JP3698936B2 - 工具折損検知装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具の折損を検知する工具折損検知装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
マシニングセンタなどの工作機械において、ドリルなどの工具が折損したときには、折損した工具は新しい工具と交換される。このような工具の折損を検知するために、工具折損検知装置が用いられている。
【0003】
旧来、工具折損検知は、たとえば加工治具の横に取り付けられていたが、工具の折損検知が加工後に行われるため、非加工時間が長くなって作業効率低下してしまうものであった。また、加工中の切粉が工具折損装置に降りかかるために誤作動を起こしたり最悪の場合には工作機械を停止させてしまうことがあった。これらの不都合を回避するため、従来においては、工具折損検知装置を工具マガジンに設け、工具マガジン内で工具折損の検知を行うようにしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このため、工具の折損を検知するのにある程度の時間を要していた。この検知作業が行われている間、ドリル加工直後の工具は加工直前で待たなければならず、作業効率の低下の原因となるものであった。
【0005】
そこで、本発明の課題は、主軸に取り付けられた工具の折損をすばやく検知することにより、作業を効率的に行うことができるようにすることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した請求項1に係る発明は、主軸に装着された旧工具を、新工具と交換する工具交換アームを備える工作機械において、
前記工具交換アームは、前記新工具が前記工具交換アームの一端側に取り付けられる工具交換位置と、前記旧工具が前記工具交換アームの他端側に取り付けられる工具取付位置の間を相互に移動できるように、その中心部を回動軸として、前記主軸の軸線方向に沿った軸周りに回動可能であり、
前記工具交換アームに設けられ、前記工具交換アームによって工具を交換する際に、前記旧工具の折損を検知することを特徴とする工具折損検知装置である。
【0007】
請求項1に係る発明によれば、工具の交換を行う際に、工具交換アームにおいて工具の折損を検知することができる。このため、工具マガジンまで工具を搬送することなく工具の折損を検知できるので、時間の短縮を図ることができ、もって作業効率の向上に貢献することが可能となる。
【0008】
また、請求項2に係る発明は、前記工具取付位置における前記工具交換アームの他端側に取り付けられた前記旧工具が正常なときに、前記旧工具の先端部と接触して移動させられ、前記旧工具が折損しているときには前記旧工具と非接触となるプローブを備えるとともに、
前記プローブが移動したか否かを検知するセンサを有する請求項1に記載の工具折損検知装置である。
【0009】
請求項2に係る発明では、工具の折損を検知するにあたり、接触式のプローブを用いている。このため、精度の高い折損の検知を行うことができる。
【0010】
さらに、請求項3に係る発明は、前記プローブは、前記回動軸に沿った方向に移動可能である請求項2に記載の工具折損検知装置である。
【0011】
請求項3に係る発明によれば、折損の検知対象となる工具の長さに応じて、プローブの位置を変えることができる。このため、種々の長さの工具の折損を検知することが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、具体的に説明する。
図1は、本発明に係る工具折損検知装置を備えるマシニングセンタの側面図、図2は、その正面図である。また、図3は、本発明に係る工具折損検知装置の側面図、図4はその正面図、図5はその平面図である。
【0013】
まず、本発明に係る工具折損検知装置を説明する前に、本発明に係る工具折損検知装置を備える工作機械であるマシニングセンタについて説明する。
図1および図2に示すように、マシニングセンタMのベース1には、コラム2が前後方向および左右方向に移動自在に配設され、このコラム2には主軸ヘッド3が上下動可能に支持されている。また、主軸ヘッド3には主軸4が回動自在に支持されており、その先端にはドリルなどの工具Tが着脱可能に装着されている。さらに、主軸ヘッド3が図1に鎖線で示す下方の加工位置に配置された状態で主軸4が回転し、図示しないワークに所定の加工が施される。主軸ヘッド3の上方には、工具交換装置5が配設されている。そして、図1におよび図2に仮想線で示すように、工具交換装置5に対して本発明に係る工具折損検知装置6が取り付けられている。
【0014】
また、ベース1には、鉛直部11Aと水平部11Bとからなるフレーム11が立設されており、フレーム11における水平部11Bの端部は主軸ヘッド3の上方位置まで延在している。このフレーム11の水平部11Bの端部における主軸ヘッド3の上方位置には、工具交換装置5の主要部を構成する工具交換アーム12が、その中心部を通り、主軸4の軸線と平行な軸回りに回動可能となるように支持されている。
【0015】
さらに、工具交換アーム12の両端には、それぞれ工具把持部13,14が形成されており、一方の工具把持部13は工具交換位置P2に位置し、他方の工具把持部14は工具取付位置P1に位置している。工具交換前において、工具交換位置P2には、工具マガジン15に収容されている工具が、いわゆるリニアマガジンタイプの工具ローダ16によって移送されてくる。移送されてきた工具は新工具T2として工具把持部13に把持される。一方、工具取付位置P1では、主軸4に取り付けられていた旧工具T1が移動してきて、工具把持部14に旧工具T1が把持されている。そして、工具交換アーム12が180°回動し、一方の工具把持部13が工具取付位置P1に移動し、他方の工具把持部14が工具交換位置P2に移動するようになっている。
【0016】
フレーム11における水平部11B上には、横長平板形状の工具マガジン15が設けられ、主軸4の軸線方向に延在している。さらに、工具マガジン15の上側縁に沿って、複数の保持溝15a,15a…が形成されており、水平な直線上に所定ピッチで配列され、それぞれ同一方向の上方に向かって開口している。また、工具マガジン15における保持溝15a,15a…には、それぞれ工具ポット17,17…が配備されており、これらの工具ポット17,17…によって工具が保持されている。
【0017】
また、工具ローダ16の一部を構成する移動体21は、工具受渡し位置P3と工具交換アーム12に対応する工具交換位置P2との間において、ボールねじ22およびガイドレール23を介してフレーム11の水平部11B上に前後方向に直線移動可能に支持されている。さらに、ボールねじ22を移動用モータ24で回転させることにより、移動体21を前後方向に移動させることができる。移動体21の側方には、配線類を保護するためのケーブルベア25が設けられている。
【0018】
移動体21は図示しない把持アームを有している。そして、工具マガジン15に備えられた工具Tを工具受け渡し位置で把持し、工具交換位置P2まで搬送する。そして、工具交換位置P2において工具交換アーム12に新工具を渡すことができるようになっている。また、工具交換位置P2においては工具交換アーム12が使用済みの旧工具を把持している。把持アームは、工具交換アーム12からこの旧工具を受け取り、工具マガジン15における所定の位置に戻すようになっている。
【0019】
次に、本発明に係る工具折損検知装置について説明する。
図3ないし図5に示すように、本発明に係る工具折損検知装置6は、工具交換アーム12に取り付けられており、工具交換アーム12の回動に伴って工具折損検知装置6全体が回動するようになっている。
工具折損検知装置6は、工具交換アーム12の回動軸25と同軸のシャフト31を備えており、図5に示すように、シャフト31の側方にはモータシリンダ32が設けられている。モータシリンダ32は、シャフト31の軸方向に延在するシリンダ軸32Aを有するとともに、このシリンダ軸32Aに対して摺動可能なスライダベース32Bを備えている。シリンダ軸32Aの右方には、モータ32Cが設けられており、このモータ32Cを駆動することにより、スライダベース32Bがスライダ軸32Aに沿って摺動するようになっている。
【0020】
また、スライダベース32Bには、保持アーム32Dが取り付けられており、スライダ33が固定されている。このスライダ33は、図3に示すように、ガイド33Aを有しており、シャフト31がこのガイド33Aを貫通しているので、スライダ33はシャフト31に対して摺動可能となっている。このため、スライダベース32Bがシリンダ軸32Aに沿って移動することによって、スライダ33がシャフト31に沿って摺動するようになっている。これらシャフト31およびモータシリンダ32のシリンダ軸32A、モータ32Cは、ハウジング34に固定されている。
【0021】
さらに、スライダ33にはプローブガイド35が固定されており、プローブガイド35の下方に揺動自在に取り付けられた揺動アーム35Aに対してプローブ36が取り付けられている。また、プローブガイド35は、シャフト31の軸方向に延在するスプライン軸37に摺動可能に取り付けられている。このため、プローブ36は、モータシリンダ32を作動することによって、スプライン軸37に沿って、回動軸25に沿った方向に移動可能となっている。
【0022】
プローブ36は、図4に示すように、その下端部36Aが側方に向けて屈曲しており、正常な旧工具T1、すなわち折損が生じていない旧工具T1が主軸4とともに上昇してきたときは、旧工具T1の先端部が接触して移動させられるようになっている。この屈曲した下端部36Aに下方から上昇してきた旧工具T1の先端部が当接すると、プローブ36が側方に逃げるようにして移動し、プローブガイド35およびスプライン軸37周りに回動するようになっている。プローブ36は、非拘束としたときには自重によってぶら下がった状態となる。
【0023】
また、スプライン軸37は、ベアリング38,39を介してサイドフレーム41に取り付けられている。そして、スプライン軸37にはプローブガイド35が固定されているので、プローブ36が押し上げられてプローブガイド35が回動することにより、スプライン軸37も回動するようになっている。
【0024】
さらに、スプライン軸37の先端部(図3における右方)にはドッグ40が固定されており、このドッグ40はスプライン軸37が回動することによって図4に仮想線で示すように、上方に向けて回動するようになっている。他方、工具交換アーム12に固定されたサイドフレーム41には、ドッグ40の移動を規制するためのストッパ40A,40Bが取り付けられている。また、ドッグ40の上方位置においては、ハウジング34に対して近接センサ42がブラケット43を介して固定されている。そして、図4に仮想線で示すように、スプライン軸37が回動してドッグ40が上昇することによって、近接センサ42がドッグ40を検知するようになっている。これらドッグ40および近接センサ42が本発明の「プローブが移動したか否かを検知するセンサ」となる。
【0025】
他方、工具交換アーム12が回動すると、図4に仮想線で示すように、プローブガイド35の揺動アーム35Aおよびプローブ36が上方に向けて回動するが、このときの移動を抑制すべく、ハウジング34には、回動規制部材44が設けられている。
【0026】
したがって、主軸4に取り付けられた旧工具T1が上昇してくる際、旧工具T1が正常なときには、旧工具T1がプローブ36を上方に移動させる。このプローブ36の移動に伴い、プローブガイド35およびスプライン軸37を介してドッグ40が上方に移動する。このドッグ40の移動を近接センサ42が検知することにより、旧工具T1が正常であることが検知される。逆に、旧工具T1に折損が生じているときには、旧工具T1はプローブ36に非接触となる。したがって、近接センサ42がドッグ40を検知しないので、旧工具T1に折損が生じていることが検知される。
【0027】
次に、本発明に係る工具折損検知装置6の作用について説明する。
マシニングセンタMでは、図1に実線で示すように、主軸4に工具T(旧工具T1)を取り付けた状態で加工作業が行われている。この加工作業が行われている間に、工具ローダ16によって新工具T2を工具交換位置P2に移送してくる。その後、現在使用している旧工具T1における作業が終わったら、次の新工具T2による加工作業が行われるが、その加工作業の前に工具の交換が行われる。そして、この工具交換作業を行っている間に、旧工具T1の折損の検知が行われる。
【0028】
旧工具T1の折損の検知を行うにあたり、検知対象となる旧工具T1の刃長に応じて、モータシリンダ32を駆動してプローブ36の位置を調整しておく。たとえば、旧工具T1の刃長が短い場合には、図3に仮想線で示すように、プローブ36を工具交換アーム12の近傍に位置させる。その一方、旧工具T1の刃長が長い場合には、図3に実線で示すように、プローブ36を工具交換アーム12の遠方に位置させる。プローブ36の位置の調整は、加工作業を行っている間に行ってもよいし、旧工具T1を主軸4に取り付ける際に行ってもよい。あるいは、加工作業が終わる直前に行ったりすることもできる。
【0029】
旧工具T1による加工作業が終了すると、工具交換が行われる。このとき、工具交換位置P2には工具ローダ16によって新工具T2を移送してきて、工具交換位置P2において新工具T2を下降させ、工具交換アーム12の一方の工具把持部13に上方から差し込んで把持させる。一方、工具取付位置P1には、加工が済んで取り替えられる旧工具T1が取り付けられた主軸4が上昇して移動してくる。この主軸4の上昇に伴い、工具交換アーム12における他方の工具把持部14に対して下方から旧工具T1を差し込んで把持させる。この主軸4に取り付けられた旧工具T1が上昇する際に、旧工具T1が折損しているか否かを工具折損検知装置6によって検知する。
【0030】
工具把持部14に旧工具T1を把持させる際に、主軸4を上昇させるが、このとき、旧工具T1が正常であり折損していない場合には、旧工具T1の先端部がプローブ36の下端部36Aに接触して下端部36Aを持ち上げる。プローブ36の下端部36Aが持ち上げられると、プローブガイド35およびスプライン軸37が回動する。スプライン軸37が回動すると、スプライン軸37の先端部に取り付けられたドック40は上方に移動する。ドッグ40が上方に移動すると、近接センサ42がドッグ40を検知する。そして、近接センサ42がドック40を検知することにより、旧工具には折損が生じていないと判断される。
【0031】
一方、旧工具T1が折損している場合には、その旧工具T1の先端部が欠けた状態となっている。この状態で、主軸4を上昇させると、旧工具T1の先端部はプローブ36に非接触の状態となる。旧工具T1の先端部がプローブ36に非接触である場合にはスプライン軸37が回動することはなく、ドック40が上方に移動することもない。したがって、近接センサ42がドック40を検知せず、旧工具T1に折損が生じていることが検知される。
【0032】
このように、旧工具T1の折損の検知を行った後、工具交換アーム12を180°回動させて、新工具T2を把持する一方の工具把持部13を工具取付位置P1に移動させるとともに、旧工具T1を把持する他方の工具把持部14を工具交換位置P1に移動させる。工具取付位置P1に移動させられた新工具T2は、主軸4に取り付けられる。一方、工具交換位置P1に移動させられた旧工具T1は、工具ローダ16の把持アームに把持される。
そして、折損が検知されなかった場合には、工具マガジン15における所定の位置に搬送されて収納される。また、折損が検知された場合には、適宜の工具修繕位置に搬送されたり、あるいは、工具マガジン15に収納後に作業員が取り出して修繕作業を施すなどの適宜の措置が取られる。
さらには、次工程の工具が加工作業に入ってもよいか否かの判断がこの時点で行われているため、次工程に入ってもよいと判断されている場合には、すぐさま次工程に入ることができる。したがって、サイクルタイムの待ち時間の短縮に寄与することになる。
【0033】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではない。たとえば、プローブが回動しているか否かを検知するセンサとして、ドッグと近接センサを用いる代わりに、接触式のセンサを用いることができる。また、プローブを移動させるためにモータシリンダを用いたがボールねじにモータを設けたものなどを用いることもできる。
【0034】
【発明の効果】
以上のとおり、請求項1に係る発明によれば、工具の交換を行う際に、工具交換アームにおいて工具の折損を検知することができる。このため、工具マガジンまで工具を搬送することなく工具の折損を検知できるので、時間の短縮を図ることができ、もって作業効率の向上に貢献することが可能となる。
また、請求項2に係る発明では、工具の折損を検知するにあたり、接触式のプローブを用いている。このため、精度の高い折損の検知を行うことができる。
さらに、請求項3に係る発明によれば、折損の検知対象となる工具の長さに応じて、プローブの位置を変えることができる。このため、種々の長さの工具の折損を検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る工具折損検知装置を備えるマシニングセンタの側面図である。
【図2】本発明に係る工具折損検知装置を備えるマシニングセンタの正面図である。
【図3】本発明に係る工具折損検知装置の側面図である。
【図4】本発明に係る工具折損検知装置の正面図である。
【図5】本発明に係る工具折損検知装置の平面図である。
【符号の説明】
1 ベース
2 コラム
3 主軸ヘッド
4 主軸
5 工具交換装置
6 工具折損検知装置
11 フレーム
12 工具交換アーム
13,14 工具把持部
15 工具マガジン
16 工具ローダ
17 工具ポット
31 シャフト
32 モータシリンダ
32A シリンダ軸
32B スライダベース
32C モータ
32D 保持アーム
33 スライダ
34 ハウジング
35 プローブガイド
36 プローブ
36A 下端部
37 スプライン軸
40 ドッグ
40A,40B ストッパ
41 サイドフレーム
42 近接センサ
P1 工具取付位置
P2 工具交換位置
M マシニングセンタ
T 工具
T1 旧工具
T2 新工具

Claims (3)

  1. 主軸に装着された旧工具を、新工具と交換する工具交換アームを備える工作機械において、
    前記工具交換アームは、前記新工具が前記工具交換アームの一端側に取り付けられる工具交換位置と、前記旧工具が前記工具交換アームの他端側に取り付けられる工具取付位置の間を相互に移動できるように、その中心部を回動軸として、前記主軸の軸線方向に沿った軸周りに回動可能であり、
    前記工具交換アームに設けられ、前記工具交換アームによって工具を交換する際に、前記旧工具の折損を検知することを特徴とする工具折損検知装置。
  2. 前記工具取付位置における前記工具交換アームの他端側に取り付けられた前記旧工具が正常なときに、前記旧工具の先端部と接触して移動させられ、前記旧工具が折損しているときには前記旧工具と非接触となるプローブを備えるとともに、
    前記プローブが移動したか否かを検知するセンサを有する請求項1に記載の工具折損検知装置。
  3. 前記プローブは、前記回動軸に沿った方向に移動可能とされている請求項2に記載の工具折損検知装置。
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