図面 (/)

技術 工作機械における切屑の除去装置

出願人 中村留精密工業株式会社
発明者 荒井智則
出願日 2013年7月25日 (6年7ヶ月経過) 出願番号 2013-154224
公開日 2015年2月5日 (5年1ヶ月経過) 公開番号 2015-024455
状態 特許登録済
技術分野 工作機械の補助装置 工作機械の検出装置 旋削加工
主要キーワード 工具綱 折損事故 自動除去 平フライス 近接動作 ミリングカッタ 中ぐりバイト 除去工具
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年2月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

回転工具駆動装置や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工作機械において、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。

解決手段

カメラ等で切屑が絡みついた工具を検出したとき、切屑が絡みついた工具(対象工具)と他の刃物台に装着された工具(除去工具)とを接近させ、除去工具が対象工具の周囲を周回するようにこれらの工具が装着されている刃物台を動作させる。除去工具としては回転工具を用いるのが効果的である。

概要

背景

工作機械でワークを加工するとき、細長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、オペレータ加工状態監視するとか、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。

概要

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工作機械において、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。カメラ等で切屑が絡みついた工具を検出したとき、切屑が絡みついた工具(対象工具)と他の刃物台に装着された工具(除去工具)とを接近させ、除去工具が対象工具の周囲を周回するようにこれらの工具が装着されている刃物台を動作させる。除去工具としては回転工具を用いるのが効果的である。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

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つが回転工具駆動装置を備えている工作機械切屑除去装置であって、前記制御器が、一の刃物台に装着された工具に絡みついた切屑を、当該工具に対する他の刃物台の回転工具の相対的な近接動作と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。

請求項2

切屑が絡みついた工具が回転工具であり、前記周回動作が当該絡みついた工具の回転動作である、請求項1記載の切屑の除去装置。

請求項3

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、当該一の工具を対象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。

技術分野

0001

この発明は、工作機械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。

背景技術

0002

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。

0003

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、オペレータ加工状態監視するとか、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。

0004

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。

0005

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。

0006

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。

0007

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。

先行技術

0008

特開平8−150537号公報

発明が解決しようとする課題

0009

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。

0010

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。

0011

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。

課題を解決するための手段

0012

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。

0013

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。

0014

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。

発明の効果

0015

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。

0016

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。

図面の簡単な説明

0017

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

実施例

0018

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、その対向端チャック13、14が装着されている。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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)

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

該当するデータがありません

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

該当するデータがありません

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ