JP6230684B1 - 加工装置 - Google Patents
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Abstract
Description
まず1つ目は、載置テーブルは固定しておく一方で、加工ヘッドをX軸、Y軸およびZ軸の3軸あるいはこれらの回転軸も含めた6軸方向に移動させる形態である。この場合、加工ヘッドには複雑な駆動機構が搭載されるため、加工ヘッドの重量が増すばかりでなく機構そのものが大型化してしまう。
かようなデメリットを解消するため、2つ目の形態として、載置テーブルを例えばX方向の一軸に移動可能に構成するとともに、加工ヘッドをY方向及びZ方向に駆動させる形態である。つまり水平方向に関しては載置テーブルと加工ヘッドで駆動を分離することで、加工ヘッドの軽量化や高精度化を実現することが可能となっている。
すなわち、確かに特許文献1によれば、複数のワークを複数の加工ヘッドで同時に加工することはできるものの、加工ヘッドの水平方向における移動は両側に配置された2つの駆動源でそれぞれ行っており、装置規模が比較的大規模になるばかりでなく消費電力も増大してしまう。
以下では、本発明を好適に実施できる加工装置のうち、切削加工を行う切削加工装置を例にして説明する。しかしながら本発明は切削加工装置に限られず、例えば研削加工を行う研削加工装置など、ワークを加工する加工装置に広く適用が可能であることは言うまでもない。
また、説明の便宜上、以下では加工ヘッドが移動する方向をX方向(第1方向と交差する第2方向)とし、載置テーブルが移動する方向をY方向(第1方向)、および高さ方向をZ方向(第1方向及び第2方向と交差する第3方向)とそれぞれ定義するが、かような定義付けは本発明を限定的に解釈するものではない。
図1に第1実施形態における加工装置100を示す。この加工装置100は、所定の工具t(図2等参照)を用いてワークW(不図示)を加工可能であり、加工ヘッド10、載置テーブル20、当該加工機構10や載置テーブル20を駆動する駆動機構、および制御装置60を少なくとも含んで構成されている。
また、上記した工具tは、ワークWを切削可能なものであれば刃具を含め如何なる形態のものであってもよいが、ワークWの材質によって最適な形状や材質の刃が選択される。
なお、本実施形態における加工装置うち以下で詳細に説明する構成や機能以外については、例えば特開2010−46781号公報や特開2010−5710号公報などに開示された公知の機構を本発明の趣旨を逸脱しない限りで適宜適用してもよい。
以下、第1加工ヘッド10aと第2加工ヘッド10bに共通する事項を説明するときは加工ヘッド10と総称し、夫々で特有の事項については個別に説明する。
第1水平駆動機構としてのX駆動機構30は、本実施形態においては、X駆動シャフト31、X駆動モータ32およびXリニアガイド33を少なくとも含んで構成されている。
X駆動モータ32は、同様に第1加工ヘッド10aとのボールねじ機構の一部を構成する公知の電磁モータであり、上記したX駆動シャフト31を回転させる機能を有している。そして本実施形態のX駆動モータ32は、X軸シャフト31と同様に、フレーム1に搭載されている。このように本実施形態では、ボールねじ機構によって第1加工ヘッド10aはX方向に沿って直線移動が可能となっている。
なおXリニアガイド33の具体例としては特に限定はなく種々の公知のリニアガイド機構が適用でき、例えばボールを用いた公知のころがり軸受機構(直動軸受ユニット)を適用してもよいし、ラック&ピニオン機構を用いたガイド構造でもよい。
なお本実施形態では合計2本のXリニアガイド33を用いているが、この態様に限られず、例えば1本のXリニアガイド33を用いてもよいし、3本以上のXリニアガイド33を用いてもよい。
また、本実施形態では、スライダを介して第1加工ヘッド10aおよび第2加工ヘッド10bが共通のXリニアガイド33上に設置されているが、この態様に限られない。例えば第1加工ヘッド10aと第2加工ヘッド10bは、互いに異なるXリニアガイド33上に設置される態様でもよく、この場合には例えば各自で2本のXリニアガイドを占有してもよい。
本実施形態のリニアサポート部材11は、一端側が第2加工ヘッド10bのリニアサポート部材固定部12に固定され、他端側は開放された状態(開放端とも称する)となっている。リニアサポート部材11の長さについては、加工装置100の規模によって適宜設定されてもよいが、一例として、第1加工ヘッド10aと第2加工ヘッド10bとの間隔が最大で600mmとなるようにその全長が設定されている。
このリニアサポート部材11は、本実施形態では例えば剛性のある鋼材などで構成された棒状のリニアシャフトが例示される。よって、以下ではリニアサポート部材11の一例としてリニアシャフト11を適宜用いて説明を継続するが、図13を用いて後述するとおりリニアサポート部材11は断面が円に限られず更にはXリニアガイド33のごとき構造でもよい。
また、上記した一対のXリニアガイド33のうちの一方であるXリニアガイド33aが、Z方向に関して、X駆動シャフト31とリニアガイド11との間に配置されている。
これにより、後述する第2加工ヘッド10bを伴う第1加工ヘッド10aのX方向への移動がスムーズになり、意図しない揺動やガタツキなどを抑制することが可能となっている。
なお本実施形態では、図5で後述するとおり、第1加工ヘッド10aに複数(2つ)のクランプ部材13が設けられているが、この態様に限られない。すなわち、クランプ部材13は1つでもよいし、3つ以上であってもよい。
換言すれば、本実施形態の第2加工ヘッド10bは、X方向へ移動するための駆動機構を独自には持たず、第1加工ヘッド10aと一体となってX方向へ追従移動する方式となっている。
図2に示すように本実施形態では、第1加工ヘッド10aのうち第2加工ヘッド10bと対向する側面に衝突防止部材17が設けられている。
なお、衝突防止部材17として複数のピン部材を用いる場合には、具体的な設置例として例えばZ方向に関して所定の間隔毎に並置してもよいし、Y方向に関して所定の間隔毎に並置してもよいし、Y方向及びZ方向に関して所定の間隔毎に並置してもよい。
また、衝突防止部材17の先端には、ゴムやバネなどの公知の弾性部材が設置されていてもよい。これにより、万が一の衝突の際にその衝撃が緩和されることとなる。
これにより、加工ヘッドのX方向への駆動機構を小型化・省電力化することができるだけでなく、様々な寸法のワークWを複数並行して加工することが可能となる。
載置テーブル20は、上記した加工ヘッド10と対向して配置されるとともに、門型のフレーム1が当該載置テーブル20をまたぐように設置されている。また、図2などにも示されるように、本実施形態では、フレーム1内に配置されたテーブル支持台23上に、後述するY駆動機構50とともに載置テーブル20が支持されている。また、載置テーブル20の上面には、1又は複数のワーク吸着孔21を備えたワーク載置面22が設けられている。
ワーク吸着孔21は、不図示の負圧発生源(負圧ポンプなど)とバキューム管24を介して接続されている。このように本実施形態の載置テーブル20は、後述する制御装置60の制御の下で、載置テーブル20に載置されたワークを吸着する機能を備えている。
図2に示すとおり、本実施形態の加工装置100は、載置テーブル20を第1方向に駆動するY駆動機構(第2水平駆動機構)50を含んで構成されている。
第2水平駆動機構としてのY駆動機構50は、Y駆動シャフト51、Y駆動モータ52およびYリニアガイド53を含んで構成されている。
Y駆動モータ52は、同様に載置テーブル20とのボールねじ機構の一部を構成する公知の電磁モータであり、上記したY駆動シャフト51を回転させる機能を有している。このように本実施形態では、ボールねじ機構によって載置テーブル20がY方向に沿って直線移動することが可能となっている。
なお、メモリには種々の加工モードに対応した加工プログラムなどが予め保存されていてもよい。また、制御装置60は遠隔配置されてネットワークを介してリモートで加工装置100を制御する態様であってもよい。
次に、第1加工ヘッド10aおよび第2加工ヘッド10bの位置情報を取得する動作について説明する。例えば装置の電源投入時などは加工ヘッド10の位置情報はいったん消去されるので、電源投入時などには初期動作として原点出しを行う必要がある。この点、例えば干渉計など光学センサーを用いて加工ヘッド間の距離を計測できれば、あとはいずれかの加工ヘッドの基準位置さえ計測すればよいこととなる。
しかしながら本実施形態の加工装置100は、一般的には温度や湿度が精密に管理されたクリーンルームなどでの使用は想定されておらず、干渉計やエンコーダなどの光学センサーを用いた場合には測定誤差が頻出する恐れがある。
そこで、本実施形態では、上記した環境にも適用できる原点出しフローを次のとおり創出した。
なお上記したステップ2において第2加工ヘッド10bは第1加工ヘッド10aに追従して移動するが、ステップ3の時点において第2加工ヘッド10bのX方向における位置は未知のままとなっている。したがって、次のステップ4では第2加工ヘッド10bの位置を確定する動作が実行される。
同図(a)〜(e)に示すとおり、リニアサポート部材11は、第2加工ヘッド10bのリニアサポート部材固定部12に固定されるとともに、第1加工ヘッド10aに搭載されたクランプ部材13によってクランプされることが可能となっている。
このうち、クランプ部材13は、X方向に2つ並置されるように、第1クランプ部材13Rと第2クランプ部材13Lを含んで構成されている。
これにより、第2加工ヘッド10bが固定部材15によって固定位置Pに固定されることとなる。そして、この固定位置Pは当然に既知の位置であるので、以上のステップを経ることで第2加工ヘッド10bの絶対位置は決定されたことになる。
また、本実施形態では、基準位置Qを左端(図2など参照)としつつ、固定位置Pはこの基準位置Qから600mm右側に設置した(図2など参照)が、この態様に限られず任意の位置を基準位置Qや固定位置Pとして設定してもよい。
さらに本実施形態では、固定部材15による固定に先立って、クランプ部材13によるクランプを解除することが好ましい。クランプ部材13がクランプを事前に解除することで、第1加工ヘッド10aに対して第2加工ヘッド10bをX方向に相対移動させることが可能となり、これにより固定部材15が受け凹部15r内にスライド挿入された際に第2加工ヘッド10bがX方向に微動することが可能となる。
また、ステップ5において第1加工ヘッド10aの位置を固定としなければ、ステップ5でのクランプ部材13によるクランプの解除を行わなくてもよい。
そしてステップ6で所定の時間が経過したときは、ステップ7でクランプ部材13がリニアサポート部材11をクランプする。これにより、第1加工ヘッド10aと第2加工ヘッド10bの位置関係が固定される。
なお、ステップ5でクランプ動作が解除されない場合であって、且つ、固定部材15が受け凹部15r内にスライド挿入された場合には、当該スライド移動分だけ第1加工ヘッド10aがX方向に移動したことが加味されてヘッド間隔が計算されることになる。より具体的には、本実施形態では、制御装置60は、最大間隔600mmから第1加工ヘッド10aの位置を減算したものを両加工ヘッドの間隔として記憶する。
このように本実施形態では、固定部材15及び上記した位置検出装置(14a、14b)によって、第1加工ヘッド10aと第2加工ヘッド10bとの間隔が設定される。
次に、図6を用いて加工ヘッド間の間隔調整フローについて説明する。
上述したとおり、本実施形態の加工装置100は様々な加工要求を満たすべく、ワークWの仕様によっては加工ヘッド間の間隔を途中で変更しなければならないことも想定される。
以下では、いったん設定した加工ヘッド間の間隔を変更する例として、600mmから300mmへ上記間隔を変更する例について説明する。
次いでステップBでは、第2加工ヘッド10bの位置を固定部材15で固定する。具体的には、例えば上記したステップ5と同様な手順で行ってもよい。
そして第2加工ヘッド10bが固定位置Pで固定された後は、ステップCでクランプ部材13によるクランプを解除する。これにより、第1加工ヘッド10aの移動に対して第2加工ヘッド10bは追従せずに固定位置Pで留まることが可能となる。
なお、本実施形態では加工ヘッド間の間隔を狭める例について説明したが、初期の間隔を最大値に設定しなければ、途中の間隔変更で拡大あるいは縮小のいずれも有り得ることは言うまでもない。
次いで、ステップFで、両加工ヘッドの間隔を更新記憶するとともに、固定部材15による固定を解除する。以後は、この更新された加工ヘッド間の間隔情報に基づいて、それぞれの加工ヘッドの位置が制御装置60により制御されることとなる。
次に本発明に係る加工装置の第2実施形態について説明する。
なお、以下では第1実施形態との相違点を主として説明するとともに、第1実施形態で既述した加工装置100と同じ構成及び機能を有する要素については第1実施形態と同一の符号を付して説明や図示を適宜省略する。
第1実施形態及び第2実施形態に好適な変形例について、適宜図も参照して説明する。なお、以下の説明においても、既述した機能・構成については同じ参照番号を付して適宜その説明を省略する。
<原点出しフロー(その2)>
まず変形例1として、上述した原点出しフローと異なる原点出しフローについて説明する。上記図4を用いて説明した実施形態では、第2加工ヘッド10bを固定位置Pに留めるよりも第1加工ヘッド10aを基準位置Qへ移動することを優先した。しかしながら本発明はこの態様に限られず、図8に示すとおり第2加工ヘッド10bをまず固定させる態様であってもよい。
なお、加工ヘッド間の間隔調整については上記実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
そしてクランプ部材13がリニアシャフト11をクランプしていない場合には、ステップ11で制御装置60はクランプ部材13によるリニアシャフト11のクランプ動作を実行する。なお、このステップ10及びステップ11は、上記と同様に、適宜省略が可能である。
ステップ12で第2加工ヘッド10bが固定位置Pに到達した後は、ステップ13で第2加工ヘッド10bを固定部材15で固定位置Pに固定する。このとき、上記した実施形態と同様に、固定部材15が受け凹部15r内に挿入される前にクランプ部材13によるクランプを事前に解除してもよい。これにより、固定位置Pは当然に既知の位置であるので、第2加工ヘッド10bの絶対位置は決定されたことになる。
なお本実施形態においても、固定位置P及び基準位置Qは、上記と同様に任意の位置に設置してもよい。
次いでステップ15では、第1加工ヘッド10aと第2加工ヘッド10bとの間隔調整を行う。より具体的には、第1加工ヘッド10aを基準位置Qへ移動させるように制御装置60はX駆動機構30を制御する。このとき、上記した実施形態と同様に、第1位置検出装置14aの検出結果に基づいて制御装置60は第1加工ヘッド10aが基準位置Qへ到達したか否かが判断される。
次いでステップ17では、第1加工ヘッド10aの位置を原点として記憶するとともに、両加工ヘッドの間隔を記憶する。本実施形態においても、原点として基準位置Qと、両加工ヘッドの間隔として600mmが記憶される。
次いでステップ18では固定部材15による第2加工ヘッド10bの固定が解除される。以後は、この基準位置Qに対して第1加工ヘッド10aを移動させる制御が行われる。一方で第2加工ヘッド10bの位置は、この基準位置Qからの移動に対して間隔600mmを加味した情報に基づいて制御されることとなる。
<原点出しフロー(その3)>
上記図4や図8では、基本的にクランプ部材13によるクランプを維持したままで第2加工ヘッド10bをX方向に移動させていた。しかしながら本発明はこの態様に限られず、図9に示すとおり第2加工ヘッド10bを作業者が手動でX方向に動かす態様であってもよい。
そしてクランプ部材13によるクランプが解除されていることが確認された後は、ステップ23で第2加工ヘッド10bを固定位置Pまで移動させる。この場合、例えば作業者が手動によって第2加工ヘッド10bを固定位置Pまでスライドさせてもよい。
ステップ4で第2加工ヘッド10bの絶対位置が決定された後は、ステップ5で第1加工ヘッド10aと第2加工ヘッド10bとの間隔調整を行う。この場合、例えば図8のステップ15と同様に行うことができる。
次いでステップ7では、第1加工ヘッド10aの位置を原点として記憶するとともに、両加工ヘッドの間隔を記憶する。
なお、上記で説明した各原点出しのフロー(その1)及び(その2)は、抜け止め部材16の有無には左右されない。また、原点出しフロー(その1)〜(その3)では、両加工ヘッドの間隔を600mmに設定する例を説明したが、他の任意の間隔であってもよいことは言うまでもない。
図10および図11は、変形例3に係る加工装置300である。このうち図10は加工装置300を後方から見た斜視図であり、図11は加工装置300の正面図および側面図である。
本変形例3の加工装置300は、載置テーブル20に連結部25が設けられるとともに、ATC(工具自動交換装置)テーブル70を具備している点に主とした特徴がある。
図10および図11に示されるとおり、ATCテーブル70は、工具保持部71、連結部72およびスライダ73を含んで構成されている。
なお、変形例3の加工装置300は、第1加工ヘッド10aと第2加工ヘッド10bを搭載しているが、この態様に限られず加工ヘッド10は1つ(例えば第1加工ヘッド10aのみ)を搭載する形態であってもよい。かような場合には加工ヘッド10と載置テーブル20が少なくとも1つずつあればよく、上記したリニアシャフト11やクランプ部材13などは必須ではなく適宜これらを省略してもよい。
なお、工具保持部71には、公知のシリンダ(不図示)などの昇降機構が搭載されていてもよい。かような場合には、工具保持部71も適宜上昇することで加工ヘッドへの工具の受け渡しがより迅速に実行できるようになる。
スライダ73は、上述した載置テーブル20のYリニアガイドのレール上を移動可能に配置されている。換言すれば、ATCテーブル70は、載置テーブル20と共通のYリニアガイド53上を移動するように構成されている。
なおATCテーブル70には、加工ヘッド10に取り付け可能なクリーニング用ブラシを収納していてもよい。これにより、加工終了時にクリーニング用ブラシを加工ヘッド10に取り付けることで、加工終了後の載置テーブル20上の粉塵を効率良くクリーニングすることが可能となる。
次に図12は、変形例4に係る加工装置400の部分斜視図である。
本変形例4の加工装置400は、さらに工具長測定装置80を具備している点に主とした特徴がある。なお、加工装置400では、上記した衝突防止部材17は設けられていない。
次に図13は、上記各実施形態や変形例におけるリニアサポート部材11の変形例である。
すなわち上記において、リニアサポート部材11は、その断面が円である棒状のリニアシャフトとして例示されていた。しかしながら本発明はこの態様に限られず、例えば図13(a)及び(b)にそれぞれ示すとおりその断面が三角形や四角形など矩形である角柱状の部材であってもよい。または、図13(c)に示すように回転防止のための突起が形成された棒状の部材であってもよいし、図13(d)に示すようにスプラインシャフトであってもよい。
さらにリニアサポート部材11は、上記した各断面形状の棒状シャフトに限らず、Xリニアガイド33のごとき構造であってもよい。かような場合には、例えば第2加工ヘッド10bが所望の長さのXリニアガイドの一端を固定して支持するとともに、第1加工ヘッド10aがこのXリニアガイド上を移動可能なスライダを備えるという形態が適用できる。
なお、これらの場合において、上記した各リニアサポート部材の外形に対応するように、クランプ部材13のクランプ面(リニアシャフトと接触する面)も、リニアシャフト11の外形に倣う形状となっていることが好ましい。
より具体的に、例えばX駆動機構及びZ駆動機構40であれば、加工ヘッド10をX軸周り(Xθ)またはZ軸周り(Zθ)に回転させてもよい。また、Y駆動機構50であれば、載置テーブル20をY軸周り(Yθ)に回転させてもよい。
また、上記では切削加工装置を例にして説明したが、3Dプリンターなどの造形装置を含む様々な加工装置に対しても本発明は適用が可能である。
10、10a、10b 加工ヘッド
10a 第1加工ヘッド
10b 第2加工ヘッド
11 リニアサポート部材(リニアシャフト)
12 リニアサポート部材固定部(リニアシャフト固定部)
13 クランプ部材
13R 第1クランプ部材
13L 第2クランプ部材
14 位置検出装置
14a 第1位置検出装置
14b 第2位置検出装置
15 固定部材
15r 受け凹部
16 抜け止め部材
17 衝突防止部材
20 載置テーブル
21 ワーク吸着孔
22 ワーク載置面
23 テーブル支持台
24 バキューム管
25 連結部
30 第1水平駆動機構(X駆動機構)
31 X駆動シャフト
32 X駆動モータ
33 Xリニアガイド
40 垂直駆動機構
40a 第1垂直駆動機構
40b 第2垂直駆動機構
50 Y駆動機構
51 Y駆動シャフト
52 Y駆動モータ
53 Yリニアガイド
60 制御装置
70 工具テーブル
71 工具保持部
72 連結部
73 スライダ
80 工具長測定装置
81 測定基準面
100、200、300、400 加工機構
W ワーク
Claims (7)
- 第1方向に移動可能な載置テーブルと、
前記第1方向と交差する第2方向に延在するリニアサポート部材の一部をクランプするクランプ部材を備え、前記載置テーブルに載置された第1ワークに対して加工を行う第1加工ヘッドと、
前記リニアサポート部材が固定されるリニアサポート部材固定部を備え、前記第1加工ヘッドに並置されて前記載置テーブルに載置された第2ワークに対して加工を行う第2加工ヘッドと、
前記第1加工ヘッドを前記第2方向に移動させる駆動モータを含む第1水平駆動機構と、を具備し、
前記クランプ部材で前記リニアサポート部材をクランプした前記第1加工ヘッドが前記第1水平駆動機構によって移動することで、前記第2加工ヘッドが前記第1加工ヘッドの移動に追従して前記第2方向へ移動され、
前記第2加工ヘッドは、前記第1加工ヘッドとの同時加工が不要なときは取り外しが可能であり、且つ、
前記第2加工ヘッドが取り外されるときは、前記リニアサポート部材も当該第2加工ヘッドと共に取り外されることを特徴とする加工装置。 - 前記第1加工ヘッドを前記第1方向及び前記第2方向に交差する第3方向へ移動させる第1垂直駆動機構と、
前記第1垂直駆動機構とは独立して、前記第2加工ヘッドを前記第3方向へ移動させる第2垂直駆動機構と、
をさらに具備する請求項1に記載の加工装置。 - 前記第1水平駆動機構は、前記リニアサポート部材を挟むように、当該リニアサポート部材と並行して前記第2方向に延在する一対のリニアガイドを含む請求項1又は2に記載の加工装置。
- 前記第1水平駆動機構は、前記第2方向に延在して前記駆動モータによって回転される駆動シャフトと、を含み、
前記一対のリニアガイドのうちの一方が、前記駆動シャフトと前記リニアガイドとの間に配置されている請求項3に記載の加工装置。 - 前記第1加工ヘッドの前記第2方向における位置を検出する位置検出装置と、
前記第2加工ヘッドの前記第2方向における位置を固定する固定部材と、をさらに備え、
前記固定部材及び前記位置検出装置によって、前記第1加工ヘッドと前記第2加工ヘッドとの間隔が設定される請求項1〜4のいずれか一項に記載の加工装置。 - 前記第1方向に敷設されて前記載置テーブルの移動をガイドするYリニアガイドと、
前記第1加工ヘッド及び前記第2加工ヘッドに搭載可能な加工工具を搭載するATCテーブルと、を具備し、
前記ATCテーブルは、前記載置テーブルと共通の前記Yリニアガイド上を移動する請求項1〜5のいずれか一項に記載の加工装置。 - 前記第1加工ヘッド側における前記リニアサポート部材の他端には、前記リニアサポート部材が前記第1加工ヘッドから抜け出ることを防止する抜け止め部材が設置されている請求項1〜6のいずれか一項に記載の加工装置。
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