(57)【要約】【課題】造形されたワークを工作機械において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、自動工具交換用のクランプ機構を用いて造形装置をクランプし、クランプされた造形装置を用いてワークを造形し、クランプ機構を用いて工具をクランプし、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。【選択図】図１
2019217681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動工具交換用のクランプ機構を用いて造形装置をクランプし、
クランプされた前記造形装置を用いてワークを造形し、
前記クランプ機構を用いて工具をクランプし、
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、工作機械装置。
【請求項２】
前記クランプ機構を有し、前記工具を回転させる主軸を移動させる移動装置と、
前記クランプ機構によりクランプされる前記工具を装着するための工具装着エリアと、
前記クランプ機構によりクランプされる前記造形装置を装着するための造形装置装着エリアと、
前記工具または前記造形装置を用いてワークを製作するための製作エリアと、
前記クランプ機構によるクランプ動作、前記造形装置を用いたワークの造形、および前記工具を用いた加工を制御する制御部と
を備える、請求項１に記載の工作機械装置。
【請求項３】
前記造形装置は、
造形に用いる材料を吐出する吐出部と、
吐出される材料を前記移動装置から受入れる受入部と
を有する、請求項２に記載の工作機械装置。
【請求項４】
前記移動装置は、前記造形装置がクランプされたときに前記受入部と対向して材料を供給可能な材料供給部をさらに有する、請求項３に記載の工作機械装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記造形装置が前記クランプ機構でクランプされたときに、前記クランプされた材料供給部から供給される材料の供給量をさらに制御する、請求項４に記載の工作機械装置。
【請求項６】
前記造形装置装着エリアは、複数の前記造形装置を装着可能に配置し、
前記制御部は、前記造形装置装着エリアに配置されたいずれか１つの前記造形装置のクランプ動作を制御する、請求項２から５のいずれか一項に記載の工作機械装置。
【請求項７】
前記造形装置装着エリアと前記製作エリアとを遮断するシャッタをさらに備える、請求項２から６のいずれか一項に記載の工作機械装置。
【請求項８】
自動工具交換用のクランプ機構を用いて造形装置をクランプする造形装置クランプステップと、
クランプされた前記造形装置を用いてワークを造形する造形ステップと、
前記クランプ機構を用いて工具をクランプする工具クランプステップと、
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加工ステップと
を工作機械装置に実行させる、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）で移動させる移動装置を有し、移動装置を制御する制御装置が３Ｄデータに基づき移動装置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移動装置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。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移動装置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、移動装置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あった。
【０００７】
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工作機械において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】
【０００８】
（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、自動工具交換用のクランプ機構を用いて造形装置をクランプし、クランプされた造形装置を用いてワークを造形し、クランプ機構を用いて工具をクランプし、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。
【０００９】
（２）また、実施形態の工作機械装置において、クランプ機構を有し、工具を回転させる主軸を移動させる移動装置と、クランプ機構によりクランプされる工具を装着するための工具装着エリアと、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造形装置装着エリアと、工具または造形装置を用いてワークを製作するための製作エリアと、クランプ機構によるクランプ動作、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制御部とを備える。
【００１０】
（３）また、実施形態の工作機械装置において、造形装置は、造形に用いる材料を吐出する吐出部と、吐出される材料を移動装置から受入れる受入部とを有する。
【００１１】
（４）また、実施形態の工作機械装置において、移動装置は、造形装置がクランプされたときに受入部と対向して材料を供給可能な材料供給部をさらに有する。
【００１２】
（５）また、実施形態の工作機械装置において、制御部は、造形装置がクランプ機構でクランプされたときに、クランプされた材料供給部から供給される材料の供給量をさらに制御する。
【００１３】
（６）また、実施形態の工作機械装置において、造形装置装着エリアは、複数の造形装置を装着可能に配置し、制御部は、前記造形装置装着エリアに配置されたいずれか１つの造形装置のクランプ動作を制御する。
【００１４】
（７）また、実施形態の工作機械装置において、造形装置装着エリアと製作エリアとを遮断するシャッタをさらに備える。
【００１５】
（８）上記の課題を解決するため、実施形態の光崎機械装置の制御方法は、自動工具交換用のクランプ機構を用いて造形装置をクランプする造形装置クランプステップと、クランプされた造形装置を用いてワークを造形する造形ステップと、クランプ機構を用いて工具をクランプする工具クランプステップと、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加工ステップとを工作機械装置に実行させる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一つの実施形態によれば、自動工具交換用のクランプ機構を用いて造形装置をクランプし、クランプされた造形装置を用いてワークを造形し、クランプ機構を用いて工具をクランプし、さらに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ことにより、造形されたワークを工作機械において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】
【００１７】
【図１】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】実施形態における移動装置に対する工具または造形装置の装着の一例を示す側面図である。
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
先ず、図１を用いて、工作機械装置の動作を説明する。図１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１において説明するフローチャートの動作は、後述する工作機械装置の制御部において実行される。
【００２０】
図１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、工作機械装置において実行される、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。造形装置とは、造形に用いる材料を吐出する装置である。例えば、造形装置は、供給された材料を溶融して、溶融した材料を吐出部（ノズル）から吐出する、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。
【００２１】
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）、工作機械装置は、造形装置をクランプ機構でクランプする（ステップＳ１２）。クランプ機構とは、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）であり、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、工具の交換を自動的に行うことができる。
【００２２】
本実施形態においては、造形装置は、クランプ機構においてクランプ可能な形状を有しているものとする。すなわち、クランプ機構は、工具をクランプすることができるとともに造形装置をクランプすることができる。クランプ機構の形状とクランプ動作の詳細は後述する。
【００２３】
造形装置のクランプは、造形装置装着エリアにおいて行われる。造形装置装着エリアとは、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。造形装置は造形装置装着エリアの所定の位置に載置される。クランプ機構は、工作機械装置の主軸を三次元等で移動させるための移動装置に取り付けられている。移動装置によってクランプ機構を造形装置がクランプ可能なの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。
【００２４】
ステップＳ１２の処理を実行した後、工作機械装置は、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、工作機械装置は、クランプされた造形装置を、工作機械装置の移動装置で移動させながら、溶融した材料を吐出部から吐出して積層することによりワークを造形する。
【００２５】
工作機械装置は、造形装置がクランプ機構でクランプされたときに、クランプされた材料供給部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がクランプされたときには、移動装置の移動制御と同様に、工作機械の制御部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、造形装置を用いた造形と、工具を用いた加工との連続したワークの製作が可能となる。
【００２６】
ステップＳ１３の処理を実行した後、工作機械装置は、造形装置を造形装置装着エリアにてアンクランプして所定位置に載置する。
【００２７】
ステップＳ１４の処理を実行した後、工作機械装置は、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、工作機械装置において実行される、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。工具を用いた材料の加工で実行しないと判断した場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、工作機械装置は、フローチャートで示した動作を終了する。すなわち、工作機械装置は、造形装置を用いた造形のみでワークの製作を終了する。
【００２８】
一方、工具を用いた材料の加工で実行しないと判断した場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、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）、工作機械装置は、工具をクランプ機構でクランプする（ステップＳ１６）。工作機械装置は、複数の工具の中から加工に用いる工具をクランプする。
【００２９】
工具のクランプは、工具装着エリアにおいて行われる。工具装着エリアとは、クランプ機構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。
【００３０】
ステップＳ１６の処理を実行した後、工作機械装置は、工具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。
【００３１】
ステップＳ１７の処理を実行した後、工作機械装置は、工具を工具装着エリア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、工作機械装置は、フローチャートで示した動作を終了する。
【００３２】
なお、図１においては、工具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、造形装置を用いた造形と、工具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。工作機械装置は、例えば、工具を用いたワークに対して造形装置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、造形装置を用いた造形と、工具を用いた加工は、それぞれ交互に複数回実行されるものであってもよい。
【００３３】
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。
【００３４】
図２において、工作機械装置１は、制御装置１０、移動装置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。
【００３５】
制御装置１０は、工作機械装置１の動作を制御する。制御装置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。
【００３６】
移動装置１１は、自動工具交換用のクランプ機構１１１を有する。クランプ機構１１１は、工具または造形装置をクランプすることにより移動装置１１への着脱を可能にする。移動装置１１は、クランプ機構１１１を製作エリア１４において三次元で移動させることができる。移動装置１１はクランプ機構１１１においてクランプされた工具を回転させる主軸（不図示）を有している。
【００３７】
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移動装置１１に装着される。
【００３８】
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移動装置１１に装着される。
【００３９】
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。移動装置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、移動装置１１と独立して回転、移動等を行うようにしてもよい。
【００４０】
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。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の移動装置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。
【００４１】
次に図３を用いて、移動装置１１に対する工具または造形装置の装着を説明する。図３は、実施形態における移動装置１１に対する工具２または造形装置３の装着の一例を示す側面図である。ここで、図３（Ａ）は、移動装置１１に工具２を装着した場合を示す。また、図３（Ｂ）は、移動装置１１に造形装置３を装着した場合を示す。
【００４２】
図３（Ａ）において、移動装置１１は、クランプ機構１１１と材料供給部１１２を有している。クランプ機構１１１は、移動装置１１の下端に取り付けられて移動装置１１と共に移動する。クランプ機構１１１は、工具２をクランプする。クランプ機構１１１と工具の形状は、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。
【００４３】
材料供給部１１２は、移動装置１１に取り付けられて移動装置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。
【００４４】
図３（Ｂ）において、移動装置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および受入部３２を有する。吐出ノズル３１は、ワークを造形するための材料を吐出する。移動装置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。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。
【００４５】
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。
【００４６】
図４および図５において、工作機械装置１は、移動装置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。
【００４７】
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、移動装置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。
【００４８】
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、移動装置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。
【００４９】
なお、上述のように、工具２におけるワークの加工と、造形装置３におけるワークの造形は、それぞれ単独で実施されてもよく、いずれかの工程を先に実施して連続して実施されてもよい。
【００５０】
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】
【００５１】
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
１１    移動装置
１１１  クランプ機構
１１２  材料供給部
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
【図１】
2019217681.tif 000003
【図２】
2019217681.tif 000004
【図３】
2019217681.tif 000005
【図４】
2019217681.tif 000006
【図５】
2019217681.tif 000007