JP2009131913A - 樹脂部品の加工装置及び樹脂部品の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多様な穴形状に対応可能であると共に、曲面を有するワークの穴加工が可能であり、低コストで且つ汎用性が高い樹脂部品の加工装置及び樹脂部品の加工方法を提供する。
【解決手段】アーム１１ａを任意の位置で且つ任意の向きに移動させる多関節ロボット１１と、多関節ロボットのアーム先端に取り付けられ、モータによって回転駆動されるスピンドル１２と、スピンドルの回転と連動して回転するエンドミル１３と、多関節ロボット及びモータを駆動制御する制御部１５と、を備えており、制御部１５が、切削性を安定させ且つ高品質な加工を行なうことができるように、エンドミル１３の回転数Ｒに対してロボットのアームの送り速度Ｖを調整して、樹脂部品の切削加工を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のバンパー等の樹脂部品を成形後に加工するための樹脂部品の加工装置及び樹脂部品の加工方法に関するものである。

従来、このような樹脂部品の加工装置としては、例えば特許文献１による樹脂部品の穴あけ装置が知られている。
この穴あけ装置は、通電によって出力軸が回転駆動する回転モータと、出力軸に設けられ当該出力軸と同軸まわりに回転するスピンドルと、スピンドルを出力軸の軸線方向に沿って移動させる送り装置としてのロボットと、出力軸の軸線に対して偏心した位置に設けられ、スピンドルの回転と共に回転して樹脂部品に穴あけ加工を行なうカッターと、回転モータの負荷電流を検出する電流計と、電流計で検出した負荷電流に応じて、ロボットによるスピンドルの送り速度及び送り量を調節する制御装置（加工制御部）と、を備えている。

このような構成の穴あけ装置によれば、カッターの樹脂部品への接触時に、回転モータにかかる負荷電流の変化を観測し、この負荷電流の変化に対応してロボットの送り速度が制御される。これにより、回転モータにかかる負荷電流の大きさに基づいて、穴あけ加工を制御することができるので、穴あけが行なわれる樹脂部品（例えば燃料タンク等）の形状にバラツキがあったとしても、実際に穴あけ加工を行なっているときのみ、スピンドルの送り速度を適宜に制御し、その他のときは可能な限り高速で送ることによって、サイクルタイムを短縮することができる。
特開２００７−１７５８２７号公報

ところで、このような構成の樹脂部品の穴あけ装置においては、穴あけ加工のためにカッターを使用して所謂真円加工を行なうようになっているので、以下のような課題がある。
即ち、センターピンを基準とする穴あけによる真円加工に限定されることから、径の異なる穴加工を行なう場合には、対応が困難である。また、同形状の穴加工については再現性があるが、異形状の穴加工には不適である。さらに、樹脂部品の平面上における穴あけは可能であるが、曲面等の形状を有するワークに対する穴あけ加工には不適である。

これらの課題を解決するためには、例えばウォータージェットによる穴あけ加工や、レーザー照射による穴あけ加工が知られている。
しかしながら、ウォータージェットによる穴あけ加工においては、高圧噴射装置に関する設備コスト、高圧噴射に伴うロボットの可搬重量の増大、高圧噴射に対する強固な受け治具、水を使用するために飛散防止処理（ブース等の設置）等の作業環境対策等の点について、それぞれ対策が必要となる。
また、レーザー照射による穴あけ加工においては、レーザー発生装置の設備コスト、レーザー照射時のガス発生、レーザー飛散等の点について、それぞれ対策が必要となる。
このようにして、作業環境や安全確保への配慮が必要となり、設備投資が増大してしまう。

本発明は、以上の点に鑑み、多様な穴形状に対応可能であると共に、曲面を有するワークの穴加工が可能であり、低コストで且つ汎用性が高い樹脂部品の加工装置及び樹脂部品の加工方法を提供することを目的としている。

上記目的は、本発明の第一の構成によれば、アームを任意の位置に且つ任意の向きに移動させる多関節ロボットと、多関節ロボットのアーム先端に取り付けられモータによって回転駆動されるスピンドルと、スピンドルの回転と連動して回転するエンドミルと、ロボット及びモータを駆動制御する制御部と、を備えており、制御部がエンドミルの回転数に対してロボットのアームの送り速度を調整して、樹脂部品の切削加工を行なうことを特徴とする樹脂部品の加工装置によって達成される。

本発明の樹脂部品の加工装置において、好ましくは、制御部が、回転数を２００００〜６００００回転／分の間に調整し、且つ送り速度を加工可能最低送り速度と回転数に線形比例する送り速度との間に調整する。

本発明の樹脂部品の加工装置において、好ましくは、制御部が、回転数を３００００〜６００００回転／分の間に調整し、且つ送り速度を加工最低送り速度と回転数に線形比例する送り速度との間に調整する。

本発明による樹脂部品の加工装置は、好ましくは、エンドミルが切削加工すべき樹脂部品の裏面から加工を行なう。

本発明による樹脂部品の加工装置は、好ましくは、エンドミルに隣接した吸入口を備えた集塵装置を備えている。

上記目的は、本発明の第二の構成によれば、多関節ロボットによってアームを任意の位置に且つ任意の向きに移動させ、アームの先端に取り付けたスピンドルをモータによって回転させ、この回転によってエンドミルを駆動制御して樹脂部品の加工を行う樹脂部品の加工方法であって、エンドミルの回転数に対してロボットのアームの送り速度を調整して、樹脂部品の切削加工を行なうことを特徴とする樹脂部品の加工方法により、達成される。

上記構成によれば、スピンドルを介してエンドミルを回転駆動させながら、ロボットのアームを移動させることによって、樹脂部品の加工を行なう。その際、ロボットのアーム先端に取り付けられたエンドミルによって加工が行なわれるので、樹脂部品上の加工部位が曲面であったとしても、孔あけ加工等の切削加工を行なうことが可能であると共に、多種多様な形状の切削加工を行なうことができる。

また、ロボットのアーム先端には、スピンドルを介してエンドミルが取り付けられるだけであるので、ロボットの可搬重量が増大するようなことがない。従って、制御部がエンドミルの回転数に対してロボットのアームの送り速度を適宜に調整しながら、樹脂部品の切削加工を行なうことができる。これにより、樹脂部品の加工における切削性が安定して、高品質な加工が行なわれる。

以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明による樹脂部品の加工装置の一実施形態の構成を示している。図１及び図２において、樹脂部品の加工装置１０は、多関節ロボット１１と、この多関節ロボット１１のアーム１１ａの先端に取り付けられたスピンドル１２と、このスピンドル１２によって回転駆動されるエンドミル１３と、集塵装置１４と、これらの多関節ロボット１１，スピンドル１２及び集塵装置１４を制御する制御部１５と、から構成されている。

多関節ロボット１１は公知の構成であって、図示の場合、そのアーム１１ａの先端が、任意の方向及び位置に移動されるように構成されている。また、多関節ロボット１１は、ワーク台１１ｂを有しており、ワークＷはワーク台１１ｂ上に載置されたワーク受け治具１１ｃに支持される。

スピンドル１２は、多関節ロボット１１のアーム１１ａの先端に取り付けられており、図示しないモータによって回転駆動される。
エンドミル１３は公知の構成であって、スピンドル１２に取り付けられ、スピンドル１２によって回転駆動されることで、ワークＷに対して孔明け等の切削加工を行なう。

集塵装置１４は、本体１４ａと本体１４ａに接続された吸引ホース１４ｂとを備えており、吸引ホース１４ｂの先端は上述したエンドミル１３の近傍に開口している。

制御部１５は、図２に示すように、上述した多関節ロボット１１，スピンドル１２，エンドミル１３及び集塵装置１４を制御する。具体的には、制御部１５は、多関節ロボット１１を制御することでアーム１１ｓの先端を任意の方向及び位置に移動させる。また、制御部１５は、図示しないモータを駆動制御することで、スピンドル１２そしてエンドミル１３の回転数を制御する。さらに、制御部１５は、集塵装置１４を駆動制御することで、吸引ホース１４ｂの先端からエンドミル１３の加工により発生した切粉を吸引し、本体１４ａ内に収集する。

この制御部１５は、例えばコンピュータから成り、前もってインストールされたソフトウェアを実行することで、上記の多関節ロボット１１，スピンドル１２，集塵装置１４の制御を行う。なお、複数のコンピュータがＬＡＮによって接続して、上記の制御を複数のパーソナルコンピュータによって分散処理させてもよい。コンピュータは従来公知の構成のものを使用することができ、ＲＡＭ，ＲＯＭ，ハードディスクなどの記憶装置と、キーボード，ポインティング・デバイスなどの操作装置と、操作装置等からの指示により記憶装置に格納されたデータやソフトウェアを処理する中央処理装置（ＣＰＵ）と、処理結果等を表示するディスプレイなどを備えている。

さらに、本発明の実施形態に係る制御部１５は、スピンドル１２そしてエンドミル１３の回転数Ｒに対して、多関節ロボット１１のアーム１１ａの送り速度Ｖを適宜に調整して、適宜の加工条件でエンドミル１３による切削加工が確実に行なわれるように制御することを特徴としている。
この加工条件は、以下のようにして設定される。
即ち、エンドミル１３の回転数Ｒに対して送り速度Ｖが遅いと、切削加工時の樹脂の溶融による加工面の悪化，エンドミル１３への切粉の付着によるエンドミル１３の耐久性低下，製品へのバリ残りが発生する。また、エンドミル１３の回転数Ｒに対して送り速度Ｖが速いと、切削抵抗の増大による加工精度の低下及びエンドミルの耐久性低下，切削抵抗によるワークのズレ，製品へのバリ残りが発生する。

ここで、エンドミル１３の回転数Ｒは、加工可能な回転数として、２００００〜６００００回転／分、さらに最適加工可能な回転数として、３００００〜６００００回転／分が要求される。

また、多関節ロボット１１のアーム１１ａの送り速度Ｖは、低速側においては、加工可能低送り速度ＶＬ’，最適加工低送り速度ＶＬが限界である。
これに対して、送り速度Ｖは、高速側においては、加工可能条件では、Ｖ＝ａ’×Ｒ＋ｂ（ａ’は定数，ｂ≦２０の定数）で表わされ、また最適加工条件では、Ｖ＝ａ×Ｒ（ａは定数）で表わされる。

これにより、加工可能条件Ａは図３に細線で示す範囲となり、また最適加工条件Ｂは図３に太線で示す範囲になる。なお、制御部１５が加工可能条件Ａと最適加工条件Ｂの何れかを前提にして制御を行うかは、装置に備えられたボタン操作による選択或いはコンピュータが実行するソフトウェアの設定条件を変えることで選択されるようになっている。
従って、制御部１５は、エンドミル１３の回転数Ｒ及び多関節ロボット１１のアーム１１ａの送り速度Ｖを、図３の加工可能条件Ａ又は最適加工条件Ｂを満足するように、駆動制御する。

本発明実施形態による樹脂部品の加工装置１０は以上のように構成されており、ワークＷは以下のようにして切削加工される。
即ち、まず切削加工すべきワーク（樹脂部品、例えばバンパー）Ｗがワーク台１１ｂ上のワーク受け治具１１ｃに、表面が下向きになるように支持される。続いて、多関節ロボット１１のアーム１１ａの先端に備えられたスピンドル１２が制御部１５によって回転駆動され、エンドミル１３が回転する。

その後、集塵装置１４が制御部１５によって駆動される。次に、多関節ロボット１１のアーム１１ａが制御部１５によって駆動制御されて、先端がワーク台１１ｂ上のワークＷの近くまで移動される。

そして、この状態から、多関節ロボット１１のアーム１１ａが駆動制御されることで、エンドミル１３が回転数Ｒで回転しながら、アーム１１ａの送り速度Ｖで移動する。これにより、図４に示すように、ワークＷに対する孔あけ等の切削加工が行なわれる。このとき、制御部１５は、上述した回転数Ｒ及び送り速度Ｖに関して、図３に示す加工可能条件Ａとなるように、好ましくは最適加工条件Ｂとなるように、多関節ロボット１１のアーム１１ａ及びスピンドル１２そしてエンドミル１３を駆動制御する。

従って、エンドミル１３の回転数Ｒに対して、送り速度Ｖが遅過ぎたり速過ぎたりすることなく、送り速度Ｖが適宜に設定されることになるので、切削時の加工面が悪化したり、加工精度が低下したり、あるいはエンドミル１３の耐久性が低下したり、製品へのバリ残りが生ずるようなことがない。
特に、制御部１５が最低加工条件Ｂとなるように多関節ロボット１１のアーム１１ａ及びスピンドル１２そしてエンドミル１３を駆動制御すると、高精度で且つ高品質の切削加工が行なわれることになる。

また、エンドミル１３による切削加工で発生する切粉は、図５に示すように、集塵装置１４の吸引ホース１４ｂの先端から吸引され、本体１４ａに収集される。従って、エンドミル１３による切削加工で発生した切粉が、エンドミル１３による加工箇所から周囲に飛散してしまうようなことがなく、作業環境が良好になる。また、エンドミル１３がワークＷの裏側から切削加工を行なうことになる。従って、切削加工で発生する切粉によってワークＷの表面が傷付くようなことがない。

このように、本発明によれば、様な穴形状に対応可能であると共に、曲面を有するワークの穴加工が可能である。さらに、エンドミルの回転数に対してロボットのアームの送り速度を調整して樹脂部品の切削加工を行なうので、切削性を安定させ且つ高品質な加工を行なうことができる。

本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。例えば、上述した実施形態においては、多関節ロボット１１はただ一つのアーム１１ａを備えているが、これに限らず複数本のアームを備えていてもよい。この場合、各アームによってワークＷに対して切削加工が行なわれる。

本発明による樹脂部品の加工装置の一実施形態の構成を示す概略図である。 図１の樹脂部品の加工装置の電気的構成を示すブロック図である。 図１の樹脂部品の加工装置における制御部によるエンドミルの回転数とロボットアームの送り速度の制御状態を示すグラフである。 図１の樹脂部品の加工装置における加工状態を示す概略斜視図である。 図４の加工状態を詳細に示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１０ 樹脂部品の加工装置
１１ 多関節ロボット
１１ａ アーム
１１ｂ ワーク台
１１ｃ ワーク受け治具
１２ スピンドル
１３ エンドミル
１４ 集塵装置
１４ａ 本体
１４ｂ 吸引ホース
１５ 制御部

Claims (6)

1. アームを任意の位置に且つ任意の向きに移動させる多関節ロボットと、上記多関節ロボットのアーム先端に取り付けられモータによって回転駆動されるスピンドルと、上記スピンドルの回転と連動して回転するエンドミルと、上記多関節ロボット及びモータを駆動制御する制御部と、を備えており、
   上記制御部が上記エンドミルの回転数に対して上記ロボットのアームの送り速度を調整して、樹脂部品の切削加工を行なうことを特徴とする、樹脂部品の加工装置。
2. 前記制御部が、前記回転数を２００００〜６００００回転／分の間に調整し、且つ前記送り速度を加工可能最低送り速度と前記回転数に線形比例する送り速度との間に調整することを特徴とする、請求項１に記載の樹脂部品の加工装置。
3. 前記制御部が、前記回転数を３００００〜６００００回転／分の間に調整し、且つ前記送り速度を加工最低送り速度と前記回転数に線形比例する送り速度との間に調整することを特徴とする、請求項１に記載の樹脂部品の加工装置。
4. 前記エンドミルが、切削加工すべき樹脂部品の裏面から加工を行なうことを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の樹脂部品の加工装置。
5. 前記エンドミルに隣接して集塵装置の吸入口が設けられていることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載の樹脂部品の加工装置。
6. 多関節ロボットによってアームを任意の位置に且つ任意の向きに移動させ、上記アームの先端に取り付けたスピンドルをモータによって回転させ、この回転によってエンドミルを駆動制御して樹脂部品の加工を行う樹脂部品の加工方法であって、
   上記エンドミルの回転数に対して上記ロボットのアームの送り速度を調整して、樹脂部品の切削加工を行なうことを特徴とする、樹脂部品の加工方法。

Images