JP2019025568A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工具の精密な位置制御を行わなくても、適切な加工が行える加工装置を提供する。【解決手段】加工具２を回転させてワークＷを加工する加工装置において、加工具２の外周に取り付けられ、加工具２に対し回転可能とされ、ワークＷを加工具２に当接させるための開口７１が形成されるガイド部材７を備え、ガイド部材７は、開口７１の位置を加工具２の軸方向へ移動可能に構成されており、ガイド部材７の開口７１を通じてワークＷに加工具２を当接させる際、ワークＷに対し開口７１の位置がずれていても、開口７１が移動して開口７１の位置がワークＷに対し適切な位置とすることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、被加工物の加工を行う加工装置に関する。

従来、被加工物（ワーク）の加工を行う加工装置として、例えば、特開平８−１４１８９３号公報に記載されるように、加工具であるカッタに対しローラガイドを回転自在に取り付けた装置が知られている。この加工装置は、カッタにローラガイドを取り付けて、加工の際にワークに対しカッタの切削部の位置決めを容易にしようとするものである。また、カッタにローラガイドを取り付けることにより、ローラガイドで規定された寸法以上に切削されることを防止することができる。

特開平８−１４１８９３号公報

しかしながら、上述した加工装置においては、ワークに対し適切に加工できない場合がある。例えば、ワークに対しガイドローラを正確な位置に当接させないと十分な切削が行えないこととなる。具体的には、図６に示すように、カッタ１０１によりワーク１０２の面取り加工する場合、カッタ１０１に対しガイド部材１０３を取り付け、ガイド部材１０３に形成した開口１０４にワーク１０２を挿入して加工が行われる。このとき、ワーク１０２の角部を開口１０４に対し正確に位置させないと適切な面取り加工が行えない。つまり、ワーク１０２の角部が開口１０４の中央位置からずれていると、ワーク１０２が開口１０４を形成する一方の縁部１０５のみに当接し、十分に面取りが行えないこととなる。

そこで、精密な位置制御を行わなくても、適切な加工が行える加工装置の開発が望まれている。

本発明の一態様に係る加工装置は、加工具を回転させて被加工物を加工する加工装置において、加工具の外周に取り付けられ、加工具に対し回転可能とされ、被加工物を前記加工具に当接させるための開口が形成されるガイド部材を備え、ガイド部材は、開口の位置を加工具の軸方向へ移動可能に構成されている。この加工装置によれば、ガイド部材の開口の位置が加工具の軸方向へ移動可能とされることにより、ガイド部材の開口を通じて被加工物に加工具を当接させる際、被加工物に対し開口の位置がずれていても、開口が移動して開口の位置を被加工物に対し適切な位置とすることができる。従って、被加工物を適切に加工することが可能となる。

また、上述の加工装置において、ガイド部材は、開口が螺旋状に形成され、加工具に対し回転することにより開口の位置を加工具の軸方向へ移動可能に構成されていてもよい。この場合、開口が螺旋状に形成されることにより、加工具に対しガイド部材が回転することによって開口の位置を加工具の軸方向へ移動させることができる。このため、簡易な構造により開口を被加工物に対し適切な位置へ移動させることができる。

また、上述の加工装置において、ガイド部材は、加工具に対し軸方向へ移動可能に取り付けられ、加工具に対し軸方向へ移動することにより開口の位置を前記加工具の軸方向へ移動可能に構成されていてもよい。この場合、ガイド部材が加工具に対し軸方向へ移動することによって開口の位置を加工具の軸方向へ移動させることができる。このため、簡易な構造により開口を被加工物に対し適切な位置へ移動させることができる。

本発明によれば、被加工物に対するガイド部材の精密な位置制御を行わなくても適切な加工を行うことができる。

本発明の第一実施形態に係る加工装置の概略を示す構成図である。 図１の加工装置におけるガイド部材の説明図である。 図１の加工装置の動作を示す図である。 図１の加工装置の動作を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る加工装置のガイド部材を示す図である。 背景技術の説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る加工装置１の構成を示す概略図である。図１に示されるように、加工装置１は、加工具２を回転させてワークＷの加工を行う装置である。ワークＷは、加工装置１により加工される被加工物であり、ワーク保持台９１に固定されて保持される。ワークＷとしてはあらゆる部品を適用することができる。ワークＷの例としては、金型、エンジン構成部品など挙げられる。加工装置１は、ワークＷの角部の面取り加工に適している。本実施形態では、ワークＷの加工として、面取りを行う場合について説明する。なお、本実施形態に係る加工装置１は、面取り加工のほか、バリ取りや切削などの加工に適用することもできる。

加工装置１は、加工具２の位置及び姿勢の調整を行うロボットアーム３を備えている。ロボットアーム３は、加工具２を用いて加工を実行する加工実行部として機能する。ロボットアーム３は、複数のリンク部３１〜３４及び複数の関節部３５〜３７を有し、加工具２の位置及び姿勢を変更可能に構成されている。リンク部３１〜３４は、軸方向に延びる棒状の部材である。リンク部３１は鉛直方向に向けられ、その基端側がベース部材３８の上面に取り付けられている。リンク部３１は、このリンク部３１の軸線を中心に回転可能に構成されている。リンク部３１の先端側には、関節部３５を介してリンク部３２が取り付けられている。関節部３５は、水平方向の軸線を中心に回転可能に構成されている。関節部３５の回転動作により、リンク部３２が関節部３５の回転軸を中心に回転する。

リンク部３２の先端側には、関節部３６を介してリンク部３３が取り付けられている。関節部３６は、水平方向の軸線を中心に回転可能に構成されている。関節部３６の回転動作により、リンク部３３が関節部３６の回転軸を中心に回転する。リンク部３３は、このリンク部３３の軸線を中心に回転可能に構成されている。リンク部３３の先端側には、関節部３７を介してリンク部３４が取り付けられている。関節部３７は、水平方向の軸線を中心に回転可能に構成されている。関節部３７の回転動作により、リンク部３４が関節部３７の回転軸を中心に回転する。リンク部３４は、このリンク部３４の軸線を中心に回転可能に構成されている。

リンク部３４の先端側には、スピンドルモータ４が取り付けられている。スピンドルモータ４は、加工具２を回転させる回転部として機能する。なお、加工装置１の回転部としては、加工具２を回転させることができれば、スピンドルモータ４以外のものを用いてもよく、例えばスピンドルとモータが別体に構成されたものを用いることができる。

スピンドルモータ４の先端側には、加工具２が取り付けられている。加工具２は、ワークＷに当接されて回転して、ワークＷを加工する部材である。この加工具２としては、例えばエンドミルが用いられる。具体的には、加工具２は、外周に螺旋状の刃を形成した円柱状の工具である。加工具２は、スピンドルモータ４に取り付けられて用いられる。すなわち、加工具２は、スピンドルモータ４の回転に応じて回転し、ワークＷに当接されることによりワークＷを切削する。加工具２には、ガイド部材７が取り付けられている。ガイド部材７の詳細については、後述する。

スピンドルモータ４の基端側には、力覚センサ５が取り付けられている。力覚センサ５は、加工具２に作用する外力を検出するセンサである。力覚センサ５は、当該力覚センサ５よりも先端側の部分に作用する外力を検出する。力覚センサ５としては、例えば直交三軸方向の力と各軸周りのトルクを計測可能な六軸センサが用いられる。このため、力覚センサ５は、加工具２に作用する六自由度の外力と三軸周りのトルクを検出することができる。なお、外力を検出する力センサは、加工具２に作用する外力が検出できるものであれば、力覚センサ５以外のセンサを用いてもよい。

加工装置１は、制御部６を備えている。制御部６は、加工装置１の加工制御を行う制御ユニットである。制御部６は、例えば、一つのコンピュータ又は電子制御ユニットにより構成されていてもよいし、パーソナルコンピュータ及びコントローラにより構成してもよい。制御部６において、加工具２の目標加工データが入力されることにより、加工具２の移動の目標軌道が設定される。制御部６は、スピンドルモータ４に制御信号を出力して、スピンドルモータ４を回転させ加工具２を回転させる。この状態で、制御部６は、ロボットアーム３を作動させて目標軌道に従って加工具２を移動させ、ワークＷの加工を行わせる。

図１に示すように、制御部６は、ロボットアーム３と電気的に接続され、関節部３５〜３７及びリンク部３１、３３、３４に対し制御信号を出力して関節部３５〜３７及びリンク部３１、３３、３４の回転動作を調整する。また、制御部６は、関節部３５〜３７及びリンク部３１、３３、３４の回転情報を入力し、関節部３５〜３７及びリンク部３１、３３、３４の回転状態を認識する。制御部６は、力覚センサ５と電気的に接続され、力覚センサ５の検知信号を入力し、加工具２の押付力を認識する。

加工装置１は、例えば、加工具２の力制御及び位置制御により、ワークＷの加工を行う。制御部６は、設定された押付力で加工具２がワークＷを押し付けるようにロボットアーム３を作動させて力制御を行う。上述したように制御部６には力覚センサ５の検知信号により加工具２の実際の押付力が入力されるため、押付力のフィードバック制御が可能である。また、制御部６は、加工具２の進行方向に対して位置制御を行う。例えば、ワークＷの角部の面取り加工する場合、制御部６にはワークＷの角部に沿って目標軌道が設定される。これにより、制御部６は、ワークＷの角部に沿って加工具２が移動するようにロボットアーム３を作動させて、加工具２の位置制御を行う。

図２に示すように、加工具２には、ガイド部材７が取り付けられている。ガイド部材７は、ワークＷの加工量を規制する部材である。言い換えれば、ガイド部材７は、目標以上の寸法でワークＷが加工されることを防止する部材として機能する。ガイド部材７は、周面に開口７１を形成した筒体であり、加工具２の外周に取り付けられている。すなわち、ガイド部材７は、加工具２を挿通させて加工具２の外周位置に取り付けられている。

また、ガイド部材は、加工具２に対し回転可能に取り付けられている。例えば、ガイド部材７は、軸受け７２を介して加工具２に取り付けられ、加工具２に対し回転自在となっている。開口７１は、ガイド部材７の周面に螺旋状に形成されている。すなわち、開口７１は、ガイド部材７の周方向に沿って螺旋状に形成され、ガイド部材７の内外を貫通している。開口７１は、ワークＷを加工具２に当接させるための孔である。ワークＷは、開口７１に挿入されて加工具２に接触し加工される。この開口７１は、例えば、同じ幅Ａで螺旋状に形成される。幅Ａより大きい部分は開口７１を通らないため、ワークＷの角部を面取り加工する場合、開口７１によりワークＷの面取り量が規制され、加工し過ぎることが防止される。開口７１は、周方向に対し斜めに形成されているため、ガイド部材７が回転することによって開口位置が加工具２の軸方向へ移動可能となっている。なお、図２では、複数の開口７１を形成したガイド部材７を示しているが、ガイド部材７に対し開口７１は一つだけ形成されていてもよい。

次に、本実施形態に係る加工装置１の動作について説明する。

加工装置１によりワークＷの面取り加工を行う場合について説明する。図１において、まず、ワークＷがワーク保持台９１に固定され、制御部６に加工具２の目標軌道が設定される。そして、制御部６は、ロボットアーム３及びスピンドルモータ４に制御信号を出力し、スピンドルモータ４を回転させつつ、ロボットアーム３を作動させる。これにより、加工具２が回転し、目標軌道に従って移動する。図２に示すように、加工具２は、ワークＷの角部に当接するように移動する。例えば、加工具２は、面取りを行う面に対し平行となるような姿勢とされ、ワークＷの角部に当接される。

このとき、図３に示すように、ワークＷに対しガイド部材７の開口７１の位置がずれる場合がある。すなわち、ワークＷの角部が開口７１の中央位置にない場合、ガイド部材７の一方の縁部のみがワークＷと当接することとなる。図３では、ガイド部材７の上側の縁部のみがワークＷと当接している。この図３の状態では、ワークＷの面取りの加工量は不足しており、十分な面取りが行えない。

ここで、本実施形態に係る加工装置１では、加工具２がワークＷに押し付けられることにより、ガイド部材７が軸回りに回転し、開口７１の位置が軸方向へ移動する。つまり、ガイド部材７が回転することにより、螺旋状に形成される開口７１がワークＷの位置において軸方向へ移動することとなる。これにより、図４に示すように、ワークＷが開口７１の中央に位置し、開口７１により加工規制を受けつつ、所望の面取り加工が行える。

この図４の状態にて、加工具２は、力制御によって所定の押付力でワークＷ側へ押し付けられる。そして、加工具２は位置制御によってワークＷの角部に沿って移動し、角部の面取り加工が行われる。

以上説明したように、本実施形態に係る加工装置１によれば、ガイド部材７の開口７１の位置が加工具２の軸方向へ移動可能に構成されることにより、ガイド部材７の開口７１を通じてワークＷに加工具２を当接させる際、ワークＷに対し開口７１の位置がずれていても、開口７１が移動して開口７１の位置をワークＷに対し適切な位置とすることができる。従って、ガイド部材７を適正に機能させ、ワークＷを適切に加工することができる。

また、本実施形態に係る加工装置１において、開口７１が螺旋状に形成されることにより、加工具２に対しガイド部材７が回転することで開口７１の位置を加工具２の軸方向へ移動させることができる。このため、簡易な構造により開口７１をワークＷに対し適切な位置へ移動させることができる。

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態に係る加工装置について説明する。

図５は、第二実施形態に係る加工装置のガイド部材を示す図である。第二実施形態に係る加工装置は、ロボットアーム３、スピンドルモータ４、力覚センサ５及び制御部６について、上述した第一実施形態に係る加工装置１と同様なものを用いることができる。つまり、第二実施形態に係る加工装置は、ガイド部材のみが第一実施形態に係る加工装置１と異なっている。

図５に示すように、本実施形態に係る加工装置のガイド部材７ａは、加工具２に取り付けられている。ガイド部材７ａは、ワークＷの加工量を規制する部材である。言い換えれば、ガイド部材７ａは、目標以上の寸法でワークＷが加工されることを防止する部材として機能する。ガイド部材７ａは、周面に開口７１ａを形成した筒体であり、加工具２の外周に回転可能に取り付けられている。例えば、ガイド部材７ａは、加工具２の外周より大きい内周とした筒体により構成され、加工具２を挿通させて取り付けられることにより、加工具２に対し回転自在となっている。

ガイド部材７ａの端部から離間した位置にストッパ７４が取り付けられている。ストッパ７４は、ガイド部材７ａの軸方向への移動範囲を規制する部材であり、ガイド部材７ａの両端側にそれぞれ一つずつ取り付けられている。このため、ガイド部材７ａは、ストッパ７４、７４の間において、加工具２の軸方向へ移動可能となっている。ガイド部材７ａが軸方向へ移動することにより、開口７１ａの位置を軸方向へ移動させることができる。開口７１ａは、ガイド部材７ａの周方向へ延びる孔である。開口７１ａは、軸方向に対し同じ幅で形成されている。開口７１ａの幅より大きい物は開口７１ａを通らないため、ワークＷの角部を面取り加工する場合、開口７１ａによりワークＷの面取り量が規制され、加工し過ぎることが防止される。

このような、本実施形態に係る加工装置においても、第一実施形態に係る加工装置１と同様に、ワークＷを適切に加工することが可能となる。すなわち、ガイド部材７ａが加工具２に対し軸方向へ移動することによって開口７１ａの位置を加工具２の軸方向へ移動させることができる。このため、ガイド部材７ａの開口７１ａを通じてワークＷに加工具２を当接させる際、ワークＷに対し開口７１ａの位置がずれていても、開口７１ａが移動して開口７１ａの位置をワークＷに対し適切な位置とすることができる。従って、ガイド部材７ａを適正に機能させ、ワークＷを適切に加工することができる。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲の記載の要旨を逸脱しない範囲で様々な変形態様を取ることができる。

例えば、上述の実施形態では、加工実行部としてロボットアーム３を用いる場合について説明したが、加工具２の位置及び姿勢の調整を行い、加工具２を用いて加工を実行できるものであれば、ロボットアーム３以外の機構や機器などを用いてもよい。具体的には、関節部及びリンク部の設置数の異なるロボットアーム又はマニピュレータを用いてもよいし、加工具２を回転させながら目標軌道に沿って移動させ力制御可能な工作機械などを用いてもよい。

また、本実施形態では、加工具２としてエンドミルを用いる場合について説明したが、ワークＷを面取り加工できる加工具であれば、他の加工具を用いてもよい。

１ 加工装置
２ 加工具
３ ロボットアーム
４ スピンドルモータ
５ 力覚センサ
６ 制御部
７ ガイド部材
７１ 開口
Ｗ ワーク（被加工物）

Claims (3)

1. 加工具を回転させて被加工物を加工する加工装置において、
   前記加工具の外周に取り付けられ、前記加工具に対し回転可能とされ、前記被加工物を前記加工具に当接させるための開口が形成されるガイド部材を備え、
   前記ガイド部材は、前記開口の位置を前記加工具の軸方向へ移動可能に構成されている、
   加工装置。
2. 前記ガイド部材は、前記開口が螺旋状に形成され、前記加工具に対し回転することにより前記開口の位置を前記加工具の軸方向へ移動可能に構成されている、
   請求項１に記載の加工装置。
3. 前記ガイド部材は、前記加工具に対し軸方向へ移動可能に取り付けられ、前記加工具に対し軸方向へ移動することにより前記開口の位置を前記加工具の軸方向へ移動可能に構成されている、
   請求項１に記載の加工装置。

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