WO2020065696A1

WO2020065696A1 - 工作機械

Info

Publication number: WO2020065696A1
Application number: PCT/JP2018/035268
Authority: WO
Inventors: 森雅彦
Original assignee: 株式会社Ｆｕｊｉ
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2020-04-02
Also published as: JP7089597B2; CN112689550B; JPWO2020065696A1; CN112689550A

Abstract

着座面に対する清掃効果を高めたリトライ清掃を行う工作機械であって、主軸チャックによって把持したワークを回転させる主軸装置と、前記ワークを加工するため工具を加工軸方向に移動させる駆動装置と、前記主軸チャックの着座面にワークが適切に着座しているか否かを判定する着座判定装置と、前記主軸チャックの着座面に対してエアノズルからのエアを吹き付ける清掃装置と、前記主軸装置などの各装置を駆動制御するものであり、前記主軸チャックにワークを把持させる前に、前記主軸チャックを所定の回転数で回転させ、前記エアノズルから前記着座面に所定時間エアを吹き付ける通常清掃および、前記着座判定装置の判定が否定的な場合に、前記通常清掃よりも前記主軸チャックの回転時間とエアの吹き付け時間を長くしたリトライ清掃を実行させる制御装置とを有する。

Description

工作機械

　本発明は、主軸チャックの着座面に付着した切粉などを取り除くためエアブローによる清掃装置を備えた工作機械に関する。

　工作機械では、ワークが主軸チャックによって把持された場合、そのワークが適切に着座できているか否かについて着座判定装置による判定が行われる。すなわち、ワーク自動搬送機によって主軸チャックにワークが受け渡されると、エアを使用した着座検出が行われ、その判定が否定的な場合には、ワークが主軸チャックから取り外されてワーク自動搬送機側に一旦戻される。そして、主軸チャックの着座面に対するエアブローの清掃が行われ、その後、再びワークが主軸チャックに取り付けられ、着座の良否について再度判定が行なわれる。

　下記特許文献１では、主軸チャックの回転位相を変更することにより、ワークとの回転位相の不一致を解消して着座を正常に行わせる構成がとられている。これは、座面に付着した切粉等が原因ではない場合に、装着のやり直しを何度も繰り返さないようにするためのものである。そこで、当該従来例では、着座不良と判定された場合、ワーク自動搬送機によってワークを一旦退避させ、主軸チャックの着座面の清掃が行われた後、主軸チャックへワークを再度取り付けて再判定が行われる。それでも着座不良が解消されない場合には、清掃と再装着が設定回数に達するまで繰り返された後に主軸チャックの回転位相が変更される。

特開２００３－１５０１号公報

　しかし、主軸チャックとワークとの回転位相を変更させたとしても、着座面から切粉などが除去されていなければワークは適切に着座できず、着座判定はやはり否定的なものになってしまう。しかもエアブローの清掃について何度もリトライを行い、その後に回転位相の変更まで行っていたのではサイクルタイムが伸びてしまい生産性が低下する。また、エアブローを使用した清掃についても、単にリトライを何度も繰り返すだけでは望む結果が得られないことが多い。

　そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、着座面に対する清掃効果を高めたリトライ清掃を行う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把持したワークを回転させる主軸装置と、前記ワークを加工するため工具を加工軸方向に移動させる駆動装置と、前記主軸チャックの着座面にワークが適切に着座しているか否かを判定する着座判定装置と、前記主軸チャックの着座面に対してエアノズルからのエアを吹き付ける清掃装置と、前記主軸装置などの各装置を駆動制御するものであり、前記主軸チャックにワークを把持させる前に、前記主軸チャックを所定の回転数で回転させ、前記エアノズルから前記着座面に所定時間エアを吹き付ける通常清掃および、前記着座判定装置の判定が否定的な場合に、前記通常清掃よりも前記主軸チャックの回転時間とエアの吹き付け時間を長くしたリトライ清掃を実行させる制御装置とを有する。

　前記構成によれば、所定の回転数で回転する主軸チャックにエアノズルから着座面に所定時間エアが吹き付けられる通常清掃が行われ、その後、主軸チャックにワークが把持され、適切に着座しているか否かが着座判定装置によって判定されるが、その判定が否定的な場合には、通常清掃よりも主軸チャックの回転時間とエアの吹き付け時間を長くしたリトライ清掃が行われ、着座面に対する清掃効果が高められる。

工作機械の一実施形態のについてその内部構造を示した側面図である。清掃装置の一部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。清掃プログラムに従って行われる清掃工程を示したフローチャートである。工作機械における主軸チャックの清掃状況を簡略化して示した図である。

　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３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３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、つまり機体前後に水平な方向がＺ軸方向であり、そのＺ軸に直交する機体上下の鉛直方向がＸ軸方向である。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とが設けられている。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、各々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、各スライド１３１，１４１を移動させ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が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。そこで、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から加工点などへのクーラント供給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６に加え、機体前面部には開閉可能な前カバー７が設けられている。前カバー７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となり、その中に工作機械１に対してワークを搬送する搬送ロボット９（図５参照）が組み込まれている。工作機械１には、機体カバー６の前面部に自動スライド扉が設けられ、ワーク搬送の際に開き、加工室１０内に進入する搬送ロボット９によって、主軸チャック１２に対するワークの受渡しが行われるようになっている。

　続いて、このような工作機械１には、主軸チャック１２によってワークが適切に把持されているか否かを判定する着座判定装置１７（図３参照）が設けられている。着座判定装置１７は、主軸チャック１２の着座面に検出孔が形成され、ワークが適切に把持された場合には、検出孔の開口部がワークによって塞がれるようになっている。検出孔は微小な貫通孔であって、そこには圧縮エアがエア配管を通して供給される。そして、ワークを着座させた時の背圧を検出することができるように、エアを供給するエア配管には圧力スイッチが取り付けられている。

　主軸チャック１２に対するワークの着座エラーは、着座面に付着した切粉などによって生じることが多い。そこで、工作機械１には、主軸チャック１２の着座面に付着した切粉などを吹き飛ばすため、エアブローによる清掃装置がタレット装置１５に構成されている。図２は、タレット装置１５に組み込まれた清掃装置の一部を簡略化して示した図である。タレット装置１５は、複数の工具３１が工具台１６に装着され、旋回割出しによって加工を実行する工具の選択が可能なものである。このタレット装置１５は、Ｚ軸スライド１３１に装置本体１５１が固定され、その装置本体１５１に対して工具台１６が割出し機構を介して組み付けられている。

　そのタレット装置１５は、装置本体１５１から工具台１６にかけて連通するエア流路３１が形成され、更に工具台１６に取り付けられたノズルブロック３２のエア流路３３に連通している。こうしたエア流路３１，３３には、コンプレッサ３５からのびるエア配管３６が接続され、そのエア配管３６には開閉電磁弁３７が設けられている。工具台１６は多角形状をしており、各辺に工具と一体の工具ブロックが着脱可能になっている。そうした装着部の一つにエアノズル３４を備えたノズルブロック３２が取り付けられている。本実施形態では、エアコンプレッサ３５からの圧縮エアがエア流路３１，３３を通り、エアノズル３４から主軸チャック１２の着座面にエアを吹き付けるエアブローが構成されている。

　次に、図３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、着座判定装置１７および清掃装置１８などの各駆動部に接続されている。

　また、工作機械１はタッチパネル式の入力手段を有し、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８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。特に、本実施形態では、主軸チャック１２の着座面に対する清掃装置１８の清掃プログラム５４１が不揮発性メモリ５４に格納されている。

　こうした工作機械１は、ワークの加工に際して、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、Ｘ軸駆動装置１４及びＺ軸駆動装置１３の駆動により、その工具についてＸ軸方向およびＺ軸方向の所定位置への移動が行われる。そして、主軸装置１１では、ワークを保持した主軸チャック１２に回転が与えられ、回転するワークに工具が当てられて切削加工や中ぐり加工などが行われる。

　工作機械１の加工室１０内では、ワークの加工点にクーラントが吹き付けられ、加工に対する潤滑や切屑の洗い流しなどが行われる。そのため、ワークの切屑は、投入口２１１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。ただ、ワーク加工によって発生した切粉などは、加工室１０内に飛び散り、クーラントに混ざって主軸チャック１２の着座面にも付着してしまう。そこで、着座面に対して清掃プログラム５４１に従った清掃装置１８による清掃が実行される。

　図４は、清掃プログラム５４１に従って行われる清掃工程を示したフローチャートである。そして、図５は、工作機械１における主軸チャック１２の清掃状況を簡略化して示した図である。先ず、ワークＷの加工が終了すると、そのワークＷが搬送ロボット９によって主軸チャック１２から取り外され（Ｓ１０１）、その後、図５に示すように、主軸チャック１２に対してエアブローによる清掃が行われる（Ｓ１０２）。具体的には、主軸装置１１の駆動によって主軸チャック１２に回転が与えられ、回転する着座面に圧縮エアが吹き付けられる。その際、タレット装置１５では旋回割出しによってノズルブロック３２が選択され、Ｘ軸駆動装置１４及びＺ軸駆動装置１３によって所定位置に配置されたエアノズル３４から、圧縮エアが一定時間だけ勢いよく吹き出される。

　その後、回転が止められた主軸チャック１２に次のワークＷが取り付けられる（Ｓ１０３）。そして、新たなワークＷが把持された主軸チャック１２について、着座判定装置１７によるワークＷの着座状態判定が行なわれる（Ｓ１０４）。着座判定では、着座面の検出孔に圧縮エアがエア配管を通して供給される。ワークＷが適切に把持されている場合には、ワークＷと着座面との隙間が許容範囲内にあり、その時の背圧によって圧力スイッチが作動する。すなわち、圧力スイッチの切り換えによって検出信号が制御装置５に送信され、適正な着座状態であると判定されて（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、この清掃処理が終了する。

　しかし、ワークＷと着座面との間に切粉などが挟み込まれ、隙間が許容範囲を超えてしまった場合は、圧力スイッチから検出信号は送信されず、制御装置５では不適切な着座と判定される（Ｓ１０４：ＮＯ）。そのままではワークＷの加工ができないため、搬送ロボット９によって主軸チャック１２からワークＷが一旦取り外され（Ｓ１０５）、リトライ清掃が行われる（Ｓ１０６）。リトライ清掃では、一回目の通常清掃と同様に主軸チャック１２に回転が与えられ、その回転する着座面に対してエアノズル３４から圧縮エアが一定時間だけ勢いよく吹き付けられる。しかし、リトライ清掃は、通常清掃とは条件を変えた動作制御が行われることとなる。

　本実施形態の場合、通常清掃時には主軸が１分間に２５０回転するのに対して、リトライ清掃時には１分回に５００回転するように回転数が倍に設定されている。つまり、主軸チャック１２の着座面に付着している切粉などに、より大きな遠心力が作用するように設定されている。また、主軸の回転時間は、通常清掃時には１秒間であるのに対して、リトライ清掃時には２秒に増加され、着座面に対するエアの吹き付け時間は、通常清掃時には２秒間であるのに対してリトライ清掃時には３秒に増加した設定になっている。なお、主軸の回転時間とエアの吹き付け時間との差は、回転の停止した主軸チャック１２に搬送ロボット９からワークＷを受け渡すまでの時間もエアを吹き付けるようにしたためである。

　こうしたリトライ清掃が終了すると、再び主軸チャック１２に取り付けられたワークＷについて着座状態判定が行なわれる（Ｓ１０７）。そこで、着座面の状態が改善されてワークＷとの隙間が許容範囲内になると、適正な着座状態であると判定されて（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、この清掃処理が終了する。しかし、依然として着座面の状況が改善されず、圧力スイッチから検出信号が送られなければ、不適切な着座と判定される（Ｓ１０７：ＮＯ）。その場合、リトライ回数が１加算され、設定されたリトライ回数に達した否かの確認が行われる（Ｓ１０８）。

　設定されたリトライ回数に達していない場合には（Ｓ１０８：ＮＯ）、再びリトライ清掃（Ｓ１０６）および着座判定（Ｓ１０７）が繰り返される。一方、設定されたリトライ回数に達している場合には（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、主軸チャック１２の着座面について作業者による清掃が必要になるため、制御装置５によってエラー警告が行われ（Ｓ１０９）、この清掃処理が終了する。エラー警告としては、操作表示装置８にエラー内容を表示して警告音を発するなどの処理が行われる。

　ところで、本実施形態で行われるリトライ清掃（Ｓ１０６）やリトライ回数の確認（Ｓ１０８）は、作業者が操作表示装置８からの指示入力によって任意に設定変更することが可能となっている。例えば、本実施形態では、主軸の回転数を通常清掃時の２５０回転に対してリトライ清掃時には５００回転設定しているが、着座面に対する切粉などの付着の状況に応じて回転数を変えることができる。また、主軸の回転時間やエアの吹き付け時間に関しては、サイクルタイムを考慮して、リトライ清掃の時間を通常清掃に対して１秒加算しただけの値にしているが、清掃効果を優先させる場合には更に長い時間を設定するようにしてもよい。リトライ回数に関してもサイクルタイムを考慮すれば１回が好ましいが、清掃効果の高い回数特定できれば、２回以上に設定するようにしてもよく、各回のリトライ清掃毎に主軸の回転数などの設定を変化させるようにしてもよい。

　よって、本実施形態の工作機械１では、主軸チャックの着座面に対する清掃を繰り返す場合、通常清掃に比べてリトライ清掃におけるエアの吹き付け時間を長くしたことにより、着座エラーを回避する清掃効果が向上する。加えてリトライ清掃の際には主軸の回転数を上げることでも切粉などの除去効果が向上することとなる。また、そうしたリトライ清掃時の動作設定が操作表示装置８によって任意に変更することができるため、工作機械１におけるワークの加工について効果的な条件を探り、その値を設定することができる。前記実施形態では、リトライ清掃の主軸の回転時間とエアの吹き付け時間を各々１秒ずつ増加させることにより、サイクルタイムの増加を最小限にしつつ清掃効果を上げられるようになる。

　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、前記実施形態における工作機械１の構造や、そこに構成された清掃装置１８などは一例であって、異なるものであってもよい。　

１…工作機械　５…制御装置　８…操作表示装置　９…搬送ロボット　１０…加工室　１２…主軸チャック　１５…タレット装置　１７…着座判定装置　１８…清掃装置　３１，３３…エア流路　３２…ノズルブロック　３４…エアノズル　３５…エアコンプレッサ　３６…エア配管　３７…開閉電磁弁　５４１…清掃プログラム

Claims

　主軸チャックによって把持したワークを回転させる主軸装置と、
　前記ワークを加工するため工具を加工軸方向に移動させる駆動装置と、
　前記主軸チャックの着座面にワークが適切に着座しているか否かを判定する着座判定装置と、
　前記主軸チャックの着座面に対してエアノズルからのエアを吹き付ける清掃装置と、
　前記主軸装置などの各装置を駆動制御するものであり、前記主軸チャックにワークを把持させる前に、前記主軸チャックを所定の回転数で回転させ、前記エアノズルから前記着座面に所定時間エアを吹き付ける通常清掃および、前記着座判定装置の判定が否定的な場合に、前記通常清掃よりも前記主軸チャックの回転時間とエアの吹き付け時間を長くしたリトライ清掃を実行させる制御装置と、
を有する工作機械。
　前記制御装置は、リトライ清掃時に回転させる前記主軸チャックの回転数を前記通常清掃時に回転させる前記主軸チャックの回転数よりも増加させる請求項１に記載の工作機械。
　前記制御装置は、前記通常清掃の前記主軸チャックの回転時間とエアの吹き付け時間に対し、前記リトライ清掃の前記主軸チャックの回転時間とエアの吹き付け時間を増加させる請求項１又は請求項２に記載の工作機械。
　前記制御装置に対して前記リトライ清掃の回数、前記リトライ清掃における前記主軸チャックの回転時間、エアの吹き付け時間および、前記主軸チャックの回転数の一部又は全部についての設定値を入力する入力装置を有する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の工作機械。