JPS603537B2 - Ａｔｃ付工作機械の工具チヤツキング制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＡＴＣ付工作機械における工具の自動着脱装置
に関し、工具のチャツキングミスを発見し再チャッキン
グを行う機能を付加させた工具チャツキング制御装置で
ある。

従来の自動工具着脱装置は、主軸に挿通させたドローイ
ングポルト（以下ドローバ）の後端に取付けたモータに
よりドローバを正逆転させ、、主軸テーパ穴に覗くドロ
ーバ先端の雄螺子が工具シャンクの雌螺子に螺合し、工
具ホルダを主軸テーパ穴に締結させるようにしている。

ところで、トローバの雄螺子が工具シャンクの雌螺子に
何らかの原因で螺合されず、工具ホルダが主軸に締結さ
れない事態が数１０の副１こ１回程度の割合で発生する
ことが知られており、このような場合には工具シャンク
の不完全縦付のため工具ホルダの落下事故をまねき、自
動工具交換装置の機能を十分に発揮させることが出来な
い。この対応策とし、雄螺子先端部の形状や螺子精度の
検討等各種の方法が実施されているが、いずれも完全な
ものではない。本発明は上述の如く、数１００回に１回
程度の割合で発生する工具の主軸とのチャツキングミス
に対して探知機能をもたせ、チャツキソグミスを生じた
とき再チャッキング動作を行わせ、再チャッキング動作
にも係わらずチャッキングミスが解消しないとき、チャ
ッキング動作を再三にわたって実行し、予め定めた所定
回数や所定時間を越えるとチャッキング不可能としてチ
ャッキング動作を停止させることを目的とするものであ
る。

本発明は上記目的を達成する最良の技術手段として、ド
ローバ・モータの負荷電流から工具シヤンクの締結状態
を検出し、即ち一定時間後のモータ負荷電流が過大とな
っていれば工具シャンク締結は完全であることを検出し
てチャッキング動作を終了し、また通常運転電流であれ
ば工具シャンク締結不良として検出し、ドローバ・モー
タを逆転させてドローバ先端雄螺子を工具シャンクの雌
螺子から引き離し、再びモータを正転させ両螺子を螺合
させるチャツキング動作を繰返すことによりチャッキン
グミスを解消させることに成功した。

そしてチャッキングミスに対する繰返し回数をプリセッ
トカウンタで設定するか限時タイマの設定時間内だけ動
作させ、これら再チャッキング設定器が動作するとチャ
ッキング不可能としてチャッキング動作を停止させ、、
ドローバ先端雄螺子の保護や工具ホルダの落下事故を未
然に防ぎ、不良工具の早期発見を可能とした。以下、本
発明装置を図面に示す実施例で説明する。

先ず、第１図の工作機械は自動工具交換装置を装備した
立形フライス盤Ｆで、主要部をベース１、コラム２、ニ
−３、サドル４、テーブル５、主軸頭６、主軸７及び主
軸駆動用モータＭｏで構成している。そして、ＴＭは多
数の工具ホルダＴを貯蔵する工具貯蔵マガジンであり、
ＴＡは主軸７にチャッキングされている工具ホルダＴ，
と工具貯蔵マガジンＴＭ内の工具ホルダＴとを交換する
工具交換アームである。１０は主軸頭６の頂部に戦遣さ
れた自動工具着脱装置で、第２図に見る如く主軸７内に
挿通させたドローバ８の頂端と連結し、ドローバ・モー
タＭ，の正転、逆転駆動によりドローバ８を正逆転させ
工具ホルダＴ，を主軸７のテーパ穴７ａと着脱する。

即ち、主軸のテーパ穴７ａ内に覗くドローバ８の先端雄
螺子８ａは、工具交換アームＴＡに捧持されてテーパ穴
７ａへ挿入される工具ホルダＴ，のシャンク１ １頂部
の雌螺子１１ａに第３図の如くアームＴＡの上昇で当援
される。これに続いて、ドローバ・モータＭ，の正転駆
動でドローバ８が正転して雄螺子８ａが雌螺子１１ａに
螺進し、第４図の如く工具ホルダＴ，のテーパ１ １を
主軸テーパ穴７ａへ引き込んで締結する。ところが、雄
螺子８ａが雌螺子１１ａに螺合できず空転を続けてチャ
ッキング所定時間を経過すると、第３図の状態のままド
ローバ８の回転が停止し、次に工具交換アームＴＡが工
具ホルダＴ，の握特を解放すると工具ホルダＴ，の落下
事故を発生させる。本発明の実施例はチャッキングミス
を生じるとチャッキング動作を繰返させることを要旨と
し、第５図に示すフローチャートで概容を説明する。

先ず、チャッキング命令はＮＣ装置から工具交換時に発
せられてドローバ・モータＭ，を起動する。第３図の如
く工具シャンク１１がテーパ穴７ａへ挿入されるとドロ
ーバ・モータＭ，の正転でチャッキング動作がはじまり
、チャッキングが成功したかどうかは所定時間後のドロ
ーバ・モータのカレントセンサによって検出される。チ
ャッキングが成功（ＹＥＳ）すれば、再チャッキング設
定器となるカウンタがリセツトされると共に再チャッキ
ングモードがクリアされる。一方、チャツキング不成功
（ＮＯ）は、タイマの設定時間（遅延時間）＄ｅｃ後の
モータ電流が正常値であることから検出され、再チャッ
キングに十１と計数されると共にチェンジアーム下降、
ドローバ逆転（０．５〜．瓜ｅｃ）され、チェンジアー
ムＴＡが水平旋回部の屈曲点ｂまで下降すると、スイッ
チの作動でチェンジ指令が発せられてチェンジアーム上
昇し、再びチャッキング動作が繰返されてモータＭ．を
正転させる。チャッキングの成功（ＹＥＳ）、不成功（
ＮＯ）は前回と同様にカレントセンサによって検出され
、不成功であれば再チャッキングが十２となって第３回
目のチャッキング動作に移るも、再チャッキングが十３
に計数されるとアラ−ム表示してチャッキング動作を停
止する。勿論、チャッキングが成功（ＹＥＳ）すれば工
具交換が終了し、主軸が回転して次工具へ移行する。尚
、再チャッキング設定器に限時タイマを用いれば、この
タイマが設定時間を経過するとアラーム表示し、チャッ
キング動作を停止する。上記フローチャートのチャッキ
ング動作を実行する第１実施例装置は第６，７図に示す
如くである。

先ず、本発明の中枢となる再チャツキング回路ＣＥは、
タイマＴｏとカウンタＣｏ及び３組のオア素子○，〜０
３とを備え、これらがＮＣ装置、ドローバ・モータ制御
回路ＭＣ、チェンジアーム制御回路ＡＣと有機的に結線
されて再チャッキング機能を発揮する。即ち、再チャツ
キング回路ＣＥ内のタイマＴｏの入力端イ及び２つのオ
ア素子０２，０３にはＮＣ装置とチェンジアームＴＡが
水平旋回部（ｂ〜ｃ）にくると検出するりミットスイッ
チほからのチヤッキング指令が送られるように結線され
ており、タイマＴｏはチャツキング指令の入力から＄ｅ
ｃ後にタイムアップ端口に出力し、これがリリース指令
となってドローバ・モータ制御回路ＭＣの逆転リレーＤ
Ｒを付勢させると共に、チェンジアーム下降指令として
チェンジアーム制御回路ＡＣを制御する。また、タイマ
丸のりセット端ハへのりセット信号は、ドローバ・モー
タ制御回路ＭＣのカレントセンサＣＳから出る隣合完了
信号ｉとして入力し、この噛合完了信号はタイマＴ。の
タイムアップ時間＄ｅｃよりも早く出力してリリース指
令、チェンジアーム下降信号を発信させない。更に、噛
合完了信号はオア素子○，への入力とＮＣ装置への加工
続行信号ｋ並びに再チヤッキング設定器であるカウンタ
Ｃｏのリセット端ハに結ばれたオア素子０３に入力し、
カウンタＣｏをリセットする。上記カウンタＣｏの入力
端イへの入力はタイマＴｏのタイムアップ端口からのタ
イムアップ信号ｔａによって行われる。リセットスイツ
チは，のＯＮ動作信号はオァ素子０２に入力してチェン
ジアーム制御回路ＡＣにチェンジアーム上昇指令を送る
と共に、チヤッキング指令をドローバ・モー夕制御回路
ＭＣに送ってモータＭ，の正転リレーＤＦを付勢させて
チャッキング動作を行わせる。このチャッキング動作と
同時にリセットされたタイマＴｏがリミットスイッチＬ
Ｓ，から信号を受けて再始動（時間測定）される。そし
て、カレントセンサＣＳから噛合完了信号ｉが発信され
ないままタイマＴｏからカウンタＣｏに３回のタイムア
ップ信号ｔａを送り込むと、このカウンタＣｏからカウ
ントアップ信号ｃａをその出力端口から出してアラーム
ランプＡＬを点灯する一方、ドローバ・モータ制御回路
ＭＣにモータ停止指令を送ると共にＮＣ装置にも停止指
令を発信する。尚、ドローバ・モータＭ，の正逆転リレ
ーＤＦ，ＤＲやカレントセンサＣＳの接続は、第７図の
ようになっている。即ち、モータＭ，の正転リレーＤＦ
はその後点ｆ・・・・・・が露路ａ，ｂ，ｃに介在され
、また逆転リレーＤＲはその接点ｒ…・・・が蚤路ａ〜
ｃの２線ａとｃとを入れ替え接続（相間功換）するよう
に分岐線ａ′，ｂ′，ｃ’に介在されている。またモー
タＭ，の過負荷電流は露路ａ〜ｃに近接されたカレント
コンバータＣＣによってピックアップされ、カレントセ
ンサＣＳによって電流値が検出され設定値１３を越える
と噛合完了信号ｊを出力する。次に、再チヤッキング設
定器であるプリセットカゥンタＣｏを限時タイマＴＬ，
に変更した再チャッキング回路ＣＥの第２実施例を第８
図で説明する。即ち、限時タイマＴＬはその入力端イへ
ＮＣ装置のチャツキング指令を入力させてこの指令でタ
イマＴＬ，の付勢（時間測定）を開始し、リセット端ハ
にはドローバ・モータ制御回路ＭＣからの噛合完了信号
ｉを入力させてこの指令でタイマＴＬ，の付勢（時間測
定）を中止させるように構成する。そして、限時タイマ
ＴＬはこの付勢から出力機口にタイムアップ信号ｔｂを
出力するまでの遅延時間（設定時間）を、再チャッキン
グ動作をたとえば３回繰返す時間（１回当り６〜７ｓｅ
ｃであるからこの３倍の２１ｓｅｃ）に時間設定される
。上記限時タイマＴＬ，の出力端口はアラームランプＡ
Ｌとモータ停止指令のオア素子０．及びＮＣ装置の停止
指令として結線されている。従って「工具ホルダＴ，の
チャッキング動作が開始されてからタイマＴＬ，がタイ
ムアップ信号功を出力するまでの設定時間（２１ｓｅｃ
）を経過しても再チャッキング動作を繰返していると、
タイマＴＬは噛合完了信号ｊによってリセットされず、
タイムアップ信号ｔｂを出力する。これで、タイムアッ
プ信号功がアラームランプＡＬを点灯すると共にドロー
バ・モータ制御回路ＭＣにモータ停止指令として入力し
てモータＭ，を停止させ、またＮＣ装簿に停止指令とし
て送り込まれ再チャツキング運転を完全停止する。勿論
、タイマＴＬ．の設定時間内に付勢されているタイマＴ
Ｌ，がドローバ・モータ制御回路ＭＣからの噛合完了信
号ｉを受けるとりセットされる。これで、タイマＴＬ，
は付勢を停止して出力端口にタイムアップ信号ｔｂが出
力されず、ＮＣ装置の運転を続行する。上記の如く、限
時タイマＴＬを再チャッキング設定器としているときは
、工具ホルダＴ，の再チャッキング回数の設定を再チャ
ッキング時間の倍数によって定めるが、プリセットカウ
ンタＣｏによる直接的な回数設定と本質的には同一動作
をしているといえる。

尚、上記第２実施例において、他の回路構成は第６図に
示す第１実施例と同一であるから、同一符符号を符して
構成の説明を省略した。本発明のチャッキング制御装置
は上述のように構成されており、以下その作用をプリセ
ットカウンタンタＣｏを使用した第１実施例で説明する
。

今、第１，２図に示すよう工具交換のために、工具交換
アームＴＡに樫持された新しい工具シャンク１ １が主
軸７のテーパ穴７ａへ差し入れられる体勢となる。この
ときよりも早い時期の工具交換時にＮＣ装置からチャッ
キング指令が再チャッキング回路ＣＥに出力する。これ
で、カウンタＣｏがリセットされて零となると共に、＄
ｅｃにセットしたタイマＴｏが秒続みをはじめ、更に再
チャッキソグ回路ＣＥからはチャツキング指令がドロー
バ・モータ制御回路ＭＣに送られて正転リレーＤＦの村
勢でモータＭ，を正転起動し、チェンジアーム上昇指令
がチェンジアーム制御回路ＡＣに送られてア−ムＴＡが
上昇する。而して、第３図に見るように工具ホルダＴ，
のテーパ頂部の雌螺子１１ａが正転するドローバ８の先
端雄螺子８ａに当綾し、ここで両者８ａ，１１ａの螺合
がはじまる。この結果、第４図のようにド。ーバの雄螺
子８ａが工具シャンク１１の雌螺子１１ａに十分螺入す
ると工具シャンク１１はテーパ穴７ａに締結隊着され、
モータＭ．は過負荷電流を流した状態で回転が拘束され
る。上記ドローバ・モータＭ，の起動から過負荷電流状
態に至るまでの過度現象を第９図に示す。即ち、モータ
Ｍ，の起動時に大きな起動電流１，が流れてチャッキン
グ動作中の定常電流１２となり、工具が締結される時点
ｔ，からモータＭ，の回転が停止されて過負荷電流ｌｏ
が流れはじめ、らの時間後にカレントセンサＣＳで設定
した設定電流値１３を越える。ｔ３＝＄ｅｃよりも早く
カレントセンサＣＳから発信する噛合完了信号ｊはタイ
マＴｏをリセットする一方、カウソタＣｏもリセットす
る。また噛合完了信号はモータ停止指令となってドロー
バ・モー夕制御回路ＭＣの正転リレーＤＦを消勢してモ
ータＭ，を停止すると共にＮＣ装置に加工続行信号ｋと
なって送り込み、これでアームの把持爪を閉口して主軸
７を駆動する。上記チャッキング動作は、円滑に工具シ
ャンク１１が主軸７に締結された場合であったが、以下
工具シャンク１１が主軸７に締結されないときの作用を
説明する。

即ち、チャッキング動作中の定常電流１２が噛合完了信
号が発信される時間ｔ２（約Ｓｅｃ）を経過しても保た
れている場合には、工具ホルダＴ，はドローバ８と一体
になって回転しているのでありタイマＴｏは設定時間ｔ
３（Ｓｅｃ）でタイムアップ信号ｔａを出力する。上記
信号がドローバ・モータ制御回路ＭＣへのＩＪリース指
令となって逆転リレーＤＲを付勢してモータＭ，（ドロ
ーバ８）をし＝０．５〜ｌｓｅｃ間逆転させると同時に
、タイムアップ信号はチェンジアーム下降信号となって
チェンジアーム制御回路ＡＣを作動させ、工具ホルダＴ
，を櫨持した工具交換アームＴＡを降下させる。またカ
ウンタＣｏに入力して十１を加算する。これで、ドロー
バ８の先端雄螺子８ａと不完全に噛合した工具シャンク
１ １の雌螺子１ １ａがドローバ先端から分離され、
やがて工具交換アームはＩＪミットスイッチＬＳ，をＯ
Ｎ動作する。上記期間のモータＭ，の負荷電流変化は、
第９図の鎖線に示すようになる。即ち「逆転リレーＤＲ
の付勢でモータＭ，は逆転し、その起動電流が鎖線の如
く逆方向に流れ、続いて定常電流となり、ｔ４＝０．５
〜１．＄ｅｃ後にはリミットスイッチは，のＯＮ動作で
チヤッキング指令がドローバ・モータ制御回路ＭＣの逆
転リレーＤＲを消勢してモータ電流が短時間ｔ５だけ零
となる。リミットスイッチは，のＯＮ動作でドローバ・
モータ制御回路ＭＣが正薮リレーＤＦを付勢してモータ
Ｍ，を正転起動する一方、タイマＴｏの作動（秒読）を
開始すると共にチェンジアーム制御回路ＡＣが工具交換
アームＴＡを上昇させる。これで、第２回目の再チャッ
キング動作がはじまり、再び第３図に見るようテーパ項
部の雌螺子１１ａが正転するドローバ８の先端雌螺子８
ａに当接し、両者１１ａ，８ａの噛合がはじまる。ここ
で、第４図のように両者１１ａ，８ａの螺合が完了して
モータＭ，に過負荷電流が流れると、カレントセンサＣ
Ｓで定めた設定値１３を越えたところでカレントセンサ
から噛合完了信号ｉが出力され「 これがモータＭ，の
停止指令となってモータＭ，を停止する一方、作動中（
秒講中）のタイマＴｏと十１に計算されているカリンタ
Ｃｏを各々リセットし、ＮＣ装置に加工続行信号ｋとな
って送り込まれる。上記モータＭ，の起動から過負荷電
流らとなるまでの電流変化は、第９図の右側に示すよう
前回とまったく同様の曲線となる。ところが、再び両者
１１ａ，８ａの螺合が不完全のままタイマＴ。

の設定時間ｔ３（Ｓｅｃ）を過ぎると、タイムアップ信
号ｔａが出力してドローバ・モータ制御回路ＭＣの逆転
リレーＤＲを付勢してモータＭ，を逆転させる一方、チ
ェンジアーム制御回路ＡＣの作動でアームＴＡを降下さ
せ「カゥンタＣｏを十２に加算される。これで、ドロー
バ先端雄螺子８ａに不完全に螺合又は螺合できず当授し
たままの工具シャンク１１の雌螺子１１ａが分離され、
、アームＴＡの降下でリミットスイッチＬＳ，が２回目
のＯＮ動作をする。この信号でタイマＴｏがリセットさ
れて秒読みをはじめ、更にチェンジアームＴＡを上昇駆
動すると共にモータ制御回路ＭＣでモータＭ，を正転す
る。以上の動作で３回目の工具シャンク１１を主軸のテ
ーパ穴へ締結するチャッキング作用がはじめられ、今回
もタイマＴｏのタイムアップ時間内（虫ｅｃ）にカレン
トセンサＣＳから噛合完了信号ｉが出されないと、タイ
ムアップ信号ｔａで十３に加算されるカウンタＣｏから
タイムアップ信号Ｃａが出力する。このタイムアップ信
号でアラームランプＡＬを点灯すると共にドローバ・モ
ータ制御回路にモータ停止指令としてモー夕Ｍ，を停止
し、更にＮＣ装置に停止指令として発信し「チェンジア
ームＴＡは第３図の如く損持した工具ホルダＴ，をテー
パ穴７ａへ挿入させた状態で停止される。以上のように
ドローバエ臭シャンク！１が完全噛合されないと、チャ
ッキング動作を数回（上記実施例では３回であるが適宜
回数にしてもよい）にわたって繰返させ、再チャッキン
グ動作によって完全噛合を行わせるように作用させるの
であり、所定回数作用させても完全噛合されないときに
チャッキング並びにＮＣ装置の動作を停止する。

尚、上記２つの実施例では工具交換時にＮＣ装置からチ
ャッキング指令を再チャッキング回路ＣＥへ送るように
結線されているが、この結線を省略してもよい。この場
合においては、再チャッキング回路ＣＥへの最初のチャ
ツキング指令は、ＮＣ装置が発する工具交換指令で作動
をはじめるチェンジアームＴＡの水平旋回部（ｂ〜ｃ）
への上昇でＯＮ作動するりミットスイッチＬＳ，からの
チャツキング指令である。本発明によるときはドローバ
を正逆転させるドローバ・モータ制御回路には工具シャ
ンク締結時の過負荷電流を検出して噛合完了信号を出力
するカレントセンサを設け、再チヤツキング回路にはチ
ヤツキングのタイムアップ信号を出力するタイマと所定
のチャッキング動作を繰返させる再チャッキング設定器
とを設け、タイマで設定したタイムアップ時間内にカレ
ントセンサから噛合完了信号が出力するとき再チャッキ
ング設定器をリセットすると共にＮＣ装置に加工続行信
号を送り、噛合完了信号が出力されないときタイムアッ
プ信号でドローバ・モ−タ制御回路及びチェンジアーム
制御回路に再チヤツキング指令を送り、噛合完了信号が
出力するか又は再チャッキング設定器で定めた設定回数
までチャッキング動作を繰返すように構成したから、ド
ローバの雄螺子が工具シャンクの雌螺子に何らかの原因
で螺合されず、工具が主軸に締結されない事態が数１０
０回に１回程度で発生していたチャッキングを解消させ
ることができ、これにより、工具シャンクの不完全締結
による工具シャンクの落下事故を防ぎ、工作機械のＡＴ
Ｃ装置の機能を十分に発揮させる効果がある。

また、ドローバ先端雄螺子と工具シャンクの雌螺子の損
耗も早期に発見できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を装備したＡＴＣ付立形フライス盤
の斜視図、第２図は主軸頭の一部切欠断面図、第３図と
第４図は主軸テーパ穴への工具シャンクの締結状態を示
す断面図、第５図は本発明装置の作用を示すフローチャ
ート図、第６図は本発明再チャツキング回路を中心とし
た制御装置系の第１実施例を示すブロック線図、第７図
はドローバ・モータの結線図、第８図は第２実施例を示
すブロック線図、第９図はタイムチャート図である。 ６…主軸頭、７・・・主軸、７ａ・・・７ーパ穴、８・
・・ドローバ、８ａ・・・雄螺子、１０・・。 自動工具着脱装置、Ｔ．・・・工具ホルダ、１１…工具
シャンク、１１ａ・・・雌螺子、Ｍ，…ドローバ・モー
タ、Ｍ〇・・ドローバ・モータ制御回路、ＴＡ…工具交
換アーム、ＡＣ・・・チェンジアーム制御回路、ＣＳ・
・・カレントセンサ、ＣＣ．・・カレントコン／ゞ−夕
、ＮＣ．・・ＮＣ装置、ＣＥ・・…・再チャツキング回
路、Ｔｏ…タイマ、Ｃｏ…カウンタ、ＴＬ．・・・限時
タイマ、０，〜０３・・・オア素子、ＤＦ・・・正転リ
レー、ＤＲ…逆転リレー、ＬＳ，リミットスイッチ、Ａ
Ｌ…アラ−ムランプ、１．・・・起動電流、Ｚ…運転電
流（チャッキング電流）、１３・・・設定値電流「ち・
・・過負荷電流、ら・・・タイムアップ時間、ｉ・・・
噛合完了信号「 Ｘ・・・加工続行信号、ｔａ，ｔｂ…
タイムアップ信号、ｃａ・・・カウントアップ信号。菊
′図 多２図 策６図 第３図 多４鰯 第５図 第７図 猪８図 第０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ドローバを正逆転させるドローバ・モータ制御回路
   には工具シヤンク締結時の過負荷電流を検出して噛合完
   了信号を出力するカレントセンサを設け、再チヤツキン
   グ回路にはチヤツキングのタイムアツプ信号を出力する
   タイマと所定のチヤツキング動作を繰返させる再チヤツ
   キング設定器とを設け、タイマで設定したタイムアツプ
   時間内にカレントセンサから噛合完了信号が出力すると
   き再チヤツキング設定器をリセツトすると共にＮＣ装置
   に加工続行信号を送り、噛合完了信号が出力されないと
   きタイマのタイムアツプ信号でドローバ・モータ制御回
   路及びチエンジアーム制御回路に再チヤツキング指令を
   送り噛合完了信号が出力するか又は再チヤツキング設定
   器で定めた設定回数までチヤツキング動作を繰返すよう
   に構成したことを特徴とするＡＴＣ付工作機械の工具チ
   ヤツキング制御装置。