JP7491507B2 - Layered manufacturing method and layered manufacturing device - Google Patents

Description

本開示は、金属板材の積層及び加工を一層又は複数層ごとに繰り返して、所望の積層構造物を造形する積層造形方法及び積層造形装置に関する。 This disclosure relates to an additive manufacturing method and an additive manufacturing device that repeatedly stacks and processes metal plate material one or more layers at a time to create a desired laminated structure.

摩擦撹拌接合（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ：以下「ＦＳＷ」と略称する）技術を使用した金属板材を積層する工程と、積層した金属板材を所望の断面形状に加工する工程とを繰り返し実行することで、所望の全体形状をもつ積層構造物を形成する積層造形方法として、特許文献１に積層造形方法および積層造形装置が開示されている。
この先行技術を自動化するためには、素材である金属板材を積層接合体上に配置する供給装置および、ＦＳＷおよび切削加工時に発生する加工力に対して積層構造物の固定機構が必要となる。素材の供給装置としては、ロボットアームによる搬送や、板金搬送に用いられるシートフィーダなどの搬送装置が良く知られている。また、積層構造物の固定機構としては、油圧や空圧を用いた種々のクランプ装置が良く知られている。 Patent Literature 1 discloses an additive manufacturing method and an additive manufacturing device that form a layered structure having a desired overall shape by repeatedly performing a step of stacking metal plate materials using friction stir welding (hereinafter abbreviated as "FSW") technology and a step of processing the stacked metal plate materials into a desired cross-sectional shape.
In order to automate this prior art, a supplying device that places the raw metal plate material on the laminated joint and a fixing mechanism for the laminated structure against the processing forces generated during FSW and cutting are required. Well-known raw material supplying devices include robot arm conveying devices and sheet feeders used for conveying sheet metal. Well-known fixing mechanisms for the laminated structure include various clamping devices using hydraulic or pneumatic pressure.

特許第６５８７０２８号公報Japanese Patent No. 6587028

しかし、一般的な搬送装置の場合、マシニングセンタなどの積層造形装置の制御機構とは独立した制御機構を有しており、自動化するためには、搬送装置を制御するためのインターフェイスが必要となり高価となるという課題がある。また、搬送装置の可動範囲や金属板材置き場が必要となり、機械設置面積が増大するという課題もある。
一方、クランプ装置は、所望の大きさの部品を強力にクランプする目的で設計されたものが一般的であるため、高さが増大していく積層造形では、クランプ可能なワーク高さがクランプ装置のストローク範囲に制限されるという課題がある。 However, a typical conveying device has a control mechanism independent of the control mechanism of the additive manufacturing device such as a machining center, and in order to automate it, an interface to control the conveying device is required, which makes it expensive.In addition, a movable range for the conveying device and a space for storing metal sheets are required, which increases the installation area of the machine.
On the other hand, clamping devices are generally designed for the purpose of firmly clamping parts of a desired size, so in additive manufacturing where the height increases, there is an issue that the height of the workpiece that can be clamped is limited by the stroke range of the clamping device.

そこで、本開示は、比較的安価且つ省スペースとなる構成で、金属板材の搬送及び配置を自動化できる積層造形方法及び積層造形装置を提供することを目的としたものである。
また、本開示は、積層造形による金属板材の高さの増大にも対応できる積層造形方法及び積層造形装置を提供することも他の目的としたものである。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide an additive manufacturing method and an additive manufacturing device that can automate the transportation and arrangement of metal plate materials with a relatively inexpensive and space-saving configuration.
Another object of the present disclosure is to provide an additive manufacturing method and an additive manufacturing device that can also accommodate an increase in the height of a metal plate material due to additive manufacturing.

上記目的を達成するために、第１の発明は、所定のストック位置にストックされる金属板材を、所定の加工位置に搬送し、被接合体上に積み重ねる第１工程と、
前記第１工程で搬送された前記金属板材を、前記被接合体に接合して積層接合体を形成する第２工程と、
前記積層接合体を加工する第３工程と、
の各工程を、同一の運動機構を用いて実行することで所望の積層構造物を形成する積層造形方法であって、
前記運動機構を、前記第１工程において前記金属板材を搬送するための搬送工具と、前記第２工程において前記金属板材を接合するための接合工具と、前記第３工程において前記積層接合体を加工するための加工工具とをそれぞれ着脱可能で且つ圧縮空気を供給可能な主軸を運動させる、工作機械の３軸送り機構として、
前記搬送工具と前記接合工具と前記加工工具との何れかを選択して前記主軸に装着することで前記第１工程乃至前記第３工程を実行する一方、
前記搬送工具を、内部にエアブロー流路を有して前記主軸に着脱可能なホルダと、前記ホルダの前記エアブロー流路に空気供給口がパイプを介して接続される真空エジェクタと、前記真空エジェクタの真空口に接続される真空パッドと、を含んでなるものとして、
前記主軸から供給される圧縮空気を前記ホルダの前記エアブロー流路から前記真空エジェクタに通過させることで、内部が負圧となる前記真空パッドを前記金属板材の表面に吸着させて搬送することを特徴とする。
上記目的を達成するために、第２の発明は、所定のストック位置にストックされる金属板材を、所定の加工位置に搬送し、被接合体上に積み重ねる搬送手段と、
前記加工位置に搬送された前記金属板材同士を接合して積層接合体を形成する接合手段と、
前記積層接合体を加工する加工手段とを含み、
前記搬送手段と前記接合手段と前記加工手段とを同一の運動機構で動作させて、
前記搬送手段による前記金属板材の搬送と、前記接合手段による前記金属板材の接合と、前記加工手段による前記積層接合体の加工とを実行することで所望の積層構造物を形成する積層造形装置であって、
前記運動機構は、前記搬送手段に用いられる搬送工具と、前記接合手段に用いられる接合工具と、前記加工手段に用いられる加工工具と、をそれぞれ着脱可能で且つ圧縮空気を供給可能な主軸を運動させる、工作機械の３軸送り機構であり、
前記搬送工具と前記接合工具と前記加工工具との何れかを選択して前記主軸に装着することで前記金属板材の搬送と前記金属板材の接合と前記積層接合体の加工とを実行する一方、
前記搬送工具は、内部にエアブロー流路を有して前記主軸に着脱可能なホルダと、前記ホルダの前記エアブロー流路に空気供給口がパイプを介して接続される真空エジェクタと、前記真空エジェクタの真空口に接続される真空パッドと、を含んでなり、
前記主軸から供給される圧縮空気を前記ホルダの前記エアブロー流路から前記真空エジェクタに通過させることで、内部が負圧となる前記真空パッドを前記金属板材の表面に吸着させて搬送可能となることを特徴とする。
第２の発明の別の態様は、上記構成において、前記搬送工具と前記接合工具と前記加工工具とをストックする工具ストッカーをさらに備え、
前記３軸送り機構は、前記工具ストッカーとの間で、前記搬送工具と、前記接合工具と、前記加工工具とを交換して各手段を実行することを特徴とする。
第２の発明の別の態様は、上記構成において、前記ストック位置と前記加工位置とは、同じテーブル上に設定されることを特徴とする。
第２の発明の別の態様は、上記構成において、前記加工位置には、上下方向に昇降動作して前記金属板材をクランプ／アンクランプ可能なクランプ装置が設けられ、
前記クランプ装置は、前記積層接合体の高さの情報に基づいて昇降動作することを特徴とする。
第２の発明の別の態様は、上記構成において、前記加工位置上には、前記被接合体を載置するベースが配置され、前記ベースは、その上面高さを調整可能に設けられていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention includes a first step of transporting a metal plate material stocked at a predetermined stock position to a predetermined processing position and stacking it on a workpiece;
a second step of joining the metal plate material transported in the first step to the workpiece to form a laminated joint body;
A third step of processing the laminated joint body;
A layered manufacturing method for forming a desired layered structure by performing each of the steps using the same motion mechanism,
the motion mechanism being a three-axis feed mechanism of a machine tool that moves a main shaft to which a conveying tool for conveying the metal plate material in the first step, a joining tool for joining the metal plate material in the second step, and a processing tool for processing the laminated joint in the third step can be attached and detached, and to which compressed air can be supplied,
The first step to the third step are performed by selecting any one of the conveying tool, the joining tool, and the processing tool and mounting it on the spindle,
The conveying tool includes a holder having an air blow passage therein and detachable from the spindle, a vacuum ejector having an air supply port connected to the air blow passage of the holder via a pipe , and a vacuum pad connected to a vacuum port of the vacuum ejector,
The vacuum pad, which has a negative pressure inside, is adsorbed to the surface of the metal plate material and transported by passing compressed air supplied from the spindle through the air blow passage of the holder to the vacuum ejector.
In order to achieve the above object, a second aspect of the present invention provides a method for manufacturing a welding machine, comprising: a conveying means for conveying metal plate materials stored in a predetermined stock position to a predetermined processing position and stacking the metal plate materials on workpieces;
a joining means for joining the metal plate materials transported to the processing position together to form a laminated joint;
a processing means for processing the laminated joint body,
The conveying means, the joining means, and the processing means are operated by the same motion mechanism,
A layered manufacturing apparatus that forms a desired layered structure by carrying out the conveyance of the metal plate material by the conveyance means, the joining of the metal plate material by the joining means, and the processing of the layered joint body by the processing means,
the motion mechanism is a three-axis feed mechanism of a machine tool that moves a main shaft to which a conveying tool used in the conveying means, a joining tool used in the joining means, and a processing tool used in the processing means are detachably attached and to which compressed air can be supplied,
By selecting one of the conveying tool, the joining tool, and the processing tool and mounting it on the spindle, conveying the metal plate material, joining the metal plate material, and processing the laminated joint body are performed, while
the conveying tool includes a holder having an air blow passage therein and detachable from the spindle, a vacuum ejector having an air supply port connected to the air blow passage of the holder via a pipe , and a vacuum pad connected to a vacuum port of the vacuum ejector,
The present invention is characterized in that by passing compressed air supplied from the spindle through the air blow passage of the holder to the vacuum ejector, the vacuum pad, the inside of which is at negative pressure, can be adsorbed to the surface of the metal plate material and transported.
According to another aspect of the present invention, in the above configuration, the conveying tool, the joining tool, and the processing tool are further stocked in a tool stocker,
The three-axis feed mechanism is characterized in that it executes each of the means by exchanging the conveying tool, the joining tool, and the processing tool between the tool stocker and the three-axis feed mechanism.
Another aspect of the second invention is characterized in that, in the above-mentioned configuration, the stock position and the processing position are set on the same table.
According to another aspect of the present invention, in the above-mentioned configuration, a clamping device capable of moving up and down in a vertical direction to clamp/unclamp the metal plate material is provided at the processing position,
The clamping device is characterized in that it moves up and down based on information about the height of the laminated joint body.
Another aspect of the second invention is characterized in that, in the above configuration, a base for placing the workpiece is disposed on the processing position, and the base is configured so that its upper surface height can be adjusted.

本開示によれば、金属板材の搬送装置を独立して設ける必要がなくなる。よって、比較的安価且つ省スペースとなる構成で、金属板材の搬送及び配置を自動化することができる。
また、クランプ装置に係る本開示によれば、金属板材を積み重ねて積層接合体の高さが変わっても確実にクランプ可能となり、積層造形によるワーク高さの増大にも対応できる。 According to the present disclosure, it is not necessary to provide a separate conveying device for the metal plate material, and therefore it is possible to automate the conveying and positioning of the metal plate material with a relatively inexpensive and space-saving configuration.
In addition, according to the clamping device disclosed herein, it is possible to reliably clamp even if the height of the laminated joint changes when metal plates are stacked, and it can also accommodate an increase in workpiece height due to additive manufacturing.

積層造形装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an additive manufacturing apparatus. 搬送工具の説明図である。FIG. テーブルの詳細を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing details of the table. 積層造形方法のフローチャートである。1 is a flowchart of an additive manufacturing method. （Ａ）はストックエリアからワークを取り出す状態、（Ｂ）は加工エリアへワークを搬送した状態をそれぞれ示す概略図である。1A is a schematic diagram showing a state in which a workpiece is removed from a stock area, and FIG. 1B is a schematic diagram showing a state in which the workpiece has been transported to a processing area. （Ａ）はＦＳＷを行う状態、（Ｂ）は切削加工を行う状態をそれぞれ示す概略図である。1A is a schematic diagram showing a state in which FSW is being performed, and FIG. 1B is a schematic diagram showing a state in which cutting is being performed. （Ａ）はベースブロックを代えた状態、（Ｂ）はクランプ装置をかさ上げした状態をそれぞれ示す概略図である。13A is a schematic diagram showing the state in which the base block has been replaced, and FIG. 13B is a schematic diagram showing the state in which the clamp device has been raised. 積層造形方法の変更例のフローチャートである。13 is a flowchart of a modified example of the additive manufacturing method.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、積層造形装置の一例を示す概略図である。積層造形装置１は、例えば立形マシニングセンタ等の工作機械を含んで構成される。積層造形装置１は、ベッド２上に立設したコラム３に、回転駆動する主軸５を下向きに備えた主軸頭４を有している。主軸頭４は、Ｚ軸によって上下方向の運動が可能である。ベッド２上には、テーブル６が備えられている。テーブル６は、Ｚ軸に直交するＸ・Ｙ軸により水平２軸方向の運動が可能である。各軸は、図示しない数値制御装置により制御されるサーボモータにより駆動されて３軸送り機構を形成している。この３軸送り機構により、テーブル６に対する主軸頭４の相対的な位置が制御される。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an additive manufacturing apparatus. The additive manufacturing apparatus 1 includes a machine tool such as a vertical machining center. The additive manufacturing apparatus 1 has a spindle head 4 provided with a rotating spindle 5 facing downward on a column 3 erected on a bed 2. The spindle head 4 can move in the vertical direction by the Z axis. A table 6 is provided on the bed 2. The table 6 can move in two horizontal directions by the X and Y axes perpendicular to the Z axis. Each axis is driven by a servo motor controlled by a numerical control device (not shown) to form a three-axis feed mechanism. The relative position of the spindle head 4 with respect to the table 6 is controlled by this three-axis feed mechanism.

また、積層造形装置１は、工具ストッカー７を備えている。工具ストッカー７には、ＦＳＷ工具８と、切削工具９と、金属板材であるワークＷの搬送工具１０とがストックされており、主軸５との間で自動交換可能となっている。
ＦＳＷ工具８は、下端中心にピン（プローブ）８ａを突設させた円柱形状を有している。切削工具９は、工作機械で使用されるエンドミル等が使用される。
搬送工具１０は、吸着式となっている。図２に一例を示す。搬送工具１０は、主軸５に着脱されて内部にエアブロー流路を有するホルダ１１と、ホルダ１１のエアブロー流路に接続されるパイプ１２と、パイプ１２に接続される真空エジェクタ１３と、真空エジェクタ１３に接続される真空パッド１４とを含んでなる。真空エジェクタ１３は、空気供給口１５がパイプ１２に接続され、真空口１６が真空パッド１４に接続される。よって、主軸頭４から供給される圧縮空気をホルダ１１からパイプ１２を介して真空エジェクタ１３に通過させて空気排出口１７から排気させることで、真空パッド１４内に負圧を生じさせてワークＷの表面に吸着可能となる。 The additive manufacturing device 1 also includes a tool stocker 7. The tool stocker 7 stores an FSW tool 8, a cutting tool 9, and a transport tool 10 for a workpiece W, which is a metal plate material, and these can be automatically exchanged between the tool stocker 7 and the spindle 5.
The FSW tool 8 has a cylindrical shape with a pin (probe) 8a protruding from the center of the lower end. The cutting tool 9 is an end mill or the like used in machine tools.
The conveying tool 10 is of a suction type. An example is shown in Fig. 2. The conveying tool 10 includes a holder 11 that is detachably attached to the spindle 5 and has an air blow passage therein, a pipe 12 that is connected to the air blow passage of the holder 11, a vacuum ejector 13 that is connected to the pipe 12, and a vacuum pad 14 that is connected to the vacuum ejector 13. The vacuum ejector 13 has an air supply port 15 connected to the pipe 12 and a vacuum port 16 connected to the vacuum pad 14. Thus, compressed air supplied from the spindle head 4 is passed from the holder 11 through the pipe 12 to the vacuum ejector 13 and exhausted from an air exhaust port 17, thereby generating negative pressure in the vacuum pad 14 and enabling the workpiece W to be adsorbed to the surface of the workpiece W.

テーブル６上には、図３に示すように、加工エリアＡ１と、ワークＷのストックエリアＡ２とが設けられている。加工エリアＡ１は、テーブル６上に固定されるベースブロック２０と、ベースブロック２０の周囲に配置される複数（ここでは４つ）のクランプ装置２１，２１・・とを備えている。各クランプ装置２１は、上向きに立設されるスリーブ２２内に、クランプ軸２４を上向きに設けたエアシリンダ２３を備えている。クランプ軸２４は、エアシリンダ２３へのエアの供給によって昇降動作する。エアシリンダ２３は、図示しないモータ及び減速機構によって回転動作する。クランプ軸２４の上端には、クランプアーム２５の一端が取り付けられている。クランプアーム２５の他端には、下向きにボルト２６が螺合されている。
ストックエリアＡ２では、上向きに立設された複数の支持ロッド２７，２７・・の内側に、ワークＷ，Ｗ・・を厚み方向に複数積み重ねてストック可能となっている。 As shown in Fig. 3, a processing area A1 and a stock area A2 for the workpiece W are provided on the table 6. The processing area A1 includes a base block 20 fixed on the table 6 and a plurality of (four in this example) clamp devices 21, 21, ... arranged around the base block 20. Each clamp device 21 includes an air cylinder 23 with a clamp shaft 24 facing upward in a sleeve 22 standing upright. The clamp shaft 24 moves up and down by supplying air to the air cylinder 23. The air cylinder 23 rotates by a motor and a reduction mechanism (not shown). One end of a clamp arm 25 is attached to the upper end of the clamp shaft 24. A bolt 26 is screwed downward into the other end of the clamp arm 25.
In the stock area A2, a plurality of workpieces W, W... can be stacked in the thickness direction and stored inside a plurality of support rods 27, 27... that are erected upward.

以上の如く構成された積層造形装置１における積層造形の具体的な動作を、図４のフローチャートに基づいて説明する。
加工プログラムを読み込み、加工を開始すると、Ｓ（ＳＴＥＰ）１で、主軸５に搬送工具１０を取り付ける。そして、Ｓ２で、図５（Ａ）に示すように、搬送工具１０をストックエリアＡ２に移動させ、真空パッド１４を最上段のワークＷ１（他のワークＷと区別するため「Ｗ１」と表記する）に吸着させる。このとき各クランプ装置２１は、クランプアーム２５のボルト２６がベースブロック２０の上方から外側へ退避するエアシリンダ２３の回転位置で待機している。
次に、Ｓ３で、吸着したワークＷ１を加工エリアＡ１に搬送し、図５（Ｂ）に示すように、ベースブロック２０に固定されているワークＷの上面に載せる（Ｓ２，Ｓ３：第１工程）。 A specific operation of the layered manufacturing process in the layered manufacturing device 1 configured as above will be described with reference to the flowchart of FIG.
When the machining program is loaded and machining is started, in S (STEP) 1, the transport tool 10 is attached to the spindle 5. Then, in S2, as shown in Fig. 5(A), the transport tool 10 is moved to the stock area A2, and the vacuum pad 14 is caused to adsorb the topmost workpiece W1 (written as "W1" to distinguish it from the other workpieces W). At this time, each clamp device 21 is waiting at the rotation position of the air cylinder 23 where the bolt 26 of the clamp arm 25 is retracted from above the base block 20 to the outside.
Next, in S3, the attracted workpiece W1 is transported to the processing area A1 and placed on the upper surface of the workpiece W fixed to the base block 20, as shown in FIG. 5(B) (S2, S3: first step).

次に、Ｓ４で、図５（Ｂ）に示すように、各クランプ装置２１によりワークＷ１をクランプする。このとき、各クランプ装置２１では、クランプ軸２４をストロークの上限まで上昇させた後、クランプアーム２５のボルト２６がワークＷ１の上方となる回転位置へエアシリンダ２３を回転させ、クランプ軸２４を下降させる。これにより、各ボルト２６がワークＷ１の外縁に上方から当接してワークＷ１をクランプする。なお、上昇させる量は、ワークＷ１の厚み分以上であればよく、必ずしもクランプ軸２４をストロークの上限まで上昇させなくてもよい。
クランプ後、搬送工具１０の吸着を解除して加工エリアＡ１から退避させる。 Next, in S4, as shown in Fig. 5(B), the workpiece W1 is clamped by each clamp device 21. At this time, in each clamp device 21, the clamp shaft 24 is raised to the upper limit of the stroke, and then the air cylinder 23 is rotated to a rotation position where the bolt 26 of the clamp arm 25 is above the workpiece W1, and the clamp shaft 24 is lowered. As a result, each bolt 26 abuts against the outer edge of the workpiece W1 from above, clamping the workpiece W1. Note that the amount of lifting needs to be equal to or greater than the thickness of the workpiece W1, and the clamp shaft 24 does not necessarily have to be raised to the upper limit of the stroke.
After clamping, the suction of the transport tool 10 is released and the transport tool 10 is withdrawn from the processing area A1.

次に、Ｓ５で、搬送工具１０をＦＳＷ工具８と交換し、Ｓ６で、図６（Ａ）に示すように、ＦＳＷ工具８を回転駆動させてＦＳＷを行い、最上段のワークＷ１をワークＷに接合する（第２工程）。これにより、複数のワークＷの積層による積層接合体３０が形成される。
接合が終了すると、Ｓ７で、図６（Ｂ）に示すように、各クランプ装置２１によるワークＷ１のクランプを解除する。すなわち、各クランプ装置２１は、クランプ軸２４を上昇させてクランプアーム２５のボルト２６をワークＷ１から離間させると共に、エアシリンダ２３を回転させてボルト２６をワークＷ１の上方から外側へ退避させる。その後、クランプ軸２４を下降させる。但し、切削加工の邪魔にならなければクランプ軸２４は下降させなくてもよい。
また、クランプの解除は接合の終了時に限らず、接合の途中に行ってもよい。このようにすれば、クランプ装置２１が干渉して接合できない箇所があってもクランプの解除により接合可能となる。
次に、Ｓ８で、ＦＳＷ工具８を切削工具９に交換し、Ｓ９で積層接合体３０の切削加工を行う（第３工程）。 Next, in S5, the transfer tool 10 is replaced with the FSW tool 8, and in S6, as shown in Fig. 6(A), the FSW tool 8 is rotationally driven to perform FSW and join the uppermost workpiece W1 to the workpiece W (second step). As a result, a laminated joint body 30 is formed by stacking a plurality of workpieces W.
When joining is completed, in S7, as shown in Fig. 6(B), the clamping of the workpiece W1 by each clamping device 21 is released. That is, each clamping device 21 raises the clamping shaft 24 to move the bolt 26 of the clamping arm 25 away from the workpiece W1, and rotates the air cylinder 23 to retract the bolt 26 from above the workpiece W1 to the outside. Thereafter, the clamping shaft 24 is lowered. However, the clamping shaft 24 does not need to be lowered if it does not interfere with the cutting process.
In addition, the clamping may be released not only at the end of joining, but also during joining. In this way, even if there is a portion where joining is impossible due to interference from the clamping device 21, joining is possible by releasing the clamping.
Next, in S8, the FSW tool 8 is replaced with a cutting tool 9, and in S9, cutting of the laminated joint body 30 is performed (third step).

切削加工後、Ｓ１０で読み込んだ内容がプログラムエンドであると積層構造物の完成となり、積層造形は終了する。積層構造物が完成していなければ、加工を継続する。具体的にはＳ１に戻り搬送工具への交換からＳ１２の切削加工までの動作を繰り返すことにより積層造形を完成させる。
このとき、読み込まれる指令には、加工の一時停止とオペレータへの報知とを含ませることができる。すなわち、加工の進行に伴いワークＷ１の上面高さが徐々に上昇し、クランプ装置２１の動作範囲を超えることが想定される場合には、加工の一時停止と共にオペレータへその対処作業を促す。具体的には、Ｓ１０で読み込んだ次の指令に対しＳ１１で加工停止指令および報知指令が含まれているか否かを確認し、含まれていなければ通常の次加工動作として上述のようにＳ１からの作業を繰り返す。Ｓ１１で加工停止指令および報知指令が含まれる場合には、Ｓ１２において加工を一旦停止させオペレータへの報知を行う。
なおＳ１０～Ｓ１２は、動作を説明する便宜上、判断の処理記号を用いて説明しているが、実際には、積層構造物の完成の可否や、ワーク上面高さがクランプ動作範囲を超えるタイミングは、ＣＡＭあるいはオペレータによる加工プログラム作成の段階で既知であるので、単に加工停止や報知の指令が加工プログラムに挿入されていれば良い。また、説明を単純化するためＳ１～Ｓ１０の動作を繰り返す説明としているが、実際の加工プログラムにおいては必要な回数の指令が書かれているものであって良い。 After the cutting process, if the contents read in S10 are the end of the program, the laminated structure is completed and the additive manufacturing ends. If the laminated structure is not completed, the processing continues. Specifically, the process returns to S1 and the operations from changing to the transport tool to the cutting process in S12 are repeated to complete the additive manufacturing.
At this time, the command read in can include a command to suspend processing and a command to notify the operator. That is, when it is expected that the upper surface height of the workpiece W1 will gradually rise as processing progresses and exceed the operating range of the clamp device 21, processing is suspended and the operator is prompted to take action to deal with the situation. Specifically, in S11, it is confirmed whether the next command read in S10 includes a processing stop command and a notification command, and if not, the work from S1 is repeated as the normal next processing operation as described above. If the processing stop command and the notification command are included in S11, processing is temporarily suspended in S12 and a notification is given to the operator.
For the sake of convenience, S10 to S12 are explained using process symbols for judgment, but in reality, whether the laminated structure is completed or not, and the timing when the workpiece upper surface height exceeds the clamp operation range are known at the stage of creating the machining program by CAM or an operator, so it is sufficient if a machining stop or notification command is simply inserted into the machining program. Also, for the sake of simplicity, the explanation is given as repeating the operations of S1 to S10, but in an actual machining program, the command may be written the required number of times.

報知への対処作業としては、図７（Ａ）に示すように、ベースブロック２０を厚みの小さいものに交換するか、図７（Ｂ）に示すように、各クランプ装置２１のスリーブ２２を予め用意したスペーサ２２ａ等を用いてかさ上げするかして対応する。上面高さと昇降ストローク範囲の上限との差が小さければ、ボルト２６の位置を調整することで対応してもよい。これらの何れが適切かを事前に決定しておき、報知時の表示に組み込んでおくことでオペレータは迷うことなく適切な作業を行うことができる。
オペレータによる作業が終了して所定のリセット操作がされれば（Ｓ１３でＹＥＳ）、Ｓ１に戻って切削工具９を搬送工具１０に交換し、Ｓ２以降の処理を繰り返す。これにより、クランプ装置２１の昇降装置のストロークに限定されることをなくし、制作する積層造形のサイズを大きくすることができる。
なお、ベースブロック２０を厚みの異なるものに交換する場合には、ワークＷ１の上面高さが変わるため、予め交換すべき厚みを報知すること及び交換後のワークＷ１の高さに合わせて加工することを考慮したプログラムを作成しておくか、あるいはオペレータがリセット操作をする前にベースブロック交換後のワークＷ１の高さに合わせ加工ができるように補正値を入力することは言うまでもない。 The countermeasure for the notification is to replace the base block 20 with one having a smaller thickness as shown in Fig. 7(A), or to raise the sleeve 22 of each clamp device 21 using a spacer 22a or the like prepared in advance as shown in Fig. 7(B). If the difference between the top surface height and the upper limit of the lifting stroke range is small, it may be possible to adjust the position of the bolt 26. By determining in advance which of these is appropriate and incorporating this into the display when the notification is issued, the operator can perform the appropriate work without hesitation.
When the operator finishes the work and performs a predetermined reset operation (YES in S13), the process returns to S1, the cutting tool 9 is replaced with the transport tool 10, and the process from S2 onwards is repeated. This eliminates the limitation of the stroke of the lifting device of the clamp device 21, and allows the size of the additive manufacturing to be increased.
In addition, when replacing the base block 20 with one of a different thickness, the height of the top surface of the workpiece W1 will change, so it goes without saying that a program should be created that notifies the operator of the thickness to be replaced in advance and that processes the workpiece W1 to match its height after replacement, or that a correction value should be input so that processing can be performed to match the height of the workpiece W1 after base block replacement before the operator performs the reset operation.

ところで、上述のクランプ装置の動作は、加工プログラムなどで事前に計画されるものに限定されるものではなく、リアルタイムで判定、動作が行われるようにさせることもできる。具体的な動作を図８のフローチャートに従って説明する。Ｓ１からＳ１０までは図４の動作と同一であるので説明を割愛する。
Ｓ１０でプログラムエンドであると積層構造物の完成となり、積層造形は終了する。積層構造物が完成していなければ、Ｓ２１で、次に搬送されるワークＷ１がクランプ装置２１でクランプ可能か否かを判別する。この判別は、上記のように積層造形装置１の制御装置に入力されるＮＣプログラム作成時に予め行えるが、直前の上面加工時の切削工具９の位置情報から算出することもできる。また、ワークＷ１の上面高さを検出し、当該上面高さがクランプ装置２１の昇降ストローク範囲内にあるか否かで判別してもよい。上面高さは、例えば反射型レーザセンサ等の非接触式センサを用いて検出したり、搬送したワークＷの枚数とワークＷの厚み、切削による厚みの減少量とから算出したりすることで得られる。Ｓ２１でＹＥＳ、すなわち次のワークＷ１のクランプが可能と判断されると、Ｓ１に戻って切削工具９を搬送工具１０に交換し、Ｓ２以降の処理を繰り返す。
Ｓ２１でワークＷ１のクランプが不可（Ｓ２１でＮＯ：上面高さが昇降ストローク範囲内にない）であれば、Ｓ１２で積層造形装置１による加工を一旦停止し、オペレータに対応を促す報知を行う。以降の処理は図４と同じである。 Incidentally, the operation of the clamping device described above is not limited to that planned in advance by a machining program or the like, but can be judged and operated in real time. A specific operation will be described with reference to the flow chart of Fig. 8. Since steps S1 to S10 are the same as those in Fig. 4, the description will be omitted.
If the program is ended in S10, the laminated structure is completed, and the laminated manufacturing ends. If the laminated structure is not completed, in S21, it is determined whether the workpiece W1 to be conveyed next can be clamped by the clamping device 21. This determination can be made in advance when the NC program input to the control device of the laminated manufacturing device 1 is created as described above, but it can also be calculated from the position information of the cutting tool 9 during the immediately preceding upper surface processing. In addition, the upper surface height of the workpiece W1 may be detected and determined whether the upper surface height is within the lifting stroke range of the clamping device 21. The upper surface height can be detected, for example, using a non-contact sensor such as a reflective laser sensor, or calculated from the number of conveyed workpieces W, the thickness of the workpieces W, and the amount of thickness reduction due to cutting. If the result of S21 is YES, that is, if it is determined that the next workpiece W1 can be clamped, the process returns to S1, the cutting tool 9 is replaced with the conveying tool 10, and the process from S2 onwards is repeated.
If it is not possible to clamp the workpiece W1 in S21 (NO in S21: the upper surface height is not within the lifting stroke range), the processing by the additive manufacturing device 1 is temporarily stopped in S12, and a notification is issued to prompt the operator to take action. The subsequent processing is the same as in FIG.

このように、上記形態の積層造形装置１では、所定のストック位置であるストックエリアＡ２にストックされるワークＷ１を、所定の加工位置である加工エリアＡ１に搬送し、先に搬送・接合・加工されているワークＷ（被接合体）上に積み重ねる第１工程（搬送手段）と、第１工程で搬送されたワークＷ１を、ワークＷに接合して積層接合体３０を形成する第２工程（接合手段）と、積層接合体３０を加工する第３工程（加工手段）と、を繰り返し実行することで所望の積層構造物を形成する積層造形方法を、同一の運動機構である３軸送り機構を用いて実行している。
この構成により、ワークＷの搬送装置を独立して設ける必要がなくなる。よって、比較的安価且つ省スペースとなる構成で、ワークＷの搬送及び配置を自動化することができる。 In this way, in the above-described form of additive manufacturing apparatus 1, the first step (transporting means) of transporting the workpiece W1 stored in the stock area A2, which is a designated stock position, to the processing area A1, which is a designated processing position, and stacking it on top of the workpiece W (joined body) that has previously been transported, joined and processed, the second step (joining means) of joining the workpiece W transported in the first step to the workpiece W to form a laminated joint 30, and the third step (processing means) of processing the laminated joint 30 are repeatedly performed to form a desired laminated structure, using the same motion mechanism, a three-axis feed mechanism.
This configuration eliminates the need to provide a separate transport device for the workpieces W. Therefore, the transport and placement of the workpieces W can be automated with a relatively inexpensive and space-saving configuration.

特に、３軸送り機構は、第１工程においてワークＷを搬送するための搬送工具１０と、第２工程においてワークＷを接合するための接合工具であるＦＳＷ工具８と、第３工程において積層接合体３０を加工するための加工工具である切削工具９とをそれぞれ着脱可能な主軸５を運動（ワークＷとの間の相対的な運動）させるものであり、搬送工具１０とＦＳＷ工具８と切削工具９との何れかを選択して主軸５に装着することで第１工程乃至第３工程（搬送手段、接合手段、加工手段）を実行可能となっている。
よって、主軸５に対する各工具の交換により、各工程（各手段）を効率よく実行することができる。 In particular, the three-axis feed mechanism moves (relative movement with the workpiece W) a spindle 5 to which a transport tool 10 for transporting the workpiece W in the first step, an FSW tool 8 which is a joining tool for joining the workpiece W in the second step, and a cutting tool 9 which is a processing tool for machining the laminated joint 30 in the third step can be detachably attached (relative movement with the workpiece W). By selecting and attaching one of the transport tool 10, the FSW tool 8, and the cutting tool 9 to the spindle 5, it is possible to perform the first to third steps (transport means, joining means, processing means).
Therefore, by replacing each tool with respect to the spindle 5, each process (each means) can be performed efficiently.

搬送工具１０とＦＳＷ工具８と切削工具９とをストックする工具ストッカー７をさらに備え、３軸送り機構は、工具ストッカー７との間で、搬送工具１０とＦＳＷ工具８と切削工具９とを交換して各工程（各手段）を実行するようにしている。
よって、各工程への移行がスムーズに行え、機械設置面積の増大も抑制可能となる。
加工エリアＡ１とストックエリアＡ２とは、同じテーブル６上に設定される。よって、加工エリアＡ１へのワークＷの搬送が短時間で行える。 The system further includes a tool stocker 7 for stocking a transport tool 10, an FSW tool 8, and a cutting tool 9, and the three-axis feed mechanism exchanges the transport tool 10, the FSW tool 8, and the cutting tool 9 between the tool stocker 7 and performs each process (each means).
Therefore, transition between each process can be carried out smoothly and an increase in the machine installation area can be suppressed.
The processing area A1 and the stock area A2 are set on the same table 6. Therefore, the workpiece W can be transported to the processing area A1 in a short time.

一方、加工エリアＡ１には、上下方向に昇降動作してワークＷをクランプ／アンクランプ可能なクランプ装置２１が設けられ、クランプ装置２１は、全ストローク或いは積層接合体３０の高さの情報に基づいて昇降動作する。
よって、ワークＷを積み重ねて積層接合体３０の高さが変わっても確実にクランプ可能となる。 On the other hand, a clamping device 21 capable of moving up and down to clamp/unclamp the workpiece W is provided in the processing area A1, and the clamping device 21 moves up and down based on information on the total stroke or the height of the laminated joint body 30.
Therefore, even if the workpieces W are stacked and the height of the laminated joint body 30 changes, the workpieces W can be securely clamped.

以下、変更例について説明する。
搬送工具は、上記形態に限らない。例えば真空パッドが複数あってもよいし、ワークに磁性があれば電磁石／永久磁石であってもよいし、ワークの形状によっては吸着以外の搬送工具（ロボットアーム等）を使用してもよい。
ワーク同士の接合方法は、ＦＳＷに限らない。プラズマ溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接等も採用できる。よって、接合工具も接合方法に合わせて変更できる。
加工工具は、複数種類を交換して第３工程で異なる加工を行ってもよい。
金属板材の積層及び加工は、一層（一枚）ごとでなく、複数層（複数枚）ごとに行ってもよい。 The following describes a modified example.
The conveying tool is not limited to the above-mentioned form. For example, there may be multiple vacuum pads, an electromagnet/permanent magnet may be used if the workpiece is magnetic, or a conveying tool other than suction (such as a robot arm) may be used depending on the shape of the workpiece.
The method of joining workpieces is not limited to FSW. Plasma welding, laser welding, electron beam welding, etc. can also be used. Therefore, the joining tool can be changed according to the joining method.
The machining tools may be replaced with a plurality of different types to perform different machining in the third step.
The metal plate materials may be laminated and processed not only one layer at a time, but also multiple layers at a time.

上記形態では、第１工程（搬送）、第２工程（接合）、第３工程（加工）をそれぞれ１回ずつ順番に実行しているが、これに限らず、各工程は複数回ずつ実行してもよい。例えば、第１工程（搬送）を複数回行ってから第２工程（接合）と第３工程（加工）とを１回ずつ実行したり、第１工程（搬送）と第２工程（接合）とのセットを複数繰り返してから第３工程（加工）を実行したりすることが考えられる。
クランプ装置は、数や配置を適宜変更できる。クランプ装置自体の構造も適宜変更可能で、エアシリンダでなく油圧シリンダやボールねじ等の他のアクチュエータも使用できる。ワークの上面高さに合わせてベースブロック又はテーブルが沈むことでクランプ可能とすることもできる。更にはベースブロックに代えて、内部にその上面高さを調整可能な機構を持たせたベースとし、ワークの上面高さに合わせてその上面高さを調整するようにすることもできる。調整機構は工作機械でも使用される送りねじやリンク機構など一般的な機構でよく、操作は手動であっても、数値制御装置による操作や加工プログラムによる制御であっても良い。 In the above embodiment, the first step (transport), the second step (joining), and the third step (processing) are each performed once in sequence, but this is not limiting, and each step may be performed multiple times. For example, it is possible to perform the first step (transport) multiple times and then perform the second step (joining) and the third step (processing) once each, or to repeat a set of the first step (transport) and the second step (joining) multiple times and then perform the third step (processing).
The number and arrangement of the clamping devices can be changed as appropriate. The structure of the clamping device itself can also be changed as appropriate, and other actuators such as hydraulic cylinders and ball screws can be used instead of air cylinders. Clamping can also be achieved by lowering the base block or table to match the top surface height of the workpiece. Furthermore, instead of the base block, a base having an internal mechanism for adjusting the top surface height can be used, and the top surface height can be adjusted to match the top surface height of the workpiece. The adjustment mechanism can be a general mechanism such as a feed screw or link mechanism also used in machine tools, and the operation can be manual or controlled by a numerical control device or a machining program.

１・・積層造形装置、２・・ベッド、３・・コラム、４・・主軸頭、５・・主軸、６・・テーブル、７・・工具ストッカー、８・・ＦＳＷ工具、９・・切削工具、１０・・搬送工具、１３・・真空エジェクタ、１４・・真空パッド、２０・・ベースブロック、２１・・クランプ装置、２２・・スリーブ、２３・・エアシリンダ、２４・・クランプ軸、２５・・クランプアーム、２６・・ボルト、３０・・積層接合体、Ａ１・・加工エリア、Ａ２・・ストックエリア、Ｗ（Ｗ１）・・ワーク。 1: Additive manufacturing device, 2: Bed, 3: Column, 4: Spindle head, 5: Spindle, 6: Table, 7: Tool stocker, 8: FSW tool, 9: Cutting tool, 10: Transport tool, 13: Vacuum ejector, 14: Vacuum pad, 20: Base block, 21: Clamping device, 22: Sleeve, 23: Air cylinder, 24: Clamping shaft, 25: Clamping arm, 26: Bolt, 30: Laminated joint, A1: Processing area, A2: Stock area, W (W1): Workpiece.

Claims (6)

所定のストック位置にストックされる金属板材を、所定の加工位置に搬送し、被接合体上に積み重ねる第１工程と、
前記第１工程で搬送された前記金属板材を、前記被接合体に接合して積層接合体を形成する第２工程と、
前記積層接合体を加工する第３工程と、
の各工程を、同一の運動機構を用いて実行することで所望の積層構造物を形成する積層造形方法であって、
前記運動機構を、前記第１工程において前記金属板材を搬送するための搬送工具と、前記第２工程において前記金属板材を接合するための接合工具と、前記第３工程において前記積層接合体を加工するための加工工具とをそれぞれ着脱可能で且つ圧縮空気を供給可能な主軸を運動させる、工作機械の３軸送り機構として、
前記搬送工具と前記接合工具と前記加工工具との何れかを選択して前記主軸に装着することで前記第１工程乃至前記第３工程を実行する一方、
前記搬送工具を、内部にエアブロー流路を有して前記主軸に着脱可能なホルダと、前記ホルダの前記エアブロー流路に空気供給口がパイプを介して接続される真空エジェクタと、前記真空エジェクタの真空口に接続される真空パッドと、を含んでなるものとして、
前記主軸から供給される圧縮空気を前記ホルダの前記エアブロー流路から前記真空エジェクタに通過させることで、内部が負圧となる前記真空パッドを前記金属板材の表面に吸着させて搬送することを特徴とする積層造形方法。 A first step of transporting metal plate materials stored at a predetermined stock position to a predetermined processing position and stacking them on workpieces;
a second step of joining the metal plate material transported in the first step to the workpiece to form a laminated joint body;
A third step of processing the laminated joint body;
A layered manufacturing method for forming a desired layered structure by performing each of the steps using the same motion mechanism,
the motion mechanism being a three-axis feed mechanism of a machine tool that moves a main shaft to which a conveying tool for conveying the metal plate material in the first step, a joining tool for joining the metal plate material in the second step, and a processing tool for processing the laminated joint in the third step can be attached and detached, and to which compressed air can be supplied,
The first step to the third step are performed by selecting any one of the conveying tool, the joining tool, and the processing tool and mounting it on the spindle,
The conveying tool includes a holder having an air blow passage therein and detachable from the spindle, a vacuum ejector having an air supply port connected to the air blow passage of the holder via a pipe , and a vacuum pad connected to a vacuum port of the vacuum ejector,
An additive manufacturing method, characterized in that compressed air supplied from the spindle is passed from the air blow passage of the holder to the vacuum ejector, thereby adsorbing the vacuum pad, which has a negative pressure inside, to the surface of the metal plate material and transporting it. 所定のストック位置にストックされる金属板材を、所定の加工位置に搬送し、被接合体上に積み重ねる搬送手段と、
前記加工位置に搬送された前記金属板材を前記被接合体に接合して積層接合体を形成する接合手段と、
前記積層接合体を加工する加工手段とを含み、
前記搬送手段と前記接合手段と前記加工手段とを同一の運動機構で動作させて、
前記搬送手段による前記金属板材の搬送と、前記接合手段による前記金属板材の接合と、前記加工手段による前記積層接合体の加工とを実行することで所望の積層構造物を形成する積層造形装置であって、
前記運動機構は、前記搬送手段に用いられる搬送工具と、前記接合手段に用いられる接合工具と、前記加工手段に用いられる加工工具と、をそれぞれ着脱可能で且つ圧縮空気を供給可能な主軸を運動させる、工作機械の３軸送り機構であり、
前記搬送工具と前記接合工具と前記加工工具との何れかを選択して前記主軸に装着することで前記金属板材の搬送と前記金属板材の接合と前記積層接合体の加工とを実行する一方、
前記搬送工具は、内部にエアブロー流路を有して前記主軸に着脱可能なホルダと、前記ホルダの前記エアブロー流路に空気供給口がパイプを介して接続される真空エジェクタと、前記真空エジェクタの真空口に接続される真空パッドと、を含んでなり、
前記主軸から供給される圧縮空気を前記ホルダの前記エアブロー流路から前記真空エジェクタに通過させることで、内部が負圧となる前記真空パッドを前記金属板材の表面に吸着させて搬送可能となることを特徴とする積層造形装置。 A conveying means for conveying the metal plate material stored at a predetermined stock position to a predetermined processing position and stacking it on the workpiece;
a joining means for joining the metal plate material transported to the processing position to the workpiece to form a laminated joint;
a processing means for processing the laminated joint body,
The conveying means, the joining means, and the processing means are operated by the same motion mechanism,
A layered manufacturing apparatus that forms a desired layered structure by carrying out the conveyance of the metal plate material by the conveyance means, the joining of the metal plate material by the joining means, and the processing of the layered joint body by the processing means,
the motion mechanism is a three-axis feed mechanism of a machine tool that moves a main shaft to which a conveying tool used in the conveying means, a joining tool used in the joining means, and a processing tool used in the processing means are detachably attached and to which compressed air can be supplied,
By selecting one of the conveying tool, the joining tool, and the processing tool and mounting it on the spindle, conveying the metal plate material, joining the metal plate material, and processing the laminated joint body are performed, while
the conveying tool includes a holder having an air blow passage therein and detachable from the spindle, a vacuum ejector having an air supply port connected to the air blow passage of the holder via a pipe , and a vacuum pad connected to a vacuum port of the vacuum ejector,
An additive manufacturing device characterized in that compressed air supplied from the spindle is passed from the air blow flow path of the holder to the vacuum ejector, thereby allowing the vacuum pad, which has a negative pressure inside, to be adsorbed to the surface of the metal plate material and transported. 前記搬送工具と前記接合工具と前記加工工具とをストックする工具ストッカーをさらに備え、
前記３軸送り機構は、前記工具ストッカーとの間で、前記搬送工具と、前記接合工具と、前記加工工具とを交換して各手段を実行することを特徴とする請求項２に記載の積層造形装置。 The machine further includes a tool stocker for stocking the conveying tool, the joining tool, and the processing tool ,
The additive manufacturing device according to claim 2 , wherein the three-axis feed mechanism executes each of the steps by exchanging the conveying tool, the joining tool, and the processing tool between the tool stocker and the three-axis feed mechanism. 前記ストック位置と前記加工位置とは、同じテーブル上に設定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の積層造形装置。 4. The layered manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the stock position and the processing position are set on the same table. 前記加工位置には、上下方向に昇降動作して前記金属板材をクランプ／アンクランプ可能なクランプ装置が設けられ、
前記クランプ装置は、前記積層接合体の高さの情報に基づいて昇降動作することを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の積層造形装置。 A clamping device capable of moving up and down in a vertical direction to clamp/unclamp the metal plate material is provided at the processing position,
5. The layered manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the clamping device moves up and down based on information on the height of the layered joint body. 前記加工位置上には、前記被接合体を載置するベースが配置され、前記ベースは、その上面高さを調整可能に設けられていることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の積層造形装置。 5. The additive manufacturing apparatus according to claim 2, wherein a base for placing the workpieces is disposed above the processing position, and the height of an upper surface of the base is adjustable.

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