JP5733105B2 - ワーク加工システム - Google Patents

Description

この発明は、テイルストック付きの旋盤により比較的長尺なワークに対して加工を行い、加工済みワークをローダにより搬出するワーク加工システムに関する。

旋盤で加工されて主軸に把持されているワークをローダで搬出する場合、ワーク種類によってワークの適切な把持位置が異なる。このため、一般的には、ワーク種類毎に設けられた搬送プログラムを用い、ローダ制御装置により、ローダヘッドのワーク受取位置の座標を定めている。各種のワークに対してローダに同様な動作をさせる場合は、例えば、共通の基本搬送プログラムにおいて、主軸からのワーク受取時のローダヘッドのＺ軸座標（主軸軸心方向の座標）を変数とし、ワーク種類毎にＺ軸座標を教示して、前記基本搬送プログラムをワーク種類毎の搬送プログラムとする。Ｚ軸座標の教示は、例えば、ローダを手動運転で動作させることなどで行う。

なお、従来、旋盤でワークを加工するときの加工原点を補正する手法として、テイルストックの心押軸の位置の検出値を用いるものが提案されている（特許文献１）。

特開２００１−２５９９６７号公報

旋盤により、種々異なる長さのワークを混在して加工する場合がある。その場合、各種ワークの加工順が既知であると、ローダの各搬送プログラムの実行順を定めておくことで対処が可能ではあるが、優先ワークの割込等の生産上の都合や、加工不良品の発生等により、加工順が変わることがある。このような場合、定められた実行順の搬送プログラムでは対処できず、手動の操作等でローダプログラムを選択するなどの煩雑な操作が必要となり、生産性が低下する。旋盤でのＮＣ加工に用いる加工プログラム等から、ローダ制御装置でワーク種類を認識することが可能ではあるが、制御の煩雑化を招く。また、加工の若干の仕様変更等があった場合、加工プログラムだけでなく、ローダ制御装置に対するワーク長さに応じた教示が必要になる場合がある。これらのため、教示ミス等が発生する可能性があり、確実なワークの搬出が行えない場合がある。
なお、特許文献１は、旋盤内の機器であるテイルストックを利用して旋盤内での動作の制御に用いる技術であり、ローダの制御に利用するものではない。

この発明の目的は、搬出するワークの長さを、専用の計測時間を要することなく、加工サイクルの中で簡単な構成で個々に実測できて、種々異なる長さの加工済みワークをローダにより確実に搬出することができ、かつワークの違いに対する煩雑な教示が不要なワーク加工システムを提供することである。
この発明の他の目的は、専用の検出手段を追加することなく、テイルストックの心押軸の位置を検出できて、ローダ制御装置への教示を可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、旋盤にワークを搬入する装置を別途設けなくて済むようにすることである。

この発明のワーク加工システムは、ワークの一端を把持可能な主軸、および心押軸と前記主軸との間に搬入されたワークを前記主軸による把持位置まで押し込み可能なテイルストックを有する旋盤と、この旋盤から加工済みワークを搬出するローダと、ワークを前記把持位置まで押し込んだときの前記心押軸の主軸軸心方向の位置を検出する位置検出手段と、前記ローダの動作を制御するローダ制御装置とを備え、前記ローダは、加工済みワークの中間部を把持するチャックが設けられたローダヘッドを有し、このローダヘッドが少なくとも主軸軸心方向に移動自在であり、前記ローダ制御装置は、加工済みワークを搬出するときに、前記位置検出手段の検出値に基づいて定められた主軸軸心方向の位置に前記ローダヘッドが位置するように前記ローダの動作を制御する。

この構成によると、旋盤の主軸と心押軸の間に搬入されたワークは、主軸による把持位置までテイルストックにより押し込まれる。前記位置検出手段は、この状態のテイルストックの心押軸の主軸軸心方向の位置を検出する。この検出値は、ワーク長さに対応する値となる。ローダ制御装置は、加工済みワークを搬出するときに、上記のように検出された前記位置検出手段の検出値に基づき、定められた主軸軸心方向の位置にローダヘッドが位置するように前記ローダの動作を制御する。すなわち、前記検出値によって、ローダの主軸軸心方向の位置を教示する。
このように、テイルストックの心押軸の位置を検出してワーク長さを検出するため、専用の計測時間を要することなく、加工サイクルの中で個々のワークにつき実測できる。この実測値により、ワークの違いに対する教示が行え、煩雑な教示が不要となる。実測値を用いるため、種々異なる長さの加工済みワークをローダにより確実に搬出することができる。また、前記位置検出手段は、進退する心押軸の進退位置を検出するものであるため、ワーク長さ等を直接に計測するものに比べて、簡単な構成のもので済む。

この発明において、前記テイルストックが、サーボモータの駆動により主軸軸心方向に進退させられるものである場合、前記位置検出手段は、前記サーボモータの動作量を検出するエンコーダであってもよい。この明細書で言う「エンコーダ」は、単に回転速度に応じたパルス列を出力するパルスコーダを含む意味である。
サーボモータは、その位置制御のために位置検出手段を有しているものが多く、このようなサーボモータに付属するエンコーダを、テイルストックの心押軸の位置検出に用いるため、専用の検出手段を追加することなく、テイルストックの心押軸の位置を検出することができる。

この発明において、前記ローダは、前記旋盤から加工済みワークを搬出する動作に加えて、前記心押軸と前記主軸との間にワークを搬入する動作を行ってもよい。
この場合、旋盤にワークを搬入する装置を別途設けなくて済む。

この発明のワーク加工システムは、ワークの一端を把持可能な主軸、および心押軸と前記主軸との間に搬入されたワークを前記主軸による把持位置まで押し込み可能なテイルストックを有する旋盤と、この旋盤から加工済みワークを搬出するローダと、ワークを前記把持位置まで押し込んだときの前記心押軸の主軸軸心方向の位置を検出する位置検出手段と、前記ローダの動作を制御するローダ制御装置とを備え、前記ローダは、加工済みワークの中間部を把持するチャックが設けられたローダヘッドを有し、このローダヘッドが少なくとも主軸軸心方向に移動自在であり、前記ローダ制御装置は、加工済みワークを搬出するときに、前記位置検出手段の検出値に基づいて定められた主軸軸心方向の位置に前記ローダヘッドが位置するように前記ローダの動作を制御するため、搬出するワークの長さを、専用の計測時間を要することなく、加工サイクルの中で簡単な構成で個々に実測できて、種々異なる長さの加工済みワークをローダにより確実に搬出することができ、かつワークの違いに対する煩雑な教示が不要となる。

前記テイルストックが、サーボモータの駆動により主軸軸心方向に進退させられるものであり、前記位置検出手段が、前記サーボモータの動作量を検出するエンコーダである場合は、専用の検出手段を追加することなく、テイルストックの心押軸の位置を検出できて、ローダ制御装置への教示が行える。

前記ローダが、前記旋盤から加工済みワークを搬出する動作に加えて、前記心押軸と前記主軸との間にワークを搬入する動作を行う場合は、旋盤にワークを搬入する装置を別途設けなくて済む。

（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかるワーク加工システムの機構部分の平面図に制御系のブロック図を加えた図である。 同ワーク加工システムの旋盤のテイルストックの破断側面図である。 同旋盤における進退ロッドの横断面図である。 そのローダの正面図である。 同ワーク加工システムによるワークの搬入・搬出動作を示す説明図である。 同ワーク加工システムによる種々の長さのワークのローダによる把持位置、主軸のチャックでの加工箇所、加工箇所を対比して示す説明図である。 同ワーク加工システムによる種々の長さのワークにおけるローダ移動量の計算の説明図である。

この発明の一実施形態を図１および図２と共に説明する。このワーク加工システムは、テイルストック付きの旋盤１と、この旋盤１にワークＷを搬入出するローダ２と、これら旋盤１およびローダ２をそれぞれ制御する旋盤制御装置５１およびローダ制御装置５２とで構成される。

旋盤１は、ベッド５と、このベッド５上に設置した主軸台６に回転自在に支持された主軸７と、この主軸７に対向して配置されたテイルストック８と、これら主軸７とテイルストック８とを結ぶラインに対して一方側に配置された刃物台９とを備える。

主軸７は、前後方向（Ｚ軸方向）に沿って設けられ、その前端にワークＷの一端を把持可能なチャック１１を有している。チャック１１は、ワークＷの一端面を当接する着座面１１ｂを有し、この着座面１１ｂに当接したワークＷを複数のチャック爪１１で把持する構造である。これらチャック爪１１は円周方向に並んで配置され、主軸７の後部に設けられたチャック用シリンダ１２により開閉駆動される。主軸７は、ベッド５の後部に設けられた主軸モータ１３により回転駆動される。主軸モータ１３の回転は、図２のように、主軸モータ１３の出力軸１３ａに設けられたプーリ１４と、主軸７の後端に設けられたプーリ１５とに掛装したベルト１６により主軸７へ伝達される。

テイルストック８は、主軸７のチャック１１に一端が把持されたワークＷの他端を主軸７側に押し付けて、ワークＷを回転自在に支持するものであり、図２に示すように、テイルストック本体１８に心押軸１９を軸受（図示せず）により回転自在に設置して構成される。心押軸１９の先端がセンタ１９ａであって、このセンタ１９ａは主軸軸心Ｏの延長線上に位置する。テイルストック本体１８は、進退自在な進退ロッド２０の先端に後述する退避機構２９を介して設置されており、進退ロッド２０およびテイルストック本体１８と共に、心押軸１９が進退する。

進退ロッド２０は、ベッド５の主軸前方側のベッド立壁面５ａから前後方向（Ｚ軸方向）に進退自在に突出している。ベッド５の主軸台６の下方に、進退ロッド２０を進退させるロッド進退駆動機構２１が内蔵されている。このロッド進退駆動機構２１は、ねじ軸２２およびナット２３からなるボールねじ２４と、ベッド５の後部に設けられ前記ねじ軸２２を回転駆動するモータ２５とで構成される。ナット２３は進退ロッド２０の後端に固定されている。モータ２５によるねじ軸２２の回転駆動により、ナット２３と一体に進退ロッド２０が進退する。

前記モータ２５はサーボモータであって、位置制御用のエンコーダからなる位置検出手段２６を有している。この位置検出手段２６が、心押軸１９の主軸軸心方向の位置を検出する手段に兼用される。また、モータ２５に流れる電流量を計測する電流計（図示せず）が設けられ、この電流計の値から進退ロッド２０に作用する負荷が検出される。

進退ロッド２０は、図３に横断面図で示すように、上半部が半円形で下半部がＶ字形の断面形状とされる。進退ロッド２０は、その下半部が、断面Ｖ字状のガイド溝２７ａを有するガイドレール２７上にスライド自在に配置される。進退ロッド２０の上半部は断面逆Ｕ字形のガイドカバー２８で覆われている。ガイドレール２７は、ベッド５に設けられている。

前記退避機構２９は、図２に示すように、進退ロッド２０の先端に固定された固定部２９ａに対して昇降ロッド２９ｂを昇降自在に設け、この昇降ロッド２９ｂの上端にテイルストック本体１８が設置した構成である。昇降ロッド２９ｂは流体圧シリンダ装置等で昇降させる。この退避機構２９は、心押軸１９を主軸軸心Ｏの延長線とは異なる方向（この例では上下方向）に退避させることで、心押軸１９が刃物台９の工具３１やローダ２と干渉するのを回避する。

図１において、刃物台９は、正面形状が多角形のドラム状をしたタレット刃物台からなり、各角間の周面部分からなる各工具ステーションに、工具３１がそれぞれ取付けられる。刃物台９は、送り台３２を介してベッド５上に、直交する２軸方向（Ｚ軸方向およびＸ軸方向）に移動自在に設置されている。送り台３２は、主軸台６の側方でベッド５の上面に設けられたガイド３３上に、主軸７と直交する水平方向（Ｘ軸方向）に進退自在に設置されており、タレット進退駆動機構３４により進退駆動される。タレット進退駆動機構３４は、モータ３５および送りねじ機構３６からなる。

刃物台９は、送り台３２にタレットバー３７を介して軸方向（Ｚ軸方向）の進退が自在で、かつ軸心回りの割出回転が自在とされている。送り台３２は、前記ガイド３３上に設置された送り台ベース部３２ａと、この送り台ベース部３２ａ上に搭載されて前記タレットバー３７を設置した前後移動台部３２ｂとの２段積み構成のものであり、送り台ベース部３２ａの左右移動および前後移動台部３２ｂの進退により、上記直交２軸方向の進退が行われる。

ローダ２は、左右方向（Ｘ軸方向）に延びるレール６１に走行体６２を走行自在に設置し、この走行体６２にローダヘッド４１を前後方向（Ｚ軸方向）および上下方向（Ｙ軸方向）に移動可能に設置したガントリ式のものであり、各軸方向の移動は、それぞれ別のサーボモータ（図示せず）によって行われる。ローダヘッド４１には、ワークＷの中間部を把持可能なチャック４０が設けられている。チャック４０は、例えば、一対のチャック爪４０ａを開閉させてワークＷを把持および解放する構成である。

片方のチャック爪４０ａは、下端にワーク受け部４０ａａを有し、一対のチャック爪４０ａを緩めた状態でワークＷが脱落しないように支持可能である。これにより、主軸７と心押軸１９間に位置したワークＷを、心押軸１９の前進で主軸７側へ移動可能とされる。なお、チャック爪４０ａは、ワーク受け部４０ａａを設ける代わりに、対向する凹部（図示せず）が設けられて、一対のチャック爪４０ａの緩み状態で、両チャック爪４０ａの前記凹部でワークＷが脱落しない用に支持可能なものとしても良い。
ローダ２は、図示例ではガントリ式としたが、他の形式であってもよい。また、心押軸１９の前進で主軸７側へワークＷを移動させるときにワークＷを支持する手段（図示せず）がローダ２と別に設けられている場合は、チャック爪４０ａは緩み状態でワークＷを支持可能な構成としなくても良い。

制御系を説明する。旋盤制御装置５１は、コンピュータ式の数値制御装置およびプログラマブルコントローラ等からなり、加工プログラム５３を演算制御部５４で解読して実行することにより、旋盤１を制御する。旋盤制御装置５１とローダ制御装置５２とは、互いに動作開始や動作終了等の信号を送受し、同期して制御を行う。

ローダ制御装置５２は、コンピュータ式のプログラマブルコントローラ等からなり、搬送プログラム５５を演算制御部５７で解読して実行することにより、ローダ２を制御する。ローダ制御装置５２は、旋盤１から加工済みワークＷを取り出すときのローダヘッド４１の主軸軸心方向（Ｚ軸方向）の位置を、テイルストック８の位置検出手段２６の検出値によって定める座標教示部５８を有している。

座標教示部２６は、例えば、搬送プログラム５５における、旋盤１から加工済みワークＷを取り出すときのローダヘッド４１の各軸方向の座標値のうち、主軸軸心方向の座標を変数とし、この変数に代入する数値を、位置検出手段２６の検出値とする。座標教示部５８のより具体的な例は、後に図７と共に説明する。

このワーク加工システムの具体的な動作を、図５と共に説明する。
図５（Ａ）のように、ワークＷは、ローダ２のチャック４０に中間部が把持されて、主軸７とテイルストック８の心押軸１９との間に搬入される。次いで、チャック４０によるークＷの把持を緩め、ワークＷを軸方向に移動自在なようなワークＷをチャック４０で支持した状態で、テイルストック８の心押軸１９が主軸７側へ移動する（図５（Ｂ））。この移動により、心押軸１９でワークＷを主軸７による把持位置まで押し込み、この押し込みが完了すると、主軸７のチャック１１によりワークＷを把持する。ローダ２は、ワークＷが主軸７のチャック１１で支持されてローダ２による支持が不要となった後、あるいは主軸７のチャック１１がワークＷの把持を完了した後、ワークＷの把持を完全に解消して上方位置等へ退避する（図５（Ｃ））。このワークＷを主軸７とテイルストック８とで支持した状態で、ワークＷを工具３１によって旋削加工する（図５（Ｄ））。

加工が完了したワークＷをローダ２で搬出するときは、図７（Ａ）に示すように、ローダ２のローダヘッド４１をローダアプローチ位置Ａへ移動させる。ローダアプローチ位置Ａは、主軸７のチャック１１からＺ軸方向に定められた距離だけ離れ、かつ主軸軸心よりも上方へ定められた高さだけ離れた位置である。ローダアプローチ位置Ａは、同図（Ａ）〜（Ｃ）のように、ワークＷの長さが種々異なっていても一定とされる。

ローダアプローチ位置Ａへ移動した後、ワークＷの長さに応じた適切な位置Ｂまでローダヘッド４１をＺ軸方向に移動させる。その後、ローダヘッド４１を下降させて、チャック４０によりワークＷを把持し（図５（Ｅ））、ローダヘッド４１はＺ軸方向への後退の後に上方へ移動し（図５（Ｆ））、旋盤１の機外の定められた場所に搬出する。

図７のように、ローダヘッド４１をローダアプローチ位置ＡからワークＷの長さに応じた適切な位置まで移動させるときに、図１の座標教示部５８は、テイルストック８の位置検出手段２６により、テイルストック８の現在座標を読み込み、移動量ｄを計算して移動させる。
ローダアプローチ位置Ａからの移動量ｄは、例えば、
（ローダ基準移動量ａ）−（テイルストック基準座標ｂ−テイルストック現在座標ｃ）、とされる。
ローダ基準移動量ａおよびテイルストック基準座標ｂは、適宜設定される値であり、各長さのワークＷにつき同じ値が用いられる。

図７（Ａ）のワークＷ（Ｗ_１）を基準とした場合につき説明すると、この基準のワークＷ（Ｗ_１）の場合は、テイルストック現在座標ｃが２００mmとなる長さのワークＷ_１の例であり、ローダ基準移動量ａが２００mm、テイルストック基準座標ｂが２００mmであるとすると、
（ローダ移動量ｄ）＝２００mm−（２００mm−２００mm）＝２００mm
とされる。
図７（Ｂ）のワークＷ（Ｗ_２）は、テイルストック現在座標ｃが１５０mmとなる長さのワークの例であり、
（ローダ移動量ｄ）＝２００mm−（２００mm−１５０mm）＝１５０mm
とされる。
図７（Ｃ）のワークＷ（Ｗ_３）は、テイルストック現在座標ｃが１００mmとなる長さのワークの例であり、
（ローダ移動量ｄ）＝２００mm−（２００mm−１００mm）＝１００mm
とされる。

実際にローダ２を動作させるには、搬送プログラム５５で、
（テイルストック基準座標ｂ−テイルストック現在座標ｃ）の値を取得することで、実現可能となる。
例えば、搬送プログラム５５に、テイルストック現在座標ｃを取得する命令、上記差分（ｂ−ｃ）を演算してローダ移動量ｄ＝ａ−（ｂ−ｃ）を演算する命令、および求められたローダ移動量ｄをＺ座標の教示データとして教示する命令等を設けることで、上記制御が行われる。

このようにワーク長さに応じて、加工済みワークＷを搬出ときにローダヘッド４１を移動させる位置を変更することにより、例えば、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すような、ワークＷのチャック可能位置Ｃと、ワークＷの主軸７のチャック１１による把持側の端面Ｄとの距離Ｌが種々異なるワークＷ（Ｗ_１〜Ｗ_３）についても、把持することが可能となる。同図は、各ワークＷ（Ｗ_１〜Ｗ_３）が両端に拡径部Ｗａ，Ｗｂを有する形状であって、加工する部分Ｅは各ワークＷ（Ｗ_１〜Ｗ_３）とも同じであるが、把持側の拡径部Ｗｂの長さや中間の細径部の長さが異なる例を示す。このようなワークＷ（Ｗ_１〜Ｗ_３）は、混在して旋盤１に搬入されることが多いが、その場合にも加工済みワークＷを確実に搬出することができる。

このワーク加工システムによると、上記のように、テイルストック８の心押軸１９の位置を検出してワーク長さを検出するため、専用の計測時間を要することなく、加工サイクルの中で個々のワークＷにつき実測できる。この実測値により、ワークＷの違いに対する教示が行え、煩雑な教示が不要となる。実測値を用いるため、種々異なる長さの加工済みワークＷをローダ２により確実に搬出することができる。また、前記位置検出手段２６は、進退する心押軸１９の進退位置を検出するものであるため、ワーク長さ等を直接に計測するものに比べて、簡単な構成のもので済む。
また、上記位置検出器２６として、テイルストック８の進退駆動用のサーボモータ２５に付属するエンコーダを用いるため、専用の検出手段を追加することなく、テイルストック８の心押軸１９の位置を検出することができる。

なお、上記実施形態では、ローダ２は、旋盤１から加工済みワークＷを搬出する動作に加えて、心押軸１９と主軸７との間にワークＷを搬入する動作を行うものとしたが、心押軸１９と主軸７との間にワークＷを搬入する手段は、ローダ２とは別に設けても良い。この搬入手段を、上記実施形態のようにローダ２で兼用する場合は、旋盤２にワークＷを搬入する装置を別途設けなくて済む。また、別の搬入手段を設ける場合は、ワークＷの形状が種々異なっていても、心押軸１９で主軸７のチャック１１へワークＷを押し込むときに、引っ掛かり等の問題を生じることなく、ワークＷの円滑な案内が行える。

１…旋盤
２…ローダ
７…主軸
８…テイルストック
１３…心押軸
２５…モータ（サーボモータ）
２６…位置検出手段
５２…ローダ制御装置
Ｗ，Ｗ_１〜Ｗ_３…ワーク

Claims (3)

1. ワークの一端を把持可能な主軸、および心押軸と前記主軸との間に搬入されたワークを前記主軸による把持位置まで押し込み可能なテイルストックを有する旋盤と、この旋盤から加工済みワークを搬出するローダと、ワークを前記把持位置まで押し込んだときの前記心押軸の主軸軸心方向の位置を検出する位置検出手段と、前記ローダの動作を制御するローダ制御装置とを備え、
   前記ローダは、加工済みワークの中間部を把持するチャックが設けられたローダヘッドを有し、このローダヘッドが少なくとも主軸軸心方向に移動自在であり、
   前記ローダ制御装置は、加工済みワークを搬出するときに、前記位置検出手段の検出値に基づいて定められた主軸軸心方向の位置に前記ローダヘッドが位置するように前記ローダの動作を制御する、
   ワーク加工システム。
2. 前記テイルストックは、サーボモータの駆動により主軸軸心方向に進退させられるものであり、前記位置検出手段は、前記サーボモータの動作量を検出するエンコーダである請求項１記載のワーク加工システム。
3. 前記ローダは、前記旋盤から加工済みワークを搬出する動作に加えて、前記心押軸と前記主軸との間にワークを搬入する動作を行う請求項１または請求項２記載のワーク加工システム。

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