JP2002283163A - 工具折損検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 工具交換の工程で工具の折損が検出できる工
具折損検知装置を提供して工具折損検出時間を短縮させ
ることである。 【解決手段】 主軸台が少なくとも主軸軸線方向及び主
軸軸線と直角な方向に移動可能で、主軸３１が主軸台に
回転可能に軸承され先端に工具を着脱自在に装着する。
工具マガジン装置は、工具を夫々保持する複数の工具保
持部を有し選択された工具保持部を工具受渡位置に割出
し位置決めして工具交換位置に位置決めされた主軸３１
との間で工具交換を行うことができる。折損検出装置５
０は工具交換位置の近傍に配置されているとともに、工
具交換プログラムにより主軸３１に装着された交換する
戻し工具の工具寸法を工具情報記憶手段から読み出すこ
とができ、戻し工具の寸法に応じて工具交換原位置と工
具交換位置を結ぶ直線から離脱して戻し工具が折損検出
装置５０の検出部を通過する戻し経路に沿って主軸３１
を工具交換位置に移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主軸と工具マガジ
ン装置との間で工具交換するとき、工具マガジン装置に
戻される工具が折損しているか否か検知する工具折損検
知装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】機械が工具交換するときの工具折損検知
装置として、ワークテーブル１０１上で工具Ｔの加工動
作と干渉しない位置に折損検出装置１０３を載置したも
のがある。折損検出装置１０３は、リミットスイッチ等
を使用する接触式のもので、主軸１０５を移動して工具
Ｔの先端を検出部１０４に接触させることにより工具Ｔ
の長さを検出して工具Ｔの折損を確認した後、工具マガ
ジン装置１０６に移動して工具交換するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の工具折損検
知装置を使用する場合、ワークの加工終了後に主軸１０
５を軸送り移動して工具Ｔをワークテーブル１０１上に
載置されている折損検出装置１０３の検出部１０４に接
触させてから工具Ｔを工具マガジン装置に戻すので、工
具の折損を検出しない場合と比較して、主軸の移動量が
大きくなるとともに、工具Ｔの長さを検出するときに軸
移動が一時停止する状態となるのでサイクルタイムが長
くなる問題があった。

【０００４】従って、本発明の目的は、上記の問題に対
処することを課題とする。より特定すれば、主軸が工具
Ｔを工具マガジン装置に戻す経路の近傍に折損検出装置
を配置するとともに、工具を交換する工程の一連の動作
として移動中に工具の折損が検出できる工具折損検知装
置を提供してサイクルタイムを短縮させることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、少なくと
も主軸軸線方向及び主軸軸線と直角な方向に移動可能に
ベッド上に装架された主軸台と、該主軸台に回転可能に
軸承され先端に工具が着脱自在に装着される主軸と、工
具を夫々保持する複数の工具保持部を有し選択された工
具保持部を工具受渡位置に割出し位置決めして工具交換
位置に位置決めされた前記主軸との間で工具交換を行う
工具マガジン装置と、前記工具交換位置の近傍に設けら
れた折損検出装置と、前記主軸に装着された交換される
べき戻し工具の工具寸法を工具情報記憶手段から読み出
す手段と、該戻し工具の寸法に応じて前記戻し工具が前
記折損検出装置の検出部を通過する戻し経路に沿って前
記主軸を前記工具交換位置に移動させる手段とを備えた
ことである。

【０００６】請求項２に係る発明の構成上の特徴は、ベ
ッド上に設けられ水平の第１方向に移動される第１スラ
イダと、該第１スライダ上に積層され第１方向に直角で
水平の第２方向に移動される第２スライダと、第２スラ
イダに設けられ上下方向に移動される主軸台と、該主軸
台に上下方向の軸線回りに回転可能に軸承され先端に工
具が着脱自在に装着される主軸と、工具を夫々保持する
複数の工具保持部を有し選択された工具保持部を工具受
渡位置に割出し位置決めして工具交換位置に位置決めさ
れた前記主軸との間で工具交換を行う工具マガジン装置
と、前記工具交換位置の近傍に設けられた折損検出装置
と、前記主軸に装着された交換されるべき戻し工具の工
具寸法を工具情報記憶手段から読み出す手段と、該戻し
工具の寸法に応じて前記戻し工具が前記折損検出装置の
検出部を通過する戻し経路に沿って前記主軸を前記工具
交換位置に位置決めする手段とを備えたことである。

【０００７】請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請
求項１又は請求項２に記載の工具折損検知装置におい
て、前記主軸が前記工作物を加工する加工領域と前記工
具マガジン装置が収納されるマガジン領域との間を開閉
可能に遮断するカバー装置を設け、該カバー装置のマガ
ジン領域側に前記検出装置を設けたことである。

【０００８】

【発明の作用・効果】上記のように構成した請求項１に
係る発明においては、ベッド上に装架された主軸台が少
なくとも主軸軸線方向及び主軸軸線と直角な方向に移動
可能であり、主軸が主軸台に回転可能に軸承され先端に
工具が着脱自在に装着されている。工具マガジン装置
は、工具を夫々保持する複数の工具保持部を有し選択さ
れた工具保持部を工具受渡位置に割出し位置決めして工
具交換位置に位置決めされた主軸との間で工具交換を行
う。折損検出装置は工具交換位置の近傍に配置されてい
るとともに、工具交換をする制御プログラムにより主軸
に装着された交換する戻し工具の工具寸法を工具情報記
憶手段から読み出し、戻し工具の寸法に応じて工具交換
原位置と工具交換位置を結ぶ直線から離脱して戻し工具
が折損検出装置の検出部を通過する戻し経路に沿って主
軸を工具交換位置に移動させる。これにより工具の折損
を検出する為の主軸の移動量が僅かであり、且つ工具交
換の一連の動作として移動中に工具の折損が検出できる
ので、サイクルタイムを短縮することができる。

【０００９】上記のように構成した請求項２に係る発明
においては、第１スライダがベッド上に設けられ水平の
第１方向に移動し、第２スライダが該第１スライダ上に
積層され第１方向に直角で水平の第２方向に移動する。
主軸台が第２スライダに設けられ上下方向に移動され、
先端に工具が着脱自在に装着される主軸が主軸台に上下
方向の軸線回りに回転可能に軸承されている。工具マガ
ジンは、工具を夫々保持する複数の工具保持部を有し、
選択された工具保持部を工具受渡位置に割出し位置決め
して工具交換位置に位置決めされた主軸との間で工具交
換を行う。折損検出装置は工具交換位置の近傍に配置さ
れているとともに、工具交換プログラムにより主軸に装
着された交換する戻し工具の工具寸法を工具情報記憶手
段から読み出し、戻し工具の寸法に応じて工具交換原位
置と工具交換位置を結ぶ直線から離脱して戻し工具が折
損検出装置の検出部を通過する戻し経路に沿って主軸を
工具交換位置に位置決めする。これにより、工具の折損
を検出する為の主軸の移動量が僅かであり、且つ工具交
換の一連の動作として移動中に工具の折損が検出できる
ので、サイクルタイムを短縮することができる。

【００１０】上記のように構成した請求項３に係る発明
においては、請求項１又は請求項２に記載の工具折損検
知装置において、カバー装置が工作物を加工する加工領
域と工具を収納するマガジン領域との間を開閉可能に遮
断するように配置され、折損検出装置がそのカバー装置
のマガジン領域側に配置されているので、折損検出装置
をクーラント液及び切粉の飛散から保護することができ
る。

【００１１】

【実施の形態】図２は立形主軸を有する工作機械であ
り、下方のベッド部ユニット３６上に主軸台ユニット４
０が取付けられる構造である。

【００１２】１はベッド部ユニット３６の断面Ｕ字状の
ベッドで、底部２の両側端から一対の側壁３が上方に立
設され、一対の側壁３の間には動作空間４が形成され、
各側壁３の上面には水平な基準面５が形成されている。
３５は工作物Ｗを位置決めクランプする治具装置で、基
準面５よりも下方の動作空間４内でベッド１の底部２の
前側に取付けられている。

【００１３】主軸台ユニット４０の基本構成は、ベース
６、ベース６上に第１方向に摺動可能に装架される第１
スライダ１０、第１スライダ１０上に第１方向に直角な
第２方向に摺動可能に装架される第２スライダ２０、第
２スライダ２０に第１及び第２方向と直角な第３方向に
摺動可能に装架される主軸台３０、及び主軸台３０に軸
承され先端に工具を着脱自在に装着する主軸３１であ
る。

【００１４】ベース６は、ベッド部ユニット３６の各基
準面５上に夫々固定される一対の第１案内部７とその第
１案内部７の両端部を連結する一対の連結部８により構
成され、夫々の第１案内部７と連結部８で囲まれた中央
部には、動作空間４に通じる貫通スペース９が形成され
ているロの字構造となっている。

【００１５】第１スライダ１０はベース６上に側壁３と
平行で水平な第１方向に摺動可能に載置されており、一
対の第１スライド部１１と各第１スライド部１１の両端
を連結する一対の第２案内部１３により構成され、第１
スライド部１１と第２案内部１３で囲まれた中央部に
は、貫通スペース９を通過し動作空間４に通じる貫通空
間１４が形成されているロの字構造となっている。この
第１スライダ１０の各第１スライド部１１の底部は、ベ
ース６の各第１案内部７の上面に延設されている一対の
第１ガイドレール１２に移動可能に支承されている。１
５は第１スライダ１０を第１方向に移動させる第１駆動
装置で、各第１案内部７上面に第１ガイドレール１２と
並んでその外側に第１方向に夫々回転可能に取付けられ
た一対のボールネジ１６と、これらのボールネジ１６と
夫々螺合し各第１スライド部１１に夫々取付けられた一
対の送りナット１７とを有している。これらのボールネ
ジ１６は各第１案内部７に固定されたサーボモータ１８
により夫々回転駆動されるようになっている。

【００１６】第２スライダ２０は第１スライダ１０に第
１方向と直角で水平な第２方向に摺動可能に載置されて
おり、一対の第２スライド部２１とその第２スライド部
２１の両端が連結部２９により連結されて、中央部に貫
通空間１４を通過し動作空間４に通じる貫通路２４が形
成されたロの字構造となっている。第２スライダ２０の
後方の第２スライド部２１には、垂直方向に延在する第
３案内部２３が固定されている。第２スライダ２０に設
けられた各第２スライド部２１は、各第２案内部１３の
上面に第２方向に延設された一対の第２ガイドレール２
２に移動可能に支承されている。２５は第２スライダ２
０を第２方向に移動させる第２駆動装置で、各第２案内
部１３上面に第２ガイドレール２２と並んでその外側に
第２方向に夫々回転可能に取付けられた一対のボールネ
ジ２６と、これらのボールネジ２６と夫々螺合し各第２
スライド部２１に夫々取付けられた一対の送りナット２
７を有している。これらのボールネジ２６は夫々の第２
案内部１３に固定されたサーボモータ２８により回転駆
動されるようになっている。

【００１７】３０はモータ３７により回転駆動される主
軸３１を回転可能に垂直に支持する主軸台で、第３案内
部２３に第１及び第２方向と直角な第３方向に延設され
た一対の第３ガイドレール３２に貫通路２４を通って移
動可能に装架されている。３３は主軸台３０を第３方向
に移動させる第３駆動装置で、第３案内部２３に回転可
能に軸承されサーボモータ３４により回転駆動される図
略のボールネジに主軸台３０に固定された送りナットが
螺合して構成されている。

【００１８】図３，５に示すように、４２は工具マガジ
ン装置４６の工具マガジンで、工具Ｔを夫々保持する複
数の工具保持部４１が外周に設けられ、ベース６に固定
された基台５３に主軸３１の軸線と平行な軸線回りに回
転可能に支承されている。４３は工具マガジン４２を割
出し回転する回転駆動装置で、選択された工具保持部４
１を工具受渡位置４４に割出し位置決めして、図６に示
すように、工具交換原位置３９に位置決めされた主軸３
１が工具交換位置４５に移動することにより工具交換が
行えるようになっている。４７は動作空間４を治具装置
３５が取付けられた前室と工具マガジン装置４６が配置
された後室とに分離するカバーで、クーラント液及び切
粉が飛散することを防ぐようになっている。カバー４７
の中央上部には開閉扉４８が設けられ、工具交換時に主
軸３１が工具交換原位置３９から工具交換位置４５に移
動できるようになっている。ベッド１の後端には数値制
御装置１９等を収納する制御盤４９が取付けられてい
る。

【００１９】数値制御装置１９は、工作機械の動作を制
御するとともに、そのメモリには工具マガジン４２に保
持され主軸３１に把持される工具Ｔの長さ等が登録され
ている。

【００２０】図４に示すように、５０は本発明に係る折
損検出装置であり、本体５１、検出プローブ５２、検出
信号発信コード５４及び取付け固定具５５で構成されて
いる。折損検出装置５０は、動作空間４のカバー４７で
分離された後室内に設置されている。検出プローブ５２
は、工具交換原位置３９と工具交換位置４５を結ぶ仮想
線と交わる位置に開閉扉４８の下端部近傍で水平方向に
延在されている。また、折損検出装置５０は、本体５１
と連結されている固定具５５をベッド部ユニット３６の
側壁３に固定して取付けられている。本体５１には、リ
ミットスイッチが収納されており、図７に示すように、
工具Ｔが検出プローブ５２に接触すると、検出プローブ
５２は工具Ｔの進行方向に本体５１との接合部５６から
折れ曲がり工具Ｔを通過させるとともに、リミットスイ
ッチをオンにする。工具Ｔの通過後、検出プローブ５２
は圧縮スプリング等の作用により元の姿勢に復帰して、
ベッド部ユニット３６の側壁３と垂直を保つようになっ
ている。

【００２１】上記のように構成した実施形態において、
工作物Ｗが治具装置３５に取付けられ、サーボモータ１
８，２８，３４が数値制御装置１９からの指令に基づい
て回転し、ボールネジ１６,２６等を回転駆動する。こ
れにより第１スライダ１０が第１方向に、第２スライダ
２０が第２方向に、主軸台３０が第３方向に移動され、
主軸３１に装着された工具Ｔにより工作物Ｗにプログラ
ムに従い加工が行われる。

【００２２】続いて、図８に示す数値制御装置１９に組
込まれている制御プログラム６０により、工作物Ｗの加
工の完了が確認されると（ステップ６１）、次の加工の
為に工具交換を行うか否かが判断される（ステップ６
２）。工作物Ｗの加工が完了していない或いは工具交換
を行う必要がないと判断された場合は、工具交換が行わ
れないで制御プログラム６０は終了する（ステップ７
５）。工具交換を行うことが数値制御装置１９により判
断されて工具交換指令が出されると工具マガジン４２が
回転駆動装置４３により割出し回転され、空の工具保持
部４１が工具受渡位置４４に割出し位置決めされるとと
もに、主軸３１が、Ｘ，Ｚ方向において工具交換位置４
５と整列する工具交換原位置３９に位置決めされる（ス
テップ６３）。主軸３１が保持している工具Ｔの長さを
数値制御装置１９が工具情報メモリ６５より呼び出し
（ステップ６４）、工具Ｔの先端部の高さ位置を計算す
る（ステップ６６）。図６に示すように、工具Ｔの先端
が、折損検出装置５０の検出プローブ５２に接触するこ
とができるように、戻し経路を算出し、戻し経路ＮＣデ
ータを作成する（ステップ６７）。動作空間４内を仕切
るカバー４７の開閉扉４８が開き、戻し経路ＮＣデータ
に従って、サーボモータ１８，２８，３４が回転駆動
し、主軸３１が戻し経路に沿って移動する（ステップ６
８）。即ち、工具Ｔを保持する主軸３１が戻し経路に沿
って下降し、続いて第１スライダ１０がＹ方向に開閉扉
４８を通過して工具Ｔの先端が折損検出装置５０の検出
プローブ５２と接触するように移動する。工具Ｔが検出
プローブ５２と接触後、第１スライダ１０が進行を続け
ることにより検出プローブ５２は工具Ｔに押されて本体
５１との接合部５６より折れ曲がり、本体５１に収納さ
れているリミットスイッチをオンにする。工具Ｔが通過
し検出プローブ５２から離れると、検出プローブ５２は
圧縮スプリングの作用により原位置に復帰する。工具Ｔ
が折損していた場合は、工具Ｔの先端は検出プローブ５
２と接触することはなくリミットスイッチはオフの状態
を継続し、工具非折損フラッグをオンにしない（ステッ
プ６９）。近接スイッチがオンになった場合には、折損
検出装置５０に取付けられている検出信号発信コード５
４を介しオン信号が数値制御装置１９に入力され工具非
折損フラッグがオンされる（ステップ７０）。その後、
主軸３１が戻し経路に沿って上昇し、第１スライダ１０
がＹ方向に更に移動して主軸３１が工具マガジン４２の
工具受渡位置４４と一致し、主軸３１に装着されていた
工具Ｔが工具保持部４１に保持される工具交換位置４５
に位置決めされる（ステップ７１）。この段階で工具非
折損フラッグがオンであるか否かの確認が行われる（ス
テップ７２）。工具非折損フラッグがオフの場合、数値
制御装置１９は異常指令を発信し異常ランプをオンにす
るとともに機械動作を異常停止させる（ステップ７
３）。工具非折損フラッグがオンの場合は、主軸３１が
工具Ｔを解放して工具保持部４１に受け渡した後に、主
軸台３０がサーボモータ３４により上昇し、工具マガジ
ン４２が回転駆動装置４３により割出し回転され、次に
使用する工具Ｔを保持した工具保持部４１が工具受渡位
置４４に割出し位置決めされ、主軸台３０が下降して主
軸３１に工具Ｔが装着される（ステップ７４）。第1ス
ライダ１０が工具交換原位置３９に向かってＹ軸方向に
移動され、工具交換原位置を経由して加工位置に移動す
るとともに、カバー４７の開閉扉４８が閉じて工作物Ｗ
の加工が続行されて制御プログラム６０が完了する（ス
テップ７５）。

【００２３】上記実施形態においては、折損検出装置５
０の本体５１はリミットスイッチを収納し、検出プロー
ブ５２を使用して接触式にて工具の折損を検知している
が、近接スイッチ、レーザー等の非接触による検出装置
を用いて折損検出装置を構成してもよい。

【００２４】また、上記実施形態においては、折損検出
装置５０をクーラント液や切粉の飛散から保護するため
に、工具マガジン装置４６が取付けられている後室内に
配置しているが、治具装置３５が取付けられている前室
に配置することも可能である。

【００２５】更に、上記実施形態においては、制御プロ
グラム６０内の計算処理により、工具情報メモリ（ステ
ップ６５）から戻し工具の工具長さを呼び出して（ステ
ップ６４）、工具先端部の高さ位置を計算して（ステッ
プ６６）戻し経路を計算・作成（ステップ６７）してい
るが、必ずしも数値制御装置１９により戻し経路を計算
しなくても、予め計算した戻し経路をプログラミングし
ておいてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の工具折損検知装置を備えた工作機械の
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た工作
機械の実施形態を示す斜視図である。

【図３】 図２の側面図である。

【図４】 図２の正面図である。

【図５】 本発明に係る工具折損検知装置を備えた工作
機械の主軸台ユニットを取り外した状態の平面図であ
る。

【図６】 工具交換原位置、工具交換位置及び折損検出
装置の位置関係並びに工具戻し経路を示す側面図であ
る。

【図７】 折損検出装置により工具折損が検査されてい
る状態並びに工具マガジンとの関係を示す平面図であ
る。

【図８】 制御プログラムのフロー図である。

【符号の説明】

１…ベッド、４…作動空間、１０…第１スライダ、１９
…数値制御装置、２０…第２スライダ、２３…第３案内
部、２４…貫通路、２５…第２駆動装置、３０…主軸
台、３１…主軸、３３…第３駆動装置、３５…治具装
置、３９…工具交換原位置、４１…工具保持部、４２…
工具マガジン、４３…回転駆動装置、４４…工具受渡位
置、４５…工具交換位置、４６…工具マガジン装置、５
０…折損検出装置、５１…（折損検出装置の）本体，５
２…検出プローブ、５４…検出信号発信コード、５５…
（折損検出装置の）固定具、６０…制御プログラム、Ｔ
…工具、Ｗ…工作物。

フロントページの続き (72)発明者 植竹 伸二 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 高山 智一 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 Ｆターム(参考） 3C002 AA01 DD04 EE01 EE04 HH08 KK01 3C029 AA21 DD04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも主軸軸線方向及び主軸軸線と
   直角な方向に移動可能にベッド上に装架された主軸台
   と、該主軸台に回転可能に軸承され先端に工具が着脱自
   在に装着される主軸と、工具を夫々保持する複数の工具
   保持部を有し選択された工具保持部を工具受渡位置に割
   出し位置決めして工具交換位置に位置決めされた前記主
   軸との間で工具交換を行う工具マガジン装置と、前記工
   具交換位置の近傍に設けられた折損検出装置と、前記主
   軸に装着された交換されるべき戻し工具の工具寸法を工
   具情報記憶手段から読み出す手段と、該戻し工具の寸法
   に応じて前記戻し工具が前記折損検出装置の検出部を通
   過する戻し経路に沿って前記主軸を前記工具交換位置に
   移動させる手段とを備えたことを特徴とする工具折損検
   知装置。
2. 【請求項２】 ベッド上に設けられ水平の第１方向に移
   動される第１スライダと、該第１スライダ上に積層され
   第１方向に直角で水平の第２方向に移動される第２スラ
   イダと、第２スライダに設けられ上下方向に移動される
   主軸台と、該主軸台に上下方向の軸線回りに回転可能に
   軸承され先端に工具が着脱自在に装着される主軸と、工
   具を夫々保持する複数の工具保持部を有し選択された工
   具保持部を工具受渡位置に割出し位置決めして工具交換
   位置に位置決めされた前記主軸との間で工具交換を行う
   工具マガジン装置と、前記工具交換位置の近傍に設けら
   れた折損検出装置と、前記主軸に装着された交換される
   べき戻し工具の工具寸法を工具情報記憶手段から読み出
   す手段と、該戻し工具の寸法に応じて前記戻し工具が前
   記折損検出装置の検出部を通過する戻し経路に沿って前
   記主軸を前記工具交換位置に位置決めする手段とを備え
   たことを特徴とする工具折損検知装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の工具折損
   検知装置において、前記主軸が前記工作物を加工する加
   工領域と前記工具マガジン装置が収納されるマガジン領
   域との間を開閉可能に遮断するカバー装置を設け、該カ
   バー装置のマガジン領域側に前記検出装置を設けたこと
   を特徴とする工具折損検知装置。