JP2018062043A

JP2018062043A - 加工装置

Info

Publication number: JP2018062043A
Application number: JP2016202176A
Authority: JP
Inventors: 晃国崎; Akira Kunisaki
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2016-10-14
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2018-04-19
Also published as: US20180104826A1; CN107953136A

Abstract

【課題】機械加工においてツールの送り方向に対して生じる主反力と、ツールの回転バランスにて生ずる副反力による変位を総合的に規制できる加工装置の提供を目的とする。【解決手段】ワークを把持するハンド装置を備えたマニピレーターと、ベース部及び前記ベース部に向けて前進及び後退制御されたスピンドルを有し、前記ハンド装置はワーク把持部と、前記ワーク把持部の反対側となる底部とを有し、前記ベース部と前記ハンド装置の底部とは相互の位置決め係合手段を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、穴明け加工，リーマ加工，タップ加工，座ぐり・中ぐり加工等の機械加工において、自動化されたワークの位置決め保持機構を備えた加工装置に関する。

穴明け加工，リーマ加工，タップ加工等を行う工作機械としては、一般にボール盤が使用されている。
ボール盤を用いてこれらの加工するには、ワークを保持及び位置決めする作業が必要であるが、この作業効率を高めるのにハンドリングロボット等、産業用ロボットを組み合せたシステム化が行われている。
この場合に、ワークを把持したロボットアーム等には、ドリル等のツールの送り方向の力に対する主反力と、ツールの回転バランスに起因して発生する副反力が生ずる。
ここで副反力は、主反力の直交方向に生ずる。
しかし、ロボットアームは、ワークの移動及び位置決め操作のために多関節タイプを採用せざるを得ないため、上記主反力及び副反力に耐え得るだけの強度，剛性が各アーム及び関節に要求されることになり、システムが大型化する課題があった。

特許文献１には、フライス加工において加工反力によるロボットのワーク保持部の変位を規制するのにＸ軸方向に突出したテーブル側のロケートピンとロボットのワーク保持面に設けたロケート穴を係合させる技術を開示する。
しかし、同公報に開示する係合構造では、フライスの旋回方向の反力に耐えられても、ドリル等のツールの送り方向の主反力による変位を充分に規制できるものではない。
特許文献２には、部品基準治具とサポート治具とをピンと穴部との嵌合でワークを位置決めする技術を開示するが、この技術もある特定の方向の反力を規制するのに効果が認められても、ドリル等の送り加工における主反力とそれに直交する副反力とによる変位を総合的に規制できるものではない。

特開２００１−２７７０６６号公報特開２０１０−０７６０２０号公報

本発明は、機械加工においてツールの送り方向に対して生じる主反力と、ツールの回転バランスにて生ずる副反力による変位を総合的に規制できる加工装置の提供を目的とする。

本発明に係る加工装置は、ワークを把持するハンド装置を備えたマニピレーターと、ベース部及び前記ベース部に向けて前進及び後退制御されたスピンドルを有し、前記ハンド装置はワーク把持部と、前記ワーク把持部の反対側となる底部とを有し、前記ベース部と前記ハンド装置の底部とは相互の位置決め係合手段を有することを特徴とする。

ここでハンド装置は、マニピレーターの先端部に装着され、機械加工をしようとしているワークを保持するものである。
なお、マニピレーターはマニピュレーターとも称される。
ハンド装置は、ワークをクランプ等により装着するワーク把持部を有し、その反対側が例えば水平なベース部に載置あるいは垂直面からなるベース部に押し当てるように当接させる底部となっている。

本発明において、スピンドルの前進及び後退方向をＺ軸方向、ベース部のベース面をＸ，Ｙ軸方向と定義すると、ベース部とハンド装置の底部との相互位置決め係合手段は、Ｘ，Ｙ軸方向の位置決めを目的とし、その構造に制限はない。
例えば、その位置決め係合手段は、ベース部とハンド装置の底部とのうち一方に設けた複数の係合ピンと他方に設けた係合穴である例が挙げられる。

本発明において、マニピレーターは多関節からなるアームであり、加工装置にスピンドル及びベース部等と一体的に構築してもよいが、例えばマニピレーターはハンドリングロボットのアームであり、前記スピンドルはボール盤に備えたスピンドルであってよい。
これにより、汎用性の高いハンドリングロボットとボール盤とを組み合せたシステムとして構築できる。

本発明において、ベース部は垂直面であり、前記スピンドルの前進及び後退方向は水平方向であるようにすることもできる。
このようにベース部を垂直面にすると、加工時に発生した切粉が下方向に落下し、ベース部に切粉が溜まらない効果がある。

本発明において、ボール盤のスピンドルは、前記ハンドリングロボットの制御装置によりハンドリングロボットの動作に合せて同期制御されていてもよい。
このように同期制御されていると、個々に制御されているよりもサイクルタイムの短縮が可能である。

本発明において、ハンドリングロボットはツール又はツールホルダーの交換機能を有していてもよく、また１台のハンドリングロボットに対して、その動作範囲内に複数の前記ボール盤が配置されていてもよい。

本発明に係る加工装置においては、ハンド装置をベース部に当接させたので、スピンドルの送り方向に対して作用する主反力をベース部で受けることができ、同時にスピンドルの回転により生じる副反力をハンド装置の底部とベース部との係合手段にて受けることになる。
これにより、マニピレーター（ハンドリングロボット）の小型化ができ、高精度で生産性の高い加工装置となる。

本発明に係る加工装置の構成例を示す。ハンド装置付近の拡大図を示す。（ａ）はベース部，ハンド装置及びツールの位置関係を示し、（ｂ），（ｃ）はハンド装置を順次ずらして位置決め及び加工する例を示し、（ｄ）はワークのクランプ構造例を示す。ベース部を垂直面にし、送り装置を水平に配置した例を示す。ハンドリングロボットとボール盤を同期制御した例を示す。ハンドリングロボットにツール（ツールホルダー）の交換機能を有する例を示す。１台のハンドリングロボットの廻りであってその動作範囲内に複数のボール盤を配置した例を示す。

本発明は、ボール盤としての機能にワークを保持するマニピレーターを組み合せた点に特徴があるが、以下、ボール盤とハンドリングロボットを組み合せた例にて説明する。
図１は、本発明に係る加工装置の例であり、図２，図３にハンド装置付近の拡大図を示す。
ボール盤１０とボール盤１０のベッド１１に取り付けたベース部１５に、ハンドリングロボット２０のアーム２１に装着したハンド装置２２を介してワークＷを保持及び位置決めし、機械加工するようになっている。

ボール盤１０は縦型の例であり、水平面からなるベッド１１を有し、このベッド１１に向けて前進及び後退制御されたスピンドルユニット１４を備える。
なお、ベッド１１には取り替え可能にベース部１５を固定してある。
スピンドルユニット１４は、ツールをチャックする主軸（スピンドル）１４ｂと、この主軸１４ｂの回転を制御するスピンドルモータ１４ａを有する。
スピンドルユニット１４は、ブロック１２ａと、コラムに垂直方向に取り付けたガイドレール１２とからなるＬＭガイド機構になっており、送り軸モータ１３により前進及び後退方向に位置制御されている。
なお、スピンドルユニット１４が送り装置により前進，後退制御されていれば、本実施例に限定されない。
本明細書では、図１にてスピンドルユニットの送り方向（垂直方向）をＺ軸、ベッド１１の奥行き方向（紙面左右方向）をＸ軸、ベッド１１の幅方向（紙面の前後方向）をＹ軸と定義する。

ハンドリングロボット２０は、多関節制御されたアーム２１を有し、このアーム２１の先端部にハンド装置２２を装着してある。
ハンドの装置２２の付近の拡大図を図２，３に示す。
ハンド装置２２は、ワークＷをクランプするクランパー２２ｅ，２２ｆを有するワーク把持部と、複数の位置決めピン２２ａ，２２ｂを突設した底部からなる。
本実施例では、ハンド装置２２の底部に２つの位置決めピンを設けた例を示したが、後述するベース部１５とのＸ，Ｙ軸方向を位置決めするものであり、その数に制限がなく、またハンド装置２２の底部に位置決め穴を設け、ベース部に位置決めピンを設けてもよい。

ベース部１５は、ワークの加工仕様に合せて、ベッド１１に取り替え可能に固定してあり、本実施例は動きを説明するためにワークＷの３つの加工部ｄ_１〜ｄ_３に合せて、ハンド装置２２の底部の位置決めピン２２ａ，２２ｂが係合できるように、３組の位置決め穴（１５ａ，１５ｂ），（１１５ａ，１１５ｂ），（２１５ａ，２１５ｂ）を設けた模式図になっている。
図３（ａ）に示すように、位置決め穴（１５ａ，１５ｂ）に位置決めピン（２２ａ，２２ｂ）を係合させて孔ｄ_１を加工した後にハンド装置２２を上昇させ、ベース部１５から離間させ、次の位置決め穴（１１５ａ，１１５ｂ）にハンド装置の底部に設けた一対の位置決めピン（２２ａ，２２ｂ）を係合させることで、次の孔ｄ_２の加工ができる。
図３（ｃ）には、３番目の孔ｄ_３を加工する状態を示す。

本実施例では、図３（ｄ）に示すようにワークＷをハンド装置２２のワーク把持部に位置決めしやすいように、ハンド装置２２にワーク位置決めピン（２２ｃ，２２ｄ）を形成し、ワークＷ側の位置決め孔（ａ，ｂ）と係合する例になっているが、ワークの把持位置を定めることができればよく、本実施例に限定されない。

図４は、スピンドルユニット１４を水平方向に送り制御し、ベッド１１ａ及びベース部１５ａを垂直面に形成した例を示す。
この場合もツールＴによる主反力はベース部１５ａで受け、副反力はハンド装置２２の底部とベース部１５ａとの係合手段にて受けることになる。
このようにすると、発生した切粉が落下除去されやすい。

図５は、ハンドリングロボット２０用の制御装置２３をボール盤１０の制御部につなぎ、ハンドリングロボット２０のアーム等の制御と、スピンドルユニット１４の制御を同期化した例である。
このように、スピンドルユニット１４の送り制御等をハンドリングロボット２０側の制御装置２３にて制御すると、例えば加工部ｄ_１の加工後にスピンドルユニット１４を後退させ、ツールＴの先端がワークＷの表面を離れると同時に、ハンド装置２２の移動を開始し、スピンドルユニット１４の動きに同期して、ハンド装置２２を次の加工部ｄ_２等に移動させる動作等も可能になる。
ボール盤１０とハンドリングロボット２０をそれぞれ個別に制御すると、通常はスピンドルユニット１４の後退完了を確認してから、ハンド装置２２が移動を開始することになるのと比較して、サイクルタイムを短縮することができる。

図６は、ハンドリングロボット２０のアーム２１にツール（ツールホルダー）の把持機構２４を備え、ツールマガジン３０に備えた各種ツールＴ_１〜Ｔ_３を主軸１４ｂに交換可能にした例を示す。
このようにすると、例えば異なる穴径や座ぐり加工等に合せてツールの交換が可能であり、ツールの交換の段取り替えの自動化を図ることができる。

図７は、複数のボール盤１０ａ，１０ｂ・・・を１台のハンドリングロボット２０の廻りに配置した例を示す。
これにより、ワークＷに異なる、例えば穴明け加工とタップ加工等を連続的に行ったり、ハンドリングロボット２０の稼働率を上げたりすることができる。

１０ボール盤
１１ベッド
１２ガイドレール
１２ａブロック
１３送り軸モータ
１４スピンドルユニット
１４ａスピンドルモータ
１４ｂ主軸（スピンドル）
１５ベース部
２０ハンドリングロボット
２１アーム（マニピレーター）
２２ハンド装置
２２ａ位置決めピン
２２ｂ位置決めピン

Claims

ワークを把持するハンド装置を備えたマニピレーターと、
ベース部及び前記ベース部に向けて前進及び後退制御されたスピンドルを有し、
前記ハンド装置はワーク把持部と、前記ワーク把持部の反対側となる底部とを有し、
前記ベース部と前記ハンド装置の底部とは相互の位置決め係合手段を有することを特徴とする加工装置。
前記位置決め係合手段は、ベース部とハンド装置の底部とのうち一方に設けた複数の係合ピンと他方に設けた係合穴であることを特徴とする請求項１記載の加工装置。
前記マニピレーターはハンドリングロボットのアームであり、
前記スピンドルはボール盤に備えたスピンドルであることを特徴とする請求項１又は２記載の加工装置。
前記ベース部は垂直面であり、
前記スピンドルの前進及び後退方向は水平方向であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加工装置。
前記ボール盤のスピンドルは、前記ハンドリングロボットの制御装置によりハンドリングロボットの動作に合せて同期制御されていることを特徴とする請求項３記載の加工装置。
前記ハンドリングロボットはツール又はツールホルダーの交換機能を有していることを特徴とする請求項３又は４記載の加工装置。
前記１台のハンドリングロボットに対して、その動作範囲内に複数の前記ボール盤が配置されていることを特徴とする請求項３，５，６のいずれか１項に記載の加工装置。