JP4211190B2

JP4211190B2 - ロボットを用いた加工装置

Info

Publication number: JP4211190B2
Application number: JP2000095051A
Authority: JP
Inventors: 直人関谷; 栄一郎内田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2001277066A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットに保持されたワークを加工する加工装置に関するもので、特にワークにかかる過大な加工反力をロボットに作用させないようにしたロボットを用いた加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多関節形のロボットに保持したワークを加工ユニットによって加工するものにおいては、ロボットがリンク構成で剛性がないため、例えば、フライス加工のような重切削によってロボットの手首部に過大な加工反力が作用すると、アーム部およびワーク保持部が変位し、加工精度に悪影響を及ぼす問題がある。
このような問題を解決するために従来、特許２５３６３１９号公報に記載されているように、補助的な手段を用いて加工反力によるロボットのアーム先端の変位を拘束するものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のものにおいては、ロボットのアーム先端位置を、固定部に対して固定的に保持するようにしたものであるが、このような構造のものでは、ワーク搬送等のロボットの動作時には、前記固定部に対する固定的な保持を解除するための特別な手段を必要とし、構成が複雑になるとともに、ロボットの動作範囲を制限する問題があった。
【０００４】
本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたものであり、通常はロボットを自由自在に動き得るようにするとともに、加工反力が問題となるときにのみ加工反力をロボットアームに作用させないようにしたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ロボットに保持したワークを加工ユニットに支持された工具によって加工するようにしたロボットを用いた加工装置において、スライド可能なスライドテーブルと、このスライドテーブル上に旋回可能に支持されたロボットアーム部と、このロボットアーム部の先端に取付けられたワーク保持部と、ワークの加工時に前記ワーク保持部を前記スライドテーブルに結合して加工反力によるワーク保持部の変位を規制する加工反力支持手段とを備えたものである。
【０００６】
請求項２の発明は、ロボットに保持した工具によってワークを加工するようにしたロボットを用いた加工装置において、スライド可能なスライドテーブルと、このスライドテーブル上に旋回可能に支持されたロボットアーム部と、このロボットアーム部の先端に取付けられた工具保持部と、ワークの加工時に前記工具保持部を前記スライドテーブルに結合して加工反力による工具保持部の変位を規制する加工反力支持手段とを備えたものである。
【０００７】
請求項３の発明は、前記ロボットを、上下方向にスライド可能な前記スライドテーブルと、このスライドテーブル上に水平面内で旋回可能に支持された第１および第２のアームと、この第２のアームの先端に取付けられた少なくとも３軸の自由度をもつ工具保持部とからなる水平多関節ロボットから構成したものである。
【０００８】
請求項４の発明は、前記加工反力支持手段を、前記ワーク保持部あるいは工具保持部とスライドテーブルとのいずれか一方に設けられたロケートピンと、他方に設けられ前記ロケートピンに離脱可能に係合するロケート穴とによって構成したものである。
【０００９】
請求項５の発明は、前記加工反力支持手段におけるロケートピンとロケート穴を、前記ワークが工具に接近離間する方向に離脱可能としたものである。
【００１０】
請求項６の発明は、前記加工反力支持手段を、ワークが工具に接近離間する方向の変位も規制するようにしたものである。
【００１１】
上記した請求項１の発明によれば、ワークの加工時にロボットのワーク保持部がスライドテーブルに結合され、その状態でスライドテーブルが移動されてワーク保持部に保持されたワークと加工ユニットに支持された工具とが相対移動され、工具によってワークを加工する。
【００１２】
この場合、ワーク保持部のスライドテーブルとの結合により、加工反力によるワーク保持部の変位が規制されるので、フライス加工のような重切削においても、過大な加工反力をロボットに作用させずに剛性の高いスライドテーブルで受承できるようになり、加工反力によってロボットのワーク保持部が変位することを防止できる。このためにワークの加工精度を向上できるようになる。
【００１３】
また、請求項２の発明によれば、ワークの加工時にロボットの工具保持部がスライドテーブルに結合され、加工反力による工具保持部の変位が規制される。その状態でスライドテーブルを移動して工具保持部に保持された工具をワークに対して相対移動させ、ワークを加工する。
【００１４】
さらに、請求項３の発明によれば、ワーク保持部あるいは工具保持部が結合されるスライドテーブルが、ロボット自体の１軸をなすものであるので、ワーク保持部あるいは工具保持部の変位を規制しながら、ワークを工具に対して相対移動させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明においては、図１における前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向と称することにする。
【００１６】
本実施形態における加工装置は、図１、図２に示すように、主として、ワークＷを加工する加工ユニット１０と、ワークＷを保持する水平多関節ロボット３０とによって構成されている。
【００１７】
前記加工ユニット１０は、ベッド１１上に立設されたコラム１２と、このコラム１２の一側面に設置されたフライス加工ユニット１３と、コラム１２の他側面に設置されたバリ取り加工ユニット１４とからなっている。
【００１８】
フライス加工ユニット１３およびバリ取り加工ユニット１４は、コラム１２の両側面に固着されたユニットベース１５、１６を備え、これらユニットベース１５、１６に主軸ヘッド１７、１８がそれぞれＸ軸方向（前後方向）に移動可能に案内支持されている。主軸ヘッド１７、１８には図略の主軸モータによって回転駆動される主軸１９、２０が、Ｘ軸と平行な軸線の回りに回転可能に支持され、各主軸１９、２０の先端にはフライス工具２１およびバリ取り加工工具２２がそれぞれ保持されている。これらバリ取り加工工具２２とフライス工具２１によって、ワークＷにバリ取り加工とフライス加工を順次施すことができる。
【００１９】
なお、フライス工具２１はワークＷの加工面の幅よりも大きな径を有し、フライス工具２１とワークＷとのＺ軸方向の相対移動によりワークＷの加工面を加工できるようになっている。
【００２０】
一方、前記ロボット３０は、前記コラム１２の前面側に形成された案内面１２ＡにＺ軸方向（上下方向）に移動可能に案内支持されたスライドテーブル３１と、このスライドテーブル３１上に設置されたアーム部３２とによって構成されており、スライドテーブル３１はロボット３０に内蔵された図略のモータにより案内面１２Ａに沿ってＺ軸方向に移動されるようになっている。
【００２１】
前記アーム部３２は、前記スライドテーブル３１上にコラム１２の前面に対応して固着されたアーム支持部３３と、このアーム支持部３３にＸ軸およびＹ軸方向に平行な水平面内で旋回可能に支持された第１アーム３４と、この第１アーム３４の先端部に第１アーム３４と平行な水平面内で旋回可能に支持された第２アーム３５と、この第２アーム３５の先端部に少なくとも３軸の自由度を有して設けられた手首部３６と、この手首部３６に固定されたワーク保持部３７とによって構成されている。
【００２２】
上記したようにロボット３０は、スライドテーブル３１の直線運動、第１および第２アーム３３、３４の各旋回運動ならびにワーク保持部３７の３軸運動の計６軸の自由度を有する水平多関節ロボットによって構成され、第１および第２アーム３３、３４の水平面内での旋回運動により、ワーク保持部３７を前記フライス加工ユニット１３が設置されたコラム１２の一方の側方位置と、前記バリ取り加工ユニット１４が設置されたコラム１２の他方の側方位置との各間、およびワーク取付位置Ｐ１、ワーク取外位置Ｐ２との各間で移動できるようになっている。
【００２３】
前記スライドテーブル３１は、前記フライス加工ユニット１３が設置されたコラム１２の一方の側方に向かってＹ軸方向に伸長され、このスライドテーブル３１の伸長部分にワークＷを通すための通し窓３８がフライス加工ユニット１３の前方位置に対応して形成されている。
【００２４】
前記水平多関節ロボット３０のワーク保持部３７には、図示してないが、板状のスリッパを介してワークＷをワーク保持面３７Ａに位置決めクランプする位置決めクランプ機構が設けられている。これにより、形状が異なるワークＷであっても共通の位置決めクランプ機構を用いてワーク保持部３７に保持できるようにしている。
【００２５】
上記のように構成された本実施の形態に係る加工装置は、ロボット３０のワーク保持部３７にワークＷが保持され、スライドテーブル３１の直線運動および第１および第２アーム３３、３４の旋回運動により、自動車用シリンダブロックのようなワークＷを、バリ取り加工ユニット１４およびフライス加工ユニット１３の前方位置に順次移動させ、バリ取り加工およびフライス加工を行うものである。
【００２６】
このような加工態様においては、一般的に、バリ取り加工のような軽加工においては、ワークＷが受ける加工反力は比較的小さいため、多関節ロボット３０自身の有する剛性によって加工反力を受承でき、アーム部３２およびワーク保持部３７の変位を無視できる程度に抑え得る。しかるに、フライス加工のような重切削においては、多関節ロボット３０自身の有する剛性によっては加工反力を受けることができず、このためにワーク保持部３７およびアーム部３２が変位して、加工精度が悪化する。
【００２７】
特に、水平多関節ロボット３０のようなものでは、その関節構造上、上下方向（Ｚ軸）の加工反力に対しては比較的高い剛性を有するのに対し、アーム部３２の旋回面内と平行な左右方向（Ｙ軸）および前後方向（Ｘ軸）の加工反力に対しては、上下方向（Ｚ軸）ほどには剛性を有しなく、大きな加工反力が作用すると第１、第２アーム３３、３４が旋回変位しやすくなる。
【００２８】
従って、フライス加工のような重切削においては、加工反力による第１、第２アーム３３、３４の旋回変位によって、ワーク保持部３７が移動し、ワークＷの加工精度が保てなくなる。
【００２９】
なお、フライス加工のようなものであっても、ワークＷに対する工具の切込み量が大きくない場合は、前後方向（Ｘ軸）の加工反力はそれほど大きくならないため、アーム部３２をフライス加工ユニット１３側に向けて押付ける力の制御により十分対抗できるようになる。従って、そのような場合には、左右方向（Ｙ軸）の加工反力に対して、処置を講ずればよいことになる。
【００３０】
この左右方向（Ｙ軸）の加工反力に対抗するために設けたのが加工反力支持手段４０であり、この支持手段４０を有することが本実施の形態の特徴とするところである。かかる加工反力支持手段４０の詳細を、以下に説明する。
【００３１】
前記スライドテーブル３１には、それに形成した通し窓３８の周りを囲うように矩形状の支持フレーム４１が固着され、この支持フレーム４１の対角線上の２ヵ所に円錐形状のロケートピン４２がＸ軸方向に突設されている。
【００３２】
これに対してロボット３０のワーク保持部３７には、ワーク保持面３７Ａに、前記ロケートピン４２に係合可能なロケート穴４３が形成されており、このロケート穴４３と、前記スライドテーブル３１側に設けたロケートピン４２とを係合させることにより、ワーク保持部３７のＹ軸方向の変位を規制するようにしている。しかして、上記したロケートピン４２とロケート穴４３とによって、加工反力支持手段４０を構成している。
【００３３】
なお、前記ワーク保持部３７の前記ロケート穴４３の形成されていない対角線上の２ヶ所と、前記支持フレーム４１の前記ロケートピン４２の形成されていない対角線上の２ヶ所には、それぞれ当接ピン４５、４６が突設されている。これら当接ピン４５、４６は、前記ロケートピン４２とロケート穴４３とが係合した状態で互いに当接し、ワーク保持部３７のＸ軸方向位置を規制するようになっている。
【００３４】
このように構成されたロボット３０を用いた加工装置の動作を、以下に説明する。
まず、ロボット３０を動作させてワーク保持部３７をワーク取付位置Ｐ１に移送し、ワーク保持部３７にワークＷを位置決めクランプ機構により位置決めクランプする。
【００３５】
次いで、ロボット３０を動作させてワーク保持部３７に保持したワークＷをバリ取り加工ユニット１４の前方位置に搬送する。その状態で、バリ取り加工ユニット１４の主軸ヘッド１８を前進させてバリ取り加工工具２２によりワークＷのバリを除去する。かかるバリ取り加工においては、加工反力が小さく、ロボット３０自体の剛性で加工反力を受承できる。
【００３６】
次に、ロボット３０に内蔵されたサーボモータにより、アーム部３２を旋回動作させて、ワークＷをフライス加工ユニット１３側に移送するとともに、スライドテーブル３１を上昇させてワークＷをフライス加工ユニット１３の上方位置に位置決めする。次いで、アーム部３２および手首部３６の旋回動作によりワーク保持部３７に保持されたワークＷの姿勢を一定に制御しながら、ワーク保持部３７をＸ軸方向に移動させる。すなわち、ワーク保持部３７に形成されたロケート穴４３が支持フレーム４１上のロケートピン４２に平行となる姿勢でワーク保持部３７をＸ軸方向に移動させ、ワークＷをスライドテーブル３１の通し窓３８よりフライス加工ユニット１３の前面側の上方位置に移送する。
【００３７】
これにより、ワーク保持部３７のロケート穴４３が支持フレーム４１のロケートピン４２に係合されるとともに、当接ピン４５、４６がＸ軸方向の加工反力に抗しうる押し付け力で互いに当接される。かかるロケートピン４２とロケート穴４３との係合により、ワーク保持部３７がスライドテーブル３１に対して結合され、加工反力によるＹ軸方向の変位を規制できる。また、当接ピン４５、４６の当接により、ワーク保持部３７がＸ軸方向に位置決めされる。
【００３８】
しかる状態で、フライス加工ユニット１３の主軸１９を回転駆動するとともに、主軸ヘッド１７を一定量前進させ、フライス工具２１にワークＷへの切り込みを付与する。続いて、スライドテーブル３１を下降させ、フライス工具２１によってワークＷを加工する。
【００３９】
その際、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸方向の加工反力がワークＷよりワーク保持部３７を介してアーム部３２に作用せんとするが、フライス工具２１によるフライス加工時に特に問題となるＹ軸方向の加工反力は、ロボット３０のワーク保持部３７をスライドテーブル３１に結合させたことにより、すべてスライドテーブル３１で支持されることになり、剛性の弱いアーム部３２には作用しない。従って、加工反力によってワーク保持部３７が変位することがなく、加工精度を向上できるようになる。
【００４０】
このようにしてスライドテーブル３１が所定ストロークＳ１（図４参照）下降され、ワークＷの加工面のフライス加工が完了すると、アーム部３２および手首部３６の旋回動作によりワークＷの姿勢を一定に制御しながら、ワーク保持部３７をＸ軸方向に移動させ、ワークＷをスライドテーブル３１の通し窓３８よりスライドテーブル３１の前面側に移送する。かかるワーク保持部３７の移動により、ロケートピン４２とロケート穴４３との係合が解除される。その後、スライドテーブル３１およびアーム部３２の動作によってワークＷをワーク取外位置Ｐ２に搬送し、加工を終えたワークＷをロボットのワーク保持部３７より取り外す。
【００４１】
上記した実施の形態によれば、ワークＷの加工時に、ロボット３０のワーク保持部３７とスライドテーブル３１とを、ロケートピン４２とロケート穴４３とによって互いに係合し、スライドテーブル３１に対してワーク保持部３７がＹ軸方向に変位するのを規制するようにしたので、フライス加工によってワークＷにＹ軸方向の過大な加工反力が作用しても、この加工反力を剛性の高いスライドテーブル３１で受承できるようになる。
【００４２】
従って、Ｙ軸方向の剛性が十分でないアーム部３２に加工反力が作用することがないので、フライス加工のような重切削によってもワーク保持部３７が変位することがなく、加工精度を向上できる。
このようにロケートピン４２とロケート穴４３とからなる簡単な構成の加工反力支持手段４０により、ロボット３０に支持したワークＷに対してフライス加工のような重切削を可能にでき、ロボット３０を用いたワークの加工の適用範囲を拡大できるようになる。
【００４３】
また、ワーク保持部３７が係合されるスライドテーブル３１は、ロボット３０自体の１軸をなすものであるので、ワーク保持部３７の変位を規制するために特別な部材を必要とせず、しかもワークＷの加工のためにワークＷを工具２１に対して移動させることができる。
また、加工反力支持手段４０によるワーク保持部３７とスライドテーブル３１との係合は、ワークＷを加工位置へ位置決めするロボット３０の移動を利用して行える利点もある。
【００４４】
上記した実施の形態においては、ワーク保持部３７とスライドテーブル３１との結合をロケートピン４２とロケート穴４３とによって行った結果、フライス工具２１の回転軸線に直角な面内（Ｙ、Ｚ軸方向に平行な面内）におけるワーク保持部３７の移動を拘束することができるようになるが、実施の形態に示すように、ロボット３０自体の剛性によってＺ軸方向の加工反力を受承できる場合には、ワーク保持部３７のＹ軸方向の変位のみ規制できるように、ワーク保持部３７とスライドテーブル３１との結合を長溝と、この長溝に係合可能な係合ピンとにより行うこともできることは、当業者であれば、容易に予測できる。
【００４５】
一方、ドリル加工のように、加工反力によってワーク保持部がＸ軸方向に変位する恐れがある場合には、上記したロケートピン４２とロケート穴４３からなる加工反力支持手段４０では不十分である。
【００４６】
この場合の加工反力支持手段４０としては、上記したロケートピン４２とロケート穴４３とによるロケート機能に加え、ロボットのワーク保持部をスライドテーブルにクランプしてワーク保持部のＹ軸方向の変位を拘束するクランプ機構をスライドテーブル等に設けることが必要となる。
このように、ワーク保持部３７とスライドテーブル３１とを結合する加工反力支持手段４０は、加工反力の態様に応じた適切な構成を採り得るものである。
【００４７】
さらに、上記した実施の形態においては、ワークを保持するワーク保持部をロボット側に設け、加工ユニットに対してワークＷ側を移動させてワークを加工するようにしたが、反対に、ワークは固定の支持台に支持しておき、ロボット側に工具を保持する工具保持部を設け、工具側を移動させてワークを加工することもできる。
【００４８】
上記した実施の形態においては、過大な加工反力がロボットに作用する加工例として、フライス加工を例にとって説明したが、本発明は大径のメタルソーによる加工等にも適用できるものである。
【００４９】
【発明の効果】
以上、述べたように、請求項１の発明によれば、ロボットのワーク保持部に作用する加工反力による変位を加工反力支持手段によって規制できるので、フライス加工のような重切削においても、ロボットのワーク保持部が変位せず、加工精度を向上できる効果がある。
【００５０】
また、請求項２の発明によれば、ロボットの工具保持部に作用する加工反力による変位を加工反力支持手段によって規制できるので、上記と同様な効果が期待できる。
【００５１】
さらに、請求項３の発明によれば、ワーク保持部あるいは工具保持部が結合されるスライドテーブルは、ロボット自体の１軸をなすものであるので、ワーク保持部あるいは工具保持部に作用する加工反力を簡素な構成で受承できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すロボットを用いた加工装置の全体構成を示す正面図である。
【図２】同じく、全体構成を示す平面図である。
【図３】加工反力支持手段の詳細を示す図である。
【図４】図３のＡ−Ａ矢視図である。
【符号の説明】
１０加工ユニット
１３フライス加工ユニット
２１、２２工具
３０ロボット
３１スライドテーブル
３２アーム部
３６手首部
３７ワーク保持部
４０加工反力支持手段
４２ロケートピン
４３ロケート穴
Ｗワーク

Claims

ロボットに保持したワークを加工ユニットに支持された工具によって加工するようにしたロボットを用いた加工装置において、スライド可能なスライドテーブルと、このスライドテーブル上に旋回可能に支持されたロボットアーム部と、このロボットアーム部の先端に取付けられたワーク保持部と、ワークの加工時に前記ワーク保持部を前記スライドテーブルに結合して加工反力によるワーク保持部の変位を規制する加工反力支持手段とを備えたことを特徴とするロボットを用いた加工装置。
ロボットに保持した工具によってワークを加工するようにしたロボットを用いた加工装置において、スライド可能なスライドテーブルと、このスライドテーブル上に旋回可能に支持されたロボットアーム部と、このロボットアーム部の先端に取付けられた工具保持部と、ワークの加工時に前記工具保持部を前記スライドテーブルに結合して加工反力による工具保持部の変位を規制する加工反力支持手段とを備えたことを特徴とするロボットを用いた加工装置。
前記ロボットは、上下方向にスライド可能な前記スライドテーブルと、このスライドテーブル上に水平面内で旋回可能に支持された第１および第２のアームと、この第２のアームの先端に取付けられた少なくとも３軸の自由度をもつ工具保持部とから構成してなる水平多関節ロボットからなる請求項１もしくは請求項２に記載のロボットを用いた加工装置。
前記加工反力支持手段は、前記ワーク保持部あるいは工具保持部とスライドテーブルとのいずれか一方に設けられたロケートピンと、他方に設けられ前記ロケートピンに離脱可能に係合するロケート穴とによって構成してなる請求項１もしくは請求項２に記載のロボットを用いた加工装置。
前記加工反力支持手段におけるロケートピンとロケート穴は、前記ワークが工具に接近離間する方向に離脱可能である請求項４に記載のロボットを用いた加工装置。
前記加工反力支持手段は、ワークが工具に接近離間する方向の変位も規制するようになっている請求項４に記載のロボットを用いた加工装置。