JPH11347890A - 工具ホルダーの密着状態検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】工具ホルダーが主軸のテーパ孔内に異常状態で
挿着されているか否かを精度高く検知することができる
工具ホルダーの密着状態検知装置を提供することを課題
とする。 【解決手段】ー対の互いに不導通の電極端子からなる電
極を３個以上主軸の工具側端面の表面に外部と絶縁状態
で設け、さらに前記電極を電源、検知部に接続して回路
を形成し、工具ホルダーを前記主軸の工具側端面の表面
に圧着したとき各電極端子間の電流の不導通により、工
具ホルダーの異常状態を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工具ホルダーが主
軸のテーパ孔内に密着状態すなわち正常状態で挿着され
たか否かを検知する工具ホルダーの密着状態検知装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】自動工具交換装置を備えた工作機械にお
いては、工具ホルダーが主軸のテーパ孔内に正しく挿着
された状態で、主軸の回転が工具ホルダーを介して工具
に伝達されることが期待されている。しかしながら、か
かる状態が常時保たれることは困難であり、まれには主
軸のテーパ孔と工具ホルダーとの間に切粉等がかみ込ま
れ、そのため加工精度が低下したり、最悪の場合には工
具が損傷せしめられていた。

【０００３】そこで、従来から工具ホルダーの密着状態
を検知するために種々の工夫がなされてきた。第ーに、
円筒状ケーシングにより回転自在に軸受けされるスピン
ドルと、このスピンドルの軸孔内に内装され、スピンド
ルとー体に回転し、且つその先端に工具ホルダーの底部
をグリップするチャック部を備えた中心軸と、この中心
軸を後方側に付勢するばね手段と、上記中心軸を進退動
作させ、チャック部が工具をクランプするかまたはアン
クランプするかを制御する進退可能な油圧シリンダのピ
ストンロッドとから構成される工作機械用スピンドルに
おいて、前記油圧シリンダのピストンロッドの軸孔に前
方向にばね付勢された異常検出軸が内挿され、チャック
部異常時、油圧シリンダのピストンロッドが後退位置に
あるとき、異常検出軸の前端が中心軸の後端と当接し、
中心軸に押圧され、異常検出軸の後端が所定位置まで後
退し、この後退により異常を検知する異常検出用スイッ
チを設けたことを特徴とする工作機械用スピンドルにお
ける工具クランプ異常検出装置が提案されている（実公
平４ー５１９２２号公報）。

【０００４】第二に、工具ホルダーのシャンクと主軸ヘ
ッドの工具側のテーパ面との密着状態を調べるために該
シャンクと該テーパ面との間に圧縮エアを供給して圧縮
エアの圧力変化により検知する手段が提案されている。

【０００５】第三に、図７に示すように振れセンサ２６
を工具２７に向かい合わせに設置して距離の変化即ち変
位を測定し、工具２７に流れる渦電流又は工具２７と振
れセンサ２６（検出端）との間にたまる静電容量を検出
する手段が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、第ーの手段
は、チャック部が破損したりしているとき、皿ばねの引
張力により、中心軸が後方に可動して、異常検出軸を圧
縮コイルばねのばね力に抗して後方に押圧し、異常検出
軸の検出体が異常検出用スイッチにより検知されるもの
であり、この構造から推してかなりの異常状態にならな
ければ検知されにくい問題点を有する。例えば、切粉等
の異物がわずかにテーパ孔に残った状態で工具ホルダー
がクランプされた様な外観上正常時とは区別がつかない
場合には、かかる手段ではこのような異常状態は見逃さ
れてしまう。

【０００７】第二の手段は、圧縮エア圧が安定してから
検知すべき圧力スイッチが動作するので、異常状態を検
出するまでの時間がかかり、後工程の作業手順を狂わす
等の問題点を有する。

【０００８】第三の手段は、図８に示す様な数ミクロン
程度の小さな切粉３３がテーパ孔３２の面とシャンク３
０との間に噛まれた場合に、変位は殆どかわらないため
検知されにくく、異常状態でクランプされたままで主軸
３１が高速回転されると、工具２７が折損したり、加工
面のびびりが生じたり、真円度及び面粗度の精度が低下
したりする。

【０００９】本発明は、かかる従来の手段の欠点を解消
し、工具ホルダーが主軸のテーパ孔内に密着状態で挿着
されているか否かを精度高く検知することができる工具
ホルダーの密着状態検知装置を提供することを課題とす
るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、次の手段を採るものである。すなわち、
請求項１の発明は、少なくとも３個以上の電極が主軸の
工具側端面の表面に外部と絶縁状態で設けられ、各電極
は直列に電源、検知部に接続されて回路を形成し、前記
電極はそれぞれー対の電極端子を有し、該電極端子間は
不導通状態となっており、工具ホルダーが前記主軸の工
具側端面の表面に圧着されたとき、全部又はー部の電極
の電極端子間の電流の不導通により、工具ホルダーの異
常状態が検知されるようにしたことを特徴とする工具ホ
ルダーの密着状態検知装置である。

【００１１】また、請求項２の発明は、電極が３〜４個
である請求項１に記載の工具ホルダーの密着状態検知装
置である。

【００１２】さらに、請求項３の発明は、電極が主軸の
工具側端面の表面の同一円周上に等間隔に設けられた請
求項１又は２に記載の工具ホルダー密着状態検知装置で
ある。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明を図面をまじえて詳
細に説明するが、図は、あくまでも説明のためのもので
あり、本発明の精神を逸脱しない限り多少の変更は許容
される。図１は、本発明の工具ホルダーの密着状態検知
装置のー実施例を適用した主軸ヘッドの略断面図である
が、同図において、主軸１は、主軸ヘッド２にベアリン
グ３を介して回転可能に支承されている。

【００１４】工具ホルダー４が主軸１のテーパ孔５内に
嵌合された場合が想定されており、そのためクランプロ
ッド６の先端部分７がクランプ用鋼球８を押し上げまた
は押し下げて工具ホルダー４とスタブ９とを係合するこ
とにより、工具ホルダー４ひいては工具が主軸１にクラ
ンプされている。

【００１５】他方、クランプロッド６が図に向かって左
方向に押されると、クランプ用鋼球８がクランプロッド
６の凹所１０に嵌まり込み、工具ホルダー４とスタブ９
との係合が解除されてアンクランプ状態になるように構
成される。１１は、仮保持用硬球であり、ばね１２によ
って主軸１の孔から工具ホルダー４に臨み、アンクラン
プ状態から自動工具交換に至るまでの工具ホルダー４の
離脱を防止して安全を図っている。

【００１６】ー対の電極端子ａ，ｂは、１個の電極Ａを
形成し、主軸１の工具側端面１３の表面１３ａに外部と
絶縁状態で取り付けられている。例えば、工具側端面１
３をセラミックなどの非導電体で形成し、電極端子ａ、
ｂを工具側端面１３の表面１３ａに露出させる。この状
態では電極端子ａ、ｂ間は不導通になっているが、工具
ホルダー４が主軸１のテーパ孔５内に密着状態で嵌合す
ることにより、電極端子ａ、ｂ間は導通状態になる。電
極Ｙは、ー対の電極端子ｖ、ｗで形成され、電極端子ｖ
と電極端子ａとが、電極端子ｗと電極端子ｆとが、それ
ぞれコード１４、１５によってつながれている。尚、コ
ード１５の途中は省略されている。

【００１７】主軸１の工具側端面１３の表面１３ａを工
具側から見た図を図２に示す。図２において、電極端子
ａ、ｂは電極Ａを、電極端子ｃ，ｄは電極Ｂを、電極端
子ｅ、ｆは電極Ｃを形成し、電極端子ｖ、ｗは電極Ｙを
形成する。電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｙは、導通状態になったと
き直列になるように接続される。また、電極Ａ、Ｂ、Ｃ
は、互いに１２０°ずらして等分の位置に配置されてい
る。前記電極端子ｖは電極端子ａと、電極端子ｂは電極
端子ｃと、電極端子ｄは電極端子ｅと、電極端子ｆは電
極端子ｗと、それぞれつながれて導通状態となってい
る。

【００１８】他方、つながれていない電極端子間は、不
導通状態となっており、図１の２点鎖線に示す様に工具
ホルダー４が主軸１の工具側端面の表面１３ａに密着し
て圧着されることにより、はじめて導通状態になる。図
３、図４は、電極の取付け位置を替えた他の実施例を示
すものであり、図３においては電極Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ（電
極端子ｇ，ｈ）が、同心円上に互いに９０°ずらして等
分の位置に配置されており、図４においては電極Ａ、
Ｂ，Ｃが不等分の位置に配置されている。電極の個数は
３個以上、好ましくは３〜４個であるが、これは工具ホ
ルダー４がテーパ孔５内に正常状態で挿着されたか否か
を精度高く検知するためであり、図２又は図３の如く電
極が同一円周上に等間隔で配置されているものが好まし
い。

【００１９】主軸ヘッド２内にはシリンダー１６が内蔵
され、このシリンダー１６内にＴ型のピストン１７が摺
動可能に設けられ、矢印方向から流体供給路１８を通っ
てシリンダー室１９に圧油、エア圧などの流体が供給さ
れてピストン１７が下方に移動し、電極端子ｘが電極端
子ｖに、電極端子ｙが電極端子ｗに、それぞれ接続され
て導通状態になり、他方シリンダー室１９内の流体を流
体出口路２０から回収することにより、ピストン１７は
ばね２１の付勢力で上方にもどり、電極端子ｘ、ｙは電
極端子ｖ、ｗとそれぞれ不導通状態になる。

【００２０】検知部２３のー端はコード２１によって電
極端子ｘに接続され、その他端は、コード２５によって
電源２４に接続され、電源２４の他端は電極端子ｙに接
続されている。この関係は、図５によっても同様に示さ
れる。したがって、工具ホルダー４がテーパ孔５内に挿
入され正常状態で密着されたとき、図５に示す不導通の
箇所は全て導通状態となり、この閉回路には電流が流れ
ることになる。図６は、図１のように電極端子ｘ、ｙを
ピストン１７の動きにより移動させるものではなく、図
示しない自動工具交換装置の交換アームに、検知部及び
電源に接続されたー対の電極端子を設け、工具ホルダー
４を主軸１のテーパ孔５内に正常状態で挿着したとき、
前記ー対の電極端子が主軸１の電極端子ｖ，ｗと接続す
るようにしたものである。

【００２１】ここで、図１〜５にもとづいて本発明の作
用について説明する。まず、主軸１は加工中に於いては
回転しているが、該主軸１の工具を交換する際には、主
軸１が定位され、決まった位相に電気的に固定される。
該主軸１が定位されたときに、電極端子ｖ，ｗが旋回方
向上、ある決まった位置に固定され、該電極端子ｘ、ｙ
が接触、導通可能となる。つぎに、主軸１に図示しない
自動工具交換装置により工具ホルダー４が挿着されると
同時に、流体が流体供給路１８を通ってシリンダー室１
９に供給され、そのためピストン１７は下降して電極端
子ｘ、ｙが電極端子ｖ，ｗに接触し、工具ホルダー４が
主軸１のテーパ孔５内に正常な状態で挿着された場合に
は、工具ホルダー４によって電極端子ａ〜ｂ間、電極端
子ｃ〜ｄ間、電極端子ｅ〜ｆ間は接続され、図５に示す
ものは一つの閉回路を形成することになる。しかるに、
工具ホルダー４が切粉等のためにテーパ孔５内に密着し
て挿着されず、異常状態で把持されている場合には、図
２においては電極Ａ、Ｂ、Ｃ又は図３においては電極
Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｄの全部又はー部は不導通状態のままであ
り、電流が流れないことになるので、この電流の流れの
有無を検知部２３で検知し、異常の信号を発信し、工作
機械を停止し自動工具交換をリトライさせることにな
る。

【００２２】

【発明の効果】請求項１、２又は３の発明によれば、工
具ホルダーの異常状態が精度高く正確に短時間で検知さ
れ、ひいては刃具の折損が防止される効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工具ホルダー密着状態検知装置のー実
施例を適用した主軸ヘッドの略断面図である。

【図２】本発明に係る主軸の工具側端面の表面における
電極端子の配置図である。

【図３】電極端子の他の配置図である。

【図４】電極端子のさらなる他の配置図である。

【図５】電極、検知部及び電源からなる略回路図であ
る。

【図６】本発明の工具ホルダー密着状態検知装置の他の
実施例を適用した主軸ヘッドの略断面図である。

【図７】従来の工具ホルダー密着状態検知装置を適用し
た主軸ヘッドの略断面図を示すものである。

【図８】図７において切粉が噛み込んだ場合の略断面図
を示すものである。

【符号の説明】

１ 主軸 ２ 主軸ヘッド ４ 工具ホルダー ６ クランプロッド ７ クランプロッドの先端部分 ９ スタブ １３ 主軸の工具側端面 １３ａ 主軸の工具側端面の表面 １６ シリンダー １７ ピストン ２３ 検知部 ａ 電極端子 ｆ 電極端子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも３個以上の電極が主軸の工具側
   端面の表面に外部と絶縁状態で設けられ、各電極は直列
   に電源、検知部に接続されて回路を形成し、前記電極は
   それぞれー対の電極端子を有し、該電極端子間は不導通
   状態となっており、工具ホルダーが前記主軸の工具側端
   面の表面に圧着されたとき、全部又はー部の電極の電極
   端子間の電流の不導通により、工具ホルダーの異常状態
   が検知されるようにしたことを特徴とする工具ホルダー
   の密着状態検知装置。
2. 【請求項２】電極が３〜４個である請求項１に記載の工
   具ホルダーの密着状態検知装置。
3. 【請求項３】電極が主軸の工具側端面の表面の同ー円周
   上に等間隔に設けられた請求項１又は２に記載の工具ホ
   ルダーの密着状態検知装置。