(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工ワークを固定するテーブルと加工領域を覆い、加工で発生した切粉と切削液が周囲へ飛散するのを防ぐカバーを備え、前記カバーの内面に付着あるいは堆積した切粉を洗い流す液体の吐出方向を搖動または回転可能な可動構造をノズル部分に備えた可動ノズルを複数有し、それぞれの可動ノズルは吐出方向を個別に変更できる工作機械であって、
前記カバー内部の状態を検出する検出装置と、
前記検出装置を用いて検出された前記加工を開始する前の前記カバー内部の状態を記憶する加工前記憶部と、
前記加工で切粉が発生した後の前記カバー内部の状態を記憶する加工後記憶部と、
前記加工前記憶部に記憶された前記加工を開始する前の前記カバー内部の状態と、前記加工後記憶部に記憶された前記加工で切粉が発生した後の前記カバー内部の状態とを比較して、切粉の付着・堆積状態を判定する切粉状態判定部と、
前記切粉状態判定部による判定の結果に基づいて、前記可動ノズルによる切粉を洗い流す前記液体の吐出方向を算出する吐出方向算出部と、
を有し、
前記検出装置が熱検知器である、
ことを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記検出装置が設置される移動手段をさらに備え、
前記移動手段は前記検出装置による検出時に前記カバーの外部から前記カバーの内部に前記検出装置を移動させる、
ことを特徴とする請求項１記載の工作機械。
【請求項３】
前記検出装置の移動手段がロボットである、
ことを特徴とする請求項２記載の工作機械。
【請求項４】
前記可動ノズルに開閉弁を備える、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の工作機械。
【請求項５】
前記可動ノズルの駆動をモータで行う、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の工作機械。
【請求項６】
前記可動ノズルの駆動をロボットで行う、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機内洗浄用の可動ノズルを有する工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械には、加工時に発生する切粉や、加工に用いられる切削液が工作機械の周りに飛び散らないようにカバーが設けられている。カバーを設けることにより、工作機械の周りに切粉や切削液が飛び散ることは防止できるが、加工を続けるにつれてカバーの内面に切粉が付着・堆積することがある。
【０００３】
このようなカバー内の切粉の堆積を防止する技術として、例えば特許文献１には、加工サイクル中に前後移動するサドルにスクレーパを設け、オイルパンに切粉洗い流し液供給管を設け、この管にノズルを設ける。サドルの前進後進でスクレーパが切粉をかき集め、ノズルから吐出された液で切粉を流す技術が開示されている。また、特許文献２には、洗い流し液を吐出するノズル穴を有するパイプをサドルに固定し、サドルの移動でパイプが移動して広範囲の切粉を洗い流す。
更に、特許文献３には、工作機械本体の加工域天井側に配設したシャワリング装置に、回転制御装置を組み付け、ワーク加工時、加工ワーク毎にあらかじめプログラムされた指令どおりにシャワリング装置に取り付けたシャワリングノズルの方向を自動的に調整する技術が、特許文献４には、２自由度の揺動運動をしながら加圧流体を噴出するノズルを有する切屑除去ユニットをスプラッシュガードの内部に取り付けて、加工中にワークまたはテーブルの上面に向けて加圧流体を噴出して切屑を切屑回収溝へ落下させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平０５−０６７４４６号公報
【特許文献２】実開平０５−０２９６５５号公報
【特許文献３】実開平０３−０２６４５１号公報
【特許文献４】特開平１０−１８０５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１，２に開示される技術は、カバー内部に堆積する切粉を洗い流すものであるが、ノズルの向きが一定のため、切粉洗い流し液の流れが定常的になり、液の流れによどみが生じやすく、切粉が堆積する部分が生じやすい。また加工状況に応じてノズルの向きを自由に変更することができない。
【０００６】
一方で、特許文献３，４は共に、加工中のワークあるいはテーブルに液体を噴出し、ワークやテーブル上面に付着、堆積する切粉をカバー下部に落下させるものであり、カバーの内面に付着、堆積した切粉を洗い流すものでは無い。さらに特許文献３に開示される技術は、ノズルを取り付けたパイプごと駆動するため、複数のノズルがあっても同じ動きになり、個別の向きに制御できない。またあらかじめプログラムさせた動きしかできないため、状況に応じてノズルの向きを変更させることができない。
また、いずれの従来技術も、ノズルからの液の吐出を個別の制御ができない。
【０００７】
そこで本発明の目的は、加工で発生する切粉がカバー内部で付着、堆積する場所を検知して、効率よく切粉を排出する工作機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の請求項１に係る発明は、加工ワークを固定するテーブルと加工領域を覆い、加工で発生した切粉と切削液が周囲へ飛散するのを防ぐカバーを備え、前記カバーの内面に付着あるいは堆積した切粉を洗い流す液体の吐出方向を搖動または回転可能な可動構造をノズル部分に備えた可動ノズルを複数有し、それぞれの可動ノズルは吐出方向を個別に変更できる工作機械であって、前記カバー内部の状態を検出する検出装置と、前記検出装置を用いて検出された前記加工を開始する前の前記カバー内部の状態を記憶する加工前記憶部と、前記加工で切粉が発生した後の前記カバー内部の状態を記憶する加工後記憶部と、前記加工前記憶部に記憶された前記加工を開始する前の前記カバー内部の状態と、前記加工後記憶部に記憶された前記加工で切粉が発生した後の前記カバー内部の状態とを比較して、切粉の付着・堆積状態を判定する切粉状態判定部と、前記切粉状態判定部による判定の結果に基づいて、前記可動ノズルによる切粉を洗い流す前記液体の吐出方向を算出する吐出方向算出部と、を有し、前記検出装置が熱検知器である、ことを特徴とする工作機械である。
【００１０】
本願の請求項２に係る発明は、前記検出装置が設置される移動手段をさらに備え、前記移動手段は前記検出装置による検出時に前記カバーの外部から前記カバーの内部に前記検出装置を移動させる、ことを特徴とする請求項１記載の工作機械である。
本願の請求項３に係る発明は、前記検出装置の移動手段がロボットである、ことを特徴とする請求項２記載の工作機械である。
【００１１】
本願の請求項４に係る発明は、前記可動ノズルに開閉弁を備える、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の工作機械である。
【００１２】
本願の請求項５に係る発明は、前記可動ノズルの駆動をモータで行う、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の工作機械である。
【００１３】
本願の請求項６に係る発明は、前記可動ノズルの駆動をロボットで行う、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の工作機械である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、切粉の付着、堆積の位置を検知することで、効率よく切粉の洗い流しを可能とする。また、切粉の付着、堆積が無いことを検知することで、液体の吐出を停止し消費電力の削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態における工作機械の概略構成図である。
【図２】検出装置１４を取り付けたロボットを示す図である。
【図３】可動ノズル１２の概略構成図である。
【図４】ロボット３０により可動ノズル１２の吐出方向を変更する例を示す図である。
【図５】図１の工作機械１内で堆積した切粉５１を洗い流す例（１）を示す図である。
【図６】図１の工作機械１内で堆積した切粉５１を洗い流す例（２）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１（ａ）、図１（ｂ）は、本発明の一実施形態による工作機械の概略構成図である。なお、図１（ｂ）では背面カバーを省略している。工作機械１は、サドル６により移動可能に設置され加工対象となるワークを固定するテーブル５、コラム２に支持された主軸頭３に取り付けられワークを加工するための工具を取り付け可能な主軸４を備え、ベッド７の上に設置されている。工作機械１においてワークの加工が行われる加工領域の全体は、加工で発生した切粉と切削液が周囲へ飛散するのを防ぐカバー８（側面カバー８ａ，底面カバー８ｂ，背面カバー８ｃ）で覆われている。また、工作機械１には、カバー８の外側からカバー８の内側に渡ってパイプ１１が配設され、更に、カバー８の内側のパイプ１１には複数の吐出方向が可動な可動ノズル１２が取り付けられており、パイプ１１を介して工作機械１の背面に設けられたタンク１３から供給された液体が、それぞれの可動ノズル１２の吐出方向に対して吐出される。可動ノズル１２から吐出された液体は、吐出方向にあるカバーの内面に付着した切粉５０や堆積した切粉５１を洗い流し、該切粉５０，５１は液体と共に工作機械の底面や底面カバー８ｂに形成される切粉回収溝１０を流れて背面カバー８ｃに設けられた切粉排出口９を介してカバーの外側へと排出され、工作機械１の背面に設けられたタンク１３へと回収される。タンク１３の内部では、切粉が混ざった液体はフィルターなどを用いて切粉が分離されて再利用される。上記に加えて、工作機械１には、カバー８の内部を各位置の状態を検出するカメラ等の検出装置１４が設置されている。
【００１７】
工作機械１において、テーブル５や主軸４、タンク１３からの液体の供給、検出装置１４による検出動作などは制御装置２０により制御される。制御装置２０は、一般的な加工の制御に用いられる機能手段の他に、検出制御部２１、加工前記憶部２２、加工後記憶部２３、切粉状態判定部２４、吐出方向算出部２５、可動ノズル制御部２６、タンク制御部２７を備える。
【００１８】
検出制御部２１は、工作機械１によるワークの加工が開始される前に、検出装置１４を制御してカバー８内部の各位置の状態を検出することにより加工開始前のカバー内部の状態を示すデータを取得して加工前記憶部２２に記憶する。一方で、検出制御部２１は、工作機械１により加工が行われている間、または加工が終了した後で、検出装置１４を制御してカバー８内部の各位置の状態を検出することにより加工後のカバー８内部の状態を示すデータを取得して加工前記憶部２２に記憶する。なお、切粉は重力によりカバー８の底部（底面カバー８ｂの内面）に落下するだけでなく、切削液の付着によりカバー８の内側壁部（側面カバー８ａ、背面カバー８ｃの内面）にも付着するため、検出装置１４による検出はカバー８の底部だけでなく、カバー８の内側壁部も撮影する。
【００１９】
カバー８内部の状態の検出は、加工が行われて切粉が発生している間、常に検出するようにしてもよいが、断続的に検出するようにしてもよい。カバー８内部の状態を示すデータは、例えば検出手段がカメラなどの視覚センサである場合には画像データとして取得され、これにより加工開始前のカバー８内部の形状を記憶することができる。
なお、検出装置１４は、常時カバー内部に設置されている必要はなく、例えば図２に示すようにロボットなどの移動手段１５に取り付けておいて、普段はカバー８の外部に待機させておいて、検出が必要となる時にのみ図示しないカバー８の扉部から内部に移動するようにしてもよい。
【００２０】
切粉状態判定部２４は、加工前記憶部２２に記憶された加工開始前のカバー内部の形状を示すデータと、加工後記憶部２３に記憶された加工後（切粉発生後）のカバー内部の形状を示すデータとを比較して、あらかじめ設定した形状誤差を超えて増加した形状を切粉の付着・堆積と判定する。そして、切粉の付着・堆積が判定された場合には、切粉状態判定部２４は、カバー８内部のどの位置に、どのくらいの範囲で、どのくらいの厚みで切粉が付着、堆積しているかを算出して図示しないメモリ上に記録する。
【００２１】
吐出方向算出部２５は、切粉状態判定部２４により判定された切粉の付着・堆積の位置に基づいて複数の可動ノズル１２の内の少なくとも１つの可動ノズル１２を選択し、選択した該可動ノズル１２から吐出される液体が付着・堆積した切粉をカバー外部へ洗い流す方向へと液体が吐出する方向へと向くようにするための可動ノズル１２の吐出方向を算出する。制御装置２０の図示しないメモリ上には、あらかじめカバー８内に設置されているそれぞれの可動ノズル１２の設置位置と液体の吐出範囲が記憶されており、吐出方向算出部２５は、記憶されているそれぞれの可動ノズル１２の設置位置と液体の吐出範囲、および切粉状態判定部２４が算出した付着・堆積している切粉の位置とに基づいて、可動ノズル１２の選択とそれぞれの可動ノズル１２の吐出方向との算出を行う。なお、吐出方向算出部２５は、切粉５１の位置に基づいて切粉５１が切粉回収溝１０を通ってカバー８外部へと排出される経路をシミュレーションにより推定し、推定した該経路の近傍にある複数の可動ノズル１２を液体の吐出対象として選択するようにしてもよい。このようにすることで、切粉５１をより効率よくカバー８外へと排出することができる。
【００２２】
可動ノズル制御部２６は、吐出方向算出部２５が選択した可動ノズル１２の開閉弁の開閉制御と、該可動ノズル１２の吐出方向を吐出方向算出部２５が算出した吐出方向へと可動させる制御を行う。
そして、タンク制御部２７が、タンク１３からの液体の供給を制御してパイプ１１に対する液体の供給を開始することで、可動ノズル１２から液体が吐出される。
【００２３】
図３は、可動ノズル１２の概略構成図である。可動ノズル１２は、図３に示すようにノズル先端部分が図中矢印Ａの方向に揺動すると共に、可動ノズル１２全体が図中矢印Ｂの方向に回転する構成とすることができる。これら可動ノズル１２の可動部分をモータなどの駆動手段により駆動可能とした場合、該モータの駆動を可動ノズル制御部２６により制御することで、液体の吐出方向を吐出方向算出部２５が算出した吐出方向へとすることができる。また、可動ノズル１２の可動部分にモータなどの駆動手段を設けなくとも、例えば図４に示すように可動ノズル制御部２６によりエンドエフェクタ（把持手）を備えたロボット３０を制御してカバー８の扉部からカバー８内部に侵入させて、可動対象として選択した可動ノズル１２の先端をロボット３０のエンドエフェクタで把持して動かすことで液体の吐出方向を吐出方向算出部２５が算出した吐出方向へとすることができる。後者の構成を採用した場合、可動ノズル１２は、例えば蛇腹のような、より簡易な構造とすることも可能である。
【００２４】
図５は、可動ノズル１２から液体を噴出して堆積した切粉５１を洗い流す例を示す図である。なお、図５では背面カバー８ｃ、検出装置１４などは省略している。図５に示すように、カバーの底部の図中右側に切粉５１が堆積していることが検出装置１４により検出されると、吐出方向算出部２５により、切粉５１の位置の近傍、および該切粉５１が排出されると推定される経路の近傍にある可動ノズル１２（図５では図中右側にある３つの可動ノズル）が選択され、可動ノズル制御部２６、タンク制御部２７の制御の下でそれぞれの可動ノズル１２から液体が吐出されて切粉５１は切粉回収溝に沿ってカバー８外部へ排出されタンク１３に回収される。
【００２５】
図６は、可動ノズル１２から液体を噴出して堆積した切粉５１を洗い流す他の例を示す図である。なお、図６では背面カバー８ｃ、検出装置１４などは省略している。図６に示すように、カバーの底部の可動ノズル１２のノズルの向きからずれた位置に切粉５１が堆積していることが検出装置１４により検出されると、吐出方向算出部２５により、切粉５１の位置の近傍、および該切粉５１が排出されると推定される経路の近傍にある可動ノズル１２（図５では図中右側にある３つの可動ノズル）が選択され、また、選択された可動ノズル１２の内で切粉５１の最も近くにある可動ノズル１２の吐出方向が切粉５１の方向として算出される。そして、可動ノズル制御部２６、タンク制御部２７の制御の下でそれぞれの可動ノズル１２から液体が吐出されて切粉５１は切粉回収溝１０に沿ってカバー８外部へ排出されタンク１３に回収される。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
【００２７】
例えば、上記実施形態では、加工開始前のカバー８内部の形状と、加工中または加工後のカバー８内部の形状とを検出装置１４により検出して比較することで切粉の付着・堆積を判定しているが、切粉の堆積箇所の画像の輝度や色域が通常のカバー８内部の画像の輝度や色域と異なることを利用して、あらかじめカバー８内部の輝度や色域を示すテンプレート画像を記憶しておき、該テンプレート画像と加工中または加工後のカバー８内部の形状を示すデータとを比較して輝度差が予め設定された閾値以上である箇所を、洗浄の必要な箇所と判定するとしても良い。
また、カバー８内部に特定のマークやパターンを設けておき、加工後にマークやパターンを認識できなくなった箇所を、洗浄の必要な箇所と判断しても良い。
【００２８】
上記実施形態における検出装置１４として、カメラなどの視覚センサの代わりに距離センサを用い、切粉の堆積が無い状態のカバー８内部における各部の距離センサからの距離と、加工後のカバー８内部における各部の距離センサからの距離とを比較し、奥行きに予め設定された閾値以上の変化があった箇所を、洗浄の必要な箇所と判断しても良い。
【００２９】
上記実施形態における検出装置１４として、カメラなどの視覚センサの代わりにサーモグラフィーなどの熱検知を用いて、あらかじめ加工開始前に切粉がない状態でのカバー８内部の熱分布を記憶し、加工で切粉が発生した後にカバー８内部の熱分布を記憶し、その差を比較することで、加工で発生した熱を帯びた切粉の付着、堆積した位置を判断することも出来る。
【００３０】
また、切粉が広範囲に付着・堆積していることが検出された場合には、可動ノズル制御部２６の制御の下で可動ノズル１２を搖動させるようにしてもよい。切粉が複数個所に付着・堆積していることが検出された場合には、吐出方向算出部２５は、それぞれの付着・堆積している切粉の近傍の複数の可動ノズル１２を液体の吐出対象として選択してそれぞれの可動ノズル１２の吐出方向を算出し、可動ノズル制御部２６の制御の下でそれぞれの可動ノズル１２をそれぞれの吐出方向の向きに可動させるようにしてもよい。
【００３１】
切粉の付着・堆積が無いと判断した場合は、可動ノズル制御部２６により可動ノズル１２の開閉弁を閉じるか、あるいはタンク制御部２７によりタンクからの液体の供給を停止することで、ノズルからの液体の吐出を停止させることができる。また、上記実施形態のように、開閉弁を各可動ノズル１２に設けている場合には、選択した可動ノズル１２以外の可動ノズル１２の開閉弁を閉じることにより、選択した可動ノズル１２から吐出してする液体の流量を増加させることができ、切粉の洗い流す効率が向上させることも可能となる。なお、開閉弁は可動ノズル１２毎に設ける以外にも、パイプ１１に設けるようにしてもよい。
【００３２】
更に、図６に示すように切粉５１の方向へと１つの可動ノズル１２を向けて所定の時間液体を吐出させたのちに、再度検出装置１４により検出を行った結果、切粉５１が同じ位置に残存していた場合、吐出方向算出部２５は最初に切粉５１の方向へ吐出方向を向けた可動ノズルに加えて他の可動ノズル１２の吐出方向の向きを切粉５１の方向へと変更し、２以上の可動ノズル１２により切粉５１のカバー８外への回収を試みる、といったように、段階的に洗浄の強さを変えていくようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１  工作機械
２  コラム
３  主軸頭
４  主軸
５  テーブル
６  サドル
７  ベッド
８  カバー
８ａ  側面カバー
８ｂ  底面カバー
８ｃ  背面カバー
９  切粉排出口
１０  切粉回収溝
１１  パイプ
１２  可動ノズル
１３  タンク
１４  検出装置
１５  移動手段
２０  制御装置
２１  検出制御部
２２  加工前記憶部
２３  加工後記憶部
２４  切粉状態判定部
２５  吐出方向算出部
２６  可動ノズル制御部
２７  タンク制御部
３０  ロボット
５０、５１  切粉
【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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