JPWO2012056839A1 - ユニット構成型工作機械・搬送装置・加工設備 - Google Patents

ユニット構成型工作機械・搬送装置・加工設備 Download PDF

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Abstract

工作機械(2)は、基台(2A)と複数種類の機構ユニット(2U)とを備える。各機構ユニット(2U)は、ユニット部配線(67)を有する。一部の機構ユニット(2U)は、そのユニット内の駆動源(2Uc)を制御するユニット内蔵制御回路(2Ud)を有する。搬送装置(1)は、ガイド付きフレーム(12)と走行体(3)とを備える。ガイド付きフレーム(12)は、複数の走行ガイドユニット(12U)を連結してなる。走行ガイドユニット(12U)は、直線用と曲線用を準備する。走行体(3)の走行駆動は、走行ガイドユニット(12U)に設けられた1次側の電機子である複数の個別モータ(6)と、走行体(3)に設けられた可動子(7)とでなるリニアモータ(5)とする。

Description

関連出願
この出願は、2010年10月26日出願の特願2010−239419の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
この発明は、工作機械やそのワーク搬送用の搬送装置を、組み替えや拡張が自在なユニット構成型とし、各種の形態に変身可能として混流生産等に対応可能としたユニット構成型工作機械・搬送装置・加工設備に関する。
従来、工作機械において、ベッド上に設置される送り台、主軸台、刃物台等をユニット構成型とし、ユニットの組み替えによって、例えばターニングセンタとして構成したり、マシニングセンタとして構成したりするユニット構成型の工作機械が提案されている(例えば、特許文献1)。この組み替え形式の工作機械は、モジュール構成工作機械や、ブロックビルド型工作機械として知られている。
また、旋盤等の工作機械にワークを搬入,搬出する搬送装置として、ガイドレールに沿って走行する走行体に昇降体を設け、昇降体下端のローダヘッドにチャックを設けてワークを保持させる形式ものがある。この種の搬送装置では、直線路を走行させるようにしている。しかし、直線経路だけでは、工作機械の配置が制限され、工場の床面積を効果的に利用することが難しい。そのため、走行経路に曲線部を含むものも提案されている(例えば、特許文献2,3)。
実開昭61−205701号公報 特開平4−283039号公報 特開2010−149269号公報
従来のユニット構成型工作機械は、ユニット化されるものが、送り台や、主軸台、刃物台等における機構部品のみであり、これらのユニットに備えられるモータ等の駆動源の配線は、組立後の個々の形態毎に、個別に設計して配線作業を行っている。そのため、配線作業が煩雑であり、現地での組み替えが困難となっている。特に、チャック交換装置等の付属的な要素となるユニットの駆動用のアンプ等においても、従来は制御盤に設置しているため、その付属的なユニットを設置するか否かによって配線が大きく異なり、配線作業がより煩雑化している。
また、従来のユニット構成型加工設備は、搬送装置のユニット化までは図られておらず、工作機械の組み替や拡張を行った場合、組み替え,拡張後の工作機械に適した搬送装置の設計が必要であった。そのため、ユニット構成型の工作機械としながら、いま一つ、その組み替えの自由性の効果が十分に発揮されていない。例えば、従来のガントリ形式等の搬送装置におけるレールは、角パイプに加工を入れ、リニアガイドを設置するといった形式で軌道レールを設置していた。そのため、レイアウト変更が起きるとレール全体で取り替えが必要であった。しかし、近年の多品種少量生産や、製品開発の促進による製品の変更の要望に応じ、工場内に設置する工作機械,加工設備の迅速な変更が望まれている。
この発明の目的は、配線系の接続作業を含めて、組み替えや拡張の自由度が高く、現地で組み替えが容易、かつ迅速に行えるユニット構成型の工作機械、搬送装置、および加工設備、並びにその工作機械用ユニットおよび走行ガイドユニットを提供することである。
この発明のユニット構成型工作機械は、複数種類の機構ユニットを備える工作機械であって、前記各機構ユニットは、他の機構ユニットまたは工作機械における他の構成要素と相互に機械的に連結する連結手段を有し、少なくとも一部の機構ユニットは、可動部分およびまたは駆動源を有する組立部品であり、かつユニット部配線と、このユニット部配線を接続する端子とを有する。
この構成によると、各機構ユニットが機械的に連結する連結手段を有し、少なくとも一部の機構ユニットは、可動部分および駆動源の両方またはいずれか一方を有する組立部品であって、ユニット部配線と、このユニット部配線を接続する端子とを有する。このため配線系の接続作業を含めて、組み替えや拡張の自由度が高く、現地で組み替えを容易に、かつ迅速に行うことができる。そのため、混流生産に応じた加工設備の変更に迅速に対応できる。なお、この発明でいう「工作機械」は、切削加工等の機械加工を行う旋盤等の狭義の工作機械に限らず、パンチプレス,レーザ加工機等の板金加工機を含む広義の工作機械である。
この発明のユニット構成型工作機械では、基台と複数種類の機構ユニットとを備え、少なくとも一部の機構ユニットは、可動部分およびまたは駆動源を有する組立部品である。前記基台は、いずれかの前記機構ユニットを着脱可能に設置する複数のユニット設置座部と、基台部配線と、この基台部配線が接続された主制御装置側および機構ユニット側の端子とを有する。前記各機構ユニットは、前記基台の前記ユニット設置座部に着脱可能に設置され、または前記基台のユニット設置座部に設置された機構ユニット上に着脱可能に搭載されるものであって、前記基台の機構ユニット側の端子に接続されるかまたは他の機構ユニットに設けられたユニット部配線の端子に接続される端子およびユニット部配線を有するものとすることができる。
この構成の場合、少なくとも一部の機構ユニットが、ユニット部配線とその端子を有する。そのため機構ユニットを組み替えたときに、基台や機構ユニットが備える端子間で接続を行うことにより、工作機械の配線作業が完了する。このため、配線系の接続作業を含めて、組み替えや拡張の自由度が高く、現地で組み替えを容易に、かつ迅速に行うことができる。そのため、混流生産に応じた加工設備の変更に迅速に対応できる。また、機構ユニットを設置する基台を有し、この基台に、ユニット設置座部と、基台部配線と、この配線の端子とを有するため、組み替えをより一層容易に、かつ迅速に行うことができる。
このユニット構成型工作機械において、前記各機構ユニットのうちの少なくとも一つが、この機構ユニットの前記駆動源を駆動するユニット内蔵制御回路を有し、このユニット内蔵制御回路は、この機構ユニットのユニット部配線および前記基台の基台部配線を介して前記主制御装置に接続されるものとしても良い。前記ユニット内蔵制御回路は、例えばモータ駆動電流となる強電系の制御機能を有する回路である。このように機構ユニットにそのユニットの駆動源を駆動するユニット内蔵制御回路を設けた場合、主制御装置内に新たな駆動回路を設けたり、主制御装置内の駆動回路を変更したりする必要がなく、主制御装置はプログラムの一部の変更等で対応できる。そのため、工作機械の組み替えや拡張がより一層容易に、かつ迅速になる。
この発明のユニット構成型搬送装置は、工作機械に対してワークの搬入搬出を行う搬送装置であって、走行ガイドを有するガイド付きフレームと前記走行ガイドに沿って走行する走行体とを備える。前記走行体はワークの保持手段を有し、前記ガイド付きフレームは、走行方向に並んで連結された複数の走行ガイドユニットからなる。このように複数の走行ガイドユニットを連結して構成されるため、搬送経路の組み替えや拡張が容易に、かつ迅速に行える。
前記走行ガイドユニットが、電気部品および電気配線のいずれかを有するものであっても良い。このように、搬送装置の走行ガイドをユニット化し、さらにこれら各走行ガイドユニットに電気部品および電気配線のいずれかを設けたため、電気系統を含めて、搬送経路の組み替えや拡張が容易に、かつ迅速に行える。
前記搬送装置の前記走行体を走行させる駆動源がリニアモータであって、このリニアモータが、前記走行ガイドに沿って配列された複数の一次側の電機子と、前記走行体に設けられた可動子とでなるものであり、前記各走行ガイドユニットに、前記電気部品として、前記電機子と、前記可動子の位置を検出するセンサとを設けても良い。このように、走行体の走行の駆動源がリニアモータとし、走行ガイドユニットに電機子と可動子の位置検出用のセンサとを設けた場合、駆動系を含めて、搬送経路の組み替えや拡張が容易に、かつ迅速に行える。
前記各走行ガイドユニットが、前記各個別モータに駆動電力を供給するインバータ、およびこのインバータを制御することで電機子を制御する制御部を備える場合、ガイド、駆動系、および電気系統を含めて、搬送経路の組み替えや拡張が容易に、かつ迅速に行える。
前記複数の走行ガイドユニットとして、前記走行ガイドの直線部となる走行ガイドユニットと、曲線部となる走行ガイドユニットとを含んでいても良い。走行ガイドユニットに直線部用と曲線部用とがあると、ユニットの組み合わせにより、搬送経路を、L字形、環状とするなど、自由性な経路形状とすることができる。
この発明のユニット構成型加工設備は、工作機械と、この工作機械に対してワークの搬入搬出を行う搬送装置とでなる加工設備であって、前記工作機械は、複数種類の機構ユニットを備えるユニット構成型工作機械であり、前記各機構ユニットは、他の機構ユニットまたは工作機械における他の構成要素と相互に機械的に連結する連結手段を有し、少なくとも一部の機構ユニットは、可動部分およびまたは駆動源を有する組立部品であり、かつユニット部配線と、このユニット部配線を接続する端子とを有する。
この構成のユニット構成型加工設備によると、工作機械がユニット構成型工作機械であって、各機構ユニットが機械的に連結する連結手段を有し、少なくとも一部の機構ユニットは、可動部分およびまたは駆動源を有する組立部品であって、ユニット部配線と、このユニット部配線を接続する端子とを有する。このため、工作機械につき、配線系の接続作業を含めて、組み替えや拡張の自由度が高く、現地で組み替えを容易に、かつ迅速に行うことができる。そのため、混流生産に応じた加工設備の変更に迅速に対応できる。
この発明のユニット構成型加工設備は、工作機械と、この工作機械に対してワークの搬入搬出を行う搬送装置とでなる加工設備であって、前記工作機械は、複数種類の機構ユニットを備えるユニット構成型工作機械であり、前記基台は、いずれかの前記機構ユニットを着脱可能に設置する複数のユニット設置座部と、基台部配線と、この基台部配線が接続された主制御装置側および機構ユニット側の端子とを有し、前記各機構ユニットは、前記基台の前記ユニット設置座部に着脱可能に設置され、または前記基台のユニット設置座部に設置された機構ユニット上に着脱可能に搭載されるものであって、前記基台の機構ユニット側の端子に接続されるかまたは他の機構ユニットに設けられたユニット部配線の端子に接続される端子およびユニット部配線を有するものとすることができる。
この構成の場合、工作機械がユニット構成型工作機械であって、少なくとも一部の機構ユニットが、ユニット部配線とその端子を有する。そのため機構ユニットを組み替えたときに、基台や機構ユニットが備える端子間で接続を行うことにより、工作機械の配線作業が完了する。このため、配線系の接続作業を含めて、組み替えや拡張の自由度が高く、現地で組み替えを容易に、かつ迅速に行うことができる。そのため、混流生産に応じた加工設備の変更に迅速に対応できる。また、ユニット構成型工作機械が、機構ユニットを設置する基台を有し、この基台に、ユニット設置座部と、基台部配線と、この配線の端子とを有する。そのため、組み替えをより一層容易に、かつ迅速に行うことができる。
この発明の他のユニット構成型加工設備は、工作機械と、この工作機械に対してワークの搬入搬出を行う搬送装置とでなる加工設備であり、前記搬送装置は、ユニット構成型搬送装置であって、走行ガイドを有するガイド付きフレームと前記走行ガイドに沿って走行する走行体とを備え、前記走行体にワークの保持手段を有し、前記ガイド付きフレームが、走行方向に並んで連結された複数の走行ガイドユニットからなるものとすることができる。この構成の場合、搬送装置がユニット構成型搬送装置であって、複数の走行ガイドユニットを連結して構成されるため、搬送経路の組み替えや拡張が容易に、かつ迅速に行うことができ、工作機械の設置位置の変更や形態の変化にも容易に対応できる。
前記各走行ガイドユニットは、電気部品および電気配線のいずれかを有するのが良い。この場合、電気部品の設置や電気配線作業を含めて、搬送経路の組み替えや拡張が容易に、かつ迅速に行える。
この発明のユニット構成型加工設備は、工作機械と、この工作機械に対してワークの搬入搬出を行う搬送装置とでなる加工設備であって、前記工作機械は、複数種類の機構ユニットを備えるユニット構成型工作機械であり、前記各機構ユニットは、他の機構ユニットまたは工作機械における他の構成要素と相互に機械的に連結する連結手段を有し、少なくとも一部の機構ユニットは、可動部分およびまたは駆動源を有する組立部品であり、かつユニット部配線と、このユニット部配線を接続する端子とを有し、前記搬送装置は、ユニット構成型搬送装置であって、走行ガイドを有するガイド付きフレームと前記走行ガイドに沿って走行する走行体とを備え、前記走行体にワークの保持手段を有し、前記ガイド付きフレームが、走行方向に並んで連結された複数の走行ガイドユニットからなるものとすることができる。
このように、工作機械および搬送装置を共にユニット構成型とした場合、加工設備の形態の変更の自由度がより一層高まる。しかも、工作機械の一部の機構ユニットはユニット部配線およびその端子を有するため、配線系の接続作業を含めて、組み替えや拡張の自由度が高く得られ、現地で組み替えを容易に、かつ迅速に行うことができる。搬送装置についても、走行ガイドユニットを連結して構成されるため、組み替えや拡張の作業が容易にかつ迅速に行える。そのため、混流生産に応じた加工設備の柔軟な変更に迅速に対応できる。
この発明のユニット構成型加工設備は、工作機械と、この工作機械に対してワークの搬入搬出を行う搬送装置とでなる加工設備であって、前記工作機械は、基台と複数種類の機構ユニットとを備えるユニット構成型工作機械であり、少なくとも一部の機構ユニットは、可動部分およびまたは駆動源を有する組立部品であり、前記基台は、いずれかの前記機構ユニットを着脱可能に設置する複数のユニット設置座部と、基台部配線と、この基台部配線が接続された主制御装置側および機構ユニット側の端子とを有し、前記各機構ユニットは、前記基台の前記ユニット設置座部に着脱可能に設置され、または前記基台のユニット設置座部に設置された機構ユニット上に着脱可能に搭載されるものであって、前記基台の機構ユニット側の端子に接続されるかまたは他の機構ユニットに設けられたユニット部配線の端子に接続される端子およびユニット部配線を有するものとすることができる。
この構成の場合も、工作機械および搬送装置を共にユニット構成型としたため、加工設備の形態の変更の自由度がより一層高まる。しかも、工作機械の一部の機構ユニットはユニット部配線およびその端子を有するため、配線系の接続作業を含めて、組み替えや拡張の自由度が高く得られ、現地で組み替えを容易に、かつ迅速に行うことができる。また、ユニット構成型工作機械が、機構ユニットを設置する基台を有し、この基台に、ユニット設置座部と、基台部配線と、この配線の端子とを有する。そのため、組み替えをより一層容易に、かつ迅速に行うことができる。搬送装置についても、走行ガイドユニットを連結して構成されるため、組み替えや拡張の作業が容易にかつ迅速に行える。そのため、混流生産に応じた加工設備の柔軟な変更に迅速に対応できる。
前記工作機械の前記各機構ユニットのうちの少なくとも一つが、この機構ユニットの前記駆動源を駆動するユニット内蔵制御回路を有し、このユニット内蔵制御回路は、この機構ユニットのユニット部配線および端子、並びに前記基台の基台部配線および各端子を介して前記主制御装置に接続される場合は、組み替え等につき、主制御装置内に新たな駆動回路を設けたり、主制御装置内の駆動回路を変更したりする必要がなく、主制御装置はプログラムの一部の変更等で対応できる。そのため、工作機械の組み替えや拡張がより一層容易に、かつ迅速になる。
前記各走行ガイドユニットが電気部品および電気配線のいずれかを有する場合は、電気系統を含めて、搬送経路の組み替えや拡張が容易に、かつ迅速に行える。前記搬送装置の前記走行体を走行させる駆動源がリニアモータであって、前記走行ガイドに沿って配列された複数の一次側の電機子と前記走行体に設けられた可動子とでなり、前記各走行ガイドユニットに、前記電気子と可動子の位置検出用のセンサとを設けた場合は、駆動系を含めて、搬送経路の組み替えや拡張が容易に、かつ迅速に行える。
前記各走行ガイドユニットが、前記各個別モータに駆動電力を供給するインバータ、およびこのインバータを制御することで電機子を制御する制御部を備える場合は、ガイド、駆動系、および電気系統を含めて、搬送経路の組み替えや拡張が容易に、かつ迅速に行える。
前記複数の走行ガイドユニットとして、前記走行ガイドの直線部となる走行ガイドユニットと、曲線部となる走行ガイドユニットとを含む場合は、ユニットの組み合わせにより、搬送経路を、L字形、環状とするなど、自由性な経路形状とすることができる。
この発明の工作機械用機構ユニットは、可動部分および駆動源を有する組立部品からなり、前記基台の前記機構ユニット側の端子に接続されるかまたは下段側の機構ユニットに設けられたユニット部配線の端子に接続される端子およびユニット部配線と、前記駆動源を駆動するユニット内蔵制御回路とを有するため、配線系の接続作業を含めて、組み替えや拡張の自由度が高く、現地で組み替えが容易に、かつ迅速に行える。しかも、制御系の変更も迅速に行える。
この発明のユニット構成型加工設備用走行ガイドユニットは、走行ガイドの長さ方向の一部となる走行ガイド部と、この走行ガイド部が設置されたフレーム部と、このフレーム部に設置された電機子と、前記フレーム部に設置され前記可動子の位置を検出するセンサとを備えるため、搬送経路の組み替えや拡張が容易に、かつ迅速に行える。
請求の範囲および/または明細書および/または図面に開示された少なくとも2つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の2つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。
(A)はこの発明の一実施形態に係るユニット構成型加工設備の概念構成を示す説明図、(B)は同加工設備における工作機械の斜視図である。 同ユニット構成型加工設備の一組み合わせ形態例の斜視図である。 同加工設備のユニット構成型工作機械の基台とユニットのグループの各例を示す斜視図である。 同ユニット構成型加工設備の一組み合わせ形態例の斜視図である。 同工作機械の機構ユニットの一例を示す斜視図である。 同工作機械の機構ユニットの他の例を示す斜視図である。 (A)は同工作機械の工具ヘッドの一例を示す斜視図で、(B)は別の例を示す斜視図で、(C)はさらに別の例を示す斜視図である。 (A)は同ユニット構成型加工設備の搬送装置の直線部となる走行ガイドユニットを示す斜視図で、(B)は曲線部となる走行ガイドユニットを示す斜視図で、(C)は走行体を示す斜視図である。 (A)は直線の同走行ガイドユニットの例を示す平面図、(B)はその正面図、(C)はその水平断面図である。 (A)は曲線の同走行ガイドユニットの例を示す平面図、(B)はその正面図、(C)はその水平断面図である。 同ユニット構成型加工設備の制御系の概念構成のブロック図である。 同ユニット構成型加工設備の機械部分の斜視図と制御系の概念構成のブロック図とを組み合わせた説明図である。 同ユニット構成型加工設備の制御系の概念構成の詳細例を示すブロック図である。 同ユニット構成型加工設備の他の組み合わせ形態例の斜視図である。 (A)および(B)は同ユニット構成型加工設備のさらに他の各組み合わせ形態例を示す斜視図である。 (A)〜(F)は同ユニット構成型加工設備のさらに他の各組み合わせ形態例を示す斜視図である。 同搬送装置のガイド付きフレームの一組み合わせ形態例の平面図である。 同ガイド付きフレームの形態例の正面図である。 同ガイド付きフレームの走行ガイドと走行体の関係を示す平面図である。 同ガイド付きフレームと、リニアモータ、走行体の関係を示す平面図である。 同ユニット構成型加工設備の一組み合わせ形態例の部分省略正面図である。 同搬送装置の破断側面図である。 (A)は同搬送装置における走行体の平面図、(B)はその正面図、(C)はその下面図、(D)はその背面図である。 同搬送装置の走行ガイドと走行体とを示す横断面図である。 図22の一部を拡大して示す断面図である。 リニアモータの部分断面図である。 同リニアモータの個別モータの平面図である。 同リニアモータの個別モータの配置を示す平面図である。 同リニアモータとセンサとの関係を示す断面図である。 同リニアモータの駆動系のブロック図である。 (A)および(B)は同搬送装置のガイド付きフレームのさらに他の組み合わせ形態例の平面図である。
この発明の一実施形態を図1(A)および(B)ないし図30と共に説明する。図1(A)は、このユニット構成型加工設備の概念構成を示し、同図(B)はこのユニット構成型加工設備における工作機械の具体例を示す。図1(A)において、このユニット構成型加工設備は、工作機械2と、この工作機械2に対してワークWの搬入搬出を行う搬送装置1とでなる。
工作機械2は、ユニット構成型工作機械であって、基台2Aと、複数種類の機構ユニット2U(2U1,2U2,2U3)とを備える。これら各機構ユニット2Uは、後に図3等と共に説明するように、機外に準備されている他の機構ユニット2Uと交換自在なものである。図1(A)において、各機構ユニット2Uは、それぞれユニット本体2Uaと、このユニット本体2Uaに対して可動の可動部分2Ubと、この可動部分2Ubを動作させる駆動源2Ucとを有する組立部品である。
基台2Aは、ベッドまたはベースフレーム等となる要素であり、いずれかの機構ユニット2Uを着脱可能に設置する複数のユニット設置座部61と、基台部配線62と、この基台部配線62が接続された主制御装置31側および機構ユニット2Uの端子63,64とを有する。ユニット設置座部61は、機構ユニット2Uを着脱可能に設置する座となる部分と取付孔(図示せず)とを有する。ユニット設置座部61は案内用のレールであっても良い。
各機構ユニット2Uは、刃物台、送り台、主軸台等の、工作機械における特定の動作機能を有する要素であり、基台2Aの前記ユニット設置座部61に着脱可能に設置され、または基台2Aのユニット設置座部61に設置された機構ユニット2U上に着脱可能に搭載される。図1(B)の例では、機構ユニット2U1,2U2は、基台2Aの上に設置され、機構ユニット2U3は、機構ユニット2U2の上に設置されている。各機構ユニット2Uは、ユニット設置座部61に設置される設置部65を有し、ユニット設置座部61と設置部65とは、相互にボルト等の結合具66により結合される。
各機構ユニット2Uのうち、他の機構ユニット2Uが設置される可能性があるものについては、上面等にユニット設置座部61uが設けられている。機構ユニット2U上に設置される機構ユニット2Uは、上記ユニット設置座部61u上に設置部65で設置され、結合具66で結合される。つまり、上記ユニット設置座部61,61u、設置部65および結合具66により連結手段を構成している。
基台2Aおよび機構ユニット2Uの各ユニット設置座部61,61uは、複数種類あるが、グループ毎に適宜に定められた寸法,形状に規格化され、各機構ユニット2Uの設置部65は、グループ毎に、基台2Aおよび機構ユニット2Uのユニット設置座部61,61uに対応した寸法,形状に規格化されている。これにより、グループ内の間での機構ユニット2Uの交換が自在とされる。
各機構ユニット2Uは、ユニット部配線67を有しており、基台Aの機構ユニット側の端子64に接続されるかまたは下段側の機構ユニット側2Uに設けられたユニット部配線67の先端側の端子68に接続される端子69を有する。ユニット部配線67は、その機構ユニット側2Uの駆動源2Ucに接続されている。また、ユニット部配線67は、その機構ユニット2U上に次段の機構ユニット2Uが結合される可能性があるものについては、自己の持つ駆動源2Ubに対する配線と、次段の機構ユニット2Uに接続するための配線とを有するものとされる。
この工作機械2を構成する各機構ユニット側2Uのうちの少なくとも一つは、この機構ユニット2Uの駆動源2Ubを駆動するユニット内蔵制御回路2Udを有する。図1(A)の例では、機構ユニット2U1がユニット内蔵制御回路2Udを有している。このユニット内蔵制御回路2Udは、この機構ユニット2Uのユニット部配線67および基台2Aの基台部配線62を介して前記主制御装置31に接続される。
基台部配線62およびユニット部配線67は、図1(A)では1本で代表して示したが、これら基台部配線62およびユニット部配線67には、信号配線と電力配線とがある。信号配線は、複数種類の規格の配線が併設されていても良い。これら信号配線と電力配線とに応じて、前記各端子63,64,68,69も、信号配線用と電力配線用とがある。各端子63,64,68,69は、例えば差し込み接続式の雄側,雌側等のコネクタとされ、フレキシブル配線を介して、または直接に接続される。なお、基台部配線62およびユニット部配線67は、互いに束ねられていても良く、またそれぞれ別の位置にあっても良い。
各端子63,64,68,69についても、信号配線用と電力配線用とが同じ箇所にまとめられていても、また別の箇所にあっても良い。なお、基台部配線62のうち、信号配線は主制御装置31と接続されるが、電力配線は、主制御装置31とは別の位置にある交流商用電源に接続されるようにしても良い。
図2は、2台のユニット構成型の工作機械2に対して、1台のユニット構成型の搬送装置1を設置した例である。工作機械2は、機体カバーを設けた状態で図示してある。工作機械2と搬送装置1との組み合わせは、後に図14〜図16に示すように、各種の形態とできる。
図3は、機構ユニット2Uのグループ分け例を示す。基台2Aの第1のユニット設置座部611に対して、グループG1の任意の機構ユニット2Uが選択的に設置できる。グループG1の機構ユニット2Uには、標準タレットの機構ユニット2UG11と、回転工具タレットの機構ユニット2UG12と、Y軸機能付きの機構ユニット2UG13とが選択的に設置できる。基台2Aの第2のユニット設置座部612は案内レールからなり、グループG2の機構ユニット2UG21が設置される。この機構ユニット2UG21は、直交2軸方向の移動を可能した送り台装置であるクロススライド装置(XZスライド)からなる。同図では、機構ユニット2UG21は1種類のみ示したが、複数種類を準備して任意に交換可能としても良い。
グループG2の機構ユニット2UG21であるクロススライド装置上には、グループG3の任意の機構ユニット2Uが選択的に設置できる。グループG3の機構ユニット2Uには、高剛性用の主軸台装置となる機構ユニット2UG31と、高速用の主軸台装置となる機構ユニット2UG32とがある。グループG3の機構ユニット2UG31,2UG32に対して、グループG4の機構ユニット2Uが搭載可能とされる。グループG4の機構ユニット2Uとして、図示の例では、主軸のチャックをワーク把持状態で交換するチャック自動交換用主軸の機構ユニット2UG41が準備されている。このチャック自動交換用主軸の機構ユニット2UG41は、希望に応じて搭載する。
この他に、基台2Aのユニット設置座部(図示せず)に、グループG5の機構ユニット2Uとして、チャック交換装置の機構ユニット2UG51が設置可能とされる。チャック交換装置の機構ユニット2UG51は、チャック自動交換用主軸の機構ユニット2UG41におけるチャックを交換する装置である。
図3の機構ユニット2Uを用いて構成した工作機械2の一例を図4に示す。同図の工作機械2は、図3の基台2Aに対して、標準タレットの機構ユニット2UG11と、XZスライドからなる機構ユニット2UG21とを設置し、XZスライドからなる機構ユニット2UG21上に高速用の主軸台装置となる機構ユニット2UG32を設置した例である。この工作機械2は、主軸移動型の旋盤となる。このように組み合わせた工作機械の本体に、機体ガバーを取付けて1台の工作機械2となる。
図5は、上記回転工具タレットの機構ユニット2UG12の具体例を示す。この機構ユニット2UG12は、ユニット本体2Ua(図1(A))であるタレット支持台81に、可動部分2Ubとなる刃物台であるタレット82を割出旋回自在に搭載し、タレット82に回転工具83を搭載したものである。図では、回転工具83をタレット82から外して図示してある。タレット支持台81には、タレット82を旋回駆動させる駆動源2Uc(図1(A))が設置され、かつユニット内蔵制御回路2Ud(図1(A))を内蔵している。
図6は、上記Y軸機能付きの機構ユニット2UG13の具体例を示す。この例は、昇降支持台装置84に、タレット82が搭載された昇降台85を設置したものである。昇降支持台装置84は、ユニット本体2Ua(図1(A))である昇降支持台装置本体84aに、昇降レール84bを介して昇降体84cを昇降自在に設置し、昇降体84cを昇降駆動する駆動源2Uc(図1(A))を設置したものである。昇降体84cおよびタレット82が、機構ユニット2Uにおける可動部分2Ub(図1(A))となる。また、この例では、機構ユニット2Uの駆動源2Ucとして、昇降体84cを昇降させる駆動源と、タレット82を旋回させる駆動源とが設けられることになる。昇降支持台装置本体84aに、ユニット内蔵制御回路2Ud(図1(A))を内蔵している。なお、図5,図6のタレット82は、例えば10角タレット等とされる。
図7(A)〜(C)は、図5,6のタレット82に設置する工具ヘッド86の各例を示す。図7(A)の例は、2本の外径加工用のバイトからなる工具87を共通の工具ホルダ88に互いに平行に取付けたものである。図7(B)の工具ヘッド86は、2本の内径加工用のバイトからなる工具87を共通の工具ホルダ88に互いに平行に取付けたものである。図7(C)の工具ヘッド86は、2本の回転工具87Aを、共通の工具ホルダ88に互いに平行に取付けたものである。各工具ヘッド86は、工具ホルダ88が前記タレット82(図5,図6)に取付けられる。これらの各工具ヘッド86を用いた場合、2本の工具を持つようにしたため、段取り替えが削減できる。
図1(A)において、搬送装置1は、走行ガイド4をフレーム12aに設置したガイド付きフレーム12と、走行ガイド4に沿って走行する走行体3とを備える。走行体3には、ワークの保持手段となるチャック19を有する走行体搭載機構3Bが設けられている。ガイド付きフレーム12は、走行方向に並んで連結された複数の走行ガイドユニット12U(12UA,12UB)からなる。走行ガイドユニット12Uは、走行ガイド4およびこの走行ガイド4を設置したフレーム12aを、長さ方向に複数個に分割したものであり、フレーム12aに設置される電気部品や電気配線も、走行ガイドユニット12U毎に分割されている。なお、フレーム12aの各走行ガイドユニット12Uの部分を、フレーム部12aaと称す。
走行体3を走行させる駆動源は、走行ガイド4に沿って配列された1次側の電機子である複数の個別モータ6と、走行体3に設けられた可動子7とでなる同期型のリニアモータ5である。各個別モータ6は、間隔を開けて配列されている。各走行ガイドユニット12Uに、前記電気部品として、前記個別モータ6と、可動子7の位置を検出するセンサ15とが設けられている。センサ15はリニアセンサからなり、個々の個別モータ6毎に設けられている。リニアモータ5の制御手段である走行制御手段10は、後に説明する1台の統括制御手段10A(図30)と、図1(A)のように各個別モータ6毎に設けられてその個別モータ6を制御する個別モータ制御手段8とでなる。各個別モータ制御手段8は、インバータ、およびこのインバータを制御することで個別モータ6を制御する制御部を有し、各個別モータ6の近傍に位置して前記フレーム12aに設置されている。
図8(A)〜(C)に示すように、走行ガイドユニット12Uには、ガイド付きフレーム12の直線部となる走行ガイドユニット12UAと、曲線部となる走行ガイドユニット12UBとがある。これら走行ガイドユニット12UA,12UBは、任意の組み合わせで順次連結可能である。各走行ガイドユニット12UA,12UBは、両端に支柱11を有するが、互いに連続する箇所の支柱11を省略しても良い。省略する場合、一端のみに支柱11を有する走行ガイドユニット12Uを準備しておいて、それを連結しても良く、また両端に支柱11を有する走行ガイドユニット12から一端の支柱11を取り外して連結しても良い。
図9(A)〜(C)、図10(A)〜(C)は、それぞれ直線部となる走行ガイドユニット12UA、および曲線部となる走行ガイドユニット12UBを各方向、断面で見た図である。これら走行ガイドユニット12UA,12UBは、いずれも個別モータ制御手段8が、隣り合う2個ずつ纏めて共通の回路基盤に搭載され、一つのモータ駆動回路部9とされている。なお、各個別モータ制御手段8は、各走行ガイドユニット12に設けられた配線(図示せず)で接続されており、走行ガイドユニット12の両端に、その配線の端子(図示せず)が設けられている。
図11は、このユニット構成型加工設備における制御系の配線関係を示すブロック図である。前記主制御装置31は、コンピュータ式の数値制御装置32と、コンピュータ式の加工設備統合制御手段33とでなり、加工設備統合制御手段33と上位コンピュータ35が接続されている。加工設備統合制御手段33と数値制御装置32とは、互いに離れて配置されていても、また同じ筐体や制御盤に設けられていても良い。加工設備統合制御手段33は、このユニット構成型加工設備の全体を制御する装置であって、主にシーケンス制御を行う手段であり、プログラマブルコントローラ等により構成される。
加工設備統合制御手段33は、工作機械2を制御する機能と、搬送装置1および付属設備72を制御する機能を有し、工作機械2の制御のうち、数値制御に係る部分は数値制御装置32に行わせる。上位コンピュータ35は、生産管理を行う手段であって、加工設備統合制御手段33に対して、ローカルエリアネットワーク(以下「LAN」と略称する)等で接続され、生産スケジュール等の生産指示を与える。
工作機械2の各機構ユニット2Uのうち、フィードバック制御による軸移動制御が必要な機構ユニット2U、例えば図示の例では、クロススライド装置となる機構ユニット2U、主軸台となる機構ユニット2U、および回転工具となる機構ユニット2Uは、機構ユニット2U内に内蔵制御回路2Ucを持たず、その各駆動源2Ubは、数値制御装置32に接続されて、数値制御装置32により直接に制御される。
工作機械2の各機構ユニット2Uのうち、シーケンス制御で駆動される機構ユニット2Uについては、機構ユニット2U内に内蔵制御回路2Ucが設けられ、加工設備統合制御手段33の指令が内蔵制御回路2Ucに与えられて、内蔵制御回路2Ucによって機構ユニット2U内の駆動源2Ubの制御がなされる。そのため、機構ユニット2Uを他の種類の物と組み替えた場合に、加工設備統合制御手段33はオンオフ等の簡単な制御信号を与えるだけで良く、詳細な制御は内蔵制御回路2Ucによってなされる。これらの信号伝達用の各配線は、図1(A)と共に前述した基台部配線62やユニット部配線67、およびその端子64,68,69等を介して行われる。
搬送装置1については、各部に内蔵の制御手段を有し、いずれも加工設備統合制御手段33の指令に従い、その内蔵の制御手段によって駆動源が制御される。すなわち、走行ガイドユニットの結合体であるガイド付きフレーム12は、走行の駆動源であるリニアモータ5を駆動する走行制御手段10を有する。走行体搭載機構3Bは、前後移動および昇降移動の各駆動源16a,17a(図11では代表して一つのみ図示)を有し、内蔵制御回路16bが設けられている。ローダチャック19は、開閉用の駆動源19aを有し、内蔵制御回路19bを有している。これらリニアモータ5の走行制御、走行体搭載機構3Bの各駆動源16a,17aの制御、およびローダチャック19の駆動源19aの制御は、加工設備統合制御手段33の指令により、内蔵の走行制御手段10,内蔵制御回路16b,19bを介して行われる。
ストッカ等の付属装置72についても、駆動源72aを制御する内蔵制御回路72bが設けられ、加工設備統合制御手段33の指令に従い、その内蔵制御回路72bを介して制御される。なお、走行体搭載機構3Bおよびローダチャック19の内蔵制御回路16b,19bに対しては、加工設備統合制御手段33または操作盤34から無線LANを介して信号伝達が行われる。
図12は、ユニット構成型加工設備における機械部分の斜視図と、制御系のブロック図とを組み合わせた説明図である。この例は、2台に工作機械2に対して1台の搬送装置1を組み合わせた例である。
各工作機械2に対して設けた加工設備統合制御手段33は、LAN38,39を介して数値制御装置32および操作盤34に接続されている。加工設備統合制御手段33と数値制御装置32間のLAN39には、リアルタイム性が得られる高速通信が可能なLANが用いられる。加工設備統合制御手段33と数値制御装置32とは、互いに離れて配置されていても、また同じ筐体や制御盤に設けられていても良い。上位コンピュータ35は、LAN37およびハブ36を介して、各工作機械2の操作盤34および数値制御装置32に接続される。各操作盤34は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータと、液晶表示装置等の画像表示装置と、入力キーとを有する。加工設備統合制御手段33と付属設備制御手段となる内蔵制御回路72bとは、CAN(Controller Area Network)通信網40を介して接続されている。
図13は、図11で示したブロック図に対して、表示の形態を変えて補足した図である。ただし、図11で示した内容とは、一部が異なっている。この例では、操作盤34からハブ101および、無線LAN端末である無線通信手段49aを介して、走行体搭載機構3Bの無線LAN端末である無線通信手段47に通信し、走行体搭載機構3Bの内蔵制御回路16b,19bに通信している。内蔵制御回路16bは、内蔵制御回路本体16baと、2軸アンプ16bbとでなり、2軸アンプ16bbでY軸およびZ軸の駆動源16a,17aを制御する。内蔵制御回路本体16baにより、2つのチャック19の位置を入れ換えるスイベルモータ104のアンプ105に指令を与える。センシングボード106は、CAN40を介して加工設備統合制御手段33に接続され、RIO(リモートIO)ボード107は、RIO配線を介して加工設備統合制御手段33に接続されている。
図14ないし図16(A)〜(F)は、搬送装置1における走行ガイドユニット12Uの各種の組み合わせと工作機械2との関係を示す説明図である。図14は、基本となる組合せ例であり、1台の工作機械2と、1本の直線の走行ガイドユニット12UAとで構成されている。図15(A)の例では、直線の走行ガイドユニット12UAを複数本連結し、工作機械2を複数台並べて設置している。図15(B)の例では、2本の直線の走行ガイドユニット12UAと1本の曲線の走行ガイドユニット12UBとでL次形のガイド付きフレーム12を設け、各直線部に工作機械2を配置している。
図16(A)の例では、複数本の直線の走行ガイドユニット12UAを連結し、2台の工作機械2を設置すると共に、それぞれ付属設備である搬入ストッカ111と、機外計測器112と、搬出コンベア113とを配置している。図16(B)の例では、1本の曲線の走行ガイドユニット12UBの両側に、それぞれ複数本または1本の直線の走行ガイドユニット12UAを連結し、直線部に工作機械2を配置すると共に、曲線部に機外計測器112を設置している。また、ガイド付きフレーム12に対して走行体3を2台設置している。図16(C)の例では、2本の曲線の走行ガイドユニット12UBと、複数本の直線の走行ガイドユニット12UAとを連結してU字形の走行経路とし、各直線部に工作機械2を配置し、曲線部に機外計測器112を設置している。
図16(D)の例では、4本の曲線の走行ガイドユニット12UBと、直線の走行ガイドユニット12UAとの組み合わせにより、正方形状の環状経路を構成し、2箇所の直線部に工作機械2を設置している。また、直線部に搬出コンベア113を設置している。図16(E)の例では、4本の曲線の走行ガイドユニット12UBと、直線の走行ガイドユニット12UAとの組み合わせにより、細長形状の矩形環状の経路を構成し、各直線部に工作機械2を配置している。走行体3は同じガイド付きフレーム12に3台設置している。図16(F)の例は、図16(D)のユニット構成型加工設備を2箇所に併設しており、両ユニット構成型加工設備間にコンベア114を設置している。
このように、曲線の走行ガイドユニット12UBと直線の走行ガイドユニット12UAとを組み合わせることで、種々の経路のガイド付きフレーム12を構築することができる。また、走行体3の駆動源として、ガイド付きフレーム12に1次側の電気子となる個別モータ6を配列したリニアモータ5を用いたため、一つのガイド付きフレーム12に複数台の走行体3を設置することも容易に、かつ迅速に行える。
なお、図31(A),(B)にそれぞれ示すように、円弧状の曲線の走行ガイドユニット12UBのみを組み合わせることで、円環状のガイド付きフレーム12や、S字状のガイド付きフレーム12を構成することもできる。
次に、上記構成の走行ガイドユニット12Uを組み合わせた搬送装置1およびその走行ガイドユニット12Uにつき、詳細を図17〜図30と共に説明する。図17、18に示すように、ガイド付きフレーム12は、1本の曲線の走行ガイドユニット12UBの両側にそれぞれ直線の走行ガイドユニット12UAを連結し、L字状の経路としている。
図22に示すように、走行体3は走行車輪21(21i,21o)を有する台車であって、下面に走行体搭載機構3Bが設置されている。この走行体搭載機構3Bに、ワークWを把持する把持手段であるチャック19と、このチャック19を移動させる移動機構20が設けられている。移動機構20は、走行体3に搭載されて走行方向(X方向)と直交する前後方向(Z方向)に進退する前後移動台16と、この前後移動台16に昇降自在に設置された棒状の昇降体17と、この昇降体17の下端に設けられたワーク保持ヘッド18とを有する。このワーク保持ヘッド18に、前記チャック19が2個設けられている。2個のチャック19は、下向きと正面向きとの間に、ワーク保持ヘッド18内のチャック方向変換機構(図示せず)によって入替可能とされている。このチャック方向変換機構の駆動源が、図13と共に前述したスイベルモータ104である。
図21において、前後移動台16は、走行体3に設置されたモータ等の電動式の駆動源16aにより前後移動させられ、昇降体17は前後移動台16に設置されたモータ等の電動式の駆動源17aにより昇降駆動される。チャック19は、ソレノイド等の電動式の駆動源19aで開閉駆動されてワークWを保持するチャック爪(図示せず)を有している。
図19に平面図で示すように、走行ガイド4は、互いに直角に配置された2つの直線部4A,4Aと、これら2つの直線部4A間を繋ぐ円弧状の曲線部4Bとでなる。曲線部4Bは1本の曲線の走行ガイドユニット12UBで構成され、直線部4A,4Aは、それぞれ1本の直線の走行ガイドユニット12UAにより構成されている。これら直線部4Aおよび円弧状の曲線部4Bに渡って連続して、曲線部4Bにおける外径側および内径側にそれぞれ位置する互いに平行な内向きおよび外向きの外径側ガイド面4oおよび内径側ガイド面4iと、上下方向を向く一対の車輪ガイド面4uとが設けられている。車輪ガイド面4uは、外径側ガイド面4oおよび内径側ガイド面4iに沿ってそれぞれ設けられている。
図24に断面図で示すように、図示の例では、外径側ガイド面4oおよび内径側ガイド面4iは、車輪ガイド面4u上を転走する走行車輪21i,21oよりも上方に位置している。走行体3には、走行車輪21i,21oの他に、外径側ガイド面4oに案内される外径側ローラ23、および内径側ガイド面4iに案内される内径側ローラ24が、垂直軸心回りに回転自在に設置されている。
図23(A)〜(D)に走行体3を示すように、外径側ローラ23および内径側ローラ24は、走行方向の前後に並んでそれぞれ3個以上設けられている。図示の例では、外径側ローラ23は、走行体3の前後端と中央とにそれぞれ配置されて、合計3つ設けられている。これら3個以上の外径側ローラ23は、外径側ガイド面4oにおける前記曲線部4B(図19)となる部分の円弧形状に沿う円弧状に配置される。内径側ローラ24は、内径側ガイド面4iの直線部4Aとなる部分に沿う直線状に配置され、合計4個設けられている。内径側ローラ24は、走行体3の前後端の2箇所と、中央における走行車輪21iの前後両側となる2箇所とに設けられている。台車本体3Aの平面形状は、図示の例では、外径側の側縁が、外径側ガイド面4oの曲線部4Bとなる部分に沿う円弧状となる形状としているが、走行ガイド4と干渉を生じない形状であればよく、自由な形状に設計できる。
走行体3の走行車輪21は、前記両側2本の車輪ガイド面4u上をそれぞれ転走するように、幅方向の両側にそれぞれ設けられている。外径側の走行車輪21oは、走行体3に対して垂直軸心O回りに方向転換自在に支持された可動車輪支持体28に回転自在に設置してある。これら各可動車輪支持体28には、外径側へ突出したレバー状の方向操作子25が設けてあり、方向操作子25の先端に、垂直軸心回りに回転自在なローラからなるカムフォロワ25aが設けられている。これら方向操作子25の先端のカムフォロワ25aを案内するカム面26(図24)が、走行ガイド4に、走行方向に沿って全長に渡り設けてある。このカム面26は、走行体3が曲線部4B(図19)に進入する箇所で、走行車輪21oの方向を強制転換させるように設けられている。
図21において、走行体3の走行駆動は、前述のように同期形のリニアモータ5で行われる。リニアモータ5は、フレーム12に設置された複数の個別モータ6と、1つの可動子7とでなる離散形リニアモータとされている。各個別モータ6は、それぞれが独立した1台のリニアモータの一次側の電機子として機能可能なものであって、走行体3の走行領域の全域に渡り、走行ガイド4に沿って間隔を開けて配列されている。可動子7は永久磁石からなり、走行体3に設置されている。リニアモータ5を駆動する走行制御手段10は、各個別モータ5をそれぞれ駆動する複数の個別モータ駆動装置8と、これら複数の個別モータ駆動装置8に位置指令等を与える総括制御手段10A(後に図30と共に説明する)とでなる。各個別モータ駆動装置8は、2台ずつ纏めて一つのモータ駆動回路部9とされ、各モータ駆動回路部9はフレーム12上に設置されている。
図26,図27に示すように、各個別モータ6は、3相交流電流で駆動されるものであり、各相(U,V,W相)毎に一つの電極6U,6V,6Wを設けた3極の電機子とされる。これら電極6U,6V,6Wの並び方向は、可動子7の移動方向Xとされる。各電極6U,6V,6Wは、それぞれコア6Ua,6Va,6Waと、コイル6Ub,6Vb,6Wbとでなる。コア6Ua,6Va,6Waは、共通のコア基台部6dからくし歯状に突出したものである。複数配列される各個別モータ6は、互いに同じ構成のものであり、従って可動子走行方向の長さAは、いずれも同じ長さとされている。なお、この例では個別モータ6の極数を3としたが、3に限らず、3の整数倍、例えば9極としても良い。
可動子7は、永久磁石からなるN,Sの磁極を可動子基体7aに移動方向Xに並べて複数設けたものである。N,Sの磁極対の数は任意に設計すれば良い。可動子7の長さBは複数の個別モータ6に渡る長さとされる。
図30において、走行制御手段10の統括制御手段10Aは、上位制御手段から与えられた位置指令に応答して、各個別モータ6を駆動させる位置指令を、各個別モータ制御手段8に与える。すなわち、個々の個別モータ6の座標系に座標変換した位置指令を、駆動すべき個別モータ6の個別モータ制御手段8に与える。統括制御手段10Aは、マイクロコンピュータやパーソナルコンピュータ等のコンピュータおよびそのプログラムや、回路素子等によって構成される。
各個別モータ制御手段8は、モータ電流を個別モータ6に流す強電系のモータ駆動回路(図示せず)と、このモータ駆動回路を制御する弱電系の制御部(図示せず)とでなり、基板上に各回路素子を実装したものである。強電系のモータ駆動回路は、複数のスイッチング素子を設けたインバータ等からなり、駆動用の直流電源(図示せず)に接続されている。個別モータ制御手段8の前記弱電系の制御部、および統括制御手段10Aは、マイクロコンピュータおよびそのプログラムや、回路素子等により構成される。
各個別モータ制御手段8は、位置、速度、および電流のフィードバック制御を、カスケード制御で行う機能を有する。位置フィードバックは、個別モータ6に対する可動子7の現在位置を検出するセンサ15の検出値と位置指令の指令値との偏差に応じ、定められた位置ループゲインのフィードバック制御を行う。速度フィードバックは、センサ15の位置検出値から微分により得た速度検出値を用いて行う。電流フィードバックは、個別モータ6に印加される駆動電流を電流検出器等の電流検出手段14で検出して、電流検出値と電流指令値との偏差に応じた電流指令値を、定められ電流ループゲインを用いて生成し、モータ駆動電流を制御する。この電流制御部は、ベクトル制御等で制御するものであり、可動子7の磁極位置に対応して電流制御を行う機能を有している。
図28に示すように、センサ15はリニアスケールであって、個別モータ6のコイル並び方向となる直線方向に沿って設けられ、個別モータ6よりも若干長い範囲で位置検出が可能なものとされる。センサ15は、具体的には、図29に示すように、長さ方向に複数のセンサ素子15aを並べて配置したものであり、各センサ素子15aは、可動子7の磁力を検出する磁気センサ素子からなる。
各センサ素子15aは、具体的には、各可動子7の磁極対の7Pの磁極位置を検出する。すなわち、磁極対7Pの長さtp毎に、一つN側およびS側のピークが生じる磁力が発生するが、そのN側またはS側のピーク位置を検出することで、磁極位置を検出する。また、センサ15は、各センサ素子15aの出力から、可動子7の位置となる一つの位置検出値を出力する。なお、センサ15は、単に位置を検出する位置センサとして、磁極センサは、センサ15とは別に設けても、またセンサ15のセンサ素子15aのうちの特定の一つを、磁極による電流検出用の磁極センサとして用いても良い。
なお、上記の説明では、可動子7の磁極位置を直接に検出するように説明したが、直線に検出するには、センサ15の配置が困難である。そこで、この実施形態では、図20および図25に示すように、走行体3に可動子7の側方に位置して、走行方向の磁極位置が可動子7の各磁極と同じとなるように、複数の位置検出用磁石29を設けている。センサ15は、この位置検出用磁石29を検出することで、可動子7の磁極位置を検出する。
図30において、個別モータ6と、個別モータ制御手段8と、センサ15とで、1組の個別モータ組6Aが構成される。この個別モータ組6Aが、図21のように、走行ガイド4に沿ってフレーム12に設置される。各走行ガイドユニット12Uには、この個別モータ組6Aが複数または一つ設けられる。図20のように、走行ガイド4の曲線部4Bにおいても、直線部4Aと同様に個別モータ組6Aが設置される。曲線部4Bの個別モータ組6Aでは、個別モータ制御手段8(図30)は、センサ15の検出値を曲線に応じて補正する機能を有している。
図22に示すように、走行体3には、前述のように、ワークWの把持手段となるチャック19、およびこのチャック19を走行体3の走行方向とは異なる方向となる前後方向および上下方向に移動させる移動機構20を搭載している。この移動機構20およびチャック19の各駆動源16a,17a,19a(図21)は電動式であり、これら駆動源への給電は、非接触給電装置41により行われる。
非接触給電装置41は、図25に示すように、走行ガイド4に沿って設けられた各極の一次側の配線42aからなる給電手段42と、走行体3に設けられて配線42aに沿って近接状態を保って移動する二次側のコイルからなる受電手段43とで構成される。配線42aは、配線支持具44で支持されている。配線支持具44は、走行ガイド4を設けたフレーム12a、またはフレーム12aを支持する支柱11に設置される。各層のコイルからなる受電手段43は、可動側支持具45を介して走行体3に支持される。受電手段43となる各層のコイルは、前記移動機構20の駆動源16a,17a,19aに接続されている。給電手段42の配線42aは、可動側支持具45が通るスリット46aを有するカバー46で覆われている。
この非接触給電装置41の配線42aは、走行ガイドユニット12Uに設けても良く、また走行ガイドユニット12Uとは別に設けても良い。なお、受電手段43で受電する電流は、誘起電流による交流電流であるため、前記個別モータ制御手段8には、交流電流を整流する整流回路(図示せず)を有し、この整流回路が、前記インバータに対する直流電源となる。
また、走行体3には、前述の無線LANを構成する無線通信手段47が搭載されている。この無線通信手段47により通信された信号により、前記チャック19や、移動機構20の各電動式の駆動源16a,17a,19aの制御を行う指令伝達手段48が、走行体3に搭載されている。指令伝達手段48は、単に無線通信手段47と駆動源16a,17a,19aとの間で信号の伝達手段を行う配線であってもよい。また、指令伝達手段48は、駆動の指令の他に、走行体3に設けられた各種センサ類(図示せず)の信号を前記無線通信手段47へ送り配線を含む。走行体3上の無線通信手段47は、この搬送システムの全体を制御する主制御装置31に設けられた無線通信手段49aとの間で通信される。なお、走行体3に搭載する各駆動源は、全て電動式とし、地上側とを繋ぐ配線,配管類は全て無くす。
上記構成のユニット構成型加工設備によると、図1(A)のように、工作機械2がユニット構成型とされ、基台2Aおよび各機構ユニット2Uが、基台部配線62またはユニット部配線67とその端子63,64,68,69を有する。そのため機構ユニット2Uを組み替えたときに、基台2Aや機構ユニット2Uが備える端子64,68,69間で接続を行うことにより、工作機械2の配線作業が完了する。このため、従来の単に機構部分をユニット化したものと異なり、配線系の接続作業を含めて、組み替えや拡張の自由度が高く、現地で組み替えを容易に、かつ迅速に行うことができる。
各機構ユニット2Uの駆動源2Ubのうち、シーケンス制御で駆動する駆動源2Ubについては、機構ユニット2Uにその駆動源2Ubを駆動するユニット内蔵制御回路2dを設けたため、主制御装置31内に新たな駆動回路を設けたり、主制御装置31内の駆動回路を変更したりする必要がなく、主制御装置31は僅かなフログラム変更等で対応できる。そのため、工作機械2の組み替えや拡張がより一層容易に、かつ迅速になる。
工作機械2のユニット化に加え、搬送装置1についてもガイド付きフレーム12をユニット化としたため、工作機械2の形態の変更や、設置台数、配置の変更等に対応する構成に、自由に形態変更できる。これらのため、混流生産に対応した最適な加工設備に迅速に形態変更することができる。各走行ガイドユニット12Uは、リニアモータ5の各電機子となる個別モータ6と、可動子4の位置を検出するセンサ15とを有するため、組み替えがより一層容易に、かつ迅速に行える。各走行ガイドユニット12Uは、各個別モータに駆動電力を供給するインバータ、およびこのインバータを制御することで個別モータを制御する制御部を有する個別モータ制御手段8を備えるため、さらに容易に、かつ迅速に組み替えが行える。
走行ガイドユニット12Uには、直線部となる走行ガイドユニット12UAと、曲線部となる走行ガイドユニット12UBがあるため、その組み合わせにより、搬送経路を、図14ないし図16(A)〜(F)と共に前述したように、L字形、環状とするなど、自由性な経路形状とすることができる。
また、上記構成の搬送装置1によると、走行体3の駆動に、走行ガイド4に沿って配列された個別モータ6と、走行体3に設置された二次側の可動子7とでなるリニアモータ5を用いたため、走行体3を走行ガイド4の曲線部4Bにおいても精度良く位置決めできる。そのため、曲線部4Bに位置して、走行体3に対するワークの受渡し手段となる移載台71を設けても、精度の良い停止位置決めによって、ワークWの確実な受け渡しを行うことができるとともに、ワーク姿勢,把持位置等が適切となる。このように走行経路の曲線部4Bをワークの受渡しに利用することで、工場内の各種機器の配置の制限が緩和され、限られた工場内の床面積を効果的に利用することができる。
走行体3には、チャック19やこのチャック19を移動させる移動機構20搭載しているが、非接触給電装置41で給電するようにしたため、走行体3に二次側の可動子7を設けたリニアモータ5で駆動する構成と相まって、駆動電力供給用のケーブル配線が不要となる。そのため、走行体3と地上部との間における給電のためのケーブルを無くし、搬送経路のより自由な配置が可能となる。さらに、この実施形態では、走行体3に無線通信手段47を搭載し、この無線通信手段47により通信された信号によりチャック19や移動機構20の制御を行うようにしている。このように、非接触給電に加えて、無線通信手段47で制御のための信号送受を行うことで、制御指令の伝達系を含めて、走行体3と地上部との間における配線を全く不要とすることができる。そのため、搬送経路のより一層自由な配置を可能とできる。
また、走行体3の走行駆動にリニアモータ5を用いており、このリニアモータ5は、二次側の可動子7が、走行方向にN,Sの磁極が交互に配列された永久磁石であり、この可動子7の磁極を検出し、または可動子7の磁極と同じ配列で走行体に設けられた検出用の磁石29の磁極を検出するセンサ15を設けている。この磁極を検出するセンサ15の出力で走行体3の位置決め制御を行っている。そのため、より一層精度の良い位置決め制御が行え、曲線部4Bにおいても高い精度で位置決めすることができる。そのため、曲線部4Bにおける移載台71等に対するワークWの受渡しを、より確実に、かつより適切な角度で行える。
以上のとおり、図面を参照しながらこの発明の好適な実施形態を説明したが、この発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものもこの発明の範囲内に含まれる。
1 搬送装置
2 工作機械
2A 基台
2U 機構ユニット
2U1,2U2,2U3 機構ユニット
2Ua ユニット本体
2Ub 可動部分
2Uc 駆動源
2Ud ユニット内蔵制御回路
2UG11 標準タレットの機構ユニット
2UG12 回転工具タレットの機構ユニット
2UG13 Y軸機能付きの機構ユニット
2UG21 グループG2の機構ユニット
2UG31 主軸台装置となる機構ユニット
2UG32 主軸台装置となる機構ユニット
2UG41,2UG51 機構ユニット
3B 走行体搭載機構
4 走行ガイド
5 リニアモータ
6 個別モータ
7 可動子
8 個別モータ制御手段
9 モータ駆動回路部
10 走行制御装置
10A 統括制御手段
12a フレーム
12 ガイド付きフレーム
12U 走行ガイドユニット
12UA 直線部の走行ガイドユニット
12UB 曲線部の走行ガイドユニット
14 電流検出手段
15 センサ
19 チャック(ワークの保持手段)
16a,17a,19a 駆動源
21(21i,21o) 走行車輪
31 主制御装置
32 数値制御装置
33 加工設備統合制御手段
34 操作盤
41 非接触給電装置
47 無線通信手段
61 ユニット設置座部
61u ユニット設置座部
62 基台部配線
63,64 端子
65 設置部
67 ユニット部配線
68,69 端子
W ワーク
前記各走行ガイドユニットが、前記各電機子に駆動電力を供給するインバータ、およびこのインバータを制御することで電機子を制御する制御部を備える場合、ガイド、駆動系、および電気系統を含めて、搬送経路の組み替えや拡張が容易に、かつ迅速に行える。
前記各走行ガイドユニットが、前記各電機子に駆動電力を供給するインバータ、およびこのインバータを制御することで電機子を制御する制御部を備える場合は、ガイド、駆動系、および電気系統を含めて、搬送経路の組み替えや拡張が容易に、かつ迅速に行える。
この発明のユニット構成型搬送装置用走行ガイドユニットは、走行ガイドの長さ方向の一部となる走行ガイド部と、この走行ガイド部が設置されたフレーム部と、このフレーム
部に設置された電機子と、前記フレーム部に設置され前記可動子の位置を検出するセンサとを備えるため、搬送経路の組み替えや拡張が容易に、かつ迅速に行える。
図23(A)〜(D)に走行体3を示すように、外径側ローラ23および内径側ローラ24は、走行方向の前後に並んでそれぞれ3個以上設けられている。図示の例では、外径側ローラ23は、走行体3の前後端と中央とにそれぞれ配置されて、合計3つ設けられている。これら3個以上の外径側ローラ23は、外径側ガイド面4oにおける前記曲線部4B(図19)となる部分の円弧形状に沿う円弧状に配置される。内径側ローラ24は、内径側ガイド面4iの直線部4Aとなる部分に沿う直線状に配置され、合計4個設けられている。内径側ローラ24は、走行体3の前後端の2箇所と、中央における走行車輪21iの前後両側となる2箇所とに設けられている。走行体本体3Aの平面形状は、図示の例では、外径側の側縁が、外径側ガイド面4oの曲線部4Bとなる部分に沿う円弧状となる形状としているが、走行ガイド4と干渉を生じない形状であればよく、自由な形状に設計できる。
図21において、走行体3の走行駆動は、前述のように同期形のリニアモータ5で行われる。リニアモータ5は、フレーム12に設置された複数の個別モータ6と、1つの可動子7とでなる離散形リニアモータとされている。各個別モータ6は、それぞれが独立した1台のリニアモータの一次側の電機子として機能可能なものであって、走行体3の走行領域の全域に渡り、走行ガイド4に沿って間隔を開けて配列されている。可動子7は永久磁石からなり、走行体3に設置されている。リニアモータ5を駆動する走行制御手段10は、各個別モータをそれぞれ駆動する複数の個別モータ駆動装置8と、これら複数の個別モータ駆動装置8に位置指令等を与える総括制御手段10A(後に図30と共に説明する)とでなる。各個別モータ駆動装置8は、2台ずつ纏めて一つのモータ駆動回路部9とされ、各モータ駆動回路部9はフレーム12上に設置されている。
なお、上記の説明では、可動子7の磁極位置を直接に検出するように説明したが、直接に検出するには、センサ15の配置が困難である。そこで、この実施形態では、図20および図25に示すように、走行体3に可動子7の側方に位置して、走行方向の磁極位置が可動子7の各磁極と同じとなるように、複数の位置検出用磁石29を設けている。センサ15は、この位置検出用磁石29を検出することで、可動子7の磁極位置を検出する。

Claims (20)

  1. 複数種類の機構ユニットを備える工作機械であって、
    前記各機構ユニットは、他の機構ユニットまたは工作機械における他の構成要素と相互に機械的に連結する連結手段を有し、
    少なくとも一部の機構ユニットは、可動部分およびまたは駆動源を有する組立部品であり、かつユニット部配線と、このユニット部配線を接続する端子とを有する、
    ユニット構成型工作機械。
  2. さらに、いずれかの前記機構ユニットを着脱可能に設置する複数のユニット設置座部と、基台部配線と、この基台部配線が接続された主制御装置側および機構ユニット側の端子とを有する基台を備え、
    前記各機構ユニットは、前記基台の前記ユニット設置座部に着脱可能に設置され、または前記基台のユニット設置座部に設置された機構ユニット上に着脱可能に搭載されるものであって、前記基台の機構ユニット側の端子に接続されるかまたは他の機構ユニットに設けられたユニット部配線の端子に接続される端子およびユニット部配線を有する、
    請求項1記載のユニット構成型工作機械。
  3. 前記各機構ユニットのうちの少なくとも一つが、この機構ユニットの前記駆動源を駆動するユニット内蔵制御回路を有し、このユニット内蔵制御回路は、この機構ユニットのユニット部配線および前記基台の基台部配線を介して前記主制御装置に接続される請求項2記載のユニット構成型工作機械。
  4. 工作機械に対してワークの搬入搬出を行う搬送装置であって、
    走行ガイドを有するガイド付きフレームと前記走行ガイドに沿って走行する走行体とを備え、
    前記走行体はワークの保持手段を有し、
    前記ガイド付きフレームは、走行方向に並んで連結された複数の走行ガイドユニットからなる、
    ユニット構成型搬送装置。
  5. 前記走行ガイドユニットに電気部品および電気配線のいずれかを有する請求項4記載の
    ユニット構成型搬送装置。
  6. 前記搬送装置の前記走行体を走行させる駆動源がリニアモータであり、このリニアモータは、前記走行ガイドに沿って配列された複数の1次側の電機子と、前記走行体に設けられた可動子とでなり、各走行ガイドユニットに、前記電気部品として、前記電機子と、前記可動子の位置を検出するセンサとを設けた請求項5記載のユニット構成型搬送装置。
  7. 前記各走行ガイドユニットが、前記各電機子に駆動電力を供給するインバータ、およびこのインバータを制御することで電機子を制御する制御部を備える請求項6記載のユニット構成型搬送装置。
  8. 前記複数の走行ガイドユニットとして、前記走行ガイドの直線部となる走行ガイドユニットと、曲線部となる走行ガイドユニットとを含む請求項4ないし請求項7のいずれか1項に記載のユニット構成型搬送装置。
  9. 工作機械と、この工作機械に対してワークの搬入搬出を行う搬送装置とでなる加工設備であって、
    前記工作機械は、複数種類の機構ユニットを備えるユニット構成型工作機械であり、
    前記各機構ユニットは、他の機構ユニットまたは工作機械における他の構成要素と相互に機械的に連結する連結手段を有し、
    少なくとも一部の機構ユニットは、可動部分およびまたは駆動源を有する組立部品であり、かつユニット部配線と、このユニット部配線を接続する端子とを有する、
    ユニット構成型加工設備。
  10. さらに、いずれかの前記機構ユニットを着脱可能に設置する複数のユニット設置座部と、基台部配線と、この基台部配線が接続された主制御装置側および機構ユニット側の端子とを有する基台を備え、
    前記各機構ユニットは、前記基台の前記ユニット設置座部に着脱可能に設置され、または前記基台のユニット設置座部に設置された機構ユニット上に着脱可能に搭載されるものであって、前記基台の機構ユニット側の端子に接続されるかまたは他の機構ユニットに設けられたユニット部配線の端子に接続される端子およびユニット部配線を有する、
    請求項9記載のユニット構成型加工設備。
  11. 前記搬送装置は、ユニット構成型搬送装置であって、走行ガイドを有するガイド付きフレームと前記走行ガイドに沿って走行する走行体とを備え、
    前記走行体にワークの保持手段を有し、
    前記ガイド付きフレームが、走行方向に並んで連結された複数の走行ガイドユニットからなる、
    請求項9記載のユニット構成型加工設備。
  12. 前記各走行ガイドユニットが電気部品および電気配線のいずれかを有する、請求項11記載のユニット構成型加工設備。
  13. 前記工作機械は、基台と複数種類の機構ユニットとを備えるユニット構成型工作機械であり、
    前記基台は、いずれかの前記機構ユニットを着脱可能に設置する複数のユニット設置座部と、基台部配線と、この基台部配線が接続された主制御装置側および機構ユニット側の端子とを有し、
    前記各機構ユニットは、前記基台の前記ユニット設置座部に着脱可能に設置され、または前記基台のユニット設置座部に設置された機構ユニット上に着脱可能に搭載されるものであって、前記基台の機構ユニット側の端子に接続されるかまたは他の機構ユニットに設けられたユニット部配線の端子に接続される端子およびユニット部配線を有する、
    請求項11記載のユニット構成型加工設備。
  14. 前記工作機械の前記各機構ユニットのうちの少なくとも一つが、この機構ユニットの前記駆動源を駆動するユニット内蔵制御回路を有し、このユニット内蔵制御回路は、この機構ユニットのユニット部配線および端子、並びに前記基台の基台部配線および各端子を介して前記主制御装置に接続される請求項13記載のユニット構成型加工設備。
  15. 前記各走行ガイドユニットが電気部品および電気配線のいずれかを有する、請求項13または14記載のユニット構成型加工設備。
  16. 前記搬送装置の前記走行体を走行させる駆動源が、前記走行ガイドに沿って配列された複数の1次側の電機子と前記走行体に設けられた可動子とでなるリニアモータであり、前記各走行ガイドユニットに、前記電機子と、前記可動子の位置を検出するセンサとを設けた請求項13または14 に記載のユニット構成型加工設備。
  17. 前記各走行ガイドユニットが、前記各電機子に駆動電力を供給するインバータ、およびこのインバータを制御することで電機子を制御する制御部を備える請求項16記載のユニット構成型加工設備。
  18. 前記複数の走行ガイドユニットとして、前記走行ガイドの直線部となる走行ガイドユニットと、曲線部となる走行ガイドユニットとを含む請求項13または14記載のユニット構成型加工設備。
  19. 可動部分および駆動源を有する組立部品からなり、請求項2記載のユニット構成型工作機械に用いられる機構ユニットであって、前記基台の前記機構ユニット側の端子に接続されるかまたは下段側の機構ユニットに設けられたユニット部配線の端子に接続される端子およびユニット部配線と、前記駆動源を駆動するユニット内蔵制御回路とを有する工作機械用機構ユニット。
  20. 請求項4に記載のユニット構成型加工設備に用いられる走行ガイドユニットであって、前記走行ガイドの長さ方向の一部となる走行ガイド部と、この走行ガイド部が設置されたフレーム部と、このフレーム部に設置された電機子と、前記フレーム部に設置され前記可動子の位置を検出するセンサとを備えるユニット構成型加工設備用走行ガイドユニット。
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