JP7101987B2 - 計測機能付主軸を備えた工作機械 - Google Patents

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Description

本発明は、ワークを把持するためのチャックを備えた主軸を有する工作機械に関する。
旋盤や複合加工機等の工作機械の分野にあっては、主軸の先端部にワークを把持するためのチャックが装着されている。
この場合に、主軸として軸方向に中空孔を有する中空主軸を採用し、この中空孔に挿通した操作ロッドの前進及び後退移動により、チャックの開閉動作を行う工作機械が知られている。
本出願人は、この工作機械の主軸に設けられたチャックの開閉機構を利用して、ワークの把持位置及び開放位置を検出することで、ワークの品種が変わったときの段取り作業を容易にするとともに、ワークの把持位置の設定ミスを防止したチャックの開閉制御装置を提案している（特許文献１）。
特開２０１７－１３１９８２号公報
本発明は、工作機内の加工工程におけるワークの把持又は引き渡し等の動作に伴い、同時にワークの寸法計測を可能にした工作機械の提供を目的とする。
本発明に係る工作機械は、中空主軸と、前記中空主軸の先端側の装着されたチャックと、前記中空主軸の中空部に挿通され、前記チャックの開閉動作を行う操作ロッドとを備え、前記操作ロッドは軸方向の前後であって、一方に移動すると前記チャックに備えたワークの把持爪が閉じる方向に移動し、他方に移動すると前記ワークの把持爪が開く方向に移動するものであり、前記把持爪の開口寸法を前記操作ロッドの移動量にて検出する計測手段を有していることを特徴とする。
ここで、計測手段は前記把持爪の開口寸法を前記操作ロッドの移動量に変換する演算手段と、前記操作ロッドの移動量を検出するストロークセンサーとを有しているのが好ましい。
本発明にて用いられるチャックは、同心円状に２～４の複数の把持爪を配置したものや、いわゆるコレットチャック等、操作ロッドの移動に連動して相互の把持爪の間の開口寸法が拡大及び縮小するものであれば、その構造に制限がない。
旋盤等の主軸に装着されるチャックとしては、チャック本体の回転中心に対して傾斜したＴ形断面溝を有する前後方向移動のガイド部材に沿って、把持爪が中心方向に閉じたり開いたりするスライドカム機構のものや中心内外方向に向けてカムが回動すること、把持爪が中心方向に閉じたり開いたりする回動カム機構のものが例として挙げられる。
また、把持爪でワークの外周部を把持する構造でも把持爪でワークの内側を把持する構造でもよい。
本発明に用いられる計測手段は、相互の把持爪間の開口寸法の拡大及び縮小を操作ロッドの移動量の変化にて検出できるストロークセンサーを用いたものであり、その機構に制限はない。
操作ロッドの移動量を検出するストロークセンサーは接触式でも非接触式でもよい。
非接触式のストロークセンサーとしては、操作ロッドに設けた検出用のドグの移動方向と平行に配置したコイルのインダクタンス変化を検出するものや、ドグの移動量を光学的に検出するもの等が例として挙げられる。
本発明に係る工作機械は、加工されるワークの種類及びワーク毎の加工寸法を登録した記憶手段を有し、前記把持爪を用いて計測した測定値と前記記憶手段に記憶されている値との比較手段を有するようにすることもできる。
このようにすると、予め登録されているワークの寸法や加工寸法と比較することで、ワークの計測時にワークの着座確認、ワークの加工寸法確認、あるいはチャック，把持爪等の故障を検出することもできる。
本発明においては、計測手段にて計測された計測値を計測目的毎に時系列に記録する時系列記憶手段を有することで、時系列的な変化を解析可能にするのが好ましい。
この計測値には、ワークの外形や加工部分の寸法変化，チャックの開閉速度変化，開閉時間変化等、チャックの操作に関するデータも含まれる。
これらの変化量の解析から、ＮＣ指令座標の補正や加工プログラムの変更、あるいは主軸，チャック，工具類等の異常を早期に発見したり、予知するのに応用できる。
本発明に係る工作機械にあっては、ワークの外周部又は内周部をチャックの複数の把持爪で把持すると同時に、そのワークの寸法を計測することができる。
これにより、予め登録されたワークと一致するか否かの確認もできる。
例えば、Ｒ主軸とＬ主軸とを同一軸線上に対向配置した２主軸対向旋盤に本発明を適用すると、例えば一方のＬ主軸のチャックにワークを把持させて旋削等の加工を行い、次にこの加工したワークの加工部を他方のＲ主軸のチャックで把持するように引き渡した場合に、それと同時にその加工部の加工寸法を計測確認することができる。
この場合にも予め登録された加工寸法との一致確認もできる。
また、これらの計測値の変化を時系列的に解析可能なので、加工プログラムの変更、工具座標、加工点座標等の補正にも利用できる。
本発明に係る工作機械の構造例を（ａ）に示し、（ｂ），（ｃ）は操作ロッドとチャックの関係を示す。 （ａ）はワークを把持爪で把持した状態を示す。（ｂ）はワークの着座が不充分な例を示し、（ｃ）はワークの加工寸法を計測している状態を示す。 チャックの構造例を示す。 回動カム式のチャックの例を模式的に示す。 操作ロッドの移動量と把持爪の開口寸法の関係を示す。
本発明に係る工作機械の構造例を以下図に基づいて説明する。
図１（ａ）は工作機械における主軸の部分を中心に示す。
主軸台に取り付けられた中空部１１ａを形成した主軸１１と、この中空主軸に挿通された操作ロッド１２を有する。
主軸１１の先端側にはチャック１３が装着され、操作ロッド１２の軸方向の前進・後退移動により、チャックの把持爪１３ｂの開口寸法Ｄ０が拡大及び縮小する。
本実施例は、チャック１３の斜視図を図１（ｂ）に示し、分解図を図３に示すように３つの把持爪１３ｂからなる。
チャック本体部１３ａに、中心部から放射状に３つの略Ｔ断面形状からなるスライド溝部１１３ａを形成し、このスライド溝部１１３ａに、把持爪１３ｂを装着してある。
チャック本体部１３ａの裏面中央側には、操作ロッド１２の先端側に連結したスライドカム１３ｃを有する。
スライドカム１３ｃには、３つの把持爪１３ｂに対応した操作溝部１１３ｃを有する。
把持爪１３ｂは、チャック本体部１３ａに形成したスライド溝部１１３ａに沿って、中心方向あるいは外側方向にスライド移動するスライド部１１３ｂを有するとともに、スライドカム１３ｃに形成した操作溝部１１３ｃに装着され、このスライドカム１３ｃの前進移動又は後退移動により、移動する作用部２１３ｂを有している。
これにより、図１（ｂ），（ｃ）に示すように操作ロッド１２が前進（Ｓ１）すると、スライドカム１３ｃが前方に移動し、３つの把持爪１３ｂにて中心側に形成した開口部の開口寸法がＤ０からＤ１に、この例では開く。
従って、本実施例では操作ロッド１２が後退すると、把持爪１３ｂの開口寸法が小さくなり、ワークを把持することになる。
操作ロッド１２の前進・後退操作は、操作ロッド１２の後部側に設けたチャックシリンダー１４の油圧制御により行われる。
本実施例では、操作ロッド１２のチャックリシンダー１４よりさらに、後部側にドグ１５を取り付けてあり、このドグ１５の位置を電磁式のストロークセンサー１６にて検出する例になっている。
ストロークセンサー１６にて、ドグ１５の移動量Ｓを検出した値と、実際に３つの把持爪１３ｂで形成した開口部の開口寸法Ｄとの調査結果を図５のグラフに示す。
図５は、縦軸にドグの移動量、横軸に開口寸法Ｄのセンサーによる計測値とＮＣ装置のデータから求めた値を示す。
ストロークセンサー１６による検出移動量にやや波状の変化が認められるものの、把持爪１３ｂの開口寸法Ｄの開閉量と比例していることが確認できた。
これにより、チャックの開口寸法をドグの移動量の検出にて求める演算手段を設けることができる。
なお、このストロークセンサー１６による移動量変化を、例えば最小二乗法等により、直線近似補正する補正手段を有してもよい。
本発明に係る工作機械は、把持爪１３ｂの開口寸法Ｄが操作ロッド１２の移動量と対応していることから、例えば図２（ａ）に示すように操作ロッド１２をチャックシリンダー１４の油圧操作により後退移動すると、３つの把持爪１３ｂにてワークＷを把持すると、そのときの開口寸法によりワークＷの外径寸法が計測される。
計測値は、工作機械の操作盤等の操作部に表示されるようにする。
また、ワークの種類や素材の外径寸法が予め制御部等に備えた記憶部に格納されている。
チャックがワークＷを把持すると、記憶部から表示部に出力表示され、ワークＷの計測寸法と比較する比較手段（比較プログラム）を有している。
一致すると、その確認表示がされる。
これに対して、例えば図２（ｂ）に示すようにワークＷ０が正しく着座されていない場合や、ワークと把持爪の間に異物等が存在すると、操作ロッド１２のドグ１５の移動量Ｓ２の検出により、予め記憶部に登録されていた値と、ワークＷ０の外径の計測値にズレが生じることになる。
そのような事態が生じると、比較プログラムにより不一致と判断されることになり、不具合を検知することができる。
同様なことは、チャックや把持爪等の破損等によっても生じることから、工作機械の故障診断システムとしても活用できる。
この記憶部には、各種計測値を時系列に記憶する時系列記憶手段と、その変化量を解析するための解析手段を有する。
これにより、各種データを解析することで必要に応じて、加工プログラムの変更、ＮＣ指令座標の補正，変更等も可能である。
例えば２主軸対向旋盤を用いて、一方の主軸側でワークの加工を行い、他方の主軸側のチャックにワークを引き渡した状態を図２（ｃ）に示す。
ワークＷ１をチャック１３が把持すると同時に、ワークＷ１の加工部Ｐの外径寸法が計測される。
この値を予め登録されている値と比較すると、加工の良否を自動判定することもできる。
本発明においてチャック機構に制限はなく、例えば図４に示すように操作ロッド１２に連結された回動カム１３ｄの回動により、把持爪１３ｂが開閉するものでもよい。
１１ 主軸
１２ 操作ロッド
１３ チャック
１３ａ チャック本体部
１３ｂ 把持爪
１４ チャックシリンダー
１５ ドグ
１６ ストロークセンサー

Claims (2)

  1. 中空主軸と、前記中空主軸の先端側に装着されたチャックと、前記中空主軸の中空部に挿通され、前記チャックの開閉動作を行う操作ロッドとを備え、
    前記操作ロッドは軸方向の前後であって、一方に移動すると前記チャックに備えたワークの把持爪が閉じる方向に移動し、
    他方に移動すると前記ワークの把持爪が開く方向に移動するものであり、
    前記把持爪の開口寸法を前記操作ロッドの移動量にて検出する計測手段を有し、
    前記計測手段は前記把持爪の開口寸法を前記操作ロッドの移動量に変換する演算手段と、前記操作ロッドの移動量を検出するストロークセンサーとを有し、
    加工されるワークの種類及びワークの加工部の加工寸法を登録した記憶手段を有し、
    前記把持爪を用いて、ワークの外周部又は内周部を把持する際にその径を、又は、ワークの加工部を把持する際にその加工寸法を、計測した測定値と前記記憶手段に記憶されている値との比較手段を有していることを特徴とする工作機械。
  2. 前記計測手段にて計測された計測値を前記ワークの種類及びワークの加工部毎に時系列に記録する時系列記憶手段を有することで、時系列的な変化を解析可能にしたことを特徴とする請求項１記載の工作機械。
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