JP2021115682A

JP2021115682A - 工作機械およびその制御装置ならびに制御方法

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Publication number: JP2021115682A
Application number: JP2020011804A
Authority: JP
Inventors: 明弥田中; Akihisa Tanaka
Original assignee: DMG Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2040-01-28
Also published as: JP6777829B1; US20240217044A1; WO2021153166A1; EP4098397A4; EP4098397A1; CN115023315A

Abstract

【課題】ワークや工具にクーラントを供給せずに加工したいというユーザの要望に対応しつつ、機内の洗浄を行なうことのできる工作機械を提供する。【解決手段】工具１１０でワーク１２０に加工を行う工作機械１００であって、加工中、工作機械内の切屑除去のために非加工領域にクーラントを供給しつつ、加工領域にクーラントを供給しないハーフウェット加工モード１１１と、加工領域にクーラントを供給するウェット加工モード、および工作機械内にクーラントの供給を行わないドライ加工モードの少なくともいずれか１つの加工モードと１１２、の間でモード切替を行う制御部１０１を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械およびその制御装置ならびに制御方法に関する。

上記技術分野において、特許文献１には、工具による加工領域にクーラントを供給する加工用クーラント供給路と、工具交換時に主軸と工具の連結部領域にクーラントを供給する工具連結部洗浄用クーラント供給路と、を備えた工作機械が開示されている。

特開２００７−１５２４８９号公報

しかしながら、上記文献に記載の技術では、加工時には、必ず加工領域にクーラントを供給する制御になっていた。そのたｍ、ワークや工具にクーラントを供給せずにドライ加工を行なうことで、工具の温度変動を少なくし、工具寿命を向上させたいというユーザの要望に対応できていなかった。かといって、単にクーラントを供給しないという制御だけでは、加工によって生じた切り屑によって、駆動軸の駆動負荷が過大となることがあり、アラームを発して停止する事もあった。

本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。

工具でワークに加工を行う工作機械であって、
加工中、ベースクーラントに加えて、工作機械内の切屑除去のために非加工領域にクーラントを供給しつつ、加工領域にはクーラントを供給しないハーフウェット加工モードと、
前記加工領域にクーラントを供給するウェット加工モード、および工作機械内にベースクーラント以外の供給を行わないドライ加工モードの少なくともいずれか１つのモードと、
の間でモード切替を行う制御部を備えた工作機械。

上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、
工具でワークに加工を行う工作機械用の制御装置であって、
加工中、工作機械内の切屑除去のために非加工領域にクーラントを供給しつつ、加工領域にクーラントを供給しないハーフウェット加工モードと、
前記加工領域にクーラントを供給するウェット加工モード、および工作機械内にクーラントの供給を行わないドライ加工モードの少なくともいずれか１つのモードと、
の間でモード切替を行う制御装置。

上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
工具でワークに加工を行う工作機械の制御方法であって、
加工中、工作機械内の切屑除去のために非加工領域にクーラントを供給しつつ、加工領域にクーラントを供給しないハーフウェット加工モードと、
前記加工領域にクーラントを供給するウェット加工モード、および工作機械内にクーラントの供給を行わないドライ加工モードの少なくともいずれか１つのモードと、
の間でモード選択を行う制御ステップを含む工作機械の制御方法。

本発明によれば、ワークや工具にクーラントを供給せずに加工したいというユーザの要望に対応しつつ、機内の洗浄を行なうことができる。

本発明の第１実施形態に係る工作機械の機能構成を示すブロック図である。本発明の第２実施形態に係る工作機械の機能構成を示すブロック図である。本発明の第２実施形態に係る工作機械の加工プログラムの一例を示す図である。本発明の第２実施形態に係る工作機械の処理の流れを示すフローチャートである。本発明の第３実施形態に係る工作機械の機能構成を示すブロック図である。本発明の第４実施形態に係る工作機械の機能構成を示すブロック図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての工作機械１００について、図１を用いて説明する。図１に示すように、工作機械１００は、工具１１０でワーク１２０に加工を行うものであり、クーラント供給を制御する制御部１０１を含む。

制御部１０１は、ハーフウェット加工モード１１１と、ウェット加工モードおよびドライ加工モードの少なくともいずれか一つの加工モード１１２と、の間でモード切替を行う。ハーフウェット加工モード１１１は、加工中、工作機械内の切屑除去のためにクーラントを供給しつつ、加工領域にクーラントを供給しないモードである。ウェット加工モードは、加工中、加工領域にクーラントを供給するモードである。ドライ加工モードは、加工中、工作機械内にクーラントの供給を行わないモードである。

以上の構成により、ドライ加工モードであっても、クーラントで機内の切り屑の洗浄を行なうことができ、他のモードとの切替を行なうことができる。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る工作機械２００について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る工作機械２００の機能構成を説明するためのブロック図である。

工作機械２００は、工具２１０を用いてワーク２２０を加工する装置である。工作機械２００は、工具２１０やワーク２２０を冷却したり、切り屑２３０を除去したりするため、クーラントの供給を行なうクーラントポンプ２０２と、クーラントの供給を制御する制御部２０１とを含む。また、工作機械２００は、さらに、床に向けてベースクーラントを供給するためのベースクーラントポンプ２０９を別途備えている。なお、この図では、２種類のクーラントポンプについて示したが、クーラントの使用目的（主軸クーラント、スルースピンドルクーラント、シャワークーラント、ベースクーラント等）に応じてそれぞれのクーラントポンプを設けてもよい。

制御部２０１は、ハーフウェット加工モード２１１、ウェット加工モード２１２、およびドライ加工モード２１３の間でモード切替を行い、バルブ制御部２１５が、各バルブを制御する。ハーフウェット加工モード２１１は、加工中、工作機械２００内の切り屑２３０の除去のために非加工領域２０５にクーラントを供給しつつ、加工領域２０６にクーラントを供給しないモードである。非加工領域とは、例えばＡＰＣ（Automatic Pallet Changer）側の領域を指す。ウェット加工モード２１２は、加工中、加工領域２０６にクーラントを供給するモードである。ドライ加工モード２１３は、加工中、工作機械２００内にクーラントの供給を行わないモードである。

ウェット加工モード２１２は、加工中、加工領域にクーラントを供給して、工具２１０やワーク２２０の温度上昇を抑制する。ドライ加工モード２１３は、加工中、工作機械２００内へのクーラントの供給をストップさせ、工具２１０の温度変化を緩やかにすることで、工具２１０の寿命を延ばしつつ、クーラントの使用量を抑えたいユーザが使用するモードである。ハーフウェット加工モード２１１は、加工中、工具２１０の寿命を延ばすために加工領域２０６にはクーラントを供給せず、一方で、工作機械２００内の切り屑２３０を除去するためにはクーラントを供給したいユーザが使用するモードである。

クーラントポンプ２０２からのクーラント供給路としては、２種類用意されている。クーラントポンプ２０２から非加工領域２０５にクーラントを供給する非加工領域向け供給路２０７と、加工領域２０６にクーラントを供給する加工領域向け供給路２０８である。それぞれの供給路には、洗浄用クーラントバルブ２０３と加工用クーラントバルブ２０４が設けられている。

バルブ制御部２１５は、ウェット加工モード２１２では、洗浄用クーラントバルブ２０３と加工用クーラントバルブ２０４との両方を開き、ドライ加工モード２１３では、洗浄用クーラントバルブ２０３と加工用クーラントバルブ２０４との両方を閉める。そしてハーフウェット加工モード２１１では、加工用クーラントバルブ２０４を閉じつつ、洗浄用クーラントバルブ２０３を開く。

より具体的には、制御部２０１は、ＮＣ装置(Numerical Control Machine)であり、ユーザにより記述されたＮＣプログラムである加工プログラム２１４を実行する。これにより、ハーフウェット加工モード２１１、ウェット加工モード２１２、ドライ加工モード２１３の間のモード切替を行なう。具体的には、あらかじめ上記３つのモードに対応するＭコード（Machine codes）を用意しておき、それらのＭコード（例えばＭ９０：Wet Mode, Ｍ９１：Dry Mode, Ｍ９２：Half Wet Mode）を指定することにより、バルブを制御する。つまり制御部２０１は、ハーフウェット加工モード２１１、ウェット加工モード２１２、およびドライ加工モード２１３の少なくともいずれか一つのモード用にあらかじめ用意された加工プログラムのコードに基づいて、制御を行う。加工プログラム２１４の一例を図３に示す。図３において「天井シャワー」とは、天井からシャワーのように複数のノズルで加工領域または非加工領域にクーラントを供給することを示す。

図４は、制御部２０１による制御方法を示すフローチャートである。まずステップＳ４０１において、制御部２０１（ＮＣ装置）による加工プログラム２１４の読み込みを行なう。次にステップＳ４０５において、加工プログラム２１４中のＭコードを読み込み、クーラントを供給するモードとして、ハーフウェット加工モード２１１とウェット加工モード２１２とドライ加工モード２１３のいずれが選択されたか判定する。その結果、ウェット加工モード２１２であればステップＳ４０９に進み、洗浄用クーラントバルブ２０３と加工用クーラントバルブ２０４の両方を開く。ドライ加工モード２１３であれば、ステップＳ４１１に進み、洗浄用クーラントバルブ２０３と加工用クーラントバルブ２０４の両方を閉じる。ハーフウェット加工モード２１１であれば、ステップＳ４０７に進み、洗浄用クーラントバルブ２０３を開いて、加工用クーラントバルブ２０４を閉じる。

そして、ステップＳ４１３に進み、クーラントポンプ２０２を始動させ、さらにステップＳ４１５において、加工プログラムに沿って工具２１０とワーク２２０を駆動して加工を開始する。

以上、本実施形態によれば、加工領域においてはクーラントを供給せずに、非加工領域における切り屑２３０を除去することができる。加工自体はドライ加工を行いつつも、ワークにかからず、かつ、切屑を除去できるような箇所にクーラントを供給することで、適切なタイミングにて切屑を除去できる。具体的には加工点への供給＋壁や他の構造物への供給、加工点のみの供給、壁や他の構造物のみへの供給をプログラム上のＭコードによって選択し、その選択結果に基づいて流路の切替を行い、加工に応じてクーラントの供給先を切り替えることができる。

なお、本実施形態では、ハーフウェット加工モードとウェット加工モードとドライ加工モードの３つのモード間での切替について説明したが、制御部は、ハーフウェット加工モードとウェット加工モードの２つのモード間のみで切替を行なってもよい。また、制御部は、ハーフウェット加工モードとドライ加工モードの２つのモード間のみで切替を行なってもよい。さらに、工作機械２００は、不図示のカメラを備え、ハーフウェット加工モード２１１では、カメラで切り屑２３０を検出した際に、クーラントを供給するように制御してもよい。

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係る工作機械５００について、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態に係る工作機械５００の機能構成を説明するための図である。本実施形態に係る工作機械５００は、上記第２実施形態と比べると、クーラントポンプ２０２からのクーラントを工作機械５００内に噴射する際にクーラントの噴射方向を変えられるクーラントノズル５０３を有する点で異なる。また、制御部５０１がそのクーラントノズル５０３を制御するノズル制御部５１５を有する点でも異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

制御部５０１のノズル制御部５１５は、クーラントノズル５０３を制御することにより、ウェット加工モード２１２では、非加工領域２０５と加工領域２０６との両方にクーラントを噴射する。また、ノズル制御部５１５は、クーラントポンプ２０２を制御することにより、ドライ加工モード２１３では、加工領域２０６にも非加工領域２０５にもクーラントを供給しない。つまり、ドライ加工モード２１３では、クーラントポンプ２０２を停止させる。制御部５０１は、ハーフウェット加工モード２１１では、非加工領域２０５にクーラントを噴射させて切り屑２３０を除去しつつ、加工領域２０６には、クーラントがかからないようにクーラントノズル５０３の方向を制御する。

以上、本実施形態によれば、加工領域においてはクーラントを供給せずに、非加工領域における切り屑２３０を除去することができる。

［第４実施形態］
次に本発明の第４実施形態に係る工作機械６００について、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態に係る工作機械６００の機能構成を説明するための図である。本実施形態に係る工作機械６００は、上記第２実施形態と比べると、非加工領域にクーラントを供給する洗浄用クーラントポンプ６０３と、加工領域にクーラントを供給する加工用クーラントポンプ６０４と、を備える点で異なる。また、制御部６０１がそれらのポンプを制御するポンプ制御部６１５を有する点でも異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

ポンプ制御部６１５は、ハーフウェット加工モードでは、加工用クーラントポンプ６０４をオフにしつつ、ベースクーラントポンプ２０９および洗浄用クーラントポンプ６０３をオンにする。ポンプ制御部６１５は、ウェット加工モードでは、ベースクーラントポンプ２０９、加工用クーラントポンプ６０４および洗浄用クーラントポンプ６０３をオンにする。さらにドライ加工モードでは、ポンプ制御部６１５は、ベースクーラントポンプ２０９をオンにしつつ、加工用クーラントポンプ６０４および洗浄用クーラントポンプ６０３をオフにするように、各ポンプを制御する。
これにより、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の技術的範囲で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の技術的範囲に含まれる。

また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に供給され、内蔵されたプロセッサによって実行される場合にも適用可能である。本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるサーバも、プログラムを実行するプロセッサも本発明の技術的範囲に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれるステップＳ４０１〜Ｓ４１３をコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の技術的範囲に含まれる。

上記目的を達成するため、本発明に係る工作機械は、
工具でワークに加工を行う工作機械であって、
ベースクーラントポンプと、
加工領域にクーラントを供給する加工用クーラントポンプと、
非加工領域にクーラントを供給する洗浄用クーラントポンプと、
加工中、ベースクーラントに加えて、工作機械内の切屑除去のために前記非加工領域にクーラントを供給しつつ、前記加工領域にはクーラントを供給しないハーフウェット加工モードと、
前記加工領域にクーラントを供給するウェット加工モード、および工作機械内にベースクーラント以外の供給を行わないドライ加工モードの少なくともいずれか１つのモードと、
の間でモード切替を行う制御部を備え、
前記制御部は、前記ハーフウェット加工モードでは、前記加工用クーラントポンプをオフにしつつ、前記ベースクーラントポンプおよび前記洗浄用クーラントポンプをオンにし、前記ウェット加工モードでは、前記ベースクーラントポンプ、前記加工用クーラントポンプおよび前記洗浄用クーラントポンプをオンにし、前記ドライ加工モードでは、前記ベースクーラントポンプをオンにしつつ、前記加工用クーラントポンプおよび前記洗浄用クーラントポンプをオフにするように、各ポンプを制御する。

上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、
工具でワークに加工を行う工作機械用の制御装置であって、
前記工作機械は、
ベースクーラントポンプと、
加工領域にクーラントを供給する加工用クーラントポンプと、
非加工領域にクーラントを供給する洗浄用クーラントポンプと、
を備え、
前記制御装置は、
加工中、ベースクーラントに加えて、工作機械内の切屑除去のために前記非加工領域にクーラントを供給しつつ、前記加工領域にはクーラントを供給しないハーフウェット加工モードと、
前記加工領域にクーラントを供給するウェット加工モード、および工作機械内にベースクーラント以外の供給を行わないドライ加工モードの少なくともいずれか１つのモードと、
の間でモード切替を行い、
前記ハーフウェット加工モードでは、前記加工用クーラントポンプをオフにしつつ、前記ベースクーラントポンプおよび前記洗浄用クーラントポンプをオンにし、前記ウェット加工モードでは、前記ベースクーラントポンプ、前記加工用クーラントポンプおよび前記洗浄用クーラントポンプをオンにし、前記ドライ加工モードでは、前記ベースクーラントポンプをオンにしつつ、前記加工用クーラントポンプおよび前記洗浄用クーラントポンプをオフにするように、各ポンプを制御する工作機械用の制御装置である。

上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
ベースクーラントポンプと、
加工領域にクーラントを供給する加工用クーラントポンプと、
非加工領域にクーラントを供給する洗浄用クーラントポンプと、
を備え、
工具でワークに加工を行う工作機械の制御方法であって、
加工中、工作機械内の切屑除去のために前記非加工領域にクーラントを供給しつつ、前記加工領域にクーラントを供給しないハーフウェット加工モードと、
前記加工領域にクーラントを供給するウェット加工モード、および工作機械内にクーラントの供給を行わないドライ加工モードの少なくともいずれか１つのモードと、
の間でモード切替を行い、
前記ハーフウェット加工モードでは、前記加工用クーラントポンプをオフにしつつ、前記ベースクーラントポンプおよび前記洗浄用クーラントポンプをオンにし、前記ウェット加工モードでは、前記ベースクーラントポンプ、前記加工用クーラントポンプおよび前記洗浄用クーラントポンプをオンにし、前記ドライ加工モードでは、前記ベースクーラントポンプをオンにしつつ、前記加工用クーラントポンプおよび前記洗浄用クーラントポンプをオフにするように、各ポンプを制御する工作機械の制御方法である。

Claims

工具でワークに加工を行う工作機械であって、
加工中、ベースクーラントに加えて、工作機械内の切屑除去のために非加工領域にクーラントを供給しつつ、加工領域にはクーラントを供給しないハーフウェット加工モードと、
前記加工領域にクーラントを供給するウェット加工モード、および工作機械内にベースクーラント以外の供給を行わないドライ加工モードの少なくともいずれか１つのモードと、
の間でモード切替を行う制御部を備えた工作機械。
クーラントポンプと、
前記クーラントポンプから前記加工領域にクーラントを供給する第１供給路と、
前記クーラントポンプから前記非加工領域にクーラントを供給する第２供給路と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記ハーフウェット加工モードでは、前記第１供給路のバルブを閉じつつ前記第２供給路のバルブを開き、前記ウェット加工モードでは、前記第１、第２供給路のバルブを開き、前記ドライ加工モードでは、前記第１、第２供給路のバルブを閉じるように、各バルブを制御する請求項１に記載の工作機械。
クーラントポンプと、
前記クーラントポンプからのクーラントを工作機械内に噴射するノズルと、
をさらに備え、
前記制御部は、前記ハーフウェット加工モードでは、前記加工領域にはクーラントが供給されず、前記非加工領域にクーラントが供給されるように前記ノズルの方向を制御し、前記ウェット加工モードでは、前記加工領域および前記非加工領域にクーラントが供給されるように前記ノズルの方向を制御する請求項１または２に記載の工作機械。
ベースクーラントポンプと、
前記加工領域にクーラントを供給する加工用クーラントポンプと、
前記非加工領域にクーラントを供給する洗浄用クーラントポンプと、
をさらに備え、
前記制御部は、前記ハーフウェット加工モードでは、前記加工用クーラントポンプをオフにしつつ、前記ベースクーラントポンプおよび前記洗浄用クーラントポンプをオンにし、前記ウェット加工モードでは、前記ベースクーラントポンプ、前記加工用クーラントポンプおよび前記洗浄用クーラントポンプをオンにし、前記ドライ加工モードでは、前記ベースクーラントポンプをオンにしつつ、前記加工用クーラントポンプおよび前記洗浄用クーラントポンプをオフにするように、各ポンプを制御する請求項１に記載の工作機械。
前記制御部は、
前記ハーフウェット加工モード、前記ウェット加工モード、および前記ドライ加工モードの少なくともいずれか一つのモード用にあらかじめ用意された加工プログラムのコードに基づいて、制御を行う請求項１乃至４のいずれか１項に記載の工作機械。
工具でワークに加工を行う工作機械用の制御装置であって、
加工中、工作機械内の切屑除去のために非加工領域にクーラントを供給しつつ、加工領域にクーラントを供給しないハーフウェット加工モードと、
前記加工領域にクーラントを供給するウェット加工モード、および工作機械内にクーラントの供給を行わないドライ加工モードの少なくともいずれか１つのモードと、
の間でモード切替を行う制御装置。
工具でワークに加工を行う工作機械の制御方法であって、
加工中、工作機械内の切屑除去のために非加工領域にクーラントを供給しつつ、加工領域にクーラントを供給しないハーフウェット加工モードと、
前記加工領域にクーラントを供給するウェット加工モード、および工作機械内にクーラントの供給を行わないドライ加工モードの少なくともいずれか１つのモードと、
の間でモード選択を行う制御ステップを含む工作機械の制御方法。