JP6170315B2 - 刃先検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械において、工具の摩耗状況や、交換直後の工具の刃先位置を検知するために用いられる刃先検知装置に関する。

特許文献１には、ツールプリセッタが開示されている。ツールプリセッタは、ブラケットと、スプライン軸と、アームと、固定側カップリングと、可動側カップリングと、を備えている。スプライン軸は、ブラケットに対して、自身の軸周りに回転可能である。アームは、スプライン軸に固定されている。固定側カップリングは、ブラケットに配置されている。可動側カップリングは、スプライン軸に配置されている。同文献の段落［００１９］に開示されているように、可動側カップリングを固定側カップリングに嵌合させることにより、アームは、計測角度位置に位置決めされる。

特開２００４−３２２２５６号公報

同文献記載のツールプリセッタによると、カップリング機構を用いているため、高精度にアームの位置決めを行うことができる。しかしながら、カップリング機構は、構造が複雑である。また、カップリング機構は、高価である。そこで、本発明は、簡単な構造で、安価かつ高精度に位置決めを行うことができる刃先検知装置を提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明の刃先検知装置は、固定部材と、該固定部材側の固定側位置決め部と、該固定部材に対して揺動可能な揺動部材と、該揺動部材側の揺動側位置決め部と、を備える刃先検知装置であって、前記固定側位置決め部および前記揺動側位置決め部のうち、一方は環状に連続する環状内面を有する凹部を、他方は環状に連続する環状外面を有する凸部を、有し、前記揺動部材が揺動し該凸部が該凹部に当接することにより、前記固定部材に対する該揺動部材の位置決めを行うことを特徴とする。

本発明の刃先検知装置は、凸部が凹部に当接することを利用して、固定部材に対する揺動部材の位置決めを行っている。すなわち、凹部は環状内面を有している。一方、凸部は環状外面を有している。凸部が凹部に当接すると、環状外面が環状内面に、全周的に当接する（ミクロ的には、いずれかの３点で当接する）。このため、固定部材に対する揺動部材の位置決めを、高精度に行うことができる。

また、固定側位置決め部および揺動側位置決め部のうち、一方に凹部を、他方に凸部を、設けるだけで、固定部材に対する揺動部材の位置決めを、行うことができる。すなわち、簡単な構造で、安価に位置決めを行うことができる。

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、前記揺動部材に固定される刃先検知部を備え、該刃先検知部と前記揺動側位置決め部とは、前記固定部材に対する該揺動部材の揺動軸を挟んで、互いに反対側に配置されている構成とする方がよい。

本構成によると、揺動部材において、揺動軸を挟んで、一方に刃先検知部が、他方に揺動側位置決め部が、各々配置されている。このため、刃先検知部と揺動側位置決め部とが、互いに干渉しにくい。

（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記揺動部材の揺動方向は縦方向である構成とする方がよい。本構成によると、揺動部材の自重を利用して、凸部を凹部に、相対的に当接させることができる。

（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記環状外面は部分球面であり、前記環状内面は裏円錐面である構成とする方がよい。本構成によると、凸部が凹部に当接する際、環状外面の中心と、環状内面の中心と、が一致しやすくなる。すなわち、本構成の刃先検知装置は、調芯機能を有している。このため、固定部材に対する揺動部材の位置決めを、さらに高精度に行うことができる。

（５）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記環状外面は円錐面であり、前記環状内面は裏部分球面である構成とする方がよい。本構成によると、凸部が凹部に当接する際、環状外面の中心と、環状内面の中心と、が一致しやすくなる。すなわち、本構成の刃先検知装置は、調芯機能を有している。このため、固定部材に対する揺動部材の位置決めを、さらに高精度に行うことができる。

本発明によると、簡単な構造で、安価かつ高精度に位置決めを行うことができる刃先検知装置を提供することができる。

本発明の刃先検知装置の一実施形態となる刃先検知装置の使用位置における斜視図である。 同刃先検知装置の使用位置における右側面図である。 図２の枠ＩＩＩ内の拡大図である。 同刃先検知装置の収容位置における右側面図である。 （ａ）は、その他の実施形態（その１）の刃先検知装置の使用位置におけるボルトおよびストッパの上下方向断面図である。（ｂ）は、その他の実施形態（その２）の刃先検知装置の使用位置におけるボルトおよびストッパの上下方向断面図である。（ｃ）は、その他の実施形態（その３）の刃先検知装置の使用位置におけるボルトおよびストッパの上下方向断面図である。

以下、本発明の刃先検知装置の実施の形態について説明する。

＜刃先検知装置の構成＞
まず、本実施形態の刃先検知装置の構成について説明する。図１に、本実施形態の刃先検知装置の使用位置（タッチセンサを使用する位置）における斜視図を示す。図２に、同刃先検知装置の使用位置における右側面図を示す。図３に、図２の枠ＩＩＩ内の拡大図を示す。図４に、同刃先検知装置の収容位置（タッチセンサを収容する位置）における右側面図を示す。

図１〜図４に示すように、本実施形態の刃先検知装置１は、ベース２と、ボルト３と、アーム４と、ストッパ５と、カバー６と、シリンダ部７と、タッチセンサ８と、を備えている。ベース２は、本発明の「固定部材」の概念に含まれる。ボルト３は、本発明の「固定側位置決め部」の概念に含まれる。アーム４は、本発明の「揺動部材」の概念に含まれる。ストッパ５は、本発明の「揺動側位置決め部」の概念に含まれる。タッチセンサ８は、本発明の「刃先検知部」の概念に含まれる。

図１に示すように、旋盤の加工室９５の壁部９５０には、アーム収容部９６が配置されている。ベース２は、壁部９５０の裏側（後側）に配置されている、主軸台取付部である機械ベッド（図示せず）に取り付けられている。ベース２は、ベース本体２０と、ボルト取付部２１と、を備えている。ボルト取付部２１は、突起状を呈している。図３に示すように、ボルト取付部２１には、取付孔２１０が穿設されている。取付孔２１０の内周面には、ネジ部２１０ａが形成されている。

アーム４は、ベース２に、揺動軸Ａを介して、縦方向（垂直方向）に揺動可能に取り付けられている。アーム４は、アーム本体４０と、ストッパ取付部４１と、を備えている。アーム本体４０は、図１に示す使用位置において、前後方向および左右方向に延在するＬ字状を呈している。ストッパ取付部４１は、突起状を呈している。図３に示すように、ストッパ取付部４１には、取付孔４１０が穿設されている。取付孔４１０は、小径部４１０ａと、大径部４１０ｂと、を備えている。小径部４１０ａと大径部４１０ｂとは、径方向の段差を介して連なっている。図２、図４に示すように、アーム本体４０とストッパ取付部４１との間には、揺動軸Ａが配置されている。

カバー６は、前後方向に延在する細板状を呈している。図２に示す使用位置において、カバー６は、アーム４の下側に配置されている。図４に示す収容位置において、カバー６は、アーム４の前側に配置されている。カバー６は、常時、ストッパ５を外側から覆っている。

シリンダ部７は、シリンダ７０と、ロッド７１と、を備えている。シリンダ７０は、ベース２に取り付けられている。ロッド７１は、シリンダ７０に対して、前後方向（直線方向）に出入り可能である。ロッド７１の先端は、アーム本体４０に取り付けられている。シリンダ部７により、アーム４は、図４に示す収容位置と、図２に示す使用位置と、の間を移動可能である。

タッチセンサ８は、アーム本体４０の右端（Ｌ字先端）に配置されている。図１に示すように、タッチセンサ８により、タレット９の工具ホルダ９０の工具Ｔの刃先の位置を検知することができる。

図２、図３に示すように、ボルト３は、ナット３２を介して、ボルト取付部２１の取付孔２１０に挿通されている。ナット３２により、取付孔２１０に対するボルト３の挿入量を調整可能である。ボルト３の外周面には、ネジ部３０が形成されている。ボルト３のネジ部３０は、取付孔２１０のネジ部２１０ａに、螺合している。ボルト３の下端は、取付孔２１０から外部に突出している。ボルト３の下端には、凹部３１が形成されている。凹部３１の内周面は、裏円錐面状（円錐の外周面に型対称な面形状）を呈している。

ストッパ５は、位置決めボルト５０と、キャップ５１と、を備えている。位置決めボルト５０は、所定のクリアランスＤが確保された状態で、取付孔４１０の小径部４１０ａに挿通されている。位置決めボルト５０の外周面には、ネジ部５０ａが形成されている。小径部４１０ａの先端は、大径部４１０ｂに進入している。

キャップ５１は、突出部５１０と、胴部５１１と、を備えている。胴部５１１は、所定のクリアランスＣが確保された状態で、大径部４１０ｂに収容されている。胴部５１１の下端には、取付凹部５１１ａが形成されている。取付凹部５１１ａの内周面には、ネジ部５１１ａａが形成されている。取付凹部５１１ａのネジ部５１１ａａは、位置決めボルト５０のネジ部５０ａに、螺合している。突出部５１０は、大径部４１０ｂから外部に突出している。突出部５１０は、凸部５１０ａと、フランジ部５１０ｂと、を備えている。フランジ部５１０ｂは、大径部４１０ｂから径方向外側に張り出している。位置決めボルト５０を締めると、位置決めボルト５０のボルト頭部と、フランジ部５１０ｂと、の間の距離が短くなる。このため、取付孔４１０つまりストッパ取付部４１に、ストッパ５を、固定（位置決め）することができる。凸部５１０ａは、フランジ部５１０ｂから突出している。凸部５１０ａの外周面は、部分球面状を呈している。

＜刃先検知装置の動き＞
次に、本実施形態の刃先検知装置の動きについて説明する。本実施形態の刃先検知装置は、図４に示す収容位置と、図２に示す使用位置と、の間でアーム４の位置を切替可能である。

図４に示すように、収容位置においては、アーム４は、ベース２の上側に畳み込まれている。アーム４は、図１に示すアーム収容部９６の内部に収容されている。アーム４は、カバー６により前側から覆われている。アーム４が収容位置に切り替えられるのは、ワーク加工時である。

収容位置においてシリンダ部７を駆動すると、アーム４は、図２に示す使用位置に切り替わる。切替により、アーム４のうちアーム本体４０は、揺動軸Ａの上側から前側まで揺動する。一方、アーム４のうちストッパ取付部４１は、揺動軸Ａの下側から後側まで揺動する。図３に示すように、使用位置においては、ストッパ５の凸部５１０ａは、ボルト３の凹部３１に収容されている。また、図１に示すように、タッチセンサ８は、所定の位置（刃先検知位置）に配置されている。

アーム４が使用位置に切り替えられるのは、工具交換時である。すなわち、図１に示す工具Ｔを交換すると、交換前の古い工具Ｔと交換後の新しい工具Ｔとで、刃先の位置が異なる場合が多い。このため、ワーク加工時に、古い工具Ｔと同一の軌道で新しい工具Ｔを移動させると、ワークに寸法誤差が発生するおそれがある。そこで、工具交換時には、タッチセンサ８を用いて、新しい工具Ｔの刃先の位置を検知している。そして、検知結果に応じて、工具Ｔの軌道を補正している。また、工具交換前においても、例えばワークの加工数に応じて刃先は摩耗するため、予め決めておいたワークの加工数ごとに工具Ｔの刃先の位置を検知し、工具Ｔの軌道を補正する場合もある。

＜作用効果＞
次に、本実施形態の刃先検知装置の作用効果について説明する。タッチセンサ８は、工具Ｔの刃先を検知するために用いられる。このため、タッチセンサ８の位置そのものに誤差がある場合、当該誤差は、そのままワークの寸法誤差に繋がってしまう。したがって、タッチセンサ８の位置精度を高くする必要がある。

しかしながら、図２に示すように、揺動軸Ａからストッパ５までの前後方向距離Ｌ１は、揺動軸Ａからタッチセンサ８までの前後方向距離Ｌ２よりも、短い。このため、図３に示す凸部５１０ａと凹部３１との間の位置ずれは、増幅されてタッチセンサ８の位置ずれに反映されてしまう。

この点、本実施形態の刃先検知装置１によると、図３に示すように、使用位置において、ストッパ５の凸部５１０ａは、ボルト３の凹部３１に収容されている。凸部５１０ａの外周面は、部分球面状を呈している。一方、凹部３１の内周面は、裏円錐面状を呈している。このため、凸部５１０ａと凹部３１とは、全周的に線接触する（ミクロ的には３点で接触する）。したがって、凸部５１０ａと凹部３１との相対的な位置が、水平方向にずれにくい。よって、タッチセンサ８の位置に誤差が発生しにくい。

また、図２に示すように、使用位置においては、「軸受（図略）−揺動軸Ａ」と「ボルト３−ストッパ５」との二点で、アーム４の剛性を確保することができる。加えて、揺動軸Ａの軸受には、予圧が加えられている。このため、アーム４ががたつきにくい。したがって、タッチセンサ８の位置に誤差が発生しにくい。

また、図４に示す収容位置から図２に示す使用位置に切り替わる際、シリンダ部７の駆動力およびアーム４の自重により、凸部５１０ａは凹部３１に、下側から押し込まれる。この際、図３に示すように、凹部３１の内周面は、凸部５１０ａの外周面を、上側または下側から見て凹部３１の円中心Ｏ１と凸部５１０ａの球中心Ｏ２とが重複するように、案内する。つまり、凹部３１の内周面は、調芯機能付きのガイド面として機能する。このため、凸部５１０ａと凹部３１との相対的な位置がずれにくい。したがって、タッチセンサ８の位置に誤差が発生しにくい。

また、本実施形態の刃先検知装置１によると、図４に示すように、収容位置において、アーム４は揺動軸Ａの上側に退避している。このため、工具Ｔなどに、アーム４が干渉しない。また、アーム４は、カバー６により、前側から覆われている。また、アーム４は、図１に示すアーム収容部９６に収容されている。このため、切り屑が、アーム４やタッチセンサ８などに付着しにくい。

また、本実施形態の刃先検知装置１によると、図３に示すように、胴部５１１の外周面と、大径部４１０ｂの内周面と、の間には、クリアランスＣが確保されている。並びに、位置決めボルト５０の外周面と、取付孔４１０の小径部４１０ａの内周面と、の間には、クリアランスＤが確保されている。このため、ストッパ５をストッパ取付部４１に取り付ける際に、キャップ５１の固定位置（つまり凹部３１に対する凸部５１０ａの位置）を微調整することができる。具体的には、図３に示す位置決めボルト５０を緩めた状態で、図４に示す収容位置から図２に示す使用位置に切り替える。そして、凹部３１の調芯機能を利用して、上側または下側から見て凹部３１の円中心Ｏ１と凸部５１０ａの球中心Ｏ２とが重複するように、凹部３１に凸部５１０ａを収容する。それから、この状態のまま位置決めボルト５０を締め付けることにより、凸部５１０ａの位置決めを行う。このように、本実施形態の刃先検知装置１によると、円中心Ｏ１と球中心Ｏ２とが上下方向に重なるように、キャップ５１の固定位置を微調整することができる。このため、凸部５１０ａと凹部３１とを、全周的に線接触させやすい。

また、本実施形態の刃先検知装置１によると、図３に示すように、凹部３１は、ボルト３の下端に配置されている。このため、ボルト取付部２１に対するボルト３の締め込み具合を調整することにより、凹部３１の上下方向位置を調整することができる。すなわち、タッチセンサ８の上下方向位置を調整することができる。

また、図４に示す収容位置から図２に示す使用位置に切り替えるたびに、凹部３１と凸部５１０ａとは当接する。つまり、タッチセンサ８を出し入れするたびに、凹部３１と凸部５１０ａとは当接する。当接により、凹部３１および凸部５１０ａは摩耗する。この点、図３に示すように、凸部５１０ａ付きのキャップ５１は、位置決めボルト５０にねじ留めされている。また、凹部３１付きのボルト３は、ボルト取付部２１にねじ留めされている。このため、凸部５１０ａつまりキャップ５１、凹部３１つまりボルト３の交換を、簡単に行うことができる。

＜その他＞
以上、本発明の刃先検知装置の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

図５（ａ）に、その他の実施形態（その１）の刃先検知装置の使用位置におけるボルトおよびストッパの上下方向断面図を示す。図５（ｂ）に、その他の実施形態（その２）の刃先検知装置の使用位置におけるボルトおよびストッパの上下方向断面図を示す。図５（ｃ）に、その他の実施形態（その３）の刃先検知装置の使用位置におけるボルトおよびストッパの上下方向断面図を示す。なお、図５（ａ）〜図５（ｃ）において、図３と対応する部位については、同じ符号で示す。

図５（ａ）に示すように、ボルト３の下面に、外周面が部分球面状の凸部３５を配置してもよい。また、ストッパ５のキャップ５１の上面に、内周面が裏円錐面状の凹部５１５を配置してもよい。図５（ｂ）に示すように、ボルト３の下面に、内周面が部分裏球面状の凹部３１を配置してもよい。また、ストッパ５のキャップ５１の上面に、外周面が部分球面状の凸部５１０ａを配置してもよい。図５（ｃ）に示すように、ボルト３の下面に、外周面が円錐面状の凸部３５を配置してもよい。また、ストッパ５のキャップ５１の上面に、内周面が裏円錐面状の凹部５１５を配置してもよい。また、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す凸部３５と凹部５１５、凹部３１と凸部５１０ａの組合せは特に限定しない。

ベース２に対するアーム４の揺動方向は特に限定しない。例えば水平方向でもよい。刃先検知部の種類は特に限定しない。例えば、レーザ式、超音波式などの非接触式のセンサを刃先検知部として用いてもよい。すなわち、刃先検知部は、工具Ｔの刃先の位置を検出できればよい。

１：刃先検知装置。
２：ベース（固定部材）、２０：ベース本体、２１：ボルト取付部、２１０：取付孔、２１０ａ：ネジ部。
３：ボルト（固定側位置決め部）、３０：ネジ部、３１：凹部、３２：ナット、３５：凸部。
４：アーム（揺動部材）、４０：アーム本体、４１：ストッパ取付部、４１０：取付孔、４１０ａ：小径部、４１０ｂ：大径部。
５：ストッパ（揺動側位置決め部）、５０：位置決めボルト、５０ａ：ネジ部、５１：キャップ、５１０：突出部、５１０ａ：凸部、５１０ｂ：フランジ部、５１１：胴部、５１１ａ：取付凹部、５１１ａａ：ネジ部、５１５：凹部。
６：カバー。
７：シリンダ部、７０：シリンダ、７１：ロッド。
８：タッチセンサ（刃先検知部）。
９：タレット、９０：工具ホルダ、９５：加工室、９５０：壁部、９６：アーム収容部。
Ａ：揺動軸、Ｃ：クリアランス、Ｄ：クリアランス、Ｌ１：前後方向距離、Ｌ２：前後方向距離、Ｏ１：円中心、Ｏ２：球中心、Ｔ：工具。

Claims (5)

1. 固定部材と、
   該固定部材側の固定側位置決め部と、
   該固定部材に対して揺動可能な揺動部材と、
   該揺動部材側の揺動側位置決め部と、
   を備える刃先検知装置であって、
   前記固定側位置決め部および前記揺動側位置決め部のうち、一方は環状に連続する環状内面を有する凹部を、他方は環状に連続する環状外面を有する凸部を、有し、
   前記揺動部材が揺動し該凸部が該凹部に当接し、該環状外面が該環状内面に全周的に当接することにより、前記固定部材に対する該揺動部材の位置決めを行うことを特徴とする刃先検知装置。
2. 前記揺動部材に対する前記揺動側位置決め部の位置は、前記固定側位置決め部の位置に応じて、調整可能である請求項１に記載の刃先検知装置。
3. 前記揺動部材に固定される刃先検知部を備え、
   該刃先検知部と前記揺動側位置決め部とは、前記固定部材に対する該揺動部材の揺動軸を挟んで、互いに反対側に配置されている請求項１または請求項２に記載の刃先検知装置。
4. 前記揺動部材の揺動方向は縦方向である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の刃先検知装置。
5. 前記環状外面は部分球面であり、
   前記環状内面は裏円錐面である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の刃先検知装置。

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