JP4984740B2 - ツール刃先位置検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、タレット旋盤等の工作機械において刃物台に装着されたツールの刃先位置を検出するツール検出装置に関する。

タレット旋盤では、タレットに種々のツールが装着されており、各ツールは刃先位置がそれぞれ異なっている。すなわち、各ツール毎に、異なるオフセットを有している。そのため、ツールの交換を行った場合、各ツールの刃先位置を検出し、その検出値に応じてタレットの送り量を補正することが必要になる。また、ツールに磨耗が生じた場合、精密加工では、その磨耗量に応じて送り量の補正を行うことが必要になる。

このため従来、タレット旋盤等では、ツールの刃先を検出するセンサをセンサ取付アームの先端に取付け、センサ取付アームの正逆旋回により、刃先検出時はセンサを主軸前方まで持って来て、加工時は主軸前方から退避させるようにしたツール刃先位置検出装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
特許第３５７７８８７号公報

従来のツール刃先位置検出装置は、主軸台の片側の側面を取付け面として設置し、あるいは主軸台の側方で機体カバーに取付けられている。
そのため、切削熱によって生じるセンサ取付アームの熱変形が、主軸軸心とセンサ測定点のＸ座標（主軸軸心と直交する水平方向の座標）に影響し易く、ツールの刃先位置の検出精度が、いま一つ満足できないものであった。

この発明の目的は、切削熱による熱変形の影響を受け難く、精度の良い刃先位置検出が行えるツール刃先位置検出装置を提供することである。
この発明の他の目的は、幅方向のコンパクト化を図ることである。
この発明のさらに他の目的は、上下方向にもコンパクト化を図ることである。

この発明のツール刃先位置検出装置は、ツールの刃先位置を検出するセンサを、主軸の上方の退避位置から主軸の前方の使用位置まで進退させるセンサ進退機構を設け、このセンサ進退機構は、前記主軸を支持する主軸台に設置され、主軸の軸心を通る垂直面に対して対称形のものとしたことを特徴とする。
この構成によると、センサ進退機構が主軸の軸心を通る垂直面に対して対称形であるため、切削熱によりセンサ進退機構に熱変形が生じても、上記垂直面に対して左右対称に生じ、センサの左右位置に影響しない。そのため、切削熱による熱変形の影響を受け難く、精度の良い刃先位置検出が行える。

前記センサ進退機構が、センサを先端に搭載した進退部材と、この進退部材を直線経路で進退させる進退案内機構と、前記進退部材に進退動作を与える進退駆動機構とでなる。
センサ進退機構が、例えばセンサ搭載部材を上下旋回させるものであると、対称形としかつ堅固な支持を行うためには、主軸台の左右両側に旋回支軸部を設ける必要が生じる。そのため大型化して刃物台等の設置空間が制限される。これに対して、センサを搭載した進退部材を直線経路で動作させるようにすると、主軸台の上面で支持でき、センサ進退機構が幅方向にコンパクトな構成となる。

前記直線経路は、主軸の軸心に対して主軸の前方へ下降傾斜する傾斜方向である。進退部材の直線経路が斜めであると、垂直に昇降させる場合に比べて高さが低くできて、高さ方向にもコンパクトな構成となる。

この発明のツール刃先位置検出装置は、ツールの刃先位置を検出するセンサを、主軸の上方の退避位置から主軸の前方の使用位置まで進退させるセンサ進退機構を設け、このセンサ進退機構は、前記主軸を支持する主軸台に設置され、主軸の軸心を通る垂直面に対して対称形のものとしたため、切削熱による熱変形の影響を受け難く、精度の良い刃先位置検出が行える。
前記センサ進退機構が、センサを先端に搭載した進退部材と、この進退部材を直線経路で進退させる進退案内機構と、前記進退部材に進退動作を与える進退駆動機構とでなる場合は、旋回形式とする場合に比べて幅方向にコンパクトに構成できる。
前記直線経路が主軸軸心に対して主軸の前方へ下降傾斜する傾斜方向である場合は、高さ方向についてもコンパクトになる。

この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。図１は、このツール刃先位置検出装置１を装備した工作機械の正面図である。この工作機械は旋盤からなり、ベッド２の上に、主軸３を支持した主軸台４が固定設置されている。主軸台４の側方で、ベッド２の上に案内５を介して送り台６が、主軸２の軸心方向（Ｚ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）に移動自在に設置され、この送り台６に、タレット式の刃物台７が前後方向（Ｚ軸方向）の進退および回転割出が可能に搭載されている。刃物台７は、外周面に複数の工具ステーションＳを有し、各工具ステーションＳにバイトまたは回転工具等のツール８が設置されている。刃物台７の各軸方向の送りは、サーボモータによりボールねじ（いずれも図示せず）を介して行われ、かつ刃物台７の各軸（Ｘ軸，Ｚ軸）方向の位置は、エンコーダ等の位置検出器（図示せず）で検出される。

ツール刃先位置検出装置１は、ツール８の刃先位置を検出するセンサ９を、主軸３の上方の退避位置Ａ（図１に実線で示す位置）から、主軸３の前方の使用位置Ｂ（想像線で示す位置）まで進退させるセンサ進退機構１０を設けたものである。

センサ９は、物が触れるとオン信号を出力するタッチスイッチからなる。この例では、センサ９は、使用位置Ｂにおいて、前後方向（Ｚ軸方向）の両側と、左右方向（Ｘ軸方向）の両側とにそれぞれ向いた合計４個の単位センサ９ａが設けられ、個々の単位センサ９ａが、それぞれ上記のように物が触れるとオン信号を出力するものとされている。
センサ９の出力は、刃先位置読取手段（図示せず）に接続されている。この刃先位置読取手段は、センサ９がオンとなったときの刃物台７の前記位置検出器の位置信号を読み取ることで、刃先位置の座標データを読み取るものである。

センサ進退機構１０は、主軸台４の上面に設置され、主軸３の軸心Ｏを通る垂直面Ｈ（ＹＺ平面）に対して対称形のものとされている。センサ進退機構１０は、先端に取付台１６を介してセンサ９を搭載した進退部材１１と、この進退部材１１を直線経路で進退させる進退案内機構１２と、進退部材１１に進退動作を与える進退駆動機構１３とでなる。前記直線経路は、主軸の軸心に対して主軸の前方へ下降傾斜する傾斜方向である（図２）。進退部材１１は、例えば進退方向に延びる板状のフレームからなる。

進退案内機構１２は、主軸台４の上面に設置された検出装置基台１４上に、複数の直動転がり軸受１２ａを設けたものである。直動転がり軸受１２ａは、例えば進退部材１１の両側縁に設けられたレール部（図示せず）を進退自在に支持するものである。なお、上記レール部は進退部材１１の下面に設けられたものであっても良い。
進退駆動機構１３は、この例では、エアシリンダまたは油圧シリンダ等のシリンダ装置からなり、上記検出装置基台１４にシリンダ本体が設置され、ピストンロッドが進退部材１１に結合されている。

上記構成のツール刃先位置検出装置１は、加工時は図１，図２に実線で示すように、進退部材１１を上昇位置に上昇させて、センサ９を主軸３の上方の待機位置Ａに待機させておく。
刃先位置検出を行うときは、図１，図２に想像線で示すように、進退部材１１を下降位置に下降させて、センサ９を主軸３の前方の使用位置Ｂに位置させる。この状態で、刃物台７を図１に想像線で示すように主軸３側へ移動させ、ツール８の刃先がセンサ９に接触してセンサ９がオンした位置で停止させる。このときの刃物台７の位置検出器の位置データを読み取ることで、刃先位置の座標データが得られる。

このような刃先位置検出を行うにつき、主軸台４やツール刃先位置検出装置１が、加工時の切削熱で高温になり、熱変形を生じていることがある。しかし、このツール刃先位置検出装置１は、センサ進退機構１０が主軸３の軸心Ｏを通る垂直面Ｈ（ＹＺ平面）に対して左右対称形であるため、切削熱によりセンサ進退機構１０に熱変形が生じても、上記垂直面に対して左右対称に熱変形が生じ、センサ９の左右位置に影響しない。そのため、切削熱による熱変形の影響を受け難く、精度の良い刃先位置検出が行える。
また、このツール刃先位置検出装置１は、センサ進退機構１０が、進退部材１１と進退案内機構１２とで構成され、進退部材１１を直線経路で進退させるものであるため、例えば図３の実施形態に示すような旋回型の物と異なり、主軸台４の側方に突出しないものとでき、幅方向にコンパクトな構成となる。上下高さはある程度高いものとなるが、工作機械内や工場内において、上下方向には空間の余裕が比較的大きいため、上下高さは高くなってもあまり支障がない。この実施形態では、進退部材１１の進退する直線経路は傾斜方向としているため、上下高さが高くなることを緩和できる。

図３は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、センサ進退機構１０Ａを、旋回アーム２１と、この旋回アーム２１を正逆に旋回動作させる旋回駆動機構２２とで構成したものである。この実施形態においても、センサ進退機構１０Ａは、ツールの刃先位置を検出するセンサ９を、主軸３の上方の退避位置Ａから主軸３の前方の使用位置Ｂまで進退させるものとされ、かつ主軸３の軸心Ｏを通る垂直面Ｈ（ＹＺ平面）に対して対称形のものとされる。

この対称形とするために、旋回アーム２１は門形に成形され、両側の脚部２１ａが、主軸台４の両側面でそれぞれ支軸２３回りに起倒旋回自在に支持されている。センサ９は、旋回アーム２１の両側の脚部２１ａを繋ぐ中間辺部２１ｂの中央に搭載される。旋回駆動機構２２は、電動モータ等の駆動源と、その回転駆動を旋回アーム２１に伝える機構（図示せず）とでなる。旋回駆動機構２２は流体圧シリンダであっても良い。旋回駆動機構２２は、この例では、主軸台４の両側に設置されている。この実施形態におけるその他の構成は、図１，図２に示す第１の実施形態と同様である。

この実施形態においても、センサ進退機構１０Ａが主軸３の軸心Ｏを通る垂直面（ＹＺ平面）に対して対称形とされているため、旋回アーム２１等の熱変形が生じても、左右対称に熱変形が生じ、センサ９の左右位置に影響しない。このため、切削熱による熱変形の影響を受け難く、精度の良い刃先位置検出が行える。
この実施形態のツール刃先位置検出装置１は、左右方向の幅は広くなるが、上下高さが低くでき、また旋回式であるため、直動式に比べて支持系が簡素に構成できる。

この発明の一実施形態に係るツール刃先位置検出装置を搭載した工作機械の正面図である。 同工作機械におけるツール刃先位置検出装置の搭載部分を示す拡大側面図である。 他の実施形態に係るツール刃先位置検出装置の正面図および側面図である。

符号の説明

１…ツール刃先位置検出装置
３…主軸
４…主軸台
７…刃物台
８…ツール
９…センサ
１０，１０Ａ…センサ進退機構
１１…進退部材
１２…進退案内機構
１３…進退駆動機構
２１…旋回アーム
２２…旋回駆動機構
Ａ…退避位置
Ｂ…使用位置
Ｈ…垂直面
Ｏ…軸心

Claims (1)

1. ツールの刃先位置を検出するセンサを、主軸の上方の退避位置から主軸の前方の使用位置まで進退させるセンサ進退機構を設け、このセンサ進退機構は、前記主軸を支持する主軸台に設置され、主軸の軸心を通る垂直面に対して対称形のものとし、前記センサ進退機構が、センサを先端に搭載した進退部材と、この進退部材を直線経路で進退させる進退案内機構と、前記進退部材に進退動作を与える進退駆動機構とでなり、前記直線経路は、主軸の軸心に対して主軸の前方へ下降傾斜する傾斜方向であることを特徴とするツール刃先位置検出装置。

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