JP2020124774A - ワーク受渡し構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク搬送ロボットによる工作機械との正確なワークの受渡しを実行させるワーク受渡し構造を提供すること。【解決手段】ワークを把持するチャックが取り付けられた主軸、ワークに加工を施す工具を保持するタレット装置、前記タレット装置に前記主軸と平行な方向に固定されたレール部材および、前記タレット装置を移動させる駆動装置を機内に備えた工作機械と、前記工作機械の機外から進入して前記チャックにワークの受渡しを行うワーク搬送ロボットを備えたワーク自動搬送機との間のワーク受渡し構造であって、前記工作機械の主軸と平行になるように前記タレット装置の下面側に固定されたレール部材と、ワークを把持する前記ワーク搬送ロボットのロボットハンドに固定され、前記レール部材に押し当てられた状態で転動するローラを備えたガイド部材とを有するワーク受渡し構造。【選択図】図３

Description

本発明は、ワーク自動搬送機と工作機械とのワークの受渡しにおけるワーク受渡し構造に関する。

複数の工作機械が並べられた加工機械ラインでは、ワーク自動搬送機によって各々の工作機械にワークの自動搬送が行われる。そのワーク自動搬送機は、例えば走行装置に搭載されたワーク搬送ロボットが移動し、該当する工作機械の位置で停止した後、主軸チャックに対するワークの受渡しが行われる。ワーク搬送ロボットによって正確なワークの受渡しを行うためには、相手装置となる主軸チャックとの間で芯出しに伴うティーチングが必要になる。作業者によって行われる芯出しは、ワーク搬送ロボットのロボットハンドがワークを把持した主軸チャックに対して位置決めされ、そのワークに対する把持および解放が行われる。その際、ロボットハンドの位置を僅かずつ移動させるジョグ動作により、ロボットハンドがワークを掴むときの音やズレ量から判断した芯出し調整が行われる。

特開昭５８−２２３５４７号公報

ワーク自動搬送機の稼働中には、ワーク自動搬送ロボットが何らかに接触して機械に位置ズレが生じてしまうようなことがあり、そうした場合には芯出し及びティーチングのやり直しが必要になる。工作機械の主軸チャックを段取り替えしたような場合にも同様である。しかし、精密加工を行う工作機械の場合、その主軸チャックの開閉ストロークは１／１０ｍｍ単位のレベルであるため、その主軸チャックとの芯出しやティーチングは容易ではなかった。また、ワーク自動搬送機では、ワークの重さに応じた荷重を考慮しつつ１／１０ｍｍ単位の位置決めを安定的に維持させる制御も困難であった。

前記特許文献１には、案内面に沿って走行ローラを走行させることにより作業ヘッドを移動させるようにした作業装置に関する発明が開示されている。工作機械でワークの受渡しを行うその作業ヘッドは支持体に取り付けられ、その支持体がリンク機構によって移動する構成が採られている。駆動モータによって回転する走行ローラが磁力で案内面に吸着しながら転勤し、支持体が走行ローラによって決まる姿勢を維持しながら一定区間走行し、その後走行ローラが旋回部材の案内溝内に転がり込むようになっている。しかし、こうした従来技術は装置内部で完結する構成であるため、工作機械に対するワーク自動搬送機のように相手装置との間の位置合わせには適応できない。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、ワーク搬送ロボットによる工作機械との正確なワークの受渡しを実行させるワーク受渡し構造を提供することを目的とする。

本発明に係るワーク受渡し構造は、ワークを把持するチャックが取り付けられた主軸、ワークに加工を施す工具を保持するタレット装置、前記タレット装置に前記主軸と平行な方向に固定されたレール部材および、前記タレット装置を移動させる駆動装置を機内に備えた工作機械と、前記工作機械の機外から進入して前記チャックにワークの受渡しを行うワーク搬送ロボットを備えたワーク自動搬送機との間のワーク受渡し構造であって、前記工作機械の主軸と平行になるように前記タレット装置の下面側に固定されたレール部材と、ワークを把持する前記ワーク搬送ロボットのロボットハンドに固定され、前記レール部材に押し当てられた状態で転動するローラを備えたガイド部材とを有する

本発明に係るワーク受渡し方法は、タレット装置に取り付けられたレール部材を工作機械の主軸と平行になるワーク受渡し位置に配置するレール位置決め工程と、ワーク搬送ロボットのロボットハンドに固定されたガイド部材を、そのガイド部材に備えられるローラが前記レール部材に所定の押圧力がかかるように押し当てる押し当て工程と、押圧力をかけた状態のまま前記レール部材に沿ってワークを前記チャックに対して移動させるワーク移動工程とを有する。

本発明によれば、タレット装置に取り付けられたレール部材が工作機械の主軸と平行になるワーク受渡し位置に配置され、そこにワーク搬送ロボットのロボットハンドに固定されたガイド部材がローラを押し当てながらレール部材に沿って把持したワークを主軸のチャックに対し移動させるので、ワーク搬送ロボットによる工作機械との正確なワークの受渡しを実行させることができる。

工作機械の内部構造を示した側面図である。 ワーク受渡し時の工作機械とワーク自動搬送機を示した側面図である。 ワーク受渡し時の工作機械とワーク自動搬送機を示した側面図である。 ワーク受渡し構造を示した斜視図である。 ワーク受渡し構造を示した正面図である。 ワーク搬送ロボットと工作機械とのワーク受渡しに関する従来例を示した側面図である。

本発明に係るワーク受渡し構造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。本実施形態のワーク受渡し構造は、ワーク搬送ロボットによる工作機械とのワークの受渡しのための構造である。そこで先ず工作機械について説明する。図１は、工作機械の内部構造を示した側面図である。工作機械１は、車輪を備えた可動ベッド１８の上に組み付けられ、ベース２の上面に敷設されたレール２０１に沿って前後方向への移動が可能である。本実施形態では、主軸と平行な機体前後方向をＺ軸方向、機体上下方向をＸ軸方向、そして機体幅方向をＹ軸方向として説明する。

工作機械１は、可動ベッド１８上に主軸装置１１が搭載され、ワークＷを把持する主軸チャック１２が回転可能な構成を有している。工作機械１は、工具台１６の旋回割出しによって所定の工具を使用位置に配置させるタレット装置１５が搭載されている。工作機械１は、そのタレット装置１５をＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動装置１３とＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動装置１４とを有する２軸旋盤である。Ｚ軸駆動装置１３およびＸ軸駆動装置１４は、摺動可能なＺ軸スライド１３１又はＸ軸スライド１４１を有し、サーボモータの回転出力をボールネジ機構によって直進運動に変換するよう構成されている。そして、工作機械１には主軸装置１１、Ｚ軸駆動装置１３、Ｘ軸駆動装置１４およびタレット装置１５などの各駆動部を制御するための制御装置５が搭載されている。

工作機械１は、ワーク加工によって切粉や切屑が発生し、そうした加工に対する潤滑や切屑などの洗い流しに切削液が使用される。そのため、主軸チャック１２やタレット装置１５などは密閉された加工室１０内に収められ、そこでワークＷに対する加工が実行される。工作機械１は、機体カバー３によって全体が覆われ、その内部に加工室１０が構成されている。ところで、工作機械１はモジュール化されたものであり、他の工作機械などと幅方向に横一列に並べられて加工機械ラインが構成されている。そうした加工機械ラインの前面部には前カバー４が設けられ、それによりワーク自動搬送機のための搬送空間２０が構成されている。

図６は、ワーク自動搬送機におけるワーク搬送ロボットが工作機械との間でワークの受渡しを行う従来例を示した側面図である。ワーク自動搬送機６は、ワークＷの受渡しを行うワーク搬送ロボット２１と、搬送空間２０内においてワーク搬送ロボット２１を移動させる走行装置２２によって構成されている。ワーク搬送ロボット２１は、走行台の上に旋回テーブルを介して組み付けられた多関節ロボットアームであり、上腕部材２１１および前腕部材２１２が第１及び第２関節機構２１５，１２６によって、実線で示した伸びた状態と細線で示した折り畳み状態とに変形可能になっている。

ワーク搬送ロボット２１の先端部には、ワークＷの掴み替えを行うロボットハンド２３が設けられている。このロボットハンド２３は、チャック爪の開閉によってワークを掴むチャック機構が構成され、第１及び第２関節機構２１５，２１６の回転軸と平行な回転軸の回転機構２１７を介して組み込まれている。第１及び第２関節機構２１５，２１６と回転機構２１７はサーボモータの制御によって回転駆動が行われる。従って、ワーク搬送ロボット２１は、第１及び第２関節機構２１５，２１６による上腕部材２１１と前腕部材２１２の角度および、回転機構２１７によるワークＷを把持したロボットハンド２３の角度について調整が行われ、主軸チャック１２との間でワークＷの受渡しが行われる。

こうしたワークＷの受渡しを正確に行うには、主軸チャック１２に対してワーク自動搬送機６の芯出しを行う必要がある。芯出し作業は、前述したようにロボットハンド２３の動きなどからズレ量や方向などを判断し、ジョグ動作によってロボットハンド２３の中心位置を僅かずつずらしながら芯出し調整が行われる。しかし、精密さが要求される工作機械１に対する芯出しは十分な経験が求められる作業であった。

また、工作機械１に対応したワーク搬送ロボット２１は、狭い搬送空間２０内を移動し、そこから加工室１０の奥に位置する主軸チャック１２までワークＷを運ばなければならない。そのため、ワーク搬送ロボット２１には多関節ロボットアームが採用され、折り畳まれたコンパクトな形態で走行を可能にするとともに、伸びた形態によってワークＷを機内奥へと運ぶこともできるようになっている。一方で、こうしたワーク搬送ロボット２１の構造が、主軸チャック１２のように開閉ストロークが１／１０ｍｍ単位のような相手装置へワークを受渡しすることを困難なものにしている。

ワーク搬送ロボット２１は、僅かな隙間の範囲内に収まるように、把持したワークＷを主軸チャック１２に対して正確に送り込む必要がある。しかし、ワーク搬送ロボット２１は、図６に示すように、上腕部材２１１と前腕部材２１２とが伸び、第１及び第２関節機構２１５，２１６を介して片持ち支持された状態になる。従って、主軸チャック１２に対する正確なワーク送りを実現するためには、第１及び第２関節機構２１５，２１６の剛性を高めることが考えられるが、それではワーク搬送ロボット２１のコストアップやサイズアップになってしまう。また、ワーク搬送ロボット２１にカメラを搭載し、撮像データを基にズレ量を補正制御することも考えられるが、それでは制御プログラムの作成にコストがかかってしまう。

本実施形態では、こうした課題を解決するワーク受渡し構造が工作機械１とワーク自動搬送機６の間に構成さている。図２及び図３は、ワーク受渡し時の工作機械１とワーク自動搬送機６を一部簡略化して示した側面図である。図４は、ワーク受渡し構造を示した斜視図である。更に、図５は、ワーク受渡し構造を示した正面図である。本実施形態のワーク受渡し構造は、先ずタレット装置１にレール部材２６が固定されている。そのレール部材２６は、使用時の旋回割出しによって主軸装置１１の主軸と平行な配置になるように工具台１６に対して取り付けられる。

そして、ロボットハンド２３には、レール部材２６に押し当てるローラ２７３を備えたガイド部材２７が固定されている。本実施形態のワーク受渡し構造は、ガイド部材２７のローラ２７３がレール部材２６を転動する状態を維持しながら、ワーク搬送ロボット２１が、ロボットハンド２３で把持したワークＷを主軸チャック１２へと運ぶようにしたものである。すなわち、レール部材２６を基準としてロボットハンド２３を移動させるようにした構成である。

工作機械１は、レール部材２６が固定されたタレット装置１５および、そのタレット装置１５を加工軸方向に移動させる駆動装置（Ｚ軸駆動装置１３およびＸ軸駆動装置１４）が極めて高い精度で組み付けられている。ワークＷの加工に対する高い精度要求に基づくものであり、タレット装置１５における加工軸方向の移動位置や旋回割出し位置の繰り返し精度は数μ単位である。従って、ワークＷを受渡しする際のレール部材２６の位置決め精度も数μ単位で実現することが可能になる。

レール部材２６は、工具台１６に対して工具と共に取り付けられ、下面の取付け箇所にベースブロック２６１がボルトで固定される。そのベースブロック２６１には、水平になるように基準レール２６２が一体に形成されている。基準レール２６２は、タレット装置１５による旋回割出し位置において、主軸（Ｚ軸）と平行になる一対のレール面６２１が設けられている。一対のレール面６２１は、その幅間隔が下側で狭くなるようにＶ字状に傾斜している。そして、対するガイド部材２７は、図５に示すように、一対のレール面６２１を挟み込むローラ２７３が左右両側に設けられている。

ロボットハンド２３は、本体２３１の表裏両面に一対のチャックを有し、回転機構２１７の回転軸Ｏを中心に回転するものであり、一方のチャックが受渡し側となり、他方のチャックが受取り側になっている。ガイド部材２７は、ロボットハンド２３の受渡し側チャックが主軸チャック１２と対面した場合に、図示するように上方を向くように取り付けられている。ガイド部材２７は、ロボットハンド２３の本体２３１に、梁部分が回転軸Ｏと平行になるように門型の支持部２７１が固定され、その支持部２７１から回転軸Ｏと直交する方向に突き出した縦ブロック２７２の先端部分にローラ２７３が軸支されている。ローラ２７３は左右に２個ずつ設けられている。

一対のレール面６２１とローラ２７３の回転軸Ｏ１，Ｏ２はそれぞれ左右対称であって、所定の角度（９０度）で形成されている。よって、左右のローラ２７３は、レール面６２１に対して鉛直方向に押し付けられることにより、レール部材２６を挟み込む方向にも分力が作用し、上下方向（Ｘ軸方向）および左右幅方向（Ｙ軸方向）の位置が拘束され、主軸に沿ったＺ軸方向への転動のみが自由となる。

続いて、工作機械１に対するワーク自動搬送機６のワークＷの受渡しは、先ずワーク搬送ロボット２１が、例えばストッカのワークＷをロボットハンド２３によって把持し、搬送空間２０内を移動して工作機械１に対峙する。工作機械１では機体カバー３のスライド扉２８が開き、その開口部からワーク搬送ロボット２１が図２及び図３に示すように伸びて加工室１０内へと進入する。そして、ワーク搬送ロボット２１は、上腕部材２１１と前腕部材２１２の角度およびロボットハンド２３の角度が制御され、主軸チャック１２に対するワークＷの受渡しが行われる。

このとき加工室１０内では、タレット装置１５による旋回割出しよって基準レール２６２が主軸と平行になり、更にその基準レール２６２は、Ｚ軸駆動装置１３およびＸ軸駆動装置１４の駆動により図２及び図３に示す案内位置に配置されている。こうして主軸チャック１２の手前に位置した基準レール２６２に対して、ガイド部材２７のローラ２７３が下から押し当てられる。本実施形態では、ロボットハンド２３が把持するワークＷの重量に従って押し当て量が設定されている。

ワーク搬送ロボット２１は、主軸チャック１２に新たなワークＷを受渡しする際、ロボットハンド２３は、受取り側チャックを空とし、受渡し側チャックに新たなワークＷが把持されている。そして、加工済みワークＷを受取り側チャックで受け取った後、回転して新たなワークＷを主軸チャック１２へと受渡しする。こうした場合、ワーク搬送ロボット２１は、受け取り時と受渡し時とで把持するワークＷの数が異なる。そのため、これまでは荷重変化に応じた駆動モータの出力制御が必要であった。この点、本実施形態ではワーク２個以上つまり最大重量以上の所定重量（例えばワーク３個）を想定した駆動モータの出力制御を行い、これにより基準レール２６２に対して常にローラ２７３が押し当てられるようになっている。

従って、図２に示す基準レール２６２に対してローラ２７３が入り始め、前述したように所定の押圧力をかけられた状態でローラ２７３がレール面６２１を転動し、図３に示すように主軸チャック１２にワークＷを受渡しする。よって、主軸チャック１２の開閉ストロークが微小であっても、それよりも小さい単位の精度で基準レール２６２が位置決めされ、その基準レール２６２に従ってワークＷを軸方向に移動させることにより正確な受渡しが行われる。また、何らかの原因でワーク搬送ロボット２１の制御が芯出し位置から多少ずれてしまっても、Ｖ字状のレール面６２１にローラ２７３を押し当てることにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向の位置が定まって位置合わせが自ずと行われる。

ところで、ワーク搬送ロボット２１について芯出しを行う場合には、基準レール２６２が受渡し位置に配置され、そこにローラ２７３が当たるようにしてロボットハンド２３の位置がワーク搬送ロボット２１によって調整される。ローラ２７３が基準レール２６２のレール面６２１を転動し、ロボットハンド２３が主軸チャック１２へと姿勢を維持して移動する。そして従来と同様に、ロボットハンド２３が主軸チャック１２のワークＷを掴み、そのとき生じる音やズレ量などから作業者が判断した芯出し調整が行われる。

芯出し調整はＸＹ平面上の位置調整であるが、本実施形態では基準レール２６２におけるＹ軸方向の芯出しは出来ているため、Ｘ軸駆動装置１４による基準レール２６２の高さ調整として行われる。そして、調整作業の繰り返しによって主軸チャック１２に対するロボットハンド２３の芯出しが行われ、その座標値に基づくワーク搬送ロボット２１のティーチングが行われる。

本実施形態のワーク受渡し構造では、タレット装置１５やその駆動装置など組み付け精度の高い工作機械１側の構造を利用し、ワーク搬送ロボット２１におけるロボットハンド２３の移動を案内するようにした。そのため、基準レール２６２に沿ってローラ２７３を転動させるようにワーク搬送ロボット２１がロボットハンド２３を移動させるだけで、開閉ストロークの小さい主軸チャック１２に対して正確なワーク受渡しが可能になる。芯出し調整作業にしてもＸ軸方向の位置調整だけで良く、レール２６２のズレ調整によって確実に位置決めできるため、芯出し作業が経験値によらず極めて容易になる。

また、ワーク搬送ロボット２１によるワーク受渡しは、これまで把持するワークＷの数によって駆動モータの出力制御を行う必要があったが、本実施形態ではローラ２７３をレール面６２１に押し当てるようにしたことで駆動制御が簡単になった。そして、本実施形態では、こうした効果を従来の工作機械およびワーク自動搬送機に対してレール部材２６とガイド部材２７を追加組み付けすることによって達成することができる。

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、ワーク搬送ロボットとして多関節ロボットアームを例に挙げて説明したが、ガントリ式の搬送ロボットなどであってもよい。

１…工作機械 ５…制御装置 ６…ワーク自動搬送機 １０…加工室 １１…主軸装置 １２…主軸チャック １３…Ｚ軸駆動装置 １４…Ｘ軸駆動装置 １５…タレット装置 １６…工具台 ２０…搬送空間 ２１…ワーク搬送ロボット ２３…ロボットハンド ２６…レール部材 ２７…ガイド部材 ２６２…基準レール ２７３…ローラ ６２１…レール面

Claims (6)

1. ワークを把持するチャックが取り付けられた主軸、ワークに加工を施す工具を保持するタレット装置、前記タレット装置に前記主軸と平行な方向に固定されたレール部材および、前記タレット装置を移動させる駆動装置を機内に備えた工作機械と、
   前記工作機械の機外から進入して前記チャックにワークの受渡しを行うワーク搬送ロボットを備えたワーク自動搬送機との間のワーク受渡し構造であって、
   前記工作機械の主軸と平行になるように前記タレット装置の下面側に固定されたレール部材と、
   ワークを把持する前記ワーク搬送ロボットのロボットハンドに固定され、前記レール部材に押し当てられた状態で転動するローラを備えたガイド部材と、
   を有するワーク受渡し構造。
2. 前記レール部材は、下側にＶ形の傾斜した一対のレール面が形成され、前記ガイド部材は、前記一対のレール面を両側から挟み込むローラが設けられた請求項１に記載のワーク受渡し構造。
3. 前記ワーク搬送ロボットは、先端部に前記ロボットハンドを備える多関節ロボットアームであり、前記ガイド部材は、前記ロボットハンドから突き出したガイドバーの先端部に前記ローラが軸支された請求項２に記載のワーク受渡し構造。
4. タレット装置に取り付けられたレール部材を工作機械の主軸と平行になるワーク受渡し位置に配置するレール位置決め工程と、
   ワーク搬送ロボットのロボットハンドに固定されたガイド部材を、そのガイド部材に備えられるローラが前記レール部材に所定の押圧力がかかるように押し当てる押し当て工程と、
   押圧力をかけた状態のまま前記レール部材に沿ってワークを前記チャックに対して移動させるワーク移動工程と、
   を有するワーク受渡し方法。
5. レール位置決め工程は、前記レール部材のワーク受渡し位置を前記主軸に対する前記ロボットハンドの芯出し位置に合わせるための工程である請求項４に記載のワーク受渡し方法。
6. 前記押し当て工程は、前記ロボットハンドに把持されるワークの最大重量以上の荷重を想定した前記ワーク搬送ロボットの駆動によって前記ローラが前記レール部材に押し付けられる請求項４または請求項５に記載のワーク受渡し方法。
   

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