JP6293809B2 - 長尺ワークの順送り自動加工装置 - Google Patents

Description

本発明は長尺ワークの順送り自動加工装置に関し、特に長尺のワークを長手方向に前進させながら、予め設定された部位に対して切断、穴加工、端部切り欠き加工、溶接、その他の加工を順次自動的に行えるようにした装置に関する。

構造材等には型鋼等の鋼材がよく利用される。通常、この種の鋼材は鋼材メーカー等から長尺のままで搬入されることが多く、ガス切断用トーチ等を用い、長尺の鋼材を必要な長さに切断した後、各鋼材の端部を切り欠き加工し、必要な部位に穴あけ等を加工することが行われている。
しかし、従来の加工方法では全て手作業に頼っていたので、作業性が悪く、長い作業時間を必要とし、コストアップを招来していた。

これに対し、Ｉ型鋼をコンベア等によって自動的に送り、所定位置に達したときに送りを停止させ、クランプして幅方向に位置決めし、穴あけなどのフランジ加工を行うようにした加工装置が提案されている（特許文献１）。
しかし、送り中にＩ型鋼が幅方向にずれると、クランプ機構によって幅方向に大きく移動させる必要があって、クランプ機構に加わる負担が大きくなってしまう。

また、長尺ワークをクランプして送り、所定位置に達したときにクランプを解除した後、バイスで長尺ワークを把持して加工を行うようにした加工装置が提案されている（特許文献２）。
しかし、クランプとバイスを繰り返す必要があって、作業効率が悪い。

他方、コンベアラインを幅方向に対して傾斜させるとともに、コンベアライン上に推進機構を搭載し、長尺ワークをコンベアラインの幅方向一側に寄せて幅方向の位置決めを行い、コンベアラインで長尺ワークを推進機構に向けて送って当接させることによって送り方向の位置決めを行い、推進機構によって長尺ワークを前進させ、所定の位置で停止させ、バイスで長尺ワークを把持し、加工を行うようにした加工装置が提案されている（特許文献３）。

特開平０２−１３９１４５号公報 実開平０４−７６３４６号公報 特開平８−１４１８５８号公報

特許文献３記載の加工装置では長尺ワークの幅方向の位置決めが自重によって行われるので、作業効率が優れているものの、傾いた状態で加工を行う必要があるので、高精度の加工を行い難いという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑み、優れた作業効率を維持したまま高精度の加工を行えるようにした長尺ワークの順送り自動加工装置を提供することを課題とする。

そこで、本発明に係る長尺ワークの順送り自動加工装置は、長尺のワークをその長手方向に前進させ停止させて自動加工する装置であって、加工エリアの両側方に幅方向に水平な状態で設けられ、長尺ワークを前進・後退させ得る第１、第２のコンベアラインと、ワーク送り込み側の第１コンベアライン上に設けられ、コンベア搬送力に抗して長尺ワークを前進させる一方、その推進力をコンベア搬送力に対抗させて長尺ワークを停止させた状態に保持し得る推進機構と、第１、第２のコンベアラインの加工エリア近傍にて推進機構の推進力とコンベア搬送力とを対抗させて停止させた状態の長尺ワークを幅寄せして幅方向に位置決めし、推進機構を停止させた状態の長尺ワークを把持し得る第１、第２のバイスと、加工エリア近傍に設けられ、推進機構の推進が停止された状態で第１又は第２のバイスで把持された長尺ワークを加工し得る加工機とを備えたことを特徴とする。

本願発明者は特許文献３記載の加工装置を製作し種々研究したところ、特許文献３記載の加工装置において推進機構の推進力とコンベア搬送力とを対抗させさて長尺ワークを停止させると、重い長尺ワークも小さな力で幅方向に移動させるこができることを知見するに至った。特に、ローラコンベアでコンベアラインを構成すると、長尺ワークとコンベアラインの接触面積が小さく、抵抗が少なくなることから、幅方向の移動がより円滑になることが分かった。

本発明の特徴の１つはコンベアラインを幅方向に水平な状態に設け、推進機構の推進力とコンベア搬送力とを対抗させて長尺ワークを停止させ、その状態でバイスで幅寄せするようにした点にある。
これにより、推進機構の推進力とコンベア搬送力とを対抗させて長尺ワークを停止させた状態では長尺ワークとコンベアラインとの間の摩擦を小さくできるので、長尺ワークをバイスによって把持する前段階において軽く幅方向の位置決めをすることができ、バイスに対する負担が大きくなることがなく、しかも作業効率が悪くなることもない。
また、コンベアラインが幅方向に水平な状態となっているので、長尺ワークに対して高精度の加工を行うことができる。

ワークは長尺材であれば形状は特に限定されず、例えば型鋼の加工に適用できる。加工の種類はどのようなものでもよく、例えば切断、穴あけ、切り欠き、溶接等の各種加工に適用できる。

コンベアラインはベルトコンベアでもよいが、長尺ワークをコンベア搬送力に抗して円滑に前進させるとともに、幅方向に軽く移動させる上で、ローラコンベア製とするのがよい。コンベアラインのローラは全てを駆動してもよく、一部を駆動し、残りをフリーローラとしてもよい。

通常、コンベアライン上にワークを加工する場合、長手方向の位置決めばかりでなく、幅方向の位置決めを行う必要がある。長手方向の位置決めについてはワークの送りを正確な初期位置から開始し、高精度で送り距離を制御すればよい。

第１、第２のバイスは一対の爪体と駆動機構、例えばエアーシリンダ、油圧シリンダ、モータと送りねじ機構との組合せ等からなり幅寄せ機構を用い、一方の爪体を他方の爪体にスライドさせて長尺ワークを幅寄せし、把持するものであればよい。

推進機構はラック・ピニオンやボールねじ等で推進させる方式を採用してもよいが、構造が複雑になるとともにコストアップを招来する。そこで、駆動モータとチェーンで推進させるのが好ましい。推進機構にはワークの当接による衝撃を吸収しうる機構を内蔵するのがよい。

加工機は複数の異なる加工を選択して行えるものであればよい。例えば、複数の加工具、例えばガス切断トーチ、ドリル及び溶接トーチを備え、１つを選択できる加工機でもよいが、プラズマトーチを備え、これをＸＹＺの３方向に移動させうる加工ロボットを使用するのが作業効率上やスペース的に好ましい。

制御装置はマイクロコンピュータやシーケンサー等で構成するが、加工条件をワークに応じて適宜設定できるようにする必要がある。

本発明に係る長尺ワークの順送り自動加工装置の好ましい実施形態の要部を示す概略側面図である。 上記実施形態における推進機構と第１のコンベアラインを示す側面構成図である。 上記実施形態における第１コンベアラインと推進機構との関係を示す正面図である。 上記実施形態におけるストッパーを示す構成図である。

以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１ないし図４は本発明に係る長尺ワークの順送り自動加工装置の好ましい実施形態を示す。図において、加工エリアＡの両側方には第１、第２のコンベアライン１０、１１が一直線上に配置され、両コンベアライン１０、１１間には中間補助ローラ１２、１３が設けられている。

第１、第２のコンベアライン１０、１１は所定長さ、例えば送り込み側の第１がコンベアライン１０が１５ｍで、送り出し側の第２コンベアライン１１が１２ｍのコンベアフレーム１００、１１０に複数のコンベアローラ１０１、１１１を長手方向に所定間隔をあけかつ回転自在に支承して構成され、複数のコンベアローラ１０１、１１１のうち、後端側と先端側及び中間の一部、例えば所定数毎のコンベアローラ１０１、１１１の両端にはスプロケット１０２、１１２が取付けられて駆動チェーン１０３、１１３が無端状に掛けわたされている。

第１コンベアライン１０及び第２コンベアライン１１の中間のコンベアローラ１０１、１１１には駆動スプロケット１０４、１１４が取付けられ、駆動スプロケット１０４、１１４は搬送用モータ１０５、１１５のスプロケットとチェーン１０６、１１６によって連結され、搭載された長尺ワークを搬送しうるようになっている。

第１、第２のコンベアライン１０、１１は図３に示すようにコンベアローラ１０１、１１１が幅方向に水平となるように設けられている。

第１コンベアライン１０の終端側及び第２コンベアライン１１の始端側には加工エリアＡ近傍にて第１、第２のバイス１４、１５が設けられている。この第１、第２のバイス１４、１５はコンベアライン１０、１１の幅方向の一側に一方が固定され、他方が幅方向にスライド可能な一対の爪体と、他方の爪体をスライドさせる油圧又はエアーシリンダとから構成され、長尺ワークを幅寄せし、把持し固定しうるようになっている。

中間補助ローラ１２、１３は、先端ローラを有するリンクの中央部分をコンベアフレーム１００、１１０に軸支し、リンク他端にはコンベアフレーム１００、１１０に取付けられた油圧シリンダのロッドを連結して構成され、中間補助ローラ１２、１３は加工エリアＡとコンベアライン１０、１１下方との間で出没可能となっている。

加工エリアＡ内にはストッパー１６が設けられている。このストッパー１６では図４に示すように、コンベアフレーム１００の下面には前後一対の取付ブラケット１６０、１６１が取付けられ、前方取付ブラケット１６０にはガイド１６２が設けられ、ガイド１６２には水平に延びるガイド溝が形成されて１つのスライドピンがスライド自在に収容され、両スライドピンはアーム１６３の基部に取付けられている。ガイド溝の後半部分上方はスライドピンが抜け出し可能に開放され、取付ブラケット１６０の後端縁にはガイド溝から抜け出したスライドピンを上方にガイドする略円弧状のガイド縁１６４が形成され、アーム１６３は前後への進退と上下への揺動とを組合せた動作が可能となっている。

他方、後側取付ブラケット１６１には油圧シリンダ１６５が揺動可能に取付けられ、該油圧シリンダ１６５のロッドはアーム１６３の下端に連結されてアーム１６３を駆動し、アーム１６３は加工エリアＡ内のコンベアライン１００、１１０よりも上方に突出した当接位置からコンベアライン１００、１１０の下方の退避位置に向けて一旦後退した後下方に揺動することによって当接した長尺ワークを動かすことなく没入しうるようになっている。このアーム１６３の先端には位置決め片が設けられ、該位置決め片にはリミットスイッチ１６６をＯＮ・ＯＦＦさせるロッドが設けられている。

第１コンベアライン１０には推進機構１７が搭載されている。この推進機構１７では、第１コンベアフレーム１０の始端及び終端のコンベアローラ１０１の一端には推進用スプロケット１７０が取付けられ、前後の推進用スプロケット１７０間には各々推進用チェーンが掛け渡され、推進用チェーンの間にはボート１７１の両端縁が固定され、ボート１７１はコンベアローラ１０１上に載置されている。

コンベアフレーム１００の始端下方には駆動モータ１７２が取付けられ、該駆動モータ１７２の回転軸には駆動スプロケットが取付けられ、該スプロケットはチェーン１７３によって始端側の推進用スプロケット１７０に連結され、又駆動モータ１７２にはロータリエンコーダが取付けられ、モータ回転数から推進距離を演算できるようになっている。

ボート１７１上にはブラケットによってパワーシリンダ１７４が取付けられ、パワーシリンダ１７４はブレーキ付モータの回転をギアで減速してボールねじに伝え、ロッドをストロークさせる構造を有するとともに、予圧されたばね定数の異なる２種類の皿ばねとリミットスイッチとを組合せてなる推力検知ばねユニットを内蔵し、ロッドの受ける衝撃を吸収しかつロッドを所定のストローク位置に保持しうるようになっている。

また、ボート１７１上には推進バー１７５が搭載されてパワーシリンダ１７４のロッド先端に固定され、推進バー１７５とボート１７０との間にはオイルレスブッシュが介設されて推進バー１７５はスライド自在となっている。

コンベアフレーム１００の一側の上端縁にはトロリーダクト１８が長手方向全長にわたって取付けられ、トロリーを介してパワーシリンダ１７４に電源を供給できるようになっている。

加工エリアＡ近傍には加工ロボット（図示せず）が設けられ、加工ロボットはＸＹＺの３方向に移動可能なアームの先端にプラズマトーチを取付けて構成されている。制御装置はマイクロコンピュータで構成され、第１、第２のコンベアライン１０、１１、中間補助ローラ１２、１３、第１、第２のバイス１４、１５、ストッパー１６、推進機構１７及び加工ロボット２０を駆動し制御するようになっている。

次に、加工方法について説明する。型鋼等の長尺のワークを順送り加工する場合、まず制御装置をＯＮさせ、制御装置にワークに対応した条件設定を行う。条件には加工基準がワーク後端か始端か、推進機構１７の初期位置、ワークの加工位置及び加工の種類が含まれる。

次に、ワークを第１コンベアライン１０上に搭載し、システムを起動すると、加工基準がワーク後端の場合、推進機構１７が入力された初期位置に移動され、第１、第２コンベアライン１０、１１が駆動される。ワークは第１コンベアライン１０始端側に向けて搬送され、推進機構１７の推進バー１７５と当接すると、推進機構１７の推進力とコンベア搬送力とが対抗してワークは停止状態に維持され、ワークの後端を長手方向の初期位置に位置決めできるので、第１バイス１４でワークを幅寄せして幅方向の位置決めを行った後、推進機構１７を停止させて第１バイス１４でワークを把持して固定し、加工ロボットを作動させてワークの先端側を切断すると、ワークは所定の寸法となる。

ワークを定寸に加工できると、第１バイス１４を開き、推進機構１７を作動させることによってワークを前進させるが、ワークには第１コンベアライン１０の搬送力によって常に推進バー１７５に当接されているので、ワークを高精度に前進させることができる。また、ワークの先端側は第２コンベアライン１１側に送り出される。

ワークが予め設定された距離だけ前進すると、推進機構１７の前進が停止されるが、ワークには第１、第２のコンベアライン１０、１１の搬送力が作用しているので、ワークが慣性でさらに前進してしまうことはなく、所望の位置に正確に停止する。

ワークが停止すると、第１バイス１４でワークを幅方向に位置決めするとともに把持し、加工ロボットが制御装置に入力された種類の加工、例えば切断、穴あけ、切り欠き、溶接等の加工を行う。同様に、制御装置に入力された条件に応じて第１バイス１４の開放、前進、停止、第１バイス１４の幅方向位置決め、把持及び加工の動作が繰り返され、ワークＷの中間部分が加工される。

ワークの中間加工が済み、加工予定部位がワークの後端側になると、推進機構１７が第１バイス１４の把持動作の邪魔となる。そこで、今度は推進機構１７をワークの後端側大部分が第２コンベアライン１１側に送り込むまれるように前進させ、ワークの後端を加工エリア内に設定し、推進機構１７を停止させる。推進機構１７が停止すると、第２コンベアライン１１側の第２バイス１５でワークＷを幅方向位置決めして把持し、推進機構１７を後退させる。推進機構１７は同じ条件で加工を繰り返す場合には初期位置に後退させる。最後に、ワークの後端に対して制御装置に入力された加工を行い、第２バイス１５を開くとともに、第２コンベアライン１１を逆転させ、加工の済んだワークを送り出す。

ワークの先端を基準に加工を行う場合、推進機構１７の初期位置設定は行わず、第１、第２のコンベアライン１０、１１を駆動させてワークＷをまず推進機構１７に当接させた後、加工エリアＡ内に第２コンベアライン１１側のストッパー１６を突出させる。

次に、推進機構１７を前進させてワークの先端をストッパー１６に当接させた後、ストッパー１６を没入させると、ストッパー１６の正確な位置が予め判明しているので、ワークの先端を位置決めでき、その位置を初期位置とし、制御装置に入力された加工予定位置を補正する。後は、求められた初期位置を基準に中間加工及び最終加工を行う。この場合、定寸より長いワークは勿論、定寸よりも短いワークに対しても順送り自動加工が適用できる。但し、定寸よりも短いワークの場合は最終加工のみが不良となるが、他の部分の加工は設定通りできる。

１０ 第１コンベアライン
１１ 第２コンベアライン
１４ 第１バイス
１５ 第２バイス
１７ 推進機構

Claims (1)

1. 長尺のワークをその長手方向に前進させ停止させて自動加工する装置であって、
   加工エリア（Ａ）の両側方に設けられ、幅方向に水平な複数のフリーローラと所定の数のフリーローラの間にて幅方向に水平な駆動ローラとから構成され、駆動ローラの回転・逆転にて長尺ワークを前進・後退させ、ワークを加工エリア（Ａ）にて水平な状態に保持し得る第１、第２のコンベアライン（１０，１１）と、
   ワーク送り込み側の第１コンベアライン（１０）上に搭載され、コンベア搬送力に抗して長尺ワークを前進させる一方、その推進力をコンベア搬送力に対抗させて長尺ワークを停止させた状態に保持し得る推進機構（１７）と、
   第１、第２のコンベアライン（１０，１１）の加工エリア（Ａ）近傍に設けられ、一対の爪体と駆動機構からなり、一方の爪体を他方の爪体にスライドさせて長尺ワークを幅寄せし得る幅寄せ機構を構成しており、推進機構（１７）の推進力とコンベア搬送力とを対抗させて停止させた水平な状態の長尺ワークを幅寄せして幅方向に位置決めし、推進機構（１７）を停止させた状態の長尺ワークを把持し得る第１、第２のバイス（１４，１５）と、
   加工エリア（Ａ）近傍にて推進機構（１７）の推進が停止された状態で第１又は第２のバイス（１４，１５）で把持された長尺ワークを水平な状態で加工し得る加工機と、を備えたことを特徴とする長尺ワークの順送り自動加工装置。

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