ワーク把持具及び旋盤のワークハンドリング方法

【課題】工具タレットに装着するワーク把持具と、当該把持具を用いる旋盤内部でのワークのハンドリング方法に関し、駆動源をワーク把持具に設ける必要がなく、移動及び割出回転するタレットへの電気配線や流体圧配管を不要にする。
【解決手段】
工具モータの回転によって開閉駆動される開閉爪を備えたワーク把持具を提供する。ワーク把持具のホルダは、工具タレットに取り付けたときに、回転工具と同様な構造でタレットヘッド内の工具駆動軸に連結される入力軸を備え、この入力軸の正逆回転をホルダに設けられている把持具の開閉爪の開閉動作に変換する回転・直線運動変換機構を備えている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工具タレットの工具取付部に工具に代えて装着するワーク把持具と、当該ワーク把持具を用いて旋盤内部でのワークのハンドリングを行う方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の工具タレットは、外周部に複数の工具取付部を設けたタレットヘッドを備えており、当該ヘッドを間欠回転（割出回転）することで、その時々の加工に使用する工具をワークに向け（割出し）、ワークと工具タレットとの相対移動により、割り出された工具でワークの加工を行うものである。ドリルやフライスのような回転工具を取り付けて加工を行うことができるようにした工具タレットは、タレットヘッドに内蔵した工具駆動軸と、この工具駆動軸を回転駆動する工具モータとを備えている。
【０００３】
図９は、このような工具タレットであって、本願出願人が特許文献１で開示した工具タレットである。図９において、工具タレット２は、刃物台３２に紙面直角方向の旋回軸回り（Ｂ軸方向）に旋回位置決めされる旋回台３３を介して装着されている。工具タレット２のタレットヘッド２１は、図示しない割出モータで回転駆動される割出軸２４の軸端に固定されており、ケーシング２２との間に設けた面歯車継手（フェースカップリング）２３により、その割出位置を固定できるようになっている。割出軸２４は中空軸で、その中心孔を通してケーシングに相対回動不能に連結された固定軸２５が挿通されており、タレットヘッド２１内に設けたインナーケース２６が固定軸２５の軸端に固定されている。固定軸２５も中空軸で、その中心孔に工具モータ２７で回転駆動される伝導軸２８が挿通されている。
【０００４】
インナーケース２６には、割出軸２４と直交するタレットヘッド２１の径方向の工具駆動軸２９がインナーケースに回転自在に軸支されている。工具駆動軸２９は、傘歯車対３０により、伝導軸２８の軸端に連結されている。タレットヘッド２１に装着された回転工具Ｔがワークを加工するための割出位置に移動してきたときに、その工具軸が工具駆動軸２９端と嵌合して回転駆動される。回転工具としてタップを用いてねじ加工する場合、タップを抜くときは回転が逆になるので、工具モータ２７には正逆回転可能なモータが用いられる。
【０００５】
一方、工具タレットの工具取付部に取り付けて使用するワーク把持具が提供されている。この種のワーク把持具は、タレットの工具取付部に固定するホルダにワークを把持する開閉爪（チャックやフィンガ）とその開閉装置とを設けたものである。工具タレットの工具取付部の１つにこの種のワーク把持具を取り付けることにより、工作機械内部でのワークの簡単なハンドリング、例えば複数の主軸相互や、主軸とローダやアンローダとの間でワークを受け渡すことができる。
【０００６】
この種のワーク把持具における開閉装置の駆動源としては、従来、モータやシリンダが用いられており、開閉機構としては、例えばモータで回転駆動されるねじや空気圧シリンダで進退するロッドの進退方向をカムやリンクによって開閉爪の開閉動作に変換する機構が用いられている。
【０００７】
電気や流体圧で開閉爪を開閉する把持具は、割出回転するタレットヘッドに電気や流体圧を供給する配線ないし配管が必要であり、そのためにタレットの構造がかなり複雑になる。
【０００８】
簡単な構造で円柱状のワークを把持する把持具として、開閉爪をばねで閉方向に付勢する構造のものがある。この構造では、ワークの側面から開閉爪を押し込むことによってばねの付勢力でワークを把持し、ワークを開放する位置では、工具タレットの移動によって開閉爪から延びるレバーなどを不動部材に押し付けて開閉爪を開くようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３‐３１１５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
電気モータや流体圧を駆動源とする把持具では、２次元平面ないし３次元空間を移動する刃物台を経て割出回転するタレットヘッドに電気や流体圧を供給するための電気配線や流体配管が必要で、タレットの構造が複雑になり、また、これらの配線や配管によって刃物台の移動やタレットヘッドの回転が制限され、タレットヘッドの割出回転時に電気配線や流体配管を切り離すカプラなどを設ける必要が生じたりする。
【００１１】
一方、ばねの付勢力でワークを把持する構造は、把持具の構造も簡単で工具タレットの構造を複雑にすることもないが、閉方向に付勢された開閉爪がワーク表面を滑りながらワークの把持が行われるので、ワークを傷付けるおそれがあり、把持力の制御やワークの開放位置を正確に設定することが困難であると共に、把持可能なワークの形状も制限され、汎用性に乏しいという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ドリルやフライスなどの回転工具を装着できるようにしたタレットは、タレット内にワークの方向に向けて割り出された工具取付部に装着された工具に回転力を伝達する工具駆動軸が内蔵されており、当該工具駆動軸がサーボモータで駆動されているものがある。この発明は、このことに着目して、工具モータの回転によって開閉駆動される開閉爪を設けたワーク把持具を提供するものである。
【００１３】
この発明のワーク把持具５は、工具タレットの工具取付部３１に固定されるホルダ５１（５１ａ、５１ｂ）を備えている。ホルダ５１は、工具取付部３１に取り付けたときに、回転工具と同様な構造でタレットヘッド２１内の工具駆動軸２９に連結される入力軸５４を備えている。そして、この入力軸５４の正逆回転をホルダ５１に設けられている把持具５の開閉爪５８の開閉動作に変換する例えばラックピニオン機構５７、５９のような回転・直線運動変換機構を備えている。
【００１４】
工具タレットを搭載する刃物台は、旋盤であればＸ軸及びＺ軸、更にはＹ軸方向にも移動可能であり、その移動位置も正確に制御されている。また工具モータとしてサーボモータが用いられている工作機械では、工具モータの回転角制御及びトルク制御により、ワークの把持力の調整、ワーク寸法に応じた開閉爪の正確な開閉動作、ワーク把持位置及び開放位置の正確な制御が可能である。
【００１５】
この発明の旋盤におけるワークのハンドリング方法は、この発明のワーク把持具を工具タレット２の工具取付部３１の１つに装着し、ワークの把持及び開放を行うときの開閉爪の開閉動作を工具モータの回転角制御とトルク制御とによって行い、把持したワークの搬送を当該把持具５を装着した工具タレット２のＺ−Ｘ−Ｙ軸方向の移動とＹ軸回り（Ｂ軸方向）の旋回動作により行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明のワーク把持具５を用いれば、加工プログラムによって工具駆動モータ２７の回転方向、回転角及び回転トルクを制御することにより、開閉爪５８の開閉ストロークやワーク把持力を自由に、かつ正確に設定することができ、タレットに電気ケーブルや流体通路を設ける必要もなくなる。
【００１７】
なお、ラックピニオン機構５７、５９やスクロールカム機構６２は、開閉爪５８の位置によって、工具駆動モータの回転角に対する開閉爪の開閉量や工具駆動モータのトルクに対する把持力が変化しないので、加工プログラムによる開閉爪５８のストロークや把持力の制御が容易である。
【００１８】
回転工具の駆動装置を備えた工具タレットの工具取付軸の一箇所に、この発明のワーク把持具を装着しておけば、そのワーク把持具５をワークに向けた状態で工具モータにより、ワーク把持具の開閉爪５８を開閉して、主軸との間でワークの受け渡しを行うことができ、ワークを把持した状態でタレットを移動することにより、工作機械内部でのワークの搬送を行うことができる。
【００１９】
タレットに取り付けられたワーク把持具の開閉爪の開閉動作は、タレットに設けられた工具モータによって行われるので、その開閉のためのモータやシリンダなどの駆動源をワーク把持具に設ける必要がなく、ワーク把持具の構造が単純化されると共に、移動及び割出回転するタレットへの電気配線や流体圧配管を設けることなく、主軸やワークの搬入搬出装置との間でワークの受け渡しが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施例のワーク把持具の内部構造を示す模式的な側面図
【図２】図１の正面図
【図３】第２実施例のワーク把持具の内部構造を示す模式的な側面図
【図４】図３の正面図
【図５】第３実施例のワーク把持具の内部構造を示す模式的な正面図
【図６】第１実施例のワーク把持具を装着した旋盤の一例を示す模式的な正面図
【図７】図６の旋盤におけるワークのアンロード動作の説明図
【図８】図６の旋盤におけるワークのロード動作の説明図
【図９】旋回工具タレットの一例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に図面を参照して、この発明のワーク把持具及びこれを用いたワークのハンドリング動作を説明する。
【００２２】
図１及び図２は、この発明のワーク把持具の第１実施例を示した図で、タレットの工具取付部にボルトなどで取り付けられるアングルホルダ５１ａに３つ爪チャック５２ａを設けた例である。ホルダ５１ａは、工具タレットの工具取付部に設けられた嵌合孔に嵌装される円筒部５３を備えており、この円筒部の軸心に入力軸５４が自由回転可能に軸支されている。入力軸５４の先端は、円筒部５３の端面から突出しており、その先端にタレットヘッド内の工具駆動軸２９の先端に設けた直径方向の連結溝３４（図１参照）と嵌合するタング（舌片）５５が設けられている。
【００２３】
ホルダ５１ａの一側面には、３つ爪チャック５２ａが取り付けられており、その３つ爪チャックの中心軸線上に直交軸５６がホルダ５１ａに自由回転可能に軸支されている。直交軸５６の先端にはピニオン５７が固定され、３つ爪チャック５２ａの各爪５８に固定されてチャック中心側に向かって延びるラック５９がこのピニオン５７に噛合している。入力軸５４の基端と直交軸５６の基端は、傘歯車対６０によって連結されている。３つ爪チャックの各開閉爪５８は、ガイド６１（図５参照）によって放射方向に移動するようにガイドされており、入力軸５４の正逆回転により、３個の開閉爪５８が同期して開閉する。
【００２４】
図３及び４は、この発明のワーク把持具の第２実施例を示した図で、工具タレットの工具取付部３１に取り付けられるストレートホルダ５１ｂにフィンガ５２ｂを設けた例である。入力軸５４は、第１実施例と同様な構造でホルダ５１ｂに軸支されており、その基端にピニオン５７が設けられている。そして、対向する開閉爪５８のそれぞれに固定したラック５９がこのピニオン５７に噛合している。フィンガの対向する開閉爪５８は、互いに接近離隔する方向のガイドによってガイドされており、入力軸５４の正逆回転により、開閉爪５８が同期して開閉する。
【００２５】
上記の例では、入力軸５４の正逆回転をラックピニオンにより、開閉爪５８の開閉運動（直線運動）に変換しているが、広く実用されているスクロールチャックは、図５に示すように、螺旋溝６２を設けたカム円板６３の正逆回転によって放射方向の直線ガイド６１に案内され、かつ螺旋溝６２に係合している開閉爪５８を同期開閉させる構造とすることもできる。
【００２６】
図６ないし８は、２主軸２タレット旋盤を例にして、この発明のワーク把持具５によるワークのハンドリング方法の例を示した図である。図に示した旋盤は、主軸軸線ａ上で対向する２本の主軸と、主軸軸線ａの上下にそれぞれ配置された工具タレットとを備えている。オペレータから見て左側の主軸の主軸台１１ａは、ベッドに固定して設けられ、右側の主軸の主軸台１１ｂは、主軸軸線ａに沿って移動自在に設けられている。
【００２７】
主軸軸線ａの上方に配置された工具タレット（以下、「旋回タレット」と言う）は、図９に示した構造の工具タレットで、その工具モータ２７は、ＮＣ装置によって回転角及び回転トルクを制御可能なサーボモータが用いられている。旋回タレット２は、主軸軸線方向であるＺ軸方向、これと直行する工具の切り込み方向であるＸ軸方向及び両方向と直行するＹ軸方向に移動位置決め可能な上刃物台３２にＹ軸回り（Ｂ軸方向）に旋回位置決めされる旋回台３３を介して搭載されている。主軸軸線ａの下方に配置したタレット（下タレット）４は、Ｘ軸及びＹ軸方向に移動位置決めされる下刃物台４２に割出軸をＸ軸方向にして装着されている。
【００２８】
７は、加工されるワークの搬入・搬出装置である。図の搬入・搬出装置７は、下端にワークを把持するハンド７１を備えた昇降装置７２がＺ軸方向のガイド７３に沿って往復移動する構造で、ハンド７１でストッカ７４上の素材ワークＷ１を把持し、ハンド７１の上昇及びガイド７３に沿う移動により、ハンド７１の移動端に設定したワーク受渡位置７５に供給し、ワーク受渡位置７５で受け取った加工済ワークＷ２を供給時と逆の動作によりストッカ７４上に搬出するというものである。ワーク受渡位置７５は、隔壁９１やシャッターなどで囲まれたワーク加工領域９の周辺部内側に設定されている。
【００２９】
旋回タレット２の工具取付部の１カ所に、図１に示したアングルチャック構造の把持具５が装着されている。ワークの加工は、第１チャック１ａと第２チャック１ｂにそれぞれワークＷ１、Ｗ２を固定した状態で旋回タレット２に装着した工具及び下タレット４に装着した工具を使用して、並行して行われる。
【００３０】
第２チャックのワークＷ２の加工が終了すると、旋回タレット２は、Ｂ軸方向の旋回（以下、「Ｂ旋回」と言う。）とタレットヘッド２１の割出回転とにより、当該タレットに装着された把持具５をワークＷ２側に向け、旋回刃物台３２のＺ−Ｘ−Ｙ軸方向の移動により、当該把持具５をワークＷ２に対向させる（図８の想像線）。そして、開閉爪５８を閉じて第２チャック１ｂを開くことにより、ワークＷ２を受け取って図８に示すＺ−Ｘ−Ｙ移動と、Ｂ旋回により、図８に実線で示す位置に移動して加工済ワークＷ２を受渡位置７５において供給・排出装置のハンド７１に渡す。
【００３１】
第１チャックのワークＷ１の加工が終了し、排出動作を行っている旋回タレット２が第２主軸台１１ｂと干渉する領域を離れた段階で、第２主軸台１１ｂが第１主軸台１１ａ側に前進し、第２チャック１ｂがワークＷ１の先端を把持し、第１チャック１ａが開いたあと第２主軸台１１ｂが後退することにより、ワークＷ１が第１チャック１ａから第２チャック１ｂに受け渡される。
【００３２】
この間に加工済ワークを排出した旋回タレット２は、Ｂ旋回と割出回転及びＺ−Ｘ−Ｙ軸移動により、搬入・搬出装置で受渡位置７５に送り込まれた素材ワークＷ１に把持具５を対向させ（図７の実線）、開閉爪５８を閉じることにより、素材ワークＷ１を把持する。そして、Ｚ−Ｘ−Ｙ軸移動及びＢ旋回により、把持した素材ワークＷ１を第１チャック１ａに対向させ（図７の想像線）、更にＺ軸方向に移動して素材ワークＷ１を第１チャック１ａに挿入する。このとき、上刃物台３２のＺ軸方向の送りモータにトルク制限をかけることにより、所望の力で素材ワークＷ１を第１チャック１ａに押し付けることができる。そして、第１チャックを閉じ、把持具５を開いて把持具５を主軸軸線上から退避させることにより、ワークのロードが終了する。この旋回タレット２によるワークのローディングの間、下タレット４の工具で第２チャックのワークＷ２の加工を継続することができる。
【００３３】
２主軸対向旋盤や回転工具を使用する旋盤では、ワークの受け渡しや回転工具による加工位置を設定するために、チャック１ａ、１ｂの位相制御（主軸軸線ａ軸回りのチャックの回転角制御）が必要である。したがって、供給位置７５に素材ワークが一定の位相で供給されるようにすれば、ワークの位相を所望の位相にして第１チャック１ａにローディングすることができる。
【００３４】
上述した旋回タレット２によるワークのローディングアンローディング動作は、総て工作機械側のＮＣ装置の加工プログラムで制御することができる。また、そのローディングアンローディング中の把持具５と隔壁９１やチャック１ａ、１ｂ及びこれらに固定されたワークとの干渉チェックは、工作機械のＮＣ装置に搭載されている工具の干渉チェック機能を利用することによってチェックして、衝突を未然に防止することができる。また、２主軸と複数の刃物台を備えた旋盤では、旋回タレット２によるワークのロードアンロードの間にも他方のチャックに固定されたワークの加工を継続することができるから、ワークの加工能率を低下させることもない。
【符号の説明】
【００３５】
２工具タレット
５ワーク把持具
21 タレットヘッド
29 工具駆動軸
31 工具取付部
51(51a,51b）ホルダ
54 入力軸
57,59 ラックピニオン機構
58 開閉爪

【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転工具を駆動する工具駆動軸を内蔵した工具タレットの工具取付部に装着されるホルダと、このホルダに自由回転可能に軸支されて当該ホルダが前記タレットに装着されてワーク加工位置に割り出されたときに先端が前記工具駆動軸に連結される入力軸と、この入力軸の回転を駆動源として開閉される開閉爪とを備えている、ワーク把持具。
【請求項２】
前記入力軸又はこれに回転連結された直交軸の正逆の回転運動を前記開閉爪の開閉運動に変換する変換機構が、ラックピニオン機構である、請求項１記載のワーク把持具。
【請求項３】
ワークを把持して回転する主軸と、主軸軸線と平行なＺ軸方向、工具の切り込み方向であるＸ軸方向及びこの両軸に直交するＹ軸方向に移動位置決め可能な刃物台と、この刃物台にＹ軸回りに少なくとも９０度旋回位置決めされる旋回台を介してＸ−Ｚ平面上の軸回りに割出回転するタレットと、このタレットに内蔵された工具駆動軸とを備えた旋盤におけるワークのハンドリング方法であって、
前記タレットの工具取付部に請求項１又は２記載のワーク把持具を装着し、前記タレットの移動領域の周縁部所定箇所にワークを搬入ないし搬出する搬送装置を設け、前記把持具の開閉爪の開閉動作と前記刃物台の移動位置決め動作と前記タレットの旋回位置決め動作とを利用して、前記所定箇所と主軸との間のワークのロードないしアンロードを行う、旋盤におけるワークのハンドリグ方法。

【図１】