JP2020172108A - Machine tool device and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械装置およびその制御方法に関する。 The present invention relates to a machine tool device and a control method thereof.
従来、3D(Three−Dimensional)−CAD(Computer−Aided Design)、または3DCG(computer graphics)等において作成さられた3Dデータに基づき、材料を一層一層、材料を積層していき造形物(ワーク)を造形する3Dプリンタが知られている。3Dプリンタには様々な造形方式が用いられる。例えば、熱で融解した材料を積み重ねていきワークを造形するFDM(Fused Deposition Modeling)方式の3Dプリンタがある。FDM方式の3Dプリンタは、溶融した樹脂等の材料を吐出する吐出部を三次元(または二次元)で移動させる主軸を有し、主軸を制御する制御部が3Dデータに基づき主軸を移動させることによりワークを造形する。 Conventionally, 3D (Three-Dimensional) -CAD (Computer-Aided Design), 3DCG (Computer graphics), etc. are created based on the exposed 3D data, and the materials are further laminated to form a model (work). There are known 3D printers that model. Various modeling methods are used for 3D printers. For example, there is an FDM (Fused Deposition Modeling) type 3D printer in which materials melted by heat are stacked to form a work. An FDM type 3D printer has a spindle that moves a discharge unit that discharges a material such as molten resin in three dimensions (or two dimensions), and a control unit that controls the spindle moves the spindle based on 3D data. The work is shaped by.
また、3Dプリンタの吐出部をマシニングセンタの主軸に取り付けて使用する装置がある(例えば、特許文献1を参照)。 Further, there is an apparatus used by attaching the ejection part of a 3D printer to the spindle of a machining center (see, for example, Patent Document 1).
しかし、3Dプリンタで造形して製作されるワークの寸法精度は、マシニングセンタ等の工作機械で加工して製作されるワークの寸法精度に比べて一般的に低い。このため、寸法精度が高いワークを製作するためには、3Dプリンタを用いてワークの造形を行う工程と、造形されたワークを、工作機械を用いて加工する工程の2工程が必要になり、製作工数が増加してしまう場合があった。 However, the dimensional accuracy of the work produced by modeling with a 3D printer is generally lower than the dimensional accuracy of the work produced by processing with a machine tool such as a machining center. Therefore, in order to manufacture a work with high dimensional accuracy, two steps are required: a process of shaping the work using a 3D printer and a process of processing the shaped work using a machine tool. In some cases, the production man-hours increased.
また、特許文献1の装置においては、マシニングセンタの主軸への吐出部の取り付けは、ボルトとナットで行われるため、主軸に取り付ける加工用の工具と吐出部との交換を行うための段取りに時間が掛かり、製作工数が増加してしまう場合があった。
Further, in the apparatus of
また、マシニングセンタ等においては、工具を回転させたり移動させたりする制御コマンドを含むプログラムを予め作成し、マシニングセンタ等を制御するコントローラで実行させる必要がある。このため、3Dプリンタ等、工具以外の新たな治具の動作を制御するためには、コントローラにおいて新たな制御コマンドを実行させるためのシステム変更が必要となり、システム変更およびプログラム作成のための制作工数が増加してしまう場合があった。 Further, in a machining center or the like, it is necessary to create a program including a control command for rotating or moving a tool in advance and execute the program by a controller that controls the machining center or the like. Therefore, in order to control the operation of new jigs other than tools such as 3D printers, it is necessary to change the system to execute new control commands in the controller, and the production man-hours for system change and program creation. In some cases.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、造形されたワークを加工する際の製作工数を低減させることができる、工作機械装置およびその制御方法を提供することを一つの目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and one object of the present invention is to provide a machine tool device and a control method thereof, which can reduce the manufacturing man-hours when processing a shaped work.
(1)上記の課題を解決するため、実施形態の工作機械装置は、工具を自動的に交換するためのクランプ機構と、クランプ機構においてクランプ可能な工具を格納する工具格納エリアと、溶融した材料を射出する造形装置であって、クランプ機構においてクランプ可能な造形装置を格納する造形装置格納エリアと、クランプ機構でクランプされた工具を回転させる主軸と、制御コマンドを用いて主軸の回転を制御する制御部とを備え、制御部は、クランプ機構でクランプされた造形装置を、制御コマンドを用いて制御する。 (1) In order to solve the above problems, the machine tool apparatus of the embodiment has a clamp mechanism for automatically changing tools, a tool storage area for storing a tool that can be clamped in the clamp mechanism, and a molten material. A modeling device storage area that stores a modeling device that can be clamped by the clamping mechanism, a spindle that rotates a tool clamped by the clamping mechanism, and a control command to control the rotation of the spindle. A control unit is provided, and the control unit controls a modeling device clamped by a clamping mechanism by using a control command.
(2)また、実施形態の工作機械装置において、制御部は、工具の回転の開始または停止を指示する制御コマンドを用いて造形装置からの材料の射出の開始または停止を制御し、工具の回転速度を指定する制御コマンドを用いて造形装置からの材料の吐出量を制御するものであってもよい。 (2) Further, in the machine tool apparatus of the embodiment, the control unit controls the start or stop of injection of the material from the modeling apparatus by using the control command instructing the start or stop of the rotation of the tool, and the rotation of the tool. The amount of material discharged from the modeling apparatus may be controlled by using a control command for specifying the speed.
(3)また、実施形態の工作機械装置において、造形装置に材料を供給する材料供給部をさらに備え、制御部は、造形装置を材料供給部に移動して、さらに材料供給部から造形装置に材料を供給する動作を制御するものであってもよい。 (3) Further, in the machine tool apparatus of the embodiment, a material supply unit that supplies materials to the modeling apparatus is further provided, and the control unit moves the modeling apparatus to the material supply unit and further from the material supply unit to the modeling apparatus. It may control the operation of supplying the material.
(4)また、実施形態の工作機械装置において、材料供給部は、材料を加熱し、加熱した材料を造形装置に供給するものであってもよい。 (4) Further, in the machine tool apparatus of the embodiment, the material supply unit may heat the material and supply the heated material to the modeling apparatus.
(5)また、実施形態の工作機械装置において、制御部は、クランプ機構でクランプされた造形装置から射出された材料によってワークを造形し、さらにクランプ機構でクランプされた工具を用いて造形されたワークを加工する動作を制御するものであってもよい。 (5) Further, in the machine tool device of the embodiment, the control unit is modeled by using the material ejected from the modeling device clamped by the clamp mechanism, and further by using the tool clamped by the clamp mechanism. It may control the operation of machining the work.
(6)また、実施形態の工作機械装置において、造形装置は、溶融した材料を保温する保温部を備えるものであってもよい。 (6) Further, in the machine tool apparatus of the embodiment, the modeling apparatus may include a heat insulating portion for retaining heat of the molten material.
(7)また、実施形態の工作機械装置において、造形装置は、材料を溶融するための溶融部と、クランプ機構でクランプされたときに自動的に接続されて溶融部に電源供給を行う電源供給機構をさらに備えるものであってもよい。 (7) Further, in the machine tool apparatus of the embodiment, the modeling apparatus is a power supply that is automatically connected to a melting portion for melting a material and supplies power to the melting portion when clamped by a clamping mechanism. It may be further provided with a mechanism.
(8)また、実施形態の工作機械装置において、造形装置は、材料を溶融するための溶融部と、クランプ機構でクランプされたときに自動的に接続されて溶融部に電源供給を行うコネクタ機構をさらに備えるものであってもよい。 (8) Further, in the machine tool apparatus of the embodiment, the modeling apparatus is a connector mechanism that is automatically connected to a melting portion for melting a material and supplies power to the melting portion when clamped by a clamping mechanism. May be further provided.
(9)上記の課題を解決するため、実施形態の工作機械装置の制御方法は、溶融した材料を射出する造形装置を格納する造形装置格納エリアにおいて、工具を自動的に交換するためのクランプ機構で前記造形装置をクランプする造形装置クランプステップと、クランプ機構でクランプされた工具を回転させる制御コマンドを用いて、クランプされた造形装置から溶融した材料を射出してワークを造形する造形ステップと、工具を格納する工具格納エリアにおいて、クランプ機構で工具をクランプする工具クランプステップと、制御コマンドを用いて、クランプ機構でクランプされた工具を回転させて、造形されたワークを加工する加工ステップと、を含む。 (9) In order to solve the above problems, the control method of the machine tool device of the embodiment is a clamp mechanism for automatically changing a tool in a modeling device storage area for storing a modeling device that ejects a molten material. A modeling device clamp step that clamps the modeling device, and a modeling step that ejects molten material from the clamped modeling device to form a workpiece by using a control command that rotates a tool clamped by the clamping mechanism. In the tool storage area where the tool is stored, a tool clamp step that clamps the tool with the clamp mechanism, a machining step that rotates the tool clamped by the clamp mechanism by using a control command, and a machining step that processes the shaped workpiece. including.
本発明の一つの実施形態によれば、工作機械装置は、工具を自動的に交換するためのクランプ機構と、クランプ機構においてクランプ可能な工具を格納する工具格納エリアと、溶融した材料を射出する造形装置であって、クランプ機構においてクランプ可能な造形装置を格納する造形装置格納エリアと、工具格納エリアにおいてクランプ機構でクランプされた工具を回転させる主軸と、制御コマンドを用いて主軸の回転を制御する制御部とを備え、制御部は、造形装置格納エリアにおいてクランプ機構でクランプされた造形装置を、制御コマンドを用いて制御することにより、造形されたワークを加工する際の製作工数を低減させることができる。 According to one embodiment of the invention, the machine tool device ejects a clamp mechanism for automatically changing tools, a tool storage area for accommodating tools in the clamp mechanism, and a molten material. A modeling device storage area that stores a modeling device that can be clamped by the clamping mechanism, a spindle that rotates a tool clamped by the clamping mechanism in the tool storage area, and a control command to control the rotation of the spindle. The control unit is provided with a control unit to control the modeling device clamped by the clamping mechanism in the modeling device storage area by using a control command, thereby reducing the number of manufacturing steps when processing the modeled work. be able to.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態における工作機械装置およびその制御方法について詳細に説明する。 Hereinafter, the machine tool apparatus and the control method thereof according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
先ず、図1を用いて、工作機械装置における工具と造形装置の装着を説明する。図1は、実施形態における主軸に対する、(A)工具クランプ時、(B)造形装置クランプ時の一例を示す側面図である。 First, the mounting of the tool and the modeling device in the machine tool device will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a side view showing an example of (A) when the tool is clamped and (B) when the modeling device is clamped with respect to the spindle in the embodiment.
図1(A)および図1(B)において、工作機械装置1は、主軸11を有している。主軸11は、クランプ機構111、材料供給部112および給電機構113を有している。図1(A)は、クランプ機構111に工具2がクランプされている様子を示している。また、図1(B)は、クランプ機構111に造形装置3がクランプされている様子を示している。
In FIGS. 1A and 1B, the
主軸11は、工具を自動的に交換するためのクランプ機構111を有する。クランプとは、掴むまたは挟み込むことをいう。クランプ機構111は、マシニングセンタ等の工作機械において用いられる自動工具交換(Auto Tool Changer:ATC)用の機構(装置の構造)である。クランプ機構111は、複数の工具の中から加工に用いる工具をクランプし、またはアンクランプすることにより、主軸11への工具の交換(着脱)を自動的に行う。クランプ機構111の形状は、例えば、ATC用テーパシャンクの工業規格として、MAS規格(日本工作機械工業会規格)、DIN規格、またはANS規格等によって定められている。クランプ機構111は、例えば工具2の2面を拘束するHSKタイプを用いてクランプを行うことができる。工具2とは、例えばフライス、ドリル、またはリーマ等である。
The
図1(A)において、主軸11は、主軸11を3次元で移動させることができる移動装置(不図示)に取り付けられている。クランプ機構111は、主軸11の下端に取り付けられて主軸11と共に移動する。すなわち、クランプ機構111に取り付けられた工具2(または造形装置3)は移動装置によって3次元に移動される。また、主軸11は、クランプ機構111でクランプされた工具2を回転させる回転装置(不図示)を有している。主軸11の移動およびクランプされた工具2の回転は、後述する制御部で実行される制御プログラムによって制御される。制御プログラムには、例えば、主軸11を三次元に移動させるための制御コマンド、工具2の回転の開始または停止を指示するための制御コマンド、または主軸11の回転速度を指定するための制御コマンド等が含まれる。制御プログラムは、例えば、NC(numerical control)プログラムである。制御コマンドは、制御部10の図示しない、記憶部に記憶されてCPU(Central Processing Unit)によって実行される。
In FIG. 1A, the
材料供給部112、給電部113Aおよび加熱部114は、主軸11に取り付けられて主軸11と共に移動する。材料供給部112は、造形装置3がクランプ機構111にクランプされたときに造形用の材料を供給する。したがって、造形装置3がクランプされていない場合、材料供給部112から材料の供給はされない。給電部113Aは、造形装置3がクランプ機構111にクランプされたときに造形装置3に電力を供給する。また、加熱部114は、造形装置3がクランプ機構111にクランプされたときに造形装置3に供給する造形用の材料を加熱する。なお、材料供給部112、給電部113Aおよび加熱部114の詳細は図1(B)において説明する。
The
図1(B)において、主軸11の下端に取り付けられたクランプ機構111は、造形装置3をクランプしている。工具2と造形装置3はクランプ機構111によって自動的に交換することができる。造形装置3は、吐出ノズル31、受入部32、保温部33および溶融部34を有する。
In FIG. 1B, the
造形装置3は、供給された材料を溶融して、溶融した材料を吐出ノズル31から吐出する、例えば、FDM方式のプリンタのヘッド部分である。以下、本実施例では、材料造形方式はFDM方式の造形を行う場合を説明するが、造形装置3は、吐出した液体材料を紫外線等で硬化させる光造形方式、粉体とバインダを吐出して固化させる粉末固着方式等、3Dプリンタに用いられる他の方式を用いるものであってもよい。
The
吐出ノズル31は、ワークを造形するための溶融した材料を射出する。材料の射出は、主軸11の回転に応じて行うようにしてもよい。例えば、造形装置3は、内部にスクリュー状の搬送機構を有して、搬送機構を回転させることによって材料を移動して吐出ノズル31から射出するようにしてもよい。
The
例えば、工作機械装置1は、造形装置3の搬送機構を工具の回転の開始または停止を指示するための制御コマンドに基づき回転させることにより、材料射出の開始または停止を制御する。工具の回転の開始または停止を指示するための制御コマンドとは、例えば、NCプログラムのMコードである。Mコードとは、NCプログラムにおいて加工を行うための補助機能を定義する制御コマンドである。Mコードは、例えばJIS(Japanese Industrial Standards)規格において規定されている。例えば、「M03」は工具(主軸)を正転させるためのコマンドであり、「M05」は工具の回転を停止させるためのコマンドである。「M03」のコマンドによって材料の射出が開始され、「M05」のコマンドによって材料の射出が停止される制御が可能となる。これにより、造形装置3を制御するコマンドを新たに追加することなく、材料射出の開始または停止を制御することが可能となり、製作工数を低減させることが可能となる。
For example, the
また、工作機械装置1は、造形装置3の搬送機構の回転速度を工具の回転速度を指定するための制御コマンドに基づき制御させることにより、材料射出の量を制御する。工具の回転速度を指定するための制御コマンドは、例えばNCプログラムのSコードにおいて実施することができる。Sコードとは、工具の回転数を設定する制御コマンドである。例えば、「S2000」は、工具を2千rpmで回転させるためのコマンドである。Sコードは上述したMコードとともに使用される。Sコードにおいて搬送機構の回転数を制御することにより、造形装置3を制御するコマンドを新たに追加することなく、材料射出量を制御することが可能となり、製作工数を低減させることが可能となる。
Further, the
主軸11の材料供給部112は、造形装置3がクランプ機構111によってクランプされたときに受入部32と対向して、受入部32に対して材料を供給することができる。例えば、材料供給部112は、中空構造を有し、中空構造の中を、材料を落下させることにより受入部32に対して材料を供給する。材料供給部112は、加熱部114を有する。加熱部114は、受入部32に供給する材料を加熱する。加熱部114は、材料が溶融するまで加熱するようにしてもよい。例えば、材料の融点が高い場合、加熱部114が材料を加熱(余熱)することにより、造形装置3において材料の溶融に要するエネルギーを小さくすることができる。また、加熱部114が材料を溶融することにより、造形装置3における材料の溶融を省略することができる。また、材料供給部112は、内部にスクリュー状の搬送機構を有して、スクリューを回転させることによって材料を移動して受入部32に対して材料を供給するようにしてもよい。造形装置3がクランプされたときに材料供給部112と受入部32とを対向させることにより、造形装置3に対して連続して材料を自動的に供給することが可能となる。これにより、例えば、材料が無くなった場合にその都度手動で材料を供給する場合に比べて、工作機械装置1の稼働率を向上させることが可能となる。
The
受電部113Bは、造形装置3がクランプ機構111によってクランプされたときに給電部113Aと対向して、給電部113Aから供給される電力を受電する。給電部113Aおよび受電部113Bの組合せは給電機構113を形成する。なお、受電部113Bと対向して電力を供給する給電部113Aを給電機構という場合がある。例えば、造形装置3がクランプ機構111によってクランプされていない状態においても工作機械装置1は給電機構(給電部113A)を備えるものとする。
The
給電機構113は、給電部113Aが有する接点と受電部113Bが有する接点とが、造形装置3がクランプ機構111によってクランプされたときに接触することによって電力を給電する有接点のコネクタ機構である。有接点のコネクタ機構を用いることにより構造が単純となり低コストで電力を供給することが可能となる。なお、接点に例えば金メッキを施すことにより接点の接触による電気抵抗を安定させることが可能となる。
The
また、給電機構113は、給電部113Aが有する給電ユニットと受電部113Bが有する受電ユニットとが、造形装置3がクランプ機構111によってクランプされたときに近接することによって電力を給電する非接触(ワイヤレス)給電方式を用いるものであってもよい。例えば、給電部113Aの給電ユニットには給電用コイルが設けられ、受電部113Bの受電ユニットには受電用コイルが設けられ、給電用コイルから発生する電磁波を受電用コイルで受けることにより給電を行う。給電機構113において非接触給電方式を用いることにより、接点の接触不良による給電の不具合を防止することが可能となる。
Further, in the
また、給電機構113は、給電部113Aが有する回転機構と受電部113Bが有する回転機構とを、造形装置3がクランプ機構111によってクランプされたときに回転力が伝達可能に接合することによって、受電部113Bの内部に有する発電機の回転子を回転させて電力を発生させるものであってもよい。例えば、給電部113Aの回転機構を制御コマンドで回転させることにより、受電部113Bが有する回転機構を回転させて発電機の回転子を回転するようにしてもよい。受電部113Bの内部に有する発電機により発電を行うことにより、給電部113Aと受電部113Bにおける電気的な接続を省略することが可能となる。
Further, the
また、造形装置3に対する給電は、造形装置3に設けられた図示しない発電装置を用いるものであってもよい。発電装置は、例えば、主軸11を回転させることにより回転子が回転する発電機であってもよい。例えば、発電機は、材料を吐出させる搬送機構の回転とともに回転子が回転するものであってもよい。また、発電機は、材料を吐出させる搬送機構の回転と回転力の伝達を切り替えて回転子が回転するものであってもよい。造形装置3に対する給電に造形装置3に設けられた発電装置を用いることにより、主軸11における給電機構を省略することが可能となる。
Further, the power supply to the
保温部33は、造形装置3に供給された材料を保温する。保温部33は、例えば、魔法瓶のように断熱層を有して材料の温度が造形装置3の外部に伝達するのを防止する。保温部33が材料を保温することにより、例えば、加熱部114において材料が溶融された場合、溶融状態を維持することが可能となり、造形装置3における材料の溶融を省略することが可能となる場合がある。
The
溶融部34は、造形装置3から射出する材料を溶融する。溶融部34は、受電部113Bに供給された電力に基づき材料を溶融する。溶融部34は、例えば電気ヒータである。溶融部34は、例えば造形装置3内部の材料の温度に基づき、電気ヒータを制御するようにしてもよい。また、溶融部34は、造形装置3の搬送機構の回転に応じて電気ヒータを制御するようにしてもよい。
The
次に図2を用いて、工作機械装置の構造を説明する。図2は、実施形態における工作機械装置の構造の一例を示す平面図である。 Next, the structure of the machine tool device will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a plan view showing an example of the structure of the machine tool device according to the embodiment.
図2において、工作機械装置1は、制御部10、主軸11、クランプ機構111、工具格納エリア12、造形装置格納エリア13、製作エリア14、工具シャッタ15および造形装置シャッタ16を有する。
In FIG. 2, the
制御部10は、工作機械装置1の動作を制御する。制御部10は、クランプ機構111によるクランプ動作、ならびに造形装置を用いたワークの造形、および工具を用いた加工を制御する。
The
工具格納エリア12は、クランプ機構111によりクランプされる工具を格納するためのエリアである。工具のクランプは、工具格納エリア12において行われる。工具格納エリア12は、クランプ機構111によりクランプされる工具を装着するためのエリア、すなわちATCが行われるエリアである。工具格納エリア12には、工具を自動交換(ATC)するためのATC機構(不図示)が含まれている。工具格納エリア12に格納されている工具は、例えば、ATC機構によって、クランプ機構111がクランプ可能な位置に移動されて主軸11に装着される。
The
造形装置格納エリア13は、クランプ機構111によりクランプされる造形装置を格納するためのエリアである。造形装置3のクランプは、造形装置格納エリア13において行われる。すなわち、造形装置格納エリア13は、クランプ機構によりクランプされる造形装置を装着するためのエリアである。造形装置3は造形装置格納エリア13の所定の位置に載置される。クランプ機構111は、工作機械装置1の主軸11を三次元等で移動させるための移動装置(不図示)に取り付けられている。移動装置によってクランプ機構111を造形装置がクランプ可能な位置まで移動させることにより、造形装置をクランプすることができる。造形装置格納エリア13には、造形装置を保持するための保持機構(不図示)が含まれている。造形装置格納エリア13に格納されている造形装置は、例えば、保持機構によって、クランプ機構111がクランプ可能な位置に移動されて主軸11に装着される。
The modeling
製作エリア14は、工具を用いた加工によるワークの製作または造形装置を用いた造形によるワークの製作するためのエリアである。主軸11は製作エリア14において工具を回転させて、あるいは造形装置から材料を吐出させてワークを製作する。なお、ワークを載置(セッティング)するテーブルは、主軸11と独立して回転、移動等を行うようにしてもよい。
The
工具シャッタ15は、工具格納エリア12と製作エリア14とを遮断するシャッタである。また、造形装置シャッタ16は、造形装置格納エリア13と製作エリア14とを遮断するシャッタである。工具シャッタ15および造形装置シャッタ16は、開閉機構を有し、開閉機構は制御部10によって開閉制御される。造形装置がFDM方式の造形を行うプリンタである場合、材料を溶融するためには、固形の材料に温度または圧力を加えて材料を溶融するため、造形装置は発熱源となり得る。一方、工作機械装置1の主軸11等の機械部分、またはワークは温度変化により加工精度が低下する可能性がある。造形装置シャッタ16は、熱源となる造形装置と製作エリアを熱的に遮断することにより、製作エリアに対する熱の伝達を防止することが可能となる。また、工具シャッタ15および造形装置シャッタ16は、製作エリア14で発生する切削粉などによるエリア内の汚染を防止する。
The
次に、図3を用いて、工作機械装置の動作を説明する。図3は、実施形態における工作機械装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図3において説明するフローチャートの動作は、制御部10において制御プログラムを実行することによって実現することが可能となる。
Next, the operation of the machine tool device will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the machine tool device according to the embodiment. The operation of the flowchart described in FIG. 3 can be realized by executing the control program in the
図3において、工作機械装置は、ワークの製作を、造形装置を用いた材料の造形で実行するか否かを判断する(ステップS11)。ステップS11の判断は、制御部10において実行される、1ワークを製作するための製作プログラムの内容によって行われる。
In FIG. 3, the machine tool apparatus determines whether or not to perform the production of the work by modeling the material using the modeling apparatus (step S11). The determination in step S11 is made according to the content of the production program for producing one work executed by the
ステップS11において、材料の造形を実行すると判断した場合(ステップS11:YES)、制御部10は、造形装置3をクランプ機構111でクランプする(ステップS12)。
When it is determined in step S11 that the modeling of the material is to be executed (step S11: YES), the
ステップS12の処理を実行した後、制御部10は、材料を吐出してワークを造形する(ステップS13)。ワークの造形はFDM方式にて行われる。すなわち、制御部10は、クランプされた造形装置3を、工作機械装置1の移動装置で移動させながら、溶融した材料を吐出ノズル31から吐出して積層することによりワークを造形する。
After executing the process of step S12, the
制御部10は、造形装置3がクランプ機構111でクランプされたときに、クランプされた材料供給部112から供給される材料の供給量をさらに制御する。すなわち、着脱可能な造形装置3がクランプされたときには、主軸11の移動制御と同様に、制御部10において制御が可能となる。これにより、ワークを製作する1つのプログラムにおいて、造形装置3を用いた造形と、工具2を用いた加工との連続したワークの製作が可能となる。
The
ステップS13の処理を実行した後、制御部10は、造形装置3を造形装置格納エリア13にてアンクランプして所定位置に載置する。
After executing the process of step S13, the
ステップS14の処理を実行した後、制御部10は、ワークの製作を、工具を用いた材料の加工で実行するか否かを判断する(ステップS15)。ステップS15の判断は、制御部10において実行される製作プログラムの内容によって行われる。工具を用いた材料の加工を実行しないと判断した場合(ステップS15:NO)、制御部10は、フローチャートで示した動作を終了する。すなわち、制御部10は、造形装置3を用いた造形のみでワークの製作を終了する。
After executing the process of step S14, the
一方、工具を用いた材料の加工を実行しないと判断した場合(ステップS15:YES)、またはステップS11の処理において材料の造形を実行しないと判断した場合(ステップS11:NO)、制御部10は、工具2をクランプ機構111でクランプする(ステップS16)。クランプ機構111は、制御プログラムに基づき複数の工具の中から加工に用いる工具をクランプする。
On the other hand, when it is determined not to execute the machining of the material using the tool (step S15: YES), or when it is determined not to execute the modeling of the material in the process of step S11 (step S11: NO), the
ステップS16の処理を実行した後、制御部10は、工具2によるワークの加工を実行する(ステップS17)。ワークの加工とは、工具を用いたワークの切削(研磨、穴明け、タッピング、中ぐり等を含む)である。本実施形態においては、造形装置3において造形されたワークをそのまま加工することにより、ワークをセッティングする作業が不要となり、ワークを作成する工数を低減させることが可能となる。また、ワークを移動させずに加工することができるので、加工精度を向上させることができる。
After executing the process of step S16, the
ステップS17の処理を実行した後、制御部10は、工具2を工具格納エリア12にてアンクランプして所定位置に載置する(ステップS18)。ステップS18を実行した後、制御部10は、フローチャートで示した動作を終了する。
After executing the process of step S17, the
なお、図3においては、工具2を用いたワークの加工は、単独で行うか、または材料造形後に行う場合を説明した。しかし、造形装置3を用いた造形と、工具2を用いた加工の実行順序はこれに限定されるものではない。例えば、制御部10は、工具2を用いたワークに対して造形装置3を用いて材料を追加して造形するものであってもよい。また、制御部10は、ワークの加工を複数の工具を交換しながら加工を行うものであってもよい。また、制御部10は、造形装置3を用いた造形と、工具2を用いた加工は、それぞれ交互に複数回実行されるものであってもよい。
In addition, in FIG. 3, the case where the work using the
次に図4および図5を用いて、工作機械装置1におけるワークの製作を説明する。図4は、実施形態における工作機械装置1の工具2を用いたワークの製作の一例を示す図である。図5は、実施形態における工作機械装置1の造形装置3を用いたワークの製作の一例を示す図である。
Next, the production of the work in the
図4および図5において、工作機械装置1は、主軸11、クランプ機構111、材料供給部112、工具格納エリア12、造形装置格納エリア13、製作エリア14、工具シャッタ15、造形装置シャッタ16を有している。
In FIGS. 4 and 5, the
図4に示す工具2が装着されるときには、工具格納エリア12の工具シャッタ15が開き、主軸11がクランプ機構111を工具2のクランプ位置まで移動させ、クランプ機構111が工具2をクランプする。クランプされた工具2は、製作エリア14において図示しないワークを加工する。
When the
一方、図5に示す造形装置3が装着されるときには、造形装置格納エリア13の造形装置シャッタ16が開き、主軸11がクランプ機構111を造形装置3のクランプ位置まで移動させ、クランプ機構111が造形装置3をクランプする。クランプされた造形装置3は、受入部32と対向した材料供給部112から連続して材料の供給を受けて、製作エリア14において図示しないワークを造形する。
On the other hand, when the
次に、図6を用いて、造形装置がクランプされた主軸をロボットアームで担持する一例を説明する。図6は、実施形態における工作機械装置において造形装置がクランプされた主軸をロボットアームで担持する一例を示す図である。 Next, with reference to FIG. 6, an example in which the spindle on which the modeling apparatus is clamped is supported by the robot arm will be described. FIG. 6 is a diagram showing an example of supporting a spindle on which a modeling device is clamped by a robot arm in the machine tool device of the embodiment.
図6において、造形装置3は、クランプ機構111にクランプされて主軸11に取り付けられている。主軸11は、動力部115を介してロボットアーム40に担持されている。
In FIG. 6, the
動力部115は、制御部10の制御に基づき主軸11を駆動する。動力部115は、例えばモータを含み、主軸11の図示しない機械部分を駆動する。
The
ロボットアーム40は、複数の駆動軸を有して、主軸11を坦持して移動させる。ロボットアーム40は、例えば、4軸乃至8軸の駆動軸を有する垂直多関節ロボットである。ロボットアーム40の各軸は、制御部10に記憶された制御コマンドによって制御される。すなわち、制御部10は、制御コマンドにおいて主軸11を制御するとともにロボットアーム40を制御する。
The
造形装置3をロボットアーム40で移動させることにより、造形装置3の吐出ノズル31の吐出方向を自由に移動させることができるので、垂直方向のみで吐出する場合に比べて造形できるワークの形状の自由度を上げることができる。例えば、吐出方向を水平方向とすることにより、水平方向に材料を積層させることが可能となる。
By moving the
ロボットアーム40は、固定部41に固定される。固定部41は、例えば、底面を図6に図示しない工作機械装置1の一部に固定される。固定部41は、例えば、製作エリア14に敷設されたレールの上に移動可能に設置された移動台に固定されて、移動台とともにレールの上を移動できるようにしてもよい。
The
次に、図7を用いて、工具がクランプされた主軸をロボットアームで担持する一例を説明する。図7は、実施形態における工作機械装置において工具がクランプされた主軸をロボットアームで担持する一例を示す図である。なお、図7において図6と重複する説明は省略する場合がある。 Next, an example in which the spindle on which the tool is clamped is supported by the robot arm will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a diagram showing an example in which a robot arm supports a spindle on which a tool is clamped in a machine tool device according to an embodiment. Note that the description overlapping with FIG. 6 in FIG. 7 may be omitted.
図7において、工具2は、クランプ機構111にクランプされて主軸11に取り付けられている。主軸11は、動力部115を介してロボットアーム40に担持されている。
In FIG. 7, the
工具2をロボットアーム40で移動させることにより、工具2の方向を自由に移動させることができるので、垂直方向のみで工具を使用する場合に比べて造形できるワークの形状の自由度を上げることができる。例えば、工具を水平方向とすることにより、水平方向に材料を加工することが可能となる。
By moving the
ロボットアーム40は、固定部41に固定される。固定部41は、例えば、底面を図6に図示しない工作機械装置1の一部に固定される。固定部41は、例えば、製作エリア14に敷設されたレールの上に移動可能に設置された移動台に固定されて、移動台とともにレールの上を移動できるようにしてもよい。
The
次に図8を用いて、工作機械装置の構造の他の一例を説明する。図8は、実施形態における工作機械装置の構造の他の一例を示す平面図である。なお、図8において図2と重複する説明は省略する場合がある。 Next, another example of the structure of the machine tool device will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a plan view showing another example of the structure of the machine tool device according to the embodiment. Note that the description overlapping with FIG. 2 in FIG. 8 may be omitted.
図8において、工作機械装置1は、制御部10、主軸11、クランプ機構111、工具格納エリア12、造形装置格納エリア13、製作エリア14、工具シャッタ15、造形装置シャッタ16およびロボットアーム格納エリア17を有する。
In FIG. 8, the
制御部10は、工作機械装置1の動作を制御する。制御部10は、クランプ機構111によるクランプ動作、ならびに造形装置を用いたワークの造形、および工具を用いた加工を制御する。さらに制御部10は、ロボットアーム格納エリア17に格納された、図8で図示しないロボットアーム40を制御する。
The
ロボットアーム格納エリア17は、ロボットアーム40(動力部115、主軸11、クランプ機構111および造形装置3等を含んでいてもよい。)を格納するためのエリアである。ロボットアーム格納エリア17に格納されているロボットアーム40は、図6〜図7で説明したロボットアームであり、クランプ機構111によって、工具格納エリア12に格納されている工具、または造形装置格納エリア13に格納されている造形装置を装着するようにしてもよい。例えば、ロボットアーム格納エリア17には、図6で説明した動力部115、主軸11およびクランプ機構111が取り付けられたロボットアーム40が格納される。ロボットアーム40は、クランプ機構111を工具格納エリア12または造形装置格納エリア13に移動させることにより、工具または造形装置をクランプさせるようにしてもよい。
The robot
なお、ロボットアーム格納エリア17には、製作エリア14で発生する切削粉などによる汚染を防止するためのシャッタを設けるようにしてもよい。。
The robot
次に図9を用いて、工作機械装置1におけるワークの製作の他の一例を説明する。図9は、実施形態における工作機械装置のロボットアームを用いたワークの製作の一例を示す図である。なお、図9において図4または図5と重複する説明は省略する場合がある。
Next, another example of manufacturing the work in the
図9において、工作機械装置1は、主軸11、主軸11a、クランプ機構111、クランプ機構111a、材料供給部112、工具格納エリア12、造形装置格納エリア13、製作エリア14、工具シャッタ15、造形装置シャッタ16およびロボットアーム格納エリア17を有している。
In FIG. 9, the
ロボットアーム格納エリア17には、ロボットアーム40に動力部115を介して主軸11aが担持されている。主軸11aのクランプ機構111aには、造形装置3がクランプされている場合を示している。図9においては、主軸11とは別個に、ロボットアーム40に主軸11aが取り付けられている場合を例示している。制御部10は、製作エリア14において、主軸11と主軸11aとが干渉しないように制御する。例えば、制御部10は、製作エリア14において、主軸11によってワークが造形または加工されているときに、ロボットアーム40をロボットアーム格納エリア17に格納することにより主軸11と主軸11aの干渉を防止する。一方、制御部10は、製作エリア14において、主軸11aによってワークが造形または加工されているときに、主軸11を、製作エリア14から待避させることにより主軸11と主軸11aの干渉を防止してもよい。また、制御部10は、製作エリア14において、主軸11と主軸11aが協働してワークを造形または加工するように主軸11と主軸11aを制御するようにしてもよい。
In the robot
なお、図9は工作機械装置1が1台のロボットアーム40を有する場合を説明したが、工作機械装置1は複数台のロボットアームを有するようにしてもよい。
Although FIG. 9 has described the case where the
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment and includes various modifications within a range not deviating from the gist of the present invention. Is done.
1 工作機械装置
2 工具
3 造形装置
31 吐出ノズル
32 受入部
33 保温部
34 溶融部
40 ロボットアーム
41 固定部
10 制御部
11 主軸
111 クランプ機構
112 材料供給部
113 給電機構
113A 給電部
113B 受電部
114 加熱部
115 動力部
12 工具格納エリア
13 造形装置格納エリア
14 製作エリア
15 工具シャッタ
16 造形装置シャッタ
17 ロボットアーム格納エリア
1
Claims (11)
前記クランプ機構においてクランプ可能な工具を格納する工具格納エリアと、
溶融した材料を射出する造形装置であって前記クランプ機構においてクランプ可能な造形装置、を格納する造形装置格納エリアと、
前記クランプ機構でクランプされた前記工具を回転させる主軸と、
制御コマンドを用いて前記主軸の回転を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記クランプ機構でクランプされた前記造形装置を、前記制御コマンドを用いて制御する、工作機械装置。 Clamp mechanism for automatic tool replacement and
A tool storage area for storing tools that can be clamped in the clamp mechanism, and
A modeling device storage area for storing a modeling device that ejects a molten material and can be clamped by the clamping mechanism, and a modeling device storage area.
A spindle for rotating the tool clamped by the clamp mechanism and
It is equipped with a control unit that controls the rotation of the spindle using control commands.
The control unit is a machine tool device that controls the modeling device clamped by the clamp mechanism by using the control command.
前記工具の回転の開始または停止を指示する制御コマンドを用いて前記造形装置からの材料の射出の開始または停止を制御し、
前記工具の回転速度を指定する制御コマンドを用いて前記造形装置からの材料の吐出量を制御する、請求項1に記載の工作機械装置。 The control unit
A control command instructing the start or stop of rotation of the tool is used to control the start or stop of injection of material from the modeling apparatus.
The machine tool device according to claim 1, wherein the amount of material discharged from the modeling device is controlled by using a control command for designating the rotation speed of the tool.
前記制御部は、
前記造形装置を前記材料供給部に移動して、さらに前記材料供給部から前記造形装置に材料を供給する動作を制御する、請求項1または2に記載の工作機械装置。 Further provided with a material supply unit for supplying materials to the modeling apparatus,
The control unit
The machine tool device according to claim 1 or 2, wherein the modeling device is moved to the material supply unit, and the operation of supplying the material from the material supply unit to the modeling device is controlled.
前記クランプ機構でクランプされた前記造形装置から射出された材料によってワークを造形し、さらに前記クランプ機構でクランプされた前記工具を用いて造形された前記ワークを加工する動作を制御する、請求項1から4のいずれか一項に記載の工作機械装置。 The control unit
The first aspect of the present invention is to control the operation of modeling a work by a material ejected from the modeling device clamped by the clamp mechanism and further processing the modeled work by using the tool clamped by the clamp mechanism. The machine tool device according to any one of 4 to 4.
材料を溶融するための溶融部と、
前記クランプ機構でクランプされたときに自動的に接続されて前記溶融部に電源供給を行う電源供給機構をさらに備える、請求項1から6のいずれか一項に記載の工作機械装置。 The modeling device
A melting part for melting the material and
The machine tool apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising a power supply mechanism that is automatically connected when clamped by the clamp mechanism to supply power to the molten portion.
材料を溶融するための溶融部と、
前記クランプ機構でクランプされたときに自動的に接続されて前記溶融部に電源供給を行うコネクタ機構をさらに備える、請求項1から6のいずれか一項に記載の工作機械装置。 The modeling device
A melting part for melting the material and
The machine tool apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising a connector mechanism that is automatically connected when clamped by the clamp mechanism to supply power to the molten portion.
前記制御部は、制御コマンドを用いて前記駆動軸を制御する、請求項1から8のいずれか一項に記載の工作機械装置。 A robot arm having a plurality of drive shafts and further supporting and moving the main shaft is provided.
The machine tool apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the control unit controls the drive shaft by using a control command.
前記クランプ機構でクランプされた工具を回転させる制御コマンドを用いて、クランプされた前記造形装置から溶融した材料を射出してワークを造形する造形ステップと、
工具を格納する工具格納エリアにおいて、前記クランプ機構で工具をクランプする工具クランプステップと、
前記制御コマンドを用いて、前記クランプ機構でクランプされた工具を回転させて、造形された前記ワークを加工する加工ステップと
を含む、工作機械装置の制御方法。 In the modeling device storage area for storing the modeling device that ejects the molten material, the modeling device clamp step that clamps the modeling device with a clamp mechanism for automatically changing tools, and
Using a control command to rotate a tool clamped by the clamp mechanism, a molding step of injecting molten material from the clamped modeling device to form a workpiece, and a modeling step.
In the tool storage area for storing the tool, the tool clamp step for clamping the tool with the clamp mechanism and
A method for controlling a machine tool device, which comprises a machining step of using the control command to rotate a tool clamped by the clamping mechanism to machine the shaped workpiece.
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