JP2012016791A - ワーク加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単かつ安価な構造であって、製品に多数の孔あけを、迅速かつ精度良く、しかも切削屑を容易に除去できるワーク加工システム及びワーク加工装置を提供する。
【解決手段】多関節ロボットと、前記多関節ロボットの先端のアームに取り付けられ、スピンドルに支持されてワークに孔あけ可能とする回転工具と、前記ワークを吸引により保持するワーク保持装置と、前記ワーク保持装置に接続された集塵装置及び吸引装置と、を備え、前記回転工具が切削屑を先端方向に排出し、前記切削屑が前記吸引装置により吸引されて、前記集塵装置に捕集されるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、粉塵発生が少なく、廃水処理などの付随工程が不要で、比較的高速な切断が可能で、切削屑の除去が容易なワーク加工システム及びワーク加工装置に関する。

従来から、プラスチック、布、ゴム、複合材あるいはガラス繊維入り材料などからなる軟質な薄肉成形品を切断する場合、刃物、超音波カッタ、ウォータージェット加工機、レーザー加工機などが用いられてきた。ウォータージェット加工機には、制御装置に入力する加工データが簡単であって、加工スピードも高速であるという利点があるものの、廃水処理が必要であるばかりでなく、ワークがぬれるし、周囲に水が飛散して作業環境を悪化させるし、騒音が大であるし、さらには、ワークが重なった状態では一方だけを切断するのが困難であるし、イニシャルコストならびにランニングコストが高いなどの種々の課題がある。レーザー加工機も同様にコスト高となる課題がある。
そこで、多関節ロボットに超音波カッタを取り付けた切断装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の切断装置によれば、粉塵発生が少なく、廃水処理などの付随工程が不要で、比較的高速な切断が可能となる。

国際公開ＷＯ２００７／０３９９７８号公報

しかし、前記軟質の薄肉成形品においては、外形のトリミング（切断）のほかに、多数の円形孔の穿孔を必要とする場合がある。この場合、前記特許文献１に記載の切断装置では、常に進行方向と超音波カッタの刃の向きを合わせる必要があり、円の軌跡を作成する際は最低４箇所以上教示するため、教示に時間がかかり、円の精度（真円度）を維持するには、さらに教示および加工に多くの時間を要する。また、超音波カッタは刃幅を有する平板状の刃物であるため、円弧切断時には刃物あるいはワークに負荷がかかり、小径の「円」は加工が困難であるという問題がある。これに対し、回転工具（例えば、エンドミルなど）で孔あけすることが提案されるが、この場合、薄肉成形品の加工時などでは切削屑（切り屑）が発生し、その処理が困難となる課題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、簡単かつ安価な構造であって、製品に多数の孔あけを、迅速かつ精度良く、しかも切削屑を容易に除去できるワーク加工システム及びワーク加工装置を提供することを目的とする。

本発明は、多関節ロボットと、前記多関節ロボットの先端のアームに取り付けられ、スピンドルに支持されてワークに孔あけ可能とする回転工具と、前記ワークを吸引により保持するワーク保持装置と、前記ワーク保持装置に接続された集塵装置及び吸引装置と、を備え、前記回転工具が切削屑を先端方向に排出し、前記切削屑が前記吸引装置により吸引されて、前記集塵装置に捕集されるように構成した、ことを特徴とする。
この場合において、前記多関節ロボットの先端のアームに取り付けられ、超音波振動子で振動してワークの直線部或いは曲線部を切断可能とするカッタ刃を備えてもよい。
前記回転工具は、例えば、高周波モータ等の駆動により２００００ｒｐｍ以上で高速回転させることが望ましい。

この発明では、前記薄肉成形品の直線部或いは曲率の小さな曲線部を、超音波振動子で振動するカッタ刃が、切り粉を生じさせることなく高速で加工し、前記薄肉成形品の曲率の大きな曲線部を含む孔部を、スピンドルに支持した回転工具により、超高速回転で切り粉を回収しながら加工すれば、ウォータージェット或いはレーザー加工機などを用いることなく、製品外形のトリミングと多数の孔の孔あけとの両方を、きわめて簡易な設備で、早く、精度よく加工できる。即ちカッタ刃では前記薄肉成形品の直線部或いは曲率の小さな曲線部を切断するので、切断速度を高速としてもカッタ刃および前記薄肉成形品に加わる負荷は小さく、カッタ刃の折損や加工面の仕上がり悪化を防止することができる。
また、前記回転工具が切削屑を先端方向に排出し、前記切削屑が前記吸引装置により吸引されて、前記集塵装置に捕集されるように構成したため、細かい切削屑が集塵装置で捕集され、周囲に飛散せず、作業環境が良化し、切削屑の収集が容易になる。
回転工具を超高速回転させるので、送り速度を高速としても回転工具に加わる切削抵抗が大幅に減少する。したがって、これら二種の工具を多関節ロボットの先端のアームに取り付けて高速で切断あるいは切削加工しても軽負荷であるため、びびり振動を抑制して精度のよい加工が可能となる。

前記回転工具は、まず小径の孔を高速回転で孔あけし、入熱量に起因した製品欠点を生じさせない程度に送り速度を速く設定して、前記回転工具の軸心を移動させることにより、大径の孔あけを可能としてもよい。
前記回転工具は、入熱量に起因した製品欠点を生じさせない程度に正のすくい角を持たせたエンドミルであってもよい。
前記回転工具を超高速回転で駆動した場合には、上記のように軽負荷となり、精度のよい加工が可能となるとしても、例えば、送り速度が遅ければ、加工部分に樹脂溶けを生じる恐れがある。とくに、薄肉成形品が不織布付きの場合があり、この場合には薄肉成形品と共に不織布に樹脂溶けが生じると、製品欠点となってしまい、歩留まりが低下するが、この構成では、薄肉成形品への入熱量を減じて樹脂溶けを生じさせない程度に送り速度を速くすることにより、樹脂溶けなどの製品欠点が生じない。
さらに、薄肉成形品への入熱量を減じて樹脂溶けを生じさせない程度に正のすくい角を持たせたエンドミルで加工すれば、切削屑接触長が短縮されて切削熱を抑制でき、より確実に樹脂溶けを防止できるうえ、切削抵抗をさらに小さくして、より一層、軽負荷とでき、さらに高精度な加工が可能となる。

前記カッタ刃及び前記回転工具は、各先端が前記アームの手首フランジ部の中心から規定距離内に位置するように取り付けられていてもよい。
前記カッタ刃及び前記回転工具は、交差して取り付けられていてもよい。
前記カッタ刃及び前記回転工具は、平行に取り付けられていてもよい。
これらの構成では、前記アームの手首フランジ部の中心から各先端までのたわみや、ロボット動作時の慣性モーメントなどに起因する、カッタ刃先端あるいは回転工具先端の挙動変化が少なくなり、より一層高精度な加工が可能となる。また、前記カッタ刃及び前記回転工具を交差して取り付ければ、小さなロボット動作で速やかにカッタ刃から回転工具への工具変更ができ、前記カッタ刃及び前記回転工具を平行に取り付ければ、一方の工具を使用する際に、他方の工具が前記薄肉成形品に干渉する可能性が低く、複雑形状に対する切断・切削加工を容易に行うことができる。

前記接続アームに前記カッタ刃が常時切断進行方向に向くように制御する追加アームを回転可能に連結してもよい。
前記多関節ロボットは６軸型であり、その先端のアームに追加アームを回転可能に連結して７関節としてもよい。
これら構成では、カッタ刃の姿勢および位置を、多関節ロボットの動作に加えて追加アームの回転により制御できるので、簡単な教示で精度良く曲線切断でき、使い勝手を向上させることができる。さらに、多関節ロボットを６軸型とすれば、カッタ刃は７自由度を有するため、切断位置が狭隘な形状であっても、前記薄肉成形品との干渉を容易に避けることができる。
また、薄肉成形品を加工するワーク加工装置において、多関節ロボットの先端のアームに接続アームを連結し、この接続アームに超音波振動子で振動して前記薄肉成形品の直線部或いは曲線部を切断可能とするカッタ刃と、スピンドルに支持されて前記薄肉成形品の曲率の大きな曲線部を含む孔部を孔あけ可能とする回転工具とを一体に取り付ける構成とすることは可能である。

本発明では、多関節ロボットと、前記多関節ロボットの先端のアームに取り付けられ、スピンドルに支持されてワークに孔あけ可能とする回転工具と、前記ワークを吸引により保持するワーク保持装置と、前記ワーク保持装置に接続された集塵装置及び吸引装置と、を備え、前記回転工具が切削屑を先端方向に排出し、前記切削屑が前記吸引装置により吸引されて、前記集塵装置に捕集されるように構成したため、細かい切削屑が周囲に飛散せず、作業環境が良化し、切削屑の収集が容易になる。
また、多関節ロボットのアームの先端に、超音波カッタと回転工具の両方を備えれば、素材や切断形状に応じて使用工具を迅速に変更して、切断または孔あけ加工を行うことが可能となり、製品外形のトリミングと多数の孔の孔あけとの両方を、迅速かつ精度良く行うことができる。また、一台の多関節ロボットで、切断および多様な孔あけに対応できるので、設備を簡単かつ安価なものとすることができる。

本実施形態に係るワーク加工システムの正面図である。 ロボットの手首フランジ部周辺の正面図である。 トリミング加工における手首フランジ部周辺の斜視図である。 本実施形態に係るワークを示す図である。 本実施形態に係るワーク保持装置の一部省略斜視図である。 砥石近傍の構成を示す斜視図である。 カッタ刃の姿勢と切断予定線との関係を模式的に示す斜視図である。 カッタ刃の姿勢と切断予定線との関係を模式的に示す正面図である。 孔あけ加工におけるエンドミルの姿勢とワークとの関係を模式的に示す斜視図である。 （Ａ）は別実施形態に係るワーク加工システムにおける切断装置の斜視図、（Ｂ）は同正面図である。 別実施形態に係るワーク加工システムにおける切断装置の斜視図である。 別実施形態に係るワーク加工システムにおける切断装置の斜視図である。 （Ａ）は別実施形態に係るワーク加工システムにおける切断装置の斜視図、（Ｂ）は同上面図である。 別実施形態に係るワーク加工システムにおける切断装置の斜視図である。 （Ａ）はロータリーバーの側面図、（Ｂ）は先端部拡大図である。

図１に示すように、本実施形態のワーク加工システムは、多関節ロボットであるロボット１２と切断装置１４とを備えるワーク加工装置１０と、ワーク保持装置１５と、砥石３０と、センサー１３０とから構成されている。
本実施形態のロボット１２は、それぞれ矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆで示す６つの関節により６自由度を有する一般的な６軸垂直多関節ロボットを含むものであり、このロボット１２は一般的なものであるため、その詳細な説明は省略する。図１において、符号１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆは６軸垂直多関節ロボットにおける第１〜第６軸を示す。

ロボット１２の先端のアーム１６には、図２に示すように、手首フランジ部１６Ａが設けられ、手首フランジ部１６Ａには、アーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）周りを回転自在に、切断装置１４が取り付けられている。この切断装置１４は、手首フランジ部１６Ａに固定された側面視略Ｓ字状の接続アーム１８を有し、接続アーム１８にはアーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）と直交した軸を有するモータ２０が固定されている。
モータ２０の回転軸（不図示）には追加アーム２１が第７軸１２Ｇ周りを回転自在に支持され、この追加アーム２１には支持ブロック２２を介して超音波振動装置２３が取り付けられている。この超音波振動装置２３は超音波振動子２４および支持ホーン２５を有し、支持ホーン２５にはカッタ刃２６が支持されている。カッタ刃２６は、布、再生パルプ、ゴム、フェルト、アルミ箔などの一部あるいは全部から構成される薄肉成形品の加工においては、直線のトリミング、曲率の小さな曲線（立体曲線を含む）のトリミング、所定直径以上（直径８ｍｍ以上）の孔の孔あけを行う。ここで、曲率とは、曲線上の各点におけるその曲線の曲がりの程度を示す値であり、曲率半径の逆数で示す。
また、接続アーム１８の先端には支持ブロック２７が固定され、この支持ブロック２７にはスピンドルユニット３１が固定されている。このスピンドルユニット３１は軸線１２Ｈ周りに回転する主軸（スピンドル）３２を有し、この主軸３２の基端には主軸モータ３３が連結されている。

この主軸モータ３３は、小径かつ軽量ながらも、最高回転数２００００ｒｐｍ以上を得ることが可能な高周波モータであり、とくに望ましくは、４００００〜８００００ｒｐｍの超高速回転が可能な高周波モータが用いられる。
また、主軸３２の先端にはチャック３４が取り付けられ、チャック３４には回転工具であるエンドミル３５が取り付けられている。このエンドミル３５は、例えば、多様な孔あけに対応可能な直径２ｍｍ程度のエンドミルであり、切れ味を向上させて切削抵抗および切削熱を抑制できるように、大きく正のすくい角を持たせてあり、さらに切削屑を先端方向に排出するように逆リードに構成されている。例えば、右回転により切削加工を行うエンドミル３５においては、エンドミル３５のねじれ方向が左ねじれに構成されている。
このエンドミル３５は、布、再生パルプ、ゴム、フェルト、アルミ箔などの一部あるいは全部から構成される薄肉成形品の加工においては、曲率の大きな曲線のトリミングおよび所定直径未満（直径８ｍｍ未満）の孔の孔あけを行う。曲率が大きい場合、カッタ刃２６では、刃折れが生じやすく、曲率の大きな曲線のトリミングや所定直径未満（直径８ｍｍ未満）の孔の孔あけが困難だからである。
また、エンドミル３５は、例えばインジェクション成形、ブロー成形、或いは真空成形により成形された樹脂の薄肉成形品の加工においては、直線のトリミング（切削）、曲線のトリミング（切削）、孔あけ、あるいは加工部端面のバリ取りを行う。トリミングの対象は、曲率の大きな曲線、曲率の小さな曲線、立体曲線を含み、孔あけの対象は直径により限定されることはない。すなわち樹脂の薄肉成形品の加工においては、カッタ刃２６を用いることは無く、ほとんど全ての加工をエンドミル３５で行う。樹脂の薄肉成形品をカッタ刃２６でトリミング加工すると、加工部にかえり（ふくらみ）が生じて外観や寸法精度が悪化するからである。

この実施の形態では、図３に示すように、アーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）と、追加アーム２１の回転軸である第７軸１２Ｇと、主軸３２の軸線１２Ｈとが同一平面上に存在する。アーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）は、追加アーム２１の第７軸１２Ｇおよび主軸３２の軸線１２Ｈとそれぞれ直交し、スピンドルユニット３１と、超音波振動装置２３とが、近接した状態で、上述した接続アーム１８に互いに背中合わせに支持されている。また、図２に示すように、カッタ刃２６の刃先と、エンドミル３５の先端とが１８０°、互いに逆方向に向いており、カッタ刃２６による加工時と、エンドミル３５による加工時とにおいて、互いの刃が干渉しないようになっており、しかも、手首フランジ部１６Ａの中心Ａからカッタ刃２６の刃先までの距離Ｌ１、および手首フランジ部１６Ａの中心Ａからエンドミル３５の先端までの距離Ｌ２が、所定距離範囲内（４００ｍｍ以下）に調整されている。

図４は、本実施形態によりトリミング加工される３次元形状を有するワーク４０を示すものである。このワーク４０は、例えば自動車用天井材、自動車用内装材、自動車用フロアカーペット等であり、布、再生パルプ、ゴム、フェルト、アルミ箔、ガラス繊維入り材料等からなるシート材や複合材を成形したもの、あるいは、樹脂のインジェクション成形品、ブロー成形品、真空成形品などである。そして、このワーク４０の、開口部４０Ａ（４０Ａ１〜４０Ａ３）や外周縁４０Ｂのトリミング加工を、カッタ刃２６によりおこなうと共に、開口部４０Ａ（４０Ａ１〜４０Ａ３）や外周縁４０Ｂ近傍の小孔４０Ｃ（４０Ｃ１〜４０Ｃ４）の孔あけ加工を、上述したエンドミル３５により行うようになっている。

図５は、ワーク４０を固定保持するためのワーク保持装置１５の一部省略斜視図を示す。ワーク４０は、型治具５０上に載置される。この型治具５０は、基板５１上に空気の漏洩を防止するためのパッキン５３を介して固定されている。また、型治具５０は、基板５１上に突設した複数本の位置決めピン５４、５４…により基板５１上の正規の位置に固定されている。型治具５０は、その上面５０Ａが前記ワーク４０の製品状態での３次元形状の雌型をなす形状に形成されており、この上面５０Ａには、多数の小径の吸引孔５５、５５…が形成され、この吸引孔５５、５５…は、ワーク４０にあけるべき、前記小孔４０Ｃ１〜４０Ｃ４に対応して形成されている。さらに型治具５０の上面５０Ａには、ワーク４０の開口部４０Ａ１および開口部４０Ａ２の外周を囲むパッキン５０Ａ１と、外周縁４０Ｂの外周とを囲むパッキン５０Ａ２とが設けられている。

また、型治具５０の内部には、各吸引孔５５に連通する内部密閉空間５６が形成されている。一方、基板５１の内部には、基板５１の上面５１Ａで開口して型治具５０の内部密閉空間５６に連通する内部密閉空間５７が形成されており、基板５１の側面には、この内部密閉空間５７と連通する大径の吸引口５８が開口している。図１を参照し、この吸引口５８には、パイプ５９を介して引き出し状の受け箱６０を備えた集塵装置６１が接続されており、この集塵装置６１には、パイプ６２を介して、前述した内部密閉空間５６、５７内を負圧にするファン、ブロア、ポンプなどの吸引装置６３が接続されている。型治具５０の上面５０Ａにワーク４０を載置して吸引装置６３を駆動することにより、内部密閉空間５６、５７ならびに各吸引孔５５内が負圧になり、ワーク４０が型治具５０の上面５０Ａに吸引保持されている。上記構成では、基板５１上に１個の型治具５０を配置したが、これに限定されず、基板５１上に、複数個の型治具５０を配置してもよい。

図１を参照し、ロボット１２の動作範囲内には、センサー１３０が設置されている。このセンサー１３０は、例えばタッチセンサーであって、ロボット１２の制御装置（不図示）に接続されており、センサー１３０から接触検出の信号が入力されると、制御装置（不図示）が瞬時にロボット１２を停止させる。センサー１３０はタッチセンサーのほか、押し込み量に応じて出力が可変するセンサーでもよい。
制御装置（不図示）は、所定のプログラムに従って、工具先端がセンサー１３０に接近・接触するようロボット１２の動作を制御するほか、上記所定のプログラムにおける工具の基準座標を記憶しており、工具先端がセンサー１３０に接触してロボット１２が停止するたびに、基準座標と実際の工具先端の座標とを比較して、基準座標と実際の工具先端の座標とのずれ量が、許容値以内であるか否かを判定する。
この基準座標は、例えば、工具交換直後に、上記所定のプログラムにしたがってロボット１２を動作させた際に、センサー１３０が工具先端の接触を検出してロボット１２が停止したときの工具先端の座標である。また、上記判定タイミングは、製品を加工するサイクルで少なくとも一回は行うとよい。
なお、制御装置（不図示）には、ランプやスピーカー等の警報信号出力装置が接続されており、基準座標と工具先端の座標とのずれ量が許容値を超えている場合には、工具交換を促す警報信号が出力される。あるいは、ワーク加工装置１０が、自動で刃物の交換を行う工具自動交換装置を備え、基準座標と工具先端の座標とのずれ量が許容値を超えている場合には、刃物を自動交換するプロセスへ移行する構成であっても良い。

図６は、前記カッタ刃２６を研磨する研磨部材としての前記砥石３０近傍の構成を示すものである。砥石３０は、ロボット１２の駆動によるカッタ刃２６の移動範囲内に位置されている。前記砥石３０は、流体圧シリンダの一例としての空気圧シリンダ３６により可動に支持されている可動ブロック３７に固定されている。そして、前記空気圧シリンダ３６の駆動により図６に矢印Ｈで示すように、カッタ刃２６に圧接される方向に付勢されるようになっている。したがって、砥石３０をカッタ刃２６に圧接させた状態において、超音波振動装置２３を駆動することによりカッタ刃２６が振動して、砥石３０によりカッタ刃２６を研磨することができる。ここで、砥石３０は、ダイヤモンド砥粒を有するダイヤモンド砥石を用いる。なお、カッタ刃２６は、ティーチング又はプログラムによりその刃先を含む平面が、砥石３０と平行に制御されている。空気圧シリンダ３６は通常のものなので、その詳細な説明は省略する。

つぎに、この実施の形態の作用を説明する。
図３に示すように、ワーク４０の、開口部４０Ａ（４０Ａ１〜４０Ａ３）や外周縁４０Ｂのトリミング加工は、カッタ刃２６によりおこなわれる。超音波振動装置２３は、追加アーム２１の回転軸方向すなわち第７軸１２Ｇの方向に振動し、カッタ刃２６も第７軸１２Ｇの方向（Ｘ方向）に振動される。前記カッタ刃２６は弾性を有する超硬材料により平板状に形成されており、曲線切断時にはカッタ刃２６の方向管理が必要である。本実施形態では、６軸多関節のロボット１２に加え、追加アーム２１をモータ２０により回転させて、７軸でその姿勢を制御できるので、平板状のカッタ刃２６を、図７及び図８に示すように、切断予定線ＣＬに対して、刃先が交叉し、且つ、刃先を含む平板（平面）が接面となる姿勢で切断予定線ＣＬに沿って、刃先を常時切断進行方向に向けて移動させることができる。カッタ刃２６を用いて切断すれば、外周縁４０Ｂ等の、直線あるいは曲率の小さな曲線から構成される切断予定線ＣＬの切断を、高速で行うことができる。

図７及び図８における符号２４−１、２４−２、２４−３は切断予定線ＣＬ上の異なる位置でのカッタ刃２６の姿勢を示す。いずれの位置でも、カッタ刃２６の刃先は進行方向に向けられ、且つ、刃先を含む平面（図７では一点鎖線で示されている）が切断予定線ＣＬの接面となっている。また、図７及び図８の符号４０Ａは、トリミング加工される開口を示す。カッタ刃２６は両刃であるが、片刃であってもよい。
切断予定線ＣＬは、ロボット１２の制御装置（図示省略）に、ティーチングあるいはプログラムにより、予め入力されるデータにより決定され、ロボット１２は、カッタ刃２６を、この切断予定線ＣＬに沿って移動させる。切断時のカッタ刃２６の姿勢、前述した砥石３０へのカッタ刃２６の移動、および研磨時のカッタ刃２６の姿勢は、いずれもティーチング又はプログラムにより予め入力されるデータにより決定される。なお、図１において、アーム１６と追加アーム２１の相互の軸線は交差しているが、これに限定されず、例えば相互の軸線が平行となるように構成してもよい。

この実施の形態では、図２に示すように、手首フランジ部１６Ａの中心Ａからカッタ刃２６の刃先までの距離Ｌ１が、４００ｍｍ以下に調整されている。
本発明者らは、ロボット１２として可搬重量２０〜５０ｋｇの６軸多関節ロボットを使用し、手首フランジ部１６Ａの中心Ａからカッタ刃２６の先端までの距離Ｌ１を種々変化させて自動車用内装材のトリミング加工試験を試みた。その結果、距離Ｌ１が４００ｍｍを超えると、十分な加工精度を確保できず、反対に、距離Ｌ１が４００ｍｍ以下の場合には、精度良く加工できることが判明した。また、ロボット１２として可搬重量１００〜１６５ｋｇの６軸多関節ロボットを使用した場合には、距離Ｌ１が４００ｍｍを超えても、精度良く加工でき、例えば、距離Ｌ１が６００〜７００ｍｍでも精度良く加工できた。
これは、トリミング加工において、距離Ｌ１がより小さく、また、ロボット１２の可搬重量がより大きいほうが、切断装置１４の重量や、手首フランジ部１６Ａからカッタ刃２６までの部材のたわみや、バックラッシや、装置のガタなどに起因した、カッタ刃２６の先端側の挙動変化が少なくなるためである。
本構成では、ロボット１２として可搬重量２０〜５０ｋｇの６軸多関節ロボットを使用し、距離Ｌ１を４００ｍｍ以下とすることで、小型、軽量化が図れ、ウォータージェットを利用する場合に比べ、極めて安価構成となる。

図９に示すように、ワーク４０の、開口部４０Ａ（４０Ａ１〜４０Ａ３）近傍や外周縁４０Ｂ近傍の小孔４０Ｃ（４０Ｃ１〜４０Ｃ４）の孔あけ加工は、エンドミル３５によりおこなわれる。エンドミル３５で孔あけする場合、まず、エンドミル３５で一点Ｓに孔あけし、一点Ｓを始点としてエンドミル３５を矢印Ｐ方向に駆動（自転）しながら、軸線１２Ｈを矢印Ｑ方向に移動（公転）させて、孔あけ加工する。この孔あけ加工において、エンドミル３５は高周波モータである主軸モータ３３により回転数２００００ｒｐｍ以上、望ましくは４００００〜８００００ｒｐｍで超高速回転する。孔あけ加工時のエンドミル３５の姿勢および位置は、ティーチング又はプログラムにより予め入力されるデータにより決定され、軸線１２Ｈは、ロボット１２の動作により１００ｍｍ／ｓｅｃ以上、望ましくは約２５０ｍｍ／ｓｅｃ以上の移動速度（送り速度）で移動する。
なお、エンドミル３５は、回転工具であり、刃物の方向性管理は不要であるため、ロボット１２の教示は容易である。

この実施の形態では、エンドミル３５が４００００〜８００００ｒｐｍで超高速回転するので、軸線１２Ｈを、移動速度（送り速度）約２５０ｍｍ／ｓｅｃ以上で移動させたとしても、切削屑が細かくなり切削抵抗を十分に低くできる。また、軸線１２Ｈの移動速度は約２５０ｍｍ／ｓｅｃ以上と速いので、エンドミル３５と切削屑との接触時間が短く、エンドミル３５の温度上昇が抑制され、ワーク４０の樹脂溶けを回避できる。さらに、エンドミル３５が、大きく正のすくい角を持たせたポジティブ形状のエンドミルであるため、切れ味が良く、送り速度を速くできるうえ、切削屑接触長が短縮されて切削熱を抑制でき、より確実に樹脂溶けを回避できる。さらにエンドミル３５で加工すれば、加工部にかえりが生じることがない。
上述の孔あけ加工をエンドミル３５で行う理由は、小孔４０Ｃの直径が８ｍｍ未満である場合には、カッタ刃２６による孔あけ加工が困難であり、小孔４０Ｃの直径が８ｍｍ以上であっても、大きな曲率を有する小径孔の孔あけ加工はエンドミル３５の方が速いためである。カッタ刃２６を用いた場合には、直径１０ｍｍの小孔４０Ｃの孔あけ加工に要する加工時間は約４秒と長くなる。これは、カッタ刃２６は刃幅を有する刃物であり、曲線切断時には、切断進行方向前方の刃先だけでなく、切断進行方向後方の刃先（刃物の２番）がワーク４０に接触して、カッタ刃２６およびワーク４０に横荷重が加わるので、切断予定線ＣＬの曲率が大きい場合には、カッタ刃２６の折損を避けるために、切断速度を遅くする必要があるためである。一方、本実施形態では、回転工具であるエンドミル３５を用いたスムーズな高速切削を行うことにより、小径孔の加工においてはウォータージェット加工機を凌ぐ加工速度を得ることができ、直径１０ｍｍの小孔４０Ｃの孔あけ加工に要する加工時間は約１秒である。

また、エンドミル３５による加工は円形孔の孔あけ加工のみに限定されず、例えば四角孔など任意の形状の孔加工に適用してもよいし、大きな孔の加工に適用してもよい。本実施形態では、エンドミル３５による加工速度は、３５０ｍｍ／ｓｅｃ程度が上限であり、ワーク４０の外周縁４０Ｂのように、直線や曲率の小さな曲線のみを加工する場合には、カッタ刃２６の加工速度を上回ることないが、孔形状が複雑である場合や、孔の大きさが比較的小さい場合には、カッタ刃２６あるいはウォータージェット加工機を凌ぐ加工速度を得ることができる。なお、カッタ刃２６によるトリミング加工においては、加工面にかえりが生じる場合があり、このかえりをエンドミル３５によって除去してもよい。この場合、カッタ刃２６で加工した時のかえり（ふくらみ）を嫌う製品については、エンドミル３５により加工することにより、かえりのない加工製品を得ることができる。

なお、エンドミル３５は逆リードのエンドミルであり、切削屑をエンドミル３５の先端方向に排出する。エンドミル３５の先端部は、図５を参照し、型治具５０の上面５０Ａに設けた小径の吸引孔５５、５５…に進入するため、この切削屑は、吸引孔５５、５５…を介して、型治具５０の内部の内部密閉空間５６に吸引される。
この吸引された切削屑は、図１を参照し、吸引装置６３で引き出され、集塵装置６１に備えられた引き出し状の受け箱６０に効率良く収集される。したがって、切削屑が外部に排出されることはない。また、エンドミル３５の先端から順次、切削屑が吸引されるので、切削屑の詰まりによりエンドミル３５が損傷したり、ワーク４０表面が切削屑により傷付いたりすることがない。

この実施の形態では、ロボット１２でカッタ刃２６およびエンドミル３５の姿勢を制御することにより、従来のように、たとえば工具着脱を含むツールチェンジなどをおこなうことなく、トリミング加工、及び多様な小孔４０Ｃの孔あけ加工を簡単に実行できる。ツールチェンジには数十秒から１分近くかかり、サイクルタイムが延びてしまううえ、例えば電気的接続の着脱可能構造が必要となって構造が複雑化するし、着脱後には工具先端位置を確認／補正しなければならず、煩雑であるが、この構成では、ロボット１２による姿勢制御のみで足りるため、構成が簡素化でき、サイクルタイムを短縮できる。
また、この実施の形態では、図２に示すように、手首フランジ部１６Ａの中心Ａからエンドミル３５の先端までの距離Ｌ２が、４００ｍｍ以下に調整されている。

本発明者らは、前述したトリミング加工試験と同様に、ロボット１２として可搬重量２０〜５０ｋｇの６軸多関節ロボットを使用し、手首フランジ部１６Ａの中心Ａからエンドミル３５の先端までの距離Ｌ２を種々変化させて自動車用内装材の孔あけ加工試験を試みた。その結果、距離Ｌ２が４００ｍｍを超えると、十分な加工精度を確保できず、反対に、距離Ｌ２が４００ｍｍ以下の場合には、精度良く加工できることが判明した。また、ロボット１２として可搬重量１００〜１６５ｋｇの６軸多関節ロボットを使用した場合には、距離Ｌ２が６００ｍｍ〜７００ｍｍでも、精度良く加工できた。
これは、孔あけ加工において、距離Ｌ２がより小さく、また、ロボット可搬重量がより大きいほうが、切断装置１４の重量や、たわみや、バックラッシや、装置のガタなどに起因した、エンドミル３５の先端側の挙動変化が少なくなるためである。
本構成では、ロボット１２として可搬重量２０〜５０ｋｇの６軸多関節ロボットを使用し、距離Ｌ２を４００ｍｍ以下とすることで、小型、軽量化が図れ、ウォータージェットを利用する場合に比べ、極めて安価構成となる。

この実施形態におけるトリミングおよび孔あけ加工を、図４のワーク４０を見て説明すると、まず、ロボット１２の動作により、切断装置１４をカッタ刃２６が下向きとなる姿勢に制御し、その位置を移動させ、開口部４０Ａ２および開口部４０Ａ１をその順にカッタ刃２６でトリミング加工する。カッタ刃２６によるトリミング加工は切削屑が発生せず、従ってワーク４０の体積変化を伴わないため、この段階では、型治具５０の上面５０Ａとワーク４０との間の気密が破れることがなく、ワーク４０に対する吸引保持力は維持される。また、これらトリミング加工においても切断装置１４の姿勢が一定であるため、ロボット１２の動作の教示は簡単である。
ついで、切断装置１４をワーク４０の表面に対して垂直な方向に移動させ、カッタ刃２６の先端をワーク４０から垂直に引き抜くとともに、ワーク４０の表面と、カッタ刃２６の先端との距離を調整し、切断装置１４を１８０°回転させ、エンドミル３５が下向きとなる姿勢に制御する。図２に示すように、手首フランジ部１６Ａの中心Ａからカッタ刃２６の先端までの距離Ｌ１は、同手首フランジ部１６Ａの中心Ａからエンドミル３５の先端までの距離Ｌ２よりも小さい。従って、切断装置１４を１８０°回転させる場合には、少なくともエンドミル３５の先端が回転時にワーク４０に当接しない位置まで引き抜いた後に、回転させることが重要である。

次に、切断装置１４を移動させて、開口部４０Ａ１周辺の小孔４０Ｃ１および開口部４０Ａ２周辺の小孔４０Ｃ２を順に孔あけ加工する。これら孔あけ加工を順次行うと、開口部４０Ａ１周辺や、開口部４０Ａ２周辺では、型治具５０の上面５０Ａとワーク４０との間の気密が破れて、吸引保持力が若干低下する。この孔あけ時はトリミング加工時に比べて、ワーク４０が横ずれし難く、従って、吸引保持力が若干低下しても、容易に孔あけできる。これに対し、小孔４０Ｃ１および小孔４０Ｃ２の孔あけ加工を先に行い、その後にトリミング加工を行うと、孔あけにより吸引保持力が若干低下した状態でトリミング加工が行われるため、ワーク４０に横ずれや、局所的な変形が生じて、トリミング加工の精度が低下するおそれがある。
本実施形態では、開口部４０Ａ２および開口部４０Ａ１のトリミング加工を、小孔４０Ｃ１および小孔４０Ｃ２の孔あけ加工より先に行うことで、トリミング加工及び孔あけ加工の精度を向上できる。
なお、図５を参照し、型治具５０の上面５０Ａには、開口部４０Ａ１および開口部４０Ａ２の外周を囲むパッキン５０Ａ１と、外周縁４０Ｂの外周を囲むパッキン５０Ａ２とが設けられており、この段階では、パッキン５０Ａ１とパッキン５０Ａ２との間の部分の気密は破れないため、ワーク４０全体に対しては、十分な吸引保持力が維持される。さらに、これら孔あけ加工においても切断装置１４の姿勢は一定であるため、ロボット１２の動作の教示は簡単である。また、一つの小孔の孔あけ加工を終えて次の小孔の孔あけに移行する際には、エンドミル３５の先端をワーク４０から垂直に引き抜いたのちにエンドミル３５を移動させる。エンドミル３５引き抜き時には、エンドミル３５の先端がワーク４０表面から離間していればよい。

小孔４０Ｃ１および小孔４０Ｃ２の孔あけ加工終了後、切断装置１４を回転させ、カッタ刃２６がワーク４０の斜面に対向する姿勢とする。このとき、図２に示すように、手首フランジ部１６Ａの中心Ａからカッタ刃２６の先端までの距離Ｌ１は、同手首フランジ部１６Ａの中心Ａからエンドミル３５の先端までの距離Ｌ２よりも小さいので、エンドミル３５をワーク４０から引き抜けば、切断装置１４を１８０°回転させることができる。
ついで、切断装置１４を移動させ、斜面開口部４０Ａ３のトリミング加工を行い、続いて外周縁４０Ｂのトリミング加工を行う。これらのトリミング加工は、カッタ刃２６の軸線がワーク４０の表面に対向するように切断装置１４を姿勢制御しながら移動させ、かつ、モータ２０の回転によりカッタ刃２６の刃先を含む平面が切断予定線ＣＬの接面となるように、カッタ刃２６の向きを制御することにより実行される。なお、これらのトリミング加工では、型治具５０の上面５０Ａとワーク４０との間の気密が破れることはない。

斜面開口部４０Ａ３および外周縁４０Ｂのトリミング加工が終了した後、切断装置１４をワーク４０の斜面部および平面部から十分に離間させ、再び切断装置１４の姿勢変更を行い、切断装置１４の姿勢を制御して、エンドミル３５がワーク４０の斜面部に対向する姿勢とする。そして、切断装置１４の位置および姿勢を制御し、ワーク４０の斜面部の小孔４０Ｃ４およびワーク４０の平面部の小孔４０Ｃ３を、エンドミル３５で孔あけ加工する。これら孔あけ加工によって気密が若干損なわれる。
本実施形態では、小孔４０Ｃ４および小孔４０Ｃ３の孔あけを最後に行う。これら孔の径は小さいため、ワーク４０全体に対する吸引保持力の低下は少ないものの、局所的な吸引保持力不足が生じてしまうおそれがあるためである。また、小孔４０Ｃ４の孔あけ加工における切断装置１４の姿勢は略一定であり、小孔４０Ｃ３の孔あけ加工における切断装置１４の姿勢は一定であるため、ロボット動作の教示は簡単である。

以上説明したように、本実施形態では、型治具５０の上面５０Ａとワーク４０との間の気密を破らない加工を先に行い、気密を破る加工を後に行うので、ワーク４０に対する吸引保持力を維持して精度よく加工できる。また、複数の孔を孔あけ加工する際に、軸線の方向が略同一の孔をまとめて加工するので、ロボット１２の動作の教示を簡単にできるうえ、切断装置１４の姿勢変化を最小限に抑えることができ、切断装置１４とワーク４０との干渉を容易に避けることができる。
なお、ワーク４０に対する吸引保持力を維持できる加工順序としては、開口部４０Ａ１〜４０Ａ３および外周縁４０Ｂを、先にカッタ刃２６でトリミング加工してしまい、ついで小孔４０Ｃ１〜４０Ｃ４をエンドミル３５により孔あけ加工しても良い。この順序においても、カッタ刃２６によるトリミング加工が終了した段階では、型治具５０の上面５０Ａとワーク４０との間の気密が破れず、吸引保持力が維持される。一方、孔あけ加工が順次行われるにつれ、気密が破れて吸引保持力が少しずつ低下するが、この孔あけ時はトリミング加工時に比べて、ワーク４０が横ずれし難く、従って、吸引保持力が若干低下しても、容易に孔あけできる。

本実施形態によれば、一台のロボット１２の先端に、カッタ刃２６とエンドミル３５との両方が保持されているので、工具先端位置の確認や補正といった煩雑な作業なしで、ロボット１２の小さな動作のみで素材や加工内容に応じた工具への変更が可能であり、例えば製品外形のトリミング加工と多数の円形孔の孔あけ加工との両方を迅速かつ精度良く行うことができる。また、設備の省スペース化と低コスト化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、アーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）と、追加アーム２１の第７軸１２Ｇと、主軸３２の軸線１２Ｈとが同一平面上に存在し、アーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）は、追加アーム２１の第７軸１２Ｇおよび主軸３２の軸線１２Ｈとそれぞれ直交し、このスピンドルユニット３１と、超音波振動装置２３とが、近接した状態で、上述した接続アーム１８に互いに背中合わせに支持されており、また、カッタ刃２６の刃先と、エンドミル３５の先端とが１８０°、互いに逆方向に向いているので、一方の工具を使用する際に、他方の工具がワーク４０に干渉する可能性が低く、例えば斜面部を有する複雑形状のワーク４０に対しても容易にトリミング加工および孔あけ加工を行うことができる。
また、モータ２０、超音波振動装置２３、およびスピンドルユニット３１などの重量物が手首フランジ部１６Ａの中心Ａ付近に集中配置されるので、アーム１６の回動により切断装置１４の姿勢変更を行う際の慣性モーメントが小さくなり、速い速度で動作させても工具先端の位置精度を確保することができる。

また、手首フランジ部１６Ａの中心Ａからカッタ刃２６の刃先までの距離Ｌ１、および中心Ａからエンドミル３５の先端までの距離Ｌ２が、４００ｍｍ以下に調整されているので、手首フランジ部１６Ａのから工具先端までの剛性が向上し、アーム等のたわみを防止して加工精度を確保することができる。
また、本実施形態によれば、エンドミル３５が小径であるため、カッタ刃２６では加工困難な小径孔を含む多様な小孔４０Ｃを迅速かつ容易に穿孔することができる。
また、本実施形態によれば、カッタ刃２６の姿勢および位置が７軸で制御されるので、簡単な教示で精度良く曲線切断でき、使い勝手を向上させることができる。さらに、姿勢自由度が高く、切断位置が狭隘な形状であっても、ワーク４０との干渉を避けやすい。

また、本実施形態によれば、型治具５０の上面５０Ａにパッキン５０Ａ１、パッキン５０Ａ２を設けているので、少数の吸引孔５５で効率的に大面積を吸引することができ、治具形状の簡単化と吸引保持力の向上の両方を得ることができる。
また、本実施形態によれば、エンドミル３５は、切削屑を先端側に排出するように逆リードに構成されているので、穿孔に伴う切削屑は下方向に排出される。
そして、型治具５０において、ワーク４０の小孔位置の下側に対応する位置には、吸引孔５５が配置されているため、切削屑は、吸引孔５５から吸い込まれて周囲に飛散することがない。したがって、ワーク４０の切削屑除去等の作業が不要となり、作業効率を向上させることができる。

さらに、本実施形態によれば、切断装置１４をワーク４０と干渉しない位置に退避させて姿勢変更させるだけで短時間に工具変更できるので、加工途中の任意のタイミングで工具変更してもトータルのサイクルタイムへの影響を小さく抑制できる。このため、吸引保持式の型治具５０を用いるトリミング加工および孔あけ加工において、吸引保持力を維持可能すなわち加工精度を確保可能となる加工順序で、サイクルタイムの増大なしにトリミング加工および孔あけ加工を行うことができ、サイクルタイムの短縮と加工精度の向上とを両立させることができる。
以上、一実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、前述した実施の形態に限定されず、必要に応じて種々の変更が可能であり、例えば５軸以下の多関節ロボットにも適用することができる。この場合、設備コストを低減される。
また、回転工具は、エンドミル３５に限定されず、例えば、工具先端の円周上の軸方向に１箇所または複数の突起形状を有する回転刃工具や、ロータリーバー２８などの工具に変更可能である。
回転刃工具は、布、再生パルプ、ゴム、フェルト、アルミ箔などの一部あるいは全部から構成される薄肉成形品の加工、特にフェルトや毛足の長い繊維を含む成形品の加工において、所定直径未満の孔の孔あけを行う。エンドミル３５や、ドリルや、ロータリーバー２８では繊維が絡まって孔あけ不可能となるおそれがあるのに対し、回転刃工具は繊維を切断でき、効率よく孔あけ加工できるからである。

また、ロータリーバー２８は、インジェクション成形、ブロー成形、或いは真空成形により成形された樹脂の薄肉成形品の加工において、トリミング加工部端面の仕上げ、或いは孔内径の仕上げを行う。ロータリーバー２８は、加工キズ、バリ、かえりの除去能力は高いものの、エンドミル３５より切削能力が低く、加工速度を早くできないからである。ロータリーバー２８を使用する場合、例えば図１５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ロータリーバー２８の先端部に設ける溝２８Ａが交差するように溝付けし、刃２８Ｂを、略台形状に形成することが望ましい。このロータリーバー２８を使用すれば、仕上がり良好となり、特にバリやかえりを効率的に除去し、製品面の仕上がりを良好に加工できる。
さらに、大径孔あけ用の工具はカッタ刃２６やエンドミル３５に限定されず、この大径と同一径のドリルを用いて孔あけすれば、同一径の多数の孔を迅速に孔あけできる。
なお、エンドミル３５は正のすくい角を持つものとしたが、これに加えてランドを小さくしてもよい。この場合、切削熱の発生をさらに抑制できる。

また、図９を参照し、スピンドルユニット３１の下部には、アタッチメント８１を取り付けてもよい。このアタッチメント８１は先端に複数の吸引口８３を備え、これら吸引口８３はアタッチメント８１の内側の空間に連通し、アタッチメント８１の外周の導出口８５に接続された吸引ホース８７に連通している。
この吸引ホース８７は、図１を参照し、集塵装置６１に接続され、吸引装置６３の動作により、エンドミル３５から排出される切削屑（切り屑）が吸引される。アタッチメント８１は、エンドミル３５がワーク４０を貫通するまでの間、ワーク４０の外側に排出される切削屑を吸引するためのものであり、一旦、エンドミル３５がワーク４０を貫通すると、上述したように、切削屑が型治具５０の内側に吸引される。

図１０は、別の実施の形態を示す。なお、図１０では、図３と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
図１０（Ａ）、（Ｂ）では、アーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）と、追加アーム２１の第７軸１２Ｇとが直交する。主軸３２の軸線１２Ｈは追加アーム２１の第７軸１２Ｇと平行となり、これら両軸線を含む平面が、アーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）に略直交するように配置される。この配置でも、カッタ刃２６の刃先と、エンドミル３５の先端とが１８０°、互いに逆方向に向いており、カッタ刃２６による加工時と、エンドミル３５による加工時とに、互いの刃が干渉しないようになっており、しかも、手首フランジ部１６Ａの中心Ａからカッタ刃２６の刃先までの距離Ｌ１、および手首フランジ部１６Ａの中心Ａからエンドミル３５の先端までの距離Ｌ２が、所定距離範囲内（４００ｍｍ以下）に調整されている。
この構成では、ワーク４０の形状などにより、図３に示すように、アーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）上に、追加アーム２１の第７軸１２Ｇと、主軸３２の軸線１２Ｈとを重ねることができない場合であっても、接続アーム１８に対し、追加アーム２１とスピンドルユニット３１とを干渉なく好適に配置できる。

図１１は、更に別の実施の形態を示す。なお、図３と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施の形態では、手首フランジ部１６Ａに固定される箱形状の接続アーム１１８を有し、接続アーム１１８にはアーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）と直交して、スピンドルユニット３１が固定されている。このスピンドルユニット３１は主軸（不図示）を有し、この主軸の基端には主軸モータ３３が連結され、主軸の先端にはチャック３４が取り付けられ、チャック３４にはエンドミル３５が取り付けられている。
また、接続アーム１１８には、支持ブロック２２を介して超音波振動装置２３が取り付けられている。この超音波振動装置２３は超音波振動子２４および支持ホーン２５を有し、支持ホーン２５にはカッタ刃２６が支持されている。

この実施の形態では、アーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）と、主軸の軸線１２Ｈと、超音波振動装置２３の軸線１１２Ｇとが同一平面上に存在し、アーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）は、超音波振動装置２３の軸線１１２Ｇおよび主軸の軸線１２Ｈとそれぞれ直交し、スピンドルユニット３１と、超音波振動装置２３とが、近接した状態で、接続アーム１１８に互いに背中合わせに支持されている。また、カッタ刃２６の刃先と、エンドミル３５の先端とが１８０°、互いに逆方向に向いており、カッタ刃２６による加工時と、エンドミル３５による加工時とに、互いの刃が干渉しないようになっており、しかも、上記実施の形態と同様に、手首フランジ部１６Ａの中心Ａからカッタ刃２６の刃先までの距離Ｌ１、および中心Ａからエンドミル３５の先端までの距離Ｌ２が、４００ｍｍ以下に調整されている。
この実施の形態では、上記の実施の形態とは異なり、超音波振動装置２３が、その軸線１１２Ｇ周りを回転することがない。
この構成によっても、ロボット１２でカッタ刃２６およびエンドミル３５の姿勢を制御して、トリミング加工、及び多様な小孔４０Ｃの孔あけ加工を簡単に実行できる。また、この構成には、モータ２０が無いため、切断装置１４をコンパクトかつ軽量にすることができ、切断装置１４のワーク４０への干渉を避けやすい上、切断装置１４の重量に起因した、カッタ刃２６あるいはエンドミル３５の先端側の挙動変化が少なくなり、より精度の良い加工が可能になる。

図１２は、別の実施の形態を示す。
この実施の形態では、図１１と比較し、アーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）と、超音波振動装置２３の軸線１１２Ｇは直交するものの、アーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）と主軸３２の軸線１２Ｈとは交わらず、主軸３２の軸線１２Ｈは、アーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）と直交した面内で超音波振動装置２３の軸線１１２Ｇと平行に配置される。
この構成によっても、ロボット１２でカッタ刃２６およびエンドミル３５の姿勢を制御して、トリミング加工、及び多様な小孔４０Ｃの孔あけ加工を簡単に実行できる。

図１３（Ａ）、（Ｂ）は、更に別の実施の形態を示す。
この実施の形態では、図１１と比較し、主軸３２の軸線１２Ｈと、超音波振動装置２３の軸線１１２Ｇとが直交している。
この構成によっても、ロボット１２でカッタ刃２６およびエンドミル３５の姿勢を制御して、トリミング加工、及び多様な小孔４０Ｃの孔あけ加工を簡単に実行できる。この構成では、アーム１６を９０°回転させるだけで工具の変更ができ、サイクルタイムをさらに短縮することができる。

図１４は、さらに別の実施の形態を示す。
この実施の形態では、手首フランジ部１６Ａに固定される箱形状の接続アーム１１８を有し、接続アーム１１８には、支持ブロック２２を介して超音波振動装置２３が取り付けられている。この超音波振動装置２３は超音波振動子２４および支持ホーン２５を有し、支持ホーン２５にはカッタ刃２６が支持されている。支持ブロック２２には、超音波振動装置２３と反対側に、超音波振動装置２３の軸線１１２Ｇと直交する回転軸１２Ｉを有するアクチュエータ１２０が設けられている。
アクチュエータ１２０はエア式のロータリーシリンダ（不図示）を使用したが、油圧式のロータリーアクチュエータや電動のモータであってもよい。
アクチュエータ１２０には、支持ブロック１２７が回転軸１２Ｉ周りを回転自在に支持され、この支持ブロック１２７にはスピンドルユニット３１が取り付けられている。このスピンドルユニット３１は主軸（不図示）を有し、この主軸の基端には主軸モータ３３が連結され、主軸の先端にはチャック３４が取り付けられ、チャック３４にはエンドミル３５が取り付けられている。

この実施の形態では、アーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）と、超音波振動装置２３の軸線１１２Ｇは同一平面内で直交しており、この平面と平行な平面上に、主軸の軸線１２Ｈが回動可能に配置される。
主軸の軸線１２Ｈの回動軸はアクチュエータ１２０の回転軸１２Ｉである。回転軸１２Ｉは、アーム１６の軸線（第６軸１２Ｆ）および超音波振動装置２３の軸線１１２Ｇを含む平面に垂直であり、軸線１１２Ｇとは直交するものの、第６軸１２Ｆとは交わらないように配置される。
この構成によっても、ロボット１２でカッタ刃２６およびエンドミル３５の姿勢を制御して、トリミング加工、及び多様な小孔４０Ｃの孔あけ加工を簡単に実行できる。また、この構成によれば、主軸の軸線１２Ｈの向きを変更してカッタ刃２６とエンドミル３５との相対的な配置を変更することができ、カッタ刃２６によりトリミング加工を行うとき、およびエンドミル３５により孔あけ加工を行うときのいずれの場合においても、切断装置１４の姿勢変化を小さくしつつ、ワーク４０への干渉を避けることができる。

Ｌ１ 距離（規定距離）
Ｌ２ 距離（規定距離）
１０ ワーク加工装置
１２ ロボット（多関節ロボット）
１２Ｆ 第６軸
１２Ｇ 第７軸
１２Ｈ 軸線（回転工具の軸心）
１４ 切断装置
１６ アーム（先端のアーム）
１６Ａ 手首フランジ部
１８ 接続アーム
２１ 追加アーム
２３ 超音波振動装置
２４ 超音波振動子
２６ カッタ刃
３１ スピンドルユニット
３２ 主軸（スピンドル）
３３ 主軸モータ
３５ エンドミル（回転工具）
４０ ワーク
４０Ａ 開口部
４０Ｂ 外周縁
４０Ｃ 小孔
５０ 型治具
５５ 吸引孔

本発明は、多関節ロボットの先端のアームに接続アームを取り付け、この接続アームにスピンドルに支持されてワークに孔あけ可能とする回転工具と、振動子で振動してワークの直線部或いは曲線部を切断可能とするカッタ刃とを一体に取り付け、前記多関節ロボットの操作によりワークの切断及び孔あけを含む一連の加工を実行可能とした、ことを特徴とする。
この場合において、前記ワークを吸引により保持するワーク保持装置と、前記ワーク保持装置に接続された集塵装置及び吸引装置と、を備え、前記回転工具が逆リードを有し、切削屑を先端方向に排出し、前記切削屑が前記吸引装置により吸引されて、前記集塵装置に捕集されるように構成してもよい。
前記回転工具は、例えば、高周波モータ等の駆動により２００００ｒｐｍ以上で高速回転させることが望ましい。

前記接続アームに前記カッタ刃が常時切断進行方向に向くように制御する追加アームを回転可能に連結してもよい。
前記多関節ロボットは６軸型であり、その先端のアームに追加アームを回転可能に連結して７関節としてもよい。
これら構成では、カッタ刃の姿勢および位置を、多関節ロボットの動作に加えて追加アームの回転により制御できるので、簡単な教示で精度良く曲線切断でき、使い勝手を向上させることができる。さらに、多関節ロボットを６軸型とすれば、カッタ刃は７自由度を有するため、切断位置が狭隘な形状であっても、前記薄肉成形品との干渉を容易に避けることができる。
また、前記回転工具は、薄肉成形品の曲率の大きな曲線部を含む孔部を孔あけ可能としてもよい。

本発明は、粉塵発生が少なく、廃水処理などの付随工程が不要で、比較的高速な切断が可能で、切削屑の除去が容易なワーク加工装置に関する。

しかし、前記軟質の薄肉成形品においては、外形のトリミング（切断）のほかに、多数の円形孔の穿孔を必要とする場合がある。この場合、前記特許文献１に記載の切断装置では、常に進行方向と超音波カッタの刃の向きを合わせる必要があり、円の軌跡を作成する際は最低４箇所以上教示するため、教示に時間がかかり、円の精度（真円度）を維持するには、さらに教示および加工に多くの時間を要する。また、超音波カッタは刃幅を有する平板状の刃物であるため、円弧切断時には刃物あるいはワークに負荷がかかり、小径の「円」は加工が困難であるという問題がある。これに対し、回転工具（例えば、エンドミルなど）で孔あけすることが提案されるが、この場合、薄肉成形品の加工時などでは切削屑（切り屑）が発生し、その処理が困難となる課題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、簡単かつ安価な構造であって、製品に多数の孔あけを、迅速かつ精度良く、しかも切削屑を容易に除去できるワーク加工装置を提供することを目的とする。

本発明は、多関節ロボットの先端のアームに接続アームを取り付け、この接続アームにスピンドルに支持されてワークに孔あけ可能とする回転工具と、振動子で振動してワークの直線部或いは曲線部を切断可能とするカッタ刃とを一体に取り付け、前記多関節ロボットの操作によりワークの切断及び孔あけを含む一連の加工を実行可能とし、前記ワークを吸引により保持するワーク保持装置と、前記ワーク保持装置に接続された集塵装置及び吸引装置と、を備え、前記回転工具が逆リードを有し、切削屑を先端方向に排出し、切削屑が前記吸引装置により吸引されて、前記集塵装置に捕集されるように構成してもよい。
前記回転工具は、例えば、高周波モータ等の駆動により２００００ｒｐｍ以上で高速回転させることが望ましい。

Claims (7)

1. 多関節ロボットと、
   前記多関節ロボットの先端のアームに取り付けられ、スピンドルに支持されてワークに孔あけ可能とする回転工具と、
   前記ワークを吸引により保持するワーク保持装置と、
   前記ワーク保持装置に接続された集塵装置及び吸引装置と、を備え、
   前記回転工具が切削屑を先端方向に排出し、前記切削屑が前記吸引装置により吸引されて、前記集塵装置に捕集されるように構成した、
   ことを特徴とするワーク加工システム。
2. 前記多関節ロボットの先端のアームに取り付けられ、超音波振動子で振動してワークの直線部或いは曲線部を切断可能とするカッタ刃を備えた、ことを特徴とする請求項１に記載のワーク加工システム。
3. 前記回転工具は、２００００ｒｐｍ以上で高速回転させることを特徴とする請求項１に記載のワーク加工システム。
4. 前記回転工具は、小径の孔を高速回転で孔あけし、入熱量に起因した製品欠点を生じさせない程度に送り速度を速く設定して、前記回転工具の軸心を移動させることにより、大径の孔あけを可能としたことを特徴とする請求項３に記載のワーク加工システム。
5. 前記回転工具は、入熱量に起因した製品欠点を生じさせない程度に正のすくい角を持たせたエンドミルであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のワーク加工システム。
6. 前記カッタ刃及び前記回転工具は、各先端が前記アームの手首フランジ部の中心から規定距離内に位置するように取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のワーク加工システム。
7. 薄肉成形品を加工するワーク加工装置において、
   多関節ロボットの先端のアームに接続アームを連結し、この接続アームに超音波振動子で振動して前記薄肉成形品の直線部或いは曲線部を切断可能とするカッタ刃と、スピンドルに支持されて前記薄肉成形品の曲率の大きな曲線部を含む孔部を孔あけ可能とする回転工具とを一体に取り付けたことを特徴とするワーク加工装置。

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