JPS6347574B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は工作機械にワーク組立機能、例えばボ
ルト締付け、ノツク打ち等の機能を持たせること
のできる交換型組立用機能ユニツトに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年のFMS（フレキシブル生産システム）化に
伴い、工作機械の一層の多目的化が要求され、工
作機械の切削、研削等の加工機能を拡大するた
め、加工用主軸部をユニツト化し、この主軸ユニ
ツトを、工作機械のコラムに沿つて移動するサド
ルに着脱自在に装着する技術が開発されている
（例えば、特願昭55−106459、特開昭57−
114337）。

ワークの切削加工においては、複数のワークを
組合せ、合せ加工を行うような、切削機械上で組
立を行う場合がある。このような場合、従来は、
一次加工済みのワークをそれぞれ工作機械から取
外し、これらを作業者がノツクピン、ボルト等を
用いて組付けし、再び工作機械へ取付けて合せ加
工を行つていた。このため、ワークの取外し、組
付け、工作機械へ取付けた後の心出し等の作業を
要し、加工時間がかかるとともに、加工の自動化
を図る上でネツクとなつていた。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点を考慮してなされたもの
であり、工作機械にワークの組立機能を持たせる
ことのできる交換型組立用機能ユニツトを提供す
ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明による交換型組立用機能ユニツトは、前
端面に組立用工具の装着用開口が設けられ、工作
機械のコラムに沿つて移動可能とされたサドルに
着脱自在な機能ユニツト本体と、この機能ユニツ
ト本体内に装着用開口に向けて回転および軸方向
移動可能に配設された作動軸と、機能ユニツト本
体に取付けられた作動軸の回転駆動用モータと、
機能ユニツト本体内の作動軸後部位置に配設され
たエアーハンマと、機能ユニツト本体内の装着用
開口付近に配設された組立用工具締付機構とを備
えてなることを特徴としている。

本発明によれば、主軸ユニツトにより切削加工
を行つた工作機械に対し、この主軸ユニツトと交
換に組立用機能ユニツトを装着し、続いてこの組
立用機能ユニツトに組立機能、例えばボルト締付
けあるいはノツク打ち機能等に応じて、所要の組
立用工具をATC（自動工具交換装置）を用いて装
着し、他の工作機械にチヤツキングされているワ
ークに対し、加工に必要なワークの組立て作業を
行うことができる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例について
説明する。

第１図は本発明による組立用機能ユニツトの側
断面図である。図において符号１１は機能ユニツ
ト本体である。機能ユニツト本体１１は、工作機
械のコラムに沿つて移動可能にされたサドルに対
し着脱自在に装着可能であり、その外部に装着用
の窪み部（図示せず）およびカービツクカツプリ
ング１２が設けられている。窪み部には、例え
ば、特開昭57−114337号（特願昭55−106459号）
公報に開示されていると同様の手段、すなわち油
圧シリンダにより揺動される揺動ピンが挿入さ
れ、サドルに設けられたカービツクカツプリング
と機能ユニツト本体１１に設けられたカービツク
カツプリング１２とが係合して、着脱自在に装着
されるようになつている。機能ユニツト本体１１
の前端面１１ａには、後述する組立用工具の装着
される装着用開口１１ｂが設けられている。

機能ユニツト本体１１内には、装着用開口１１
ｂに向けて、作動軸１３が回転および軸方向移動
可能に配設されている。作動軸１３の先端には、
組立用工具３０のピストンロツド３１の後端に係
合する係合部１３ａが形成されている。この係合
部１３ａは先端面とされ、断面が正ｎ角形をして
いる。作動軸１３の中間部には、スプライン１４
が形成され、このスプライン１４と軸方向移動可
能に係合するスプライン溝が形成された中間軸１
５に嵌合している。中間軸１５は機能ユニツト本
体１１に設けられた軸受１６ａ，１６ｂにより、
回転可能に両端支持され、この中間軸１５に対
し、すべりキー１７を介して大歯車と小歯車の組
合せからなる変速用歯車１８が軸方向移動可能に
嵌合されている。また、機能ユニツト本体１１内
には、中間軸１５と平行に動力伝導軸１９が、軸
受２０ａ，２０ｂにより回転可能に両端支持さ
れ、この動力伝動軸１９の一端は機能ユニツト本
体１１に取付けられた駆動用モータ２１に、カツ
プリング２２を介して連結されている。動力伝導
軸１９には、動力伝導用の小歯車２３ａおよび大
歯車２３ｂが嵌着され、さらに小歯車２３ａと大
歯車２３ｂの間に小歯車と大歯車の組合せからな
る減速用中間歯車２４が、軸受を介して回転可能
に取付けられている。中間軸１５にも、小歯車と
大歯車の組合せからなる減速用中間歯車２５が、
軸受を介して回転可能に取付けられ、これらの歯
車の組合せにより、駆動用モータ２１の回転速度
を２段階変速して作動軸１３に伝達し得るように
されている。符号２６は変速用エアシリンダであ
り、先端に係合レバー２７の取付けられたピスト
ンロツド２８が進退移動可能に挿入されている。
ピストンロツド２８はエアシリンダ２６の前・後
端に開口された空気ポートＥ，Ｆから供給される
圧縮空気により進退移動させられる。また、係合
レバー２７は変速用歯車１８の端部に設けられた
係合溝１８ａに挿入係合し、ピストンロツド２８
の進退移動により変速用歯車１８を軸方向移動さ
せて、噛合い歯車比の変更が行えるようになつて
いる。

作動軸１３の前方部は、逆加力用エアシリンダ
２９を挿通し、部分的に形成された太径部１３ｂ
が逆加力用エアシリンダ２９のピストンとしての
機能を有している。逆加力用エアシリンダ２９の
前端には空気ポートＤが開口され、このポートＤ
から圧縮空気を供給することにより、作動軸１３
後退移動方向の力が作用するようになつている。

作動軸１３の後方部は、加力用エアシリンダ３
３に挿入され、加力用エアシリンダ３３内に配設
されたエアーハンマ３４と対向されている。

第２図は、この加力用エアシリンダ３３および
内部に配設されたエアーハンマ３４の詳細部分断
面図である。加力用エアシリンダ３３には、その
前端から後端に向けて、所定の位置に圧縮空気の
供給、排気用の空気ポートＧ，Ｈ，Ｈ，Ｊが設け
られている。エアーハンマ３４は、加力用エアシ
リンダ３３内に軸方向に摺動自在に挿入されたシ
リンダ３５と、このシリンダ３５内に軸方向に摺
動自在に挿入されたフリーピストン３６と、シリ
ンダ３５の前蓋３７および後蓋３８と、前蓋３７
に摺動自在に挿通保持されている打ちヘツド３９
とから構成され、空気ポートＩから供給された圧
縮空気によりフリーピストン３６が自励振動を発
生するよう、シリンダ３５およびフリーピストン
３６にエアー流通孔ｂ，ｆ，ｇ，ｍ、環状溝ｃ，
ｅ，ｈが形成されているとともに、シリンダ３５
内にエアーハンマシリンダ内室ａ，ｉ，ｊが形成
されている。これらのエアー流通孔ｂ，ｆ，ｇ，
ｍおよび環状溝ｃ，ｅ，ｈの位置ならびに形状に
ついては、シリンダ３５およびフリーピストン３
６の構造により設計変更可能である。フリーピス
トン３６に自励振動を発生させるため、フリーピ
ストン摺動部の直径は、前方部直径d₁と後方部直
径d₂とが異なるようにされ、d₁＜d₂とされてい
る。また、エアーハンマ３４自体を前進あるいは
後退させるために、加力用エアシリンダ３３内に
は、エアーハンマ３４の後方および前方に、それ
ぞれ前進用空気室ｋおよび後退用空気室ｌが設け
られており、前進用空気室ｋには空気ポートＪ
が、後退用空気室ｌには空気ポートＧがそれぞれ
開口されている。

機能ユニツト本体１１の装着用開口１１ｂに対
し、交換可能に装着される組立用工具３０は、
ATCのクランプ部により把持されるＶ溝の形成
されている被把持部４１を有するとともに、機能
ユニツト本体１１に連結されるための連結部を有
している。連結部は、機能ユニツト本体１１の前
端とカービツクカツプリング連結するためのカー
ビツクカツプリング部４２および円周突起の形成
されたプルスタツド４３からなり、プルスタツド
４３は、機能ユニツト本体１１内に設けられたク
ランプ機構４４により引張力を受けるようにされ
ている。クランプ機構４４は、エアシリンダ４５
内に摺動自在に配設されたピストンロツド４６、
ピストンロツド４６の先端に設けられたクランプ
爪４７、ピストンロツド４６の前方側のエアシリ
ンダ４５内に配設されたクランプ用ばね４８とか
ら構成され、エアシリンダ４５の後方には空気ボ
ートＣが穿設されている。第１図に示した組立用
工具３０は、ノツク打ち用の工具であり、エアシ
リンダ４９内に軸方向に摺動自在に配設されたピ
ストンロツド３１の前端面３１ａおよび後端面３
１ｂは平面状とされている。また、エアシリンダ
４９の前方部には、ピストンロツド３１の延長線
上に打込み用ノツクピン５０が保持されている。
このノツクピン５０は、通常複数本用いられ、適
宜な収納方法により組立用工具３０に内蔵されて
いる。また、エアシリンダ４９には、ピストンロ
ツド３１を進退移動させるための空気ポートＡ，
Ｂが所要の位置関係で穿設されており、この空気
ポートＡ，Ｂにはカービツク４２の内径及びプル
スタツド４３の外径の間で機能ユニツト本体とエ
アカツプラにより結合し、エアーの供給を行うよ
うになつている。

なお、本実施例では、ノツク打ち用の組立用工
具を示したが、この他の組立用工具、例えばボル
ト締付け用の組立用工具も装着可能である。この
場合には、ピストンロツド３１の前端面３１ａお
よび後端面３１ｂには、締付トルク伝達用の正ｎ
角形断面部が形成されており、作動軸先端１３ａ
と嵌合しトルク伝達を行うようになつている。

次にこのような構成からなる本実施例の作用に
ついて説明する。

第３図は本発明による交換型組立用機能ユニツ
ト１０を用いてワークの組立て作業を行う例を示
す使用状態図である。

この実施例においては、２台の工作機械６０，
７０を互いに対向するよう配置し、一方の工作機
械６０にワークをチヤツクする機能を有するチヤ
ツク機能ユニツト１００を装着し、他方の工作機
械７０に組立用機能ユニツト１０を装着してあ
る。これらの機能ユニツト１００，１０は、工作
機械のコラム６１，７１に沿つて上下動可能に取
付けられたサドル６２，７２に対して着脱可能に
装着されている。このサドル６２，７２への装着
は、例えば特開昭57−114337号（特願昭55−
106459号）に記載されているように、サドル６
２，７２にガイドレール６３，７３を水平方向に
取付けておき、このガイドレール６３，７３に沿
つて、機能ユニツト本体１１の側面に設けられた
複数のローラ６４，７４を転がせながらサドル６
２，７２を貫通するよう機能ユニツト本体１１を
挿入し、続いてサドル６２，７２側に固定された
油圧シリンダにより揺動される揺動ピン６５，７
５を機能ユニツト本体１１の外側部に設けられた
窪み部に挿入してクランプする。また、サドル６
２，７２と機能ユニツト本体１１の前方側の当接
面は、カービツクカツプリング１２により結合さ
れる。

このようにして、それぞれの工作機械６０，７
０に機能ユニツト１００，１０を装着した後、所
要の工具ユニツトを装着する。すなわち、チヤツ
ク機能ユニツト１００には、チヤツク用爪６６ａ
を有するチヤツク６６を装着し、組立用機能ユニ
ツト１０には、組立用工具３０を装着する。チヤ
ツク機能ユニツト１００のチヤツク６６には、ワ
ーク本体（例えばケーシング）６７と取付用ワー
ク（例えばカバー）６８がチヤツキングされる。
このワークのチヤツキングは、例えば次のような
作動により行うことができる。すなわち、２つの
工作機械６０，７０とＴ字型を形成するよう第３
の工作機械を配設し、この第３の工作機械により
チヤツク６６にチヤツキングされているワーク本
体６７を加工する。続いて第３の工作機械の主軸
ユニツト（加工のために使用したユニツト）を交
換し、ノツク打ち用機能ユニツトを装着し、仮止
め用のノツクピンをワーク本体６７に打ち込む。
この仮止め用のノツクピンに取付用ワーク６８を
引掛ける。この取付用ワーク６８の引掛け動作
は、例えば、工作機械６０を旋回させて、取付用
ワーク６８をチヤツキングしている第４の工作機
械または第３の工作機械のユニツト変換を行いチ
ヤツキングユニツトしたものと対向させ、第４の
工作機械または第３の工作機械を前進させること
により行うことが可能である。このようにして取
付用ワーク６８が引掛けられた状態で、工作機械
６０のチヤツク機能ユニツト１００は、工作機械
７０の組立用機能ユニツト１０に向い合う位置ま
で移動する（第３図に示す状態）。組立用機能ユ
ニツト１０により、取付用ワーク６８をワーク本
体６７に組立て固定する作業が行われるが、通常
この組立作業としては、まずボルト締付け作業が
行われる。この場合、組立用工具３０としては、
締付用ボルトの内蔵された組立用工具が選択され
て、機能ユニツト本体１１の装着用開口１１ｂに
装着される。２つの工作機械６０，７０をそれぞ
れ相対移動させて、ワーク６７，６８と組立用工
具３０の位置合せを行う。

次に空気ポートＧより圧縮空気をエアシリンダ
３３内の空気室ｌに供給し、エアーハンマ３４を
後退させて打ちヘツド３９を作動軸１３の後端よ
り離すと同時に作動軸１３を前方に押し出す。作
動軸１３の先端係合部１３ａが組立用工具３０の
ピストンロツド３１の後端面に係合し（ボルト締
付け用工具においてはピストンロツド３１の後端
面３１ｂに正ｎ角形断面部が形成されている。ま
たＡポートよりエアーを供給しておくと、正ｎ角
形断面部の嵌合が確実となる。この場合（工具内
ピストン有効面積）＜（作動軸断面積）となる必要
がある）、さらにピストンロツド３１を押し進め
ることにより、組立用工具３０の前方部に内蔵さ
れている締付用ボルトの頭部に設けられた六角穴
に、ピストンロツド３１の先端が係合するととも
に、ボルトの先端をワークに穿設されたねじ穴に
当接させる。

この状態でモータ２１を駆動すれば、歯車列を
介して動力伝違軸１９の回転が作動軸１３に伝え
られ、組立用工具３０のピストンロツド３１およ
び締付用ボルトを回転させる。ボルトの回転動作
に、作動軸１３の前進移動によるボルトの押出し
動作を組合せることにより、ボルトの締付け動作
が行われる。この場合、歯車列は、第１図に示し
た組合せとなつており、作動軸１３には低速高ト
ルクが伝達される。

このボルト締付け作業が終了すると、クランプ
機構４４のエアシリンダ４５内に空気ポートＣか
ら圧縮空気を供給し、ピストンロツド４６を移動
させてクランプ爪４７によるクランプ状態を解除
し、ATCを用いて組立用機能ユニツト１０から
ボルト締付用の組立用工具を外し、キリ加工可能
な組立用工具を装着する。この組立用工具には、
キリ加工に用いられるドリルが保持されており、
このドリルの後端に作動軸１３の先端係合部１３
ａを嵌合し、モータ２１によりドリルを回転駆動
することによりキリ加工を行う。この場合、エア
シリンダ２６の空気ポートＦに圧縮空気を供給
し、ピストンロツド２８を後退させ、係合レバー
２７により変速用歯車１８を軸方向移動させて大
歯車２３ｂと噛合せる。これにより、作動軸には
高速低トルクが伝達される。

キリ加工が終了すると同様にATCを用いて清
掃用工具と交換し、キリ穴の清掃を行う。続いて
ATCを用いてリーマ加工用の組立用工具と交換
する。リーマ加工用の組変用工具にはリーマが保
持されており、リーマの後端に作動軸１３の先端
係合部１３ａを嵌合し、回転駆動しつつ前進させ
ることによりキリ加工によりあけられた下穴に対
しリーマ加工がなされる。

リーマ加工後、ATCを用いて清掃用工具で清
掃後注油工具で穴内注油した後ノツク打ち用の組
立用工具を交換装着する。ノツク打ち込み動作
は、まず、空気ポートＪから圧縮空気を供給し、
エアーハンマ３４を前進させ、作動軸１３を前進
させて組立用工具３０内のピストンロツド３１を
押し進め、組立用工具３０に内蔵されている頭付
きのノツクピン５０を取付用ワーク６８に穿設さ
れたリーマ穴に当接させる。続いてエアーハンマ
３４に自励振動を発生させノツクピン５０の打ち
込み動作を行うが、このエアーハンマ３４の自励
振動は次のようにして発生される。すなわち空気
ポートＩより圧縮空気を供給すると、空気は環状
溝ｈ，ｅエアー流通孔ｆ，ｍ，ｇを通り、シリン
ダ内室ｉおよびｊに入る。シリンダ内室ｉ，ｊの
断面積差により、フリーピストン３６は前進させ
られる。この場合、流通孔ｍが環状溝ｅを通過す
ると、シリンダ内室ｊには圧縮空気が供給されな
くなるが、シリンダ内室ｉには圧縮空気の供給が
続けられ、フリーピストン３６に逆方向力が作用
する。しかしながら初期力が大きいため、フリー
ピストン３６は逆方向力にかかわらず慣性により
前進し続け、打ちヘツド３９の後面に衝突して打
ちヘツド３９に衝撃力を与える。これは作動軸１
３に伝達され、ノツクピン５０に対し衝撃力が加
えられる。フリーピストン３６が打ちヘツド３９
に衝突する位置において、シリンダ３５の内室ａ
の流通孔ｂとフリーピストン３６の流通孔ｍとが
連通するようにしておくと、フリーピストン３６
の流通孔ｍ、ｇおよび内室ｊ内の残存圧縮空気
は、流通孔ｍより内室ａ、流通孔ｂ、環状溝ｃを
通り空気ポートＨより一気に排出される。これに
より流通孔ｍ、ｇおよび内室ｊ内の空気圧が瞬時
に降下し、衝撃の反動および内室ｉ内の逆方向空
気圧によりフリーピストン３６は後退し、後蓋３
８に当接して停止する。この場合、流通孔ｍが環
状溝ｅと係合連通してた時点で、内室ｊにエアー
が供給されるため、クツシヨン作用が生じ後蓋３
８に衝撃を与えることはない。このようにしてフ
リーピストン３６の動作の１サイクルが終了する
が、空気ポートＩからは常時圧縮空気が供給され
ているので、フリーピストン３６は同様の動作を
繰返し、自励振動としての連続動作を行う。

ノツクピンの打込みにより、加工に必要な組立
て作業は終了し、続いてワーク本体６７と組立用
ワーク６８との合せ加工、例えば中ぐり加工が行
われる。この中ぐり加工は、中ぐりバイトを備え
た主軸ユニツトを、工作機械７０に組立用機能ユ
ニツト１０と交換に装着して行うことができる。
この主軸ユニツトの交換は、工作機械７０の後部
に設けられたユニツト交換装置７６上に主軸ユニ
ツト８０を載置しておけば比較的容易に行うこと
ができる。

合せ加工の終了後は、再び組立用機能ユニツト
１０を工作機械７０に装着し、ノツク抜き作業と
ボルト外し作業を行う。ノツク抜き作業は、組立
用工具にエアーハンマ機構を内設し、ノツクピン
の頭部に引掛り係合する凹溝付のピストンロツド
をエアーハンマで後退移動させることにより行う
ことができる。また、ボルト外し作業は、前述し
たボルト締付け作業と反対方向に作動軸１３を回
転駆動することによりなされるが、さらに空気ポ
ートＡから圧縮空気を供給し、ピストンロツド３
１および作動軸１３の後退移動を同時に行う必要
がある。

なお、空気ポートＤは作動軸１３の前進速度が
早過ぎたり、その慣性の影響を少なくするためお
よび作動軸１３の後退用（工具から完全に離す
為）に設けられており、空気ポートＤに圧縮空気
を供給して作動軸１３に逆方向力を作用せるか、
あるいは空気ポートＤに絞り弁を接続しておき、
この絞り弁を閉じることによりエアーダンパとし
て作用させることができる。

また、組立用工具内には、組立用部品（ボル
ト、ノツクピンなど）の有無検出や、ピストンロ
ツドのストローク検出のためのセンサー、あるい
は作動用のエアシリンダなどを組込む必要があ
り、組立用工具３０と機能ユニツト本体１１との
当接面には、電気および空気回路の接合器が設け
られている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、工作機
械のサドルに対し、主軸ユニツトと交換に装着可
能であり、所定の組立用工具を選択的に装着する
ことにより、加工に必要なワークの組立て作業
（例えばボルト締付け、ノツク打込み）を行うこ
とができるとともに、それに付随するキリ加工、
リーマ加工、ボルト外し作業、ノツク抜き作業等
を行うことができる。

本発明による組立用機能ユニツトは、工作機械
の高精度３次元位置決め能力を利用し、複数の工
作機械を組合せることにより、ワークの切削加工
とともに、加工に必要なワークの組立てを行うこ
とのできる、いわゆる複合生産システムにおいて
用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による組立用機能ユニツトの一
実施例を示す側断面図、第２図はエアーハンマの
詳細断面図、第３図は本発明の使用状態の一例を
示す側面図である。 １０……組立用機能ユニツト、１１……機能ユ
ニツト本体、１３……作動軸、２１……駆動用モ
ータ、３０……組立用工具、３３……加力用エア
シリンダ、３４……エアーハンマ、３６……フリ
ーピストン、４４……クランプ機構、６０，７０
……工作機械、６２，７２……サドル、８０……
主軸ユニツト、１００……チヤツク機能ユニツ
ト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 前端面に組立用工具の装着用開口が設けら
   れ、工作機械のコラムに沿つて移動可能とされた
   サドルに着脱自在な機能ユニツト本体と；前記機
   能ユニツト本体内に、前記装着用開口に向けて、
   回転および軸方向移動可能に配設された作動軸
   と；前記機能ユニツト本体に取付けられた前記作
   動軸の回転駆動用モータと；前記機能ユニツト本
   体内の前記作動軸後方部位置に配設されたエアー
   ハンマと；前記機能ユニツト本体内の前記装着用
   開口付近に配設された組立用工具締付機構と；を
   備えてなる交換型組立用機能ユニツト。 ２ 作動軸の先端は正ｎ角形断面をしていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の交換型
   組立用機能ユニツト。 ３ 作動軸は変速機構を介して回転駆動用モータ
   と連結されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の交換型組立用機能ユニツト。