JP5630950B2 - 工作機械用の自動送り装置及び自動送り装置の操作方法 - Google Patents

Description

本発明は、材料（blanks）又は半完成加工品（half-finished workpieces）を工作機械（特に、ＣＮＣ旋盤）に自動的に送ると共に、機械加工済みの加工品を自動的に取り外すための自動送り装置（独立請求項１のプレアンブル部分記載）、及び、自動送り装置の操作方法（請求項６）に関する。

多数のステーションを有する大規模な一連の工作機械群における生産工程で主に使用されるロボット（搬送装置）とは別に、機械加工されるべき材料又は半完成加工品を工作機械に送る（又は別の通常の技術によれば装入する）ための及び／又は機械加工済みの加工品を取外すための自動装置は、２つの種類、すなわち、公知の門型構造装入装置（portal loaders）と棒材送り装置（bar feeders）とに分類することができる。

例えば、本発明の発明者によって設計され、欧州特許出願公開第０９００６１２に記載された種類の棒材送り装置は、旋盤のヘッドストック又はスピンドルの背後に配置される。その棒材送り装置は、既に約５０年間市場で流通しており、その長さゆえにスピンドル前面の機械加工空間への到達の余地がない棒材の機械加工に使用されている（平均すると、殆どのＣＮＣ旋盤でこの到達許容領域は０．３ｍ〜０．６ｍ程度の長さであるのに対して、いわゆる短い棒材でも１ｍ〜１．５ｍの間の長さがある）。

これら棒材送り装置は、この種の棒材を旋盤に自動的に供給することができるものの、重大な欠点を有している。

第１に、棒材の端部に関する重大な欠点がある。実際に、高精度な機械加工品を得るためには、棒材のふらつき（floating）を防止する必要があり、これは旋盤のスピンドルに棒材の精密な案内を設ける必要があることを意味する。この案内は、旋盤のスピンドル内に導入され、その径がストック（すなわち棒材）の直径に対応する少なくとも１つの低減要素（チューブ又はスリーブ）によって確保される。然し、それにより棒材端部を掴む（seize）こと、すなわちスピンドルの背後を通って棒材端部を引出すことが不可能になる。従って、棒材端部は常に前側、旋盤の機械加工空間内、切粉コンベヤ内に取り出される。しかしながら、これらの棒材端部は、５ｋｇあるいはそれ以上の重さがあるため、それらが落下するとコンベヤだけでなく落下線上に位置する全ての部品を破損する可能性がある。

ツールタレット（tool turret）が機械加工空間直下（すなわち落下線上）に位置する少なくとも４軸を有する最新の旋盤を考慮すると、この重大な欠点はさらに顕著になる。上述した種類の棒材送り装置を使用することは、多軸タレット旋盤（multi-turret lathe）では困難又は事実上不可能であると理解される。

第２に、おそらくさほど危機的ではないもののかなり支障をきたす欠点として、機械加工済みの加工品が、格納エリア内に、又は、特に精密部品には不可欠の検査用のテストベンチ上に、制御された方法で所定位置に自動的に置かれるわけではなく、バラバラに回収されることがある。

門型構造装入装置は、上記棒材送り装置に関する上記棒材以外の材料や半完成加工品、すなわち、チャック部品（chucking parts）や、長さがほとんど２５０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲にある軸部品（shafts）や、鋳物部品（cast parts）を自動的に送るため、及び、それら部品を機械加工した後で自動的に取外すために使用される。門型構造装入装置は、約２０年前に市場に現れたものであり、棒材送り装置に関する前述したような欠点がないものの、旋盤や加工中心（machining center）に対してスピンドルを通って棒材を自動的に供給するものではない。そして、棒材を旋盤に自動で供給することができないことに加えて、手動であってもこの種の棒材を供給することは不可能であると想定される。それは、殆ど全ての場合に地面に固定される門型構造が、スピンドルの背後へ近づくことを禁じているからである。

このように数１０年の間、部品製造業者（主に下請け業者）は、自動送り装置を購入するたびに問題に直面しており、現在における企業の発展又は成長を阻害する可能性があるほどその重大性が増している。実際に、一般にこれらの製造業者は将来的に何を製造するかを知らない。つまり、製造業者は、これまで実施した機械加工（例えば、棒材の機械加工）を継続するのか、あるいは、それに反して市場への必要な適応（例えば、棒材の機械加工の代わりに又は補足的に、チャック部品や鋳物部品の機械加工を含む）を行うかを知らない。

今日ではどのような場合でも、部品製造業者は突然通告される全ての可能性に適応可能にする必要がある。その一方で、本質的に財政投資を増大して各々の種類の装置を少なくとも１台の装置を購入しない限り、２種類の自動装置のうち１種類を購入することによって、例えば、棒材は加工不可能であるがチャック部品や鋳物部品を加工可能にするか、またはその逆を加工可能にしている。

さらに、市場と工作機械の双方の発展によって、切替え頻度の増大が要求されると共に、複数のタレット及び加工軸を有する多様な工作機械を使用したより一層複雑な機械加工作業を行う製造業者の能力が要求される。
欧州特許出願公開第０９００６１２号明細書

本発明は、上述した問題を解決し、付随的な２種類の装置（棒材送り装置及び門型構造装入／取出装置）の問題を解決することをその課題としている。

本発明は、材料又は半完成加工品を工作機械であるＣＮＣ旋盤に自動的に送ると共に、機械加工済みの加工品を自動的に取り出すための装置において、機械加工されるべき加工品を旋盤の前面に機械加工空間を介して装入し、機械加工済みの加工品を機械加工空間から取り出すために、少なくとも垂直軸Ｚ上及び水平軸Ｙ上を連続して又は同時に移動可能な加工品装入／取出装置を支持するフレームと、加工品マガジンと、残余材又は不良品用の回収容器とを備えており、旋盤のスピンドルの背後を通って棒材の装入を可能にする統合送り装置を更に備え、加工品マガジンは、機械加工されるべき少なくとも１つの棒材を受取り可能であり、前記統合送り装置は、第１のモーター手段の作動によりＷ軸上を垂直方向に移動可能なキャリッジと、このキャリッジに接続されて前記棒材を受け取るベンチとを備え、前記ベンチは、前記第１のモーター手段と協働可能な連結手段を有し、第２のモーター手段の作動によりＸ軸上を水平方向に独立して移動可能であることを特徴とする。

本発明によれば、
−チャック部品、軸部品及び鋳物部品を、機械加工空間を介して自動的に供給すること（すなわち、それらの部品を前面から工作機械のマンドレル又はコレット内に供給すること）、
−工作機械の背後からスピンドルを介して棒材を自動的に送ること、
−機械加工済みの全ての加工品を制御された方法で取り出すこと（収納や倉庫補完、及び、機械加工寸法の許容公差の測定もあり得る）、
−旋盤が棒材の機械加工に用いられる場合、旋盤の機械加工空間から棒材端部を回収すること、
−ある種類の製品処理（例えば、鋳物部品）と他の種類の製品処理（例えば、棒材）とを最小時間で切り替えること、
−２つのスピンドル旋盤が使用される場合、左側マンドレルでチャックされ左側スピンドルを介して背後から送られた棒材の機械加工と、右側マンドレルでチャックされ機械加工空間を介して前面側から送られた他の加工品（チャック部品、軸部品又は鋳物部品）の機械加工とを同時に行えること、
のうちの少なくとも１つが可能であり、真に万能型で柔軟性のある自動送り装置を、最小コストで提供することができる。

本発明による自動送り装置の例証的な好ましい実施形態は、添付の図面を参照して以下に説明される。

自動加工品装入／取出装置１（以下「万能装置」という）は、図１Ａ及び図１Ｂ（斜視図）、図２及び図３（図１Ａの矢印Ｆ、矢印Ｒからそれぞれ見た正面図及び側面図）に示されている。

この万能装置１は、本質的には機械加工中心（machining center）の背後に配置される。本実施の形態では、機械加工空間５が視認でき、軸３Ａを有するヘッドストック又はスピンドル３の延長上の機械加工空間５内にマンドレル４がある旋盤２の背後に、万能装置１が配置される。

万能装置１は、自動装入／取出門型構造（automatic loading/unloading portal）５０を備えている。この門型構造５０は、統合棒材送り装置（integrated bar feed device）２０と、取外し可能な特定種類用又は複数種類用（すなわち、異なる種類の機械加工されるべき材料又は加工品、及び／又は、機械加工済みの加工品用）のマガジン１０とを備えている。本実施の形態では、マガジン１０は複数種類タイプ（polyvalent type）のものであり、一方では棒材を収容し、他方ではチャック部品及び／又は鋳物部品及び／又は軸部品のような他の加工品を収容する。万能装置１は、さらに補助要素、すなわち、残余材及び不良品用の回収トレイ６と、検査／測定ブロック７とを備えている。

門型構造５０は、それぞれの上端が水平梁（horizontal beam）５３により連結されて逆Ｕ字型のフレームを形成する２つの垂直梁（vertical beam）５１、５２を有している。各垂直梁５１、５２は、水平梁５３に対して直角に延伸する梁５４からなるベース上に支持されている。上記フレームはその上部において案内梁（guide beam）５５を支持しており、この案内梁５５に沿ってキャリッジ（carriage）５６がＹ軸上（Ｙ＋、Ｙ−方向）に移動可能である。このキャリッジ５６には、Ｚ軸上（Ｚ＋、Ｚ−方向）で垂直方向に移動可能な梁５７が連結されている。この梁５７の下端には、複数種類用ヘッド（polyvalent head）４０が装着されている。

フレームの垂直梁５１、５２の間の水平梁５３には、案内梁（guide beam）３０の上部が固定されている。この案内梁３０の上部と下部には、モーター３１とキャリッジ２１とがそれぞれ配置されている。モーター３１及びキャリッジ２１は、案内梁３０内に収納された運動伝達手段（means for movement transmission）３２によって互いに連結されている。本実施の形態では、モーター３１によって作動する螺子が、キャリッジ２１をＷ軸上（Ｗ＋、Ｗ−方向）で与えられた距離だけ垂直に移動可能としている。

１つの変形例として、案内梁３０は省略してもよく、この案内梁３０に連結された前述した全ての要素は垂直梁５１、５２のいずれか１つに連結されてもよい。また、１つの変形例として、梁５５及び梁５７がＹ軸及びＺ軸と直交する非表示の水平軸上で追加の動きができるように、門型構造が設計されてもよい。

フレーム及びそのフレームによって支持される要素はプラットフォーム８上で横方向、すなわち、旋盤２のスピンドル軸３Ａに対して直交する方向（図３の矢印Ｄ＋、Ｄ−方向）に、所定の制限された距離ｄだけ移動可能であることが好ましい。

梁５７の下端に装着された複数種類用ヘッド４０の例が、図７に示されている。このヘッド４０は、ベース（base）４１及びタレット（turret）４２を備えている。タレット４２は、ベース４１上の４５度傾斜した平面４３上に設置されており、回転軸４４の周りに滑動可能である。タレット４２は、それぞれ顎部（jaw）４６、４８を有する２つのマンドレル（mandrel）４５、４７を備えている。これにより、図７に示された位置から１８０度ずつタレット４２を回転させると、水平位置にあったマンドレル４５は他のマンドレル４７の垂直位置をとり、またはその逆をとる。

与えられた加工品の種類に対して明確に適合した他の形式のヘッド及びタレット（例えば、軸部品の装入／取出用のダブルマンドレルを備えたもの）が、当業者により実現可能である。

キャリッジ２１の反対側には、加工されるべき加工品／機械加工済みの加工品用のマガジン１０が配置されている。上述したように、図示されたマガジン１０は複数種類タイプであり、その上部には加工品（材料；半完成のチャック部品、軸部品及び／又は鋳物部品；及び／又は機械加工済みのチャック部品、軸部品及び／又は鋳物部品；及び棒材から機械加工済みの部品）を収容可能な一連の引出し（drawers）１１、１２、１３を備えている。各引出しには作動用ブラケット（actuating bracket）１４が設けられている。その下方部分、すなわち、引出しの下には、傾斜面（inclined plane；図３、図４及び図５参照）を有する少なくとも１つのテーブル１５が設置されている。テーブル１５の上には機械加工されるべき一連の棒材１８が載置されており、第１の棒材１８Ａは肩部（shoulder）１６（又は、表現されていない変形例では、可倒式の停止部）により保持される。この肩部１６は、テーブル１５の平面上に刻まれた溝（slot）１７を有する（図６参照）。

材料又は半完成棒材を旋盤２に送るための装置２０は、キャリッジ２１に連結されている。この装置２０は、本質的にＶ字型ベンチとプッシャとの組立体（assembly）であり、既述の欧州特許出願公開第０９００６１２号において詳述され一般的に棒材送り装置（bar feeder）と呼ばれる装置と構造及び作動が類似するものであり、図１Ｂにおいてマガジン１０を取外してＶ字型ベンチ２２によって象徴的に示されている。複数の爪部（claws）２３がＶ字型ベンチ２２の下に伸びており、これら爪部２３はベンチ２２に連結されている。これらの爪部２３は傾斜テーブル１５の複数の溝１７と対向して配置され、溝１７は爪部２３の下を通過している。上述したように、キャリッジ２１及び該キャリッジ２１とベンチ２２との組立体は、モーター３１の作動によってＷ軸に沿って垂直に移動可能である。一方、ベンチ２２と爪部２３との組立体は、モーター２５の作動によってさらにＸ軸（Ｘ＋、Ｘ−方向）に沿って水平に移動可能であり、作動用ブラケット２４を介してベンチ２２に係合することが可能である（図１Ｂ、図３〜図５参照）。

棒材から加工品を機械加工するサイクルは、次の通りである。

第１段階では（図４及び図５参照）、肩部１６により止まっている第１の棒材１８Ａをテーブル１５からベンチ２２に移動させて、棒材軸線１８Ｃとスピンドル軸線３Ａ（図３及び図５）とを一致させる。この移動は、棒材１８Ｂが肩部１６に止められて待機位置に静止している間に、図４に概略示されているようにＷ軸（キャリッジとベンチと爪部の組立体）とＸ軸（ベンチと爪部の組立体のみ）に沿って適切な移動を実施することによって達成される。

第２段階では、前述の欧州特許出願公開第０９００６１２号において詳述されている公知の工程に従って、プッシャ（参照符号なし）を用いて、棒材１８Ａから第１の加工品を機械加工する観点からマンドレル４外部のプログラムされた位置に棒材が到達するまで、棒材をスピンドルに導入する。続いて、棒材がマンドレル４にチャックされた後に開始される機械加工を進行させる。

機械加工が終了すると、第３段階では、通常使用される公知の手順の１つを適用して（例えば、切断及び捻りによって）棒材の残余部分から機械加工済みの加工品を分離し、その加工品をマガジン１０内の保管場所に入れ、その後、検査／測定ベンチ７に送ることも可能である。

図８によれば、細い材料片２６を切り落とした後、機械加工済みの加工品を多種ヘッド４０のタレット４２のマンドレルで掴み、ヘッド４０を適切に位置決めした後で旋盤のマンドレル４が回転することで、上記切断及び機械加工済みの加工品２７Ａの解放が達成される。

その後、Ｙ軸及びＺ軸における適切な移動を行うことによって、機械加工済みの加工品２７Ａは直接的又は間接的に移動可能となる。すなわち、機械加工済みの加工品２７Ａが検査／測定ベンチ７を通過した後に不良（例えば、測定の公差に適合しない不良）が発見されなければ、規則正しく格納するために機械加工済みの加工品をマガジン１０へ移動させる。不良が発見された場合、機械加工済みの加工品は回収容器に落とされる（図１０を参照して、機械加工された加工品２７Ａは引出し１２の不図示のポケットに挿入される）。

図１１、図１２及び図１３は、棒材が完全に機械加工された後、旋盤のマンドレル４に残された残余材２８（又は棒材端部）を回収する一連の動作を示している。

この目的で、ヘッド４０の１つのマンドレルには回収管２９が装着され、その回収管２９の直径は棒材直径よりも十分に大きくされている。軸２８が棒材端部を受け取るように、ヘッド４０は棒材端部に対向して位置される。その後、プッシャ（参照符号なし）を動作させることで、棒材端部がマンドレル４から取り出される（図１２）。このプッシャは引っ込められ、スピンドルに新しい棒材を送るための位置まで移動する。一方、回収管２９は（Ｙ軸及びＺ軸上を移動することによって）回収容器６の上方に位置し、タレットが軸４４の周りに回転することによって棒材端部を回収容器６内に落とし回収管２９が空になる（上記及び図１３参照）。

棒材以外の加工品（チャック用部品、軸部品、鋳物部品）の旋盤への供給、及び、機械加工終了後のそれらの取外しは、公知の手法により達成される。

機械加工されるべき加工品は、門型構造のフレームの反対側に決められた方法で配置されたマガジン１０の引出し（例えば、図３では３個の引出しが、また、図１０では４個の引出しが視認できる）の適切な断面（図示せず）のポケットに、規則正しく収納される。図１０を参照し、引出し１３（以前は引出し１２とされた）が機械加工されるべき加工品２７Ｂを収容しており、加工品を機械加工空間５に搬送し旋盤のマンドレル４内に挿入するために、ヘッド４０が特定された加工品を掴むように位置することが分かる。チャックが行われると直ちに取付け及び取外しアームが機械加工空間から除去され、加工品２７Ｂが機械加工される。機械加工が終了すると、上記と同様の方法で逆の搬送が行われる。ここでも同じく、機械加工済みの加工品を収納する前に検査／測定ベンチに送るようにしてもよい。

説明されていない追加の装置を用いて、例えば、第２の機械加工サイクルに加工品（機械加工されていない裏側）を戻すなど、他の段階が実施されてもよいことは理解できる。

一般に、上述した全ての加工は、数値制御を用いて行うと効果的である。

本発明の装置を示す概略斜視図である。 図１Ａで部品を除いた概略斜視図である。 図１Ａの矢印Ｆから見た本装置の正面図である。 図１Ａの矢印Ｒから見た本装置の側面図である。 棒材送り装置の傾斜面からスピンドル中心への機械加工すべき棒材の搬送を示す概略図である。 図４の詳細を示す図である。 図４の詳細を示す図である。 複数種類の加工品の取付け及び取外し用のヘッドを示した図である。 棒材から機械加工された加工品の、機械加工空間における押え込み装置を示した図である。 棒材から機械加工された加工品の、機械加工空間における押え込み装置を示した図である。 掴まれるべき、および機械加工されるべき加工品の上方位置、またはまさに降ろされた加工品の位置、における取付け／取外し装置ヘッドを示した図である。 棒材を機械加工した後に棒材端部を取出す工程を示した図である。 棒材を機械加工した後に棒材端部を取出す工程を示した図である。 棒材を機械加工した後に棒材端部を取出す工程を示した図である。

符号の説明

１ 万能装置
２ 加工中心／ＣＮＣ旋盤
３ スピンドル／ヘッドストック
３Ａ マンドレル／スピンドルの軸
４ マンドレル
５ 機械加工空間
６ 残余材用の回収容器
７ 検査／測定ブロック
８ フレームのプラットフォーム
１０ 材料又は半完成加工品及び／又は加工済み加工品のマガジン
１１、１２、１３ 引出し
１４ 作動用ブラケット
１５ 傾斜テーブル／面
１６ テーブル１５の肩部
１７ 肩部１６内の溝
１８ 棒材
１８Ａ 第１の棒材
１８Ｂ 第２の棒材
２０ 棒材送り装置
２１ キャリッジ
２２ ベンチ
２３ 爪部
２４ 作動用ブラケット
２５ 駆動モーター（Ｘ＋、Ｘ−方向）
２６ 細い材料片
２７Ａ 機械加工済み加工品
２７Ｂ 機械加工されるべき加工品（チャック部材）
２８ 残余材
２９ 回収管
３０ 案内梁（Ｗ＋、Ｗ−方向）
３１ 駆動モーター（Ｗに沿って作動）
３２ 螺子
４０ 複数種類用ヘッド（挿入／取り出し）
４１ ベース
４２ タレット
４３ 共通の傾斜滑動面
４４ 回転軸
４５、４７ マンドレル
４６、４８ 顎部
５０ 門型構造
５１、５２ 垂直梁
５３ 逆Ｕを構成する上部水平梁
５４ ベース梁
５５ 上部水平案内梁（Ｙ）
５６ 梁５５上のキャリッジ（Ｙ移動）
５７ Ｚ移動梁

Claims (6)

1. 材料又は半完成加工品を工作機械であるＣＮＣ旋盤に自動的に送ると共に、機械加工済みの加工品を自動的に取り出すための装置において、
   機械加工されるべき加工品を前記旋盤の前面に機械加工空間を介して装入し、機械加工済みの加工品を前記機械加工空間から取り出すために、少なくとも垂直軸Ｚ上及び水平軸Ｙ上を連続して又は同時に移動可能な加工品装入／取出装置を支持するフレームと、
   加工品マガジンと、
   残余材又は不良品用の回収容器とを備えており、
   前記旋盤のスピンドルの背後を通って棒材の装入を可能にする棒材送り装置を更に備え、
   前記加工品マガジンは、機械加工されるべき少なくとも１つの棒材を受取り可能であり、
   前記棒材送り装置は、第１のモーター手段の作動によりＷ軸上を垂直方向に移動可能なキャリッジと、このキャリッジと連結手段により連結されてＷ軸上を垂直方向に移動可能である、前記棒材を受け取るベンチとを備え、
   前記ベンチは、前記Ｗ軸上の垂直方向の移動とは独立して、第２のモーター手段の作動によりＸ軸上を水平方向に移動可能であることを特徴とする自動送り装置。
2. 前記キャリッジは、前記第１のモーター手段と爪部を有するＶ字型の前記ベンチとを動作させることによって、Ｗ軸上を垂直方向に移動可能であり、
   前記ベンチ及び前記爪部からなる組立体は、前記キャリッジと共に垂直方向に移動可能であることを特徴とする請求項１記載の自動送り装置。
3. 機械加工されるべき前記棒材は、前記加工品マガジンの傾斜テーブル上に載置され、
   前記傾斜テーブルは、前記棒材を前記ベンチの上に搬送可能にするために、前記爪部の通過を許容する溝を端部に有することを特徴とする請求項２記載の自動送り装置。
4. 材料又は半完成加工品を工作機械であるＣＮＣ旋盤に自動的に送ると共に、機械加工済みの加工品を自動的に取り出すための装置において、
   機械加工されるべき加工品を前記旋盤の前面に機械加工空間を介して装入し、機械加工済みの加工品を前記機械加工空間から取り出すために、少なくとも垂直軸Ｚ上及び水平軸Ｙ上を連続して又は同時に移動可能な加工品装入／取出装置を支持するフレームと、
   加工品マガジンと、
   残余材又は不良品用の回収容器とを備えており、
   前記旋盤のスピンドルの背後を通って棒材の装入を可能にする棒材送り装置を更に備え、
   前記加工品マガジンは、機械加工されるべき少なくとも１つの棒材を受取り可能であり、
   前記加工品マガジンは、機械加工されるべき加工品、及び／又は、機械加工済みの加工品を収納する少なくとも１つの引出しを備え、
   各引出しは、連結手段により第２のモーター手段に連結され、前記第２のモーター手段の作動により該引出しの開閉が可能であることを特徴とする自動送り装置。
5. 機械加工されるべき前記棒材は、前記Ｘ軸及びＷ軸上を移動することによって前記旋盤のスピンドル軸上に位置決めされることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動送り装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の自動送り装置の操作方法であって、前記棒材の端部を機械加工空間で回収し、その端部を前記残余材及び不良品用の回収容器に搬送するために、前記棒材の機械加工が終了する毎に前記加工品装入／取出装置を駆動することを特徴とする自動送り装置の操作方法。

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