JPH07290351A - 加工装置及びそれを用いた加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工具の回転数や送り速度をアップすることな
く、加工リードタイムを短縮して装置の大型化を避けつ
つ加工コストの低減を図るとともに、マニプレータの制
御を簡素化して設備コストも低減させる。 【構成】 所定の工具を備えたマニプレータ（ロボッ
ト）１０が、その工具（研削砥石）の駆動、位置及び被
加工物（金型）５０に対する工具の相対的な姿勢の制御
可能で、かつ加工のための送り動作可能に構成されてい
る加工装置において、前記マニプレータ１０に複数個の
工具３０，３１がそれぞれ独立してその駆動、位置及び
被加工物５０に対する相対的な姿勢の制御可能に設けら
れているとともに、各工具３０，３１の相互間にはそれ
ぞれの加工作業中における互いの干渉を避ける干渉回避
距離が設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットなどの
マニプレータによる加工装置とこの加工装置を用いた加
工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の加工装置の一例が特開平２−７
６００６号公報に開示されている。この公報の技術にお
いては工具（研削砥石）を備えたロボットの制御によ
り、被加工物である金型の表面に沿って前記工具を回転
駆動させながら移動させ、これによって金型の表面を研
削している。そしてこの金型の研削においては、所望す
る面粗さが得られるまで前記工具を粒度の粗い砥石から
順次粒度の細かい砥石に交換しながら何度か加工を繰り
返している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしこれでは加工作
業の開始から完了までのリードタイムが長くなって加工
コストが増加する。そこで工具の回転数や送り速度をア
ップすることが考えられるが、その場合には加工不良な
どを避けるために設備機能を向上させることが必要とな
り、結果的には加工装置の大型化を招くこととなって現
実的でない。またロボットなどのマニプレータを複数台
使用して一つの被加工物を同時に加工することにより、
その加工リードタイムの短縮を図ることも可能ではある
が、そのためにはマニプレータ同士を干渉させないよう
な複雑な制御が要求される。この結果、マニプレータの
制御系が複雑になるとともに、作成された複雑な制御デ
ータについても被加工物が金型のように少数生産（例え
ば一品生産）の場合は一回の使用で用済みとなり、これ
らのことからコストが増加する。

【０００４】本発明が解決しようとする課題は、一つの
マニプレータに設けた複数個の工具によってそれら相互
の干渉を避けながら被加工物の同時に加工を可能とする
ことにより、工具の回転数や送り速度をアップすること
なく、加工リードタイムを短縮して装置の大型化を避け
つつ加工コストの低減を図るとともに、マニプレータの
制御を簡素化して設備コストも低減させることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明における加工装置及びそれを用いた加工方法
はつぎのように構成されている。まず請求項１記載の構
成は、所定の工具を備えたマニプレータが、その工具の
駆動、位置及び被加工物に対する工具の相対的な姿勢の
制御可能で、かつ加工のための送り動作可能に構成され
ている加工装置において、前記マニプレータに複数個の
工具がそれぞれ独立してその駆動、位置及び被加工物に
対する相対的な姿勢の制御可能に設けられているととも
に、各工具の相互間にはそれぞれの加工作業中における
互いの干渉を避ける干渉回避距離が設定されている。請
求項２記載の構成では、前記の各工具がそれぞれ粒度の
異なる研削砥石である。請求項３記載の構成は、請求項
１又は２記載の加工装置を用いた加工方法であって、先
行して加工作業を行っている工具が前記マニプレータの
送り動作によって前記の干渉回避距離だけ送られたら、
これに続く工具の駆動、位置及び被加工物に対する相対
的な姿勢の制御を開始する。

【０００６】なお前記被加工物に対する工具の相対的な
姿勢の制御とは、被加工面に対する工具の傾きや高さの
調整をいう。またマニプレータとは、多軸ロボットまた
は多軸工作機械などの総称である。

【０００７】

【作用】請求項１記載の構成によれば、前記マニプレー
タの制御により、これに設けられている複数個の工具を
それぞれ独立して駆動させ、かつ被加工物に対する相対
的に姿勢を制御しつつマニプレータを送り動作させるこ
とで、被加工物は各工具によって同時に加工される。し
たがって工具を駆動させるための回転数やマニプレータ
の送り速度をアップすることなく、加工の開始から完了
までのリードタイムが短縮される。またこの加工作業中
においては、各工具の相互間に前記の干渉回避距離が常
に保たれているので、簡単な制御によって各工具の干渉
を避けながら作業を遂行できる。請求項２記載の構成に
おいては、粒度の異なる複数個の研削砥石によって被加
工物を同時に研削加工することができ、これによって例
えば被加工物の荒研削を行いながらこれに追従して仕上
げ研削を行うことが可能となる。請求項３の構成では、
各工具の間において先行して加工作業を行っている工具
が前記の干渉回避距離だけ送られたら、これに続く工具
による加工が開始されるので、各工具の干渉が避けられ
るのはもちろんのこと、加工作業が開始される前の工具
の無駄な駆動などが解消される。

【０００８】

【実施例】つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説
明する。図１は金型加工装置を表した斜視図である。こ
の図面で明らかなように金型加工装置は、マニプレータ
の一例として用いられたロボット１０、被加工物である
金型５０（半製品）が載せられた加工台５２、ロボット
１０を制御するための制御部４０及びパーソナルコンピ
ュータ４４を主体として構成されている。なお制御部４
０は、前記金型５０の加工条件などを指定して入力する
操作部４２を備えている。

【０００９】前記ロボット１０は１０軸（自由度）を有
する多軸ロボットであって、走行レール３６の上を往復
移動可能なコラム１２に対してクロスレール１４が昇降
動作可能に設けられている。このクロスレール１４に
は、アーム１６が前記加工台５２に向かう方向の前進動
作及びその逆方向への後退動作可能に設けられている。
またこのアーム１６の先端には下方へ延びる回転軸１８
を通じてはり２０が支持され、このはり２０はアーム１
６に対して回転軸１８と共にその軸線回りに回転できる
ようになっている。このはり２０に対しては、その下面
部において長手方向へ往復移動可能なスライドアーム２
２と、はり２０の側面部において昇降動作可能なスライ
ドアーム２３とがそれぞれ設けられている。

【００１０】前記の両スライドアーム２２，２３の端部
（下端部）には、軸線Ａ，Ｂをそれぞれ回動支点とする
二方向の旋回動作が可能な手首部２４が個々に取付けら
れている。そしてこれらの手首部２４はスピンドルヘッ
ド２６をそれぞれ備え、両スピンドルヘッド２６には加
工用の工具である研削砥石３０，３１が設けられてい
る。なお両スピンドルヘッド２６は、それぞれの研削砥
石３０，３１を回転駆動させるための駆動源（エアモー
ター）及び研削砥石３０，３１に加わる軸線方向の衝撃
荷重を吸収するためのフローティング機構（いずれも図
示外）が内蔵されている。

【００１１】さて前記ロボット１０において前記走行レ
ール３６に対するコラム１２の往復移動、コラム１２に
対するクロスレール１４の昇降動作、このクロスレール
１４に対する前記アーム１６の進退動作及びこのアーム
１６に対して前記はり２０が回転軸１８と共に回転する
動作は、前記パーソナルコンピュータ４４に入力された
加工データに基づく前記制御部４０からの信号によって
それぞれ制御されるようになっている。また前記はり２
０に対するスライドアーム２２の往復移動及びはり２０
に対するスライドアーム２３の昇降動作については前記
制御部４０からの信号によってそれぞれ個別に制御され
る。同じく前記の両手首部２４における軸線Ａ，Ｂをそ
れぞれ回動支点とする二方向の旋回動作、及び両スピン
ドルヘッド２６における研削砥石３０，３１の駆動につ
いても、前記制御部４０からの信号によって個々に独立
して制御可能となっている。

【００１２】つづいて前記の加工装置による前記金型５
０の加工（研削）作業について説明する。なおこの作業
にあたっては、前記の両研削砥石３０，３１のうちの一
方の砥石３０は荒加工用とし、他方の砥石３１は仕上げ
加工用としている。図２に金型５０に対する前記の両研
削砥石３０，３１の研削動作の一例が平面図で示されて
いる。この図で示すように両研削砥石３０，３１の間に
は作業に先立って干渉回避距離Ｌが設定されている。こ
の干渉回避距離Ｌは、前記ロボット１０の制御に基づく
両研削砥石３０，３１の研削作業において互いの干渉を
生じさせない距離であり、その設定は前記はり２０に対
するスライドアーム２２の移動によって行う。

【００１３】前記制御部４０からの信号に基づいてロボ
ット１０が制御され、まず荒加工用の研削砥石３０が前
記金型５０における表面の研削を開始する。このときの
仕上げ加工用の研削砥石３１は、前記はり２０に対する
スライドアーム２３の上昇動作によって金型５０の表面
に接触しない位置に保持され、かつ回転駆動も止めてい
る。前記荒加工用の研削砥石３０による金型５０の研削
が前記の干渉回避距離Ｌだけ進んで、仕上げ加工用の研
削砥石３１がその研削開始点に達すると、前記スライド
アーム２３の下降動作によって砥石３１を金型５０の表
面に接触させると同時にその回転駆動が開始される。そ
の後は両研削砥石３０，３１により、これらの相互間に
干渉回避距離Ｌを保ったままで金型５０の荒加工とそれ
に続く仕上げ加工とが同時に行われる。なお研削量の多
い金型５０においては、荒加工を複数回行う必要があ
る。この場合には両研削砥石３０，３１を共に荒加工用
とすることで、荒加工のための作業時間を短縮すること
が可能となる。

【００１４】被加工物である前記金型５０の表面は三次
元の自由曲面であるので、研削作業中の両研削砥石３
０，３１はそれぞれの研削位置において金型５０の表面
に対して所定の姿勢が保たれるようにそれぞれ独立して
制御される。前記制御の一つは、両研削砥石３０，３１
のスピンドル軸線を金型５０の面と直角に保つための制
御で、これは前記の両手首部２４を軸線Ａ，Ｂ回りに個
別に旋回動作させることで実現される。さらにこの制御
には、金型５０の表面高さの変化に対する両研削砥石３
０，３１の位置調整も含まれるが、これはロボット１０
のコラム１２に対するクロスレール１４の昇降動作によ
って行われる。ただし両研削砥石３０，３１のそれぞれ
の研削位置に高低差がある場合は、前記はり２０に対す
るスライドアーム２３の昇降動作によって一方の砥石３
１の高さを位置調整することで対処する。したがって金
型５０の表面高さの変化に対する両研削砥石３０，３１
の位置調整についても、結果的にはそれぞれ個別に制御
されることとなる。

【００１５】また金型５０に対する両研削砥石３０，３
１の送り動作については、走行レール３６に対するロボ
ット１０（コラム１２）の移動であるから、両砥石３
０，３１は共に同速度で送られる。そこで各砥石３０，
３１において最適な加工条件が異なる場合は、それぞれ
の回転数あるいは金型５０に対する押付け力を個別に制
御することで対処する。なお両研削砥石３０，３１の押
付け力の調整は、金型５０に対する砥石３０，３１の高
さ位置の調整と同じ制御であり、前記制御部４０の操作
部４２によって予め指定・入力しておく。

【００１６】つぎに両研削砥石３０，３１を、金型５０
に対して一定の送り角度（みがき角度）で送りながら研
削を行う場合について説明する。図３に送り角度θを４
５°に設定したときの両砥石３０，３１の研削動作が平
面図で示されている。このときの両研削砥石３０，３１
の送り動作は、ロボット１０（コラム１２）を走行レー
ル３６に沿って移動させつつ、同時にクロスレール１４
に対して前記アーム１６を進退動作させることで実現さ
れる。また研削ムラ（みがきムラ）を避けるために、前
記の送り動作と並行して前記はり２０を回転軸１８の軸
線回りに回動させる。これによって両研削砥石３０，３
１が加工領域の境界に到達したときに、図３で示すよう
にはり２０と境界線とが平行となるように制御する。こ
の結果、両研削砥石３０，３１の軌跡は基本の送り動作
とはり２０の回動との合成によって円弧状となる。

【００１７】さらに金型５０の研削（みがき加工）にお
いては、全体にわたって均一な加工面を得るために研削
砥石３０，３１の送り角度（みがき角度）を変えながら
作業を行う場合が多い。このような要求があった場合、
本実施例の加工装置においては一度の研削作業において
も両研削砥石３０，３１の送り角度を個々に変えること
ができる。図４に前記はり２０に対してスライドアーム
２２を往復移動させながら研削した場合の両砥石３０，
３１の動作が平面図で示されている。この図で明らかな
ように一方の研削砥石３１はロボット１０の制御による
基本の送り動作に基づいて送られ、他方の研削砥石３０
は基本の送り動作に前記スライドアーム２２の往復移動
が重畳されたジグザグの軌跡で送られる。

【００１８】なお前記の実施例において被加工物は金型
５０に限るものではなく、また研削砥石３０，３１も被
加工物に対する加工の種類に応じて切削刃などの工具が
使用される場合がある。しかも一つのロボット１０にお
ける工具の個数も二個に限定されるものではないが、三
個以上の工具を用いた場合でもそれらの間に前記干渉回
避距離Ｌをそれぞれ設定することが必要である。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、工具の回転数や送り速度をア
ップすることなく、複数個の工具による同時加工によっ
て加工リードタイムを短縮することができ、装置の大型
化を避けつつ加工コストを低減できるとともに、マニプ
レータが複数の工具を備えているにもかかわらず、その
制御が簡単となって設備コストも低減される。また加工
作業中における工具の無駄な駆動なども解消できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】金型加工装置を表した斜視図である。

【図２】研削砥石の研削動作の一例を表した平面図であ
る。

【図３】送り角度を設定したときの研削砥石の研削動作
を表した平面図である。

【図４】二つの研削砥石の送り角度を個々に変えたとき
の研削動作を表した平面図である。

【符号の説明】

１０ ロボット（マニプレータ） ３０，３１ 研削砥石（工具） ５０ 金型（被加工物） Ｌ 干渉回避距離

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の工具を備えたマニプレータが、そ
   の工具の駆動、位置及び被加工物に対する工具の相対的
   な姿勢の制御可能で、かつ加工のための送り動作可能に
   構成されている加工装置において、 前記マニプレータに複数個の工具がそれぞれ独立してそ
   の駆動、位置及び被加工物に対する相対的な姿勢の制御
   可能に設けられているとともに、各工具の相互間にはそ
   れぞれの加工作業中における互いの干渉を避ける干渉回
   避距離が設定されていることを特徴とした加工装置。
2. 【請求項２】 前記の各工具がそれぞれ粒度の異なる研
   削砥石であることを特徴とした請求項１記載の加工装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の加工装置を用いた
   加工方法であって、先行して加工作業を行っている工具
   が前記マニプレータの送り動作によって前記の干渉回避
   距離だけ送られたら、これに続く工具の駆動、位置及び
   被加工物に対する相対的な姿勢の制御を開始することを
   特徴とした加工方法。