(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工ツールを使用して被加工物を切削する切削加工機であって、
前記加工ツールが収容されるストッカーと、
前記加工ツールを把持すると共に、前記被加工物に対して３次元方向への相対的な移動が可能なスピンドルと、
前記スピンドルに前記加工ツールが把持されているかを検出する検出機構と、
前記スピンドルおよび前記検出機構に接続された制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記スピンドルに前記加工ツールを把持させる把持制御部と、
前記スピンドルに把持された前記加工ツールを前記ストッカーに収容させるように、前記スピンドルを移動させるスピンドル移動部と、
前記スピンドルによる前記加工ツールへの把持を解除する解除部と、
前記解除部によって前記スピンドルによる前記加工ツールへの把持を解除した後、前記検出機構によって送信され、かつ、前記スピンドルに前記加工ツールが把持されているという検出信号を受信したとき、前記スピンドルが前記加工ツールを把持していると判定する判定部と、
前記判定部によって前記スピンドルが前記加工ツールを把持していると判定されたとき、前記スピンドルに把持された前記加工ツールを前記ストッカーに収容させた状態で、前記スピンドルを水平方向に、所定の回数分、所定の長さ往復移動させる取り外し制御部と、
を備え、
前記検出機構は、前記加工ツールが接触したか否かを検出するツールセンサであり、
前記判定部は、前記スピンドルの移動時に前記加工ツールが接触したことを前記ツールセンサが検出したときに、前記スピンドルが前記加工ツールを把持していると判定する、切削加工機。
【請求項２】
前記ツールセンサの上面には、オンおよびオフが切り替え可能なスイッチが設けられ、
前記制御装置は、前記ツールセンサよりも上方に位置する所定の位置から前記ツールセンサに向かって前記スピンドルを所定の速度で移動させて、前記所定の位置から、前記スピンドルまたは前記加工ツールが前記スイッチを切り替えた位置までの前記スピンドルの移動時間に基づいて、前記スピンドルに把持された前記加工ツールの長さを推定する推定部を備え、
前記判定部は、前記推定部によって前記スピンドルに把持された前記加工ツールの長さが０よりも大きいと推定されたとき、前記スピンドルに前記加工ツールが把持されていると判定する、請求項１に記載された切削加工機。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記判定部が前記スピンドルに前記加工ツールが把持されていると判定した回数をカウントするカウント部と、
前記回数が所定の回数未満のとき、前記取り外し制御部によって、前記スピンドルに把持された前記加工ツールを前記ストッカーに収容させた状態で、前記スピンドルを水平方向に、所定の回数分、所定の長さ往復移動させるカウント判定部と、
を備えている、請求項１または２に記載された切削加工機。
【請求項４】
加工ツールを使用して被加工物を切削する切削加工機であって、前記加工ツールが収容されるストッカーと、前記加工ツールを把持すると共に、前記被加工物に対して３次元方向への相対的な移動が可能なスピンドルと、前記スピンドルに前記加工ツールが把持されているかを検出する検出機構と、を備えた切削加工機において、前記スピンドルから前記加工ツールを取り外す方法であって、
前記スピンドルに前記加工ツールを把持させる把持制御工程と、
前記スピンドルに把持された前記加工ツールを前記ストッカーに収容させるように、前記スピンドルを移動させるスピンドル移動工程と、
前記スピンドルによる前記加工ツールへの把持を解除する解除工程と、
前記解除工程において前記スピンドルによる前記加工ツールへの把持を解除した後、前記検出機構によって送信され、かつ、前記スピンドルに記加工ツールが把持されているという検出信号を受信したとき、前記スピンドルが前記加工ツールを把持していると判定する判定工程と、
前記判定工程において前記スピンドルが前記加工ツールを把持していると判定したとき、前記スピンドルに把持された前記加工ツールを前記ストッカーに収容させた状態で、前記スピンドルを水平方向に、所定の回数分、所定の長さ往復移動させる取り外し制御工程と、
を包含し、
前記検出機構は、前記加工ツールが接触したか否かを検出するツールセンサであり、
前記判定工程では、前記スピンドルの移動時に前記加工ツールが接触したことを前記ツールセンサが検出したときに、前記スピンドルが前記加工ツールを把持していると判定する、加工ツールを取り外す方法。
【請求項５】
前記ツールセンサの上面には、オンおよびオフが機械的に切り替え可能なスイッチが設けられ、
前記ツールセンサよりも上方に位置する所定の位置から前記ツールセンサに向かって前記スピンドルを所定の速度で移動させて、前記所定の位置から、前記スピンドルまたは前記加工ツールが前記スイッチを切り替えた位置までの前記スピンドルの移動時間に基づいて、前記スピンドルに把持された前記加工ツールの長さを推定する推定工程を更に包含し、
前記判定工程では、前記推定工程において前記スピンドルに把持された前記加工ツールの長さが０よりも大きいと推定したとき、前記スピンドルに前記加工ツールが把持されていると判定する、請求項４に記載された加工ツールを取り外す方法。
【請求項６】
前記判定工程において前記スピンドルに前記加工ツールが把持されていると判定した回数をカウントするカウント工程と、
前記回数が所定の回数未満のとき、前記取り外し制御工程において、前記スピンドルに把持された前記加工ツールを前記ストッカーに収容させた状態で、前記スピンドルを水平方向に、所定の回数分、所定の長さ往復移動させるカウント判定工程と、
を更に包含する、請求項４または５に記載された加工ツールの取り外し方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削加工機および加工ツールを取り外す方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転する加工ツールでワーク（被加工物）を切削加工する切削加工機が知られている。この種の切削加工機では、ワークと加工ツールとの相対的な位置関係を３次元で変化させながら、ワークに対して加工ツールを所定の角度で接触させることで、ワークを所望の形状に切削する。
【０００３】
この種の切削加工機として、例えば特許文献１には、一回の作業で多様な切削加工を自動かつ連続的に実施するために、切削部の形状が異なる複数の加工ツールを自動で交換できる自動刃物交換機能（オートツールチェンジャー，Auto Tool Changer：ＡＴＣ）を備えた切削加工機が開示されている。この種の切削加工機は、加工ツールを把持すると共に、ワークに対する３次元方向への相対的な移動が可能なスピンドル（以下、主軸ともいう。）と、複数の加工ツールが収容されるストッカーとを備えている。切削加工中、ＣＡＭ（コンピュータ支援製造；Computer Aided Manufacturing）によって外部コンピュータから送られる指示に基づき、ワークに対して目的の切削加工を施すのに適した加工ツールを使用するようにスピンドルは制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２１４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ワークを切削する際、複数の種類の加工ツールが使用される。そのため、適切な加工ツールに順次交換されながら、ワークは切削される。一の加工ツールを他の加工ツールに交換する作業は、切削加工機内において自動で行われることが好ましい。しかしながら、加工ツールへの把持を解除した場合であっても、加工ツールがスピンドルから取り外されないことがあった。この場合、作業者は、切削加工機内において、作業者の自らの手で加工ツールをスピンドルから取り外す必要がある。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工ツールを自動で交換する際、スピンドルから加工ツールを適切に取り外すことが可能な切削加工機および加工ツールを取り外す方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る切削加工機は、加工ツールを使用して被加工物を切削する切削加工機である。前記切削加工機は、ストッカーと、スピンドルと、検出機構と、制御装置と、を備えている。前記ストッカーには、前記加工ツールが収容される。前記スピンドルは、前記加工ツールを把持すると共に、前記被加工物に対して３次元方向への相対的な移動が可能である。前記検出機構は、前記スピンドルに前記加工ツールが把持されているかを検出する。前記制御装置は、前記スピンドルおよび前記検出機構に接続されている。前記制御装置は、把持制御部と、スピンドル移動部と、解除部と、判定部と、取り外し制御部とを備えている。前記把持制御部は、前記スピンドルに前記加工ツールを把持させる。前記スピンドル移動部は、前記スピンドルに把持された前記加工ツールを前記ストッカーに収容させるように、前記スピンドルを移動させる。前記解除部は、前記スピンドルによる前記加工ツールへの把持を解除する。前記判定部は、前記解除部によって前記スピンドルによる前記加工ツールへの把持を解除した後、前記検出機構によって送信され、かつ、前記スピンドルに前記加工ツールが把持されているという検出信号を受信したとき、前記スピンドルが前記加工ツールを把持していると判定する。前記取り外し制御部は、前記判定部によって前記スピンドルが前記加工ツールを把持していると判定されたとき、前記スピンドルに把持された前記加工ツールを前記ストッカーに収容させた状態で、前記スピンドルを水平方向に、所定の回数分、所定の長さ往復移動させる。
【０００８】
スピンドルに把持された状態の加工ツールにおいて、解除部によって、スピンドルによる加工ツールへの把持が解除された場合であっても、スピンドル内で焼き付けが生じているため、加工ツールがスピンドルから自動で取り外されないことがあり得る。本発明に係る切削加工機によれば、スピンドル内で焼き付けが生じた場合であっても、取り外し制御部によって、スピンドルに把持された加工ツールをストッカーに収容させた状態で、スピンドルを水平方向に、所定の回数分、所定の長さ往復移動させる。このことによって、上記焼き付けを緩和させることができる。よって、取り外し制御部に関する制御を行うことによって、作業者の自らの手で加工ツールをスピンドルから取り外すという作業を行うことなく、加工ツールをスピンドルから自動で取り外すことができる。
【０００９】
本発明に係る加工ツールを取り外す方法は、加工ツールを使用して被加工物を切削する切削加工機であって、前記加工ツールが収容されるストッカーと、前記加工ツールを把持すると共に、前記被加工物に対して３次元方向への相対的な移動が可能なスピンドルと、前記スピンドルに前記加工ツールが把持されているかを検出する検出機構と、を備えた切削加工機において、前記スピンドルから前記加工ツールを取り外す方法である。前記取り外す方法は、把持制御工程と、スピンドル移動工程と、解除工程と、判定工程と、取り外し制御工程とを包含する。前記把持制御工程では、前記スピンドルに前記加工ツールを把持させる。前記スピンドル移動工程では、前記スピンドルに把持された前記加工ツールを前記ストッカーに収容させるように、前記スピンドルを移動させる。前記解除工程では、前記スピンドルによる前記加工ツールへの把持を解除する。前記判定工程では、前記解除工程において前記スピンドルによる前記加工ツールへの把持を解除した後、前記検出機構によって送信され、かつ、前記スピンドルに前記加工ツールが把持されているという検出信号を受信したとき、前記スピンドルが前記加工ツールを把持していると判定する。前記取り外し制御工程では、前記判定工程において前記スピンドルが前記加工ツールを把持していると判定したとき、前記スピンドルに把持された前記加工ツールを前記ストッカーに収容させた状態で、前記スピンドルを水平方向に、所定の回数分、所定の長さ往復移動させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、加工ツールを自動で交換する際、スピンドルから加工ツールを適切に取り外すことが可能な切削加工機、および、加工ツールを取り外す方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る切削加工機を示す斜視図である。
【図２】図１のフロントカバーを開けた状態の切削加工機を示す斜視図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面における断面図である。
【図４】保持部およびマガジンの構成を示す斜視図である。
【図５】スピンドルおよびマガジンの構成を示す正面図である。
【図６】スピンドルの断面図であり、スピンドルが加工ツールを把持している状態を示した図である。
【図７】スピンドルの断面図であり、スピンドルが加工ツールを把持していない状態を示した図である。
【図８】切削加工機のブロック図である。
【図９】スピンドルから加工ツールを取り外す際の手順を示したフローチャートである。
【図１０】スピンドルが加工ツールを把持した状態で、加工ツールがストッカーに収容された状態を示す模式図である。
【図１１】スピンドルが位置Ｐ２に移動した状態を示す模式図である。
【図１２】スピンドルが加工ツールを把持した状態で、加工ツールがツールセンサに接触した状態を示した模式図である。
【図１３】スピンドルが加工ツールを把持していない状態で、スピンドルがツールセンサに接触した状態を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る切削加工機について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る切削加工機１００の斜視図である。図２は、図１のフロントカバー９７を開けた状態の切削加工機１００を示す斜視図である。図１に示すように、相互に直交する軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。本実施形態に係る切削加工機１００は、Ｘ軸とＹ軸とで構成されるＸＹ平面に置かれるものとする。以下、左方および右方とは、図１のフロントカバー９７に向かって切削加工機１００を見た場合の左方および右方である。また、図１のフロントカバー９７に向かって切削加工機１００を見た場合に、切削加工機１００に近付く方を後方、遠ざかる方を前方とする。以下の図面において、左方をＬ、右方をＲとし、前方をＦ、後方をＲｅとし、上方をＵ、下方をＤとする。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、切削加工機１００の設置態様を何ら限定するものではない。
【００１４】
図１に示すように、切削加工機１００は、箱状に形成されている。本実施形態では、切削加工機１００は、ケース９０と、フロントカバー９７とを備えている。図２に示すように、ケース９０の前部は開口されている。ケース９０は、第１ベース部９２ａと、第２ベース部９２ｂと、左側壁部９３と、右側壁部９４と、天面部９５（図１参照）と、後面部９６（図１参照）とを有している。第２ベース部９２ｂは、第１ベース部９２ａの右方に設けられている。左側壁部９３の右側には、左内壁部９３ａが設けられている。左内壁部９３ａは、第１ベース部９２ａの左端において上方に延びている。右側壁部９４の左側には右内壁部９４ａが設けられている。右内壁部９４ａは、第２ベース部９２ｂの右端において上方に延びている。図示は省略するが、後面部９６（図１参照）は、第１ベース部９２ａの後端および第２ベース部９２ｂの後端において上方に延びている。後面部９６は、左側壁部９３の後端および右側壁部９４の後端に接続されている。天面部９５は、左側壁部９３の上端、および、右側壁部９４の上端に接続されている。また、図２に示すように、フロントカバー９７は、左側壁部９３の前端および右側壁部９４の前端に沿って上下方向にスライド可能に設けられている。フロントカバー９７が上下方向にスライドすることで、ケース９０の前部の開口を開閉することができる。
【００１５】
本実施形態では、第１ベース部９２ａ、第２ベース部９２ｂ、左内壁部９３ａ、右内壁部９４ａ、天面部９５（図１参照）、後面部９６（図１参照）およびフロントカバー９７に取り囲まれることによって、内部空間９８が形成されている。ここでは、フロントカバー９７を上方にスライドさせることにより、内部空間９８と外部空間とが連通される。フロントカバー９７には窓部９７ａが設けられている。図１に示すように、作業者は、窓部９７ａから内部空間９８を視認することができる。
【００１６】
図２に示すように、切削加工機１００の内部空間９８には、第１ベース部９２ａと第２ベース部９２ｂとの境界において上方に延びる仕切り壁９９が設けられている。仕切り壁９９によって、内部空間９８は、加工エリア９８ａと制御エリア９８ｂとに区分けされている。加工エリア９８ａは制御エリア９８ｂよりも広い空間である。加工エリア９８ａでは、例えば、人工歯の材料である被加工物１４（図４参照）に対して切削加工が行われる。制御エリア９８ｂには、後述する保持部４０やマガジン２０の回転および移動を制御する駆動部などが収容されている。本実施形態では、仕切り壁９９に着脱可能なカバー９９ａが取り付けられていることによって、制御エリア９８ｂは閉じられた領域となる。
【００１７】
図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面における断面図である。図３に示すように、第１ベース部９２ａは、前方から後方にかけて下降傾斜して形成されている。後面部９６およびフロントカバー９７は第１ベース部９２ａに対して垂直に配置されている。本実施形態では、加工エリア９８ａにおいて、第１ベース部９２ａに対して垂直な方向をＺ１軸とする。加工エリア９８ａにおけるＹ軸方向は上述したＹ軸と共通とする。また、加工エリア９８ａにおけるＸ軸は、下降傾斜している第１ベース部９２ａに沿った軸（Ｘ１軸）とする。このように、互いに直交するＸ１軸、Ｙ軸およびＺ１軸について、Ｘ１軸方向の前方をＦ１、後方をＲｅ１、Ｚ１軸方向の上方をＵ１、下方をＤ１とする。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、切削加工機１００の設置態様を何ら限定するものではない。
【００１８】
本実施形態では、第１ベース部９２ａの下方には、水平に形成された下面部９０ａが設けられている。第１ベース部９２ａの前端と下面部９０ａの前端とは、フロントカバー９７とほぼ面一に設けられた連結部９０ｂにより連結されている。下面部９０ａの後部には、垂直に配置された後方壁部９０ｃが設けられている。後方壁部９０ｃの上端は、天面部９５に接続されている。後面部９６の上端は後方壁部９０ｃに接続されている。また、下面部９０ａの後端には、垂直に配置された後方外壁部９０ｄが設けられている。後方外壁部９０ｄの上端は天面部９５の後端に接続されている。後方壁部９０ｃと後方外壁部９０ｄとの間に形成された背面エリア９８ｃには、後述する制御装置５０などが収容されている。
【００１９】
図４は、保持部４０およびマガジン２０の構成を模式的に示す斜視図である。図４に示すように、加工エリア９８ａ（図２参照）には、被加工物１４を保持する保持部４０と、棒状の加工ツール１２を収容するマガジン２０とが一体的に設けられている。切削加工機１００は、加工ツール１２を使用して被加工物１４を切削する。
【００２０】
例えば、被加工物１４は円板状に形成されている。ここでは、保持部４０は、半円弧状に構成されている。保持部４０の前部には、第１回転軸４２ａが接続されており、保持部４０の後部には、第２回転軸４２ｂが接続されている。第１回転軸４２ａは、保持部４０のＦ１方向に設けられた駆動部４６に接続されている。駆動部４６は、特に限定されないが、例えばモータである。駆動部４６は、第１回転軸４２ａを、Ｘ１軸を軸にして方向Ｔ１に回転させる。このことによって、被加工物１４は、保持部４０を介して方向Ｔ１に回転する。ここでは、保持部４０および駆動部４６は、Ｌ字状に形成された支持部４４に連結されて支持されている。詳しくは、支持部４４は、第１部材４４ａと、第２部材４４ｂとを有している。第１部材４４ａは、Ｘ１軸方向に延びた部材である。第２部材４４ｂは、第１部材４４ａの後端から左方に延びた部材である。支持部４４の第１部材４４ａの前端は、駆動部４６を支持している。支持部４４の第２部材４４ｂは、第２回転軸４２ｂを支持している。また、支持部４４の第１部材４４ａの中央部分には、第３回転軸４２ｃが接続されている。第３回転軸４２ｃは、保持部４０のＸ１軸方向の中心に対応する位置に接続されている。第３回転軸４２ｃは、図示しない駆動部に接続されている。この駆動部が駆動することで、第３回転軸４２ｃは、支持部４４の第１部材４４ａをＹ軸周りの方向Ｔ２に回転させる。このことによって、保持部４０および支持部４４を介して、被加工物１４は方向Ｔ２に回転する。また、支持部４４は、図示しない他の駆動部により、Ｘ１軸方向に移動可能に構成されている。このことによって、被加工物１４は、保持部４０および支持部４４を介してＸ１軸方向に移動する。
【００２１】
マガジン２０は、右方に配設された図示しないＸ１方向移動用の駆動部に固定されている。図４に示すように、マガジン２０は箱状に形成されている。マガジン２０の上面２０ａには、穴状のストッカー２２が複数形成されている。ストッカー２２には、加工ツール１２が収容される。本実施形態では、ストッカー２２には、加工ツール１２が上端部１２ａ（図５参照）を露出した状態で挿入される。マガジン２０にストッカー２２が複数設けられていることによって、様々な種類の加工ツール１２をマガジン２０に収容することができる。本実施形態では、マガジン２０には、１０個のストッカー２２が設けられている。１０個のストッカー２２は、マガジン２０に、Ｘ１軸方向に５個ずつ、Ｙ軸方向に２列に亘って配列されている。マガジン２０は、上記他の駆動部により、保持部４０と一体的に第１ベース部９２ａに沿って、前方Ｆ１および後方Ｒｅ１に移動可能に構成されている。
【００２２】
次に、加工ツール１２について説明する。切削加工機１００における切削加工には、棒状の加工ツール１２が用いられる。図５は、スピンドル３０およびマガジン２０の構成を模式的に示した正面図である。図５に示すように、加工ツール１２には、フランジ１２ｃが設けられている。ここでは、図４に示すように、フランジ１２ｃは、穴状のストッカー２２に対応した形状をしている。加工ツール１２がストッカー２２に収容される際、フランジ１２ｃがストッカー２２に嵌め込まれる。図５に示すように、加工ツール１２がストッカー２２に挿入された状態において、フランジ１２ｃよりも上方の上端部１２ａがストッカー２２から突出する。この上端部１２ａが後述のスピンドル３０（主軸）により把持される。フランジ１２ｃよりも下方には刃物部１２ｂが設けられている。本実施形態では、加工ツール１２には、様々な形状の刃物部１２ｂを有するものがある。スピンドル３０が加工ツール１２を把持してＺ１軸周りに回転することで、加工ツール１２もＺ１軸周りに回転する。回転状態にある加工ツール１２の刃物部１２ｂが被加工物１４に当接することで、被加工物１４に対する切削加工が実施される。加工ツール１２は、被加工物１４の材質や、切削加工量に応じて徐々に摩耗する。加工ツール１２の材質は特に制限されない。加工ツール１２は、例えば、非導電性材料により形成されていても良いし、導電性材料により形成されていても良い。
【００２３】
本実施形態では、マガジン２０にはツールセンサ７０が設けられている。ツールセンサ７０は、スピンドル３０に加工ツール１２が把持されているか否かを検出するものである。ツールセンサ７０は、加工ツール１２が接触したことを検知することで、スピンドル３０に加工ツール１２が把持されているか否かを確認する。ここでは、ツールセンサ７０は、加工ツール１２の長さを測定することで、スピンドル３０に加工ツール１２が把持されているか否かを判定する。本実施形態では、ツールセンサ７０は、本発明の「検出機構」に対応する。
【００２４】
ツールセンサ７０において、加工ツール１２の接触を検知する手法は特に限定されない。例えば、本実施形態では、ツールセンサ７０は円柱形状である。図５に示すように、ツールセンサ７０の上面には凸部が設けられている。この凸部は、マガジン２０の上面２０ａよりも上方に突出するように形成されている。ツールセンサ７０の凸部には、オンおよびオフを機械的に切り替え可能なスイッチ７０ａを有する接触センサが設けられている。この接触センサは、例えば、スイッチ７０ａの上面が微小荷重によって微小に変位することで、スイッチ７０ａにおけるオンおよびオフを機械的に切り替える。スイッチ７０ａがオンまたはオフに切り替わることによって、加工ツール１２の接触を検出することができる。なお、加工ツール１２が導電性材料によって形成されている場合には、ツールセンサ７０は、ツールセンサ７０と加工ツール１２を把持したスピンドル３０との間が電気的に導通されることによって、加工ツール１２の接触を検知するような接触センサであってもよい。ツールセンサ７０が加工ツール１２の長さを測定する具体的な手順は後述する。
【００２５】
次に、スピンドル３０について説明する。スピンドル３０は、被加工物１４に対する３次元方向への相対的な移動が可能なものである。ここでは、スピンドル３０が３次元方向に移動することで、スピンドル３０が被加工物１４に対して相対的に移動する。ただし、スピンドル３０が固定され、被加工物１４が移動することで、スピンドル３０が被加工物１４に対して相対的に移動するような構成であってもよい。加工エリア９８ａには、図５に示すように、スピンドル３０が第１ベース部９２ａ（図３参照）に対して垂直なＺ１方向で伸縮可能に設けられている。スピンドル３０は、加工ツール１２を把持すると共に、３次元方向に移動が可能である。スピンドル３０は、例えば、駆動モータによって構成された駆動部３０ａ（図３参照）に接続され、駆動部３０ａによってスピンドル３０は加工エリア９８ａを３次元方向に移動する。図６および図７は、スピンドル３０の断面図である。図６は、スピンドル３０が加工ツール１２を把持している状態を示した図である。図７は、スピンドル３０が加工ツール１２を把持していない状態を示した図である。本実施形態では、図６に示すように、スピンドル３０は、チャック３１と、締付け部３２と、空間形成部材３４と、空気通路３５と、可動板３６とを備えている。
【００２６】
チャック３１は、加工ツール１２の上端部１２ａを把持する。ここでは、チャック３１は、第１チャック部３１ａと第２チャック部３１ｂと第３チャック部３１ｃとで加工ツール１２を挟むことで、加工ツール１２を把持する。第１チャック部３１ａと第２チャック部３１ｂと第３チャック部３１ｃとは、Ｚ１軸方向に延びた部材であり、上端部分で一体化している。チャック３１が加工ツール１２を把持しているとき、第１チャック部３１ａ、第２チャック部３１ｂおよび第３チャック部３１ｃは、加工ツール１２を囲むようにして配置されている。本実施形態では、第１チャック部３１ａおよび第２チャック部３１ｂの外面は、先端に向かうに連れて外側に広がるように傾斜している。図示は省略するが、第３チャック部３１ｃの外面は、第１チャック部３１ａおよび第２チャック部３１ｂの外面と同様に、先端に向かうに連れて外側に広がるように傾斜している。ここでは、先端に向かうに連れて外側に広がる部分をテーパ部３１ｄと称する。
【００２７】
なお、本実施形態では、チャック３１は、３つのチャック部３１ａ〜３１ｃで加工ツール１２を挟むことで、加工ツール１２を把持する。しかしながら、加工ツール１２を挟むチャック部の数は、３つに限定されない。例えば、チャック３１は、少なくとも第１チャック部および第２チャック部を備え、２つのチャック部で加工ツール１２を挟むことで、加工ツール１２を把持してもよい。また、チャック３１が備えるチャック部の数は、４つ以上であってもよい。
【００２８】
締付け部３２は、チャック３１の第１チャック部３１ａ、第２チャック部３１ｂおよび第３チャック部３１ｃを締め付ける。チャック３１は、締付け部３２によって締め付けられることで、加工ツール１２をより強固に把持することできる。ここでは、締付け部３２には、チャック３１の第１チャック部３１ａ、第２チャック部３１ｂおよび第３チャック部３１ｃが挿入される。チャック３１は、締付け部３２に対して上下方向（ここでは、Ｚ１軸方向）に移動可能に構成されている。ここでは、チャック３１がＵ１方向に移動するに従って、テーパ部３１ｄが締付け部３２内に入り込む。そのため、第１チャック部３１ａと第２チャック部３１ｂと第３チャック部３１ｃとの間隔が狭くなり、加工ツール１２を把持する力が強くなる。一方、図７に示すように、チャック３１がＤ１方向に移動するに従って、チャック３１のテーパ部３１ｄが締付け部３２のＤ１方向に移動する。そのため、第１チャック部３１ａと第２チャック部３１ｂと第３チャック部３１ｃとの間隔が広がるため、チャック３１による加工ツール１２への締付けが緩和される。このことによって、チャック３１から加工ツール１２が取り外される。
【００２９】
本実施形態では、チャック３１の上下方向への移動は、空間形成部材３４内の空気を調節することで行われる。空間形成部材３４は、チャック３１および締付け部３２の上方に設けられている。空間形成部材３４によって、その内部に空間３４ａが形成されている。ここでは、空間形成部材３４の上面には、空気通路３５が接続されている。空気通路３５の一端は、空間形成部材３４の上面に接続され、他端には、空気送入装置３７が接続されている。ただし、空気通路３５の配置位置は、空間形成部材３４の上面に限定されない。空気送入装置３７は、空間３４ａ内に送り込まれる空気を発生させる装置である。空気送入装置３７によって発生した空気は、空気通路３５を通じて空間３４ａに送り込まれる。なお、空気送入装置３７の種類は特に限定されないが、例えば、エアコンプレッサである。ここでは、空気通路３５内には、電磁バルブ（図示せず）が設けられている。この電磁バルブを開閉することによって、空気送入装置３７から空間形成部材３４内に送られる空気の量を調節している。
【００３０】
本実施形態では、空間形成部材３４によって囲まれた空間３４ａには、可動板３６が配置されている。可動板３６は、空間３４ａ内を上下方向（Ｚ１軸方向）に移動するものである。可動板３６は、軸３３を介して、チャック３１に接続されている。可動板３６は、空間形成部材３４の横断面の形状に対応した形状である。ここでは、空気送入装置３７からの空気は、空間３４ａのうち、可動板３６よりも上方の空間３６ａに送り込まれる。そして、空間３６ａに送り込まれる空気が多くなると、図７に示すように、可動板３６が下方（Ｄ１方向）に移動する。可動板３６によるＤ１方向への移動に伴い、チャック３１はＤ１方向に移動する。チャック３１がＤ１方向に移動することで、締付け部３２によるチャック３１への締付けが緩和されるため、チャック３１から加工ツール１２が取り外される。なお、チャック３１および可動板３６は、図示しないバネによって上方（Ｕ１方向）に付勢されるように構成されていてもよい。このことによって、空気送入装置３７によって、空間形成部材３４内の空間に空気が送り込まれていないときには、図６に示すように、加工ツール１２は、第１チャック部３１ａ、第２チャック部３１ｂおよび第３チャック部３１ｃによって把持された状態となる。
【００３１】
ところで、切削加工機１００において、スピンドル３０は、消耗品である。所定の時間、スピンドル３０が切削加工に使用されると、スピンドル３０のうち、チャック３１の第１チャック部３１ａ、第２チャック部３１ｂおよび第３チャック部３１ｃが摩耗することがある。第１チャック部３１ａ、第２チャック部３１ｂおよび第３チャック部３１ｃが摩耗すると、チャック３１が加工ツール１２を把持する力が弱くなることがある。その結果、スピンドル３０のチャック３１が加工ツール１２を適切に把持することができないことがあった。そのため、所定の時間、スピンドル３０が切削加工に使用されると、古いチャック３１は新しいチャック３１に交換される。
【００３２】
新しいチャック３１に交換されると、チャック３１は加工ツール１２を適切に把持することができる。しかしながら、図７に示すように、チャック３１をＤ１方向に移動して、チャック３１による加工ツール１２への把持する力を弱くした場合であっても、加工ツール１２がチャック３１から適切に取り外されないことがあった。このことは、新品のチャック３１および加工ツール１２に対して切削加工による負荷がかけられると、チャック３１と締付け部３２との間に焼き付けが生じたためだと考えられる。チャック３１と締付け部３２とに焼き付けが生じると、加工ツール１２がチャック３１に付着することがあり得る。その結果、チャック３１の第１チャック部３１ａと第２チャック部３１ｂと第３チャック部３１ｃとの間隔が広がって、加工ツール１２を把持する力が弱くなった場合であっても、チャック３１から加工ツール１２が自動で取り外されないことがあった。
【００３３】
本実施形態では、上述のような焼き付けが生じた場合であっても、加工ツール１２をチャック３１から自動で適切に取り外すことが可能な切削加工機１００を提供することを目的としている。この目的を達成することによって、加工ツール１２を自動で交換する際、スピンドル３０から加工ツール１２を適切に取り外すことが可能となる。
【００３４】
本願出願人は、上述のような目的を達成するため、スピンドル３０が加工ツール１２を把持している状態で、その加工ツール１２をストッカー２２に挿入し、スピンドル３０（特に、チャック３１）を左右方向および／または前後方向、すなわち、Ｚ１軸方向に対して直交する方向に小刻みに移動させるように制御することで、上述のような焼き付けを解消させることができることを見出した。本実施形態では、このような制御を制御装置５０（図３参照）が行う。以下の説明において、「スピンドル３０が加工ツール１２を把持する」とは、「チャック３１が加工ツール１２を把持する」と同等の意味である。
【００３５】
次に、本実施形態に係る制御装置５０について説明する。図８は、切削加工機１００のブロック図である。制御装置５０は、切削加工機１００内に内蔵されている。しかし、制御装置５０の位置は特に限定されない。例えば、制御装置５０は、コンピュータであり、ＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラムなどを格納したＲＯＭと、ＲＡＭなどを備えていてもよい。
【００３６】
制御装置５０は、空気送入装置３７に接続している。制御装置５０は、空気送入装置３７が空間形成部材３４内の空間３６ａに空気を送り込むタイミングなどを制御することで、スピンドル３０における加工ツール１２を把持する力の強さを制御する。例えば、制御装置５０は、保持部４０の第１回転軸４２ａが方向Ｔ１へ回転させる駆動部４６に接続している。本実施形態では、制御装置５０は、保持部４０およびマガジン２０の回転および移動を制御する他の駆動部（図示せず）に接続している。制御装置５０は、保持部４０およびマガジン２０の回転および移動を制御する。また、制御装置５０は、駆動部３０ａを介してスピンドル３０に接続している。制御装置５０は、駆動部３０ａを制御することで、スピンドル３０の３次元方向への移動を制御する。
【００３７】
制御装置５０は、記憶部５１と、受信部５２と、把持制御部５３と、スピンドル移動部５４と、解除部５５と、推定部５６と、判定部５７と、カウント部５８と、カウント判定部５９と、取り外し制御部６０とを備えている。なお、上述した各部は、ソフトウェアによって構成されていてもよいし、ハードウェアによって構成されていてもよい。各部の詳細な説明は、後述のフローチャートに沿って行う。
【００３８】
図９は、スピンドル３０から加工ツール１２を取り外す際の手順を示したフローチャートである。次に、スピンドル３０のチャック３１が加工ツール１２を把持している状態において、スピンドル３０から加工ツール１２を自動で取り外す手順について、図９のフローチャートに沿って説明する。なお、ここでは、把持制御部５３によって、加工ツール１２がスピンドル３０のチャック３１によって把持されている状態である。
【００３９】
まず、ステップＳ１０１では、受信部５２は、加工ツール１２を返却する信号（返却信号）を受信する。例えば、この返却信号は、被加工物１４を加工するためのデータである加工データに基づいて、制御装置５０によって受信部５２に送信される。
【００４０】
次に、返却信号を受信部５２が受信した後、ステップＳ１０２では、スピンドル移動部５４は、スピンドル３０に把持された加工ツール１２をストッカー２２に収容させるように、駆動部３０ａを駆動させることでスピンドル３０を移動させる。具体的には、図１０に示すように、スピンドル移動部５４は、把持した加工ツール１２のフランジ１２ｃがストッカー２２に嵌め込まれる位置Ｐ１まで、スピンドル３０を移動させる。
【００４１】
次に、図９のステップＳ１０３では、解除部５５は、スピンドル３０による加工ツール１２への把持を解除する。ここでは、解除部５５は、図７に示すように、スピンドル３０における加工ツール１２への把持する力を弱めることで、加工ツール１２への把持を解除する。具体的には、スピンドル３０のチャック３１をＤ１方向に移動させることで、スピンドル３０のチャック３１の第１チャック部３１ａと第２チャック部３１ｂと第３チャック部３１ｃとの間隔が広がる。その結果、チャック３１による加工ツール１２を把持する力が弱まる。ここでは、空気送入装置３７を起動させ、空気送入装置３７から発生した空気を、空気通路３５を介して空間形成部材３４内の空間３４ａのうち可動板３６よりも上方の空間３６ａに送り込む。そして、空間３６ａの空気が多くなるに従って、可動板３６はＤ１方向へ移動する。そして、可動板３６のＤ１方向への移動に伴って、チャック３１はＤ１方向に移動する。このとき、チャック３１のテーパ部３１ｄの一部が締付け部３２よりも下方に移動すると、締付け部３２におけるチャック３１の締付けが緩和される。このことによって、チャック３１の第１チャック部３１ａと第２チャック部３１ｂと第３チャック部３１ｃとの間隔が広がることで、チャック３１が加工ツール１２を把持する力が弱くなる。
【００４２】
次に、図９のステップＳ１０４では、推定部５６は、スピンドル３０のチャック３１が把持している加工ツール１２の長さを推定する。本実施形態では、ツールセンサ７０を使用して、スピンドル３０が把持している加工ツール１２の長さを推定する。具合的には、図１１に示すように、まず、推定部５６は、所定の位置Ｐ２にスピンドル３０を移動させる。この所定の位置Ｐ２は、スピンドル３０が加工ツール１２を把持している場合、その加工ツール１２の長さを測定する開始点となる位置である。ここでは、所定の位置Ｐ２は、記憶部５１に予め記憶されている。位置Ｐ２の具体的な位置は特に限定されないが、本実施形態では、ツールセンサ７０よりも上方（Ｕ１方向）の位置である。
【００４３】
推定部５６は、位置Ｐ２にスピンドル３０を移動させた後、スピンドル３０をツールセンサ７０に向かって移動させる。このとき、推定部５６は、スピンドル３０を所定の速度で移動させている。ここでは、上記所定の速度は、記憶部５１に予め記憶されている。その後、加工ツール１２（図１２参照）、または、スピンドル３０（図１３参照）がツールセンサ７０のスイッチ７０ａに接触する。ここで、推定部５６は、位置Ｐ２からツールセンサ７０に接触した位置までの移動時間を算出する。そして、推定部５６は、上記所定の速度と移動時間とから、スピンドル３０が把持している加工ツール１２の長さを推定する。なお、図１３に示すように、スピンドル３０が加工ツール１２を把持していない場合、ツールセンサ７０には、スピンドル３０の先端が接触する。この場合、スピンドル３０が加工ツール１２を把持していないため、加工ツール１２の長さは、「０」となる。ここで推定された加工ツール１２の長さは、記憶部５１に記憶される。
【００４４】
なお、加工ツール１２の長さを推定する手順は、上述した手順に限定されない。例えば、スピンドル３０には、スピンドル３０を移動させるステッピングモータ（図示せず）が接続されている。制御装置５０は、このステッピングモータに与えたパルス数に基づいて、加工ツール１２の位置を推定することで、加工ツール１２の長さを推定してもよい。また、上記ステッピングモータを、ロータリーエンコーダを有するサーボモータに変更してもよい。
【００４５】
図９のステップＳ１０５では、判定部５７は、スピンドル３０が加工ツール１２を把持しているか否かを判定する。ここでは、判定部５７は、ツールセンサ７０によって送信され、かつ、スピンドル３０に加工ツール１２が把持されているという検出信号を受信したとき、スピンドル３０が加工ツール１２を把持していると判定する。「検出信号」とは、ツールセンサ７０のスイッチ７０ａが接触されたときに、ツールセンサ７０から制御装置５０に送信される信号のことである。本実施形態では、判定部５７は、ステップＳ１０４において、ツールセンサ７０が推定した加工ツール１２の長さに基づいて、スピンドル３０が加工ツール１２を把持しているか否かを判定する。例えば、加工ツール１２の長さが「０」より大きい場合、図１２に示すように、スピンドル３０のチャック３１は、加工ツール１２を把持している状態である。この場合、判定部５７は、スピンドル３０は加工ツール１２をまだ把持していると判定し、次にステップＳ１０７に進む。なお、「加工ツール１２の長さが「０」より大きい場合」における「０」には、厳密に「０」ではなく、ツールセンサ７０における検出誤差を考慮するため、多少のマージンが含まれる。
【００４６】
一方、加工ツール１２の長さが「０」である場合、図１３に示すように、加工ツール１２は、スピンドル３０のチャック３１から取り外された状態である。この場合、判定部５７は、スピンドル３０は加工ツール１２を把持していない、すなわち、加工ツール１２はスピンドル３０から取り外されている（加工ツール１２の取り外しが成功した）と判定（ステップＳ１０６）し、処理を終了する。
【００４７】
図９のステップＳ１０５において、判定部５７によって、スピンドル３０が加工ツール１２を把持していると判定された場合、次に、ステップＳ１０７では、カウント部５８は、スピンドル３０が加工ツール１２を把持していると判定部５７が判定した回数をカウントする。本実施形態では、記憶部５１には、スピンドル３０が加工ツール１２を把持していると判定部５７が判定した回数を格納するためのカウント変数Ｎが予め記憶されている。カウント部５８は、カウント変数Ｎに、判定部５７が、スピンドル３０が加工ツール１２を把持していると判定した回数を格納する。
【００４８】
次に、ステップＳ１０８では、カウント判定部５９は、カウント変数Ｎに格納された回数が、所定の回数未満か否かを判定する。ここでは、上記所定の回数は、記憶部５１に予め記憶されている。この所定の回数の数値は特に限定されないが、例えば５以上である。カウント判定部５９によってカウント変数Ｎに格納された回数が所定の回数未満であると判定された場合、スピンドル３０から加工ツール１２を自動で取り外すことはまだ可能であると判断され、次に、ステップＳ１１０に進む。一方、カウント判定部５９によってカウント変数Ｎに格納された回数が所定の回数以上であると判定された場合、スピンドル３０から加工ツール１２を自動で取り外すことができない（加工ツール１２を取り外すことに失敗した）と判断（ステップＳ１０９）され、処理を終了する。なお、最初のステップＳ１０８の処理では、カウント変数Ｎに格納された回数は「１」であるため、次に、ステップＳ１１０に進む。
【００４９】
ステップＳ１０８において、カウント変数Ｎに格納された回数が、所定の回数未満であると判定された場合、次にステップＳ１１０の処理を行う。ステップＳ１１０では、ステップＳ１０２と同様に、図１０に示すように、スピンドル移動部５４は、スピンドル３０に把持された加工ツール１２をストッカー２２に収容させるように、スピンドル３０を移動させる。
【００５０】
そして、次に図９のステップＳ１１１では、取り外し制御部６０は、スピンドル３０を水平方向に、所定の回数分、所定の長さ往復移動させる。ここで、上記所定の回数および所定の長さは、記憶部５１に予め記憶されている。図１０に示すように、「水平方向」とは、ここでは、Ｚ１軸方向に対して直交する方向Ｄ１０のことをいう。ステップＳ１１１では、スピンドル３０が把持している加工ツール１２がストッカー２２に収容されている状態で、取り外し制御部６０がスピンドル３０を水平方向に所定の長さ往復移動させている。取り外し制御部６０は、把持している加工ツール１２がストッカー２２に収容されている状態で、加工ツール１２を水平方向に小刻みに往復移動させている。このことによって、スピンドル３０のチャック３１と締付け部３２との間に生じた焼き付けが解消されることがあり得る。このように、ステップＳ１１１の処理が終了した後、再度、ステップＳ１０４の処理を行う。
【００５１】
以上のように、本実施形態では、スピンドル３０に把持された状態の加工ツール１２において、解除部５５によって、スピンドル３０による加工ツール１２への把持が解除される。しかしながら、解除部５５によって加工ツール１２への把持が解除された場合であっても、特にスピンドル３０が新品である場合、スピンドル３０と締付け部３２との間で焼き付けが生じていることがある。上記のような焼き付けのため、加工ツール１２をスピンドル３０から自動で取り外すことができないことがあり得る。本実施形態では、新しいスピンドル３０と締付け部３２との間で焼き付けが生じた場合であっても、取り外し制御部６０によって、スピンドル３０に把持された加工ツール１２をストッカー２２に収容させた状態で、スピンドル３０を水平方向に、所定の回数分、所定の長さ往復移動させることで、上記焼き付けを緩和させることができる。よって、取り外し制御部６０に関する制御を行うことによって、作業者の自らの手で加工ツール１２をスピンドル３０から取り外すという作業を行うことなく、加工ツール１２をスピンドル３０から自動で取り外すことができる。
【００５２】
また、本実施形態では、判定部５７は、スピンドル３０の移動時に加工ツール１２が接触したことをツールセンサ７０が検出したときに、スピンドル３０が加工ツール１２を把持していると判定する。このことによって、加工ツール１２がツールセンサ７０に接触したことを検出するという簡単な方法で、スピンドル３０が加工ツール１２を把持していることを判定することができる。
【００５３】
本実施形態では、図５に示すように、ツールセンサ７０の上面には、オンおよびオフが切り替え可能なスイッチ７０ａが設けられている。制御装置５０は、推定部５６を備えている。推定部５６は、図１１および図１２に示すように、ツールセンサ７０よりも上方に位置する所定の位置Ｐ２からツールセンサ７０に向かってスピンドル３０を所定の速度で移動させる。そして、推定部５６は、所定の位置Ｐ２から、スピンドル３０または加工ツール１２がスイッチ７０ａを切り替えた位置までに要したスピンドル３０の移動時間に基づいて、スピンドル３０に把持された加工ツール１２の長さを推定する。判定部５７は、推定部５６によってスピンドル３０に把持された加工ツール１２の長さが「０」よりも大きいと推定されたとき、スピンドル３０に加工ツール１２が把持されていると判定する。このことによって、スピンドル３０に把持され得る加工ツール１２の長さを容易に推定することができる。推定した加工ツール１２の長さに基づいて、スピンドル３０が加工ツール１２を把持しているか否かを判定することができる。
【００５４】
本実施形態では、制御装置５０は、カウント部５８と、カウント判定部５９とを備えている。カウント部５８は、判定部５７によって、スピンドル３０に加工ツール１２が把持されていると判定された回数をカウントする。カウント判定部５９は、スピンドル３０に加工ツール１２が把持されていると判定された回数が所定の回数未満のとき、取り外し制御部６０によって、スピンドル３０に把持された加工ツール１２をストッカー２２に収容させた状態で、スピンドル３０を水平方向に、所定の回数分、所定の長さ往復移動させる。本実施形態では、スピンドル３０に加工ツール１２が把持されていると判定された回数が所定の回数以上のとき、取り外し制御部６０による制御は行われずに終了する。よって、スピンドル３０と締付け部３２との間に生じる焼き付けが、取り外し制御部６０に関する制御を複数回行っても解消されない程、強固である場合、取り外し制御部６０に関する制御が無限に行われることを防ぐことができる。
【００５５】
前述したように、制御装置５０の記憶部５１と、受信部５２と、把持制御部５３と、スピンドル移動部５４と、解除部５５と、推定部５６と、判定部５７と、カウント部５８と、カウント判定部５９と、取り外し制御部６０とは、ソフトウェアによって構成されていてもよい。すなわち、上記各部は、コンピュータプログラムがコンピュータに読み込まれることにより、当該コンピュータによって実現されるようになっていてもよい。本発明には、コンピュータを上記各部として機能させるためのコンピュータプログラムが含まれる。また、本発明には、当該コンピュータプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体が含まれる。また、上記各部は、切削加工機１００に構成された回路によって実現されるものであってもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１２  加工ツール
２２  ストッカー
３０  スピンドル
５０  制御装置
５１  記憶部
５２  受信部
５３  把持制御部
５４  スピンドル移動部
５５  解除部
５６  推定部
５７  判定部
５８  カウント部
５９  カウント判定部
６０  取り外し制御部
７０  ツールセンサ（検出機構）
１００  切削加工機
【図１】
0006603110.tif 000002
【図２】
0006603110.tif 000003
【図３】
0006603110.tif 000004
【図４】
0006603110.tif 000005
【図５】
0006603110.tif 000006
【図６】
0006603110.tif 000007
【図７】
0006603110.tif 000008
【図８】
0006603110.tif 000009
【図９】
0006603110.tif 000010
【図１０】
0006603110.tif 000011
【図１１】
0006603110.tif 000012
【図１２】
0006603110.tif 000013
【図１３】
0006603110.tif 000014