JP2012125901A - 工具セッター及び工具の刃先位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】刃物台に工具が設置された状態で工具の刃先を主軸の軸線と直交する工具切り込み方向の軸線との交点である基準点に高精度に位置合わせすることが可能な工具セッター及び工具の刃先位置合わせ方法を提供する。
【解決手段】主軸台移動型自動旋盤の主軸１４に設けられたコレットチャック１６に撮像カメラ３０をホルダー３２を介して着脱可能に把持し、この撮像カメラ３０で切削工具２２の刃先２２ａをガイドブッシュ１８のガイド孔１８０２を通して撮像し、撮像された切削工具２２の刃先画像をモニタ３８に拡大表示するとともに、Ｘ−Ｙ座標をモニタ３８に表示し、このモニタ３８の表示画面を見ながら、切削工具２２の刃先２２ａをＸ−Ｙ座標５０の基準点Ｐに位置合わせするように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、各種の切削工具を用いてワークを加工する主軸台移動型の自動旋盤や主軸固定型の自動旋盤などの工作機に適用できる工具セッター及びこれを用いた工具の刃先位置合わせ方法に関する。

例えば、時計用部品や光学機器用部品、計測器用部品などの小径ものなどを精密に加工する自動旋盤として、主軸台移動型自動旋盤（スイス形自動旋盤ともいう）が知られている。
この種の自動旋盤は、棒状のワークをコレットチャックで把持して回転する主軸と、主軸を回転可能に支承する主軸台と、ワークを切削加工する複数の工具を有する刃物台と、主軸台を主軸の軸線方向に移動させる駆動装置と、刃物台に設けられコレットチャックの先端から押出されたワークを工具と対向する加工位置の近傍で支持するガイドブッシュとを備える構成になっている（例えば特許文献１参照）。

このような自動旋盤においては、各工具が棒状ワークの半径方向に接近、切り込み、後退の運動を行い、同時に主軸を回転しながらワークをコレットチャックで把持したまま、軸方向に摺動し送りを与えることにより、ワークから所定形状の製品を切削加工することができる。また、この種の自動旋盤に使用されるワークは、その切削位置近傍で常にガイドブッシュにより支持されているため、切削力によって棒状のワークに撓みを生じさせることがなく、精密な切削加工が可能になる。

一方、主軸移動型の自動旋盤においても、マシニングセンタなどに適用される工具と同様にプリセット工具が使用される。このプリセット工具は、ワーク切削用の工具を保持する工具ホルダーを備え、この工具ホルダーを介して工具を刃物台に設置するように構成されている。さらに、工具ホルダーには、主軸の軸線と該軸線と直交する工具切り込み方向の軸線との交点である基準点に工具の刃先を位置合わせするための調整機構が設けられている（例えば特許文献２、３参照）。

上記のような工具セッター方式は、工具が保持された工具ホルダーを工具室に設置されているツールプリセッターにセットし、内蔵の調整機構を操作することにより、工具の刃先を基準点に位置合わせする。位置合わせされた後のプリセット工具はツールプリセッターから取り外され、主軸台移動型自動旋盤の刃物台に取り付けられる。

特開平９−３８８０２号公報 特開２０００−１０７９１５号公報 特開２００３−１６５００８号公報

しかしながら、上記のような従来の工具セッター方式では、工具室においてツールプリセッターにより工具の刃先を基準点に位置合わせした後のプリセット工具を主軸台移動型自動旋盤の刃物台に取り付ける方式であるため、工具室での工具刃先の位置合わせが高精度になされたものであっても、このプリセット工具を刃物台に取り付けた時に生じる取り付け誤差が工具刃先の位置合わせ精度に悪影響を及ぼし、ひいてはワークの切削加工精度にも悪影響を及ぼすという問題がある。

また、工具の刃先の位置合わせに関しては、数値制御方式を用いる方法と、刃物台に設けられた調整機構を用いる方法のほかに、例えばタレット装着できるように用意された工具ホルダー類を用いる構成の刃先位置合わせには、顕微鏡あるいは投影機を用いた別置型のツールプリセッターが使用されている。
しかし、この種のツールプリセッターの場合、機種ごとに、固有の治具などが必要となり、その結果、機械工場現場に設置されている既存の旋盤系工作機械のツールセットには共用できないほか、工具の刃先位置合わせが煩雑になるという問題があった。

本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、既存の旋盤系工作機械のツールセットにも共用でき、工具の刃先位置合わせを容易にした工具セッター及びこれを用いた工具の刃先位置合わせ方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、工具セッターであって、工作機械の主軸のワーク支持用チャックに着脱可能に把持されるホルダーと、前記ホルダーで支持され前記工作機械の工具の刃先を撮像可能な撮像カメラとを備えることを特徴とする。

また本発明は、工具の刃先位置合わせ方法であって、工作機械の主軸のワーク支持用のチャックに、撮像カメラが支持されたホルダーを着脱可能に把持させ、前記工作機械の工具の刃先を前記撮像カメラで撮像し、前記撮像された刃先画像をモニタに表示し、前記ホルダーを回転させながら前記工具を動かし、前記工具の刃先の位置合わせを行なうようにしたことを特徴とする。

また本発明は、工具の刃先位置合わせ方法であって、工作機械の主軸のワーク支持用のチャックに、撮像カメラが支持されたホルダーを着脱可能に把持させ、前記工作機械の工具の刃先を前記撮像カメラで撮像し、前記撮像された刃先画像をモニタに表示し、前記工具の刃先の位置を検出し、その検出結果から前記工具の刃先の位置データを得るようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、既存の旋盤系工作機械のツールセットにも共用できるとともに、工具の刃先位置合わせを容易に行うことができる。

本発明にかかる工具セッターが適用される主軸台移動型自動旋盤の概略側面図である。 本発明の工具セッターを主軸台移動型自動旋盤の主軸に取り付けた状態を示す説明用の拡大断面図である。 本発明の工具セッターを用いて工具の刃先の位置合わせを行う場合の動作説明図である。 本発明の工具センターを構成する撮像カメラ及びその支持用ホルダーの側面図である。 本発明の工具セッターを用いて工具の刃先画像をモニタに表示した時の説明図である。 本発明の工具セッターを用いてモニタに表示された工具の刃先画像を見ながら工具の刃先をＸ−Ｙ座標の基準点に位置合わせする時の説明図である。 主軸台移動型自動旋盤において、主軸のコレットチャックで把持され、ガイドブッシュで支持された棒状ワークを切削加工する時の要部の拡大断面図である。

(実施の形態１)
以下、本発明にかかる工具セッターを有する主軸台移動型自動旋盤の実施の形態について図１乃至図７を参照して説明する。
本発明の工具セッターが適用される主軸台移動型自動旋盤は、図１に示すように、主軸台１２、主軸１４、コレットチャック１６、ガイドブッシュ１８、刃物台２０及び切削工具２２を含んで構成される。

主軸台１２は、主軸１４を主軸１４の軸線１４ａ（Ｚ軸）廻りに回転可能に支承するもので、ベッド２４上に水平に設置されたテーブル２６上に案内部２６０２を介して主軸１４の軸線と平行な方向に移動可能に設置されている。また、この主軸台１２は、周知のようにベッド２４に設置されたサーボモータ２８と、ベッド２４に設置されサーボモータ２８により回転駆動されるボールネジ及び主軸台１２に取り付けられボールネジと螺合するナット（何れも図示せず）などからなる駆動機構によってＺ軸方向に移動できるように構成されている。
主軸台１２に支承された主軸１４は、その軸心に棒状素材であるワークＷ（図１、図２及び図７参照）が挿通される挿通孔１４０２を有し、この挿通孔１４０２は主軸１４の全長に延在して形成されている。

コレットチャック１６は、挿通孔１４０２に挿通されたワークＷを把持するもので、主軸１４の前端部に装着されている。このコレットチャック１６は、図２に示すように、ワークＷを開閉可能に把持するコレット１６０２と、図示しないチャック開閉機構により主軸軸線１４ａの方向に往復移動することでコレット１６０２を開閉してワークＷを把持するチャックスリーブ１６０４等を含んで構成される。また、コレットチャック１６は、切削工具２２の刃先の位置合わせを行う時に使用される、後述の撮像カメラ３０の把持にも利用される。

ガイドブッシュ１８は、図１、図２及び図７に示すように、主軸１４の先端前方で、主軸１４の軸線１４ａに軸線を一致して配設され、コレットチャック１６の先端から突出されたワークＷを切削工具２２による加工位置の近傍で支持するもので、ワークＷの回転及び主軸軸線１４ａ方向（Ｚ軸方向）の移動を妨げることなく、しかも切削抵抗によるワークＷの撓みを抑えるようにワークＷが挿通支持されるガイド孔１８０２を有している。
このようなガイドブッシュ１８は、主軸１４の先端前方でベッド２４上に設置されたガイドブッシュホルダ１８０４にガイドブッシュスリーブ１８０６を介して取り付けられている。ガイドブッシュ１８のガイドブッシュスリーブ１８０４への取り付けは、ガイドブッシュ１８の後端部外周に形成された雄ねじ部１８０８に固定ナット１８１０を螺合して締め付けることで行われる。

ワークＷを切削加工する切削工具２２は、図１、図２及び図７に示すように、刃物台２０に工具ホルダー２２０２を介して取り付けられている。また、刃物台２０は、ベッド２４上に設置された基台４０に、軸線１４ａ（Ｚ軸方向）と直交するＸ方向に移動可能に支持されており、これにより、切削工具２２は、図示しないサーボモータや送りねじなどからなる切り込み送り機構によって駆動され、図示しない数値制御部からの指令により切り込み送り機構を制御して、Ｘ方向に切り込み送りを与えることでワークＷへの加工を行うようになっている。

また、刃物台２０には、図３に示すように、切削工具２２の刃先２２ａをＺ軸と直交する基準点Ｏに位置合わせする刃先位置合わせ機構３４が設けられている。この刃先位置合わせ機構３４は、切削工具２２を主軸軸線１４ａ（Ｚ軸方向）と直交する矢印Ｘ方向、及び矢印Ｘと直角でかつＺ軸と直交する矢印Ｙ方向に位置調整するものであり、切削工具２２を工具ホルダー２２０２に固定する固定ねじ３６を備えている。
なお、刃先位置合わせ機構３４は上記構成のものに限らず、従来公知の技術を利用してもよいことは勿論である。

本実施の形態において、主軸台移動型自動旋盤に使用される工具セッターは、図２及び図４に示すように、撮像カメラ３０と、モニタ３８とを備える。
撮像カメラ３０は、切削工具２２の刃先２２ａをガイドブッシュ１８のガイド孔１８０２を通して撮像するものであり、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージセンサからなる撮像素子と、撮像素子に切削工具２２の刃先画像を結像する光学レンズと、撮像素子から出力される撮像信号に基づいて刃先画像データを生成する画像処理部を含んで構成される。
このような撮像カメラ３０は、コレットチャック１６にホルダー３２を介して着脱可能に把持される構成になっている。また、撮像カメラ３０に接続された画像データ伝送用の信号ケーブル４０はホルダー３２の途中からホルダー３２外に引き出され、その引き出し端はモニタ３８に接続されている。

また、図２に示すように、切削工具２２の撮像カメラ３０と反対の側には、刃先２２ａを含む切削工具２２の先端部分を撮像カメラ３０と反対の側から照明する照明ランプ４２が配置されている。さらに、照明ランプ４２と切削工具２２との間には、発泡スチロースシートなどからなる半透明な光拡散シート４４が配設されている。この光拡散シート４４は、切削工具２２の先端部分を撮像方向と反対の面から均一な明るさでライトアップし、撮像カメラ３０に対する刃先２２ａの映像を正確に投影させるようにするものである。

ホルダー３２は、図２及び図４に示すように、コレットチャック１６に着脱可能に把持される把持部３２０２と、把持部３２０２がコレットチャック１６に把持された状態で、把持部３２０２からガイドブッシュ１８に向けて延在する筒体３２０４とから構成されている。そして、撮像カメラ３０は筒体３２０４の先端部にガイドブッシュ１８のガイド孔１８０２に向けて装着され、ねじ４６により筒体３２０４にねじ止めされている。これにより、撮像カメラ３０は主軸軸線１４ａであるＺ軸と同軸に支持される。

モニタ３８は、撮像カメラ３０で撮像された切削工具２２の刃先画像を拡大表示し、これに併せて刃先位置合わせ用のＸ−Ｙ座標を表示するもので、液晶からなる表示部３８０２と、表示処理部３８０４と、座標生成部（特許請求の範囲に記載した座標生成手段に相当する）３８０６とを備える。
座標生成部３８０６は、主軸軸線１４ａ（Ｚ軸）と直交するＸ軸と、Ｘ軸と直角でかつＺ軸と直交するＹ軸との交点を切削工具２２の刃先位置合わせ用の基準点ＰとするＸ−Ｙ座標を生成するものである。

表示処理部３８０２は、撮像カメラ３０の上記画像処理部から信号ケーブル４０を通して供給される刃先画像データを表示信号に変換して刃先画像５２（図５、図６参照）を表示部３８０２に表示させ、併せて座標生成部３８０６から供給されるＸ−Ｙ座標データを表示信号に変換し、基準点Ｐを有するＸ−Ｙ座標５０（図５、図６参照）を表示部３８０２に表示させるものである。ここで、Ｘ−Ｙ座標５０の基準点ＰはＺ軸と一致させられるようになっている。

次に、本実施の形態の工具セッターを用いて切削工具２２の刃先を位置合わせする方法の動作について説明する。
まず、図示省略の駆動機構により主軸台１２を図２に示す位置から矢印Ｚ１方向に後退させた状態において、撮像カメラ３０を保持したホルダー３２の把持部３２０２をコレットチャック１６の先端側からコレットチャック１６のコレット１６０２に差し込む。次いで、チャックスリーブ１６０４を図示省略のチャック開閉機構で閉方向に操作することにより把持部３２０２をチャッキングしてホルダー３２を含む撮像カメラ３０を主軸１４に固定する。

次に、ホルダー３２の途中からホルダー３２外に引き出された信号ケーブル４０の引き出し端をモニタ３８に接続する。その後、撮像カメラ３０及びモニタ３８に電源を投入して、これらを動作状態にする。また、主軸台１２を駆動機構により図２の矢印Ｚ２方向、すなわち撮像カメラ３０をガイドブッシュ１８のガイド孔１８０２に接近させて、撮像カメラ３０の焦点が切削工具２２の先端部分に合う位置に前進移動させ、ガイド孔１８０２を通して切削工具２２の刃先を撮像できる状態にする。この方法により、切削工具２２の先端部分のＺ方向位置が同一でない場合にも、正しく焦点を合わせることが可能となる。さらに照明ランプ４２を点灯して、刃先２２ａを含む切削工具２２の先端部分を光拡散シート４４の透過光で後方から均一にライトアップする。
次に、図示しない数値制御部から刃物台２０の切り込み送り機構に刃先位置合わせ用の送り指令を与える。これにより、切削工具２２の刃先２２ａがＺ軸と一致すると予測される位置まで、刃物台２０を軸線１４ａ（Ｚ軸方向）と直交するＸ方向に移動させる。

一方、座標生成部３８０６で生成されたＸ−Ｙ座標データは表示処理部３８０２でアナログ信号に変換され、表示部３８０２に出力する。これにより、表示部３８０２には、図５に示すような基準点Ｐを有するＸ−Ｙ座標５０を表示される。
他方、ガイドブッシュ１８のガイド孔１８０２を通して撮像カメラ３０で撮像された切削工具２２の刃先画像は、撮像カメラ３０が内蔵する図示省略の画像処理部で画像処理され、刃先画像データとして信号ケーブル４０を通し表示処理部３８０２に供給される。表示処理部３８０２では、刃先画像データを表示信号に変換して表示部３８０２に出力することにより、表示部３８０２に切削工具２２の刃先画像５２を拡大表示する。

次いで、撮像カメラ３０を把持したまま主軸１４を９０度乃至１８０度程度、手動で回転する。これに伴い、撮像カメラ３０で撮像された切削工具２２の刃先画像５２は基準点Ｐ（Ｚ軸）を中心に回転される。ここで、切削工具２２の刃先２２ａが基準点Ｐからずれている場合は、表示部３８０２上に仮想の円形状軌跡として表示される。この時の仮想軌跡の円半径がＸ−Ｙ座標５０の基準点Ｐからのずれを示しているので、座標生成部３８０６の保有している機能を用いて、Ｘ−Ｙ座標５０を基準点Ｐに合せ込む。
Ｚ軸を中心に回転されることで、Ｘ−Ｙ座標５０の基準点Ｐが現れ、この基準点Ｐを含むＸ−Ｙ座標５０が表示部３８０２上に表示される。

そこで、本実施の形態では、切削工具刃先２２ａのずれがモニタ３８の表示画面上で視認されたならば、まず、Ｙ方向の位置調整機構を用いて、切削工具２２の刃先２２ａを図３の矢印Ｙ１あるいはＹ２方向に移動して、切削工具２２の刃先２２ａをＸ−Ｙ座標５０の基準点Ｐと交わるＸ軸に合わせる。さらに、モニタ３８の表示画面を見ながら、切削工具２２を図３の矢印Ｘ１方向に移動して、切削工具２２の刃先２２ａをＸ−Ｙ座標５０の基準点Ｐと交わるＹ軸に合わせる。これにより、切削工具２２の刃先２２ａを図６に示すようにＸ−Ｙ座標５０の基準点Ｐに位置合わせることができる。工具刃先２２ａの基準点Ｐへの位置合わせが完了した切削工具２２は固定ねじ３６を締め付けることで工具ホルダー２２０２に固定される。
なお、ワークＷを切削加工する切削工具が複数個ある場合は、これら各切削工具においても、上述した位置合わせ手順により同様に工具刃先の位置合わせが可能になる。

次に、各切削工具に対する刃先の位置合わせがなされた後の主軸台移動型自動旋盤を用いてワークＷを加工する場合の動作について説明する。
ホルダー３２を含む撮像カメラ３０を主軸１４のコレットチャック１６から取り外した状態で、図７に示すように、ワークＷを図示省略の棒材供給装置により主軸台１２の後方から主軸１４の挿通孔１４０２に挿入し、ワークＷの先端部がコレットチャック１６内およびガイドブッシュ１８のガイド孔１８０２を貫通してガイドブッシュ１８の先端面から所定量突出されるまで送り込む。この状態でコレットチャック１６を閉動作させてワークＷをチャッキングする。
次いで、コレットチャック１６でワークＷを把持したまま主軸１４を回転させる同時に、製品の加工形状に対応して、主軸台１２を駆動機構により、図７の矢印Ｚ３方向に移動させ、さらに、切削工具２２を図示省略の切り込み送り機構により主軸１４の軸線１４ａと直交する矢印Ｘ方向に切り込み送りをかける。これにより、ワークＷから製品を加工することができる。

このような本実施の形態に示す工具セッター及び刃先位置合わせ方法によれば、主軸台移動型自動旋盤の主軸１４に設けられたコレットチャック１６に撮像カメラ３０をホルダー３２を介して着脱可能に把持させ、この撮像カメラ３０で切削工具２２の刃先２２ａをガイドブッシュ１８のガイド孔１８０２を通して撮像しながら、撮像カメラ３０を主軸１４ごと軸線１４ａの軸回りに回転し、これにより撮像された切削工具２２の刃先画像をモニタ３８に拡大表示するとともに、座標生成部３８０６で生成されたＸ−Ｙ座標をモニタ３８に表示し、このモニタ３８の表示画面を見ながら、切削工具２２の刃先２２ａをＸ−Ｙ座標５０の基準点Ｐに位置合わせするように構成したので、既存の旋盤系工作機械のツールセットにも共用できるとともに、従来のようなプリセット機構が不要になり、工具刃先の位置合わせに要する手数を低減することができ、工具の刃先位置合わせを容易に行うことができるという効果がある。

上記実施の形態では、工具の刃先位置合わせを手動で行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ラスタスキャン方式により、Ｘ−Ｙ座標５０の基準点Ｐに対するＸ軸方向及びＹ軸方向のずれ量を計測し、この計測結果から刃先の位置データを求め、この位置データを基に数値制御部による刃物台２０の切り込み送り量を補正すれば、工具の刃先位置合わせを自動的に行うことができ、これと同時に、上記補正された切り込み送り量に基づいてワークに対する切削加工が可能になる。
また、本発明にかかる工具セッターは、上記実施の形態に示す主軸台移動型の自動旋盤に限らず、主軸固定型の自動旋盤などの工作機にも適用できるほか、工具も旋削に用いる、いわゆるバイトのみに限らず、穴加工工具、すなわちドリル、リーマ，ボーリング、タップなどの刃具やミーリング刃具などの刃先位置合わせにも適用できる。
また、本発明にかかる工具セッターは、上記実施の形態に示す構成のものに限らず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

１２……主軸台
１４……主軸
１６……コレットチャック
１８……ガイドブッシュ
２０……刃物台
２２……切削工具
３０……撮像カメラ
３２……ホルダー
３４……刃先位置合わせ機構
３８……モニタ
３８０２……表示部
３８０４……表示処理部
３８０６……座標生成部
５０……Ｘ−Ｙ座標

Claims (6)

1. 工作機械の主軸のワーク支持用チャックに着脱可能に把持されるホルダーと、
   前記ホルダーで支持され前記工作機械の工具の刃先を撮像可能な撮像カメラと、
   を備えることを特徴とする工具セッター。
2. 前記ホルダーは、軸方向の一端が開放された筒体を有し、前記撮像カメラは前記筒体の内部で前記筒体と同軸上に前記一端に向けて配置されていることを特徴とする請求項１記載の工具セッター。
3. 工作機械の主軸のワーク支持用のチャックに、撮像カメラが支持されたホルダーを着脱可能に把持させ、
   前記工作機械の工具の刃先を前記撮像カメラで撮像し、
   前記撮像された刃先画像をモニタに表示し、
   前記ホルダーを回転させながら前記工具を動かし、前記工具の刃先の位置合わせを行なうようにした、
   ことを特徴とする工具の刃先位置合わせ方法。
4. 工作機械の主軸のワーク支持用のチャックに、撮像カメラが支持されたホルダーを着脱可能に把持させ、
   前記工作機械の工具の刃先を前記撮像カメラで撮像し、
   前記撮像された刃先画像をモニタに表示し、
   前記工具の刃先の位置を検出し、その検出結果から前記工具の刃先の位置データを得るようにした、
   ことを特徴とする工具の刃先位置合わせ方法。
5. 前記モニタは、前記Ｘ−Ｙ座標を生成して前記モニタ画面上に表示する座標生成手段を備えることを特徴とする請求項３または４記載の工具の刃先位置合わせ方法。
6. 前記工作機械の工具の刃先部分を前記撮像カメラの撮像方向と反対の側から照明ランプでライトアップすることを特徴とする請求項３乃至５に何れか１項記載の工具の刃先位置合わせ方法。
   
   
   

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