JPH11239945A - ローダハンドによるワークのチャッキング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ローダによるワークのチャックへの装填。位
置決めピンへのワークの均一かつ確実な当接を図り、高
精度でワークと主軸の位相合わせを行う。 【解決手段】 サーボ制御された主軸駆動モータの出力
トルクを制限した状態で、サーボ制御装置に与えられる
位置指令ａと位置フィードバック信号ｂとの差信号であ
る位置偏差ｃを検出するか、又はローダハンドを主軸と
平行な軸回りに回転駆動するハンド駆動用サーボモータ
を設けて、その出力トルクを制限した状態で、当該モー
タのサーボ制御装置の位置偏差ｃを検出することによ
り、位置決めピン６とワークの特定の部位Ｂとの当接を
検出する。サーボ制御装置は位置偏差が０になるように
サーボモータを駆動している。出力トルクを上回る負荷
ないし外力がかかると、位置偏差（絶対値）が急激に増
大する。位置偏差が増大しても、出力トルクは低い制限
値に維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ローダを用いて
旋盤のチャックにワークを装填する方法に関するもの
で、主軸とワークの位相（主軸まわりの角度）を合わせ
てワークを装着する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】中心からずれた位置に面取り加工や孔明
け加工などの前加工が行われているワークに旋盤での後
加工で当該面取りや孔明け位置に関連する加工を行うと
きは、ワーク装填時に主軸の位相とワークの位相とを合
わせる必要がある。この位相合わせは、通常、チャック
の偏心位置に植立した位置決めピンにワークの特定の部
位を当接させた状態でワークをチャッキングすることに
より行われる。主軸の位相は主軸駆動モータなどに設け
たエンコーダなどによって検出され、主軸の位相原点に
対する位置決めピンの位置及び位置決めピンの直径は分
かっているから、ワークの特定の部位が位置決めピンに
当接したときのワークの位相は簡単な計算で求めること
ができる。

【０００３】上記方法によってワークの位相合わせを行
うためには、チャックがワークを把持するときに位置決
めピンとワークの特定の部位とが確実に当接しているこ
とが必要である。手作業でワークの装填を行うときは、
作業者がこの当接作業を行ってやればよいが、ローダを
用いてワークを自動装填するときは、位置決めピンとワ
ークとを当接させるための積極的な付勢手段が必要であ
る。この付勢手段として、エアモータを用いる方法があ
る。すなわちローダのハンドを主軸と平行な軸回りに回
転可能に設けてエアモータに連結し、ワークの装填を行
うときにエアモータに空気を吹き込む。ローダのハンド
に把持されたワークは、エアモータの回転に伴って回転
し、ワークの特定の部位が位置決めピンに衝突して回転
が止まるから、その状態でチャックを閉じてワークを把
持するのである。

【０００４】上記方法はローダハンド側を回転させて位
相合わせを行う方法であるが、主軸側を回転させて位相
合わせを行うこともできる。ワークと主軸の位相を合わ
せる必要があるのは、その後に行われる加工において主
軸を特定の位相にして孔加工、溝加工、面取り加工など
を行うためであり、そのような加工が可能な旋盤の主軸
は、主軸の角度決め停止や位相制御された回転が可能な
構造となっており、このときの停止や回転の制御は、主
軸駆動モータをサーボ制御することにより行われてい
る。従ってローダハンドを回転させる代わりに、主軸側
を回転させて位相合わせを行うこともできる。このとき
の問題は、位置決めピンとワークとが当接しても主軸の
回転は自動的には止まらないということである。

【０００５】そこで実開平５−５３４３号公報には、主
軸を低速回転させてチャックに設けた位置決めピンとワ
ークの特定の部位（ワークに設けた孔の内面）とを当接
させる構造とし、この当接をワークハンドの剛性の小さ
い撓みやすい位置に設けた歪ゲージなどのセンサで検出
して、その検出信号により主軸回転を直ちに停止させる
という方法が開示されている。ローダハンドに設けられ
るセンサとしては、歪ゲージのほか、当接時の衝撃振動
を感知する振動センサ、当接時に衝撃音を感知するＡＥ
センサ、当接時の電気的導通で微弱電流が流れるように
してこの電流を検知するセンサ等が使用可能であること
が示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ワーク装填時
にローダハンドをエアモータで回転させる方法は、ワー
クハンドの回転速度や回転力の正確な制御が困難で、ワ
ークが位置決めピンに当接したときにワークが振動（ハ
ンチング）したり、ワークが位置決めピンに当接する前
に回転が停止したりして、高い精度での位相合わせがで
きないという問題や、過大な回転速度ないし回転力でワ
ークが位置決めピンに衝突して位置決めピンを変形させ
たり折損する等の問題がある。

【０００７】一方、実開平５−５３４３号公報で提案さ
れている方法では、ワークを位置決めピンに確実に当接
させることはできるが、センサが信号を発してから主軸
が完全に停止するまでに時間遅れがあると、位置決めピ
ンを変形したり折損したりし、しかもこの位置決めピン
の変形や折損は検出できないために、位相が狂った状態
で加工が行われてしまうという問題がある。またワーク
ハンドに歪センサ等を別途設けなければならないので、
コスト高になるという問題もある。

【０００８】そこでこの発明は、ローダを用いたワーク
のチャックへの装填において、位相を合わせるために設
けられている位置決め部材を折損したり変形させたりす
るおそれがなく、かつ当該位置決め部材とワークとの当
接が常に均一な力で確実に行われるようにして、高い精
度でのワークと主軸の位相合わせが可能な技術手段を得
ることを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明では、サーボ制
御されている主軸駆動モータの出力トルクを制限した状
態で、当該モータのサーボ制御装置に与えられる位置指
令ａと位置フィードバック信号ｂとの差信号である位置
偏差ｃを検出するか、あるいはローダにそのハンドを主
軸と平行な軸回りに回転駆動するサーボモータ（ハンド
駆動モータ）を設けて、当該モータの出力トルクを制限
した状態で、当該モータのサーボ制御装置に与えられる
位置指令ａと位置フィードバック信号ｂとの差信号であ
る位置偏差ｃを検出することによって、位置決め部材６
とワークの特定の部位Ｂとの当接を検出することによ
り、上記課題を解決している。

【００１０】すなわちこの出願の請求項１のローダハン
ドによるワークのチャッキング方法は、低速回転可能な
主軸駆動用サーボモータを備えている旋盤の主軸チャッ
クへのローダハンドによるワークのチャッキング方法に
おいて、ローダハンド１２を主軸チャック３に対向させ
たあと主軸方向に移動してローダハンドに把持されたワ
ークＡを主軸チャック３に挿入し、主軸駆動用サーボモ
ータ４の出力トルクを制限し、その状態で当該モータの
サーボ制御装置２１の位置偏差ｃを監視しながら主軸を
低速回転させ、位置偏差ｃの増大が検出されたときに主
軸チャック３を閉じて主軸の低速回転指令を解除すると
いうものである。

【００１１】また請求項２のローダハンドによるワーク
のチャッキング方法は、主軸駆動用サーボモータ（必ず
しも低速回転可能なモータである必要はない）を備えて
いる旋盤の主軸チャックへのローダハンドによるワーク
のチャッキング方法において、ローダハンド１２を主軸
と平行な軸回りに回転駆動するたとえばエアモータ等の
ハンド回転装置１４を設け、ローダハンド１２を主軸チ
ャック３に対向させたあと主軸方向に移動してローダハ
ンドに把持されたワークＡを主軸チャック３に挿入し、
主軸駆動用サーボモータ４の出力トルクを制限した状態
で停止位置を保持させ、主軸駆動用サーボモータのサー
ボ制御装置２１の位置偏差ｃを監視しながらローダハン
ド１２を回転駆動し、位置偏差ｃの増大が検出されたと
きに主軸チャックを閉じるとともにローダハンドの回転
駆動を停止するというものである。

【００１２】また請求項３のローダハンドによるワーク
のチャッキング方法は、主軸と平行な軸まわりにローダ
ハンド１２を回転駆動するハンド駆動用サーボモータ１
５を設け、ローダハンド１２を主軸チャック３に対向さ
せたあと主軸方向に移動してローダハンドに把持された
ワークＡを主軸チャック３に挿入し、ハンド駆動用サー
ボモータ１５の出力トルクを制限した状態で当該モータ
のサーボ制御装置の位置偏差ｃを監視しながら当該モー
タを回転し、位置偏差ｃの増大が検出されたときに主軸
チャック３を閉じてワークＡを把持するとともにハンド
駆動用サーボモータの回転を停止するというものであ
る。

【００１３】また請求項４のローダハンドによるワーク
のチャッキング方法は、主軸と平行な軸まわりにローダ
ハンド１２を回転駆動するハンド駆動用サーボモータ１
５を設け、ローダハンド１２を主軸チャック３に対向さ
せたあと主軸方向に移動してローダハンドに把持された
ワークＡを主軸チャック３に挿入し、ハンド駆動用サー
ボモータ１５の出力トルクを制限した状態で停止位置を
保持させ、当該モータのサーボ制御装置２１の位置偏差
ｃを監視しながら主軸を回転駆動し、位置偏差ｃの増大
が検出されたときに主軸チャック３を閉じてワークＡを
把持するともとに主軸の回転指令を解除するというもの
である。

【００１４】

【作用】サーボ制御装置２１はＮＣ装置２２から与えら
れる位置指令ａとパルスエンコーダ１３等から与えられ
る位置フィードバック信号ｂとの差信号（位置偏差）ｃ
が０になるように、制御対象となるモータ４、１５を駆
動している。従って何等かの理由で負荷がサーボモータ
４、１５の出力トルクを上回ってサーボモータ４、１５
が停止ないしスローダウンしたときには、ＮＣ装置２２
からの位置指令ａが変化し続けるにも関わらず、位置フ
ィードバック信号ｂがそれに追従できなくなり、位置偏
差（絶対値）ｃが急激に増大する。請求項１及び請求項
３の発明はこの原理を利用して位置決めピンとワークと
の当接を検出している。

【００１５】またサーボモータ４、１５がある位相で停
止状態を保持しているときは、サーボ制御装置２１に与
えられる位置指令ａが固定されており、サーボ制御装置
２１は位置偏差ｃを０に保持することにより、サーボモ
ータ４、１５を当該位相で停止させている。この位相保
持時にサーボモータ４、１５の保持トルクを低く設定し
ておけば、何等かの外力が加わったときにこれによって
サーボモータ４、１５が回転させられ、位置偏差（絶対
値）ｃが急激に増大する。請求項２及び請求項４の発明
は、この原理を利用して位置決めピンとワークとの当接
を検出しているのである。

【００１６】なお位置偏差ｃが増大しても、サーボモー
タ４、１５の出力トルクが低く制限されているため、サ
ーボモータ４、１５に回転指令ａが与えられ続けてもサ
ーボモータは回転せず、また停止状態を保持しているサ
ーボモータ４、１５に外力が加えられ続ければサーボモ
ータは当該外力によって回転させられる。一方サーボモ
ータ４、１５の駆動力ないし停止保持力は、サーボモー
タの出力トルクの制限値によって設定される。従って位
置決めピン６とワークＡとの当接力は、上記出力トルク
の設定値により制御でき、また位置偏差ｃの増大が検出
されてから回転を停止するのに時間遅れが生じたとして
も、位置決めピン６の折損等を生ずるおそれは全くな
く、そのような制御遅れが生じてもワークＡと主軸との
位相合わせ精度は保障される。

【００１７】前述したようにこの種の加工を行う旋盤
は、旋削用モータと兼用または専用の低速回転可能な主
軸駆動用サーボモータ４を備えていることが多いから、
上記請求項１の方法によれば、ローダにローダハンド１
２の回転駆動手段やセンサなどを設けることなく、主軸
チャック３に設けた位置決めピン６とワークＡの特定の
部位Ｂとの当接を検出できる。請求項２の発明はエアモ
ータなどのワークハンドの回転駆動手段１５を有する従
来装置において、そのエアモータなどを駆動して行う位
置決めピン６とワークＡとの当接を正確に検出すること
ができ、かつローダハンド１２の回転駆動力が過大にな
った場合でも、位置決めピン６の変形や折損を避けるこ
とができる。

【００１８】請求項３及び請求項４の方法は、ローダハ
ンド１２を回転駆動するサーボモータ１５を新たに設け
る必要があるが、当該サーボモータは小容量のものでよ
く、位置決めピン６とワークＡとの当接力の制御をより
高い精度で行うことが可能である。この請求項３及び請
求項４の方法は、主軸側のサーボ制御装置に何等手を加
える必要がなく、ローダ側の制御で対応できるので、既
存の旋盤に新たにワークローダを設ける場合などに都合
がよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１及び図２はこの発明の第１実
施形態を示す図で、図１は制御系を示すブロック図、図
２は制御フローチャートである。旋盤の主軸１は図示さ
れていないベッドと実質上一体の主軸台２に軸支されて
おり、その先端に主軸チャック３が装着されており、こ
のチャックの偏心位置に主軸と平行な方向の位置決めピ
ン６が植立されている。主軸１を低速回転駆動する主軸
駆動用サーボモータ４は、サーボ制御装置２１によって
制御されている。

【００２０】サーボ制御装置２１は差分検出器２４、補
償回路２５及びパワーアンプ２６を備えており、ＮＣ装
置２２から与えられる位置指令ａと主軸１に装着された
パルスエンコーダ５から与えられる位置フィードバック
信号ｂとの差信号（位置偏差）ｃを補償回路２５に与
え、補償回路２５は位置偏差ｃに基づく速度指令を算出
して、速度フィードバック信号との差信号をパワーアン
プ２６に与えている。パワーアンプ２６から出力される
電流は、最大電流設定器２７の設定値で制限される。Ｎ
Ｃ装置２２はこの設定値を必要なタイミングで増減す
る。

【００２１】差分検出器２４から出力される位置偏差ｃ
は位置偏差検出手段３１で検出されている。一方、位置
偏差の増減を検出する際の比較対象となる設定値ｄは、
位置偏差設定手段３２に設定され、プラス側とマイナス
側の設定値＋ｄと−ｄが個別に設定されている。比較手
段３３は検出された位置偏差ｃが設定値ｄに達したとき
に制御出力ｅを出力する。

【００２２】位置偏差検出手段３１、位置偏差設定手段
３２及び比較手段３３は、実際にはＮＣ装置２２のプロ
グラムとして構成される。サーボ制御装置２１から位置
偏差ｃを取り出すことができないときは、ＮＣ装置２２
の位置指令ａとパルスエンコーダ１３等の位置フィード
バック信号ｂを位置偏差検出手段３１に入力し、その差
分として位置偏差ｃを検出する。

【００２３】図１、２はローダのアーム１１とハンド１
２とがハンド１２をチャック３に対向させた状態で示さ
れている。ハンド１２はワークＡを保持する開閉自在の
フィンガ１３を備えている。ワークＡは位置決めピン６
に当接する突出部ないし凹部Ｂを備えている。

【００２４】次にワークのチャッキング方法を図２のフ
ローチャートに従って説明する。まずローダアーム１１
を旋盤内に差し込み、ハンド１２のフィンガ１３で把持
したワークＡを主軸チャック３に対向させる。次いでロ
ーダアーム１１を主軸と平行にチャック３に向けて移動
し、ワークＡを主軸チャック３に挿入する。この状態で
主軸駆動用サーボモータ４の出力トルクの設定値を予め
設定した低トルク値に切り換え、主軸駆動用サーボモー
タ４に低速回転指令を与える。

【００２５】判定ステップＳ１で位置偏差ｃの増大が検
出されたら主軸チャック３を閉じ、次いでフィンガ１３
を開いてローダアーム１１の反チャック側への移動と上
昇とによりハンド１２を退避させる。そして主軸駆動用
サーボモータ４の出力トルクを高トルク側に切り換え
て、ワークのローディングを完了する。

【００２６】判定ステップＳ１で位置偏差ｃの増大が検
出されないときは、第２の判定ステップＳ２で主軸駆動
用サーボモータ４に低速回転指令が与えられた後の経過
時間がチェックされ、設定された時間を超えていなけれ
ば主軸の低速回転を継続する。設定時間を超えていれば
主軸が回転していないとかワークが位置決めピン６に当
接する位置まで挿入されていないとかローダハンド１２
にワークＡが保持されていないとか等の異常が予想され
るので、アラームを発して機械を停止させる。

【００２７】図３及び図４はこの発明の第２実施形態を
示すものである。この第２実施形態の機器構成が図１で
示した構成と異なる点は、ローダハンド１２が主軸１と
平行な軸回りに回転可能に設けられ、かつこのハンド１
２を回転駆動するエアモータ１４が設けられている点の
みである。この第２実施形態のものにおいては、図４に
示すように、ワークＡが主軸チャック３に挿入された
後、主軸駆動用サーボモータ４の出力トルクを低トルク
値に切り換えて主軸の停止状態を保持する。この状態で
エアモータ１４を駆動し、判定ステップＳ１で位置偏差
ｃの増大が検出されたら、主軸チャック３を閉じエアモ
ータ１４を停止し、ハンドのフィンガ１３を開いた後、
ハンド１２を退避させる。またエアモータ１４に駆動指
令を与えてから設定時間が経過しても位置偏差の増大が
起こらないときは、エアモータ１４を停止し、アラーム
を発したあと機械を停止させる。

【００２８】図５及び図６はこの発明の第３実施形態を
示す図である。この第３実施形態においては、ローダハ
ンド１２が主軸と平行な軸回りに回転可能に設けられ、
かつこのハンドを回転駆動するハンド駆動用サーボモー
タ１５及びその回転角を検出するエンコーダ１６が設け
られ、ハンド駆動用サーボモータ１５が図１に示す制御
系と同じ制御系で制御される。図６のフローチャートが
図２のフローチャートと異なる点は、図２のものでは主
軸駆動用サーボモータ４の出力トルクを低トルク値に切
り換えて低速回転させているのに対し、図６のフローチ
ャートではトルク切換を必要とせず、また主軸を低速回
転する代わりにハンド１２を低速回転している。なおハ
ンド駆動用サーボモータ１５の出力トルクは、位置決め
ピン６とワークＡとの当接を検出するのに必要なトルク
に初めから設定しておけばよいので、出力トルクの切換
を必要としないのである。

【００２９】図７はこの発明の第４実施形態を示すフロ
ーチャートで、このフローチャートが図６のフローチャ
ートと異なる点は、ハンド駆動用サーボモータ１５に低
速回転指令を与える代わりに、ハンド駆動用サーボモー
タ１５の停止状態を保持した状態で主軸駆動用モータ４
に低速回転指令を与えている点である。

【００３０】以上説明した第１ないし第４実施形態は、
請求項１ないし請求項４の発明に対応するものであり、
いずれの方法を採用した場合でも、ワークチャッキング
時のワークの位相合わせを高精度で行うことができ、ワ
ークと位置決めピンとの当接力が過大であるために、ワ
ークに疵を付けたり位置決めピンを折損したりすること
がなく、かつワークの重量や形状等に応じた設定時の変
更をプログラマブルに行うことが可能な方法を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のブロック図

【図２】第１実施形態の制御フローチャート

【図３】第２実施形態の要部を示す説明図

【図４】第２実施形態の制御フローチャート

【図５】第３実施形態の制御ブロック図の要部を示す図

【図６】第３実施形態の制御フローチャート

【図７】第４実施形態の制御フローチャート

【符号の説明】

３ 主軸チャック ４ 主軸駆動用サーボモータ 12 ハンド 15 ハンド駆動用サーボモータ 21 サーボ制御装置 Ａ ワーク ｃ 位置偏差

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低速回転可能な主軸駆動用サーボモータ
   を備えている旋盤の主軸チャックへのローダハンドによ
   るワークのチャッキング方法において、ローダハンド(1
   2)を主軸チャック(3) に対向させたあと主軸方向に移動
   してローダハンドに把持されたワーク(A) を主軸チャッ
   ク(3) に挿入し、主軸駆動用サーボモータ(4) の出力ト
   ルクを制限し、その状態で当該モータのサーボ制御装置
   (21)の位置偏差(c) を監視しながら主軸を低速回転さ
   せ、位置偏差(c) の増大が検出されたときに主軸チャッ
   ク(3) を閉じて主軸の低速回転指令を解除することを特
   徴とする、ローダハンドによるワークのチャッキング方
   法。
2. 【請求項２】 主軸駆動用サーボモータを備えている旋
   盤の主軸チャックへのローダハンドによるワークのチャ
   ッキング方法において、ローダハンド(12)を主軸と平行
   な軸回りに回転駆動するハンド回転手段(14)を設け、ロ
   ーダハンド(12)を主軸チャック(3) に対向させたあと主
   軸方向に移動してローダハンドに把持されたワーク(A)
   を主軸チャック(3) に挿入し、主軸駆動用サーボモータ
   (4) の出力トルクを制限した状態で停止位置を保持さ
   せ、主軸駆動用サーボモータのサーボ制御装置(21)の位
   置偏差(c) を監視しながらローダハンド(12)を回転駆動
   し、位置偏差(c) の増大が検出されたときに主軸チャッ
   クを閉じるとともにローダハンドの回転駆動を停止する
   ことを特徴とする、ローダハンドによるワークのチャッ
   キング方法。
3. 【請求項３】 主軸と平行な軸まわりにローダハンド(1
   2)を回転駆動するハンド駆動用サーボモータ(15)を設
   け、ローダハンド(12)を主軸チャック(3) に対向させた
   あと主軸方向に移動してローダハンドに把持されたワー
   ク(A) を主軸チャック(3) に挿入し、ハンド駆動用サー
   ボモータ(15)の出力トルクを制限した状態で当該モータ
   のサーボ制御装置の位置偏差(c) を監視しながら当該モ
   ータを回転し、位置偏差(c) の増大が検出されたときに
   主軸チャック(3) を閉じてワーク(A) を把持するととも
   にハンド駆動用サーボモータの回転を停止することを特
   徴とする、ローダハンドによるワークのチャッキング方
   法。
4. 【請求項４】 主軸と平行な軸まわりにローダハンド(1
   2)を回転駆動するハンド駆動用サーボモータ(15)を設
   け、ローダハンド(12)を主軸チャック(3) に対向させた
   あと主軸方向に移動してローダハンドに把持されたワー
   ク(A) を主軸チャック(3) に挿入し、ハンド駆動用サー
   ボモータ(15)の出力トルクを制限した状態で停止位置を
   保持させ、当該モータのサーボ制御装置(21)の位置偏差
   (c) を監視しながら主軸を回転駆動し、位置偏差(c) の
   増大が検出されたときに主軸チャック(3) を閉じてワー
   ク(A) を把持するとともに主軸の回転指令を解除するこ
   とを特徴とする、ローダハンドによるワークのチャッキ
   ング方法。