WO2015041084A1 - 棒材供給装置および棒材供給装置付きの数値制御工作機械 - Google Patents

Abstract

　棒材供給装置および棒材供給装置付きの数値制御工作機械において、モータの駆動力が足りない場合にも、棒材をチャックすることを可能にする。　フィンガーチャック（６１）を先端に有する押し矢（６０）と、フィンガーチャック（６１）に棒材（２００）を抜き差しするために、押し矢（６０）を前後方向に移動させる押し矢用サーボモータ（７４）およびエアシリンダ装置（８０）と、押し矢用サーボモータ（７４）の駆動およびエアシリンダ装置（８０）の駆動を制御するＮＣ制御装置（９０）とを備え、ＮＣ制御装置（９０）が、フィンガーチャック（６１）に棒材（２００）を抜き差しするときに押し矢（６０）を協働して移動させるように、押し矢用サーボモータ（７４）とエアシリンダ装置（８０）との駆動を制御するとともに、フィンガーチャック（６１）に棒材（２００）を抜き差しするときの押し矢用サーボモータ（７４）の動作量の誤差を許容する誤差許容手段として機能するように構成されている。

Description

棒材供給装置および棒材供給装置付きの数値制御工作機械

　本発明は、棒材供給装置および棒材供給装置付きの数値制御（Numerical Control：ＮＣ）工作機械（以下、ＮＣ工作機械という。）に関する。

　棒材供給装置は、加工を行う材料である棒材をＮＣ工作機械に供給する。
　棒材供給装置は、ＮＣ工作機械の後方に配置される。
　棒材供給装置は、先端にフィンガーチャックを備えた押し矢、この押し矢を前後に駆動するモータを有する。
　棒材供給装置は、押し矢が前方に駆動されると、位置が固定された棒材の後端部がフィンガーチャックに差し込まれて、フィンガーチャックは棒材をチャックする（特許文献１）。
　棒材供給装置は、フィンガーチャックにチャックされた状態の棒材の位置を固定し、押し矢を後方に移動させることによって、フィンガーチャックから棒材をリリースする。
　モータの駆動は、制御装置で制御される。

特開平８－２７６３０３号公報

　棒材供給装置は、例えば直径４０ｍｍ以上の太い棒材をチャックする場合、モータの駆動力が不足して、フィンガーチャックに棒材を差し込むことができないことがある。
　本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、モータの駆動力が足りない場合にも、棒材をチャックすることを可能にした棒材供給装置および棒材供給装置付きのＮＣ工作機械を提供することを目的とする。

　本発明に係る棒材供給装置は、棒材を挿脱自在に把持するフィンガーチャックを先端に有する押し矢と、前記フィンガーチャックに前記棒材を抜き差しするために、前記押し矢を前後方向に移動させるモータおよびシリンダ駆動装置と、前記モータの駆動および前記シリンダ駆動装置の駆動をそれぞれ制御する制御装置とを備え、前記制御装置が、前記フィンガーチャックに前記棒材を抜き差しするときに前記押し矢を協働して移動させるように、前記モータと前記シリンダ駆動装置との駆動を制御するとともに、前記フィンガーチャックに前記棒材を抜き差しするときの前記モータの動作量の誤差を許容する誤差許容手段として機能するように構成されていることを特徴とする。
　本発明に係る棒材供給装置付きのＮＣ工作機械は、本発明に係る棒材供給装置を備えたＮＣ工作機械である。

　本発明に係る棒材供給装置および棒材供給装置付きのＮＣ工作機械によれば、押し矢を、モータとシリンダ駆動装置とで駆動することにより、モータの駆動力が足りない場合であっても、シリンダ駆動装置による駆動力を加えて、フィンガーチャックに棒材を差し込むことができる。
　しかも、本発明に係る棒材供給装置および棒材供給装置付きのＮＣ工作機械は、フィンガーチャックに棒材を抜き差ししたときにシリンダ装置の動作の影響を受けてモータの動作量の誤差が、フィンガーチャックに棒材を抜き差しするとき以外における動作量の誤差の許容範囲よりも大きくなっても、制御装置の誤差許容手段によって、モータの制御のエラーが発生するのを防止乃至抑制することができる。

本発明に係る棒材供給装置を備えた棒材供給装置付きのＮＣ工作機械の一実施形態である自動旋盤装置を示す図である。 図１に示した自動旋盤装置の詳細を示す模式図である。 ＮＣ制御装置による主軸用サーボモータ、押し矢用サーボモータ、エアシリンダ装置の制御を示す図である。 ＮＣ制御装置の構成を示す図である。

　本発明に係る棒材供給装置および棒材供給装置付きのＮＣ工作機械の実施の形態について、図面を参照して説明する。

　本実施形態の自動旋盤装置１００は、図１に示すように、自動旋盤本体１０と、材料である長尺の棒材２００を自動旋盤本体１０に供給する棒材供給装置５０と、自動旋盤本体１０および棒材供給装置５０の動作を数値制御するＮＣ制御装置９０とを備えている。

　自動旋盤本体１０は、図２に示すように、棒材２００を支持して軸回りに回転させるとともに軸方向に沿って移動可能の主軸２０と、ボールねじ３１を回転させることで主軸２０を軸方向に沿って移動させる主軸用サーボモータ３０と、棒材２００を加工する工具が保持された刃物台４０とを備える。
　主軸用サーボモータ３０は、図３に示すように、後述するＮＣ制御装置９０の命令にしたがって駆動される。

　棒材供給装置５０は、長手方向に延びたベース５２と、このベース５２を水平に支持する２本の脚部５１，５１とを備えている。
　棒材供給装置５０は、自動旋盤本体１０の後方であって、主軸２０と一直線上に配置されている。
　棒材供給装置５０は、多数の棒材２００をストックするとともに、そのストックされた棒材２００から１本ずつを順次、自動旋盤本体１０に自動的に供給する。
　ベース５２の内部には、棒材２００をベース５２に沿って前後方向に押し引きする押し矢６０と、接続部材６２を介して押し矢６０に接続され、前後方向に沿って環状に設けられたチェーン７１と、チェーン７１を前後方向に駆動する押し矢用サーボモータ７４およびエアシリンダ装置８０とを備える。

　押し矢用サーボモータ７４およびエアシリンダ装置８０も、ＮＣ制御装置９０の命令にしたがって駆動される。
　押し矢６０の前端には、フィンガーチャック６１が設けられている。
　フィンガーチャック６１は、押し矢６０の長尺方向を軸とした円筒状に形成され、その円筒の周壁には軸方向に沿って延びたすり割りが軸回りに複数形成されていて、周壁を外方に弾性変形させながらすり割りが開くことで、円筒の内部に内径よりも太い棒材２００を挿入し、棒材２００をチャックする。

　チェーン７１は、前側に配置され押し矢用サーボモータ７４に連結された駆動スプロケット７２と、後ろ側に配置された従動スプロケット７３との間に架け渡されていて、駆動スプロケット７２の回転にしたがって前後に駆動される。
　チェーン７１には、接続部材６３を介してエアシリンダ装置８０も連結されている。

　エアシリンダ装置８０は、フィンガーチャック６１が棒材２００をチャックする動作の際に、押し矢用サーボモータ７４とともに、チェーン７１を前方に駆動する。
　また、エアシリンダ装置８０は、フィンガーチャック６１から棒材２００をリリースする動作の際に、押し矢用サーボモータ７４とともに、チェーン７１を後方に駆動する。

　押し矢用サーボモータ７４が回転駆動されると、駆動スプロケット７２が回転し、チェーン７１が押し矢用サーボモータ７４の回転方向に応じて前方または後方に駆動される。
　エアシリンダ装置８０は、チェーン７１に接続されてチェーン７１を前後に駆動可能な状態とチェーン７１から離れてチェーン７１の動きに影響を与えない状態を採り得る。
　フィンガーチャック６１によって棒材２００をチャックするときは、棒材２００がストッパ等の固定部材（図示省略）によってベース５２上に固定された状態で、エアシリンダ装置８０がチェーン７１に接続されて押し矢用サーボモータ７４とともにチェーン７１を前方に駆動する。
　押し矢用サーボモータ７４の駆動力にエアシリンダ装置８０の駆動力が加わることで、例えば直径４０ｍｍ以上の太い棒材２００であっても、フィンガーチャック６１と棒材２００との摩擦力およびすり割りを開く弾性力（嵌合抵抗力）に抗して押し矢６０が前方に移動し、棒材２００の後端にフィンガーチャック６１が差し込まれて、フィンガーチャック６１が棒材２００をチャックすることができる。

　棒材２００をチャックした後は、固定部材による棒材２００の固定は解除され、エアシリンダ装置８０はチェーン７１側から離れ、押し矢用サーボモータ７４のみによってチェーン７１を駆動し、押し矢６０を前進させて棒材２００を自動旋盤本体１０に供給し、または押し矢６０を後退させて棒材２００を自動旋盤本体１０から回収する。
　回収した棒材２００をフィンガーチャック６１からリリースするときは、棒材２００が固定部材によってベース５２上に固定された状態で、エアシリンダ装置８０がチェーン７１側に接続されて押し矢用サーボモータ７４とともにチェーン７１を後方に駆動する。
　押し矢用サーボモータ７４の駆動力にエアシリンダ装置８０の駆動力が加わることで、例えば直径４０ｍｍ以上の太い棒材２００であっても、フィンガーチャック６１と棒材２００との摩擦力（嵌合力）に抗して押し矢６０が後方に移動し、フィンガーチャック６１が棒材２００をリリースすることができる。
　棒材２００をリリースした後は、固定部材による棒材２００の固定は解除され、エアシリンダ装置８０はチェーン７１側から離れる。

　ＮＣ制御装置９０は、上述した主軸用サーボモータ３０、押し矢用サーボモータ７４およびエアシリンダ装置８０の駆動の制御のほか、刃物台４０の駆動や主軸２０の回転を担うモータ（図示省略）の駆動、ストックされた多数の棒材２００のうちから１本の棒材２００のベース５２への供給動作、棒材２００の動きを規制する固定部材の動作を制御する。
　ＮＣ制御装置９０は、図４に示すように、自動旋盤本体１０の一部に設置されており、コード化された命令等を入力する入力部９２と、入力された命令等や各種の判定基準等を記憶する記憶部９３と、命令等に応じて自動旋盤本体１０や棒材供給装置５０に対する制御信号を出力する制御部９４とを備える。

　制御部９４は、押し矢用サーボモータ７４に対する押し矢６０の位置指令（押し矢用サーボモータ７４の回転角度指令）とサーボのフィードバック制御のための押し矢６０のフィードバック位置（押し矢用サーボモータ７４の動作量となる実際の回転角度）との間の位置偏差（角度偏差）を、記憶部９３に記憶されている判定基準値の１つである動作量の誤差の許容範囲と比較し、誤差過大の有無を判定する機能を有する。
　動作信号により特定された動作量が誤差の許容範囲を逸脱したときは、制御部９４は、押し矢用サーボモータ７４の動作量の誤差が過大であると判定してその動作を停止させるとともに、表示部９１に誤差過大エラーを知らせる表示を行わせる。
　動作信号により特定された動作量が誤差の許容範囲を逸脱しなかったときは、制御部９４は、押し矢用サーボモータ７４の動作量の誤差が過大ではないと判定してその動作を停止させることなく継続させる。
　つまり制御部９４は、フィンガーチャック６１に棒材２００を抜き差しするときの押し矢用サーボモータ７４の動作量の誤差を許容する誤差許容手段の一例を構成している。
　記憶部９３には、棒材２００のチャック時およびリリース時にそれぞれ対応する押し矢用サーボモータ７４の動作量の誤差の許容範囲である第１の許容範囲と、チャック時およびリリース時を除いたとき、すなわち押し矢用サーボモータ７４のみによって単にチェーン７１を前後に駆動する通常の前後駆動のときに対応する押し矢用サーボモータ７４の動作量の誤差の許容範囲である第２の許容範囲とが記憶されている。
　第１の許容範囲は第２の許容範囲よりも大きく設定されている。

　制御部９４は、チャック時とリリース時には第１の許容範囲を選択し、通常の前後駆動のときは第２の許容範囲を選択する。
　制御部９４によるこの許容範囲の選択の切り替えは、具体的には、棒材供給装置５０に対して出力される命令が、棒材２００をチャックする動作に対応したものであるときや棒材２００をリリースする動作に対応したものであるときに、第１の許容範囲を選択し、命令が、チャックする動作やリリースする動作に対応したもの以外のときに、第２の許容範囲を選択する。
　そして、制御部９４は、選択した第１の許容範囲または第２の許容範囲と前述した位置偏差（角度偏差）とを比較する。

　ここで、エアシリンダ装置８０によるチェーン７１の駆動は、押し矢用サーボモータ７４によるチェーン７１の駆動に比べて、駆動力が大きく、かつ駆動速度が大きい。
　このため、棒材２００のチャック時やリリース時にエアシリンダ装置８０がチェーン７１を駆動すると、このチェーン７１の駆動につられて押し矢用サーボモータ７４が必要以上に回転することとなり、前述した位置偏差（角度偏差）が第２の許容範囲を逸脱し、制御部９４は、押し矢用サーボモータ７４の動作に誤差が生じたと判断して、その動作を停止させたり、表示部９１に誤差過大エラーの表示をさせたりするおそれがある。

　これに対して本実施形態の自動旋盤装置１００は、チャック時やリリース時は、制御部９４が第１の許容範囲を選択するため、エアシリンダ装置８０の駆動によって押し矢用サーボモータ７４が本来制御されるべき回転角度（第２の許容範囲）を逸脱しても、前述した位置偏差（角度偏差）が第１の許容範囲内であれば、制御部９４は押し矢用サーボモータ７４の動作に誤差が生じなかったと判断して、その動作を停止させずに継続させるとともに、表示部９１に誤差過大エラーの表示をさせることもない。
　これにより、自動旋盤装置１００の稼働率を向上させることができる。

　なお、制御部９４は、前述した位置偏差が生じると、位置偏差を抑制するように押し矢用サーボモータ７４を回転駆動させる。
　この際、位置偏差の拡大に対応して押し矢用サーボモータ７４の回転駆動電流が増加する。
　制御部９４は、押し矢用サーボモータ７４の回転駆動電流が予め定められた限界値を超えると、エラーとして動作を停止させる。

　本実施形態における制御部９４は、押し矢用サーボモータ７４の回転駆動電流が、予め定められた限界値より小さな所定値を超えないように規制する電流規制手段が設けられている。
　第１の許容範囲が選択された場合に、電流規制手段を作動させることによって、押し矢用サーボモータ７４に対する回転駆動電流は上述した所定値を超えることはない。

　このため、回転駆動電流の過大によるエラー等が防止され、前述した位置偏差が第１の許容範囲内となる範囲で自由に回転することが可能となり、フィンガーチャック６１に対する棒材２００のチャックやリリースが円滑に行われる。
　なお、前述した位置偏差が第１の許容範囲内となる範囲で押し矢用サーボモータ７４が回転する際に、押し矢用サーボモータ７４の回転駆動電流が前述の限界値を超えない場合は、必ずしも電流規制手段を作動させる必要はない。
　本実施形態の自動旋盤装置１００は、本発明における制御装置を、自動旋盤本体１０に対する制御も行うＮＣ制御装置９０で兼用するものとした例であるが、本発明は、この例に限定されるものではなく、棒材供給装置専用の制御装置であってもよい。
　このように棒材供給装置専用の制御装置を、棒材供給装置の構成として備えた棒材供給装置は、本発明の棒材供給装置の一例となる。

関連出願の相互参照

　本願は、２０１３年９月１８日に日本国特許庁に出願された特願２０１３－１９２７１８号に基づく優先権を主張し、その全ての開示は完全に本明細書で参照により組み込まれる。

１０　　自動旋盤本体
２０　　主軸
３０　　主軸用サーボモータ
５０　　棒材供給装置
６０　　押し矢
６１　　フィンガーチャック
７１　　チェーン
７４　　押し矢用サーボモータ
８０　　エアシリンダ装置（シリンダ駆動装置）
９０　　ＮＣ制御装置
１００　自動旋盤装置（数値制御工作機械）
２００　棒材

Claims (7)

1. 　棒材を挿脱自在に把持するフィンガーチャックを先端に有する押し矢と、
   　前記フィンガーチャックに前記棒材を抜き差しするために、前記押し矢を前後方向に移動させるモータおよびシリンダ駆動装置と、
   　前記モータの駆動および前記シリンダ駆動装置の駆動をそれぞれ制御する制御装置とを備え、
   　前記制御装置が、前記フィンガーチャックに前記棒材を抜き差しするときに前記押し矢を協働して移動させるように、前記モータと前記シリンダ駆動装置との駆動を制御するとともに、前記フィンガーチャックに前記棒材を抜き差しするときの前記モータの動作量の誤差を許容する誤差許容手段として機能するように構成されていることを特徴とする棒材供給装置。
2. 　前記誤差許容手段が、前記モータの動作量の誤差の許容範囲を、前記フィンガーチャックに前記棒材を抜き差しするとき以外における動作量の誤差の許容範囲よりも大きく設定することによって構成される請求項１に記載の棒材供給装置。
3. 　前記モータの駆動電流を規制する電流規制手段を前記誤差許容手段に設けた請求項１または２に記載の棒材供給装置。
4. 　前記シリンダ駆動装置は、前記フィンガーチャックに前記棒材を抜き差しするとき以外は前記押し矢の駆動に関与しないように構成されている請求項１から３のうちいずれか１項に記載の棒材供給装置。
5. 　前記フィンガーチャックに前記棒材を抜き差しするときに対応した前記許容範囲と、前記フィンガーチャックに前記棒材を抜き差しするとき以外に対応した前記許容範囲とを記憶した記憶部を備え、
   　前記制御装置は、前記フィンガーチャックに前記棒材を抜き差ししたときは前記記憶部の前記フィンガーチャックに前記棒材を抜き差しするときに対応した前記許容範囲を選択し、前記フィンガーチャックに前記棒材を抜き差ししたとき以外は前記記憶部の前記フィンガーチャックに前記棒材を抜き差しするとき以外に対応した前記許容範囲を選択して、前記モータの動作量の誤差の判定を行う請求項１から４のうちいずれか１項に記載の棒材供給装置。
6. 　前記制御装置は、前記棒材供給装置に対する動作の命令コードが、前記フィンガーチャックに前記棒材を抜き差しする動作に対応するものであるか否かに応じて、前記許容範囲の大小を設定する請求項１から５のうちいずれか１項に記載の棒材供給装置。
7. 　請求項１から６のうちいずれか１項に記載の棒材供給装置を備えた棒材供給装置付きの数値制御工作機械。

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