JP2022090670A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる装置の工具に対する刃先検出装置を備えた工作機械を提供すること。【解決手段】ワークを回転可能に把持するチャック機構を備えたワーク主軸装置と、前記ワーク主軸装置に把持されたワークを加工する第１加工装置および第２加工装置と、前記第１加工装置の第１工具と前記第２加工装置の第２工具の刃先を検出する刃先検出装置とを有し、前記刃先検出装置が、異なる移動方向の前記第１加工装置の第１工具と前記第２加工装置の第２工具に対して、それぞれの刃先が垂直な方向から当たる複数の検出面が形成された一つの検出ブロックを備える工作機械。【選択図】図２

Description

本発明は、異なる装置に装着された工具の刃先を検出する刃先検出装置を備えた工作機械に関する。

工作機械は、ワークの加工に使用する工具は刃先が摩耗したり、刃こぼれ等の折損が生じてしまった場合に加工寸法に狂いが生じてしまうため、工具について刃先を検出することが重要である。そこで工作機械には工具の刃先を検出するための刃先検出装置が設けられており、特に下記特許文献１には複数の刃物台（加工装置）を備えた２主軸対向旋盤において、各加工装置に取り付けられた工具の刃先を検出する刃先検出装置が開示されている。２台の加工装置に対する刃先検出装置は、それぞれの工具の刃先を検出する２個の刃先検出センサがアームの先端に設けられ、アームが揺動することによって退避位置と検出位置との間を刃先検出センサが移動するよう構成されている。そして、その刃先検出センサにはＸ軸側とＺ軸側に工具刃先を接触させる２方向の検出面が備えられている。

特開２０１５－１３３３６号公報 特開昭６３－１３４１５１号公報

前記従来例の刃先検出装置は、２個の刃先検出センサを備えたツールセッタが上下に位置するタレット装置に対して設けられ、それぞれに取り付けられた工具の刃先検出を可能にしている。２個の刃先検出センサはアームに固定され、アームの揺動によって検出位置と退避位置との移動が可能であるが、退避した位置での状態は明確に示されてはいない。アームに２個の刃先検出センサを備えた刃先検出装置は、それ自体が大きくなってしまい退避位置での収納が困難であり、狭い加工室内ではワークの加工作業を邪魔するものになってしまう。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、異なる装置の工具に対する刃先検出装置を備えた工作機械を提供することを目的とする。

本発明に係る工作機械は、ワークを回転可能に把持するチャック機構を備えたワーク主軸装置と、前記ワーク主軸装置に把持されたワークを加工する第１加工装置および第２加工装置と、前記第１加工装置の第１工具と前記第２加工装置の第２工具の刃先を検出する刃先検出装置とを有し、前記刃先検出装置が、異なる移動方向の前記第１加工装置の第１工具と前記第２加工装置の第２工具に対して、それぞれの刃先が垂直な方向から当たる複数の検出面が形成された一つの検出ブロックを備える。

前記構成によれば、刃先検出装置の検出ブロックを、第１工具と第２工具の刃先が垂直な方向から当たる複数の検出面を有するものとしたので、その検出ブロック一つで第１加工装置と第２加工装置における工具の刃先検出を行うことができる。また、一つの検出ブロックによって構成された刃先検出装置はコンパクトにすることができる。

工作機械の一実施形態として挙げた複合加工機の主要な構造を示した斜視図である。 第１タレット装置と工具主軸装置に対して設けられた刃先検出装置を示した斜視図である。 刃先検出装置の使用時の検出状態を示した斜視図である。 刃先検出装置の非使用時の収納状態を示した斜視図である。 検出ブロックをＺ軸方向から示した側面図である。 第１タレット装置のタレット工具における検出を示した図である。 工具主軸装置の主軸ヘッド工具における検出を示した図である。

本発明に係る工作機械の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、工作機械の一実施形態として挙げた複合加工機の主要な構造を示した斜視図である。本実施形態の複合加工機１は、各種加工装置を有することによりＮＣ旋盤とマシニングセンタの両方の機能を持つようにした工作機械である。具体的には、ワークＷを把持する第１ワーク主軸装置３および第２ワーク主軸装置４と、複数の工具を有する第１タレット装置５および第２タレット装置６が、それぞれ左右対称に配置された対向２軸旋盤であり、加えて機体中央には工具主軸装置２が設けられている。

第１および第２ワーク主軸装置３，４は同じ構造であり、主軸台１１にスピンドルが回転自在に組み込まれ、そこに加工対象であるワークＷを把持および解放するチャック機構１２が組付けられている。チャック機構１２は、スピンドルモータ１３の駆動によって回転し、そこに把持されたワークＷに対する加工時の位相決めや所定速度での回転が与えられる。主軸台１１やスピンドルモータ１３は主軸スライド１４に搭載されている。主軸スライド１４は、ベッド７の前側傾斜面７０１に固定されたガイドレール１５に沿って摺動自在であり、Ｚ軸サーボモータによって回転するネジ軸１７のボールネジ機構によって機体幅方向であるＺ軸方向に移動するよう構成されている。

第１タレット装置５および第２タレット装置６は同じ構造であり、タレット２１に複数のタレット工具Ｔａが円周方向に等間隔で取り付けられ、割出し用サーボモータ２２の回転制御によって、任意のタレット工具Ｔａを円周上の加工位置に位置決めできるよう構成されている。第１および第２タレット装置５，６は、タレット２１をＺ軸に直交する２方向に移動させるようにした駆動機構が設けられている。略三角形状のベーススライド２３がベッド７に対して前方斜め４５度上方のＹＬ軸方向にスライド可能であり、タレット２１を搭載したタレットスライド２５がベーススライド２３に対して前方斜め４５度下方のＸＬ軸方向にスライド可能に組み付けられている（図２参照）。そして、ベーススライド２３やタレットスライド２５は、各々のサーボモータによって回転するネジ軸のボールネジ機構によって各軸方向に移動するよう構成されている。

工具主軸装置２は、主軸ヘッド３１内に主軸用サーボモータや工具スピンドルが内蔵されたビルトインタイプであり、下端部に設けられた工具装着部に対して様々な主軸ヘッド工具Ｔｂの取り換えが行われるようになっている。主軸ヘッド３１は、主軸スライド３２に対して回転可能に取り付けられ、回転伝達機構を介してＢ軸モータ３３の回転が伝達されるよう構成されている。Ｂ軸は、機体前後方向のＹ軸に平行な水平軸である。そして、主軸ヘッド３１は、そのＢ軸を中心にして左右の９０度程度揺動可能に構成されている（図７参照）。

工具主軸装置２は、機体前後方向の水平なＹ軸に沿ってガイドレールが固定され、そこにベーススライド３５が摺動可能に組付けられている。また、ベーススライド３５は、その前面側に機体上下方向の鉛直なＸ軸に沿ってレールが固定され、そこに主軸スライド３２が摺動可能に組付けられている。ベーススライド３５と主軸スライド３２は、ともにボールネジ機構が設けられ、Ｙ軸サーボ―モータまたはＸ軸サーボモータの駆動によって、主軸ヘッド３１が各軸方向に移動可能になっている。

複合加工機１におけるワークＷの加工は、不図示のワーク自動搬送装置によってワークＷが第１ワーク主軸装置３や第２ワーク主軸装置４へと運ばれ、各々においてチャック機構１２によって把持される。第１および第２タレット装置５，６で旋回割出しされたタレット工具Ｔａは、ベーススライド２３やタレットスライド２５の移動によりワークＷに対する加工位置へと送られる。そして、主軸スライド１４がＺ軸方向に移動することにより、回転するワークＷにタレット工具Ｔａが当てられて中ぐり加工などが行われる。

複合加工機１は、第１ワーク主軸装置３におけるワークＷの第１加工では、第１タレット装置５による加工のほか、工具主軸装置２を加えた加工、或いは工具主軸装置２のみによる加工が行われる。第２ワーク主軸装置４における第２加工でも同様である。工具主軸装置２における加工は、主軸ヘッド工具Ｔｂを装着した主軸ヘッド３１が主軸スライド３２やベーススライド３５の移動によりワークＷに対する加工位置へと送られる。そして、主軸ヘッド４１は、Ｂ軸モータ４３の回転により鉛直下向きの主軸ヘッド工具Ｔｂが所定角度に傾けられ、第１ワーク主軸装置３や第２ワーク主軸装置４において把持されたワークＷに加工が行われる。

ところで、第１タレット装置５および第２タレット装置６に取り付けられている複数のタレット工具Ｔａおよび、工具主軸装置２に交換して取り付けられる複数の主軸ヘッド工具Ｔｂは、各々の工具における刃先位置が異なるためワークＷに対する送り量が異なる。また、タレット工具Ｔａおよび主軸ヘッド工具Ｔｂは、いずれも使用によって摩耗が生じるため送り量の補正を行う必要がある。さらには、刃先が欠損したような場合には加工ワークの廃棄や工具交換が必要であるため、その確認が必要になる。そこで、複合加工機１は、第１および第２タレット装置５，６のタレット工具Ｔａと、工具主軸装置２の主軸ヘッド工具Ｔｂについて、その刃先の検出を行う刃先検出装置が設けられている。

工具の刃先検出は、第１および第２タレット装置５，６と工具主軸装置２におけるタレット工具Ｔａおよび主軸ヘッド工具Ｔｂについて必要であるが、狭い加工室内にそれぞれに異なる刃先検出装置を設けることはできない。そこで、本実施形態では、第１タレット装置５と工具主軸装置２に対応する共通の刃先検出装置が設けられ、第２ワーク主軸装置４は別の刃先検出装置が設けられている。図２は、第１タレット装置５と工具主軸装置２に対して設けられた刃先検出装置５０を示した斜視図である。

図２は、ベッド７を切断した状態の図であり、第１ワーク主軸装置３、第１タレット装置５および工具主軸装置２の周りを覆って加工室を構成するカバーの一部が示されている。第１ワーク主軸装置３は、ワークＷを把持するチャック機構１２先端部分だけが加工室内に突き出すように主軸側仕切り板１６が設けられ、クーラントや切粉などが主軸台１１側へ飛ばないようになっている。刃先検出装置５０は、その主軸側仕切り板１６に対して構成されている。ここで、図３は、刃先検出装置５０の使用時の検出状態を示した斜視図であり、図４は、図３に対応する刃先検出装置５０の非使用時の収納状態を示した斜視図である。

刃先検出装置５０は、検出用アーム５１の先端に接触センサとしてツールセッタ５２が設けられ、タレット工具Ｔａと主軸ヘッド工具Ｔｂの先端が当てられることによって検出信号が出力される。複合加工機１の制御装置では、刃先検出装置５０からの検出信号に基づいて、該当する工具の移動方向の座標値から工具長が算出される。複数あるタレット工具Ｔａや主軸ヘッド工具Ｔｂは、各々について予め工具長が計測され、ワーク加工に使用された所定のタイミングで再計測が行われる。そして、長さの差分が工具の摩耗量として算出され、第１タレット装置５や工具主軸装置２に対する駆動制御について補正が行われる。また、長さの差分が所定値より大きい場合には、そのタレット工具Ｔａや主軸ヘッド工具Ｔｂに欠損が生じてしまったものと判断される。

ツールセッタ５２は、検出用アーム５１の先端部において直交するようにプローブ５５が突き立てられ、その先端に検出ブロック５６が固定されている。ここで、図５は、図３に示す検出状態の検出ブロック５６を、第１ワーク主軸装置３の中心軸Ｏと平行なＺ軸方向から示した側面図である。本実施形態では、この検出ブロック５６がタレット工具Ｔａと主軸ヘッド工具Ｔｂの検出に対応した形状をしている。

工具主軸装置２の主軸ヘッド工具Ｔｂは、鉛直なＸ軸に沿って移動する一方、第１タレット装置５のタレット工具Ｔａは、鉛直なＸ軸に対して４５度傾いた前方に傾斜するＸＬ軸に沿って移動する。ツールセッタ５２は、正確な計測を行うには工具の刃先が検出ブロック５６の検出面に垂直な方向から当たらなければならない。そこで検出ブロック５６は、タレット工具Ｔａと主軸ヘッド工具Ｔｂの刃先の移動方向であるＸＬ軸とＸ軸に垂直な検出面５６１，５６３が形成されている。

本実施形態の検出ブロック５６は、立方体形状のブロックの側面をタレット工具Ｔａ用の検出面５６１とし、角部を４５度の角度で面取りした部分を主軸ヘッド工具Ｔｂ用の検出面５６２としている。また、タレット工具Ｔａおよび主軸ヘッド工具Ｔｂには、外径加工用の工具と内径加工用の工具があり、刃先の向きが異なっている。そのため、検出面５６１，５６３は、タレット工具Ｔａと主軸ヘッド工具Ｔｂがそれぞれ移動するＸＬ軸とＸ軸の往復方向に対応した２つの面が形成されている。

刃先検出装置５０は、検出用アーム５１の揺動によって検出ブロック５６が検出位置に位置決めされ、検出面５６１，５６３がＸＬ軸またはＸ軸に対して垂直になるように構成されている。すなわち、刃先検出装置５０は、主軸側仕切り板１６からＺ軸方向に突き立てられた台座５７に検出用モータ５８が固定され、その検出用モータ５８の回転軸に検出用アーム５１の付け根部分が直交する方向に固定されている。検出用アーム５１は、検出用モータ５８の駆動により、図３に示すように、ツールセッタ５２が主軸側仕切り板１６に対して立った検出状態と、図４に示すように、主軸側仕切り板１６とほぼ平行な退避状態との切り換えが行われるようになっている。

複合加工機１の加工室内ではワーク加工によってクーラントや切屑などが飛び散る。そのため、検出ブロック５６に切屑などが付着しないようにする必要がある。そこで、退避状態の刃先検出装置５０は、検出ブロック５６が格納できるようにツールセッタ５２を保持するホルダ５９が主軸側仕切り板１６に設けられている。退避状態の検出用アーム５１は、狭い加工室内で邪魔にならないように揺動によって畳まれ、主軸側仕切り板１６の近くに収められるようになっている。このとき検出用アーム５１がチャック機構１２に近いため、把持したワークＷとの干渉を避けるように、検出用アーム５１は折れた形状で形成されている。そして、特に本実施形態の刃先検出装置５０は、こうしたコンパクトな収納を可能にするための構成として検出ブロック５６が寄与している。

２台の第１タレット装置５と工具主軸装置２について、それぞれの工具Ｔａ，Ｔｂの検出を行う場合、一般的には刃先検出装置を装置毎に設けるか、前記従来例のようにアームから延びた二股のプローブに各装置対応の検出ブロックを固定する構成が考えられる。しかし、加工室内に工具主軸装置２の主軸ヘッド工具Ｔｂに対応した刃先検出装置を設けるだけのスペースはない。また、二股プローブに検出ブロックを取り付けた刃先検出装置の場合には、退避状態で２つの検出ブロックを格納するためのホルダを設けることが困難であり、仮にできたとしてもチャック機構１２に把持されるワークＷと干渉してしまうことになる。そこで、刃先検出装置５０は、検出面５６１，５６３を有する一つの検出ブロック５６にすることよって、退避状態でのコンパクトな収納を可能にしている。

次に、図６は、第１タレット装置５のタレット工具Ｔａにおける検出を示した図であり、図７は、工具主軸装置２の主軸ヘッド工具Ｔｂにおける検出を示した図である。先ず、図６は、ＸＬ軸を上下にしてＹＬ軸方向から見た図が示されている（図２参照）。タレット２１がＸＬ軸方向に沿って図面上方の退避位置に戻る方向に移動することにより、内径加工用のタレット工具Ｔａの刃先が検出ブロック５６の検出面５６１に垂直に当てられる。一方、図７は、Ｘ軸を上下にして機体前後方向に水平なＹ軸方向から見た図が示されている。主軸ヘッド３１がＢ軸周りに４５度傾けられ、鉛直下向きに移動することにより、外径加工用の主軸ヘッド工具Ｔｂの刃先が検出ブロック５６の検出面５６３に垂直に当てられる。そして、いずれの検出でもツールセッタ５２から出力される検出信号に従い工具長が計測される。

よって、本実施形態によれば、刃先検出装置５０の検出ブロック５６がタレット工具Ｔａと主軸ヘッド工具Ｔｂの刃先が垂直な方向から当たる複数の検出面５６１，５６３を有するため、その検出ブロック５６一つで第１タレット装置５と工具主軸装置２における工具の刃先検出を行うことができる。また、一つの検出ブロック５６によって構成された刃先検出装置５０はコンパクトなものとなった。非使用時にはツールセッタ５２を備えた検出用アーム５１を揺動させて畳むようにした退避状態をつくりだすことで、狭い加工室内でも主軸側仕切り板１６の近くに収納でき、ワークＷの加工作業の邪魔になるようなこともない。また、ツールセッタ５２が一つの検出ブロック５６で構成されているため、退避状態ではその検出ブロック５６をホルダ５９内に格納することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、工作機械として複合加工機１における刃先検出装置を説明したが、異なる構成の工作機械であってもよい。
前記実施形態では第２タレット装置６のタレット工具に対する刃先検出装置は、ＸＬ軸に垂直な検出面が形成された検出ブロックを有するものになるが、第２ワーク主軸装置４側に工具主軸装置２の主軸ヘッド工具Ｔｂについても検出可能な刃先検出装置５０を設けるようにしても良い。

１…複合加工機 ２…工具主軸装置 ３…第１ワーク主軸装置 ４…第２ワーク主軸装置 ５…第１タレット装置 ６…第２タレット装置 １２…チャック機構 １６…主軸側仕切り板 ２１…タレット ３１…主軸ヘッド ５０…刃先検出装置 ５１…検出用アーム ５２…ツールセッタ ５６…検出ブロック ５８…検出用モータ ５９…ホルダ Ｔａ…タレット工具 Ｔｂ…主軸ヘッド工具

Claims (5)

1. ワークを回転可能に把持するチャック機構を備えたワーク主軸装置と、
   前記ワーク主軸装置に把持されたワークを加工する第１加工装置および第２加工装置と、
   前記第１加工装置の第１工具と前記第２加工装置の第２工具の刃先を検出する刃先検出装置とを有し、
   前記刃先検出装置が、異なる移動方向の前記第１加工装置の第１工具と前記第２加工装置の第２工具に対して、それぞれの刃先が垂直な方向から当たる複数の検出面が形成された一つの検出ブロックを備える工作機械。
2. 前記検出ブロックは、前記第１加工装置の第１工具が移動する第１軸に垂直な往復方向に対応した２つの第１検出面が形成され、前記第２加工装置の第２工具が移動する第２軸に垂直な往復方向に対応した２つの第１検出面が形成された請求項１に記載の工作機械。
3. 前記刃先検出装置は、前記検出ブロックが揺動可能な検出用アームの先端部に設けられた請求項１または請求項２に記載の工作機械。
4. 前記刃先検出装置は、前記検出用アームの揺動によって検出状態と退避状態との切り換えが可能であり、前記退避状態では前記検出ブロックがホルダに格納される請求項３に記載の工作機械。
5. 前記第１加工装置は、複数の前記第１工具をタレットに装着したタレット装置であり、前記第２加工装置は、前記第２工具の交換が可能な主軸ヘッドが揺動する工具主軸装置である請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の工作機械。
   
   

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