JP7454381B2

JP7454381B2 - 工作機械の工具主軸位置補正装置

Info

Publication number: JP7454381B2
Application number: JP2020002314A
Authority: JP
Inventors: 英登加藤
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2020-01-09
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2024-03-22
Anticipated expiration: 2040-01-09
Also published as: JP2021109274A

Description

本発明は、工作機械において工具を装着した主軸の位置を補正するための補正装置に関するものである。

複合加工機等の工作機械の工具主軸装置において、旋削加工時に主軸を回り止め（ロック）する方法として、端面ギアのクラッチを噛合させる方法が用いられている。そして、そのように端面ギアのクラッチを噛合させて主軸を回り止めする工具主軸装置としては、特許文献１の如く、可動カップリングを流体圧の供給によって工具主軸の先端側から基端側に移動させて、工具主軸と連動して回転する回転カップリングおよび固定カップリングに噛合させることによって、工具主軸を回り止めするものが知られている。

特開２０１３－７１２１０号公報

上記特許文献１の如き従来の工具主軸装置では、主軸をロックする際に、クラッチの推力によってピストン移動方向に主軸が変位してしまう。推力による変位は、特に、旋削加工時においては、加工精度に対して悪影響を及ぼし得る。また、上記特許文献１の如き工具主軸装置において、主軸のアンロック状態（回り止めしていない状態）で工作機械内で工具長測定・補正を行い、その後に主軸ロック状態で旋削加工を行った場合には、主軸ロック時の変位分だけ、実際の刃先位置が制御装置上の刃先位置とずれてしまうことになる。また、工作機械外の段取りで工具長の測定を行い、その測定結果に基づいて刃先位置の補正を行うと、刃先位置にずれが残ってしまい、加工精度に対して悪影響を及ぼす結果となる。

本発明の目的は、特許文献１の如き従来の工具主軸装置の位置補正方法が有する問題点を解消し、主軸の回り止め時（ロック時）におけるピストンの推力による主軸の変位が加工精度に影響を及ぼす事態を効果的に防止することが可能な工具主軸の位置補正装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、工具を装着した状態で回転可能に保持された主軸と、前記主軸の軸方向に沿って移動可能なピストンクラッチと、前記主軸に固定されており前記主軸とともに回転する回転側クラッチとを備えており、前記ピストンクラッチを前記回転側クラッチ側へ移動させて互いの端面に設けたギア同士を噛み合わせることによって前記主軸を回り止めする工作機械において、前記主軸の軸方向の変位量を測定するセンサと、前記センサにより測定された前記変位量に基づいて前記工具の刃先位置を補正する制御装置とを有する工具主軸位置補正装置であって、
前記制御装置は、前記ピストンクラッチに推力を加えた際における前記主軸の変位量を前記センサで測定して記憶し、旋削加工時に、前記変位量の分だけ前記主軸に装着された工具の刃先位置を補正することを特徴とするものである。

請求項１に記載の工具主軸の位置補正装置によれば、工具交換の際に、旋削工具かミーリング工具かを判断し、旋削工具であれば（工具交換直前または直後に）自動で主軸を回り止め（ロック）することで、使用者が意識しなくとも工作機械内での工具長の測定・補正をロック状態で行うことになるため、主軸変位による刃先位置のずれを確実にキャンセルすることができる。

請求項２に記載の工具主軸の位置補正装置によれば、ピストンクラッチに推力を加えた際における主軸の変位量を記憶（記録）し、旋削加工時に当該変位量の分だけ工具の刃先位置を補正することで、工作機械外の段取りで工具長の測定を行って得られた工具情報を記憶（記録）して管理・補正を行う場合でも、主軸変位量分の補正が自動で行われるため、刃先位置のずれを確実にキャンセルすることができる。

工具主軸位置補正装置を搭載した工具主軸装置を示す説明図（主軸の長手方向に沿った断面図）である。工具主軸装置のロック機構設置部分（図１における破線Ａの部分）を拡大して示す説明図（主軸の長手方向に沿った断面図）である（ａは主軸の非ロック状態を示したものであり、ｂは主軸のロック状態を示したものである）。工具主軸装置および工具主軸位置補正装置の制御機構を示すブロック図である。工具主軸位置補正装置における工具位置補正処理の内容を示すフローチャートである。工具主軸位置補正装置における工具位置補正処理の内容を示すフローチャートである。工具主軸位置補正装置における工具位置補正処理の様子を示す説明図（主軸の長手方向に沿った断面図）である（ａはピストンクラッチに推力が加わっていない状態を示したものであり、ｂはピストンクラッチに推力が加わった状態を示したものである）。

以下、本発明に係る工具主軸位置補正装置（以下、単に位置補正装置という）の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

＜工作機械の工具主軸装置および位置補正装置の構成＞
図１，２は、本発明に係る位置補正装置を搭載した工作機械の工具主軸装置を示す断面図である。工具主軸装置Ｍのハウジング５内には、主軸１が複数のアンギュラ軸受２，２・・によって回転可能に支持されている。当該主軸１は、外周上に回転側クラッチ３を有しており、その内側にドローバー８を備えている。また、ハウジング５には、固定側クラッチ４が取り付けられている。一方、ハウジング５内には、ピストンクラッチ７が主軸１の回転軸Ｌに沿って前後方向に移動可能に設けられており、フランジ６内に挿入された状態になっている。当該ピストンクラッチ７の片端面（図２の右側の端面）は、回転側クラッチ３および固定側クラッチ４の片端面（図２の左側の端面）と向かい合った状態になっており、それらの互いに向かい合った端面には、それぞれ、互いに噛み合う大きさ・形状を有する端面ギア７ａ，３ａ，４ａが設けられている。

上記の如く構成された工具主軸装置Ｍは、旋削加工時には、図２（ｂ）の如く、ピストンクラッチ７を回転側ギア３側へ移動させ、ピストンクラッチ７の端面ギア７ａと、回転側クラッチ３の端面ギア３ａおよび固定側クラッチ４の端面ギア４ａとを噛み合わせることによって、主軸１が回り止め（ロック）されるようになっている。そして、そのように主軸１が回り止めされることによって、主軸１の先端に装着された工具による切削加工が可能となる。

上記した工具主軸装置Ｍは、制御装置Ｃに接続されており、当該制御装置Ｃの制御に基づいて作動するようになっている。また、工具主軸装置Ｍの先端際には、工具主軸装置Ｍに装着された工具Ｔの形状、位置を検知するためのセンサ（赤外線センサ）Ｓが装着されている。そして、当該センサＳも、制御装置Ｃに接続された状態になっている。

また、図３は、工具主軸装置Ｍの制御機構を示すブロック図である。制御装置Ｃは、ＣＰＵ１１、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶手段１２、タイマ１３等を備えており、インターフェイス１４を介して工具主軸装置ＭのセンサＳ、主軸１の駆動装置（モータ等）１５、ピストンクラッチ７を前後にスライドさせるための駆動装置（油圧装置等）１６、キーボード、タッチパネル等の入力手段１７、モニタ等の出力手段１８等と接続されている。そして、センサＳ、制御装置Ｃ等によって、工具主軸装置Ｍに装着された工具Ｔの位置を補正するための位置補正装置Ｄが構成された状態になっている。当該制御装置Ｃは、予め記憶手段１２内に記憶されているプログラム（加工プログラム）にしたがって、工具主軸装置Ｍの作動を制御するとともに、位置補正装置Ｄを作動させて工具主軸装置Ｍに装着された工具Ｔの位置を補正するようになっている。

＜位置補正装置による位置補正方法＞
以下、位置補正装置Ｄによる工具主軸装置Ｍの工具の位置補正方法の一実施形態について説明する。工具主軸装置Ｍにおいては、工具Ｔの交換が実行される毎に、位置補正装置Ｄによって、図４のフローチャートに示される第一位置補正処理、および、図５のフローチャートに示される第二位置補正処理を実行する。

［第一位置補正処理］
工具交換が指令されると第一位置補正処理では、まず、Ｓ（ステップ）１で、センサＳを利用して工具主軸装置Ｍの先端に装着された工具Ｔの種類を検知する。さらに、続くＳ２では、Ｓ１で検知された工具Ｔが旋削工具であるか否かが判断され、“ＹＥＳ”と判断された場合には、続くＳ３で、主軸１がアンロック状態であるか否かが判断される。

そして、Ｓ３で“ＹＥＳ”と判断された場合（すなわち、主軸１がアンロック状態であると判断された場合）には、続くＳ４で、主軸１の回り止めを実行する。すなわち、駆動装置１６を作動させることによって、ピストンクラッチ７を回転側ギア３側へ移動させ、ピストンクラッチ７の端面ギア７ａと、回転側クラッチ３の端面ギア３ａおよび固定側クラッチ４の端面ギア４ａとを噛み合わせて、主軸１の回転を停止させる。一方、Ｓ３で“ＮＯ”と判断された場合（すなわち、主軸１がロック状態であると判断された場合）には、主軸１の回り止めを実行することなく、処理を終了する。

また、Ｓ２で“ＮＯ”と判断された場合（すなわち、工具主軸装置Ｍの先端に装着された工具Ｔがミーリング用の工具であると判断された場合）には、続くＳ５で、主軸１がロック状態（回り止め状態）であるか否かが判断される。そして、Ｓ５で“ＹＥＳ”と判断された場合には、続くＳ６で、主軸１の回り止めが解除される。すなわち、駆動装置１６を作動させることによって、ピストンクラッチ７を回転側ギア３の反対側へ移動させ、ピストンクラッチ７の端面ギア７ａと回転側クラッチ３の端面ギア３ａおよび固定側クラッチ４の端面ギア４ａとの噛合状態を解除して、主軸１をアンロック状態にする。一方、Ｓ５で、“ＮＯ”と判断された場合（すなわち、主軸１がアンロック状態であると判断された場合）には、主軸１の回り止めの解除が実行されることなく、処理を終了する。

そして、位置補正装置Ｄにおいては、工具Ｔの交換が実行される毎に、上記したＳ１～Ｓ６までの処理が繰り返し実行される。そのように、工具Ｔの交換が実行される毎に第一位置補正処理が実行されるので、使用者が意識しなくとも、工具主軸装置Ｍ内での工具長の測定・補正を主軸１をロックした状態で行うことになるため、主軸１の変位による刃先位置のずれが確実にキャンセルされることになる。

［第二位置補正処理］
工具交換が指令されると第二位置補正処理では、まず、Ｓ１１で、ピストンクラッチ７に対して後方への推力Ｆが付与される。さらに、続くＳ１２では、センサＳを作動させることによって、主軸１の変位量Δｌが計測される。そのようにＳ１１，Ｓ１２が実行されることによって、工具主軸装置Ｍの主軸１を図６（ａ）のアンロック状態から図６（ｂ）のロック状態へ変化させたときの主軸１の変位量Δｌが求められることになる。さらに、続くＳ１３では、Ｓ１１，Ｓ１２で求められた主軸１の変位量Δｌが、制御装置Ｃの記憶手段１２に記憶される。

そして、続くＳ１３では、切削加工を実行する際に、記憶手段１２に記憶されている主軸１の変位量Δｌが呼び出され、続くＳ１４で、その変位量Δｌに基づいて（その変位量Δｌの分だけ）、工具（切削工具）の刃先の位置が補正される。

位置補正装置Ｄにおいては、上記の如く、工具主軸装置Ｍの工具Ｔの交換が実行される毎に、第二位置補正処理が実行されるため、切削加工時に、刃先の位置のずれが確実にキャンセルされることになる。

＜位置補正装置による効果＞
位置補正装置Ｄは、上記の如く、主軸１に装着する工具Ｔを交換する際に、交換後の工具Ｔが旋削工具であるかミーリング工具であるかを判断し、旋削工具であると判断した場合には、主軸１の回り止めを実行する。したがって、位置補正装置Ｄによれば、使用者が意識しなくとも、工具主軸装置Ｍ内での工具長の測定・補正をロック状態で行うことになるため、主軸１の変位による刃先位置のずれを確実にキャンセルすることができる。

また、位置補正装置Ｄは、ピストンクラッチ７に推力Ｆを加えた際における主軸１の変位量Δｌを記憶し、旋削加工時に、当該変位量Δｌの分だけ主軸１に装着された工具Ｔの刃先位置を補正する。したがって、位置補正装置Ｄによれば、工具主軸装置Ｍ外の段取りで工具長の測定を行って工具Ｔに関する情報を記憶（記録）させて管理・補正を行う場合でも、主軸１の変位量Δｌ分の補正が自動で行われることとなるため、刃先位置のずれを確実にキャンセルすることができる。

＜位置補正装置の変更例＞
本発明に係る位置補正装置の内容は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、制御装置、センサ等の形状、構造等の構成を必要に応じて、適宜変更することができる。また、本発明に係る位置補正装置を搭載する工作機械も、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、主軸装置（主軸、ハウジング、ピストンクラッチ、回転側クラッチ等）、駆動装置、油圧装置等の形状・構造等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、本発明に係る位置補正装置は、上記実施形態の如く、赤外線センサによって工具の種類を判断したりピストンクラッチに推力を加えた際の主軸の変位量を検知したりするものに限定されず、カメラにより撮影した画像の解析の結果から、工具の種類を判断したりピストンクラッチに推力を加えた際の主軸の変位量を検知したりするもの等に変更することも可能である。また、本発明に係る位置補正装置は、上記実施形態の如く、工具交換毎にセンサ（変位センサ）によって変位量を計測するものに限定されず、予め工具交換時に作業者が計測して入力手段に入力した数値（変位量）に基づいて、工具の位置を補正するもの等に変更することも可能である。また、本発明に係る位置補正装置は、上記実施形態の如く、工具交換毎にセンサ（工具判別センサ）によって工具を判別するものに限定されず、予め工具交換時に作業者が入力手段に入力した工具の種類に基づいて、主軸の回り止めの有無を決定するもの等に変更することも可能である。

Ｍ・・工作機械の工具主軸装置
Ｄ・・位置補正装置
Ｃ・・制御装置
Ｓ・・センサ（工具判別センサ兼変位センサ）
Ｔ・・工具
１２・・記憶手段
１５，１６・・駆動装置

Claims

工具を装着した状態で回転可能に保持された主軸と、前記主軸の軸方向に沿って移動可能なピストンクラッチと、前記主軸に固定されており前記主軸とともに回転する回転側クラッチとを備えており、前記ピストンクラッチを前記回転側クラッチ側へ移動させて互いの端面に設けたギア同士を噛み合わせることによって前記主軸を回り止めする工作機械において、前記主軸の軸方向の変位量を測定するセンサと、前記センサにより測定された前記変位量に基づいて前記工具の刃先位置を補正する制御装置とを有する工具主軸位置補正装置であって、
前記制御装置は、前記ピストンクラッチに推力を加えた際における前記主軸の変位量を前記センサで測定して記憶し、旋削加工時に、前記変位量の分だけ前記主軸に装着された工具の刃先位置を補正することを特徴とする工具主軸位置補正装置。