JP6959288B2

JP6959288B2 - 工作機械

Info

Publication number: JP6959288B2
Application number: JP2019070586A
Authority: JP
Inventors: 田中　真一; 雄三稲口
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2039-04-02
Also published as: JP2020168673A; US20200316739A1; US11207754B2; CN111790922A; DE102020204143A1

Description

本発明は、工作機械に関するものである。

工具によるワークの加工時には、切粉が発生する。工具等に付着した切粉を流体で洗い流す機能を有する工作機械が知られている（例えば、特許文献１から３参照。）。
また、複数の工具を保持する工具マガジンを備え、工具マガジンと主軸との間で工具を交換する工作機械が知られている（例えば、特許文献２および３参照。）。

特開平０２−２２４８２９号公報特開２００１−１９８７６１号公報特開２００５−０５２９４８号公報

ワークの加工が行われる加工室内に工具マガジンが配置されている場合、加工時に発生した切粉が工具マガジンに堆積する。工具マガジンに堆積した切粉は、工作機械の動作に影響を与える可能性がある。例えば、加工中または工具交換時に切粉が工具マガジンから落下した場合、ワークまたは工具に付着した切粉が、加工不良や工具マガジンの動作不良を引き起こす可能性がある。

本開示の一態様は、工具を保持する主軸と、該主軸の下方に配置され、前記工具によって加工されるワークが固定されるテーブルと、複数の工具を保持し、前記主軸との間で工具を交換する工具マガジンと、該工具マガジンに向かって流体を噴射することによって前記工具マガジンに付着した付着物を除去する洗浄機構と、を備え、前記工具マガジンが、該主軸の前方に配置されるとともに前方に傾き、前記洗浄機構が、前記工具マガジンの上方に配置され、前記工具マガジンの上部に向かって前記流体を噴射するノズルを有し、前記主軸と前記工具マガジンとの間での前記工具の交換時に前記流体を噴射する工作機械である。

一実施形態に係る工作機械の側面図である。図１の工作機械の工具マガジンの正面図である。図１の工作機械の変形例の部分側面図である。

以下に、一実施形態に係る工作機械１について図面を参照して説明する。
工作機械１は、図１および図２に示されるように、ベッド２と、ワークＷが固定されるテーブル３と、複数の工具Ｔを保持する工具マガジン４と、複数の工具Ｔを択一的に保持する主軸５と、主軸５を支持する主軸ヘッド６と、テーブル３、工具マガジン４および主軸５の動作を制御する制御装置７と、を備える。工作機械１は、箱型のカバー３０によって囲まれた加工室３０ａに配置されている。

テーブル３は、ベッド２上に配置され、送り軸モータ（図示略）によってベッド２に対して水平方向に移動させられる。テーブル３の後方には、ベッド２に固定されベッド２から上方に向かって鉛直方向に延びるコラム８が設けられている。工具マガジン４は、コラム８の上端部に支持されている。また、コラム８の上端部には主軸ヘッド６が鉛直方向に移動可能に支持され、主軸５が、主軸５の長手軸回りに回転可能に主軸ヘッド６に支持されている。コラム８には、主軸ヘッド６を鉛直方向に移動させるＺ軸モータ９が固定され、主軸ヘッド６の上端部には、主軸５を長手軸回りに回転させる主軸モータ１０が固定されている。工作機械１は、主軸５を回転させながらテーブル３および主軸５を相対移動させることによって、回転する工具ＴによってワークＷを加工する。また、工作機械１は、工具マガジン４と主軸５との間で工具Ｔを自動交換する機能を有する。

工作機械１は、加工用の切削液（流体）Ｆを貯留するタンク１１を備え、工具ＴによるワークＷの加工中にタンク１１から工具ＴおよびワークＷに切削液Ｆを供給する。工具ＴおよびワークＷに供給された切削液Ｆは、循環経路（図示略）によってタンク１１に戻り、循環経路の途中で浄化される。

工具マガジン４は、略円形の箱型のカバー１２，１３を備える。カバー１２，１３内には、工具マガジン４の中心軸Ａ回りの周方向に間隔をあけて配列し、工具Ｔをそれぞれ保持する複数の工具保持部（図示略）が設けられている。カバーは、前面側に配置される前面カバー１２と、後面側に配置される後面カバー１３と、を備える。前面カバー１２は、略円板状の前面パネル１２ａと、略円環状の側面パネル１２ｂとから構成される。後面カバー１３は、略円板状の後面パネルから構成される。

前面カバー１２および複数の工具保持部は、回転モータ１４によって中心軸Ａ回りに一体的に回転させられる。複数の工具保持部の回転によって、複数の工具保持部が択一的に下端の工具交換位置に位置決めされる。工具マガジン４は、主軸ヘッド６の前方に配置されるとともに前方に傾き、下端の工具交換位置の工具保持部が、主軸５の近傍に配置される。工作機械１は、工具交換位置の工具保持部と主軸５との間で工具Ｔを交換することによって、主軸５に保持される工具Ｔを取り換える。

また、工作機械１は、工具マガジン４を洗浄するための洗浄機構２０を備える。洗浄機構２０は、ノズル２１と、ノズル２１とタンク１１とを接続する流路２２と、タンク１１からノズル２１へ流路２２内に切削液Ｆを送るポンプ２３と、流路２２に設けられた電磁弁２４と、を備える。ポンプ２３は、工具Ｔに切削液を供給するポンプと共通であってもよい。ノズル２１は、工具マガジン４の周囲に配置されている。電磁弁２４が開きポンプ２３が作動することによって、ノズル２１から工具マガジン４に向かって切削液Ｆが噴射され、切削液Ｆによって工具マガジン４に付着した切粉等の付着物が除去される。すなわち、加工用の切削液Ｆの一部が、工具マガジン４の洗浄に使用される。ポンプ２３および電磁弁２４は、制御装置７によって制御される。

ノズル２１は、工具マガジン４の上方かつ後方に配置され、後面カバー１３の上部の外面に斜め後方から切削液Ｆを噴射することが好ましい。例えば、ノズル２１は、カバー３０の天井に固定されている。工具ＴによるワークＷの加工時に発生した切粉は、加工室３０ａ内で舞い上がることがある。後面カバー１３と主軸ヘッド６との間の空間は、上から下に向かって次第に狭くなっているので、工具マガジン４の上方から降る切粉は後面カバー１３の上部の外面に付着しやすい。ノズル２１から噴射される切削液Ｆによって、後面カバー１３の上部に付着した切粉が効果的に除去される。
他のノズルが、加工室３０ａ内の異なる位置に配置されていてもよい。例えば、側面パネル１２ｂにも切粉が付着しやすいので、他のノズルが工具マガジン４の真上に配置され、側面パネル１２ｂの上部に真上から切削液Ｆを噴射してもよい。

工具マガジン４の外面のより広範囲に切削液Ｆが噴き付けられるように、ノズル２１は、扇形または円錐形に広がる態様で切削液Ｆを噴射することが好ましい。
また、洗浄機構２０は、ノズル２１に代えて、複数のノズルを有するシャワーヘッドを備え、切削液Ｆのシャワーを工具マガジン４に向かって噴射してもよい。

制御装置７は、プロセッサと、ＲＡＭ、ＲＯＭおよび不揮発性メモリ等を有する記憶部と、を備える。記憶部には、加工プログラムおよびマガジン洗浄プログラムが格納されている。
制御装置７は、加工プログラムに従って送り軸モータ、Ｚ軸モータ９、主軸モータ１０および回転モータ１４に制御指令を送信することによって、主軸５、テーブル３および工具マガジン４の動作を制御し、工具ＴによるワークＷの加工および工具マガジン４と主軸５との間での工具交換を実行させる。

また、制御装置７は、マガジン洗浄プログラムに従って洗浄機構２０を制御することによって、工具交換時にノズル２１から洗浄液を一定時間噴射させる。マガジン洗浄プログラムは、加工プログラムの一部分であってもよく、加工プログラムとは異なり工具交換と同期して実行されるプログラムであってもよい。

次に、工作機械１の作用について説明する。
工作機械１は、加工プログラムに従ってワークＷの加工および工具Ｔの交換を実行する。また、工具交換時、工作機械１は、マガジン洗浄プログラムに従って洗浄機構２０による工具マガジン４の洗浄を実行する。具体的には、制御装置７が、電磁弁２４を開きポンプ２３を作動させることによって、タンク１１からノズル２１に切削液Ｆを送り、ノズル２１から工具マガジン４の上部の後面に切削液Ｆを一定時間噴射させる。

工具ＴによってワークＷが加工される加工室３０ａ内に工具マガジン４が配置されているので、ワークＷの加工によって生じた切粉等の付着物が工具マガジン４に付着する。特に、加工室３０ａ内で舞い上がり上方から工具マガジン４に切粉が降りかかることにより、側面パネル１２ｂの上部および後面カバー１３の上部に切粉が付着する。側面パネル１２ｂ上の切粉は工具交換時の前面カバー１２の回転によって落ちるが、静止している後面カバー１３の上部の切粉は留まり続ける。仮に後面カバー１３の上部に切粉が堆積し続けた場合、多量の切粉が工具マガジン４から不意に落下し、ワークＷおよび工具Ｔに付着した切粉が、ワークＷの加工不良や工具マガジン４および主軸５の動作不良を引き起こす可能性がある。

本実施形態によれば、工具交換時にノズル２１から後面カバー１３の上部に向かって切削液Ｆが噴射されることによって、後面カバー１３の上部に付着した付着物が定期的に除去される。したがって、後面カバー１３の外面に切粉等の付着物が堆積することを防ぎ、切粉に因る加工不良および動作不良を防ぐことができる。
また、工具交換時には、主軸ヘッド６および主軸モータ１０が高い位置に配置され主軸モータ１０と後面カバー１３との距離は遠いが、ワークＷの加工時には主軸ヘッド６および主軸モータ１０がテーブル３に向かって下降する。本実施形態によれば、工具交換時に工具マガジン４を洗浄することによって、主軸モータ１０に切削液Ｆがかかることを防ぐことができる。

上記実施形態において、洗浄機構２０が、流体として切削液Ｆを噴射することとしたが、これに代えて、圧縮空気を噴射してもよい。
圧縮空気は、工作機械１の可動部の動力源、または、機構内部への切削液等の侵入を防止するためのシール空気として用いられ、エア源からエアラインを経由して可動部または機構部のハウジング等に供給される。この場合、洗浄機構は、ノズルと、ノズルとエアラインとを接続する流路と、流路に設けられた電磁弁と、を備え、工作機械１の駆動用の圧縮空気の一部が工具マガジン４の洗浄に使用される。

上記実施形態において、洗浄機構２０が工具交換時に流体Ｆを一定時間噴射することとしたが、洗浄機構２０が流体Ｆを噴射するタイミングおよび時間の長さは、任意に変更可能である。
例えば、作業者がマガジン洗浄プログラムの設定を変更することによって、噴射のタイミングおよび時間の長さが任意に変更可能であってもよい。また、噴射時間の長さは、一定でなくてもよい。
あるいは、加工プログラムの実行中、洗浄機構２０が常に流体Ｆを噴射し続けてもよい。この場合、切削液Ｆが主軸モータ１０に影響を与えることがないように、主軸モータ１０の防水対策が施されていることが好ましい。

上記実施形態において、洗浄機構２０が流体Ｆを噴射するタイミングおよび時間の長さが、加工プログラムに基づいて設定されてもよい。
工作機械１が行う作業の中には、流体Ｆの影響を受けるものがある。例えば、主軸５に保持されたプローブによってワークＷの計測を行う場合、流体Ｆや、流体Ｆによって工具マガジン４から落とされた切粉が、正確な計測の妨げとなる可能性がある。ワークＷの精密加工の場合も、流体Ｆまたは切粉が正確な加工の妨げとなる可能性がある。したがって、流体Ｆの噴射のタイミングは、流体Ｆまたは切粉に影響される可能性がある作業中を除いたタイミングに設定されることが好ましい。
流体Ｆの噴射時間の長さは、加工の種類に応じて設定されてもよい。切粉の発生量は、加工の種類に応じて異なる。したがって、少量の切粉が発生する加工後の工具交換時には流体Ｆの噴射時間を短くし、多量の切粉が発生する加工後の工具交換時には流体Ｆの噴射時間を長くしてもよい。

上記実施形態において、洗浄機構２０が流体Ｆを噴射する時間の長さが、工具ＴによるワークＷの加工時間の長さに比例して変化してもよい。
工具ＴによるワークＷの加工時間が長い程、切粉の発生量が多くなる。したがって、ワークＷの加工時間が長い程、流体Ｆの噴射時間を長くすることによって、工具マガジン４に付着した切粉をより確実に除去することができる。

上記実施形態において、図１に示されるように、工具マガジン４に付着した付着物の量を検出する付着物量検出部１５をさらに備えていてもよい。
制御装置７は、付着物量検出部１５によって検出された付着物の量が所定の閾値を超えたときに、電磁弁２４およびポンプ２３を制御しノズル２１から流体Ｆを噴射させる。これにより、工具マガジン４に付着物が堆積することをより確実に防止することができる。

付着物量検出部１５の一例は、工具マガジン４の画像を取得するカメラと、画像に基づいて付着物の量を算出する画像プロセッサと、を備える。カメラの視野に後面カバー１３の上部が含まれるように、カメラは工具マガジン４の上方に配置されることが好ましい。付着物量検出部１５の他の例は、工具マガジン４のカバー１２，１３までの距離を測定する測距センサと、距離センサによって測定された距離に基づいて付着物の量を算出するプロセッサと、を備える。付着物量検出部１５の他の例は、カバー１２，１３の外面の表面粗さを測定する表面粗さ測定器と、表面粗さ測定器によって測定された表面粗さに基づいて付着物の量を算出するプロセッサと、を備える。

上記実施形態において、ノズル２１からの流体Ｆの噴射方向および流量の少なくとも一方が変更可能であってもよい。
例えば、ノズル２１の向きを変化させるためのモータ（図示略）が設けられ、制御装置７が、ノズル２１からの流体Ｆの噴射中にモータによってノズル２１の向きを変化させてもよい。これにより、工具マガジン４の外面のより広範囲の付着物を流体Ｆによって除去することができる。
流路２２に、流体Ｆの流量を変更する流量調整弁が設けられ、制御装置７が、流量調整弁によってノズル２１からの流体Ｆの流量を変化させてもよい。例えば、制御装置７は、切粉の発生量に応じて流体Ｆの流量を変化させてもよい。また、制御装置７は、ノズル２１からの流体Ｆの噴射中に流量を変化させることによって、ノズル２１から所定の時間的パターンで流体Ｆを噴射させてもよい。

切粉等の付着物は、工具マガジン４に保持されている工具Ｔにも付着し得る。工具Ｔに付着している付着物は主軸５に影響を与える可能性があるため、主軸５への取り付け前に工具Ｔから切粉が除去されることが好ましい。したがって、図３に示されるように、主軸５の下端の近傍に、工具Ｔを洗浄するためのノズル１６が配置されていてもよい。
例えば、ノズル１６は、主軸ヘッド６に固定され、ノズル２１と同様にタンク１１からの切削液Ｆを噴射する。主軸５への工具Ｔの取り付け時、工具マガジン４および主軸５の鉛直方向の相対移動によって、工具交換位置の工具Ｔおよび主軸５は相互に接近する方向に相対移動する。ノズル１６は、主軸５に対して相対移動中の工具Ｔに向かって流体Ｆを噴射する。これにより、主軸５への工具Ｔの取り付け過程において、工具Ｔに付着した付着物が流体Ｆによって除去される。

上記実施形態において、洗浄機構２０による流体Ｆの噴射条件を最適化するための学習を行う学習部がさらに設けられていてもよい。
例えば、流体Ｆの噴射条件と、流体Ｆの噴射後に付着物量検出部１５によって検出された付着物の量とが、学習データとして制御装置７の記憶部に記憶される。噴射条件は、例えば、流体Ｆの噴射時間の長さ、流量、時間的パターン等である。学習部は、例えば、制御装置７の記憶部に記憶された学習プログラムである。制御装置７は、学習プログラムに基づき学習データを用いて学習することによって、付着物を十分に除去することができる最適な噴射条件を学習する。このような最適な噴射条件でノズル２１から流体Ｆを噴射させることによって、工具マガジン４の洗浄効率を向上することができる。
学習データは、ワークＷの種類および加工の種類をさらに含んでいてもよい。ワークＷの種類および加工の種類に応じて切粉の発生量が異なる。したがって、ワークＷの種類および加工の種類も考慮することによって、より最適な噴射条件を学習することができる。

１工作機械
４工具マガジン
５主軸
１５付着物量検出部
２０洗浄機構
２１ノズル
Ｆ切削液、流体
Ｔ工具
Ｗワーク

Claims

工具を保持する主軸と、
該主軸の下方に配置され、前記工具によって加工されるワークが固定されるテーブルと、
複数の工具を保持し、前記主軸との間で工具を交換する工具マガジンと、
該工具マガジンに向かって流体を噴射することによって前記工具マガジンに付着した付着物を除去する洗浄機構と、を備え、
前記工具マガジンが、該主軸の前方に配置されるとともに前方に傾き、
前記洗浄機構が、
前記工具マガジンの上方に配置され、前記工具マガジンの上部に向かって前記流体を噴射するノズルを有し、
前記主軸と前記工具マガジンとの間での前記工具の交換時に前記流体を噴射する工作機械。
前記洗浄機構が前記流体を噴射するタイミングおよび時間の長さが、変更可能である、
請求項１に記載の工作機械。
前記洗浄機構が前記流体を噴射するタイミングおよび時間の長さが、加工プログラムに基づいて設定される、請求項１または請求項２に記載の工作機械。
前記洗浄機構が前記流体を噴射する時間の長さが、前記工具によるワークの加工時間の長さに比例して変化する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の工作機械。
前記工具マガジンに付着した付着物の量を検出する付着物量検出部を備え、
前記洗浄機構は、前記付着物量検出部によって検出される前記付着物の量が所定の閾値を超えたときに、前記流体を噴射する、請求項１から請求項４のいずれかに記載の工作機械。
前記流体の噴射条件と、前記流体の噴射後に前記付着物量検出部によって検出された前記付着物の量とに基づき、前記流体の噴射条件を最適化するための学習を行う学習部を備える、請求項５に記載の工作機械。
前記流体が、切削液である、請求項１から請求項６のいずれかに記載の工作機械。
前記流体が、圧縮空気である、請求項１から請求項６のいずれかに記載の工作機械。