JP5843452B2 - ロボットおよびワーク加工システム - Google Patents

Description

本発明は、加工装置にワークおよび加工ユニットを着脱するロボット、およびそれを用いたワーク加工システムに関するものである。

例えば、差動ギヤ機構が収容される自動車のデフケースにおいては、一対のサイドギヤの各背面側である内側平面、およびこれらサイドギヤに噛合う一対のピニオンギヤの各背面が摺接する内側球面を高精度に加工することが要求されている。ところで、中空状をなす一体形のデフケースにおいては、主軸に装着されたカッタをデフケースの外部から挿入して内側平面および内側球面を加工することができない。このために、例えば、特許文献１に記載されているように、加工ユニットをデフケース内に挿入し、加工ユニットに支持された工具をデフケースの軸線方向および径方向に移動させて、内側平面あるいは内側球面を加工し、加工後、加工ユニットをデフケース内より取外す加工ユニット供給装置が必要となる。

一方、この種の装置においては、デフケースを主軸チャックに取付けるためのワーク搬送ロボット等も必要となる。

特開２００６−２７２４６８号公報

従来においては、加工ユニット供給装置およびワーク搬送ロボットがそれぞれ別個に設ける必要があるので、加工システムが大型化するとともに、コストアップする問題がある。

本発明は、上記した従来の問題点を解消するためになされたもので、ロボットによって加工装置に中空ワークおよび加工ユニットを着脱できるようにしたロボットおよびワーク加工システムを提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、中空ワークを回転駆動する主軸を回転可能に支持した主軸台と、該主軸台に対向して配設された心押台と、工具を径方向に移動可能に保持し前記中空ワーク内に挿入される加工ユニットと、前記主軸台および心押台にそれぞれ進退移動可能に設けられ前記中空ワーク内に挿入された前記加工ユニットを両側より回転不能に挟持する一対のユニット保持アーバーと、該一対のユニット保持アーバーの協働により前記加工ユニットを軸線方向に移動させる軸線方向移動手段と、前記一方のユニット保持アーバー内を通して前記加工ユニットに保持された前記工具を径方向に移動させる径方向移動手段とによって構成された中空ワーク内面加工用の加工装置に用いるロボットであって、前記ロボットは、昇降可能な昇降体と、該昇降体に水平軸線回りに旋回可能に支持された保持体を備え、該保持体にワーク把持部を備え、前記昇降体にユニット把持部を備え、前記ロボットによって、前記加工装置に前記中空ワークおよび前記加工ユニットを着脱することである。

請求項２に係る発明の特徴は、中空ワークを回転駆動する主軸を回転可能に支持した主軸台と、該主軸台に対向して配設された心押台と、工具を径方向に移動可能に保持し前記中空ワーク内に挿入される加工ユニットと、前記主軸台および心押台にそれぞれ進退移動可能に設けられ前記中空ワーク内に挿入された前記加工ユニットを両側より回転不能に挟持する一対のユニット保持アーバーと、該一対のユニット保持アーバーの協働により前記加工ユニットを軸線方向に移動させる軸線方向移動手段と、前記一方のユニット保持アーバー内を通して前記加工ユニットに保持された前記工具を径方向に移動させる径方向移動手段とによって構成された中空ワーク内面加工用の加工装置に用いるロボットであって、前記ロボットは、前記加工装置に前記中空ワークおよび前記加工ユニットを着脱するものであり、前記加工装置は、前記中空ワークの内面を加工する第２の加工装置であり、該第２の加工装置に前記中空ワークを前加工する第１の加工装置を並設し、前記ロボットを、前記第１の加工装置と前記第２の加工装置とで共用することである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項２において、前記第１の加工装置と前記第２の加工装置との間に並設された置台に配設された前記加工ユニットを使用することである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項２において、前記加工装置の機内に配置された置台に配設された前記加工ユニットを使用することである。

請求項５に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記ワーク把持部および前記ユニット把持部が把持爪からなることである。

請求項６に係る発明の特徴は、中空ワークを回転駆動する主軸を回転可能に支持した主軸台と、該主軸台に対向して配設された心押台と、工具を径方向に移動可能に保持し前記中空ワーク内に挿入される加工ユニットと、前記主軸台および心押台にそれぞれ進退移動可能に設けられ前記中空ワーク内に挿入された前記加工ユニットを両側より回転不能に挟持する一対のユニット保持アーバーと、該一対のユニット保持アーバーの協働により前記加工ユニットを軸線方向に移動させる軸線方向移動手段と、前記一方のユニット保持アーバー内を通して前記加工ユニットに保持された前記工具を径方向に移動させる径方向移動手段とによって構成され、前記中空ワークの内面を加工する加工装置と、前記加工装置に前記中空ワークおよび前記加工ユニットを着脱するロボットとを備え、前記ロボットは、昇降可能な昇降体と、該昇降体に水平軸線回りに旋回可能に支持された保持体を備え、該保持体にワーク把持部を備え、前記昇降体にユニット把持部を備えたことである。

請求項１に係る発明によれば、ロボットは、昇降可能な昇降体と、昇降体に水平軸線回りに旋回可能に支持された保持体を備え、保持体にワーク把持部を備え、昇降体にユニット把持部を備え、ロボットによって、加工装置に中空ワークおよび加工ユニットを着脱するものであるので、１台のロボットによって、加工装置への中空ワークの着脱と、加工装置に保持された中空ワーク内への加工ユニットの着脱を行うことができ、構成の簡素化と、低コスト化を実現することができる。
しかも、請求項１に係る発明によれば、保持体の旋回によってワーク把持部とユニット把持部を着脱位置に割出すことができ、中空ワークの着脱と加工ユニットの着脱を迅速に行うことができるとともに、保持体にはワーク把持部を作動する作動装置を設ければよく、保持体の構成を簡単にすることができる。

請求項２に係る発明によれば、中空ワークの前加工を行う第１の加工装置と中空ワークの内面を加工する第２の加工装置を並設し、第１の加工装置と第２の加工装置とでロボットを共用するようにしたので、第１の加工装置への中空ワークの着脱と、第２の加工装置への中空ワークの着脱と、第２の加工装置に支持された中空ワークへの加工ユニットの着脱を、共通のロボットによって行うことができる。

請求項３に係る発明によれば、第１の加工装置と第２の加工装置との間に並設された置台に配設された前記加工ユニットを使用するので、ロボットは第１の加工装置と第２の加工装置との間で移動する途中で、置台より加工ユニットを把持することができる。

請求項４に係る発明によれば、加工ユニットを保持する置台を、加工装置の機内に配置された置台に配設された前記加工ユニットを使用するので、省スペース化を図ることができる。

請求項５に係る発明によれば、ワーク把持部およびユニット把持部が把持爪からなるので、把持爪の開閉によって中空ワークおよび加工ユニットを把持することができる。

請求項６に係る発明によれば、中空ワークの内面を加工する加工装置と、加工装置に中空ワークおよび加工ユニットを着脱するロボットとを備え、ロボットは、昇降可能な昇降体と、昇降体に水平軸線回りに旋回可能に支持された保持体を備え、保持体にワーク把持部を備え、昇降体にユニット把持部を備えているので、１台のロボットによって、加工装置への中空ワークの着脱と、加工装置に保持された中空ワーク内への加工ユニットの着脱を行うことができ、コンパクトなワーク加工システムを構築することができるとともに、ワーク加工システムのコストを低減することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るワーク加工システムの全体を示す正面図である。 図１の２−２線に沿って矢視した図である。 ロボットの把持部を示す斜視図である。 中空ワークの内面を加工する加工装置の全体を示す図である。 図４の要部を拡大して断面した図である。 図５の６−６線に沿って切断した断面図で、中空ワーク内に加工ユニットを挿入した状態を示す。 図５の７−７線に沿って切断した断面図である。 異なる加工ユニットによる加工状態を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るワーク加工システムの全体を示す正面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るロボットを示す図である。 図１０の矢印１１方向から見た図である。 本発明の第４の実施の形態に係るロボットの把持部を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず最初に、中空状の加工対象ワーク、すなわち、デフケースＷの形状について図５および図６に基づいて説明する。中空ワーク（デフケース）Ｗには、一対のサイドギヤをそれぞれ支持する同心的な支持穴Ｗ１、Ｗ２と、各サイドギヤの背面側である内側平面Ｗ３、Ｗ４と、各サイドギヤに噛合う一対のピニオンギヤをそれぞれ支持する同心的な支持穴Ｗ５、Ｗ６と、各ピニオンギヤの背面側である円弧状の内側曲面Ｗ７、Ｗ８を有している。

また、中空ワークＷには、一対のピニオンギヤを支持する支持穴Ｗ５、Ｗ６と直交する方向に、サイドギヤおよびピニオンギヤを組み込むための開口窓Ｗ９が貫通して形成されている。中空ワークＷは、後述するように、支持穴Ｗ１、Ｗ２の中心が主軸中心に一致するように、位置決めピンとクランプ装置によって位置決めクランプされ、中空ワークＷの開口窓Ｗ９より挿入される後述する構成の加工ユニット４０、５０（図５、図８参照）によって、内側平面Ｗ３、Ｗ４および内側曲面Ｗ７、Ｗ８が旋削加工されるようになっている。なお、図６は、中空ワークＷの開口窓Ｗ９より加工ユニット４０が挿入された状態を示している。

図１はワーク加工システム１００の一例を示す全体図で、ワーク加工システム１００は、図１の左右方向に間隔を隔てて並設された2台の加工装置１１０、１２０を有している。第１の加工装置１１０は、主として、中空ワークＷの内面を加工するに先立って、加工基準となる支持穴Ｗ１、Ｗ２、Ｗ５、Ｗ６等を加工するもので、詳細な構成は省略するが、ベッド１１１上に、カバー１１２によって４方を囲まれた加工部１１３が設けられ、カバー１１３の天井部には、図示してないが、ワークＷを機内に搬入するためのシャッターが設けられている。

一方、第２の加工装置１２０は、中空ワークＷの内面を加工するもので、詳細な構成については後述するが、第１の加工装置１１０と同様に、ベッド１２１上に、カバー１２２によって４方を囲まれた加工部１２３が設けられ、カバー１２２の天井部には、図示してないが、中空ワークＷおよびその内面を加工する加工ユニットを機内に搬入するためのシャッターが設けられている。

第１の加工装置１１０と第２の加工装置１２０の間には、中空ワークＷの内面を加工するための２種類の加工ユニット４０、５０を保持するユニット置台１３０が配設されている。ユニット置台１３０には、加工ユニット４０、５０の工具が摩耗した場合に取替えできるように、複数の予備の加工ユニット４０，５０が保管されている。また、第１の加工装置１１０のユニット置台１３０と反対側には、2台の加工装置１１０、１２０で加工する中空ワークＷを保持する未加工ワーク置台１３１が配設され、第２の加工装置１２０のユニット置台１３０と反対側には、２台の加工装置１１０、１２０で加工完了した中空ワークＷを保持する加工済ワーク置台１３２が配設されている。

なお、以下においては、説明の便宜上、第１および第２の加工装置１１０の並設方向（図１の左右方向）をＺ軸方向、それに直角な水平方向をＸ方向、上下方向をＹ軸方向とする。

第１および第２の加工装置１１０、１２０の上方には、第１および第２の加工装置１１０、１２０および複数の置台１３０、１３１、１３２に跨って、複数の支柱１４１によって支持された支持レール１４２がＺ軸方向に架設されている。支持レール１４２には、ロボット１４０が支持レール１４２にＺ軸方向に搬送可能に支持されている。

ロボット１４０は、第１および第２の加工装置１１０、１２０等に対して中空ワークＷを着脱するとともに、第２の加工装置１２０に保持された中空ワークＷに対して加工ユニット４０、５０を着脱するものである。

ロボット１４０は、図２および図３にも示すように、支持レール１４２に設けられたＺ軸案内レール１４２ａに移動可能に支持された搬送体１４３と、搬送体１４３に設けられたＹ軸案内レール１４３ａに昇降（上下移動）可能に支持された昇降体１４４と、昇降体１４４の下端にＸ軸軸線の回りに旋回可能に支持された保持体１４５と、保持体１４５に水平軸線（Ｘ軸）を中心とした４面に開閉可能に設けられた４つの把持爪からなる把持部１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃ、１４６ｄとを有している。４つの把持部１４６ａ〜１４６ｄは、直径方向に対向する２つ（１４６ａ、１４６ｂ）が、中空ワークＷを把持するためのワーク把持部として構成され、それに直交する方向に対向する２つ（１４６ｃ、１４６ｄ）が、加工ユニット４０、５０を把持するためのユニット把持部として構成されている。

支持レール１４２には、支持レール１４２と平行にラック１４７が設置され、このラック１４７に噛合うピニオン１４８を、搬送体１４３に設けた搬送用モータ１４９によって回転することにより、搬送体１４３が支持レール１４２に沿って移動される。なお、昇降体１４４、保持体１４５および把持部１４６ａ〜１４６ｄは、図略の各駆動源によってそれぞれ昇降移動、旋回作動および開閉作動されるようになっている。

次に、ワーク（デフケース）Ｗの内面を加工する第２の加工装置１２０の具体的な構成を、図４および図５に基づいて説明する。第２の加工装置１２０のベッド１２１上には、互いに対向して主軸台１１と心押台１２が設置されている。主軸台１１はベッド１２１上に固定され、心押台１２はベッド１２１上に設けられた案内ベース１３上にＺ軸方向に進退可能に装架されている。心押台１２はサーボモータ１４により図略のボールねじを介してＺ軸方向に進退移動され、その移動量はサーボモータ１４に連結されたエンコーダ１４ａによって検出される。

主軸台１１には、図５に示すように、固定軸２０がＺ軸方向に固定されている。固定軸２０の外周には円筒状の主軸２１が回転可能に支持され、主軸駆動モータ２２によって回転駆動されるようになっている。主軸２１の先端部には主軸面板２１ａが取付けられ、この主軸面板２１ａに中空ワークＷが位置決めピン２３によって回転方向に位置決めされるとともに、ピンアーバチャック２４によってクランプされるようになっている。ピンアーバチャック２４はよく知られているように、円周上複数（例えば３個）のピンアーバー２４ａが傾斜方向に移動可能に設けられ、これらピンアーバー２４ａの移動により、その先端に設けたチャック爪２４ｂにて中空ワークＷの外周を主軸面板２１ａの基準面に押圧しながらクランプするものである。しかしながら、チャック２４としては、３つ爪チャック等別の構成のクランプ装置も利用できる。

固定軸２０の中心部にはユニット保持アーバー２５がキー部材２６によってＺ軸方向移動のみ可能に貫挿され、このユニット保持アーバー２５は固定軸２０の後部に設置されたアーバー進退用（ボールねじ）駆動装置２７によって進退されるようになっている。ユニット保持アーバー２５は中空ワークＷの支持穴Ｗ１を貫通して、先端が中空ワークＷの中空部に挿入されるようになっている。ユニット保持アーバー２５の先端には、加工ユニット４０、５０に嵌合するテーパ状の多角面２５ａが形成されている。

心押台１２の先端には、円筒状のユニット保持アーバー３１がユニット保持アーバー２５と同心上に固設されており、ユニット保持アーバー３１は中空ワークＷの支持穴Ｗ２を貫通して、先端が中空ワークＷの中空部に挿入されるようになっている。ユニット保持アーバー３１の先端には、加工ユニット４０、５０に嵌合するテーパ面３１ａが形成されている。心押台１２には駆動軸３０が回転可能に支持されている。駆動軸３０の後端にはクランク３３が取付けられ、このクランク３３に駆動軸３０の軸心に対し所定量偏心したカムフォロア３４が設けられている。

心押台１２にはＸ軸スライド３５がＺ軸方向と直交する水平なＸ軸方向にスライド可能に案内されている。Ｘ軸スライド３５にはカムフォロア３４に係合する係合穴３５ａが形成され、係合穴３５ａは図７に示すように、Ｘ軸方向と直交する鉛直方向（Ｙ軸方向）に細長く形成されている。Ｘ軸スライド３５は、サーボモータ３６（図４参照）により図略のボールねじ機構を介してＸ軸方向に移動され、その移動量はサーボモータ３６に連結されたエンコーダ３６ａによって検出される。これにより、サーボモータ３６によるＸ軸スライド３５の直線運動がカムフォロア３４の円弧運動に変換され、駆動軸３０に伝達される。

駆動軸３０の先端には、ドライバ３２が回転を規制されて軸方向に所定量だけ相対移動可能に支持されている。ドライバ３２はユニット保持アーバー３１を貫通して先端がユニット保持アーバー３１より突出され、その突出端に角形係合部３２ａが形成されている。ドライバ３２は駆動軸３０との間に設けられた図略のスプリングのばね力により通常前進端位置に保持されている。

第１の加工ユニット４０は、ワークＷの開口窓Ｗ９より中空部に挿入されて、内側平面Ｗ３、Ｗ４を加工するものであり、また、第２の加工ユニット５０は、ワークＷの開口窓Ｗ９より中空部に挿入されて、内側曲面Ｗ７、Ｗ８を加工するものである。

図５および図８に示すように、第１および第２の加工ユニット４０、５０の各ユニット本体４１、５１の中心軸心Ｏ１上の一端には、上記したユニット保持アーバー２５の先端に形成されたテーパ状の多角面２５ａに係合する多角形状のテーパ穴４１ａ、５１ａが形成されている。また、第１および第２の加工ユニット４０、５０の各ユニット本体４１、５１の中心軸心Ｏ１上の他端には、ユニット保持アーバー３１の先端に形成されたテーパ面３１ａに嵌合するテーパ穴４１ｂ、５１ｂが形成されている。

第１の加工ユニット４０のユニット本体４１には、図５および図６に示すように、工具４２が径方向に移動可能に保持され、その一端はユニット本体４１より外部に突出されている。工具４２の一端には、両端部にスローアウェイのチップ４３ａ、４３ｂを取付けたバイト４３が固定されている。バイト４３は中心軸心Ｏ１より径方向に所定量偏倚され、かつ工具４２の径方向移動により、各スローアウェイチップ４３ａ、４３ｂによりワークＷの内側平面Ｗ３、Ｗ４を順次旋削可能である。

ユニット本体４１の中心部には、工具４２を貫通する偏心ピン４５が中心軸心Ｏ１上に回転可能に収納されている。偏心ピン４５には、工具４２に形成された係合穴４２ａの係合面に係合する偏心部４５ａが設けられ、偏心ピン４５の回転による偏心部４５ａの円弧運動により工具４２を径方向に移動するようになっている。工具４２とユニット本体４１との間には、係合穴４２ａの係合面を常に偏心ピン４５に当接させるスプリング４６が介挿されている。偏心ピン４５の一端には、前記ドライバ３２の角形係合部３２ａに係合する角穴４５ｂが形成され、ドライバ３２の回転によって偏心ピン４５が回転される。

このように、Ｘ軸スライド３５の直線運動をカムフォロア３４の円弧運動に変換して駆動軸３０に伝達するとともに、この駆動軸３０の回転による偏心ピン４５の円弧運動を工具４２の直線運動に変換することにより、工具４２をＸ軸スライド３５の動きと同じように動作させることができる。なお、カムフォロア３４と偏心ピン４５では円弧半径が異なり、カムフォロア３４のほうが円弧半径が大きいため、Ｘ軸スライド３５の運動が工具４２に縮小して伝えられる。

上記したサーボモータ３６、Ｘ軸スライド３５、カムフォロア３４、駆動軸３０、ドライバ３２ならびに偏心ピン４５等によって、工具４２を径方向に移動させる径方向移動手段４７を構成している。

また、上記したサーボモータ１４、図略のボールねじ、心押台１２、ユニット保持アーバー３１、ならびにユニット保持アーバー２５、アーバー進退用駆動装置２７等によって、加工ユニット４０を軸線方向に移動させる軸線方向移動手段４８を構成している。

一方、第２の加工ユニット５０は、図８に示すように、基本的な構成は先に述べた第１の加工ユニット４０と同じものであり、異なる点は、工具５２に内側曲面Ｗ７、Ｗ８を旋削加工するスローアウェイチップ５２ａを、刃先面を放射方向に向けて直接取付けたことである。その他の点は同じであるので、同じ構成部分については同一符号を付し、説明を省略する。

第１および第２の加工ユニット４０、５０は、上記したロボット１４０のユニット把持部１４６ｃ、１４６ｄにより把持されて、中空ワークＷの開口窓Ｗ９を通して中空ワークＷの中空部に挿入される。

次に、制御装置７０について説明する。図４において、制御装置７０は、中央処理装置（ＣＰＵ）７１、メモリ７２、およびインタフェース（Ｉ／Ｆ）７３、７４より構成されている。インタフェース（Ｉ／Ｆ）７３にはＮＣ制御に必要な制御パラメータや、ＮＣプログラムを入力する入出力装置７５が接続されている。

また、インタフェース（Ｉ／Ｆ）７４には、サーボモータ駆動ユニット（ＤＵＺ、ＤＵＸ）７７、７８および主軸駆動ユニット（ＤＵＣ）７９が接続されている。サーボモータ駆動ユニット（ＤＵＺ、ＤＵＸ）７７、７８、主軸駆動ユニット（ＤＵＣ）７９は、中央処理装置７１からの指令を受けて各サーボモータ１４、３６および主軸駆動モータ２２を駆動する。

メモリ７２には、入出力装置７５から入力された制御パラメータとＮＣプログラムをそれぞれ記憶する記憶エリアが設けられており、記憶エリアには、加工ユニット４０、５０の各工具４２、５２の寿命を管理するために、第２の加工装置１２０における加工ユニット４０、５０の使用回数が記憶されるようになっている。サーボモータ１４、３６は、メモリ７２に記憶されたＮＣプログラムの目標位置指令とエンコーダ１４ａ、３６ａからの現在位置信号との偏差によって制御され、心押台１２をＺ軸方向の目標位置に位置決め制御するとともに、第１および第２の加工ユニット４０、５０の各工具４２、５２を径方向の目標位置に位置決め制御する。

次に、上記した実施の形態における動作について説明する。中空ワーク（デフケース）Ｗは、第１の加工装置１１０によって、加工基準となる支持穴Ｗ１、Ｗ２、Ｗ５、Ｗ６等を加工される。第１の加工装置１１０によって所定の加工が施されたワークＷは、第２の加工装置１２０において、ワークＷ内に順次挿入される第１および第２の加工ユニット４０、５０により、内側平面Ｗ３、Ｗ４および内側曲面Ｗ７、Ｗ８が加工される。従って、以下においては、第１の加工装置１１０によって加工を完了したワークＷを、一次加工を完了したワークと称し、第２の加工装置１２０によって加工を完了したワークＷを、二次加工を完了したワークと称して、区別することにする。

第１の加工装置１１０で加工すべきワークＷは、手動で、もしくは搬送装置によって自動的に、未加工ワーク置台１３１上に搬入され、未加工ワーク置台１３１上に搬入されたワークＷは、ロボット１４０の一方のワーク把持部１４６ａによって把持される。ワーク把持部１４６ａにワークＷを把持したロボット１４０は、第１の加工装置１１０の上方に移動され、当該位置において、保持体１４５を水平軸線の回りに１８０度旋回して、空の他方のワーク把持部１４６ｂを下方に向けた姿勢で、第１の加工装置１１０によるワークＷの加工が完了するまで待機する。

第１の加工装置１１０によってワークＷの一次加工が完了すると、ロボット１４０の昇降体１４４が下降され、保持体１４５がカバー１１３の天井部に設けたシャッターより第１の加工装置１１０内に搬入される。そして、ロボット１４０の他方のワーク把持部１４６ｂによって一次加工を完了したワークＷを把持する。次いで、保持体１４５が水平軸線の回りに１８０度旋回され、一方のワーク把持部１４６ａで把持した未加工のワークＷを図略のチャック中心上に位置決めする。しかる状態で、未加工のワークＷがチャックによって位置決めクランプされると同時に、ロボット１４０の昇降体１４４が上昇されて一次加工を完了したワークＷが第１の加工装置１１０より搬出される。その後、第１の加工装置１１０によって未加工ワークＷの加工が開始される。

なお、第１の加工装置１１０によるワークＷの加工に並行して、第２の加工装置１２０においては、第１および第２の加工ユニット４０、５０によって、内側平面Ｗ３、Ｗ４と内側曲面Ｗ７、Ｗ８の加工が行われる。このために、ロボット１４０のユニット把持部１４６ｃ、１４６ｄによって、ユニット置台１３０より第１および第２の加工ユニット４０、５０が予め把持され、後述するように第２の加工装置１２０に交互に搬入される。

第１の加工装置１１０より一次加工を完了したワークＷがロボット１４０によって搬出されると、ロボット１４０は、第２の加工装置１２０の上方位置まで移動され、第２の加工装置１２０による加工が完了するまで待機する。なお、この場合、第２の加工装置１２０においては、第１の加工ユニット４０によるワークＷの内側平面Ｗ３、Ｗ４の加工が既に完了され、第２の加工ユニット５０によってワークＷの内側曲面Ｗ７、Ｗ８が加工されているものとする。従って、第２の加工装置１２０の上方位置で待機するロボット１４０の保持体１４５は、第２の加工ユニット５０を把持するための他方のユニット把持部（空のユニット把持部）１４６ｄを下方に向けた姿勢にインデックスされている。

第２の加工装置１２０において、第２の加工ユニット５０によるワークＷの内側曲面Ｗ７、Ｗ８の加工が完了（二次加工が完了）すると、主軸２１が一定の角度位置に停止されるとともに、心押台１２および工具５２が原位置に復帰される。その状態で、ロボット１４０の昇降体１４４が下降され、保持体１４５がカバー１２３の天井部に設けたシャッターより第２の加工装置１２０内に搬入される。これにより、他方のユニット把持部１４６ｄがワークＷの開口窓Ｗ９よりワークＷ内に挿入され、第２の加工ユニット５０を把持する。次いで、ロボット１４０の昇降体１４４が上昇され、ユニット把持部１４６ｄに把持された第２の加工ユニット５０がワークＷ内より取り出される。

第２の加工ユニット５０がワークＷ内より取り出されると、次いで、ロボット１４０の保持体１４５が水平軸線の回りに９０度旋回され、一方のワーク把持部（空のワーク把持部）１４６ａを下方に向けた角度位置にインデックスされる。次いで、ロボット１４０の昇降体１４４が下降され、ワーク把持部１４６ｂによって二次加工を完了したワークＷを把持する。同時に、チャック２４によるワークＷのクランプが解除され、その状態で、保持体１４５がチャック２４より離間する方向にロボット１４０が所定量シフトされることにより、ワークＷが位置決めピン２３より離脱される。その状態で、ロボット１４０の保持体１４５が水平軸線の回りに１８０度旋回されることにより、他方のワーク把持部１４６ｂに把持されたワーク（一次加工を完了したワーク）Ｗを、チャック２４の中心位置に位置決めする。しかる後、ロボット１４０によってワークＷを前記と逆方向に所定量シフトさせることにより、ワークＷが支持穴Ｗ１をユニット保持アーバー２５に挿通させつつ、主軸面板２１ａの先端面に移動され、位置決めピン２３とピンアーバチャック２４によって主軸面板２１ａの先端面に位置決めクランプされる。

次いで、ワーク把持部１４６ａが開放されるとともに、昇降体１４４が上昇され、ワーク把持部１４６ａに把持した二次加工を完了したワークＷを第２の加工装置１２０より搬出する。

その後、ロボット１４０の保持体１４５が９０度旋回され、第１の加工ユニット４０を把持した一方のユニット把持部１４６ｃが下方に向けた角度位置にインデックスされる。その状態で、ロボット１４０の昇降体１４４が下降されることにより、一方のユニット把持部１４６ｃに把持した第１の加工ユニット４０をワークＷの開口窓Ｗ９よりワークＷの中空部に挿入する。そして、第１の加工ユニット４０の両端をユニット保持アーバー２５、３１によって挟持するとともに、回り止めし、その後、一方のユニット把持部１４６ｃが開放され、ロボット１４０の昇降体１４４が第１の加工ユニット４０をワークＷ内に置き去りにして上昇される。

しかる後、主軸２１が主軸駆動モータ２２により回転駆動され、ワークＷが回転される。同時に、ＮＣ指令に基づいてサーボモータ１４が駆動され、心押台１２が図５の左方向に所定量移動され、一方の内側平面Ｗ３に対してスローアウェイチップ４３ａを切込む。次いで、ＮＣ指令に基づいてサーボモータ３６が駆動され、Ｘ軸スライド３５がＸ軸方向に所定ストローク（Ｘ１）スライドされ、このＸ軸スライド３５の直線運動はカムフォロア３４の円弧運動に変換され、駆動軸３０が所定速度で所定量回転される。これにより、ドライバ３２によって偏心ピン４５が所定角度回動され、工具４２が径方向に所定速度で所定量移動されて、一方のスローアウェイチップ４３ａにより一方の内側平面Ｗ３を旋削加工する。

一方の内側平面Ｗ３の旋削加工が終了すると、ＮＣ指令に基づいてサーボモータ１４が前記と逆方向に駆動され、心押台１２が図５の右方向に定められた距離だけ移動され、他方の内側平面Ｗ４に対してスローアウェイチップ４３ｂを切込む。次いで、前述したと同様に、駆動軸３０をサーボモータ３６により回転し、ドライバ３２および偏心ピン４５を介して工具４２を径方向に移動させ、他方のスローアウェイチップ４３ｂにより他方の内側平面Ｗ４を旋削加工する。

なお、心押台１２およびユニット保持アーバー３１のＺ軸方向移動に伴い、ユニット保持アーバー２５はアーバー進退用駆動装置２７に抗して、あるいはアーバー進退用駆動装置２７によって、ユニット保持アーバー３１に追従して移動され、第１の加工ユニット４０を常に両端で安定的に保持する。

一対の内側平面Ｗ３、Ｗ４の加工が終了すると、主軸２１が一定の角度位置に停止され、かつ心押台１２がＺ軸方向の原位置に復帰されるとともに、工具４２が径方向の原位置に復帰される。その状態で、ロボット１４０の昇降体１４４が下降され、一方のユニット把持部１４６ｃがワークＷの開口窓Ｗ９よりワークＷ内に挿入され、第１の加工ユニット４０を把持する。しかる後、ユニット保持アーバー２５がアーバー進退用駆動装置２７により後退されるとともに、心押台１２およびユニット保持アーバー３１がサーボモータ１４により一定距離後退され、各ユニット保持アーバー２５、３１およびドライバ３２の先端が第１の加工ユニット４０のテーパ穴４１ａ、４１ｂおよび偏心ピン４５よりそれぞれ離脱される。その状態で、ロボット１４０の昇降体１４４が上昇され、一方のユニット把持部１４６ｃに把持した第１の加工ユニット４０が開口窓Ｗ９を通してワークＷ内より取り出される。

次いで、ロボット１４０の保持体１４５が１８０度旋回され、第２の加工ユニット５０を把持した他方のユニット把持部１４６ｄが下方に向けた角度位置にインデックスされる。その状態で、ロボット１４０の昇降体１４４が下降されることにより、他方のユニット把持部１４６ｄに把持した第２の加工ユニット５０をワークＷの開口窓Ｗ９よりワークＷ内に挿入する。そして、上記したと同様にして、第２の加工ユニット５０の両端をユニット保持アーバー２５、３１によって挟持するとともに、回り止めし、その後、他方のユニット把持部１４６ｄが開放され、ロボット１４０の昇降体１４４が第２の加工ユニット５０をワークＷ内に置き去りにして上昇される。

しかる後、上記したと同様に、主軸２１が主軸駆動モータ２２により回転駆動されて、ワークＷが回転され、次いで、心押台１２をサーボモータ１４によってＺ軸方向の所定位置まで移動させるととともに、駆動軸３０をサーボモータ３６により回転制御して、工具５２を径方向の所定位置まで移動させ、スローアウェイチップ５２ａを図８に示す加工開始点に位置決めする。その状態で、ＮＣ指令に基づいてサーボモータ１４、３６が２軸同時制御され、これによって、スローアウェイチップ５２ａを内側球面Ｗ７、Ｗ８に沿って移動させ、内側球面Ｗ７、Ｗ８を同時に旋削加工する。

その後、ロボット１４０は、加工済ワーク置台１３２の上方位置に移動され、二次加工を完了したワークＷを加工済ワーク置台１３２に搬出する。

次いで、ロボット１４０は、未加工ワーク置台１３１の上方位置に移動され、未加工ワーク置台１３１上に搬入されたワークＷを一方のワーク把持部１４６ａによって把持した後、第１の加工装置１１０の上方位置に移動され、その位置で第１の加工装置によるワークＷの加工が完了するまで待機する。以下、上述した動作を繰り返す。

なお、制御装置７０によって、加工ユニット４０、５０が、第２の加工装置１２０において予め定められた回数だけ使用されたことが検出されると、加工ユニット４０、５０の工具４２、５２が摩耗したものと判断して、ロボット１４０はユニット置台１３０の上方に搬送され、予備の加工ユニットと交換する。

上記した第１の実施の形態によれば、１台のロボット１４０によって、第１および第２の加工装置１１０、１２０への中空ワークＷの着脱と、第２の加工装置１２０に保持された中空ワークＷ内への加工ユニット４０、５０の着脱を行うことができるので、構成の簡素化と、低コスト化を実現することができる。

しかも、第１の実施の形態によれば、ロボット１４０は、支持レール１４２に搬送可能に支持された搬送台１４３と、搬送台１４３に昇降可能に支持された昇降体１４４と、昇降体１４４に水平軸線回りに旋回可能に支持された保持体１４５を備え、保持体１４５はワーク把持部１４６ａ、１４６ｂとユニット把持部１４６ｃ、１４６ｄとを備えているので、保持体１４５の旋回によってワーク把持部１４６ａ、１４６ｂとユニット把持部１４６ｃ、１４６ｄを着脱位置に割出すことができ、中空ワークＷの着脱と加工ユニット４０、５０の着脱を迅速に行うことができる。

次に、本発明の第２の実施の形態を図９に基づいて説明する。上記した第１の実施の形態においては、２台の加工装置１１０、１２０を並設し、これら加工装置１１０、１２０に跨って、ロボット１４０を搬送できるようにしたが、第２の実施の形態においては、加工装置を、中空ワークＷの内側平面Ｗ３、Ｗ４および内側曲面Ｗ７、Ｗ８を加工する１台（加工装置１２０）としたこと、この加工装置１２０の前後に未加工ワーク置台１３１と加工済ワーク置台１３２を設置したこと、加工ユニット４０、５０を保持する図略の加工ユニット置台１３０（図１参照）を加工装置１２０の機内に配設したことを特徴とするものである。なお、第１の実施の形態で述べたと同一の構成部品については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。

第２の実施の形態においては、予め加工基準となる支持穴Ｗ１、Ｗ２、Ｗ５、Ｗ６を加工した中空ワーク（デフケース）Ｗを、手動もしくは適宜の搬入装置によって未加工ワーク置台１３１上に搬入し、この未加工ワーク置台１３１上に搬入されたワークＷを、ロボット１４０によって加工装置１２０に搬入する。そして、加工装置１２０内に配設された加工ユニット置台１３０に支持された第１および第２の加工ユニット４０、５０（図５、図８参照）を、順次ワークＷの中空部に挿入し、これら加工ユニット４０、５０によって、ワークＷの内側平面Ｗ３、Ｗ４および内側曲面Ｗ７、Ｗ８を加工する。定められた加工を完了したワークＷは、ロボット１４０によって加工済ワーク置台１３２に搬出される。

図１０および図１１は、本発明の第３の実施の形態を示すもので、上記した第１および第２の実施の形態とは、ロボット１４０の構成を異にするものである。従って、以下においては、主として第１および第２の実施の形態と異なる点を説明し、同一の構成部品については同一の参照符号を付し、説明を省略する。

第３の実施の形態においては、図１０、図１１に示すように、昇降体１４４の先端に水平軸線（Ｚ軸）の回りに旋回可能に支持した保持体１４５に、中空ワークＷをＺ軸と平行な姿勢で把持する２つのワーク把持部１４６ａ、１４６ｂを、直径方向に対向する位置に配置し、加工ユニット４０、５０をＺ軸と平行な姿勢で把持する２つのユニット把持部１５１ａ、１５１ｂを、昇降体１４４上にＺ軸方向に所定量離間して保持している。

すなわち、２つのユニット把持部１５１ａ、１５１ｂは、昇降体１４４に取付けられたアクチュエータ１５２ａ、１５２ｂによって上下方向に移動される各作動軸１５３ａ、１５３ｂの先端に開閉可能に保持され、各作動軸１５３ａ、１５３ｂの上下移動により、ユニット把持部１５１ａ、１５１ｂに把持した加工ユニット４０、５０を中空ワークＷ内に挿入できるようにしている。

かかる第３の実施の形態によれば、保持体１４５の周囲に２つの把持部１４６ａ、１４６ｂを設ければよいので、保持体１４５に内蔵される把持部開閉作動装置の構成を簡素化できる利点がある。

図１２は、本発明の第４の実施の形態を示すもので、ワークＷを把持する一対のワーク把持部１５５ａ、１５５ｂを保持体１４５に保持し、これらワーク把持部１５５ａ、１５５ｂの先端部に、加工ユニット４０、５０を把持するユニット把持部１５６ａ、１５６ｂを一体的に設けたものである。

かかる第４の実施の形態によれば、ワーク把持部１５５ａ、１５５ｂとユニット把持部１５６ａ、１５６ｂの開閉を共通の開閉作動装置によって開閉させることができ、ロボット１４０の構成を簡素化することができる。

上記した実施の形態においては、Ｘ軸スライド３５の直線運動を２組の偏心機構を介して工具４２、５２に伝達し、工具４２、５２を径方向に移動させるようにしたが、工具４２、５２を径方向に移動させる径方向移動手段４７は実施の形態に限定されるものではなく、また、Ｚ軸方向に移動可能な心押台１２等によって軸線方向移動手段４８を構成したが、Ｚ軸方向の移動は心押台自体を移動させる他に各種の形態を採り得るものである。さらに、径方向移動手段４７を心押台１２側に設けたが、主軸台１１側に設けることもできる。

また、上記した実施の形態においては、２種類の加工ユニット４０、５０を用いて、ワークＷの２種類の内面（内側平面Ｗ３、Ｗ４、内側球面Ｗ７、Ｗ８）を加工する例について述べたが、本発明は、少なくとも１つの加工ユニットを用いて、１つの内面を加工するものにも適用できるものである。また、ロボットも自走式に限らず、平地の基礎に固定される固定式のものでもよい。

斯様に、実施の形態で述べた具体的構成は、本発明の単なる一例を示すもので、これに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の態様を採り得ることは勿論である。

本発明に係るロボットおよびワーク加工システムは、加工装置に中空ワークを着脱し、加工装置に保持された中空ワーク内に加工ユニットを着脱するものに用いるのに適している。

１１…主軸台、１２…心押台、２１…主軸、２２…主軸駆動モータ、２４…クランプ装置（ピンアーバーチャック）、２５、３１…ユニット保持アーバー、４０、５０…加工ユニット、４２、５２…工具、４７…径方向移動手段、４８…軸線方向移動手段、１１０、１２０…加工装置、１４０…ロボット、１４２…支持レール、１４３…搬送台、１４４…昇降体、１４４保持体、１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃ、１４６ｄ…把持部、Ｗ…ワーク（デフケース）、Ｗ３、Ｗ４…内側平面、Ｗ７、Ｗ８…内側曲面、Ｗ９…開口窓。

Claims (6)

1. 中空ワークを回転駆動する主軸を回転可能に支持した主軸台と、該主軸台に対向して配設された心押台と、工具を径方向に移動可能に保持し前記中空ワーク内に挿入される加工ユニットと、前記主軸台および心押台にそれぞれ進退移動可能に設けられ前記中空ワーク内に挿入された前記加工ユニットを両側より回転不能に挟持する一対のユニット保持アーバーと、該一対のユニット保持アーバーの協働により前記加工ユニットを軸線方向に移動させる軸線方向移動手段と、前記一方のユニット保持アーバー内を通して前記加工ユニットに保持された前記工具を径方向に移動させる径方向移動手段とによって構成された中空ワーク内面加工用の加工装置に用いるロボットであって、
   前記ロボットは、昇降可能な昇降体と、該昇降体に水平軸線回りに旋回可能に支持された保持体を備え、該保持体にワーク把持部を備え、前記昇降体にユニット把持部を備え、
   前記ロボットによって、前記加工装置に前記中空ワークおよび前記加工ユニットを着脱することを特徴とするロボット。
2. 中空ワークを回転駆動する主軸を回転可能に支持した主軸台と、該主軸台に対向して配設された心押台と、工具を径方向に移動可能に保持し前記中空ワーク内に挿入される加工ユニットと、前記主軸台および心押台にそれぞれ進退移動可能に設けられ前記中空ワーク内に挿入された前記加工ユニットを両側より回転不能に挟持する一対のユニット保持アーバーと、該一対のユニット保持アーバーの協働により前記加工ユニットを軸線方向に移動させる軸線方向移動手段と、前記一方のユニット保持アーバー内を通して前記加工ユニットに保持された前記工具を径方向に移動させる径方向移動手段とによって構成された中空ワーク内面加工用の加工装置に用いるロボットであって、
   前記ロボットは、前記加工装置に前記中空ワークおよび前記加工ユニットを着脱するものであり、
   前記加工装置は、前記中空ワークの内面を加工する第２の加工装置であり、該第２の加工装置に前記中空ワークを前加工する第１の加工装置を並設し、前記ロボットを、前記第１の加工装置と前記第２の加工装置とで共用することを特徴とするロボット。
3. 請求項２において、前記第１の加工装置と前記第２の加工装置との間に並設された置台に配設された前記加工ユニットを使用することを特徴とするロボット。
4. 請求項２において、前記加工装置の機内に配置された置台に配設された前記加工ユニットを使用することを特徴とするロボット。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記ワーク把持部および前記ユニット把持部が把持爪からなることを特徴とするロボット。
6. 中空ワークを回転駆動する主軸を回転可能に支持した主軸台と、該主軸台に対向して配設された心押台と、工具を径方向に移動可能に保持し前記中空ワーク内に挿入される加工ユニットと、前記主軸台および心押台にそれぞれ進退移動可能に設けられ前記中空ワーク内に挿入された前記加工ユニットを両側より回転不能に挟持する一対のユニット保持アーバーと、該一対のユニット保持アーバーの協働により前記加工ユニットを軸線方向に移動させる軸線方向移動手段と、前記一方のユニット保持アーバー内を通して前記加工ユニットに保持された前記工具を径方向に移動させる径方向移動手段とによって構成され、前記中空ワークの内面を加工する加工装置と、
   前記加工装置に前記中空ワークおよび前記加工ユニットを着脱するロボットとを備え、
   前記ロボットは、昇降可能な昇降体と、該昇降体に水平軸線回りに旋回可能に支持された保持体を備え、該保持体にワーク把持部を備え、前記昇降体にユニット把持部を備えたことを特徴とするワーク加工システム。

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