JP2005186191A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークのクランプ完了状態を検出するために、ワーク毎に検出手段の位置調整を行う必要がなく、無駄な待ち時間を最小限に抑えることができる工作機械を提供する。
【解決手段】主軸１０の後端部には、チャック２０の把持爪２１を開閉させるチャックシリンダ３０が取り付けられており、チャックシリンダ３０のピストン３１と把持爪２１の開閉機構とがドローパイプ１１によって連結されている。ピストン３１の後端部には、ドッグ４１が装着されていると共に、ピストン３１が入端、出端に位置していないときにドッグ４１を検出してＯＮする入端検出用近接スイッチ４２、出端検出用近接スイッチ４３と、ストローク途中のピストン３１の位置をドッグ４１を介して検出するストローク検出手段４４が設けられており、ストローク検出手段４４は、ドッグ４１の移動経路に沿って一定間隔毎に配設された５つの近接スイッチによって構成されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、旋盤のように、ワークをクランプするチャックが主軸端に取り付けられた工作機械に関する。

旋盤には、主軸の先端側にワークをクランプするチャックが取り付けられており、チャックの把持爪を主軸の径方向に開閉する把持爪の開閉機構が、主軸内に嵌挿されたドローパイプ等を介して、主軸の後端部に取り付けられたチャックシリンダのピストンに連結されている。従って、チャックシリンダのピストンが一方のストロークエンドと他方のストロークエンドとの間を往復することによって、チャックの把持爪が開閉するようになっている。

こういった旋盤では、チャックによるワークのクランプが不十分な状態で加工を開始すると、加工中にチャックからワークが外れて飛び出すおそれがあるので、チャックによってワークを完全にクランプしない限り、ワークの加工を開始することができないようになっており、チャックがワークを完全にクランプしているか否かは、以下のようにして検出している。

例えば、図４に示すように、チャックシリンダのピストンにドッグＤを取り付け、チャックシリンダのピストンがクランプ側のストロークエンド（入端）に位置しているときにドッグＤを検出してＯＮする入端検出用近接スイッチ６１と、チャックシリンダのピストンがアンクランプ側のストロークエンド（出端）に位置しているときにドッグＤを検出してＯＮする出端検出用近接スイッチ６２と、チャックがワークのクランプを完了したときにドッグＤを検出してＯＮするクランプ検出用近接スイッチ６３とを設け、同図（ｃ）に示すように、クランプ検出用近接スイッチ６３がＯＮしている状態以外、即ち、同図（ａ）に示すように、入端検出用近接スイッチ６１及びクランプ検出用近接スイッチ６３がＯＦＦで、出端検出用近接スイッチ６２がＯＮの場合、同図（ｂ）に示すように、入端検出用近接スイッチ６１、出端検出用近接スイッチ６２及びクランプ検出用近接スイッチ６３が全てＯＦＦの場合、同図（ｄ）に示すように、出端検出用近接スイッチ６２及びクランプ検出用近接スイッチ６３がＯＦＦで、入端検出用近接スイッチ６１がＯＮの場合は、チャックがワークを完全にクランプしていないと判断し、サイクルスタートが制限されるようになっている。

しかしながら、ワークの大きさや形状によってチャックによるワークのクランプ位置、即ち、ワークのクランプが完了したときのドッグＤの位置が異なるので、上述したような旋盤では、加工しようとするワーク毎に、クランプ検出用近接スイッチ６３の設置位置を調整しなければならず、その調整作業が繁雑であるといった問題があった。

このため、近年では、図５に示すように、チャックシリンダのピストンがクランプ側のストロークエンド（入端）に位置していないときにドッグＤを検出してＯＮする、即ち、ピストンが入端に位置しているときはＯＦＦする入端検出用近接スイッチ７１と、チャックシリンダのピストンがアンクランプ側のストロークエンド（出端）に位置していないときにドッグＤを検出してＯＮする、即ち、ピストンが出端に位置しているときはＯＦＦする出端検出用近接スイッチ７２とを設け、同図（ｂ）、（ｃ）に示すように、入端検出用近接スイッチ７１及び出端検出用近接スイッチ７２の双方がＯＮしている状態以外、即ち、同図（ａ）に示すように、入端検出用近接スイッチ７１がＯＮで、出端検出用近接スイッチ７２がＯＦＦの場合や、同図（ｄ）に示すように、入端検出用近接スイッチ７１がＯＦＦで、出端検出用近接スイッチ７２がＯＮの場合に、サイクルスタートを完全に制限すると共に、入端検出用近接スイッチ７１及び出端検出用近接スイッチ７２の双方がＯＮしているからといって、必ずしも、チャックがワークを完全にクランプしているというわけではないので、チャックがワークのクランプを開始した後、ワークのクランプを完了するまでに要する時間を考慮して、入端検出用近接スイッチ７１及び出端検出用近接スイッチ７２の双方がＯＮした時点から所定時間（例えば、３〜４秒）を経過するまでの間は、サイクルスタートをさらに制限することで、近接スイッチの位置調整を全く行わなくてよいようになっている。

特開平９−２３４６１０号公報

ところで、上述したように、チャックシリンダにおける双方のストロークエンド（入端、出端）にピストンが位置しているか否かをそれぞれ検出する２つの近接スイッチだけを用いて、ワークのクランプ状態を間接的に検出するようにしておくと、近接スイッチを固定設置することができるので、近接スイッチの位置調整が不要となり、使い勝手がよくなるという利点はあるが、上述したように、どのようなワークを加工する場合であっても、入端検出用近接スイッチ７１及び出端検出用近接スイッチ７２の双方がＯＮした時点から所定時間（例えば、３〜４秒）を経過するまでの間は、ワークの加工を開始することができず、ワークによっては、無駄な待ち時間が発生するといった問題がある。

そこで、この発明の課題は、チャックによるワークのクランプ完了状態を検出するために、ワーク毎に近接スイッチ等の検出手段の位置調整を行う必要がなく、しかも、無駄な待ち時間を最小限に抑えることができる工作機械を提供することにある。

上記の課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、主軸端に取り付けられた、ワークをクランプするチャックと、前記チャックを開閉させるチャックシリンダとを備えた工作機械において、前記チャックシリンダにおけるストローク途中のピストンがどのあたりに位置しているのかを直接または間接的に検出するストローク検出手段を備えていることを特徴とする工作機械を提供するものである。

前記ストローク検出手段は、請求項２にかかる発明の工作機械のように、前記ピストンと共に移動する被検出体の移動経路に沿って一定間隔毎に配設された、前記被検出体を検出可能な複数のセンサまたはスイッチによって構成することができる。

また、請求項３にかかる発明の工作機械は、さらに、前記チャックによるワークのクランプが完了した時点で、前記ストローク検出手段によって検出されたピストンの位置を、ワークのクランプ完了位置として、予め設定しておくクランプ完了位置設定手段を備えている。

また、請求項４にかかる発明の工作機械は、さらに、前記チャックシリンダのピストンがクランプ側のストロークエンドに位置しているか否かを検出するクランプ側エンド検出手段と、前記チャックシリンダのピストンがアンクランプ側のストロークエンドに位置しているか否かを検出するアンクランプ側エンド検出手段とを備えている。

以上のように、請求項１にかかる発明の工作機械では、チャックシリンダにおけるストローク途中のピストンがどのあたりに位置しているのかを直接または間接的に検出するストローク検出手段を備えているので、このストローク検出手段によって、チャックによるクランプが完了したときのピストンの位置を予め測定しておくと、それ以降は、ワークをクランプする際、ピストンがその位置にきた時点で、チャックによるワークのクランプが完了していると判断することができ、その時点で即座にワークの加工を開始させることができる。従って、従来の工作機械のように、加工しようとするワーク毎に近接スイッチ等の設置位置の調整を行う必要がないと共に、ワークの加工開始までに無駄な待ち時間が発生することもないので、使い勝手がよく、しかも、効率よくワークの加工を行うことができる。

また、請求項２にかかる発明の工作機械では、ストローク検出手段が、ピストンと共に移動する被検出体の移動経路に沿って一定間隔毎に配設された、被検出体を検出可能な複数のセンサまたはスイッチによって構成されているので、ピストンの位置を簡易な構成で簡単に検出することができる。

また、請求項３にかかる発明の工作機械では、チャックによるワークのクランプが完了した時点で、ストローク検出手段によって検出されたピストンの位置を、ワークのクランプ完了位置として、予め設定しておくクランプ完了位置設定手段を備えているので、工作機械の動作を制御しているプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）が、クランプ完了位置設定手段に設定されている設定情報を取得することで、クランプ完了位置設定手段に設定されている位置にピストンが到達した時点で、ＰＬＣがワークの加工を自動的に開始させることが可能となる。

また、請求項４にかかる発明の工作機械のように、チャックシリンダのピストンがクランプ側のストロークエンドに位置しているか否かを検出するクランプ側エンド検出手段と、チャックシリンダのピストンがアンクランプ側のストロークエンドに位置しているか否かを検出するアンクランプ側エンド検出手段とを設けておくと、ピストンがストロークエンドに位置しているときは、ワークの加工を確実に制限することができるので、さらに安全性を高めることができる。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、この旋盤は、主軸１０の先端に、チャック２０が取り付けられており、このチャック２０によってワークをクランプすることができるようになっている。

主軸１０の後端部には、チャック２０の把持爪２１を開閉させるチャックシリンダ３０が取り付けられており、このチャックシリンダ３０における筒状のピストン３１と、把持爪２１の開閉機構とが、主軸１０内に嵌挿されたドローパイプ１１によって連結されている。従って、チャックシリンダ３０がドローパイプ１１を主軸１０の軸方向に進退させることによって、把持爪２１が開閉し、ワークのクランプ／アンクランプが行われるようになっている。

チャックシリンダ３０のピストン３１には、図２に示すように、その後端部に環状のドッグ４１が装着されており、ピストン３１と共に主軸１０の軸方向に進退するドッグ４１を囲うように、チャックシリンダ３０の後端部に取り付けられたケーシング４０には、ピストン３１がクランプ側のストロークエンド（入端）に位置していないときにドッグ４１を検出してＯＮする入端検出用近接スイッチ４２と、ピストン３１がアンクランプ側のストロークエンド（出端）に位置していないときにドッグ４１を検出してＯＮする出端検出用近接スイッチ４３とが設けられている。なお、図２では、ピストン３１が出端に位置しているときの状態を実線で示しており、ピストン３１が入端に位置しているときのドッグ４１の位置を二点鎖線で示している。

また、ケーシング４０には、チャックシリンダ３０におけるストローク途中のピストン３１がどのあたりに位置しているのかをドッグ４１を介して検出するストローク検出手段４４が設けられており、このストローク検出手段４４は、ドッグ４１の移動経路に沿って一定間隔毎に配設された、ドッグ４１を検出可能な５つの近接スイッチ４４１〜４４５によって構成されている。

従って、チャック２０の把持爪２１がアンクランプの状態からワークをクランプし始めると、即ち、チャックシリンダ３０のピストン３１（ドッグ４１）が、図２に実線で示すアンクランプ側のストロークエンド（出端）の位置から、同図に二点鎖線で示すクランプ側のストロークエンド（入端）の位置に向かって移動していくと、これに伴って、ＯＦＦ状態であった近接スイッチ４４１〜４４５がドッグ４１を順次検出してＯＮされていくことになるので、どの近接スイッチまでがＯＮされているかによって、チャックシリンダ３０のピストン３１がどのあたりに位置しているのかを判断することができる。

また、この旋盤の操作パネルには、図３に示すように、５つの近接スイッチ４４１〜４４５のそれぞれに対応して設けられた、１番〜５番の５つの発光ダイオード（ＬＥＤ）５１１〜５１５からなる表示部５１と、５つの近接スイッチ４４１〜４４５のいずれか一つを選択するための選択スイッチ５２とを備えたクランプ完了位置設定手段５０が設置されており、各近接スイッチ４４１〜４４５がドッグ４１を検出してＯＮすると、それに対応するＬＥＤ５１１〜５１５が点灯するようになっていると共に、選択スイッチ５２によって選択されたいずれか一の近接スイッチがドッグ４１を検出してＯＮすると、ワークの加工制限が解除され、ワークの加工を行うことができる状態に移行するようになっている。

以上のように構成された旋盤では、まず、加工しようとするワークをチャック２０の把持爪２１によって完全にクランプした状態で、クランプ完了位置設定手段５０の表示部５１における何番のＬＥＤまでが点灯しているのかを確認し、点灯しているＬＥＤのうち最も番号の大きいＬＥＤを選択スイッチ５２によって選択しておくと、それ以降は、チャック２０によってワークをクランプして加工する際、選択スイッチ５２によって選択されている番号のＬＥＤが点灯した時点、即ち、ワークのクランプ動作が完了した時点で、直ちにワークの加工が開始されることになる。

従って、この旋盤では、従来の工作機械のように、加工しようとするワーク毎に近接スイッチ等の設置位置を調整するといった面倒な調整作業を行う必要がなく、しかも、ワークの加工開始までに無駄な待ち時間が発生することもないので、使い勝手がよく、ワークの加工を効率よく行うことができる。

また、この旋盤では、ワークのクランプ完了状態を検出するストローク検出手段４４だけでなく、チャックシリンダ３０のピストン３１がワークを把持することができないストロークエンドに位置しているか否かを検出する入端検出用近接スイッチ４２及び出端検出用近接スイッチ４３を備えているので、チャックシリンダ３０のピストン３１がストロークエンドに位置していることが検出された場合は、ワークの加工を確実に制限することができるので、十分な安全性を確保することができる。

なお、上述した実施形態では、ストローク検出手段４４を、ドッグ４１の移動経路に沿って一定間隔毎に配設された５つの近接スイッチ４４１〜４４５によって構成しているが、これに限定されるものではなく、ドッグ４１の移動経路の全長にわたってドッグ４１の位置を連続的に検出することができる単一のセンサを採用することも可能である。

また、上述した実施形態では、チャックシリンダ３０のピストン３１がストロークエンド（入端や出端）に位置しているときに、ドッグ４１を検出することができないような位置に入端検出用近接スイッチ４２や出端検出用近接スイッチ４３を設置しているが、これに限定されるものではなく、チャックシリンダのピストンがストロークエンド（入端や出端）に位置していないときは、ドッグを検出することができないように、言い換えれば、チャックシリンダのピストンがストロークエンドに位置しているときだけ、ドッグを検出することができるように、入端検出用近接スイッチや出端検出用近接スイッチの設置位置やドッグの形状等を変更することも可能である。その場合は、入端検出用近接スイッチと出端検出用近接スイッチとの間にストローク検出手段が設置されることになる。

また、上述した実施形態では、ドッグ４１の検出手段として近接スイッチを使用しているが、これに限定されるものではなく、非接触タイプの種々のセンサを使用することも可能である。

また、上述した実施形態では、チャックシリンダ３０のピストン３１の位置を、ピストン３１に取り付けたドッグ４１を介して、直接検出するようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、ドローパイプにドッグを取り付けて、ドローパイプの位置を検出することにより、チャックシリンダ３０のピストン３１の位置を間接的に検出することも可能である。

また、上述した実施形態では、旋盤について説明したが、これに限定されるものではなく、本発明は、主軸にワークを把持するチャックが取り付けられる種々の工作機械に適用することができることはいうまでもない。

この発明にかかる工作機械の一実施形態である旋盤の主軸部分を示す断面図である。 同上の旋盤に搭載されているチャックシリンダのピストンの位置を検出する入端検出用近接スイッチ、出端検出用近接スイッチ及びストローク検出手段を構成している複数の近接スイッチの設置状態を示す拡大断面図である。 同上の旋盤の操作パネルに設置されているクランプ完了位置設定手段を示す正面図である。 従来の旋盤に採用されている、チャックがワークを完全にクランプしているか否かの検出方法を説明するための説明図である。 従来の他の旋盤に採用されている、チャックがワークを完全にクランプしているか否かの検出方法を説明するための説明図である。

符号の説明

１０ 主軸
１１ ドローパイプ
２０ チャック
２１ 把持爪
３０ チャックシリンダ
３１ ピストン
４０ ケーシング
４１ ドッグ（被検出体）
４２ 入端検出用近接スイッチ（クランプ側エンド検出手段）
４３ 出端検出用近接スイッチ（アンクランプ側エンド検出手段）
４４ ストローク検出手段
４４１〜４４５ 近接スイッチ
５０ クランプ完了位置設定手段
５１ 表示部
５１１〜５１５ 発光ダイオード
５２ 選択スイッチ

Claims (4)

1. 主軸端に取り付けられた、ワークをクランプするチャックと、前記チャックを開閉させるチャックシリンダとを備えた工作機械において、
   前記チャックシリンダにおけるストローク途中のピストンがどのあたりに位置しているのかを直接または間接的に検出するストローク検出手段を備えていることを特徴とする工作機械。
2. 前記ストローク検出手段は、前記ピストンと共に移動する被検出体の移動経路に沿って一定間隔毎に配設された、前記被検出体を検出可能な複数のセンサまたはスイッチによって構成されている請求項１に記載の工作機械。
3. 前記チャックによるワークのクランプが完了した時点で、前記ストローク検出手段によって検出されたピストンの位置を、ワークのクランプ完了位置として、予め設定しておくクランプ完了位置設定手段を備えている請求項１または２に記載の工作機械。
4. 前記チャックシリンダのピストンがクランプ側のストロークエンドに位置しているか否かを検出するクランプ側エンド検出手段と、
   前記チャックシリンダのピストンがアンクランプ側のストロークエンドに位置しているか否かを検出するアンクランプ側エンド検出手段と
   を備えている請求項１、２または３に記載の工作機械。

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