JP2000218471A - 工作機械におけるワーク検出方法及び検出ヘッド並びにタレット旋盤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械に装填されたワークの溝や孔の位置
を速やかに検出することが可能なワークの検出方法、検
出ヘッド及びタレット旋盤を提供する。 【解決手段】 工作機械の刃物台に反射型エアセンサ１
を備えた検出ヘッド２を装着し、その反射型エアセンサ
１を工作機械に装填したワークの表面に対向させてワー
クに向けてエアを噴出しながら工作機械のワーク保持部
材と刃物台とを相対移動させることによって反射型エア
センサをワークの表面に沿って相対移動させながらその
圧力を監視する。圧力変動が検出されたときのワーク保
持部材及び／又は刃物台の座標に基づいてワークの加工
位置ないし加工基準位置を設定する。非接触で検出する
ので、検出時に刃物台等の移動を停止する必要がなく、
構造が簡単で保守も容易である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、工作機械でワー
クを加工する際にワークの加工位置ないし加工基準位置
を検出する方法及び当該方法で使用する検出ヘッド並び
に当該方法の実施に適したタレット旋盤に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ワークを加工するときは、加工寸法の基
準となる位置を設定しなければならない。旋盤において
は、ワークの半径方向の加工寸法の基準は主軸の中心軸
であり、軸方向の基準はチャックの底面（ワークの端部
を当接させる面）である。バー材加工のように主軸側で
ワークの軸方向の基準を定めることができないときは、
刃物台にストッパを取り付け、このストッパにワークが
当接した位置を基準にして加工を行う。ワークに予め
孔、溝、切欠等が設けられていて、これらの孔、溝、切
欠等を基準にして加工を行う必要があるときは、加工に
先立って当該孔、溝、切欠等の位置を検出する必要があ
る。

【０００３】旋盤加工の際にワークの形状を検出する従
来手段は、刃物台に検出棒を取り付けて、それをワーク
に接触させるというものである。タレット旋盤であれ
ば、タレットの工具取付ステーションの一箇所に検出棒
を装着し、タレットを割り出して検出棒をワークに対向
させ、主軸の低速回転と刃物台の進退とを交互に行い、
検出棒がワークに接触した位置を主軸の位相と刃物台の
座標とで検出するというものである。

【０００４】ワークと検出棒の接触は、主軸や刃物台に
かかる負荷を監視することによって検出できる。ワーク
と検出棒とが接触すると、それ以上の主軸の回転や刃物
台の移動が阻止されるので、設定された値を超える負荷
が作用したときに主軸回転や刃物台の送りを停止し、そ
の位相や座標を読み取れば、ワークと検出棒との接触位
置を検出できる。また導電性を有するワークを加工する
のであれば、電気的に絶縁して刃物台に取り付けた検出
棒とワークとの接触を電気的に検出することもできる。
ただしこの手段は検出棒に信号ケーブルを接続しなけれ
ばならないため、検出棒をタレット刃物台に取り付ける
ときは、タレットの構造や動きに制約を受ける。

【０００５】刃物台に近接センサやリミットスイッチな
どを設けてワークの形状を検出することも可能である
が、この場合には前記の信号ケーブルの接続の問題のほ
か、切削液や切粉が飛散し高い加工熱が発生する環境に
これらのセンサが晒されることとなるため、センサの寿
命や保守に問題が生ずる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、工作機
械に装着されたワークの形状の検出には種々の手段があ
るが、刃物台に検出棒を装着してワークとの接触位置を
主軸や刃物台の負荷変動で検出する手段が、保守が容易
で信頼性が高い。しかし接触型のワーク検出は、検出棒
とワークとが接触したとき、主軸や刃物台を瞬間的に停
止させなければならないため、主軸の回転や刃物台の移
動速度を高くすることができず、従って検出に時間がか
かる。またワークの周面や端面に設けられた溝や孔を検
出するときは、主軸を微小回動させながら検出棒をワー
ク側に進出させたり退避させたりする探り動作を繰り返
さなければならないため、検出に非常に時間がかかる。

【０００７】またワークに設けられた細い孔や溝を検出
するときは、細い検出棒を用いる必要があるが、検出棒
を細くすると、ワークと検出棒とが接触した後、制御装
置が負荷の上昇を検出して主軸や刃物台を停止させるま
での間に検出棒が撓み、検出精度が低下する。また細い
検出棒を用いたときは、負荷検出の設定値が高すぎる
と、検出棒を折損するということが起こる。

【０００８】さらに検出棒を斜めないし垂直上下方向に
進退させて検出を行うときは、検出棒を上方に移動させ
るときと下方に移動させるときとで、刃物台の重量に基
づく送り負荷の変動が生ずるので、送り負荷の変動を監
視することによる接触の検出が困難になる。上方移動時
と下方移動時とに刃物台の重量を勘案した別個の設定値
を設けて接触を検出することも不可能ではないが、下方
移動時には負荷がマイナス負荷となるので、正確な検出
が困難となり、外乱による負荷変動も大きいため、微小
な負荷変動を正確に検出することは非常に難しい。

【０００９】この発明は、工作機械に装填されたワーク
の形状を検出するための改良された技術手段を得ること
を課題としており、特に構造が簡単で信頼性が高く、か
つより速やかにワークに設けられた溝や孔の位置を検出
することが可能なワークの検出方法を得ることを課題と
しており、またその方法の実施に用いる検出ヘッド及び
当該方法の実施に適したタレット旋盤を提供することを
課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の工作機械にお
けるワーク検出方法は、工作機械の刃物台に反射型エア
センサ１を備えた検出ヘッド２を装着し、その反射型エ
アセンサ１を工作機械に装填したワークの表面に対向さ
せてワークに向けてエアを噴出しながら工作機械のワー
ク保持部材と刃物台とを相対移動させることによって反
射型エアセンサをワークの表面に沿って相対移動させな
がらその圧力を監視し、圧力変動が検出されたときのワ
ーク保持部材及び／又は刃物台の座標に基づいてワーク
の加工位置ないし加工基準位置を設定することを特徴と
するものである。ワーク保持部材は、旋盤の主軸やフラ
イス盤のテーブルである。刃物台にはバイト等の刃物ま
たは回転工具が装着される。

【００１１】またこの発明のワーク検出ヘッドは、工作
機械の刃物台に着脱自在に装着されるワーク検出ヘッド
２において、検出ヘッド本体３に固定された反射型エア
センサ１と、このエアセンサに連通されかつ開口端を前
記刃物台側に開口させた２本の空気流路７、８とを備え
ているものである。

【００１２】またこの発明のタレット旋盤は、刃物台に
固定されたインデックスユニット１３と、このインデッ
クスユニットに回動かつその回動位置を固定可能に装着
されたタレット１２とを備えたタレット旋盤において、
インデックスユニット１３にタレット１２側に向けた２
個のエアカプラ２２、２３が設けられており、当該エア
カプラの一方が空気供給源に連結され、他方が圧力検出
装置に連通されていることを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】反射型エアセンサ１は、被検出物の表面に向け
て噴出したエアの反射圧の変動を検出して、検出対象物
の有無及び検出対象物までの距離を検出するものであ
る。この発明の方法で用いる反射型エアセンサとして
は、同心円状に配置された空気噴出口から円筒ないし円
錐を形成するように検出対象物に向けて空気を噴射して
その円筒ないし円錐の内側の空気圧を検出する構造のも
のが特に有効である。

【００１４】反射型エアセンサはワークの表面に設けら
れた孔、溝、切欠等を非接触で検出するので、検出精度
が粗くてよい場合は、主軸回転や刃物台の移動速度を高
くできる。またセンサがワークに設けられた孔、溝、切
欠等を検出した際に主軸の回転や刃物台の移動を停止す
る必要がないから、ワークの形状を一連の動作で連続的
に検出できる。たとえば複数個設けられた孔のそれぞれ
の位置や屈曲した溝の形状等を検出する作業が非常に速
やかにできる。またエアセンサは主軸や刃物台との負荷
変動とは無関係にワークの形状を検出するので、刃物台
を上下方向に移動させながらワークの検出を行う際に
も、検出精度の低下等の問題を生じない。

【００１５】請求項２の検出ヘッドと請求項３のタレッ
ト旋盤とを利用することにより、必要が生じたときに検
出ヘッドを旋盤のタレットに装着し、エアカプラ２２、
２３にエアを供給することにより、本発明の方法を実施
することが可能で、かつ簡単な構造で反射型エアセンサ
に検出空気を供給することができる。また検出媒体とし
てエアを用いているため、電気的なセンサに比較して切
削液や切粉が飛散し大きな加工熱が発生する悪環境下に
おいても、耐久性や動作の安定性に優れている。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１及び２はこの発明の方法を旋
盤に採用した場合の第１実施例を模式的に示した図であ
る。旋盤の主軸に装着されたチャック１１に円周の一部
に切欠を有するワーク３０が把持されている。刃物台に
設けたタレット１２の工具取付ステーションの一箇所に
反射型エアセンサ１を備えた検出ヘッド２が装着されて
いる。反射型エアセンサ１には、後述するような手段で
検出空気が供給されている。反射型エアセンサ１は、そ
の先端からワーク３０の表面に向けて検出空気を噴き出
している。

【００１７】図１、２の第１実施例のものでは、反射型
エアセンサ１をワーク３０の端面３０ａに対向させ、主
軸を回転させる。切欠のない部分では、反射型エアセン
サ１から噴出される空気がワーク表面に当接して反射す
るため、その反射空気圧が高くなる。一方反射型エアセ
ンサ１にワークの切欠部が対向したときは、センサから
の空気流がそのまま流れ去るために、反射圧は低くな
る。従って主軸を回転させながら反射型エアセンサ１の
反射圧力を監視し、その圧力が変動した時点で主軸の位
相を読み取ることにより、ワークの切欠位置を検出でき
る。

【００１８】図３及び図４はこの発明の方法の第２実施
例を示したもので、ワーク３０の周面の一部に設けた切
欠を検出する例を示したものである。この第２実施例の
ものでは、ワークの半径方向に向けた反射型エアセンサ
１をワーク３０の周面に沿って主軸方向（Ｚ軸方向）に
移動させながら主軸を回転させて、切欠３０ｂの検出を
行う。すなわち刃物台をＺ軸方向に移動させ、反射型エ
アセンサ１の圧力が変動したときの刃物台のＺ座標を読
み取ることにより、切欠の軸方向位置を検出し、また反
射型エアセンサ１の圧力が変動した時点での主軸の位相
を読み取ることにより、円周方向における切欠の位置を
検出する。

【００１９】図５はこの発明の方法を実施するための検
出ヘッド及びタレット旋盤の要部を示す斜視図である。
タレット１２は図示しない刃物台に固定されたインデッ
クスユニット１３に回動かつ微小軸方向移動可能に軸支
されており、その回動によってタレット１２の周面に装
着された図示されていない工具及び検出ヘッド２を割り
出すとともに、微小軸方向移動によりその割出位置を固
定する。一般的にはインデックスユニット１３とタレッ
ト１２との対向面に面歯車継手を設けてタレット１２の
インデックスユニット側への軸方向移動により、この面
歯車継手を噛合させてタレット１２の割出位置を固定し
ている。

【００２０】タレット１２の周面には、複数の工具取付
ステーション１４が設けられており、インデックスユニ
ット１３に向く面には、各工具ステーションに対応し
て、切削液供給口１７が開口している。一方インデック
スユニット１３には、タレット１２に向いた切削液供給
ノズル１５を備えた切削液供給ユニット１６が取り付け
られている。タレット１２を固定するための前記軸方向
移動により、割り出された工具取付ステーションに対応
する切削液供給口１７が、切削液供給ノズル１５の先端
に押接され、切削液供給ユニット１６に連接した切削液
パイプ１８から供給される切削液がタレット１２に供給
される。

【００２１】この発明のワーク検出ヘッド２は、タレッ
トの工具取付ステーション１４の一箇所に装着されてい
る。検出ヘッドの本体３にはタレットの軸方向または半
径方向のセンサ取付孔６（図６参照）が設けられてお
り、このセンサ取付孔に反射型エアセンサ１が装着され
ている。

【００２２】検出ヘッドの本体３のインデックスユニッ
ト側を向く面には、供給側と検出側の二つのエアポート
４、５が開口しており、このそれぞれのエアポートは、
図６に示すように、検出ヘッド本体内に穿孔された空気
流路７、８で反射型エアセンサ１の空気噴出口と圧力検
出口とに連通している。一方インデックスユニット１３
には、検出ヘッドのエアポート４、５と対向する位置に
エアユニット２１が装着されている。図の例ではエアユ
ニット２１は切削液供給ユニット１６に積み重ねた状態
で固定されている。

【００２３】反射型エアセンサ１に対する噴出空気の供
給と反射圧の検出回路が図６に示されている。エアユニ
ット２１内には検出ヘッド２側に向けて供給用２２と検
出用２３との二つのエアカプラ２２、２３が軸方向移動
自在に装着されおり、かつそれぞれのエアカプラにこれ
を軸方向に進退させるピストン２４が一体に設けられて
いる。またエアユニット２１には反射圧を検出するため
の圧力スイッチ２５が内蔵されている。

【００２４】エア供給源３１から供給される検出空気
は、第１圧力設定弁３２で圧力設定された後、切換弁３
３を経てエアカプラ進退用のピストン２４のヘッドエン
ド側とロッドエンド側とに供給されている。切換弁３３
が図６に示す位置に切り換えられている状態では、空気
圧がピストン２４のロッドエンド側に供給されて、エア
カプラ２２、２３は縮退している。

【００２５】切換弁３３とピストン２４のヘッドエンド
側を繋ぐ空気配管３４の途中から空気配管３５が分岐
し、分岐した空気配管３５は第２圧力設定弁３６を経て
供給側エアカプラ２２のノズル孔と圧力スイッチ２５の
基準圧力ポート３７とに連通されている。一方検出側エ
アカプラ２３のノズル孔は、圧力スイッチ２５の検出ポ
ート３８に連通されている。

【００２６】検出ヘッド２がエアユニット２１に対向す
る位置に割り出されたとき切換弁３３を切り換えると、
第１圧力設定弁３２で設定された圧力がピストン２４の
ヘッドエンド側に供給されて、エアカプラ２２、２３を
進出させてそれらの先端を検出ヘッドのエアポート４、
５に押接して両者を連通させる。

【００２７】ピストン２４のヘッドエンド側に空気圧が
供給されたとき、その空気圧は第２圧力設定弁３６を経
て供給側エアカプラ２２に供給され、その空気が検出ヘ
ッド本体に設けた空気流路７を通って反射型エアセンサ
１の空気噴出口からワークに向けて噴出される。一方ワ
ークから反射した反射圧は検出ヘッドの空気流路８及び
検出側エアカプラ２３を通って圧力スイッチの検出ポー
ト３８に供給される。圧力スイッチ２５は、基準ポート
３７と検出ポート３８とに作用する空気圧の差ないし比
に基づいて検出ポート３８の圧力変動を監視する。検出
ポート３８に作用する反射圧が圧力スイッチ２５に設定
された圧力を高い側または低い側に超えたとき、圧力ス
イッチ２５は検出電気信号として出力する。図示しない
ＮＣ制御装置は、この電気信号を受けたときの主軸の位
相及び刃物台の座標をメモリに記憶して加工位置の演算
に用いる。

【００２８】上記図５及び図６で例示したような検出ヘ
ッド及びエアユニットを設けることにより、図１ないし
図４に示した方法によってワーク３０の表面の孔、溝、
切欠等をワーク加工中の任意の時点で検出することがで
きるから、その検出値に基づいてワークの加工位置また
は加工基準を決定してワークに対する所望の加工を行う
ことができる。なお、実施例では旋盤について説明した
が、マシニングセンタその他の工作機械のワークの加工
にもこの発明の方法及び検出ヘッドを用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法の第１実施例を示す要部の模式
的な側面図

【図２】図１の模式的な正面図

【図３】この発明の方法の第２実施例を示す模式的な側
面図

【図４】図３の模式的な正面図

【図５】この発明の検出ヘッドとタレット旋盤の要部を
示す斜視図

【図６】エアセンサへの空気の供給及び検出手段を示す
空気系統図

【符号の説明】 １ エアセンサ ２ 検出ヘッド ３ 検出ヘッド本体 7,8 空気流路 12 タレット 13 インデックスユニット 22,23 エアカプラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の刃物台に反射型エアセンサ
   (1)を備えた検出ヘッド(2)を装着し、その反射型エアセ
   ンサ(1)を工作機械に装填したワークの表面に対向させ
   てワークに向けてエアを噴出しながら工作機械のワーク
   保持部材の回転及び／又は刃物台との相対移動により当
   該反射型エアセンサをワークの表面に沿って相対移動さ
   せながらその圧力を監視し、圧力変動が検出されたとき
   のワーク保持部材の座標及び／又は刃物台の座標に基づ
   いてワークの加工位置ないし加工基準位置を設定するこ
   とを特徴とする、工作機械におけるワーク検出方法。
2. 【請求項２】 工作機械の刃物台に着脱自在に装着され
   るワーク検出ヘッド(2)において、検出ヘッド本体(3)に
   固定された反射型エアセンサ(1)と、このエアセンサに
   連通されかつ開口端を刃物台側に開口させた２本の空気
   流路(7,8)とを備えている、工作機械におけるワーク検
   出ヘッド。
3. 【請求項３】 刃物台に固定されたインデックスユニッ
   ト(13)と、このインデックスユニットに回動かつその回
   動位置を固定可能に装着されたタレット(12)とを備えた
   タレット旋盤において、インデックスユニット(13)にタ
   レット(12)側に向けた２個のエアカプラ(22,23)が設け
   られており、当該エアカプラの一方が空気供給源に連結
   され、他方が圧力検出装置に連通されていることを特徴
   とする、タレット旋盤。