JP5944754B2 - 端面研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、円柱状の棒材の端面を自動的に研磨する端面研磨装置に関する。

鋼管等の長尺の棒材を切断装置で所定の長さに切り揃える場合、切断後の端面はバリが出て粗くなっているのが通常であり、次の工程でその端面を端面研磨装置で研磨して平滑に仕上げる必要がある。また、棒材切断装置で目的長よりも僅かに長く切断した棒材を、精密制御による研磨工程で正確な長さに仕上げることも行われている。

斯かる端面研磨装置には、例えば特開平６−２３６６０号公報に記載されているように、研磨工程の一部を自動化したものが知られており、また、特開２００２−１１３６５４号公報には、砥石等の研磨部材の交換作業を自動的に行うものも提案されており、これらの機能で作業者の手間を大きく軽減することが可能となる

ところが、研磨工程の大部分を自動化した前述の端面研磨装置においても、ワークを保持手段に対して着脱する作業自体は殆ど自動化されていないのが現状である。これは、ワーク装着時に保持手段の中心軸線に対しワークの中心軸線が僅かでもずれて固定された場合、端面の仕上がり精度が顕著に低下してしまうことから、この部分は人手に頼らざるを得ない状況であることによる。

また、研磨部材の消耗については、前述した装置のようにこれを自動的に取り替えて対処する方式のほか、砥石の表面をドレッサーで平滑化して継続的に使用可能とする方式も知られている。この場合もドレッサー使用時期の判断は作業者によるものであるためマニュアル操作に頼っているのが現状であるが、この対処時期の判定を含めて総て自動的に行えるようになれば、作業者の手間をさらに軽減することができる。

特開平６−２３６６０号公報 特開２００２−１１３６５４号公報

本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、円柱状の棒材の端面を研磨する端面研磨装置について、棒材保持手段に対する棒材の着脱作業を含め作業工程の自動化を一層進めて、作業者の手間をさらに軽減できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、棒材保持手段に対し下方から縦向きに装着した円柱状の棒材の下端面を、モータ駆動で回転している円形砥石の上面に自動的に押圧しながら研磨する端面研磨装置において、前記棒材保持手段は、底面から円錐状または半球状に切り欠いた形状で開口部内径が前記棒材の外径よりも大きな凹部を形成してなる受け部材と、前記凹部の中心軸延長線に中心軸線が一致するように前記棒材保持手段の下方に配置したチャックとを備えており、このチャックの下方から棒材を挿通しその上端側を受け部材の凹部内面に押圧することにより、棒材上端側が傾斜した内面で案内されて凹部の中心軸線に棒材上端の中心が一致した状態で停止し、チャックを閉じることで棒材の中心軸線が前記棒材保持手段の中心軸線に一致した状態で装着が完了するものとされ、前記棒材保持手段の下方には、棒材の下端側を挟持して縦向きに支持する棒材支持手段が配設されており、この棒材支持手段に棒材を直立して支持した状態で前記棒材保持手段を下降させるかまたは前記棒材支持手段を上昇させるか或いはその両方の混合動作により、その棒材上端側を前記棒材保持手段に挿入して装着する、ことを特徴とするものとした。

このように、研磨対象である棒材の上端側を円錐状又は半円状に切り欠いた凹部に押圧することで、その円形の端面中心部分が凹部の中心軸線に一致するように案内され、この状態で凹部の下方に配置したチャックを閉じて棒材の中心軸線が棒材保持手段の中心軸線に一致するものとして、人手に頼らなくてもロボットハンド等の移送手段を用いて棒材保持手段に棒材を正確に装着することができるようになるが、前述のように棒材保持手段の下方に棒材支持手段を配設したことで、ロボットハンド等の移送手段による比較的簡易な動作との組み合わせのみで、棒材保持手段への自動装着が容易に実現できるものとなる。

棒材上端側を棒材保持手段の受け部材に押圧することでその中心を凹部の中心軸線に一致させ、その下方のチャックを閉じることで棒材の中心軸線を棒材保持手段の中心軸線に一致させて装着するものとした本発明によると、棒材保持手段に対する棒材の着脱作業を含めて作業工程の自動化を大きく進めることができ、作業者の手間をさらに軽減可能なものとなる。

（Ａ）は本発明における実施の形態の正面図、（Ｂ）は（Ａ）の右側面図である。 （Ａ）は図１の端面研磨装置の平面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 図（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿う拡大した断面図である。 図３に示した端面研磨装置の動作を説明するための断面図である。 図４の状態から続いて図３に示した端面研磨装置の動作を説明するための断面図である。 図５の状態から続いて図３に示した端面研磨装置の動作を説明するための断面図である。 図６の状態から続いて図３に示した端面研磨装置の動作を説明するための断面図である。 図７の状態から続いて図３に示した端面研磨装置の動作を説明するための断面図である。 図８の状態から続いて図３に示した端面研磨装置の動作を説明するための断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１の端面研磨装置におけるドレッシング部の動作を説明するための拡大した部分縦断面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。尚、以下の説明及び参照する各図において、発明の技術的特徴と関連性の薄い部分である配線、研磨作業用の水供給手段等については記載・表示を簡略化または省略するものとする。また、本発明において、棒材には空洞部のない柱状の部材のほか、空洞部のある筒状の部材（管材）も含まれる。

図１（Ａ）は、本実施の形態の端面研磨装置１の正面図、（Ｂ）はその側面図を示している。この端面研磨装置１は、図示しない棒材切断装置で切断した金属管や樹脂パイプ等の円柱状の棒材１００を、チャック３３及び受け部材３３３１（図３参照）による保持手段で垂直に保持しながら、その切断面である下端面をモータ２５，２６で回転している円形砥石２２，２３の上面にロボシリンダ３１の駆動力で押圧して研磨するものであり、棒材１００端面のバリを切除して滑らかにしたり、その長さを正確に仕上げたりするために用いられる。

斯かる端面研磨装置１は、上面を上向きにして並んで配置されてモータ２５，２６で回転駆動する円形砥石２２，２３を備えた研磨部２と、棒材１００を垂直の状態で保持するとともに保持した棒材１００を上下・左右に移送する機能を備えた棒材保持部３と、円形砥石２２，２３のドレッシング作業を行う砥石ドレッシング部４と、棒材１００を垂直に支持して棒材保持部３との間で受け渡しを行う棒材支持部５とを備えており、これら各部における動作は基本的に電子制御装置１０による自動制御で行われる。

その棒材保持部３は、円形砥石２２，２３の後方位置から垂直に立ち上がった支持板２０上で左右方向に配置されたロボシリンダ２１に沿って左右に摺動動作を行うスライダ板３０と、そのスライダ板３０上に縦向きに配置されたロボシリンダ３１に沿って上下に摺動動作を行うスライダ板３２とを備えており、スライダ板３２の上には、縦向きの保持管３３０とその下部開口端側で中心軸線が一致する配置のチャック３３とが設けられて、これらの中心軸線をその中心軸線とした棒材保持手段を構成しており、これにより棒材１００を縦向き（垂直）に保持したまま上下左右に移送することで自動的に作業を行うものとしている。

また、この図１（Ａ），（Ｂ）は、研磨作業開始前の待機状態を示したものであるが、この時点で棒材保持部３は研磨部２の上方右側位置で待機しており、その下方には、図示しないロボットハンド等で移送された棒材１００の下端側を挟持して縦向きに支持するチャック３５１と、これを上下に動作させるロボシリンダ３５とを備えた棒材支持部５が配設されている。

さらに、スライダ板３０上の保持管３３０の左側には、縦向きに配置したロボシリンダ４１と、これにより上下方向に動作するスライダ板４０と、このスライダ板４０の下端側で下向きに配置されたドレッサーダイヤモンド等によるドレッサー刃４５とを備えて、円形砥石２２，２３の表面再生作業を自動的に行うためのドレッサー部４が配設されている。また、図１（Ｂ）に示すように、チャック３３の開閉作業時にその本体側を係止するためのナットランナー３３３が、後側から前後方向に配設されている。

図２（Ａ）を参照して、円形砥石２２，２３は、研磨面の一部を露出するように平面視並列配置されているが、これらは、荒研ぎ用と仕上げ研ぎ用など、表面荒さの異なる砥石の組み合わせとされて、効率的かつ精度の高い研磨作業が行えるようになっており、ロボシリンダ２１の駆動によるスライダ板３０の左右動作で棒材１００を左右方向に移送することで、使用する砥石を切替えられる配置となっている。

図２（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＸ−Ｘ方向から見た状態を部分的に拡大して示したものであるが、チャック３３は、爪３３５ａ，３３５ｂ，３３５ｃを備えて中央部が上下に開口してなる三つ爪式のものであり、その開口部は上方の保持管３３０（図１参照）の中空部３００に繋がっている。また、その左側にはドレッサー部４が配設されているが、そのドレッサー刃４５は、棒材保持部３の中心軸線（＝保持管３３０の中心軸線）の左右動作軌道上に配置されている。

図３は、図１（Ａ）におけるＹ−Ｙ線に沿う断面図を拡大して示したものであり、棒材保持部３を中心に断面図にしてその構成の詳細を説明するためのものである。図示のように、棒材保持部３の待機位置においては、その中心軸延長線はその下方に配置した棒材支持部５の中心軸線に一致している。

前述したように、棒材保持部３を構成するチャック３３と保持管３３０は、スライダ板３２の上に配置されており、ロボシリンダ３１の駆動力で上下に動作するとともに、任意の位置で正確に停止できるようになっている。その保持管３３０は、下端側が開放した中空部３００を有して内部に上下に摺動可能な受け部材３３０ｃを有してシリンダ状に構成されており、この受け部材３３０ｃがスリムシリンダ３３０ｂの駆動力で上下に摺動するものとしている。

そして、この受け部材３３０ｃの先端側には、底面から円錐状に切り欠いた形状で棒材１００の外径よりも大きな開口部内径を有した凹部３３３１が形成されており、その下方には凹部３３３１の中心軸延長線に中心軸線が一致する位置でチャック３３が配設されており、このチャック３３の下方から横断面円形の棒材１００を挿通して上端側を受け部材３３０ｃの凹部３３３１内面に押圧することにより、棒材１００の上端面が傾斜した内面で案内されて凹部３３３１の中心軸線にその中心が一致した状態で停止し、チャック３３を閉じることで棒材１００の中心軸線が棒材保持部３の中心軸線に一致した状態で装着が完了するようになっており、この点が本発明における特徴部分となっている。

この受け部材３３０ｃの凹部３３３１の切り欠き形状は、図のような円錐状に限らず、深くなるに従い中心軸線に向かって平均的に縮径するものであればよいことから半球状であってもよいが、これよりも外径の小さな棒材１００の上端側をチャック３３の中央を通過させて保持管３３０の中空部３００に挿入することにより、凹部３３３１の傾斜面に上端面外周側を摺接しながら、停止位置で上端面の中心が凹部３３３１の中心軸線を一致するものである。

そのため、断面円形のワークを閉じ状態でその中心位置で挟持する三つ爪式のチャック３３でその下方を保持することにより、円柱状の棒材１００の中心軸線が棒材保持部３の中心軸線に正確に一致した状態で装着される。尚、凹部３３３１の内径は、円柱状の受け部材３３０ｃの底面外径とほぼ一致するとともに中空部３００の内径に近似していることから、棒材１００上端側は凹部３３３１に進入する際に途中で引っ掛かることは殆どない。

尚、本実施の形態におけるチャック３３には、その上部側の回動板３３ｂを本体３３ａと相対的に回動させるアクチュエータ３３ｃが付設されており、図の位置よりもやや下降させた位置でナットランナー３３３の係止体３３３ａ先端側を、本体３３ａ側面の係止凹部３３６に挿入してその回動方向の動きを規制しながら、回動板３３ｂを締め方向又は開放方向に回動させることで、各爪３３５ａ，３３５ｂ，３３５ｃの開閉動作を行うようになっている。

以下に、棒材１００を棒材保持部３に装着して研磨工程に入るまでの動作について、図４乃至図９を用いながらさらに詳細に説明する。尚、その各動作は基本的には制御プログラムを備えた電子制御装置１０の自動制御によるものである。

先ず、図示しない棒材切断装置で切り出された棒材１００は、図４に示すように一点鎖線で示すロボットハンド等で移送され、棒材支持部５の待機位置にあるチャック３５１に下端側を挿入されてその閉じ動作で垂直に固定される。棒材１００が固定されると、図５に示すようにロボシリンダ３１が駆動してスライダ板３２を下降させることで、棒材１００の上端側をチャック３３の中心を通して保持管３３０の中空部３００開口位置まで挿入させる。

次に、図６に示すように、スリムシリンダ３３０ｂの駆動により受け部材３３０ｃが中空部３００内を下降して、凹部３３３１を拡大した円形拡大図に示すように、棒材１００上端面外周を凹部３３３１の傾斜面に摺接させながら押圧することで、棒材１００上端面の中心が凹部３３３１の中心軸線に一致する方向に案内され、停止位置でこれらが一致した状態となる。

受け部材３３０ｃが停止すると、図７に示すように棒材１００の下端側を挟持したチャック３５１がシリンダ３５の駆動により上昇し、棒材１００が研磨作業に適した保持位置になるように位置決めされ、位置決めが完了するとナットランナー３３３が駆動して係止体３３３ａの先端をチャック３３の本体３３ａ側面の係止凹部３３６に挿入してこれを係止し、アクチュエータ３３ｃの駆動で爪３３５ａ，３３５ｂ，３３５ｃを閉じ、これにより棒材１００が棒材保持部３に装着・固定される。

そして、図８に示すように、チャック３５１が下降して元の位置に戻るとともにナットランナー３３３が後退して元の位置に戻り、図９に示すようにロボシリンダ３１の駆動により棒材１００を保持した棒材保持部３は上昇し、その後、ロボシリンダ２１の駆動により円形砥石２３，２２の上方まで横移動して、ロボシリンダ３１の駆動で下降しながら棒材１００の下端面を研磨する。

尚、研磨の際には、棒材１００の円形砥石２２，２３に対する押圧力を図示しない圧力検出センサで連続的に検出しており、適度な圧力を実現するようにロボシリンダ３１又は押圧力調整手段の動作をフィードバック制御するようになっている。また、電子制御装置１０は、棒材１００の装着作業・研磨作業において、各シリンダ・アクチュエータの動作データを基に棒材１００の研磨前・研磨中の正確な長さを検知しており、これを基に各シリンダの動作を正確に制御して棒材１００の仕上がり長さを精密に実現するものとしている。

さらに、棒材１００の一方の端面の研磨作業が完了した場合、前述と逆の動作で棒材１００をチャック３５１による最初の支持位置に戻すことができるが、棒材１００の両端面を研磨する場合には、このようにして最初の支持位置に戻してからロボットハンドを用いて棒材１００を上下逆の向きにして支持させることにより、前述と同じ手順で反対側の端面を研磨することができる。

図１０（Ａ），（Ｂ）を参照して、本実施の形態におけるドレッサー部４の動作を説明すると、図示しない電子制御装置１０は、スライダ板４３上に配設した高精度接触式デジタルセンサ等の所定のセンサ１０ａで、円形砥石２２，２３の平坦度・消耗量を所定のタイミングで自動的に検知するようになっている。そして、電子制御装置１０はその検知データを基に、円形砥石２３でドレッシング作業の必要な状態になったと判定すると、図１０（Ａ）の待機位置からロボシリンダ２１の駆動による横移動で円形砥石２３の上方にドレッサー部４を移動させる。

そして、ロボシリンダ４１を駆動させ、スライダ板４３を下降させて下端側に保持したドレッサー刃４５の先端を円形砥石２３の上面中央付近に当接させ、円形砥石２３を回動駆動させながら、ロボシリンダ２１の駆動によりドレッサー刃４５を横移動させて、中央部を除く研磨面総てを均して再生させる。尚、図３にも示したように、ドレッサー刃４５の摩耗状態を検出する接触式のセンサ１０ｂも配設されており、電子制御手段１０はドレッサー刃４５の交換時期を検知した場合、所定の手段でこれを作業者に報知するようになっている。

このように、本実施の形態による端面研磨装置１は、その作業工程の殆どが電子制御手段１０の制御により自動化されており、円形砥石２２，２３のドレッシング作業も自動的に行われることから、従来例と比べて作業者の手間を大きく軽減する結果となった。

以上述べたように、円柱状の棒材端面を研磨する端面研磨装置について、本発明により、保持手段に対する棒材の着脱作業を含め作業工程の自動化を大きく進めて作業者の手間をさらに軽減することができた。

１ 端面研磨装置、２ 研磨部、３ 棒材保持部、４ ドレッサー部、５ 棒材支持部、１０ 電子制御装置、１０ａ，１０ｂ センサ、２１，３１，４１，３５ ロボシリンダ、３０，３２，４３ スライダ板、２２，２３ 円形砥石、２５，２６ モータ、３３，３５１ チャック、１００ 棒材、３３０ｃ 受け部材、３３３１ 凹部

Claims (1)

1. 棒材保持手段に対し下方から縦向きに装着した円柱状の棒材の下端面を、モータ駆動で回転している円形砥石の上面に自動的に押圧しながら研磨する端面研磨装置において、前記棒材保持手段は、底面から円錐状または半球状に切り欠いた形状で開口部の内径が前記棒材の外径よりも大きな凹部を形成してなる受け部材と、前記凹部の中心軸延長線に中心軸線が一致するように前記棒材保持手段の下方に配置したチャックとを備えており、該チャックの下方から前記棒材を挿通してその上端側を前記受け部材の凹部内面に押圧することにより、前記棒材の上端側が傾斜した内面で案内されて前記凹部の中心軸線に前記棒材上端の中心が一致した状態で停止し、前記チャックを閉じることで前記棒材の中心軸線が前記棒材保持手段の中心軸線に一致した状態で装着が完了するものとされ、前記棒材保持手段の下方には、前記棒材の下端側を挟持して縦向きに支持する棒材支持手段が配設されており、該棒材支持手段に前記棒材を直立して支持した状態で前記棒材保持手段を下降させるかまたは前記棒材支持手段を上昇させるか或いはその両方の混合動作により、前記棒材上端側を前記棒材保持手段に挿入して装着する、ことを特徴とする端面研磨装置。

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