JP4769285B2 - 工具折損検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークを加工する工作ユニットと該工作ユニットで使用される工具を複数貯留する工具ストッカとを備える工作機械システムに設けられる工具折損検出装置に関する。

一般に、複数の着脱可能な工具を保持する工具ストッカを備え、工作ユニットの加工主軸に装着される工具を交換しながらワークに対する各種加工を行う工作機械システムが使用されている。

このように多数の工具を使用するシステムでは、各工具の状態を把握しておくことは円滑且つ自動的な加工の維持やサイクルタイム等の点で重要である。例えば、工具が加工時の焼き付き等によって折損した場合には、システム停止等を可及的に回避するため、該折損を迅速に検出し、必要に応じて工具の交換を行うことが望ましい。

そこで、工具の折損を検出する装置に関し、特許文献１には、複数の加工主軸を回転可能に支持した加工ヘッド（ギャングヘッド）をスライドユニットに装着して加工位置まで移動させてワークの加工を行うタレット装置に対して工具折損検出装置を搭載した装置が開示されている。このタレット装置は、旋回軸の周囲四方にそれぞれ複数の工具を持つ４台の加工ユニットを配置し、各加工ユニットを旋回して割り出すシステムである。そして、下方位置に割り出された加工ユニットでワークに対する加工を行う一方、これと対向する上方位置に割り出された加工ユニットに対応して前記工具折損検出装置が配設されている。

特許第３３６９７１２号公報

ところで、上記特許文献１に記載の工具折損検出装置は、タレット装置の所定の加工ユニットに配設された複数の工具の折損をまとめて検出するものである。

そこで、上記タレット装置で、仮に、ワークを加工する下方位置の加工ユニットから順にＡ〜Ｄの番号を付した場合、工具折損検出装置に対応する上方位置の加工ユニットはＣとなる。この場合、所望の加工ユニットＡを下方位置に割り出してワークを加工した後、これに隣接する加工ユニットＢで加工を行い、その後、再度加工ユニットＡで加工を行うような駆動制御をすると、当該加工ユニットＡは複数サイクルにわたって工具折損検出装置まで到達できず、例えば、初回の加工で工具を折損していても検知されることなく、折れたまま連続して使用されてしまう可能性がある。換言すれば、旋回軸を回転せずに所定の加工ユニットのみで加工を連続している場合には、工具折損が全く検知されないことになる。

一方、所定の加工ユニットで１機種を加工する都度、タレットを回転させて工具の折損検出を行うことも考えられるが、システムが実質的に停止している時間が長くサイクルタイムが延びることになる。

本発明は上記従来の課題を考慮してなされたものであり、工具の折損を迅速に検出できると共に、システム停止等を可及的に回避して生産効率を向上させることができる工具折損検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る工具折損検出装置は、着脱可能な工具が装着されてワークを加工する工作ユニットと、前記工具を前記工作ユニットとの間で交換可能に複数貯留し、回転動作によって前記工具を割り出す複数の工具ストッカとを備える工作機械システムの工具折損検出装置であって、当該工具折損検出装置は、各工具ストッカに貯留されているそれぞれ少なくとも１個ずつの前記工具に対して、同時に接近可能な複数の工具接近部を設けたブラケットと、各工具接近部に設けられ、前記工具の折損を検出する非接触式又は接触式の複数の検出器と、前記ブラケットを前記工具の軸線方向に移動させる移動機構とを有することを特徴とする。

このような構成によれば、複数の工具ストッカに貯留されている工具に対して同時に折損検出を行うことができ、さらに工作ユニットで加工中の場合にも工具の折損検出を行うことができる。従って、工具の折損検出を迅速に行うことが可能となり、しかも加工時に検出が可能なことからシステム停止等も可及的に回避することができ、生産効率の向上も図ることができる。

また、前記工具接近部は、前記移動機構によって前記工具に最も接近された位置にある状態で、前記工具ストッカに貯留されている前記工具のうち、最短及び最長の軸線方向長さを持つ工具に干渉しない構造であると、使用される全ての長さの工具の折損検出に同一の工具接近部を対応させることができる。

この場合、前記検出器は、前記工具接近部が前記工具に最も接近された位置から最も離間した位置まで移動された際、前記工具ストッカに貯留されている前記工具のうち、最短及び最長の軸線方向長さを持つ工具の折損を検出可能な位置に固定されていると、使用される全ての長さの工具の折損を確実に検出することが可能となる。

さらに、前記工具接近部は、前記移動機構によって前記工具に最も接近された位置にある状態で、前記工具ストッカが回転された際、該工具ストッカに貯留されている工具に干渉しない構造であると、一方の工具ストッカ側で折損を検出している際であっても、他方の工具ストッカを回転し、例えば工作ユニットへの自動工具交換等を行うことができる。

さらにまた、前記工具接近部は、前記複数の工具ストッカのうち、少なくとも２台の工具ストッカに貯留された前記工具同士が前記回転動作によって最も近接する位置に割り出された状態で対応可能な位置に設置されていると、当該工具折損検出装置を可及的に小型化することができる。

本発明によれば、複数の工具ストッカに貯留されているそれぞれ少なくとも１個ずつの工具に対して同時に対応可能な工具接近部及び検出器を設けたことで、各工具ストッカの工具を同時に折損検出することができ、しかも工作ユニットで加工中の場合にも工具の折損検出を行うことができる。従って、工具の折損検出を迅速に行うことが可能となると共に、加工時に検出が可能なことからシステム停止等も可及的に回避することができ、生産効率の向上も図ることができる。

以下、本発明に係る工具折損検出装置につき、これを搭載した工作機械システムとの関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る工具折損検出装置２００を搭載した工作機械システム１０の一部切欠斜視図である。図２は、図１に示す工作機械システム１０の正面図である。図３は、図１に示す工作機械システム１０の側面図である。この工作機械システム１０は、ワークＷに対してドリル加工、中ぐり加工及びホーニング加工等を行うものである。以下、工作機械システム１０の向きを特定するために、図２での左右方向をＸ方向（Ｘ１、Ｘ２方向）、高さ方向をＹ方向（Ｙ１、Ｙ２方向）とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する奥行き方向をＺ方向（Ｚ１、Ｚ２方向）（図３参照）とする。Ｘ方向及びＹ方向は、水平面内の所定の一方向であって直交している。

工作機械システム１０は、図２に示す正面視で左側（矢印Ｘ１側）の第１工作機械１０ａと、右側（Ｘ２側）の第２工作機械１０ｂと、これらの第１工作機械１０ａ及び第２工作機械１０ｂを統合的に且つ協調的に制御するコントローラ１２とを有する。さらに、第１工作機械１０ａ及び第２工作機械１０ｂの上方（Ｙ２側）には、着脱可能な工具Ｔを両機械にそれぞれ対応して複数保持する２台の工具ストッカ（工具ストッカ）８０ａ、８０ｂが設けられると共に、両工具ストッカ８０ａ、８０ｂ間に工具折損検出装置２００が配置されている。

図１及び図２に示すように、着脱可能な工具が装着されてワークＷを加工する工作ユニットを構成する第１工作機械１０ａと第２工作機械１０ｂとは隣接して平行に設けられており、定盤１３、ワーク移動装置１４及びフレーム１５は共用となっている。これらの定盤１３、ワーク移動装置１４及びフレーム１５は、第１工作機械１０ａ及び第２工作機械１０ｂに専用のものを用いてもよい。なお、本実施形態の場合、第１工作機械１０ａと第２工作機械１０ｂは同構造であり、以下では第１工作機械１０ａを代表的に説明する。

第１工作機械１０ａは、床に固定された定盤１３をベースとして構成されている。定盤１３はＸ方向に幅狭で、Ｙ方向に低い形状である。定盤１３の上面には、ワーク移動装置１４及びフレーム１５が取り付けられている。

ワーク移動装置１４は、定盤１３の上面の正面側（矢印Ｚ１側）に設けられたワークテーブル１９ａ〜１９ｃを備える。該ワーク移動装置１４の上方には、ワークテーブル１９ａ〜１９ｃ上に載置されたワークＷを上部から押圧固定するワーク押圧固定装置１７ａ、１７ｂ（図３参照）が設けられている。本実施形態の場合、ワークテーブル１９ａ〜１９ｃは、１２０°間隔で配置された回転テーブルとして構成される。なお、図１、図２及び図５では、後述する支持体２２、回転アーム３２等を視認できるように、ワーク押圧固定装置１７ａ、１７ｂを省略して図示している。

図１に示すように、フレーム１５には、工具Ｔを複数貯留（保持）する工具ストッカである工具ストッカ８０ａ、８０ｂと、両工具ストッカ８０ａ、８０ｂに同時に対応可能な工具折損検出装置２００とが支持されている。つまり、工具ストッカ８０ａ、８０ｂ及び工具折損検出装置２００は、工作ユニットである第１工作機械１０ａ及び第２工作機械１０ｂと独立したユニットとして構成されると共に、該工作ユニットを有する加工区の外にあり、後述するプレート１５ｂ等によってワークＷの加工時の切削屑や切削油から保護されている。

フレーム１５は、定盤１３の矢印Ｚ方向の両端から上方に延在する４本の支柱１５ａと、これら支柱１５ａ上部で支えられたプレート１５ｂとを有する。また、フレーム１５を構成するＺ方向の２本の支柱１５ａが２組、その２本の支柱１５ａの間にはシャッター１０７が設けられ、それぞれの組でシャッター１０７が設けられる。当該シャッター１０７はワークＷの加工の際、切削屑や切削油が左右に装置外へと飛散することを防止している。シャッター１０７は、工具ＴによりワークＷへの加工を行う加工主軸３６のメンテナンス時等に開放される。

第１工作機械１０ａは、定盤１３の上面に設けられたＺ方向に延在する一対のＺレール１６、１６と、Ｚレール１６に案内されてＺ方向にスライドするコラム１８と、コラム１８の正面においてＹ方向に延在する一対のＹレール２０、２０と、Ｙレール２０に案内されてＹ方向にスライドする支持体２２とを有する（図２参照）。Ｚレール１６上でのコラム１８のＺ方向位置はＺ位置センサ１６ａによって検出され、Ｙレール２０上での支持体２２のＹ方向位置はＹ位置センサ２０ａ（図２参照）によって検出され、それぞれコントローラ１２に供給される。

コラム１８は、定盤１３の後方に設けられたＺモータ２４の作用下にボールねじ機構２６を介してＺ方向に往復移動する（図３参照）。また、Ｚモータ２４には図示しないロータリエンコーダが取り付けられ、ボールねじ機構２６のボールねじの回転角度を該ロータリエンコーダが検出し、コラム１８のＺ方向位置として前記検出されたボールねじの回転角度が、それぞれのコントローラ１２に送信されるように構成してもよい。

支持体２２は、定盤１３の内部に配置されたＹモータ２８の作用下にボールねじ機構３０を介してＹ方向に往復移動する（図２参照）。また、Ｙモータ２８には図示しないロータリエンコーダが取り付けられ、ボールねじ機構３０のボールねじの回転角度を該ロータリエンコーダが検出し、支持体２２のＹ方向位置として前記検出されたボールねじの回転角度が、それぞれのコントローラ１２に送信されるように構成してもよい。なお、コラム１８及びＹレール２０は、Ｙ方向に適度に長い形状であり、支持体２２を比較的長距離移動させることができる。

図４に示すように、支持体２２は、Ｚ１方向に向いたワークＷに臨む鉛直平面（ＸＹ平面）内で回転（旋回）する回転アーム３２と、該回転アーム３２を回転させるアームモータ３４と、回転アーム３２の遠心方向端部近傍に設けられ、回転アーム３２に対して回転自在に支承されてＺ１方向を指向する加工主軸３６と、該加工主軸３６を回転させるスピンドルモータ３８とを有する。アームモータ３４は、例えば、ダイレクトモータである。支持体２２は、枠体４０をベースに構成されており、該枠体４０の内部にアームモータ３４が設けられている。アームモータ３４は、枠体４０に固定されたステータ３４ａと、該ステータ３４ａの内側に設けられた中空のロータ３４ｂとを有する。

回転アーム３２は、ロータ３４ｂの矢印Ｚ１側端部に固定されており、アームモータ３４の作用下に回転する。支持体２２に対する回転アーム３２の角度は、角度センサ４１（図１参照）によって計測されコントローラ１２に供給される。

図４から諒解されるように、回転アーム３２はエンドレスに回転が可能であるが、最低限１回転（３６０度）の回転が可能であればよい。加工主軸３６は、回転アーム３２の回転中心Ｃ１から距離Ｒだけ離れた箇所に設けられている。

回転アーム３２において、加工主軸３６が設けられた側と反対側（図４では上側）にはバランサ４２が設けられている。バランサ４２は、クーラント等の液体が入った液体タンクであり、加工主軸３６に取り付けられる工具に応じて、内部の液量を変化させてバランスをとることができる。バランサ４２は金属製の錘であってもよい。該バランサ４２が設けられている箇所以外の回転アーム３２の内部は中空構造となっている。回転アーム３２は、支持体２２と比較すると相当に軽量であり、回転させたときにも支持体２２や第１工作機械１０ａに対する安定性を損なうことがない。

スピンドルモータ３８は矢印Ｚ２方向に突出しており、アームモータ３４と同軸となるように、支持体２２における枠体４０の後面に固定されている。このようにスピンドルモータ３８とアームモータ３４とを同軸上に配置することで、支持体２２をコンパクトなユニットとして構成することができる。すなわち、加工主軸３６の軸線上にスピンドルモータ３８が存在せず、回転アーム３２の中心に近い箇所にスピンドルモータ３８があると、前記のバランサ４２の質量及び大きさが小さくてすみ、支持体２２を全体的にコンパクトにすることができる。

シャフト４４は、ロータ３４ｂの中空部を貫通して設けられ、一端がスピンドルモータ３８の回転軸に固定され、他端が枠体４０から突出して回転アーム３２の矢印Ｚ１側の側板まで達している。シャフト４４は、回転アーム３２の矢印Ｚ１側端部及び矢印Ｚ２側端部、並びに枠体４０の矢印Ｚ２側端部の３箇所で、順にベアリング４５ａ、４５ｂ及び４５ｃによって軸支されている。

プーリ機構４６は、ベアリング４５ａとベアリング４５ｂとの間でシャフト４４に固定された駆動プーリ４６ａと、加工主軸３６の矢印Ｚ２方向端部に固定された従動プーリ４６ｂと、これら駆動プーリ４６ａと従動プーリ４６ｂとの間に張架されたベルト４６ｃとから構成される。このようにプーリを用いた駆動機構は回転アーム３２を軽量化できて好適である。なお、プーリを用いた駆動機構以外にも、例えば、駆動プーリ４６ａをギアへ置換するとともに、従動プーリ４６ｂをピニオンに置換し、サイレントチェーンを利用した駆動伝達機構を用いてもよい。この場合、ギアとピニオンとの間を複数のギア等を介して駆動力を伝達してもよい。

前記プーリ機構４６は、回転アーム３２内の中空部に設けられており、所定のテンション機構によってベルト４６ｃの張り調整がなされている。このような構造により、スピンドルモータ３８の回転は、シャフト４４及びプーリ機構４６を介して加工主軸３６に伝達される。

加工主軸３６は、回転アーム３２と一体的に設けられた主軸カバー４８内に収納されており、矢印Ｚ１方向の先端部には工具Ｔが装着されるツールヘッド５０が設けられている。また、矢印Ｚ２方向端部には、ツールヘッド５０に対する工具Ｔのクランプ状態を解除して、工具Ｔを離脱可能にするアンクランプレバー５２が設けられている。アンクランプレバー５２は、回転中心Ｃ１から見て外向きにやや突出する形状であり、アンクランプブロック５３（図６参照）によって回転中心Ｃ１の方向に押圧されることにより操作され、工具Ｔをアンクランプすることができる。また、アンクランプレバー５２は、前記アンクランプブロック５３が離れることにより図示しない弾性体によって元の位置に戻され、ツールヘッド５０内の工具Ｔをクランプすることができる。当然、ツールヘッド５０での工具Ｔのクランプ及びアンクランプは、電動で工具Ｔをクランプする機構とすることもできる。

回転アーム３２の背面側（Ｚ２側）には、ねじ６０によって板ばね等からなるディスク６２を挟持して回転アーム３２を所定位置に固定する固定装置６４が設けられている。固定装置６４はディスク６２の背面側と当接する受け座６６と、受け座６６との間でディスク６２を挟持する押圧片６８とから構成される。前記押圧片６８は皿ばね７０によって挟持方向に付勢されるロッド７２先端部に設けられ、皿ばね７０に抗してロッド７２を前方に押すことでディスク６２の挟持状態を解除し、回転アーム３２の回転が可能となる。本実施形態の場合、ディスク６２を板ばねにて構成したため、ディスク６２を挟持した状態で回転アーム３２が倒れることがなく、該回転アーム３２の回転を確実に阻止することができる。

図１に戻り、プレート１５ｂの上面やや左側（Ｘ１側）には、第１工作機械１０ａに対応し、加工主軸３６に着脱自在な複数の工具Ｔを収納した前記工具ストッカ８０ａが設けられている。なお、フレーム１５において、プレート１５ｂの上面やや右側（Ｘ２側）には、第２工作機械１０ｂに対応し、工具ストッカ８０ａと同機構の工具ストッカ８０ｂが設けられている。以下、工具ストッカ８０ａを代表的に説明する。

図１〜図３に示すように、工具ストッカ８０ａは、矢印Ｚ方向に延在する回転軸８２と、該回転軸８２を駆動するマガジンモータ８３と、回転軸８２を中心として正面視（図２参照）で約２７０度の範囲で放射状に設けられた複数の保持アーム８４とを有する回転マガジンである。各保持アーム８４の先端には工具Ｔを挟持する略Ｃ字状のグリップ（保持器）８５が設けられている。グリップ８５は弾性体であって、Ｃ字の開口部から工具Ｔを押し込むことにより弾性的に拡開して工具Ｔが挿入可能となり、挿入された後には閉じて工具Ｔを挟持・保持することができる。また、保持された工具Ｔは、Ｃ字の開口部から引き抜きが可能である。保持アーム８４の数は、例えば１６本程度とするとよい。

工具ストッカ８０ａは、通常時（加工時や非使用時）、保持アーム８４のない約９０度（保持アーム８４が設けられた前記２７０度の範囲以外）の部分が下向きとされ（図２参照）、全体がプレート１５ｂよりも上方にあるため、コラム１８及び支持体２２の動作の支障とならない。一方、加工主軸３６の工具Ｔを交換する際には、工具ストッカ８０ａを回転させて、プレート１５ｂの端から所定の保持アーム８４を下方に指向させる（図５参照）。

具体的には、工具Ｔを保持していない空の保持アーム８４を下方に指向させておき、コラム１８のＺ方向位置を調整した後に、支持体２２を上昇させる。これにより、図６に示すように、工具Ｔが保持アーム８４に保持されると共に、アンクランプレバー５２がコラム１８上部から垂下されたアンクランプブロック５３に当接して操作され、工具Ｔはツールヘッド５０に対してアンクランプされる。従って、コラム１８を矢印Ｚ２方向に後退させることで、工具Ｔはツールヘッド５０から抜き取られる。

次いで、工具ストッカ８０ａを回転させて、これから使用する予定の工具Ｔが保持されている保持アーム８４を下方に指向させ、コラム１８を矢印Ｚ１方向に進出させる。これにより目的の工具Ｔがツールヘッド５０に挿入されるので、支持体２２を下降させることにより、アンクランプレバー５２がアンクランプブロック５３から離間して工具Ｔをクランプすることができる。この後、工具ストッカ８０ａを回転させて、図２に示すように、全ての保持アーム８４がプレート１５ｂよりも上方に配置されるように設定する。

工具ストッカ８０ａと加工主軸３６との間では、上記のように途中で工具Ｔを受け渡すために介在する機構がなく、また保持アーム８４は工具Ｔを直接把持するため、コラム１８、支持体２２及び回転アーム３２の動作作用下に工具Ｔの着脱操作を直接的に行うことができる。従って、専用の着脱機構等が不要であることから構造が簡素化され、しかも工具の脱着に要する時間が短縮される。

本実施形態に係る工具折損検出装置２００は、上記のような工具ストッカ８０ａ、８０ｂの間に配置され（図１及び図２参照）、両工具ストッカ８０ａ、８０ｂにそれぞれ貯留されている１組（各１本ずつ計２本）の工具の折損を略同時に検出するものである。この場合、工具の折損とは、例えば、ドリル等の各種工具の刃先等が加工による焼き付け等によって折れたり、欠けたりした状態を含む。

図７及び図８に示すように、工具折損検出装置２００は、略Ｕ字状の工具接近部（工具挿入部）２０２を移動ナット２０４で連結した略Ｗ字状のブラケット２０６と、ブラケット２０６をＺ方向に延びたレール２０８に沿って進退させる移動機構２１０と、ブラケット２０６及び移動機構２１０を支持するベース部材２１１とを有する。

ブラケット２０６を構成する工具接近部２０２は、矢印Ｚ方向に延びて対向する一対の壁部材２０２ａ、２０２ａの間に工具Ｔを軸線方向で挿入可能であり、挿入された工具Ｔを壁部材２０２ａ、２０２ａの対向する内壁面側に設けたセンサ（検出器）２１２で検出可能である。センサ２１２は、例えば、対向する壁部材２０２ａにそれぞれ投光器及び受光器を設け、当該投光器・受光器間の光軸を工具Ｔが遮ることで検出する非接触式（光電式）の検出器である。

移動機構２１０は、ベース部材２１１上に固定されたモータ２１４の作用下に、ボールねじ機構２１６を介して移動ナット２０４をレール２０８上でスライドさせ、これによりブラケット２０６（工具接近部２０２）を移動させる機構である。

図２及び図８に示すように、工具折損検出装置２００は、両工具ストッカ８０ａ、８０ｂの間であって、両工具ストッカ８０ａ、８０ｂに貯留され、保持アーム８４を介して旋回されるそれぞれの工具Ｔ同士の間が最も近接して距離Ｄａとなる位置（折損検出位置）に対応して設けられている。

ここで、当該工作機械システム１０で用いられる工具Ｔのうち、その軸線方向長さが最短のものを工具ＴＳと称し、最長のものを工具ＴＬと称する。従って、図８は、前記距離Ｄａとなる折損検出位置に、一方の工具ストッカ８０ａが最短の工具ＴＳを割り出し、他方の工具ストッカ８０ｂが最長の工具ＴＬを割り出した状態を示す一部省略平面図である。

この場合、図８に示すように、工具折損検出装置２００では、センサ２１２の幅（前記投光器及び受光器間の距離）Ｗ１、換言すれば壁部材２０２ａ間の幅Ｗ１が、工具Ｔ（ＴＳ、ＴＬ）の幅（直径、平面視での幅）Ｗ２よりも大きく、工具接近部２０２の軸線方向（Ｚ方向）長さ（深さ）Ｌ１が最長の工具ＴＬの軸線方向の長さＬ２よりも長く設定されている。なお、通常、一対の壁部材２０２ａ、２０２ａ間の間隔は、センサ２１２間の幅Ｗ１以上に設定されている。従って、工具接近部２０２は、移動機構２１０の作用下に進退した際、そのＵ字の開口内に工具Ｔ（ＴＬ、ＴＳ）を干渉することなく挿入可能である。

図９は、工具ストッカ８０ａ、８０ｂに貯留された工具Ｔと工具折損検出装置２００の工具接近部２０２（壁部材２０２ａ）との配置関係を示す一部省略正面図である。図９では、理解の容易のため、センサ２１２を省略し、壁部材２０２ａ、２０２ａ間の間隔を幅Ｗ１として図示している。

図９に示すように、工具ストッカ８０ａ、８０ｂの回転中心をＣ２と称すると共に、該回転中心Ｃ２と壁部材２０２ａとの間の距離のうち、近い方の距離をＤ１と称し、遠い方の距離をＤ２と称する。また、工具ストッカ８０ａ、８０ｂで旋回される工具Ｔの旋回軌跡のうち、前記回転中心Ｃ２から近い方の旋回軌跡をＴｒ１と称し、遠い方の旋回軌跡をＴｒ２と称し、これら旋回軌跡Ｔｒ１、Ｔｒ２の回転中心Ｃ２を中心とした半径をそれぞれ半径Ｒ１、Ｒ２と称する。なお、図９では、理解の容易のため、距離Ｄ１、Ｄ２を回転中心Ｃ２からの円弧の半径のように図示しているが、上記のように壁部材２０２ａはＹ方向に動作しないため、本来的には当該距離Ｄ１、Ｄ２は壁部材２０２ａと回転中心Ｃ２とのＸ方向での直線距離である。換言すれば、壁部材２０２ａの高さ方向（Ｙ方向）の両端側でＸ方向距離である距離Ｄ１、Ｄ２が確保されている。

図９から諒解されるように、工具折損検出装置２００では、距離Ｄ１と距離Ｄ２との間（幅Ｗ１部分）を旋回軌跡Ｔｒ１、Ｔｒ２が通過可能であり、つまり、距離Ｄ１が半径Ｒ１、Ｒ２より小さく（Ｄ１＜Ｒ１＜Ｒ２）、距離Ｄ２が半径Ｒ１、Ｒ２より大きく（Ｄ２＞Ｒ２＞Ｒ１）設定されていることが望ましい。このように構成すると、図８に示すように工具接近部２０２を工具Ｔから離間させず、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように工具Ｔに接近させた状態であっても、工具ストッカ８０ａ、８０ｂの回転時に工具Ｔと工具接近部２０２の壁部材２０２ａ（センサ２１２）とが互いに干渉せず、各機構の駆動制御を一層容易に行うことができる。

以上のように、工具折損検出装置２００では、ブラケット２０６を構成する２つの工具接近部２０２が、最短及び最長の工具ＴＳ、ＴＬに対応可能な長さＬ１を持つ構造に設定され、さらに、工具ストッカ８０ａ、８０ｂの回転で旋回される工具Ｔとも干渉しない構造に設定されている。すなわち、工具折損検出装置２００は、移動機構２１０によるブラケット２０６の進退位置に係わらず、工具ストッカ８０ａ、８０ｂに貯留されている全ての種類の工具Ｔとの干渉を回避できる干渉回避構造を有している。

次に基本的には以上のように構成される工作機械システム１０において、工具折損検出装置２００による工具Ｔの折損検出動作につき、図１０のフローチャートを参照しながら説明する。図１０は、本実施形態に係る工具折損検出装置２００による工具Ｔの折損検出工程を示すフローチャートである。

先ず、図１０のステップＳ１では、工具ストッカ８０ａ、８０ｂの保持アーム８４（グリップ８５）に工具Ｔを保持させる（工具保持工程）。例えば、工作機械システム１０の使用開始時であれば、人手等により両工具ストッカ８０ａ、８０ｂの各保持アーム８４に対し、ワークＷで使用される各種の工具Ｔを保持させる。また、ワークＷへの加工中等であれば、図６に示すようにコラム１８及び支持体２２等を駆動して、加工主軸３６から保持アーム８４へと使用後又は不要な工具Ｔを保持（交換）させる。すなわち、ステップＳ１は、第１工作機械１０ａや第２工作機械１０ｂと独立的に構成された工具ストッカ８０ａ、８０ｂにおいて、所望の位置に所望の工具を割り出し可能な状態で多数貯留する工程でもある（工具貯留工程）。

なお、図８及び図９に示すように、工具折損検出装置２００は工具Ｔとの間で上記した干渉回避構造を有している。従って、このような工具Ｔの工具ストッカ８０ａ、８０ｂでの保持・貯留に際しては、移動機構２１０によるブラケット２０６（工具接近部２０６）のＺ方向位置が問題となることはないが、以下では、ブラケット２０６が工具Ｔ側（Ｚ２側）に最も前進した状態で（図１１Ａ参照）、上記ステップＳ１が実行されたものとして説明する。

次いで、ステップＳ２において、コントローラ１２の制御下に、工具ストッカ８０ａ、８０ｂを回転駆動し、折損検出を行う工具Ｔを前記折損検出位置に割り出す（図８及び図９参照）。すなわち、各工具ストッカ８０ａ、８０ｂにそれぞれ貯留された工具Ｔからそれぞれ１本ずつを検出対象として、２本の工具Ｔが互いに最も近接した距離Ｄａとなる位置に割り出しする。これにより、Ｚ２方向に前進された状態の一対の工具接近部２０２のそれぞれの内側に検出対象の工具Ｔが挿入された状態となる（図１１Ａ参照）。

この場合、工具ストッカ８０ａ、８０ｂでは、工具Ｔに記された図示しない識別アドレス等により、コントローラ１２の制御下に所望の工具Ｔを容易に且つ迅速に割り出すことができる。換言すれば、コントローラ１２は、折損検出位置に割り出される工具Ｔの正常な状態（折損のない状態）での軸線方向長さを記憶している。

ステップＳ３では、工具折損検出装置２００を駆動して前記折損検出位置に割り出された工具Ｔの折損状態を確認する。すなわち、図１１Ａに示す状態から移動機構２１０を駆動して、図１１Ｂに示すように一対の工具接近部２０２をＺ１方向に後退させる。なお、図１１Ａ及び図１１Ｂでは、一方の工具ストッカ８０ａに保持された工具ＴＳの刃先が折損しているものとして、当該折損した刃先部分を破線で図示している。

この場合、図１１Ａ及び図１１Ｂから諒解されるように、センサ２１２は、工具接近部２０２が工具Ｔ側に最も接近した位置（図１１Ａ参照）から、最も離間した位置（図１１Ｂ参照）まで移動された際、最短の工具ＴＳの先端（刃先）及び最長の工具ＴＬの先端（刃先）を検出できる位置で壁部材２０２ａに固定されている。従って、当該ステップＳ３では、工具ストッカ８０ａ、８０ｂの回転を停止した状態で、移動機構２１０の作用下に、上記割り出された工具Ｔに沿うように且つ当該工具Ｔから離れるように工具接近部２０２を後退させることで、センサ２１２によって両工具ストッカ８０ａ、８０ｂに保持された最短から最長までの全ての長さの工具Ｔの折損を容易に検出することができる。勿論、検出開始時にブラケット２０６を後退位置（図８参照）としておき、そこから前進させるようにして検出してもよい。

すなわち、当該ステップＳ３では、ブラケット２０６の移動に際し、図示しないリニアセンサ等により、工具Ｔ側に最も前進した位置や工具Ｔ側から最も後退した位置を原点とした場合の工具接近部２０２（センサ２１２）の移動量を求める。なお、折損検出位置に割り出された工具ＴのＺ方向での基端位置が常に一定であることは言うまでもない。

そして、前記求められる移動量と、折損検出位置に割り出した工具Ｔの正常な状態での軸線方向長さの情報とに基づき、実際に検出した工具Ｔの先端（刃先）位置が正常な（折損のない）位置範囲にあるか否かを判定する（ステップＳ４）。例えば、最短の工具ＴＳの場合、図１１Ａに示すようにセンサ２１２が配置された状態で刃先が検出されていれば折損がないと判定できるが、図１１Ａ中の破線で示すように刃先が折損している場合にはセンサ２１２が工具ＴＬの刃先を検出できず、折損があると判定する。

ステップＳ４による判定の結果、折損がないと判定された場合には工具Ｔは正常であることから、ステップＳ１やステップＳ２に戻り、次の工具Ｔの折損検出等を実施するとよい。一方、折損があると判定された場合には、次にステップＳ５で図示しないスピーカやランプ等を使って警報を発生する。これにより、操作者に折損が発生したことを迅速に伝達し、折損を生じた工具Ｔの交換やメンテナンス等を適切に実施することができる。この際、必要に応じてシステムを停止してもよいが、仮に当該折損を生じた工具Ｔが現在加工中のワークＷに使用されない（使用予定がない）場合等には、システムを停止せず、加工を継続すると共に、コントローラ１２では折損した工具Ｔが交換されるまでは当該工具Ｔを加工主軸３６側に装着しない制御を行うことができる。続けて他の工具Ｔの検出を行う場合には、ステップＳ１やステップＳ２に戻ればよい。

なお、上記ステップＳ１は必ずしも実施する必要はなく、例えば、工具ストッカ８０ａ、８０ｂに保持されている同じ工具Ｔを連日使用するような場合であって、日々の工作機械システム１０による作業開始前の点検動作として上記折損検出動作を行うような場合には、既に貯留された状態にある工具Ｔを順次検出するとよい。

以上のように、本実施形態に係る工具折損検出装置２００によれば、２台の工具ストッカ８０ａ、８０ｂに同時に対応可能な一対の工具接近部２０２を備え、該工具接近部２０２を支持したブラケット２０６を移動機構２１０によって工具Ｔの軸線方向（Ｚ方向）に進退させることで工具Ｔの折損を検出する。すなわち、工具折損検出装置２００は、第１工作機械１０ａ等のワークＷを工作する工作ユニット側ではなく、工具Ｔを貯留する工具ストッカ８０ａ、８０ｂ側で工具Ｔの折損を検出する。

従って、例えば、加工主軸３６に装着されてワークＷへの加工に使用された後、一時的に工具ストッカ８０ａ、８０ｂへと戻された工具Ｔについて、他の工具Ｔによる加工が行われている最中に、その折損を確認することができる。このため、当該工具Ｔに折損が発見されれば、工具ストッカ８０ａ、８０ｂ上で迅速に交換することができ、また、当該工具Ｔによる加工予定が長時間ない場合等にはそのまま放置すると共に、必要に応じて加工主軸３６に装着させない制御を行うこともできる。

これにより、工具Ｔが加工主軸３６に装着されて加工に使用される都度、当該工具Ｔの折損状態を確認することができ、折損した工具Ｔが加工に使用されることを有効に回避することができる。しかも、工具ストッカ側で折損の検出を行いながらも、工作ユニット側ではワークへの加工を継続することができるため、システムをほとんど停止させる必要がなく、サイクルタイムの短縮とこれによる生産効率の向上も可能となる。

また、工具折損検出装置２００は、前記工作ユニットによる加工区の外で工具ストッカ８０ａ、８０ｂに対応して配置されている。このため、ワークＷの加工による切削屑や切削油に起因したセンサ２１２の誤検出を回避することができる。同時に、移動機構２１０が前記切削屑等の影響を受けることがないため、ブラケット２０６の移動量制御もより正確に行うことができ、工具Ｔの折損検出を一層高精度に行うことができる。

さらに、工具折損検出装置２００では、当該システムで使用される工具のうち、最短及び最長の工具ＴＳ、ＴＬに同時に対応できる前記干渉回避構造を採用している（図８及び図９参照）。このため、両工具ストッカ８０ａ、８０ｂにおいて、異なる種類の工具を略同時に、折損検出することができるので汎用性が高く、しかも一方の工具ストッカ８０ａで折損検出中に、他方の工具ストッカ８０ｂでは加工主軸３６との間での自動工具交換を行うこともでき、工具折損やその検出によるシステム停止等を可及的に回避して、生産効率を一層向上させることができる。

また、工具折損検出装置２００は、両工具ストッカ８０ａ、８０ｂに貯留され、保持アーム８４を介して旋回されるそれぞれの工具Ｔ間が最も近接する距離Ｄａとなる位置（折損検出位置）に対応して設置されている（図８及び図９参照）。このため、工具接近部２０２を保持するブラケット２０６を可及的に小型化することができ、これにより移動機構２１０も低出力且つ小型のもので構成することができる。従って、当該工具折損検出装置２００の小型軽量化を図ることができ、設置自由度も高めることができる。

以上、本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

例えば、工具折損検出装置を構成する工具接近部はＵ字状以外であってもよい。その一例として、図１２に示すように、一枚の壁部材２０２ａからなる平板状の工具接近部２０３を移動ナット２０４で連結したブラケット２０７を有する工具折損検出装置２００ａとして構成することもできる。この場合、工具Ｔを１デバイスで検出可能なセンサ（検出器）２１８、例えば、非接触式の近接センサを用いている。このような工具折損検出装置２００ａでは、装置全体として一層の小型軽量化を図ることができ、しかも工具接近部２０３が１枚板の平板状であることから図９に示すような干渉回避構造についても設計要素が少なく、極めて容易に構成することができる。

さらに、図１３に示すように、工具Ｔの折損を検出する検出器として、接触式のセンサ２２０を備えた工具折損検出装置２００ｂとして構成することもできる。該センサ２２０は、例えば、弾性を持つ接触片２２０ａが工具Ｔに接触して倒されることにより工具Ｔを検出する近接スイッチである。

なお、上記実施形態では、工具ストッカが２台の場合を例示したが、勿論３台以上に構成することもできる。例えば、図１４に示すように、工具ストッカ８０ａ、８０ｂの上方に逆さ向きに工具ストッカ８０ｃを設置した場合には、当該工具ストッカ８０ｃに対応した工具折損検出装置２００ｃを上記工具折損検出装置２００と一体に又は別体に設ければよい。さらに、図１５に示すように、工具ストッカ８０ａ〜８０ｃを３台並設した場合には、例えば、一体又は別体とした２台の工具折損検出装置２００と共に、さらに一体又は別体とした２台の工具折損検出装置２００ｃを設ければよい。なお、このように３台以上の工具ストッカを設けた場合には、少なくとも２台の工具ストッカについては工具Ｔ間が最も近接する前記折損検出位置（図８及び図９参照）に対応するように、いずれか又は全ての工具折損検出装置を設置するとよい。

上記実施形態では、Ｕ字状や平板状の工具接近部を例示したが、当該工具接近部は棒状等であってもよく、要は工具Ｔの折損を検出するセンサを適切に配置できるものであればよい。従って、例えば、工具接近部を筒状に構成することもできるが、この場合、工具ストッカの回転時には当該工具接近部の筒内から工具Ｔを抜いた状態としておく必要があることは言うまでもない。さらに、工具接近部は、１台の工具ストッカに貯留されている工具について、１本だけではなく２本以上同時に対応可能に構成してもよく、この場合には、例えば、ブラケットに３個以上の工具接近部を設けてもよい。

また、工具折損検出装置を構成する移動機構は、工具接近部を含むブラケットを適切に進退移動させることができればよく、上記のボールねじ機構以外にも、リニア駆動や揺動リンク駆動、ラック・ピニオン駆動等であってよい。

当然、工作ユニットを構成する工作機械は１台であってもよく、この場合、例えば、当該１台の工作機械に対応する工具ストッカを２台としてもよい。

本発明の一実施形態に係る工具折損検出装置を搭載した工作機械システムの一部切欠斜視図である。 図１に示す工作機械システムの正面図である。 図１に示す工作機械システムの側面図である。 図１に示す工作機械システムを構成する支持体及び加工主軸の断面側面図である。 図１に示す工作機械システムにおいて、工具ストッカにより工具交換を行う状態を示す一部断面斜視図である。 図５に示す工具交換をする際のコラム、工具ストッカ及びその周辺部の拡大側面図である。 図１に示す工具折損検出装置の斜視図である。 工具折損検出装置及び折損検出位置に工具を割り出した工具ストッカを示す一部省略平面図である。 工具ストッカに貯留された工具と工具接近部との配置関係を示す一部省略正面図である。 本実施形態に係る工具折損検出装置による工具の折損検出工程を示すフローチャートである。 図１１Ａは、工具折損検出装置の工具接近部を工具側に移動させた状態を示す一部省略平面図であり、図１１Ｂは、工具折損検出装置の工具接近部を工具側から離間させた状態を示す一部省略平面図である。 本実施形態の第１の変形例に係る工具折損検出装置の斜視図である。 本実施形態の第２の変形例に係る工具折損検出装置及び折損検出位置に工具を割り出した工具ストッカを示す一部省略平面図である。 本実施形態の第３の変形例に係る工具折損検出装置を備える構成を模式的に示す正面図である。 本実施形態の第４の変形例に係る工具折損検出装置を備える構成を模式的に示す正面図である。

符号の説明

１０…工作機械システム １２…コントローラ
３６…加工主軸 ８０ａ〜８０ｃ…工具ストッカ
２００、２００ａ〜２００ｃ…工具折損検出装置
２０２、２０３…工具接近部 ２０６、２０７…ブラケット
２１０…移動機構 ２１１…ベース部材
２１２、２１８、２２０…センサ

Claims (5)

1. 着脱可能な工具が装着されてワークを加工する工作ユニットと、前記工具を前記工作ユニットとの間で交換可能に複数貯留し、回転動作によって前記工具を割り出す複数の工具ストッカとを備える工作機械システムの工具折損検出装置であって、
   当該工具折損検出装置は、各工具ストッカに貯留されているそれぞれ少なくとも１個ずつの前記工具に対して、同時に接近可能な複数の工具接近部を設けたブラケットと、
   各工具接近部に設けられ、前記工具の折損を検出する非接触式又は接触式の複数の検出器と、
   前記ブラケットを前記工具の軸線方向に移動させる移動機構と、
   を有することを特徴とする工具折損検出装置。
2. 請求項１記載の工具折損検出装置において、
   前記工具接近部は、前記移動機構によって前記工具に最も接近された位置にある状態で、前記工具ストッカに貯留されている前記工具のうち、最短及び最長の軸線方向長さを持つ工具に干渉しない構造であることを特徴とする工具折損検出装置。
3. 請求項２記載の工具折損検出装置において、
   前記検出器は、前記工具接近部が前記工具に最も接近された位置から最も離間した位置まで移動された際、前記工具ストッカに貯留されている前記工具のうち、最短及び最長の軸線方向長さを持つ工具の折損を検出可能な位置に固定されていることを特徴とする工具折損検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の工具折損検出装置において、
   前記工具接近部は、前記移動機構によって前記工具に最も接近された位置にある状態で、前記工具ストッカが回転された際、該工具ストッカに貯留されている工具に干渉しない構造であることを特徴とする工具折損検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の工具折損検出装置において、
   前記工具接近部は、前記複数の工具ストッカのうち、少なくとも２台の工具ストッカに貯留された前記工具同士が前記回転動作によって最も近接する位置に割り出されたときに折損状態を確認することが可能な位置に設置されていることを特徴とする工具折損検出装置。

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