JPH09131645A - 衝突防止装置を備えたｎｃ工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械の主軸やアタッチメントの工具主軸
に工具ホルダを取り付けてワークを切削加工する場合
に、単一の導通検出センサを用いて主軸頭等の衝突を防
止する機能とエアカット時間を短縮する機能さらに工具
欠損を検知する三つの機能を達成させる装置の提供。 【解決手段】 主軸３の工具ホルダ６をクランプするド
ローバ９の中空穴に導通棒１４を移動可能に設ける。工
具ホルダ６は主軸３に対して絶縁状に取り付け、主軸頭
１には導通検出センサ４を、先端には緩衝部材５を取り
付ける。衝突防止機能として作用させる場合には導通棒
１４を工具ホルダ６のプルスタッド８に非接触状態と
し、主軸頭１の緩衝部材のワークとの干渉時に導通検出
センサ４から信号を出力させる。エアカット時間短縮機
能として作用させる場合には導通棒１４をプルスタッド
８に接触させて工具がワークに接触した時を検知して早
送りを切削送りに変更する。さらに接触状態で出力信号
が停止したとき工具欠損を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸や
アタッチメントの工具主軸に工具または工具ホルダを取
り付けてワークを加工する場合に、作業能率を向上し、
工具または工具ホルダ以外の機械部位がワークと干渉
し、工作機械やワークに損傷を与えることを防止する衝
突防止装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開平７−２５１３５３号に記載された
もののように主軸ラムを囲むようにリングセンサを設け
工具と工具ホルダとの間を絶縁し主軸ラムアタッチメン
ト，工具ホルダの何れかがワークと接触したときアラー
ム停止させるものも知られている。

【０００３】また工具（主軸）とワークとの接触を電気
的導通を利用して行うものに実開昭５８−７６１６１号
等がある。このものを利用して工具が切削時の回転数に
達した状態からワークに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、工具とワーク間の加工原点を求めるのに使
用したりしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べた二
つの衝突防止装置を使用する場合にはこうしたエアカッ
ト短縮等従来からワークと工具との電気的導通を利用し
て行われてきた機能が使用できないという問題点を有し
ている。

【０００５】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、その目的とするところ
は、単一のセンサを用いてエアカット時間の短縮等と衝
突防止との双方の機能を達成させる装置を提供しようと
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の衝突防止装置を
備えるＮＣ工作機械は、ワークに対して相対移動可能な
主軸頭に回転可能に支承された主軸の中心で軸線方向に
移動可能に設けらればね力でコレットを介して工具ホル
ダのプルスタッドを引き上げる中空ドローバと、該中空
ドローバをばね力に抗して押し出し前記コレットを開放
するアクチュエータを備えるＮＣ工作機械において、前
記中空ドローバ内に軸線方向に突出位置と待機位置とに
移動可能に挿通され突出位置の時プルスタッドの端面に
接触して電気回路を形成する導通棒と、該導通棒を突出
位置と待機位置間で移動させるアクチュエータと、工具
ホルダと主軸部材との接触面の少なくとも何れか一方に
設けられた絶縁材と、プルスタッドとコレットとの接触
面の少なくとも何れか一方に設けられた絶縁材と、主軸
頭に設けられた主軸軸線方向に流れる電流を検出する導
通検出センサと、主軸頭先端部に設けられた導電性緩衝
材と、前記導通検出センサの出力でＮＣ工作機械の駆動
部の現状の動作を中断させる制御手段とを含んでなる衝
突防止装置を備えてなるものである。

【０００７】請求項１のように構成された衝突防止装置
を備えたＮＣ工作機械によれば、中空ドローバ内に挿通
されている導通棒が中空ドローバ内に格納されて工具ホ
ルダのプルスタッド後端面に当接されない非接触位置に
後退させられている場合には、工具は導通検出センサと
絶縁状態が保たれており、工具がワークに接触しても導
通検出センサからは信号が出力されない。しかし工具以
外の主軸頭先端部位がワークに接触したときには導通検
出センサからは信号が出力され、数値制御装置によって
機械がアラーム停止されて衝突による損傷を防止するこ
とができる。

【０００８】また中空ドローバ内に挿通されている導通
棒がアクチュエータによって突出され工具ホルダのプル
スタッド後端面に当接される接触位置に前進させられて
いる場合には、工具は導通状態になっていて、工具がワ
ークに接触した瞬間に導通検出センサから信号が出力さ
れる。従って工具がワークに接触するまでは相対送り速
度を大きくし、工具がワークに接触した瞬間に数値制御
装置が導通検出センサの出力信号を受けて送り速度を切
削送り速度に変更することによってエアカット時間を短
縮することができる。この状態で加工中工具が欠損すれ
ば出力信号が消去されて工具の欠損を検知することがで
きる。

【０００９】請求項２のように構成された衝突防止装置
を備えてなるＮＣ工作機械は、ワークに対して相対移動
可能な主軸頭に回転可能に支承された主軸の中心で軸線
方向に移動可能に設けらればね力でコレットを介して工
具ホルダのプルスタッドを引き上げる中空ドローバと、
該中空ドローバをばね力に抗して押し出し前記コレット
を開放するアクチュエータを備えるＮＣ工作機械におい
て、前記中空ドローバ内に軸線方向に突出位置と待機位
置とに移動可能に挿通され突出位置の時プルスタッドの
端面に接触して電気回路を形成する第１導通棒と、該第
１導通棒を突出位置と待機位置間で移動させるアクチュ
エータと、前記工具ホルダと工具との接触部に設けられ
た絶縁材と、前記工具ホルダ中心を軸線方向に貫通して
工具底面とは接触し工具ホルダとは絶縁された第２導通
棒と、主軸頭に設けられた主軸軸線方向に流れる電流を
検出する導通検出センサと、前記工具ホルダ先端部に設
けられた導電性緩衝材と、前記導通検出センサの出力で
ＮＣ工作機械の駆動部の現状の動作を中断させる制御手
段とを含んでなる衝突防止装置を備えてなるものであ
る。請求項１と同様の機能を有するが、主軸頭とワーク
の干渉検出ではなく工具ホルダとワークの干渉を検出す
ることになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
もどついて説明する。図１はマシニングセンタ主軸頭の
断面図、図２は図１における工具ホルダのクランプ・ア
ンクランプ用アクチエータ部分の拡大図、図３は図１に
おける主軸頭先端部分の拡大詳細図である。主軸頭１の
中心部には軸受２によって主軸３が回転可能に支承され
ている。主軸頭１の外周部には電気的導通時に信号を出
力するリング状の導通検出センサ４が取付けられてい
る。

【００１１】導通検出センサ４は例えば大昭和精機製の
ＬＣタッチセンサを使用することができる。このものは
環状鉄心に沿ってコイルを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るとコイルに交流
電圧が誘導されるものである。導通検出センサ４の電源
として主軸頭１とテーブル部材３０との間に交流電流２
９が介装されていてマシニングセンタの機体に微弱な交
流電流を流すようになされている。

【００１２】主軸頭先端外周部には導電材料で構成され
た緩衝部材５例えば導電性ゴムが取り付けられている。
主軸３の中心穴先端部は工具ホルダ６のテーパシャンク
部を受け入れ可能なテーパ穴に形成されている。主軸３
のテーパ穴内面には主軸３と工具ホルダ６とを電気的に
絶縁する絶縁材料からなる筒体７が貼着されている。絶
縁材料はセラミックやテフロン等のコーティングの他エ
マルジョン樹脂塗料を電着塗装してもよい。

【００１３】工具ホルダ６のシャンク部後端にはプルス
タッド８が植設されている。主軸３の中心穴内にはドロ
ーバ９が挿通されていて、先端にはプルスタッド８と係
合可能なコレット１０が介装されている。そしてコレッ
ト１０はプルスタッド８との接触面が絶縁材料によって
被覆されている。或いはプルスタッド８側の接触面を絶
縁材で被覆してもよい。尚前記筒体７に代えて主軸テー
パ穴内面を絶縁材料で被覆してもよく、またコレット１
０を絶縁材料にて作成することも可能である。

【００１４】ドローバ９は後端部にフランジ部材１１を
螺着していて、主軸３の後端に滑合させた顎付カラー３
Ａを介して主軸段部との間に介装された皿ばね１２によ
って常に後方に付勢されている。また主軸３の中心穴後
部は段付大径穴に形成されていて、ドローバ９のフラン
ジ部材１１との間にはコイルばね１３が介装され、皿ば
ね１２同様フランジ部材１１を後方に付勢している。

【００１５】ドローバ９は中空状に形成されていて、中
空の導通棒１４が移動可能に挿通されている。導通棒１
４は後端部がフランジ状に形成されていて、ドローバ９
との間に張設されたコイルばね１５によって常に後方に
付勢され、通常は導通棒１４の先端がプルスタッド８の
後端面と接触しないようにドローバ内に格納されてい
る。

【００１６】主軸頭１の後端には二重シリンダ１８が主
軸３と同心に取り付けられており、その外側シリンダ１
８ａにアクチュエータとしてのリング状ピストン１６が
嵌装されていて、このピストン１６の前端面には円周方
向の複数個所に顎付カラー３Ａの顎部に当接する皿ばね
１２圧縮用の押圧部材１７が取付けられている。シリン
ダ１８の内側シリンダ１８ｂには更にアクチュエータと
しての小径ピストン１９が設けられていて、この小径ピ
ストン１９の前ピストンロッド２０はフランジ部材１１
の後端押圧用に構成されている。

【００１７】また小径ピストン１９の後ピストンロッド
２１はシリンダ１８より後方に伸びて先端には別のアク
チュエータとしてのミニピストンシリンダ装置２２を固
着している。小径ピストン１９及びピストンロッド２
０，２１には中心穴が形成されていて、中空の押圧棒２
３が挿通されており、この押圧棒２３の後端はミニピス
トンシリンダ装置２２のミニピストン２４に連結されて
いる。そしてミニピストン２４はばね２５により押圧棒
２３の戻し方向の不作動側に付勢されている。

【００１８】圧力空気源Ｐよりフィルタ３５，レギュレ
ータ３６，ルブリケータ３７を経て回路４０より２位置
切換電磁弁３１を介して回路４１，４２で外側シリンダ
１８ｂの前室，後室に、また回路４３より２位置切換電
磁弁３２を介して回路４４，４５で内側シリンダ１８ａ
前室，後室に圧力空気が供給され、２位置切換電磁弁３
１，３２の１つのポートがリターン回路４６でサイレン
サ４９より大気に開放される。また回路４０より分岐し
て回路４７からオンオフ切換弁３３を介してミニシリン
ダ２２の作動側の後室に接続されている。さらに圧力空
気源Ｐよりエアブロー用の空気がフィルタ３５から回路
４８、オンオフ切換弁３４を介してミニピストンの中心
穴に接続されている。

【００１９】次に制御のブロック線図を図４にもとづき
説明する。５２は操作盤５１に設けた入力部でＭＤＩ，
テープ及び起動ボタン等により予め必要な情報をＮＣ装
置５５のメモリに入力する。５５はマシニングセンタを
制御するＮＣ装置であって、この中に少なくとも以下の
要素が含まれている。メモリ５６には工具欠損パラメー
タ記憶部５７、プログラム記憶部５８、工具パラメータ
記憶部５９を有し、加工プログラム通常の工具長補正
値、工具径補正値等の他のその工具ホルダが本発明の衝
突防止装置を作動させ得るものか否かの情報、またこの
情報には絶縁がなされているか否か、されている場合に
は工具・ホルダ間またプルスタッドまでか等が記憶され
ている。

【００２０】さらに工具先端がワークに接触する時の座
標値をプログラムのパラメータとして記憶されている。
そして加工プログラムにより主軸に取り付けられる工具
を衝突防止機能として働かせるか、エアカット短縮機能
又は工具欠損機能かが予めプログラム中で設定されてい
る。ＣＰＵ６０は加工プログラム工具パラメータを読み
込む指令解析部６１、工具欠損パラメータ内の座標値内
で導通検出センサから出力があるか否か等をチェックす
るチェック部６２、導通検出センサ４からの信号を加工
プログラムの内容から衝突防止機能か、早送り切換機能
か、工具欠損かを解析する信号解析部６３を含んでい
る。

【００２１】６４は関数発生部、以下本機側に６６は駆
動制御部、６７はモータ６８は、位置検出器、６９は二
重シリンダ１８部材，ミニシリンダ２２部材等のアクチ
ュエータ、７１は操作盤５１に設けたＣＲＴ、７２は本
機等に設けたパトライトのような表示部である。なお、
本ブロック線図では指令解析部６１、チェック部６２、
信号解析部６３を別々に表示したが、単一のＣＰＵで行
われうる。また各記憶部も単一メモリに記憶される。

【００２２】このように構成されたものにおいて、主軸
３の先端に工具ホルダ６を取付けるには、先ず切換電磁
弁３１をイの状態として圧力空気をリング状ピストン１
６のシリンダ１８ａの後室に送り込み、リング状ピスト
ン１６を前進させて押圧部材１７にて顎付カラー３Ａを
介して皿ばね１２を圧縮させる。同時に切換電磁弁３２
をイの状態として圧力流体を小径ピストン１９のシリン
ダ後室に送り込み、小径ピストン１９を前進させてフラ
ンジ部材１１を介してドローバ９を前進させる。

【００２３】このときコイルばね１３は圧縮させられ
る。これによりコレット１０は開状態となり工具ホルダ
６のプルスタッド８を受け入れることが可能となる。工
具ホルダ６のシャンク部が主軸３のテーパ穴内に挿入さ
れた後、切換電磁弁３１をロの状態とし、また電磁弁３
２をロの状態としてリング状ピストン１６と小径ピスト
ン１９の各シリンダ前室に圧力空気を送り込み両ピスト
ン１６，１９を後退させる。

【００２４】ドローバ９は皿ばね１２とコイルばね１３
とに引上げられコレット１０は閉状態となり、工具ホル
ダ６のプルスタッド８をクランプする。オンオフ切換弁
３３をイの状態にしてミニシリンダ２２に圧力空気を送
らなければ、ミニピストン２４，押圧棒２３はスプリン
グ２５によって後退させられた状態を保持し、導通棒１
４はスプリング１５によって後退位置にあってドローバ
内に格納されており、先端がプルスタッドに接触しな
い。従って工具ホルダ６は主軸頭１等から電気的に絶縁
状態におかれる。

【００２５】このまま主軸頭１とワークＷとを相対移動
させて切削加工を行う場合に、正常に切削加工が行われ
るならば、工具がワークに接触しても導通検出センサ４
から信号が出力されることなく切削加工が続行される。
しかし加工プログラムのミス或いは作業者の操作ミス等
によって主軸頭１等とワークＷとが干渉したときには先
ず緩衝部材５とワークＷとが接触すると、交流電源２
９，主軸頭１，ワークＷ，テーブル３０からなる閉回路
が形成され、この閉回路中に交流電源２９から供給され
る電流の分流ができる。

【００２６】従って導通検出センサ４の中心部を貫通し
て電流が流れることにより、導通検出センサ４の鉄心に
交流電流が誘導され信号が出力される。この信号は信号
解析部６３で加工プログラムの内容からこれが衝突防止
機能中であることを認識し駆動制御部６６に信号を送り
モータ６７をアラーム停止させる共に操作盤５１のＣＲ
Ｔ７１及び工作機械に取り付けられたパトライト７２に
表示して作業者に知らせる。主軸頭１がワークＷと干渉
しても緩衝部材５の作用によって主軸頭１やワークを大
きく変形させことはなく、損傷が免れる。

【００２７】工具ホルダ６のプルスタッド８をドローバ
９でコレットを引き閉としてクランプしたとき、電磁弁
３３をロの状態にして圧力空気をミニピストン２４のシ
リンダ後室に送り込めば、ミニピストン２４はスプリン
グ２５を圧縮して前進し、押圧棒２３によって導通棒１
４がスプリング１５を圧縮しながら前進し、導通棒１４
の先端がプルスタッド８の後端面に接触させられる。

【００２８】この状態で主軸頭１とワークＷとを相対移
動させて切削加工位置に工具を早送りで近づけられる。
工具とワークが接触した瞬間に導通して電流が流れ導通
検出センサ４が信号を出力する。この信号は信号解析部
６３で加工プログラムの内容から現在エアカット短縮待
機中であることを認識し、チェック部６２を介して指令
解析部６１が早送りを切削送りに変更する指令を出し駆
動制御部６６が切削送りに切り換えるエアカット時間を
短縮させることが可能となる。

【００２９】切削加工中に導通検出センサ４からの信号
が途絶えると信号解析部６３が工具欠損検出機能中であ
ることを認識し、指令解析部６１で加工プログラム中の
工具欠損パラメータが読み出され、パラメータに記憶さ
れた座標範囲内で工具が指令座標値まで移動しても導通
検出センサ４の出力が無いので工具欠損として駆動制御
部にアラーム停止を指令しＣＲＴ７１，パトライト７２
に表示する。

【００３０】尚、工具欠損検出機能の場合にはアラーム
停止ではなく工具を工具マガジン内の同一種類の工具と
交換し加工を行うことができるようにプログラムに記憶
させておくこともできる。さらに、本発明では導通棒１
４と押圧棒２３とを別部材として記述したが、これを一
体部材として形成させることも可能である。

【００３１】図５は他の実施例の工具ホルダ部拡大図で
ある。工具ホルダ６の先端工具取付穴６ａの側面，底面
に絶縁材８１を介装して工具８３が固着される。この工
具取付穴６ａの底面からプルスタッド８の後端面まで中
心貫通穴が穿設されており、貫通穴内面には中空絶縁材
８２が介挿されていてこの中心に挿通された導通棒８４
と工具ホルダ６とを電気的に絶縁している。この導通棒
８４は工具８３の底面と接触している。また工具ホルダ
先端の外周には例えば導電ゴムの緩衝部材８５が取り付
けられている。尚絶縁材８１及び絶縁材８２に代えて工
具ホルダ６の工具取付部及び貫通穴内面又は工具の側面
及び上面をそれぞれ絶縁材料にして被覆して構成するこ
とも可能である。

【００３２】図５の実施例においては工具ホルダ６は電
気的に主軸３，主軸頭１と一体関係にあるため、導通棒
１４が後退している場合に工具ホルダ６がワークＷと接
触しても、マシニングセンタの各駆動部が停止させられ
て衝突を防止することができる。導通棒１４が押し出さ
れ、導通棒８４と接触状態としておくことにより、工具
のワークとの接触欠損を同様に検出することができる。

【００３３】上記二つの実施例のいずれにおいてもミニ
ピストン２４，押圧棒２３，導通棒１４のそれぞれの中
心部に貫通穴を設け、主軸３の工具交換時に電磁弁３４
をロの状態として圧力空気をミニピストン２４の後端部
から送り込み、主軸テーパ穴と工具ホルダ６のシャンク
部との隙間に空気を噴出させることによって、テーパ部
を清掃するエアブローを行わせることが可能である。ま
た、今回の実施例では衝突防止以外の機能としてエアカ
ット時間の短縮機能と工具欠損検出機能とについて説明
したが、これらの他にも例えばタッチプローブ等を使用
する場合にも利用することもできることはいうまでもな
い。また、導通棒の移動はエアシリンダ等に限定される
ものではない。

【００３４】

【発明の効果】本発明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の発明によれば
単一の導通検出センサを用いて主軸頭がワークと干渉し
た場合の衝突防止としての機能及び工具がワークが接触
したことを検知して送り速度を変更することによりエア
カット時間を短縮する機能を兼ね備えるという効果を有
する。

【００３５】更に導通棒をプルスタッドに接触させた状
態で切削加工を行っているときには加工中常に導通検出
センサから信号が出力されているものであるが、工具が
欠損した場合にはワークとの接触がなくなり、信号が途
切れることにより、工具欠損を検出することが出来る機
能を有する。

【００３６】請求項２の発明によればワークとの干渉検
出において主軸頭ばかりでなく、工具ホルダがワークと
干渉した場合にも衝突を防止することができるという効
果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のマシニングセンタ主軸頭の断
面図である。

【図２】図１における工具ホルダのクランプ・アンクラ
ンプ用アクチュエータ部分の拡大図である。

【図３】図１における主軸頭先端部分の拡大詳細図であ
る。

【図４】本発明を作動させるブロック線図である。

【図５】本発明の他の実施例の工具ホルダ部拡大図であ
る。

【符号の説明】

１ 主軸頭 ３ 主軸 ４ 導通検出センサ ５，８５ 緩衝部材 ６ 工具ホルダ ７ 絶縁材の筒体 ８ プルスタッド ９ ドローバ １０ コレット １２ 皿ばね １３，１５ コイルばね １４，８４ 導通棒 １６ リング状ピストン １９ 小径ピストン ２２ ミニピストンシリンダ装置 ８１，８２ 絶縁材 ８３ 工具

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークに対して相対移動可能な主軸頭に
   回転可能に支承された主軸の中心で軸線方向に移動可能
   に設けらればね力でコレットを介して工具ホルダのプル
   スタッドを引き上げる中空ドローバと、該中空ドローバ
   をばね力に抗して押し出し前記コレットを開放するアク
   チュエータを備えるＮＣ工作機械において、前記中空ド
   ローバ内に軸線方向に突出位置と待機位置とに移動可能
   に挿通され突出位置の時プルスタッドの端面に接触して
   電気回路を形成する導通棒と、該導通棒を突出位置と待
   機位置間で移動させるアクチュエータと、工具ホルダと
   主軸部材との接触面の少なくとも何れか一方に設けられ
   た絶縁材と、プルスタッドとコレットとの接触面の少な
   くとも何れか一方に設けられた絶縁材と、主軸頭に設け
   られた主軸軸線方向に流れる電流を検出する導通検出セ
   ンサと、主軸頭先端部に設けられた導通性緩衝材と、前
   記導通検出センサの出力でＮＣ工作機械の駆動部の現状
   の動作を中断させる制御手段とを含んでなる衝突防止装
   置を備えたＮＣ工作機械。
2. 【請求項２】 ワークに対して相対移動可能な主軸頭に
   回転可能に支承された主軸の中心で軸線方向に移動可能
   に設けらればね力でコレットを介して工具ホルダのプル
   スタッドを引き上げる中空ドローバと、該中空ドローバ
   をばね力に抗して押し出し前記コレットを開放するアク
   チュエータを備えるＮＣ工作機械において、前記中空ド
   ローバ内に軸線方向に突出位置と待機位置とに移動可能
   に挿通され突出位置の時プルスタッドの端面に接触して
   電気回路を形成する第１導通棒と、該第１導通棒を突出
   位置と待機位置間で移動させるアクチュエータと、前記
   工具ホルダと工具との接触部に設けられた絶縁材と、前
   記工具ホルダ中心を軸線方向に貫通して工具底面とは接
   触し工具ホルダとは絶縁された第２導通棒と、主軸頭に
   設けられた主軸軸線方向に流れる電流を検出する導通検
   出センサと、前記工具ホルダ先端部に設けられた導通性
   緩衝材と、前記導通検出センサの出力でＮＣ工作機械の
   駆動部の現状の動作を中断させる制御手段とを含んでな
   る衝突防止装置を備えたＮＣ工作機械。