JP2018161724A - 工作機械システムおよびクランプ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工対象物の工作機械の加工領域内への設置動作から加工対象物のクランプ動作までの時間を短縮する工作機械システムおよびクランプ方法を提供する。【解決手段】工作機械システム（１０）は、主軸（２０）に取り付けられた工具（２２）を用いてテーブル（２８）上に設置された加工対象物（Ｗ）を加工する工作機械（１２）と、加工対象物（Ｗ）を把持するロボット（１４）とを備える。ロボット（１４）は、テーブル（２８）上に設置され、テーブル（２８）上に加工対象物（Ｗ）を設置する設置動作、および、加工対象物（Ｗ）をクランプするクランプ動作を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、加工対象物をクランプするクランプ機能を有する工作機械システムおよびクランプ方法に関する。

下記特許文献１には、加工機の外に多関節ロボットを配置し、この多関節ロボットを用いて、未加工のワークを加工機内に搬入するとともに、加工済みのワークを加工機外に搬出することが開示されている。

特開２０１５−２０９６５８号公報

しかしながら、上記した特許文献１では、ワークを加工領域内まで搬入させた後に、テーブル上に設置されたクランプ装置によってワークを固定（クランプ）しなければならない。また、クランプ装置を用いる場合は、センサ等を用いて、ワークが適切にクランプされたことを確認するという動作が必要となる。さらに、加工済みのワークを加工機外へ搬出する際には、クランプ装置によるワークの固定を解除（アンクランプ）しなければならない。このように、クランプ装置によるクランプ、アンクランプによって、加工サイクルの時間が長くなってしまう。

そこで、本発明は、クランプ装置のクランプ・アンクランプ動作による加工サイクルの長時間化を防止する工作機械システムおよびクランプ方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、主軸に取り付けられた工具を用いてテーブル上に設置された加工対象物を加工する工作機械と、前記加工対象物を把持するロボットとを備える工作機械システムであって、前記ロボットは、前記テーブル上に設置され、前記テーブル上に前記加工対象物を設置する設置動作、および、前記加工対象物をクランプするクランプ動作を行う。

本発明の第２の態様は、主軸に取り付けられた工具を用いて加工対象物を加工する工作機械のテーブル上で前記加工対象物をクランプするクランプ方法であって、前記加工対象物を把持するロボットが前記テーブル上に設置され、前記ロボットが、前記テーブル上に前記加工対象物を設置する設置動作、および、前記加工対象物をクランプするクランプ動作を行う。

本発明によれば、クランプ装置を設ける必要がなくなる。したがって、クランプ装置によるクランプ動作、および、クランプの確認動作を行う必要がなくなり、加工サイクルの時間を短縮することができる。また、クランプ装置を設ける必要がないので、アンプクランプ動作を行なう必要もなくなる。さらに、テーブルが移動した場合であっても、加工対象物のクランプ精度が低下することはない。また、ロボットを加工領域内に設置するので、ロボットを囲む安全柵を設ける必要がなく、コストが低廉になる。

実施の形態の工作機械システムの構成を示す図である。 図１の要部拡大図である。 加工対象物の加工領域内への搬入から加工を開始するまでの工作機械およびロボットの動作を示すフローチャートである。 加工終了後から加工対象物の加工領域外への搬出までの工作機械およびロボットの動作を示すフローチャートである。 加工領域外に配置された従来のロボットを用いた場合の、加工対象物の加工領域内への搬入から加工を開始するまでの動作を示すフローチャートである。 加工領域外に配置された従来のロボットを用いた場合の、加工終了後から加工対象物の加工領域外への搬出までの動作を示すフローチャートである。

本発明に係る工作機械システムおよびクランプ方法について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

図１は、実施の形態の工作機械システム１０の構成を示す図、図２は、図１の要部拡大図である。工作機械システム１０は、工作機械１２、ロボット１４、工作機械１２を制御する制御装置１６、および、ロボット１４を制御する制御装置１８を備える。この制御装置１６と制御装置１８とは互いに通信可能である。なお、制御装置１６と制御装置１８とを、１つの制御装置で構成してもよい。

工作機械１２は、主軸２０に取り付けられた工具（切削工具）２２により加工対象物（ワーク、被加工物）Ｗを加工する。工作機械１２は、主軸２０と、Ｚ方向に平行な回転軸を中心に主軸２０を回転駆動する主軸頭２４と、主軸頭２４をＺ方向（上下方向）に移動させるコラム２６と、主軸２０の下方（−Ｚ方向）側に配置され、加工対象物Ｗを支持するテーブル２８と、テーブル２８をＸ方向およびＹ方向に移動させるテーブル駆動部３０とを備える。Ｘ方向、Ｙ方向、および、Ｚ方向は、理想上は互いに直交しているものとする。この主軸２０のＺ方向への移動と、テーブル２８のＸ方向およびＹ方向への移動とによって、工作機械１２は、３次元に加工対象物Ｗに対して加工を行うことができる。なお、−Ｚ方向を重力が働く方向とする。

工具２２は、工具ホルダ３２に保持されている。工具ホルダ３２は、主軸２０に着脱可能であり、工具２２は、工具ホルダ３２を介して主軸２０に取り付けられる。工具ホルダ３２が主軸２０の先端部に設けられた装着穴（図示略）に挿入されることによって、工具２２が主軸２０に取り付けられる。工具２２は、主軸２０と一緒に回転する。

工作機械１２は、主軸２０に取り付ける工具２２を自動工具交換装置３４により交換可能なマシニングセンタとして構成されている。自動工具交換装置３４は、旋回式の工具マガジン３６を有する。工具マガジン３６は、周方向に沿って設けられた複数のグリップ３６ａを有する。複数のグリップ３６ａの各々は、工具ホルダ３２を介して工具２２を着脱可能に保持する。工具２２としては、例えば、ヘール工具、ドリル、エンドミル、フライス等が挙げられる。

主軸頭２４には、コラム２６に対して主軸頭２４をＺ方向と平行するＺ軸方向に移動させるための図示しないＺ軸駆動機構が接続されている。Ｚ軸駆動機構は、サーボモータと、サーボモータの回転運動を直進運動に変換して主軸頭２４に伝達する動力変換機構（ボールネジおよびナット等）を有する。また、主軸２０は、主軸頭２４内に設けられた図示しないスピンドルモータの駆動によってＺ軸周りに回転する。また、工具マガジン３６は、図示しない旋回用モータによって回転（旋回）する。

テーブル駆動部３０は、台座４０またはその周辺の部品に支持されている。テーブル駆動部３０は、Ｙ軸スライド部４２、サドル４４、および、Ｘ軸スライド部４６を有する。サドル４４は、Ｙ軸スライド部４２を介して台座４０に対してＹ方向に移動可能に支持されている。テーブル２８は、Ｘ軸スライド部４６を介してサドル４４に対してＸ方向に移動可能に支持されている。

サドル４４には、台座４０に対してサドル４４をＹ方向と平行するＹ軸方向に移動させるための図示しないＹ軸駆動機構が接続されている。テーブル２８にも、同様に、サドル４４に対してテーブル２８をＸ方向と平行するＸ軸方向に移動させるための図示しないＸ軸駆動機構が接続されている。このＹ軸駆動機構およびＸ軸駆動機構は、サーボモータと、サーボモータの回転運動を直進運動に変換してサドル４４およびテーブル２８に伝達する動力変換機構（ボールネジおよびナット等）を有する。Ｚ軸駆動機構、Ｙ軸駆動機構、および、Ｘ軸駆動機構は、周知のものを用いることができる。このＺ軸駆動機構、Ｙ軸駆動機構、および、Ｘ軸駆動機構のサーボモータと、スピンドルモータと、旋回用モータとは、制御装置１６によって制御される。制御装置１６は、図示しない工作機械用のプログラムにしたがって、これらのモータを制御する。

工作機械１２には、工作機械１２の加工領域１２ａを覆い、加工によって発生した切粉（加工屑）および切削液が周囲に飛散するのを防止するためのスプラッシュガード（スプラッシュカバー）４８が設けられている。なお、工作機械１２には、加工時に工具２２に向けて切削液を吐出するノズル（図示略）が設けられている。このスプラッシュガード４８には、図示しない開口部が形成されており、スプラッシュガード４８は、この開口部を覆うための開閉可能な扉４８ａを有する。スプラッシュガード４８の開口部は、テーブル２８に支持される加工対象物Ｗを交換するためのものであり、扉４８ａは、加工時に閉状態となり、加工対象物Ｗの交換時に開状態となる。扉４８ａは、図示しないアクチュエータ（モータ）の駆動によって開閉し、制御装置１８は、工作機械用のプログラムにしたがってこのアクチュエータを駆動する。

ロボット１４は、テーブル２８上に設置されている。図２に示すように、ロボット１４は、テーブル２８の上面に設置されたベース部５０と、ベース部５０に設けられた多関節アーム５２とを有する多関節ロボットである。この多関節アーム５２の先端部には、加工対象物Ｗを把持するハンド５４が取り付けられている。多関節アーム５２の複数の関節は、図示しない複数のサーボモータによって駆動する。制御装置１８は、ロボット用のプログラムにしたがってロボット１４に設けられた複数のサーボモータを制御することで、ロボット１４の姿勢を制御する。このロボット１４によって、加工対象物Ｗのテーブル２８上への設置、および、加工対象物Ｗのクランプ動作が行なわれる。なお、ロボット１４は、テーブル２８に対して移動不能に設置されている。

＜工作機械１２およびロボット１４の動作＞
次に、加工対象物Ｗの加工領域１２ａ内への搬入から加工を開始するまでの工作機械１２およびロボット１４の動作を、図３に示すフローチャートにしたがって説明する。なお、以下の説明では、特に説明しないが、工作機械１２およびロボット１４の動作は、制御装置１６、１８の制御によって行われる。

まず、ステップＳ１で、工作機械１２は、加工領域１２ａ内への加工対象物Ｗの搬入を可能にするために、扉４８ａを開く。これにより、スプラッシュガード４８に形成された開口部が露出する。次いで、ステップＳ２で、テーブル２８上に設置されたロボット１４は、露出した開口部を介してハンド５４を加工領域１２ａ外に移動させる。

次いで、ステップＳ３で、ロボット１４は、加工領域１２ａ外に設置された加工対象物支持テーブル（図示略）に載置されている未加工の加工対象物Ｗをハンド５４によって把持する。次いで、ステップＳ４で、ロボット１４は、把持した加工対象物Ｗをスプラッシュガード４８に形成された開口部を介して加工領域１２ａ内に搬入させる。

加工対象物Ｗが加工領域１２ａ内に搬入されると、ステップＳ５で、工作機械１２は、扉４８ａを閉じる。これにより、開口部が扉４８ａによって覆われた状態となる。

次いで、ステップＳ６で、ロボット１４は、搬入した加工対象物Ｗをテーブル２８上に設置し、加工対象物Ｗをテーブル２８上でクランプ（固定）するクランプ動作を行う。つまり、ロボット１４は、テーブル２８上に設置した加工対象物Ｗを動かすことなく加工対象物Ｗの把持を継続する。

このクランプは、工作機械１２が工作機械用のプログラムにしたがって加工対象物Ｗを加工した場合に、加工対象物Ｗへの加工位置がプログラムによって決められた加工位置とずれないようにするためである。したがって、加工中に加工対象物Ｗがテーブル２８に対して動くことはない。また、ロボット１４は、テーブル２８上に設定されているので、テーブル２８がＸ軸方向およびＹ軸方向に移動した場合であっても、ロボット１４と加工対象物Ｗおよびテーブル２８との相対位置が変わることもない。したがって、テーブル２８の移動によって、ロボット１４による加工対象物Ｗのクランプ精度が低下することもない。

加工対象物Ｗがテーブル２８に設置されると、ステップＳ７で、工作機械１２は、加工を開始する。

次に、加工終了後から加工対象物Ｗの加工領域１２ａ外への搬出までの工作機械１２およびロボット１４の動作を、図４に示すフローチャートにしたがって説明する。

加工が終了すると、ステップＳ１１で、工作機械１２は、加工領域１２ａ外への加工対象物Ｗの搬出を可能にするために、扉４８ａを開く。次いで、ステップＳ１２で、ロボット１４は、スプラッシュガード４８に形成された開口部を介して、加工済みの加工対象物Ｗを加工領域１２ａ外に搬出する。

次いで、ステップＳ１３で、ロボット１４は、加工領域１２ａ外に設置された加工対象物支持テーブルに加工対象物Ｗを載置し、ステップＳ１４で、ロボット１４は、ハンド５４による加工対象物Ｗの把持を解除する。次いで、ステップＳ１５で、ロボット１４は、ハンド５４をスプラッシュガード４８に形成された開口部を介して加工領域１２ａ内に移動させる。

ハンド５４が加工領域１２ａ内に移動すると、ステップＳ１６で、工作機械１２は、扉４８ａを閉じる。これにより、開口部が扉４８ａによって覆われた状態となる。

このように、テーブル２８上に設置されたロボット１４が、加工領域１２ａ外にある加工対象物Ｗを加工領域１２ａ内に搬入し、搬入した加工対象物Ｗをテーブル２８上に設置する。このとき、ロボット１４は、テーブル２８上に設置した加工対象物Ｗを動かさずに加工対象物Ｗの把持を継続する。これにより、クランプ装置による加工対象物Ｗのクランプ動作、および、クランプ動作の確認を行う必要がなくなり、加工サイクルの時間を短縮することができる。また、加工が終了すると、テーブル２８上に設置されたロボット１４が、加工対象物Ｗを搬出すればよいので、クランプ装置によるアンクランプ動作を行う必要がなく、加工サイクルの時間を短縮することができる。また、ロボット１４は、テーブル２８上に設置されているので、テーブル２８が移動しても、ロボット１４による加工対象物Ｗのクランプ精度が低下することはない。また、ロボット１４を加工領域１２ａ内に設置するので、ロボット１４を囲む安全柵を設ける必要がなく、コストが低廉になる。

＜従来の動作＞
ここで、本実施の形態と従来とを比較するために、加工領域１２ａ外に配置された従来のロボット（以下、従来ロボットと呼ぶ。）を用いて、加工対象物Ｗの搬入、搬出を行う場合の動作を説明する。まず、加工対象物Ｗの加工領域１２ａ内への搬入から加工を開始するまでの工作機械１２および従来ロボットの動作を、図５に示すフローチャートにしたがって説明する。

ステップＳ２１で、加工領域１２ａ外に配置された従来ロボットは、加工領域１２ａ外に設置された加工対象物支持テーブルに載置されている未加工の加工対象物Ｗをハンド５４によって把持する。

次いで、ステップＳ２２で、工作機械１２は、加工領域１２ａ内への加工対象物Ｗの搬入を可能にするために、扉４８ａを開く。これにより、スプラッシュガード４８に形成された開口部が露出する。

次いで、ステップＳ２３で、従来ロボットは、スプラッシュガード４８に形成された開口部を介して把持した加工対象物Ｗを加工領域１２ａ内に搬入させ、ステップＳ２４で、従来ロボットは、テーブル２８に取り付けられたクランプ装置に加工対象物Ｗを設置する。

次いで、ステップＳ２５で、クランプ装置が加工対象物Ｗをクランプ（保持、固定）し、ステップＳ２６で、従来ロボットは、加工対象物Ｗの把持を解除する。次いで、ステップＳ２７で、工作機械１２は、加工対象物Ｗが適切にクランプされたことを確認する。このクランプの確認は、クランプ装置に設けられたセンサ等を用いて確認する。

クランプの確認が終了すると、ステップＳ２８で、従来ロボットは、露出した開口部を介してハンド５４を加工領域１２ａ外に移動させ、ステップＳ２９で、工作機械１２は、扉４８ａを閉じ、ステップＳ３０で、工作機械１２は、加工を開始する。

次に、加工終了後から加工対象物Ｗの加工領域１２ａ外への搬出までの工作機械１２および従来ロボットの動作を、図６に示すフローチャートにしたがって説明する。

加工が終了すると、ステップＳ３１で、工作機械１２は、加工領域１２ａ外への加工対象物Ｗの搬出を可能にするために、扉４８ａを開く。

次いで、ステップＳ３２で、従来ロボットは、スプラッシュガード４８に形成された開口部を介して、ハンド５４を加工領域１２ａ内に移動させ、ステップＳ３３で、従来ロボットは、クランプ装置に載置された加工対象物Ｗを把持する。次いで、ステップＳ３４で、クランプ装置は、加工対象物Ｗのクランプを解除する。

次いで、ステップＳ３５で、従来ロボットは、スプラッシュガード４８に形成された開口部を介して、把持した加工対象物Ｗを加工領域１２ａ外に搬出し、ステップＳ３６で、工作機械１２は、扉４８ａを閉じる。

次いで、ステップＳ３６で、従来ロボットは、把持した加工対象物Ｗを加工対象物支持テーブルに載置し、ステップＳ３７で、従来ロボットは、加工対象物Ｗの把持を解除する。

このように、従来では、クランプ装置による加工対象物Ｗのクランプ動作、クランプ確認、および、アンクランプ動作を行う必要があるので、加工サイクルの時間が長くなる。

［変形例］
上記実施の形態は、以下のように変形してもよい。

（変形例１）
上記実施の形態では、ロボット１４によって加工対象物Ｗはクランプされているものの、加工トルクが大きすぎたり、切削速度が速すぎることで、ロボット１４が、精度よく加工対象物Ｗをクランプすることができない場合がある。その対策として、変形例１では、ロボット１４に振動を検出する振動検出部５６を設けてもよい（図２参照）。この振動検出部５６は、工具２２による加工対象物Ｗの加工によって生じる振動を検出する。そして、工作機械１２（具体的には、制御装置１６）は、この振動検出部５６が検出した振動に応じて、工具２２の加工トルクおよび切削送り速度の少なくとも一方を変更させてもよい。例えば、検出した振動が閾値以上の場合は、加工によって発生する振動を閾値未満に抑えるために、工作機械１２は、加工トルクを小さくしたり、切削送り速度を遅くする。

（変形例２）
上記の実施の形態では、ロボット１４が、加工対象物Ｗの搬入、載置、クランプ、搬出を行うようにしたが、加工対象物Ｗの搬入、搬出は、搬送装置が行なってもよい。つまり、この搬送装置が、未加工の加工対象物Ｗを加工領域１２ａ内に搬入し、加工済みの加工対象物Ｗを加工領域１２ａ外に搬出してもよい。この場合は、ロボット１４は、搬送装置で搬入された未加工の加工対象物Ｗを把持してテーブル２８上に載置し、加工済みの加工対象物Ｗを搬送装置に受け渡す。

〔実施の形態から得られる技術的思想〕
上記実施の形態および変形例１、２から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。

工作機械システム（１０）は、主軸（２０）に取り付けられた工具（２２）を用いてテーブル（２８）上に設置された加工対象物（Ｗ）を加工する工作機械（１２）と、加工対象物（Ｗ）を把持するロボット（１４）とを備える。ロボット（１４）は、テーブル（２８）上に設置され、テーブル（２８）上に加工対象物（Ｗ）を設置する設置動作、および、加工対象物（Ｗ）をクランプするクランプ動作を行う。

これにより、クランプ装置を設ける必要がなくなる。したがって、クランプ装置によるクランプ動作、および、クランプの確認動作を行う必要がなくなり、加工サイクルの時間を短縮することができる。また、クランプ装置を設ける必要がないので、アンプクランプ動作を行なう必要もなくなる。さらに、テーブル（２８）が移動した場合であっても、加工対象物（Ｗ）のクランプ精度が低下することはない。また、ロボット（１４）を加工領域内に設置するので、ロボット（１４）を囲む安全柵を設ける必要がなく、コストが低廉になる。

工作機械（１２）は、予め決められたプログラムにしたがって加工対象物（Ｗ）を加工し、ロボット（１４）は、加工対象物（Ｗ）への加工位置がプログラムによって決められた加工位置とずれないように、加工対象物（Ｗ）をクランプする。これにより、工作機械（１２）は、適切に加工を行うことができる。

ロボット（１４）は、加工中に加工対象物（Ｗ）がテーブル（２８）に対して動かないように加工対象物（Ｗ）をクランプする。これにより、工作機械（１２）は、適切に加工を行うことができる。

ロボット（１４）は、加工対象物（Ｗ）の工作機械（１２）の加工領域（１２ａ）内への搬入動作、および、加工済みの加工対象物（Ｗ）の加工領域（１２ａ）外への搬出動作を行う。これにより、加工対象物（Ｗ）の搬入、載置、クランプ、および、搬出の一連の動作をロボット（１４）が行うので、加工サイクルの時間をさらに短縮することができる。

１０…工作機械システム １２…工作機械
１２ａ…加工領域 １４…ロボット
１６、１８…制御装置 ２８…テーブル
４８…スプラッシュガード ４８ａ…扉
５０…ベース部 ５２…多関節アーム
５４…ハンド ５６…振動検出部

Claims (9)

1. 主軸に取り付けられた工具を用いてテーブル上に設置された加工対象物を加工する工作機械と、前記加工対象物を把持するロボットとを備える工作機械システムであって、
   前記ロボットは、前記テーブル上に設置され、前記テーブル上に前記加工対象物を設置する設置動作、および、前記加工対象物をクランプするクランプ動作を行う、工作機械システム。
2. 請求項１に記載の工作機械システムであって、
   前記工作機械は、予め決められたプログラムにしたがって前記加工対象物を加工し、
   前記ロボットは、前記加工対象物への加工位置が前記プログラムによって決められた加工位置とずれないように、前記加工対象物をクランプする、工作機械システム。
3. 請求項１または２に記載の工作機械システムであって、
   前記ロボットは、加工中に前記加工対象物が前記テーブルに対して動かないように前記加工対象物をクランプする、工作機械システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の工作機械システムであって、
   前記ロボットは、前記加工対象物の前記工作機械の加工領域内への搬入動作、および、加工済みの前記加工対象物の前記加工領域外への搬出動作を行う、工作機械システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の工作機械システムであって、
   前記ロボットは、振動を検出する振動検出部を備え、
   前記工作機械は、前記振動検出部が検出した振動に基づいて、前記工具の加工トルクおよび切削送り速度の少なくとも一方を変更させる、工作機械システム。
6. 主軸に取り付けられた工具を用いて加工対象物を加工する工作機械のテーブル上で前記加工対象物をクランプするクランプ方法であって
   前記加工対象物を把持するロボットが前記テーブル上に設置され、
   前記ロボットが、前記テーブル上に前記加工対象物を設置する設置動作、および、前記加工対象物をクランプするクランプ動作を行う、クランプ方法。
7. 請求項６に記載のクランプ方法であって、
   前記工作機械は、予め決められたプログラムにしたがって前記加工対象物を加工し、
   前記ロボットが、前記加工対象物への加工位置が前記プログラムによって決められた加工位置とずれないように、前記加工対象物をクランプする、クランプ方法。
8. 請求項６または７に記載のクランプ方法であって、
   前記ロボットが、加工中に前記加工対象物が前記テーブルに対して動かないように前記加工対象物をクランプする、クランプ方法。
9. 請求項６〜８のいずれか１項に記載のクランプ方法であって、
   前記ロボットが、前記加工対象物の前記工作機械の加工領域内への搬入動作、および、加工済みの前記加工対象物の前記加工領域外への搬出動作を行う、クランプ方法。

Images