JP7158008B2 - 加工品の回収機構および回収方法 - Google Patents

Description

本明細書は、旋削加工で素材から切り離される加工品を回収する回収機構および回収方法を開示する。

従来から、旋削加工により素材から加工品を切り離す切断加工（突っ切り加工）が知られている。切断加工では、回転保持した素材に、工具を押し当てて旋削することで、加工品である素材の一部を切り離す。

ここで、通常、素材は、主軸により回転保持されているが、切断加工が完了すると、切り離された素材部分（加工品）は、重力により落下する。そして、落下した加工品が、工作機械と衝突することにより、当該加工品に凹みや傷が生じることがあった。

そこで、従来から、切断された加工品の損傷を防止しつつ、当該加工品を回収するための技術が提案されている。例えば、特許文献１，２には、一対の爪で、加工品を挟持して回収する挟持機構が開示されている。この爪の内側面には、素材の回転を許容し得るベアリングが配置されている。そのため、切断加工の最中であっても、一対の爪で加工品を挟持することが可能となる。そして、これにより、切断された加工品の落下に伴う傷を効果的に防止できるため、加工品の品質をある程度向上できる。

実開昭４９－５０８８０号公報 特開２００２－２３３９８６号公報

しかしながら、通常、こうした挟持機構の位置決め精度は、工作機械に比べて低いため、素材の回転中心と挟持機構の位置とが一致せず、挟持機構で挟持することにより素材が僅かに撓むことがあった。このように撓んだ状態で素材を回転させると、振動が発生し、切断面の品質が低下するおそれがあった。

そこで、本明細書では、切断加工により素材から切り離される加工品の品質をより向上できる、加工品の回収機構および回収方法を開示する。

本明細書で開示する回収機構は、旋削加工で素材から切り離される加工品を回収する回収機構であって、一対のアームで前記加工品を挟持可能な挟持ユニットであって、前記加工品を挟持するべく前記一対のアームを前記加工品の周面に接触するまで閉じた挟持状態と、前記加工品の周面との間に隙間を開けて前記一対のアームを前記加工品の周面に近接させた待機状態と、に切替可能な挟持ユニットと、前記挟持ユニットの駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記加工品の切断が完了したか否かを監視し、切断完了前は、前記挟持ユニットを前記待機状態に保つ一方で、切断完了したタイミングで、前記挟持ユニットを前記待機状態から前記挟持状態に切り替える、ことを特徴とする。

かかる構成とすることで、切断加工の実行中、挟持ユニットと素材は離間しているため、挟持ユニットから素材に余計な力が付加されない。その結果、素材の撓みや振動が抑制され、切断面の品質が向上する。その一方で、切断加工が完了すれば、挟持ユニットにより加工品が挟持されるため、落下に起因する加工品の損傷を効果的に防止できる。

前記アームは、アーム本体と、前記アーム本体の途中に設けられ、前記加工品の周面で転動可能な１以上のローラと、を有してもよい。

ローラを設けることで、切断後も惰性回転する加工品と、アームとの擦れが防止され、加工品の品質をより向上できる。

この場合、前記挟持ユニットは、前記一対のアームを、前記挟持ユニットの幅方向に直線進退させる開閉用アクチュエータを有し、前記アームは、前記挟持ユニットの高さ方向に一直線に配置された二つの前記ローラを有してもよい。

かかる構成とした場合、加工品は、合計４つのローラで挟持されることになり、加工品の中心は、４つのローラに接する外接円の中心と一致する。そして、上記構成とすることで、挟持ユニットの根元にある基準点から、外接円の中心位置が、加工品の径に関わらず（アームの開き量に関わらず）常に一定となるため、挟持ユニットの位置制御が簡易化できる。

この場合、前記アーム本体のうち、少なくとも他方のアーム本体との対向面は、前記他方のアーム本体から離れる方向に凸となるように湾曲または屈曲していてもよい。

かかる構成とすることでアーム本体と加工品との干渉を抑制できる。

また、さらに、前記素材を回転保持する主軸の回転抵抗、および、前記素材を切削する際の切削抵抗の少なくとも一方に依存する物理量を検出する切断判断用センサを備え、前記制御部は、前記切断判断用センサの検出値に基づいて、前記加工品の切断完了タイミングを判断してもよい。

かかる構成とすることで、切断完了のタイミングを正確に判断できる。

この場合、前記切断判断用センサは、前記主軸の回転モータのトルク、前記回転モータの電流、前記工具を保持する刃物台の送りモータのトルク、前記送りモータの電流、前記工具の歪みのいずれかを検知するセンサを含み、前記制御部は、前記切断判断用センサの検出値の微分値が、規定の負の値である閾値以下となったタイミングを、前記加工品の切断完了タイミングと判断してもよい。

かかる構成とすることで、切断完了のタイミングをより正確に判断できる。

また、さらに、加工室内に設けられ、多自由度のロボットを備え、前記挟持ユニットは、エンドエフェクタとして前記ロボットに取り付けられていてもよい。

かかる構成とすることで、挟持ユニットの移動の自由度が高く、回収機構の汎用性を向上できる。

この場合、前記制御部は、前記加工品を切り離した後に残った素材である残存素材も、前記挟持ユニットにより回収させてもよい。

かかる構成とすることで、残存素材が、加工室に落下することがないため、残存素材で加工室が傷つくことが防止できる。

本明細書で開示する回収方法は、旋削加工で素材から切り離される加工品を回収する回収方法であって、前記加工品の切断加工中、前記加工品の切断が完了したか否かを監視し、一対のアームを有する挟持ユニットを、切断完了前は、前記一対のアームを前記加工品の周面との間に隙間を開けて前記加工品の周面に近接させ、切断完了のタイミングで、前記加工品を挟持するべく前記一対のアームが前記加工品の周面に接触するまで当該挟持ユニットを閉じるように、前記監視結果に基づいて前記挟持ユニットを駆動する、ことを特徴とする。

かかる構成とすることで、切断加工の実行中、挟持ユニットと素材は離間しているため、挟持ユニットから素材に余計な力が付加されない。その結果、素材の撓みや振動が抑制され、切断面の品質が向上する。その一方で、切断加工が完了すれば、挟持ユニットにより加工品が挟持されるため、落下に起因する加工品の損傷を効果的に防止できる。

本明細書で開示する加工品の回収機構および回収方法によれば、切断加工により素材から切り離される加工品の品質をより向上できる。

回収機構が組み込まれた工作機械の概略的な側面図である。 工作機械の概略的な正面図である。 切断加工の様子を示す図である。 待機状態の挟持ユニットを示す図である。 挟持状態の挟持ユニットを示す図である。 他の挟持ユニットの一例を示す図である。 切断完了のタイミング判断に関係する部材の電気的構成を示すブロック部である。 切断判断用センサの検出値と、検出値の微分値と、最小隙間量ｃの変化を示すグラフである。 加工品１０２の切断と回収の流れを示すフローチャートである。

以下、加工品の回収機構の構成について図面を参照して説明する。図１は、回収機構が組み込まれた工作機械１０の概略的な側面図である。また、図２は、工作機械１０の概略的な正面図である。以下の説明では、主軸１８の回転軸と平行な方向をＺ軸、刃物台２０のＺ軸と直交する移動方向と平行な方向をＸ軸、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向をＹ軸と呼ぶ。また、Ｚ軸においては、主軸１８から刃物台２０に近づく向きをプラス方向、Ｘ軸においては、主軸１８から刃物台２０に近づく向きをプラス方向、Ｙ軸においては、主軸１８から上に向かう向きをプラス方向とする。

この工作機械１０は、自転する素材（図１、図２では図示せず）に刃物台２０で保持した工具１１０を当てることで、素材を加工する旋盤である。より具体的には、この工作機械１０は、ＮＣ制御されるとともに、複数の工具１１０を保持するタレット２２を備えたターニングセンタである。こうした旋盤を用いた旋削加工の中には、素材を所定の長さに切断する切断加工（突っ切り加工）がある。切断加工では、素材から切り離された部分（加工品）を回収する必要がある。本明細書で開示する回収機構は、この切断加工で切り離された加工品１０２を回収するものである。

工作機械１０の加工室１６の周囲は、カバー１２で覆われている。加工室１６の前面には、大きな開口が形成されており、この開口は、ドア１４により開閉される。オペレータは、この開口を介して、加工室１６内の各部にアクセスする。加工中、開口に設けられたドア１４は、閉鎖される。これは、安全性や環境性等を担保するためである。

工作機械１０は、素材の一端を自転可能に保持する主軸装置と、工具１１０を保持する刃物台２０と、素材の他端を支える心押台２４と、を備えている。主軸装置は、回転モータ等を内蔵した主軸台（図示せず）と、当該主軸台に取り付けられた主軸１８と、を備えている。主軸１８は、素材を着脱自在に保持するチャック３０やコレットを備えており、保持する素材を適宜、交換できる。また、主軸１８およびチャック３０は、水平方向（Ｚ軸方向）に延びる回転軸を中心として自転する。

心押台２４は、Ｚ軸方向に、主軸１８と対向して配置されており、主軸１８で保持された素材の他端を支える。心押台２４は、素材に対して接離できるように、Ｚ軸方向に移動可能となっている。

刃物台２０は、工具１１０、例えば、バイトと呼ばれる旋削用工具を保持するもので保持装置として機能する。この刃物台２０は、Ｚ軸、すなわち、素材の軸と平行な方向に移動可能となっている。また、刃物台２０は、Ｘ軸と平行な方向、すなわち、素材の径方向にも進退できるようになっている。なお、図１から明らかな通り、Ｘ軸は、加工室１６の開口からみて、奥側に進むにつれ上方に進むように、水平方向に対して傾いている。刃物台２０の先端には、複数の工具１１０を保持可能なタレット２２が設けられている。タレット２２は、Ｚ軸方向視で多角形をしており、Ｚ軸に平行な軸を中心として回転可能となっている。このタレット２２の周面には、１以上の工具１１０が着脱自在に取り付けられており、タレット２２を回転させることで、加工に使用する工具１１０を変更できるようになっている。

このタレット２２に保持された工具１１０は、刃物台２０を、Ｚ軸と平行な方向に移動することで、Ｚ軸と平行な方向に移動する。また、刃物台２０をＸ軸と平行な方向に移動させることで、タレット２２に保持された工具１１０は、Ｘ軸に平行な方向に移動する。そして、刃物台２０をＸ軸に平行な方向に移動させることで、工具１１０による素材の切り込み量等が変更できる。

加工室１６内には、さらに、回収機構の一部として機能する機内ロボット２６が設けられている。機内ロボット２６は、加工室１６内に設けられた多自由度のロボットであり、複数のロボットアームが関節を介して接続された多関節ロボットである。本例では、この機内ロボット２６を加工室１６の床面に設置しているが、機内ロボット２６は、後述する挟持ユニット３８で加工品を挟持できるのであれば、その設置場所や構成は適宜、変更されてもよい。例えば、機内ロボット２６は、加工室１６の壁面や主軸１８等に設置されてもよい。また、機内ロボット２６は、加工室１６内で移動する部材、たとえば、心押台２４等に取り付けられてもよい。かかる構成とすることで機内ロボット２６の可動範囲を広げることができる。

機内ロボット２６には、エンドエフェクタ３６の一種である挟持ユニット３８が設けられている。挟持ユニット３８は、素材（加工品含む）を挟持して保持するもので、開閉可能な一対のアーム４０を有している。図示例では、この挟持ユニット３８を、機内ロボット２６の先端に一つだけ取り付けているが、挟持ユニット３８は、必要に応じて、異なる位置に取り付けてもよいし、２以上設けてもよい。また、機内ロボット２６に取り付けるエンドエフェクタ３６は、交換可能でもよく、例えば、加工品を回収する必要がない場面では、挟持ユニット３８とは別のエンドエフェクタ３６（例えばセンサなど）を機内ロボット２６に取り付けてもよい。なお、挟持ユニット３８の具体的な構成は、後述する。

制御装置２８は、オペレータからの指示に応じて、工作機械１０の各部の駆動を制御する。この制御装置２８は、例えば、各種演算を行うＣＰＵと、各種制御プログラムや制御パラメータを記憶するメモリと、を有する。また、制御装置２８は、通信機能を有しており、他の装置との間で各種データ、例えば、ＮＣプログラムデータ等を授受できる。この制御装置２８は、例えば、工具１１０や素材の位置を随時演算する数値制御装置を含んでもよい。また、制御装置２８は、単一の装置でもよいし、複数の演算装置を組み合わせて構成されてもよい。

制御装置２８は、例えば、素材を工具１１０で旋削加工する際に、主軸１８や刃物台２０、心押台２４の動きを制御する。また、本例の制御装置２８は、さらに、加工品の回収機構の制御部としても機能し、必要に応じて、機内ロボット２６および挟持ユニット３８の駆動を制御する。以下、加工品の回収について詳説する。

図３は、突っ切り加工の様子を示す模式図である。また、図４、図５は、図３のＺ方向からみた加工品１０２および挟持ユニット３８であり、図４は、切断前の、図５は、切断完了時の様子を示している。なお、図３、図４において、矢印Ｇは、鉛直方向下向きを示している。

図３に示す通り、切断加工の際、素材１００は、チャック３０を介して主軸１８に保持されており、主軸１８は、この素材１００を、所定の回転数で自転させる。刃物台２０は、切断加工用の工具１１０を、素材１００の周面に押し当てながら、素材１００の径方向に進出させ、徐々に切り進ませる。最終的に、工具１１０が素材１００の中心まで達すれば、素材１００のうち、工具１１０より先端側の部分が加工品１０２として切り離される。

ここで、挟持ユニット３８がない場合、加工品１０２の切断完了と同時に、当該加工品１０２は、重力により加工室１６の床面に落下する。この落下の衝撃や、他部材との擦れにより、加工品１０２に傷や凹みが生じることがあった。

そこで、従来から、予め、加工品１０２を一対のアームで挟持することで、切り離された加工品１０２の落下を防止する技術が提案されている。かかる技術では、アームには、素材１００の自転を許容するベアリングが設けられている。これにより、切断加工の実行中（すなわち加工品１０２が自転している期間中）から加工品１０２を一対のアームで挟持できる。そして、一対のアームで加工品１０２を挟持することで、当該加工品１０２が素材１００から切り離された後も、加工品１０２が落下しないため、加工品１０２の損傷を効果的に防止できる。

しかし、通常、こうした挟持ユニット３８の位置決め精度は、工作機械１０に比べて低いため、素材１００の回転中心と挟持ユニット３８の位置とが一致せず、挟持ユニット３８で挟持することにより素材１００が僅かに撓むことがあった。このように撓んだ状態で素材を回転させると、振動が発生し、切断面の品質の低下を招くおそれがあった。

そこで、本例では、加工品１０２の切り離し前、すなわち、加工品１０２と素材１００とが繋がっている際には、図４に示すように、挟持ユニット３８のアーム４０と加工品１０２の周面との間に隙間が生じるように、当該アーム４０を前記加工品１０２の周面に近接させた待機状態とし、切り離しが完了した時点で、図５に示すように、アーム４０が加工品１０２の周面に接触するまで挟持ユニット３８を閉じた挟持状態に切り替えるようにしている。こうした挟持ユニット３８の開閉を実現するために、制御装置２８は、加工品１０２の切断加工が完了したか否かを監視し続ける。そして、加工品１０２の切断加工が完了したと判断できたタイミングで、制御装置２８は、挟持ユニット３８を図４に示す待機状態から図５に示す挟持状態に切り替える。

かかる構成とした場合、切断加工の実行中、挟持ユニット３８が、素材１００に余計な力を付加しないため、素材１００の撓みや振動が効果的に防止される。そして、結果として、切断面の品質をより向上できる。また、切断完了時には、加工品１０２が挟持ユニット３８により挟持されるため、加工品１０２の落下に伴う損傷を効果的に防止できる。

ここで、こうした加工品１０２の回収に用いる挟持ユニット３８について詳説する。本例の挟持ユニット３８は、図４、図５に示すように、挟持ユニット３８の幅方向（図４、図５の紙面上下方向）中心を軸として鏡像配置された二つのアーム４０を有している。この二つのアーム４０は、互いに近づく方向および離れる方向に移動可能である。換言すれば、二つのアーム４０は、挟持ユニット３８の幅方向に進退可能となっている。

挟持ユニット３８の内部には、この二つのアーム４０を開閉させるための開閉用アクチュエータ（図示せず）が設けられている。開閉用アクチュエータは、例えば、電動モータ、油圧ピストン、空圧ピストン、電磁シリンダの少なくとも一つを含んでもよい。このアクチュエータによる動きは、直接、または、種々の伝達機構を介して、アーム４０に伝達される。この伝達機構は、例えば、リードスクリュー、歯車、カム等を含んでもよい。いずれにしても、二つのアーム４０に伝わる動きは、鏡像関係にあることが望ましい。本例では、各アーム４０は、開閉用アクチュエータ４８により、挟持ユニット３８の幅方向に直線移動できるようになっている。ただし、当然ながら、二つのアーム４０は、直線移動に限らず、他の動きをしてもよい。例えば、図６に示すように、二つのアーム４０は、その根元に設けられた回転軸Ｒを中心として揺動してもよい。

各アーム４０は、アーム本体４２と、当該アーム本体４２の途中に設けられた二つのローラ４４と、を有している。ローラ４４は、挟持ユニット３８の厚み方向（図４、図５における紙面垂直方向）に延びる軸周りに回転自在である。挟持ユニット３８で加工品１０２を挟持する際には、このローラ４４の回転軸と、加工品１０２の中心軸とが平行になるように、挟持ユニット３８を配置する。このとき、ローラ４４は、アーム本体４２の幅から食み出ているため、加工品１０２は、二つのアーム４０に設けられた合計四つのローラ４４で挟持されることになる。そして、加工品１０２を挟持した際、各ローラ４４は、加工品１０２の周面で転動可能となるため、挟持ユニット３８と加工品１０２との摩擦を低減できる。

なお、本例では、一つのアーム本体４２に設けられた二つのローラ４４を、挟持ユニット３８の高さ方向（図４，５における紙面左右方向）に一直線に配置している。かかる構成とするのは、挟持ユニット３８の目標位置の演算処理を簡易化するためである。すなわち、挟持ユニット３８で加工品１０２を挟持するためには、挟持ユニット３８を、四つのローラ４４の外接円の中心が加工品１０２の中心に一致する位置に位置決めしなければならない。ここで、挟持ユニット３８の根元（あるいは機内ロボット２６の先端）にある基準点Ｐに対する外接円の中心位置が、二つのアーム４０の開き幅（ひいては挟持する加工品１０２の径）によって変化する場合、加工品１０２の径が変わる度に、基準点Ｐに対する外接円中心位置を算出しなければならず、演算処理が複雑化する。一方、二つのローラ４４を挟持ユニット３８の高さ方向に一直線に配置し、かつ、一対のローラ４４を挟持ユニット３８の幅方向に直線進退させる構成とすれば、一つのアーム４０に設けられた二つのローラ４４を結ぶ直線と、他のアーム４０に設けられた二つのローラ４４を結ぶ直線と、は常に平行になる。この場合、基準点Ｐに対する四つのローラ４４の外接円中心位置は、二つのアーム４０の開き幅（ひいては加工品１０２の径）が変わっても、常に一定となる。その結果、基準点Ｐに対する外接円中心位置の算出が不要となり、演算処理を簡易化できる。

なお、アーム本体４２のうち、少なくとも、他のアーム本体４２との対向面は、当該他のアーム本体４２から離れる方向に凸となるように湾曲または屈曲していることが望ましい。本例では、アーム本体４２は、互いに離れる方向に凸となる略「く」の字形状である。かかる構成とすることで、図５に示すように、四つのローラ４４で加工品１０２を挟持した際に、アーム本体４２が加工品１０２に干渉しにくくなる。

ここで、上述した通り、待機状態において、各アーム４０は、加工品１０２の外周面との間に若干の隙間を開ける。この待機状態におけるアーム４０と、加工品１０２の外周面との間の最小隙間量ｃは、切断加工中における加工品１０２の垂れ量や振れ量等を考慮して決定されることが望ましい。例えば、加工品１０２の質量が大きいほど、切り落とされる前の重力方向の垂れ量が大きくなる。また、主軸回転速度が大きいほど、遠心力による加工品１０２の振れ量が大きくなる。待機状態における最小隙間量ｃは、こうした垂れ量、振れ量よりも大きいことが望ましいため、加工品１０２の質量が大きいほど、また、主軸回転速度が大きいほど、待機状態における最小隙間量ｃを大きくしてもよい。また、最小隙間量ｃは、一定値でもよいし、切断加工の進行に伴い変化する可変値でもよい。例えば、最小隙間量ｃは、切断加工の進行に伴い、徐々に小さくしてもよい。

次に、制御装置２８による切断完了タイミングの判断について詳説する。制御装置２８は、加工品１０２の切断状況を監視し、切断が完了したと判断すれば、挟持ユニット３８を待機状態から挟持状態に切り替える。ここで、切断が完了すると切削抵抗および主軸回転抵抗が急激に低下することが知られている。そこで、本例では、切断加工の実行中、切削抵抗および主軸回転抵抗の少なくとも一つを監視し、これら抵抗が急激に低下したタイミングを切断完了タイミングと判断する。

切削抵抗および主軸１８の回転抵抗の少なくとも一つを監視するために、本例では、切削抵抗および主軸１８の回転抵抗の少なくとも一つに依存する物理量を検出するセンサ（以下「切断判断用センサ４６」という）を設けている。ここで、切削抵抗に依存する物理量としては、刃物台２０のＸ方向送りモータの出力トルクや印加電流、工具１１０の歪み量が含まれる。これら出力トルク、印加電流、歪み量は、切削抵抗が大きいほど増加する。また、主軸１８の回転抵抗に依存する物理量としては、主軸１８の回転モータの出力トルクや印加電流が含まれる。この出力トルクや印加電流は、主軸１８の回転抵抗が大きいほど増加する。したがって、本例では、切断完了を判断するために、Ｘ方向送りモータのトルクを検出するトルクセンサ、Ｘ方向送りモータの印加電流を検出する電流センサ、工具１１０の歪みを検出する歪みセンサ（例えば圧電素子等）、主軸１８の回転モータの出力トルクを検出するトルクセンサ、主軸１８の回転モータの印加電流を検出する電流センサの少なくとも一つを切断判断用センサ４６として設けている。

制御装置２８は、これら切断判断用センサ４６で検出された検出値が急激に低下したタイミングを、切断完了タイミングとして判断する。図７は、この切断完了のタイミング判断に関係する部材の電気的構成を示すブロック部である。図７において、切断判断用センサ４６は、切削抵抗および主軸１８の回転抵抗の少なくとも一つに依存する物理量を検出するセンサである。この切断判断用センサ４６の検出結果は、制御装置２８に入力される。制御装置２８は、この検出値に基づいて、加工品１０２の切断が完了したか否かを判断する。例えば、制御装置２８は、検出値を時間微分し、この微分値Ｄが、所定の閾値α（α＜０）以下となったタイミングを、切断完了のタイミングと判断してもよい。

なお、この検出値の微分、および、閾値αとの比較は、アナログ的に行ってもよいし、デジタル的に行ってもよい。例えば、切断判断用センサ４６と制御装置２８との間に、公知の微分回路および比較回路を直列に設け、この比較回路の出力値を、Ａ／Ｄ変換して制御装置２８に入力してもよい。また、別の形態として、切断判断用センサ４６の出力値をＡ／Ｄ変換して、制御装置２８に入力した後、制御装置２８内において、入力された検出値（離散データ）をデジタル微分したうえで、閾値αと比較してもよい。また、いずれの場合でも、微分処理に先立って、切断判断用センサ４６の検出値にローパスフィルタを適用し、高周波ノイズを除去しておいてもよい。微分値Ｄと比較する閾値αは、負の値であり、予め、実験等を行い、決定される。この閾値αは、固定値でもよいし、切断される素材１００の径等に応じて変更される変動値でもよい。

いずれにしても、制御装置２８は、検出値の微分値Ｄが、負の値である閾値α以下となった場合には、加工品１０２の切断が完了したと判断する。この場合、制御装置２８は、挟持ユニット３８に設けられた開閉用アクチュエータ４８を駆動して、挟持ユニット３８を待機状態から挟持状態に切り替える。

図８は、切断判断用センサ４６の検出値と、最小隙間量ｃの変化の一例を示す図である。図８において、上段は、刃物台２０のＸ方向送りモータに設けられた電流センサ（切断判断用センサ）の検出値を示している。また、図８の中段は、この検出値の微分値Ｄを、下段は、アーム４０と加工品１０２との最小隙間量ｃを示している。

図８の上段に示す通り、切断加工が開始され、工具１１０の先端が、素材１００の外周面に当たると、切削抵抗が急激に増加する。これに伴い、Ｘ方向の送りモータへの印加電流も急激に増加する。そして、工具１１０が、素材１００に食い込んだ後は、電流センサの検出値は、ほぼ一定となる。以降、制御装置２８は、刃物台２０をＸ方向に徐々に移動させ、工具１１０の先端を径方向に移動させる。そして、工具１１０の先端が、素材１００の中心軸まで達すると、加工品１０２が切断される。加工品１０２が切断されると、切削抵抗は、急激に低下し、電流センサの検出値も急激に低下する。

この検出値を微分すると、図８の中段に示す通り、切断加工の開始時には正の方向に、切断完了時には負の方向に、大きなピークが発生する。制御装置２８は、微分値Ｄが、閾値α以下となる時刻ｔ１において、切断が完了したと判断する。

アーム４０と加工品１０２との最小隙間量ｃは、切断加工の開始から切断が完了するまで、ほぼ一定に保たれている。そして、時刻ｔ１において、制御装置２８は、切断完了と判断すれば、挟持ユニット３８を待機状態から挟持状態に切り替える。その結果、時刻ｔ１を境に、アーム４０と加工品１０２との最小隙間量ｃは、急激に低下し、最終的にゼロとなる。これにより、切り離された加工品１０２は、挟持ユニット３８により挟持され、床面への落下が防止される。

次に、こうした加工品１０２の切断と回収の流れについて図９を参照して説明する。加工品１０２を切断する場合は、予め、素材１００と工具１１０をそれぞれ、主軸１８および刃物台２０にセットしておく。また、挟持ユニット３８を、待機状態にセットする（Ｓ１０）。具体的には、挟持ユニット３８のアーム４０を加工品１０２の直径よりも大きく開いた状態で、機内ロボット２６を駆動して、当該アーム４０を、加工品１０２の重心位置の近接に移動させる。なお、このとき、四つのローラ４４の外接円中心が、加工品１０２の中心と一致させる。その状態で、挟持ユニット３８のアーム４０を、加工品１０２の周面との間に所定の隙間が残る程度まで閉じて、待機状態とする。

挟持ユニット３８を待機状態に出来れば、制御装置２８は、主軸１８および刃物台２０を駆動して、加工品１０２の切断加工を開始させる（Ｓ１２）。このとき、一対のアーム４０は、加工品１０２から離間しているため、当該挟持ユニット３８から加工品１０２に余計な力がかかることがない。結果として、素材１００の撓みや振動が抑制され、良好な切断面が得られる。

切断加工が開始されれば、制御装置２８は、切削抵抗または主軸回転抵抗に依存する物理量を検出する切断判断用センサ４６の検出値を随時取得するとともに、当該検出値を微分する（Ｓ１４）。そして、得られた微分値Ｄを規定の閾値αと比較する（Ｓ１６）。比較の結果、微分値Ｄが閾値αより大きい場合には、ステップＳ１４～Ｓ１６を繰り返す。一方、微分値が閾値α以下となれば、制御装置２８は、切断が完了したと判断し、挟持ユニット３８を、待機状態から挟持状態に切り替える（Ｓ１８）。すなわち、開閉用アクチュエータ４８を駆動して、一対のアーム４０を互いに近づく方向に移動させ、当該一対のアーム４０で加工品１０２を挟持する。これにより、加工品１０２が床面に落下すること、ひいては、落下衝撃による加工品１０２の損傷を効果的に防止できる。

なお、加工品１０２が切り離された直後は、加工品１０２は、慣性力により回転を続ける。本例のアーム４０には、この加工品１０２の周面で転動するローラ４４が設けられているため、この加工品１０２の惰性回転を阻害せず、加工品１０２の擦れによる傷を効果的に防止できる。そして、挟持ユニット３８で加工品１０２を挟持できれば、制御装置２８は、機内ロボット２６を駆動して、加工品１０２を所定の排出部に、搬送することで、処理は、終了となる（Ｓ２０）。

以上の説明から明らかな通り、本例によれば、加工品１０２の切断が完了したか否かを監視し、切断完了前は、挟持ユニット３８を待機状態に保つ一方で、切断完了したタイミングで、挟持ユニット３８を待機状態から挟持状態に切り替える。そのため、切断加工の実行中、挟持ユニット３８が、素材１００に余計な力を付加しないため、素材１００の撓みや振動が効果的に防止される。そして、結果として、切断面の品質をより向上できる。また、切断完了時には、加工品１０２が挟持ユニット３８により挟持されるため、加工品１０２の落下に伴う損傷を効果的に防止できる。

ところで、加工品１０２を切断した後、主軸１８には、素材１００が残る。このように加工後に残った素材１００（以下「残存素材」という）も、機内ロボット２６および挟持ユニット３８を用いて回収してもよい。すなわち、加工品１０２を所定の排出部に搬送した後、制御装置２８は、挟持ユニット３８を残存素材の直径より大きく開いた状態で、機内ロボット２６を駆動して、挟持ユニット３８を残存素材の重心近傍に移動させる。その後、制御装置２８は、開閉用アクチュエータ４８を駆動して挟持ユニット３８で残存素材の重心近傍を挟持させるとともに、チャック３０を解除する。この状態になれば、制御装置２８は、機内ロボット２６を駆動して、残存素材を、所定の廃棄場所に搬送する。このように、機内ロボット２６および挟持ユニット３８を用いて残存素材を回収することで、工作機械１０に損傷を与えることなく、残存素材を回収できる。

なお、ここでは、素材は、主軸１８の前方から着脱される場合を想定しているが、素材は、主軸１８の背後に設けられたバーフィーダーから供給されてもよい。バーフィーダーを用いる場合、従来、残存素材は、新たに供給される素材により押し出されて、加工室１６の底面に落下した後、チップコンベアにより排出されていた。しかし、この場合、残存素材が、加工室１６を傷つけるおそれがあった。

そこで、バーフィーダーを用いる場合でも、挟持ユニット３８および機内ロボット２６を用いて残存素材を回収してもよい。この場合、制御装置２８は、一対のアーム４０を残存素材の直径よりも大きく開き、残存素材のうち重心近傍を挟持ユニット３８で支持する。また、チャック３０を解除する。この場合、残存素材は、挟持ユニット３８および解除されたチャック３０の２点で支持されることになる。この状態になれば、制御装置２８は、バーフィーダーを駆動して、残存素材を、新しい素材で押し出す。このとき、制御装置２８は、機内ロボット２６を駆動して、挟持ユニット３８を残存素材の移動に同期させる。そして、最終的に、残存素材の後端が、チャック３０を抜ければ、制御装置２８は、挟持ユニット３８のアーム４０を閉じて、挟持ユニット３８に残存素材を挟持させる。

また、別の形態として、残存素材の重心が、チャック３０を越えるまでは、挟持ユニット３８で当該残存素材の先端近傍に支持し、残存素材の重心がチャック３０を越えれば、その時点で、残存素材の重心を挟持ユニット３８で挟持してもよい。すなわち、制御装置２８は、一対のアーム４０を残存素材の直径よりも大きく開いた状態で、挟持ユニット３８を残存素材のうち先端近傍に移動させ、当該先端近傍を挟持ユニット３８で支持させる。この状態になれば、制御装置２８は、チャック３０を解除するとともに、バーフィーダーを駆動して、残存素材を、新しい素材１００で押し出す。そして、残存素材の重心が、チャック３０を越えれば、制御装置２８は、チャック３０を再び閉じるとともに、挟持ユニット３８を、残存素材の重心近傍に移動させる。そして、その状態で、挟持ユニット３８を閉じて、挟持ユニット３８に残存素材を挟持させる。この状態になれば、制御装置２８は、チャック３０を再び解除したうえで、機内ロボット２６を駆動して、残存素材を搬送させる。

以上の通り、バーフィーダーを用いる場合でも、機内ロボット２６および挟持ユニット３８を用いて、残存素材を回収するため、残存素材の落下に起因する加工室１６の損傷を防止できる。また、残存素材のうち、重心近傍を挟持ユニット３８で挟持することで、長い残存素材でも確実に回収できる。

なお、これまで説明した構成は、一例であり、適宜、変更されてもよい。例えば、上述の説明では、各アーム４０にローラ４４を設けていたが、こうしたローラ４４は、省略されてもよい。すなわち、本例では、切断完了前には、挟持ユニット３８で素材１００を挟持しないため、ローラ４４は必ずしも必要ではない。ただし、加工品１０２は、素材１００から切り離された後も、慣性力により、しばらく回転を続ける。この回転する加工品１０２とアーム４０との擦れを防止するために、ローラ４４が設けられることが望ましい。なお、ローラ４４の有無に限らず、アーム４０と加工品１０２との接触面は、加工品１０２を傷つけない程度に柔らかいことが望ましい。例えば、アーム４０と加工品１０２との接触面（例えばローラ４４の外周面）は、ゴムやスポンジ等の弾性材料で被覆されていてもよい。

また、上述の説明では、切断判断用センサ４６の検出値の微分値Ｄに基づいて切断完了のタイミングを判断している。しかし、微分値Ｄではなく、切断判断用センサ４６の検出値から直接、切断完了タイミングを判断してもよい。すなわち、切断判断用センサ４６の検出値が、例えば、閾値β（図８参照）以下になったタイミングを、切断完了タイミングと判断してもよい。また、加工方法によっては、加工品１０２が切り離される直前で、切削抵抗が大きく振動する場合もある。この場合には、この切削抵抗の振動を検出し、当該振動が検出されたタイミングを切断完了タイミングとして判断してもよい。

また、これまでは、一つの切断判断用センサ４６の検出値に基づいて判断していたが、切断判断用センサ４６を複数設け、この複数の切断判断用センサ４６の検出値に基づいて切断完了タイミングを判断してもよい。例えば、主軸回転モータの電流センサと、刃物台２０のＸ方向送りモータの電流センサと、工具１１０の歪みセンサと、を設けるとともに、各センサごとに閾値α１、α２、α３を設定しておく。そして、これら三つのセンサの検出値の微分値Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３が、全て、対応する閾値α１、α２，α３以下となったタイミング、すなわち、Ｄ１≦α１かつＤ２≦α２かつＤ３≦α３となったタイミングを切断完了タイミングと判断してもよい。かかる構成とすることで、実際には切断完了前であるのに、切断完了と誤判断する過剰判断を防止できる。あるいは、三つのセンサの検出値の微分値Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３のいずれか一つが、対応する閾値α１，α２，α３以下となったタイミング、すなわち、Ｄ１≦α１またはＤ２≦α２またはＤ３≦α３となったタイミングを、切断完了タイミングと判断してもよい。かかる構成とすることで、実際には切断完了しているのに、切断完了していないと判断する検出スルーを防止できる。

また、本例では、切削抵抗および主軸回転抵抗の少なくとも一方に基づいて切断完了を判断しているが、他のパラメータに基づいて切断の状況を判断してもよい。例えば、刃物台２０のＸ方向位置に基づいて、工具１１０の先端位置を推測し、この工具１１０の先端位置が、素材１００の中心軸に達したタイミングを、切断完了タイミングとして特定してもよい。さらに、素材１００の直径や工具１１０の送り速度等に基づいて切断加工に要する時間を予め推定しておき、切断加工を開始してからの経過時間に基づいて、切断完了タイミングを判断してもよい。

また、これまでの説明では、挟持ユニット３８を移動させる移動装置として、多自由度の機内ロボット２６を用いているが、挟持ユニット３８を少なくとも、Ｚ軸方向に移動できるのであれば、他の移動機構を用いてもよい。例えば、加工室１６の天面に、Ｚ移動機構を設けておき、このＺ移動機構に、挟持ユニット３８を吊り下げ保持するようにしてもよい。

１０ 工作機械、１２ カバー、１４ ドア、１６ 加工室、１８ 主軸、２０ 刃物台、２２ タレット、２４ 心押台、２６ 機内ロボット、２８ 制御装置、３０ チャック、３６ エンドエフェクタ、３８ 挟持ユニット、４０ アーム、４２ アーム本体、４４ ローラ、４６ 切断判断用センサ、４８ 開閉用アクチュエータ、１００ 素材、１０２ 加工品、１１０ 工具。

Claims (9)

1. 旋削加工で素材から切り離される加工品を回収する回収機構であって、
   一対のアームで前記加工品を挟持可能な挟持ユニットであって、前記加工品を挟持するべく前記一対のアームを前記加工品の周面に接触するまで閉じた挟持状態と、前記加工品の周面との間に隙間を開けて前記一対のアームを前記加工品の周面に近接させた待機状態と、に切替可能な挟持ユニットと、
   前記挟持ユニットの駆動を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記加工品の切断が完了したか否かを監視し、切断完了前は、前記挟持ユニットを前記待機状態に保つ一方で、切断完了したタイミングで、前記挟持ユニットを前記待機状態から前記挟持状態に切り替える、
   ことを特徴とする回収機構。
2. 請求項１に記載の回収機構であって、
   前記アームは、
   アーム本体と、
   前記アーム本体の途中に設けられ、前記加工品の周面で転動可能な１以上のローラと、
   を有する、ことを特徴とする回収機構。
3. 請求項２に記載の回収機構であって、
   前記挟持ユニットは、前記一対のアームを、前記挟持ユニットの幅方向に直線進退させる開閉用アクチュエータを有し、
   前記アームは、前記挟持ユニットの高さ方向に一直線に配置された二つの前記ローラを有する、
   ことを特徴とする回収機構。
4. 請求項３に記載の回収機構であって、
   前記アーム本体のうち、少なくとも他方のアーム本体との対向面は、前記他方のアーム本体から離れる方向に凸となるように湾曲または屈曲している、ことを特徴とする回収機構。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の回収機構であって、さらに、
   前記素材を回転保持する主軸の回転抵抗、および、前記素材を切削する際の切削抵抗の少なくとも一方に依存する物理量を検出する切断判断用センサを備え、
   前記制御部は、前記切断判断用センサの検出値に基づいて、前記加工品の切断完了タイミングを判断する、
   ことを特徴とする回収機構。
6. 請求項５に記載の回収機構であって、
   前記切断判断用センサは、前記主軸の回転モータのトルク、前記回転モータの電流、前記工具を保持する刃物台の送りモータのトルク、前記送りモータの電流、前記工具の歪みのいずれかを検知するセンサを含み、
   前記制御部は、前記切断判断用センサの検出値の微分値が、規定の負の値である閾値以下となったタイミングを、前記加工品の切断完了タイミングと判断する、
   ことを特徴とする回収機構。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の回収機構であって、さらに、
   前記加工室内に設けられ、多自由度のロボットを備え、
   前記挟持ユニットは、エンドエフェクタとして前記ロボットに取り付けられている、
   ことを特徴とする回収機構。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の回収機構であって、
   前記制御部は、前記加工品を切り離した後に残った素材である残存素材も、前記挟持ユニットにより回収させる、ことを特徴とする回収機構。
9. 旋削加工で素材から切り離される加工品を回収する回収方法であって、
   前記加工品の切断加工中、前記加工品の切断が完了したか否かを監視し、一対のアームを有する挟持ユニットを、切断完了前は、前記一対のアームを前記加工品の周面との間に隙間を開けて前記加工品の周面に近接させ、切断完了のタイミングで、前記加工品を挟持するべく前記一対のアームが前記加工品の周面に接触するまで当該挟持ユニットを閉じるように、前記監視結果に基づいて前記挟持ユニットを駆動する、
   ことを特徴とする回収方法。

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