JP2019136836A - 制御装置および工作機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】作業者の安全を確保しつつ、作業効率を向上させることを可能にすることができる制御装置および工作機械を提供する。【解決手段】ロック制御部は、回転指令が出力された際に、ドアがロック解除状態であれば(S20:YES)、ロック指令を出力するか(S30)、または駆動制御部は、ドアがロック状態である時のみ回転指令を出力可能となっている。ロック制御部は、入力部によりロック解除要求が入力された場合には(S40:YES)、回転停止指令が出力されてから所定時間経過後に(S50:YES)、ロック解除指令を出力するか(S61)、または所定時間内であっても、主軸に装着された流体駆動ホルダを工具マガジン部へ収納する工具交換動作が終了した(S51:YES)場合には、ロック解除指令を出力する(S61)。【選択図】図6

Description

この発明は、制御装置および工作機械に関する。
従来より、作業者の安全を確保するため、工具主軸が回転している間は工作機械のドアをロックし、機械内部の回転部にアクセスできないようにするインタロック機構が提案されている。例えば、特許文献1においては、回転停止指令が実行された後、工具主軸の回転を検出することで、回転停止状態であるかどうかを確認し、回転停止状態が確認できない場合には、ドアのロック状態を継続する。また、特許文献1においては、回転停止指令が実行された後に、工具主軸の回転駆動制御回路にエラー等が発生して、制御機能上、回転停止状態であるかどうかが確認できない場合は、予め設定した惰性回転による回転停止までの時間が経過するまではドアのロック状態を継続する。
特許第5187027号
しかしながら、エアスピンドル工具は工具主軸自体を回転させずに、流体を用いて回転させられるため、工具主軸の回転信号に基づいて制御される、従来のインタロック機構は使えなかった。
また、エアの供給が停止してからの工具の惰性回転時間は1分を超える場合もあるため、工具の惰性回転終了までドアをロックしておくと、その間に次の作業を行うことができずに作業効率が落ちるという問題があった。
この発明の課題は、安全性を確保しつつ、作業効率を向上させることのできる制御装置および工作機械を提供することにある。
本発明に係る制御装置の一態様は、切削工具を装着した工具ホルダが取り付け可能に構成され、該工具ホルダを回転駆動する主軸であって、切削工具を装着して該切削工具を流体により回転駆動する流体駆動ホルダについても取り付け可能に構成された主軸と、前記流体駆動ホルダを少なくとも一本収納可能な工具マガジン部と、前記工具マガジン部に収納された前記流体駆動ホルダを前記主軸へ取り付け、また前記主軸に取り付けられた前記流体駆動ホルダを前記工具マガジン部へ収納する工具交換機構と、前記主軸が配設された加工領域を囲うカバーに設けられた開口部を開閉するドアをロック状態およびロック解除状態にするロック機構と、前記ドアを前記ロック解除状態とする解除要求を入力する入力部と、前記ロック機構に対し、前記ドアをロック状態とするロック指令、およびロック解除状態とするロック解除指令を出力するロック制御部と、前記主軸に取り付けられた前記流体駆動ホルダへ流体を供給し前記切削工具を回転駆動する回転指令、および前記流体の供給を停止し前記切削工具の回転駆動を停止する回転停止指令を出力する駆動制御部とを備える工作機械の制御装置であって、前記ロック制御部は、前記回転指令が出力された際に、前記ドアがロック解除状態であれば前記ロック指令を出力するか、または前記駆動制御部は、前記ドアがロック状態である時のみ前記回転指令を出力可能となっており、前記ロック制御部は、前記入力部により前記解除要求が入力された際には、前記回転停止指令が出力されてから所定時間経過後である場合に、または前記所定時間内であっても、前記主軸に装着された前記流体駆動ホルダを前記工具マガジン部へ収納する工具交換動作が終了しており、かつ、前記主軸が回転駆動中でない場合に、前記ロック解除指令を出力するように構成されている、ことを特徴とする。
前記一態様の制御装置によれば、回転停止指令が出力された後の可能な限り早い段階でドアを開状態とし、ドアが開状態になった際には、切削工具は加工領域外の工具マガジン部に収納されているので、作業者は効率よく、かつ安全に作業することができる。
本発明に係る制御装置の他の態様は、前記ドアを前記ロック解除状態とする解除要求を入力する入力部と、警報を報知する報知部とを備え、前記ロック制御部は、前記入力部により前記解除指示が入力された場合には、前記所定時間内であり、かつ、前記主軸に装着された前記流体駆動ホルダを前記工具マガジン部へ収納する工具交換動作が終了する前であっても、前記ロック解除指令を前記ロック機構に出力し、前記報知部に対して、前記警報を報知する報知指令を出力するようにしてもよい。
本発明に係る工作機械の一態様は、前記制御装置を備えることを特徴とする。当該態様によれば、作業者が効率よく、かつ安全に作業することができる工作機械が提供される。
本発明によれば、作業者は効率よく、かつ安全に作業することができる。
本発明の第1の実施形態に係る工作機械のドアが開いた状態を示す正面図である。 カバーを取り外した状態の工作機械の機構部を示す斜視図である。 工具交換アームの動作を説明するための図である。 流体駆動ホルダの概略を示す斜視図である。 本発明の第1の実施形態における制御装置の機能ブロックを示す図である。 第1の実施形態における制御装置のロック制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第2の実施形態における制御装置の機能ブロックを示す図である。 第2の実施形態における制御装置のロック制御処理を示すフローチャートである。
以降、図面を参照しながら、本発明を実施するための様々な実施形態を説明する。各図面中、同一の機能を有する対応する部材には、同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。第2実施形態では第1実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎には逐次言及しないものとする。
<第1の実施形態>
図1は、工作機械のドアが開いた状態を示す正面図である。
本実施形態の工作機械1を、図1に示す立形マシニングセンタを用いて説明する。工作機械1は、カバー2と、ドア3と、操作盤10とを備える。本実施形態の制御装置は、カバー2の背面にある制御盤の中に収められている。図1においては図示を省略する。カバー2は、テーブル25、および主軸30等の機構部が設置された加工領域Aを囲う筐体である。ドア3は、矢印で示されるB,C方向にスライド可能であり、カバー2に設けられた開口部4を開閉する。カバー2には、図示を省略するロック機構が備えられており、ドア3を閉じた状態でロックするロック状態およびロック解除状態のいずれかの状態にすることができる。
主軸30は、切削工具40を装着した工具ホルダ41が取り付け可能に構成されており、工具ホルダ41を回転駆動する。また、主軸30は、図1には図示を省略するが、切削工具を装着して、この切削工具を流体により回転駆動する流体駆動ホルダについても取り付け可能に構成されている。流体駆動ホルダの詳細については後述する。
操作盤10は、カバー2に回動可能に取り付けられた支持アーム11により支持されており、表示パネル12、および操作パネル13を備える。
図2は、カバーを取り外した状態の工作機械1の機構部を示す斜視図である。図2に示すように、本実施形態における工作機械1の機構部は、ベッド20と、X軸ガイド23と、Y軸ガイド21と、Z軸ガイド27と、サドル22と、テーブル25と、コラム26と、主軸30と、主軸頭31と、工具マガジン50と、工具交換機構60とを備えている。
ベッド20は、サドル22およびコラム26等を支持するためのベース部材であり、レベル調整用のジャッキボルトなどを介して床に設置される。ベッド20は、鋳鉄などの金属から形成されている。サドル22は、ベッド20上をY軸方向に移動する部材であり、ベッド20上にY軸方向に延びて形成されたY軸ガイド21上に支持される。図示を省略するが、本実施形態の工作機械1には、Y軸送り機構が備えられており、サドル22は、Y軸送り機構により、Y軸ガイド21のY軸摺動面21a上をY軸のプラス方向およびマイナス方向に往動する。
テーブル25は、ワークを固定するワーク固定具を載置する台であり、サドル22上にX軸方向に延びて形成されたX軸ガイド23上に支持される。図示を省略するが、本実施形態の工作機械1には、X軸送り機構が備えられており、テーブル25は、X軸送り機構により、X軸ガイド23のX軸摺動面23a上をX軸のプラス方向およびマイナス方向に往動する。
コラム26は、主軸頭31をZ軸方向に移動自在に支持する柱部材であり、ベッド20と同様に鋳鉄などの金属から形成されている。主軸頭31はコラム26上をZ軸方向に移動する部材であり、コラム26上にZ軸方向に延びて形成されたZ軸ガイド27に支持される。主軸頭31は、Z軸送り機構により、Z軸ガイド27のZ軸摺動面27a上をZ軸のプラス方向およびマイナス方向に往動する。
主軸30は、図1に示す切削工具40を装着した工具ホルダ41を着脱可能に保持する部材であり、図示を省略する主軸モータによって、主軸30をその軸中心に回転する。また、主軸30は、工具ホルダ41だけではなく、後述する流体駆動ホルダを着脱可能に保持する。流体駆動ホルダは、流体駆動ホルダに装着された切削工具を流体により回転駆動する。
工具マガジン50は、コラム26に取り付けられている。工具マガジン50は、円板状の保持プレート52と、保持プレート52に取り付けられた複数の工具ポット53とを備えている。複数の工具ポット53は、保持プレート52上に環状に配置した状態で保持されており、それぞれの工具ポット53により、工具ホルダ41または流体駆動ホルダを保持する。工具マガジン50は、図示を省略する駆動モータを備えており、保持プレート52は、駆動モータにより回転する。また、工具マガジン50は、図示を省略する回動機構を備えており、工具ポットは、特定の位置(真下の位置)でのみ回動機構により回動する。
主軸30と工具マガジン50との間には、工具交換機構60が設けられている。工具交換機構60は、支持軸61と、工具交換アーム62とを備える。
図3は、工具交換機構60の動作を説明するための図である。工具交換機構60は、主軸30に取り付けられた工具ホルダ41と、待機位置の工具ポット53に保持された工具ホルダ41’とを交換する機構である。工具交換機構60は、図3に示すように、その軸線が主軸30の軸線と平行となるように配設された支持軸61と、工具ホルダ41等を保持する工具交換アーム62とを備えている。また、工具交換機構60は、図示を省略するが、支持軸61をZ軸方向に上下動させる進退駆動モータと、支持軸61を軸中心に回転させる回転駆動モータとを備えている。
工具の交換は次のように行われる。まず、上述した工具マガジン50の交換位置における工具ポット53が90度旋回し、切削工具40’を支持する工具ホルダ41’が下方を向く。次に、工具交換アーム62が約90度旋回し、両端で主軸30に取り付けられ、切削工具40を支持する工具ホルダ41と、上述のように下方を向いた工具ホルダ41’を把持する。工具ホルダ41を主軸30へクランプしているクランプ機構(図示を省略)におけるクランプを解除することにより、工具ホルダ41を主軸からアンクランプし、工具交換アーム62が下降することで、工具ホルダ41と工具ホルダ41’とを引き抜く。次に、工具交換アーム62が180度旋回して、工具ホルダ41と工具ホルダ41’とを入れ替える。さらに、工具交換アーム62が上昇して、工具ホルダ41を工具ポット53に押し込み、同時に、工具ホルダ41’を主軸30に押し込む。そして、クランプ機構により、工具ホルダ41’を主軸にクランプし、工具交換アーム62が約90度旋回して元の位置へ戻り、工具ポット53が90度旋回して上昇する。
次に、流体駆動ホルダについて説明する。図4は、流体駆動ホルダ70の概略を示す斜視図である。図4に示すように、流体駆動ホルダ70は、工作機械1の主軸30に着脱されるように構成されている。また、組立て上の便宜等から、流体駆動ホルダ70は、シャンク71と、シャンク71を回転可能に支持するボディ73とボディ73と一体的に構成された位置決めアーム72と、シャンク71に連結されたサポート74と、シャンク71に連結され、クランプ機構によって、主軸30にクランプする為に用いられるプルスタッド79により構成され、その内部には、図示を省略する流体スピンドルを収納するため、位置決めアーム72からサポート74にかけてサポート74の前方に開口する空洞が設けられている。空洞の図示については省略する。
流体スピンドルは、先端に出力軸75を有しており、後部には出力軸75を駆動するための流体モータが取り付けられている。流体モータの図示については省略する。出力軸75の先端にはチャッキング部材76が取り付けられており、チャッキング部材76により、刃物、砥石等の切削工具77が取り付けられている。流体モータは、位置決めアーム72に設けられた流体入力ピン78から供給されるエア等の流体により駆動されるようになっている。
シャンク71の形状は、上述した工具ホルダ40に備えられたシャンクと同様の形状を有しており、工具ホルダ40と同様に、主軸30および工具ポット53に着脱自在となっている。本実施形態の流体駆動ホルダ70は、流体としてエアを用いるが、流体として、エア以外にクーラントオイル(切削油)を用いる流体駆動ホルダもある。
次に、本実施形態の工作機械1における制御部100の構成について説明する。図5は、制御部100の機能ブロックを示す図である。制御部100は、工作機械1の全体を制御する。例えば、制御部100は、駆動制御部およびロック制御部として機能する。駆動制御部は、主軸30に取り付けられた流体駆動ホルダへ流体を供給し、切削工具を回転駆動する回転指令と、流体の供給を停止し、切削工具の回転駆動を停止する回転停止指令とを出力する。ロック制御部は、ロック機構に対し、ドア3をロック状態とするロック指令と、ドア3をロック解除状態とするロック解除指令とを出力する。
図5に示すように、制御部100は、一例として、入力部14、駆動制御部15、およびロック制御部16として機能する。入力部14は、操作パネル13からの入力を受け付け、適宜、駆動制御部15またはロック制御部16に信号を出力する。駆動制御部15は、主軸30の回転機構等の機構部80に対して様々な指令を出力し、また、入力部14は機構部80から様々な信号を検出する。ロック制御部16は、ドア3のロック機構81に対してロック指令またはロック解除指令を出力する。
図6は、本実施形態の制御部100におけるロック制御処理の一連の流れを示すフローチャートである。まず、ロック制御部16は、駆動制御部15から回転指令が出力されたかどうかを判断する(S10)。この回転指令には、主軸30に取り付けられた流体駆動ホルダ70へ流体を供給し切削工具77を回転駆動する回転指令と、工具ホルダ41が装着された主軸30を回転駆動する回転指令とが含まれる。
ロック制御部16は、駆動制御部15から回転指令が出力されたと判断した場合には(S10:YES)、ドア3がロック解除状態であるかどうかを判断する(S20)。ロック制御部16は、ドア3がロック解除状態ではなく、ロック状態であると判断した場合には(S20:NO)、ロック制御処理を抜ける。しかし、ロック制御部16は、ドア3がロック解除状態であると判断した場合には(S20:YES)、ロック機構81に対して、ロック指令を出力し(S30)、ドア3をロック状態とする。したがって、流体駆動ホルダ70に装着された切削工具77の回転中、あるいは、切削工具40を装着した主軸30の回転中においては、ドア3はロック状態となっており、作業者は回転部にアクセスすることができないので、作業者の安全が確保される。
ロック制御部16は、ステップS10において、駆動制御部15から回転指令が出力されていないと判断した場合には(S10:NO)、入力部14によりロック解除要求が入力されたか否かを判断する(S40)。ロック制御部16は、入力部14によりロック解除要求が入力されていないと判断した場合には(S40:NO)、ロック制御処理を抜ける。しかし、ロック制御部16は、入力部14によりロック解除要求が入力されたと判断した場合には(S40:YES)、直前に主軸に取り付けられていたホルダが、流体駆動ホルダであるか否かを判断する(S45)。ロック制御部16は直前に主軸に取り付けられていたホルダが流体駆動ホルダではないと判断した場合には(S45:NO)、ロック解除指令を出力する。しかし、ロック制御部16は、直前に主軸に取り付けられていたホルダが流体駆動ホルダだったと判断した場合には(S45:YES)、駆動制御部15による回転停止指令の出力から所定時間が経過したかどうかを判断する(S50)。この所定時間は、一例として、切削工具77の惰性回転が完全に停止するまでの時間に設定されている。
ロック制御部16は、駆動制御部15による回転停止指令の出力から所定時間が経過したと判断した場合には(S50:YES)、ロック機構81に対して、ロック解除指令を出力し(S61)、ドア3をロック解除状態とする。
一方、ロック制御部16は、駆動制御部15による回転停止指令の出力から所定時間が経過していないと判断した場合には(S50:NO)、工具交換機構60により、流体駆動ホルダ70が主軸30から抜き取られ、工具マガジン50の工具ポット53に取り付けられて工具交換動作が終了したかどうかを判断する(S51)。ロック制御部16は、工具交換動作が終了していないと判断した場合には(S51:NO)、ロック制御処理を抜ける。
また、ロック制御部16は、回転停止指令の出力から所定時間が経過していないが(S50:NO)、工具交換動作が終了したと判断した場合には(S51:YES)、ロック機構81に対して、ロック解除指令を出力し(S61)、ドア3をロック解除状態とする。
工具交換動作が終了した状態においては、流体駆動ホルダ70は工具マガジン部50に収納され、作業者がドア3を開けた場合でも、惰性回転中の切削工具77にアクセスすることはできない。したがって、本実施形態によれば、回転停止指令の出力から所定時間が経過していない場合であっても、工具交換動作が終了し、かつ、主軸30が回転動作中ではない場合には、ドア3をロック解除状態とするので、流体駆動ホルダ70に対する回転停止指令が出力された後に、より一層早い段階でドア3を開状態とすることができる。また、ドア3が開状態になったとしても、作業者がアクセス可能な加工領域Aには回転中の工具が存在しないため、作業者は効率よく、かつ安全に作業することができる。
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について図7および図8を参照しつつ説明する。図7は、本実施形態における制御部100’の機能ブロックを示す図である。図8は、本実施形態の制御部100’におけるロック解除処理を示すフローチャートである。本実施形態は、所定時間内であり、かつ、工具交換動作が終了する前であっても、ロック解除要求が入力された場合には、ドア3をロック解除状態にするところが、上述した実施形態と異なる。
本実施形態の入力部14は、操作パネル13からドア3をロック解除状態とするロック解除要求を入力する。また、本実施形態においては、報知部90が備えられている。報知部90は、ロック制御部16‘からの報知指令に応じて、警報を報知する。報知部90の例としては、ブザー等の音報知装置、あるいは、ランプ等の点灯装置、もしくは、音報知装置と点灯装置の両方を備えた警報装置等が挙げられる。
図8に示すように、本実施形態のロック制御処理は、ステップS50以降の処理が第1実施形態と異なる。ステップS50において、ロック制御部16’は、駆動制御部15による回転停止指令の出力から所定時間が経過していないと判断した場合には(S50:NO)、工具交換機構60により、流体駆動ホルダ70または工具ホルダ41が主軸30から抜き取られ、工具マガジン部50の工具ポット53に取り付けられて工具交換動作が終了したかどうかを判断する(S51)。ロック制御部16’は、工具交換動作が終了していないと判断した場合には(S51:NO)、報知部90に対して、警報を報知する報知指令を出力する(S53)。そして、ロック制御部16’は、ロック機構81に対してロック解除指令を出力し(S61)、ドア3をロック解除状態にする。つまり、本実施形態においては、入力部14によりロック解除要求が入力された状態であれば(S40:YES)、工具交換動作が終了していない場合でも(S51:NO)、例外的にドア3をロック解除状態にする。回転停止指令の出力から所定時間が経過していない場合には、加工領域Aにおいて、流体駆動ホルダ70に装着された切削工具77が、惰性回転を続けている場合も考えられるが、報知部90から警報が報知されるので、作業者に注意を促すことが可能となる。一方、所定時間が経過していると判断した場合(S50:YES)、または、所定時間が経過しておらず(S50:NO)、かつ、工具交換動作が終了している場合(S51:YES)には、報知停止指令を出力し(S54)、ロック解除指令を出力し(S61)、ドアをロック解除状態とする。
上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
1 工作機械
3 ドア
30 主軸
40 切削工具
41 工具ホルダ
50 工具マガジン
60 工具交換機構
70 流体駆動ホルダ
100 制御部

Claims (3)

  1. 切削工具を装着した工具ホルダが取り付け可能に構成され、該工具ホルダを回転駆動する主軸であって、切削工具を装着して該切削工具を流体により回転駆動する流体駆動ホルダについても取り付け可能に構成された主軸と、
    前記流体駆動ホルダを少なくとも一本収納可能な工具マガジン部と、
    前記工具マガジン部に収納された前記流体駆動ホルダを前記主軸へ取り付け、また前記主軸に取り付けられた前記流体駆動ホルダを前記工具マガジン部へ収納する工具交換機構と、
    前記主軸が配設された加工領域を囲うカバーに設けられた開口部を開閉するドアをロック状態およびロック解除状態にするロック機構と、
    前記ドアを前記ロック解除状態とする解除要求を入力する入力部と、
    前記ロック機構に対し、前記ドアを前記ロック状態とするロック指令、および前記ロック解除状態とするロック解除指令を出力するロック制御部と、
    前記主軸に取り付けられた前記流体駆動ホルダへ流体を供給し前記切削工具を回転駆動する回転指令、および前記流体の供給を停止し前記切削工具の回転駆動を停止する回転停止指令を出力する駆動制御部とを備える工作機械の制御装置であって、
    前記ロック制御部は、前記回転指令が出力された際に、前記ドアが前記ロック解除状態であれば前記ロック指令を出力するか、または前記駆動制御部は、前記ドアが前記ロック状態である時のみ前記回転指令を出力可能となっており、
    前記ロック制御部は、前記入力部により前記解除要求が入力された際には、前記回転停止指令が出力されてから所定時間経過後である場合に、または前記所定時間内であっても、前記主軸に装着された前記流体駆動ホルダを前記工具マガジン部へ収納する工具交換動作が終了しており、かつ、前記主軸が回転駆動中でない場合に、前記ロック解除指令を出力するように構成されている
    ことを特徴とする制御装置。
  2. 警報を報知する報知部と、を備え、
    前記ロック制御部は、前記入力部により前記解除要求が入力された場合には、前記所定時間内であり、かつ、前記主軸に装着された前記流体駆動ホルダを前記工具マガジン部へ収納する工具交換動作が終了する前であっても、前記ロック解除指令を前記ロック機構に出力し、前記報知部に対して、前記警報を報知する報知指令を出力する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
  3. 請求項1又は2に記載の制御装置を備えることを特徴とする工作機械。
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