JP2021041479A - 加工機及び加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな加工機を提供する。【解決手段】加工機１０は、対象物５を固定するテーブル３３と、切削工具を装着可能な主軸２２を有する主軸ヘッド２１と、主軸ヘッド２１上に、主軸２２の軸線３に平行に延びるガイド２３と、ガイド２３に配置され、付加材料及びエネルギーを軸線３に平行に放出する付加製造ヘッド２５と、付加製造ヘッド２５を軸線３に平行に移動し、付加製造ヘッド２５をテーブル３３に接近させる駆動装置２７と、付加製造ヘッド２５へ付加材料及びエネルギーを供給する供給装置２９と、主軸ヘッド２１と付加製造ヘッド２５を一体に、テーブル３３に対して相対的に移動させる移動装置１１と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、加工機及び加工方法に関する。

機械加工ヘッド又は加工ヘッドを受け取るクランプ機構と、加工ヘッドドッキングマニホルド及び供給ドッキングマニホルドを有する加工機が提案されている（特表２０１５−５２７９３９号公報）。加工ヘッドがクランプ機構に接続されているときに、１つ以上の媒体を供給するために、加工ヘッドドッキングマニホルドに供給ドッキングマニホルドが接続され、又は分離できる。

従来の加工機は、構造が複雑である。
本発明は、コンパクトな加工機を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点は、加工機であって、
対象物を固定するテーブルと、
切削工具を装着可能な主軸を有する主軸ヘッドと、
前記主軸ヘッド上に、前記主軸の軸線に平行に延びるガイドと、
前記ガイドに配置され、付加材料及びエネルギーを前記軸線に平行に放出する付加製造ヘッドと、
前記付加製造ヘッドを前記軸線に平行に移動し、前記付加製造ヘッドを前記テーブルに接近させる駆動装置と、
前記付加製造ヘッドへ前記付加材料及び前記エネルギーを供給する供給装置と、
前記主軸ヘッドと前記付加製造ヘッドを一体に、前記テーブルに対して相対的に移動させる移動装置と、
を有する。

本発明の第２の観点は、対象物の加工方法であって、
付加製造ヘッドを主軸ヘッドの主軸方向に平行に移動し、前記付加製造ヘッドを前記対象物に向かって接近させ、
付加材料とエネルギーを前記付加製造ヘッドへ供給し、
前記主軸ヘッドと前記付加製造ヘッドを一体に、前記対象物に対して相対的に移動し、
前記付加製造ヘッドが前記付加材料と前記エネルギーを放出することにより、前記対象物に造形し、
前記付加製造ヘッドを前記主軸ヘッドの前記主軸方向に平行に移動し、前記付加製造ヘッドを前記対象物から離間し、
前記主軸ヘッドの主軸に切削工具を装着し、
前記主軸を回転し、
前記主軸ヘッドと前記付加製造ヘッドを一体に、前記主軸ヘッドを前記対象物に対して相対的に移動することにより、前記対象物を切削加工する、
方法である。

本発明の加工機は、付加製造と切削加工の複合加工機である。付加製造は、付加製造ヘッドによって行われる。切削加工は、主軸ヘッドに装着された刃具によって行われる。

付加材料は、ワイヤ又は粉体である。付加材料は、例えば、金属、セラミックス、プラスチック、又は、これらの複合体若しくは混合体である。付加材料が粉体であるとき、主軸は、上下方向に延びる。付加材料がワイヤであるとき、主軸は、水平方向に延びても、傾動できても良い。

エネルギーは、例えば、レーザー、電子ビーム、アーク、プラズマ、収束電磁放射、発散電磁放射のいずれか又はそれらの組合せである。

加工機は、シールドガス供給装置を有しても良い。シールドガス供給装置は、付加製造ヘッドに接続される。付加製造ヘッドは、シールドガスを放出しても良い。

付加製造ヘッドは、付加材料およびエネルギーを対象物に向けて放出する。付加製造ヘッドは、付加材料を対象物の表面に供給する。エネルギーによって、対象物の表面および付加材料の表面が溶融し、対象物の表面に付加材料が付加する。

駆動装置は、例えば、流体圧式シリンダ、電気シリンダ、サーボモータ・ボールねじ機構、ラック・ピニオン機構である。

ガイドは、例えば、直線ガイド、ボールスプラインである。上下ガイドが直線ガイドの場合、直線ガイドのガイドレール及びガイドブロックのいずれか一方は主軸ヘッドに配置され、他方は付加製造ヘッドに配置される。上下ガイドは一つでも良いし、複数（例えば２つ）でも良い。

供給装置は、シールドガス供給チューブによって付加製造ヘッドに接続されても良い。付加材料が粉体の場合、フィーダーガスによって付加材料が搬送されて良い。付加材料がワイヤの場合、付加材料供給チューブは省略されて良い。
シールドガス供給チューブ、付加材料供給チューブ、光ファイバは、ケーブル保護管の内部に配置されて良い。

ダミープラグは、主軸穴に適合する主軸テーパと、工具クランプ装置に適合するプルスタッドを有する。ダミープラグは、自動工具交換装置の工具マガジンに保管される。ダミープラグは、自動工具交換装置によって、主軸穴に装着される。

加工機は、主軸カバーを有してもよい。主軸カバーは、例えば、シャッタである。付加製造を行うときは、主軸カバーは、主軸穴を塞ぐ。これにより、主軸カバーは、主軸穴への異物の侵入を防ぐ。切削加工を行うときは、主軸カバーが開いて主軸穴を露出させ、切削工具を主軸に装着する。

好ましくは、加工機は、数値制御装置を有する。移動装置は、数値制御される。移動装置は、３〜５軸の移動装置である。移動装置は、例えば、正面から見て左右方向（Ｘ軸）、前後方向（Ｙ軸）、上下方向（Ｚ軸）の並進軸を有する。移動装置は、左右方向を中心に回転する回転軸（Ａ軸）、上下方向を中心に回転する回転軸（Ｃ軸）、前後方向を中心に回転する回転軸（Ｂ軸）を有して良い。上記の並進軸及び回転軸は、主軸ヘッドとテーブルのいずれに配置しても良い。

好ましくは、加工機は、自動工具交換装置を有する。好ましくは、主軸は、主軸穴と、工具クランプ装置を有する。

好ましくは、加工機は、主軸ヘッド、付加製造ヘッド、テーブルや工具交換装置を覆うスプラッシュカバーを有する。スプラッシュカバーは、切削時に生成された切りくず、切削用クーラントや付加製造時に発生する異物やガスの飛散を防ぐ。好ましくは、スプラッシュカバーは、付加製造ヘッドが放出するエネルギーを遮断する。

加工機は、テーブルを回転させる第２主軸を有しても良い。第２主軸は、テーブル回転軸（Ｃ軸）と同一でも良い。この場合、主軸ヘッドの主軸（第１主軸）は固定でき、非回転工具（例えば、バイト）を装着できる。
第１主軸に非回転工具を装着して、対象物を回転させ、旋削しても良い。

主軸からの切削工具の取り外しと、主軸穴へのダミープラグの装着は、同時に行ってもよい。例えば、工具交換装置によって、主軸に装着された切削工具をダミープラグに交換する。
主軸からの切削工具の取り外しと同時に、主軸カバーが主軸穴を塞いでもよい。
主軸からのダミープラグの取り外しと、主軸穴への切削工具の装着は、同時に行ってもよい。例えば、工具交換装置によって、主軸に装着されたダミープラグを切削工具に交換する。
主軸カバーを開けて主軸穴を露出させるのと同時に、切削工具を主軸に装着してもよい。

本発明によれば、コンパクトな加工機を提供できる。

実施形態の加工機 実施形態の加工方法を示すフローチャート

本実施形態の加工機１０は、付加製造と切削加工の複合加工機である。図１に示すように、加工機１０は、主軸ヘッド２１、テーブル３３、移動装置１１、付加製造ヘッド２５、直線ガイド（ガイド）２３、シリンダ（駆動装置）２７、自動工具交換装置（以下、ＡＴＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｏｌ Ｃｈａｎｇｅｒ）３９、ダミープラグ４１及び数値制御装置３７を有する。

移動装置１１は、例えば、フレームと、主軸ヘッド移動装置（Ｘ軸、Ｚ軸）と、テーブル移動装置（Ｙ軸、Ａ軸、Ｃ軸）を有する。
テーブル３３は、対象物５を固定する。テーブル３３は、例えば、トラニオン型のジグに設置される。

主軸ヘッド２１は、主軸２２を有する。主軸２２は、例えば、主軸テーパ穴（主軸穴）２２ａと工具クランプ装置２２ｂを有する。主軸２２は、上下方向に延びる。主軸テーパ穴２２ａには、例えば、切削工具（不図示）が装着される。工具クランプ装置２２ｂは、切削工具をクランプする。工具クランプ装置２２ｂにクランプされた切削工具は、対象物５を切削加工する。

直線ガイド２３は、ガイドブロック２３ａとガイドレール２３ｂを有する。例えば、主軸ヘッド２１の前面に、２つのガイドブロック２３ａが上下に設置される。ガイドレール２３ｂは、ガイドブロック２３ａに沿って上下方向に移動する。

シリンダ２７は、主軸ヘッド２１に設置される。シリンダ２７は、付加製造ヘッド２５を上下方向に駆動する。シリンダ２７により付加製造ヘッド２５が対象物５に向かって接近すると、付加製造ヘッド２５の先端は、主軸２２の先端よりも下方に位置する。シリンダ２７により付加製造ヘッド２５が対象物５から離間すると、付加製造ヘッド２５の先端は、主軸２２の先端よりも上方に位置する。
付加製造ヘッド２５は、ガイドレール２３ｂに設置される。付加製造ヘッド２５は、主軸２２の軸線３と平行に、付加材料とシールドガスとエネルギーを放出する。本実施形態のエネルギーは、例えば、レーザーである。付加製造ヘッド２５は、対象物５に対して付加製造を行う。

供給装置２９は、付加材料とシールドガスとエネルギーを、付加製造ヘッド２５へ供給する。供給装置２９は、付加材料供給チューブ１３、シールドガス供給チューブ１５、光ファイバ１７によって付加製造ヘッド２５に接続される。チューブ１３、チューブ１５、光ファイバ１７は、例えば、ケーブル保護管１９に収納される。付加材料は、粉体である。付加材料は、フィーダーガスによってチューブ１３内に搬送される。

ＡＴＣ３９は、主軸ヘッド２１若しくは移動装置１１に設置される。ＡＴＣ３９は、例えば、ダブルアーム式のＡＴＣ又はアームレス式のＡＴＣである。ダブルアーム式のＡＴＣ３９は、ダミープラグ４１に適合可能である。ＡＴＣ３９がアームレス式のＡＴＣである場合、付加製造を行う際に主軸カバー（シャッタ）が主軸テーパ穴２２ａを塞ぐことにより、切削工具の交換時間を縮小できる。
ダミープラグ４１は、ＡＴＣ３９内に保管される。ダミープラグ４１は、ＡＴＣ３９によって主軸テーパ穴２２ａに着脱可能に取り付けられ、工具クランプ装置２２ｂによって主軸２２にクランプ又はアンクランプされる。

数値制御装置３７は、移動装置１１、主軸２２、シリンダ２７、供給装置２９、ＡＴＣ３９及び付加製造ヘッド２５を制御する。

本実施形態によれば、移動装置１１が、主軸ヘッド２１と付加製造ヘッド２５を一体に、テーブル３３に対して相対的に移動させる。主軸ヘッド２１と付加製造ヘッド２５のそれぞれによって、対象物５を５軸加工できる。主軸ヘッド２１の主軸２２と平行に、付加製造ヘッド２５からレーザーが照射され、付加材料が放出される。そのため、主軸２２によってアクセス可能な対象物５の部位は、付加製造ヘッド２５によってもアクセス可能である。付加製造ヘッド２５と主軸２２が平行であり、かつ、同じ移動装置１１で移動するため、付加製造のプログラムを、切削加工のプログラムと実質的に同一に作成できる。

粉体である付加材料が付加製造ヘッド２５から供給されると、重力によって落下する。本実施形態の加工機１０によれば、粉体である付加材料とレーザーは上から重力方向に沿って供給される。そのため、鉛直下向きの主軸２２を有する移動装置１１及びテーブル３３によく適合する。

付加製造ヘッド２５と供給装置２９は、チューブ１３、チューブ１５及び光ファイバ１７によって常時接続されているため、主軸ヘッド２１の周囲の構成部品が少ない。また、一つの移動装置１１が主軸ヘッド２１と付加製造ヘッド２５を、対象物５に対して自在に移動する。そのため、加工機１０全体をコンパクトに構成できる。

図２を参照して、加工方法を説明する。まず、ＡＴＣ３９は、主軸２２に装着された切削工具を取り外し、主軸２２にダミープラグ４１を装着する（Ｓ１）。シリンダ２７は、付加製造ヘッド２５を対象物５に向かって接近させる（Ｓ２）。供給装置２９は、付加材料とシールドガスとエネルギーを、付加製造ヘッド２５へ供給する（Ｓ３）。付加製造ヘッド２５は、付加材料とシールドガスとエネルギーを、主軸２２の軸線３と平行に放出する。数値制御装置３７は、移動装置１１によって、主軸ヘッド２１と付加製造ヘッド２５を一体に、対象物５に対して移動させて、対象物５上に３次元造形する（Ｓ４）。シリンダ２７は、付加製造ヘッド２５を対象物５から離間する（Ｓ５）。

続いて、ＡＴＣ３９は、主軸２２に装着されたダミープラグ４１を取り外し、主軸２２に切削工具を装着する（Ｓ６）。数値制御装置３７は、主軸２２を回転させる（Ｓ７）。数値制御装置３７は、移動装置１１によって、主軸ヘッド２１と付加製造ヘッド２５を一体に、対象物５に対して移動させて、対象物５を切削加工する（Ｓ８）。

本実施形態の加工方法によれば、同じ移動装置１１が主軸ヘッド２１と付加製造ヘッド２５を一体に移動させるため、簡便に制御できる。

本発明は前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

５ 対象物
１０ 加工機
１１ 移動装置
２１ 主軸ヘッド
２２ 主軸
２３ 直線ガイド
２５ 付加製造ヘッド
２７ シリンダ（駆動装置）
２９ 供給装置
３３ テーブル
３５ 自動工具交換装置
３７ 数値制御装置

Claims (14)

1. 対象物を固定するテーブルと、
   切削工具を装着可能な主軸を有する主軸ヘッドと、
   前記主軸ヘッド上に、前記主軸の軸線に平行に延びるガイドと、
   前記ガイドに配置され、付加材料及びエネルギーを前記軸線に平行に放出する付加製造ヘッドと、
   前記付加製造ヘッドを前記軸線に平行に移動し、前記付加製造ヘッドを前記テーブルに接近させる駆動装置と、
   前記付加製造ヘッドへ前記付加材料及び前記エネルギーを供給する供給装置と、
   前記主軸ヘッドと前記付加製造ヘッドを一体に、前記テーブルに対して相対的に移動させる移動装置と、
   を有する加工機。
2. 前記主軸は上下方向に延びる、
   請求項１に記載の加工機。
3. 前記付加材料を前記付加製造ヘッドに供給する付加材料供給チューブと、
   前記エネルギーを前記付加製造ヘッドに供給する光ファイバと、を更に有し、
   前記供給装置は、前記付加材料供給チューブ及び前記光ファイバによって、前記付加製造ヘッドに常時接続される、
   請求項１又は２に記載の加工機。
4. 前記付加材料は粉体である、
   請求項１〜３のいずれかに記載の加工機。
5. 前記ガイドは直線ガイドである、
   請求項１〜４のいずれかに記載の加工機。
6. 前記駆動装置はシリンダである、
   請求項１〜５のいずれかに記載の加工機。
7. 前記駆動装置は、前記付加製造ヘッドの先端が前記主軸の先端よりも前記対象物側に移動可能である、
   請求項１〜６のいずれかに記載の加工機。
8. 前記主軸は、主軸穴を有し、
   前記主軸穴に装着可能なダミープラグを有する、
   請求項１〜７のいずれかに記載の加工機。
9. 対象物の加工方法であって、
   付加製造ヘッドを主軸ヘッドの主軸方向に平行に移動し、前記付加製造ヘッドを前記対象物に向かって接近させ、
   付加材料とエネルギーを前記付加製造ヘッドへ供給し、
   前記主軸ヘッドと前記付加製造ヘッドを一体に、前記対象物に対して相対的に移動し、
   前記付加製造ヘッドが前記付加材料と前記エネルギーを放出することにより、前記対象物に造形し、
   前記付加製造ヘッドを前記主軸ヘッドの前記主軸方向に平行に移動し、前記付加製造ヘッドを前記対象物から離間し、
   前記主軸ヘッドの主軸に切削工具を装着し、
   前記主軸を回転し、
   前記主軸ヘッドと前記付加製造ヘッドを一体に、前記主軸ヘッドを前記対象物に対して相対的に移動することにより、前記対象物を切削加工する、
   対象物の加工方法。
10. 前記主軸の主軸穴にダミープラグを装着して、前記付加製造ヘッドが前記付加材料と前記エネルギーを放出する、
    請求項９に記載の対象物の加工方法。
11. 前記主軸の主軸穴を主軸カバーで塞いで、前記付加製造ヘッドが前記付加材料と前記エネルギーを放出する、
    請求項９又は１０に記載の対象物の加工方法。
12. 前記付加製造ヘッドの先端を前記主軸の先端よりも前記対象物に向かって接近させる、
    請求項９〜１１のいずれかに記載の対象物の加工方法。
13. 前記付加製造ヘッドの先端を前記主軸の先端よりも前記対象物から離間させる、
    請求項９〜１２のいずれかに記載の対象物の加工方法。
14. 前記主軸に装着された工具を取り外した後に、前記付加製造ヘッドを前記対象物に接近させる、
    請求項９〜１３のいずれかに記載の対象物の加工方法。

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