JP4560876B2

JP4560876B2 - 加工システム

Info

Publication number: JP4560876B2
Application number: JP2000095515A
Authority: JP
Inventors: 賢二山口
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2001277064A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長尺な工具を用いてワークを加工する加工システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
種々の自動車部品は、マシニングセンタを備える加工システムにおいて、穴あけ、切削などの所定の機械加工が施される。マシニングセンタは、チャックを介してツールが着脱自在に取り付けられるスピンドルを有している。一般的に、マシニングセンタを使用した加工においては、Ｚ軸方向（加工軸の軸心方向）のストローク範囲内で加工を行ない得るように、ツールが決定ないし選択される。
【０００３】
また、一般的なマシニングセンタは、ワークに対して多種類の加工を行うために、ツールを自動的に交換する自動工具交換装置（以下、「ＡＴＣ装置」という）が組み込まれている。ＡＴＣ装置は、複数のツールを保持するＡＴＣマガジンと、スピンドルに対してツールを着脱するＡＴＣアームとを有している。ＡＴＣアームは、指定された加工に応じたツールをマガジンから選択的に取出し、このツールをスピンドルに取り付ける。また、ＡＴＣアームは、スピンドルに取り付けられているツールを取り外し、このツールをＡＴＣマガジンの所定の位置に収納する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動車部品の中には、シリンダヘッドとこれに取り付けられたカムブラケットとにより形成されるカム穴を仕上げ加工する場合のように、ロングツールとも指称される長尺工具を用いた加工が必要な部品がある。この場合の加工長は約５００ｍｍを超え、この長さに応じたロングツールが用いられる。
【０００５】
このような特殊なロングツールをマシニングセンタに使用する場合には、マシニングセンタ自体を大型化するか、汎用マシニングセンタにおけるＡＴＣ装置を特殊な構造にするか、のいずれかの手段を講じる必要がある。
【０００６】
さらに、ロングツールによる加工長がマシニングセンタのＺ軸ストロークを超える場合は、Ｚ軸ストロークが長い大型のマシニングセンタを使用するか、汎用マシニングセンタにおけるＺ軸ストロークを特殊なものにするか、のいずれかの手段を講じる必要もある。
【０００７】
しかしながら、上記のように大型のマシニングセンタを設けたり、汎用マシニングセンタを特殊な構造にしたりする場合には、設計費や部品代などの設備費の増加を招くという問題がある。
【０００８】
また、限られたスペースに敷設されている既設コンベア内に、マシニングセンタを設置する場合、ワークの搬入や搬出のための種々のアクチュエータ（プッシャ、搬送コンベア、インデックス装置など）を必要とするが、前記アクチュエータの増加に伴い、部品点数や設備費の増加を招くという問題もある。したがって、マシニングセンタを備える加工システムにあっては、前記アクチュエータの増設を抑えて、部品点数や設備費の増加を可及的に低減しなければならないという要請もある。
【０００９】
そこで、本発明は、長尺工具を使用するのに好適で、設備費の増加を可及的に低減し得る加工システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、加工対象のワークが搬入される搬入部と、加工済みのワークを搬出する搬出部と、工具が着脱自在に取り付けられる加工軸、前記ワークを保持する治具、および、前記治具を回転することにより前記加工軸に対する前記ワークの向きを変えるインデックス手段を含む加工手段と、前記加工手段とは別個独立に配置されると共に工具を垂下した状態で保持する工具保持台と、前記搬入部から前記治具への前記加工対象ワークの搬入、前記治具から前記搬出部への前記加工済みワークの搬出、前記工具保持台に対する工具の搬入／搬出、および、前記加工軸に対する工具の着脱を行うロボットと、前記ロボットおよび前記加工手段の動作を制御する制御手段と、を有してなる加工システムであって、前記ロボットは、前記ワークを保持するワーク用ハンド部と、前記工具を保持する工具用ハンド部とが一体化されたハンドを備え、前記ワーク用ハンド部は、前記ワークの保持位置を規制する規制部材と、前記規制部材によって規制された位置に前記ワークを固定するクランプ手段とを有し、前記工具用ハンド部は、前記工具の保持位置を決めるツールガイドと、前記ツールガイドによって位置決めされた位置に前記工具を固定するツールクランパと，を備え、前記工具の基端部はツールホルダに保持されており、前記ツールホルダは凹部を有し、前記工具用ハンド部の前記ツールガイドは、前記ツールホルダの凹部に挿入されることで前記工具の保持位置を決めることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記加工手段による加工が終了すると、前記ロボットに対するワークの向きが前記治具に搬入されたときの向きと反対の向きになるまで、前記インデックス手段により前記治具を回転させることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記ワーク用ハンド部は、表裏両面のうち一の面で前記加工対象ワークを保持すると共に他の面で前記加工済みワークを保持する表裏反転自在なアームを備え、前記規制部材は、前記一の面および前記他の面のそれぞれに設けられ、前記クランプ手段は、前記一の面または前記他の面に保持されたワークを固定することを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記加工対象ワークは、一の工具により所定の加工を施す加工部位の間に空隙が存在する形状を有し、前記加工手段は、前記加工軸に対して前記治具を進退移動させる移動手段をさらに含んでなり、前記制御手段は、前記一の工具が前記空隙に達したとき、前記移動手段により前記治具を前記加工軸に向けて前進移動させることを特徴とする。
【００１７】
【発明の効果】
上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、工具を保持する工具保持台を加工手段とは別個独立に配置し、工具交換をロボットにより行うようにしたため、加工手段のサイズやこれに組み込まれる自動工具交換装置のサイズの制限を受けることがなく、加工手段自体を必要以上に大型化したり、自動工具交換装置を特殊な構造にしたりする必要がなく、設備費の増加を可及的に低減できる。また、工具長や工具径の制限を受けることがなく、種々の工具を工具保持台に備えておくことができる。さらに、工具交換をロボットで行うので、工具保持台は工具を保管する機能さえ備えていればよく、ロボットの動作範囲内において工具保持台の設置場所を確保できれば、加工手段で使用し得る工具を簡単かつ安価に追加できる。しかも、工具を垂下した状態で工具保持台に保持しているため、工具先端が撓むことがなく、加工精度が低下せず、また、略水平に保持する場合に比べて、工具保持台の設置スペースを小さくできる。更に、ワークの搬入／搬出および工具の搬入／搬出の両者をロボットにより行うことにより、ワークの搬送のためだけに用いられるプッシャや、ワークの搬送のためだけにワークの向きを変えるインデック装置などのアクチュエータが不要となり、アクチュエータの増設を抑えて、部品点数や設備費の増加を低減しなければならないという要請に応えることができる。また、ロボットはワーク用ハンド部とツール用ハンド部とを一体化したハンドを用いているため、設備費の低減を図ることができ、ハンドを交換するための時間が発生せず、サイクルタイムの短縮をも達成できる。しかも、前記ワーク用ハンド部では、規制部材とクランプ手段によって、把持されたワークがワーク用ハンド部で確実に位置決め、固定され、前記工具用ハンド部では、ツールガイドとツールクランパによって、把持された工具が位置決め、固定される。
【００２２】
請求項２に記載の発明によれば、治具から搬出部にワークを搬出したとき、搬入部におけるワークの前後と、搬出部におけるワークの前後とが同じになり、ワークの前後方向を変えることなく、ロボットによるワークの搬入／搬出が可能となる。しかも、加工手段で加工を行うために必須のインデックス手段により加工済みワークの向きを変更しているため、ワークの向きを変えるためだけのインデックス手段を別途設ける必要がない。したがって、アクチュエータの増設を抑えて、部品点数や設備費の増加を低減しつつ、ワークの前後を一定にした搬送を行うことができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば、ワークの前後方向が異なり規制部材を配置すべき位置が異なる場合であっても、一つのアームの表面または裏両のいずれかにより、当該ワークを保持位置を規制しつつ保持できる。このため、ワーク用ハンド部の構成が簡素となり、また、ワークの前後を一定にした搬送を実現するのに適した構成となる。さらに、アーム表面またはアーム裏面に保持されたワークを１つのクランプ手段により固定することができ、ワーク用ハンド部の構成を一層簡素にできる。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、加工手段は加工軸に対して治具を進退移動させる移動手段をさらに含んでいるため、工具による加工長が加工軸に許容されたストロークを超えるワークであっても、ワークの加工部位に所定の加工を施すことができる。このため、加工手段自体を必要以上に大型化する必要がなく、設備費の増加を可及的に低減できる。また、一の工具が空隙に達したときにワークが前進移動するため、ワークの加工精度に悪影響を及ぼすことはない。

【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係る加工システムを示すレイアウト図、図２は、同加工システムのマシニングセンタを示す正面図、図３（Ａ）〜（Ｃ）は、同加工システムの工具保持台を示す正面図、平面図および側面図、図４は、同加工システムのロボットを示す正面図、図５は、ロボットのハンドを示す平面図、図６（Ａ）および（Ｂ）は、ロボットのハンドにより加工対象ワークを保持した状態および加工済みワークを保持した状態を示す図、図７は、工具用ハンド部の要部を示す図、図８（Ａ）（Ｂ）は、ワークの一例としてのシリンダブロックを示す平面図および側面図、図９は、シリンダブロックの加工状態を示す図である。
【００２７】
図１を参照して、実施形態に係る加工システム１０を概説すると、この加工システム１０は、加工対象のワークＷinが搬入される搬入部１１と、加工済みのワークＷoutを搬出する搬出部１２と、搬送ラインから若干離れた場所に設置されるマシニングセンタ１３（加工手段に相当）と、マシニングセンタ１３とは別個独立に配置されるツール台１４（工具保持台に相当）と、搬入部１１と搬出部１２との間に配置されるロボット１５と、ロボット１５およびマシニングセンタ１３の動作を制御する制御手段１６とを有している。マシニングセンタ１３は、ツールが着脱自在に取り付けられるスピンドル３１（加工軸に相当）と、ワークＷをクランプして保持する治具３２とを含んでいる。ツール台１４に保持するツールは、いわゆるロングツール１７である。このロングツール１７は、略鉛直方向に垂下した状態でツール台１４に保持される。
【００２８】
そして、ロボット１５により、搬入部１１からマシニングセンタ１３の治具３２への加工対象ワークＷinの搬入（図中▲１▼と▲４▼を参照）、前記治具３２から搬出部１２への加工済みワークＷoutの搬出（図中▲４▼と▲５▼を参照）、ツール台１４に対するロングツール１７の搬入／搬出（図中▲２▼を参照）、および、マシニングセンタ１３のスピンドル３１に対するロングツール１７の着脱（図中▲３▼を参照）を行っている。以下、詳述する。
【００２９】
なお、本明細書において「長尺工具」または「ロングツール」という用語は、具体的に長さが何センチ以上の工具という意味ではなく、汎用品の安価なＡＴＣ装置で交換できない長さを有する工具、汎用品の安価なＡＴＣマガジンに保管できない長さを有する工具、または、加工精度を維持する必要から水平状態で保管することができない長さを有する工具であると解釈すべきである。
【００３０】
前記搬入部１１は、加工対象ワークＷinを搬送するローディングコンベア２０と、ローディングコンベア２０に隣接して配置される搬入用ワーク置き台２１とを有する。加工対象ワークＷinは、前工程における加工が完了した後に、ローディングコンベア２０により搬送され、搬入用ワーク置き台２１に設けたレール２２上に引き渡される。
【００３１】
前記搬出部１２は、加工済みワークＷoutを搬送するアンローディングコンベア２５と、アンローディングコンベア２５に隣接して配置される搬出用ワーク置き台２６とを有する。加工済みワークＷoutは、搬出用ワーク置き台２６に設けたレール２７上に載置され、アンローディングコンベア２５に引き渡された後に、次工程に送られる。
【００３２】
前記マシニングセンタ１３は、図２に示すように、スピンドル３１と、治具３２と、治具３２を回転することによりスピンドル３１に対するワークＷの向きを変えるインデックス装置３３（インデックス手段に相当）とを含んでいる。スピンドル３１に取り付けられたツールは、インデックス装置３３により向きが変えられたワークＷに向けて、所定の回転速度で回転されつつ、所定の送り速度で移動される。スピンドル３１の図中Ｚ軸方向のストロークは、５００ｍｍである。
【００３３】
マシニングセンタ１３には、汎用機で通常一般的に設置されているＡＴＣ装置３４が組み込まれている。特殊なロングツール１７以外の通常のドリル、タップなどのツールは、ＡＴＣマガジン３５から取り出されてＡＴＣアーム３６によりスピンドル３１に取り付けられ、また逆に、ＡＴＣアーム３６によりスピンドル３１から取り外されてＡＴＣマガジン３５に保管される。
【００３４】
本実施例のマシニングセンタ１３にあってはさらに、スピンドル３１に対して治具３２を進退移動させる移動ユニット３７（移動手段に相当）をさらに含んでいる。移動ユニット３７は、マシニングセンタ１３のＺ軸方向に延伸するレール、当該レール上に載置されＺ軸と同軸上に移動自在なスライダ、スライダを駆動するステッピングモータなどから構成されている。治具３２はスライダの上に取り付けられている。
【００３５】
前記ツール台１４は、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、２列の収納棚４１を有し、各収納棚４１にはホルダサポート４２が設けられている。ホルダサポート４２は、牽引チェーンなどを介して、図３（Ａ）において左右方向に移動自在に構成されている。ロングツール１７の基端部は、ツールホルダ４３に保持されている。ロングツール１７は、先端側を下にして略鉛直方向に垂下した状態で、かつ、ホルダサポート４２に刺さった状態で、当該ホルダサポート４２上に支持されている。
【００３６】
図３（Ａ）において右手側はロボット１５が位置する側であり、左手側は作業者が位置する側である。サイクル運転中においては、ホルダサポート４２は同図（Ａ）に仮想線で示される右端部の位置に移動されている。この位置において、ロボット１５により、ツール台１４に対するロングツール１７の搬入／搬出がなされる。一方、作業者がロングツール１７の点検などをする場合には、ハンドル４４を回して、ホルダサポート４２を左端部の位置に引き寄せる。この位置において、ロングツール１７の点検や取替えなどを行なう。
【００３７】
ロングツール１７を略鉛直方向に垂下した状態で保持する理由は次のとおりである。つまり、ロングツール１７を略水平に保持した場合には、自重によりツール先端が数μｍ程度撓んでしまい、その後の加工精度が低下してしまうが、略鉛直方向に垂下した状態で保持した場合には、ツール先端が撓むことがなく、加工精度の低下を招かないからである。さらに、略水平に保持する場合に比べて、ツール台１４の設置スペースが小さくなるからでもある。
【００３８】
前記ロボット１５は、図４に示すように、一般的な６軸ロボット１５であり、先端にロボットハンド５１が取り付けられている。ロボットハンド５１は、図５にも示すように、ワークＷを保持するワーク用ハンド部５２と、ロングツール１７を保持するツール用ハンド部５３とが一体化されて構成されている。ワーク用ハンド部５２は、関節部５４を介して回転することにより表裏反転自在となったアーム５５を備え、当該アーム５５の基端寄りの側部にツール用ハンド部５３が設けられている。
【００３９】
アーム５５は、先端が開放されたコの字形状をなすプレート部材から構成され、所定の間隔を隔てて、第１と第２の保持部５６、５７が設けられている。アーム５５の保持部５６、５７は、搬入用ワーク置き台２１のレール２２上に搬送された加工対象ワークＷinの下面を保持できる一方、下面を保持した加工済みワークＷoutを搬出用ワーク置き台２６のレール２７上に引渡すことができる形状に設定されている。図６（Ａ）に示すように、加工対象ワークＷinは、アーム５５の表裏両面のうち一の面５５ａ（以下、「表面」という）の上に保持され、図６（Ｂ）に示すように、加工済みワークＷoutは、他の面５５ｂ（以下、「裏面」という）の上に保持される。
【００４０】
第１保持部５６の表面５５ａには、加工対象ワークＷinを位置決めして保持するため、搬入用位置決めピン５８が突出して設けられている。一方、第１保持部５６の裏面５５ｂには、加工済みワークＷoutを位置決めして保持するため、搬出用位置決めピン５９が突出して設けられている。図示例では、搬入用位置決めピン５８および搬出用位置決めピン５９のそれぞれは、先端寄りと、基端寄りとの２箇所に設けてある。それぞれのピン５８、５９は、ワークＷに設けられた姿勢規制部材、例えば、搬送用ロケート穴８４に挿入ないし嵌合する。ワークＷの一例については後述する。
【００４１】
ワーク用ハンド部５２には、アーム５５上に保持したワークＷを固定するワーククランパ６０（クランプ手段に相当）が設けられている。ワーククランパ６０は、第１保持部５６の側部に設けられた支軸６１を中心に回動自在なアーム部６２と、当該アーム部６２の先端に設けられたクランプ部６３と、アーム部６２を回動する駆動手段たとえば油圧シリンダ６４とを有する。図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、クランプ部６３は、アーム５５の厚さ寸法よりも大きな高さ寸法を有し、搬入用位置決めピン５８および搬出用位置決めピン５９のうち基端寄りに位置するピン５８、５９に圧接および圧接解除自在に設けられている。
【００４２】
ワークＷinを搬入する際には、図６（Ａ）に示すように、アーム表面５５ａが上向きとなるようにアーム５５を回転し、搬送用ロケート穴８４に搬入用位置決めピン５８を挿入してワークＷを位置決めし、アーム５５上に保持する。その後、油圧シリンダ６４によりアーム部６２を回動し、クランプ部６３をピン５８に圧接させることにより、アーム５５上に保持した加工対象ワークＷinが固定される。
【００４３】
一方、ワークＷoutを搬出する際には、図６（Ｂ）に示すように、アーム裏面５５ｂが上向きとなるようにアーム５５を回転して裏返し、搬入時と同じ搬送用ロケート穴８４に搬出用位置決めピン５９を挿入してワークＷを位置決めし、アーム５５上に保持する。その後、油圧シリンダ６４によりアーム部６２を回動し、クランプ部６３をピン５９に圧接させることにより、アーム５５上に保持した加工済みワークＷoutが固定される。
【００４４】
ツール用ハンド部５３には、図５に示すように、ツールホルダ４３を位置決めして保持するツールガイド７１と、当該ツールガイド７１に保持したツールホルダ４３を固定するツールクランパ７２とが設けられている。ツールガイド７１は、開口部が形成された半円弧形状を有する。ツールクランパ７２は、ツールガイド７１に向けて進退移動自在なアーム部７３と、当該アーム部７３の先端に設けられたクランプ部７４と、アーム部７３を進退移動する駆動手段たとえば油圧シリンダ７５とを有する。クランプ部７４には、図７に示すように、ツールホルダ４３に形成された凹部４３ａに嵌り込むローラ７６が回転自在に設けられている。
【００４５】
ロングツール１７をツール台１４から搬出したり、スピンドル３１から取り外したりする際には、図６（Ａ）および図７に示すように、ツールホルダ４３の凹部４３ａにツールガイド７１を挿入し、ツールホルダ４３を位置決めする。その後、油圧シリンダ７５によりアーム部７３を前進し、クランプ部７４のローラ７６をツールホルダ４３の凹部４３ａに嵌り込ませる。これにより、ロングツール１７が固定される。
【００４６】
一方、ロングツール１７をツール台１４に搬入したり、スピンドル３１に取り付けたりする際には、ツール用ハンド部５３を所定位置まで移動した後、アーム部７３を後退し、ローラ７６を凹部４３ａから離間させる。これにより、ロングツール１７がツール台１４やスピンドル３１に引き渡される。
【００４７】
前記加工対象ワークＷinの一例として、図８（Ａ）（Ｂ）に示されるシリンダヘッド８１を挙げることができる。シリンダヘッド８１上面にはカムブラケット８２が取り付けられている。図示するシリンダヘッド８１には搬送ボス８３が両側（図８（Ａ）においては上下）に設けられているが、搬送時にワークＷを位置決めするために使用するロケート穴８４は、一方の搬送ボス８３（図８（Ａ）においては上側の搬送ボス８３）にのみ加工されている。シリンダヘッド８１とカムブラケット８２との間に形成される複数個のカム穴８５（加工部位に相当する）を順次仕上げ加工するために、ロングツール１７が使用される。
【００４８】
図９にも示すように、上面にカムブラケット８２が取り付けられたシリンダヘッド８１は、一のロングツール１７により所定の仕上げ加工を施す加工部位つまりカム穴８５の間に空隙８６が存在する形状を有するワークＷでもある。換言すれば、本実施形態のワークＷは非加工部を有する長尺の断続加工物でもある。
【００４９】
制御手段１６は、ロングツール１７先端に設けたチップ９１が空隙８６に達したとき、移動ユニット３７により治具３２をスピンドル３１に向けて前進移動する。
【００５０】
また、制御手段１６は、マシニングセンタ１３による加工が終了すると、ロボット１５に対するワークＷの向きが治具３２に搬入されたときの向きと反対の向きになるまで、インデックス装置３３により治具３２を回転させている。したがって、インデックス装置３３は、ワークＷの加工姿勢を変更するという本来の機能の他に、治具３２からのワークＷの搬出方向を切り換えるという機能をも有する。
【００５１】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００５２】
前工程が完了した加工対象ワークＷinは、搬入部１１のローディングコンベア２０を通り、搬入用ワーク置き台２１のレール２２上の所定位置まで搬送される。ロボット１５は、ロボットハンド５１が他の機器と干渉しない所定の待機位置で、待機している。加工対象ワークＷinは、待機位置から移動してきたロボットハンド５１により保持される（図１の▲１▼）。このとき、ロボットハンド５１のワーク用ハンド部５２は、図６（Ａ）に示すように、アーム表面５５ａを上向きにし、搬送用ロケート穴８４に搬入用位置決めピン５８を挿入してワークＷinを位置決めする。その後、ワーククランパ６０を作動して、加工対象ワークＷinをアーム５５上に固定する。
【００５３】
次いで、ロボット１５は、加工対象ワークＷinを、搬入部１１からマシニングセンタ１３の治具３２に搬入する（図１の▲４▼）。ロボット１５は待機位置に復帰する。
【００５４】
マシニングセンタ１３では、インデックス装置３３により治具３２を回転させてスピンドル３１に対するワークＷの向きを変えながら、所定の加工を行う。通常のドリルやタップなどのツールを用いて加工する場合には、ＡＴＣ装置３４によりツールを順次交換する。
【００５５】
通常のツールを用いた加工が終了し、特殊なロングツール１７を用いてカム穴８５を仕上げ加工する場合には、まず、スピンドル３１に取り付けられている通常のツールをＡＴＣマガジン３５に戻す。ツール台１４に収納されたロングツール１７は、待機位置から移動してきたロボットハンド５１により掴まれ保持される（図１の▲２▼）。このとき、ツール用ハンド部５３は、図６（Ａ）および図７に示すように、ツールホルダ４３にツールガイド７１の開口部を挿入してツールホルダ４３を位置決めする。その後、ツールクランパ７２を作動して、ロングツール１７をアーム５５に固定する。
【００５６】
ロボット１５は、ツール台１４からロングツール１７を搬出した後、アーム５５などを回転させつつロングツール１７の姿勢を変え、当該ロングツール１７を、マシニングセンタ１３のスピンドル３１に取り付ける（図１の▲３▼）。マシニングセンタ１３では、ロングツール１７により、カム穴８５の仕上げ加工を行う。
【００５７】
ロングツール１７を用いた長尺の断続加工物の加工手順を説明する。本実施形態では、マシニングセンタ１３のＺ軸ストロークが５００ｍｍ、カム穴８５の加工長が５０８．５ｍｍであり、加工長がＺ軸ストロークを超えるワークＷをロングツール１７により加工している。
【００５８】
図９に示すように、ロングツール１７によるＺ軸方向の加工は、ロングツール１７を回転しつつ所定の送り速度でワークＷに向けて切削送りすることにより行う。制御手段１６は、ツールの送り量とワークＷの位置とに基づいて、ロングツール１７先端のチップ９１が達している位置を常時検出している。そして、制御手段１６は、１つのカム穴８５の仕上げ加工が終了してチップ９１が空隙８６である非加工部に達したことを検知すると、移動ユニット３７により治具３２を前進移動させる。このときの移動ユニット３７の移動速度はツールの送り速度よりも速い速度に設定され、ワークＷがスピンドル３１に向けて早送りされる。ワークＷを所定距離だけ早送りすると、制御手段１６は、移動ユニット３７を停止する。前記所定距離は、チップ９１先端が隣のカム穴８５に達する距離である。ワークＷが停止すると、次のカム穴８５の仕上げ加工が同様にして行われる。すべてのカム穴８５の仕上げ加工が終了するまで、ワークＷの断続的な早送りと、切削加工とが繰り返される。
【００５９】
なお、図９において、ロングツール１７を切削送りする領域に符号ａを、ワークＷを早送りする領域に符号ｂを付してある。また、ワークＷを早送りしている際には、ロングツール１７を同じ送り速度で送り続けたり、送りを一時停止したりのいずれでもよい。
【００６０】
カム穴８５の仕上げ加工が終了すると、移動ユニット３７およびスピンドル３１が初期位置に戻った後、ロボット１５は、スピンドル３１からロングツール１７を取り外し、当該ロングツール１７をツール台１４に搬入して所定の位置に返却する。他のロングツール１７を使用して加工する場合は、同様の動作を繰り返す。
【００６１】
この加工ステージにおける全ての加工が終了すると、制御手段１６は、ロボット１５に対する加工済みワークＷoutの向きが治具３２に搬入されたときの向きと反対の向きになるまで、インデックス装置３３により加工済みワークＷoutを保持する治具３２を回転させる。つまり、加工済みワークＷoutは、ワーク搬入時の方向と１８０°となる向き（前後が逆となる向き）にインデックスされる。
【００６２】
インデックスされた加工済みワークＷoutは、待機位置から移動してきたロボットハンド５１により保持される（図１の▲４▼）。このとき、ワーク用ハンド部５２は、図６（Ｂ）に示すように、アーム裏面５５ｂが上向きになるように回転し、搬送用ロケート穴８４に搬出用位置決めピン５９を挿入してワークＷoutを位置決めする。その後、ワーククランパ６０を作動して、加工済みワークＷoutをアーム５５上に固定する。
【００６３】
次いで、ロボット１５は、加工済みワークＷoutを、治具３２から搬出部１２に搬出し、搬出用ワーク置き台２６のレール２７上の所定位置に載置する（図１の▲５▼）。ワーククランパ６０を作動して加工済みワークＷoutの固定を解除した後、ロボット１５は待機位置に復帰する。搬出用ワーク置き台２６に置かれた加工済みワークＷoutは、アンローディングコンベア２５を通り、次工程に搬送される。
【００６４】
本実施形態の加工システム１０によれば、ロングツール１７を保持するツール台１４をマシニングセンタ１３とは別個独立に配置し、ロングツール１７のツールチェンジをロボット１５により行うようにしたため、マシニングセンタ１３のサイズやＡＴＣ装置３４のサイズの制限を受けることがない。したがって、マシニングセンタ自体を必要以上に大型化したり、汎用マシニングセンタにおけるＡＴＣ装置を特殊な構造にしたりする必要がなく、設備費の増加を可及的に低減できる。また、ロングツール１７を保持したツールホルダ４３をロボットハンド５１により保持できればよいので、ツール長さおよびツール径の制限を受けることがなく、種々のロングツール１７をツール台１４に備えておくことができる。さらに、ツールチェンジをロボット１５で行うので、ツール台１４はツールを保管する機能さえ備えていればよく、ロボット１５の動作範囲内においてツール台１４の設置場所を確保できれば、ロングツール１７のみならず通常のツールを簡単かつ安価に追加できる。
【００６５】
ワークを搬入／搬出するための専用のロボットと、ロングツールを搬入／搬出するための専用のロボットとを別個に設けることも考えられるが、本実施形態では、１台のロボット１５により、ワークＷの搬入／搬出およびロングツール１７の搬入／搬出の両者を行っている。このように、多機能を１台のロボット１５で行うことにより、ワークＷの搬送のためだけに用いられるプッシャや、ワークＷの搬送のためだけにワークＷの向きを変えるインデック装置などのアクチュエータが不要となる。したがって、アクチュエータの増設を抑えて、部品点数や設備費の増加を低減しなければならないという要請にも応え得る。
【００６６】
また、１台のロボット１５で、ワーク用のロボットハンドと、ツール用のロボットハンドとを交換することも考えられるが、本実施形態では、ワーク用ハンド部５２とツール用ハンド部５３とを一体化したロボットハンド５１を用いているため、設備費の低減を図ることができ、しかも、ロボットハンド５１を交換するための時間が発生せず、サイクルタイムも短縮する。
【００６７】
マシニングセンタ１３による加工が終了すると、加工済みワークＷoutを、まず、ワーク搬入時の方向と１８０°となる向きにインデックスし、その後、ロボットハンド５１により保持して搬出部１２に搬出している。このため、搬入部１１における加工対象ワークＷinの前後と、搬出部１２における加工済みワークＷoutの前後とが同じになり、ワークＷの前後方向を変えることなく、ロボット１５によるワークＷの搬入／搬出が可能となる。しかも、マシニングセンタ１３で加工を行うために必須のインデックス装置３３により加工済みワークＷoutの向きを変更しているため、ワークＷの向きを変えるためだけのインデックス装置を別途設ける必要はない。したがって、アクチュエータの増設を抑えて、部品点数や設備費の増加を低減しつつ、ワークＷの前後を一定にした搬送を行うことができる。
【００６８】
なお、マシニングセンタ１３のインデックス装置３３によりワークＷの向きを所定の向きにインデックスすることは、ロボットハンド５１により加工済みワークＷoutを搬出部１２に搬出したときに、当該搬出部１２におけるワークＷoutの前後方向を任意に設定できることを意味する。したがって、２つの搬送ラインの間に配置されている既設の加工システムを、これら２つの搬送ラインにおけるワークＷの前後方向に変更を加えることなく、本実施形態の加工システム１０に置き換えることも可能である。
【００６９】
また、ワークＷの一方の側部にのみ、姿勢規制部材である例えば搬送用ロケート穴８４が設けられている場合には、ワークＷの前後方向を逆にすると、搬送用ロケート穴８４が反対側に位置することになる。前後の向きを変えると搬送用ロケート穴８４が反対側に位置するようなワークＷにあっては、搬入部１１における加工対象ワークＷinの前後と、搬出部１２における加工済みワークＷoutの前後とを逆にしてもよい場合には、１台のワーククランパにより、ロボットハンド５１の一つの面に固定することはできる。しかしながら、ワークＷの前後を一定にしつつ搬送したい場合には、ロボットハンド５１の一つの面に固定しようとすると、少なくとも２組のワーククランパを設ける必要がある。
【００７０】
これに対して、本実施形態のワーク用ハンド部５２は、ワークＷの前後を一定にした搬送を実現するために、アーム表面５５ａで加工対象ワークＷinを保持すると共にアーム裏面５５ｂで加工済みワークＷoutを保持し、さらに、１台のワーククランパ６０により、アーム表面５５ａまたはアーム裏面５５ｂに保持されたワークＷをクランプするように構成されている。したがって、ワークＷの前後の向きに拘わらず当該ワークＷを１台のワーククランパ６０によりワーク用ハンド部５２に固定することができ、ロボットハンド５１の構成を簡素にできる。
【００７１】
また、ロングツール１７を用いた長尺の断続加工物を加工するに当たり、ロングツール１７のチップ９１が非加工部に達したときに、ワークＷをスピンドル３１側に断続的に近づけているため、ロングツール１７による加工長がマシニングセンタ１３のＺ軸ストロークを超えても、ロングツール１７によるカム穴８５の仕上げ加工が可能となる。さらに、移動ユニット３７は、切削動作中のときにはワークＷを停止し、切削動作以外のときにワークＷを移動させているため、ワークＷの加工精度に悪影響を及ぼすことはない。しかも、比較的小ストロークのマシニングセンタ１３を使用すると共に移動ユニット３７を治具３２側に追加するという比較的簡単な機構を追加するだけで、ロングツール１７による加工長がマシニングセンタ１３のＺ軸ストロークを超えるワークＷを加工することが可能となる。したがって、Ｚ軸ストロークが長い大型のマシニングセンタを使用したり、汎用マシニングセンタにおけるＺ軸ストロークを特殊なものにしたりする必要がなく、設備費の増加を可及的に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る加工システムを示すレイアウト図である。
【図２】同加工システムのマシニングセンタを示す正面図である。
【図３】図３（Ａ）〜（Ｃ）は、同加工システムの工具保持台を示す正面図、平面図および側面図である。
【図４】同加工システムのロボットを示す正面図である。
【図５】ロボットのハンドを示す平面図である。
【図６】図６（Ａ）および（Ｂ）は、ロボットのハンドにより加工対象ワークを保持した状態および加工済みワークを保持した状態を示す図である。
【図７】工具用ハンド部の要部を示す図である。
【図８】図８（Ａ）（Ｂ）は、ワークの一例としてのシリンダブロックを示す平面図および側面図である。
【図９】シリンダブロックの加工状態を示す図である。
【符号の説明】
１０…加工システム
１１…搬入部
１２…搬出部
１３…マシニングセンタ（加工手段）
１４…ツール台（工具保持台）
１５…ロボット
１６…制御手段
１７…ロングツール（長尺工具）
３１…スピンドル（加工軸）
３２…治具
３３…インデックス手段
３４…自動工具交換装置
３７…移動ユニット（移動手段）
５１…ロボットハンド（ハンド）
５２…ワーク用ハンド部
５３…ツール用ハンド部（工具用ハンド部）
５５…アーム
５５ａ…アームの表面（一の面）
５５ｂ…アームの裏面（他の面）
５８…搬入用位置決めピン（規制部材）
５９…搬出用位置決めピン（規制部材）
６０…ワーククランパ（クランプ手段）
７１…ツールガイド
７２…ツールクランパ
８１…シリンダヘッド
８２…カムブラケット
８４…ロケート穴
８５…カム穴（加工部位）
８６…空隙（非加工部位）
Ｗ…ワーク（Ｗin…加工対象ワーク、Ｗout…加工済みワーク）

Claims

加工対象のワークが搬入される搬入部と、
加工済みのワークを搬出する搬出部と、
工具が着脱自在に取り付けられる加工軸、前記ワークを保持する治具、および、前記治具を回転することにより前記加工軸に対する前記ワークの向きを変えるインデックス手段を含む加工手段と、
前記加工手段とは別個独立に配置されると共に工具を垂下した状態で保持する工具保持台と、
前記搬入部から前記治具への前記加工対象ワークの搬入、前記治具から前記搬出部への前記加工済みワークの搬出、前記工具保持台に対する工具の搬入／搬出、および、前記加工軸に対する工具の着脱を行うロボットと、
前記ロボットおよび前記加工手段の動作を制御する制御手段と、
を有してなる加工システムであって、
前記ロボットは、前記ワークを保持するワーク用ハンド部と、前記工具を保持する工具用ハンド部とが一体化されたハンドを備え、
前記ワーク用ハンド部は、前記ワークの保持位置を規制する規制部材と、前記規制部材によって規制された位置に前記ワークを固定するクランプ手段とを有し、
前記工具用ハンド部は前記工具の保持位置を決めるツールガイドと、前記ツールガイドによって位置決めされた位置に前記工具を固定するツールクランパと，
を備え、
前記工具の基端部はツールホルダに保持されており、
前記ツールホルダは凹部を有し、
前記工具用ハンド部の前記ツールガイドは、前記ツールホルダの凹部に挿入されることで前記工具の保持位置を決めることを特徴とする加工システム。
前記制御手段は、前記加工手段による加工が終了すると、前記ロボットに対するワークの向きが前記治具に搬入されたときの向きと反対の向きになるまで、前記インデックス手段により前記治具を回転させることを特徴とする請求項１に記載の加工システム。
前記ワーク用ハンド部は、表裏両面のうち一の面で前記加工対象ワークを保持すると共に他の面で前記加工済みワークを保持する表裏反転自在なアームを備え、
前記規制部材は、前記一の面および前記他の面のそれぞれに設けられ、
前記クランプ手段は、前記一の面または前記他の面に保持されたワークを固定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加工システム。
前記加工対象ワークは、一の工具により所定の加工を施す加工部位の間に空隙が存在する形状を有し、
前記加工手段は、前記加工軸に対して前記治具を進退移動させる移動手段をさらに含んでなり、
前記制御手段は、前記一の工具が前記空隙に達したとき、前記移動手段により前記治具を前記加工軸に向けて前進移動させることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の加工システム。