JP6716393B2

JP6716393B2 - ワーク加工装置

Info

Publication number: JP6716393B2
Application number: JP2016167452A
Authority: JP
Inventors: 辰巳菱川
Original assignee: Startechno Co Ltd
Current assignee: Startechno Co Ltd
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2020-07-01
Anticipated expiration: 2036-08-30
Also published as: JP2018034223A

Description

本発明は、合成樹脂材や金属材のワークの所定箇所に穴や開口を形成する穿孔加工やワークのバリを切削除去するトリミング加工、所定の肉厚に研磨する研磨加工等の各種切削加工を行う際に排出される切削屑（本発明において「切削屑」とは、ワークの切削粉や研磨粉、加工時にワーク加工具を冷却する切削油から発生する油煙等を含む。）を負圧吸引して除去する切削屑除去手段を備えたワーク加工装置に関する。

詳しくはワーク表面が段差状や湾曲状であっても、切削加工時におけるワーク加工具の切削抵抗や振動等によりワークが位置ずれするのを防止すると共に排出される切削屑を効率的に回収して捕集することが可能な切削屑除去手段を備えたワーク加工装置に関する。

ドリルやエンドミル等のワーク加工具を使用してワークに各種の切削加工する際には、ワークに圧接して回転するワーク加工具による振動や切削抵抗等によりワークが位置ずれして加工精度が悪くなる恐れがある。また、ワーク加工に伴って発生する切削屑がワークや加工テーブルに付着したままの状態で次のワークを加工すると、付着した切削屑によりワーク支持状態が不安定化してワークの加工精度が悪くなったり、ワーク加工装置が設置された雰囲気中に飛散する切削屑によりクリーン度が悪くなったりする問題を有している。

これを防止するには、次の切削加工を行うに先立ってワークや加工テーブルに付着した切削屑を回収する必要があるが、切削加工の作業効率が悪くなる問題が発生している。

上記問題を解決するため、例えば特許文献１−３に示すようにワーク加工時に発生する切削屑を除去回収する装置が提案されている。特許文献１は、多関節ロボットの先端アームに取り付けられ、スピンドルに支持されてワークに孔あけ可能とする回転工具と、ワークを吸引保持するワーク保持装置と、ワーク保持装置に接続された集塵装置及び吸引装置とを備え、回転工具による切削に伴って先端方向へ排出される切削屑を吸引装置により吸引して集塵装置に捕集されるように構成される。

しかし、特許文献１は、上記したように回転工具の先端側（ワークの裏面側）へ排出される切削屑を吸引して捕集することができるが、回転工具の基端側（ワークの表面側）へ飛散する切削屑を有効に回収することができず、上記問題を有効に解決できなかった。

特許文献２は、チップホルダに固定されたチップによりワークを切削加工する際に発生する切削屑を吸引して除去する吸引機構の吸引口をチップホルダに設けてチップの切刃から切削される切削屑を吸引して外部へ吐出可能にするように構成される。

しかし、特許文献２にあっては、その図１に示すようにワーク表面に対して吸引機構の吸引口が間隔をおいて配置されるため、切削屑を効率的に吸引して捕集することができず、一部の切削屑が飛散してワークの表面や切削加工装置に付着したり、雰囲気を汚染したりする問題を有している。

また、ワーク表面に対して吸引機構の吸引口が非圧接状態のため、回転するチップによりワークが位置ずれして切削加工精度が悪くなる問題をも有している。

更に、特許文献３は、駆動モータに連結されたエンドミルを囲み、吸引管が接続された筒状カバー体の下端に上下動可能に取付けられた透明な軟質合成樹脂製の筒状スカート体をコイルばねの弾性力により布押え板表の表面に圧接するように付勢し、吸引管を介して吸引空気と共に切削屑を吸引除去するように構成される。

特許文献３にあっては、特許文献１，２と異なりエンドミルの回転に伴ってワーク表面から飛散する切削屑を有効に吸引して捕集すると共にワーク表面に対してスカート体をコイルばねの弾性力により圧接させて切削時におけるワークの位置ずれを防止することができるが、ワーク表面に段差や湾曲面がある場合には、スカート体の下端面とワーク表面との間に隙間ができ、該隙間から切削屑が外部へ飛散してワークや加工テーブルに付着すると共にワーク表面に対する押圧が不均一になって位置ずれを確実に防止することができない問題を有している。

特開２０１２−１６７９１号公報特開２００８−２２９７９２号公報特開平６−２６２４１９号公報

解決しようとする問題点は、ワーク表面の加工箇所が段差状や湾曲状の場合には、吸引体を密着させることが困難になり、切削に伴って発生する切削屑が外部へ飛散してワークや加工テーブルに付着して汚したり、加工時にワークが位置ずれしたりする点にある。

本願請求項１に係る発明は、ワークをワーク加工具によって加工するワーク加工装置において、前記ワーク加工具との間に第１の空隙を形成するように配置された円筒体と、端部が前記円筒体に固定され、前記円筒体の前記第１の空隙を介して、前記ワーク加工具による前記ワークの加工に伴って発生する切削屑を吸引して除去する第１の切削屑除去手段と、前記円筒体の先端に固定され、前記ワーク加工具との間に、前記第１の空隙に連通する第２の空隙を形成するように前記ワーク加工具を覆う、折り畳み可能な第１のカバーと、前記第１のカバーの先端に固定されたリング状の第１の弾性体と、を備え、前記第１のカバーの内部には、第１のコイルばねが前記第１のカバーの裏面に沿って配置され、前記第１のコイルばねの両端部が前記円筒体と前記第１の弾性体との間に挟持されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のワーク加工装置において、前記円筒体及び前記第１の弾性体は、前記第１のカバーよりも前記ワーク加工具に向かって突出するように配置されていることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明のワーク加工装置は、内部に第３の空隙を形成する接続リングと、端部が前記接続リングに固定され、前記接続リングの前記第３の空隙を介して、ワーク加工具によるワークの加工に伴って発生する切削屑を吸引して除去する第２の切削屑除去手段と、前記接続リングの先端に固定され、前記ワーク加工具との間に、前記第３の空隙に連通する第４の空隙を形成するように前記ワーク加工具を覆う、折り畳み可能な第２のカバーと、前記第２のカバーの先端に固定されたリング状の第２の弾性体と、を備え、前記第２のカバーの内部には、第２のコイルばねが前記第２のカバーの裏面に沿って配置され、前記第２のコイルばねの両端部が前記接続リングと前記第２の弾性体との間に挟持されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項３に記載のワーク加工装置において、前記接続リング及び前記第２の弾性体は、前記第２のカバーよりも前記ワーク加工具に向かって突出するように配置されていることを特徴とする。

さらに、請求項５に係る発明のワーク加工装置は、前記請求項１または前記請求項２に記載のワーク加工装置と、前記請求項３または前記請求項４に記載のワーク加工装置と、を前記ワークを挟んで対向させたことを特徴とする。

本発明は、ワーク表面の加工箇所が段差状や湾曲状であっても、ワーク表面の形状に追従して切削屑除去手段を確実に圧接させてワーク表面との間に隙間が形成されるのを防止し、切削加工時に発生する切削屑を確実に吸引捕集して切削屑がワークやワーク加工装置に付着して汚したり、周囲の雰囲気が汚染されたりするのを防止すると共にワーク加工具による振動や回転抵抗によりワークが位置ずれするのを防止することができる。

ワーク加工装置の概略を示す斜視図である。図１の平面図である。表面側切削屑除去手段の概略を示す斜視図である。表面側切削屑除去手段の略体中央縦断面図である。裏面側切削屑除去手段の概略を示す斜視図である。裏面側切削屑除去手段の略体中央縦断面図である。ワークの表面側切削屑除去手段及び裏面側切削屑除去手段を圧接した状態を示す説明図である。表面側切削屑除去手段による切削屑吸引除去状態を示す説明図である。ワークの段差状切削箇所に表面側切削屑除去手段を圧接して切削屑を吸引除去する際の説明図である。アームに二次元移動手段を設けてワーク加工具を取り付けた例を示す斜視説明図である。アームに三次元移動手段を設けてワーク加工具を取り付けた例を示す斜視説明図である。

回転するワーク加工具によるワークの切削加工に伴って弾性変形する弾性部材の弾性力により当接体をワーク表面の形状に追従して圧接してワーク表面と当接体の間に隙間が形成されるのを回避可能にしたことを最適の形態とする。

以下、本発明の実施例を図に従って説明する。
図１及び図２に示すようにワーク加工装置１のワーク加工手段３は複数本のアーム５が互いに揺動及び回動するように連結され、先端側のアーム５の先端部にワーク加工具としてのエンドミル７が設けられた多関節ロボットにより構成される。該ワーク加工装置１は合成樹脂製の車両バンパー、車両内装パネルや金属製の型材、パネル等の各種ワークＷに所定の加工を行う装置として開発されたものであるが、ワークＷとしてはこれらに限定されるものではなく、車両以外の用途に使用する合成樹脂材、金属材のワークＷであってもよい。

また、ワーク加工手段３はワーク加工具７をアーム５の揺動軸数及び回動軸数に応じた軸数で揺動及び回動し、各種ワークＷに穿孔加工、トリミング加工、研磨加工等の各種加工を行う。

先端側のアーム５の先端部に取付けられた取付け板９には電動モータ１１が取り付けられ、該電動モータ１１の出力軸に連結されたスピンドル１３にはエンドミルやドリル等の各種ワーク加工具７（図はエンドミルを示す。）が着脱可能に取り付けられる。上記ワーク加工具としては、上記エンドミルやドリルの他にワークＷの所定箇所を穿孔加工する回転刃（ドリル）やレーザ光の熱エネルギーによりワークＷを切断加工するレーザ光発振手段（図示せず）に接続されたレーザ光出力ヘッドとしてもよい。

ワーク加工手段３の前方には上記ワーク加工手段３により加工されるワークＷを位置決め状態で支持（保持）するワーク支持手段１５が配置される。該ワーク支持手段１５における本体１７の図示する後側（ワーク加工手段３側）にはワークＷの長手方向幅に応じた間隔をおいて立設される左右一対の第１支持部材１９が、また前側（ワーク加工手段３から離間する側）にはワークＷの長手方向幅に応じた間隔をおいて立設される左右一対の第２支持部材２１がそれぞれ配置される。また、本体１７の中央部には中央支持部材２３が配置される。

これら第１及び第２支持部材１９，２１と中央支持部材２３はワークＷ裏面に支持部１９ａ、２１ａ、２３ａを当接して支持したり、先端部に設けられた吸着パッド（図示せず）によりワークＷ裏面を吸着したりして保持する。

各第１及び第２支持部材１９，２９及び中央支持部材２３としては、本出願人が所有する、例えば特許５７８７４２３号発明のように各第１支持部材１９を図示する左右方向（ワークＷの長手方向）及び上下方向へ、また各第２支持部材２１を図示する前後方向（ワークＷの長手直交方向）、左右方向及び上下方向へ、更に中央支持部材２３を前後方向及び上下方向へそれぞれ移動可能に構成し、大きさや形状等が異なる各種のワークＷに対応して位置調整可能にして支持（保持）可能にしてもよい。

なお、各第１及び第２支持部材１９，２１及び中央支持部材２３を上記した各方向へそれぞれ移動する移動手段に付いては、上記した特許５７８７４２３号発明に記載されているため、その詳細な説明を省略する。

図３及び図４に示すようにアーム５先端部の取付け板９には図示する下端が開放して上記エンドミル７の外周に対して適宜の間隙を設けて囲曉し、吸引パイプ２５を介して負圧吸引集塵装置（図示せず）に接続された表面側切削屑除去手段を構成するカップ状の第１集塵手段２７が取り付けられる。該第１集塵手段２７は上記取付け板９に対し、ワーク加工具７の基端側にてその軸線と同心状に固着され、上記吸引パイプ２５が接続される円筒体２９と、ワーク加工具７の先端側にてその軸線と同心状で、かつ円筒体２９より大径で、ワークＷ表面に当接するリング状の当接体３１と、基端側が円筒体２９に固定されると共に先端側が当接体３１に固定され、ワーク加工具７の基端側から先端側に向かって徐々に大径になるように卷回された弾性部材としてのコイルばね３３とから構成される。該円筒体２９と当接体３１間のコイルばね３３外周には非透気性で、折畳み可能なカバー３５が取り付けられる。

なお、上記当接体３１はワークＷ表面に対する圧接時にワークＷにおける段差や湾曲面等の表面形状に追従して弾性変形なシリコンゴム、軟質ウレタン等の弾性体により形成される。

図５及び図６に示すように上記中央支持部材２３の左右両側で第１支持部材１９側の本体１７には、裏面側切削屑除去手段を構成するカップ状の第２集塵手段３７が配置される。該第２集塵手段３７は上記ワーク加工手段３と同様に複数本のアーム３９が互いに揺動及び回動するように連結された多関節型ロボットにより構成された移動手段４１の先端側アーム３９に設けられた取付け板４０に取り付けられる。該第２集塵手段３７は移動手段４１におけるアーム３９の揺動及び回動軸数に応じた複数軸方向へ揺動及び回動され、ワーク支持手段１５に支持されたワークＷ裏面の加工箇所周縁に当接して加工に伴って排出される切削屑を吸引して除去する。

上記第２集塵手段３７は上記第１集塵手段２７と同様に先端側アーム３９の取付け板４０に固定され、図示しない吸引集塵装置に接続される吸引パイプ４３が接続される接続リング４５と、該接続リング４５より大径で、ワークＷ裏面に当接するリング状の当接体４７と、基端側が接続リング４５に固定されると共に先端側が当接体４７に固定され、基端側から先端側に向かって徐々に大径になるように卷回された弾性部材としてのコイルばね４９とから構成される。該接続リング４５と当接体４７間のコイルばね４９外周には非透気性で、折畳み可能なカバー５１が取り付けられる。
また、上記第２集塵手段３７の外周側に位置する取付け板４０には図示しない負圧発生手段に接続された少なくとも１個の吸着パッド５３（図は周方向の等分割位置に３個の吸着パッドを設けた例を示す。）が設けられる。該吸着パッド５３はその吸着面が第２集塵手段３７の上端開口より突出し、ワークＷの裏面に吸着した際に弾性変形して第２集塵手段３７の上端開口をワークＷ裏面に当接可能にさせる。

次に、上記のように構成されたワーク加工装置１によるワーク加工作用の概略を説明すると、先ずワーク支持手段１５における各第１及び第２支持部材１９，２１と中央支持部材２３の各支持部１９ａ、２１ａ、２３ａに対してワークＷにおける所定の支持箇所が位置するように載置して支持させる。

なお、特許５７８７４２３号発明のように左右方向、前後方向及び上下方向へそれぞれ移動可能な各第１及び第２支持部材１９，２１と中央支持部材２３を設けたワーク支持手段１５にあっては、加工しようとするワークＷの形状や大きさ、支持姿勢等に応じて各第１及び第２支持部材１９，２１と中央支持部材２３をそれぞれの方向へ移動してそれぞれの支持部１９ａ、２１ａ、２３ａをワークＷ裏面におけるそれぞれの支持箇所に一致させた後にワークＷを載置して支持させる。

また、上記支持状態にて各移動手段４１をそれぞれ駆動制御して対応する吸着パッド５３をワークＷ裏面に加工箇所周縁に移動して圧接させて縮小方向へ弾性変形させることにより吸着保持した状態で第２集塵手段３７をワークＷ裏面における加工箇所周縁に圧接させる。

次に、上記状態にてワーク加工手段３を駆動制御して各アーム５を旋回及び揺動して、例えば穿孔加工するワーク加工具７を、ワークＷの加工箇所に対してワーク加工具７の軸線と加工箇所表面に対する法線が一致するように移動した後に、電動モータ１１の駆動に伴って回転するワーク加工具７をワークＷ表面に対する法線と一致し、かつワークＷに向かう方向へ移動制御しながら上記加工箇所に孔を形成する。（図７及び図８参照）

なお、ワーク加工具７としてエンドミルを使用し、ワークＷの加工箇所に開口を形成する場合には、上記と同様にしてワークＷに孔を形成した後にワークＷ表面に対する法線状態を維持しながら各アーム５を旋回及び回動制御してワーク加工具７をワークＷに対して二次元方向へ移動して開口を形成する。

ワーク加工具７をワークＷ表面に対する法線と一致し、かつワークＷに向かう方向へ移動制御しながら穿孔加工を行う際に、第１集塵手段２７はワーク加工具７に先行して当接体３１がワークＷにおける加工箇所の表面に当接した後に、ワークＷに向かう方向に対するワーク加工具７の移動に伴ってコイルばね３３が圧縮方向へ弾性変形し、その弾性力により当接体３１をワークＷの表面へ圧接させる。

これにより図９に示すようにワークＷ表面の加工箇所に段差や湾曲し、ワーク加工具７の圧接箇所と当接体３１の圧接箇所にワークＷ表面の高低差がある場合（図９はワーク表面に段差がある場合を示す。）であっても、上記高低差に対応してコイルばね３３が弾性変形し、その弾性変形量に応じた弾性力でワークＷ表面に当接体３１を圧接させて隙間が形成されるのを規制し、ワーク加工具７の周囲に閉鎖空間を形成することができる。

ワークＷ表面に対する第１集塵手段２７の圧接時においては該第１集塵手段２７がほぼ截頭円錐形状を保ちながら弾性変形するため、基端と先端とで内径（外径）がほぼ等しい蛇腹状の集塵手段に比べて変形状態が不均一になって切削屑の吸引経路に障害が生じるのを回避し、切削屑を円滑に流通させることができる。

また、切削加工する際には、ワーク加工具７の軸線とワークＷ表面に対する法線が一致していることが望ましいが、ワーク加工具７の軸線とワークＷ表面に対する法線が不一致の場合であっても、上記軸線と法線のずれに対応してコイルばね３３が弾性変形し、その弾性変形量に応じた弾性力でワークＷ表面に当接体３１を圧接させて隙間が形成されるのを規制し、ワーク加工具７の周囲に閉鎖空間を形成して切削屑が外部へ排出されるのを防止することができる。

ワークＷ裏面の加工箇所周縁に圧接する第２集塵手段３７は、ワークＷ表面に突刺して切削加工するワーク加工具７がワークＷを突き抜け後に発生する切削屑を吸引して集塵するものであり、第１集塵手段２７と同様にワークＷ裏面の加工箇所周縁に当接体４７が圧接されると、コイルばね４９を圧縮方向へ弾性変形してその弾性力により当接体３１をワークＷ裏面へ圧接させる。

上記説明は、ワーク加工手段３の先端側アーム５の先端部にワーク切削具７を直接取り付ける構成としたが、アーム５の先端部に二次元移動手段６１又は三次元移動手段６３を設けてワーク加工具７を取り付ける構成としてもよい。

これら二次元移動手段６１及び三次元移動手段６３はワーク加工具７がワークＷの切削加工位置へ移動された際にそれぞれの方向へ移動制御され、アーム５を旋回及び回動制御することなく、ワーク加工具７をそれぞれの方向へ移動してワークＷを加工するように構成される。

上記二次元移動手段６１としては、図１０に示すようにアーム５の先端部にて該アーム５の軸線と一致する方向へ所定の長さで延出する第１フレーム６５と、該第１フレーム６５に対してその長手方向へ移動可能に支持される第１走行体６７と、第１走行体６７を往復移動する送りねじ及び数値制御可能なサーボモータ等の第１電動モータ６９と、第１フレーム６５と直交方向へ延出して第１走行体６７に設けられる第２フレーム７１と、第２フレーム７１に対してその長手方向へ移動可能に支持される第２走行体７３と、第２走行体７３を往復移動する送りねじ及び数値制御可能なサーボモータ等の第２電動モータ７５とから構成される。

そして第２走行体７３には、電動モータ１１が固定され、該電動モータ１１の回転軸に連結されたスピンドル１３にはワーク加工具７が着脱可能に取り付ける。また、該第２走行体７３には、第１集塵手段２７がワーク加工具７を覆うように取り付けられる。そして第１及び第２電動モータ６９，７５の駆動に伴ってワーク加工具７をワークＷの表面に対して二次元方向へ移動可能に構成する。

また、上記三次元移動手段６３としては、図１１に示すように上記第２走行体７３に第１フレーム６５及び第２フレーム７１の長手方向と直交方向へ延出して取り付けられる第３フレーム７９と、該第３フレーム７９に対してその長手方向へ移動可能に支持される第３走行体８１と、第３走行体８１を往復移動する送りねじ及び数値制御可能なサーボモータ等の第３電動モータ８３とから構成される。

そして上記第３走行体８１に設けられた取付け板８５に取付けられた電動モータ１１の回転軸に連結されたスピンドル１３にワーク加工具７を着脱可能に取り付け、ワークＷの表面に対してワーク加工具７を第１乃至第３走行体６７，７３、８１の移動に伴って三次元方向へ移動可能に構成する。

１ワーク加工装置
３ワーク加工手段
５アーム
７ワーク加工具
９取付け板
１１電動モータ
１３スピンドル
１５ワーク支持手段
１７本体
１９第１支持部材
１９ａ支持部
２１第２支持部材
２１ａ支持部
２３中央支持部材
２３ａ支持部
２５吸引パイプ
２７表面側切削屑除去手段を構成する第１集塵手段
２９円筒体
３１当接体
３３弾性部材としてのコイルばね
３５カバー
３７裏面側切削屑除去手段を構成する第２集塵手段
３９アーム
４０取付け板
４１移動手段
４３吸引パイプ
４５接続リング
４７当接体
４９弾性部材としてのコイルばね
５１カバー
５３吸着パッド
６１二次元移動手段
６３三次元移動手段
６５第１フレーム
６７第１走行体
６９第１電動モータ
７１第２フレーム
７３第２走行体
７５第２電動モータ
７９第３フレーム
８１第３走行体
８３第３電動モータ
８５取付け板

Claims

ワークをワーク加工具によって加工するワーク加工装置において、
前記ワーク加工具との間に第１の空隙を形成するように配置された円筒体と、
端部が前記円筒体に固定され、前記円筒体の前記第１の空隙を介して、前記ワーク加工具による前記ワークの加工に伴って発生する切削屑を吸引して除去する第１の切削屑除去手段と、
前記円筒体の先端に固定され、前記ワーク加工具との間に、前記第１の空隙に連通する第２の空隙を形成するように前記ワーク加工具を覆う、折り畳み可能な第１のカバーと、
前記第１のカバーの先端に固定されたリング状の第１の弾性体と、
を備え、
前記第１のカバーの内部には、第１のコイルばねが前記第１のカバーの裏面に沿って配置され、前記第１のコイルばねの両端部が前記円筒体と前記第１の弾性体との間に挟持されていることを特徴とするワーク加工装置。
前記円筒体及び前記第１の弾性体は、前記第１のカバーよりも前記ワーク加工具に向かって突出するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のワーク加工装置。
内部に第３の空隙を形成する接続リングと、
端部が前記接続リングに固定され、前記接続リングの前記第３の空隙を介して、ワーク加工具によるワークの加工に伴って発生する切削屑を吸引して除去する第２の切削屑除去手段と、
前記接続リングの先端に固定され、前記ワーク加工具との間に、前記第３の空隙に連通する第４の空隙を形成するように前記ワーク加工具を覆う、折り畳み可能な第２のカバーと、
前記第２のカバーの先端に固定されたリング状の第２の弾性体と、
を備え、
前記第２のカバーの内部には、第２のコイルばねが前記第２のカバーの裏面に沿って配置され、前記第２のコイルばねの両端部が前記接続リングと前記第２の弾性体との間に挟持されていることを特徴とするワーク加工装置。
前記接続リング及び前記第２の弾性体は、前記第２のカバーよりも前記ワーク加工具に向かって突出するように配置されていることを特徴とする請求項３に記載のワーク加工装置。
前記請求項１または前記請求項２に記載のワーク加工装置と、
前記請求項３または前記請求項４に記載のワーク加工装置と、
を前記ワークを挟んで対向させたことを特徴とするワーク加工装置。