JPH11320222A

JPH11320222A - チャック装置

Info

Publication number: JPH11320222A
Application number: JP12445798A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nishio; 脩西尾; Kazuo Morita; 和生森田
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1998-05-07
Filing date: 1998-05-07
Publication date: 1999-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】回転軸の回転時にもつめの把持力の調整を可
能にする。【解決手段】主軸２の先端に取付けられ、かつつめ９
およびつめ開閉機構を有するチャック８を備えている。
主軸２内に、主軸２に対して回転しないが軸方向に移動
しうるように、後端部におねじ部5aを有するドローバー
５を同軸上に配する。ドローバー５の先端部をチャック
８のつめ開閉機構に連結し、ドローバー５の軸方向の移
動によりつめ開閉機構を作動させる。主軸２に、主軸２
に対して軸方向に移動しないが回転しうるように、ドロ
ーバー５のおねじ部5aに螺合されたナット12を配する。
ナット12をドローバー駆動モータ20で回転させる。主軸
２の回転中につめ９の把持力を調整するようにモータ20
の出力を制御するモータ制御装置を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はチャック装置に関
し、さらに詳しくは、回転軸の先端においてつめを開閉
して物品を把持するチャック装置に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】たとえ
ば、旋盤などの工作機械においては、主軸の先端にワー
クを把持させる目的で、チャック装置が設けられてい
る。

【０００３】従来、この種チャック装置としては、中空
状主軸の先端に取付けられ、かつつめおよびつめ開閉機
構を有するチャックと、主軸内に、主軸に対して回転し
ないが軸方向に移動しうるように同軸上に配され、かつ
先端部がチャックのつめ開閉機構に連結されているとと
もに、軸方向の移動によりつめ開閉機構を作動させるド
ローバーと、主軸後端に取付けられ、かつドローバーを
軸方向に移動させる油圧シリンダとを備えた油圧式チャ
ック装置が一般的であった。そして、油圧シリンダとし
ては、チャックのつめのワーク把持力を十分なものにす
るために、比較的大径のものが使用されていた。

【０００４】しかしながら、上述した油圧式チャック装
置には次のような問題があった。すなわち、大きな油圧
シリンダを主軸とともに回転させる必要があるため、主
軸を回転させるためのモータを大型のものにしなければ
ならない。油圧シリンダは主軸を固定ハウジングに支持
する後部軸受より大きく突出した位置にくるため、回転
部分にアンバランスが生じやすい。油圧シリンダも主軸
とともに回転するためイナーシャが大きくなり、主軸の
加減速特性が悪化する。油圧シリンダに供給する圧力油
の発熱により主軸台、主軸に熱変形が生じ、加工精度を
低下させる。さらに、圧力油の粘度が温度により変化す
るため、チャックのつめ開閉動作時間が安定しない。

【０００５】上記のような油圧式チャック装置の有する
問題を解決したチャック装置として、特開昭６２−１５
７７０５号公報に開示された電動式チャック装置が知ら
れている。この電動式チャック装置は、工作機械におけ
るワークの保持に用いられるものであって、固定ハウジ
ング内に回転自在に支持された中空状主軸の先端に取付
けられ、かつつめおよびつめ開閉機構を有するチャック
と、主軸内に、主軸に対して回転しないが軸方向に移動
しうるように配され、かつ先端部がチャックのつめ開閉
機構に連結されており、軸方向の移動によりつめ開閉機
構を作動させるドローバーと、主軸に対して回転しうる
とともに、移動ねじを介してドローバーに連結されたロ
ータおよびロータの周囲において固定ハウジングに設け
られたステータよりなるドローバー駆動モータと、主軸
駆動モータおよびドローバー駆動モータの出力を制御す
るモータ出力制御装置と、主軸駆動モータおよびドロー
バー駆動モータのいずれか一方を選択してモータ出力制
御装置に接続する選択接続装置とを備えている。そし
て、モータ出力制御装置が、選択接続装置によりドロー
バー駆動モータに接続されたさいに、主軸モータが停止
して主軸が停止し、この状態でモータ出力制御装置がド
ローバー駆動モータの出力を制御することにより移動ね
じを介してドローバーを移動させ、つめの把持力を調整
するようになっている。また、モータ出力制御装置が、
選択接続装置により主軸駆動モータに接続されたさい
に、ドローバー駆動モータが停止して移動ねじを介して
のドローバーの軸方向の移動が阻止され、この状態でモ
ータ出力制御装置が主軸駆動モータの出力を制御するこ
とにより主軸を所要の回転数で回転させ、その結果主軸
の回転中にはつめの把持力が一定に保たれるようになっ
ている。

【０００６】ところで、工作機械によりテーパ形状のワ
ークを加工する場合などには、切削速度を一定にするた
め主軸の回転数を随時変化させるが、主軸の回転数変化
に伴い、チャックのつめに加わる遠心力も変動するた
め、把持力も変化してしまう。したがって、主軸の回転
中にもつめの把持力を調整する必要がある。しかしなが
ら、上記公報記載の電動式チャック装置では、主軸の停
止時にのみつめの把持力を調整するようになっており、
主軸の回転時にはつめの把持力を調整することができな
い。

【０００７】本発明の目的は、上述した油圧式チャック
装置の有する問題を解決するとともに、回転軸の回転時
にもつめの把持力の調整が可能なチャック装置を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段と発明の効果】本発明によ
るチャック装置は、中空状回転軸の先端に取付けられ、
かつつめおよびつめ開閉機構を有するチャックと、回転
軸内に、回転軸に対して回転しないが軸方向に移動しう
るように同軸上に配され、かつ先端部がチャックのつめ
開閉機構に連結されたドローバーと、ドローバーに移動
ねじを介して連結され、かつドローバーを軸方向に移動
させるドローバー駆動モータとを備えており、ドローバ
ーの軸方向の移動によりつめ開閉機構を介してつめが開
閉するようになされたチャック装置であって、回転軸の
回転中につめの把持力を調整するようにモータの出力を
制御するモータ制御手段を有しているものである。

【０００９】本発明のチャック装置によれば、回転軸の
回転中にもモータ制御手段によりモータ出力を制御する
ことによって移動ねじを介してドローバーを軸方向に移
動させ、つめ開閉機構を介してつめを開閉させることに
よってつめの把持力を調整することができる。したがっ
て、回転軸の回転数変化に伴ってつめに作用する遠心力
が変動し、つめの把持力が変化した場合にも、つめの把
持力を調整して所望の把持力を得ることができる。

【００１０】しかも、チャックのつめの開閉に、油圧シ
リンダを用いないので、上述した油圧式チャック装置の
有する問題点を解決することができる。

【００１１】たとえば、ドローバー駆動モータが、回転
軸を支持しているハウジングの外側において回転軸と並
列に設けられており、ドローバー駆動モータの出力が動
力伝達手段を介してドローバーに伝達されるようになさ
れていることがある。

【００１２】この場合、チャック装置の全長を短くする
ことができる。また、モータの回転時の発熱の回転軸へ
の伝達を防止して、回転軸の熱変形を抑制することがで
きる。したがって、チャック装置を、たとえば工作機械
に適用した場合には加工精度が向上する。

【００１３】たとえば、モータ制御手段が、回転軸の回
転数とつめの把持力との関係を記憶している把持力記憶
手段と、移動ねじを介してドローバーを軸方向に移動さ
せることによりつめの把持力を調整するためにドローバ
ー駆動モータに電流を流すモータ制御手段と、回転中の
回転軸の回転数に応じ、把持力記憶手段に記憶されてい
る上記関係から必要なつめの把持力を得るようにモータ
制御手段に指令を与える把持力制御手段とを備えている
ことがある。

【００１４】この場合、把握力制御手段では、主軸回転
数に応じたつめの把持力データを把持力記憶手段から読
み出し、この把持力データに基づいて必要なつめの把持
力が得られるように、モータ制御手段に指令を与える。
モータ制御手段はこれに合わせた電流をモータに流し、
モータを起動させる。モータの出力は移動ねじを介して
ドローバーに伝えられ、ドローバーが軸方向に移動す
る。その結果、つめ開閉機構を介してつめが開閉させら
れ、つめの把持力が調整される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。この実施形態は、本発明のチャ
ック装置をＮＣ旋盤に適用したものである。

【００１６】図１は本発明のチャック装置を備えた旋盤
の機械的構成を示し、図２および図３はその要部を示
す。また、図４はＮＣ旋盤の電気的構成を示す。なお、
以下の説明において、図１の右側を前、これと反対側を
後というものとする。

【００１７】図１〜図３において、主軸台の固定ハウジ
ング(1) に、中空状主軸(2) （回転軸）の前後両端部
が、それぞれ軸受(3)(4)を介して軸方向に移動しないが
回転しうるように支持されている。主軸(2) は、図４に
示す主軸モータ(51)により回転させられるようになって
いる。また、主軸(2) の回転数は、図４に示す回転検出
器(60)により検出されるようになっている。

【００１８】主軸(2) 内に、前後方向に伸びるドローバ
ー(5) が、主軸(2) に対して回転しないが軸方向に移動
しうるように同軸上に配置されている。ドローバー(5)
は、その前後両端部においてブシュ(6)(7)を介して主軸
(2) に支持されている。主軸(2) の前端にチャック(8)
が取付けられている。チャック(8) は、ワークを把持す
るつめ(9) と、ドローバー(5) の前端に連結されかつド
ローバー(5) の軸方向の移動によりつめ(9) を開閉する
公知のつめ開閉機構（図示略）とを備えている。ここ
で、つめ(9) とは、その形状にかかわらずワークを把持
するもの全てを意味するものとする。ドローバー(5) の
後端部におねじ部(5a)が設けられている。そして、ナッ
ト(12)とおねじ部(5a)とにより移動ねじが構成されてい
る。

【００１９】主軸(2) の後端部にフランジ(10)を介して
ナットスリーブ(11)が固定されている。ナットスリーブ
(11)内に、軸線を前後方向に向けたナット(12)が、ナッ
トスリーブ(11)に対して軸方向に移動しないが回転しう
るように支持されている。ナット(12)はドローバー(5)
のおねじ部(5a)にねじ嵌められている。ナットスリーブ
(11)の前端にブラケット(13)を介してキー(14)が取付け
られ、このキー(14)がドローバー(5) の後端部のおける
おねじ部(5a)よりも前側の部分の外周面に形成されたキ
ー溝(5b)に嵌まっており、これによりドローバー(5) は
主軸(2) に対して回転しないが軸方向に移動しうるよう
になっている。また、ナットスリーブ(11)に後方に突出
した短円筒部(11a) が一体に形成され、短円筒部(11a)
の内周面に歯(15)が形成されている。

【００２０】固定ハウジング(1) の後端部に取付けられ
たカバー(19)の外側にトルクモータ(20)が配置され、そ
の出力が歯車列(21)および電磁クラッチ(22)を介してナ
ット(12)に伝達されるようになっている。歯車列(21)
は、トルクモータ(20)の前後方向に伸びる出力軸(20a)
に固定された駆動側歯車(23)と、カバー(19)の後端面に
固定された前後方向に伸びるピン(24)の回りに軸受(25)
を介して回転自在に取付けられた遊び歯車(26)と、ドロ
ーバー(5) の後方に同軸上に配されかつカバー(19)に回
転自在に支持された前後方向に伸びる軸(27)の周囲に取
付けられた従動側歯車(28)とよりなる。従動側歯車(28)
の内周面にキー溝(28a) が形成され、軸(27)の外周面に
固定されたキー(29)がキー溝(28a) に嵌まっており、こ
れにより軸(27)が従動側歯車(28)とともに回転するよう
になっている。

【００２１】電磁クラッチ(22)は、軸(27)の周囲に固定
された駆動側クラッチ構成部材(30)と、軸(27)の周囲に
回転自在に取付けられた従動側クラッチ構成部材(31)
と、カバー(19)の後端開口内に嵌め止められたリング(3
2)に埋設された電磁石(33)とを備えている。

【００２２】駆動側クラッチ構成部材(30)の円板取付ス
リーブ(30a) が軸(27)の周囲に嵌められ、このスリーブ
(30a) が軸受(34)を介してリング(32)に回転自在に支持
されている。スリーブ(30a) の内周面にキー溝(30b) が
形成され、軸(27)の外周面に固定されたキー(35)がキー
溝(30b) に嵌まっており、これによりスリーブ(30a)、
すなわち駆動側クラッチ構成部材(30)が軸(27)とともに
回転するようになっている。したがって、軸(27)も軸受
(34)を介してリングに回転自在に支持されていることに
なる。従動側クラッチ構成部材(31)の円板取付スリーブ
(31a) は、軸受(36)を介して軸(27)に回転自在に取付け
られている。また、スリーブ(31a) の後端部外周面に歯
(37)が形成され、スリーブ(31a) の後端部とナットスリ
ーブ(11)の短円筒部(11a) の後端部との間に、歯(15)(3
7)と噛み合う歯(38a) を有する複数のピニオン(38)が周
方向に間隔をおいて配置されている。各ピニオン(38)
は、ナット(12)後端の外向きフランジ(12a) に固定され
た前後方向に伸びるピン(39)に回転自在に支持されてい
る。

【００２３】軸(27)の前端に大径部(27a) が一体に形成
され、この大径部(27a) よりも後側の部分に、軸受(36)
の内輪、中間リング(40)、駆動側クラッチ構成部材(30)
のスリーブ(30a) 、および従動側歯車(28)が前側から嵌
め被せられ、軸(27)の後端部に形成されたおねじ部(27
b) にねじ嵌められた固定ナット(41)により軸(27)に固
定されている。

【００２４】軸(27)の軸線上に前後方向に伸びる貫通穴
(42)が形成され、ドローバー(5) の後端面に固定された
センサロッド(43)がこの貫通穴(42)に通されている。そ
して、カバー(19)に取付けられた検出器(44)（レゾル
バ）によりセンサロッド(43)の後端部の前後方向の位置
を検出することによって、チャック(8) のつめ(9) によ
るワーク把持力が検出されるようになっている。

【００２５】図４に示すように、ＮＣ旋盤は、コンピュ
ータを含むＮＣ装置(50)を備えている。ＮＣ装置(50)
は、主軸モータ(51)の出力を制御する主軸モータ制御装
置(52)と、トルクモータ(20)の出力を制御するトルクモ
ータ制御装置(53)（モータ制御手段）とを備えている。

【００２６】主軸モータ制御装置(52)は、キーボード、
フロッピーディスクドライブ等の入力部(54)により入力
された加工プログラムを記憶するプログラム記憶部(55)
と、加工プログラムに応じて主軸(2) の回転数を変化さ
せるために主軸モータ(51)に所定の電流を流す主軸モー
タ制御部(56)と、プログラム記憶部(55)から読み出され
た加工プログラムの内容を解析し、これに基づいて主軸
モータ制御部(56)に指令を与える解釈部(57)とからな
る。

【００２７】トルクモータ制御装置(53)は、入力部(54)
により入力された主軸(2) の回転数とつめ(9) の把持力
との関係を記憶する把持力記憶部(58)と、ナット(12)お
よびおねじ部(5a)からなる移動ねじを介してドローバー
(5) を軸方向に移動させることによりつめ(9) の把持力
を調整するためにトルクモータ(20)に電流を流すトルク
モータ制御部(59)と、主軸回転検出器(60)により検出さ
れる回転中の主軸(2)の回転数に応じ、把持力記憶部(5
8)に記憶されている上記関係から必要なつめ(9) の把持
力を得るようにトルクモータ制御部(59)に指令を与える
把持力制御部(61)とからなる。把持力記憶部(58)は主軸
(2) 回転数とつめ(9) の把持力との関係をマトリクス形
式の把持力データで記憶する。なお、把持力データは、
主軸(2)の回転数だけではなく、ワークの被把持部の肉
厚や、ワークの剛性および材質や、要求される加工精度
等とつめ(9) の把持力との関係を含む複数のマトリクス
形式であってもよい。トルクモータ制御部(59)は、検出
器(44)で検出されるつめ(9) の把持力が所定の力になる
までトルクモータ(20)を駆動する。

【００２８】解釈部(57)および把持力制御部(61)がコン
ピュータで構成され、プログラム記憶部(55)および把持
力記憶部(58)がそのメモリで構成されている。

【００２９】上記構成のＮＣ旋盤を用いてのワークの加
工に際して、プログラム記憶部(55)より読み出された加
工プログラムが解釈部(57)において内容を解析され、解
釈部(57)から主軸モータ制御部(56)に指令を送ると、主
軸モータ制御部(56)はこれに合わせた電流を主軸モータ
(51)に流すことにより、主軸モータ(51)の回転を制御す
る。このとき、電磁クラッチ(22)は常に動力伝達状態と
されている。

【００３０】このときの主軸(2) の回転数が主軸回転検
出器(60)により検出され、把持力制御部(61)に出力され
る。把持力制御部(61)では、検出された主軸(2) の回転
数に応じた把持力データを把持力記憶部(58)から読み出
し、この把持力データに基づいて必要なつめ(9) の把持
力が得られるように、トルクモータ制御部(59)に指令を
与える。トルクモータ制御部(59)はこれに合わせた電流
をトルクモータ(20)に流し、検出器(44)から検出される
値が所定の値になるまでトルクモータ(20)を起動させ
る。トルクモータ(20)の出力は、歯車列(21)を介して軸
(27)に伝えられて軸(27)が回転し、さらに軸(27)の回転
力は電磁クラッチ(22)およびピニオン(38)を介してナッ
ト(12)に伝わり、ナット(12)が回転させられる。ナット
(12)が回転すると、ナット(12)とねじ合わされたおねじ
部(5a)を介してドローバー(5) が軸方向に移動させられ
る。したがって、つめ開閉機構によりつめ(9) が開閉さ
せられ、つめ(9) の把持力が調整される。

【００３１】なお、上記実施形態においては、トルクモ
ータ(20)の出力は歯車列(21)および電磁クラッチ(22)を
介してナット(12)に伝達されるようになっているが、電
磁クラッチ(22)は必ずしも必要としない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のチャック装置を備えたＮＣ旋盤の機械
的構成を示す部分縦断面図である。

【図２】図１の部分拡大図である。

【図３】図２のIII−III線断面図である。

【図４】本発明のチャック装置を備えたＮＣ旋盤の電気
的構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

(2)：主軸（回転軸） (5)：ドローバー (5a)：おねじ部 (8)：チャック (9)：つめ (12)：ナット (20)：トルクモータ (53)：トルクモータ制御装置（トルクモータ制御手段） (58)：把持力記憶部 (59)：トルクモータ制御部 (61)：把持力制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空状回転軸の先端に取付けられ、かつ
つめおよびつめ開閉機構を有するチャックと、回転軸内
に、回転軸に対して回転しないが軸方向に移動しうるよ
うに同軸上に配され、かつ先端部がチャックのつめ開閉
機構に連結されたドローバーと、ドローバーに移動ねじ
を介して連結され、かつドローバーを軸方向に移動させ
るドローバー駆動モータとを備えており、ドローバーの
軸方向の移動によりつめ開閉機構を介してつめが開閉す
るようになされたチャック装置であって、回転軸の回転
中につめの把持力を調整するようにモータの出力を制御
するモータ制御手段を有しているチャック装置。
【請求項２】ドローバー駆動モータが、回転軸を支持
しているハウジングの外側において回転軸と並列に設け
られており、ドローバー駆動モータの出力が動力伝達手
段を介してドローバーに伝達されるようになされている
請求項１のチャック装置。
【請求項３】モータ制御手段が、回転軸の回転数とつ
めの把持力との関係を記憶している把持力記憶手段と、
移動ねじを介してドローバーを軸方向に移動させること
によりつめの把持力を調整するためにドローバー駆動モ
ータに電流を流すモータ制御手段と、回転中の回転軸の
回転数に応じ、把持力記憶手段に記憶されている上記関
係から必要なつめの把持力を得るようにモータ制御手段
に指令を与える把持力制御手段とを備えている請求項１
または２のチャック装置。