WO2023175981A1 - 工作物交換装置を備えた工作機械及び加工システム - Google Patents

工作物交換装置を備えた工作機械及び加工システム Download PDF

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WO2023175981A1
WO2023175981A1 PCT/JP2022/012893 JP2022012893W WO2023175981A1 WO 2023175981 A1 WO2023175981 A1 WO 2023175981A1 JP 2022012893 W JP2022012893 W JP 2022012893W WO 2023175981 A1 WO2023175981 A1 WO 2023175981A1
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workpiece
arm
pair
tool
machine tool
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PCT/JP2022/012893
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久幸 長屋
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株式会社ジェイテクト
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/20—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring workpiece characteristics, e.g. contour, dimension, hardness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q7/00—Arrangements for handling work specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools, e.g. for conveying, loading, positioning, discharging, sorting
    • B23Q7/04—Arrangements for handling work specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools, e.g. for conveying, loading, positioning, discharging, sorting by means of grippers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B24B41/06—Work supports, e.g. adjustable steadies

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool equipped with a workpiece changing device that exchanges a workpiece before processing and a workpiece after processing, and a processing system using the machine tool.
  • Patent Document 1 describes a lathe equipped with a workpiece loading/unloading device that transports a processed workpiece that has been processed out of the machine and transports a next processed workpiece into the machine.
  • the workpiece loading/unloading device includes a workpiece holder that supports the processed workpiece and the next processed workpiece, and a workloader that carries out the processed workpiece supported by the workpiece holder and supplies the next processed workpiece to the workpiece holder. have.
  • the workpiece holder has a first support part that supports the processed workpiece and a second support part that supports the next processed workpiece. is configured to move. When processing of the workpiece is completed, the support member moves to the workpiece receiving position, receives the processed workpiece at the first support part, and moves to the outside of the machine.
  • the work loader has a first work gripping part that grips the processed work supported by the first support part, and a second work gripping part that places the next processed work gripped in advance on the second support part.
  • the processed workpiece and the next processed workpiece are delivered to and from the support member of the workpiece holder. Thereafter, the support member moves and the next workpiece placed on the second support part is mounted on the spindle, and the next workpiece is processed.
  • Patent Document 2 describes a lathe in which two steady rests for gripping a workpiece during machining are attached to both ends of a mounting arm. During machining of a workpiece, one of the two steady rests grips the workpiece, and the other steady rest grips the workpiece sent by the conveyor. When the machining of the workpiece is completed, the mounting arm rotates 180 degrees, and the workpiece sent by the conveyor is carried to the machining position, and the workpiece that has been machined is also carried onto the conveyor.
  • the time during which the processed workpiece and the next processed workpiece are transferred between the workpiece holder and the workloader is the non-processing time during which the workpiece cannot be processed.
  • the workpiece before machining and the workpiece after machining can be exchanged by rotating the mounting arm, so the time for exchanging the workpieces can be shortened. Since it is necessary to avoid interference between the stop and the tool, etc., there is a risk that restrictions will be placed on the machining location of the workpiece.
  • the present invention provides a workpiece changing device that can easily avoid interference between the workpiece changing device and tools, etc., and can shorten machining cycle time by reducing non-machining time.
  • Our mission is to provide machine tools and processing systems.
  • the present invention provides a tool for machining a workpiece, a workpiece holding device for holding and rotationally driving the workpiece, and a feeding device for moving the tool toward and away from the workpiece.
  • the machine tool is equipped with a workpiece changing device that exchanges the workpiece with the workpiece holding device, and the workpiece changing device includes a pair of fingers that grip the workpiece and a pair of fingers that grip the workpiece; first and second hands each having an actuator that rotates a pair of fingers; an arm to which the first and second hands are attached; and a rotational drive device that rotates the arm about a rotation axis; a control unit that controls the actuator and the rotational drive device; the first and second hands are respectively attached to two positions on the arm sandwiching the rotational axis; a first rotating position in which the workpiece can be set on the workpiece holding device by one hand; and a second rotation position in which the workpiece can be set in the workpiece holding device by the second hand.
  • the rotation drive device is controlled to rotate the arm half a rotation between the rotation position and the rotation drive device, and after the workpiece before machining is set in the workpiece holding device, the The finger portion is opened to a position where interference with the constituent members of the machine tool including the tool can be avoided, and after machining of the workpiece is completed and the tool is separated from the workpiece by the feed device, the Provided is a machine tool equipped with a workpiece changing device that controls the actuator to grip the machined workpiece by closing a pair of fingers.
  • the present invention includes a machine tool equipped with the workpiece changing device described above, and a loader that transports the workpiece between a plurality of machine tools, and the control unit , after the workpiece is set on the workpiece holding device by one of the first and second hands, until machining of the workpiece set on the workpiece holding device is completed,
  • a processing system is provided in which the actuator of the other hand of the first and second hands is controlled to transfer the workpiece between the loader and the other hand.
  • the machine tool and machining system equipped with the workpiece changing device it is possible to easily avoid interference between the workpiece changing device and tools, etc., while reducing the machining cycle time by reducing non-machining time. It becomes possible to shorten the time.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a processing system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a configuration diagram showing some of the constituent members of the machine tool with chain double-dashed lines.
  • FIG. 2B is a configuration diagram showing some components of the machine tool with some components omitted.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of some constituent members of the machine tool including a workpiece changer as viewed from a direction parallel to the rotational axis of the workpiece.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of some constituent members of the machine tool including a workpiece changer as viewed from a direction parallel to the rotational axis of the workpiece.
  • FIG. 5A is a configuration diagram showing one end of the first hand and arm.
  • FIG. 5B is a configuration diagram showing one end of the first hand and arm.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing a configuration example of a rotational drive device.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the rotational drive device.
  • FIG. 7A is a configuration diagram showing an example of the configuration of a rotation stopper section for positioning the arm in the rotational direction.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 7A.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of a fixing mechanism.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration example of a processing system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a configuration diagram showing some constituent members of the processing system 1 with chain double-dashed lines.
  • FIG. 2B is a configuration diagram showing some components of the processing system 1 with some components omitted.
  • the processing system 1 includes a plurality of machine tools and a loader 10 that transports a workpiece 9 between the plurality of machine tools.
  • the machining system 1 includes, as a plurality of machine tools, machine tools 21 and 22 that perform processing in the pre-process and post-process of grinding, and a grinder 3 that performs the grinding process.
  • the grinding machine 3 is controlled by a control device 300 and grinds the workpiece 9.
  • the grinding machine 3 also includes a workpiece changing device 4 that transfers a workpiece 9 to and from the loader 10 .
  • the loader 10 transports the workpiece 9 from the machine tool 21 that performs the pre-process processing of grinding to the grinding machine 3, and also transfers the workpiece 9 that has been ground by the grinding machine 3 to the machine tool 22 that performs the post-process processing. transport.
  • the grinding machine 3 performs grinding by pressing a grindstone 30 as a tool against the workpiece 9 while rotating the workpiece 9.
  • the horizontal direction along the rotation axis O1 of the workpiece 9 will be referred to as the Z-axis direction
  • the horizontal direction perpendicular to the Z-axis direction will be referred to as the X-axis direction
  • the vertical direction perpendicular to the Z-axis direction and the X-axis is defined as the Y-axis direction.
  • the grinding machine 3 grinds the workpiece 9 by moving the grindstone 30 forward and backward relative to the workpiece 9 in the X-axis direction.
  • the grinding machine 3 includes a bed 31 as a base, a traverse table 32 movable in the Z-axis direction relative to the bed 31, a grindstone base 33 movable in the X-axis direction relative to the traverse table 32, and a grindstone. Measuring the outer diameter of the grindstone body 34 attached to the table base 33, the first and second headstocks 35 and 36 as workpiece holding devices that hold and rotate the workpiece 9, and the workpiece 9.
  • a sizing device 37 is provided.
  • the first and second headstocks 35 and 36 respectively have headstock motors 351 and 361 that generate torque to rotate the workpiece 9, and centers 352 and 362 that hold the workpiece 9 between them in the axial direction. are doing.
  • the pair of centers 352 and 362 position the workpiece 9 by fitting their tips into a center hole formed in the end face of the workpiece 9 in the axial direction. Rotate 9.
  • the bed 31 is provided with Z-axis guide rails 321 and 322 that guide the traverse table 32 in the Z-axis direction, and the rotation of a ball screw 324 driven by a Z-axis motor 323 causes the traverse table 32 to move along the Z-axis guide rails. 321, 322.
  • the traverse table 32 is provided with X-axis guide rails 331 and 332 that guide the whetstone base 33, and the whetstone base 33 is moved relative to the traverse table 32 by rotation of a ball screw 334 driven by an X-axis motor 333. and moves along the X-axis guide rails 331 and 332.
  • the X-axis guide rails 331, 332, the X-axis motor 333, and the ball screw 334 constitute a feeding device that moves the grindstone 30 toward and away from the workpiece 9.
  • the whetstone main body 34 has a housing 340 fixed to the whetstone base 33, and a whetstone motor 341 is housed in the housing 340 as a built-in motor.
  • the grindstone motor 341 rotates the grindstone 30 via a grindstone shaft 342 supported by a bearing within the housing 340 .
  • the grindstone 30 is rotationally driven by a grindstone motor 341 to grind the workpiece 9.
  • the rotation axis O 2 of the grindstone 30 is parallel to the rotation axis O 1 of the workpiece 9.
  • FIG. 3 and 4 show a part of the loader 10, the grindstone 30, the grindstone base 33, the grindstone motor 341, the first headstock 35, the sizing device 37, the workpiece 9, and the workpiece as seen from the Z-axis direction.
  • the material exchanger 4 is shown together with a coolant nozzle 19 that supplies coolant to the grinding location of the workpiece 9.
  • the coolant nozzle 19 moves together with the grindstone base 33 in the X-axis direction and the Z-axis direction.
  • FIG. 3 shows the state immediately before the workpiece 9 is subjected to the grinding process.
  • FIG. 4 shows the state during grinding.
  • the loader 10 has three-axis drive motors 101 to 103, runs along the rail 100, and moves the loader hand 104 in the vertical direction and in the horizontal direction perpendicular to the rail 100. Is possible.
  • the rail 100 crosses above the machine tool 2, and a part of the rail 100 is not shown in FIG. 1.
  • the loader hand 104 of the loader 10 has first and second gripping parts 105 and 106 that grip the workpieces 9, and the first and second gripping parts 105 and 106 simultaneously hold two workpieces 9. It is possible to transport.
  • the loader 10 also includes a loader arm 107 that extends in the vertical direction, and a wrist portion 108 that can rotate the loader hand 104 by 180 degrees with respect to the lower end of the loader arm 107.
  • the rotational axis O of the loader hand 104 by the wrist portion 108 is inclined at 45 degrees with respect to the vertical direction.
  • the sizing device 37 includes a sizing device main body 370, a first measuring head 371 having a first measuring stylus 371a at its tip, and a second measuring head 372 having a second measuring stylus 372a at its tip. , a moving mechanism 38 that moves the sizing device main body 370 together with the first measuring head 371 and the second measuring head 372.
  • the sizing device 37 sandwiches the workpiece 9 between a first measuring head 371 and a second measuring head 372, and brings the first measuring element 371a and the second measuring element 372a into contact with the surface of the workpiece 9. Then, the outer diameter of the workpiece 9 is detected. Information on the detection results by the sizing device 37 is sent to the control device 300.
  • the workpiece 9 is ground while the outer diameter of the part to be ground by the grindstone 30 is measured by the sizing device 37.
  • the moving mechanism 38 moves the sizing device main body 370 in the Z-axis direction, and moves the sizing device main body 370 closer to the workpiece 9 along a movement direction inclined with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the direction of approach and separation of the sizing device main body 370 is indicated by an arrow D1 .
  • the approaching/separating direction of the sizing device main body 370 is inclined in the vertical direction as it moves away from the workpiece 9 with respect to the X-axis direction, which is the approaching/separating direction of the grindstone 30 due to the rotation of the X-axis motor 333. Further, as the sizing device main body 370 moves away from the workpiece 9, it becomes spaced apart from the rotation axis O3 of the arm 61 in the Y-axis direction.
  • the moving mechanism 38 includes a moving table 381, a ball screw 382, a guide rail 383, a sizing device moving motor 384 that rotates the ball screw 382, and a first slide table 385.
  • the moving mechanism 38 includes a ball screw nut 386, a hydraulic cylinder 387, and a second slide table 388 that is moved in the direction of arrow D1 by the hydraulic cylinder 387. There is.
  • the ball screw nut 386 is screwed onto the ball screw 382 via a plurality of balls.
  • the moving table 381 is fixed to the bed 31.
  • the ball screw 382 and the guide rail 383 extend in the Z-axis direction and are supported by the movable table 381.
  • a ball screw nut 386 is fixed to the first slide table 385, and as the sizing device moving motor 384 rotates the ball screw 382, the first slide table 385 is guided by the guide rail 383. Move in the Z-axis direction.
  • the upper surface 385a of the first slide table 385 is a guide surface inclined with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction, and the second slide table 388 moves along this upper surface 385a.
  • a sizing device main body 370 is fixed to the second slide table 388.
  • the moving mechanism 38 moves the sizing device 37 between the retracted position shown in FIG. 3 and the measurement position shown in FIG. 4.
  • the hydraulic cylinder 387 advances the second slide table 388 toward the workpiece 9 along the upper surface 385a of the first slide table 385.
  • the sizing device 37 also moves in the Y-axis direction and rises in the vertical direction as it approaches the workpiece 9.
  • the sizing device 37 has a center line C perpendicular to the direction in which the first measuring head 371 and the second measuring head 372 are lined up in the X-axis direction and the upper surface 385a of the first slide table 385. It is inclined with respect to the Y-axis direction. This inclined posture of the sizing device 37 contributes to making it easier to avoid interference with the first and second hands 5A, 5B of the workpiece changing device 4, which will be described later.
  • the control device 300 includes a processing control section 301 that controls each movable section of the grinding machine 3 to process the workpiece 9, and a workpiece exchange control section 302 that controls each movable section of the workpiece exchange device 4. have.
  • the processing control unit 301 controls the Z-axis motor 323, the X-axis motor 333, the grindstone motor 341, the headstock motors 351, 361, the sizing device movement motor 384, and the hydraulic cylinder 387.
  • one control device 300 includes the machining control section 301 and the workpiece exchange control section 302, but the machining control section 301 and the workpiece exchange control section 302 are each independent and separate units. It may be.
  • the workpiece exchange control unit 302 is a component of the workpiece exchange device 4.
  • the workpiece 9 includes a first workpiece part 91 and a second workpiece part 92 that are ground by the grindstone 30, and a first workpiece part 91 and a second workpiece part 92. 92, one end cylindrical part 94 on the first headstock 35 side, and the other end cylindrical part 95 on the second headstock 35 side.
  • the first processed part 91 and the second processed part 92 have a concentric cylindrical shape centered on the rotation axis O1 .
  • the intermediate portion 93 is a non-processed portion that is not subjected to grinding processing, and is formed to have an outer diameter smaller than the outer diameters of the first processed portion 91 and the second processed portion 92.
  • the workpiece changer 4 receives the unprocessed workpiece 9 from the loader 10 and sets it on the first and second headstocks 35 and 36. Further, the workpiece changing device 4 takes out the processed workpiece 9 from the first and second headstocks 35 and 36 and delivers it to the loader 10.
  • the workpiece changing device 4 includes first and second hands 5A, 5B, an arm 61 to which the first and second hands 5A, 5B are attached, a shaft 62 that rotates together with the arm 61, and the arm 61.
  • a fixing mechanism 7 that fixes the arm 61 and the shaft 62 to the shaft 62
  • a rotation drive device 8 that rotates the arm 61 and the shaft 62 together with the fixing mechanism 7 about a rotation axis O3
  • the rotational axis O 3 of the arm 61 and the shaft 62 is parallel to the rotational axis O 1 of the workpiece 9 and located above the rotational axis O 1 of the workpiece 9 in the vertical direction.
  • the arm 61 is a flat long plate whose longitudinal direction is perpendicular to the rotation axis O3 .
  • the position of the rotation axis O3 of the arm 61 in the X-axis direction is closer to the grindstone than the position of the pair of centers 352, 362 of the first and second headstocks 35, 36 in the X-axis direction, that is, the holding position of the workpiece 9.
  • the position is far from 30.
  • the workpiece 9 is set between the grindstone 30 and the rotation axis O3 of the arm 61 in the X-axis direction.
  • the first and second hands 5A and 5B are respectively attached to two positions on the arm 61 sandwiching the rotation axis O3 .
  • the first hand 5A is fixed to one end of the arm 61
  • the second hand 5B is fixed to the other end of the arm 61.
  • the distance from the rotation axis O 3 to the first hand 5A is equal to the distance from the rotation axis O 3 to the second hand 5B, and when the arm 61 rotates half a rotation, the first hand 5A and the second hand 5B is replaced.
  • 5A and 5B are configuration diagrams showing the first hand 5A and one end of the arm 61.
  • 5A shows a state in which the first hand 5A grips the workpiece 9
  • FIG. 5B shows a state in which the first hand 5A does not grip the workpiece 9.
  • a part of the first hand 5A is cut away to show the internal structure.
  • the second hand 5B is also configured similarly to the first hand 5A.
  • the first hand 5A includes a pair of finger sections 51 and 52 that grip the workpiece 9, an actuator 53 that rotates the pair of finger sections 51 and 52, and a case 54 that houses the actuator 53.
  • the actuator 53 includes a rack shaft 531 disposed between the pair of finger parts 51 and 52, and a cylinder 532 that moves the rack shaft 531 forward and backward. It is configured to rotate.
  • the case 54 is fastened to the arm 61 by, for example, bolts.
  • the moving direction of the rack shaft 531 is inclined with respect to the longitudinal direction of the arm 61.
  • the moving direction of the rack shaft 531 with respect to the case 54 is shown by a dashed-dotted line D2
  • the longitudinal direction of the arm 61 perpendicular to the axis of rotation O3 is shown by a dashed-dotted line D3 .
  • the inclination angle ⁇ 1 of the movement direction of the rack shaft 531 with respect to the longitudinal direction of the arm 61 is set to an angle that can avoid interference between the first hand 5A, the sizing device 37, and the coolant nozzle 19.
  • the workpiece 9 is set at a position closer to the grindstone 30 in the X-axis direction than the rotation axis O 3 of the arm 61, and at a position opposite to the grindstone 30 in the X-axis direction from the rotation axis O 3 of the arm 61. This is the direction in which the workpiece 9 is transferred to and from the loader 10.
  • the pair of fingers 51 and 52 each have a plurality of claws 511 and 521 for gripping the workpiece 9.
  • Pinion gears 512 and 522 are integrated with the base end portions of the pair of finger portions 51 and 52 by welding or the like.
  • the pinion gears 512 and 522 have pinion teeth 512a and 522a that mesh with the rack teeth 531a of the rack shaft 531.
  • bifurcated support portions 541 and 542 are formed that protrude toward the side opposite to the rack shaft 531.
  • the pinion gears 512, 522 are housed in a space between the bifurcated supports 541, 542.
  • Support shafts 543 and 544 are press-fitted and fixed to the support portions 541 and 542, and the support shafts 543 and 544 are fit into the pinion gears 512 and 522 with gaps.
  • the pair of finger parts 51 and 52 are rotatably supported by support parts 541 and 542 via support shafts 543 and 544.
  • the pair of finger parts 51 and 52 rotate in opposite directions about the support shafts 543 and 544 as the rack shaft 531 moves.
  • the closing operation of the first hand 5A is performed by moving the rack shaft 531 to the rearward end as shown in FIG. 5A.
  • the opening operation of the first hand 5A is performed by moving the rack shaft 531 to the forward end as shown in FIG. 5B.
  • a piston portion 531b provided on the rack shaft 531 is accommodated in the cylinder 532, and when compressed air as a working medium is supplied to one side of the piston portion 531b, the rack shaft 531 moves backward, and the piston portion 531b
  • the rack shaft 531 moves forward by supplying compressed air as a working medium to the other side.
  • the opening angle ⁇ 2 of the pair of finger portions 51 and 52 when the first hand 5A performs the opening operation is larger than 180°.
  • the pair of fingers 51 and 52 open and release the workpiece 9, the pair of fingers 51 and 52 rotate to the side farther from the workpiece 9 than the support shafts 543 and 544.
  • the opening angle ⁇ 2 of the pair of finger portions 51 and 52 is 300°.
  • the workpiece exchange control unit 302 controls the actuators 53 of the first and second hands 5A and 5B by supplying compressed air to the cylinder 532.
  • the actuator 53 is not limited to one that uses compressed air, and may use, for example, hydraulic oil as the working medium, or may use an electric motor.
  • FIG. 6A and 6B are cross-sectional views showing an example of the configuration of the rotary drive device 8.
  • FIG. 7A is a configuration diagram showing an example of the configuration of a rotation stopper section 80 for positioning the arm 61 in the rotational direction.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 7A.
  • the rotary drive device 8 is operated using compressed air as a working medium.
  • the rotation drive device 8 includes a housing 81 in which first and second cylinder chambers 811 and 812 are formed, a first piston member 82 housed in the first cylinder chamber 811, and a first piston member 82 housed in the second cylinder chamber 812. a second piston member 83 accommodated; a pinion gear 84 disposed between the first piston member 82 and the second piston member 83; first and second ports 851 to which compressed air is supplied; 852.
  • the housing 81 is fixed to the front part of the bed 31 on the worker's side by a support member 311.
  • the attachment portion 311a of the support member 311 is directly fixed to the bed 31, but the support member 311 may be fixed to the bed 31 via another member.
  • the shaft 62 is inserted into a through hole 311b formed in the support member 311, and rotates together with the arm 61 about the rotation axis O3 .
  • the shaft 62 has a hollow cylindrical shape with a space 620 formed in the center. This space 620 accommodates a plurality of tubes 530 for supplying compressed air to the actuators 53 of the first and second hands 5A, 5B.
  • the plurality of tubes 530 are led out from the tip of the shaft 62 on the side opposite to the rotational drive device 8, and are connected to the first and second hands 5A and 5B, respectively. . Note that illustration of the plurality of tubes 530 is omitted in drawings other than FIGS. 3, 4, and 7B.
  • the housing 81 of the rotary drive device 8 has a partition wall 813 that partitions a first cylinder chamber 811 and a second cylinder chamber 812, and a housing portion 813a that accommodates the pinion gear 74 is formed in this partition wall 813. has been done.
  • the pinion gear 74 is coaxially connected to the shaft 62, and as the pinion gear 74 rotates, the shaft 62 rotates.
  • a plurality of rack teeth 821 and 831 that mesh with the pinion gear 74 are formed on the first and second piston members 82 and 83, respectively.
  • FIGS. 6A and 6B the left-right direction in the drawing corresponds to the X-axis direction.
  • the first and second cylinder chambers 811 and 812 are formed to extend in the X-axis direction, and the first and second pistons are driven by compressed air supplied to the first and second ports 851 and 852.
  • the members 82 and 83 move toward the grindstone 30 in the X-axis direction.
  • 6A shows a state in which compressed air is supplied to the first port 851
  • FIG. 6A shows a state in which compressed air is supplied to the second port 852.
  • the first and second piston members 82 and 83 move in opposite directions with the pinion gear 74 in between, causing the pinion gear 74 to rotate.
  • the workpiece exchange control unit 302 controls the rotary drive device 8 by switching the compressed air supply destination between the first port 851 and the second port 852.
  • the rotation stopper section 80 includes a disk-shaped disk 800 coaxially fixed to the shaft 62, a stopper 802 fixed to the disk 800 with a plurality of bolts 801, and a support member 311.
  • L-shaped first and second fittings 804 and 805 fixed by a plurality of bolts 803, a first contact member 806 inserted through the first fitting 804, and a second fitting 805.
  • a pair of nuts 809 are provided.
  • the disk 800 and stopper 802 rotate together with the shaft 62.
  • the arm 61 and the shaft 62 rotate by 180° between a first rotational position where the stopper 802 abuts the first abutment member 806 and a second rotational position where the stopper 802 abuts the second abutment member 807. rotation is possible.
  • the rotation stopper part 80 is fixed to the arm 61 and the shaft by adjusting the fixed position of the first contact member 806 to the first fitting 804 and the fixed position of the second contact member 807 to the second fitting 805.
  • the positions of both ends of 180° in the rotational direction of 62 can be adjusted.
  • the stopper 802 that abuts the first abutting member 806 is shown by a solid line
  • the stopper 802 that abuts the second abutting member 807 is shown by a two-dot chain line.
  • the unprocessed workpiece 9 can be set on the first and second headstocks 35 and 36 by the first hand 5A. . Further, when the arm 61 is in the second rotation position, the unprocessed workpiece 9 can be set on the first and second headstocks 35 and 36 by the second hand 5B.
  • the workpiece exchange control unit 302 controls the rotational drive device 8 to rotate the arm 61 by half a rotation between the first rotational position and the second rotational position every time machining of one workpiece 9 is completed.
  • FIG. 8 is a sectional view showing the configuration of the fixing mechanism 7.
  • the fixing mechanism 7 can fix the arm 61 at any position in the longitudinal direction of the shaft 62 depending on the shape of the workpiece 9 and the like.
  • the intermediate portion 93 of the workpiece 9 held on the first and second headstocks 35 and 36 is gripped by the pair of fingers 51 and 52 of the first and second hands 5A and 5B.
  • the arm 61 is fixed at a position where it can be moved.
  • the fixing mechanism 7 is disposed between the inner circumferential surface 611a of the protrusion 611 of the arm 61 and the outer circumferential surface 62a of the shaft 62, and has the role of fixing the arm 61 to the shaft 62 so as to be movable in the axial direction.
  • the fixing mechanism 7 includes a cylindrical outer fitting member 71 disposed on the inner diameter side of the inner circumferential surface 611 a of the protrusion 611 of the arm 61 and elastically deformable in the radial direction; an inner diameter side fitting member 72 which is disposed on the side and is movable in the axial direction with respect to the shaft 62 and elastically deformable in the radial direction;
  • the clamp bolt 73 is configured to have a plurality of clamp bolts 73 that are moved.
  • the outer diameter side fitting member 71 and the inner diameter side fitting member 72 form a double cylindrical structure.
  • a through hole 61a through which the shaft 62 is inserted is formed in the arm 61, and a cylindrical projection 611 is provided on the outer diameter side of the through hole 61a.
  • the inner peripheral surface 71a of the outer diameter side fitting member 71 is a tapered surface inclined with respect to the axial direction of the shaft 62.
  • the inner fitting member 72 includes an inner cylindrical portion 721 having a tapered outer circumferential surface 721a facing the inner circumferential surface 71a of the outer fitting member 71, and a plurality of bolt insertion holes into which the plurality of clamp bolts 73 are inserted. It has a wall portion 722 in which a groove 722a is formed, and an outer circumferential cylindrical portion 723 that covers the outer circumferential surface 71b of the outer diameter side fitting member 71.
  • a screw hole 711 is formed in the outer diameter side fitting member 71 at a position aligned with each of the plurality of bolt insertion holes 722a of the inner diameter side fitting member 72.
  • Each clamp bolt 73 is inserted into a bolt insertion hole 722a of the inner fitting member 72 and screwed into a screw hole 711 of the outer fitting member 71.
  • the clamp bolt 73 When fixing the arm 61 to the shaft 62, the clamp bolt 73 is tightened, and the axial force of the clamp bolt 73 draws the protrusion 611 of the arm 61 and the outer fitting member 71 toward the inner fitting member 72.
  • the outer diameter side fitting member 71 expands in diameter
  • the outer circumferential surface 71b of the outer diameter side fitting member 71 is pressed against the inner circumferential surface 611a of the protrusion 611 of the arm 61
  • the inner diameter side fitting member 72 decreases in diameter.
  • the inner circumferential surface 721b of the inner cylindrical portion 721 is pressed against the outer circumferential surface 62a of the shaft 62.
  • the arm 61 is fixed to the shaft 62 by the frictional force generated between the inner circumferential surface 721b of the inner cylindrical portion 721 and the outer circumferential surface 62a of the shaft 62.
  • the machine tool 2 By rotating the arm 61, the machine tool 2 replaces the workpiece 9 held by the first hand 5A and the workpiece 9 held by the second hand 5B in a short time, reducing non-machining time. Reduce cycle time.
  • the workpiece 9 that has already been processed is delivered to the loader 10 by the second hand 5B.
  • the loader arm 107 is once raised, the loader hand 104 is rotated 180 degrees by the wrist portion 108, and the unprocessed workpiece 9 is transferred from the loader 10 to the second hand 5B.
  • the first hand 5A is located vertically below the rotation axis O3
  • the second hand 5B is located vertically above the rotation axis O3 .
  • the workpiece 9 is gripped by the first hand 5A, and is gripped by the second hand 5B by rotation of the arm 61.
  • the workpiece 9 is set on the first and second headstocks 35 and 36.
  • the workpiece 9 that has been processed is transferred from the first hand 5A to the loader 10.
  • the first hand 5A While the workpiece 9 is being transferred between the second hand 5B and the loader 10, the first hand 5A must be kept on standby near the first and second headstocks 35 and 36. As described above, the workpiece 9 is machined by sequentially moving the traverse table 32 in the Z-axis direction to machine the first workpiece part 91 and the second workpiece part 92 with the intermediate part 93 in between. Therefore, it is necessary to avoid interference between the grindstone 30 and the coolant nozzle 19 and the first hand 5A when the traverse table 32 is moved. Furthermore, as the traverse table 32 moves, the sizing device main body 370, the first measuring head 371, and the second measuring head 372 also move in the Z-axis direction. It is also necessary to avoid interference between the second measuring head 372 and the first hand 5A.
  • the workpiece exchange control unit 302 removes the pair of fingers 51 and 52 that were gripping the workpiece 9.
  • the actuators 53 of the first and second hands 5A and 5B are controlled to close the actuators 52 and grip the processed workpiece 9.
  • the constituent members of the machine tool 2 are specifically the grindstone 30, the coolant nozzle 19, and the sizing device 37. That is, after setting the workpiece 9 on the first and second headstocks 35, 36, the first and second hands 5A, 5B move the grinding wheel 30, the coolant
  • the pair of fingers 51 and 52 are opened wide to a position where interference with the nozzle 19 and the sizing device 37 can be avoided.
  • the workpiece exchange control unit 302 controls the Until the machining of the workpiece 9 is completed, the actuator 53 of the other of the first and second hands 5A and 5B is controlled to transfer the workpiece 9 to and from the loader 10.
  • the unprocessed workpiece 9 and the processed workpiece 9 can be quickly exchanged, and the cycle time can be shortened. That is, according to the present embodiment described above, it is possible to shorten the machining cycle time by reducing the non-machining time.

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Abstract

【課題】非加工時間の削減によって加工サイクルタイムを短縮することが可能な工作物交換装置を備えた工作機械及び加工システムを提供する。 【解決手段】工作物交換装置４は、工作物９を把持する一対の指部５１，５２及び一対の指部５１，５２を回転動作させるアクチュエータ５３を有する第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂと、第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂが取り付けられたアーム６１と、アーム６１を回転軸線Ｏ３を中心として回転させる回転駆動装置８と、アクチュエータ５３及び回転駆動装置８を制御する工作物交換制御部３０２とを備える。工作物交換制御部３０２は、第１のハンド５Ａによって工作物９を第１及び第２の主軸台３５，３６にセットすることが可能な第１回転位置と、第２のハンド５Ｂによって工作物９を第１及び第２の主軸台３５，３６にセットすることが可能な第２回転位置との間でアーム６１を半回転させるように回転駆動装置８を制御する。

Description

工作物交換装置を備えた工作機械及び加工システム
　本発明は、加工前の工作物と加工後の工作物とを交換する工作物交換装置を備えた工作機械、及びその工作機械を用いた加工システムに関する。
　特許文献１には、加工が終了した加工済みワークを機外に搬出すると共に次加工ワークを機内に搬入するワーク搬入出装置を備えた旋盤が記載されている。ワーク搬入搬出装置は、加工済みワーク及び次加工ワークを支持するワーク保持具と、ワーク保持具に支持された加工済みワークを搬出すると共に、ワーク保持具に次加工ワークを供給するワークローダとを有している。ワーク保持具は、加工済みワークを支持する第１支持部と次加工ワークを支持する第２支持部とを有する支持部材が、加工済みワークを受け取るワーク受け位置と加工領域外の位置との間を移動するように構成されている。ワークの加工が完了すると、支持部材がワーク受け位置に移動して第１支持部に加工済みワークを受け取り、機外側に移動する。ワークローダは、第１支持部に支持された加工済ワークを把持する第１ワーク把持部と、予め把持した次加工ワークを第２支持部に載置する第２ワーク把持部とを有しており、ワーク保持具の支持部材との間で加工済みワーク及び次加工ワークの受け渡しを行う。その後、支持部材が移動して第２支持部に載置された次加工ワークが主軸に装着され、次加工ワークの加工がなされる。
　特許文献２には、加工中に工作物を把持する二つの振れ止めが取付腕の両端に取り付けられた旋盤が記載されている。工作物の加工中には、二つの振れ止めのうち一方の振れ止めが工作物を把持し、他方の振れ止めがコンベアで送られてきた工作物を把持する。工作物の加工が完了すると、取付腕が１８０°回転し、コンベアで送られてきた工作物が加工位置に運ばれると共に、加工が完了した工作物がコンベア上に運ばれる。
特開２００７－１０５８４６号公報 特開昭６１－１２１８５２号公報
　特許文献１に記載されたものでは、ワーク保持具とワークローダとの間で加工済みワーク及び次加工ワークの受け渡しを行っている時間が、工作物の加工が行えない非加工時間となる。また、特許文献２に記載されたものでは、取付腕の回転によって加工前の工作物と加工後の工作物とを入れ替えることができるので、工作物の交換時間を短くすることができるが、振れ止めと工具等との干渉を避ける必要があるため、工作物の加工箇所に制約が生じるおそれがある。
　そこで、本発明は、工作物を交換する装置と工具等との干渉を容易に回避可能としながらも、非加工時間の削減によって加工サイクルタイムを短縮することが可能な工作物交換装置を備えた工作機械及び加工システムを提供することにある。
　本発明は、上記の目的を達成するため、工作物を加工する工具、前記工作物を保持して回転駆動する工作物保持装置、及び前記工作物に対して前記工具を接近離間させる送り装置を備えた工作機械であって、前記工作物保持装置との間で前記工作物の交換を行う工作物交換装置を備え、前記工作物交換装置は、前記工作物を把持する一対の指部及び前記一対の指部を回転動作させるアクチュエータを有する第１及び第２のハンドと、前記第１及び第２のハンドが取り付けられたアームと、前記アームを回転軸線を中心として回転させる回転駆動装置と、前記アクチュエータ及び前記回転駆動装置を制御する制御部とを備え、前記第１及び第２のハンドは、前記回転軸線を挟む前記アームの二位置にそれぞれ取り付けられており、前記制御部は、前記第１のハンドによって前記工作物を前記工作物保持装置にセットすることが可能な第１回転位置と、前記第２のハンドによって前記工作物を前記工作物保持装置にセットすることが可能な第２回転位置との間で前記アームを半回転させるように前記回転駆動装置を制御すると共に、加工前の前記工作物を前記工作物保持装置にセットした後に当該工作物を把持していた前記一対の指部を前記工具を含む前記工作機械の構成部材との干渉を避けられる位置に開動作させ、前記工作物の加工が完了して前記送り装置によって前記工具を前記工作物から離間させた後に前記一対の指部を閉動作させて加工済の前記工作物を把持するように前記アクチュエータを制御する、工作物交換装置を備えた工作機械を提供する。
　また、本発明は、上記の目的を達成するため、上記の工作物交換装置を備えた工作機械と、複数の工作機械の間で前記工作物の搬送を行うローダとを備え、前記制御部は、前記第１及び第２のハンドのうち一方のハンドによって前記工作物を前記工作物保持装置にセットした後、前記工作物保持装置にセットした前記工作物の加工が完了するまでの間に、前記第１及び第２のハンドのうち他方のハンドの前記アクチュエータを制御して、前記ローダと前記他方のハンドとの間で前記工作物の受け渡しを行う、加工システムを提供する。
　本発明に係る工作物交換装置を備えた工作機械及び加工システムによれば、工作物を交換する装置と工具等との干渉を容易に回避可能としながらも、非加工時間の削減によって加工サイクルタイムを短縮することが可能となる。
図１は、本発明の実施の形態に係る加工システムの構成例を示す概略図である。 図２Ａは、工作機械の一部の構成部材を二点鎖線で示す構成図である。 図２Ｂは、工作機械の一部の構成部材を省略して示す構成図である。 工作物交換装置を含む工作機械の一部の構成部材を工作物の回転軸線に平行な方向から見た構成図である。 工作物交換装置を含む工作機械の一部の構成部材を工作物の回転軸線に平行な方向から見た構成図である。 図５Ａは、第１のハンド及びアームの一方の端部を示す構成図である。 図５Ｂは、第１のハンド及びアームの一方の端部を示す構成図である。 図６Ａは、回転駆動装置の構成例を示す断面図である。 図６Ｂは、回転駆動装置の構成例を示す断面図である。 図７Ａは、アームの回転方向の位置決めのための回転ストッパ部の構成例を示す構成図である。 図７Ｂは、図７ＡのＡ－Ａ線における断面図である。 固定機構の構成を示す断面図である。
［実施の形態］
　本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
　図１は、本発明の実施の形態に係る加工システム１の構成例を示す構成図である。図２Ａは、加工システム１の一部の構成部材を二点鎖線で示す構成図である。図２Ｂは、加工システム１の一部の構成部材を省略して示す構成図である。
　加工システム１は、複数の工作機械と、複数の工作機械の間で工作物９を搬送するローダ１０とを備えている。加工システム１は、複数の工作機械として、研削の前工程及び後工程の加工を行う工作機械２１，２２と、研削加工を行う研削盤３とを備えている。研削盤３は、制御装置３００によって制御され、工作物９の研削加工を行う。また、研削盤３は、ローダ１０との間で工作物９の受け渡しを行う工作物交換装置４を備えている。
　ローダ１０は、研削の前工程の加工を行う工作機械２１から工作物９を研削盤３に搬送すると共に、研削盤３によって研削加工された工作物９を後工程の加工を行う工作機械２２に搬送する。
　研削盤３は、工作物９を回転させながら、工具としての砥石３０を工作物９に押し当てて研削加工を行う。以下、工作物９の回転軸線Ｏ１に沿った水平方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に対して垂直な水平方向をＸ軸方向とする。また、Ｚ軸方向及びＸ軸に対して垂直な鉛直方向をＹ軸方向とする。研削盤３は、砥石３０を工作物９に対してＸ軸方向に進退移動させて工作物９の研削加工を行う。
　研削盤３は、基台であるベッド３１と、ベッド３１に対してＺ軸方向に移動可能なトラバーステーブル３２と、トラバーステーブル３２に対してＸ軸方向に移動可能な砥石台ベース３３と、砥石台ベース３３に取り付けられた砥石台本体３４と、工作物９を保持して回転駆動する工作物保持装置としての第１及び第２の主軸台３５，３６と、工作物９の外径を測定する定寸装置３７とを備えている。
　第１及び第２の主軸台３５，３６は、工作物９を回転させるトルクを発生する主軸台モータ３５１，３６１と、工作物９を軸方向に挟んで保持するセンタ３５２，３６２とをそれぞれ有している。一対のセンタ３５２，３６２は、その先端部が工作物９の軸方向の端面に形成されたセンタ穴に嵌合して工作物９を位置決めすると共に、主軸台モータ３５１，３６１のトルクによって工作物９を回転させる。
　ベッド３１には、トラバーステーブル３２をＺ軸方向に案内するＺ軸ガイドレール３２１，３２２が設けられており、Ｚ軸モータ３２３によって駆動されるボールねじ３２４の回転によってトラバーステーブル３２がＺ軸ガイドレール３２１，３２２に沿って移動する。トラバーステーブル３２には、砥石台ベース３３を案内するＸ軸ガイドレール３３１，３３２が設けられており、Ｘ軸モータ３３３によって駆動されるボールねじ３３４の回転によって砥石台ベース３３がトラバーステーブル３２に対してＸ軸ガイドレール３３１，３３２に沿って移動する。Ｘ軸ガイドレール３３１，３３２、Ｘ軸モータ３３３、及びボールねじ３３４は、工作物９に対して砥石３０を接近離間させる送り装置を構成する。
　砥石台本体３４は、砥石台ベース３３に固定されたハウジング３４０を有しており、ハウジング３４０内に砥石用モータ３４１がビルトインモータとして収容されている。砥石用モータ３４１は、ハウジング３４０内で軸受支持された砥石軸３４２を介して砥石３０を回転させる。砥石３０は、砥石用モータ３４１に回転駆動されて工作物９を研削する。砥石３０の回転軸線Ｏ２は、工作物９の回転軸線Ｏ１と平行である。
　図３及び図４は、Ｚ軸方向から見たローダ１０の一部、砥石３０、砥石台ベース３３、砥石用モータ３４１、第１の主軸台３５、定寸装置３７、工作物９、及び工作物交換装置４を、工作物９の研削箇所にクーラントを供給するクーラントノズル１９と共に示している。クーラントノズル１９は、砥石台ベース３３と共にＸ軸方向及びＺ軸方向に移動する。図３は、工作物９の研削加工を行う直前の状態を示している。図４は、研削加工中の状態を示している。
　ローダ１０は、図１に示すように、三軸の駆動モータ１０１～１０３を有し、レール１００に沿って走行すると共に、ローダハンド１０４を鉛直方向及びレール１００に対して垂直な水平方向に動かすことが可能である。レール１００は、工作機械２の上方を横断しており、図１ではレール１００の一部の図示を省略している。
　ローダ１０のローダハンド１０４は、工作物９を把持する第１及び第２の把持部１０５，１０６を有しており、第１及び第２の把持部１０５，１０６によって二つの工作物９を同時に搬送することが可能である。また、ローダ１０は、鉛直方向に延在するローダアーム１０７、及びローダアーム１０７の下端部に対してローダハンド１０４を１８０°回転させることが可能な手首部１０８を有している。手首部１０８によるローダハンド１０４の回転軸線Ｏは、鉛直方向に対して４５°傾いている。手首部１０８によってローダハンド１０４が１８０°回転すると、第１の把持部１０５と第２の把持部１０６とが入れ替わる。なお、手首部１０８によってローダハンド１０４を回転させる際には、干渉防止のためにローダアーム１０７が上昇する。
　定寸装置３７は、定寸装置本体３７０と、第１の測定子３７１ａを先端部に有する第１の測定ヘッド３７１と、第２の測定子３７２ａを先端部に有する第２の測定ヘッド３７２と、定寸装置本体３７０を第１の測定ヘッド３７１及び第２の測定ヘッド３７２と共に移動させる移動機構３８とを有している。定寸装置３７は、第１の測定ヘッド３７１と第２の測定ヘッド３７２との間に工作物９を挟み、第１の測定子３７１ａ及び第２の測定子３７２ａを工作物９の表面に接触させて工作物９の外径を検出する。定寸装置３７による検出結果の情報は、制御装置３００に送られる。工作物９の研削加工は、砥石３０による研削部位の外径を定寸装置３７によって測定しながら行われる。
　移動機構３８は、定寸装置本体３７０をＺ軸方向に移動させると共に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して傾斜した移動方向に沿って、定寸装置本体３７０を工作物９に対して接近離間させる。図３及び図４では、この定寸装置本体３７０の接近離間方向を矢印Ｄ１で示している。この定寸装置本体３７０の接近離間方向は、Ｘ軸モータ３３３の回転による砥石３０の接近離間方向であるＸ軸方向に対し、工作物９から遠ざかるにつれて鉛直方向に下がる方向に傾斜している。また、定寸装置本体３７０は、工作物９から遠ざかるにつれてアーム６１の回転軸線Ｏ３からＹ軸方向に離間する。
　移動機構３８は、図２Ｂに示すように、移動台３８１と、ボールねじ３８２と、ガイドレール３８３と、ボールねじ３８２を回転させる定寸装置移動用モータ３８４と、第１のスライドテーブル３８５とを備えている。また、移動機構３８は、図３及び図４に示すように、ボールねじナット３８６と、油圧シリンダ３８７と、油圧シリンダ３８７によって矢印Ｄ１方向に移動する第２のスライドテーブル３８８とを有している。ボールねじナット３８６は、複数のボールを介してボールねじ３８２に螺合している。
　移動台３８１は、ベッド３１に固定されている。ボールねじ３８２及びガイドレール３８３は、Ｚ軸方向に延在して移動台３８１に支持されている。第１のスライドテーブル３８５にはボールねじナット３８６が固定されており、定寸装置移動用モータ３８４がボールねじ３８２を回転駆動することにより、第１のスライドテーブル３８５がガイドレール３８３にガイドされてＺ軸方向に移動する。第１のスライドテーブル３８５の上面３８５ａは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して傾斜したガイド面であり、この上面３８５ａに沿って第２のスライドテーブル３８８が移動する。第２のスライドテーブル３８８には、定寸装置本体３７０が固定されている。
　移動機構３８は、定寸装置３７を、図３に示す退避位置と図４に示す測定位置との間で移動させる。退避位置から測定位置に定寸装置３７を移動させる際には、油圧シリンダ３８７が第２のスライドテーブル３８８を第１のスライドテーブル３８５の上面３８５ａに沿って工作物９側に前進させる。この前進の際、定寸装置３７は、Ｙ軸方向にも移動し、工作物９に近づくほど鉛直方向に上昇する。
　定寸装置３７は、第１の測定ヘッド３７１と第２の測定ヘッド３７２との並び方向に対して垂直な中心線Ｃが、第１のスライドテーブル３８５の上面３８５ａと同様に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して傾斜している。この定寸装置３７の傾斜姿勢は、後述する工作物交換装置４の第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂとの干渉を避けやすくすることに寄与している。
　制御装置３００は、研削盤３の各可動部を制御して工作物９の加工を行う加工制御部３０１と、工作物交換装置４の各可動部の制御を行う工作物交換制御部３０２とを有している。加工制御部３０１は、Ｚ軸モータ３２３、Ｘ軸モータ３３３、砥石用モータ３４１、主軸台モータ３５１，３６１、定寸装置移動用モータ３８４、及び油圧シリンダ３８７を制御する。なお、本実施の形態では、一つの制御装置３００に加工制御部３０１と工作物交換制御部３０２とが含まれているが、加工制御部３０１及び工作物交換制御部３０２がそれぞれ独立した別体であってもよい。工作物交換制御部３０２は、工作物交換装置４の一構成要素である。
　工作物９は、図２Ｂに示すように、砥石３０によって研削加工される第１の被加工部９１及び第２の被加工部９２と、第１の被加工部９１及び第２の被加工部９２との間の中間部９３と、第１の主軸台３５側の一端円筒部９４と、第２の主軸台３５側の他端円筒部９５とを一体に有している。第１の被加工部９１及び第２の被加工部９２は、回転軸線Ｏ１を中心とする同心の円柱状である。中間部９３は、研削加工されない非加工部であり、外径が第１の被加工部９１及び第２の被加工部９２の外径よりも小さく形成されている。工作物９の加工時には、第１の被加工部９１の研削加工を行った後、トラバーステーブル３２をＺ軸方向に移動させ、第２の被加工部９２の研削加工を行う。
　工作物交換装置４は、未加工の工作物９をローダ１０から受け取って第１及び第２の主軸台３５，３６にセットする。また、工作物交換装置４は、加工済の工作物９を第１及び第２の主軸台３５，３６から取り出してローダ１０に引き渡す。
　工作物交換装置４は、第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂと、第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂが取り付けられたアーム６１と、アーム６１と一体に回転するシャフト６２と、アーム６１をシャフト６２に対して固定する固定機構７と、アーム６１及びシャフト６２を固定機構７と共に回転軸線Ｏ３を中心として回転させる回転駆動装置８と、工作物交換制御部３０２とを備えている。アーム６１及びシャフト６２の回転軸線Ｏ３は、工作物９の回転軸線Ｏ１と平行であり、工作物９の回転軸線Ｏ１よりも鉛直方向の上方に位置している。
　アーム６１は、回転軸線Ｏ３に直交する方向が長手方向となる平板状の長板である。Ｘ軸方向におけるアーム６１の回転軸線Ｏ３の位置は、Ｘ軸方向における第１及び第２の主軸台３５，３６の一対のセンタ３５２，３６２の位置、すなわち工作物９の保持位置よりも砥石３０から遠い位置である。工作物９は、Ｘ軸方向において砥石３０とアーム６１の回転軸線Ｏ３との間にセットされる。
　第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂは、回転軸線Ｏ３を挟むアーム６１の二位置にそれぞれ取り付けられている。本実施の形態では、第１のハンド５Ａがアーム６１の一方の端部に固定され、第２のハンド５Ｂがアーム６１の他方の端部に固定されている。回転軸線Ｏ３から第１のハンド５Ａまでの距離と、回転軸線Ｏ３から第２のハンド５Ｂまでの距離とは等しく、アーム６１が半回転することで第１のハンド５Ａと第２のハンド５Ｂとが入れ替わる。
　図５Ａ及び図５Ｂは、第１のハンド５Ａ、及びアーム６１の一方の端部を示す構成図である。図５Ａは、第１のハンド５Ａが工作物９を把持した状態を示し、図５Ｂは第１のハンド５Ａが工作物９を把持していない状態を示している。図５Ａ及び図５Ｂでは、第１のハンド５Ａの一部を破断して、内部の構造を示している。なお、第２のハンド５Ｂも、第１のハンド５Ａと同様に構成されている。
　第１のハンド５Ａは、工作物９を把持する一対の指部５１，５２と、一対の指部５１，５２を回転動作させるアクチュエータ５３と、アクチュエータ５３を収容するケース５４とを有している。アクチュエータ５３は、一対の指部５１，５２の間に配置されたラック軸５３１と、ラック軸５３１を進退移動させるシリンダ５３２とを備え、ラック軸５３１の進退移動によって一対の指部５１，５２が回転動作するように構成されている。第２のハンド５Ｂについても同様である。ケース５４は、アーム６１に例えばボルトによって締結されている。
　ラック軸５３１の移動方向は、アーム６１の長手方向に対して傾斜している。図５Ａでは、ケース５４に対するラック軸５３１の移動方向を一点鎖線Ｄ２で示し、回転軸線Ｏ３に垂直なアーム６１の長手方向を一点鎖線Ｄ３で示している。アーム６１の長手方向に対するラック軸５３１の移動方向の傾斜角θ１は、第１のハンド５Ａと定寸装置３７及びクーラントノズル１９との干渉を避けられる角度に設定されている。ラック軸５３１の移動方向を第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂの中心軸方向としたとき、アーム６１の長手方向に対する第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂの中心軸方向の傾斜の方向は、アーム６１の回転軸線Ｏ３よりもＸ軸方向における砥石３０側の位置に工作物９をセットし、かつアーム６１の回転軸線Ｏ３よりもＸ軸方向における砥石３０とは反対側の位置でローダ１０との工作物９の受け渡しを行う方向である。
　一対の指部５１，５２は、工作物９を把持するための複数の爪部５１１，５２１をそれぞれ有している。一対の指部５１，５２のそれぞれの基端部には、ピニオン歯車５１２，５２２が溶接等により一体化されている。ピニオン歯車５１２，５２２は、ラック軸５３１のラック歯５３１ａに噛み合うピニオン歯５１２ａ，５２２ａを有している。ケース５４の一端には、ラック軸５３１と反対側へ突出する二股形状の支持部５４１，５４２が形成されている。ピニオン歯車５１２，５２２は、支持部５４１，５４２の二股形状の間の空間に収容されている。支持部５４１，５４２には、支持軸５４３，５４４が圧入により嵌合固定されており、ピニオン歯車５１２，５２２に支持軸５４３，５４４が隙間嵌合している。一対の指部５１，５２は、支持軸５４３，５４４を介して支持部５４１，５４２に回転可能に軸支されている。一対の指部５１，５２は、ラック軸５３１の移動に伴い、支持軸５４３，５４４を中心として互いに逆方向に回動する。
　第１のハンド５Ａの閉動作は、図５Ａに示すようにラック軸５３１が後退端に移動することによりなされる。第１のハンド５Ａの開動作は、図５Ｂに示すようにラック軸５３１が前進端に移動することによりなされる。シリンダ５３２には、ラック軸５３１に設けられたピストン部５３１ｂが収容されており、ピストン部５３１ｂの一側に作動媒体としての圧縮空気が供給されることによりラック軸５３１が後退し、ピストン部５３１ｂの他側に作動媒体としての圧縮空気が供給されることによりラック軸５３１が前進する。図５Ｂに示すように、第１のハンド５Ａの開動作したときの一対の指部５１，５２の開き角θ２は、１８０°よりも大きい。これにより、一対の指部５１，５２が開動作して工作物９を解放した際には、一対の指部５１，５２が支持軸５４３，５４４よりも工作物９から遠い側まで回動する。図５Ｂに示す例では、一対の指部５１，５２の開き角θ２が３００°である。一対の指部５１，５２が開動作した際には、Ｚ軸方向視において、一対の指部５１，５２のそれぞれの一部がアーム６１に重なる。
　本実施の形態では、工作物交換制御部３０２がシリンダ５３２に圧縮空気を供給することで、第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂのアクチュエータ５３を制御する。ただし、アクチュエータ５３としては、圧縮空気を用いるものに限らず、例えば作動媒体として作動油を用いるものであってもよく、電動モータを用いたものであってもよい。
　図６Ａ及び図６Ｂは、回転駆動装置８の構成例を示す断面図である。図７Ａは、アーム６１の回転方向の位置決めのための回転ストッパ部８０の構成例を示す構成図である。図７Ｂは、図７ＡのＡ－Ａ線における断面図である。本実施の形態では、第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂと同様に、圧縮空気を作動媒体として回転駆動装置８を作動させる。
　回転駆動装置８は、第１及び第２のシリンダ室８１１，８１２が形成されたハウジング８１と、第１のシリンダ室８１１に収容された第１のピストン部材８２と、第２のシリンダ室８１２に収容された第２のピストン部材８３と、第１のピストン部材８２と第２のピストン部材８３との間に配置されたピニオンギヤ８４と、圧縮空気が供給される第１及び第２のポート８５１，８５２とを有している。
　ハウジング８１は、図１及び図２Ａに示すように、支持部材３１１によってベッド３１の作業者側の前部に固定されている。図１及び図２Ａに示す例では、支持部材３１１の取付部３１１ａがベッド３１に直接固定されているが、支持部材３１１が他の部材を介してベッド３１に固定されていてもよい。
　シャフト６２は、図７Ｂに示すように、支持部材３１１に形成された貫通孔３１１ｂに挿通され、アーム６１と共に回転軸線Ｏ３を中心として回転する。シャフト６２は、中心部に空間６２０が形成された中空円筒状である。この空間６２０には、第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂのアクチュエータ５３に圧縮空気を供給するための複数のチューブ５３０が収容されている。複数のチューブ５３０は、図３及び図４に示すように、シャフト６２における回転駆動装置８とは反対側の先端部から導出され、第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂにそれぞれ接続されている。なお、図３、図４、及び図７Ｂ以外の図面では、複数のチューブ５３０の図示を省略している。
　回転駆動装置８のハウジング８１は、第１のシリンダ室８１１と第２のシリンダ室８１２とを区画する区隔壁８１３を有しており、この区隔壁８１３にピニオンギヤ７４を収容する収容部８１３ａが形成されている。ピニオンギヤ７４は、シャフト６２に同軸に連結されており、ピニオンギヤ７４が回転することでシャフト６２が回転する。第１及び第２のピストン部材８２，８３には、ピニオンギヤ７４に噛み合う複数のラック歯８２１，８３１がそれぞれ形成されている。
　図６Ａ及び図６Ｂでは、図面左右方向がＸ軸方向にあたる。第１及び第２のシリンダ室８１１，８１２は、Ｘ軸方向に延在して形成されており、第１及び第２のポート８５１，８５２に供給される圧縮空気によって第１及び第２のピストン部材８２，８３がＸ軸方向の砥石３０側に移動する。図６Ａは、第１のポート８５１に圧縮空気が供給された状態を示し、図６Ａは、第２のポート８５２に圧縮空気が供給された状態を示している。第１及び第２のピストン部材８２，８３は、ピニオンギヤ７４を挟んで互いに逆方向に移動し、ピニオンギヤ７４を回転させる。工作物交換制御部３０２は、圧縮空気の供給先を第１のポート８５１と第２のポート８５２との間で切り替えることで、回転駆動装置８を制御する。
　回転ストッパ部８０は、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、シャフト６２に同軸に固定された円盤状のディスク８００と、ディスク８００に複数のボルト８０１によって固定されたストッパ８０２と、支持部材３１１に複数のボルト８０３によって固定されたＬ字状の第１及び第２の取り付け金具８０４，８０５と、第１の取り付け金具８０４に挿通された第１の当接部材８０６と、第２の取り付け金具８０５に挿通された第２の当接部材８０７と、第１の当接部材８０６を第１の取り付け金具８０４に固定する一対のナット８０８と、第２の当接部材８０７を第２の取り付け金具８０５に固定する一対のナット８０９とを備えている。
　ディスク８００及びストッパ８０２は、シャフト６２と一体に回転する。アーム６１及びシャフト６２は、ストッパ８０２が第１の当接部材８０６に当接する第１回転位置と、ストッパ８０２が第２の当接部材８０７に当接する第２回転位置との間で、１８０°の回転が可能である。回転ストッパ部８０は、第１の当接部材８０６の第１の取り付け金具８０４へ固定位置、及び第２の当接部材８０７の第２の取り付け金具８０５へ固定位置の調節により、アーム６１及びシャフト６２の回転方向における１８０°の両端の位置を調整可能である。図７Ａでは、第１の当接部材８０６に当接したストッパ８０２を実線で示し、第２の当接部材８０７に当接したストッパ８０２を二点鎖線で示している。
　アーム６１が第１回転位置にあるとき、図３に示すように、第１のハンド５Ａによって未加工の工作物９を第１及び第２の主軸台３５，３６にセットすることが可能となる。また、アーム６１が第２回転位置にあるとき、第２のハンド５Ｂによって未加工の工作物９を第１及び第２の主軸台３５，３６にセットすることが可能となる。工作物交換制御部３０２は、一つの工作物９の加工が完了する度に、第１回転位置と第２回転位置との間でアーム６１を半回転させるように回転駆動装置８を制御する。
　図８は、固定機構７の構成を示す断面図である。固定機構７は、工作物９の形状等に応じて、アーム６１をシャフト６２の長手方向の任意の位置に固定することが可能である。本実施の形態では、第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂの一対の指部５１，５２によって第１及び第２の主軸台３５，３６に保持された工作物９の中間部９３を把持することが可能な位置に、アーム６１が固定されている。
　固定機構７は、アーム６１の突起６１１の内周面６１１ａとシャフト６２の外周面６２ａとの間に配置され、シャフト６２にアーム６１を軸方向移動可能に固定する役目を持つ。固定機構７は、アーム６１の突起６１１の内周面６１１ａの内径側に配置された円筒状で径方向に弾性変形可能な外径側嵌合部材７１と、シャフト６２の外周面６２ａの外径側に配置され、シャフト６２に対して軸方向移動可能でかつ径方向に弾性変形可能な内径側嵌合部材７２と、内径側嵌合部材７２に対して外径側嵌合部材７１を軸方向に移動させる複数のクランプボルト７３とを有して構成されている。外径側嵌合部材７１と内径側嵌合部材７２とは、二重の円筒構造を形成する。アーム６１には、シャフト６２を挿通させる貫通孔６１ａが形成されており、貫通孔６１ａの外径側に円筒状の突起６１１が設けられている。外径側嵌合部材７１の内周面７１ａは、シャフト６２の軸方向に対して傾斜したテーパ面となっている。
　内径側嵌合部材７２は、外径側嵌合部材７１の内周面７１ａに対向するテーパ状の外周面７２１ａを有する内側円筒部７２１と、複数のクランプボルト７３を挿通させる複数のボルト挿通孔７２２ａが形成された壁部７２２と、外径側嵌合部材７１の外周面７１ｂを覆う外周円筒部７２３とを有している。外径側嵌合部材７１には、内径側嵌合部材７２の複数のボルト挿通孔７２２ａのそれぞれと並ぶ位置にねじ穴７１１が形成されている。それぞれのクランプボルト７３は、内径側嵌合部材７２のボルト挿通孔７２２ａに挿通されて外径側嵌合部材７１のねじ穴７１１に螺合する。
　アーム６１をシャフト６２に固定する際には、クランプボルト７３を締め付け、クランプボルト７３の軸力によりアーム６１の突起６１１及び外径側嵌合部材７１を内径側嵌合部材７２に引き寄せる。これにより、外径側嵌合部材７１が拡径して外径側嵌合部材７１の外周面７１ｂがアーム６１の突起６１１の内周面６１１ａに押し付けられ、内径側嵌合部材７２が縮径して内側円筒部７２１の内周面７２１ｂがシャフト６２の外周面６２ａに押し付けられる。そして、内側円筒部７２１の内周面７２１ｂとシャフト６２の外周面６２ａとの間に発生する摩擦力により、アーム６１がシャフト６２に固定される。
　次に、工作機械２によって複数の工作物９を連続して加工する手順について説明する。工作機械２は、アーム６１を回転させることにより、短時間で第１のハンド５Ａが把持する工作物９と第２のハンド５Ｂが把持する工作物９とを入れ替え、非加工時間を削減してサイクルタイムを短縮する。
　より具体的には、例えば第１のハンド５Ａが把持していた工作物９の加工を行いながら、既に加工が完了した工作物９を第２のハンド５Ｂによってローダ１０に引き渡す。そして、一旦ローダアーム１０７を上昇させて手首部１０８によってローダハンド１０４を１８０°回転させ、ローダ１０から第２のハンド５Ｂに未加工の工作物９を渡す。この際、第１のハンド５Ａは、回転軸線Ｏ３よりも鉛直方向の下方に位置し、第２のハンド５Ｂは、回転軸線Ｏ３よりも鉛直方向の上方に位置する。その後、第１のハンド５Ａが把持していた工作物９の加工が完了したら、その工作物９を第１のハンド５Ａによって把持し、アーム６１の回転によって第２のハンド５Ｂが把持している工作物９を第１及び第２の主軸台３５，３６にセットする。加工が完了した工作物９は、第１のハンド５Ａからローダ１０に引き渡される。
　第２のハンド５Ｂとローダ１０との間で工作物９の受け渡しを行う間は、第１のハンド５Ａを第１及び第２の主軸台３５，３６の近傍で待機させる必要がある。前述のように、工作物９の加工は、中間部９３を挟む第１の被加工部９１の加工と第２の被加工部９２の加工とを順次トラバーステーブル３２をＺ軸方向に移動させて行うので、トラバーステーブル３２の移動の際に砥石３０やクーラントノズル１９と第１のハンド５Ａとの干渉を避けることが必要である。また、トラバーステーブル３２の移動に連れて定寸装置本体３７０ならびに第１の測定ヘッド３７１及び第２の測定ヘッド３７２もＺ軸方向に移動するので、定寸装置本体３７０ならびに第１の測定ヘッド３７１及び第２の測定ヘッド３７２と第１のハンド５Ａとの干渉を避けることも必要である。
　このため、工作物交換制御部３０２は、加工前の工作物９を第１及び第２の主軸台３５，３６にセットした後に当該工作物９を把持していた一対の指部５１，５２を工作機械２の構成部材との干渉を避けられる位置に開動作させ、当該工作物９の加工が完了してＸ軸モータ３３３により砥石３０を工作物９から離間させた後に一対の指部５１，５２を閉動作させて加工済の工作物９を把持するように、第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂのアクチュエータ５３を制御する。ここで、工作機械２の構成部材とは、具体的には砥石３０、クーラントノズル１９、及び定寸装置３７である。つまり、第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂは、工作物９を第１及び第２の主軸台３５，３６にセットした後、一対の指部５１，５２の開動作によって、砥石３０、クーラントノズル１９、及び定寸装置３７との干渉が避けられる位置まで、一対の指部５１，５２を大きく開く。
　また、工作物交換制御部３０２は、第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂのうち一方のハンドによって工作物９を第１及び第２の主軸台３５，３６にセットした後、セットした工作物９の加工が完了するまでの間に、第１及び第２のハンド５Ａ，５Ｂのうち他方のハンドのアクチュエータ５３を制御して、ローダ１０との間で工作物９の受け渡しを行う。これにより、未加工の工作物９と加工済の工作物９とを速やかに交換することができ、サイクルタイムを短縮することができる。すなわち、以上説明した本実施の形態によれば、非加工時間の削減によって加工サイクルタイムを短縮することが可能となる。
（付記）
　以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、この実施の形態は請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、一部の構成を省略し、あるいは構成を追加もしくは置換して、適宜変形して実施することが可能である。また、上記の実施の形態では、工作機械２が研削盤である場合を例にとって説明したが、これに限らず、例えば切削機や組付機に本発明を適用することも可能である。
１…加工システム
１０…ローダ
２…研削盤（工作機械）
３０２…工作物交換制御部
３０…砥石（工具）
３３１，３３２…Ｘ軸ガイドレール（送り装置）
３３３…Ｘ軸モータ（送り装置）
３３４…ボールねじ（送り装置）
３５，３６…第１及び第２の主軸（工作物保持装置）
３７…定寸装置
３７０…定寸装置本体
３７１…第１の測定ヘッド
３７２…第２の測定ヘッド
３８…移動機構
４…工作物交換装置
５１，５２…指部
５３…アクチュエータ
５Ａ…第１のハンド
５Ｂ…第２のハンド
６１…アーム
８…回転駆動装置
９…工作物

Claims (6)

  1. 　工作物を加工する工具、前記工作物を保持して回転駆動する工作物保持装置、及び前記工作物に対して前記工具を接近離間させる送り装置を備えた工作機械であって、
    　前記工作物保持装置との間で前記工作物の交換を行う工作物交換装置を備え、
    　前記工作物交換装置は、
    　前記工作物を把持する一対の指部及び前記一対の指部を回転動作させるアクチュエータを有する第１及び第２のハンドと、
    　前記第１及び第２のハンドが取り付けられたアームと、
    　前記アームを回転軸線を中心として回転させる回転駆動装置と、
    　前記アクチュエータ及び前記回転駆動装置を制御する制御部とを備え、
    　前記第１及び第２のハンドは、前記回転軸線を挟む前記アームの二位置にそれぞれ取り付けられており、
    　前記制御部は、
    　前記第１のハンドによって前記工作物を前記工作物保持装置にセットすることが可能な第１回転位置と、前記第２のハンドによって前記工作物を前記工作物保持装置にセットすることが可能な第２回転位置との間で前記アームを半回転させるように前記回転駆動装置を制御すると共に、
    　加工前の前記工作物を前記工作物保持装置にセットした後に当該工作物を把持していた前記一対の指部を前記工具を含む前記工作機械の構成部材との干渉を避けられる位置に開動作させ、前記工作物の加工が完了して前記送り装置によって前記工具を前記工作物から離間させた後に前記一対の指部を閉動作させて加工済の前記工作物を把持するように前記アクチュエータを制御する、
    　工作物交換装置を備えた工作機械。
  2. 　前記工具が砥石であり、前記砥石による研削部位の外径を定寸装置によって測定しながら前記工作物の研削加工が行われ、
    　前記工作物を前記工作物保持装置にセットした後、前記開動作によって前記砥石及び前記定寸装置との干渉が避けられる位置まで前記一対の指部を開く、
    　請求項１に記載の工作物交換装置を備えた工作機械。
  3. 　前記定寸装置は、定寸装置本体と、前記定寸装置本体から前記工作物側へ突出して前記工作物を挟み込む第１の測定ヘッド及び第２の測定ヘッドと、前記定寸装置本体を前記工作物に対して接近離間させる移動機構とを有し、前記定寸装置本体の接近離間方向が、前記送り装置による前記工具の接近離間方向に対し、前記工具から遠ざかるにつれて下がる方向に傾斜している、
    　請求項２に記載の工作物交換装置を備えた工作機械。
  4. 　前記アクチュエータは、前記一対の指部の間に配置されたラック軸と、前記ラック軸を進退移動させるシリンダとを備え、前記ラック軸の進退移動によって前記一対の指部が回転動作するように構成されており、
    　前記ラック軸の移動方向が前記アームの長手方向に対して傾斜しており、
    　前記送り装置による前記工具の接近離間方向において、前記アームの前記回転軸線が、前記工作物保持装置による前記工作物の保持位置よりも前記砥石から遠い位置にある、
    　請求項２又は３に記載の工作物交換装置を備えた工作機械。
  5. 　前記開動作させたときの前記一対の指部の開き角が１８０°よりも大きい、
    　請求項４に記載の工作物交換装置を備えた工作機械。
  6. 　請求項１に記載の工作物交換装置を備えた工作機械と、
    　複数の工作機械の間で前記工作物の搬送を行うローダとを備え、
    　前記制御部は、前記第１及び第２のハンドのうち一方のハンドによって前記工作物を前記工作物保持装置にセットした後、前記工作物保持装置にセットした前記工作物の加工が完了するまでの間に、前記第１及び第２のハンドのうち他方のハンドの前記アクチュエータを制御して、前記ローダと前記他方のハンドとの間で前記工作物の受け渡しを行う、
    　加工システム。
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