JP4890995B2 - 旋盤の機内照明装置 - Google Patents

Description

この発明は、旋盤の機械内部を照明する装置に関するもので、主軸チャックや工具が配置されているワーク加工空間を照明する装置に関するものである。

工作機械には、ワークを加工している空間を照明する照明装置が設けられている。ＮＣ工作機械が加工プログラムで指令される加工手順に従って連続運転されているときは、このような照明装置は不要であるが、機械の段取りやワークの試験加工を手動操作で行う場合などは、ワークと工具との位置関係やワークの加工形状をオペレータが視認できるようにする必要があり、ワーク加工空間を照明する機内照明装置が不可欠である。

従来、旋盤を始めとする工作機械の機内照明装置としては、白熱電灯や蛍光灯が用いられていたが、近時のＬＥＤ（発光ダイオード）の照度の向上に伴い、複数のＬＥＤ素子をマトリックス状に配置したＬＥＤパネルと呼ばれる照明装置も用いられるようになってきている。

旋盤は、主軸に装着したワークを回転させて加工を行う工作機械である。高速回転しているワークは、その総ての部分が主軸軸線回りの円筒段面であるように見える。また、ワークの周面の一部に突起や切欠があるとき、ワークの回転によってそれが見えなくなってしまうとか、何かあるようには見えるけれども、その形状や位置が判然としなくなるということが起る。従って、ワークが回転する旋削加工が行われているときには、周面の一部に突起や切欠のあるワークやクランク軸のように軸周りの形状が非対称なワークは、ワークと工具との位置関係や加工の進行状況を正確に視認することができなくなる。

下記特許文献１には、主軸の回転数に同期したストロボ光をワークに照射するストロボ装置を備えたタレット旋盤が示されている。この技術によれば、ワークが主軸回りのある角度に来たときにのみ瞬間的に照明され、人間の目の残像現象によってワークが次に１回転して同一の角度に来るまで照明されたときの映像が残るので、オペレータにはワークがあたかも静止しているかのように見え、ワーク周面の突起や切欠も静止した状態で見えるので、旋削加工中のワークの形状や当該ワークの周面に設けられた突起や切欠と工具との位置関係なども容易に視認することができる。
特開平５−６９２８１号公報

前述したように、旋盤（工作機械）には、段取替えや手動運転を行うときのために、加工空間を照明する照明装置が必要である。特許文献１に記載の技術では、この一般的な照明装置に加えて、回転するワークを静止させて見せるためのストロボ装置が必要となり、ストロボ装置を追加する分だけ余計に費用がかかり、不経済である。

また、周面の一部に突起を有するワークやクランク軸のように旋削加工中における主軸軸線回りの形状が非対称なワークを加工しているとき、その突起やワーク周面から非対称に突出している部分と工具との衝突を避けたいような場合、特許文献１の技術では、当該衝突が生ずるかどうかの判断が困難になる場合が多く生ずる。すなわち、静止状態に見せたワークの突起や非対称な突出部の位相（主軸軸線回りの角度位置）が工具から離れた位相となったときに、当該突起や突出部と工具との位置関係を正確に把握することが困難になるという問題がある。突起や非対称な突出部と工具との位置関係を正確に把握するには、当該突起や突出部の位相と工具の位相とを略同じ位相にして静止させるのが好ましいが、特許文献１の技術では、この位相関係の調整を簡単に行うことができない。

更に、旋盤にはドリルやフライスカッタなどの回転工具を装着可能な刃物台を備え、主軸を停止又は低速回転させて回転工具でワーク周面の孔加工や溝加工を行うことを可能にした旋盤（「複合旋盤」と呼ばれている。）もあるが、このような旋盤で回転工具による加工を行っているとき、切粉の排出状態を見たいという要求があるが、従来方法では、複合旋盤の回転工具からの切粉の排出状態を視認できないという問題があった。

この発明は、旋盤の機内照明装置の光源２１をＬＥＤとし、必要なときにこの機内照明装置のＬＥＤを主軸１の回転と同期させて瞬間的に発光させること及び発光するときの主軸位相を容易に変更できるようにすることにより、上記課題を解決したものである。更にＬＥＤを発光源とする上記機内照明装置の発光タイミングを主軸１の回転数と同期させるか、又は回転工具１１を装着する工具軸の回転数と同期させるかの選択を可能にすることにより、旋削加工ではワークを静止状態で見せることを可能にし、ワークが停止又は低速回転している回転工具による加工のときには、回転工具を静止状態で見せることを可能にしている。

複合旋盤の工具軸の回転速度は、通常、旋削加工時の主軸の回転速度に比べて高速である。また、主軸を非常に高い回転数で回転可能にしたものもある。ＬＥＤを工具軸や主軸１回転当り１回発光させるようにしたとき、工具軸や主軸の回転数が高くなると、ＬＥＤの発光間隔がこれに追従できなくなる場合が起りうる。また、発光間隔が短すぎると、工具位置や切粉形状が少しずつずれた映像の残像が重なりあって、かえって対象物の正確な認識が困難になるという現象を生ずる。

この発明の好ましい構成では、主軸又は回転工具軸の複数回の回転に同期させてＬＥＤを１回発光させるという発光形態を選択可能にして、上記問題を解決可能にしている。

この出願の請求項１の発明に係る旋盤の機内照明装置は、主軸回転の検出手段６とワーク加工空間を照明する発光器２１とを備え、前記検出手段６から主軸１回転に同期する間隔で出力される信号と同期させて前記発光器２１を瞬間的に発光させることにより、主軸１に把持されたワーク３を主軸軸回りに静止させた状態で視認可能にした旋盤の機内照明装置において、前記発光器２１が発光ダイオードであり、当該発光器の発光を連続発光と同期発光に切り換える切換え手段２２と、前記検出手段６の信号を一定時間ずつ遅延させる位相調節手段２５とを備えていることを特徴とする、旋盤の機内照明装置である。

本願の請求項２の発明に係る旋盤の機内照明装置は、回転工具軸を備えた複合旋盤の、上記手段を備えた機内照明装置であって、当該工具軸の回転を検出する検出手段７と、受入れる信号を当該検出手段７と前記主軸回転の検出手段６との間で切換える入力切換え手段２７とを備えていることを特徴とするものである。

また、本願の請求項３の発明に係る機内照明装置は、上記各手段を備えた旋盤の機内照明装置において、前記検出手段６、７から複数回の信号を受けたときに１個の発光指令パルスを出力する分周手段２８を備えていることを特徴とするものである。

この発明によれば、加工中のワーク３や回転工具１１を静止させて見せるための照明装置が機械の段取替え時などに機内を照明するために設けられている照明装置と兼用されるので経済的である。また、ワーク３や回転工具１１を主軸１や工具軸の軸回りの任意の角度で静止して見せることができるため、ワーク周面にある突起や切欠、あるいはクランク軸などの非対称ワークの突出部を工具１１、１２の進入方向や移動方向の主軸回りの角度と一致させることが容易に可能で、当該突起、凹所ないし突出部と工具１１、１２との位置関係をより正確に視認可能になり、ワーク周面の突起等と工具１２との衝突をより確実に回避することができる。

更に、この発明の好ましい構成によれば、回転工具軸を備えた複合旋盤において、主軸回転を静止させて見せることと、工具回転を静止させて見せることとの両方が可能になる。更に他の好ましい構成により、主軸回転数や工具回転数の高い旋盤にも対応できるという効果がある。

次に添付図面を参照して、この発明の最も好ましい実施形態の一例を説明する。図１は旋盤の要部、当該旋盤を制御するＮＣ装置の要部と共に、この発明の機内照明装置を示したブロック図で、１は旋盤の主軸、２は当該主軸の先端に取り付けられたチャック、３は当該チャックに把持されたワーク、４は主軸モータ、５は主軸モータ４の回転を主軸１に伝達している同期ベルト、６は主軸１の回転を検出しているエンコーダである。また８は旋盤の刃物台、９は当該刃物台に装着された工具タレット、１０は工具タレット９に装着された回転工具１１を回転駆動する工具モータ、７は工具モータ１０の回転を検出するエンコーダ、１２は工具タレット９に装着された旋削工具である。

図の工具タレット９は、旋削工具１２及び回転工具１１のいずれをも装着可能な構造で、工具モータ１０の回転が工具タレット９内の工具駆動軸に伝達され、回転工具１１がワーク３側を向いたときに、この回転工具と工具タレット９内の工具駆動軸とが連結されて、工具モータ１０の回転が回転工具１１に伝達されるようになっている。旋削工具１２の工具ホルダには、工具駆動軸との連結機構が備えられていない。旋削工具１２がワーク３側に向いたときは、工具モータ１０が回転しても、回転工具１１は回転しない。

ワーク３を旋削加工するときは、主軸モータ４が高速回転し、工具モータ１０は停止している。一方、回転工具１１でワーク３を加工するときは、工具モータ１０が回転し、主軸モータ４は停止しているか、又は低速回転（たとえばワーク３の周面に螺旋溝を加工するとき）している。主軸モータ４及び工具モータ１０は、ＮＣ装置１５で制御されており、従ってＮＣ装置１５は、主軸モータ４の旋削回転中であるか、回転工具１１によるワーク加工中であるかを認識しており、またその指令回転数も認識している。

主軸モータ４及び工具モータ１０に対するＮＣ装置１５からの回転指令は、それぞれスピンドルアンプ１６及びミーリングアンプ１７を経て、それぞれのモータ４、１０に伝達される。そして、主軸１及び工具モータ１０の回転数は、それぞれのエンコーダ６、７で検出されて、スピンドルアンプ１６及びミーリングアンプ１７にそれぞれフィードバック信号として入力されている。

図に示す機内照明装置１８には、主軸用と工具モータ用との２個の波形整形器１９、２０が設けられている。エンコーダ６、７は、１回転ごとに１個の信号を出力する基準位相信号の出力機能を備えたもので、波形整形器１９、２０はエンコーダからアナログ信号として出力される基準位相信号を矩形波に整形してデジタル信号に変換するものである。

この発明の機内照明装置は、ＬＥＤ２１と、このＬＥＤと直列接続された照明切換スイッチと、この照明切換スイッチ２２の一方の端子に直列接続されたトランジスタスイッチ２３と、このトランジスタスイッチ２３にトリガー信号を与えるスイッチング回路２４と、位相調節回路２５及びその位相設定手段２６とを少なくとも備えている。ＬＥＤ２１は、図では旋盤の工具タレット９やチャック２から離れた位置に描かれているが、実際には旋盤のチャック２やワークの加工位置Ａを照明することができるように旋盤内に配置される。

図に示した機内照明装置１８には、主軸用と工具モータ用との２個の波形整形器１９、２０を設けたことに対応して入力切換器２７が設けられている。入力切換器２７には、ＮＣ装置１５から主軸モータ４の高速回転中であるか、工具モータ１０の回転中であるかの少なくとも一方の状態信号が入力されている。また、図の装置では、位相調節回路２５の前段に分周器２８が設けられており、この分周器２８には、ＮＣ装置に登録されて現にワーク３の加工を制御している加工プログラムに記述された分周数が入力されている。

波形整形器１９、２０は、エンコーダ６、７からスピンドルアンプ１６及びミーリングアンプ１７に入力される信号が微弱なアナログ信号であるため、エンコーダ６、７からの信号をこれらのアンプ１６、１７にて増幅させたうえ、１回転ごとの信号のパルスを矩形波に変換してデジタル信号として出力するものである。

入力切換器２７は、旋削加工（主軸回転）かミーリング加工（工具モータ回転）かの状態はＮＣ装置が認識しているため、この状態を自動判別してエンコーダ６又は７の信号を切換えて分周器２８に出力するものである。

分周器２８は、通常は分周なしで入力切換器２７からの信号を位相調節回路２５に通過させるが、工具軸のように１万回転以上になると、ＬＥＤ２１を１６７Ｈｚ以上の高速点滅させることとなり、人間の目では残像として見えない場合やＬＥＤに使用されている蛍光物質の残光特性で点滅に見えない場合が生ずることから、そのような場合に入力信号を分周（設定個数の入力信号ごとに１個の出力を出す）するために設けられたものである。分周比、すなわち１個のパルスを出力するときの入力信号の個数は、ＮＣ装置１５から設定するようにしており、この設定値は加工プログラムで設定することもできる。

位相調節回路２５は、エンコーダ６、７からの１回転信号のタイミングが機械の据付時に決定されてしまうため、その位置からワークの位相を自由にずらしてみることができるように、位相設定手段２６（通常は可変抵抗器）を調節して、１回転信号を０〜３６０度に遅延させる。位相設定手段２６をゆっくりと変化させると、それに従って位相が変化するため、高速回転しているワーク３や回転工具１１をゆっくりと回転しているように見せることもできる。

スイッチング回路２４は、ＬＥＤの照明をオンオフさせる半導体スイッチで、位相調節回路から出力されるパルスをトリガーにして、一定の時定数時間だけトランジスタスイッチ２３を導通させた後、回路を遮断し、次の１回転信号を待つものである。

照明切換スイッチ２２は、機械の段取替え時及びワークや回転工具を静止させる必要がないときに、トランジスタスイッチ２３を経由しない側に切換えて、ＬＥＤ２１を常時点灯させるためのものである。

上記の実施形態によれば、回転するワークや回転工具を静止状態にしてオペレータに視認させる必要があるとき、照明切換スイッチ２２をトランジスタスイッチ２３側に切換えてやれば、ワーク３が高速回転しているときはワークを静止状態にし、回転工具１１が回転しているときは、回転工具１１を静止状態にしてオペレータに見せることができる。この切換えは、ＮＣ装置で自動的に行わせることができる。

また、ワーク３や回転工具１１の回転が速すぎて、１回転ごとの発光ではＬＥＤ２１の発光特性が対応できないときや、残像が重複するためにかえって見にくいときは、発光回数を間引いて視認性を向上させることができる。更に位相調節により、ワーク３及び回転工具１１の静止させて見せる位相を簡単に、かつ自由に調整することができ、更にワークや回転工具をゆっくり回転させた状態で見ることも可能になる。

この発明の一実施形態を示すブロック図

符号の説明

１ 主軸
３ ワーク
４ 主軸モータ
６ エンコーダ（主軸用）
７ エンコーダ（工具モータ用）
10 工具モータ
11 回転工具
21 ＬＥＤ
22 照明切換スイッチ
23 スイッチングダイオード
26 位相角設定手段

Claims (3)

1. 主軸回転の検出手段とワーク加工空間を照明する発光器とを備え、前記検出手段から主軸１回転に同期する間隔で出力される信号と同期させて前記発光器を瞬間的に発光させることにより、主軸に把持されたワークを主軸軸回りに静止させた状態で視認可能にした旋盤の機内照明装置において、前記発光器が発光ダイオードであり、当該発光器の発光を連続発光と同期発光に切り換える切換え手段と、前記検出手段の信号を一定時間ずつ遅延させる位相調節手段とを備えている、旋盤の機内照明装置。
2. 回転工具軸を備えた複合旋盤の機内照明装置であって、当該工具軸の回転を検出する検出手段と、受入れる信号を当該検出手段と前記主軸回転の検出手段との間で切換える入力切換え手段とを備えている、請求項１記載の機内照明装置。
3. 前記検出手段から複数回の信号を受けたときに１個の発光指令パルスを出力する分周手段を備えている、請求項１又は２記載の機内照明装置。

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