JP7800928B2 - machine tool equipment - Google Patents
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Description
本発明は、工作機械装置に関する。 The present invention relates to a machine tool device.
従来、3D(Three-Dimensional)-CAD(Computer-Aided Design)、または3DCG(computer graphics)等において作成された3Dデータに基づき、材料を一層一層積層していき造形物(ワーク)を造形する3Dプリンタが知られている。3Dプリンタには様々な造形方式が用いられる。例えば、熱で融解した材料を積層していきワークを造形するFDM(Fused Deposition Modeling)方式の3Dプリンタがある。FDM方式の3Dプリンタは、溶融した樹脂等の材料を吐出する吐出部を三次元(または二次元)で移動させる主軸を有し、主軸を制御する制御部が主軸を三次元に移動させることによりワークを造形する。 Conventionally, 3D printers are known that build up layers of material to create a workpiece based on 3D data created using 3D (Three-Dimensional)-CAD (Computer-Aided Design) or 3DCG (Computer Graphics). 3D printers use a variety of modeling methods. For example, there are fused deposition modeling (FDM) 3D printers that build up workpieces by layering thermally fused material. FDM 3D printers have a spindle that moves a discharge part that discharges molten resin or other material in three dimensions (or two dimensions), and a control unit that controls the spindle moves the spindle in three dimensions to create the workpiece.
また、材料を吐出する造形装置をロボットアームにより3次元で移動させる3Dプリンタが知られている。特許文献1には、造形装置の位置、姿勢、向きのうちの少なくとも一つを変更するロボットアームと、ワーク保持台の位置、姿勢、向きのうちの少なくとも一つを変更するロボットアームが開示されている。 There is also known a 3D printer in which a modeling device that dispenses material is moved in three dimensions by a robot arm. Patent Document 1 discloses a robot arm that changes at least one of the position, posture, and orientation of the modeling device, and a robot arm that changes at least one of the position, posture, and orientation of the workpiece holder.
しかし、造形装置を3次元で移動させて造形物を造形する3Dプリンタにおいては、造形装置の重量により慣性が増加すると、造形装置の移動により造形装置が振動等するため、造形装置の位置決め精度が低下して、造形物の造形精度が低下する場合があった。 However, in 3D printers that move a modeling device in three dimensions to create a model, if the weight of the modeling device increases in inertia, the modeling device may vibrate as it moves, reducing the positioning accuracy of the modeling device and potentially reducing the modeling accuracy of the created object.
また、造形装置を移動させるロボットアームの剛性を上げるためには、ロボットアームを構成する部品の剛性を上げる必要があるため、ロボットアームの大型化または重量化が必要となるため、3Dプリンタが大型化して装置コストが上昇してしまう場合があった。 Furthermore, in order to increase the rigidity of the robot arm that moves the modeling device, it is necessary to increase the rigidity of the parts that make up the robot arm, which requires the robot arm to be made larger or heavier, which can result in an increase in the size of the 3D printer and an increase in device costs.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、造形物の造形精度を向上させるとともに、装置コストの低減を図ることができる、工作機械装置を提供することを一つの目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and one of its objectives is to provide a machine tool device that can improve the molding accuracy of objects while reducing equipment costs.
上記の課題を解決するため、実施形態の工作機械装置は、吐出ノズルから材料を吐出して造形する造形装置と、造形装置を取り付ける、3次元の空間において位置が固定される取付部と、造形装置から吐出された材料を受けて造形される造形物を載置する載置台と、造形物を造形するための造形プログラムに応じて、載置台を前記空間において移動させる移動装置と、造形プログラムを実行する制御部と、を備える。 To solve the above problems, the machine tool device of the embodiment includes a modeling device that discharges material from a discharge nozzle to form a model, a mounting unit that mounts the modeling device and whose position is fixed in three-dimensional space, a mounting table that places an object to be formed by receiving the material discharged from the modeling device, a moving device that moves the mounting table in the space in accordance with a modeling program for forming the object, and a control unit that executes the modeling program.
本発明の一つの実施形態によれば、工作機械装置は、吐出ノズルから材料を吐出して造形する造形装置と、造形装置を取り付ける、3次元の空間において位置が固定される取付部と、造形装置から吐出された材料を受けて造形される造形物を載置する載置台と、造形物を造形するための造形プログラムに応じて、載置台を空間において移動させる移動装置と、造形プログラムを実行する制御部と、を備えることにより、造形物の造形精度を向上させるとともに、装置コストの低減を図ることができる。 According to one embodiment of the present invention, a machine tool device includes a modeling device that discharges material from a discharge nozzle to form a shape; a mounting unit that mounts the modeling device and whose position is fixed in three-dimensional space; a mounting table that places an object to be formed by receiving the material discharged from the modeling device; a moving device that moves the mounting table in space in accordance with a modeling program for forming the object; and a control unit that executes the modeling program. By doing so, it is possible to improve the modeling accuracy of the object and reduce the cost of the device.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態における工作機械装置について詳細に説明する。なお、各図において同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する場合がある。 The machine tool device according to one embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Note that identical components in each drawing will be assigned the same reference numerals, and their description may be omitted.
図1は、実施形態における工作機械装置の外観の一例を示す図である。図1において、工作機械装置1は、主軸11、クランプ機構111、材料供給部112、工具格納エリア12、造形装置格納エリア13、製作エリア14、工具シャッタ15、造形装置シャッタ16、バトラー装置7を有している。 Figure 1 is a diagram showing an example of the external appearance of a machine tool device in an embodiment. In Figure 1, the machine tool device 1 has a spindle 11, a clamping mechanism 111, a material supply unit 112, a tool storage area 12, a modeling device storage area 13, a production area 14, a tool shutter 15, a modeling device shutter 16, and a butler device 7.
本実施例において工作機械装置1は、互いに直交するx軸y軸およびz軸で構成される3次元の空間に材料を吐出して造形する装置であって、例えば、3Dプリンタである。図1において、x軸は図面上の左右方向、y軸は図面の平面と直交する方向(不図示)、およびz軸は図面上の上下方向である。すなわち、図1は、x-z平面における平面図である。バトラー装置7を用いた造形方法の詳細は後述する。 In this embodiment, the machine tool device 1 is a device that ejects material into a three-dimensional space defined by mutually perpendicular x-, y-, and z-axes to form a shape, such as a 3D printer. In Figure 1, the x-axis is the left-right direction on the drawing, the y-axis is a direction perpendicular to the plane of the drawing (not shown), and the z-axis is the up-down direction on the drawing. In other words, Figure 1 is a plan view on the x-z plane. Details of the forming method using the Butler device 7 will be described later.
工作機械装置1は、主軸11を有している。主軸11は、クランプ機構111および材料供給部112を有している。 The machine tool device 1 has a spindle 11. The spindle 11 has a clamping mechanism 111 and a material supply unit 112.
クランプ機構111は、工具を自動的に交換するためのクランプ機能を有している。クランプとは、掴むまたは挟み込むことをいう。クランプ機能は、例えば、マシニングセンタ等の工作機械において用いられる自動工具交換(Auto Tool Changer:ATC)に用いられる機能(装置の構造)である。クランプ機構111は、複数の工具の中から加工に用いる工具をクランプし、またはアンクランプすることにより、主軸11への工具の交換(着脱)を自動的に行う。クランプ機構111の形状は、例えば、ATC用テーパシャンクの工業規格として、MAS規格(日本工作機械工業会規格)、DIN規格(ドイツ工業規格)、またはANS規格(米国国家規格協会規格)等によって定められている。クランプ機構111は、例えば工具2の2面を拘束するHSKタイプ(ISO12164-1:2001またはISO12164-3:2008、ISO:国際標準化機構)を用いてクランプを行うことができる。 The clamping mechanism 111 has a clamping function for automatically changing tools. "Clamping" refers to grasping or clamping. The clamping function is a function (device structure) used, for example, in automatic tool changers (ATCs) used in machine tools such as machining centers. The clamping mechanism 111 automatically changes (attaches) (detaches) tools from the spindle 11 by clamping or unclamping a tool to be used for machining from among multiple tools. The shape of the clamping mechanism 111 is determined, for example, by industrial standards for ATC tapered shanks, such as the MAS standard (Japan Machine Tool Builders' Association standard), the DIN standard (Deutsche Industrie Norm), or the ANS standard (American National Standards Institute standard). The clamping mechanism 111 can clamp, for example, using an HSK type (ISO 12164-1:2001 or ISO 12164-3:2008, ISO: International Organization for Standardization) that restrains two surfaces of the tool 2.
なお、図1においては、クランプ機構111に工具2がクランプされている様子を示しているが、クランプ機構111には、工具2の換わりに造形装置をクランプすることができる。クランプ機構111は、互いに直交するx軸、y軸およびz軸(以下、x軸等という場合がある。)で構成される3次元空間において造形装置の位置を固定することができる。すなわち、造形装置による造形中において、造形装置は3D空間に固定される。 Note that while Figure 1 shows tool 2 clamped to clamping mechanism 111, it is possible to clamp a modeling device instead of tool 2 to clamp mechanism 111. Clamping mechanism 111 can fix the position of the modeling device in a three-dimensional space made up of mutually orthogonal x-, y-, and z-axes (hereinafter sometimes referred to as the x-axis, etc.). In other words, while the modeling device is modeling, the modeling device is fixed in 3D space.
材料供給部112は、クランプ機構111に造形装置がクランプされたときに造形装置で使用される造形材料を供給する。造形装置および材料供給部112の詳細は後述する。 The material supply unit 112 supplies the modeling material used by the modeling device when the modeling device is clamped by the clamping mechanism 111. Details of the modeling device and the material supply unit 112 will be described later.
工具格納エリア12は、クランプ機構111によりクランプされる工具2を格納するためのエリアである。工具格納エリア12には、工具を自動交換(ATC)するためのATC機構(不図示)が含まれている。工具格納エリア12に格納されている工具2は、例えば、ATC機構によって主軸11に装着される。 The tool storage area 12 is an area for storing tools 2 clamped by the clamping mechanism 111. The tool storage area 12 includes an automatic tool change (ATC) mechanism (not shown) for tool automatic change. The tools 2 stored in the tool storage area 12 are attached to the spindle 11 by, for example, the ATC mechanism.
造形装置格納エリア13は、クランプ機構111によりクランプされる造形装置(後述)を格納するためのエリアである。造形装置は造形装置格納エリア13の所定の位置に載置される。クランプ機構111は、工作機械装置1の主軸11を介して取り付けられている。造形装置格納エリア13には、造形装置を保持するための保持機構(不図示)が含まれている。造形装置格納エリア13に格納されている造形装置は、後述するバトラー装置7によって移動されて主軸11に装着される。 The modeling device storage area 13 is an area for storing modeling devices (described below) that are clamped by the clamping mechanism 111. The modeling devices are placed at predetermined positions in the modeling device storage area 13. The clamping mechanism 111 is attached via the spindle 11 of the machine tool device 1. The modeling device storage area 13 includes a holding mechanism (not shown) for holding the modeling devices. The modeling devices stored in the modeling device storage area 13 are moved and attached to the spindle 11 by the butler device 7 (described below).
製作エリア14は、工具を用いた加工によるワークの製作または造形装置を用いた造形によるワークの製作をするための空間である。主軸11は製作エリア14において工具を回転させて、あるいは造形装置から材料を吐出させるための回転機構(不図示)を内部に有している。回転機構の回転の開始および停止、あるいは回転機構の回転数は、後述する制御部によって制御される。本実施例における主軸11は、内部に回転機構を有するケーシングを含むものである。なお、主軸11内部の回転機構の回転を主軸11の回転と略して説明する場合がある。 The production area 14 is a space for producing workpieces by machining using tools or by molding using a molding device. The spindle 11 has an internal rotation mechanism (not shown) for rotating tools in the production area 14 or for discharging material from the molding device. The start and stop of the rotation mechanism, as well as the rotation speed of the rotation mechanism, are controlled by a control unit described below. In this embodiment, the spindle 11 includes a casing with an internal rotation mechanism. Note that the rotation of the rotation mechanism inside the spindle 11 may sometimes be referred to simply as the rotation of the spindle 11.
工具シャッタ15は、工具格納エリア12と製作エリア14とを遮断するシャッタである。また、造形装置シャッタ16は、造形装置格納エリア13と製作エリア14とを遮断するシャッタである。工具シャッタ15および造形装置シャッタ16は開閉機構を有し、開閉機構は工具2の着脱および造形装置の着脱に応じて開閉制御される。 The tool shutter 15 is a shutter that separates the tool storage area 12 from the production area 14. The modeling device shutter 16 is a shutter that separates the modeling device storage area 13 from the production area 14. The tool shutter 15 and modeling device shutter 16 have opening and closing mechanisms that are controlled to open and close in response to the attachment and detachment of the tool 2 and the attachment and detachment of the modeling device.
なお、後述する造形装置がFDM方式の造形を行うプリンタヘッドである場合、材料を溶融するためには、固形の材料に温度または圧力を加えて材料を溶融するため、造形装置は発熱源となり得る。一方、工作機械装置1の主軸11等の機械部分、またはワークは温度変化による熱膨張により加工精度が低下する可能性がある。造形装置シャッタ16は、熱源となる造形装置と製作エリア14を熱的に遮断することにより、製作エリア14に対する熱の伝達を防止することを可能にする。また、工具シャッタ15および造形装置シャッタ16は、製作エリア14で発生する切削粉などによる工具格納エリア12および造形装置格納エリア13のそれぞれのエリア内の汚染を防止することを可能にする。 Note that if the modeling device described below is a printer head that performs FDM modeling, the modeling device can become a heat source because the material is melted by applying heat or pressure to the solid material. Meanwhile, the machining accuracy of mechanical parts such as the spindle 11 of the machine tool device 1, or the workpiece, may decrease due to thermal expansion caused by temperature changes. The modeling device shutter 16 thermally isolates the modeling device, which is a heat source, from the production area 14, thereby preventing heat transfer to the production area 14. Furthermore, the tool shutter 15 and modeling device shutter 16 prevent contamination of the tool storage area 12 and modeling device storage area 13, respectively, due to cutting dust and other particles generated in the production area 14.
次に、図2を用いて、主軸に対する工具または造形装置の装着について説明する。図2は、実施形態における、(A)主軸11に対する工具装着時の一例、(B)主軸11に対する造形装置装着時の一例を示す図である。図2(A)および図2(B)は、図1における工作機械装置1の、主に主軸11の部分の詳細を示している。ここで、図2(A)は、クランプ機構111に工具2がクランプされている様子を示している。また、図2(B)は、クランプ機構111に造形装置3がクランプされている様子を示している。 Next, the attachment of a tool or a modeling device to the spindle will be described using Figure 2. Figure 2 shows an example of (A) attaching a tool to the spindle 11, and (B) attaching a modeling device to the spindle 11 in an embodiment. Figures 2(A) and 2(B) show details of the machine tool 1 in Figure 1, mainly the spindle 11. Here, Figure 2(A) shows the tool 2 clamped to the clamping mechanism 111. Also, Figure 2(B) shows the modeling device 3 clamped to the clamping mechanism 111.
図2(A)において、主軸11は、クランプ機構111、材料供給部112および給電部113Aを有している。 In Figure 2(A), the spindle 11 has a clamping mechanism 111, a material supply unit 112, and a power supply unit 113A.
クランプ機構111は、主軸11の下端に取り付けられている。したがって、主軸11の位置を3次元の空間に固定させることにより、クランプ機構111の位置も固定される。また、主軸11は、クランプ機構111でクランプされた工具2を主軸11に設けられた回転機構(不図示)によって回転させる。主軸11の回転(クランプされた工具2の回転)は、後述する制御部で実行される制御プログラムによって制御される。制御プログラムには、例えば、主軸11の回転の開始または停止を指示するための制御コマンド、または主軸11の回転速度を指定するための制御コマンド等が含まれる。なお、制御プログラムは、例えば、NC(numerical control)プログラム等を用いることができる。 The clamping mechanism 111 is attached to the lower end of the spindle 11. Therefore, by fixing the position of the spindle 11 in three-dimensional space, the position of the clamping mechanism 111 is also fixed. The spindle 11 rotates the tool 2 clamped by the clamping mechanism 111 using a rotation mechanism (not shown) provided on the spindle 11. The rotation of the spindle 11 (the rotation of the clamped tool 2) is controlled by a control program executed by the control unit, which will be described later. The control program includes, for example, control commands for instructing the start or stop of rotation of the spindle 11, or control commands for specifying the rotation speed of the spindle 11. The control program can be, for example, an NC (numerical control) program.
材料供給部112および給電部113Aは、主軸11に取り付けられている。材料供給部112は、造形装置3がクランプ機構111にクランプされたときに造形用の材料を供給するための供給機構である。したがって、造形装置3がクランプされていない場合、材料供給部112から材料の供給はされない。給電部113Aは、造形装置3がクランプ機構111にクランプされたときに造形装置3に電力を供給する。なお、材料供給部112および給電部113Aの詳細は図2(B)において説明する。 The material supply unit 112 and the power supply unit 113A are attached to the spindle 11. The material supply unit 112 is a supply mechanism for supplying material for modeling when the modeling device 3 is clamped by the clamping mechanism 111. Therefore, when the modeling device 3 is not clamped, no material is supplied from the material supply unit 112. The power supply unit 113A supplies power to the modeling device 3 when the modeling device 3 is clamped by the clamping mechanism 111. Details of the material supply unit 112 and the power supply unit 113A will be explained in Figure 2 (B).
バトラー装置7は、XY移動装置71、ロボットアーム72および載置台73を有する。バトラー装置7は、工具2により加工されるワーク、または造形装置3により造形される造形物を載置して3次元において移動させる。 The butler device 7 has an XY movement device 71, a robot arm 72, and a mounting table 73. The butler device 7 mounts and moves in three dimensions the workpiece to be machined by the tool 2 or the object to be molded by the molding device 3.
図2(B)において、主軸11の下端に取り付けられたクランプ機構111は、造形装置3をクランプしている。工具2と造形装置3はクランプ機構111によって自動的に交換することができる。工具2と造形装置3を自動的に交換することにより、材料の加工と造形を同じ製作エリア14において連続して行うことが可能となる。このため、加工と造形をそれぞれ別の装置で行う場合に比べて、装置コストの低減、ワークのセッティングに伴う工数の低減、装置稼働率の向上、または工作に用いられるプログラムの共有化によるコストの低減等を図ることが可能となる。 In Figure 2 (B), a clamping mechanism 111 attached to the lower end of the spindle 11 clamps the molding device 3. The tool 2 and molding device 3 can be automatically exchanged by the clamping mechanism 111. By automatically exchanging the tool 2 and molding device 3, it becomes possible to continuously process materials and mold them in the same production area 14. Therefore, compared to performing processing and molding using separate devices, it is possible to reduce equipment costs, reduce the number of steps required for setting up the workpiece, improve equipment availability, and reduce costs by sharing the programs used for machining.
造形装置3は、受電部113B、吐出ノズル31、貯蔵部32、傾斜部321、加熱部322、保温部33、溶融部34および移送部35を有する。 The molding device 3 has a power receiving unit 113B, a discharge nozzle 31, a storage unit 32, a tilting unit 321, a heating unit 322, a heat retention unit 33, a melting unit 34, and a transfer unit 35.
造形装置3は、供給された材料を溶融して、溶融した材料を吐出ノズル31から吐出する、例えば、FDM方式のプリンタのヘッド部分である。以下、本実施例では、材料造形方式はFDM方式の造形を行う場合を説明するが、造形装置3は、吐出した液体材料を紫外線等で硬化させる光造形方式、粉体とバインダを吐出して固化させる粉末固着方式等、3Dプリンタに用いられる他の方式を用いるものであってもよい。 The modeling device 3 is, for example, the head portion of an FDM printer, which melts the supplied material and ejects the molten material from the ejection nozzle 31. In the following example, the material modeling method will be described as an FDM modeling method, but the modeling device 3 may also use other methods used in 3D printers, such as a photolithography method in which ejected liquid material is hardened with ultraviolet light or the like, or a powder fixing method in which powder and binder are ejected and solidified.
吐出ノズル31は、ワークを造形するための溶融した材料を吐出する。貯蔵部32は、材料供給部112から供給された材料を貯蔵する。加熱部322は、貯蔵部32に貯蔵された材料を加熱して溶融させる。傾斜部321は、加熱部322によって溶融された材料を重力により集めて保温部33の内部に供給する。保温部33は溶融された材料の保温を行う。溶融部34は溶融された材料の再加熱または温度調整を行う。移送部35は、保温部33に貯蔵された溶融された材料を移送して、吐出ノズル31から吐出させる。 The discharge nozzle 31 discharges molten material for forming the workpiece. The storage unit 32 stores the material supplied from the material supply unit 112. The heating unit 322 heats and melts the material stored in the storage unit 32. The inclined unit 321 collects the material melted by the heating unit 322 by gravity and supplies it inside the heat retention unit 33. The heat retention unit 33 keeps the molten material warm. The melting unit 34 reheats or adjusts the temperature of the molten material. The transfer unit 35 transfers the molten material stored in the heat retention unit 33 and discharges it from the discharge nozzle 31.
材料供給部112は、造形装置3がクランプ機構111によってクランプされたときに貯蔵部32と対向して、貯蔵部32に対して材料を供給する。造形装置3がクランプされたときに材料供給部112と貯蔵部32とを対向させることにより、造形装置3に対して連続して材料を自動的に供給することが可能となる。これにより、例えば、材料が無くなった場合にその都度手動で材料を供給する場合に比べて、工作機械装置1の稼働率を向上させることが可能となる。 When the modeling device 3 is clamped by the clamping mechanism 111, the material supply unit 112 faces the storage unit 32 and supplies material to the storage unit 32. By facing the material supply unit 112 and the storage unit 32 when the modeling device 3 is clamped, it becomes possible to automatically supply material continuously to the modeling device 3. This makes it possible to improve the operating rate of the machine tool 1 compared to, for example, manually supplying material each time material runs out.
材料供給部112は、中空構造を有し、中空構造(例えば、フレキシブルホース等)の中を、材料を移動させることにより貯蔵部32に対して材料を供給する。材料供給部112は、貯蔵部32に対して材料を供給する際に、例えば圧搾空気または移送ポンプを利用してもよい。圧搾空気により材料を供給するには、例えば、材料を圧搾空気の圧力によって材料供給部112の内部を移動させることにより行うことができる。また、移送ポンプにより材料を供給するには、例えば、回転容積式一軸偏心ネジポンプによって材料を材料供給部112の内部を移動させることにより行うことができる。 The material supply unit 112 has a hollow structure and supplies material to the storage unit 32 by moving the material through the hollow structure (e.g., a flexible hose, etc.). When supplying material to the storage unit 32, the material supply unit 112 may use, for example, compressed air or a transfer pump. To supply material using compressed air, for example, the material can be moved inside the material supply unit 112 using the pressure of the compressed air. To supply material using a transfer pump, for example, the material can be moved inside the material supply unit 112 using a rotary positive displacement uniaxial eccentric screw pump.
材料の供給は、例えば貯蔵部32に貯蔵される材料を一定の量に保つように制御するようにしてもよい。例えば、貯蔵部32に取り付けられた図示しないセンサによって材料の貯蔵量が少なくなったことを検知して、材料を自動的に供給してもよい。貯蔵される材料を自動的に一定の量に保つことにより、材料の供給を自動化することができる。 The supply of material may be controlled, for example, to maintain a constant amount of material stored in the storage unit 32. For example, a sensor (not shown) attached to the storage unit 32 may detect when the amount of material stored is low, and the material may be automatically supplied. By automatically maintaining a constant amount of stored material, the supply of material can be automated.
傾斜部321には、加熱部322が取り付けられており、貯蔵部32に貯蔵された材料を加熱する。加熱部322は、貯蔵部32の内部において斜め上方向のヒータ(図示破線部)を有している。これにより、ヒータが材料と接触する面積が増大して、材料の溶融が容易になる。加熱部322は、材料が溶融する溶融温度前後まで加熱(プレ加熱)するようにしてもよい。熱容量の大きい材料は、一度温度が上がると温度が下がりにくくなるため、降温による温度制御が困難となる。加熱部322において材料をプレ加熱することにより、溶融部34における温度制御を容易にするとともに溶融部34における加熱負荷を小さくすることができ、溶融部34を小型化することが可能となる。また、加熱部322が材料を吐出に必要な温度まで加熱することにより、溶融部34における材料の加熱を省略するようにしてもよい。 A heating unit 322 is attached to the inclined portion 321 and heats the material stored in the storage unit 32. The heating unit 322 has a heater (shown by the dashed line) positioned diagonally upward inside the storage unit 32. This increases the area of contact between the heater and the material, making it easier to melt the material. The heating unit 322 may be configured to heat (preheat) the material to approximately the melting temperature at which it melts. Materials with high heat capacity are difficult to cool once their temperature rises, making temperature control by cooling difficult. Preheating the material in the heating unit 322 facilitates temperature control in the melting unit 34 and reduces the heating load in the melting unit 34, making it possible to miniaturize the melting unit 34. Alternatively, the heating unit 322 may heat the material to the temperature required for discharge, thereby eliminating the need to heat the material in the melting unit 34.
受電部113Bは、造形装置3がクランプ機構111によってクランプされたときに給電部113Aと対向して、給電部113Aから供給される電力を受電する。給電部113Aおよび受電部113Bの組合せは給電機構113を形成する。給電機構113によって供給された電力は、加熱部322または溶融部34によって利用される。なお、受電部113Bと対向して電力を供給する給電部113Aを給電機構という場合がある。例えば、造形装置3がクランプ機構111によってクランプされていない状態においても工作機械装置1は給電機構(給電部113A)を備えるものとする。 When the modeling device 3 is clamped by the clamping mechanism 111, the power receiving unit 113B faces the power supply unit 113A and receives the power supplied from the power supply unit 113A. The combination of the power supply unit 113A and the power receiving unit 113B forms the power supply mechanism 113. The power supplied by the power supply mechanism 113 is used by the heating unit 322 or the melting unit 34. Note that the power supply unit 113A that faces the power receiving unit 113B and supplies power is sometimes referred to as the power supply mechanism. For example, even when the modeling device 3 is not clamped by the clamping mechanism 111, the machine tool device 1 is considered to have a power supply mechanism (power supply unit 113A).
給電機構113は、給電部113Aが有する接点と受電部113Bが有する接点とが、造形装置3がクランプ機構111によってクランプされたときに接触することによって電力を給電する。これにより、クランプ機構111によってクランプされた造形装置3に対して電力を供給可能になる。給電機構113には、有接点のコネクタ機構を用いることができる。有接点のコネクタ機構を用いることにより構造が単純となり低コストで電力を供給することが可能となる。なお、接点に例えば金メッキを施すことにより接点の接触による電気抵抗を安定させることが可能となる。 The power supply mechanism 113 supplies power by contacting the contacts of the power supply unit 113A and the contacts of the power receiving unit 113B when the modeling device 3 is clamped by the clamping mechanism 111. This makes it possible to supply power to the modeling device 3 clamped by the clamping mechanism 111. A contact connector mechanism can be used for the power supply mechanism 113. Using a contact connector mechanism simplifies the structure and makes it possible to supply power at low cost. Furthermore, by gold-plating the contacts, for example, it is possible to stabilize the electrical resistance caused by the contacts.
また、給電機構113は、給電部113Aが有する給電ユニットと受電部113Bが有する受電ユニットとが、造形装置3がクランプ機構111によってクランプされたときに近接することによって電力を給電する非接触(ワイヤレス)給電方式を用いるものであってもよい。例えば、給電部113Aの給電ユニットには給電用コイルが設けられ、受電部113Bの受電ユニットには受電用コイルが設けられ、給電用コイルから発生する電磁波を受電用コイルで受けることにより給電を行うことができる。給電機構113において非接触給電方式を用いることにより、接点の接触不良による給電の不具合を防止することが可能となる。 The power supply mechanism 113 may also use a non-contact (wireless) power supply system in which the power supply unit of the power supply unit 113A and the power receiving unit of the power receiving unit 113B come into close proximity when the modeling device 3 is clamped by the clamping mechanism 111 to supply power. For example, the power supply unit of the power supply unit 113A may be provided with a power supply coil, and the power receiving unit of the power receiving unit 113B may be provided with a power receiving coil, and power may be supplied by receiving electromagnetic waves generated from the power supply coil with the power receiving coil. By using a non-contact power supply system in the power supply mechanism 113, it is possible to prevent power supply problems caused by poor contact at the contact points.
また、造形装置3に対する給電は、造形装置3に設けられた図示しない発電装置を用いるものであってもよい。発電装置は、例えば、主軸11を回転させることにより回転子が回転する発電機であってもよい。例えば、発電機は、材料を吐出させる搬送機構の回転とともに回転子が回転するものであってもよい。また、発電機は、材料を吐出させる搬送機構の回転と回転力の伝達を切り替えて回転子が回転するものであってもよい。造形装置3に対する給電に造形装置3に設けられた発電装置を用いることにより、主軸11における給電機構を省略することが可能となる。給電機構113は、給電部113Aが有する回転機構と受電部113Bが有する回転機構とを、造形装置3がクランプ機構111によってクランプされたときに回転力が伝達可能に接合することによって、受電部113Bの内部に有する発電機の回転子を回転させて電力を発生させるものであってもよい。例えば、給電部113Aの回転機構を制御コマンドで回転させることにより、受電部113Bが有する回転機構を回転させて発電機の回転子を回転するようにしてもよい。受電部113Bの内部に有する発電機により発電を行うことにより、給電部113Aと受電部113Bにおける電気的な接続を省略することが可能となる。 Power may also be supplied to the modeling apparatus 3 using a power generating device (not shown) provided in the modeling apparatus 3. The power generating device may be, for example, a generator whose rotor rotates when the main shaft 11 is rotated. For example, the generator may be one whose rotor rotates in conjunction with the rotation of the conveying mechanism that discharges the material. The generator may also be one whose rotor rotates by switching between the rotation of the conveying mechanism that discharges the material and the transmission of rotational force. By using a power generating device provided in the modeling apparatus 3 to supply power to the modeling apparatus 3, it is possible to omit the power supply mechanism in the main shaft 11. The power supply mechanism 113 may generate power by rotating the rotor of the generator provided inside the power receiving unit 113B by joining the rotation mechanism of the power supply unit 113A and the rotation mechanism of the power receiving unit 113B so that rotational force can be transmitted when the modeling apparatus 3 is clamped by the clamping mechanism 111. For example, the rotation mechanism of power supply unit 113A may be rotated by a control command, which in turn rotates the rotation mechanism of power receiving unit 113B, thereby rotating the rotor of the generator. By generating electricity using a generator built into power receiving unit 113B, it is possible to omit the electrical connection between power supply unit 113A and power receiving unit 113B.
保温部33は、傾斜部321から供給された材料を保温する。保温部33は、例えば、魔法瓶のように断熱層を有して材料の温度が造形装置3の外部に伝達するのを防止する。保温部33が材料を保温することにより、例えば、加熱部322において材料が溶融された場合、材料の温度を維持することが可能となり、材料の温度変化による粘度変化を小さくすることができる。 The heat retention unit 33 keeps the material supplied from the inclined unit 321 warm. The heat retention unit 33 has an insulating layer, like a thermos, to prevent the temperature of the material from being transferred outside the modeling device 3. By keeping the material warm, for example, when the material is melted in the heating unit 322, the temperature of the material can be maintained, and viscosity changes due to temperature changes in the material can be reduced.
移送部35は、保温部33に貯蔵された溶融された材料を移送して加圧し、吐出ノズル31から吐出させる。移送部35は、例えば、内部にスクリューを有して、スクリューを回転させることによって材料を移送することができる。スクリューの回転は、主軸11の回転を用いることができる。すなわち、クランプ機構111で造形装置3がクランプされたときに、工具2の換わりに移送部35のスクリューが回転するようにすることにより、主軸11の回転制御によってスクリューの回転を制御することが可能となる。例えば、工作機械装置1は、工具2の回転の開始または停止を指示するための制御コマンドに基づきスクリューの回転を制御することができる。これにより、材料吐出の開始または停止を工具の回転と同じ制御コマンドで制御することができる。制御コマンドには、例えば、NCプログラムのMコードを用いることができる。Mコードとは、NCプログラムにおいて加工を行うための補助機能を定義する制御コマンドである。Mコードは、例えばJIS(Japanese Industrial Standards)規格において規定されている。例えば、「M03」は工具(主軸)を正転させるためのコマンドであり、「M05」は工具の回転を停止させるためのコマンドである。「M03」のコマンドによって材料の吐出が開始され、「M05」のコマンドによって材料の吐出が停止される制御が可能となる。主軸11の回転によって移送部35のスクリューを回転させることにより、造形装置3を制御するコマンドを新たに追加することなく、材料吐出の開始または停止を制御することが可能となり、製作工数を低減させることが可能となる。 The transfer unit 35 transfers and pressurizes the molten material stored in the heat retention unit 33 and discharges it from the discharge nozzle 31. The transfer unit 35, for example, has an internal screw and can transfer the material by rotating the screw. The rotation of the screw can be controlled by the rotation of the spindle 11. In other words, when the molding device 3 is clamped by the clamping mechanism 111, the screw of the transfer unit 35 rotates instead of the tool 2, making it possible to control the rotation of the screw by controlling the rotation of the spindle 11. For example, the machine tool device 1 can control the rotation of the screw based on a control command to start or stop the rotation of the tool 2. This allows the start or stop of material discharge to be controlled by the same control command as the rotation of the tool. The control command can be, for example, an M-code of an NC program. An M-code is a control command that defines auxiliary functions for machining in an NC program. M-codes are specified, for example, in the JIS (Japanese Industrial Standards) standard. For example, "M03" is a command to rotate the tool (spindle) forward, and "M05" is a command to stop the rotation of the tool. The "M03" command starts the discharge of material, and the "M05" command stops the discharge of material. By rotating the screw of the transfer unit 35 with the rotation of the spindle 11, it is possible to control the start or stop of material discharge without adding a new command to control the modeling device 3, making it possible to reduce the number of manufacturing steps.
また、工作機械装置1は、造形装置3の搬送機構の回転速度を工具の回転速度を指定するための制御コマンドに基づき制御させることにより、材料吐出の量を制御する。工具の回転速度を指定するための制御コマンドは、例えばNCプログラムのSコードにおいて実施することができる。Sコードとは、工具の回転数を設定する制御コマンドである。例えば、「S2000」は、工具を2千rpmで回転させるためのコマンドである。Sコードは上述したMコードとともに使用される。Sコードにおいて搬送機構の回転数を制御することにより、造形装置3を制御するコマンドを新たに追加することなく、材料吐出量を制御することが可能となり、製作工数を低減させることが可能となる。 The machine tool device 1 also controls the amount of material discharged by controlling the rotational speed of the transfer mechanism of the molding device 3 based on a control command for specifying the rotational speed of the tool. The control command for specifying the rotational speed of the tool can be implemented, for example, in the S code of an NC program. The S code is a control command for setting the rotational speed of the tool. For example, "S2000" is a command for rotating the tool at 2,000 rpm. The S code is used together with the M code described above. By controlling the rotational speed of the transfer mechanism in the S code, it is possible to control the amount of material discharged without adding a new command for controlling the molding device 3, making it possible to reduce production man-hours.
バトラー装置7において、XY移動装置71はロボットアーム72および載置台73をXY平面で移動させる移動機構であって、例えば、スライドガイドまたはボールスプラインをx軸およびy軸において組み合わせて構成させてモータで駆動させることにより、XY平面上において位置決めをすることができる。なお、XY移動装置71またはロボットアーム72のいずれか一方、もしくはXY移動装置71およびロボットアーム72は、載置台73を移動させるため、本実施例においては「移動装置」と呼ぶ場合がある。 In the butler device 7, the XY moving device 71 is a movement mechanism that moves the robot arm 72 and mounting table 73 on the XY plane. For example, by combining slide guides or ball splines on the x and y axes and driving them with a motor, positioning on the XY plane is possible. Note that either the XY moving device 71 or the robot arm 72, or both the XY moving device 71 and the robot arm 72, may be referred to as the "moving device" in this embodiment, as they move the mounting table 73.
ロボットアーム72は、XY移動装置71によってXY平面を移動するとともに、載置台73を把持してx軸、y軸およびz軸からなる3次元に移動させることができる。また、ロボットアーム72は、把持した載置台73の傾斜を変更することができる。載置台73の傾斜とは、載置台73の造形物を載置する載置面の傾斜である。ロボットアーム72は、例えば、造形物を造形中は載置面の傾斜を0、すなわち載置面を水平に保つことができる。また、ロボットアーム72は、後述する材料のパージ動作または吐出ノズル31のクリーニング動作において載置面を垂直にすることができる。ロボットアーム72は、例えば、多軸(多関節)ロボットである。 The robot arm 72 can move on the XY plane using the XY movement device 71, and can grasp the mounting table 73 and move it three-dimensionally along the x-, y-, and z-axes. The robot arm 72 can also change the inclination of the mounting table 73 it grasps. The inclination of the mounting table 73 refers to the inclination of the mounting surface of the mounting table 73 on which the object to be molded is placed. For example, the robot arm 72 can keep the inclination of the mounting surface at 0, i.e., horizontal, while molding the object. The robot arm 72 can also make the mounting surface vertical during the material purging operation or the discharge nozzle 31 cleaning operation, which will be described later. The robot arm 72 is, for example, a multi-axis (multi-joint) robot.
ロボットアーム72は、把持する載置台73を3次元の空間において一定の位置に静止させ、または移動させるには所定の出力(各軸の出力トルク)が必要となる。ロボットアーム72の位置制御においては、位置の目標値と現在値とにずれが生じた場合にそれを補正するためにフィードバック制御を行う。フィードバック制御においては、1:目標値との位置ずれ(誤差)が生じる→2:誤差を検出する→3:位置を修正する、の動作を繰り返す。このためフィードバック制御においては細かな振動を生じることとなる。ここでフィードバック制御における振動を軽減するためには、制御系における時定数の調整が有効となる。例えば、ロボットアーム72の各軸には載置台73の重量に応じた負荷トルクが印加される。載置台73の重量(各軸に対する負荷トルク)が予め分かっている場合、載置台73の重量に応じたバイアストルクをロボットアーム72の各軸に予め印加することにより、ゲイン調整を行うことができるのでフィードバック制御における載置台73の振動を軽減することが可能となる。 The robot arm 72 requires a certain output (output torque for each axis) to move or hold the mounting platform 73 it holds at a fixed position in three-dimensional space. When controlling the position of the robot arm 72, feedback control is performed to correct any discrepancies between the target position and the current position. Feedback control repeats the following steps: 1: A position discrepancy (error) occurs with respect to the target position → 2: The error is detected → 3: The position is corrected. This results in minute vibrations during feedback control. Adjusting the time constant in the control system is effective in reducing vibrations during feedback control. For example, a load torque corresponding to the weight of the mounting platform 73 is applied to each axis of the robot arm 72. If the weight of the mounting platform 73 (load torque for each axis) is known in advance, gain adjustment can be performed by applying a bias torque corresponding to the weight of the mounting platform 73 to each axis of the robot arm 72 in advance, thereby reducing vibrations of the mounting platform 73 during feedback control.
載置台73は、工具2により加工されるワーク、または造形装置3により造形される造形物を載置する。本実施形態においては、位置が固定された造形装置3から吐出される材料を、載置台73を移動させて載置する(受け止める)様子から、バトラー装置7を用いた造形方式をバトラー方式、または、バトラー装置7を用いた造形システムをバトラーシステムと言うものとする。バトラーシステムにおいては、造形装置3は固定されるため、造形装置3が重量化した場合であっても造形装置3の移動に伴う造形装置3の振動等が発生せず、造形物の造形精度を向上させるとともに、装置コストの低減を図ることができる。 The mounting table 73 mounts the workpiece to be machined by the tool 2 or the object to be molded by the molding device 3. In this embodiment, the mounting table 73 is moved to mount (receive) the material dispensed from the molding device 3, which is fixed in position. Therefore, the molding method using the Butler device 7 is referred to as the Butler method, and the molding system using the Butler device 7 is referred to as the Butler system. In the Butler system, the molding device 3 is fixed, so even if the molding device 3 becomes heavy, vibrations of the molding device 3 caused by movement of the molding device 3 do not occur, thereby improving the molding accuracy of the object and reducing the cost of the device.
次に図3を用いて、バトラーシステムにおける造形装置3の交換方法を説明する。図3は、実施形態における造形装置を把持する把持装置の一例を示す図である。 Next, we will explain how to replace the modeling device 3 in the Butler system using Figure 3. Figure 3 is a diagram showing an example of a gripping device that grips the modeling device in this embodiment.
図3において、バトラー装置7は、把持装置74を有する。把持装置74は、移動装置によって造形装置3を把持する把持位置まで移動されて、造形装置3を把持することができる。把持装置74が造形装置3を把持するとともにクランプ機構111をアンクランプすることにより、造形装置3をクランプ機構111から取り外すことができる。取り外された造形装置3は、移動装置によって上述した造形装置格納エリア13に移動されて格納される。なお、造形装置格納エリア13には、複数の造形装置3を格納することができる。バトラー装置7は、造形装置格納エリア13に格納された一意の造形装置3を把持することにより、造形装置3を交換することができる。 In FIG. 3, the butler device 7 has a gripping device 74. The gripping device 74 is moved by the moving device to a gripping position where it grips the modeling device 3, and can grip the modeling device 3. The gripping device 74 grips the modeling device 3 and unclamps the clamping mechanism 111, allowing the modeling device 3 to be removed from the clamping mechanism 111. The removed modeling device 3 is moved by the moving device to the above-mentioned modeling device storage area 13 and stored therein. Note that the modeling device storage area 13 can store multiple modeling devices 3. The butler device 7 can replace the modeling device 3 by gripping a unique modeling device 3 stored in the modeling device storage area 13.
また、把持装置74は、工具格納エリア12において工具2を把持することにより、造形装置3と工具2を交換することができる。 In addition, the gripping device 74 can exchange the tool 2 with the molding device 3 by gripping the tool 2 in the tool storage area 12.
次に、図4を用いて、製作エリアの説明をする。図4は、実施形態における製作エリアの一例を示す図である。 Next, we will explain the production area using Figure 4. Figure 4 is a diagram showing an example of a production area in an embodiment.
図4において、工作機械装置1は、制御部10、主軸11、クランプ機構111、工具格納エリア12、造形装置格納エリア13、製作エリア14、工具シャッタ15、造形装置シャッタ16および排出エリア17を有する。 In Figure 4, the machine tool device 1 has a control unit 10, a spindle 11, a clamping mechanism 111, a tool storage area 12, a modeling device storage area 13, a production area 14, a tool shutter 15, a modeling device shutter 16, and a discharge area 17.
制御部10は、造形制御部101および造形装置交換制御部102を有する。制御部10は、例えば、工作機械装置1を制御するコンピュータであって、例えば、上述したNCプログラムを制御する。造形制御部101および造形装置交換制御部102は、制御部10において動作するプログラムにおいて実装することができる。すなわち、造形制御部101および造形装置交換制御部102は、ソフトウェアによって機能する機能部として実施することができる。ただし、造形制御部101および造形装置交換制御部102の少なくともいずれか1つは、制御部10とは独立したコンピュータで実装されてもよく、またはハードウェアによって実装されてもよい。 The control unit 10 has a modeling control unit 101 and a modeling device exchange control unit 102. The control unit 10 is, for example, a computer that controls the machine tool device 1, and controls, for example, the NC program described above. The modeling control unit 101 and the modeling device exchange control unit 102 can be implemented in a program that runs on the control unit 10. In other words, the modeling control unit 101 and the modeling device exchange control unit 102 can be implemented as functional units that function using software. However, at least one of the modeling control unit 101 and the modeling device exchange control unit 102 may be implemented on a computer independent of the control unit 10, or may be implemented using hardware.
造形制御部101は、クランプ機構111によるクランプ動作の制御、主軸11の回転制御(回転/停止、および回転数の制御)、材料供給部112による材料の供給の制御、工具シャッタ15および造形装置シャッタ16の開閉制御、加熱部322、溶融部34の加熱制御、XY移動装置71の移動制御、ロボットアーム72の移動制御および把持装置74の把持制御等によって、造形装置3を用いた造形の制御を行う。 The modeling control unit 101 controls modeling using the modeling device 3 by controlling the clamping operation of the clamping mechanism 111, controlling the rotation of the spindle 11 (rotation/stop and rotation speed control), controlling the supply of material by the material supply unit 112, controlling the opening and closing of the tool shutter 15 and modeling device shutter 16, controlling the heating of the heating unit 322 and melting unit 34, controlling the movement of the XY moving device 71, controlling the movement of the robot arm 72, and controlling the gripping of the gripping device 74.
また、造形制御部101は、後述する造形物の重量の変化量の算出、造形物の重心の変化量の算出、材料のパージ動作の制御、または吐出ノズル31のクリーニング動作の制御等を行う。 The modeling control unit 101 also calculates the amount of change in the weight of the model, as described below, calculates the amount of change in the center of gravity of the model, controls the purging operation of the material, or controls the cleaning operation of the discharge nozzle 31.
排出エリア17は、造形された造形物を排出するためのエリアである。造形された造形物を載置した載置台73は、移動装置によって排出エリア17まで移動される。排出エリア17においては、作業者が造形物を載置台73から取り外すことができる。バトラーシステムにおいては、載置台73を排出エリア17に移動させることができるので、作業者が造形物を取り外す作業をしやすくすることができる。また、排出エリア17に造形物排出用のコンベア等の装置を設置することにより、バトラーシステムにおいて、造形物の自動排出が可能となる。なお、排出エリア17にも造形装置格納エリア13等と同様にシャッタを設けるようにしてもよい。 The discharge area 17 is an area for discharging the formed object. The mounting table 73 on which the formed object is placed is moved to the discharge area 17 by a moving device. In the discharge area 17, an operator can remove the formed object from the mounting table 73. In the Butler system, the mounting table 73 can be moved to the discharge area 17, making it easier for an operator to remove the formed object. Furthermore, by installing a device such as a conveyor for discharging the formed object in the discharge area 17, the Butler system enables automatic discharge of the formed object. Note that the discharge area 17 may also be provided with a shutter, similar to the modeling device storage area 13, etc.
次に、図5を用いて、造形過程における重量変化と重心変化の算出方法を説明する。図5は、実施形態における重量変化と重心変化の算出方法の一例を示す図である。 Next, a method for calculating weight changes and center of gravity changes during the modeling process will be described using Figure 5. Figure 5 is a diagram showing an example of a method for calculating weight changes and center of gravity changes in an embodiment.
図5において、載置台73は載置面730を有する。載置面730には図示しない吐出ノズル31から吐出された材料mtが載置される。図5は、載置面730がxy平面に水平である場合を表している。本実施例における載置台73は厚みが一定であり、載置面730が正方形である場合を示している。造形前において、載置台73の重心は載置面730の中心である重心点C00となる。 In Figure 5, the mounting table 73 has a mounting surface 730. Material mt ejected from an ejection nozzle 31 (not shown) is placed on the mounting surface 730. Figure 5 shows a case where the mounting surface 730 is horizontal to the xy plane. In this embodiment, the mounting table 73 has a constant thickness, and the mounting surface 730 is square. Before modeling, the center of gravity of the mounting table 73 is the center of the mounting surface 730, which is the center of gravity point C00.
上述のように、ロボットアーム72(不図示)の各軸には、載置台73の重量に応じた負荷トルクが印加される。造形前においては、載置台73の重量は一定であるため、バイアス出力を一定にすることができる。一方、造形開始後においては、載置台73には吐出された材料に応じた負荷が追加される。ここでロボットアーム72の各軸に印加される負荷トルクは、載置面730に吐出された材料の重量と載置面730における材料の吐出位置とにおいて算出することができる。 As described above, a load torque corresponding to the weight of the mounting table 73 is applied to each axis of the robot arm 72 (not shown). Before modeling, the weight of the mounting table 73 is constant, so the bias output can be kept constant. On the other hand, after modeling begins, a load corresponding to the dispensed material is added to the mounting table 73. Here, the load torque applied to each axis of the robot arm 72 can be calculated from the weight of the material dispensed onto the mounting surface 730 and the dispensed position of the material on the mounting surface 730.
ここで、造形開始後、材料mtはL1の長さにおいて載置面730に吐出されるものとする。不図示の吐出ノズル31から吐出された材料が直径D1であり、材料の比重(比重量)がγである場合、図示しない制御部10は、材料mtの重量G1を、G1=γ*(D1/2)2*L1として算出することができる。制御部10は、材料の体積(D1/2)2*L1として造形装置3の主軸11の回転量から算出される吐出量を用いることができる。また、制御部10は、吐出ノズル31と載置面730とのギャップを直径D1とみなして体積D1*L1を算出してもよい。載置台の重量をG0とした場合、ロボットアーム72に対する負荷重量はG0+G1となる。なお、長さL1は、造形プログラムにおいて設定された材料mtの中心を元にした数値であるため、実際の重量とは多少の誤差を生じる場合がある。 Here, after the start of modeling, the material mt is discharged onto the mounting surface 730 over a length L1. If the material discharged from the discharge nozzle 31 (not shown) has a diameter D1 and a specific gravity (specific weight) of the material is γ, the control unit 10 (not shown) can calculate the weight G1 of the material mt as G1 = γ * (D1/2) 2 * L1. The control unit 10 can use the discharge amount calculated from the rotation amount of the main shaft 11 of the modeling device 3 as the volume of the material (D1/2) 2 * L1. The control unit 10 may also calculate the volume D1 * L1 by regarding the gap between the discharge nozzle 31 and the mounting surface 730 as the diameter D1. If the weight of the mounting table is G0, the load weight on the robot arm 72 is G0 + G1. Note that the length L1 is a value based on the center of the material mt set in the modeling program, and therefore may have some discrepancy with the actual weight.
また、長さL1における材料mtの重心位置は、長さL1の中点である重心点C1となる。制御部10は、材料mtをL1の長さで吐出した後の載置面730における重心位置を、重心点C0と重心点C1との合成である重心点C01と算出することができる。ロボットアーム72が載置台73を重心点C00で把持する場合、造形前においては、載置面730をxy平面に水平に保つための負荷トルクは必要としない。一方、材料mtをL1の長さで吐出した後にいては、重心点C00と重心点C01との距離に応じて負荷トルクが発生する。制御部10は、重心点の移動に伴って発生する負荷トルクに応じて、バイアストルクを印加することにより、載置台73の振動を防止することができる。 The center of gravity of the material mt over length L1 is center of gravity C1, which is the midpoint of length L1. The control unit 10 can calculate the center of gravity on the mounting surface 730 after the material mt has been dispensed over length L1 to be center of gravity C01, which is the combination of center of gravity C0 and center of gravity C1. When the robot arm 72 grasps the mounting table 73 at center of gravity C00, no load torque is required to keep the mounting surface 730 horizontal to the xy plane before modeling. On the other hand, after the material mt has been dispensed over length L1, a load torque is generated depending on the distance between center of gravity C00 and center of gravity C01. The control unit 10 can prevent vibration of the mounting table 73 by applying a bias torque depending on the load torque generated as the center of gravity moves.
次に、材料mtはL1と直交するL2の長さで載置面730に吐出されるものとする。制御部10は、長さL2における材料mtの重量G2を、G2=γ*D1*L2として算出することができる。ロボットアーム72に対する負荷重量は累積されて、G0+G1+G2となる。 Next, the material mt is discharged onto the placement surface 730 over a length L2 perpendicular to L1. The control unit 10 can calculate the weight G2 of the material mt over the length L2 as G2 = γ * D1 * L2. The cumulative load weight on the robot arm 72 is G0 + G1 + G2.
また、長さL2における材料mtの重心位置は、長さL2の中点である重心点C2となる。制御部10は、材料mtをL2の長さで吐出した後の載置面730における重心位置を、重心点C01と重心点C2との合成である重心点C02と算出することができる。材料mtをL2の長さで吐出した後にいては、重心点C00と重心点C02との距離に応じて負荷トルクが発生する。制御部10は、重心点の移動に伴って発生する負荷トルクに応じて、バイアストルクを印加することにより、載置台73の振動を防止することができる。 The center of gravity of the material mt over length L2 is center of gravity C2, which is the midpoint of length L2. The control unit 10 can calculate the center of gravity on the placement surface 730 after the material mt has been dispensed over length L2 as center of gravity C02, which is the combination of center of gravity C01 and center of gravity C2. After the material mt has been dispensed over length L2, a load torque is generated according to the distance between center of gravity C00 and center of gravity C02. The control unit 10 can prevent vibration of the placement table 73 by applying a bias torque according to the load torque generated as the center of gravity moves.
次に、図6を用いて造形前における材料のパージ方法を説明する。図6は、実施形態における材料のパージ方法の一例を示す図である。 Next, a method for purging material before modeling will be described using Figure 6. Figure 6 shows an example of a method for purging material in an embodiment.
図6において、載置台73の側面には、受け皿731が取り付けられている。受け皿731は、吐出ノズル31からパージされた材料を受け止める。材料のパージとは、造形装置3の内部に滞留している材料を吐き出す動作であり、パージ動作という場合がある。また、パージ動作を実行するための工作機械装置1の構成をパージ手段という場合がある。 In Figure 6, a tray 731 is attached to the side of the mounting table 73. The tray 731 receives the material purged from the discharge nozzle 31. Purging material is the operation of discharging material that has accumulated inside the molding device 3, and is sometimes referred to as the purging operation. The component of the machine tool device 1 that performs the purging operation is sometimes referred to as the purging means.
例えば、上述した造形装置3の加熱部322によって溶融された材料は時間の経過とともに温度が下がり、吐出ノズル31の内部で変質(固化または酸化等)する場合がある。変質した材料は造形には使用できないため、造形前に予めパージしておく必要がある。制御部10は、例えば、主軸11を回転させることにより材料をパージすることができる。 For example, the temperature of the material melted by the heating unit 322 of the above-mentioned modeling device 3 decreases over time, and it may change (solidify, oxidize, etc.) inside the discharge nozzle 31. Since the changed material cannot be used for modeling, it must be purged before modeling. The control unit 10 can purge the material by, for example, rotating the main shaft 11.
制御部10は、ロボットアーム72によって、載置台73を直立させて、さらに受け皿731を吐出ノズル31の近傍(下側)に移動させる。受け皿731の移動は、例えば、ロボットアーム72に対して新たなTCP(Tool Center Point)を設定することにより行うことができる。TCPとは、ロボットアーム72が把持するツールに応じて設定される座標系であり、本実施例では受け皿731の移動先をTCPに設定することにより、造形に係る座標系とは別の座標系でパージ動作を行うことができ、ロボットアーム72を動作させるプログラミングを容易にすることができる。制御部10は、吐出ノズル31から予め決められた量の材料を吐出(パージ)させる。パージされた材料は受け皿731に収容される。 The control unit 10 causes the robot arm 72 to raise the mounting table 73 upright and move the tray 731 to the vicinity (below) of the discharge nozzle 31. The tray 731 can be moved, for example, by setting a new TCP (Tool Center Point) for the robot arm 72. The TCP is a coordinate system set according to the tool held by the robot arm 72. In this embodiment, by setting the destination of the tray 731 to the TCP, the purging operation can be performed in a coordinate system separate from the coordinate system related to the modeling, making it easier to program the operation of the robot arm 72. The control unit 10 then discharges (purges) a predetermined amount of material from the discharge nozzle 31. The purged material is stored in the tray 731.
載置台73に受け皿731を取り付けることにより、ロボットアーム72が載置台73を把持したままパージ動作を行うことができるので、把持するツール交換に要する工数を削減することができる。 By attaching the tray 731 to the mounting table 73, the robot arm 72 can perform the purging operation while holding the mounting table 73, thereby reducing the amount of work required to change the tool being held.
図7は、パージされた材料の廃棄方法を説明する。図7は、実施形態におけるパージ材料の廃棄方法の一例を示す図である。 Figure 7 illustrates a method for disposing of purged material. Figure 7 shows an example of a method for disposing of purged material in an embodiment.
図7において、載置台73は図6に示した状態から上下に反転されて、受け皿731が下向きになる。載置台73の反転は図示しないロボットアーム72によって行われる。受け皿731にパージされた材料は、下向きにされることにより落下して廃棄皿75に収容される。なお、受け皿731に収容された材料が落下しにくい場合、例えば受け皿731と廃棄皿75を接触させて材料をふるい落とすようにしてもよい。パージされた材料を廃棄皿75に収容することにより、パージされた材料による載置台73の重量増加および重心位置の移動を防止することができる。 In Figure 7, the mounting table 73 is inverted from the state shown in Figure 6 so that the receiving tray 731 faces downward. The mounting table 73 is inverted by a robot arm 72 (not shown). The material purged into the receiving tray 731 falls downward and is collected in the waste tray 75. If the material collected in the receiving tray 731 does not fall easily, for example, the receiving tray 731 and the waste tray 75 may be brought into contact with each other to shake out the material. By collecting the purged material in the waste tray 75, it is possible to prevent the weight of the mounting table 73 from increasing and the center of gravity from shifting due to the purged material.
次に、図8を用いて吐出ノズル31のクリーニング方法を説明する。図8は、実施形態における吐出ノズルのクリーニング方法の一例を示す図である。 Next, a method for cleaning the discharge nozzle 31 will be described using Figure 8. Figure 8 is a diagram showing an example of a method for cleaning the discharge nozzle in this embodiment.
図8において、載置台73の側面には、拭取り部732が取り付けられている。拭取り部732は。吐出ノズル31からはみ出て吐出ノズル31に付着した材料を拭き取るための部材である。拭取り部732には、例えば、フェルト、スポンジまたは布等の吐出ノズル31に付着した材料が移転しやすい素材を使用することができる。 In Figure 8, a wiping portion 732 is attached to the side of the mounting table 73. The wiping portion 732 is a member for wiping off material that has spilled over from the discharge nozzle 31 and adhered to the discharge nozzle 31. The wiping portion 732 can be made of a material that easily transfers material that has adhered to the discharge nozzle 31, such as felt, sponge, or cloth.
図2において説明した造形装置3は、加熱部322(および溶融部34)で加熱して溶融した材料を主軸11の回転によって吐出ノズル31から吐出する。しかし、溶融して粘度が低下した材料は、主軸11を回転しなくても吐出ノズル31から垂れて出てくる場合がある。造形を開始する前に垂れ出た材料は吐出ノズル31に付着して吐出ノズル31を詰まらせてしまう場合がある。また、垂れ出た材料が造形物に付着してバリとなり、造形物の形状に悪影響を及ぼす場合がある。本実施例では、造形装置3における造形を行う前に、拭取り部732を吐出ノズル31に接触させて、吐出ノズル31に付着している材料のクリーニング動作を行う。 The modeling device 3 described in Figure 2 ejects material that has been heated and melted in the heating unit 322 (and melting unit 34) from the discharge nozzle 31 by rotating the main shaft 11. However, material that has melted and reduced in viscosity may drip from the discharge nozzle 31 even without rotating the main shaft 11. Dripping material before modeling begins may adhere to the discharge nozzle 31 and clog the discharge nozzle 31. Dripping material may also adhere to the modeled object and form burrs, which may adversely affect the shape of the modeled object. In this embodiment, before modeling is performed in the modeling device 3, the wiping unit 732 is brought into contact with the discharge nozzle 31 to clean the material adhering to the discharge nozzle 31.
拭取り部732は、載置台73に取り付けられて、ロボットアーム72が載置台73を移動することにより、吐出ノズル31に接触したままv方向に移動する。拭取り部732は、ロボットアーム72のフォースモードにおいて吐出ノズル31と接触する。フォースモードとは、ロボットアーム72を所定の方向に決められた力で押しつけることができるモードである。フォースモードにおいては、拭取り部732と吐出ノズル31のギャップ(位置関係)にかかわらず拭取り部732を一定の力Fで吐出ノズル31に押しつけることができる。ロボットアーム72は、載置台73を力Fの方向と直交するvの方向に移動させることにより、拭取り部732を力Fで吐出ノズル31に押しつけながら吐出ノズル31のクリーニングを行うことが可能となる。これにより、吐出ノズル31に付着した材料を広範囲の拭取り部732に移転させることができる。 The wiping unit 732 is attached to the mounting base 73, and moves in the v direction while remaining in contact with the discharge nozzle 31 as the robot arm 72 moves the mounting base 73. The wiping unit 732 comes into contact with the discharge nozzle 31 when the robot arm 72 is in force mode. Force mode is a mode in which the robot arm 72 can press with a predetermined force in a predetermined direction. In force mode, the wiping unit 732 can be pressed against the discharge nozzle 31 with a constant force F regardless of the gap (positional relationship) between the wiping unit 732 and the discharge nozzle 31. By moving the mounting base 73 in the v direction, which is perpendicular to the direction of force F, the robot arm 72 can clean the discharge nozzle 31 while pressing the wiping unit 732 against the discharge nozzle 31 with force F. This allows material adhering to the discharge nozzle 31 to be transferred to a wide area of the wiping unit 732.
次に、図9を用いて、造形装置3の交換動作を説明する。図9は、実施形態における造形装置交換の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図9以下のフローチャートにおいて、動作の主体は制御部10であるものとして説明するが、例えば、制御部10以外の構成(例えば、別の制御部)において動作されるものであってもよい。 Next, the replacement operation of the modeling device 3 will be described using Figure 9. Figure 9 is a flowchart showing an example of the modeling device replacement operation in this embodiment. Note that in the flowcharts from Figure 9 onwards, the operation is described as being performed by the control unit 10, but it may also be performed by a configuration other than the control unit 10 (e.g., another control unit), for example.
図9において、制御部10は、造形装置3の交換を行うか否かを判断する(ステップS11)。造形装置3の交換とは、造形装置3と工具2の交換、および造形装置3から他の造形装置3への交換を含む。造形装置3の交換を行わないと判断した場合(ステップS11:NO)、制御部10は、フローチャートで示した動作を終了して造形装置3の交換を待機する。 In FIG. 9, the control unit 10 determines whether or not to replace the modeling device 3 (step S11). Replacing the modeling device 3 includes replacing the modeling device 3 with the tool 2, and replacing the modeling device 3 with another modeling device 3. If it is determined that the modeling device 3 will not be replaced (step S11: NO), the control unit 10 ends the operations shown in the flowchart and waits for the modeling device 3 to be replaced.
一方、造形装置3の交換を行うと判断した場合(ステップS11:YES)、制御部10は、上述したバトラーシステムを用いて造形装置3の交換を行う(ステップS12)。バトラーシステムを用いた造形装置3の交換を行うことにより、位置が固定されている造形装置3の交換を自動的に行うことができ、造形装置3の交換作業の工数を低減させることができる。 On the other hand, if it is determined that the modeling device 3 should be replaced (step S11: YES), the control unit 10 replaces the modeling device 3 using the Butler system described above (step S12). By replacing the modeling device 3 using the Butler system, the modeling device 3, which is fixed in position, can be replaced automatically, reducing the man-hours required for replacing the modeling device 3.
次に、図10を用いて造形動作前の材料のパージ動作を説明する。図10は、実施形態における材料のパージ動作の一例を示すフローチャートである。 Next, the material purging operation before the modeling operation will be described using Figure 10. Figure 10 is a flowchart showing an example of the material purging operation in this embodiment.
図10において、制御部10は、パージ動作を行うか否かを判断する(ステップS21)。パージ動作を行うか否かは、例えば、前の造形動作が終了してからの経過時間、造形に使用する材料の変更の有無、溶融された材料の温度、または、造形回数もしくは時間等によって判断されてもよい。パージ動作を行わないと判断した場合(ステップS21:NO)、制御部10は、フローチャートで示した動作を終了する。 In FIG. 10, the control unit 10 determines whether or not to perform a purge operation (step S21). Whether or not to perform a purge operation may be determined based on, for example, the elapsed time since the end of the previous modeling operation, whether or not the material used for modeling has been changed, the temperature of the molten material, or the number or time of modeling. If it is determined not to perform a purge operation (step S21: NO), the control unit 10 terminates the operation shown in the flowchart.
一方、パージ動作を行うと判断した場合(ステップS21:YES)、制御部10は、受け皿731を吐出ノズル31の近傍に移動させる(ステップS22)。ステップS22の処理を実行した後、制御部10は、造形装置3の内部に滞留している材料をパージして受け皿731に収容する(ステップS23)。ステップS23の処理を実行した後、制御部10は、受け皿731に収納されたパージされた材料を廃棄皿75に収容する(ステップS24)。ステップS24の処理を実行した後、制御部10は、載置台73を原点に復帰させる(ステップS25)。本実施例における載置台73の原点は、例えばTCPによって設定することができる。 On the other hand, if it is determined that a purge operation should be performed (step S21: YES), the control unit 10 moves the tray 731 to the vicinity of the discharge nozzle 31 (step S22). After performing the process of step S22, the control unit 10 purges the material remaining inside the modeling device 3 and stores it in the tray 731 (step S23). After performing the process of step S23, the control unit 10 stores the purged material stored in the tray 731 in the waste tray 75 (step S24). After performing the process of step S24, the control unit 10 returns the mounting table 73 to the origin (step S25). The origin of the mounting table 73 in this embodiment can be set, for example, by TCP.
次に、図11を用いて造形前における吐出ノズル31のクリーニング動作を説明する。図11は、実施形態における吐出ノズルのクリーニング動作の一例を示すフローチャートである。 Next, the cleaning operation of the discharge nozzle 31 before modeling will be described using Figure 11. Figure 11 is a flowchart showing an example of the cleaning operation of the discharge nozzle in this embodiment.
図11において、制御部10は、クリーニング動作を行うか否かを判断する(ステップS31)。クリーニング動作を行うか否かは、例えば、吐出ノズル31の状態、前の造形動作が終了してからの経過時間、パージ動作の有無等によって判断されてもよい。クリーニング動作を行わないと判断した場合(ステップS31:NO)、制御部10は、フローチャートで示した動作を終了する。 In FIG. 11, the control unit 10 determines whether or not to perform a cleaning operation (step S31). Whether or not to perform a cleaning operation may be determined based on, for example, the state of the discharge nozzle 31, the time elapsed since the previous modeling operation ended, whether or not a purging operation has been performed, etc. If it is determined that a cleaning operation will not be performed (step S31: NO), the control unit 10 ends the operation shown in the flowchart.
一方、クリーニング動作を行うと判断した場合(ステップS31:YES)、制御部10は、フォースモードにおいて拭取り部732を吐出ノズル31に接触させる(ステップS32)。ステップS32の処理を実行した後、制御部10は、拭取り部732をフォースモードと直交する方向に移動させる(ステップS33)。ステップS33の処理を実行した後、制御部10は、載置台73を原点に復帰させる(ステップS34)。本実施例における載置台73の原点は、例えばTCPによって設定することができる。 On the other hand, if it is determined that a cleaning operation should be performed (step S31: YES), the control unit 10 brings the wiping unit 732 into contact with the discharge nozzle 31 in force mode (step S32). After performing the process of step S32, the control unit 10 moves the wiping unit 732 in a direction perpendicular to the force mode (step S33). After performing the process of step S33, the control unit 10 returns the mounting table 73 to the origin (step S34). The origin of the mounting table 73 in this embodiment can be set, for example, by TCP.
次に、図12および図13を用いて、造形動作を説明する。図12は、実施形態における造形動作の一例を示すフローチャートである。図13は、実施形態における造形制御の一例を示すフローチャートである。 Next, the modeling operation will be described using Figures 12 and 13. Figure 12 is a flowchart showing an example of the modeling operation in this embodiment. Figure 13 is a flowchart showing an example of modeling control in this embodiment.
図12において、制御部10は、材料を用いたワークの造形動作を開始するか否かを判断する(ステップS41)。造形動作とは、造形装置3を用いた材料の造形であって、工作機械装置1を所謂3Dプリンタとして動作させることをいう。造形動作を開始しないと判断した場合(ステップS41:NO)、制御部10は、フローチャートで示した動作を終了する。 In FIG. 12, the control unit 10 determines whether or not to start a workpiece molding operation using a material (step S41). The molding operation is the molding of a material using the molding device 3, and refers to operating the machine tool device 1 as a so-called 3D printer. If it is determined not to start the molding operation (step S41: NO), the control unit 10 ends the operation shown in the flowchart.
一方、造形動作を開始すると判断した場合(ステップS41:YES)、制御部10は、造形制御を開始する(ステップS42)。造形制御においてはバトラーシステムにおいて材料を造形することにより、造形物の造形精度を向上させることができる。ステップS42における造形制御の詳細を、図13を用いて説明する。 On the other hand, if it is determined that the modeling operation should be started (step S41: YES), the control unit 10 starts modeling control (step S42). In modeling control, the Butler system models the material, thereby improving the modeling accuracy of the modeled object. Details of the modeling control in step S42 will be explained using Figure 13.
図13において、制御部10は、吐出ノズル31から材料を吐出する造形動作を開始する(ステップS421)。制御部10は、ノード重量を算出する(ステップS422)。ノードとは、吐出される材料の一部分をいう。ノードは、例えば、吐出される材料の載置面730における長さで表される。図5で説明したノードは、直線の長さL1および長さL2として説明した。ノードは、例えば、単位長さ(例えば、1cm)毎に設定されてもよい。ノード重量とは、ノード毎の重量であり、材料の比重γ*ノードの体積Vで算出される。 In FIG. 13, the control unit 10 starts the modeling operation of discharging material from the discharge nozzle 31 (step S421). The control unit 10 calculates the node weight (step S422). A node refers to a portion of the discharged material. A node is expressed, for example, as the length of the discharged material on the placement surface 730. The nodes described in FIG. 5 were described as straight lines with lengths L1 and L2. Nodes may be set, for example, for each unit length (e.g., 1 cm). The node weight is the weight of each node and is calculated as the specific gravity γ of the material * the volume V of the node.
ステップS422の処理を実行した後、制御部10は、ノード重心を算出する(ステップS423)。ノード重心点とは、ノード毎の重心点であり、ノードの形状によって算出することができる。ステップS423の処理を実行した後、制御部10は、ノード重量の累積値とノード重心点の累積値を算出し、算出したノード重量の累積値とノード重心点の累積値に基づき、ロボットアーム72の出力を補正する(ステップS424)。ロボットアーム72の出力を補正することにより、ロボットアーム72の制御系を安定させて、載置台73の振動を低減させることにより、造形物の造形精度を向上させることができる。 After executing the process of step S422, the control unit 10 calculates the node center of gravity (step S423). The node center of gravity is the center of gravity of each node and can be calculated based on the node shape. After executing the process of step S423, the control unit 10 calculates the cumulative value of the node weight and the cumulative value of the node center of gravity, and corrects the output of the robot arm 72 based on the calculated cumulative value of the node weight and the cumulative value of the node center of gravity (step S424). By correcting the output of the robot arm 72, the control system of the robot arm 72 can be stabilized and vibration of the mounting table 73 can be reduced, thereby improving the molding accuracy of the object.
ステップS424の処理を実行した後、制御部10は、全てのノードの造形が終了したか否かを判断する(ステップS425)。全てのノードの造形が終了したか否かは、例えば、1つの造形装置3における造形が終了したか否かで判断することができる。全てのノードの造形が終了していないと判断した場合(ステップS425:NO)、制御部10は、ステップS422~ステップS425の処理を繰り返す。一方、全てのノードの造形が終了したと判断した場合(ステップS425:YES)、制御部10は、造形制御の動作を終了する。 After executing the processing of step S424, the control unit 10 determines whether the formation of all nodes has been completed (step S425). Whether the formation of all nodes has been completed can be determined, for example, by whether the formation of one formation device 3 has been completed. If it is determined that the formation of all nodes has not been completed (step S425: NO), the control unit 10 repeats the processing of steps S422 to S425. On the other hand, if it is determined that the formation of all nodes has been completed (step S425: YES), the control unit 10 ends the formation control operation.
図12に戻り、ステップS42の処理を実行した後、制御部10は、造形を終了するか否かを判断する(ステップS43)。造形の終了とは、造形物を排出できる状態になった場合をいう。例えば、追加で造形処理を行う場合、造形を終了しないと判断することができる。造形を終了しないと判断した場合(ステップS43:NO)、ステップS42に戻り、造形の終了を待機する。 Returning to FIG. 12, after executing the process of step S42, the control unit 10 determines whether or not to end the modeling (step S43). End of modeling refers to a state in which the modeled object can be discharged. For example, if additional modeling processing is to be performed, it can be determined not to end the modeling. If it is determined not to end the modeling (step S43: NO), the control unit 10 returns to step S42 and waits for the modeling to end.
一方、造形を終了すると判断した場合(ステップS43:YES)、制御部10は、造形された造形物をバトラーシステムにおいて排出する(ステップS44)。ステップS44の処理を実行した後、制御部10は、フローチャートで示した動作を終了する。 On the other hand, if it is determined that the modeling should be completed (step S43: YES), the control unit 10 discharges the modeled object in the Butler system (step S44). After executing the process of step S44, the control unit 10 ends the operation shown in the flowchart.
次に、図14を用いて、載置台73の水平補正動作を説明する。図14は、実施形態における載置台73の水平補正動作の一例を示すフローチャートである。 Next, the horizontal correction operation of the mounting base 73 will be described using Figure 14. Figure 14 is a flowchart showing an example of the horizontal correction operation of the mounting base 73 in this embodiment.
図14において、制御部10は、載置台73の水平補正動作を行うか否かを判断する(ステップS51)。載置台73は上述の通りロボットアーム72に把持される。ロボットアーム72の各軸の位置(回転角度)はそれぞれフィードバック制御されるため、経時的な誤差を生じにくい。しかし、載置台73は、ロボットアームに把持されるだけで、その水平(載置台73の傾き)を検出したフィードバック制御が行われない。このため、造形動作等によって載置台73の水平がずれてしまう場合がある。載置台73の水平がずれると造形物の全体が傾いてしまい、造形物の造形精度が低下してしまう場合がある。水平補正動作を行うか否かは、例えば、過去の造形時間、造形回数、または造形物の重量等によって判断されてもよい。水平補正動作を行わないと判断した場合(ステップS51:NO)、制御部10は、フローチャートで示した動作を終了する。 In FIG. 14 , the control unit 10 determines whether to perform a horizontal correction operation for the mounting table 73 (step S51). The mounting table 73 is held by the robot arm 72 as described above. The position (rotation angle) of each axis of the robot arm 72 is feedback-controlled, making it less likely for errors to occur over time. However, the mounting table 73 is simply held by the robot arm, and no feedback control is performed to detect its horizontality (tilt of the mounting table 73). For this reason, the horizontality of the mounting table 73 may become misaligned due to a printing operation, etc. If the horizontality of the mounting table 73 becomes misaligned, the entire model may tilt, resulting in a decrease in the modeling accuracy of the model. Whether to perform a horizontal correction operation may be determined based on, for example, the past printing time, the number of times printing has been performed, or the weight of the model. If it is determined not to perform a horizontal correction operation (step S51: NO), the control unit 10 terminates the operation shown in the flowchart.
一方、水平補正動作を行うと判断した場合(ステップS51:YES)、制御部10は、載置台73を上昇させて吐出ノズル31と接触させて、吐出ノズル31と載置台73とのギャップを測定し、測定したギャップから載置台73の水平を確認する、制御部10は、吐出ノズル31と載置台73とを載置台73の平面上の少なくとも3点で接触させることにより、載置台73の水平を確認する(ステップS52)。なお、吐出ノズル31に載置台73を接触させるときに、制御部10はロボットアーム72のフォースモードを用いることができる。フォースモードを用いることにより、接触による吐出ノズル31または載置台73等の破損を防止することができる。 On the other hand, if it is determined that a horizontal correction operation should be performed (step S51: YES), the control unit 10 raises the mounting base 73 to bring it into contact with the discharge nozzle 31, measures the gap between the discharge nozzle 31 and the mounting base 73, and confirms the horizontality of the mounting base 73 from the measured gap. The control unit 10 confirms the horizontality of the mounting base 73 by bringing the discharge nozzle 31 into contact with the mounting base 73 at at least three points on the plane of the mounting base 73 (step S52). Note that when bringing the discharge nozzle 31 into contact with the mounting base 73, the control unit 10 can use the force mode of the robot arm 72. Using the force mode can prevent damage to the discharge nozzle 31, mounting base 73, etc. due to contact.
ステップS52の処理を実行した後、制御部10は、載置台73の水平を補正する(ステップS53)。載置台73の水平の補正は、吐出ノズル31と載置台73の測定した複数のギャップが一定になるようにロボットアーム72の姿勢を調整することにより実行される。なお、複数のギャップに大きな差が生じている場合、ロボットアーム72の載置台73の把持の状態に問題が生じている可能性がある。この場合、ステップS53の補正動作を行う代わりに、動作を中止してエラー報知等の動作を行うようにしてもよい。ステップS53の処理を実行した後、制御部10は、載置台73を原点に復帰させる(ステップS54)。本実施例における載置台73の原点は、例えばTCPによって設定することができる。 After executing the process of step S52, the control unit 10 corrects the horizontality of the mounting table 73 (step S53). The horizontality of the mounting table 73 is corrected by adjusting the posture of the robot arm 72 so that the multiple measured gaps between the discharge nozzle 31 and the mounting table 73 are consistent. Note that if there is a large difference in the multiple gaps, there may be a problem with the way the robot arm 72 is gripping the mounting table 73. In this case, instead of performing the correction operation of step S53, the operation may be stopped and an error notification or other operation may be performed. After executing the process of step S53, the control unit 10 returns the mounting table 73 to the origin (step S54). In this embodiment, the origin of the mounting table 73 can be set, for example, by TCP.
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。 The above describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment and various modifications are also possible within the scope of the present invention.
1 工作機械装置
10 制御部
101 造形制御部
102 造形装置交換制御部
11 主軸
111 クランプ機構
112 材料供給部
113 給電機構
113A 給電部
113B 受電部
12 工具格納エリア
13 造形装置格納エリア
14 製作エリア
15 工具シャッタ
16 造形装置シャッタ
17 排出エリア
2 工具
3 造形装置
31 吐出ノズル
32 貯蔵部
321 傾斜部
322 加熱部
33 保温部
34 溶融部
35 移送部
36 局所冷却加熱部
51 バルブアレイ
52 冷却パイプ
7 バトラー装置
71 XY移動装置
72 ロボットアーム
73 載置台
730 載置面
731 受け皿
732 拭取り部
74 把持装置
75 廃棄皿
1 Machine tool device 10 Control unit 101 Forming control unit 102 Forming device exchange control unit 11 Spindle 111 Clamping mechanism 112 Material supply unit 113 Power supply mechanism 113A Power supply unit 113B Power receiving unit 12 Tool storage area 13 Forming device storage area 14 Production area 15 Tool shutter 16 Forming device shutter 17 Discharge area 2 Tool 3 Forming device 31 Discharge nozzle 32 Storage unit 321 Inclined unit 322 Heating unit 33 Heat retention unit 34 Melting unit 35 Transfer unit 36 Local cooling/heating unit 51 Valve array 52 Cooling pipe 7 Butler device 71 XY moving device 72 Robot arm 73 Placement table 730 Placement surface 731 Receptacle 732 Wiping unit 74 Grip device 75 Disposal tray
Claims (9)
前記造形装置を取り付ける、3次元の空間において位置が固定される取付部と、
前記造形装置から吐出された材料を受けて造形される造形物を載置する載置台と、
前記造形物を造形するための造形プログラムに応じて、前記載置台を前記空間において移動させる移動装置と、
前記造形プログラムを実行する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記造形装置から吐出される材料の重量に基づき、造形過程における造形物の重量の変化量を算出し、
算出した前記重量の変化量に基づき、前記移動装置における前記載置台の荷重値を逐次補正し、
前記制御部は、前記造形装置から吐出される材料の前記載置台における吐出位置と、前記吐出位置に吐出される材料の重量とに基づき、造形過程における造形物の重心の変化量をさらに算出し、
算出した前記重量の変化量と前記重心の変化量とに基づき、前記移動装置における前記載置台の荷重値と重心位置とを逐次補正する、工作機械装置。 a modeling device that discharges a material from a discharge nozzle to form a shape;
a mounting portion to which the modeling device is attached, the mounting portion being fixed in position in three-dimensional space;
a mounting table on which a model to be formed by receiving the material dispensed from the modeling device is placed;
a moving device that moves the mounting table in the space in accordance with a modeling program for forming the object;
a control unit that executes the modeling program,
The control unit
calculating a change in weight of the object during the modeling process based on the weight of the material discharged from the modeling device;
Sequentially correcting the load value of the stage in the moving device based on the calculated change in weight;
the control unit further calculates a change in the center of gravity of the object during the modeling process, based on a discharge position on the placement table where the material is discharged from the modeling device and a weight of the material discharged at the discharge position; and
The machine tool device successively corrects the load value and center of gravity position of the mounting table in the moving device based on the calculated amount of change in weight and amount of change in center of gravity.
前記造形装置から吐出される材料の体積と、予め登録された複数の材料から選択された1つの材料の比重とに基づき前記重量を算出する、請求項1に記載の工作機械装置。 The control unit
The machine tool apparatus according to claim 1 , wherein the weight is calculated based on a volume of the material discharged from the molding apparatus and a specific gravity of one material selected from a plurality of materials registered in advance.
前記パージ手段によってパージされた材料を受ける受け皿と、をさらに備え、
前記制御部は、前記造形装置における造形を行う前に、前記受け皿を前記移動装置によって前記吐出ノズルの近傍に移動させて、前記パージ手段によってパージされた材料を前記受け皿で受ける動作を実行させる、請求項1に記載の工作機械装置。 a purging means for purging the material remaining inside the modeling apparatus from the discharge nozzle;
a tray for receiving the material purged by the purging means;
The machine tool device according to claim 1, wherein the control unit, before performing modeling in the modeling device, moves the tray to the vicinity of the discharge nozzle using the moving device and performs an operation of receiving the material purged by the purging means in the tray.
前記制御部は、前記移動装置を移動することにより、前記受け皿を前記吐出ノズルの近傍に移動させ、さらに前記パージ手段によって前記受け皿にパージされた材料を予め決められた位置に落下させる、請求項3に記載の工作機械装置。 The tray is attached so as to be movable by the moving device,
4. The machine tool device according to claim 3, wherein the control unit moves the moving device to move the tray to the vicinity of the discharge nozzle, and further causes the material purged into the tray by the purging means to fall to a predetermined position.
前記造形装置を取り付ける、3次元の空間において位置が固定される取付部と、
前記造形装置から吐出された材料を受けて造形される造形物を載置する載置台と、
前記造形物を造形するための造形プログラムに応じて、前記載置台を前記空間において移動させる移動装置と、
前記造形プログラムを実行する制御部と
を備え、
前記吐出ノズルに付着した材料を拭取る拭取り部をさらに備え、
前記制御部は、前記造形装置における造形を行う前に、前記拭取り部を前記吐出ノズルに接触させて前記吐出ノズルのクリーニング動作を実行させ、
前記拭取り部は、前記移動装置によって移動可能に取り付けられて、
前記制御部は、前記移動装置のフォースモードにおいて決められた力で前記拭取り部を前記吐出ノズルに接触させるとともに、前記力の方向とは異なる方向に前記拭取り部を移動することにより、前記クリーニング動作を実行させる、工作機械装置。 a modeling device that discharges a material from a discharge nozzle to form a shape;
a mounting portion to which the modeling device is attached, the mounting portion being fixed in position in three-dimensional space;
a mounting table on which a model to be formed by receiving the material dispensed from the modeling device is placed;
a moving device that moves the mounting table in the space in accordance with a modeling program for forming the object;
a control unit that executes the modeling program,
Further provided is a wiping unit that wipes off the material adhering to the discharge nozzle,
the control unit causes the wiping unit to contact the discharge nozzle and executes a cleaning operation of the discharge nozzle before performing modeling in the modeling apparatus;
The wiping unit is attached so as to be movable by the moving device,
The control unit performs the cleaning operation by bringing the wiping unit into contact with the discharge nozzle with a force determined in the force mode of the moving device and moving the wiping unit in a direction different from the direction of the force.
前記造形装置を取り付ける、3次元の空間において位置が固定される取付部と、
前記造形装置から吐出された材料を受けて造形される造形物を載置する載置台と、
前記造形物を造形するための造形プログラムに応じて、前記載置台を前記空間において移動させる移動装置と、
前記造形プログラムを実行する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記造形装置における造形を行う前に、所定の方向に決められた力で押しつけることができる様式において前記吐出ノズルと前記載置台とを接触させることにより、前記吐出ノズルと前記載置台とのギャップを測定し、
測定したギャップに基づいて、前記載置台の水平を補正する、工作機械装置。 a modeling device that discharges a material from a discharge nozzle to form a shape;
a mounting portion to which the modeling device is attached, the mounting portion being fixed in position in three-dimensional space;
a mounting table on which a model to be formed by receiving the material dispensed from the modeling device is placed;
a moving device that moves the mounting table in the space in accordance with a modeling program for forming the object;
a control unit that executes the modeling program,
the control unit measures a gap between the discharge nozzle and the stage by bringing the discharge nozzle into contact with the stage in a manner that allows the discharge nozzle to be pressed against the stage with a determined force in a predetermined direction, before performing modeling in the modeling device;
The machine tool device corrects the horizontality of the mounting table based on the measured gap.
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