JP2019063880A - カッティング装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】平刃状の切断刃を有するカッティング装置を使用して、加工材に傾斜した曲面を形成することができるカッティング装置の制御方法を提供する。【解決手段】平刃状の切断刃Sを有するカッティング装置において、切断刃Sで加工材に傾斜曲面を形成するための制御方法であって、α(傾斜)方向移動手段7を駆動させて、傾斜曲面に沿う傾斜方向に切断刃Sを傾ける切断刃傾斜ステップを実行し、次いで、振動手段8を駆動させつつ、X、Y方向移動手段4、及びθ方向移動手段6を駆動させて、切断刃Sの刃先において切断刃Sの延在面が傾斜曲面に沿うようにして切断刃Sを移動させる傾斜曲面形成ステップを実行することを特徴とする。【選択図】図2
Description
本発明は、切断刃を有するカッティング装置において、加工材に傾斜曲面を形成するためのカッティング装置の制御方法に関するものである。
本件出願人は、特許文献1に示すように、平刃状の切断刃を用いて加工材にV溝を形成することができるカッティング装置を提案している。このカッティング装置では、切断刃を加工材の厚み方向に対して任意の角度で傾斜させることが可能である。このため、従前の装置では、V溝の2つの傾斜面は厚み方向に対して同じ角度でしか形成できなかったのに対し、この装置では、2つの傾斜面の角度が厚み方向に対して異なるV溝でも形成することができる。
ところで特許文献1で開示したV溝は、V溝を構成する傾斜面が平面状になるものである。これに対し、加工材に形成する傾斜面を曲面状にしたいとする要望があり、その対応が求められていた。
本発明は、このような要望を実現することを課題とするものであり、平刃状の切断刃を有するカッティング装置を使用して、加工材に傾斜した曲面を形成することができる技術を提供することを目的とする。
本発明は、加工材を切断する平刃状の切断刃を有するカッティング装置において、該切断刃で該加工材に傾斜曲面を形成するための制御方法であって、前記カッティング装置は、前記加工材を載置可能であって、XYZ直交座標系におけるXY平面に対して平行な載置面を有するベースと、前記ベースに対して前記切断刃をX軸方向及びY軸方向に移動可能なX、Y方向移動手段と、前記X、Y方向移動手段に設けられ、前記切断刃をZ軸方向に移動可能なZ方向移動手段と、前記Z方向移動手段に設けられ、前記切断刃をZ軸周りに回転可能なθ方向移動手段と、前記θ方向移動手段に設けられ、前記切断刃を保持するとともに該切断刃をZ軸に直交するα軸周りに回転可能なα方向移動手段と、前記切断刃を、該切断刃の長手方向に振動させる振動手段と、を備えるものであって、前記α方向移動手段を駆動させて、前記傾斜曲面に沿う傾斜方向に前記切断刃を傾ける切断刃傾斜ステップを実行し、次いで、前記振動手段を駆動させつつ、前記X、Y方向移動手段、及び前記θ方向移動手段を駆動させて、前記切断刃の刃先において前記切断刃の延在面が前記傾斜曲面に沿うようにして該切断刃を移動させる傾斜曲面形成ステップを実行するカッティング装置の制御方法である。
また前記切断刃傾斜ステップと前記傾斜曲面形成ステップの間において、前記振動手段を駆動させつつ、前記X、Y方向移動手段、及び前記Z方向移動手段を駆動させて、前記切断刃を前記傾斜方向に沿って移動させて前記加工材の内部に侵入させる切断刃侵入ステップを実行することが好ましい。
また前記カッティング装置は、前記切断刃として、切先までの長さが異なる長切断刃又は短切断刃に交換可能であって、前記切断刃侵入ステップにおいて、前記長切断刃に交換した状態での前記加工材の内部に侵入する該長切断刃の切先の位置と前記短切断刃に交換した状態での該加工材の内部に侵入する該短切断刃の切先の位置が同一となるように前記X、Y方向移動手段、及び前記Z方向移動手段を駆動させることが好ましい。
本発明であるカッティング装置の制御方法では、切断刃傾斜ステップを実行することによって、これから形成する傾斜曲面に沿う傾斜方向に切断刃を傾け、次いで傾斜曲面形成ステップを実行することによって、切断刃の刃先において切断刃の延在面が傾斜曲面に沿うようにして切断刃を移動させるようにしている。すなわち、加工材の厚み方向に対して傾けた切断刃の刃先を傾斜曲面の接線方向に移動させているため、加工材に傾斜曲面を形成することができる。
また、切断刃傾斜ステップと傾斜曲面形成ステップの間において切断刃侵入ステップを実行する場合は、例えば加工材から傾斜曲面を持つブロックを切り出す際、切断刃を加工材の一端から他端まで動かす必要はなく、ブロックが形成されるように切断刃を加工材の内側で一周動かせばよいため、加工材を余分に切断してしまうことがなく、加工材が無駄になることがない。
また切断刃を、長さの異なるものに交換できるように構成することによって、様々な厚みの加工材を切断することが可能となる。ここで、切断刃として切先までの長さが異なる長切断刃又は短切断刃に交換可能とする場合、単にいずれの切断刃でも保持できるように構成するだけでは、長切断刃の切先と短切断刃の切先の位置は異なるため、加工材への切断深さも相異することになる。このため、このような長切断刃及び短切断刃を交換可能とする場合にあっては、切断刃侵入ステップにおいて、加工材の内部に侵入する長切断刃の切先と短切断刃の切先が同一の位置になるようにX、Y方向移動手段、及びZ方向移動手段を駆動させることが好ましく、これにより、長切断刃を使用した場合でも短切断刃を使用した場合でも同一の傾斜曲面を形成することができる。
以下、本発明に従うカッティング装置の制御方法を説明するにあたり、まずカッティング装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1における符号1は、カッティング装置の一実施形態を示している。本実施形態のカッティング装置1は、ベース2とヘッド3を備えている。ベース2は、符号Wで示す加工材を載置するものである。なお加工材Wは、図示の例では平面視において長方形になる平板状のものであるが、形状はこれに限定されるものではない。またその材質は、段ボールのような紙製品や、薄板状の合成樹脂板あるいは金属板、更には比較的厚みのあるポリエチレンや発泡材など、種々のものが含まれる。またヘッド3は、図2〜図4に示すように加工材Wを切断する切断刃Sを保持している。
ベース2において、加工材Wを載置する載置面は、XYZ直交座標系におけるXY平面に対して平行に延在するものである。本実施形態においては、カッティング装置1を床面に設置した状態において、ベース2の載置面は水平方向に延在する。なお図示は省略するが、ベース2の載置面には、負圧によって加工材Wを吸着保持するための吸着穴が設けられている。またベース2には、カッティング装置1に設けられる各種手段を駆動するための電源、エア源等に接続するための付帯設備が設けられている。
またベース2とヘッド3との間には、X、Y方向移動手段4、Z方向移動手段5が設けられていて、これによりヘッド3は、ベース2に対してX軸方向、Y軸方向、Z軸方向に移動することができる。
本実施形態のX、Y方向移動手段4は、X軸方向に延在するとともにベース2に対してY軸方向に間隔をあけて設けられる一対のX軸レール(不図示)と、X軸レールを摺動するX軸ナット(不図示)と、X軸ナットに保持されるY軸フレーム4aと、図2に示すようにY軸方向に延在するとともにY軸フレーム4aに対してZ軸方向に間隔をあけて設けられる一対のY軸レール4bと、Y軸レール4bを摺動するY軸ナット4cと、Y軸ナット4cに保持されるY軸移動ベース4dを含んで構成されている。また詳細な説明は省略するが、X、Y方向移動手段4には、Y軸フレーム4aやY軸移動ベース4dを移動させるための手段も含まれていて、このようなものとしては、例えばモータ(サーボモータやステッピングモータなど)を用いるとともに、タイミングベルトとプーリを利用した機構、ボールねじを用いた機構、ラックとピニオンを利用した機構を用いることが挙げられる。
またZ方向移動手段5は、Z軸方向に延在するとともにY軸移動ベース4dに対してY軸方向に間隔をあけて設けられる一対のZ軸レール5aと、Z軸レール5aを摺動するZ軸ナット5bと、Z軸ナット5bに保持されるZ軸移動ベース5cを含んで構成されている。更にZ方向移動手段5は、Z軸モータ5dと、Z軸モータ5dの回転によってZ軸移動ベース5cを移動させるボールねじ5eを備えている。
ヘッド3は、切断刃SをZ軸周りに回転可能なθ方向移動手段6と、切断刃SをZ軸に直交するα軸(図6参照)周りに回転可能なα方向移動手段7と、切断刃Sを、その長手方向に振動させる振動手段8とを備えている。
θ方向移動手段6は、Z軸方向に間隔をあけて設けられる一対のベアリング6aに回転可能に支持されるθ回転軸6bと、θ回転軸6bに保持される右側θ軸ベース6c及び左側θ軸ベース6d(図3参照)とを含んで構成されている。またθ方向移動手段6は、図2に示すようにθ回転軸6bに取り付けられるθ軸プーリ6eと、タイミングベルトを介してθ軸プーリ6eを回転させるθ軸モータ6fを備えている。
更にθ方向移動手段6は、図3に示すようにθ回転軸6bに対して同軸上に設けられ、外周面に螺旋溝を有するθ軸ホルダー6gと、θ軸ホルダー6gの螺旋溝に係合する突起を有しZ軸方向に移動可能に設けられるZ軸ブロック6hと、Z軸ブロック6hのZ軸方向の位置を検知することによってθ回転軸6bの回転位置を導くことが可能なθ軸センサ6jとを備えている。なお、θ回転軸6bのθ軸周りの回転位置を導く手段としては、上述した手段に限定されるものではなく、例えばθ軸モータ6fとしてサーボモータを用いてサーボモータに加えるパルス数から導くことも可能である。
α方向移動手段7は、図3に示すように右側θ軸ベース6cに回転可能に支持される右側α回転軸7aと、右側α回転軸7aに対して同軸上に設けられるとともに左側θ軸ベース6dに回転可能に支持される左側α回転軸7bと、右側α回転軸7aに取り付けられるα軸プーリ7cと、図2に示すようにタイミングベルトを介してα軸プーリ7cを回転させるα軸モータ7dとを含んで構成されている。更にα方向移動手段7は、図3に示すように右側α回転軸7aと左側α回転軸7bの間に位置するスプラインケース7eと、スプラインケース7eに対して進退可能に設けられるスプライン軸7fと、スプライン軸7fの先端に設けられ、切断刃Sを保持するホルダー7gを備えている。
またα方向移動手段7は、図3に示すように左側α回転軸7bに取り付けられる切欠き付き遮蔽板7hと、切欠き付き遮蔽板7hの切欠きを利用して左側α回転軸7bのα軸周りの回転位置を検出するα軸センサ7jとを備えている。すなわち、左側α回転軸7bとともに切断刃Sはα軸周りに回転するため、α軸センサ7jによって切断刃Sのα軸周りの回転位置を検出することができる。なお、切断刃Sのα軸周りの回転位置を検出するにあたっては、例えばα軸モータ7dとしてサーボモータを用いてサーボモータに加えるパルス数から導くことも可能である。
振動手段8は、図2に示すようにスプライン軸7fの後端に連結するクランク8aと、回転可能に軸支されるとともにクランク8aを進退移動させる偏心カム付きシャフト8bと、偏心カム付きシャフト8bに取り付けられる振動付与用プーリ8cと、ベルト(タイミングベルト)を介して振動付与用プーリ8cを回転させる振動付与用モータ8dとを含んで構成されている。すなわち、振動付与用モータ8dによって偏心カム付きシャフト8bが回転すると、その偏心量の振幅をもってクランク8aが振動し、これによりホルダー7gを取り付けたスプライン軸7fも振動するため、ホルダー7gに保持される切断刃Sを長手方向に沿って振動させることができる。
切断刃Sは、図2〜図5に示すように平刃状になるものであり、ホルダー7gに対して取り外し可能に設けられている。図5に示すように切断刃Sの側縁部には、加工材Wを切断する刃先S1が設けられている。また本実施形態のカッティング装置1は、切断刃Sとして、ホルダー7gに保持される部位から先端の切先S2までの長さが比較的長いもの(以下、長切断刃と称する)であっても、短いもの(以下、短切断刃と称する)であっても取り付け可能としている。なお、ホルダー7gに切断刃Sを取り付けるにあたっては、例えばホルダー7gと切断刃Sとの間に位置決め手段を設けることによって、切断刃Sの延在面S3がα方向移動手段7のα軸と平行になるようにしている。
またカッティング装置1は、このようなX、Y方向移動手段4、Z方向移動手段5、θ方向移動手段6、α方向移動手段7、及び振動手段8を制御するものとして、不図示のコントロール基板を備えている。コントロール基板は、X、Y方向移動手段4、Z方向移動手段5、θ方向移動手段6、α方向移動手段7、及び振動手段8に対して指令を送り、これらを個別に又は連動して駆動させることができる。
更にカッティング装置1は、図2に示すように、切断刃Sで加工材Wを切断する際に加工材Wを押えておく加工材押圧手段9を備えている。本実施形態の加工材押圧手段9は、切断刃Sの近傍に設けられる押圧板9aと、押圧板9aをヘッド3に対してZ軸方向に移動可能に支持するガイド9bと、押圧板9aを加工材Wに対して押圧するための弾性体9cとを含んで構成されている。
次に、このような構成になるカッティング装置1を用いて加工材Wに傾斜曲面を形成する、カッティング装置の制御方法について説明する。ここでは、図6に示すように比較的厚みの厚い加工材Wから、傾斜曲面として円錐面を持つ円錐台状のブロックを形成する場合について説明する。
まず、X、Y方向移動手段4を駆動させて切断刃Sを所定の位置に移動させる。この時、α方向移動手段7も駆動して切断刃Sをα軸周りに回転させて、図7(b)に示すように切断刃Sを円錐面に沿う傾斜方向(母線に沿う方向)に指向させる(切断刃傾斜ステップ)。
次いで、振動手段8を駆動させて切断刃Sを長手方向に振動させつつ、X、Y方向移動手段4、及びZ方向移動手段5を駆動させて、切断刃Sを円錐面に沿う傾斜方向に沿って移動させて、所定の深さまで加工材Wの内部に侵入させる(切断刃侵入ステップ)。ここでは、加工材Wの裏面まで到達するように設定している。なお、加工材Wの裏面には、切断刃Sとベース2との接触を避けるべく、下板等を配置してもよい。なお、Z方向移動手段5の駆動によってヘッド3が加工材Wに近づくため、押圧板9aによって加工材Wの浮き上がりを防止することができる。
しかる後、振動手段8を駆動させつつ、X、Y方向移動手段4を駆動させて、図7(a)に示すように平面視において円を描くようにして切断刃Sを移動させる。またこの時、θ方向移動手段6も併せて駆動させ、切断刃Sの刃先S1において、切断刃Sの延在面S3が円錐面に沿うようにして切断刃Sをθ回転軸6b周りに回転させる(傾斜曲面形成ステップ)。すなわち切断刃Sは、刃先S1を円錐面の接線方向に指向させた状態で移動することになる。
そして切断刃Sを一周動かすことによって、加工材Wから円錐台状のブロックを形成することができる。なお切断刃Sは、図7(a)に示すようにX、Y方向移動手段4の駆動によって一周動くのに合せて、θ方向移動手段6によってθ回転軸6bを一周している。そして切断刃Sが一周した後は、振動手段8を駆動させたまま、X、Y方向移動手段4、及びZ方向移動手段5を駆動させて、加工材Wの内部に侵入させた切断刃Sを、円錐面に沿う傾斜方向に沿って後退させて加工材Wから引き抜いて切断作業を終了する。
上述した説明では、切断刃傾斜ステップと傾斜曲面形成ステップの間に切断刃侵入ステップを実行していたが、これを省略することも可能である。この場合は、切断刃傾斜ステップによって所定の角度に傾けた切断刃Sを、加工材Wの長さ方向(幅方向)の外側から侵入させ、上述した傾斜曲面形成ステップを実行すればよい。なお、切断刃侵入ステップを実行する場合は、加工材Wで切断される部位は円錐台状のブロックのみになるので、加工材Wが無駄になることがない。
また切断刃侵入ステップは、切断刃Sの切先S2の位置を考慮して実行するものとする。例えば切断刃Sとして、図8(a)に示すように長さが長い長切断刃を使用する場合と図8(b)に示すように長さが短い短切断刃を使用する場合とでは、θ回転軸6bに対して切先S2の位置が異なることになる。このため本実施形態のカッティング装置1では、使用する切断刃Sの種類や長さを入力できるようにしていて、切先S2までの長さが把握できるようにしている。そして切断刃侵入ステップにおいては、切先S2の位置を考慮して、θ回転軸6bの位置を長切断刃と短切断刃で変えることにより、長切断刃であっても短切断刃であっても切先S2の位置が同一になるようにX、Y方向移動手段4、及びZ方向移動手段5を駆動させている。これにより、長切断刃を使用した場合でも短切断刃を使用した場合でも同一の円錐面を形成することができる。
なお、これまでに説明した制御方法は加工材Wに傾斜曲面を形成するものであったが、上述したカッティング装置1を使用して傾斜した平面を形成することも可能である。例えば、図9に示すような複数の傾斜平面を有するブロックを形成する場合は、X、Y方向移動手段4を駆動して切断刃Sを所定の位置に移動させ、またα方向移動手段7も駆動して切断刃Sをα軸周りに回転させて、切断刃Sを傾斜平面に沿う傾斜方向に指向させておき、次いで、振動手段8を駆動して切断刃Sを長手方向に振動させつつ、X、Y方向移動手段4、及びZ方向移動手段5を駆動して、切断刃Sを傾斜平面に沿う傾斜方向に沿って移動させながら所定の深さまで加工材Wの内部に侵入させ、しかる後、振動手段8を駆動しつつX、Y方向移動手段4を駆動して、直線状に切断刃Sを移動させればよい。このようにカッティング装置1では、加工材Wに傾斜平面を形成することもできるため、先に説明した傾斜曲面を形成する制御方法と組み合わせることで、加工材Wを様々な形状に切断することが可能である。
なお本発明のカッティング装置の制御方法は、これまでに述べた実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に従う範疇で種々の変更を加えたものも含まれる。
1:カッティング装置
2:ベース
3:ヘッド
4:Y方向移動手段
4a:Y軸フレーム
4b:Y軸レール
4c:Y軸ナット
4d:Y軸移動ベース
5:Z方向移動手段
5a:Z軸レール
5b:Z軸ナット
5c:Z軸移動ベース
5d:Z軸モータ
5e:ボールねじ
6:θ方向移動手段
6a:ベアリング
6b:θ回転軸
6c:右側θ軸ベース
6d:左側θ軸ベース
6e:θ軸プーリ
6f:θ軸モータ
6g:θ軸ホルダー
6h:Z軸ブロック
6j:θ軸センサ
7:α方向移動手段
7a:右側α回転軸
7b:左側α回転軸
7c:α軸プーリ
7d:α軸モータ
7e:スプラインケース
7f:スプライン軸
7g:ホルダー
7h:切欠き付き遮蔽板
7j:α軸センサ
8:振動手段
8a:クランク
8b:偏心カム付きシャフト
8c:振動付与用プーリ
8d:振動付与用モータ
9:加工材押圧手段
9a:押圧板
9b:ガイド
9c:弾性体
S:切断刃
S1:刃先
S2:切先
S3:延在面
W:加工材
2:ベース
3:ヘッド
4:Y方向移動手段
4a:Y軸フレーム
4b:Y軸レール
4c:Y軸ナット
4d:Y軸移動ベース
5:Z方向移動手段
5a:Z軸レール
5b:Z軸ナット
5c:Z軸移動ベース
5d:Z軸モータ
5e:ボールねじ
6:θ方向移動手段
6a:ベアリング
6b:θ回転軸
6c:右側θ軸ベース
6d:左側θ軸ベース
6e:θ軸プーリ
6f:θ軸モータ
6g:θ軸ホルダー
6h:Z軸ブロック
6j:θ軸センサ
7:α方向移動手段
7a:右側α回転軸
7b:左側α回転軸
7c:α軸プーリ
7d:α軸モータ
7e:スプラインケース
7f:スプライン軸
7g:ホルダー
7h:切欠き付き遮蔽板
7j:α軸センサ
8:振動手段
8a:クランク
8b:偏心カム付きシャフト
8c:振動付与用プーリ
8d:振動付与用モータ
9:加工材押圧手段
9a:押圧板
9b:ガイド
9c:弾性体
S:切断刃
S1:刃先
S2:切先
S3:延在面
W:加工材
Claims (3)
- 加工材を切断する平刃状の切断刃を有するカッティング装置において、該切断刃で該加工材に傾斜曲面を形成するための制御方法であって、
前記カッティング装置は、
前記加工材を載置可能であって、XYZ直交座標系におけるXY平面に対して平行な載置面を有するベースと、
前記ベースに対して前記切断刃をX軸方向及びY軸方向に移動可能なX、Y方向移動手段と、
前記X、Y方向移動手段に設けられ、前記切断刃をZ軸方向に移動可能なZ方向移動手段と、
前記Z方向移動手段に設けられ、前記切断刃をZ軸周りに回転可能なθ方向移動手段と、
前記θ方向移動手段に設けられ、前記切断刃を保持するとともに該切断刃をZ軸に直交するα軸周りに回転可能なα方向移動手段と、
前記切断刃を、該切断刃の長手方向に振動させる振動手段と、を備えるものであって、
前記α方向移動手段を駆動させて、前記傾斜曲面に沿う傾斜方向に前記切断刃を傾ける切断刃傾斜ステップを実行し、
次いで、前記振動手段を駆動させつつ、前記X、Y方向移動手段、及び前記θ方向移動手段を駆動させて、前記切断刃の刃先において前記切断刃の延在面が前記傾斜曲面に沿うようにして該切断刃を移動させる傾斜曲面形成ステップを実行するカッティング装置の制御方法。 - 前記切断刃傾斜ステップと前記傾斜曲面形成ステップの間において、
前記振動手段を駆動させつつ、前記X、Y方向移動手段、及び前記Z方向移動手段を駆動させて、前記切断刃を前記傾斜方向に沿って移動させて前記加工材の内部に侵入させる切断刃侵入ステップを実行する請求項1に記載のカッティング装置の制御方法。 - 前記カッティング装置は、前記切断刃として、切先までの長さが異なる長切断刃又は短切断刃に交換可能であって、
前記切断刃侵入ステップにおいて、前記長切断刃に交換した状態での前記加工材の内部に侵入する該長切断刃の切先の位置と前記短切断刃に交換した状態での該加工材の内部に侵入する該短切断刃の切先の位置が同一となるように前記X、Y方向移動手段、及び前記Z方向移動手段を駆動させる請求項2に記載のカッティング装置の制御方法。
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