JP6338334B2 - 工作機械における切屑の除去装置 - Google Patents

Description

この発明は、工作機械の工具に絡みついた切屑を除去する方法及び装置に関するもので、互いに独立して移動可能な２個の刃物台を備えた工作機械における上記方法及び装置に関するものである。

工作機械でワークを加工するとき、細長い切屑が発生することがある。このような切屑は、切込み量が小さい仕上げ加工のときに発生しやすく、また、靭性の大きな難削材を加工するときに発生しやすい。このような切屑は、往々にして工具に絡みついて、当該工具による以後の加工に障害を生ずることがあるので、チップブレーカを設けて長い切屑が発生しないようにしている。しかし、難削材の仕上げ加工時などに生ずる細い切屑は、チップブレーカで切断されないで工具に絡みついてしまうということが往々にして起こる。このような切屑の工具への絡みつきは、工具がドリルであったり中ぐりバイトであるときに生じやすい。

機械の連続加工中に工具への切屑の絡みつきが生ずると、以後の加工において加工負荷が増大したり、切屑によってワークが傷つけられたりするということが起こり、甚だしいときには工具の折損事故が起こる。そこで工具への切屑の絡みつきが生ずる虞のあるワークを加工するときは、オペレータが加工状態を監視するとか、制御器で工具の加工負荷を検出して加工負荷の増大が認められたときに機械を停止して警報を鳴らすなどの手段により、切屑が絡みついた工具でワークの加工が続行されないようにしている。

工具に絡みついた切屑は、除去する必要があり、一般的には機械を停止してオペレータがニッパなどを用いて切屑を挟んで工具から引き剥がすという作業で切屑の除去を行っている。しかし、細くて靭性のある切屑は、ドリルの溝や中ぐりバイトの顎の部分に引っかかって容易には除去することができない。そのためオペレータは、絡みついた切屑をほぐすようにしながら少しずつ工具から剥がしていくという方法で切屑の除去を行っており、作業が面倒で時間がかかるという問題がある。ニッパで切屑を切断しようとしても加工硬化している切屑は硬く、一般的には工具綱で作られているニッパの刃が欠けたり潰れたりしてしまうので、人手で切屑を切断することも一般的には困難である。

工作機械の工具に絡みついた切屑の除去装置として、特許文献１には、バイトへの切粉の絡みつきの有無を検出するバイトチェックセンサ（接触式センサ）と絡みついた切粉を掴んで取り除く切粉除去ハンドとをワークのハンドリングを行うロボットハンドに設けて、工具への切屑の絡みつきの検出と、検出された切屑の除去とを行うようにした装置が示されている。

一方、加工能率の向上と同一機台上での複数工程の加工とを実現するために複数の刃物台を備えた工作機械が提供されている。特に２主軸旋盤のような２本のワーク主軸を備えた旋盤は、２個以上の刃物台を備えているのが普通である。更に、同一機台上での孔加工、溝加工、平面加工などをも可能にするために、回転工具の駆動装置を備え、更にＸ、Ｙ、Ｚの３次元方向に移動位置決め可能な刃物台を備えた旋盤も提供されている。

なお、回転工具は、ドリルやフライス（ミーリングカッタ）であり、３次元方向は、旋盤では主軸方向がＺ方向、工具の切込み送り方向がＸ方向、これらに直交する方向がＹ方向である。

特開平８−１５０５３７号公報

前述したように、難削材の仕上げ加工時に生ずる細い切屑は、工具に絡みつきやすく、絡みついた切屑の除去作業も面倒で時間のかかる作業となっている。

特許文献１には、工具に絡みついた切屑を自動検出して自動除去する装置が示されているが、複数のタレット刃物台を備えた旋盤などでは、バイトチェックセンサを多数本の工具に一つずつ接近させて切屑の有無を検出しなければならず、検出に非常に時間がかかる。また、切屑の除去は、切粉除去ハンドで掴んだ切屑をロボットハンドの移動により引張って工具から剥がすようにしているが、前述したように、靭性の高いワークの仕上げ加工時に生ずる細い切屑は、工具に引っかかって引張っただけでは容易には除去できない。そのため、ロボットハンドに大きな駆動力が必要となり、細いドリルに切屑が絡みついた場合などは、切屑を除去するときに工具が折損する虞もある。

この発明は、独立して移動位置を制御されている２個以上の刃物台を備えた工作機械、特に回転工具の駆動装置や３次元方向に移動位置を制御可能な刃物台を含む２個以上の刃物台を備えた旋盤において、新たなハードウェアを設けることなく、工具に絡みついた切屑を効率的に除去する技術を提供することを課題としている。

この発明は、２個以上の刃物台２１、３１を備えた工作機械によるワークの連続加工中に、工具ｔ（ｔ１、ｔ３、ｔ５）への切屑ｃの絡みつきをカメラ５（５ａ、５ｂ）等で検出したとき、他の刃物台の工具ｔ（ｔ２、ｔ４）を使用してその切屑ｃを自動で除去するというものである。

各刃物台２１、３１に装着されている工具ｔ（ｔ１〜ｔ５）の工具データ（工具の種類や概略形状）やオフセット値（刃物台と工具との相対位置関係）は、機械動作を制御している制御器４に登録されている。そこで、これらのデータを用いて切屑ｃが絡みついた工具（以下、「対象工具」と言う。）ｔ１、ｔ３、ｔ５と他の刃物台に装着された工具（以下、「除去工具」と言う。）ｔ２、ｔ４とを接近させ、除去工具ｔ２、ｔ４が対象工具ｔ１、ｔ３、ｔ５の周囲を周回するようにこれらの工具ｔ１〜ｔ５が装着されている刃物台２１、３１を動作させる切屑除去手段を制御器に登録する。そして、カメラ５等で切屑ｃが絡みついた工具ｔ１、ｔ３、ｔ５を検出したとき、当該手順を呼び出して対象工具ｔ１、ｔ３、ｔ５に対し除去工具ｔ２、ｔ４を周回させることで切屑ｃを除去する。

多くの場合、除去工具ｔ２、ｔ４としては回転工具、特に外周面にも切刃があるエンドミルや平フライスを用いるのが効果的である。一方、対象工具ｔ１、ｔ３、ｔ５には回転工具だけでなく旋削工具も含まれる。金属を加工する工作機械に用いられるフライス（ミリングカッタ）の切刃は、超高合金で作られていて、難削材の切屑より高い硬度を備えているので、そのような切刃を備えた除去工具ｔ２、ｔ４を回転させながら対象工具ｔ１、ｔ３、ｔ５の回りを周回させることにより、対象工具に絡みついた切屑を切断して除去することができる。

この発明により、工具への切屑の絡みつきを自動で検出して除去できるので、連続加工中の工作機械に対するオペレータの定期的な工具チェックが不要となり、また切屑が絡みついた工具で加工を行うことによる加工不良品の発生を防止できる。従って、切屑が工具に絡みつき易い難削材であっても無人運転が可能になる。

機械内部を撮影するカメラ５が設けられている工作機械では、このカメラが取得した工具の画像から当該工具への切屑の絡みつきを検出するようにすれば、多数の工具についての切屑の絡みつきの検出を短時間で行うことができる。従って、切屑が絡みついた工具で次のワークを加工する前に当該切屑の絡みつきを検出でき、絡みついた切屑でワーク表面を傷つけるということもなくなる。

２主軸２タレット旋盤の模式的な正面図 切屑除去動作の第１例を示す説明図 同第２例を示す説明図 同第３例を示す説明図

以下、図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。図１は、この発明の実施に好適な工作機械の一例を示した図で、対向２主軸と２個のタレット刃物台を備えた旋盤の例である。図の旋盤は、同一の主軸軸線１上に配置した左右の主軸（図には表われていない）と、当該軸線１を挟んで対向する位置に配置した２個のタレット刃物台２１、３１を備えている。左右の主軸のそれぞれは、主軸台１１、１２に軸支され、その対向端にチャック１３、１４が装着されている。

タレット刃物台２１、３１は、主軸軸線１と平行な割出軸回りに間欠回転（割出回転）するタレット２、３を備えており、これらのタレットの外周に設けた工具取付位置に主軸軸線方向（Ｚ軸方向）に延びる工具ｔ１、ｔ２や主軸軸線と直交するＸ軸方向に延びる工具ｔ３、ｔ４、ｔ５が装着されている。Ｚ軸方向に延びる工具は、例えば中ぐりバイトｔ１や右主軸のチャック１４に把持されたワークの先端に直径方向の溝を加工するエンドミルｔ２である。これらの工具は、アングルホルダ２２、３２を介してタレット２、３に装着されている。Ｘ軸方向に延びる工具は、より一般的な工具であり、外周旋削用のバイトｔ３やワークに軸直角方向の孔を開けるドリルｔ５やワークの外周にキー溝を加工するエンドミルｔ４などである。

図１で主軸軸線１の下方に配置した下刃物台３１は、Ｚ軸及びＸ軸方向に移動位置決め可能である。また、主軸軸線１の上方に配置した上刃物台２１は、Ｚ軸及びＸ軸方向に加えて図の紙面直角方向であるＹ軸方向にも移動位置決め可能である。これらの刃物台の位置を制御している制御器４には、絡みついた切屑の除去手段４１が登録されている。この切屑除去手段は、主軸軸線１に向けて割り出された対象工具ｔ１、ｔ３、ｔ５と除去工具ｔ２、ｔ４相互を並置した状態で近接させる近接手順４２と、上刃物台２１をＸ軸方向とＹ軸方向との合成移動によりＺ軸回りに周回させるＣ軸周回手順４３及びＺ軸方向とＹ軸方向との合成移動により、Ｘ軸回りに周回させるＡ軸周回手順４４とを含んでいる。

近接手順４２は、対象工具ｔ１、ｔ３、ｔ５を主軸軸線１に向けて割り出し、他の刃物台２１から対象工具ｔ１、ｔ３、ｔ５と同方向に延びるフライスｔ２、ｔ４を除去工具とし、当該除去工具を主軸軸線に向けて割り出し、対象工具ｔ１、ｔ３、ｔ５と除去工具ｔ２、ｔ４とが中心間距離ｄで並置されるように両刃物台２１、３１を移動させる。ここで中心間距離ｄは、予め制御器４に設定された工具間スキマに両工具の半径（回転工具の場合）ないし幅寸法の半分を加えた距離であり、上記工具間スキマは、並置された工具の一方に切屑ｃが絡みついているときに他方の工具が当該切屑と干渉する距離として設定された隙間である。Ｃ軸周回手順４３は、この中心間距離ｄを半径として上刃物台２１をＺ軸回りに周回させる。Ａ軸周回手順４４は、この中心間距離ｄを半径として上刃物台２１をＸ軸回りに周回させる。周回中心は、対象工具の回転中心ないし幅中心である。

図に示す旋盤には、タレット２、３に装着した工具ｔ（ｔ１、ｔ２・・・）を撮影可能なカメラ５（５ａ、５ｂ）が設けられており、制御器４には、カメラ５が取得した画像の解析手段４５が設けられている。タレット２、３に工具ｔが装着されたとき、カメラ５は、これらの工具を撮影し、画像解析手段４５は、その初期画像を記憶する。

ワークの連続加工中の加工が行われていないタイミングで、制御器４は、刃物台２１、３１を所定の位置に移動し、タレット２、３の割出回転によって、ワークの加工に使用された工具をカメラ５の撮影位置に順次移動し、カメラ５は割り出された工具ｔの画像を取得する。画像解析手段４５は、記憶している当該工具の初期画像とカメラが取得した画像とを比較することによって、工具ｔに切屑ｃが絡みついているかどうかを判定する。切屑除去手段４１は、切屑ｃが絡みついていると判定された対象工具を主軸軸線１に向けて割り出し、反対側の刃物台に装着されたフライスによって切屑の除去動作を行う。

図２は、下タレット３に装着した中ぐりバイトｔ１に絡みついた切屑ｃを上タレット２に装着したＺ方向に延びるエンドミルｔ２で切除する例を示す。この例では、主軸軸線１と平行に延びる中ぐりバイトｔ１とエンドミルｔ２とが中心間距離ｄで並置されるように上下の刃物台２１、３１が移動し、エンドミルｔ２を回転ｓさせながらＣ軸周回手順４３でエンドミルｔ２が中ぐりバイトｔ１の中心軸回りに周回ｒするように上刃物台２１を移動させる。中ぐりバイトｔ１に絡みついた切屑ｃは、エンドミルｔ２の回転ｓと周回ｒに伴ってエンドミルｔ２の切刃で切断され、かつ引張られて中ぐりバイトｔ１から除去される。

図３は、下タレット３に装着した外周研削用のバイトｔ３に絡みついた切屑ｃを上タレット２に装着したＸ方向に延びるエンドミルｔ４で切除する例を示す。この例では、近接手順４２でバイトｔ３とエンドミルｔ４とが中心間距離ｄで並置されるように上下の刃物台２１、３１が移動し、エンドミルｔ４を回転ｓさせながらＡ軸周回手順４４でエンドミルｔ４がバイトｔ３の中心軸回りに周回ｒするように上刃物台２１を移動させる。バイトｔ３に絡みついた切屑ｃは、エンドミルｔ４の回転ｓと周回ｒに伴ってエンドミルｔ４の切刃で切断され、かつ引張られてバイトｔ３から除去される。

下刃物台３１が回転工具の駆動装置を備えている場合、当該下刃物台に装着したドリルｔ５などの回転工具に絡まった切屑ｃは、図２、３と同様な動作で除去することができる。しかし、対象工具が回転工具である場合には、Ｃ軸周回手順やＡ軸周回手順を用いないで切屑を除去することも可能である。すなわち、近接手順４２により、対象工具ｔ５と除去工具のフライスｔ４とを近接手順４２で近接並置させた状態で図４に示すように、両方の工具ｔ４、ｔ５を回転ｓさせることにより、切屑ｃを除去できる。対象工具が回転工具であれば、当該工具を回転させることにより、その切屑ｃに対しては、フライスｔ４が対象工具ｔ５回りに周回したと同様な機能が発揮されるからである。

２つの刃物台２１、３１が共に回転工具の駆動装置を備えており、それらの刃物台のタレット２、３の１箇所に切屑を切断可能なフライスが装着されており、かつ刃物台２１、３１のいずれかがＹ軸方向にも移動位置を制御されている刃物台であれば、対象工具が回転工具であるか旋削工具であるかにかかわらず、２つの刃物台２１、３１に装着した総ての工具について、絡みついた切屑の除去を行うことができる。

一方、２つの刃物台が共に回転工具の駆動装置を備えているが、Ｙ軸方向に移動する刃物台がない場合には、回転工具に絡みついた切屑の除去のみが可能である。また、２つの刃物台の内の一方のみが回転工具の駆動装置を備え、かつ２つの刃物台の少なくとも一方がＹ軸移動可能であれば、回転工具の駆動装置を備えていない刃物台に装着された総ての工具について、切屑の除去を行うことができる。

このように２つの刃物台の構造によって自動で切屑を除去できる工具が制限されるが、切屑の絡みつきが検知されたとき、自動で除去可能な対象工具については自動で除去し、自動で除去できない対象工具については、機械を停止して警報を発すればよく、手作業による切屑の除去作業の作業負担を低減することが可能である。

また、上記の実施例では、刃物台が２個の場合について説明したが、刃物台が３個以上設けられている場合には、その内の２個を対としたときに自動除去可能となる工具の切屑の自動除去を行ってやればよい。

１ 主軸軸線
２、３ タレット
４ 制御器
５（５ａ、５ｂ） カメラ
２１、３１ 刃物台
４１ 切屑除去手段
４２ 近接手順
４３ Ｃ軸周回手順
４４ Ａ軸周回手順
４５ 画像解析手段
ｃ 切屑
ｄ 並置した工具の中心間距離
ｒ 工具の周回
ｓ 工具の回転
ｔ（ｔ１〜ｔ５） 工具
ｔ２、ｔ４ フライス（除去工具）

Claims (3)

1. ワークの切削加工に使用する工具を装着した独立に移動位置を制御可能な２個以上の刃物台とそれらの位置を制御する制御器とを備え、前記刃物台の少なくとも１つがワークの切削加工に使用する回転工具の駆動装置を備えている工作機械の切屑の除去装置であって、
   前記制御器が、一の刃物台に装着された前記工具の１つである対象工具に絡みついた切屑を、当該対象工具に対する他の刃物台の前記回転工具の相対的な近接動作と当該対象工具に対する相対的な周回動作により除去する切屑除去手段を備えている、工作機械の切屑の除去装置。
2. 対象工具が前記回転工具であり、前記相対的な周回動作が当該対象工具の回転動作で実現される、請求項１記載の切屑の除去装置。
3. ワークの切削加工に使用する工具の画像を取得するカメラと、当該カメラの画像から前記工具に対する切屑の絡みつきを検出する画像解析手段とを備え、前記制御器が、画像解析手段が一の前記工具への切屑の絡みつきを検出したときに、当該一の工具を前記対象工具として切屑除去手段を動作させる、請求項１又は２記載の切屑の除去装置。

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