(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸に装着された旧工具を、新工具と交換する工具交換アームを備える工作機械において、
前記工具交換アームは、前記新工具が前記工具交換アームの一端側に取り付けられる工具交換位置と、前記旧工具が前記工具交換アームの他端側に取り付けられる工具取付位置の間を相互に移動できるように、その中心部を回動軸として、前記主軸の軸線方向に沿った軸周りに回動可能であり、
前記工具交換アームに設けられ、前記工具交換アームによって工具を交換する際に、前記旧工具の折損を検知することを特徴とする工具折損検知装置。
【請求項２】
前記工具取付位置における前記工具交換アームの他端側に取り付けられた前記旧工具が正常なときに、前記旧工具の先端部と接触して移動させられ、前記旧工具が折損しているときには前記旧工具と非接触となるプローブを備えるとともに、
前記プローブが移動したか否かを検知するセンサを有する請求項１に記載の工具折損検知装置。
【請求項３】
前記プローブは、前記回動軸に沿った方向に移動可能とされている請求項２に記載の工具折損検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具の折損を検知する工具折損検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタなどの工作機械において、ドリルなどの工具が折損したときには、折損した工具は新しい工具と交換される。このような工具の折損を検知するために、工具折損検知装置が用いられている。
【０００３】
旧来、工具折損検知は、たとえば加工治具の横に取り付けられていたが、工具の折損検知が加工後に行われるため、非加工時間が長くなって作業効率低下してしまうものであった。また、加工中の切粉が工具折損装置に降りかかるために誤作動を起こしたり最悪の場合には工作機械を停止させてしまうことがあった。これらの不都合を回避するため、従来においては、工具折損検知装置を工具マガジンに設け、工具マガジン内で工具折損の検知を行うようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このため、工具の折損を検知するのにある程度の時間を要していた。この検知作業が行われている間、ドリル加工直後の工具は加工直前で待たなければならず、作業効率の低下の原因となるものであった。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、主軸に取り付けられた工具の折損をすばやく検知することにより、作業を効率的に行うことができるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した請求項１に係る発明は、主軸に装着された旧工具を、新工具と交換する工具交換アームを備える工作機械において、
前記工具交換アームは、前記新工具が前記工具交換アームの一端側に取り付けられる工具交換位置と、前記旧工具が前記工具交換アームの他端側に取り付けられる工具取付位置の間を相互に移動できるように、その中心部を回動軸として、前記主軸の軸線方向に沿った軸周りに回動可能であり、
前記工具交換アームに設けられ、前記工具交換アームによって工具を交換する際に、前記旧工具の折損を検知することを特徴とする工具折損検知装置である。
【０００７】
請求項１に係る発明によれば、工具の交換を行う際に、工具交換アームにおいて工具の折損を検知することができる。このため、工具マガジンまで工具を搬送することなく工具の折損を検知できるので、時間の短縮を図ることができ、もって作業効率の向上に貢献することが可能となる。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、前記工具取付位置における前記工具交換アームの他端側に取り付けられた前記旧工具が正常なときに、前記旧工具の先端部と接触して移動させられ、前記旧工具が折損しているときには前記旧工具と非接触となるプローブを備えるとともに、
前記プローブが移動したか否かを検知するセンサを有する請求項１に記載の工具折損検知装置である。
【０００９】
請求項２に係る発明では、工具の折損を検知するにあたり、接触式のプローブを用いている。このため、精度の高い折損の検知を行うことができる。
【００１０】
さらに、請求項３に係る発明は、前記プローブは、前記回動軸に沿った方向に移動可能である請求項２に記載の工具折損検知装置である。
【００１１】
請求項３に係る発明によれば、折損の検知対象となる工具の長さに応じて、プローブの位置を変えることができる。このため、種々の長さの工具の折損を検知することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、具体的に説明する。
図１は、本発明に係る工具折損検知装置を備えるマシニングセンタの側面図、図２は、その正面図である。また、図３は、本発明に係る工具折損検知装置の側面図、図４はその正面図、図５はその平面図である。
【００１３】
まず、本発明に係る工具折損検知装置を説明する前に、本発明に係る工具折損検知装置を備える工作機械であるマシニングセンタについて説明する。
図１および図２に示すように、マシニングセンタＭのベース１には、コラム２が前後方向および左右方向に移動自在に配設され、このコラム２には主軸ヘッド３が上下動可能に支持されている。また、主軸ヘッド３には主軸４が回動自在に支持されており、その先端にはドリルなどの工具Ｔが着脱可能に装着されている。さらに、主軸ヘッド３が図１に鎖線で示す下方の加工位置に配置された状態で主軸４が回転し、図示しないワークに所定の加工が施される。主軸ヘッド３の上方には、工具交換装置５が配設されている。そして、図１におよび図２に仮想線で示すように、工具交換装置５に対して本発明に係る工具折損検知装置６が取り付けられている。
【００１４】
また、ベース１には、鉛直部１１Ａと水平部１１Ｂとからなるフレーム１１が立設されており、フレーム１１における水平部１１Ｂの端部は主軸ヘッド３の上方位置まで延在している。このフレーム１１の水平部１１Ｂの端部における主軸ヘッド３の上方位置には、工具交換装置５の主要部を構成する工具交換アーム１２が、その中心部を通り、主軸４の軸線と平行な軸回りに回動可能となるように支持されている。
【００１５】
さらに、工具交換アーム１２の両端には、それぞれ工具把持部１３，１４が形成されており、一方の工具把持部１３は工具交換位置Ｐ２に位置し、他方の工具把持部１４は工具取付位置Ｐ１に位置している。工具交換前において、工具交換位置Ｐ２には、工具マガジン１５に収容されている工具が、いわゆるリニアマガジンタイプの工具ローダ１６によって移送されてくる。移送されてきた工具は新工具Ｔ２として工具把持部１３に把持される。一方、工具取付位置Ｐ１では、主軸４に取り付けられていた旧工具Ｔ１が移動してきて、工具把持部１４に旧工具Ｔ１が把持されている。そして、工具交換アーム１２が１８０°回動し、一方の工具把持部１３が工具取付位置Ｐ１に移動し、他方の工具把持部１４が工具交換位置Ｐ２に移動するようになっている。
【００１６】
フレーム１１における水平部１１Ｂ上には、横長平板形状の工具マガジン１５が設けられ、主軸４の軸線方向に延在している。さらに、工具マガジン１５の上側縁に沿って、複数の保持溝１５ａ，１５ａ…が形成されており、水平な直線上に所定ピッチで配列され、それぞれ同一方向の上方に向かって開口している。また、工具マガジン１５における保持溝１５ａ，１５ａ…には、それぞれ工具ポット１７，１７…が配備されており、これらの工具ポット１７，１７…によって工具が保持されている。
【００１７】
また、工具ローダ１６の一部を構成する移動体２１は、工具受渡し位置Ｐ３と工具交換アーム１２に対応する工具交換位置Ｐ２との間において、ボールねじ２２およびガイドレール２３を介してフレーム１１の水平部１１Ｂ上に前後方向に直線移動可能に支持されている。さらに、ボールねじ２２を移動用モータ２４で回転させることにより、移動体２１を前後方向に移動させることができる。移動体２１の側方には、配線類を保護するためのケーブルベア２５が設けられている。
【００１８】
移動体２１は図示しない把持アームを有している。そして、工具マガジン１５に備えられた工具Ｔを工具受け渡し位置で把持し、工具交換位置Ｐ２まで搬送する。そして、工具交換位置Ｐ２において工具交換アーム１２に新工具を渡すことができるようになっている。また、工具交換位置Ｐ２においては工具交換アーム１２が使用済みの旧工具を把持している。把持アームは、工具交換アーム１２からこの旧工具を受け取り、工具マガジン１５における所定の位置に戻すようになっている。
【００１９】
次に、本発明に係る工具折損検知装置について説明する。
図３ないし図５に示すように、本発明に係る工具折損検知装置６は、工具交換アーム１２に取り付けられており、工具交換アーム１２の回動に伴って工具折損検知装置６全体が回動するようになっている。
工具折損検知装置６は、工具交換アーム１２の回動軸２５と同軸のシャフト３１を備えており、図５に示すように、シャフト３１の側方にはモータシリンダ３２が設けられている。モータシリンダ３２は、シャフト３１の軸方向に延在するシリンダ軸３２Ａを有するとともに、このシリンダ軸３２Ａに対して摺動可能なスライダベース３２Ｂを備えている。シリンダ軸３２Ａの右方には、モータ３２Ｃが設けられており、このモータ３２Ｃを駆動することにより、スライダベース３２Ｂがスライダ軸３２Ａに沿って摺動するようになっている。
【００２０】
また、スライダベース３２Ｂには、保持アーム３２Ｄが取り付けられており、スライダ３３が固定されている。このスライダ３３は、図３に示すように、ガイド３３Ａを有しており、シャフト３１がこのガイド３３Ａを貫通しているので、スライダ３３はシャフト３１に対して摺動可能となっている。このため、スライダベース３２Ｂがシリンダ軸３２Ａに沿って移動することによって、スライダ３３がシャフト３１に沿って摺動するようになっている。これらシャフト３１およびモータシリンダ３２のシリンダ軸３２Ａ、モータ３２Ｃは、ハウジング３４に固定されている。
【００２１】
さらに、スライダ３３にはプローブガイド３５が固定されており、プローブガイド３５の下方に揺動自在に取り付けられた揺動アーム３５Ａに対してプローブ３６が取り付けられている。また、プローブガイド３５は、シャフト３１の軸方向に延在するスプライン軸３７に摺動可能に取り付けられている。このため、プローブ３６は、モータシリンダ３２を作動することによって、スプライン軸３７に沿って、回動軸２５に沿った方向に移動可能となっている。
【００２２】
プローブ３６は、図４に示すように、その下端部３６Ａが側方に向けて屈曲しており、正常な旧工具Ｔ１、すなわち折損が生じていない旧工具Ｔ１が主軸４とともに上昇してきたときは、旧工具Ｔ１の先端部が接触して移動させられるようになっている。この屈曲した下端部３６Ａに下方から上昇してきた旧工具Ｔ１の先端部が当接すると、プローブ３６が側方に逃げるようにして移動し、プローブガイド３５およびスプライン軸３７周りに回動するようになっている。プローブ３６は、非拘束としたときには自重によってぶら下がった状態となる。
【００２３】
また、スプライン軸３７は、ベアリング３８，３９を介してサイドフレーム４１に取り付けられている。そして、スプライン軸３７にはプローブガイド３５が固定されているので、プローブ３６が押し上げられてプローブガイド３５が回動することにより、スプライン軸３７も回動するようになっている。
【００２４】
さらに、スプライン軸３７の先端部（図３における右方）にはドッグ４０が固定されており、このドッグ４０はスプライン軸３７が回動することによって図４に仮想線で示すように、上方に向けて回動するようになっている。他方、工具交換アーム１２に固定されたサイドフレーム４１には、ドッグ４０の移動を規制するためのストッパ４０Ａ，４０Ｂが取り付けられている。また、ドッグ４０の上方位置においては、ハウジング３４に対して近接センサ４２がブラケット４３を介して固定されている。そして、図４に仮想線で示すように、スプライン軸３７が回動してドッグ４０が上昇することによって、近接センサ４２がドッグ４０を検知するようになっている。これらドッグ４０および近接センサ４２が本発明の「プローブが移動したか否かを検知するセンサ」となる。
【００２５】
他方、工具交換アーム１２が回動すると、図４に仮想線で示すように、プローブガイド３５の揺動アーム３５Ａおよびプローブ３６が上方に向けて回動するが、このときの移動を抑制すべく、ハウジング３４には、回動規制部材４４が設けられている。
【００２６】
したがって、主軸４に取り付けられた旧工具Ｔ１が上昇してくる際、旧工具Ｔ１が正常なときには、旧工具Ｔ１がプローブ３６を上方に移動させる。このプローブ３６の移動に伴い、プローブガイド３５およびスプライン軸３７を介してドッグ４０が上方に移動する。このドッグ４０の移動を近接センサ４２が検知することにより、旧工具Ｔ１が正常であることが検知される。逆に、旧工具Ｔ１に折損が生じているときには、旧工具Ｔ１はプローブ３６に非接触となる。したがって、近接センサ４２がドッグ４０を検知しないので、旧工具Ｔ１に折損が生じていることが検知される。
【００２７】
次に、本発明に係る工具折損検知装置６の作用について説明する。
マシニングセンタＭでは、図１に実線で示すように、主軸４に工具Ｔ（旧工具Ｔ１）を取り付けた状態で加工作業が行われている。この加工作業が行われている間に、工具ローダ１６によって新工具Ｔ２を工具交換位置Ｐ２に移送してくる。その後、現在使用している旧工具Ｔ１における作業が終わったら、次の新工具Ｔ２による加工作業が行われるが、その加工作業の前に工具の交換が行われる。そして、この工具交換作業を行っている間に、旧工具Ｔ１の折損の検知が行われる。
【００２８】
旧工具Ｔ１の折損の検知を行うにあたり、検知対象となる旧工具Ｔ１の刃長に応じて、モータシリンダ３２を駆動してプローブ３６の位置を調整しておく。たとえば、旧工具Ｔ１の刃長が短い場合には、図３に仮想線で示すように、プローブ３６を工具交換アーム１２の近傍に位置させる。その一方、旧工具Ｔ１の刃長が長い場合には、図３に実線で示すように、プローブ３６を工具交換アーム１２の遠方に位置させる。プローブ３６の位置の調整は、加工作業を行っている間に行ってもよいし、旧工具Ｔ１を主軸４に取り付ける際に行ってもよい。あるいは、加工作業が終わる直前に行ったりすることもできる。
【００２９】
旧工具Ｔ１による加工作業が終了すると、工具交換が行われる。このとき、工具交換位置Ｐ２には工具ローダ１６によって新工具Ｔ２を移送してきて、工具交換位置Ｐ２において新工具Ｔ２を下降させ、工具交換アーム１２の一方の工具把持部１３に上方から差し込んで把持させる。一方、工具取付位置Ｐ１には、加工が済んで取り替えられる旧工具Ｔ１が取り付けられた主軸４が上昇して移動してくる。この主軸４の上昇に伴い、工具交換アーム１２における他方の工具把持部１４に対して下方から旧工具Ｔ１を差し込んで把持させる。この主軸４に取り付けられた旧工具Ｔ１が上昇する際に、旧工具Ｔ１が折損しているか否かを工具折損検知装置６によって検知する。
【００３０】
工具把持部１４に旧工具Ｔ１を把持させる際に、主軸４を上昇させるが、このとき、旧工具Ｔ１が正常であり折損していない場合には、旧工具Ｔ１の先端部がプローブ３６の下端部３６Ａに接触して下端部３６Ａを持ち上げる。プローブ３６の下端部３６Ａが持ち上げられると、プローブガイド３５およびスプライン軸３７が回動する。スプライン軸３７が回動すると、スプライン軸３７の先端部に取り付けられたドック４０は上方に移動する。ドッグ４０が上方に移動すると、近接センサ４２がドッグ４０を検知する。そして、近接センサ４２がドック４０を検知することにより、旧工具には折損が生じていないと判断される。
【００３１】
一方、旧工具Ｔ１が折損している場合には、その旧工具Ｔ１の先端部が欠けた状態となっている。この状態で、主軸４を上昇させると、旧工具Ｔ１の先端部はプローブ３６に非接触の状態となる。旧工具Ｔ１の先端部がプローブ３６に非接触である場合にはスプライン軸３７が回動することはなく、ドック４０が上方に移動することもない。したがって、近接センサ４２がドック４０を検知せず、旧工具Ｔ１に折損が生じていることが検知される。
【００３２】
このように、旧工具Ｔ１の折損の検知を行った後、工具交換アーム１２を１８０°回動させて、新工具Ｔ２を把持する一方の工具把持部１３を工具取付位置Ｐ１に移動させるとともに、旧工具Ｔ１を把持する他方の工具把持部１４を工具交換位置Ｐ１に移動させる。工具取付位置Ｐ１に移動させられた新工具Ｔ２は、主軸４に取り付けられる。一方、工具交換位置Ｐ１に移動させられた旧工具Ｔ１は、工具ローダ１６の把持アームに把持される。
そして、折損が検知されなかった場合には、工具マガジン１５における所定の位置に搬送されて収納される。また、折損が検知された場合には、適宜の工具修繕位置に搬送されたり、あるいは、工具マガジン１５に収納後に作業員が取り出して修繕作業を施すなどの適宜の措置が取られる。
さらには、次工程の工具が加工作業に入ってもよいか否かの判断がこの時点で行われているため、次工程に入ってもよいと判断されている場合には、すぐさま次工程に入ることができる。したがって、サイクルタイムの待ち時間の短縮に寄与することになる。
【００３３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではない。たとえば、プローブが回動しているか否かを検知するセンサとして、ドッグと近接センサを用いる代わりに、接触式のセンサを用いることができる。また、プローブを移動させるためにモータシリンダを用いたがボールねじにモータを設けたものなどを用いることもできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のとおり、請求項１に係る発明によれば、工具の交換を行う際に、工具交換アームにおいて工具の折損を検知することができる。このため、工具マガジンまで工具を搬送することなく工具の折損を検知できるので、時間の短縮を図ることができ、もって作業効率の向上に貢献することが可能となる。
また、請求項２に係る発明では、工具の折損を検知するにあたり、接触式のプローブを用いている。このため、精度の高い折損の検知を行うことができる。
さらに、請求項３に係る発明によれば、折損の検知対象となる工具の長さに応じて、プローブの位置を変えることができる。このため、種々の長さの工具の折損を検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工具折損検知装置を備えるマシニングセンタの側面図である。
【図２】本発明に係る工具折損検知装置を備えるマシニングセンタの正面図である。
【図３】本発明に係る工具折損検知装置の側面図である。
【図４】本発明に係る工具折損検知装置の正面図である。
【図５】本発明に係る工具折損検知装置の平面図である。
【符号の説明】
１      ベース
２      コラム
３      主軸ヘッド
４      主軸
５      工具交換装置
６      工具折損検知装置
１１    フレーム
１２    工具交換アーム
１３，１４  工具把持部
１５    工具マガジン
１６    工具ローダ
１７    工具ポット
３１    シャフト
３２    モータシリンダ
３２Ａ  シリンダ軸
３２Ｂ  スライダベース
３２Ｃ  モータ
３２Ｄ  保持アーム
３３    スライダ
３４    ハウジング
３５    プローブガイド
３６    プローブ
３６Ａ  下端部
３７    スプライン軸
４０    ドッグ
４０Ａ，４０Ｂ  ストッパ
４１    サイドフレーム
４２    近接センサ
Ｐ１  工具取付位置
Ｐ２  工具交換位置
Ｍ    マシニングセンタ
Ｔ    工具
Ｔ１  旧工具
Ｔ２  新工具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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