CN1217676A - 机床的电动卡盘及其夹持爪的开闭方法 - Google Patents

Abstract

一种机床的电动卡盘,没有用于开闭卡盘夹持爪的特别的驱动装置,夹持力的变更容易,构造也简单。卡盘固定装置40为用于将卡盘主体20固定到主轴箱1的固定机构。定位销驱动机构42具有定位销43,并在上面形成活塞44。当向缸46供给加压空气时,定位销43的前端插入到定位孔41。驱动装入式马达4,使涡旋体17在主轴2回转的同时也回转,则朝径向驱动卡爪30,夹持、释放工件。

Description

机床的电动卡盘及其夹持爪的开闭方法

技术领域

本发明涉及机床的电动卡盘及其夹持爪的开闭方法。更为详细地说，涉及可利用驱动主轴的电动机的动力进行卡盘的爪的开闭的机床的电动卡盘及其夹持爪的开闭方法。

背景技术

在车床的主轴端，安装着用于夹住工件的卡盘。近年来，为了使卡盘爪的开闭自动化，采用动力来代替手动。驱动卡盘的夹持爪的动力使用的是油压缸、电动机等。然而，当在卡盘的夹持爪的驱动中使用动力时，为了驱动卡盘的夹持爪，需要专用的油压缸、电动机等。

在机床设置的驱动装置的台数的增加，成为导致卡盘机构复杂化、费用上升的主要原因。因此，本发明者等曾提出过这样的电动卡盘(特开平8-150531号公报)的方案，即，将卡盘的驱动装置与主轴的驱动电动机共用，不需要卡盘的驱动装置。该电动卡盘虽然不需要驱动装置，但需要配置在卡盘主体外周位置的环形齿轮、用于传递方向切换的换位机构等复杂的机构。

本发明就是在上述那样的技术背景下作出的，其目的如下所述。

本发明的目的在于提供一种不需要夹持被夹持物的卡盘专用的驱动装置的机床的电动卡盘及其夹持爪的开闭方法。

本发明的另一目的在于提供一种结构极为简单的机床的电动卡盘及其夹持爪的开闭方法。

本发明的又一目的在于提供一种卡盘爪的开闭控制极为容易的机床的电动卡盘及其夹持爪的开闭方法。

本发明的还一目的在于提供一种机床的电动卡盘及其夹持爪的开闭方法，该电动卡盘可以相应于加工内容、粗加工、精加工、工件的材质和形状等，自由地调整工件的夹持力。

本发明的优点在于，由于不具有卡盘的卡爪开闭用的特别驱动装置，所以没有必要考虑该卡盘驱动装置的发热。另外，还具有结构简单的优点。还有一个优点是，可用通过手动的键输入或数控加工程序指定的任意的夹持力来夹持工件。

技术方案

本发明的第1方案所述的机床的电动卡盘由主轴电机、卡盘、回转传递路径切换装置、以及运动方向变换装置构成，

该主轴电动机用于使主轴回转，该主轴可自由回转地支承在主轴箱，

该卡盘设于上述主轴，用于开闭夹持被夹持物的夹持爪，

该回转传递路径切换装置设在可相对固定上述卡盘的机床的机身与上述卡盘之间，用于将上述主轴的回转切换成上述夹持爪的开闭动作、或上述主轴和上述卡盘成一体的加工回转动作，

该运动方向变换装置设于上述卡盘，用于在上述回转传递路径切换装置切换到上述夹持爪的开闭动作一侧时，将上述主轴的回转变换到上述夹持爪的开闭动作。

本发明中所谓的机床的机身，是包含具有使工件回转的主轴的主轴箱、具有使工具回转的主轴的主轴头、构成机身本体的台即床身等的概念，只要是构成可相对固定卡盘的机床的部分即可。回转传递路径切换装置可通过不能回转地固定卡盘而加以实现。具体地说，回转传递路径切换装置在卡盘本体即卡盘主体上形成接合孔，用流体压力缸、螺纹驱动等驱动装置将可接合·脱离的定位销驱动插入到该接合孔。该驱动装置为设于主轴箱或床身等机身部分的机构。

运动方向变换装置为将主轴的回转运动变换成夹持爪的用于夹持被夹持物(工件)的夹持运动的装置，例如是组装到机床的三爪卡盘中的机构。具体地说，该三爪卡盘至少由涡旋体和卡盘主体以及涡旋齿(蜗条)构成；该涡旋体具有在与主轴轴线垂直的面上形成为螺旋状的涡旋槽；该卡盘主体配置于该涡旋体的外周，且可自由转动地支持在该涡旋体上；该涡旋齿设在夹持爪上并与涡旋齿啮合。

本发明的第2方案所述的机床的电动卡盘由主轴电动机、卡盘、卡盘固定装置、以及运动方向变换装置构成，

该主轴电动机用于使主轴回转，该主轴可自由回转地支承于主轴箱，

该卡盘设于上述主轴，用于开闭夹持爪，该夹持爪用于夹持被夹持物，

该卡盘固定装置可与上述卡盘接合·脱离地设在可相对固定上述卡盘的机床的机身上，用于固定上述卡盘的回转，

该运动方向变换装置设于上述卡盘，用于在由上述卡盘固定装置固定了上述卡盘时，将上述主轴的回转变换为上述夹持爪的开闭动作。

卡盘固定装置具体地说，也可以是与上述回转传递路径切换装置同样的构造。另外，运动方向变换装置也可以采用上述同样的构造。上述第1方案及第2方案的机床的电动卡盘的发明，为了防止加工时夹持爪松动，如果配置防松动机构，以锁定运动方向变换装置的作动，固定夹持爪的作动，则效果更好。如果与该防松动机构一起使用或单独在卡盘内配置增力机构，则更为理想。增力机构设于运动方向变换装置，用于增大主轴的扭矩并传递到夹持爪。通过配置增力机构，可以更有力地由夹持爪夹持被夹持物。

防松动机构具体地说由固定齿、插入齿、以及插入齿驱动装置构成，该固定齿设于主轴，该插入齿设于卡盘的本体即卡盘主体并可与固定齿接合·脱离，该插入齿驱动装置为了接合·脱离而驱动插入齿。除了该机构外，为了防止主轴与卡盘主体间的相对移动，也可以配置可接合·脱离的离合器。

该离合器可以由环状的移动离合器齿和用于与其接合·脱离的环状的固定齿构成。移动离合器齿的驱动可以采用由流体压力驱动的汽缸驱动装置。由于是从卡盘的外部供给流体压力，所以用的是流体联结器，如使用设于卡盘固定装置的流体压力供给通道，则机构更简单，更有效。

增力机构可采用行星齿轮机构、差动齿轮机构等减速齿轮机构。行星齿轮机构由太阳齿轮、内齿轮、及行星齿轮构成，该太阳齿轮固定于主轴，该内齿轮形成于卡盘的本体即卡盘主体，该行星齿轮可自由回转地设在涡旋体并同时与太阳齿轮和内齿轮啮合。

上述主轴电动机如采用将转子固定于主轴、将定子固定于主轴箱的装入式电动机，则成为紧凑且简单的构造。另外，主轴电动机可以是能控制夹持爪移动位置的控制电动机。

上述第1发明的机床的电动卡盘如按以下那样的步骤作动，则更有效果。最初由回转传递路径切换装置约束卡盘的回转，由主轴电动机使主轴回转，通过运动方向变换装置变换主轴回转的运动方向，使夹持爪向开闭方向移动。

上述第1发明的机床的电动卡盘如按以下那样的步骤作动，则更有效果。最初由卡盘固定装置将卡盘主体固定在床身上，由主轴电动机使主轴回转，通过运动方向变换装置，变换主轴回转的运动方向，使夹持爪向开闭方向移动。

上述主轴的停止作为数控功能如利用标准功能即主轴定位功能、在规定的角度位置进行定位，则可容易地控制。另外，夹持被夹持物时的主轴电动机的输出转矩可设定得大于加工时的转矩。

附图的简单说明

图1示出本发明的实施形式1，为数控车床的主轴箱的剖视图。图2为图1的右侧视图。图3示出本发明的实施形式2，为数控车床的主轴箱的剖视图。图4(a)为图3的局部放大图，图4(b)为沿图4(a)的A-A线剖开的放大剖视图。图5示出本发明的实施形式3，为卡盘的剖视图。图6为图5的右侧视图。

图7(a)示出本发明的实施形式4，为数控车床的主轴箱的剖视图。图7(b)为沿图7(a)的B-B线剖开的剖视图。图8为示出用于检测主轴回转的主轴角度检测机构的剖视图。

图9为示出电动卡盘的控制装置的功能框图。

实施发明的最佳形式

〔实施形式1〕

下面，根据附图说明本发明的最佳形式。图1表示本发明的实施形式1为数控车床的主轴箱的剖视图。图2(a)为图1的右侧视图，图2(b)为图2(a)的A向视图。在数控车床的主轴箱1的前面的内孔，用螺栓(图中未示出)固定着圆筒状的轴承护圈1a。

滚动轴承3的内圈由螺母9固定在主轴2上。在轴承护圈la的内孔插入支承着轴承3的外圈，由该轴承3可自由回转地将主轴2支承在主轴箱1上。在轴承护圈1a的前面，用图中未示出的螺栓固定前罩1b。在主轴2的外周，固定着装入式电动机4的转子5。在转子5的外周位置，配置着上面绕有线圈的定子6，定子6固定在主轴箱1。

在定子6的壳体7的外周，形成有用于通过冷却油的冷却通道8。通过在冷却通道8中通过冷却油，由冷却油吸收装入式电动机4产生的热量，从而进行冷却。装入式电动机4的构造和功能是公知技术，故在这里省去其详细说明。在主轴2和主轴箱1的后部，设置有主轴定位机构，该主轴定位机构由用于检测后述那样的主轴2的回转速度(回转数)及回转角度位置的回转速度。回转角度检测装置(例如光学式的编码器、磁式编码器等)和用于将主轴2定位于主轴定位位置的主轴定位用传感器等所构成的。

亦即，该装入式电动机4由图中未示出的控制装置，不仅可以根据回转速度·回转位置检测装置的速度反馈信号使主轴2以规定的回转速度回转，面且可以根据回转速度·回转角度位置检测装置的位置反馈信号对主轴的回转角度位置即卡盘的夹持爪的移动位置进行定位控制，因此，该装入式电动机4是控制电动机。

夹持爪例如以夹持爪在移动行程上的规定位置(例如上侧行程终点、下侧行程终点)为原点，进行移动和定位控制。另外，通过使控制装置实行主轴定位动作指令，可以使主轴2定位于规定的主轴定位角度位置(回转方向)。

该主轴定位机构、控制马达将在后面说明，所以在这里就省去详细说明。在主轴2的前端面一体形成直径比其它部分大的主轴端10，主轴端10为用于安装花盘、卡盘、顶尖等的部分。在主轴端10的前端面11由螺栓13固定圆形的花盘12。

在花盘12上安装着卡盘15。在花盘12的前端面16由螺栓18固定涡旋体17，该涡旋体17为构成卡盘15的部件。在涡旋体17的前端面形成螺旋状的涡旋槽19，该螺旋状的涡旋槽19以主轴2的中心线为中心。

在涡旋体17的外周配置有卡盘主体20。卡盘主体20由前端面封闭的圆筒状第1构件21和与其接合的环状第2构件22构成。在第1构件21的开放的后面用螺栓23固定着环状的第2构件22。在第1构件21的前端面以等角度而且沿径向形成3条卡爪座导向槽24(参照图2)。

第2构件22由轴承29可自由回转地支承在涡旋体17的外周。结果，卡盘主体20可自由回转地支承在涡旋体17的外周。如图2(b)所示，在第1构件21的卡爪座导向槽24形成有滑动面24a、24b、24c。在卡爪座导向槽24可自由滑动地插入有卡爪座26。

在卡爪座26上形成与卡爪座导向槽24的滑动面24a、24b、24c的凹凸对应的滑动面25。在卡爪座26的后面形成涡旋齿(蜗条)28。在卡爪座26的前面由螺栓31固定着直接夹持工件的卡爪30。亦即，用于夹持工件的夹持爪由卡爪座26和卡爪30构成。

卡爪座26的涡旋齿28与涡旋体17前面的涡旋槽19啮合。因此，当停止卡盘主体20的回转并驱动主轴2时，涡旋体17回转，卡爪座26半径方向驱动，卡爪30移动，从而夹持或释放工件。在该实施形式1中虽然是用卡爪座26和卡爪30构成夹持爪，但也可以是将两者合为一体构成夹持爪。

(卡盘固定装置40)

卡盘固定装置40是用于将卡盘主体20不能回转地固定于主轴箱1的固定机构。在第2构件22的外周沿着与主轴2的中心线垂直的方向(径向)形成定位孔41。另外，在主轴箱1前面的、卡盘15的外周位置，配置着定位构件驱动机构42。定位构件驱动机构42具有定位构件43，并在其上设置有活塞44。

在定位构件43的前端有插入部45，该插入部45插入到定位孔41。活塞44可自由滑动地插入缸46内。在缸46中由压力流体通路47供给压缩空气、压力油等压力流体，所以活塞44可在缸46的内部滑动。定位构件43的插入部45是处于插入定位孔的位置还是处于脱离位置，可由例如接触式开关、限位开关等传感器48检测。

(实施形式1的电动卡盘的作动)

下面，说明上述实施形式1的电动卡盘的作动。为了将工件夹持于卡盘15，由后述的电动卡盘控制装置(参照图9)的控制向公知的主轴定位机构(未图示)发出指令，将主轴2停止于预先确定的角度位置。接下来向压力流体通路供给压力流体，使空气进入到缸46内驱动活塞44，从而使其插入部45插入到卡盘主体20的定位孔41。

通过该插入部45在定位孔41中的插入，将卡盘主体20固定在主轴箱1。亦即，卡盘主体20处于回转受到限制的状态。在该状态下回转驱动装入式电动机4，对主轴2进行控制，以便按规定的回转速度、回转数、转矩使卡爪30到达规定的夹持径位置。由该装入式电动机4的回转驱动，在主轴2回转的同时驱动涡旋体17回转。

由于卡爪座26的涡旋齿28与涡旋体17的涡旋槽19啮合，所以，当停止卡盘主体20的回转并驱动主轴2时，卡爪座26在第1构件21的卡爪座导向槽24内被朝着径向中心部驱动，与其一体的卡爪30移动从而夹持工件。在释放工件的夹持的场合，当逆向驱动装入式电动机4时，卡爪座26在第1构件21的卡爪座导向槽24内被朝着径向外侧驱动，卡爪30移动，从而释放工件。

(实施形式2)

图3、图4(a)、(b)示出实施形式2，图3为数控车床的主轴箱的剖视图，图4(a)为图3的局部放大图，图4(b)为沿图4(a)的A-A线剖开的放大剖视图。实施形式2中设置有防松机构49，该防松机构49用于防止加工过程中在卡盘的涡旋机构与主轴2之间产生相对回转。对于上述实施形式1的情形来说，当主轴2正转地切削工件时，在卡爪30夹持工件的方向上作用切削转矩，使涡旋体17回转，所以在加工过程中工件的夹持不会松动。

实施形式1那样的涡旋卡盘借助于涡旋体17的涡旋槽19与卡爪座26的涡旋齿28的啮合所产生的摩擦力，防止啮合相对移动地夹持工件。然而，当使主轴2反转地切削时，如切削产生的松动转矩大于该摩擦力，则主轴2与卡盘主体20有可能产生相对回转运动，导致卡爪30移动而使工件的夹持松动。同样，当使主轴2正转地进行切削时，对于卡爪30从中心向径向外侧移动而从内侧夹持工件的类型的卡盘来说，也会出现这样的问题。

下面，根据图4(a)、(b)说明该防松机构49。图4(a)、(b)中所示符号，对于与实施形式1实质上相同的构件，采用同一符号。在形成于卡盘主体20的定位孔41的内周面，沿着与该定位孔41的中心线直交的方向形成第1凸轮滑动孔50。

在第1凸轮滑动孔50，可自由滑动地插入配置有销状的第1凸轮51。在第1凸轮滑动孔50的前方，插入配置有螺旋弹簧52。在第1凸轮51的后端面，形成凸轮面53，该凸轮面53与第1凸轮51的轴线形成约45度的倾斜。

在第1凸轮51的中间部形成凸轮面54，该凸轮面54与第1凸轮51的轴线成约45度的倾斜。第1凸轮51的凸轮面54与形成于销状第2凸轮55一端的凸轮面56接合。第2凸轮55为销状，可自由滑动地插入配置在第2凸轮滑动孔57中。第2凸轮滑动孔57的中心轴线与第1凸轮51的中心轴线直交。

在第2凸轮55的另一端，形成与第1凸轮51的轴线成约45度倾斜的凸轮面58。凸轮面58与形成于缸筒60外周的凸轮面61接合。缸筒60为环状，可自由滑动地插入配置在环状的缸筒滑动孔62中。

在缸筒60内，以120度的间隔形成3个防松动销滑动孔66。图3、图4(a)、(b)示出3个防松动销滑动孔66中的1个。在防松动销滑动孔66内可自由滑动地插入配置有防松动销65。在防松动销65的中间部形成活塞67，该活塞67可自由滑动地插入在防松动销滑动孔66中。在活塞67的前方，将螺旋弹簧68配置在与卡盘主体20之间，平时使防松动销65向后方移动的方向上施加弹性力。

在防松动销65的前方周面，形成沿轴向切开的导向平面70，在导向平面70上，沿着与该平面直交的方向将螺栓71拧入配置于卡盘主体20。该螺栓71的前端与防松动销65的导向平面70之间有很小一点间隙。因此，防松动销65可在防松动销滑动孔66内滑动但不能回转。在防松动销65的后端，形成插入齿72。

另一方面，在固定于主轴2的花盘12的前面，环状地形成固定齿75。当将插入齿72插入到固定齿75中时，由于花盘12与卡盘主体20之间不产生相对移动，所以即使在主轴2逆转地切削工件时卡爪30沿着释放工件的方向作用切削转矩，也不在卡盘主体20与主轴2之间产生相对回转。

(实施形式2的电动卡盘的作动)

下面，说明上述实施形式2的作动。当为了与上述实施形式1同样地将工件夹持于卡盘15时，通过图中未示出的控制装置的控制，由后述的主轴定位功能将主轴2停止于预先确定的角度位置，将卡盘固定装置40的插入部45插入到卡盘主体20的定位孔41中。

通过将该插入部45插入到定位孔41中，从而将卡盘主体20不回转地固定于主轴箱1。卡盘主体20处于回转受到限制的状态。在插入部45的前端，形成与第1凸轮51的凸轮面53呈同样倾斜的凸轮面(图中未示出)，插入部45的前端的凸轮面与第1凸轮51的凸轮面53相接，反抗螺旋弹簧52的弹性力推压第1凸轮51，使其沿着第1凸轮滑动孔50移动。

借助于第1凸轮51的该移动，第1凸轮51的凸轮面54推压第2凸轮55的凸轮面56，使第2凸轮55沿着第2凸轮滑动孔57移动(图4(a)的上方向)。也可如后述的实施形式4所示的那样(参照图7(a))，从插入部45供给空气压，由该空气压使第1凸轮51移动。

当第2凸轮55沿着第2凸轮滑动孔57移动时，凸轮面58推压缸筒60的凸轮面61，使缸筒60反抗螺旋弹簧68向前方移动。通过使缸筒60向前方移动，由于在缸筒60中接合有活塞67，所以3个防松动销65同时向前方移动，从而解除插入齿72与固定齿75的啮合。

在该状态下驱动装入式电动机4回转，以规定的回转速度和回转数使主轴2回转，从而进行位置控制以使卡爪30到达规定的夹持径位置。通过该装入式电动机4的回转驱动，在主轴2回转的同时使涡旋体17也回转。以下则以与上述实施形式1相同的动作驱动卡爪30。

(实施形式3)

图5、图6示出实施形式3，图5为卡盘的剖视图，图6为图5的右侧视图。实施形式3在卡盘的涡旋机构与主轴2之间配置了增力机构80。增力机构80为齿轮机构，用于增大卡爪30夹持工件时的夹持力。

如上所述，在实施形式1的情形，当使主轴2反转地进行切削时，如切削产生的松动转矩大于涡旋槽19与涡旋齿28之间的摩擦，则主轴2与卡盘主体20产生相对回转运动，卡爪30移动，从而会导致工件夹持的松动。增力机构80为转矩增大机构，用于将涡旋机构的紧固转矩增大，使其大于通常切削时的转矩，以防止该松动。下面根据图5说明该增力机构80。在图5中，与实施形式1实质上相同的构件用同一符号表示。

在固定于主轴端10的花盘12的前面81，由螺栓83固定着驱动齿轮固定板82。在驱动齿轮固定板82的中心孔形成阴螺纹84。在阴螺纹84拧入固定着圆筒状的驱动齿轮本体85的后端。在驱动齿轮本体85的外周，形成驱动齿轮86。结果是在主轴2上固定驱动齿轮本体85的一端。

在驱动齿轮本体85的前方的外周，通过为滚针轴承的转动体87，可自由回转地支承配置着圆筒状的涡旋体支承筒90(与第1构件21成一体地向后方延伸的小直径圆筒部)。在涡旋体支承筒90的后方的内周面形成阴螺纹，在该阴螺纹拧入环状的支承环91。支承环91的内孔92接触在驱动齿轮本体85的外周面，用驱动齿轮本体85可自由回转地支承涡旋体支承筒90的后端。

在涡旋体支承筒90的前方外周，通过轴承95可自由回转地支承配置着涡旋体96。在涡旋体96的前端面，形成以主轴2中心线为中心的涡旋状的涡旋槽19。在该涡旋槽19上啮合形成于卡爪座26后面的涡旋齿(蜗条)28。

在涡旋体96后端的内周面，形成有内齿轮97。在上述的驱动齿轮86和内齿轮97，同时啮合有3个中间齿轮100。中间齿轮100的轴101，通过为滚针轴承的转动体102可自由回转地支承于卡盘主体20的第2构件22。结果是驱动齿轮86、中间齿轮100及内齿轮97构成齿轮机构，起到一种减速机构的作用。

(实施形式3的电动卡盘的作动)

下面，说明上述实施形式3的作动。为了与上述实施形式1同样地将工件夹持在卡盘15上，通过图中未示出的控制装置的控制，由后述的主轴定位机构将主轴2停止在预先确定的角度位置，再用卡盘固定装置40将卡盘主体20固定在主轴箱上。

当驱动主轴2回转时，与其成一体的驱动齿轮86被驱动回转。在驱动齿轮86的回转的作用下，中间齿轮100自转，与其啮合的内齿轮97被减速地驱动回转。该减速使得主轴2的转矩大于切削加工转矩。当内齿轮97回转时，与其成一体的涡旋体96也在与卡盘主体20之间相对回转。

因此，由与上述实施形式1相同的原理，卡爪座26在以主轴轴线为中心的径向上移动，使卡爪30移动。实施形式3与实施形式1相比具有这样的特征，由于具有由齿轮机构组成的增力机构80，所以卡盘的紧固力大。特别是，实施形式3由装入式电动机(由于空间限制，所以难以装入能输出大转矩的电动机)可以在卡盘15上施加切削所需的足够的紧固力。

(实施形式4)

图7(a)示出实施形式4，为卡盘的剖视图。图7(b)为沿图7(a)的B-B线剖开的放大剖视图。上述实施形式3是由减速齿轮机构对主轴2的回转进行减速，再传动到涡旋体96。实施例4是将减速齿轮机构做成行星齿轮机构。另外，其特征还在于，在防松动机构的驱动中使用空气压。

在主轴端10的前方由螺栓固定花盘12。在固定于主轴端10的花盘12的前面81，用螺栓83固定驱动齿轮固定板82。在驱动齿轮固定板82的中心孔，通过为滚针轴承的转动体87自由转动地支承配置圆筒状的涡旋体支承筒90。涡旋体支承筒90与延伸到其前方的第1构件21为一体。

在驱动齿轮本体85的外周形成驱动齿轮86。结果成为在主轴2上固定驱动齿轮本体85。在涡旋体支承筒90的前方外周，通过轴承95可自由回转地支承配置着涡旋体96。在涡旋体96的前端面，形成以主轴2的中心线为中心的涡旋状的涡旋槽19。在该涡旋槽19中，啮合形成于卡爪座26后面的涡旋齿(蜗条)28。

在与涡旋体支承筒90成一体的第1构件21的内周面，形成内齿轮97。在上述驱动齿轮86与内齿轮97之间于等角度位置配置3个中间齿轮100，并且与两者啮合。中间齿轮100的轴101通过为滚针轴承的转动体102可自由回转地支承配置在涡旋体96上。结果是驱动齿轮86、中间齿轮100及内齿轮97构成行星齿轮机构，起到一种减速机构的作用。亦即，该行星齿轮机构是这样构成的，即，驱动齿轮86为驱动回转的太阳齿轮，中间齿轮100为可自转和公转的齿轮，内齿轮97为固定的齿圈，涡旋体96为驱动回转的支臂。

在与第1构件成一体地固定的第2构件22上，形成定位孔41。在定位孔41中，插入具有与上述实施形式2的定位构件43(参照图1)相同的构造的构件。在该实施形式4中，具有用于向定位构件43的中心供给加压空气的供给口(图中未示出)。当在定位孔41中插入定位构件43时，将控制阀打开，供给加压空气。

在第2构件22上配置固定着环形的缸筒111。在第2构件22与缸筒111之间，构成环状空间即缸室110，该缸室110的断面为矩形。在缸室110中插入环状的活塞112。缸室110与活塞112构成由空气压作动的气缸机构。

加压空气由形成于第2构件22与缸筒111的空气供给通路103供给，驱动活塞112。另一方面，与活塞112的端面的凸起相接地在其后方配置离合器板113。另外，在驱动齿轮固定板82的前方于等角度位置配置固定3根导向销114。在导向销114可自由前后移动地配置环状的离合器板113。

在离合器板113的后方于等角度位置配置螺旋弹簧115。螺旋弹簧115用于平时向前方驱动活塞112。在离合器板113的前方端面，形成离合器齿116。在与离合器齿116相向位置的第2构件22的后方，形成离合器齿117。当离合器齿116与离合器齿117啮合时，将第2构件22与主轴2不能相互移动地加以固定。

(实施形式4的电动卡盘的作动)

下面，说明上述实施形式4的作动。为了与上述实施形式1同样地将工件夹持在卡盘15，通过图中未示出的控制装置的控制，由后述的主轴定位机构将主轴2停止在预先确定的角度位置，并用卡盘固定装置40将卡盘主体20固定在主轴箱上。

通过定位构件43的中心供给到定位孔41的加压空气，供给到形成于第2构件22和缸筒111的空气供给通道103，驱动活塞112。由活塞112的驱动，压缩螺旋弹簧115将离合器板113移动到后方。由该移动，解除离合器齿116与离合器齿117的啮合。该解除使得卡盘主体20的第2构件22与主轴2可相对回转。

如上述实施形式2说明的那样，在插入部45插入到定位孔41中时，也可机械地移动活塞112。由于卡盘主体20被固定，所以内齿轮97也被固定。如果在该状态下驱动主轴2回转时，与其成一体的驱动齿轮86也被驱动回转。借助于该驱动齿轮86的回转，中间齿轮100自转和公转，涡旋体96也被减速地驱动回转。该涡旋体96的减速回转增大主轴2的转矩。

(主轴角度检测机构110)

图8为示出用于检测主轴回转的编码器的安装状态的剖视图。为了用卡盘固定装置40将主轴2固定在规定角度位置，必须将主轴2控制停止在所期望的角度位置。为此，必须时常检测主轴2的回转角度，并根据该检测结果控制用于驱动主轴2的装入式电动机4的回转。

在主轴2的后端外周，通过键不能回转地支承检测环固定筒111，而且由固定螺母112不能沿轴线方向移动地将其固定。在检测环固定筒111的外周，固定着2个环状的检测环113。在检测环113的外周，以规定角度间距形成凹凸。另一方面，在主轴箱1的最后端面，由螺栓固定检测传感器固定环115。

在检测传感器固定环115后端面的、检测环113的外周位置，固定配置着脉冲发生器114。当主轴2回转时，脉冲发生器114以脉冲的形式检测出检测环113外周面的凹凸，从而检测出主轴的回转。这些原理是公知的，在这里省略详细说明。

(电动卡盘控制装置120)

图9是数控装置内的电动卡盘控制装置120的功能框图。电动卡盘控制装置120为组装进数控装置中的控制装置。数控装置具有CPU 121，由CPU 121进行种种的数据处理。ROM、RAM等通过总线122与CPU 121相连(图中未示出)。CPU 121根据记忆在ROM中的系统程序和数据及装入到RAM中的程序和数据进行动作。

在总线122通过接口回路连接着显示装置123、输入装置124，由此可进行与操作人员之间的信息输入和输出。显示装置123由CRT或液晶显示器等构成。输入装置124由键盘或回转式拨号盘等构成。RAM中的存储区域记忆着数控加工程序136，根据该数控加工程序136，分别向接口回路125、刀架的X轴的定位装置127、刀架的Z轴定位装置131发送指令脉冲。

接口回路125接收主轴回转指令信号，送到放大器126增幅后，向装入式电动机4指示必要的动作。装入式电动机4的回转由脉冲发生器114检测，最后反馈到CPU 121，从而检测出主轴2的角度和速度。亦即，装入式电动机4为围绕Z轴旋转、可控制C轴的电动机。定位装置127接受来自CPU 121的指令脉冲，通过放大器128驱动X轴驱动电动机129。

X轴驱动电动机129的回转由脉冲发生器130检测出，反馈到定位装置127，从而进行位置控制。定位装置131接受来自CPU 121的指令脉冲，通过放大器132驱动Z轴驱动电动机133。Z轴驱动电动机133的回转由脉冲发生器134检测出，反馈到定位装置131进行位置控制。

这些处理是通过CPU 121按数控处理程序动作来实现的。数控处理程序的功能是公知的，故省去其详细功能的说明。根据来自数控装置的指令脉冲，指定上述装入式电动机4的回转速度、回转数、转矩的大小、正转、反转、停止，控制C、X、Z轴的各轴驱动电动机4、129、133，进行各轴的定位和移动控制。

脚踏开关135为用操作人员的脚操作上述卡盘15的开闭时所用的开关。卡盘控制程序137如后述那样，用按预先程序化的顺序控制装入式电动机4的起动、停止及卡盘固定装置40的动作等，从而控制卡盘的夹持和释放。如上所述，装入式电动机4的转矩与卡爪30对工件的夹持力有相关关系。主轴转矩设定记忆138用于设定该装入式电动机4的转矩、设定卡盘夹持力。

亦即，存在T=K·α(其中，T：装入式电动机的回转转矩，α：卡盘的夹持力，K：常数)

这样的关系。因此，通过改变主轴2的装入式电动机4的转矩，可以改变卡盘的夹持力。

(电动卡盘控制装置120的作动)

下面，说明以上述电动卡盘控制装置120为中心的动作，说明中以实施形式1的数控车床的加工为例。

(1)当结束由数控加工程序所规定的加工时，CPU 121向主轴2发出停止指令。

(2)由该停止指令，使装入式电动机4减速并在规定的角度停止，接着使固定装置40作动，将卡盘主体20固定在主轴箱1上。

(3)操作人员将数控操作盘(图中未示出)的“切换开关”(图中未示出)切换到释放卡盘一侧，用手抓住夹持于卡盘15的加工完毕的工件，然后踏下脚踏开关135。

(4)装入式电动机4(以下称主轴电动机)以低速朝与切削方向相反的方向(反转)回转。

(5)当进行了规定的回转时，主轴电动机的回转停止，卡盘15释放工件。操作人员从卡盘15取下加工完毕的工件。

(6)操作人员从脚踏开关135收回脚。

(7)从输入装置124向上述主轴转矩设定存储器138输入所需的夹持力(Kgf)，作为主轴电动机的转矩值设定到存储器。在使用与上回设定值相同的夹持力的场合，该设定没有必要。

(8)操作人员将数控操作盘的“切换开关”切换到收紧卡盘一侧，用手抓着未加工的工件，插入到卡爪30的中心位置，然后踏下脚开关135。

(9)主轴电动机以低速正转。

(10)控制主轴马达，以按主轴转矩设定存储器138设定的夹持力夹紧，完成工件的夹持。通常，将用于工件夹持的主轴电动机的转矩设定得比切削时的转矩大。

(11)操作人员从脚踏开关135收回脚。

(12)操作人员按下数控操作盘的“加工开始按钮”。

(13)卡盘固定装置40作动，将卡盘主体20从主轴箱1的固定中释放出来。

(14)通过数控装置的控制，进行规定的加工。

上述电动卡盘的控制是操作人员用手动来进行卡盘的开闭和夹持力设定的方式，但也可以根据来自数控加工程序的指令(M编码、G编码)，进行卡盘的开闭和夹持力的设定。

(其它的实施形式)

上述实施形式是利用装入式电动机来驱动主轴2，但如从上述说明可以理解的那样，主轴2的驱动也可以不是装入式马达4，而是通过齿轮列皮带轮。皮带机构驱动主轴回转的主轴电动机。另外，在上述实施形式中，为了控制主轴2的回转角度位置(C轴)，兼用了装入式电动机4，但也可以是另外专门配置C轴专用的电动机的类型。

上述实施形式为涡旋卡盘，但也可以不是涡旋卡盘，而是这样的结构，即，利用主轴驱动电动机的回转力用螺纹变换成拉杆的主轴轴线方向上的移动，用杠杆机构或斜楔机构将这种拉杆的移动变换成工件夹持爪在径向的移动。这样的卡盘是公知的，所以省去其详细说明。

另外，工件的夹持爪也可以是弹簧夹头型。它们作为卡盘机构是公知的，故省略其详细说明。另外，虽然卡盘固定装置设在主轴箱，但也可以设在搭载着主轴箱的基座部。另外，卡盘的固定装置，在主轴箱移动型机床的场合，可以设在主轴箱，也可以设在主轴箱的移动路径上的机床床身的规定位置，在该规定位置使卡盘固定装置作动，进行夹持爪的开闭。

产业上应用的可能性

如以上详述的那样，本发明的机床的电动卡盘可应用于加工中心、外圆磨床等的工件卡盘、工具卡盘等。

权利要求书按照条约第19条的修改

1．一种机床的电动卡盘，包括：

用于使支承在主轴箱上可自由回转的主轴回转的主轴马达；

设在上述主轴上，用于开闭夹持被夹持物的夹持爪的卡盘；

设在可相对固定上述卡盘的机床的机身与上述卡盘之间，用于将上述主轴的回转切换成上述夹持爪的开闭动作、或上述主轴和上述卡盘的成一体的加工回转动作的回转传递路径切换装置；

设于上述卡盘上，用于在上述回转传递路径切换装置切换成上述夹持爪的开闭动作一侧时，将上述主轴的回转变换成上述夹持爪的开闭动作的运动方向变换装置。

2．(修改后)一种机床的电动卡盘，包括：

用于使可自由回转地支承在主轴箱上的主轴回转的主轴马达；

设于上述主轴上，用于开闭夹持被夹持物的夹持爪的卡盘；

可与上述卡盘自由接合·脱离地设在可相对固定上述卡盘的机床的机身上，用于固定上述卡盘的回转的卡盘固定装置；

设在上述卡盘上，用于在由上述卡盘固定装置固定了上述卡盘时，将上述主轴的回转变换成上述夹持爪的开闭动作的运动方向变换装置；

3．(修改后)如权利要求1或2所述的机床的电动卡盘，其特征在于：具有防松动机构，用于锁定上述运动方向变换装置的作动，固定上述夹持爪的移动。

4．(修改后)如权利要求1或2所述的机床的电动卡盘，其特征在于：具有增力机构，该增力机构设在上述运动方向变换装置上，用于将上述主轴的转矩增大后传递到上述夹持爪。

5．如权利要求1、2、3、4中任一项所述的机床的电动卡盘，其特征在于：上述主轴马达为装入式马达，其转子固定在上述主轴上，其定子固定在上述主轴箱。

6．如权利要求1、2、3、4中任一项所述的机床的电动卡盘，其特征在于：

上述运动方向变换装置由涡旋体、卡盘主体、以及涡旋齿构成，

该涡旋体设在上述主轴上，形成螺旋状的涡旋槽，

该卡盘主体配置在上述涡旋体的外周，而且可自由回转地支承在上述涡旋体上，

该涡旋齿设于上述夹持爪上，可与上述涡旋槽啮合。

7．(修改后)如权利要求2所述的机床的电动卡盘，其特征在于：

上述卡盘固定装置由接合孔和定位销驱动装置构成，

该接合孔形成在上述卡盘的本体及卡盘主体上，

该定位销驱动装置用于驱动与上述接合孔接合·脱离的定位销。

8．(修改后)如权利要求3所述的机床的电动卡盘，其特征在于：

上述防松动机构由固定齿、插入齿、以及插入齿驱动装置组成，

该固定齿设在上述主轴上，

该插入齿设在上述卡盘的本体即卡盘主体上，用于与上述固定齿接合·脱离，

该插入齿驱动装置用于在上述卡盘固定装置固定了上述卡盘的回转时，使上述插入齿从上述固定齿脱离。

9．(修改后)如权利要求3所述的机床的电动卡盘，其特征在于：

上述防松动机构由移动离合器齿、固定离合器齿、以及移动离合器齿驱动装置构成，

该移动离合器齿设在上述主轴上，

该固定离合器齿设在上述卡盘的本体即卡盘主体上，用于与上述移动离合器齿接合·脱离，

该移动离合器齿驱动装置用于在上述卡盘固定装置固定了上述卡盘的回转时，使上述移动离合器齿从上述固定离合器齿脱离。

10．(修改后)如权利要求4所述的机床的电动卡盘，其特征在于：

上述增力机构由驱动齿轮、内齿轮、以及中间齿轮构成，

该驱动齿轮固定在上述主轴上，

该内齿轮形成在上述卡盘的本体即卡盘的主体上，

该中间齿轮可自由回转地设在上述卡盘主体上，并同时啮合在上述驱动齿轮及上述内齿轮上。

11．(修改后)如权利要求4所述的机床的电动卡盘，其特征在于：

上述增力机构由太阳齿轮、内齿轮、涡旋体、涡旋齿、以及行星齿轮构成，

该太阳齿轮固定在上述主轴上，

该内齿轮形成在上述卡盘的本体即卡盘主体上，

该涡旋体可自由回转地支承在上述卡盘主体上，并形成有螺旋状的涡旋槽，

该涡旋齿设在上述夹持爪上，与上述涡旋槽啮合，

该行星齿轮可自由回转地设在上述涡旋体上，并同时与上述太阳齿轮及上述内齿轮啮合。

12．如权利要求1～9中任一项所述的机床的电动卡盘，其特征在于：上述主轴马达为可控制上述夹持爪的移动位置的控制马达。

13．如权利要求1所述的机床电动卡盘的夹持爪的开闭方法，其特征在于：

上述夹持爪的开闭动作为：

由上述回转传递路径切换装置使上述主轴停止，

由上述主轴马达使上述主轴回转，

由上述运动方向变换装置使上述夹持爪朝开闭方向移动。

14．如权利要求2所述的机床电动卡盘的夹持爪的开闭方法，其特征在于：

上述夹持爪的开闭动作为：

由上述卡盘固定装置将上述卡盘固定到上述主轴箱或机身上，

由上述主轴马达使上述主轴回转，

由上述运动方向变换装置使上述夹持爪朝开闭方向移动。

15．如权利要求13或14所述的机床电动卡盘的夹持爪的开闭方法，其特征在于：上述主轴的停止是通过使上述主轴作定位动作、定位在规定的角度位置来进行的。

16．如权利要求13或14所述的机床电动卡盘的夹持爪的开闭方法，其特征在于：将夹持上述被夹持物时的上述主轴马达的转矩设定得比加工时的转矩大。

17．(追加)一种机床的电动卡盘，包括：

可自由回转地支承在主轴箱上的主轴；

用于使上述主轴回转的主轴马达；

固定于上述主轴上，并形成有螺旋状的涡旋槽的涡旋体；

配置在上述涡旋体的外周，并且可自由回转地支承于上述涡旋体上的卡盘主体；

设置在上述卡盘主体使其可在半径方向移动，并具有与上述涡旋体啮合的涡旋齿的夹持爪；

可与卡盘主体自由接合·脱离地设在可相对固定上述卡盘主体的机床的机身上，用于在上述夹持爪的开闭动作时，与上述卡盘主体接合，固定上述卡盘主体的回转。

18．(追加)如权利要求17所述的机床的电动卡盘，其特征在于：具有防松动机构，在使上述卡盘固定装置从上述卡盘主体脱离、切换成上述主轴和上述卡盘主体成一体的加工回转动作时，该防松动机构阻止上述卡盘主体与上述主轴之间的相对回转。

Claims (16)

1．一种机床的电动卡盘，包括：

用于使支承在主轴箱上可自由回转的主轴回转的主轴马达；

设在上述主轴上，用于开闭夹持被夹持物的夹持爪的卡盘；

设在可相对固定上述卡盘的机床的机身与上述卡盘之间，用于将上述主轴的回转切换成上述夹持爪的开闭动作、或上述主轴和上述卡盘的成一体的加工回转动作的回转传递路径切换装置；

设于上述卡盘上，用于在上述回转传递路径切换装置切换成上述夹持爪的开闭动作一侧时，将上述主轴的回转变换成上述夹持爪的开闭动作的运动方向变换装置。

2．一种机床的电动卡盘，包括：

用于使可自由回转地支承在主轴箱上的主轴回转的主轴马达；

设于上述主轴上，用于开闭夹持被夹持物的夹持爪的卡盘；

可与上述卡盘自由接合·脱离地设在可相对固定上述卡盘的机床的机身上，用于固定上述卡盘的回转的卡盘固定装置；

设在上述卡盘上，用于在由上述卡盘固定装置固定了上述主轴时，将上述主轴的回转变换成上述夹持爪的开闭动作的运动方向变换装置；

3．如权利要求1或2所述的机床的电动卡盘，其特征在于：具有防松动机构，用于锁定上述运动方向变换装置的作动，固定上述夹持爪的移动。

4．如权利要求1或2所述的机床的电动卡盘，其特征在于：具有增力机构，该增力机构设在上述运动方向变换装置上，用于将上述主轴的转矩增大后传递到上述夹持爪。

5．如权利要求1、2、3、4中任一项所述的机床的电动卡盘，其特征在于：上述主轴马达为装入式马达，其转子固定在上述主轴上，其定子固定在上述主轴箱。

6．如权利要求1、2、3、4中任一项所述的机床的电动卡盘，其特征在于：

上述运动方向变换装置由涡旋体、卡盘主体、以及涡旋齿构成，

该涡旋体设在上述主轴上，形成螺旋状的涡旋槽，

该卡盘主体配置在上述涡旋体的外周，而且可自由回转地支承在上述涡旋体上，

该涡旋齿设于上述夹持爪上，可与上述涡旋槽啮合。

7．如权利要求2所述的机床的电动卡盘，其特征在于：

上述卡盘固定装置由接合孔和定位销驱动装置构成，

该接合孔形成在上述卡盘的本体及卡盘主体上，

该定位销驱动装置用于驱动与上述接合孔接合·脱离的定位销。

8．如权利要求3所述的机床的电动卡盘，其特征在于：

上述防松动机构由固定齿、插入齿、以及插入齿驱动装置组成，

该固定齿设在上述主轴上，

该插入齿设在上述卡盘的本体即卡盘主体上，用于与上述固定齿接合·脱离，

该插入齿驱动装置用于在上述卡盘固定装置固定了上述卡盘的回转时，使上述插入齿从上述固定齿脱离。

9．如权利要求3所述的机床的电动卡盘，其特征在于：

上述防松动机构由移动离合器齿、固定离合器齿、以及移动离合器齿驱动装置构成，

该移动离合器齿设在上述主轴上，

该固定离合器齿设在上述卡盘的本体即卡盘主体上，用于与上述移动离合器齿接合·脱离，

该移动离合器齿驱动装置用于在上述卡盘固定装置固定了上述卡盘的回转时，使上述移动离合器齿从上述固定离合器齿脱离。

10．如权利要求4所述的机床的电动卡盘，其特征在于：

上述增力机构由驱动齿轮、内齿轮、以及中间齿轮构成，

该驱动齿轮固定在上述主轴上，

该内齿轮形成在上述卡盘的本体即卡盘的主体上，

该中间齿轮可自由回转地设在上述卡盘主体上，并同时啮合在上述驱动齿轮及上述内齿轮上。

11．如权利要求4所述的机床的电动卡盘，其特征在于：

上述增力机构由太阳齿轮、内齿轮、涡旋体、涡旋齿、以及行星齿轮构成，

该太阳齿轮固定在上述主轴上，

该内齿轮形成在上述卡盘的本体即卡盘主体上，

该涡旋体可自由回转地支承在上述卡盘主体上，并形成有螺旋状的涡旋槽，

该涡旋齿设在上述夹持爪上，与上述涡旋槽啮合，

该行星齿轮可自由回转地设在上述涡旋体上，并同时与上述太阳齿轮及上述内齿轮啮合。

12．如权利要求1～9中任一项所述的机床的电动卡盘，其特征在于：上述主轴马达为可控制上述夹持爪的移动位置的控制马达。

13．如权利要求1所述的机床电动卡盘的夹持爪的开闭方法，其特征在于：

上述夹持爪的开闭动作为：

由上述回转传递路径切换装置使上述主轴停止，

由上述主轴马达使上述主轴回转，

由上述运动方向变换装置使上述夹持爪朝开闭方向移动。

14．如权利要求2所述的机床电动卡盘的夹持爪的开闭方法，其特征在于：

上述夹持爪的开闭动作为：

由上述卡盘固定装置将上述卡盘固定到上述主轴箱或机身上，

由上述主轴马达使上述主轴回转，

由上述运动方向变换装置使上述夹持爪朝开闭方向移动。

15．如权利要求13或14所述的机床电动卡盘的夹持爪的开闭方法，其特征在于：上述主轴的停止是通过使上述主轴作定位动作、定位在规定的角度位置来进行的。

16．如权利要求13或14所述的机床电动卡盘的夹持爪的开闭方法，其特征在于：将夹持上述被夹持物时的上述主轴马达的转矩设定得比加工时的转矩大。

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