JP2006341349A - 工作機械、及び異物検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ワークを加工する時に用いる工具を交換する時に、工具と工具保持部との当接面に異物を挟み込んだ否かを正確に検出できる工作機械を提供すること。
【解決手段】
フランジ部１ｂが形成された工具１と、工具１と嵌合する工具保持孔１５が形成された工具保持部２と、を備え、工具保持部２に対して工具１の脱着による交換が可能な工作機械５０において、工具保持孔１５の開口部の周囲に、複数の圧力センサ２７を配置し、工具１を工具保持部２に装着した時に、工具１のフランジ部１ｂが工具保持部２の端面１３に与える圧力分布を、複数の圧力センサ２７により測定し、その測定結果に基づいて、工具１と工具保持部２との当接面に異物を挟み込んだか否かを検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、切削加工等に用いられる工作機械における、ワークを切削加工する工具とこの工具を保持する工具保持部との当接面に異物を挟み込んだ場合に、この異物の挟み込みを検出する機能を備えた工作機械、及び、その異物を挟み込んだことを検出する方法に関するものである。

ワークの加工に用いる工具を、工具保持部に対して脱着可能として工具を交換することが可能な工作機械が知られている。このような工作機械では、予め用意された多種類の工具の中から、必要な工具を選択し、ワークの加工を行っている。このとき、加工精度を良好に維持、あるいは、向上させるために、工具を工具保持部に対して正確に装着することが必要である。そのためには、工具を交換するときに、工具と工具保持部との当接面に異物を挟み込まないことが重要である。

ところが、ワークの加工に伴って発生した切削屑や切粉等の異物が、工具や工具保持部に付着し、工具を工具保持孔に装着するときに、工具と工具保持孔との当接面に異物を挟み込んでしまうことがある。工具と工具保持孔との当接面に異物を挟み込むと、工具を工具保持部に正確に装着することができないことがある。すると、ワークに対する工作機械の位置ずれに結びつくことがある。そこで、ワークに対する工作機械の位置ずれを解消するために、例えば、特許文献１によると、圧電素子に電圧を印加すると発生する伸縮現象を利用して、工作機械の位置調整を行う、工作機械の位置決め装置が開示されている。
特開平１０−８０８４０号公報

ところで、上述した、特許文献１で開示された工作機械において、圧電素子は、工作機械の位置調整を行うために配置されたものである。したがって、この圧電素子を用いて、工具と工具保持孔との当接面に挟み込んだ異物の検出を行うことはできない。また、工具と工具保持孔との当接面に異物を挟み込んだままの状態、すなわち、工具を工具保持部に正確に装着していない状態で工作機械の位置調整を行ったとしても、ワークに対する必要な加工精度が得られない可能性がある。

そこで、本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、切削加工等に用いられる工作機械における、工具とこの工具を保持する工具保持部との当接面に異物を挟み込んだか否かを検出できる機能を備えた工作機械、及び、異物検出方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る工作機械は、フランジ部が形成された工具と、工具と嵌合する工具保持孔が形成された工具保持部と、を備え、工具保持部に対して工具の脱着による交換が可能な工作機械において、工具保持孔の開口部の周囲に配置された複数の圧力センサを備え、工具を工具保持部に装着した時に、フランジ部が工具保持部の端面に与える圧力分布を、圧力センサにより測定することを特徴とする。

これにより、工具を工具保持孔に装着したとき、工具のフランジ部が工具保持部に与える圧力分布を測定できる。そして、この測定された圧力分布に基づいて、工具と工具保持部との当接面に異物を挟み込んだか否かを検出することができる。なお、圧力センサは、一般に市販されているものを使用することができるため、専用に設計する圧力センサに比べて安価、且つ、取り扱い容易に、異物を挟み込んだことを検出することができる。

請求項２に係る工作機械は、工具保持部は、無線通信が可能な通信装置を備え、圧力分布の測定結果は、通信装置が外部に設置された通信端末に通知することを特徴とする。これにより、圧力分布の測定結果を通信端末により確認した工作機械の操作者は、工具交換時における工具と工具保持部との当接面に異物の挟み込みが発生した場合に、その対応を行えばよい。したがって、操作者は、工具交換作業を常に監視している必要がなく、人件費等のコスト削減が可能となる。

請求項３に係る工作機械の異物検出方法は、フランジ部が形成された工具を、工具保持孔が形成された工具保持部に装着したときに、工具と工具保持部との当接面に異物を挟み込んだことを検出する異物検出方法であって、フランジ部が工具保持部の端面に与える圧力分布を、工具保持孔の開口部の周囲に配置した複数の圧力センサにより測定する工程を有し、圧力分布の測定結果に基づいて、工具と工具保持部との当接面に異物を挟み込んだことを検出することを特徴とする。この異物検出方法により、工具保持部の端面に配置した圧力センサによりフランジ部が工具保持部端面に与える圧力分布を測定する。そして、測定した圧力分布の状態に基づいて、工具と工具保持部との当接面に異物を挟み込んだこと検出することができる。

請求項４に係る工作機械の異物検出方法は、圧力分布の測定結果は、工具保持部に備えた無線通信が可能な通信装置が、外部に設置された通信端末に通知することを特徴とする。この異物検出方法により、圧力分布の測定結果を通信端末で確認した工作機械の操作者は、工具交換時における工具と工具保持部との当接面に異物の挟み込みが発生した場合に、その対応を行えばよい。したがって、操作者は、工具交換作業を常に監視している必要がなく、人件費等のコスト削減が可能となる。

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における工作機械５０について、図１を用いて説明する。工具１は、工具保持部２の工具保持孔１５に挿入される挿入部１６を有し、後述するプルスタッド４が挿入部１６の前端部１２に連係している。挿入部１６の後端部１４には、ワーク（図示せず）を加工するための刃具９が装着されている。そして、挿入部１６の後端部１４は、つば状に張り出したフランジ部１ｂが設けられている。

工具１の挿入部１６は、テーパー面１ａを有し、工具保持孔１５は挿入部１６のテーパー面１ａに対応する形状に形成されている。

工具１は、工具保持部２からの脱着が自在であり、交換が可能である。工具１の挿入部１６を、挿入前端部１２から工具保持孔１５に挿入して、工具保持部２に装着すると、工具１のテーパー面１ａと工具保持孔１５とが当接する第１の当接面において、工具１は工具保持孔１５で保持されている。このとき、フランジ部１ｂと工具保持部２の端面１３との間には、数ミリメートルの隙間が形成されるようになっている。つまり、工具１は、いわゆる、１面拘束により工具保持部２に保持されている。

ここで、工具１の挿入部１６を工具保持孔１５に挿入して、実際に工作機械５０が稼動するときには、引張手段１０（例えば、油圧式シリンダ）により、工具１の挿入前端部１２に連係したプルスタッド４を介して、工具１を工具保持孔１５に引っ張り込む方向に、数百キログラム以上の引張圧力を加えて固定している。したがって、工具１は工具保持部２に対して強固に保持されているので、工作機械５０の稼動時（高速回転時）に、工具１が工具保持孔１５内でがたつくことを低減している。なお、工作機械５０は、工具保持部２に保持された工具１を回転させるためのモータ等を含む駆動機構（図示せず）を備えている。

ところで、工具１を挿入前端部１２より工具保持孔１５に挿入し、引張圧力により固定するときに、工具１のテーパー面１ａと工具保持孔１５との当接面に、ワークの加工に伴って発生した切削屑や切粉等の異物３０を挟み込んでしまうことがある。異物３０を挟み込んだまま、工具１に対して、上述したような引張圧力を加えると、工具１の挿入部１６が工具保持孔１５に正確に挿入されていない状態で、工具１を工具保持部２に対して固定することになる。そして、このような状態で工作機械５０を稼動させると、工具１と工具１を保持する工具保持部２は、本来の回転軸３から振れて回転してしまうことがあり、その結果、ワークの加工精度に影響を及ぼすことになる。

また、上述したように、工具１を工具保持孔１５に装着する時には、工具１に対して、引張手段１０により、工具１の挿入前端部１２に連係したプルスタッド４を介して、挿入前端部１２を工具保持孔１５に引っ張り込む方向に、数百キログラム以上の引張圧力を加えている。このため、工具１のテーパー面１ａと工具保持孔１５との当接面に異物３０を挟み込んでいると、工具１のテーパー面１ａにキズが発生したり、工具１に歪みが発生したりするおそれがある。すると、工具１の形状バランスや重量バランスが崩れ、工作機械５０の稼動時に、工具１と工具１を保持する工具保持部２は、本来の回転軸３から振れて回転してしまうことがあり、その結果、ワークの加工精度に影響を及ぼすことになる。

そこで、本実施形態における工作機械５０は、工具保持孔１５の開口部の周囲に、工具１のフランジ部１ｂと工具保持部２の端面１３との間の隙間の埋める程度の厚さを有する複数の圧力センサ２７（例えば、圧電素子）を配置し、工具１の挿入部１６を工具保持孔１５に挿入したときに、工具１のフランジ部１ｂが工具保持部２の端面１３にかける圧力を、複数の圧力センサ２７がそれぞれ測定する。すると、圧力センサ２７が測定したそれぞれの測定結果に基づいて、工具１のフランジ部１ｂが工具保持部２の端面１３にかける圧力分布が得られる。そして、この圧力分布に基づいて、工具１のテーパー面１ａと工具保持孔１５との当接面に異物３０を挟み込んだか否かを検出する。

工具１のテーパー面１ａと工具保持孔１５との当接面に異物３０を挟み込んでいない場合、複数の圧力センサ２７のそれぞれが測定する圧力はほぼ一定となり、工具１のフランジ部１ｂが工具保持部２の端面１３にかける圧力分布がほぼ均一となる。これは、工具１の挿入部１６が工具保持孔１５に正確に挿入され、工具１は所定の位置で正確に工具保持部２に装着され、固定されるためである。

これに対して、工具１のテーパー面１ａと工具保持孔１５との当接面に異物３０を挟み込んでいる場合、複数の圧力センサ２７のそれぞれが測定する圧力は一定とはならず、工具１のフランジ部１ｂが工具保持部２の端面１３にかける圧力分布が不均一となる。これは、異物３０が障害となり、工具１の挿入部１６は工具保持孔１５に正確に挿入されないので、工具１は工具保持部１５に所定の位置で正確に装着することができないためである。

複数の圧力センサ２７により測定された圧力に基づく圧力分布は、工具保持部２に設置された無線通信が可能な通信装置５によって、外部に設置された通信端末に通知される。ここで、外部に設置された通信端末としては、工作機械５０の操作者が保有する携帯端末や工作機械を制御する制御装置等である。通知する方法としては、工作機械５０の操作者が認知可能な形式、例えば、携帯端末の振動や制御装置に付随する画面表示の変更、警告灯の点滅、音声等である。

このようにして、通信装置５によって、圧力分布がほぼ均一であるという結果が、上述した形式で通知された場合、作業者は、工作機械５０に対して特別な作業を行う必要がない。一方、通信装置５によって、圧力分布が不均一であるという結果が、上述した形式で通知された場合、作業者が手動、又は自動で、工具１を工具保持部２から取り外し、工具１のテーパー面１ａや工具保持孔１５を洗浄し、挟み込んだ異物を除去した後に、再度、工具１を工具保持部２へ装着する。

ところで、圧力センサ２７は、その数を多くするほど、より正確に異物３０を検出することができる。これは、圧力センサ２７の数を増やすことで、工具保持部２の端面１３にかかる圧力を測定できる箇所が増え、より綿密な圧力分布を得ることができるためである。図１には、工具保持孔１５の開口部の周囲に一重に圧力センサ２７を配置した例を示したが、これに限らず、工具保持孔１５の開口部の周囲に二重となるように圧力センサ２７を配置すれば、より正確に異物３０を検出することができる。

以上、説明したように、本実施形態における工作機械５０によれば、工作機械５０の稼動前に異物３０を挟み込んだか否かを検出することができる。このため、異物３０を挟み込んだままの状態で工作機械５０を稼動させることを避けることができる。したがって、挟み込んだ異物を原因とするワークの加工精度の低下を避けることができ、このことは、製造コストの削減につながる。さらに、作業者は工作機械５０における工具１の交換作業を常に監視している必要がなく、人件費等の削減も可能となる。

（その他の実施形態）
第１の実施形態の工作機械５０においては、工具１のテーパー面１ａと工具保持孔１５とが当接することで、工具１は工具保持部２に固定される一面拘束型の工具１を用いている。しかしながら、さらに、工具１のフランジ部１ｂと工具保持部２の端面１３とが当接することで、工具１が工具保持部２に固定される、２面拘束型の工具に対しても、本発明は有効である。

例えば、工具１のフランジ部１ｂと工具保持部２の端面１３との当接面に異物を挟み込んだとしても、第１の実施形態と同様に、工具１のフランジ部１ｂと工具保持部２の端面１３との間に複数の圧力センサ２７（例えば、圧電素子）を配置し、工具１の挿入部１６を工具保持孔１５に挿入したときに、工具１のフランジ部１ｂが工具保持部２の端面１３にかける圧力の分布を、圧力センサ２７により測定する。そして、その測定結果に基づいて、工具１のフランジ部１ｂと工具保持部２の端面１３との当接面に異物を挟み込んだか否かを検出することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、数々の変形実施が可能である。また、本発明のうち従属請求項に係る発明においては、従属先の請求項の構成要件の一部を省略する構成とすることもできる。

本発明の第１の実施形態に係る工作機械の断面図

符号の説明

１…工具、１ａ…テーパー面、１ｂ…フランジ部、２…工具保持部、３…回転軸、４…プルスタッド、５…通信装置、９…刃具、１０…引張手段、１２…挿入前端部、１３…工具保持部端面、１４…挿入後端部、１５…工具保持穴、２７…圧力センサ、３０…異物、５０…工作機械

Claims (4)

1. フランジ部が形成された工具と、
   前記工具と嵌合する工具保持孔が形成された工具保持部と、を備え、
   前記工具保持部に対して前記工具の脱着による交換が可能な工作機械において、
   前記工具保持孔の開口部の周囲に配置された複数の圧力センサを備え、
   前記工具を前記工具保持部に装着した時に、前記フランジ部が前記工具保持部の端面に与える圧力分布を、前記圧力センサにより測定することを特徴とする工作機械。
2. 前記工具保持部は、無線通信が可能な通信装置を備え、
   前記圧力分布の測定結果は、前記通信装置が外部に設置された通信端末に通知することを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. フランジ部が形成された工具を、工具保持孔が形成された工具保持部に装着した時に、前記工具と前記工具保持部との当接面に異物を挟み込んだことを検出する異物検出方法であって、
   前記フランジ部が前記工具保持部の端面に与える圧力分布を、前記工具保持孔の開口部の周囲に配置した複数の圧力センサにより測定する工程を有し、
   前記圧力分布の測定結果に基づいて、前記工具と前記工具保持部との当接面に異物を挟み込んだことを検出することを特徴とする異物検出方法。
4. 前記圧力分布の測定結果は、前記工具保持部に備えた無線通信が可能な通信装置が、外部に設置された通信端末に通知することを特徴とする請求項３に記載の異物検出方法。

Images