JP2008087083A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの加工効率を低下させることなく、加工使用前の工具の折損状態を検出できる工具折損検出装置を備えた工作機械を提供する。
【解決手段】複数の工具Ｔを格納するマガジン２と、マガジン２における交換位置Ｐ１に位置した工具Ｔと主軸側の工具Ｔとを交換する工具交換手段４と、工具Ｔの折損の有無を検出する工具折損検出装置５と、を備えた工作機械であり、工具折損検出装置５は、工具Ｔの先端に接触して検出信号を出力する検出子１１と、退避位置から各工具Ｔの先端の接触予定位置までの所定移動距離分、検出子１１を移動させる移動制御手段と、検出子１１が所定移動距離、移動したときの検出信号の有無により、工具先端の折損の無・有を判定する判定手段とを備え、検出子１１による検出をマガジン２内の工具Ｔに対して行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、工具折損検出装置を備えた工作機械に関するものである。

複数の工具を保持して格納するマガジンと、このマガジンと主軸との間に介在し、マガジンにおける交換位置に位置した工具と主軸側の工具とを交換する工具交換手段と、工具の折損の有無を検出する工具折損検出装置と、を備えた工作機械において、前記工具折損検出装置に関する従来例として特許文献１および特許文献２が挙げられる。これらの文献には、工具の折損状態をそれぞれタッチセンサ、光電センサで検出する技術が記載されている。
特開平１１−９０７８６号公報 特開２０００−３４３３１０号公報

ワークの加工効率の観点から、工具の折損の検出に関する動作は、ワークの加工に関する工具の動作時間に対してできるだけ影響を及ぼさないことが望ましい。この点で特許文献１の技術では、前記工具交換手段を構成する工具交換アーム上の工具をタッチセンサで検出しているため、この検出時間（タッチセンサの移動時間等）の分、ワークの加工効率が低下してしまうことになる。

これに対して特許文献２の技術では、非接触となる光電センサで工具の折損状態を検出するので、ワークの加工効率の低下を防ぐことができる。しかし、特許文献２の技術では、おおよその折損状態の有無を検出することはできるが、微細な工具先端の刃欠けまでを検出することは難しい。また、光電センサが、工具交換アームとマガジンとの間を移動する工具を検出するように配設されているため、検出する工具としては専ら加工使用後のもの（工具交換アーム側からマガジン側へ移動する工具）に限られ、加工使用前のもの（マガジン側から工具交換アーム側へ移動する工具）には適さないという問題がある。なぜなら、加工使用前の工具を検出して折損が確認された場合、再度、この工具をマガジン側へ戻す動作が必要となり、ワークの加工効率の低下を招き得るからである。なお、加工使用前の工具の折損状態を検出するメリットとしては、工具の装着時において作業者が見逃した折損状態をワークの加工前に予め検出できること等である。

本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであり、ワークの加工効率を低下させることなく、加工使用前の工具の折損状態を検出できる工具折損検出装置を備えた工作機械を提供することを目的としている。

本発明は、前記課題を解決するため、複数の工具を保持して格納するマガジンと、このマガジンと主軸との間に介在し、マガジンにおける交換位置に位置した工具と主軸側の工具とを交換する工具交換手段と、工具の折損の有無を検出する工具折損検出装置と、を備えた工作機械であって、前記工具折損検出装置は、工具の中心軸上を進退し、この工具の先端に接触して検出信号を出力する検出子と、各工具の正常な工具長に基づいて得た、退避位置から各工具の先端の接触予定位置までの所定移動距離だけ、前記検出子を移動させる移動制御手段と、前記検出子が前記所定移動距離だけ移動したときの前記検出信号の有無により、工具先端の折損の無・有を判定する判定手段と、を備え、前記検出子による検出を前記マガジンに格納された工具に対して行う構成としたことを特徴とする工作機械とした。

この工作機械によれば、（１）マガジン内で工具の折損を検出するため、主軸によるワークの加工時や工具の交換動作時において並行して折損の検出を行うことができ、ワークの加工効率の低下が防止される、（２）マガジン内で工具の折損を検出するため、加工使用前の工具を検出して折損が確認された場合であっても、マガジン内の動作だけで迅速に対応できる、（３）工具の長さの制約を受けることなく、工具先端の折損状態に対して無段階に対応でき、重要な刃先の欠けや折損を正確に検出できる、等の効果が奏される。

また本発明は、前記各工具の正常な工具長のデータを記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶したデータに基づいて前記所定移動距離を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とする工作機械とした。

この工作機械によれば、簡易なコンピュータプログラムで各工具の所定移動距離を容易に求めることができる。

また本発明は、前記判定手段において工具先端の折損が有りと判定されたとき、前記マガジンに格納された他の予備用工具を代用して、以降のワーク加工を行う構成としたことを特徴とする工作機械とした。

この工作機械によれば、ワークの加工効率の低下をより一層防止できる。

また本発明は、複数の工具を保持して格納するマガジンと、このマガジンと主軸との間に介在し、マガジンにおける交換位置に位置した工具と主軸側の工具とを交換する工具交換手段と、工具の折損の有無を検出する工具折損検出装置と、を備えた工作機械であって、前記工具折損検出装置は、工具の中心軸上を進退し、この工具の先端に接触して検出信号を出力する検出子と、工具の先端に接触するまでの前記検出子の移動距離に関して、前記検出信号に基づく検出時の移動距離と、予め記憶され、各工具の正常な工具長に基づいて得た、退避位置から各工具の先端の接触予定位置までの所定移動距離とを比較し、両者の一致・不一致により、工具先端の折損の無・有を判定する比較判定手段と、を備え、前記検出子による検出を前記マガジンに格納された工具に対して行う構成としたことを特徴とする工作機械とした。

この工作機械によれば、（１）マガジン内で工具の折損を検出するため、主軸によるワークの加工時や工具の交換動作時において並行して折損の検出を行うことができ、ワークの加工効率の低下が防止される、（２）マガジン内で工具の折損を検出するため、加工使用前の工具を検出して折損が確認された場合であっても、マガジン内の動作だけで迅速に対応できる、（３）工具の長さの制約を受けることなく、工具先端の折損状態に対して無段階に対応でき、重要な刃先の欠けや折損を正確に検出できる、等の効果が奏される。

本発明によれば、ワークの加工効率を低下させることなく、加工使用前の工具の折損状態を検出できる。

本発明に係る工作機械をマシニングセンタとした場合について説明する。図１はマシニングセンタの正面図、図２はマガジン、工具交換手段および工具折損検出装置の外観斜視図である。図１において、マシニングセンタ１は、複数の工具（ミル）Ｔを保持して格納するマガジン２と、このマガジン２と主軸３との間に介在し、マガジン２における交換位置Ｐ１に位置した工具Ｔと主軸３側の工具Ｔとを交換する工具交換手段４と、工具Ｔの折損の有無を検出する工具折損検出装置５と、を備える。

図１に示したマシニングセンタ１は、主軸３が横向きとなったタイプであり、工具交換手段４により工具Ｔを交換する際は、仮想線で示すように主軸３が交換位置Ｐ２まで上昇するように構成されている。

マガジン２は、マシニングセンタ１の上部に形成されており、図２に示すように、工具Ｔの基部を保持する工具ポッド６を複数備える。各工具ポッド６は、水平面に沿ってトラック状に設けた図示しない周回移動体（例えばエンドレスベルト等）に、工具Ｔの取り付け口を外側に向け、一定間隔で取り付けられている。これにより、各工具ポッド６に保持された工具Ｔは、工具先端を外側に向けた姿勢を保ちつつ、水平面上をトラック状の軌跡で移動する。このトラック状の軌跡において、一方の曲線軌跡の端部がマガジン２における交換位置Ｐ１となる。

工具交換手段４は、水平方向に沿った回転軸７回りに回転する交換アーム８を有する。交換アーム８は、その中心が回転軸７に取り付けられ、両端部には円弧切欠き状の工具保持部８ａが形成されている。

以上により、工具交換の際は、図１において、工具Ｔがそれぞれ交換位置Ｐ１、Ｐ２に位置し、交換アーム８が回転して工具保持部８ａが各工具Ｔに外嵌する。なお、交換位置Ｐ１の工具Ｔを位置決めさせるため、工具ポッド６には位置決め部材９があてがわれる。位置決め部材９はシリンダ１０により進退する。次いで回転軸７が前進して工具Ｔがそれぞれ工具ポッド６、主軸３から抜き取られ、交換アーム８が１８０度回転した後に回転軸７が後退することにより、使用後の工具Ｔが工具ポッド６に保持され、使用前の工具Ｔが主軸３に装着される。

次に、本発明の主な特徴部である工具折損検出装置５について説明する。図３は工具折損検出装置５の構成ブロック図、図４は工具折損検出装置５の外観説明図であり、図４（ａ）は図２におけるＡ矢視図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、図５は工具Ｔの先端の検出動作を示す作用説明図である。図３ないし図５において、工具折損検出装置５は、工具Ｔの中心軸上を進退し、この工具Ｔの先端に接触して検出信号Ｓ１を出力する検出子１１と、各工具Ｔの正常な工具長、つまり先端に折損のない状態の工具長に基づいて得た、退避位置Ｐ３から各工具Ｔの先端の接触予定位置Ｐ４までの所定移動距離Ｌだけ、検出子１１を移動させる移動制御手段３１と、検出子１１が所定移動距離Ｌだけ移動したときの検出信号Ｓ１の有無により、工具先端の折損の無・有を判定する判定手段３２とを備える。そして、検出子１１による検出はマガジン２に格納された工具Ｔに対して行われる。図２では、交換位置Ｐ１の隣に位置する工具ポッド６上の工具Ｔに対して検出する態様が示されている。

図２または図４を参照して、検出子１１の進退移動の構造について説明する。サーボモータ１５の回転軸はリニアアクチュエータ１６に連結している。リニアアクチュエータ１６としては、ボールねじ軸１６ａにスライドブロック１６ｂを螺合させた公知のものが適用でき、サーボモータ１５の駆動により、ボールねじ軸１６ａが所定角度回転し、スライドブロック１６ｂが所定量進退する。このスライドブロック１６ｂの下面に、取り付け台座１７および取り付けブラケット１８を介して、検出子１１を保持する検出子ホルダ１９が取り付けられている。以上により、サーボモータ１５の駆動によって検出子１１が工具Ｔの中心軸上を進退する。検出子１１を所定移動距離Ｌだけ移動させるに当たっては早送り移動させることができ、これにより迅速な工具Ｔの折損の検出が可能となる。

なお、検出子１１の移動をガイドするべく、固定側板２０には取り付け座２１を介してガイドバー２２が取り付けられており、取り付けブラケット１８に取り付けたリニアブッシュ２３をこのガイドバー２２に外嵌させている。符号２４、２５は検出子１１の移動を規制するべく、取り付け台座１７に当接するメカストッパである。

検出子１１としては、工具Ｔの先端に接触して検出信号Ｓ１（図３）を出力するものであれば特に限定されるものではないが、好適例として特許第３４３１８３７号公報に記載のものが挙げられる。

所定移動距離Ｌを求めるに当たり、図３に示すように、各工具Ｔの正常な工具長のデータを記憶する記憶手段３３と、この記憶手段３３に記憶したデータに基づいて所定移動距離Ｌを算出する算出手段３４とを備える構成とすれば、簡易なコンピュータプログラムで所定移動距離Ｌを求めることができる。工具Ｔごとの所定移動距離Ｌは、例えば検出子１１の全移動ストロークから各工具Ｔの工具長に関する寸法を差し引くことで得られる。記憶手段３３や算出手段３４、移動制御手段３１、判定手段３２はいずれも図示しない制御装置の一部として構成される。

図５（ａ）は検出子１１が退避位置Ｐ３に位置した状態を示しており、検出時には検出子１１が所定移動距離Ｌだけ前進して、接触予定位置Ｐ４に位置する。図５（ｂ）は、このときに検出子１１が工具Ｔの先端に接触した状態を示しており、図３の検出信号Ｓ１が出力されることで、工具先端に折損が無いものと判定される。一方、図５（ｃ）は、検出子１１が工具Ｔの先端に接触していない状態を示しており、図３の検出信号Ｓ１が出力されないことで、工具先端に折損が有るものと判定される。

以上のように、工具折損検出装置５として、工具Ｔの中心軸上を進退し、この工具Ｔの先端に接触して検出信号Ｓ１を出力する検出子１１と、各工具Ｔの正常な工具長に基づいて得た、退避位置Ｐ３から各工具Ｔの先端の接触予定位置Ｐ４までの所定移動距離Ｌだけ、検出子１１を移動させる移動制御手段３１と、検出子１１が所定移動距離Ｌだけ移動したときの検出信号Ｓ１の有無により、工具先端の折損の無・有を判定する判定手段３２とを備えるものとし、検出子１１による検出をマガジン２に格納された工具Ｔに対して行う構成とすれば、次のような効果が奏される。
（１）マガジン２内で工具Ｔの折損を検出するため、主軸３によるワークの加工時や工具Ｔの交換動作時において並行して折損の検出を行うことができる。したがって、ワークの加工効率の低下が防止される。
（２）マガジン２内で工具Ｔの折損を検出するため、加工使用前の工具Ｔを検出して折損が確認された場合であっても、マガジン２内の動作だけで迅速に対応できる。
（３）工具Ｔの長さの制約を受けることなく、工具先端の折損状態に対して無段階に対応できる。また、重要な刃先の欠けや折損を正確に検出できる。

また、（２）の効果をより向上させるものとして、判定手段３２において工具先端の折損が有りと判定されたとき、マガジン２に格納された他の予備用の工具Ｔを代用して、以降のワーク加工を行う構成とすれば、ワークの加工効率の低下をより一層防止できることとなる。

次に、工具折損検出装置５に関する他の実施形態について説明する。図６は工具折損検出装置５の他の実施形態に係る構成ブロック図である。この形態の工具折損検出装置５は、前記した移動制御手段３１と判定手段３２に代えて、工具Ｔの先端に接触するまでの検出子１１の移動距離に関して、検出信号Ｓ１に基づく検出時の移動距離と、予め記憶され、各工具Ｔの正常な工具長に基づいて得た、退避位置Ｐ３から各工具Ｔの先端の接触予定位置Ｐ４までの所定移動距離Ｌとを比較し、両者の一致・不一致により、工具先端の折損の無・有を判定する比較判定手段３５を備えている。

比較判定手段３５は、検出子１１からの検出信号Ｓ１を入力すると、この検出信号Ｓ１に基づいて、退避位置Ｐ３から工具Ｔの先端までに移動した検出子１１の実際の移動距離を求める。一方、記憶手段３６には、全ての工具Ｔについてそれぞれ前記した所定移動距離Ｌが記憶されている。比較判定手段３５は、この所定移動距離Ｌを入力し、検出信号Ｓ１に基づいて得た検出子１１の実際の移動距離と比較する。両者が一致すれば、工具先端に折損が無いものと判定される。両者が不一致の場合、つまり、検出信号Ｓ１に基づいて得た検出子１１の移動量の方が大きい場合には、工具先端に折損が有るものと判定される。

本実施形態によっても、前記した（１）〜（３）の効果が得られる。先の実施形態は、サーボモータ１５等を使用することにより検出子１１を正確に所定移動距離Ｌだけ移動させ得る場合に適し、本実施形態は、検出子１１の移動距離精度が若干劣る場合でも適用できる。

以上、本発明について好適な実施形態を説明した。本発明は、主軸３が鉛直方向に位置する、いわゆる縦型のマシニングセンタにも適用可能であることは勿論、トランスファーマシン等、マシニングセンタ以外の工作機械においても適用可能である。また、マガジン２内での折損の検出は、主軸３側から送られてきた加工使用後の工具Ｔについて行っても勿論良い。

本発明を適用したマシニングセンタの正面図である。 マガジン、工具交換手段および工具折損検出装置の外観斜視図である。 工具折損検出装置の構成ブロック図である。 工具折損検出装置の外観説明図であり、（ａ）は図２におけるＡ矢視図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 工具先端の検出動作を示す作用説明図である。 工具折損検出装置の他の実施形態に係る構成ブロック図である。

符号の説明

１ マシニングセンタ（工作機械）
２ マガジン
３ 主軸
４ 工具交換手段
５ 工具折損検出装置
６ 工具ポッド
１１ 検出子
３１ 移動制御手段
３２ 判定手段
３５ 比較判定手段
Ｔ 工具
Ｐ１ マガジンにおける交換位置
Ｐ３ 退避位置
Ｐ４ 接触予定位置

Claims (4)

1. 複数の工具を保持して格納するマガジンと、
   このマガジンと主軸との間に介在し、マガジンにおける交換位置に位置した工具と主軸側の工具とを交換する工具交換手段と、
   工具の折損の有無を検出する工具折損検出装置と、
   を備えた工作機械であって、
   前記工具折損検出装置は、
   工具の中心軸上を進退し、この工具の先端に接触して検出信号を出力する検出子と、
   各工具の正常な工具長に基づいて得た、退避位置から各工具の先端の接触予定位置までの所定移動距離だけ、前記検出子を移動させる移動制御手段と、
   前記検出子が前記所定移動距離だけ移動したときの前記検出信号の有無により、工具先端の折損の無・有を判定する判定手段と、
   を備え、前記検出子による検出を前記マガジンに格納された工具に対して行う構成としたことを特徴とする工作機械。
2. 前記各工具の正常な工具長のデータを記憶する記憶手段と、
   この記憶手段に記憶したデータに基づいて前記所定移動距離を算出する算出手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記判定手段において工具先端の折損が有りと判定されたとき、前記マガジンに格納された他の予備用工具を代用して、以降のワーク加工を行う構成としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の工作機械。
4. 複数の工具を保持して格納するマガジンと、
   このマガジンと主軸との間に介在し、マガジンにおける交換位置に位置した工具と主軸側の工具とを交換する工具交換手段と、
   工具の折損の有無を検出する工具折損検出装置と、
   を備えた工作機械であって、
   前記工具折損検出装置は、
   工具の中心軸上を進退し、この工具の先端に接触して検出信号を出力する検出子と、
   工具の先端に接触するまでの前記検出子の移動距離に関して、前記検出信号に基づく検出時の移動距離と、予め記憶され、各工具の正常な工具長に基づいて得た、退避位置から各工具の先端の接触予定位置までの所定移動距離とを比較し、両者の一致・不一致により、工具先端の折損の無・有を判定する比較判定手段と、
   を備え、前記検出子による検出を前記マガジンに格納された工具に対して行う構成としたことを特徴とする工作機械。

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