JP2021070143A - ワーク把持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボチャージャのインペラのようなワークであっても簡単かつ確実に固定することが可能なワーク把持装置を提供すること。【解決手段】工作機械１００のテーブル１１４上でにワーク９０を固定するためのワーク把持装置１０が、中心軸線Ｏc周りに等間隔に配置されワークの外周部を固定する少なくとも３つの爪１２を有するワーク把持部２０と、中心軸線上Ｏcに設けられ、中心軸線Ｏcに沿ってワーク９０に挿入された棒材２６０を把持する棒材把持部材３８と、棒材把持部材３８を中心軸線Ｏに沿ってテーブル側に引き込む引き込み機構６４とを具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械にワークを固定するワーク把持装置に関する。

ターボチャージャのインペラを加工する際には、把持可能なフランジ部が薄く脆弱なために工作機械のテーブルに固定することが難しい。特許文献１に記載の加工装置では、工作機械の回転送り軸の軸線とワークの軸穴の軸線とを一致するようにワークを回転テーブル上に配置し、上部クランパによって、該ワークを上方から当接部材で回転テーブルに押圧して固定するようにしている。

特開２０１６−８７７０７号公報

特許文献１に記載の加工装置では、上部クランパによってワークの上部を押圧するようになっているので、ワークの加工時に上部クランパが工具、工具ホルダ、主軸等と干渉しないような工具経路を選択しなければならなかったり、干渉回避のため工具長を長くする必要が生じ、工具剛性不足による加工能率の低下が問題であった。また上部クランパには、ワークとともに追随する動作機構を設ける必要があるためコストが上がり、ベアリング等の精密部品を含んでいるために、そのメンテナンスが必要となる。
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、ターボチャージャのインペラのように、把持する部位が脆弱なワークを簡単かつ確実に固定できるワーク把持装置を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、工作機械のテーブル上でワークを固定するためのワーク把持装置において、中心軸線周りに等間隔に配置され前記ワークの外周部を固定する少なくとも３つの爪を有するワーク把持部と、前記中心軸線上に設けられ、中心軸線に沿ってワークに挿入された棒材を把持する棒材把持部と、前記棒材把持部を前記中心軸線に沿って前記テーブル側に引き込む、引き込み機構とを具備するワーク把持装置が提供される。

更に、本発明によれば、先端に回転工具を装着する主軸を備えた主軸装置と、前記主軸装置に対面するテーブルとを備えた工作機械でワークを加工する加工システムにおいて、前記テーブル上に前記ワーク把持装置を固定し、前記ワーク把持装置から加工済ワークを取り外し、未加工ワークを取り付けるワーク交換装置を具備するワーク加工システムが提供される。

本発明によれば、ワークの外周部を把持することに加え、中心軸線に沿ってワークに挿入された棒材を把持して、これをテーブル側に引き込むようにしたので、ターボチャージャのインペラのようなワークであっても簡単かつ確実に、ほとんど工具との干渉を気にせずに固定することが可能となる。

本発明のワーク把持装置を備えた工作機械による加工システムの一例を示す略図である。 ワークおよび該ワークに挿入された棒材とともに示すロボットハンドの略示拡大図である。 本発明のワーク把持装置を備えた工作機械による加工システムの他の例を示す略図である。 加工済ワークから棒材を取り外す方法の一例を示す略図である。 ワーク把持装置の第１の実施形態を示す略示断面図である。 ワーク把持装置の第２の実施形態を示す略示断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本発明の好ましい実施形態によるワーク把持装置１０を備えた工作機械１００を示している。図１において、工作機械１００は、ワーク把持装置１０を固定したテーブル１１４と、該テーブル１１４に対面するように配置された主軸装置１０６と、テーブル１１４と主軸装置１０６とをＸ、Ｙ、Ｚの直交３軸方向に相対移動させる送り軸装置（図示せず）と、２つの回転送り軸装置（図示せず）とを備えた立形加工機となっている。

主軸装置１０６は、主軸ハウジング１０８に回転可能に支持された主軸１１０を備えている。主軸１１０は、主軸ハウジング１０８内または主軸ハウジング１０８の外部に配置された駆動モータにより回転駆動される。主軸１１０において、テーブル１１４に対面する端面には、工具装着穴（図示せず）が形成されており、該工具装着穴に、工具ホルダ１１２を介してエンドミルのような回転工具Ｔが装着される。

図１において、テーブル１１４は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に延びる揺動軸線Ｏsを中心として揺動可能に設けられたワーク取付板１１６を有したクレードルタイプのテーブルとすることができる。ワーク取付板１１６上には、ワーク９０を着脱可能に把持するワーク把持装置１０が固定されている。揺動可能に設けられたワーク取付板１１６は、テーブル１１４の反転機構である。

工作機械１００は、更に、加工に用いる複数の工具を収納した工具マガジン（図示せず）、工具マガジンと主軸１１０との間で工具を交換する自動工具交換装置（図示せず）、工作機械１００の加工領域にクーラントを供給するクーラント供給装置（図示せず）とを備えたマシニングセンタとすることができ、これら周辺機器は、工作機械１００とともにカバー１０２内に収容されている。

工作機械１００は、また、主軸装置１０６の駆動モータおよび送り軸装置の駆動モータを制御するＮＣ装置、および、工具マガジン、自動工具交換装置、クーラント供給装置等の周辺機器を制御する機械制御装置を備えている。

図１において、カバー１０２は、１つの側壁に開口部１０４と、該開口部１０４を開閉するドア１０４ａとを有している。開口部１０４は、カバー１０２内の工作機械１００において、主軸１１０とテーブル１１４との間の加工領域に外部からアクセス可能な位置に配置されている。

図２を参照すると、ワーク９０は、中心軸線Ｏw周りに回転対称形状に形成されており、中心軸線Ｏwに沿って貫通する中心穴９２を有している。また、ワーク９０は、一方の端部に軸方向に突出した円柱状のボス部９４と、ボス部９４とは反対側において半径方向に広がる円筒状の薄いフランジ部９６とを有している。フランジ部９６は、ワーク９０を軸方向に見たときに円形を呈している。より具体的には、ワーク９０は、ターボチャージャの圧縮側または膨張側のインペラとすることができる。尚、ワーク９０は、フランジ部９６を有さない形状であってもよい。

カバー１０２の外部には、ワーク交換装置２００を配設することができる。図１の例では、ワーク交換装置２００は、台車２０４上に取り付けられたロボットにより形成されている。該ロボットは、ロボットアーム２０２を有した多関節ロボットとすることができる。ロボットアーム２０２の先端には、ワーク９０の一部を把持可能な一対のフィンガ２０６ａを有したロボットハンド２０６が取り付けられている。一対のフィンガ２０６ａは、互いに接近離反可能に設けられており、特に、ワーク９０のボス部９４を半径方向に把持できるようになっている。ワーク交換装置２００は、工作機械１００の機械制御装置によって制御することができる。また、ロボットハンドはダブルハンドのものを用い、未加工ワーク９０と加工済ワーク９０とを同時に交換してもよい。

カバー１０２の外部には、また、複数の未加工ワーク９０および加工済ワークを載置可能なワークステーション２１０を配設することができる。更に、図１の例では、ワークステーション２１０の近傍に複数の棒材２６０を保持する棒材ステーション２１２が配設されている。

図２を参照すると、棒材２６０は、基端部２６２と先端部２６４との間に形成された、フランジ部２６６を有した棒状の部材である。棒材２６０は、ワーク９０の中心穴９２に挿入可能な直径を有している。棒材２６０のフランジ部２６６は、ワーク９０のボス部９４の端面に係合または当接可能な直径を有し、ワーク９０の中心穴９２に棒材２６０を挿入させたときに、棒材２６０がそのまま中心穴９２を通り抜けないようになっている。

本例では、ロボットハンド２０６のフィンガ２０６ａは、棒材２６０の基端部２６２を把持可能な突起部２０６ｂを有している。棒材２６０は、市販のブラインドリベットを用いることができる。棒材２６０は、市販の釘を用いてもよい。この場合には、フィンガ２０６ａは、突起部２０６ｂを備えていない。また、ロボットハンド２０６には、ワークステーション２１０に載置されたワーク９０や棒材ステーション２１２に収納された棒材２６０の位置や向きを認識するためのカメラ２０８を有している。

図１、２の例では、ワーク交換装置２００によって、棒材ステーション２１２からワークステーション２１０に載置されている未加工ワーク９０に棒材２６０を挿入するようにできる。棒材ステーション２１２への棒材２６０の供給は、オペレータによって行うことができる。

未加工ワーク９０への棒材２６０の挿入は、ワーク交換装置２００ではなく、図３に示すように、専用の棒材挿入装置３００によって行ってもよい。棒材挿入装置３００は、カバー１０２内に配設したロボットにより形成することができる。棒材挿入装置３００は、カバー１０２内に配設された棒材ステーション２２０から棒材２６０を把持し、ワーク把持装置１０上に載置されている未加工ワーク９０の中心穴９２内に挿入する。棒材挿入装置３００もまた工作機械１００の機械制御装置によって制御することができる。

工作機械１００によって、ワーク９０の加工が終了したのち、開口部１０４のドア１０４ａが開いているときに、ワーク交換装置２００は、未加工ワーク９０と加工済ワーク９０を、一旋回動作により短時間に、取り外しと取り付けを同時に行うことができる。ワークステーション２１０への未加工ワーク９０の搬入およびワークステーション２１０からの加工済ワーク９０の搬出は、オペレータによって行ったり、自動ワーク搬送装置（図示せず）によって行うことができる。自動ワーク搬送装置は、工作機械１００の機械制御装置によって制御することができる。

また、ワーク９０の加工が完了したときに、図４に示すように、加工済ワーク９０をワーク把持装置１０によって把持させた状態でワーク取付板１１６を揺動軸線Ｏs周りに反転させて、棒材２６０をワーク９０の中心穴９２から脱離または落下させるようにできる。工作機械１００に提供される加工プログラムに、ワーク取付板１１６を回転させ棒材２６０を廃棄するためのＭコードを準備できる。

工作機械１００のテーブル１１４の周辺に溜まった棒材２６０は、定期的にオペレータが収集するようにできる。棒材２６０をワーク９０と同一の材料から形成する場合には、ワーク９０を加工したときに生成される加工屑とともに工作機械１００の外部に排出するようにできる。

図５を参照すると、ワーク把持装置１０は、ワーク把持部２０と、棒材把持部３０とを有している。ワーク把持部２０は、圧力室２２と、押圧部材２４と、少なくとも３つの爪１２とを有している。３つの爪１２は、ワーク９０の中心軸Ｏwがワーク把持部２０の中心軸線Ｏcと一致して位置決めされるよう心出しの作用をする。

爪１２は、中心軸線Ｏcを中心として周方向に等間隔に、かつ、中心軸線Ｏcに関して半径方向に往復可能に配設されている。爪１２は、支承面１２ａと、当接部１２ｂとを有している。支承面１２ａは、中心軸線Ｏcに対して垂直な平面よりなり、該支承面１２ａにワーク９０が載置される。当接部１２ｂは、支承面１２ａから中心軸線Ｏc方向に立ち上がった段差部よりなり、ワーク９０のフランジ部９６の外周部または外周面に係合可能な面を有している。該面は、中心軸線Ｏcに平行に形成することができる。爪１２は、また、押圧部材２４に係合可能な斜面１４を有している。

押圧部材２４は、軸方向に往復可能に圧力室２２内に配設されている。圧力室２２内において、押圧部材２４の下側の空間を油圧または空圧によって加圧することによって、押圧部材２４は、中心軸線Ｏcに沿って上方へ、つまり、爪１２が把持するワーク９０側へ移動する。反対に押圧部材２４の下側の空間の圧力を減じるまたは解放する、もしくは押圧部材２４の上側に用意した空間を加圧することによって、押圧部材２４は中心軸線Ｏcに沿って下方へ移動する。

押圧部材２４は、爪１２の斜面１４に対面する斜面２６を有している。爪１２の斜面１４と、押圧部材２４の斜面２６は、相補形または同じ傾斜角に形成されている。斜面１４、２６は、押圧部材２４が中心軸線Ｏcに沿って上動して、爪１２に係合したときに、爪１２が中心軸線Ｏcに関して半径方向内側に移動するように形成されている。

爪１２は、押圧部材２４が係合したときに、その押圧力によってワーク把持部２０の本体部分から脱離しないように、半径方向に延びるアリ溝（図示せず）のような抜け止め方法によって取り付けることができる。また、押圧部材２４が爪１２から離反したときに、爪１２が半径方向外側へ移動できるように、爪１２を半径方向外側へ付勢するばね１８を配設することができる。

棒材把持部３０はワーク把持部２０の下側に配置されている。棒材把持部３０は、圧力室３２と、ピストン３４と、棒材把持部材３８と、係合部４６ａとを有している。ピストン３４は、軸方向に往復可能に圧力室３２内に配設されている。ピストン３４は、中心軸線Ｏcに沿って延びる軸部３６を有している。軸部３６は、ワーク把持部２０を軸方向に貫通して延在する中空のスリーブ４０の内周面に対して摺動可能となっている。

圧力室３２内において、ピストン３４の下側の空間を油圧または空圧によって加圧することによって、ピストン３４は、中心軸線Ｏcに沿って上方へ、つまり、爪１２が把持するワーク９０側へ移動（上動）し、反対にピストン３４の上側の空間を加圧することによって、中心軸線Ｏcに沿って下方へ移動（下動）する。

棒材把持部材３８は軸部３６の先端（上端）に取り付けられている。軸部３６の先端には、棒材把持部材３８を軸部３６から脱離させることなく、軸方向に移動可能に取り付ける固定具４４が取り付けられている。固定具４４は、中空部材よりなり、内部に棒材把持部材３８が配設される。棒材把持部材３８は、把持すべき棒材２６０の外径、特に先端部２６４の外径よりもわずかに小さな内径を有した中空の部材よりなる。

固定具４４は、軸部３６と同じ外径を有し、軸部３６とともにスリーブ４０の内周面に対して軸方向に摺動する。棒材把持部材３８は、ばね５０によって軸部３６から軸方向に離反する方向、または、ワーク把持部２０が把持するワーク９０に接近する方向に付勢されている。棒材把持部材３８は、また、固定具４４によって、その内周面の中心が、ワーク把持装置１０の中心軸線Ｏcに一致するように軸部３６の先端に取り付けられる。

スリーブ４０の上端、つまり、ワーク把持装置１０が把持するワーク９０に隣接する端部には、キャップ４６が取り付けられる。キャップ４６は、ワーク把持装置１０の中心軸線Ｏcを中心とする中心穴が形成されている。棒材２６０を挿入したワーク９０がワーク把持装置１０によって把持されるとき、該中心穴を通して、棒材２６０が棒材把持部３０内に受容される。

キャップ４６は、また、中心軸線Ｏcを中心として、棒材把持部材３８に対面するように設けられた係合部４６ａを有している。係合部４６ａは、キャップ４６の下面から中心軸線Ｏcに沿って下方に突出しており、棒材把持部材３８がピストン３４とともに中心軸線Ｏに沿って上動したときに、該棒材把持部材３８の先端部に係合可能となっている。

棒材把持部材３８は、係合部４６ａに係合、押圧されることによって、半径方向外側へ開く、つまり内径が拡大し、これにより把持している棒材２６０が開放されたり、或いは、爪１２によって把持されているワーク９０に挿入されている棒材２６０が棒材把持部３８内に進入可能となる。

反対に棒材把持部材３８は、係合部４６ａから離反することによって、半径方向内側に閉じる、つまり内径が縮小（縮径）し、これにより棒材把持部３８内に進入している棒材２６０が把持またはクランプされる。

次に、図６を参照して、ワーク把持装置の他の実施形態を説明する。
図６において、ワーク把持装置１０は、ワーク把持部２０と、棒材把持部６０とを有している。ワーク把持部２０は、図５のワーク把持装置１０のワーク把持部２０と同様に形成されており、以下では詳細な説明を省略する。

棒材把持部６０はワーク把持部２０の下側に配置されている。棒材把持部６０は、圧力室６２と、ピストン６４と、棒材把持部材６８と、係合部としてのテーパー面７２とを有している。ピストン６４は、軸方向に往復可能に圧力室６２内に配設されている。ピストン６４は、中心軸線Ｏcに沿って延びる軸部６６を有している。軸部６６は、ワーク把持部２０を軸方向に貫通して延在する中空のスリーブ７０の内周面に対して摺動可能となっている。

圧力室６２内において、ピストン６４の下側の空間を油圧または空圧によって加圧することによって、ピストン６４は、中心軸線Ｏcに沿って上方へ、つまり、爪１２が把持するワーク９０側へ移動（上動）し、反対にピストン６４の上側の空間を加圧することによって、中心軸線Ｏcに沿って下方へ移動（下動）する。

棒材把持部材６８は、コレットよりなり、軸部６６の先端（上端）に取り付けられている。棒材把持部材６８は、軸部６６の先端に螺合する等の手段により、軸部６６から離反しないように固定されている。

スリーブ７０の先端（上端）に形成した係合部としてのテーパー面７２は、軸部６６の先端の棒材把持部材６８の外周部に係合可能に、中心軸線Ｏcに沿って下方、つまり、ワーク把持装置１０が把持するワーク９０から離反する方向に内径が小さくなるようにテーパー状に形成されている。

棒材把持部材６８は、ピストン６４が下動して、テーパ面７２に係合、押圧されることによって、半径方向内側に閉じる、つまり内径が縮小（縮径）し、これにより棒材把持部３８内に進入している棒材２６０が把持またはクランプされる。反対に、ピストン６４が上動して、テーパ面７２から離反することによって、半径方向内側に広がる、つまり内径が拡大し、これにより把持している棒材２６０が開放されたり、或いは、爪１２によって把持されているワーク９０に挿入されている棒材２６０が棒材把持部材６８内に進入可能となる。

工作機械１００は、ワーク把持装置１０へ空圧または油圧を供給する空圧源（図示せず）または油圧源（図示せず）を備えることができる。空圧源は、圧縮空気を生成するコンプレッサ（図示せず）、圧縮空気を貯留するタンク（図示せず）、ワーク把持装置１０とタンクとの間の配管、該配管に設けられた遮断弁、圧力逃し弁、圧力調整弁等を含むことができる。油圧源は、作動油を貯留するタンク（図示せず）、タンクから作動油を吸い込み加圧するポンプ（図示せず）、ワーク把持装置１０とポンプおよびタンクとの間の配管、該配管に設けられた遮断弁、圧力逃し弁、圧力調整弁等を含むことができる。該空圧源または油圧源は、工作機械１００の機械制御装置によって制御することができる。

１０ ワーク把持装置
１２ 爪
２０ ワーク把持部
３０ 棒材把持部
３８ 棒材把持部材
６０ 棒材把持部
６８ 棒材把持部材
９０ ワーク
９２ 中心穴
９６ フランジ部
１００ 工作機械
１１０ 主軸
１１４ テーブル
２００ ワーク交換装置
２０２ ロボットアーム

上述の目的を達成するために、本発明によれば、中心軸線に沿って貫通する中心穴を有するワークを工作機械のテーブル上で固定するためのワーク把持装置において、中心軸線周りに等間隔に配置され前記ワークの外周部を固定する少なくとも３つの爪を有するワーク把持部と、前記中心軸線上に設けられ、中心軸線に沿って前記ワークの中心穴に挿入された棒材の前端を把持する棒材把持部材を有した棒材把持部と、前記棒材把持部材を前記中心軸線に沿って往復駆動する引き込み機構とを具備するワーク把持装置が提供される。

Claims (11)

1. 工作機械のテーブル上でワークを固定するためのワーク把持装置において、
   中心軸線周りに等間隔に配置され前記ワークの外周部を固定する少なくとも３つの爪を有するワーク把持部と、
   前記中心軸線上に設けられ、中心軸線に沿ってワークに挿入された棒材を把持する棒材把持部と、
   前記棒材把持部を前記中心軸線に沿って前記テーブル側に引き込む、引き込み機構と、
   を具備することを特徴としたワーク把持装置。
2. 前記ワークは中心軸線周りに回転対称形状を呈し、前記中心軸線に沿って貫通する中心穴を有しており、
   フランジ部を有した棒材を前記中心穴に挿入し、前記フランジ部を前記ワークの上面に係合させた状態で該棒材を前記棒材把持部によって把持して、前記中心軸線に沿ってテーブル側に引き込むことによって前記ワークを軸方向に固定するようになっている請求項１に記載のワーク把持装置。
3. 前記ワーク把持部の各爪は前記中心軸線に関して半径方向に往復可能に設けられ、前記ワーク把持部は前記中心軸線に対して垂直な平面からなり前記ワークを載置する支承面と、該支承面に対して垂直に形成され前記ワークの外周部に係合可能に設けられた当接部とを有しており、前記ワークを支承面に載置した状態で各爪を半径方向内側に駆動すると、前記当接部によって前記ワークの外周部を半径方向に押圧、把持するようになっている請求項２に記載のワーク把持装置。
4. 前記ワークは、一方の端部にフランジ部を有したターボチャージャのインペラであり、該ワークのフランジ部が前記ワーク把持部の爪によって把持される請求項３に記載のワーク把持装置。
5. 前記棒材把持部は、前記ワークの中心穴に挿入された棒材の前端を把持する棒材把持部材を有し、前記引き込み機構は前記棒材把持部材を前記中心軸線に沿って往復駆動する請求項１に記載のワーク把持装置。
6. 前記棒材把持部材と軸方向に係合して、該棒材把持部材を半径方向に開閉する係合部を有する請求項５に記載のワーク把持装置。
7. 先端に回転工具を装着する主軸を備えた主軸装置と、前記主軸装置に対面するテーブルとを備えた工作機械でワークを加工する加工システムにおいて、
   前記テーブル上に固定された請求項１〜６の何れか１項に記載のワーク把持装置と、
   前記ワーク把持装置から加工済ワークを取り外し、未加工ワークを取り付けるワーク交換装置を具備することを特徴としたワーク加工システム。
8. 未加工ワークの中心穴に前記棒材を挿入する棒材挿入装置を更に具備する請求項７に記載の加工システム。
9. 前記ワーク交換装置が、未加工ワークの中心穴に前記棒材を挿入するようにした請求項８に記載の加工システム。
10. 前記テーブルは、上下反転し、前記棒材把持部を解放したとき、前記棒材が前記ワークの中心から落下するように反転機構を有する請求項７から９のいずれか１項に記載の加工システム。
11. ワークに棒材を挿入し、該棒材を引き込んで前記ワークをテーブルに固定するワーク把持装置を有した工作機械に、前記ワークおよび前記棒材を搬送するロボットであって、
    前記ワークを保持するワーク保持部と、
    前記ワーク保持部がワークを保持しているとき、前記棒材が落下しないように前記棒材をサポートする棒材サポート部と、
    を有したハンドを備えることを特徴としたロボット。

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