JP2017007061A - マシニングセンタ - Google Patents

Abstract

【課題】マシニングセンタが備えている制御機能内において、ワーク治具に対するワークの交換作業を自動化することである。
【解決手段】テーブル１０のＸ，Ｙ方向への移動制御と、主軸２２のＺ方向への移動制御とにより、テーブル１０上のワーク治具１２にセットされているワークＷが、主軸に取り付けられているツールＴによって三次元加工されるマシニングセンタであって、テーブルの移動に対して固定の関係にある支持部材（ツールベース２０）と、この支持部材に対してＺ方向への移動制御可能に設けられ、かつ、ワークを把持あるいは解放することが可能なハンド機構２６とを備えている。このハンド機構が、テーブル１０のＸ，Ｙ方向への移動制御と協働してワークＷをテーブル上とワーク治具１２との間で運ぶことが可能に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定のプログラムに基づくテーブルおよび主軸の移動制御により、テーブル上のワーク治具にセットされているワークが主軸に取り付けられているツールによって三次元加工される形式のマシニングセンタに関する。

この種のマシニングセンタは、例えば特許文献１に開示された技術がすでに知られている。この技術においては、ワークがセットされたワーク治具と、ツールが取り付けられた主軸とが相対的に移動制御され、ワークがツールによって三次元加工される。そして、加工を終えたワークをワーク治具から外して新たなワークと交換する場合、まず、ワーク治具を主軸のツールが障害とならない交換位置に作動させて固定する。この状態において、ワークを手作業で交換した後、ワーク治具を交換位置から元の位置に戻す。

特開２０１３−２０８６６７号公報

特許文献１の技術では、ワーク治具のワークを手作業で交換していることから、作業性がわるく、かつ作業者の負担も大きい。この対策としてワークの交換作業を自動化する場合、ロボット等の外部制御装置が必須となる。

本発明は、このような課題を解決しようとするもので、その目的は、マシニングセンタが備えている制御機能内において、ワーク治具に対するワークの交換作業を自動化し、ロボット等の外部制御装置を用いることなく、マシニングセンタの作業性を高め、かつ作業者の負担を軽減することである。

本発明は、上記の目的を達成するためのもので、以下のように構成されている。

所定のプログラムにしたがってテーブルがＸ，Ｙ方向へ移動制御され、主軸がＺ方向へ移動制御されることで、テーブル上のワーク治具にセットされているワークが、主軸に取り付けられているツールによって三次元加工されるマシニングセンタであって、テーブルの移動に対して固定の関係にある支持部材と、この支持部材に対してＺ方向への移動制御可能に設けられ、かつ、ワークを把持あるいは解放することが可能なハンド機構とを備えている。このハンド機構が、テーブルのＸ，Ｙ方向への移動制御と協働してワークをテーブル上とワーク治具との間で運ぶことが可能に構成されている。

本発明は、マシニングセンタにおいて、ハンド機構がテーブルの移動制御と協働してワークを運ぶことにより、例えばテーブル上にストックされた加工前のワークをワーク治具に運んでセットし、加工済みのワークをワーク治具から取り外して元の位置に運ぶことができる。したがって、マシニングセンタが備えている制御機能内において、ワーク治具に対するワークの交換作業を自動化することができる。この結果、ロボットなどの外部制御装置を用いることなく、マシニングセンタの作業性を高め、かつ作業者の負担を軽減できる。

マシニングセンタの概要を表した立面図。 マシニングセンタのテーブル側の構成部材を表した平面図。 図１のツールベース側を表した拡大図。 図３の左側面図。 図３のV矢視方向の側面図。 ハンド機構が加工前のワークを把持して上昇する状態を表した立面図。 ハンド機構がワークをワーク治具にセットする状態を表した立面図。 ワークが加工されている状態を表した立面図。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。

図１，２で示すマシニングセンタは、主として金属製の製品（ワーク）に対し、所定のプログラムにしたがって三次元加工を行うことができる。マシニングセンタは、テーブル１０と、その上方に配置されたツールベース２０とを備えている（図１）。テーブル１０の上面には、加工の対象となるワークＷを脱着可能にセットできるワーク治具１２が設けられている。同じくテーブル１０の上面には、複数個のワークＷを並べたストッカー１６が設けられている。また、ツールベース２０には、主軸２２がその軸線を上下向けた状態で位置し、この主軸２２の下端部に種々のツールＴの一つが脱着可能に取り付けられる。

テーブル１０、ワーク治具１２、ストッカー１６、ツールベース２０は、後述するツールマガジン２４およびハンド機構２６と共にマシニングセンタのハウジング（図示省略）内に収まっている。そして、テーブル１０上のストッカー１６は、例えばマシニングセンタのハウジング外からの作業者によるアクセスが可能な位置に配置されている。また、ツールベース２０はマシニングセンタのハウジング側に支持されている。したがって、このツールベース２０は、つぎに説明するテーブル１０の移動に対して固定の関係にあり、本発明の「支持部材」に相当する。

テーブル１０は、Ｘ，Ｙ軸駆動手段（図示省略）によって水平面の直交する二方向（Ｘ，Ｙ方向）へワーク治具１２およびストッカー１６と共に移動制御される。一方、主軸２２は、Ｚ軸駆動手段（図示省略）によりツールベース２０に対して上下方向（Ｚ方向）へ移動制御される。つまり、テーブル１０と主軸２２とは、それぞれの駆動手段によって三次元方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）へ相対的に移動制御される。この移動制御に基づき、テーブル１０のワーク治具１２にセットされているワークＷが、主軸２２に取り付けられたツールＴによって三次元加工される。なお、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸駆動手段には、一般にサーボモーターなどが使用される。

マシニングセンタで加工の対象となるワークＷには種々の形状や寸法のものがあり、例えば板状のシンプルな形状、あるいは多数の凹凸などを有する複雑な形状がある。本実施の形態で対象とするワークＷは、円筒形状のものが例示されている。この形状のワークＷが、その軸線を上下に向けた姿勢、つまり筒孔の開放面が上下になるようにストッカー１６に並べられる。

ツールベース２０における主軸２２の側方には、円盤型のツールマガジン２４がその中心軸線Ｓ回りの回転制御可能に設けられている（図１，３，４）。ツールマガジン２４には、主軸２２のツールＴと交換するための複数種類のツールＴが、このツールマガジン２４の外周に沿って放射状をなすように配列されている。これらの交換用のツールＴにはドリルやエンドミル等の加工用工具の他、洗浄水用の噴出ノズルも含まれ、これらはツールマガジン２４に対して脱着可能に収納されている。なお、図面（図１，３，４）においては、ツールマガジン２４に収納されている各ツールＴのうち、一つを除く他については個々のセット位置だけを仮想線で示している。

ツールマガジン２４が中心軸線Ｓ回りに回転制御されることにより、交換用の各ツールＴの一つが選択され、そのツールＴと主軸２２のツールＴとが周知のツールチェンジャー（図示省略）によって自動交換される。このツールチェンジャーの一般的な構造および機能の概要について、以下に簡単に説明する。

ツールチェンジャーは、例えば主軸２２とツールマガジン２４との間において回転および軸線に沿った往復移動が可能に配置された制御軸と、この制御軸に中間部が固定され、かつ両端部に把持部を備えたアームとを備えている。このアームの両把持部により、ツールマガジン２４の選択された一つのツールＴと主軸２２のツールＴとを個々につかんだ状態で、制御軸をアームと共に軸線に沿った一方向へ移動させて主軸２２およびツールマガジン２４から個々のツールＴを抜き取る。つぎに、制御軸をアームと共に回転させて両把持部の位置を入れ替えた後、制御軸を軸線に沿って元の方向へ移動させる。この結果、主軸２２にはツールマガジン２４から抜き取った新たなツールＴが取り付けられ、ツールマガジン２４には主軸２２から抜き取った使用後のツールＴが収納され、自動交換が完了する。

ツールベース２０には、ツールマガジン２４の反対側においてハンド機構２６が配置されている（図１）。このハンド機構２６は、ツールベース２０に対して昇降が可能に支持されたハンド本体２７と、ハンド本体２７の端部に下向きに設けられたチャック部２８とを備えている。チャック部２８は複数個に分割された爪を拡げたり狭めたりできる構造であり、これをワークＷの筒孔内に上から挿入して拡げることでワークＷを把持し、狭めることでワークＷを解放することができる。また、図５で示すように、チャック部２８はハンド本体２７に対して回転軸２９回りに回転操作され、それによって実線で示す使用状態あるいは仮想線で示す待機状態に切り替えられる。

つぎに、マシニングセンタにおけるワークＷの加工について説明する。

既に説明したようにストッカー１６には複数個の加工前のワークＷが並べてセットされており、その状態でテーブル１０がＸ，Ｙ方向へ移動制御される。これにより、ストッカー１６の一つのワークＷをハンド機構２６におけるチャック部２８の真下に位置させる。このタイミングで、ハンド機構２６がＺ方向へ移動制御されて図６の実線で示す位置まで下降し、チャック部２８によって一つのワークＷを把持する。この後、図６の仮想線で示すように、ハンド機構２６がＺ方向への移動制御によってワークＷと共に上昇する。

テーブル１０が再びＸ，Ｙ方向へ移動制御され、ワーク治具１２をハンド機構２６のチャック部２８に把持されたワークＷの真下に位置させる。このタイミングで、ハンド機構２６が図７の仮想線で示す位置から実線で示す位置まで下降し、ワークＷがワーク治具１２にセットされる。ワークＷをワーク治具１２にセットした後のハンド機構２６は、チャック部２８によるワークＷの把持を解放するとともに元の位置に上昇する。

つづいて、所定のプログラムに基づくテーブル１０のＸ，Ｙ方向への移動制御と、主軸２２のＺ方向への移動制御とにより、ワーク治具１２にセットされているワークＷが主軸２２のツールＴによって三次元加工される（図８）。なお、ワークＷの加工中におけるハンド機構２６のチャック部２８は、図５の仮想線で示す待機状態に切り替えられている。

ワーク治具１２にセットされているワークＷの加工後に、テーブル１０がＸ，Ｙ方向へ移動制御され、ワーク治具１２（ワークＷ）をハンド機構２６におけるチャック部２８の真下に位置させる。ここで、ハンド機構２６が前述の場合と同様に図７の実線で示す位置まで下降し、ワーク治具１２にセットされているワークＷをチャック部２８によって把持する。この後、ハンド機構２６が上昇してワーク治具１２からワークＷを取り外す。

さらに、テーブル１０がＸ，Ｙ方向へ移動制御され、ストッカー１６の空きスペースあるいは加工済みのワークＷを置くためのテーブル１０上の所定スペースを、ハンド機構２６のチャック部２８（ワークＷ）の真下に位置させる。ここで、ハンド機構２６が下降してチャック部２８によるワークＷの把持を解放した後、元の位置に上昇する。これにより、加工済みのワークＷはワーク治具１２から作業者によるアクセスが可能な位置に運び戻される。

このように本実施の形態においては、ハンド機構２６のＺ方向への移動制御およびチャック部２８の機能と、テーブル１０のＸ，Ｙ方向への移動制御との協働により、加工前のワークＷをストッカー１６からワーク治具１２まで運んでセットし、かつ、加工済みのワークＷをワーク治具１２から外して元の位置に運び戻すといったワークＷの交換作業が自動化される。このことは、ワークＷの自動搬送手段として、これまで必要とされていた外部制御装置（PLC）に代え、マシニングセンタの内蔵制御装置（NC）だけで対応することが可能になる。

以上は本発明を実施するための最良の形態を図面に関連して説明したが、この実施の形態は本発明の趣旨から逸脱しない範囲で容易に変更または変形できるものである。例えば、ハンド機構２６におけるチャック部２８の機能や形状については、対象となるワークＷの形状等に応じて随時変更される。

１０ テーブル
１２ ワーク治具
２０ ツールベース（支持部材）
２２ 主軸
２６ ハンド機構
Ｔ ツール
Ｗ ワーク

Claims (1)

1. 所定のプログラムにしたがってテーブルがＸ，Ｙ方向へ移動制御され、主軸がＺ方向へ移動制御されることで、テーブル上のワーク治具にセットされているワークが、主軸に取り付けられているツールによって三次元加工されるマシニングセンタであって、
   テーブルの移動に対して固定の関係にある支持部材と、この支持部材に対してＺ方向への移動制御可能に設けられ、かつ、ワークを把持あるいは解放することが可能なハンド機構とを備え、このハンド機構が、テーブルのＸ，Ｙ方向への移動制御と協働してワークをテーブル上とワーク治具との間で運ぶことが可能に構成されているマシニングセンタ。
   

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