JP6580832B2 - 工作機械および原姿勢復帰処理プログラム - Google Patents

Description

本発明は、被加工物に対して切削加工を行うことによって３次元形状を形成する工作機械および同工作機械に実行される原姿勢復帰処理プログラムに関する。

従来から、被加工物に対して切削加工を行って３次元形状を形成する工作機械においては、加工工具を保持する主軸に洗浄流体吐出具を装着して主軸を介して供給される洗浄液を加工領域内における所望する箇所に吐出することにより加工領域内の洗浄が行なわれている。例えば、下記特許文献１には、洗浄液を吐出する筒状の吐出ノズルを有した吐出体および同吐出体を工作機械の主軸の軸方向であるＺ軸方向に直交する軸回りに回動可能に保持するノズル支持体を有した洗浄流体吐出具を前記主軸に装着して加工領域内を洗浄する工作機械（マシニングセンタ）が開示されている。

実用新案登録第３１９１３２１号公報

しかしながら、上記特許文献１に示された工作機械においては、吐出ノズルの軸芯をノズル支持体の軸芯に一致させる所謂センタ出しを作業者による人手で行っているため、加工領域の洗浄作業が煩雑で時間が掛かり作業効率が低いという問題がある。

本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、洗浄流体吐出具を用いた加工領域内の洗浄作業を効率的に行うことができる工作機械および原姿勢復帰処理プログラムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、被加工物を切削加工する加工工具を回転駆動可能に保持するとともに加工工具に洗浄流体を供給可能な主軸が、洗浄流体を吐出するための筒状の吐出ノズルを有した吐出体および同吐出体を主軸の軸方向であるＺ軸方向に直交する軸回りに回動可能に保持するノズル支持体をそれぞれ有した洗浄流体吐出具を着脱自在に保持する加工ヘッドと、加工工具を被加工物に対して互いに直交する３軸方向に相対的に変位させる変位手段と、加工ヘッドおよび変位手段の各作動を制御する制御部とを備えて被加工物に対して３次元形状を形成する工作機械において、制御部は、加工ヘッドに保持された洗浄流体吐出具が接触可能な範囲内にＺ軸方向に対して交わる方向に延びて設けられた姿勢変更具に対して洗浄流体吐出具を保持した加工ヘッドを変位させて吐出体を姿勢変更具に接触させるとともにこの吐出体をＺ軸に対して吐出体が平行な場合における同吐出体の外表面が姿勢変更具に接する位置まで変位させることによって吐出ノズルの向きをＺ軸方向に平行にする原姿勢復帰処理を実行することにある。

この場合、制御部は、変位手段の作動を制御して加工ヘッドを３軸方向のうちの吐出体の回動方向に沿う軸方向に相対変位させて吐出体を姿勢変更具に接触させることにより吐出ノズルの向きをＺ軸方向に平行にするとよい。

ここで、洗浄流体は、被加工物の切削加工において加工部分やその周囲から切削屑を除去する機能を発揮する流体であり、例えば、空気や液体がある。この場合、液体の洗浄流体としては、油を主成分として各種添加剤を加えたもの（水溶性切削油や不水溶性切削油など）や、水を主成分として各種添加剤を加えたものがあり、これらを総称して切削剤という。なお、洗浄流体は、洗浄を主目的とするか否かは関係ないものであり、例えば、加工部分の冷却を主目的とする流体であっても被加工物の加工部分やその周囲から切削屑を除去する機能を発揮する流体であれば含まれるものである。

このように構成した本発明の特徴によれば、工作機械は、制御部が加工ヘッドを姿勢変更具に対して相対変位させて吐出体を姿勢変更具に接触させることで吐出ノズルの向きをＺ軸方向に平行にする原姿勢復帰処理を実行するため、作業者がセンタ出しを行うことなく効率的に加工領域内の洗浄作業を行うことができる。また、本発明の工作機械によれば、従来の洗浄流体吐出具において採用されているセンタリング機構（吐出体を手動でセンタ出しし易くするために吐出体がセンタ位置で軽度に位置決めされる機構）を省略することができ、洗浄流体吐出具の構成を簡単化および軽量化することができる。

また、本発明の他の特徴は、前記工作機械において、制御部は、原姿勢復帰処理を姿勢変更具における互いに反対側となる２つの側面に対してそれぞれ実行することで吐出ノズルの向きをＺ軸方向に平行にすることにある。

また、本発明の他の特徴は、前記工作機械において、原姿勢復帰処理は、吐出体を姿勢変更具に接触させた状態でＺ軸方向に変位させることにある。

また、本発明の他の特徴は、前記工作機械において、吐出体は、Ｚ軸に対して９０°以上の角度で回動可能であり、制御部は、原姿勢復帰処理を実行する前に、加工ヘッドを変位させて吐出体がＺ軸に対して最大角度で回動している場合における吐出ノズルの先端部の位置が姿勢変更具よりも低い位置に吐出体を位置させた後にＺ軸方向に変位させる予備復帰処理を実行することにある。

また、本発明の他の特徴は、前記工作機械において、前記工作機械において、さらに、複数の加工工具および少なくとも１つの洗浄流体吐出具をそれぞれ着脱自在に保持するツールマガジンを備え、制御部は、ツールマガジンおよび変位手段の各作動を制御して加工ヘッドに対して加工工具と洗浄流体吐出具と相互に付け替えさせる工具交換処理と、工具交換処理によって加工ヘッドから洗浄流体吐出具を取り外すとき原姿勢復帰処理を実行することにある。

また、本発明は、前記工作機械において、制御部は、姿勢変更具における互いに反対側となる２つの側面に吐出体をそれぞれ接触させることにより吐出ノズルの向きをＺ軸方向に平行にすることもできる。これによれば、工作機械は、制御部の作動制御によって姿勢変更具における互いに反対側となる２つの側面にそれぞれ吐出体を接触させるため、吐出体がＺ軸方向を境にしてどちら側に回動していたとしても吐出ノズルをＺ軸方向に平行にすることができる。

また、本発明は、前記工作機械において、姿勢変更具は、Ｚ軸方向に直交する方向に延びる丸棒で構成することができる。これによれば、工作機械は、姿勢変更具がＺ軸方向に直交する方向（例えば、Ｘ軸方向やＹ軸方向）に延びる丸棒で構成されているため、姿勢変更具を平面で構成した場合に比べて吐出体における吐出ノズルの先端部が姿勢変更具に接触することを避けることができ吐出ノズルの先端部の損傷を抑制することができる。また、工作機械は、吐出体における吐出ノズルの先端部が姿勢変更具に接触した場合であっても姿勢変更具が丸棒で構成されているため、吐出体の姿勢復帰の過程で吐出ノズルの先端部が姿勢変更具から離隔して同先端部の損傷を防止することができる。

また、本発明は、前記工作機械において、さらに、複数の加工工具および少なくとも１つの洗浄流体吐出具をそれぞれ着脱自在に保持するツールマガジンを備え、制御部は、ツールマガジンおよび変位手段の各作動を制御して加工ヘッドに対して加工工具または洗浄流体吐出具を保持させる工具交換処理を実行することができる。これによれば、工作機械は、複数の加工工具および少なくとも１つの洗浄流体吐出具をそれぞれ着脱自在に保持するツールマガジンを備えるとともに、制御部が加工ヘッドに対して洗浄流体吐出具を工具交換処理するため、加工領域の洗浄作業に対して作業者を介在させることなく無人で行うことができる。

また、本発明は、前記工作機械において、制御部は、工具交換処理によって加工ヘッドに洗浄流体吐出具を保持させたとき、および加工ヘッドから洗浄流体吐出具を取り外すときのうちの少なくとも一方で原姿勢復帰処理を実行することができる。これによれば、工作機械は、制御部が工具交換処理によって加工ヘッドに洗浄流体吐出具を保持させたときに原姿勢復帰処理を実行する場合においては、吐出体の向きをＺ軸に平行にした後に吐出体の向きの変更を行うため、吐出体の向きを正確に角度決めすることができる。また、工作機械は、制御部が工具交換処理によって加工ヘッドから洗浄流体吐出具を取り外すときに原姿勢復帰処理を実行する場合においては、吐出体の向きをＺ軸に平行にした状態で洗浄流体吐出具を工具マガジンに収納するため、工具マガジンへの収納時および洗浄流体吐出具への工具交換時に洗浄流体吐出具が他の部品や被加工物に物理的に接触することを防止することができる。また、制御部は、洗浄流体吐出具による加工領域内の洗浄作業が終了したとき、作業者によって洗浄流体吐出具が主軸に取り付けられたとき、または作業者によって原姿勢復帰処理の実行を指示されたときになどにも実行することができる。

また、本発明は、工作機械の発明としてだけでなく、この工作機械に実行される原姿勢復帰処理プログラムの発明としても実施できるものである。

具体的には、原姿勢復帰処理プログラムは、被加工物を切削加工する加工工具を回転駆動可能に保持するとともに加工工具に洗浄流体を供給可能な主軸が、洗浄流体を吐出するための筒状の吐出ノズルを有した吐出体および同吐出体を主軸の軸方向であるＺ軸方向に直交する軸回りに回動可能に保持するノズル支持体をそれぞれ有した洗浄流体吐出具を着脱自在に保持する加工ヘッドと、加工工具を被加工物に対して互いに直交する３軸方向に相対的に変位させる変位手段と、加工ヘッドおよび変位手段の各作動を制御する制御部とを備えて被加工物に対して３次元形状を形成する工作機械における制御部に実行させる原姿勢復帰処理プログラムであって、制御部に、加工ヘッドに保持された洗浄流体吐出具が接触可能な範囲内にＺ軸方向に対して交わる方向に延びて設けられた姿勢変更具に対して洗浄流体吐出具を保持した加工ヘッドを変位させて吐出体を姿勢変更具に接触させるとともにこの吐出体をＺ軸に対して吐出体が平行な場合における同吐出体の外表面が姿勢変更具に接する位置まで吐出体を変位させることによって吐出ノズルの向きをＺ軸方向に平行にする原姿勢復帰処理ステップを実行させるようにすればよい。

これによれば、原姿勢復帰処理プログラムは、上記工作機械と同様の作用効果を期待することができる。

本発明の一実施形態に係る工作機械の外観構成の概略を示した前方斜視図である。 図１に示す工作機械の作動を制御するための制御システムのブロック図である 図１に示す工作機械に保持される洗浄流体吐出具の外観構成の概略を示した斜視図である。 図３に示す洗浄流体吐出具における吐出体の回動範囲を説明するための一部破断正面図である。 図２示した制御部が実行する原姿勢復帰処理プログラムの流れを示したフローチャートである。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図５に示した原姿勢復帰処理プログラムにおける第１予備復帰処理の実行過程を示した説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図５に示した原姿勢復帰処理プログラムにおける第２予備復帰処理の実行過程を示した説明図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、図５に示した原姿勢復帰処理プログラムにおける第１復帰処理の実行過程を示した説明図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本発明の変形例に係る原姿勢復帰処理プログラムにおける洗浄流体吐出具の動作過程を示した説明図である。

以下、本発明に係る工作機械および同工作機械に実行される原姿勢復帰プログラムの一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る工作機械１００の外観構成の概略を示す斜視図である。また、図２は、工作機械１００の作動を制御するための制御システムのブロック図である。なお、本明細書において参照する図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。この工作機械１００は、コンピュータ制御（ＮＣ制御）によって被加工物ＷＫに対して加工工具を相対変位させて切削加工を行うことにより被加工物ＷＫに３次元形状を形成する機械装置である。

（工作機械１００の構成）
工作機械１００は、加工ヘッド１０１を備えている。加工ヘッド１０１は、加工工具１０４および洗浄流体吐出具１１０を選択的に保持して回転駆動する機械装置であり、主として主軸１０１ａおよび主軸駆動モータ１０１ｂを備えている。主軸１０１ａは、加工工具１０４および洗浄流体吐出具１１０を選択的かつ着脱自在に保持する部品であり、金属材を円筒状に形成して構成されている。この主軸１０１ａは、先端部に加工工具１０４および洗浄流体吐出具１１０を選択的かつ着脱自在に保持する円錐穴状の接続部が形成されるとともに内部に加工工具１０４および洗浄流体吐出具１１０に対してそれぞれ洗浄流体を供給するための図示しない流路が形成されている。

ここで、洗浄流体とは、加工工具１０４による被加工物ＷＫの切削加工部分の潤滑、切削加工部分の冷却および切削加工によって生じる切削屑の除去を目的として被加工物ＷＫの切削加工中や切削加工前後に被加工物ＷＫやその周辺に連続的または断続的に供給される液体であり、油や水を主成分とした所謂切削剤である。この洗浄流体は、洗浄流体供給ポンプ１０２によって主軸１０１ａに供給される。

主軸駆動モータ１０１ｂは、主軸１０１ａを回転駆動するための電動機であり、後述する制御部１４０によって作動が制御される。そして、この加工ヘッド１０１は、被加工物ＷＫに対して接近または離隔する方向であるＺ軸方向に変位可能な状態で工作機械１００における図示しない支持部材に支持されている。この場合、加工ヘッド１０１には、加工ヘッド１０１を前記Ｚ軸方向に変位させるための駆動力を発生するＺ軸駆動モータ１０３が図示しないネジ送り機構を介して連結されている。

加工工具１０４は、被加工物ＷＫを切削加工するための刃物であり、具体的にはドリルやエンドミルなどの切削工具で構成されている。本実施形態においては、加工工具１０４は、被加工物ＷＫへの加工の種類に応じた複数種類の加工工具１０４が用意される。そして、これら複数個の加工工具１０４の中には、先端部側（刃先側）の一部から前記洗浄流体を吐出するための吐出口および同吐出口に洗浄流体を導くための流路がそれぞれ形成されている。すなわち、この工作機械１００は、主軸１０１ａから供給される洗浄流体を加工工具１０４から吐出することにより切削加工部分の潤滑、切削加工部分の冷却および切削屑の除去を行うセンタースルークーラント機能を有して構成されている。

洗浄流体吐出具１１０は、図３および図４にそれぞれ示すように、主軸１０１ａから供給される洗浄流体を所望する位置に吐出するための器具であり、主として、吐出体１１１とノズル支持体１１２とで構成されている。吐出体１１１は、ノズル支持体１１２を介して主軸１０１ａから供給される洗浄流体を吐出する金属製の部品であり、主として、吐出ノズル１１１ａ、胴部１１１ｃおよび連結部１１１ｄをそれぞれ備えている。

吐出ノズル１１１ａは、ノズル支持体１１２を介して供給される洗浄流体を吐出する部分であり、円筒状に延びて形成されている。この吐出ノズル１１１ａは、一方の端部に洗浄流体を吐出するために円形に開口する吐出口１１１ｂが形成されるとともに他方の端部が胴部１１１ｃに着脱自在な状態で連結されている。すなわち、吐出ノズル１１１ａは、胴部１１１ｃに対して径や形状が同じまたは互いに異なる吐出口１１１ｂを付け替え可能に構成されている。

胴部１１１ｃは、ノズル支持体１１２を介して供給される洗浄流体を吐出ノズル１１１ａに導くとともに、後述する姿勢変更具１３０に押し付けられる部分であり、吐出ノズル１１１ａよりも太い円筒状に延びて形成されている。連結部１１１ｄは、吐出体１１１をノズル支持体１１２に可動的に連結される部分である。

ノズル支持体１１２は、主軸１０１ａから供給される洗浄流体を吐出体１１１に導きつつ吐出体１１１を回動可能に支持するとともに洗浄流体吐出具１１０を加工ヘッド１０１における主軸１０１ａに取り付けるための金属製の部品であり、主として、保持部１１２ａおよび接続部１１２ｃをそれぞれ備えて構成されている。保持部１１２ａは、吐出体１１１を回動自在に保持する部分である。より具体的には、保持部１１２ａは、吐出体１１１における連結部１１１ｄを両側から挟んで保持している。この場合、保持部１１２ａは、ノズル支持体１１２の軸方向に直交する方向に延びて吐出体１１１の連結部１１１ｄを貫通する回動軸１１２ｂとともに連結部１１１ｄを保持する。

これにより、保持部１１２ａは、前記回動軸を回動中心として吐出体１１１を回動自在に保持する。この場合、保持部１１２ａは、外部から力を受けない状態で吐出体１１１の回動角度を維持しつつ人手による外力によって回動角度が変更可能な程度の保持力で連結部１１１ｄを保持する。なお、本実施形態においては、保持部１１２ａは、ノズル支持体１１２の中心軸に対して両側（右回り方向（時計回り）および左回り方向（反時計回り）に）にそれぞれ１１０°の角度範囲で回動可能にノズル支持体１１２を保持している。

接続部１１２ｃは、洗浄流体吐出具１１０を主軸１０１ａに着脱自在に保持させる部分であり、テーパシャンクによって構成されている。この場合、接続部１１２ｃは、主軸１０１ａに対して主軸１０１ａの軸回りにおける特定の角度で取り付けられるように切欠き部１１２ｄが形成されている。すなわち、洗浄流体吐出具１１０は、工作機械１００における制御部１４０によって吐出体１１１の回動方向が把握された状態で主軸１０１ａに取り付けられる。そして、このノズル支持体１１２および吐出体１１１の各内部には、吐出ノズル１１１ａに主軸１０１ａから供給される洗浄流体を導くための流路１１３が貫通した状態で形成されている。なお、この洗浄流体吐出具１１０における全長、吐出ノズル１１１ａの長さおよび外径、および胴部１１１ｃの長さおよび外径は、作業者によって予め制御部１４０に設定されている。

加工ヘッド１０１に対向する側には、ワークテーブル１２０が設けられている。ワークテーブル１２０は、工作機械１００の切削加工対象である被加工物ＷＫをクランプなどのチャック装置を介して着脱自在に保持する部品であり、金属材を板状に形成して構成されている。このワークテーブル１２０は、前記Ｚ軸方向に直交する平面内で互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ変位可能な状態で工作機械１００における図示しない支持部材に支持されている。この場合、ワークテーブル１２０には、ワークテーブル１２０を前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向にそれぞれ変位させるための駆動力を発生するＸ軸駆動モータ１２１およびＹ軸駆動モータ１２２がそれぞれ図示しないネジ送り機構を介して連結されている。

これにより、加工ヘッド１０１は、ワークテーブル１２０の上方でワークテーブル１２０の範囲内でＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ相対的に変位する。なお、本実施形態においては、Ｘ軸方向は工作機械１００の正面に対して左右方向であり、Ｙ軸方向は工作機械１００の正面に対して奥行方向である。

ワークテーブル１２０の周囲には、カバー１２３が設けられている。カバー１２３は、ワークテーブル１２０の周囲を覆って切削屑や洗浄流体の飛散を防止するための部品であり、金属板で構成されている。この場合、カバー１２３は、工作機械１００の前面側が作業者によって開閉自在に構成されているとともに、後述する工具交換装置１２４とツールマガジン１２５との間の部分が工具交換装置１２４と連動して開閉するように構成されている。そして、このカバー１２３によって囲まれた内側の領域が工作機械１００における加工領域ＭＥとなる。

加工領域ＭＥ内における加工ヘッド１０１に隣接した位置には、工具交換装置１２４が設けられている。工具交換装置１２４は、加工ヘッド１０１と後述するツールマガジン１２５との間で加工工具１０４または洗浄流体吐出具１１０の付け替え作業を行う機械装置であり、制御部１４０によって作動が制御される。

ツールマガジン１２５は、加工ヘッド１０１が保持する加工工具１０４および洗浄流体吐出具１１０をそれぞれ着脱自在に保持する機械装置であり、カバー１２３の外側における工具交換装置１２４に隣接した位置に設けられている。このツールマガジン１２５は、複数個の加工工具１０４および洗浄流体吐出具１１０を保持することができ、制御部１４０による作動制御によって保持す複数個の加工工具１０４および洗浄流体吐出具１１０のうちの１つの加工工具１０４または洗浄流体吐出具１１０を工具交換装置１２４側に位置決めして提供する。

また、ワークテーブル１２０の上面には、姿勢変更具１３０が設けられている。姿勢変更具１３０は、洗浄流体吐出具１１０の吐出体１１１の向きを変更するための器具であり、主として、変更体１３１および支持体１３２をそれぞれ備えて構成されている。変更体１３１は、洗浄流体吐出具１１０における吐出体１１１が押し付けられる部品であり、金属製の丸棒体で構成されている。この変更体１３１は、Ｙ軸方向に平行な向きとなる姿勢で支持体１３２に支持されている。

支持体１３２は、変更体１３１をワークテーブル１２０の上面よりも上方で支持するための部品であり、金属製の棒体における一方（上方）の端部が変更体１３１を支持するとともに他方（下方）の端部がワークテーブル１２０に着脱自在な状態で取り付けられている。この姿勢変更具１３０は、洗浄流体吐出具１１０の原姿勢復帰処理の実行の前に作業者によって加工領域ＭＥ内のワークテーブル１２０に取り付けられるとともに、変更体１３１の位置、長さおよび外径が制御部１４０にそれぞれ設定される。

ここで、洗浄流体吐出具１１０の原姿勢復帰処理とは、吐出体１１１の向きをＺ軸方向に平行にした原姿勢に向きを整える処理である。したがって、姿勢変更具１３０は、変更体１３１が加工ヘッド１０１の可動範囲内に位置するように配置される。

制御部１４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、工作機械１００の全体の作動を総合的に制御するとともに、作業者によって用意される図示しない加工プログラム（所謂ＮＣ（Numerical Control）プログラム）を実行することにより被加工物ＷＫに対して切削加工を行う。具体的には、制御部１４０は、主軸駆動モータ１０１ｂ、洗浄流体供給ポンプ１０２、Ｚ軸駆動モータ１０３、Ｘ軸駆動モータ１２１、Ｙ軸駆動モータ１２２、工具交換装置１２４およびツールマガジン１２５の各作動を制御して加工工具１０４を被加工物ＷＫに対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向からなる直交３軸方向に相対変位させて被加工物ＷＫの切削加工を行う。

また、制御部１４０は、原姿勢復帰処理プログラムおよび加工領域洗浄プログラム（所謂ＮＣ（Numerical Control）プログラム）をそれぞれ実行することにより洗浄流体吐出具１１０の原姿勢復帰処理および加工領域ＭＥ内の洗浄作業を行う。具体的には、制御部１４０は、主軸駆動モータ１０１ｂ、洗浄流体供給ポンプ１０２、Ｚ軸駆動モータ１０３、Ｘ軸駆動モータ１２１、Ｙ軸駆動モータ１２２、工具交換装置１２４およびツールマガジン１２５の各作動を制御して加工工具１０４を加工領域ＭＥ内でＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向からなる直交３軸方向に相対変位させて原姿勢復帰処理および加工領域ＭＥ内の洗浄作業をそれぞれ行う。

この制御部１４０には、操作パネル１４１および外部インターフェース１４２がそれぞれ接続されている。操作パネル１４１は、作業者からの指示を受け付けて制御部１４０に入力するスイッチ群からなる入力装置および制御部１４０の作動状況を表示する液晶表示装置で構成されており、工作機械１００の前面におけるカバー１２３に隣接した位置に設けられている。外部インターフェース１４２は、制御部１４０に対して外部機器を電気的に接続するための接続端子である。また、この工作機械１００は、主軸駆動モータ１０１ｂ、洗浄流体供給ポンプ１０２、Ｚ軸駆動モータ１０３、Ｘ軸駆動モータ１２１、Ｙ軸駆動モータ１２２、工具交換装置１２４、ツールマガジン１２５、制御部１４０をそれぞれ作動させるための電気を供給する電源部なども備えているが、これらの本発明に直接関わらない構成については、その説明は省略する。

（工作機械１００の作動）
次に、上記のように構成した工作機械１００の作動について説明する。この工作機械１００は、被加工物ＷＫを加工する工場内に単独で配置または加工ライン内に組み込まれて被加工物ＷＫを加工する一工程を構成する。本実施形態においては、洗浄流体吐出具１１０の原姿勢復帰処理のみを説明し、本発明に直接関わらない加工プログラムの実行による被加工物ＷＫの切削加工および加工領域洗浄プログラムの実行による加工領域ＭＥ内の洗浄作業については説明を省略する。

この洗浄流体吐出具１１０の原姿勢復帰処理を行うための原姿勢復帰処理プログラムは、工作機械１００を製造する過程において予め制御部１４０内の記憶装置内に記憶されており、所定の条件下において制御部１４０によって実行される。具体的には、制御部１４０は、主軸１０１ａが洗浄流体吐出具１１０を保持しているときであって、例えば、主軸１０１ａに洗浄流体吐出具１１０を保持させたとき、主軸１０１ａに保持した洗浄流体吐出具１１０をツールマガジン１２５に返すとき、加工領域ＭＥ内の洗浄作業が終了したとき、作業者によって洗浄流体吐出具１１０が主軸１０１ａに取り付けられたとき、または作業者によって原姿勢復帰処理の実行を操作パネル１４１を介して指示されたときにそれぞれ実行する。なお、この原姿勢復帰処理プログラムは、工作機械１００の製造者の他、工作機械１００を使用して被加工物ＷＫを加工する作業者によって制御部１４０内の記憶装置内に記憶されて実行されてもよい。

制御部１４０は、図５に示すように、原姿勢復帰処理プログラムの実行をステップＳ１００で開始した後、ステップＳ１０２にて、洗浄流体吐出具１１０の第１予備復帰処理を実行する。この第１予備復帰処理は、主軸１０１ａに保持された洗浄流体吐出具１１０の吐出体１１１の向きが主軸１０１ａの中心軸、すなわち、Ｚ軸に対して回動軸１１２ｂを回動中心として９０°以上の角度で回動した位置に向いている場合に、この吐出体１１１の向きをＺ軸に対して９０°未満の角度の回動位置に向くように吐出体１１１の向きを修正するものである。具体的には、第１予備復帰処理は、次のサブステップ１〜３の各処理によって構成されている。

サブステップ１：まず、制御部１４０は、洗浄流体吐出具１１０の位置決めを行う。具体的には、制御部１４０は、図６（Ａ）に示すように、変更体１３１のＸ軸方向側の２つの側面における一方（図示右側）の側面から充分離れた対向する位置で吐出体１１１の回動平面が変更体１３１の長手方向（Ｙ軸方向）に交わるように主軸１０１ａの回転角度位置を位置決めするとともに、吐出体１１１が主軸１０１ａの中心軸であるＺ軸に対して最大角度（本実施形態においては、１１０°）で回動している場合における吐出ノズル１１１ａの先端部の位置が変更体１３１の下端部よりも低い位置に位置するように加工ヘッド１０１の直交３軸方向上の位置を位置決めする。

この場合、吐出体１１１の回動平面の向きは、変更体１３１の長手方向（Ｙ軸方向）に交わる向きに位置決めされていれば特に限定されるものではないが、吐出体１１１の回動平面の向きは変更体１３１の長手方向（Ｙ軸方向）に対して直交する向きに位置決めされるとよい。なお、図６（Ａ）においては、吐出体１１１がＺ軸に対して右回りに１１０°で回動している状態を示している。

サブステップ２：次に、制御部１４０は、洗浄流体吐出具１１０の姿勢変更具１３０へのアプローチを行う。具体的には、制御部１４０は、図６（Ｂ）に示すように、加工ヘッド１０１を姿勢変更具１３０側に変位させて変更体１３１の下方に洗浄流体吐出具１１０における胴部１１１ｃが位置する位置に位置決めする。この場合、制御部１４０は、吐出ノズル１１１ａの先端部の位置が変更体１３１の下端部よりも低い位置に位置決めしているため、吐出体１１１が変更体１３１に接触することはない。

サブステップ３：次に、制御部１４０は、洗浄流体吐出具１１０を上昇させる。具体的には、制御部１４０は、図６（Ｃ）に示すように、加工ヘッド１０１をＺ軸方向に上昇させる。この場合、制御部１４０は、洗浄流体吐出具１１０における吐出体１１１がＺ軸方向に平行な場合における吐出ノズル１１１ａの先端部が変更体１３１の上端部よりも上方に位置するまで加工ヘッド１０１を上昇させる。

これにより、洗浄流体吐出具１１０における吐出体１１１は、胴部１１１ｃや吐出ノズル１１１ａが変更体１３１に押し付けられながら上方に変位することによって吐出体１１１の回動角度がＺ軸に対して９０°未満の角度に修正される。本実施形態においては、吐出体１１１の回動角度は、Ｚ軸に対して図示右回りに方向に２５°の角度まで修正される。

なお、この第１予備復帰処理において、洗浄流体吐出具１１０における吐出体１１１が変更体１３１とは反対側（図示左回り）に回動していた場合には、吐出体１１１は変更体１３１に接触することがない所謂空振りのため回動角度は変更されない。

次に、制御部１４０は、ステップＳ１０４にて、洗浄流体吐出具１１０の第２予備復帰処理を実行する。この第２予備復帰処理は、前記第１予備復帰処理を変更体１３１のＸ軸方向側の２つの側面における前記一方の側面側とは反対側の他方（図示左側）の側面側で同様に実行するものである。したがって、制御部１４０は、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、変更体１３１のＸ軸方向側の２つの側面における他方の側面側で洗浄流体吐出具１１０の位置決めを行って前記サブステップ１〜３の各処理と同様のサブステップ１〜３を実行する。この第２予備復帰処理におけるサブステップ１〜３は、前記第１予備復帰処理におけるサブステップ１〜３と同様であるため、説明は省略する。

これにより、制御部１４０は、前記第１予備復帰処理において吐出体１１１が変更体１３１とは反対側（図示左回り）に回動していた場合であっても、この第２予備復帰処理によって吐出体１１１の回動角度を主軸１０１ａの中心軸に対して９０°未満の角度に修正することができる。なお、前記第１予備復帰処理において吐出体１１１の回動角度を修正した場合には、この第２予備復帰処理においては所謂空振りとなる。

次に、制御部１４０は、ステップＳ１０６にて、洗浄流体吐出具１１０の第１復帰処理を実行する。この第１復帰処理は、洗浄流体吐出具１１０の吐出体１１１の向きが主軸１０１ａの中心軸に対して０°以上かつ９０°未満の角度で回動した位置に向いている場合に、この吐出体１１１の向きを主軸１０１ａの中心軸に対して平行、すなわち、０°の角度の回動位置に向くように吐出体１１１の向きを修正するものである。具体的には、第１復帰処理は、前記第１予備復帰処理と同様な次のサブステップ１〜３の各処理によって構成されている。

サブステップ１：まず、制御部１４０は、図８（Ａ）に示すように、洗浄流体吐出具１１０の位置決めを行う。具体的には、制御部１４０は、変更体１３１のＸ軸方向側の２つの側面における一方（図示右側）の側面から充分離れた対向する位置で吐出体１１１の回動平面が変更体１３１の長手方向（Ｙ軸方向）に交わるように主軸１０１ａの回転角度位置を位置決めするとともに、吐出体１１１がＺ軸に対して直角（９０°）の角度で回動している場合における吐出ノズル１１１ａの先端部の位置が変更体１３１の下端部よりも低い位置に位置するように加工ヘッド１０１の直交３軸方向上の位置を位置決めする。

この場合、制御部１４０は、洗浄流体吐出具１１０の吐出体１１１における胴部１１１ｃが変更体１３１の側面に対向する位置に位置するように位置決めする。また、この場合、吐出体１１１の回動平面の向きは変更体１３１の長手方向（Ｙ軸方向）に交わる向きに位置決めされれば特に限定されるものではないが、吐出体１１１の回動平面の向きは変更体１３１の長手方向（Ｙ軸方向）に対して直交する向きに位置決めするとよい。

サブステップ２：次に、制御部１４０は、洗浄流体吐出具１１０の姿勢変更具１３０へのアプローチを行う。具体的には、制御部１４０は、図８（Ｂ）に示すように、加工ヘッド１０１を姿勢変更具１３０側に変位させて吐出体１１１の胴部１１１ｃを変更体１３１に押し付ける。この場合、制御部１４０は、図８（Ｃ）に示すように、Ｚ軸に対して吐出体１１１が平行な場合における胴部１１１ｃの外表面が変更体１３１の側面に接する位置まで加工ヘッド１０１を姿勢変更具１３０側に変位させる。

これにより、洗浄流体吐出具１１０における吐出体１１１は、胴部１１１ｃが変更体１３１に押し付けられることによって回動角度が主軸１０１ａの中心軸に対して平行な回動角度（０°）の原姿勢に修正される。

サブステップ３：次に、制御部１４０は、洗浄流体吐出具１１０を上昇させる。具体的には、制御部１４０は、図８（Ｄ）に示すように、加工ヘッド１０１をＺ軸方向に上昇させる。この場合、制御部１４０は、洗浄流体吐出具１１０における吐出体１１１がＺ軸方向に平行な場合における吐出ノズル１１１ａの先端部が変更体１３１の上端部よりも上方に位置するまで加工ヘッド１０１を上昇させる。

これにより、洗浄流体吐出具１１０における吐出体１１１は、胴部１１１ｃが変更体１３１に押し付けられながら上方に変位することによって吐出体１１１の回動角度がＺ軸に対して平行な角度に修正される。この場合、前記サブステップ２によって吐出体１１１の向きがＺ軸に対して平行な原姿勢に変更されているため、本サブステップ３は理論的には不要である。しかし、前記サブステップ２においては変更体１３１が吐出体１１１における胴部１１１ｃの表面に略点状に接触するため原姿勢への復帰が不十分な場合があるのに対して、本サブステップ３においては変更体１３１が胴部１１１ｃの表面に長手方向に沿って線状に接触するため、より正確に吐出体１１１の向きをＺ軸に対して平行な原姿勢に変更することができる。

なお、この第１復帰処理においても、前記第１予備復帰処理と同様に、洗浄流体吐出具１１０における吐出体１１１が変更体１３１とは反対側（図示左回り）に回動していた場合には、吐出体１１１は変更体１３１に接触することがない所謂空振りのため回動角度は変更されない。

次に、制御部１４０は、ステップＳ１０８にて、洗浄流体吐出具１１０の第２復帰処理を実行する。この第２復帰処理は、前記第１復帰処理を変更体１３１のＸ軸方向側の２つの側面における前記一方の側面側とは反対側の他方（図示左側）の側面側で同様に実行するものである。したがって、制御部１４０は、変更体１３１のＸ軸方向側の２つの側面における他方の側面側で洗浄流体吐出具１１０の位置決めを行って前記サブステップ１〜３の各処理と同様のサブステップ１〜３を実行する。この第２復帰処理におけるサブステップ１〜３は、前記第１復帰処理におけるサブステップ１〜３と同様であるため、説明は省略する。

これにより、制御部１４０は、前記第１復帰処理において吐出体１１１が変更体１３１とは反対側に回動していた場合であっても、この第２復帰処理によって吐出体１１１の回動角度を主軸１０１ａの中心軸に対して平行の角度（０°）に修正することができる。なお、前記第１復帰処理において吐出体１１１の回動角度を修正した場合には、この第２復帰処理においては所謂空振りとなる。

このステップＳ１０８による洗浄流体吐出具１１０の第２復帰処理を実行後、制御部１４０は、ステップＳ１１０にて、この原姿勢復帰処理プログラムの実行を終了する。したがって、制御部１４０は、この原姿勢復帰処理プログラムの終了後、加工領域洗浄プログラムの実行による加工領域ＭＥ内の洗浄作業を行うことができる。この場合、制御部１４０は、吐出体１１１が主軸１０１ａの中心軸に対して平行な向きとなっているため、吐出体１１１の回動角度、すなわち、洗浄流体の吐出方向を姿勢変更具１３０を用いて正確に調整することができる。

また、制御部１４０は、原姿勢復帰処理プログラムの実行後、洗浄流体吐出具１１０をツールマガジン１２５に格納する場合においては、吐出体１１１が主軸１０１ａの中心軸に対して平行な向きとなっているため、カバー１２３、被加工物ＷＫまたは加工工具１０４などの他の物体との接触を防止しながら加工工具１０４との工具交換処理およびツールマガジン１２５への格納処理を行うことができる。

上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、工作機械１００は、制御部１４０が加工ヘッド１０１を姿勢変更具１３０に対して相対変位させて吐出体１１１を姿勢変更具１３０に接触させることで吐出ノズル１１１ａの向きをＺ軸方向に平行にする原姿勢復帰処理を実行するため、作業者がセンタ出しを行うことなく効率的に加工領域ＭＥ内の洗浄作業を行うことができる。また、この工作機械１００によれば、従来の洗浄流体吐出具において採用されているセンタリング機構（吐出体を手動でセンタ出しし易くするために吐出体がセンタ位置で軽度に位置決めされる機構）を省略することができ、洗浄流体吐出具１１０の構成を簡単化および軽量化することができる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、下記各変形例の説明および参照する図においては、上記実施形態と同様の構成部分について同じ符号を付して、その説明を省略する。

例えば、上記実施形態においては、原姿勢復帰処理プログラムは、ステップＳ１０２およびステップＳ１０４にて、第１予備復帰処理および第２予備復帰処理をそれぞれ実行するように構成した。しかし、第１予備復帰処理および第２予備復帰処理は、主軸１０１ａに保持された洗浄流体吐出具１１０の吐出体１１１の向きがＺ軸に対して回動軸１１２ｂを回動中心として９０°以上の角度で回動した位置に向いていることが想定される場合に実行されるものである。したがって、原姿勢復帰処理プログラムは、吐出体１１１の向きがＺ軸に対して９０°未満の角度でしか回動していないと想定される場合には、第１予備復帰処理および第２予備復帰処理を省略することができる。

また、上記実施形態においては、原姿勢復帰処理プログラムは、吐出体１１１の向きがＺ軸に対して９０°以上の場合と９０°未満の場合とに分けて、すなわち、吐出体１１１の原姿勢への復帰が第１予備復帰処理および第２予備復帰処理と第１復帰処理および第２復帰処理とに分けて実行される。これは、第１予備復帰処理および第２予備復帰処理における各サブステップ３、具体的には、洗浄流体吐出具１１０を変更体１３１に接触させた状態で上昇させる工程において、洗浄流体吐出具１１０をＺ軸方向にのみ上昇させておりＸ軸方向分の回動角度の変更を行っていないためである。

したがって、洗浄流体吐出具１１０を変更体１３１に接触させた状態で上昇させる工程において、洗浄流体吐出具１１０をＸ軸方向にも変位させることによって連続的な１つの処理によって吐出体１１１を原姿勢に復帰させることができる。例えば、制御部１４０は、図９（Ａ），（Ｂ）にそれぞれ示すように、第１予備復帰処理および第２予備復帰処理の各サブステップ３において、吐出体１１１のＺ軸に対する回動角度が９０°未満になった段階（図９（Ａ）参照）で第１復帰処理および第２復帰処理の各サブステップ２を実行して、Ｚ軸に対して吐出体１１１が平行な場合における胴部１１１ｃの外表面が変更体１３１の側面に接する位置まで加工ヘッド１０１を姿勢変更具１３０側（Ｘ軸方向）に変位させる（図９（Ｂ）参照）。すなわち、第１予備復帰処理および第２予備復帰処理と第１復帰処理および第２復帰処理とを統合することによって、連続的な１つの処理によって吐出体１１１を原姿勢に復帰させることができる。

また、上記実施形態においては、原姿勢復帰処理プログラムは、ステップＳ１０６およびステップＳ１０８の第１復帰処理および第２復帰処理における各サブステップ２において、Ｚ軸に対して吐出体１１１が平行な場合における胴部１１１ｃの外表面が変更体１３１の側面に接する位置まで加工ヘッド１０１を姿勢変更具１３０側に変位するように構成した。しかし、原姿勢復帰処理プログラムは、ステップＳ１０６およびステップＳ１０８の第１復帰処理および第２復帰処理における各サブステップ２において胴部１１１ｃを変更体１３１に接触させるのみにした上で、各サブステップ３において洗浄流体吐出具１１０をＸ軸方向に変位させて変更体１３１に押し付けながらＺ軸方向に上昇させるように構成しても吐出体１１１を原姿勢に復帰させることができる。

また、上記実施形態においては、原姿勢復帰処理プログラムは、変更体１３１における互いに反対側の２つの側面に吐出体１１１を押し付けることによって吐出体１１１を原姿勢に復帰させた。しかし、原姿勢復帰処理プログラムは、洗浄流体吐出具１１０がＺ軸に対して左回りおよび右回りのうちの一方にのみ回動する構成の場合には、変更体１３１における互いに反対側の２つの側面のうちの一方に吐出体１１１を押し付けて吐出体１１１を原姿勢に復帰させることができる。すなわち、原姿勢復帰処理プログラムは、第１予備復帰処理および第２予備復帰処理のうちの一方、および第１復帰処理および第２復帰処理のうちの一方を実行するように構成することができる。

また、上記実施形態においては、原姿勢復帰処理プログラムは、洗浄流体吐出具１１０における主として胴部１１１ｃを変更体１３１に押し付けて吐出体１１１を原姿勢に復帰させた。しかし、原姿勢復帰処理プログラムは、吐出体１１１のいずれかの箇所に変更体１３１に押し付けて吐出体１１１を原姿勢に復帰させればよい。したがって、原姿勢復帰処理プログラムは、洗浄流体吐出具１１０における主として吐出ノズル１１１ａを変更体１３１に押し付けて吐出体１１１を原姿勢に復帰させることもできる。

また、上記実施形態においては、変更体１３１は、Ｙ軸方向に延びて配置した。しかし、変更体１３１は、主軸１０１ａの中心軸方向であるＺ軸に対して直交するＸＹ平面内に配置されていればよい。したがって、変更体１３１は、例えば、Ｘ軸方向に延びて配置されていてもよい。なお、本実施形態においては、工作機械１００は、Ｚ軸が工作機械１００の上下方向に設定された所謂立形マシニングセンタであるが、Ｚ軸が工作機械１００の前後方向（上記実施形態におけるＹ軸方向）に設定された所謂横形マシニングセンタであってもよいことは当然である。

また、上記実施形態においては、原姿勢復帰処理は、姿勢変更具１３０を用いて行った。しかし、原姿勢復帰処理は、洗浄流体吐出具１１０の吐出具１１０の向きを変更することができれば、姿勢変更具１３０の形態は何ら限定されるものではない。したがって、原姿勢復帰処理は、工作機械１００の一部（例えば、ワークテーブル１２０）や被加工物ＷＫを保持するクランプなどの器具、または被加工物自体を姿勢変更具１３０として用いることができる。また、姿勢変更具１３０における変更体１３１は、丸棒以外で構成、例えば、断面が多角形の棒体（例えば、角棒）、立方体や直方体のブロックなどで構成することができる。

また、上記実施形態においては、工作機械１００は、工具交換装置１２４およびツールマガジン１２５を備えて構成した。しかし、工作機械１００は、工具交換装置１２４およびツールマガジン１２５を省略した工作機械１００、すなわち、加工工具１０４および洗浄流体吐出具１１０を人手によって主軸１０１ａに着脱する構成の工作機械１００であってもよいことは当然である。

ＷＫ…被加工物、ＭＥ…加工領域、
１００…工作機械、
１０１…加工ヘッド、１０１ａ…主軸、１０１ｂ…主軸駆動モータ、１０２…洗浄流体供給ポンプ、１０３…Ｚ軸駆動モータ、１０４…加工工具、
１１０…洗浄流体吐出具、１１１…吐出体、１１１ａ…吐出ノズル、１１１ｂ…吐出口、１１１ｃ…胴部、１１１ｄ…連結部、１１２…ノズル支持体、１１２ａ…保持部、１１２ｂ…回動軸、１１２ｃ…接続部、１１２ｄ…切欠き部、１１３…流路、
１２０…ワークテーブル、１２１…Ｘ軸駆動モータ、１２２…Ｙ軸駆動モータ、１２３…カバー、１２４…工具交換装置、１２５…ツールマガジン、
１３０…姿勢変更具、１３１…変更体、１３２…支持体、
１４０…制御部、１４１…操作パネル、１４２…外部インターフェース。

Claims (6)

1. 被加工物を切削加工する加工工具を回転駆動可能に保持するとともに前記加工工具に洗浄流体を供給可能な主軸が、前記洗浄流体を吐出するための筒状の吐出ノズルを有した吐出体および同吐出体を前記主軸の軸方向であるＺ軸方向に直交する軸回りに回動可能に保持するノズル支持体をそれぞれ有した洗浄流体吐出具を着脱自在に保持する加工ヘッドと、
   前記加工工具を前記被加工物に対して互いに直交する３軸方向に相対的に変位させる変位手段と、
   前記加工ヘッドおよび前記変位手段の各作動を制御する制御部とを備えて前記被加工物に対して３次元形状を形成する工作機械において、
   前記制御部は、
   前記加工ヘッドに保持された前記洗浄流体吐出具が接触可能な範囲内に前記Ｚ軸方向に対して交わる方向に延びて設けられた姿勢変更具に対して前記洗浄流体吐出具を保持した前記加工ヘッドを変位させて前記吐出体を前記姿勢変更具に接触させるとともにこの吐出体を前記Ｚ軸に対して前記吐出体が平行な場合における同吐出体の外表面が前記姿勢変更具に接する位置まで変位させることによって前記吐出ノズルの向きを前記Ｚ軸方向に平行にする原姿勢復帰処理を実行することを特徴とする工作機械。
2. 請求項１に記載した工作機械において、
   前記制御部は、
   前記原姿勢復帰処理を前記姿勢変更具における互いに反対側となる２つの側面に対してそれぞれ実行することで前記吐出ノズルの向きを前記Ｚ軸方向に平行にすることを特徴とする工作機械。
3. 請求項１または請求項２に記載した工作機械において、
   前記原姿勢復帰処理は、
   前記吐出体を前記姿勢変更具に接触させた状態で前記Ｚ軸方向に変位させることを特徴とする工作機械。
4. 請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載した工作機械において、
   前記吐出体は、前記Ｚ軸に対して９０°以上の角度で回動可能であり、
   前記制御部は、
   前記原姿勢復帰処理を実行する前に、
   前記加工ヘッドを変位させて前記吐出体が前記Ｚ軸に対して最大角度で回動している場合における前記吐出ノズルの先端部の位置が前記姿勢変更具よりも低い位置に前記吐出体を位置させた後に前記Ｚ軸方向に変位させる予備復帰処理を実行することを特徴とする工作機械。
   
5. 請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載した工作機械において、さらに、
   複数の前記加工工具および少なくとも１つの前記洗浄流体吐出具をそれぞれ着脱自在に保持するツールマガジンを備え、
   前記制御部は、
   前記ツールマガジンおよび前記変位手段の各作動を制御して前記加工ヘッドに対して前記加工工具と前記洗浄流体吐出具と相互に付け替えさせる工具交換処理と、
   前記工具交換処理によって前記加工ヘッドから前記洗浄流体吐出具を取り外すとき前記原姿勢復帰処理を実行することを特徴とする工作機械。
6. 被加工物を切削加工する加工工具を回転駆動可能に保持するとともに前記加工工具に洗浄流体を供給可能な主軸が、前記洗浄流体を吐出するための筒状の吐出ノズルを有した吐出体および同吐出体を前記主軸の軸方向であるＺ軸方向に直交する軸回りに回動可能に保持するノズル支持体をそれぞれ有した洗浄流体吐出具を着脱自在に保持する加工ヘッドと、
   前記加工工具を前記被加工物に対して互いに直交する３軸方向に相対的に変位させる変位手段と、
   前記加工ヘッドおよび前記変位手段の各作動を制御する制御部とを備えて前記被加工物に対して３次元形状を形成する工作機械における前記制御部に実行させる原姿勢復帰処理プログラムであって、
   前記制御部に、
   前記加工ヘッドに保持された前記洗浄流体吐出具が接触可能な範囲内に前記Ｚ軸方向に対して交わる方向に延びて設けられた姿勢変更具に対して前記洗浄流体吐出具を保持した前記加工ヘッドを変位させて前記吐出体を前記姿勢変更具に接触させるとともにこの吐出体を前記Ｚ軸に対して前記吐出体が平行な場合における同吐出体の外表面が前記姿勢変更具に接する位置まで前記吐出体を変位させることによって前記吐出ノズルの向きを前記Ｚ軸方向に平行にする原姿勢復帰処理ステップを実行させることを特徴とする原姿勢復帰処理プログラム。
   

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