JPH06238541A - 工作機械のローダ及びワーク受け渡し方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワークを工作機械の主軸に装填する際のスト
ッカや主軸チャックとローダのハンドとの間でのワーク
の受け渡しをより簡単に行うことができ、ワークが変わ
っても設定値の変更のみで対応できる汎用性の高いロー
ダ及び該ローダを用いるワークの受け渡し方法を提供す
る。 【構成】 ローダのハンド１２を移動させるモータ１
６、１７がサーボ制御されており、このモータ１６、１
７の出力トルクを設定する出力トルク設定手段２５、４
５を備え、サーボ制御装置２０、４０に与えられる位置
指令ａ１、ａ２と位置フィードバック信号ｂ１、ｂ２と
の差信号である位置偏差ｃ１、ｃ２を位置偏差検出手段
２６、４６で検出する。位置偏差ｃ２の増大を検出した
後、ハンド１２でワーク７を把持する。また位置偏差ｃ
１の増大が検出された後、主軸チャック４でワーク７を
把持し、次いでハンド１２によるワーク７の把持を解
く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、旋盤その他の工作機
械の主軸にワークを装填するローダ及び当該ローダにお
けるワークの受け渡し方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】旋盤などの工作機械で多数のワークを無
人運転により連続加工しようとするときは、ローダ（ロ
ボット）を用いてストッカ上に搭載されたワークを順次
取り上げて工作機械の主軸に装填するという作業が必要
になる。ストッカ上にワークが段積みされているとき
は、例えば図４に示すように、ワーク受け渡し位置にス
トッカ５上のワーク７を上昇させるリフト装置（シリン
ダ等）５１を設けると共に受け渡し高さを設定する光電
センサ３１を設け、光電センサ３１が段積みされたワー
ク７の上端を検出するまでワーク７を上昇させ、一定高
まで下降するローダ３０のハンド１２で段積みされたワ
ークの最上段のもの７ａを把持し、その後ハンド１２を
上昇させることによってワーク７を順次取り上げるとい
う手段が採用される。

【０００３】他の手段としては、ワーク７の寸法と段積
み数をあらかじめローダ３０の制御器に記憶させてお
き、ハンド１２をサーボ制御してパレット上のワークの
数をカウントしながらハンド１２の下降高さを変えるよ
うにするか、あるいはパレット上のワークの積み数に対
応する数の光電センサ３１をワーク７の高さ寸法に応じ
た間隔で上下方向に配置して、パレット上のワークの数
をカウントしながらハンドの下降位置を検出する光電セ
ンサを順に移動させることによりハンド１２の下降高さ
を変える手段などが用いられている。

【０００４】なお図４に示す例では、ストッカ５上に間
歇周回移動する多数のパレット６が設けられており、隣
接する一方のパレットからワークを取り上げて完成品を
隣のパレットに置き、上記一方のワークがすべて取り上
げられると、パレット６が１ピッチ移動して次のパレッ
トがワーク受け渡し位置に移動し、常に同一の位置でハ
ンド１２へのワークの受け渡しが行われるようになって
いる。

【０００５】ローダのハンド１２に取り上げられたワー
ク７は、ハンド１２の移動及び方向転換によって工作機
械の主軸の軸線上に挿入され、工作機械の主軸先端に装
着した主軸チャックに受け渡される。この受け渡しの際
にローダのハンド１２は、工作機械の主軸軸線上に挿入
された後、主軸に向けて軸方向に移動し、ワークを主軸
チャックに挿入する。主軸チャックでワークを把持する
際には、ワークの把持位置を正確にするために、ワーク
を主軸チャックの底面に当接させた状態（着座状態）で
ワークを把持することが要求されることが多い。

【０００６】そこでこのような場合には、図５に示すよ
うに、ローダ３０のハンド１２にバネ３２で突出方向に
付勢されたワークプッシャ３３を設けておき、ストッカ
からワーク７を取り上げるときにこのワークプッシャ３
３が押し込まれた状態でワーク７を把持し、工作機械の
主軸チャック４にワーク７を把持するためにハンド１２
のフィンガ２９を開いたときに、ワーク７がワークプッ
シャ３３で主軸チャック４に押し込まれてワークの先端
３４とチャック爪の底面３５とが当接した後、チャック
爪を閉じるという動作によりワークの着座状態を実現し
ている。

【０００７】また他の手段としては、図６に示すよう
に、タレット３６にバネ３２で主軸方向に付勢されたワ
ークプッシャ３３を装着しておき、ローダから受け渡さ
れたワーク７を主軸チャック４で軽く把持し、このワー
クをワークプッシャ３３で主軸チャック４に押し込んだ
後、主軸チャック４を正規の力で閉じてワーク７を把持
するという方法や、図７に示すようにハンド１２をロー
ダ３０の先端で主軸方向に移動可能に設けて、該ハンド
１２を主軸２に向けて付勢するバネ３７を設けるという
方法などが採用されていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来例からも理
解されるように、ローダを用いてワークを受け渡す際に
は、ワークを検出してハンドの移動や開閉を制御する動
作や、ワークを一定の力で主軸チャックに押しつける動
作が必要になる。従来はこのような動作を行わせるため
に、近接スイッチや光電センサ３１を用いてワークを検
出したり、ワークプッシャ３３でワークを押しつける手
段が採用されていたのであるが、たとえば寸法の小さい
ワークを取り扱う場合と中空孔のあるワークを取り扱う
場合とでは、ワークプッシャ３３の形状や取付位置を変
更しなければならないという問題がある。

【０００９】またストッカ５との間でのワークの受け渡
しにおいても、図４に示すようにリフト装置５１や光電
センサ３１を設ける必要があり、ワークが変わる毎に光
電センサ３１の設定位置を変えねばならず、またパレッ
ト６上のワーク７の数をカウントしながら受け渡しを行
うものでは、積み数を一定にしなければ空つかみやハン
ド１２とワーク７との衝突が起こり、またワーク７の崩
れ防止用のガイドバー５２が邪魔になって光電センサ３
１の配置や高さ設定が難しいなどの問題があった。

【００１０】またワークを主軸チャックに着座させるた
めに図６に示す方法を採用すると、ワーク７を主軸チャ
ック４に受け渡したあとタレット３６を動作させてワー
クを押し込むという２工程が必要になり、またタレット
３６の１ステーションが工具装着ステーションとして使
用できなくなるという問題があり、また図７の方法は２
部品点数がふえるという問題がある。

【００１１】そこでこの発明は、ローダを用いてワーク
を工作機械の主軸に装填する際のストッカや工作機械の
主軸チャックとローダのハンドとの間でのワークの受け
渡し時の制御をより簡単に行うことができ、ワークの寸
法や形状等が変わってもローダの制御器に与える設定値
の変更のみによって対応することができる、より汎用性
の高いローダおよびワークの受け渡し方法を得ることを
課題としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る工作機械の
ローダは、工作機械の主軸２の軸線上に挿入されたハン
ド１２を該主軸の軸線方向に移動させる送りモータ１６
を備えたローダにおいて、上記送りモータ１６がサーボ
制御されるとともに当該送りモータ１６の負荷検出手段
を備えており、当該負荷検出手段は、上記送りモータ１
６の出力トルクを設定する出力トルク設定手段２５と、
当該送りモータのサーボ制御装置２０に与えられる位置
指令ａ１と位置フィードバック信号ｂ１との差信号であ
る位置偏差ｃ１を検出する位置偏差検出手段２６と、検
出された位置偏差ｃ１がその設定値ｄ１に達したときに
制御出力ｅ１を生成する比較手段２８とを備えているも
のである。また、本発明に係るワーク受け渡し方法は、
前記構成のローダのハンド１２で把持されて工作機械の
主軸２の軸線上に挿入されたワーク７を主軸チャック４
に引き渡す工作機械のローダにおけるワーク受け渡し方
法において、前記構成のローダの送りモータ１６の出力
トルクを制限した状態で、請求項１記載の位置偏差ｃ１
を監視しながら、ハンド１２を低速で主軸２に向けて移
動させ、上記位置偏差ｃ１の増大が検出された後、主軸
チャック４でワーク７を把持し、次いでハンド１２によ
るワーク７の把持を解くことを特徴とするものである。

【００１３】本発明に係る工作機械のローダは、ハンド
１２を昇降させる昇降モータ１７を備えた工作機械のロ
ーダにおいて、前記昇降モータがサーボ制御されるとと
もに、当該昇降モータ１７の負荷検出手段を備えてお
り、当該負荷検出手段は、上記昇降モータ１７の出力ト
ルクを設定する出力トルク設定手段４５と、当該昇降モ
ータのサーボ制御装置４０に与えられる位置指令ａ２と
位置フィードバック信号ｂ２との差信号である位置偏差
ｃ２を検出する位置偏差検出手段４６と、検出された位
置偏差ｃ２がその設定値ｄ２に達したときに制御出力ｅ
２を生成する比較手段４８とを備えているものである。
また、本発明に係るワーク受け渡し方法は、ストッカ５
上に搭載されたワーク７を前記構成のローダのハンド１
２で把持する工作機械のローダにおけるワーク受け渡し
方法において、前記ハンド１２を把持しようとするワー
ク７の直上に臨ませ、前記構成の昇降モータ１７の出力
トルクを制限した状態で、請求項３記載の位置偏差ｃ２
を監視しながら、ハンド１２を低速でワーク７に向けて
降下させ、上記位置偏差ｃ２の増大を検出した後、ハン
ド１２でワーク７を把持することを特徴とするものであ
る。

【００１４】

【作用】サーボ制御装置２０、４０は、ＮＣ制御装置２
４から与えられる位置指令ａ（ａ１、ａ２）とパルスエ
ンコーダ１８、１９などから与えられる位置フィードバ
ック信号ｂ（ｂ１、ｂ２）との差信号（位置偏差）ｃ
（ｃ１、ｃ２）が一定になるように送りモータ１６およ
び昇降モータ１７を駆動している。従って何らかの理由
で負荷がモータ１６、１７の出力トルクを上回ってモー
タ１６、１７が停止ないしスローダウンしたときには、
ＮＣ制御装置２４からの位置指令ａが変化し続けるにも
かかわらず位置フィードバック信号ｂがそれに追従でき
なくなり、位置偏差（絶対値）ｃが急激に増加する。

【００１５】本発明のローダにおけるハンド１２から工
作機械の主軸チャック４へのワーク７の受け渡しにおい
ては、ワーク７をチャック４に着座させるのに必要な押
付力に対応する出力トルクを送りモータ１６に設定した
状態で、ハンド１２の主軸２側に向かう低速移動をスキ
ップ指令として与えておけば、ワーク７が主軸チャック
４の底面と当接したときに、位置指令ｃが増大して制御
が次の動作にスキップし、次の動作として主軸チャック
４の閉動作およびハンド１２の開動作を行わせることに
より、ワーク７を主軸チャック４に確実に着座させた状
態で、ワーク７をハンド１２から主軸チャック４に受け
渡すことができる。そしてこの場合の出力トルクの設定
値および位置偏差ｃ１の設定値ｄ１を変更することによ
って、ワーク７の形状や材質が変わっても常にワーク７
に最適な押付力を与えることができる。

【００１６】またストッカ５からのワーク７の取り上げ
時においても、ハンド１２を開いてワーク７に向けて下
降させる動作をスキップ指令として与え、そのときの昇
降モータ１７の出力トルクを低い値に設定しておけば、
ハンド１２がワーク７の上端に当接することによって位
置偏差ｃ２が増大するので、これにより下降動作をスキ
ップさせてハンド１２に把持指令を与えてやれば、ワー
ク７の積み高さや形状、材質等にかかわりなく、最上段
のワーク７ａの位置を正確に検出してワークを取り上げ
ることができる。そしてこの場合においても、ワークの
形状や材質等にかかわりなくワークを確実に検出できる
ので、ワークの種類によってセンサの種類や取付位置を
考慮しなければならないという煩雑さが生じない。

【００１７】

【実施例】次に門形のローダを用いて旋盤にワークを装
填する場合の実施例について図面を参照して説明する。
図１はローダと旋盤の一部およびローダの制御装置を模
式的に示したブロック図である。

【００１８】旋盤１の主軸２は、図示されていないベッ
ドと実質上一体の主軸台３に軸支されており、その先端
に主軸チャック４が装着されている。主軸台３の反チャ
ック側にはストッカ５が配置されており、このストッカ
５上に図４に示したと同様な周回パレット６を介してワ
ーク７が多段積みにして搭載されている。

【００１９】旋盤１及びストッカ５の上方には、ビーム
８が図示しない支柱で支持されて横架されており、この
ビーム８に沿って走行自在に台車９が装着され、この台
車９に昇降自在にアーム１１が装着され、このアーム１
１の下端に旋盤の主軸２の方向と下方とに向きを変える
ことができるハンド１２が装着されている。ビーム８の
両端にはプーリ１３、１４が軸支され、このプーリ１
３、１４にタイミングベルト１５が巻架されており、こ
のタイミングベルト１５が台車９に連結されている。プ
ーリの一方１３は減速機を介して送りモータ１６で駆動
されている。また台車９には昇降モータ１７が搭載さ
れ、この昇降モータで減速機及びラックピニオン機構を
介してアーム１１が昇降駆動されている。

【００２０】送りモータ１６及び昇降モータ１７はサー
ボ制御装置２０、４０によって制御されている。サーボ
制御装置２０、４０は差分検出器２１、４１、補償回路
２２、４２及びパワーアンプ２３、４３を備えており、
ＮＣ制御装置２４から与えられる位置指令ａ１、ａ２と
送りモータ１６及び昇降モータ１７に装着されたパルス
エンコーダ１８、１９から与えられる位置フィードバッ
ク信号ｂ１、ｂ２との差信号（位置偏差）ｃ１、ｃ２を
補償回路２２、４２に与え、補償回路２２、４２は位置
偏差ｃ１、ｃ２に基づく速度指令を算出して、速度フィ
ードバック信号との差信号をパワーアンプ２３、４３に
与えている。パワーアンプ２３、４３から出力される電
流は、最大電流設定器２５、４５の設定値で制限され
る。ＮＣ制御装置２４はこの設定値を必要なタイミング
で増減する。

【００２１】差分検出器２１、４１から出力される位置
偏差ｃ１、ｃ２は、位置偏差検出手段２６、４６で検出
されている。一方位置偏差ｃ１、ｃ２の増減を検出する
際の比較対象となる設定値ｄ１、ｄ２は、位置偏差設定
手段２７、４７に設定され、＋側と−側の設定値＋ｄ
１、＋ｄ２と−ｄ１、−ｄ２とが個別に設定される。比
較器２８、４８は検出された位置偏差ｃ１、ｃ２が設定
値ｄ１、ｄ２に達したときに制御出力ｅ１、ｅ２を出力
する。

【００２２】位置偏差検出手段２６、４６、位置偏差設
定手段２７、４７及び比較手段２８、４８は、実際には
ＮＣ制御装置２４のプログラムとして構成される。サー
ボ制御装置２０、４０から位置偏差ｃ１、ｃ２を取り出
すことができないときは、ＮＣ制御装置２４の位置指令
ａ１、ａ２とパルスエンコーダ１８、１９などの位置フ
ィードバック信号ｂ１、ｂ２を位置偏差検出手段２６、
４６に入力し、その差分として位置偏差ｃ１、ｃ２を検
出する。

【００２３】図２はこの発明の方法によりストッカ５か
らワーク７を取り上げるときの受け渡し動作を示すフロ
ーチャートである。まずハンド１２を下向きにし、フィ
ンガ２９を開いた状態でハンド１２を段積みされたワー
クの最上部のもの７ａの直上にまで高速移動する。この
移動動作は送りモータ１６による台車９の走行と昇降モ
ータ１７によるアーム１１の昇降とによって行われ、ハ
ンド１２の移動位置は予めワーク７の高さ寸法と積み重
ね数とをＮＣ制御装置２４に与えておくことによって制
御される。ＮＣ制御装置２４はワーク７を一つ取り上げ
る毎に、積み数を一つ減少して最上段のワーク７ａの位
置を認識し、ハンド１２をその直上の位置まで高速移動
させる。

【００２４】次に昇降モータ１７の出力トルクを制限
し、昇降モータ１７に低速下降指令を与える。そして位
置偏差ｃ２が設定値ｄ２に達したときに出力される制御
出力ｅ２で下降動作をスキップさせ、ハンド１２に把持
指令を与え、昇降モータ１７に高速上昇指令を与える。
もしハンド１２の低速下降動作中に位置偏差ｃ２の増大
が検出されないまま所定時間経過したら、アラームを発
し装置を停止させる。

【００２５】このようにしてローダのハンド１２にワー
ク７が把持されたら、台車９の走行、アーム１１の下降
及びハンド１２の方向転換動作により、ハンド１２を旋
盤の主軸２の軸線上に移動させる。そして図３に示す手
順により、ワークをローダのハンド１２から旋盤の主軸
チャック４に引き渡す。

【００２６】図３のフローチャートにおいて、ローダア
ーム１１が旋盤１の機内に挿入されたら、台車９を主軸
２の方向に走行させて、ワーク７の先端が主軸チャック
４に当接する直前の位置で台車９を停止させる。次いで
送りモータ１６の出力トルクを制限した状態で送りモー
タ１６に主軸２側に向かう低速移動指令を与え、位置偏
差ｃ１の増大が検出されたら、ハンド１２を開き、ドウ
ェルタイマに設定された時間だけ待機した後、主軸チャ
ック４を閉じ、送りモータ１６を駆動してハンド１２を
軸線方向に退避させた後、アーム１１を上昇させてハン
ド１２を旋盤１の機内から退避させる。もしハンド１２
を主軸２に向けて低速移動させている間に、位置偏差ｃ
１の増大が検出されないまま所定時間経過したら、アラ
ームを発して動作を停止させる。

【００２７】

【発明の効果】以上の実施例の説明からも理解されるよ
うに、この発明のローダ及びワーク受け渡し方法によれ
ば、ローダのハンドを軽い力でワークに当接させること
によってワークを正確に検出することができ、また主軸
チャックにワークを装填するときに、ワークを軸線方向
に押しつけながらワークを受け渡すという動作がセンサ
やワークプッシャなどの付属装置を設けることなく可能
となる。またワークの検出時や受け渡し時にワークに与
える当接力やワークを押し込むときの押付力を制御装置
に設定する設定値の変更のみによって容易に変更するこ
とができ、またあらゆる形状や材質のワークに対して
も、制御装置に与える設定の変更のみによって対処でき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を模式的に示すブロック図

【図２】ストッカからのワークの取り上げ動作を示すフ
ローチャート

【図３】主軸チャックへのワークの受け渡し動作を示す
フローチャート

【図４】従来のワーク取り上げ動作を示す模式的な斜視
図

【図５】従来の主軸へのワーク受け渡し動作を示す模式
的な側面図

【図６】主軸へのワーク受け渡し動作の他の従来例を示
す模式的な側面図

【図７】主軸へのワーク受け渡し動作の第３の従来例を
示す模式的な側面図

【符号の説明】

２ 主軸 ４ 主軸チャック ５ ストッカ ７ ワーク 12 ハンド 16 送りモータ 17 昇降モータ 20 サーボ制御装置 23 パワーアンプ 26 位置偏差検出手段 28 比較器 40 サーボ制御装置 45 最大電流設定器 46 位置偏差検出手段 48 比較器 ａ ＮＣ装置の指令 ｂ パルスエンコーダからのフィードバック信号 ｃ 差信号 ｄ 設定値 ｅ 制御出力

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の主軸(2) の軸線上に挿入され
   たハンド(12)を該主軸の軸線方向に移動させる送りモー
   タ(16)を備えたローダにおいて、上記送りモータ(16)が
   サーボ制御されるとともに、当該送りモータ(16)の負荷
   検出手段を備えており、当該負荷検出手段は、上記送り
   モータ(16)の出力トルクを設定する出力トルク設定手段
   (25)と、当該送りモータのサーボ制御装置(20)に与えら
   れる位置指令(a1)と位置フィードバック信号(b1)との差
   信号である位置偏差(c1)を検出する位置偏差検出手段(2
   6)と、検出された位置偏差(c1)がその設定値(d1)に達し
   たときに制御出力(e1)を生成する比較手段(28)とを備え
   ている、工作機械のローダ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のローダのハンド(12)で把
   持されて工作機械の主軸(2) の軸線上に挿入されたワー
   ク(7) を主軸チャック(4) に引き渡す工作機械のローダ
   におけるワーク受け渡し方法において、請求項１記載の
   送りモータ(16)の出力トルクを制限した状態で、請求項
   １記載の位置偏差(c1)を監視しながら、ハンド(12)を低
   速で主軸(2) に向けて移動させ、上記位置偏差(c1)の増
   大が検出された後、主軸チャック(4) でワーク(7) を把
   持し、次いでハンド(12)によるワーク(7) の把持を解く
   ことを特徴とする、工作機械のローダにおけるワーク受
   け渡し方法。
3. 【請求項３】 ハンド(12)を昇降させる昇降モータ(17)
   を備えた工作機械のローダにおいて、前記昇降モータが
   サーボ制御されるとともに、当該昇降モータ(17)の負荷
   検出手段を備えており、当該負荷検出手段は、上記昇降
   モータ(17)の出力トルクを設定する出力トルク設定手段
   (45)と、当該昇降モータのサーボ制御装置(40)に与えら
   れる位置指令(a2)と位置フィードバック信号(b2)との差
   信号である位置偏差(c2)を検出する位置偏差検出手段(4
   6)と、検出された位置偏差(c2)がその設定値(d2)に達し
   たときに制御出力(e2)を生成する比較手段(48)とを備え
   ている、工作機械のローダ。
4. 【請求項４】 ストッカ(5) 上に搭載されたワーク(7)
   を請求項３記載のローダのハンド(12)で把持する工作機
   械のローダにおけるワーク受け渡し方法において、前記
   ハンド(12)を把持しようとするワーク(7) の直上に臨ま
   せ、請求項３記載の昇降モータ(17)の出力トルクを制限
   した状態で、請求項３記載の位置偏差(c2)を監視しなが
   ら、ハンド(12)を低速でワーク(7) に向けて降下させ、
   上記位置偏差(c2)の増大を検出した後、ハンド(12)でワ
   ーク(7) を把持することを特徴とする、工作機械のロー
   ダにおけるワーク受け渡し方法。