JP6052141B2 - ワーク反転装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク反転装置に関する。

加工機の主軸の先端に脱着可能なワークグリッパを取り付けたワーク反転装置が知られている（特許文献１）。ワークグリッパには、エア、油圧、電気などの動力源から動力を供給されるアクチュエータが内蔵されている。アクチュエータによりワークグリッパの把持爪を動かしてワークを把持し、ワークを把持したまま主軸を回転させることによりワークを反転させることができる。

特開平０８−２５７８６６号公報

特許文献１に記載されたワーク反転装置は、把持爪を動かすためのアクチュエータと、アクチュエータの動力源の種類に応じた配管又は配線とが必要であり、部品点数の増加によりコスト高となる。
本発明はこのような問題を解決するためなされたものであり、一つの動力源によりワークの把持および反転が可能で、簡素なワーク反転装置を提供することを目的とする。

本発明のワーク反転装置は、
加工機の主軸に取り付けられて、ワークを把持爪で挟んで前記主軸の回転に合わせて回転することにより前記ワークを反転させるワーク反転装置であって、
前記主軸の回転を前記把持爪の開閉動作に変換する爪開閉手段と、
前記把持爪の開閉動作と、前記主軸の位相に同期した前記把持爪の回転動作と、を切り替える切替手段と、を備え、
前記切替手段は、
前記開閉動作中に前記主軸によるトルクが閾値を超えると、前記開閉動作から前記回転動作へと切り替え、
前記回転動作中に前記主軸の位相が割出位相に合致すると、前記回転動作から前記開閉動作へと切り替える。

本発明では、
前記爪開閉手段は、
前記把持爪に設けられた爪作動ピンと、
前記把持爪を、前記主軸と共に回転しないように、かつ、開閉可能に支持する爪支持部材と、
前記主軸と共に回転し、前記爪作動ピンが入れられる爪作動溝を有するスクロールプレートと、を備え、
前記爪作動溝は、前記把持爪の閉じ端が前記スクロールプレートの中心近傍で、開き端が外周部近傍であり、前記閉じ端から前記開き端へと円弧状につながっている
ことが好ましい。

さらに、本発明では、
前記切替手段は、
前記爪支持部材に設けられたピン穴に収納されて、前記ピン穴内部から弾性体により外部へと押し出す力が加えられている切替ピンと、
前記加工機の、前記主軸と共に回転せず、かつ、前記爪支持部材と接する部位に設けられた、前記切替ピンが入る割出ボスと、を備え、
前記開閉動作中に前記爪作動ピンが前記閉じ端又は前記開き端に達してから、さらに前記主軸をそのまま回転させると、前記切替ピンが前記割出ボスから抜けて前記爪支持部材が回転し、前記把持爪が前記回転動作に切り替わる
ことが好ましい。

本発明によれば、一つの動力源によりワークの把持および反転が可能で、簡素なワーク反転装置を提供できる。

実施の形態１にかかるワーク反転装置の構成を示す正面図である。 実施の形態１にかかるワーク反転装置の構成を示す平面図である。 実施の形態１にかかるワーク反転装置において、把持爪が閉じ端のときの内部の構成を示す図である。 実施の形態１にかかるワーク反転装置において、把持爪が閉じ端のときのスクロールプレートの構成を示す平面図の図である。 実施の形態１にかかるワーク反転装置において、把持爪が開き端のときの内部の構成を示す図である。 実施の形態１にかかるワーク反転装置において、把持爪が開き端のときのスクロールプレートの構成を示す平面図の図である。 実施の形態１にかかるワーク反転装置を用いてワークを反転させているときの内部の構成を示す図である。

[実施の形態１]
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、ワーク反転装置１００の構成を示す正面図であり、図２は、ワーク反転装置１００の構成を示す平面図である。図３は、ワーク反転装置１００において、把持爪１１０ａ、１１０ｂが閉じ端にあるときの内部の構成を示す図である。

図１〜図３に示すように、ワーク反転装置１００は、把持爪１１０ａ、１１０ｂと、スクロールプレート１２０と、爪支持部材１３０と、連結部材１４０と、切替ピン１６１ａ、１６１ｂと、割出ボス１４２ａ、１４２ｂと、位相基準ピン１５０と、を有する。加工機２００は、ヘッド２１０と、主軸２１１と、ホルダ２１２と、を備える。ワーク反転装置１００は、加工機２００のヘッド２１０に取り付けられて、ワークを把持爪１１０ａ、１１０ｂで挟んで主軸２１１の回転と同期して回転することによりワークを反転させる。

加工機２００は、ドリルやエンドミルなどの加工工具（不図示）をホルダ２１２に取り付けて、主軸２１１を回転させることにより、ワークを加工することができる。加工機２００のヘッド２１０は、主軸２１１と、主軸モータ（不図示）とを有する。ヘッド２１０は、ＮＣ作用軸により移動することができる。加工機２００は、主軸２１１を回転させて加工のための動力を発生させる。主軸２１１は、ヘッド２１０に設けられた主軸モータ（不図示）により回転する。ホルダ２１２は、主軸２１１の先端に設けられており、ワーク反転装置１００や加工工具などを取り付けることができる。

連結部材１４０は、ヘッド２１０と爪支持部材１３０とを連結する部材である。連結部材１４０は、位相基準ボス１４１と、割出ボス１４２ａ、１４２ｂと、を有する。位相基準ボス１４１は、位相基準ピン１５０を挿入するための穴である。連結部材１４０の位相基準ボス１４１と、ヘッド２１０の位相基準ボス２１３とに位相基準ピン１５０を挿入することにより、連結部材１４０とヘッド２１０とを固定し、連結部材１４０が主軸２１１の回転に合わせて回転しないようにする。割出ボス１４２ａ、１４２ｂは、切替ピン１６１ａ、１６１ｂの先端を挿入するための穴である。

爪支持部材１３０は、把持爪１１０ａ、１１０ｂを開閉可能な状態で支持する部材である。爪支持部材１３０は、切替ピン１６１ａ、１６１ｂを介して連結部材１４０に連結されている。爪支持部材１３０には、切替ピン１６１ａ、１６１ｂを収納するためのピン穴１３１ａ、１３１ｂが設けられている。ピン穴１３１ａ、１３１ｂの奥には、スプリング１６２ａ、１６２ｂの一端が固定されており、スプリング１６２ａ、１６２ｂの他端が切替ピン１６１ａ、１６１ｂに接続されている。スプリング１６２ａ、１６２ｂは、弾性体の一例であり、他の弾性体を用いてもよい。また、爪支持部材１３０は、爪支持穴１３２ａ、１３２ｂを有する。把持爪１１０ａ、１１０ｂは、爪支持穴１３２ａ、１３２ｂを介して爪支持部材１３０により支持されている。

切替ピン１６１ａ、１６１ｂは、把持爪１１０ａ、１１０ｂの開閉動作と主軸２１１の位相に同期した回転とを切り替える。切替ピン１６１ａ、１６１ｂは、スプリング１６２ａ、１６２ｂにより、ピン穴１３１ａ、１３１ｂの内部を移動可能な状態で保持されている。切替ピン１６１ａ、１６１ｂには、スプリング１６２ａ、１６２ｂによりピン穴１３１ａ、１３１ｂの内部から外部へと押し出す力が加えられている。切替ピン１６１ａ、１６１ｂは、主軸２１１の回転方向に閾値以上のトルクがかかると、割出ボス１４２ａ、１４２ｂから先端が抜けるようになっている。切替ピン１６１ａ、１６１ｂは、例えば、割出ボス１４２ａ、１４２ｂ側の先端が半球状になっている。切替ピン１６１ａ、１６１ｂおよびスプリング１６２ａ、１６２ｂに代えて、例えば、ボールプランジャを用いることができる。

把持爪１１０ａ、１１０ｂは、ワークを挟んで把持するための爪である。把持爪１１０ａ、１１０ｂは、爪支持部材１３０により主軸２１１と垂直な一の方向に移動可能な状態で支持されている。把持爪１１０ａ、１１０ｂの一端には爪作動ピン１１１ａ、１１１ｂが設けられており、爪作動ピン１１１ａ、１１１ｂの先端は、スクロールプレート１２０に設けられた爪作動溝１２１ａ、１２１ｂに嵌っている。

図４は、スクロールプレート１２０の構成を示す平面図である。スクロールプレート１２０は、主軸２１１の回転を把持爪１１０ａ、１１０ｂの開閉動作に変換する。スクロールプレート１２０はホルダ２１２に取り付けられており、主軸２１１の回転に合わせて回転する。スクロールプレート１２０には爪作動溝１２１ａ、１２１ｂが設けられている。爪作動溝１２１ａ、１２１ｂは、把持爪１１０ａ、１１０ｂの閉じ端がスクロールプレート１２０の中心近傍で、開き端が外周部近傍であり、閉じ端から開き端へと円弧状につながっている。スクロールプレート１２０の回転に合わせて爪作動ピン１１１ａ、１１１ｂが爪作動溝１２１ａ、１２１ｂに沿って移動し、把持爪１１０ａ、１１０ｂの間隔が変化することにより把持爪１１０ａ、１１０ｂが開閉する。図４は、把持爪１１０ａ、１１０ｂの爪作動ピン１１１ａ、１１１ｂが閉じ端にある状態を示している。

爪支持部材１３０と、爪作動ピン１１１ａ、１１１ｂと、スクロールプレート１２０とは、主軸２１１の回転を把持爪１１０ａ、１１０ｂの開閉動作に変換する爪開閉手段として機能する。また、爪支持部材１３０と、ピン穴１３１ａ、１３１ｂと、切替ピン１６１ａ、１６１ｂと、スプリング１６２ａ、１６２ｂと、割出ボス１４２ａ、１４２ｂとは、切替手段として機能する。

切替手段は、把持爪１１０ａ、１１０ｂの開閉動作と、主軸２１１の位相に同期した把持爪１１０ａ、１１０ｂの回転動作と、を切り替える。切替手段は、開閉動作中に主軸２１１によるトルクが閾値を超えると、開閉動作から回転動作へと切り替え、回転動作中に主軸２１１の位相が割出位相に合致すると、回転動作から開閉動作へと切り替える。ここで、割出位相とは、回転動作と開閉動作とが切り替わる位相をいい、ワーク反転装置１００では、切替ピン１６１ａ、１６１ｂと、割出ボス１４２ａ、１４２ｂの位置が一致する位相をいう。

図３〜図６を用いて、ワーク反転装置１００の動作について説明する。
図３では、ワーク反転装置１００は把持爪１１０ａ、１１０ｂが閉じた状態である。図３および図４に示すように、把持爪１１０ａ、１１０ｂが閉じているとき、爪作動ピン１１１ａ、１１１ｂは爪作動溝１２１ａ、１２１ｂのスクロールプレート１２０中心側の端部（閉じ端）に位置する。図３中の矢印方向の回転を正転とし、矢印と反対の回転を逆転とする。図４および図６では、正転が反時計回りで、逆転が時計回りとなる。

切替ピン１６１ａ、１６１ｂが割出ボス１４２ａ、１４２ｂに入っている状態で主軸２１１を正転させると、爪作動ピン１１１ａ、１１１ｂは爪作動溝１２１ａ、１２１ｂに沿ってスクロールプレート１２０の外周に向かって移動する。図５および図６に示すように、爪作動ピン１１１ａ、１１１ｂがスクロールプレート１２０外周側の端部（開き端）まで来たときに、把持爪１１０ａ、１１０ｂの間隔は最大となる。把持爪１１０ａ、１１０ｂの間隔が最大となったら主軸２１１の回転を停止し、把持爪１１０ａ、１１０ｂの間にワークが位置するようにヘッド２１０を動かす。

ワークが把持爪１１０ａ、１１０ｂの間に位置した状態で、主軸２１１を逆転させる。切替ピン１６１ａ、１６１ｂが割出ボス１４２ａ、１４２ｂに入っている状態で主軸２１１を逆方向に回転させると、爪作動ピン１１１ａ、１１１ｂは爪作動溝１２１ａ、１２１ｂに沿ってスクロールプレート１２０の中心に向かって移動する。爪作動ピン１１１ａ、１１１ｂが爪作動溝１２１ａ、１２１ｂの閉じ端に来ると、図３および図４の状態に戻って把持爪１１０ａ、１１０ｂの間隔が最小となり、ワークが把持される。

スクロールプレート１２０の閉じ端の位置からさらに主軸２１１を逆転させると、爪作動ピン１１１ａ、１１１ｂはこれ以上爪作動溝１２１ａ、１２１ｂ上を動くことができないので、把持爪１１０ａ、１１０ｂを支持している爪支持部材１３０に逆転方向のトルクがかかる。このため、図７に示すように、爪支持部材１３０にかかるトルクが閾値を超えると切替ピン１６１ａ、１６１ｂが割出ボス１４２ａ、１４２ｂから外れ、爪支持部材１３０は主軸２１１の回転に合わせて回転する。把持爪１１０ａ、１１０ｂと主軸２１１の位相が同期し、把持爪１１０ａ、１１０ｂがワークを挟んだ状態で回転するので、ワークを反転させることができる。

連結部材１４０の割出ボス１４２ａ、１４２ｂと爪支持部材１３０内の切替ピン１６１ａ、１６１ｂの位置が一致する位相に主軸２１１を割り出すと、切替ピン１６１ａ、１６１ｂがスプリング１６２ａ、１６２ｂによりピン穴１３１ａ、１３１ｂから押し出されて、割出ボス１４２ａ、１４２ｂへと入る。切替ピン１６１ａ、１６１ｂが割出ボス１４２ａ、１４２ｂに入ることにより、爪支持部材１３０は連結部材１４０に連結され、把持爪１１０ａ、１１０ｂは位相が固定されて回転を止める。

ワーク反転装置１００を用いて、ワークを姿勢変換して加工する方法について説明する。
事前に、加工工具とワーク反転装置１００を、加工機２００の工具自動交換装置に取り付けておく。そして最初に、加工機２００の主軸２１１先端のホルダ２１２に、加工工具を取り付ける。次に、未加工のワークを加工機２００のワーク保持部に取り付ける。ワークをワーク保持部に取り付けたら、加工工具をＮＣ作用軸によりワーク保持部へと移動させる。そして、ワークの片面を加工工具により加工する。加工工具をＮＣ作用軸で移動させることにより、ワークの片面を移動しながら加工することができる。

ワークの片面の加工が終わったら、加工工具をワーク保持部から遠ざける。そして、工具自動交換装置により、主軸２１１先端のホルダ２１２に取り付けられた加工工具を、ワーク反転装置１００に交換する。ホルダ２１２にワーク反転装置１００を取り付けたら、主軸２１１を正転させ、ワーク反転装置１００の把持爪１１０ａ、１１０ｂを開く。

把持爪１１０ａ、１１０ｂを開いたら、ワーク反転装置１００をワーク保持部に近づける。そして、主軸２１１を逆転させ、把持爪１１０ａ、１１０ｂを閉じてワークを把持する。ワークを把持したら、ワークを把持したまま、ワーク反転装置１００を治具等と干渉しない位置へと移動させる。

把持爪１１０ａ、１１０ｂがワークを把持したまま、主軸２１１をさらに逆転させる。すると、切替ピン１６１ａ、１６１ｂが割出ボス１４２ａ、１４２ｂから抜けて、ワークが主軸２１１の回転に合わせて回転する。ワークを反転させたら、切替ピン１６１ａ、１６１ｂが割出ボス１４２ａ、１４２ｂの位置に来るように、主軸２１１の位相を割り出す。

主軸２１１の位相を割り出すと、爪支持部材１３０が連結部材１４０に連結されて、爪支持部材１３０の回転が止まり、ワークの回転も停止する。ワークを反転した後の状態で、ワーク反転装置１００を加工機２００のワーク保持部まで移動させる。ワークをワーク保持部に取り付けた後、主軸２１１を正転させて把持爪１１０ａ、１１０ｂを開く。

把持爪１１０ａ、１１０ｂを開いてワークを離した後、ＮＣ作用軸により、ワーク反転装置１００を治具等と干渉しない位置に移動させる。それから、主軸２１１を逆転させて把持爪１１０ａ、１１０ｂを閉じ、位相を原位置に戻す。工具自動交換装置により、ヘッド２１０に取り付けられたワーク反転装置１００を加工工具に交換する。

主軸２１１に加工工具を取り付けた後、ヘッド２１０を動かして加工工具をワークに近づける。そして、ワークの反対側の面の加工を実施する。ワークの反対側の面の加工が終わったら、加工工具をワーク保持部から遠ざける。

以上、説明したように、本発明によれば、一つの動力によりワークの把持および反転が可能で、簡素なワーク反転装置を提供できる。

また、本発明では、一般的な加工機が備える主軸およびＮＣ作用軸を動力として用いるので、把持爪を開閉するためのアクチュエータを設ける必要がなく、安価なワーク反転装置を提供できる。

さらに、本発明では、ワーク反転装置がアクチュエータを持たず軽量なので、工具の自動交換装置の剛性や動力を小さくすることができ、加工装置の低コスト化に寄与する。

把持爪の開閉にアクチュエータを用いると、アクチュエータ用の配管および配線が必要となり、ワーク反転装置の脱着の度に、配管および配線の接続ポートを付け外しする必要がある。加工機の室内はクーラント、ミスト、切粉が飛散する環境なので、接続ポートへの異物の侵入を防ぐのが難しく、ワーク反転装置の信頼性を確保するのが難しい。
それに対して、本願発明では、スクロールプレートを用いて主軸の回転を把持爪の開閉動作に変換するので、小さな異物が付着しても正常に動作し、アクチュエータを用いるよりも信頼性が向上する。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、割出ボス１４２ａ、１４２ｂは、連結部材１４０に設けられる態様に限定されるものではなく、加工機２００の、主軸２１１と共に回転せず、かつ、爪支持部材１３０と接する部位に設けられていればよい。

１００ ワーク反転装置
１１０ａ、１１０ｂ 把持爪
１１１ａ、１１１ｂ 爪作動ピン
１２０ スクロールプレート
１２１ａ、１２１ｂ 爪作動溝
１３０ 爪支持部材
１３１ａ、１３１ｂ ピン穴
１３２ａ、１３２ｂ 爪支持穴
１４０ 連結部材
１４１、２１３ 位相基準ボス
１４２ａ、１４２ｂ 割出ボス
１５０ 位相基準ピン
１６１ａ、１６１ｂ 切替ピン
１６２ａ、１６２ｂ スプリング
２００ 加工機
２１０ ヘッド
２１１ 主軸
２１２ ホルダ

Claims (3)

1. 加工機の主軸に取り付けられて、ワークを把持爪で挟んで前記主軸の回転に合わせて回転することにより前記ワークを反転させるワーク反転装置であって、
   前記主軸の回転を前記把持爪の開閉動作に変換する爪開閉手段と、
   前記把持爪の開閉動作と、前記主軸の位相に同期した前記把持爪の回転動作と、を切り替える切替手段と、を備え、
   前記切替手段は、
   前記開閉動作中に前記主軸によるトルクが閾値を超えると、前記開閉動作から前記回転動作へと切り替え、
   前記回転動作中に前記主軸の位相が割出位相に合致すると、前記回転動作から前記開閉動作へと切り替える
   ワーク反転装置。
2. 請求項１に記載のワーク反転装置であって、
   前記爪開閉手段は、
   前記把持爪に設けられた爪作動ピンと、
   前記把持爪を、前記主軸と共に回転しないように、かつ、開閉可能に支持する爪支持部材と、
   前記主軸と共に回転し、前記爪作動ピンが入れられる爪作動溝を有するスクロールプレートと、を備え、
   前記爪作動溝は、前記把持爪の閉じ端が前記スクロールプレートの中心近傍で、開き端が外周部近傍であり、前記閉じ端から前記開き端へと円弧状につながっている
   ことを特徴とするワーク反転装置。
3. 請求項２に記載のワーク反転装置であって、
   前記切替手段は、
   前記爪支持部材に設けられたピン穴に収納されて、前記ピン穴内部から弾性体により外部へと押し出す力が加えられている切替ピンと、
   前記加工機の、前記主軸と共に回転せず、かつ、前記爪支持部材と接する部位に設けられた、前記切替ピンが入る割出ボスと、を備え、
   前記開閉動作中に前記爪作動ピンが前記閉じ端又は前記開き端に達してから、さらに前記主軸をそのまま回転させると、前記切替ピンが前記割出ボスから抜けて前記爪支持部材が回転し、前記把持爪が前記回転動作に切り替わる
   ことを特徴とするワーク反転装置。

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