JP2017170531A - バリ取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バリの形状が不定形であっても短時間で自動的にバリを除去できるようにする。【解決手段】バリにおける製品の表面からの突出高さが所定高さとなるように、バリの基端側を残して先端側を除去するためのマシニングセンター１０と、製品の表面からの突出高さが所定高さとなったバリを除去するためのロボット２１〜２３とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばアルミダイキャスト製品のバリを除去するバリ取り装置に関するものであり、特に、所定のバリ取り工具を使用して自動でバリを除去する構造の技術分野に属する。

従来より、製品に生成されたバリを除去するためのバリ取り装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。特許文献１のバリ取り装置は、丸棒からなるツールを含むバリ取り工具を有しており、このバリ取り工具が押圧装置を介してロボットのアームに取り付けられている。ツールを中心軸周りに回転させつつ、バリに押し付けるとともに、バリに沿って移動させることにより、バリを脆性破壊して除去することができるようになっている。

特許文献２のバリ取り装置は、バリ取り用の研削ツールを有しており、この研削ツールがロボットのアームに取り付けられている。アーム及び研削ツールはそれぞれエアシリンダユニットからなる弾発機構を介して製品に対して一定の押圧力で押し付けられるように支持されており、例えば製品の周縁部外側に存在するバリを除去する際には弾発機構を作動状態にする一方、孔部に存在するバリを除去する際には弾発機構を非作動状態にする。

特許文献３のバリ取り装置は、電動工具と、電動工具をバリに弾性的に当接可能にするためのフローティング機構を有しており、ロボットのアームに取り付けられて使用されるようになっている。

特開２００６−１２３２７３号公報 特開２００８−１４９４２２号公報 特開２００９−１７２６９２号公報

ここで、例えば高速高圧鋳造法によってアルミダイキャスト製品を得る際、２個以上の金型を合わせた面内の製品を構成するライン（以下、製品プロフィールともいう。）の外に噴き出した微量のアルミの溶解液（以下、溶湯ともいう。）がそのまま製品と一体化した状態で固まり、本来の製品以外の部分を形成し、これがバリ（鋳バリ）となる。

高速高圧鋳造法では、主となる２つの金型を合わせ、そこに約６８０℃ほどのアルミの溶湯を高速で射出するため金型の内面圧力は高圧になる。金型の内容積の大きさによって異なるが、金型を型閉じ状態で締め付ける力は、大きなものでは３０００トン程度となる。そして、高温の溶湯を金型内に高圧で射出することになるので、金型を上述のように大きな力で締め付けていたとしても金型の合わせ面に微妙な隙間などが発生することは避けられず、溶湯が微量ではあるがその隙間に流れ込んで固化し、バリとなってしまう。

また、主となる２個の金型の他に、通称「中子」と呼ばれる小さな金型が用いられることがある。これは、製品形状により使用されるものであるが、主となる金型よりも当然形状も小さく、締め付け圧力も弱いため、溶湯射出圧力の影響を大きく受け、中子の周辺にはバリが発生し易いという問題がある。さらに、金型の経時劣化又は故障などに伴い、バリの厚みや高さなど、バリの形状は、連続鋳造であっても一定しない。

このように、アルミダイキャスト製品におけるバリは、意図された製品形状とは別で、完全にイレギュラーなものであるため、その形状（厚み及び高さ）をあらかじめ正確に特定することは極めて困難である。

上述したようなバリは、設計された製品の形状部分とは異なり、ほとんどの場合、薄く（厚さ０．３〜１．５ｍｍ程度）、衝撃により脱落する可能性が高い。例えば、自動車の内燃機関又は変速機系の部品がアルミダイキャスト製品であることが多いが、この場合、万一、内部にバリが脱落すると、バリがオイル経路に詰まったり、歯車に噛み込んだりすることが考えられる。また、外部にバリが発生していると、そのバリが電気配線の損傷などを引き起こすこともある。よって、アルミダイキャスト製品のバリを削除する工程が必要になる。

ところが、前述する如く、バリの特性および発生の経緯からして、形状が一定ではなく、不定であるが故に、設備機械による切削等での除去は困難であり、もっぱら人が目で見て確認しながら手工具をもって除去する方法をもってしか、完全に除去することは不可能であると言われてきた。

なぜなら、設備機械による機械加工は、対象となる製品の材質、寸法形状などが一定して、初めて切削条件や機械条件などを一定に設定し、作業することが可能であり、本来不定形のものを自由に切削等することはできないからである。例えば、バリの厚みが不定であるということは、切削強度が不定であるということで、バリが厚い場合は、一定条件で刃物を回転させて動作させれば取れるものであるのに、バリが薄い場合は柔らかいということになるので、同一の条件では除去できず、バリが折れたり倒れたりした状態になって、除去できなくなる。

また、自動車部品等の内部部品（例えばエンジンやミッションケース）の形状は、狭いボンネット内に様々な部品を組み付ける関係、また、部品同士の干渉を計算した結果などから、その形状は直線的ではなく、自由曲線で構成されることが多く、機械設備を使用した場合、動作プログラムも複雑化し、切削時間も非常に長くなり、形状全てを取り込んでのバリ取りはできないなど、通常生産では非現実的であった。

上記のようなことから、機械設備をバリ取り作業に導入する場合、初期段階は手工具の機械化、例えば、ヤスリからエアーソニック（エア工具）へ、続いて、機械設備を手作業の補助で使用することへの進歩、要するに、機械でできるところと手でするところを分けて作業するといった工法に終始しており、その部分工程が変遷するに過ぎなかった。

そこで、特許文献１〜３のロボットを用いたバリ除去装置を使用することが考えられるが、バリの高さや厚みが製品毎に大きく異なっているため、どのバリに合わせてティーチングするかということが問題になるとともに、バリ除去の条件設定が困難になる。つまり、ロボットの動作がいかに３次元的であり、自由度が高くても、肝心の切削等の条件設定を行うことができないので、大きなバリから小さなバリ、厚いバリから薄いバリを満足がいくように除去するのは困難であった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バリの形状が不定形であっても短時間で自動的にバリを除去できるようにすることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、バリの高さが所定高さとなるようにマシニングセンターによって除去工程を行うことで、その後のロボットによるバリ除去の条件を固定化できるようにしてロボットによる作業を可能にした。

第１の発明は、
製品に発生したバリを除去するバリ除去装置において、
上記バリの基端側を残して先端側を除去することによって上記バリにおける上記製品の表面からの突出高さが所定高さとなるように第１バリ取り工具を上記製品に対して相対的に移動させるようにプログラミングされたマシニングセンターと、
上記製品の表面からの突出高さが所定高さとなったバリを除去するための第２バリ取り工具が装着され、該第２バリ取り工具を、上記製品の表面からの突出高さが所定高さとなった上記バリに沿って移動させるようにプログラミングされたロボットとを備えていることを特徴とする。

すなわち、一般に、バリの高さが高ければバリが柔らかくなる一方、バリの高さが低くなればバリが硬くなる。この発明によれば、マシニングセンターの第１バリ取り工具によってバリの先端側が除去され、バリにおける製品の表面からの突出高さが所定高さに揃えられる。バリの高さが揃うことで、バリの柔らかさ（硬さ）が一定になるので、その後に行われるロボット及び第２バリ取り工具によるバリ除去の条件を一定の条件に固定化することが可能になる。よって、ロボットによるバリの自動除去が可能になる。

第２の発明は、第１の発明において、
上記マシニングセンターは、上記バリにおける上記製品の表面からの突出高さが１．０ｍｍ以下となるように上記バリの先端側を除去するようにプログラミングされていることを特徴とする。

この構成によれば、バリの製品の表面からの突出高さが十分に低くなるので、ロボットによるバリの自動除去が容易に行える。

第３の発明は、第１または２の発明において、
上記第２バリ取り工具及び上記ロボットを複数組備えていることを特徴とする。

この構成によれば、バリ取り工具及びロボットによるバリ取り作業を製品の各部で並行させることが可能になる。

第４の発明は、第１から３のいずれか１つの発明において、
上記第１バリ取り工具及び上記第２バリ取り工具は回転工具であり、
上記第２バリ取り工具の径は上記第１バリ取り工具の径よりも小さく設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、第２バリ取り工具の径が小さくなるので、最終的にバリを除去する際に細かなところのバリも除去することが可能になる。尚、第２バリ取り工具は、製品の表面からの突出高さが所定高さとなったバリを除去するためのものであることから、径が小さくなっても十分に対応可能である。

第１の発明によれば、製品の表面からの突出高さが所定高さとなるように、バリの基端側を残して先端側を除去するためのマシニングセンターと、バリ取り工具を上記バリに沿って移動させるためのロボットとを備えているので、バリの形状が不定形であっても短時間で自動的にバリを除去できる。

第２の発明によれば、バリにおける製品の表面からの突出高さを１．０ｍｍ以下にしたので、バリの製品の表面からの突出高さが十分に低くなり、ロボットによるバリの自動除去を容易に行うことができる。

第３の発明によれば、バリ取り工具及びロボットを複数組備えているので、バリ取り作業を製品の各部で並行させることができ、作業時間を短縮できる。

第４の発明によれば、ロボットに装着する第２バリ取り工具の径を、マシニングセンターに装着する第１バリ取り工具の径よりも小さく設定したので、細かなところのバリも除去することができる。

実施形態に係るバリ取り装置の概略構成図である。 バリ取り装置のブロック図である。 ロボット側バリ取り工具の取付構造を示す図である。 バリ取り要領のフローチャートである。 マシニングセンターによるバリ取りと、ロボットによるバリ取りを説明する図である。 図５のVI−VI線断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係るバリ取り装置１の概略構成を示すものである。バリ除去装置１は、マシニングセンター１０と、第１〜第３ロボット２１〜２３と、第１〜第３ロボット２１〜２３を制御するための制御装置２４（図２に示す）とを備えている。バリ除去装置１によってバリを除去する製品としては、例えば高速高圧鋳造法によって得られたアルミダイキャスト製品１００（図１に示す）を挙げることができる。このアルミダイキャスト製品１００には、成形時に金型の隙間や中子の隙間等から噴き出した微量のアルミの溶解液がアルミダイキャスト製品１００の表面で固化してバリ１０１が形成されている（図５及び図６参照）。一般に、バリ１０１は、アルミダイキャスト製品１００毎に異なる高さ及び厚みを有している。

マシニングセンター１０は、従来から周知の縦型マシニングセンターであり、自動工具交換機能を有し、フライス削りや、中ぐり、穴あけ、ねじ立て等の異なる加工を１台で行うことができるように構成された数値制御工作機械である。工具マガジン１３には複数の工具を格納することができるようになっている。

マシニングセンター１０の工具マガジン１３には、マシニングセンター側バリ取り工具（第１バリ取り工具）１１、１２が格納されており、これらマシニングセンター側バリ取り工具１１、１２のうち、任意の工具を主軸に装着することができるようになっている。マシニングセンター側バリ取り工具１１、１２は、バリ１０１におけるアルミダイキャスト製品１００の表面からの突出高さが所定高さとなるように、バリ１０１の基端側部分１０１ａ（図５及び図６参照）を残して先端側部分を除去するための回転工具である。マシニングセンター側バリ取り工具１１、１２は、例えば直径１２ｍｍ〜２０ｍｍ程度のエンドミルを挙げることができるが、これに限られるものではなく、除去したいバリ１０１の形状に合うように各種切削工具の中から選択することができる。

マシニングセンター１０は制御部１４を有している。制御部１４には各種操作スイッチ等が設けられるとともに、表示画面も設けられている。制御部１４に動作プログラムを入力することで工具の選択及び工具の経路を任意に設定することができる。

マシニングセンター１０は、バリ取り作業中のアルミダイキャスト製品１００を固定しておくための固定盤１５を有している。固定盤１５には、図示しないが、例えば空気圧で作動するクランプ装置が取り付けられており、このクランプ装置によりアルミダイキャスト製品１００が固定盤１５に固定される。クランプ装置は、作業者の操作によってクランプ状態とアンクランプ状態とに切り替えることが可能になっている。

図１に示す第１〜第３ロボット２１〜２３は同じものであり、周知の多関節型産業用ロボットで構成されている。第１ロボット２１は、基台２５に固定されるベース部２１ａと、アーム２１ｂとを備えている。アーム２１ｂの先端部には、ロボット側バリ取り工具（第２バリ取り工具）２６が装着されている。ロボット側バリ取り工具２６としては、例えば直径が６ｍｍ程度のリーマを使用することができる。ロボット側バリ取り工具２６は、空気圧を回転力に変換するエアーソニック等の回転装置２７に取り付けて使用される。図３に示すように、回転装置２７は、取付金具２８によってアーム２１ｂに取り付けられている。回転装置２７には、図示しないが工場エアーを供給するためのエアー配管が接続されている。

第２ロボット２２及び第３ロボット２３は第１ロボット２１と同様に構成されており、第２ロボット２２はベース部２２ａとアーム２２ｂとを備えていてアーム２２ｂの先端部にロボット側バリ取り工具２６及び回転装置２７が装着され、また、第３ロボット２３はベース部２３ａとアーム２３ｂとを備えていてアーム２３ｂの先端部にロボット側バリ取り工具２６及び回転装置２７が装着されている。従って、この実施形態では、ロボット側バリ取り工具２６とロボット２１〜２３とが３組設けられている。

図２に示すように、第１〜第３ロボット２１〜２３は制御装置２４に接続されている。制御装置２４は例えばパーソナルコンピュータ等で構成することができる。制御装置２４には、図示しない記憶装置が設けられており、第１〜第３ロボット２１〜２３の動きを記憶させることができるようになっている。具体的には、周知のティーチングによって第１〜第３ロボット２１〜２３の動きを教示するとともに記憶させ、その後、ティーチングによる動きを第１〜第３ロボット２１〜２３に再現させることができるようになっている。

図１に示す基台２５にはロボット加工台２９が設けられている。ロボット加工台２９は、第１〜第３ロボット２１〜２３によるバリ取り作業中のアルミダイキャスト製品１００を固定しておくためのものであり、上記固定盤１５と同様なクランプ装置を有している。

尚、図示しないが、第１〜第３ロボット２１〜２３の周囲には、安全柵及び安全扉が設けられている。

次に、上記のように構成されたバリ取り装置１を使用してアルミダイキャスト製品１００のバリ１０１を除去する要領について説明する。アルミダイキャスト製品１００としては、例えば自動車の変速機のケースや内燃機関の各種部品等を挙げることができ、アルミダイキャスト製品１００の大きさは特に限定されるものではない。

まず、マシニングセンター１０の制御部１４にマシニングセンター用動作プログラムを入力する。このマシニングセンター用動作プログラムは、マシニングセンター側バリ取り工具１１、１２をアルミダイキャスト製品１００のバリ１０１が発生する部分に沿って相対的に動かすことができるように構成されている。具体的には、図５に示すようにバリ１０１の基端側部分１０１ａを残して先端側部分だけを除去することができるようにマシニングセンター用動作プログラムが構成されており、マシニングセンター側バリ取り工具１１、１２の先端部が図５に示す一点鎖線Ａ上を移動するように移動経路を設定する。一点鎖線Ａとアルミダイキャスト製品１００の表面との離間距離は１．０ｍｍ以下に設定されており、この離間距離は好ましくは０．５ｍｍ〜０．３ｍｍである。

また、第１〜第３ロボット２１〜２３を制御するための制御装置２４にロボット用動作プログラムを入力する。これはティーチングで入力することができ、ロボット側バリ取り工具２６の先端部がアルミダイキャスト製品１００の表面に沿って移動することができるように構成されている。第１ロボット２１、第２ロボット２２及び第３ロボット２３は、互いに異なる部分のバリ取りを行うようにティーチングしておく。

マシニングセンター用動作プログラム及びロボット用動作プログラムを入力した後、図４に示すフローチャートのステップＳ１の作業、即ち、アルミダイキャスト製品１００をマシニングセンター１０まで搬送して固定盤１５に固定する。その後、ステップＳ２に進んでマシニングセンター１０による第１バリ取り工程を行う。この第１バリ取り工程では、図５及び図６の上側に示すように、マシニングセンター側バリ取り工具１１を、その先端が一点鎖線Ａに沿うように相対的に移動させる。これにより、バリ１００の基端側部分１０１ａが残り、先端側部分だけが除去される。このとき、マシニングセンター１０は、主軸の回転力が大きく、しかも、マシニングセンター側バリ取り工具１１の径が大きいので、図５の上側に示すようにバリ１０１が大きくても、バリ１００の先端側部分を確実に切削して除去できる。この第１バリ取り工程を経ることで、バリ１０１の高さは、図５及び図６の下側に示すように低くなる。具体的には、バリ１０１におけるアルミダイキャスト製品１００の表面からの高さが１．０ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下になる。

すなわち、一般に、バリ１０１の高さが高ければバリ１０１が変形し易く、柔らかくなる一方、バリ１０１の高さが低くなればバリ１０１が変形し難く、硬くなる。この実施形態のように、マシニングセンター１０のマシニングセンター側バリ取り工具１１によってバリ１０１の先端側部分を除去することで、バリ１０１におけるアルミダイキャスト製品１００の表面からの突出高さが所定高さに揃えられる。バリ１０１の高さが揃うことで、バリ１０１の柔らかさ（硬さ）が一定になるので、その後に行われるによる第１〜第３ロボット２１〜２３によるバリ除去の条件を一定の条件に固定化することが可能になる。

ステップＳ２の第１バリ取り工程が終了すると、ステップＳ３に移り、アルミダイキャスト製品１００をマシニングセンター１０から搬出する。その後、ステップＳ４に移り、アルミダイキャスト製品１００をロボット加工台２９に固定する。

次いで、ステップＳ５に移り、第１〜第３ロボット２１〜２３による第２バリ取り工程を行う。この第２バリ取り工程では、ロボット側バリ取り工具２６の先端部がアルミダイキャスト製品１００の表面に沿って移動するように、ロボット側バリ取り工具２６を移動させる。このとき、バリ１０１の高さが低くなり、しかも揃っているので、エアーソニック等の回転装置２７によるトルクであってもロボット側バリ取り工具２６を回転させるのに十分であり、バリ１０１が完全に除去される。また、ロボット側バリ取り工具２６の径は小さいので、細かなところのバリ１０１も除去することができる。

さらに、ロボット側バリ取り工具２６及びロボット２１〜２３を３組備えているので、バリ取り作業をアルミダイキャスト製品１００の各部で並行させることができ、作業時間を短縮できる。この第２バリ取り工程を行っている間に、次のアルミダイキャスト製品１００をマシニングセンター１０に固定して第１バリ取り工程を行うことができる。

ステップＳ６の第２バリ取り工程が終了すると、ステップＳ６に移り、アルミダイキャスト製品１００をロボット加工台２９から図示しない検査台に搬送する。その後、ステップＳ７に移り、各部のバリ１０１が除去されているか否かを作業者が検査する検査工程を行う。

以上説明したように、この実施形態に係るバリ取り装置１によれば、マシニングセンター１０によってバリ１０１の先端側部分を除去することで、バリ１０１におけるアルミダイキャスト製品１００の表面からの突出高さを所定高さに揃えることができる。バリ１０１の高さが揃うことで、バリ１０１の柔らかさ（硬さ）が一定になるので、その後に行われるロボット２１〜２３によるバリ除去の条件を一定の条件に固定化することができる。よって、ロボット２１〜２３によるバリ１０１の自動除去ができる。

尚、上記実施形態では、３台のロボット２１〜２３を使用したが、これに限らず、１台や２台のロボットを使用してもよいし、４台以上のロボットを使用してもよい。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明に係るバリ取り装置は、例えばアルミダイキャスト製品のバリを自動で除去する場合に使用することができる。

１ バリ取り装置
１０ マシニングセンター
１１、１２ マシニングセンター側バリ取り工具（第１バリ取り工具）
２１〜２３ 第１〜第３ロボット
２６ ロボット側バリ取り工具（第２バリ取り工具）
１００ アルミダイキャスト製品
１０１ バリ

Claims (4)

1. 製品に発生したバリを除去するバリ除去装置において、
   上記バリの基端側を残して先端側を除去することによって上記バリにおける上記製品の表面からの突出高さが所定高さとなるように第１バリ取り工具を上記製品に対して相対的に移動させるようにプログラミングされたマシニングセンターと、
   上記製品の表面からの突出高さが所定高さとなったバリを除去するための第２バリ取り工具が装着され、該第２バリ取り工具を、上記製品の表面からの突出高さが所定高さとなった上記バリに沿って移動させるようにプログラミングされたロボットとを備えていることを特徴とするバリ除去装置。
2. 請求項１に記載のバリ除去装置において、
   上記マシニングセンターは、上記バリにおける上記製品の表面からの突出高さが１．０ｍｍ以下となるように上記バリの先端側を除去するようにプログラミングされていることを特徴とするバリ除去装置。
3. 請求項１または２に記載のバリ除去装置において、
   上記第２バリ取り工具及び上記ロボットを複数組備えていることを特徴とするバリ除去装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載のバリ除去装置において、
   上記第１バリ取り工具及び上記第２バリ取り工具は回転工具であり、
   上記第２バリ取り工具の径は上記第１バリ取り工具の径よりも小さく設定されていることを特徴とするバリ除去装置。

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