(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを加工する加工工具と、この加工工具を前記ワークに対して相対的に送り駆動する送り手段と、前記加工工具と前記ワークとの接触／非接触の状態を検知する接触検知手段と、この接触検知手段からの出力が入力される制御手段とを備え、前記制御手段は、加工開始と共に及び加工終了時点で加工工具の破損を検知するために、試加工時のワークと加工工具との接触位置を記憶するＲＡＭと、前記送り手段による現時点の送り位置及び戻り位置が前記接触位置になったときに前記接触検知手段からの入力信号により前記加工工具の破損の有無を判断する判断手段とを備えていることを特徴とする加工工具破損検知機能を備えた工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動工作機械に適用するのに好適な、加工工具破損検知機能を備えた工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に自動工作機械においては、加工工具の破損を適確に検出することが求められている。加工工具が破損したままで加工作業を続ければ、以後の加工品は全て不良品になってしまう。
【０００３】
従来、この種の加工工具破損検知装置としては、例えば図４に示す装置が知られている。これはワーク１０１を加工する加工工具としてのタップ１０３の折損を検知するもので、タップ１０３はタッピングユニット１０５に装着され、しかも上下動自在となっている。このタッピングユニット１０５の下端部にはギア１０５ａが設けられており、このギア１０５ａには別のギア１０７ｂが噛合されている。このギア１０７ｂにはサーボモータ１０７の出力軸１０７ａが装着されている。しかも、サーボモータ１０７にはパルスコンコーダ１０７ｃが備えられている。
【０００４】
前記ワーク１０１の上方には受け板１１３が設けられていると共にこの受け板１１３の上方にはリミットスイッチ１１５が設けられている。このリミットスイッチ１１５とサーボモータ１０７は制御装置１１１に接続されている。
【０００５】
上記構成により、サーボモータ１０７を駆動せしめて出力軸１０７ａを介してギア１０７ｂを回転させると、ギア１０７ａ，タッピングユニット１０５を介してタップ１０３が回転される。しかもタッピングユニット１０５に設けられた上下動機構によりタップ１０３が上下動される。したがって、タップ１０３が上昇してワーク１０１に完全にねじ込まれ終えたときワーク１０１の上面に突き出るタップ１０３の先端部で受け板１１３を押し上げて、これでリミットスイッチ１１５を動作させるものである。このようにすれば、リミットスイッチ１１５が作動したときにはタップ１０３は正常であり、タップ１０３が折れて短くなったときにはリミットスイッチ１１５が作動しなくなるので、タップ１０３の折損を検知することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上述の従来技術では、ワーク１０１の裏面に突起物が形成されている場合など、ワーク１０１の形状によってはスイッチが誤動作して正確な検知動作が行われないことがあった。またタップ孔が貫通していない場合には、原理的に適用不可能であった。さらに検知装置は切粉発生部位に必然的に近接して配置されるため、メカ的な可動部に切粉が挟まってリミットスイッチ１１５が動作不全を起こすおそれもあった。また検知部材を直接タップ１０３に接触させるため工具を痛めるおそれもあった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、加工工具の破損を正確に検知できるとともに誤動作のおそれのない加工工具破損検知機能を備えた工作機械を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、ワークを加工する加工工具と、この加工工具を前記ワークに対して相対的に送り駆動する送り手段と、前記加工工具と前記ワークとの接触／非接触の状態を検知する接触検知手段と、この接触検知手段からの出力が入力される制御手段とを備え、前記制御手段は、加工開始と共に及び加工終了時点で加工工具の破損を検知するために、試加工時のワークと加工工具との接触位置を記憶するＲＡＭと、前記送り手段による現時点の送り位置及び戻り位置が前記接触位置になったときに前記接触検知手段からの入力信号により前記加工工具の破損の有無を判断する判断手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明で破損を検知する「加工工具」としては、タップの他、ドリル，フライス，バイトなど広く加工工具一般に適用することが可能である。
【００１１】
また「接触検知手段」は、ワークと加工工具とが接触しているのか非接触なのかを検知できればよく、電気的，力学的，光学的など様々な検知手段を適用可能である。例えば、電気的検出の具体例としては、(1) ワークの材質が金属など導電性である場合には、加工工具とワークを含む電気ループを構成し、両者の接触を電流や電圧の変化で検知することができる。(2) またプラスチックなど不導体のワークに対しては、送り手段（送りモータ）の電力負荷の大小を検出し、負荷の増加から加工工具がワークに接触したことを判断してもよい。(3) また旋盤やフライス盤にあっては、（送りモータではなく）、ワークを回転駆動する駆動モータの負荷変化から加工工具の接触を判断してもよい。またこれらの電気的検知以外にも、トルクセンサによってタップやドリルの接触を検知したり、工具台に分力センサを取付けてバイトに作用する力からワークとの接触を検知するなどもできる。さらに、ＣＣＤ等の光学手段で加工工具とワークとの接触を監視するような変形も可能である。要するに、本発明における接触検知手段とは、ワークと加工工具とが接触しているのか非接触なのかを検知できればいかなる手段でもよい。
【００１２】
また制御手段が送り手段による「現時点の送り位置を知りうるように構成され」ているためには、例えば、送り駆動用サーボモーターのフィードバック信号や、送り部材に取付けたポジションセンサからのフィードバック信号によって送り位置を知ることができるが、これに限られず、ステッピングモータのようなオープンループ制御であっても制御手段が内部的に現時点の送り位置を把握可能なものであればよい。また「送り位置」は絶対的な位置でも相対的な位置でもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る加工工具破損検知機能を備えた工作機械の実施形態を説明する。図１は加工工具破損検知機能を備えた工作機械を示すブロック図である。
【００１４】
図１において、ワークとしての板材１が、導電性を有する金属でできており、あらかじめドリルによって下孔１ａが穿設されており、工作機械本体のステージに絶縁金具（ともに図示せず）を介して締付固定されており、ステージとは電気的に絶縁した状態で支持されている。
【００１５】
前記ワーク１を加工する加工工具３は、本実施形態ではワーク１の下孔１ａの内周面に雌ネジ切り加工を施すタップとして具体化されている。
【００１６】
前記タップ３をチャッキングするタッピングユニット５の下端部に設けられたギア５ａを回転させることにより、上端部のタップ３が回転しつつ、図示省略の上下動機構で上下に進退するようになっている。なおここで、タップ３を１回転駆動させたときには、上下の送りは１ピッチだけ進退することになる。つまり本実施形態では加工工具としてタップ３を用いているので、送りと駆動が従属関係で１自由度となっており、以後の説明でも駆動＝送りの関係になるが、本発明で着目しているのは送り、つまりタップ３の上下方向の移動である。このことはタップ３に代えてドリルを用いた場合を想定して以後の説明を参照すれば容易に理解されよう。
【００１７】
前記タッピングユニット５を駆動するためのサーボモータ７が設けられており、このサーボモータ７の回転軸７ａにはギア７ｂが固着されており前記ギア５ａに噛合されて駆動力を伝達するようになっている。またサーボモータ７にはパルスエンコーダ７ｃが備えられており、回転軸７ａの回転に応じたパルス信号を発生するようになっている。本実施形態では、タッピングユニット５とサーボモータ７によって加工工具３をワーク１に対して相対的に送り駆動する送り手段が構成されていることになる。
【００１８】
加工工具３とワーク１との接触／非接触の状態を検知する接触検知手段としてのタッチセンサ回路９を構成しており、具体的には電源９ａと抵抗９ｂで構成されたプルアップ回路が導電ブラシ９ｃを介してワーク１に接続されており、この電位はタッチセンサ信号９ｄとして、後述の制御装置１１に入力されている。ここでワーク１は常時電源９ａのプラス電位にプルアップされているのだから、タッチセンサ信号９ｄも常時Ｈｉレベルになっている。ところが加工工具３は破線で示すように工作機械の装置本体にアースされているので、この加工工具３がワーク１に接触すると、タッチセンサ信号９ｄの電位はＬｏレベルに変化する。したがって、タッチセンサ信号９ｄを監視すれば加工工具３とワーク１とが接触／非接触のいずれの状態になっているのかを検知することができる。
【００１９】
前記制御装置１１の内部には工作機械全体の駆動制御をおこなう制御装置と、本発明にいう制御手段とが含まれており、具体的には工作機械全体の制御を担当するメインＣＰＵと、本発明に特徴的な加工工具破損検知機能を処理するサブＣＰＵとが内蔵されている。メインＣＰＵは前記サーボモータ７の駆動制御を含む工作機械としての機能の制御全般を担当する。一方、サブＣＰＵは、メインＣＰＵからの指令を受けてタップ破損の有無を検知する処理を行う。なお、ここでサーボモータ７の駆動制御はメインＣＰＵが行うが、その際のパルスエンコーダ７ｃからのフィードバック信号はサブＣＰＵからも読み取れるようになっている。また前記タッチセンサ信号９ｄはサブＣＰＵの入力ポートに接続されている。
【００２０】
次に、上記構成からなる本実施形態の加工工具破損検知機能を備えた工作機械の動作を説明する。
【００２１】
図２は、制御装置１１に内蔵されたサブＣＰＵの動作を示すフローチャートである。サブＣＰＵの動作は、実際にワークの加工を行う際の処理(S101 〜S111) と、これに先だって校正作業を行うための試加工(S201 〜S204) とに別れている。
【００２２】
サブＣＰＵはメインＣＰＵからタップ加工を行う旨のコマンドがあるまでは通常、待ち状態になっている(S100)。タップ加工の指令があると、まず、前述のいずれの作業が選択されているのかを判断する(S101)。
【００２３】
本実施形態の装置では、少なくとも最初に一度は試加工を行う必要があるので、試加工(S201 〜S204) についてあらかじめ説明しておくことにすると、オペレータはタップユニット５に折損していない正常なタップを装着した上、装置の試加工スイッチ（図示せず）をオンにする。するとメインＣＰＵがタップ加工を開始し、サブＣＰＵではタッチセンサ回路からの信号の入力を(S201)、信号がＯＮつまりタップ３とワーク１との接触状態が検知されるまで繰り返す(S202)。そして信号がＯＮになったらそのときの送り位置、具体的にはパルスエンコーダ７ｃで示されるモータ位置を読み込んで(S203)、このときのモータ位置をタップが正常な場合の接触位置として、ＲＡＭ内の所定の記憶領域に記憶する(S204)。この瞬間のタップ３とワーク１との位置関係を図３(a) に示す。以上が試加工での動作であって、これにより、折損していない正常なタップ３を用いた場合にどの送り位置でタップ３とワーク１が接触するのか、その送り位置が制御装置１１のＲＡＭ内に記憶されたことになる。
【００２４】
次に、実際にワーク１の加工を行う際には(S102 〜S111) 、メインＣＰＵからタップ上昇のコマンドがくるまで待って(S102)、タップ上昇が開始したら、モータ位置の読み込み作業を(S103)、さきの試加工のステップS204にて登録した接触位置になるまで繰り返し(S104)、接触位置になったらタッチセンサ回路９から信号を入力する(S105)。このとき加工工具のタップ３とワーク１が接触していれば信号はＯＮ、非接触ならばＯＦＦの値が入力されることになるのだが、信号がＯＮでなければ(S106)、タップ３が試加工のときよりも短くなっている、つまり図３(b) のようなタップ折れと判断する(S120)。次に、タップを下降する工程でも(S107)、上述の場合と同様に、モータ位置の読み込みを(S108)、登録された接触位置になるまで繰り返し(S109)、タップが下降してその戻り位置が接触位置になったらタッチセンサの回路信号を入力する(S110)。そしてこのとき信号がＯＮでなければ(S111)、図３(c) のようなタップ折れと判断する(S120)。なお、タップ折れと判断されたときにはメインＣＰＵに割込がかけられ、装置の運転停止，オペレータへの警報，表示などがなされることになる。以上のように本発明では、加工工具３とワーク１との接触／非接触の状態が遷移するときの送り位置の変化から加工工具３の破損の有無を判断する。
【００２５】
なお本発明と直接関係はないが、本発明の構成の一部である接触検知手段を応用すれば、加工工具３がワーク１と非接触の間は早送りを行い、ワーク１と接触したことが検知されたら直ちに加工用の低速送りに切換えるような送り速度制御装置を得ることもできる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果がある。
【００２７】
ワークの形状に関わり無く、加工工具の破損を正確に検知できるとともに誤動作のおそれもない。また加工工具にはワーク以外には特に検知のために接触する部材はないので、加工工具を痛めることもない。そして簡単な部品を追加するだけで既存の工作機械にも適用できる。
【００２８】
また、加工開始前から加工工具が折れていた場合に加工開始と共にこれを検知できるのはもちろんのこと、加工中に加工工具に破損を生じた場合にも加工終了時点でこれをただちに検知することができる。従って、加工工具の破損部分が詰まったままのワークがラインに流れ続ける事態を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による加工工具破損検知機能を備えた工作機械の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の加工工具破損検知機能を備えた工作機械の動作を示すフローチャートである。
【図３】図１の加工工具破損検知機能を備えた工作機械の動作を示す説明図である。
【図４】従来技術による加工工具破損検知装置を示す正面図である。
【符号の説明】
１  ワーク
１ａ  下孔
３  加工工具
５  タッピングユニット
５ａ  ギア
７  サーボモータ
７ａ  回転軸
７ｂ  ギア
７ｃ  パルスエンコーダ
９  接触検知手段
９ａ  電源
９ｂ  抵抗
９ｃ  導電ブラシ
９ｄ  タッチセンサ信号
１１  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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