JP2001138180A

JP2001138180A - 工具折損検知装置

Info

Publication number: JP2001138180A
Application number: JP31898799A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Sugihara; 勉杉原
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2001-05-22
Anticipated expiration: 2019-11-10
Also published as: JP3698936B2

Abstract

(57)【要約】【課題】主軸に取り付けられた工具の折損をすばやく
検知することにより、作業を効率的に行うことができる
ようにする。【解決手段】工具交換アーム１２は、新工具Ｔ２が一
方の工具把持部１３に把持されている工具交換位置Ｐ２
と、旧工具Ｔ１が他方の工具把持部１４に把持される工
具取付位置Ｐ１の間を相互に移動できるように、回動軸
２５周りに回動可能である。工具交換アーム１２によっ
て工具を交換する際に、旧工具Ｔ１の折損を検知する折
損検知手段６が工具交換アーム１２に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工具の折損を検知
する工具折損検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マシニングセンタなどの工作機械におい
て、ドリルなどの工具が折損したときには、折損した工
具は新しい工具と交換される。このような工具の折損を
検知するために、工具折損検知装置が用いられている。

【０００３】旧来、工具折損検知は、たとえば加工治具
の横に取り付けられていたが、工具の折損検知が加工後
に行われるため、非加工時間が長くなって作業効率低下
してしまうものであった。また、加工中の切粉が工具折
損装置に降りかかるために誤作動を起こしたり最悪の場
合には工作機械を停止させてしまうことがあった。これ
らの不都合を回避するため、従来においては、工具折損
検知装置を工具マガジンに設け、工具マガジン内で工具
折損の検知を行うようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このため、工具の折損
を検知するのにある程度の時間を要していた。この検知
作業が行われている間、ドリル加工直後の工具は加工直
前で待たなければならず、作業効率の低下の原因となる
ものであった。

【０００５】そこで、本発明の課題は、主軸に取り付け
られた工具の折損をすばやく検知することにより、作業
を効率的に行うことができるようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決した請求
項１に係る発明は、主軸に装着された旧工具を、新工具
と交換する工具交換アームを備える工作機械において、
前記工具交換アームは、前記新工具が前記工具交換アー
ムの一端側に取り付けられる工具交換位置と、前記旧工
具が前記工具交換アームの他端側に取り付けられる工具
取付位置の間を相互に移動できるように、その中心部を
回動軸として、前記主軸の軸線方向に沿った軸周りに回
動可能であり、前記工具交換アームに設けられ、前記工
具交換アームによって工具を交換する際に、前記旧工具
の折損を検知することを特徴とする工具折損検知装置で
ある。

【０００７】請求項１に係る発明によれば、工具の交換
を行う際に、工具交換アームにおいて工具の折損を検知
することができる。このため、工具マガジンまで工具を
搬送することなく工具の折損を検知できるので、時間の
短縮を図ることができ、もって作業効率の向上に貢献す
ることが可能となる。

【０００８】また、請求項２に係る発明は、前記工具取
付位置における前記工具交換アームの他端側に取り付け
られた前記旧工具が正常なときに、前記旧工具の先端部
と接触して移動させられ、前記旧工具が折損していると
きには前記旧工具と非接触となるプローブを備えるとと
もに、前記プローブが移動したか否かを検知するセンサ
を有する請求項１に記載の工具折損検知装置である。

【０００９】請求項２に係る発明では、工具の折損を検
知するにあたり、接触式のプローブを用いている。この
ため、精度の高い折損の検知を行うことができる。

【００１０】さらに、請求項３に係る発明は、前記プロ
ーブは、前記回動軸に沿った方向に移動可能である請求
項２に記載の工具折損検知装置である。

【００１１】請求項３に係る発明によれば、折損の検知
対象となる工具の長さに応じて、プローブの位置を変え
ることができる。このため、種々の長さの工具の折損を
検知することが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら、具体的に説明する。図１は、本発明
に係る工具折損検知装置を備えるマシニングセンタの側
面図、図２は、その正面図である。また、図３は、本発
明に係る工具折損検知装置の側面図、図４はその正面
図、図５はその平面図である。

【００１３】まず、本発明に係る工具折損検知装置を説
明する前に、本発明に係る工具折損検知装置を備える工
作機械であるマシニングセンタについて説明する。図１
および図２に示すように、マシニングセンタＭのベース
１には、コラム２が前後方向および左右方向に移動自在
に配設され、このコラム２には主軸ヘッド３が上下動可
能に支持されている。また、主軸ヘッド３には主軸４が
回動自在に支持されており、その先端にはドリルなどの
工具Ｔが着脱可能に装着されている。さらに、主軸ヘッ
ド３が図１に鎖線で示す下方の加工位置に配置された状
態で主軸４が回転し、図示しないワークに所定の加工が
施される。主軸ヘッド３の上方には、工具交換装置５が
配設されている。そして、図１におよび図２に仮想線で
示すように、工具交換装置５に対して本発明に係る工具
折損検知装置６が取り付けられている。

【００１４】また、ベース１には、鉛直部１１Ａと水平
部１１Ｂとからなるフレーム１１が立設されており、フ
レーム１１における水平部１１Ｂの端部は主軸ヘッド３
の上方位置まで延在している。このフレーム１１の水平
部１１Ｂの端部における主軸ヘッド３の上方位置には、
工具交換装置５の主要部を構成する工具交換アーム１２
が、その中心部を通り、主軸４の軸線と平行な軸回りに
回動可能となるように支持されている。

【００１５】さらに、工具交換アーム１２の両端には、
それぞれ工具把持部１３，１４が形成されており、一方
の工具把持部１３は工具交換位置Ｐ２に位置し、他方の
工具把持部１４は工具取付位置Ｐ１に位置している。工
具交換前において、工具交換位置Ｐ２には、工具マガジ
ン１５に収容されている工具が、いわゆるリニアマガジ
ンタイプの工具ローダ１６によって移送されてくる。移
送されてきた工具は新工具Ｔ２として工具把持部１３に
把持される。一方、工具取付位置Ｐ１では、主軸４に取
り付けられていた旧工具Ｔ１が移動してきて、工具把持
部１４に旧工具Ｔ１が把持されている。そして、工具交
換アーム１２が１８０°回動し、一方の工具把持部１３
が工具取付位置Ｐ１に移動し、他方の工具把持部１４が
工具交換位置Ｐ２に移動するようになっている。

【００１６】フレーム１１における水平部１１Ｂ上に
は、横長平板形状の工具マガジン１５が設けられ、主軸
４の軸線方向に延在している。さらに、工具マガジン１
５の上側縁に沿って、複数の保持溝１５ａ，１５ａ…が
形成されており、水平な直線上に所定ピッチで配列さ
れ、それぞれ同一方向の上方に向かって開口している。
また、工具マガジン１５における保持溝１５ａ，１５ａ
…には、それぞれ工具ポット１７，１７…が配備されて
おり、これらの工具ポット１７，１７…によって工具が
保持されている。

【００１７】また、工具ローダ１６の一部を構成する移
動体２１は、工具受渡し位置Ｐ３と工具交換アーム１２
に対応する工具交換位置Ｐ２との間において、ボールね
じ２２およびガイドレール２３を介してフレーム１１の
水平部１１Ｂ上に前後方向に直線移動可能に支持されて
いる。さらに、ボールねじ２２を移動用モータ２４で回
転させることにより、移動体２１を前後方向に移動させ
ることができる。移動体２１の側方には、配線類を保護
するためのケーブルベア（登録商標）２５が設けられて
いる。

【００１８】移動体２１は図示しない把持アームを有し
ている。そして、工具マガジン１５に備えられた工具Ｔ
を工具受け渡し位置で把持し、工具交換位置Ｐ２まで搬
送する。そして、工具交換位置Ｐ２において工具交換ア
ーム１２に新工具を渡すことができるようになってい
る。また、工具交換位置Ｐ２においては工具交換アーム
１２が使用済みの旧工具を把持している。把持アーム
は、工具交換アーム１２からこの旧工具を受け取り、工
具マガジン１５における所定の位置に戻すようになって
いる。

【００１９】次に、本発明に係る工具折損検知装置につ
いて説明する。図３ないし図５に示すように、本発明に
係る工具折損検知装置６は、工具交換アーム１２に取り
付けられており、工具交換アーム１２の回動に伴って工
具折損検知装置６全体が回動するようになっている。工
具折損検知装置６は、工具交換アーム１２の回動軸２５
と同軸のシャフト３１を備えており、図５に示すよう
に、シャフト３１の側方にはモータシリンダ３２が設け
られている。モータシリンダ３２は、シャフト３１の軸
方向に延在するシリンダ軸３２Ａを有するとともに、こ
のシリンダ軸３２Ａに対して摺動可能なスライダベース
３２Ｂを備えている。シリンダ軸３２Ａの右方には、モ
ータ３２Ｃが設けられており、このモータ３２Ｃを駆動
することにより、スライダベース３２Ｂがスライダ軸３
２Ａに沿って摺動するようになっている。

【００２０】また、スライダベース３２Ｂには、保持ア
ーム３２Ｄが取り付けられており、スライダ３３が固定
されている。このスライダ３３は、図３に示すように、
ガイド３３Ａを有しており、シャフト３１がこのガイド
３３Ａを貫通しているので、スライダ３３はシャフト３
１に対して摺動可能となっている。このため、スライダ
ベース３２Ｂがシリンダ軸３２Ａに沿って移動すること
によって、スライダ３３がシャフト３１に沿って摺動す
るようになっている。これらシャフト３１およびモータ
シリンダ３２のシリンダ軸３２Ａ、モータ３２Ｃは、ハ
ウジング３４に固定されている。

【００２１】さらに、スライダ３３にはプローブガイド
３５が固定されており、プローブガイド３５の下方に揺
動自在に取り付けられた揺動アーム３５Ａに対してプロ
ーブ３６が取り付けられている。また、プローブガイド
３５は、シャフト３１の軸方向に延在するスプライン軸
３７に摺動可能に取り付けられている。このため、プロ
ーブ３６は、モータシリンダ３２を作動することによっ
て、スプライン軸３７に沿って、回動軸２５に沿った方
向に移動可能となっている。

【００２２】プローブ３６は、図４に示すように、その
下端部３６Ａが側方に向けて屈曲しており、正常な旧工
具Ｔ１、すなわち折損が生じていない旧工具Ｔ１が主軸
４とともに上昇してきたときは、旧工具Ｔ１の先端部が
接触して移動させられるようになっている。この屈曲し
た下端部３６Ａに下方から上昇してきた旧工具Ｔ１の先
端部が当接すると、プローブ３６が側方に逃げるように
して移動し、プローブガイド３５およびスプライン軸３
７周りに回動するようになっている。プローブ３６は、
非拘束としたときには自重によってぶら下がった状態と
なる。

【００２３】また、スプライン軸３７は、ベアリング３
８，３９を介してサイドフレーム４１に取り付けられて
いる。そして、スプライン軸３７にはプローブガイド３
５が固定されているので、プローブ３６が押し上げられ
てプローブガイド３５が回動することにより、スプライ
ン軸３７も回動するようになっている。

【００２４】さらに、スプライン軸３７の先端部（図３
における右方）にはドッグ４０が固定されており、この
ドッグ４０はスプライン軸３７が回動することによって
図４に仮想線で示すように、上方に向けて回動するよう
になっている。他方、工具交換アーム１２に固定された
サイドフレーム４１には、ドッグ４０の移動を規制する
ためのストッパ４０Ａ，４０Ｂが取り付けられている。
また、ドッグ４０の上方位置においては、ハウジング３
４に対して近接センサ４２がブラケット４３を介して固
定されている。そして、図４に仮想線で示すように、ス
プライン軸３７が回動してドッグ４０が上昇することに
よって、近接センサ４２がドッグ４０を検知するように
なっている。これらドッグ４０および近接センサ４２が
本発明の「プローブが移動したか否かを検知するセン
サ」となる。

【００２５】他方、工具交換アーム１２が回動すると、
図４に仮想線で示すように、プローブガイド３５の揺動
アーム３５Ａおよびプローブ３６が上方に向けて回動す
るが、このときの移動を抑制すべく、ハウジング３４に
は、回動規制部材４４が設けられている。

【００２６】したがって、主軸４に取り付けられた旧工
具Ｔ１が上昇してくる際、旧工具Ｔ１が正常なときに
は、旧工具Ｔ１がプローブ３６を上方に移動させる。こ
のプローブ３６の移動に伴い、プローブガイド３５およ
びスプライン軸３７を介してドッグ４０が上方に移動す
る。このドッグ４０の移動を近接センサ４２が検知する
ことにより、旧工具Ｔ１が正常であることが検知され
る。逆に、旧工具Ｔ１に折損が生じているときには、旧
工具Ｔ１はプローブ３６に非接触となる。したがって、
近接センサ４２がドッグ４０を検知しないので、旧工具
Ｔ１に折損が生じていることが検知される。

【００２７】次に、本発明に係る工具折損検知装置６の
作用について説明する。マシニングセンタＭでは、図１
に実線で示すように、主軸４に工具Ｔ（旧工具Ｔ１）を
取り付けた状態で加工作業が行われている。この加工作
業が行われている間に、工具ローダ１６によって新工具
Ｔ２を工具交換位置Ｐ２に移送してくる。その後、現在
使用している旧工具Ｔ１における作業が終わったら、次
の新工具Ｔ２による加工作業が行われるが、その加工作
業の前に工具の交換が行われる。そして、この工具交換
作業を行っている間に、旧工具Ｔ１の折損の検知が行わ
れる。

【００２８】旧工具Ｔ１の折損の検知を行うにあたり、
検知対象となる旧工具Ｔ１の刃長に応じて、モータシリ
ンダ３２を駆動してプローブ３６の位置を調整してお
く。たとえば、旧工具Ｔ１の刃長が短い場合には、図３
に仮想線で示すように、プローブ３６を工具交換アーム
１２の近傍に位置させる。その一方、旧工具Ｔ１の刃長
が長い場合には、図３に実線で示すように、プローブ３
６を工具交換アーム１２の遠方に位置させる。プローブ
３６の位置の調整は、加工作業を行っている間に行って
もよいし、旧工具Ｔ１を主軸４に取り付ける際に行って
もよい。あるいは、加工作業が終わる直前に行ったりす
ることもできる。

【００２９】旧工具Ｔ１による加工作業が終了すると、
工具交換が行われる。このとき、工具交換位置Ｐ２には
工具ローダ１６によって新工具Ｔ２を移送してきて、工
具交換位置Ｐ２において新工具Ｔ２を下降させ、工具交
換アーム１２の一方の工具把持部１３に上方から差し込
んで把持させる。一方、工具取付位置Ｐ１には、加工が
済んで取り替えられる旧工具Ｔ１が取り付けられた主軸
４が上昇して移動してくる。この主軸４の上昇に伴い、
工具交換アーム１２における他方の工具把持部１４に対
して下方から旧工具Ｔ１を差し込んで把持させる。この
主軸４に取り付けられた旧工具Ｔ１が上昇する際に、旧
工具Ｔ１が折損しているか否かを工具折損検知装置６に
よって検知する。

【００３０】工具把持部１４に旧工具Ｔ１を把持させる
際に、主軸４を上昇させるが、このとき、旧工具Ｔ１が
正常であり折損していない場合には、旧工具Ｔ１の先端
部がプローブ３６の下端部３６Ａに接触して下端部３６
Ａを持ち上げる。プローブ３６の下端部３６Ａが持ち上
げられると、プローブガイド３５およびスプライン軸３
７が回動する。スプライン軸３７が回動すると、スプラ
イン軸３７の先端部に取り付けられたドック４０は上方
に移動する。ドッグ４０が上方に移動すると、近接セン
サ４２がドッグ４０を検知する。そして、近接センサ４
２がドック４０を検知することにより、旧工具には折損
が生じていないと判断される。

【００３１】一方、旧工具Ｔ１が折損している場合に
は、その旧工具Ｔ１の先端部が欠けた状態となってい
る。この状態で、主軸４を上昇させると、旧工具Ｔ１の
先端部はプローブ３６に非接触の状態となる。旧工具Ｔ
１の先端部がプローブ３６に非接触である場合にはスプ
ライン軸３７が回動することはなく、ドック４０が上方
に移動することもない。したがって、近接センサ４２が
ドック４０を検知せず、旧工具Ｔ１に折損が生じている
ことが検知される。

【００３２】このように、旧工具Ｔ１の折損の検知を行
った後、工具交換アーム１２を１８０°回動させて、新
工具Ｔ２を把持する一方の工具把持部１３を工具取付位
置Ｐ１に移動させるとともに、旧工具Ｔ１を把持する他
方の工具把持部１４を工具交換位置Ｐ１に移動させる。
工具取付位置Ｐ１に移動させられた新工具Ｔ２は、主軸
４に取り付けられる。一方、工具交換位置Ｐ１に移動さ
せられた旧工具Ｔ１は、工具ローダ１６の把持アームに
把持される。そして、折損が検知されなかった場合に
は、工具マガジン１５における所定の位置に搬送されて
収納される。また、折損が検知された場合には、適宜の
工具修繕位置に搬送されたり、あるいは、工具マガジン
１５に収納後に作業員が取り出して修繕作業を施すなど
の適宜の措置が取られる。さらには、次工程の工具が加
工作業に入ってもよいか否かの判断がこの時点で行われ
ているため、次工程に入ってもよいと判断されている場
合には、すぐさま次工程に入ることができる。したがっ
て、サイクルタイムの待ち時間の短縮に寄与することに
なる。

【００３３】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は前記の実施形態に限定されるもので
はない。たとえば、プローブが回動しているか否かを検
知するセンサとして、ドッグと近接センサを用いる代わ
りに、接触式のセンサを用いることができる。また、プ
ローブを移動させるためにモータシリンダを用いたがボ
ールねじにモータを設けたものなどを用いることもでき
る。

【００３４】

【発明の効果】以上のとおり、請求項１に係る発明によ
れば、工具の交換を行う際に、工具交換アームにおいて
工具の折損を検知することができる。このため、工具マ
ガジンまで工具を搬送することなく工具の折損を検知で
きるので、時間の短縮を図ることができ、もって作業効
率の向上に貢献することが可能となる。また、請求項２
に係る発明では、工具の折損を検知するにあたり、接触
式のプローブを用いている。このため、精度の高い折損
の検知を行うことができる。さらに、請求項３に係る発
明によれば、折損の検知対象となる工具の長さに応じ
て、プローブの位置を変えることができる。このため、
種々の長さの工具の折損を検知することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る工具折損検知装置を備えるマシニ
ングセンタの側面図である。

【図２】本発明に係る工具折損検知装置を備えるマシニ
ングセンタの正面図である。

【図３】本発明に係る工具折損検知装置の側面図であ
る。

【図４】本発明に係る工具折損検知装置の正面図であ
る。

【図５】本発明に係る工具折損検知装置の平面図であ
る。

【符号の説明】

１ベース２コラム３主軸ヘッド４主軸５工具交換装置６工具折損検知装置１１フレーム１２工具交換アーム１３，１４工具把持部１５工具マガジン１６工具ローダ１７工具ポット３１シャフト３２モータシリンダ３２Ａシリンダ軸３２Ｂスライダベース３２Ｃモータ３２Ｄ保持アーム３３スライダ３４ハウジング３５プローブガイド３６プローブ３６Ａ下端部３７スプライン軸４０ドッグ４０Ａ，４０Ｂストッパ４１サイドフレーム４２近接センサＰ１工具取付位置Ｐ２工具交換位置ＭマシニングセンタＴ工具Ｔ１旧工具Ｔ２新工具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主軸に装着された旧工具を、新工具と交
換する工具交換アームを備える工作機械において、前記工具交換アームは、前記新工具が前記工具交換アー
ムの一端側に取り付けられる工具交換位置と、前記旧工
具が前記工具交換アームの他端側に取り付けられる工具
取付位置の間を相互に移動できるように、その中心部を
回動軸として、前記主軸の軸線方向に沿った軸周りに回
動可能であり、前記工具交換アームに設けられ、前記工具交換アームに
よって工具を交換する際に、前記旧工具の折損を検知す
ることを特徴とする工具折損検知装置。
【請求項２】前記工具取付位置における前記工具交換
アームの他端側に取り付けられた前記旧工具が正常なと
きに、前記旧工具の先端部と接触して移動させられ、前
記旧工具が折損しているときには前記旧工具と非接触と
なるプローブを備えるとともに、前記プローブが移動したか否かを検知するセンサを有す
る請求項１に記載の工具折損検知装置。
【請求項３】前記プローブは、前記回動軸に沿った方
向に移動可能とされている請求項２に記載の工具折損検
知装置。