JP2007054912A - ワーク加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工具を駆動する駆動手段であるモータがフリーランを生じさせず、加工具の周囲にカバーを設けたり、シャッターを開くタイミングをモータの停止よりも遅らせないようにできるワーク加工装置を提供する。
【解決手段】 基台２１と、基台２１に設けられたワーク保持手段２６と、研削工具等の加工具２２とを具備し、加工具２２を回転駆動してワーク保持手段２６に保持されたワークを加工するワーク加工装置２０において、加工具２２を回転駆動する駆動手段としてサーボモータ２８を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワークの被加工面に接してワークを研削する加工具を具備するワーク加工装置に関する。

鋳物の場合、湯口やバリを除去するバリ取り加工が不可欠であり、このようなバリを自動研削するバリ取り装置が種々開発されてきている（例えば、特許文献１参照）。
ここで、従来からのバリ取り装置について説明する。
バリ取り装置は、バリ取りの対象となる被加工物を保持するワーク保持手段と、円盤状の研削砥石が設けられた加工手段とを具備している。

ワーク保持手段は、複数本のアームが互いに水平面内で回動可能に連結されており、加工手段に対して、保持している被加工物の被加工面を研削砥石に向けさせて、被加工物の所定の部位を予め設定された順序で研削するように被加工物を移動させる。
また、加工手段は、モータの回転軸に円盤状の回転砥石が取り付けてなり、モータの駆動によって砥石を回転駆動させる。また、ここでは工作機械等に通常用いられる汎用モータ（ＡＣモータ等）を採用していた。

特開平１１−２５４２８６号公報

従来のワーク加工装置においては、加工具を駆動するためのモータとしては、汎用モータを用いることが一般的であった。
しかし、従来の汎用モータでは、加工が終了して電源がオフになったとしても惰性でモータは少しの間回り続けてしまう（いわゆるフリーラン）。このフリーランの際には、加工具も一緒に回り続けるので、作業者が電源をオフにしたからといって容易に近づいたりするのは危険である。そこで、加工具の周囲には作業者が加工具に触れないようにカバーを設ける必要があり、構造が複雑化し且つ部品点数の増加等に伴ってコストが上昇しているという課題があった。

また、このようなワーク加工装置は、加工具の周囲にカバーを設けるだけでなく、研削した粉塵がまき散らさないように、装置全体がカバーで覆われている。ただし、被加工物のセットや取り外しを行なうために、装置正面にはシャッターが設けられ、加工具が動作していない時のみシャッターが開くように制御される。
しかし、フリーランが生じる汎用モータで加工具を駆動させていると、危険防止のため、モータの電源をオフにしてからフリーランが終わるまでにシャッターを開けることができず、モータ電源のオン−オフとシャッターの開閉動作とを連動させることができないので、迅速な作業が行えないという課題があった。

そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、加工具を駆動する駆動手段であるモータがフリーランを生じさせず、加工具の周囲にカバーを設けたり、シャッターを開くタイミングをモータの停止よりも遅らせないようにできるワーク加工装置を提供することにある。

本発明にかかるワーク加工装置によれば、基台と、該基台に設けられたワーク保持手段と、研削工具等の加工具とを具備し、該加工具を回転駆動してワーク保持手段に保持されたワークを加工するワーク加工装置において、前記加工具を回転駆動する駆動手段としてサーボモータを具備することを特徴としている。
この構成のようにサーボモータを用いることでフリーランがなくなり、回転駆動はモータへの電源をオフしたと同時に停止させることができる。このため、危険防止のため加工具の周囲に保護用のカバーを設ける必要がなくなる。そして、モータへの電源をオフしたと同時にシャッターを開くこともできる。さらにサーボモータでは回転数が一定となるように制御されるので、トルクも一定となり、加工時の加工能力が上がる。また、前記サーボモータの減速時には回生エネルギーを蓄積させることもできるようになる。

また、前記加工具は、円盤状をなし、その端縁が前記ワークに当接してワークを研削する研削工具であって、取り付け部材を介してサーボモータの回転軸に取り付けられ、該取り付け部材は、サーボモータの回転軸に、該回転軸に対して回転不能に装着され、前記研削工具が、前記取り付け部材に、サーボモータの回転軸線上とは外れた位置の複数のボルトにより取り付けられることを特徴としてもよい。

すなわち、従来の汎用モータであれば、回転の停止時にはフリーランによりしばらく惰性で同じ方向に回り、徐々に回転が停止していくものであった。したがって、従来の研削工具と回転軸の取り付けは、図６に示すような構造によるものが採用されていた。この従来の取り付け構造によれば、研削工具１０の中心には、モータの回転軸１１の先端部１１ａを貫通させて突出させる取り付け用穴１２が形成されており、この取り付け用穴１２にモータの回転軸１１の先端部１１ａを挿入して貫通させる。モータの回転軸１１の先端部１１ａにはネジ溝が形成されており、この先端部１１ａのネジ溝に噛み合うネジ溝が内壁面に形成された取り付け用キャップ１４が、回転軸１１の先端部１１ａに螺合される。取り付け用キャップ１４が回転軸１１の先端部１１ａに螺合して締付けられると、研削工具１０の一方の面の端部１５は、回転軸１１に形成された段部１６に当接し、研削工具１０が回転軸１１に固定される。

しかしながら、サーボモータを採用した構成において、上述したような回転軸１１と研削工具１０とを直接取り付ける従来の取り付け構造を採用すると、サーボモータは急激な停止が可能であるため、停止時の反動が大きく、ネジ溝同士を螺合させて回転軸１１に取り付けている取り付け用キャップ１４が緩んでしまうおそれがあるという課題があった。
そこで、上述したように、研削工具は取り付け部材に対して回転軸の回転中心から外れた位置に設けられたボルトで固定される構成を採用することで、停止時の反動があっても回転軸の研削工具への取り付けが緩んでしまうことがなく、安全性を高めることができる。さらに、安全性を高めると同時に、研削工具の一方の面には回転軸の取り付けに伴う取り付け用キャップ等の突出物を設けなくともよくなったので、加工中に被加工物へ取り付け用キャップが当接してしまうなどの弊害を防止することができ、加工時における研削工具の位置の調整等を細かく設定しなくともよくなった。

また、前記取り付け部材には、前記回転軸の先端部が挿入される固定穴が形成され、該固定穴は、挿入方向に向かうにしたがって徐々に小径となるテーパ状に形成され、前記固定穴内に挿入される前記サーボモータの回転軸は、先端部に向かうにしたがって徐々に小径となるテーパ状に形成され、前記挿入穴の内壁面と前記回転軸の外壁面には、互いに係合可能な溝部と突条とが形成されていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、モータの停止時の反動によっても回転軸と研削工具との取り付けが緩んでしまうことがなく、また回転軸への研削工具の取り付けも容易に行なうことができる。

さらに、前記研削工具を前記取り付け部材へ取り付ける複数のボルトの端部が、前記研削工具の前記取り付け部材への取付面とは反対側の面には突出しないように設けられていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、加工中に被加工物へボルトの端部が当接してしまうなどの弊害を防止することができ、加工時における研削工具の位置の調整等を細かく設定しなくともよい。

本発明にかかるワーク加工装置によれば、危険防止のため加工具の周囲に保護用のカバーを設ける必要がなくなる。そして、モータへの電源をオフしたと同時にシャッターを開くこともできる。さらにサーボモータでは回転数が一定となるように制御されるので、トルクも一定となり、加工時の加工能力が上がる。また、前記サーボモータの減速時には回生エネルギーを蓄積させることもできるようになる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
ワーク加工装置の一例として鋳物のバリを取るバリ取り装置について説明する。
バリ取り装置の第１の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１はバリ取り装置の平面図、図２は正面図、図３は側面図である。
このバリ取り装置２０は、大型の円盤状の加工具である研削工具２２と、研削工具２２よりも小型に設けられた加工具である研削工具２４と、鋳物であるワーク（図示せず）を保持するワーク保持手段２６とが、基台２１に設けられている。

研削工具２２は、サーボモータ２８の回転軸２３に取り付けられており、サーボモータ２８によって回転駆動する。
サーボモータ２８は、回動部材３０によって基台２１に取り付けられている。回動部材３０は、基台２１に対して水平方向に延びる回動軸３２によって、鉛直面内で回動可能となっている。回動軸３２にはモータ３４が接続されている。
モータ３４が駆動することにより、回動部材３０が回動軸３２を中心に回動し、研削工具２２とモータ２８は、図２の矢印Ａ方向に示すように、回動軸３２を中心に鉛直面内で回動する。
このため、研削工具２２の円盤面を、鉛直方向から水平方向にかけての好適な角度でワークに当接させることができる。

なお、研削工具２２の周囲には、カバーが設けられていない。
従来の装置においては、研削工具２２を駆動するモータ２８が汎用モータであったため、研削工具２２の回転を停止させる場合でも、フリーランによって操作者がモータ２８をオフにした後、しばらく研削工具２２が回り続けていた。したがって、モータ２８をオフにした操作者が研削工具２２が停止したものと思いこんですぐに手を出した場合に非常に危険であった。そこで、従来は研削工具の端面の刃に触れないように、研削工具にはカバーが設けられていた。
しかし、本発明のように、研削工具２２を駆動するモータとしてサーボモータ２８を採用することで、サーボモータ２８をオフするとフリーランが無く、すぐに停止するので操作者がサーボモータ２８をオフにしてからすぐに手を出しても危険性は無い。そこで、研削工具２２の周囲にカバーを設けなくともよい構成となったのである。

一方、小型の研削工具２４も、サーボモータ３６の回転軸２９に取り付けられている。このため、研削工具２２は、サーボモータ３６によって回転駆動する。
サーボモータ３６は、アーム３８によってサーボモータ２８の回転軸２３のカバー部分外周に、サーボモータ２８の回転軸２３を中心として回動可能に取り付けられている。アーム３８は、シリンダー４０のロッド４０ａが接続されており、シリンダー４０のロッド４０ａの突出入動作によりサーボモータ２８の回転軸２３を中心に回動する（図1の矢印Ｂ方向）。

研削工具２４を、サーボモータ２８の回転軸２３のカバー部分の外周に取り付けるようにしたので、研削工具２４は研削工具２２と共に回動部材３０の回動によって回動軸３２を中心にして回動し（図２の矢印Ａ方向）、且つ図１および図３の矢印Ｂ方向にサーボモータ２８の回転軸２３を中心にして回動する。
このため、研削工具２４は、ワークの様々な部位に当接するように移動することができ、ワークの細かい構造部分や、孔内など研削工具２２では研削できない部位や、孔内などを良好に研削できる。
しかも、このように研削工具２４を移動させる手段が研削工具２２の回動手段と共通に用いられており、装置の小型化を図ることができる。

また、モータ３６の回転軸２９が鉛直方向を向いている際には、研削工具２４は、この回転軸２９を中心にして回動するのでワークを加工する加工位置と、基台２１方向の待機位置との間を移動可能となっている。
このため、ワークの着脱時などにおいて研削工具２４が邪魔にならないようにすることができる。

ワーク保持手段２６は、ワークを回転可能に載置する下側挟持部４４と、ワークを下側挟持部４４との間で上下にワークを挟み込んで支持する上側挟持部４６とを具備している。このようなワーク保持手段２６は、関節部分で連結された２本のアームである基部側アーク４８と、先端側アーム４９とから構成されている。
基部側アーム４８は、基台２１に一体的に取り付けられ、基台の前方側で水平面内で回動可能に設けられている。
すなわち、基部側アーム４８の基部は、モータ４５の回動軸（図示せず）に取り付けられている。このため、基部側アーム４８は、モータ４５の駆動により回動軸を中心として水平面内で回動する。

また、モータ４５は支持部５３を介して上下動機構５４に取り付けられている。
上下動機構５４は、図示しないボールネジ等が駆動することによってガイドに沿って支持部５３を上下動させる。支持部５３の上下動によって、基部側アーム４８が上下動し、ワーク保持手段２６が保持しているワークを上下動させることができる。

また、基部側アーム４８の先端下面側には、モータ４２が取り付けられ、このモータ４２の回転軸（図示せず）が、基部側アーム４８を貫通して先端側アーム４９に固定されている。このため、先端側アーム４９はモータ４２の駆動により水平面内で回動する。
先端側アーム４９の先端に、下側挟持部４４が設けられており、下側挟持部４４の下面にはモータ５７が設けられている。
モータ５７の回転軸（図示せず）は下側挟持部４４に取り付けられており、モータ５７の駆動によってワークを水平面内で回転できるように下側挟持部４４を回転させる。

また、上側挟持部４６は、回動桿５９の先端に取り付けられている。回動桿５９の基部はリンク部３３に揺動自在に取り付けられている。
リンク部３３の上端部には、シリンダ６０のロッド６０ａが取り付けられており、シリンダ６０のロッド６０ａの突出入動作によって、上側挟持部４６は上下動する。上側挟持部４６の上下動により、上側挟持部４６と下側挟持部４４との間で保持されるワークの着脱が可能となる。

次に、図４に基づいて、大径の研削工具２２のサーボモータ２８の回転軸２３への取り付け構造について説明する。
サーボモータ２８の回転軸２３は、外周をカバー５５で覆われており、カバー５５の内壁面に設けられた複数の軸受６２に回転可能に保持されている。保持された回転軸２３の先端部２３ａは、カバー５５から突出して設けられており、このカバー５５から突出した先端部２３ａに研削工具２２が取り付けられる。

回転軸２３の先端部２３ａには、研削工具２２を取り付けるための取り付け部材６１が設けられている。
取り付け部材６１は、回転軸２３の先端部２３ａの周囲に複数のネジ穴６４が形成されたフランジ状に設けられている。このように、各ネジ穴６４は、回転軸２３の軸線上からは外れた位置にそれぞれ設けられている。
また取り付け部材６１は、通常は着脱を行なわないように回転軸２３に強固に固定される。

取り付け部材６１に設けられた複数のネジ穴６４には、研削工具２２を固定するためのボルト６６が螺合する。また、研削工具２２にも、取り付け部材に設けられた各ネジ穴６４に対応する位置に、ボルト６６の頭部を収納する収納穴６７が形成されており、ボルト６６の頭部は、研削工具の他方の面側に突出しないように設けられている。
研削工具２２の着脱は、ボルト６６を緩めて取り外すことによって、取り付け部材６１から取り外される。

続いて、取り付け部材６１の回転軸２３の先端部２３ａへの取り付けについて説明する。
取り付け部材６１には、中心部分に回転軸２３の先端部２３ａを挿入させるための挿入穴６８が形成されている。挿入穴６８は、挿入方向である研削工具２２側（研削工具２２の他方の面側）に向けて徐々に小径となるようなテーパ状に形成されている。挿入穴６８は、取り付け部材６１の研削工具２２側に貫通して形成されている。挿入穴６８に挿入される回転軸２３の先端部２３ａも先端方向（研削工具の他方の面側）に向けて徐々に小径となるようなテーパ状に設けられている。

取り付け部材６１の挿入穴６８の内壁面には、穴の中心に向かって突出した突条７０が設けられている。また、回転軸２３の先端部２３ａには、挿入穴６８に設けられた突条７０を挿入可能な凹溝７２が形成されている。凹溝７２の溝幅は突条７０の幅より若干広く形成されているが、凹溝７２に突条７０が挿入された場合には、取り付け部材６１と回転軸２３とが抜けにくくなるように突条７０が凹溝７２に圧入される。
このような突条７０と凹溝７２をそれぞれ複数設けるようにすると、さらに回転軸２３が取り付け部材６１から抜けにくくなるので好適である。

取り付け部材６１の研削工具２２側の中央には凹部７３が形成されており、回転軸２３の先端部２３ａを取り付け部材６１の挿入穴６８に挿入すると、回転軸２３の先端部２３ａは挿入穴６８の研削工具２２側から突出し、且つ凹部７３から外部へ突出しない程度の位置に配される。

また、回転軸２３の先端部２３ａにおいて、取り付け部材６１の凹部７３内に突出する部位にはネジ溝が形成されている。
回転軸２３の先端部２３ａのネジ溝に螺合するように、内壁面にネジ溝が形成されたキャップ７６が、回転軸２３の先端部２３ａに螺合して取り付けられる。キャップ７６は、取り付け部材６１の凹部７３内に配置されて、研削工具２２の他方の面よりも突出しないように設けられる。
キャップ７６は、回転軸２３と取り付け部材６１とを固定するための機能よりも、むしろ抜け止めとしての機能が優先している。

なお、バリ取り装置は、図１〜図３に示すように、周囲全体がカバー７４によって覆われている。これは作業時に発生する切子等を周囲にまき散らさないようにするためである。カバー７４の一部は、カバー７４の外側からでも作業工程を観察することができるように透明に設けられている。
カバー７４の正面には、開閉可能なシャッター７９が設けられている（図１参照）。シャッター７９が開状態となった場合には、ワーク保持手段２６および研削工具２２，２４があらわになり、ワークの着脱や研削工具２２，２４の交換等を行なうことができる。

バリ取り装置２０は、研削動作終了後、サーボモータ２８，３６をオフさせると同時に、シャッター７９を開けることができる。
すなわち、研削工具２２，２４はサーボモータ２８，３６によって回転駆動させているが、サーボモータはフリーランが生じないため、サーボモータをオフにした後は即座にシャッターを開けて操作者が近づいても危険性が低い。

次に、図５に基づいてサーボモータ２８，３６の制御回路を説明する。
本実施形態のサーボモータ２８，３６としてはＡＣサーボモータを採用している。ＡＣサーボモータはブラシレスとなる構造とすることができるのでメンテナンスが容易となり、また高速で高トルクを得ることができる。

サーボモータ２８，３６には、サーボモータ２８，３６の回転を制御するサーボ制御回路８０が接続されており、サーボ制御回路８０にはモータ駆動用の電源を供給する電源装置８２が接続されている。電源装置８２には、三相交流２００Ｖが入力され、サーボ制御回路８０へ供給するサーボモータ用の電源だけでなく、そのほかにワーク加工装置２０内で必要な電源を生成している。

本実施形態のサーボ制御回路８０は、速度制御可能に設けられており、サーボモータ２８，３６に設けられたエンコーダ８３からフィードバック信号ａが入力される。サーボ制御回路８０では、フィードバック信号に基づいて、一定速度で回転するようにサーボモータ２８，３６を制御するドライブ回路８４が設けられている。ドライブ回路８４は複数のトランジスタがブリッジ接続されて成り、サーボモータ２８，３６へ出力する電流をスイッチング制御している。

また、サーボ制御回路８０内には、回生処理回路８５が設けられている。回生処理回路８５は、サーボモータ２８，３６の減速時において生じる回生電圧を、抵抗で熱に変換して消費するように設けられている。ただし、回生電圧は、単に抵抗で消費するだけでなく、蓄電器を設けて充電するようにしてもよい。

なお、上述してきた実施形態では、大小２つの研削工具を用いてワークを加工する装置について説明した。しかし、本発明としてはこのような形態に限定されるものではなく、１つの研削工具しか設けていないワーク加工装置であってもよい。

以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

ワーク加工装置の平面図である。 ワーク加工装置の正面図である。 ワーク加工装置の側面図である。 研削工具とサーボモータの回転軸との取り付け構造を示す断面図である。 サーボモータの制御系について示すブロック図である。 従来の研削工具とサーボモータの回転軸との取り付け構造を示す説明図である。

符号の説明

２０ ワーク加工装置
２１ 基台
２２ 研削工具
２３ 回転軸
２３ａ 先端部
２４ 研削工具
２６ ワーク保持手段
２８ サーボモータ
２９ 回転軸
３０ 回動部材
３２ 回動軸
３３ リンク部
３４ モータ
３６ サーボモータ
３８ アーム
４０ シリンダー
４０ａ ロッド
４２ モータ
４４ 下側挟持部
４５ モータ
４６ 上側挟持部
４８ 基部側アーム
４９ 先端側アーム
５３ 支持部
５４ 上下動機構
５５ カバー
５７ モータ
５９ 回動桿
６０ シリンダ
６０ａ ロッド
６１ 取り付け部材
６２ 軸受
６４ ネジ穴
６６ ボルト
６７ 収納穴
６８ 挿入穴
７０ 突条
７２ 凹溝
７３ 凹部
７４ カバー
７６ キャップ
７９ シャッター
８０ サーボ制御回路
８２ 電源装置
８３ エンコーダ
８４ ドライブ回路
８５ 回生処理回路

Claims (4)

1. 基台と、該基台に設けられたワーク保持手段と、研削工具等の加工具とを具備し、該加工具を回転駆動してワーク保持手段に保持されたワークを加工するワーク加工装置において、
   前記加工具を回転駆動する駆動手段としてサーボモータを具備することを特徴とするワーク加工装置。
2. 前記加工具は、円盤状をなし、その端縁が前記ワークに当接してワークを研削する研削工具であって、取り付け部材を介してサーボモータの回転軸に取り付けられ、
   該取り付け部材は、サーボモータの回転軸に、該回転軸に対して回転不能に装着され、
   前記研削工具が、前記取り付け部材に、サーボモータの回転軸線上とは外れた位置の複数のボルトにより取り付けられることを特徴とする請求項１記載のワーク加工装置。
3. 前記取り付け部材には、前記回転軸の先端部が挿入される固定穴が形成され、
   該固定穴は、挿入方向に向かうにしたがって徐々に小径となるテーパ状に形成され、
   前記固定穴内に挿入される前記サーボモータの回転軸は、先端部に向かうにしたがって徐々に小径となるテーパ状に形成され、
   前記挿入穴の内壁面と前記回転軸の外壁面には、互いに係合可能な溝部と突条とが形成されていることを特徴とする請求項２記載のワーク加工装置。
4. 前記研削工具を前記取り付け部材へ取り付ける複数のボルトの端部が、前記研削工具の前記取り付け部材への取付面とは反対側の面には突出しないように設けられていることを特徴とする請求項２または３記載のワーク加工装置。

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