JPH02172656A - 切削工具の異常検知装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は自動工具交換装置（ＡＴＣ）付きの数値制御
工作機械、いわゆるマニシングセンタあるいは、ターニ
ングセンタなどの工作機械に用いるツールホルダなどに
取付けた切削工具を保護するための工具の異常検知装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の技術として実開昭５９−１３２７１０号公報に記
載された考案のように工作機械のスピンドルとドリルチ
ャックの間にバネで押されたプランジャと、このプラン
ジャの先端が係合する係合凹部を設けて、ドリルチャッ
クに固定したドリルに加わる抵抗が一定値になるとプラ
ンジャが係合凹部から外れてスピンドルとドリルチャッ
クとを切り離し、スピンドルに対してドリルチャックが
自由に回転し得るようにするとともにトルクスイッチが
働いてスピンドルを非常停止させるようにしたものがあ
る。

また、実公昭５４−３７５１３号公報に記載されている
考案のように、工作機械の駆動側回転体と工具取付軸の
回転の差をネジ機構により軸方向の動きに変換し、これ
により差動トランスを作用させてトルクの変化を電気信
号として取出すようにしたものがある。

さらに、特公昭６３−２８７４２号公報記載の発明は、
工具ホルダに設けた３本の空気通路の一つに圧力空気を
供給し、工具にかかる推力によって軸方向に移動させら
れる弁体が圧力空気の通路を切り換えたことを圧カスイ
ンチで検出するようにしたものがある。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の装置は切削工具の異常を検出して工
具を逃したり、警報を発して機械を停止したりする機能
は有するが、切削工具の取付部分に電気信号を取り出す
スイッチや差動トランスを設けたものでは振動による故
障発生のおそれや他の電気装置で発生するノイズによる
誤動作のおそれがある。

また、空気回路を切換るものは？！［雑な空気回路を構
成する必要があり、また回転部分の気密を保持する必要
があるため工作に手数がかかるという問題がある。

この発明の目的は上記の問題を解決してトルクやスラス
トの異常が発生して切削工具を回転方向や軸方向に自由
にしたとき、これを光ファイバセンサにより検出する装
置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、この発明は工具取付軸に
加わる抵抗が設定値を越えると、回転部材に対して工具
取付軸を回転方向と軸方向の何れかまたは両方に自由に
する結合手段を設けた切削工具保護装置の回転部材に、
工具取付軸が回転部材に対して回転方向と軸方向の何れ
か、または両方にずれたことを光量の変化として光ファ
イバに伝える光ファイバセンサを設け、上記光ファイバ
から送られてくる光信号を光電変換して工具の異常信号
を発する光信号検知回路を設けたものである。

〔作用〕

この発明は上記の構成であり、正常な切削が行われてい
る間は工作機械の主軸に取付けた回転部材と工具取付軸
とが一体に係合して回転している。

このとき、光ファイバセンサからは正常な光信号が光信
号検知回路に送られている。

いま、何等かの異常により工具取付軸が回転部材に対し
て回転方向と軸方向の何れか、または両方に自由になる
と同時に、光ファイバセンサからの光信号が異常となる
。

上記のような異常な光信号を受けた光信号検知回路は直
に異常信号を出力し、この信号が工作機械の制御部に入
力して警報を発し、工作機械の主軸を停止させるなどの
安全装置が働く。

〔実施例〕

第１図ないし第９図に示す第１の実施例において、１は
マニシングセンタなどの工作機械の主軸（図示省略）に
着脱自在に装着したツールホルダで、４はその回転部材
である。

また、回転部材４は円筒状で、その内部には工具取付軸
８を回忌に取付けるがこの工具取付軸は回転部材４に対
し軸方向と回転方向の両方に自由となっている。

１１は部材４と工具取付軸８とを結合する回転方向の結
合手段で、この結合手段１１はボール１２と、このボー
ルを受けるため、工具取付軸８の外側に形成した複数の
凹球状凹部１４と、ボール１２を凹部１４に押し付ける
バネ１５およびバネ受１６からなっている。

上記バネ受１６は回転部材４の前端外周に一体に形成し
た大径部２に設けた半径方向の孔に進退自在にはめ込ん
である。

また、大径部２の外周にはバネ受１６の外端を受ける外
筒３も取付けである。

１７は軸方向の結合手段で、ボール１８と、このボール
を受けるため、摺動部材９の外側全周に形成した周溝１
９と、ボール１８を周溝１９に押し付けるバネ２０およ
びバネ受２１からなっている。

上記バネ受２１は回転部材４の中間部外周およびその外
側の筒体２２に設けた半径方向の孔に進退自在にはめ込
んである。

また、筒体２２の外周にはバネ受２１の外端を受ける外
筒２３を取付けである。

５は回転部材４の外側にはめた筒状の支持部材である。

上記回転部材４に設けた複数の半径方向のネジ孔には、
止ネジ６をそれぞれねじ込み、その内情のボール７を工
具取付軸８の中間部の外側全周にわたる周溝１０に係合
させて、工具取付軸８の抜は止めとする。

また、工具取付軸８の後部に別体の摺動部材９を配置し
、回転部材４内の後部のハネ受部２８と摺動部材９間に
バネ２９を設けて、部材９の先端に設けた突軸２７を工
具取付軸８の後端に設けた凹孔２５の内端のボール２６
に圧着せしめる。

上記支持部材５は工作機械の非回転部に着脱自在に固定
する非回転とし、内部には前後のボールベアリング３１
．３２を介して前記回転部材４を回転自在に取付ける。

また、両ボールヘアリング３１．３２の間には環状部材
３３を設け、この部材３３を部材５の内周に固定する。

上記工具取付軸８の後部寄り外周には第４図のように光
の反射面３４と光の非反射面３８とを交互に配置する。

また、上記各面３４．３８の形成部の前部には第６図、
第７図のように全周に亘る光の非反射面４１を設ける。

上記各面３４．３８．４１は形状を変えて反射・非反射
としたが、反射面を白または鏡面、非反射面を黒または
粗面としてもよい。

前記回転部材４の中間部には前後２列の孔を放射状に設
け、前列の井孔にはそれぞれ２本１ｍの光ファイバ３０
ａ、３０ｂを挿入固定し、後列の井孔にはそれぞれ２本
１組の光ファイバ３５ａ、３５ｂをそれぞれ挿入固定し
てスラスト用光ファイバセンサＡおよびトルク用光ファ
イバセンサＢを構成する。

前記環状部材３３の中間部において、前後に回転部材４
の光ファイバ３０ａ、３０ｂおよび３５ａ、３５ｂに相
対向する光ファイバ３９ａ、３９ｂおよび４０ａ、４０
ｂを挿入固定し、前記非回転支持部材５の一例に突出さ
せて一体に形成したアーム３６に設けた前後の孔には上
記環状部材３３から延びた光ファイバ３９ａ、３９ｂお
よび４０ａ、４０ｂを挿入固定する。

上記の光ファイバ３９ａ、４０ａは光カプラおよび光フ
ァイバを介して第１３図に示す光信号検知回路りの発光
ダイオードなどの発光素子４２．４３に接続して同素子
４２．４３からの光を光ファイバセンサＡ、Ｂに送るよ
うにし、光ファイバ３９ｂ、４０ｂは同様に光信号検知
回路りに設けたフォトトランジスタなどの受光素子４４
．４５に光を送るように構成する。

上記光信号検知回路りの発光素子４２．４３にはそれぞ
れ駆動回路４８．４９および発振回路５０．５１を接続
し、受光素子４４．４５にはそれぞれ増幅器５２．５３
およびフィルタ５４．５５ならびに判定回路５６．５７
を接続する。

上記実施例の作用を説明すれば、回転部材４を工作機械
の主軸に固定し、工具取付軸８の先端にドリルなどの切
削工具を取付けて主軸の回転と前進により切削工具をワ
ークへと切り込む。

通常の切削状態ではボール１２．１８が第２図、第３図
のようにそれぞれ凹部１４と周溝１９に嵌合しているか
ら、回転部材４と工具取付軸８とは一体となって回転し
ている。

また、このような正常な切削の場合は第６回、第８図の
ように、回転部材４の光ファイバ３０ａ、３０ｂ、３５
ａ、３５ｂの端部が工具取付軸８の反射面３４に対向し
ている。

一方、前記発振回路５０．５１から駆動回路４８．４９
にパルス信号または連続信号からなる信号が送られてお
り、この信号に応じた第１４図（ａ）または（ｂ）のよ
うな信号が発光素子４２．４３から各光ファイバ３９ａ
、４０ａへ投光され、その光が光ファイバ３９ａ、４０
ａおよび３０ａ、３５ａを経て反射面３４に光を当て、
反射面３４で反射された光はそれぞれ光ファイバ３０ｂ
、３５ｂに入り、同光ファイバ３０ｂ、３５ｂから光フ
ァイバ３９ｂ、４０ｂを経て受光素子４４．４５に達し
、電気信号となって増幅器５２．５３で増幅され、フィ
ルタ５４．５５を経て第１４図（Ｃ１（ｄ）のような波
形になって判定回路５６．５７に入力する。

この判定回路５６．５７においては、あらかじめ正常な
入力信号パターンを記憶させであるから、入力してきた
信号が正常であれば同回路５６．５７からは異常信号は
出力されない。

上記の切削加工中において切削屑の詰まりなどの原因で
刃物に大きな抵抗が働いて工具取付軸８が停止または回
転遅れとなると、結合手段１１のボール１２がバネ１５
を圧縮して後退し、凹部１４から外れて刃物を自由とし
て保護するが、軸８に対し、部材４がさらに回ると、ボ
ール１２は直ちにつぎの凹部１４に入って自動復帰する
。

また、加工中において切削屑の詰まりゃ切削工具の刃先
摩耗などにより切削工具に異常な推力が働いたときは、
工具数°付軸８がバ２２９に抗して後退し、ボール１８
が周溝１９から前方へ離脱して取付軸８を自由にする。

同時に前部のボール１２も凹部１４から離脱する。

しかし、工具取付軸８にはバネ２Ｓによる復帰力が常に
働いているため、工具取付軸８の後退のために切屑が自
動的に除去されて抵抗がなくなったときなどはハネ２９
により工具取付軸８が自動復帰する。

また、上記のように、工具取付軸８が回転部材４に対し
て回転方向にずれると、第９図のように光ファイバ３５
ａの先端から出た光が非反射面３８に当るので反射しな
いかまたは反射しても光ファイバ３５ｂの端部に光を当
てないので受光素子４５は光信号を受けなくなる。

上記のように工具取付軸８が停止するかまたはその回転
が回転部材４の回転に対して遅れるようになると、判定
回路５７に入力される信号が第１４図の（ｅ）または（
ｆ）のように異常になるので、同回路５７から異常信号
が発せられて、マニシングセンタの制御部に入力され工
作機械の主軸を停止させる。

上記のような異常発生が軽度のもので工具の後退などで
正常に戻る場合もある。従って上記のように機械を停止
させたのち、若干の時間が経過したとき、機械の運転を
再開すると、正常に復帰しているときはそのまま加工作
業が続行される。

正常に復帰していないときは再び前記の作用が繰返され
る。

上記のように主軸が停止すると同時に音響またはパイロ
ットランプなどの警報器を働かせて異常状態を知らせる
ことによりこの部分の点検あるいは工具やツールホルダ
の交換が行われる。

また、深夜における無人運転の場合は制御アンプから出
力信号が発せられて主軸が停止すると、工具交換装置が
働いて予備のツールホルダと交換するようにしておけば
異常事態によるマンニングセンタの停止時間を最短にで
きる。

上記のように、工具取付軸８が回転部材４に対して回転
方向にのみずれたときは、判定回路５７に信号が入って
異常信号が発せられるが、光ファイバ３０ａ、３０ｂは
常に反射面３４に対向しているから判定回路５６の入力
信号に変化はない。

また、推力の異常により、工具取付軸８が第７図のよう
に右方へ後退したときは光ファイバ３０ａ、３０ｂが非
反射面４１に対向する状態となって判定回路５６から異
常信号が発せられるが、工具取付軸８と回転部材４が共
に回転しているときは判定回路５７からは異常信号は発
せられない。

上記各外筒３．２３の内周のバネ受面は渦巻の一部をな
す形状にして、外筒３．２３のバネ受１６．２１に対す
る回動によりバネ１５．２０の強さを調節し得るように
するとよい。

第１０図ないし第１２図は第２の実施例を示すもので、
前記第１の実施例と同じ構成と作用を有する部分につい
ては同一の符号を付けて説明は省略する。

この実施例においては工具取付軸８の後部寄り外周に複
数の切欠を等間隔で周方向に形成し、この各切欠に半円
状に弯曲せしめた光ファイバ３７を装着固定して、各光
ファイバ３７の両端を工具取付軸８の外周に露出させる
。

また、回転部材４の中間部には前後２列の孔を放射状に
設けて前列の答礼にはそれぞれ光ファイバ４６ａ、後部
の答礼にはそれぞれ光ファイバ４６ｂを挿入固定して光
センサＣを構成する。

また、環状部材３３からアーム３６に設けた前後の孔に
はそれぞれ光ファイバ４７ａと４７ｂを挿入固定する。

この実施例の場合は光ファイバ４７ｂを光の入力側とし
、光ファイバ４７ａを出力側とする。

この実施例の場合も正常運転中は第１０図ないし第１２
図のように、光ファイバ３７の両端と光ファイバ４６ａ
、４６ｂの両端は一致している。

従って、光ファイバ４６ｂ、４７ｂおよび４６ａ、４７
ａが図のように一致しているとき、光ファイバ４７ｂか
らの光が光ファイバ４６ｂを経て光ファイバ３７の一端
に入り、その他端から出て光ファイバ４６ａに入り、光
ファイバ４７ａを経て第１３図と類偵する回路に入力し
て正常回転を示す信号を発する。

また、工具に異常なトルクまたはスラストが働いて工具
取付軸８が回転部材４に対して回転方向または軸方向に
ずれた場合は光ファイバ３７の両端と光ファイバ４６ａ
、４６ｂがずれるので、光ファイバ４７ｂからの光は光
４６ａに達しなくなり、異常信号が発せられる。

この実施例の場合は光センサＣがトルクおよびスラスト
共通になっているため、異常信号も共通であるが、第１
実施例に比較して光ファイバの本数が少なくなる。

〔発明の効果〕

この発明は上記のように、切削加工中に切削屑の詰まり
ゃドリルの刃先の摩耗などの原因で工具取付軸に加わる
回転方向や軸方向の抵抗が異常に大きくなると、結合手
段が分離して、ツールホルダの回転部材に対して工具取
付軸が回転方向に自由になり、また、軸方向にも自由に
なる。

従って、速い送りをかけて、切削中において、突然工具
取付軸が停止したにも係わらず、非常停止装置のタイム
ラグや各部の慣性により主軸の送りが若干の間つづいて
も工具取付軸がツールホルダに対して後退するために先
端のドリルの折損などのおそれがない。

また、工具取付軸が回転部材に対して回転方向または軸
方向にずれた場合、回転部材と工具取付軸の間に設けた
光センサが働いて光信号として所要部へ異常信号を伝え
るものであるから、エアによる検知方式のような気密保
持などの必要がなく、構造も簡単となり、工作上有利で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明装置の第１の実施例を示す要部縦断側
面図、第２図は第１図■−■線の拡大横断面図、第３図
は第１図■−■線の拡大横断■１図、第４図は第１図Ｉ
Ｖ−ＩＶ線の横断面図、第５図は第１図■−■線の横断
面図、第６図、第７図は光センサ部分の各状態を示す拡
大縦断面図、第８図、第９図は同上の各状態を示す拡大
横断面図、第１０図は第２の実施例を示す要部縦断側面
図、第１１図は第１０図ＸＩ−ＸＩ線の横断面図、第１
２図は同じく第１０図■−に線の横断面図、第１３図は
検知回路を示すブロック図、第１４図（ａｌないしくｆ
）は波形図である。 １・・・・・・ツールホルダ、４・・・・・・回転部材
、８・・・・・・工具取付軸、　　１１．１７・・・・
・・結合手段、Ａ、Ｂ、、Ｃ・・・・・・光ファイバセ
ンサ、Ｄ・・・・・・光信号検知回路。 同　代理人 鎌 田 文 第１図 第２図 第３図 第６図 第８図 ｆｓ７図 第９図 第４図 第５図 第１０図 第１１図 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）工作機械の主軸に着脱自在に取付けるツールホル
   ダの回転部材内に、工具取付軸を回転自在に取付け、こ
   の回転部材内には工具取付軸に加わる抵抗が設定値に達
   するまでは回転部材と工具取付軸とを一体に係合し、工
   具取付軸に加わる抵抗が設定値を越えると、回転部材に
   対して工具取付軸を回転方向と軸方向の何れかまたは両
   方に自由にする結合手段を設けた切削工具保護装置にお
   いて、回転部材には前記工具取付軸が回転部材に対して
   回転方向と軸方向の何れか、または両方にずれたことを
   光量の変化として光ファイバに伝える光ファイバセンサ
   を設け、上記光ファイバから送られてくる光信号を光電
   変換して工具の異常信号を発する光信号検知回路を設け
   た切削工具の異常検知装置。