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JP7790715B2 - Spindle unit and processing device equipped with same - Google Patents
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JP7790715B2 - Spindle unit and processing device equipped with same - Google Patents

Spindle unit and processing device equipped with same

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JP7790715B2 JP2022044408A JP2022044408A JP7790715B2 JP 7790715 B2 JP7790715 B2 JP 7790715B2 JP 2022044408 A JP2022044408 A JP 2022044408A JP 2022044408 A JP2022044408 A JP 2022044408A JP 7790715 B2 JP7790715 B2 JP 7790715B2
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Description

本発明はスピンドルユニット及びこれを備えた加工装置に関する。 The present invention relates to a spindle unit and a processing device equipped with the same.

従来から、小径のドリルなどの回転工具で加工を行う際に、当該回転工具の破損を防止するために、加工時において回転工具に加わる切削負荷を検出し、過剰な負荷がかからないように加工動作を制御するようにしたスピンドルユニットを備えた加工装置が知られている(以下の特許文献1-3参照)。 Conventionally, when machining with a rotary tool such as a small-diameter drill, machining equipment equipped with a spindle unit is known that detects the cutting load applied to the rotary tool during machining and controls the machining operation to prevent excessive load from being applied, in order to prevent damage to the rotary tool (see Patent Documents 1-3 below).

これらの加工装置では、回転工具に加わるトルク負荷を検出するために、回転方向に弾性変形可能な弾性体からなる回転変形部として帯状連結板(回転力伝達棒、回転力伝達部材)を設置し、この回転変形部のねじれ変形量を非接触のフォトセンサや静電容量センサなどを用いて検出している。 In these machining devices, to detect the torque load applied to the rotary tool, a band-shaped connecting plate (rotational force transmission rod, rotational force transmission member) is installed as a rotational deformation part made of an elastic body that can elastically deform in the rotational direction, and the amount of torsional deformation of this rotational deformation part is detected using a non-contact photosensor, capacitance sensor, etc.

特開2001-341014号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-341014 特開2007-229826号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-229826 特開2008-126395号公報JP 2008-126395 A

ところが、上記従来の加工装置では、加工中に過剰なトルク負荷が加わった場合、回転工具自体は折れなくても、上記回転変形部に過剰なねじれ変形などが生じることで、弾性限界を超えて塑性変形が生じるなどの要因により検出感度が低下するなど、それ以降のトルク負荷の測定に支障をきたすという問題点がある。特に、上記加工装置において、小径の回転工具に対応した上記回転変形部を用いる場合に、当該回転工具をより大径の回転工具に交換して加工を行った場合には、上記回転変形部にはより大きな変形が生じるので、回転変形部がダメージを受けることにより検出感度の低下だけでなく、検出機能そのものが損なわれたり失われたりする場合がある。 However, with the above-mentioned conventional machining devices, if an excessive torque load is applied during machining, even if the rotary tool itself does not break, excessive torsional deformation occurs in the rotary deformation portion, causing plastic deformation beyond the elastic limit and other factors, resulting in a decrease in detection sensitivity and hindering subsequent torque load measurement. In particular, if the rotary deformation portion of the above-mentioned machining device is designed to accommodate a small-diameter rotary tool, and the rotary tool is then replaced with a larger-diameter rotary tool for machining, greater deformation will occur in the rotary deformation portion. Damage to the rotary deformation portion not only reduces detection sensitivity, but can also impair or even eliminate the detection function itself.

一方、上記回転変形部に過剰な変形が生じないように剛性を高く設定すると、大径の回転工具にも対応できるようになるものの、弾性変形量が減少するため、トルク負荷の検出感度が低下し、小径の回転工具の破損を防止するための加工制御が難しくなるという問題点がある。 On the other hand, if the rigidity is set high to prevent excessive deformation in the rotational deformation section, it will be possible to accommodate large-diameter rotary tools, but the amount of elastic deformation will decrease, which will reduce the sensitivity to detect torque loads and make it difficult to control the machining to prevent damage to small-diameter rotary tools.

そこで、本発明は上記問題を解決するものであり、その課題は、回転変形部の弾性変形に基づくトルク負荷検出手段において、高負荷領域における検出感度の向上と、検出機能の損耗・喪失の防止とを両立させることのできるスピンドルユニット及びこれを備えた加工装置を提供することにある。 The present invention solves the above problems by providing a spindle unit and a processing machine equipped with the same that can improve detection sensitivity in high load ranges while preventing wear and loss of the detection function in a torque load detection means based on the elastic deformation of the rotational deformation portion.

上記課題を解決するために、本発明に係るスピンドルユニットは、回転駆動手段に接続される基端側回転部、及び、工具又は被加工物が取り付けられる先端側回転部を備える主軸と、前記基端側回転部と前記先端側回転部とを連結して前記主軸の回転方向に弾性変形可能に構成された回転変形部を有し、前記回転変形部の前記回転方向の弾性変形量に応じて前記工具に加わるトルク負荷を検出するトルク負荷検出手段と、を具備するスピンドルユニットである。このスピンドルユニットにおいて、前記トルク負荷検出手段は、前記基端側回転部と前記先端側回転部との間に直列に接続された第1の前記回転変形部及び第2の前記回転変形部を備え、前記第2の回転変形部は、前記第1の回転変形部が弾性変形する範囲内の前記トルク負荷の所定値を上回ったときに弾性変形を開始するように構成される。これによれば、トルク負荷が所定値を越えたときに第2の回転変形部が弾性変形を開始することにより、第1の回転変形部の弾性率に拘わらず、第2の回転変形部の弾性変形によって回転変形部全体の弾性率が低下するため、トルク負荷が所定値を越えた領域の検出感度を向上できる。また、トルク負荷が所定値以上の領域で検出感度が向上することにより、第1の回転変形部の弾性変形量を抑制することが容易化されるので、第1の回転変形部の過剰な変形に基づくトルク負荷検出手段の検出機能の損耗・喪失の防止を図ることが可能になる。 To solve the above problem, the spindle unit of the present invention comprises a spindle having a base-end rotating portion connected to a rotation drive means and a tip-end rotating portion to which a tool or workpiece is attached, and a torque load detection means having a rotation deformation portion that connects the base-end rotating portion and the tip-end rotating portion and is configured to be elastically deformable in the rotational direction of the spindle, and that detects the torque load applied to the tool in accordance with the amount of elastic deformation of the rotation deformation portion in the rotational direction. In this spindle unit, the torque load detection means comprises a first rotation deformation portion and a second rotation deformation portion connected in series between the base-end rotating portion and the tip-end rotating portion, and the second rotation deformation portion is configured to begin elastic deformation when the torque load exceeds a predetermined value within the range of elastic deformation of the first rotation deformation portion. This causes the second rotational deformation portion to begin elastic deformation when the torque load exceeds a predetermined value. This reduces the elastic modulus of the entire rotational deformation portion due to the elastic deformation of the second rotational deformation portion, regardless of the elastic modulus of the first rotational deformation portion. This improves detection sensitivity in areas where the torque load exceeds the predetermined value. Furthermore, improving detection sensitivity in areas where the torque load is equal to or greater than the predetermined value makes it easier to suppress the amount of elastic deformation of the first rotational deformation portion, thereby preventing wear and tear on or loss of the detection function of the torque load detection means due to excessive deformation of the first rotational deformation portion.

本発明において、前記第2の回転変形部の前記回転方向の弾性率は、前記第1の回転変形部の前記回転方向の弾性率よりも小さいことが好ましい。これによれば、トルク負荷が所定値を越えた領域では、第2の回転変形部の変形率が第1の回転変形部の変形率よりも大きくなる。このため、第1の回転変形部において広い範囲でトルク負荷を検出可能に構成しつつ、トルク負荷が所定値以上の領域では、第2の回転変形部の大きな変形率(小さな弾性率)によってより感度の良好なトルク負荷の検出が可能になる。したがって、第2の回転変形部による高負荷領域における検出感度の向上により、加工制御を精密かつ的確に行うことが可能(容易)になるので、第1の回転変形部においてねじれ変形量が過大となることを抑制でき、また、第1の回転変形部自体の剛性を高めることも可能になる結果、トルク検出手段の検出機能の損耗・喪失を回避することができる。 In the present invention, the elastic modulus of the second rotational deformation portion in the rotational direction is preferably smaller than the elastic modulus of the first rotational deformation portion in the rotational direction. This allows the deformation rate of the second rotational deformation portion to be greater than the deformation rate of the first rotational deformation portion in regions where the torque load exceeds a predetermined value. Therefore, while the first rotational deformation portion is configured to be able to detect torque loads over a wide range, the large deformation rate (small elastic modulus) of the second rotational deformation portion enables more sensitive detection of torque loads in regions where the torque load is equal to or greater than the predetermined value. Therefore, the improved detection sensitivity in high-load regions provided by the second rotational deformation portion facilitates precise and accurate processing control, thereby preventing excessive torsional deformation in the first rotational deformation portion and increasing the rigidity of the first rotational deformation portion itself, thereby avoiding wear and tear on or loss of the detection function of the torque detection means.

本発明において、前記第2の回転変形部は、前記主軸の基端側の部位に接続された基端側取付部と、前記主軸の先端側の部位に接続された先端側取付部と、前記基端側取付部と前記先端側取付部との間において前記回転方向に弾性力を与えて前記基端側取付部と前記先端側取付部の前記回転方向の位置を相対的に保持し、前記弾性力の初期値が前記所定値に対応するように構成された弾性体と、を有することが好ましい。これによれば、第2の回転変形部を簡単な機構により容易に構成することが可能になる。 In the present invention, the second rotational deformation section preferably includes a base-end attachment section connected to a base-end portion of the main shaft, a tip-end attachment section connected to a tip-end portion of the main shaft, and an elastic body configured to apply an elastic force in the rotational direction between the base-end attachment section and the tip-end attachment section, thereby maintaining the relative positions of the base-end attachment section and the tip-end attachment section in the rotational direction, and the initial value of the elastic force corresponds to the predetermined value. This makes it possible to easily configure the second rotational deformation section using a simple mechanism.

この場合において、前記基端部取付部と前記先端部取付部とは、相互に前記回転方向に接近・離反可能に構成された対向部をそれぞれ備え、前記トルク負荷が前記所定値を越えたときに、前記基端側取付部と前記先端側取付部のそれぞれの前記対向部が前記回転方向に接近していくように構成されることが望ましい。このとき、前記基端側取付部と前記先端側取付部の各対向部が当接したとき、或いは、前記基端側取付部と前記先端側取付部のそれぞれの対向部が接近を開始したときに、若しくは、所定距離まで接近したときに、これらを報知する信号を出力する検出器を備えることがさらに望ましい。これによれば、前記基端側取付部と前記先端側取付部のそれぞれの前記対向部が前記回転方向に当接したとき、或いは、接近を開始したとき、若しくは、所定距離まで接近したときに上記信号が出力されるので、当該信号により主軸の回転動作や加工動作を変更・停止させることにより、第2の回転変形部の状態を把握することができるとともに、第1の回転変形部の損傷や検出感度の低下を回避することができる。 In this case, it is desirable that the base end mounting portion and the tip end mounting portion each include opposing portions configured to move toward and away from each other in the rotational direction, and that the opposing portions of the base end mounting portion and the tip end mounting portion move toward each other in the rotational direction when the torque load exceeds the predetermined value. In this case, it is even more desirable to provide a detector that outputs a signal to notify when the opposing portions of the base end mounting portion and the tip end mounting portion come into contact with each other, when the opposing portions of the base end mounting portion and the tip end mounting portion begin to approach each other, or when they have approached each other to a predetermined distance. In this way, the signal is output when the opposing portions of the base end mounting portion and the tip end mounting portion come into contact with each other in the rotational direction, when they have begun to approach each other, or when they have approached each other to a predetermined distance. By changing or stopping the rotational operation or machining operation of the spindle in response to this signal, it is possible to grasp the state of the second rotational deformation portion and avoid damage to the first rotational deformation portion and a decrease in detection sensitivity.

また、前記基端側取付部と前記先端側取付部は、前記主軸の軸線周りに相互に回転可能に軸支されることが望ましい。これによれば、第2の回転変形部において、前記基端側取付部と前記先端側取付部をスムーズに回転させることができるため、トルク負荷を効率的に検出することができる。また、上記弾性体の弾性力を確実に両取付部に及ぼすことができ、それらの弾性変形の態様を高精度かつ再現性よく実現できる。 It is also desirable that the base-end mounting portion and the tip-end mounting portion are axially supported so that they can rotate relative to each other around the axis of the main shaft. This allows the base-end mounting portion and the tip-end mounting portion to rotate smoothly in the second rotational deformation portion, thereby enabling efficient detection of torque loads. Furthermore, the elastic force of the elastic body can be reliably applied to both mounting portions, allowing their elastic deformation to be achieved with high precision and good reproducibility.

本発明において、前記主軸の軸線方向のスラスト負荷を検出するスラスト負荷検出手段をさらに具備することが好ましい。これによれば、トルク負荷とともにスラスト負荷も検出できるため、両負荷によって切削抵抗をより正確かつ確実に把握し、的確な加工制御を行うことが可能になる。このスラスト負荷検出手段は、前記主軸を軸支し、前記主軸とともに前記軸線方向に可動に構成された可動スラスト軸支部と、前記軸線方向に固定された固定スラスト軸支部と、前記可動スラスト軸支部材に取り付けられる第1箇所、前記固定スラスト軸支部に取り付けられる第2箇所、及び、前記第1箇所と前記第2箇所とを連結する連結箇所を備える検出枠体と、前記検出枠体の前記連結箇所に設置される歪センサと、を有することが望ましい。これによれば、主軸とともに可動スラスト軸支部が固定スラスト軸支部に対して軸線方向に移動すると、検出枠体の連結箇所が変形するので、歪センサの出力によってスラスト負荷を検出することが可能になる。 The present invention preferably further includes a thrust load detection means for detecting the thrust load in the axial direction of the spindle. This allows for detection of both torque and thrust loads, enabling more accurate and reliable understanding of cutting resistance and precise machining control. The thrust load detection means preferably includes a movable thrust support section that supports the spindle and is configured to be movable in the axial direction together with the spindle, a fixed thrust support section that is fixed in the axial direction, a detection frame having a first location attached to the movable thrust support section, a second location attached to the fixed thrust support section, and a connecting location connecting the first location and the second location, and a strain sensor installed at the connecting location of the detection frame. When the movable thrust support section moves axially together with the spindle relative to the fixed thrust support section, the connecting location of the detection frame deforms, making it possible to detect the thrust load based on the output of the strain sensor.

次に、本発明に係る加工装置は、前記スピンドルユニットと、前記基端側回転部に接続される回転駆動手段と、前記スピンドルユニットの送り動作を可能とする送り機構と、前記先端側回転部に取り付けられる回転工具又は被加工物と、前記回転工具又は前記被加工物を設置可能に構成される設置部と、を具備する。このとき、上記スピンドルユニットのトルク負荷検出手段によるトルク負荷検出値に基づいて、前記回転駆動手段及び前記送り機構を制御する制御部をさらに具備することが好ましい。ここで、前記スピンドルユニットは前記スラスト負荷検出手段を有し、前記制御部は、前記スラスト負荷検出手段によるスラスト負荷検出値に基づいて前記回転駆動手段及び前記送り機構を制御することがさらに望ましい。 Next, the processing device according to the present invention comprises the spindle unit, a rotational drive means connected to the base-end rotating portion, a feed mechanism that enables the spindle unit to perform a feed operation, a rotary tool or workpiece attached to the tip-end rotating portion, and an installation unit configured to allow the rotary tool or workpiece to be installed. In this case, it is preferable that the processing device further comprises a control unit that controls the rotational drive means and the feed mechanism based on a torque load detection value obtained by a torque load detection means of the spindle unit. It is further preferable that the spindle unit has the thrust load detection means, and that the control unit controls the rotational drive means and the feed mechanism based on the thrust load detection value obtained by the thrust load detection means.

この発明によれば、回転変形部の弾性変形に基づくトルク負荷検出手段において、高負荷領域における検出感度の向上と、検出機能の損耗・喪失の防止とを両立することのできるスピンドルユニット及びこれを備えた加工装置を提供することができる。 This invention provides a spindle unit and a machining device equipped with the same that can simultaneously improve detection sensitivity in high load ranges and prevent wear and loss of the detection function in a torque load detection means based on the elastic deformation of the rotational deformation portion.

本発明に係るスピンドルユニット及び加工装置の実施形態を斜め先端側から見た様子を示す概略斜視図である。1 is a schematic perspective view showing an embodiment of a spindle unit and a processing device according to the present invention, viewed obliquely from the tip end side. 同実施形態を斜め基端側から見た様子を示す概略斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view showing the embodiment as viewed obliquely from the base end side. 同実施形態の第1の回転変形部を中心とする箇所を拡大して示す一部拡大斜視図である。FIG. 2 is a partially enlarged perspective view showing an enlarged portion of a portion around a first rotational deformation portion of the embodiment; 同実施形態の第2の回転変形部を中心とする箇所を拡大して示す一部拡大斜視図である。FIG. 2 is a partially enlarged perspective view showing an enlarged view of a portion around a second rotational deformation portion of the embodiment. 同実施形態のトルク負荷検出手段を構成する部分を模式的に示す概略部分平面透視図(a)及び概略部分側面透視図(b)、並びに、第2の回転変形部の非作動時の様子を示す説明図(c)及び作動時の様子を示す説明図(d)である。1A is a schematic partial plan view perspective view and FIG. 1B is a schematic partial side view perspective view showing the parts constituting the torque load detection means of the embodiment, and FIG. 1C is an explanatory diagram showing the state of the second rotational deformation part when it is not in operation, and FIG. 1D is an explanatory diagram showing the state of the second rotational deformation part when it is in operation. 第1の回転変形部におけるトルク負荷とねじれ変形量との関係を示すグラフ(a)、第2の回転変形部におけるトルク負荷と回転量との関係を示すグラフ(b)、及び、トルク負荷と、第1の回転変形部及び第2の回転変形部の全体の回転変形量との関係を示すグラフ(c)である。Graph (a) shows the relationship between torque load and amount of torsional deformation in the first rotational deformation section, graph (b) shows the relationship between torque load and amount of rotation in the second rotational deformation section, and graph (c) shows the relationship between torque load and the overall amount of rotational deformation of the first rotational deformation section and the second rotational deformation section. スピンドルユニットを備えた加工装置の全体構成を模式的に示す概略構成図(a)、トルク負荷検出手段のセンサ出力を示す説明図(b)、及び、検出されたトルク負荷及びスラスト負荷の値と加工装置の制御動作との関係を示すグラフ(c)である。1A is a schematic diagram showing the overall configuration of a processing device equipped with a spindle unit; FIG. 1B is an explanatory diagram showing the sensor output of a torque load detection means; and FIG. 1C is a graph showing the relationship between the detected torque load and thrust load values and the control operation of the processing device. 実施形態における回転変形部の意義を詳細に説明するための説明図である。10A and 10B are explanatory diagrams for explaining in detail the significance of a rotational deformation portion in the embodiment. 実施形態において第2の回転変形部に用いられる弾性ばねの自然状態(a)、取付状態(b)及び作動状態(c)をそれぞれ模式的に示す説明図である。5A, 5B, and 5C are explanatory diagrams each schematically showing a natural state, an attached state, and an actuated state of an elastic spring used in a second rotational deformation portion in the embodiment;

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。最初に、図1乃至図5を参照して、本発明に係るスピンドルユニットの実施形態の全体構成について説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, the overall configuration of an embodiment of a spindle unit according to the present invention will be described with reference to Figures 1 to 5.

本実施形態のスピンドルユニット10は、図1及び図2に示すように、側面視コ字状に構成された支持体11を有する。この支持体11は、後述する主軸の軸線方向に沿って延在する基体11aと、基体11aの先端側から軸線と直交する方向に沿って延在する先端側支持部11bと、基体11aの基端側から軸線と直交する方向に沿って延在する基端側支持部11cとを備える。この支持体11の上記先端側支持部11bにはラジアル軸支部12Rが固定され、このラジアル軸支部12Rによって前記主軸の一部(先端側回転部)を構成する先端側回転軸(工具保持軸)13が回転自在に軸支される。なお、先端側回転軸13の先端には、回転工具2(図7(a)参照、ドリルなど)を把持するチャック部13aが設けられる。なお、チャック部13aには工具ではなく、ワークなどの被加工物を把持するようにしても構わない。 As shown in FIGS. 1 and 2, the spindle unit 10 of this embodiment has a support body 11 that is U-shaped in side view. The support body 11 includes a base body 11a extending along the axial direction of the spindle (described later), a tip-side support portion 11b extending from the tip of the base body 11a in a direction perpendicular to the axis, and a base-side support portion 11c extending from the base of the base body 11a in a direction perpendicular to the axis. A radial support portion 12R is fixed to the tip-side support portion 11b of the support body 11, and a tip-side rotating shaft (tool holder shaft) 13 that constitutes part of the spindle (tip-side rotating portion) is rotatably supported by this radial support portion 12R. The tip of the tip-side rotating shaft 13 is provided with a chuck portion 13a that grips a rotary tool 2 (e.g., a drill, see FIG. 7(a)). The chuck portion 13a may grip a workpiece or other workpiece instead of a tool.

上記支持体11の上記先端側支持部11bには上記ラジアル軸支部12Rとともに固定スラスト軸支部12S1が固定される。固定スラスト軸支部12S1は、先端側回転軸13に取り付けられる先端側遮光板14を挟んで可動スラスト軸支部12S2と対向し、先端側遮光板14を軸線方向両側から保持することで、先端側回転軸13に対する静圧スラスト軸受を構成する。先端側遮光板14の外周部は多数の歯状に構成された被検出部14Tを備え、これらの被検出部14Tにより光が透過するか否かを示すフォトセンサ14Sの出力により、先端側遮光板14の回転位相(角度)が検出可能に構成される。 A fixed thrust support portion 12S1 is fixed to the tip support portion 11b of the support body 11 together with the radial support portion 12R. The fixed thrust support portion 12S1 faces the movable thrust support portion 12S2 across the tip light shielding plate 14 attached to the tip rotation shaft 13, and by holding the tip light shielding plate 14 from both axial sides, forms a hydrostatic thrust bearing for the tip rotation shaft 13. The outer periphery of the tip light shielding plate 14 is equipped with numerous tooth-shaped detectable portions 14T, and the rotational phase (angle) of the tip light shielding plate 14 can be detected by the output of photosensors 14S that indicate whether light is transmitted by these detectable portions 14T.

可動スラスト軸支部12S2は、矩形枠状に構成されたスラスト負荷検出フレーム15の内周部15Aに固定される。スラスト負荷検出フレーム15の外周部15Bは、上記内周部15Aの上下両側で支持体11に固定されることによって、可動スラスト軸支部12S2を軸線方向に保持している。スラスト負荷検出フレーム15の上記内周部15Aと外周部15Bの間の連結部15Cには、歪ゲージなどのセンサ15aが貼着される。センサ15aは、先端側回転軸13の軸線方向の微小な移動を可動スラスト軸支部12S2を介して生じたスラスト負荷検出フレーム15の内周部15Aと外周部15Bの間の連結部15Cの歪を検出し、当該歪に対応する検出信号(スラスト負荷検出値)を出力する。 The movable thrust support portion 12S2 is fixed to the inner peripheral portion 15A of the rectangular thrust load detection frame 15. The outer peripheral portion 15B of the thrust load detection frame 15 is fixed to the support body 11 on both the top and bottom sides of the inner peripheral portion 15A, thereby holding the movable thrust support portion 12S2 in the axial direction. A sensor 15a such as a strain gauge is attached to the connecting portion 15C between the inner peripheral portion 15A and the outer peripheral portion 15B of the thrust load detection frame 15. The sensor 15a detects distortion of the connecting portion 15C between the inner peripheral portion 15A and the outer peripheral portion 15B of the thrust load detection frame 15, which occurs via the movable thrust support portion 12S2 due to minute axial movement of the tip-end rotating shaft 13, and outputs a detection signal (thrust load detection value) corresponding to the distortion.

先端側回転軸13の基端部には帯状の金属片などの弾性体からなる連結板で構成される第1の回転変形部16Aの一端部が接続固定される。この第1の回転変形部16Aの他端部は、トルク検出軸17の先端部17aに接続固定される。トルク検出軸17は支持体11の基端側支持部11cに取り付けられたラジアル軸支部18によって回転可能に軸支される。ここで、ラジアル軸支部18は、トルク検出軸17を軸線方向の少なくとも一部範囲内では拘束せずに軸支している。これにより、第1の回転変形部16Aのねじり変形やスラスト負荷検出手段12S2,15、15aによるスラスト負荷検出値への好ましくない影響を低減できる。また、トルク検出軸17の基端側は第2の回転変形部16Bに接続される。 One end of the first rotational deformation portion 16A, which is composed of a connecting plate made of an elastic material such as a strip-shaped metal piece, is connected and fixed to the base end of the tip-side rotational shaft 13. The other end of this first rotational deformation portion 16A is connected and fixed to the tip end 17a of the torque detection shaft 17. The torque detection shaft 17 is rotatably supported by a radial support portion 18 attached to the base-end support portion 11c of the support body 11. Here, the radial support portion 18 supports the torque detection shaft 17 without restraining it within at least a partial range in the axial direction. This reduces torsional deformation of the first rotational deformation portion 16A and undesirable effects on the thrust load detection value by the thrust load detection means 12S2, 15, 15a. The base end of the torque detection shaft 17 is connected to the second rotational deformation portion 16B.

さらに、トルク検出軸17は第2の回転変形部16Bを通過して基端側遮光板19に対し軸線周りに回転可能に接続される。この基端側遮光板19は、モータユニット20の出力軸20aに接続固定されている。基端側遮光板19は、前述の先端側遮光板14と同様に外周に多数の歯状の構造を含む被検出部19Tを備え、これらの被検出部19Tを光が透過するか否かを示すフォトセンサ19Sの出力に基づいて回転位相(角度)が検出されるように構成される。 Furthermore, the torque detection shaft 17 passes through the second rotational deformation portion 16B and is connected to the base-end light shielding plate 19 so that it can rotate about its axis. This base-end light shielding plate 19 is connected and fixed to the output shaft 20a of the motor unit 20. Similar to the tip-end light shielding plate 14 described above, the base-end light shielding plate 19 has a detection target 19T that includes multiple tooth-like structures on its outer periphery, and is configured so that the rotation phase (angle) is detected based on the output of a photosensor 19S that indicates whether light passes through these detection target portions 19T.

第2の回転変形部16Bは、トルク検出軸17に接続固定される先端側取付部161と、基端側回転軸(基端側回転部、図示例ではモータユニット20の出力軸)20aに接続固定される基端側取付部である基端側遮光板19と、先端側取付部161と基端側遮光板19との間に介在する弾性ばね162とを有する。弾性ばね162は、図示例では、トーションばねであり、図5(c)に示すように、トルク検出軸17がコイル部を挿通した状態で、両端部が先端側取付部161と基端側遮光板19のそれぞれの係合部(取付ねじの頭部)19e、161eに係合している。 The second rotational deformation section 16B has a tip-side mounting section 161 connected and fixed to the torque detection shaft 17, a base-side light-shielding plate 19 which is a base-side mounting section connected and fixed to the base-side rotation shaft (base-side rotation section; in the illustrated example, the output shaft of the motor unit 20) 20a, and an elastic spring 162 interposed between the tip-side mounting section 161 and the base-side light-shielding plate 19. In the illustrated example, the elastic spring 162 is a torsion spring, and as shown in Figure 5(c), when the torque detection shaft 17 is inserted through the coil section, both ends engage with engagement sections (mounting screw heads) 19e, 161e of the tip-side mounting section 161 and the base-side light-shielding plate 19, respectively.

弾性ばね162は、先端側取付部161を基端側取付部である基端側遮光板19に対して回転方向の駆動の向きKに押し付けるため、主軸が回転駆動されるとき、トルク負荷(例えば、回転工具2が被加工物3を加工する際に生ずる回転方向の抵抗)が所定値以下の場合には、弾性ばね162の弾性力(初期値)により、先端側取付部161と基端側遮光板19の軸線周りの位置関係が保持されることから、トルク検出軸17は、基端側回転軸20aと同期して回転する。 The elastic spring 162 presses the tip-side mounting portion 161 against the base-side mounting portion, the base-side light shielding plate 19, in the rotational drive direction K. Therefore, when the spindle is rotated, if the torque load (for example, the resistance in the rotational direction generated when the rotary tool 2 processes the workpiece 3) is below a predetermined value, the elastic force (initial value) of the elastic spring 162 maintains the positional relationship around the axis of the tip-side mounting portion 161 and the base-side light shielding plate 19, and the torque detection shaft 17 rotates in synchronization with the base-side rotation shaft 20a.

一方、先端側取付部161は、基端側遮光板19に対して、弾性ばね162の弾性力に抗して外部から力を与えることにより、主軸(トルク検出軸17)の軸線周りの回転方向の駆動の向きKとは逆の向きJに所定の角度範囲内で回転可能となるように構成されている。図示例では、先端側取付部161は、軸線周りに20-70度、より好ましくは、30-60度の範囲内で回動可能に構成される。このため、トルク負荷が弾性ばね162の弾性力の初期値に対応する所定値を越えると弾性ばね162は弾性変形し、これによって、先端側取付部161は、図5(d)に示すように、トルク検出軸17とともに、基端側遮光板19に対して、主軸の回転方向の駆動の向きKとは逆の向きJに上記角度範囲内で回動する。 On the other hand, the tip-side mounting portion 161 is configured to be rotatable within a predetermined angle range in a direction J opposite to the driving direction K of the rotational direction around the axis of the main shaft (torque detection shaft 17) by applying an external force against the elastic force of the elastic spring 162 to the base-side light-shielding plate 19. In the illustrated example, the tip-side mounting portion 161 is configured to be rotatable within a range of 20-70 degrees, more preferably 30-60 degrees, around the axis. Therefore, when the torque load exceeds a predetermined value corresponding to the initial value of the elastic force of the elastic spring 162, the elastic spring 162 elastically deforms, causing the tip-side mounting portion 161 to rotate, together with the torque detection shaft 17, relative to the base-side light-shielding plate 19 within the above-mentioned angle range in a direction J opposite to the driving direction K of the rotational direction of the main shaft, as shown in Figure 5(d).

上記トルク負荷が増加していくと、基端側遮光板19に対する先端側取付部161の角度位置は、上記逆の向きJにさらに回動し、やがて、先端側取付部161の対向面161Pと基端側遮光板19の対向面19Pとが当接する。対向面161Pと19Pが当接すると、基端側遮光板19に対して先端側取付部161はそれ以上、上記逆の向きJに回動することができなくなるので、この第2の回転変形部16Bでは、トルク負荷の増大に起因するそれ以上の回転方向の変形は生じなくなる。 As the torque load increases, the angular position of the tip-side mounting portion 161 relative to the base-end light-shielding plate 19 further rotates in the reverse direction J, and eventually the opposing surface 161P of the tip-side mounting portion 161 comes into contact with the opposing surface 19P of the base-end light-shielding plate 19. When the opposing surfaces 161P and 19P come into contact, the tip-side mounting portion 161 can no longer rotate further in the reverse direction J relative to the base-end light-shielding plate 19, and therefore, no further rotational deformation due to the increased torque load occurs in this second rotational deformation portion 16B.

ここで、対向面161Pと19Pとが当接すること、或いは、対向面161Pと19Pとが相互に接近を開始したこと、若しくは、対向面161Pと19Pが相互に所定の距離まで接近したことを検出する、第2の回転変形部16Bの回転量検出手段(例えば、近接センサなど)である検出器16Sを設けるようにしてもよい。この場合、検出器16Sは、回転量の限界値(R1)に達したこと、或いは、トルク負荷が所定値(T1)を越えて第2の回転変形部16Bが回転変形し始めたこと、若しくは、対向面161Pと19Pが所定距離まで接近したことを報知する。この回転量検出手段による第2の回転変形部16Bの回転変形の限界値(R1)が検出され、或いは、限界値(R1)に近づいたときには、後述する加工装置1の制御部150によって加工が停止されたり、加工条件が変更されるように構成することが好ましい。また、第2の回転変形部16Bが変形を開始したときには、弾性率が低下するので、その分、回転変形部の全体の弾性変形量からトルク負荷検出値Tを導出するときの算出式を変更するようにしてもよい。 A detector 16S, which is a rotation amount detection means (e.g., a proximity sensor) for the second rotationally deformed portion 16B, may be provided to detect when the opposing surfaces 161P and 19P come into contact with each other, when the opposing surfaces 161P and 19P begin to approach each other, or when the opposing surfaces 161P and 19P have approached each other to a predetermined distance. In this case, the detector 16S notifies the user that the rotation amount limit (R1) has been reached, when the torque load exceeds a predetermined value (T1) and the second rotationally deformed portion 16B has begun to rotate, or when the opposing surfaces 161P and 19P have approached each other to a predetermined distance. When the rotation amount detection means detects the limit (R1) of the rotational deformation of the second rotationally deformed portion 16B or when the limit (R1) is approached, the control unit 150 of the processing device 1, described below, preferably stops processing or changes the processing conditions. Additionally, when the second rotational deformation portion 16B begins to deform, the elastic modulus decreases, so the calculation formula used to derive the torque load detection value T from the overall elastic deformation amount of the rotational deformation portion may be changed accordingly.

次に、本実施形態におけるトルク負荷と回転変形部16(16A,16B)の弾性変形量との関係について説明する。本実施形態では、第1の回転変形部16A(連結板)は、先端側回転軸13が受けるトルク負荷Tにより、先端側回転軸13とトルク検出軸17との間でねじれ変形Dを生じる。このときのトルク負荷Tとねじれ変形Dとの関係は、図6(a)のグラフによって示される。当該関係は、第1の回転変形部16Aが理想的な弾性体であるとすれば、図示のように直線状のグラフで示され、弾性領域内であれば、弾性率E1は一定である。 Next, we will explain the relationship between the torque load and the amount of elastic deformation of the rotational deformation portion 16 (16A, 16B) in this embodiment. In this embodiment, the first rotational deformation portion 16A (connecting plate) generates torsional deformation D between the tip-end rotating shaft 13 and the torque detection shaft 17 due to the torque load T received by the tip-end rotating shaft 13. The relationship between the torque load T and torsional deformation D at this time is shown by the graph in Figure 6(a). If the first rotational deformation portion 16A were an ideal elastic body, this relationship would be shown by a linear graph as shown, and the elastic modulus E1 would be constant within the elastic range.

一方、第2の回転変形部16Bでは、弾性ばね162の弾性力の初期値が図5(c)に示す初期状態における弾性ばね162の弾性変形量に応じて設定される。このとき、基端側遮光板19に対する先端側取付部161の位置関係は、トルク負荷TがT1のときに図5(c)に示される状態にあり、基端側遮光板19に対する先端側取付部161の回転量Rが0であると仮定する。このとき、弾性ばね162の弾性力の初期値は、トルク負荷T1に対応していることとなる。その後、トルク負荷TがT1を越えて増大していくと、弾性ばね162は弾性変形し、図6(b)のグラフに示されるように、第2の回転変形部16Bの回転量(基端側遮光板19に対する先端側取付部161の回動角度)Rも増大していくこととなる。ここで、前述のように、先端側取付部161の回動角度の範囲が限定されている場合には、回転量Rも限定されることになるので、図6(b)のグラフでは、第2の回転変形部16Bの回転量Rの限界値(最大値)をR1で示す。この場合でも、トルク負荷Tと回転量Rとの関係は、図6(b)に示されるように、直線状のグラフで示され、弾性領域内であれば、弾性率E2は一定である。 Meanwhile, in the second rotational deformation portion 16B, the initial value of the elastic force of the elastic spring 162 is set according to the elastic deformation amount of the elastic spring 162 in the initial state shown in FIG. 5(c). At this time, the positional relationship of the tip-side mounting portion 161 with respect to the base-end light-shielding plate 19 is assumed to be in the state shown in FIG. 5(c) when the torque load T is T1, and the rotation amount R of the tip-side mounting portion 161 with respect to the base-end light-shielding plate 19 is assumed to be 0. At this time, the initial value of the elastic force of the elastic spring 162 corresponds to the torque load T1. Thereafter, as the torque load T increases beyond T1, the elastic spring 162 elastically deforms, and the rotation amount R of the second rotational deformation portion 16B (the rotation angle of the tip-side mounting portion 161 with respect to the base-end light-shielding plate 19) also increases, as shown in the graph in FIG. 6(b). As mentioned above, if the range of rotation angle of the tip-side mounting portion 161 is limited, the amount of rotation R will also be limited, and therefore in the graph of Figure 6(b), the limit value (maximum value) of the amount of rotation R of the second rotational deformation portion 16B is indicated by R1. Even in this case, the relationship between the torque load T and the amount of rotation R is shown by a linear graph, as shown in Figure 6(b), and the elastic modulus E2 is constant within the elastic range.

本実施形態では、第1の回転変形部16Aと第2の回転変形部16Bは、主軸の先端側回転軸13と基端側回転軸20aの間で直列に接続される。このため、トルク負荷Tはいずれの回転変形部にも等しく印加される。この状態では、第1の回転変形部16Aがトルク負荷T1を受けたときのねじれ変形量DをD1とすると、トルク負荷TがT1未満の領域では、第2の回転変形部16Bの弾性変形は生じないので、その弾性率は弾性率E1であるが、トルク負荷TがT1以上になると、第1の回転変形部16Aと第2の回転変形部16Bの双方が弾性変形を生ずるので、回転変形部16の全体の弾性率E3は、図6(c)に示される式のようになり、個々の弾性率E1,E2よりも小さくなる。すなわち、回転変形部16の全体の弾性変形量(ねじれ変形量D+回転量R)は、トルク負荷TがT1以上で、ねじれ変形量DがD1以上になると、図6(c)に示すように、弾性率E3となり、トルク負荷Tが増大するときの回転変形部16の全体の弾性変形量D+Rの増加率が大きくなる。 In this embodiment, the first rotational deformation portion 16A and the second rotational deformation portion 16B are connected in series between the distal rotational shaft 13 and the proximal rotational shaft 20a of the main shaft. Therefore, torque load T is applied equally to both rotational deformation portions. In this state, if the torsional deformation amount D when the first rotational deformation portion 16A is subjected to torque load T1 is D1, the second rotational deformation portion 16B does not undergo elastic deformation in the region where torque load T is less than T1, and therefore its elastic modulus is E1. However, when torque load T exceeds T1, both the first rotational deformation portion 16A and the second rotational deformation portion 16B undergo elastic deformation. As a result, the overall elastic modulus E3 of the rotational deformation portion 16 is expressed as shown in Figure 6(c), and is smaller than the individual elastic moduli E1 and E2. That is, when the torque load T is equal to or greater than T1 and the torsional deformation amount D is equal to or greater than D1, the overall elastic deformation amount (torsional deformation amount D + rotational deformation amount R) of the rotational deformation portion 16 has an elastic modulus E3, as shown in FIG. 6(c), and the rate of increase in the overall elastic deformation amount D + R of the rotational deformation portion 16 as the torque load T increases increases.

本実施形態では、上述のように、第2の回転変形部16Bが変形を開始するトルク負荷T1を境に、回転変形部全体の弾性率が大きく変化し、特に、弾性率が実質的に低下するため、トルク負荷の検出感度が増大する。したがって、トルク負荷の大きな領域で検出を精密に実施することが可能になるため、トルク負荷の増大に起因する回転工具2の破損などを回避するための加工制御が容易化される。特に、本実施形態では、トルク負荷T1以上での弾性率E3が弾性率E1とE2のいずれよりも小さくなることから、検出感度の増大が顕著であり、それゆえに、上記効果の度合も大きくなる。 In this embodiment, as described above, the elastic modulus of the entire rotationally deformed portion changes significantly at torque load T1, at which the second rotationally deformed portion 16B begins to deform. In particular, the elastic modulus substantially decreases, increasing the torque load detection sensitivity. This makes it possible to perform precise detection in areas of high torque load, facilitating machining control to avoid damage to the rotary tool 2 due to increased torque load. In particular, in this embodiment, the elastic modulus E3 at torque loads T1 and above is smaller than both elastic moduli E1 and E2, resulting in a significant increase in detection sensitivity and therefore a greater degree of the above-mentioned effects.

最後に、図7を参照して、本実施形態の加工装置1の構成例について説明する。図7(a)に示すように、この例では、回転工具2を前述の先端側回転軸13のチャック部13aに装着可能に構成されたスピンドルユニット10と、このスピンドルユニット10の主軸を回転駆動するモータユニット20と、上記回転工具2により加工を施す対象である被加工物3を装着する被加工物保持ユニット(ワークスピンドルユニット)30と、スピンドルユニット10を軸線方向に移動可能に構成する送り機構40と、各ユニットを制御する制御部50とを具備する。制御部50は、各種の操作や設定を行うための入力手段である操作設定部51と、回転工具2による被加工物3の加工態様を表示する加工表示部52とを備える。なお、スピンドルユニットの先端側回転軸13のチャック部13aに被加工物を装着し、これに対向するユニット30に工具を装着して加工を実施しても構わない。 Finally, with reference to FIG. 7, an example configuration of the machining device 1 of this embodiment will be described. As shown in FIG. 7(a), this example includes a spindle unit 10 configured to allow a rotary tool 2 to be attached to the chuck portion 13a of the tip-end rotary shaft 13, a motor unit 20 that rotates the main shaft of the spindle unit 10, a workpiece holding unit (work spindle unit) 30 that holds a workpiece 3 to be machined by the rotary tool 2, a feed mechanism 40 that allows the spindle unit 10 to move in the axial direction, and a control unit 50 that controls each unit. The control unit 50 includes an operation setting unit 51, which is an input means for performing various operations and settings, and a machining display unit 52 that displays the machining state of the workpiece 3 by the rotary tool 2. It is also possible to attach a workpiece to the chuck portion 13a of the tip-end rotary shaft 13 of the spindle unit, and then attach a tool to the unit 30 facing it to perform machining.

前述のように、スピンドルユニット10では、先端側遮光板14と基端側遮光板19においてそれぞれフォトセンサ14S(フォトセンサ1)及び19S(フォトセンサ2)により被検出部14T及び19Tの検出信号が図7(b)に示すように出力される。このとき、上記回転変形部において弾性変形が生ずると、上記先端側と基端側の検出信号の間に位相差Δt=t-tが生ずるため、この位相差Δtによって回転変形部における回転方向の変形量を検知することができる。したがって、この変形量に応じて、図6(c)に示すグラフの関係を用いることにより、トルク負荷を検出することができる。 As described above, in the spindle unit 10, the detection signals of the detection target portions 14T and 19T are output by the photosensors 14S (photosensor 1) and 19S (photosensor 2) in the tip-side light shielding plate 14 and the base-side light shielding plate 19, respectively, as shown in FIG. 7(b). At this time, if elastic deformation occurs in the rotationally deformed portion, a phase difference Δt = t 1 - t 0 occurs between the detection signals on the tip and base ends, and the amount of deformation in the rotationally deformed portion in the rotational direction can be detected from this phase difference Δt. Therefore, the torque load can be detected according to this amount of deformation by using the relationship in the graph shown in FIG. 6(c).

一方、本実施形態では、前述のスラスト負荷検出手段である、可動スラスト軸支部12S2、スラスト負荷検出フレーム15、センサ15aによって、回転工具2による被加工物3の加工時におけるスラスト負荷を検出することができる。このため、加工装置1では、スピンドルユニット10において検出されたトルク負荷検出値Tと、スラスト負荷検出値Sを監視し、図7(c)に示すような閾値TSを越えたときに、回転工具2の損傷を防止するために、或いは、被加工物3の加工品位を確保するために、制御部50により、回転工具2や被加工物3の送り速度の低減、送り動作の停止、加工の一時停止、戻り動作の開始などを実行し、或いは、回転速度の変更などを行う。 In contrast, in this embodiment, the thrust load applied when the rotary tool 2 is machining the workpiece 3 can be detected by the aforementioned thrust load detection means, namely the movable thrust support 12S2, thrust load detection frame 15, and sensor 15a. Therefore, the machining device 1 monitors the torque load detection value T and thrust load detection value S detected in the spindle unit 10, and when a threshold value TS as shown in FIG. 7(c) is exceeded, the control unit 50 reduces the feed rate of the rotary tool 2 or workpiece 3, stops the feed operation, temporarily suspends machining, starts a return operation, or changes the rotation speed, in order to prevent damage to the rotary tool 2 or ensure the machining quality of the workpiece 3.

以上説明した本発明に係るスピンドルユニット10及び加工装置1の実施形態では、スピンドルユニット10は、回転駆動手段であるモータユニット20に接続される基端側回転軸20a、及び、回転工具2を取付けるチャック部13aが設けられた先端側回転軸13を備える主軸と、基端側回転軸20aと先端側回転軸13とを連結して主軸の回転方向に弾性変形可能に構成された回転変形部16を有し、回転変形部16の回転方向の弾性変形量に応じて回転工具2に加わるトルク負荷を検出するトルク負荷検出手段とを具備する。そして、このスピンドルユニット10において、トルク負荷検出手段は、基端側回転軸20aと先端側回転軸13との間に直列に接続された第1の回転変形部16A及び第2の回転変形部16Bを備え、第2の回転変形部16Bは、第1の回転変形部16Aが弾性変形する範囲内のトルク負荷の所定値T1を上回ったときに弾性変形を開始するように構成される。これによれば、トルク負荷が所定値T1を越えたときに第2の回転変形部16Bが弾性変形を開始することにより、第1の回転変形部16Aの弾性率E1に拘わらず、第2の回転変形部16Bの弾性変形によって回転変形部全体の弾性率が低下するので、トルク負荷が所定値T1を越えた領域の検出感度を向上させることができる。このため、第1の回転変形部16Aの弾性変形に基づく検出範囲内において、第2の回転変形部16Bの上記所定値T1を越える領域を重要な領域に設定することにより、この重要な領域において、トルク負荷検出手段の検出感度を向上させることができる。また、重要な高負荷領域において検出感度を高めることができることから、精密かつ的確な加工制御を行うことが可能かつ容易になるため、トルク負荷が第1の回転変形部16Aの弾性限界を越えることを防止することができるとともに、第1の回転変形部16A自体の剛性を或る程度大きく設定することもできる。したがって、第1の回転変形部16Aの検出機能の損耗・喪失の防止を図ることが可能になる。 In the above-described embodiment of the spindle unit 10 and machining apparatus 1 according to the present invention, the spindle unit 10 comprises a spindle including a base-end rotating shaft 20a connected to a motor unit 20, which serves as a rotation drive means, and a tip-end rotating shaft 13 provided with a chuck portion 13a for mounting a rotary tool 2; and a torque load detection means having a rotational deformation portion 16 that connects the base-end rotating shaft 20a and the tip-end rotating shaft 13 and is configured to be elastically deformable in the rotational direction of the spindle, and detecting the torque load applied to the rotary tool 2 in accordance with the amount of elastic deformation of the rotational deformation portion 16 in the rotational direction. In this spindle unit 10, the torque load detection means comprises a first rotational deformation portion 16A and a second rotational deformation portion 16B connected in series between the base-end rotating shaft 20a and the tip-end rotating shaft 13, and the second rotational deformation portion 16B is configured to begin elastic deformation when the torque load exceeds a predetermined value T1 within the range of elastic deformation of the first rotational deformation portion 16A. This allows the second rotationally deformed portion 16B to begin elastic deformation when the torque load exceeds a predetermined value T1. This reduces the elastic modulus of the entire rotationally deformed portion due to the elastic deformation of the second rotationally deformed portion 16B, regardless of the elastic modulus E1 of the first rotationally deformed portion 16A. This improves the detection sensitivity of the region where the torque load exceeds the predetermined value T1. Therefore, by designating the region of the second rotationally deformed portion 16B exceeding the predetermined value T1 as a critical region within the detection range based on the elastic deformation of the first rotationally deformed portion 16A, the detection sensitivity of the torque load detection means can be improved in this critical region. Furthermore, increased detection sensitivity in the critical high-load region facilitates precise and accurate processing control, preventing the torque load from exceeding the elastic limit of the first rotationally deformed portion 16A and allowing the first rotationally deformed portion 16A itself to be configured with a certain degree of rigidity. This prevents wear and tear on the detection function of the first rotationally deformed portion 16A.

また、第2の回転変形部16Bの回転方向の弾性率E2は、第1の回転変形部16Aの回転方向の弾性率E1よりも小さいことにより、第2の回転変形部16Bの弾性力の初期値を越えた領域では、第2の回転変形部16Bの回転量Rの増減率が第1の回転変形部16Aのねじれ変形量Dの増減率よりも大きくなる。このため、第1の回転変形部16Aにおいて広い範囲でトルク負荷Tを検出可能に構成しつつ、トルク負荷が所定値T1以上の領域では、第2の回転変形部16Bの弾性率E1よりも小さな弾性率E2により、或いは、回転変形部全体の弾性率E3がさらに低下することから、より感度の良好なトルク負荷Tの検出が可能になる。 Furthermore, because the elastic modulus E2 in the rotational direction of the second rotational deformation portion 16B is smaller than the elastic modulus E1 in the rotational direction of the first rotational deformation portion 16A, in the region where the elastic force of the second rotational deformation portion 16B exceeds its initial value, the rate of increase/decrease of the rotation amount R of the second rotational deformation portion 16B is greater than the rate of increase/decrease of the torsional deformation amount D of the first rotational deformation portion 16A. Therefore, while the first rotational deformation portion 16A is configured to be able to detect the torque load T over a wide range, in the region where the torque load is equal to or greater than the predetermined value T1, the elastic modulus E2 is smaller than the elastic modulus E1 of the second rotational deformation portion 16B, or the elastic modulus E3 of the entire rotational deformation portion is further reduced, enabling more sensitive detection of the torque load T.

さらに、第2の回転変形部16Bは、主軸の基端側の部位に接続された基端側取付部19と、主軸の先端側の部位に接続された先端側取付部161と、基端側取付部19と先端側取付部161との間において回転方向に弾性力を与えて基端側取付部19と先端側取付部161の回転方向の位置を相対的に保持し、弾性力の初期値が前記所定値T1に対応するように構成された弾性体162と、を有することが好ましい。これによれば、第2の回転変形部16Bを簡単な機構により容易に構成することが可能になる。 Furthermore, the second rotational deformation section 16B preferably has a base-end attachment section 19 connected to a portion of the base end of the spindle, a tip-end attachment section 161 connected to a portion of the tip end of the spindle, and an elastic body 162 configured to apply an elastic force in the rotational direction between the base-end attachment section 19 and the tip-end attachment section 161 to maintain the relative rotational positions of the base-end attachment section 19 and the tip-end attachment section 161, with the initial value of the elastic force corresponding to the predetermined value T1. This makes it possible to easily configure the second rotational deformation section 16B using a simple mechanism.

ここで、基端側取付部19と先端側取付部161は、主軸の軸線周りに相互に回転可能に軸支されることが望ましい。これによれば、第2の回転変形部16Bにおいて、基端側取付部19と先端側取付部161をスムーズに回転させることができるため、トルク負荷を効率的に検出することができる。また、上記弾性体162の弾性力を確実に両取付部19,161に及ぼすことができ、それらの弾性変形の態様を高精度かつ再現性よく実現できる。 Here, it is desirable that the base-end mounting portion 19 and the tip-end mounting portion 161 are supported so that they can rotate relative to each other around the axis of the main shaft. This allows the base-end mounting portion 19 and the tip-end mounting portion 161 to rotate smoothly in the second rotational deformation portion 16B, thereby enabling efficient detection of torque loads. Furthermore, the elastic force of the elastic body 162 can be reliably applied to both mounting portions 19, 161, allowing their elastic deformation to be achieved with high precision and good reproducibility.

この場合において、基端部取付部19と先端部取付部161とは、相互に回転方向に接近・離反可能に構成された対向部19P,161Pをそれぞれ備え、トルク負荷が前記初期値を越えたときに、基端側取付部19と先端側取付部161のそれぞれの対向部19P,161Pが回転方向に接近していくように構成されることが望ましい。このとき、基端側取付部19と先端側取付部161の各対向部が当接したとき、或いは、基端側取付部19と先端側取付部161のそれぞれの対向部19P,161Pが接近を開始したときに、若しくは、所定距離まで接近したときに、これらを報知する信号を出力する検出器16Sを備えることがさらに望ましい。これによれば、基端側取付部19と先端側取付部161のそれぞれの対向部19P,161Pが回転方向に当接、或いは、接近を開始したときに、若しくは、所定距離まで接近したときに上記信号が出力されるので、当該信号により主軸の回転駆動動作や加工動作を変更・停止させることにより、トルク負荷が限界の回転量R1に対応する値に到達したこと、或いは、トルク負荷がT1を越えたこと、若しくは、トルク負荷が限界の回転量R1に対応する値に近づいていること、を予め知ることができる。したがって、第2の回転変形部の状態を把握することができるとともに、第1の回転変形部16Aの機能の損耗や喪失、又は、検出感度の低下を回避することができる。 In this case, it is desirable that the base end attachment portion 19 and the tip end attachment portion 161 each have opposing portions 19P, 161P that are configured to be able to move toward and away from each other in the rotational direction, and that the opposing portions 19P, 161P of the base end attachment portion 19 and the tip end attachment portion 161 move toward each other in the rotational direction when the torque load exceeds the initial value. In this case, it is even more desirable to have a detector 16S that outputs a signal to notify when the opposing portions of the base end attachment portion 19 and the tip end attachment portion 161 come into contact, or when the opposing portions 19P, 161P of the base end attachment portion 19 and the tip end attachment portion 161 begin to move toward each other, or when they have moved toward each other to a predetermined distance. This signal is output when the opposing portions 19P, 161P of the base-end mounting portion 19 and the tip-end mounting portion 161 come into contact in the rotational direction, begin to approach each other, or approach a predetermined distance. By changing or stopping the spindle's rotational drive operation or machining operation in response to this signal, it is possible to know in advance whether the torque load has reached a value corresponding to the limit rotation amount R1, exceeded T1, or is approaching a value corresponding to the limit rotation amount R1. This makes it possible to grasp the state of the second rotational deformation portion and avoid wear or loss of function of the first rotational deformation portion 16A or a decrease in detection sensitivity.

さらに、主軸の軸線方向のスラスト負荷を検出するスラスト負荷検出手段をさらに具備し、このスラスト負荷検出手段は、主軸を軸支し、主軸とともに軸線方向に可動に構成されたスラスト軸支部12S2と、軸線方向に固定された固定部12S1と、スラスト軸支部に取り付けられる第1箇所15A、固定部に取り付けられる第2箇所15B、及び、第1箇所15Aと第2箇所15Bとを連結する連結箇所15Cを備える検出枠体15と、検出枠体15の連結箇所15Cに設置される歪センサ15aと、を有することが望ましい。これによれば、主軸とともにスラスト軸支部が固定部に対して軸線方向に移動すると、検出枠体の連結箇所が変形するので、歪センサ15aの出力によってスラスト負荷を検出することが可能になる。 Furthermore, the system preferably further includes a thrust load detection means for detecting the axial thrust load of the main shaft. This thrust load detection means preferably includes a thrust support portion 12S2 that supports the main shaft and is configured to be movable axially together with the main shaft, a fixed portion 12S1 fixed in the axial direction, a detection frame 15 having a first location 15A attached to the thrust support portion, a second location 15B attached to the fixed portion, and a connection portion 15C connecting the first location 15A and the second location 15B, and a strain sensor 15a installed at the connection portion 15C of the detection frame 15. In this way, when the thrust support portion moves axially together with the main shaft relative to the fixed portion, the connection portion of the detection frame deforms, making it possible to detect the thrust load based on the output of the strain sensor 15a.

次に、本実施形態の加工装置1は、スピンドルユニット10と、基端側回転部13に接続される回転駆動手段20と、スピンドルユニット10の送り動作を可能とする送り機構40と、先端側回転部13に設けられたチャック部13aに取り付けられる回転工具2と、回転工具2によって加工可能となるように被加工物3を設置可能に構成される被加工物設置部30と、を具備する。このとき、上記スピンドルユニット10のトルク負荷検出手段16によるトルク負荷検出値T及びスラスト負荷検出手段15によるスラスト負荷検出値Sに基づいて、回転駆動手段20及び送り機構40を制御する制御部50をさらに具備することにより、回転工具2の損傷を防止することができるとともに、被加工物3の加工品位を向上させることが可能になる。 Next, the machining device 1 of this embodiment comprises a spindle unit 10, a rotational drive means 20 connected to the base end rotating portion 13, a feed mechanism 40 that enables the feed operation of the spindle unit 10, a rotary tool 2 attached to the chuck portion 13a provided on the tip end rotating portion 13, and a workpiece mounting portion 30 configured to enable the mounting of a workpiece 3 so that it can be machined by the rotary tool 2. Furthermore, by further comprising a control portion 50 that controls the rotational drive means 20 and the feed mechanism 40 based on the torque load detection value T from the torque load detection means 16 of the spindle unit 10 and the thrust load detection value S from the thrust load detection means 15, it is possible to prevent damage to the rotary tool 2 and improve the machining quality of the workpiece 3.

次に、第1の回転変形部16Aと第2の回転変形部16Bの弾性変形特性による実施形態の作用効果について詳細に説明する。図8は、トルク負荷Tによる回転変形部16の全体の弾性変形特性を示すグラフであり、説明の都合上、図6(c)とは縦軸と横軸の関係を逆にしてある。ここで、ねじれ角度θは、前述の回転方向のねじれ変形量Dと回転量Rの合計と比例関係にある。この場合、トルク負荷Tが危険最大トルクTL(ねじれ角度θL)を越えると、第1の回転変形部16Aが塑性変形し、トルク負荷検出手段の検出機能を喪失する虞がある。このため、安全を見ると、上記危険最大トルクTLより小さな安全最大トルクT2(ねじれ角度θ2)以下で加工を中止したいこととなる。しかし、従来の構成では、グラフ中の点線で示すように、トルク負荷Tの変化に対応するねじれ角度θの変化率が小さいため、安全最大トルクT2の近傍におけるねじれ角度θに基づくトルク負荷の検出の感度が低いので、トルク負荷の検出値に基づいて行われる加工制御を精密かつ的確に行うことができず、その結果、トルク負荷が安全最大トルクT2を越えてしまう場合があった。したがって、実際には、上記の安全最大トルクT2よりも大幅に低いトルク値を設定して加工を行う必要があった。 Next, we will explain in detail the effects of the embodiment based on the elastic deformation characteristics of the first rotationally deformed portion 16A and the second rotationally deformed portion 16B. Figure 8 is a graph showing the overall elastic deformation characteristics of the rotationally deformed portion 16 due to torque load T. For ease of explanation, the relationship between the vertical and horizontal axes is reversed compared to Figure 6(c). Here, the torsion angle θ is proportional to the sum of the aforementioned rotational direction torsion deformation amount D and rotation amount R. In this case, if the torque load T exceeds the dangerous maximum torque TL (torsion angle θL), the first rotationally deformed portion 16A may undergo plastic deformation, potentially causing the torque load detection means to lose its detection function. For this reason, from a safety perspective, it is desirable to stop machining at or below the safe maximum torque T2 (torsion angle θ2), which is smaller than the dangerous maximum torque TL. However, with conventional configurations, as shown by the dotted line in the graph, the rate of change of the torsion angle θ in response to changes in the torque load T is small, and the sensitivity of torque load detection based on the torsion angle θ near the maximum safe torque T2 is low. This means that machining control based on the detected torque load value cannot be performed precisely and accurately, and as a result, the torque load may exceed the maximum safe torque T2. Therefore, in practice, it was necessary to perform machining by setting a torque value significantly lower than the maximum safe torque T2.

一方、本実施形態によれば、安全最大トルクT2よりも低く設定したトルク負荷の所定値T1以上で第2の回転変形部16Bが作動するように構成することにより、回転変形部16全体の弾性率E3が低くなることから、上記所定値T1と安全最大トルクT2の間の高負荷領域T1-T2に対応するねじれ角度θの値の範囲は、従来の[θ1-θ2]から、[θ1-θ2′]へと大幅に増大する。このため、上記高負荷領域でのトルク負荷の検出感度が向上するので、切削抵抗の検出値に基づく加工制御を精密かつ的確に行うことが可能になることから、トルク負荷を安全最大トルクT2以下により確実に抑制でき、危険最大トルクTLを越える虞をより確実に防止できる。また、高負荷領域における検出感度が向上するために、上記所定値T1をそれほど小さく設定する必要がなくなるため、切削抵抗の低い領域ではより安定した加工が実現でき、第2の回転変形部16Bの弾性変形による加工品位への影響も低減できる。さらに、本実施形態の構成では、第1の回転変形部16Aの弾性率E1が高くても高負荷領域における検出感度の低下をもたらしにくいため、第1の回転変形部16A自体の剛性を高めることも可能になるので、加工状態の安定性を向上させたり、トルク負荷検出手段の検出機能の損耗・喪失に対する耐性を向上させたりすることができる。 In contrast, according to this embodiment, by configuring the second rotationally deformed portion 16B to operate at or above a predetermined torque load value T1, which is set lower than the maximum safe torque T2, the elastic modulus E3 of the entire rotationally deformed portion 16 is lowered. Therefore, the range of values of the torsion angle θ corresponding to the high-load region T1-T2 between the predetermined value T1 and the maximum safe torque T2 is significantly expanded from the conventional [θ1-θ2] to [θ1-θ2']. This improves the detection sensitivity of the torque load in the high-load region, enabling precise and accurate machining control based on the detected cutting resistance value. This ensures that the torque load is kept below the maximum safe torque T2 and more reliably prevents the torque load from exceeding the maximum safe torque TL. Furthermore, because the detection sensitivity in the high-load region is improved, the predetermined value T1 does not need to be set so small. This enables more stable machining in regions with low cutting resistance and reduces the impact of elastic deformation of the second rotationally deformed portion 16B on machining quality. Furthermore, in the configuration of this embodiment, even if the elastic modulus E1 of the first rotationally deformed portion 16A is high, it is unlikely to result in a decrease in detection sensitivity in high load areas, and it is also possible to increase the rigidity of the first rotationally deformed portion 16A itself, thereby improving the stability of the processed state and improving resistance to wear and loss of the detection function of the torque load detection means.

最後に、本実施形態の具体的な設計例について説明する。以下の数1は、矩形断面の梁のねじりを計算するための数式(1)-(7)である。ここで、Gは横弾性係数、Jはねじり定数(GJはねじり剛性)、Tはねじりトルク、Lは梁の全長、hは断面の高さ、bは断面の幅、Cは縦横比である。ねじれ角度θは、式(7)により得られる。 Finally, a specific design example of this embodiment will be described. The following equation 1 is equations (1)-(7) for calculating the torsion of a beam with a rectangular cross section. Here, G is the modulus of transverse elasticity, J is the torsional constant (GJ is torsional rigidity), T is the torsional torque, L is the total length of the beam, h is the height of the cross section, b is the width of the cross section, and C is the aspect ratio. The torsion angle θ is obtained using equation (7).

第1の回転変形部16Aの設計値及び上記の式により計算した結果を表1に示す。ねじれ角度θは、トルク負荷の値が1[Nmm]のとき約1.32度、6[Nmm]のとき約7.92度となる。この例では、T1=6[Nmm]に設定することができる。なお、kθ=L/GJは、単位トルク当たりのねじれ角度θの変化を示す、弾性率に対応する係数である。 Table 1 shows the design values of the first rotational deformation portion 16A and the results calculated using the above formula. The torsional angle θ is approximately 1.32 degrees when the torque load value is 1 [Nmm], and approximately 7.92 degrees when the torque load value is 6 [Nmm]. In this example, T1 can be set to 6 [Nmm]. Note that kθ = L/GJ is a coefficient corresponding to the elastic modulus, which indicates the change in torsional angle θ per unit torque.

図9は、弾性ばね162の弾性変形の様子を示す説明図である。図9(a)は、外力を受けていない自然状態の弾性ばね(トーションばね)162を様子を模式的に示す。このときのばね両端部の間の自然角度(外力を受けていないときの角度)θo、コイル部の中心径D、ばね両端部におけるそれぞれ固定点と荷重点までのアーム長さをa1,a2とする。また、図9(b)は、第2の回転変形部16Bに設置したときの取付状態の弾性ばね162の様子を模式的に示す。ここで、取付状態において、ばね両端部の間の初期角度をθ1、撓み角度をψ1とする。ここで、厳密にはコイル部も僅かに縮径するため、その量をΔDとして示している。さらに、図9(c)は、トルク負荷が所定値T1を越えたことにより弾性ばね162が取付状態からさらに弾性変形した作動状態の様子を模式的に示す。ここで、作動状態のばね両端部の間の角度をθ2、撓み角度をψ2とする。ここでも、厳密にはコイル部もさらに僅かに縮径しているため、その量をΔDとして示す。このとき、図9(b)の弾性ばね162の弾性力の初期値はトルク負荷の所定値T1に対応するものであり、図9(c)の弾性ばね162の弾性力は、上記所定値T1よりも大きいトルク負荷T2に対応するものである。以上の点を前提として、弾性ばね162の設計及び弾性変形の計算を行い、その設計値及び結果を表2に示す。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing the elastic deformation of the elastic spring 162. FIG. 9( a) schematically shows the elastic spring (torsion spring) 162 in its natural state when not subjected to external force. The natural angle (the angle when not subjected to external force) between both ends of the spring is θo, the central diameter of the coil portion is D, and the arm lengths from the fixed point to the load point at both ends of the spring are a1 and a2. FIG. 9( b) also schematically shows the elastic spring 162 in its attached state when installed on the second rotational deformation portion 16B. Here, in the attached state, the initial angle between both ends of the spring is θ1, and the deflection angle is ψ1. Strictly speaking, the coil portion also undergoes a slight diameter contraction, and this amount is shown as ΔD1 . Furthermore, FIG. 9( c) schematically shows the actuated state in which the elastic spring 162 further elastically deforms from the attached state when the torque load exceeds a predetermined value T1. Here, the angle between both ends of the spring in the actuated state is θ2, and the deflection angle is ψ2. Strictly speaking, the coil portion is also slightly reduced in diameter, and this amount is shown as ΔD2 . In this case, the initial value of the elastic force of the elastic spring 162 in FIG. 9(b) corresponds to a predetermined torque load value T1, and the elastic force of the elastic spring 162 in FIG. 9(c) corresponds to a torque load T2 that is greater than the predetermined value T1. Based on the above points, the elastic spring 162 was designed and its elastic deformation was calculated, and the design values and results are shown in Table 2.

ここで、ktは、弾性ばね162をねじって第2の回転変形部16Bを1度回転させるために必要なトルクを示し、kt=0.119[Nmm/deg]となる。トルク負荷Tは、回転角度θを用いて、T=kt・θで示される。弾性ばね162についても、kθを単位トルク当たりの回転角度θの変化を示す係数(弾性率に対応する。)とすれば、θ=kθ・Tで、kθ=1/ktである。以上の結果をまとめると、表1に示す矩形断面の梁のねじりの計算で示される第1の回転変形部16Aの例では、kθ=10.34[deg/Nmm]、表2に示すコイルばねの計算で示される第2の回転変形部16Bの例では、kθ=1.32[deg/Nmm]となる。したがって、これらの例では、第1の回転変形部16Aの弾性率E1は、第2の回転変形部16Bの弾性率E2の7.8倍となる。このように、第2の回転変形部16Bの弾性率が小さいことにより、図8に示すトルク負荷の高負荷領域における検出感度の向上効果をさらに高めることができる。 Here, kt represents the torque required to twist the elastic spring 162 and rotate the second rotational deformation portion 16B one degree, and kt = 0.119 [Nmm/deg]. The torque load T is expressed as T = kt·θ using the rotation angle θ. For the elastic spring 162, if kθ is a coefficient (corresponding to the elastic modulus) indicating the change in rotation angle θ per unit torque, then θ = kθ·T, and kθ = 1/kt. Summarizing the above results, for the example of the first rotational deformation portion 16A shown in the calculation of the torsion of a rectangular cross-section beam in Table 1, kθ = 10.34 [deg/Nmm]. For the example of the second rotational deformation portion 16B shown in the calculation of the coil spring in Table 2, kθ = 1.32 [deg/Nmm]. Therefore, in these examples, the elastic modulus E1 of the first rotational deformation portion 16A is 7.8 times the elastic modulus E2 of the second rotational deformation portion 16B. In this way, the small elastic modulus of the second rotational deformation portion 16B can further enhance the effect of improving detection sensitivity in the high torque load range shown in Figure 8.

なお、本発明の方法及び装置は、上述の図示例のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、主軸における第1の回転変形部16A及び第2の回転変形部16Bの両側に先端側遮光板14と基端側遮光板19を配置して、回転変形部の全体の回転方向の弾性変形量を検出し、それに応じて、加工装置1の加工制御を行っているが、第1の回転変形部16Aと第2の回転変形部16Bの回転方向の弾性変形量(図示例ではねじれ変形量Dと回転量R)をそれぞれを独立して検出するようにしてもよい。この場合、第1の回転変形部16Aの回転方向の弾性変形量によってトルク負荷の全範囲に亘る検出を均等な条件で行うことができ、また、第2の回転変形部16Bの回転方向の弾性変形量によってトルク負荷T1以上の範囲の詳細な検出を行うことができる。 The method and apparatus of the present invention are not limited to the illustrated example described above, and various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the distal light-shielding plate 14 and the proximal light-shielding plate 19 are disposed on either side of the first rotational deformation portion 16A and the second rotational deformation portion 16B of the spindle to detect the overall rotational elastic deformation of the rotational deformation portion and control the processing of the processing device 1 accordingly. However, the rotational elastic deformation amounts of the first rotational deformation portion 16A and the second rotational deformation portion 16B (in the illustrated example, the torsional deformation amount D and the rotation amount R) may be detected independently. In this case, the rotational elastic deformation amount of the first rotational deformation portion 16A can be used to detect the entire range of torque loads under uniform conditions, and the rotational elastic deformation amount of the second rotational deformation portion 16B can be used to perform detailed detection of the range above torque load T1.

1…加工装置、2…回転工具(ドリル)、3…被加工物、10…スピンドルユニット、20…モータユニット、20a…基端側回転軸(基端側回転部、出力軸)30…ワーク保持ユニット、40…送り機構、50…制御部、51…操作設定部、52…加工表示部、11…支持体、11a…基体、11b…先端側支持部、11c…基端側支持部、12R…ラジアル軸支部、12S1…固定スラスト軸支部、12S2…可動スラスト軸支部、13…先端側回転軸(先端側回転部)、13a…チャック部、14…先端側遮光板、14T…被検出部、14S…フォトセンサ、15…スラスト負荷検出フレーム、15a…センサ、16A…第1の回転変形部、17…トルク検出軸、18…ラジアル軸支部、19…基端側遮光板、19T…被検出部、19S…フォトセンサ、161…先端側取付部、162…弾性ばね、161P,19P…対向面、16S…検出器、S…スラスト負荷検出値、T…トルク負荷検出値、T1…トルク負荷の所定値、D1…ねじれ変形量の対応値、R1…回転量の限界値 1...machining device, 2...rotary tool (drill), 3...workpiece, 10...spindle unit, 20...motor unit, 20a...base end rotating shaft (base end rotating part, output shaft) 30...work holding unit, 40...feed mechanism, 50...control part, 51...operation setting part, 52...machining display part, 11...support body, 11a...base body, 11b...tip end supporting part, 11c...base end supporting part, 12R...radial shaft support part, 12S1...fixed thrust shaft support part, 12S2...movable thrust shaft support part, 13...tip end rotating shaft (tip end rotating part), 13a...chuck 14...tip-side light shielding plate, 14T...detection target portion, 14S...photosensor, 15...thrust load detection frame, 15a...sensor, 16A...first rotational deformation portion, 17...torque detection shaft, 18...radial support portion, 19...base-end light shielding plate, 19T...detection target portion, 19S...photosensor, 161...tip-side mounting portion, 162...elastic spring, 161P, 19P...opposing surface, 16S...detector, S...thrust load detection value, T...torque load detection value, T1...predetermined torque load value, D1...corresponding value of torsional deformation amount, R1...limit value of rotation amount

Claims (8)

回転駆動手段に接続される基端側回転部、及び、工具又は被加工物が取り付けられる先端側回転部を備える主軸と、
前記基端側回転部と前記先端側回転部とを連結して前記主軸の回転方向に弾性変形可能に構成された回転変形部を有し、前記回転変形部の前記回転方向の弾性変形量に応じて前記工具に加わるトルク負荷を検出するトルク負荷検出手段と、
を具備するスピンドルユニットであって、
前記トルク負荷検出手段は、前記基端側回転部と前記先端側回転部との間に直列に接続された第1の前記回転変形部及び第2の前記回転変形部を備え、前記第2の回転変形部は、前記第1の回転変形部が弾性変形する範囲内の前記トルク負荷の所定値を上回ったときに弾性変形を開始するように構成され
前記トルク負荷検出手段は、前記トルク負荷が前記所定値を上回ったときに、前記第2の回転変形部の前記所定値を上回ったときに開始される前記弾性変形による前記回転方向の弾性変形量に基づいて、或いは、前記第1の回転変形部の弾性変形及び前記第2の回転変形部の前記所定値を上回ったときに開始される前記弾性変形による前記回転方向の弾性変形量に基づいて、前記トルク負荷を検出する、
スピンドルユニット。
a spindle including a base end rotating portion connected to a rotation drive means and a tip end rotating portion to which a tool or a workpiece is attached;
a torque load detection means having a rotational deformation portion that connects the base end side rotating portion and the tip end side rotating portion and is configured to be elastically deformable in the rotational direction of the spindle, and that detects a torque load applied to the tool in accordance with an amount of elastic deformation of the rotational deformation portion in the rotational direction;
A spindle unit comprising:
the torque load detection means includes a first rotational deformation portion and a second rotational deformation portion connected in series between the base end side rotating portion and the tip end side rotating portion, and the second rotational deformation portion is configured to start elastic deformation when the torque load exceeds a predetermined value within a range in which the first rotational deformation portion elastically deforms ;
the torque load detection means detects the torque load when the torque load exceeds the predetermined value based on an amount of elastic deformation in the rotation direction caused by the elastic deformation of the second rotational deformation portion that starts when the torque load exceeds the predetermined value, or based on an amount of elastic deformation in the rotation direction caused by the elastic deformation of the first rotational deformation portion and the elastic deformation of the second rotational deformation portion that starts when the torque load exceeds the predetermined value .
Spindle unit.
前記第2の回転変形部の前記回転方向の弾性率は、前記第1の回転変形部の前記回転方向の弾性率よりも小さい、
請求項1に記載のスピンドルユニット。
a rotational modulus of elasticity of the second rotational deformation portion in the rotational direction is smaller than a rotational modulus of elasticity of the first rotational deformation portion in the rotational direction;
The spindle unit according to claim 1 .
回転駆動手段に接続される基端側回転部、及び、工具又は被加工物が取り付けられる先端側回転部を備える主軸と、
前記基端側回転部と前記先端側回転部とを連結して前記主軸の回転方向に弾性変形可能に構成された回転変形部を有し、前記回転変形部の前記回転方向の弾性変形量に応じて前記工具に加わるトルク負荷を検出するトルク負荷検出手段と、
を具備するスピンドルユニットであって、
前記トルク負荷検出手段は、前記基端側回転部と前記先端側回転部との間に直列に接続された第1の前記回転変形部及び第2の前記回転変形部を備え、前記第2の回転変形部は、前記第1の回転変形部が弾性変形する範囲内の前記トルク負荷の所定値を上回ったときに弾性変形を開始するように構成され、
前記第2の回転変形部は、前記主軸の基端側の部位に接続された基端側取付部と、前記主軸の先端側の部位に接続された先端側取付部と、前記基端側取付部と前記先端側取付部との間において前記回転方向に弾性力を与えて前記基端側取付部と前記先端側取付部の前記回転方向の位置を相対的に保持し、前記弾性力の初期値が前記所定値に対応するように構成された弾性体と、を有し、
前記基端側取付部と前記先端側取付部は、前記主軸の軸線周りに相互に回転可能に軸支される、
ピンドルユニット。
a spindle including a base end rotating portion connected to a rotation drive means and a tip end rotating portion to which a tool or a workpiece is attached;
a torque load detection means having a rotational deformation portion that connects the base end side rotating portion and the tip end side rotating portion and is configured to be elastically deformable in the rotational direction of the spindle, and that detects a torque load applied to the tool in accordance with an amount of elastic deformation of the rotational deformation portion in the rotational direction;
A spindle unit comprising:
the torque load detection means includes a first rotational deformation portion and a second rotational deformation portion connected in series between the base end side rotating portion and the tip end side rotating portion, and the second rotational deformation portion is configured to start elastic deformation when the torque load exceeds a predetermined value within a range in which the first rotational deformation portion elastically deforms;
the second rotational deformation portion includes a base-end side mounting portion connected to a base-end side portion of the main shaft, a tip-end side mounting portion connected to a tip-end side portion of the main shaft, and an elastic body configured to apply an elastic force in the rotational direction between the base-end side mounting portion and the tip-end side mounting portion to relatively maintain the positions of the base-end side mounting portion and the tip-end side mounting portion in the rotational direction, and an initial value of the elastic force corresponds to the predetermined value,
the base end side mounting portion and the tip end side mounting portion are supported so as to be rotatable relative to each other around the axis of the main shaft,
Spindle unit.
前記基端取付部と前記先端取付部とは、相互に前記回転方向に接近・離反可能に構成された対向部をそれぞれ備え、前記トルク負荷が前記所定値を越えたときに、前記基端側取付部と前記先端側取付部のそれぞれの前記対向部が前記回転方向に接近していくように構成される、
請求項3に記載のスピンドルユニット。
the base-end side mounting portion and the tip-end side mounting portion each include opposing portions configured to be able to move toward and away from each other in the rotational direction, and when the torque load exceeds the predetermined value, the opposing portions of the base-end side mounting portion and the tip-end side mounting portion are configured to move toward each other in the rotational direction.
The spindle unit according to claim 3 .
前記基端側取付部と前記先端側取付部の各前記対向部が当接したとき、或いは、前記基端側取付部と前記先端側取付部のそれぞれの前記対向部が接近を開始したときに、若しくは、所定距離まで接近したときに、これらを報知する信号を出力する検出器を備える、
請求項4に記載のスピンドルユニット。
a detector that outputs a signal to notify when the opposing portions of the base end side mounting portion and the tip end side mounting portion come into contact with each other, or when the opposing portions of the base end side mounting portion and the tip end side mounting portion start to approach each other, or when they approach each other to a predetermined distance;
The spindle unit according to claim 4.
前記主軸の軸線方向のスラスト負荷を検出するスラスト負荷検出手段をさらに具備する、
請求項1-5のいずれか一項に記載のスピンドルユニット。
further comprising a thrust load detection means for detecting a thrust load in the axial direction of the main shaft;
A spindle unit according to any one of claims 1 to 5.
請求項1-6のいずれか一項に記載の前記スピンドルユニットと、
前記基端側回転部に接続される回転駆動手段と、
前記スピンドルユニットの送り動作を可能とする送り機構と、
前記先端側回転部に取り付けられる回転工具又は被加工物と、
前記回転工具又は前記被加工物を設置可能に構成される設置部と、
を具備する加工装置。
The spindle unit according to any one of claims 1 to 6;
a rotation drive means connected to the base end side rotation portion;
a feed mechanism that enables the spindle unit to perform a feed operation;
a rotary tool or a workpiece attached to the tip side rotating portion;
a setting unit configured to be able to set the rotary tool or the workpiece;
A processing device comprising:
前記スピンドルユニットの前記トルク負荷検出手段によるトルク負荷検出値に基づいて、前記回転駆動手段及び前記送り機構を制御する制御部をさらに具備する、
請求項7に記載の加工装置。
a control unit that controls the rotation drive means and the feed mechanism based on a torque load detection value detected by the torque load detection means of the spindle unit.
The processing device according to claim 7.
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