JPH0753333B2

JPH0753333B2 - ターニングセル

Info

Publication number: JPH0753333B2
Application number: JP24452088A
Authority: JP
Inventors: 正明古; 悦郎島田
Original assignee: 日立精機株式会社
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1995-06-07
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: JPH0295536A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、ターニングセルに関する。更に詳しくは、
チャック爪と搬送ロボット用のフィンガー用のストッカ
を有したターニングセルに関する。

［従来技術］機械加工を自動化するために工場全体をシステム化する
FMSが提唱されている。このFMSは、種々の方式が提案さ
れているが、NC工作機械を中心とした小さなシステムを
組み合わせて全体システムを構築する方法が多い。この
小さなシステムをセルシステムと呼んでいる。セルシス
テムには、種々のものが提案され実行されているが、通
常NC工作機械と、工作物搬出入装置と、工作物ストッカ
などからなるものが多い。

このセルシステムのみで、長時間の連続運転を続けるに
は自動化のための各種の対策を講じなければならない。
工作物が異なるものを連続的に長時間加工するには困難
な問題がある。とくに、旋盤の場合、工作物の直径に応
じてチャックそのものを交換する必要がある。しかし、
実際的には困難なことが多いので、チャックを交換せず
爪の開き代を大きくすることで対処しているが限界があ
る。また、工作物を搬送するロボットのハンドも工作物
の直径に応じて交換しなければならない。

一方、NC旋盤のチャック爪を自動交換するものは、知ら
れている。例えば、特開昭55−5273号公報，特公昭63−
41682号公報には、チャックの爪を貯蔵する爪用マガジ
ンと、この爪をチャックの爪と交換するための爪交換用
の爪交換装置とを有するものが記載されている。

［発明が解決しようとする課題］前記したセルシステムは、工作物の種類が限られた場合
には適したものであるが、種類が増加するとチャック爪
の交換、搬送ロボットハンドの交換が必要となり長時間
の連続運転は限られる。一方、NC旋盤のチャックの爪を
交換するものは、前記したように知られているが、単体
のNC工作機械用に開発されたものであり、ターニングセ
ンタセル用には必ずしもふさわしくない。

この発明の目的は、多品種の工作物を連続的に長時間加
工するターニングセルのを提供することにある。

［前記課題を解決するための手段］前記課題を解決するための次のような手段を採る。

第１手段は、バイトの運動が数値情報による指令で制御
されるNC旋盤と、該NC旋盤の主軸端に取り付けられて工作物をつかむチャ
ック用のチャック爪と、前記工作物又は前記チャック爪
を把持する後記搬送装置用のフィンガーとを貯蔵する爪
・フィンガー用ストッカと、未加工の前記工作物を前記NC旋盤に供給する供給ステー
ションと、前記NC旋盤で加工済みの前記工作物を排出する排出ステ
ーションと、前記チャック爪をつかみ前記NC旋盤と前記爪・フィンガ
ー用ストッカとの間を搬送するか、又は前記工作物をつ
かみ前記供給ステーション、前記排出ステーション及び
前記NC旋盤との間のいずれかの間を搬送するハンドを備
えた搬送装置とからなるターニングセルである。

第２手段は、前記搬送装置のハンドと前記フィンガーと
の連結を着脱自在に行う着脱機構であればなお効果的で
ある。

［作用］ターニングセルシステムにおいて、搬送装置が供給ステ
ーションから工作物を受け取り、NC旋盤に搬送し、チャ
ックに把持させて機械加工を行う。NC旋盤で機械加工が
終了すると、加工済の工作物を搬送装置はNC旋盤から排
出ステーションに戻す。チャックのチャック爪を交換す
るときは、搬送装置は爪・フィンガー用ストッカからチ
ャック爪を取り出し、チャックの位置まで搬送し古いチ
ャック爪と交換する。

工作物又はチャック爪の把持用のハンドのフィンガーを
交換するときは、搬送装置を爪・フィンガー用ストッカ
の位置まで移送し、そこに貯蔵されているフィンガーと
交換する。

［実施例］以下、この発明の実施例を図面と共に説明する。第１図
は、この発明のターニングセルの全体を示す正面図であ
る。第２図は、第１図の平面図、第３図は側面図であ
る。NC旋盤１は、工具貯蔵マガジン２を備えている。工
具貯蔵マガジン２内の工具は自動工具交換装置（図示せ
ず）によりタレット刃物台３の工具との間で自動的に工
具交換される。主軸には、工作物チャック５が取り付け
てある。

NC旋盤１のワーク搬送方向に沿う側位置には、爪・フィ
ンガー用ストッカ６が設置してある。爪・フィンガー用
ストッカ６には、工作物チャック５の爪と、後述する搬
送ロボットのフィンガー40を多種類内蔵している。この
詳細な構造については後述する。NC旋盤１と爪・フィン
ガー用ストッカ６と、更にトレーチェンジャー７が同一
線上に設置固定してある。このトレーチェンジャー７
は、複数の工作物を整列したトレー箱を収納したもので
ある。トレー箱は、順次必要に応じて他のトレー箱と交
換できるものである。

搬送ロボット10とトレーチェンジャー７と協働して工作
物を整列する。このトレーチェンジャー７は、公知の技
術であり本出願人の特許出願も公開されており公知技術
である。トレーチェンジャー７については詳記しない。
NC旋盤１、爪フィンガー用ストッカ６、トレーチェンジ
ャー７の上には、直線の搬送レール刃が支柱９に支持さ
れて配置してある。搬送レール８上には、搬送ロボット
10が移動自在に載置してある。この搬送ロボット10の移
動はNCで制御される。搬送ロボット10の先端には、チャ
ック爪31を把持するためのハンド11を備えている。ハン
ド11の先端のフィンガーは、後述するように把持する対
象によって交換する。

爪・フィンガー用ストッカ６第４図は、爪・フィンガー用ストッカ６の縦断面図であ
る。第５図は、第４の一部平面図である。円板20は、間
欠位置に割出しできるもので、円板20上には、チャック
爪31、搬送ロボット10のフィンガー40が複数種類ストッ
クされている。円板20の割出し位置には、割出し穴21が
割出し角度位置に対応して設けてある。円板20の中心の
下面には、割出し歯車22が固定してある。割出し歯車22
の中心内孔には、ベアリング23が挿入され、中心軸24に
対して割出し歯車22は回転自在に取り付けてある。中心
軸24は、円柱状の部材であり、この下端はフランジにな
っていてフレーム板25に固定してある。

フレーム板25は、爪・フィンガー用ストッカ６を支える
基本フレームの上板である。フレーム板25の下面には、
円板20の割出し用のサーボモータ28が固定してある。サ
ーボモータ28の出力軸には、ピニオン歯車29がキー止め
されている。ピニオン歯車29には、割出し歯車22がかみ
合っている。サーボモータ28は、円板20上に設けた突起
を近接スイッチ39が検出したパルスによりその回転位置
を制御され割出し動作を行う。一方、フレーム板25の下
面には、位置決め用のシリンダー装置26が設けてある。

シリンダー装置26のピストン軸には、位置決めピン27が
固定してある。位置決めピン27は、円板20の割出し穴21
に挿入して円板20を所定角度に位置決めする。円板20の
外周上面には、本実施例では、チャック爪31を３個で１
セット４か所、爪用フィンガー40を２セット１か所、ワ
ーク用フィンガー40を２セット４か所に収納する収納ケ
ース30,30aを合計９か所それぞれ備えている。収納ケー
ス30内には、縦方向に３個のチャック爪31が積んであ
る。チャック爪31の最下端には、リフトシリンダ33のピ
ストンの先端32が接している。リフトシリンダ33は、フ
レーム板25の下面に固定してある。

チャック爪31の上端は、ストッパ34に接している。スト
ッパ34とリフトシリンダ33のピストンの先端32との間に
チャック爪31が挾んである。ただし、この状態は、チャ
ック爪31を取り出すときの状態であり、通常は重力で下
端に位置している。ストッパ34は、シリンダ35のピスト
ン36の先端に固定してある。ストッパ34は、案内筒37内
で摺動自在に案内されている。ストッパ34を駆動するシ
リンダ35は、中心軸24の上端に固定したストッパ台38上
に固定してある。ストッパ34は、チャック爪31と後述す
るフィンガー40を一個単位で取り出すためのものであ
る。すなわち、一個取り出すたびにストッパ34が出没す
るものである。

チャック爪31と同様な長方形の収納ケース30a内には、
搬送ロボット10のフィンガー40が収納されている。通
常、ロボットの先端のハンドは、用途に応じて変えられ
る。例えば、組立ロボットであれば組立用ハンド、溶接
用であれば溶接用ハンド、搬送用であれば搬送ハンドな
ど用途ごとに最適な構造機能を有したものに取り換えら
れる。本実施例の搬送ロボット10の場合は、ハンド全体
を交換せずに必要最小限のフィンガー40のみを交換する
ものである。

このフインガー40は、工作物の直径、把持対象物が変わ
るときに交換するものである。更に、チャック爪31を交
換するときも専用のフィンガー40に交換する。本例で
は、工作物の直径が変化したときと、チャック爪31を把
持するときにフィンガー40を交換する。第６図（ａ），
（ｂ）は、フィンガー40をロボットハンドの本体に着脱
自在に取り付ける構造を示す図である。第６図（ａ）は
フィンガー本体とフインガーを結合した正面図、第６図
（ｂ）は第６図はフィンガー本体とフィンガーを結合し
た状態の断面図である。

フィンガー40の根元には、ピン41がビスで固定してあ
る。ピン41の外周には、凹溝状の外周溝42が形成してあ
る（第６図（ｂ）参照）。一方、ロボットハンドの本体
には、２本のフィンガー本体45がピン46を中心に揺動自
在に設けてある。２本のフィンガー本体45の上端は、ピ
ン47に挿入されている。ピン47は、油圧、サーボモータ
などで駆動され、フィンガー本体45の先端を開閉する。
両フィンガー本体45の下端は、長方体状のピン孔部材48
がボルトにより固定してある。このピン孔部材48には、
ピン41を挿入するためのピン孔49が形成してある。

フィンガー40を使用するときは、搬送ロボット10の移動
機能を利用してピン孔49にピン41が挿入させて結合す
る。ピン孔49には、半径方向に２か所からノッチ50が突
き出している。ノッチ50は、スプリングによりピン孔49
の中心方向に常時押されているが、ピン41により半径の
外方に押されるとスプリングを圧縮してピン孔49から引
き込む。

このためピン41がピン孔49内に強く挿入されると、ノッ
チ50が一端引っ込んだ後再びピン41の円周溝42内に伸び
て挿入される。このためフィンガー40は、ピン孔49から
抜け出ることはなく、しかもロボット10の動作を利用す
るのみで簡単に着脱できる。また、フィンガー40には、
段部51が形成してあるので（第５図、第６図参照）、こ
の段部51とピン孔部材48の側面が接しているのでフィン
ガー40はピン41を中心に回転することはない。

制御装置第７図、前記したターニングセルの搬送装置を制御する
ための制御装置の機能ブロック図である。NC装置60は、
NC旋盤１を数値制御する周知の制御装置である。NC装置
60には、爪・フィンガー用ストッカ６、トレーチェンジ
ャー７、搬送ロボット10を駆動するためのパワー用のシ
ーケンサ61が電気的に接続されている。更に、NC装置60
は、搬送ロボット制御盤66に接続されている。搬送ロボ
ット制御盤66は、NC装置60の指令により搬送ロボット10
の位置を数値制御するトレー情報読取装置65は、トレーチェンジャー７内の各
トレーに設けたICカードから工作物の種類、直径などの
情報を読み取るものである。読み取られた工作物に関す
る情報はシーケンサ61に入力される。シーケンサ61は、
NC装置60との指令情報を突き合わせて一致すれ1/0ユニ
ット62に出力して必要なチャック爪31、フィンガー40の
交換動作を指令する。この指令を受け搬送ロボット制御
盤66は、搬送ロボット10に指令を行い搬送ロボットを駆
動させる。ストッカー制御盤63、トレーチェンジャー制
御盤64は、この指令を受けて爪・フィンガー用ストッカ
６とトレーチェンジャー７に必要な動作を行わせる。

作動第８図は、この発明のターニングセルの制御装置の作動
の概要を示すフロー図である。制御装置が初期状態か否
か判断する（P₁）。全システムの運転が終了したか判断
し（P₂）、終了していれば終了であり、終了していなけ
れば一つのトレー、あるいはある数の素材の加工が終了
したか否か判断する（P₃）。すなわち、あるロットの加
工が終了して、素材を変更するか否かの判断を行うので
ある。

素材の切り換えが必要とあれば、トレー情報読取装置65
からトレーチェンジャー７内のトレーに設けたICカード
から必要な情報を読み取る。（P₄）。このステップP₄以
下のステップは、カスタムマクロプログラム（ユーザー
が定義できるようにあらかじめ備えているNC機能のひと
つ）で指令を行う。この読み取った情報からチャック爪
31の交換が必要が否か判断する。（P₅）。交換の必要が
あれば、次に搬送ロボット10のフィンガー40の交換の必
要があるか否か判断する。このフィンガー40は、チャッ
ク爪31用とワーク交換用とは別々なものであり、更にワ
ーク交換用も工作物の直径により相違する。これらのこ
とから搬送ロボット10のチャック爪31用のフィンガー40
を交換するか否か判断する（P₆）。この判断は、搬送ロ
ボット10のフインガー40がチャック爪31用になっている
か否か判断するものであり、フィンガー40の交換を行
う。この交換は次のように行う。旧いフィンガー40は、
まず割出しモータ28を駆動してピニオン歯車29を駆動さ
せる（第４図参照）。この駆動により割出し歯車22を回
転させて円板20を回して、フィンガー40の収納ケース30
aを交換位置に割出す。この割出し位置は、近接スイッ
チ39の信号をカウントして位置決めする。更に、位置決
めピン27を位置決め穴21内に挿入して正確に位置決めロ
ックする。

この状態で搬送ロボット10のハンドを収納ケース30a上
から下降させる。両フィンガー40を収納ケース30a内に
挿入させる。シリンダ35を前進させてフィンガヘ40を上
から押さえた後、駆動搬送ロボット10を移動させてピン
42からピン孔49を抜き出す（第６図（ｂ））。フィンガ
ー40は自重で収納ケース30a内に落下して収納される。
再び搬送ロボット10のハンドを一旦上昇させて、前記同
様の動作で爪・フィンガー用ストッカ６を動作させて、
必要とするフィンガー40が収納されている収納ケース30
aを割り出す。

収納ケース30aを所定位置に割出すと、ストッパ34を前
進させて、シリンダ33を駆動させてピストンの先端32を
突き上げる。搬送ロボット10を下降させてピン孔49にピ
ン42を挿入する。この挿入が終了すると、ストッパ34を
引き込めて搬送ロボット10のハンドを引き上げる
（P₇）。再び、搬送ロボットのハンドを上昇させて、再
び収納ケース30を割出してチャック爪31を取り出し位置
に割り出す。以下、フィンガー40と同様の順序でストッ
パー34、シリンダー33を駆動しチャック爪31をフィンガ
ー40で把持する。この後、搬送ロボット10は、搬送レー
ル８上を移動してNC旋盤１上にチャック５上に位置す
る。

このチャック爪31の交換機構は、前記したように周知の
技術であり、ここでは詳記しない。搬送ロボット10のハ
ンドで直接にチャック５の爪を交換しても良いし、チャ
ック爪31の貯蔵マガジンとの間で交換しても良い。本実
施例では、直接チャック５のチャック爪31と交換してい
る（P₉）。

チャック爪31の交換が終了すると、工作物用のフィンガ
ー40に交換する必要があるか否か判断する（P₉）。必要
があれば、前記同様の作動で工作物用のフィンガー40に
交換する（P₁₀）。次に、搬送ロボット10へ工作物の種
類、大きさに応じた可変移動量をNC装置１から搬送ロボ
ット制御盤66へデータを転送する（P₁₁）。これは、搬
送ロボット10の基本的な移動パターンはあらかじめ決め
られているので、ここでは工作物の形状に応じた可変量
のみである。

この転送が完了すると、通常の加工プログラムを実行
し、NC旋盤１は加工を開始する。搬送ロボット10は、ト
レーチェンジャー７とNC旋盤１との間を往復して未加工
工作物の搬送と加工された交工作物の搬送を行う。

［他の実施例］前記したチャック爪31は、搬送ロボット10のフィンガー
40で直接交換している。しかし、爪・フィンガー用スト
ッカ６だけでなく、NC旋盤１もチャック爪31のマガジン
を設け、爪マガジン内に一旦収納して、この爪マガジン
とチャック爪31との間に交換アームを設けて交換しても
良い。また、前記実施例のトレーチェンジャー７は、未
加工の工作物と加工済の工作物を同一ステーションで処
理しているが、ロボットの経路上であれば他の場所でも
良い。更に、前記実施例の搬送ロボット10のハンドは一
本であったが２本のハンドを割り出し可能に設けたいわ
ゆるダブルハンドでも良い。

［発明の効果］以上詳記したように、この発明は、簡易な構造で、チャ
ック爪の交換、搬送装置のハンドのフインガーを常に最
適なものと自動的に選択して交換できる。また、工作物
チャックのチャック爪、工作物又はチャック爪把持用フ
ィンガーを同一ストッカに収納したので、搬送ロボット
の運行距離が短くてすむので結果として効率の良い運転
が可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図はターニングセルの正面図、第２図は第１図の平
面図、第３図は第１図の側面図、第４図は爪・フィンガ
ー用ストッカの縦断面図、第５図は第４図の部分平面
図、第６図（ａ）はフィンガー本体とフィンガーの結合
した状態を示す正面図、第６図（ｂ）は第６図（ａ）の
断面図、第７図はターニングセルの制御装置の機能ブロ
ック図、第８図はターニングセルの動作の概要を示す動
作フロー図である。１……NC旋盤、２……工具貯蔵マガジン、３……タレッ
ト刃物台、５……工作物チャック、６……爪・フィンガ
ー用ストッカ、７……トレーチェンジャー、８……搬送
レール、10……搬送ロボット、31……チャック爪、60…
…NC操作盤、64……トレーチェジャー操作盤、66……ロ
ボット制御盤、70……ターニングセル操作盤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バイトの運動が数値情報による指令で制御
されるNC旋盤と、該NC旋盤の主軸端に取り付けられて工作物をつかむチャ
ック用のチャック爪と、前記工作物又は前記チャック爪
を把持する後記搬送装置用のフィンガーとを貯蔵する爪
・フィンガー用ストッカと、未加工の前記工作物を前記NC旋盤に供給する供給ステー
ションと、前記NC旋盤で加工済みの前記工作物を排出する排出ステ
ーションと、前記チャック爪をつかみ前記NC旋盤と前記爪・フィンガ
ー用ストッカとの間を搬送するか、又は前記工作物をつ
かみ前記供給ステーション、前記排出ステーション及び
前記NC旋盤との間のいずれかの間を搬送するハンドを備
えた搬送装置とからなるターニングセル。
【請求項２】請求項１において、前記搬送装置のハンドと前記フィンガーとの連結を着脱
自在に行う着脱機構を前記ハンド及び前記フィンガーに
設けたことを特徴とするターニングセル。