JP2001277066A - ロボットを用いた加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットに設けたワーク保持部に保持された
ワークをフライス加工するような場合に、ロボットの剛
性が十分でないために、加工反力によってワーク保持部
が変位し、正確な加工が行えなくなる。 【解決手段】 上下方向にスライド可能なスライドテー
ブル３１と、水平面内で旋回可能なアーム部３２と、ワ
ークＷを保持するワーク保持部３７からなるロボット３
０を備え、フライス加工ユニット１３に支持されたフラ
イス工具２１によってワークＷを加工する際に、ロボッ
ト３０のワーク保持部３７をスライドテーブル３１に結
合して加工反力によるワーク保持部３７の変位を規制す
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットに保持さ
れたワークを加工する加工装置に関するもので、特にワ
ークにかかる過大な加工反力をロボットに作用させない
ようにしたロボットを用いた加工装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】多関節形のロボットに保持したワークを
加工ユニットによって加工するものにおいては、ロボッ
トがリンク構成で剛性がないため、例えば、フライス加
工のような重切削によってロボットの手首部に過大な加
工反力が作用すると、アーム部およびワーク保持部が変
位し、加工精度に悪影響を及ぼす問題がある。このよう
な問題を解決するために従来、特許２５３６３１９号公
報に記載されているように、補助的な手段を用いて加工
反力によるロボットのアーム先端の変位を拘束するもの
が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のものに
おいては、ロボットのアーム先端位置を、固定部に対し
て固定的に保持するようにしたものであるが、このよう
な構造のものでは、ワーク搬送等のロボットの動作時に
は、前記固定部に対する固定的な保持を解除するための
特別な手段を必要とし、構成が複雑になるとともに、ロ
ボットの動作範囲を制限する問題があった。

【０００４】本発明は上記した従来の問題を解決するた
めになされたものであり、通常はロボットを自由自在に
動き得るようにするとともに、加工反力が問題となると
きにのみ加工反力をロボットアームに作用させないよう
にしたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ロボ
ットに保持したワークを加工ユニットに支持された工具
によって加工するようにしたロボットを用いた加工装置
において、スライド可能なスライドテーブルと、このス
ライドテーブル上に旋回可能に支持されたロボットアー
ム部と、このロボットアーム部の先端に取付けられたワ
ーク保持部と、ワークの加工時に前記ワーク保持部を前
記スライドテーブルに結合して加工反力によるワーク保
持部の変位を規制する加工反力支持手段とを備えたもの
である。

【０００６】請求項２の発明は、ロボットに保持した工
具によってワークを加工するようにしたロボットを用い
た加工装置において、スライド可能なスライドテーブル
と、このスライドテーブル上に旋回可能に支持されたロ
ボットアーム部と、このロボットアーム部の先端に取付
けられた工具保持部と、ワークの加工時に前記工具保持
部を前記スライドテーブルに結合して加工反力による工
具保持部の変位を規制する加工反力支持手段とを備えた
ものである。

【０００７】請求項３の発明は、前記ロボットを、上下
方向にスライド可能な前記スライドテーブルと、このス
ライドテーブル上に水平面内で旋回可能に支持された第
１および第２のアームと、この第２のアームの先端に取
付けられた少なくとも３軸の自由度をもつ工具保持部と
からなる水平多関節ロボットから構成したものである。

【０００８】請求項４の発明は、前記加工反力支持手段
を、前記ワーク保持部あるいは工具保持部とスライドテ
ーブルとのいずれか一方に設けられたロケートピンと、
他方に設けられ前記ロケートピンに離脱可能に係合する
ロケート穴とによって構成したものである。

【０００９】請求項５の発明は、前記加工反力支持手段
におけるロケートピンとロケート穴を、前記ワークが工
具に接近離間する方向に離脱可能としたものである。

【００１０】請求項６の発明は、前記加工反力支持手段
を、ワークが工具に接近離間する方向の変位も規制する
ようにしたものである。

【００１１】上記した請求項１の発明によれば、ワーク
の加工時にロボットのワーク保持部がスライドテーブル
に結合され、その状態でスライドテーブルが移動されて
ワーク保持部に保持されたワークと加工ユニットに支持
された工具とが相対移動され、工具によってワークを加
工する。

【００１２】この場合、ワーク保持部のスライドテーブ
ルとの結合により、加工反力によるワーク保持部の変位
が規制されるので、フライス加工のような重切削におい
ても、過大な加工反力をロボットに作用させずに剛性の
高いスライドテーブルで受承できるようになり、加工反
力によってロボットのワーク保持部が変位することを防
止できる。このためにワークの加工精度を向上できるよ
うになる。

【００１３】また、請求項２の発明によれば、ワークの
加工時にロボットの工具保持部がスライドテーブルに結
合され、加工反力による工具保持部の変位が規制され
る。その状態でスライドテーブルを移動して工具保持部
に保持された工具をワークに対して相対移動させ、ワー
クを加工する。

【００１４】さらに、請求項３の発明によれば、ワーク
保持部あるいは工具保持部が結合されるスライドテーブ
ルが、ロボット自体の１軸をなすものであるので、ワー
ク保持部あるいは工具保持部の変位を規制しながら、ワ
ークを工具に対して相対移動させることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、以下の説明においては、図
１における前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、
上下方向をＺ軸方向と称することにする。

【００１６】本実施形態における加工装置は、図１、図
２に示すように、主として、ワークＷを加工する加工ユ
ニット１０と、ワークＷを保持する水平多関節ロボット
３０とによって構成されている。

【００１７】前記加工ユニット１０は、ベッド１１上に
立設されたコラム１２と、このコラム１２の一側面に設
置されたフライス加工ユニット１３と、コラム１２の他
側面に設置されたバリ取り加工ユニット１４とからなっ
ている。

【００１８】フライス加工ユニット１３およびバリ取り
加工ユニット１４は、コラム１２の両側面に固着された
ユニットベース１５、１６を備え、これらユニットベー
ス１５、１６に主軸ヘッド１７、１８がそれぞれＸ軸方
向（前後方向）に移動可能に案内支持されている。主軸
ヘッド１７、１８には図略の主軸モータによって回転駆
動される主軸１９、２０が、Ｘ軸と平行な軸線の回りに
回転可能に支持され、各主軸１９、２０の先端にはフラ
イス工具２１およびバリ取り加工工具２２がそれぞれ保
持されている。これらバリ取り加工工具２２とフライス
工具２１によって、ワークＷにバリ取り加工とフライス
加工を順次施すことができる。

【００１９】なお、フライス工具２１はワークＷの加工
面の幅よりも大きな径を有し、フライス工具２１とワー
クＷとのＺ軸方向の相対移動によりワークＷの加工面を
加工できるようになっている。

【００２０】一方、前記ロボット３０は、前記コラム１
２の前面側に形成された案内面１２ＡにＺ軸方向（上下
方向）に移動可能に案内支持されたスライドテーブル３
１と、このスライドテーブル３１上に設置されたアーム
部３２とによって構成されており、スライドテーブル３
１はロボット３０に内蔵された図略のモータにより案内
面１２Ａに沿ってＺ軸方向に移動されるようになってい
る。

【００２１】前記アーム部３２は、前記スライドテーブ
ル３１上にコラム１２の前面に対応して固着されたアー
ム支持部３３と、このアーム支持部３３にＸ軸およびＹ
軸方向に平行な水平面内で旋回可能に支持された第１ア
ーム３４と、この第１アーム３４の先端部に第１アーム
３４と平行な水平面内で旋回可能に支持された第２アー
ム３５と、この第２アーム３５の先端部に少なくとも３
軸の自由度を有して設けられた手首部３６と、この手首
部３６に固定されたワーク保持部３７とによって構成さ
れている。

【００２２】上記したようにロボット３０は、スライド
テーブル３１の直線運動、第１および第２アーム３３、
３４の各旋回運動ならびにワーク保持部３７の３軸運動
の計６軸の自由度を有する水平多関節ロボットによって
構成され、第１および第２アーム３３、３４の水平面内
での旋回運動により、ワーク保持部３７を前記フライス
加工ユニット１３が設置されたコラム１２の一方の側方
位置と、前記バリ取り加工ユニット１４が設置されたコ
ラム１２の他方の側方位置との各間、およびワーク取付
位置Ｐ１、ワーク取外位置Ｐ２との各間で移動できるよ
うになっている。

【００２３】前記スライドテーブル３１は、前記フライ
ス加工ユニット１３が設置されたコラム１２の一方の側
方に向かってＹ軸方向に伸長され、このスライドテーブ
ル３１の伸長部分にワークＷを通すための通し窓３８が
フライス加工ユニット１３の前方位置に対応して形成さ
れている。

【００２４】前記水平多関節ロボット３０のワーク保持
部３７には、図示してないが、板状のスリッパを介して
ワークＷをワーク保持面３７Ａに位置決めクランプする
位置決めクランプ機構が設けられている。これにより、
形状が異なるワークＷであっても共通の位置決めクラン
プ機構を用いてワーク保持部３７に保持できるようにし
ている。

【００２５】上記のように構成された本実施の形態に係
る加工装置は、ロボット３０のワーク保持部３７にワー
クＷが保持され、スライドテーブル３１の直線運動およ
び第１および第２アーム３３、３４の旋回運動により、
自動車用シリンダブロックのようなワークＷを、バリ取
り加工ユニット１４およびフライス加工ユニット１３の
前方位置に順次移動させ、バリ取り加工およびフライス
加工を行うものである。

【００２６】このような加工態様においては、一般的
に、バリ取り加工のような軽加工においては、ワークＷ
が受ける加工反力は比較的小さいため、多関節ロボット
３０自身の有する剛性によって加工反力を受承でき、ア
ーム部３２およびワーク保持部３７の変位を無視できる
程度に抑え得る。しかるに、フライス加工のような重切
削においては、多関節ロボット３０自身の有する剛性に
よっては加工反力を受けることができず、このためにワ
ーク保持部３７およびアーム部３２が変位して、加工精
度が悪化する。

【００２７】特に、水平多関節ロボット３０のようなも
のでは、その関節構造上、上下方向（Ｚ軸）の加工反力
に対しては比較的高い剛性を有するのに対し、アーム部
３２の旋回面内と平行な左右方向（Ｙ軸）および前後方
向（Ｘ軸）の加工反力に対しては、上下方向（Ｚ軸）ほ
どには剛性を有しなく、大きな加工反力が作用すると第
１、第２アーム３３、３４が旋回変位しやすくなる。

【００２８】従って、フライス加工のような重切削にお
いては、加工反力による第１、第２アーム３３、３４の
旋回変位によって、ワーク保持部３７が移動し、ワーク
Ｗの加工精度が保てなくなる。

【００２９】なお、フライス加工のようなものであって
も、ワークＷに対する工具の切込み量が大きくない場合
は、前後方向（Ｘ軸）の加工反力はそれほど大きくなら
ないため、アーム部３２をフライス加工ユニット１３側
に向けて押付ける力の制御により十分対抗できるように
なる。従って、そのような場合には、左右方向（Ｙ軸）
の加工反力に対して、処置を講ずればよいことになる。

【００３０】この左右方向（Ｙ軸）の加工反力に対抗す
るために設けたのが加工反力支持手段４０であり、この
支持手段４０を有することが本実施の形態の特徴とする
ところである。かかる加工反力支持手段４０の詳細を、
以下に説明する。

【００３１】前記スライドテーブル３１には、それに形
成した通し窓３８の周りを囲うように矩形状の支持フレ
ーム４１が固着され、この支持フレーム４１の対角線上
の２ヵ所に円錐形状のロケートピン４２がＸ軸方向に突
設されている。

【００３２】これに対してロボット３０のワーク保持部
３７には、ワーク保持面３７Ａに、前記ロケートピン４
２に係合可能なロケート穴４３が形成されており、この
ロケート穴４３と、前記スライドテーブル３１側に設け
たロケートピン４２とを係合させることにより、ワーク
保持部３７のＹ軸方向の変位を規制するようにしてい
る。しかして、上記したロケートピン４２とロケート穴
４３とによって、加工反力支持手段４０を構成してい
る。

【００３３】なお、前記ワーク保持部３７の前記ロケー
ト穴４３の形成されていない対角線上の２ヶ所と、前記
支持フレーム４１の前記ロケートピン４２の形成されて
いない対角線上の２ヶ所には、それぞれ当接ピン４５、
４６が突設されている。これら当接ピン４５、４６は、
前記ロケートピン４２とロケート穴４３とが係合した状
態で互いに当接し、ワーク保持部３７のＸ軸方向位置を
規制するようになっている。

【００３４】このように構成されたロボット３０を用い
た加工装置の動作を、以下に説明する。まず、ロボット
３０を動作させてワーク保持部３７をワーク取付位置Ｐ
１に移送し、ワーク保持部３７にワークＷを位置決めク
ランプ機構により位置決めクランプする。

【００３５】次いで、ロボット３０を動作させてワーク
保持部３７に保持したワークＷをバリ取り加工ユニット
１４の前方位置に搬送する。その状態で、バリ取り加工
ユニット１４の主軸ヘッド１８を前進させてバリ取り加
工工具２２によりワークＷのバリを除去する。かかるバ
リ取り加工においては、加工反力が小さく、ロボット３
０自体の剛性で加工反力を受承できる。

【００３６】次に、ロボット３０に内蔵されたサーボモ
ータにより、アーム部３２を旋回動作させて、ワークＷ
をフライス加工ユニット１３側に移送するとともに、ス
ライドテーブル３１を上昇させてワークＷをフライス加
工ユニット１３の上方位置に位置決めする。次いで、ア
ーム部３２および手首部３６の旋回動作によりワーク保
持部３７に保持されたワークＷの姿勢を一定に制御しな
がら、ワーク保持部３７をＸ軸方向に移動させる。すな
わち、ワーク保持部３７に形成されたロケート穴４３が
支持フレーム４１上のロケートピン４２に平行となる姿
勢でワーク保持部３７をＸ軸方向に移動させ、ワークＷ
をスライドテーブル３１の通し窓３８よりフライス加工
ユニット１３の前面側の上方位置に移送する。

【００３７】これにより、ワーク保持部３７のロケート
穴４３が支持フレーム４１のロケートピン４２に係合さ
れるとともに、当接ピン４５、４６がＸ軸方向の加工反
力に抗しうる押し付け力で互いに当接される。かかるロ
ケートピン４２とロケート穴４３との係合により、ワー
ク保持部３７がスライドテーブル３１に対して結合さ
れ、加工反力によるＹ軸方向の変位を規制できる。ま
た、当接ピン４５、４６の当接により、ワーク保持部３
７がＸ軸方向に位置決めされる。

【００３８】しかる状態で、フライス加工ユニット１３
の主軸１９を回転駆動するとともに、主軸ヘッド１７を
一定量前進させ、フライス工具２１にワークＷへの切り
込みを付与する。続いて、スライドテーブル３１を下降
させ、フライス工具２１によってワークＷを加工する。

【００３９】その際、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸方向の加工反力が
ワークＷよりワーク保持部３７を介してアーム部３２に
作用せんとするが、フライス工具２１によるフライス加
工時に特に問題となるＹ軸方向の加工反力は、ロボット
３０のワーク保持部３７をスライドテーブル３１に結合
させたことにより、すべてスライドテーブル３１で支持
されることになり、剛性の弱いアーム部３２には作用し
ない。従って、加工反力によってワーク保持部３７が変
位することがなく、加工精度を向上できるようになる。

【００４０】このようにしてスライドテーブル３１が所
定ストロークＳ１（図４参照）下降され、ワークＷの加
工面のフライス加工が完了すると、アーム部３２および
手首部３６の旋回動作によりワークＷの姿勢を一定に制
御しながら、ワーク保持部３７をＸ軸方向に移動させ、
ワークＷをスライドテーブル３１の通し窓３８よりスラ
イドテーブル３１の前面側に移送する。かかるワーク保
持部３７の移動により、ロケートピン４２とロケート穴
４３との係合が解除される。その後、スライドテーブル
３１およびアーム部３２の動作によってワークＷをワー
ク取外位置Ｐ２に搬送し、加工を終えたワークＷをロボ
ットのワーク保持部３７より取り外す。

【００４１】上記した実施の形態によれば、ワークＷの
加工時に、ロボット３０のワーク保持部３７とスライド
テーブル３１とを、ロケートピン４２とロケート穴４３
とによって互いに係合し、スライドテーブル３１に対し
てワーク保持部３７がＹ軸方向に変位するのを規制する
ようにしたので、フライス加工によってワークＷにＹ軸
方向の過大な加工反力が作用しても、この加工反力を剛
性の高いスライドテーブル３１で受承できるようにな
る。

【００４２】従って、Ｙ軸方向の剛性が十分でないアー
ム部３２に加工反力が作用することがないので、フライ
ス加工のような重切削によってもワーク保持部３７が変
位することがなく、加工精度を向上できる。このように
ロケートピン４２とロケート穴４３とからなる簡単な構
成の加工反力支持手段４０により、ロボット３０に支持
したワークＷに対してフライス加工のような重切削を可
能にでき、ロボット３０を用いたワークの加工の適用範
囲を拡大できるようになる。

【００４３】また、ワーク保持部３７が係合されるスラ
イドテーブル３１は、ロボット３０自体の１軸をなすも
のであるので、ワーク保持部３７の変位を規制するため
に特別な部材を必要とせず、しかもワークＷの加工のた
めにワークＷを工具２１に対して移動させることができ
る。また、加工反力支持手段４０によるワーク保持部３
７とスライドテーブル３１との係合は、ワークＷを加工
位置へ位置決めするロボット３０の移動を利用して行え
る利点もある。

【００４４】上記した実施の形態においては、ワーク保
持部３７とスライドテーブル３１との結合をロケートピ
ン４２とロケート穴４３とによって行った結果、フライ
ス工具２１の回転軸線に直角な面内（Ｙ、Ｚ軸方向に平
行な面内）におけるワーク保持部３７の移動を拘束する
ことができるようになるが、実施の形態に示すように、
ロボット３０自体の剛性によってＺ軸方向の加工反力を
受承できる場合には、ワーク保持部３７のＹ軸方向の変
位のみ規制できるように、ワーク保持部３７とスライド
テーブル３１との結合を長溝と、この長溝に係合可能な
係合ピンとにより行うこともできることは、当業者であ
れば、容易に予測できる。

【００４５】一方、ドリル加工のように、加工反力によ
ってワーク保持部がＸ軸方向に変位する恐れがある場合
には、上記したロケートピン４２とロケート穴４３から
なる加工反力支持手段４０では不十分である。

【００４６】この場合の加工反力支持手段４０として
は、上記したロケートピン４２とロケート穴４３とによ
るロケート機能に加え、ロボットのワーク保持部をスラ
イドテーブルにクランプしてワーク保持部のＹ軸方向の
変位を拘束するクランプ機構をスライドテーブル等に設
けることが必要となる。このように、ワーク保持部３７
とスライドテーブル３１とを結合する加工反力支持手段
４０は、加工反力の態様に応じた適切な構成を採り得る
ものである。

【００４７】さらに、上記した実施の形態においては、
ワークを保持するワーク保持部をロボット側に設け、加
工ユニットに対してワークＷ側を移動させてワークを加
工するようにしたが、反対に、ワークは固定の支持台に
支持しておき、ロボット側に工具を保持する工具保持部
を設け、工具側を移動させてワークを加工することもで
きる。

【００４８】上記した実施の形態においては、過大な加
工反力がロボットに作用する加工例として、フライス加
工を例にとって説明したが、本発明は大径のメタルソー
による加工等にも適用できるものである。

【００４９】

【発明の効果】以上、述べたように、請求項１の発明に
よれば、ロボットのワーク保持部に作用する加工反力に
よる変位を加工反力支持手段によって規制できるので、
フライス加工のような重切削においても、ロボットのワ
ーク保持部が変位せず、加工精度を向上できる効果があ
る。

【００５０】また、請求項２の発明によれば、ロボット
の工具保持部に作用する加工反力による変位を加工反力
支持手段によって規制できるので、上記と同様な効果が
期待できる。

【００５１】さらに、請求項３の発明によれば、ワーク
保持部あるいは工具保持部が結合されるスライドテーブ
ルは、ロボット自体の１軸をなすものであるので、ワー
ク保持部あるいは工具保持部に作用する加工反力を簡素
な構成で受承できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すロボットを用いた加
工装置の全体構成を示す正面図である。

【図２】同じく、全体構成を示す平面図である。

【図３】加工反力支持手段の詳細を示す図である。

【図４】図３のＡ−Ａ矢視図である。

【符号の説明】

１０ 加工ユニット １３ フライス加工ユニット ２１、２２ 工具 ３０ ロボット ３１ スライドテーブル ３２ アーム部 ３６ 手首部 ３７ ワーク保持部 ４０ 加工反力支持手段 ４２ ロケートピン ４３ ロケート穴 Ｗ ワーク

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットに保持したワークを加工ユニッ
   トに支持された工具によって加工するようにしたロボッ
   トを用いた加工装置において、スライド可能なスライド
   テーブルと、このスライドテーブル上に旋回可能に支持
   されたロボットアーム部と、このロボットアーム部の先
   端に取付けられたワーク保持部と、ワークの加工時に前
   記ワーク保持部を前記スライドテーブルに結合して加工
   反力によるワーク保持部の変位を規制する加工反力支持
   手段とを備えたことを特徴とするロボットを用いた加工
   装置。
2. 【請求項２】 ロボットに保持した工具によってワーク
   を加工するようにしたロボットを用いた加工装置におい
   て、スライド可能なスライドテーブルと、このスライド
   テーブル上に旋回可能に支持されたロボットアーム部
   と、このロボットアーム部の先端に取付けられた工具保
   持部と、ワークの加工時に前記工具保持部を前記スライ
   ドテーブルに結合して加工反力による工具保持部の変位
   を規制する加工反力支持手段とを備えたことを特徴とす
   るロボットを用いた加工装置。
3. 【請求項３】 前記ロボットは、上下方向にスライド可
   能な前記スライドテーブルと、このスライドテーブル上
   に水平面内で旋回可能に支持された第１および第２のア
   ームと、この第２のアームの先端に取付けられた少なく
   とも３軸の自由度をもつ工具保持部とから構成してなる
   水平多関節ロボットからなる請求項１もしくは請求項２
   に記載のロボットを用いた加工装置。
4. 【請求項４】 前記加工反力支持手段は、前記ワーク保
   持部あるいは工具保持部とスライドテーブルとのいずれ
   か一方に設けられたロケートピンと、他方に設けられ前
   記ロケートピンに離脱可能に係合するロケート穴とによ
   って構成してなる請求項１もしくは請求項２に記載のロ
   ボットを用いた加工装置。
5. 【請求項５】 前記加工反力支持手段におけるロケート
   ピンとロケート穴は、前記ワークが工具に接近離間する
   方向に離脱可能である請求項４に記載のロボットを用い
   た加工装置。
6. 【請求項６】 前記加工反力支持手段は、ワークが工具
   に接近離間する方向の変位も規制するようになっている
   請求項４に記載のロボットを用いた加工装置。