JP5937713B1 - 加工機械 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで設備可能な付加加工用の加工機械、を提供する。【解決手段】加工機械１０は、付加加工が可能な加工機械である。加工機械１０は、除去加工が可能な工作機械７０に連結可能に設けられる連結部２１と、連結部２１が工作機械７０に連結された場合に工作機械７０の加工エリア内に位置決めされ、材料を吐出する付加加工用ヘッド３１とを備える。【選択図】図２

Description

この発明は、一般的には、加工機械に関し、より特定的には、付加加工が可能な加工機械に関する。

従来の加工機械に関して、たとえば、特開２００４−３１４１６８号公報には、母材に割れを発生させることなく、迅速かつ正確に肉盛することを目的とした、ポンプ機器類のレーザ肉盛装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示されたレーザ肉盛装置は、アルゴンガスをキャリアガスとして金属材料（粉末）を供給する粉末供給機と、供給された金属材料をアルゴンガスと均一に混合し、同時にシールドガスとしてアルゴンおよび窒素の混合ガスを用いる過流式粉末供給ノズルと、過流式粉末供給ノズルを移動させる多軸ロボットとを有する。

また、特開２０１２−２０６１３７号公報には、人手を介さずに容易に肉盛溶接することを目的とした、補修装置が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された補修装置は、材料供給部と、レーザスポット光を照射するレーザ装置と、多関節のアームを有し、レーザスポット光を３次元方向に移動させる溶接ロボットとを有する。

特開２００４−３１４１６８号公報 特開２０１２−２０６１３７号公報

材料を付着することによってワークに３次元形状を作成するものとして、付加加工法（Additive manufacturing）がある。他方、材料を除去することによってワークに３次元形状を作成するものとして、除去加工法（Subtractive manufacturing）がある。付加加工では、加工前後でワークの質量が増加し、除去加工では、加工前後でワークの質量が減少する。

ワークの加工に際しては、それぞれの加工法の特性を考慮しながら、付加加工および除去加工を適宜選択して用いる。しかしながら、除去加工のための工作機械とは別に、付加加工のための加工機械を始めから設備しようとすると、設備費用が高コストとなる。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、低コストで設備可能な付加加工用の加工機械を提供することである。

この発明の１つの局面に従った加工機械は、付加加工が可能な加工機械である。加工機械は、除去加工が可能な工作機械に連結可能に設けられる連結部と、連結部が工作機械に連結された場合に工作機械の加工エリア内に位置決めされ、材料を吐出する付加加工用ヘッドとを備える。

このように構成された加工機械によれば、連結部を工作機械に連結し、付加加工用ヘッドを工作機械の加工エリア内に位置決めすることにより、工作機械の加工エリア内でワークの付加加工を行なう。このため、低コストで設備可能な付加加工用の加工機械を実現することができる。

また好ましくは、付加加工用ヘッドは、扉部が開状態とされて形成された工作機械の開口部を通じて、加工エリア内に進入する。

このように構成された加工機械によれば、工作機械側の設計を大きく変更することなく、付加加工用ヘッドを工作機械の加工エリア内に位置決めすることができる。

また好ましくは、加工機械は、連結部が工作機械に連結されるのに伴って工作機械に接続され、工作機械側から付加加工用ヘッドの制御信号を伝達するための電気コネクタ部をさらに備える。

このように構成された加工機械によれば、電気コネクタ部を工作機械に接続する際の作業性を向上させることができる。

また好ましくは、加工機械は、付加加工用ヘッドを３次元的に移動させるヘッド駆動機構部をさらに備える。

このように構成された加工機械によれば、工作機械の加工エリア内のワークに対して、付加加工用ヘッドを自在に移動させることができる。

また好ましくは、加工機械は、連結部の高さを変更する高さ調整機構部をさらに備える。

このように構成された加工機械によれば、連結する工作機械に合わせて、連結部の高さを変更することができる。

また好ましくは、付加加工用ヘッドは、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにレーザ光を照射することにより付加加工を行なう。加工機械は、連結部および付加加工用ヘッドを搭載する台車部と、台車部に搭載され、付加加工用ヘッドに向けて材料粉末を供給する材料粉末供給装置と、台車部に搭載され、ワークに対して照射するレーザ光を発振するレーザ発振装置とを備える。

このように構成された加工機械によれば、材料粉末供給装置およびレーザ発振装置が一体となった付加加工用ユニットを、台車部により移動させることができる。

また好ましくは、付加加工用ヘッドは、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにレーザ光を照射する時に、ワークに向けて不活性ガスを噴出する、加工機械は、ワークに向けて噴出される不活性ガスの供給源となる不活性ガス供給部と、工作機械の加工エリア内の環境を計測する環境計測装置とを備える。

このように構成された加工機械によれば、さらに不活性ガス供給部および環境計測装置が一体となった付加加工用ユニットとして、加工機械を扱うことができる。

この発明の別の局面に従った加工機械は、第１の付加加工が可能な加工機械である。加工機械は、第１の付加加工とは異なる種類の第２の付加加工が可能な付加加工機械に連結可能に設けられる連結部と、連結部が付加加工機械に連結された場合に付加加工機械の加工エリア内に位置決めされ、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにレーザ光を照射することにより第１の付加加工を行なう付加加工用ヘッドと、付加加工用ヘッドに向けて材料粉末を供給する材料粉末供給装置と、ワークに対して照射するレーザ光を発振するレーザ発振装置とを備える。

このように構成された加工機械によれば、連結部を付加加工機械に連結し、付加加工用ヘッドを付加加工機械の加工エリア内に位置決めすることにより、付加加工機械の加工エリア内で、付加加工機械で行なう第２の付加加工とは異なる種類の第１の付加加工をワークに対して行なう。このため、低コストで設備可能な付加加工用の加工機械を実現することができる。

以上に説明したように、この発明に従えば、低コストで設備可能な付加加工用の加工機械を提供することができる。

この発明の実施の形態１における付加加工用の加工機械を示す斜視図である。 図１中の加工機械と、図１中の加工機械が連結される除去加工用の工作機械を示す斜視図である。 付加加工時のワーク表面を拡大して示す断面図である。 図２中の工作機械に対する加工機械の連結部の連結構造を示す断面図である。 付加加工および除去加工に伴って変化するワークの形態を示す図である。 図５中のワークの加工方法の第１工程を模式的に表す図である。 図５中のワークの加工方法の第２工程を模式的に表す図である。 図５中のワークの加工方法の第３工程を模式的に表す図である。 図５中のワークの加工方法の第４工程を模式的に表す図である。 図５中のワークの加工方法の第５工程を模式的に表す図である。 図５中のワークの加工方法の第６工程を模式的に表す図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における付加加工用の加工機械を示す斜視図である。図２は、図１中の加工機械と、図１中の加工機械が連結される除去加工用の工作機械を示す斜視図である。

図１および図２を参照して、工作機械７０は、ワークの除去加工（ＳＭ（Subtractive manufacturing）加工）を行なう。本実施の形態における加工機械１０は、工作機械７０に連結されることによって、ワークの付加加工（ＡＭ（Additive manufacturing）加工）を行なう。

まず、加工機械１０の全体構造について説明する。加工機械１０は、付加加工用ヘッド３１およびヘッド駆動機構部（不図示）を有する。付加加工用ヘッド３１は、ワークに対して材料粉末の吐出とともにレーザ光を照射することにより付加加工を行なう（指向性エネルギ堆積法（Directed Energy Deposition））。ヘッド駆動機構部は、各種の送り機構や案内機構、サーボモータ等から構成されている。

付加加工用ヘッド３１は、ヘッド駆動機構部により、鉛直方向に延びるＸ軸方向と、Ｘ軸に直交し、水平方向に延びるＹ軸方向と、Ｘ軸およびＹ軸に直交し、水平方向に延びるＺ軸方向とに移動可能に設けられている。付加加工用ヘッド３１は、さらに、ヘッド駆動機構部により、Ｙ軸に平行な中心軸を中心に旋回可能に設けられている（Ｂ軸旋回）。これにより、付加加工用ヘッド３１による加工位置を、３次元的に移動させるとともに、ワークに対してレーザ光を照射する向きを変更することができる。

付加加工用ヘッド３１の構造についてより具体的に説明すると、付加加工用ヘッド３１は、本体部３２およびレーザ光出射部３３を有する。

本体部３２は、後述するヘッド支持用筒２５の先端に、Ｂ軸旋回可能な状態で固定されている。本体部３２には、後述する材料粉末供給装置６１から供給された材料粉末が導入され、後述するレーザ発振装置６２で発振されたレーザ光が導入される。本体部３２には、コリメーションレンズや反射鏡等が内蔵されており、本体部３２に導入されたレーザ光は、レーザ光出射部３３に向けて導かれる。

レーザ光出射部３３には、開口部３５が形成されており、その開口部３５を通じてレーザ光が出射され、材料粉末が吐出される。開口部３５は、付加加工用ヘッド３１の旋回軸（Ｂ軸）からその半径方向に距離を隔てた位置で開口している。レーザ光出射部３３には、光学部品３４が内蔵されている。光学部品３４は、レーザ光をワーク上に集光するための部品（集光レンズやミラー等）であり、ワークにおけるレーザ光の照射領域を定めている。開口部３５は、光学部品３４からワークに向かうレーザ光が通過可能な開口形状を有する。

レーザ光出射部３３は、本体部３２に対して着脱可能に設けられてもよい。この場合、互いに異なる種類の光学部品３４を内蔵する複数のレーザ光出射部３３を準備することによって、本体部３２に、実行する付加加工に適したレーザ光出射部３３を装着することができる。光学部品３４の種類によって、ワークにおけるレーザ光の照射領域の形状（たとえば、円領域または矩形領域）や、大きさ（たとえば、φ２ｍｍまたはφ４ｍｍ）が異なるものとなる。

図３は、付加加工時のワーク表面を拡大して示す断面図である。図３を参照して、ヘッド駆動機構部（不図示）により、開口部３５の開口面をワーク４０の表面に対面させたまま、付加加工用ヘッド３１をワーク４０に対して走査する。このとき、付加加工用ヘッド３１の開口部３５からワーク４０に向けて、レーザ光３１１と、材料粉末３１２と、シールドおよびキャリア用のガス３１３とが吐出される。これにより、ワーク４０の表面に溶融点３１４が形成され、その結果、材料粉末３１２が溶着する。

具体的には、ワーク４０の表面に肉盛層３１６が形成される。肉盛層３１６上には、肉盛素材３１５が盛られる。肉盛素材３１５が冷却されると、ワーク４０の表面に加工可能な層が形成された状態となる。

なお、レーザ光３１１に替えて、電子ビームが用いられてもよい。材料粉末としては、アルミニウム合金およびマグネシウム合金等の金属粉末や、セラミック粉末を利用することができる。

図１および図２を参照して、加工機械１０は、連結部２１、ヘッド支持用筒２５および前面カバー２３をさらに有する。

連結部２１は、工作機械７０に連結可能に設けられている。連結部２１は、Ｙ軸方向から見た場合に、工作機械７０に形成された開口部７３の開口面に対応する形状（本実施の形態では、矩形形状）を有する。工作機械７０に対する連結部２１の連結構造については、後で詳細に説明する。

連結部２１は、全体として、略直方体形状を有する。連結部２１は、Ｙ軸方向に面する前面部２１ｍと、前面部２１ｍと交わる方向に延在する側面部２１ｎとを有する。前面部２１ｍは、帯状に縁部を残してその内側で開口する。前面カバー２３は、前面部２１ｍの開口部を塞ぐように設けられている。

ヘッド支持用筒２５は、前面カバー２３からＹ軸方向に筒状（円筒状）に突出し、その突出する先端に付加加工用ヘッド３１が設けられている。付加加工用ヘッド３１は、ヘッド支持用筒２５を介してヘッド駆動機構部（不図示）に接続されている。前面カバー２３は、パネル式のテレスコカバーであり、付加加工用ヘッド３１（ヘッド支持用筒２５）のＸ軸方向およびＺ軸方向における移動を許容する。

加工機械１０は、台車部５１を有する。台車部５１は、複数の車輪５２を有し、移動可能に設けられている。付加加工用ヘッド３１および連結部２１は、台車部５１に搭載されている。

加工機械１０は、材料粉末供給装置６１、レーザ発振装置６２および管部材６３をさらに有する。材料粉末供給装置６１は、付加加工に用いられる材料粉末を貯留する材料粉末タンクと、材料粉末とキャリアガスとを混合する混合部とを有し、付加加工用ヘッド３１に向けて材料粉末を供給する。レーザ発振装置６２は、付加加工に用いられるレーザ光を発振する。管部材６３には、レーザ発振装置６２からのレーザ光を付加加工用ヘッド３１に向けて導くための光ファイバと、材料粉末供給装置６１より供給された材料粉末を付加加工用ヘッド３１に向けて導くための配管とが収容されている。

材料粉末供給装置６１およびレーザ発振装置６２は、台車部５１に搭載されている。これにより、加工機械１０は、材料粉末供給装置６１およびレーザ発振装置６２が一体となった付加加工用ユニットとして移動可能に設けられている。

加工機械１０は、不活性ガス供給部（不図示）および環境計測装置（不図示）をさらに有する。不活性ガス供給部は、付加加工時にワークに向けて噴出される不活性ガス（図３中のシールドおよびキャリア用のガス３１３）の供給源として設けられている。好ましくは、不活性ガス供給部は、台車部５１に搭載されている。

環境計測装置は、工作機械７０の加工エリア内の環境を計測する。そのような環境計測装置の一例としては、酸素濃度センサ、湿度センサまたは温度センサが挙げられる。好ましくは、これらのセンサは、付加加工用ヘッド３１に取り付けられている。

材料粉末にチタン（Ｔｉ）やアルミニウム（Ａｌ）を用いる場合、酸素雰囲気中で付加加工を行なうと、材料の酸化によってワーク中に気泡が残留したり、特に材料粉末として微粉末を使用する場合には、急激な酸化により付加加工の実行の妨げとなるおそれがある。酸素濃度センサは、このような懸念を解消するために、工作機械７０の加工エリア内の酸素濃度を計測する。また、アルミニウムからなる材料粉末は、水分と反応した発熱する。湿度センサは、このような材料粉末の発熱を防ぐために、工作機械７０の加工エリア内の湿度を計測する。温度センサは、レーザ光の照射による加熱部の温度を測定するために設けられる。温度センサとして、たとえば、放射温度計が用いられる。

なお、加工機械１０によって実行される付加加工は、上述の指向性エネルギ堆積法に限られず、たとえば、ワークに溶融した熱可塑性樹脂を積層して３次元形状を作成する材料押出法や、粉末床の表面付近を熱により選択的に溶融・固化して積層する粉末床溶融結合法であってもよい。

続いて、加工機械１０が連結される工作機械７０の全体構造について説明する。工作機械７０は、ワークを回転させ、そのワークに工具を接触させることによって加工を行なう旋盤である。

工作機械７０は、ベッド（不図示）、主軸台８０、心押台８９および刃物台８４を有する。

ベッドは、上記に挙げた他の部品を支持する基礎部分であり、工場などの据付け面に設置される。ベッドは、鋳鉄などの金属から形成されている。

ベッドには、主軸台８０および心押台８９が取り付けられている。主軸台８０および心押台８９は、Ｚ軸方向において、互いに対向して設けられている。主軸台８０は、ワークを回転させるための主軸８１を有する。主軸８１は、Ｚ軸に平行な中心軸を中心に回転可能に設けられている。主軸８１には、ワークを着脱可能に保持するためのチャック機構が設けられている。心押台８９は、主軸台８０に長尺のワークが装着された場合に、そのワークの端部を支持する機能を有する。

刃物台８４は、図示しないサドル等によりベッド上に支持されている。刃物台８４は、サドル等に設けられた各種の送り機構や案内機構、サーボモータなどにより、Ｘａ軸方向、Ｙａ軸方向およびＺ軸方向に移動可能に設けられている。なお、Ｘａ軸は、Ｚ軸に直交し、水平方向に対して４５度をなす方向に延びる。Ｙａ軸は、Ｘａ軸およびＺ軸に直交し、水平方向に対して４５度をなす方向に延びる。

刃物台８４は、旋削加工のための複数の固定工具を装着する。刃物台８４は、いわゆるタレット形であり、複数の固定工具が放射状に取り付けられ、旋回割り出しを行なう。

より具体的には、刃物台８４は、旋回部８５を有する。旋回部８５は、Ｚ軸に平行な中心軸を中心に旋回可能に設けられている。その中心軸を中心にその周方向に間隔を隔てた位置には、固定工具を保持するための工具ホルダが取り付けられている。旋回部８５が旋回することによって、工具ホルダに保持された固定工具が周方向に移動し、旋削加工に用いられる固定工具が割り出される。

工作機械７０は、スプラッシュガード７１をさらに有する。スプラッシュガード７１は、ワークの加工エリアを区画形成するとともに、工作機械７０の外観をなすカバー体として設けられている。

スプラッシュガード７１は、扉部７２および被連結部７６を有する。扉部７２は、ワークの加工エリアを区画形成するカバー体の一部であり、開閉可能に設けられている。本実施の形態では、扉部７２が、Ｚ軸方向に移動可能なスライド式の扉として設けられている。扉部７２が閉状態とされることによって、加工エリアが閉塞され、扉部７２が開状態とされることによって、外部から加工エリア内に通じる開口部７３が形成される。本実施の形態では、開口部７３が、Ｙ軸方向に面して開口している。開口部７３は、矩形形状の開口面を有する。

被連結部７６は、開口部７３の開口面を形取る額縁形状を有する。被連結部７６は、加工機械１０の連結部２１が連結される部位である。被連結部７６は、前面部７６ｍおよび側面部７６ｎを有する。前面部７６ｍおよび側面部７６ｎは、開口部７３の開口面の周りで、加工機械１０の連結部２１を受け入れるための凹形状をなしている。

工作機械７０は、操作パネル８８をさらに有する。操作パネル８８は、工作機械７０を操作する際に用いられる各種のボタンやスイッチ、工作機械７０における加工状態等を示す表示部などを含む。本実施の形態では、操作パネル８８が、加工機械１０の操作パネルを兼ねている。すなわち、付加加工時、操作パネル８８での操作に対応した制御信号が、後述する電気コネクタ部７７ｐおよび電気コネクタ部７７ｑを通じて加工機械１０側に伝達され、付加加工用ヘッド３１が動作する。

図４は、図２中の工作機械に対する加工機械の連結部の連結構造を示す断面図である。図中には、水平面で切断した場合に得られる連結構造の横断面が示されている。

図１、図２および図４を参照して、ワークの付加加工を行なう場合、加工機械１０の連結部２１が、工作機械７０（被連結部７６）に連結される。付加加工用ヘッド３１は、開口部７３を通じて工作機械７０の加工エリア２００に位置決めされる。

連結部２１は、被連結部７６の前面部７６ｍおよび側面部７６ｎがなす凹部に嵌合される。連結部２１の前面部２１ｍと被連結部７６の前面部７６ｍとが面接触し、連結部２１の側面部２１ｎと被連結部７６の側面部７６ｎとが面接触する。このような構成により、工作機械７０に対する加工機械１０の位置決めがなされると同時に、工作機械７０の開口部７３が連結部２１によって閉塞される。

連結部２１および被連結部７６の嵌め合わせが容易となるように、連結部２１および被連結部７６は、付加加工用ヘッド３１の進入方向に沿って先細りとなるテーパ構造を有してもよい。また、工作機械７０に対する加工機械１０の位置決め機構は、連結部２１および被連結部７６の嵌め合わせ構造に限られず、たとえば、位置決めピンを用いた位置決め機構が用いられてもよい。

付加加工時における加工エリア２００の密閉性を高めるために、前面部２１ｍおよび前面部７６ｍの接触面と、側面部２１ｎおよび側面部７６ｎの接触面との少なくともいずれか一方に、シール部材が設けられてもよい。

加工機械１０および工作機械７０には、付加加工時に連結部２１が工作機械７０に連結された状態をロックするためのロック機構が設けられている。

ロック機構のより具体的な構造について説明すると、連結部２１には、ピン挿入孔２６が形成されている。ピン挿入孔２６は、側面部２１ｎに開口する有底の孔として設けられている。工作機械７０は、ロックピン７８およびロックピン駆動機構部（不図示）をさらに有する。ロックピン７８は、被連結部７６に設けられている。ロックピン駆動機構部は、ロックピン７８が被連結部７６に内蔵される状態と、ロックピン７８が側面部７６ｎから突出する状態との間で、ロックピン７８を動作させる。

連結部２１が工作機械７０の被連結部７６に連結される前、ロックピン７８は、被連結部７６に内蔵された状態とされる。連結部２１が工作機械７０の被連結部７６に連結されると、ロックピン７８が、側面部７６ｎから突出する状態に動作される。このとき、ロックピン７８がピン挿入孔２６に挿入されることによって、連結部２１が工作機械７０に連結された状態がロックされる。

なお、加工機械１０が連結される工作機械７０の部位は、開口部７３の周りに設けられた上記被連結部７６に限られず、開口部７３から離れた位置（たとえば、閉状態とされた扉部７２よりも下方に位置するスプラッシュガード７１の部分）であってもよい。また、加工機械１０が連結される工作機械７０の部位は、スプラッシュガード７１に限られず、たとえば、工作機械７０のベッドであってもよい。ベッドは高剛性を備えるため、付加加工の間、工作機械７０に対する加工機械１０の位置精度をより確実に維持することができる。これらの場合、付加加工時の加工エリア２００の密閉性を確保するために、加工機械１０に開口部７３を閉塞するための閉塞部材が設けられる。

加工機械１０には、付加加工時、工作機械７０側から付加加工用ヘッド３１の制御信号を伝達するための電気コネクタ部７７ｐが設けられている。工作機械７０には、電気コネクタ部７７ｐが接続される電気コネクタ部７７ｑが設けられている。

電気コネクタ部７７ｐは、連結部２１に設けられている。電気コネクタ部７７ｐは、連結部２１の前面部２１ｍに設けられている。電気コネクタ部７７ｑは、被連結部７６に設けられている。電気コネクタ部７７ｑは、被連結部７６の前面部７６ｍに設けられている。電気コネクタ部７７ｐは、連結部２１が工作機械７０の被連結部７６に連結されるのに伴って、電気コネクタ部７７ｑに接続される。

なお、本実施の形態では、加工機械１０および工作機械７０の間の電気インターフェイスとして、自動接続される電気コネクタ部７７ｐおよび電気コネクタ部７７ｑを用いた構造について説明したが、これに限られず、手動によるケーブル接続構造を用いてもよい。

ワークの付加加工を行なう場合、まず、加工対象となるワークが主軸台８０に装着された状態の工作機械７０において、扉部７２を開状態とし、開口部７３を形成する。加工機械１０を、工作機械７０に対してＹ軸方向から接近させる。付加加工用ヘッド３１を、開口部７３を通じて加工エリア２００に進入させる。加工機械１０の連結部２１を工作機械７０の被連結部７６に嵌合させる。ロックピン７８を動作させてピン挿入孔２６に挿入する。

このように本実施の形態における加工機械１０においては、連結部２１を工作機械７０に連結し、付加加工用ヘッド３１を工作機械７０の加工エリア２００に位置決めすることにより、工作機械７０の加工エリア２００においてワークの付加加工を行なう。これにより、工作機械７０とは別に、付加加工のための加工機械を始めから設備する場合と比較して、設備費用を低コストにできる。

なお、本実施の形態では、加工機械１０が連結される工作機械７０が旋盤である場合について説明したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ミーリング機能を有するマシニングセンタに加工機械１０を連結してもよいし、旋削機能とミーリング機能とを有する複合加工機に加工機械１０を連結してもよいし、付加加工および除去加工の両方を行なうことが可能なＡＭ／ＳＭハイブリッド加工機械に加工機械１０を連結してもよい。

また、加工機械１０を、除去加工が可能な工作機械ではなく、加工機械１０で実行される付加加工とは異なる種類の付加加工が可能な付加加工機械に連結してもよい。この場合、たとえば、指向性エネルギ堆積法による付加加工が可能な加工機械１０を、粉末床溶融結合法による付加加工が可能な付加加工機械に連結する。

付加加工のための各種装置を備えた加工機械１０は、高価である。このため、１台の加工機械１０を、複数台の工作機械に対して選択的に連結することによって、低コストな設備投資で、多種のワーク加工が可能となる。

加工機械１０は、連結部２１の高さを変更するための高さ調整機構部を有してもよい。高さ調整機構部は、たとえば、台車部５１に設けられる油圧ジャッキ構造や、連結部２１を高さ方向にスライドさせるための送り機構や案内機構、サーボモータ等により実現される。このような構成により、加工機械１０を連結する工作機械に合わせて、連結部２１の高さを変更することができる。

以上に説明した、この発明の実施の形態１における加工機械１０の構造についてまとめて説明すると、本実施の形態における加工機械１０は、付加加工が可能な加工機械である。加工機械１０は、除去加工が可能な工作機械７０に連結可能に設けられる連結部２１と、連結部２１が工作機械７０に連結された場合に工作機械７０の加工エリア２００内に位置決めされ、材料を吐出する付加加工用ヘッド３１とを備える。

このように構成された、この発明の実施の形態１における加工機械１０によれば、低コストで設備可能な付加加工用の加工機械を実現することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１における加工機械１０を用いて、ワークの付加加工および除去加工を連続的に行なう加工方法の一例について説明する。

図５は、付加加工および除去加工に伴って変化するワークの形態を示す図である。図５を参照して、まず、母材４２を準備する。母材４２は、円盤形状を有する。次に、付加加工により、母材４２の端面上に肉盛部４３を形成する。肉盛部４３は、円柱形状を有する。次に、除去加工により、肉盛部４３の外周面にネジ部４４を形成する。最後に、母材４２および肉盛部４３の間を分離することにより、ネジ部４４が形成された最終製品４７を得る。

図６から図１１は、図５中のワークの加工方法の工程を模式的に表す図である。なお、図中に示す工作機械７０は、図２中の心押台８９に替えて、主軸台８２を有する。主軸台８０および主軸台８２は、Ｚ軸方向において、互いに対向して設けられている。主軸台８２は、ワークを回転させるための主軸８３を有する。主軸８３は、Ｚ軸に平行な中心軸を中心に回転可能に設けられている。主軸８３には、ワークを着脱可能に保持するためのチャック機構が設けられている。

図６を参照して、工作機械７０の加工エリア２００において、主軸台８０に母材４２が装着されている。工作機械７０の扉部７２を開状態とし、開口部７３を形成する。

図７を参照して、加工機械１０を工作機械７０に接近させる。付加加工用ヘッド３１を開口部７３を通じて加工エリア２００に進入させる。加工機械１０の連結部２１を工作機械７０に連結する。

図８を参照して、次に、操作パネル８８（図２を参照）を操作して、付加加工用ヘッド３１による付加加工を行なう。具体的には、付加加工用ヘッド３１を主軸台８０に装着された母材４２に接近させる。母材４２に対してレーザ光を照射しつつ材料粉末を供給した状態で、付加加工用ヘッド３１を母材４２の端面上で走査することによって、肉盛部４３を形成する。これにより、中間加工物４６を得る。

付加加工の完了後、工作機械７０に対する加工機械１０の連結を解除し、加工機械１０を工作機械７０から退避させる。工作機械７０の扉部７２を閉状態とする。

図９を参照して、次に、操作パネル８８（図２を参照）を操作して、刃物台８４に装着された工具による除去加工を行なう。具体的には、刃物台８４に装着された工具により、肉盛部４３にネジ部４４を形成する。

図１０を参照して、主軸８１および主軸８３の回転を同期させながら、主軸台８０および主軸台８２を接近させる。主軸８３により、中間加工物４６の肉盛部４３の端部をチャッキングする。中間加工物４６の両端が主軸台８０および主軸台８２により保持された状態で、母材４２および肉盛部４３の間を分離するための除去加工（突っ切り加工）を行なう。これにより、主軸台８０に母材４２が残り、主軸台８２に最終製品４７が残る。

図１１を参照して、工作機械７０の扉部７２を開状態とし、主軸台８２から最終製品４７を回収する。続いて、図６に示す工程に戻ることによって、ネジ部４４が形成された最終製品４７を連続的に製造することができる。

このように構成された、この発明の実施の形態２における加工機械１０および加工方法によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に奏することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、付加加工が可能な加工機械に適用される。

１０ 加工機械、２１ 連結部、２１ｍ，７６ｍ 前面部、２１ｎ，７６ｎ 側面部、２３ 前面カバー、２５ ヘッド支持用筒、２６ ピン挿入孔、３１ 付加加工用ヘッド、３２ 本体部、３３ レーザ光出射部、３４ 光学部品、３５，７３ 開口部、４０ ワーク、４２ 母材、４３ 肉盛部、４４ ネジ部、４６ 中間加工物、４７ 最終製品、５１ 台車部、５２ 車輪、６１ 材料粉末供給装置、６２ レーザ発振装置、６３ 管部材、７０ 工作機械、７１ スプラッシュガード、７２ 扉部、７６ 被連結部、７７ｐ，７７ｑ 電気コネクタ部、７８ ロックピン、８０，８２ 主軸台、８１，８３ 主軸、８４ 刃物台、８５ 旋回部、８８ 操作パネル、８９ 心押台、２００ 加工エリア、３１１ レーザ光、３１２ 材料粉末、３１３ ガス、３１４ 溶融点、３１５ 肉盛素材、３１６ 肉盛層。

Claims (8)

1. 付加加工が可能な加工機械であって、
   除去加工が可能な工作機械に連結可能に設けられる連結部と、
   前記連結部が工作機械に連結された場合に工作機械の加工エリア内に位置決めされ、材料を吐出する付加加工用ヘッドとを備える、加工機械。
2. 前記付加加工用ヘッドは、扉部が開状態とされて形成された工作機械の開口部を通じて、加工エリア内に進入する、請求項１に記載の加工機械。
3. 前記連結部が工作機械に連結されるのに伴って工作機械に接続され、工作機械側から前記付加加工用ヘッドの制御信号を伝達するための電気コネクタ部をさらに備える、請求項１または２に記載の加工機械。
4. 前記付加加工用ヘッドを３次元的に移動させるヘッド駆動機構部をさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の加工機械。
5. 前記連結部の高さを変更する高さ調整機構部をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の加工機械。
6. 前記付加加工用ヘッドは、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにレーザ光を照射することにより付加加工を行ない、さらに、
   前記連結部および前記付加加工用ヘッドを搭載する台車部と、
   前記台車部に搭載され、前記付加加工用ヘッドに向けて材料粉末を供給する材料粉末供給装置と、
   前記台車部に搭載され、ワークに対して照射するレーザ光を発振するレーザ発振装置とを備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の加工機械。
7. 前記付加加工用ヘッドは、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにレーザ光を照射する時に、ワークに向けて不活性ガスを噴出し、さらに、
   ワークに向けて噴出される不活性ガスの供給源となる不活性ガス供給部と、
   工作機械の加工エリア内の環境を計測する環境計測装置とを備える、請求項６に記載の加工機械。
8. 第１の付加加工が可能な加工機械であって、
   前記第１の付加加工とは異なる種類の第２の付加加工が可能な付加加工機械に連結可能に設けられる連結部と、
   前記連結部が付加加工機械に連結された場合に付加加工機械の加工エリア内に位置決めされ、ワークに対して材料粉末を吐出するとともにレーザ光を照射することにより前記第１の付加加工を行なう付加加工用ヘッドと、
   前記付加加工用ヘッドに向けて材料粉末を供給する材料粉末供給装置と、
   ワークに対して照射するレーザ光を発振するレーザ発振装置とを備える、加工機械。

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