JP2005138259A - 工作機械の切屑搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 切屑生成速度に適合しながらチップコンベアの寿命を向上すること。
【解決手段】 ワークと工具とを少なくとも直交三軸方向に相対移動して前記工具により前記ワークを加工する工作機械のための切屑搬送装置が、前記ワークと工具との間の加工領域の下方部位と、前記工作機械の外部との間に延設されたヒンジベルト１９と、ヒンジベルト１９を駆動する駆動モータ２１と、単位時間当りの切屑生成量に応じて駆動モータ２１の回転速度を変更するチップコンベア制御装置３１とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工作機械で発生する切屑を受け入れ、機外へ搬送する工作機械の切屑搬送装置に関する。

ワークと工具とを相対移動して工具によりワークを加工する際、切屑が発生し、その切屑を受け入れて工作機械外へ搬送するチップコンベアは知られている。工作機械の加工室の下部に設置され、落下して来る切屑を受け入れて水平方向に搬送するもの、また、加工液とともに受け入れた切屑から液体を分離して切屑だけを回収するために、一旦高い位置まで切屑を持ち上げるもの、これらを組み合わせたもの等各種の形状のものがある。さらにその中で、切屑をスクレーパでかき出すもの、ヒンジベルトに載せて搬出するもの、回転するスクリューやスパイラルコイルで移動させるもの等各種の形式のものがある。スクレーパ、ヒンジベルト、スクリュー、スパイラルコイル等の切屑の搬送要素をモータ等の駆動手段で一定速度で駆動するチップコンベアが一般的である。せいぜい加工の開始、終了と連動してチップコンベアの駆動手段をオン、オフしている程度である。

特許文献１には、旋盤やフライス盤等のマシニングセンタによる金属切削加工にクーラントとして使用されて切粉を含んだ状態になった切削油等からカール状の切粉をヒンジベルトを用いたコンベアで濾過する濾過装置と、このヒンジベルトを用いた濾過装置と組み合わせた切屑搬送装置が開示されている。この切屑搬送装置では、ヒンジベルトは、減速装置を一体的に設けた駆動モータにより駆動されるようになっている。特許文献１には、該文献に開示された発明によって近年のマシニングセンタの加工速度の高速化に十分対応できる旨説明されているが、マシニングセンタの加工速度の高速化に対してヒンジベルトの速度を変化させることは記載されていない。
特開平９−３００１７１号公報

特許文献１にも記載されている通り、近時では工作機械の主軸性能が向上したたために、ワークの加工中に単位時間当りに生成される切屑の量（本明細書では単位時間当り切屑生成量と称する）は増大している。これを滞りなく処理するためにチップコンベアの切屑搬送速度を高める必要があるが、他方、切屑搬送速度を高めると、ヒンジベルト、チェーン、減速機等のチップコンベアの可動部の寿命が短くなる問題を生じる。

また、加工には切屑の多量に発生する荒加工や少量しか発生しない仕上げ加工があるが、通常、工作機械で想定される最大の切屑生成速度に合わせて切屑搬送速度が決定され、常にその速度でチップコンベアが駆動される。よって寿命の問題のみならず、エネルギの無駄も生じる。

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、近時の増大する切屑生成速度に適合しながら、チップコンベアの寿命を向上し、エネルギの無駄を少くした工作機械の切屑搬送装置を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するため本発明では、工作機械で発生する切屑を受け入れて機外へ搬送する工作機械の切屑搬送装置において、受け入れた切屑をスクレーパ、ヒンジベルト、スクリュ、スパイラルコイル等をモータで駆動して搬送するチップコンベアと、工作機械に入力される工具の送り速度及び切込み量から単位時間当りの切屑生成量を演算し、予め決められた単位時間当りの切屑生成量と前記チップコンベアのモータの回転速度との関係に基づき、前記演算した単位時間当りの切屑生成量に対応した前記モータの回転速度を求めて前記チップコンベアを駆動するチップコンベア制御手段とを具備する工作機械の切屑搬送装置が提供される。

チップコンベア制御手段により、工作機械に入力された加工情報から単位時間当りの切屑生成量が演算でき、演算した単位時間当りの切屑生成量に適合したモータの回転速度でチップコンベアが駆動される。従って、単位時間当りの切屑生成量が多い場合は速く、少い場合は遅くチップコンベアが駆動され、チップコンベアの寿命及び省エネルギの観点から好都合である。

本発明によれば、チップコンベア制御手段を設けたために、単位時間当り切屑生成量に適合させてチップコンベアの切屑搬送速度を変更可能となり、近時の増大する切屑生成速度に適合しながら、チップコンベアの可動部に無駄な負荷を与えないようにして寿命を向上可能となる。また、チップコンベアの駆動モータに無駄な仕事をさせないようにできるので、消費電力を抑制することも可能となる。

以下、図１を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１において、切屑搬送装置１１は、主軸２３を具備した工作機械と共に使用され、該工作機械においてワーク（図示せず）加工中に生成される切屑Ｃを工作機械の外部へ排出するためのチップコンベア１３を具備している。工作機械は、主軸２３の先端部に装着された工具（図示せず）を前記ワークに対して少なくとも直交三軸方向に相対移動させるための軸送り機構、前記工具とワークとの間の加工領域へ加工液を供給する加工液供給装置、自動工具交換装置、パレット交換装置等を含むマシニングセンタとすることができる。

チップコンベア１３は、前記加工領域の下側の空間、例えば前記ワークを固定するテーブルの下側の空間と、工作機械の外部に配設された切屑回収容器２５の上方空間との間で延設されており、ハウジング１５内において駆動スプロケット１７ａと従動スプロケット１７ｂとの間に張架されたヒンジベルト１９を具備している。ハウジング１５内には、また、ヒンジベルト１９を所定の移動経路に沿って延設するために複数のローラ（図示せず）が配設されている。ヒンジベルト１９は、例えば特許文献１に開示されており、互いにヒンジによりベルト状に連結された複数の金属プレートを具備している。

駆動スプロケット１７ａは、電源装置２７に接続された駆動モータ２１の出力軸（図示せず）に連結されており、駆動モータ２１が回転することにより、ヒンジベルト１９はその移動経路に沿って移動する。電源装置２７は、後述するチップコンベア制御装置３１からの指令信号を受信する入力インターフェース、駆動モータ２１へ電力を供給するための出力インターフェース、該出力インターフェースと駆動モータ２１との間を開閉するオンオフスイッチ、駆動モータ２１への電力の周波数を変調するインバータ等を含む。

切屑搬送装置１１は、また、電源装置２７のインバータを介して駆動モータ２１の回転速度を制御するチップコンベア制御装置３１を具備している。チップコンベア制御装置３１は、工作機械の主軸２３の駆動モータ（図示せず）、加工液供給装置、自動工具交換装置、パレット交換装置等を制御する機械制御装置内に組み込むことができ、少なくとも、主軸２３が回転しているか否かの情報、加工液供給装置が作動しているか否かの情報および加工条件に関する情報を得るための入力インターフェース並びに電源装置２７を制御するための出力インターフェースを形成するハードウェアと、それらの情報から切屑生成速度を演算し電源装置２７への指令を決定するための加工条件判断部３３を中核とするソフトウェアから構成される。

以下、本実施形態の作用を説明する。
チップコンベア制御装置３１が起動すると（ステップＳ１０１）、先ず、主軸２３が回転しているか否かを判断する（ステップＳ１０３）。主軸２３が回転している場合（ステップＳ１０３においてＹｅｓの場合）、制御フローはステップＳ１０９、Ｓ１１１へ移動し、加工条件判断部３３において、チップコンベア１３から見た現在の加工または次工程の加工の負荷が演算される。すなわち、加工条件判断部３３は、例えば、加工情報供給手段としてのＣＡＭ装置（図示せず）から加工プログラムを受け取り、該加工プログラムを分析して送り速度、切込み量等の加工情報を得て、それに基づき単位時間当りの切屑生成量を演算し、チップコンベア側からみた負荷の大きさを判断し、それに基づいて電源装置２７を介して駆動モータ２１の回転速度を制御する。

単位時間当りの切屑生成量は、エンドミルやフェースミルの場合は、工具の送り速度、半径方向切込み量及びｚ軸方向切込み量の積で演算され、ドリルの場合は、ドリル径から求まる断面積とドリルの送り速度の積で演算され、中ぐり工具の場合は、加工径と下穴径との差から求まる切削断面積と工具のｚ軸方向送り速度の積で演算される。そして、単位時間当りの切屑生成量に適合したモータ２１の回転速度との関係を予め記憶しておき、以下のステップで用いる。

より詳細には、演算された単位時間当りの切屑生成量が第１の所定値以上の場合（ステップＳ１０９においてＹｅｓの場合）に、加工条件判断部３３は「高負荷」と判断し、電源装置２７に対して高速運転指令を送出する。切屑生成速度が、第１の所定値より小さく（ステップＳ１０９においてＮｏの場合）かつ第２の所定値以上の場合（ステップＳ１１１においてＹｅｓの場合）加工条件判断部３３は「中負荷」と判断し、電源装置２７に対して中速運転指令を送出し、第２の所定値よりも小さい場合（ステップＳ１１１においてＮｏの場合）、加工条件判断部３３は「低負荷」と判断し、電源装置２７に対して低速運転指令を送出する。

電源装置２７は、チップコンベア制御装置３１からの制御指令に従い、モータ２１の回転速度を「高速運転」、「中速運転」、「低速運転」または「停止」とすべく、モータ２１へ供給する電力の周波数を変化させる。その間、ワークと工具との間の加工領域で発生する切屑Ｃは、加工液と共にチップコンベア１３のヒンジベルト１９へ落下する。主軸２３が回転している場合には、チップコンベア１３は作動しているので、ヒンジベルト１９に落下した切屑は、該ヒンジベルト１９の上面に堆積し、そこで加工液から分離される。ヒンジベルト１９は、その上面に堆積した切屑を工作機械の外部に配置された切屑回収容器２５の上方へ搬送し、そこで、ハウジング１５に形成された排出口１５ａから切屑回収容器２５内へ排出される。

本実施形態では、主軸２３が回転していない場合であっても、加工液供給装置が作動していたり、次工程の加工がドライ加工である場合には、チップコンベア１３を作動させて次工程の加工開始を待機する。すなわち、主軸２３が回転していない場合（ステップＳ１０３でＮｏの場合）、ステップＳ１０５で加工液供給装置が作動しているか否かを判断し、加工液供給装置が作動中である場合（ステップＳ１０５でＹｅｓの場合）、制御フローはステップＳ１０９、Ｓ１１１へ移る。加工液供給装置が作動していない場合（ステップＳ１０５でＮｏの場合）であっても、ステップＳ１０７において、現在の加工または次工程の加工が、加工液を使用しないドライ加工であるか否かを判断し、ドライ加工である場合（ステップＳ１０７でＹｅｓの場合）、制御フローはステップＳ１０９、Ｓ１１１へ移る。主軸２３および加工液供給装置が停止し、かつ、ドライ加工ではない場合（ステップＳ１０７でＮｏの場合）には、電源装置２７へ停止指令が送出される。

本実施形態では、チップコンベア１３としてリフトアップ形状のヒンジコンベアを例に挙げたが、水平搬送する形状のものでもよいし、スクレーパコンベア、スクリュコンベア、スパイラルコンベア等、他の形式のものでもよい。
また、単位時間当りの切屑生成量に適合したモータ２１の回転速度を高速、中速、低速の３段に分けたが、もっと多段に分けても良いし、無段階に変速制御可能にしても良い。

更に、チップコンベア制御装置３１はワーク材質（スチール、鋳物、アルミニウムなど）、及び工具種類（エンドミル、フェースミル、ドリル、中ぐりバイトなど）を取り込むことができ、ワーク材質や工具種類に応じた切屑形状による切屑の嵩の違いでモータ２１の回転速度を決めるようにしてもよい。この場合、ワーク材質や工具種類による係数を単位時間当りの切屑生成量に掛けた値で評価する。例えば鋳物の切屑は粉末状で嵩は小さいのでモータ２１の回転速度は比較的遅くてよい。しかしアルミニウムのエンドミル加工やスチールのドリル加工の切屑はカールしており嵩が大きいので、モータ２１の回転速度は速くなるように設定する。

本発明の好ましい実施形態による切屑搬送装置の概略ブロック図である。

符号の説明

１１…切屑搬送装置
１３…チップコンベア
１９…ヒンジベルト
２１…駆動モータ
２３…主軸
２７…電源装置
３１…チップコンベア制御装置
Ｃ…切屑

Claims (1)

1. 工作機械で発生する切屑を受け入れて機外へ搬送する工作機械の切屑搬送装置において、
   受け入れた切屑をスクレーパ、ヒンジベルト、スクリュ、スパイラルコイル等をモータで駆動して搬送するチップコンベアと、
   工作機械に入力される工具の送り速度及び切込み量から単位時間当りの切屑生成量を演算し、予め決められた単位時間当りの切屑生成量と前記チップコンベアのモータの回転速度との関係に基づき、前記演算した単位時間当りの切屑生成量に対応した前記モータの回転速度を求めて前記チップコンベアを駆動するチップコンベア制御手段と、
   を具備することを特徴とした工作機械の切屑搬送装置。

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