JP6944530B2 - 工作機械システム - Google Patents

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Description

本発明は、複数の工作機械と複数の自走ロボットで構成された工作機械システムに関するものである。
工作機械は、工具を用いて、所望の形状に被加工物を加工する。その際、工作機械への被加工物の取付けの作業、および工作機械の工具交換装置への工具の取付けの作業と、加工が終わった被加工物の搬出の作業を行う必要がある。その際に、人手ではなく、ロボットや無人搬送車を用いて自動運転で取付けと搬出を行うことで、生産効率を高めることができる。
特許文献１には、ガントリローダにハンド置き場があり、ワーク用ハンド、工具ハンドなど数種類のハンドを交換可能に備え、搬送する対象に応じてハンドを交換し、ワーク及び工具を搬送する生産システムが開示されている。
特公平０５−２３９０６号公報
工作機械によって被加工物を加工する場合、被加工物の取付けと搬出が行われる。また、工作機械の工具交換装置に備えられる工具は、加工によって摩耗したり折損したりするため、不要になった工具を工作機械の外部へ搬出し、新しい工具を工作機械の工具交換装置に挿入する必要がある。生産効率の向上のために、これらの作業はロボットを用いて自動で行われるが、被加工物と工具の形の違に対応する必要がある。
被加工物と工具を搬送しようとした場合、特許文献１のように搬送する対象に応じて、ハンドを交換する方式がある。ハンドを交換する場合は、交換するための装置、および交換するための交換時間が必要になる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、被加工物と工具の形の違いに対応できる工作機械システムであって、ハンドを交換する手間をかけることなく、効率的に搬送作業を行う自走ロボットで構成された工作機械システムを提供することを目的とする。
本発明では、複数の工作機械へ工具と被加工物を搬送する工作機械システムにおいて、工具を保持し、工作機械の自動工具交換装置で工具交換する際に把持されるフランジ部が形成され、主軸に把持される工具ホルダと、所定の形状に係合するハンドを有する自走ロボットと、工具ホルダを収納する穴部、及びハンドと係合する第１の係合部が形成された工具ホルダアダプタと、工具ホルダを収納する複数の工具ホルダアダプタを格納する工具貯蔵庫と、複数の工作機械のうちの少なくとも１台の工作機械に設けられたパレットチャックと、パレットチャックと係合するパレットと、被加工物を取り付ける取付け部を有し、該パレットと該取付け部との間にハンドと係合する第２の係合部が形成されている被加工物アダプタとを備え、
工具貯蔵庫から工作機械に工具ホルダを搬送する際に、自走ロボットが工具ホルダアダプタの第１の係合部を把持して工具を搬送し、工作機械に被加工物を搬送する際に、自走ロボットが被加工物アダプタの第２の係合部を把持して被加工物を搬送するようにした。
これにより、工具ホルダに形成された工具交換用の溝よりも大きく、工具交換用の溝に勘合できないハンドを有した自走ロボットであっても、工具ホルダを工具貯蔵庫から、工作機械の工具交換装置にある工具マガジンまで搬送できるようになった。
これにより、パレットに形成されたパレット交換装置用の溝よりも小さく、パレット交換装置用の溝に勘合できないハンドを有した自走ロボットであっても、パレットを被加工物貯蔵庫から、工作機械のパレット交換装置まで搬送できるようになった。
本発明により、同一形状のハンドで工具ホルダアダプタ、被加工物アダプタ、電極ホルダを把持できるので、一種類の自走ロボットでハンドを交換することなく、工具、被加工物、電極を貯蔵庫から工作機械へ効率的に搬送することができるようになった。
本発明の工作機械システムの実施の形態を表した概略図である。 本発明の工作機械を表した概略図である。 本発明の工具ホルダアダプタを説明する図である。 本発明の工具ホルダアダプタを説明する図である。 本発明の被加工物アダプタを説明する図である。 本発明の電極アダプタを説明する図である。
本発明の実施の形態を図１に示す。本発明は、自走ロボット５１を用いて、工具Ｔや被加工物Ｗを収納するそれぞれの収納庫と、複数の工作機械１１、放電加工機３１との間で、工具Ｔや被加工物Ｗ、電極９５を搬送する工作機械システムである。
図２に示す工作機械１１は、送り軸により工具Ｔと被加工物Ｗとを相対的に移動させることで、回転する工具Ｔによって被加工物Ｗを切削加工するマシニングセンタである。工作機械１１は、加工室１３、工具収納装置１５、パレット交換装置１７で構成される。工作機械１１は、工具Ｔを把持する主軸２１を有する。主軸２１は、主軸頭１９に回転可能に支持されている。主軸頭１９は、送り軸により、Ｘ方向及びＺ方向に移動することができる。工作機械１１は、被加工物Ｗが載置されたパレット２３を把持するチャック２５を備えたテーブル２７を有する。テーブル２７は、送り軸によりＹ方向に移動することができる。主軸頭１９とテーブル２７とを相対的に移動させることで、工具Ｔと被加工物Ｗとが相対的に移動する。工作機械１１は、主軸２１に保持する工具Ｔを自動的に交換するため、工具Ｔを工具ホルダ７３に組み付けた状態で工具収納装置１５に格納している。工具収納装置１５は、複数の工具ホルダ７３を格納し、図示していない工具交換装置により主軸２１に把持する工具ホルダと工具収納装置１５の中にある工具ホルダ７３とを入れ替えることで工具Ｔを交換する。パレット交換装置１７は、テーブル２７に把持したパレット２３と他のパレット２３との交換を行う。
放電加工機３１は、電極９５を把持する主軸と被加工物Ｗが載置されたテーブルとを有し、送り軸により主軸とテーブルとを相対的に移動させ、電極と被加工物との間に電圧を印加して放電を発生させ、放電加工を行う型彫放電加工機である。放電加工機３１は、加工室３３、電極収納装置３５、パレット交換装置１７で構成される。放電加工機３１は、主軸に保持する電極を自動的に交換するため、電極９５を電極ホルダ９３に組み付けた状態で電極収納装置３５に格納している。電極収納装置３５は、図示していない電極交換装置により主軸に把持する電極ホルダ９３と電極収納装置３５の中にある電極ホルダ９３とを入れ替えることで電極を交換する。また、工作機械１１と同様に、パレット交換装置１７を備え、テーブルに把持したパレット２３と他のパレット２３との交換を行う。
自走ロボット５１は、無人搬送車５３と、無人搬送車５３の上に取り付けられ３以上の自由度を持つマニピュレータ５５とを備え、マニピュレータ５５の先端にハンド５７を有する。自走ロボット５１の無人搬送車５３の上部には、搬送する物品を一時的に置くための運搬台５９を備える。
ハンド５７は２本の指部からなり、搬送する対象物には指部の形状と係合するように係合部が形成されている。本発明では、係合部は運搬する物の外周に溝状に形成されている。溝状の係合部にハンド５７の指部を差し込み、更に２本の指部が内側に閉じることで、搬送する対象物を把持する。ハンド５７の指部が溝形状に合致することで、脱落することなく確実に把持することができる。
本発明の工作機械１１で使用される工具Ｔは、所定形状の工具ホルダ７３に取り付けられている。工具ホルダ７３は、テーパ部７５、フランジ部７７、先端部７９で構成されている。工具ホルダ７３のフランジ部７５とテーパ部７７の形状は規格で定められている。工具ホルダ７３のテーパ部７７は、主軸２１が工具ホルダ７３を把持するときに用いられる。工具ホルダ７３のフランジ部７７には、溝が形成されており、この溝は、工作機械の自動工具交換装置で、主軸２１と工具収納装置１５の工具ホルダ７３を交換する際に使用される。
工具ホルダアダプタ６３は、筒状の部品であって、上部にフランジ６５があり、フランジ６５にハンド５７の指部と係合する溝状の係合部６７が形成されている。筒の穴部に工具ホルダ７３の先端側を挿入することができる。図３ａは、工具ホルダアダプタ６３に、工具ホルダ７３を挿入する前の状態を示し、図３ｂは、工具ホルダアダプタ６３に、工具ホルダ７３を挿入した状態を示す。工具ホルダ７３の先端部の形状は様々であり、本来、把持する部分としては適さないが、工具ホルダ７３を工具ホルダアダプタ６３に挿入し、工具ホルダアダプタ６３をハンド５７で把持することで、間接的に工具ホルダ７３を把持することができる。
工具貯蔵庫６１には、予備の工具ホルダ７３が、工具ホルダアダプタ６３に挿入された状態で多数格納されている。自走ロボット５１が、ハンド５７で工具ホルダアダプタ６３のフランジ６５を把持して、自走ロボット５１の運搬台と工具貯蔵庫６１との間で工具ホルダ７３を工具ホルダアダプタ６３ごと移載する。
本発明の工作機械１１および放電加工機３１で使用されるパレット２３について説明する。パレット２３には外周に溝部８８があり、テーブル上のパレット２３を交換する際に、パレット交換装置がパレット２３を把持するために用いられる。パレット２３には被加工物Ｗを積載するので、パレット２３の外周は、工具ホルダ７３に比べ、大きく作られている。パレット２３の外周は大きいため、工具ホルダ７３の搬送に使用する自走ロボット５１のハンド５７と同じ大きさのハンド５７では把持することはできない。そのため、従来は、工具ホルダ７３と被加工物Ｗの搬送で、ハンドの大きさが異なる自走ロボットを用意するか、ハンド自体を交換する作業をする必要があった。
被加工物アダプタ８３について、図４を参照して説明する。被加工物アダプタ８３は、パレット２３の上方に形成されている。パレット２３の下方には、チャック２３との結合に用いられるプルスタッド８９がある。被加工物アダプタ８３の上面は、被加工物Ｗを取り付けるための取付け部８６になっている。被加工物アダプタ８３は、パレット２３の外形よりも小さく形成されている。被加工物アダプタ８３の外周には、ハンド５７の指と係合する溝状の係合部８５が形成されている。これにより、ハンド５７を交換することなく、自走ロボット５１のハンド５７で把持できるようになった。
被加工物貯蔵庫８１には、加工前の被加工物Ｗがそれぞれ被加工物アダプタ８３を介してパレット２３に固定されている。自走ロボット５１は、ハンド５７で被加工物アダプタ８３を把持することで、自走ロボット５１の運搬台５９にパレット２３ごと被加工物Ｗを移載することができる。また、加工した後に、自走ロボット５１は工作機械１１または放電加工機３１から加工が終わった被加工物Ｗをパレット２３と被加工物アダプタ８３ごと回収し、被加工物貯蔵庫８１に搬送する。
次に、電極ホルダ９３について、図５を参照して説明する。電極ホルダ９３の外周には、電極交換装置が電極ホルダ９３を保持する際に使用する溝状の係合部９７が形成されている。電極ホルダ９３の上方には、主軸との結合に用いられるプルスタッド９９がある。この電極ホルダ９３の係合部９７は、自走ロボット５１のハンド用の係合部と同じ形状にしてある。これにより、自走ロボット５１のハンド５７でも電極ホルダ９３を把持することができる。放電加工機３１の電極収納装置３５と、電極貯蔵庫９１の間において、自走ロボット５１で電極ホルダ９３を搬送することができる。
電極貯蔵庫９１には、予備の電極ホルダ９３が、多数格納されている。自走ロボット５１が、ハンド５７で電極ホルダ９３の係合部９７を直接把持して、自走ロボット５１の運搬台５９と電極貯蔵庫９１との間で電極ホルダ９３を移載する。
以上の構成により、工作機械システム全体を管理する中央制御装置から搬送指令を受けた自走ロボット５１は、工作機械１１または放電加工機３１と被加工物貯蔵庫８１との間で被加工物Ｗを搬送する。自走ロボット５１はハンド５７で被加工物アダプタ８３を把持することで、自走ロボット５１の運搬台５９にパレット２３ごと被加工物Ｗを移すことができる。その後、自走ロボット５１は、目的地であるパレット交換装置１７の近傍まで走行し、ハンド５７で被加工物アダプタ８３を把持し、運搬台５９の上にある被加工物Ｗを目的地に置く。
工具ホルダ７３の搬送も被加工物Ｗの場合と同様に、中央制御装置から搬送指令を受けた自走ロボット５１が、工作機械１１と工具貯蔵庫６１との間で工具ホルダ７３を搬送する。自走ロボット５１はハンド５７で工具ホルダアダプタ６３を把持することで、自走ロボット５１の運搬台５９に工具ホルダアダプタ６３ごと工具ホルダ７３を移す。その後、自走ロボット５１は、目的地である工作機械の工具収納装置１５の近傍まで走行し、ハンド５７で工具ホルダアダプタ６３を把持し、運搬台５９の上にある工具ホルダ７３を工具ホルダアダプタ６３ごとに目的地に置く。
工作機械１１および放電加工機３１は、それぞれ独立して実行する加工プログラムに記載されている指令によって、工作機械１１または放電加工機３１の主軸またはテーブルにある工具ホルダ７３、パレット２３、電極ホルダ９３を、工具収納装置１５、パレット交換装置１７、電極収納装置３５にある工具ホルダ７３、パレット２３、電極ホルダ９３と自動交換しながら加工を行う。
本発明よれば、一台の自走ロボット５１の一種類のハンド５７で、工作機械１１、放電加工機３１と、工具貯蔵庫６１、被加工物貯蔵庫８１、電極貯蔵庫９１との間の搬送することができ、ハンドを交換する作業をすることなく対応できる工作機械システムを提案した。本発明は、複数の自走ロボット５１がある場合でも、有効である。例えば、工具ホルダ７３の搬送が多いときは、より多くの自走ロボット５１を工具ホルダ７３の搬送に割り当てることができ、被加工物Ｗの搬送が増えれば、被加工物Ｗの搬送に割り当てる自走ロボット５１の台数を容易に増やすことができ、無駄の少ない運用ができる。
また、本発明は、工具ホルダアダプタ６３、被加工物アダプタ８３に、自走ロボットのハンド用の係合部を追加したので、工作機械１１の工具交換装置およびパレット交換装置が係合する部分の工具ホルダの形状、パレットの形状は変更する必要がない。よって、既存の工具ホルダ、パレット及び、それらを把持する工具交換装置、パレット交換装置をそのまま使用できる。そのため、既存の工作機械を本発明の工作機械システムに組み込むことが容易である。また、ハンド５１を交換する機構を必要としないため、自走ロボット５１のマニピュレータ５５が軽量となり、ハンド５１の動作させる速度を高めることが可能となる。
１１ 工作機械
１３ 加工室
１５ 工具収納装置
１７ パレット交換装置
１９ 主軸頭
２１ 主軸
２３ パレット
２５ チャック
２７ テーブル
３１ 放電加工機
３３ 加工室
３５ 電極収納装置
５１ 自走ロボット
５３ 無人搬送車
５５ マニピュレータ
５７ ハンド
５９ 運搬台
６１ 工具貯蔵庫
６３ 工具ホルダアダプタ
６５ フランジ
６７ 係合部
７３ 工具ホルダ
７５ テーパ部
７７ フランジ部
７９ 先端部
８１ 被加工物貯蔵庫
８３ 被加工物アダプタ
８５ 係合部
８６ 取付け部
８８ 溝部
８９ プルスタッド
９１ 電極貯蔵庫
９３ 電極ホルダ
９５ 電極
９７ 係合部
９９ プルスタッド

Claims (2)

  1. 複数の工作機械へ工具と被加工物を搬送する工作機械システムにおいて、
    工具を保持し、工作機械の自動工具交換装置で工具交換する際に把持されるフランジ部が形成され、主軸に把持される工具ホルダと、
    所定の形状に係合するハンドを有する自走ロボットと、
    工具ホルダを収納する穴部、及び前記ハンドと係合する第１の係合部が形成された工具ホルダアダプタと、
    工具ホルダを収納する複数の工具ホルダアダプタを格納する工具貯蔵庫と、
    前記複数の工作機械のうちの少なくとも１台の工作機械に設けられたパレットチャックと、
    前記パレットチャックと係合するパレットと、
    被加工物を取り付ける取付け部を有し、該パレットと該取付け部との間に前記ハンドと係合する第２の係合部が形成されている被加工物アダプタと、
    を備え、
    前記工具貯蔵庫から工作機械に工具ホルダを搬送する際に、前記自走ロボットが工具ホルダアダプタの第１の係合部を把持して工具を搬送し、
    工作機械に被加工物を搬送する際に、前記自走ロボットが被加工物アダプタの前記第２の係合部を把持して被加工物を搬送することを特徴とした工作機械システム。
  2. 請求項１に記載の工作機械システムであって、
    前記複数の工作機械のうちの少なくとも１台の工作機械が、電極ホルダと係合する電極ホルダ用チャックを有し、
    電極を把持した電極ホルダを複数格納する電極貯蔵庫を備え、
    前記電極ホルダに前記ハンドと係合する係合部が形成されており、前記電極貯蔵庫から工作機械に電極を搬送する際に、前記自走ロボットが電極ホルダを把持して搬送することを特徴とした工作機械システム。
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