JP7485525B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、位相決めが必要なワークをクランプすることにより自動化を可能にする工作機械に関する。

ＮＣ旋盤などを使用する加工機械ラインでは、オートローダによって搬送されるワークに対して自動加工が行われる。ところが、加工対象とするワークには様々な形状のものがあり、ターボチャージャのベアリングハウジングのようなワークは、加工に際して位相決めしたクランプが必要である。そのため、ベアリングハウジングを加工対象とする工作機械には、作業者が位相基準にそのワークを当てたクランプ作業を行う手動タイプが使用されていたので、ライン全体の自動化が困難であった。そこで、従来の工作機械には次のような機構が提案されている。

例えば、下記特許文献１の工作機械は、回転方向の位相決めを行う装着時位相決め制御手段が設けられている。よって、ローダ装置から受け渡しされた異形ワークを主軸チャックが把持すると、主軸を回転自在にした状態で刃物台が主軸側へと移動し、その刃物台に設けられたワーク位相決め手段を異形ワークに押し付けることにより位相決めが行われる。また、下記特許文献２の工作機械は、主軸チャックにロケータピンがチャック爪の間に植設されている。そこで、ロボットハンドが搬送したワークを所定の位相で挿入させる際、ワークの突起部を主軸チャックの基準面に軽く押し当て、主軸チャックのロケータピンを所定位置に割出すことにより、そのロケータピンが突起部と密着した状態で位相決めが行われる。

特開２００２－３０１６０２号公報 実開平５－９３７４０号公報

工作機械には、従来例のように、それぞれの構造に応じた位相決め機構が設けられている。それは、既存の工作機械の構造を大きく変更することなく改良を加えることで位相決めを行う必要があるからである。例えば、前記従来例では、異形ワークに押し付けるワーク位相決め手段や、主軸チャックのロケータピンを所定位置に割出す構成など、位相決めのための構成が加えられている。その他、ワークに応じて位相決めが可能なチャック治具を用いることが考えられる、しかし、そのチャック治具を取り付ける回転テーブルは、スピンドルによって回転支持されているので電源ケーブルを通すことができない。そのため、モータではなくアクチュエータを用いることになるが、流路を通すスペースに制限があり、複数の動きをする位相決めチャック治具を構成する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、位相決めが必要なワークに対する自動化のための工作機械を提供することを目的とする。

本発明に係る工作機械は、把持したワークに対して工具による所定の加工を実行するための各種駆動装置と、前記駆動装置の駆動を制御する制御装置とを有し、スピンドルに設けられた回転可能なワークテーブルに、油圧アクチュエータによってワークを着座面に押し当てるチャック装置と、前記ワークテーブルに把持されたワークに形成された、前記ワークテーブルの回転軸と直交する方向に突き出した突出部のうち、前記回転軸から離れた箇所を油圧アクチュエータによって挟み込む位相決め装置とを備えた位相決めチャック治具が組み付けられたものである。

前記構成によれば、スピンドルに設けられたワークテーブルに位相決めチャック治具が組み付けられ、そこにオートローダによって搬送されたワークが、チャック装置における油圧アクチュエータの押し付けにより着座面に対してチャックされ、位相決め装置における油圧アクチュエータによる突出部の挟み込みによりワークの位相決めが行われるため、こうしたワークの受け渡しおよび当該ワークに対する加工の自動化が可能になる。

工作機械の一実施形態であるマシニングセンタの主要な構成を示した斜視図である。 位相決めチャック治具を示した斜視図である。 位相決めチャック治具を示した斜視図である。 位相決め機構を示した位相決めチャック治具の側面図である。 位相決めチャック治具の軸方向正面図である。 スイングクランプ装置、下部位相決め装置および上部位相決め装置を駆動させるための油圧回路を示した図である。

本発明に係る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。図１は、工作機械の一実施形態であるマシニングセンタの主要な構成を示した斜視図である。このマシニングセンタ１は、図示するような内部構造を有し、その全体が機体カバーによって覆われ、ワークの切削加工などを実行する加工室が構成されている。特に、マシニングセンタ１は、ベース３上を前後方向に移動可能なものであり、車輪を備える可動ベッド１１上に組み付けられている。

マシニングセンタ１は、ワークに対して加工を行う工具を保持する主軸ヘッド１２が前部に設けられている。主軸ヘッド１２は、ドリルやリーマ、ボーリング等の工具の着脱可能な主軸チャック１３を有し、その主軸チャック１３に保持された工具が主軸用モータ１４によって回転するよう構成されている。そして、マシニングセンタ１には、主軸ヘッド１２に保持した工具をワークに対して３軸方向に移動させるための加工駆動装置５が設けられている。

加工駆動装置５は、Ｙ軸スライド１７が機体前後方向に移動自在に搭載され、そのＹ軸スライド１７に対してＸ軸スライド１８が機体幅方向に移動自在に搭載されている。更に、Ｘ軸スライド１８に対してＺ軸スライド１９が上下方向に移動自在に搭載され、そのＺ軸スライド１９に主軸ヘッド１２が搭載されている。各方向の移動は、サーボモータの回転出力をボールネジ機構によって直進運動に変換する駆動機構において行われる。そして、加工駆動装置５により移動する主軸ヘッド１２の下方には、ワークを回転可能に把持するワークテーブル１５が組み付けられている。

マシニングセンタ１は、可動ベッド１１の上に加工駆動装置５を搭載するようにしてツールマガジン１６が組み込まれている。ツールマガジン１６は、高さ方向に見てワークテーブル１５と主軸ヘッド１２との間に複数の工具を収納したものであり、そのツールマガジン１６内に自動工具交換機が組み込まれている。そして、マシニングセンタ１には、主軸ヘッド１２やワークテーブル１５あるいは加工駆動装置５、さらに自動工具交換機などの駆動を制御するための制御装置６が搭載されている。

マシニングセンタ１はモジュール化されたものであり、同じくモジュール化された他の工作機械などとともに、ベース３に形成された同一幅のレール上に搭載され、横並びに設置された複数のベース３上に各種作業機が搭載されることで加工機械ラインが構成される。その加工機械ラインには、工作機械などに対してワークを順番に受け渡しするオートローダが組み込まれている。従って、加工工程に従ってオートローダによるワークの搬送が順番に行われ、マシニングセンタ１では、進入してきたロボットハンドとワークテーブル１５との間でワークの受け渡しが行われる。

本実施形態において加工されるワークは、ターボチャージャのベアリングハウジングである。このワークは加工時に位相決めが必要であり、ワークテーブル１５にはワークの位相を決めてクランプする構造が求められる。そのため、ワークテーブル１５には、図１に示す、放射状のチャック爪が開閉するチャック装置ではなく、各クランプ部材が異なる方向からワークを把持する位相決めチャック治具が組み付けられる。しかし、その駆動源にはモータではなく油圧アクチュエータを使用することになるが、複数の油圧アクチュエータを作動させるための流路をスピンドル内に設けることが困難であった。

マシニングセンタ１の場合、スピンドル内に流体を通すためのインジューサは、油空圧用ポートの合計が８ポートである。従って、その限られたポート数を利用して複数のクランプ部材を作動させるための作動油の供給および排出、ワークの着座や各チャック機構の作動確認を行うためのエアの供給を行わなければならない。本実施形態の位相決めチャック治具は、こうした課題を解決すべく限られたポート数に対応した構造を有するものである。図２および図３は、図１に示すチャック装置に替えてワークテーブル１５に取り付け可能な、本実施形態の位相決めチャック治具を示した斜視図である。

位相決めチャック治具２０は、ターボチャージャのベアリングハウジング８０を把持するものである。ベアリングハウジング８０は、フランジ８１１が形成されハウジング本体８１に対し、中心を通した貫通孔８２が形成され、その内部には滑り軸受を組み込んだ軸受部が形成されている。ターボチャージャは、その貫通孔８２を通したシャフトが滑る軸受によって支持され、両端部にはコンプレッサホイールとタービンホイールとが連結される。そして、ベアリングハウジング８０は、貫通孔８２と直交する方向にハウジング本体８１から対称的な位置に突出部８３が突設され、そこには軸受部に対する潤滑油の供給および排出を行うための油路が形成されている。

位相決めチャック治具２０は、こうしたベアリングハウジング８０に対応したものであり、一方の突出部８３を基準位置として位相決めを行う構造を有している。その位相決めチャック治具２０は、テーブル１５に組み付け可能な本体ブロック２５に各駆動装置が組み込まれている。まず、ベアリングハウジング８０を密着させる本体ブロック２５の着座面に、ハウジング本体８１のフランジ８１１を押し当てる一対のスイングアーム３１，３２が設けられている。さらに、ベアリングハウジング８０の一方の突出部８３を長円形フランジ部８３１の上下方向から挟み込む、一対の位相決め第１ブロック３３と位相決め第２ブロック３４とが設けられている。

従って、位相決めチャック治具２０は、一対のスイングアーム３１，３２および位相決め第１ブロック３３、位相決め第２ブロック３４をそれぞれ作動させるための４つの油圧アクチュエータが設けられ、作動油を供給および排出する流路に対応した４ポートが利用される。そして、インジューサの残る４ポートは、ベアリングハウジング８０が位相決めチャック治具２０の着座面へ密着しているか否かの着座確認、一対のスイングアーム３１，３２に対する作動確認、位相決め第１ブロック３３の作動確認および位相決め第２ブロック３４の作動確認のそれぞれを、エア圧の検出によって行う判定装置に利用される。

ワークテーブル１５は、図２および図３に示すように、スピンドル側に固定された円筒形状の連結ブロック１５１が設けられ、インジューサの８つのポートに繋がった流路と接続するように位相決めチャック治具２０が組み付けられる。位相決めチャック治具２０は、本体ブロック２５内に後述する油圧回路が構成され、その回路を通して流れる作動油によって駆動するスイングアーム３１，３２などの駆動機構が構成されている。ここで、図４は、位相決め第１ブロック３３および位相決め第２ブロック３４を作動させる位相決め機構を示した位相決めチャック治具２０の側面図であり、図５、位相決めチャック治具２０の軸方向正面図である。

スイングアーム３１，３２は、図５に示すように軸支された回転軸を中心に、実線で示すクランプ位置と一点鎖線で示すアンクランプ位置との間を揺動するよう構成されている。このスイングアーム３１，３２は、スイングクランプ装置２１，２２に構成されたものである。スイングクランプ装置２１，２２は、一般的な構造のものであり、油圧シリンダ３５，３６（図６参照）に対して作動油の供給および排出が行われ、スイングアーム３１，３２がピストンの変位によって、本体ブロック２５側に向けて軸方向に下降しながら揺動してクランプを行い、逆に軸方向に上昇しながら揺動してアンクランプを行うよう構成されたものである。なお、スイングクランプ装置２１側には判定装置が構成され、ポート２７から供給されるエアの流れる検出孔がクランプ時に閉じられるようになっている。

次に、位相決め第１ブロック３３は、図４に示すようにピストンロッド３７１を下方に突出した油圧シリンダ３７を使用した第１位相決め装置２３に構成されたものである。第１位相決め装置２３にはリンククランプが構成され、クランクアーム４１の一端部に位相決め第１ブロック３３が固定され、その他端側にピストンロッド３７１が軸着されている。さらにクランクアーム４１は、ピストンロッド３７１側にリンクレバー４２の一端が軸着され、ピストンロッド３７１の伸縮に伴って揺動するよう構成されている。また、クランクアーム４１には栓部材４３が固定され、検出孔からエアが放出されている検出部４４が、クランプ時には栓部材４３によって塞がれるようにした判定装置が構成されている。

一方、位相決め第２ブロック３４は、図４に示すように下方にピストンロッド３８１を突出した油圧シリンダ３８によって上下方向に直動する第２位相決め装置２４を構成するものである。第２位相決め装置２４は、ピストンロッド３８１が直交する連結バー４５の中央に固定され、その両端には摺動ロッド４６が設けられている。一方の摺動ロッド４６は中空ロッドであり、その内部に挿入された蓋付ロッド４７がスプリングに付勢された判定装置が構成されている。この判定装置は、アンクランプ時には中空軸部が蓋付ロッド４７に塞がれ、クランプ時にはスプリングに抗して蓋付ロッド４７が移動することにより、ポート４８から供給されたエアが放出されるようになっている。

次に、図６は、スイングクランプ装置２１，２２、第１位相決め装置２３および第２位相決め装置２４を駆動させるための油圧回路を示した図である。作動油を送り出すポンプ５１には供給流路５２が接続され、作動油の回収を行うタンク５３には排出流路５４が接続されている。そして、その供給流路５２と排出流路５４とに対し、インジューサ５０を介して位相決めチャック治具２０を構成する油圧機器が接続されている。ここで使用されるインジューサ５０のポートは、スイングクランプ装置２１，２２に対するクランプポートＰ１とアンクランプポートＰ２、第１位相決め装置２３および第２位相決め装置２４に対するクランプポートＰ３とアンクランプポートＰ４である。

クランプポートＰ１とアンクランプポートＰ２には方向制御弁６１が接続され、作動油の供給と排出とをクランプ流路５５とアンクランプ流路５６との間で切り替えられるようになっている。方向制御弁６１の一次側では、供給流路５２に接続された供給側流路にリリーフ弁６２が設けられ、一定圧以上の場合に排出流路５４へ作動油が戻されるようになっている。また、方向制御弁６１の二次側にはパイロットチェック弁６３が接続され、一定条件下において逆方向に作動油が流されるよう構成されている。更に、クランプ流路５５とアンクランプ流路５６は、油圧シリンダ３５，３６のロッド側又はヘッド側に接続され、各流路には供給される作動油の量を調整するための油圧スピードコントローラ６４が設けられている。

また、クランプポートＰ３とアンクランプポートＰ４には方向制御弁７１が接続され、作動油の供給と排出とをクランプ流路５７とアンクランプ流路５８との間で切り替えられるようになっている。そして、方向制御弁７１の一次側には、供給流路５２に接続された供給側流路にリリーフ弁７２が設けられ、方向制御弁７１の二次側にはパイロットチェック弁７３が接続されている。更に、クランプ流路５７とアンクランプ流路５８は、油圧シリンダ３７，３８のヘッド側又はロッド側に接続され、各流路には供給される作動油の量を調整するための油圧スピードコントローラ７４が設けられている。

ところで、ベアリングハウジング８０を安定して位相決めするには、位相決め第１ブロック３３が先行して作用し、その後から位相決め第２ブロック３４が作用するようにタイミングをずらして把持するように構成すべきである。そのためには第１位相決め装置２３と第２位相決め装置２４とに対して、独立した油圧制御を行うことが好ましい。しかし、インジューサ５０のポート数には制限があることから、本実施形態では作動油の供給と排出をクランプポートＰ３とアンクランプポートＰ４を共通にした構成となっている。そして、油圧シリンダ３８のヘッド側流路にシーケンス弁７５を設けることにより、油圧がリリーフ圧を超えるまで第２位相決め装置２４の動きが遅れるようにした構成がとられている。

インジューサ５０における残る４ポートは、前述したようにエアを利用した検出を実行する判定装置に利用される。着座確認や作動確認を行う判定装置は、各々の検査対象位置に形成された検出孔などに向けてコンプレッサからのエアが供給されている。一方で、ベアリングハウジング８０の着座が行われ、スイングクランプ装置２１，２２、第１位相決め装置２３および第２位相決め装置２４が駆動することにより、前記検出孔が塞がれ或いは開放される。そして、着座や装置の駆動に伴い検出孔が塞がれ或いは開放されることによりエア供給管内の背圧が変化するため、判定装置ではその変化を検出することによって適切なワークの着座やワーククランプの確認が行われるようになっている。

続いて、マシニングセンタ１では、オートローダで搬送されたベアリングハウジング８０がワークテーブル１５との間でワークの受け渡しが行われる。その際、ベアリングハウジング８０は、図２などで示すように、位相決めチャック治具２０の着座面に対してフランジ８１１が、一対のスイングアーム３１，３２による押し付けによって保持される。また、突出部８３の長円形フランジ部８３１が、位相決め第１ブロック３３と位相決め第２ブロック３４とによって上下方向から挟み込まれて位相決めされる。

このときスイングクランプ装置２１，２２側の油圧回路では、ポンプ５１から供給流路５２へと送られた作動油が方向制御弁６１の切り換えにより、クランプ側流路５５から油圧シリンダ３５，３６のロッド側へと供給される。これによって油圧シリンダ３５，３６が収縮作動し、一対のスイングアーム３１，３２が同時に旋回および押え込みを行い、ベアリングハウジング８０が着座面に対する押え付けによって保持されたクランプ状態となる。また、油圧シリンダ３５，３６では、同時にヘッド側から作動油が排出され、アンクランプ側流路５６から方向制御弁６１を通り排出流路５４へと流れてタンク５３へと戻る。なお、アンクランプ時には方向制御弁６１の切り換えによってポンプ５１からの作動油が逆に流れる。

一方、第１位相決め装置２３および第２位相決め装置２４側では、ポンプ５１から供給流路５２へと送られた作動油は、方向制御弁７１の切り換えによってクランプ側流路５７から油圧シリンダ３７，３８のヘッド側へと供給される。このとき油圧シリンダ３８は、シーケンス弁７５によって油圧が作用するタイミングが油圧シリンダ３７に比べて遅くなる。そのため、先ず第１位相決め装置２３の油圧シリンダ３７が伸長作動することにより、クランクアーム４１がリンクレバー４２との連結軸を支点に揺動する。

そして、位相決め第１ブロック３３が、図４の一点鎖線で示す位置から実線で示す上方位置に変位して突出部８３の長円形フランジ部８３１に下方から当てられる。第２位相決め装置２４では、油圧シリンダ３８が油圧シリンダ３７よりも遅れて伸長作動することにより、摺動ロッド４６に支持された連結バー４５に固定の位相決め第２ブロック３４が下降し、突出部８３の長円形フランジ部８３１に上方から当てられる。このとき位相決め第１ブロック３３より遅れて当たるため、長円形フランジ部８３１は、下側が支えられた状態で位相決め第２ブロック３４による上からの挟み込みが行われる。なお、アンクランプ時には方向制御弁７１の切り換えによってポンプ５１からの作動油が逆に流れる。

従って、本実施形態によれば、ワークテーブル１５に位相決めチャック治具２０を組み付けることにより、マシニングセンタ１はオートローダとの間で位相決めした自動受け渡しが可能になり、ワーク加工の自動化に大きく寄与する。その位相決めチャック治具２０は、一対のスイングクランプ装置２１，２２および、第１位相決め装置２３や第２位相決め装置２４を組み込んだ構成によって、既存のポート数を利用して位相決めクランプと着座などのエア判定を実現することが可能になる。第２位相決め装置２４は、油圧シリンダ３８のヘッド側流路にシーケンス弁７５を設けたことにより、第１位相決め装置２３とタイミングをずらして安定して位相決めの把持が可能になる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、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、工作機械の一実施形態としてマシニングセンタを例に挙げて説明したが、旋盤の主軸に位相決めチャック治具２０を組み付けるようにしてもよい。
また、前記実施形態では、チャック装置にスイングアームを使用したスイングクランプ装置２１，２２を採用し、位相決め装置には、リンククランプを使用した第１位相決め装置２３や、位相決め第１ブロック３３を直動させる第２位相決め装置２４を採用したが、これとは異なる構造の位相決めクランプ治具であってもよい。

１…マシニングセンタ １５…ワークテーブル ２０…位相決めチャック治具 ２１，２２…スイングクランプ装置 ２３…第１位相決め装置 ２４…第２位相決め装置 ２５…本体ブロック ３１，３２…スイングアーム ３３…位相決め第１ブロック ３４…位相決め第２ブロック ３５，３６，３７，３８…油圧シリンダ ８０…ベアリングハウジング

Claims (5)

1. 把持したワークに対して工具による所定の加工を実行するための各種駆動装置と、前記駆動装置の駆動を制御する制御装置とを有し、
   スピンドルに設けられた回転可能なワークテーブルに、油圧アクチュエータによってワークを着座面に押し当てるチャック装置と、前記ワークテーブルに把持されたワークに形成された、前記ワークテーブルの回転軸と直交する方向に突き出した突出部のうち、前記回転軸から離れた箇所を油圧アクチュエータによって挟み込む位相決め装置とを備えた位相決めチャック治具が組み付けられた工作機械。
2. 前記チャック装置は、一対のチャック部材を作動させる２本の油圧アクチュエータに対して共通する作動油の供給流路と排出流路とが接続され、
   前記位相決め装置は、一対の位相決め部材を作動させる２本の油圧アクチュエータに対して共通する作動油の供給流路と排出流路とが接続され、一方の油圧アクチュエータに対する供給流路にはシーケンス弁が設けられた
   請求項１に記載の工作機械。
3. 前記チャック装置は、油圧アクチュエータによってスイングアームを軸方向に移動させるとともに揺動させてワークを着座面に押し当てるスイングクランプ装置であり、
   前記位相決め装置は、リンククランプを介して取付けられた位相決め第１ブロックを油圧アクチュエータによってワークの突出部に一方から押し当てる第１位相決め装置および、油圧アクチュエータによって直動させる位相決め第２ブロックをワークの突出部に他方から押し当てる第２位相決め装置である
   請求項２に記載の工作機械。
4. 前記位相決め装置は、下方の前記位相決め第１ブロックと上方の前記位相決め第２ブロックとによってワークの突出部を上下方向から挟み込むものであり、前記シーケンス弁は、前記第２位相決め装置の油圧アクチュエータに対する供給流路に設けられた請求項３に記載の工作機械。
5. ワークの着座や装置の駆動に伴い複数の検出孔が塞がれ或いは開放されることにより変化する、各々の前記検出孔に接続されたエア供給管内の背圧を検出する判定装置を有し、
   前記複数の検出孔は、ワークの着座部分、前記チャック部材の一方の可動部および、前記一対の位相決め部材の両方の各可動部に設けられた
   請求項２に記載の工作機械。

Images