(57)【要約】【課題】造形されたワークを加工する際の製作工数を低減させることができる、工作機械装置およびその制御方法を提供する。【解決手段】工作機械装置は、工具を自動的に交換するためのクランプ機構と、クランプ機構においてクランプ可能な工具を格納する工具格納エリアと、溶融した材料を射出する造形装置であって、クランプ機構においてクランプ可能な造形装置を格納する造形装置格納エリアと、クランプ機構でクランプされた工具を回転させる主軸と、制御コマンドを用いて主軸の回転を制御する制御部とを備え、制御部は、クランプ機構でクランプされた造形装置を、制御コマンドを用いて制御する。【選択図】図１
2020172108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を自動的に交換するためのクランプ機構と、
前記クランプ機構においてクランプ可能な工具を格納する工具格納エリアと、
溶融した材料を射出する造形装置であって前記クランプ機構においてクランプ可能な造形装置、を格納する造形装置格納エリアと、
前記クランプ機構でクランプされた前記工具を回転させる主軸と、
制御コマンドを用いて前記主軸の回転を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記クランプ機構でクランプされた前記造形装置を、前記制御コマンドを用いて制御する、工作機械装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記工具の回転の開始または停止を指示する制御コマンドを用いて前記造形装置からの材料の射出の開始または停止を制御し、
前記工具の回転速度を指定する制御コマンドを用いて前記造形装置からの材料の吐出量を制御する、請求項１に記載の工作機械装置。
【請求項３】
前記造形装置に材料を供給する材料供給部をさらに備え、
前記制御部は、
前記造形装置を前記材料供給部に移動して、さらに前記材料供給部から前記造形装置に材料を供給する動作を制御する、請求項１または２に記載の工作機械装置。
【請求項４】
前記材料供給部は、材料を加熱し、加熱した材料を前記造形装置に供給する、請求項３に記載の工作機械装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記クランプ機構でクランプされた前記造形装置から射出された材料によってワークを造形し、さらに前記クランプ機構でクランプされた前記工具を用いて造形された前記ワークを加工する動作を制御する、請求項１から４のいずれか一項に記載の工作機械装置。
【請求項６】
前記造形装置は、溶融した材料を保温する保温部を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の工作機械装置。
【請求項７】
前記造形装置は、
材料を溶融するための溶融部と、
前記クランプ機構でクランプされたときに自動的に接続されて前記溶融部に電源供給を行う電源供給機構をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の工作機械装置。
【請求項８】
前記造形装置は、
材料を溶融するための溶融部と、
前記クランプ機構でクランプされたときに自動的に接続されて前記溶融部に電源供給を行うコネクタ機構をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の工作機械装置。
【請求項９】
複数の駆動軸を有して、前記主軸を担持して移動させるロボットアームをさらに備え、
前記制御部は、制御コマンドを用いて前記駆動軸を制御する、請求項１から８のいずれか一項に記載の工作機械装置。
【請求項１０】
前記ロボットアームを格納するロボットアーム格納エリアをさらに備える、請求項９に記載の工作機械装置。
【請求項１１】
溶融した材料を射出する造形装置を格納する造形装置格納エリアにおいて、工具を自動的に交換するためのクランプ機構で前記造形装置をクランプする造形装置クランプステップと、
前記クランプ機構でクランプされた工具を回転させる制御コマンドを用いて、クランプされた前記造形装置から溶融した材料を射出してワークを造形する造形ステップと、
工具を格納する工具格納エリアにおいて、前記クランプ機構で工具をクランプする工具クランプステップと、
前記制御コマンドを用いて、前記クランプ機構でクランプされた工具を回転させて、造形された前記ワークを加工する加工ステップと
を含む、工作機械装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、３Ｄ（Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）−ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）、または３ＤＣＧ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｇｒａｐｈｉｃｓ）等において作成さられた３Ｄデータに基づき、材料を一層一層、材料を積層していき造形物（ワーク）を造形する３Ｄプリンタが知られている。３Ｄプリンタには様々な造形方式が用いられる。例えば、熱で融解した材料を積み重ねていきワークを造形するＦＤＭ（Ｆｕｓｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）方式の３Ｄプリンタがある。ＦＤＭ方式の３Ｄプリンタは、溶融した樹脂等の材料を吐出する吐出部を三次元（または二次元）で移動させる主軸を有し、主軸を制御する制御部が３Ｄデータに基づき主軸を移動させることによりワークを造形する。
【０００３】
また、３Ｄプリンタの吐出部をマシニングセンタの主軸に取り付けて使用する装置がある（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０７７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、３Ｄプリンタで造形して製作されるワークの寸法精度は、マシニングセンタ等の工作機械で加工して製作されるワークの寸法精度に比べて一般的に低い。このため、寸法精度が高いワークを製作するためには、３Ｄプリンタを用いてワークの造形を行う工程と、造形されたワークを、工作機械を用いて加工する工程の２工程が必要になり、製作工数が増加してしまう場合があった。
【０００６】
また、特許文献１の装置においては、マシニングセンタの主軸への吐出部の取り付けは、ボルトとナットで行われるため、主軸に取り付ける加工用の工具と吐出部との交換を行うための段取りに時間が掛かり、製作工数が増加してしまう場合があった。
【０００７】
また、マシニングセンタ等においては、工具を回転させたり移動させたりする制御コマンドを含むプログラムを予め作成し、マシニングセンタ等を制御するコントローラで実行させる必要がある。このため、３Ｄプリンタ等、工具以外の新たな治具の動作を制御するためには、コントローラにおいて新たな制御コマンドを実行させるためのシステム変更が必要となり、システム変更およびプログラム作成のための制作工数が増加してしまう場合があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、造形されたワークを加工する際の製作工数を低減させることができる、工作機械装置およびその制御方法を提供することを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記の課題を解決するため、実施形態の工作機械装置は、工具を自動的に交換するためのクランプ機構と、クランプ機構においてクランプ可能な工具を格納する工具格納エリアと、溶融した材料を射出する造形装置であって、クランプ機構においてクランプ可能な造形装置を格納する造形装置格納エリアと、クランプ機構でクランプされた工具を回転させる主軸と、制御コマンドを用いて主軸の回転を制御する制御部とを備え、制御部は、クランプ機構でクランプされた造形装置を、制御コマンドを用いて制御する。
【００１０】
（２）また、実施形態の工作機械装置において、制御部は、工具の回転の開始または停止を指示する制御コマンドを用いて造形装置からの材料の射出の開始または停止を制御し、工具の回転速度を指定する制御コマンドを用いて造形装置からの材料の吐出量を制御するものであってもよい。
【００１１】
（３）また、実施形態の工作機械装置において、造形装置に材料を供給する材料供給部をさらに備え、制御部は、造形装置を材料供給部に移動して、さらに材料供給部から造形装置に材料を供給する動作を制御するものであってもよい。
【００１２】
（４）また、実施形態の工作機械装置において、材料供給部は、材料を加熱し、加熱した材料を造形装置に供給するものであってもよい。
【００１３】
（５）また、実施形態の工作機械装置において、制御部は、クランプ機構でクランプされた造形装置から射出された材料によってワークを造形し、さらにクランプ機構でクランプされた工具を用いて造形されたワークを加工する動作を制御するものであってもよい。
【００１４】
（６）また、実施形態の工作機械装置において、造形装置は、溶融した材料を保温する保温部を備えるものであってもよい。
【００１５】
（７）また、実施形態の工作機械装置において、造形装置は、材料を溶融するための溶融部と、クランプ機構でクランプされたときに自動的に接続されて溶融部に電源供給を行う電源供給機構をさらに備えるものであってもよい。
【００１６】
（８）また、実施形態の工作機械装置において、造形装置は、材料を溶融するための溶融部と、クランプ機構でクランプされたときに自動的に接続されて溶融部に電源供給を行うコネクタ機構をさらに備えるものであってもよい。
【００１７】
（９）上記の課題を解決するため、実施形態の工作機械装置の制御方法は、溶融した材料を射出する造形装置を格納する造形装置格納エリアにおいて、工具を自動的に交換するためのクランプ機構で前記造形装置をクランプする造形装置クランプステップと、クランプ機構でクランプされた工具を回転させる制御コマンドを用いて、クランプされた造形装置から溶融した材料を射出してワークを造形する造形ステップと、工具を格納する工具格納エリアにおいて、クランプ機構で工具をクランプする工具クランプステップと、制御コマンドを用いて、クランプ機構でクランプされた工具を回転させて、造形されたワークを加工する加工ステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一つの実施形態によれば、工作機械装置は、工具を自動的に交換するためのクランプ機構と、クランプ機構においてクランプ可能な工具を格納する工具格納エリアと、溶融した材料を射出する造形装置であって、クランプ機構においてクランプ可能な造形装置を格納する造形装置格納エリアと、工具格納エリアにおいてクランプ機構でクランプされた工具を回転させる主軸と、制御コマンドを用いて主軸の回転を制御する制御部とを備え、制御部は、造形装置格納エリアにおいてクランプ機構でクランプされた造形装置を、制御コマンドを用いて制御することにより、造形されたワークを加工する際の製作工数を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態における主軸に対する、（Ａ）工具装着時、（Ｂ）造形装置装着時の一例を示す側面図である。
【図２】実施形態における工作機械装置の構造の一例を示す平面図である。
【図３】実施形態における工作機械装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】実施形態における工作機械装置の工具を用いたワークの製作の一例を示す図である。
【図５】実施形態における工作機械装置の造形装置を用いたワークの製作の一例を示す図である。
【図６】実施形態における工作機械装置において造形装置がクランプされた主軸をロボットアームで担持する一例を示す図である。
【図７】実施形態における工作機械装置において工具がクランプされた主軸をロボットアームで担持する一例を示す図である。
【図８】実施形態における工作機械装置の構造の他の一例を示す平面図である。
【図９】実施形態における工作機械装置のロボットアームを用いたワークの製作の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態における工作機械装置およびその制御方法について詳細に説明する。
【００２１】
先ず、図１を用いて、工作機械装置における工具と造形装置の装着を説明する。図１は、実施形態における主軸に対する、（Ａ）工具クランプ時、（Ｂ）造形装置クランプ時の一例を示す側面図である。
【００２２】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）において、工作機械装置１は、主軸１１を有している。主軸１１は、クランプ機構１１１、材料供給部１１２および給電機構１１３を有している。図１（Ａ）は、クランプ機構１１１に工具２がクランプされている様子を示している。また、図１（Ｂ）は、クランプ機構１１１に造形装置３がクランプされている様子を示している。
【００２３】
主軸１１は、工具を自動的に交換するためのクランプ機構１１１を有する。クランプとは、掴むまたは挟み込むことをいう。クランプ機構１１１は、マシニングセンタ等の工作機械において用いられる自動工具交換（Ａｕｔｏ  Ｔｏｏｌ  Ｃｈａｎｇｅｒ：ＡＴＣ）用の機構（装置の構造）である。クランプ機構１１１は、複数の工具の中から加工に用いる工具をクランプし、またはアンクランプすることにより、主軸１１への工具の交換（着脱）を自動的に行う。クランプ機構１１１の形状は、例えば、ＡＴＣ用テーパシャンクの工業規格として、ＭＡＳ規格（日本工作機械工業会規格）、ＤＩＮ規格、またはＡＮＳ規格等によって定められている。クランプ機構１１１は、例えば工具２の２面を拘束するＨＳＫタイプを用いてクランプを行うことができる。工具２とは、例えばフライス、ドリル、またはリーマ等である。
【００２４】
図１（Ａ）において、主軸１１は、主軸１１を３次元で移動させることができる移動装置（不図示）に取り付けられている。クランプ機構１１１は、主軸１１の下端に取り付けられて主軸１１と共に移動する。すなわち、クランプ機構１１１に取り付けられた工具２（または造形装置３）は移動装置によって３次元に移動される。また、主軸１１は、クランプ機構１１１でクランプされた工具２を回転させる回転装置（不図示）を有している。主軸１１の移動およびクランプされた工具２の回転は、後述する制御部で実行される制御プログラムによって制御される。制御プログラムには、例えば、主軸１１を三次元に移動させるための制御コマンド、工具２の回転の開始または停止を指示するための制御コマンド、または主軸１１の回転速度を指定するための制御コマンド等が含まれる。制御プログラムは、例えば、ＮＣ（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ｃｏｎｔｒｏｌ）プログラムである。制御コマンドは、制御部１０の図示しない、記憶部に記憶されてＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）によって実行される。
【００２５】
材料供給部１１２、給電部１１３Ａおよび加熱部１１４は、主軸１１に取り付けられて主軸１１と共に移動する。材料供給部１１２は、造形装置３がクランプ機構１１１にクランプされたときに造形用の材料を供給する。したがって、造形装置３がクランプされていない場合、材料供給部１１２から材料の供給はされない。給電部１１３Ａは、造形装置３がクランプ機構１１１にクランプされたときに造形装置３に電力を供給する。また、加熱部１１４は、造形装置３がクランプ機構１１１にクランプされたときに造形装置３に供給する造形用の材料を加熱する。なお、材料供給部１１２、給電部１１３Ａおよび加熱部１１４の詳細は図１（Ｂ）において説明する。
【００２６】
図１（Ｂ）において、主軸１１の下端に取り付けられたクランプ機構１１１は、造形装置３をクランプしている。工具２と造形装置３はクランプ機構１１１によって自動的に交換することができる。造形装置３は、吐出ノズル３１、受入部３２、保温部３３および溶融部３４を有する。
【００２７】
造形装置３は、供給された材料を溶融して、溶融した材料を吐出ノズル３１から吐出する、例えば、ＦＤＭ方式のプリンタのヘッド部分である。以下、本実施例では、材料造形方式はＦＤＭ方式の造形を行う場合を説明するが、造形装置３は、吐出した液体材料を紫外線等で硬化させる光造形方式、粉体とバインダを吐出して固化させる粉末固着方式等、３Ｄプリンタに用いられる他の方式を用いるものであってもよい。
【００２８】
吐出ノズル３１は、ワークを造形するための溶融した材料を射出する。材料の射出は、主軸１１の回転に応じて行うようにしてもよい。例えば、造形装置３は、内部にスクリュー状の搬送機構を有して、搬送機構を回転させることによって材料を移動して吐出ノズル３１から射出するようにしてもよい。
【００２９】
例えば、工作機械装置１は、造形装置３の搬送機構を工具の回転の開始または停止を指示するための制御コマンドに基づき回転させることにより、材料射出の開始または停止を制御する。工具の回転の開始または停止を指示するための制御コマンドとは、例えば、ＮＣプログラムのＭコードである。Ｍコードとは、ＮＣプログラムにおいて加工を行うための補助機能を定義する制御コマンドである。Ｍコードは、例えばＪＩＳ（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）規格において規定されている。例えば、「Ｍ０３」は工具（主軸）を正転させるためのコマンドであり、「Ｍ０５」は工具の回転を停止させるためのコマンドである。「Ｍ０３」のコマンドによって材料の射出が開始され、「Ｍ０５」のコマンドによって材料の射出が停止される制御が可能となる。これにより、造形装置３を制御するコマンドを新たに追加することなく、材料射出の開始または停止を制御することが可能となり、製作工数を低減させることが可能となる。
【００３０】
また、工作機械装置１は、造形装置３の搬送機構の回転速度を工具の回転速度を指定するための制御コマンドに基づき制御させることにより、材料射出の量を制御する。工具の回転速度を指定するための制御コマンドは、例えばＮＣプログラムのＳコードにおいて実施することができる。Ｓコードとは、工具の回転数を設定する制御コマンドである。例えば、「Ｓ２０００」は、工具を２千ｒｐｍで回転させるためのコマンドである。Ｓコードは上述したＭコードとともに使用される。Ｓコードにおいて搬送機構の回転数を制御することにより、造形装置３を制御するコマンドを新たに追加することなく、材料射出量を制御することが可能となり、製作工数を低減させることが可能となる。
【００３１】
主軸１１の材料供給部１１２は、造形装置３がクランプ機構１１１によってクランプされたときに受入部３２と対向して、受入部３２に対して材料を供給することができる。例えば、材料供給部１１２は、中空構造を有し、中空構造の中を、材料を落下させることにより受入部３２に対して材料を供給する。材料供給部１１２は、加熱部１１４を有する。加熱部１１４は、受入部３２に供給する材料を加熱する。加熱部１１４は、材料が溶融するまで加熱するようにしてもよい。例えば、材料の融点が高い場合、加熱部１１４が材料を加熱（余熱）することにより、造形装置３において材料の溶融に要するエネルギーを小さくすることができる。また、加熱部１１４が材料を溶融することにより、造形装置３における材料の溶融を省略することができる。また、材料供給部１１２は、内部にスクリュー状の搬送機構を有して、スクリューを回転させることによって材料を移動して受入部３２に対して材料を供給するようにしてもよい。造形装置３がクランプされたときに材料供給部１１２と受入部３２とを対向させることにより、造形装置３に対して連続して材料を自動的に供給することが可能となる。これにより、例えば、材料が無くなった場合にその都度手動で材料を供給する場合に比べて、工作機械装置１の稼働率を向上させることが可能となる。
【００３２】
受電部１１３Ｂは、造形装置３がクランプ機構１１１によってクランプされたときに給電部１１３Ａと対向して、給電部１１３Ａから供給される電力を受電する。給電部１１３Ａおよび受電部１１３Ｂの組合せは給電機構１１３を形成する。なお、受電部１１３Ｂと対向して電力を供給する給電部１１３Ａを給電機構という場合がある。例えば、造形装置３がクランプ機構１１１によってクランプされていない状態においても工作機械装置１は給電機構（給電部１１３Ａ）を備えるものとする。
【００３３】
給電機構１１３は、給電部１１３Ａが有する接点と受電部１１３Ｂが有する接点とが、造形装置３がクランプ機構１１１によってクランプされたときに接触することによって電力を給電する有接点のコネクタ機構である。有接点のコネクタ機構を用いることにより構造が単純となり低コストで電力を供給することが可能となる。なお、接点に例えば金メッキを施すことにより接点の接触による電気抵抗を安定させることが可能となる。
【００３４】
また、給電機構１１３は、給電部１１３Ａが有する給電ユニットと受電部１１３Ｂが有する受電ユニットとが、造形装置３がクランプ機構１１１によってクランプされたときに近接することによって電力を給電する非接触（ワイヤレス）給電方式を用いるものであってもよい。例えば、給電部１１３Ａの給電ユニットには給電用コイルが設けられ、受電部１１３Ｂの受電ユニットには受電用コイルが設けられ、給電用コイルから発生する電磁波を受電用コイルで受けることにより給電を行う。給電機構１１３において非接触給電方式を用いることにより、接点の接触不良による給電の不具合を防止することが可能となる。
【００３５】
また、給電機構１１３は、給電部１１３Ａが有する回転機構と受電部１１３Ｂが有する回転機構とを、造形装置３がクランプ機構１１１によってクランプされたときに回転力が伝達可能に接合することによって、受電部１１３Ｂの内部に有する発電機の回転子を回転させて電力を発生させるものであってもよい。例えば、給電部１１３Ａの回転機構を制御コマンドで回転させることにより、受電部１１３Ｂが有する回転機構を回転させて発電機の回転子を回転するようにしてもよい。受電部１１３Ｂの内部に有する発電機により発電を行うことにより、給電部１１３Ａと受電部１１３Ｂにおける電気的な接続を省略することが可能となる。
【００３６】
また、造形装置３に対する給電は、造形装置３に設けられた図示しない発電装置を用いるものであってもよい。発電装置は、例えば、主軸１１を回転させることにより回転子が回転する発電機であってもよい。例えば、発電機は、材料を吐出させる搬送機構の回転とともに回転子が回転するものであってもよい。また、発電機は、材料を吐出させる搬送機構の回転と回転力の伝達を切り替えて回転子が回転するものであってもよい。造形装置３に対する給電に造形装置３に設けられた発電装置を用いることにより、主軸１１における給電機構を省略することが可能となる。
【００３７】
保温部３３は、造形装置３に供給された材料を保温する。保温部３３は、例えば、魔法瓶のように断熱層を有して材料の温度が造形装置３の外部に伝達するのを防止する。保温部３３が材料を保温することにより、例えば、加熱部１１４において材料が溶融された場合、溶融状態を維持することが可能となり、造形装置３における材料の溶融を省略することが可能となる場合がある。
【００３８】
溶融部３４は、造形装置３から射出する材料を溶融する。溶融部３４は、受電部１１３Ｂに供給された電力に基づき材料を溶融する。溶融部３４は、例えば電気ヒータである。溶融部３４は、例えば造形装置３内部の材料の温度に基づき、電気ヒータを制御するようにしてもよい。また、溶融部３４は、造形装置３の搬送機構の回転に応じて電気ヒータを制御するようにしてもよい。
【００３９】
次に図２を用いて、工作機械装置の構造を説明する。図２は、実施形態における工作機械装置の構造の一例を示す平面図である。
【００４０】
図２において、工作機械装置１は、制御部１０、主軸１１、クランプ機構１１１、工具格納エリア１２、造形装置格納エリア１３、製作エリア１４、工具シャッタ１５および造形装置シャッタ１６を有する。
【００４１】
制御部１０は、工作機械装置１の動作を制御する。制御部１０は、クランプ機構１１１によるクランプ動作、ならびに造形装置を用いたワークの造形、および工具を用いた加工を制御する。
【００４２】
工具格納エリア１２は、クランプ機構１１１によりクランプされる工具を格納するためのエリアである。工具のクランプは、工具格納エリア１２において行われる。工具格納エリア１２は、クランプ機構１１１によりクランプされる工具を装着するためのエリア、すなわちＡＴＣが行われるエリアである。工具格納エリア１２には、工具を自動交換（ＡＴＣ）するためのＡＴＣ機構（不図示）が含まれている。工具格納エリア１２に格納されている工具は、例えば、ＡＴＣ機構によって、クランプ機構１１１がクランプ可能な位置に移動されて主軸１１に装着される。
【００４３】
造形装置格納エリア１３は、クランプ機構１１１によりクランプされる造形装置を格納するためのエリアである。造形装置３のクランプは、造形装置格納エリア１３において行われる。すなわち、造形装置格納エリア１３は、クランプ機構によりクランプされる造形装置を装着するためのエリアである。造形装置３は造形装置格納エリア１３の所定の位置に載置される。クランプ機構１１１は、工作機械装置１の主軸１１を三次元等で移動させるための移動装置（不図示）に取り付けられている。移動装置によってクランプ機構１１１を造形装置がクランプ可能な位置まで移動させることにより、造形装置をクランプすることができる。造形装置格納エリア１３には、造形装置を保持するための保持機構（不図示）が含まれている。造形装置格納エリア１３に格納されている造形装置は、例えば、保持機構によって、クランプ機構１１１がクランプ可能な位置に移動されて主軸１１に装着される。
【００４４】
製作エリア１４は、工具を用いた加工によるワークの製作または造形装置を用いた造形によるワークの製作するためのエリアである。主軸１１は製作エリア１４において工具を回転させて、あるいは造形装置から材料を吐出させてワークを製作する。なお、ワークを載置（セッティング）するテーブルは、主軸１１と独立して回転、移動等を行うようにしてもよい。
【００４５】
工具シャッタ１５は、工具格納エリア１２と製作エリア１４とを遮断するシャッタである。また、造形装置シャッタ１６は、造形装置格納エリア１３と製作エリア１４とを遮断するシャッタである。工具シャッタ１５および造形装置シャッタ１６は、開閉機構を有し、開閉機構は制御部１０によって開閉制御される。造形装置がＦＤＭ方式の造形を行うプリンタである場合、材料を溶融するためには、固形の材料に温度または圧力を加えて材料を溶融するため、造形装置は発熱源となり得る。一方、工作機械装置１の主軸１１等の機械部分、またはワークは温度変化により加工精度が低下する可能性がある。造形装置シャッタ１６は、熱源となる造形装置と製作エリアを熱的に遮断することにより、製作エリアに対する熱の伝達を防止することが可能となる。また、工具シャッタ１５および造形装置シャッタ１６は、製作エリア１４で発生する切削粉などによるエリア内の汚染を防止する。
【００４６】
次に、図３を用いて、工作機械装置の動作を説明する。図３は、実施形態における工作機械装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図３において説明するフローチャートの動作は、制御部１０において制御プログラムを実行することによって実現することが可能となる。
【００４７】
図３において、工作機械装置は、ワークの製作を、造形装置を用いた材料の造形で実行するか否かを判断する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の判断は、制御部１０において実行される、１ワークを製作するための製作プログラムの内容によって行われる。
【００４８】
ステップＳ１１において、材料の造形を実行すると判断した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、制御部１０は、造形装置３をクランプ機構１１１でクランプする（ステップＳ１２）。
【００４９】
ステップＳ１２の処理を実行した後、制御部１０は、材料を吐出してワークを造形する（ステップＳ１３）。ワークの造形はＦＤＭ方式にて行われる。すなわち、制御部１０は、クランプされた造形装置３を、工作機械装置１の移動装置で移動させながら、溶融した材料を吐出ノズル３１から吐出して積層することによりワークを造形する。
【００５０】
制御部１０は、造形装置３がクランプ機構１１１でクランプされたときに、クランプされた材料供給部１１２から供給される材料の供給量をさらに制御する。すなわち、着脱可能な造形装置３がクランプされたときには、主軸１１の移動制御と同様に、制御部１０において制御が可能となる。これにより、ワークを製作する１つのプログラムにおいて、造形装置３を用いた造形と、工具２を用いた加工との連続したワークの製作が可能となる。
【００５１】
ステップＳ１３の処理を実行した後、制御部１０は、造形装置３を造形装置格納エリア１３にてアンクランプして所定位置に載置する。
【００５２】
ステップＳ１４の処理を実行した後、制御部１０は、ワークの製作を、工具を用いた材料の加工で実行するか否かを判断する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５の判断は、制御部１０において実行される製作プログラムの内容によって行われる。工具を用いた材料の加工を実行しないと判断した場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、制御部１０は、フローチャートで示した動作を終了する。すなわち、制御部１０は、造形装置３を用いた造形のみでワークの製作を終了する。
【００５３】
一方、工具を用いた材料の加工を実行しないと判断した場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、またはステップＳ１１の処理において材料の造形を実行しないと判断した場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、制御部１０は、工具２をクランプ機構１１１でクランプする（ステップＳ１６）。クランプ機構１１１は、制御プログラムに基づき複数の工具の中から加工に用いる工具をクランプする。
【００５４】
ステップＳ１６の処理を実行した後、制御部１０は、工具２によるワークの加工を実行する（ステップＳ１７）。ワークの加工とは、工具を用いたワークの切削（研磨、穴明け、タッピング、中ぐり等を含む）である。本実施形態においては、造形装置３において造形されたワークをそのまま加工することにより、ワークをセッティングする作業が不要となり、ワークを作成する工数を低減させることが可能となる。また、ワークを移動させずに加工することができるので、加工精度を向上させることができる。
【００５５】
ステップＳ１７の処理を実行した後、制御部１０は、工具２を工具格納エリア１２にてアンクランプして所定位置に載置する（ステップＳ１８）。ステップＳ１８を実行した後、制御部１０は、フローチャートで示した動作を終了する。
【００５６】
なお、図３においては、工具２を用いたワークの加工は、単独で行うか、または材料造形後に行う場合を説明した。しかし、造形装置３を用いた造形と、工具２を用いた加工の実行順序はこれに限定されるものではない。例えば、制御部１０は、工具２を用いたワークに対して造形装置３を用いて材料を追加して造形するものであってもよい。また、制御部１０は、ワークの加工を複数の工具を交換しながら加工を行うものであってもよい。また、制御部１０は、造形装置３を用いた造形と、工具２を用いた加工は、それぞれ交互に複数回実行されるものであってもよい。
【００５７】
次に図４および図５を用いて、工作機械装置１におけるワークの製作を説明する。図４は、実施形態における工作機械装置１の工具２を用いたワークの製作の一例を示す図である。図５は、実施形態における工作機械装置１の造形装置３を用いたワークの製作の一例を示す図である。
【００５８】
図４および図５において、工作機械装置１は、主軸１１、クランプ機構１１１、材料供給部１１２、工具格納エリア１２、造形装置格納エリア１３、製作エリア１４、工具シャッタ１５、造形装置シャッタ１６を有している。
【００５９】
図４に示す工具２が装着されるときには、工具格納エリア１２の工具シャッタ１５が開き、主軸１１がクランプ機構１１１を工具２のクランプ位置まで移動させ、クランプ機構１１１が工具２をクランプする。クランプされた工具２は、製作エリア１４において図示しないワークを加工する。
【００６０】
一方、図５に示す造形装置３が装着されるときには、造形装置格納エリア１３の造形装置シャッタ１６が開き、主軸１１がクランプ機構１１１を造形装置３のクランプ位置まで移動させ、クランプ機構１１１が造形装置３をクランプする。クランプされた造形装置３は、受入部３２と対向した材料供給部１１２から連続して材料の供給を受けて、製作エリア１４において図示しないワークを造形する。
【００６１】
次に、図６を用いて、造形装置がクランプされた主軸をロボットアームで担持する一例を説明する。図６は、実施形態における工作機械装置において造形装置がクランプされた主軸をロボットアームで担持する一例を示す図である。
【００６２】
図６において、造形装置３は、クランプ機構１１１にクランプされて主軸１１に取り付けられている。主軸１１は、動力部１１５を介してロボットアーム４０に担持されている。
【００６３】
動力部１１５は、制御部１０の制御に基づき主軸１１を駆動する。動力部１１５は、例えばモータを含み、主軸１１の図示しない機械部分を駆動する。
【００６４】
ロボットアーム４０は、複数の駆動軸を有して、主軸１１を坦持して移動させる。ロボットアーム４０は、例えば、４軸乃至８軸の駆動軸を有する垂直多関節ロボットである。ロボットアーム４０の各軸は、制御部１０に記憶された制御コマンドによって制御される。すなわち、制御部１０は、制御コマンドにおいて主軸１１を制御するとともにロボットアーム４０を制御する。
【００６５】
造形装置３をロボットアーム４０で移動させることにより、造形装置３の吐出ノズル３１の吐出方向を自由に移動させることができるので、垂直方向のみで吐出する場合に比べて造形できるワークの形状の自由度を上げることができる。例えば、吐出方向を水平方向とすることにより、水平方向に材料を積層させることが可能となる。
【００６６】
ロボットアーム４０は、固定部４１に固定される。固定部４１は、例えば、底面を図６に図示しない工作機械装置１の一部に固定される。固定部４１は、例えば、製作エリア１４に敷設されたレールの上に移動可能に設置された移動台に固定されて、移動台とともにレールの上を移動できるようにしてもよい。
【００６７】
次に、図７を用いて、工具がクランプされた主軸をロボットアームで担持する一例を説明する。図７は、実施形態における工作機械装置において工具がクランプされた主軸をロボットアームで担持する一例を示す図である。なお、図７において図６と重複する説明は省略する場合がある。
【００６８】
図７において、工具２は、クランプ機構１１１にクランプされて主軸１１に取り付けられている。主軸１１は、動力部１１５を介してロボットアーム４０に担持されている。
【００６９】
工具２をロボットアーム４０で移動させることにより、工具２の方向を自由に移動させることができるので、垂直方向のみで工具を使用する場合に比べて造形できるワークの形状の自由度を上げることができる。例えば、工具を水平方向とすることにより、水平方向に材料を加工することが可能となる。
【００７０】
ロボットアーム４０は、固定部４１に固定される。固定部４１は、例えば、底面を図６に図示しない工作機械装置１の一部に固定される。固定部４１は、例えば、製作エリア１４に敷設されたレールの上に移動可能に設置された移動台に固定されて、移動台とともにレールの上を移動できるようにしてもよい。
【００７１】
次に図８を用いて、工作機械装置の構造の他の一例を説明する。図８は、実施形態における工作機械装置の構造の他の一例を示す平面図である。なお、図８において図２と重複する説明は省略する場合がある。
【００７２】
図８において、工作機械装置１は、制御部１０、主軸１１、クランプ機構１１１、工具格納エリア１２、造形装置格納エリア１３、製作エリア１４、工具シャッタ１５、造形装置シャッタ１６およびロボットアーム格納エリア１７を有する。
【００７３】
制御部１０は、工作機械装置１の動作を制御する。制御部１０は、クランプ機構１１１によるクランプ動作、ならびに造形装置を用いたワークの造形、および工具を用いた加工を制御する。さらに制御部１０は、ロボットアーム格納エリア１７に格納された、図８で図示しないロボットアーム４０を制御する。
【００７４】
ロボットアーム格納エリア１７は、ロボットアーム４０（動力部１１５、主軸１１、クランプ機構１１１および造形装置３等を含んでいてもよい。）を格納するためのエリアである。ロボットアーム格納エリア１７に格納されているロボットアーム４０は、図６〜図７で説明したロボットアームであり、クランプ機構１１１によって、工具格納エリア１２に格納されている工具、または造形装置格納エリア１３に格納されている造形装置を装着するようにしてもよい。例えば、ロボットアーム格納エリア１７には、図６で説明した動力部１１５、主軸１１およびクランプ機構１１１が取り付けられたロボットアーム４０が格納される。ロボットアーム４０は、クランプ機構１１１を工具格納エリア１２または造形装置格納エリア１３に移動させることにより、工具または造形装置をクランプさせるようにしてもよい。
【００７５】
なお、ロボットアーム格納エリア１７には、製作エリア１４で発生する切削粉などによる汚染を防止するためのシャッタを設けるようにしてもよい。。
【００７６】
次に図９を用いて、工作機械装置１におけるワークの製作の他の一例を説明する。図９は、実施形態における工作機械装置のロボットアームを用いたワークの製作の一例を示す図である。なお、図９において図４または図５と重複する説明は省略する場合がある。
【００７７】
図９において、工作機械装置１は、主軸１１、主軸１１ａ、クランプ機構１１１、クランプ機構１１１ａ、材料供給部１１２、工具格納エリア１２、造形装置格納エリア１３、製作エリア１４、工具シャッタ１５、造形装置シャッタ１６およびロボットアーム格納エリア１７を有している。
【００７８】
ロボットアーム格納エリア１７には、ロボットアーム４０に動力部１１５を介して主軸１１ａが担持されている。主軸１１ａのクランプ機構１１１ａには、造形装置３がクランプされている場合を示している。図９においては、主軸１１とは別個に、ロボットアーム４０に主軸１１ａが取り付けられている場合を例示している。制御部１０は、製作エリア１４において、主軸１１と主軸１１ａとが干渉しないように制御する。例えば、制御部１０は、製作エリア１４において、主軸１１によってワークが造形または加工されているときに、ロボットアーム４０をロボットアーム格納エリア１７に格納することにより主軸１１と主軸１１ａの干渉を防止する。一方、制御部１０は、製作エリア１４において、主軸１１ａによってワークが造形または加工されているときに、主軸１１を、製作エリア１４から待避させることにより主軸１１と主軸１１ａの干渉を防止してもよい。また、制御部１０は、製作エリア１４において、主軸１１と主軸１１ａが協働してワークを造形または加工するように主軸１１と主軸１１ａを制御するようにしてもよい。
【００７９】
なお、図９は工作機械装置１が１台のロボットアーム４０を有する場合を説明したが、工作機械装置１は複数台のロボットアームを有するようにしてもよい。
【００８０】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。
【符号の説明】
【００８１】
１      工作機械装置
２      工具
３      造形装置
３１    吐出ノズル
３２    受入部
３３    保温部
３４    溶融部
４０    ロボットアーム
４１    固定部
１０    制御部
１１    主軸
１１１  クランプ機構
１１２  材料供給部
１１３  給電機構
１１３Ａ  給電部
１１３Ｂ  受電部
１１４    加熱部
１１５    動力部
１２    工具格納エリア
１３    造形装置格納エリア
１４    製作エリア
１５    工具シャッタ
１６    造形装置シャッタ
１７    ロボットアーム格納エリア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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