JP2009131918A

JP2009131918A - 複合加工旋盤におけるチャック爪自動交換システム

Info

Publication number: JP2009131918A
Application number: JP2007308581A
Authority: JP
Inventors: Shinya Terazono; 信也寺園; Fumiya Mizutani; 文哉水谷
Original assignee: Yamazaki Mazak Corp
Current assignee: Yamazaki Mazak Corp
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2009-06-18
Anticipated expiration: 2027-11-29
Also published as: EP2065110B1; US7651453B2; JP4955522B2; CN101444848A; EP2065110A1; CN101444848B; DE602008001768D1; US20090143206A1

Abstract

【課題】高精度の位置決めが可能な複合加工旋盤と複合加工旋盤に比べて位置決め精度が劣るロボットが共同してチャックの爪を自動交換するシステムを提供する。
【解決手段】複合加工旋盤１０の前面に配備されるロボット５０を備え、ロボット５０はアーム５２の先端にワークをとり扱うワークハンド６０、チャックの爪７０、チャックの駆動機構を操作するナットランナーハンド８０が選択的にとりつけられる。ロボットは複合加工旋盤１０の工具主軸に装着されるジョー用工具と共同して主軸のチャックの爪を自動的に交換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複合加工旋盤におけるチャック爪自動交換システムに関する。

複合加工旋盤は、各種のワークを加工することが可能であるので、ワークの形状・構造に対応するチャック爪を用意する必要がある。
下記の特許文献は複合加工旋盤のチャック爪交換システム装置等を開示している。
また、複合加工旋盤を長時間にわたり無人で自動運転するためには、複合加工旋盤にワークを搬入・搬出するロボットを装備する必要がある。
特開平６−１９０６１６号公報特開平６−１４３０１４号公報特開昭６１−１０３７４６号公報

ワークを搬入・搬出するロボットは、アーム先端における位置決め精度等が複合加工旋盤の各機器の機械的な位置決め精度に比べては不充分である。
そこで、本発明の目的は、複合加工旋盤の工具主軸とロボットが共同して主軸のチャック爪を交換するシステムを提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明のシステムは、基本手段として、ワークを把持するチャックを備えた主軸と、主軸の軸線に平行なＺ軸と、主軸の軸線に直交するＸ軸と、Ｚ軸とＸ軸が形成する平面に垂直なＹ軸に沿って移動し、Ｚ軸とＸ軸が形成する平面に垂直な旋回軸であるＢ軸まわりに旋回動する工具主軸を備えた複合加工旋盤と、複合加工旋盤の前側に配置されるロボットを備え、ロボットはアームの先端に選択的に装備されるナットランナーハンドと、ジョーハンドを備え、複合加工旋盤とロボットが共同してチャックの爪を自動的に交換する手段を備える。
そして、ナットランナーハンドは、チャック爪の駆動機構と爪の間を係合・離脱させるカムボルトを操作するナットランナーを備え、ジョーハンドは、爪を把持するグリッパーを備える。
また、工具主軸には、各種の加工工具に加えて、チャック爪を操作するジョー用工具と、エアーブローを行うエアーブロー工具が選択的に装備される。
なお、ジョー用工具は爪と点接触する。
また、主軸のチャックから爪を抜き出す工程においては、チャック溝が水平方向に向く位置にチャックを割り出すものである。
さらに、爪が抜き出されたチャック溝と抜き出された爪をエアーブロー工具によりエアーブローして洗浄する工程を備える。
そして、ロボットの作業エリア内に爪のストッカーを備えるものである。

本発明のチャック爪自動交換システムは、高精度な割り出しと位置決めが可能な複合加工旋盤のチャック及び工具主軸と、ロボットが共同して主軸のチャックの爪を自動的に交換することができる。交換の際には、抜き出された爪の洗浄やチャック溝の洗浄等も自動的に行うことができる。

図１は、本発明の複合加工旋盤のチャック爪交換システムの全体構成を示す平面図である。
このシステムは、複合加工旋盤１０の前面に装備される多関節を有するロボット５０を有する。
ロボット５０は、本体５１と本体５１から延びるアーム５２を有し、アーム５２の先端にはワークを把持するワークハンド６０、チャック爪を把持するジョーハンド７０、複合加工旋盤１０の主軸にとりつけられたチャックのロックを解除するためのナットランナーハンド８０が選択的にとりつけられる。各ハンドは、それぞれの置き台上に置かれる。

複合加工旋盤１０の側方にはワークの供給ステーション９０や、ワークの供給ステーション９０にパレットを搬送するパレット搬送装置１００等が装備される。
また、棚状のジョーストッカー１１０も配置される。

ロボット５０は、図１の符号Ｅ_１で示すエリア内を作業範囲とし、エリアＥ_１の外側にオペレータの操作盤１２０が配置される。

図２は、複合加工旋盤１０の主要部を示す説明図である。
複合加工旋盤１０の主軸１２にはチャック２０が装備されている。このチャック２０は３本の爪（ジョー）を有する、いわゆる三つ爪チャックであり、３本のチャック溝２２に対して爪４０が装着される。各爪４０は、生爪４４と生爪４４がボルト４６で固定されるマスタージョー４１を備え、マスタージョー４１はチャック２０の駆動機構に噛み合うラック４２を有する。
ジョー用の工具Ｔ_１は、爪４０との接触部位３５が球面状に加工されている。

主軸１２に対向して配備される工具主軸３０は、主軸１２の軸線に平行なＺ軸と、Ｚ軸に直交するＸ軸方向に移動する。また、工具主軸３０はＸ軸とＺ軸が形成する平面に垂直なＹ軸（開示せず）に沿って移動することもできる。
さらに、この工具主軸３０は、Ｙ軸に平行な回転軸であるＢ軸まわりに旋回動することもできる。

工具主軸３０は、自動工具交換装置から供給される各種の工具を交換自在に装着することができる。ジョー用の工具Ｔ_１は後述するロボットと共同して、チャック２０に対して爪４０を自動で交換する。

図３から図９は、チャック爪の自動交換の一連の工程を説明する説明図である。
図３の（ａ）は、チャック爪の交換に先立ち、工具主軸３０に装着したエアーブロー工具Ａ_１によりチャック爪４０のワーク把持面を洗浄する工程を示す。この工程では、ロボットは待機状態を保つ。

図３の（ｂ）は、チャック２０をとりつけた主軸を回転軸Ｃ_１方向に割り出して、交換すべき爪４０が水平位置となる姿勢にする。
工具主軸３０に装着する工具は、ジョー用の工具Ｔ_１に交換される。ロボットは待機状態を保つ。

図３の（ｃ）は、ロボットのアームの先端にとりつけたナットランナーハンド８０がナットランナー８２をチャック２０のカムボルトに挿入して、カムボルトを１８０度回動させる工程を示す。この操作により爪４０のラックは、チャック２０の駆動機構から解放される。

図３の（ｄ）は、ナットランナーハンド８０は、その位置を保ち、工具主軸３０が水平方向に移動して、ジョー用工具Ｔ_１が爪４０を外側の所定位置まで押し出す工程を示す。
図１に示すように、ジョー用工具Ｔ_１の爪４０との接触する部位３５は、点接触となっており、爪４０を押し出す際にコジレの発生を抑制する。

図４の（ｅ）は、工具主軸３０とロボットが共同して爪４０を取り出す工程を示す。
ロボットは、アーム先端のハンドをナットランナーハンド８０からジョーハンド７０に持ち換え、ジョーハンド７０のグリッパー７２で爪４０を把持し、工具主軸３０のジョー用工具Ｔ_１と共同して爪４０をチャック２０から抜き出す。
チャック２０の割り出し角度やジョー用工具Ｔ_１が装着された工具主軸の移動は、複数加工旋盤のＮＣ装置により高精度で制御されるので、爪４０はチャック２０のチャック溝２２から確実に取り出される。

図５の（ｆ）は、ロボットハンドを旋回させてジョーハンド７０のグリッパー７２が把持する爪４０を上に向け、工具主軸３０に装着したエアーブロー工具Ａ_１により爪４０を洗浄する工程を示す。
爪４０に付着した切粉等をラック４２等に残らないように、確実に清掃し、ジョーストッカー１１０に戻す。

図６の（ｇ）は、ロボット５０のアーム５２が旋回してジョーハンド７０がジョーストッカー１１０に爪４０を返却する工程を示す。

図７の（ｈ）は、工具主軸３０のエアーブロー工具Ａ_１によりチャック溝２２を洗浄する工程を示す。
この際には、チャック２０を割り出して、チャック２０のチャック溝２２がチャック２０の中心から下方に向く位置にすることが望ましい。

図８の（ｉ）はロボット５０のアーム５２にとりつけたジョーハンド７０が、ジョーストッカー１１０から新しい爪４０を取り出す工程を示す。

図８の（ｊ）は、ジョーハンド７０が新しい爪４０をチャック２０のチャック溝２２に挿入する工程を示す。
挿入量は、例えば２０ｍｍとする。この操作はジョーハンド７０が単独で行い、工具主軸３０のジョー用工具Ｔ_１は待機する。

図８の（ｋ）は、ジョーハンド７０で挿入された爪４０を工具主軸３０のジョー用工具が受け取る工程を示す。

図８の（ｌ）は、ロボットのアーム先端のハンドをナットランナーハンド８０に交換し、ナットランナー８２をチャック２０のカムボルトに係合してカムボルトを１８０度回動する工程を示す。

図９の（ｍ）は、ナットライナーハンド８０のナットランナー８２はその回転位置を保ち、工具主軸３０のジョー用工具Ｔ_１が爪４０をチャック２０のチャック溝に対して所定の位置まで挿入する工程を示す。
ジョー用工具Ｔ_１の爪４０との接触する部位３５は、点接触となっており、爪４０を挿入する際に、コジレの発生を抑制している。

図９の（ｎ）は、工具主軸３０のジョー用工具Ｔ_１が爪４０を挿入した状態で、ナットランナーハンド８０のナットランナー８２を１８０度反対方向に回転させる工程を示す。
この操作により、爪４０のラックはチャック２０の駆動機構に噛み合う。

上述した一連の工程をくり返してチャック２０の３本の爪４０を自動的に交換する。

本発明のシスステムの全体構成を示す平面図。複合加工旋盤の主要部を示す説明図。チャック爪の自動交換の工程を示す説明図。チャック爪の自動交換の工程を示す説明図。チャック爪の自動交換の工程を示す説明図。チャック爪の自動交換の工程を示す説明図。チャック爪の自動交換の工程を示す説明図。チャック爪の自動交換の工程を示す説明図。チャック爪の自動交換の工程を示す説明図。

符号の説明

１０複合加工旋盤
２０チャック
３０工具主軸
４０爪
５０ロボット
６０ワークハンド
７０ジョーハンド
８０ナットランナーハンド
１１０爪収納棚

Claims

ワークを把持するチャックを備えた主軸と、主軸の軸線に平行なＺ軸と、主軸の軸線に直交するＸ軸と、Ｚ軸とＸ軸が形成する平面に垂直なＹ軸に沿って移動し、Ｚ軸とＸ軸が形成する平面に垂直な旋回軸であるＢ軸まわりに旋回動する工具主軸を備えた複合加工旋盤と、複合加工旋盤の前側に配置されるロボットを備え、
ロボットはアームの先端に選択的に装備されるナットランナーハンドと、ジョーハンドを備え、
複合加工旋盤とロボットが共同してチャックの爪を自動的に交換する複合加工旋盤におけるチャック爪自動交換システム。
ナットランナーハンドは、チャック爪の駆動機構と爪の間を係合・離脱させるカムボルトを操作するナットランナーを備え、
ジョーハンドは、爪を把持するグリッパーを備える請求項１記載の複合加工旋盤におけるチャック爪自動交換システム。
工具主軸には、各種の加工工具に加えて、チャック爪を操作するジョー用工具と、エアーブローを行うエアーブロー工具が選択的に装備される請求項１記載の複合加工旋盤におけるチャック爪自動交換システム。
ジョー用工具は、爪と接触する部位が点である請求項３記載の複合加工旋盤におけるチャック爪自動交換システム。
主軸のチャックから爪を抜き出す工程においては、チャック溝が水平方向に向く位置にチャックを割り出す請求項１記載の複合加工旋盤におけるチャック爪自動交換システム。
爪が抜き出されたチャック溝と抜き出された爪をエアーブロー工具によりエアーブローして洗浄する工程を備える請求項３記載の複合加工旋盤におけるチャック爪自動交換システム。
ロボットの作業エリア内に爪のストッカーを備える請求項１記載の複合加工旋盤におけるチャック爪自動交換システム。