(57)【要約】【課題】新規に工作機械の内部や機外にエンドエフェクタの収納部を設けることなく、多くのエンドエフェクタを収納し得る技術を提供する。【解決手段】工作機械内にエンドエフェクタ４の仮置き台７を設け、この仮置き台７を経由してエンドエフェクタ４を機内ロボット３から刃物台２に渡す。エンドエフェクタ４を刃物台２に装着することで工作機械の工具交換動作が可能となり、エンドエフェクタ４を工作機械の工具収納部９に収納する。【選択図】図１
2020093353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を用いて素材を加工する工作機械であって、
機内あるいは機外に配置されたロボットと、
複数の前記工具を収納する工具収納部と、
前記ロボットに装着されたエンドエフェクタを前記工具収納部に収納する交換手段と、
を備えることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
さらにエンドエフェクタ仮置き部を備え、
前記交換手段は、前記エンドエフェクタ仮置き部に仮置きされた前記エンドエフェクタを前記工具収納部に収納する
ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記交換手段は、工具装着部を備える
ことを特徴とする請求項１，２のいずれかに記載の工作機械。
【請求項４】
前記交換手段は、工具装着部と交換アームを備える
ことを特徴とする請求項１，２のいずれかに記載の工作機械。
【請求項５】
さらに、前記エンドエフェクタを保持するエンドエフェクタ保持具を備える
ことを特徴とする請求項１，２のいずれかに記載の工作機械。
【請求項６】
前記エンドエフェクタの前記エンドエフェクタ保持具との結合部は、前記ロボットとの結合部を兼用する
ことを特徴とする請求項５に記載の工作機械。
【請求項７】
前記エンドエフェクタの前記エンドエフェクタ保持具との結合部は、前記ロボットとの結合部と別個である
ことを特徴とする請求項５に記載の工作機械。
【請求項８】
さらに、前記結合部への切粉あるいは切削液の侵入を防止する保護手段を備える
ことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の工作機械。
【請求項９】
さらに、前記エンドエフェクタを保持するエンドエフェクタ保持具を備え、
前記エンドエフェクタ保持具は、前記エンドエフェクタと一体的に構成される
ことを特徴とする請求項１，２のいずれかに記載の工作機械。
【請求項１０】
さらに、前記エンドエフェクタを清掃する清掃手段を備える
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の工作機械。
【請求項１１】
前記清掃手段は、エアブローあるいはクーラント吐出を用いて清掃する
ことを特徴とする請求項１０に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工作機械の自動化や高性能化に対する要求はますます高くなっている。自動化を実現する方法として、ＡＴＣ（Automatic Tool Changer）やＡＰＣ（Automatic Pallet Changer）等の自動交換装置、ローダやバーフィーダ等のワーク供給装置等の周辺装置が用いられている。また、高性能化としては、センサを用いて機内計測や知能化等が行われている。今後は、自動化や高性能化をより進めていくために、自由度が高く様々な作業を行えるロボットが多く用いられていくと予想される。
【０００３】
ロボットの利用法としては、特許文献１には、工作機械の外に設置されたロボットが工作機械へのワークの着脱を行うことが記載されている。特許文献２には、工作機械の外に設置されたロボットが機内に進入し、工具交換を行うことが記載されている。特許文献３には、工作機械の外に設置されたロボットが旋盤チャックの爪の交換を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３６２８５号公報
【特許文献２】特開２０１６−５５３７０号公報
【特許文献３】特許第４９５５５２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
工作機械においてロボットを用いて加工の補助動作等を行う場合、作業毎に使用されるエンドエフェクタが異なり、作業の種類に応じた個数のエンドエフェクタが必要となる。複数のエンドエフェクタをロボットが自動で交換し使用するためには、ロボットの可動範囲内にエンドエフェクタを収納する必要がある。
【０００６】
しかし、ロボットの可動範囲は工作機械の加工室内と機外の周辺の限られたスペースであることから、収納できるエンドエフェクタの数は限られ、作業も限定されてしまう。また、新規で工作機械の内部もしくは機外にエンドエフェクタ設置台を設けた場合、そのためのコストがかかることや、使用するエンドエフェクタに対応した専用設計が都度必要となる課題がある。
【０００７】
本発明は、新規に工作機械の内部や機外にエンドエフェクタの収納部を設けることなく、多くのエンドエフェクタを収納し得る技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、工具を用いて素材を加工する工作機械であって、機内あるいは機外に配置されたロボットと、複数の前記工具を収納する工具収納部と、前記ロボットに装着されたエンドエフェクタを前記工具収納部に収納する交換手段とを備える。
【０００９】
本発明の１つの実施形態では、さらにエンドエフェクタ仮置き部を備え、前記交換手段は、前記エンドエフェクタ仮置き部に仮置きされた前記エンドエフェクタを前記工具収納部に収納する。
【００１０】
本発明の他の実施形態では、前記交換手段は、工具装着部を備える。
【００１１】
本発明のさらに他の実施形態では、前記交換手段は、工具装着部と交換アームを備える。
【００１２】
本発明の他の実施形態では、さらに、前記エンドエフェクタを保持するエンドエフェクタ保持具を備える。前記エンドエフェクタの前記エンドエフェクタ保持具との結合部は、前記ロボットとの結合部を兼用してもよく、前記エンドエフェクタの前記エンドエフェクタ保持具との結合部は、前記ロボットとの結合部と別個でもよい。また、前記エンドエフェクタ保持具は、前記エンドエフェクタと一体的に構成されていてもよい。
【００１３】
本発明の他の実施形態では、さらに、前記結合部への切粉あるいは切削液の侵入を防止する保護手段を備える。
【００１４】
本発明の他の実施形態では、さらに、前記エンドエフェクタを清掃する清掃手段を備える。前記清掃手段は、エアブローあるいはクーラント吐出を用いて清掃してもよい。  
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、新規に工作機械の内部や機外にエンドエフェクタの収納部を設けることなく、多くのエンドエフェクタを収納することができる。すなわち、工作機械の工具収納部に着目し、当該工具収納部にエンドエフェクタを収納することで、多くのエンドエフェクタを省スペースに収納して保管できる。本発明では、多くの種類のエンドエフェクタを収納することができるので、ワーク搬送、清掃、計測を始めとする種々の補助作業を行う自動化システムを有する工作機械を提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態におけるエンドエフェクタ収納前の工作機械構成図である。
【図２】実施形態におけるエンドエフェクタ仮置き時の工作機械構成図である。
【図３】実施形態におけるエンドエフェクタとエンドエフェクタ保持具の結合時の工作機械構成図である。
【図４】実施形態におけるエンドエフェクタ保持具が結合されたエンドエフェクタ平面図である。
【図５】実施形態における他のエンドエフェクタ平面図である。
【図６】実施形態におけるエンドエフェクタとエンドエフェクタ保持具の結合前の平面図である。
【図７】実施形態における他のエンドエフェクタと他のエンドエフェクタ保持具の結合前の平面図である。
【図８】図７のエンドエフェクタと他のエンドエフェクタ保持具が結合された状態の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態における工作機械の構成図を示す。本実施形態の工作機械は、旋盤をベースとした複合加工機である。工作機械は、ワークを把持する主軸１と、工具を用いて素材を加工する刃物台２と、機内ロボット３と、機内ロボット３の先端に設けられたエンドエフェクタ４と、主軸１と対向に設置された対向主軸５と、工具収納部９を備える。
【００１９】
刃物台２は、工具装着部として機能し、装着する工具の中心にクーラントを通すスルークーラントを吐出でき、刃物台内を清掃するためにスルーエアブローを吐出できる。また、刃物台２は、工具と接続するための工具接続部８ａ（不図示）を有しており、さらにエンドエフェクタ４を保持するためのエンドエフェクタ保持具８が装着され得る。
【００２０】
機内ロボット３は、その先端にエンドエフェクタ４を有する。エンドエフェクタ４は、機内ロボット３のロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａ（不図示）を介して機内ロボット３に接続される。なお、ロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａについてはさらに後述する。図では、エンドエフェクタ４としてワーク等を把持し得るハンドを例示しているが、これに限定されない。
【００２１】
工具収納部９は、刃物台２に装着される交換用の工具を収納する。工具収納部９は、多くの工具を収納するために、工具の搬送機能を有していてもよい。また、工具収納部９は、工具収納部９と工作機械の加工室を仕切り、開閉動作により工具の受け渡しの窓口となるシャッタ６と、エンドエフェクタ４を加工室内で仮置きするための仮置き台７を有する。
【００２２】
本実施形態の工作機械は以上のような構成であり、次に、機内ロボット３の先端に装着されたエンドエフェクタ４を工具収納部９へ収納する場合の動作について説明する。
【００２３】
図２は、エンドエフェクタ４を工具収納部９の仮置き台７に仮置きした状態を示す。
【００２４】
機内ロボット３は、工具収納部９の仮置き台７まで移動し、エンドエフェクタ４を仮置き台７に仮置きする。エンドエフェクタ４を仮置き台７に仮置き後、機内ロボット３からエンドエフェクタ４を分離し、機内ロボット３は仮置き台７から離れる方向に退避する。これにより、図２に示すエンドエフェクタ４が仮置き台７に仮置きされ、機内ロボット３が仮置き台７から退避した状態となる。
【００２５】
図３は、刃物台２とエンドエフェクタ４を結合させる前の状態を示す。
【００２６】
刃物台２は、エンドエフェクタ４が仮置き台７に仮置きされた後、仮置き台７まで移動し、装着されているエンドエフェクタ保持具８と仮置き台７のエンドエフェクタ４のロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａとを結合させる。結合前には、刃物台２のスルーエアブローを用いてエンドエフェクタ４のロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａの清掃を行う。結合時には、エンドエフェクタ保持具８へクーラントを吐出し、その力を利用してエンドエフェクタ保持具８とロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａとの結合を行う。また、刃物台２のスルークーラント吐出によりエンドエフェクタ保持具８とロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａの結合状態を解除して分離する。スルークーラント吐出停止中は結合状態が維持される。
【００２７】
なお、ロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａの清掃は、エアブローのみならずクーラントでの洗浄を含む他の方法を用いてもよい。また、刃物台２による清掃ではなく、機内ロボット３や工作機械に搭載されている洗浄ノズル等を用いてもよい。
【００２８】
本実施形態では、刃物台２がクーラントを吐出する機能を有するとして説明しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、クーラントを吐出する機能を有していなくてもよい。また、エンドエフェクタ保持具８とロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａとの結合は、クーラントの吐出のみならず他の方法を用いてもよい。例えば、刃物台２の回転力を用いて結合してもよく、刃物台２の軸移動を用いて結合してもよく、これらの方法、あるいは他の方法と組み合わせて結合してもよい。
【００２９】
エンドエフェクタ保持具８とロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａとを結合した後、刃物台２は、エンドエフェクタ４と一体となったエンドエフェクタ保持具８の装着状態を維持しつつ、工具交換位置である工具収納部９と加工室を仕切るシャッタ６の前まで移動する。そして、工具交換位置において、交換アームによって刃物台２に装着されているエンドエフェクタ４と一体となったエンドエフェクタ保持具８を工具収納部９へ収納する。以上の処理により、機内ロボット３の先端に装着されたエンドエフェクタ４の工具収納部９への収納が完了する。
【００３０】
次に、エンドエフェクタ４の取り出し動作について説明する。
【００３１】
刃物台２には、次に使用するエンドエフェクタ４と一体になったエンドエフェクタ保持具８が交換アームにより工具収納部９から取り出されて装着される。
【００３２】
刃物台２は、交換アームにより交換された、次に使用するエンドエフェクタ４と一体となったエンドエフェクタ保持具８の装着を維持しつつ、仮置き台７まで移動する。移動後、次に使用するエンドエフェクタ４と一体となったエンドエフェクタ保持具８を仮置き台７に仮置きし、エンドエフェクタ４とエンドエフェクタ保持具８を分離させる。分離後、刃物台２のスルーエアブローを用いてエンドエフェクタ４のロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａの清掃を行う。
【００３３】
次に、機内ロボット３は、仮置き台７まで移動し、仮置きされたエンドエフェクタ４とロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａにて接続する。
【００３４】
なお、この場合の清掃も、エアブローのみならずクーラントでの洗浄を含む他の方法を用いてもよい。また、刃物台２による清掃ではなく、機内ロボット３や工作機械に搭載されている洗浄ノズル等を用いてもよい。
【００３５】
以上の処理により、工具収納部９に収納されたエンドエフェクタ４が工具収納部９から取り出されて機内ロボット３に装着される。
【００３６】
エンドエフェクタ４に着目すると、その状態は以下のように変化する。
＜工具収納部９への収納時＞
（１）機内ロボット３の先端に装着された状態。
（２）次に、機内ロボット３により工具収納部９の仮置き台７に仮置きされる。
（３）次に、刃物台２により刃物台２のエンドエフェクタ保持具８に結合される。
（４）次に、刃物台２により工具収納部９のシャッタ６の前まで移動する。
（５）次に、交換アームにより工具収納部９に収納される。
＜工具収納部９から取り出し時＞
（１）工具収納部９に収納された状態。
（２）次に、交換アームにより工具収納部９から取り出され、刃物台２に装着される。
（３）次に、刃物台２により工具収納部９の仮置き台７に仮置きされる。
（４）次に、仮置き台７にて刃物台２によりエンドエフェクタ保持具８から分離される。
（５）次に、機内ロボット３により機内ロボット３の先端に装着される。
【００３７】
このように、本実施形態では、工作機械内にエンドエフェクタ４の仮置き台７を設け、この仮置き台７を経由してエンドエフェクタ４を機内ロボット３から刃物台２に渡して刃物台２に装着する。工作機械は刃物台２の工具交換機能が備えられており、エンドエフェクタ４を刃物台２に装着することで当該工具交換機能を利用することが可能となるから、当該工具交換機能を用いてエンドエフェクタ４を工作機械の工具収納部９に収納し得る。本実施形態では、機内ロボット３自身が工具収納部９にエンドエフェクタ４を収納するのではなく、機内ロボット３は仮置き台７まで移動してエンドエフェクタ４を仮置き台７に仮置きするだけで済むので、たとえ機内ロボット３の可能範囲が限定されていてもエンドエフェクタ４を工具収納部９に収納し得る。本実施形態では、仮置き台７を経由した機内ロボット３と刃物台２の連携動作、より詳細には、仮置き台７を経由した機内ロボット３と刃物台２と工具交換用の交換アームとの連携動作によりエンドエフェクタ４を工具収納部９に収納するといえ、工具装着部としての刃物台２と交換アームが交換手段として機能する。
【００３８】
また、本実施形態における仮置き台７は、あくまで一時的にエンドエフェクタ４を仮置きするための部材であるので、新規にエンドエフェクタ４の確定的な収納部を設置する場合に比べて簡易でよく、コスト増加が抑制され得る。
【００３９】
図４は、エンドエフェクタ保持具８が結合した状態のエンドエフェクタ４の平面図を示す。
【００４０】
エンドエフェクタ４の先端部にはハンドが形成されており、その反対側の後端部にはロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａが設けられる。ロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａは、機内ロボット３の可搬重量の制約があり、エンドエフェクタ４のサイズや作業に応じたクランプ力が必要であるが、同時に、軽さ及びコンパクト性が必要である。ロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａは、その基本機能としてはエンドエフェクタ４と機内ロボット３とを接続するための部材であるが、同時に、エンドエフェクタ保持具８を介してエンドエフェクタ４と刃物台２とを接続するための部材でもある。
【００４１】
他方、エンドエフェクタ保持具８は、工具接続部８ａと、保持具−エンドエフェクタ間接続部８ｂを有する。工具接続部８ａは、加工の負荷に耐えられる工具をクランプするクランプ力が大きい必要がある。
【００４２】
エンドエフェクタ４のロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａと、エンドエフェクタ保持具８の保持具−エンドエフェクタ間接続部８ｂが結合する場合、エンドエフェクタ４のロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａの外周をエンドエフェクタ保持具８の保持具−エンドエフェクタ間接続部８ｂに装着されているＯリング等の保護部材でシールすることで、切削液や切粉から結合部を保護する。
【００４３】
なお、ロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａと、保持具−エンドエフェクタ間接続部８ｂとの結合部の保護手段としては、Ｏリング以外のシール部品を用いてもよく、ラビリンス構造での保護を用いてもよい。
【００４４】
図４では、エンドエフェクタ４のロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａとエンドエフェクタ保持具８の保持具−エンドエフェクタ間接続部８ｂとを異なる部材として説明しているが、これらを一体的に構成してもよい。
【００４５】
図５は、エンドエフェクタ４とエンドエフェクタ保持具８が一体的に構成された場合のエンドエフェクタ４の平面図を示す。図４と対比すると、図５では、ロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａが工具接続部８ａを兼用している。
【００４６】
図６は、図４に示すエンドエフェクタ４の結合前の平面図を示す。エンドエフェクタ４のロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａには、後端面（エンドエフェクタ保持具８に対向する面）に段差を有する凹部４ｂが形成される。また、エンドエフェクタ保持具８の保持具−エンドエフェクタ間接続部８ｂには、先端面（エンドエフェクタ４に対向する面）に段差を有する凸部８ｃが形成される。凸部８ｃを凹部４ｂに挿嵌することでエンドエフェクタ４とエンドエフェクタ保持具８を結合させる。なお、図では凸部８ｃ及び凹部４ｂを示したが、これらは例示にすぎず、任意の結合手段が用いられ得る。
【００４７】
また、図７及び図８は、図４に示すエンドエフェクタ４の結合前及び結合後の平面図をそれぞれ示す。エンドエフェクタ４のロボット−エンドエフェクタ間接続部４ａには、後端面（エンドエフェクタ保持具８に対向する面）に屈曲部を有する凹部４ｃが形成される。また、エンドエフェクタ保持具８の保持具−エンドエフェクタ間接続部８ｂには、先端面（エンドエフェクタ４に対向する面）に回動部を有する凸部８ｄ及びＯリング８ｅが形成される。凸部８ｄを凹部４ｃに挿嵌し、回動部を回動させることでエンドエフェクタ４とエンドエフェクタ保持具８とを結合させる。また、Ｏリング８ｅ等の保護部材でシールすることで、凹部４ｂを切削液や切粉から保護する。
【００４８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００４９】
例えば、本実施形態では、工具収納部９に仮置き台７を設け、この仮置き台７にエンドエフェクタ４を仮置きしているが、仮置き台７を別個に設けなくてもよい。仮置き台７を別個に設けない場合、交換アーム、主軸１、対向主軸５等の工作機械の内部、あるいは外部のいずれかの部位にエンドエフェクタ４を仮置きすればよく、仮置きされた部位がエンドエフェクタ４の仮置き部として機能し得る。
【００５０】
あるいは、機内ロボット３が工具交換位置へエンドエフェクタ４を装着した状態で移動可能であれば、工具交換位置まで移動し、その後に交換アームで直接、機内ロボット３に装着されたエンドエフェクタ４を交換してもよい。
【００５１】
また、本実施形態では、機内ロボット３を例示したが、必ずしも機内ロボット３に限られず、機外設置のロボットに装着されたエンドエフェクタ４を工具収納部９に収納してもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、旋盤をベースとした複合加工機を例示したが、本発明はこれに限らず、マシニングセンタへの適用も可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５３】
１  主軸、２  刃物台、３  機内ロボット、４  エンドエフェクタ、４ａ  ロボット−エンドエフェクタ間接続部、５  対向主軸、６  シャッタ、７  仮置き台、８  エンドエフェクタ保持具、８ａ  工具接続部、８ｂ  保持具−エンドエフェクタ間接続部、９  工具収納部。
【図１】
2020093353.tif 000003
【図２】
2020093353.tif 000004
【図３】
2020093353.tif 000005
【図４】
2020093353.tif 000006
【図５】
2020093353.tif 000007
【図６】
2020093353.tif 000008
【図７】
2020093353.tif 000009
【図８】
2020093353.tif 000010