JP6660681B2

JP6660681B2 - 加工機械

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Publication number: JP6660681B2
Application number: JP2015137856A
Authority: JP
Inventors: 雄平目澤; 繁志高島; 毅大多和
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2020-03-11
Anticipated expiration: 2035-07-09
Also published as: US20170008123A1; US10675705B2; DE102016212290A1; JP2017018979A

Description

この発明は、一般的には、加工機械に関し、付加加工が可能な加工機械に関する。

従来の加工機械に関して、たとえば、たとえば、特開２００４−３１４１６８号公報には、母材に割れを発生させることなく、迅速かつ正確に肉盛することを目的とした、ポンプ機器類のレーザ肉盛装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示されたレーザ肉盛装置は、アルゴンガスをキャリアガスとして金属材料（粉末）を供給する粉末供給機と、供給された金属材料をアルゴンガスと均一に混合し、同時にシールドガスとしてアルゴンおよび窒素の混合ガスを用いる過流式粉末供給ノズルと、過流式粉末供給ノズルを移動させる多軸ロボットとを有する。

また、特開２０１２−２０６１３７号公報には、人手を介さずに容易に肉盛溶接することを目的とした、補修装置が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された補修装置は、材料供給部と、レーザスポット光を照射するレーザ装置と、多関節のアームを有し、レーザスポット光を３次元方向に移動させる溶接ロボットとを有する。

特開２００４−３１４１６８号公報特開２０１２−２０６１３７号公報

材料を付着することによってワークに３次元形状を作成するものとして、付加加工法（Additive manufacturing）がある。他方、材料を除去することによってワークに３次元形状を作成するものとして、除去加工法（Subtractive manufacturing）がある。付加加工では、加工前後でワークの質量が増加し、除去加工では、加工前後でワークの質量が減少する。

ここで付加加工法のうちの１つに指向性エネルギ堆積法（Directed Energy Deposition）がある。指向性エネルギ堆積法では、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射する。しかしながら、ワークに対して吐出された材料粉末のうちワークに付着しない材料粉末が不可避的に生じるため、このような材料粉末を効率的に回収する必要がある。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、付加加工時にワークに付着しなかった材料粉末を効率的に回収することが可能な加工機械を提供することである。

この発明の１つの局面に従った加工機械は、付加加工が可能な加工機械である。加工機械は、加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射する付加加工用ヘッドと、加工エリア内において移動可能に設けられる移動体と、移動体によって加工エリア内において移動可能に設けられ、付加加工用ヘッドからワークに対して吐出された材料粉末のうちワークに付着しなかった材料粉末を受ける材料粉末受け部とを備える。
この発明の別の局面に従った加工機械は、付加加工が可能な加工機械である。加工機械は、加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射する付加加工用ヘッドと、加工エリア内において移動可能に設けられ、付加加工用ヘッドからワークに対して吐出された材料粉末のうちワークに付着しなかった材料粉末を受ける材料粉末受け部とを備える。

このように構成された加工機械によれば、材料粉末受け部を加工エリア内において移動可能に設けることによって、付加加工時にワークに付着しなかった材料粉末を効率的に回収することができる。

また好ましくは、加工機械は、付加加工に加えて除去加工が可能な加工機械である。加工機械は、加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークの除去加工のための工具を保持する工具保持部と、加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークを保持するワーク保持部とをさらに備える。材料粉末受け部は、工具保持部およびワーク保持部の少なくともいずれか一方に連結されることにより、加工エリア内で移動可能とされる。

このように構成された加工機械によれば、工具保持部およびワーク保持部の少なくとも一方を利用して、材料粉末受け部を加工エリア内で移動させることができる。

また好ましくは、加工機械は、付加加工に加えて除去加工が可能な加工機械である。材料粉末受け部は、加工エリア内に開口する開口部を形成する第１状態と、開口部の開口面積が第１状態よりも小さくなる第２状態との間で変形可能に設けられる。

このように構成された加工機械によれば、材料粉末受け部を、付加加工および除去加工にそれぞれ適した状態に変形することができる。

また好ましくは、加工機械は、加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークの除去加工のための工具を保持する工具保持部と、加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークを保持するワーク保持部とをさらに備える。材料粉末受け部は、工具保持部およびワーク保持部に連結され、工具保持部およびワーク保持部の少なくともいずれか一方の移動に伴って、第１状態と第２状態との間で変形される。

このように構成された加工機械によれば、工具保持部およびワーク保持部を利用して、材料粉末受け部を第１状態と第２状態との間で変形させることができる。

また好ましくは、加工機械は、付加加工に加えて除去加工が可能な加工機械である。加工機械は、水平方向に延びる回転軸を有し、その回転軸を中心にワークを回転可能に保持する主軸と、主軸を支持する基台とを含む主軸台をさらに備える。材料粉末受け部は、除去加工時、主軸の下方に収納される。

このように構成された加工機械によれば、除去加工時、材料粉末受け部を除去加工の妨げとなる位置から退避させることができる。
この発明のさらに別の局面に従った加工機械は、付加加工と、除去加工とが可能な加工機械である。加工機械は、加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射する付加加工用ヘッドと、加工エリア内において移動可能に設けられ、付加加工用ヘッドからワークに対して吐出された材料粉末のうちワークに付着しなかった材料粉末を受ける材料粉末受け部と、加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークの除去加工のための工具を保持する工具保持部と、加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークを保持するワーク保持部とを備える。材料粉末受け部は、工具保持部およびワーク保持部の少なくともいずれか一方に連結されることにより、加工エリア内で移動可能とされる。
この発明のさらに別の局面に従った加工機械は、付加加工と、除去加工とが可能な加工機械である。加工機械は、加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射する付加加工用ヘッドと、加工エリア内において移動可能に設けられ、付加加工用ヘッドからワークに対して吐出された材料粉末のうちワークに付着しなかった材料粉末を受ける材料粉末受け部とを備える。材料粉末受け部は、加工エリア内に開口する開口部を形成する第１状態と、開口部の開口面積が第１状態よりも小さくなる第２状態との間で変形可能に設けられる。加工機械は、加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークの除去加工のための工具を保持する工具保持部と、加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークを保持するワーク保持部とをさらに備える。材料粉末受け部は、工具保持部およびワーク保持部に連結され、工具保持部およびワーク保持部の少なくともいずれか一方の移動に伴って、第１状態と第２状態との間で変形される。
この発明のさらに別の局面に従った加工機械は、付加加工と、除去加工とが可能な加工機械である。加工機械は、加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射する付加加工用ヘッドと、加工エリア内において移動可能に設けられ、付加加工用ヘッドからワークに対して吐出された材料粉末のうちワークに付着しなかった材料粉末を受ける材料粉末受け部と、水平方向に延びる回転軸を有し、その回転軸を中心にワークを回転可能に保持する主軸と、主軸を支持する基台とを含む主軸台をさらに備える。材料粉末受け部は、除去加工時、主軸の下方に収納される。

以上に説明したように、この発明に従えば、付加加工時にワークに付着しなかった材料粉末を効率的に回収することが可能な加工機械を提供することができる。

この発明の実施の形態における加工機械を示す正面図である。図１中の加工機械において、付加加工時の加工エリア内の様子を示す斜視図である。工具主軸に対する付加加工用ヘッドの装着状態を示す図である。付加加工時のワーク表面を拡大して示す断面図である。図１中の工具主軸の旋回範囲を説明するための図である。図１中の加工機械の加工エリア内を部分的に拡大して示す図である。除去加工時のパウダーシュートの形態を模式的に表わす図である。除去加工時のパウダーシュートの形態を模式的に表わす図である。付加加工時のパウダーシュートの形態を模式的に表わす図である。付加加工時のパウダーシュートの形態を模式的に表わす図である。付加加工時のパウダーシュートの形態を模式的に表わす図である。付加加工時のパウダーシュートの形態を模式的に表わす図である。付加加工時のパウダーシュートの形態を模式的に表わす図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、この発明の実施の形態における加工機械を示す正面図である。図１中には、加工機械の外観をなすカバー体を透視することにより、加工機械の内部が示されている。図２は、図１中の加工機械において、付加加工時の加工エリア内の様子を示す斜視図である。

図１および図２を参照して、加工機械１００は、ワークの付加加工（ＡＭ（Additive manufacturing）加工）と、ワークの除去加工（ＳＭ（Subtractive manufacturing）加工）とが可能なＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機である。加工機械１００は、ＳＭ加工の機能として、固定工具を用いた旋削機能と、回転工具を用いたミーリング機能とを有する。

まず、加工機械１００の全体構造について説明すると、加工機械１００は、ベッド１３６、第１主軸台１１１、第２主軸台１１６、工具主軸１２１および下刃物台１３１を有する。

ベッド１３６は、第１主軸台１１１、第２主軸台１１６、工具主軸１２１および下刃物台１３１を支持するためのベース部材であり、工場などの据付け面に設置されている。第１主軸台１１１、第２主軸台１１６、工具主軸１２１および下刃物台１３１は、スプラッシュガード２１０により区画形成された加工エリア２００に設けられている。

第１主軸台１１１および第２主軸台１１６は、水平方向に延びるＺ軸方向において、互いに対向して設けられている。第１主軸台１１１および第２主軸台１１６は、それぞれ、固定工具を用いた旋削加工時にワークを回転させるための第１主軸１１２および第２主軸１１７を有する。第１主軸１１２は、Ｚ軸に平行な中心軸２０１を中心に回転可能に設けられ、第２主軸１１７は、Ｚ軸に平行な中心軸２０２を中心に回転可能に設けられている。第１主軸１１２および第２主軸１１７には、ワークを着脱可能に保持するためのチャック機構が設けられている。

第２主軸台１１６は、各種の送り機構や案内機構、サーボモータなどにより、Ｚ軸方向に移動可能に設けられている。

工具主軸（上刃物台）１２１は、回転工具を用いたミーリング加工時に回転工具を回転させる。工具主軸１２１は、鉛直方向に延びるＸ軸に平行な中心軸２０３を中心に回転可能に設けられている。工具主軸１２１には、回転工具を着脱可能に保持するためのクランプ機構が設けられている。

工具主軸１２１は、図示しないコラム等によりベッド１３６上に支持されている。工具主軸１２１は、コラム等に設けられた各種の送り機構や案内機構、サーボモータなどにより、Ｘ軸方向、水平方向に延び、Ｚ軸方向に直交するＹ軸方向、およびＺ軸方向に移動可能に設けられている。工具主軸１２１に装着された回転工具による加工位置は、３次元的に移動する。工具主軸１２１は、さらに、Ｙ軸に平行な中心軸２０４を中心に旋回可能に設けられている。

なお、図１中には示されていないが、第１主軸台１１１の周辺には、工具主軸１２１に装着された工具を自動交換するための自動工具交換装置と、工具主軸１２１に装着する交換用の工具を収容する工具マガジンとが設けられている。

下刃物台１３１は、旋削加工のための複数の固定工具を装着する。下刃物台１３１は、いわゆるタレット形であり、複数の固定工具が放射状に取り付けられ、旋回割り出しを行なう。

より具体的には、下刃物台１３１は、旋回部１３２を有する。旋回部１３２は、Ｚ軸に平行な中心軸２０６を中心に旋回可能に設けられている。中心軸２０６を中心にその周方向に間隔を隔てた位置には、固定工具を保持するための工具ホルダが取り付けられている。旋回部１３２が中心軸２０６を中心に旋回することによって、工具ホルダに保持された固定工具が周方向に移動し、旋削加工に用いられる固定工具が割り出される。

下刃物台１３１は、図示しないサドル等によりベッド１３６上に支持されている。下刃物台１３１は、サドル等に設けられた各種の送り機構や案内機構、サーボモータなどにより、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に設けられている。

加工機械１００は、付加加工用ヘッド２１をさらに有する。付加加工用ヘッド２１は、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射することにより付加加工を行なう（指向性エネルギ堆積法（Directed Energy Deposition））。エネルギー線としては、代表的に、レーザ光および電子ビームが挙げられる。本実施の形態では、付加加工にレーザ光が用いられる。

付加加工用ヘッド２１は、ヘッド本体（本体部）２２と、レーザツール（出射部）２６と、ケーブル継手２３とを有する。

ヘッド本体２２には、レーザ光および材料粉末が導入される。レーザツール２６は、ワークに向けてレーザ光を出射するとともに、ワークにおけるレーザ光の照射領域を定める。付加加工用ヘッド２１に導入された材料粉末は、ノズル部２７を通じてワークに向けて吐出される。ケーブル継手２３は、後述するケーブル２４をヘッド本体２２に接続するための継手として設けられている。

加工機械１００は、材料粉末供給装置７０、レーザ発振装置７６、ケーブル２４およびガス回収装置６３をさらに有する。

材料粉末供給装置７０は、付加加工に用いられる材料粉末を付加加工用ヘッド２１に向けて供給する。材料粉末供給装置７０は、付加加工に用いられる材料粉末を貯留する材料粉末タンク７２と、材料粉末とキャリアガスとを混合する混合部７１とを有する。レーザ発振装置７６は、付加加工に用いられるレーザ光を発振する。

ケーブル２４は、レーザ発振装置７６から付加加工用ヘッド２１に向けてレーザ光を導くための光ファイバと、材料粉末供給装置７０から付加加工用ヘッド２１に向けて材料粉末を導くための配管と、これらを収容する管部材とから構成されている。

付加加工時、加工エリア２００内は、材料粉末を構成する金属が蒸発することによって、１μｍ以下の粒子が漂うガス雰囲気とされる。ガス回収装置６３は、加工エリア２００に開口するダクト６２を通じて、加工エリア２００内からそのガスを回収する。

図３は、工具主軸に対する付加加工用ヘッドの装着状態を示す図である。図１から図３を参照して、付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１に着脱可能に設けられている。付加加工用ヘッド２１のうちのヘッド本体２２が、工具主軸１２１に着脱可能に設けられている。

付加加工時、付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１に装着される。工具主軸１２１が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動することによって、付加加工用ヘッド２１による付加加工の加工位置が３次元的に変位する。除去加工時、付加加工用ヘッド２１は、工具主軸１２１から分離され、図示しないヘッドストッカに格納される。

工具主軸１２１には、クランプ機構が設けられており、工具主軸１２１に対する付加加工用ヘッド２１の装着時、そのクランプ機構が動作することによって、付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に連結される。クランプ機構の一例として、バネ力によりクランプ状態を得て、油圧によりアンクランプ状態を得る機構が挙げられる。

さらに本実施の形態では、ヘッド本体２２に、実行する付加加工の条件に合わせて、複数のレーザツール２６（図３中では、レーザツール２６Ａ、レーザツール２６Ｂおよびレーザツール２６Ｃ）のうちいずれか１つのレーザツール２６が選択的に装着される。複数のレーザツール２６は、ワーク上に定められるレーザ光の照射領域の形状や大きさが互いに異なる。

図４は、付加加工時のワーク表面を拡大して示す断面図である。図２および図４を参照して、付加加工時、付加加工用ヘッド２１が装着された工具主軸１２１の移動、および／または、ワーク４００を保持する第１主軸台１１１の第１主軸１１２の回転によって、レーザツール２６をワーク４００に対向させつつ、付加加工用ヘッド２１およびワーク４００を相対的に移動させる。このとき、付加加工用ヘッド２１（レーザツール２６）からワーク４００に向けて、レーザ光３１１と、材料粉末３１２と、シールドおよびキャリア用のガス３１３とが吐出される。これにより、ワーク４００の表面に溶融点３１４が形成され、その結果、材料粉末３１２が溶着する。

具体的には、ワーク４００の表面に肉盛層３１６が形成される。肉盛層３１６上には、肉盛素材３１５が盛られる。肉盛素材３１５が冷却されると、ワーク４００の表面に加工可能な層が形成された状態となる。材料粉末としては、アルミニウム合金およびマグネシウム合金等の金属粉末や、セラミック粉末を利用することができる。

図５は、図１中の工具主軸の旋回範囲を説明するための図である。図５を参照して、工具主軸１２１は、中心軸２０４を中心に旋回可能に設けられている。工具主軸１２１の旋回範囲は、工具主軸１２１の主軸端面が下方を向く姿勢（図１中に示す姿勢）を基準にして±１２０°の範囲である。図５中には、図１中に示す姿勢から＋１２０°の角度だけ旋回する工具主軸１２１が示されている。工具主軸１２１の旋回範囲は、図１中に示す姿勢から±９０°以上の範囲であることが好ましい。

付加加工用ヘッド２１が工具主軸１２１に装着される付加加工時、工具主軸１２１を旋回させると、付加加工用ヘッド２１も工具主軸１２１と一体となって旋回する。これにより、付加加工用ヘッド２１による付加加工の向き（ワークに対するレーザ光の照射方向）を自在に変化させることができる。

続いて、図１中の加工機械１００が備える材料粉末の回収機構について説明する。
図６は、図１中の加工機械の加工エリア内を部分的に拡大して示す図である。図１および図６を参照して、加工機械１００は、材料粉末受け部としてのパウダーシュート５１と、材料粉末回収部としてのパウダーコレクタ６１とをさらに有する。パウダーシュート５１は、付加加工時、付加加工用ヘッド２１からワークに対して吐出された材料粉末のうちワークに付着しなかった材料粉末を受ける。パウダーコレクタ６１は、パウダーシュート５１で受けた材料粉末を、加工エリア２００から機外に回収する。

パウダーシュート５１は、材料粉末を受けることが可能な筐体形状を有する。パウダーシュート５１は、鉛直上方向に面して開口する開口部５４を有する。

パウダーシュート５１は、加工エリア２００における付加加工用ヘッド２１の可動範囲よりも下方に配置されている。パウダーシュート５１は、第１主軸１１２の回転中心である中心軸２０１および第２主軸１１７の回転中心である中心軸２０２よりも下方に配置されている。パウダーシュート５１は、Ｚ軸方向において、下刃物台１３１（旋回部１３２）および第２主軸台１１６の間に配置されている。

パウダーコレクタ６１は、加工機械１００の機外に設置されている。パウダーコレクタ６１およびパウダーシュート５１の間が、配管５３によって接続されている。パウダーコレクタ６１における吸引により、パウダーシュート５１で受けた材料粉末は配管５３を通じてパウダーコレクタ６１に回収される。

パウダーシュート５１は、加工エリア２００において移動可能に設けられている。本実施の形態では、パウダーシュート５１が、下刃物台１３１および第２主軸台１１６の少なくともいずれか一方に連結されることにより、加工エリア２００において移動可能とされている。

より具体的には、パウダーシュート５１は、下刃物台１３１に対する連結機構として、係止部５６を有し、第２主軸台１１６に対する連結機構として、係止部５７を有する。係止部５６は、Ｚ軸方向において下刃物台１３１と対向する位置に設けられ、係止部５７は、Ｚ軸方向において第２主軸台１１６と対向する位置に設けられている。

下刃物台１３１は、係止部５６に係止可能な係止部８２を有する。係止部５６および係止部８２は、Ｚ軸方向における下刃物台１３１およびパウダーシュート５１の接近により、係止状態が得られ、Ｚ軸方向における下刃物台１３１およびパウダーシュート５１の離間により、係止状態が解消されるように構成されている。係止部５６および係止部８２が互いに係止されると、パウダーシュート５１は、下刃物台１３１に連結される。

係止部８２は、旋回部１３２に設けられている。係止部８２が旋回部１３２に設けられる位置は、特に限定されないが、旋回部１３２の旋回時に位置が変化しない位置（たとえば、中心軸２０６の軸上の中心部）であれば、パウダーシュート５１の連結時においても、固定工具の旋回割り出しが可能となる。

第２主軸台１１６は、係止部５７に係止可能な係止部８１を有する。係止部５７および係止部８１は、Ｚ軸方向における第２主軸台１１６およびパウダーシュート５１の接近により、係止状態が得られ、Ｚ軸方向における第２主軸台１１６およびパウダーシュート５１の離間により、係止状態が解消されるように構成されている。係止部５７および係止部８１が互いに係止されると、パウダーシュート５１は、第２主軸台１１６に連結される。

第２主軸台１１６は、第２主軸１１７を支持する基台１１８をさらに有する。基台１１８は、加工エリア２００の床部から上方に距離を隔てた位置に第２主軸１１７を支持するように設けられている。基台１１８は、その構成部位として、首部１１８ｐおよびベース部１１８ｑを有する。ベース部１１８ｑは、加工エリア２００の床部から鉛直上方向に立ち上がるように設けられている。首部１１８ｐは、ベース部１１８ｑからＺ軸方向に突出して設けられている。第２主軸１１７は、首部１１８ｐからＺ軸方向に延出している。係止部８２は、首部１１８ｐの直下において、ベース部１１８ｑに設けられている。

このような構成により、パウダーシュート５１は、下刃物台１３１および第２主軸台１１６の少なくともいずれか一方に連結されることにより、加工エリア２００においてＺ軸方向に移動可能とされている。

さらに本実施の形態では、パウダーシュート５１が、加工エリア２００に開口する開口部５４を形成する第１状態と、開口部５４の開口面積が第１状態よりも小さくなる第２状態との間で変形可能に設けられている。

より具体的には、パウダーシュート５１は、Ｚ軸方向（図６中の矢印１６１に示す方向）に伸縮可能なテレスコカバーから構成されている。パウダーシュート５１が下刃物台１３１および第２主軸台１１６に連結された状態において、下刃物台１３１およびパウダーシュート５１がＺ軸方向において離間することにより、開口部５４の開口面積が拡大する第１状態が得られ、下刃物台１３１およびパウダーシュート５１がＺ軸方向において接近することにより、開口部５４の開口面積が縮小する第２状態が得られる。

なお、パウダーシュート５１は、伸縮可能なテレスコカバーによる機構に限られず、たとえば、底部を支点に折り畳み可能な機構によって、開口部５４の開口面積を変化させる構造を実現してもよい。

材料粉末の流動性を表す指標として、安息角がある。安息角とは、材料粉末の表面層が静止状態を保つことができる水平面との間の最大角をいう。パウダーシュート５１として底部を支点に折り畳み可能な機構を用いた場合に、パウダーシュート５１の斜面と水平面とがなす角度を、材料粉末の安息角よりも大きく設定することによって、材料粉末をパウダーシュート５１の斜面に留めることなく、より円滑に底部に向かわせることができる。これにより、パウダーコレクタ６１における吸引力の大小にかかわらず、パウダーシュート５１で受けた材料粉末をパウダーコレクタ６１に効率的に回収することができる。

続いて、図６中のパウダーシュート５１の使用形態について説明する。
図７および図８は、除去加工時のパウダーシュートの形態を模式的に表わす図である。図７および図８を参照して、除去加工時、パウダーシュート５１は、第２主軸１１７の下方に収納される。

より具体的には、除去加工時、パウダーシュート５１は、第２主軸台１１６に連結され、下刃物台１３１と非連結の状態とされる。除去加工時、パウダーシュート５１は、開口部５４の開口面積が縮小する第２状態とされている。パウダーシュート５１は、第２主軸１１７の下方であって、水平方向において基台１１８（ベース部１１８ｑ）に隣り合う位置に収納される。パウダーシュート５１は、基台１１８の首部１１８ｐの直下に収まるように配置されてもよい。

このような構成によれば、除去加工時にパウダーシュート５１が第２主軸１１７の下方に収納されるため、パウダーシュート５１が除去加工の妨げとなることを回避できる。たとえば、除去加工時、固定工具を装着した下刃物台１３１を加工位置に合わせてＺ軸方向およびＸ軸方向に移動させるが、パウダーシュート５１が下刃物台１３１の移動の妨げになることを回避できる。また、図８中に示すように、第１主軸１１２および第２主軸１１７の間でワークを受け渡す場合、下刃物台１３１および第２主軸台１１６がＺ軸方向において接近する。このような場合であっても、下刃物台１３１（下刃物台１３１に装着された固定工具）をパウダーシュート５１に干渉させることなく、ワークの受け渡しを実行することができる。

また、材料粉末に液体が混入すると材料粉末の温度が上昇するという現象が起こり得る。本実施の形態では、除去加工時に、パウダーシュート５１が開口部５４の開口面積が縮小する第２状態とされているため、加工エリア２００に供給される切削油（液体）が、パウダーシュート５１内に侵入することを防止できる。

なお、切削油のパウダーシュート５１内への侵入をより確実に防ぐため、パウダーシュート５１の開口部５４を閉塞するように蓋部材が別に設けられてもよい。

図９から図１３は、付加加工時のパウダーシュートの形態を模式的に表わす図である。図９を参照して、除去加工から付加加工に移行する際、下刃物台１３１を第２主軸台１１６に向けて接近移動させることにより、パウダーシュート５１を第２主軸台１１６および下刃物台１３１の双方に連結する。

図１０を参照して、パウダーシュート５１が下刃物台１３１および第２主軸台１１６に連結された状態において、下刃物台１３１を第２主軸台１１６から離間するように移動させることにより、パウダーシュート５１を開口部５４の開口面積が拡大する第１状態に変形させる。

図１１を参照して、パウダーシュート５１および第２主軸台１１６の連結を解除する。下刃物台１３１をＺ軸方向に移動させることによって、パウダーシュート５１を材料粉末を受けるのに最適な位置に位置決めする。この際、付加加工用ヘッド２１のＺ軸方向における位置と、付加加工用ヘッド２１の傾き（工具主軸１２１の旋回角度θ）とを考慮して、パウダーシュート５１の位置を決定する。さらに、付加加工用ヘッド２１のＸ軸方向（高さ方向）における位置やワークの形状、ワークにおける付加加工の部位などを考慮して、パウダーシュート５１の位置を決定してもよい。パウダーシュート５１が材料粉末を受けるのに最適な位置に保持されるように、付加加工の進行とともにパウダーシュート５１の位置を変更してもよい。

図１２を参照して、付加加工時、パウダーシュート５１を第２主軸台１１６に連結してもよい。たとえば、第２主軸１１７に保持されたワークがあって、第２主軸１１７に近い位置で付加加工を行なう場合、ワークに付着しなかった材料粉末を効率的に回収することができる。

図１３を参照して、付加加工が完了すると、下刃物台１３１を第２主軸台１１６に向けて接近移動させる。これにより、パウダーシュート５１を、開口部５４の開口面積が縮小する第２状態に変形させるとともに、第２主軸１１７の下方に収納する。

以上に説明した、この発明の実施の形態における加工機械の構造についてまとめると、本実施の形態における加工機械１００は、付加加工が可能な加工機械である。加工機械１００は、加工エリア２００において移動可能に設けられ、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射する付加加工用ヘッド２１と、加工エリア２００において移動可能に設けられ、付加加工用ヘッド２１からワークに対して吐出された材料粉末のうちワークに付着しなかった材料粉末を受ける材料粉末受け部としてのパウダーシュート５１とを備える。

このように構成された、この発明の実施の形態における加工機械１００によれば、実行されている付加加工の条件（付加加工用ヘッド２１の位置、材料粉末の吐出方向等）に合わせてパウダーシュート５１を移動させることにより、付加加工時にワークに付着しなかった材料粉末をパウダーシュート５１により効率的に回収することができる。

なお、本実施の形態では、パウダーシュート５１が下刃物台１３１および／または第２主軸台１１６に連結される場合を説明したが、本発明における材料粉末受け部の連結対象は、これらに限られない。たとえば、本発明における加工機械がマシニングセンターをベースにしたＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機である場合、材料粉末受け部は、ワークを保持するためのテーブルに連結されてもよい。また、材料粉末受け部の連結対象によっては、高さ方向等にも材料粉末受け部が移動可能とされてもよい。

また、本実施の形態では、付加加工および除去加工が可能な加工機械１００について説明したが、本発明は、除去加工のみ可能な加工機械に適用することも可能である。この場合に、材料粉末受け部を加工エリア内で移動させるための移動機構部が別に設けられてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、ワークの付加加工が可能な加工機械に適用される。

２１付加加工用ヘッド、２２ヘッド本体、２３ケーブル継手、２４ケーブル、２６，２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃレーザツール、２７ノズル部、５１パウダーシュート、５３配管、５４開口部、５６，５７，８１，８２係止部、６１パウダーコレクタ、６２ダクト、６３ガス回収装置、７０材料粉末供給装置、７１混合部、７２材料粉末タンク、７６レーザ発振装置、１００加工機械、１１１第１主軸台、１１２第１主軸、１１６第２主軸台、１１７第２主軸、１１８基台、１１８ｐ首部、１１８ｑベース部、１２１工具主軸、１３１刃物台、１３２旋回部、１３６ベッド、２００加工エリア、２０１，２０２，２０３，２０４，２０６中心軸、２１０スプラッシュガード、３１１レーザ光、３１２材料粉末、３１３ガス、３１４溶融点、３１５肉盛素材、３１６肉盛層、４００ワーク。

Claims

付加加工と、除去加工とが可能な加工機械であって、
加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射する付加加工用ヘッドと、
加工エリア内において移動可能に設けられ、前記付加加工用ヘッドからワークに対して吐出された材料粉末のうちワークに付着しなかった材料粉末を受ける材料粉末受け部と、
加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークの除去加工のための工具を保持する工具保持部と、
加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークを保持するワーク保持部とを備え、
前記材料粉末受け部は、前記工具保持部および前記ワーク保持部の少なくともいずれか一方に連結されることにより、加工エリア内で移動可能とされる、加工機械。
付加加工と、除去加工とが可能な加工機械であって、
加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射する付加加工用ヘッドと、
加工エリア内において移動可能に設けられ、前記付加加工用ヘッドからワークに対して吐出された材料粉末のうちワークに付着しなかった材料粉末を受ける材料粉末受け部とを
備え、
前記材料粉末受け部は、加工エリア内に開口する開口部を形成する第１状態と、前記開口部の開口面積が前記第１状態よりも小さくなる第２状態との間で変形可能に設けられ、さらに、
加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークの除去加工のための工具を保持する工具保持部と、
加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークを保持するワーク保持部とを備え、
前記材料粉末受け部は、前記工具保持部および前記ワーク保持部に連結され、前記工具保持部および前記ワーク保持部の少なくともいずれか一方の移動に伴って、前記第１状態と前記第２状態との間で変形される、加工機械。
付加加工と、除去加工とが可能な加工機械であって、
加工エリア内において移動可能に設けられ、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにエネルギー線を照射する付加加工用ヘッドと、
加工エリア内において移動可能に設けられ、前記付加加工用ヘッドからワークに対して吐出された材料粉末のうちワークに付着しなかった材料粉末を受ける材料粉末受け部と、
水平方向に延びる回転軸を有し、その回転軸を中心にワークを回転可能に保持する主軸と、前記主軸を支持する基台とを含む主軸台とを備え、
前記材料粉末受け部は、除去加工時、前記主軸の下方に収納される、加工機械。