JP2010089226A - 長尺帯状ワークの機械加工システムと機械加工方法 - Google Patents

長尺帯状ワークの機械加工システムと機械加工方法 Download PDF

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Abstract

【課題】種類の異なる複数の長尺帯状ワークを同時に、かつ工具交換時間など非切削時間を最小にして機械加工することにある。
【解決手段】加工する種類の異なる4本のロータコイル番号が入力されると各コイル番号に該当する形状データと、各形状データに該当する加工箇所と工程データをもとに各加工箇所に形状タイプを割付けると共に加工箇所ごとに工程を割付ける第1の手段と、コイル置き位置・原点位置データに基づいて各形状タイプの原点からの位置を算出し、各形状タイプ及び工程を加工箇所ごとに一定長さに分割し、加工箇所ごとにこの加工工程を同一段取りで加工できるように並べ替える第2の手段と、この第2の手段により並べ替えられた工程順にNCプログラムを作成し、これをNC制御装置に転送する第3の手段とからなり、NC制御装置は、切削工具を作動させて長手方向に分割された4本のロータコイルを同一段取りで加工制御する。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えばタービン発電機に用いられるロータコイル等の長尺帯状ワークを加工するための長尺帯状ワークの機械加工システムと機械加工方法に関する。
例えば、タービン発電機に用いられるロータコイルは、通常、銅材からなる長尺で板厚の薄い帯状の被加工物(以下ワークと称する)を工作機械により加工して形成される。
図13(a)〜(c)は、ロータコイルを形成するためにワークWに施される通風用の孔加工(a)や冷却用の溝加工(b)、接続用の端部加工(c)の一例をそれぞれ示すものである。このようなワークの加工は、ワークを搬送する搬送装置の両側に孔加工、溝加工、端部加工等を行う加工機のほかに、バリ取りや仕上げ加工を行う加工機を複数台設置して行われる(例えば、特許文献1)。
ところで、図13(a)〜(c)に示すような孔、溝、端部は、様々な長さ、幅、溝深さのものがあり、加えて、孔や溝の位置も同じ箇所にはないものがほとんどであり、所謂ロット数の少ない多品種少量生産の部品である。
そのため、従来はこのようなワークを加工するには、ロータコイル材1本毎に加工種類に応じたNCプログラムを作成し、このNCプログラムを内蔵した制御装置により工作機械を制御して1本毎に機械加工を行っていた。
特開2001―310243
しかし、上記のように加工種類に応じて長尺の被加工物を1本毎に加工する方法では、ワークを工作機械への取付け、取外し作業を行う度にこの工作機械を停止したり、稼動させたりしなければならないため、多大な手間と時間がかかるという問題があった。
また、ワークを加工する際には、工作機械にワークを固定するためのクランプ装置(固定治具)によりクランプ(固定治具でワークを把持して固定)した状態で加工される。その時に、例えば、クランプ装置が図13(b)のA部に示すような溝出口部に位置するような場合には溝加工を一旦停止し、クランプ装置を溝出口部とは干渉しない位置に移動しなければならないため、作業効率の低下につながる問題があった。
さらに、溝加工を施す場合、溝深さ方向に浅い順に加工しないと、バリの発生等により品質が悪化すると一般的に言われており、そのため、場合によってはワークをかなり長い距離移動させて浅い溝を探しつつ作業を行う必要があり、被加工物の溝位置によっては効率的な加工手順を組めないという問題があった。
本発明は上記のような問題を解消するためになされたもので、種類の異なる複数のロータコイル等の長尺の被加工物を同時に加工可能にして、作業効率の大幅な向上を図ると共に、効率的な加工手順により溝加工時におけるバリの発生量を最小にすることができる長尺帯状ワークの機械加工システムと機械加工方法を提供することを目的とする。
本発明は上記の目的を達成するため次のような手段及び方法により長尺材を機械加工するものである。
本発明は、工作機械のテーブル上に並設して配置され、それぞれ異なる種類の加工が施される複数本の長尺帯状ワークを、前記工作機械の加工部にクランプ装置によりクランプした状態で、NC制御装置からのプログラムに基づき複数の工具類の中から選択され駆動される工具により所定の形状に機械加工する機械加工システムにおいて、これら複数本の長尺帯状ワークそれぞれに付された番号を選択して入力する入力手段と、前記長尺帯状ワークの番号に対応させて形状データ、加工箇所−工程データ及びワーク置き位置・原点位置データがそれぞれ記憶された記憶手段と、を備えるとともに、前記入力手段より前記長尺帯状ワークの番号が入力されると前記記憶手段より前記各長尺帯状ワークの番号に該当する形状データをそれぞれ読み取り、次いで各形状データに該当する加工箇所と工程データを抽出して各加工箇所に形状タイプを割付けると共に加工箇所ごとに工程を割付ける第1の手段と、この第1の手段により複数本の長尺帯状ワークに対して加工箇所の工程が割付けられると前記記憶手段よりワーク置き位置・原点位置データを抽出して各形状タイプの原点からの位置を算出し、各形状タイプ及び工程を加工箇所ごとに一定長さに分割し、加工箇所ごとにこの加工工程を同一段取りで加工できるように並べ替える第2の手段と、この第2の手段により並べ替えられた工程順にNCプログラムを作成し、これを前記工作機械側のNC制御装置に転送する第3の手段と、を備える演算手段とからなることを特徴とする。
また、本発明は、工作機械のテーブル上に並設して配置され、それぞれ異なる種類の加工が施される複数本の長尺帯状ワークを、前記工作機械の加工部にクランプ装置によりクランプした状態で、NC制御装置にからのプログラムに基づき複数の工具類の中から選択され駆動される工具により所定の形状に機械加工する長尺帯状ワークの機械加工方法において、前記複数本の長尺帯状ワークそれぞれに付された番号を選択して入力する第1のステップと、この第1のステップにより前記複数本の長尺帯状ワークの番号が入力されると各長尺帯状ワークの番号に該当する形状データと、各形状データに該当する加工箇所と工程データをもとに各加工箇所に形状タイプを割付けると共に加工箇所ごとに工程を割付ける第2のステップと、この第2のステップにより前記長尺帯状ワークに対して加工箇所の工程が割付けられるとワーク置き位置・原点位置データに基づいて各形状タイプの原点からの位置を算出し、各形状タイプ及び工程を加工箇所ごとに一定長さに分割し、加工箇所ごとにこの加工工程を同一段取りで加工できるように並べ替える第3のステップと、この第3のステップにより並べ替えられた工程順にNCプログラムを作成し、これを前記工作機械側のNC制御装置に転送する第4のステップと、を備えることを特徴とする。
本発明の長尺帯状ワークの機械加工システムと機械加工方法によれば、種類の異なる複数の長尺で板厚の薄い帯状の被加工物(ワーク)を同時に、かつ工具の交換時間など実際の加工に寄与しない非切削時間を最小にして機械加工することができ、作業効率が大幅に向上でき、さらに、溝深さ方向に順序を決めて加工することができるため、効率的に作業が進められるとともにバリの発生量も最小化することができる。
以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明による長尺帯状ワークの機械加工システムと機械加工方法により機械加工される被加工部材として、ロータコイルを一例とした平面図である。
図1に示すロータコイル11は、例えば幅35mm、厚さ8mm、長さ6000mmの長尺帯状の銅材に複数の種類(形状タイプ)に分類される溝形状、穴形状を有するもので、これらの溝や穴が機械加工される。
このロータコイル11の長手方向に対して加工箇所グループ毎に分けると、通風穴部グループ3と端部溝グループ2、端部段差グループ1があり、特に端部溝グループ2は図1に示す溝形状と穴形状の組合せのほか、10〜20種類の溝形状と穴形状の組合せがある。
なお、端部溝グループ2には、ロータコイルを後述する工作機械にクランプするための装置との干渉域4が生じる。
図2(a),(b)はロータコイルが工作機械の加工部にクランプされた状態を示す側面図及び平面図である。ここで、図中XY平面が地面とほぼ平行な平面、すなわち工作機械のテーブル面12であり、そのうちY軸がロータコイルの長手方向、X軸がテーブル面12の奥行き方向、Z軸がテーブル面12に対する高さ方向、をそれぞれ示す。一方、図3は工作機械によるロータコイルの加工状態を示す側面図である。
図2及び図3に示すように、4本のロータコイル11は工作機械のテーブル面12上にガイド13に沿って移動可能に配置される。一方、工作機械のテーブル面12には、その両端部近傍付近とその間の中央部分に、これら各ロータコイル11の適宜位置を把持して固定する5組のクランプ装置14が設置されている。 この場合、クランプ装置14をロータコイル11の加工部との干渉から回避させるため、一部のクランプ装置14は手動又は自動にてロータコイル11の長手方向(Y軸方向)に沿って移動できる構造になっている。また、クランプ装置14に対応させて図示しないワーククランプ位置検出装置が設けられ、常に夫々のクランプ装置14がテーブル面12のどの位置にあるかを把握できるようにしている。
このように構成されたテーブル面12を有する工作機械は、詳細を後述するNC装置15から送信されるプログラム制御により切削工具部16を作動させてロータコイル11を所定の形状に成形する。なお、図示した切削工具部16は一般的なNC工作機械のように、その先端部に取付けられる加工工具を穴あけ加工用ドリルや溝加工用エンドミル、等送信されるプログラムによって指定された工具に自動的に交換できるようになっている。
また、工作機械は、切削工具との干渉域のない位置にクランプ装置14の位置を示す指示情報手段を有している。
さらに、クランプ装置14は、上記指示情報手段より得られる指示情報をもとに、予め決められたワーク拘束位置へ自走する機能を有している。
なお、図3に示すように、ロータコイル11の全長は工作機械のテーブル面12の長手方向の長さよりもかなり長いため、テーブル面12の左右には補助テーブル120が設けられている。そして、補助テーブル120のロータコイル11が載置される部分には例えばローラのようにロータコイル11の長手方向の移動が自由にできる構造が設けられている。
図4は本発明による機械加工システムの構成を示すブロック図である。
図4において、機械加工システムは、制御の中心を担うメインCPUボード31を中心として構成されている。このメインCPUボード31は、プロセッサ、ROM、RAM等を1枚のボード上に搭載しており、バス32を介してハードデスク33、インターフェース34,35,36がそれぞれ接続されている。
ハードデスク33には、図5〜図8に示すような形状データテーブル、加工箇所−工程データテーブル、ワーク置き位置・原点位置データテーブル、バイス干渉域データテーブル等が格納されている。
インターフェース35は、加工するコイル番号の選定などの入力データを、例えばキーボード、タブレットなどから構成される入力装置38を介して入力する。
インターフェース36は、メインCPUボード31で作成されたNCプログラムをマシニングセンタ(MC)39のNC制御装置40に、また、ワーククランプ位置座標をマシニングセンタ(MC)39のワーククランプ位置検出装置42に出力する。
インターフェース34は、クランプ装置14との干渉域データ等を表示装置37に出力する。
ここで、ハードデスク33に格納される形状データテーブルは、図5に示すようにロータコイル1種類ごとの長さ、幅、厚さ、および各溝、穴形状のコイル端からの距離、溝・穴の幅、長さおよび深さが登録されている。
形状データテーブルには、各コイル番号51のコイル全長52、幅53、厚さ54等のデータの他、各溝・穴の基準位置からの距離、および溝幅、溝深さ等が形状タイプごとにそれぞれ1行に登録されている。なお、図5において、55は形状番号欄であり、56は各形状番号に対応する寸法値欄である。
また、ハードデスク33に格納される加工箇所−工程データテーブルは、図6に示すように加工形状ごとの加工箇所グループ、溝幅ごとの工程、使用する切削工具の種類が蓄積されたものであり、形状タイプごとに属する加工箇所グループとその番号、溝幅ごとに分けられる工程名、およびそれぞれの工程で使用する切削工具名(種類・工具径)が登録されている。
さらに、ハードデスク33に格納されるワーク置き位置・原点位置データテーブルは、図7に示すように各加工箇所グループの基準位置からの突出し寸法、及びNC加工する上で必要な原点寸法を記載したデータであり、各加工箇所グループの基準位置からの取付け位置(図中突出し寸法)、基準位置からの原点位置(原点寸法)が登録されている。
また、ハードデスク33に登録されるバイス干渉域データテーブルは、図8に示すように各形状タイプのバイス干渉域の数式が記載されたものであり、干渉域の有する形状タイプごとの干渉域の計算式が登録されている。なお、バイス干渉域とはそのとき使用している加工工具と、ロータコイル11の加工位置近傍に設置され加工時の振動等を抑えるためのクランプ装置14とが干渉する領域のことである。
次にこのように構成された機械加工システムによるロータコイルの機械加工データの作成手順について図9乃至図11に示すフローチャートに従って説明する。
まず、最初に入力装置38により選択した種類の異なる複数本のコイル番号に該当する形状データから加工工程を抽出するため、図9に示すような処理を行う。
図9において、入力装置38よりコイル番号を指定するとメインCPUボード31では、インターフェース35を介して入力されるコイル番号を読込み(ステップS1)、ハードデスク33からこのコイル番号に該当する図5に示す形状データテーブルを抽出して読込む(ステップS2)。
そして、図7に示すようなワーク置き位置・原点位置データテーブルからこの形状データに該当する加工箇所とNCプログラム等の基準位置となる原点位置を抽出する(ステップS3)。
次にこのコイル番号の形状データから図6に基づき標準加工箇所ごとに形状タイプを割付け(ステップS4)、続いてこの割付けられた形状タイプごとに工程を割付ける(ステップS5)。
これらステップS1〜ステップS5の手順をコイル4本分について行う。そして、ステップS6およびステップS7にて4本分の各加工箇所の工程が割付けられたか否かを確認し、全てが割付けられたことが確認されると一連の手順を終了すると同時に、その加工工程を抽出して図示しないメモリに記憶する。
次に、図9で処理された加工工程をメモリから読み出して加工工程の並べ変え、およびNCプログラムと使用する工具をリスト化したツーリングリストを生成するため、図10に示すような処理を行う。
まず、各形状タイプの原点からの位置を算出し(ステップS11)、次いで各形状タイプ、および工程を加工箇所ごとに一定長さに分割する(ステップS12)。続いて、加工箇所ごとに工具種類・径によって分類されている工具番号の小さい順に並べ替え(ステップS13)、さらにこの並べ替えた工程を溝深さが深い順に並べ替える(ステップS14)。
そして、並べ替えられた工程順にNCプログラムを作成し、工作機械に送信する(ステップS15)。また、並べ替えられた工程順にツーリングリストを作成する(ステップS16)。
次に、各形状の干渉域を計算し、表示装置37に出力すると共にワーククランプ位置検出装置42へ位置データを送信するため、図11に示すような処理を行う。
図8に示す干渉域の有する形状タイプごとの干渉域の計算式に基づき、各形状の干渉域を計算する(ステップS21)。次いで、計算された干渉域の基準位置からの距離を計算する(ステップS22)。そして、この計算された干渉域位置データを送信する(ステップS23)と同時に、表示装置37に表示する(ステップS24)。
上記の説明では、算出したバイス干渉域を表示装置37に表示し、作業者に指示するようにしたが、その指示をワーククランプ装置41に行い、自動的に非干渉域へクランプ装置を移動させるようにしても良い。また、同じ工具グループ内で最も距離の近い形状を見つけ出し、これを計算するようにしても良い。
このようにして作成されたNCプログラムがNC制御装置40に転送されると、このNC制御装置40は工作機械の切削工具を作動させて長手方向に分割された複数本のロータコイルを同一段取りで加工制御する。
図12は、本発明にて実施されるロータコイル機械加工法の概念図である。
図12に示すようにテーブル12上に配置され且つ加工箇所の工程が割付けられ且つ一定長さに分割された各形状タイプ及び工程を加工箇所ごとに加工工程を同一段取りで加工できるように並べ替えられた4本のロータコイル11a〜11dに対して、長さ方向に順に機械加工し、所定の形状を成形する。
すなわち、1回目の加工ではロータコイル11aと11cに対して、例えば通風穴形状の加工が施され、2回目の加工ではロータコイル11bと11dに対して、例えば通風穴形状の加工が施され、3回目の加工ではロータコイル11aと11cに対して、例えば端部溝形状の加工が施され、4回目の加工ではロータコイル11bと11dに対して、例えば溝形状の加工が施されという具合に長さ方向に順に機械加工し、所定の形状に成形される。
さらに、各回毎の加工を詳細にみると、上記したように1回目の加工では通風穴形状の加工を行っているが、この通風穴加工は工具番号の小さい穴径の小さいものから行うようにしてプログラムが構成されており、4回目の加工では溝幅の小さいもの、浅いものから順次幅の広いもの、深いものという順序で加工されるようにプログラムが構成されている。よって、工具交換回数が少なく、非加工時間の少ない効率的なプログラムで構成されているのである。
従って、このような機械加工システム及び機械加工方法によれば、種類の異なる複数の長尺帯状ワークを同時に、かつ工具交換時間など非切削時間を最小にして機械加工することができ、作業効率が大幅に向上でき、さらに、溝深さ方向に順序を決めて加工することにより、バリの発生量を最小化することができる。
なお、上記例では被加工物が4本の例で説明したが、工作機械のテーブル面が被加工物を5本、6本またはそれ以上並べることが出来れば、4本以上でも可能である。もちろん4本以下の2本3本でも可能であることは言うまでもない。
本発明による長尺材の機械加工装置により機械加工されるロータコイルの一例を示す平面図。 (a),(b)はロータコイルが工作機械の加工部にクランプされた状態を示す側面図及び平面図。 工作機械によるロータコイルの加工状態を示す側面図。 本発明による長尺帯状ワークの機械加工システムの第1の実施形態を示すブロック図。 同実施形態において、ハードデスクに格納される形状データの一例を示す図。 同実施形態において、ハードデスクに格納される加工箇所−工程データの一例を示す図。 同実施形態において、ハードデスクに格納されるワーク置き位置・原点位置データの一例を示す図。 同実施形態において、ハードデスクに格納されるバイス干渉域データの一例を示す図。 同実施形態において、形状データから加工工程を抽出するための処理手順を示すフローチャート。 同実施形態において、NCプログラムと使用する工具をリスト化したツーリングリストを生成するための処理手順を示すフローチャート。 同実施形態において、ワーククランプ位置検出装置へ位置データを送信するための処理手順を示すフローチャート。 本発明にて実施されるロータコイル機械加工法の概念図。 (a)〜(c)は、ロータコイルを形成するためにワークに施される通風用の孔加工や冷却用の溝加工、接続用の端部加工の一例をそれぞれ示す図。
符号の説明
1…端部段差グループ、2…端部溝グループ、3…通風穴部グループ、4…干渉域、11…ロータコイル、12…テーブル面、13…ガイド、14…クランプ装置、15…NC装置、31…メインCPUボード、32…バス、33…ハードデスク、34,35,36…インターフェース、37…表示装置、38…入力装置、39…マシニングセンタ、40…CNC、41…ワーククランプ装置、42…ワーククランプ位置検出装置、51…コイル番号、52…全長、53…幅、54…厚さ、120…補助テーブル

Claims (8)

  1. 工作機械のテーブル上に並設して配置され、それぞれ異なる種類の加工が施される複数本の長尺帯状ワークを、前記工作機械の加工部にクランプ装置によりクランプした状態で、NC制御装置からのプログラムに基づき複数の工具類の中から選択され駆動される工具により所定の形状に機械加工する機械加工システムにおいて、これら複数本の長尺帯状ワークそれぞれに付された番号を選択して入力する入力手段と、
    前記長尺帯状ワークの番号に対応させて形状データ、加工箇所−工程データ及びワーク置き位置・原点位置データがそれぞれ記憶された記憶手段と、を備えるとともに、
    前記入力手段より前記長尺帯状ワークの番号が入力されると前記記憶手段より前記各長尺帯状ワークの番号に該当する形状データをそれぞれ読み取り、次いで各形状データに該当する加工箇所と工程データを抽出して各加工箇所に形状タイプを割付けると共に加工箇所ごとに工程を割付ける第1の手段と、
    この第1の手段により複数本の長尺帯状ワークに対して加工箇所の工程が割付けられると前記記憶手段よりワーク置き位置・原点位置データを抽出して各形状タイプの原点からの位置を算出し、各形状タイプ及び工程を加工箇所ごとに一定長さに分割し、加工箇所ごとにこの加工工程を同一段取りで加工できるように並べ替える第2の手段と、
    この第2の手段により並べ替えられた工程順にNCプログラムを作成し、これを前記工作機械側のNC制御装置に転送する第3の手段と、
    を備える演算手段とからなる
    ことを特徴とする長尺帯状のワークの機械加工システム。
  2. 請求項1記載の長尺帯状ワークの機械加工システムにおいて、
    前記第2の手段は、記憶手段より読み出す加工箇所−工程データとして登録されている穴及び溝幅によって予め決められた工具を種類ごとにまとめた加工順序で加工できるように並べ替えることを特徴とする長尺帯状ワークの機械加工システム。
  3. 請求項1記載の長尺帯状ワークの機械加工システムにおいて、
    前記第2の手段は、前記工具が記憶手段より読み込んだ形状データに基づいた一の形状を加工後、次の形状を加工するために移動する距離が最小になるように、加工する順序を決めて並べ替えることを特徴とする長尺帯状ワークの機械加工システム。
  4. 請求項1記載の長尺帯状ワークの機械加工システムにおいて、
    前記第2の手段は、記憶手段より読み込んだ形状データに登録された溝の深さの順に順序を決めて加工できるように並べ替えることを特徴とする長尺帯状ワークの機械加工システム。
  5. 請求項1記載の長尺帯状ワークの機械加工システムにおいて、
    前記工作機械は、工具との干渉域のない位置に前記クランプ装置の位置を示す指示情報手段を有することを特徴とする長尺帯状ワークの機械加工システム。
  6. 請求項5記載の長尺帯状ワークの機械加工システムにおいて、
    前記クランプ装置は、前記指示情報手段より得られる指示情報をもとに、予め決められたワーク拘束位置へ自走する機能を有することを特徴とする長尺帯状ワークの機械加工システム。
  7. 請求項1記載の長尺帯状ワークの機械加工システムにおいて、
    前記記憶手段に各形状タイプのバイス干渉域データが記憶され、
    前記第1の手段により割付けられた各加工箇所の形状タイプに対して前記記憶手段に記憶されたバイス干渉域データを基に基準位置からの干渉域を求め、この干渉域位置データを表示部又は加工機械側に設けられたワーククランプ位置検出装置へ送信する第4の手段を備えたことを特徴とする長尺帯状ワークの機械加工システム。
  8. 工作機械のテーブル上に並設して配置され、それぞれ異なる種類の加工が施される複数本の長尺帯状ワークを、前記工作機械の加工部にクランプ装置によりクランプした状態で、NC制御装置にからのプログラムに基づき複数の工具類の中から選択され駆動される工具により所定の形状に機械加工する長尺帯状ワークの機械加工方法において、
    前記複数本の長尺帯状ワークそれぞれに付された番号を選択して入力する第1のステップと、
    この第1のステップにより前記複数本の長尺帯状ワークの番号が入力されると各長尺帯状ワークの番号に該当する形状データと、各形状データに該当する加工箇所と工程データをもとに各加工箇所に形状タイプを割付けると共に加工箇所ごとに工程を割付ける第2のステップと、
    この第2のステップにより前記長尺帯状ワークに対して加工箇所の工程が割付けられるとワーク置き位置・原点位置データに基づいて各形状タイプの原点からの位置を算出し、各形状タイプ及び工程を加工箇所ごとに一定長さに分割し、加工箇所ごとにこの加工工程を同一段取りで加工できるように並べ替える第3のステップと、
    この第3のステップにより並べ替えられた工程順にNCプログラムを作成し、これを前記工作機械側のNC制御装置に転送する第4のステップと、
    を備えすることを特徴とする長尺帯状のワークの機械加工方法。
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