JP3270115B2 - 刃先位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、工作機械においてワ
ークを把持する主軸とワークを加工する工具の刃先との
間の相対位置関係を検出する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工具の摩耗や機械の経時変化等に起因す
るワークと工具刃先との相対位置の偏倚を計測し、その
偏倚分だけ刃物台の移動量の指令値を修正する等の手段
により、加工寸法を自動補正する装置が、たとえば特開
昭５５−１０６７０４号公報などによって、公知であ
る。このような装置においては、ワークを把持する主軸
と刃物台に装着された工具の刃先との相対位置関係を正
確に検出する必要があり、そのために接触センサや近接
スイッチなどの検出センサが用いられる。

【０００３】従来の装置ではこれらの検出センサは、主
軸台に軸着したアームの先端に装着され、計測時にラッ
クピニオン機構や揺動モータなどによりアームを主軸台
側からワークの加工領域へと振り降ろして検出センサを
工具刃先の移動領域内に進出させる構造となっている。
アーム揺動時の検出センサの旋回方向は、主軸に対する
刃物台の相対移動平面と交叉する方向であり、ワーク加
工時には検出センサは主軸台の上方ないし斜め上方に退
避する。

【０００４】工具刃先の位置検出を行うときには、アー
ムをストッパに当接するまで下方に回動して、検出セン
サを工具刃先の相対移動平面内に進出させ、検出ヘッド
の測定面に工具の刃先を接触させ、検出センサに内蔵さ
れたマイクロスイッチなどを作動させ、検出センサの出
力信号を検出した時点での主軸に対する刃物台の相対位
置を読み取り、予め設定された正規の値との差分だけ刃
物台の移動量の指令値を補正する。

【０００５】工具の刃先と接触する検出センサの測定面
は、たとえば旋盤では外径加工用、内径加工用および左
右端面加工用の刃物のそれぞれに対応する形で４面必要
であり、上記従来の装置では４個の測定面のそれぞれに
マイクロスイッチを設けている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の装置では、検出
センサを支持するアームが大型となり、検出センサを進
退させる際にアームが略９０度回動するため、アームの
駆動装置が大型となり、刃先検出位置にアームを位置決
めするためのストッパも頑丈なものが必要であった。ま
たアームの揺動に広いスペースを必要とし、退避位置に
おいてもアームが主軸台の上方に突出した状態となるの
で、機械を覆うカバーを大きくしなければならなかった
り、機械への作業者の接近性が悪くなるなどの問題があ
った。

【０００７】この発明は、コンパクトで加工能率の高い
工作機械が要望されている実情に鑑み、装置全体をより
コンパクトにすることができ、かつ進退時の移動ないし
揺動部材の慣性質量が小さくて動作を高速化できる、よ
り簡単な構造の刃先検出装置を得ることを課題としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の装置では、主
軸台１３を支持する台板１１に主軸の軸線方向と平行な
レール３１を固定し、このレール３１に沿って摺動自在
なスライド台３６とその往復駆動装置３２を設けてい
る。スライド台３６には、ワークの加工領域側に延びる
アーム４３を設け、このアーム４３の先端に検出センサ
４５を装着している。

【０００９】更にこの発明の装置では、カムフォロワー
４４やリンクなどを用いたガイド手段３３により、検出
センサ４５の進出時のストローク端部分でアーム４３を
主軸台１３側に揺動させ、検出センサ４５を工具５１の
刃先の移動領域内へと進出させる。すなわち、アーム４
３をスライド台３６に主軸２に対する刃物台５の相対移
動平面に直交する軸４２まわりに揺動自在に装着し、レ
ール３１に沿うスライド台３６の移動動作に伴って、ア
ーム４３を刃先の相対移動平面と平行な面内で前記軸４
２まわりに主軸台１３側に揺動させるガイド手段３３を
設ける。

【００１０】上記構成の装置では、検出センサ４５は主
軸２とほぼ平行な方向の直線動作によって進退して刃先
検出位置に進出し、また主軸台１３の側方に退避する。

【００１１】計測時の検出センサ４５の位置決めは、ス
ライド台３６の移動ストローク端やガイド手段３３のガ
イド端を規制するストッパにより行われる。

【００１２】

【作用】刃先位置検出時には、スライド台３６を加工領
域側に進出させ、刃物台５に装着した工具５１の刃先を
アーム４３の先端の検出センサ４５に接触ないし近接さ
せることにより、主軸２と工具の刃先との関係位置を検
出する。

【００１３】この発明の装置では、検出センサ４５を進
退させるときのアーム４３の移動がアーム４３の延在方
向とほぼ平行な方向で行われるため、刃先検出装置の装
着および動作スペースを従来装置に比べて非常に小さく
できる。また検出センサの進退時にアーム４３に加わる
曲げ方向の慣性力が小さいので、アーム４３の小型化お
よび軽量化が図れ、それによって慣性負荷をさらに小さ
くできるので、スライド台の往復駆動装置３２やガイド
手段３３および検出センサ４５の位置決め機構等が小型
で簡易な構造となり、装置全体の小型化に寄与できるば
かりでなく、装置の動作速度も速くできる。また検出セ
ンサ進退時のアーム４３の動作スペースが小さい関係
上、充分な進退ストロークを取ることが可能となり、検
出センサの待機位置を加工領域から充分離隔した位置と
することが容易に可能となり、検出センサ４５に切粉や
切削油が付着することなどによる装置の破損や測定精度
の低下を防ぐことができる。

【００１４】

【実施例】次に旋盤にこの発明の刃先位置検出装置を設
けた図示実施例について説明する。旋盤のベッド１に
は、主軸方向に移動自在または固定の台板１１および架
台１２を介して、ワークを把持するチャック２１を備え
た主軸２を軸支する主軸台１３が固定されている。主軸
２はＶベルトプーリ２２を備え、図示しないＶベルトを
介して図示しない主軸モータで駆動される。プーリ２２
の背後にはチャック２１を開閉するチャックシリンダ２
３が装着されている。

【００１５】台板１１上には架台１２に隣接して第２架
台１４が固定され、この第２架台に主軸２と平行な方向
のレール３１および油圧シリンダ３２が固定され、支持
脚１５を介してシリンダ３２の上方にカム板３３が固定
されている。カム板３３には主軸２と平行に延びかつ先
端側がチャック２１の方に向けて屈曲しているカム溝３
４が形成されている。

【００１６】レール３１にはこれに隙間なく嵌合して摺
動するシュー３５を備えたスライド台３６が搭載されて
おり、このスライド台から延びるブラケット３７がシリ
ンダ３２の駆動ブロック３８に固定されている。スライ
ド台３６には、主軸２に対する刃物台５の相対移動平面
に垂直な方向の軸受４１が装着されている。そしてこの
軸受４１の内輪には支点ピン４２が嵌合され、この支点
ピン４２に主軸２と平行に延びてその先端がチャック２
１の前方に位置するように内側に屈曲したアーム４３の
基端が固定されている。

【００１７】アーム４３には、支点ピン４２と平行な軸
回りに回転するカムフォロワー４４が軸着され、このカ
ムフォロワー４４が前述したカム溝３４に回動自在に嵌
合している。アーム４３の先端には検出センサ４５がそ
の測定面４６を刃物台５に装着した工具５１の刃先の移
動平面内に位置する高さで固定されている。

【００１８】検出センサ４５はアーム４３に固定された
ハウジング４７に支点ピン４２と平行な軸まわりに回動
可能なシャフト４８を設け、その上端に互いに９０度ず
つ面の向きの異なる４個の測定面４６を設けたもので、
各測定面４６はシャフト４８の軸心から工具刃先の移動
面内において偏った位置に設けられており、工具５１の
刃先で測定面４６を押動したときにシャフト４８が、４
個の測定面４６のいずれを押動した場合にも、同方向に
回動するようになっている。シャフト４８はこの回動方
向と反対の方向にバネで付勢され、所定の位置でストッ
パで係止されている。そして工具５１が接触したときの
シャフト４８の回動は、ハウジング４７内に設けた１個
のマイクロスイッチによって検出される。

【００１９】次に上記実施例の装置の動作について説明
する。ワーク加工状態を含む定常状態においては、シリ
ンダ３２によりスライド台３６は退避位置（図３の右
側）にあり、このときアーム４３に設けたカムフォロワ
ー４４はカム溝３４の基端側の直線部分に位置してい
る。この状態でアーム４３は、スライド台３６の後退動
作によって主軸台１３の側方に退避した位置にあり、さ
らにカムフォロワー４４がカム溝３４の直線部分に案内
されることによって外側に揺動した位置にあり、アーム
４３の先端の検出センサ４５は、チャック２１の側方に
退避している。

【００２０】この退避状態からシリンダ３２によりスラ
イド台３６を進出させると、最初はカムフォロワー４４
がカム溝３４の直線部分に案内されてアーム４３は平行
移動するが、カムフォロワー４４がカム溝３４の屈曲部
分に差し掛かると、アーム４３の進出動作に伴ってアー
ム４３が主軸台側へと揺動を開始し、スライド台３６が
進出側のストローク端に達した図１の状態では、アーム
４３が略４５度回動して、その先端の検出センサ４５を
チャック２１の前方に位置させる。

【００２１】この状態で刃物台５を主軸２に対して相対
的に移動させて、これに装着された工具５１の刃先を検
出センサ４５の測定面４６のいずれか１個に当接させ
る。この当接は検出センサのシャフト４８を回動させ、
リミットスイッチから検出信号が出力される。この検出
信号は制御器に送られ、制御器はこのときの主軸２に対
する刃物台５の相対位置関係を計測する。そしてこの計
測値と予め設定された基準値との差分を演算し、補正値
として記憶する。

【００２２】検出センサ４５はその４個の測定面を外径
切削用、内径切削用および左右端面切削用の４種類の工
具の刃先がそれぞれ直角に当接するように、アーム４３
の先端に配置されており、工具の種類に応じてその先端
を当接させる測定面を選択する。この構造の検出センサ
では、工具の種類に関係なく、どの測定面を押圧した場
合でも同一の検出信号が得られる。

【００２３】刃先位置の検出が終了したら、検出センサ
４５から工具５１を離隔させ、シリンダ３２でスライド
台３６を後退させる。この後退動作によりアーム４３が
主軸台１３の側方に引き込まれるように退避するととも
に、カムフォロワー４４がカム溝３４に沿って案内され
て、アーム４３が外側へ揺動し、検出センサ４５をチャ
ック２１の側方へと退避させる。

【００２４】

【発明の効果】この発明の刃先位置検出装置では、検出
センサを支持して進退させるための大きなアームが不要
となり、アームの駆動装置を小さく安価にできるととも
に、全体的に機構が簡単となり、故障等の発生が減少す
る。またアームを小さくできることおよびアームの移動
が直線方向の移動であるため、アーム進退時の慣性質量
が小さく、刃先位置検出点での位置決めの際における慣
性負荷が小さいので、ストッパや位置決め機構が簡単な
構造のものとなる。また検出センサの待機位置を機械の
加工領域から離隔した位置とすることが容易にできるの
で、切粉や切削油等による装置の破損や測定精度の低下
を防ぐことができ、装置の設置スペースおよび動作スペ
ースも小さくできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】刃先検出状態を示す平面図

【図２】正面図

【図３】センサ退避状態を示す平面図

【符号の説明】

２ 主軸 ５ 刃物台 11 台板 13 主軸台 31 レール 32 油圧シリンダ 34 カム溝 36 スライド台 42 支点ピン 43 アーム 45 検出センサ 51 工具

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸台(13)を支持する台板(11)に主軸の
   軸線方向と平行なレール(31)が固定され、このレール(3
   1)に沿って摺動自在なスライド台(36)にワークの加工領
   域側に延びるアーム(43)が設けられ、当該アーム(43)は
   スライド台(36)に主軸(2)に対する刃物台(5)の相対移動
   平面に直交する軸(42)まわりに揺動自在に装着され、上
   記レール(31)に沿うスライド台(36)の移動動作に伴っ
   て、アーム(43)を上記相対移動平面と平行な面内で前記
   軸(42)まわりに主軸台(13)側に揺動させるガイド手段(3
   3)が設られ、上記このアーム(43)の先端に検出センサ(4
   5)が装着され、スライド台(36)をレール(31)に沿って移
   動させる往復駆動装置(32)が設けられ、スライド台(36)
   を加工領域側に進出させた状態で刃物台に装着した工具
   (51)の刃先をアーム(43)の先端の検出センサ(45)に接触
   ないし近接させることにより、主軸(2)と工具の刃先と
   の関係位置を検出することを特徴とする、工作機械の刃
   先検出装置。