JP7619901B2

JP7619901B2 - 閾値設定システム

Info

Publication number: JP7619901B2
Application number: JP2021117561A
Authority: JP
Inventors: 昌治伊藤; 徹山口; 大祐福岡
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2025-01-22
Anticipated expiration: 2041-07-16
Also published as: JP2023013408A

Description

本発明は、着座判定に用いる閾値を自動で設定する閾値設定システムに関する。

旋盤などの工作機械には主軸チャックにワークが把持され、主軸の回転によってワークに切削工具を当てた切削加工が行われる。その際、ワークが主軸チャックの着座面に対して正確に接していなければワークが余分に削られてしまうなど、仕上がり品質を低下させてしまうことになる。そこで主軸チャックの着座面にワークが適正に当てられているか否かを判定できるように、工作機械にはワーク着座判定装置が設けられている。具体的には、主軸チャックの着座面に開口した検出孔が形成され、そこへエア供給源からエアが送り込まれている。主軸チャックに把持されたワークは着座面に当てられて検出孔を塞ぐが、僅かに隙間が生じて一定量のエアが漏れるため、その漏れ量に応じて着座判定が行なわれる。

着座判定では、ワークと着座面との隙間から流れ出るエアの漏れ量が測定され、予め設定された閾値との比較によって着座判定が行われる。そうした閾値の設定には、ワークの着座面に所定の隙間を生じさせるエア圧確認用のマスタワークが使用される。マスタワークは、一定のエア漏れを生じさせるための調整溝が形成されている。例えば下記特許文献１には、ワーク表面の粗さによって隙間からの空気の漏れ量が変化してしまう点に着目したマスタワークが開示されている。そのマスタワークは、エア漏れを生じさせる調整溝に対して溝底から突き出すようにネジが設けられ、ネジの突出量に応じて隙間の大きさが調整可能な構成がとられている。

特開２０１７－０２４０９０号公報

工作機械は、繰り返しワーク加工が行われると、発生する切粉や飛び散るクーラントによって着座面が汚れて検出孔の状態が悪くなる。そのため検出孔から噴き出すエアの漏れ量が変化してしまうことがあるので、定期的に閾値の再設定が必要になる。しかし、閾値の設定作業では、検出孔とマスタワークの調整溝とを重ねるためマスタワークの取り付けには位相決めが必要であり、そうした作業は作業者によって煩わしい作業であった。また、着座面の汚れは加工内容によって異なるため閾値の再設定作業は頻繁に行われるものではいが、汚れの確認作業も煩わしく、次の再設定を行うまでの期間が長くなると忘れられやすい作業でもある。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、着座判定の閾値を自動で再設定する閾値設定システムを提供することを目的とする。

本発明に係る閾値設定システムは、ワークを把持する主軸チャックの着座面に検出孔が形成され、前記検出孔から流出するエアの漏れ量を流量測定器で測定する着座判定装置を備えた工作機械と、前記主軸チャックとの間でワークの受渡しを行うワーク自動搬送機と、前記主軸チャックに把持されることにより前記着座面に所定の隙間を生じさせる調整溝が形成されたマスタワークと、前記工作機械および前記ワーク自動搬送機に対して、前記検出孔を前記調整溝に合わせる位相決め処理、前記主軸チャックに前記マスタワークの受け渡しを行う受渡し処理および、前記流量測定器により測定された漏れ量を基に着座判定のための閾値を算出する閾値算出処理を実行する制御装置と、を有する。

前記構成によれば、ワーク自動搬送機によって調整溝に対して検出孔の位相を合わせる位相決めが行われた主軸チャックにマスタワークの受け渡しが行われ、その検出孔に向けてエアが供給されることによりエアが放出されて所定量のエア漏れが生じ、その漏れ量が流量測定器によって測定されるため、測定された所定の漏れ量を基に着座判定のための閾値が自動で算出および設定される。

工作機械の内部構造を示した側面図である。工作機械に対するワーク自動搬送機のワーク受け渡し時の状態を簡略化して示した図である。着座判定装置の構成を簡略化して示した図である。主軸チャックの着座面を示した図である。マスタワークを示した斜視図である。マスタワークを配置するためのマスタ置台を示した斜視図である。工作機械の制御システムを表すブロック図である。閾値設定プログラムの実行におけるフローチャートを示した図である。

本発明に係る閾値設定システムの一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、工作機械の内部構造を示した側面図である。工作機械１は、車輪を備えた可動ベッド２の上に組み付けられ、ベース３の上に敷設されたレールに沿って前後方向（Ｚ軸方向）への移動が可能になっている。工作機械１は、エンドミルやドリルなどの回転工具、或いはバイトなどの切削工具を備える工具台１１を有し、その工具台１１の旋回割出しが可能なタレット装置４が設けられている。

工作機械１は、可動ベッド２の上に主軸装置５が搭載され、ワークを把持する主軸チャック１２が回転可能な構成を有している。工作機械１は、主軸と平行なＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動装置６と、機体上下方向であるＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動装置７とによってタレット装置４が移動する２軸旋盤である。Ｚ軸駆動装置６およびＸ軸駆動装置７は、摺動可能なＺ軸スライド１３又はＸ軸スライド１４を有し、サーボモータの回転出力をボールネジ機構によって直進運動に変換させるよう構成されている。

工作機械１は、加工室１０を構成する機体カバー１５に加え、機体前面部には開閉可能な前カバー１６が設けられている。工作機械１は加工機械ラインを構成する他の作業機と同様にモジュール化されたものであり、複数の前カバー１６が機体幅方向に並べられることによりワーク搬送空間２０が形成される。ワーク搬送空間２０には図２に示すように、ワークＷの受け渡しを行うワーク自動搬送機８が組み込まれている。図２は、工作機械１に対するワーク自動搬送機８のワーク受け渡し時の状態を簡略化して示した図である。

ワーク自動搬送機８は、走行台２１を移動させる走行装置１８と、走行台２１に搭載されたワーク搬送ロボット１９とによって構成されている。ワーク搬送ロボット１９は、上腕部材２３と前腕部材２５による形態が、第１関節機構２４および第２関節機構２６の駆動によって変化するよう構成されている。具体的には、上腕部材２３と前腕部材２５とが折り畳まれて起立したコンパクトな移動姿勢と、図示するように前傾して伸びた作業姿勢とに変形可能になっている。ワーク自動搬送機８は、ワーク搬送ロボット１９の先端部にはチャック機構を備えたロボットハンド２７が組み付けられ、ワークＷの把持及び解放が可能になっている。

ワーク搬送ロボット１９は、機体カバー１５のスライド扉が開くことにより加工室１０内にまで進入し、主軸チャック１２に対するワークＷの受け渡しが行われるようになっている。工作機械１は、受け取ったワークＷが主軸チャック１２によって適切に把持されているか否かを判断する着座判定装置が設けられている。図３は、工作機械１に設けられた着座判定装置１７の構成を簡略化して示した図であり、図４は、主軸チャック１２の着座面を示した図である。着座判定装置１７は、主軸チャック１２の着座面３１に、１２０度の間隔で同一円周上の３箇所に検出孔３２が形成されている。３つの検出孔３２にはエア供給管３３を介してコンプレッサなどのエア供給源３４が接続されている。そして、そのエア配管３３には、電磁開閉弁３５、圧力制御弁３６および流量測定器３７が順に接続されている。

着座判定装置１７は、エア供給源３４からエア配管３３へ送り込まれたエアが所定圧で主軸チャック１２へと流れ、アンクランプ状態では検出孔３２から放出されている。その主軸チャック１２にワーク搬送ロボット１９からワークＷが受け渡しされると、検出孔３２が塞がれてエアの流れが遮断される。ただし、僅かな隙間が生じている場合にはエア漏れが生じる。着座判定装置１７は、その漏れ量が流量測定器３７によって測定され、測定値が制御装置９へと送信され、予め設定されている閾値との比較によって着座判定が行われる。

工作機械１においてワークの加工が繰り返されると、加工室内で飛び散る切粉やクーラントが主軸チャック１２の検出孔３２にも付着し、エアの流れを妨げることによってエアの漏れ量にも変化が生じる。そうした場合でも安定して正確な着座判定が行われることが必要であり、定期的に漏れ量の変化に応じた閾値の再設定が必要になる。そこで本実施形態には、工作機械１やワーク自動搬送機８に対する制御によって閾値の再設定を可能にする閾値設定システムが構成されている。

閾値の設定は、主軸チャック１２の着座面３１に所定の隙間を生じさせるマスタワークＭＷが使用される。図４に示す着座面３１には一点鎖線で示すように、中心を合わせた状態でマスタワークＭＷがチャック爪によって把持される。図５は、そのマスタワークＭＷを示した斜視図である。マスタワークＭＷは、円柱形状部材の中心に位置決め孔４１が形成され、軸方向端面には１８０度離れた位置に位置決め孔４１から径方向に外径端まで延びた第１調整溝４３と第２調整溝４４とが形成されている。更に、マスタワークＭＷが取り扱われる際の位相を一定にするため、位置決め孔４１から離れた位置に位相決め孔４２が形成されている。

第１調整溝４３および第２調整溝４４は、ワークが主軸チャック１２に把持されて着座面３１に当てられた際の隙間を仮想的に作り出すものである。両者は溝深さが異なっており、第１調整溝４３は、ワークが着座した場合に許容できる隙間を生じさせる浅いＯＫ溝であり、例えば深さは０．０３ｍｍ程度である。第２調整溝４４は、着座エラーと判断される隙間を生じさせる深いＮＧ溝であり、例えば深さは０．０５ｍｍ程度である。第１調整溝４３および第２調整溝４４は、適切な着座と判断する漏れ量（閾値）を求める場合に、着座面３１に３つある検出孔３２に対して順番に重ねられる。そのためマスタワークＭＷは、主軸チャック１２に対して一定の位相状態で把持される必要がある。

ここで、図６は、マスタワークＭＷを配置するためのマスタ置台４５を示した斜視図である。マスタ置台４５は、平板４６の上に位置決めピン４７と位相決めピン４８とが突き立てられている。位置決めピン４７は、マスタワークＭＷの位置決め孔４１に対応した径の円柱部材であり、位相決めピン４８は、位相決め孔４２に対応した径の円柱部材である。位置決めピン４７と位相決めピン４８は、マスタワークＭＷの位置決め孔４１と位相決め孔４２の位置関係が一致するように形成されている。

図６に示すように、マスタワークＭＷは、位置決め孔４１が位置決めピン４７に嵌るように、そして位相決め孔４２が位相決めピン４８に嵌るようにしてマスタ置台４５に置かれる。マスタ置台４５は、例えばワーク搬送ロボット１９が移動するワーク搬送空間２０の途中や、ラインのワーク入力部あるいは出力部など、ワーク搬送ロボット１９の移動範囲内に設けられている。そのため、ワーク搬送ロボット１９が任意のタイミングでマスタワークＭＷを取り出すことによって、工作機械１などの着座判定装置１７に対して閾値の設定を自動で行うことが可能になっている。

加工機械ラインは、工作機械１など複数の作業機と、各作業機にワークを搬送するワーク自動搬送機８とが設けられ、図１に示す工作機械１の制御装置９など作業機側の制御装置とワーク自動搬送機に設けられた制御装置に、指令信号のやり取りを可能にする制御通信網が構築されている。本実施形態の閾値設定システムは、工作機械１の制御装置９に閾値設定プログラムが格納され、工作機械１およびワーク自動搬送機８の駆動制御によって閾値の設定が実行されるものである。

図７は、工作機械１の制御システムを表すブロック図である。制御装置９は、ＣＰＵ５１のほかにＲＯＭ５２やＲＡＭ５３、不揮発性メモリ５４といった記憶装置などを備えたコンピュータを主体とするものであり、Ｉ／０５５を介してタレット装置４、主軸装置５、Ｚ軸駆動装置６、Ｘ軸駆動装置７および着座判定装置１７などの各駆動部に接続されている。また、工作機械１は、作業情報や操作画面などの表示のほか、作業者による設定値の入力などが可能な操作表示装置５８が機体前面に取り付けられ、それが制御装置９に接続されている。そして、制御装置９には、各種加工に関する加工プログラムやワークの種類、工具や治具に関するワーク加工情報などが記憶部に格納されている。特に、本実施形態には閾値設定プログラムが格納されている。

図８は、閾値設定プログラムの実行におけるフローチャートを示した図である。閾値の再設定は、例えば月に１回の頻度で行われるようにカレンダ機能に連動して設定日に自動で起動するようプログラムされている。また、加工内容によって主軸チャック１２の汚れ方は異なるため、作業者が操作表示装置５８のスタートボタンを押して、任意のタイミングで閾値設定プログラムを起動させることができるようにもなっている。

閾値設定プログラムの起動により、先ずワーク自動搬送機８ではワーク搬送ロボット１９によってマスタ置台４５からマスタワークＭＷが取り出される（Ｓ１０１）。また、工作機械１では主軸チャック１２の検出孔３２の位相決めが行われる（Ｓ１０２）。マスタ置台４５上のマスタワークＭＷは一定状態であり、主軸チャック１２では、その状態で搬送されるマスタワークＭＷに対して位相決めが行われる。そして、ワーク搬送ロボット１９と主軸チャック１２との間でマスタワークＭＷの受け渡しが行われると、図４に示すように第１調整溝４３と第２調整溝４４とが位置し、３つの検出孔３２の一つがＮＧ溝である第２調整溝４４に重ねられる（Ｓ１０３）。

３つの検出孔３２からは常時エアが噴き出しているが、第２調整溝３３に重ねられた第１の検出孔３２からエアが漏れる一方で他の検出孔３２は塞がれている。このような状況での漏れ量が流量測定器３７によって測定され、第１の検出孔３２における測定値ＮＧ１として制御装置９の記憶部に格納される（Ｓ１０４）。その後、ワーク搬送ロボット１９によって主軸チャック１２からマスタワークＭＷが取り外され（Ｓ１０５）、３つの検出孔３２に対する漏れ量の測定と格納が終了したか否かが確認される（Ｓ１０６）。まだ１つ目の検出孔３２であるため（Ｓ１０６：ＮＯ）、ステップＳ１０２に戻り、主軸チャック１２が１２０度回転し、第２の検出孔３２がＮＧ溝である第２調整溝４４に重ねられるようにした位相決めが行われる。

そして、ステップＳ１０３－Ｓ１０６が繰り返される。すなわち、主軸チャック１２にマスタワークＭＷが受け渡しされ、第２調整溝３３に重ねられた第２の検出孔３２から噴き出すエアの漏れ量が測定され、その測定値ＮＧ２が記憶部に格納される。その後、主軸チャック１２からマスタワークＭＷが取り外され、第２の検出孔３２に対する処理であることが確認されステップＳ１０２に戻る（Ｓ１０６：ＮＯ）。次に、第３の検出孔３２についてもステップＳ１０３－Ｓ１０６が繰り返され、その漏れ量の測定値ＮＧ３が測定され記憶部に格納される。ＮＧ溝に対する３つ目の検出孔３２の処理が終了することにより（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、ＯＫ溝に対する処理へと移行する。

続いて、ＯＫ溝に対する処理もＮＧ溝と同様に行われる。先ず主軸チャック１２は、第１番目の検出孔３２が図４に示すＯＧ溝の第１調整溝４３に重ねられるように位相決めが行われ（Ｓ１０７）、そこにワーク搬送ロボット１９からマスタワークＭＷの受け渡しが行われる（Ｓ１０８）。検出孔３２からは第１調整溝４３を通してエアが噴き出しているため、第１の検出孔３２について漏れ量が測定され、その値が測定値ＯＫ１として記憶部に格納される（Ｓ１０９）。その後、主軸チャック１２からマスタワークＭＷが取り外され（Ｓ１１０）、３つある検出孔３２に対する漏れ量の測定と格納が終了したか否かが確認される（Ｓ１１１）。

第３の検出孔３２に対する処理が行われるまで（Ｓ１１１：ＮＯ）、ステップＳ１０７－Ｓ１１１が第２、第３の検出孔３２について順番に繰り返され、それぞれの漏れ量が測定値ＯＫ２，ＯＫ３として記憶部に格納される。そして、ＯＫ溝に対する３つ目の検出孔３２の処理が終了することにより（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、次の式に基づいて閾値の算出が行われる（Ｓ１１２）。閾値ＴＨは、３つの検出孔３２のＮＧ溝とＯＫ溝における漏れ量の平均値を、ＮＧａ＝（ＮＧ１＋ＮＧ２＋ＮＧ３）／３、ＯＫａ＝（ＯＫ１＋ＯＫ２＋ＯＫ３）／３とした場合に、閾値はＴＨ＝ＯＫａ＋（ＮＧａ＋ＯＫａ）／２によって求められる。すなわちＮＧ溝とＯＫ溝における漏れ量の中間の値が閾値ＴＨとして設定される。

閾値設定処理を終えたマスタワークＭＷはマスタ置台４１へと戻される。ロボットハンド２７で把持したマスタワークＭＷは、主軸チャック１２へ取り付ける場合と同じ状態、つまり第１調整溝４３と第２調整溝４４の位置が同じである。従って、そのままマスタ置台４５へと戻すことにより、マスタワークＭＷは、常に図６に示すように位置決め孔４１が位置決めピン４７の位置に合わせられ、位相決め孔４２が位相決めピン４８の位置に合わせされる。

よって、本実施形態によれば、制御装置に格納された閾値設定プログラムに従って工作機械１とワーク自動搬送機８の制御によって自動で着座判定装置１７に対する閾値の設定が可能になる。そのため、作業者が行う煩わしい作業を省くことができ、実行時期を入力することにより、定期的に閾値の再設定が行われるため常に安定した閾値によって着座判定が行われる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、閾値の再設定について説明したが、例えば検出孔３２を清掃した後に行う最初の設定を、作業者が操作表示装置５８のスタートボタンを押すことにより閾値設定プログラムを起動させて実行することが可能である。

１…工作機械８…ワーク自動搬送機１２…主軸チャック１７…着座判定装置３１…着座面３２…検出孔３７…流量測定器４１…位置決め孔４２…位相決め孔４３…第１調整溝４４…第２調整溝４５…マスタ置台４７…位置決めピン４８…位相決めピンＭＷ…マスタワーク

Claims

ワークを把持する主軸チャックの着座面に検出孔が形成され、前記検出孔から流出するエアの漏れ量を流量測定器で測定する着座判定装置を備えた工作機械と、
前記主軸チャックとの間でワークの受渡しを行うワーク自動搬送機と、
前記主軸チャックに把持されることにより前記着座面に所定の隙間を生じさせる調整溝が形成されたマスタワークと、
前記工作機械および前記ワーク自動搬送機に対して、前記検出孔を前記調整溝に合わせる位相決め処理、前記主軸チャックに前記マスタワークの受け渡しを行う受渡し処理および、前記流量測定器により測定された漏れ量を基に着座判定のための閾値を算出する閾値算出処理を実行する制御装置と、
を有する閾値設定システム。
前記検出孔は、前記着座面の同一円周上に複数形成され、前記マスタワークは、ワークが着座した場合に許容できる隙間を生じさせる浅い第１調整溝と着座エラーと判断される隙間を生じさせる前記第１調整溝よりも深い第２調整溝とが形成された請求項１に記載の閾値設定システム。
前記制御装置は、複数の前記検出孔を前記第１調整溝および前記第２調整溝に対してそれぞれ順番に位相決めし、前記流量測定器により測定されたそれぞれの漏れ量を基に前記閾値を算出する請求項２に記載の閾値設定システム。
前記閾値算出処理は、前記第１調整溝に位相決めされた前記複数の検出孔のそれぞれに生じる漏れ量の第１平均値と、前記第２調整溝に位相決めされた前記複数の検出孔のそれぞれに生じる漏れ量の第２平均値とを算出し、前記第１平均値に前記第１平均値と前記第２平均値の平均を加算した値を閾値とする請求項２または請求項３に記載の閾値設定システム。
前記マスタワークは、円柱形状部材の中心に位置決め孔が形成され、前記位置決め孔から離れた位置に位相決め孔が形成された請求項１乃至請求項４に記載の閾値設定システム。
前記マスタワークの前記第１調整溝および前記第２調整溝は、軸方向端面の１８０度離れた位置に前記位置決め孔から径方向に外径端まで形成された請求項５に記載の閾値設定システム。
前記マスタワークは、前記位置決め孔と前記位相決め孔に対応する位置決めピンと位相決めピンとを備えたマスタ置台に嵌り合うように置かれ、前記マスタ置台は、前記ワーク自動搬送機によって前記マスタワークが取出し可能な任意の位置に配置された請求項５または請求項６に記載の閾値設定システム。