JP7425880B2 - ワーク交換装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は工作機械のワーク交換分野に関し、特にワーク交換装置及び方法に関する。

従来の工作機械のワーク交換はその多くがロボット、マニピュレータ又は手動操作で行われる。

ロボットを使用したワーク交換は動作が速く、効率が高いが、ロボットが動作する時、動作ストロークが余分な空間を占有する必要があり、製造リソースの構成に不利である。且つロボットの中心的な部材が海外で独占されており、購入コスト及びメンテナンスコストが極めて高く、また予備部品が海外から出荷されるため、入荷サイクルが長く、メンテナンス期間が長くなり、企業の連続生産に不利であり、ロボットの中心的な部材に突発的な故障が発生すると、生産に影響を及ぼし、企業が被る損失が非常に深刻である。

マニピュレータは構造が複雑であり、複数の線形軸の移動によりワークの交換を完了させ、高速のサーボモータとリードスクリューを組み合わせた伝動を採用するが、複数の線形軸全体のコストが高い。一部のマニピュレータはシリンダ伝動を採用し、ストッパとセンサを組み合わせてワークの交換を実現するが、この形式のマニピュレータはワーク交換時に、センサで検出した後にシリンダが完全に所定の位置まで移動したことを保証する必要があり、衝突リミットに達する前に、シリンダは速度を落として、緩衝時間を残す必要があり、これがワーク交換全体の動作を遅くし、且つストッパ位置決めに機械的摩耗と緩みが存在し、ずれが生じて、繰り返し調整する必要がある。

手動でワークを交換するコストはロボットの購入コスト及びメンテナンスコストより低く、且つ相対的に安定しているが、手動によるワーク交換は速度が遅く、作業効率は機械自動化の作業効率よりはるかに低く、これは企業の収益に大きな影響を及ぼし、且つ、人件費が年々上昇しており、企業の利潤をさらに圧縮する。

本発明は、ワーク交換を迅速かつ安定して行うことができるワーク交換装置及び方法を提供する。

工作機械のＸ軸及びＺ軸に沿って移動することができるワーク主軸と、ワークマガジンと、をさらに含み、
前記ワークマガジンはワークを格納するために用いられ、前記ワークマガジンは工作機械の片側に設けられ、
前記ワーク主軸は工作機械のＸ軸及びＺ軸に沿って前記ワークマガジンまで移動し、且つ前記ワークマガジンから前記ワークマガジンの加工対象のワークを把持し又は前記ワークマガジンに加工後のワークを移送できる、ワーク交換装置。

さらに、検出装置をさらに含み、前記検出装置は前記ワーク主軸の位置、前記ワーク主軸におけるワークの状態及び前記ワークマガジン内のワークの位置と角度を検出することができ、前記状態は、ワークの有無、ワークが加工済か未加工であるかを含む。

さらに、前記ワークの端部にシャンクが設けられ、前記ワーク主軸に前記シャンクと互いに係合するブローチ機構が設けられる。

さらに、前記ワークマガジンはワークジョー及びチェーン軸をさらに含み、
前記ワークジョーは前記シャンクを介してワークを前記ワークマガジン内に固定し、前記ワークジョーはワークチェーンに設置され、前記チェーン軸は前記ワークチェーンを駆動して前記ワークを搬送し、前記チェーン軸は工作機械の支柱に固定される。

前記ワーク主軸は初期位置に移動し、前記初期位置はＺ軸方向において前記ワークマガジンから離れており、Ｘ軸方向において前記ワークの把持が可能な側に位置するステップと、
前記ワークマガジンを起動して、前記ワークを搬送し、前記ワークを工作機械に近い位置に移動させるステップと、
前記ワーク主軸はＺ軸方向に沿って前記ワークマガジンに移動し、前記ワーク主軸と前記ワークを同軸にするステップと、
前記ワーク主軸はＸ軸に沿って移動し且つ前記ワークに係着されるステップと、
前記ワーク主軸は前記ワークを駆動してＺ軸に沿って移動させ前記ワークマガジンから離脱させるステップと、
を含む、ワーク交換方法。

前記ワーク主軸はＺ軸の前記ワークマガジンから離れた一端に移動するステップと、
前記ワークマガジンを起動し、前記ワークマガジンのワークを格納する位置を工作機械の方向に向け、前記ワーク主軸はＸ軸に沿って移動し、ワーク主軸におけるワークと前記ワークを格納する位置とを位置合わせするステップと、
前記ワーク主軸はＺ軸方向に沿って前記ワークマガジンに移動し、前記ワーク主軸はワークをワークマガジン内に送り、前記ワーク主軸はワークを放すステップと、
前記ワーク主軸はＸ軸方向に沿ってカッターから離れる方向に移動し、前記ワークを前記ワーク主軸から離脱させるステップと、
を含む、ワーク交換方法。

本発明は、ワーク主軸のＸ軸及びＺ軸方向における移動及びシャンク構造とブローチ機構との組み合わせを利用して、ワークマガジン内のワーク取り出しとワークマガジンへのワーク搬送を実現し、ワーク交換作業を完了させるワーク交換装置及び方法を提供する。本発明の有益な効果は以下のとおりである。１、工作機械自体のＸ軸及びＺ軸を利用してワーク主軸を平面内で移動させ且つワークを把持し、精度が高く、速度が速く、且つ位置閉ループ制御であり、把持動作をより正確にして、動作速度及び把持精度はいずれもロボット又はマニピュレータよりはるかに優れており、ワーク交換の効率を大幅に向上させる。２、工作機械自体のＸ軸とＺ軸を利用してワーク交換を行い、補助機構を追加する必要がなく、機械構造がよりシンプルであり、信頼性がより高いだけでなく、コストを節約する。３、ワークにシャンクコネクタが予め取り付けられ、ブローチ機構及びシャンク構造は従来技術であり、荷重が大きく、信頼性が高く、且つワークマガジンの拡張が容易である。４、ワークマガジンは加工作業空間に隣接し、工作機械全体の構造がコンパクトであり、占有面積が小さく、ワークの出し入れは工作機械の線形軸の移動によって行われ、追加の動作ストロークを必要とせず、空間を大幅に節約し、製造リソースの構成に有利である。

本発明の実施例又は従来技術における技術的解決手段をより明確に説明するために、以下に実施例又は従来技術の説明に必要な図面を簡単に紹介し、明らかなことは、以下に示された図面は本発明のいくつかの実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的な労力を要することなく、これらの図面に基づいて他の関連する図面を取得することができる。

図１は本発明が開示するワーク交換装置の構造概略図である。 図２は本発明におけるワーク主軸がワークを取る前の初期位置の概略図である。 図３は本発明におけるワーク主軸がワークを取る準備をする時の位置の概略図であり、ワーク主軸がワークを戻す時にワークを離脱させた後の位置の概略図でもある。 図４は本発明におけるワーク主軸がワークマガジンの位置でワークと係着する概略図である。 図５は本発明におけるワーク主軸がワークを把持してワークマガジンから離れた位置の概略図であり、ワーク主軸がワークを戻す前の位置の概略図でもある。

本発明の実施例の目的、技術的解決手段及び利点をより明確にするために、以下に本発明の実施例における図面を参照しながら、本発明の実施例における技術的解決手段を明確、且つ完全に説明するが、明らかな点として、説明される実施例は本発明の一部の実施例であり、全ての実施例ではない。本発明の実施例に基づき、当業者が創造的な労力を要することなく取得した全ての他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。

図１に示すように、ワークマガジン１と、ワーク主軸３と、を含みワーク交換装置であって、ワークマガジン１はワーク２を格納するために用いられ、ワーク主軸は工作機械のＸ軸及びＺ軸に沿って移動し且つワークを把持することができる。工作機械のベッドベースに、工作機械のＸ軸に沿って移動可能なスライドテーブル４が設けられ、スライドテーブル４に工作機械のＺ軸に沿って移動可能なパレット５が設けられ、パレット５にワーク主軸３が設けられる。

ベッドベースにＸ軸方向の２本のガイドレールが設けられ、スライドテーブル４の底部にガイドレールと係合するスライダが設けられ、ベッドベースの一端に駆動モータが設けられ、駆動モータはリードスクリューとナットの係合によりスライドテーブル４を駆動して移動させる。スライドテーブル４にＺ軸方向の２本のガイドレールが設けられ、パレット５の底部にスライダが設けられ、スライドテーブル４の一端にモータが設けられ、モータはパレット５を駆動してスライドテーブル４上をＺ軸に沿って移動させる。

ワークマガジン１は工作機械の左側面に固定され、ワークマガジン内のワークはワーク主軸と同方向に横並びされ、ワークの加工対象の一方の側は工作機械の支柱方向に向き、ワークの他方の側にシャンク２１が設けられる。工作機械のＸ軸とＺ軸は平面座標系を構成し、ワークマガジン１の工作機械に近い一端はこの座標系内に位置し、ワーク主軸はこの座標系内で移動する。工作機械における線形軸の移動精度が高く、速度が速く、安定性が高く、ワークの把持と交換の効率を向上させる。工作機械のＸ軸及びＺ軸は工作機械自体の部材であり、構造が簡単で、安定性が高く、ワーク把持の信頼性をより高くする。

さらに、検出装置を含み、検出装置はワーク主軸３の位置、ワーク主軸３におけるワークの状態及びワークマガジン１内のワークの位置と角度を検出するために用いられ、ワーク主軸３におけるワークの状態は、ワーク主軸３におけるワークの有無、ワーク主軸３におけるワークが加工済か未加工かを含む。検出装置は複数のセンサを含み、複数のセンサによってワークステーションにおけるワークの有無、ワークの角度が正確であるか否か、ワークが加工されているか否か等を検出する。ワーク主軸３の移動過程において、工作機械の位置閉ループサーボシステムを利用してワーク主軸３の変位量を正確に検出し、制御が正確であり、ワーク主軸にワークを迅速且つ安定して把持させる。

ワーク主軸３にブローチ機構３１が設けられ、ワーク２の端部にブローチ機構３１と係合するシャンク構造が設けられる。ブローチ機構とシャンクの係合は従来技術であり、把持が安定しており、荷重が大きく、信頼性が高く、且つワークマガジンの拡張が容易である。

ワークマガジン１は工作機械に集積され、工作機械の加工領域に隣接し、構造がコンパクトであり、占有面積が小さく、工場建屋の利用率を向上させるだけでなく、製造リソースの構成にも有利である。

ワークマガジン１はさらにチェーン軸１１及びチェーン軸１１に巻き付けられたワークチェーン１２を含み、チェーン軸１２は工作機械の支柱に固定され且つモータによって駆動され、チェーン軸１２はワークチェーン１１を駆動して移動させ、ワークチェーン１１にワークジョー１３が設けられ、ワーク２はワークジョー１３によってワークチェーン１２に固定される。

ワークチェーン１２はヒンジ連結方式で互いに接続された複数のチェーンリンクで構成され、ワークチェーン１２はチェーン軸１１の外側に巻き付けられ、ワークチェーン１１にワークジョー１３が設けられ、ワークジョー１３はワーク２をワークチェーン１２に固定し、ワーク２の端部にシャンク２１が予め取り付けられ、シャンク２１はワークジョー１３と嵌合してワークマガジン１におけるワークの固定を実現する。ワーク主軸３の端面のブローチ機構３１とワーク２のシャンク構造との係合により、ワーク２に対する把持を実現することができる。ワークジョー１３の構造は従来の刃物台構造であり、刃物台とシャンクとの嵌合による固定は従来技術であり、シャンクと刃物台の接続形式を用いてワークマガジンを構築し、高い信頼性を有するだけでなく、必要に応じてワークマガジンを容易に拡張することができる。シャンクの形式でワークを把持し、荷重が大きく、把持が安定しており、交換速度が速く、交換効率を大幅に向上させる。

ワークの取り付けを実現する方法であって、以下のステップを含む。

図２に示すように、ワーク主軸は初期位置にあり、初期位置はＺ軸方向においてワークマガジンから離れており、Ｘ軸方向においてワークの把持が可能な側に位置する。該初期位置は上記条件を満たす領域内の複数の点であってもよく、ワークマガジン１は工作機械の左側面に固定され、ワークマガジン内のワークはワーク主軸と同方向に横並びにされ、ワークの加工対象の一方の側は工作機械の支柱方向に向き、ワークの他方の側にシャンク２１が設けられ、ワークの把持が可能な側はワークのためのシャンクが設けられる側である。

ワークマガジンを起動して、ワークを搬送し、前記ワークを工作機械に近い位置に移動させる。ワークマガジンはＺ軸方向に沿ってワークを循環搬送し、ワークはワークマガジンの工作機械に近接する一端まで搬送され、すなわちワークは工作機械に近接する位置まで移動する。

図３に示すように、ワーク主軸はＺ軸方向に沿って前記ワークマガジンに移動し、ワーク主軸とワークを同軸にする。

ワーク主軸はＸ軸に沿って移動し且つワークに係着され、この時のワーク主軸の位置は図４に示すとおりである。

ワーク主軸はＺ軸に沿って移動し、ワークをワークマガジンから離脱させ、この時のワーク主軸の位置は図５に示すとおりであり、次いでスライドテーブルとパレットが協働して移動し、ワークを加工待機位置まで搬送する。

ワークを取り付ける前に、ワーク主軸３にはワークがなく、スライドテーブル４はワーク主軸３をＸ軸のカッター６から離れた一端に搬送する。ワークマガジンを起動し、モータはチェーン軸１１を駆動し、さらにワークチェーン１２を回転させ、ワーク２をワーク主軸３が把持可能な位置まで駆動し、同時にワーク主軸３はＺ軸に沿って移動し、ワークマガジン１に接近する。検出装置がワーク主軸３の位置を検出し、ワーク主軸３がＺ軸方向において適切な位置にあることを確認すると、ワーク主軸はＸ軸に沿って移動してワーク２に係着することができる。誤りがないことを検出した後、パレット５はＸ軸に沿って移動し、ワーク主軸端面のブローチ機構を起動し、ブローチ機構を介してワークを引っ張る。ワーク２が主軸にクランプされた後、スライドテーブル４とパレット５が協働して移動し、ワーク２を加工領域まで搬送する。

ワークを戻す方法であって、以下のステップを含む。

ワーク２をワーク主軸３に取り付け、ワーク主軸３はＺ軸のワークマガジンから離れた一端に移動し、ワークマガジンを起動し、ワークチェーン１２はチェーン軸１１の駆動で回転し、ワークマガジンのワークを格納する位置を工作機械の方向に向け、すなわちワークジョー１３の開口を、ワーク主軸に向かう時のワークマガジンのワークを格納する位置に回転させ、ワークの受け取り準備を行い、スライドテーブル４はワーク主軸３をＸ軸に沿って搬送し、検出装置は検出を行って、ワーク２とワークマガジン１との位置合わせを確認し、この時のワーク主軸の位置は図５に示すとおりであり、誤りがないことを検出した後、図４に示すとおり、ワーク主軸３はＺ軸方向に沿ってワークマガジン１に移動し、ワーク主軸３はパレット５の搬送で、ワーク２をワークジョー１３に送り込み、ワーク主軸３の端面のブローチ機構のツール解放機能を起動し、ワーク主軸３はワークを放す。図３に示すように、スライドテーブル４はＸ軸方向に沿ってカッター６から離れる方向に移動し、ワーク２をワーク主軸３から完全に離脱させ、チェーン軸が回転し、ワークチェーン１２を駆動してワーク２を運び去り、パレットはＺ軸に沿って移動し、ワーク主軸をツールマガジンから離す。

本発明が開示するワーク交換装置は上記工作機械構造に限定されず、テーブル構造がない工作機械は、いずれも該発明を用いてワークとワーク主軸の交換を実現することができる。

最後に説明すべきことは、以上の各実施例は本発明の技術的解決手段を説明するためのものに過ぎず、それを制限するものではない。前記各実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者は以下のことを理解すべきである。それは依然として前記各実施例に記載の技術的解決手段を修正し、あるいはそのうち一部又は全部の技術的特徴を等価置換することができる。これらの修正又は置換は、対応する技術的解決手段の本質を本発明の各実施例の技術的解決手段の範囲から逸脱させるものではない。

１ ワークマガジン
１１ チェーン軸
１２ ワークチェーン
１３ ワークジョー
２ ワーク
２１ シャンク
３ ワーク主軸
３１ ブローチ機構
４ スライドテーブル
５ パレット

Claims (4)

1. ワークマガジン（１）と、工作機械のＸ軸及びＺ軸に沿って移動することができるワーク主軸（３）と、をさらに含み、
   前記ワークマガジン（１）はワーク（２）を格納するために用いられ、前記ワークマガジン（１）は工作機械の片側に設けられ、
   前記ワーク主軸（３）は工作機械のＸ軸及びＺ軸に沿って前記ワークマガジン（１）まで移動し、且つ前記ワークマガジンから前記ワークマガジン（１）の加工対象のワーク（２）を把持し又は前記ワークマガジンに加工後のワークを移送でき、
   前記ワーク（２）の端部にシャンク（２１）が設けられ、前記ワーク主軸（３）に前記シャンク（２１）と互いに係合するブローチ機構（３１）が設けられ、
   前記ワークマガジン（１）はワークジョー（１３）及びチェーン軸（１１）をさらに含み、
   前記ワークジョー（１３）は前記シャンク（２１）を介してワーク（２）を前記ワークマガジン（１）内に固定し、前記ワークジョー（１３）はワークチェーン（１２）に設置され、前記チェーン軸（１１）は前記ワークチェーン（１２）を駆動して前記ワーク（２）を搬送し、前記チェーン軸（１１）は工作機械の支柱に固定されることを特徴とする、ワーク交換装置。
2. 検出装置をさらに含み、前記検出装置は前記ワーク主軸（３）の位置、前記ワーク主軸（３）におけるワークの状態及び前記ワークマガジン（１）内のワークの位置と角度を検出することができ、前記状態は、ワークの有無、ワークが加工済か未加工であるかを含むことを特徴とする、請求項１に記載のワーク交換装置。
3. 請求項１または２に記載のワーク交換装置を用いてワークを交換する方法において、
   前記ワーク主軸は初期位置に移動し、前記初期位置はＺ軸方向において前記ワークマガジンから離れており、Ｘ軸方向において前記ワークの把持が可能な側に位置するステップと、
   前記ワークマガジンを起動して、前記ワークを搬送し、前記ワークを工作機械に近い位置に移動させるステップと、
   前記ワーク主軸はＺ軸方向に沿って前記ワークマガジンに移動し、前記ワーク主軸と前記ワークを同軸にするステップと、
   前記ワーク主軸はＸ軸に沿って移動し且つ前記ワークに係着されるステップと、
   前記ワーク主軸は前記ワークを駆動してＺ軸に沿って移動させ前記ワークマガジンから離脱させるステップと、
   を含むことを特徴とする、ワーク交換方法。
4. 請求項１または２に記載のワーク交換装置を用いてワークを交換する方法において、
   前記ワーク主軸はＺ軸の前記ワークマガジンから離れた一端に移動するステップと、
   前記ワークマガジンを起動し、前記ワークマガジンのワークを格納する位置を工作機械の方向に向け、前記ワーク主軸はＸ軸に沿って移動し、ワーク主軸におけるワークと前記ワークを格納する位置とを位置合わせするステップと、
   前記ワーク主軸はＺ軸方向に沿って前記ワークマガジンに移動し、前記ワーク主軸はワークをワークマガジン内に送り、前記ワーク主軸はワークを放すステップと、
   前記ワーク主軸はＸ軸方向に沿ってカッターから離れる方向に移動し、前記ワークを前記ワーク主軸から離脱させるステップと、
   を含むことを特徴とする、ワーク交換方法。

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