JP7339055B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本開示は、工作機械に関するものである。

自動工具交換装置を有し、主軸に装着される工具の重量データに基づいて自動工具交換装置の動作を制御する工作機械が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平８－１１５１１３号公報

主軸に工具が装着されたまま工作機械を長期間にわたって稼働しない場合には、主軸と工具とが固着することがある。そして、長時間の非稼働の状態から初めて工作機械を稼働させる際に、自動工具交換装置によって主軸から工具を引き抜くと、大きな引き抜き力が作用するまで固着状態が維持された後、突然解除されることがある。

このような場合には、主軸および工具に大きな衝撃や振動が作用し、主軸あるいは工具が早期に劣化したり、工具が落下したりすることがある。したがって、長期間にわたる非稼働状態から工作機械を稼働させる際にも、主軸および工具に大きな衝撃や振動を作用させることなく主軸から工具を引き抜くことができることが望ましい。

本開示の一態様は、工具を着脱可能に取り付ける主軸と、複数の前記工具を保持し、いずれかの前記工具の前記主軸への着脱を行う工具交換装置と、前記主軸の稼働を最後に停止させたときの日時を記憶する日時記憶部と、前記主軸から前記工具を取り外す際に、前記日時記憶部に記憶されている前記日時に基づいて前記主軸の停止時間を算出する算出部とを備え、前記工具交換装置は、前記算出部により算出された前記停止時間が所定の閾値よりも長い場合には、前記閾値以下の場合よりも長い時間をかけて前記工具交換装置と前記主軸とを相対移動させて前記工具の前記主軸からの取り外し動作を行う工作機械である。

本開示の一実施形態に係る工作機械の一例を示す全体構成図である。 図１の工作機械の主軸の下部の構造を模式的に示す部分的な縦断面図である。 図１の工作機械に備えられる制御装置の内部構造を模式的に示すブロック図である。 図１の工作機械に備えられる工作機械本体のタレットに設けられたグリップにより主軸に装着されている工具を把持した状態を模式的に示す側面図である。 図４の状態から主軸を上昇させて主軸から工具を取り外す動作を説明する側面図である。 主軸に設けた近接センサがドローバを検出しておらず、主軸に工具が装着されている状態を模式的に示す部分的な縦断面図である。 主軸に設けた近接センサがドローバを検出しており、主軸に工具が装着されていない状態を模式的に示す部分的な縦断面図である。

本開示の一実施形態に係る工作機械１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る工作機械１は、図１に示されるように、工作機械本体２と、制御装置３とを備えている。

工作機械本体２は、工具３０を着脱可能に装着する主軸４と、複数の工具３０を保持し、いずれかの工具３０の主軸４への着脱を行う工具交換装置５とを備えている。
主軸４は、図１および図４に示されるように、直動機構６によって鉛直方向に移動可能に支持された主軸ヘッド７に支持されている。直動機構６は、鉛直方向に延びて床面に固定されたベース８と、ベース８に対して鉛直方向に移動可能なスライダ９とを備え、主軸ヘッド７はスライダ９に固定されている。

主軸４には、その下部に、図２に示されるように、工具３０に設けられたテーパ外面３１を密着させるテーパ内面４ａが設けられているとともに、工具３０に設けられたプルスタッド３２を着脱可能に把持して上方に牽引するドローバ１０が設けられている。主軸４は、ドローバ１０によってテーパ外面３１をテーパ内面４ａに密着させた状態の工具３０を、モータ（図示略）によって鉛直軸線回りに回転駆動することにより加工を行う。

工具交換装置５は、周方向に間隔をあけて配置された複数のグリップ１１を有する円板状のタレット１２を備えている。タレット１２は中心軸線Ａ回りに旋回可能であり、各グリップ１１は工具３０を着脱可能に保持する。
タレット１２は、直動機構６のベース８から延びる支持部材１３によって支持されるとともに、水平な揺動軸線Ｂ回りに揺動可能に支持されている。主軸ヘッド７の側面にはカム１４が設けられており、タレット１２にはカム１４に倣って動作するカムフォロワ１５が設けられている。

これにより、主軸ヘッド７を上方に移動させると、図４に示されるように、カムフォロワ１５がカム１４に倣って移動することにより、タレット１２が揺動軸線Ｂ回りに揺動して、グリップ１１により工具３０が支持される。この状態でドローバ１０による工具３０の装着状態を解除した後、主軸ヘッド７をさらに上昇させることにより、図５に示されるように、主軸４から工具３０を取り外すことができる。

制御装置３は、加工プログラム等により工具３０交換の指令があると、工具交換装置５の動作を制御する。
制御装置３は、プロセッサおよびメモリにより構成されている。

制御装置３は、図３に示されるように、現在時刻を発生するタイマー１６と、主軸４の稼働を最後に停止させたときの日時を記憶する停止日時記憶部（日時記憶部）１７と、主軸４から工具３０を取り外す際に主軸４の停止時間を算出する停止時間算出部（算出部）１８とを備えている。停止時間算出部１８は、停止日時記憶部１７に記憶されている日時とタイマー１６が発生した現在時刻とに基づいて、停止時間を算出する。

また、制御装置３は、停止時間算出部１８により算出された停止時間に基づいて工作機械本体２を制御する制御部１９を備えている。制御部１９は、所定の閾値を記憶していて、停止時間算出部１８により算出された停止時間が閾値よりも長い場合には、閾値以下の場合よりも長い時間をかけて工具３０の主軸４からの取り外し動作を行うよう工具交換装置５を制御する。

すなわち、算出された停止時間が所定の閾値よりも長い場合には、図３に示されるように、タレット１２のグリップ１１によって工具３０を把持した状態から、図４に示されるように主軸４を上昇させる際の主軸４の動作速度を、停止時間が閾値以下の場合よりも低下させる。

このように構成された本実施形態に係る工作機械１によれば、動作プログラム等により主軸４の稼働が停止されると、その都度、停止日時記憶部１７に停止させたときの日時が記憶される。その後に、動作プログラム等により主軸４から工具３０を取り外す指令が入力されると、制御部１９はタイマー１６の発生している現在時刻を取得するとともに、停止日時記憶部１７に最後に記憶された日時を取得して、停止時間算出部１８に送る。

停止時間算出部１８においては、送られてきた日時と現在時刻とから停止時間を算出し、制御部１９に送る。制御部１９は、送られてきた停止時間と記憶している閾値とを比較する。制御部１９は、主軸４に装着される工具３０の交換が短時間のうちに実施される通常の場合には、工具３０を取り外す際の主軸４の動作速度を十分に高く設定することができる。これにより、タクトタイムの短縮を図ることができる。

一方、制御部１９は、停止時間が閾値よりも長い場合には、図４の状態から図５の状態に遷移する際に主軸４を上昇させる動作のみの速度を通常の場合よりも低下させる。これにより、タクトタイムは長くなるが、主軸４のテーパ内面４ａと工具３０のテーパ外面３１とが固着していた場合に、固着が急激に解除されることによる衝撃や騒音の発生を未然に防止することができるという利点がある。

すなわち、長時間にわたって停止状態にある場合には主軸４のテーパ内面４ａと工具３０のテーパ外面３１とが固着してしまう場合がある。このような場合に、通常の場合と同様の高い速度で工具３０を主軸４から引き抜く動作を行うと、必要以上に主軸４が下方に引っ張られ、かつその状態で固着が急激に解除される。

本実施形態によれば、停止時間が所定の閾値よりも長い場合に、工具３０を主軸４から引き抜く速度を低下させて、工具３０が主軸４に固着していても、固着を切り離す力を徐々に増大させることにより、過大な衝撃を発生させずに取り外すことができる。これにより、主軸４および工具３０が大きな衝撃によって損傷することを未然に防止することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、主軸４から工具３０を取り外し際に主軸ヘッド７を上昇させる速度を通常の速度よりも低下させることとしたが、これに限定されるものではない。例えば、主軸４を微小に上昇させて所定時間停止することを繰り返したり、主軸４の微小上昇と微小下降とを繰り返したりしてもよい。すなわち、停止時間算出部１８により算出された停止時間が所定の閾値よりも長い場合には、閾値以下の場合よりも長い時間をかけて工具３０の主軸４からの取り外し動作を行うことにすればよい。

また、本実施形態においては、主軸４の稼働を最後に停止させた日時を記憶することとしたが、これに代えて、工具３０の交換を最後に行った日時を記憶してもよい。これによっても、同様に、工具３０の装着時間の長短を容易に判定することができる。

また、図６および図７に示されるように、主軸４に、工具３０の装着の有無を検出するための近接センサ（工具判別手段）２０を配置し、図６に示されるように、近接センサ２０がドローバ１０を検出していない場合には、工具３０が装着されているものと判定してもよい。そして、近接センサ２０からの入力を制御部１９に入力することにより、制御部１９は、工具３０が装着されている場合にのみ、主軸ヘッド７の動作速度を低下等させることにすればよい。

図中、符号２１はドローバ１０に備えられ装着した工具３０を上方に付勢するスプリングである。
また、近接センサ２０がドローバ１０を検出している図７の状態となったときに、制御部１９は、停止日時記憶部１７に記憶されている日時の情報をリセットすることにしてもよい。これにより、工具３０が装着されないまま経過した時間が停止時間に含まれることを防止できる。

また、本実施形態においては、工具交換装置５として、タレット１２を揺動させることにより、タレット１２に装着されたグリップ１１により工具３０を着脱する機構を例示したが、これに限定されるものではなく、他の工具交換装置を採用してもよい。また、主軸４の稼働を最後に停止した日時を記憶し、工具３０の交換を行う際に、記憶されている日時と現在時刻とから停止時間を算出したが、これに代えて、主軸４の稼働を最後に停止した時刻から停止時間を計数することにしてもよい。

また、停止時間が所定の閾値よりも長いか否かを判定したが、閾値については、任意に変更することができることにしてもよい。また、主軸４に装着されている工具３０の質量、工作機械１の各部の温度および工作機械１で使用されるクーラントの種類の少なくとも１つに基づいて閾値を自動的に変更することにしてもよい。

工具３０の質量、温度およびクーラントの種類は主軸４への工具３０の固着条件を変化させるので、これらの情報に基づいて閾値を変更することにより、より固着し易い条件の場合には閾値を小さくして、より短い停止時間でも速度低減等を行うことができる。

また、主軸４から工具３０が取り外される際の衝撃の大きさを測定する加速度センサを備えておき、加速度センサにより測定される衝撃の大きさに応じて、次回の工具３０の取り外しの際の閾値を変更してもよい。所定の閾値よりも大きな衝撃が測定された場合には、次回の取り外し時に、より短い停止時間でも速度低減等を行って、衝撃を低減することができる。

また、工具３０の質量、工作機械１の各部の温度、クーラントの種類および衝撃の大きさ等の情報を、ネットワークを経由して上位に接続されたサーバに収集し、機械学習を用いて適切な閾値を算出することにしてもよい。これにより、他の工作機械において収集された情報も含めて、衝撃を発生させにくい適切な閾値を設定し、タクトタイムの必要以上の増大を防止しつつ、主軸４および工具３０の健全性を維持することができるという利点がある。

１ 工作機械
４ 主軸
５ 工具交換装置
１７ 停止日時記憶部（日時記憶部）
１８ 停止時間算出部（算出部）
２０ 近接センサ（工具判別手段）
３０ 工具

Claims (4)

1. 工具を着脱可能に取り付ける主軸と、
   複数の前記工具を保持し、いずれかの前記工具の前記主軸への着脱を行う工具交換装置と、
   前記主軸の稼働を最後に停止させたときの日時を記憶する日時記憶部と、
   前記主軸から前記工具を取り外す際に、前記日時記憶部に記憶されている前記日時に基づいて前記主軸の停止時間を算出する算出部とを備え、
   前記工具交換装置は、前記算出部により算出された前記停止時間が所定の閾値よりも長い場合には、前記閾値以下の場合よりも長い時間をかけて前記工具交換装置と前記主軸とを相対移動させて前記工具の前記主軸からの取り外し動作を行う工作機械。
2. 工具を着脱可能に取り付ける主軸と、
   複数の前記工具を保持し、いずれかの前記工具の前記主軸への着脱を行う工具交換装置と、
   前記工具の交換を最後に行ったときの日時を記憶する日時記憶部と、
   前記主軸から前記工具を取り外す際に、前記日時記憶部に記憶されている前記日時に基づいて交換後経過時間を算出する算出部とを備え、
   前記工具交換装置は、前記算出部により算出された前記交換後経過時間が所定の閾値よりも長い場合には、前記閾値以下の場合よりも長い時間をかけて前記工具交換装置と前記主軸とを相対移動させて前記工具の前記主軸からの取り外し動作を行う工作機械。
3. 前記主軸に前記工具が装着されているか否かを判別する工具判別手段を備え、
   前記工具交換装置は、前記工具判別手段によって、前記主軸が前記工具を装着したままの状態で稼働を停止した場合にのみ、前記工具の前記主軸からの取り外し動作にかける時間を長くする請求項１または請求項２に記載の工作機械。
4. 前記工具交換装置は、前記主軸から前記工具を取り外す方向に前記工具を移動させる動作の速度を低下させることにより、前記工具の前記主軸からの取り外し動作にかける時間を長くする請求項１から請求項３のいずれかに記載の工作機械。

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