JP3779527B2 - 工作機械の主軸に装備されるツールクランプバネの監視装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マシニングセンタ等の工作機械において、工具を着脱自在に保持する主軸内ツールクランプバネの自動監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工具の自動交換装置を備えたマシニングセンタにあっては、主軸内に工具を引き込んで保持するツールクランプ機構を備える。
ツールクランプ機構は、ツールのシャンクの尾部に取り付けられるプルスタッドを把持するコレットチャックを有するドローバーと、このドローバーを常時引き込む方向に付勢されたクランプバネを備える。
工具交換時には、アクチュエータによりドローバーをクランプバネに抗して押し出し、コレットチャックを開いて工具を解放する。
【０００３】
クランプバネは、コイルバネや皿バネを軸方向に多数枚重ね合わせたもので、例えば８００Ｋｇの引っ張り力を発生して、工具をクランプする。
マシニングセンタにおいては、多数回の工具交換が行われ、その度に、クランプバネは圧縮と伸張を繰り返す。使用することにより、クランプバネのバネ係数が劣化すると、主軸は充分なクランプ力で工具を保持することができなくなり、加工性能に悪影響を及ぼす。
【０００４】
そこで、従来は定期的にマシニングセンタを停止させ、主軸に引っ張り応力を計測する測定機を取り付けて、クランプバネのバネ力を測定していた。そして、このバネ力が初期値より所定の値だけ低下したときに、クランプバネの交換を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のクランプバネの監視手段にあっては、定期的な保守点検作業が必要であり、また、突発的なクランプバネのバネ力の低下に対しては対応することができず、加工不良や主軸の故障等を引き起こす問題があった。
そこで本発明は、主軸を装備するヘッドストックをサーボ機構によって工具交換位置まで移動したときに、ヘッドストックの移動力を利用して機械的にドローバーをアンクランプと位置に押し出す構造のマシニングセンタにおけるツールクランプバネの自動監視装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明を適用するマシニングセンタは、ベッドと、ベッド上に配設されるコラムと、コラムに対して摺動自在に支持されるヘッドストックと、コラムに取り付けられてボールネジを介してヘッドストックの移動を制御するサーボモータと、ヘッドストック内に回転自在に支持される主軸と、主軸内に装備されて工具をクランプするクランプバネと、コラムの工具交換位置に取り付けられるカム溝を有するカムブロックと、ヘッドストックに装備されてカム溝に係合するカムフォロワを有するメカニカルアームを備え、ヘッドストックがサーボモータにより工具交換位置に移動されたときに、カムブロックに係合するメカニカルアームの旋回動によりクランプバネが押圧されて工具のクランプを解放する手段を備える。そして、ヘッドストックを駆動するサーボモータに流れる電流値を検知する手段と、クランプバネのバネ力が初期値における工具交換による工具のアンクランプ時の電流値の変化の値と、バネ力が初期値より減少したときにおける工具交換による工具のアンクランプ時の電流値の変化の値とを比較する手段を備え、ツールクランプバネのバネ力を監視するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のクランプバネの自動監視装置を備えたマシニングセンタの側面図、図２はヘッドストックの要部の断面図である。
全体を符号１で示すマシニングセンタは、ベッド１０と、ベッド１０上に軸Ｚ方向に移動するテーブル２０を有する。ベッド１０上には、一対のガイドレール３１，３２が水平に対して傾斜する姿勢で敷設しており、このガイドレール３１，３２に係合する直動案内装置を備えたコラム３０が紙面に直交する軸Ｘ方向に移動可能に支持されている。
【０００８】
ベッド１０上には、サーボモータ３６が取り付けてあり、サーボモータにより駆動されるボールネジ３４により、コラム３０の移動が制御される。
コラム３０に対して全体を符号１００で示すヘッドストックが軸Ｙ方向に摺動自在に支持される。
コラム３０の頂部には、サーボモータ５０が取り付けてあり、ボールネジ５２を介してヘッドストック１００を軸Ｙに沿って制御する。コラム３０の上部にはカム溝６２を有するカムブロック６０が固定してある。一方、ヘッドストック１００にはメカニカルアーム７０が取り付けてあり、メカニカルアーム７０のカムフォロワ７２がカムブロック６０のカム溝６２に係合する。
【０００９】
図１は、ヘッドストック１００がサーボモータ５０によってＡＴＣ（自動工具交換）位置まで引き上げられた状態を示す。このＡＴＣ位置において、ヘッドストック１００に取り付けられたメカニカルアーム７０のカムフォロワ７２はコラム３０に固定されたカムブロック６０のカム溝６２に係合する。カム溝は湾曲したプロファイルを有し、このプロファイルによりメカニカルアーム７０は、ピン７４を中心にして矢印Ｒ１方向に旋回される。
ヘッドストック１００内に装備された主軸のツールクランプ機構は、このメカニカルアームの旋回を動力源としてアンクランプされる。
【００１０】
図２は、ヘッドストック１００の要部を示す断面図、図３は図２のＤ−Ｄ矢視図である。
ヘッドストック１００は、ハウジング１０５内に主軸１１０をベアリング群１１４，１１６によって回転自在に支持する。主軸１１０は、工具装着穴１１２を有し、工具２００を保持する。
【００１１】
主軸１１０は、その外周部にモータのロータ１２２が取り付けてあり、ステータ１２０に供給される電力により直接に駆動される。
主軸１１０の内部には、ドローバー１３０が摺動自在に挿入される。このドローバー１３０の先端部には、コレットチャック１３２が装備されていて、工具２００のプルスタッド２１０を着脱自在に把持する。
【００１２】
ドローバー１３０の後端部には、細径部を有するプッシュロッド１４０が連結される。このプッシュロッド１４０の細径部は、主軸１１０内に固定されるバネ受け部材１７０を貫通する。プッシュロッド１４０の細径部と主軸１１０の間には、多数の皿バネ１６０が挿入される。この皿バネ１６０はプッシュロッド１４０と、プッシュロッド１４０に連結されたドローバー１３０を常時主軸１１０内に引き込む方向にバネ力を発揮し、工具のクランプバネとして機能する。
プッシュロッド１４０の後部１４２は、スリーブ１５０内を貫通し、スリーブ１５０はメカニカルアーム７０に係合する。
【００１３】
図３にも示すように、メカニカルアーム７０は、ピン７４によりヘッドストックのハウジング１０５に対して旋回自在に支持されている。メカニカルアーム７０の上端に設けたカムフォロワ７２は、ＡＴＣ位置において、コラム側に固定されたカムブロック６０のカム溝６２に係合する。ヘッドストック１００が軸Ｙに沿ってＡＴＣ位置まで上昇すると、メカニカルアーム７０のカムフォロワ７２がカムブロック６０のカム溝６２に挿入される。カム溝６２は図示のように湾曲したカムプロファイルを有し、メカニカルアーム７０はピン７４を支点として、矢印Ｒ１方向に旋回動される。
【００１４】
図３に示すように、Ｙ字形状のフォーク部８０を有し、フォーク部８０の内側に取り付けたローラ８２がスリーブ１５０の両側に形成された段付部に係合する。
【００１５】
メカニカルアーム７０が矢印Ｒ１方向に旋回動すると、ローラ８２がスリーブ１５０を主軸１１０の先端に向けて押し出し、スリーブ１５０の肩部１５２によりスリーブ１５０に係合するプッシュロッド１４０は、ドローバー１３０をクランプバネ１６０のバネ力に抗して工具装着穴１１２に向けて押し出す。
この作動によって、ドローバー１３０の先端のコレットチャック１３２は、工具２００のプルスタッド２１０を押して工具２００を主軸１１０の工具装着穴から押し出すとともに、プルスタッド２１０の把持を解放する。
【００１６】
ＡＴＣ位置において、図示しない自動工具交換装置によって、新たな工具が主軸１１０の工具装着穴１１２に挿入される。
その後に、サーボモータ５０に工具交換完了の指示が与えられ、サーボモータ５０は、ヘッドストック１００を軸Ｙに沿って下降させ、所定の下降位置まで移動させる。
ヘッドストック１００が下降すると、メカニカルアーム７０のカムフォロワ７２は、各ブロック６０のカム溝６２から離脱する。メカニカルアーム７０とヘッドストックハウジング１０５の間に張設したスプリング９０は、メカニカルアーム７０を初期状態に復帰させる。
【００１７】
クランプバネ１６０は、ドローバー１３０、プッシュロッド１４０を主軸１１０の内側に引き込み、ドローバー１３０のコレットチャック１３２が工具２００のプルスタッド２１０を把持して引き込み、主軸１１０に対する工具２００のクランプが完了する。
【００１８】
図４は、サーボモータ５０に流れる電流Ａと、ヘッドストック１００を早送りモードで移動させたときの移動速度Ｖを示すグラフである。
ヘッドストック１００は、軸Ｙ上の第１原点Ｙ１からＡＴＣ位置まで上昇を開始し、メカニカルアーム７０のカムフォロワ７２がカムブロック６０のカム溝６２に係合し、ＡＴＣ位置Ｙ２まで達して停止する。この上昇の間にメカニカルアーム７０は、ドローバー１３０をクランプバネ１６０のバネ力に抗して押し出すので、サーボモータ５０には、アンクランプに必要な電流値Ａ１が供給される。ＡＴＣが完了すると、サーボモータ５０はヘッドストック１００をＡＴＣ装置Ｙ３から下降させ、第１原点Ｙ４に戻す。
【００１９】
本発明の工具のクランプ，アンクランプ機構は、上述したようにヘッドストックの軸Ｙ方向の移動を動力源として作動するので、ヘッドストックを操作するサーボモータに流れる電流を検知することによって、工具のクランプバネのバネ力を監視することができる。
【００２０】
すなわち図５は、クランプバネ１６０のバネ力が初期値から６０％減少したヘッドストックを、図４と同様のモードで移動させたときのサーボモータへ流れる電流Ａと移動速度Ｖの変化を示すグラフである。
クランプバネのバネ力が低下しているので、サーボモータに流れるアンクランプに必要な電流値Ａ２は、正常なクランプバネの電流値Ａ１に比べて明確に低減される。
【００２１】
そこで、ヘッドストックを駆動するサーボモータに流れる電流を検知し、ＡＴＣを開始する際の電流値とを予め設定した電流値と比較することによって、工具クランプ用のクランプバネのバネ力の低減を監視することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、マシニングセンタがＡＴＣを実行する度に、ヘッドストックに装備された工具クランプバネのバネ力の程度を検知することができる。したがって、突発的なクランプ力の劣化による故障等の発生を回避し、またクランプバネの交換時機を予め知ることができるので、機械の保守や加工計画上極めて有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するマシニングセンタの側面図。
【図２】ヘッドストックの要部の断面図。
【図３】図２のＤ−Ｄ矢視図。
【図４】本発明の作動を示す説明図。
【図５】本発明の作動を示す説明図。
【符号の説明】
１ マシニングセンタ
１０ ベッド
２０ テーブル
３０ コラム
３２，３４ ガイドレール
５０ サーボモータ
５２ ボールネジ
６０ カムブロック
６２ カム溝
７０ メカニカルアーム
７２ カムフォロワ
７４ ピン
１００ ヘッドストック
１０５ ハウジング
１１０ 主軸
１３０ ドローバー
１３２ コレットチャック
１４０ プッシュロッド
１５０ スリーブ
１６０ クランプバネ

Claims (1)

1. ベッドと、ベッド上に配設されるコラムと、コラムに対して摺動自在に支持されるヘッドストックと、コラムに取り付けられてボールネジを介してヘッドストックの移動を制御するサーボモータと、ヘッドストック内に回転自在に支持される主軸と、主軸内に装備されて工具をクランプするクランプバネと、コラムの工具交換位置に取り付けられるカム溝を有するカムブロックと、ヘッドストックに装備されてカム溝に係合するカムフォロワを有するメカニカルアームを備え、ヘッドストックがサーボモータにより工具交換位置に移動されたときに、カムブロックに係合するメカニカルアームの旋回動によりクランプバネが押圧されて工具のクランプを解放する工作機械であって、
   ヘッドストックを駆動するサーボモータに流れる電流値を検知する手段と、クランプバネのバネ力が初期値における工具交換による工具のアンクランプ時の電流値の変化の値と、バネ力が初期値より減少したときにおける工具交換による工具のアンクランプ時の電流値の変化の値とを比較する手段を備え、ツールクランプバネのバネ力を監視するツールクランプバネの監視装置。

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