JP2018528862A - ロール鍛造機とそのロール鍛造方法 - Google Patents

ロール鍛造機とそのロール鍛造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】2台の搬送装置から交互に被成形材料を一対のロール金型に供給し、型成形加工を連続して行って生産効率の向上を図るロール鍛造機とそのロール鍛造方法の提供。
【解決手段】本発明のロール鍛造機は、駆動体により回転する一対のロール駆動軸3、5に設けられ、ロール鍛造による型成形を行うための複数の成形型を有する一対のロール金型4、6と、被成形材料に型成形を行う位置、受取位置、搬出位置に移動させるための搬送装置とからなる。搬送装置は、型成形位置に対応する直線状の成形用移動経路51と、成形用移動経路に対して一方の側に離れている第1退避経路52とを含むロ字状の第1移動経路50A上をロボットハンドが移動する第1ロボット10と、成形用移動経路51と、成形用移動経路に対して他方の側に離れている第2退避経路53とを含むロ字状の第2移動経路50B上をロボットハンドが移動する第2ロボット30とからなる。
【選択図】図1

Description

本発明は、被成形材料に一対のロール金型による型成形を行うロール鍛造機とそのロール鍛造方法に関する。更に詳しくは、2台の搬送装置から交互に被成形材料を一対のロール金型に供給し、一対のロール金型による被成形材料の型成形加工を連続して行って生産効率の向上を図ったロール鍛造機とそのロール鍛造方法に関する。
金属部品である鍛工品(鍛造品)を製造する場合、先ずその素材を所望の形状に予備成形した後、所望の製品を鍛造プレス等で成形加工する加工方法が知られている。この予備成形は、荒地加工などとも呼ばれ、このような加工を行う鍛造機の一種としてロール鍛造機(フォージングロールとも称す)が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、フォージングロールにおいて、ロール鍛造成形時に衝撃が金属素材に作用しても、その衝撃がロボットハンドに伝達されることを回避することができるフォージングロール用ロボットハンドに関する技術も知られている(例えば、特許文献2参照)。この技術では、ロボットの第2アームの手首にロボットハンドが設けられている。このロボットは、多関節タイプであり、第1アームと、第2アーム等を備え、ロボット制御部で、ロボットハンドを移動制御させる構成が開示されている。さらに、コストが低く設置スペースも増大せず、サイクルタイムを2倍に向上させ、高価な鍛造プレスを有効に活用できるフォージングロールに関する技術も知られている(例えば、特許文献3参照)。
特公昭52−8783号公報 特公平1−33262号公報 特開平5−169176号公報 特許第3435314号公報
一方、ロール鍛造機では、生産性向上に関する要望が多くある。
しかしながら、特許文献1、2には、ロール鍛造機の構成に関する技術が記載されているが、ロール鍛造機の生産性向上に関する記載はなかった。また、特許文献3にも、ロボットハンドの構成に関する技術が記載されているが、ロール鍛造機をさらに生産性向上させることに関する記載はなかった。さらに、特許文献4には、サイクルタイムを向上させることを目的とするフォージングロールに関する技術が記載されているが、第1ロールと第1マトニング、及び、第2ロールと第2マトニングのようにロール成形を行う部位(ロールセット)が2セット必要であって、従来の1セットのロール鍛造機に比べサイクルタイムを2倍に向上させる技術にすぎず、まだまだ、改良改善の余地が多く残されているものであった。
すなわち、第1プッシャーを転向しビレットを押出し第1マトニングにつかませる工程、第2プッシャーを転向しビレットを押出し第1マトニングにつかませる工程、第1出側コンベア、第2出側コンベア排出する工程等では、ロール鍛造を行っておらず生産性を低下させているという問題点が生じていた。また、この特許文献4の技術では、高価な第1ロールセット、第2ロールセットを必要とし、経済的な問題、成形を行っていないときの保管管理に関する問題等を生じさせるものであった。
本発明は、前述したような問題点を解決するためになされたものであり、次のような目的を達成する。
本発明の目的は、一対のロール金型に対して2台の搬送装置を配置し、2台の搬送装置から交互に被成形材料を一対のロール金型に供給して、一対のロール金型による被成形品の型成形加工を連続して行えるようにして生産性の向上を図ることができるロール鍛造機とそのロール鍛造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、一対のロール金型に対して2台の搬送装置を配置しても、ロボットハンドが干渉を生じさせることがないロール鍛造機とそのロール鍛造方法を提供することにある。
本発明は、前述した目的を達成するために次の手段を採る。
本発明1のロール鍛造機は、
ロール鍛造機本体に回転可能に設けられ、駆動体の駆動により回転する一対のロール駆動軸と、前記ロール駆動軸に設けられ、型成形を行うための複数の成形型が、所定の間隔を有して形成されている一対のロール金型と、被成形材料を、被成形材料受取位置、前記一対のロール金型の前記複数の成形型による型成形位置、及び、被成形品搬出位置に移動させるための搬送装置とを有するロール鍛造機において、前記搬送装置は、前記複数の型成形位置に対応する位置を結ぶ直線状の成形用移動経路と、前記成形用移動経路に対して一方の側に所定量離れている位置を移動する第1退避経路とを含むロ字状または略ロ字状の第1移動経路上を、ロボットハンドが移動する第1ロボットと、前記成形用移動経路と、前記成形用移動経路に対して他方の側に所定量離れた位置を移動する第2退避経路とを含むロ字状または略ロ字状の第2移動経路上を、ロボットハンドが移動する第2ロボットとからなり、前記第1ロボット及び前記第2ロボットは、前記第1ロボットの前記ロボットハンドが前記成形用移動経路を移動しているとき、前記第2ロボットの前記ロボットハンドは前記成形用移動経路以外の前記第2移動経路を移動し、前記第2ロボットの前記ロボットハンドが前記成形用移動経路を移動しているとき、前記第1ロボットの前記ロボットハンドが前記成形用移動経路以外の前記第1移動経路を移動するように制御されるものであることを特徴とする。
本発明2のロール鍛造機は、本発明1において、
前記成形用移動経路の延長線上に、被成形材料受取位置、前記被成形品搬出位置が配置されていることを特徴とする。
本発明3のロール鍛造機は、本発明1または2において、
前記第1ロボット及び前記第2ロボットは、多関節ロボットであることを特徴とする。
本発明4のロール鍛造機は、本発明3において、
前記第1ロボット及び第2ロボットはそれぞれ本体に取り付けられ旋回可能な旋回台部と、相互に揺動可能または旋回可能に連結された一連の複数のアームとを有し、該一連のアームの一方の端が前器台部に旋回可能に連結されるとともに他方の端部に被成形材料の把持部を有するロボットハンドが連結されていることを特徴とする。
本発明5のロール鍛造機は、本発明1から4のいずれかにおいて、
前記第1ロボット、及び、前記第2ロボットは、一方が床置き型のロボットであり、他方が天吊り型のロボットであることを特徴とする。
本発明6のロール鍛造機は、本発明1から4のいずれかにおいて、
前記第1ロボットと前記第2ロボットとは、鉛直方向の異なる高さ位置に設置された床置き型のロボットであることを特徴とする。
本発明7のロール鍛造機は、本発明1から6のいずれかにおいて、
前記第1ロボットは、前記ロボットハンドが、前記第2ロボットの前記ロボットハンドが最終の型成形工程位置から搬出工程位置に移動するとき、受取工程位置から最初の型成形工程位置に移動するように制御されているものであり、前記第2ロボットは、前記ロボットハンドが、前記第1ロボットの前記ロボットハンドが最終の型成形工程位置から搬出工程位置に移動するとき、受取工程位置から最初の型成形工程位置に移動するように制御されているものであることを特徴とする。
本発明8のロール鍛造機のロール鍛造方法は、
ロール鍛造機本体に回転可能に設けられ、駆動体の駆動により回転する一対のロール駆動軸と、前記ロール駆動軸に設けられ、型成形を行うための複数の成形型が、所定の間隔を有して形成されている一対のロール金型と、被成形材料を、被成形材料受取位置、前記一対のロール金型の前記複数の成形型による型成形位置、及び、被成形品搬出位置に移動させるための搬送装置とを有し、前記搬送装置は、前記複数の型成形位置に対応する位置を結ぶ直線状の成形用移動経路と、前記成形用移動経路に対して一方の側に所定量離れている位置を移動する第1退避経路とを含むロ字状または略ロ字状の第1移動経路上を、ロボットハンドが移動する第1ロボットと、前記成形用移動経路と、前記成形用移動経路に対して他方の側に所定量離れた位置を移動する第2退避経路とを含むロ字状または略ロ字状の第2移動経路上を、ロボットハンドが移動する第2ロボットとからなるロール鍛造機におけるロール鍛造方法であって、前記第1ロボットのロボットハンドが、前記成形用移動経路上を移動しているときには、前記第2ロボットのロボットハンドが、前記成形用移動経路以外の前記第2移動経路を移動し、前記第2ロボットのロボットハンドが、前記成形用移動経路を移動しているときには、前記第1ロボットのロボットハンドが、前記成形用移動経路以外の前記第1移動経路を移動し、前記第1ロボットと、前記第2ロボットのどちらか一方が、前記一対のロール金型で型成形加工を行うことが可能になっていることを特徴とする。
本発明9のロール鍛造機のロール鍛造方法は、本発明8において、
前記第1ロボットの前記ロボットハンドは、前記第2ロボットの前記ロボットハンドが最終の型成形工程位置から搬出工程位置に移動するとき、受取工程位置から最初の型成形工程位置に移動し、前記第2ロボットのロボットハンドは、前記第1ロボットのロボットハンドが最終の型成形工程位置から搬出工程位置に移動するとき、受取工程位置から最初の型成形工程位置に移動することを特徴とする。
本発明のロール鍛造機は、一対のロール金型を常時回転させ、第1搬送手段(第1ロボット)、または、第2搬送手段(第2ロボット)に把持された被成形材料に、交互に、一対のロール金型で成形加工が行うことができ、生産性の向上を図ることができる。例えば、第1ロボット(または、第2ロボット)は、ロボットハンドが被成形材料受取位置から最初の型成形工程位置(例えば、第1工程位置)に移動するときに、第2ロボット(または、第1ロボット)のロボットハンドが最終の型成形工程位置(例えば、第4工程位置)から被成形品搬出位置に移動するようになっている。このように、第1ロボットと第2ロボットは、ロボットハンドが互いに干渉することなく、かつ、一対のロール金型で常時成形加工を行うようにすることができる。
このロール鍛造機は、2台のロボットをローテーション動作させることにより、従来はロール鍛造機のロスタイムとなる被成形材料の供給動作時間、被成形品の搬出動作時間を、ロスタイムとしない。2つのロボットハンドを上下に配置し、干渉を避けられる構成にして、2つの搬送装置のローテーション動作を可能にしている。このことにより、ロール鍛造機の生産性向上を図ることができる。
また、従来のロール鍛造機は、生産性を向上させるのに、2セットのロール金型を必要とするものであったが、このロール鍛造機は、2セットのロール金型を必要としないため、金型作成経費の削減、金型保管場所の低減、金型交換作業時間の削減などが生じ、経済的効果も大きい。
ロール鍛造機のロール鍛造方法は、一方のロボットのロボットハンドが成形用移動経路を移動しているとき、他方のロボットのロボットハンドが第1退避経路または第2退避経路を移動するように制御してロール鍛造(一対のロール金型による型成形)を行う方法であり、両方のロボットのロボットハンドが干渉することなく、交互に一対のロール金型に被成形材料を供給して成形を行うため、生産性の向上が図れる。
図1は、本発明のロール鍛造機の実施の形態を示す正面図である。 図2は、このロール鍛造機の平面図である。 図3は、ロール鍛造機のロボットハンドを一部断面にして示した正面図である。 図4は、このロボットハンドの側面図である。 図5は、ロール鍛造機のロール金型を模式的に示す説明図である。 図6は、第1ロボットのロボットハンドと第2ロボットのロボットハンドの移動経路を説明するための説明図である。 図7は、第1ロボットのロボットハンド、第2ロボットのロボットハンド、及び、ロール鍛造機の関係を示す動作説明図である。 図8は、第1ロボットと第2ロボットとの位置関係を模式的に示した説明図1である。 図9は、第1ロボットと第2ロボットとの位置関係を模式的に示した説明図2である。 図10は、第1ロボットと第2ロボットとの位置関係を模式的に示した説明図3である。 図11は、第1ロボットと第2ロボットとの位置関係を模式的に示した説明図4である。
以下、本発明のロール鍛造機の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1は、本発明のロール鍛造機の実施の形態を示す正面図、 図2は、ロール鍛造機の平面図である。 図3は、ロール鍛造機のロボットハンドを一部断面にして示した正面図、 図4は、ロボットハンドの側面図である。図5は、ロール鍛造機のロール金型を模式的に示す説明図である。図6は、第1ロボットのロボットハンドと第2ロボットのロボットハンドの移動経路を説明するための説明図、図7は、第1ロボットのロボットハンド、第2ロボットのロボットハンド、及び、ロール鍛造機の関係を示す動作説明図である。
図8は、第1ロボットと第2ロボットとの位置関係を模式的に示した説明図1、図9は第1ロボットと第2ロボットとの位置関係を模式的に示した説明図2、図10は、第1ロボットと第2ロボットとの位置関係を模式的に示した説明図3、図11は、第1ロボットと第2ロボットとの位置関係を模式的に示した説明図4である。
[ロール鍛造機本体]
図1から図5に従って、ロール鍛造機1の構成を説明する。ロール鍛造機1は、ロール鍛造機本体2、第1搬送装置である第1ロボット10、第2搬送装置である第2ロボット30等から構成されている。
ロール鍛造機本体2には、第1ロール駆動軸3、第2ロール駆動軸5が回転可能に支持されている。第1ロール駆動軸3、第2ロール駆動軸5は、中心軸が互いに平行となるように、一対の構成に配設されている。第1ロール駆動軸3は、両端が、ロール鍛造機本体2に軸受(図示せず)を介して支持されている。同様に、第2ロール駆動軸5も、両端が、ロール鍛造機本体2に軸受(図示せず)を介して支持されている。第1ロール駆動軸3は、サーボモータSMの出力が、歯車伝達機構(図示せず)を介して伝達され回転駆動される。第2ロール駆動軸5は、サーボモータ(図示しないが、第1ロール駆動軸3用と同じサーボモータ)の出力が、歯車伝達機構(図示せず)を介して伝達され回転駆動される。言い換えると、上下一対の構成の第1ロール駆動軸3、第2ロール駆動軸5は、上下一対のサーボモータSMによって、各々、回転駆動されるように構成されている。
なお、第1ロール駆動軸3、第2ロール駆動軸5は、通常、同時に回転、停止するように制御されている。また、第1ロール駆動軸3、第2ロール駆動軸5は、互いに逆の回転方向(図5におけるR方向、R’方向)に、同じ回転速度で回転するように制御されている。
第1ロール駆動軸3は、外周面に、第1ロール金型4が着脱可能に取り付けられている。第2ロール駆動軸5は、外周面に、第2ロール金型6が着脱可能に取り付けられている。
第1ロール金型4は、ロール鍛造(一対のロール金型による型成形)による型成形を行うための複数の成形型4aが、所定の間隔を有して形成されている。第2ロール金型6は、ロール鍛造を行うための複数の成形型6aが、所定の間隔を有して形成されている。第1ロール駆動軸3、第2ロール駆動軸5が回転したときに、第1ロール金型4、第2ロール金型6は、成形型4a、成形型6a間に被成形材料mを噛み込み、被成形材料mに一対のロール金型4、6による型成形(ロール鍛造)加工を行うように構成されている。
[搬送装置]
図1、2に示すように、ロール鍛造機本体2の前部には、被成形材料mを成形型4a、成形型6aに供給し、型成形加工を行い、所望の形状に成形された被成形品を搬出するための第1の搬送装置、第2の搬送装置が設けられている。この第1の搬送装置は、多関節ロボットと称されている第1ロボット10である。また、第2の搬送装置は、多関節ロボットと称されている第2ロボット30である。第1ロボット10、第2ロボット30は、ロボットハンドを、3次元に移動させることができる多関節ロボットとして周知のものであるが、この形態の説明の理解を容易にするための簡単に行う。
[第1ロボット]
第1ロボット10は、天吊り装置基体7に、吊り下げられるように設置された天吊りタイプのロボットである。天吊り装置基体7は、底板71上に設けられた3本に支柱72の上部に天板73が固定され、天吊り装置の基体を構成しているものである。
天板73の下面に、第1ロボット10のロボット基台11が固定されている。ロボット基台11と第1旋回台13の間には、第1旋回機構部12が設けられている。第1旋回台13は、基台11に対して、中心軸線C1の周り方向(矢印θ1方向)に旋回動作を行い、所望の旋回位置に位置決めされる。第1旋回台13と第1アーム15との間には、第1揺動機構部14が設けられている。第1アーム15は、第1旋回台13に対して、中心軸線C2を中心として矢印θ2方向に揺動動作を行い、所望の揺動位置に位置決めされる。第1アーム15と第2アーム17との間には、第2揺動機構部16が設けられている。第2アーム17は、第1アーム15に対して、中心軸線C3を中心にして矢印θ3方向に揺動動作を行い、第2アーム17は所望の揺動位置に位置決めされる。
第2アーム17と第3アーム19との間には、第2旋回機構部18が設けられている。第3アーム19は、第2アーム17に対して、中心軸線C4の周り方向(矢印θ4方向)に旋回動作を行い、所望の位置に位置決めされる。第3アーム19と第4アーム21との間には第3揺動機構部20が設けられている。第4アーム21は、第3アーム19に対して、中心点C5を中心にして矢印θ5方向に揺動動作を行い、所望の位置に位置決めされる。第4アーム21には、ロボットハンド25が取り付けられている。第1ロボット10は、第1旋回機構部12、第2旋回機構部18、第1揺動機構部14、第2揺動機構部16、第3揺動機構部20等が、図示しないサーボモータを駆動、位置決め制御する第1ロボット制御装置(図示せず)により制御されるものである。
[第2ロボット]
第2ロボット30は、床置型のロボットである。
床面に設置されたベース板の上面に、第2ロボット30のロボット基台31が固定されている。ロボット基台31と第1旋回台33の間には、第1旋回機構部32が設けられている。第1旋回台33は、ロボット基台31に対して、中心軸線C11の周り方向(矢印θ11方向)に旋回動作を行い、所望の旋回位置に位置決めされる。第1旋回台33と第1アーム35との間には、第1揺動機構部34が設けられている。第1アーム35は、第1旋回台33に対して、中心点C12を中心として矢印θ12方向に揺動動作を行い、所望の揺動位置に位置決めされる。第1アーム35と第2アーム37との間には、第2揺動機構部36が設けられている。第2アーム37は、第1アーム35に対して、中心点C13を中心にして矢印θ13方向に揺動動作を行い、所望の揺動位置に位置決めされる。
第2アーム37と第3アーム39との間には、第2旋回機構部38が設けられている。第3アーム39は、第2アーム37に対して、中心軸線C14の周り方向(矢印θ14方向)に旋回動作を行い、所望の位置に位置決めされる。第3アーム39と第4アーム41との間には第3揺動機構40が設けられている。第4アーム41は、第3アーム39に対して、中心点C15を中心にして矢印θ15方向に揺動動作を行い、所望の位置に位置決めされる。第4アーム41には、ロボットハンド45が取り付けられている。第2ロボット30は、第1旋回機構部32、第2旋回機構部38、第1揺動機構部34、第2揺動機構部36、第3揺動機構部40等が、図示しないサーボモータを駆動、位置決め制御する第2ロボット制御装置(図示せず)により制御されるものである。
[ロボットハンド]
第1ロボット10のロボットハンド25、第2ロボット30のロボットハンド45について、図3、4に基づいて説明を行う。なお、ロボットハンド25とロボットハンド45とは、構成が同一の構成のものであり、この形態の説明では、ロボットハンド25を例に説明を行う。
ロボットハンド25は、ロボットハンド基体(以下、ハンド基体と記載)253が第4アーム21または第4アーム41に取り付けられている。ハンド基体253には、軸受255、255で回転可能に支持されたロボットハンド回転軸(以下、ハンド回転軸と記載)254が設けられている。ハンド回転軸254の前部には、被成形材料mを把持するための一対の把持爪251、251が設けられている。ハンド回転軸254の後部には、一対の把持爪251、251を開閉動作させるためのロボットハンド開閉駆動部(以下、ハンド駆動部と記載)252が設けられている。ハンド駆動部252と一対の把持爪251、251との間には、連結ロッド(図示せず)と、ハンド開閉用リンク機構(図示せず)が設けられている。ハンド駆動部252は、連結ロッドをロボットハンド基体253の長手方向(図3に示す中心軸線C6と平行な方向)に進退移動させる。ハンド開閉用リンク機構は、連結ロッドの進退移動動作を、一対の把持爪251、251の開閉動作に変換するものである。
言い換えると、一対の把持爪251、251は、連結ロッド、ハンド開閉用リンク機構を介して、ハンド駆動部252の作動により開閉動作を行う。ハンド駆動部252には、連結ロッドを後部側に後退移動させて一対の把持爪251、251を閉動作させるためのクランプ用バネ(図示せず)が設けられている。また、ハンド駆動部252には、圧力流体(例えば、圧油)が供給されたとき、クランプ用バネに抗して、連結ロッドを前部側に前進移動させるためのシリンダ252aが設けられている。シリンダ252aによる連結ロッドの前進移動動作は、ハンド開閉用リンク機構を介して一対の把持爪251、251を開動作させる。そして、クランプ用バネは、シリンダ252aへの圧力流体の供給が停止されたとき、その付勢力により連結ロッドを後退移動させる。クランプ用バネによる連結ロッドの後退移動動作は、ハンド開閉用リンク機構を介して一対の把持爪251、251を閉動作させる。ハンド駆動部252による連結ロッドの進退移動動作は、開閉動作検出部252bにより検出することができる。このようなハンド駆動部252、ハンド開閉用リンク機構、連結ロッド等からなるロボットハンド開閉装置は周知な装置であり、この実施の形態では詳細な説明を省略する。
ハンド基体253には、ハンド回転軸254を中心軸線C6の周り方向(図3に示す矢印θ6方向)に回転させるためのロボットハンド回転位置決め用サーボモータ261(以下、回転軸用サーボモータと記載)が取り付けられている。回転軸用サーボモータ261の出力軸とハンド回転軸254との間には、歯付プーリ・歯付ベルト機構が設けられている。すなわち、回転軸用サーボモータ261の出力軸には一方の歯付プーリが取り付けられている。また、ハンド回転軸254には、他方の歯付プーリ262が取り付けられている。歯付ベルトが、一方の歯付プーリと他方の歯付プーリ262との間に掛け渡されている。ハンド回転軸用サーボモータ261と歯付プーリ・歯付ベルト機構で、ロボットハンド回転位置決め装置(以下、ハンド回転装置と記載)26が構成される。このハンド回転装置26を備えていることにより、例えば、ハンド回転軸254は、中心軸線C6の周り方向に、90度向きを変えてロール鍛造(一対のロール金型による型成形)を行うことができる。なお、歯付プーリ・歯付ベルト機構は、歯車機構等他の回転力伝達機構であってもよい。
[一対のロール金型]
図5、6に従って、一対のロール金型4、6による型成形(ロール鍛造)加工に関して説明を行う。このロール鍛造機1では、図6に示すような移動経路をロボットハンド25、ロボットハンド45が移動する。一方、ロール鍛造機1は、第1ロール金型4と、第2ロール金型6とに4つの成形型4a(4a1、4a2、4a3、4a4)、成形型6a(6a1、6a2、6a3、6a4)が形成されている。そして、成形型4aと成形型6aとが、対をなす成形型を構成する。具体的には、成形型4a1と成形型6a1とで第1成形型F1が構成される。同様に、成形型4a2と成形型6a2とで第2成形型F2、成形型4a3と成形型6a3とで第3成形型F3、成形型4a4と成形型6a4とで第4成形型F4が構成される(図5参照)。
これに対応するように、第1ロボット10、第2ロボット30は、第1成形型F1に対応する第1工程位置P2、第2成形型F2に対応する第2工程位置P3、第3成形型F3に対応する第3工程位置P4、第4成形型F4に対応する第4工程位置P5にロボットハンド25、ロボットハンド45を移動させる。例えば、ロール鍛造機1は、第1工程位置P2において成形型F1(成形型4a1、成形型6a1)により、被成形材料を所望の形状に型成形する。言い換えると、第1ロール金型4を図5で示すR方向に、第2ロール金型6をR’方向に回転させ、ロボットハンド25、45に設けられた一対の把持爪251、251に把持された被成形材料mにロール鍛造(1対のロール金型による型成形)加工を行う。
この第1成形型F1、第2成形型F2、第3成形型F3、第4成形型F4は、一般的に、次のように使用される。第1工程位置P2の第1成形型F1では、被成形材料mを潰す。第2工程位置P3の第2成形型F2では、ハンド回転装置26により、第1成形型F1で潰した被成形材料mを中心軸線C6の周り方向に90度回転させて、第1成形型F1で潰されて幅広くなった部分を矯正成形する。第3工程位置P4の第3成形型F3では、ハンド回転装置26により、被成形材料mを中心軸線C6の周り方向に90度戻して潰す。第4工程位置P5の第4成形型F4では、第3成形型F3で潰されて幅広くなった部分を矯正成形し、最終の形状である断面略円形で細い凹凸形状の被成形品を成形する。
[ロール鍛造方法]
図6から図11に基づいて、このロール鍛造機1のロール鍛造方法について説明を行う。
このロール鍛造機1の第1ロール金型4、第2ロール金型6は、所定の回転速度で回転している。また、第1ロール駆動軸3、第2ロール駆動軸5は、サーボモータSMにより回転制御されており、回転位置が同期している。
図6に示すように、第1ロボット10のロボットハンド25は、被成形材料供給装置(図示せず)から、所定の温度に加熱された被成形材料mを受け取るための被成形材料受取位置(以下、受取位置と記載)P1、第1工程位置P2、第2工程位置P3、第3工程位置P4、第4工程位置P5、被成形品搬出装置8に被成形品を搬出するための被成形品搬出位置(以下、搬出位置と記載)P6、退避位置P7、被成形材料受取前位置(以下、受取前位置と記載)P8の順序で移動する第1移動経路50Aが形成されている。第2移動経路50Aのうち、被成形材料mを型成形加工するための成形用移動経路51には、第1工程位置P2、第2工程位置P3、第3工程位置P4、第4工程位置P5が直線状に配置されている。また、この成形移動経路51の延長線上に、受取位置P1、搬出位置P6が配置されている。すなわち、ロボットハンド25は、第1工程位置P2、第2工程位置P3、第3工程位置P4、第4工程位置P5からなる成形用移動経路51を含み、受取位置P1から搬出位置P6までが直線状に配置された移動経路と、成形用移動経路51から一方の方向(例えば、この形態では下方向)に所定量離れた第1退避経路52を含むボックス状(ロ字状または略ロ字状)の第1移動経路50Aを移動する。
第2ロボット30のロボットハンド45は、受取位置P1、第1工程位置P2、第2工程位置P3、第3工程位置P4、第4工程位置P5、搬出位置P6、退避位置P17、被成形材料受取前位置(以下、受取前位置と記載)P18の順序で移動するように第2移動経路50Bが形成されている。すなわち、ロボットハンド45は、第1工程位置P2、第2工程位置P3、第3工程位置P4、第4工程位置P5からなる成形用移動経路51を含み、受取位置P1から搬出位置P6までが直線状に配置された移動経路と、成形用移動経路51から他方の方向(例えば、この形態では上方向)に所定量離れた第2退避経路53を含むボックス状(ロ字状または略ロ字状)の第2移動経路50Bを移動する。
第1ロボット10、第2ロボット30の動作を、ロール鍛造機本体2側の動作と関連させて説明を行う。
ロール鍛造機本体2側では、第1ロール駆動軸3、第2ロール駆動軸5が所定の回転速度で回転している。図7の「動作の流れ」に沿ってさらに説明を行う。
第1ロボット10のロボットハンド25は、第3工程位置P4から第4工程位置P5に移動する。このとき、第2ロボット30のロボットハンド45は、受取前位置P18から受取位置P1に移動する(図9参照)。第1ロボット10は、ロボットハンド25が第4工程位置P5に移動後、第4成形型F4で型成形加工を行う。第2ロボット30は、受取位置P1で被成形材料供給装置から被成形材料mをロボットハンド45が把持して受け取る(ステップS1)。
被成形材料mを受け取った第2ロボット30のロボットハンド45が受取位置P1から第1工程位置P2に移動する。このとき、第1ロボット10のロボットハンド25は、第4工程位置P5から搬出位置P6に移動し、被成形品を把持解除し、被成形品搬出装置8に受け渡す。第2ロボット30は、ロボットハンド45が第1工程位置P2に移動後、ロボットハンド45が把持している被成形材料mに、第1成形型F1で型成形加工を行う(ステップS2)。
第2ロボット30のロボットハンド45が第1工程位置P2から第2工程位置P3に移動する。このとき、第1ロボット10のロボットハンド25は、搬出位置P6から退避位置P7に移動する。第2ロボット30は、ロボットハンド45が第2工程位置P3に移動後、ロボットハンド45が把持している被成形材料mに、第2成形型F2で型成形加工を行う(ステップS3)。
第2ロボット30のロボットハンド45が第2工程位置P3から第3工程位置P4に移動する。このとき、第1ロボット10のロボットハンド25は、退避位置P7から受取前位置P8に移動する(図10参照)。第2ロボット30は、ロボットハンド45が第3工程位置P4に移動後、ロボットハンド45が把持している被成形材料mに、第3成形型F3で型成形加工を行う(ステップS4)。
第2ロボット30のロボットハンド45が第3工程位置P4から第4工程位置P5に移動する。このとき、第1ロボット10のロボットハンド25は、受取前位置P8から受取位置P1に移動する(図11参照)。第2ロボット30は、ロボットハンド45が第4工程位置P5に移動後、ロボットハンド45が把持している被成形材料mに、第4成形型F4で型成形加工を行う。第1ロボット10では、ロボットハンド25が被成形材料供給装置から被成形材料mを把持して受け取る(ステップS5)。
第2ロボット30のロボットハンド45が第4工程位置P5から搬出位置P6に移動する。このとき、第1ロボット10のロボットハンド25は、受取位置P1から第1工程位置P2に移動する。第1ロボット10は、ロボットハンド25が第1工程位置P2に移動後、ロボットハンド25が把持している被成形材料mに、第1成形型F1で型成形加工を行う。第2ロボット30は、搬出位置P6において、ロボットハンド45把持解除し、被成形品搬出装置8に被成形品を受け渡す(ステップS6)。
第1ロボット10のロボットハンド25が第1工程位置P2から第2工程位置P3に移動する。このとき、第2ロボット30のロボットハンド45は、搬出位置P6から退避位置P17に移動する。第1ロボット10は、ロボットハンド25が第2工程位置P3に移動後、ロボットハンド25が把持している被成形材料mに、第2成形型F2で型成形加工を行う(ステップS7)。
第1ロボット10のロボットハンド25が第2工程位置P3から第3工程位置P4に移動する。このとき、第2ロボット30のロボットハンド45は、退避位置P17から受取前位置P18に移動する(図8参照)。第1ロボット10は、ロボットハンド25が第3工程位置P4に移動後、ロボットハンド25が把持している被成形材料mに、第3成形型F3で型成形加工を行う。(ステップS8)。
ステップS1に戻り、被成形材料mに型成形を行い被成形品にする動作を繰り返す。
なお、図6、前述した形態の説明では、受取位置P1、第1工程位置P2、第2工程位置P3、第3工程位置P4、第4工程位置P5、搬出位置P6を直線状に配置した例で説明を行っているが、受取位置P1、搬出位置P6は、成形用移動経路51の延長線上に配置されていなくてもよい。例えば、受取位置P1、搬出位置P6は、第1退避経路または第2退避経路上に配置されていてもよい。また、受取位置P1、搬出位置P6は、成形用移動経路と、第1退避経路または第2退避経路との中間に配置されていてもよい。
言い換えると、第1ロボット10のロボットハンド25と第2ロボット30のロボットハンド45とが、第1工程位置P2、第2工程位置P3、第3工程位置P4、第4工程位置P5の成形用移動経路51に重なって位置して同時に型成形加工を行わない構成であればよい。
このロール鍛造機1は、一対のロール駆動軸3、5に取り付けられた一対のロール金型4、6を常時回転させ、第1ロボット10と第2ロボット30とが交互にローテーションして一対のロール金型4、6による型成形(ロール鍛造)加工を行うことができるようにしている。従って、このロール鍛造機1は、被成形材料mの受け取り、被成形品の受け渡しの際に、一対のロール金型4、6による型成形加工が停止することがなく生産性の向上を図ることができる。例えば、第1ロボット10のロボットハンド25(または、第2ロボット30のロボットハンド45)が受取位置P1に位置しているときには、第2ロボット30のロボットハンド45(または、第1ロボット10のロボットハンド25)は第4工程位置P5に位置している。また、第1ロボット10のロボットハンド25(または、第2ロボット30のロボットハンド45)が搬出位置P6に位置しているときには、第2ロボット30のロボットハンド45(または、第1ロボット10のロボットハンド25)は第1工程位置P2に位置している。このように、第1ロボット10と第2ロボット30は、ロボットハンド25とロボットハンド45とが互いに干渉することなく、かつ、一対のロール金型4、6では、常時、型成形加工を行っていることにより、ロール鍛造機1の生産性向上を図ることができる。
また、第1ロボット10と第2ロボット30とは、第1ロボット10のロボットハンド25が第1移動経路50Aの成形用移動経路51を移動して第1工程位置P2から第4工程位置P5において成形加工を行っているとき、第2ロボット30のロボットハンド45は、第2移動経路50Bの成形用移動経路51以外の第2退避経路53を含む移動経路を移動するように制御されている。逆に、第2ロボット30ロボットハンド45が第2移動経路50Bの成形用移動経路51を移動して第1工程位置P2から第4工程位置P5において型成形加工を行っているとき、第1ロボット10ロボットハンド25は、第1移動経路50Aの成形用移動経路51以外の第1退避経路52を含む移動経路を移動するように制御されている。第1ロボット10のロボットハンド25の第1退避経路52と、第2ロボット30のロボットハンド45の第2退避経路53とは、それぞれ成形用移動経路51から図で上下方向に所定量離れた移動経路になるように設けられている。
第1退避経路52及び第2退避経路53の成形用移動経路51からの距離は以下のように設定される。図6に示すように、第1退避経路52から成形用移動経路51までの距離はL1であり、第2退避計53から成形用移動経路51までの距離はL2である。ロボットハンド25及び45の最大半径をそれぞれR1、R2とする。第1退避経路52を移動する第1ロボット10のロボットハンド25と成形用移動経路51を移動する第2ロボット30のロボットハンド45との干渉を避けるために、距離L1はR1+R2よりある距離分D1だけ大きくすることになる。このある距離D1は2つのロボットハンドの間の干渉を確実に避けるために決定される。
第1ロボット10のロボットハンド25が成形用移動経路51を移動し第2ロボット30のロボットハンド45が第2退避経路53を移動する場合も同様に考えられ、距離L2はR1+R2よりある距離D2だけ大きくすべきである。距離D1、D2はほぼ同じとされよう。2つのロボットハンドの間の干渉を避けるように退避経路から成形用移動経路までの距離L1、L2を設定することにより、第1ロボット10のロボットハンド25と、第2ロボット30のロボットハンド45とは、干渉することなく移動することができる。
第1ロボット10のロボットハンド25と第2ロボット30のロボットハンド45との干渉を避ける必要性について説明したが、さらに、2つの多関節ロボットについては、2つのロボットのアームの間の干渉を避ける必要がある。そのため、多関節ロボット10、30に関して、両多関節ロボットを構成するアームの動作は相互に干渉しないように制御する必要がある。すなわち、アームの揺動、旋回の角度、タイミング等のロボットアームの動作条件は、ロール鍛造及びそれに関連する動作を行うロボットの動作時にロボットアーム間の干渉を避けるための要件を満たすべきものである。
このロール鍛造機1は、一対のロール金型4、6を常時回転させ、第1ロボット10と第2ロボット30とが交互に一対のロール金型4、6で型成形加工が行うことができ、生産性の向上を図ることができる。例えば、第1ロボット10のロボットハンド25(または、第2ロボット30のロボットハンド45)が受取位置P1から第1工程位置P2に移動するときに、第2ロボット30のロボットハンド45(または、第1ロボット10のロボットハンド25)が第4工程位置P5から搬出位置P6に移動するようになっている。このように、第1ロボット10と第2ロボット30とは、ロボットハンド25とロボットハンド45とが互いに干渉することなく、かつ、一対のロール金型4、6で、常時、型成形加工を行うようにすることができる。
また、このロール鍛造機1は、2台のロボット10、30をローテーション動作させることにより、従来はロール鍛造機1のロスタイムとなる被成形材料の供給動作時間、被成形品の搬出動作時間を、ロスタイムとしない。2つのロボットハンド25、45を上下に配置し、干渉を避けられる構成にして、2つのロボット10、30のローテーション動作を可能にしている。このことにより、ロール鍛造機1の生産性向上を図ることができる。
さらに、従来のロール鍛造機は、生産性を向上させるのに、2セットのロール金型を必要とするものであったが、このロール鍛造機は、2セットのロール金型を必要としないため、金型作成経費の削減、金型保管場所の面積低減、金型交換作業時間の削減などが生じ、大きな経済的効果も生じる。
このように移動制御されるロール鍛造機1は、サイクルタイムを短くすることができ、被成形材料の温度変化が少なくなり、製品品質の向上が図れる。また、ロール鍛造機1は、同一回転方向で回転することができ、負荷がかかる方向が同一であるので、正転、逆転方向に回転させるロール鍛造機に比べロール鍛造機1の製品寿命の向上が図れる。さらに、同じロール金型で連続的に成形できることにより、形状のばらつきが抑えられ製品品質の向上が図れる。
ロール鍛造機のロール鍛造方法は、一方のロボットのロボットハンドが成形用移動経路を移動しているとき、他方のロボットのロボットハンドが成形用移動経路以外の第1退避経路または第2退避経路を含む移動経路を移動するように制御してロール鍛造を行う方法であり、両方のロボットのロボットハンド25、45が干渉することなく、交互に、一対のロール金型4、6に被成形材料を供給してロール鍛造(一対のロール金型による型成形)を行うため、生産性の向上が図れる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されないことはいうまでもない。例えば、搬送装置は、3軸方向に移動可能な直交座標型のロボット等であってもよい。すなわち、ロボットハンドを3次元方向に移動制御することができる搬送装置であればよい。水平面内の移動に加え、水平面に対して直交する方向に移動可能な構成にして、一方のロボットハンドが成形用移動経路を移動して第1工程位置から第4工程位置にあるとき、他方のロボットハンドが成形用移動経路以外の移動経路(例えば、成形用移動経路から所定量離れた第1退避経路または第2退避経路)を移動できるように制御でき、2つのロボットハンドの干渉を避けることができる搬送装置であればよい。また、多関節ロボットは、他の構成、他の軸数の多関節ロボットであってもよい。ロボットハンドを3次元方向に移動制御することができる構成のものであればよい。
さらに、この実施の形態では、成形型が4つ形成された一対のロール金型の例で説明を行っているが、一対のロール金型は複数の成形型(例えば、2つ、6つ)形成されている一対のロール金型であってもよい。また、この実施の形態では、型成形加工工程を4工程で行う例で説明を行っているが、型成形加工工程は、6工程でも、2工程でもよく、被成形品が成形できれば何工程であってもよい。
さらに、搬送装置を天吊り型のロボット(搬送装置)と床置型のロボット(搬送装置)として説明を行っているが、搬送装置を設置するための設置面(床面)に高さ方向の差を設け、床置型の搬送装置を2台設けた構成のものであってもよい。例えば、一方の搬送装置を床置する設置床面から所定量掘り下げたピットの底面を他方の搬送装置の設置面とし、このピット内の設置面に他方の搬送装置を設置した構成のものであってもよい。
1…ロール鍛造機
2…ロール鍛造機本体
3…第1ロール駆動軸
4…第1ロール金型
5…第2ロール駆動軸
6…第2ロール金型
7…天吊り装置基体
10…第1ロボット
11…第1ロボット基台
12…第1旋回機構部
13…第1旋回台
14…第1揺動機構部
15…第1アーム
16…第2揺動機構部
17…第2アーム
18…第2旋回機構部
19…第3アーム
20…第3揺動機構部
21…第4アーム
25、45…ロボットハンド
251…一対の把持爪
252…ロボットハンド開閉駆動部
253…ロボットハンド基体
254…ロボットハンド回転軸
26…ロボットハンド回転位置決め装置
261…ロボットハンド回転位置決め用サーボモータ
30…第2ロボット
31…第2ロボット基台
32…第1旋回機構部
33…第2ロボット旋回台
34…第1揺動機構部
35…第1アーム
36…第2揺動機構部
37…第2アーム
38…第2旋回機構部
39…第3アーム
40…第3揺動機構部
41…第4アーム
50A…第1移動経路
50B…第2移動経路
51…成形用移動経路
52…第1退避経路
53…第2退避経路
P1…被成形材料受取位置
P2…第1工程位置
P3…第2工程位置
P4…第3工程位置
P5…第4工程位置
P6…被成形品搬出位置
P7、P17…退避位置
P8、P18…被成形材料受取前位置

Claims (9)

  1. ロール鍛造機本体に回転可能に設けられ、駆動体の駆動により回転する一対のロール駆動軸と、
    前記ロール駆動軸に設けられ、型成形を行うための複数の成形型が、所定の間隔を有して形成されている一対のロール金型と、
    被成形材料を、被成形材料受取位置、前記一対のロール金型の前記複数の成形型による型成形位置、及び、被成形品搬出位置に移動させるための搬送装置とを有するロール鍛造機において、
    前記搬送装置は、前記複数の型成形位置に対応する位置を結ぶ直線状の成形用移動経路と、前記成形用移動経路に対して一方の側に所定量離れている第1退避経路とを含むロ字状または略ロ字状の第1移動経路上を、ロボットハンドが移動する第1ロボットと、
    前記成形用移動経路と、前記成形用移動経路に対して他方の側に所定量離れている第2退避経路とを含むロ字状または略ロ字状の第2移動経路上を、ロボットハンドが移動する第2ロボットとからなり、
    前記第1ロボット及び前記第2ロボットは、前記第1ロボットの前記ロボットハンドが前記成形用移動経路を移動しているとき、前記第2ロボットの前記ロボットハンドは前記成形用移動経路以外の前記第2移動経路を移動し、前記第2ロボットの前記ロボットハンドが前記成形用移動経路を移動しているとき、前記第1ロボットの前記ロボットハンドが前記成形用移動経路以外の前記第1移動経路を移動するように制御されるものである
    ことを特徴とするロール鍛造機。
  2. 請求項1に記載されたロール鍛造機において、
    前記成形用移動経路の延長線上に、被成形材料受取位置、前記被成形品搬出位置が配置されている
    ことを特徴とするロール鍛造機。
  3. 請求項1または2に記載されたロール鍛造機において、
    前記第1ロボット、及び、前記第2ロボットは、多関節ロボットである
    ことを特徴とするロール鍛造機。
  4. 請求項3に記載されたロール鍛造機において、
    前記第1ロボット及び第2ロボットはそれぞれ本体に取り付けられ旋回可能な旋回台部と、相互に揺動可能または旋回可能に連結された一連の複数のアームとを有し、該一連のアームの一方の端が前器台部に旋回可能に連結されるとともに他方の端部に被成形材料の把持部を有するロボットハンドが連結されていることを特徴とするロール鍛造機。
  5. 請求項1から4のいずれか1項に記載されたロール鍛造機において、
    前記第1ロボット、及び、前記第2ロボットは、一方が床置き型のロボットであり、他方が天吊り型のロボットである
    ことを特徴とするロール鍛造機。
  6. 請求項1から4のいずれか1項に記載されたロール鍛造機において、
    前記第1ロボット、及び、前記第2ロボットは、鉛直方向の異なる高さ位置に設置された床置き型のロボットである
    ことを特徴とするロール鍛造機。
  7. 請求項1から6のいずれか1項に記載されたロール鍛造機において、
    前記第1ロボットは、前記ロボットハンドが、前記第2ロボットの前記ロボットハンドが最終の型成形工程位置から搬出工程位置に移動するとき、受取工程位置から最初の型成形工程位置に移動するように制御されているものであり、
    前記第2ロボットは、前記ロボットハンドが、前記第1ロボットの前記ロボットハンドが最終の型成形工程位置から搬出工程位置に移動するとき、受取工程位置から最初の型成形工程位置に移動するように制御されているものである
    ことを特徴とするロール鍛造機。
  8. ロール鍛造機本体に回転可能に設けられ、駆動体の駆動により回転する一対のロール駆動軸と、
    前記ロール駆動軸に設けられ、型成形を行うための複数の成形型が、所定の間隔を有して形成されている一対のロール金型と、
    被成形材料を、被成形材料受取位置、前記一対のロール金型の前記複数の成形型による型成形位置、及び、被成形品搬出位置に移動させるための搬送装置と、
    を有し、
    前記搬送装置は、前記複数の型成形位置に対応する位置を結ぶ直線状の成形用移動経路と、前記成形用移動経路に対して一方の側に所定量離れている第1退避経路とを含むロ字状または略ロ字状の第1移動経路上を、ロボットハンドが移動する第1ロボットと、前記成形用移動経路と、前記成形用移動経路に対して他方の側に所定量離れている第2退避経路とを含むロ字状または略ロ字状の第2移動経路上を、ロボットハンドが移動する第2ロボットとからなるロール鍛造機におけるロール鍛造方法であって、
    前記第1ロボットのロボットハンドが、前記成形用移動経路上を移動しているときには、前記第2ロボットのロボットハンドが、前記成形用移動経路以外の前記第2移動経路を移動し、
    前記第2ロボットのロボットハンドが、前記成形用移動経路を移動しているときには、前記第1ロボットのロボットハンドが、前記成形用移動経路以外の前記第1移動経路を移動し、
    前記第1ロボットと、前記第2ロボットのどちらか一方が、前記一対のロール金型で型成形加工を行うことが可能になっている
    ことを特徴とするロール鍛造機におけるロール鍛造方法。
  9. 請求項8に記載されたロール鍛造機におけるロール鍛造方法において、
    前記第1ロボットの前記ロボットハンドは、前記第2ロボットの前記ロボットハンドが最終の型成形工程位置から搬出工程位置に移動するとき、受取工程位置から最初の型成形工程位置に移動し、
    前記第2ロボットのロボットハンドは、前記第1ロボットのロボットハンドが最終の型成形工程位置から搬出工程位置に移動するとき、受取工程位置から最初の型成形工程位置に移動する
    ことを特徴とするロール鍛造機におけるロール鍛造方法。
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