JP5169265B2

JP5169265B2 - 加工システム

Info

Publication number: JP5169265B2
Application number: JP2008025055A
Authority: JP
Inventors: 浩二露口; 高明杉浦; 英士中村; 知之大竹
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-02-05
Also published as: JP2009184056A

Description

本発明は、穴加工により発生した切粉等の回収が容易な加工システムに関する。

近年の生産現場では、種々のロボットが用いられている。生産現場におけるロボットは、比較的精度を必要としない加工、搬送、溶接（スポット溶接等）で利用されている。通常のロボットは、摺動可能な多軸（多関節）のアームを制御して位置決めしているが、アーム先端では、各軸のバックラッシュが累積され、位置決め精度の誤差が±０．１［ｍｍ］程度でばらつき、いわゆるマシニングセンタで行う加工と比較して位置決め誤差が大きい。
そこで従来では、高精度な穴加工を行う場合、いわゆるマシニングセンタを用いることが一般的である。
また近年では環境上等の配慮から、使用する流体（クーラント等）の使用量の低減が所望されている。

図１０に示す従来のマシニングセンタ１００による穴加工では、ワークＷを固定して、ワークＷ上の被加工個所を割り出し、割り出した被加工個所に工具Ｍを備えた加工ユニット１１０を移動させて穴加工を行う。このため、加工ユニット１１０を水平方向及び垂直方向に移動させるエリアが必要であり、ワークＷと加工ユニット１１０を含めた装置全体をカバー１２０で覆って、発生した切粉の飛散を防止し、被加工個所及びカバー１２０内の洗浄に流体（クーラント等）を使用している。
また、特許文献１に記載された従来技術では、精度向上のためにワークの被加工個所を撮像するカメラを備え、カメラが撮像した被加工個所のデータ（面取り穴の径のデータ）に基づいて面取り加工の送り込み指令を行う加工ロボット制御装置が提案されている。
実開平７−１７４８６号公報

従来のマシニングセンタ１００では、穴加工の精度は高いが、水平方向と垂直方向に移動する加工ユニット１１０もカバー１２０で覆っているため、切粉の飛散するエリアが広く、飛散した切粉を回収するためには、広範囲に流体で洗浄しなければならず、必要とする流体量が多い。
また、加工ユニット１１０の周囲にも切粉が飛散する可能性があるため、加工ユニット１１０及び加工ユニット１１０を水平・垂直に移動するための案内部材等の凹凸部に切粉が溜まり易い。

また、特許文献１に記載された従来技術は、ロボットで行う穴の面取りにカメラを用いることで精度を向上させているが、穴あけ加工やタッピング加工等には利用することが困難である。穴あけ加工やタッピング加工等では、スラスト方向への反力が１０００［Ｎ］程度もあり、軸許容モーメントが６０［Ｎ］程度の通常のロボットのアームでは、加工中に位置ずれが発生したり、精度不良等が発生する可能性があるからである。また、特許文献１には切粉等の回収方法については特に記載されていないが、切粉の飛散を防止するためには、ワークとロボットをカバーで覆う必要があり、切粉の飛散するエリアが非常に広くなり、必要とする流体量が多くなり、好ましくない。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、より高精度に穴加工を行うことが可能であり且つ穴加工を行う際の切粉の飛散エリアをより小さくし、必要とする流体（クーラント等）の量をより少量として、効率良く流体及び切粉を回収することができる加工システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの加工システムである。
請求項１に記載の加工システムは、穴加工を行う工具を有する工具ユニットと、開口した底面を有し前記工具で穴加工されるワークの周囲を覆うカバー部を備えるとともに前記カバー部の内側にワークを位置決めして固定する治具と、で構成される加工システムである。
前記カバー部には、前記ワークの被加工個所に対応する位置に、前記工具を挿通する開口部が設けられており、前記工具は、前記開口部に挿通されて位置決めされる。
そして、前記工具には、先端部から流体を吐出可能な流体経路が内部に形成されており、前記流体は、前記被加工個所を穴加工する際に前記工具から吐出される。
また、前記カバー部の下部には、吐出された前記流体と穴加工の際に発生した切粉とを回収する回収部材が設けられている。
そして、前記治具は、前記ワークの底面に設けられた穴部に嵌合する突起部を備えて前記ワークを下方から支持するワーク台と、前記ワーク台から離れて配置されて前記カバー部の底面側の縁部を固定する脚部と、を有しており、前記カバー部の天板の内壁には、前記ワークの上面に設けられた穴部に嵌合するピンが設けられており、前記脚部にて前記カバー部の底面側の縁部を位置決めして固定し、前記ワークの底面の穴部に前記突起部を嵌合させた前記ワーク台を上昇させて、前記カバー部の前記ピンに前記ワークの上面の穴部を嵌合させ、前記治具に対して前記カバー部と前記ワークを位置決めして固定する。

また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの加工システムである。
請求項２に記載の加工システムは、請求項１に記載の加工システムであって、前記カバー部に設けられた開口部には、前記工具を挿通する開口部を備えた工具ガイドブッシュ部が設けられており、前記工具は、前記工具ガイドブッシュ部の開口部を密閉するように挿通されて前記工具ガイドブッシュ部に対して位置決めされる。

また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの加工システムである。
請求項３に記載の加工システムは、請求項２に記載の加工システムであって、前記工具ユニットは、摺動可能なロボットのアームに取り付けられており、前記工具ユニットには、前記工具ガイドブッシュ部を備えたブッシュ部に嵌合するチャック部が設けられている。
また、前記ブッシュ部と前記チャック部のそれぞれの嵌合部には、前記工具の穴加工による反力に対抗するように、前記反力の方向に向かって広がるようにテーパ状の傾斜が形成された係止部が、それぞれ設けられている。
そして、前記ロボットは、前記アームを制御して前記チャック部の前記嵌合部の位置を、前記ブッシュ部の前記嵌合部の位置に位置決めし、前記チャック部を制御して前記チャック部と前記ブッシュ部とを嵌合させて互いの前記係止部を係止させることで、前記ブッシュ部に対して前記工具ユニットを位置決めして固定した後、前記工具を制御して前記被加工個所に対して穴加工を行う。

請求項１に記載の加工システムを用いれば、カバー部でワークのみを覆い、工具ユニットを覆う必要がないので、切粉の飛散エリアを非常に小さくすることができる。また、カバー部の形状を、切粉の溜まりにくいシンプルな形状（例えば、矩形の箱状）とすれば、切粉が溜まりにくく、洗浄のための流体の量をより少量とすることができる。
また、穴加工の際に切粉が発生する工具の先端部から流体を吐出するので、加工時に使用する流体のムダがない。更に、吐出した流体と発生した切粉が落下する下部に回収部材（オイルパン等）を設けているので、適切に流体及び切粉を回収することができる。

また、請求項２に記載の加工システムでは、カバー部に設けられた開口部に、工具を挿通する開口部を備えた工具ガイドブッシュ部を設ける。ここで、工具ガイドブッシュ部の開口部の内径を、挿通する工具の外径とほぼ同等として（開口部の内径のほうが僅かに大きくなるように、ほぼ同等として）挿通した工具で密閉することで、工具の振れによる破損を防止できるとともに、切粉や流体がカバー部の外部に飛散することを防止できる。

また、請求項３に記載の加工システムによれば、流体及び切粉の回収が容易であり且つ流体をより少量にすることができる穴加工を、ロボットで行うことができるので、便利である。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の加工システム１の全体構成の一実施の形態を示している。
●［加工システムの全体構成（図１）］
図１に示すように、加工システム１では、基台ＢＳ上にロボット４０と治具３０が固定されており、作業者Ｓが制御盤ＣＴを介してロボット４０に指令を与えることで、治具３０に位置決め及び固定されたワークＷ（ワークＷは治具３０内に固定されている（図２参照））の被加工個所に、ロボット４０にて穴加工を行う。
ロボット４０は、摺動可能なアームに工具ユニット５０が取り付けられており、アームに設けられた各軸の駆動手段によって、アームに取り付けられた工具ユニット５０の位置と方向を制御可能である。工具ユニット５０の先端には、ワークＷの被加工個所に穴加工を行う工具Ｍ（図４参照）が進退可能に設けられている。
なおロボット４０は、チャック４０Ａにて種々の工具ユニットを備えることができる。
治具３０には、ワークＷの被加工個所に対応させてブッシュ部１５が予め設けられており、ロボット４０は、工具ユニット５０をブッシュ部１５に嵌合及び固定して穴加工を行う。このため、位置ずれを発生させることなく、高精度な穴加工を行うことができる。
なお、穴加工によって発生した切粉や、冷却あるいは潤滑用の流体（クーラント等）は、治具３０の下部に設けられた回収部材３８（オイルパン等）及び回収配管３９にて回収される。

●［ワークＷを固定する治具３０の構造（図２、図３）］
次に、図２及び図３を用いて治具３０の構造について説明する。
図２はワークＷを内部に固定し、ワークＷを覆うカバー部１０を固定した状態の治具３０を示しており、ワークＷの固定状態を説明するためにカバー部１０を断面で示した図である。なお、図２において左図は左側面図を示し、右図は正面図を示している。また、図３はカバー部１０の外観を示す図である。
まず、図２を用いて治具３０について説明する。
治具３０は、脚部３６にテーブル部３７が載置されており、テーブル部３７にはカバー台３１が載置されている。テーブル部３７のほぼ中央には、ワークＷを載置するワーク台３３が設けられており、ワーク台３３は支点３４を備えたアーム３５によって上下に移動可能である。
また、ワーク台３３におけるワークＷとの接触部には、ワークＷの穴部に嵌合する突起部３３Ａが設けられている。
また、治具３０の下部には回収部材３８が設けられており、更に回収部材３８の下部には回収配管３９が接続され、回収配管３９は濾過等を行う回収装置に接続されている。

ワークＷを治具３０に固定する場合、前記突起部３３ＡにワークＷの穴部を合わせてワーク台３３上にワークＷを載置する。次にワークＷの上から底面が開口しているカバー部１０を被せ、カバー部１０の被挟持部１１Ａ〜１１Ｄ（図３参照）を、カバー台３１とクランプ３２とで挟持する。カバー部１０の天板の内壁には、ワークＷとの接触位置に、ワークＷの穴部に嵌合して位置決めするノックピンが設けられている（図示省略）。
そして、アーム３５を駆動してワーク台３３に載置されたワークＷを上方に移動させ、ワークＷの穴部とノックピンを嵌合させる。この状態にて、カバー部１０に対してワークＷが位置決めされて固定される。

次に図３を用いてカバー部１０の構造について説明する。図３にはカバー部１０の平面図、左側面図、正面図を示している。
カバー部１０は、底面が開口した略箱状に形成されたカバー本体部１１に、治具３０に固定するための被挟持部１１Ａ〜１１Ｄが設けられた構造を有している。
また、カバー本体部１１には、内部に固定したワークＷの被加工個所に対応する位置に、工具ユニット５０（図１参照）を固定するブッシュ部１５が予め設けられている。また、カバー本体部１１には、強度を保持しながら軽量化するための窓部１２が所々に設けられており、窓部１２にはアクリル板等がはめ込まれている。

●［ブッシュ部１５に対する工具ユニット５０の位置決めと固定（図４〜図７）］
次に、図４〜図７を用いて、ブッシュ部１５と工具ユニット５０とを嵌合する構造と動作について説明する。
図４における上図はブッシュ部１５と工具ユニット５０の嵌合前の状態を示しており、図４における下図はブッシュ部１５と工具ユニット５０を嵌合後、工具Ｍを送り込んで穴加工を行っている状態を示している。
工具Ｍには、先端部（被加工個所との接触部）から流体（クーラント等）を吐出可能な流体経路ＲＫ（図９参照）が内部に形成されており、穴加工を行うときに流体経路ＲＫに流体が供給される。
図４に示すように、ブッシュ部１５は、ブッシュ本体部１５Ａと工具ガイドブッシュ部１５Ｂにて構成され、工具ユニット５０の工具Ｍが挿通される開口部１５Ｋを有している。開口部１５Ｋに工具Ｍが挿通されて、ブッシュ部１５と工具ユニット５０が嵌合されると、開口部１５Ｋは密閉される。このため、工具Ｍによる穴加工で発生した切粉及び吐出される流体は、カバー部１０の外部に飛散しない。

また、工具ユニット５０は、工具Ｍと、ブッシュ部１５に嵌合するためのチャック部５０Ａとを備えている。
図４に示すように、ブッシュ部１５とチャック部５０Ａのそれぞれの嵌合部には、工具Ｍの穴加工による反力ＦＲに対抗するように、反力ＦＲの方向に向かって広がるようにテーパ状の傾斜が形成されたブッシュ側係止部１５Ｔ、チャック側係止部５０Ｔが、それぞれ設けられている。
なお、ブッシュ側係止部１５Ｔ、チャック側係止部５０Ｔが設けられているため、図４の上図の状態から工具ユニット５０をブッシュ部１５の方向に移動させても、嵌合できないため、図７の斜視図に示すように、ブッシュ側係止部１５Ｔとチャック側係止部５０Ｔは複数に分割されている（図７の例では４つに分割）。

図７に示すように、チャック部５０Ａには、分割されたブッシュ側係止部１５Ｔが挿通される開口部５０Ｋが設けられている。
ロボット４０はアームを制御して、開口部５０Ｋにブッシュ側係止部１５Ｔが挿通されるように、工具ユニット５０をブッシュ部１５の方向に移動させ（図７中の嵌合動作１）、チャック部５０Ａの嵌合部（チャック側係止部５０Ｔ）の位置をブッシュ部１５の嵌合部（ブッシュ側係止部１５Ｔ）の位置に位置決めする。この移動が完了した状態を図５に示す。この状態では、まだチャック側係止部５０Ｔとブッシュ側係止部１５Ｔとが嵌合していない。
続いてロボット４０は、チャック部５０Ａを制御（回転）して（図７中の嵌合動作２）、チャック側係止部５０Ｔとブッシュ側係止部１５Ｔとを嵌合（係合）させることで嵌合を完了させる。この嵌合が完了した状態を図６に示す。この嵌合を容易にするために、ブッシュ側係止部１５Ｔまたはチャック側係止部５０Ｔの少なくとも一方に、回転方向に対して徐々に広がるテーパ状の傾斜を設けておくことが好ましい。

ロボット４０は、図６に示す状態（ブッシュ部１５への工具ユニット５０の嵌合が完了した状態）から、工具ＭをワークＷの方向に送り込み、穴加工を行う。このとき、工具Ｍ（工具ユニット５０）は、工具Ｍを送り込む力Ｆと工具Ｍ（ドリル等）の回転との双方に対する反力ＦＲを受けるが、テーパ状に傾斜したチャック側係止部５０Ｔとブッシュ側係止部１５Ｔによって固定されているため、位置ずれ等を発生させることなく、安定して高精度に穴加工を行うことができる。
しかし、ブッシュ部１５に対して工具ユニット５０が固定されていても、工具Ｍが、工具Ｍの回転軸ＺＭに対して「振れる」可能性がある。例えばタッピング加工等、ワークＷに下穴があけてある場合、この下穴の位置がずれていると、当該下穴の方向に工具Ｍに「振れ」が発生し、工具が破損する（折れる）可能性がある。
そこで、工具Ｍの「振れ」を抑制し、工具Ｍの破損を防止するために、工具ＭをワークＷ上の被加工個所に案内する工具ガイドブッシュ部１５Ｂが、ブッシュ部１５に設けられている。工具Ｍの外径とほぼ同等の内径を有する工具ガイドブッシュ部１５Ｂにより、工具Ｍの「振れ」を抑制して、適切に破損を防止することができるとともに、開口部を密閉して流体と切粉がカバー部１０の外部に飛散することを防止している。

以上に説明した加工システム１では、ロボット４０のアームに備えた工具ユニット５０を治具３０のブッシュ部１５に嵌合して固定して穴加工を行うので、位置ずれを発生させることなく高精度な穴加工を行うことができる。また、工具ガイドブッシュ部１５Ｂ（５０Ｚ）を設けることで、工具Ｍの「振れ」を抑制し、工具Ｍの破損を適切に防止することができる。
また、ロボット４０の台数（すなわち、工具ユニット５０の台数）を適切に設定することで、ワークＷの複数の被加工個所の穴加工を同時に行うことが可能であり、サイクルタイムを短縮し、設備コストを低減することができる。
また、流体（クーラント等）の使用量については、カバー部１０でワークＷのみを覆って工具ユニット５０を覆う必要がないので、切粉等の飛散エリアが小さく、洗浄等に用いる流体の量を低減することができる。また、切粉等が飛散するカバー部１０の内壁側の形状は単純であり、凹凸等の切粉が溜まり易い部分がなく、加工が完了後にカバー部１０の内壁の洗浄を行う場合の流体の量を低減することができる。
また、工具Ｍの先端部から流体を吐出させるので、加工時における流体のムダがなく、流体の量を低減することができる。また、ワークＷの下（ほぼ直下）で切粉及び流体を回収する回収部材を備えることで、切粉及び流体の回収が非常に容易である。

●［ロボットを用いない場合の加工システム（図８）］
以上に説明した本実施の形態では、工具ユニット５０をロボット４０で制御したが、工具ユニット５０をマシニングセンタの主軸に取り付けて穴加工を行う加工システムとすることも可能である。
この場合の治具３０の例を図８に示す。図２の左図（左側面図）に対して、ワークＷの被加工個所に設けたブッシュ部１５を、工具ガイドブッシュ部１５Ｂのみに変更している。工具ガイドブッシュ部１５Ｂには、工具ユニット５０は嵌合されず、工具ガイドブッシュ部１５Ｂの開口部に工具Ｍが挿通され、開口部を密閉するとともに、工具Ｍは工具ガイドブッシュ部１５Ｂにて被加工個所に案内される。
なお、図８に示す治具３０は、図２に対してアーム３５、ワーク台３３等の記載を省略しており、回収配管３９は、治具３０の直下に設けられた回収装置３９Ａまで延びている例を示している。
また、工具ガイドブッシュ部１５Ｂを省略して、カバー部１０に設けられた開口部のみで工具Ｍを被加工個所に案内するようにしてもよい。

本発明のロボット加工システム１は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、テーパ状の傾斜が形成されたブッシュ側係止部１５Ｔとチャック側係止部５０Ｔのテーパ面（当接面）は、非平滑な面とすれば、より大きな摩擦力で、ブッシュ側係止部１５Ｔとチャック側係止部５０Ｔとを係合することができる。

本発明のロボット加工システム１の全体構成の一実施の形態を説明する図である。治具３０の構造を説明する図である。カバー部１０の構造を説明する図である。ブッシュ部１５と工具ユニット５０との、嵌合の前後の状態を説明する図である。工具ユニット５０をブッシュ部１５の方向に移動させた状態（まだチャック側係止部５０Ｔとブッシュ側係止部１５Ｔとが嵌合していない状態）を示す図である。図５に示す状態からチャック部５０Ａを回転させた嵌合状態（チャック側係止部５０Ｔとブッシュ側係止部１５Ｔとが嵌合（係合）した状態）を示す図である。工具ユニット５０のチャック部５０Ａをブッシュ部１５に嵌合する動作を説明する斜視図である。ロボット４０を用いない場合の加工システムの例を説明する図である。工具Ｍの内部に形成された流体経路ＲＫを説明する図である。従来のマシニングセンタ１００の例を説明する図である。

１ロボット加工システム
１０カバー部
１１カバー本体部
１１Ａ被挟持部
１２窓部
１５ブッシュ部
１５Ａブッシュ本体部
１５Ｂ工具ガイドブッシュ部
１５Ｔブッシュ側係止部
１５Ｋ開口部
３０治具
３１カバー台
３２クランプ
３３ワーク台
３８回収部材
３９回収配管
４０ロボット
５０工具ユニット
５０Ａチャック部
５０Ｂ、５０Ｚ工具ガイドブッシュ部
５０Ｔチャック側係止部
５０Ｋ開口部
ＦＲ反力
Ｍ工具
ＲＫ流体経路
Ｗワーク

Claims

穴加工を行う工具を有する工具ユニットと、
開口した底面を有し前記工具で穴加工されるワークの周囲を覆うカバー部を備えるとともに前記カバー部の内側にワークを位置決めして固定する治具と、で構成される加工システムであって、
前記カバー部には、前記ワークの被加工個所に対応する位置に、前記工具を挿通する開口部が設けられており、
前記工具は、前記開口部に挿通されて位置決めされ、
前記工具には、先端部から流体を吐出可能な流体経路が内部に形成されており、
前記流体は、前記被加工個所を穴加工する際に前記工具から吐出され、
前記カバー部の下部には、吐出された前記流体と穴加工の際に発生した切粉とを回収する回収部材が設けられており、
前記治具は、前記ワークの底面に設けられた穴部に嵌合する突起部を備えて前記ワークを下方から支持するワーク台と、前記ワーク台から離れて配置されて前記カバー部の底面側の縁部を固定する脚部と、を有しており、
前記カバー部の天板の内壁には、前記ワークの上面に設けられた穴部に嵌合するピンが設けられており、
前記脚部にて前記カバー部の底面側の縁部を位置決めして固定し、前記ワークの底面の穴部に前記突起部を嵌合させた前記ワーク台を上昇させて、前記カバー部の前記ピンに前記ワークの上面の穴部を嵌合させ、前記治具に対して前記カバー部と前記ワークを位置決めして固定する、
加工システム。
請求項１に記載の加工システムであって、
前記カバー部に設けられた開口部には、前記工具を挿通する開口部を備えた工具ガイドブッシュ部が設けられており、
前記工具は、前記工具ガイドブッシュ部の開口部を密閉するように挿通されて前記工具ガイドブッシュ部に対して位置決めされる、
加工システム。
請求項２に記載の加工システムであって、
前記工具ユニットは、摺動可能なロボットのアームに取り付けられており、
前記工具ユニットには、前記工具ガイドブッシュ部を備えたブッシュ部に嵌合するチャック部が設けられており、
前記ブッシュ部と前記チャック部のそれぞれの嵌合部には、前記工具の穴加工による反力に対抗するように、前記反力の方向に向かって広がるようにテーパ状の傾斜が形成された係止部が、それぞれ設けられており、
前記ロボットは、
前記アームを制御して前記チャック部の前記嵌合部の位置を、前記ブッシュ部の前記嵌合部の位置に位置決めし、
前記チャック部を制御して前記チャック部と前記ブッシュ部とを嵌合させて互いの前記係止部を係止させることで、前記ブッシュ部に対して前記工具ユニットを位置決めして固定した後、前記工具を制御して前記被加工個所に対して穴加工を行う、
加工システム。