JP2003311570A - 工具位置検知用センサを付属させたアタッチメント交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 自動工具交換装置や自動アタッチメント交換
装置を装備してコラム及びクロスレール周辺にスペース
がない門形マシニングセンタにおいて自動工具長補正お
よび工具折損検知機能を有する装置を設ける。 【解決手段】 アタッチメント交換装置におけるアタッ
チメントの格納位置と交換位置との間を進退格納可能に
設けられたアタッチメント置台１１と、このアタッチメ
ント置台１１が前進端に位置決めされたとき主軸に装着
され被計測工具が接触して計測信号を出力するアタッチ
メント置台１１に設けられた工具位置検知用センサ１２
とを含んでなるアタッチメント交換装置を構成。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は数値制御工作機械のアタ
ッチメント交換装置に関するものである。詳しくは工具
長補正と工具折損検出のための信号を出力する工具位置
検知用センサを備えたアタッチメント交換装置に関する
ものである。 【０００２】 【従来の技術】門形マシニングセンタの自動工具長補正
装置や工具折損検出装置は通常クロスレールやコラムに
取り付けられている。場合によりテーブルに取り付けら
れる場合もある。図５は、コラムに近い位置でクロスレ
ール下部に工具位置検知用センサを格納した収納箱を取
着した機械全体の斜視図である。 【０００３】図５において、主軸頭１０２を載架し水平
方向（Ｙ軸）を案内するクロスレール１０１は、ベッド
１０３とトップビーム１０４と一対のコラム１０５Ａ，
１０５Ｂとで構成されるフレームにおいて平行な案内面
を形成する一対のコラム１０５Ａ，１０５Ｂにより上下
方向（Ｗ軸）の移動位置決めが行われる。 【０００４】通常、門形マシニングセンタでは一方のコ
ラム１０５Ｂの機外側面に自動工具交換装置ＡＴＣの工
具マガジン１１３が設けられ、これに主軸頭１０２が接
近して工具の授受を行う工具ハンドリング部材１０８が
コラム１０５Ｂの近傍に設けられている。そのため、切
粉を避けるため箱に収納されている工具計測のための装
置一式は、工具を装着した主軸頭が接近しやすいように
他方のコラム１０５Ａの近傍に設けられることが多い。 【０００５】前記の補正装置や検出装置はカバーがされ
た収納箱１０６に納められている。補正装置と検出装置
は接触式センサ１０７が安定性・経済性から選択される
ことが多い。工具長補正は、クイル１１２が制御モータ
により上下方向（Ｚ軸）に移動されることによりクイル
内の主軸に取り付けられた工具を上下方向に送り、接触
式センサと接触したときに信号を出力し、使用する工具
刃先の実際位置を計測することができる。 【０００６】図６は図５で示した収納箱１０６の扉が開
き計測用の接触式センサ１０７が前進した状態の説明図
である。図６において、収納箱１０６はコラム１０５Ａ
側のクロスレール１０１の下部に取着され一体で上下方
向に移動する。計測に先立って、収納箱１０６に収納さ
れていた接触式センサ１０７Ａ，１０７Ｂを載置したセ
ンサ台１０９は、扉１１０を押し広げリンク１１１で前
進駆動され所定の位置で待機している。主軸頭１０２に
装着された被計測工具Ｔは接触式センサ１０７Ａまたは
１０７Ｂと接触して該センサが感知信号を出力するまで
移動する。即ち、工具長補正は接触式センサ１０７Ａ
で、工具径補正は接触式センサ１０７Ｂで行うことがで
きる。工具の折損，破損は接触式センサ１０７Ａ，１０
７Ｂの加工前後のデータを比較することにより可能であ
る。 【０００７】ところで門形マシニングセンタでは、自動
工具交換装置（以降ＡＴＣと称する）に加え、自動アタ
ッチメント交換装置（以降ＡＡＣと称する）を併設する
ことが多くなってきている。ＡＡＣもその性格上主軸頭
１０２の移動可能な領域に近いことが望ましい。そのた
め、加工機の間近には２種類のアタッチメントを備えた
２ステーション方式を設けることが多い。交換用のアタ
ッチメントは加工の進行中に別に設けた運搬手段、例え
ばマニュピレータにより機械間近のステーションに搬送
しておけば支障なく多種アタッチメントのＡＡＣが遂行
可能である。図５に示すように収納箱１０６をクロスレ
ール１０１の下に設け、アタッチメントを交換するとき
だけ、アタッチメントを主軸頭１０２の直下に搬入する
方法も考えられる。 【０００８】このようにＡＴＣとＡＡＣを一対のコラム
のそれぞれの近傍に設けることにより接触式センサ１０
７の収納箱１０６の設置場所が得にくくなっている。接
触式センサ１０７自体は形状が小さいので場所は取らな
いが、加工時の工具などとの干渉や、汚れと切粉堆積を
嫌うため箱に入れて待機させておく方が都合が良い。 【０００９】図７は実開昭５５−１５６８３３号で開示
されたアタッチメント搬送装置である。門形マシニング
センタのコラム１０５の外側に固設されたベース１２１
上にＸ軸方向に送り制御される載置台１２２が設けられ
ている。載置台１２２に待機中のアタッチメント１２４
Ａはアーム１２３上を機内方向（Ｙ軸）に移動し主軸頭
１０２の直下に位置決めされる。ラム又はクロスレール
１０１の降下（Ｚ軸またはＷ軸）によりアタッチメント
１２４Ｂの授受が行われる。なお、アームを旋回する方
式を採用しているアタッチメント搬送装置に、特開平４
−２７５８５９号が知られている。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】従来技術で述べたよう
に、門形マシニングセンタには通常ＡＴＣが装備されて
おり、一方のコラムにＡＴＣを、他方のコラムに工具用
センサの収納箱のみを設ける場合は設置スペース上の問
題はないが、大形加工機械の自動化の進展に伴いＡＡＣ
が併設されることが多くなって工具用センサの収納箱の
配置の問題がクローズアップされている。このため、両
側のコラムに間近にＡＴＣとＡＡＣが付設されると、工
具及びアタッチメントの授受に要する空間を考慮する
と、更に工具用センサの収納箱をクロスレールやコラム
に取り付けようとしても、ＡＴＣやＡＡＣの関連部材に
より取着する場所がないという問題を有している。ま
た、テーブルに取着する場合は、ワークとの緩衝，切削
水や切粉による汚れ、計測時にクロスレールの昇降が必
要などの問題を有している。 【００１１】本発明は従来技術の有するこのような問題
に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、
アタッチメント交換装置内の格納位置とアタッチメント
交換位置との間で、進退駆動部材で駆動して進退移動可
能なアタッチメント置台を利用して、アタッチメント置
台が前進端に位置決めされたときに主軸に装着された被
計測工具が接触して計測信号を出力するようにアタッチ
メント置台に工具位置検知用センサを設けて、アタッチ
メントの交換と工具の検知とを可能とする工具位置検知
センサを設けたアタッチメント置台を構成要素とするア
タッチメント交換装置を提供する。 【００１２】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、数値制御工作機械のアタッチメン
ト交換装置であって、前記アタッチメント交換装置にお
けるアタッチメント格納位置と交換位置との間を進退移
動可能に設けられたアタッチメント置台と、該アタッチ
メント置台の前記進退移動を駆動する進退駆動部材と、
前記アタッチメント置台が前進端に位置決めされたとき
主軸に装着された被計測工具が接触して計測信号を出力
する前記アタッチメント置台に設けられた工具位置検知
用センサとを含んでなり、進退移動可能なアタッチメン
ト置台に設けた工具位置検知用センサで工具を検知して
自動工具長補正あるいは工具折損検出またはその両方を
可能にしたものである。 【００１３】請求項１の発明によれば、門形マシニング
センタのコラムの周辺にＡＴＣやＡＡＣが設けられてい
る場合に、主軸頭の移動範囲に主軸に装着された工具と
接触可能な領域近くに工具位置検知用センサとその収納
箱を単独に設ける空間を確保することが困難となってい
る。そのため、アタッチメント授受のとき主軸の直下に
移動位置決めされるアタッチメント交換装置を構成する
アタッチメント置台の先端部に被計測工具が接触したと
きに信号を出力する工具位置検知用センサを設けるよう
にアタッチメント交換装置を構成したものである。 【００１４】このように、アタッチメント置台に工具位
置検知用のセンサを設けることによりアタッチメント置
台を後退させた時はアタッチメント交換装置の収納箱に
工具位置検知用センサも共に格納されることになる。こ
のようにアタッチメント交換装置を構成した結果、工具
位置検知用センサを主軸の工具位置に前進位置決めする
ための駆動部材と、これらの収納箱の設置と、設置のた
めの空間の確保を単独に配慮する必要がなくなった。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
もとづいて説明する。図１は工具位置検知用センサを付
属させたアタッチメント交換装置の門形マシニングセン
タにおける配置説明図、図２はアタッチメント置台の前
進位置説明図（図１のＡＡ断面）、図３はアタッチメン
ト置台の後退位置説明図（図１のＡＡ断面）、図４はア
タッチメント置台に設けた工具位置検知用センサの斜視
図である。 【００１６】実施形態の詳細な説明に先立ち門形マシニ
ングセンタと従来のアタッチメント交換装置との関係が
基本事項となるので説明を加える。図１において、門形
マシニングセンタの主要部は、ベッド１，テーブル２，
コラム３Ａ，３Ｂ（図示しない），クロスレール４，主
軸頭５及び図示しないトップビームで構成されている。
付属設備として、一方のコラム３Ｂの周辺に自動工具交
換装置が、他方のコラム３Ａの周辺に自動アタッチメン
ト交換装置１０が設けられている。クロスレール４の上
下方向（Ｗ軸）を一対のコラム３Ａ，３Ｂで案内し主軸
頭５はクロスレール４に載架案内され左右方向（Ｙ軸）
に位置決めされている。 【００１７】門形マシニングセンタは加工対象のワーク
が大形であり、一旦基準面を設定後は同じテーブル上で
加工工具を変更し能率良く加工することが求められる。
そのため、加工工具を取着して主軸に装着するための予
備のアタッチメントを機械本体の近くに複数基準備する
ためのアタッチメント交換装置１０がアタッチメントの
授受が可能な域内に設けられている。アタッチメントは
図中に示す通常の主軸ユニット６、９０度アンギュラ主
軸ユニット７の他に図示しない主軸ユニットとして４５
度アンギュラ形や深い位置まで工具刃先が達するように
したエクステンション形等がある。従って交換を予定す
るアタッチメントの形態に応じてアタッチメント交換装
置にアタッチメント置台が設けられる。 【００１８】アタッチメント交換装置１０は、アタッチ
メント置台１１やこれを駆動する進退駆動部材１５に、
加工により飛散した切粉の堆積や切削液の付着を防止す
るために装置一式が扉１７付の収納箱１３に格納されて
いる。収納箱１３には、クロスレール４上の主軸頭５が
アタッチメント交換装置１０を設置したコラム３Ａ側の
所定の位置にＹ軸制御により移動し位置決めされたと
き、進退駆動部材１５で駆動されるアタッチメント置台
１１は前進し、授受したアタッチメントを載置できるよ
うに形成されたアタッチメント置台１１上の台座１１ａ
の中心が主軸ユニット６の中心の真下に到達できるよう
に進退駆動部材１５が設けられている。 【００１９】アタッチメント置台１１の前進に先立って
その移動方向に開き、後退して格納位置に到達後に閉じ
る扉１７が設けられ、格納したアタッチメント置台１１
と進退駆動部材とを保護している。図２に例示するアタ
ッチメント置台１１は、上面にアタッチメントを載置し
位置決めするガイド部材１８及び丸穴１１ｂが設けられ
ている。また、収納箱１３の空間スペース１３ａには９
０度アンギュラ主軸ユニット７のアタッチメントの格納
と進退駆動機構を構築可能である。なお、３種以上の異
なるアタッチメントを交換可能とするためには、アタッ
チメント交換装置１０とは別に本体フレームに近接した
位置にアタッチメントを保管するアタッチメントステー
ションを設けハンドリングロボットでアタッチメント交
換装置１０へ必要なアタッチメントを供給する。 【００２０】次に本発明に係る工具位置検知用センサを
付属させたアタッチメント交換装置の実施の形態につい
て詳細に説明する。図１は当該アタッチメント交換装置
の正面図、図２は当該アタッチメント置台の前進位置
を、図３はアタッチメント置台の後退位置を示してい
る。図１乃至図３において、アタッチメント置台１１は
案内ベース１４により案内されて進退駆動部材１５によ
り主軸ユニットの真下に前進する。進退駆動部材１５は
ピストンシリンダ部材１６やねじ送り部材のいずれでも
良い。当該アタッチメント置台１１の先端部には、アタ
ッチメントを安定して載置できるようガイド部材１８や
案内穴１１ｂがアタッチメントの形状に対応して形成さ
れている。アタッチメント置台１１が前進して主軸ユニ
ット６の軸心の左右方向（Ｙ軸）の移動軌跡上にあるよ
うに位置決めされている。 【００２１】扉１７は支軸１９を中心に開閉する。扉１
７はアタッチメント置台１１の進退と関連して開閉され
切削中の収納箱１３への異物の混入は完全に防ぐようシ
ールされている。図３，図４に示すアタッチメント交換
装置において示すアタッチメント置台１１の移動軌跡は
主軸ユニット６の軸心の移動軌跡と斜交しているが、ア
タッチメント置台は、前記軸心の移動軌跡の延長線上の
スペース１３ａに設けても良い。また、アタッチメント
交換装置に２種類のアタッチメント置台を収納箱１３の
空間を十分活用して立体的に配設することも可能であ
る。その場合、いずれかのアタッチメント置台１１に工
具位置検出用センサ１２を設けることができる。 【００２２】図４において、アタッチメント置台１１の
先端には工具位置検知用センサ１２が固設されている。
工具位置検知用センサ１２は工具長補正と工具折損検出
の役割を有する。工具Ｔ１の先端がＸＹ平面と平行な計
測面１２ａと、若しくは工具Ｔ２の先端がＸＺ平面と平
行な計測面１２ｂの面と接触したときに検知信号の出力
を可能とすることにより垂直な工具Ｔ１または水平な工
具Ｔ２の工具長補正が可能である。このような２計測面
で検知可能な場合には、工具折損検出にも使用可能であ
る。工具位置検知用センサ１２は接触式センサに限定さ
れない。レーザによる非接触式センサを使用して工具径
・工具長の計測、工具の折損，刃先の欠損の検出も可能
である。 【００２３】次に、工具位置検知用センサ１２の工具長
補正と工具折損検出について補足説明する。図２におい
て、アタッチメント置台１１が前進位置にあるときはア
タッチメントの中心と工具位置検知用センサ１２の計測
域は主軸の移動する平面（ＹＺ面）上に存在する。最初
に工具長補正のプロセスについて説明する。 【００２４】図１において、工具位置検知用センサ１２
が接触式の当該センサである場合、垂直な工具Ｔ１は降
下（Ｚ軸）して当該センサの上面１２ａ（ＸＹ平面に平
行な面）に接触することにより検知信号を発信する。９
０度アンギュラアタッチメントに装着された水平な工具
Ｔ２の場合は、図２において当該センサ１２の端面１２
ｂ（ＸＺ平面と平行な面）に刃先が接触したとき前記検
知信号を発信する。なおここでは、２方向検知形センサ
を図示しているが、水平面で検知するセンサと端面で検
知する１方向検知形センサを併設することも可能であ
る。このように工具の先端位置を検出することにより刃
先の現在位置を制御装置に送り、プログラムされた切込
方向の送り量を正確に制御することが可能となる。工具
径補正も同様な原理で可能である。 【００２５】次に工具折損検出について説明する。工具
折損には工具の異常摩耗や工具欠損が含まれる。工具折
損検出は加工前後の工具計測データを比較することによ
り容易に実施可能である。前述した工具位置検知用セン
サ１２自体の使用法は従来の計測方法と同じであるが、
当該センサが取着されているアタッチメント置台１１と
共に移動させて計測位置で待機させ当該センサを動作さ
せるようにした点に特徴がある。なお、レーザを使用し
た非接触式センサの場合は、レーザ光を遮ったときのＺ
軸（Ｘ軸）の値から工具長・工具径の補正を行い、加工
前後の工具計測データを比較することにより工具折損の
検出が可能である。 【００２６】以上のように、アタッチメント置台１１の
進退駆動部材１５は、アタッチメントを交換する時や、
工具位置検知用センサ１２を使用する時のいずれの場合
にも共通して使用することができる。また、アタッチメ
ント置台１１を工具位置検知用センサ１２の運搬手段と
して共通して使用することができる。また、図３に示す
ようにアタッチメント置台１１が後退位置、即ち収納箱
１３に収まったときは扉１７も閉じ、加工作業が続行さ
れても箱内部が汚れることがない。アタッチメント交換
装置１０と工具位置検知用センサ１２が同一収納箱に格
納できることとなる。なお、上記の実施の形態において
は門形マシニングセンタを例に説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、アタッチメントと測定装
置とを要する数値制御工作機械であれば広く適用可能で
ある。 【００２７】 【発明の効果】本発明の工具位置検知用センサを付属さ
せたアタッチメント交換装置は、上述のように構成され
ているので次に記載する効果を奏する。アタッチメント
交換装置から進退移動して主軸ユニットとの間でアタッ
チメントを授受するアタッチメント置台に、工具位置検
知用センサを取着して工具長補正や工具折損検出を行う
ものである。工具位置検知用センサはアタッチメント置
台と一体で加工中はアタッチメント交換装置内に収納さ
れるよう構成されているので、従来のアタッチメント交
換装置を門形マシニングセンタに装備するのと同様にコ
ラムやクロスレールに取り付けることができる。従っ
て、工具位置検知用センサ専用の空間を必要としない効
果を有する。また、切粉液による汚れや切粉の付着等か
らも保護するアタッチメント交換装置の全体カバーと、
計測時に工具位置検知用センサを主軸中心に移動する駆
動部材をアタッチメント交換装置と共用できるため、安
価に製作できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】 【図１】工具位置検知用センサを付属させたアタッチメ
ント交換装置を門形マシニングセンタのクロスレールに
設けた配置説明図である。 【図２】図１のＡＡ断面のアタッチメント置台の前進位
置説明図である。 【図３】図１のＡＡ断面のアタッチメント置台の後退位
置説明図である。 【図４】アタッチメント置台に設けた工具位置検知用セ
ンサの斜視図である。 【図５】従来の門形マシニングセンタのコラムに近い位
置で、クロスレール下部に取り付けられた工具位置検知
用センサを格納した収納箱の配置を示す機械全体の斜視
図である。 【図６】図５に示す収納箱から前進して主軸の工具と接
触する工具位置検知用センサの状態図である。 【図７】自動アタッチメント交換装置（ＡＡＣ）の斜視
図である。 【符号の説明】 １ ベッド ２ テーブル ３ コラム ４ クロスレール ５ 主軸頭 ６ 主軸ユニット ７ ９０度アンギュラ主軸ユニット １０ アタッチメント交換装置 １１ アタッチメント置台 １２ 工具位置検知用センサ １３ 収納箱 １４ 案内ベース １５ 進退駆動部材 １６ ピストン・シリンダ部材 １７ 扉 １８ ガイド部材 １９ 支軸 Ｔ１，Ｔ２ 工具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C002 HH08 KK07 LL01 3C029 AA25 AA26 AA40 DD04 DD20

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 数値制御工作機械のアタッチメント交換
   装置であって、前記アタッチメント交換装置におけるア
   タッチメント格納位置と交換位置との間を進退移動可能
   に設けられたアタッチメント置台と、該アタッチメント
   置台の前記進退移動を駆動する進退駆動部材と、前記ア
   タッチメント置台が前進端に位置決めされたとき主軸に
   装着された被計測工具が接触して計測信号を出力する前
   記アタッチメント置台に設けられた工具位置検知用セン
   サとを含んでなる工具位置検知用センサを付属させたア
   タッチメント交換装置。