JP6959288B2 - 工作機械 - Google Patents

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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 (8)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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または請求項に記載の工作機械。
  4. 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から請求項のいずれかに記載の工作機械。
  5. 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から請求項のいずれかに記載の工作機械。
  6. 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、請求項に記載の工作機械。
  7. 前記流体が、切削液である、請求項1から請求項のいずれかに記載の工作機械。
  8. 前記流体が、圧縮空気である、請求項1から請求項のいずれかに記載の工作機械。
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