JP6577774B2

JP6577774B2 - ワーク排出装置及び工作機械

Info

Publication number: JP6577774B2
Application number: JP2015144015A
Authority: JP
Inventors: 矢部　晃一; 晃一矢部
Original assignee: Citizen Machinery Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Machinery Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2019-09-18
Anticipated expiration: 2035-07-21
Also published as: JP2017024107A

Description

本発明は、ワーク排出装置及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、加工が終了したワークをノックアウト棒によって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）。特許文献１に記載の工作機械には、所定の待機位置から突出移動することによって主軸からワークを排出するノックアウト棒と、前記ノックアウト棒と連結された作動軸を進退動させることによって、前記ノックアウト棒を進退動させる駆動手段と、前記ノックアウト棒の前記待機位置への配置を検知する検知センサとを備え、前記ノックアウト棒を前記待機位置に付勢する付勢手段を有し、前記ノックアウト棒により前記ワークを押圧して前記ワークを排出し、前記ノックアウト棒の前記付勢手段に抗した前記待機位置に対する配置異常の検知を前記検知センサによって行うワーク排出装置が備えられている。

特開平２−１００８０１号公報

しかしながら、特許文献１では、付勢手段や検知センサがノックアウト棒と作動軸との連結部分に設けられているため、ワーク加工時の切粉等によって、ノックアウト棒の配置異常の検知不良を生じることがあった。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、所定の位置に配置されたワークを押圧する押圧部材の配置異常を精度よく検知することが可能なワーク排出装置及びこの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、所定の待機位置から突出移動して所定の位置に配置されたワークを押圧する押圧部材と、前記押圧部材と連結された作動軸の進退動によって、前記押圧部材を進退動させる駆動手段と、前記押圧部材の前記待機位置への配置を検知する検知センサとを備えたワーク排出装置において、前記押圧部材と前記作動軸とを一体的に固定し、前記駆動手段によって前記待機位置から前記ワークの押圧方向へ突出移動した前記押圧部材により前記ワークを押圧して前記ワークを排出し、前記駆動手段によって前記作動軸を介して前記押圧部材を前記ワークの押圧方向とは反対の反押圧方向に移動させ、前記待機位置が、前記押圧部材の前記押圧方向及び前記反押圧方向への移動を許容する位置に設定され、前記作動軸を介して前記押圧部材を前記駆動手段による前記反押圧方向への移動に抗して前記押圧方向に付勢して前記待機位置に弾力的に位置決めする付勢手段を有し、前記検知センサが、前記作動軸の位置を検知することで、前記作動軸と一体的に固定された前記押圧部材の前記待機位置より前記反押圧方向への配置異常の検知を行うことができるように設けら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。

本発明によれば、付勢手段や検知センサを作動軸側に設け、ワーク加工時の切粉に晒されることのないように配置することによって、押圧部材の待機位置に対する配置異常を精度よく検知することが可能なワーク排出装置及びこのワーク排出装置を備えた工作機械を、簡易な構成で低コストに提供することができ、前記押圧部材の配置に基づいて、所定の位置に配置されたワークの状態を高精度で判断することが可能となる。

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規定のワークを把持した状態を示す。図１に示すエアシリンダ及びワーク排出装置の拡大図である。図１に示す工作機械において、規定外のワークを把持した状態を示す断面図である。図１に示す工作機械において、ノックアウト棒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。

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、工作機械の主軸を示す図面を参照して説明する。図１、図２に示すように、本実施形態の工作機械は、ワークＷを把持する主軸１０と、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２０と、制御部４０とを備えている。

制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）や、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等の不揮発性の半導体メモリ、ＳＤカード、又は外付けハードディスク等の記録媒体等から構成することができる。

制御部４０は、ＲＯＭに予め記憶されている加工プログラムやアプリケーションソフト（プログラム）にしたがって、例えばＲＡＭをワークメモリとして用いて、自動運転を含む工作機械全体の作動制御を行うことができる。

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１２が設けられている。制御部４０の制御によりビルトインモータ１２を作動することで、主軸１０が回転駆動される。主軸１０は、前方Ｆ側の端部にコレットチャック１３を有している。コレットチャック１３は、主軸１０内に挿入されたチャックスリーブ１４内に収容されている。

チャックスリーブ１４は、ボビン１６によって、チャック操作スリーブ１５を介してＺ軸方向に摺動操作される。チャックスリーブ１４をスライド移動させることによってコレットチャック１３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１３にワークＷを挿入し、コレットチャック１３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、工作機械に装着される。主軸１０に把持されたワークＷは、適宜の工具等によって加工される。

ワーク排出装置２０は、ワークＷを押圧することによって排出する押圧部材としてのノックアウト棒２１と、ノックアウト棒２１を進退動する駆動部材としてのエアシリンダ２２とを備えている。

ノックアウト棒２１は、主軸１０の後方Ｒ側の内部に設けられたガイド部材２３内に、主軸１０の軸線方向となるＺ軸方向に進退動自在に挿入配置されている。エアシリンダ２２は、主軸１０の一側において、ノックアウト棒２１と平行に、主軸台１１に固定されている。エアシリンダ２２は、シリンダ本体２４と、適宜のエアの供給手段からのシリンダ本体２４内へのエアの導入によりシリンダ本体２４内をＺ軸方向に進退動するピストン２５と、ピストン２５に接続され、ピストン２５の進退動に伴ってＺ軸方向に進退動（伸縮）する作動軸としてのシリンダ軸２６とを備えている。

シリンダ軸２６の後方Ｒ側の端部は、ノックアウト棒２１の後方Ｒ側の端部と連結部材２９を介して一体的に連結され、シリンダ軸２６の進退動に伴って、ノックアウト棒２１も一体的にＺ軸方向に進退動可能となっている。

シリンダ軸２６を縮動作することで、ノックアウト棒２１が前方Ｆに移動（前進）し、コレットチャック１３内から把持が解除されたワークＷを押し出して主軸１０から排出することができる。一方、シリンダ軸２６を伸動作することで、ノックアウト棒２１が後方Ｒに移動（後退）する。

シリンダ本体２４の側面には、シリンダ軸２６の伸動作時の位置を検知する検知センサ２７と、シリンダ軸２６の縮動作時の位置を検知する検知センサ２８とが設けられている。検知センサ２７，２８によってシリンダ軸２６の伸縮動作時の位置を検知することで、エアシリンダ２２によるノックアウト棒２１の進退動を検知することができ、その結果、ワーク排出装置２０によってワークＷの排出が正常に行われたか否かを検知することができる。

エアシリンダ２２の前方Ｆ側の端部には、シリンダ軸２６を介してノックアウト棒２１を所定の待機位置Ｐ１よりも更に後退させることができるバッファ装置３０が設けられている。バッファ装置３０は、図２に示すように、シリンダ本体２４の前方Ｆ側の端部に固定された筒状のハウジング３１と、ハウジング３１内に進退動可能に挿入配置された進退駒３２と、進退駒３２を前方Ｆに押圧付勢する付勢手段としての圧縮バネ３３とを備えている。

ハウジング３１内には、シリンダ本体２４から前方Ｆに突出したシリンダ軸２６の前方Ｆ側の端部が挿入され、この端部に進退駒３２が一体的に連結されている。この構成により、進退駒３２はシリンダ軸２６の進退動に伴って、一体的に進退動可能となっている。

圧縮バネ３３は、ハウジング３１の後方Ｒ側の内壁面３５と、前方Ｆ側の開口部の内周に突設されたストッパ３６との間に配置されている。圧縮バネ３３は、前方Ｆ側の端部に配置されたワッシャ３４を介して進退駒３２を、前方Ｆ方向に押圧付勢している。ワッシャ３４は、ストッパ３６に押接して位置決めされる。

圧縮バネ３３の付勢力は、エアシリンダ２２のシリンダ推力よりも大きく設定されている。ワーク排出装置２０がワークの排出作動をしておらず、シリンダ軸２６が伸動作するように、エアシリンダ２２にエアが供給されると、図２に示すように、圧縮バネ３３の付勢力により、進退駒３２と連結したシリンダ軸２６が、最大に伸長可能な状態（機械的な上死点）から、ワッシャ３４がストッパ３６に押接されて位置決めされる位置まで、圧縮バネ３３によって、僅かに前方Ｆ側に収縮した状態に弾力的に配置される。このとき、連結部材２９を介してシリンダ軸２６と一体的に連結するノックアウト棒２１は、図１に示すように所定の待機位置Ｐ１（連結部材２９の背面の位置で表している）まで後退している。

上記待機状態から、シリンダ軸２６は、圧縮バネ３３の付勢力に抗して伸動作が可能であり、これに追随してノックアウト棒２１も、待機位置Ｐ１よりも更に後方Ｒの最大後退位置Ｐ２まで後退可能となっている。

一方、ワーク排出装置２０の作動により、シリンダ軸２６が縮動作するように、エアシリンダ２２にエアが供給されると、ノックアウト棒２１が前方Ｆに移動する。シリンダ軸２６が最大に収縮したときに、ノックアウト棒２１が所定の前進位置（最大前進位置Ｐ３）まで前進可能となっている。なお最大前進位置Ｐ３は、ノックアウト棒２１がワークＷを確実に排出できる位置であればよく、例えば、シリンダ軸２６の機械的な下死点に対応する位置等とすることができる。

本実施形態のワーク排出装置２０では、ノックアウト棒２１が待機位置Ｐ１よりも更に最大後退位置Ｐ２側に後退した待機位置Ｐ１に対する配置異常を検知することができ、これにより、ワーク異常を検知することができるものであり、シリンダ軸２６の伸縮動作時の位置を検知するための検知センサ２７，２８を、ノックアウト棒２１の配置異常検知用の検知センサとして兼用している。本実施形態では、この検知センサ２７，２８と、バッファ装置３０と、制御部４０とによって、ノックアウト棒２１の配置異常を検知する異常検知装置が構成されている。

検知センサ２７は、ノックアウト棒２１が待機位置Ｐ１まで後退したときのシリンダ軸２６の伸状態の位置を検知してＯＮ状態となり、それ以外ではＯＦＦ状態（未検知状態）となるように設けられている。検知センサ２８は、シリンダ軸２６の縮動作によってノックアウト棒２１がワークＷを主軸から押し出すように前進し、最大前進位置Ｐ３に達して、シリンダ軸２６が最大に収縮したときに、その縮状態の位置を検知してＯＮ状態となり、それ以外ではＯＦＦ状態（未検知状態）となるように設けられている。なお、検知センサ２７，２８がそれぞれシリンダ軸２６の伸状態又は縮状態の位置を検知したときに、検知センサ２７，２８に備えられたランプ等が点灯する構成とすることもできる。

検知センサ２７，２８は、制御部４０に接続され、検知センサ２７，２８からのＯＮ・ＯＦＦ信号が、制御部４０に出力される。制御部４０は、ノックアウト棒２１の配置に応じた検知センサ２７，２８からのＯＮ・ＯＦＦ信号によってノックアウト棒２１の配置異常を判定し、ノックアウト棒２１の配置異常に基づき、主軸１０のコレットチャック１３の開閉状態に応じて、主軸１０に装着されたワークＷが正常か異常かを判定する判定部として機能する。

なお、制御部４０は、検知センサ２７，２８からのＯＮ・ＯＦＦ信号と、主軸１０のコレットチャック１３の開閉状態との組み合わせによって、ワーク排出装置２０によるワークＷの排出が正常か異常か、検知センサ２７，２８等が正常か異常かも判定することもできる。

制御部４０での判定基準を、下記表１に示す。

以下、本実施形態のワーク排出装置を備えた工作機械の動作を、上記表１、図１、図３及び図４を参照しながら説明する。主軸１０でワークＷの加工を行う場合には、ノックアウト棒２１が待機位置Ｐ１まで後退した状態で、主軸１０内にワークＷを挿入し、コレットチャック１３を閉状態とすることで、主軸１０によってワークＷを把持する。

ワークＷは主軸１０に対して予め定められた位置に配置されて把持されるため、サイズ等が規格通りのワークＷを主軸１０で把持しているときは、図１に示すように、ノックアウト棒２１とワークＷとの間に所定の間隙が形成され、ノックアウト棒２１がワークＷによって後方Ｒに押圧されることがなく、ノックアウト棒２１は正常に配置され、待機位置Ｐ１に位置している。このときのシリンダ軸２６の伸状態の位置を、検知センサ２７が検知してＯＮ状態となる。このとき、検知センサ２８はＯＦＦ状態となっている（表１のＮｏ．１）。よって、この組み合わせの場合は、シリンダ軸２６の位置の検知によるノックアウト棒２１の待機位置Ｐ１への正常配置の検知によって、制御部４０は、主軸１０に装着されたワークＷが正常であると判定することができる。

これに対して、図３に示すように、主軸１０が加工不良等によって規定の誤差を越えるような長いワークＷ’を把持したときや、ワークＷとノックアウト棒２１の先端との間に切粉等が詰まったとき等には、ワークＷ’によってノックアウト棒２１が後方Ｒに押圧され、バッファ装置３０が作動し、圧縮バネ３３の付勢力に抗してノックアウト棒２１が待機位置Ｐ１よりも更に後方Ｒの最大後退位置Ｐ２側に後退し、ノックアウト棒２１の配置異常が発生する。

このノックアウト棒２１の配置異常による後退に伴って、シリンダ軸２６が更に伸動作することから、検知センサ２７がＯＦＦ状態となる。このとき、検知センサ２８もＯＦＦ状態である（表１のＮｏ．２）。よって、この組み合わせの場合は、制御部４０は、シリンダ軸２６の位置の検知により、ノックアウト棒２１の配置異常を検知し、主軸１０で把持したワークＷ’が加工不良を生じた等、ワーク異常であると判定することができる。

ノックアウト棒２１の配置異常の検知によって、ワーク異常を検知したときに、工作機械側では、例えば制御部４０の制御によってワークＷ’の加工を停止するように構成することができる。更には、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、ワーク異常を知らせることができる。この対応により、加工不良のワークＷ’を主軸１０から除去して、工作機械を再稼働する等、ワーク異常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。

なお、コレットチャック１３が閉状態である場合に、検知センサ２７がＯＦＦ状態で検知センサ２８がＯＮ状態の場合は（表１のＮｏ．３）、ノックアウト棒２１の戻り不良等の配置異常が生じていることが考えられる。よって、この組み合わせの場合は、装置異常であると判定することができる。

加工が終了してワークＷを排出するときには、コレットチャック１３を開状態とし、エアシリンダ２２を縮動作させることで、ノックアウト棒２１が前進し、ワークＷを前方Ｆに押圧する。このとき、シリンダ軸２６が縮動作することから、検知センサ２７，２８が共にＯＦＦ状態となる（表１のＮｏ．４）。よって、この組み合わせの場合は、ワーク排出中であると判定することができる。このように、両検知センサ２７，２８がともにＯＦＦ状態であっても、コレットチャック１３が開状態か閉状態かで、ワーク異常であるかワーク排出中であるか区別することができる。

ノックアウト棒２１を更に前進させると、図４に示すように、ノックアウト棒２１がワークＷを主軸１０から押し出し、最大前進位置Ｐ３に到達するとともに、シリンダ軸２６が最大に収縮した状態となることから、検知センサ２８がＯＮ状態となる（表１のＮｏ．５）。よって、この組み合わせの場合は、ワーク排出が正常に完了したと判定することができる。

ワーク排出の完了後に、コレットチャック１３の開状態で、エアシリンダ２２を伸動作することで、ノックアウト棒２１が待機位置Ｐ１まで後退するとともに、シリンダ軸２６も最大に伸長可能な状態から僅かに縮動作した状態となる。このときのシリンダ軸２６の伸状態の位置を検知することで、検知センサ２７がＯＮ状態となる（表１のＮｏ．６）。よって、この組み合わせの場合は、ノックアウト棒２１が待機位置Ｐ１に正常に復帰して配置されたと判定することができる。

一方、コレットチャック１３の開閉状態に関わらず、両検知センサ２７，２８がＯＮ状態となっているときは（表１のＮｏ．７）、検知センサ２７，２８の故障等を生じた可能性がある。よって、この組み合わせの場合は、センサ異常である等と判定することができる。

以上、本実施形態によれば、ワーク排出装置２０のバッファ装置３０や検知センサ２７，２８を、ノックアウト棒２１と連結されたシリンダ軸２６側に設け、圧縮バネ３３や検知センサ２７，２８がワーク加工時の切粉等に晒されることのないように配置している。そのため、切粉等によるノックアウト棒２１の配置検知の作動不良を抑制し、ノックアウト棒２１の配置異常の検知を高精度で行うことができるとともに、主軸１０に装着されたワークＷの異常を精度よく検知することが可能で、しかも耐久性に優れたワーク排出装置２０及び工作機械を提供することができる。

また、シリンダ軸２６の伸縮動作の位置を検知することでノックアウト棒２１の待機位置Ｐ１に対する配置異常を検知する検知センサ２７，２８が、ワーク異常検知用のセンサとして兼用され、バッファ装置３０もハウジング３１、進退駒３２、圧縮バネ３３等からなる簡易な構成である。そのため、ワーク異常を精度よく検知可能なワーク排出装置２０及び工作機械を、簡易な構成で低コストに提供することができる。

なお、本実施形態では、コレットチャック１３の開閉状態と、検知センサ２７，２８のＯＮ・ＯＦＦ状態の組み合わせによって、ワーク異常を検知しているが、本願がこれに限定されることはなく、例えば、主軸１０の作動信号と検知センサ２７，２８のＯＮ・ＯＦＦ状態の組み合わせによって検知するように構成することもできる。

開状態のコレットチャック１３に、ワークＷが挿入されるように主軸１０を移動させる際に、制御部４０が検知センサ２７，２８のＯＮ・ＯＦＦ状態を検知することで、ノックアウト棒２１の配置異常に応じて、ワークＷの正常と異常とを検知することもできる。例えば、主軸１０が対向する主軸の一方（背面主軸）であり、他方の主軸（正面主軸）で加工されたワークＷが受け渡される場合、主軸１０に対して、正面主軸とのワークＷの授受位置への移動指示が指令されると、主軸１０が授受位置へ移動することで、正面主軸が把持したワークＷが主軸１０のコレットチャック１３内へ挿入される。主軸１０は所定の座標位置に移動するため、ワークＷが主軸１０に対して所定の位置に配置された状態で挿入が完了して主軸１０が停止する。

正面主軸と主軸１０とのワークＷの授受の際には、ワークＷは正面主軸によって把持されて、位置決めされており、開状態のコレットチャック１３内に規格通りのワークＷが挿入されたときは、ワークＷの端部とノックアウト棒２１の先端との間には所定の間隙が形成される。そのため、ノックアウト棒２１がワークＷによって後方Ｒに押圧されることがなく、検知センサ２７がＯＮ状態のままで、シリンダ軸２６の位置の検知により、ノックアウト棒２１の正常配置が検知され、ワークＷが正常であると判断することができる。一方、規格外の長いワークＷ’が挿入されたとき等は、ワークＷ’によってノックアウト棒２１が後方Ｒに押圧されるため、検知センサ２７がＯＦＦ状態となり、シリンダ軸２６の位置の検知により、ノックアウト棒２１の配置異常が検知され、ワーク異常であると判断することができ、コレットチャック１３を開状態に切り替える前に、ワークＷ’の加工を停止させ、工作機械側の破損等を未然に防止することが可能となる。また、主軸１０に対して移動指示が指令されていないときの検知センサ２７，２８の状態で、ノックアウト棒２１の戻り異常やセンサ異常等を検知することができる。

また、検知センサ２７，２８は、シリンダ軸２６の位置を検知できれば、従来公知の何れのものでも用いることができる。例えば、検知センサ２７，２８が、進退動するピストン２５の位置を検知し、この検知結果に基づいてシリンダ軸２６の伸縮動作の位置を検知するように構成することができる。また、検知センサ２７，２８が２つに限定されることはなく、検知センサ２７のみ１つ設けてもよいし、３つ以上設けてもよい。

また、本実施形態では、付勢部材の一つとして圧縮バネ３３を用いているが、本願の付勢部材がこれに限定されることはなく、進退駒３２を前方Ｆに付勢するものであれば、引っ張りバネ等、適宜の付勢部材を用いることができる。

また、本実施形態では、ノックアウト棒２１の駆動手段としてエアシリンダ２２を用いているが、本願の駆動手段がこれに限定されることはなく、油圧シリンダ等、適宜の駆動手段を用いることができる。

また、この工作機械は、コレットチャック１３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、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。

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。

１０主軸１３コレットチャック２０ワーク排出装置
２１ノックアウト棒（押圧部材）２２エアシリンダ（駆動手段）
２６シリンダ軸（作動軸）２７，２８検知センサ３１ハウジング
３２進退駒（進退部材）３３圧縮バネ（付勢手段）４０制御部（判定手段）
Ｃ軸線Ｐ１，ｐ１待機位置Ｗ，Ｗ’ ワーク

Claims

所定の待機位置から突出移動して所定の位置に配置されたワークを押圧する押圧部材と、前記押圧部材と連結された作動軸の進退動によって、前記押圧部材を進退動させる駆動手段と、前記押圧部材の前記待機位置への配置を検知する検知センサとを備えたワーク排出装置において、
前記押圧部材と前記作動軸とを一体的に固定し、前記駆動手段によって前記待機位置から前記ワークの押圧方向へ突出移動した前記押圧部材により前記ワークを押圧して前記ワークを排出し、前記駆動手段によって前記作動軸を介して前記押圧部材を前記ワークの前記押圧方向とは反対の反押圧方向に移動させ、
前記待機位置が、前記押圧部材の前記押圧方向及び前記反押圧方向への移動を許容する位置に設定され、
前記作動軸を介して前記押圧部材を前記駆動手段による前記反押圧方向への移動に抗して前記押圧方向に付勢して前記待機位置に弾力的に位置決めする付勢手段を有し、
前記検知センサが、前記作動軸の位置を検知することで、前記作動軸と一体的に固定された前記押圧部材の前記待機位置より前記反押圧方向への配置異常の検知を行うことができるように設けられたことを特徴とするワーク排出装置。
前記作動軸の一端部側に、該一端部が挿入されるハウジングと、前記ハウジング内に進退動可能に挿入配置され前記作動軸の前記一端部と一体的に連結された進退駒とを備え、前記付勢手段が、前記ハウジング内に設けられ、前記進退駒を前記押圧方向に付勢することで前記進退駒及び前記作動軸を介して前記押圧部材を前記待機位置に位置決めすることを特徴とする請求項１に記載のワーク排出装置。
前記所定の位置への前記ワークの配置の際に、前記検知センサが、前記押圧部材の前記待機位置への配置を、前記作動軸の位置により検知することによって、ワーク正常と判定する判定手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のワーク排出装置。
請求項１〜３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。