JPH0244644B2 - 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、前記筒部内に基端部を挿入してあり、
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、前記工具駆動軸に一端を連結してあり、こ
れを基端側に弾圧付勢する引込みばねと、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を発生し、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、これに取
りつ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）
の付勢力に抗して係合環体４を先端側に押しつ
け、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。しかる後、係合ピン２０、
即ち工具駆動軸は引込みばねにより常時基端側に
付勢されているので、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
えた工具ヘツドの縦断面図、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。

基端側に設けたテーパシヤンク１０を図外の工
作機械の主軸に連結してなる工具ヘツド本体１の
先端側には円筒状の筒部１１を設けてある。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内には先端にドリル３を保持した中空
の工具駆動軸２の基端側を挿入連結してある。工
具駆動軸２は筒部１１と連動して回転可能に、か
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。更に、工具駆動軸２は重量を軽減する上で
中空に形成することが望ましいが、中実であつて
もよい。この場合には前記引込みばね２１の先端
を工具駆動軸の基端側に係止連結することにすれ
ばよい。

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２
０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、コイルスプリングからな
り、係合ピン２０を常時基端側に付勢する引込み
ばね２１により行われるようになつている。即
ち、引込みばね２１はその先端を係合ピン２０の
中央部に係止連結してあり、基端をテーパシヤン
ク１０に打ち込んだ係止ピン２２の中央部に係止
連結してある。

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の付勢力に対して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１６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、
これに送りを与えると工具ヘツド本体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
ら抜け外れることになるので、ドリル３の折損を
確実に防止できることになる。なお、第１図にお
いて工具駆動軸２及びドリル３の退入量を仮想線
で表示してある。

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に
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、退入する工具駆動軸２の基端部に当接してこ
れを検知するタツチセンサ等が考えられる。

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。

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の縦断面図、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、２…工具
駆動軸、２０…係合ピン、２１…引込みばね、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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、前記筒部内に基端部を挿入してあり、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、
   前記工具駆動軸に一端を連結してあり、これを基
   端側に弾圧付勢する引込みばねと、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。