JP6116649B2 - ワーク有無の判断装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの有無を検出することが可能なワーク有無の判断装置に関する。

従来より、棒状のワーク（加工対象物）を加工する旋盤等の工作機械の把持装置は、ワークを挿通させる筒状の可撓性のチャック（コレットチャック）と、このチャックを開閉させる開閉手段とを有し、該開閉手段によって前記チャックを閉じ、該チャックによってワークを把持している。このような把持装置において、チャック内のワークの有無をセンサ等によって検出するものが公知である。例えばチャック内に光を照射してワークの有無を検出する光センサを使用した把持装置がある（特許文献１参照）。チャック内にワークが有る場合に、チャックを閉じ、加工を行うことによって、誤加工等を防止することができる。

特開２０１０−０３０７８２号公報

しかしながら、光センサ等のセンサを使用した把持装置では、ワークの加工時に発生する切粉等による誤検出によって検出精度が低下する場合があるという問題があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、チャック内のワークの有無を高精度で判断することができるワーク有無の判断装置を提供することを目的とする。

本発明のワーク有無の判断装置は、ワークを開閉自在に把持するチャックと、このチャックをシリンダの伸縮駆動により開閉させる開閉手段と、前記チャックの閉状態を検出する検出手段とを有し、前記開閉手段によって前記チャックを閉状態とし、前記ワークを把持する工作機械のワーク有無の判断装置であって、
前記開閉手段により前記チャックを閉作動させる前記シリンダの駆動力を、前記ワークを把持する通常の駆動力と、前記ワークを把持する際に前記チャックが前記ワークから受ける圧力によって前記チャックの閉作動が途中で停止する低い駆動力とに切り替え、前記チャックを前記低い駆動力で閉作動させた際に、前記検出手段による前記チャックの閉状態の検出の有無に基づいて前記チャック内の前記ワークの有無を判断する制御装置を備えることを特徴としている。

また、本発明のワーク有無の判断装置において、制御装置は、チャックを低い駆動力で閉作動させた際に、検出手段によりチャックの閉状態が検出されない場合には、チャック内にワークがあると判断することを特徴としている。

また、本発明のワーク有無の判断装置において、制御装置は、チャックを低い駆動力で閉作動させた際に、検出手段によりチャックの閉状態が検出される場合には、チャック内にワークがないと判断することを特徴としている。

本発明のワーク有無の判断装置では、チャックを閉作動させる駆動力を通常の駆動力と低い駆動力とに切り替えるように構成した。そして、チャックを低い駆動力で閉作動させた際に、チャックの閉状態の検出の有無に基づいてチャック内のワークの有無を判断するようにした。したがって、光センサ等のセンサを使用することなく、チャック内のワークの検出が可能になるので、ワークの加工時に発生する切粉等による悪影響を受けることがない。よって、本発明のワーク有無の判断装置は、チャック内のワークの有無を高精度で判断することができる。

本発明の一実施の形態の自動旋盤の要部の断面図である。 図１の自動旋盤において主軸側の部分の拡大図である。 同実施の形態のワーク有無の判断装置を示すブロック図である。 同実施の形態のワークの検出処理を示すフローチャートである。 同実施の形態のワークの加工方法の説明図である。 図５から続くワークの加工方法の説明図である。 図６から続くワークの加工方法の説明図である。

図１は、本発明のワーク有無の判断装置を適用した自動旋盤１（工作機械）の主軸部分の要部断面図である。この自動旋盤１は、相対向して主軸２と背面主軸３とが設けられている。

主軸２は、図示しない自動旋盤のベッド上に、Ｚ軸方向（軸線方向）にスライド移動自在に支持されている。背面主軸３は、前記ベッド上に、Ｘ軸方向（左右方向）及び前記Ｚ軸方向にスライド移動自在に支持されている。主軸２及び背面主軸３は各々主軸台２ａ及び背面主軸台３ａに回転自在に支持されており、主軸台２ａ及び背面主軸台３ａの基端側に設けられた駆動部（ビルトインモータ）により回転駆動される。

自動旋盤１は、ワーク１０１を主軸２の後方から主軸２内に挿入して、主軸２の先端から突出させて主軸２に把持させることにより、ワーク１０１を主軸２において工具６等で加工することができる。

主軸２での加工が終了したワーク１０１を突っ切り、主軸２から背面主軸３に受け渡すことによって、ワーク１０１から突っ切られたワークを背面主軸３において図示しない背面加工用の工具で加工することができる。

図２を用いて主軸２の構成を説明する。主軸２には、ワーク１０１を把持する把持手段４が設けられている。この把持手段４は、ワーク１０１を挿通させる筒状の可撓性のチャック４０（コレットチャック）と、このチャック４０を開閉させる開閉手段とを有している。開閉手段は、筒状の第１スリーブ４１、筒状の第２スリーブ４２、押圧爪５１、駆動レバー５３、シリンダ５４とを有する。この開閉手段でチャック４０を閉作動させ、チャック４０を閉状態とすることによりワーク１０１を把持することができる。

主軸２は筒状に形成されている。主軸２の先端（前端）に、第１スリーブ４１がＺ軸方向（ＭＮ方向）に摺動自在に挿入されている。主軸２内の第１スリーブ４１の後方に第２スリーブ４２がＺ軸方向に摺動自在に挿入されている。第１スリーブ４１の後端と第２スリーブ４２の前端とは当接している。

第１スリーブ４１内に、チャック４０が挿入されている。チャック４０と第１スリーブ４１との間には、圧縮バネ（図示せず）が介設されている。チャック４０は、前記圧縮バネによって前方に付勢され、前端側が主軸２に設けられたキャップ２ｂと当接して位置決めされている。

チャック４０の外周面の前端部にはテーパ４０ａが前方へ広がるように形成されている。第１スリーブ４１の内周面の前端部にはテーパ４１ａが前方へ広がるように形成されている。このテーパ４１ａは、チャック４０のテーパ４０ａに面接している。

前記主軸２には、第２スリーブ４２の後方に、ホルダ４３が装着されている。ホルダ４３には、複数の押圧爪５１が軸５５を介して主軸２の径方向に揺動自在に支持されている。各押圧爪５１は、主軸２の軸線周りに配置されている。各押圧爪５１は、第２スリーブ４２の後端に当接する第１端部５１ａと、主軸２の外周面と対向する第２端部５１ｂとを備えている。押圧爪５１の前方には、摺動部材５２が主軸２に対してＺ軸方向に摺動自在に外嵌されている。

主軸台２ａには、シリンダ５４が設けられている。シリンダ５４は、ハウジング５４ａと、ハウジング５４ａ内に嵌めこまれたシリンダ軸５４ｂとを備えている。シリンダ軸５４ｂは、シリンダ駆動手段（図示せず）によってＺ軸方向に沿って伸縮駆動される。

また、主軸台２ａには、駆動レバー５３が前後揺動自在に支持されている。駆動レバー５３は一端側が主軸台２ａに回動自在に軸支され、他端側がシリンダ軸５４ｂに連結され、両端の中間位置で摺動部材５２に係合している。

シリンダ軸５４ｂを後方に縮駆動することによって、駆動レバー５３が後方に揺動して摺動部材５２は後方（矢印Ｎ方向）へスライド移動し、各押圧爪５１の第２端部５１ｂが摺動部材５２に乗り上げ、摺動部材５２の外周面に当接する。これにより押圧爪５１が図２において時計回り（押圧側）に回転して押圧爪５１の第１端部５１ａが第２スリーブ４２を前方（矢印Ｍ方向）に向かって押圧する。

押圧爪５１によって第２スリーブ４２が押圧されると、第１スリーブ４１が前方へ移動し、第１スリーブ４１のテーパ４１ａがチャック４０のテーパ４０ａを押圧し、チャック４０が内部方向に撓む。チャック４０は内部方向に撓むように閉作動する。

シリンダ軸５４ｂを前方に伸駆動することによって、駆動レバー５３が前方に揺動して摺動部材５２は前方へスライド移動し、各押圧爪５１の第２端部５１ｂが摺動部材５２から下り、主軸２の外周面に当接する。これにより押圧爪５１が図２において反時計回り（解除側）に回転して、第１端部５１ａによる第２スリーブ４２の押圧が解除される。

押圧爪５１による第２スリーブ４２の押圧が解除されると、前記圧縮バネの付勢力により、第１スリーブ４１が後方に移動し、第１スリーブ４１のテーパ４１ａによるチャック４０のテーパ４０ａの押圧が解除され、チャック４０が弾力的に復元して開作動する。チャック４０の開作動によりワーク１０１の把持が解除される。

背面主軸３は主軸２と前後対称で同様の構成である。このため、背面主軸３は、シリンダ軸５４ｂの前方への縮駆動によって、摺動部材５２により押圧爪５１を押圧側に回転させ、第２スリーブ４２を押圧してチャック４０を閉作動させる。また、シリンダ軸５４ｂの後方への伸駆動によって各押圧爪５１を解除側に回転させ、第２スリーブ４２の押圧を解除してチャック４０を開作動させる。

また、図１に示すように背面主軸３には、Ｚ軸方向に進退移動自在にノックアウト棒２０１が挿入されている。ノックアウト棒２０１を背面主軸３の先端側に向かって移動させることによって、加工が終了したワーク１０１を背面主軸３から押し出して排出することができる。なお背面主軸３の主軸２と同一部分の詳細な説明は割愛する。

背面主軸３のシリンダ５４側には、チャック４０が閉状態となるまでシリンダ軸５４ｂが縮作動することを検出するセンサ１２（図３参照）が設けられている。このセンサ１２は、チャック４０が閉状態となるまでシリンダ軸５４ｂが縮作動したときに信号を発生し、検出手段として、チャック４０の閉状態を検出することができる。

図３に、本実施の形態のワーク有無の判断装置１０のブロック図を示す。この判断装置１０において、センサ１２は、制御装置１１の入力側に接続されている。制御装置１１の出力側には、背面主軸３側のシリンダ５４のシリンダ軸５４ｂを駆動するシリンダ駆動手段１３と、背面主軸３のワーク１０１の把持状態をオペレータに報知する通知手段１４とが接続されている。通知手段１４としては、スピーカやモニタ等が挙げられる。

チャック４０によってワーク１０１を把持する際は、チャック４０がワーク１０１から受ける反力に抗する作動力でチャック４０を閉状態とする必要がある。このため、シリンダ軸５４ｂを縮駆動する際のシリンダ５４の駆動圧力は、チャック４０内にワーク１０１が挿通された状態でチャック４０を閉状態とすることができるような作動力を発生させる程度の大きさに設定される。

制御装置１１は、ワーク１０１を把持する際に、シリンダ駆動手段１３の駆動力を低駆動力と通常駆動力とに切り替えてシリンダ駆動手段１３を作動させ、背面主軸３側のシリンダ５４を駆動させることができるように構成されている。

低駆動力は、ワーク１０１を把持する際に、ワーク１０１から受ける反力によってチャック４０を閉状態とすることができない程度の小さい駆動圧力のことである。通常駆動力は、ワーク１０１を把持させることができる程度に大きい通常駆動圧力のことである。

言い換えると、制御装置１１は、切り替え手段として、背面主軸３のチャック４０を閉作動させる駆動力を、ワーク１０１を把持する際にチャック４０の閉作動が途中で停止するような低い駆動力と、ワーク１０１を把持するようにチャックを閉じる通常の駆動力とに切り替えるように構成されている。

このため、背面主軸３のチャック４０内にワーク１０１が存在する状態で、背面主軸３側のシリンダ５４を通常駆動圧力で駆動すると、シリンダ軸５４ｂの縮作動が完了し、チャック４０が閉状態となり、センサ１２が作動し、センサ１２によってチャック４０の閉状態が検出される。

一方、背面主軸３のチャック４０内にワーク１０１が存在する状態で、背面主軸３側のシリンダ５４を低駆動圧力で駆動すると、押圧爪５１の第２端部５１ｂは摺動部材５２に乗り上げることができず、シリンダ軸５４ｂの縮作動が途中で停止する。このため、チャック４０は閉状態となることができず、したがってセンサ１２は作動せず、センサ１２によるチャック４０の閉状態の検出が行われない。

ただし、背面主軸３のチャック４０内にワーク１０１が存在しない状態で、背面主軸３側のシリンダ５４を低駆動圧力で駆動すると、チャック４０がワーク１０１から受ける反力がないため、押圧爪５１の第２端部５１ｂが摺動部材５２に乗り上げ、チャック４０が空状態（ワーク１０１がない状態）で閉状態となる。これによりセンサ１２が作動し、センサ１２によってチャック４０の閉状態が検出される。

制御装置１１は、把持制御手段として、図４のフローチャートに示されるように、背面主軸３でワーク１０１を把持する際に、まず背面主軸３側のシリンダ５４を低駆動圧力で駆動する（ステップＳ１）。続いてセンサ１２から信号が発生しているか否かを判断する（ステップＳ２）。センサ１２から信号が発生していなければ（ステップＳ２でＮＯ）、チャック４０内にワーク１０１が存在し、チャック４０が閉状態ではないと判断され、次に、背面主軸３側のシリンダ５４を通常駆動圧力で駆動する（ステップＳ３）。

続いて、センサ１２から信号が発生しているか否かを判断し（ステップＳ４）、信号が発生していれば（ステップＳ４でＹＥＳ）、チャック４０が閉状態でワーク１０１を把持し、正常に把持が行われていると判断し、加工の継続を許容する。この際、ワーク１０１の把持が正常に行われていることをオペレータに通知手段１４を介して知らせてもよい。

なお、ステップＳ２において信号が発生した場合は（ステップＳ２でＹＥＳ）、チャック４０が空状態で閉状態となり、正常に把持が行われていないと判断し、ワーク１０１の把持エラーとして、加工の継続を規制する。この際、把持の異常（チャック４０にワーク１０１が挿入されていない）をオペレータに通知手段１４を介して報知する（ステップＳ６）。

また、ステップＳ４において信号が発生しない場合は（ステップＳ４でＮＯ）、チャック４０によるワーク１０１のチャックミス等、正常に把持が行われていないと判断して、加工の継続を規制し、把持の異常をオペレータに通知手段１４を介して報知する（ステップＳ６）。

制御装置１１は、以上のように、背面主軸３によるワーク１０１の把持動作の際に、センサ１２からの信号に基づき、背面主軸３側のチャック４０内のワーク１０１の有無や、チャックミス等の把持の異常を判断するように構成されている。

以上のように構成されている自動旋盤１において、図５〜図７を用いてワーク１０１の加工方法を説明する。最初に、図５に示すように、ワーク１０１を主軸２の後端側から主軸２内に通してチャック４０により把持させ、その後、主軸２を回転させながら、Ｚ軸方向に移動させてワーク１０１の先端側の部分１０１ａを工具６で加工する。

次に、図６に示すように、主軸２を前方側に移動させ、ワーク１０１の加工端側１０１ａが背面主軸３側のチャック４０内に挿入される。その際、制御装置１１によって背面主軸３側のチャック４０により、ワーク１０１を把持させる。本実施形態においては、センサ１２からの信号に基づき、背面主軸３側のチャックミス等が判断され、判断の結果、加工の継続が許容されると、図７の（ａ）に示すようにワーク１０１が突切りバイト７によって突っ切られる。突っ切られたワーク１０１ａは背面主軸３に受け渡される。

その後、図７の（ｂ）に示すように、背面主軸３に受け渡されたワーク１０１ａが背面加工用の工具８で加工される。このときに、主軸２側においてもワーク１０１ｂを工具６で加工することができる。背面主軸３における加工が完了したら、図７の（ｃ）に示すようにワーク１０１ａの把持状態を解除し、ノックアウト棒２０１でワーク１０１ａを押し出し、製品として回収する。図７の（ａ）〜（ｃ）の工程を繰り返すことでワーク１０１の加工が順次連続的に行われる。

以上説明したように本実施の形態のワーク有無の判断装置１０では、チャック４０を閉作動させる駆動力を、通常の駆動力と低い駆動力とに切り替えるようにした。そして、低い駆動力でチャック４０を閉じたときにチャック４０の閉状態が検出されない場合は、チャック４０内にワーク１０１が存在していると判断し、チャック４０を通常の駆動力で閉作動させるようにした。

したがって、光センサ等のセンサを使用することなく、チャック４０内のワーク１０１の検出が可能になるので、ワーク１０１の加工時に発生する切粉等による悪影響を受けることがない。よって、本実施の形態のワーク有無の判断装置１０は、チャック４０内のワーク１０１の有無を高精度で判断することができる。

また、本実施の形態のワーク有無の判断装置１０では、既存の自動旋盤１に制御装置１１、センサ１２、通知手段１４を接続することで構成されるので、装置を容易に構成することができる。

また、本実施の形態のワーク有無の判断装置１０では、低い駆動力でチャック４０を閉作動させた際に、チャックの閉状態が検出される場合には、チャック４０内にワーク１０１がないと判断し、ワーク１０１の把持エラーを出力するようにした。これにより、ワーク１０１の把持が異常であることを容易に判断することが可能になる。よって、本実施の形態のワーク有無の判断装置１０は、使い勝手を向上させることができる。

また、本実施の形態のワーク有無の判断装置１０では、低い駆動力でチャック４０を閉作動させ、チャック４０の閉状態が検出されない場合に、次に通常の駆動力でチャック４０を閉作動させ、チャック４０の閉状態が検出されることにより、ワーク１０１が把持されたと判断するようにした。これにより、ワーク１０１の把持が正常であることを容易に判断することが可能になる。よって、本実施の形態のワーク有無の判断装置１０では、使い勝手をさらに向上させることができる。

以上、本発明に係る実施の形態を例示したが、この実施の形態は本発明の内容を限定するものではない。また、本発明の請求項の範囲を逸脱しない範囲であれば、各種の変更等は可能である。

例えば、本実施の形態では、ワーク有無の判断装置１０を、背面主軸３側のチャック４０内のワーク１０１の検出に使用したが、主軸２側のチャック４０内のワーク１０１の検出に使用しても良い。また、双方のチャック４０，４０内のワーク１０１の検出に使用しても良い。また低い駆動力でチャック４０を閉じ、チャック４０が途中で停止した後、いったんシリンダ軸５４ｂを伸作動させ、次にシリンダ５４を通常駆動圧力で駆動して、シリンダ軸５４ｂを伸作動させることによって、チャック４０を通常の駆動力で閉作動させてもよい。

１ 自動旋盤
１０ ワーク有無の判断装置
１１ 制御装置
１２ センサ（検出手段）
４０ チャック
４１ 第１スリーブ（開閉手段）
４２ 第２スリーブ（開閉手段）
５１ 押圧爪（開閉手段）
５３ 駆動レバー（開閉手段）
５４ シリンダ（開閉手段）
１０１ ワーク

Claims (3)

1. ワークを開閉自在に把持するチャックと、このチャックをシリンダの伸縮駆動により開閉させる開閉手段と、前記チャックの閉状態を検出する検出手段とを有し、前記開閉手段によって前記チャックを閉状態とし、前記ワークを把持する工作機械のワーク有無の判断装置であって、
   前記開閉手段により前記チャックを閉作動させる前記シリンダの駆動力を、前記ワークを把持する通常の駆動力と、前記ワークを把持する際に前記チャックが前記ワークから受ける圧力によって前記チャックの閉作動が途中で停止する低い駆動力とに切り替え、前記チャックを前記低い駆動力で閉作動させた際に、前記検出手段による前記チャックの閉状態を前記シリンダのシリンダ軸の伸縮作動のときの位置に応じて検出し、前記閉状態の検出の有無に基づいて前記チャック内の前記ワークの有無を判断する制御装置を備えることを特徴とするワーク有無の判断装置。
2. 請求項１に記載のワーク有無の判断装置において、
   前記制御装置は、前記チャックを前記低い駆動力で閉作動させた際に、前記検出手段により前記チャックの閉状態が検出されない場合には、前記チャック内に前記ワークがあると判断することを特徴とするワーク有無の判断装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のワーク有無の判断装置において、
   前記制御装置は、前記チャックを前記低い駆動力で閉作動させた際に、前記検出手段により前記チャックの閉状態が検出される場合には、前記チャック内に前記ワークがないと判断することを特徴とするワーク有無の判断装置。