加工方法及び加工装置
【課題】断面積が大きな長尺のワークであっても、材料の無駄を低減して加工できると共に、複雑形状の多品種の部品を加工することが可能な加工装置を提供する。
【解決手段】加工装置１は、長尺のワークＷを把持及び解放すると共に、ワークを把持した状態ではワークを変位させることなく一の姿勢に保持する把持装置２０と、回転工具の主軸を備え、把持装置からワーク前端部Ｅを突出させた状態で把持装置に把持されているワークを、主軸に取り付けられた回転工具で加工すると共に、加工済みのワーク前端部をワークの未加工部分から切り離す多軸ロボット４０と、把持装置から解放されている状態のワークを、長軸方向に前進させるワーク送り装置３０とを具備する。
【解決手段】加工装置１は、長尺のワークＷを把持及び解放すると共に、ワークを把持した状態ではワークを変位させることなく一の姿勢に保持する把持装置２０と、回転工具の主軸を備え、把持装置からワーク前端部Ｅを突出させた状態で把持装置に把持されているワークを、主軸に取り付けられた回転工具で加工すると共に、加工済みのワーク前端部をワークの未加工部分から切り離す多軸ロボット４０と、把持装置から解放されている状態のワークを、長軸方向に前進させるワーク送り装置３０とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型部品のＮＣ加工に適した加工方法、及び、該加工方法を使用する加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、製造しようとする部品の大きさに合わせて材料を切り出し、その端部をチャックに把持させた上で所定角度回転させ、その角度位置を保持した状態で、回転工具によってＮＣ加工する加工方法が実施されている（例えば、特許文献１参照）。ところが、航空機部品など大型の部品を製造する場合、ワークの断面積は大きなものとなるため、しっかりと把持した上で回転させることは極めて困難である。
【０００３】
加えて、上記のような加工方法では、チャックの把持代（はじしろ）は加工することができないため、その部分の材料は廃棄対象となる。従って、大型のワークを把持することができたとしても、ワークが大型となれば把持代となる部分も大きくなるため、資源としての無駄、及び、経済的な無駄が著しいものとなる。
【０００４】
そこで、本発明者は、ネジやボルト等の小型の部品を製造するために従来から実施されている技術（例えば、特許文献２参照）に着目した。これは、細い長尺のワークを中空のチャックに挿通し、ワークを回転させつつチャックから突出した部分を旋盤加工し、加工済みのワークを切り落とした後、更にワークを先送りして、新たにチャックから突出させた部分で次の部品の加工を行うものである。この技術によれば、チャックの把持代は、ワークの先送りによって次に加工される部分となるため、材料の無駄を低減して部品を製造することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に例示される従来技術で加工できるワークは、大きくても直径が数ｃｍ程度までのごく小径のバー材に限られる。これに対し、航空機部品など大型の部品を製造するためには断面積の大きな材料が必要であり、重量は長さの三乗に比例して増大するため、長尺であることに加えて断面積が大きいワークの重量はかなり大きなものとなる。そのため、ごく小径のワークを加工する従来の加工装置をそのまま大型化したとしても、断面積の大きな長尺のワークを把持した上で回転させることはできない。
【０００６】
加えて、ネジやボルト等、単純な単一形状の部品を多量に製造する場合とは異なり、航空機や自動車などの大型部品を製造する場合は、複雑な形状で、且つ、形状の相違する多品種の部品を、一つの加工装置で加工できることが要請される。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、断面積が大きな長尺のワークであっても、材料の無駄を低減して加工できると共に、複雑形状の多品種の部品を加工することが可能な加工方法、及び、該加工方法を使用する加工装置の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明にかかる加工方法は、「長尺のワークを、ワーク前端部が突出した状態で把持装置に把持させる把持工程と、ワークが前記把持装置に把持されている状態で、回転工具が取り付けられた多軸ロボットで前記ワーク前端部を加工する加工工程と、ワークが前記把持装置に把持されている状態で、加工済みの前記ワーク前端部をワークの未加工部分から切り離す切り離し工程と、ワークが前記把持装置から解放されている状態で、ワークを長軸方向に前進させ、未加工のワーク前端部を把持装置から突出させるワーク送り工程とを具備し、ワークは、前記把持工程で前記把持装置に把持させた後、前記切り離し工程で切り離されるまで、変位させられることなく一の姿勢に保持される」ものである。
【０００９】
本発明の加工方法では、ワーク前端部が把持装置から突出した状態で、長尺のワークを把持装置に把持させたら、そのままワークが静止している状態で、多軸ロボットを用いて回転工具によりワークを加工する。そして、所定形状への加工が終了したら、加工済みワークを未加工部分から切り離す。その後、把持装置によるワークの把持を解除し、ワークを長軸方向に更に前進させ、未加工のワーク前端部が新たに把持装置から突出した状態で、再び把持装置によってワークを把持する。そして以降は、上記の動作を繰り返すことにより、長尺のワークから連続的に部品を製造することができる。
【００１０】
このように、本発明では、特許文献２に例示する従来の加工方法とは異なり、加工の際にワークを回転させない。また、特許文献１に例示する従来の加工方法とは異なり、回転工具による間欠的な加工の間に、ワークを揺動させたり、反転させたりすることがない。加えて、把持装置がワークを把持する部分を加工の途中で変更する動作、いわゆるワークの“持ち替え”を行うこともない。従って、本発明では、ワークは把持工程で把持されてから加工が終了して切り離されるまで、全く動かされることがないため、断面積が大きく重量の大きなワークであっても、加工の対象とすることができる。
【００１１】
また、本発明の加工方法で把持装置に要請されることは、加工工程に先立ってワークを把持したら、加工が終了して加工済み部分が切り離されるまで、そのままワークを動かすことなく、がっちりと把持することである。一般的に、物を把持する構成として剛性の高い構成を採用すると、自ずと装置の重量が増し、装置自体を回転させたり移動させたりすることが困難となる。これに対し、本発明ではワークを回転させる機構が不要であるため、把持装置は単にワークを把持するためだけのシンプルな構成で足りる。これにより、把持装置に剛性の高い構成を採用することによって、断面積が大きく重量の大きなワークであっても、堅固に把持することが可能となる。加えて、本発明では、回転工具による間欠的な加工の間にワークを反転させたり持ち替えたりすることもないため、ワークの位置を調整する面倒な制御も不要である。
【００１２】
上記のように、本発明では、断面積が大きく重量の大きなワークであって加工することができ、把持装置によるワークの把持代は、ワークの先送りによって次に加工される部分となる。これにより、断面積が大きいワークでは把持代となる部分も大きくなるところ、把持代を廃棄対象となる無駄を排し、長尺のワークの全体を有効に利用して部品を加工することができる。
【００１３】
また、本発明では、加工の初めから終わりまで、ワーク側を変位させることはないが、加工を行う工具側に多軸ロボットを用いている。これにより、回転工具をワークに対して多方向からアプローチさせることができ、複雑な三次元形状の多品種のワークを加工することが可能となる。
【００１４】
次に、本発明にかかる加工装置は、「長尺のワークを把持及び解放すると共に、ワークを把持した状態ではワークを変位させることなく一の姿勢に保持する把持装置と、回転工具の主軸を備え、前記把持装置からワーク前端部を突出させた状態で前記把持装置に把持されているワークを、前記主軸に取り付けられた回転工具で加工すると共に、加工済みの前記ワーク前端部をワークの未加工部分から切り離す多軸ロボットと、前記把持装置から解放されている状態のワークを、長軸方向に前進させるワーク送り装置とを具備する」ものである。
【００１５】
上記構成の加工装置によれば、上述の加工方法を使用することができ、上述の優れた作用効果を得ることができる。
【００１６】
本発明の加工装置は、上記構成において、「前記多軸ロボットは、固定フレーム、それぞれ一端が第一自在継手を介して前記固定フレームに連結されていると共に軸方向の長さが可変な三本以上のロッド、及び、前記ロッドのそれぞれの前記他端が第二自在継手を介して連結されている移動フレームを備えるパラレルリンク機構部と、前記移動フレームと前記第二自在継手との連結点の全てを結んで形成される平面に直交する第一軸周りに回転可能に前記移動フレームに支持されていると共に、前記第一軸に直交する第二軸周りに揺動可能に前記移動フレームに支持されている移動体とを備え、回転工具の前記主軸は、前記移動体に支持されている」ものとすることができる。
【００１７】
パラレルリンク機構部では、三本以上のロッドのそれぞれが第一自在継手を介して固定プレートに対して揺動する角度、及び、各ロッドの軸方向の長さを変化させることにより、固定プレートに対する移動プレートの位置及び姿勢を種々に変化させることができる。これにより、移動体を介して移動プレートに支持されている回転工具の主軸を、三次元座標における種々の座標に変位させることができる。
【００１８】
加えて、本発明の多軸ロボットは、パラレルリンク機構部において三軸以上を有することに加えて、移動体が移動プレートに対して第一軸周りの回転及び第二軸周りの揺動という二軸の運動を行うことが可能であるため、全体として五軸以上となる。従って、多軸ロボットを上記構成とすることにより、非常に複雑な形状のワークを加工することが可能となる。また、一般的に、パラレルリンク機構はシリアルリンク機構に比べて、動作部分（本発明では「移動プレート」）の動作速度が速く、動作精度が高いという利点を有している。従って、本発明の加工装置によれば、多軸ロボットにパラレルリンク機構を使用していることにより、高精度の加工を高速で行うことができる。
【００１９】
本発明の加工装置は、上記構成において、「前記把持装置は、ワークを載置する水平な載置面と、鉛直方向に進退し前記載置面に向かう前進によりワークを前記載置面に押圧する押圧体、及び、水平方向に進退し前記載置面に垂直な垂直基準面に向かう前進によりワークを前記垂直基準面に押圧する第二押圧体の少なくとも一方とを備える」ものとすることができる。
【００２０】
航空機部品や自動車部品など大型の部品を製造する場合、これらの部品の一般的な形状を考慮すると、断面が円形の丸棒状のワークよりも、断面が矩形の角材の方が適している。上記構成の把持装置は、このように断面が矩形である長尺のワークの把持に適している。すなわち、水平な載置面を有するため、ワークの一側面が載置面に当接する状態でワークを載置面に載置することにより、ワークを安定的に支持することができる。そして、その状態で押圧体を鉛直方向（載置面に垂直な方向）に前進させ、または／及び、第二押圧体を水平方向（垂直基準面に垂直な方向）に前進させることにより、押圧体でワークを載置面に向かって強く押し付け、または／及び、第二押圧体でワークを垂直基準面に向かって強く押し付けることができる。これにより、押圧体と載置面との間、または／及び、第二押圧体と垂直基準面との間でワークを堅固に把持することができる。
【００２１】
ここで、従来の加工装置の把持装置では、三つまたは四つの爪状の把持部（ジョウ）を、それぞれ等速で内側に向けて移動させることによってワークを把持する構成が多く採用されている。これは、加工のためにワークを回転または揺動させるために、ワークの中心（重心）をワークの回転中心に一致させる（センタリングする）必要があるためである。ところが、このような構成の把持装置では、断面積が大きくかなりの重量を有するワークを堅固に把持することは困難である。加えて、断面が矩形のワークであって断面の縦横の長さが異なるワークを把持する場合などは、複数の爪部を内側へ移動させることにより、ワークをセンタリングしつつバランスよく把持することは、極めて困難である。
【００２２】
これに対し、本発明の加工装置では、ワークを保持した把持装置は回転させることも揺動させることもなく、加工の最初から最後までワークは一の姿勢に保持されるため、ワークをセンタリングする必要がない。そのため、ワークを押圧体と載置面との間、または／及び、水平基準面と第二押圧体との間で把持する上記構成、すなわち、ワークの断面の寸法が異なれば把持装置に対するワークの軸心位置が変動する構成を採用することが可能であり、上述のようにワークを堅固に把持することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明の効果として、断面積が大きな長尺のワークであっても、材料の無駄を低減して加工できると共に、複雑形状の多品種の部品を加工することが可能な加工方法、及び、該加工方法を使用する加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態の加工装置の斜視図である。
【図２】図１の加工装置における把持装置の主要部を、多軸ロボット側から見た図である。
【図３】図１におけるＡ範囲の拡大図である。
【図４】図１の加工装置における多軸ロボット及びその近傍の構成を示す斜視図である。
【図５】図４の部分拡大図である。
【図６】図１の加工装置における工具交換装置の主要部の平面図（真上から見た図）である。
【図７】図１の加工装置におけるワーク受け取り装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態である加工方法及び該加工方法を使用した加工装置１について、図１乃至図７に基づいて説明する。
【００２６】
本実施形態の加工装置１は、主に図１に示すように、長尺で断面矩形のワークＷを把持及び解放すると共に、ワークＷを把持した状態ではワークＷを変位させることなく一の姿勢に保持する把持装置２０と、回転工具の主軸Ｒを備え、把持装置２０からワーク前端部Ｅを突出させた状態で把持装置２０に把持されているワークＷを、主軸Ｒに取り付けられた回転工具で加工すると共に、加工済みのワーク前端部ＥをワークＷの未加工部分から切り離す多軸ロボット４０と、把持装置２０から解放されている状態のワークＷを、長軸方向に前進させるワーク送り装置３０とを具備している。
【００２７】
上記構成において、把持装置２０は、主に図２に示すように、ワークＷを載置する水平な載置面１１と、載置面１１に垂直な垂直基準面１２と、鉛直方向に進退し載置面１１に向かう前進によりワークＷを載置面１１に押圧する押圧体２１と、水平方向に進退し垂直基準面１２に向かう前進によりワークＷを垂直基準面１２に押圧する第二押圧体２２とを備えている。
【００２８】
ここで、押圧体２１及び第二押圧体２２は、それぞれ油圧シリンダ２１ｂ，２２ｂのピストンロッドにより駆動される。また、本実施形態では、押圧体２１及びこれを駆動する油圧シリンダ２１ｂは一組が設けられていると共に、第二押圧体２２及びこれを駆動する油圧シリンダ２２ｂは二組が上下に設けられており、断面長方形のワークＷの長辺を鉛直方向に一致させて把持する場合に適した構成となっている。なお、ワークＷの寸法によっては、二つの第二押圧体２２のうち、下段の第二押圧体２２のみを駆動することが可能である。
【００２９】
また、把持装置２０に隣接して、ワークＷを把持装置２０に導入するための導入路１３が上面に形成された架台１９が設けられており、導入路１３は、ワークＷを移動させる方向に直交する方向に伸びる軸（図示しない）周りに回転自在な円筒状ローラ１３ｒを多数連設することにより形成されている。ここで、導入路１３は、多数連設された円筒状ローラ１３ｒの稜線の集合として得られる仮想的な面であり、水平な載置面１１と同一面を形成している。加えて、円筒状ローラ１３ｒ及びその回転軸は、断面積の大きな長尺のワークＷの荷重に耐え得るべく、高剛性に形成されている。かかる構成により、長尺のワークＷのたわみを防止して、載置面１１及び導入路１３上にワークＷを安定的に載置することができる。
【００３０】
ワーク送り装置３０は、ワークＷの後端を押すことによりワークＷを把持装置２０側に送る構成であり、主に図３に示すように、導入路１３に沿って移動可能に設けられている。より詳細には、ワーク送り装置３０は、導入路１３に交差するように伸びてワークＷの後端に当接可能なワーク押し部材３１と、ワーク押し部材３１を導入路１３に沿って進退させるワーク押し部材駆動機構３５とから構成されている。本実施形態では、ワーク押し部材駆動機構３５は、導入路１３の片側に直線状に形成されたラック（図示しない）と、ラックと噛み合うピニオン（図示しない）と、ピニオンを正逆方向に回転駆動するモータ３６と、ピニオンと一体的に運動する伝動部材３７とを具備しており、伝動部材３７がワーク押し部材３１に連結されている。
【００３１】
かかる構成により、モータ３６の駆動によりピニオンは正方向または逆方向に回転し、ラックと噛み合いながら導入路１３に沿って把持装置２０に近付くように、または、把持装置２０から遠ざかるように移動する。そして、このようなピニオンの移動に伴い、ワーク押し部材３１が伝動部材３７を介して、導入路１３に沿って把持装置２０に近付くように、または、把持装置２０から遠ざかるように移動する。
【００３２】
なお、本実施形態のワーク押し部材３１には、ワークＷの後端でワークＷを左右から挟持可能な一対の挟持部材３２が取り付けられており、一対の挟持部材３２はそれぞれ油圧シリンダ３２ｂによって駆動されるピストンロッドの進退に伴い、導入路１３に直交する方向に形成されているレール３３に沿って離隔接近する構成とされている。かかる構成により、油圧シリンダ３２ｂの駆動によって一対の挟持部材３２を互いに接近させ、ワークＷの後端をしっかりと挟持させた状態でモータ３６を回転させれば、ワーク押し部材３１３１によって確実かつ安定的にワークＷを移動させることができる。
【００３３】
次に、多軸ロボット４０について説明する。本実施形態の多軸ロボット４０は、主に図４及び図５に示すように、固定フレーム５０、それぞれの一端が第一自在継手５１を介して固定フレーム５０に連結されていると共に軸方向の長さが可変な三本のロッド５３（図４及び図５では、三本のロッド５３のうち二本が図示されている）、及び、それぞれのロッド５３の他端が第二自在継手５２を介して連結されている移動フレーム５４を備えるパラレルリンク機構部４１と、移動フレーム５４に支持された移動体４２とを具備している。
【００３４】
より具体的には、固定フレーム５０は枠体５８を介して設置面に支持されており、各ロッド５３は、第一自在継手５１を貫通するように、第一自在継手５１を介して固定フレーム５０に支持されている。そして、各ロッド５３にはボールネジ部（図示しない）が形成されており、第一自在継手５１の内周面にはボールネジ部と螺合するナット部（図示しない）が、回転自在に取り付けられている。かかる構成により、モータ（図示しない）の駆動によってナット部を正逆回転させると、これに伴いロッド５３の長さが伸張または短縮する。そして、ＮＣデータに基づいてコンピュータから多軸ロボット４０に対して信号を送出し、各ロッド５３における第一自在継手５１を介した固定プレートに対する揺動角度、及び、ロッド５３の長さを制御することよって、移動フレーム５４の三次元座標を種々に設定することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、三本のロッド５３は固定フレーム５０に対して同一円周上に等角度間隔（１２０度間隔）で連結されている。また、三本のロッド５３の中心位置には、パラレルリンク機構部４１の剛性を高める中央ロッド５６が取り付けられている。この中央ロッド５６は、一端が自在継手５７を介して固定フレーム５０に連結され、他端が移動フレーム５４に連結されていると共に、軸方向の長さが可変な構成であるが、ロッド５３とは異なり能動的に長さの調整が行われることはない。すなわち、中央ロッド５６は、移動フレーム５４の運動に従動しつつ、移動フレーム５４及び移動フレーム５４に取り付けられた移動体４２を支持する。
【００３６】
そして、移動体４２は、移動フレーム５４と第二自在継手５２との連結点の全てを結んで形成される仮想の三角形平面Ｓに直交する第一軸Ｐ周りに回転可能に移動フレーム５４に支持されていると共に、第一軸Ｐに直交する第二軸Ｑ周りに揺動可能に移動フレーム５４に支持されている。更に、移動体４２には、回転工具の主軸Ｒが支持されている。すなわち、主軸Ｒ周りの回転によりワークＷを加工する回転工具Ｔは、ロッド５３の揺動及び長さの制御によって位置決めされる移動フレーム５４に伴って三次元の移動をすると共に、第一軸Ｐ周りの３６０度の回転、及び第二軸Ｑり周りの揺動が可能な構成である。かかる構成により、多軸ロボット４０によれば、ワークＷに対して種々の方向から回転工具Ｔをアプローチさせ、ワークＷを複雑な形状に加工することが可能となる。
【００３７】
なお、多軸ロボット４０では、主軸Ｒ近傍からクーラント液を噴出する構成とされており、切削屑やクーラント液の飛散を防止するために、多軸ロボット４０の動作空間はケーシング５９で被覆されている（図１参照）。
【００３８】
本実施形態の加工装置１は上記構成に加え、図４及び図６に示すように、主軸Ｒに取り付けられる工具を交換するために、多数種類の工具を収納する工具ボックス６９と、工具交換装置６０とを具備している。より具体的には、工具ボックス６９内には、それぞれ工具を収容可能な収納用工具ホルダーｈ１が多数列設されている。そして、工具交換装置６０は、工具ボックス６９から多軸ロボット４０の動作空間の下方まで延びるレール６１と、レール６１と係合する溝部が底面に形成された工具ホルダー支持体６２と、工具ホルダー支持体６２のレール６１に沿った往復動を駆動するホルダー支持体駆動装置（図示しない）と、工具ボックス６９内で動作する工具交換用多関節ロボット６５を備えている。そして、工具ホルダー支持体６２には、交換用の工具を保持可能な交換用工具ホルダーｈ２が二つ支持されている。なお、本実施形態では、ホルダー支持体駆動装置としてエアシリンダを使用している。
【００３９】
上記構成により、工具の交換は次のように行われる。すなわち、工具交換用多関節ロボット６５は、コンピュータ制御によって動作し、レール６１の工具ボックス６９側の端部に工具ホルダー支持体６２が位置している状態で、収納用工具ホルダーｈ１と交換用工具ホルダーｈ２との間で工具の移し替えを行う。その際、次の加工で使用される工具Ｔ２は、二つある交換用工具ホルダーｈ２の一方に、主軸Ｒへの取付部分が上を向くようにセットされる。他方の交換用工具ホルダーｈ２には工具はセットされず、空の状態におかれる。そして、多軸ロボット４０によるワークＷの加工に連動したタイミングで、工具ホルダー支持体６２はホルダー支持体駆動装置の駆動によりレール上を移動し、多軸ロボット４０の動作空間側のレール６１の端部に位置する。この状態で、多軸ロボット４０は主軸Ｒに取り付けられている工具Ｔを、空の交換用工具ホルダーｈ２に挿入して外し、更に他方の交換用工具ホルダーｈ２にセットされている工具Ｔ２を、新たに主軸Ｒに取り付け、その後の加工を行う。使用済みの工具を交換用工具ホルダーｈ２に収容した工具ホルダー支持体６２は、再びレール６１上を移動して、レール６１の工具ボックス６９側の端部まで戻る。
【００４０】
更に、本実施形態の加工装置１は上記構成に加え、図１及び図７に示すように、加工済みのワークＷが多軸ロボット４０によって切り離された際に、これを受け取り、ケーシング５９外へ搬出するワーク受け取り装置７０を具備している。より具体的には、ワーク受け取り装置７０は、ケーシング５９の外側に設けられており（図１参照）、エアシリンダ７１ｂの駆動により進退するワーク受け用プレート７１と、ワーク受け用プレート７１の進退方向と直交する方向にエアシリンダ７２ｂの駆動により進退するワーク排出用プレート７２を主に具備している。
【００４１】
次に、上記構成の加工装置１を使用して行う本実施形態の加工方法について説明する。加工方法は、長尺のワークＷを、ワーク前端部Ｅが突出した状態で把持装置２０に把持させる把持工程と、ワークＷが把持装置２０に把持されている状態で、回転工具が取り付けられた多軸ロボット４０でワーク前端部Ｅを加工する加工工程と、ワークＷが把持装置２０に把持されている状態で、加工済みのワーク前端部ＥをワークＷの未加工部分から切り離す切り離し工程と、ワークＷが把持装置２０から解放されている状態で、ワークＷを長軸方向に前進させ、未加工のワーク前端部Ｅを把持装置２０から突出させるワーク送り工程とを具備し、ワークＷは、把持工程で把持装置２０に把持させた後、切り離し工程で切り離されるまで、変位させられることなく一の姿勢に保持されるものである。
【００４２】
より詳細に説明すると、まず、ワークＷの加工に先立ち、把持装置２０において押圧体２１及び第二押圧体２２が後退している状態で、ワーク送り装置３０でワークＷの後端を押し、ワークＷを把持装置２０側に移動させる。このとき、導入路１３は連設された円筒状ローラ１３ｒによって形成されているため、断面積が大きく長尺であるために重量の大きなワークＷであっても、スムーズに移動させることができる。そして、ワーク前端部Ｅが把持装置２０から多軸ロボット４０側に突出した状態で、押圧体２１及び第二押圧体２２をそれぞれ前進させ、ワークＷを把持する（把持工程）。
【００４３】
この状態で、多軸ロボット４０によってワーク前端部Ｅの加工を行う（加工工程）。この工程においては、上述のように、回転工具の交換を適宜行うことにより、多様な形状の多品種の部品を加工することができる。また、加工に際しては、ワークＷは全く変位させず、把持工程で把持されたままの姿勢が保持される。
【００４４】
ワークＷの加工がほぼ終了し、加工済みのワークＷが未加工部分と僅かな接合部分（ミクロジョイント）のみでつながった状態となると、ケーシング５９に設けられた図示しない窓が開放され、ワーク受け取り装置７０のワーク受け用プレート７１がエアシリンダ７１ｂの駆動により前進し、ワーク前端部Ｅの下方に位置する（図１参照）。この状態で、多軸ロボット４０によってミクロジョイントが切断され、加工済みのワークＷはワーク受け用プレート７１上に載置される（切り離し工程）。
【００４５】
加工済みのワークＷを載置したワーク受け用プレート７１は、エアシリンダ７１ｂの駆動により後退して元の位置に戻る。その後、ワーク排出用プレート７２が、エアシリンダ７２ｂの駆動により前進する。これにより、ワークＷはワーク排出用プレート７２によって押され、ワーク受け用プレート７１上から搬出コンベア等の図示しない搬出装置側に移動する。なお、図１及び図７では、ワーク受け用プレート７１及びワーク排出用プレート７２が、共に前進している状態を図示している。
【００４６】
その後、押圧体２１及び第二押圧体２２が後退させられ、把持装置２０におけるワークＷの把持が解除される。この状態で、ワーク送り装置３０によって更にワークＷの後端を押すと、先の加工の際に把持代であった未加工部分を、次に加工されるワーク前端部Ｅとして把持装置２０から突出させることができる（ワーク送り工程）。このとき、ワーク送り装置３０によってワークＷを送る態様としては、ワーク送り装置３０が直接ワークＷの後端に当接してワークＷを押す態様の他、ワークＷの後端に当接させた他の部材を介してワーク送り装置３０がワークＷを押す態様であっても良い。例えば、加工済み部分を順次切り離すことによって長尺のワークＷが短くなった場合など、次に加工されるワークＷ、或いは、ワーク押し用の棒材（プッシャ）を介して、ワーク送り装置３０によって加工中のワークＷを押すことができる。
【００４７】
そして、未加工のワーク前端部Ｅが把持装置２０から突出した状態で、押圧体２１及び第二押圧体２２を前進させ、把持装置２０によってワークＷを把持する（把持工程）。以降は上記の動作を繰り返すことにより、継続的にワークＷの加工を行うことができる。
【００４８】
上記のように、本実施形態の加工装置１及び加工方法によれば、把持装置２０による把持代を無駄にすることなく、長尺のワークＷから複数の部品を連続的に製造することができる。
【００４９】
また、把持装置２０として、ワークＷの把持に当たりワークＷをセンタリングさせることなく、水平な載置面１１とこれに直交する垂直基準面１２にワークＷを押し付けて把持する構成を採用したため、断面が矩形であって且つ断面積が大きく長尺でかなりの重量を有するワークＷであっても、堅固に把持することができる。なお、本実施形態の把持装置２０は、断面が矩形のワークＷの把持に適しているが、断面がほぼ矩形のワークＷであれば、角部が欠けたワークＷや、角部が丸みを帯びているワークＷであっても、問題なく堅固に把持することができる。
【００５０】
更に、本実施形態では、加工の初めから終わりまでワークＷ側を変位させないが、加工を行う工具側に多軸ロボット４０を用いており、多軸ロボット４０は回転工具の主軸Ｒを除き、パラレルリンク機構部４１の三軸に加えて二つの回転軸Ｐ，Ｇを有している。これにより、回転工具をワークＷに対して多方向からアプローチさせることができ、複雑な三次元形状のワークＷを加工することができる。更に、本実施形態では、多種類の工具を交換可能な工具交換装置６０を備えていることにより、より多様な形状を有する多品種のワークＷの加工をすることができる。
【００５１】
更に、本実施形態の加工装置１は、把持装置２０、多軸ロボット４０、ワーク送り装置３０に加え、工具交換装置６０、及び、ワーク受け取り装置７０を具備しており、未加工のワークＷの把持装置２０への導入から加工済みワークＷの排出までを自動化させることができるため、極めて効率良くワークＷの加工を行うことができる。
【００５２】
なお、本実施形態の加工装置１は、長さが定尺（１４４インチ）の金属角材を一方向にのみカットしたワークＷの加工に好適に使用することができ、ワークＷの断面は、例えば、長辺３ｃｍ〜６０ｃｍ、短辺２ｃｍ〜３０ｃｍに設定することができる。
【００５３】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００５４】
例えば、上記では、パラレルリンク機構部が三軸である場合を例示したが、三軸以上とすることもできる。
【００５５】
また、上記では、ワーク送り装置における送り機構がラックとピニオン機構である場合を例示したが、これに限定されず、例えば、ボールネジ部及びこれと螺合するナット部の何れかを正逆モータで回転させる構成とすることができる。加えて、ワーク送り装置は、上記のようにワークの後端を押す構成に限定されず、例えば、導入路自体が移動するコンベア式の送り装置とすることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 加工装置
１１ 載置面
１２ 垂直基準面
２０ 把持装置
２１ 押圧体
２２ 第二押圧体
３０ ワーク送り装置
４０ 多軸ロボット
４１ パラレルリンク機構部
４２ 移動体
５０ 固定フレーム
５１ 第一自在継手
５２ 第二自在継手
５３ ロッド
５４ 移動フレーム
Ｗ ワーク
Ｅ ワーク前端部
Ｐ 第一軸
Ｑ 第二軸
Ｒ 主軸
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５７】
【特許文献１】特許第３８０３５１９号公報
【特許文献２】特開昭６３−２７２４０５号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型部品のＮＣ加工に適した加工方法、及び、該加工方法を使用する加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、製造しようとする部品の大きさに合わせて材料を切り出し、その端部をチャックに把持させた上で所定角度回転させ、その角度位置を保持した状態で、回転工具によってＮＣ加工する加工方法が実施されている（例えば、特許文献１参照）。ところが、航空機部品など大型の部品を製造する場合、ワークの断面積は大きなものとなるため、しっかりと把持した上で回転させることは極めて困難である。
【０００３】
加えて、上記のような加工方法では、チャックの把持代（はじしろ）は加工することができないため、その部分の材料は廃棄対象となる。従って、大型のワークを把持することができたとしても、ワークが大型となれば把持代となる部分も大きくなるため、資源としての無駄、及び、経済的な無駄が著しいものとなる。
【０００４】
そこで、本発明者は、ネジやボルト等の小型の部品を製造するために従来から実施されている技術（例えば、特許文献２参照）に着目した。これは、細い長尺のワークを中空のチャックに挿通し、ワークを回転させつつチャックから突出した部分を旋盤加工し、加工済みのワークを切り落とした後、更にワークを先送りして、新たにチャックから突出させた部分で次の部品の加工を行うものである。この技術によれば、チャックの把持代は、ワークの先送りによって次に加工される部分となるため、材料の無駄を低減して部品を製造することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に例示される従来技術で加工できるワークは、大きくても直径が数ｃｍ程度までのごく小径のバー材に限られる。これに対し、航空機部品など大型の部品を製造するためには断面積の大きな材料が必要であり、重量は長さの三乗に比例して増大するため、長尺であることに加えて断面積が大きいワークの重量はかなり大きなものとなる。そのため、ごく小径のワークを加工する従来の加工装置をそのまま大型化したとしても、断面積の大きな長尺のワークを把持した上で回転させることはできない。
【０００６】
加えて、ネジやボルト等、単純な単一形状の部品を多量に製造する場合とは異なり、航空機や自動車などの大型部品を製造する場合は、複雑な形状で、且つ、形状の相違する多品種の部品を、一つの加工装置で加工できることが要請される。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、断面積が大きな長尺のワークであっても、材料の無駄を低減して加工できると共に、複雑形状の多品種の部品を加工することが可能な加工方法、及び、該加工方法を使用する加工装置の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明にかかる加工方法は、「長尺のワークを、ワーク前端部が突出した状態で把持装置に把持させる把持工程と、ワークが前記把持装置に把持されている状態で、回転工具が取り付けられた多軸ロボットで前記ワーク前端部を加工する加工工程と、ワークが前記把持装置に把持されている状態で、加工済みの前記ワーク前端部をワークの未加工部分から切り離す切り離し工程と、ワークが前記把持装置から解放されている状態で、ワークを長軸方向に前進させ、未加工のワーク前端部を把持装置から突出させるワーク送り工程とを具備し、ワークは、前記把持工程で前記把持装置に把持させた後、前記切り離し工程で切り離されるまで、変位させられることなく一の姿勢に保持される」ものである。
【０００９】
本発明の加工方法では、ワーク前端部が把持装置から突出した状態で、長尺のワークを把持装置に把持させたら、そのままワークが静止している状態で、多軸ロボットを用いて回転工具によりワークを加工する。そして、所定形状への加工が終了したら、加工済みワークを未加工部分から切り離す。その後、把持装置によるワークの把持を解除し、ワークを長軸方向に更に前進させ、未加工のワーク前端部が新たに把持装置から突出した状態で、再び把持装置によってワークを把持する。そして以降は、上記の動作を繰り返すことにより、長尺のワークから連続的に部品を製造することができる。
【００１０】
このように、本発明では、特許文献２に例示する従来の加工方法とは異なり、加工の際にワークを回転させない。また、特許文献１に例示する従来の加工方法とは異なり、回転工具による間欠的な加工の間に、ワークを揺動させたり、反転させたりすることがない。加えて、把持装置がワークを把持する部分を加工の途中で変更する動作、いわゆるワークの“持ち替え”を行うこともない。従って、本発明では、ワークは把持工程で把持されてから加工が終了して切り離されるまで、全く動かされることがないため、断面積が大きく重量の大きなワークであっても、加工の対象とすることができる。
【００１１】
また、本発明の加工方法で把持装置に要請されることは、加工工程に先立ってワークを把持したら、加工が終了して加工済み部分が切り離されるまで、そのままワークを動かすことなく、がっちりと把持することである。一般的に、物を把持する構成として剛性の高い構成を採用すると、自ずと装置の重量が増し、装置自体を回転させたり移動させたりすることが困難となる。これに対し、本発明ではワークを回転させる機構が不要であるため、把持装置は単にワークを把持するためだけのシンプルな構成で足りる。これにより、把持装置に剛性の高い構成を採用することによって、断面積が大きく重量の大きなワークであっても、堅固に把持することが可能となる。加えて、本発明では、回転工具による間欠的な加工の間にワークを反転させたり持ち替えたりすることもないため、ワークの位置を調整する面倒な制御も不要である。
【００１２】
上記のように、本発明では、断面積が大きく重量の大きなワークであって加工することができ、把持装置によるワークの把持代は、ワークの先送りによって次に加工される部分となる。これにより、断面積が大きいワークでは把持代となる部分も大きくなるところ、把持代を廃棄対象となる無駄を排し、長尺のワークの全体を有効に利用して部品を加工することができる。
【００１３】
また、本発明では、加工の初めから終わりまで、ワーク側を変位させることはないが、加工を行う工具側に多軸ロボットを用いている。これにより、回転工具をワークに対して多方向からアプローチさせることができ、複雑な三次元形状の多品種のワークを加工することが可能となる。
【００１４】
次に、本発明にかかる加工装置は、「長尺のワークを把持及び解放すると共に、ワークを把持した状態ではワークを変位させることなく一の姿勢に保持する把持装置と、回転工具の主軸を備え、前記把持装置からワーク前端部を突出させた状態で前記把持装置に把持されているワークを、前記主軸に取り付けられた回転工具で加工すると共に、加工済みの前記ワーク前端部をワークの未加工部分から切り離す多軸ロボットと、前記把持装置から解放されている状態のワークを、長軸方向に前進させるワーク送り装置とを具備する」ものである。
【００１５】
上記構成の加工装置によれば、上述の加工方法を使用することができ、上述の優れた作用効果を得ることができる。
【００１６】
本発明の加工装置は、上記構成において、「前記多軸ロボットは、固定フレーム、それぞれ一端が第一自在継手を介して前記固定フレームに連結されていると共に軸方向の長さが可変な三本以上のロッド、及び、前記ロッドのそれぞれの前記他端が第二自在継手を介して連結されている移動フレームを備えるパラレルリンク機構部と、前記移動フレームと前記第二自在継手との連結点の全てを結んで形成される平面に直交する第一軸周りに回転可能に前記移動フレームに支持されていると共に、前記第一軸に直交する第二軸周りに揺動可能に前記移動フレームに支持されている移動体とを備え、回転工具の前記主軸は、前記移動体に支持されている」ものとすることができる。
【００１７】
パラレルリンク機構部では、三本以上のロッドのそれぞれが第一自在継手を介して固定プレートに対して揺動する角度、及び、各ロッドの軸方向の長さを変化させることにより、固定プレートに対する移動プレートの位置及び姿勢を種々に変化させることができる。これにより、移動体を介して移動プレートに支持されている回転工具の主軸を、三次元座標における種々の座標に変位させることができる。
【００１８】
加えて、本発明の多軸ロボットは、パラレルリンク機構部において三軸以上を有することに加えて、移動体が移動プレートに対して第一軸周りの回転及び第二軸周りの揺動という二軸の運動を行うことが可能であるため、全体として五軸以上となる。従って、多軸ロボットを上記構成とすることにより、非常に複雑な形状のワークを加工することが可能となる。また、一般的に、パラレルリンク機構はシリアルリンク機構に比べて、動作部分（本発明では「移動プレート」）の動作速度が速く、動作精度が高いという利点を有している。従って、本発明の加工装置によれば、多軸ロボットにパラレルリンク機構を使用していることにより、高精度の加工を高速で行うことができる。
【００１９】
本発明の加工装置は、上記構成において、「前記把持装置は、ワークを載置する水平な載置面と、鉛直方向に進退し前記載置面に向かう前進によりワークを前記載置面に押圧する押圧体、及び、水平方向に進退し前記載置面に垂直な垂直基準面に向かう前進によりワークを前記垂直基準面に押圧する第二押圧体の少なくとも一方とを備える」ものとすることができる。
【００２０】
航空機部品や自動車部品など大型の部品を製造する場合、これらの部品の一般的な形状を考慮すると、断面が円形の丸棒状のワークよりも、断面が矩形の角材の方が適している。上記構成の把持装置は、このように断面が矩形である長尺のワークの把持に適している。すなわち、水平な載置面を有するため、ワークの一側面が載置面に当接する状態でワークを載置面に載置することにより、ワークを安定的に支持することができる。そして、その状態で押圧体を鉛直方向（載置面に垂直な方向）に前進させ、または／及び、第二押圧体を水平方向（垂直基準面に垂直な方向）に前進させることにより、押圧体でワークを載置面に向かって強く押し付け、または／及び、第二押圧体でワークを垂直基準面に向かって強く押し付けることができる。これにより、押圧体と載置面との間、または／及び、第二押圧体と垂直基準面との間でワークを堅固に把持することができる。
【００２１】
ここで、従来の加工装置の把持装置では、三つまたは四つの爪状の把持部（ジョウ）を、それぞれ等速で内側に向けて移動させることによってワークを把持する構成が多く採用されている。これは、加工のためにワークを回転または揺動させるために、ワークの中心（重心）をワークの回転中心に一致させる（センタリングする）必要があるためである。ところが、このような構成の把持装置では、断面積が大きくかなりの重量を有するワークを堅固に把持することは困難である。加えて、断面が矩形のワークであって断面の縦横の長さが異なるワークを把持する場合などは、複数の爪部を内側へ移動させることにより、ワークをセンタリングしつつバランスよく把持することは、極めて困難である。
【００２２】
これに対し、本発明の加工装置では、ワークを保持した把持装置は回転させることも揺動させることもなく、加工の最初から最後までワークは一の姿勢に保持されるため、ワークをセンタリングする必要がない。そのため、ワークを押圧体と載置面との間、または／及び、水平基準面と第二押圧体との間で把持する上記構成、すなわち、ワークの断面の寸法が異なれば把持装置に対するワークの軸心位置が変動する構成を採用することが可能であり、上述のようにワークを堅固に把持することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明の効果として、断面積が大きな長尺のワークであっても、材料の無駄を低減して加工できると共に、複雑形状の多品種の部品を加工することが可能な加工方法、及び、該加工方法を使用する加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態の加工装置の斜視図である。
【図２】図１の加工装置における把持装置の主要部を、多軸ロボット側から見た図である。
【図３】図１におけるＡ範囲の拡大図である。
【図４】図１の加工装置における多軸ロボット及びその近傍の構成を示す斜視図である。
【図５】図４の部分拡大図である。
【図６】図１の加工装置における工具交換装置の主要部の平面図（真上から見た図）である。
【図７】図１の加工装置におけるワーク受け取り装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態である加工方法及び該加工方法を使用した加工装置１について、図１乃至図７に基づいて説明する。
【００２６】
本実施形態の加工装置１は、主に図１に示すように、長尺で断面矩形のワークＷを把持及び解放すると共に、ワークＷを把持した状態ではワークＷを変位させることなく一の姿勢に保持する把持装置２０と、回転工具の主軸Ｒを備え、把持装置２０からワーク前端部Ｅを突出させた状態で把持装置２０に把持されているワークＷを、主軸Ｒに取り付けられた回転工具で加工すると共に、加工済みのワーク前端部ＥをワークＷの未加工部分から切り離す多軸ロボット４０と、把持装置２０から解放されている状態のワークＷを、長軸方向に前進させるワーク送り装置３０とを具備している。
【００２７】
上記構成において、把持装置２０は、主に図２に示すように、ワークＷを載置する水平な載置面１１と、載置面１１に垂直な垂直基準面１２と、鉛直方向に進退し載置面１１に向かう前進によりワークＷを載置面１１に押圧する押圧体２１と、水平方向に進退し垂直基準面１２に向かう前進によりワークＷを垂直基準面１２に押圧する第二押圧体２２とを備えている。
【００２８】
ここで、押圧体２１及び第二押圧体２２は、それぞれ油圧シリンダ２１ｂ，２２ｂのピストンロッドにより駆動される。また、本実施形態では、押圧体２１及びこれを駆動する油圧シリンダ２１ｂは一組が設けられていると共に、第二押圧体２２及びこれを駆動する油圧シリンダ２２ｂは二組が上下に設けられており、断面長方形のワークＷの長辺を鉛直方向に一致させて把持する場合に適した構成となっている。なお、ワークＷの寸法によっては、二つの第二押圧体２２のうち、下段の第二押圧体２２のみを駆動することが可能である。
【００２９】
また、把持装置２０に隣接して、ワークＷを把持装置２０に導入するための導入路１３が上面に形成された架台１９が設けられており、導入路１３は、ワークＷを移動させる方向に直交する方向に伸びる軸（図示しない）周りに回転自在な円筒状ローラ１３ｒを多数連設することにより形成されている。ここで、導入路１３は、多数連設された円筒状ローラ１３ｒの稜線の集合として得られる仮想的な面であり、水平な載置面１１と同一面を形成している。加えて、円筒状ローラ１３ｒ及びその回転軸は、断面積の大きな長尺のワークＷの荷重に耐え得るべく、高剛性に形成されている。かかる構成により、長尺のワークＷのたわみを防止して、載置面１１及び導入路１３上にワークＷを安定的に載置することができる。
【００３０】
ワーク送り装置３０は、ワークＷの後端を押すことによりワークＷを把持装置２０側に送る構成であり、主に図３に示すように、導入路１３に沿って移動可能に設けられている。より詳細には、ワーク送り装置３０は、導入路１３に交差するように伸びてワークＷの後端に当接可能なワーク押し部材３１と、ワーク押し部材３１を導入路１３に沿って進退させるワーク押し部材駆動機構３５とから構成されている。本実施形態では、ワーク押し部材駆動機構３５は、導入路１３の片側に直線状に形成されたラック（図示しない）と、ラックと噛み合うピニオン（図示しない）と、ピニオンを正逆方向に回転駆動するモータ３６と、ピニオンと一体的に運動する伝動部材３７とを具備しており、伝動部材３７がワーク押し部材３１に連結されている。
【００３１】
かかる構成により、モータ３６の駆動によりピニオンは正方向または逆方向に回転し、ラックと噛み合いながら導入路１３に沿って把持装置２０に近付くように、または、把持装置２０から遠ざかるように移動する。そして、このようなピニオンの移動に伴い、ワーク押し部材３１が伝動部材３７を介して、導入路１３に沿って把持装置２０に近付くように、または、把持装置２０から遠ざかるように移動する。
【００３２】
なお、本実施形態のワーク押し部材３１には、ワークＷの後端でワークＷを左右から挟持可能な一対の挟持部材３２が取り付けられており、一対の挟持部材３２はそれぞれ油圧シリンダ３２ｂによって駆動されるピストンロッドの進退に伴い、導入路１３に直交する方向に形成されているレール３３に沿って離隔接近する構成とされている。かかる構成により、油圧シリンダ３２ｂの駆動によって一対の挟持部材３２を互いに接近させ、ワークＷの後端をしっかりと挟持させた状態でモータ３６を回転させれば、ワーク押し部材３１３１によって確実かつ安定的にワークＷを移動させることができる。
【００３３】
次に、多軸ロボット４０について説明する。本実施形態の多軸ロボット４０は、主に図４及び図５に示すように、固定フレーム５０、それぞれの一端が第一自在継手５１を介して固定フレーム５０に連結されていると共に軸方向の長さが可変な三本のロッド５３（図４及び図５では、三本のロッド５３のうち二本が図示されている）、及び、それぞれのロッド５３の他端が第二自在継手５２を介して連結されている移動フレーム５４を備えるパラレルリンク機構部４１と、移動フレーム５４に支持された移動体４２とを具備している。
【００３４】
より具体的には、固定フレーム５０は枠体５８を介して設置面に支持されており、各ロッド５３は、第一自在継手５１を貫通するように、第一自在継手５１を介して固定フレーム５０に支持されている。そして、各ロッド５３にはボールネジ部（図示しない）が形成されており、第一自在継手５１の内周面にはボールネジ部と螺合するナット部（図示しない）が、回転自在に取り付けられている。かかる構成により、モータ（図示しない）の駆動によってナット部を正逆回転させると、これに伴いロッド５３の長さが伸張または短縮する。そして、ＮＣデータに基づいてコンピュータから多軸ロボット４０に対して信号を送出し、各ロッド５３における第一自在継手５１を介した固定プレートに対する揺動角度、及び、ロッド５３の長さを制御することよって、移動フレーム５４の三次元座標を種々に設定することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、三本のロッド５３は固定フレーム５０に対して同一円周上に等角度間隔（１２０度間隔）で連結されている。また、三本のロッド５３の中心位置には、パラレルリンク機構部４１の剛性を高める中央ロッド５６が取り付けられている。この中央ロッド５６は、一端が自在継手５７を介して固定フレーム５０に連結され、他端が移動フレーム５４に連結されていると共に、軸方向の長さが可変な構成であるが、ロッド５３とは異なり能動的に長さの調整が行われることはない。すなわち、中央ロッド５６は、移動フレーム５４の運動に従動しつつ、移動フレーム５４及び移動フレーム５４に取り付けられた移動体４２を支持する。
【００３６】
そして、移動体４２は、移動フレーム５４と第二自在継手５２との連結点の全てを結んで形成される仮想の三角形平面Ｓに直交する第一軸Ｐ周りに回転可能に移動フレーム５４に支持されていると共に、第一軸Ｐに直交する第二軸Ｑ周りに揺動可能に移動フレーム５４に支持されている。更に、移動体４２には、回転工具の主軸Ｒが支持されている。すなわち、主軸Ｒ周りの回転によりワークＷを加工する回転工具Ｔは、ロッド５３の揺動及び長さの制御によって位置決めされる移動フレーム５４に伴って三次元の移動をすると共に、第一軸Ｐ周りの３６０度の回転、及び第二軸Ｑり周りの揺動が可能な構成である。かかる構成により、多軸ロボット４０によれば、ワークＷに対して種々の方向から回転工具Ｔをアプローチさせ、ワークＷを複雑な形状に加工することが可能となる。
【００３７】
なお、多軸ロボット４０では、主軸Ｒ近傍からクーラント液を噴出する構成とされており、切削屑やクーラント液の飛散を防止するために、多軸ロボット４０の動作空間はケーシング５９で被覆されている（図１参照）。
【００３８】
本実施形態の加工装置１は上記構成に加え、図４及び図６に示すように、主軸Ｒに取り付けられる工具を交換するために、多数種類の工具を収納する工具ボックス６９と、工具交換装置６０とを具備している。より具体的には、工具ボックス６９内には、それぞれ工具を収容可能な収納用工具ホルダーｈ１が多数列設されている。そして、工具交換装置６０は、工具ボックス６９から多軸ロボット４０の動作空間の下方まで延びるレール６１と、レール６１と係合する溝部が底面に形成された工具ホルダー支持体６２と、工具ホルダー支持体６２のレール６１に沿った往復動を駆動するホルダー支持体駆動装置（図示しない）と、工具ボックス６９内で動作する工具交換用多関節ロボット６５を備えている。そして、工具ホルダー支持体６２には、交換用の工具を保持可能な交換用工具ホルダーｈ２が二つ支持されている。なお、本実施形態では、ホルダー支持体駆動装置としてエアシリンダを使用している。
【００３９】
上記構成により、工具の交換は次のように行われる。すなわち、工具交換用多関節ロボット６５は、コンピュータ制御によって動作し、レール６１の工具ボックス６９側の端部に工具ホルダー支持体６２が位置している状態で、収納用工具ホルダーｈ１と交換用工具ホルダーｈ２との間で工具の移し替えを行う。その際、次の加工で使用される工具Ｔ２は、二つある交換用工具ホルダーｈ２の一方に、主軸Ｒへの取付部分が上を向くようにセットされる。他方の交換用工具ホルダーｈ２には工具はセットされず、空の状態におかれる。そして、多軸ロボット４０によるワークＷの加工に連動したタイミングで、工具ホルダー支持体６２はホルダー支持体駆動装置の駆動によりレール上を移動し、多軸ロボット４０の動作空間側のレール６１の端部に位置する。この状態で、多軸ロボット４０は主軸Ｒに取り付けられている工具Ｔを、空の交換用工具ホルダーｈ２に挿入して外し、更に他方の交換用工具ホルダーｈ２にセットされている工具Ｔ２を、新たに主軸Ｒに取り付け、その後の加工を行う。使用済みの工具を交換用工具ホルダーｈ２に収容した工具ホルダー支持体６２は、再びレール６１上を移動して、レール６１の工具ボックス６９側の端部まで戻る。
【００４０】
更に、本実施形態の加工装置１は上記構成に加え、図１及び図７に示すように、加工済みのワークＷが多軸ロボット４０によって切り離された際に、これを受け取り、ケーシング５９外へ搬出するワーク受け取り装置７０を具備している。より具体的には、ワーク受け取り装置７０は、ケーシング５９の外側に設けられており（図１参照）、エアシリンダ７１ｂの駆動により進退するワーク受け用プレート７１と、ワーク受け用プレート７１の進退方向と直交する方向にエアシリンダ７２ｂの駆動により進退するワーク排出用プレート７２を主に具備している。
【００４１】
次に、上記構成の加工装置１を使用して行う本実施形態の加工方法について説明する。加工方法は、長尺のワークＷを、ワーク前端部Ｅが突出した状態で把持装置２０に把持させる把持工程と、ワークＷが把持装置２０に把持されている状態で、回転工具が取り付けられた多軸ロボット４０でワーク前端部Ｅを加工する加工工程と、ワークＷが把持装置２０に把持されている状態で、加工済みのワーク前端部ＥをワークＷの未加工部分から切り離す切り離し工程と、ワークＷが把持装置２０から解放されている状態で、ワークＷを長軸方向に前進させ、未加工のワーク前端部Ｅを把持装置２０から突出させるワーク送り工程とを具備し、ワークＷは、把持工程で把持装置２０に把持させた後、切り離し工程で切り離されるまで、変位させられることなく一の姿勢に保持されるものである。
【００４２】
より詳細に説明すると、まず、ワークＷの加工に先立ち、把持装置２０において押圧体２１及び第二押圧体２２が後退している状態で、ワーク送り装置３０でワークＷの後端を押し、ワークＷを把持装置２０側に移動させる。このとき、導入路１３は連設された円筒状ローラ１３ｒによって形成されているため、断面積が大きく長尺であるために重量の大きなワークＷであっても、スムーズに移動させることができる。そして、ワーク前端部Ｅが把持装置２０から多軸ロボット４０側に突出した状態で、押圧体２１及び第二押圧体２２をそれぞれ前進させ、ワークＷを把持する（把持工程）。
【００４３】
この状態で、多軸ロボット４０によってワーク前端部Ｅの加工を行う（加工工程）。この工程においては、上述のように、回転工具の交換を適宜行うことにより、多様な形状の多品種の部品を加工することができる。また、加工に際しては、ワークＷは全く変位させず、把持工程で把持されたままの姿勢が保持される。
【００４４】
ワークＷの加工がほぼ終了し、加工済みのワークＷが未加工部分と僅かな接合部分（ミクロジョイント）のみでつながった状態となると、ケーシング５９に設けられた図示しない窓が開放され、ワーク受け取り装置７０のワーク受け用プレート７１がエアシリンダ７１ｂの駆動により前進し、ワーク前端部Ｅの下方に位置する（図１参照）。この状態で、多軸ロボット４０によってミクロジョイントが切断され、加工済みのワークＷはワーク受け用プレート７１上に載置される（切り離し工程）。
【００４５】
加工済みのワークＷを載置したワーク受け用プレート７１は、エアシリンダ７１ｂの駆動により後退して元の位置に戻る。その後、ワーク排出用プレート７２が、エアシリンダ７２ｂの駆動により前進する。これにより、ワークＷはワーク排出用プレート７２によって押され、ワーク受け用プレート７１上から搬出コンベア等の図示しない搬出装置側に移動する。なお、図１及び図７では、ワーク受け用プレート７１及びワーク排出用プレート７２が、共に前進している状態を図示している。
【００４６】
その後、押圧体２１及び第二押圧体２２が後退させられ、把持装置２０におけるワークＷの把持が解除される。この状態で、ワーク送り装置３０によって更にワークＷの後端を押すと、先の加工の際に把持代であった未加工部分を、次に加工されるワーク前端部Ｅとして把持装置２０から突出させることができる（ワーク送り工程）。このとき、ワーク送り装置３０によってワークＷを送る態様としては、ワーク送り装置３０が直接ワークＷの後端に当接してワークＷを押す態様の他、ワークＷの後端に当接させた他の部材を介してワーク送り装置３０がワークＷを押す態様であっても良い。例えば、加工済み部分を順次切り離すことによって長尺のワークＷが短くなった場合など、次に加工されるワークＷ、或いは、ワーク押し用の棒材（プッシャ）を介して、ワーク送り装置３０によって加工中のワークＷを押すことができる。
【００４７】
そして、未加工のワーク前端部Ｅが把持装置２０から突出した状態で、押圧体２１及び第二押圧体２２を前進させ、把持装置２０によってワークＷを把持する（把持工程）。以降は上記の動作を繰り返すことにより、継続的にワークＷの加工を行うことができる。
【００４８】
上記のように、本実施形態の加工装置１及び加工方法によれば、把持装置２０による把持代を無駄にすることなく、長尺のワークＷから複数の部品を連続的に製造することができる。
【００４９】
また、把持装置２０として、ワークＷの把持に当たりワークＷをセンタリングさせることなく、水平な載置面１１とこれに直交する垂直基準面１２にワークＷを押し付けて把持する構成を採用したため、断面が矩形であって且つ断面積が大きく長尺でかなりの重量を有するワークＷであっても、堅固に把持することができる。なお、本実施形態の把持装置２０は、断面が矩形のワークＷの把持に適しているが、断面がほぼ矩形のワークＷであれば、角部が欠けたワークＷや、角部が丸みを帯びているワークＷであっても、問題なく堅固に把持することができる。
【００５０】
更に、本実施形態では、加工の初めから終わりまでワークＷ側を変位させないが、加工を行う工具側に多軸ロボット４０を用いており、多軸ロボット４０は回転工具の主軸Ｒを除き、パラレルリンク機構部４１の三軸に加えて二つの回転軸Ｐ，Ｇを有している。これにより、回転工具をワークＷに対して多方向からアプローチさせることができ、複雑な三次元形状のワークＷを加工することができる。更に、本実施形態では、多種類の工具を交換可能な工具交換装置６０を備えていることにより、より多様な形状を有する多品種のワークＷの加工をすることができる。
【００５１】
更に、本実施形態の加工装置１は、把持装置２０、多軸ロボット４０、ワーク送り装置３０に加え、工具交換装置６０、及び、ワーク受け取り装置７０を具備しており、未加工のワークＷの把持装置２０への導入から加工済みワークＷの排出までを自動化させることができるため、極めて効率良くワークＷの加工を行うことができる。
【００５２】
なお、本実施形態の加工装置１は、長さが定尺（１４４インチ）の金属角材を一方向にのみカットしたワークＷの加工に好適に使用することができ、ワークＷの断面は、例えば、長辺３ｃｍ〜６０ｃｍ、短辺２ｃｍ〜３０ｃｍに設定することができる。
【００５３】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００５４】
例えば、上記では、パラレルリンク機構部が三軸である場合を例示したが、三軸以上とすることもできる。
【００５５】
また、上記では、ワーク送り装置における送り機構がラックとピニオン機構である場合を例示したが、これに限定されず、例えば、ボールネジ部及びこれと螺合するナット部の何れかを正逆モータで回転させる構成とすることができる。加えて、ワーク送り装置は、上記のようにワークの後端を押す構成に限定されず、例えば、導入路自体が移動するコンベア式の送り装置とすることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 加工装置
１１ 載置面
１２ 垂直基準面
２０ 把持装置
２１ 押圧体
２２ 第二押圧体
３０ ワーク送り装置
４０ 多軸ロボット
４１ パラレルリンク機構部
４２ 移動体
５０ 固定フレーム
５１ 第一自在継手
５２ 第二自在継手
５３ ロッド
５４ 移動フレーム
Ｗ ワーク
Ｅ ワーク前端部
Ｐ 第一軸
Ｑ 第二軸
Ｒ 主軸
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５７】
【特許文献１】特許第３８０３５１９号公報
【特許文献２】特開昭６３−２７２４０５号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺のワークを、ワーク前端部が突出した状態で把持装置に把持させる把持工程と、
ワークが前記把持装置に把持されている状態で、回転工具が取り付けられた多軸ロボットで前記ワーク前端部を加工する加工工程と、
ワークが前記把持装置に把持されている状態で、加工済みの前記ワーク前端部をワークの未加工部分から切り離す切り離し工程と、
ワークが前記把持装置から解放されている状態で、ワークを長軸方向に前進させ、未加工のワーク前端部を把持装置から突出させるワーク送り工程とを具備し、
ワークは、前記把持工程で前記把持装置に把持させた後、前記切り離し工程で切り離されるまで、変位させられることなく一の姿勢に保持される
ことを特徴とする加工方法。
【請求項２】
長尺のワークを把持及び解放すると共に、ワークを把持した状態ではワークを変位させることなく一の姿勢に保持する把持装置と、
回転工具の主軸を備え、前記把持装置からワーク前端部を突出させた状態で前記把持装置に把持されているワークを、前記主軸に取り付けられた回転工具で加工すると共に、加工済みの前記ワーク前端部をワークの未加工部分から切り離す多軸ロボットと、
前記把持装置から解放されている状態のワークを、長軸方向に前進させるワーク送り装置と
を具備することを特徴とする加工装置。
【請求項３】
前記多軸ロボットは、
固定フレーム、それぞれ一端が第一自在継手を介して前記固定フレームに連結されていると共に軸方向の長さが可変な三本以上のロッド、及び、前記ロッドのそれぞれの前記他端が第二自在継手を介して連結されている移動フレームを備えるパラレルリンク機構部と、
前記移動フレームと前記第二自在継手との連結点の全てを結んで形成される平面に直交する第一軸周りに回転可能に前記移動フレームに支持されていると共に、前記第一軸に直交する第二軸周りに揺動可能に前記移動フレームに支持されている移動体とを備え、
回転工具の前記主軸は、前記移動体に支持されている
ことを特徴とする請求項２に記載の加工装置。
【請求項４】
前記把持装置は、
ワークを載置する水平な載置面と、
鉛直方向に進退し前記載置面に向かう前進によりワークを前記載置面に押圧する押圧体、及び、水平方向に進退し前記載置面に垂直な垂直基準面に向かう前進によりワークを前記垂直基準面に押圧する第二押圧体の少なくとも一方と
を備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の加工装置。
【請求項１】
長尺のワークを、ワーク前端部が突出した状態で把持装置に把持させる把持工程と、
ワークが前記把持装置に把持されている状態で、回転工具が取り付けられた多軸ロボットで前記ワーク前端部を加工する加工工程と、
ワークが前記把持装置に把持されている状態で、加工済みの前記ワーク前端部をワークの未加工部分から切り離す切り離し工程と、
ワークが前記把持装置から解放されている状態で、ワークを長軸方向に前進させ、未加工のワーク前端部を把持装置から突出させるワーク送り工程とを具備し、
ワークは、前記把持工程で前記把持装置に把持させた後、前記切り離し工程で切り離されるまで、変位させられることなく一の姿勢に保持される
ことを特徴とする加工方法。
【請求項２】
長尺のワークを把持及び解放すると共に、ワークを把持した状態ではワークを変位させることなく一の姿勢に保持する把持装置と、
回転工具の主軸を備え、前記把持装置からワーク前端部を突出させた状態で前記把持装置に把持されているワークを、前記主軸に取り付けられた回転工具で加工すると共に、加工済みの前記ワーク前端部をワークの未加工部分から切り離す多軸ロボットと、
前記把持装置から解放されている状態のワークを、長軸方向に前進させるワーク送り装置と
を具備することを特徴とする加工装置。
【請求項３】
前記多軸ロボットは、
固定フレーム、それぞれ一端が第一自在継手を介して前記固定フレームに連結されていると共に軸方向の長さが可変な三本以上のロッド、及び、前記ロッドのそれぞれの前記他端が第二自在継手を介して連結されている移動フレームを備えるパラレルリンク機構部と、
前記移動フレームと前記第二自在継手との連結点の全てを結んで形成される平面に直交する第一軸周りに回転可能に前記移動フレームに支持されていると共に、前記第一軸に直交する第二軸周りに揺動可能に前記移動フレームに支持されている移動体とを備え、
回転工具の前記主軸は、前記移動体に支持されている
ことを特徴とする請求項２に記載の加工装置。
【請求項４】
前記把持装置は、
ワークを載置する水平な載置面と、
鉛直方向に進退し前記載置面に向かう前進によりワークを前記載置面に押圧する押圧体、及び、水平方向に進退し前記載置面に垂直な垂直基準面に向かう前進によりワークを前記垂直基準面に押圧する第二押圧体の少なくとも一方と
を備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１１０６１１（Ｐ２０１１−１１０６１１Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６５８８３（Ｐ２００９−２６５８８３）
【出願日】平成２１年１１月２４日（２００９．１１．２４）
【出願人】（３０８０１８９７０）徳田工業株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２４日（２００９．１１．２４）
【出願人】（３０８０１８９７０）徳田工業株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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