WO2022230197A1

WO2022230197A1 - バーフィーダ及び工作機械

Info

Publication number: WO2022230197A1
Application number: PCT/JP2021/017258
Authority: WO
Inventors: 克仁宮原; 健斗日永
Original assignee: Dmg森精機株式会社
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2022-11-03
Also published as: US20240116149A1; JPWO2022230197A1; EP4331750A1; JP7108148B1; CN117120189A

Abstract

一端に保持機構を備えた中空の主軸に他端から棒状のワークを押し込むバーフィーダであって、前記主軸が設置された加工室に隣接配置され前記加工室との間で物品を移動させる搬送機構を含む作業機構を備えた作業室に、上面視または正面視で前記作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置に配置されている。

Description

バーフィーダ及び工作機械

　本発明は、バーフィーダ及び工作機械に関し、特に複合加工機や旋盤などのＮＣ工作機械（Numerically Controlled Machine Tools）に好適なバーフィーダ及び工作機械に関する。

　特許文献１には、前端にチャックを有する中空の主軸に後端から材料を押し込む材料押込手段と、前記材料押込手段に対して材料を個別に供給する材料供給手段とを有し、前記材料供給手段により供給された材料を前記材料押込手段によって前記主軸に押し込み供給する材料供給装置が提案されている。

　詳述すると、前記材料供給装置は、前記材料押込手段の先端に、材料を保持する保持手段を設け、前記材料供給手段が、前記保持手段に保持させるように材料を移動させる材料移動手段を有し、材料を前記保持手段に保持した状態で前記主軸に供給するように構成されている。

特開２０１１－７３１１７号公報

　このような材料供給装置（以下では「バーフィーダ」と記す。）を用いれば、長尺の棒状のワークであっても工作機械に自動供給することができるようになり、飛躍的に加工効率を上げることができる。

　しかし、従来のバーフィーダは、工作機械に配された中空の主軸に後端から材料を押し込むために工作機械の側方に設置する単独の装置として構成されていたため、工作機械の側方にバーフィーダを設置すると、バーフィーダの設置空間の近傍空間が利用できず、設備の空間利用効率を上げるという観点で改良が望まれていた。

　本発明は、工作機械の周辺空間の利用効率を高めて限られた空間で多機能化を図ることができるバーフィーダ及び工作機械を提供する点にある。

　この目的を達成するため、本発明によるバーフィーダの特徴構成は、一端に保持機構を備えた中空の主軸に他端から棒状のワークを押し込むバーフィーダであって、前記主軸が設置された加工室に隣接配置され前記加工室との間で物品を移動させる搬送機構を含む作業機構を備えた作業室に、上面視または正面視で前記作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置に配置されている点にある。

　また、本発明による工作機械の特徴構成は、一端に備えた保持機構によりワークを保持する中空の主軸が設置された加工室と、前記加工室に隣接配置された作業室とを含み、前記加工室に、前記加工室との間で物品を移動させる搬送機構を含む作業機構と、上面視または正面視で前記作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置に配置された上述の特徴構成を備えたバーフィーダと、を備えている点にある。

　本発明によれば、工作機械の周辺空間の利用効率を高めて限られた空間で多機能化を図ることができるバーフィーダ及び工作機械を提供することができるようになる。

図１は、工作機械の一例である複合加工機の説明図である。図２は、工作機械に隣接設置された作業室にバーフィーダを備えた状態を示す説明図である。図３は、バーフィーダの要部であるワークストッカー、ワーク支持部、ワークフィーダの側面視の説明図である。図４は、バーフィーダの要部であるワークストッカー、ワーク支持部、ワークフィーダの正面視の説明図である。図５は、バーフィーダの要部であるワーク押込み機構の一部を切欠いた正面視の説明図である。図６は、作業室に設置された作業機構とバーフィーダとの配置関係を示す側面視の説明図である。

［基本的実施態様］
　以下に本発明によるバーフィーダ及び工作機械の基本的実施態様を説明する。
　バーフィーダの第一の特徴構成は、一端に保持機構を備えた中空の主軸に他端から棒状のワークを押し込むバーフィーダであって、前記主軸が設置された加工室に隣接配置され前記加工室との間で物品を移動させる搬送機構を含む作業機構を備えた作業室に、上面視または正面視で前記作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置に配置されている点にある。

　作業室に備えた作業機構である搬送機構によって、加工に要する物品、例えば作業室に備えたテーブル上に載置された加工前のワークや、加工に必要な工具や測定具などが加工室に搬送され、加工後のワークや使用後の工具や測定具などが加工室から作業室のテーブルに搬送される。そのような作業室の空間において、上面視または正面視で作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置にバーフィーダが配置されることで、バーフィーダの設置空間として作業室を有効活用することができるようになる。

　同第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記棒状のワークを複数本収容可能なワークストッカーと、前記棒状のワークを前記主軸に向けて移動可能に支持するワーク支持部と、前記ワークストッカーから前記棒状のワークを取り出して前記ワーク支持部に案内するワークフィーダと、前記ワーク支持部に支持された前記棒状のワークを前記主軸に押し込むワーク押込み機構と、を備えている点にある。

　作業室に配置された作業機構と干渉しない空間領域にワークストッカー、ワーク支持部、ワークフィーダ、ワーク押込み機構が其々配置される。そして、ワークストッカーに収容された複数本の棒状のワークの一つ一つが、ワークフィーダに案内されてワーク支持部に受け止められ、ワーク支持部に支持された状態で、棒状のワークがワーク押込み機構により工作機械の主軸に向けて押し込まれる。

　同第三の特徴構成は、上述した第一または第二の特徴構成に加えて、前記加工室がワークを保持する第１主軸と、前記第１主軸と対向するように配置された第２主軸と、前記ワークを加工する工具主軸とを備えた複合加工機の加工室であり、前記棒状のワークを前記第２主軸に押し込むように構成されている点にある。

　工作機械が複合加工機である場合、工具マガジンなどの大型の作業機構が配された第１主軸側に隣接する空間に比較して、第２主軸側に隣接する空間の方が空間を利用するための自由度が高い。そこで、第２主軸を中空の主軸とすることにより、全体として納まりがよく、空間利用効率が高い状態でバーフィーダを設置することができる。

　本発明による工作機械の第一の特徴構成は、一端に備えた保持機構によりワークを保持する中空の主軸が設置された加工室と、前記加工室に隣接配置された作業室とを含み、前記作業室に、前記加工室との間で物品を移動させる搬送機構を含む作業機構と、上面視または正面視で前記作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置に配置された上述の第一または第二の特徴構成を備えたバーフィーダと、を備えている点にある。

　工作機械の加工室に隣接した作業室に、搬送機構を含む作業機構を設置するとともに、上面視または正面視で作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置にバーフィーダを設置することで、空間利用効率の高い工作機械を実現できる。

　本発明による工作機械の第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記バーフィーダにより押込まれる前記棒状のワークの押込み経路に前記加工室と前記作業室とを連通または遮断するシャッターを備えている点にある。

　棒状のワークを加工室に押し込んだ後にシャッターを閉めることにより、ワークの加工工程で飛散するクーラントミストや切屑が作業室に進入することを防止することができる。

［具体的実施態様］
　以下に本発明によるバーフィーダ及び工作機械の具体的実施態様を説明する。
　図１には、本発明が適用される工作機械の基本構造が例示されている。

　工作機械１００は、ベッド１１０に設置されたコラム１２０に沿って、図示する紙面上で、上下及び左右方向に移動可能な工具主軸１３０と、ワークＷｓを保持する第１主軸１４０と、第１主軸１４０に対向配置され、左右方向に移動可能な第２主軸１５０と、第１主軸１４０と第２主軸１５０との間で工具主軸１３０に対向するように配置され、上下及び左右方向に移動可能な第２刃物台１６０と、それらによる加工空間を被覆するカバー体１８０を備えた５軸複合加工機で構成されている。つまり、カバー体１８０で仕切られた内部空間が加工室ＰＲとなる。

　第１主軸１４０のフレーム正面に工具マガジン１７０が設けられ、工具主軸１３０には工具Ｔが取り付けられている。当該工具Ｔは、工具マガジン１７０に収容された複数の工具Ｔから何れかの工具Ｔが選択されて、自動工具交換装置（図示せず）を介して取り付けられる。

　カバー体１８０の外側に操作盤２００が設置され、操作盤２００にＮＣプログラム記憶部２１０、ＮＣ装置２２０などが通信ケーブルを介して接続されている。ＮＣ装置２２０には、工作機械１００の工具主軸１３０、第１主軸１４０、第２主軸１５０、第２刃物台１６０などをサーボ駆動するための工作機械サーボ制御部２３０が接続されている。

　工具主軸１３０や第２刃物台１６０の近傍にはクーラントノズルが配されており、被加工材であるワークＷｓの加工時には、第１主軸１４０または第２主軸１５０に保持されたワークＷｓの加工部位に向けてクーラントが噴出される。その際に発生して加工空間に漂うミスト状のクーラントを空気と共に回収するミストコレクタ１９０がカバー体１８０の上面に配されている。なお、図１には示していないが、カバー体１８０の正面には開閉可能な扉が設けられている。

　ＮＣ装置２２０によりＮＣプログラムが実行されることにより工作機械サーボ制御部２３０が駆動される。工作機械サーボ制御部２３０により工具主軸１３０が上下及び左右方向に移動制御され、第２主軸１５０が左右方向に移動制御され、第２刃物台１６０が上下左右方向に移動制御される。また、工作機械サーボ制御部２３０により、工具主軸１３０に保持された工具Ｔ、第２刃物台１６０に保持された工具、第１主軸１４０、第２主軸１５０が回転制御される。

　第１主軸１４０の先端に備えた保持機構で保持されたチップ状のワークＷｓや後述する棒状のワークＷｒが、工具主軸１３０に保持された工具Ｔ或いは第２刃物台１６０で保持された工具で切削加工され、次に第２主軸１５０の先端に備えた保持機構で持ち替えられたワークＷｓ，Ｗｒが工具主軸１３０に保持された工具或いは第２刃物台１６０で保持された工具で切削加工される。保持機構として、公知のチャック機構などが用いられる。また、第１主軸１４０および第２主軸１５０の双方でワークＷｓ，Ｗｒが保持された状態で工具主軸１３０に保持された工具或いは第２刃物台１６０で保持された工具で切削加工される場合もある。

　第２主軸１５０は中空に形成され、断面が円形の棒状のワークＷｒ（以下では、チップ状のワークＷｓとの混同を避けるため「棒状ワークＷｒ」と記す。）が第２主軸１５０の右端から左方に挿通可能に構成されている。
　図２には工作機械１００の右側方に隣接して加工室ＰＲとの間で物品を移動させる搬送機構を含む作業機構を備えた作業室３００が設置された状態が示されている。作業室３００は安全管理のために周囲にカバー体３８０が設置されている。

　作業室３００には、加工前のチップ状のワークＷｓと、加工後のワークＷｓ´が収容されるワーク載置台３４０が設けられている。ワーク載置台３４０の上方空間には、先端にワークＷｓを挟持するためのハンドＨが取り付けられた多関節ロボット３３０が設けられ、多関節ロボット３３０の支持部３２０が水平案内板３１０に沿って矢印で示すように水平方向に移動可能に取り付けられている。多関節ロボット３３０が、加工室ＰＲとの間で物品を移動させる搬送機構として機能し、ワーク載置台３４０と多関節ロボット３３０とが作業機構として機能する。

　工作機械１００のカバー体１８０と作業室３００のカバー体３８０の対向壁部には加工空間を仕切るシャッター３５０が設けられ、多関節ロボット３３０によるワーク載置台３４０に載置されたチップ状のワークＷｓの工作機械１００への自動搬入と、加工済みのワークＷｓ´の工作機械１００からワーク載置台３４０への自動搬出時に開放され、ワークＷｓの工作機械１００での加工時に閉止される。なお、加工済みの棒状ワークＷｒを工作機械１００からワーク載置台３４０へ搬出する際に多関節ロボット３３０を用いることができることは言うまでもない。

　ベッド１１０の下方には加工室ＰＲ内で滴下するクーラントを回収するクーラント回収槽１０１が設置され、機械加工に伴って発生する切屑がクーラントとともにクーラント回収槽１０１に回収されるように構成されている。クーラント回収槽１０１の底部にはチップコンベア１０２が配設され、クーラント回収槽１０１に回収された切屑はチップコンベア１０２により機外に搬出されて回収容器１０３に回収される。チップコンベア１０２の吐出し側端部及び回収容器１０３は、作業室３００の下方空間に配置されている。

　作業室３００には、上面視または正面視で作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置にバーフィーダ４００が配置されている。
　図３から図５には、バーフィーダ４００の要部の詳細が示されている。バーフィーダ４００は、棒状ワークＷｒを複数本収容可能なワークストッカー４１０と、棒状ワークＷｒを第２主軸１５０に向けて移動可能に支持するワーク支持部４２０と、ワークストッカー４１０から棒状ワークＷｒを取り出してワーク支持部４２０に案内するワークフィーダ４３０と、ワーク支持部４２０に支持された棒状ワークＷｒを第２主軸１５０の中空部に押し込むワーク押込み機構４４０とを備えている。

　図３及び図４に示すように、ワークストッカー４１０は、上端に開口が形成され、下端に開閉機構４１１を備えた略直方体形状に構成され、断面が円形の棒状ワークＷｒが水平姿勢で上下方向に複数本収容されている。開閉機構４１１は、一対のヒンジ付きの扉で構成され、電磁ソレノイドで開閉制御可能に構成されている。開閉機構により扉が閉じられている姿勢で、上端の開口から棒状ワークＷｒが投入され、予め設定された所定数の棒状ワークＷｒが収容される。

　ワークストッカー４１０に収容された棒状ワークＷｒは、開閉機構４１１を解放してワークストッカー４１０の下方に配されたワークフィーダ４３０に落下供給され、ワークフィーダ４３０を介してワーク支持部４２０に送られる。

　ワークフィーダ４３０は、一対の支持軸４３１，４３２の間を巻回した無端ベルト４３３を備えている。無端ベルト４３３には棒状ワークＷｒを受け止める爪部４３４が所定間隔で取り付けられている。上方の支持軸４３２の一端に減速ギヤ機構４３６が取り付けられ、駆動機構であるモータ４３５の動力が減速ギヤ機構４３６を介して支持軸４３２に伝達される。

　無端ベルト４３３の搬送面は水平に対して所定の角度だけ傾斜しており、ワークストッカー４１０から落下供給された複数の棒状ワークＷｒを爪部４３４で受け止めながら、下方に備えたワーク支持部４２０に向けて順次搬送する。

　ワークフィーダ４３０を介してワーク支持部４２０の上部まで搬送された棒状ワークＷｒは、水平姿勢を保持した状態でワーク支持部４２０に落下供給される。ワーク支持部４２０は、断面がＶ字状の溝を備えた水平姿勢の案内部材で、先端側が第２主軸１５０の中空部に向けて配置されている。

　図５に示すように、ワーク支持部４２０に支持された棒状ワークＷｒは、後端側がワーク押込み機構４４０により押圧されて第２主軸１５０の中空部に押し込まれる。ワーク押込み機構４４０は、駆動機構であるモータ４４１に原則機構を介して駆動連結されたボールねじ４４２と、ボールねじ４４２に螺合したプッシャ本体４４３を備えている。

　プッシャ本体４４３の下方に棒状ワークＷｒの端部を押圧する押圧アーム４４４が延出形成され、プッシャ本体４４３の上方に案内軸４４５に摺動する軸受け部材４４６が設けられている。ボールねじ４４２の正回転に伴って押圧アーム４４４の姿勢を保持した状態でプッシャ本体４４３が直動し、それに伴って押圧アーム４４４が棒状ワークＷｒを第２主軸１５０に向けて押込み搬送する。なお、ボールねじ４４２及び案内軸４４５の両端部は固定部材を介して所期の位置に位置決め固定されている。

　棒状ワークＷｒが第２主軸１５０の中空部に押し込まれ、第２主軸１５０の保持部１５０で保持されると、ボールねじ４４２の逆回転に伴ってプッシャ本体４４３が棒状ワークＷｒを押圧する前の待機位置に戻る。なお、保持部１５０は第２主軸１５０の軸心周りに１２０°間隔で配置した３本の爪が径方向に沿って移動可能に構成され、拡径側に移動すると把持対象物である棒状ワークＷｒが開放され、縮径側に移動すると把持対象物である棒状ワークＷｒが固定される。

　例えば、棒状ワークＷｒが第２主軸１５０に固定されると、第２主軸１５０が第１主軸１４０側に進出移動して、シャッター３５０が閉じられる。第１主軸１４０の保持部で棒状ワークＷｒの先端が保持され、第２主軸１５０の保持部を開放した後に第２主軸１５０が後退移動し、その後、工具主軸１３０または第２刃物台１６０に備えた工具で加工作業が開始される。所期の加工が終了すると、その都度棒状ワークＷｒから加工済みの部位が切断されて、多関節ロボット３３０のハンドによりワーク載置台３４０に搬出される。

　図６に示すように、作業室３００に設置されたバーフィーダ４００は、ワーク載置台３４０や多関節ロボット３３０という作業機構に対して、上面視または正面視で少なくとも一部が重畳する位置に配置されている。工作機械１００の加工室ＰＲに隣接した作業室３００に設置された搬送機構を含む作業機構とは物理的に干渉しない空間にバーフィーダ４００を設置することで、空間利用効率の高い工作機械を実現できる。

　図２に戻って、作業室３００に設置されたバーフィーダ４００や多関節ロボット３３０などに対する制御構成について説明する。操作盤２００には上述したＮＣプログラム記憶部２１０、ＮＣ装置２２０、工作機械サーボ制御部２３０に加えて、多関節ロボット３３０を制御するロボット制御装置２４０、ロボットサーブ制御部２５０、バーフィーダ４００が上述した手順で作動するように制御するフィーダ制御装置２６０、フィーダサーボ制御部２７０を備えている。

　シャッター３５０の開閉及び多関節ロボット３３０の作動は、ＮＣプログラム記憶部２１０に格納されたＮＣプログラムを実行するロボット制御装置２３０によってサーボ制御されるロボットサーボ制御部２５０により駆動される。さらにバーフィーダ４００の作動は、ＮＣプログラム記憶部２１０に格納されたＮＣプログラムを実行するフィーダ制御装置２６０によってサーボ制御されるフィーダサーボ制御部２５０により駆動される。

　上述した実施形態では、加工空間の右側部に作業室３００を連接した例を説明したが、作業室３００の連接位置はこの態様に限るものではない。例えば、カバー体１８０の左側部に作業室３００を連接し、作業室に上述したワークフィーダ４３０を設置してもよい。この場合には、一端に保持機構を備えた中空の主軸が第１主軸１４０となる。

　上述した実施形態では、ワーク押込み機構４４０が専用のプッシャで構成された例を説明したが、プッシャに代えて多関節ロボット３３０を用いて棒状ワークＷを押し込んでもよいし、多関節ロボット３３０のハンドで棒状ワークＷを把持して中空の主軸に押し込むように構成してもよい。

　上述した作業室３００に設置されたワーク載置台３４０や多関節ロボット３３０と、バーフィーダ４００の各機構を構成する主要部は、作業室を構成する共通の支持フレームに取り付けられているが、空間に余裕がある場合には、個々の支持フレームを設けてもよい。

　作業室３００として、多関節ロボットなどの搬送機構を備えた自動ワーク搬送ステーション以外に、加工に必要なワークや治具などを所要の状態に準備するための作業機構を備えた段取りステーション、加工後のワークに付着した切屑を除去し、バリを除去する後処理のための作業機構を備えた後処理ステーションやバリ取りステーション、計測機器を備えた計測ステーションなどもバーフィーダ４００の設置空間として適用することができることは言うまでもない。

　上述した実施形態では、工作機械１００として５軸複合加工機を用いた例を説明したが、本発明が適用可能な工作機械は、５軸複合加工機以外に旋盤などの他の工作機械１００にも適用可能である。

　以上、本発明の実施の形態、実施の態様を説明したが、開示内容は構成の細部において変化してもよく、実施の形態、実施の態様における要素の組合せや順序の変化等は請求された本発明の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。

　以上に説明したように、工作機械の周辺空間の利用効率を高めて限られた空間で多機能化を図ることができるバーフィーダが実現できる。

１００：工作機械
１３０：工具主軸
１４０：第１主軸
１５０：第２主軸
１６０：第２刃物台（タレット）
１８０：カバー体
２００：操作盤
２１０：ＮＣプログラム記憶部
２２０：ＮＣ装置
２３０：工作機械サーボ制御部
２４０：ロボット制御部
２５０：ロボットサーボ制御部
２６０：フィーダ制御装置
２７０：フィーダサーボ制御部
３００：作業室
３３０：多関節ロボット
３４０：ワーク載置台
３５０：シャッター
４００：バーフィーダ
４１０：ワークストッカー
４２０：ワーク支持部
４３０：ワークフィーダ
４４０：ワーク押込み機構
Ｔ，Ｔ´：工具
Ｗｓ：チップ状のワーク
Ｗｒ：棒状のワーク

Claims

　一端に保持機構を備えた中空の主軸に他端から棒状のワークを押し込むバーフィーダであって、
　前記主軸が設置された加工室に隣接配置され前記加工室との間で物品を移動させる搬送機構を含む作業機構を備えた作業室に、上面視または正面視で前記作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置に配置されているバーフィーダ。
　前記棒状のワークを複数本収容可能なワークストッカーと、
　前記棒状のワークを前記主軸に向けて移動可能に支持するワーク支持部と、
　前記ワークストッカーから前記棒状のワークを取り出して前記ワーク支持部に案内するワークフィーダと、
　前記ワーク支持部に支持された前記棒状のワークを前記主軸に押し込むワーク押込み機構と、
を備えている請求項１記載のバーフィーダ。
　前記加工室がワークを保持する第１主軸と、前記第１主軸と対向するように配置された第２主軸と、前記ワークを加工する工具主軸とを備えた複合加工機の加工室であり、前記棒状のワークを前記第２主軸に押し込むように構成されている請求項１または２記載のバーフィーダ。
　一端に備えた保持機構によりワークを保持する中空の主軸が設置された加工室と、前記加工室に隣接配置された作業室とを含み、
　前記作業に、前記加工室との間で物品を移動させる搬送機構を含む作業機構と、上面視または正面視で前記作業機構に対して少なくとも一部が重畳する位置に配置された請求項１または２記載のバーフィーダと、を備えている工作機械。
　前記バーフィーダにより押込まれる前記棒状のワークの押込み経路に前記加工室と前記作業室とを連通または遮断するシャッターを備えている請求項４記載の工作機械。