JP6403406B2 - ワーク排出装置およびワーク排出装置を備えた工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク排出装置およびワーク排出装置を備えた工作機械に関する。

従来、旋盤等の工作機械において、主軸の中空部内にエアを供給し、エアの圧力でワークの押出部材を移動させてワークを主軸から押し出す技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、主軸からワークが完全に排出されると、押圧部材の先端側面に形成したエアの噴出路（貫通孔）が開口してエアが前方に抜けるため、中空部内のエア圧が下降する。このエア圧の下降を検出することで、ワークが完全に排出されたか否かを検出している。

実公平４−８６１０４号公報

しかしながら、特許文献１では、エアは押圧部材の側面の貫通孔を介して排出されるため、エア圧の下降幅が小さく、エア圧の変化の検出が容易ではなかった。また、この貫通孔がワークの加工側に向けて開口しているため、ワークの切り屑等で目詰まりを生じた場合は、エア圧の変化の検出がさらに困難となり、誤検出のおそれがあった。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、主軸からのワークの排出状態を、簡易な構成で容易に検知することが可能なワーク排出装置およびワーク排出装置を備えた工作機械を提供することを目的とするものである。

本発明に係るワーク排出装置は、ワークを把持する主軸内に配置される管部材と、前記主軸内で前記管部材に摺動自在に嵌合する移動体と、前記移動体を摺動駆動する駆動手段とを備え、前記管部材に流体が供給された状態で、前記駆動手段によって前記移動体を前記管部材に沿って摺動させて前記ワークに当接させ、前記主軸から前記ワークを排出するように構成され、前記管部材に供給される前記流体の圧力に基づき前記ワークの排出を検出する検出手段を備えたワーク排出装置において、前記移動体は、前記ワークを前記主軸から排出する排出位置への移動によって、前記管部材の先端から外部に外れるように脱抜され、前記管部材には、前記管部材から前記流体が流出する流出口が設けられ、前記流出口は、前記移動体が前記管部材に嵌合している状態から、前記移動体が前記管部材より脱抜されることで開放され、前記検出手段が、前記移動体の前記管部材からの脱抜による前記流体の圧力低下に基づいて前記ワークの排出を検出するように構成されたことを特徴とする。

また、本発明に係る工作機械は、上述のようなワーク排出装置を備えたことを特徴とする。

本発明に係るワーク排出装置およびこのワーク排出装置を備えた工作機械によれば、主軸からのワークの排出状態を、簡易な構成で容易に検知することができる。

本発明の一実施形態に係るワーク排出装置を備えた工作機械の要部を示す断面図であって、主軸のコレットチャックでワークを把持した状態を示す。 ワーク排出装置の押圧部材により、ワークを押圧して主軸から排出した状態を示す断面図である。 ワークの排出不良を生じた状態を示す断面図である。

以下、本発明に係るワーク排出装置を備えた工作機械（自動旋盤装置）の一実施形態について、前記工作機械の主軸を示す図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の工作機械に設けられる主軸１０は、ワークＷを把持し、この主軸１０で把持したワークＷを主軸１０から押し出して排出するワーク排出装置４０を備えている。

主軸１０は、軸線Ｃを中心に回転駆動自在に、主軸台１１に支持されている。主軸台１１と主軸１０の間には、ビルトインモータ３０が設けられている。ビルトインモータ３０によって主軸１０は回転駆動される。主軸１０は、前方Ｆ側の端部にコレットチャック２０を有している。コレットチャック２０は、主軸１０内に挿入されたチャックスリーブ２３内に収容されている。

チャックスリーブ２３は、チャック操作スリーブ２２を介して軸方向に摺動操作される。チャック操作スリーブ２２を介してチャックスリーブ２３をスライド移動させることによってコレットチャック２０の開閉が操作される。主軸１０の前端側から開状態のコレットチャック２０にワークＷを挿入し、コレットチャック２０を閉状態とすることにより、ワークＷが主軸１０に把持され、前記工作機械に装着される。前記工作機械において、主軸１０に把持されたワークＷは、図示しない工具等によって加工される。

ワーク排出装置４０は、管部材としてのエアパイプ４１と、移動体としてのピストン４２と、シリンダカートリッジ４３と、押圧治具４４と、付勢部材としての圧縮バネ４５と、圧力センサ４６とを備えている。

エアパイプ４１は、主軸台１１側に固定されて主軸１０内に挿入配置され、圧縮エアの供給源４７に接続されている。圧力センサ４６は、エアパイプ４１内への供給圧力（以下、「エア圧」と呼ぶ）を検出する。ピストン４２は、エアパイプ４１の前方Ｆ側の先端外側に、軸方向に進退摺動可能に外嵌されている。ピストン４２は、中空状に形成され、後方Ｒ側の開口部４２ａを介してエアパイプ４１に挿入されている。ピストン４２の内周とエアパイプ４１の外周とは、加圧エアが漏れることのないよう、気密性が保持されている。なお、必ずしもエアパイプ４１の外側にピストン４２を装着する形態とする必要はなく、例えば、エアパイプ４１よりもピストン４２を小径に形成し、エアパイプ４１の内側に、進退摺動可能かつ気密的にピストン４２を挿入して内嵌してもよい。

ピストン４２は、主軸１０内に装着固定されたシリンダカートリッジ４３内に収容されている。ピストン４２は、シリンダカートリッジ４３内を、軸方向に進退摺動することで、シリンダカートリッジ４３によって案内されて円滑に摺動動作を行うことができる。ピストン４２の後方Ｒ側の外面には、フランジ４２ｂが突設されている。フランジ４２ｃがシリンダカートリッジ４３の内壁に設けた段部４３ａに突き当たることで、ピストン４２の前方Ｆ側への摺動位置が位置決めされ、前方Ｆ側でのシリンダカートリッジ４３からのピストン４２の抜けが防止される（図２参照）。

押圧治具４４は、ピストン４２の前方Ｆ側の一端に、ピストン４２と一体に接続固定されている。押圧治具４４は、ワークＷと当接する当接部４４ａと、ピストン４２と接続固定される筒状部４４ｂとを有している。筒状部４４ｂは、ピストン４２内と連通する流通路４４ｃを有している。当接部４４ａは、前方Ｆに向かって次第に大径となる漏斗状に形成され、コレットチャック２０内のワークＷの端面と当接できるような形状（例えば、本実施形態では、ワークＷ端面とほぼ同一の円形）の先端面を有している。

ピストン４２の先端外周には、圧縮バネ４５が装着されている。この圧縮バネ４５は、押圧治具４４を前方Ｆに付勢するように、筒状部４４ｂの後端外周に突設されたフランジ４４ｄとシリンダカートリッジ４３との間に介設されている。ピストン４２は、押圧治具４４と一体に、圧縮バネ４５を駆動手段として、圧縮バネ４５の押圧付勢力により、前方Ｆに付勢されて前方Ｆに移動する。

なお、本実施形態では、付勢部材の一つとして圧縮バネ４５を用いているが、本願の付勢部材が圧縮バネに限定されることはなく、ピストン４２を前方Ｆに付勢して前方Ｆに移動させるものであれば、引っ張りバネ等を用いることもできる。

また、本実施形態では、ピストン４２を摺動駆動する駆動手段として、圧縮バネ４５に加えて、エアパイプ４１から供給される圧縮エアを利用している。エアパイプ４１から供給される圧縮エアのエア圧によって、圧縮バネ４５による押圧付勢力と協動して、ピストン４２を前方Ｆに移動させる。例えば、劣化や引っかかり等によって圧縮バネ４５の付勢力が不測に低下した場合でも、圧縮エアによりピストン４２を押圧治具４４と一体に前方Ｆに移動させることができる。駆動手段の異なる実施形態として、圧縮バネ４５のみ、又は圧縮エアのみによって、ピストン４２を押圧治具４４と一体に移動させるようにすることもでき、使用目的やコスト等を考慮して、適宜の形態を選択することができる。

また、ピストン４２とエアパイプ４１とは、フランジ４２ｂが段部４３ａに突き当たるまでピストン４２が前方Ｆに移動すると、図２に示すように、押圧治具４４が主軸１０の先端から突出し、ピストン４２がエアパイプ４１の先端から抜けて、エアパイプ４１から脱抜するように形成されている。

したがって、ピストン４２が圧縮バネ４５の付勢力に抗して後方Ｒ側に移動し、エアパイプに外嵌されている間は、開口部４２ａが閉鎖され、ピストン４２が前方Ｆに移動してフランジ４２ｂが段部４３ａに突き当たると、ピストン４２がエアパイプ４１から抜け、開口部４２ａが開放されて開口し、エアパイプ４１から供給される圧縮エアはピストン４２とエアパイプ４１との間の隙間から主軸１０内に流出する。これにより、エアパイプ４１内のエア圧が変化（下降）する。

押圧治具４４の筒状部４４ｂの先端側には、当接部４４ａの外側に複数開口する加圧エアの噴出口４４ｅや、当接部４４ａの先端に開口する噴出口４４ｆが設けられている。

エアパイプ４１からピストン４２内に供給された圧縮エアは、圧縮バネ４５による押圧付勢力と協動して、ピストン４２を前方Ｆに移動させるとともに、押圧治具４４の流通路４４ｃを介して噴出口４４ｅ，４４ｆから噴出する。

なお、ピストン４２内には、噴出口４４ｅ，４４ｆから圧縮エアが噴出しても、エア圧によるピストン４２の移動が妨げられることがないように、圧縮エアが供給されている。

図１に示すように、主軸１０のコレットチャック２０内に前方ＦからワークＷが挿入されると、ワークＷに当接部４４ａが当接し、当接部４４ａがワークＷを押圧しながら、圧縮バネ４５の押圧付勢力に抗して、押圧治具４４がピストン４２とともに後方Ｒ側に移動し、主軸１０内に押し込まれる。

ワークＷが所定位置まで挿入された状態で、コレットチャック２０を閉作動させることで、ワークＷが主軸１０に把持され、主軸１０の回転駆動等に応じてワークＷの加工が行われる。ワークＷの加工が終了したら、コレットチャック２０を開作動させ、コレットチャック２０によるワークＷの把持を解除する。コレットチャック２０の開作動に際し、圧縮エアの供給源４７からエアパイプ４１内に圧縮エアが導入され、ピストン４２内に圧縮エアが供給される。

圧縮バネ４５の付勢力および圧縮エアのエア圧によって、ピストン４２とともに押圧治具４４が前方Ｆに移動する。図２に示されるように、ピストン４２はフランジ４２ｂが段部４３ａに突き当たるまで移動し、押圧治具４４が主軸１０の先端から突出位置に移動するため、押圧治具４４が、コレットチャック２０内からワークＷを円滑に押し出し、ワークＷを主軸１０から排出する。

ワークＷの主軸１０からの排出の際、筒状部４４ｂの先端側の噴出口４４ｅ，４４ｆからエアが噴出する。噴出口４４ｅ，４４ｆから噴出するエアは、ワークＷの加工の際に発生する切り屑を主軸１０内から除去する清掃手段として、押圧治具４４の移動に伴って、コレットチャック２０内の切り屑を吹き飛ばし、コレットチャック２０内やワークＷ内の清掃を行う。

これにより、コレットチャック２０に切り屑が詰まって閉作動が妨げられること等が抑制され、主軸１０にてワークＷを良好に把持することが可能となり、加工の作業性が向上する。なお当接部４４ａの先端の噴出口４４ｆからエアが噴出することで、例えば、ワークＷの内径加工を行った際に、ワークＷ内の切り屑が除去される。

ワークＷが主軸１０から完全に押し出されると、図２に示すように、ピストン４２がエアパイプ４１の先端から抜けて脱抜され、ピストン４２の開口部４２ａが開口し、ピストン４２内およびエアパイプ４１内から主軸１０の内部空間１２内に圧縮エアが排出されることで、エアパイプ４１内のエア圧が大きく下降する。圧力センサ４６が検出手段として、このエア圧の下降を検出することで、工作機械側では、コレットチャック２０内のワークＷが完全に排出されたことを検知し、次のワークＷの加工作業の続行等を行うことができる。

ピストン４２がエアパイプ４１から脱抜し、圧縮エアが一気に排出されることで、従来のように、押圧治具の先端に開口した噴出路等からエアが排出される場合に比べて、エア圧が下降する圧力変化を拡大することができる。したがって、高精度なセンサを用いることなく、簡易な検出センサでも圧力変化を容易かつ高精度に検出することができる。また、開口部４２ａがワークＷの把持側（前方Ｆ側）ではなく、主軸１０の後方Ｒ側に開口しているため、切り屑による目詰まり等も抑制され、誤検出が防止される。

ワークＷの詰まり等により、押圧治具４４でワークＷを押し出すことができなかった場合、図３に示すように、押圧治具４４が所定の位置まで移動しない状態となる。そのため、ピストン４２がエアパイプ４１の先端から抜けずに、開口部４２ａが閉鎖されたままとなって、圧縮エアのエア圧は高い状態が維持され、圧力センサ４６での検出に大きな下降変化が生じないため、工作機械側では、ワークＷの排出に支障が生じたことを確実に検知することができる。工作機械側では、圧力センサ４６での検出に大きな下降変化が生じないことによって、ワークＷの加工作動の継続が停止されるように構成することができ、このワークＷの排出不良を検知した際に、警告ブザーを鳴らす、警告メッセージを表示する等の対応を行うようにすることで、工作機械の管理者や作業者に、ワークＷの排出不良を知らせることができる。そのため、排出されずに残ったワークＷを主軸１０から除去して、工作機械を再稼働する等、ワークＷの排出不良への対応を迅速に行うことができ、工作機械での作業性を向上させることができる。

また、本実施例では、ワークＷの排出状態を検知する圧縮エアを、押圧治具４４の摺動駆動手段、および、ワークＷの切り屑の清掃手段として兼用している。そのため、ワークＷの加工時の作業性を向上させることができるとともに、部品点数の削減、工作機械の小型化等も実現することができる。

なお、本実施形態では、押圧治具４４によるワークＷの押し出し時に、エアパイプ４１へ圧縮エアを導入しているが、本願がこれに限定されることはなく、例えば、工作機械の作動中に常時圧縮エアの導入を行うこともできる。これにより、ワークＷの加工作業中に、押圧治具４４の噴出口４４ｅ，４４ｆから圧縮エアをコレットチャック２０内やワークＷの内径内に噴出し、清掃等を行うことができる他、ワークＷの排出に際して、コレットチャック２０の開作動のみで主軸１０からワークＷを、排出させることができる。

以上、本実施形態のワーク排出装置４０を備えた工作機械によれば、加工が完了したワークＷが主軸１０から完全に排出されたときに開口する開口部４２ａを設け、この開口部４２ａからの圧縮エアの排出により生じた圧力変化（下降）を検出しているため、主軸１０からのワークＷの排出状態を、簡易な構成で容易に検知することが可能となる。特にピストン４２がエアパイプ４１から抜けて開口部４２ａが開口するまでは、エア圧の大きな変化を抑制されるため、圧力センサ４６での誤検知等が防止され、圧力変化の検出を高精度に行うことができる。

また、この工作機械は、コレットチャック２０をチャック部として適用したものであるが、本発明に係る工作機械におけるチャック部は、コレットチャックに限定されるものではなく、ましてや、開閉手段２１による押し形式のコレットチャックに限定されるものではない。

また本実施形態では、流体として加圧エアを用いているが、本願の流体が加圧エアに限定されることはなく、例えば、オイル等を用いることもできる。また、圧縮エア等の流体の供給圧力の変化（下降）を検出できるものであれば、検出手段が圧力センサ４６に限定されることもない。

以上、本発明の実施形態を図面により詳述してきたが、上記実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記実施形態の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。

１０ 主軸 １２ 内部空間 ４０ ワーク排出装置
４１ エアパイプ（管部材） ４２ ピストン（移動体）
４４ｅ，４４ｆ 噴出口 ４５ 圧縮バネ（駆動手段、付勢部材）
４６ 圧力センサ（検出手段） Ｗ ワーク

Claims (5)

1. ワークを把持する主軸内に配置される管部材と、
   前記主軸内で前記管部材に摺動自在に嵌合する移動体と、
   前記移動体を摺動駆動する駆動手段とを備え、
   前記管部材に流体が供給された状態で、前記駆動手段によって前記移動体を前記管部材に沿って摺動させて前記ワークに当接させ、前記主軸から前記ワークを排出するように構成され、
   前記管部材に供給される前記流体の圧力に基づき前記ワークの排出を検出する検出手段を備えたワーク排出装置において、
   前記移動体は、前記ワークを前記主軸から排出する排出位置への移動によって、前記管部材の先端から外部に外れるように脱抜され、
   前記管部材には、前記管部材から前記流体が流出する流出口が設けられ、
   前記流出口は、前記移動体が前記管部材に嵌合している状態から、前記移動体が前記管部材より脱抜されることで開放され、
   前記検出手段が、前記移動体の前記管部材からの脱抜による前記流体の圧力低下に基づいて前記ワークの排出を検出するように構成されたことを特徴とするワーク排出装置。
2. 前記駆動手段が、前記移動体を、前記排出位置側に付勢する付勢部材を備えてなる請求項１に記載のワーク排出装置。
3. 前記駆動手段が、前記管部材に供給される前記流体からなる請求項１または２に記載のワーク排出装置。
4. 前記移動体側に、前記管部材に供給される前記流体を前記ワーク側に向かって前記主軸内に噴出させる噴出口を設けた請求項１から３のいずれか一項に記載のワーク排出装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のワーク排出装置を備えたことを特徴とする工作機械。