JP6563037B2

JP6563037B2 - 工作機械システム

Info

Publication number: JP6563037B2
Application number: JP2017557652A
Authority: JP
Inventors: 裕司門脇; 忠笠原
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2035-12-25
Also published as: WO2017109980A1; JPWO2017109980A1

Description

本発明は、パレット交換、工具交換、ワーク交換に要する動作時間を短縮した工作機械システムに関する。

工作機械の分野において、加工時間を短縮する要求は高まっている。つまり、工作機械には、実際にワークを高速で加工することのみならず、工作機械にワークを搬入してから加工を終了して搬出するまでの時間を短縮することが求められている。

例えば、特許文献１には、工具マガジン内に搬入される工具を撮像して、工具マガジンと加工室との間のドアのスライド量を最適化して、工具交換に要する時間を短縮するようにした工作機械が記載されている。

特開２０１０−２２８０６３号公報

特許文献１の工作機械は、工具交換に際して工作機械の動作を最適化することは可能であるが、工作機械へのワークの搬入動作や、複数のワークをイケールに取り付け、これを工作機械の回転テーブルに取り付けたような場合に、回転テーブルを回転して加工すべきワークを交換する場合にも、工作機械の動作を最適化して、工作機械のスループットを高めることが可能である。

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、パレット交換、工具交換、ワーク交換に要する動作時間を短縮した工作機械システムを提供することを目的としている。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、回転軸線を中心として回転可能に支持され先端部に工具を装着する主軸と、ワークを固定したパレットを着脱可能に取り付けるパレット取付面を有し、前記主軸の回転軸線に対して垂直な回転軸線を中心として前記パレットを回転可能な回転テーブルと、直交３軸方向に前記主軸と前記回転テーブルとを相対的に直線送りする送り軸装置とを具備した加工機と、前記回転テーブルの回転軸線に平行な方向に前記パレットに固定されたワークを撮像する撮像装置と、前記撮像装置によって得られた前記ワークの寸法から前記工具と前記ワークとが最小限の退避動作で干渉しなくなる退避位置を求め、工具交換時または前記回転テーブルの回転時に、前記退避位置に基づいて、前記送り軸装置に退避動作を行わせる制御装置とを具備する工作機械システムが提供される。

本発明によれば、回転テーブルの回転軸線に平行な方向にパレットに固定されたワークを撮像する撮像装置によって得られた前記ワークの画像データに基づいて、直交３軸の送り軸装置の動作を制御するようにしたので、パレット交換に際して主軸の退避動作を最小限することが可能となり、パレット交換後、加工開始までに要する時間を短縮することが可能となり、工具交換に際して回転テーブルの退避動作も最小限に抑えることが可能となり、工具交換後、加工開始までに要する時間を短縮することが可能となり、１つのワークの加工が終了して次の未加工ワークを加工するために、回転テーブルを回転させるときにも、回転テーブルが退避位置へ移動する退避動作も最小限に抑えて、回転テーブルの回転後、加工開始までに要する時間を短縮することが可能となり、回転テーブルが回転するときに、回転テーブル作用するイナーシャを演算して、該イナーシャに適合するように、回転テーブルの回転速度を調節することによって、ワーク交換に要する時間を短縮することが可能となる。

本発明の工作機械システムの一実施形態を示す側面図である。図１の工作機械システムの平面図である。イケールを介してパレットに固定された複数のワークの平面図であり、工作機械システムの作用を説明するための図である。図３Ａに示したワークの側面図である。イケールを介してパレットに固定された複数のワークの他の例を示す平面図であり、工作機械システムの作用を説明するための図である。図４Ａに示したワークの側面図である。図４Ａに示したワークの回転させたときの最大半径を説明するための平面図である。複数の加工機を備えた工作機械システムを示す略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
本発明を適用する工作機械の一例を示す図１、２を参照すると、加工機１００は、横形のマシニングセンタを構成しており、工場の床面に固定された基台としてのベッド１０２、ベッド１０２の前方部分（図１、２では左側）の上面で前後方向またはＺ軸方向（図１、２では左右方向）に延設された一対のＺ軸ガイドレール１０２ｂに沿って往復動可能に設けられたＺ軸スライダ１１２、Ｚ軸スライダ１１２の上面で鉛直な軸線を中心としてＢ軸方向に回転送り可能に設けられた回転テーブル１１４、ベッド１０２の後方部分（図１、２では右側）の上面で左右方向またはＸ軸方向（図１では紙面に垂直な方向、図２では上下方向）に延設された一対のＸ軸ガイドレール１０２ａに沿って往復動可能に設けられたコラム１０４、該コラム１０４の前面で上下方向またはＹ軸方向に延設されたＹ軸ガイドレール１０４ａ（図示せず）に沿って往復動可能に設けられ、主軸１１０を水平な中心軸Ｏを中心として回転可能に支持する主軸頭１０８を搭載したＹ軸スライダ１０６具備している。

更に、加工機１００は、コラム１０４をＸ軸方向に駆動するＸ軸送り装置、Ｙ軸スライダ１０６をＹ軸方向に駆動するＹ軸送り装置、および、Ｚ軸スライダ１１２をＺ軸方向に駆動するＺ軸送り装置を具備している。Ｘ軸送り装置、Ｙ軸送り装置およびＺ軸送り装置によって、主軸１１０と回転テーブル１１４は、直交３軸方向に相対的に直線送りされる。なお、図１、２には、Ｘ軸送り装置、Ｙ軸送り装置およびＺ軸送り装置としてＮＣ装置１５０によって制御されるサーボモータ１７０が図示されている。

回転テーブル１１４には、イケールＭを取り付けたパレットＰが着脱可能に固定される。イケールＭは、パレットＰと共に回転テーブル１１４に固定されたときに、Ｚ軸に垂直なワーク取付面を有しており、該ワーク取付面にワークＷが取り付けられる。こうして、加工すべきワークＷが、主軸１１０の先端に装着された工具Ｔに対面するように取り付けられる。

また、本実施形態による工作機械は、加工機１００における加工に必要な複数の工具を収納する工具マガジン１４０と、ＮＣ装置１５０からの指令に基づき工具マガジン１４０に収納された工具の１つと、加工機１００の主軸１１０の先端に装着された工具Ｔとを交換する工具交換装置１４２を備える。

また、本実施形態による工作機械は、加工機１００の前方に配設されＮＣ装置１５０によって制御されるパレット交換装置１３０を具備している。パレット交換装置１３０は、鉛直方向の軸線Ｏ_Vを中心として回転可能に設けられた旋回軸１３４と、該旋回軸１３４の上端に取り付けられた水平方向に延びる交換アーム１３２と、旋回軸１３４の上端に取り付けられ鉛直平面内に延びる旋回ドア１２２と、旋回軸１３４を軸線Ｏ_Vを中心として回転させる駆動装置とを具備する。

加工機１００のＺ軸スライダ１１２、回転テーブル１１４および主軸１１０を含む主要部、工具交換装置１４２およびパレット交換装置１３０は、カバー１２０によって包囲されている。また、図１、２に示すように、旋回ドア１２２が加工機１００のＺ軸に対して垂直な回転位置にあるとき、カバー１２０内の空間は、加工機１００のＺ軸スライダ１１２、回転テーブル１１４、主軸１１０およびパレット交換装置１３０の交換アーム１３２の一方の端部（図１、２では参照番号１３２ｂで示す端部）が配置される加工室１２６と、交換アーム１３２の他方の端部（図１、２では参照番号１３２ａで示す端部）が配置されるワーク段取り室１２８とに分割される。オペレータがワーク段取り室１２８内にアクセスするために、カバー１２０は、ワーク段取り室１２８へのアクセス開口部１２０ａと、該アクセス開口部１２０ａを開閉するドア１２４とを有している。

ワーク段取り室１２８内において、交換アーム１３２の前記他方の端部１３２ａに上方にはワーク撮像装置またはカメラ１０が配設されている。また、カメラ１０に加えて、補助カメラ２０をワーク段取り室１２８内に配設してもよい。カメラ１０は、回転テーブル１１４の回転軸線（Ｂ軸）に平行な方向（鉛直方向）にパレットＰに固定されたワークＷをイケールＭと共に撮像する撮像装置を構成する。補助カメラ２０は、回転テーブル１１４の回転軸線（Ｂ軸）に垂直な方向（水平方向）にパレットＰに固定されたワークＷをイケールＭと共に撮像する第２の撮像装置を構成する。カメラ１０および補助カメラ２０は、投射したレーザーが対象物との間で往復するのにかかる時間から距離を計測するＴＯＦ(Time Of Flight)カメラとすることができる。

以下、本実施形態の作用を説明する。
図３Ａ、３Ｂは、イケールＭの１つのワーク取付面に水平方向（Ｘ軸方向）にずらして取り付けた２つのワークＷ₁、Ｗ₂を示している。ワークＷ₁、Ｗ₂は、加工室１２６内において主軸１１０の先端部に対面するように配置されたときに、Ｂ軸からのＺ軸方向の長さが異なっている。本実施形態によれば、イケールＭを介してワークＷ₁、Ｗ₂を固定したパレットＰが、パレット載置台を提供する交換アーム１３２のワーク段取り室１２８内に配置されている端部１３２ａに取り付けられているときに、ワークＷ₁、Ｗ₂をイケールＭと共にカメラ１０によってＢ軸方向に撮像することによって、ワークＷ₁、Ｗ₂のＺ軸方向の最大長さＺ₁を、ワークＷ₁、Ｗ₂が加工室１２６内に配置される前に知ることが可能となる。

カメラ１０に加えて、補助カメラ２０がワーク段取り室１２８内に設けられている場合には、カメラ１０によるワークＷ₁、Ｗ₂の撮像と同時に、ワークＷ₁、Ｗ₂を図３Ｂに示すように、水平方向（主軸１１０の回転軸線ＯおよびＢ軸に垂直な方向）に撮像するようにできる。補助カメラ２０によって、ワークＷ₁、Ｗ₂を撮像することによって、ワークＷ₁、Ｗ₂のＺ軸方向の最大長さＺ₁に加えて、ワークＷ₁、Ｗ₂のＹ軸方向の高さＹ₁、Ｙ₂を、ワークＷ₁、Ｗ₂が加工室１２６内に配置される前に知ることが可能となる。

図４Ａ〜４Ｃは、イケールＭが４つのワーク取付面を有し、各ワーク取付面にワークＷ₁〜Ｗ₄が固定されている場合を示している。ワークＷ₁〜Ｗ₄は、図４Ａ、４Ｂに明示するように、加工室１２６内において主軸１１０の先端部に対面するように配置されたときに、Ｂ軸からのＺ軸方向の長さＺ₁〜Ｚ₄が異なっている。本実施形態によれば、未加工ワークＷ₁〜Ｗ₄を固定したパレットＰが、交換アーム１３２のワーク段取り室１２８内に配置されている端部１３２ａに取り付けられているときに、未加工ワークＷ₁〜Ｗ₄をイケールＭと共にカメラ１０によってＢ軸方向に撮像することによって、ワークＷ₁〜Ｗ₄のＺ軸方向の長さＺ₁〜Ｚ₄を、ワークＷ₁〜Ｗ₄が加工室１２６内に配置される前に知ることが可能となる。更には、図４Ｂに示すように、回転テーブル１１４をＢ軸方向に回転させたときに、ワークＷ₁〜Ｗ₄の先端部が描く円弧の最大半径Ｒを知ることが可能となる。

また、カメラ１０に加えて、補助カメラ２０がワーク段取り室１２８内に設けられている場合には、カメラ１０によるワークＷ₁〜Ｗ₄の撮像と同時に、ワークＷ₁〜Ｗ₄を図４Ｃに示すように、水平方向（主軸１１０の回転軸線ＯおよびＢ軸に垂直な方向）に撮像するようにできる。補助カメラ２０によって、ワークＷ₁〜Ｗ₄を撮像することによって、イケールＭの背後に配置されているワーク（本実施形態では、ワークＷ₂）を除いて、ワークＷ₁、Ｗ₃、Ｗ₄のＹ軸方向の高さＹ₁、Ｙ₃、Ｙ₄を知ることが可能となる。

図３Ａ〜図４Ｃの例では、イケールＭにはワークＷ₁〜Ｗ₄のみが固定されているが、通常、イケールＭにワークＷ₁〜Ｗ₄を固定する場合には、固定治具を用いることが多い。そうした場合であっても、本実施形態によれば、既述したように、カメラ１０或いはカメラ１０に加えて補助カメラ２０を用いて、イケールＭに取り付けられている固定治具をワークＷ₁〜Ｗ₄と共に撮像することによって、Ｚ軸方向の長さＺ₁〜Ｚ₄或いはＺ軸方向の長さＺ₁〜Ｚ₄に加えてＹ軸方向の長さＹ₁〜Ｙ₄を事前に、つまりワークＷ₁〜Ｗ₄が加工室１２６内に搬入される前に知ることが可能となる。

カメラ１０、或いは、カメラ１０および補助カメラ２０による、ワークＷ₁、Ｗ₂の撮像は、例えば、オペレータが、イケールＭを介してパレットＰに固定されたワークＷ₁〜Ｗ₄をパレット載置台としての交換アーム１３２のワーク段取り室１２８内にある端部１３２ａに取り付けた後、ドア１２４を閉じたときに行うことができる。カメラ１０、或いは、カメラ１０および補助カメラ２０によって得られた画像データは、ＮＣ装置１５０に接続された処理装置１６０に送出され、上述のように、イケールＭを介してパレットＰに固定されたワークＷ₁〜Ｗ₄のＺ軸方向の長さ、Ｙ軸方向の長さおよびＢ軸を中心とした半径Ｒが演算され、演算結果がＮＣ装置１５０に出力される。更に、後述するように、処理装置１６０は、画像データからＢ軸周りのイナーシャを演算することができる。

未加工ワークＷ₁〜Ｗ₄を加工室１２６に搬入する際、Ｚ軸スライダ１１２が、パレット搬送装置としてのパレット交換装置１３０の交換アーム１３２の加工室１２６内の端部１３２ｂから、イケールＭを介して未加工ワークＷ₁〜Ｗ₄を固定したパレットＰを受け取ると、通常、該Ｚ軸スライダ１１２は、加工プログラムに記述されている所定の位置へ早送りにてＺ軸方向に送られる。そのとき、主軸１１０は、Ｘ軸およびＹ軸方向に送られ、先端に装着されている工具ＴとワークＷ₁とが干渉しない退避位置に配置されている。プログラマはワークＷ₁と工具Ｔとの干渉を恐れ、必要以上に遠い位置に退避位置を設定する傾向にある。特に、プログラマは、イケールＭにワークＷ₁〜Ｗ₄を取り付けるためにどのような治具が用いられているか不知であることも、こうした傾向に拍車をかける要因になっている。本実施形態では、Ｚ軸方向の長さＺ₁〜Ｚ₄或いはＺ軸方向の長さＺ₁〜Ｚ₄に加えてＹ軸方向の長さＹ₁〜Ｙ₄を事前に知ることによって、主軸１１０の退避動作を最小限することが可能となり、パレット交換後、加工開始までに要する時間を短縮することが可能となり、パレット交換に要する時間を短縮することが可能となる。

また、工具交換装置１４２による工具交換に際しても、工具ＴとワークＷ₁〜Ｗ₄との干渉を防止するために、Ｚ軸スライダ１１２は退避位置へ移動するが、Ｚ軸方向の長さＺ₁〜Ｚ₄或いはＺ軸方向の長さＺ₁〜Ｚ₄に加えてＹ軸方向の長さＹ₁〜Ｙ₄を事前に知ることによって、Ｚ軸スライダ１１２の退避動作も最小限に抑えることが可能となり、工具交換後、加工開始までに要する時間を短縮することが可能となり、工具交換に要する時間を短縮することが可能となる。

更に、１つのワークの加工が終了して次の未加工ワークを加工するために、回転テーブル１１４をＢ軸方向に回転させるときにも、Ｚ軸スライダ１１２が退避位置へ移動するが、本実施形態によれば、その場合にもＺ軸スライダ１１２の退避動作も最小限に抑えて、Ｂ軸回転後、加工開始までに要する時間を短縮することが可能となり、ワーク交換に要する時間を短縮することが可能となる。

更に、カメラ１０によって撮像することによって、未加工ワークＷ₁〜Ｗ₄の大きさ、および、Ｚ軸方向の長さＺ₁〜Ｚ₄の長さが分かるので、回転テーブル１１４を回転させる場合に、Ｂ軸に作用するイナーシャを演算することが可能となる、Ｂ軸に作用するイナーシャが大きい場合には、回転テーブル１１４の回転速度を低くし、Ｂ軸に作用するイナーシャが小さい場合には、回転テーブル１１４の回転速度を高くすることできる。回転テーブル１１４の回転速度を最適に調節することによって、ワーク交換に要する時間を短縮することが可能となる。

既述した実施形態では、工作機械システムは、１つの加工機１００に対して１つのパレット搬送装置（パレット交換装置１３０）を備えていたが、本発明は、これに限定されず、図５に示すように、１つのパレット搬送装置に対して複数の（図５では３つの）加工機１００を設けるようにしてもよい。

図５に示す工作機械システム２００は、３つの加工機１００と、１つのパレットストッカ２０８と、１つのワーク段取りステーション２１０と、パレット搬送装置としてのパレット搬送台車２０４とを具備している。ワーク段取りステーション２１０はパレット載置台を形成しており、オペレータが、ワーク段取りステーション２１０を通じて加工済ワークを取り付けたパレットを外部へ取り出し、未加工ワークを取り付けたパレットを工作機械システム２００内へ搬入する。

パレットストッカ２０８は、未加工ワークまたは加工済ワークを取り付けた複数のパレットＰを一時的に格納する。パレット搬送台車２０４には、パレット交換装置２０６が搭載されており、横並びに配置された複数の加工機１００と、パレットストッカ２０８との間に延設されたレール２０２に沿って往復動して、加工機１００、ワーク段取りステーション２１０およびパレットストッカ２０８との間でパレットＰを交換、搬送する。

ワーク段取りステーション２１０には、図１、２に示したカメラ１０またはカメラ１０および補助カメラ２０が備えられており、各加工機１００の回転テーブル１１４の回転軸線（Ｂ軸）に平行な方向（鉛直方向）または回転テーブル１１４の回転軸線（Ｂ軸）に平行および垂直な方向にパレットＰに固定されたワークＷをイケールＭと共に撮像する。つまり、本願発明では、撮像装置は、イケールＭを介してパレットＰに固定されたワークＷをシステム内へ導入する入口に設けられたパレット載置台（図１、２の例では、交換アーム１３２のワーク段取り室１２８内にある端部１３２ａ、図５の例ではワーク段取りステーション２１０）にあるワークＷを撮像するように配設されている。

パレット搬送台車２０４は処理装置２２０に接続されており、各パレットＰに割り当てられたパレット番号が、パレットストッカ２０８のパレット格納位置と関連付けて処理装置２２０内に格納される。カメラ１０またはカメラ１０および補助カメラ２０によって得られた画像データは、処理装置２２０に送出され、既述したように、Ｚ軸方向の長さ、Ｙ軸方向の長さ、Ｂ軸を中心とした半径ＲおよびＢ軸周りのイナーシャが演算され、演算結果がパレット番号に関連付けて格納される。処理装置２２０から、各加工機１００のＮＣ装置１５０に、Ｚ軸方向の長さ、Ｙ軸方向の長さ、Ｂ軸を中心とした半径ＲおよびＢ軸周りのイナーシャが送出され、パレット交換に際しての主軸１１０の退避動作、工具交換に際してＺ軸スライダ１１２の退避動作、ワーク交換に際してのＺ軸スライダ１１２および主軸１１０の退避動作や、回転テーブル１１４の回転速度が最適化される。

１０カメラ
２０補助カメラ
１００加工機
１０２ベッド
１０４コラム
１０６Ｙ軸スライダ
１０８主軸頭
１１０主軸
１１２Ｚ軸スライダ
１１４回転テーブル
１２０カバー
１２２旋回ドア
１２４ドア
１２６加工室
１２８ワーク段取り室
１３０パレット交換装置
１３２交換アーム
１３４旋回軸
１４０工具マガジン
１４２工具交換装置
１５０ＮＣ装置
１６０処理装置
２００工作機械システム
２０２レール
２０４パレット搬送台車
２０６パレット交換装置
２０８パレットストッカ
２１０ステーション
２２０処理装置

Claims

回転軸線を中心として回転可能に支持され先端部に工具を装着する主軸と、ワークを固定したパレットを着脱可能に取り付けるパレット取付面を有し、前記主軸の回転軸線に対して垂直な回転軸線を中心として前記パレットを回転可能な回転テーブルと、直交３軸方向に前記主軸と前記回転テーブルとを相対的に直線送りする送り軸装置とを具備した加工機と、
前記回転テーブルの回転軸線に平行な方向に前記パレットに固定されたワークを撮像する撮像装置と、
前記撮像装置によって得られた前記ワークの寸法から前記工具と前記ワークとが最小限の退避動作で干渉しなくなる退避位置を求め、工具交換時または前記回転テーブルの回転時に、前記退避位置に基づいて、前記送り軸装置に退避動作を行わせる制御装置とを具備する工作機械システム。
ワークを取り付けたパレットを載置するパレット載置台と、前記パレット載置台と前記回転テーブルとの間でパレットを搬送するパレット搬送装置とを更に具備し、前記撮像装置が前記パレット載置台に載置されているパレットに取り付けた未加工ワークを撮像するようにした請求項１に記載の工作機械システム。
前記パレット載置台に載置されているパレットに取り付けた未加工ワークを前記回転テーブルの回転軸線に垂直な方向に撮像する第２の撮像装置を更に具備する請求項２に記載の工作機械システム。