JP3208411B2 - 鋳造品の後処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、適宜の手段により種別
判別、搬送されてきた鋳造品に対して、鋳造品の中子砂
除去、湯口および湯道除去、鋳張り除去の鋳造後処理工
程を連続的に自動化する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にシリンダーヘッド等の鋳造品は、
鋳造後型ばらしを行い鋳型から取り出した後、中子砂除
去、湯口および湯道除去、鋳張り除去等の後処理工程を
経て、熱処理工程へと搬出される。これらの後処理工程
は、鋳造品の温度が３００℃程度にもなり、かつ粉塵が
多く発生する悪い作業環境で行われるため、手作業では
生産性が低く、自動化が必須のものである。

【０００３】従来、このような鋳造品の後処理工程の自
動化に関するものとして、特公昭６４−５９９１号公報
に記載されているように、工程群を設置する方法が開示
されている。この記載によると、後処理校訂を湯口除
去、中子押し出し、鋳張り研削等の機能上関連する小工
程に分割し、各小工程ごとに移動や移し換えの機能を付
与した工程群に編成している。このように、機能別に編
成した工程群を設置することにより、鋳造品の後処理工
程の自動化を達成できるとしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
工程群を設置する方法においては、各工程ごとにコンベ
ヤ等の搬送装置に移動や移し換えを行う機能が必要とな
る。このため、崩壊した中子砂や除去した鋳張り等の介
在物が散在する悪環境下における鋳造品の移載回数が多
大となり、ワークの移載時に基準座へ介在物が噛み込む
着座不良が頻発し、安定した自動化が達成できないとい
う問題がある。

【０００５】本発明の目的は、鋳造品の搬送装置への移
動や移し換え回数を最少にすることにより、鋳造品の後
処理工程の安定した自動化を達成するための後処理装置
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、中子砂排出を
阻害する鋳張りを除去し併せて中子砂を粗崩壊するプレ
コア処理ユニットと、振動を付与して中子砂を除去する
ノックアウト装置と、湯口および湯道を除去する切断ユ
ニットと、鋳張りを除去するバリ仕上げユニットとから
構成し、各ユニットは、ワークを把持して搬入、搬出お
よび加工作業を行うロボットと、前記ワークの加工を行
う工具を備えた機械加工用スピンドル装置とから成り、
かつ、上記ロボット群は、各々ワークの受け渡しが可能
な範囲に配設され、各ユニット間のワークの搬送はロボ
ットにて行うようにすることによって前記目的を達成し
た。

【０００７】

【作用】プレコア処理ユニットに配置したロボットは、
ワークを受け取り、スピンドル装置に取り付けた工具に
シフトさせ、ワークの中子砂排出を阻害する鋳バリの除
去を行い、併せて中子砂を粗崩壊させ中子砂の除去が容
易になるようにする。次にノックアウト装置にワークを
挿入し、機械的振動を付与して中子砂を除去する。その
後ロボットでワークを取り出し、切断用ユニットに配置
したロボットに、直接ワークを受け渡す。

【０００８】切断ユニットに配置したロボットは、スピ
ンドル装置に取り付けた工具に、把持したままのワーク
をシフトさせ湯口および湯道を除去する。次にバリ仕上
げユニットに配置したロボットに、直接ワークを受け渡
す。バリ仕上げユニットに配置したロボットは、スピン
ドル装置に取り付けた工具に、把持したままのワークを
シフトさせ鋳バリを除去する。次にワークを払い出し、
後処理を完了する。

【０００９】

【実施例】図１は、自動車エンジン用アルミ製シリンダ
ヘッドの鋳造品の後処理工程に、本発明の後処理装置を
適用した例の概要を示すレイアウト図である。図１にお
いて、本発明の後処理装置は、次のような装置構成にな
っている。プレコア処理ユニット１は、プレコア処理用
共通ベース１ｃ上にプレコア処理用ロボット１ａを配置
し、このロボットのアームの先端にはワーク把持用の図
示しないハンドを設ける。このハンドはワーク２個を同
時に把持でき、しかも任意のワークを解放できる構造と
する。またプレコア処理用共通ベース１ｃ上にはプレコ
ア処理用ロボット１ａのハンドが接近可能な位置にプレ
コア処理用スピンドル装置１ｂを配置する。なおプレコ
ア処理用ロボット１ａとしては、加工反力に対し必要十
分な剛性を有する高剛性６軸多関節型が好適に使用でき
る。プレコア処理用スピンドル装置１ｂとしては、エン
ドミル用が好適に使用できる。

【００１０】ノックアウト装置２は、本体フレームにワ
ーク着座ベースおよび着座したワーク上部を連打するエ
アハンマーを設置している。またノックアウト装置２の
周囲は、防音、防塵のためのキャビネットで覆ってお
り、ワークの搬入、搬出のための自動開閉式の扉を有し
ている。なおワーク着座ベースは、除去した中子砂の排
出清掃のための傾動機構を有するものが好適に使用でき
る。

【００１１】切断ユニット３は、切断用共通ベース３ｃ
上に切断用ロボット３ａを配置し、このロボットのアー
ムの先端には２ワーク把持用の図示しないハンドを設け
る。また切断用共通ベース３ｃ上には切断用ロボット３
ａのハンドが接近可能な位置に切断用スピンドル装置３
ｂを配置する。なお切断用ロボット３ａとしては、加工
反力に対し必要十分な剛性を有する高剛性６軸多関節型
が好適に使用できる。切断用スピンドル装置３ｂとして
は、丸鋸用が好適に使用できる。

【００１２】Ｎｏ．１バリ仕上げユニット４は、バリ仕
上げ用共通ベース４ｃ上にバリ仕上げ用ロボット４ａを
配置し、このロボットのアームの先端にはワーク把持用
の図示しないハンドを設ける。またバリ仕上げ用共通ベ
ース４ｃ上にはバリ仕上げ用ロボット４ａのハンドが接
近可能な位置にバリ仕上げ用スピンドル装置４ｂを配置
する。なおバリ仕上げ用ロボット４ａとしては、加工反
力に対し必要十分な剛性を有する高剛性６軸多関節型が
好適に使用できる。バリ仕上げ用スピンドル装置４ｂと
しては、エンドミル用が好適に使用できる。

【００１３】Ｎｏ．２バリ仕上げユニット５は、Ｎｏ．
１バリ仕上げユニット４と同様な機器を配置する。ただ
しハンドは、把持するワークの位置がＮｏ．１バリ仕上
げユニット４と異なるため、Ｎｏ．２バリ仕上げユニッ
トに適した形状にする。

【００１４】さらに上述した各ユニットの共通ベース上
または近傍には、図示しない各ユニットの制御装置を配
置する。

【００１５】一方、本発明の後処理装置のワーク供給側
には、適宜の手段により達成されるワーク供給装置６を
設置し、ワーク払い出し側には、適宜の手段により達成
されるワーク払い出し装置７を設置する。

【００１６】またプレコア処理用共通ベース１ｃ、切断
用共通ベース３ｃおよびバリ仕上げ用共通ベース４ｃ、
５ｃは必ずしも必要ではなく、基礎または構造物に各ロ
ボットおよび各装置を直接設置しても良い。

【００１７】以上の装置構成において、各装置は次のよ
うな配置になっている。プレコア処理ユニット１は、プ
レコア処理用ロボット１ａのハンドがワーク供給装置６
上のワークを直接受け取りできる位置に、ワーク供給装
置６に隣接して設置する。ノックアウト装置２は、プレ
コア処理用ロボット１ａのハンドがノックアウト装置２
のワーク着座ベースにワークを直接受け渡しできる位置
に、プレコア処理ユニット１に隣接して設置する。なお
ロボットの可動範囲を考慮すると、プレコア処理ユニッ
ト１は、プレコア処理用ロボット１ａがワーク供給装置
５の直次位置に、プレコア処理用スピンドル装置１ｂが
プレコア処理用ロボット１ａを基準にワーク供給装置５
の９０度回転位置に、ノックアウト装置２がプレコア処
理用ロボット１ａを基準にプレコア処理用スピンドル装
置１ｂの１８０度回転位置になるように設置すると好適
である。

【００１８】切断ユニット３は、切断用ロボット３ａの
ハンドがプレコア処理用ロボット１ａのハンドが把持す
るワークを直接受け取りできる位置に、プレコア処理ユ
ニット１に隣接して設置する。なおロボットの可動範囲
を考慮すると、切断ユニット３は、切断用ロボット３ａ
がプレコア処理用ロボット１ａの直次位置に、切断用ス
ピンドル装置３ｂがプレコア処理用スピンドル装置１ｂ
の並列位置になるように設置すると好適である。

【００１９】Ｎｏ．１バリ仕上げユニット４は、バリ仕
上げ用ロボット４ａのハンドが切断用ロボット３ａのハ
ンドが把持するワークを直接受け取りできる位置に、切
断ユニット３に隣接して設置する。Ｎｏ．１バリ仕上げ
ユニットは、本発明の後処理装置全体の処理能力バラン
スの観点から、１台ないし２台を、好ましくは２台を設
置する。なおロボットの可動範囲を考慮すると、Ｎｏ．
１バリ仕上げユニット４は、バリ仕上げ用ロボット４ａ
が切断用ロボット３ａの直次位置に、バリ仕上げ用スピ
ンドル装置４ｂが切断用スピンドル装置３ｂの並列位置
になるように設置すると好適である。

【００２０】Ｎｏ．２バリ仕上げユニット５は、バリ仕
上げ用ロボット５ａのハンドがバリ仕上げ用ロボット４
ａのハンドが把持するワークを直接受け取りできる位置
に、Ｎｏ．１バリ仕上げユニット４に隣接して設置す
る。Ｎｏ．２バリ仕上げユニットは、本発明の後処理装
置全体の処理能力バランスの観点から、１台ないし２台
を、好ましくは１台を設置する。なおロボットの可動範
囲を考慮すると、Ｎｏ．２バリ仕上げユニット５は、バ
リ仕上げ用ロボット５ａがバリ仕上げ用ロボット４ａの
直次位置に、バリ仕上げ用スピンドル装置４ｂがバリ仕
上げ用スピンドル装置４ｂの並列位置になるように設置
すると好適である。

【００２１】ワーク払い出し装置７は、バリ仕上げ用ロ
ボット５ａのハンドが把持するワークをワーク払い出し
装置７上に直接受け渡しできる位置に、Ｎｏ．２バリ仕
上げユニット５に隣接して設置する。なおロボットの可
動範囲を考慮すると、ワーク払い出し装置７は、バリ仕
上げ用ロボット５ａの直次位置になるように設置すると
好適である。

【００２２】以上の装置構成および装置配置において、
ワークである鋳造品の後処理は次のように行われる。適
宜の手段により種別判別され、ワーク供給装置６に搬送
されてきたワークは、プレコア処理用ロボット１ａによ
り受け取り、本発明の後処理装置に取り込まれる。プレ
コア処理用ロボット１ａは、ワーク種別毎に予め決めら
れた制御プログラムに沿って、受け取ったワークをプレ
コア処理用スピンドル装置１ｂの近傍まで搬送する。そ
の後ハンドにワークを把持したまま、プレコア処理用ロ
ボット１ａの各動作軸の自由度を生かし、中子砂排出を
阻害する鋳バリの位置、形状に合わせて、高速で回転し
ているプレコア用スピンドル装置１ｂに取り付けた工具
にシフトさせ鋳バリの除去を行う。鋳バリの除去後もさ
らにワークをシフトさせ、高速で回転している工具によ
り、内部の中子砂を粗崩壊させプレコア処理をする。そ
の後プレコア処理用ロボット１ａは、プレコア処理済み
ワークをハンドに把持したままノックアウト装置２の近
傍まで搬送する。

【００２３】前回の処理で投入したワークの中子砂除去
が終了したノックアウト装置２は、キャビネットの扉を
開けノックアウト済みワークの取り出しが可能な状態に
する。プレコア処理用ロボット１ａは、ハンドにプレコ
ア処理済みワークを把持したまま、ハンドのもう一方の
ワーク把持部をノックアウト装置２内に挿入し、ノック
アウト済みワークを把持して取り出す。直ちにハンドの
姿勢を変え、プレコア処理済みワークの把持部をノック
アウト装置２内に挿入し、プレコア処理済みワークをノ
ックアウト装置２のワーク着座ベース上の定められた位
置に位置決めし、ワークを解放する。なおノックアウト
装置は、プレコア処理用ロボット１ａがワークを交換し
ている間に、ワーク着座ベースを傾動させ除去した中子
砂の排出清掃をする。ノックアウト装置２は、プレコア
処理用ロボット１ａが待避した後、キャビネットの扉を
閉め、エアハンマーの打撃による振動をワークに付与
し、中子砂を除去する。

【００２４】プレコア処理用ロボット１ａは、ノックア
ウト済みワークをハンドに把持したまま切断用ロボット
３ａへの受け渡し位置に搬送し、予め決められた制御プ
ログラムに沿って、ワークをハンド間ハンドで直接受け
渡す。この受け渡し位置は、プレアウト処理用ロボット
１ａと切断用ロボット３ａが相互にワークの受け渡しが
可能な空間に定めておく。

【００２５】切断用ロボット３ａは、ワーク種別毎に予
め決められた制御プログラムに沿って、受け取ったワー
クを切断用スピンドル装置３ｂの近傍まで搬送する。そ
の後ハンドにワークを把持したまま、切断用ロボット３
ａの各動作軸の自由度を生かし、湯口および湯道の位
置、形状に合わせて、高速で回転している切断用スピン
ドル装置３ｂに取り付けた工具にシフトさせ湯口および
湯道の除去を行う。その後切断用ロボット３ａは、湯口
および湯道除去済みワークをハンドに把持したままバリ
仕上げ用ロボット４ａへの受け渡し位置に搬送し、予め
決められた制御プログラムに沿って、ワークをハンド間
ハンドで直接受け渡す。この受け渡し位置は、プレアウ
ト処理用ロボット１ａと切断用ロボット３ａが相互にワ
ークの受け渡しが可能な空間に定めておく。Ｎｏ．１バ
リ仕上げユニット４を２台設置している場合には、順次
後処理するワークを、２台のユニットに交互に受け渡
す。

【００２６】バリ仕上げ用ロボット４ａは、ワーク種別
毎に決められた制御プログラムに沿って、受け取ったワ
ークをバリ仕上げ用スピンドル装置４ｂの近傍まで搬送
する。その後ハンドにワークを把持したまま、バリ仕上
げ用ロボット４ａの各動作軸の自由度を生かし、鋳バリ
の位置、形状に合わせて、高速で回転しているバリ仕上
げ用スピンドル装置４ｂに取り付けた工具にシフトさせ
バリの除去を行う。その後バリ仕上げ用ロボット４ａ
は、バリ除去済みワークをハンドに把持したままバリ仕
上げ用ロボット５ａへの受け渡し位置に搬送し、予め決
められた制御プログラムに沿って、ワークをハンド間ハ
ンドで直接受け渡す。この受け渡し位置は、バリ仕上げ
用ロボット４ａとバリ仕上げ用ロボット５ａが相互にワ
ークの受け渡しが可能な空間に定めておく。Ｎｏ．２バ
リ仕上げユニット５を２台設置している場合には、順次
後処理するワークを、２台のユニットに交互に受け渡
す。

【００２７】バリ仕上げ用ロボット５ｂは、バリ仕上げ
ユニット４ｂと同様にバリ除去を行った後、ワーク払い
出し装置７にワークを払い出し、ワークである鋳造品の
後処理は完了する。

【００２８】本発明の後処理装置は、以上の後処理手順
を、順次搬送されてきたワークに対して滞ることなく連
続的に行う。なお、図２に後処理手順のフローを示す。

【００２９】ここで各ユニット間のワークの搬送を、ロ
ボットのハンド間ハンドで直接受け渡す際には、各ユニ
ットでの各後処理作業の寸法精度確保のため、必要なワ
ーク把持再現精度を達成する受け渡し方法で行う。図３
は、ハンド間ハンド直接受け渡しの概要を示す側面図で
ある。

【００３０】図３（ａ）において、受け渡しロボットの
手首８にはハンド８ａを設け、ワークＷを固定金具８ｂ
とシリンダーにより駆動される移動金具８ｃにより摩擦
力で把持している。受け取りロボットの手首９にはハン
ド９ａ、固定金具９ｂおよび移動金具９ｃを設ける。

【００３１】このような機器構成において、ワークＷの
受け渡しは次のように行われる。受け渡しロボットの手
首８は、重力に対して鉛直方向上方から下方に、ワーク
Ｗを受け取りロボットのハンド９ａに受け渡せる準備位
置に移動する。受け取りロボットの手首９も、移動金具
９ｃを開いた状態にするとともに受け取り位置に移動す
る。制御装置は、相互のロボットがワークＷの受け渡し
可能状態になったことを適宜の手段により確認した後、
ワーク受け渡し動作の開始指令を出す。受け渡しロボッ
トの手首８は、ワークＷを所定のアプローチ速度でハン
ド９ａにほぼ接触するように移動させる。なおアプロー
チ速度は、サイクルタイムの低減とワークの把持不良時
のロボットの衝突を考慮して、１００ないし３００ミリ
メートル毎秒に、好ましくは１５０ないし２００ミリメ
ートル毎秒に設定する。またワークＷとハンド９ａの隙
間は、ロボットの位置繰り返し精度とワークＷの寸法精
度を考慮して、１ないし３ミリメートルに、好ましくは
２ないし３ミリメートルに設定する。

【００３２】その後ワークＷを把持している移動金具８
ｃを開き、ワークＷを解放する。次に移動金具９ｃを閉
じ、ワークＷの位置決めを行うとともにワークＷを摩擦
力により把持する。受け渡しロボットの手首８が所定位
置まで待避すると、ワークＷの受け渡しは完了し、両ロ
ボットは次の処理動作を行うことができる。

【００３３】以上の受け渡し動作において、受け渡し方
向は、ワークＷの受け取り把持精度の点から、重力に対
して鉛直方向で行うのがもっとも好ましいが、取り合い
上困難な場合には、図３（ｂ）に示すように鉛直方向か
らの受け渡し角度θで行うことも可能である。ここで角
度θは、０ないし４５度に、好ましくは０ないし３０度
に設定する。なお図４にワーク受け渡し手順のフローを
示す。

【００３４】ところで前述の後処理手順において、図５
に各手順におけるワーク姿勢の模式図を示す。図５
（ａ）において、ワーク供給装置６では、ワークＷは、
搬送の容易さの点から、その湯口および湯道１１を上に
して搬送されてくる。なお、低圧鋳造品の場合はワーク
Ｗの天地が逆になるため、ワークの各部を、便宜上、上
面１２、下面１３および側面１４と称する。

【００３５】プレコア処理用ロボット１ａは、ワーク供
給装置６からワークを受け取るため、図５（ｂ）に示す
ように、下面１３側の位置１５を下面１３側から、湯口
および湯道１１に干渉しないように把持する。プレコア
処理の必要な鋳バリは上面１２および側面１４にあるた
め、ハンドが干渉することなく処理が行える。次にプレ
コア処理用ロボット１ａは、図５（ｃ）に示すように、
ノックアウト装置２のワーク着座ベース１７上にワーク
の解放、取り出しを行う。この姿勢だと、ノックアウト
装置２は、ワークＷをその自重で拘束でき好適である。

【００３６】湯口切断用ロボット３ａは、プレコア処理
用ロボット１ａから直接ワークＷを受け取り、図５
（ｄ）に示すように、把持側が反転し、上面１２側の位
置１６を上面１２側から把持する。ここで湯口および湯
道１１は除去し易い位置になる。

【００３７】Ｎｏ．１バリ仕上げ用ロボット４ａは、湯
口切断用ロボット３ａから直接ワークを受け取り、図５
（ｅ）に示すように、再度把持側が反転し、下面１３側
の位置１５を下面１３側から把持する。ここで上面１２
および側面１４のバリを除去する。

【００３８】同様にＮｏ．２バリ仕上げ用ロボット５ａ
は、図５（ｆ）に示すように、上面１２側の位置１６を
上面１２側から把持する。ここで下面１３および側面１
４のバリを除去する。最後にＮｏ．２バリ仕上げ用ロボ
ット５ａは、図５（ｇ）に示すように、ワークＷをワー
ク払い出し装置７に上面１２を上にして払い出し、後処
理を完了する。

【００３９】以上のように、ワークは反転装置を必要と
せず、搬送、後処理に最適な姿勢で、順次搬送、把持さ
れる。

【００４０】

【発明の効果】本発明の後処理装置により、以下の効果
を奏する。 （１）ロボットでワークを把持して搬入し、加工作業お
よび搬出を行うため、ワークの移載回数を最少にでき
る。したがってワーク着座不良の機会が最少となり、安
定した自動化が達成できる。 （２）最適なワーク姿勢になるように各ユニットおよび
各装置を配置し、かつロボットのハンド間ハンドでワー
クを直接受け渡すため、ワーク反転装置やワーク置き台
が不要となり、設備数を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の後処理装置の概要を示すレイアウト図
である。

【図２】鋳造品の後処理手順を示すフロー図である。

【図３】ワークをハンド間ハンドで直接受け渡す概要を
示す側面図である。

【図４】ワーク受け渡し手順のフロー図である。

【図５】各後処理手順におけるワーク姿勢の模式図であ
る。

【符号の説明】

１ プレコア処理ユニット １ａ プレコア処理用ロボット １ｂ プレコア処理用スピンドル装置 １ｃ プレコア処理用共通ベース ２ ノックアウト装置 ３ 切断ユニット ３ａ 切断用ロボット ３ｂ 切断用スピンドル装置 ４ Ｎｏ．１バリ仕上げユニット ４ａ バリ仕上げ用ロボット ４ｂ バリ仕上げ用スピンドル装置 ５ Ｎｏ．２バリ仕上げユニット ５ａ バリ仕上げ用ロボット ５ｂ バリ仕上げ用スピンドル装置 ６ ワーク供給装置 ７ ワーク払い出し装置 ８ 受け渡しロボットの手首 ９ 受け取りロボットの手首 Ｗ ワーク θ ワーク受け渡し角度 １１ 湯口および湯道 １５、１６ ワーク把持位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｑ 39/04 Ｂ２３Ｑ 39/04 Ｂ (72)発明者 尾籠 治仁 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新日本製鐵株式会社 機械・プラント事 業部内 (72)発明者 白岩 慎一郎 愛知県名古屋市中村区則武一丁目10番６ 号 第一側島ノリタケビル1003号 有限 会社生産技術研究所内 (72)発明者 螻川内 隆 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 日鐵プラント設計株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−318088（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−246598（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−344116（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−344117（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−344118（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−344119（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−344248（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−344287（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−1297（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−164132（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−204952（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−290228（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−57628（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−560（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 29/00 B22D 31/00 B23Q 39/04 B25J 9/06

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳造品の後処理を連続的に行う装置に於
   いて、中子砂排出を阻害する鋳バリを除去し併せて中子
   砂を粗崩壊するプレコア処理ユニットと、振動を付与し
   て中子砂を除去するノックアウト装置と、湯口および湯
   道を除去する切断ユニットと、鋳バリを除去するバリ仕
   上げユニットとから構成し、各ユニットは、ワークを把
   持して搬入、加工作業および搬出を行うロボットと、前
   記ワークの加工を行う工具を備えた機械加工用スピンド
   ル装置とから成り、かつ、上記ロボット群は、各々ワー
   クの受け渡しが可能な範囲に設置され、各ユニット間の
   ワークの搬送はロボットにて行うようにしたことを特徴
   とする鋳造品の後処理装置。