JP4044361B2 - 工具位置検知用センサを付属させたアタッチメント交換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は数値制御工作機械のアタッチメント交換装置に関するものである。詳しくは工具長補正と工具折損検出のための信号を出力する工具位置検知用センサを備えたアタッチメント交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
門形マシニングセンタの自動工具長補正装置や工具折損検出装置は通常クロスレールやコラムに取り付けられている。場合によりテーブルに取り付けられる場合もある。図５は、コラムに近い位置でクロスレール下部に工具位置検知用センサを格納した収納箱を取着した機械全体の斜視図である。
【０００３】
図５において、主軸頭１０２を載架し水平方向（Ｙ軸）を案内するクロスレール１０１は、ベッド１０３とトップビーム１０４と一対のコラム１０５Ａ，１０５Ｂとで構成されるフレームにおいて平行な案内面を形成する一対のコラム１０５Ａ，１０５Ｂにより上下方向（Ｗ軸）の移動位置決めが行われる。
【０００４】
通常、門形マシニングセンタでは一方のコラム１０５Ｂの機外側面に自動工具交換装置ＡＴＣの工具マガジン１１３が設けられ、これに主軸頭１０２が接近して工具の授受を行う工具ハンドリング部材１０８がコラム１０５Ｂの近傍に設けられている。そのため、切粉を避けるため箱に収納されている工具計測のための装置一式は、工具を装着した主軸頭が接近しやすいように他方のコラム１０５Ａの近傍に設けられることが多い。
【０００５】
前記の補正装置や検出装置はカバーがされた収納箱１０６に納められている。
補正装置と検出装置は接触式センサ１０７が安定性・経済性から選択されることが多い。
工具長補正は、クイル１１２が制御モータにより上下方向（Ｚ軸）に移動されることによりクイル内の主軸に取り付けられた工具を上下方向に送り、接触式センサと接触したときに信号を出力し、使用する工具刃先の実際位置を計測することができる。
【０００６】
図６は図５で示した収納箱１０６の扉が開き計測用の接触式センサ１０７が前進した状態の説明図である。図６において、収納箱１０６はコラム１０５Ａ側のクロスレール１０１の下部に取着され一体で上下方向に移動する。計測に先立って、収納箱１０６に収納されていた接触式センサ１０７Ａ，１０７Ｂを載置したセンサ台１０９は、扉１１０を押し広げリンク１１１で前進駆動され所定の位置で待機している。主軸頭１０２に装着された被計測工具Ｔは接触式センサ１０７Ａまたは１０７Ｂと接触して該センサが感知信号を出力するまで移動する。即ち、工具長補正は接触式センサ１０７Ａで、工具径補正は接触式センサ１０７Ｂで行うことができる。工具の折損，破損は接触式センサ１０７Ａ，１０７Ｂの加工前後のデータを比較することにより可能である。
【０００７】
ところで門形マシニングセンタでは、自動工具交換装置（以降ＡＴＣと称する）に加え、自動アタッチメント交換装置（以降ＡＡＣと称する）を併設することが多くなってきている。ＡＡＣもその性格上主軸頭１０２の移動可能な領域に近いことが望ましい。そのため、加工機の間近には２種類のアタッチメントを備えた２ステーション方式を設けることが多い。交換用のアタッチメントは加工の進行中に別に設けた運搬手段、例えばマニュピレータにより機械間近のステーションに搬送しておけば支障なく多種アタッチメントのＡＡＣが遂行可能である。図５に示すように収納箱１０６をクロスレール１０１の下に設け、アタッチメントを交換するときだけ、アタッチメントを主軸頭１０２の直下に搬入する方法も考えられる。
【０００８】
このようにＡＴＣとＡＡＣを一対のコラムのそれぞれの近傍に設けることにより接触式センサ１０７の収納箱１０６の設置場所が得にくくなっている。接触式センサ１０７自体は形状が小さいので場所は取らないが、加工時の工具などとの干渉や、汚れと切粉堆積を嫌うため箱に入れて待機させておく方が都合が良い。
【０００９】
図７は実開昭５５−１５６８３３号で開示されたアタッチメント搬送装置である。門形マシニングセンタのコラム１０５の外側に固設されたベース１２１上にＸ軸方向に送り制御される載置台１２２が設けられている。載置台１２２に待機中のアタッチメント１２４Ａはアーム１２３上を機内方向（Ｙ軸）に移動し主軸頭１０２の直下に位置決めされる。ラム又はクロスレール１０１の降下（Ｚ軸またはＷ軸）によりアタッチメント１２４Ｂの授受が行われる。
なお、アームを旋回する方式を採用しているアタッチメント搬送装置に、特開平４−２７５８５９号が知られている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術で述べたように、門形マシニングセンタには通常ＡＴＣが装備されており、一方のコラムにＡＴＣを、他方のコラムに工具用センサの収納箱のみを設ける場合は設置スペース上の問題はないが、大形加工機械の自動化の進展に伴いＡＡＣが併設されることが多くなって工具用センサの収納箱の配置の問題がクローズアップされている。このため、両側のコラムに間近にＡＴＣとＡＡＣが付設されると、工具及びアタッチメントの授受に要する空間を考慮すると、更に工具用センサの収納箱をクロスレールやコラムに取り付けようとしても、ＡＴＣやＡＡＣの関連部材により取着する場所がないという問題を有している。
また、テーブルに取着する場合は、ワークとの緩衝，切削水や切粉による汚れ、計測時にクロスレールの昇降が必要などの問題を有している。
【００１１】
本発明は従来技術の有するこのような問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、アタッチメント交換装置内の格納位置とアタッチメント交換位置との間で、進退駆動部材で駆動して進退移動可能なアタッチメント置台を利用して、アタッチメント置台が前進端に位置決めされたときに主軸に装着された被計測工具が接触して計測信号を出力するようにアタッチメント置台に工具位置検知用センサを設けて、アタッチメントの交換と工具の検知とを可能とする工具位置検知センサを設けたアタッチメント置台を構成要素とするアタッチメント交換装置を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、工具位置検知用センサを付属させた数値制御工作機械のアタッチメント交換装置であって、前記アタッチメント交換装置におけるアタッチメント格納位置と交換位置との間を進退移動可能に設けられたアタッチメント置台と、該アタッチメント置台の前記進退移動を行う進退駆動部材と、前記アタッチメント置台に設けられアタッチメント置台が前進端に位置決めされたとき主軸に装着された被計測工具が接触して計測信号を出力する工具位置検知用センサとを含んでなりアタッチメント交換時と工具位置検知センサ使用時の進退移動は進退駆動部材が供用されることを特徴とする工具位置検知用センサを付属させたものである。
【００１３】
請求項１の発明によれば、門形マシニングセンタのコラムの周辺にＡＴＣやＡＡＣが設けられている場合に、主軸頭の移動範囲に主軸に装着された工具と接触可能な領域近くに工具位置検知用センサとその収納箱を単独に設ける空間を確保することが困難となっている。そのため、アタッチメント授受のとき主軸の直下に移動位置決めされるアタッチメント交換装置を構成するアタッチメント置台の先端部に被計測工具が接触したときに信号を出力する工具位置検知用センサを設けるようにアタッチメント交換装置を構成したものである。
【００１４】
このように、アタッチメント置台に工具位置検知用のセンサを設けることによりアタッチメント置台を後退させた時はアタッチメント交換装置の収納箱に工具位置検知用センサも共に格納されることになる。このようにアタッチメント交換装置を構成した結果、工具位置検知用センサを主軸の工具位置に前進位置決めするための駆動部材と、これらの収納箱の設置と、設置のための空間の確保を単独に配慮する必要がなくなった。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図１は工具位置検知用センサを付属させたアタッチメント交換装置の門形マシニングセンタにおける配置説明図、図２はアタッチメント置台の前進位置説明図（図１のＡＡ断面）、図３はアタッチメント置台の後退位置説明図（図１のＡＡ断面）、図４はアタッチメント置台に設けた工具位置検知用センサの斜視図である。
【００１６】
実施形態の詳細な説明に先立ち門形マシニングセンタと従来のアタッチメント交換装置との関係が基本事項となるので説明を加える。
図１において、門形マシニングセンタの主要部は、ベッド１，テーブル２，コラム３Ａ，３Ｂ（図示しない），クロスレール４，主軸頭５及び図示しないトップビームで構成されている。付属設備として、一方のコラム３Ｂの周辺に自動工具交換装置が、他方のコラム３Ａの周辺に自動アタッチメント交換装置１０が設けられている。クロスレール４の上下方向（Ｗ軸）を一対のコラム３Ａ，３Ｂで案内し主軸頭５はクロスレール４に載架案内され左右方向（Ｙ軸）に位置決めされている。
【００１７】
門形マシニングセンタは加工対象のワークが大形であり、一旦基準面を設定後は同じテーブル上で加工工具を変更し能率良く加工することが求められる。そのため、加工工具を取着して主軸に装着するための予備のアタッチメントを機械本体の近くに複数基準備するためのアタッチメント交換装置１０がアタッチメントの授受が可能な域内に設けられている。アタッチメントは図中に示す通常の主軸ユニット６、９０度アンギュラ主軸ユニット７の他に図示しない主軸ユニットとして４５度アンギュラ形や深い位置まで工具刃先が達するようにしたエクステンション形等がある。従って交換を予定するアタッチメントの形態に応じてアタッチメント交換装置にアタッチメント置台が設けられる。
【００１８】
アタッチメント交換装置１０は、アタッチメント置台１１やこれを駆動する進退駆動部材１５に、加工により飛散した切粉の堆積や切削液の付着を防止するために装置一式が扉１７付の収納箱１３に格納されている。収納箱１３には、クロスレール４上の主軸頭５がアタッチメント交換装置１０を設置したコラム３Ａ側の所定の位置にＹ軸制御により移動し位置決めされたとき、進退駆動部材１５で駆動されるアタッチメント置台１１は前進し、授受したアタッチメントを載置できるように形成されたアタッチメント置台１１上の台座１１ａの中心が主軸ユニット６の中心の真下に到達できるように進退駆動部材１５が設けられている。
【００１９】
アタッチメント置台１１の前進に先立ってその移動方向に開き、後退して格納位置に到達後に閉じる扉１７が設けられ、格納したアタッチメント置台１１と進退駆動部材とを保護している。図２に例示するアタッチメント置台１１は、上面にアタッチメントを載置し位置決めするガイド部材１８及び丸穴１１ｂが設けられている。また、収納箱１３の空間スペース１３ａには９０度アンギュラ主軸ユニット７のアタッチメントの格納と進退駆動機構を構築可能である。なお、３種以上の異なるアタッチメントを交換可能とするためには、アタッチメント交換装置１０とは別に本体フレームに近接した位置にアタッチメントを保管するアタッチメントステーションを設けハンドリングロボットでアタッチメント交換装置１０へ必要なアタッチメントを供給する。
【００２０】
次に本発明に係る工具位置検知用センサを付属させたアタッチメント交換装置の実施の形態について詳細に説明する。
図１は当該アタッチメント交換装置の正面図、図２は当該アタッチメント置台の前進位置を、図３はアタッチメント置台の後退位置を示している。
図１乃至図３において、アタッチメント置台１１は案内ベース１４により案内されて進退駆動部材１５により主軸ユニットの真下に前進する。進退駆動部材１５はピストンシリンダ部材１６やねじ送り部材のいずれでも良い。
当該アタッチメント置台１１の先端部には、アタッチメントを安定して載置できるようガイド部材１８や案内穴１１ｂがアタッチメントの形状に対応して形成されている。アタッチメント置台１１が前進して主軸ユニット６の軸心の左右方向（Ｙ軸）の移動軌跡上にあるように位置決めされている。
【００２１】
扉１７は支軸１９を中心に開閉する。扉１７はアタッチメント置台１１の進退と関連して開閉され切削中の収納箱１３への異物の混入は完全に防ぐようシールされている。図３，図４に示すアタッチメント交換装置において示すアタッチメント置台１１の移動軌跡は主軸ユニット６の軸心の移動軌跡と斜交しているが、アタッチメント置台は、前記軸心の移動軌跡の延長線上のスペース１３ａに設けても良い。
また、アタッチメント交換装置に２種類のアタッチメント置台を収納箱１３の空間を十分活用して立体的に配設することも可能である。
その場合、いずれかのアタッチメント置台１１に工具位置検出用センサ１２を設けることができる。
【００２２】
図４において、アタッチメント置台１１の先端には工具位置検知用センサ１２が固設されている。工具位置検知用センサ１２は工具長補正と工具折損検出の役割を有する。工具Ｔ１の先端がＸＹ平面と平行な計測面１２ａと、若しくは工具Ｔ２の先端がＸＺ平面と平行な計測面１２ｂの面と接触したときに検知信号の出力を可能とすることにより垂直な工具Ｔ１または水平な工具Ｔ２の工具長補正が可能である。このような２計測面で検知可能な場合には、工具折損検出にも使用可能である。
工具位置検知用センサ１２は接触式センサに限定されない。レーザによる非接触式センサを使用して工具径・工具長の計測、工具の折損，刃先の欠損の検出も可能である。
【００２３】
次に、工具位置検知用センサ１２の工具長補正と工具折損検出について補足説明する。図２において、アタッチメント置台１１が前進位置にあるときはアタッチメントの中心と工具位置検知用センサ１２の計測域は主軸の移動する平面（ＹＺ面）上に存在する。最初に工具長補正のプロセスについて説明する。
【００２４】
図１において、工具位置検知用センサ１２が接触式の当該センサである場合、垂直な工具Ｔ１は降下（Ｚ軸）して当該センサの上面１２ａ（ＸＹ平面に平行な面）に接触することにより検知信号を発信する。９０度アンギュラアタッチメントに装着された水平な工具Ｔ２の場合は、図２において当該センサ１２の端面１２ｂ（ＸＺ平面と平行な面）に刃先が接触したとき前記検知信号を発信する。
なおここでは、２方向検知形センサを図示しているが、水平面で検知するセンサと端面で検知する１方向検知形センサを併設することも可能である。このように工具の先端位置を検出することにより刃先の現在位置を制御装置に送り、プログラムされた切込方向の送り量を正確に制御することが可能となる。工具径補正も同様な原理で可能である。
【００２５】
次に工具折損検出について説明する。工具折損には工具の異常摩耗や工具欠損が含まれる。工具折損検出は加工前後の工具計測データを比較することにより容易に実施可能である。
前述した工具位置検知用センサ１２自体の使用法は従来の計測方法と同じであるが、当該センサが取着されているアタッチメント置台１１と共に移動させて計測位置で待機させ当該センサを動作させるようにした点に特徴がある。
なお、レーザを使用した非接触式センサの場合は、レーザ光を遮ったときのＺ軸（Ｘ軸）の値から工具長・工具径の補正を行い、加工前後の工具計測データを比較することにより工具折損の検出が可能である。
【００２６】
以上のように、アタッチメント置台１１の進退駆動部材１５は、アタッチメントを交換する時や、工具位置検知用センサ１２を使用する時のいずれの場合にも共通して使用することができる。また、アタッチメント置台１１を工具位置検知用センサ１２の運搬手段として共通して使用することができる。また、図３に示すようにアタッチメント置台１１が後退位置、即ち収納箱１３に収まったときは扉１７も閉じ、加工作業が続行されても箱内部が汚れることがない。アタッチメント交換装置１０と工具位置検知用センサ１２が同一収納箱に格納できることとなる。
なお、上記の実施の形態においては門形マシニングセンタを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、アタッチメントと測定装置とを要する数値制御工作機械であれば広く適用可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の工具位置検知用センサを付属させたアタッチメント交換装置は、上述のように構成されているので次に記載する効果を奏する。
アタッチメント交換装置から進退移動して主軸ユニットとの間でアタッチメントを授受するアタッチメント置台に、工具位置検知用センサを取着して工具長補正や工具折損検出を行うものである。工具位置検知用センサはアタッチメント置台と一体で加工中はアタッチメント交換装置内に収納されるよう構成されているので、従来のアタッチメント交換装置を門形マシニングセンタに装備するのと同様にコラムやクロスレールに取り付けることができる。従って、工具位置検知用センサ専用の空間を必要としない効果を有する。
また、切粉液による汚れや切粉の付着等からも保護するアタッチメント交換装置の全体カバーと、計測時に工具位置検知用センサを主軸中心に移動する駆動部材をアタッチメント交換装置と共用できるため、安価に製作できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】工具位置検知用センサを付属させたアタッチメント交換装置を門形マシニングセンタのクロスレールに設けた配置説明図である。
【図２】図１のＡＡ断面のアタッチメント置台の前進位置説明図である。
【図３】図１のＡＡ断面のアタッチメント置台の後退位置説明図である。
【図４】アタッチメント置台に設けた工具位置検知用センサの斜視図である。
【図５】従来の門形マシニングセンタのコラムに近い位置で、クロスレール下部に取り付けられた工具位置検知用センサを格納した収納箱の配置を示す機械全体の斜視図である。
【図６】図５に示す収納箱から前進して主軸の工具と接触する工具位置検知用センサの状態図である。
【図７】自動アタッチメント交換装置（ＡＡＣ）の斜視図である。
【符号の説明】
１ ベッド ２ テーブル
３ コラム ４ クロスレール
５ 主軸頭 ６ 主軸ユニット
７ ９０度アンギュラ主軸ユニット
１０ アタッチメント交換装置
１１ アタッチメント置台
１２ 工具位置検知用センサ
１３ 収納箱 １４ 案内ベース
１５ 進退駆動部材
１６ ピストン・シリンダ部材
１７ 扉 １８ ガイド部材
１９ 支軸 Ｔ１，Ｔ２ 工具

Claims (1)

1. 数値制御工作機械のアタッチメント交換装置であって、前記アタッチメント交換装置におけるアタッチメント格納位置と交換位置との間を進退移動可能に設けられたアタッチメント置台と、該アタッチメント置台の前記進退移動を行う進退駆動部材と、前記アタッチメント置台に設けられアタッチメント置台が前進端に位置決めされたとき主軸に装着された被計測工具が接触して計測信号を出力する工具位置検知用センサとを含んでなりアタッチメント交換時と工具位置検知センサ使用時の進退移動は進退駆動部材が供用されることを特徴とする工具位置検知用センサを付属させたアタッチメント交換装置。

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