JP6876198B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、開き代が極めて小さいチャックに対してワークの受渡しを行うためのワーク搬送方法および、当該搬送方法を実行するための工作機械に関する。

複数の工作機械など、各種作業機が並べられた加工機械ラインには、加工工程に従ってワークを各作業機へと順番に搬送するためのワーク自動搬送機が設けられている。ワーク自動搬送機は、作業機の間を移動可能な走行装置に対し、ワークの受渡しを行うチャックを備えた搬送ロボットを搭載させるなどの構成を有している。そして、各作業機の主軸チャックなどに対して、搬送ロボットのチャックがワークのクランプ・アンクランプを行うことにより、そのワークの受渡しが行われる。例えば、下記特許文献１には、主軸チャックと搬送ロボットに補助チャックを加えたワーク搬送方法が開示されている。

同文献に記載の従来例では、２台の旋盤にそれぞれ第１主軸チャックおよび第２主軸チャックと、第１補助チャックおよび第２補助チャックが設けられ、それぞれのチャックに対して搬送チャックがワークの受渡しを行うための制御が行われるようになっている。具体的には、２つの制御態様があり、第１制御では、主軸チャックからワークを補助チャックが受取り、空いた主軸チャックへ搬送ロボットがワークを渡した後、搬送ロボットが補助チャックからワークを受け取る。また、第２制御では、搬送ロボットが補助チャックにワークを渡し、搬送ロボットが主軸チャックからワークを受け取った後、補助チャックが主軸チャックへワークを渡す。

特開平１１−３００５６８号公報

加工機械ラインにおけるワークの搬送は、概ね搬送ロボットから主軸チャックなどへ直接ワークの受渡しが行われる。前記従来例では、仮置き台へのワーク搬送による効率低下を防止するため補助チャックが設けられ、主軸チャックとの間でワークの受渡しが可能になっているものの、搬送ロボットによって搬送されたワークは、他の従来例と同様に主軸チャックに受渡しが行われる。しかし、搬送ロボットから主軸チャックへ行われるワークの直接の受渡しは、その主軸チャックの開き代が微小（例えば、径方向に０．１ｍｍ）な場合、ワークの位置精度を出すことが困難であった。ワーク自動搬送機は、走行装置によって加工機械ライン内を大きく移動し、搬送ロボットの受渡し動作も大きいものであるため、構造上、主軸チャックに合わせたワークの位置精度を出すことが困難であった。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、工作機械内の中継装置を介して主軸チャックと搬送ロボットとのワークの受渡しを行うワーク搬送方法および、同方法を実行するための工作機械を提供することを目的とする。

本発明の一態様における工作機械は、主軸チャックによって把持したワークを回転させる主軸装置と、機外の搬送ロボットからのワークを機内において中継チャックが把持し、機内の移動によって前記主軸チャックとワークの受け渡しを行う中継装置と、前記中継装置を機内において移動させる中継用駆動装置とを有し、前記主軸チャックおよび前記中継チャックはコレットチャックであり、前記中継チャックは、その開き代が、前記主軸チャックの開き代より大きく、前記搬送ロボットのチャックの開き代より小さいものである。

前記構成によれば、搬送ロボットによって工作機械へ搬送されたワークは、その工作機械内において中継装置と搬送ロボットとの間で受け渡しが行われ、更にワークを受け取った中継装置により主軸チャックへとワークの受渡しが行われるため、主軸チャックの開き代が微小であっても適切なワークの受渡しが可能になる。

加工機械ラインの一例を示した斜視図である。 工作機械の一実施形態についてその内部構造を示した側面図である。 ワーク自動搬送機を簡略化して示し側面図であり、ワークの搬送状態（Ａ）とワークの受渡し状態（Ｂ）とが示されている。 ワーク搬送方法の一実施形態を簡略化して示した図である。 本実施形態のワーク搬送方法の実行する主要な構成を示した図である。 中継装置としてのタレット装置を下側から見た図面である。 加工機械ラインにおける各装置の関係を簡略化して示した図である。

次に、本発明に係るワーク搬送方法および工作機械の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、複数の工作機械などからなる加工機械ラインのワーク搬送方法および、その加工機械ラインを構成する工作機械について説明する。図１は、加工機械ラインの一例を示した斜視図である。この加工機械ライン１は、工作機械などの作業機がモジュール化されたものであり、本実施形態では６台の加工モジュール５によってワークを段階的に加工する一つの加工ラインが構成されている。

加工モジュール５は、２台ずつがベース２の上に搭載され、工作機械などの作業機がそれぞれ機体カバー６によって覆われている。６台の加工モジュール５は、幅方向に並べられ、互いが極めて近接した状態で配置されている。全てのモジュール５は、車輪を備えた可動ベッド上に組み付けられ、ベース２上に設けられたレールに沿って機体前後方向の移動が可能となっている。そのため、加工機械ライン１の全体をコンパクトすることができる一方で、機体前後方向の移動が可能な加工モジュール５に関し、それぞれメンテナンスや部品交換などの作業が容易となっている。

加工機械ライン１は、各々の加工モジュール５に対して順番にワークを搬送するワーク自動搬送機が設けられ、ワークを搬送するための空間が前面部に構成されている。すなわち、加工モジュール５には作業機本体を覆う機体カバー６の前に、閉可能な前カバー７が各々に設けられている。その前カバー７は、加工モジュール５毎に設けられているが、隣との間に仕切は無いためライン全体に搬送空間３０が広がり（図２参照）、その中に搬送ロボットからなるワーク自動搬送機が構成されている。

次に、加工機械ライン１を構成する加工モジュール５の一つである工作機械について説明する。図２は、その工作機械１０の内部構造を示した側面図である。この工作機械１０は、前述したように車輪を備えた可動ベッド１１の上に組み付けられ、ベース２の上に敷設されたレール２０１に沿った移動が可能になっている。工作機械１０は、エンドミルやドリルなどの回転工具、或いはバイトなどの切削工具を備える工具台１３を有し、その工具台１３の旋回割出しが可能なタレット装置１５が設けられている。工作機械１０には、そのタレット装置１５を加工軸方向に移動させる駆動装置が構成されている。

工作機械１０は、ワークを回転させる主軸装置１２の回転軸（主軸）が、機体前後方向であって且つ水平になるように構成されている。その主軸装置１２の主軸と平行な水平軸をＺ軸とする。そして、Ｚ軸に対して直交する機体上下方向であり、タレット装置１５の工具をＺ軸に対して進退させる移動軸をＸ軸とする。工作機械１０は、主軸チャック１６に把持されたワークに対して、タレット装置１５の工具をＺ軸方向とＸ軸方向とに移動させる２軸旋盤である。本実施形態の工作機械１０では、機体幅方向（Ｙ軸方向）の寸法が小さくなるように設計されている。

主軸装置１２は、回転自在に支持された主軸に対して主軸チャック１６と従動プーリとが一体に形成され、スピンドルモータ２１の回転がタイミングベルトを介して伝達されるよう構成されている。タレット装置１５は、Ｚ軸駆動装置１７のＺ軸スライド２３に対して一体的に構成され、そのＺ軸スライド２３とともにＸ軸駆動装置１８のＸ軸スライド２６に搭載されている。Ｘ軸スライド２６にはＺ軸ガイド２４が固定され、Ｚ軸スライド２３がそのＺ軸ガイド２４に対して摺動自在に取り付けられている。

Ｚ軸駆動装置１７は、Ｚ軸ガイド２４に固定された支持フレームにネジ軸が軸受を介して取り付けられ、そのネジ軸がＺ軸スライド２３内の非回転の送りナットに螺合してボールネジ機構が構成されている。ネジ軸にはＺ軸用サーボモータ２２の回転が伝達され、送りナットを介してＺ軸スライド２３の直進運動が行われるようになっている。そのＺ軸駆動装置１７やタレット装置１５を支持するＸ軸駆動装置１８は、主軸装置１２の横に設置されたコラム２５に組み付けられている。特に、工作機械１０の機体幅寸法を抑えるため、Ｘ軸駆動装置１８は、主軸装置１２の上方でＺ軸駆動装置１７を昇降させるよう構成されている。

Ｘ軸駆動装置１８は、コラム２５に形成されたガイドを介して、Ｘ軸スライド２６が鉛直方向に摺動自在に取り付けられている。コラム２５には鉛直方向に配置されたネジ軸が回転可能に支持され、そのネジ軸がＸ軸スライド２６内の非回転の送りナットに螺合してボールネジ機構が構成されている。ネジ軸にはＸ軸用サーボモータ２９の回転が伝達され、送りナットを介してＸ軸スライド２６の昇降が行われるようになっている。よって、本実施形態の工作機械１０は、主軸チャック１６に保持されたワークが回転し、Ｚ軸駆動装置１７およびＸ軸駆動装置１８の駆動によりタレット装置１５が移動し、ワークに対して工具が当てられて切削など所定の加工が行われるようになっている。

工作機械１０は、全体が機体カバー６によって覆われ、その内部には、主軸チャック１６に把持されたワークに対して加工を行う加工室２０が構成されている。加工室２０の下には、切屑を回収する貯留槽２７が設けられ、スクリューコンベアからなる不図示の排出装置が構成されている。そのため、回転するスクリューによって貯留槽２７内の切屑が機体後方へと掻き出され、外部における切屑の回収が可能になっている。また、貯留槽２７には使用済のクーラントが溜められ、フィルタを通して異物が除かれた状態でクーラントタンク２８へと送られ、再生されたクーラントがポンプ２９によって加工室２０内の洗浄や加工点などへ噴射されるよう構成されている。

加工機械ライン１では、開閉カバー７によって覆われた搬送空間３０内を搬送ロボットが移動し、工作機械１０の前で停止して、加工室２０の壁面に形成された開口部を通してワークの受渡しが行われる。その開口部には上下に移動する自動開閉扉３１が設けられている。そのため、自動開閉扉３１が閉じることにより加工室２０内での加工が可能になり、自動開閉扉３１が開くことにより、搬送空間３０を移動する搬送ロボットが加工室２０内に侵入し、図３に示すようにワークの受渡しが可能になっている。

図３は、ワーク自動搬送機を簡略化して示した側面図であり、図（Ａ）にはワークの搬送状態が示され、図（Ｂ）にはワークの受渡し状態が示されている。このワーク自動搬送機３は、搬送ロボット３３が走行台３４に搭載され、ベース２に対して走行台３４を走行させるための走行構造３５が設けられている。走行構造３５は、ベース２の前面部に水平に延びたラックやレールが固定され、走行台３４には、そのレールを掴んで摺動する走行スライドや、ラックに噛合するピニオンを備えた走行用モータ３６が一体になって構成されている。そして、走行台３４には旋回テーブルを介して取り付けられた支持台３３３が取り付けられ、その上に搬送ロボット３３が組み付けられている。

搬送ロボット３３は、上腕部材３３１と前腕部材３３２が関節機構を介して連結されたアームロボットであり、先端部にはワークＷを把持するロボットハンド３７が設けられている。ロボットハンド３７は、表裏一対のチャック機構を備え、前腕部材３３２に対して軸支され、ワークＷを把持するチャック面の角度調整が可能になっている。こうした搬送ロボット３３は、図３（Ａ）に示すように、上腕部材３３１に前腕部材３３２が折り畳まれてコンパクトな状態になることで搬送空間３０内の移動が可能になっている。一方で、搬送ロボット３３は、図３（Ｂ）に示すように、上腕部材３３１と前腕部材３３２との傾きを変化させた伸縮作動によって、ロボットハンド３７による離れた位置でのワークＷの受渡しが可能になっている。

搬送ロボット３３は、加工機械ライン１を構成する６台の加工モジュール５に対して移動し、前述したように伸縮作動によってロボットハンド３７を移動させ、ワークＷの受渡しが行われる。その際、主軸チャック１６によっては、ワークＷの受渡し位置に高い精度が要求される。そのため、ロボットハンド３７で保持したワークを主軸チャック１６へ位置合わせすることが非常に困難である。ワーク自動搬送機３では、走行台３４の停止位置、搬送ロボット３３の受渡し時の姿勢、そしてロボットハンド３７の角度など、高度な位置決め制御が必要となるからである。

そこで、本実施形態では、主軸チャック１６と搬送ロボット３３との間のワークＷの受渡しを可能にするため、工作機械１０内でワークＷの中継を行うワーク搬送方法が採用されている。そして、工作機械１０の場合には、タレット装置１５がワークＷを中継する中継装置として構成され、Ｚ軸駆動装置１７およびＸ軸駆動装置１８が中継用駆動装置として構成されている。図４は、そうしたワーク搬送方法の一実施形態を簡略化して示し側面図であり、図５は、ワーク搬送方法を実行する主要な構成を示した図である。また、図６は、タレット装置１５を下側から見た図面である。

工作機械１０のタレット装置１５は、工具台１３にエンドミルやドリル、或いはバイトなどの工具４２が着脱可能に取り付けられたものである。すなわち、ワークＷを加工するための工具を保持するものである。本実施形態では、こうしたタレット装置１５を中継装置として機能させるため、工具台１３には複数の工具４２とともに中継チャック４１が組み付けられている。この中継チャック４１は、単動の油圧シリンダを使用したコレットチャックであり、油圧によってチャックが閉じたクランプ状態となり、油圧解放時には内蔵されたスプリングによってチャックが開いたアンクランプ状態になるものである。中継チャック４１は、油圧以外にもエアーによってチャックの開閉を行う別の構成のものであってもよい。

また、本実施形態では、主軸チャック１６は開き代が０．１ｍｍのコレットチャックであるのに対し、中継チャック４１の開き代は、０．７ｍｍであり、ロボットハンド３７のチャックの開き代は２５ｍｍである。つまり、中継チャック４１は、主軸チャック１６に比べてアンクランプ時の開きが大きく、それだけ搬送ロボット３３によるワーク受渡し時の位置決めに余裕が生じることとなる。

そして、工作機械１０は、中継チャック４１を搭載したタレット装置１５が加工室２０内を精度よく移動することが可能な構成を有している。つまり、タレット装置１５を移動させるＺ軸駆動装置１７やＸ軸駆動装置１８は当該精度の位置決めが可能な構成を有している。工作機械１０によるワークＷの加工は、ミクロン単位の精度が要求されるため、工具を搭載したタレット装置１５には極めて正確な移動および位置決め精度が必要だからである。そこで、工作機械１０は、タレット装置１５を中継装置とすることで、本実施形態のワーク搬送方法を実行するよう構成されている。

次に、図７は、加工機械ライン１における加工モジュール５やワーク自動搬送機３の関係を簡略化して示した図である。加工機械ライン１では、１つのベース２に対して２台の加工モジュール５が搭載されている。そのベース２ごとにハブ（ＨＵＢ）４６が設けられ、ハブ４６介して全ての加工モジュール５の制御装置４５（工作機械１０では制御装置１９）が接続されている。更に、加工機械ライン１を構成するワーク自動搬送機３も搬送制御装置４７を有し、その搬送制御装置４７がハブ４６を介して全ての加工モジュール５の加工制御装置１５に接続されている。加工機械ライン１には、こうして各制御装置がケーブルを介して接続された通信システムが構築されている。

工作機械１０の制御装置１９は、各種加工に関する加工プログラムやワークの種類、工具や治具に関するワーク加工情報などが格納され、本実施形態では更に、タレット装置１５を中継装置としてワークＷの搬送を行う中継搬送プログラムが格納されている。よって、工作機械１０では、この中継搬送プログラムに従い、搬送ロボット３３との間で図４に示すようなワークＷの受渡しが行われる。このとき工作機械１０およびワーク自動搬送機３は、中継装置（タレット装置１５）を使用した搬送情報が共有されている。

工作機械１０では、タレット装置１５が加工室２０内の前部に移動し、旋回割出しによって中継チャック４１が機体前方側に位置した状態で待機している。そして、開閉扉３１が開くことにより、搬送ロボット３３の動作によってロボットハンド３７が加工室２０内に侵入し、ワークＷの受渡しが行われる。すなわち、図５に示すように、ハンドチャック４３から中継チャック４１へとワークＷの掴み替えが行われる。中継チャック４１によりワークＷがクランプされると、タレット装置１５では工具台１３が１８０°旋回し、ワークＷが機体後方側つまり主軸チャック１６側に向けられる。

ワークＷは、タレット装置１５の移動により加工室２０内をＸ軸方向およびＺ軸方向に移動し、主軸チャック１６へと運ばれる。Ｘ軸駆動装置１８では、Ｘ軸用サーボモータ２９の回転がボールネジ機構を介して直進運動に変換され、コラム２５に形成されたガイドに沿ってＸ軸スライド２６が上下方向に摺動する。高さ方向に位置決めされたワークＷは、次にＺ軸駆動装置１７によって主軸チャック１６へと嵌め合わされる。そのＺ軸方向の移動は、Ｚ軸用サーボモータ２２の回転がボールネジ機構を介してＺ軸スライド２３の直進運動に変換されることによる。そして、位置決めされたワークＷは、中継チャック４１と主軸チャック１６との間で受渡しが行われる。

よって、本実施形態によれば、ワーク自動搬送機３から受け取ったワークＷを中継して主軸チャック１６へと搬送させるようにしたため、主軸チャック１６の開き代が微小であってもワークＷの受渡しを適切に行うことができる。そして、本実施形態では、主軸チャック１６に合わせてワーク自動搬送機３の精度を高める必要がなくなり、また中継装置を新たに設けることなくタレット装置１５を利用しているため、コストをかけることなく開き代が微小なチャックへのワークＷの搬送が可能になっている。

工作機械１０は、Ｘ軸方向の回転軸を中心に旋回するタレット装置１５をＸ軸方向とＺ軸方向の移動を可能にした２軸旋盤であるため、機体の幅寸法が小さくなるように設計されたものである。そうしたタレット装置５を中継装置とし、またＺ軸駆動装置１７およびＸ軸駆動装置１８を中継駆動装置として構成されているため、特にこの工作機械１０では加工室２０内でのワークＷの移動距離が短く、搬送時間も短くすることができる。更に、ワーク自動搬送機３は、工作機械１０においてワークＷの受渡しに要する時間を短縮することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、工具台１３に１台の中継チャック４１を搭載した例を示したが、１８０°の対称的な位置２台の中継チャック４１を設けるようにしてもよい。
また、例えば、前記実施形態では２軸旋盤の工作機械１０を例に挙げて説明したが、３軸加工の旋盤など他の構成の工作機械であってもよい。

１…加工機械ライン ２…ベース ３…ワーク自動搬送機 ５…加工モジュール １０…工作機械 １２…主軸装置 １３…工具台 １５…タレット装置 １６…主軸チャック １７…Ｚ軸駆動装置 １８…Ｘ軸駆動装置 ２０…加工室 ３０…搬送空間 ３３…搬送ロボット ３７…ロボットハンド ４１…中継チャック

Claims (3)

1. 主軸チャックによって把持したワークを回転させる主軸装置と、
   機外の搬送ロボットからのワークを機内において中継チャックが把持し、機内の移動によって前記主軸チャックとワークの受け渡しを行う中継装置と、
   前記中継装置を機内において移動させる中継用駆動装置と、
   を有し、
   前記主軸チャックおよび前記中継チャックはコレットチャックであり、前記中継チャックは、その開き代が、前記主軸チャックの開き代より大きく、前記搬送ロボットのチャックの開き代より小さいものである工作機械。
2. 前記主軸チャックおよび前記中継チャックは、開き代が０．１ｍｍ単位のコレットチャックである請求項１に記載の工作機械。
3. 前記中継装置は、機体上下方向の回転軸を中心に旋回割出しするタレット装置であり、
   前記中継用駆動装置は、前記主軸装置の回転軸に対して平行な機体前後方向および、その回転軸に直交する機体上下方向に前記タレット装置を移動させるタレット用駆動装置である請求項１または請求項２に記載の工作機械。

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