JPH03234440A - 工具判別による危険防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超高速から低速域までの広い回転数領域を有
する数値制御工作機械に於いて、高速回転に適さない工
具を高速運転前に判別し、工具の質量アンバランスに起
因する振動発生並びに工具の破損等を未然に防止し、機
械の安全性を高めるための工具判別による危険防止方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

高速回転に適さない工具を過誤等により、高速回転させ
て使用すると、質量アンバランス等に起因する振動発生
並びに工具の破損等が生じ非常に危険である。

そこで、高速回転用工具は、予め質量バランスを正しく
整合させた状態で準備されているが、非高速回転用工具
と混合状態で使用されているために、前記の如き過誤が
生じる。

従来、バーコード、ＩＣチップ埋込み等によって、各工
具を識別する方式が公知である。

また、振動検出器を主軸ヘッドに取付け、回転数上昇に
伴い振幅をモニタして異常を検知する方式も公知である
。

〔発明が解決しようとする課題〕

バーコード、ＩＣチップ埋込み等による方式は、自動運
転ではなく、手動で工具を取付けた場合には、判別でき
ず、危険性は残る。

また、振動検出器を主軸ヘッドに取付け、回転数上昇に
伴う振幅をモニタして異常を検知する方式は、振動検出
器及び監視ユニットが高価であるのみならず、しきい値
の設定が難しい事が予想される。

本発明は、従来の方式の上記問題点を簡単安価に解決し
得る有効な方法を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、第１の発明は、超高速から低
速域までの広い回転数領域を有し、かつ、工具交換位置
が一定位置に定められている方式の数値制御工作機械に
於いて、高速回転用工具又は非高速回転用工具のホルダ
ー部の外周一部に識別用切欠きを設け、この識別用切欠
き位置に対応して主軸ヘッドに検出器を設け、工具装着
時、この検出器により、主軸の停止中に、当該工具の定
位置に識別用切欠きがあるや否やを検出させ、その結果
と、当該工具に対して与えられている主軸のＮＣ指令回
転数とが適合しているか否かを判別させ、適合している
時は当該工具による加工を実行させ、不適合の時は、主
軸を回転させず、警報表示等を行わせるようになしたも
のである。

また、第２の発明は、超高速から低速域までの広い回転
数領域を有する数値制御工作機械に於いて、高速回転用
工具又は非高速回転用工具のホルダー部の外周一部に識
別用切欠きを設け、この識別用切欠き位置に対応して主
軸ヘッドに検出器を設け、工具装着時、主軸に一定の回
転数指令を与えて定速回転させ、当該工具の識別用切欠
きの有無によって上記検出器から発せられる単位時間当
たりのパルス数を計測し、その結果と、当該工具に対し
て与えられている主軸のＮＣ指令回転数とが適合してい
るか否かを判別させ、適合している時は当該工具による
加工を実行させ、不適合の時は、主軸の回転を停止させ
、警報表示等を行わせるようになしたものである。

〔作用］ 第１の発明は、主軸の停止中に、装着された工具の定位
置に識別用切欠きが有るか否かを検出し、その結果と、
ＮＣ指令回転数とが適合しているか否かを判別させてい
るため、工具の装着又はＮＣ指令回転数のいずれかに過
誤があっても、当該工具による加工開始前にチエツクが
行われ、不適合による危険が未然に防止される。

また、第２の発明は、主軸を定速回転させてその時、識
別用切欠きの有無によって発生するパルス数の差を検出
し、その結果と、ＮＣ指令回転数とが適合しているか否
かを判別させているため、工具の装着又はＮＣ指令回転
数のいずれかに過誤があっても、当該工具による加工開
始前にチエツクが行われ、不適合による危険が未然に防
止される。しかも、第２の発明は、主軸を回転させてい
るため、識別用切欠きの形成位置が個々の工具のホルダ
ーの外周上で円周方向に一致統一させていなくてもよい
と共に、判別結果が適合している時では、主軸を当該Ｎ
Ｃ指令回転数に増速させる際の立上がり所要時間を短縮
させ得る。

〔実施例〕

第１図は本発明方法を実施するための手段を具備させた
主軸ヘッドの要部側面図、第２図は識別用切欠きの形成
例を示す工具ホルダー部の正面図であり、但し、工具は
省略して示している。

第１図において、（１）は主軸ヘッド、（２）は主軸ヘ
ッド（１）内に回転自在に軸承された主軸、（３）は主
軸（２）の先端に形成されたテーパー礼状の工具装着孔
、（４）は工具装着孔（３）にテーパーシャンク部（４
ａ）を嵌合した工具を示している。

工具（４）には、自動工具交換装置の交換アーム（図示
省略）で把持される環状■溝を形成したフランジ部（４
ｂ）がテーパーシャンク部（４ａ）の基部に設けてあり
、このフランジ部（４ｂ）の外周２ケ所に識別用切欠き
（５）（５）を形成しである。

上記識別用切欠き（５）（５）は、第２図に示す用に、
フランジ部（４ｂ）の外周円の１８０°対向する位置の
一部を輻（ｂ）の寸法で直線状に切除して形成した場合
を示しているが、切欠き形状は他の形状としてもよく、
また個数は１〜３個程度としてもよい。

但し、第１の発明の場合では、上記識別用切欠き（５）
（５）の形成位置は、各工具（４）で統一した位置に形
成しておくもので、これに対応して、主軸ヘッド（１）
の前面に検出器（６）を設置する。また、主軸（２）の
工具交換位置（工具交換時の主軸（２）の回転方向の停
止位置）が−定位置に決められている工作機械と、自由
な位置で工具交換を行える方式の工作機械とがあるが、
第１の発明は前者の方式の工作機械にのみ適用するもの
とし、第２の発明は両方に適用することができる。

第１の発明を適用する工作機械の場合では、例えば、主
軸（２）の前面に突出形成されたキ一部材（７）の位置
が、工具交換時、常に一定位置となるように主軸（２）
の停止位置制御が行われるものであり、このキ一部材（
７）に適合するキー溝（４ｃ）（４ｃ）が工具（４）の
フランジ部（４ｂ）に形成されており、このキー溝（４
ｃ）　　（４ｃ）の位置と異なる位置（図示例では、９
０“離隔した位置の場合を示す）に識別用切欠き（５）
（５）を形成し、この識別用切欠き（５）（５）の工具
交換時の停止位置に対応して、検出器（６）を主軸ヘッ
ド（１）の前面に取付けるものである。

第２の発明では、上記のような制約はなく、識別用切欠
き（５）（５）の回転軌跡に対応させた位置であれば、
回転方向の取付位置はどこでもよい。

上記識別用切欠き（５）（５）は、高速回転用工具又は
非高速回転用工具のいずれか一方に形成するもので、絶
対数が少ない方、例えば、高速回転用工具に形成してお
くものである。

先ず、第１の発明を実施すれるには、主軸（２）に工具
（４）が装着される時、（自動でも手動でもよい）、検
出器（６）が識別用切欠き（５）（５）の有無を検出し
、その結果と、当該工具（４）に対して与えられている
主軸（２）のＮＣ指令回転数とが適合しているか否かを
判別させ、適合している時は、当該工具（４）による加
工を実行させ、不適合の時は、主軸（２）を回転させず
、警報表示や報知手段を作動させるものである。この判
別は、主軸（２）の停止中に行うものである。

次に、第２の発明を実施するには、主軸（２）に工具（
４）が装着される時、主軸（２〉に一定の回転数指令を
与えて定速回転（例えば、１２０　ｒｐｍさせ、当該工
具（４）の識別用切欠き（５）（５）の有無によって検
出器（６）から発せられる単位時間当たりのパルス数を
計測させる０例えば、主軸（２）を１２０ｒｐ−で回転
させた場合、１秒間に２回転し、その時、検出器（６）
が発生するパルスは、第３図に示す欅なタイミングと形
状で８個出る。これが４個の場合は、識別用切欠き（５
）（５）が形成されていないものと判断される。そして
、この判別結果と当該工具（４）に対して与えられてい
る主軸（２）のＮＣ指令回転数とが適合しているか否か
を判別させ、適合している時は、当該工具（４）による
加工を実行させ、不適合の時は、主軸（２）の回転を停
止させ、警報表示や報知手段を作動させるものである。

上記検出器（６）には、磁気、静電容量、その他各種方
式の近接スイッチが使用できる。

第４図及び第５図は、第２の発明を実施するための工具
判別方法のフロー図を示すもので、先ず、ＮＣ装置に予
め与えられている当該工具（４）に対する主軸（２）の
ＮＣ指令回転数Ｓ＝ｎを検索し、ステップ（１０）で当
該ｎが対象工作機械の主軸（２）の低速回転と高速回転
の境界値例えば、１２３４ｒｐ＋＊に対し、等しいか大
小関係を比較し、小さい時（ＮＯの時）は、ステップ（
１１ｂ　）で主軸（２）の回転数の選択を低速段選択と
する指令を出し、第５図のステップ（２０ａ）まで飛び
越えて当該ＮＣ指令回転数ｎで主軸（２）を回転させて
加工を行わせる。このようにしているのは、低速回転に
おいては、どのような工具でも危険がなく、識別用切欠
き（５）（５）の有無を検出するまでもないためである
。一方、上記境界値よりも大きいか等しい時（ＹＥＳの
時）は、ステップ（ｌｌａ）に進み高速段選択とする指
令を出し、次のステップ（１２）に進み、ＲＥＡＤＹ後
（機械の立上がり準備後）の最初のＳ指令（主軸回転数
指令）か否かを判断させ、ＹＥＳの時は、ステップ（１
３ａ）に進み、主軸（２）に工具（４）が有るか否かを
判断させ、有りの時（ＹＥＳの時）は、ステップ（１４
）に進み、ＮＣ指令回転数ｎがバランスのとれた工具で
ないと回転させてはないけない高速回転の下限値、例え
ば、５６７８ｒρ−に等しいか大小関係を比較し、等し
いか大きい時（ＹＥＳの時）は、ステップ（１５）に進
んで主軸（２）をカウント用回転数、例えば、Ｓ”’１
２０ｒｐ−で回転させらるよう指令を出し、同時にステ
ップ（１６）に進んで近接スイッチからなる検出器（６
）にパルスのカウント準備を行わせる。そして、次のス
テップ（１７）で主軸（２）の回転数がカウント用指令
回転数（例：　Ｓ　＝　１２０ｒｐ■）に到達したか否
かを判断させ、ＮＯの時では、ＹＥＳになるまで待った
上で第５図のステップ（１８）に進み、１秒間光たりの
パルス数Ｐのカウントを行わせる。このパルス数Ｐが第
１図〜第３図に例示した態様の場合では、６個より多い
か少ないかをステップ（１９）で判別させ、多い時（Ｙ
ＥＳの時）は、ステップ（２０ａ）で主軸（２）をＮＣ
指令回転数ｎで回転させる指令をだす。即ち、この場合
は、主軸（２）に装着された工具（４）が識別用切欠き
（５）（５）をもつバランスのとられた高速回転用工具
であり、かつ、当該工具に関するＮＣ指令回転数ｎも高
速回転であることが確認されたもので、主軸（２）を高
速回転させても危険がないことが判明したため、ＮＣ指
令回転数通りで加工を行わせることになる。

しかし、ＮＣ指令回転数ｎが高速回転とされているにも
拘らず、実際に、主軸（２）に装着されている工具が識
別用切欠き（５）（５）をもたない非高速回転用工具で
あった場合は、ステップ（１９）において、Ｐが６以下
になり（Ｎｏの時）、ステップ（２０ｂ　）に進んで主
軸（２）の回転を停止させる指令を出すと共、ステップ
（２１）で主軸（２）を高速回転させると危険であるこ
とを報知表示させるために、アラーム表示を行わせる。

また、ステップ（１２）において、ＲＥＡＤＹ後、最初
のＳ指令でない時（Ｎｏの時）は、ステップ（１３ｂ）
に進み、前回のＳ指令後、工具（４）を主軸（２）から
外したか（アンクランプしたか）否かを判断させ、外し
た場合（ＹＥＳの場合）は、今回、新しい工具が主軸（
２）に装着されたことになるから、ステップ（１４）へ
進んで当該工具に識別用切欠き（５）（５）があるか否
かをステップ（１５）以降の手順で判別させている。し
かし、ステップ（１３ｂ）で前回、工具を外していない
場合（ＮＯの場合）は、前回の工具が主軸（２）に装着
されたままであると判断され、そうであれば、改めて工
具の判別確認を行う必要がないため、ステップ（２０ａ
）に飛び越えて途中の手順を省略させている。

また、ステップ（１４）でＮＯの時は、ＮＣ指令回転数
ｎで回転させても危険はないため、ステップ（２０ａ）
に飛び越えさせている。

さらに、ステップ（１３ａ）で主軸（２）に工具なしの
時（Ｎｏの時）は、主軸（２）を高速回転させても危険
はないため、ステップ（２０ａ）に移行させるようにし
ている。

上記第３図及び第４図の方法で工具の判別を行わせると
、判別の不要な工具を予め除外させて無駄を省略するこ
とができるが、全工具についてステップ（１５）以降の
判別を行わせるようにしてもよい。尚、上記実施例では
、特に安価にユニットを構成するため、工作機械制御用
プログラマブルコントローラを用いてパルスカウントを
行わせる目的で、カウント用回転数を１２Ｏｒｐｍとし
たが、専用のパルスカウンタを使用すれば、更に高速回
転中での判別も可能である。また、上記説明では、高低
速２種類の判別だけを行わせたが、高速用、中速用、低
速用の３種類の判別を行わせるように識別用切欠き（５
）（５）の個数を２〜３通りに変化させてもよい。

［発明の効果〕 第１の発明によれば、例えば、高速回転用工具にのみ識
別用切欠きを設けておき、主軸ヘッドに検出器を設置し
ておくだけで、主軸の高速回転時のアンバランス工具に
よる主軸の異常振動や破損等の危険性を未然に防止でき
る。特に、主軸に装着される各工具について、その加工
開始前に、ＮＣ指令回転数と適合する工具であるか否か
を比較的簡単安価な手段で判別させることができる。ま
た、第２の発明によれば、上記第１の発明の効果に加え
て、識別用切欠きの形成位置が円周方向ならどこでもよ
く、検出器の取付位置も制約が少なくなり、しかも、工
具交換を手動で行った場合や、誤った回転数指令を入力
して押し釦を押してしまった場合でも、回転を開始した
後で上記判別を行う為に安全性の一層の向上が見込め、
さらに、判別結果が適合する場合における主軸のＮＣ指
令回転数への立上がり所要時間を短縮させ得る利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための手段を具備させた
主軸ヘッドの要部側面図、第２図は識別用切欠きの形成
例を示す工具ホルダー部の正面図であり、但し、工具は
省略して示している。第３図は主軸回転中の検出器によ
る工具判別パルスの発生例を示す図であり、第４図及び
第５図は第２の発明を実施するための工具判別方法のフ
ロー図である。 （１−主軸ヘッド、（２”）　−主軸、（４−・工具、 （５−・識別用切欠き、 （６−・検出器、　　　（７）　、−キ一部材、（４ｃ
　　−・−キー溝。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超高速から低速域までの広い回転数領域を有し、
   かつ、工具交換位置が一定位置に定められている方式の
   数値制御工作機械に於いて、高速回転用工具又は非高速
   回転用工具のホルダー部の外周一部に識別用切欠きを設
   け、この識別用切欠き位置に対応して主軸ヘッドに検出
   器を設け、工具装着時、この検出器により、主軸の停止
   中に、当該工具の定位置に識別用切欠きがあるや否やを
   検出させ、その結果と、当該工具に対して与えられてい
   る主軸のＮＣ指令回転数とが適合しているか否かを判別
   させ、適合している時は当該工具による加工を実行させ
   、不適合の時は、主軸を回転させず、警報表示等を行わ
   せるようになしたことを特徴とする工具判別による危険
   防止方法。
2. （２）超高速から低速域までの広い回転数領域を有する
   数値制御工作機械に於いて、高速回転用工具又は非高速
   回転用工具のホルダー部の外周一部に識別用切欠きを設
   け、この識別用切欠き位置に対応して主軸ヘッドに検出
   器を設け、工具装着時、主軸に一定の回転数指令を与え
   て定速回転させ、当該工具の識別用切欠きの有無によっ
   て上記検出器から発せられる単位時間当たりのパルス数
   を計測し、その結果と、当該工具に対して与えられてい
   る主軸のＮＣ指令回転数とが適合しているか否かを判別
   させ、適合している時は当該工具による加工を実行させ
   、不適合の時は、主軸の回転を停止させ、警報表示等を
   行わせるようになしたことを特徴とする工具判別による
   危険防止方法。