特許 7489487 工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-15

(45)【発行日】2024-05-23

(54)【発明の名称】工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 3/155 20060101AFI20240516BHJP

   B23Q 17/09 20060101ALI20240516BHJP

   B23B 3/30 20060101ALI20240516BHJP

【ＦＩ】

B23Q3/155 E

B23Q17/09 B

B23B3/30

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022564898

(86)(22)【出願日】2020-11-26

(86)【国際出願番号】 JP2020043932

(87)【国際公開番号】W WO2022113223

(87)【国際公開日】2022-06-02

【審査請求日】2023-09-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】株式会社ＦＵＪＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100125737

【弁理士】

【氏名又は名称】廣田 昭博

(72)【発明者】

【氏名】森 雅彦

【審査官】山本 忠博

(56)【参考文献】

【文献】特開平５－１９２８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－２１５７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１０５２６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｑ ３／１５５－３／１５７，１１／００，１７／０９；

Ｂ２３Ｂ ３／００－１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを回転保持する第１ワーク主軸装置における第１系統の加工と、ワークを回転保持する第２ワーク主軸装置における第２系統の加工を、交換が可能な主軸ヘッド工具によって実行する工具主軸装置を有し、制御装置によって前記各装置の駆動制御が行われる工作機械であって、
前記制御装置は、前記工具主軸装置において実行される前記第１系統の加工または前記第２系統の加工を基に、主軸ヘッド工具の総使用時間を算出して第１工具管理データまたは第２工具管理データとして記憶し、他方の前記第２工具管理データまたは前記第１工具管理データにおいても同じ総使用時間に書き換える工具管理処理部を有する工作機械。

【請求項2】

前記制御装置の工具管理処理部は、前記第１系統または前記第２系統において加工を実行させる加工プログラムの情報から、主軸ヘッド工具がワークに対して実際に当たっている加工時間を算出するものである請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

前記制御装置の工具管理処理部は、前記第１系統または前記第２系統の加工に応じて算出され記憶された主軸ヘッド工具の総使用時間を、記憶した前記第１工具管理データまたは前記第２工具管理データの一方から読み出し、他方の前記第２工具管理データまたは前記第１工具管理データにおいて当該主軸ヘッド工具における総使用時間として書き込むものである請求項１または請求項２に記載の工作機械。

【請求項4】

前記制御装置の工具管理処理部は、主軸ヘッド工具の総使用時間の書き換えを、前記第１系統または前記第２系統における加工プログラムの終了ごとに行うものである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、異なる系統の加工で使用される同一の工具について正しい寿命判断を行う工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

自動工具交換装置を有する工作機械は、加工プログラムに従ってツールマガジンに収納された工具の交換が自動で行われる。使用される複数の工具は、それぞれに工具番号が付与され、工具の長さ、径などのオフセット値、そして工具の寿命時間など工具情報が管理されている。下記特許文献１では、多数の工具を収納した工具供給装置が２台の工作機械に工具を受け渡しする構成が記載されている。各工作機械の制御部では、加工終了前に次の工程で使用する工具の準備命令を読み込み、情報管理装置から送られた次工程の工具の情報を記録する。工具の交換の際には、工作機械の制御部で読みだした寿命時間から工具使用時間を差し引いた時間が新たな工具寿命情報として更新される。そして、工具供給装置に返却する工具の情報が情報管理装置に送られ、その工具情報格納エリア内の当該工具情報が更新される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平５－２８５８０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前記従来例では、一方の工作機械で行われる第１系統の加工と、他方の工作機械で行われる第２系統の加工とで、共通の工具供給装置における工具が使用され、それぞれにおいて工具寿命の算出が行われる。しかし、別々に寿命判断を行うわけにはいかないため、従来例では、共通の情報管理装置によって工具寿命などの情報を一括管理することにより、各工具における正しい寿命判断が行われるようになっている。このように、異なる系統で加工を行う同一の工具について正しい寿命管理を行う必要であるが、例えば前記従来例のような情報管理装置を設けることなく当該工具の正しい寿命判断が行われることも望まれている。

【0005】

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、異なる系統の加工で使用される工具の正しい寿命判断を行う工作機械を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様における工作機械は、ワークを回転保持する第１ワーク主軸装置における第１系統の加工と、ワークを回転保持する第２ワーク主軸装置における第２系統の加工を、交換が可能な主軸ヘッド工具によって実行する工具主軸装置を有し、制御装置によって前記各装置の駆動制御が行われるものであって、前記制御装置は、前記工具主軸装置において実行される前記第１系統の加工または前記第２系統の加工を基に、主軸ヘッド工具の総使用時間を算出して第１工具管理データまたは第２工具管理データとして記憶し、他方の前記第２工具管理データまたは前記第１工具管理データにおいても同じ総使用時間に書き換える工具管理処理部を有する。

【発明の効果】

【0007】

前記構成によれば、工具主軸装置によって第１系統の加工または第２系統の加工が実行された場合に、各系統ごとに算出された主軸ヘッド工具の総使用時間が第１工具管理データまたは第２工具管理データとして記憶されるが、一方の第１工具管理データまたは第２工具管理データの前記総使用時間が、他方の第２工具管理データまたは第１工具管理データにおいても書き換えられ、異なる系統の加工で使用される主軸ヘッド工具であっても正しい寿命判断を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】工作機械の一実施形態である複合加工機の主要な構造を示した斜視図である。

【図2】工具主軸装置を示した側面図である。

【図3】自動工具交換装置とワーク自動搬送装置を加えた複合加工機の斜視図である。

【図4】複合加工機の制御システムを概念的に示した図である。

【図5】ＡＴＣ工具管理プログラム処理を概念的にしめした図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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、工作機械の一実施形態である複合加工機の主要な構造を示した斜視図である。本実施形態の複合加工機１は、各種加工装置を有することによりＮＣ旋盤とマシニングセンタの両方の機能を持つようにした工作機械である。具体的には、ワークＷを把持する第１ワーク主軸装置３および第２ワーク主軸装置４と、複数の工具Ｔを有する第１タレット装置５および第２タレット装置６が、それぞれ左右対称に配置された対向２軸旋盤であり、加えて機体中央には工具主軸装置２が設けられている。

【0010】

第１および第２ワーク主軸装置３，４は同じ構造であり、主軸台１２にスピンドルが回転自在に組み込まれ、そこに加工対象であるワークＷを把持および解放するチャック機構１１が組付けられている。チャック機構１１は、スピンドルモータ１３の駆動によって回転し、そこに把持されたワークＷに対する加工時の位相決めや所定速度での回転が与えられる。主軸台１２やスピンドルモータ１３は、主軸スライド１４に搭載されている。主軸スライド１４は、ベッド７の前側傾斜面７０１に固定されたガイドレール１５に沿って摺動自在であり、Ｚ軸サーボモータにより回転するネジ軸１７のボールネジ機構によって機体幅方向であるＺ軸方向に移動するよう構成されている。

【0011】

第１タレット装置５および第２タレット装置６は同じ構造であり、タレット２１に複数の工具Ｔ（タレット工具）が円周方向に等間隔で取り付けられ、割出し用サーボモータ２２の回転制御によって、任意の工具Ｔを円周上の加工位置に位置決めできるよう構成されている。第１および第２タレット装置５，６は、タレット２１をＺ軸に直交する２方向に移動させるようにした駆動機構が設けられている。略三角形状のベーススライド２３がベッド７に対して前方斜め４５度上方にスライド可能であり、タレット２１を搭載したタレットスライド２４がベーススライド２３に対して前方斜め４５度下方にスライド可能に組み付けられている。そして、ベーススライド２３やタレットスライド２４は、各々のサーボモータにより回転するネジ軸のボールネジ機構によって各方向に移動するよう構成されている。

【0012】

図２は、工具主軸装置２を示した側面図である。工具主軸装置２は、主軸ヘッド２６内に主軸用サーボモータや工具スピンドルが内蔵されたビルトインタイプであり、下端部に設けられた工具装着部に対して様々な工具Ｔ（主軸ヘッド工具）の取り換えが行われるようになっている。主軸ヘッド２６は、主軸スライド２７に対して回転可能に取り付けられ、回転伝達機構を介してＢ軸モータ２８の回転が伝達されるよう構成されている。工具主軸装置２は、機体前後方向の水平なＹ軸に沿ってガイドレール３１が固定され、そこにベーススライド３２が摺動可能に組付けられている。また、ベーススライド３２は、前面側に機体上下方向の鉛直なＸ軸に沿ってレール部３３が固定され、そこに主軸スライド３４が摺動可能に組付けられている。ベーススライド３２と主軸スライド３４は、ともにボールネジ機構が設けられ、Ｙ軸サーボ―モータ３５またはＸ軸サーボモータ３６の駆動によって、主軸ヘッド２６が各軸方向に移動可能になっている。

【0013】

複合加工機１は、ワークＷの加工が図面左側の第１系統と右側の第２系統の２つに分けられおり、中央に位置する工具主軸装置２が第１系統および第２系統の両方の加工に対応できるようになっている。第１系統の加工は、第１ワーク主軸装置３に把持されたワークＷに対する第１タレット装置５における加工および、工具主軸装置２における加工であり、第２系統は、第２ワーク主軸装置４に把持されたワークＷに対する第２タレット装置６における加工および、工具主軸装置２における加工である。

【0014】

次に、図３は、自動工具交換装置８とワーク自動搬送装置９を加えた複合加工機１の斜視図である。ガントリ式のワーク自動搬送装置９は、フレーム構体４１の上を機体幅方向に移動可能な走行テーブルに、機体前後方向に移動可能なスライド台が搭載され、その先端部にチャック機構を備えた昇降アームが上下に移動可能に組み付けられている。複合加工機１は、このワーク自動搬送装置９によりワークＷが運ばれ、入力側ストッカから第１ワーク主軸装置３へ、更には第２ワーク主軸装置４へと搬送され、加工終了によって出力側ストッカへと収められる。

【0015】

自動工具交換装置８は、工具主軸装置２における工具Ｔの交換を行うものであり、第１系統および第２系統の加工に対応する複数の工具Ｔがツールマガジン４３に収納されている。自動工具交換装置８は、ツールマガジン４３が交換装置本体４５の上部に位置し、２本の支柱によって起立し、ベッド７に連結された不図示のフレーム構体により支えられている。交換装置本体４５には主軸ヘッド２６に対して工具交換を行うツールチェンジャが設けられ、更に、そのツールチェンジャとツールマガジン４３との間で工具Ｔを移動させるシフト装置が構成されている。ツールチェンジャは、両端部にチャックを有する工具交換アームを旋回させ、シフト装置と主軸ヘッド２６とに保持された工具Ｔを交換するものである。

【0016】

複合加工機１は、ワークＷの搬送、加工および工具交換が自動で行われる。図４は、そうした複合加工機１の制御システムを概念的に示した図である。複合加工機１を駆動させる制御装置５０は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、不揮発性メモリ５４、Ｉ／Ｏユニット５５などがバスライン５８を介して接続されている。ＣＰＵ５１は制御部全体を統括制御するものであり、ＲＯＭ５２にはＣＰＵ５１が実行するシステムプログラムや制御パラメータ等が格納され、ＲＡＭ５３には一時的に演算データ等が格納される。

【0017】

また、揮発性メモリ５４は、ＣＰＵ５１が行う処理に必要な情報であり、複合加工機１の加工プログラムなどの情報が格納されている。そして、制御装置５０にはＩ／Ｏユニット５５に接続されたプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）５６が設けられ、ラダー形式で作成されたシーケンスプログラムによって複合加工機１の工具主軸装置２など各種加工装置の駆動部制御が行われる。加工プログラムの各機能指令はシーケンスプログラムによって必要な信号に変換され、Ｉ／Ｏユニット５５から工具主軸装置２などに対して出力が行われる。

【0018】

複合加工機１は、制御装置５０に格納された加工プログラムに従いワーク加工が実行される。先ず、入力側ストッカのワークＷがワーク自動搬送装置により第１ワーク主軸装置３へと運ばれ、チャック機構１１によって把持される。第１タレット装置５では、タレット２１の駆動により旋回割出しされた工具ＴがワークＷに対する加工位置へと移動して位置決めされる。第１ワーク主軸装置３は、スピンドルモータ１３の駆動によりワークＷが回転し、Ｚ軸サーボモータの駆動によりＺ軸方向に移動して、工具Ｔが当てられたワークＷに所定の加工が行われる。

【0019】

第１ワーク主軸装置３のワークＷに対する第１系統の加工は、第１タレット装置５による加工のほか、工具主軸装置２を加えた加工、或いは工具主軸装置２のみによる加工が行われる。工具主軸装置２によるワークＷの加工は、ベーススライド３２がＹ軸方向に移動し、主軸スライド２７がＸ軸方向に移動することにより、主軸ヘッド２６の工具Ｔが第１ワーク主軸装置３のワークＷに対する加工位置へと運ばれる。そして、主軸ヘッド２６は、Ｂ軸モータ２８の回転により鉛直下向きの工具Ｔが傾けられ、ワークＷに対する穴あけなど所定の加工が行われる。

【0020】

第１系統の加工終了後は、第１ワーク主軸装置３から第２ワーク主軸装置４へとワークＷを移すため、例えば両装置が機体中央に近づき、チャック機構１１同士によるワークＷの掴みかえが行われる。第２ワーク主軸装置４の第２系統では、第１系統の加工と同様に、ワークＷに対して第２タレット装置６による加工が行われ、その加工内容によっては工具主軸装置２による加工も行われる。その際、工具主軸装置２は、Ｂ軸モータ２８の駆動により主軸ヘッド２６の工具Ｔが旋回し、第２ワーク主軸装置４のワークＷに対する加工が行われる。

【0021】

ところで、制御装置５０には工具管理プログラムが格納されている。第１および第２タレット装置５，６に取り付けられた工具Ｔ（タレット工具）は、ワークＷを実際に加工している時間から総使用時間が算出され、予め設定された寿命時間との比較によって工具Ｔの取り換え指示がモニタ表示されるなど作業者に対する報知処理が行われる。第１および第２タレット装置５，６は、第１系統の加工と第２系統の加工とが明確に区別され、タレット２１に装着された工具Ｔ（タレット工具）の寿命が各々判断される。しかし、工具主軸装置２に取り付けられた工具Ｔ（主軸ヘッド工具）は、第１系統と第２系統の加工の両方に使用されるため、各系統での加工ごとに使用時間を算出したのでは正しい寿命判断を行うことができない。

【0022】

そこで、本実施形態では、工具主軸装置２に対して工具交換を行う自動工具交換装置（ＡＴＣ）８の工具Ｔについて、その寿命を管理するためのＡＴＣ工具管理プログラムが制御装置５０に格納されている。具体的には、図５に示すＰＬＣ５６に格納された書き換えプログラムの読み込みと書き込みとによって、第１系統と第２系統の異なる記憶領域に記録される工具管理データが統一できるように構成されている。なお、図５は、制御装置５０におけるＡＴＣ工具管理プログラム処理を概念的に示した図である。

【0023】

先ず、制御装置５０は、工具主軸装置２によって実行されるワークＷの加工内容に応じた様々な加工プログラムが格納されている。特に、工具主軸装置２に関しては、第１系統の加工における様々な第１加工プログラムと、第２系統の加工における様々な第２加工プログラムとが区別して設けられている。また、そうした加工プログラムの情報に基づき、工具Ｔが実際にワークＷの加工を行った時間を算出する加工時間算出プログラムが格納されている。加工時間算出プログラムは、実行中の加工プログラムの情報（例えば座標情報）から、工具ＴがワークＷに対して実際に当たっている加工時間を算出するものである。

【0024】

ＡＴＣ工具管理プログラムでは、加工終了のタイミングで工具管理データから前回の加工までの総使用時間が読み出され、その値に今回の加工における使用時間が加算される。そして、新たな工具管理データとして更新記憶された総使用時間が、予め該当する工具Ｔについて設定された寿命時間との比較によって寿命判断が行われる。このような工具Ｔに関する寿命判断は、第１系統と第２系統の異なる記憶領域に記録された工具管理データごとに行われる。しかし、工具主軸装置２は、一つの工具Ｔが第１系統と第２系統の両方の加工に使用可能であるため、一方だけの使用時間だけでは正確な寿命判断はできない。

【0025】

そこで、ＡＴＣ工具管理プログラムでは、第１系統と第２系統の一方の加工によって算出された工具Ｔの総使用時間が、他方の系統における工具管理データに関しても更新記憶が行われる。すなわち、第１系統の第１工具管理データと第２系統の第２工具管理データとが統一されるようになっている。なお、工具主軸装置２に装着される工具Ｔは、ツールマガジン４３に収められた工具番号によって管理され、第１系統と第２系統の各記憶領域には同じ工具番号の第１工具管理データと第２工具管理データとが存在する。

【0026】

第１工具管理データと第２工具管理データの統一は、例えば先ず工具主軸装置２により工具Ｔｎを使用した第１加工が行われた場合、加工時間算出プログラムによって、第１加工プログラムから工具ＴｎがワークＷに当たっている加工時間が算出される。第１加工の終了が加工プログラムに従って確認されると、そのタイミングで工具Ｔｎの総使用時間が第１工具管理データとして更新される。すなわち、工具番号に従って記憶領域から工具Ｔｎの総使用時間Ｎが読み出され、今回の使用時間ｎを加算した値すなわち新たな総使用時間Ｎ＋ｎが更新記憶される。

【0027】

このとき更新された工具Ｔｎの総使用時間は、第１工具管理データとして記憶されるだけではなく、第２加工プログラムを対象とする第２工具管理データ側でも更新される。そのため、例えばＰＬＣ５６には読み込みと書き込みを行う書き換えプログラムが格納され、第１工具管理データと第２工具管理データの統一が行われる。書き換えプログラムは、第１系統の加工が終了したタイミングで、更新記憶された工具Ｔｎの総使用時間Ｎ＋ｎがＰＬＣ５６に読み込まれる。更に、その値が工具番号ごとに用意された第２系統側の記憶領域に工具Ｔｎの総使用時間Ｎ＋ｎが第２工具管理データとして書き換えられる。

【0028】

その後、同じ工具Ｔｎにより工具主軸装置２における第２系統の加工が行われた場合には、加工時間算出プログラムによって、同じように第２加工プログラムから工具ＴｎがワークＷに当たっている加工時間が算出される。第２系統の加工の終了が加工プログラムに従って確認されると、そのタイミングで工具番号に従って記憶領域から工具Ｔｎの総使用時間Ｎ＋ｎ（＝Ｎ１）が読み出される。そして、総使用時間Ｎ１に今回の使用時間ｎ１を加算した値が新たな総使用時間Ｎ１＋ｎ１として更新記憶される。更に、第２加工終了後でも更新された総使用時間Ｎ１＋ｎ１は、書き換えプログラムの読み込みによってＰＬＣ５６に読み込まれ、更にその値が工具番号に対応した第１系統側の記憶領域に第１工具管理データとして書き換えられる。

【0029】

一方、工具主軸装置２における第２系統の加工が、交換された異なる工具Ｔｍにより行われた場合であっても同じく書き換え処理が行われる。すなわち、加工時間算出プログラムによって第２加工プログラムから工具ＴｍがワークＷに当たっている加工時間が算出される。そして、第２系統の加工の終了が加工プログラムに従って確認されると、そのタイミングで対応する工具番号の記憶領域に工具Ｔｍの総使用時間が第２工具管理データとして更新される。すなわち、総使用時間Ｎ２に今回の使用時間ｎ２を加算した値が新たな総使用時間Ｎ２＋ｎ２として更新記憶され、その値は書き換えプログラムの読み込みによってＰＬＣ５６に読み込まれ、工具番号に対応した第１系統側の記憶領域に第１工具管理データとして書き換えられる。

【0030】

よって、制御装置５０は、工具主軸装置２の第１系統および第２系統の加工に対して、工具寿命を正確に判断するためのＡＴＣ工具管理プログラムが格納されているため、第１系統と第２系統で分かれている第１工具管理データと第２工具管理データが統一できる。例えば、前述したように第２系統の加工が終了した場合には、今回の使用時間ｎ１を第１系統で行われた加工時間を含む総使用時間Ｎ１に加えることにより、工具Ｔｎに関して正確な総使用時間を算出することができる。そのため、複合加工機１のように工具主軸装置２が第１系統と第２系統の加工で同じ工具Ｔを使用し、その使用時間が算出されたとしても、互いに使用された時間を更新し合うことによって工具Ｔの正しい寿命判断が可能になる。

【0031】

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、前記実施形態では、工具Ｔの総使用時間を算出して一方の系統の工具管理データの更新記憶と、他の系統の工具管理データの書き換えを、一つの加工プログラムが終了した加工終了後に行っていたが、主軸ヘッド２６の方向を変えたタイミングすなわち第１系統と第２系統の切り換えのタイミングや、自動工具交換装置８における工具交換のタイミングで行うようにしてもよい。

【符号の説明】

【0032】

１…複合加工機 ２…工具主軸装置 ３…第１ワーク主軸装置 ４…第２ワーク主軸装置 ５…第１タレット装置 ６…第２タレット装置 ８…自動工具交換装置 ９…ワーク自動搬送装置 ５０…制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】