JPH0244645B2 - Kogunojumyokenshutsukikoosonaetakoguhetsudo - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、工具の寿命検出機構を備えた工具ヘ
ツドに関し、更に詳述すればそれ自体切削工具の
折損等を未然に防止し得るようになつた工具ヘツ
ドに関する。

従来の技術 ドリル、エンドミル等の切削工具に摩耗等が発
生すると、ワークの加工精度を損なうばかりでな
く、切削工具に折損等を招来し、これの寿命を損
なうことになるので、加工中に摩耗の進行状況を
検知し、切削工具に寿命を検出することが重要で
ある。

そして、この種の寿命検出の第１従来技術とし
て、ボール盤、フライス盤、マシニングセンタ等
の工作機械のフレーム等に取りつけた加速度セン
サで加工中の切削工具の振動を検出し、検出結果
に基づき摩耗の進行状況を把握する方法があつ
た。

また、第２従来技術として、切削工具に連繋し
た工作機械の主軸を駆動する電動機の負荷を検出
し、検出結果に基づき摩耗の進行状況を把握する
方法があつた。

更に、第３従来技術として、予め実験、実績等
により切削工具の寿命時間を設定しておき、この
寿命時間に基づき予測する方法があつた。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述の第１、第２従来例の如き
検出形態をとる場合は、装置構成が複雑、且つ大
掛りなものになるという欠点がある。

また、第３従来技術による場合は切削工具の摩
耗の進行状況を正確に把握することができないと
いう欠点がある。

本発明はかかる従来技術の問題点を解決するた
めになされたものであり、それ自体工具の寿命を
正確に検出することができるようになつた工具の
寿命検出機構を備えた工具ヘツドを提供すること
を目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明に係る工具の寿命検出機構を備えた工具
ヘツドは、工作機械の主軸に連結される軸部の先
端側に筒部を有する工具ヘツド本体と、前記筒部
の内周面の先端部に周方向に一又は複数凹設して
ある係合溝と、前記内周面に前記係合溝と同数凹
設してあり、先端側が前記係合溝の一部に連通し
た引込み溝と、前記係合溝の基端に形成される受
止め壁と、基端側が閉塞された円筒状をなし、前
記筒部内に基端部を挿入してあり、且つ先端部に
切削工具を保持する工具駆動軸と、該工具駆動軸
の内部に作動流体を供給する手段と、前記工具駆
動軸の中間部における外周面に一又は複数突出形
成してあり、前記受止め壁に係止する係合凸部
と、前記係合溝に係合する係止爪を基端側に有
し、この係止爪の周方向に片流れ状に形成した押
圧面で前記係合凸部を前記受止め壁に押し付ける
ようにして前記筒部の先端部に取りつけてある係
合環体と、該係合環体を基端側に弾圧付勢するば
ね部材とを具備し、前記切削工具に作用するトル
クの変動により前記係合凸部が前記受止め壁から
離脱し、前記工具駆動軸が前記引込み溝に案内さ
れて基端側に退入するようになつている。

作 用 しかるときは、長期にわたる使用等により切削
工具の刃先に摩耗等が発生し、切削抵抗が大きく
なると、切削工具、即ちこれを保持する工具駆動
軸のトルクが増大することになるので、これに設
けた係合凸部が工具ヘツド本体と連動して回転す
る係合環体に対して相対的に回動（スリツプ）す
ることになる。そうすると、第４図に仮想線で示
すように係合ピン２０（係合凸部）が押圧面４１
に乗り上げ、これが皿ばね５（ばね部材）の付勢
力及び工具駆動軸を基端側に押圧する作動流体の
内圧Ｐ（第１図参照）に抗して係合環体４を先端
側に押しつけ、結果的に係合ピン２０が受止め壁
１５から離脱し、引込み溝１４内に飛び込むこと
になる。しかして、この状態においても依然とし
て係合ピン２０、即ち工具駆動軸には前記付勢力
及び内圧Ｐが作用しているので、引込み溝１４に
案内されて工具駆動軸、つまり切削工具が基端側
に退入することになる。

実施例 以下本発明の実施例を図面に基づき説明する。
第１図は本発明に係る工具の寿命検出機構を備え
た工具ヘツドを示す縦断面図、第２図は要部の分
解斜視図、第３図は第１図のＡ―Ａ線による要部
の断面図、第４図は係合ピンの受止め壁からの離
脱動作を説明するための展開図である。

この工具ヘツドは、図上左側に相当する基端側
に設けたテーパシヤンク１０の先端側に円筒状を
なす筒部１１をボルト２４を用いて連結してなる
工具ヘツド本体１と、筒部１１の基端側に外嵌し
てあり、工具ヘツド本体１を回転自在に支持する
支持筒８と、これの外周面の一部に連設した支持
部材９と、筒部１１内に基端側に挿入してあり、
先端部にドリル３を保持する中空の工具駆動軸２
と、筒部１１の先端部に取りつけてあり、かつ工
具駆動軸２の中間部における外周面に外嵌してあ
る係合環体４と、筒部１１の先端外周面に装着し
てあるトルク設定用ナツト部材６とを有してな
り、マシニングセンタの主軸７に連結されてい
る。

この連結は、具体的にはテーパシヤンク１０を
主軸７の嵌合穴７０に押込んで行われる。そし
て、この時、同時に支持部材９の基端側に設けた
位置決めピン９０が位置決めブロツク１００のピ
ン溝（又は穴）１０１に押込まれ、支持筒８の回
り止めが確実に行われるようになつている。かく
して、かかる連結態様によりドリル３のワークＷ
に対する位置決めが行われることになる。なお、
９２は位置決めピン９０を摺動自在に支持するケ
ーシングであり、９３は位置決めピン９０を常時
基端側に付勢するばねである。

位置決めブロツク１００のピン溝１０１の基端
側には図外のポンプから供給される切削油、エア
ー、油霧エアー等の冷却用流体が通流する流体通
路１０２を連通形成してある。また、位置決めピ
ン９０の内部にも流体通路９１を設けてあり、位
置決めピン９０をピン溝１０１に嵌入すると、両
流体通路１０２，９１が連通するようになつてい
る。流体通路９１の先端側はケーシング９２の先
端部に設けた通流穴９４、この通流穴９４に連通
させるべく支持部材９内に設けた流体通路９５及
び支持筒８の内周面に形成した環状の流体通路８
０に連通している。更に、流体通路８０は筒部１
１の基端側において、これの径方向に設けた流体
通路１６に連通しており、流体通路１６は筒部１
１と連動して回転する工具駆動軸２の基端部に同
様にして設けた流体通路２２に連通している。

かくして、これらの通路を介して図中矢符で示
すように前記ポンプから工具駆動軸２の内部に冷
却用流体が供給されるようになつている。この冷
却用流体はドリル３の内部に設けた流体通路穴３
０を介してこれの刃先側に噴出され、ワークＷ及
びこれを切削中のドリル３の切削面を確実に冷却
すると共に、後述するようにしてドリル３の切削
面に摩耗等が発生し、切削抵抗が大きくなつて、
ドリル３を保持する工具駆動軸２のトルクが大き
くなると、工具駆動軸２を基端側に引き込むべく
機能する。

次に、筒部１１及び工具駆動軸２の詳細につい
て順をおつて説明する。筒部１１の先端部におけ
る内周面の対向位置には周方向に適幅凹設してな
る係合溝１３，１３を設けてある。係合溝１３，
１３の基端側にはこれよりも狭幅になつた引込み
溝１４、，１４を凹設してある。即ち、第４図に
示すように引込み溝１４の先端を係合溝１３の周
方向の一部と連通させてあり、係合溝１３の残余
の部分に受止め壁１５が形成された構造となつて
いる。

筒部１１内には円筒状をなす工具駆動軸２の基
端側を挿入連結してある。工具駆動軸２の基端は
基端壁２１により閉塞されている。基端壁２１は
常態において筒部１１の基端面１７よりも先端側
に位置しており、基端壁２１と基端面１７及び前
記テーパシヤンク１０の先端部の内面に設けた連
結穴１０ａとの間に空間１８が形成されるように
なつている。そして、テーパシヤンク１０の連結
穴１０ａと対応する部分には径方向に複数（図示
例では１本のみ現れている）の空気抜き用孔１９
を穿設してある。

工具駆動軸２は筒部１１と連動して回転可能
に、且つこれに対して軸長方向への摺動可能に取
りつけられている。即ち、工具駆動軸２の中間部
にはこれの径方向に係合ピン２０を両端突出状態
で打ち込んであり、常態においてこの突出部が次
に述べる係合環体４の係止爪４０，４０により前
記受止め壁１５に押しつけられており、これで工
具駆動軸２が筒部１１に対して、つまりドリル３
が工具ヘツド本体１に対して連動して回転するよ
うになつている。

なお、工具駆動軸２と工具ヘツド本体１とを連
動させる手段としては、前記係合ピン２０に限定
されるものではなく、受止め壁１５に係止する係
合凸部を工具駆動軸２の外周面に設ける形態であ
りさえすればよいので、例えば工具駆動軸２の外
周面にボールを取りつけることにしてもよいし、
短寸のピンを突出形成することにしてもよい。ま
た、これらの本数については２本に限定されるも
のではなく、１本であつてもよいし、３本以上設
けることにしてもよい。勿論、この場合には前記
係合溝１３、引込み溝１４及び後述の係止爪４０
の本数を係合凸部の本数と同一に選定することに
なる。

一方、後述するようにして工具駆動軸２が係合環
体４に対して第３図に示すように相対的に回転す
ると、第４図に仮想線で示すように係合ピン２０
が受止め壁１５から離脱して引込み溝１４内に飛
び込み、次いで基端側に摺動するようになつてい
る。この摺動動作は、前記冷却用流体により行わ
れる。即ち、前述したようにして工具駆動軸２の
内部に供給される冷却用流体がその内圧Ｐにより
基端壁２１を常時基端側に押圧しているからであ
る。

しかして、かかる摺動動作を行うことにより、
工具駆動軸２と筒部１１との間には、いわば冷却
用流体を作動流体としてピストンに相当する工具
駆動軸２をシリンダに相当する筒部１１に対して
摺動させる関係が成立することになる。

なお、この摺動動作に伴い空間１８内の空気が
圧縮されることになるが、前述の空気抜き用孔１
９を介して圧縮空気が外部に放出されることにな
るので、工具駆動軸２を先端側に押し戻す不具合
を発生する虞れがない。

筒部１１の先端には前述の如く係合ピン２０を
受止め壁１５に押圧して、工具駆動軸２と工具ヘ
ツド本体１との連動回転を可能にする係合環体４
を嵌入してある。即ち、係合環体４の基端側には
前記係合溝１３，１３に夫々係合する適幅の係止
爪４０，４０を突出形成してあり、この係止爪４
０，４０の周方向の一部には係合ピン２０の両端
突出部を受止め壁１５，１５に押圧する押圧面４
１，４１を設けてある。この押圧面４１は第２図
及び第４図に示すように、周方向に片流れ状にな
つた傾斜面にになつており、その傾斜方向は先端
側になつている。

係合環体４の先端側にはこれを常時所定のばね
圧で基端側に押圧付勢する皿ばね５を設けてあ
る。この皿ばね５は前記筒部１１の先端外周面に
螺合されるトルク設定用ナツト部材６と相俟つて
ドリル３のトルクを設定するためのものである。
即ち、有底筒状をなすトルク設定用ナツト部材６
を筒部１１の外周面に螺合し、止めねじ６１を用
いてトルク設定用ナツト部材６を筒部１１の軸方
向における所定の位置にロツクすると、トルク設
定用ナツト部材６の底壁６０と係合筒体４の先端
面との間に介装される皿ばね５のばね定数が設定
されることになるので、これにより皿ばね５のば
ね定数と相関関係を有するドリル３のトツクが設
定されることになるのである。

ここに、皿ばね５のばね定数とドリル３のトル
クが相関関係を有するのは以下の理由による。
今、ドリル３が第１図に矢符で示すように右回り
に回転するものとすると、ワークＷの加工中にお
けるドリル３、つまり工具駆動軸２のトルクが筒
部１１と連動して回転する係合環体４のトルクと
同一又はそれ以下である場合は、第４図に実線で
示すように係合ピン２０が受止め壁１５に当接す
る状態が維持され、工具駆動軸２と係合環体４と
が連動回転することになるが、ドリル３の切削面
に摩耗等を生じ、切削抵抗が大きくなつて工具駆
動軸２のトルクが係合環体４のトルクよりも大き
くなると（工具駆動軸２の回転速度が係合環体４
の回転速度よりも遅くなると）、その差だけ工具
駆動軸２が係合環体４に対して左回りに相対回転
することになる。

しかして、工具駆動軸２、即ち係合ピン２０が
相対回転しようとすると、これが押圧面４１に乗
り上げ、そのときに発生する押圧力の工具ヘツド
本体１の軸長方向における分力により係合環体４
を第４図に仮想線で示すように先端側に押圧付勢
しようとするが、この場合において前記分力が皿
ばね５の付勢力と冷却用流体の内圧Ｐによる基端
側向きの押圧力の和と同一又はそれ以下である場
合は、依然として係合ピン２０が受止め壁１５に
押圧されているので、係合ピン２０の相対回転が
防止されることになる。

従つて皿ばね５のばね定数を適宜の値に設定す
ることにより、工具駆動軸２が係合環体４に対し
て相対回転しないドリル３のトルクを設定するこ
とができることになるのである。つまり、皿ばね
５のばね定数とドリル３のトルクとが一定の相関
関係を有するのである。

そして、ドリル３のトルク設定、即ち皿ばね５
のばね定数を適正に設定する手段としてトルク設
定用ナツト部材６には第２図に示すように、その
基端側外周面にトルク調整用目盛６２を刻設して
あり、一方筒部１１の対応する外周面にはカーソ
ル１１ａを刻設してある。かくして、作業者の目
視作業によりドリル３のトルク設定を過誤なく所
望の値に設定することができるようになつてい
る。

なお、このトルク設定値は切削工具の種類、ワ
ークＷの材質等に応じて予め適宜の値に選定され
るようになつている。

かくして、以上の構成において主軸を回転し、
これに送り与える工具ヘツド本体１、工具駆動軸
２を介してドリル３が回転し、ワークＷの切削加
工が行なえるようになつている。そして、ドリル
３の切削面に摩耗等が発生し、切削抵抗が大きく
なり、ドリル３のトルクが設定値よりも大きくな
ると、上述した如く工具駆動軸２が基端側に退入
し、またこれに伴つてドリル３がワークＷから図
示せるストロークＳだけ退入することになるの
で、ドリル３の折損を確実に防止できることにな
る。

そのうえで、以上の本発明工具ヘツドを用いて
ワークＷの加工を行う場合には、工具駆動軸２又
はドリル３の基端側への退入を検知し、これを工
作機械に報じる手段を具備することが実施するう
えで望ましい。即ち、かかる手段を具備する場合
は、ドリル３の退入後、即ちに工作機械が停止さ
れることになるので、爾後の処置が迅速に行える
ことになり、また電力損失等を抑止できることか
らなるからである。

そして、上記手段の一実施形態として、ドリル
３とワークＷの導通、非導通状態を検知するリン
グセンサが考えられる。また、他の実施形態とし
て、切削抵抗が増大して工具駆動軸２が基端側に
引つ込むと、前記流体通路１６と流体通路２２と
の連通が解除され、これによりポンプの負荷が低
下することになるので、このポンプの低下を適宜
の検知手段で検出する構成をとることが考えられ
る。

なお、上記実施例では切削工具としてドリル３
を用いる場合について説明したが、本発明はエン
ドミル等の他の切削工具についても同様に適用で
き、またマニシングセンタ以外の、例えばボール
盤、フライス盤等の工作機械についても同様に適
用できることは勿論である。

また、上記実施例では係合環体４を基端側に付
勢するばね部材として皿ばね５を用いたが、これ
に代えてコイルスプリング等の他のばね部材を用
いることにしてもよい。

更に、上記実施例では冷却用流体を工具駆動軸
２のサイドから供給する、所謂サイドスルー型の
実施形態をとるが、主軸７の内部、テーパシヤン
ク１０の内部及び筒部１１の基端側における内、
外装間に流体通路を設け、これらの流体通路の先
端と前記流体通路１６とを連通させ、工具駆動軸
２の内部に冷却用流体を供給する、所謂スピンド
ルスルー型の実施形態をとることにしてもよい。

更にまた、上記実施例では切削工具として工具
の内部に流体通流穴を有する。所謂オイルホール
型の工具を用い、切削工具の刃先側の冷却をも効
果的に行わんとする実施形態をとるが、本発明は
通常の切削工具についても適用できることは勿論
であり、この場合にはノズル等を用いて冷却用流
体を切削工具の刃先側に噴出させ、これの冷却を
行う実施形態をとることにすればよい。

発明の効果 以上の本発明による場合は、切削工具に発生す
る摩耗等が進行し、切削抵抗、即ち切削工具のト
ルクが大きくなると切削工具が自動的に退入する
ことになるので、予めこのトルクを所定の値に設
定しておくことにより、切削工具の折損を確実に
防止できることになる。従つて、切削工具を無駄
にすることがなく、再研磨することにより反復使
用が可能になる。また、切削加工の無人化への途
を切り開くことになるという意義もある。

しかも、本発明によれば工具ヘツドそれ自体が
工具の寿命検出機構を備えているので、従来例に
比べて装置構成を格段に簡略化、且つ小型化でき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の実施例を示して
おり、第１図は本発明に係る工具の寿命検出機構
を備えた工具ヘツドを示す縦断面図、第２図は要
部の分解斜視図、第３図は第１図のＡ―Ａ線によ
る要部の断面図、第４図は係合ピンの係合溝から
の離脱動作を説明するための展開図である。 １…工具ヘツド本体、１１…筒部、１３…係合
溝、１４…引込み溝、１５…受止め壁、１６…流
体通路、２…工具駆動軸、２０…係合ピン、２１
…基端壁、２２…流体通路、３…ドリル、４…係
合環体、４０…係止爪、４１…押圧面、５…皿ば
ね、６…トルク設定用ナツト部材、７…主軸、８
…支持筒、９…支持部材、９０…位置決めピン、
１００…位置決めブロツク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 工作機械の主軸に連結される軸部の先端側に
   筒部を有する工具ヘツド本体と、前記筒部の内周
   面の先端部に周方向に一又は複数凹設してある係
   合溝と、前記内周面に前記係合溝と同数凹設して
   あり、先端側が前記係合溝の一部に連通した引込
   み溝と、前記係合溝の基端に形成される受止め壁
   と、基端側が閉塞された円筒状をなし、前記筒部
   内に基端部を挿入してあり、且つ先端部に切削工
   具を保持する工具駆動軸と、該工具駆動軸の内部
   に作動流体を供給する手段と、前記工具駆動軸の
   中間部における外周面に一又は複数突出形成して
   あり、前記受止め壁に係止する係合凸部と、前記
   係合溝に係合する係止爪を基端側に有し、この係
   止爪の周方向に片流れ状に形成した押圧面で前記
   係合凸部を前記受止め壁に押し付けるようにして
   前記筒部の先端部に取りつけてある係合環体と、
   該係合環体を基端側に弾圧付勢するばね部材とを
   具備し、前記切削工具に作用するトルクの変動に
   より前記係合凸部が前記受止め壁から離脱し、前
   記工具駆動軸が前記引込み溝に案内されて基端側
   に退入するようになしてあることを特徴とする工
   具の寿命検出機構を備えた工具ヘツド。 ２ 前記切削工具が前記工具駆動軸の内部に連通
   する流体通流穴を備えた切削工具であり、この流
   体通流穴を介して刃先側に前記作動流体を噴出さ
   せるべくなしてあることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の工具の寿命検出機構を備えた工
   具ヘツド。