JP6537546B2 - 加工システム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットおよび工作機械を備える加工システムに関する。

工作機械は、複数のワークを順番に加工することができる。工作機械にてワークを加工する際には、ワークが工作機械のテーブルに固定される。１つのワークの加工が完了した後にはワークが取り替えられる。ワークを取り替える場合に、ロボットを用いることができる。ワークをロボットにて取り替えることにより、作業効率の向上を図ることができる。

特開平４−１１５８８５号公報には、ワークを搬送する走行ロボットと工作機械を備える装置が開示されている。この公報には、走行ロボットが走行軸に沿って移動することにより、ワークを工作機械に搬入したり、ワークをテーブルに取付けたり、およびワークを工作機械から搬出したりすることが開示されている。

特開２０１６−２１５３５９号公報においては、ワークを把持するハンドを有するロボットと、工具を回転させる加工機とを備える加工システムが開示されている。この加工システムでは、ロボットを駆動することにより、ハンドに把持されたワークを工具に押し付けてワークを加工することが開示されている。

特開平４−１１５８８５号公報 特開２０１６−２１５３５９号公報

工作機械およびロボットを備える加工システムにおいて、ロボットは、加工前のワークをテーブルに配置する。取付け部材によってワークをテーブルに固定した後には、ロボットは、ワークから離れた待機位置まで移動する。ロボットは、ワークの加工の期間中は、予め定められた待機位置にて待機している。ワークの加工が完了した後に、ロボットは、加工後のワークを把持し、取付け部材がワークの固定を解除すると加工後のワークを工作機械から取り出す。このように、ロボットにてワークを交換する場合には、多くの工程が存在するために時間がかかり、改善の余地があった。

また、工作機械のテーブルには、ワークを固定する為の取付け部材を配置する必要がある。そして、ワークの種類が変更になった場合には、ワークを固定するための取付け部材を新たに購入したり製造したりする必要がある。また、ワークの種類が変更になった場合には、工作機械による加工を停止して、取付け部材を交換する必要がある。このために、加工システムの稼働率が低下するという問題があった。

ロボットがワークを把持した状態でワークを工具に押し当てて加工する方法では、比較的軽い研磨などの加工を行うことができる。しかしながら、ワークを切削する場合等にはワークに対して大きな力が加わる。ロボットは、ワークに加わる力に対する反力を供給できるような剛性を有していない。このために、この方法では、高精度な切削を行うことができないという問題があった。

本発明は、簡易な構成で作業時間を短くすることができる加工システムを提供することを目的とする。

本発明の加工システムは、工具が取り付けられた主軸をワークに対して相対的に移動させる移動装置を含み、ワークの加工を行う工作機械と、工作機械に対してワークの搬入および搬出を行うロボットと、ロボットに取り付けられ、ワークを把持する把持装置とを備える。加工システムは、工作機械、把持装置、およびロボットを制御する制御装置を備える。ロボットは、工具に対して把持装置に把持されたワークの向きを変更可能に回転させる手首部を有する多関節ロボットである。工作機械は、基台と、基台に対して固定されて不動の固定装置とを含む。把持装置は、固定装置に係合する係合部を含む。固定装置は、係合部を固定装置に向かって引くことにより把持装置を固定装置に固定し、係合部を引く動作を解除することにより把持装置を解放する固定機構を有しており、更に、予め定められた複数の向きに係合部が向いている時に係合部に嵌合する部分を有し、嵌合する部分が係合部に嵌合した時の向きにて係合部を固定するように形成されている。工作機械にてワークを加工する期間中に、制御装置は、ロボットが把持装置を支持した状態を維持すると共に、固定装置の固定機構が係合部を固定装置に向かって引くことにより把持装置を固定した状態を維持する。更に、制御装置は、把持装置の向きが維持された状態で加工を実施する。ワークの一部分を加工した後に固定装置の固定機構が係合部の固定を解除して把持装置を解放し、ロボットの手首部が回転することによりワークの向きが変更され、ワークの向きが変更された状態で固定装置の固定機構は係合部を固定装置に向かって引くことにより把持装置を固定し、工作機械はワークの他の部分を加工する。

上記発明においては、工作機械は、工具が水平方向に延びるように工具を支持する主軸を含むことができる。ロボットは、固定装置に対して工具が配置されている側と反対側に配置されることができる。
上記発明においては、係合部は、手首部の回転軸の周りに配置された第１の環状部材を有することができる。固定装置は、係合部を固定した時に手首部の回転軸の周りに配置され、第１の環状部材に対向する第２の環状部材を有することができる。第１の環状部材は、第２の環状部材に対向する表面に形成された複数の突出部を有することができる。第２の環状部材は、第１の環状部材に対向する表面に形成された複数の突出部を有することができる。第１の環状部材の突出部は、第２の環状部材の突出部同士の間の凹み部に嵌合するように形成されることができる。
上記発明においては、固定装置は、複数の棒状部を有することができる。係合部は、複数の棒状部の先端が挿入されて複数の棒状部に嵌合する複数の穴部を有することができる。固定機構は、棒状部に配置され、係合部を引くことにより係合部を棒状部に固定する。

本発明の加工システムは、簡易な構成で作業時間を短くすることができる。

実施の形態における第１の加工システムの側面図である。 実施の形態における加工システムのブロック図である。 把持装置を工作機械の加工室に搬送する時の工作機械の部分断面図である。 把持装置を工作機械の加工室に搬送した時の工作機械の正面図である。 第１の把持装置を固定する前の第１の把持装置および第１の固定装置の拡大側面図である。 第１の把持装置を固定する前の第１の把持装置および第１の固定装置の拡大平面図である。 第１の把持装置を固定した後の第１の把持装置および第１の固定装置の拡大側面図である。 第１の把持装置を固定した後の第１の把持装置および第１の固定装置の拡大平面図である。 第１の固定装置の棒状部および第１の把持装置の係合部の断面図である。 第１の固定装置の棒状部および第１の把持装置の係合部の拡大断面図である。 比較例の従来の加工システムの側面図である。 第１の把持装置を固定した後の第１の把持装置および第１の固定装置の他の拡大側面図である。 第１の把持装置を固定した後の第１の把持装置および第１の固定装置の他の拡大平面図である。 第１の把持装置を固定した後の第１の把持装置および第１の固定装置の更に他の拡大平面図である。 第２の把持装置を固定する前の第２の把持装置および第２の固定装置の拡大側面図である。 第２の把持装置を固定する前の第２の把持装置および第２の固定装置の拡大平面図である。 第２の把持装置を固定した後の第２の把持装置および第２の固定装置の拡大側面図である。 第２の把持装置を固定した後の第２の把持装置および第２の固定装置の拡大平面図である。 第２の把持装置の係合部および第２の固定装置の断面図である。 第２の把持装置の係合部および第２の固定装置の拡大断面図である。 第２の把持装置の環状部材の平面図である。 第２の把持装置を固定した後の第２の把持装置および第２の固定装置の他の拡大側面図である。 第２の把持装置を固定した後の第２の把持装置および第２の固定装置の他の拡大平面図である。 実施の形態における第３の把持装置の側面図である。 実施の形態における第２の加工システムの概略平面図である。 実施の形態における第３の加工システムの概略側面図である。 実施の形態における第４の加工システムの概略平面図である。

図１から図２７を参照して、実施の形態における加工システムについて説明する。本実施の形態の加工システムでは、工作機械がワークを加工する。工作機械においてワークの加工が完了すると、ロボットがワークを交換する。

図１は、本実施の形態における第１の加工システムの概略側面図である。図２は、本実施の形態における加工システムのブロック図である。図１および図２を参照して、第１の加工システム８は、工作機械１０およびロボット５０を備える。工作機械１０は、ワーク１を加工する。例えば、工作機械１０は、ワーク１を切削したりワーク１に穴を形成したりする。本実施の形態の工作機械１０は、主軸に支持された工具２２が水平方向に延びている横形の工作機械である。

本実施の形態における工作機械１０は、数値制御式である。工作機械１０は、工具２２とワーク１とを相対移動させる移動装置２３を備える。移動装置２３は、送り軸の方向に工作機械１０の部材を移動させる。本実施の形態の工作機械１０には、送り軸として互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が設定されている。

工作機械１０は、工場等の床面に設置される基台としてのベッド１２を備える。ベッド１２の上面には、Ｚ軸ガイドレールを介してコラム１６が配置されている。コラム１６は、ベッド１２に対して、Ｚ軸方向（図１において左右方向）に移動する。移動装置２３は、ワーク１に対して工具２２をＺ軸方向に相対移動させるＺ軸移動装置を含む。Ｚ軸移動装置は、コラム１６を移動する駆動モータを含む。

コラム１６のワーク１に対向する前面には、Ｘ軸ガイドレールを介してサドル１７が配置されている。サドル１７は、コラム１６に対して移動する。サドル１７は、Ｘ軸方向（図１の紙面に垂直方向）に移動する。移動装置２３は、ワーク１に対して工具２２をＸ軸方向に相対移動させるＸ軸移動装置を含む。Ｘ軸移動装置は、サドル１７を移動させる駆動モータを含む。

サドル１７のワーク１に対向する前面には、Ｙ軸ガイドレールを介して主軸ヘッド１８が配置されている。主軸ヘッド１８は、サドル１７に対して移動する。主軸ヘッド１８は、Ｙ軸方向（図１において上下方向）に移動する。移動装置２３は、ワーク１に対して工具２２をＹ軸方向に相対移動させるＹ軸移動装置を含む。Ｙ軸移動装置は、主軸ヘッド１８を移動させる駆動モータを含む。主軸ヘッド１８は、工具２２を支持する主軸を含む。本実施の形態の工作機械１０では、主軸および工具２２は、水平方向に延びている。主軸ヘッド１８は、工具２２を中心軸の周りに回転させる主軸モータを含む。

本実施の形態の工作機械１０は、コラム１６、サドル１７、および主軸ヘッド１８が送り軸に沿って移動することにより、ワーク１に対して工具２２を相対的に移動させることができる。なお、工作機械が有する送り軸としては、この形態に限られず、工具とワークとを相対的に移動させる任意の送り軸を設定することができる。たとえば、送り軸は、回転送り軸を含んでいても構わない。

工作機械１０は、ベッド１２に支持されたテーブル１４を含む。本実施の形態のテーブル１４は、移動せずにベッド１２に固定されている。テーブル１４の上面には、ロボット５０に取り付けられた把持装置６１を固定する固定装置３１が配置されている。固定装置３１は、テーブル１４を介してベッド１２に支持されている。固定装置３１は、把持装置６１を固定したり解放したりするように形成されている。テーブル１４としては、この形態に限られず、予め定められた送り軸の方向に移動可能に形成されていても構わない。

ロボット５０は、工作機械１０に対してワーク１を搬入したり、ワーク１を搬出したりする。第１の加工システム８では、ロボット５０は、工作機械１０の外側に配置されている。本実施の形態のロボット５０は、複数の関節部５７を有する多関節ロボットである。ロボット５０は、関節部５７および旋回部５３を駆動することにより、位置および姿勢が変化する。

本実施の形態のロボット５０は、６軸のロボットである。ロボット５０は、架台５５に固定された基台５４と、基台５４に対して回転する旋回部５３とを含む。旋回部５３は、鉛直方向に延びる軸線の周りに回転可能に形成されている。ロボット５０は、旋回部５３に支持された複数のアーム５１と、アーム５１を所望の方向に移動する関節部５７とを含む。ロボット５０は、上部のアーム５１に回転可能に支持された手首部５２を含む。

ロボット５０は、位置および姿勢を変更するための駆動装置５６を含む。駆動装置５６は、関節部５７に配置された駆動モータを含む。また、駆動装置５６は、旋回部５３および手首部５２を回転させる駆動モータを含む。

加工システム８は、ロボット５０に取り付けられた把持装置６１を備える。把持装置６１は、ロボット５０の手首部５２に固定されている。ロボット５０は、把持装置６１を支持している。把持装置６１は、ワーク１を把持したり解放したりする機能を有する。本実施の形態の把持装置６１は、工具２２にてワーク１を切削することができるように、強くワーク１を把持する。把持装置６１は、油圧シリンダ（図示せず）を内蔵し、外部から油圧を供給することにより駆動される。

本実施の形態の加工システムは、工作機械１０、ロボット５０、および把持装置６１を制御する制御装置９０を備える。制御装置９０は、工作機械１０の移動装置２３および固定装置３１を制御する機械制御装置９１を含む。機械制御装置９１は、例えば、バスを介して互いに接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、およびＲＯＭ（Read Only Memory）等を備える演算処理装置にて構成されている。

機械制御装置９１には、工作機械１０を駆動する手順が設定された加工プログラム９４が入力される。機械制御装置９１は、移動装置２３に送り軸の送り指令を送出する数値制御部９２を含む。移動装置２３は、送り指令に基づいてワーク１と工具２２との相対移動を行う。数値制御部９２は、加工プログラム９４に基づいて、移動装置２３を制御する。機械制御装置９１は、固定装置３１に駆動指令を送出する固定制御部９３を含む。固定制御部９３は、加工プログラム９４に基づいて固定装置３１を制御する。

制御装置９０は、ロボット５０および把持装置６１を制御するロボット制御装置９６を含む。ロボット制御装置９６は、機械制御装置９１と同様に、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、およびＲＯＭ等を備える演算処理装置にて構成されている。

ロボット制御装置９６には、ロボット５０および把持装置６１を駆動する手順が設定された動作プログラム９９が入力される。ロボット制御装置９６は、ロボット５０の駆動装置５６に動作指令を送出する動作制御部９７を含む。動作制御部９７は、動作プログラム９９に基づいて、ロボット５０の駆動装置５６を制御する。ロボット制御装置９６は、把持装置６１に駆動指令を送出する把持制御部９８を含む。把持制御部９８は、動作プログラム９９に基づいて、把持装置６１を制御する。

機械制御装置９１とロボット制御装置９６とは互いに通信ができるように形成されている。本実施の形態における制御装置９０は、機械制御装置９１とロボット制御装置９６とを含むが、この形態に限らない。制御装置は、機械制御装置とロボット制御装置とが一体的に形成されていても構わない。または、制御装置は、機械制御装置およびロボット制御装置を制御するＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等のシーケンサを含んでいても構わない。

図１は、工作機械１０がワーク１を加工する時の状態を示している。本実施の形態におけるロボット５０は、工作機械１０の外側に配置されている載置台から工作機械１０の加工室１１にワーク１を搬送する。ロボット５０に取り付けられた把持装置６１は、テーブル１４に配置された固定装置３１に固定される。工作機械１０にてワーク１を加工する期間中には、固定装置３１は把持装置６１を固定した状態を維持する。更に、ロボット５０は、把持装置６１を支持した状態を維持する。

ワーク１を加工する期間中には、把持装置６１およびロボット５０のアーム５１の一部は、工作機械１０の加工室１１の内部に配置される。本実施の形態におけるロボット５０および把持装置６１は、防水の機能を有する。

図３に、ロボットが把持装置を加工室に搬入しているときの部分断面図を示す。図４に、加工期間中における工作機械の正面図を示す。図３および図４を参照して、工作機械１０は、加工室１１の周りに配置されたスプラッシュガードとしての壁部を有する。工作機械１０の前方には前壁部２４が形成されている。前壁部２４には、矢印１０１に示すように開いたり閉じたりする扉２５が配置されている。前壁部２４には、作業者が加工室１１の内部を見ることが出来るように、窓部２６が形成されている。

扉２５には、切欠き部２５ａが形成されている。切欠き部２５ａは、ロボット５０のアーム５１の形状に対応するように形成されている。切欠き部２５ａの表面には、密閉部材２７が配置されている。扉２５が閉じることにより、ロボット５０のアーム５１に密閉部材２７が密着する。密閉部材２７の機能により、加工室１１の内部が密閉される。

次に、固定装置および把持装置の例について詳しく説明する。図５に、本実施の形態における第１の把持装置および第１の固定装置の拡大側面図を示す。図６に、本実施の形態における第１の把持装置および第１の固定装置の拡大平面図を示す。図５および図６は、把持装置６１が固定装置３１に固定される前の状態を示している。図５および図６を参照して、把持装置６１は、ロボット５０の手首部５２に連結されている。手首部５２は、軸線１２１の周りに回転するように形成されている。手首部５２が駆動されることにより、把持装置６１の向きが変化する。

把持装置６１は、基部６２と、基部６２に支持された支持部６３，６４とを含む。上下に配置された一対の支持部６３，６４は、基部６２に内蔵された油圧シリンダ（図示せず）によって、互いの間隔を閉じたり開いたりできる。把持装置６１は、ワーク１に接触する複数のピン６６を含む。複数のピン６６は、矢印１０２に示すように、支持部６４から飛び出したり支持部６４の内部に移動したりする。複数のピン６６は、ばねにより突出する方向に付勢されている。ピン６６は、一対の支持部６３，６４が閉じてワーク１を把持する時に、ワーク１に接触する。それぞれのピン６６は、ワーク１の形状に合わせて支持部６４から突出する長さが定まる。把持装置６１は、複数のピン６６がワーク１に接触した状態でピン６６を固定することにより、ワーク１を把持することができる。ピン６６を固定する固定機構は、基部６２および支持部６３，６４の内部に配置されている。

把持装置６１は、ワーク１の形状に対応して複数のピン６６の位置が定まる。把持装置６１は、様々な形状のワークを把持することができる。複数の種類のワークを把持できる把持装置は、ユニバーサルハンドとも称される。また、把持装置６１は、油圧力と複数のピン６６にてワーク１を把持するために、切削する期間中にワークが移動しないような十分な把持力を有する。把持装置６１は、強い力にてワーク１を把持することができる。把持装置６１のアクチュエータは、油圧シリンダに限られず、空気圧シリンダまたは電動モータ等でも構わない。

把持装置６１は、固定装置３１に係合する係合部６７を有する。係合部６７は、基部６２に固定されている。係合部６７は、固定装置３１の棒状部３２の先端が挿入する穴部６８を有する。穴部６８は、固定装置３１の棒状部３２の位置に対応して形成されている。また、穴部６８は、棒状部３２の先端に嵌合する形状を有する。

固定装置３１は、複数の棒状部３２を有する。本実施の形態においては、４本の棒状部３２が形成されている。４本の棒状部３２は、平面視した時に正方形の角部に配置されるように形成されている。

図７に、第１の把持装置が第１の固定装置に固定された時の拡大側面図を示す。図８に、第１の把持装置が第１の固定装置に固定された時の拡大平面図を示す。図９に、図７におけるＡ−Ａ線で切断したときの断面図を示す。図７から図９を参照して、ロボット５０が位置および姿勢を変更することにより、固定装置３１の棒状部３２の先端は、係合部６７に形成された穴部６８に嵌合する。棒状部３２の先端および係合部６７の穴部６８は、テーパ形状を有している。

図１０に、固定装置の棒状部と把持装置の係合部とが係合する部分の拡大断面図を示す。係合部６７は、穴部６８の中央部から穴部６８の内部に突出するように固定されたプルボルト６９を含む。固定装置３１の棒状部３２の先端には、プルボルト６９を引き込むためのスライド部材３３が配置されている。スライド部材３３は、矢印１０３に示すように棒状部３２の内部を移動できるように形成されている。スライド部材３３は、いわゆるボールコレットである。

本実施の形態の固定装置３１は、油圧により把持装置６１を固定する。棒状部３２の内部には、油室３４，３６が形成されている。棒状部３２の内部には、油室３４に制御油を供給する供給路３５および油室３６に制御油を供給する供給路３７が形成されている。固定装置３１は、油室３４または油室３６に制御油を供給する油供給装置を有する。

固定装置３１が把持装置６１を固定する場合に、油供給装置は、矢印１０６に示す様に、油室３４に制御油を供給する。スライド部材３３に係合する留め部材３８は、プルボルト６９を引っ張る。プルボルト６９が引っ張られることにより、係合部６７は棒状部３２に強く固定される。係合部６７の固定を解除する場合には、油供給装置は、矢印１０７に示す様に、油室３６に制御油を供給する。スライド部材３３は、係合部６７に向かって移動する。留め部材３８が窪み部３９に配置されることにより、プルボルト６９は、スライド部材３３から抜くことが可能になる。そして、係合部６７の固定が解除される。ロボット５０は、把持装置６１を移動することができる。

図１０に示す固定機構は、固定装置３１のそれぞれの棒状部３２の先端部に配置されている。このため固定装置３１は、４箇所において把持装置６１を固定することができる。なお、固定機構としては、この形態に限られず、把持装置の係合部を固定装置に固定できる任意の機構を採用することができる。

棒状部３２の内部には、棒状部３２の上面に圧縮された空気を供給するための空気供給路４１が形成されている。固定装置３１は、矢印１０８に示す様に、空気供給路４１に圧縮された空気を供給する空気供給装置を有する。係合部６７が棒状部３２に固定される時に、係合部６７と棒状部３２との間に異物が挟まる虞がある。空気供給装置は、係合部６７が棒状部３２に接近した状態で空気を供給することができる。この制御により、穴部６８の内面または棒状部３２の外面に存在する異物を排除することができる。

次に、ワーク１を加工するときの制御について説明する。図２、図３、図５、および図６を参照して、加工前のワーク１は、例えば、ロボット５０の側方に配置された載置台（図示せず）に配置されている。ロボット制御装置９６が把持装置６１を駆動することにより、把持装置６１は加工前のワーク１を把持する。ロボット制御装置９６がロボット５０を駆動することにより、矢印１０５に示す様に、把持装置６１は加工室１１の内部に搬送される。ワーク１は、把持装置６１と共に搬送される。

図１、図２、図７、および図８を参照して、ロボット５０の動作により、把持装置６１は、固定装置３１に連結される。機械制御装置９１は、固定装置３１を駆動して把持装置６１を固定する。ワーク１は、把持装置６１および固定装置３１を介してテーブル１４に固定される。固定装置３１は、ワーク１を固定する主治具として機能する。把持装置６１は、ワーク１を固定する補助治具として機能する。機械制御装置９１は、前壁部２４に配置された扉２５を閉じる。

次に、機械制御装置９１は、ワーク１を加工する。機械制御装置９１は、移動装置２３を駆動する。工具２２が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に移動することにより、ワーク１を任意の形状に加工することができる。工作機械１０にてワーク１を加工する期間中には、ロボット制御装置９６は、ロボット５０が把持装置６１を支持した状態を維持する。ロボット制御装置９６は、ロボット５０の位置および姿勢を変化させずに維持する。更に、機械制御装置９１は、把持装置６１を固定した状態を維持するように固定装置３１を制御する。本実施の形態の把持装置６１および固定装置３１は、工具２２をワーク１に押し当てて切削しても、ワーク１が動かないような剛性を有する。また、把持装置６１は、ワーク１を切削している期間中にワーク１の位置がずれないように、強くワーク１を把持することができる。このために、本実施の形態の工作機械１０は、高い精度で切削を行うことができる。

ワーク１の加工が完了すると、機械制御装置９１は、固定装置３１を駆動して把持装置６１の固定を解除する。機械制御装置９１は、扉２５を開く。この後に、ロボット制御装置９６は、ロボット５０の位置および姿勢を変更することにより、把持装置６１を加工室１１から取り出すことができる。ワーク１は、把持装置６１と共に工作機械１０の外側に搬出される。ロボット制御装置９６は、ロボット５０を制御して、予め定められた位置に加工後のワーク１を搬送する。ロボット制御装置９６は、把持装置６１を制御して、ワーク１の把持を解除する。この後に、ロボット５０は、次の加工前のワーク１を把持して工作機械１０に搬送することができる。

図１１に、比較例の工作機械およびロボットを備える従来の加工システムの側面図を示す。比較例の加工システムにおいては、ロボット５０の手首部５２にハンド８０が配置されている。ハンド８０は、２本の指部８１を含む。比較例の加工システムの工作機械は、テーブル１４に固定された回転テーブル８２を含む。回転テーブル８２は、軸線１２２の周りに回転するように形成されている。すなわち、回転テーブル８２は、Ｂ軸の方向に回転するように形成されている。

回転テーブル８２には、ワーク１を固定する取付け部材８３が固定されている。取付け部材８３は、矢印１０４に示すように移動するクランパー８４を含む。クランパー８４は、油圧により移動するように形成されている。また、取付け部材８３は、ワーク１の位置を定めるためのエッジロケータ８５を含む。

比較例の加工システムにおいては、ロボット５０は、工作機械の側方からワーク１を搬入する。ロボット５０は、エッジロケータ８５を用いて、取付け部材８３の予め定められた位置にワーク１を配置する。この後に、クランパー８４が閉じることにより、ワーク１が取付け部材８３に固定される。ロボット５０は、ワーク１を解放した後に工作機械の外側に退避する。

次に、工作機械制御装置は、回転テーブル８２を１８０°回すことにより、ワーク１が工具２２に対向する。すなわち、取付け部材８３が回転する。この状態で、ワーク１と工具２２との相対位置を変更しながらワーク１を加工することができる。ワーク１の加工が完了すると、ワーク１がロボット５０の配置されている側に向くように回転テーブル８２が１８０°回転する。

次に、ロボット５０が加工室の内部に進入する。そして、ハンド８０がワーク１を把持する。取付け部材８３は、クランパー８４が互いに離れる向きに移動することにより、ワーク１の固定を解除する。この後に、ロボット５０は、ワーク１を工作機械の外側の予め定められた位置に搬出する。

比較例の加工システムにおいては、ワーク１を搬入するときに、ロボット５０が加工室に進入したり退避したりする時間が必要である。また、ワーク１を加工室から搬出する時に、ロボット５０が加工室に進入したり退避したりする必要がある。さらに、ハンド８０と取付け部材８３との間でのワーク１の授受、クランパー８４の開閉、および回転テーブル８２によるワーク１の回転などの動作が必要となる。このために、実際に加工を行っている時間以外にも、長い時間が必要である。

図１を参照して、これに対して、本実施の形態における加工システム８では、把持装置６１がワーク１を把持した状態を維持して加工が行われる。このため、加工前のワーク１を加工室１１の内部に配置した後に、ロボット５０が加工室１１から退避する時間が不要である。また、ワーク１の加工が完了した時にロボット５０が加工室１１に進入する時間が不要である。さらに、ワーク１の授受、クランパーの開閉、および回転テーブルによるワーク１の向きの変更等の時間が不要である。このために、加工システム８は、実際に工具２２がワーク１を加工している時間以外の時間を短縮することができる。すなわち、加工システム８は、短時間で複数のワーク１の加工を行うことができる。この結果、加工システムの作業効率が向上する。

図１および図１１を参照して、比較例の加工システムにおいては、取付け部材８３を回転させる回転テーブル８２が必要である。また、回転テーブル８２に配置され、ワーク１を強く固定するための取付け部材８３が必要である。これに対して、本実施の形態における加工システム８では、回転テーブルが不要であり、簡易な構成にて加工システムを構築することができる。また、比較例の加工システムでは、取付け部材８３および取付け部材８３を駆動する為の油圧装置などが必要であるが、本実施の形態の加工システム８においては、これらの装置が不要である。比較例の加工システムにおいては、ワーク１を把持するために２つの装置が必要である。すなわち、比較例の加工システムでは、クランパー８４を含む取付け部材８３、および指部８１を含むハンド８０が必要である。これに対して、本実施の形態における加工システム８では、ワーク１を把持する装置は、１個の把持装置６１である。このように、本実施の形態の加工システムは、構成を簡易にすることができる。

本実施の形態の工作機械１０は、工具２２が水平方向に延びる横形の工作機械である。ロボット５０は、固定装置３１に対して工具２２が配置されている側と反対側に配置されている。比較例の加工システムでは、前述の通りに回転テーブルが必要になる。しかしながら、本実施の形態の工作機械では回転テーブルが不要であるために、本発明の効果が顕著になる。なお、工作機械は、横形に限られない。本発明は、工具が鉛直方向に延びる立形の工作機械にも適用することができる。この場合においても、加工前のワークをテーブルに配置した後にロボットが加工室から退避する時間を削減できる。また、加工後のワークを把持するためにロボットが加工室に進入する時間を削減することができる。この結果、加工システムの作業効率が向上する。

ところで、比較例の加工システムにおいては、形状が異なるワークを加工する場合には、取付け部材８３のクランパー８４の形状を変更する必要がある。これに対して、本実施の形態の把持装置６１は、様々な形状のワークを把持することができるユニバーサルハンドを採用している。このために、ワークの種類を変更した場合に把持装置を取り換える必要が無い。複数の種類のワークを同一の工作機械にて加工する場合に、把持装置を取り換える時間を排除することができる。このために、加工システムの作業時間を短縮することができる。また、ワークの種類に合わせて複数の種類の把持装置を準備する必要が無く、加工システムの構成を簡易にすることができる。

次に、本実施の形態における加工システム８は、把持装置６１を固定装置３１に固定する時の把持装置６１の向きを変更することができる。すなわち、加工システム８は、工具２２に対するワーク１の向きを変更することができる。

図１２に、本実施の形態において、第１の把持装置を他の態様で第１の固定装置に固定したときの拡大側面図を示す。図１３に、第１の把持装置を他の態様で第１の固定装置に固定したときの拡大平面図を示す。図１２および図１３を参照して、手首部５２を軸線１２１の周りに回転することにより、固定装置３１に対する把持装置６１の向きを変更することができる。ここでの例では、矢印１０９に示す様に、図８に示す状態から＋９０°の回転角にて手首部５２を回転している。この回転角の状態で、係合部６７に形成された穴部６８に、固定装置３１の棒状部３２を嵌合させることができる。この結果、工具２２に対するワーク１の向きを変更することができて、ワーク１の側方の部分を加工することができる。

図１４に、本実施の形態において、第１の把持装置を更に他の形態で第１の固定装置に固定したときの平面図を示す。図１４は、矢印１１０に示す様に、図８に示す状態から手首部５２を−９０°回転させている。この手首部５２の回転角にて、固定装置３１は把持装置６１を固定している。図１４に示す状態では、図１３に示す状態にて加工されるワーク１の部分と反対側の部分を加工することができる。

このように、本実施の形態の加工システムの固定装置は、把持装置の係合部を複数の向きにて固定するように形成されている。ロボット５０は、工具２２に対する把持装置６１に把持されたワーク１の向きを変更可能な多関節ロボットである。この構成を採用することにより、ワーク１を複数の向きに配置することができて、ワーク１を加工できる範囲を広くすることができる。棒状部を有する固定装置では、棒状部の位置に応じてワークの向きを変更することができる。本実施の形態における第１の固定装置３１は、４本の棒状部３２が形成されているが、この形態に限られない。固定装置は、任意の本数の棒状部を含むことができる。そして、複数の棒状部のうち、少なくとも一部の棒状部に、把持装置を固定する固定機構を配置することができる。

次に、本実施の形態における第２の把持装置および第２の固定装置について説明する。図１５に、本実施の形態における第２の把持装置および第２の固定装置の拡大側面図を示す。図１６に、本実施の形態における第２の把持装置および第２の固定装置の拡大平面図を示す。図１５および図１６は、第２の把持装置を第２の固定装置に固定する前の状態を示している。

第２の固定装置７５は、第１の固定装置と同様に、工作機械１０のテーブル１４に固定されている。第２の把持装置７０は、第１の把持装置と同様にロボット５０の手首部５２に取り付けられている。また、第２の把持装置７０は、第１の把持装置と同様に、複数のピン６６により、ワーク１を把持する。第２の把持装置７０は、基部６２に固定された係合部７１を有する。係合部７１の下面からは、プルボルト６９が突出している。固定装置７５は、基部７６を含む。

図１７に、第２の把持装置を第２の固定装置に固定した後の拡大側面図を示す。図１８に、第２の把持装置を第２の固定装置に固定した後の拡大平面図を示す。図１９に、図１７におけるＢ−Ｂ線に沿って切断したときの断面図を示す。図１７から図１９は、把持装置７０が固定装置７５に固定された状態を示している。図１７から図１９を参照して、係合部７１が固定装置７５の基部７６に係合することにより、把持装置７０が固定装置７５に固定される。また、プルボルト６９が固定装置７５に引っ張られることにより、把持装置７０が固定装置７５に固定される。

図２０に、第２の把持装置を第２の固定装置に固定する部分の拡大断面図を示す。固定装置７５の基部７６の内部には、スライド部材３３が配置されている。固定装置７５においては、スライド部材３３が矢印１０３に示す方向に移動することにより、プルボルト６９を引っ張ったりプルボルト６９を解除したりすることができる。油供給装置が油室３４に制御油を供給することにより、スライド部材３３を係合部７１から離れる向きに移動することができる。把持装置７０の係合部７１を固定装置７５に固定することができる。油供給装置が油室３６に制御油を供給することにより、プルボルト６９の固定を解除することができる。すなわち、固定装置７５による把持装置７０の固定を解除することができる。

第２の把持装置７０において、係合部７１のプルボルト６９の周りには、環状部材７２が配置されている。また、プルボルト６９が挿入する基部７６の穴部の周りには、環状部材７３が配置されている。環状部材７２，７３は、カービックカップリング（登録商標）を構成する。

図２１に、把持装置の係合部に配置されている環状部材の概略平面図を示す。環状部材７２は円環状に形成されている。環状部材７２の環状部材７３に対向する面には、複数の突出部７２ａが形成されている。突出部７２ａは、互いに一定の間隔を開けて配置されている。突出部７２ａの平面形状は、曲線を含んでいても構わない。また、環状部材７３も、円環状に形成されている。環状部材７３の環状部材７２に対向する表面には、複数の突出部が形成されている。環状部材７２の突出部７２ａおよび環状部材７３の突出部は、環状部材同士が互いに嵌合するように形成されている。環状部材７２の突出部７２ａが、環状部材７３の突出部同士の間の凹み部に嵌合する。

把持装置７０が固定装置７５に固定される時には、環状部材７２が環状部材７３に嵌合する。環状部材７２が環状部材７３に嵌合することにより、固定装置７５に対する把持装置７０の位置を定めることができる。また、固定装置７５に対する把持装置７０の軸線１２３の周りの回転角を設定することができる。また、プルボルト６９の心出しを行うことができる。第２の把持装置７０および第２の固定装置７５を備える加工システムでは、環状部材７２，７３の突出部の間隔に応じて回転角を変えることができる。例えば、図２１においては、互いに隣り合う突出部７２ａの中心角θが５°である。このために、固定装置７５に対する把持装置７０の回転角を、５°ごとに設定することができる。環状部材７２と環状部材７３とが係合する動作または離反する動作において、圧縮された空気を空気供給路４１に供給することにより、環状部材７２と環状部材７３との間に存在する異物を排除することができる。

図２２に、第２の把持装置を第２の固定装置に他の態様にて固定したときの拡大側面図を示す。図２３に、第２の把持装置を第２の固定装置に他の態様にて固定したときの拡大平面図を示す。第２の把持装置７０および第２の固定装置７５を備える加工システムでは、第１の把持装置および第１の固定装置を備える加工システムと比較して、細かな角度にて把持装置７０の向きを調整することができる。図２２および図２３に示す例では、矢印１１１に示す様に、図１８に示す状態から手首部５２を−４５°回転させている。第２の把持装置７０および第２の固定装置７５を備える加工システムでは、ワーク１を様々な向きに配置することができるために、ワーク１を加工できる範囲が広くなる。その他の構成、作用および効果は、第１の把持装置および第１の固定装置を備える加工システムと同様である。

なお、環状部材の突出部（歯）の個数は、任意に設定することができる。例えば、環状部材は、突出部の個数を減らして１０°ごとに回転角を設定できるように形成しても構わない。または、環状部材は、突出部の個数を増やして１°ごとに回転角を設定できるように形成しても構わない。

環状部材７２と環状部材７３との嵌合は、カービックカップリングに限られない。例えば、歯付きクラッチまたは噛合いクラッチ等の他の形態のカップリングを用いても構わない。また、加工プログラム９４にＢ軸の割出し指令を記載すると、機械制御装置９１の数値制御部９２が割出し指令を読み込んで、ロボット制御装置９６の動作制御部９７にその指令を送信する。動作制御部９７は、その指令に基づいてロボット５０の手首部５２を回転させる。手首部５２は、割出し指令に基づく回転角に設定される。第１の把持装置および第２の把持装置において、ロボット５０の手首部５２が回転することにより、工具２２に対して把持装置に固定されたワーク１の向きを変えることができる。

前述の第１の把持装置および第２の把持装置では、複数のピンが動くことにより、任意の形状のワークを把持するユニバーサルハンドが採用されている。把持装置は、この形態に限られず、切削される時にワークに加わる力よりも強い力にてワークを固定できる任意の装置を採用することができる。ユニバーサルハンドとしては、ワークの形状に合わせてワークに接触する部分の形状が変化する把持装置を採用することができる。例えば、変形可能な袋の内部に可動性の物体が配置されたユニバーサルハンドを採用することができる。このユニバーサルハンドでは、袋をワークに接触させると、ワークの形状に応じて袋の形状が変形する。この後に、袋を減圧することにより可動性の物体が固定される。このために、ユニバーサルハンドは、ワークを強く固定することができる。

把持装置は、ユニバーサルハンドに限られず、ワークに応じて専用の装置を用いても構わない。図２４に、本実施の形態における第３の把持装置の側面図を示す。第３の把持装置７４は、支持部６３が矢印１１２に示すように移動するように形成されている。把持装置７４は、支持部６３を駆動する油圧装置を含む。互いに対向する一対の支持部６３は、接近したり離れたりする。支持部６３は、ワーク１の形状に合わせて接触部６３ａを移動する。支持部６３は、油圧にてワーク１を固定する。このように、把持装置は、２つの方向からワーク１を挟むことによりワーク１を固定しても構わない。この他に、複数の方向からワークを挟む構造または複数の方向において内側から外側に突っ張る構造等を有する種々の把持装置を採用することができる。専用の把持装置を用いる場合には、ワークが変わるごとにワークに適合した把持装置に変更する必要がある。

前述の加工システムにおいては、ロボットが工作機械の側方に固定されているが、この形態に限られず、ロボットは、把持装置を固定装置に配置することができる任意の位置に配置することができる。

第１の固定装置と第１の把持装置の係合部との係合、および第２の固定装置と第２の把持装置の係合部との係合に用いられているプルボルトおよびボールコレットは、把持装置にプルボルトが固定され、固定装置にボールコレットが配置されているが、この形態に限られない。固定装置にプルボルトが固定され、把持装置にボールコレットが配置されていても構わない。

図２５は、本実施の形態における第２の加工システムの概略平面図である。図２５に示す様に、ロボット５０は、加工室１１の側方の部分に配置することができる。この場合に、ロボット５０は、工作機械１０の壁部の内部に配置することができる。図２６に、本実施の形態における第３の加工システムの概略側面図を示す。第３の加工システムでは、ロボット５０は、工作機械１０の天井部に固定されていている。このように、ロボット５０は、工作機械の任意の位置に配置することができる。

図２７は、本実施の形態における第４の加工システムの概略平面図である。第４の加工システムは、ロボット５０を移動する搬送コンベヤ８７を備える。ロボット５０は、矢印１１３に示す様に、搬送コンベヤ８７により移動可能に形成されている。ロボット５０は、予め定められた位置まで搬送された状態で、ワークの搬入および搬出を行うことができる。このように、ロボットが移動可能に形成されていても構わない。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

１ ワーク
８ 加工システム
１０ 工作機械
１１ 加工室
２２ 工具
３１ 固定装置
３２ 棒状部
５０ ロボット
６１ 把持装置
６７ 係合部
７０，７４ 把持装置
７１ 係合部
７２，７３ 環状部材
７５ 固定装置
９０ 制御装置

Claims (4)

1. 工具が取り付けられた主軸をワークに対して相対的に移動させる移動装置を含み、前記ワークの加工を行う工作機械と、
   前記工作機械に対して前記ワークの搬入および搬出を行うロボットと、
   前記ロボットに取り付けられ、前記ワークを把持する把持装置と、
   前記工作機械、前記把持装置、および前記ロボットを制御する制御装置とを備え、
   前記ロボットは、前記工具に対して前記把持装置に把持された前記ワークの向きを変更可能に回転させる手首部を有する多関節ロボットであり、
   前記工作機械は、基台と、前記基台に対して固定されて不動の固定装置とを含み、
   前記把持装置は、前記固定装置に係合する係合部を含み、
   前記固定装置は、前記係合部を前記固定装置に向かって引くことにより前記把持装置を前記固定装置に固定し、前記係合部を引く動作を解除することにより前記把持装置を解放する固定機構を有しており、更に、予め定められた複数の向きに前記係合部が向いている時に前記係合部に嵌合する部分を有し、前記嵌合する部分が前記係合部に嵌合した時の向きにて前記係合部を固定するように形成されており、
   前記工作機械にて前記ワークを加工する期間中に、制御装置は、前記ロボットが前記把持装置を支持した状態を維持すると共に、前記固定装置の前記固定機構が前記係合部を前記固定装置に向かって引くことにより前記把持装置を固定した状態を維持し、更に、前記把持装置の向きが維持された状態で加工を実施し、
   前記ワークの一部分を加工した後に前記固定装置の前記固定機構が前記係合部の固定を解除して前記把持装置を解放し、前記ロボットの手首部が回転することにより前記ワークの向きが変更され、前記ワークの向きが変更された状態で前記固定装置の前記固定機構は前記係合部を前記固定装置に向かって引くことにより前記把持装置を固定し、前記工作機械は前記ワークの他の部分を加工することを特徴とした、加工システム。
2. 前記工作機械は、前記工具が水平方向に延びるように前記工具を支持する主軸を含み、
   前記ロボットは、前記固定装置に対して前記工具が配置されている側と反対側に配置されている、請求項１に記載の加工システム。
3. 前記係合部は、手首部の回転軸の周りに配置された第１の環状部材を有し、
   前記固定装置は、前記係合部を固定した時に手首部の回転軸の周りに配置され、第１の環状部材に対向する第２の環状部材を有し、
   第１の環状部材は、第２の環状部材に対向する表面に形成された複数の突出部を有し、
   第２の環状部材は、第１の環状部材に対向する表面に形成された複数の突出部を有し、
   第１の環状部材の突出部は、第２の環状部材の突出部同士の間の凹み部に嵌合するように形成されている、請求項１に記載の加工システム。
4. 前記固定装置は、複数の棒状部を有し、
   前記係合部は、複数の前記棒状部の先端が挿入されて複数の前記棒状部に嵌合する複数の穴部を有し、
   前記固定機構は、前記棒状部に配置され、前記係合部を引くことにより前記係合部を前記棒状部に固定する、請求項１に記載の加工システム。

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