JPS5993257A - 超音波振動発信装置付工具ホルダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明１ｄ、　、アコースティック、エミッションを利
用した工具折損予防装貨に用いるのに好適な超音波振動
発信装置付工具ホルダに関するものである。

近年、生、産技術の進歩に伴い切削加工の省力化。

無人化の要望が急速に高まっているが、このような自動
加工においては、切削工具の損傷、折損等の異常状態を
インプロセヌ検出することが重要な課題である。

切削工具の損傷、折損等の異常状態をインプロセス検出
する有効な方法の一つとして、工具の損傷めるいは折損
に伴い自然に発生するアコ−７テイツク、エミッション
（Ａｃｏｕｓｔｉｃ　　ｌｍ１ｓｓｉｏｎ以下ＡＥｉと
いう）を検出し、その検出信号によ）筈報を出して後続
の作業を中断する検出方法が知られている。工具の破損
や折損によシ発生するＡＦｉ〜 信号のレベルは十分大きいので、ＡＩによる上記検出方
法は工具の破損や折損をインプロセス検出するのに有効
ではあるが、工具が破損又は折損したのちでないと検出
できないため、折損の予知には利用できない難点がある
。なお、工具が折損する直前にその前兆として発生する
ＡＩを利用するインプロセス検出方法も研究されてはい
るが、ＡＩ倍信号小さくて検出が非常に困難であり、た
とえ検出できたとしても主軸が停止するにはある程度の
時間を必要とするので、工具の折損予防には利用できな
い可能性が高いと考えられる。

一方、ドリル、タツ゛プ、エンドミル等の回転切削工具
では、部分的な損傷、破損よシも切ぐずの詰シや刃先の
溶着によって折損する場合が多い。

しかも折れた工具が工作物に埋め込まれてその途去に非
常な手間を要し、かつ加工時間が長いことが多いので、
折損のインプロセス検出のみならず、折損を予知し折損
の予防が可能な装置が心象とされている。このような回
転切削工具の切削加工中における折損を防止する手段と
して、例えばトルクリミッタを用いてタッグの折損を予
防することはよく知られているけれども、単にトルクリ
ミッタを使用するだけでは、作業者がいない場合にはト
ルクリミッタの耐久試験を行なっているのと同じ状態と
なってトルクリミッタの破壊にっながシ。

無人加工に適用できない欠点がある。

また、工具を回転駆動する電動機の負荷電流の変化を利
用してドリルの折損を予知する方法も実用化されて・因
る。この方法は中径トリ／Ｌ／（φ１゜〜２０）の折す
丸予防にはある程度有効であるが、折損し易いφ９以下
の小径ドリルの場合、汎用工作機械では負荷電流の変化
が小さいので折損の予防に利用できない難点がある。

更に、工具ホルダ、主軸などに取シ付けたひずみゲージ
で切削抵抗あるいはその分力比を検出し、これらの変化
によってドリルの折損を予知する方法も知られているが
、この方法も小径ドリルの場合には、工具に加わる負荷
が小さいためひずみの変化が小さく検出が困難である。

このように、特に小径の回転切削工具では折損を予防す
る有効な方法がなかったため、マシニングセンター等に
よる自動加工に際しては、折損し易い小径工具はなるべ
く使用しないように設計しているのが現状である。

このような事情に鑑み、小径工具に対しても有効に折損
の予防ができるアコーヌテイツク、エミッションを利用
した工具折損予防装置が特願昭５７−〇乙り３５グ号に
提案されている。

上記の工具折損予防装置は、切削加工中に工具に過負荷
がかかシ、該工具が折損するおそれのある場合に、これ
に応答して一定レベル以上の弾性波を発生する手段を工
具ホルダ又は主軸頭に組み込み、該手段によシ発生した
弾性波を外部で受信し、ノイズと弁別して出力を発生す
る検出器を設け、該検出器からの出力信号によシ警報を
出し。

かつ前記工具の保護動作を行なうように構成されておシ
、上記の弾性波を発生する手段としては、その作動時に
比較的レベルの大きい弾性波を発生するトルクリミッタ
が簡便で、かつ工具の保護動作も兼ねるので好適である
とされ、工具ホルダの後端にトルクリミッタを組み込ん
だ実施例が示されている。

しかし、上記のようにトルクリミッタの作動時に発生す
る弾性振動を検出信号に利用する場合、工具の折損を防
止する方法が最も求められている小径のトリ１ｐ−やタ
ップ、例えばトリ／Ｉ／径がφ９以下、タップのＭ８以
下の小径工具では、その切削トルりが小さいためトルク
リミッタ作動時に発生する弾性振動も小さく、したがっ
てノイズの大きい環境では横巾、信号とノイズとの弁別
が困難になって、上記の工具折損防止装置が採用し難い
という問題点があった。

本発明はこのような問題を解決することを目的としてな
されたもので；ｈ’）、）／レフリミッタの作動時にこ
れに連動して超音波領域を含む高い周波数の弾性振動が
発生する超音波振動発信機構を備えた工具ホルダを提供
せんとするものである。

上記目的を達成するために１本発明は１機械主軸に連動
連結して回転せしめられる筒状の本体と。

該本体に回転自在に嵌挿されたスピンドルと、該スピン
ドルの前端突出部に設けられた工具把持部と、前記本体
の後端部に装着され前記スピンドルの後端に相対的に軸
方向へ変位可能に係合して前記本体の回転力を前記スピ
ンドルに伝達する伝動部材と、該伝動部材と前記本体と
の間に介装したトルクリミッタとを備え、前記トルクリ
ミッタの作動時における前記伝動部材と前記本体との相
対移動部分の一方にばね部材を設けると共に、他方に前
記ばね部材をはね上げるはね上げ部材を設け、前記トル
クリミッタの作動時に前記両部材が間欠的に衝突して前
記ばね部材が超音波振動を発生するように構成したこと
を特徴とする。

したがって、本発明の工具ホルダを用いれば、トルクリ
ミッタの設定トルクが小さい場合でも。

トルクリミッタの作動時にこれに連動する超音波発信機
構が超音波領域を含む周波数の高い弾性振動を発生する
ので、上述のアコースティック、エミッションを利用し
た工具折損予防装置が、小径工具に対しても有効に適用
可能とな９、またノイズの大きい環境でも十分に使用で
きる利点がある。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明をドリルのホルダに実施した例を示して
おシ、１はホルダ本体で１円筒形をなし、かつ前半部外
周に刻設したねじ部２にロックナツト３が螺合されてい
る。４はドリルＤを保持するスピンドルで、後端に底部
５を有する有底筒軸に形成されていて、本体１にポール
ベアリング６及びスラストベアリング７を介して前端部
分が突出した姿勢で回転自在に嵌装され、かつ後端に嵌
着した係止リング８を本体１内に嵌着した止め輪９に係
止させて軸方向への抜は出しが阻止されている。スピン
ドル４の底部５には角孔１０が穿設され、かつ前端開口
はテーパ孔１１に形成されていて、該テーパ孔１１に嵌
装したコレット１２にドリルＤを挿入し、スピンド／Ｉ
／４の前端部にポールベアリング１３を介して回転自在
に装着した締付ナツト１４でコレット１２を締付けてド
リルＤを固定保持するように構成されている。その際、
トリ／Ｉ／Ｄの後端が調整ねじ１６に西接して本体１か
らの突出長さが規制される。

１６は本体１０回転力をスピンドル４に伝達する伝動部
材であって、第４図に良く示されているように、本体１
の後端開口部に球体２０を介して回転自在並びに着脱自
在に嵌合される円盤１７と、該円盤１７の一側方中央部
に突設した角軸１８と。

他側方中央部に突設した螺軸１９とからなシ、円盤１７
には環状溝２１が設けられ、該環状溝２１内に周方向へ
適轟間隔をおいて、数本のピン２２が軸線と平行に配設
されている。前記球体２０は本体１の後端開口部の周壁
に９０度ずつ位相を異にして穿設した４つの底部開口が
やや小径になった透孔２３に嵌め込まれていて、該球体
２０が円。

盤１７の環状溝２１に係合して伝動部材１６を本体１に
対し回転自在かつ脱着可能に装着せしめるように構成さ
れておυ、本体１に装着したとき角軸１８がスピンド／
Ｌ／４の角孔１０に摺動？５］能に挿通してスピンド／
Ｉ／４と係合するようになっている。

本体１の後端部外周には４つの透孔２３を囲繞するよう
に浅い環状溝２４が設けられ、該環状溝２４に帯状の板
ばね２６が緩嵌状態に巻着されている。

鎖板ばね２６は透孔２３に嵌め込んだ球体２０の脱落を
防ぐ押えばねとして機能すると同時に、その一端が先細
に形成され曲折して本体１の後端部に穿設した通孔２６
を貫通し、その先端部分２５ａが前記伝動部材１６に設
けたピン２２と係合して。

後述するトルクリミッタの作動時に前記ピン２２によシ
先端部分２５＆を間欠的にはね上げて板はね２５が超音
波領域を含む周波数の高い弾性振動を発生する超音派振
動発信機構を構成している。

トルクリミッタ２７は、前記伝動部材１６の螺軸１９に
組み付けられ、主体をなす有底筒状のリテーナ２８と、
該リテーナ２８の底部２９に１２０度ずつ位相を異にし
て穿設した８つの孔３０に収容されたポー／ｌ／３１と
％螺軸１９に互い違いに向きを変えて重ね合わせて配置
した多数の皿はねａ２と、軸１９に螺着した蓋体３３と
、該蓋体３３の固定ねじ３４と、前記ポーμ３１に対応
して前記伝動部材１６０円盤１７側面に１２０°度ずつ
位相を異ならしめて凹設した円弧状に延びる８つの凹部
３５とにより構成され、蓋体３３の締め加減によって設
定トｌレクが調整できるようになっている。

リテーナ２８は、第５図に良く示されているように、そ
の底部２９に伝動部材１６の螺軸２１９が挿通する孔３
６と、−鎖孔３６に対しでｈ心円上に１２０度ずつ位相
を異にして設けた３つのポール収容孔３０とを有し、ま
た底部２９の外周縁に本体１の後端縁に設けた一対の伝
動用切欠部３８（第２図参照）に係合する只出部３７が
一体的に設けられている。

上記構成の本発明工具ホルダは、第１図の仮想線に示す
ようにサイドロックホルダ４０に挿入し、第６図に示す
ように、サイドロックホルダ４０を。

介して工作機械の主軸４１に着脱自在に連結して使用さ
れ、主軸４１０回転に連動してホルダ４０゜本体１、ト
ルクリミッタ２７．伝動部材１６及びスピンドル４を介
してトリ、ＩＩ／ｌ）が回転せしめられるものである。

４２は主軸頭、４３は軸受、４４は被削材で、チーグル
４６にセットして／＜イア−４６に固定されている。

６１は工具の折損予防検出器であって、検出部６２、バ
イパスフィルタ６３、増巾器６４、平均値検波器６６、
振巾升別器６６によ如構成されておシ、検出部６２は主
軸頭４２にｌ＆　Ｄ付けられる。

図中６７は警報信号発生器、６８は工作機械のコントロ
ーラである。

切削加工中に切りくずのつｔｂや刃先の摩耗。

溶着などによってトルクリミッタ２７の設定トルク以上
の過負荷がドリルＤにかかシ、ドリルＤが折損するおそ
れがあると、トルクリミッタ２７が作動して本体１と伝
動部材１６との間にスリップを生じる。このスリップに
よって、トルクリミッタ２７のボ゛−ル３１と凹部３５
とが係脱動作を繰シ返して弾性振動が発生すると共に、
前記超音波振動発信機構のピン２２が板ｄね２６の先端
部分２５ａを間欠的にはね上げて超音波領域を含む周波
数の高い弾性振動を発生する。

上記トルクリミッタ２７の作動により発生する弾性振動
のレベρはその設定トルクの大きさによって増減し、ド
リルＤが小径の場合には設定トルクが小さいので、発生
する弾性振動のレベルも小さくなる。これに対してピン
２２と板ばね２６からなる発信機構によシ発生する弾性
振動はトルクリミッタ２７の設定トルクに左右されず、
主軸４１の′−転数に関係し、通常この回転数は５００
　’ｉ’Ｑ　ｐ−１ｎ以上であるから、常に超音波領域
を含む高い周波数の弾性振動が発生する。

上記超音波振動発信機構により生じた弾性振動はサイド
ロックホルダ４０％軸受４３を通過して主軸頭４２に伝
わり検出器６２で検出されるが、その周波数は３　Ｑ　
Ｑ　ＫＨ２以上の超音波領域にあって、トリ／Ｉ／Ｄに
よる切削作業中ドリルＤ自体や工具ホルダ、軸受その他
外部環境によって生じる騒音や振動の周波数より高いの
で、これらのノイズを閾値を８００ＫＨ２に設定したバ
イパスフィルタ６３で除去した後、憎１ゴ器６４で増巾
し、検波器５５で平均値検波を行なう。更に、振巾弁別
券６６で設定された閾値と比較し、これを越えた信号が
検出された時には警報信号発生器６了か爵報を出し、コ
ントローラ５８がステップバッグ指令ヲ出し、この指令
に従って主軸頭が後退してトリ／ｌ−Ｄによる切削を中
動１させ、ドリルυの折損を防止するようになっている
。また、上記コントローラ６Ｂはヌテツデバッグ指令が
羊位時間内に一定回数以上生じた場合、工具寿命と判藝
１して工具交換信号を出すように構成されている。

第７１Ｍ＋ないし第９図は不発明をタップホルダに笑施
した例を示している。基本的には上記実施例のドリルホ
ルダ ル４が本体に対して回転自在並びに軸方向指動自〜 在に嵌装され、スプリング６０の作用でタップＴの自進
作用による送シと、主軸４１による送りとの誤差を修正
するフローティング機構が内蔵されている点に差異があ
る。また、超音波振動発信機構を構成する板ばね２６が
本体１の外周面に軸方向へ延長して設けた溝６１に配設
され、その基端がビス６２で本体１に固定されると共に
、先細に形成した先端部分２５ａ　が曲折して通孔２６
を貫通し、ピン２２と係合してトルクリミッタ作動時に
超音波領域を含む周波数の請い弾性振動を発生するよう
になっている。なお、この場合には伝動部材１６を本体
１の後端部に係止する球体２０の脱落を防ぐ押えばね６
３は板ばね２６と別に設ける必要がある。

以上詳述したように、本発明の工具ホルダぽ、トルクリ
ミッタの作動時にこれに連動するばね部材と、該ばね部
材をはね上げるはね上げ部材とからなる超音波振動発信
機構が超音波領域を含む周波数の高い弾性振動を発生す
るように構成されているから、ＡＨを利用した工具折損
予防装置に組み込んで使用すると、前記発信機構によシ
生じる超音波振動を検出信号として切削作業中に工具自
体、ホルダ、軸受その他外部環境によって生じる騒音や
振動と明確に弁別することが容易になシ。

前記工具折損予防装置をノイズの多い環境でも使用でき
る利点がある。特に、本発明の工具ホルダは小径工具用
として有効である。また、上記超音波振動発信機の構成
が簡単で、製作が容易であシ、安価に提供できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施態様を示し、第１図は本発明工具ホ
ルダの縦断正面図、第２図は同要部の平面図、第８図は
第１図の３−３線に浴う断面図、第４図は伝動部材の斜
視図、第５図はトルクリミッタのリテーナの斜視図、第
６図は四工具ホルダを用いた工具折損予防装置の概略説
明図、第７図は別の実施例の縦断正面図、第８図は同要
部の正面図、第９図は第７図の９−９線に沿う断面図で
ある。 １・・・・・・・・本　　体　　　　４・・・・・・・
・スピンドル１６・・・・・・伝動部材　　　２７・・
・・・・トルクリミッタ２２・・・・・・ピ　ン　　　
　２５・・・・・・板ばね２５ａ・・・・・パ板ばね２
５の先端部分Ｄ・・・・・・・・・・ド　リ　／ｌ／Ｔ
・・・・・・・・・・タ　ッ　プ特許出願人　　　を和
精機株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉ＠械主軸に連動連結して回転せしめられる筒状の本体
   と、該本体に回転自在に嵌挿されたスピンドルと、該ス
   ピンドルの前端突出部に設けられた工具把持部と、前記
   本体の後端部に装着され前記スピンドルの後端に拍動的
   に軸方向へ変位可能に係合してｂｉＩ記本体の回転力全
   前記スピンドルに伝達する伝巣１部材と、該伝動部材と
   前記本体との間に介装したトルクリミッタとを備え、前
   記トルクリミッタの作動時における前記伝動部材と前記
   本体との相対移動部分の一方にばね部材を設けると共に
   、他方に前記ばね部材をはね上げるはね上げ部材を設け
   、前記トルクリミッタの作動時に前記両部材が間欠的に
   衝突して前記ばね部材が超音波振動を発生するように構
   成されている超音波振動発信装置伺工具ホルダ。 ２　前記ばね部材が前記本体外周に形成した環。 状溝又は軸方向に延びる溝に緩嵌された帯状の板はねて
   あシ、肖１．記はね上げ部材が前記伝動部材に設けたビ
   ンであって、前記板ばねの一端が屈曲して前記ビンに係
   合していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の超音波振動発信装置付工具ホルダ。 ３　前記本体と前記スピンドルとの間に軸方向へ摺動可
   能なフローティング機構が設けられていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の超音波振動
   発信装置付工具ホルダ。