特許 7033240 部品の機械加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-01

(45)【発行日】2022-03-09

(54)【発明の名称】部品の機械加工方法

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/18 20060101AFI20220302BHJP

   B23P 23/02 20060101ALI20220302BHJP

   B23Q 11/00 20060101ALI20220302BHJP

   B23Q 7/04 20060101ALI20220302BHJP

【ＦＩ】

G05B19/18 D

B23P23/02 Z

B23Q11/00 Z

B23Q7/04 M

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021573869

(86)(22)【出願日】2021-04-22

(86)【国際出願番号】 JP2021016352

【審査請求日】2022-01-11

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000146847

【氏名又は名称】ＤＭＧ森精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002745

【氏名又は名称】特許業務法人河崎・橋本特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】栗谷 龍彦

(72)【発明者】

【氏名】日永 健斗

(72)【発明者】

【氏名】小野 将勲

【審査官】杉山 悟史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－８０７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－６５２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１０５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１８２１７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ １９／１８ － １９／４１８

１９／４２ － １９／４６

Ｂ２３Ｐ ２３／０２

Ｂ２３Ｑ １１／００

Ｂ２３Ｑ ７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

カバー体で覆われた加工空間で、被加工材支持部に支持された被加工材に工具支持部に支持された工具を作用させることにより、必要部が連結部を介して不要部に連結された状態に前記被加工材を機械加工する第１加工工程と、
前記加工空間を仕切る扉を開放して前記加工空間に被加工材搬送機構を進入させて、前記第１加工工程で加工された被加工材のうち少なくとも前記必要部を前記被加工材搬送機構で支持した状態で、前記工具支持部に支持された工具により前記連結部を切り離す第２加工工程と、
を含む部品の機械加工方法。

【請求項2】

前記第２加工工程は、少なくとも前記不要部を前記被加工材支持部で支持した状態で、前記工具支持部に支持された工具を用いて前記連結部を切り離す工程である請求項１記載の部品の機械加工方法。

【請求項3】

前記第２加工工程は、前記必要部および前記不要部の双方を前記被加工材搬送機構で支持した状態で、前記工具支持部に支持された工具を用いて前記連結部を切り離す工程である請求項１または２記載の部品の機械加工方法。

【請求項4】

前記第２加工工程で前記不要部から切り離された前記必要部を、前記被加工材搬送機構を用いてワークストッカーに回収する回収工程を、さらに含み、
前記回収工程は、前記必要部および前記不要部の双方を前記被加工材搬送機構で支持した状態で前記加工空間から取り出して、その後前記被加工材搬送機構を用いて前記不要部から分離した前記必要部を前記ワークストッカーに回収する工程である請求項１から３の何れかに記載の部品の機械加工方法。

【請求項5】

前記第２加工工程で前記不要部から切り離された前記必要部を、前記被加工材搬送機構を用いてワークストッカーに回収する回収工程を、さらに含み、
前記回収工程は、前記必要部を前記被加工材搬送機構で支持した状態で前記加工空間から取り出して前記ワークストッカーに回収し、前記被加工材支持部で支持した前記不要部を前記加工空間で不要部回収部に落下回収する工程である請求項２記載の部品の機械加工方法。

【請求項6】

前記第１工程は、前記第２加工工程で前記不要部を支持する前記被加工材支持部と前記工具を支持する前記工具支持部とが干渉しない領域に前記連結部を形成するように機械加工する工程である請求項２記載の部品の機械加工方法。

【請求項7】

前記第２加工工程は、前記第１加工工程よりミストコレクタの出力を上昇させた状態で実行する請求項１から６の何れかに記載の部品の機械加工方法。

【請求項8】

前記第２加工工程は、前記連結部を切り離す際に発生する切削屑が、前記扉が開放された開口部から飛び出さない位置、または工具の取付姿勢で実行される請求項１から７の何れかに記載の部品の機械加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＮＣ工作機械（Numerically Controlled Machine Tools）に適用される部品の機械加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、工作機械を制御する工作機械制御装置と、ロボットを制御するロボット制御装置とを備え、ロボットを用いて工作機械との間でワークを搬送する加工システムが提案されている。

【0003】

詳述すると、工作機械制御装置は、ワークの加工開始時に加工開始信号を出力する信号出力部を有し、ロボット制御装置は、初期位置から工作機械に隣接した第１位置までワークを搬送する第１動作と、第１位置まで搬送されたワークを工作機械の加工領域内の第２位置まで搬送する第２動作とを行うように、ロボットの動作指令を出力する動作指令部と、信号出力部から出力された加工開始信号に基づき、工作機械におけるワークの加工完了時刻を予測する時刻予測部と、ロボットの第１動作に要する時間を予測する時間予測部と、時刻予測部により予測された加工完了時刻と時間予測部により予測された時間とに基づき、加工完了時刻に第１動作が完了するような第１動作の開始時刻を決定する時刻決定部とを有することを特徴とする加工システムである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－１８２１７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このようなロボットを用いてワークストッカーに搭載された被加工材を工作機械に自動供給し、工作機械で被加工材から加工された最終形状の部品をワークストッカーに自動回収することにより、作業効率の向上が見込まれる。

【0006】

ところで、被加工材から最終形状の部品を切削加工する際に、被加工材の一部を残して最終形状の部品を削り出す場合もある。被加工材の外側を枠体に形成し、枠体の内部に最終形状の部品を削り出し、当該部品が連結部となる複数本の梁で枠体に連結された状態で加工されるような態様である。この場合、部品が必要部となり、枠体が不要部となる。

【0007】

余剰部位となる枠体を残さずに全て切削すると、加工時間が長くなるばかりか工具の寿命を早める虞もあるため、このような態様での加工が望ましい場合もある。

【0008】

しかし、部品が複数本の梁で枠体に連結された状態で工作機械から取り出されると、部品と枠体を連結している梁を切断するために手間を要する後加工が必要となる。

【0009】

そこで、被加工材支持部に枠体が支持された状態で最終形状の部品のみ工作機械から搬出してワークストッカーに回収し、その後枠体を工作機械から搬出すると、二度手間となり作業効率が低下するという問題があった。

【0010】

本発明は、被加工材が最終形状となる部品以外に余剰部を残した状態で機械加工される際に、工作機械からの搬出効率を向上させることができる部品の機械加工方法を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

この目的を達成するため、本発明による部品の機械加工方法の特徴構成は、カバー体で覆われた加工空間で、被加工材支持部に支持された被加工材に工具支持部に支持された工具を作用させることにより、必要部が連結部を介して不要部に連結された状態に前記被加工材を機械加工する第１加工工程と、前記加工空間を仕切る扉を開放して前記加工空間に被加工材搬送機構を進入させて、前記第１加工工程で加工された被加工材のうち少なくとも前記必要部を前記被加工材搬送機構で支持した状態で、前記工具支持部に支持された工具により前記連結部を切り離す第２加工工程と、を含む点にある。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、被加工材が最終形状となる部品以外に余剰部を残した状態で機械加工される際に、工作機械からの搬出効率を向上させることができる部品の機械加工方法を提供することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、工作機械の説明図である。

【図2】図２は、工作機械およびロボットを備えたワークストッカーの説明図である。

【図3】図３は、第１加工工程の説明図である。

【図4】図４は、第２加工工程の説明図である。

【図5】図５（ａ），（ｂ）は回収工程の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［基本的実施態様］
以下に本発明による部品の機械加工方法の基本的実施態様を説明する。
部品の機械加工方法の第一の特徴構成は、カバー体で覆われた加工空間で、被加工材支持部に支持された被加工材に工具支持部に支持された工具を作用させることにより、必要部が連結部を介して不要部に連結された状態に被加工材を機械加工する第１加工工程と、加工空間を仕切る扉を開放して加工空間に被加工材搬送機構を進入させて、第１加工工程で加工された被加工材のうち少なくとも必要部を被加工材搬送機構で支持した状態で、工具支持部に支持された工具により連結部を切り離す第２加工工程と、を含む。

【0015】

第１加工工程で被加工材が工具で切削などの加工が施されて、最終部品となる必要部が連結部を介して枠体となる不要部に連結された状態に加工される。なお、不要部は枠体という形態に限るものではなく、必要部が連結部を介して支持されていれば任意の形態でよい。

【0016】

第１加工工程の後に第２加工工程が実行される。第２加工工程では、先ず加工空間を仕切る扉が開放されて、開口から進入した被加工材搬送機構により少なくとも必要部が支持された状態で連結部が切り離される。被加工材搬送機構として多関節ロボットやワークローダなどを適用することができる。

【0017】

同第二の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、第２加工工程は、少なくとも不要部を被加工材支持部で支持した状態で、工具支持部に支持された工具を用いて連結部を切り離す工程である点にある。不要部が被加工材支持部で強固に支持されているので、連結部を切り離す際に被加工材に不要な振動が生じることがないので、精度よく切り離すことができる。

【0018】

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、第２加工工程は、必要部および不要部の双方を被加工材搬送機構で支持した状態で、工具支持部に支持された工具を用いて連結部を切り離す工程である点にある。必要部および不要部の双方が被加工材搬送機構により強固に固定されているので、不要部から必要部を精度よく切り離すことができる。

【0019】

同第四の特徴構成は、上述した第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、第２加工工程で不要部から切り離された必要部を、被加工材搬送機構を用いてワークストッカーに回収する回収工程を、さらに含み、回収工程は、必要部および不要部の双方を被加工材搬送機構で支持した状態で加工空間から取り出して、その後被加工材搬送機構を用いて不要部から分離した必要部をワークストッカーに回収する工程である点にある。

【0020】

加工空間に不要部が残存することが無くなり、後に加工空間から別途に回収する手間が省かれる。回収工程では不要部と分離された必要部がワークストッカーに回収されるので、例えば人手で不要部から必要部を選別するような作業が不要になる。

【0021】

同第五の特徴構成は、上述した第二の特徴構成に加えて、第２加工工程で不要部から切り離された必要部を、被加工材搬送機構を用いてワークストッカーに回収する回収工程を、さらに含み、回収工程は、必要部を被加工材搬送機構で支持した状態で加工空間から取り出してワークストッカーに回収し、被加工材支持部で支持した不要部を加工空間で不要部回収部に落下回収する工程である点にある。

【0022】

回収工程では、被加工材搬送機構で支持された必要部がワークストッカーに回収され、不要部は被加工材支持部から開放されると、不要部回収部に落下回収されるので、加工空間の内部に落下堆積するようなことがない。

【0023】

同第六の特徴構成は、上述した第二の特徴構成に加えて、第１工程は、第２加工工程で不要部を支持する被加工材支持部と工具を支持する工具支持部とが干渉しない領域に連結部を形成するように機械加工する工程である点にある。

【0024】

被加工材支持部に工具支持部が干渉すると第２工程に支障が生じることになるため、予め第１工程で形成される連結部の形成領域が調整される。

【0025】

同第七の特徴構成は、上述した第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、第２加工工程は、第１加工工程よりミストコレクタの出力を上昇させた状態で実行する点にある。

【0026】

第１加工工程で被加工材を加工する際に、加工部位などに噴出するクーラントが周辺空間に飛散しないように加工空間がカバー体で覆われる。しかし、第２工程では加工空間に被加工材搬送機構を進入させるために、加工空間を仕切る扉が開放されるので、開口からクーラントによるミストが飛散する虞がある。そのような場合でも、第１加工工程よりミストコレクタの出力を上昇させることで、開口からクーラントによるミストの飛散が効果的に抑制される。

【0027】

同第八の特徴構成は、上述した第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、第２加工工程は、連結部を切り離す際に発生する切削屑が、扉が開放された開口部から飛び出さない位置、または工具の取付姿勢で実行される点にある。

【0028】

第２加工工程で連結部が切り離される際に発生する切屑が開口部から外へ飛散することが回避できる。

【0029】

［具体的実施態様］
以下に本発明による部品の機械加工方法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が例示されている。

【0030】

工作機械１００は、ベッド１１０に設置されたコラム１２０に沿って上下及び左右方向に移動可能な工具主軸１３０と、ワークを保持する第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。

【0031】

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には工具マガジン１７０に収容された何れかの工具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ている。

【0032】

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などが通信可能に接続され、ＮＣ装置２２０には、工作機械サーボ制御部２３０が接続されている。なお、カバー体１８０には開閉可能な扉が設けられている。

【0033】

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、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。

【0034】

また、工具主軸１３０の近傍にはクーラントノズルが配されており（図示せず）、加工時には、第１主軸１４０または第２主軸１５０に保持された被加工材Ｗの加工部位に向けてクーラントが噴出される。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が配されている。

【0035】

第１主軸１４０で保持された状態で被加工材（ワーク）Ｗ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、次に第２主軸１５０に持ち替えられた被加工材Ｗ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。また、第１主軸１４０および第２主軸１５０の双方で被加工材Ｗ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。

【0036】

図２には工作機械１００の右方に隣接してワークストッカー３００が設置された状態が示されている。ワークストッカー３００は、安全管理のために周囲にカバー体３８０が設置され、加工前の被加工材Ｗと、加工後の被加工材Ｗ´が収容されるワーク載置台３４０が設けられている。また、操作盤２００には、ロボット制御装置２４０と、ロボットサーボ制御部２５０が接続されている。

【0037】

また、ワークストッカー３００には、先端に被加工材Ｗ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。図２中、符号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で示す一点鎖線は回転軸を示す。多関節ロボット３３０が被加工材搬送機構として機能する。

【0038】

工作機械１００のカバー体１８０とワークストッカー３００のカバー体３８０の対向壁部には加工空間を仕切る扉３５０が設けられ、被加工材Ｗの工作機械１００への搬入と、被加工材Ｗ´の工作機械１００からの搬出時に開放され、被加工材Ｗの工作機械１００での加工時に閉止される。

【0039】

扉３５０の開閉および多関節ロボット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により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。

【0040】

図３には第１加工工程が示され、図４には第２加工工程が示されている。第１加工工程では、扉３５０が開放された後に、先ず、ワークストッカー３００に搭載された円筒形状の金属塊である被加工材Ｗの一つが多関節ロボット３３０のハンドＨで把持されて、被加工材Ｗの左端部が第１主軸１４０に保持される（図３の最上段参照）。その後、多関節ロボット３３０がワークストッカー３００に引退して、扉３５０は閉止される。

【0041】

次に工具主軸１３０に取付けられた工具Ｔで平面状に切削され、第１主軸１４０が１８０度回転した後に同様に平面状に切削されることで平板１０に形成される（図３の二段目参照）。この時、加工部にはクーラントノズルからクーラントが噴射供給されている。

【0042】

そして、工具主軸１３０に取付けられた工具Ｔまたは第２刃物台１６０に取付けられた工具Ｔ´で加工されて、最終部品となるへら形状の必要部１２が複数本の連結部１３を介して枠体となる不要部１１に連結された状態に加工される（図３の三段目（平面図）参照）。

【0043】

さらに、被加工材Ｗの右端部が第２主軸１５０に保持され、第１主軸１４０に保持されていた被加工材Ｗの左端部が切削される（図３の最下段参照）。この状態で被加工材Ｗは第２主軸１５０に保持されている。

【0044】

第２加工工程では、被加工材Ｗが第２主軸１５０に保持された状態で、工具主軸１３０に取付けられた工具Ｔまたは第２刃物台１６０に取付けられた工具Ｔ´で、ハンドＨに挟持される側の連結部１３が必要部１２の端部で切断される（図４の最上段参照）。その後、扉３５０が開放されて、ワークストッカー３００から多関節ロボット３３０が進入する。

【0045】

この状態で、多関節ロボット３３０のハンドＨにより上下から必要部１２と不要部１１の双方が挟持される（図４の中段参照）。図４の中段に示すＡ－Ａ断面図が図４の三段目に示されている。

【0046】

さらにこの状態で、工具主軸１３０に取付けられた工具Ｔまたは第２刃物台１６０に取付けられた工具Ｔ´で残りの連結部１３が必要部１２の端部で切断される（図４の最下段参照）。このとき、クーラントノズルからクーラントが噴射供給されるが、第１加工工程よりミストコレクタの出力を上昇させる、つまりミストコレクタに備えた吸引ファンの出力を上げることで、扉３５０の開口からクーラント噴射によるミストのワークストッカー３００側への飛散が効果的に抑制される。当該制御は工作機械サーボ制御部２３０で行われる。

【0047】

ハンドＨの一対の爪部の対向面には、其々接当片Ｈ１，Ｈ２が設けられている。被加工材Ｗをハンドで挟持した状態で連結部１３を切断する際に被加工材Ｗに作用する反力で挟持状態にずれが生じる虞があるため、少なくとも必要部１２に対する挟持力は一定程度の強さが必要になるため、必要部１２に対する接当片Ｈ１として硬度の高い弾性部材が用いられている。逆に必要部１２に対する挟持力を弱めることで、連結部１３を切断する際に被加工材Ｗに作用する反力を不要部１１に吸収させることができる。そのため、不要部１１に対する接当片Ｈ２は、接当片Ｈ１より硬度の低い材質が用いられる。

【0048】

第１工程で形成される複数本の連結部１３の形成位置は、第２加工工程で不要部１１を支持する被加工材支持部、つまり第２主軸１５０に備えたワーク保持部と、工具Ｔ´を支持する第２刃物台１６０の工具支持部とが干渉しない領域に連結部を形成するように機械加工される。連結部１３を切削する際に第２刃物台１６０が第２主軸１５０に接触するような位置に連結部１３が形成されていると、加工できなるためである。

【0049】

第２加工工程が終了すると回収工程が実行され、第２加工工程で不要部１１および不要部１１から切り離された必要部１２の双方が、多関節ロボット３３０によりワークストッカー３００に回収される。

【0050】

その際、不要部と分離するように、必要部１２である最終部品Ｗ´が部品保持部３６０に選別して並置される。図５（ａ）には、平面視の最終部品Ｗ´が示され、図５（ｂ）には、側面視の部品保持部３６０が示されている。部品保持部３６０は側面視「コ」の字型の保持部に２本の案内柱Ｐ１，Ｐ２が垂設されている。ハンドＨで把持された最終部品Ｗ´が部品保持部３６０の上方に搬送され、最終部品Ｗ´に形成された貫通孔ｈ１，ｈ２（図５（ａ）にハッチングされている。）が案内柱Ｐ１，Ｐ２に嵌るように降下され、挟持状態から開放されることにより、最終部品Ｗ´が部品保持部３６０に整列回収される。

【0051】

上述した回収工程では必要部１２と不要部１１の双方がワークストッカー３００に回収される例を説明したが、第２主軸１５０に備えたワーク保持部で不要部１１を支持した状態で、必要部１２のみを多関節ロボット３３０で支持した状態で加工空間から取り出してワークストッカー３００に回収してもよい。この場合、その後に第２主軸１５０のワーク保持部を開放して、第２主軸１５０の下方に設置した不要部回収部に落下回収するように構成すればよい。

【0052】

上述した実施形態では、加工空間の右側部にワークストッカー３００を連接した例を説明したが、ワークストッカー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の正面に形成された扉を開放して加工空間の正面に移動式のワークストッカー３００を配置してもよい。

【0053】

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やマシニングセンタなどの他の工作機械１００にも適用可能である。

【0054】

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。

【産業上の利用可能性】

【0055】

以上に説明したように、被加工材が最終形状となる部品以外に余剰部を残した状態で機械加工される際に、工作機械からの搬出効率を向上させることができる部品の機械加工方法が実現できる。

【符号の説明】

【0056】

１０：平板
１１：不要部
１２：必要部
１３：連結部
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
１９０：ミストコレクタ
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
３００：ワークストッカー
３１０：水平案内板
３２０：支持部
３３０：多関節ロボット
３４０：ワーク載置台
３５０：扉
３６０：部品保持部
Ｔ，Ｔ´：工具
Ｗ，Ｗ´：被加工材

【要約】

カバー体で覆われた加工空間で、被加工材支持部に支持された被加工材に工具支持部に支持された工具を作用させることにより、必要部が連結部を介して不要部に連結された状態に前記被加工材を機械加工する第１加工工程と、前記加工空間を仕切る扉を開放して前記加工空間に被加工材搬送機構を進入させて、前記第１加工工程で加工された被加工材のうち少なくとも前記必要部を前記被加工材搬送機構で支持した状態で、前記工具支持部に支持された工具により前記連結部を切り離す第２加工工程と、を含む部品の機械加工方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】