定したばね受け１５によ
り、その他端はドローバー８の後端に一体に設けたフラ
ンジ１６にそれぞれ押えられている。ばね手段９は、前
記ばね受け１５とフランジ１６との間に所定のセット荷
重となるように配置され、これによりドローバー８とそ
の先端のカップ部１１とは、常時は主軸１の奥側への引
込方向へ付勢されている。したがって、工具ホルダ３
は、常時はクランプ手段７およびプルスタッド５を介し
て引込方向への力を受け、主軸１のテーパ孔１ａに嵌合
固定された状態を維持するようになる。

【００１５】さらに、上記シリンダ装置１０は、主軸１
と一体化されたシリンダ本体１７と、このシリンダ本体
１７内に摺動可能に配設されたピストン１８と、このピ
ストン１８に一端部が連結され、他端部（先端部）がシ
リンダ本体１７を摺動可能に挿通してドローバー８のフ
ランジ１６側へ延ばされたピストンロッド１９とからな
っている。ピストン１８は、シリンダ本体１７内のロッ
ド側室ａに配置したばね２０により常時は後退方向（図
の右方向）へ付勢されており、そのピストンロッド１８
の先端は、常時はドローバー８のフランジ１６から離間
する状態を維持するようになっている。一方、シリンダ
本体１７内の反ロッド側室ｂには、図示を略す油圧源か
ら圧油が供給されるようになっており、この圧油の供給
によりピストン１８が前進し、ピストンロッド１９の先
端がドローバー８を押圧する。そして、この押圧力がば
ね手段９のセット荷重より大きくなると、ドローバー８
は、ばね手段９を圧縮させながら反引込方向へ移動し、
これによりクランプ手段７のボール１２がカム筒１３の
カム面１３ａの大径部分へ移行し、クランプ手段７はア
ンクランプ動作するようになる。

【００１６】しかして、ドローバー８の後端のフランジ
１６には、本発明に係る工具クランプ力測定装置を構成
するロードセル２１が付設されている。ロードセル２１
は、前記フランジ１６の後端中央に設けた凹穴１６ａ内
に嵌合固定されており、その端面には前記シリンダ装置
１０のピストン１８から延ばしたピストンロッド１９が
当接可能となっている。ロードセル２１は、ピストンロ
ッド１９の押圧力を受けて生じる歪み量に応じた信号を
発生するストレンゲージ（図示略）を内蔵しており、そ
のストレンゲージの信号は信号線２２を介して、別途設
置したプログラマブルコントローラ（ＰＣ）２３へ送出
されるようになっている。ＰＣ２３は、前記ロードセル
２１の信号を所定のタイミングで取込んで記憶する機能
と、このロードセル２１の信号に基づいて該ロードセル
２１に加えられた力を演算する機能とを備えており、そ
の演算結果は、別途設置した表示装置２４に送出される
ようになっている。なお、表示装置２４は、工作機械の
操作盤上の画面をそのまま用いることができる。

【００１７】本実施の形態においては、工作機械の制御
部からの工具交換指令によりシリンダ装置１０に油圧源
から圧油が供給されると、前記したようにピストン１８
が前進して、ピストンロッド１９がロードセル２１を介
してドローバー８を押圧し、ドローバー８は、ばね手段
９を圧縮させながら反引込方向へ移動し、これによりク
ランプ手段７がアンクランプ動作して工具ホルダ３から
離脱する。このドローバー８が移動してクランプ手段７
がアンクランプ動作する時の力、すなわちアンクランプ
力はロードセル２１により検出されており、ＰＣ２３
は、所定のタイミング、例えば１日に１回の割合でロー
ドセル２１から信号を取込んで前記アンクランプ力を記
憶し、必要に応じてその記憶した内容を表示装置２４に
表示させる。この表示装置２４に表示される内容は、図
１に示したように、例えばアンクランプ力の経時変化を
表すグラフＡとすることができる。この場合、グラフＡ
にしきい値Ｓを設定しておくことで、作業者は、皿ばね
１４の交換時期を容易に予測することができ、クランプ
力不足に起因する加工精度の低下を未然に防止できるよ
うになる。

【００１８】なお、上記実施の形態において、工具ホル
ダ３のプルスタッド５に係脱するクランプ手段７を、ボ
ール１２を備えた構造としたが、このクランプ手段は任
意であり、例えばコレットチャックを用いることができ
る。

【００１９】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る工
具クランプ力測定装置によれば、工具クランプ装置内に
ロードセルを組込み、必要時に表示手段にアンクランプ
力を表示させて、ばね手段を構成する皿ばねの交換時期
を的確に予測できるようにしたので、特別の測定器を工
作機械の主軸に取付けるなどの面倒な作業が不要にな
り、測定工数の削減並びに安全性の向上を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る工具クランプ力測定装置とこれを
適用した工具クランプ装置の構造を示す断面図である。

【図２】本工具クランプ力測定装置の測定原理を説明す
るためのグラフである。

【符号の説明】

１ 主軸 ２ 工具 ３ 工具ホルダ ５ プルスタッド ６ 工具クランプ装置 ７ クランプ手段 ８ ドローバー ９ ばね手段 １０ シリンダ装置（駆動手段） １４ 皿ばね ２１ ロードセル ２３ ＰＣ ２４ 表示装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具ホルダのプルスタッドに係脱可能な
   クランプ手段と、該クランプ手段に一端部が作動連結さ
   れたドローバーと、該ドローバーを主軸の奥側へ引込ん
   で前記クランプ手段をクランプ動作させる、多数の皿ば
   ねを積層したばね手段と、前記ドローバーの他端を反引
   込方向へ押圧し、前記ばね手段を圧縮させて前記クラン
   プ手段をアンクランプ動作させる駆動手段とからなる工
   具クランプ装置を主軸に内蔵させた工作機械において、
   前記ドローバーの他端に前記駆動手段の押圧力を受圧す
   るロードセルを配置し、かつ前記ロードセルの信号を取
   込んでアンクランプ力を表示する表示手段を設けたこと
   を特徴とする工具クランプ力測定装置。
2. 【請求項２】 ロードセルと表示手段との間にプログラ
   マブルコントローラを介装し、前記プログラマブルコン
   トローラに所定のタイミングでロードセルの信号を取込
   んで記憶させ、必要に応じて前記記憶した信号を表示手
   段に送出してアンクランプ力を表示させることを特徴と
   する請求項１に記載の工具クランプ力測定装置。