JP7116189B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、ワークに対する２面の加工に適した工作機械に関する。

工作機械では、ワークの掴み替えを行って表裏の２面に加工が行われることがある。下記特許文献１には、そうしたワークの表裏両面の加工を行う工作機械が開示されている。この工作機械では、チャックに把持されたワークが、サドルのＸ軸方向の移動位置決め、円テーブルの割出しおよび、主軸台のＺ軸方向の送りによって正面について加工が行われる。その後、ワークが反転装置へ受渡しされ、裏面加工用チャックが反転装置側に割出しされて、表側加工の終わったワークに対して同様の裏面加工が行われる。

また、下記特許文献２には、ワークを加工する工具の使用回数を計数する計測部を備えることにより、工具の寿命管理が可能な工作機械が開示されている。この工作機械は、主軸にワークを把持する主軸チャックやワークを切削する工具、更にチャックのストロークによってワークの加工を検出するチャックセンサが設けられている。そのため、計測部が検出信号を受け取るごとにカウンタが１ずつ減算され、工具の使用回数が計数される。そして、計測部で計数された個数が予め設定された個数に到達した場合に工具の使用が終了するようになっている。

特開平７－４０１１２号公報 特開２０１６－４９６０８号公報

工作機械では、加工完了のタイミングで工具の使用回数がカウントされ、適切な加工が可能な設定回数に達した時点で工具の交換が行われる。前記従来例のように、同一機によってワークの表面加工と裏面加工が可能な場合、２面の加工に使用される工具に関する計数は、一般的に１つのワークについて加工が完了した時点で２回分の使用回数がカウントされる。そのため、ワーク加工に対してエラーが生じたような場合には、２面の加工完了と工具交換のタイミングがずれてしまうことがあった。また、従来の工作機械では主軸チャックへワークが把持されると着座状態の判定が行なわれているが、裏面加工時の着座判定が適切に行われないような場合があった。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、ワークに対する２面の加工に適した工作機械を提供することを目的とする。

本発明の一態様における工作機械は、主軸チャックによってワークを把持する主軸装置と、前記主軸チャックに把持されたワークに対して工具を移動させる駆動装置と、前記主軸装置および前記駆動装置の駆動制御により１つのワークに対する第１加工面と第２加工面との２加工を行うものであり、２回の加工ごとに当該加工に使用する工具の合計使用回数を２カウントアップさせ、その合計使用回数が予め設定された当該工具の使用最大回数に達したとき、前記第２加工面の加工が終了していない場合には、当該第２加工面の加工を実行させた後に前記主軸装置および前記駆動装置の駆動を停止させるようにした制御装置と、を有する。

前記構成によれば、主軸装置の主軸チャックによってワークが把持され、そのワークに対して駆動装置が工具を移動させることにより、ワークに対する加工が行われるが、主軸チャックがワークを掴み替えて２面の加工を行う場合、制御装置が、ワークの加工処理に使用される工具の使用回数情報および、ワークの第１加工面及び第２加工面に関する加工面情報を基に、工具について予め設定された使用最大回数に対応した実際の使用回数を決定するため、ワークに対する２面加工の完了後に、工作機械の駆動を停止させることができる。

工作機械の一実施形態の内部構造を示した側面図である。 工作機械に対するワーク自動搬送機のワーク受渡し時の状態を簡略化して示した図である。 着座判定装置の構成を簡略化して示した図である。 工作機械の制御システムを表すブロック図である。 工具管理プログラムの実行を示したフローチャート図である。 工作機械の加工室内に反転装置を組み込んだ構成を簡易的に示した図である。

次に、本発明に係る工作機械の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の工作機械について、その内部構造を示した側面図である。工作機械１は、車輪を備えた可動ベッド１８の上に組み付けられ、ベース２の上面に敷設されたレール２０１に沿って前後方向への移動が可能になっている。工作機械１は、エンドミルやドリルなどの回転工具、或いはバイトなどの切削工具を備える工具台１６を有し、その工具台１６の旋回割出しが可能なタレット装置１５が設けられている。そして、工作機械１には、選択された工具を加工軸方向に移動させる駆動装置が構成されている。

工作機械１は、可動ベッド１８上に主軸装置１１が搭載され、ワークを把持する主軸チャック１２が回転可能な構成を有している。本実施形態では、主軸装置１１の水平な主軸と平行な方向、つまり機体前後方向をＺ軸方向、Ｚ軸に直交する鉛直な機体上下方向をＸ軸方向、そしてＺ軸およびＸ軸に直交する機体幅方向をＹ軸方向として説明する。この工作機械１は、タレット装置１５をそのＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動装置１３とＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動装置１４とを有する２軸旋盤である。Ｚ軸駆動装置１３およびＸ軸駆動装置１４は、摺動可能なＺ軸スライド１３１又はＸ軸スライド１４１を有し、サーボモータの回転出力をボールネジ機構によって直進運動に変換して移動するよう構成されている。

工作機械１には閉じられた加工室１０が構成され、その下のベース２内に貯留槽２１が設けられている。貯留槽２１にはスクリューコンベアが組み込まれ、スクリューの回転によって貯留槽２１内に溜められた切屑は機体後方へと押し出され、外部における切屑の回収が可能になっている。また、工作機械１には、ワークの加工に対する潤滑や切屑の洗い流しに対してクーラントが使用される。そのため、ベース２内の貯留槽２１には使用済のクーラントが溜められ、そこからクーラントタンク２２へと送られるようになっている。

切粉などを含んだクーラントは、フィルタによって異物が除かれて再生し、ポンプ２３によってクーラントタンク２２から送り出されることとなる。ポンプ２３に接続されたクーラント管２４は、図示するように加工室１０内にまで延び、先端のノズルから吹き出すクーラントによって加工時に発生するワークの切屑が貯留槽２１内へと流されるようになっている。また、クーラント管２４は、分岐した配管がタレット装置１５にも延び、工具台１６から加工点などへクーラントを噴射させることが可能になっている。

工作機械１は、加工室１０を構成する機体カバー３に加え、機体前面部には開閉可能な前カバー４が設けられている。前カバー４は、同じ工作機械１が幅方向に並べられた場合に搬送空間２０を形成するものであり、その中には図２に示すように、ワークＷの受渡しを行うワーク自動搬送機８が組み込まれている。ここで、図２は、工作機械１に対するワーク自動搬送機８のワーク受渡し時の状態を簡略化して示した図である。工作機械１には、機体カバー３の前面部に自動スライド扉が設けられている。スライド扉が開くことにより、ワーク自動搬送機８が加工室１０内にまで進入し、主軸チャック１２に対するワークＷの受渡しが行われるようになっている。

ワーク自動搬送機８は、走行台３６を走行可能にした走行装置２５に、多関節ロボット２６が組み付けられたものであり、その多関節ロボット２６は、上腕部材３１と前腕部材３２が、第１関節機構３３および第２関節機構３４の駆動によって形態が変形するよう構成されている。具体的には、上腕部材３１と前腕部材３２とが折り畳まれて起立した移動姿勢と、図示するように前傾して伸びた作業姿勢とに変形可能になっている。そして、ワーク自動搬送機８の先端部にはチャック機構を備えたロボットハンド２７が組み付けられ、ワークＷの把持及び解放が可能になっている。また、多関節ロボット２６には反転装置２８が一体に構成され、ワークＷの向きを反転できるようになっている。

ワーク自動搬送機８は、起立姿勢となって搬送空間２０内を移動し、工作機械１の正面に停止した後、図示するように前傾姿勢に形態を変えて加工室１０内へと入り込み、先端のロボットハンド２７によってワークＷの受渡しが行われる。その際、工作機械１側では、受け取ったワークＷが主軸チャック１２によって適切に把持されているか否かの判定が行なわれる。図３は、工作機械１に設けられた着座判定装置１７の構成を簡略化して示した図である。

着座判定装置１７は、主軸チャック１２の当金に検出孔４１，４２が形成され、ワークが適切に把持された場合には、検出孔４１，４２の開口部がワークによって一定程度塞がれるようになっている。検出孔４１，４２には、エア供給管４４を介して工場内にあるコンプレッサなどのエア供給源４３が接続されている。本実施形態では、径の異なる２種類の検出孔４１，４２に対し、切換弁４５によって圧縮エアの供給が切り換えられるようになっている。なお、検出孔４１，４２は、図面には各々１つしか示していないが、３つずつ形成され、円周上に等間隔で配置されている。

着座判定装置１７は、ワークＷによって検出孔４１，４２が塞がれることにより、エア供給管４４内の背圧が高まるため、その値が検出されるようになっている。エア供給管４４には流路の絞り量が調整できるように流量調整弁４６が接続され、その二次側（主軸チャック１２側）には圧力スイッチ４７が接続されている。この圧力スイッチ４７は、例えば背圧が設定値より高い場合にＯＮ信号を発信し、低い場合にはＯＦＦ信号を発信するように構成されている。そして、エア供給管４４には、流量調整弁４６の一次側には供給側圧力計４８が接続され、二次側には背圧計４９が接続されている。

次に、図４は、工作機械１の制御システムを表すブロック図である。制御装置５は、ＣＰＵ５１のほかにＲＯＭ５２やＲＡＭ５３、不揮発性メモリ５４といった記憶装置などを備えたコンピュータを主体とするものであり、Ｉ／０５５を介して主軸装置１１、Ｚ軸駆動装置１３、Ｘ軸駆動装置１４、タレット装置１５および着座判定装置１７などの各駆動部に接続されている。また、工作機械１は、作業情報や操作画面などの表示のほか、作業者による設定値の入力などが可能な操作表示装置６が機体前面に取り付けられ、それが制御装置５に接続されている。そして、制御装置５には、各種加工に関する加工プログラムやワークの種類、工具や治具に関するワーク加工情報などが記憶部に格納されている。

こうした工作機械１は、ワークＷの加工に際して、タレット装置１５の旋回割出しにより工具台１６の工具が選択され、Ｚ軸駆動装置１３及びＸ軸駆動装置１４の駆動により、その工具についてＺ軸方向およびＸ軸方向の所定位置への移動が行われる。主軸装置１１では、ワークＷを保持した主軸チャック１２に回転が与えられ、回転するワークＷに工具が当てられて切削加工などが行われる。工作機械１の加工室１０内では、ワークＷの加工点にクーラントが噴きかけられ、加工に対する潤滑や切屑の洗い流しなどが行われる。ワークＷの切屑は、投入口から入って貯留槽２１内に溜められ、スクリューの回転によって機体後方へと掻き出されて回収される。

工作機械１は、制御装置５のメモリに第１加工プログラムと第２加工プログラムが格納されており、ワークＷに対する表裏２面の加工、つまり１つのワークＷに２度の加工が実行される。そのため、把持したワークＷの向きと第１又は第２加工プログラムの実行が一致していなければならない。この点、本実施形態では、ワーク搬送情報に基づいてワークＷの加工面が特定できるように構成されている。例えば、工作機械１は、他の加工機などと加工ラインを構成し、ワーク自動搬送機８によってワークＷが順番に搬送される。したがってワーク自動搬送機８の制御装置には、加工順に応じてワークＷを搬送するための搬送情報が格納されている。

そこで、工作機械１では、主軸チャック１２によってワークＷを受け取る際、ワーク自動搬送機８からワーク搬送情報の取得が行われる。そして、工作機械１は、そのワーク搬送情報に基づいてワークＷの加工面を特定し、それによって第１加工プログラムまたは第２加工プログラムの選択が行われる。また、第１加工と第２加工の加工内容が異なる場合、ワークＷに対する主軸チャック１２のチャック爪の位置を変える必要が生じる場合がある。その際、工作機械１では、主軸チャック１２が適切にワークＷを把持できるように、ワーク搬送情報に基づいて第１加工と第２加工に応じた位置にチャック爪が割出しされるようになっている。

工作機械１は、主軸チャック１２がワークＷを受け取る度に、着座判定装置１７によって加工前の着座判定が行なわれる。その結果、着座エラーの場合には工作機械１が止められ、作業者によってワークＷが機内から取り出されて廃棄される。このとき、第１加工面の加工を終了した第２加工において着座エラーが生じた場合には、前記課題でも述べたように、加工の終了と工具交換のタイミングがずれてしまうことがある。つまり、工具管理のために繰り返し行う工具の使用回数に関する計数と、実際に行われるワークＷに対する加工面の対応がずれてしまうことがある。

そこで、本実施形態では、そのような課題に対応した工具管理プログラムが制御装置５に格納されている。図５は、工具管理プログラムの実行を示したフローチャート図である。工具管理プログラムでは、まず操作表示装置６における作業者の入力操作によって、工具毎に、その適切な加工が可能な使用最大回数が予め設定入力される。工作機械１では、工具台１６に取り付けられた複数の工具のうち、加工に使用される工具が加工プログラムによって特定されるため、工具毎に工具管理プログラムが実行される。

当該プログラムでは先ず、主軸チャック１２に把持されたワークＷに対して加工が実行されたか否かが確認される（Ｓ１０１）。ワークＷに対する加工が実行された場合には（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、加工情報の確認が行われる（Ｓ１０２）。加工情報とは、１つのワークＷに対して２回行われる加工のうち、第１回目の加工を示すものであり、加工確認フラグ「１」が立つように設定されている。そのため、当該加工が第１回目の加工の場合には（Ｓ１０２：ＮＯ）、加工確認フラグ「１」が立てられるとともに工具管理プログラムが終了する。一方、当該加工が第２回目の加工の場合には（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、加工確認フラグ「０」に切り換えられるとともに、メモリに記憶されている当該工具の合計使用回数の値が２カウントアップされる（Ｓ１０３）。

次に、当該工具に関する合計使用回数が設定値に達したか否かが判定される（Ｓ１０４）。合計使用回数が使用最大回数に達していない場合には（Ｓ１０４：ＮＯ）、工具管理プログラムが終了し、達している場合には（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、当該加工が第２加工プログラムであるか、つまりワークＷに対して表裏両面の加工が終了しているかの確認が行われる（Ｓ１０５）。そして、第１及び第２加工面の加工が終了している場合には（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、シグナルタワー１９を点灯させるなどの警報が行われ、該当工具の交換を行うため工作機械１について駆動停止制御が行われる（Ｓ１０８）。

一方で、使用最大回数時のワークＷの加工が、第１加工面つまり表面の加工の場合がある（Ｓ１０５：ＮＯ）。着座エラーなどによって第２加工が行われずにワークＷが廃棄された場合、次のワークＷに対する第１加工面の加工終了時に、加工確認フラグ「１」に従って合計使用回数の値が２カウントアップされるステップＳ１０１～Ｓ１０３が実行されてしまうからである。そこで、本実施形態では、使用最大回数に達しても第２加工面の加工が終了していない場合には、工作機械１を駆動停止させることなく、主軸チャック１２に反転把持されたワークＷに対して第２加工プログラムが実行される（Ｓ１０６）。

そして、ワークＷに対して加工が実行されたか否かが確認され（Ｓ１０７）、裏面である第２加工面の加工が終了したところで（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、シグナルタワー１９を点灯させるなどの警報が行われ、該当工具の交換を行うため工作機械１について駆動停止制御が行われる（Ｓ１０８）。よって、本実施形態では、合計使用回数が使用最大回数に達した時点とワークＷの第２加工面に対する加工終了とが一致しない場合でも、該当工具について使用最大回数の加工を終了した後に更に第２加工面の加工まで行わせるようにしたので、ワークＷを片面だけ加工した状態で工作機械１の駆動を停止させることを回避することができる。

このように本実施形態では、合計使用回数が使用最大回数に達した時点の加工状況に応じて、当該工具に関する追加加工の判断を行う構成となっている。しかし、他の実施形態として、加工の終了と工具交換のタイミングがずれる原因であるエラーをカウントするようにしてもよい。その第２の工具管理プログラムは、前記実施形態にように、第１回目の加工終了によって加工確認フラグ「１」が立ち、第２回目の加工完了により加工確認フラグ「０」に切り換えられ、メモリに記憶されている当該工具の合計使用回数の値が２カウントアップされる。

一方、ワークＷの第１加工面について第１回目の加工が終了し、ワークＷの第２加工面について第２回目の加工時に着座エラーなどが生じた場合には、加工確認フラグが「０」に切り換えられとともに、１回目のエラーが生じたことを示すエラー確認フラグ「１」が立てられる。そして、このような場合には、当該工具の合計使用回数についてカウントアップはされない。その後、同じようにワークＷの裏面に対する第２加工時に着座エラーが生じたような場合に、加工確認フラグとエラー確認フラグが共に「０」に切り換えられ、当該工具の合計使用回数の値が２カウントアップされる。

よって、このような工具管理プログラムでも、合計使用回数が使用最大回数に達した時点と、ワークＷに対する第２加工が終了した状態とが一致するので、ワークＷを片面だけ加工した状態で工作機械１の駆動を停止させることを回避することができる。なお、いずれの工具管理プログラムでも第１回目の加工時のエラーを考慮していないが、そのような状況では工具が使用されず、ワークＷが片面加工にもなっていないからである。

続いて、ワークＷに対して表裏の２面について加工を行う場合、表面である第１加工だけを終えてワーク廃棄が生じてしまう原因としては、前述した着座エラーが起こり易い点が挙げられる。裏面である第２加工の場合、主軸チャック１２に対するワークＷの着座面が、加工済みの第１加工面となるにも関わらず、従来の着座判定装置では両面について同じ着座判定が行なわれていたからである。この点、本実施形態の着座判定装置１７は、表面粗さが大きい第１加工時のワーク表面が着座面となる場合には、径の大きい検出孔４１を使用した着座判定が行なわれ、第２加工時に着座面となる加工面に対しては径の小さい検出孔４２を使用した着座判定が行なわれるようになっている。

そこで先ず、工作機械１に対してワークストッカなどからワークＷが搬送され、主軸チャック１２に受渡しされると、制御装置５にはワーク自動搬送機８からワーク搬送情報が送信される。そのため、把持したワークＷについて、加工する面つまり主軸チャック１２に対する着座面が特定される。そして、着座面に応じて切換弁４５が切り換えられ、検出孔４１がエア供給源４３に接続される。一方、ワークＷが主軸チャック１２に反転把持された場合には、切換弁４５が切り換えられて、検出孔４２がエア供給源４３に接続される。どちらの検出孔４１，４２を使用した場合であっても、エア供給源４３からエア供給管４４内に送り込まれた圧縮エアが検出孔４１又は検出孔４２から大気に排出される。

そこで、ワークＷが主軸チャック１２に把持されると、当金にワークＷが押し当てられて検出孔４１，４２が一定程度塞がれることとなる。このとき、ワークＷの把持状態が検出孔４１，４２から圧縮エアを排出する隙間となって現れるため、適切な着座状態の場合にはエア供給管４４内の背圧が高まり、圧力スイッチ４７がＯＮ状態となって検出信号が制御装置５に送信される。ワークＷの加工面が着座面となった場合、これまでは径の大きい検出孔４１だけで着座状態を判定していたため、適切な着座状態でも隙間が大きくなってしまいエラー判定が出てしまっていた。この点、本実施形態では、径の小さい検出孔４２に切り換えることにより、加工面に対する適切な着座判定が行なわれるようになる。

次に、工作機械１においてワークＷの表裏両面を加工する場合、ワークＷを反転させるためにワーク自動搬送機８の反転装置２８が使用される。つまり、ワークＷの第１加工終了後に、多関節ロボット２６が主軸チャック１２と反転装置２８との間でワークの受渡しを行い、反転装置２８で反転したワークＷが主軸チャック１２に付け替えられる。このような構成は、ワークＷの移動距離が長くなり、多関節ロボット２６や反転装置２８の動作に時間を要してしまうため、サイクルタイム短縮の妨げになっていた。そこで、こうした課題に対して次のような構成が考えられる。

図６は、工作機械の加工室７０内に反転装置を組み込んだ構成を簡易的に示した図である。この工作機械は、前記実施形態と同様に主軸チャック７１を有し、ワーク自動搬送機８によってワークの受渡しが可能なものである。主軸チャック７１の下には、主軸と平行な方向に突き出したガイド７２が突出し、その突き出し量が調整できるよう構成されている。例えば、ラックとピニオンを使用し、駆動モータの回転によってガイドを突き出し方向に往復直線移動させる移動機構が構成されている。そして、ガイド７２の上に反転装置７３が搭載されている。

反転装置７３は、把持爪によってワークＷを掴むチャック機構と、把持したワークＷを鉛直な軸心を中心に回転させる旋回機構とが設けられている。この反転装置７３は、通常はＡ地点に配置され、把持爪は主軸チャック７１と干渉しないように開いた状態で待機する。ワークＷの第２加工時には、ガイド７２の移動によって反転装置７３がＢ地点に移動し、主軸チャック７１からワークＷの掴み替えが行われる。次に、Ｃ地点にまで移動して反転装置７３が回転し、主軸チャック７１に対するワークＷの向きが変えられる。そして、再びＢ地点にまで戻り、主軸チャック７１とのワークＷの掴み替えが行われ、更にＡ地点にまで移動して待機状態に戻る。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、２軸旋盤である工作機械１や、走行装置２５に多関節ロボット２６が組み付けたワーク自動搬送機８なおは、本願発明を説明する一例であるため、マシニングセンタななど他の構成の工作機械や、ガントリ式搬送機などにおいても対応可能である。

１…工作機械 ５…制御装置 ８…ワーク自動搬送機 １０…加工室 １１…主軸装置 １２…主軸チャック １３…Ｚ軸駆動装置 １４…Ｘ軸駆動装置 １５…タレット装置 １７…着座判定装置 ２０…搬送空間 ２５…走行装置 ２６…多関節ロボット ２８…反転装置 ４１，４２…検出孔 ４７…圧力スイッチ

Claims (3)

1. 主軸チャックによってワークを把持する主軸装置と、
   前記主軸チャックに把持されたワークに対して工具を移動させる駆動装置と、
   前記主軸装置および前記駆動装置の駆動制御により１つのワークに対する第１加工面と第２加工面との２加工を行うものであり、２回の加工ごとに当該加工に使用する工具の合計使用回数を２カウントアップさせ、その合計使用回数が予め設定された当該工具の使用最大回数に達したとき、前記第２加工面の加工が終了していない場合には、当該第２加工面の加工を実行させた後に前記主軸装置および前記駆動装置の駆動を停止させるようにした制御装置と、
   を有する工作機械。
2. 前記制御装置は、第１回目の加工に対応して加工確認フラグを立て、第２回目の加工に対応して前記加工確認フラグを戻すとともに前記合計使用回数の値を２カウントアップさせる請求項１に記載の工作機械。
3. 前記制御装置は、加工順にワークを搬送するためのワーク搬送情報を有するワーク自動搬送機から当該ワーク搬送情報を取得し、そのワーク搬送情報に基づいて前記第１加工面または前記第２加工面の加工を実行する請求項１または請求項２に記載の工作機械。

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