JP2017148926A - 刃具破損検出機能付き旋盤加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】非常に簡単な構成で既存の旋盤加工機などにおける刃具の破損などを検出できるようにした刃具破損検出機能付き旋盤加工機を提供する。
【解決手段】チャック２３にワーク８を把持させた状態で回転させるとスピンドル２２と、チャック２３の前方側に設けられ、複数のドリルである刃具４を取り付けるためのドリル装着穴３２（刃具取付部３１）を有する刃物台３とを備えてなる旋盤加工機１において、複数のドリル装着穴３２（刃具取付部３１）の一部に、ワーク８の穴の底部に接触する先端部５３を有する接触部５を取り付け、加工終了時に主軸２を移動させて接触部５を穴の底部に接触させるようにする。そして、ドリルが破損して穴が形成されていなかった場合に、先端部５３が押圧されることで検出センサー５６を用いてお加工の異常を検出し、刃具４の破損を検出できるようにする。
【選択図】図６

Description

本発明は、刃具でワークを加工する旋盤加工機に関するものであり、より具体的には、バイトやドリルなどの刃具が破損した場合であっても、簡単な構造でその破損を検出できるようにした旋盤加工機に関するものである。

従来の一般的な旋盤加工機の構成を図９を用いて説明する。

図９において、符号９１はワーク８を保持するチャックであり、主軸９０のスピンドル９２を回転させることによってワーク８を保持した状態で回転させるようにしたものである。また、符号９３は、チャック９１の前方側に設けられる刃物台であり、複数種類のバイトやドリルなどの刃具９４を保持するようにしたものである。

そして、このような旋盤加工機を用いてワーク８を加工する場合、ワーク８をチャック９１に保持させた状態で回転させるとともに、加工に対応したバイトやドリルなどの刃具９４を選択してワーク８に押圧させ、相対的に刃具４や主軸９０を移動させながらワーク８を加工できるようにする。

ところで、このような加工を行う場合、ドリルなどの刃具が加工の途中で破損してしまうことがある。このような場合、通常の旋盤加工機ではドリルの破損などを検出することができないため、そのまま次の加工に移ってしまい、未完成な状態で加工を行ってしまうことになる。

これに対して、ドリルの破損などを検出しうる機能を備えた加工機も提案されている。

例えば、下記の特許文献１には、ドリルの先端側に対向するように設けられた接触センサーと、この接触センサーをドリルの先端に接触させる駆動機構を有し、この接触センサーをドリルの先端側に押圧させることでドリルの破損を検出できるようにした構造が開示されている。そして、このような接触センサーで刃具の破損を検出する場合、側方に退避しれていた接触センサーを駆動機構を用いて刃具の先端側に当て、刃具の破損などがないか否かを検出し、異常がなかった場合は、その接触センサーを側方に退避させて次の刃具で加工できるようにしている。

また、特許文献２には、刃具をワークに押圧させる際の駆動電力を検出し、無負荷状態における基準電力値をあらかじめ設定しておいて、加工時にその基準電力値以下の駆動電力が検出された場合に、刃具が破損したと判断するようにした装置が提案されている。

実開平０６−１７８５０号公報 特開２００５−１４４６２９号公報

しかしながら、このような接触センサーを有する機構や、駆動電力を検出して異常を検出する機能を既存の加工機に組み込む場合、次のような問題を生ずる。

すなわち、接触センサーを有する機構を既存の旋盤加工機に取り付ける場合、刃具の先端にその接触センサーを押圧させたり、あるいは、その接触センサーを側方に退避させたりするための駆動機構を取り付けなければならずコストがかかってしまう。また、加工室が狭く構成されている場合は、そのような大掛かりな機構を取り付けることができないといった問題があった。

また、刃具をワークに押圧させた際の駆動電力を検出する機能を組み込む場合、事前にトルクや押圧力に対応する電力を測定しておかなければならず、さらには、その電力を計測するための回路なども組み込まなければならないため、手間やコストがかかってしまうといった問題がある。

そこで、本発明は、非常に簡単な構成で既存の旋盤加工機における刃具の破損などを検出できるようにした刃具破損検出機能付き旋盤加工機を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は上記課題を解決するために、チャックにワークを把持させた状態で回転させるとスピンドルと、前記チャックの前方側に設けられ、複数の刃具を取り付けるための刃具取付部を有する刃物台とを備え、前記刃具をワークに押圧させることでワークを切削加工する旋盤加工機において、前記複数の刃具取付部の一部に、前記ワークの加工部分に接触する接触部を取り付け、加工終了時に前記接触部を加工部分に接触させることで加工の異常を検出する異常検出部を備えるようにしたものである。

このように構成すれば、通常の刃具と同様に刃具取付部に接触部を取り付けてワークの加工部分に接触させるだけで、加工状態を検出することができ、これによって刃具の破損の有無を検出することができるようになる。

また、このような発明において、前記接触部を、加工部分への接触時における押圧状態を吸収する吸収部を備えるようにする。

このように構成すれば、刃具が破損して加工されていない部分を押圧する際、吸収部によってその非加工部分への押圧を吸収することができ、ワークを強く押圧するようなことがなくなる。

さらに、前記異常検出部を、刃具とワークとの位置関係を制御するための制御部を介して、刃物台に取り付けられた接触部の位置を制御することで異常を検出できるようにする。

このように構成すれば、数値入力で制御される旋盤加工機において刃具の移動制御と同様に数値入力だけで刃具の異常を検出することができるようになる。

本発明によれば、チャックにワークを把持させた状態で回転させるとスピンドルと、前記チャックの前方側に設けられ、複数の刃具を取り付けるための刃具取付部を有する刃物台とを備え、前記刃具をワークに押圧させることでワークを切削加工する旋盤加工機において、前記複数の刃具取付部の一部に、前記ワークの加工部分に接触する接触部を取り付け、加工終了時に前記接触部を加工部分に接触させることによって加工の異常を検出する異常検出部を備えるようにしたので、通常の刃具と同様に刃具取付部に接触部を取り付けてワークの加工部分に接触させるだけで、加工の異常を検出することができ、これによって刃具の破損の有無を検出することができるようになる。

本発明の一実施の形態を示す旋盤加工機の概要を示す図 同形態における刃物台と接触部を示す図 他の実施の形態における刃物台と接触部を示す図 他の実施の形態における刃物台と接触部を示す図 同形態における機能ブロック図 同形態における刃具の破損を検出する際の動作例を示す図 同形態における刃具の破損を検出する際のフローチャート 他の実施の形態における刃具の破損を検出する際のフローチャート 従来例を示す図

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。

この実施の形態における旋盤加工機１は、図１に示すように、スピンドル２２を回転可能に支持する主軸２と、ワーク８を切削するための刃具４を取り付けるための刃具取付部３１を有する刃物台３とを備え、数値入力された値に従って制御部６を用いて刃具４を相対的にワーク８側に移動させ、ワーク８を切削加工できるようにしたものである。そして、特徴的に、この刃具４を取り付けるための刃具取付部３１に、加工部分に接触できるようにした接触部５を設け、所定の刃具４を用いて加工が終了した際に、図６に示すように、その接触部５を加工部分に接触させて加工の異常を介して刃具４の破損などを検出できるようにしたものである。以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。

まず、主軸２は、スピンドル・ヘッドストック２１の内側に設けられたスピンドル２２と、そのスピンドル２２の先端側に設けられたチャック２３とを備えて構成されるものであって、スピンドル２２を回転させることにより、そのチャック２３に把持されたワーク８を回転させるように構成されている。このチャック２３は、主軸２の軸線に沿ってワーク８を挿入できるようにするための凹部２４が形成されており、外周方向からワーク８を押圧することでスピンドル２２と一体的に回転させられるようになっている。

この主軸２は、主軸台に載置された状態で、モーターなどの主軸移動機構２５を介して軸線方向（Ｘ軸方向）に沿った方向に往復動できるように構成されている。この主軸２の移動は、ワーク８をチャック２３に装着させる際や、ワーク８を加工する際に行われ、制御部６によってその移動幅や速度が決定される。

この主軸２の先端部近傍には、刃物台３が設けられる。この刃物台３は、図２や図３に示すような「くし刃型刃物台３ａ、３ｂ」や、図４に示すような「タレット式刃物台３ｃ」などが存在するが、まず、「くし刃型刃物台３ａ」を用いた構成について図２を用いて説明する。

図２における「くし刃型刃物台３ａ」は、刃具取付部３１をなすドリル装着穴３２を複数有してなるものであって、そのドリル装着穴３２に異なる種類のドリル（刃具４）を複数取り付け、ワーク８の先端に対向するように設けられる。このような刃物台３を移動させる際は、刃物台移動機構３４を用いてＸ軸を法線方向とする平面内（Ｙ軸方向およびＺ軸方向）でドリルを有する刃物台３を移動させ、Ｘ軸方向に移動するワーク８に穴開け加工できるようにしている。

また、図３における「くし刃型刃物台３ｂ」は、刃具取付部３１をなす複数の溝部３３にバイト（刃具４）を取り付けられるようにしたものであって、ワーク８の側方から接触して加工できるように構成されている。この刃物台３を移動させる場合、図示しない刃物台移動機構を用いてＸ軸を法線方向とする平面内（Ｙ軸方向およびＺ軸方向）でバイトを有する刃物台３を移動させ、Ｘ軸方向に移動するワーク８の外周面を切削できるようにしている。

一方、「タレット式刃物台３ｃ」は、円盤状をなすタレット３０の外周部分に複数のバイトなどの刃具４を取り付けるための刃具取付部３１（溝部３３）を有してなるものであって、タレット３０を回転させることによって刃具４を選択できるようになっている。この刃物台３を移動させる場合も同様に、図示しない刃物台移動機構を用いてＸ軸を法線方向とする平面内（Ｙ軸方向およびＺ軸方向）にバイトを有するタレット３０を移動させ、Ｘ軸方向に移動するワーク８の外周面を切削できるようにしている。

制御部６（図５の機能ブロック図参照）は、これら主軸２の移動距離や速度、また、刃物台３の移動距離や速度などを制御できるようにしたものであって、数値入力された値に従って主軸２や刃物台３などを主軸移動機構２５や刃物台移動機構３４を介して制御できるように構成されている。

このような構成のもと、本実施の形態では、この刃物台３における刃具取付部３１に刃具４の破損を検出するための接触部５を設けており、異常検出部７によって刃具４の破損などを検出できるようにしている。

この接触部５は、ドリルを取り付けた「くし刃型刃物台３ａ」で構成されている場合は、ドリルに替わってそのドリル装着穴３２に取り付けられる。このドリル装着穴３２に取り付けられる接触部５の構造を図２を用いて説明する。

図２において、符号５１は刃具取付部３１のドリル装着穴３２に挿入される中空状のスリーブであり、ドリルの付け根部分と同じ外形形状に構成されている。このスリーブ５１はドリル装着穴３２に挿入され、ボルト５２などで固定されるようになっている。また、符号５７は吸収部であり、先端部５３を軸方向に押圧させた際に、その軸方向への押圧を吸収できるようにしたものである。この吸収部５７は、スリーブ５１の内側に設けられた中空部にスライド軸５４を貫通させ、スライド軸５４の先端側に設けられたフランジ部分とスリーブ５１の先端との間に設けられたバネ５５によって軸方向への押圧を吸収できるようになっている。そして、その先端部５３が押圧されることによって、その押圧を検出センサー５６で検出できるようにしている。なお、この接触部５を刃具取付部３１に取り付ける場合、あらかじめワーク８と先端部５３との距離を設定しておいてもよいが、例えば、刃具４と先端部５３の先端部分の位置を一致させるように取り付けておくとよい。このようにすれば、加工部分へ接触部５を接触させる際に、その刃具４による加工の時と同じ距離だけ移動させて刃具４の破損などを検出できるようになり、同じ動作を二度繰り返すだけで、刃具４の破損などを検出することができるようになる。

このような接触部５を用いてドリルである刃具４の破損を異常検出部７で検出する場合、図７のフローチャートに示すような工程で刃具４の破損を検出する。

まず、ワーク８に穴開け加工をする場合、刃物台３に取り付けられたドリルをワーク８の先端側に移動させるとともに、主軸２をＸ軸方向に前進させてドリルに押圧させる（ステップＳ１）。すると、ワーク８がドリルの先端に押圧され、ワーク８に穴開け加工が施される。

次に、この加工が終了した場合（ステップＳ２）、主軸２を後退させるとともに（ステップＳ３）、制御部６を用いて接触部５をワーク８の先端側に移動させる（ステップＳ４）。そして、再び主軸２を前進させるようにするが、このとき、刃具４と先端部５３の先端部分の位置が一致するように設けられている場合は、穴開け加工を行った際の最大移動量だけ主軸２を前進させるようにする（ステップＳ５）。このとき、正常に穴開け加工が行われていた場合は（図２の状態）、接触部５が穴の底部に接触することがないため、検出センサー５６がＯＮにならず（ステップＳ６：ＮＯ）、これによって「正常に加工が行われた（すなわち、刃具４が破損していなかった）」と判断されて、次の加工工程に移る（ステップＳ７）。

一方、刃具４が破損して穴開け加工が施されなかった場合は、図６に示すように、主軸２を前進させた際に先端部５３がワーク８の穴の底部に接触することになり、スライド軸５４が軸方向に移動するようになる。そして、この移動に伴って検出センサー５６がＯＮになり（ステップＳ６：ＹＥＳ）、「正常に加工が行われなかった（すなわち、刃具４が破損した）」と判断されて異常を報知する（ステップＳ８）。

このような接触部５を用いた刃具４の破損検出は、バイトの破損検出においても同様に行うことができる。この場合、接触部５については、図３や図４に示すように、バイトの押圧方向に先端部５３を移動させるようなスリーブ５１やスライド軸５４、バネ５５、検出センサー５６などを設けておき、先端部５３が押圧された際に異常検出部７でその押圧を検出できるようにしておく。

このような接触部５を用いてバイトの破損を検出する場合、まず、刃物台３に取り付けられたバイトをワーク８の先端部分に移動させるとともに、主軸２をＸ軸方向に前進させながら、ワーク８の外周部分を先端部分から切削加工していく（ステップＴ１）。

次に、このような加工が終了した場合（ステップＴ２）、制御部６を用いて刃物台３に取り付けられた接触部５と刃具４の位置を入れ替え、接触部５をワーク８の外周部分に接触させる（ステップＴ３）。このときの刃物台３が「くし刃型刃物台３ｂ」で構成されている場合は、その接触部５が取り付けられている部分まで刃物台３を移動させ、また、「タレット式刃物台３ｃ」で構成されている場合は、その接触部５をワーク８に接触可能にタレット３０を回転させてワーク８側に向ける。そして、接触部５をワーク８に接触させるように移動させる。すると、正常に切削加工が行われていた場合は、接触部５が外周部分に接触することないため、検出センサー５６がＯＮにならず（ステップＴ４：ＮＯ）、これによって「正常に加工が行われた（すなわち、刃具４が破損していなかった）」と判断されて、次の加工工程に移る（ステップＴ５）。一方、刃具４が破損して切削加工できなかった場合は、刃物台３を移動させた際に先端部５３が外周部分に接触することになるため、スライド軸５４が軸方向に沿って移動して検出センサーがＯＮになる（ステップＴ４：ＹＥＳ）。そして、これによって、「正常に加工が行われなかった（すなわち、刃具４が破損した）」と判断され、刃具４の破損を報知する（ステップＴ６）。

このように上記実施の形態によれば、チャック２３にワーク８を把持させた状態で回転させるとスピンドル２２と、前記チャック２３の前方側に設けられ、複数の刃具４を取り付けるための刃具取付部３１を有する刃物台３とを備え、前記刃具４をワーク８に押圧させることでワーク８を切削加工する旋盤加工機１において、前記複数の刃具取付部３１の一部に、前記ワーク８の加工部分に接触する接触部５を取り付け、加工終了時に前記接触部５を加工部分に接触させることで加工の異常を検出する異常検出部７を備えるようにしたので、通常の刃具４と同様に刃具取付部３１に接触部５を取り付けて、ワーク８の加工部分に接触させるだけで、加工の異常を検出することができ、これによって刃具４の破損を検出することができるようになる。

また、接触部５を、加工部分への接触時における押圧状態を吸収する吸収部５７を備えるようにしたので、刃具４が破損して加工されていない部分を押圧する際、吸収部５７によってその非加工部分への押圧を吸収することができ、ワーク８を強く押圧するようなことがなくなる。

さらに、異常検出部７を、刃具４とワーク８との位置関係を制御するための制御部６を介して、刃物台３に取り付けられた接触部５の位置を制御して異常を検出できるようにしたので、数値入力によって制御される旋盤加工機１において刃具４の移動制御と同様に数値入力だけで刃具４の異常を検出することができるようになる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。

例えば、上記実施の形態では、接触部５として先端部５３をスライド可能に構成して検出センサー５６でその移動を検出できるようにしたが、加工寸法に対応した距離だけ移動できなかったことを検出できるような構成であれば、どのような構成を用いても良い。

また、上記実施の形態では、加工の終了した際に接触部５を接触させて刃具４の破損などを検出するようにしたが、数回の加工毎にこの接触部５をワーク８に接触させて刃具４の破損などを検出できるようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態では、バネ５５によって先端部５３を押圧させるように構成したが、この接触部５を鉛直方向に用いる場合、自重によって先端部５３が下がってしまう可能性がある。このような場合は、先端部５３が下方に下がらないようにするための突起を他端側に設けてスリーブ５１材の他端側に当接させるようにしてもよい。

１・・・旋盤加工機
２・・・主軸
２１・・・ヘッドストック
２２・・・スピンドル
２３・・・チャック
２４・・・凹部
２５・・・主軸移動機構
３ａ、３ｂ、３ｃ・・・刃物台
３１・・・刃具取付部
３２・・・ドリル装着穴
３３・・・溝部
３４・・・刃物台移動機構
４・・・刃具
５・・・接触部
５１・・・スリーブ
５２・・・ボルト
５３・・・先端部
５４・・・スライド軸
５５・・・バネ
５６・・・検出センサー
６・・・制御部
７・・・異常検出部
８・・・ワーク

Claims (3)

1. チャックにワークを把持させた状態で回転させるとスピンドルと、
   前記チャックの前方側に設けられ、複数の刃具を取り付けるための刃具取付部を有する刃物台と、を備え、前記刃具をワークに押圧させることでワークを切削加工する旋盤加工機において、
   前記複数の刃具取付部の一部に、前記ワークの加工部分に接触する接触部を取り付け、
   加工終了時に前記接触部を加工部分に接触させることによって加工の異常を検出する異常検出部を備えたことを特徴とする刃具破損検出機能付き旋盤加工機。
2. 前記接触部が、加工部分への接触時における押圧状態を吸収する吸収部を備えてなる請求項１に記載の刃具破損検出機能付き旋盤加工機。
3. 前記異常検出部が、刃具とワークとの位置関係を制御するための制御部を介して、刃物台に取り付けられた接触部の位置を制御して異常を検出するようにしたものである刃具破損検出機能付き旋盤加工機。

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