JP3331224B2 - 旋盤のワーク確認方法及び把持方法 - 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、タレット刃物台の送
りモータのサーボ制御手段を備えた旋盤の加工領域への
バー材の供給確認方法、ワークの切り落し時などにおけ
るワークの存在確認方法およびチャックによるワークピ
ースの把持方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＮＣ装置で制御される旋盤の刃物台は、
通常サーボ制御装置で制御される送りモータで主軸（Ｚ
軸方向）および主軸直角方向（Ｘ軸方向）に移動され位
置決めされる。サーボ制御装置は、ＮＣ装置から与えら
れる位置指令とパルスエンコーダなどによって検出され
る位置フィードバック信号との差信号に基いて、移動時
および停止時の刃物台の速度および位置を制御してい
る。

【０００３】バーフィーダを用いてバー材を旋盤の主軸
の貫通孔を通して加工領域に供給するときは、バー材の
先端がチャック等に引っ掛かって加工領域に供給されな
いまま加工動作が開始されるのを避けるために、バー材
の供給を確認する手段が必要である。従来は図９に示す
ように、バー材１４ａを最初に旋盤の加工領域Ａに供給
したときのバー材１４ａの先端の通過を検出するセンサ
４１を設け、バー材１４ａの先端がこのセンサ４１で検
出されてからのバーフィーダの動作ストロークや動作時
間により、バー材の供給確認を行っていた。

【０００４】なおバー材１４ａはタレット４に装着した
ストッパ１２を主軸１の軸線上の所定の位置に進出させ
た状態で供給され、供給されたバー材１４ａがストッパ
１２に当接して停止したあとタイマー設定時間経過後チ
ャック３を閉じて所定長さのバー材が加工領域Ａに供給
されるようにしている。

【０００５】また加工領域に供給されたバー材１４ａの
先端を加工して加工済のワークピース１４ｂ（図１０）
を切り落とす際には、突っ切りバイト４３の折損等によ
ってワークピース１４ｂが切り落とされないまま次の工
程に進むことを避けるために、ワークピース１４ｂの切
り落し確認が必要である。このワークピースの切り落し
確認には従来種々の方法が用いられているが、たとえば
図１０に示すように、加工領域Ａに向けて進退する探り
部材４４を設け、切り落し工程が終了したあと探り部材
４４を加工領域Ａに進出させ、ワークピースが切り落と
されていないときには探り部材４４の進出がワークピー
ス１４ｂとの当接によって阻止されることを利用して、
ワークピース１４ｂの切り落し確認を行っていた。

【０００６】またワーク１４をローダ等によって旋盤の
チャックの前方から挿入して把持させるような場合に
は、ワークの姿勢および位置を常に一定にするために、
ワークをチャックの底に当接させた状態で把持する必要
がある。そこで従来は、図１１に示すように、タレット
刃物台５にバネ４５を内装したワークプッシャ４６を設
け、ワーク１４をチャック３で軽く把持した状態でワー
クプッシャ４６でワーク１４を軸方向に押し、バネ４５
の弾力でワーク１４をチャック３の底面に当接させた
後、チャック３でワーク１４を強固に把持するという方
法が採用されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術において
は、バー材の供給確認のためには、バー材の先端を検出
するセンサ４１が必要であり、バー材先端のワークピー
スの突っ切り確認のためには、ワークピース１４ｂの存
否を確認する探り部材４４が必要であり、またローダで
供給されたワーク１４をチャックの底面に当接させた状
態で把持するためには、ワークプッシャ４６が必要であ
るというように、個々のワークの検出や取り扱いのため
にそれぞれ別個の装置４１、４４、４６を必要としてい
た。そしてバー材１４ａの供給確認とワークピース１４
ｂの切り落し確認とは、従来全く別の工程として区別さ
れて行われており、ＮＣプログラムも全く別個のものと
して作成する必要があった。

【０００８】さらに従来のバー材の供給確認やワークピ
ースの切り落し確認においては、バー材の初期長さやワ
ークピースの加工位置によって探り部材４４の位置を変
更する必要があり、ワーク変更時の段取作業が面倒であ
るという欠点があった。

【０００９】またワーク１４をチャックの底面に当接す
るのに用いるワークプッシャ４６はバー材１４ａの供給
確認に用いるストッパ１２とは異なる構造であるため、
作業に応じてタレット刃物台５に付け替える必要があ
り、しかもワークプッシャ４６はバネ４５を内蔵してい
るために大型となるので、ワークプッシャ４６をバース
トッパ１２やドリルを一組にした形で装着することも困
難であった。

【００１０】この発明は、旋盤の刃物台の送り負荷を正
確に検出する技術手段を備えた旋盤において、、バー材
の供給確認やワークピースの切り落し時等におけるワー
クの存否確認やチャックへのワークの押込動作を刃物台
に装着したストッパとＮＣ装置のプログラム制御のみに
よってすべて行うことが可能な新規な技術手段を提供す
ることを課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明では、タレット
刃物台５のＺ軸方向（主軸方向）送りモータ７の出力ト
ルクを設定する出力トルク制御手段２７と、当該送りモ
ータのサーボ制御装置２１に与えられる位置指令ａとパ
ルスエンコーダ１３などによって検出される位置フィー
ドバック信号ｂとの差信号である位置偏差ｃを検出する
位置偏差検出手段３１とを備えた旋盤を用いている。

【００１２】上記旋盤を用いて主軸１の貫通孔を通して
バー材を旋盤の加工領域に供給するときは、まずタレッ
ト４に装着したストッパ１２を主軸１の軸線上のバー材
１４ａの供給長さに対応する位置に進出させ、タレット
刃物台５のＺ軸方向送りモータ７の出力トルクを制限し
た状態で上記位置偏差ｃを監視しながらバー材１４ａを
供給し、位置偏差ｃの増大でバー材の供給を確認した
後、チャック３を閉じてバー材１４ａを把持する。

【００１３】また上記旋盤を用いてバー材１４ａの先端
のワークピース１４ｂの切り落しの確認を行うときは、
タレット刃物台５に装着したストッパ１２を切り落し動
作後にワークピース１４ｂの先端が位置していた箇所に
進出させ、タレット刃物台５のＺ軸方向送りモータ７の
出力トルクを制限した状態で上記位置偏差ｃを監視しな
がらタレット刃物台５に主軸１方向に向かう低速移動指
令を与え、このとき位置偏差ｃが増大したら切り落し不
良と判断する。

【００１４】このワークピースの切り落し確認は、バー
材１４ａの供給確認と一連の動作として行うことがで
き、また旋盤の加工領域Ａにおけるワークの存否の確認
全般に用いることができる。

【００１５】また上記旋盤でローダにより挿入されたワ
ーク１４をチャック３の底面に当接させた状態で把持す
るときは、挿入されたワーク１４をチャック３で軽く把
持した状態でタレット刃物台５に装着したストッパ１２
をワーク１４の反チャック側端部に臨ませ、タレット刃
物台５のＺ軸方向送りモータ７の出力トルクを制限した
状態で上記位置偏差ｃを監視しながらタレット刃物台５
を低速で主軸１に向けて移動させ、上記位置偏差ｃの増
大を検出した後、チャック３でワークピース１４ｂを強
固に把持する。

【００１６】

【作用】サーボ制御装置２１は、ＮＣ装置２２から与え
られる位置指令ａとパルスエンコーダ１３等から与えら
れる位置フィードバック信号ｂとの差信号（位置偏差）
ｃが０になるように送りモータ７を駆動している。従っ
て何らかの理由で負荷が送りモータ７の出力トルクを上
回って送りモータ７が停止ないしスローダウンしたとき
には、ＮＣ装置２２からの位置指令ａが変化し続けるに
もかかわらず、位置フィードバック信号ｂがそれに追従
できなくなり、位置偏差（絶対値）ｃが急激に増加す
る。

【００１７】この発明のワーク存否確認方法（ワークピ
ースの切り落し確認方法を含む）及びワークの把持方法
は、この作用を利用したものである。ワークの存否確認
においては、送りモータ７の出力トルクを刃物台５の移
動に必要なトルクよりわずかに大きいトルクに設定して
刃物台５をワーク（主軸）１４に向けて移動させてい
る。所定の位置にワーク１４の先端が存在すれば、スト
ッパ１２とワーク１４との当接により刃物台５が停止さ
せられ、位置偏差ｃが急激に増大する。ワークの存在の
確認においては、位置偏差ｃの増大があったときに正常
とし、切り落し確認などのワーク１４の不存在の確認に
おいては、位置偏差ｃの増大がなかったときに正常とす
る。

【００１８】また本発明のワーク把持方法では、送りモ
ータ７の出力トルクをチャック３に軽く把持されたワー
ク１４の移動に必要なトルクよりわずかに大きく設定し
た状態で刃物台５を移動させている。このときチャック
３に軽く把持されたワーク１４はストッパ１２に押され
て移動し、ワーク１４がチャック３の底面に当接すると
刃物台５にかかる負荷が増大して位置偏差ｃを急激に上
昇させるから、このときワーク１４を強固に把持してや
れば、ワーク１４にあまり大きな軸方向歪を生じさせる
ことなくかつワーク１４を確実にチャック３に着座させ
た状態で把持できる。

【００１９】また刃物台５がある位置で停止していると
きは、サーボ制御装置２１に与える位置指令ａが固定さ
れており、サーボ制御装置２１は位置偏差ｃを０に保持
することにより刃物台５を当該位置で停止させている。
この位置保持時に送りモータ７の出力トルクを低く設定
しておけば、何らかの外力が刃物台５に作用すると、こ
れによって刃物台５が移動させられ、位置偏差（絶対
値）ｃが急激に増大する。

【００２０】本発明のワークの供給確認方法は、この作
用を利用したもので、バーストッパ１２にバー材１４ａ
が当接するとバーフィーダの押込力により刃物台５が押
動させられ、位置偏差ｃが増大するから、これを検出す
ることによってバー材の供給を確認できる。

【００２１】

【実施例】図１はこの発明で用いる旋盤の一例を示すブ
ロック図である。主軸１は図示されていないベッドと実
質上一体の主軸台２に軸支されており、その先端にチャ
ック３が装着される。主軸１は中心に貫通孔を有し、加
工領域Ａに供給されるバー材１４ａは主軸１の図の左側
に配置した図示されていないバーフィーダにより貫通孔
を通して供給される。

【００２２】タレット４を備えた刃物台５は、主軸方向
（Ｚ軸方向）に摺動自在なスライド台６に主軸直角方向
（Ｘ軸方向）に摺動自在に装着され、スライド台６及び
刃物台５にはそれぞれＺ軸方向送りモータ７及びＸ軸方
向送りモータ８によって正逆転駆動される送りネジ９及
び１０が螺合している。タレット４には、その工具装着
ステーションの一箇所に主軸１に対向する受け面１１を
備えたバーストッパ１２が装着されている。

【００２３】Ｚ軸方向およびＸ軸方向送りモータ７、８
は、サーボ制御装置２１によって制御されている。図１
にはＺ軸方向送りモータ７のサーボ制御系のみが示され
ている。サーボ制御装置２１は差分検出器２４、補償回
路２５及びパワーアンプ２６を備えており、ＮＣ装置２
２から与えられる位置指令ａと送りモータ７に装着され
たパルスエンコーダ１３から与えられる位置フィードバ
ック信号ｂとの差信号（位置指令）ａを補償回路２５に
与え、補償回路２５は位置偏差ｃに基づく速度指令を算
出して速度フィードバック信号との差信号をパワーアン
プ２６に与えている。パワーアンプ２６から出力される
電流は、最大電流設定器２７の設定値で制限される。Ｎ
Ｃ装置２２はこの設定値を必要なタイミングで増減す
る。

【００２４】差分検出器２４から出力される位置偏差ｃ
は、位置偏差検出手段３１で検出されている。一方位置
偏差の増減を検出する際の比較対象となる設定値ｄは、
位置偏差設定手段３２に設定され、プラス側とマイナス
側の設定値＋ｄと−ｄが個別に設定される。比較器３３
は検出された位置偏差ｃが設定値ｄに達したときに制御
出力ｅを出力する。

【００２５】位置偏差検出手段３１、位置偏差設定手段
３２および比較手段３３は、実際にはＮＣ装置２２のプ
ログラムとして構成される。サーボ制御装置２１から位
置偏差ａを取り出すことができないときは、ＮＣ装置２
２の位置指令ａとパルスエンコーダ１３等の位置フィー
ドバック信号ｂを位置偏差検出手段３１に入力し、その
差分として位置偏差ｃを検出する。

【００２６】図２はこの発明の方法によるバー材の供給
確認方法を示すフローチャートで、バーストッパ１２を
主軸軸線上のバー材の先端が位置すべき位置に移動させ
た後、送りモータ７の出力トルクを制限し、バーフィー
ダのプッシャでバー材を旋盤の加工領域Ａに送り込む。
そして送りモータ７のサーボ制御装置２１から位置偏差
ｃの増大が検出されたら、バー材がバーストッパ１２に
当接してバーストッパ１２が押し込まれたと判断して、
チャック３を閉じてバー材１４ａを把持する。所定時間
内に位置偏差ｃの増大がなければ、バー材がチャック等
に引っ掛かって加工領域に供給されていないと判断し警
報を発する。

【００２７】図３は本発明方法の試験に供した旋盤の刃
物台の移動量（横軸）と位置偏差（縦軸）との関係を送
りモータ７の出力トルクの制限値（％）をパラメータと
して表示したものであり、また図４は同じ旋盤において
刃物台を無負荷で移動させたときの送りモータ７の出力
トルクの制限値と位置偏差との関係を刃物台の送り速度
をパラメータとして示したものである。

【００２８】図３からトルク制限値が７．８％以下で
は、刃物台の移動量がそのまま位置偏差量として表れて
いることがわかる。従ってトルク制限を小さくすること
により、バーストッパ１２を押し込んだときの押込力に
よるワークへの影響を無視できる程度に小さくすること
ができる。また図３の結果によれば、出力トルクが７．
５％を切るあたりから位置偏差が大きくなり始めること
が分かる。すなわちトルク制限を小さくしすぎると、ス
ライドを移動させるだけのパワーがなくなって無負荷で
も位置偏差が大きくなっている。従って図３、４の結果
よりトルク制限を１０％程度にし、位置偏差が１００を
越えるあたりの時点でワーク確認をすれば、バー材の供
給が確実に検出される。もちろんこのトルク制限値およ
び位置偏差値はそれぞれの旋盤によって異なるから、実
験によってその設定値を求める必要がある。

【００２９】バー材の供給確認はこの発明のワークの存
否確認方法の手順によって確認することもできる。図５
はその場合の手順を示すフローチャートで、バーフィー
ダのプッシャの停止を確認したあとチャック３を閉じ、
その後刃物台５を主軸方向に移動させてバー材の先端を
押し込み、このとき位置偏差の増大が検出されたら、ワ
ークありと判断してバーストッパを退避させて加工工程
に移る。また一定時間経過した後においても位置偏差の
増大が検出されなかったら、ワークなしと判断して警報
を発する。

【００３０】所定位置におけるワークの存否を確認する
図６の方法は、バー材からのワークピースの切り落し確
認方法として用いることもできる。図６はこの発明方法
によるワークピース切り落し確認の手順を示したもの
で、まず刃物台５をＺ軸方向に移動させ、次いでＸ軸方
向に移動させてバーストッパ１２を主軸軸線上に移動す
る。次いでＺ軸方向送りモータ７の出力トルクを制限し
た状態で、刃物台５を主軸１に向けて移動させ、この移
動中に位置偏差ｃの増大をチェックする。そして位置偏
差ｃの増大が検出されたら、切り落とされるべきワーク
ピースが残っていると判断されるので、突っ切り未完了
の警報を発し装置を停止させる。もし位置偏差の増大が
検出されることなく所定距離（図７の突っ切りチェック
位置Ｗまで）移動したら、ワークピースが切り落とされ
たと判断する。

【００３１】次の分岐ステップは、バー材をバーフィー
ダで供給する場合（ＴＹＰＥ１）とバーストッパで把持
して引き込む場合（ＴＹＰＥ２）とによる動作の分岐
で、ＴＹＰＥ１の場合は、バーストッパ１２を挿入され
るバー材の先端の位置Ｚ（図７）まで後退させ、チャッ
ク３を開き、バーフィーダによってバー材が供給される
のを待ち、供給されたバー材をチャック３で把持したあ
と、バーストッパ１２を原点（ホームポジション）に復
帰させる。またＴＹＰＥ２の場合は、バー材の先端を把
持するスプリング爪を設けたバーストッパを用い、ワー
クピースの切り落しを確認した後、バーストッパを前進
させてバー材の先端をバーストッパのスプリング爪に挿
入し、チャック３を開いたあとバーストッパを後退させ
てバー材を引き込み、チャック３を閉じてバー材を把持
する。

【００３２】この切り落し確認時の刃物台５の動作は、
図７に示されている。ここで、Ｚはバー材の先端の供給
位置、Ｗは切り落し確認のためにストッパを前進させる
位置、Ｒは加工済みワークピースを切り落とされた後の
バー材の先端位置である。

【００３３】図８はこの発明の方法によるワークの把持
方法を示すフローチャートである。チャック３にローダ
でワーク１４が挿入されたら、チャック３を閉じローダ
を退避させる。次いでバーストッパ１２を挿入されたワ
ークの先端に臨む位置まで移動させ、チャック３を緩
め、Ｚ軸方向送りモータ７の出力トルクを制限する。こ
の状態で刃物台５を主軸１の方向に移動させ、バースト
ッパ１２でワークの先端を押し込む。この押し込み動作
中に位置偏差Ｃの増大が検出されたら、ワークの基端が
チャック３の底面に当接（着座）したと判断し、チャッ
ク３を閉じ、バーストッパ１２を退避させる。一方所定
時間経過しても位置偏差ｃの増大が検出されなかった
ら、ワークが挿入されていないと判断し、警報を発す
る。このような手順でワークを把持することにより、ロ
ーダで挿入されたワークをチャック３の底面に確実に着
座させた状態で把持することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、加工領域へのバー材の供給確認、加工領域の所定の
位置でのワークの存否の確認、ワークピースの突っ切り
確認およびチャックに着座させた状態でのワークの把持
がタレットに装着した１個のバーストッパとＮＣ装置の
プログラムのみによってすべて制御できるという効果が
ある。また各種の確認動作や把持動作をＮＣ装置のプロ
グラムのみによって選択できる関係上、従来複数の動作
として行われたいたものを一連の動作として行わせるこ
とが可能で、動作の円滑化とサイクル時間の短縮を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明で用いる旋盤の一例を示すブロック図

【図２】バー材の供給確認方法を示すフローチャート

【図３】刃物台の移動量と位置偏差の関係を示す図

【図４】トルクの制限値と位置偏差との関係を示す図

【図５】バー材の供給確認方法の他の例を示すフローチ
ャート

【図６】突っ切り確認方法を示すフローチャート

【図７】突っ切り確認時のストッパの動きを示す図

【図８】ワークの把持方法を示すフローチャート

【図９】従来のバー材供給確認の概念図

【図１０】従来の突っ切り確認の概念図

【図１１】従来のワーク把持の概念図

【符号の説明】

１ 主軸 ３ チャック ４ タレット ５ タレット刃物台 ７ Ｚ軸方向送りモータ 12 バーストッパ 14 ワーク 14a バー材 21 サーボ制御装置 27 最大電流設定値 31 位置偏差検出手段 33 比較器 ａ 位置指令 ｂ 位置フィードバック信号 ｃ 位置偏差 ｄ 設定値 ｅ 制御出力 Ａ 加工領域

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−340104（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−30355（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−205051（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−245740（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−205717（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−176475（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−237706（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−177253（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 17/00 - 23/00 B23B 13/12 B23Q 15/00 - 15/28

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸(1)の貫通孔を通してバー材を旋盤
   の加工領域(A)に供給するバーフィーダと、タレット刃
   物台(5)を主軸方向に移動させるサーボ制御された送り
   モータ(7)と、当該送りモータの出力トルクを設定する
   出力トルク制御手段(27)と、上記送りモータのサーボ制
   御装置(21)に与えられる位置指令(a)と位置フィードバ
   ック信号(b)との差信号である位置偏差(c)を検出する位
   置偏差検出手段(31)とを備えている旋盤を用い、 タレット(4)に装着したストッパ(12)を主軸(1)の軸線上
   に進出させ、上記送りモータ(7)の出力トルクを制限し
   た状態で上記位置偏差(c)を監視しながら上記バーフィ
   ーダでバー材(14a)を供給し、上記位置偏差(c)の増大で
   バー材の供給を確認することを特徴とする、旋盤のワー
   ク供給確認方法。
2. 【請求項２】 タレット刃物台(5)を主軸方向に移動さ
   せるサーボ制御された送りモータ(7)と、当該送りモー
   タの出力トルクを設定する出力トルク制御手段(27)と、
   上記送りモータのサーボ制御装置(21)に与えられる位置
   指令(a)と位置フィードバック信号(b)との差信号である
   位置偏差(c)を検出する位置偏差検出手段(31)とを備え
   ている旋盤を用い、 タレット刃物台(5)に装着したストッパ(12)を主軸(1)の
   軸線上のワーク(14)の先端が存在すべき位置または存在
   すべきでない位置に進出させ、上記送りモータ(7)の出
   力トルクを制限した状態で上記位置偏差(c)を監視しな
   がらタレット刃物台(5)に主軸(1)方向に向かう低速移動
   指令を与え、このときの位置偏差の増大の存否でワーク
   の存否を確認することを特徴とする、旋盤の加工領域に
   おけるワークの存否確認方法。
3. 【請求項３】 ワーク(14)を加工領域(A)に挿入するロ
   ーダと、当該挿入されたワークを把持する主軸チャック
   (3)と、タレット刃物台(5)を主軸方向に移動させるサー
   ボ制御された送りモータ(7)と、当該送りモータの出力
   トルクを設定する出力トルク制御手段(27)と、上記送り
   モータのサーボ制御装置(21)に与えられる位置指令(a)
   と位置フィードバック信号(b)との差信号である位置偏
   差(c)を検出する位置偏差検出手段(31)とを備えている
   旋盤を用い、 上記ローダで挿入されたワーク(14)をチャック(3)で軽
   く把持し、上記タレット刃物台(5)に装着されたストッ
   パ(12)をワーク(14)の反チャック側端部に臨ませ、上記
   送りモータ(7)の出力トルクを制限した状態で上記位置
   偏差(c)を監視しながらタレット刃物台(5)を低速で主軸
   (1)に向けて移動させ、上記位置偏差(c)の増大を検出し
   た後チャック(3)でワーク(14)を強固に把持することを
   特徴とする、旋盤におけるワークの把持方法。