JP2017209747A - ワーク固定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】工作機械やその周辺設備の構成要素の数の増加を抑制可能であり、加工のサイクルタイムの短縮も図ることが可能なワーク固定装置を提供する。【解決手段】このワーク固定装置は、ワークWを保持する保持部65bが先端部65に設けられたロボットアーム60と、ロボットアーム60の先端部65に設けられた圧力流体供給カプラ65cと、圧力流体供給カプラ65cに圧力流体を供給する圧力流体供給装置70と、工作機械による加工のためにワークWを把持する複数のクランプ部材41,42を有するクランプ装置40と、圧力流体供給カプラ65cを接続可能な圧力流体供給口43bを有し、圧力流体供給口43bから圧力流体が供給されることによりクランプ部材42をワーク把持方向に駆動するシリンダ43とを備えている。【選択図】図1

Description

本発明はワーク固定装置に関し、より具体的には、工作機械による加工のためにワークを固定するワーク固定装置に関する。
この種の工作機械用のワーク固定装置として、ワークを把持する複数のクランプ部材を各々有する複数のクランプ付きパレットと、各クランプ付きパレットに設けられ、複数のクランプ部材のうち少なくとも1つをワーク把持方向に駆動するシリンダと、工作機械の加工室外に設けられた段取装置と、段取装置に設けられた圧力流体供給部とを備え、クランプ付きパレットが段取装置に接続された際に、クランプ付きパレットのシリンダが段取装置の圧力流体供給部に接続され、これによりクランプ部材によるワークの把持やその解除が行われるものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平10−328965号公報
上記のワーク固定装置では、クランプ部材によるワークの把持やその解除を行うためにクランプ付きパレットを段取装置に接続する必要があるので、クランプ付きパレットを段取装置に接続する分だけ加工のサイクルタイムが長くなる。
また、クランプ部材によるワークの把持やその解除を行うための専用の圧力流体供給部を段取装置に設ける必要があるので、その分だけ工作機械やその周辺設備の構成要素の数が増える。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、工作機械やその周辺設備の構成要素の数の増加を抑制可能であり、加工のサイクルタイムの短縮も図ることが可能なワーク固定装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第1の態様のワーク固定装置は、ワークを保持するワーク保持部が先端部に設けられたロボットアームと、該ロボットアームの前記先端部に設けられた圧力流体供給カプラと、該圧力流体供給カプラに圧力流体を供給する圧力流体供給手段と、工作機械による加工のために前記ワークを把持する複数のクランプ部材を有するクランプ装置と、該クランプ装置に設けられると共に前記圧力流体供給カプラを接続可能な圧力流体供給口を有し、該圧力流体供給口から前記圧力流体が供給されることにより前記複数のクランプ部材のうち少なくとも1つをワーク把持方向に駆動するシリンダとを備え、前記ロボットアームが前記圧力流体供給カプラを前記圧力流体供給口に接続するように構成され、前記圧力流体供給口が、前記圧力流体供給カプラが接続されていない状態で前記シリンダ内から前記圧力流体が流出しないように構成されている。
第1の態様では、クランプ部材を駆動してワークを把持するために、クランプ部材を駆動するシリンダの圧力流体供給口にロボットアームの先端部に設けられた圧力流体供給カプラを接続するように構成されているので、ロボットアームの先端部の稼働範囲内であればクランプ部材によるワークの把持を行うことが可能である。このため、ワークの把持を行うためにクランプ装置を所定の位置に移動しなければならないという制約がなくなり、また、クランプ装置によるワークの把持のための専用の装置を設ける必要もない。
前記態様において、前記工作機械が、複数ある前記クランプ装置を1つずつ前記工作機械による加工位置に配置するパレットチェンジ機構を備えるものであり、前記ロボットアームが、前記加工位置に配置されていない前記クランプ装置の前記シリンダの前記圧力流体供給口に前記圧力流体供給カプラを接続するように構成されていることが好ましい。
このように構成すると、加工位置においてクランプ装置にワークを把持する場合と比較し、加工のサイクルタイムの短縮を図ることが可能となる。
前記態様において、前記ワーク保持部に保持された前記ワークが前記ロボットアームによって前記複数のクランプ部材により把持可能な位置に配置された時に、前記圧力流体供給カプラが前記圧力流体供給口に接続されるように構成されていることが好ましい。
このように構成すると、ワーク保持部により保持されたワークをクランプ部材により把持可能な位置に配置する工程と、各クランプ部材によりワークを把持する工程とを、同時又はほぼ同時に行うことが可能となり、加工のサイクルタイムの短縮を図る上で有利である。
前記態様において、前記ロボットアームの前記先端部に対する前記圧力流体供給カプラの位置を変更するカプラ位置変更手段をさらに備えることが好ましい。
このように構成すると、各クランプ部材によりワークを把持する位置と圧力流体供給口との距離が異なる複数種類のクランプ装置に対し、ワーク保持部により保持されたワークをクランプ部材により把持可能な位置に配置する工程と、各クランプ部材によりワークを把持する工程とを、同時又はほぼ同時に行うことが可能となる。
前記態様において、前記ワーク保持部が、前記圧力流体供給手段から供給される前記圧力流体によって駆動されて前記ワークを保持するように構成されていることが好ましい。
このように構成すると、圧力流体供給カプラへの圧力流体の供給とワーク保持部への圧力流体の供給を単一の圧力流体供給手段を用いて行うことができるので、構成要素の数の増加を抑制する上で有利である。
本発明によれば、工作機械やその周辺設備の構成要素の数の増加を抑制可能であり、加工のサイクルタイムの短縮も図ることが可能である。
本発明の第1の実施形態に係るワーク固定装置の概略構成図である。 第1の実施形態のワーク固定装置の概略のブロック図である。 第1の実施形態のロボット制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 第1の実施形態のロボット制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 第1の実施形態のクランプ装置の動作を示す図である。 第1の実施形態のクランプ装置の動作を示す図である。 第1の実施形態の変形例を示すクランプ装置の正面図である。 本発明の第2の実施形態に係るワーク固定装置の概略構成図である。
本発明の第1の実施形態に係るワーク固定装置を、図面を参照しながら以下に説明する。
このワーク固定装置は、図1に示すように、フレーム10に支持された主軸20に工具を取付け、主軸20を回転させてワークWの加工を行う工作機械を有する加工システムで用いられる。この工作機械の主軸20は主軸支持部21を介してフレーム10に支持され、工作機械の周知の構造によって主軸20が上下方向に移動すると共に回転するようになっている。
また、工作機械の周知の構造によって、ワークWが載置され保持されるクランプ装置40と主軸20とが水平方向に相対的に移動するように構成されていても良い。例えば、クランプ装置40がサーボモータと直動ねじにより水平方向のX軸に沿って移動し、他のサーボモータと他の直動ねじにより水平方向のY軸に沿って移動するように構成されていても良い。
この工作機械は、主軸20に工具ホルダ22を介してエンドミル、正面フライスを含むフライス、ドリル等の工具30が取付けられている。
また、この加工システムは、加工前ワーク置場からクランプ装置40に加工前のワークWを移動し、加工後のワークWをクランプ装置40から加工後ワーク置場に移動するためのロボットアーム60を有するロボット50を備えている。
ロボット50は水平方向(図1において左右方向および奥行方向)に傾動するベース51を備えている。
ロボットアーム60は、上下方向に延びる軸線周りに回転可能にベース51に支持された基部61と、基部61に略水平方向の軸線周りに回転可能に支持された基端側アーム62と、基端側アーム62の先端に略水平方向の軸線周りに回転可能に支持された中間部63と、中間部63に支持された先端側アーム64と、先端側アーム64の先端部に略水平方向の軸線周りに回転可能に支持された先端部65とを有する。先端側アーム64の先端側はその中心軸周りに回転するように構成されている。先端部65が先端側アーム64に対して上下方向に延びる軸線周りに回転するように構成されていても良い。
先端部65は水平方向に延びる先端部ベース65aを備え、先端部ベース65aの長手方向の一端側の下面にワークWを保持する保持部65bが設けられている。また、先端部ベース65aの長手方向の他端側における幅方向一方の縁の近傍には圧力流体供給カプラ65cが、カプラ位置変更手段としての周知のリニアガイド65dを介して取付けられている。リニアガイド65dは先端部ベース65aに固定されており、例えば、前記長手方向に延びると共に圧力流体供給カプラ65cが移動可能に取付けられたレールと、圧力流体供給カプラ65cをレールに沿って駆動するモータおよびボールねじを有する。
保持部65bおよび圧力流体供給カプラ65cはそれぞれコンプレッサー等の圧力流体供給装置70に接続されている。具体的に、保持部65bは第1の開閉弁71を介して圧力流体供給装置70に接続され、圧力流体供給カプラ65cは第2の開閉弁72を介して圧力流体供給装置70に接続さている。
保持部65bは複数の保持爪を有し、第1の開閉弁71が開状態となり圧力流体供給装置70から圧力流体が保持部65bに供給されると、複数の保持爪がワーク把持方向に駆動される。また、保持部65bは複数の保持爪をワーク把持方向と反対方向に付勢するバネ等の付勢部材を備えており、第1の開閉弁71が閉状態となると複数の保持爪がワーク把持方向と反対方向に移動する。
ロボット50およびロボットアーム60は、ベース51の傾動用のサーボモータ51aと、基部61の回転用のサーボモータ61aと、基端側アーム62の回転用のサーボモータ62aと、中間部63の回転用のサーボモータ63aと、先端側アーム64の先端側の回転用のサーボモータ64aと、先端部65の回転用のサーボモータ65eとを有する。
クランプ装置40は、クランプ装置本体40aと、クランプ装置本体40aに固定された第1のクランプ部材41と、第1のクランプ部材41と対向するように配置されると共に、レール42aにより案内される第2のクランプ部材42と、第2のクランプ部材42に作動ロッド43aが固定され、第2のクランプ部材42を第1のクランプ部材に近付く方向(ワーク把持方向)に移動させるための、クランプ装置本体40aに固定されたシリンダ43とを有する。シリンダ43には圧力流体供給カプラ65cと対になるカプラである圧力流体供給口43bが設けられている。クランプ装置40は、圧力流体供給口43bからシリンダ43内に圧力流体が供給されると、シリンダ43により第2のクランプ部材42がワーク把持方向に移動され、圧力流体供給口43bからシリンダ43内の圧力流体が放出されると、クランプ装置40に設けられたバネ等の付勢部材(図示せず)により第2のクランプ部材42がワーク把持方向と反対方向に移動するように構成されている。
図2に示すように、ロボット50の各サーボモータ51a,61a,62a,63a,64a,65eと、圧力流体供給装置70の各開閉弁71,72と、リニアガイド65dとが、ロボット制御部80に接続され、ロボット制御部80により制御される。
ロボット制御部80は、メモリ装置81に格納されているワーク交換プログラムにより作動し、各サーボモータ51a,61a,62a,63a,64a,65eと、各開閉弁71,72とを制御して、ロボットアーム60により加工前ワーク置場からクランプ装置40に加工前のワークWを移動し、加工後のワークWをクランプ装置40から加工後ワーク置場に移動する。ロボットアーム60により加工前ワーク置場からクランプ装置40に加工前のワークWを移動する際のロボット制御部80の動作の一例を図3のフローチャートを参照しながら説明する。
ロボット制御部80は、例えば工作機械等からワーク供給の指令信号と、クランプ装置40の種類情報とを受付けると(ステップS1−1)、当該種類情報に対応する位置に圧力流体供給カプラ65cが配置されるようにリニアガイド65dを制御する(ステップS1−2)。クランプ装置40の種類情報は、ワーク供給の指令信号と同時ではなく、操作者が所定の入力装置に当該種類情報を入力した際に受付けても良い。
ステップS1−2の処理が行われる時、ロボット制御部80はメモリ装置81に保存されているカプラ位置情報を参照する。カプラ位置情報はクランプ装置40の種類と圧力流体供給カプラ65cの配置位置とを対応させた情報を含んでいるので、ロボット制御部80はカプラ位置情報を参照することにより圧力流体供給カプラ65cを配置すべき位置の情報を得ることができる。
続いて、ロボット制御部80は、加工前ワーク置場から、クランプ装置40の第1のクランプ部材41と第2のクランプ部材42とにより把持可能な位置まで、加工前のワークWを移動するように、各サーボモータ51a,61a,62a,63a,64a,65eと、第1の開閉弁71とを制御する(ステップS1−3)。ステップS1−2では、図5に示すように、保持部65bの複数の保持爪により保持されたワークWが第1のクランプ部材41と第2のクランプ部材42とにより把持可能な位置に配置された時に、圧力流体供給カプラ65cがクランプ装置40の圧力流体供給口43bに接続されるように、圧力流体供給カプラ65cが配置される。
圧力流体供給口43bは、圧力流体供給カプラ65cが接続された時に開状態となり、圧力流体供給カプラ65cが接続されない時に閉状態となる弁構造を有する。当該弁構造は、例えば、圧力流体供給口43bの流体流路内に設けられた金属球等の弁体と、流体流路内に設けられ、弁体が当接することにより流体流路を閉鎖する座面と、弁体を座面に向かって付勢するバネ等の付勢部材とを有する。そして、圧力流体供給カプラ65cが圧力流体供給口43bに接続された時に、圧力流体供給カプラ65cの一部によって押されることにより弁体が付勢部材に抗して座面から離れる方向に移動し、弁構造が開状態となる。
続いて、ロボット制御部80は、図6に示すように、第2のクランプ部材42が第1のクランプ部材41側に移動してクランプ部材41,42によりワークWが把持されるように、第2の開閉弁72を開状態となるように制御する(ステップS1−4)。そして、クランプ部材41,42によりワークWが把持されると、第1の開閉弁71を閉状態となるように制御する(ステップS1−5)。これにより、保持部65bの複数の保持爪によるワークWの保持が解除される。
続いて、第2の開閉弁72を閉状態となるように制御すると共に(ステップS1−6)、保持部65bおよび圧力流体供給カプラ65cが工作機械の外の所定の待避位置に配置されるように、各サーボモータ51a,61a,62a,63a,64a,65eを制御する(ステップS1−7)。これにより、工作機械によってクランプ装置40に把持されたワークWを加工可能な状態となる。
一方、ロボットアーム60により加工後のワークWをクランプ装置40から加工後ワーク置場に移動する際のロボット制御部80の動作の一例を図4のフローチャートを参照しながら説明する。
ロボット制御部80は、例えば工作機械等からワーク回収の指令信号を受付けると(ステップS2−1)、図6に示すように、保持部65bの複数の保持爪によりワークWが保持され、圧力流体供給カプラ65cがクランプ装置40の圧力流体供給口43bに接続されるように、各サーボモータ51a,61a,62a,63a,64a,65eと、第1の開閉弁71とを制御する(ステップS2−2)。
ステップS2−2のように圧力流体供給カプラ65cが圧力流体供給口43bに接続されると、圧力流体供給口43bの弁構造が開状態となる。この時、圧力流体供給カプラ65cから圧力流体が供給されると、圧力流体がシリンダ43内に供給されるが、圧力流体供給カプラ65cから圧力流体が供給されない場合は、シリンダ43内の圧力流体が放出されるように構成されている。このため、クランプ装置40に設けられた付勢部材により、第2のクランプ部材42がワーク把持方向と反対方向に移動する。
続いて、ロボット制御部80は、クランプ装置40から加工後ワーク置場の上方に加工後のワークWを移動するように、各サーボモータ51a,61a,62a,63a,64a,65eを制御した後に(ステップS2−3)、保持部65bによるワークWの保持が解除されるように第1の開閉弁71を制御する(ステップS2−4)。これにより、工作機械から加工後のワークWが取出される。
本実施形態によれば、第2のクランプ部材42を駆動してワークWを把持するために、第2のクランプ部材42を駆動するシリンダ43の圧力流体供給口43bにロボットアーム60の先端部65に設けられた圧力流体供給カプラ65cを接続するように構成されているので、ロボットアーム60先端部の稼働範囲内であれば第2のクランプ部材42によるワークWの把持を行うことが可能である。このため、ワークWの把持を行うためにクランプ装置40を所定の位置に移動しなければならないという制約がなくなり、また、クランプ装置40によるワークWの把持のための専用の装置を設ける必要もない。
また、本実施形態では、保持部65bに保持されたワークWがロボットアーム60によってクランプ部材41,42により把持可能な位置に配置された時に、圧力流体供給カプラ65cが圧力流体供給口43bに接続される。このため、保持部65bにより保持されたワークWをクランプ部材41,42により把持可能な位置に配置する工程と、クランプ部材41,42によりワークWを把持する工程とを、同時又はほぼ同時に行うことが可能となり、加工のサイクルタイムの短縮を図る上で有利である。
また、本実施形態では、ロボットアーム60の先端部65に対する圧力流体供給カプラ65cの位置を変更するリニアガイド65dを備えている。このため、クランプ部材41,42によりワークWを把持する位置と圧力流体供給口43bとの距離が異なる複数種類のクランプ装置40に対し、保持部65bにより保持されたワークWをクランプ部材41,42により把持可能な位置に配置する工程と、クランプ部材41,42によりワークWを把持する工程とを、同時又はほぼ同時に行うことが可能となる。
例えば、図7に示すように、第1のクランプ部材41と圧力流体供給口43bとの距離が図5等のクランプ装置40よりも短い時は、リニアガイド65dにより圧力流体供給カプラ65cを保持部65b側に移動する。
また、本実施形態では、圧力流体供給カプラ65cへの圧力流体の供給と保持部65bへの圧力流体の供給を単一の圧力流体供給装置70で行うことができるので、構成要素の数の増加を抑制する上で有利である。
なお、本実施形態において、保持部65bを、磁力により鉄製のワークWを吸着するように構成しても良い。
また、本実施形態では、保持部65bにより第1および第2のクランプ部材41,42の間にワークWを配置した際に、同時に圧力流体供給カプラ65cが圧力流体供給口43bに接続されるものを示したが、保持部65bにより第1および第2のクランプ部材41,42の間にワークWを置いた後に、ロボットアーム60を動かして圧力流体供給カプラ65cが圧力流体供給口43bに接続しても良い。この場合でも、ワークWの把持を行うためにクランプ装置40を所定の位置に移動しなければならないという制約はなく、クランプ装置40によるワークWの把持のための専用の装置を設ける必要もない。
本発明の第2の実施形態に係るワーク固定装置を、図8を参照しながら以下に説明する。
本実施形態は、第1の実施形態に対して、クランプ装置40が工作機械に固定されていないものである。また、クランプ装置40が複数設けられている点と、クランプ装置40にワークWの移動を補助するための複数のコロ44が設けられている点と、保持部65bの代わりに磁力で鉄製のワークWを保持する保持部65fと、保持部65fの磁力を調整する磁力調整部が設けられ、ロボット制御部80が磁力調整部を制御することにより保持部65fへのワークWの保持とその解除が行われる点と、複数のクランプ装置40が周知のパレットチェンジ機構を用いて工作機械による加工位置に順次配置されるように構成されている点とが、第1の実施形態と異なる。ロボット制御部80は第1の開閉弁71の代わりに磁力制御部を第1の実施形態と同じように制御する。第1の実施形態と同様の構成は同一の符号を付して示し、その説明を省略する。
本実施形態では、パレットチェンジ機構として、工作機械にクランプ装置40を移動させるための複数のローラ23と、各ローラ23を駆動する図示しないモータとが設けられている。これにより、複数のクランプ装置40が工作機械による加工位置に順次配置される。また、本実施形態の工作機械にはフレーム10の内外を仕切る上下方向に移動可能なシャッター24も設けられている。
クランプ装置40の各コロ44は金属製の球であり、クランプ装置40に回転可能に支持されている。
本実施形態では、第1の実施形態と異なり、シャッター24に対して工作機械の外側に配置され、例えば次に工作機械による加工位置に配置されるクランプ装置40にワークWが把持される。第1の実施形態とはワークWを把持する際のクランプ装置40の場所が異なっているが、クランプ装置40にワークWを把持させるためのロボットアーム60、保持部65b、第2の開閉弁72等の動作は第1の実施形態と同様である。
このように構成すると、工作機械の加工位置においてクランプ装置40にワークWを把持させる場合と比較し、加工のサイクルタイムの短縮を図ることが可能となる。
10 フレーム
20 主軸
30 工具
40 クランプ装置
41 第1のクランプ部材
42 第2のクランプ部材
43 シリンダ
43b 圧力流体供給口
50 ロボット
60 ロボットアーム
65 先端部
65b 保持部
65c 圧力流体供給カプラ
70 圧力流体供給装置
71 第1の開閉弁
72 第2の開閉弁
80 ロボット制御部
81 メモリ装置

Claims (5)

  1. ワークを保持するワーク保持部が先端部に設けられたロボットアームと、
    該ロボットアームの前記先端部に設けられた圧力流体供給カプラと、
    該圧力流体供給カプラに圧力流体を供給する圧力流体供給手段と、
    工作機械による加工のために前記ワークを把持する複数のクランプ部材を有するクランプ装置と、
    該クランプ装置に設けられると共に前記圧力流体供給カプラを接続可能な圧力流体供給口を有し、該圧力流体供給口から前記圧力流体が供給されることにより前記複数のクランプ部材のうち少なくとも1つをワーク把持方向に駆動するシリンダとを備え、
    前記ロボットアームが前記圧力流体供給カプラを前記圧力流体供給口に接続するように構成され、
    前記圧力流体供給口が、前記圧力流体供給カプラが接続されていない状態で前記シリンダ内から前記圧力流体が流出しないように構成されているワーク固定装置。
  2. 前記工作機械が、複数ある前記クランプ装置を1つずつ前記工作機械による加工位置に配置するパレットチェンジ機構を備えるものであり、
    前記ロボットアームが、前記加工位置に配置されていない前記クランプ装置の前記シリンダの前記圧力流体供給口に前記圧力流体供給カプラを接続するように構成されている請求項1に記載のワーク固定装置。
  3. 前記ワーク保持部に保持された前記ワークが前記ロボットアームによって前記複数のクランプ部材により把持可能な位置に配置された時に、前記圧力流体供給カプラが前記圧力流体供給口に接続されるように構成されている請求項1又は請求項2に記載のワーク固定装置。
  4. 前記ロボットアームの前記先端部に対する前記圧力流体供給カプラの位置を変更するカプラ位置変更手段をさらに備える請求項1から請求項3の何れかに記載のワーク固定装置。
  5. 前記ワーク保持部が、前記圧力流体供給手段から供給される前記圧力流体によって駆動されて前記ワークを保持するように構成されている請求項1から請求項4の何れかに記載のワーク固定装置。
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