(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気装置を内蔵した工具装置を工作機械本体に交換可能に装着する工作機械であって、
前記工具装置の交換に伴って前記工具装置及び前記工作機械本体相互間の配線の接続を行う着脱自在な少なくとも一対のコネクタと、
前記配線における過電流や漏電等の異常を検出する異常検出手段と、
前記異常を検出したときに工作機械を停止させ、前記コネクタを清掃する制御手段と、
を備える工作機械。
【請求項２】
前記制御手段は、前記工具装置の交換直後に前記工具装置に試験電流を流す、請求項１記載の工作機械。
【請求項３】
前記制御手段は、前記工具装置を前記工作機械本体から離間させて、前記コネクタを外し、該コネクタの接続端子部に空気を吹付けて清掃する、請求項１記載の工作機械。
【請求項４】
前記制御手段は、前記清掃後再度前記工具装置を工作機本体に装着してテスト運転を行い、前記異常を再検出した場合には異常を表示し、異常を検出しない場合には、工作機械を工作過程に復帰させる、請求項１記載の工作機械。
【請求項５】
前記電気装置は、工具本体を駆動する電動機であり、
前記異常検出手段は、前記電動機を回転駆動するインバータ内に設けられる過電流検出装置あるいは漏電検出装置である、請求項１乃至４のいずれかに記載の工作機械。
【請求項６】
前記制御装置は、更に、工作機械が工作過程中にある場合において、前記コネクタの内部からコネクタの隙間を介してコネクタ外部に空気を吹出させる、請求項１乃至５のいずれかに記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータを内蔵する工具装置（工具ホルダ）を装着して使用する工作機械に関し、特に、工具装置と工作機械とのコネクタにおける接続異常を検出し、これを解消するようにした工作機械の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動工具交換装置を有した工作機械において、電動機を内蔵した工具装置を工作機械本体の主軸に自動的に装着するようにした場合に、工具側と主軸側とにそれぞれコネクタを取付けておき、工具の装着と同時に両コネクタが差込まれて工具装置の電動機が電気的に制御されるようにしている。この場合において、工具装置以外の工具が主軸に取付けられて加工が行われているときには、これによる切粉や切削水（油）等が主軸側のコネクタに付着する可能性がある。そこで、例えば、実公平４−１９７４１号公報記載の「電動機内蔵型工具のコネクタ装置」では、コネクタを接続する前に切粉やゴミ等を払い落し、接触不良や過電流（短絡）による破損を防止するようにしている。また、コネクタ部分を蓋体で覆うことも考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、工具装置を自動交換するときには、コネクタ同士は接続のために露出する。この際に、コネクタに切削水等がかかる場合があり得る。工作機械は、切削水がコネクタにかかっても判別できない。そのような場合には、漏電や短絡が生じ得る。
【０００４】
よって、本発明は、工具装置を交換した際に漏電や過電流等の異常を判別し、異常があると、コネクタ部分を自動的に清掃して切削水などの異物を除去するようにした工作機械を提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は、コネクタを清掃しても異常を回復できないときには、これを作業者に知らせ、作業者及び電気設備を保護するようにした工作機械を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、工作過程においてコネクタ内に異物が入り難いようにした工作機械を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の工作機械は、電気装置を内蔵した工具装置を工作機械本体に交換可能に装着する工作機械であって、上記工具装置の交換に伴って上記工具装置及び上記工作機械本体相互間の配線の接続を行う着脱自在な少なくとも一対のコネクタと、上記配線における過電流や漏電等の異常を検出する異常検出手段と、上記異常を検出したときに工作機械を停止させ、上記コネクタを清掃する異常対応制御手段と、を備える。
【０００８】
かかる構成とすることによって、工作機械本体から工具装置への電気配線系統における漏電や過電流の異常が検出されると、異常の原因となる可能性の高いコネクタ部分が清掃されるので、異常からの復帰が自動的になされ得る。異常が解消しない場合には、作業者に報知し得る。
【０００９】
好ましくは、上記制御手段は、上記工具装置の交換直後に上記工具装置に試験電流を流す。それにより、電動機に大きい電流を流す前に漏電や短絡が判別可能であるので、工作機械の電気回路、装置、電気設備の破壊を防止可能である。
【００１０】
好ましくは、上記制御手段は、上記工具装置を上記工作機械本体から離間させて、上記コネクタを外し、該コネクタの接続端子部に空気を吹付けて清掃する。
【００１１】
かかる構成とすることによって、切削水（切削液）、切粉、ゴミ等を除去可能である。
【００１２】
好ましくは、上記制御手段は、上記清掃後再度上記工具装置を工作機本体に装着して試験電流供給等のテスト運転を行い、上記異常を再検出した場合には異常を表示し、異常を検出しない場合には、工作機械を工作過程に復帰させる。
【００１３】
かかる構成によって、コネクタ清掃によって異常が解消したかどうかを確認し、作業工程の安全を図ることが可能となる。
【００１４】
好ましくは、上記電気装置は、工具本体を駆動するための電動機であり、上記異常検出手段は、上記電動機を回転駆動するインバータ内に設けられる過電流検出装置あるいは漏電検出装置である。
【００１５】
好ましくは、制御装置は、更に、工作機械が工作過程にある場合には、上記コネクタの内部からコネクタの隙間を介してコネクタ外部に空気を吹出させ、工作過程において発生する切粉、切削液などの異物がコネクタ内部に侵入しないようにする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。図１において、数値制御工作機械１は、主軸２を有した工作機械本体３、多数の工具装置（工具ホルダ）４ｂ,４ｃ，…を有した自動工具交換装置４、これらを加工指令や工具交換指令などによって制御する数値制御装置５などから成っている。主軸２には、自動工具交換装置４の図示しないマニピュレータによって工具装置４aが装着されており、工具装置４aの先端に取付けられた微小径のドリル刃６によってワークＷに微小径の穴を明けようとしている。
【００１７】
工具装置４aには、テーパシャンク部７およびマニピュレータによる把持部８が設けられており、同軸状に高速回転可能な高周波電動機９が内蔵され、チャック部１０の先端に前述のドリル刃６が取付けられている。
【００１８】
工具装置４aの軸心からずれた位置に、高周波電動機９に結線するためのコネクタ１１が設けられており、工具装置４aが主軸２に装着されると同時に工作機械機本体３に設けられた受けコネクタ１２に接続されるようになっている。受けコネクタ１２にはコントローラ１７の出力端が接続されている。
【００１９】
図２に示すように、受けコネクタ１２には下方に開口する勘入穴１２ｃ及びリング電極１２ａが設けられており、このリング電極１２aから空気を吹き出させるための流路１２ｂが設けられる。この流路１２ｂに接続具１３を介してチューブ１４、電磁開閉弁１５および空気圧源１６が接続されている。後述の図６に示すように、これは、工具装置４ａが主軸２に装着される直前、すなわちコネクタ１１のピン電極１１ａがリング電極１２ａに挿入される直前に、電磁開閉弁１５が短時間だけオンして空気をリング電極１２ａから吹き出し、これによって切粉、ごみ、油などをエアーパージして電気的接続をより確実にするためのものである。
【００２０】
図３は、制御系を示すブロック図である。数値制御装置５は、起動プログラム等を含むＲＯＭ５ａ、プログラムを実行するＣＰＵ５ｂ、データやプログラムを記憶するＲＡＭ５ｃ、データを保存するハードディスク（ＨＤ）５ｄ、情報を表示する表示部５ｅ、管理コンピュータ等との通信を行う通信インタフェース５ｆ及びコントローラ１７とのデータ通信を行うＩＯ部５ｇ等によって構成される。数値制御装置５は、予め記憶されたワークＷの加工プログラムに従って工作機械本体３、工具交換装置４、コントローラ１７等を制御する。コントローラ１７は、数値制御装置５からの制御信号を受けて高周波電動機９を制御する。コントローラ１７は、数値制御装置５からの制御信号を入力するためのフォトカプラからなるインタフェース部１８、ＩＯ部１９、数値制御装置５へＡＣＫ信号や、過電流（あるいは短絡）や漏電などの異常を知らせる異常信号等を出力するリレーなどからなる信号出力部２０、マイクロプロセッサなどからなる中央処理部２１、記憶部２２，２３、ＩＯ部２４、ディジタル信号を解読しそれによって指定された周波数の正弦波信号を出力するＤＦ変換部２５、ＤＦ変換部２５からの出力によって３相交流を発生するデバイダ部２６、デバイダ部２６からの出力を電力増幅して高周波電動機９を駆動するドライブ部２７、デバイダ部２６とドライブ部２７とからなる駆動部２８、回転速度を表示するためのデコーダ部２９、表示部３０、とからなっている。駆動部２８は、いわゆるインバータ回路によって構成することが出来る。コントローラ１７と高周波電動機９とは、コネクタ１１及び１２を介して電気配線３１によって接続される。
【００２１】
異常検出装置３２は、ドライブ部２７の出力電流が過電流であること、あるいは電気配線３１の系統と工作機械のフレーム・接地間の漏電の発生を検出する。この検出出力はＩＯ部２４に配線３１系統の異常を示す異常発生フラグを設定する。
【００２２】
ＣＰＵ２１は、数値制御装置５の指令に応じて、工具装置の交換後、テスト電流を高周波電動機９に供給し、異常検出装置３２の出力により異常の発生の有無を判別する。異常発生フラグを検知すると、駆動部２８の動作を停止させ、高周波電動機９を停止する。異常原因を表すコードを表示器３０に表示する。また、ＣＰＵ２１は、配線３１系統の異常（過電流、漏電）を、信号出力部２０を介して数値制御装置５に通知する。同様に、運転中の異常も異常検出装置３２によって検出され、処理される。
【００２３】
数値制御装置５の通常の動作は、例えば、予めプログラムされたファイルをＲＡＭ５ｃに保持し、ＣＰＵ５ｂが工作手順に従った指令群を順次読み込み、その内容に応じて工作機械本体３および自動工具交換装置４を制御する。また、コントローラ１７へ制御信号を出力する。装置の異常を判別した場合には、図示しない管理コンピュータに通信インタフェース５ｆを介して情報を送信する。
【００２４】
図４は、数値制御装置５が工具装置を交換後に異常発生の有無を確認する交換後テストの例を説明するフローチャートである。数値制御装置５は、工具交換装置４によって電動機を内蔵した工具装置の交換（取付）を終えると、図４に示す交換後テストを行う。
【００２５】
まず、数値制御装置５は、コントローラ１７に低レベルの試験電圧又は低レベルの試験電流を電動機９に所定の短時間だけ供給させる（Ｓ２）。それにより、コントローラ１７から配線３１系統の異常を示す異常検出が通知されたかどうかを判別する（Ｓ４）。異常が検出された場合には、異常処理を行う（Ｓ４；Ｙｅｓ）。例えば、試験電流の供給の停止を直ちにコントローラ１７に指令し、工作機械本体３の動作を停止する。該当する電源系統の電源供給を必要により遮断する（Ｓ６）。この異常検出を表示器５ｅに表示すると共に異常を報知する。作業者は、コネクタ１１，１２の異物などの異常の原因を確認する。また、必要により、工場の管理コンピュータに異常を知らせる（Ｓ８）。必要により、後述の異常検出処理（図５）を行ってトラブルの解消を試みることができる。
【００２６】
異常が発生しない場合には（Ｓ４；Ｎｏ）、交換後テストを終了し、通常運転（作業）に移行する。
【００２７】
このようなテスト過程を経ることによって、工具装置交換の際にコネクタに異物が侵入した場合の、過電流（あるいは短絡）や漏電による電気回路や機器の破損を回避することが可能となる。
【００２８】
図５は、数値制御装置５が運転中にコントローラ１７から異常検出の通知を受けた場合の制御動作を説明するフローチャートである。
【００２９】
上述した、工具装置交換後あるいは作業時の異常検出の通知は、数値制御装置５に配線３１系統異常を示す割込みフラグを設定する。配線３１系統異常の原因は、コネクタ１１，１２内への異物の侵入の可能性が高い。
【００３０】
数値制御装置５のＣＰＵ５ｂは、配線３１系統異常フラグの設定を判別すると（Ｓ１２；Ｙｅｓ）、現在、工作機械の制御に設定している制御データを内蔵するハードディスク装置５ｄに退避する。それにより、後の運転の再開を可能とする（Ｓ１４）。工具装置４ａの取外しを行うため、ワークＷを安全な場所に移動する（Ｓ１６）。工具交換装置４の図示しないマニュピレータによって工具４ａを主軸２から取外し、僅かに下がった位置に工具４ａを保持する。
【００３１】
これにより、図６に示すように、コネクタ１１及び１２相互間が開く（Ｓ１８）。エアバルブ１５を開き、コネクタ１２のリング電極１２ａ部分から、下方のピン電極１１ａに向けて空気を強く吹付け、コネクタ部分の清掃を行う。それにより、切削水、ゴミなどの短絡・漏電原因が吹飛ばされる。なお、エアバルブ１５を断続して複数回吹付けを繰返しても良い（Ｓ２０）。清掃後、空気を弱く吹付けて異物がコネクタ１１内に入らないようにしつつ、工具装置４ａを主軸２に取付ける（Ｓ２２）。取付後、コントローラ１７に試験用の低レベルの電動機９の駆動電流を短時間供給させる（Ｓ２４）。コントローラ１７の検出器３２から異常が検出されたかどうかを判別する（Ｓ２６）。異常フラグが設定されない場合には（Ｓ２６；Ｎｏ）、運転データを再設定し、ワークＷを元の位置に戻して加工を再開する。後述のように、運転再開後は、加工処理中あるいは常時、空気をコネクタ１２の内部に供給し、コネクタ１１及び１２相互間の隙間からコネクタ外部に空気が弱く吹出すようにして、異物の侵入を防止することが出来る（Ｓ２８）。
【００３２】
異常フラグが再度設定された場合には（Ｓ２６；Ｙｅｓ）、異常処理を行って待機状態となる。例えば、異常処理としては、異常検出の報知（アラーム）、異常検出の種類を表すコードの表示、異常コード・異常発生時間等の記録、図示しない工程管理コンピュータ等への異常通知、異常発生系統への電源供給遮断等の処理を行う（Ｓ３０）。
【００３３】
このようにして、上述した工作機械は、工具装置を工作機械本体に取付る際に、コネクタ１２から空気を吹き出して、切粉やゴミの付着を防止する。更に、コネクタに異物が侵入して異常を検出した場合には、コネクタの清掃を行い、それにより、異常が解消すると運転を再開する。
【００３４】
図７は、コネクタ１２の他の構成例を示しており、コネクタに常時空気を流す場合に好適である。すなわち、コネクタ１１及び１２を接続した状態において、コネクタ１２の内部側にワークの工作中空気を積極的に供給することによって、コネクタ１１及び１２相互間の隙間から外部にエアを吹出すようにし、コネクタ１１及び１２相互間の隙間に切削水（切削液）、切粉、ゴミ等が入り込み難くなるようにする。なお、同図において、図２と対応する部分には同一符号を付しており、かかる部分の説明は省略する。
【００３５】
図７において、受けコネクタ１２には下方に開口する勘入穴１２ｃ及びリング電極１２ａ，１２ａが設けられている。また、リング電極１２ａ，１２ａ間に位置する絶縁物の略中央には、流路１２ｂ若しくは勘入穴１２ｃとコネクタ１１との対向面間に連通するエア流路１２ｄが形成される。流路１２ｂは、リング電極１２a，１２ａの開口及びエア流路１２ｄに連通して空気を供給する。この流路１２ｂに接続具１３を介してチューブ１４、電磁開閉弁１５および空気圧源１６が接続されている。
【００３６】
前述したように、工具装置４ａが主軸２に装着された後、すなわちコネクタ１１のピン電極１１ａがリング電極１２ａに挿入される前に、電磁開閉弁１５が短時間だけオンして空気をリング電極１２ａから吹き出し、接続の際に空気を強く吹付けて切粉、ごみ、油などを除去する。その後、コネクタ１１及び１２を接続する。両コネクタの接続後は、電磁開閉弁１５の開度を絞ることにより、あるいは図示しない追加の電磁弁を使用することにより、あるいは空気圧源１６の圧力を下げることにより、引続き空気を供給し、工作工程中、コネクタ１２の空気流路１２ｄから空気を弱く吹出す。この空気は、コネクタ１１及び１２相互間の隙間から外部に逃げる。それにより、コネクタ１１及び１２間の隙間から切粉、ごみ、油などが内部に侵入することを防止する。従って、電気的接続をより確実にすることが可能となる。
【００３７】
なお、工具装置は電動機を内蔵するものに限られない。例えば、電磁石、振動体、レーザ加工、放電加工装置等の電気装置を内蔵し、これ等装置にコネクタを介して工作機械本体から電源の供給や信号を受けるものにも適用可能である。
【００３８】
また、実施例では、コネクタは一対で示されているが、これに限られるものではなく、工具装置及び工作機械本体間は複数対（複数組）のコネクタで接続されるものであっても良い。リング電極１２ａの形状や極数、ピン電極１１ａの形状や極数は任意であって良い。カバー部１１ｂは省略しても良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の工作機械は、工具装置を交換した場合に、工作機械から工具装置に内蔵された電動機に大電流を供給する前に、あるいは運転中に、漏電や短絡を判別できるので作業者の感電や、工作機械の電気設備の壊れを回避可能となる。また、漏電や短絡が生じた場合には、作業者がこれを表示器や報知によって知ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、工具装置を装着した数値制御工作機械を模式的に示す図、
【図２】図２は、コネクタ１１及び１２の部分を拡大して示す断面図、
【図３】図３は、制御系を説明するブロック図である。
【図４】図４は、工具装置交換後のテストを説明するフローチャートである。
【図５】図５は、運転中に異常検出を行った場合の処理を説明するフローチャートである。
【図６】図６は、コネクタの清掃を説明する説明図である。
【図７】図７は、コネクタ１２の他の構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
１    数値制御工作機械、
２    主軸、
３    工作機械本体、
４    自動工具交換装置、
４ａ  工具（工具装置）、
５    数値制御装置、
９    高周波電動機（電動機）、
１０  チャック、
１１  コネクタ、
１２  受けコネクタ、
１７  コントローラ
【図１】
0004428769.tif 000002
【図２】
0004428769.tif 000003
【図３】
0004428769.tif 000004
【図４】
0004428769.tif 000005
【図５】
0004428769.tif 000006
【図６】
0004428769.tif 000007
【図７】
0004428769.tif 000008