JPH07124811A - 自動バリ取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数種類の鋳造ワークが混流状態であって
も、連続運転可能な自動バリ取り装置を提供すること。 【構成】 ワークを把持するハンドをロボットの手首に
対して自動交換可能に備えると共にロボットの動作にに
よってハンドに把持されたワークを機械加工用のスピン
ドル装置に対峙可能とし、加工のために搬入するワーク
の仕様種別に応じて適合するハンドへの交換及びスピン
ドル装置の工具の交換を制御装置によって自動的に行な
い、供給されるワークの形状やバリの位置等がそれぞれ
に異なるものであっても、このワークに関しての仕様種
別に関する情報を基準にしてワーク混流に対しても一つ
の設備で連続作業可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリンダーヘッド等の
鋳造品ワークの自動バリ取りを行う装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このようなシリンダーヘッド等の
鋳造品ワークの自動バリ取りに関するものとして、特開
平４−１４１３５６号公報及び特開平４−３２２９６８
号公報等に記載されているように、バリの生成位置と形
状によって、専用機によるバリ取りとロボットによるバ
リ取りに分けたシステムが開示されている。

【０００３】これらのシステムにおいて、専用機では、
バリ取り刃をワークに対して前後左右に一定の力で動く
ようにし、絶えず所定の力でバリ取りを行うと同時にバ
リ取り刃がワークの形状に追従して動くようにして高い
剛性によって大きいバリを除去する。また、ロボットで
は、ロボットでワークを保持するようにし、ワークに対
して前後左右に一定の力で動くバリ取り刃にワークを押
し付け、また、ワークの座標系を用いた位置付けを行う
ことにより、バリ取りをワークの形状に沿って行うと共
にバリ発生面の位置出しもロボット操作によって行う。

【０００４】このように、バリの性状によってバリ取り
装置を専用機とロボットに分けたことにより、発生位置
と形状が複雑なワークのバリ取り作業を効率良く、自動
的に行うことができるとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに専用機とロボットを併用した自動バリ取りにおいて
は、専用機でバリ取りを行った場合、ワークの固定機構
に共用性がないため、形状の異なる各種ワークを混流し
て連続的にバリ取りができない。また、ロボットを用い
たバリ取りでは、加工装置に自動交換用工具を持たない
ため、損耗や破損等により工具の交換時にシステムの一
時停止が必要であり、この併用システムであっても長時
間連続運転できないという問題がある。

【０００６】本発明の目的は、複数種類の鋳造ワークが
混流状態であっても、連続運転可能な自動バリ取り装置
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ワークを把持
して搬入及び搬出を行うロボットと、前記ワークのバリ
を除去する工具を備えた機械加工用のスピンドル装置と
を備え、前記ロボットの作動によって前記ワークの位置
を前記工具に対応してシフトさせることにより当該ワー
クのバリを除去可能とした自動バリ取り装置において、
前記ロボットは前記ワークの種別信号に応じて適合可能
なワーク把持用のハンドを備えると共に、前記ハンドを
前記ロボットの作動と共に自動交換可能とし、前記機械
加工用スピンドル装置には前記ワーク種別信号によって
バリ取り工具を自動交換する手段を設けたことによって
前記目的を達成した。

【０００８】本発明に使用するバリ取り工具のスピンド
ル装置としては、４軸又は６軸又は８軸の施回式ターレ
ットヘッドスピンドルが好適に使用できる。

【０００９】また、ロボットは、位置制御として施回
軸、下腕軸、上腕軸の３自由度を有し、姿勢制御として
手首施回軸、手首振り軸、手首施回軸の３自由度を有す
る垂直多関節型であり、シリンダー開閉式のワーク把持
ハンドを有するものが都合がよい。

【００１０】

【作用】ワークの種別信号によって、ワークの種別だけ
ではなくバリの性状を示す信号がロボットの自動ハンド
交換機構を作動させてハンドを交換すると共に、スピン
ドル装置によりバリ取りに最適な工具を選択する。そし
て、ロボットによりワークをハンドで把持してスピンド
ル装置位置に供給搬送し、ロボットによりワーク把持状
態で所定の位置と姿勢を制御しながら、スピンドルに取
り付けた工具にワークを押し付けることによりバリ取り
を行い、ロボットによりワーク把持状態で排出搬送しワ
ークをハンドから開放する操作が、単一のロボットによ
って自動的に行われる。

【００１１】

【実施例】図１は自動車用エンジンのアルミ製シリンダ
へッドのバリ取りに本発明の自動バリ取り装置を適用し
た例の概要を示す斜視図である。

【００１２】図において、ベース１の上に６軸多関節型
のロボット２を配置し、このロボット２にはそのアーム
の先端にワーク把持用のハンド３を設ける。またベース
１の上にはロボット２のハンド３が接近可能な位置にス
ピンドル装置４を備える。

【００１３】ロボット２は、その位置制御として旋回
軸、下腕軸、上腕軸の基本３自由度を有し、姿勢制御と
して手首旋回軸、手首振り軸、手首旋回軸の手首３自由
度を有する６軸多関節型であり、これらの関節の末端に
位置する手首２ａに自動ハンド交換機構を介してハンド
３を着脱可能に装着している。

【００１４】なお、一般に、ロボット２には、バリ取り
時の加工反力により生じる各軸のたわみにより、直交座
標Ｘ、Ｙ、Ｚで表記される位置および直交軸の回転角度
Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｚで表記される姿勢に、制御値とのずれ
が生じる。このため、ロボット２は、これらのたわみに
よるずれがバリ取り精度により規定される所定値以下と
なるように、各軸を構成するリンク剛性や減速機容量等
を高めた高剛性型とすることが好ましい。

【００１５】たとえば、シリンダへッドのバリ取り精度
は、バリ残り量が０ないし３ミリメートル程度である
が、制御精度等の他の要因を考慮すると、たわみによる
ずれはｌミリメートル程度以下にする必要がある。ま
た、バリ取り時の加工反力は、最大８００ニートン程度
であるが、この際のたわみによるずれ量は、一般的なロ
ボットでは２．０ミリメートルであるが、高剛性型とす
ることによって１．０ミリメートル程度に抑えることが
可能である。なお、６軸垂直多関節型の他に、必要な剛
性を有すれば、円筒座標型のロボットの適用も可能であ
る。

【００１６】ロボット２の手首２ａに装着されるハンド
３は、図３に示すように、そのフレーム３ａに長手方向
位置決めエアシリンダ３ｂ及び主把持エアシリンダ３
ｃ，ワーク座３ｄを備えたものである。

【００１７】長手方向位置決めエアシリンダ３ｂのシリ
ンダロッド先端に装着した移動位置決め金具３ｅは、フ
レーム３ａに固定した固定位置決め金具３ｆと対になっ
ている。長手方向位置決めエアシリンダ３ｂをワークＷ
に対して閉じることにより、移動位置決め金具３ｅは固
定位置決め金具３ｆにワークＷの長手方向の加工基準座
を押付けて長手方向の位置決めを行なう。なお、フレー
ム３ａの寸法を小さくするため、長手方向位置決めエア
シリンダ３ｂはフレーム３ａとワークＷとの間に設置し
ている。このとき、エアシリンダロッド３ｇと移動位置
決め金具３ｅのワーク接触部３ｈには、荷重作用点に偏
心があるため、長手方向位置決めエアシリンダ３ｂは発
生する曲げモーメントを許容できるガイドロット３ｉ付
きとすることが好ましい。

【００１８】主把持エアシリンダ３ｃのシリンダロッド
先端に装置した移動主把持金具３ｊは、フレーム３ａに
固定した固定主把持金具３ｋと対となっている。主把持
エアシリンダ３ｃをワークＷに対して閉じることによ
り、移動主把持金具３ｊは固定主把持金具３ｋにワーク
Ｗの幅方向の加工基準座を強く押付け、幅方向の位置決
めを行なうと共にロボット２の移動時に生じる加減速力
やバリ取り時の加工反力によりワークＷがずれることが
ないように把持している。主把持エアシリンダ３ｃは大
きな把持力を必要とするため、単一のエアシリンダを使
用した場合、シリンダ寸法が大きくなりワークＷのバリ
取り時に邪魔になる。このため、小さなシリンダ径のエ
アシリンダを４本程度並列に設置し、必要な把持力を確
保しつつエアシリンダ高さを小さくすることが好まし
い。

【００１９】なお、長手方向位置決めエアシリンダ３ｂ
のワークＷの押付け力は１００ニュートン乃至２００ニ
ュートンが適当であり、主把持エアシリンダ３ｃのワー
クＷの把持力は７０００ニュートン乃至９０００ニュー
トンが適当である。ワークＷを把持する際には、先に長
手方向位置決めエアシリンダ３ｂを閉じた状態で主把持
エアシリンダ３ｃを閉じることにより、ワークＷは移動
位置決め金具３ｅと固定位置決め金具３ｆ間を滑りなが
ら位置決め再現性良く把持される。このときの位置決め
再現精度は０．３ミリメートル以下である。

【００２０】ワーク座３ｄはフレーム３ａに固定された
ワークＷの高さ方向の基準座である。ワークＷを把持す
る際には、バリ取り部位のないワークＷの鋳造湯口切断
面にロボット２にてワーク座３ｄを押し付けることによ
り、湯口切断精度により高さ方向の位置決めを行なう。
この際、ロボット２の押付け力は１乃至２００ニュート
ンが適当である。

【００２１】また、ハンド３は手首２ａに対して、この
ハンド３に連結されるツールプレート５及び手首２ａ側
に装着したマスタープレート６とにより、自動工具交換
機能によって着脱される。

【００２２】図４はツールプレート５とマスタープレー
ト６の一例を示す要部の縦断面図である。

【００２３】ツールプレート５は、環状体であってハン
ド３に連結され、マスタープレート６と対向する側には
端面を縮径させた受け座５ａを形成したものである。

【００２４】マスタープレート６は、シリンダボア６ａ
を設けてこの中にピストン６ｂを組み込み、そのロッド
が出没する部分であってツールプレート５に対向する側
には複数の鋼球６ｃを半径方向に移動可能に備えたもの
である。そして、シリンダボア６ａに２系統のポート６
ｄ，６ｅを備え、これらを圧縮空気の給排源に接続す
る。

【００２５】マスタープレート６のピストン６ｂを同図
（ａ）のように下降させているとき、鋼球６ｃは中心側
へ移動可能である。したがって、マスタープレート６を
工具プレート５に嵌め込むようにすれば鋼球６ｃが受け
座５ａの中に入り込む。そして、同図（ｂ）のようにポ
ート６ｄから圧縮空気を供給しポート６ｅから空気を排
出することによって、ピストン６ｂを上昇させる。これ
により、鋼球６ｂが半径方向に広がる方向へ移動して受
け座５ａに弾性変形内の変形を伴って係合し、ツールプ
レート５とマスタープレート６とが嵌め合いの隙間を有
することなく結合される。また、分離するときは、ポー
ト６ｅ側から圧縮空気を供給してピストン６ｂを下降さ
せれば、鋼球６ｂと受け座５ａとの係合が外れ、ツール
プレート５からマスタープレート６を外すことができ
る。なお、ツールプレート５とマスタープレート６に
は、ハンド３で使用する圧縮空気ポート及び電気信号端
子の着脱機構（図示せず）も備えたものとする。

【００２６】スピンドル装置４は、インバータ方式のモ
ータ４ａ及び直入れ式の小型モータ４ａ−１内蔵のスタ
ンド４ｂを備えると共にこのモータ４ａによってスピン
ドルを回転させ更に小型モータ４ａ−１によって旋回動
作するターレットヘッド４ｃを設けたものである。この
ターレットヘッド４ｃは、６本の異なる工具４ｄ〜４ｉ
を着脱可能とした６軸方式のものであり、対象ワークの
バリ取りに最適な工具を選択して機械加工を行なう。工
具４ｄ〜４ｉは、たとえばスローアウェイ式のエンドミ
ルが最適であり、切削油のミストユニットの併用が有効
である。また、工具４ｄ〜４ｉの軸線はターレットヘッ
ド４ｃの軸線と直交する向きとすることが最適である。

【００２７】なお、６軸ターレットヘッド方式の他に、
４軸または８軸とすることもでき、ロータリー式工具供
給装置を用いることも可能である。

【００２８】更に、ベース１の近くには鋳造後のワーク
Ｗを供給するための供給ステーション７を設けると共
に、バリ取り加工の処理が済んだワークＸを後続のライ
ンに送る搬出ステーション８を備える。そして、供給ス
テーション７からのワークＷの取り込み，ワークＷの加
工のためのロボット２の動作，加工に最適な工具４ｄ〜
４ｉの選択及び処理後のワークＸの搬出ステーション８
までの送り出しの全てを制御する制御装置９を設ける。

【００２９】制御装置９には、供給ステーション７に待
機する各種の仕様種別のワークＷに対して、バリ取り加
工する直前のものがどの仕様であるかの情報信号が入力
される。これは、供給ステーション７に順次送り込まれ
るワークＷの仕様判別を行なうための判別装置を別途用
意しておき、これによって次に加工すべきワークＷの仕
様を検知する。

【００３０】また、制御装置９は先行して加工したワー
クと供給ステーション７で待機していて次に加工される
ワークＷの仕様を比較する。これは先行して加工された
ワークについてはその加工前に仕様が既に判別されてい
るので、後続のワークＷを判別装置によって仕様判別し
た信号と比較演算することにより行われる。

【００３１】このワークＷの比較において、もし先行し
て加工したワークと同じ仕様であれば、ロボット２及び
スピンドル装置４の動作に変更はなく、先行して加工し
たワークと同様の加工がワークＷに対して行われる。一
方、供給ステーション７に待機しているワークＷが、先
行して加工したものと仕様が異なっているものであれ
ば、このワークＷの加工に適合するようにロボット２側
及びスピンドル装置４側の態勢を整える指示信号が制御
装置９から出力される。

【００３２】この制御装置９からの指示信号は、ロボッ
ト２に対してはその先端の手首２ａの動作のほか必要で
あればハンド３の交換のための信号であり、スピンドル
装置４に対しては工具４ｄ〜４ｉの選択のための信号で
ある。

【００３３】ロボット２の手首２ａの動作の指示は、ワ
ークＷの仕様によってバリの位置や大きさ等が異なるの
で、予めワークＷのバリに関する情報をプログラムして
おくことによって、各仕様のワークＷに適合するロボッ
ト２の各軸の連動を制御し、手首２ａによるワークＷへ
の加工位置を適正に設定することができる。

【００３４】ロボット２の手首２ａに装着しているハン
ド３は、ワークＷの仕様が少し違う場合等では必ずしも
交換は必要ではなく、フレーム３ａと主把持エアシリン
ダ３ｃによる拘束によってワークＷを適正に保持可能で
ある。そして、先行加工したワークと後続加工のワーク
Ｗの仕様が大幅に違う場合は、このワークＷに適合する
専用のハンド３をロボット２に装着する。

【００３５】このようなロボット２に対するハンド３の
交換は、図４で示した自動工具交換機構を利用すること
によって行われる。すなわち、各種のハンド３をストッ
クしたテーブル（図示せず）をベース１の近傍に配置し
ておき、手首２ａに装着しているハンド３をその所定の
ストック位置に戻し、必要とするハンド３のストック位
置に手首２ａの位置を設定してこの新たなハンド３をロ
ボット２側に装着することができる。このハンド３の交
換は、テーブル上の各種のハンド３のストック位置を演
算対象とすることで、制御装置９によって制御を実行し
て行なうことができ、次に加工されるワークＷの仕様検
知の信号を基準として実行もしくは交換しないままの作
動を可能とする。

【００３６】一方、スピンドル装置４における工具４ｄ
〜４ｉの選択も、先行加工したワークと供給ステーショ
ン７で待機している後続加工のワークＷとの仕様比較を
基準として行われる。すなわち、ワークＷの種類によっ
てバリの位置や形状差等があることから、それぞれの仕
様のワークＷに対して最適な工具をターレットヘッド４
ｃの回転によって設定して選択する。このような選択
も、各仕様のワークＷに対してどの工具が最適であるか
を予め決めておいて制御装置９の演算回路にプログラム
しておくことによって、ワークＷの仕様判別の毎に選択
の要否を判断させる。損耗が大きい工具種類がある場合
には、同一種類の工具を複数本ターレットヘッド４に装
着しておき、制御装置９の演算回路で１本目の工具での
ワークＷのバリ取り回数を計数し所定のバリ取り品質以
下と予測されているバリ取り回数に達したとき、２本目
の工具を選択し同様に３本目以降も選択していくとよ
い。

【００３７】このように、現在加工しているワークと供
給ステーション７で待機して次に加工されるワークＷと
の仕様の比較によって、ロボット２の動作，ハンド３の
交換及びスピンドル装置４での工具４ｄ〜４ｉの選択が
行われる。したがって、ワークＷが混流して供給される
ラインであっても、各ワークＷに対応した適正な加工の
実行が可能となる。

【００３８】なお、図５にこのような制御のフローを示
す。

【００３９】以上の構成において、供給ステーション７
に待機する最初のワークＷについては、その仕様の判定
が既に行われていることから、ロボット２の作動，必要
であればハンド３の交換及び工具４ｄ〜４ｉの選択が制
御装置９からの信号によって実行され、加工準備態勢に
システム全体が設定される。

【００４０】制御装置９によってバリ取り加工をスター
トさせると、ロボット２の各軸の旋回動作によって手首
２ａが供給ステーション７上のワークＷ位置に接近し、
手首２ａに装着したハンド３によってワークＷが把持さ
れる。このとき、ワークＷは移動主把持金具３ｊと定主
把持金具３ｋに挟まれて固定され、その姿勢や位置も予
め決められた設定条件に合うように制御する。

【００４１】次いで、ロボット２の作動によって、ハン
ド３にセットされたワークＷを図１に示すように、スピ
ンドル装置４に接近させる。一方、このスピンドル装置
４では既に適切な工具（この例では「工具４ｄ」とす
る）が選択されてその加工可能な位置にある。

【００４２】このようなスピンドル装置４に対するワー
クＷの位置設定の後、制御装置９によってワークＷの仕
様毎に予め決めたプログラムに沿ってロボット２を動作
させる。すなわち、ハンド３にワークＷを保持したまま
ロボット２の各軸及び手首２ａの動きによって、ワーク
Ｗがそのバリ取りに必要な軌跡を描いて動き回るように
シフトさせる。そして、このシフトの間に高速で回転し
ている工具４ｄにワークＷを押付けることでバリ取り加
工し、この押付けと引き離し及び工具４ｄの軸線と直交
する向きへのワークＷのシフトの合成運動を繰り返しな
がら、全てのバリを除去する。

【００４３】バリ取りの完了もロボット２の動作の制御
を通じて演算され、検知系を必要とすることなく、加工
済みのワークＷはロボット２の動作によって搬出ステー
ション８側に移送される。そして、所定の位置でハンド
３による拘束が解除されてワークＷはこの搬出ステーシ
ョン８に回収される。

【００４４】一方、供給ステーション７には新たなワー
クＷが送り込まれ、その仕様判別を行なうことによっ
て、先に述べたようにロボット２の動作，ハンド３の交
換の要否及び交換の実行，工具４ｄ〜４ｉの選択変更が
行われる。そして、以降は前述のとおりのロボット２及
びスピンドル装置４による加工が継続して繰り返し行わ
れる。

【００４５】

【発明の効果】本発明の自動バリ取り装置によって以下
の効果を奏する。

【００４６】（１）スピンドル装置を使用した機械加工
によりバリ取りを行うため、専用プレス機を使用したと
きのような２次バリが発生せず、人手作業による仕上げ
作業を必要としない。

【００４７】（２）また、ワークに応じたハンドを自動
交換して、ロボットでワークを供給搬送、バリ取り姿勢
制御、排出搬送できることにより、ワークの混流化を図
ることができる。

【００４８】（３）予期される工具の損傷に応じて工具
を自動交換することにより、工具交換の都度システムを
一時停止する必要がなくなり、システムの安定した連続
運転性を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の自動バリ取り装置の概要を示す斜視
図である。

【図２】 図１の自動バリ取り装置の概略平面図であ
る。

【図３】 ロボットの手首及びワークを保持したハンド
部分を示す斜視図である。

【図４】 ハンドの自動交換機構に用いるツールプレー
トとマスタープレートであって、同図の（ａ）はその分
解縦断面図、同図の（ｂ）は結合されたときの縦断面図
である。

【図５】 ハンド，工具の交換からロボットの作動まで
の制御のフローを示す図である。

【符号の説明】

１ ベース ２ ロボット ２ａ 手首 ３ ハンド ４ スピンドル装置 ４ａ モータ ４ｃ ターレットヘッド ４ｄ〜４ｉ 工具 ５ ツールプレート ６ マスタープレート ７ 供給ステーション ８ 搬出ステーション Ｗ ワーク Ｘ バリ取り加工済みのワーク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを把持して搬入及び搬出を行うロ
   ボットと、前記ワークのバリを除去する工具を備えた機
   械加工用のスピンドル装置とを備え、前記ロボットの作
   動によって前記ワークの位置を前記工具に対応してシフ
   トさせることにより当該ワークのバリを除去可能とした
   自動バリ取り装置において、前記ロボットは前記ワーク
   の種別信号に応じて適合可能なワーク把持用のハンドを
   備えると共に、前記ハンドを前記ロボットの作動と共に
   自動交換可能とし、前記機械加工用スピンドル装置には
   前記ワーク種別信号によってバリ取り工具を自動交換す
   る手段を設けた自動バリ取り装置。