JP6761332B2

JP6761332B2 - 多軸ねじ締め装置

Info

Publication number: JP6761332B2
Application number: JP2016239879A
Authority: JP
Inventors: 崇太小田
Original assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Current assignee: Nitto Seiko Co Ltd
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: JP2018094655A

Description

本発明は、複数のビットおよびチャックを昇降してワークにねじを締結する多軸ねじ締め装置に関する。

従来の多軸ねじ締め装置は、特許文献１および特許文献２に示すように、ワークへ締結するねじに嵌合して回転可能なビットを備えたねじ締めツールと、このねじ締めツールを複数一斉に昇降自在にして成る昇降ユニットとから構成される。

特許文献１に開示のねじ締めツールは、前記ビット１本に対して１個のビット回転モータを備えており、ねじを一時的に保持して成る後記チャックに前記ビットがそれぞれ挿通され配置されている。

一方、特許文献２に開示のねじ締めツールは、複数のビットへそれぞれ回転を付与するビット回転モータと、前記ビットの先端部に配されたコイルばねとを備えて成り、前記ビットには、前記ねじに当接するテーパ穴が成形されている。

また、特許文献１に開示の昇降ユニットは、ビットの延びる方向に昇降自在な昇降シリンダと、この昇降シリンダの作動を受けて上下方向に移動するねじ締めツール台および前記チャックを取り付けたチャック台と、このチャック台の下面に当接して当該チャック台のみ下降停止させて前記ねじ締めツール台の下降は妨げないストッパとを備えて成る。これにより、前記ねじ締めツール台およびチャック台がワークへ向かって一体に下降した後、前記チャックの先端がワークの表面に位置する高さまで下降すれば、前記チャック台の下降が前記ストッパによって停止し、前記ねじ締めツール台のみが引き続き下降する。よって、前記ビットは、チャックの先端を開きチャック内に保持していたねじをワークへ螺入する。

一方、特許文献２に開示の前記昇降ユニットは、前記ビットの延びる方向に沿って配置したボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合した螺合ナットと、前記ボールねじ軸に回転を付与する昇降モータとから構成されている。また、前記螺合ナットは、前記ビットを摺動自在に挿通した固定板に回転自在に配されているので、前記ボールねじ軸および前記ビットが前記昇降モータの正逆回転によってそれぞれ一斉に昇降することができる。

このように構成された従来の多軸ねじ締め装置は、前記ビットの先端部にコイルばねを配置し、かつ、その嵌合部にテーパ穴を備えるので、ワークに仮締めされたねじが若干位置ズレしていても、前記コイルばねの変形によってビットの先端部がねじの軸線に沿って位置を変え自動調心を成すという特徴がある。

特開昭59-134628号公報実開平02-039835号公報

しかしながら、従来の多軸ねじ締め装置は、コイルばねをビットの先端部に配置しているので、軸周りに偏心するだけでなく昇降方向にも撓んでしまうという問題があった。これにより、前記昇降モータを位置制御可能なＡＣサーボモータへ置き換えたとしても正確なビットの高さが検出できない。よって、従来の多軸ねじ締め装置は、ねじを所定のトルクにより締結した時点のビットの正確な高さ位置をＡＣサーボモータの指令値などから導き出せないので、精度の高いねじ浮き異常などが判定できなかった。また、上述した特許文献１の前記昇降シリンダをＡＣサーボモータへ置き換え、さらに、ボールねじ軸および螺合ナットを備えた昇降ユニットに変更しても、前記ストッパの位置を即座に可変できない構成のため、チャック台の停止位置を容易に変更できない。つまり、従来の多軸ねじ締め装置は、締付けの高さの異なるワークに対応できないという問題もあった。

本発明の多軸ねじ締め装置は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、ワークへ螺入するねじに係合可能なビットおよびこのビットに回転を付与するビット回転モータを備えたねじ締めツールと、このねじ締めツールを複数搭載するとともに前記ビットの延びる方向へ往復移動自在に搭載したねじ締めツール台と、前記ねじ締めツール台と平行に往復移動しかつ前記ビットを挿通可能なチャックを備えたチャック台とを有する多軸ねじ締め装置において、前記ねじ締めツール台は、その往復移動方向に沿って延びる第１ボールねじ軸に螺合した第１螺合ナットを回転自在に支持して成り、前記第１ボールねじ軸に連結した第１サーボモータを備え、前記チャック台は、その移動方向へ沿って延びる第２ボールねじ軸に螺合した第２螺合ナットを回転自在に支持して成り、前記第２ボールねじ軸に連結した第２サーボモータを備え、前記第１サーボモータおよび第２サーボモータは、それぞれの回転速度および回転角度から成る駆動指令値を予め記憶する記憶部と、この記憶部の前記駆動指令値に基づきそれぞれの回転駆動を制御する制御部とを備えた制御手段に接続されて成ることを特徴とする。

本発明の多軸ねじ締め装置は、前記第１サーボモータおよび第２サーボモータの前記駆動指令値をそれぞれ記憶する記憶部と、これら駆動指令値に基づいて前記第１サーボモータおよび第２サーボモータをそれぞれ駆動制御する制御部とを備えた制御手段を有するので、前記ねじ締めツール台および前記チャック台の移動距離を個別に設定できる。よって、ワークの種類が変更されるなど下降するチャックの停止位置を上下方向へ設定変更しなければならない場合であっても、前記駆動指令値を変更することでワークの種類に合わせたねじ締め作業が容易に行えるという利点がある。また、前記記憶部に設定する前記駆動指令値をワークの種類に合わせて予め設定することにより、生産するワークの機種が数多く頻繁にワークの種類を変更する所謂多品種少量生産のねじ締め作業を効率的に行えるという利点もある。

本発明に係る一実施形態を示す概略説明図である。図１の右側方から見た要部を示す一部切欠き断面説明図である。

本発明に係る多軸ねじ締め装置１を図１および図２に基づき説明する。本発明の多軸ねじ締め装置１は、図示しないねじに係合可能なビットＢを回転自在に構成したねじ締めツール１０を複数備え、これらねじ締めツール１０，１０をワークＷへ向かって一斉に昇降自在なねじ締めツール台２０と、前記ビットＢを挿通するとともに外部から供給される前記ねじを一時的に保持するチャック４０，４０を取り付けたチャック台３０と、前記ねじ締めツール台２０およびチャック台３０を個別に位置制御可能な制御手段５０とから構成される。

前記ねじ締めツール１０は、前記ねじ締めツール台２０に配されたビット回転モータＢＭと、このビット回転モータＢＭの回転駆動を受けて回転するビットＢとを備えて成る。前記ビットＢは、その先端に係合部を備えており、前記係合部は、前記ねじの頭部に成形された係合穴に係合するよう成形されている。また、前記ビット回転モータＢＭ，ＢＭは、図示しないコントローラにそれぞれ接続されており、このコントローラに予め設定された締付け設定トルクに達するまで前記ビットＢ，Ｂを個別に回転制御可能に構成されている。

前記ねじ締めツール台２０および前記チャック台３０は、ベース面から立設したフレームＦに個別に摺動自在に配されている。このフレームＦは、前記ベース面に固定された底板６１と、この底板６１の上面に溶接され所定の間隔を空けて上方へ延び対向に配置した側板６２，６３と、これら側板６２，６３にそれぞれ溶接されたベース板６４と、このベース板６４に固定され所定の間隔を空けて平行に配置したレールＲ，Ｒと、これらレールＲ，Ｒに係合し当該レールＲの延びる方向に沿って摺動自在な摺動ブロックＭとから構成される。

前記摺動ブロックＭは、１本のレールＲに対して４個配置され、本実施形態においては８個の摺動ブロックＭが配置されている。また、これら摺動ブロックＭは、図２に示すように上部に位置する４個と、下部に位置する４個とに分けることができ、上部４個の摺動ブロックＭに前記ねじ締めツール台２０が取り付けられ、下部４個の摺動ブロックＭに前記チャック台３０が取り付けられている。これにより、前記ねじ締めツール台２０および前記チャック台３０は、それぞれ個別に前記ワークＷに接近あるいは離反する方向へ個別に摺動することができる。

また、前記フレームＦは、図２に示すように前記ベース板６４の両端に前記レールＲ，Ｒを備えており、これら２本のレールＲ，Ｒに挟まれるよう配置されフレームＦの上部に固定された上部ブロック６５と、フレームＦの下部に固定された下部ブロック６６とを備える。この上部ブロック６５および前記下部ブロック６６は、２本のボールねじ軸である第１ボールねじ軸２１および第２ボールねじ軸３１をそれぞれ回転自在に軸支して成る。

前記第１ボールねじ軸２１および前記第２ボールねじ軸３１は、それぞれを個別に回転駆動可能に構成されており、前記第１ボールねじ軸２１に回転を付与する第１サーボモータと、前記第２ボールねじ軸３１に回転を付与する第２サーボモータ３３とに接続されている。この第１ボールねじ軸２１および第２ボールねじ軸３１の回転伝達は、図１に示すようにタイミングベルトＴを第２サーボモータ３３に固定された駆動プーリおよび第２ボールねじ軸３１に固定された従動プーリに巻回し可能になっている。なお、図示できない第１ボールねじ軸２１の回転伝達構成についても前述と同様である。

前記第１サーボモータおよび第２サーボモータ３３は、何れもＡＣサーボモータであり、それぞれ自身の回転角度を検出可能なエンコーダを備えて成り、これらそれぞれの回転角度を前記制御手段５０へ送信して成る。

前記制御手段５０は、前記第１サーボモータおよび第２サーボモータ３３へ駆動指令を送る制御部５２と、前記駆動指令の具体的な数値等からなる駆動指令値を複数記憶可能な記憶部５１と、前記エンコーダから発せされた回転角度および前記第１，第２ボールねじ軸の各リード角ならびに内蔵したタイマーの時間に基づき前記ねじ締めツール台２０およびチャック台３０の移動速度や移動距離を算出可能な算出部５３とを備える。

前記制御部５２は、前記記憶部５１に予め記憶した駆動指令値と、前記算出部５３によって算出した移動速度（以下、算出移動速度という）や算出した移動距離（以下、算出移動距離）とを比較するとともに、前記算出移動速度および算出移動距離が前記駆動指令値に一致しなければ一致するよう前記第１サーボモータおよび第２サーボモータ３３を駆動制御可能に構成される。

前記記憶部５１は、前記第１ボールねじ軸２１および第２ボールねじ軸３１のリード角と、前記チャック台３０の停止高さと、前記ねじ締めツール台２０の目標移動高さとを記憶可能に構成されている。なお、前記駆動指令値には、前述したチャック台３０の停止高さの他に前記ねじ締めツール台２０の目標移動高さが含まれている。

前記算出部５３は、数値を演算可能に構成されており、前記記憶部５１に記憶された各ボールねじ軸（２１，３１）の前記リード角を読み込み、これを前記エンコーダから発せられるパルス信号に基づいて前記ねじ締めツール台２０およびチャック台３０の移動距離を演算することができる。また、同様に算出部５３は、前記パルス信号およびこの発信時間ならびに前記リード角から前記算出移動速度を導いており、これを前記制御部５２へ都度送信している。

前記チャック４０は、前記チャック台３０に取り付けられており、前記ビットＢを回転自在かつ挿通可能に構成され、常時はその内部に前記ビットＢを内包して成る。また、このチャック４０は、前記ビットＢを内包するのみならず、外部から供給されるねじをその先端部に一時的に保持可能に構成されている。このチャック４０の先端部には、図示しないばねにより閉じる方向へ付勢された一対のチャック爪が配置されており、この閉じた状態のチャック爪によって前記ねじが保持される。このチャック爪に保持されたねじの上空には、チャック４０に内包されたビットＢが位置しており、チャック４０に対してビットＢが下方へ相対移動することで、前記ビットＢが前記ねじを下方へ押し、ねじの頭部に前記チャック爪が開く方向に揺動し前記ねじおよびビットＢがチャック４０から突出することができる。

次に、本発明に係る多軸ねじ締め装置１の作用について説明する。図示しない作業者は、前記ワークＷを図１に示すように前記ベース面にセットする。これにより、前記ワークＷの上面と前記チャック４０の先端との間に所定の距離が生まれ、この距離が締付け高さｈとなる。また、ワークＷには、その上面から下方へ延びるよう成形されためねじが複数配されており、このめねじは前記ねじに螺合可能に成形されている。

多軸ねじ締め装置１は、前記制御手段５０に取り付けられたスタートスイッチ（図示せず）などの機器からねじ締め開始信号を前記制御部５２で取り込む。これにより、制御部５２は、前記記憶部５１からチャック台３０の停止位置およびねじ締めツール台２０の目標移動高さ、チャック台３０およびねじ締めツール台２０の移動速度を読み込み、前記第１サーボモータおよび前記第２サーボモータ３３を回転駆動制御する。

前記第１サーボモータおよび第２サーボモータ３３は、前記移動速度に応じた回転数で回転を始め、前記第１ボールねじ軸２１および前記第２ボールねじ軸３１をそれぞれ回転させるとともに、前記エンコーダから発するパルス信号を随時前記制御部５２へそれぞれ送信する。

前記第１螺合ナット２２および第２螺合ナット３２は、前記第１ボールねじ軸２１および第２ボールねじ軸３１に沿ってそれぞれ回転しながらワークＷへ接近する方向に下降する。よって、前記ねじ締めツール台２０および前記チャック台３０は、同じ速度を保って一斉に下降する。

また、前記ねじ締め開始信号を取り込んだ前記制御部５２は、前記コントローラへツール動作指令を送るため、前記コントローラがこれに対応するねじ締めツール１０のビット回転モータＢＭを回転するよう駆動制御する。

これにより、前記ビットＢ，Ｂが回転するとともに、前記ねじ締めツール台２０およびチャック台３０が一斉に下降するので、図１に示す前記締付け高さｈが徐々に小さくなる。

前記制御部５２は、前記第２サーボモータ３３から発せられるパルス信号を常時監視しており、チャック台３０の下降開始からその時点までの算出移動距離と、予め記憶部５３に設定した前記停止高さとを比較し、前記算出移動距離が前記停止高さに一致すれば前記第２サーボモータ３３を回転停止させる。

前記停止高さは、前記チャック４０の先端部がワークＷの表面から数ｍｍ上空に位置しかつ前記チャック爪が開く方向へ揺動する際ワークＷに接触しない高さであり、この高さに対応する数値が前記記憶部５３に予め設定されている。

よって、チャック台３０は、前記停止高さに到達すると下降動作を止め、引き続き下降するねじ締めツール台２０が前記チャック台３０に対して相対移動し始める。よって、前記ビットＢ，Ｂは、それぞれ回転しつつチャック４０，４０の内部から前記チャック爪を押し広げチャック４０，４０に一時的に保持していた前記ねじをワークＷへ螺入する。

前記ビット回転モータＢＭは、ワークＷにねじが着座することで徐々に回転方向の負荷が高められ、この回転トルクを随時前記コントローラへ送っている。これにより、コントローラは、この実際の実トルクと、予め設定した締付け設定トルクとを比較し、実トルクが締付け設定トルクに達すれば、前記ビット回転モータＢＭを停止させる。

制御部５２は、前記コントローラから発せされるビット回転モータＢＭの停止信号を受け、かつ、全てのビットが所定の締付け設定トルクになったことを確認すると、前記第１サーボモータを回転停止させる。これにより、多軸ねじ締め装置１は、ワークへのねじ締め作業を完了して、前記第１サーボモータおよび第２サーボモータ３３を先ほどとは逆方向に回転駆動させる。これにより、前記ねじ締めツール台２０およびチャック台３０は、一斉に上昇して元の高さ位置まで復帰する。

また、前記ワークＷの種類が変更され、先ほどとは異なる締付け高さｈであっても、前記記憶部に予め設定する前記停止高さおよび前記目標高さをワークＷの種類に合わせて複数設定しておくことで、チャック台３０の停止高さを上述したチャック４０の先端部がワークＷに接触せず、かつ、チャック爪が開く高さ位置となるように設定することができる。よって、締付け高さｈの異なるワークＷであっても、柔軟にねじ締め作業を行うことができる。

１多軸ねじ締め装置
１０ねじ締めツール
２０ねじ締めツール台
２１第１ボールねじ軸
２２第１螺合ナット
２３第１サーボモータ
３０チャック台
３１第２ボールねじ軸
３２第２螺合ナット
４０チャック
５０制御手段
Ｂビット
ＢＭビット回転モータ
Ｗワーク

Claims

ワークへ螺入するねじに係合可能なビットおよびこのビットに回転を付与するビット回転モータを備えたねじ締めツールと、このねじ締めツールを複数搭載するとともに前記ビットの延びる方向へ往復移動自在に搭載したねじ締めツール台と、前記ねじ締めツール台と平行に往復移動しかつ前記ビットを挿通可能なチャックを備えたチャック台とを有する多軸ねじ締め装置において、
前記ねじ締めツール台は、その往復移動方向に沿って延びる第１ボールねじ軸に螺合した第１螺合ナットを回転自在に支持して成り、前記第１ボールねじ軸に連結した第１サーボモータを備え、
前記チャック台は、その移動方向へ沿って延びる第２ボールねじ軸に螺合した第２螺合ナットを回転自在に支持して成り、前記第２ボールねじ軸に連結した第２サーボモータを備え、
前記第１サーボモータおよび第２サーボモータは、それぞれの回転速度および回転角度から成る駆動指令値を予め記憶する記憶部と、この記憶部の前記駆動指令値に基づきそれぞれの回転駆動を制御する制御部とを備えた制御手段に接続されて成ることを特徴とする多軸ねじ締め装置。