JP2019155540A - 加工装置およびそれを用いる加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で加工装置の作動時間の間欠を解消することを目的とする。【解決手段】治具７０と、把持具３０と、主軸２０と、パレット６０と、加工台５０と、ベース４０と、を備える。治具７０は、ワークＷを固定する。把持具３０は、治具７０を把持する。主軸２０は、少なくともワークＷを加工する加工具Ｔと、把持具３０と、を含む工具が取り付けられ、工具のうちの一つを選択可能であって、Ｚ方向に移動する。パレット６０は、取り付けまたは取り外しされ、治具７０が載置される。加工台５０は、ワークＷを加工具Ｔで加工するときに治具７０が載置される。ベース４０は、パレット６０および加工台５０が載置され、Ｚ方向と互いに直交するＸ方向およびＹ方向に移動する。【選択図】図１

Description

本発明は、加工装置およびそれを用いる加工方法に関する。

従来、加工装置としてマシニングセンタが知られている。例えば、特許文献１には、主軸にワークを保持する保持具が取り付けられたマシニングセンタが開示されている。

特開２００４−４２１５２号公報

マシニングセンタでは、ワークに加工を行うときには、ワークをマシニングセンタの加工台に固定する必要がある。ワークを加工台に固定する作業は、作業者によって行なわれる。作業者がワークを加工台に固定する作業をしている間は、マシニングセンタがワークに加工を行なうことができないため、マシニングセンタの作動時間に間欠が生じる。

マシニングセンタの作動時間の間欠を解消するために、例えば、マシニングセンタに自動供給装置を増設することが考えられる。しかし、マシニングセンタにおける増設スペース、増設工数または増設コストを考えると、自動供給装置の増設が困難である。

本発明は、簡易な構成で加工装置の作動時間の間欠を解消することを目的とする。

本願の例示的な一実施形態の加工装置は、治具と、把持具と、主軸と、第１の台と、第２の台と、第３の台と、を備える。治具は、ワークを固定する。把持具は、治具を把持する。主軸は、少なくともワークを加工する加工具と、把持具と、を含む工具が取り付けられ、工具のうちの一つを選択可能であって、Ｚ方向に移動する。第１の台は、取り付けまたは取り外しされ、治具が載置される。第２の台は、ワークを工具で加工するときに治具が載置される。第３の台は、第１の台および第２の台が載置され、Ｚ方向と互いに直交するＸ方向およびＹ方向に移動する。

本願の例示的な実施形態によれば、簡易な構成で加工装置の作動時間の間欠を解消することができる。

図１は、加工装置の模式図である。 図２Ａは、把持具の正面図である。 図２Ｂは、把持具の平面図である。 図２Ｃは、把持具の側面図である。 図３Ａは、ベースの平面図である。 図３Ｂは、図３ＡのＡＡ断面図である。 図３Ｃは、図３ＡのＢＢ断面図である。 図４Ａは、治具の正面図である。 図４Ｂは、治具の平面図である。 図４Ｃは、治具の側面図である。 図５は、加工装置の制御構成を示すブロック図である。 図６は、加工工程を示すフローチャートである。 図７Ａは、加工工程の一工程を示す模式図である。 図７Ｂは、加工工程の一工程を示す模式図である。 図７Ｃは、加工工程の一工程を示す模式図である。 図７Ｄは、加工工程の一工程を示す模式図である。 図７Ｅは、加工工程の一工程を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示す場合がある。よって、各構成要素の寸法及び比率は実際のものと必ずしも同じではない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示する場合がある。

＜１−１．加工装置＞
図１を用いて、加工装置１００の構成について説明する。なお、以下では、図１に記載されたＸ方向、Ｙ方向またはＺ方向に従って説明する。また、図１では、部材の移動方向または回転方向を矢印によって表している。

加工装置１００は、ワークＷを加工する装置である。加工装置１００としては、例えば、マシニングセンタが用いられる。ワークＷの加工としては、例えば切削加工が行なわれる。

加工装置１００は、ケーシング１０と、主軸２０と、把持具３０と、第１の台としてのパレット６０と、第２の台としての加工台５０と、第３の台としてのベース４０と、治具７０と、制御部９０と、を備える。

ケーシング１０の内部には、主軸２０と、ベース４０と、加工台５０と、パレット６０と、が設けられる。ケーシング１０の正面側（Ｘ方向の紙面手前側）は、開口されている。ケーシング１０の外部の側面には、制御部９０が設けられる。

＜１−１−１．主軸＞
主軸２０は、ケーシング１０の上部に設けられる。主軸２０は、本体２１と、テーブル２２と、を備える。

本体２１には、選択された工具が取り付けられる。本体２１に取り付けられた工具は、工具回転機構９１（図５参照）によってＺ軸周りに回転する。工具回転機構９１としては、例えば、モータおよび変速機が用いられる。本体２１は、Ｚ方向移動機構９３（図５参照）によってＺ方向に移動する。Ｚ方向移動機構９３としては、例えばモータおよびボールねじ駆動機構が用いられる。

テーブル２２は、略円盤状に構成される。テーブル２２の側面には、放射状に工具が取り付けられる。工具には、複数の加工具Ｔと、把持具３０と、が含まれる。テーブル２２は、テーブル回転機構９２（図５参照）によってＸ軸周りに回転する。回転機構としては、例えば、モータおよび変速機が用いられる。

主軸２０は、工具のうちから一つの工具を選択する。ここで、「工具を選択する」とは、テーブル２２をＸ軸周りに回転させることによって、本体２１に取り付ける工具を自動的に交換することである。主軸２０は、本体２１に取り付けられた工具（例えば、加工具Ｔ）をＺ軸周りに回転させることによって、ワークＷに加工を行なう。

＜１−１−２．把持具＞
図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃを用いて、把持具３０の構成について説明する。
把持具３０は、門型に構成される。把持具３０は、取り付け部３１と、基部３２と、一対の脚部３３と、一対の把持部３４と、４つの爪部３５と、を備える。

取り付け部３１は、テーブル２２に取り付けまたは取り外しされる部分である。基部３２の中央部は、取り付け部３１の先端側に設けられる。一対の脚部３３は、基部３２の先端側にそれぞれ設けられる。一対の把持部３４は、一対の脚部３３の先端側にそれぞれ設けられる。

４つのうちの一対の爪部３５は、一対の把持部３４のそれぞれの内側に設けられる。爪部３５としては、例えば、ピンが用いられる。一対の爪部３５は、後述する治具７０の嵌合部７４に嵌合する。

このような構成とすることで、把持具３０は、テーブル２２に取り付けまたは取り外しされる。また、把持具３０は、一対の把持部３４のそれぞれの一対の爪部３５を治具７０のそれぞれの嵌合部７４に嵌合することによって、治具７０を把持することができる。

また、爪部３５と治具７０とが嵌合することによって、把持具３０をＺ方向に移動するだけで治具７０を把持することができる。

＜１−１−３．ベース＞
図３Ａを用いて、ベース４０の構成について説明する。
第３の台としてのベース４０は、ケーシング１０の下部に設けられる（図１参照）。ベース４０は、ＸＹ方向移動機構９４（図５参照）によってＸ方向またはＹ方向に移動する。ＸＹ方向移動機構９４としては、例えばモータおよびボールねじ駆動機構が用いられる。

＜１−１−４．加工台＞
図３Ａおよび図３Ｂを用いて、加工台５０の構成について説明する。なお、図３Ｂは、図３ＡのＡＡ断面視を表している。
第２の台としての加工台５０は、ベース４０に固定される。加工台５０には、ワークＷを固定した治具７０が載置される。加工台５０に載置されたワークＷは、主軸２０に選択された工具によって加工される。

加工台５０の上面は、凹部５１を備える。凹部５１は、治具７０の凸部７５と嵌合する。凹部５１は、例えば、略直方体である。

このような構成とすることで、加工台５０に治具７０が載置されるときには、治具７０の凸部７５が加工台５０の凹部５１に嵌合する。このとき、加工台５０における治具７０のＸ方向およびＹ方向の動きが規制される。また、ベース４０をＸ方向またはＹ方向に移動させることによって、加工台５０をＸ方向またはＹ方向に移動させることができる。

＜１−１−５．パレット＞
図３Ａおよび図３Ｃを用いて、パレット６０の構成について説明する。なお、図３Ｃは、図３ＡのＢＢ断面視を表している。
パレット６０は、作業者Ｓによってベース４０に取り外しまたは取り付けされる。パレット６０には、ワークＷを固定した治具７０が複数載置される。パレット６０には、例えば６つの治具７０が載置される。

パレット６０は、凹部６１を備える。凹部６１は、治具７０の凸部７５と嵌合する。凹部６１は、例えば、略直方体である。なお、凹部６１は、凹部５１と同一形状である。

このような構成とすることで、パレット６０に治具７０が載置されるときには、治具７０の凸部７５がパレット６０の凹部６１に嵌合する。このとき、パレット６０における治具７０のＸ方向およびＹ方向の動きが規制される。また、ベース４０をＸ方向およびＹ方向に移動させることによって、パレット６０をＸ方向およびＹ方向に移動させることができる。

＜１−１−６．治具＞
図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃを用いて、治具７０の構成について説明する。
治具７０は、ワークＷを固定する。ワークＷは、例えば、円柱状である。治具７０は、本体７１と、一対の固定部７２と、一対のピン７３と、一対の嵌合部７４と、凸部７５と、を備える。

本体７１には、ワークＷが載置される。固定部７２は、本体７１の上面に設けられ、調整ねじの締め付けによってワークＷを本体７１に押圧する。一対のピン７３は、本体７１の上面に設けられる。一対の嵌合部７４は、本体７１の対向する側面にそれぞれ設けられる。凸部７５は、本体７１の下面に設けられる。

このような構成とすることで、本体７１の上面に載置されたワークＷは、固定部７２によって固定される。このとき、ワークＷは、固定部７２によって本体７１に押圧されＺ方向の動きが規制される。また、ワークＷは、固定部７２およびピン７３によってＸ方向およびＹ方向の動きが規制される。

また、固定部７２とワークＷとの間には、Ｘ−Ｙ平面方向において隙間が設けられる。これにより、異なる大きさのワークでも治具に取り付けることができる。

＜１−１−７．制御部＞
図５を用いて、加工装置１００の制御構成について説明する。
制御部９０は、工具回転機構９１と、テーブル回転機構９２と、Ｚ方向移動機構９３と、ＸＹ方向移動機構９４と、に接続する。制御部９０は、工具回転機構９１およびテーブル回転機構９２の回転または停止を制御する。制御部９０は、Ｚ方向移動機構９３およびＸＹ方向移動機構９４の移動または停止を制御する。

＜１−１−８．加工装置の効果＞
このような構成とすることで、加工装置１００では、簡易な構成を用いて、自動搬送装置を実現することができる。すなわち、加工装置１００では、主軸２０において把持具３０を選択することによって、把持具３０によってワークＷを把持し、ワークＷを搬送することができる。

＜１−２−１．加工工程のフロー＞
図６、図７Ａ乃至図７Ｅを用いて、加工工程Ｓ１００のフローについて説明する。なお、図６では、作業者Ｓによる工程を破線で囲い、加工装置１００による工程を実線で囲っている。

加工工程Ｓ１００は、加工装置１００を用いてワークＷを加工する加工方法である。
ステップＳ５において、作業者Ｓは、治具７０が載置されたパレット６０をベース４０に取り付ける（図７Ａ参照）。このとき、治具７０には、加工前のワークＷが固定される。また、制御部９０は、ＸＹ方向移動機構９４によって、ベース４０をＹ方向の手前側に移動することが好ましい。

ステップＳ１１において、制御部９０は、テーブル回転機構９２によって、テーブル２２を回転させ、把持具３０を選択する。

ステップＳ１２において、制御部９０は、Ｚ方向移動機構９３およびＸＹ方向移動機構９４によって、把持具３０の爪部３５を治具７０の嵌合部７４に嵌合させて、把持具３０によって治具７０を把持する。

より詳しくは、まず、制御部９０は、Ｚ方向移動機構９３によって、把持具３０が取り付けられた本体２１をＺ方向の下方に移動させる。このとき、把持具３０は、Ｚ方向において、爪部３５が嵌合部７４よりも下方に位置するまで移動する。次に、制御部９０は、ＸＹ方向移動機構９４によって、把持すべき治具７０を把持具３０の下方まで移動させる。

次に、制御部９０は、Ｚ方向移動機構９３によって、把持具３０が取り付けられた本体２１をＺ方向の上方に移動させる。すなわち、把持具３０は、爪部３５によって嵌合部７４を下からすくい上げることによって、爪部３５を嵌合部７４に嵌合させる。

ステップＳ１３において、制御部９０は、把持具３０に把持された治具７０をパレット６０から加工台５０へ搬送する。

より詳しくは、制御部９０は、Ｚ方向移動機構９３によって、本体２１をＺ方向の上方に移動させ、把持具３０に把持された治具７０をＺ方向の上方に移動させる。制御部９０は、ＸＹ方向移動機構９４によって、ベース４０を移動させ、把持具３０に把持された治具７０の下方に加工台５０を移動させる（図７Ｂ参照）。

制御部９０は、Ｚ方向移動機構９３によって、本体２１をＺ方向の下方に移動させ、把持具３０に把持された治具７０をＺ方向の下方に移動させる。このとき、治具７０の凸部７５が加工台５０の凹部５１に嵌合することによって、治具７０が加工台５０に載置される。

ステップＳ１４において、制御部９０は、テーブル回転機構９２によって、加工具Ｔを選択する。
ステップＳ１５において、制御部９０は、Ｚ方向移動機構９３によって、本体２１をＺ方向の下方に移動させ、加工具ＴをワークＷに近接させる（図７Ｃ参照）。制御部９０は、工具回転機構９１によって、加工具ＴをＺ軸周りに回転させ、ワークＷを加工する。

ステップＳ１６において、制御部９０は、テーブル回転機構９２によって、テーブル２２を回転させ、把持具３０を選択する。
ステップＳ１７において、制御部９０は、ステップＳ１２と同様に、Ｚ方向移動機構９３およびＸＹ方向移動機構９４によって、爪部３５を嵌合部７４に嵌合させ、把持具３０によって治具７０を把持する。

ステップＳ１８において、制御部９０は、把持具３０に把持された治具７０を加工台５０からパレット６０へ搬送する。

より詳しくは、制御部９０は、Ｚ方向移動機構９３によって、本体２１をＺ方向の上方に移動させ、把持具３０に把持された治具７０をＺ方向の上方に移動させる。制御部９０は、ＸＹ方向移動機構９４によって、ベース４０を移動させ、把持具３０に把持された治具７０の下方にパレット６０を移動させる（図７Ｄ参照）。

制御部９０は、Ｚ方向移動機構９３によって、本体２１をＺ方向の下方に移動させ、把持具３０に把持された治具７０をＺ方向の下方に移動させる。このとき、治具７０の凸部７５がパレット６０の凹部６１に嵌合することによって、治具７０がパレット６０に載置される。

以下、パレット６０に載置された治具７０、すなわちパレット６０に載置されたワークＷの数だけ、ステップＳ１１からステップＳ１８まで（以下、ステップＳ１０とする）を繰り返す。なお、本実施形態では、パレット６０に６つのワークＷが載置されているため、ステップＳ１０を６回繰り返す。

ステップＳ１９において、作業者Ｓは、治具７０が載置されたパレット６０をベース４０から取り外す（図７Ｅ参照）。このとき、制御部９０は、ＸＹ方向移動機構９４によって、ベース４０をＹ方向の手前側に移動することが好ましい。

一方、加工工程Ｓ１００では、加工装置１００が作動している間に、作業者Ｓが次に取り付ける予定のパレット６０の準備をする。ここで、「パレット６０の準備」とは、治具７０によって加工前のワークＷを固定し、ワークＷが固定された治具７０をパレット６０に載置する作業である。

なお、ステップＳ１４およびステップＳ１５については、複数回実行されても良い。すなわち、制御部９０は、複数の加工具Ｔを逐次選択して、選択した加工具Ｔを制御してワークＷを逐次加工しても良い。
＜１−２−２．加工工程の効果＞

このような構成とすることで、加工工程Ｓ１００では、作業工数を削減することができる。すなわち、簡易な構成の自走搬送装置を実現できる加工装置１００では、ワークＷを連続して搬送し加工することができる。そのため、作業者ＳがワークＷを加工台５０に固定するときに生じる加工装置１００の停止がなく、加工装置１００の作動の間欠が生じない。そのため、加工作業の作業工数を削減することができる。

また、把持具３０は、治具７０を把持して移動するため、ワークＷに把持具３０が触れることがない。そのため、ワークＷに傷がつくことを防止することができる。さらに、把持具３０は、ワークＷではなく治具７０を把持することによって、ワークＷの大きさが異なる場合でも把持具３０を交換する必要がない。

なお、ワークＷに対し加工または把持するときの、把持具３０及び加工具Ｔの軸は同じである。そのため、ワークＷに対する把持具３０及び加工具Ｔそれぞれについてアライメントする必要がない。また、把持具３０及び加工具Ｔの軸を同じにすることで、Ｚ方向移動機構９３を共通にすることができる。

さらに、把持具３０および加工具Ｔは、それぞれテーブル２２に取り付けられ、それぞれが作業を行うときに交換される。そのため、把持具３０と加工具Ｔとが装置内で干渉することがない。また、把持具と加工具とをそれぞれ備える構成よりも容易な制御で作業を行うことができる。

また、把持具を別途設ける構成にした場合には、把持具の移動機構に加工屑が入り込み動作不良を起こす可能性がある。しかし、本実施形態では把持具の移動機構は加工具と同じなので、移動機構を削減できる。そのため、加工屑による動作不良を抑制することができる。

また、作業者Ｓは、加工装置１００が作動している間に、次に取り付けるべきパレット６０を準備することができる。そのため、作業者ＳによるワークＷの治具７０への固定と、加工装置１００の作動とを、同時に進行させることができる。

＜２．その他変形例＞
本実施形態では、主軸２０の本体２１がＺ方向に移動し、加工台５０およびパレット６０がベース４０によってＸ方向およびＹ方向に移動する構成としたが、本体２１がＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動し、加工台５０およびパレット６０が移動しない構成としても良い。

本実施形態では、主軸２０の本体２１がＺ方向に移動し、加工台５０およびパレット６０がベース４０によってＸ方向およびＹ方向に移動する構成としたが、加工台５０とパレット６０とがベース４０に相当する移動機構によって、それぞれ独立してＸ方向およびＹ方向に移動する構成としても良い。

本実施形態では、把持具３０に爪部３５が設けられ、治具７０に嵌合部７４が設けられる構成としたが、把持具３０に嵌合部が設けられ、治具７０に爪部が設けられる構成としても良い。

本実施形態では、把持具３０が治具７０を把持するときに、爪部３５が嵌合部７４を下からすくい上げる構成としたが、把持具３０の脚部３３をばね機構によって開閉可能な構成とし、爪部３５が嵌合部７４を上から挟み込む構成としても良い。

本実施形態では、主軸２０のテーブル２２が回転することによって、本体２１に取り付けられる工具が自動的に交換される構成としたが、これに限定されない。本体２１に取り付けられる工具が自動的に交換される構成であれば、その他の構成であっても良い。

１０…ケーシング、２０…主軸、２１…本体、３０…把持具、３５…爪部、４０…ベース、５０…加工台、５１…凹部、６０…パレット、６１…凹部、７０…治具、７５…凸部、９０…制御部、１００…加工装置、Ｓ１００…加工工程、Ｗ…ワーク、Ｓ…作業者、Ｔ…加工具

Claims (6)

1. ワークを固定する治具と、
   前記治具を把持する把持具と、
   少なくとも前記ワークを加工する加工具と、前記把持具と、を含む工具が取り付けられ、前記工具のうちの一つが選択可能であって、Ｚ方向に移動する主軸と、
   取り付けまたは取り外しされ、前記治具が載置される第１の台と、
   前記ワークを前記加工具で加工するときに前記治具が載置される第２の台と、
   前記第１の台および前記第２の台が載置され、前記Ｚ方向と互いに直交するＸ方向およびＹ方向に移動する第３の台と、
   を備える、
   加工装置。
2. 請求項１に記載の加工装置であって、
   前記第１の台には、複数の治具が載置される、
   加工装置。
3. 請求項１または２に記載の加工装置であって、
   前記治具は、前記第１の台または前記第２の台に嵌合する、
   加工装置。
4. 請求項１から３に記載の加工装置であって、
   前記治具の側面には、嵌合部を備え、
   前記把持具には、前記嵌合部に嵌合する爪部が設けられる、
   加工装置。
5. 請求項１から４に記載の加工装置であって、
   前記主軸における前記工具の選択、前記選択された加工具の回転、および前記主軸および前記第３の台の移動を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記主軸において前記把持具を選択し、前記主軸および前記第３の台を移動させることによって、前記把持具によって前記治具を把持しながら搬送し、
   前記主軸において前記加工具を選択し、前記加工具を移動かつ回転させて前記ワークを加工する、
   加工装置。
6. ワークを固定する治具と、
   前記治具を把持する把持具と、
   少なくとも前記ワークを加工する加工具と、前記把持具と、を含む工具が取り付けられ、前記工具のうちの一つを選択可能であって、Ｚ方向に移動する主軸と、
   取り付けまたは取り外しされ、前記治具が載置される第１の台と、
   前記ワークを前記加工具で加工するときに前記治具が載置される第２の台と、
   前記第１の台および前記第２の台が載置され、前記Ｚ方向と互いに直交するＸ方向またはＹ方向に移動する第３の台と、
   を備える加工装置を用いる加工方法であって、
   前記主軸において前記把持具を選択し、前記主軸および前記第３の台を移動させることによって、前記把持具によって前記治具を把持しながら搬送し、
   前記主軸において前記加工具を選択し、前記工具を移動かつ回転させて前記ワークを加工する、
   加工方法。

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