JPH11277334A - ガイド付弾性面取り工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工材との接触抵抗を低減することにより、
安定、かつ能率的な各種面取り加工を可能にする。 【解決手段】 調整ストッパー２６により、平面ガイド
ローラ１の位置を調整する。平面ガイドローラ１に対し
てのシリンダーブラケット内のエアー圧と、ロボットの
力覚センサーにより側面ガイドローラ２に対しての切削
抵抗を設定する。エアー供給穴２５からエアーを供給
し、エアーモータを回転させ、次いで、アーバ、アール
面取りスロアウェイチップ５、側面ガイドローラ２がそ
れぞれ回転し、加工材の面取り加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットに把持さ
せて被加工材の加工を行う工具に係わるもので、特に、
被加工材の形状に合わせて面取り加工を行うガイド付弾
性面取り工具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロボットに面取り工具を把持させ
て面取り加工を行うには、原則として、ロボット用のプ
ログラムと工具が必要であった。しかし、加工材の形状
が素材面であって、加工個所の寸法に多少ばらつきがあ
る場合、工作機械のように剛性が強く加工軌道を正確に
摺動する加工方法では、面取りの大きさやばらつき品質
が安定しなかった。したがって、これを補うためにロボ
ットは、加工材の加工個所の寸法にばらつきが多い時に
は、タッチセンサーにより形状寸法を確認して、加工材
の加工個所の寸法にばらつきが少ない時は、ロボット本
体の弾性や使用工具に適当な弾性を用いたり、または、
弾性と加工材の側面方向の片側のみのガイド方式を兼用
して、加工面の形状ばらつきに追従させ、安定した面取
り加工を行っているのが一般的であった。

【０００３】弾性技術を使用する目的は、加工時に発生
する切削抵抗力をコントロールして、安定した加工面を
得ることである。この弾性を意識的に発生させる方法
は、コイルやゼンマイ等のバネ類、エアー、弾性樹脂、
刃具弾性等があり、これらの採用にあたっては、目的に
合った方法を組合わせ採用している。しかし、弾性単体
のみでは、弾性幅や送り速度等のコントロール範囲に限
度があり、電気的制御やガイド方式と組み合わせた方法
が採用されつつある。

【０００４】ロボットに使用する従来の面取り工具を図
８、図９を用いて説明する。図８（Ａ）に示す面取り工
具は、ダンパ３０による弾性効果と側面ガイドローラ
２、ガイド板４１を複合した面取り工具で、アール面取
りスロアウェイチップ５を（Ｂ）に示すスロアウェイチ
ップ４２に交換することにより４５゜の面取りが可能で
ある。ガイド板４１を上下に調整することにより、刃先
と加工個所の間の寸法調整をしていた。また、図９
（Ａ）に示す面取り工具は、弾性機能として上プレート
１１上と中プレート１２の接続部にダンパ３０が計８個
設けられ、さらに、アール面取りカッター４３、（Ｂ）
に示す４５゜面取りカッター４４、（Ｃ）に示すガイド
付アール面取りカッター４５の各工具のシャンク部を細
くすることで弾性効果を上げていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９に
示す面取り工具は弾性が不足しているために、加工面に
時としてビビリが発生することもあった。また、図８に
示す面取り工具においては、ガイド板４１と加工面の接
触抵抗が大きく、ガイドとしての機能は発揮されてな
く、ガイド板４１を小径にして摩擦抵抗の少ないターカ
イトをガイド板４１に貼り付ける等の改良も結果として
あまり良くなく、接触抵抗が大きいなどの難点があっ
た。従来の面取り工具を使用して、素材形状が多少アン
バランスな加工材を４５゜の面取り加工するには、素材
形状が変化しても加工範囲の刃幅範囲であれば弾性機能
が作用して多少の角度誤差となるが、品質的には問題無
く加工ができる。しかし、アール面取り加工において
は、加工材の頂点と刃先の加工点が弾性により、３次元
方向に位置ずれが発生してしまうため、必ずしも、いつ
も適切というわけではなかった。

【０００６】また、従来、弾性物として、経済性や構造
上からバネや弾性樹脂類を採用していた。そのため、弾
性変形時に工具の弾性の弱い方向に工具が傾いてしま
い、安定したコントロールが難しく、加工材の上面と側
面の２方向の位置精度を必要とするアール面取り加工等
の高度な作業には、いつも適しているということばかり
ではなかった。しかし、位置ずれ誤差で発生する抵抗力
を逃がすことには、弾性機能は最適な機能であった。従
来の弾性方法は、切削速度や送り速度、被加工材の材
種、刃具の切味等の変化により抵抗が変動し、その抵抗
で弾性の変化量が大きく変わるため面取りの幅が異な
る。これをカバーするため送り速度でコントロールして
いたが、計算上では刃具の切味の変化に対して常時コン
トロールが必要であった。

【０００７】弾性力を加工条件や加工材の強度等で迅速
にコントロールすることが必要であるが、図８、図９で
示す従来の面取り工具では、弾性力を数値でコントロー
ルすることが難しかった。また、弾性力は原則として最
初に設定された状態で使用するため、簡単に弾性力をコ
ントロールすることは困難であり、時にはマイナス要因
方向でコントロールを行っていた。

【０００８】本発明は、前述した問題を解決し、加工材
との接触抵抗を低減することにより、安定、かつ能率的
な各種面取り加工を行うことができるガイド付弾性面取
り工具を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のガイド付弾性面取り工具は、刃具の上下方向
の抵抗を吸収するための弾性機構と、被加工材の上面に
当接し、この被加工材を加工方向へと案内する複数の第
１のガイドローラと、前記被加工材の側面に当接し、こ
の被加工材を加工方向へと案内する第２のガイドローラ
と、を備えたものである。

【００１０】このように構成することにより、弾性機構
が刃具の上下方向の抵抗を吸収し、また、第１のガイド
ローラと複数の第２のガイドローラが被加工材の側面、
上面をガイドすることによって、被加工材との接触抵抗
を低減し、被加工材の形状に合わせて安定した面取り加
工を行うことができる。

【００１１】なお、前記複数の第２のガイドローラは、
上下方向への移動を可能にする上下調整機能を備えるこ
とが好ましく、また、前記複数の第２のガイドローラ
は、前記刃具を中心に左右対称に備えることが望まし
い。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
ないし図７を参照して説明する。図１は、本発明のガイ
ド付き弾性面取り工具５０の実施の形態例を示す斜視図
である。ガイド付弾性面取り工具５０は、主に、刃具と
してのアール面取りスロアウェイチップ５、第１のガイ
ドローラとしての側面ガイドローラ２、アーバ３、これ
らを回転させるエアーモータ２２、２対の第２のガイド
ローラとしての平面ガイドローラ１、弾性機構としての
ガイドピストン軸１７とシリンダーブラケット１５、エ
アーを調整する圧力調整弁３２、圧力計３５、図５に示
すロボット６０と結合するツールプレート８などで構成
されている。ロボット６０との結合はドーナッツ型のツ
ールプレート８を介して行い、ツールプレート８は上プ
レート１１に固定され、さらに、上プレート１１はダン
パ３０を上下に介して中プレート１２に固定されてい
る。中プレート１２の下には、ガイド付弾性面取り工具
５０の側面となるタテササエ１３が４本の固定ボルトＢ
１８によって固定されている。

【００１３】また、ツールプレート８の２箇所には、エ
アー供給穴２５とエアー継手３４が設けられ、それぞれ
エアー配管９ａが取り付けられている。刃具を回転さ
せ、弾性をコントロールするエネルギーエアーは、エア
ー供給穴２５、エアー継手３４、エアー配管９ａを通り
圧力計３５を介して、図示しない分配器により２方向に
分配され、一方はエアー配管９ｂを通って両端のシリン
ダーブラケット１５（図３参照）に、もう一方は中央に
内臓されているエアーモータ２２（図４参照）に供給さ
れている。また、シリンダーブラケット１５には、切削
中の加工材の形状違いで発生する上下の圧力変化に対応
するため、シリンダーブラケット１５内のシリンダー１
５ａより中プレート１２に設けられた圧力調整弁３２ま
でエアー配管９ｃが通っており、余圧を逃がし安定した
エアー調整コントロールをしている。また、エアーモー
タ２２より排出される排気エアーは、サイレンサー１０
により消音され、外部に排出されている。

【００１４】中プレート１２には、図３に示すように両
側にオーリング２４が設けられたガイドピストン軸１７
が、シリンダーブラケット１５を介して、タテササエ１
３に嵌合され、図４に示すよう左右一対に止めネジ２１
で上下３個所を固定されている。さらに、シリンダーブ
ラケット１５は、ケーシング１４とケーシング下３１に
４本の固定ボルトＡ１９によって固定されている。その
シリンダーブラケット１５は、カバー２８によりカバー
され４本のトラスネジ２８ａによってタテササエ１３に
固定されている。また、シリンダーブラケット１５に
は、切削中の加工材の形状違いで発生する上下の圧力変
化に対応するために、シリンダー１５ａより中プレート
１２に固定された圧力調整弁３２までエアー配管９ｃが
通っており、余圧を逃がして安定したコントロールを行
っている。

【００１５】図２は、図１に示す刃具部の加工状況を示
す部分拡大図である。平面ガイドローラ１は、支持軸４
に回転可能に設けられ、ケーシング３１の下側の左右２
個所に上下調整可能な状態で設けられている。アーバ３
には、アール面取りスロアウェイチップ５がネジにより
固定され、さらにその下には側面ガイドローラ２が、ナ
ット２０により回転可能に固定されている。平面ガイド
ローラ１、側面ガイドローラ２の各ガイドローラには、
凸型のローラファロアを採用し、加工材６との接触面積
と接触抵抗を減らし安定性の向上を図っている。加工時
には、左右２対の平面ガイドローラ１のうちどちらか片
方が加工材６に接している。アール面取りスロアウェイ
チップ５の刃先アール頂点が加工点６Ａと同位置となる
ように、平面ガイドローラ１の位置を調整ストッパー２
６により調整して、図１に示すロックネジ２３で支持軸
４に固定されている。仕上面アール７は、アーバ３を回
転させ適正な条件で加工した時の仕上形状面である。

【００１６】図３は、図１に示すＡ断面斜視図である。
図示しない分配器によりガイドピストン軸１７用に分配
されたエアーは、エアー配管９ｂを介し、両側のタテサ
サエ１３に固定されたガイドピストン軸１７により、ケ
ーシング１４とケーシング下３１に固定ボルトＡ１９に
より固定されたシリンダーブラケット１５内のシリンダ
ー１５ａに供給される。そのエアーが、常時シリンダー
ブラケット１５をタテササエ１３の底面側に押してい
る。また、シリンダーブラケット１５には、上下のスラ
イド摩擦低減としてガイドピストン軸１７の上部にガイ
ドブッシュ１６とガイドピストン軸１７の上下にブッシ
ュ２９が設けられている。

【００１７】図４は、図１に示すＢ断面斜視図である。
図示しない分配器によりエアーモータ２２用に分配され
たエアーは、ケーシング１４の裏面よりエアーモータ２
２に供給されている。また、エアーモータ２２は四隅を
ベアリング２７を介して固定されており、その下にはア
ーバ３がリーマボルト式で嵌合され、さらに、アーバ３
にはアール面取りスロアウェイチップ５がネジにより固
定され、その下には側面ガイドローラ２がナット２０に
よって固定されている。左右２対の支持軸４には、それ
ぞれ平面ガイドローラ１が回転可能に固定され、支持軸
４の上先端には、調整ストッパー２６が設けられ、ケー
シング下３１の左右に嵌合し、ロックネジ２３により固
定されている。

【００１８】また、３３は上下弾性作動範囲であり、シ
リンダーブラケット１５のストローク範囲でもある。本
発明の使用時には、原則として上下弾性作動範囲３３内
の中間値で設定し、加工材６の形状の凹凸に対応させ
る。ツールプレート８の上面を中心に、ガイドピストン
軸１７とエアーモータ２２、シリンダーブラケット１５
などを同位置面上に設けることで、アール面取りスロア
ウェイチップ５と平面ガイドローラ１、側面ガイドロー
ラ２より伝達される加工材６の素材形状からくる不安定
抵抗を、この同位置線上にガイドピストン軸１７とシリ
ンダーブラケット１５で構成する弾性機構で同位置方向
にして効率良く吸収している。

【００１９】図５は、本発明のガイド付弾性面取り工具
５０を把持させるロボット６０を示す図である。六軸制
御の円筒座標型力制御ロボット６０は、ベースプレート
６１上に左右回転自在な旋回ユニット６２を設け、この
旋回ユニット６２上にコラム６３が設けられている。コ
ラム６３にはサドル６４が上下動自在に係合されてお
り、旋回ユニット６２が左右に回転することにより、コ
ラム６３、サドル６４が一体的に回転する。サドル６４
から図５において左方向にアーム６５が伸縮自在に、ま
た、Ｚ軸に直角なＲ軸を中心に回転自在に設けられてい
る。アーム６５の図５において左先端には、手首部６６
がアーム６５の中心線に対して上下動自在に、また、手
首部６６自体も左右回転自在に設けられている。手首部
６６には、図示しない力覚センサーが内蔵されており、
この力覚センサーで側面ガイドローラ２に対しての切削
抵抗を検知して、側面ガイドローラ２の抵抗数値を設定
している。その手首部６６に、図１に示すツールプレー
ト８を介してガイド付弾性面取り工具５０を把持させ
る。

【００２０】次に、本発明の作用をアール面取り作業を
例として説明する。図５に示すロボット６０の手首部６
６にツールプレート８を介して、ガイド付弾性面取り工
具５０を把持させる。加工前の調整として、加工点６Ａ
とアール面取りスロアウェイチップ５の刃先アール頂点
が同位置になるように、側面ガイドローラ２を加工材６
の側面に当接する。これに合わせて、支持軸４と調整ス
トッパー２６の上下調整機構により、平面ガイドローラ
１の位置を加工材６の上面に当接するように調整する。
そして、平面ガイドローラ１が上下方向の切削抵抗に耐
えられるように、平面ガイドローラ１に対してシリンダ
ーブラケット１５内のエアー圧を設定する。

【００２１】また、側面ガイドローラ２に対しての切削
抵抗は、ロボット６０の手首部６６に内蔵されている力
覚センサーにより検知して、抵抗数値を設定する。ロボ
ット６０から供給されたエアーは、ツールプレート８の
エアー供給穴２５を介して、エアー配管９ａ、圧力計３
５を通り、図示しない分配器によりエアーモータ２２を
回転させるためのエアーと、シリンダーブラケット１５
内の弾性機構用として使用されるエアーとに分配され
る。その分配されたエアーによって、エアーモータ２２
が回転し、エアーモータ２２の下部に嵌合されているア
ーバ３、アーバ３に固定されたアール面取りスロアウェ
イチップ５、側面ガイドローラ２がそれぞれ回転し、加
工材６の面取り加工を開始する。

【００２２】また、分配器により分配されたもう一方の
エアーによって、エアー配管９ｂを通ってガイドピスト
ン軸１７に設けた穴を通ってシリンダーブラケット１５
内に入り、シリンダーブラケット１５内の圧力が上が
る。この圧力が、ガイドピストン軸１７のピストン端面
を圧力受として、シリンダーブラケット１５に固定され
ているケーシング１４、エアーモータ２２、アーバ３を
介して、アール面取りスロアウェイチップ５、すなわち
刃先を下方向に押し、シリンダーブラケット１５などと
連結されている支持軸４を介して、平面ガイドローラ１
とともに加工点６Ａと加工材６の上面に接する。

【００２３】加工材６の上面の形状変化にともなって平
面ガイドローラ１が上下動して、この平面ガイドローラ
１に連結しているシリンダーブラケット１５内のエアー
圧が変化する。このエアー圧が低圧に変化する場合に対
しては、任意の設定圧で常時自動的に供給されるが、エ
アー圧が圧縮されて高圧に変化する場合に対しては、シ
リンダーブラケット１５に設けたエアー継手３４よりエ
アー配管９ｃを介して、圧力調整弁３２により圧力が自
動的に逃げる。このことによって、ガイドする加工材６
の上面の変化に対してアール面取りスロアウェイチップ
５は、安定した面取り加工ができる。また、加工材６の
側面形状変化に対しては、側面ガイドローラ２を介して
形状寸法が抵抗に変化し、この抵抗をロボット６０の手
首部６６に内蔵された力覚センサーで検知し、力覚セン
サーの指示でロボット６０の軸でアール面取りスロアウ
ェイチップ５が安定した面取り加工ができるように制御
している。

【００２４】ロボット６０のプログラム値と加工面の形
状変化値の差から発生する抵抗力に対しては、加工材６
の上面は上下弾性作動範囲３３であれば、ガイドピスト
ン軸１７とシリンダーブラケット１５で構成された弾性
機構が作動して、また、加工材６の側面は、前もって設
定されたロボット６０の力覚センサー値であり、ロボッ
ト６０が作動すると、安定した抵抗力で加工することが
できる。

【００２５】図６は、本発明のガイド付弾性工具５０に
平面ガイドローラ１の代わりに硬球３７を適用した斜視
図である。ケーシング下３１の内径には、ドーナッツリ
ング３６が止めネジ２１により捩子合されている。ま
た、ドーナッツリング３６には、硬球ササエ３８で押さ
えられている硬球３７が８個、均等に配置されている。
平面上で加工材６の綾にそって工具が方向転換をした時
に、必ず何処かの硬球３７が接していることによって、
ロボット６０の軌道軸が１軸少なくでき、結果としてプ
ログラムの作成が簡素化される。

【００２６】図７は、図６に示す刃具部と硬球３７のガ
イドによる加工部分の部分拡大図である。硬球３７は、
硬球ササエ３８によりドーナッツリング３６に設けら
れ、ケーシング下３１に止めネジ２１で上下調節可能に
固定されている。加工時には、１〜３個の硬球３７が常
時、加工材６に接触している状態になる。また、アール
面取りスロアウェイチップ５のアール部の中心は、硬球
３７の下点と綾線上になるように、ドーナッツリング３
６で上下調整し、図６の止めネジ２１で固定する。ドー
ナッツリング３６には、注油口４０より注油された油の
油溜り３９が設けられ、硬球３７に潤滑される。仕上面
アール７は、アーバ３を回転させ適正な条件で加工した
時の仕上形状面である。

【００２７】前述した実施の形態例では、六軸制御の円
筒座標型力制御ロボットを用いて砥石の成形を行う例を
示したが、本発明はこれに限られるものでなく、他の形
態のロボットにも適用可能であり、その配置・構成も適
宜に変更可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように本発明のガイド付弾性
面取り工具は、弾性機構により刃具の上下方向の抵抗を
吸収し、ガイドローラが加工材の側面、上面をガイドす
ることにより、加工材との接触抵抗を低減し、加工材の
形状に合わせて安定、かつ能率的な各種面取り加工を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガイド付弾性面取り工具の実施の形態
を示す一部破断斜視図。

【図２】本発明のガイド付弾性面取り工具の加工状態を
示す部分拡大斜視図。

【図３】図１のＡ断面斜視図。

【図４】図１のＢ断面斜視図。

【図５】本発明のガイド付弾性面取り工具を把持する円
筒座標型力制御ロボットを示す概略側面図。

【図６】本発明のガイド付弾性面取り工具の他の適用例
を示す一部破断斜視図。

【図７】本発明のガイド付弾性面取り工具の他の適用例
の加工状態を示す部分拡大斜視図。

【図８】従来の面取り工具と刃具の実施の形態を示す一
部破断斜視図で、（Ａ）は面取り工具、（Ｂ）は面取り
工具の刃具を示す。

【図９】従来の面取り工具と刃具の実施の形態を示す斜
視図で、（Ａ）は面取り工具、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞ
れ面取り工具の刃具を示す。

【符号の説明】

１ 平面ガイドローラ ２ 側面ガイドローラ ３ アーバ ４ 支持軸 ５ アール面取りスロアウェイチップ ６ 加工材 ６Ａ 加工点 ７ 仕上面アール ８ ツールプレート ９ エアー配管 １０ サイレンサー １１ 上プレート １２ 中プレート １３ タテササエ １４ ケーシング １５ シリンダーブラケット １５ａ シリンダー １６ ガイドブッシュ １７ ガイドピストン軸 ２２ エアーモータ ２４ オーリング ２５ エアー供給穴 ２６ 調整ストッパー ２７ ベアリング ２９ ブッシュ ３０ ダンパ ３２ 圧力調整弁 ３３ 上下弾性作動範囲 ３４ エアー継手 ３５ 圧力計 ３６ ドーナッツリング ３７ 硬球 ３８ 硬球ササエ ３９ 油溜り ４０ 注油口 ４１ ガイド板 ４２ ４５゜面取りスロアウェイチップ ４３ アール面取りカッター ４４ ４５゜面取りカッター ４５ ガイド付アール面取りカッター ５０ ガイド付弾性面取り工具 ６０ ロボット ６１ ベースプレート ６２ 旋回ユニット ６３ コラム ６４ サドル ６５ アーム ６６ 手首部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットに把持させて、刃具により被加
   工材の面取り加工を行うガイド付弾性面取り工具であっ
   て、 前記刃具の上下方向の抵抗を吸収するための弾性機構
   と、 前記被加工材の上面に当接し、この被加工材を加工方向
   へと案内する複数の第１のガイドローラと、 前記被加工材の側面に当接し、この被加工材を加工方向
   へと案内する第２のガイドローラと、 を備えたことを特徴とするガイド付弾性面取り工具。
2. 【請求項２】 前記複数の第１のガイドローラは、上下
   方向への移動を可能にする上下調整機能を備えたことを
   特徴とする請求項１に記載のガイド付弾性面取り工具。
3. 【請求項３】 前記複数の第２のガイドローラは、前記
   刃具を中心に左右対称に備えたことを特徴とする請求項
   １または２に記載のガイド付弾性面取り工具。