JP2019077006A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】微細な形状部分への切屑の入り込みを防止する工作機械を提供すること。【解決手段】ワークを受渡し位置に配置させるワーク供給装置と、前記受渡し位置でキャップの着脱を行う入口側キャップ装置とを備えたワーク供給部と、ワークを受渡し位置から送り出すワーク排出装置と、前記受渡し位置でキャップの着脱を行う出口側キャップ装置とを備えたワーク排出部と、ワークに対する加工を行う加工装置と、前記ワーク供給部、前記ワーク排出部および前記加工装置との間でワークおよびキャップの受渡しを行う搬送装置とを備えたワーク加工部とを有する工作機械。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの加工に際して当該ワークへのキャップの着脱を行うようにした工作機械に関する。

工作機械では、ワークの切削などに際して切屑が発生するので、その切屑の洗い流しや冷却のためにワークの加工点に対してクーラントが噴きかけられる。そのため、閉じられた工作機械の加工室内部では、クーラントが流れ、加工の勢いによって切屑やクーラントが飛び散っている。工作機械は、このようなクーラントや切屑の対応について、様々な点で対応が必要となる。例えば、下記特許文献１には、パイプ材を加工するときにパイプ材を通って主軸の背後にクーラントが流れてしまう課題を解決するための発明が開示されている。具体的には、刃物台のタレットに対し、開閉可能な爪を主軸方向に向けた把持装置が設けられ、その把持装置によって加工開始時にワークであるパイプ材の先端に栓体を挿入し、加工終了時にはパイプ材から栓体が取り外されるようにしたものである。

特開平７−１７１７０１号公報

一方で、切屑が加工後のワークの品質に影響を及ぼすようなこともある。加工対象であるワークには細孔などが形成されているものがあり、そうした微細な形状部分に加工中の切屑が入り込んでしまうことがあるためである。その場合、ワークに切屑が残ってしまうことにより製品として不具合が生じてしまう。従って、製品としての品質を保つためには、ワークの加工後に微細な形状部分に切屑が入り込んでいないかを検査し、侵入している切屑を取り除くための作業が必要になる。しかし、それでは生産性が大幅に低下してしまい、加工コストを増大させてしまうことにもなる。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、微細な形状部分への切屑の入り込みを防止する工作機械を提供することを目的とする。

本発明に係る工作機械は、ワークを受渡し位置に配置させるワーク供給装置と、前記受渡し位置でキャップの着脱を行う入口側キャップ装置とを備えたワーク供給部と、ワークを受渡し位置から送り出すワーク排出装置と、前記受渡し位置でキャップの着脱を行う出口側キャップ装置とを備えたワーク排出部と、ワークに対する加工を行う加工装置と、前記ワーク供給部、前記ワーク排出部および前記加工装置との間でワークおよびキャップの受渡しを行う搬送装置とを備えたワーク加工部とを有する。

前記構成によれば、ワーク供給部とワーク排出部によってキャップの着脱が行われることにより、ワーク加工部において加工が実行される際のワークにはキャップが装着されているため、切屑などがワークの微細な形状部分に侵入することを防止することができる。

工作機械の一実施形態を簡略化して示した正面図である。 ロボットハンドの一方のチャックを示した正面図である。 キャップを把持したロボットハンドを示した断面図である。 キャップ付きのワークを把持したロボットハンドを示した断面図である。 ワークの加工状況を示した図である。 ワーク供給部の内部構造を簡略化して示した側面図である。

次に、本発明に係る工作機械の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の工作機械を簡略化して示した正面図である。工作機械１は、中央にワーク加工部３があり、図面右の入口側にはワーク供給部４が、そして図面左の出口側にはワーク排出部５が配置されている。ワーク加工部３、ワーク供給部４およびワーク排出部５は、それぞれ外装カバーによって覆われ、そのカバー前面には開閉扉や窓が形成され、操作パネルなどが設けられている。図１では、カバー前面を省略した内部構造が簡略化して記載されている。なお、本実施形態では、図１に示す工作機械１の機体幅方向をＺ軸方向、機体上下方向をＸ軸方向、そして機体奥行き方向をＹ軸方向として説明する。

ワーク加工部３には、主軸チャック１１を備えた主軸装置や、その主軸チャック１１に対してワークを受渡しするワーク搬送装置１２が設けられている。更に、図１には示されていないが、ワーク加工部３にはワークを加工するための工具を備えた工具台や、その工具台をＺ軸方向やＸ軸方向に移動させるための移動装置などが構成されている。よって、ワーク加工部では、ワーク搬送装置１２によってワークが主軸チャック１１に受渡しされ、回転するワークに対して切削工具が当てられ、所定の加工が行われる。さらにワーク加工部３には不図示の排出コンベアが設けられ、切屑が工作機械１の裏側へと送られて回収されるようになっている。

ワーク加工部３は、機内の前方側上部にガイドレールを備えた水平な梁部材１３がＺ軸方向に架設され、そこに走行装置１４が組み付けられている。走行装置１４は、走行台がガイドレールを摺動可能に取り付けられ、ボールネジ機構を介し駆動モータによって直線移動するよう構成されている。ワーク搬送装置１２は、この走行装置１４にロボットアーム１５が搭載されている。ロボットアーム１５は下方に延び、走行装置１４に対して旋回テーブル１６を介して取り付けられている。ロボットアーム１５は、関節機構１５１によって下側の前腕部１５２が折り曲げ可能であり、その前腕部１５２の先端部分にチャック機構を備えたロボットハンド１７が回転機構１５３を介して組み付けられている。

ロボットハンド１７は、第１チャックと第２チャックとが表裏両面に構成されている。そのため、例えば主軸チャック１１との間では、一方が加工を行うワークを供給するためのローダチャックとして機能し、他方が加工済みのワークを取り出しするためのアンローダチャックとして機能する。図２乃至図４は、そうしたロボットハンド１７を示した図である。特に、図２は、一方のチャックを示した正面図である。そして、図３及び図４は、同じ図２のＥ−Ｅ矢視の一部断面図であるが、図３はキャップが一方に把持された場合が示され、図４はキャップ付きのワークが一方に把持された場合が示されている。ロボットハンド１７は、ワーク７だけではなく、ワーク７に着脱可能なキャップ８の取り扱いも可能な構成になっている。

ここで、図５は、ワーク７の加工状況を示した図である。図示するように、ワーク７は主軸チャック１１に把持されて回転が与えられ、そのワーク７に対して工具台の切削工具１８が当てられて表面加工が行われる。その際、加工点からは切屑や切粉が発生し、それを流し落とすようにしてクーラントが噴きかけられ、加工部周辺は切屑などが飛び散る環境となっている。そのため、ワーク７のように細孔７０１が形成されたものは、加工中にその細孔７０１内へ切屑が入り込んでしまうことがある。その侵入を防止するために本実施形態ではワーク７に対応したキャップ８が用意され、加工中のワーク７に対して細孔７０１部分を覆うように、そのキャップ８が取り付けられるようになっている。

ロボットハンド１７は、第１チャックと第２チャックとが図２に示す同じ構成となっている。すなわち、３つのチャック爪２１が１２０°の間隔で放射状に配置され、チャック爪２１同士の間にも３つの受け部材２２が放射状に配置されている。受け部材２２はＬ字形の部材であり、把持したワーク７の姿勢を維持するため、その先端がワーク７に当てられる。チャック爪２１は、ガイド溝内を径方向に移動するように本体ブロック２３に組み付けられている。そうした３つのチャック爪２１は、本体ブロック２３内に構成され油圧機構によって同時に作動し、ワーク７やキャップ８の把持及び解放が可能になっている。

３つのチャック爪２１は同じ形状で形成され、図２に示すように、先端部分が幅広になり、ワーク７に当てられる円弧状の先端面に凹凸が連続して形成されている。更に、チャック爪２１は、図３及び図４に示すように、外爪２１１と内爪２１２が形成されている。外爪２１１は、図２に示す幅広部分であり、図３及び図４に示すように、内爪２１２よりも本体ブロック２３から離れた位置にある。一方の内爪２１２は、図２に示すように中心側に形成され、本体ブロック２３の表面に直交する低い突起部であって、把持する面が湾曲面になっている。

このようなチャック爪２１では、図４に示すように、外爪２１１の径方向外側に向けたＲ方向の押圧力によってワーク７がクランプされ、図３に示すように、内爪２１２の同じくＲ方向の押圧力によってキャップ８がクランプされる。ただし、外爪２１１と内爪２１２は、チャック爪２１をＲ方向に移動させた場合、キャップ８をクランプするよりもワーク７をクランプする場合の方が小さいストロークになるよう設計されている。ワーク７とキャップ８とが一体の場合に、外爪２１１がワーク７をクランプすることで両者を保持するようにするためである。従って、図４の拡大部分に示すように、ワーク７のクランプにより内爪２１２とキャップ８との間には隙間が生じることとなる。

キャップ８は、装着されたワーク７に嵌め込まれて一体的に取り扱われる。そのため、ワーク７の形状に対応して形成されている。本実施形態のキャップ８は、円筒部８０１の中に遮断壁８０２が形成され、そこに軸方向に突き出した段付きの挿入部８０３が形成されている。このキャップ８は、図４及び図５に示すようにワーク７の中心部に嵌め込まれるが、ワーク７とは各部が僅かな隙間を空けた非接触状態となる寸法で形成されている。すなわち、キャップ８の挿入部８０３にゴム材のＯリング８１０が取り付けられ、それがワーク７との間に嵌り込むことにより、Ｏリング８１０の弾性力によってキャップ８がワーク７に保持される。金属同士のワーク７とキャップ８とでは、直接キャップ８を嵌め込んでしまうことにより、ワーク７に対して加工精度に影響を及ぼす歪を生じさせてしまうことがあり得るからである。

図１に戻り、工作機械１のワーク加工部３には、キャップ８のための仮置き台２７，２８が入口側と出口側に設けられている。従って、仮置き台２７，２８を介してワーク供給部４やワーク排出部５との間でキャップ８の受渡しが可能になっている。そのワーク供給部４には、ローラコンベア３１が設けられ、機体側面の入り口からワーク７が投入され、傾斜によってワーク加工部３側へと進むように構成されている。ローラコンベア３１の下流側には、ワーク７を上昇させるワーク昇降装置３２が設けられている。ここで、図６は、ワーク昇降装置３２などからなるワーク供給部４の内部構造を簡略化して示した側面図であり、図１に示す工作機械１の右側から見た図である。

ワーク供給部４では、投入されたワーク７をワーク加工部３へ受渡しする位置への送り出しや、ワーク７に対するキャップ８の取り付けが行われる。その機内には支持タワー３３が立設され、そこにワーク昇降装置３２やキャップ着脱装置３５が設けられている。ワーク昇降装置３２とキャップ着脱装置３５は、それぞれの昇降台４１，４３が上下に配置され、ともに昇降タワー３３に固定された鉛直レールに対して摺動可能に組み付けられている。また、昇降タワー３３には油圧シリンダ４２，４４が固定され、昇降台４１，４３にそれぞれ連結されている。昇降台４１，４３は、この油圧シリンダ４２，４４の伸縮作動によって、それぞれが上下に昇降するよう構成されている。

ワーク昇降装置３２は、Ｌ字形をした昇降台４１の上端部にワーク７の中心部を保持するワーク保持部４１１が形成されている。ワーク供給部４では、ローラコンベア３１上に複数のワーク７が一列に並べられ、先頭のワーク７がワーク昇降装置３２によって、矢印Ａで示すように上方に持ち上げられるようになっている。そして、上昇した受渡し位置には、ワーク７を位置決めするクランプ装置３６が設けられている（図１参照）。クランプ装置３６は、ワーク７をＹ軸方向に横から挟み込むクランプ機構が構成されている。また、この受渡し位置では、ワーク加工部３へワーク７が送られるほか、キャップ着脱装置３５によるワーク７へのキャップ８の装着が行われるようになっている。

そのキャップ着脱装置３５は、昇降可能な昇降台４３の先端部に、油圧シリンダ４７を介してキャップ用チャック４６が取り付けられている。よって、キャップ着脱装置３５では、油圧シリンダ４４の伸長作動により昇降台４３が矢印Ｂで示すように下降し、そこから更に油圧シリンダ４７の伸長作動によってキャップ用チャック４６が矢印Ｃで示すように下降するよう構成されている。キャップ着脱装置３５は、図６に示すようにワーク７に対するキャップ８の装着のほか、ワーク７を掴みに来たロボットハンド１７との間でもキャップ８の受渡しが行われるようになっている。

次に、ワーク供給部４とは反対側に位置するワーク排出部５は、ワーク加工部３から送られたワーク７を排出するほか、ワーク７に装着されたキャップ８の取り外しが行われるよう構成されている。そうしたワーク排出部５には、ワーク供給部４と同様に、ワーク昇降装置５２やキャップ着脱装置５５が設けられている。その具体的な構成は図６に示すものと同様であるため図６を参照して簡単に説明する。

ワーク昇降装置５２とキャップ着脱装置５５は、上下に配置された昇降台４１，４３が昇降タワー３３に対して摺動可能に組み付けられ、油圧シリンダ４２，４４の伸縮作動によって、それぞれが上下に昇降するよう構成されている。また、ワーク７をＹ軸方向に挟み込むクランプ装置５６が設けられている（図１参照）。クランプ装置５６によってワーク７を位置決めする受渡し位置では、ワーク加工部３からのワーク７の受取りが行われるほか、キャップ着脱装置５５によるワーク７からキャップ８の取り外しが行われるようになっている。ワーク搬出部５には、第１、第２、第３ローラコンベア５７，５８，５９が設けられている。第１ローラコンベア５７ではワーク昇降装置５２からワーク７を受取り、第２ローラコンベア５８ではワーク７を上下反転させ、第３ローラコンベア５９を通過し次工程へと供給される。

続いて、工作機械１の作用について説明する。この工作機械１は、キャップ８を使用しないワークの加工も可能であるが、ここではキャップ８を装着したワーク７の加工について説明する。そこで、ワーク加工部３の仮置き台２７，２８にはキャップ８が置かれ、ワーク供給部４とワーク排出部５でもそれぞれキャップ着脱装置３５，５５のキャップ用チャック４６に予めキャップ８がクランプされる。こうした準備が整えられた後、スタートボタンが押されて工作機械１によるワーク７の加工が開始する。

ワーク供給部４では、ローラコンベア３１に複数のワーク７が置かれており、先頭のワーク７が、ワーク昇降装置３２によって図６に示す受渡し位置まで持ち上げられ、クランプ装置３６によってクランプされる。そこに、キャップ着脱装置３５の昇降台４３が矢印Ｂで示すように下降し、さらにキャップ用チャック４６が矢印Ｃで示すように下降してキャップがワーク７に装着される。その後、ロボットハンド１７によって置き台２７のキャップ８が掴まれ、受渡し位置のワーク７の位置まで運ばれる。このとき、ロボットハンド１７は、例えば第１チャックがキャップ８を掴み、第２チャックは何も掴んでいない状態である。

そこで、ロボットハンド１７は、第２チャック側が下向きになってワーク７に重ねられ、上向きの第１チャックからキャップ着脱装置３５のキャップ用チャック４６に対してキャップ８が受渡しされる。そして、ロボットハンド１７の第２チャックによってワーク７が図４に示すようにクランプされる。そのクランプされたワーク７は、キャップ８を取り付けたままワーク加工部３内に運ばれ、主軸チャック１１に受渡しされる。そして、ワーク加工部３では、図５に示すように、キャップ８が装着された状態のワーク７に対して加工が行われる。

そうした加工の間に、ワーク供給部４では同じ作業が行われる。すなわち、新たなワーク７がクランプ装置３６によって受渡し位置でクランプされ、キャップ着脱装置３５によってキャップ８が取り付けられる。そして、このワーク７も同じようにしてロボットハンド１７に掴まれ、ワーク加工部３内に運ばれて加工済みワーク７との取り換えが行われる。例えば、ロボットハンド１７の第１チャック側による主軸チャック１１からの加工済みワーク７の取り出しと、ロボットハンド１７の第２ャック側による主軸チャック１１に対する新たなワーク７の供給とが順番に行われる。

その後、加工済みワーク７は、キャップ８を取り付けたままワーク排出部５へと搬送される。ワーク排出部５では、ロボットハンド１７に掴まれた加工済みのワーク７が、ワーク昇降装置５２の上昇したワーク保持部４１１へと載せられ、クランプ装置５６によってクランプされる。このとき、ロボットハンド１７は、ワーク７を掴んだ第１チャック側が下向きになり、何も掴んでいない第２チャックが上向きとなる。そこで、キャップ用チャック４６が掴んでいるキャップ８がロボットハンド１７の第２チャックへ受渡しされる。そして、ロボットハンド１７が戻ると、キャップ用チャック４６によって加工済みワーク７からキャップ８の取り外しが行われる。その後、ワーク昇降装置５２の駆動により下降したワーク７は、第１ローラコンベア５７に載せられて第２ローラコンベア５８へと送られ、そこではワーク７が上下反転した後に第３ローラコンベア５９へと送られる。

よって、本実施形態の工作機械１では、ワーク供給部４とワーク排出部５においてワーク７に対するキャップ８の取り付けと取り外しが行われるので、ワーク加工部３で加工が行われる場合には、図５に示すようにワーク７にキャップ８が装着されている。そのため、加工中のワーク７の一部をキャップ８が塞ぐことにより、切屑などが細孔７０１に侵入することを防止することができる。それにより加工済みワーク７に対する検査を簡単なもの或いは省略することができ、切屑の取り除き作業などが不要になって生産性も向上させることができる。

また、本実施形態のロボットハンド１７は、チャック爪２１が外爪２１１と内爪２１２を有しているので、ワーク７とキャップ８とをそれぞれ把持することできる。しかも、チャック爪２１を作動させるチャック機構が表裏両面に第１チャックと第２チャックとして構成されているため、作業性の向上が図られている。また、ワーク加工部３には、仮置き台２７，２８が設けられており、キャップ８の必要でないワークの加工時には、そこにキャップ８を置いておくことができる。更に、本実施形態のキャップ８は、Ｏリング８１０の弾性力によってワーク７に対して落ちないようにしたため、加工時のワーク７に対する変形を防ぎ、必要とする加工精度を維持することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、ワーク７やその細孔７０１を覆うキャップ８は一例であり、その他の形状のものであってもよい。また、前記実施形態では、旋削加工時について例示をしたがこれに限定されるわけではない。例えば、穴あけ、中ぐり、フライス削り等の加工時にも適用させることができる。

１…工作機械 ３…ワーク加工部 ４…ワーク供給部 ５…ワーク排出部 ７…ワーク ８…キャップ １１…主軸チャック １２…ワーク搬送装置 １５…ロボットアーム １７…ロボットハンド ２１…チャック爪 ３２，５２…ワーク昇降装置 ３５，５５…キャップ着脱装置 ３６，５６…クランプ装置 ２１１…外爪 ２１２…内爪 ７０１…細孔

Claims (4)

1. ワークを受渡し位置に配置させるワーク供給装置と、前記受渡し位置でキャップの着脱を行う入口側キャップ装置とを備えたワーク供給部と、
   ワークを受渡し位置から送り出すワーク排出装置と、前記受渡し位置でキャップの着脱を行う出口側キャップ装置とを備えたワーク排出部と、
   ワークに対する加工を行う加工装置と、前記ワーク供給部、前記ワーク排出部および前記加工装置との間でワークおよびキャップの受渡しを行う搬送装置とを備えたワーク加工部とを有する工作機械。
2. 前記搬送装置は、ワーク用のチャック爪とキャップ用のチャック爪とが一体のチャック爪を複数備え、ワークとキャップとを各々把持することが可能なロボットハンドを有する請求項１に記載の工作機械。
3. 前記ロボットハンドは、ロボットアームの先端部に回転機構を介して取り付けられ、前記チャック爪を備えた第１チャックと第２チャックとが表裏両面に構成されたものである請求項２に記載の工作機械。
4. キャップを仮置きする入口側キャップ仮置き台と出口側キャップ仮置き台とが前記加工部内に設けられた請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する工作機械。
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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