JPS61288907A - 切削加工用ロボツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、ドＩＪ　ＩＪソングの切削加工を対象とし
た産業用ロボットに関する。

従来の技術 この種の切削加工用の産業用ロボットとして、例えば第
１６図に示すように関節量の産業用ロボットのアーム１
にクイルフィード式のドリリングユニット１０を配した
構造のものが知られている。

発明が解決しようとする問題点 上記のような従来の切削加工用ロボットにあっては、汎
用型の産業用ロボットを基本として構成されているため
、ロボットそのものの負荷を軽減する上でドリリングユ
ニットの重量ひいては切削能力が制限される。しかもド
リリングユニットによる加工位置がロボットの支点部か
ら遠くなるため、剛性の面で十分でない。

したがって、従来の切削加工用ロボットはもっばら騒負
荷切削のみを対象として右り、重切削は困難である。

また、従来の切削加工用ロボットにおいては、上記のよ
うにドリリングユニットがもつ機能そのものが制限され
ることから、一連の動作で数種類の深さの孔加工を行な
う場合には、一般には最大孔深さに合わせた早送り長さ
と切削送り深さを設定することになる。したがって、一
連の動作のなかであるかぎり、たとえ加工位置が変わっ
ても早送り長さおよび切削送り長さは不変であり、浅い
孔加工のときには加工時間が無用に長くなる。

問題点を解決するための手段 本発明は、とりわけ重切削の切削加工に適した切削加工
用ロボットを提供しようとするもので、具体的には、サ
ーボ制御により切削送りが与えられるクイルフィード式
スピンドルユニットと、このクイルフイード式スピンド
ルユニットに対し切削送り方向と直交方向の直線送りを
サーボ制御によって与える直線動作軸と、前記クイルフ
イード式スピンドルユニットに対し切削送り方向と直交
する軸線を回転中心としてサーボ制御により回転運動を
与える回転動作軸とを備える。

直線動作軸および回転動作軸は少なくとも一系統づつあ
れば足り、必要に応じてさらに増やすこともできる。

作用 本発明によれば、ロボットとしてはスピンドルユニット
の切削送り方向を含めて少なくとも３つの自由度を有す
るものであり、従来と同等の自由度を確保しつつ重切削
の加工を行なえる。

実施例 第１図〜第３図は本発明のより具体的な第１の実施例を
示す図で、ドリリング用ロボットについて例示している
。

第１図〜第３図に示すように、一対のガイドレール加を
備えたペース２１にはスライドベース２２が搭載されて
おり、さらにスライドベース２２にはコラム器が一体に
立設されている。スライドベース２２はサーボモータ２
４により水平方向の送りが与えられて、コラムｎととも
にＹ方向にスライドし、Ｙ方向の直線動作軸として機能
する。

コラムｎには一対のガイドレール２５があり、ガイドレ
ール部にキャリア２６が配設されている。キャリア２６
にはサーボモータ２７および送りねじ詔により鉛直方向
の送りが与えられて、キャリア２６は２方向にスライド
する。これにより、２方向の直線動作軸を構成する。

キャリア２６にはクイルフィード式のスピンドルユニッ
トすなわちドリリングユニット２９が搭載されており、
このドリリングユニット２９は後述するようにモータ５
１のはたらきにより該モータ５１の軸心を旋回中心とし
てθ方向に旋回することができる。これによりθ方向の
回転動作軸を構成する。

したがって、第４図に示すようにドリリングユニット２
９をθ方向に所定量だけ旋回させ、かつクイル３２をＸ
方向に伸長させることにより、治ＪＬ３０にクランプさ
れたワークＷに対して斜めの孔加工を行なえる。

第５図はドリリングユニット２９の詳細について示して
おり、第１図のＶ−ＶＩｉ！ｉ！断面に対応している。

ケース３１には軸方向に移動可能なりイル３２が支持さ
れており、クイル３２の後端にはブラケツ）３３を介し
て送りナツトとしてのボールスクリューナツト調が固定
されている。また、クイル３２内にはベアリング３５を
介してスピンドル３６が回転可能に支持されている。

スピンドル３６は、その先端にホルダー３７に保持され
たドリル３８を備えるほか、後端部にはボールスプライ
ン軸部３９が一体に形成されている。

ケース３１にはスピンドル３６と平行な送りねじとして
のボールスクリューシャフト４０が配設されている。ボ
ールスクリューシャフトωはベアリング４１により回転
可能に支持される一方、ボールスクリューナツト調に螺
合している。そして、ボールスクリューシャフト４０の
一端にはベベルギヤ４２カ固定されている一方、他端に
はロータリーエンコーダ４３が連結されている。このロ
ータリーエンコーダ４３はクイル３２の送り量を検出す
る。祠はストッパーである。

スピンドル３６の後端部にはこれと同芯状に補助スピン
ドル４５が配設されている。補助スピンドル４５はベア
リング４６により回転可能に支持されるとともに、先端
にはボールスプラインブツシュ４７が一体に取り付けら
れている。そして、ボールスプラインブツシュ４７がボ
ールスプライン軸部３９とスプライン結合されている。

ケース３１の後端には、スピンドル３６を回転駆動させ
るためのサーボモータ４８が取り付けられている。Ｃ０
−Ｖ−一夕４８はスピンドル３６と同一軸線上に位置し
ており、その出力軸４９がシュパンリングをパ介して補
助スピンドル４５の後端に一体に連結されている。

つまり、モータ４８のはたらきにより、補助スピンドル
４５．ボールスプラインブツシュ４７およびボールスプ
ライン軸部３９を介してスピンドル３６が回転する。

ケース３１の後端部の両側には、クイル３２に軸方向（
第４図のＸ方向）の送りを与えるためのサーボモータ５
０と、ドリリングユニット２９全体をθ方向（第４図）
に旋回させるためのサーボモータ５１とが互いに向き合
うように配設されている。これらのモータ５０，５１は
いずれもスピンドル３６と直交する軸ｍＱ上に位置して
いる。

モータ５０はハウジング５２に固定され、ノ・ウジング
５２はキャリア２６に固定されている。また、モータ５
０の出力軸５３はカップリング５４を介して中間シャフ
ト５５に連結されている。中間シャフト５５にはベベル
ギヤ５６が取り付けられており、とのベベルギヤ％がボ
ールスクリューシャフト４０側のベベルギヤ４２と噛み
合っている。したがって、サーボ制御されるモータ５０
のはたらきによりボールスクリューシャフト４０および
ボールスクリューナツト調を介してクイル３２に軸方向
の送りが与えられる。

尚、出力軸＆とカップリング５４の連結、およびカップ
リング５４と中間シャフト５５の連結はいずれもシュパ
ンリングによる。

ハウジンク５２内には、ブレーキユニット５７および旋
回軸郭が出力軸５３と同芯状に配設されている。

旋回軸郭はケース３１に固定され、かつベアリング５９
を介してキャリア２６に回転可能に支持されている。ま
たブレーキユニット５７そのものはキャリア２６に固定
されているものの、ブレーキディスク６０はカラー６１
に固定され、さらにカラー６１はシュパンリング蒼こよ
り旋回軸部に連結されている。

モータ５１はハウジング６２に固定され、ノ・ウジング
６２はキャリア２６に固定されている。そして、ハウジ
ング６２内には減速機構（市販商品名：ハーモニックド
ライブ）６３と旋回軸８が同芯状に配設されている。

旋回軸Ｕは先に説明した旋回軸５８と同様にケース３１
に固定されて詣り、ベアリング６５を介してキ゛ヤリア
２６に回転可能に支持されている。

減速機構６３は、楕円状のカムの外周にボールベアリン
グを配したジェネレータ印と、外周にスプラインが形成
された弾性変形可能なカップ状のリングギヤ６７と、内
周にリングギヤ６７と噛み合うスプラインが形成された
リングギヤ絽とから構成される。

そして、ジェネレータ６６がモータ５１の出力軸６９に
連結される一方、リングギヤ６７が旋回軸６４に固定さ
れ、リングギヤ簡が７・ウジング６２に固定されている
。また、リングギヤ錦の歯数はリングギヤ６７のそれよ
りも例えば２枚多く設定されている。

したがって、モータ５１のはたらきによりジェネレータ
６６が１回転したときに、リングギヤ６７ひいてはドリ
リングユニット２９が先の歯数差分だけθ方向に回転す
ることになる。このときの旋回中心は軸線θ上の旋回軸
５８．６４である。

ここで、モータ５０，５１は、いずれもブレーキユニッ
ト５７とは別のブレーキを内翼したいわゆるブレーキ付
モータを採用しているほか、モータ５１については変位
検出器としてのロータリーエンコーダ７０を備えている
。

このように構成された切削加工用ロボットは次のように
作用する。

例えば、ドリリングユニット２９が第１図のような水平
姿勢にあるものとすると、モータ４８の起動により補助
スピンドル４５およびボールスプラインブツシュ４７を
介してドリル３８を備えたスピンドル３６が回転する。

同様にモータ５０の起動によりベベルギヤ５６．４２を
介してボールスクリューシャフト４０が回転する。

ボールスクリューシャフト４０の回転変位がボールスク
リューナツト羽との螺合によりクイル３２のスライド変
位に変換され、クイル３２はスピンドル３６とともに軸
方向に前進（または後退）する。この時、ボールスプラ
インブツシュ３９はスピンドル３６の軸方向の移動を許
容する。

そして、第１図〜第３図に示したようにスライドテーブ
ル２２のＹ方向の移動とキャリア２６の２方向の移動と
を併用することで、任意位置における水平な孔の加工が
可能となる。

また、モータ５１の起動により、減速機構６３の出力を
受けてドＩＪ　ＩＪソングニット２９が旋回軸５８．６
４を中心として第１図のβ方向に旋回する。そして、ド
１３　＋Ｊソングニット２９が予め設定された量だけ旋
回すると、ブレーキユニット５７が作動してドリリング
ユニット２９をその旋回位置にロックする。

したがって、この状態でクイル３２に軸方向の送りを与
えることで第４図に示すように斜め孔の加工が可能とな
る。

ここで、クイル３２の送り量はボールスクリューシャフ
ト４０の後端に設けたロータリーエンコーダ４３により
検出されるが、ロータリーエンコーダ４３の取付位置と
してはスピンドル３６と平行な軸線上であることが条件
とされる。

例えば、ロータリーエンコーダ４３をモータ５０の軸線
上に設けてもクイル３２の送り量の検出は可能である。

その場合、第４図に示すようにドリリングユニット２９
を傾動させて例えば斜め孔加工を行なおうとすると、ド
リリングユニット２９が水平である場合と比べ誤差が生
じ、何らかの補正を行なう必要があるからである。

以上のように本実施例によれば、スピンドルの軸心と直
交する軸線上において、ケース３１をはさんで左右対称
にモータ５０　、５１を配置し、かつそれらのモータ５
０，５１の軸心とドリリングユニット２９の旋回中心と
を一致させているものである。したがってユニット全体
としての重量バランスがよく、旋回用のモータ５１の負
荷を小さくできる。

また、スピンドル回転駆動用のモータ４８がスピンドル
３６と同一軸線上に位置していることにより、ドリリン
グユニット後端部の構造がシンプルなものとなり、ドリ
リングユニット四の旋回スペースの制約が緩和される。

第６図〜第８図は本発明の第２の実施例を示す図で、第
１実施例と大きく異なる点は、ドリリングユニット７９
をキャリア７６に対して片持ち支持させるとともに、！
・方向の回転動作軸を付加したものである。

第６図〜第８図において、ベース２１とスライドベース
２２およびサーボモータ２４とからなるＹ方向の直線動
作軸については第３図の第１実施例と同様である。スラ
イドベース２２上には第９図および第１０図に示すよう
にベアリング７０を介してコラム２３が回転可能に支持
されている。コラムｎの一部には首振り旋回可能なボー
ルスクリューナツト７１があり、このボールスクリュー
ナツト７１に対して、サーボモータ７２によって回転駆
動されるボールスクリューシャフト７３が螺合している
。したがって、サーボモータ７２のはたらきによりコラ
ム２３がβ方向に旋回し、β方向の回転動作軸として機
能する。

７４はロータリーエンコーダである。

コラム２３にはキャリア７６が搭載されており、キャリ
ア７６にはサーボモータ７７により送りが与えられて２
方向にスライドするもので、２方向の直線動作軸として
機能する。７５はロータリーエンコーダである。

キャリア７６には第１１図および第１２図に示すように
クイルフィード式のドリリングユニット７９が回転可能
に支持されている。トリＩＪングユニット刃の後端には
首振り旋回可能なボールスクリューナツト８０があり、
このボールスクリューナツト８０に対して、サーボモー
タ８１によって回転駆動されるボールスクリューシャフ
ト８２が螺合している。したがって、サーボモータ８１
のはたらきにより軸８３を中心としてドリリングユニッ
ト７９がβ方向に旋回し、β方向の回転動作軸として機
能する。８４はロータリーエンコーダである。

第１３図はドリリングユニット７９の詳細について示し
ており、第１２図の■−■断面に対応している。

ケース９１には軸方向に移動可能なりイル９２が支持さ
れており、クイル９２の後端にはブラケット９３を介し
て送りナツトとしてのボールスクリューナツト９４が固
定されている。また、クイル９２内には。

ベアリング９５を介してスピンドル９６が回転可能に支
持されている。

スピンドル９６はその先端に図示外のホルダーに保持さ
れたドリル３８を備えるほか、後端部にはスプライン軸
部９７が一体に形成されている。

ケース９１にはスピンドル９６と平行な送りねじとして
のボールスクリューシャフト９８が配設されている。ボ
ールスクリューシャフト９８はベアリング９９により回
転可能に支持される一方、ボールスクリューナツト９４
に螺合している。

ケース９１の後端部にはカラー１００と一体のスプライ
ンブツシュ１０１がベアリング１０２により回転可能に
支持されている。スプラインブツシュ１０１はスピンド
ル９６のスプライン軸部９７にスプライン結合されてい
る。したがって、スプラインブツシュ１０１とスピンド
ル９６とは一体となって回転するものの、スプラインブ
ツシュ１０１はスピンドル９６の軸方向の移動を許容す
る。

カラー１００の外周には第１のロータとしての永久磁石
１０３が固定されており、他方、ケース９１の内周には
第１のロータ１０３に対応する第１のステータ１０４が
ロータ１０３と同芯状に配設されている。

第１のステータ１０４は所定の鉄心にコイルを巻き付け
たもので、これら第１のロータ１０３と第１のステータ
１０４とでスピンドル９６を回転駆動させるためのサー
ボモータ１０５を構成している。

ケース９１の後端には前述したカラー１００に隣接する
ようにして別のカラー１０６がベアリング１０７により
回転可能に支持されている。

カラー１０６０後端には駆動歯車１０８が固定されてお
り、この駆動歯車１０８はボールスクリューシャフト９
８の後端に固定した従動歯車１０９と噛み合っている。

カラー１０６の外周には第２のロータ１１０が固定され
ている一方、ケース９１の内周には第２のロータ１１０
に対応する第２のステータ１１１が同芯状に配設されて
いる。これら第２のロータ１１０および第２のステータ
１１１は第１のロータ１０３および第１のステータ１０
４と同構造のもので、第２のロータ１１０と第２のステ
ータ１１１とでクイル９２に軸方向の送りを与えるサー
ボモータ１１２を構成している。

つまり、双方のモータ１０５，１１２はともにケース９
１に内蔵され、かつスピンドル９６と同一軸線上に位置
している。

そして、モータ１０５が起動すると、モータ１０５の回
転出力はカラー１００．スプラインブツシュ１０１およ
びスプライン軸部９７を経由してスピンドル％に伝達さ
れる。その結果、スピンドル９６がドリルあとともに回
転する。

また、モータ１１２が起動すると、モータ１１２０回転
出力はカラー１０６．駆動歯車１０８および従動歯車１
０９を経由してボールスクリューシャフト９８に伝達さ
れる。ボールスクリューシャフト９８の回転により、ボ
ールスクリューナツト９４を介してクイル９２がスピン
ドル９６とともに前進または後退することになる。

したがって、上記のようにクイル９２のＸ方向の送りと
、Ｙ方向および２方向の直線送りやθ方向およびβ方向
の回転変位とを併用することで種々の孔加工が可能とな
る。

例えば、第６図〜第８図の場合には、ドＩＪ　ＩＪング
ユニット７９が水平で、かつドリリングユニット７９の
細心がＹ方向の送りと直交するような姿勢にあり、した
がってこの状態では水平な孔加工が可能となる。

また、第１４図の場合にはド１１１Ｊングユニツト７９
をθ方向に傾けた状態を、第１５図の場合には同じくド
リリングユニット７９をβ方向に傾けた状態をそれぞれ
示しており、これらの場合にはワークＷについて斜めの
孔加工が可能となる。

発明の効果 本発明によれば、サーボ制御されるクイルフイード式ス
ピンドルユニットと、同じくサーボ制御される直線動作
軸および回転動作軸とを組み合わせたものであり、従来
の汎用型のロボットタイプのものと比べ高剛性を期待で
き、重切削にも十分に対応することができるほか、深さ
が異なる複数の孔加工に際してもそれぞれに最適な切削
送り長さを設定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す説明図、第２図は
第１図の左側面図、第３図は第２図の平面図、第４図は
第１図の作動説明図、第５図はドリリングユニットの断
面図で第１図の■−■線に対応する図、第６図は本発明
の第２の実施例を示す説明図、第７図は第６図の右側面
図、第８図は第６図の平面図、第９図は第８図のｆｆ−
ＸＩ線に沿う断面図、第１０図は第９図の平面図、第１
１図は第７図のＭ−Ｍ線に沿う断面図、第１２図は第１
１図の人方向矢視図、第１３図はドリリングユニットの
断面図で第１２図のＸＩ−■線に対応する図、第１４図
は第７図の作動説明図、第１５図は第８図の作動説明図
、第１６図は従来の切削加工用ロボットの斜視図である
。 ２２・・・スライドベース、％・・コラム、２４・・・
サーボモータ、２６・・・キャリア、ｎ・・・サーボモ
ータ、２９・・・スピンドルユニットとしてのドリリン
グユニット、３２・・・タイル、３６・・・スピンドル
、お・・・ドリル、４０・・・ボールスクリューシャフ
ト、４８・・・サーボモータ、北・・・サーボモータ、
５１・・・サーボモータ、７２・・・サーボモータ、７
６・・・キャリア、７７・・・サーボモータ、７９・・
・スピンドルユニットとしてのドリリングユニット、８
１・・・サーボモータ、９２・・・タイル、９６・・・
スピンドル、９８・・・ボールスクリューシャフト、１
０５・・・サーボモータ、１１２・・・サーボモータ。 　　゛第１７ ２日 ２２−−−−、スフイドＮ−７゜ ２３−−−−コラム 翼・−・−“ソ“−ガυ已−タ ２６−・−＋ヤソア ２９−−−−ドリソンフーＬニント 嬬−斧／ｆ″ｆ：一タ 第２図 第３図 第４図 ２υ　　　　ｚ４　　　ど１　　　ｚυ第７図 第８図 Ｏづ 第９図 ■ 第１０図 第１４図 ９１５１５図 ８Ｉ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）サーボ制御により切削送りが与えられるクイルフ
   イード式スピンドルユニットと、このクイルフイード式
   スピンドルユニットに対し、切削送り方向と直交方向の
   直線送りをサーボ制御によつて与える直線動作軸と、前
   記クイルフイード式スピンドルユニットに対し、切削送
   り方向と直交する軸線を回転中心としてサーボ制御によ
   り回転運動を与える回転動作軸とを備えたことを特徴と
   する切削加工用ロボット。