JP5982978B2 - 工具折損検知装置、及び工作機械 - Google Patents

Description

本発明は工具折損検知装置、及び工作機械に関する。

工作機械は工具折損検知装置を備える。工具折損検知装置は工具折損を検知する。特許文献１は、工具に接触することなく工具折損の有無を検知する工具折損検知装置を開示する。噴射手段は検知手段に向って作動流体を噴射する。作動流体は圧縮空気又は液体である。検知手段は噴射した作動流体の噴流の圧力を検知する。工具に折損が生じていない場合、工具が検知領域に入ると、該工具は作動流体の噴流を遮り、検知手段は作動流体の噴流の圧力を検知しない。工具に折損が生じている場合、工具が検知領域に入ると、工具は作動流体の噴流を遮らないので検知手段は作動流体の噴流の圧力を検知する。故に工具折損検知装置は検知手段の圧力の有無の検知により工具の折損状態を検知できる。

特開２００２−３０１６３９号公報

特許文献１に記載の工具折損検知装置は、工具折損の有無を確認する為の確認時間を要する。故に作業時間は長くなるという問題点があった。

本発明の目的は、工具の折損を速やかに検知できる工具折損検知装置、及び工作機械を提供することである。

本発明の請求項１に係る工具折損検知装置は、工作機械の主軸に装着した工具の折損を検知する工具折損検知装置であって、前記工具の軸線に沿って設けた流路に切削液を供給する切削液供給手段と、前記流路に流れる前記切削液の圧力値を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段が検出した前記圧力値が所定値未満である場合に、前記工具が折損したと判断する判断手段と、前記判断手段が前記工具が折損したと判断した場合、所定処理を行う処理手段とを備え、前記流路は、前記工具の先端部を除く部分に設けた大径部と、前記工具の前記先端部において貫通して設け、前記大径部と同軸上に接続し、且つ前記大径部の流路径よりも小さい小径部とを備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、流路は工具の軸線に沿っている。流路を設けたことで、工具の折損は流路を分断する。切削液が流れる流路が分断すると、切削液の圧力差が生じる。圧力値が変動した場合、工具が折損した可能性がある。工具折損検知装置は所定処理を実行する。故に本発明は被加工物の加工中に工具の折損を速やかに検知できる。本発明は工具折損の確認時間が不要であるので作業時間を短縮できる。切削液供給手段が工具の流路に供給する切削液は、工具の先端部から流出する。工具が折損した場合、工具先端部に設けた小径部が無くなる。切削液が流れる流路は小径部から大径部に突如変わる。切削液の圧力は低下する。故に本発明は切削液の圧力が所定値未満か否かで工具折損を容易かつ確実に検知できる。流路を流れる切削液は、工具を冷却し、工具に防錆性、耐腐敗性等を付与できるので、工具寿命は長くなる。

本発明の請求項２に係る発明の工作機械は、請求項１に記載の工具折損検知装置を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の工作機械によれば、請求項１に記載の工具折損検知装置を備えているので、請求項１に記載の効果を得ることができる。

工作機械１及び工具折損検知装置７の構成を示す概略図。 工具４の断面図 工作機械１の電気的構成を示すブロック図。 工具折損検知処理の流れ図。 工具４が折損した時の断面図。 工作機械１００及び工具折損検知装置７０の構成を示す概略図。 工具４０の断面図。 工具４０が折損した時の断面図。

以下、本発明の第一、第二実施形態について、図面を参照して説明する。図１〜図５を参照して、第一実施形態について説明する。工作機械１の左右方向、前後方向、上下方向は、夫々、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向である。

図１を参照して、工作機械１の構成について説明する。工作機械１は、ＸＹテーブル２、主軸ヘッド３、主軸（図示略）、主軸モータ５、工具折損検知装置７、及び工具交換装置（図示略）等を備える。ＸＹテーブル２は上面に被加工物Ｗを支持する。ＸＹテーブル２はＸＹ軸移動機構（図示略）によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。主軸ヘッド３はＺ軸移動機構（図示略）によりＺ軸方向に移動可能である。主軸は主軸ヘッド３下部に設けてある。主軸は工具装着部を備える。工具４は工具装着部に装着する。主軸モータ５は主軸を回転駆動する。工具４は主軸と共に回転する。工具交換装置は工具マガジン（図示略）を備える。工具マガジンは複数の工具４等を格納する。工具交換装置は主軸に装着してある工具４を、工具マガジン内に格納する他の工具と交換可能である。工具折損検知装置７は切削液を用いて加工中の工具４の折損を検知する。

図１を参照して、工具折損検知装置７の構成について説明する。工具折損検知装置７は、切削液タンク１１、パイプ１２、ポンプ１３、環流パイプ１４、バルブ１５、圧力計１６、回転継ぎ手１７、回収パイプ１９、回収タンク２１等を備える。切削液タンク１１は所定量の切削液を貯留する。パイプ１２の切削液が流れる上流側一端部は、切削液タンク１１の内部まで延出する。パイプ１２の他端部はポンプ１３の吸込口に接続してある。環流パイプ１４の上流側一端部はポンプ１３の吐出口に接続してある。ポンプ１３は、切削液タンク１１内の切削液を、パイプ１２を介して引き込み、環流パイプ１４に吐出する。ポンプ１３の吐出圧は一定である。吐出圧は例えば１．５〜７．０ＭＰａの範囲内にするとよい。環流パイプ１４の他端部は回転継ぎ手１７に接続してある。回転継ぎ手１７は例えば主軸モータ５上部に設けてある。回転継ぎ手１７は主軸に設けた貫通穴（図示略）に接続してある。貫通穴は主軸の工具装着部に連通する。

図２の如く、工具装着部に装着する工具４は流路４１を備える。流路４１は工具４の軸線方向に沿って設けてある。流路４１は工具４の先端部において閉塞する。切削液は流路４１を満たすが外部には流出しない。故にポンプ１３が一定の吐出圧で駆動する間、流路４１には所定値以上の切削液の圧力（以下「切削液圧力」と呼ぶ）がかかる。

図１の如く、バルブ１５は環流パイプ１４の下流側に設けてある。バルブ１５は環流パイプ１４の流路を開閉する。圧力計１６は環流パイプ１４においてバルブ１５よりも下流側に設けてある。圧力計１６は環流パイプ１４における切削液圧力を検知する。

回収パイプ１９はＸＹテーブル２下方に設けてある。切削加工時、ノズル（図示略）から被加工物Ｗに向けて噴出した切削液はＸＹテーブル２の周囲に落下し、回収パイプ１９を流れ、回収タンク２１に流入する。回収タンク２１は、回収パイプ１９で回収した切削液を貯留する。工作機械１は被加工物Ｗの切削加工時に、回収タンク２１内の切削液を再利用する。なお後述するが、工具４の折損時、工具４の先端部から噴出した切削液（図５参照）は、回収パイプ１９を介して回収タンク２１に流入する。

図３を参照して、工作機械１の電気的構成について説明する。工作機械１は、ＣＰＵ２５、ＲＯＭ２７、ＲＡＭ２８、操作部２９、表示部３０、スピーカ３１、主軸モータアンプ３３、Ｘ軸モータアンプ３４、Ｙ軸モータアンプ３５、Ｚ軸モータアンプ３６、入出力部３２等を備える。ＲＯＭ２７、ＲＡＭ２８、操作部２９、表示部３０、スピーカ３１、主軸モータアンプ３３、Ｘ〜Ｚ軸モータアンプ３４〜３６、入出力部３２は、入出力バス２６を介してＣＰＵ２５に接続する。なお工具交換装置はマガジンモータ（図示略）を備える。マガジンモータは工具マガジンの駆動源である。マガジンモータのモータアンプ（図示略）は入出力バス２６を介してＣＰＵ２５に接続する。

ＣＰＵ２５は工作機械１を統括制御する。ＲＯＭ２７は、制御プログラム、工具折損検知プログラム等を記憶する。制御プログラムは工作機械１の動作を制御するものである。工具折損検知プログラムは後述する工具折損検知処理を実行するものである。

ＲＡＭ２８は各種情報を一時的に記憶する。ＲＡＭ２８は外部記憶装置（図示略）に記憶した加工プログラムを取り込んで記憶する。加工プログラムは、例えば加工内容を示すコマンド、使用する工具種類、主軸回転数、Ｚ軸送り速度（工具４の移動速度）、加工を行う座標等の各種情報を１ブロック毎に加工順に記載したものである。操作部２９は各種設定を行う為の種々のキーを備える。操作部２９は作業者の操作により工作機械１に指令を与える。表示部３０は工作機械１の運転状況、設定画面、及びエラー文等を表示可能である。スピーカ３１は例えば工具４の折損時に警告音を出力する。主軸モータアンプ３３は主軸モータ５を駆動する。Ｘ軸モータアンプ３４はＸ軸モータ３７を駆動する。Ｙ軸モータアンプ３５はＹ軸モータ３８を駆動する。Ｚ軸モータアンプ３６はＺ軸モータ３９を駆動する。Ｘ軸モータ３７及びＹ軸モータ３８はＸＹ移動機構の駆動源である。Ｚ軸モータ３９はＺ軸移動機構の駆動源である。ポンプ１３、バルブ１５、及び圧力計１６は入出力部３２に接続する。

作業者は被加工物Ｗの切削加工を行う為に操作部２９を操作する。ＣＰＵ２５はＲＡＭ２８に記憶した被加工物Ｗの加工プログラムを読み込む。ＣＰＵ２５は加工プログラムの内容を１ブロックずつ解釈する。工作機械１は各部を駆動し、工具の交換、主軸の移動、被加工物Ｗの加工等を行う。

図１，図４を参照して、工具折損検知処理について説明する。ＣＰＵ２５は、加工プログラムに基づき、被加工物Ｗの加工を開始する場合、ＲＯＭ２７から工具折損検知プログラムを読み込んで本処理を実行する。

先ずＣＰＵ２５はバルブ１５を開放し（Ｓ１）、更にポンプ１３を駆動する（Ｓ２）。切削液タンク１１内の切削液は、パイプ１２及び環流パイプ１４を流れ、回転継ぎ手１７及び主軸の貫通穴を介して、工具４の流路４１に流れる。図２の如く、流路４１は工具４の先端部において閉塞している。ポンプ１３は一定の吐出圧で駆動しているので、流路４１及び環流パイプ１４に所定値以上の切削液圧力がかかる。ＣＰＵ２５は圧力計１６を用いて切削液圧力を検出する（Ｓ３）。

ＣＰＵ２５は圧力計１６で検出した切削液圧力が所定値未満か否か判断する（Ｓ４）。ＣＰＵ２５は、切削液圧力が所定値以上と判断した場合（Ｓ４：ＮＯ）、切削液漏出は無いので、工具４は折損していない。ＣＰＵ２５は被加工物Ｗの加工が終了したか否か判断する（Ｓ５）。ＣＰＵ２５は加工が終了したと判断した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、ポンプ１３を停止し（Ｓ６）、バルブ１５を閉じ（Ｓ７）、本処理を終了する。ＣＰＵ２５は加工が継続中と判断した場合（Ｓ５：ＮＯ）、Ｓ３に戻り、圧力計１６を用いて切削液圧力を監視する。

ＣＰＵ２５は、切削液圧力が所定値未満と判断した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、工具４の折損の疑いがある。例えば図５の如く、切削加工時に工具４が折損した場合、流路４１内の切削液圧力により、流路４１内の切削液は工具４の折れた端部から勢いよく噴出する。切削液圧力は急激に低下し所定値未満となる。工具４が折損した状態で切削加工を継続するのは危険である。ＣＰＵ２５は警告音をスピーカ３１から出力し、且つ表示部３０にエラー表示（Ｓ８）を行う。作業者は工具４の折損を速やかに認識できる。

ＣＰＵ２５は例えば主軸モータ５、及びＸ〜Ｚ軸モータ３７〜３９の駆動を夫々停止することにより被加工物Ｗの加工を停止する（Ｓ９）。ＣＰＵ２５はポンプ１３を停止し（Ｓ６）、バルブ１５を閉じ（Ｓ７）、本処理を終了する。工作機械１は被加工物Ｗを加工しながら工具４の折損の有無を監視するので、工具４の折損を確認する為の作業時間を不要にできる。故に工作機械１は作業時間を短縮できる。本実施形態は工具４の折損を速やかに検知し且つ折損した直後に動作を停止できるので、安全性の高い工作機械１を提供できる。

以上説明したように、第一実施形態の工作機械１は、工具折損検知装置７を用いて切削加工中に工具４の折損を検知できる。工具４は流路４１を備える。流路４１は工具４の先端部において閉塞する。工具４は工作機械１の主軸に装着する。工作機械１は工具折損検知装置７のポンプ１３を駆動し、切削液タンク１１内に貯留する切削液を、パイプ１２、環流パイプ１４等を介して工具４の流路４１内に供給する。流路４１は閉塞しているので、環流パイプ１４内に所定値以上の切削液圧力がかかる。圧力計１６は被加工物Ｗの切削加工時の環流パイプ１４内の切削液圧力を監視する。

流路４１は工具４の軸線に沿って設けてあるので、工具４が折損すると流路４１は分断する。切削液は流路４１から噴出するので、切削液圧力は急激に低下する。圧力計１６で検出した圧力値が所定値未満の場合、工具４は折損している可能性が高い。工具折損検知装置７は例えば警告音をスピーカ３１から出力し且つ表示部３０にエラー表示を行うことで、作業者に異常を報知する。工作機械１は被加工物Ｗを加工しながら工具４の折損を検知するので、工具４の折損を確認する為の作業時間を不要にできる。更に工作機械１は、工具４の折損を速やかに検知し且つ折損した直後に動作を停止できるので、安全性を向上できる。

また本実施形態では特に、流路４１に供給する流体は切削液であるので、工具４の折損前後において圧力差を生じ易い。故に工作機械１は工具４が折損したか否かを容易かつ速やかに判断できる。切削液を工具４の流路４１に供給することで、工具４を冷却できると共に、防錆性、耐腐敗性等の効果を得ることができる。故に工具寿命は長くなる。

図６〜図８を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。図６の如く、工作機械１００は、切削液を工具４０の先端部から噴出しながら被加工物Ｗの切削加工を行うことができる。工作機械１００は工具折損検知装置７０を備える。なお工作機械１００及び工具折損検知装置７０の電気的構成は第一実施形態と同じである。

図６を参照して、工具折損検知装置７０の構成について説明する。工具折損検知装置７０は、図１に示す工具折損検知装置７の構成と一部同じである。同じ構成部分については同符号を付して説明する。工具折損検知装置７０は、切削液タンク１１１、パイプ１２、ポンプ１３、環流パイプ１４、バルブ１５、圧力計１６、回転継ぎ手１７、回収パイプ１９、濾過装置２３を備える。切削液タンク１１１は、工具４０に供給する切削液を貯留し、且つ工具４０の先端部から噴出した切削液を回収する。濾過装置２３は、パイプ１２の上流側一端部に設けてある。濾過装置２３はパイプ１２を流れる切削液を濾過する。

図７，図８を参照して、工具４０の構造について説明する。図７の如く、主軸の工具装着部に装着する工具４０は流路１４１を備える。流路１４１は工具４０の軸線方向に沿って設けてある。流路１４１は大径部１４２と小径部１４３を備える。大径部１４２は工具４０の先端部を除く部分における流路である。小径部１４３は工具４０の先端部における流路である。小径部１４３の流路径は、大径部１４２の流路径よりも小さい。大径部１４２と小径部１４３は同軸上に接続している。小径部１４３は工具４０の先端部において貫通する。流路１４１を流れた切削液は工具４０の先端部から噴出する。

図６を参照して、工作機械１００の工具折損検知動作について説明する。工作機械１００は主軸に工具４０を装着して被加工物Ｗの切削加工を行う。ポンプ１３は一定の吐出圧で駆動する。切削液タンク１１１内の切削液は、パイプ１２及び環流パイプ１４を流れ、回転継ぎ手１７及び主軸の貫通穴を介して、工具４０の流路１４１に流れる。流路１４１は小径部１４３において径が小さくなっているので、大径部１４２及び環流パイプ１４に切削液圧力がかかる。故に切削液は工具４０の先端部から勢いよく噴出する。工作機械１００は、工具４０の先端部から切削液を噴出しながら被加工物Ｗを加工する。ＸＹテーブル２の周囲に落下した切削液は回収パイプ１９を流れ、切削液タンク１１１内に再度流入する。工作機械１００は、切削液タンク１１１内の切削液を再利用する。

図８の如く、工作機械１００による被加工物Ｗの切削加工中、工具４０が折損した場合、小径部１４３は工具４０から消失し、切削液は大径部１４２から噴出する。切削液が流れる流路は小径部１４３から大径部１４２に突如変わる。故に圧力計１６が検出する切削液圧力は急激に低下する。工作機械１００は切削液圧力の急激な低下を検知することで、第一実施形態と同様に、工具４０の折損を検知できる。工作機械１００のＣＰＵ（図示略）は、第一実施形態の工具折損検知処理（図４参照）と同じ処理を実行すればよい。図４のＳ４の処理における切削液圧力の所定値の設定は適宜調節すればよい。

以上説明したように、第二実施形態の工作機械１００は、第一実施形態で使用した工具４の代わりに、工具４０を主軸に装着して使用する。工具４０は流路１４１を備える。流路１４１は大径部１４２と小径部１４３を同軸上に備える。小径部１４３は工具４０の先端部に設けてある。小径部１４３の流路径は大径部１４２の流路径よりも小さい。小径部１４３は工具４０の先端部において貫通する。工作機械１００は切削液を工具４０の先端部から噴出しながら被加工物Ｗの切削加工を行う。工作機械１００の切削加工中、工具４０が折損した場合、小径部１４３は工具４０から消失する。切削液は大径部１４２から噴出する。切削液が流れる流路は小径部１４３から大径部１４２に突如変わる。圧力計１６が検出する切削液圧力は急激に低下する。工作機械１００は切削液圧力の急激な低下を検知することで、第一実施形態と同様に、工具４０の折損を検知できる。

なお本発明は上記第一，第二実施形態に限定されず、様々な変形が可能である。例えば、第一実施形態では、工具４の流路４１に切削液を供給し、流路４１にかかる圧力を監視しているが、流路４１に供給する流体は切削液以外でもよく、例えば気体でもよい。更に切削液以外の流体を用いてもよい。

また第一実施形態では、切削液タンク１１と回収タンク２１とを別々に設けているが、例えば第二実施形態のように一つの切削液タンク１１１にしてもよい。

また第一，第二実施形態では、工具４，４０が折損した場合に、所定処理を行う処理手段として、ＣＰＵ２５はスピーカ３１から警告音を出力し且つ表示部３０にエラー表示をするが、何れか一方のみを実行してもよい。さらに異常が生じたことを外部装置（図示略）に出力するようにしてもよい。

また第一，第二実施形態は、何れも縦型の工作機械１，１００であるが、本発明は横型の工作機械にも適用可能である。

また第一，第二実施形態において、圧力計１６は環流パイプ１４の下流側に設けているが、ポンプ１３の下流側であればどこでもよい。例えば主軸ヘッド３内に設けてもよい。

１，１００ 工作機械
４，４０ 工具
７，７０ 工具折損検知装置
１１，１１１ 切削液タンク
１２ パイプ
１３ ポンプ
１４ 環流パイプ
１６ 圧力計
１７ 回転継ぎ手
２５ ＣＰＵ
３０ 表示部
３１ スピーカ
４１ 流路
１４１ 流路
１４２ 大径部
１４３ 小径部

Claims (2)

1. 工作機械の主軸に装着した工具の折損を検知する工具折損検知装置であって、
   前記工具の軸線に沿って設けた流路に切削液を供給する切削液供給手段と、
   前記流路に流れる前記切削液の圧力値を検出する圧力検出手段と、
   前記圧力検出手段が検出した前記圧力値が所定値未満である場合に、前記工具が折損したと判断する判断手段と、
   前記判断手段が前記工具が折損したと判断した場合、所定処理を行う処理手段と
   を備え、
   前記流路は、
   前記工具の先端部を除く部分に設けた大径部と、
   前記工具の前記先端部において貫通して設け、前記大径部と同軸上に接続し、且つ前記大径部の流路径よりも小さい小径部と
   を備えたこと
   を特徴とする工具折損検知装置。
2. 請求項１に記載の工具折損検知装置を備えたことを特徴とする工作機械。

Images