JPH09131639A - 衝突防止装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リングセンサ１１の出力信号による衝突防止
機能，エアカット短縮機能，工具折損検出機能の三機能
を、刃具ＴＡと工具ホルダＴｂ又はアタッチメント間が
電気的に絶縁された絶縁工具と絶縁されていない普通工
具とにより選択的に作動させる衝突防止装置の制御方法
の提供。 【解決手段】 工具マガジン８の貯蔵工具が次工具に指
定されると、予め記憶されている工具パラメータ記憶部
から絶縁工具か普通工具かを読み取り、絶縁工具のとき
各機能選択部から衝突防止機能のみが働く指令を出し、
普通工具のとき各機能選択部からエアカット短縮機能及
び又は工具折損検出機能のみが働く指令を出し、各機能
を選択的に作動可能な状態とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動工具交換装置を
有するマシニングセンタ等数値制御工作機械の主軸頭に
主軸を取り囲むように設けた検出器の接触信号により作
動する衝突防止装置の制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動工具交換装置を有する工作機械例え
ば図１に示すようなマシニングセンタは、刃具を取着し
た工具ホルダ又は主軸アタッチメント等の工具を工具マ
ガジンに複数本貯蔵し、加工プログラムの加工内容に応
じて必要工具を主軸に自動装着して加工を行うようにな
っている。

【０００３】このような自動工具交換装置を有するマシ
ニングセンタでは、主軸頭の下端に主軸を取り囲むよう
に環状鉄心にコイルを巻回したリングセンサ（検出器）
を設け、主軸工具がワークに接触して交流（高周波）電
流がリングセンサを貫通するように流れると、コイルに
交流電圧が誘導され、この誘導された交流電圧の接触信
号で、早送り速度をプログラム指定の切削送り速度に変
えることにより、工具が切削時の回転数に達した状態か
らワークを接触して切削加工が開始されるまでのワーク
に向かって接近移動するエアカット時間を短縮したり、
リングゲージなどを用いて加工原点を求めるのに使用し
たりしている。

【０００４】また、本出願人はリングセンサを用いた衝
突防止装置を特開平７−２５１３５３号として提案して
いる。このものは図８に示すように主軸頭１０１の下端
に主軸スリーブ１０２を取り囲むようにリングセンサ１
０３を設け、刃具１０５と工具ホルダ１０６とが互いに
電気絶縁材１０４により絶縁された工具を主軸１０７に
装着し、この絶縁工具により切削加工中にリングセンサ
１０３の中心部を交流電流が流れないようにする。

【０００５】そして、ワークＷの壁面又はその周辺の機
械部分に接触し易い主軸１０７の外周及び工具ホルダの
外周等に電気の良導体で弾性体からなるダンパ１０８を
被覆し、切削加工中にこのダンパ１０８がワーク又はそ
の周辺の機械部分に接触して、リングセンサ１０３から
ＮＣ装置１０９にセンサ信号が出力され、ＮＣ装置１０
９からアラーム信号が出て軸移動停止と主軸回転停止と
のアラーム停止を行うようにしたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べた特
開平７−２５１３５３号の技術は、工具ホルダ１０６と
刃具１０５とが互いに電気的に絶縁されていて、主軸１
０７と工具ホルダ１０６間は絶縁されていないので、自
動工具交換時に工具交換アーム１１０が工具ホルダを把
持すると、リングセンサ１０３からセンサ信号が出て、
ＮＣ装置からアラーム信号が出力して機械がアラーム停
止するという不都合が生じる。

【０００７】また、工具マガジンの貯蔵工具に絶縁され
ていない普通工具が混在していると、普通工具による切
削加工時に普通工具がワークに接触するとアラーム信号
が出て機械がアラーム停止してしまうという不都合が生
じる。このため作業者は自動工具交換時や工具の絶縁・
非絶縁により衝突防止機能のＯＮ・ＯＦＦ操作を行う必
要がある。従って作業者が常時機械に付いていなければ
ならず、省人化を阻害するという問題を有している。

【０００８】本発明は従来の技術の有するこのような問
題点に鑑みなされたものであり、その目的するところは
絶縁工具のとき工具交換時にリングセンサから信号が出
ないようにするとともに、エアカット短縮機能と工具折
損検出機能が働かないようにし、普通工具のとき衝突防
止機能が働かないようにしてエアカット短縮機能及び又
は工具折損検出機能が働くようにする自動制御方法を提
供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに請求項１の衝突防止装置の制御方法は、工具マガジ
ンに工具ホルダ又は主軸アタッチメントと刃具とが互い
に電気的に絶縁された複数の絶縁工具を貯蔵する自動工
具交換装置を有するマシニングセンタ等工作機械の主軸
頭に主軸を取り囲むように検出器を設け、主軸まわりが
ワーク及び他の機械部分に接触したとき前記検出器から
出る接触信号で機械をアラーム停止する衝突防止機能の
制御方法において、工具交換指令により前記検出器の接
触信号の出力を工具交換動作中停止し、前記衝突防止装
置の衝突防止機構が働かないようにしたものである。

【００１０】請求項１の制御方法によれば、工具交換中
はリングセンサからセンサ出力が出ないので、工具交換
アームが工具を把持したとき衝突防止装置が働いてアラ
ーム停止することがなくなり、作業者がその都度衝突防
止機能をＯＮ・ＯＦＦする必要がなくなり、長時間の自
動運転が可能になる。

【００１１】また請求項２の衝突防止装置の制御方法
は、工具マガジンに工具ホルダ又は主軸アタッチメント
と刃具とが互いに電気的に絶縁された絶縁工具と絶縁さ
れていない普通工具との両方を複数本貯蔵する自動工具
交換装置を有するマシニングセンタ等工作機械の主軸頭
に主軸を取り囲むように検出器を設け、主軸まわりがワ
ーク及び他の機械部分に接触したとき前記検出器から出
る接触信号で機械をアラーム停止する衝突防止機能・工
具折損防止機能及び前記接触信号で送り速度を早送り速
度から切削送り速度に切り換えるエアカット短縮機能の
各機能を制御する方法において、予め工具パラメータ記
憶部に前記絶縁工具か又は普通工具かの区別を工具番号
とともに記憶させ、工具交換指令に応じて次工具に指定
された工具が前記絶縁工具か又は普通工具かを工具番号
により前記工具パラメータ記憶部から読み取り、絶縁工
具のとき、該絶縁工具による加工動作中前記衝突防止機
能のみ働くようにし、普通工具のとき該普通工具による
加工動作中前記エアカット短縮機能及び又は工具折損検
出機能のみ働くようにしたものである。

【００１２】請求項２の制御方法によれば、工具交換指
令に応じて次工具に指定された工具が絶縁工具か、普通
工具かを読み取り、絶縁工具のとき衝突防止機能のみ
を、また普通工具のとき工具折損検出機能又は及びエア
カット短縮機能のみを働かせるようにしたので、絶縁工
具と普通工具とで作業者がその都度機能のＯＮ・ＯＦＦ
操作を行う必要がなくなるとともに、衝突防止機能重視
のときには絶縁工具を、また工具折損検出機能又はエア
カット短縮機能重視のときには普通工具を選択的に工具
マガジンに貯蔵させることで、加工内容に応じて重要な
機能を自動的に選択することができるようになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
もとづいて説明する。図１のたて形マシニングセンタに
おいて、床上に設置されたベッド１上に前後（Ｙ軸）方
向の案内が設けられ、このＹ軸案内上に左右（Ｘ軸）方
向の案内を上面に有するサドル２が移動可能に載置さ
れ、サドル２はベッド１に固着の図示しないＹ軸モータ
により、ボールねじを介して移動位置決めされる。サド
ル２のＸ軸案内上にテーブル３が移動可能に載置され、
テーブル３はサドル２に固着の図示しないＸ軸モータに
よりボールねじを介して移動位置決めされる。

【００１４】更に、ベッド１上後側にコラム４が立設さ
れていて、コラム４の前側面に設けられている上下（Ｚ
軸）方向の案内上にラム形主軸頭５が移動可能に載架さ
れ、主軸頭５はコラム４の上面に固着のＺ軸モータ６に
より図示しないボールねじを介して移動位置決めされ
る。主軸頭５には主軸７が垂直かつ下向きに回転可能に
支持されていて、主軸７下端部のテーパ穴に刃具ＴＡが
取着された工具ホルダＴＢが着脱可能に装着されてい
る。

【００１５】一方、コラム４の左側に工具マガジン８が
設置されており、工具マガジン８とコラム４との間にツ
イン形工具交換ーム９を有する自動工具交換装置１０が
設けられている。このツイン形工具交換アーム９は垂直
のアーム旋回中心軸のまわりで旋回及び軸方向移動可能
とされている。

【００１６】主軸頭５の下端面にはリングセンサ１１が
主軸７を取り囲むように取着されている。このリングセ
ンサ１１は環状鉄心に沿ってコイルを複数回巻回したも
ので、交流（高周波）電流が中心を貫通するように流れ
たとき発生する磁力線により交流電圧が誘導されるもの
である。そして、例えばベッド１とコラム４の上部とに
図示しない交流電源から弱い交流電圧を供給し、主軸装
着工具ＴＡ，ＴＢがテーブル３上のワークＷに又はその
周辺の機械部分に接触したとき図１で破線で示す閉回路
に交流電源から供給される電流の分流ｉができ、リング
センサ１１に交流電圧が誘発されてセンサ信号として出
力されるようになっている。

【００１７】一方、工具マガジン８の図示しないマガジ
ンポットに貯蔵され、工具交換指令で工具交換アーム９
により自動交換される複数の工具は、工具ホルダＴＢと
刃具ＴＡとの間に電気絶縁材が介在する絶縁工具と電気
絶縁材がない普通工具との両方が混じっており、両者の
識別はＮＣ装置内の工具パラメータ記憶部１４（図５）
に工具番号とともに記憶されている。

【００１８】絶縁工具の例は図２に示すように工具ホル
ダＴＡのホルダ本体２３に内蔵のテーパコレット２３ａ
を介してストレートシャンク付の各刃具ＴＡを把持する
ようになっていて、刃具ＴＡには図４に示すようにボー
ルエンドミルＴＡ１，フラットエンドミルＴＡ２のそれ
ぞれのストレートシャンク部Ｔａの外周把持面及び後端
面に電気絶縁材２５の被膜が設けられている。この電気
絶縁材２５としてはセラミックやテフロン等の電気絶縁
体のコーティングの他、水溶性塗料やエマルジョン樹脂
塗料を電着塗装してもよい。

【００１９】また、図３に示すようにストレートコレッ
ト２４の外周と後端面又は内周と後端面とに電気絶縁材
２５をコーティングしても、図２に示すように工具ホル
ダ本体２３のテーパコレット２３ａの内面にコーティン
グしても同様の絶縁効果が得られる。従って、上述の絶
縁工具が主軸７に装着されたとき、主軸７と工具ホルダ
ＴＢとは電気的に導通状態にあるが、刃具ＴＡは絶縁さ
れており、絶縁工具でテーブル３上のワークＷを切削し
てもリングセンサ１１の中心部を通る交流電流の分流は
発生しない。

【００２０】図５は上述の絶縁工具と絶縁されない普通
工具とを分別して各機能を選択的に働かせるための回路
構成を示すブロック線図である。入力部１２は加工プロ
グラムや工具情報等を入力する部分。プログラム記憶部
１３は入力された加工プログラムを記憶する部分。工具
パラメータ記憶部は各工具の長さ，径等の情報に加え絶
縁工具か普通工具かを工具番号とともに記憶する部分で
ある。

【００２１】指令解釈部１５は加工プログラム等工作機
械を動作させるための指令を解釈して必要個所に必要信
号を仕分ける部分。関数発生部１６は各作用軸を動作さ
せるために必要な関数を発生する部分。駆動軸制御部１
８はＸ・Ｙ・Ｚの各モータを制御する部分。主軸制御部
１８は主軸モータを制御する部分。ＡＴＣ装置制御部１
９は工具マガジン８を含む工具交換装置の各駆動モータ
を制御する部分である。スイッチ２０はリングセンサ１
１を作動させるための交流電源回路をＯＮ・ＯＦＦする
部分である。各機能選択部２１は絶縁工具か普通工具か
により衝突防止機能，エアカット短縮機能，工具折損防
止機能の各機能を働かせるものと働かせないものとに選
択する部分である。

【００２２】続いて本実施の形態の作用について説明す
る。最初に絶縁工具を主軸７に装着し、衝突防止機能サ
イクルが働いているとき、自動工具交換動作でアラーム
停止させないための作用を図６のフローチャートにより
説明する。

【００２３】ステップＳ１において、プログラム記憶部
１３から加工プログラムを読み込み、ステップＳ２にお
いて読み込んだプログラムの内容が工具交換指令かを確
認する。そしてＹＥＳの場合には衝突防止機能サイクル
中かを確認し、更にＹＥＳの場合はステップＳ４におい
て、スイッチ２０をＯＦＦとしてリングセンサ１１が働
かないようにして衝突防止機能を停止させ、ステップＳ
５において、工具交換が実施される。

【００２４】また、ステップＳ３において、ＮＯの場合
にはステップＳ５に飛んで工具交換が行われる。次いで
ステップＳ６において工具交換完了かが確認され、ＮＯ
の場合ステップＳ５に戻り、ＹＥＳの場合には、ステッ
プＳ７において再び衝突防止機能サイクル中かを確認
し、ＹＥＳの場合にはステップＳ８においてスイッチ２
０をＯＮとし、リングセンサ１１から信号が出るように
して衝突防止機能を作動させ、ステップＳ１に戻され
る。

【００２５】また、ステップＳ７においてＮＯの場合に
はステップＳ１に戻され、ステップＳ１を経てステップ
Ｓ２においてＮＯの場合にはステップＳ９において、加
工完了信号が出ているかを確認し、ＹＥＳの場合には終
わりとなりＮＯの場合には再度ステップＳ１に戻され
る。

【００２６】ここで衝突防止機能の作用について従来の
技術でも述べたが簡単に説明する。切削加工中におい
て、図７に示すように工具ホルダＴＢがワークＷの壁面
に接触すると交流電源，主軸頭５，主軸７，工具ホルダ
ＴＢ，ワークＷ，テーブル３からなる閉回路が形成さ
れ、この閉回路中にも交流電源から供給される電流の分
流ｉができる。

【００２７】そして、リングセンサ１１の中心部を貫通
して流れるこの分流ｉにより、リングセンサ１１の鉄心
に交流電圧が誘導され、鉄心に巻回されている巻線に交
流電圧が誘導される。誘導された交流電圧（センサ信
号）は図示しないＮＣ装置の増幅回路に送られて増幅さ
れ、アラーム信号出力部からアラーム信号が出力されて
機械をアラーム停止する。尚、この場合上述のように主
軸７には絶縁工具が装着されているので、刃具ＴＡが切
削加工のためワークに接触しても前記閉回路は形成され
ず、分流ｉも流れないのでリングセンサから信号は出力
されない。

【００２８】次に絶縁工具と普通工具とを工具マガジン
に任意に貯蔵しておいて次工具に指定された工具が絶縁
工具か普通工具かによって各機能を選択的に働くように
するための作用を図７のフローチャートにより説明す
る。

【００２９】ステップＳ１０においてプログラム記憶部
１３から加工プログラムを読み込み、ステップＳ１１に
おいて読み込んだ加工プログラムの内容が工具交換指令
かを確認し、ＹＥＳの場合にはステップＳ１２におい
て、工具パラメータ記憶部１４より次工具に指定された
工具番号の工具情報を呼び出す。次いでステップＳ１３
において、次工具が絶縁工具かを確認し、ＹＥＳの場合
にはステップＳ１４において衝突防止機能を入りとして
ステップＳ１０に戻される。

【００３０】またステップＳ１３においてＮＯの場合
は、普通工具なのでステップＳ１５においてエアカット
短縮指令と工具折損検出指令との両方が有るかが確認さ
れ、ＹＥＳの場合にはステップＳ１６とステップＳ１７
との両方においてエアカット短縮機能と工具折損検出機
能とを入りとし、ステップＳ１０に戻される。

【００３１】また、ステップＳ１５においてＮＯの場合
にはステップＳ１８において、エアカット短縮機能指令
のみ有るかが確認され、ＹＥＳの場合、エアカット短縮
機能だけが入りとなり、ステップＳ１０に戻される。工
具またステップＳ１８においてＮＯの場合には工具折損
検出機能だけが入りとなり、ステップＳ１０に戻され
る。そしてステップＳ１１においてＮＯになるとステッ
プＳ１９において加工完了かが確認され、ＮＯの場合は
ステップＳ１０に戻され、ＹＥＳのときは終わりとな
る。

【００３２】ここで、エアカット短縮機能とは切削開始
位置まで接近するための早送り速度による移動を、工具
ＴＡ，ＴＢがワークＷに接触したときリングセンサ１１
から出る接触信号により切削送り速度に切り換えるもの
である。工具折損検出機能とは、リングゲージ等に工具
を所定の位置で接触させるように移動させた際、接触信
号が得られない場合には工具が折損していると判断した
り、或いは加工中にリングセンサ１１から出力される接
触信号が中断又は停止したとき工具が折損したものと判
断して、機械をアラーム停止させたり、他の工具に交換
する機能を働かせるためのものである。従ってこの工具
折損検出機能は断続切削等のように通常時工具とワーク
の接触が中断する場合には不向きのため、固定サイクル
に組み込んで使用することが多い。

【００３３】尚、本実施の形態では工具ホルダＴＢと刃
具ＴＡとの間に電気絶縁材２５を介在したものを絶縁工
具としたが、アングルアタッチメント，ユニバーサルア
タッチメント，エクステンションアタッチメント等主軸
アタッチメントと刃具ＴＡとの間に絶縁材２５を介在さ
せたものも絶縁工具と同様に用いることができる。

【００３４】また、衝突防止機能が働くときにワーク又
はその周辺の機械部分に接触する工具ホルダや主軸アタ
ッチメントに電気導電性の弾性材からなる保護部材を取
着すれば、接触時の工作機械の損傷等を防止することが
できる。

【００３５】

【発明の効果】本発明の衝突防止装置の制御方法は上述
のとおり構成されているので次に記載する効果を奏す
る。請求項１は工具交換指令により工具交換動作中検出
器の接触信号を停止して衝突防止装置の機能を働かない
ようにしたので工具交換のため工具交換アームが主軸工
具を把持した際にアラーム信号が出ることがなくなり、
工具交換のたびに衝突防止機能のＯＮ・ＯＦＦを手動で
行う必要がなくなり、無人化，省人化に効果がある。

【００３５】請求項２は、工具マガジンに貯蔵されて工
具交換指令で次工具に指定される工具が絶縁工具か普通
工具かを予め記憶する工具パラメータから読み取り、普
通工具のとき衝突防止機能が働かないようにしたので工
具が切削加工のためワークに接触してもアラーム停止す
ることがなくなり、エアカット短縮機能及び又は工具折
損防止機能のみ働かせることが可能となる。

【００３６】また次工具に指定された工具が絶縁工具の
とき、衝突防止機能のみ働くようにしたので、工具番号
とともに絶縁工具か普通工具かを入力するだけの簡単な
手順で、それぞれ工具内容に対応した機能を選択的に実
行させることができ、上述と同様作業者が手動で機能の
ＯＮ・ＯＦＦ操作を行う必要がなくなり、無人化・省人
化に効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態のリングセンサを有するマシニン
グセンタの斜視姿図である。

【図２】刃具との間が電気絶縁された工具ホルダの図で
上半分を断面とした正面図である。

【図３】同じく電気絶縁されたコレットブッシュの正面
図である。

【図４】同じく電気絶縁された刃具の図で、（ａ）はフ
ラットエンドミル、（ｂ）はボールエンドミルの正面図
である。

【図５】リングセンサの検知信号による各機能の作動を
絶縁工具か普通工具かにより選択的に行うための回路構
成を示すブロック線図である。

【図６】自動工具交換中、衝突防止機能を止める作用説
明用のフローチャートである。

【図７】絶縁工具と普通工具とを区別して各機能を選択
的に働かせる作用説明用のフローチャートである。

【図８】従来の技術の衝突防止装置の構成図である。

【符号の説明】

１ ベッド ２ サドル ３ テーブル ４ コラム ５ 主軸頭 ７ 主軸 ８ 工具マガジン ９ 工具交換アーム １１ リングセンサ １４ 工具パラメータ記憶部 ２０ スイッチ ２１ 各機能選択部 ＴＡ 刃具 ＴＢ 工具ホルダ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具マガジンに工具ホルダ又は主軸アタ
   ッチメントと刃具とが互いに電気的に絶縁された複数の
   絶縁工具を貯蔵する自動工具交換装置を有するマシニン
   グセンタ等工作機械の主軸頭に主軸を取り囲むように検
   出器を設け、主軸まわりがワーク及び他の機械部分に接
   触したとき前記検出器から出る接触信号で機械をアラー
   ム停止する衝突防止機能の制御方法において、工具交換
   指令により前記検出器の接触信号の出力を工具交換動作
   中停止し、前記衝突防止装置の衝突防止機構が働かない
   ようにしたことを特徴とする衝突防止装置の制御方法。
2. 【請求項２】 工具マガジンに工具ホルダ又は主軸アタ
   ッチメントと刃具とが互いに電気的に絶縁された絶縁工
   具と絶縁されていない普通工具との両方を複数本貯蔵す
   る自動工具交換装置を有するマシニングセンタ等工作機
   械の主軸頭に主軸を取り囲むように検出器を設け、主軸
   まわりがワーク及び他の機械部分に接触したとき前記検
   出器から出る接触信号で機械をアラーム停止する衝突防
   止機能・工具折損防止機能及び前記接触信号で送り速度
   を早送り速度から切削送り速度に切り換えるエアカット
   短縮機能の各機能を制御する方法において、予め工具パ
   ラメータ記憶部に前記絶縁工具か又は普通工具かの区別
   を工具番号とともに記憶させ、工具交換指令に応じて次
   工具に指定され工具が前記絶縁工具か又は普通工具かを
   工具番号により前記工具パラメータ記憶部から読み取
   り、絶縁工具のとき該絶縁工具による加工動作中前記衝
   突防止機能のみ働くようにし、普通工具のとき該普通工
   具による加工動作中前記エアカット短縮機能及び又は工
   具折損検出機能のみ働くようにしたことを特徴とする衝
   突防止装置の制御方法。