特開 2024-42580 ワークの反転方法および工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024042580

(43)【公開日】2024-03-28

(54)【発明の名称】ワークの反転方法および工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 7/00 20060101AFI20240321BHJP

   B23B 21/00 20060101ALI20240321BHJP

   B23B 15/00 20060101ALI20240321BHJP

   B23Q 7/04 20060101ALI20240321BHJP

【ＦＩ】

B23Q7/00 D

B23B21/00 C

B23B15/00 N

B23Q7/04 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022147382

(22)【出願日】2022-09-15

(71)【出願人】

【識別番号】000149066

【氏名又は名称】オークマ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】諏訪田 航平

【テーマコード（参考）】

3C033

3C045

【Ｆターム（参考）】

3C033EE00

3C033HH05

3C045FA07

3C045GA10

(57)【要約】

【課題】簡易な構成で様々な形態のワークを反転可能なワーク反転方法を開示する。
【解決手段】工作機械１０において移動可能に設けられたハンド装置３０が、主軸台１８で保持されたワーク１００の第一把持位置ＧＰｆを把持して、前記ワーク１００を前記主軸台１８から取り外し、その後、前記ワーク１００の姿勢を反転させてから、前記ワーク１００を前記主軸台１８に再装着し、前記工作機械１０は、前記ワーク１００が載置可能な仮置台３６を有し、前記ハンド装置３０が、前記ワーク１００の取り外しから再装着までの間に、前記ワーク１００を前記仮置台３６に載置したうえで、前記ワーク１００の把持位置を前記第一把持位置ＧＰｆから第二把持位置ＧＰｓに変更する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークの反転方法であって、
工作機械において移動可能に設けられたハンド装置が、主軸台で保持された前記ワークの第一把持位置を把持して、前記ワークを前記主軸台から取り外し、その後、前記ワークの姿勢を反転させてから、前記ワークを前記主軸台に再装着し、
前記工作機械は、前記ワークが載置可能な仮置台を有し、
前記ハンド装置が、前記ワークの取り外しから再装着までの間に、前記ワークを前記仮置台に載置したうえで、前記ワークの把持位置を前記第一把持位置から第二把持位置に変更する、
ことを特徴とするワークの反転方法。

【請求項2】

請求項１に記載のワークの反転方法であって、
前記工作機械は、１以上の工具取付部を有し、前記工具取付部に取り付けられた工具の位置および姿勢を変更可能な刃物台を有し、
前記仮置台は、前記工具取付部に取り付けられており、
前記刃物台は、前記ワークの前記仮置台への載置に先立って、前記仮置台の姿勢を前記ワークが載置可能な姿勢に変更するとともに、前記仮置台を前記ハンド装置の可動範囲内に位置させる、
ことを特徴とするワークの反転方法。

【請求項3】

請求項１に記載のワークの反転方法であって、
前記ワークは、反転前に前記主軸台で保持される第一端部と、再装着された際に前記主軸台で保持される第二端部と、を有し、
前記第二把持位置は、前記第一把持位置よりも、前記第二端部から離れている、
ことを特徴とするワークの反転方法。

【請求項4】

請求項１に記載のワークの反転方法であって、
前記仮置台は、互いに離隔した一対の載置爪を有し、
前記ハンド装置は、前記ワークを前記仮置台に載置する際、前記ワークの重心を、前記一対の載置爪の間に位置させる、
ことを特徴とするワークの反転方法。

【請求項5】

工作機械であって、
ワークの端部を保持する主軸台と、
工作機械において移動可能に設けられたハンド装置であって、前記主軸台で保持された前記ワークの第一把持位置を把持して、前記ワークを前記主軸台から取り外し、その後、前記ワークの姿勢を反転させてから、前記ワークを前記主軸台に再装着するハンド装置と、
前記ワークが載置可能な仮置台と、
を備え、前記ハンド装置が、前記ワークの取り外しから再装着までの間に、前記ワークを前記仮置台に載置したうえで、前記ワークの把持位置を前記第一把持位置から第二把持位置に変更する、
ことを特徴とする工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、ワークを主軸台から取り外して反転させた後に主軸台に再装着するワークの反転方法、および、ワークの反転が可能な工作機械を開示する。

【背景技術】

【0002】

主軸台は、ワークの第一端部を回転可能に保持する。そして、ワークのうち主軸台より外側に露出する部分を、刃物台や主軸頭に取り付けられた工具で加工する。ワークに対して所定の加工が完了すれば、当該ワークを、主軸台から取り外して反転させ、ワークの第一端部と反対側端部である第二端部を主軸台に再装着することがある。再装着後は、ワークの第一端部周辺に対する加工を追加で行う。

【0003】

近年、オペレータの負荷を軽減するために、こうしたワークの反転および再装着を、ハンド装置を用いて自動的に行うことが提案されている。例えば、特許文献１には、水平移動可能なキャリアに、第一ワークハンドおよび第二ワークハンドを取り付けたローディング装置が開示されている。特許文献１では、第一ワークハンドでワークを把持した後、当該ワークを第二ワークハンドに受け渡し、第二ワークハンドが旋回することでワークの姿勢を１８０度反転させる。かかる特許文献１の技術によれば、ワークの反転および再装着を自動で行えるため、オペレータの負荷を軽減できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６－５５３０８号公報

【特許文献2】特開平５－１６００３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１では、二つのワークハンド（すなわちハンド装置）が必要であるため、工作機械の大型化やコスト増加等を招いていた。また、特許文献１では、第一ワークハンドから第二ワークハンドまでの水平方向距離を殆ど変更できない。そのため、特許文献１の技術では、ワークのうち、ワークハンドで把持できる位置が限られる。結果として、特許文献１の技術では、適切に反転可能なワークの形態が限られており、汎用性に乏しかった。

【0006】

なお、特許文献２には、ワークを一時的に載置できる仮受台を刃物台に取り付ける構成が開示されている。ただし、特許文献２には、ワークの反転に関しては何ら示唆されていない。

【0007】

そこで、本明細書では、簡易な構成で様々な形態のワークを反転可能なワーク反転方法および工作機械を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本明細書で開示するワークの反転方法は、ワークの反転方法であって、工作機械において移動可能に設けられたハンド装置が、主軸台で保持された前記ワークの第一把持位置を把持して、前記ワークを前記主軸台から取り外し、その後、前記ワークの姿勢を反転させてから、前記ワークを前記主軸台に再装着し、前記工作機械は、前記ワークが載置可能な仮置台を有し、前記ハンド装置が、前記ワークの取り外しから再装着までの間に、前記ワークを前記仮置台に載置したうえで、前記ワークの把持位置を前記第一把持位置から第二把持位置に変更する、ことを特徴とする。

【0009】

この場合、前記工作機械は、１以上の工具取付部を有し、前記工具取付部に取り付けられた工具の位置および姿勢を変更可能な刃物台を有し、前記仮置台は、前記工具取付部に取り付けられており、前記刃物台は、前記ワークの仮置台への載置に先立って、前記仮置台の姿勢を前記ワークが載置可能な姿勢に変更するとともに、前記仮置台を前記ハンド装置の可動範囲内に位置させてもよい。

【0010】

また、前記ワークは、反転前に前記主軸台で保持される第一端部と、再装着された際に前記主軸台で保持される第二端部と、を有し、前記第二把持位置は、前記第一把持位置よりも、前記第二端部から離れていてもよい。

【0011】

また、前記仮置台は、互いに離隔した一対の載置爪を有し、前記ハンド装置は、前記ワークを前記仮置台に載置する際、前記ワークの重心を、前記一対の載置爪の間に位置させてもよい。

【0012】

本明細書で開示する工作機械は、ワークの端部を保持する主軸台と、工作機械において移動可能に設けられたハンド装置であって、前記主軸台で保持された前記ワークの第一把持位置を把持して、前記ワークを前記主軸台から取り外し、その後、前記ワークの姿勢を反転させてから、前記ワークを前記主軸台に再装着するハンド装置と、前記ワークが載置可能な仮置台と、を備え、前記ハンド装置が、前記ワークの取り外しから再装着までの間に、前記ワークを前記仮置台に載置したうえで、前記ワークの把持位置を前記第一把持位置から第二把持位置に変更する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本明細書で開示する技術によれば、ワークの取り外しから再装着までの間に、ハンド装置によるワークの把持位置を変更できるため、再装着時におけるハンド装置と主軸台との干渉を防止できる。そして、これにより、簡易な構成で様々な形態のワークを反転できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】工作機械の概略側面図である。

【図2】工作機械の要部を上側からみた模式図である。

【図3】ワークをチャックから取り外す様子を示す図である。

【図4】ワークを、反転後、仮置台に載置した様子を示す図である。

【図5】ハンド装置によるワークの把持位置を変更する様子を示す図である。

【図6】ワークを再装着する様子を示す図である。

【図7】テーパ部分を有するワークを把持する様子を示す図である。

【図8】仮置台の他の例を示す斜視図である。

【図9】ワークの把持位置を変更することなく、ワークを再装着する様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して工作機械１０の構成について説明する。図１は、工作機械１０の概略側面図である。また、図２は、工作機械１０の要部を上側からみた模式図である。以下の説明では、主軸１７の回転軸と平行な方向をＺ軸とする。また、刃物台２０は、Ｚ軸と平行な第一方向と、第一方向に直交する第二方向と、に移動するが、この第二方向と平行な方向をＸ軸とする。さらに、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向をＹ軸とする。また、Ｚ軸においては、主軸１７から刃物台２０に近づく向きをプラス方向、Ｘ軸においては、主軸１７から刃物台２０に近づく向きをプラス方向、Ｙ軸においては、主軸１７から上に向かう向きをプラス方向とする。

【0016】

この工作機械１０は、ワーク１００を回転保持する主軸１７を有した旋盤である。より具体的には、本例の工作機械１０は、複数種類の工具１１０を保持するタレット２２を有したターニングセンタである。ただし、ここで例示する工作機械１０は、一例であり、本明細書で開示する技術は、旋削加工が実行できるのであれば、他の形態の工作機械に適用されてもよい。例えば、本明細書で開示する技術は、旋盤とフライス盤を組み合わせた複合加工機に搭載されてもよい。なお、以下では、工作機械１０は、ターニングセンタとして説明する。

【0017】

工作機械１０の加工室１２の周囲は、カバー１６で覆われている。加工室１２の前面には、大きな開口が形成されており、この開口は、ドア１４により開閉される。オペレータは、この開口を介して、加工室１２内の各部にアクセスする。加工中、開口に設けられたドア１４は、閉鎖される。これは、安全性や環境性等を担保するためである。

【0018】

工作機械１０は、ワーク１００の一端を自転可能に保持する主軸台１８と、工具１１０を保持する刃物台２０と、を備えている。主軸台１８は、図示しないモータにより回転可能な主軸１７を有している。主軸１７の端面には、ワーク１００を着脱自在に保持するチャック２４やコレットが設けられている。主軸１７およびチャック２４は、水平方向（Ｚ軸方向）に延びる回転軸を中心として自転する。

【0019】

刃物台２０は、工具１１０を保持する工具保持装置である。この刃物台２０は、Ｚ軸、すなわち、主軸１７で保持されたワーク１００と平行な方向に移動可能となっている。また、刃物台２０は、Ｘ軸と平行な方向、すなわち、ワーク１００の径方向にも進退できるようになっている。なお、図から明らかな通り、Ｘ軸は、加工室１２の開口からみて、奥側に進むにつれ上方に進むように、水平方向に対して傾いている。

【0020】

刃物台２０のＺ方向端面には、複数の工具１１０を保持可能なタレット２２が設けられている。タレット２２は、Ｚ軸方向視で多角形をしており、Ｚ軸に平行な軸を中心として回転可能となっている。このタレット２２の周面には、工具１１０が装着できる工具取付部２６が複数設けられている。そして、タレット２２を回転させることで、加工に使用する工具１１０を変更できるようになっている。

【0021】

加工室１２内には、さらに、加工作業を補助するためのロボット２８が設けられている。このロボット２８は、関節を介して接続された複数のリンクを有する多関節ロボットまたはシリアルリンクマニピュレータである。ロボット２８の先端には、エンドエフェクタが装着される。ロボット２８に装着されるエンドエフェクタは、状況に応じて変更可能である。本例では、エンドエフェクタとして、ハンド装置３０がロボット２８の先端に取り付けられている。

【0022】

ハンド装置３０は、対象物を把持する装置である。かかるハンド装置３０は、例えば、互いに接近および離隔することで、対象物を把持および開放する複数（図示例では二つ）の把持アーム３２を有する。このハンド装置３０は、ベース部材３４を介してロボット２８の先端に取り付けられている。本例では、このハンド装置３０を用いて、ワーク１００の輸送を行う。

【0023】

コントローラ４０は、オペレータからの指示に応じて、工作機械１０の各部の駆動を制御する。このコントローラ４０は、例えば、各種演算を行うプロセッサ４２と、各種制御プログラムや制御パラメータを記憶するメモリ４４と、を有する。また、コントローラ４０は、通信機能を有しており、他の装置との間で各種データ、例えば、加工プログラムデータ等を授受できる。このコントローラ４０は、例えば、工具１１０やワーク１００の位置を随時演算する数値制御装置を含んでもよい。また、コントローラ４０は、単一のコンピュータでもよいし、物理的に離隔している複数のコンピュータを組み合わせて構成されてもよい。

【0024】

コントローラ４０は、例えば、ワーク１００を工具１１０で加工する際に、主軸台１８や刃物台２０の動きを制御する。また、本例のコントローラ４０は、さらに、ハンド装置３０を駆動して、主軸１７に取り付けられたワーク１００を反転させるが、これについては後述する。

【0025】

次に、こうした工作機械１０でワーク１００を旋削加工する際の流れについて簡単に説明する。なお、以下では、ワーク１００の軸方向一端を「第一端部Ｅｆ」、軸方向他端を「第二端部Ｅｓ」と呼ぶ。

【0026】

ワーク１００を旋削加工する場合、ワーク１００は、主軸台１８のチャック２４に装着される。また、タレット２２には、工具１１０が装着される。コントローラ４０は、加工プログラムに従って、主軸１７を回転させるとともに刃物台２０を移動させ、ワーク１００に対して加工を施す。

【0027】

ここで、こうしたワーク１００の加工の途中で、ワーク１００の向きを反転させることがある。例えば、まず、チャック２４でワーク１００の第一端部Ｅｆを保持した状態で、第二端部Ｅｓ周辺および中間部分に対する加工を行う。以下、第一端部Ｅｆを保持した状態で行う加工を「一次加工」と呼ぶ。一次加工が完了した後、ワーク１００をチャック２４から取り外し、１８０度反転させたうえで、ワーク１００の第二端部Ｅｓをチャック２４に再装着する。そして、チャック２４で第二端部Ｅｓを保持した状態で、第一端部Ｅｆ周辺および中間部分に対する加工を行う。以下、第二端部Ｅｓを保持した状態で行う加工を「二次加工」と呼ぶ。このように一次加工および二次加工を行うことで、ワーク全体を適切に加工できる。

【0028】

ところで、上述の説明で明らかな通り、一次加工の後、二次加工を行うためには、ワーク１００をチャック２４から取り外して、ワーク１００の姿勢を反転させたうえで、ワーク１００をチャック２４に再装着する必要がある。本例では、こうしたワーク１００の取り外し、反転、および、再装着をロボット２８およびハンド装置３０を用いて自動的に行う。かかる構成とすることで、オペレータの負担を軽減できる。

【0029】

しかしながら、ワーク１００の形態によっては、ワーク１００の反転および再装着が容易にできない場合があった。こうした問題を解決するために、本例では、ワーク１００の取り外しから再装着までの間に、ワーク１００を仮置台３６に一時的に載置したうえで、ハンド装置３０によるワーク１００の把持位置を変更させる。以下、これについて、図３～図６を参照して説明する。図３～図６は、ワーク１００をチャック２４から取り外した後、再装着するまでの様子を示す模式図である。なお、図３～図６では、ロボット２８のリンクを、単純な破線の直線で模式的に図示している。

【0030】

はじめに、仮置台３６について説明する。仮置台３６は、上述した通り、再装着されるワーク１００が一時的に載置される台である。かかる仮置台３６は、加工室１２内に固定配置されてもよいし、移動可能に設けられてもよい。本例では、仮置台３６は、タレット２２の工具取付部２６に取り付けられる。また、仮置台３６は、取り扱うワーク１００の形態に合わせて複数種類、用意されていてもよい。この場合、取り扱えるワーク１００の形態に応じて、タレット２２に取り付ける仮置台３６を変更してもよい。また、一つのタレット２２に複数種類の仮置台３６を予め装着しておき、取り扱うワーク１００の形態に応じて、タレット２２を回転させてもよい。

【0031】

一次加工が完了すると、コントローラ４０は、ロボット２８およびハンド装置３０を駆動し、ハンド装置３０にワーク１００を把持させる。図３は、このときの様子を示している。図３から明らかな通り、このとき、チャック２４は、ワーク１００の第一端部Ｅｆを保持している。また、ハンド装置３０は、第二端部Ｅｓ近傍にある第一把持位置ＧＰｆを把持する。

【0032】

続いて、コントローラ４０は、チャック２４を開放するとともに、ロボット２８を駆動して、ワーク１００をチャック２４から引き抜く。さらに、その後、コントローラ４０は、ロボット２８の姿勢を変更して、ワーク１００の姿勢を１８０度反転させる。すなわち、第一端部ＥｆがＺ方向プラス側に向き、第二端部ＥｓがＺ方向をマイナス側を向く姿勢に変更する。

【0033】

ワーク１００の姿勢を反転させた後、コントローラ４０は、ロボット２８を駆動して、ワーク１００を仮置台３６に載置する。図４は、仮置台３６にワーク１００を載置した様子を示している。このとき、コントローラ４０は、予め、仮置台３６を適切な位置および姿勢に変更しておく。具体的には、コントローラ４０は、仮置台３６の載置面がほぼ水平になるように、タレット２２を回転させる。また、コントローラ４０は、仮置台３６が、ロボット２８の可動範囲内に位置するように、刃物台２０を移動させる。

【0034】

ワーク１００を仮置台３６に載置できれば、コントローラ４０は、ハンド装置３０によるワーク１００の把持位置を、第一把持位置ＧＰｆから第二把持位置ＧＰｓに変更させる。図５は、把持位置を変更した様子を示す図である。図５から明らかな通り、第二把持位置ＧＰｓは、第一把持位置ＧＰｆよりも第一端部Ｅｆに近い。

【0035】

把持位置が変更できれば、コントローラ４０は、ロボット２８およびチャック２４を駆動して、ワーク１００をチャック２４に再装着させる。図６は、再装着の様子を示す図である。図６から明らかな通り、このとき、チャック２４は、第二端部Ｅｓを保持し、ハンド装置３０は、第二端部Ｅｓから離れた第二把持位置ＧＰｓを把持する。ワーク１００の再装着が完了すれば、コントローラ４０は、ロボット２８を所定の退避位置まで退避させ、ワーク１００に対する二次加工を開始させる。

【0036】

以上の説明で明らかな通り、本例では、ワーク１００を、取り外してから再装着するまでの間に、ハンド装置３０によるワーク１００の把持位置を変更している。かかる処理を行う理由について図９を参照して説明する。

【0037】

図９は、把持位置を変更することなく、ワーク１００を再装着する様子を示す図である。図９に示すように、把持位置を変更しない場合、ハンド装置３０は、第二端部Ｅｓに近い第一把持位置ＧＰｆを把持し続けることになる。この状態で、ワーク１００の第二端部Ｅｓをチャック２４に装着しようとすると、図９に示すように、ハンド装置３０またはその周辺の部材が、チャック２４または主軸台１８と干渉することがある。図９では、第二端部Ｅｓをチャック２４に装着しようとしても、ベース部材３４がチャック２４と干渉するため、ワーク１００の再装着ができない。

【0038】

こうした問題は、当然ながら、ワーク１００をチャック２４から取り外す際（図３のとき）に、第二端部Ｅｓから離れた位置を把持する、すなわち、第一把持位置ＧＰｆを第二端部Ｅｓから離せば解決できる。しかし、ワーク１００の形態によっては、第一把持位置ＧＰｆを第二端部Ｅｓから離すことが難しい場合もある。例えば、図３に示す例の場合、ワーク１００の軸方向寸法が小さいため、ハンド装置３０を他部材に干渉させることなく、ハンド装置３０で把持できる位置は限られてしまう。結果として、第一把持位置ＧＰｆを第二端部Ｅｓから離すことは難しい。

【0039】

また、ワーク１００の軸方向寸法が大きい場合でも、把持できる位置が限定される場合もある。例えば、図７に示すように、ワーク１００の中央部分（図７においてクロスハッチングを施した部分）にテーパが形成されている場合がある。ハンド装置３０の種類によっては、こうしたテーパが形成された部分を適切に把持できない。この場合、ハンド装置３０は、チャック２４からワーク１００を取り外す際、ワーク１００の第二端部Ｅｓ近傍しか把持できない。結果として、第一把持位置ＧＰｆを第二端部Ｅｓから離すことは難しい。

【0040】

本例では、上述した通り、ワーク１００をチャック２４から取り外してから再装着するまでの間に、ワーク１００を仮置台３６に一時的に載置したうえで、把持位置を変更すればよい。これにより、図６に示すように、ハンド装置３０と他部材との干渉を防止しつつ、ワーク１００の第二端部Ｅｓをチャック２４に再装着できる。

【0041】

なお、当然ながら、第一把持位置ＧＰｆを第二端部Ｅｓから十分に離せる場合には、ワーク１００の仮置きおよび把持位置の変更を行うことなく、直接、ワーク１００をチャック２４に再装着してもよい。また、本例では、ワーク１００の姿勢を反転させた後に、ワーク１００を仮置台３６に載置しているが、この順序は逆でもよい。すなわち、仮置台３６にワーク１００を載置して、ハンド装置３０による把持位置を変更した後に、ワーク１００の姿勢を１８０度反転させてもよい。

【0042】

また、ワーク１００を仮置台３６に載置する際には、図４に示すように、ワーク１００の重心ＣＧを、一対の載置爪３８の間に位置させる。これにより、仮置き時に、ワーク１００が仮置台３６から転落することを効果的に防止できる。また、ワーク１００の中には、図８に示すように、段付き形状のものがある。かかるワーク１００を取り扱う場合には、二つの載置爪３８の設置高さを、段差に応じて異ならせてもよい。

【0043】

また、本例では、仮置台３６をタレット２２に取り付けているが、仮置台３６は、タレット２２とは独立して設けられてもよい。例えば、仮置台３６は、心押台（図示せず）や、ロボット２８とは別のロボットに取り付けられてもよい。また、仮置台３６は、加工室内に固定設置されてもよい。

【0044】

また、本例では、ハンド装置３０をロボット２８に取り付けているが、ハンド装置３０は、移動可能であれば、他の部材に取り付けられてもよい。例えば、加工室１２にガントリークレーンを設けておき、このガントリークレーンにハンド装置３０を取り付けてもよい。

【符号の説明】

【0045】

１０ 工作機械、１２ 加工室、１４ ドア、１６ カバー、１７ 主軸、１８ 主軸台、２０ 刃物台、２２ タレット、２４ チャック、２６ 工具取付部、２８ ロボット、３０ ハンド装置、３２ 把持アーム、３４ ベース部材、３６ 仮置台、３８ 載置爪、４０ コントローラ、４２ プロセッサ、４４ メモリ、１００ ワーク、１１０ 工具、ＣＧ 重心、Ｅｆ 第一端部、Ｅｓ 第二端部、ＧＰｆ 第一把持位置、ＧＰｓ 第二把持位置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】