JP2007500084A - 自動工具交換装置におけるドローバー位置検出器 - Google Patents

Abstract

ここに開示したのは、主軸ユニットに取り付けられるドローバーユニットの位置検出器である。該検出器は、工作機械の主軸ユニットにおいて工具を交換するための自動工具交換装置の一部である。該検出器は、ドローバー位置検出後に信号をメインコントローラに送信し、該メインコントローラが該ドローバーユニットによってクランプされた工具の状態を確認することを特徴とする。該ドローバーユニットは、自動工具交換装置を形成する該主軸ユニットに取り付けられ、その前部で該工具をクランプする。コアは該ドローバーユニットの後周縁部分に取り付けられ、円筒形状のコイル部分は、該コアの外周部分の周囲に巻きつけられる。ＬＣ発信回路は、該ＬＣ発信回路に該コイル部分がその一部としてが含まれるように設けられる。該ＬＣ発信回路の発信周波数は、磁気材料でできている該コアの位置に応じて変わり、したがって該検出器は、該ＬＣ発信回路の発信周波数に基づいて該ドローバーユニットの位置を検出する。位置検出部分は、該ドローバーユニットの現在位置情報をメインコントローラに送信し、したがって該メインコントローラは該ドローバーユニットの現在位置を検出する。

Description

本発明は、自動工具交換装置を有する主軸ユニットに関するものであって、より具体的には、メインコントローラがドローバーによってクランプされる工具の状態を点検確認することができるような方法で、ドローバー位置検出後に検出器が該メインコントローラに信号を送信することを特徴とする、主軸ユニットに取り付けられたドローバーの位置検出器に関するものである。

一般に、自動工具交換装置は、使用済みの工具を待機位置にある新工具と自動交換するために、マシニングセンタまたは自動フライス盤に用いられる。かかる自動工具交換装置には、交換作業を迅速かつ正確に行うことができるように、グリッパ形状を有する交換アームが含まれる。

該マシニングセンタは、各種機械工作作業を自動的に行う能力のある、一種のＮＣ（数値制御）工作機械である。該マシニングセンタは自動工具交換機能を持ち、工作物の少なくとも２面を自動的に切断加工、穴あけ加工または中ぐり加工する能力がある。かかる各種機械工作作業を短時間で行うため、該マシニングセンタにより工具が自動的に交換される必要がある。以下、かかるマシニングセンタに設けられた従来の自動工具交換装置のクランプ及びアンクランプ操作を図１を参照して説明する。

クランプ操作の場合、工具９はスピンドルシャフト６のテーパー面に沿ってスピンドルシャフト６にセットされ、コレット１０も該工具９に挿入される。次いで、圧搾空気が圧搾空気吸入孔２に供給され、その結果、ピストン３及び該ピストン３に連結されたプッシュロッド６は上方に移動する。該プッシュロッド５が上方に移動するにつれて、該スピンドルシャフト６と該ドローバーユニット７との間に設けられたディスクスプリング１２の弾性バイアス力のため、該スピンドルシャフト６に取り付けられたドローバーユニット７も、やはり上方に移動する。

従って、該ドローバーユニット７の末端部分に形成された拡大部８は、該コレット１０にセットされ、その結果、該コレット１０が拡大される。したがって、該コレット１０は該工具９及び該スピンドルシャフト６を確実にグリップし、それによって該工具９がクランプされる。

アンクランプ操作の場合、圧搾空気は圧搾空気吸入孔１に供給され、該ピストン３も、圧搾空気のため下方に移動される。該ピストン３が下方に移動するにつれて、該ピストン３に連結された該プッシュロッド５も、ハウジング４の案内面に沿ってやはり下方に移動される。

該プッシュロッド５下方に移動すると、該プッシュロッド５の末端部分は、主軸ユニット６に取り付けられた該ドローバーユニット７を下向きに押し、該ドローバーユニット７もやはり下方に移動される。

該ドローバーユニット７が下方に移動するにつれて、拡大されている該コレット１０は、その初期形状を回復し、該ドローバーユニット７の末端部分は該工具９を押し、それによって該工具９がアンクランプされる。

最近では、高周波数主軸ユニットまたはベルト駆動主軸ユニットを含めた自動工具交換器が工作機械の主軸に取り付けられる際、テーパーシャンクを含めた工具または工具ホルダを強く引き付けるために、ドローバーユニットがスピンドルシャフトに設けられ、その結果、該工具または該工具ホルダは、該スピンドルシャフトの前縁に確実に固定される。この時点で、該ドローバーは、該工具を引き付け、かつ固定するために、１０ｍｍの範囲内で該スピンドルシャフトの軸方向に移動する。つまり、該ドローバーユニットは、該工具の状態によるが、該スピンドルシャフトの軸方向で１０ｍｍの範囲内であれば、前位置、中央位置及び後位置などの３つ異なる位置に配置することができる。

該前位置では、該工具は、該ドローバーユニットから解放される。該工具は遊離状態にあるので、該工具は、ユーザの必要に応じて、該スピンドルシャフトに挿入したり、該スピンドルシャフトから分離することができる。該中央位置では、該ドローバーユニットは該工具を確実に引き付け、かつ該工具を該スピンドルシャフトに固定する。該後位置では、該工具は該スピンドルシャフトから分離され、該ドローバーユニットは、工具を保持することなしに、その初期位置に復帰する。

該メインコントローラが、該工具交換状態を点検することによって次の操作を準備することを可能にするため、そして機械工作作業確実かつ安全に行うためには、該ドローバーユニットの３つの異なる位置に関する情報がメインコントローラに送信される必要がある。近接スイッチが、該ドローバーユニットの３つの異なる位置に関する情報を得るための検査装置として広く用いられている。１つの近接スイッチが検出できるのは１つの位置のみであるので、該ドローバーユニットの３つの異なる位置に関する情報を得るために、３つの近接スイッチが該主軸ユニットに取り付けられる。

しかしながら、一般市場で入手可能な近接スイッチのサイズは大きすぎるため、該近接スイッチを該主軸ユニットの内部に取り付けることができない。しかも、該ドローバーユニットの３つの異なる位置に対応する３つの近接スイッチを１０ｍｍの範囲内に取り付けることは困難である。たとえ３つの近接スイッチが該主軸ユニットに取り付けられたとしても、可変位置固定する装置を用いることによって、それら３つの近接スイッチが正確に取り付けるために、それら３つの近接スイッチのそれぞれの位置を調整することが必要とされる。また、３本のケーブル線が、電力供給と３つの近接スイッチに対する信号伝送のために必要となるので、ケーブル線の取り扱い作業も加えて必要である。

よって、本発明は前述の問題に鑑みてなされたものであり、該ドローバーユニットの位置を検出することによって、該ドローバーユニットの位置情報をメインコントローラに送信するように主軸ユニットに取り付けられるドローバーユニット位置検出器を提供することが本発明の目的である。

上記目的を達成するために、該ドローバーユニット及び該ドローバーユニットが工具を容易にクランプすることを可能にするためのドローバーユニットを受ける主軸ユニット、下記を具備する該ドローバーユニット用の位置検出装置を含めた自動工具交換装置のドローバーユニット位置検出器が提供される。該ドローバーユニットの後周縁部分に取り付けられるコアと、該コアの外周部分の周囲に巻きつけられ、所定の厚さと所定の長さの中空円筒形状を有するコイル部分と、該コイル部分のインダクタンス値に応じて変わる周波数信号を発生させるための該コイル部分に連結されるＬＣ発信器と、該ＬＣ発信器から発生される周波数信号に基づいて該ドローバーユニットの位置を検出することによって、該ドローバーユニットの位置情報をメインコントローラに送信するように、該ＬＣ発信器に連結される位置検出部分。

本発明の好適な実施形態によれば、該位置検出部分には、所定時間ごとの１サイクルごとに該ＬＣ発信器から発生される周波数信号を繰り返しカウントするカウンタ、該ドローバーユニットの３つの異なる位置に対応する所定の単位時間あたりの周波数信号の第１カウント値を格納するためのメモリ部分、及び該メモリ部分に格納された第１カウント値を、現在該カウンタから送信され、それによって該ドローバーユニットの現在位置を検出する所定の単位時間あたりの発信信号の第２カウント値と比較するマイクロコンピュータが含まれる。

本発明の好適な実施形態によれば、自動工具交換装置を形成する該主軸ユニットに取り付けられた該ドローバーユニットは、その前部で該工具をクランプする。エクステンションロッドは、該ドローバーユニットの後部分に形成される。該エクステンションロッドは、その外周部分周囲に磁気コアを安定的に装着するために設けられる。該ドローバーユニットの外径サイズが該磁気コアの装着に好適な場合には、該エクステンションロッドを設ける必要はない。

該磁気コアは該エクステンションロッドの外周部分周囲に取り付けられ、該円筒状コイル部分は、該コアの外周部分周囲に位置決めされる。該コイル部分は、該ＬＣ発信器の一部として該ＬＣ発信器に連結される。該ＬＣ発信器から発生される可変周波数信号は該位置検出部分に送信され、その結果、該位置検出部分により該ドローバーユニットの現在位置が検出される。該位置検出部分により、該ドローバーユニットの位置情報がメインコントローラに送信され、その信号によって該メインコントローラは該自動工具交換装置の動作を正確に制御することができる。

本発明の前述及び他の目的、特徴及び利点は、下記の添付図面を参照すると、以下の詳細説明からより明らかになるであろう。

これから本発明の好適な実施形態を詳細に参照する。

本発明の以下の説明では、本明細書の一部とした公知の機能及び形態の詳細な説明は、本発明の主題をむしろ不明確にする恐れがある場合は省略するものとする。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照して説明する。

図１は、従来の自動工具交換装置の構造を示す略図であり、図２は、本発明の第１実施形態に係る自動工具交換装置のドローバーユニットの構造を示す図であって、「Ａ」はドローバーユニットのクランプ工具を表し、「Ｂ」は該ドローバーユニットからクランプを解除された工具を有するドローバーユニットを表し、及び「Ｃ」は工具を保持することなしにクランプされたドローバーユニットを表す。しかも、図３は、ドローバーユニットの後部分に取り付けられた位置検出装置を示す略図である。

図２及び図３を参照すると、工具は、自動工具交換装置の一部であるドローバーユニット５０の前でクランプされる。エクステンションロッド５２は、該ドローバーユニット５０の後部分に形成され、そこから延出する。高透磁率の磁気部材でできているコア５４は、該エクステンションロッド５２の外周面で整合される。したがって、該エクステンションロッド５２及び該コア５４は、一体的に上下に移動されるように、該ドローバーユニット５０と一体的に形成される。

コイル部分５６は、該コア５４周囲に整合される。該コイル部分５６は中空円筒形状を持ち、該コイル部分５６のインダクタンス値は該コア５４の位置に応じて変わる。ＬＣ発信器５８は、該コイル部分５６のインダクタンス値に応じて変わる周波数信号を発生するように、該コイル部分５６に連結される。該ＬＣ発信器５８を位置検出部分６０に連結される。

該位置検出部分６０にはカウンタ６４を備え、該ＬＣ発信器から発生される周波数信号５８をカウントさせる。該位置検出部分６０には、該ドローバーユニット５０が３つの異なる位置、つまり、該ドローバーユニット５０のクランプ位置、アンクランプ位置及び工具を解除する位置に配置されるときに、該ＬＣ発信器５８から発生される周波数信号のカウント値を格納するためのメモリ部分６８が含まれる。

メモリ部分６８及びカウンタ６４は双方ともマイクロコンピュータ６６に連結される。該マイクロコンピュータ６６により、該メモリ部分６８に格納されたカウント値を該カウンタ６４の現在周波数カウント値と比較され、それによって該ドローバーユニット５０の現在位置が検出される。メインコントローラ７０は該マイクロコンピュータ６６に連結され、したがって該マイクロコンピュータ６６は該ドローバーユニット５０の位置情報を該メインコントローラ７０に送信する。該ドローバーユニット５０の位置情報を受信すると、該メインコントローラ７０は、該ドローバーユニット５０の位置に応じて自動工具交換装置の動作を制御する。

以下、本発明の好適な実施形態に係る該ドローバーユニット５０のための位置検出操作を説明する。

先ず、該ドローバーユニット５０が該工具をクランプすると、該ドローバーユニット５０は上方に移動し、該コア５４は該コイル部分５６にさらに導入され、その結果、図２の「Ａ」に示すように、該コア５４は該コイル部分５６内にほとんど収容される。これに対し、該ドローバーユニット５０が該工具のクランプを解除すると、該ドローバーユニット５０は下方に移動し、図２の「Ｂ」に示すように、該コア５４は該コイル部分５６からわずかに撤退される。しかも、該工具が完全に該ドローバーユニット５０から解放されるときに該ドローバーユニット５０がクランプされる場合、該ドローバーユニット５０は最大限に上方移動し、その結果、該コア５４は該コイル部分５６に完全に収容される。

従って、前述のように、該コイル部分５６に対する該コア５４の位置は、該クランプユニット５０の３つの位置、つまり、該工具が該ドローバーユニット５０によってクランプされるときの位置、該工具が該ドローバーユニット５０からクランプを解除されたときの位置、及び該工具が該ドローバーユニット５０ａから完全に解放されるときの位置に応じて変わり得る。

該コイル部分５６に連結された該ＬＣ発信器５８から発生される発信周波数の値は、該コイル部分５６に対する該コアの位置に応じて変わり得る。該ＬＣ発信器５８から発生される発信周波数信号は、該位置検出部分６０のカウンタ６４に適用される。

従って、該カウンタ６４は該周波数信号をカウントし、該カウント値を該マイクロコンピュータ６６に送信する。該マイクロコンピュータ６６は、該カウンタ６４から送信されるカウント値を該メモリ部分６８に格納されたカウント値と比較し、それによって該工具が該ドローバーユニット５０によってクランプされているか、または該ドローバーユニット５０からクランプ解除されているかどうか、または該工具が該ドローバーユニット５０から完全に解放されることが確認される。しかも、該マイクロコンピュータ６６は、上記確認に基づいて、対応する信号を該メインコントローラ７０に送信する。

該メインコントローラ７０は、該位置検出部分６０のマイクロコンピュータ６６から送信される信号に従って該自動工具交換装置の動作を制御する。

本発明の第２及び第３実施形態によれば、図４に示すように、本発明の位置検出部分６０には、上記のマイクロコンピュータ６６、メモリ部分６８及びカウンタ６４に加えて、周波数信号を電圧信号に変換するためのＦ/Ｖコンバータ７２が含まれる。この場合、該ＬＣ発信器５８から発生される発信信号は、該Ｆ/Ｖコンバータ７２によって電圧信号に変換され、該ドローバーユニット５０の位置は該電圧信号に基づいて検出される。

たとえば、該マイクロコンピュータ６６は、Ａ/Ｄコンバータ７３を介して該電圧信号を読み込み、それによって該ドローバーユニット５０の位置を検出する。そうしないと、電圧比較器７４は、該電圧信号をお互いに比較し、それによって該ドローバーユニット５０の位置を検出する。

該Ａ/Ｄコンバータ７３が使用される場合、該ドローバーユニット５０が所定位置にあるときに生成される周波数信号は、該Ｆ/Ｖコンバータ７２によって電圧信号に変換され、該マイクロコンピュータ６６は、該Ａ/Ｄコンバータ７３を介して該電圧信号を該メモリ部分６８に格納する。該ドローバーユニット５０が作動すると、該マイクロコンピュータ６６は、該メモリ部分６８に格納された該電圧値を該ドローバーユニットの現在位置５０に対応する電圧値と比較し、それによって該ドローバーユニット５０の位置を検出する。

該マイクロコンピュータ６６が該Ａ/Ｄコンバータ７３を介して該電圧信号を読み込み、該ドローバーユニット５０の位置を検出する本発明の第２実施形態を実現するために、該位置検出部分には、該周波数信号を該電圧信号に変換するためのＦ/Ｖコンバータ７２、該電圧信号のアナログ値をデジタル値にを変換するためのＡ/Ｄコンバータ７３、該ドローバーユニット５０の３つの位置に対応する電圧値を格納するためのメモリ部分６８、及び該Ｆ/Ｖコンバータ７２を介して、該メモリ部分６８に格納された該電圧値をそれに対して適用される電圧値と比較することによって該ドローバーユニット５０の現在位置を検出するためのマイクロコンピュータ６６を含むことができる。

該電圧比較器７４が使用される場合、所定の電圧信号は、可変レジスタ７５を用いて該所定電圧信号を分割することによって設定されるが、その理由は、該所定電圧信号を、該ドローバーユニット５０が所定位置にあるときに生成された電圧信号と比較するためである。次いで、該ドローバーユニット５０が作動すると、該所定電圧信号は、該ドローバーユニットの現在位置５０に対応して生成された電圧値と比較され、それによって該ドローバーユニット５０の位置が検出される。この実施形態によれば、該マイクロコンピュータまたは該メモリ部分を管理するためのソフトウェアに必要とされるコストを低減することができる。

電圧信号が該電圧比較器７４によって互いに比較され、該ドローバーユニット５０の位置を検出する本発明の第３実施形態を実現するために、該位置検出部分には、該周波数信号を該電圧信号に変換するためのＦ/Ｖコンバータ７２、該ドローバーユニット５０が所定位置にあるときに該電圧信号を生成された電圧値と比較するためにいくつかの電圧信号を設定するための少なくとも２つの可変レジスタ７５、該可変レジスタ７５の電圧値を該Ｆ/Ｖコンバータ７２から適用される現在電圧値と比較するための電圧比較器７４、及び上記の比較結果に基づいて、該ドローバーユニット５０の位置を検出するための弁別器７６を含むことができる。

前述から分かるように、本発明によれば、該中空コイル部分は、該ドローバーユニットの後部分に設けられ、そして該ドローバーユニットと一体的に形成された該エクステンションロッドは、該エクステンションロッドが該ドローバーユニットと共に上下に移動するような方法で該中空コイル部分に収容される。しかも、該磁気コアは、該エクステンションロッドの外部分に装着され、その結果、該磁気コアもまた、該ドローバーユニットと共に上下に移動される。従って、該コイル部分のインダクタンス値は該磁気コアに応じて変わり、したがって該ＬＣ発信器から発生される発信周波数もまた変化される。本発明は、該ＬＣ発信器の発信周波数の変動を用いることによって該ドローバーユニットの位置情報を得る。

本発明は、現時点で最も実用的かつ好適な実施形態を参照して説明を行ったが、当然のことながら、本発明は開示した実施形態及び図面に限定されるものではなく、むしろ、種々の修正形態及び変形形態を添付の請求項の趣旨及び範囲内に含めることを意図するものである。

従来の自動工具交換装置の構造を示す略図。 本発明の第１実施形態に係る自動工具交換装置のドローバーユニットの構造を示す図であって、「Ａ」はドローバーユニットのクランプ工具を表し、「Ｂ」は該ドローバーユニットからクランプを解除された工具を有するドローバーユニットを表し、及び「Ｃ」は工具を保持することなしにクランプされたドローバーユニットを表す。 本発明の第１実施形態に係るドローバーユニットの後部分に取り付けられた位置検出装置を示す略図。 本発明の第２及び第３実施形態に係るドローバーユニットの後部分に取り付けられた位置検出装置を示す図。

Claims (5)

1. 工具をクランプするための自動工具交換装置のドローバーユニット位置検出器であって、該自動工具交換装置には、該ドローバーユニット及び該ドローバーユニットが工具を容易にクランプすることを可能にするための該ドローバーユニットを受ける主軸ユニット、及び該ドローバーユニット用の位置検出装置が含まれ、該ドローバーユニットは下記を具備することを特徴とする自動工具交換装置のドローバーユニット位置検出器。該ドローバーユニットの後周縁部分に取り付けられるコアと、該コアの外周部分の周囲に巻きつけられ、所定の厚さと所定の長さの中空円筒形状を有するコイル部分と、該コイル部分のインダクタンス値に応じて変わる周波数信号を発生させるための該コイル部分に連結されるＬＣ発信器と、該ＬＣ発信器から発生される周波数信号に基づいて該ドローバーユニットの位置を検出することによって、該ドローバーユニットの位置情報をメインコントローラに送信するように、該ＬＣ発信器に連結される位置検出部分。
2. エクステンションロッドが該ドローバーユニットの後部分と一体的に形成され、磁気材料でできている該コアが該エクステンションロッドの外周部分周囲に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 位置検出部分に、所定時間ごとの１サイクルごとに、該ＬＣ発信器から発生される周波数信号を繰り返しカウントするカウンタ、該ドローバーユニットの３つの異なる位置に対応する所定の単位時間あたりの周波数信号の第１カウント値を格納するためのメモリ部分、及び該メモリ部分に格納された第１カウント値を、現在該カウンタから送信され、それによって該ドローバーユニットの現在位置を検出する所定の単位時間あたりの発信信号の第２カウント値と比較するマイクロコンピュータが含まれることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
4. 位置検出部分に、周波数信号を電圧信号に変換するためのＦ/Ｖコンバータ、該電圧信号のアナログ値をデジタル値に変換するためのＡ/Ｄコンバータ、該ドローバーユニットの３つの位置に対応する第１電圧値を格納するためのメモリ部分、及び該メモリ部分に格納した第１電圧値をそれに対して該Ｆ/Ｖコンバータを介して適用される第２電圧値と比較することによって該ドローバーユニットの現在位置を検出するためのマイクロコンピュータが含まれることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
5. 該位置検出部分に、該周波数信号を該電圧信号に変換するためのＦ/Ｖコンバータ、該ドローバーユニットが所定位置にあるときに該電圧信号を生成された電圧値と比較するためにいくつかの電圧信号を設定するための少なくとも２つの可変レジスタ、該可変レジスタの電圧値を該Ｆ/Ｖコンバータから適用される現在電圧値と比較するための電圧比較器、及び該比較結果に基づいて、該ドローバーユニットの位置を検出するための弁別器を含むことができることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置

Images