JP2022130928A - 工作機械および工作機械に着脱可能な工作機械用装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態では、NC(Numerical Control)プログラムに基づいて加工を行う過程で、NCプログラムに基づいて工具を交換する際に、次に使う工具を工具交換装置(ATC(Automatic Train Control))によって、自動的に工作機械の取付部(例えば、主軸、タレット)に工具を取り付けできる工作機械を用いて説明する。
工作機械に着脱可能な工作機械用装置は、例えば、受電装置、カメラ(又は撮像部)、タッチプローブ、レーザスキャナ、アングルヘッド、アングルヘッド付き工具、電動工具、機能付き工具、超音波発生装置、レーザ発振装置などがある。
もちろん、本実施形態における工作機械の取付部には、ドリルなどの一般的な工作機械用の工具も取り付け可能である。
工作機械用装置の一例である受電装置は、電力で駆動される装置内モジュールを有する。装置内モジュールは、例えば、カメラ、温度センサや圧電センサなど各種センサ、レーザ発振器やミリ波発振器のような発振器などの電気部品がある。また、装置内モジュールの別の例としては、アクチュエーターやモーターのような機械部品がある。さらに、装置内モジュールの例としては、LSI(Large Scale Integration)やCPU(Central Processing Unit)などの回路でもよい。装置内モジュールは、図1~図3に関連して後述するように、第2コネクタからの電力が給電されるための配線(ケーブル)と接続され、給電された電力によって所定の機能が駆動される機能部の例である。装置内モジュールは、図5および図6に関連して説明するように、所定のネゴシエーションを経て給電機器から供給される電力をもとに動作する。
以下で、他の構成との違いについて述べる。
まず、工作機械用装置の内部にバッテリを設けて、バッテリを蓄電しておくことによって電力を供給する方式について述べる。このようなバッテリ内蔵方式であれば、工作機械と工作機械用装置との間に電気的な接点を設ける必要がない。ただし、バッテリを内蔵するために、工作機械用装置自体が大型になる。また、バッテリが切れると動作しないため、工作機械用装置の運転時間に制限がある。バッテリ内蔵方式の場合、小型化と高性能化の両立は難しい。
これらを踏まえ、以下では、工作機械と工作機械用装置とをPoE技術を用いて接続する例を工作機械用装置の一例である受電装置を用いて説明する。
図1は、工作機械の取り付け部に取り付けられる工作機械用装置の一例である受電装置(PD:Powered Device)10の斜視図である。
本実施形態では、工作機械の例としてマシニングセンタについて説明する。受電装置10は、マシニングセンタの主軸20に装着され、使用される。主軸20は、受電装置10やその他の工具が装着される取付部の例である。なお、工作機械は、ターニングセンタでもよい。その場合には、受電装置10は、タレットに装着され、使用される。タレットは、受電装置10やその他の工具が装着される取付部の例である。
工作機械側の第1コネクタ24も示している。第2コネクタ14と第1コネクタ24は、たとえばEthernet用のコネクタで、スプリングコネクタを用いている。また、スプリングコネクタと同様の機能を有する接点コネクタを用いて、後述する機構を実現してもよい。接点パーツは、この例に限定されない。
本実施形態の受電装置10は、多様な受電装置の一形態である。本実施形態の受電装置10は、シャンク11、固定ユニット13およびカメラユニット15を含む。固定ユニット13のベアリング17は、シャンク11を回転可能な状態で支持する。シャンク11は、カメラユニット15と接合しており、カメラユニット15はシャンク11と一体に回転する。固定ユニット13のベアリング18は、カメラユニット15を回転可能な状態で支持する。本実施形態の受電装置10には、電気回路エリア28が設けられている。本実施形態では、第2コネクタ14と電気回路エリア28である回路基板とが、Ethernetのケーブル26によってつながっている。Ethernetのケーブル26は、給電された電力によって所定の機能が駆動される機能部と第2コネクタ14とを接続する配線の例である。ケーブル26による配線の一部に、回転機構(スリップリング)などのように回転に対応する接点を挟んでもよい。あるいは、スピンドル(渦巻のケーブル格納部)を設けて回転に対処してもよい。電気回路エリア28には、受電回路や電力駆動装置を制御するための駆動制御用の電気回路などが含まれていてもよい。また、電気回路エリア28には、CPUやLSIなどが実装されていてもよい。さらに、電気回路エリア28は、1箇所ではなく複数箇所設けられていてもよい。なお、受電回路は、受電した電力を電力駆動装置や駆動制御用の電気回路などに供給する。
工作システムは、上述の工作機械90と受電装置10とを含む。工作機械90は、主軸20、工具交換装置50、PLC(Programmable Logic Controller)60、洗浄部70およびNC装置80を備える。制御装置40と電源30は、工作機械90の内部に設けられてもよいし、工作機械90の外部に設けられてもよい。
EthernetのPoEの規格のとおり、受電装置10は、給電機器22から電力供給を受ける。本実施形態の給電機器22は、第1コネクタ24および主軸20を含む。もちろん、この構成に限定されるものではない。例えば、ターニングセンタの場合は、給電機器22は、第1コネクタ24とタレットとを含む構成になる。給電機器22と受電装置10は、Ethernetの通信機能も備える。給電機器22は、後述するように起動シーケンスにおいて、受電装置10を検出する機能を有する。
工作機械90のNC装置80は、NCプログラムを実行し、NCプログラムで指定されたコードに従って工作機械90の加工部を動作させる。NC装置80が、NCプログラムに含まれる洗浄のコードを実行する場合には、PLC60に洗浄の指令を出す。また、NC装置80が、NCプログラムに含まれる工具交換のコードを実行する場合には、PLC60に工具交換の指令を出す。PLC60が洗浄の指令を受けると、その指令に従って洗浄部70を制御して、工作機械90の内部を洗浄させる。また、PLC60が工具交換の指令を受けると、その指令に従って工具交換装置50を制御して、工具交換装置50のツールマガジンに格納されている工具と主軸20に装着されている工具を交換させる。
制御装置40(図4)は、給電機器22内の給電モジュール221を起動させるほか、起動シーケンスにおけるPD検出(受電装置10がPoEに対応した装置であるとの応答反応など)の成否に応じた制御も行う。給電モジュール221として、PoEスイッチまたはPoEインジェクターなどを用いてもよい。
制御装置40は、工作機械90に備え付けられるコンピュータを内蔵する操作盤であってもよいし、操作盤以外のコンピュータであってもよい。
制御装置40の働きによって、給電機器22と受電装置10の間のネゴシエーションが行われ、工作システムにおける給電環境と通信環境が整えられる。ネゴシエーションでは、給電機器22がPoE対応の受電装置10であることを確認し、確認が取れれば電力供給と通信が開始される。給電機器22は、電源30から得られる電力を受電装置10へ送る。また、給電機器22と受電装置10は、OSI参照モデルの物理層とデータリンク層を確立させる。
(図5のPD検証前の動作)
NC装置80が、工具交換装置50のツールマガジンに格納されている受電装置10を工具待機位置に移動させる工具選択指令(T××、「××」:工具番号)を、PLC60へ送ると、PLC60は工具交換装置50を制御して、受電装置10を工具待機位置に移動させる。ここでは、工具選択指令は、使用する工具を予め工具番号を関連付けて登録しておくが、その工具番号を入力し実行することを工具選択指令としている。このステップでは、受電装置10に工具番号(T番号)が付加されているものとする。例えば、受電装置10をマガジンに格納する際に、作業者は、受電装置10をT001として登録しNC装置80内に、受電装置10とT001との対応関係を記憶させておく。また、本実施形態の受電装置10は、マシニングセンタで主軸20に着脱できる工具と同様のシャンク形状を有する。このため、作業者は、工具と同様の指令を用いて、工具と同様に受電装置10を取り扱うことができる。
NC装置80が工具交換指令(例えば、M06、NCプログラムのM06をNC装置80が解読しPLC60用に変換した指令)をPLC60へ送ると、PLC60は工具交換装置50を制御して、主軸20に装着されている工具と工具待機位置にある受電装置10を交換させる(S10)。なお、本実施形態は、加工後にカメラを有する受電装置10で撮像するため、工具と交換する説明であるが、主軸20に何も取り付けられていなければ、受電装置10を主軸20に取り付けるだけの動作になる。
給電機器22は、接続した相手デバイスが受電装置10でない場合には、電力を送らない(給電をしない)。受電装置10以外のデバイスを故障させないようにするためである。
S40~S48までの動作は、図5に示したS10~S18の場合と同様である。
これまで説明してきた形態だけでなく、各種変形例があるので、別の形態でもいい点に関して例示する。
まず、IP通信に限定されない。EtherCATやPorfinetなどのフィールドバスも含めて、IEEE802.3環境を使うすべての通信(ツイストペア通信路を使う通信)を利用できる。
Claims (3)
- 電力端子と通信端子の機能を備える第1コネクタを有し、工具を取り付け可能な給電機器と、
前記第1コネクタと接続する第2コネクタを有し、前記給電機器に対して着脱可能であり、前記給電機器から電力を受電する受電装置と、
前記給電機器から前記受電装置への電力の給電を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、(i)前記受電装置が前記給電装置に取り付けられ、前記第1コネクタと前記第2コネクタとが接続した後に、(ii)前記給電機器から前記受電装置に第1電力を給電し、前記受電装置の前記第1電力に対する応答を検出し、(iii)前記検出された応答に基づいて、前記第1電力よりも大きい第2電力を前記受電装置に給電する制御を行う、工作機械。 - 工具を取り付け可能な取付部と第1コネクタとを有する工作機械の前記取付部に着脱可能な工作機械用装置であって、
電力端子と通信端子の機能を備える第2コネクタを有し、前記取付部に取り付けられた際に、前記第2コネクタが前記第1コネクタと接続し、前記取付部に固定される固定部と、
前記第2コネクタからの電力が給電されるための配線と接続され、給電された電力によって所定の機能が駆動される機能部と、を備え、
前記工作機械用装置が前記取付部に取り付けられ前記第1コネクタと前記第2コネクタとが接続した後に、前記第1コネクタを介して前記工作機械用装置に第1電力が給電され、前記工作機械用装置の前記第1電力に対する応答に基づいて前記第1電力よりも大きい第2電力が前記工作機械用装置に給電され、前記配線を介して前記機能部が前記第2電力をもとに動作する、工作機械用装置。 - 前記受電装置を前記給電機器から取り外す指令を検出した場合、前記給電機器から前記受電装置への前記第2電力の給電を止め、給電を止めた後に、前記第1コネクタと前記第2コネクタとの接続を解消する、請求項1記載の工作機械。
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