JP5287334B2 - ワーク給排装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク給排装置に関し、より詳細には、軸受軌道輪等の円筒状のワークを工作機械の加工部に給排するワーク給排装置に関する。

転がり軸受の軌道輪等のようなワークを、前工程から受け取って工作機械へ供給し、工作機械から排出して後工程へと送るワーク給排装置が知られている。工作機械の稼働率を上げるためには、加工時間以外の搬送時間を短くすることが重要である。このため、特許文献１及び特許文献２では、ワーク給排装置において、供給アームと排出アームとの２つのアームを用いている。また、特許文献３に記載のワーク給排装置では、２つのアームを使用して給排位置と加工位置へ２つのワークが干渉しないように搬送することが考案されている。

実開平６−５７５３８号公報 特開平５−２７７８７８号公報 特開２００８−１９４８０６号公報

ところで、特許文献１及び２に記載のように供給アームと排出アームとの２つのアームを用いる場合は、加工位置近傍のワークの軌跡が２種類となり複雑、広範囲になる。また、供給位置と排出位置を別の場所に設ける必要があり、前工程及び後工程との搬送が複雑になる。さらに、上記軌跡はアームの駆動機構により制約を受けるため、加工位置近傍に待機するワーク支持機構や刃具などを設ける場合にはそれらとの干渉を避けるために更に制約条件が多くなる。

また、特許文献３に記載のワーク給排装置では、同一の給排位置からワークが給排でき、装置を小型化できるが、ワークの軌跡はアームの旋回運動に基づくため、加工刃具を上方に配置する場合には旋回するアームの旋回領域と干渉する可能性がある。そのため、加工刃具をローディングの都合で退避させる必要が生じ、加工サイクルが煩雑になるという問題がある。

本発明は、上述の従来技術の問題点を解決するもので、その目的は、簡単な構造で、加工時間以外の搬送時間を短くして効率の良い加工サイクルを設定できるワーク給排装置を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 先端にワークを保持可能な把持部を有し、駆動手段の動力によって旋回動作する把持アームと、
前記駆動手段と前記把持アームとの間に設けられ、工具によって前記ワークを加工する加工位置と前記ワークを給排する給排位置との間を前記把持部が移動するように前記駆動手段の動力を前記把持アームに伝達する動力伝達手段と、
を有し、
前記把持アームは、その旋回中心を移動させながら旋回動作することで、自転及び公転を利用した遊星運動することを特徴とするワーク給排装置。
（２） 前記給排位置は前記加工位置より上方に配置されており、
前記把持アームは、前記把持部が前記加工位置より下方を通過するように遊星運動することを特徴とする上記（１）に記載のワーク給排装置。
（３） 前記動力伝達手段は、
前記駆動手段によって回転するアーム旋回軸と同軸上に取付けられた固定ギアと、
前記把持アームの支点部に取り付けられた遊星ギアと、
前記固定ギアと前記遊星ギアの両方に噛合するアイドラギアと、
前記アーム旋回軸に旋回可能に取り付けられ、前記遊星ギアと前記アイドラギアを軸支する支持アームと、
を有し、
前記把持アームは、前記把持部が前記固定ギアの側方を通過して前記加工位置と前記給排位置との間を移動するように遊星運動することを特徴とする上記（１）または（２）に記載のワーク給排装置。

本発明のワーク給排装置によれば、動力伝達手段が、駆動手段と把持アームとの間に設けられ、工具によってワークを加工する加工位置とワークを給排する給排位置との間を把持部が移動するように駆動手段の動力を把持アームに伝達する。これにより、供給位置と排出位置を同じ場所（給排位置）に設け、把持アームによるワークの軌跡を１種類とすることで、給排装置への搬送機構を含め、装置全体を小型化することができる。
また、把持アームは、その旋回中心を移動させながら旋回動作することで、自転及び公転を利用した遊星運動する。これにより、加工点近傍の配置の自由度をアップすることができ、加工刃具を上方に配置する場合であっても、加工刃具の退避動作が不要となり、効率的な加工サイクルを実現することができる。

本発明のワーク給排装置が適用される工作機械及び搬送機構を示した斜視図である。 図１の把持アームが加工位置から給排位置へ移動する過程を示した側面図である。 （ａ）は、シャトルガイド近傍の正面図であり、（ｂ）はその側面図である。

以下、本発明に係るワーク給排装置が適用される工作機械を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態のワーク給排装置１００は、工作機械としての超仕上盤Ｍに適用されており、工作機械Ｍの上部に設けられた搬送機構であるガントリローダ４０によってワーク給排装置１００にワークＷが搬入／搬出される。

ワーク給排装置１００は、先端にワークＷを僅かなすきまを介し遊嵌可能な円弧状の凹部と後述のシャトル５３が通過可能な開口部を備える把持部１５を有し、駆動手段としてのモータ２０の動力によって旋回動作する把持アーム１４と、モータ２０と把持アーム１４との間に設けられ、図示しない工具によってワークＷを加工する加工位置ＷＰとワークＷを給排する給排位置ＴＰとの間を把持部１５が移動するようにモータ２０の動力を把持アーム１４に伝達する動力伝達手段３０と、を有する。また、ワーク給排装置１００は、ガントリローダ４０から搬入されるワークＷを給排位置ＴＰへ水平に搬送するシャトル機構５０を有する。

動力伝達手段３０は、ベルトプーリ機構２１と遊星ギア機構３１とを備える。ベルトプーリ機構２１は、工作機械Ｍの基台１０（一点鎖線で示す左側壁部）に固定されたモータ２０の回転軸に固定される駆動プーリ２６と、モータ２０の上方に位置するアーム旋回軸３３の一端部に固定された従動プーリ２８と、これら駆動プーリ２６、従動プーリ２８、及び基台１０に回転自在に取り付けられたアイドラプーリ２９に巻き掛けられたベルト２４と、を備える。また、アーム旋回軸３３は、略円筒状で図１で左側端部が基台１０に固定され、右側端部に後述の固定ギア３２が固定される旋回軸ハウジング１０ａに図示しない軸受を介して回転自在に支持される。基台１０及び固定ギア３２の中央には、アーム旋回軸３３が貫通される孔が設けられている。これにより、アーム旋回軸３３は、モータ２０によって回転駆動される。なお、本実施形態では、アーム旋回軸３３は、加工位置ＷＰと略等しい高さに設置されている。

また、遊星ギア機構３１は、アーム旋回軸３３と同軸上に取付けられた固定ギア３２と、把持アーム１４と共通の軸に固定された遊星ギア３４と、固定ギア３２と遊星ギア３４の両方に噛合するアイドラギア３６と、アーム旋回軸３３に旋回可能に取り付けられ、遊星ギア３４とアイドラギア３６を軸支する支持アーム１３と、を有する。アーム旋回軸３３が回転すると、把持アーム１４は、その旋回中心を移動させながら旋回動作することで、自転及び公転を利用した遊星運動をする。即ち、把持アーム１４は、遊星ギア３４の回転軸を中心に自転しながら、アーム旋回軸３３を中心に公転している。

本実施形態においては、固定ギヤ３２、アイドラギヤ３６、遊星ギヤ３４のギヤ比をａ１：ａ２：ａ３とした場合に、ａ１＞ａ２＞ａ３としている。この場合、ａ１がａ３よりも大きいことにより、把持部１５が給排位置ＴＰと加工位置ＷＰの間を移動する際に、支持アーム１３の回動角度に比べて遊星ギヤ３４の回動角度を大きくすることができ、把持部１５を大きく動かすことができる。

図２（ａ）〜（ｄ）は、加工位置ＷＰのワークＷが給排位置ＴＰへ移動する際のワークＷの軌跡ｔ_１を示している。

図２（ａ）に示す把持部１５が加工位置ＷＰにある場合には、遊星ギヤ３４の軸がアーム旋回軸３３と同じ高さとなり、支持アーム１３と把持アーム１４とが水平に互いに一直線状に延びている。そして、支持アーム１３が反時計回りに回動し始めると、固定ギア３２と噛合するアイドラギア３６は支持アーム１３とともに公転しながら反時計回りに自転し、アイドラギア３６と噛合する遊星ギア３４が軌跡ｔ_２に沿って時計回りに回動する。これにより、把持部１５が加工位置ＷＰから離れる際には、下方へと移動する。従って、把持部１５が加工位置ＷＰの上方を通らずに離れるので、上部に工具を配置した場合にも工具と干渉せずに移動することができる。

また、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、把持アーム１４が旋回する途中では、把持アーム１４と支持アーム１３とが側面視で重なり合って、把持部１５が固定ギア３２の側方を通過するように旋回する。さらに、図２（ｄ）に示す把持部１５が給排位置ＴＰに到達した状態では、支持アーム１３と把持アーム１４とが再び一直線状になる。従って、アーム１３，１４の旋回途中では、旋回アーム１４が旋回する軌跡を支持アーム１３が旋回する軌跡に重ね合わせることができる。これにより、両アーム１３、１４が旋回する軌跡の範囲を狭くすることができ、工作機械Ｍの他の機構を配置する上で自由度が向上する。また、加工位置ＷＰ及び給排位置ＴＰでは、支持アーム１３と把持アーム１４が一直線状になるので、これらの位置でのストロークを十分に確保することができる。

これにより、把持アーム１４は、把持部１５が加工位置ＷＰより下方を通過して、加工位置ＷＰと該加工位置ＷＰより上方に配置された給排位置ＴＰとの間を移動するように遊星運動する。
また、把持部１５は、基台１０にワークＷの厚さよりわずかに広いすきまを隔てて固定された２枚のガイド板１０ｃ、１０ｄの間を旋回するので、ワークＷは把持部１５の凹部内に収容されたままの状態で搬送可能である。

シャトル機構５０は、給排位置ＴＰを備えて、アーム旋回軸３３と平行に延び、ワークＷを案内するシャトルガイド５１と、エアシリンダ機構５２によってシャトルガイド５１内を水平移動可能なシャトル５３と、を備える。

図３に示すように、シャトルガイド５１は、ガイド板１０ｃ，１０ｄを境に、互いに略左右対称な形状の搬入側シャトルガイド５１ａと搬出側シャトルガイド５１ｂとからなる。搬入側シャトルガイド５１ａと搬出側シャトルガイド５１ｂはともにワークＷの直径よりわずかに大きな内径の貫通孔を有しており、ガイド板１０ｃ，１０ｄに固定されている。ガイド板１０ｃ，１０ｄにも同様に、ワークＷの直径よりわずかに大きな内径の貫通孔を有しており、これら４つが一直線上に並んでいることにより、シャトル５３の通路を形成している。また、シャトルガイド５１、ガイド板１０ｂ、１０ｃの全長にわたり、手前側にはシャトル５３が通過するための切欠き５１ｃを有する。さらに、搬入側シャトルガイド５１ａと搬出側シャトルガイド５１ｂはワークＷ及びローダ４０の把持部４０ａが上下方向に出入り可能なような形状を有する。

シャトル５３は、４枚の同形の仕切り板５３ａを有している。具体的には、仕切り板５３ａは、シャトルガイド５１内に位置し、ワークＷの外径と略等しい径の円弧状で上部にはローダ４０の把持部４０ａとの干渉を避けるための切欠きを備えた本体部と、細長い基部とからなり、基部は前記切欠き５１ｃから外部へ延びている。左側の２枚及び右側の２枚は、それぞれ基端部でスペーサ５３ｂを介して結合されている。さらに中央の２枚は、後述のエアシリンダ装置のスライド部５２ａ（より詳しくは、シリンダ固定部５２ｂを貫通した右側の部分の端板５２ｃ。なお、図１で１０ｂはシリンダ装置５２を基台１０に固定するブラケットである。）に固定される腕部５３ｃを介して結合されている。スペーサ５３ｂの厚さは、ワークＷの幅よりわずかに大きく、ガイド板１０ｃ、１０ｄの間の間隔と等しい。そして、左側の２枚の仕切り板５３ａ間には搬入されたワークＷ（未加工ワーク）が、右側の２枚の仕切り板５３ａ間には搬出されるワークＷ（加工済みのワーク）が収容される。さらに、シャトルガイド５１とシャトル５３との関係は、シャトル５３の移動により、加工済みのワークの収容部が給排位置ＴＰに位置したときには、未加工のワークの収容部は、ワークＷをローダ４０により搬入可能な搬入位置ＩＰに位置し、未加工のワークの収容部が給排位置ＴＰに位置したときには、加工済みのワークの収容部は、ワークＷをローダ４０により搬出可能な搬出位置ＯＰに位置するような関係になっている。

このように構成されたワーク給排装置１００では、前工程の装置から未加工のワークＷがガントリローダ４０によってシャトルガイド５１の搬入位置ＩＰ（図１中、左側）に供給される。また、このとき給排位置ＴＰには、把持アーム１４の把持部１５に収容された状態で加工済みのワークＷが位置している。そして、ワークＷは、エアシリンダ機構５２によってシャトル５３に押されてシャトルガイド５１に沿って移動することにより、未加工のワークＷが搬入位置ＩＰから給排位置ＴＰに待機している把持アーム１４の把持部１５の凹部内に運ばれ、同時に、加工済みのワークＷが給排位置ＴＰから搬出位置ＯＰへ運ばれる。

把持アーム１４を旋回することで、把持部１５は、ワークＷの中心が図２に示すようなワーク軌道ｔ_１を図２と逆の順に通過しながら遊星運動し、加工位置ＷＰの下方から接近して、ワークＷを加工位置ＷＰへと運ぶ。この状態で、ワークＷは把持部１５から側面に設けられたバッキングプレート６０等からなるワーク支持機構に支持されながら、加工位置ＷＰの上方に配置された、図示しない砥石等の工具によって加工される。

加工済みのワークＷは再度把持部１５に収容された状態で上記と同様にワーク軌道ｔ_１によって給排位置ＴＰへと移動する（図２に示す順）。このため、把持部１５が加工位置ＷＰを離れる際には、加工位置ＷＰの下方を通る。次いで、再度シャトル５３を搬出側（右端部）へ移動させることにより、今回加工した加工済みのワークＷは搬出位置ＯＰへ移される。その後、ガントリローダ４０がこの加工済みのワークＷを受け取り、後工程の装置へ搬出する。また、把持部１５が加工位置ＷＰにワークＷを供給し、加工が行われている間に、先に加工済みのワークＷの搬出位置ＯＰでのガントリローダ４０による搬出が行われ、さらに、シャトル機構５０はシャトル５３を左側に戻し、さらに次の未加工のワークＷを供給する動作を完了させておく。そして、これらの工程を同様に繰り返す。
なお、ローダ４０は、加工時間や搬送時間の条件により、搬入側と搬出側とに個別に設けてもよく、１台で両方の搬送を行うようにしてもよい。

従って、本実施形態のワーク給排装置１００によれば、動力伝達手段３０が、モータ２０と把持アーム１４との間に設けられ、工具によってワークＷを加工する加工位置ＷＰとワークＷを給排する給排位置ＴＰとの間を把持部１５が移動するようにモータ２０の動力を把持アーム１４に伝達する。これにより、供給位置と排出位置を同じ場所（給排位置）に設け、把持アーム１４によるワークＷの軌跡ｔ_１を１種類とすることで、給排装置ＴＰへの搬送機構を含め、装置全体を小型化することができる。

また、把持アーム１４は、その旋回中心を移動させながら旋回動作することで、自転及び公転を利用した遊星運動する。これにより、加工点近傍の配置の自由度をアップすることができ、加工刃具等の工具を上方に配置する場合であっても、加工刃具の退避動作が不要となり、効率的な加工サイクルを実現することができる

また、給排位置ＴＰが加工位置ＷＰより上方に配置されていることにより、前工程及び後工程との搬送を容易に行うことができるようになる。さらに、旋回アーム１４が加工位置ＷＰより下方を通過して遊星運動することによって、加工位置ＷＰ近傍のワーク支持機構や刃具等の配置の自由度を上げられる。

さらに、動力伝達手段３０は、モータ２０駆動手段によって回転するアーム旋回軸３３と同軸上に取付けられた固定ギア３２と、把持アーム１４の支点部に取り付けられた遊星ギア３４と、固定ギア３２と遊星ギア３４の両方に噛合するアイドラギア３６と、アーム旋回軸３３に旋回可能に取り付けられ、遊星ギア３４とアイドラギア３６を軸支する支持アーム１３と、を有し、把持アーム１４は、把持部１５が固定ギア３２の側方を通過するようにして加工位置ＷＰと給排位置ＴＰとの間を移動するように遊星運動する。これにより、両アーム１３、１４が旋回する軌跡の範囲を狭くすることができ、工作機械Ｍの他の機構を配置する上で自由度が向上する。
また、シャトル５３の往復移動と把持アーム１４の旋回動作との連携により、アイドルタイムの短縮ができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、本実施形態においては、ワークは、軸受軌道輪等の円筒状ワークとして説明したが、これに限定されるものではなく、把持部の把持機構を変形することにより、種々のワークに対応可能である。
また、リング状ワークを加工する機械は、研磨、切削、研削等、任意の工作機械であってもよい。

１００ ワーク給排装置
Ｗ ワーク
ＷＰ 加工位置
ＴＰ 給排位置
１３ 支持アーム
１４ 把持アーム
１５ 把持部
２０ モータ（駆動手段）
２４ ベルト
２６ 駆動プーリ
２８ 従動プーリ
２９ アイドラプーリ
３０ 動力伝達手段
３２ 固定ギア
３３ アーム旋回軸
３４ 遊星ギア
３６ アイドラギア
４０ ガントリローダ（搬送機構）

Claims (3)

1. 先端にワークを保持可能な把持部を有し、駆動手段の動力によって旋回動作する把持アームと、
   前記駆動手段と前記把持アームとの間に設けられ、工具によって前記ワークを加工する加工位置と前記ワークを給排する給排位置との間を前記把持部が移動するように前記駆動手段の動力を前記把持アームに伝達する動力伝達手段と、
   を有し、
   前記把持アームは、その旋回中心を移動させながら旋回動作することで、自転及び公転を利用した遊星運動することを特徴とするワーク給排装置。
2. 前記給排位置は前記加工位置より上方に配置されており、
   前記把持アームは、前記把持部が前記加工位置より下方を通過するように遊星運動することを特徴とする請求項１に記載のワーク給排装置。
3. 前記動力伝達手段は、
   前記駆動手段によって回転するアーム旋回軸と同軸上に取付けられた固定ギアと、
   前記把持アームの支点部に取り付けられた遊星ギアと、
   前記固定ギアと前記遊星ギアの両方に噛合するアイドラギアと、
   前記アーム旋回軸に旋回可能に取り付けられ、前記遊星ギアと前記アイドラギアを軸支する支持アームと、
   を有し、
   前記把持アームは、前記把持部が前記固定ギアの側方を通過して前記加工位置と前記給排位置との間を移動するように遊星運動することを特徴とする請求項１または２に記載のワーク給排装置。

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