JP6469540B2

JP6469540B2 - マシニングセンタ

Info

Publication number: JP6469540B2
Application number: JP2015126859A
Authority: JP
Inventors: 勉角田; 秀昭相澤; 中村　好伸; 好伸中村
Original assignee: 株式会社東陽
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2015-06-24
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2035-06-24
Also published as: JP2017007060A

Description

本発明は、主軸に取り付けられているツールとツールマガジンに収納されている各種の交換用ツールとの自動交換が可能であり、主軸とテーブルとが三次元方向へ相対的に移動制御されることで、テーブル上にセットされているワークが主軸のツールによって加工されるマシニングセンタに関する。

この種のマシニングセンタとしては、例えば特許文献１に開示された技術が知られている。この技術では、ツールマガジンに収納されている各種ツールのうちの一つを選択し、それと主軸に取り付けられているツールとを自動交換することが可能である。そして、マシニングセンタのワーク治具にはワークがセットされ、このワーク治具（ワーク）と主軸（ツール）とが三次元方向へ相対的に移動制御され、ワークに所定の加工が施される。

また、この技術においては、加工済みのワークをワーク治具から外して加工前の新たなワークと交換する場合、まず、ワーク治具を主軸のツールが障害とならない交換位置に作動させて固定する。この状態において、ワークを手作業で交換した後、ワーク治具を交換位置から元の位置に戻す。

特開２０１３−２０８６６７号公報

特許文献１のマシニングセンタは、ツールの自動交換機能を備えているものの、ワーク治具に対するワークの交換、つまりマシニングセンタに対するワークの搬入、搬出を手作業で行っていることから、作業性がわるく、かつ作業者の負担も大きい。この対策としてワークの搬入、搬出を自動化する場合、ロボット等の外部制御装置が必須となる。

本発明は、このような課題を解決しようとするもので、その目的は、マシニングセンタが備えている制御機能内において、加工前のワークの搬入から加工済みのワークの搬出までの作業を自動化し、ロボット等の外部制御装置を要することなく、マシニングセンタの作業性を高め、かつ作業者の負担を軽減することである。

本発明は、上記の目的を達成するためのもので、以下のように構成されている。

主軸に取り付けられているツールとツールマガジンに収納されている各種の交換用ツールとの自動交換が可能な機能を備え、所定のプログラムにしたがって主軸とテーブルとが三次元方向へ相対的に移動制御され、テーブル上のワーク治具にセットされているワークが主軸のツールによって加工されるマシニングセンタであって、加工前のワークをテーブルに向かって送り込む搬入コンベアと、加工済みのワークをテーブルから送り出す搬出コンベアと、テーブルと共に移動するように配置されたリフト機構と、リフト機構の制御により昇降することで、搬入コンベアからワークを受け取り、あるいは搬出コンベアにワークを引き渡すことが可能なリフターと、テーブルの上方において昇降が可能に配置され、かつワークを上から把持し、あるいは解放することが可能なハンド機構とからなっている。このハンド機構は、テーブルの移動制御と協働してワーク治具とリフト機構との間でワークを運ぶことが可能に構成されている。

さらに好ましくは、以下の構成を採用することである。すなわち、搬入コンベアおよび搬出コンベアは、両側に分離して配置された一対の搬送面を備えているとともに、個々の両搬送面によってワークの両側を下側から支持した状態で搬送する構成である。リフト機構のリフターは、その昇降によって搬入コンベアあるいは搬出コンベアにおける個々の両搬送面の間を通過することが可能であり、搬入コンベア側ではリフターの上昇動作によって搬送面上の加工前のワークを下側から持ち上げて受け取り、搬出コンベア側では加工済みのワークを支持したリフターの下降動作によって搬送面上にワークを載せて引き渡すことが可能に設定されている。

本発明においては、主軸のツールとツールマガジンのツールとの自動交換機能を備えたマシニングセンタにおいて、リフト機構およびハンド機構の個々の作動とテーブルの移動制御とにより、搬入コンベアで送り込まれてきた加工前のワークをテーブル上のワーク治具まで運んでセットし、加工済みのワークをワーク治具から受け取って搬出コンベアに運んで搬出することができる。このことは、マシニングセンタが備えている制御機能内において、加工前のワークの搬入から加工済みのワークの搬出までの作業を自動化することができる。この結果、ツールの自動交換機能に加え、ワークの自動搬入ならびに自動搬出が可能となり、ロボット等の外部制御装置を用いることなく、マシニングセンタの作業性を高め、かつ作業者の負担を軽減できる。

また、本発明では、リフト機構のリフターが搬入コンベアあるいは搬出コンベアにおける個々の両搬送面の間を通過して昇降することができ、搬入コンベア側ではリフターによって加工前のワークを下側から持ち上げて受け取り、搬出コンベア側ではリフターによって加工済みのワークを搬送面上に載せて引き渡すことができる。この結果、リフターの昇降とテーブルの移動制御とにより、搬入コンベアあるいは搬出コンベアとハンド機構との間でワークを移動させる作業が円滑に行われる。

マシニングセンタの概要を表した立面図。マシニングセンタのテーブル側の構成部材を表した平面図。図１のワーク搬入側の構成部材を表した拡大図。図３の側面図。図１のツールベース側を表した拡大図。図５の左側面図。図５のVII矢視方向の側面図。リフト機構のリフトが上昇した状態を図３との対応によって表した作動図。図８の側面図。ハンド機構がリフト機構からワークを受け取って上昇する状態の立面図。ハンド機構がワークをワーク治具にセットする状態の立面図。ワークが加工されている状態の立面図。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。

図１，２で示すマシニングセンタは、主として金属製の製品（ワーク）に対し、所定のプログラムにしたがって三次元加工を行うことができる。マシニングセンタは、テーブル１０と、その上方に配置されたツールベース２０とを備えている（図１）。テーブル１０の上面には、加工の対象となるワークＷを脱着可能にセットできるワーク治具１２が設けられている。ツールベース２０には、主軸２２がその軸線を上下向けた状態で位置し、この主軸２２の下端部に種々のツールＴの一つが脱着可能に取り付けられる。

テーブル１０、ワーク治具１２およびツールベース２０は、後述するリフト機構１４，１５、ツールマガジン２４およびハンド機構２６と共にマシニングセンタのハウジング（図示省略）内に位置している。そして、ツールベース２０はマシニングセンタのハウジング側に支持されている。

テーブル１０は、Ｘ，Ｙ軸駆動手段（図示省略）によって水平面の直交する二方向（Ｘ，Ｙ方向）へワーク治具１２と共に移動制御される。一方、主軸２２は、Ｚ軸駆動手段（図示省略）によりツールベース２０に対して上下方向（Ｚ方向）へ移動制御される。つまり、テーブル１０と主軸２２とは、それぞれの駆動手段によって三次元方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）へ相対的に移動制御される。この移動制御に基づき、テーブル１０のワーク治具１２にセットされているワークＷが、主軸２２に取り付けられたツールＴによって三次元加工される。なお、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸駆動手段には、一般にサーボモーターなどが使用される。

テーブル１０の上面には、図１，２の左右両側においてリフト機構１４，１５が個別に設けられている。これらのリフト機構１４，１５は、テーブル１０と共にＸ，Ｙ方向へ移動することができる。両リフト機構１４，１５は、加工前のワークＷをテーブル１０に向けて搬入する側と、加工済みのワークＷをテーブル１０から搬出する側とに分かれて配置されているのであるが、それぞれの構造および機能は同じである。

リフト機構１４，１５は、エアシリンダなどのアクチュエータ１８とリフター１６とを備えている。アクチュエータ１８は、テーブル１０側に上向きに固定されている。搬入側のリフト機構１４を表した図３，４からも明らかなように、リフター１６はアクチュエータ１８のプランジャ１９に固定され、アクチュエータ１８の駆動によって昇降する。リフター１６の上面には、ワークＷを安定して支えるための複数本（４本）のピン１７が固定されている。

テーブル１０の搬入側および搬出側には、それぞれの側に設けられたリフト機構１４，１５の上方において搬入コンベア３０Ａおよび搬出コンベア３０Ｂが個々に配置されている。これらの搬入コンベア３０Ａおよび搬出コンベア３０Ｂの主要な構成および機能は同一であることから、以下の説明において両者を区別する必要がない場合は、これらを「コンベア３０」と総称する。

コンベア３０は、マシニングセンタのハウジングに対してその内外に通じ、かつ所定の角度で傾斜した状態でハウジング側に固定されている。そして、コンベア３０は、両側に分離して配置された一対のローラ支持体３２と、両ローラ支持体３２の相対向する内側において回転自在に支持された複数個のローラ３４とを備えている（図２〜４）。これらの両ローラ支持体３２と、これらに支持された各ローラ３４とにより、両側に分離して配置された一対の搬送面３６が構成されている。これらの両搬送面３６の間、つまり各ローラ３４の端面間の距離は、リフト機構１４，１５のリフター１６がその昇降によって通過できる寸法に設定されている。

マシニングセンタで加工の対象となるワークＷには種々の形状や寸法のものがあり、例えば矩形や円形の板状をしたシンプルな形状、あるいは多数の凹凸などを有する複雑な形状がある。本実施形態でのワークＷは、その一例として円筒部の外周に円形のフランジ部を有する形状が示されている。このワークＷがコンベア３０に載せられたとき、フランジ部の外周寄りの一部分が両搬送面３６の各ローラ３４によって両側から受承され、フランジ部の大部分および円筒部は両搬送面３６間の空間部に位置している（図４）。そして、コンベア３０に載せられたワークＷは、このコンベア３０の傾斜にしたがって両搬送面３６の各ローラ３４上を自重移動により走行し、コンベア３０の高い側から低い側へ搬送される。

搬入コンベア３０Ａには、加工前のワークＷが作業者等によって順次送り込まれる。これらのワークＷは、搬入コンベア３０Ａの傾斜にしたがって両搬送面３６の各ローラ３４上を自重移動により走行し、テーブル１０に向けて搬送される。そして、搬入コンベア３０Ａは、搬送されてくる先頭のワークＷを定位置で受け止めるために、例えばローラ支持体３２の端部に設けられた固定式ストッパー（図示省略）を備えている。同じく搬入コンベア３０Ａは、先頭のワークＷに２番目のワークＷが干渉しないように該２番目のワークＷを受け止めるための作動式ストッパー（図示省略）を備えている。この作動式ストッパーは、例えばマシニングセンタのハウジング側に設けられ、電気信号などの指令にしたがって待機位置から２番目のワークＷを受け止める位置まで突出する。

ツールベース２０における主軸２２の側方には、円盤型のツールマガジン２４がその中心軸線Ｓ回りの回転制御可能に設けられている（図１，５，６）。ツールマガジン２４には、主軸２２のツールＴと交換するための複数種類のツールＴが、このツールマガジン２４の外周に沿って放射状をなすように配列されている。これらの交換用のツールＴにはドリルやエンドミル等の加工用工具の他、洗浄水用の噴出ノズルも含まれ、これらはツールマガジン２４に対して脱着可能に収納されている。なお、図面（図１，５，６）においては、ツールマガジン２４に収納されている各ツールＴのうち、一つを除く他については個々のセット位置だけを仮想線で示している。

ツールマガジン２４が中心軸線Ｓ回りに回転制御されることにより、交換用の各ツールＴの一つが選択され、そのツールＴと主軸２２のツールＴとが周知のツールチェンジャー（図示省略）によって自動交換される。このツールチェンジャーの一般的な構造および機能の概要について、以下に簡単に説明する。

ツールチェンジャーは、例えば主軸２２とツールマガジン２４との間において回転および軸線に沿った往復移動が可能に配置された制御軸と、この制御軸に中間部が固定され、かつ両端部に把持部を備えたアームとを備えている。このアームの両把持部により、ツールマガジン２４の選択された一つのツールＴと主軸２２のツールＴとを個々につかんだ状態で、制御軸をアームと共に軸線に沿った一方向へ移動させて主軸２２およびツールマガジン２４から個々のツールＴを抜き取る。つぎに、制御軸をアームと共に回転させて両把持部の位置を入れ替えた後、制御軸を軸線に沿って元の方向へ移動させる。この結果、主軸２２にはツールマガジン２４から抜き取った新たなツールＴが取り付けられ、ツールマガジン２４には主軸２２から抜き取った使用後のツールＴが収納され、自動交換が完了する。

ツールベース２０には、ツールマガジン２４の反対側においてハンド機構２６が配置されている（図１）。このハンド機構２６は、ツールベース２０に対して昇降が可能に支持されたハンド本体２７と、ハンド本体２７の端部に下向きに設けられたチャック部２８とを備えている。チャック部２８は複数個に分割された爪を拡げたり狭めたりできる構造であり、これをワークＷの円筒部内に上から挿入して拡げることでワークＷを把持し、狭めることでワークＷを解放することができる。また、図７で示すように、チャック部２８はハンド本体２７に対して回転軸２９回りに回転操作され、それによって実線で示す使用状態あるいは仮想線で示す待機状態に切り替えられる。

つづいて、マシニングセンタに対するワークＷの搬入、加工および搬出について順次説明する。

まず、加工前のワークＷの搬入について説明すると、前工程における加工済みのワークＷが後述するようにマシニングセンタから搬出されたタイミングで、テーブル１０がＸ，Ｙ方向へ移動制御される。これにより、図１，２の右側に配置されているリフト機構１４のリフター１６を、搬入コンベア３０Ａにおける先頭のワークＷの真下に位置させる（図３，４）。

ここで、リフト機構１４のアクチュエータ１８が駆動し、それに伴うリフター１６の上昇によって搬入コンベア３０Ａの搬送面３６から先頭のワークＷが持ち上げられる（図８，９）。持ち上げられたワークＷは、そのフランジ部の下面がリフター１６の各ピン１７によって支持され、安定した状態に保たれている。また、搬入コンベア３０Ａ上の２番目のワークＷは、前述のように先頭のワークＷとの干渉を避けるために待機位置から突出した作動式ストッパーで受け止められている。なお、この作動式ストッパーは、例えば先頭のワークＷがリフター１６によって持ち上げられた時点で元の待機位置に後退し、搬入コンベア３０Ａ上では２番目のワークＷが先頭に位置する。

リフト機構１４のリフター１６が加工前のワークＷを搬入コンベア３０Ａから受け取った後、テーブル１０が再びＸ，Ｙ方向へ移動制御される。これにより、ワークＷを支持したままのリフター１６を、ハンド機構２６におけるチャック部２８の真下に位置させる。このタイミングでハンド機構２６が図１０の実線で示す位置まで下降し、ハンド機構２６のチャック部２８によってリフター１６に支持されているワークＷを把持する。この後、ハンド機構２６が図１０の仮想線で示すようにワークＷと共に上昇する一方、ワークＷの引き渡しを終えたリフター１６は元の位置に下降する。

さらに、テーブル１０がＸ，Ｙ方向へ移動制御され、ワーク治具１２をハンド機構２６のチャック部２８に把持されたワークＷの真下に位置させる。このタイミングで、ハンド機構２６が図１１の仮想線で示す位置から実線で示す位置まで下降し、ワークＷがワーク治具１２にセットされる。ワークＷをワーク治具１２にセットした後のハンド機構２６は、チャック部２８によるワークＷの把持を解放するとともに元の位置に上昇する。

ワークＷの加工については、所定のプログラムに基づくテーブル１０のＸ，Ｙ方向への移動制御と、主軸２２のＺ方向への移動制御とにより、ワーク治具１２にセットされているワークＷが主軸２２のツールＴによって三次元加工される（図１２）。なお、ワークＷの加工中におけるハンド機構２６のチャック部２８は、図７の仮想線で示す待機状態に切り替えられている。

つぎに、ワークＷの搬出について説明すると、ワーク治具１２にセットされているワークＷの加工後に、テーブル１０がＸ，Ｙ方向へ移動制御され、ワーク治具１２（ワークＷ）をハンド機構２６におけるチャック部２８の真下に位置させる。ここで、ハンド機構２６がワークＷの搬入時と同様に下降し（図１１）、ワーク治具１２にセットされているワークＷをチャック部２８によって把持する。この後、ハンド機構２６が上昇してワークＷをワーク治具１２から取り外す。

テーブル１０が再びＸ，Ｙ方向へ移動制御され、図１，２の左側に配置されているリフト機構１５のリフター１６を、ハンド機構２６のチャック部２８（ワークＷ）の真下に位置させる。このタイミングで、リフト機構１５のアクチュエータ１８が駆動してリフター１６を上昇させる。これと併行してハンド機構２６が、ワークＷの搬入時と同様に図１０の仮想線で示す位置から実線で示す位置まで下降し、チャック部２８によるワークＷの把持を解放する。これにより、ワークＷはハンド機構２６のチャック部２８からリフト機構１５のリフター１６に引き渡される。その後、ハンド機構２６は元の位置まで上昇する。

さらに、テーブル１０がＸ，Ｙ方向へ移動制御され、ワークＷを支持して上昇したままのリフト機構１５のリフター１６を、図１，２で示す搬出コンベア３０Ｂの右側（高い側）に位置させる。このときの搬出コンベア３０Ｂに対するリフト機構１５のリフター１６およびワークＷの上下位置については、図９で示す搬入時の搬入コンベア３０Ａに対するリフト機構１４の場合とほぼ同じである。

そこで、リフト機構１５のリフター１６を下降させると、ワークＷのフランジ部が搬出コンベア３０Ｂの両搬送面３６で受け止められ、ワークＷはリフト機構１５から搬出コンベア３０Ｂに引き渡されたことになる。搬出コンベア３０Ｂの搬送面３６に載せられた加工済みのワークＷは、この搬出コンベア３０Ｂの傾斜にしたがって自重走行し、マシニングセンタのハウジング外に搬出される。

このように本実施の形態におけるマシニングセンタは、その制御機能内において、主軸２２に対するツールＴの自動交換機能に加え、加工前のワークＷの搬入から加工済みのワークＷの搬出までの作業も自動化される。つまり、ワークＷの搬入搬出の自動化対策として、これまで必要とされていた外部制御装置（PLC）に代え、マシニングセンタの内蔵制御装置（NC）だけで対応することが可能になる。

以上は本発明を実施するための最良の形態を図面に関連して説明したが、この実施の形態は本発明の趣旨から逸脱しない範囲で容易に変更または変形できるものである。

例えば、テーブル１０上において図１，２の左右両側に設けられているリフト機構１４，１５は、テーブル１０のＸ，Ｙ方向への移動量を十分に確保できるなら、いずれか一方を廃止して一つにすることも可能である。すなわち、一方のリフト機構１４を両コンベア３０の間にわたって移動させることが可能であれば、他方のリフト機構１５は廃止することができる。また、リフト機構１４，１５におけるリフター１６の形状や寸法、あるいはハンド機構２６におけるチャック部２８の機能や形状については、対象となるワークＷの形状等に応じて随時変更される。

１０テーブル
１２ワーク治具
１４，１５リフト機構
１６リフター
２２主軸
２４ツールマガジン
２６ハンド機構
３０Ａ搬入コンベア
３０Ｂ搬出コンベア
Ｔツール
Ｗワーク

Claims

主軸に取り付けられているツールとツールマガジンに収納されている各種の交換用ツールとの自動交換が可能な機能を備え、所定のプログラムにしたがって主軸とテーブルとが三次元方向へ相対的に移動制御され、テーブル上のワーク治具にセットされているワークが主軸のツールによって加工されるマシニングセンタであって、
加工前のワークをテーブルに向かって送り込む搬入コンベアと、加工済みのワークをテーブルから送り出す搬出コンベアと、テーブルと共に移動するように配置されたリフト機構と、リフト機構の制御により昇降することで、搬入コンベアからワークを受け取り、あるいは搬出コンベアにワークを引き渡すことが可能なリフターと、テーブルの上方において昇降が可能に配置され、かつワークを上から把持し、あるいは解放することが可能なハンド機構とからなり、このハンド機構は、テーブルの移動制御と協働してワーク治具とリフト機構との間でワークを運ぶことが可能に構成されているマシニングセンタ。
請求項１に記載されたマシニングセンタであって、
搬入コンベアおよび搬出コンベアは、両側に分離して配置された一対の搬送面を備えているとともに、個々の両搬送面によってワークの両側を下側から支持した状態で搬送する構成であり、リフト機構のリフターは、その昇降によって搬入コンベアあるいは搬出コンベアにおける個々の両搬送面の間を通過することが可能であり、搬入コンベア側ではリフターの上昇動作によって搬送面上の加工前のワークを下側から持ち上げて受け取り、搬出コンベア側では加工済みのワークを支持したリフターの下降動作によって搬送面上にワークを載せて引き渡すことが可能に設定されたマシニングセンタ。