JP3780144B2 - ワークの供給反転装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工機で加工されるワークを供給及び反転させるワークの供給反転装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
縦形のフライス盤やマシニングセンタなどの従来の加工機では、加工されるワークを保持するテーブルと、ワークを加工する工具（刃具）を保持する主軸とを備えているが、テーブルが水平方向に移動可能となっているのに対し、主軸が垂直方向に移動可能となっている。従って、これらの部材ではワークをパレットから取り出して加工位置に供給したり、反転することができない。このため、ワークの供給及び反転を行うためのロボットが必要となっている。
【０００３】
図４はこのような従来の加工機を示す。工具１０１を回転自在に保持した主軸１０２は垂直方向（Ｚ方向）に移動可能となっている。これに対し、ワーク１０３は水平方向（ＸＹ方向）に移動可能なテーブル１０４に取り付けられる。このテーブル１０４は、ワーク１０３を狭持するバイス１０５をその上面に有している。バイス１０５はテーブル１０４上で相互の接離方向（Ｌ方向）に移動可能となっており、その移動によってワーク１０３を狭持してテーブル１０４上に固定する。
【０００４】
ロボット１０８としては多間接ロボットが使用される。このロボット１０８は先端にチャック１０６を有しており、矢印Ｎ、Ｑ、Ｒ及びＳ方向に回動可能となっていることにより三次元方向に移動し、テーブル１０４に接近及び離反する。又、チャック１０６は、矢印Ｍ方向に沿って開閉するチャック爪１０７を有しており、チャック爪１０７がワーク１０３を把持するようになっている。
【０００５】
このような加工機では、ワーク１０３は機外に配置されているストッカ（図示省略）に整列状に載置されており、ロボット１０８のチャック爪１０７によって把持されて加工機内に運ばれる。そして、ワーク１０３はテーブル１０４上で開いているバイス１０５の間に搬送され、この搬送の後、ロボット１０８が機外に退出し、バイス１０５が閉じてワーク１０３がテーブル１０４の定位置に固定される。
【０００６】
その後、主軸１０２のＺ方向への移動と、テーブル１０４のＸＹ方向への移動とによって工具１０１によるワーク１０３の加工が行われる。加工後におけるワーク１０３の排出は、バイス１０５が開き、ロボット１０８が機内に移動し、ロボット１０８のチャック爪１０７が開いてワーク１０３を把持し、この把持状態で１０８が機外に移動することによって行われ、ワーク１０３は機外のパレットへ整列される。
【０００７】
このような加工機では、ワーク１０３はバイス１０５が把持している部分への加工ができない。このため、ワーク１０３への加工が終了した時点で、バイス１０５が把持している部分を加工側に出すためのワーク１０３の反転を行う。
【０００８】
図５〜図８はこのようなワーク１０３の反転を行うため、特開平８−２５７８６６号公報に開示された反転装置を示す。この装置では、ワークグリッパ１１１を用いてワーク１０３を反転するものであり、ワークグリッパ１１１は図６に示すように、ワーク１０３を把持する一対の把持爪１１６を有している。
【０００９】
この装置における主軸１０２には、主軸スリーブ１０２ａが取り付けられており、主軸スリーブ１０２ａには図６に示すように、エア孔継ぎ手１１３ａ、１１３ｂが設けられている。ワークグリッパ１１１は主軸１０２に隣接した工具マガジン１１０の工具交換アーム１１２に取り付けられて主軸１０２の主軸スリーブ１０２ａに装着される。この装着は図７に示すように、主軸スリーブ１０２ａのエア孔継ぎ手１１３ａ、１１３ｂ内に、ワークグリッパ１１１の接手ピン１１４ａ、１１４ｂが挿入されることにより行われる。そして、この挿入により、電磁弁１１５を介してエアー源Ｐと把持爪１１６との間にエア流路が形成されるため、一対の把持爪１１６が開閉してワーク１０３の把持及びその解放が行われる。
【００１０】
この装置におけるテーブル１０４には、図４に示すように、ワーク１０３を保持するチャック台１１７が設けられる。チャック台１１７はワークを把持するチャック爪１１８を有していると共に、矢印Ｔ方向に旋回可能となっている。
【００１１】
図８は、この装置によるワーク１０３の反転作動を示し、ワーク１０３におけるハッチング部分がチャック爪１１８の把持されて加工が行われていない部分であり、このハッチング部分を加工側に出すように反転する。
【００１２】
まず、（ａ）で示すように、チャック台１１７がＴ方向に旋回した後、（ｂ）で示すように、主軸１０２に把持されていた工具１０１がワークグリッパ１１１と交換される。この交換は図示を省略した工具交換装置によって行われるものである。そして、（ｃ）で示すように、チャック台１１７がＸ方向に移動して主軸１０２に接近する。このとき、ワークグリッパ１１１の把持爪１１６は開いた状態であり、ワーク１０３が把持爪１１６内に進入して把持爪１１６が閉じることによりワーク１０３が把持される。
【００１３】
（ｄ）で示すように、チャック台１１７のチャック爪１１８が開いてワークを解放し、その後、主軸１０２から離れるＸ方向へ移動する。次に、（ｅ）で示すように、ワークグリッパ１１１は主軸１０２の回転により１８０°回転する。これにより、ワークグリッパ１１１に把持されているワーク１０３も同時に回転して反転する。
【００１４】
その後、（ｆ）で示すように、チャック台１１７がチャック１１８を開いた状態でＸ方向から主軸１０２に接近する。このとき、ワーク１０３はチャック爪１１８の中間に位置し、その後、チャック爪１１８が閉じてワーク１０３を把持する。そして、（ｇ）で示すように、ワークグリッパ１１１の把持爪１１６が開き、さらに、チャック１１７台は主軸１０２から離れるＸ方向に移動する。これにより、ワーク１０３のハッチング部分が加工側に向いて、一連のワーク１０３の反転動作が終了する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示す加工機のように、ロボット１０８を用いてワーク１０３の供給及び排出を行う構造では、加工時の移動の際に主軸１０２とロボット１０８とが接触するため、ロボット１０８を機外に設置する必要がある。この場合には、必然的にワーク１０３やワーク１０３のパレット等も機外に設置することとなるため、加工機とロボット、パレットを含めた装置の全体が大きくなり、設置スペースを広範囲とする必要がある。また、ワークの運搬のために、ロボット等の設備が必要であり、構造が複雑となって、その制御が難しくなるばかりでなく、装置のコストが高騰する。
【００１６】
特開平８−２５７８６６号公報の反転装置では、ワーク１０３を反転させるためにワークグリッパ１１１が必要であり、部品点数が多くなっている。しかもワークグリッパ１１１は主軸１０２に装着されて使用されるのに対し、通常の加工時、主軸１０２には工具１０１が装着されているので、ワーク１０３を反転する際には、主軸への工具交換が必要となる。この工具交換の間は、ワーク１０３の加工ができないため、加工効率が低下する問題を有している。又、ワークグリッパ１１１の装着、ワークグリッパ１１１の回動、チャック爪１１８や把持爪１１６の開閉を行う必要があるため、ワーク１０３を反転させるまでに時間がかかる。このため、１つの部品を加工するサイクルタイムが長くなり、生産性が低下する問題も有している。
【００１７】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、ワークを供給及び反転するのに際し、加工機を大きくすることなく、しかも、効率良く、短時間でワークの供給及び反転を行うことができ、加工のサイクルタイムを短縮することが可能なワークの供給反転装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、工具を着脱自在に保持する工具軸と、工具軸を保持すると共に、三次元方向に移動可能となっており、ワークの供給位置及びワークの加工位置の間を移動する主軸と、前記工具軸を保持する前記主軸に取り付けられると共に、主軸の軸線回りに回動可能となっており、前記ワークを着脱自在に把持するワークハンドと、ワークを着脱自在に把持するワークチャックを有し、前記工具によって加工が行なわれるときに前記ワークの加工位置に配置された第１の状態と、前記ワークチャックに対して前記ワークを反転して把持させようとするときに前記主軸の軸線方向に沿って旋回した第２の状態と、に回動可能に支持されたワークテーブルと、を備えていることを特徴とするワークの供給反転装置。
【００１９】
この発明では、工具軸及びワークハンドを備えた主軸がワークの供給位置に移動することにより、ワークハンドがワークを把持する。そして、主軸がワークの加工位置に移動することにより、ワークはワークハンドからワークテーブルに移し替えられてワークテーブルに把持される。この状態で、主軸が移動して、工具軸が把持している工具によりワークの加工が行われる。
【００２０】
ワークへの所定の加工の後、ワークを反転させるときは、ワークテーブルが主軸の軸線方向に沿って旋回し、この状態で、主軸がワークテーブルの方向に移動してワークハンドがワークを把持する。そして、ワークの把持状態でワークハンドが主軸の軸線回りに回動することによりワークを反転させる。その後、主軸がワークテーブルの方向に移動し、反転したワークをワークテーブルが把持する。これにより、ワークは反転した状態でワークテーブルに把持されるため、主軸の移動によって、工具軸の工具は反転したワークを加工する。
【００２１】
このような請求項１の発明では、主軸がワークを把持するワークハンドを備えており、主軸の三次元方向への移動によって、ワークテーブルへのワークの供給を行うことができる。一方、ワークの反転は、ワークテーブルの旋回とワークハンドの回動とによって行うことができる。従って、ワークを供給するためのロボットが不要となり、加工機の全体を小型化することができると共に、構造が簡単となり、制御も容易となる。又、ワークの反転のためのワークグリッパも不要となり、部品点数が減じる。しかも、ワークの反転の際に工具をワークグリッパと交換する必要がなく、ワークの反転を短時間で行うことができ、加工効率を向上させることができる。
【００２２】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明であって、前記ワークハンドが前記主軸の軸線方向に移動可能となっていることを特徴とする。
【００２３】
この発明では、ワークの供給や反転の際に、ワークハンドが主軸の軸線方向に移動して、ワークの把持やその解放を行うため、主軸の移動量が少なくなり、迅速にワークの供給、反転を行うことができ、加工効率が向上する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施の形態により具体的に説明する。なお、各実施の形態において、同一の要素は同一の符号を付して対応させてある。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１が適用された加工機の斜視図、図２はワーク反転時の正面図である。この実施の形態では、加工機１のベッド２にワークテーブル１５及びパレット５が支持されると共に、ベッド２の上方には主軸７が配置されており、ワークテーブル１５の位置がワーク３の加工位置、パレット５の位置がワーク３の供給位置となっている。
【００２８】
主軸７はＺ１軸に沿った垂直方向の移動及びＸＹ軸に沿った水平方向の移動が可能となっており、これにより、主軸７は三次元方向に移動可能となっている。これらの移動は、図示を省略したサーボモータ等のモータ及びボールネジ等の組み合わせによって行われる。三次元方向の移動によって、主軸７はワーク３の供給位置（パレット５）及びワーク３の加工位置（ワークテーブル１５）の間を移動する。
【００２９】
主軸７の軸線方向の先端には、工具軸６が回動可能に取り付けられている。工具軸６には、ワーク３に加工を行うための工具（刃具）４が着脱自在に装着されており、工具軸６の回動によって工具４が矢印Ａ方向に回動するようになっている。
【００３０】
さらに、主軸７の外周部分の先端には、ワークハンド１３が取り付けられている。このワークハンド１３は開閉してワーク３を把持及び解放するハンド爪１２を備えている。ハンド爪１２はエア等を駆動源として開閉する。
【００３１】
この場合、主軸７の外面には、Ｚ１軸と平行なＺ２軸方向に駆動する直動シリンダ８が取り付けられ、直動シリンダ８のロッドの先端に直動ガイド９が連結されている。直動ガイド９はガイド１０により主軸７の軸心方向に移動するように案内される。そして、直動ガイド９の先端には、水平面内でＥ方向に１８０°回動可能となっている旋回ユニット１１が取り付けられ、この旋回ユニット１１に上述したワークハンド１３が取り付けられている。従って、ワークハンド１３は直動シリンダ８の駆動によって主軸７の軸線方向（Ｚ２方向）に移動可能となっていると共に、旋回ユニット１１の駆動によって主軸７の軸線（Ｚ２軸）回りに回動可能となっている。
【００３２】
ワーク３の加工位置に配置されたワークテーブル１５は、ベッド２上に固定されたテーブル受け１４に旋回可能に支持されている。ワークテーブル１５はテーブル受け１４の回転中心Ｆを中心として、Ｂ方向に９０°旋回するようになっており、これにより、ワークテーブル１５は主軸７の軸線（Ｚ１軸）回りに９０°旋回する。このワークテーブル１５の旋回は、テーブル受け１４に固定された旋回用モータ１６の駆動によって行われるものである。
【００３３】
ワークテーブル１５上には、Ｃ方向に直線的に移動する一対のワークチャック１７が取り付けられている。ワークチャック１７はエア等を駆動源として移動することにより、開閉作動し、これによりワーク３の把持及びその解放を行うようになっている。
【００３４】
ワーク３の供給位置のパレット５は、ワークテーブル１５に近接した位置に配置されており、加工前のワーク３及び加工後のワーク３が整列状に載置される。このパレット５は、後述するように主軸７の移動によってワーク３の供給及び排出を行うところから加工機１の内部に配置されるものである。
【００３５】
次に、この実施の形態に作動を説明する。まず、ワーク３の供給では、ベッド２上のパレット５上方に主軸７が移動する。このとき、主軸７にはワークハンド１３が取り付けられているため、ワークハンド１３も一体的に移動する。この移動は、取り出すワーク３の真上にワークハンド１３の中心がくるように予め設定されている。ワークハンド１３はハンド爪１２が開いた状態でＺ２軸に沿って下方に移動し、ハンド爪１２がワーク３を把持できる位置に停止する。そして、ハンド爪１２が閉じることにより、ワーク３がワークハンド１３に把持される。
【００３６】
その後、ワークハンド１３はＺ２軸に沿って上方へ移動し、更に主軸７がＸ及びＹ方向移動することにより、ワーク３がワークテーブル１５で把持できる位置に移動される。このとき、ワークチャック１７は開いた状態となっており、ワークハンド１３がＺ２軸に沿って下方へ移動することにより、ワーク３がワークテーブル１５上に移し替えられる。そして、ワークチャック１７が閉じると共に、ワークハンド１３のハンド爪１２が開くことにより、ワーク３がワークテーブル１５に把持される。又、ワークハンド１３は直動シリンダ８の駆動によってＺ２軸に沿った上方に退避する。その後、工具軸６の工具４によってワーク３の加工が行われる。
【００３７】
加工されたワーク３の反転は、まず、旋回用モータ１６の駆動によってワークテーブル１５が、主軸７の軸線（Ｚ１軸）方向に沿って９０°旋回する。これにより、ワーク３は図２に示すように、水平方向に傾いた状態となる。これに対し、直動シリンダ８が駆動することにより、ワークハンド１３はハンド爪１２が開いた状態で、ワーク３の上方からＺ２軸に沿って下降する。このとき、ワーク３を供給した位置とは異なるため、主軸７もＺｌ軸に沿って移動する。
【００３８】
そして、ワーク３の側面をワークハンド１３のハンド爪１２が把持し、ワークチャック爪１７が開く。その後、主軸７がＸ方向に移動することにより、ワークハンド１３はワークテーブル１５のワークチャック１７からワーク３が完全に抜けきる位置までＸ方向へ移動する。この位置で、ワークハンド１３は旋回ユニット１１により水平面内で１８０°旋回する。この旋回によって、ワーク３は反転された状態となる。この旋回後、主軸７がＸ方向に移動し、ワークハンド１３がワークテーブル１５にワーク３を戻す。ワークテーブル１５に戻った時点で、ワークチャック１７はワーク３を把持する一方、ワークハンド１３のハンド爪１２が開き、ワーク３がワークテーブル１５に把持され、ワークハンド１３が上方に退避する。その後、ワークテーブル１５が反対方向に旋回し、これにより、ワーク３は反転された状態でワークテーブル１５に把持され、ワーク３の反転部分への加工が行われる。
【００３９】
以上によって、ワーク３への加工が終了すると、ワーク３の排出が行われる。この排出は、ハンド爪１２が開いた状態で、主軸７のＸＹ方向へ移動によってワークハンド１３がワーク３上方に移動する。ワークテーブル１５では、ワークチャック１７が開き、次に、ワークハンド１３のハンド爪１２が閉じる。これにより、ワーク３はワークハンド１３に把持される。そして、ワークハンド１３はＺ２軸に沿って上方へ移動する。その後における主軸７のＸＹ方向への移動によって、ワーク３はパレット５における載置位置まで搬送され、ワークハンド１３が下降し、ハンド爪１２が開くことにより、ワーク３をパレット５の所定位置に載置する。以上の作動によって、ワーク３の加工を含めたワーク３の供給、反転、排出の一連の動作が終了する。
【００４０】
このような実施の形態では、主軸７の移動を利用して、ワーク３の供給、排出を行うため、ワークの供給、排出のための部材及びパレット５の全てを加工機１内に配置することができ、加工機を小型とすることができる。又、ワーク３を加工途中で反転する際も、工具交換が必要なくなり、加工終了と同時に反転させることができるため、加工のサイクルタイムを短くすることができ、加工効率を向上させることができる。
【００４１】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２を示す。この実施の形態では、ワーク３を１個ずつ供給するワーク供給ボックス２０が加工機１の内部に配置されており、ワーク供給ボックス２０がワーク３の供給位置となっている。従って、主軸７はワーク供給位置としてのワーク供給ボックス２０及びワークの加工位置であるワークテーブル１５の間を往復移動する。
【００４２】
ワーク供給ボックス２０は、所定寸法に切断されたワーク３が１個ずつ抜け出るワーク口（図示省略）を主軸７側に有している。ワーク３が既に所定寸法に切断されている場合、ワーク３はワーク供給ボックス２０内のシュータやシリンダなどの送り機構によってワーク口に供給される。一方、ワーク３が長尺のままである場合、ワーク供給ボックス２０内にカッター（図示省略）が設けられ、カッターの駆動によって所定寸法に切断された後、ワーク口に供給される。そして、これらのワーク３は水平状態或いは幾分傾いた傾斜状態でワーク口から抜け出るようになっており、主軸７に取り付けられているワークハンド１３によって把持されてワーク供給ボックス２０から取り出される。
【００４３】
次に、この実施の形態の作動を説明する。ワークテーブル１５へのワーク３の供給は、図示するようにワークテーブル１５が９０°旋回することにより、ワークチャック１７がワーク供給ボックス２０側に位置した状態で行われる。ワーク供給ボックス２０では、ワーク口からワーク３が抜け出た状態となっており、主軸７がワーク供給ボックス２０方向に移動し、ワークハンド１３のハンド爪１２がワーク口のワーク３を把持してワーク口からワーク３を取り出す。そして、主軸７がＸ方向に移動してワーク３をワークテーブル１５まで搬送し、その後、ワークチャック１７がワーク３を把持する。
【００４４】
そして、主軸７がＺ１軸に沿って上昇した後、旋回用モータ１６の駆動によってワークテーブル１５が主軸７の軸線回りに旋回してワークチャック１７が主軸７の下方に位置する。この状態で、主軸７がワーク３まで達し、工具軸６が保持している工具４によってワーク３の加工が行われる。
【００４５】
ワーク３を反転させる場合、旋回用モータ１６の駆動により、ワークテーブル１５が旋回してワークチャック１７がワーク供給ボックス２０側に位置した図３の状態となる。この状態に対し、主軸７がワーク３方向に移動した後、直動シリンダ８が駆動してワークハンド１３がワーク３に達する。
【００４６】
そして、ワークハンド１３のハンド爪１２がワーク３を把持し、主軸７がＸ方向に移動してワークチャック１７からワーク３を取り出す。その後、主軸７が上昇し、旋回ユニット１１の駆動によってワークハンド１３が１８０°旋回する。この旋回によって、ワーク３が反転された状態となる。その後、主軸がＸ方向に移動し、ワークハンド１３がワークテーブル１５にワーク３を戻す。
【００４７】
ワーク３がワークテーブル１５に戻った状態で、旋回用モータ１６が駆動して、ワークテーブル１５が上方に向いた状態となる。これにより、ワーク３の反転された部分への加工が行われる。
【００４８】
このように実施の形態では、実施の形態１と同様な効果を有していると共に、ワーク３をワーク供給ボックス２０から供給するため、パレット５が不要となる。従って、ワーク３の加工時に発生した切り粉がパレット５内の加工前のワーク３や加工後のワーク３に付着することがないため、切り粉を除去する操作が不要となる。
【００４９】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されることなく、種々変更が可能である。例えば、ワークハンド１３を主軸７の軸線方向に移動させる直動シリンダ８を省いても良く、この場合は、主軸７のＺ１方向への移動と一体となってワークハンド１３を移動させることにより、ワーク３のパレット５からの取り出しや、ワークテーブル１５からのワーク３の取り出しを行うことができる。又、パレット５としては、ワーク３を供給するためのもの及びワーク３を排出するためのものを別個に配置しても良い。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ワークを供給するロボットが不要となり、主軸の移動だけでワークの供給を行うことができ、構造が簡単となって、加工機全体を小型化することができる。又、ワークの反転の際に、工具の交換が不要となり、ワークの反転を短時間で行うことができ、加工効率を向上させることができる。
【００５１】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、ワークハンドが主軸の軸線方向に移動してワークの把持やその解放を行うため、主軸の移動量が少なくなり、迅速にワークの供給、反転を行うことができ、加工効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の斜視図である。
【図２】実施の形態１におけるワークの反転時の正面図である。
【図３】本発明の実施の形態２の斜視図である。
【図４】従来の加工機の斜視図である。
【図５】ワークの反転を行う従来装置の正面図である。
【図６】図５に装置に用いる主軸の底面図である。
【図７】図５の装置に用いるワークグリッパの断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｇ）は、図５の装置によるワークの反転手順を示す正面図である。
【符号の説明】
３ ワーク
４ 工具
５ パレット
６ 工具軸
７ 主軸
１３ ワークハンド
１５ ワークテーブル
１７ ワークチャック

Claims (2)

1. 工具を着脱自在に保持する工具軸と、
   工具軸を保持すると共に、三次元方向に移動可能となっており、ワークの供給位置及びワークの加工位置の間を移動する主軸と、
   前記工具軸を保持する前記主軸に取り付けられると共に、主軸の軸線回りに回動可能となっており、前記ワークを着脱自在に把持するワークハンドと、
   ワークを着脱自在に把持するワークチャックを有し、前記工具によって加工が行なわれるときに前記ワークの加工位置に配置された第１の状態と、前記ワークチャックに対して前記ワークを反転して把持させようとするときに前記主軸の軸線方向に沿って旋回した第２の状態と、に回動可能に支持されたワークテーブルと、
   を備えていることを特徴とするワークの供給反転装置。
2. 前記ワークハンドが前記主軸の軸線方向に移動可能となっていることを特徴とする請求項１記載のワークの供給反転装置。

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