JP6850934B1

JP6850934B1 - 加工機械

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Publication number: JP6850934B1
Application number: JP2020200753A
Authority: JP
Inventors: 近藤　昌樹; 昌樹近藤
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2021-03-31
Anticipated expiration: 2040-12-03
Also published as: JP2022088752A; WO2022118492A1

Abstract

【課題】ワークの付加加工またはレーザ加工時に、加工用ヘッドまたは工具主軸と、ワークとの干渉を防ぐことが可能な加工機械、を提供する。【解決手段】加工機械は、主軸端面１２３を有する工具主軸１２１と、レーザ光を出射する出射部２６を有する付加加工用ヘッド２１とを備える。付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１に対して、主軸端面１２３および出射部２６の間の位置関係が互いに異なる第１位置３１０および第２位置３２０で着脱可能に装着される。【選択図】図６

Description

この発明は、加工機械に関する。

たとえば、特開２０１８−２４００６号公報（特許文献１）には、回転工具を回転させるための工具主軸と、工具主軸に着脱可能に設けられる付加加工用ヘッドとを備える加工機械が開示されている。

特開２０１８−２４００６号公報

上述の特許文献１に開示されるように、ワークの付加加工（ＡＭ（Additive manufacturing）加工）と、ワークの除去加工（ＳＭ（Subtractive manufacturing）加工）とが可能な加工機械が知られている。ワークの付加加工時に、付加加工用ヘッドが工具主軸に装着され、工具主軸が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動することによって、付加加工用ヘッドによる付加加工の加工位置が３次元的に変位する。

しかしながら、このような構成では、工具主軸および付加加工用ヘッドが一体となった移動体が大型になる。このため、ワークの付加加工時にワークに対して付加加工用ヘッドを接近させようとすると、ワークの形状もしくは大きさ、または、ワーク加工の位置もしくは方向などの加工条件によっては、付加加工用ヘッドまたは工具主軸と、ワークとが干渉する可能性がある。これにより、様々なワークの付加加工に対応することが困難となる。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、ワークの付加加工またはレーザ加工時に、加工用ヘッドまたは工具主軸と、ワークとの干渉を防ぐことが可能な加工機械を提供することである。

この発明に従った加工機械は、主軸端面を有する工具主軸と、レーザ光を出射する出射部を有する加工用ヘッドとを備える。加工用ヘッドは、工具主軸に対して、主軸端面および出射部の間の位置関係が互いに異なる複数の位置で着脱可能に装着される。

このように構成された加工機械によれば、ワークの形状もしくは大きさ、または、ワーク加工の位置もしくは方向などの加工条件に合わせて、工具主軸に対して加工用ヘッドを装着する位置を複数の位置から適切に選択する。これにより、主軸端面および出射部の間の位置関係を変化させて、ワークの付加加工またはレーザ加工時に、加工用ヘッドまたは工具主軸と、ワークとの干渉が生じることを防止できる。

また好ましくは、工具主軸は、主軸端面に直交する回転中心軸を中心に工具を回転させる。出射部は、回転中心軸と平行な光軸を中心にレーザ光を出射する。主軸端面および出射部の間の位置関係は、複数の位置間において、回転中心軸および光軸の軸方向にずれるように変化する。

このように構成された加工機械によれば、主軸端面および出射部の間の位置関係を、回転中心軸および光軸の軸方向にずれるように変化させることによって、ワークの付加加工またはレーザ加工時に、加工用ヘッドまたは工具主軸と、ワークとの干渉が生じることを防止できる。

また好ましくは、工具主軸は、主軸端面に直交する回転中心軸を中心に工具を回転させる。出射部は、回転中心軸と平行な光軸を中心にレーザ光を出射する。主軸端面および出射部の間の位置関係は、複数の位置間において、回転中心軸および光軸の軸間距離が増加または減少するように変化する。

このように構成された加工機械によれば、主軸端面および出射部の間の位置関係を、回転中心軸および光軸の軸間距離が増加または減少するように変化させることによって、ワークの付加加工またはレーザ加工時に、加工用ヘッドまたは工具主軸と、ワークとの干渉が生じることを防止できる。

また好ましくは、工具主軸および加工用ヘッドのいずれか一方には、凹部が設けられる。工具主軸および加工用ヘッドのいずれか他方は、凹部に挿入される凸部を有する。凹部および凸部の少なくともいずれか一方は、複数箇所に設けられる。主軸端面および出射部の間の位置関係は、複数の位置間において、凹部と、凹部に挿入される凸部との組み合わせが互いに異なることによって変化する。

このように構成された加工機械によれば、凹部と、凹部に挿入される凸部との組み合わせによって、主軸端面および出射部の間の位置関係を変化させることができる。

また好ましくは、加工機械は、工具主軸および加工用ヘッドの間に介挿され、互いに異なる形状および／または大きさを有する、少なくとも１つのスペーサをさらに備える。主軸端面および出射部の間の位置関係は、複数の位置間において、工具主軸および加工用ヘッドの間に介挿されるスペーサの有無、または、工具主軸および加工用ヘッドの間に介挿されるスペーサが互いに異なることによって変化する。

このように構成された加工機械によれば、工具主軸および加工用ヘッドの間に介挿されるスペーサの有無、または、工具主軸および加工用ヘッドの間に介挿されるスペーサの選択によって、主軸端面および出射部の間の位置関係を変化させることができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、ワークの付加加工またはレーザ加工時に、加工用ヘッドまたは工具主軸と、ワークとの干渉を防ぐことが可能な加工機械を提供することができる。

この発明の実施の形態１における加工機械を示す前面図である。図１中の加工機械において、付加加工時の加工エリア内の様子を示す斜視図である。この発明の実施の形態１の加工機械において、分離状態の工具主軸および付加加工用ヘッドを示す前面図である。この発明の実施の形態１の加工機械において、装着状態（第１位置）の工具主軸および付加加工用ヘッドを示す前面図である。この発明の実施の形態１の加工機械において、装着状態（第２位置）の工具主軸および付加加工用ヘッドを示す前面図である。図４および図５中の付加加工用ヘッドによるワークの付加加工の一例を示す前面図である。図４および図５中の付加加工用ヘッドワークの付加加工の別の例を示す前面図である。この発明の実施の形態２の加工機械において、装着状態（第３位置）の工具主軸および付加加工用ヘッドを示す前面図である。この発明の実施の形態２の加工機械において、装着状態（第４位置）の工具主軸および付加加工用ヘッドを示す前面図である。この発明の実施の形態２の加工機械において、装着状態（第５位置）の工具主軸および付加加工用ヘッドを示す前面図である。付加加工の対象となるワークと、ワークを保持するためのテーブルとを示す図である。付加加工の対象となるワークと、ワークを保持するためのテーブルとを示す別の図である。図１０中の付加加工用ヘッドの姿勢の一例を示す前面図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における加工機械を示す前面図である。図１中には、加工機械の外観をなすカバー体を透視することにより、加工機械の内部が示されている。図２は、図１中の加工機械において、付加加工時の加工エリア内の様子を示す斜視図である。

図１および図２を参照して、加工機械１００は、ワークの付加加工（ＡＭ（Additive manufacturing）加工）と、ワークの除去加工（ＳＭ（Subtractive manufacturing）加工）とが可能なＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機である。加工機械１００は、ＳＭ加工の機能として、固定工具を用いた旋削機能と、回転工具を用いたミーリング機能とを有する。加工機械１００は、コンピュータによる数値制御によって、ワーク加工のための各種動作が自動化されたＮＣ（Numerically Control）加工機械である。

本明細書においては、加工機械１００の左右方向（幅方向）に平行で、水平方向に延びる軸を「Ｚ軸」といい、加工機械１００の前後方向（奥行き方向）に平行で、水平方向に延びる軸を「Ｙ軸」といい、鉛直方向に延びる軸を「Ｘ軸」という。図１中における右方向を「＋Ｚ軸方向」といい、左方向を「−Ｚ軸方向」という。図１中における紙面の手前方向を「＋Ｙ軸方向」といい、奥方向を「−Ｙ軸方向」という。図１中における上方向を「＋Ｘ軸方向」といい、下方向を「−Ｘ軸方向」という。

加工機械１００は、ベッド１３６と、第１ワーク主軸１１１と、第２ワーク主軸１１６と、工具主軸１２１と、下刃物台１３１とを有する。

ベッド１３６は、第１ワーク主軸１１１、第２ワーク主軸１１６、工具主軸１２１および下刃物台１３１等を支持するためのベース部材であり、工場などの床面に設置されている。第１ワーク主軸１１１（後述する第１チャック機構１１２）、第２ワーク主軸１１６（後述する第２チャック機構１１７）、工具主軸１２１および下刃物台１３１は、スプラッシュガード２０５により区画形成された加工エリア２００に設けられている。

加工エリア２００は、ワークの除去加工および付加加工が行なわれる空間であり、これらのワーク加工に伴う切屑、切削油またはヒューム等の異物が加工エリア２００の外側に漏出しないように密閉されている。

第１ワーク主軸１１１および第２ワーク主軸１１６は、Ｚ軸方向において、互いに対向して配置されている。第１ワーク主軸１１１および第２ワーク主軸１１６は、ワークを保持可能なように構成されている。第１ワーク主軸１１１は、主に、固定工具を用いたワークの旋削加工時に、保持したワークをＺ軸に平行な回転中心軸２０１を中心に回転させる。第２ワーク主軸１１６は、主に、固定工具を用いたワークの旋削加工時に、保持したワークを、Ｚ軸に平行で、かつ、回転中心軸２０１と同一直線上に延びる回転中心軸２０２を中心に回転させる。

第１ワーク主軸１１１および第２ワーク主軸１１６には、それぞれ、ワークを着脱可能に保持するための第１チャック機構１１２および第２チャック機構１１７が設けられている。

第１ワーク主軸１１１は、ベッド１３６に固定されている。第２ワーク主軸１１６は、各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどにより、Ｚ軸方向に移動可能に設けられている。第２ワーク主軸１１６は、ベッド１３６に固定される構成であってもよい。第２ワーク主軸１１６に替わって、第１ワーク主軸１１１に保持されたワークの回転中心を支持するための心押し台が設けられてもよい。

工具主軸１２１は、ワークの除去加工のための工具（特に、切削用の回転工具）を保持可能なように構成されている。工具主軸１２１には、工具を着脱可能に保持するための工具クランプ機構（不図示）が内蔵されている。工具主軸１２１は、回転工具を用いたワークのミーリング加工時に、保持した工具をＸ軸−Ｚ軸平面に平行な回転中心軸２０３を中心に回転させる。

工具主軸１２１は、主軸端面１２３を有する。主軸端面１２３は、回転中心軸２０３に直交する平面からなる。工具主軸１２１には、回転中心軸２０３の軸上で延び、主軸端面１２３に開口する工具挿入孔１２６（後出の図８等を参照）が設けられている。工具挿入孔１２６は、工具主軸１２１により保持される工具のシャック部分に対応した開口形状を有する。工具挿入孔１２６に挿入された工具は、工具主軸１２１に内蔵された工具クランプ機構によってクランプされる。

工具主軸１２１は、図示しないコラム等によりベッド１３６上に支持されている。工具主軸１２１は、各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に設けられている。工具主軸１２１が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動することによって、工具主軸１２１に装着された工具による加工位置は、３次元的に変位する。

工具主軸１２１は、さらに、Ｙ軸に平行な旋回中心軸２０４を中心に旋回可能に設けられている（Ｂ軸旋回）。工具主軸１２１の旋回範囲は、主軸端面１２３が下方を向く姿勢（図１中に示す姿勢）を基準にして±１２０°の範囲である。工具主軸１２１の旋回範囲は、図１中に示す姿勢から±９０°以上の範囲であることが好ましい。（以下、図１中に示す工具主軸１２１の姿勢を、「基準姿勢」ともいう。）
なお、図１中には示されていないが、第１ワーク主軸１１１の周辺には、工具主軸１２１に装着された工具を自動交換するための自動工具交換装置（ＡＴＣ：Automatic Tool Changer）と、工具主軸１２１に装着する交換用の工具を収容する工具マガジンとが設けられている。

下刃物台１３１は、切削加工のための複数の固定工具を装着する。下刃物台１３１は、いわゆるタレット形であり、複数の固定工具が放射状に取り付けられ、旋回割り出しを行なう。

より具体的には、下刃物台１３１は、旋回部１３２を有する。旋回部１３２は、Ｚ軸に平行な旋回中心軸２０６を中心に旋回可能に設けられている。旋回中心軸２０６を中心にその周方向に間隔を隔てた位置には、固定工具を保持するための複数の工具ホルダが取り付けられている。旋回部１３２が旋回中心軸２０６を中心に旋回することによって、工具ホルダに保持された固定工具が周方向に移動し、切削加工に用いられる固定工具が割り出される。

下刃物台１３１は、図示しないサドル等によりベッド１３６上に支持されている。下刃物台１３１は、サドル等に設けられた各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどにより、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に設けられている。

加工機械１００は、付加加工用ヘッド２１をさらに有する。付加加工用ヘッド２１は、ワークに対して材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射することにより付加加工を行なう（指向性エネルギー堆積法（Directed Energy Deposition））。材料粉末としては、たとえば、ステンレス、コバルト基合金、ニッケル基合金もしくはチタン等の金属粉末を利用することができる。なお、材料粉末は、金属粉末に限られない。

付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１に対して着脱可能に装着される。付加加工時、付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１に対して装着される。工具主軸１２１が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動することによって、付加加工用ヘッド２１による付加加工の加工位置が３次元的に変位する。さらに、工具主軸１２１が、旋回中心軸２０４を中心に旋回することによって、付加加工用ヘッド２１も工具主軸１２１と一体となって旋回中心軸２０４を中心に旋回する。これにより、付加加工用ヘッド２１による付加加工の向き（ワークに対するレーザ光の照射方向）を自在に変化させることができる。

除去加工時、付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１から分離され、図示しないヘッドストッカに格納される。

加工機械１００は、パウダーフィーダ６０と、レーザ発振装置６６と、ケーブル２４とをさらに有する。

パウダーフィーダ６０は、付加加工に用いられる材料粉末を、加工エリア２００内の付加加工用ヘッド２１に向けて導入する。パウダーフィーダ６０は、パウダーホッパー６２と、混合部６１とを有する。パウダーホッパー６２は、付加加工に用いられる材料粉末を収容するための密閉空間を形成する。混合部６１は、パウダーホッパー６２に収容された材料粉末と、材料粉末のキャリア用のガスとを混合する。

レーザ発振装置６６は、付加加工に用いられるレーザ光を発振する。ケーブル２４は、パウダーフィーダ６０およびレーザ発振装置６６と、付加加工用ヘッド２１との間で延びている。ケーブル２４は、レーザ発振装置６６から付加加工用ヘッド２１に向けてレーザ光を導くための光ファイバーと、パウダーフィーダ６０から付加加工用ヘッド２１に向けて材料粉末を導くための配管と、空気の流路となるエア配管と、不活性ガスの流路となるガス配管と、冷媒の流路となる冷却配管と、電気配線と、これらを収容する管部材とから構成されている。

付加加工用ヘッド２１は、ノズル２２と、出射部２６とを有する。パウダーフィーダ６０から付加加工用ヘッド２１に導入された材料粉末は、ノズル２２を通じてワークに向けて吐出される。

出射部２６は、レーザ光を出射する。出射部２６から出射されるレーザ光は、光軸２０７を中心にしてその軸方向に進行する。光軸２０７は、回転中心軸２０３と平行に延びている。出射部２６は、光軸２０７の軸方向における付加加工用ヘッド２１の先端部に設けられている。出射部２６には、レーザ光をワークの表面上で集束させるための集光レンズ（不図示）が内蔵されている。集光レンズの中心軸は、光軸２０７と同一直線上で延びている。

出射部２６は、ヘッド端面２７を有する。ヘッド端面２７は、光軸２０７と直交する平面からなる。ヘッド端面２７は、主軸端面１２３と平行な平面からなる。ワークの付加加工時、ヘッド端面２７は、レーザ光が照射されるワーク表面と対向する。ヘッド端面２７は、光軸２０７の軸方向において、主軸端面１２３よりも奥まった位置に設けられてもよいし、主軸端面１２３よりも突出する位置に設けられてもよい。

なお、出射部２６から出射されるレーザ光は、光軸２０７を中心とするリング状のレーザ光であってもよい。この場合に、材料粉末は、リング状のレーザ光の内側から光軸２０７の軸上に沿って吐出されてもよい。

図３は、分離状態の工具主軸および付加加工用ヘッドを示す前面図である。図４は、装着状態（第１位置）の工具主軸および付加加工用ヘッドを示す前面図である。図５は、装着状態（第２位置）の工具主軸および付加加工用ヘッドを示す前面図である。

図３から図５を参照して、付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１に対して、主軸端面１２３および出射部２６の間の位置関係が異なる複数の位置で着脱可能に装着される。複数の位置は、図４中の付加加工用ヘッド２１に示される第１位置３１０と、図５中の付加加工用ヘッド２１に示される第２位置３２０とを含む。

主軸端面１２３および出射部２６の間の位置関係は、第１位置３１０および第２位置３２０の間において、回転中心軸２０３および光軸２０７の軸方向にずれるように変化する。

工具主軸１２１には、凹部３１が設けられている。付加加工用ヘッド２１は、凸部４１を有する（図中では、凸部４１が凹部３１に挿入された場合における図示の便宜上、凸部４１にハッチングが付されている）。工具主軸１２１および付加加工用ヘッド２１の装着状態において、凸部４１は、凹部３１に挿入されている。凹部３１および凸部４１の少なくともいずれか一方は、複数箇所に設けられている。

より具体的には、工具主軸１２１は、主軸側面１２４を有する。主軸側面１２４は、回転中心軸２０３の軸方向に沿って延在する平面からなる。主軸側面１２４は、回転中心軸２０３および旋回中心軸２０４を含む平面からなる。付加加工用ヘッド２１は、ヘッド側面２３を有する。ヘッド側面２３は、光軸２０７の軸方向に沿って延在する平面からなる。工具主軸１２１および付加加工用ヘッド２１の装着状態において、ヘッド側面２３は、主軸側面１２４と向かい合わせとされる。

凹部３１は、主軸側面１２４から凹む凹形状を有する。凹部３１は、主軸側面１２４からの凹み方向に直交する平面により切断された場合に、円形の開口形状を有する。

工具主軸１２１には、複数の凹部３１（３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ）が設けられている。複数の凹部３１は、回転中心軸２０３の軸方向において、互いに間隔を設けて並んでいる。複数の凹部３１は、等間隔に設けられている。回転中心軸２０３の軸方向における主軸端面１２３および凹部３１Ｂの間の距離は、回転中心軸２０３の軸方向における主軸端面１２３および凹部３１Ｃの間の距離よりも大きい。回転中心軸２０３の軸方向における主軸端面１２３および凹部３１Ａの間の距離は、回転中心軸２０３の軸方向における主軸端面１２３および凹部３１Ｂの間の距離よりも大きい。

凸部４１は、ヘッド側面２３から突出する凸形状を有する。凸部４１は、ヘッド側面２３からの突出方向に直交する平面により切断された場合に、凹部３１の開口形状に対応する断面形状を有する。凸部４１は、円形の断面形状を有する。

付加加工用ヘッド２１は、複数の凸部４１（４１ａ，４１ｂ）を有する。凸部４１の数は、凹部３１の数よりも少ない。複数の凸部４１は、光軸２０７の軸方向において、互いに間隔を設けて並んでいる。複数の凸部４１は、等間隔に設けられている。複数の凸部４１が設けられる間隔は、複数の凹部３１が設けられる間隔と同じである。光軸２０７の軸方向におけるヘッド端面２７および凸部４１ａの間の距離は、光軸２０７の軸方向におけるヘッド端面２７および凸部４１ｂの間の距離よりも大きい。

主軸端面１２３および出射部２６の間の位置関係は、図４中の付加加工用ヘッド２１に示される第１位置３１０と、図５中の付加加工用ヘッド２１に示される第２位置３２０との間において、凹部３１（３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ）と、凹部３１（３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ）に挿入される凸部４１（４１ａ，４１ｂ）との組み合わせが互いに異なることによって変化する。

図４に示されるように、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第１位置３１０で装着される場合、凹部３１Ｂに凸部４１ａが挿入され、凹部３１Ｃに凸部４１ｂが挿入されている。図５に示されるように、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第２位置３２０で装着される場合、凹部３１Ａに凸部４１ａが挿入され、凹部３１Ｂに凸部４１ｂが挿入されている。

付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第１位置３１０で装着された場合の、回転中心軸２０３および光軸２０７の軸方向における主軸端面１２３およびヘッド端面２７の間の距離は、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第２位置３２０で装着された場合の、回転中心軸２０３および光軸２０７の軸方向における主軸端面１２３およびヘッド端面２７の間の距離よりも大きい。

すなわち、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第１位置３１０で装着された場合の、主軸端面１２３からの付加加工用ヘッド２１の突出量は、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第２位置３２０で装着された場合の、主軸端面１２３からの付加加工用ヘッド２１の突出量よりも大きい。

なお、工具主軸１２１に複数の凹部３１が設けられ、付加加工用ヘッド２１が１つの凸部４１を有する構成であってもよい。また、付加加工用ヘッド２１に凹部が設けられ、工具主軸１２１が凸部を有する構成であってもよい。

また、工具主軸１２１および付加加工用ヘッド２１には、凹部３１と、凹部３１に挿入された凸部４１とを相互にクランプし、工具主軸１２１に対する付加加工用ヘッド２１の装着を保持するためのクランプ機構部が設けられてもよい。そのようなクランプ機構部の一例として、バネ力によりクランプ状態を得て、油圧によりアンクランプ状態を得る構造が挙げられる。

図６は、図４および図５中の付加加工用ヘッドによるワークの付加加工の一例を示す前面図である。図７は、図４および図５中の付加加工用ヘッドワークの付加加工の別の例を示す前面図である。

図１および図６を参照して、円筒状のワークＷの両端をそれぞれ第１ワーク主軸１１１および第２ワーク主軸１１６により保持する。ワークＷは、加工機械１００において除去加工が可能な最大ワーク径、または、その最大ワーク径よりも若干小さい直径を有する大径ワークである。

付加加工用ヘッド２１をワークＷから上方（＋Ｘ軸方向）に離れた位置に配置する。ワークＷの外周面３６０に対して、材料粉末を供給しつつレーザ光を照射することによって、ワークＷの付加加工を行なう。

Ｘ軸方向において付加加工用ヘッド２１が移動可能な範囲（ストローク範囲）は、Ｘ軸方向において工具主軸１２１が移動可能な範囲（ストローク範囲）に基づいて定まる。付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第１位置３１０で装着された場合、主軸端面１２３からの付加加工用ヘッド２１の突出量が比較的大きい。このため、大径ワークであるワークＷの付加加工において、付加加工用ヘッド２１の先端領域４１０がワークＷと干渉してしまう。

一方、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第２位置３２０で装着された場合、主軸端面１２３からの付加加工用ヘッド２１の突出量が比較的小さいため、付加加工用ヘッド２１を、ワークＷの外周面３６０から上方（＋Ｘ軸方向）に離して配置することができる。このため、加工機械１００において付加加工が可能な最大ワーク径をより大きく設定することができる。

図１および図７を参照して、円柱状のワークＷの両端をそれぞれ第１ワーク主軸１１１および第２ワーク主軸１１６により保持する。ワークＷには、ワークＷの外周面３６０から凹み、回転中心軸２０１の周方向に延びる溝部３７０が設けられている。付加加工用ヘッド２１を下方に（−Ｘ軸方向）に移動させ、出射部２６を溝部３７０の内部に進入させる。溝部３７０の底面に対して、材料粉末を供給しつつレーザ光を照射することによって、ワークＷの付加加工を行なう。

付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第２位置３２０で装着された場合、主軸端面１２３からの付加加工用ヘッド２１の突出量が比較的小さい。このため、出射部２６を溝部３７０の内部に進入させた時に、工具主軸１２１の先端領域４２０がワークＷと干渉してしまう。

一方、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第１位置３１０で装着された場合、主軸端面１２３からの付加加工用ヘッド２１の突出量が比較的大きい。このため、出射部２６を溝部３７０の内部に進入させた時に、工具主軸１２１を、ワークＷの外周面３６０から上方（＋Ｘ軸方向）に離して配置することができる。このため、加工機械１００において付加加工が可能なワーク形状の条件をより広く設定することができる。

以上に説明した、この発明の実施の形態１における加工機械１００の構造をまとめると、本実施の形態における加工機械１００は、主軸端面１２３を有する工具主軸１２１と、レーザ光を出射する出射部２６を有する加工用ヘッドとしての付加加工用ヘッド２１とを備える。付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１に対して、主軸端面１２３および出射部２６の間の位置関係が互いに異なる複数の位置としての第１位置３１０および第２位置３２０で着脱可能に装着される。

このように構成された、この発明の実施の形態１における加工機械１００によれば、ワークの付加加工時、ワークの形状もしくは大きさ、または、ワーク加工の位置もしくは方向などの加工条件に合わせて、工具主軸１２１に対する付加加工用ヘッド２１を装着する位置を複数の位置から選択する。これにより、付加加工用ヘッド２１または工具主軸１２１と、ワークとの干渉を防ぐことができる。

（実施の形態２）
図８は、この発明の実施の形態２の加工機械において、装着状態（第３位置）の工具主軸および付加加工用ヘッドを示す前面図である。図９は、この発明の実施の形態２の加工機械において、装着状態（第４位置）の工具主軸および付加加工用ヘッドを示す前面図である。図１０は、この発明の実施の形態２の加工機械において、装着状態（第５位置）の工具主軸および付加加工用ヘッドを示す前面図である。

本実施の形態における加工機械は、実施の形態１における加工機械１００と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については、その説明を繰り返さない。

図８および図９を参照して、付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１に対して、主軸端面１２３および出射部２６の間の位置関係が異なる複数の位置で着脱可能に装着される。複数の位置は、図８中の付加加工用ヘッド２１に示される第３位置３３０と、図９中の付加加工用ヘッド２１に示される第４位置３４０とを含む。

主軸端面１２３および出射部２６の間の位置関係は、第３位置３３０および第４位置３４０の間において、回転中心軸２０３および光軸２０７の軸方向にずれるように変化する。

工具主軸１２１には、凹部３６が設けられている。付加加工用ヘッド２１は、凸部４６を有する。工具主軸１２１および付加加工用ヘッド２１の装着状態において、凸部４６は、凹部３６に挿入されている。凹部３６および凸部４６の少なくともいずれか一方は、複数箇所に設けられている。

加工機械１００は、スペーサ５１（５１Ｇ）をさらに有する。スペーサ５１Ｇは、工具主軸１２１および付加加工用ヘッド２１の間に介挿されている。

より具体的には、凹部３６は、実施の形態１における凹部３１に対応している。工具主軸１２１には、複数の凹部３６（３６Ａ，３６Ｂ）が設けられている。回転中心軸２０３の軸方向における主軸端面１２３および凹部３６Ａの間の距離は、回転中心軸２０３の軸方向における主軸端面１２３および凹部３６Ｂの間の距離よりも大きい。

凸部４６は、実施の形態１における凸部４１に対応している。付加加工用ヘッド２１は、１つの凸部４１を有する。

付加加工用ヘッド２１は、アーム部２８と、第１係合部２９とをさらに有する。アーム部２８は、ヘッド側面２３から光軸２０７の半径方向外側に向けて延出している。光軸２０７から見て、アーム部２８が延出する方向と、凸部４６が突出する方向とは、同一である。ヘッド側面２３からのアーム部２８の延出長さは、ヘッド側面２３からの凸部４６の突出長さよりも大きい。アーム部２８は、工具主軸１２１および付加加工用ヘッド２１の装着状態において、回転中心軸２０３を越える位置まで延出している。アーム部２８は、工具主軸１２１および付加加工用ヘッド２１の装着状態において、主軸端面１２３上に配置されている。

第１係合部２９は、アーム部２８に設けられている。第１係合部２９は、アーム部２８から光軸２０７の軸方向に突出している。第１係合部２９は、アーム部２８から、光軸２０７の軸方向において出射部２６（ヘッド端面２７）とは反対側に突出している。第１係合部２９は、工具主軸１２１および付加加工用ヘッド２１の装着状態において、回転中心軸２０３の軸上に配置されている。第１係合部２９は、工具主軸１２１により保持される工具のシャック部分に対応した形状を有する。

主軸端面１２３および出射部２６の間の位置関係は、図８中の付加加工用ヘッド２１に示される第３位置３３０と、図９中の付加加工用ヘッド２１に示される第４位置３４０との間において、凹部３６（３６Ａ，３６Ｂ）と、凹部３６（３６Ａ，３６Ｂ）に挿入される凸部４６との組み合わせが互いに異なり、さらに、工具主軸１２１および付加加工用ヘッド２１の間にスペーサ５１が介挿されるか否かによって変化する。

図８に示されるように、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第３位置３３０で装着される場合、凹部３６Ａに凸部４６が挿入されている。工具主軸１２１および付加加工用ヘッド２１の間にスペーサ５１が挿入されていない。

主軸端面１２３およびアーム部２８は、回転中心軸２０３の軸方向において、互いに対向している。第１係合部２９は、工具挿入孔１２６に挿入されている。第１係合部２９は、工具主軸１２１に内蔵された工具クランプ機構によりクランプされることによって、工具主軸１２１に係合されている。

図９に示されるように、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第４位置３４０で装着される場合、凹部３６Ｂに凸部４６が挿入されている。工具主軸１２１および付加加工用ヘッド２１の間にはスペーサ５１Ｇが介挿されている。スペーサ５１Ｇは、回転中心軸２０３の軸方向において、主軸端面１２３およびアーム部２８の間に介挿されている。なお、自動工具交換装置を用いることによって、工具主軸１２１に対してスペーサ５１Ｇを装着することが可能である。

スペーサ５１Ｇは、金属製のブロック体からなる。スペーサ５１Ｇは、第１端面５１ｃと、第２端面５１ｄとを有する。第１端面５１ｃおよび第２端面５１ｄは、回転中心軸２０３に直交する平面からなる。第１端面５１ｃは、回転中心軸２０３の軸方向において、アーム部２８と対向している。第２端面５１ｄは、回転中心軸２０３の軸方向において、主軸端面１２３と対向している。

スペーサ５１Ｇには、回転中心軸２０３の軸上で延び、第１端面５１ｃに開口する開口部５３が設けられている。開口部５３は、工具挿入孔１２６と同様の開口形状を有する。スペーサ５１Ｇには、開口部５３に挿入された第１係合部２９をクランプするためのクランプ機構が内蔵されている。

スペーサ５１Ｇは、第２係合部５２を有する。第２係合部５２は、第２端面５１ｄから回転中心軸２０３の軸方向に突出している。第２係合部５２は、回転中心軸２０３の軸上に配置されている。第２係合部５２は、第１係合部２９と同様のシャンク形状を有する。

第２係合部５２は、工具挿入孔１２６に挿入されている。第２係合部５２は、工具主軸１２１に内蔵された工具クランプ機構によりクランプされることによって、工具主軸１２１に係合されている。第１係合部２９は、開口部５３に挿入されている。第１係合部２９は、スペーサ５１Ｇに内蔵された工具クランプ機構によりクランプされることによって、スペーサ５１Ｇに係合されている。

図８および図９に示されるように、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第３位置３３０で装着された場合の、回転中心軸２０３および光軸２０７の軸方向における主軸端面１２３および出射部２６（ヘッド端面２７）の間の距離は、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第４位置３４０で装着された場合の、回転中心軸２０３および光軸２０７の軸方向における主軸端面１２３および出射部２６（ヘッド端面２７）の間の距離よりも小さい。

すなわち、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第３位置３３０で装着された場合の、主軸端面１２３からの付加加工用ヘッド２１の突出量は、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第４位置３４０で装着された場合の、主軸端面１２３からの付加加工用ヘッド２１の突出量よりも小さい。

図９および図１０を参照して、付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１に対して、主軸端面１２３および出射部２６の間の位置関係が異なる複数の位置で着脱可能に装着される。付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して装着される複数の位置は、図１０中に示される第５位置３５０をさらに含む。

主軸端面１２３および出射部２６の間の位置関係は、図９中の付加加工用ヘッド２１に示される第４位置３４０と、図１０中の付加加工用ヘッド２１に示される第５位置３５０との間において、回転中心軸２０３および光軸２０７の軸方向にずれるように、かつ、回転中心軸２０３および光軸２０７の軸間距離が増加または減少するように変化する。

加工機械１００は、スペーサ５１（５１Ｈ）をさらに有する。スペーサ５１Ｈは、スペーサ５１Ｇと異なる形状および／または大きさを有する。

図１０に示されるように、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第５位置３５０で装着される場合、工具主軸１２１および付加加工用ヘッド２１の間にはスペーサ５１Ｈが介挿されている。スペーサ５１Ｈは、回転中心軸２０３の軸方向において、主軸端面１２３およびアーム部２８の間に介挿され、回転中心軸２０３の軸方向に直交する方向において、主軸側面１２４およびヘッド側面２３の間に介挿されている。

スペーサ５１Ｈは、第１プレート部５６と、第２プレート部５７とを有する。第１プレート部５６は、回転中心軸２０３に直交する平面方向に延在する平板からなる。回転中心軸２０３の軸方向における第１プレート部５６の厚みは、回転中心軸２０３の軸方向におけるスペーサ５１Ｇの厚みよりも小さい。第２プレート部５７は、回転中心軸２０３の軸方向に延在する平板からなる。スペーサ５１Ｈは、第１プレート部５６および第２プレート部５７が９０°の角度をなして交わるＬ字形状をなしている。

第１プレート部５６は、主軸端面１２３およびアーム部２８の間に介挿されている。第２プレート部５７は、主軸側面１２４およびヘッド側面２３の間に介挿されている。

なお、図示が省略されているが、第１プレート部５６は、スペーサ５１Ｇと同様のクランプ機構によって、工具主軸１２１およびアーム部２８と係合されている。第２プレート部５７は、図８および図９中に示される工具主軸１２１および付加加工用ヘッド２１の間の位置決め機構と同様の機構によって、工具主軸１２１および付加加工用ヘッド２１に対して位置決めされている。

図９および図１０に示されるように、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第５位置３５０で装着された場合の、回転中心軸２０３および光軸２０７の軸方向における主軸端面１２３およびヘッド端面２７の間の距離は、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第４位置３４０で装着された場合の、回転中心軸２０３および光軸２０７の軸方向における主軸端面１２３およびヘッド端面２７の間の距離よりも小さい。付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第５位置３５０で装着された場合の、回転中心軸２０３および光軸２０７の軸間距離は、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第４位置３４０で装着された場合の、回転中心軸２０３および光軸２０７の軸間距離よりも大きい。

すなわち、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第５位置３５０で装着された場合の、主軸端面１２３からの付加加工用ヘッド２１の突出量は、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第４位置３４０で装着された場合の、主軸端面１２３からの付加加工用ヘッド２１の突出量よりも小さい。付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第５位置３５０で装着された場合の、主軸側面１２４からの付加加工用ヘッド２１の張り出し量は、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第４位置３４０で装着された場合の、主軸側面１２４からの付加加工用ヘッド２１の張り出し量よりも大きい。

図１１および図１２は、付加加工の対象となるワークと、ワークを保持するためのテーブルとを示す図である。

図１、図１１および図１２を参照して、テーブル７１は、第１軸部７２と、第２軸部７３と、第１側部７４と、第２側部７５と、ワーク保持部７６とを有する。

第１軸部７２は、第１ワーク主軸１１１（第１チャック機構１１２）により保持されている。第２軸部７３は、第２ワーク主軸１１６（第２チャック機構１１７）により保持されている。第１軸部７２および第２軸部７３は、回転中心軸２０１の軸上で延びる軸形状を有する。第１軸部７２および第２軸部７３は、回転中心軸２０１の軸方向において、互いに離れて設けられている。

ワーク保持部７６は、回転中心軸２０１の軸方向における第１軸部７２および第２軸部７３の間であって、回転中心軸２０１から、回転中心軸２０１の半径方向外側に離れた位置に配置されている。ワーク保持部７６は、回転中心軸２０１の軸方向と、回転中心軸２０１を中心とする円周の接線方向とを含む平面に平行な板材からなる。

第１側部７４および第２側部７５は、回転中心軸２０１に直交する平面に平行な板材からなる。第１側部７４は、−Ｚ軸方向におけるワーク保持部７６の端部から、回転中心軸２０１の半径方向内側に向けて延び、＋Ｚ軸方向における第１軸部７２の端部に連なっている。第１側部７４は、第１軸部７２およびワーク保持部７６を接続している。第２側部７５は、＋Ｚ軸方向におけるワーク保持部７６の端部から、回転中心軸２０１の半径方向内側に向けて延び、−Ｚ軸方向における第２軸部７３の端部に連なっている。第２側部７５は、第２軸部７３およびワーク保持部７６を接続している。

ワーク保持部７６には、クランプ装置（不図示）を用いて、ワークＷが保持されている。ワーク保持部７６は、回転中心軸２０１から下方（−Ｘ軸方向）に離れた位置に配置されている。

ワークＷは、ワーク側面５１０を有する。ワーク側面５１０は、回転中心軸２０１に直交する平面からなる。ワーク側面５１０は、回転中心軸２０１の軸方向において、第２側部７５と隙間を設けて対向している。

図１３は、図１０中の付加加工用ヘッドの姿勢の一例を示す前面図である。図１１から図１３を参照して、付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１に対して第５位置３５０で装着されている。工具主軸１２１を、基準姿勢から、旋回中心軸２０４を中心に９０°時計回りに旋回させることによって、付加加工用ヘッド２１を、出射部２６が−Ｚ軸方向を向き、主軸側面１２４が下方（−Ｘ軸方向）を向く姿勢とする。付加加工用ヘッド２１をＺ軸方向においてワークＷと対向する位置に移動させ、ワーク側面５１０に対して付加加工を行なう。

この場合に、ワークＷが、テーブル７１によって回転中心軸２０１よりも下方の位置で保持されている。このため、ワーク側面５１０が、工具主軸１２１が−Ｘ軸方向におけるストローク端に配置された時の付加加工用ヘッド２１の出射部２６よりも下方に位置している場合がある。これに対して、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に対して第５位置３５０で装着される場合、主軸側面１２４から−Ｘ軸方向に向けた付加加工用ヘッド２１の張り出し量が、比較的大きい。このため、テーブル７１に保持されたワークＷのワーク側面５１０に付加加工を行なうことが可能となる。

このように構成された、この発明の実施の形態２における加工機械によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に奏することができる。

なお、本発明は、工具主軸を用いたワークの除去加工と、付加加工用ヘッドを用いたワークの付加加工とが可能な加工機械に限られず、工具主軸を用いたワークの除去加工と、レーザ加工用ヘッドを用いたワークの切断、孔開け、または、溶着等のレーザ加工とが可能な加工機械に適用されてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、主に、工具主軸と、レーザ光を出射可能な加工用ヘッドとを備える加工機械に適用される。

２１付加加工用ヘッド、２２ノズル、２３ヘッド側面、２４ケーブル、２６出射部、２７ヘッド端面、２８アーム部、２９第１係合部、３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３６，３６Ａ，３６Ｂ凹部、４１，４１ａ，４１ｂ，４６凸部、５１，５１Ｇ，５１Ｈスペーサ、５１ｃ第１端面、５１ｄ第２端面、５２第２係合部、５３開口部、５６第１プレート部、５７第２プレート部、６０パウダーフィーダ、６１混合部、６２パウダーホッパー、６６レーザ発振装置、７１テーブル、７２第１軸部、７３第２軸部、７４第１側部、７５第２側部、７６ワーク保持部、１００加工機械、１１１第１ワーク主軸、１１２第１チャック機構、１１６第２ワーク主軸、１１７第２チャック機構、１２１工具主軸、１２３主軸端面、１２４主軸側面、１２６工具挿入孔、１３１刃物台、１３２旋回部、１３６ベッド、２００加工エリア、２０１，２０２，２０３回転中心軸、２０４，２０６旋回中心軸、２０５スプラッシュガード、２０７光軸、３１０第１位置、３２０第２位置、３３０第３位置、３４０第４位置、３５０第５位置、３６０外周面、３７０溝部、４１０，４２０先端領域、５１０ワーク側面。

Claims

主軸端面を有する工具主軸と、
レーザ光を出射する出射部を有し、ワークの付加加工またはレーザ加工を行なう加工用ヘッドとを備え、
前記加工用ヘッドは、前記工具主軸に対して、前記主軸端面および前記出射部の間の位置関係が互いに異なる複数の位置で着脱可能に装着される、加工機械。
前記工具主軸は、前記主軸端面に直交する回転中心軸を中心に工具を回転させ、
前記出射部は、前記回転中心軸と平行な光軸を中心にレーザ光を出射し、
前記主軸端面および前記出射部の間の位置関係は、前記複数の位置間において、前記回転中心軸および前記光軸の軸方向にずれるように変化する、請求項１に記載の加工機械。
前記工具主軸は、前記主軸端面に直交する回転中心軸を中心に工具を回転させ、
前記出射部は、前記回転中心軸と平行な光軸を中心にレーザ光を出射し、
前記主軸端面および前記出射部の間の位置関係は、前記複数の位置間において、前記回転中心軸および前記光軸の軸間距離が増加または減少するように変化する、請求項１または２に記載の加工機械。
前記工具主軸および前記加工用ヘッドのいずれか一方には、凹部が設けられ、
前記工具主軸および前記加工用ヘッドのいずれか他方は、前記凹部に挿入される凸部を有し、
前記凹部および前記凸部の少なくともいずれか一方は、複数箇所に設けられ、
前記主軸端面および前記出射部の間の位置関係は、前記複数の位置間において、前記凹部と、前記凹部に挿入される前記凸部との組み合わせが互いに異なることによって変化する、請求項１から３のいずれか１項に記載の加工機械。
前記工具主軸および前記加工用ヘッドの間に介挿され、互いに異なる形状および／または大きさを有する、少なくとも１つのスペーサをさらに備え、
前記主軸端面および前記出射部の間の位置関係は、前記複数の位置間において、前記工具主軸および前記加工用ヘッドの間に介挿される前記スペーサの有無、または、前記工具主軸および前記加工用ヘッドの間に介挿される前記スペーサが互いに異なることによって変化する、請求項１から４のいずれか１項に記載の加工機械。