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ATIロボット式ツールチェンジャ  
 
 

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許諾を得て雑誌MetalFormingより再掲載 - 著作権1997年

ツールチェンジャがロボットの多機能性を高めます。

ロボット式ツールチェンジャは、エンドエフェクタや他の周辺ツーリングを自動で交換するフレキシビリティを備えたロボットを提供します。定格荷重において何百万サイクルも機能するよう設計されていると同時に、極めて高い繰り返し性を維持するのに役立っています。例えば、自動車メーカでは車体部品のジャストインタイム生産スケジュールを続けながら、ツールチェンジャが1シフトにつき4、5回もプレス機のブランクサイズを切り替えています。  

製造や組立のプロセスで単一のロボットがエンドエフェクタを交換できれば、ひとりの人間が異なるツールを操作できるのと同じくらい十分に、ロボットのフレキシビリティが向上します。多数の自動ツール交換アプリケーションにおいて、ボトムラインは経費、すなわち生産性のないツール交換時間を有意に低減することです。

クイック・チェンジの解剖学

さまざまなタスクをこなせるプログラム可能なロボットには、エンドエフェクタを素早く交換する手段が必要です。それは本質的にはロボットアームの拡張部ですので、自動ツールチェンジャは少なくともロボットアームそのものと同等の物理的特性を備えていなければなりません。電力やエア供給が止まったとしても、ツールをしっかりと保持しなければなりません。  

高精度ロボット式ツールチェンジャの例として、ATI Industrial Automationが特許権を有するクイック・チェンジツールチェンジャがあります。このチェンジャは、ロボットアームにマスタプレートをマウントし、ツールにはツールプレートを取り付けます。ロック機構の心臓部はマスタプレートのエア作動ピストンです。ピストンのノーズには45度のテーパがあり、次に円筒状の部位、最後に15度のテーパがあります。

ツールチェンジャ – マーケティングアクセサリ

FANUC Robotics North America, Inc.はさまざまな産業用ロボットとロボット式システムを生産しています。FANUCが開発した装置やシステムのアプリケーションは、溶接、塗装および調合、パレット積載、部品ハンドリング、プレスのロード/アンロードなど、製造のウォーターフロントを対象としています。  

FANUC Roboticsはミシガン州オーバーンヒルズ本社内にデモと指導用のひととおりの施設があります。可能性のあるアプリケーションが広範囲であるため、デモルームにはあるツールから次のツールに素早く切り替える手段が必要です。

「クイック・チェンジツールチェンジャは弊社ロボットの多機能性をデモするのに本当に役立っています。」そう語るのは、製品/アプリケーションエンジニアのRobert Anderson氏です。「クイック・チェンジの設計により、ツールピックアップをプログラムしやすくなりました。ピストンの45度テーパを用いて、2枚のプレートをひとつに合わせます。精密に位置決めしなくても大丈夫です。」

Anderson氏はとりわけフェイルセーフ機能が気に入っていると言います。「トレーニングセッションではときどき、ディスカッションの時間にロック用空気圧を切ります。ツールが外れて落ちることはないとわかっていると安心です。」ツールを取り外すには、アンラッチ機構を加圧するしかないのです。

アセンブリを把持する。

自動車メーカはロボット式システムのパイオニアで、プレス機のローディングラインにロボットを配置しました。今日、システムの価格がより手頃になり、また自動化ツールチェンジャ、マニピュレータ、制御、安全装置が技術的に前進することで、ロボットは小さな製造業者にも魅力的なものとなっています。  

ロボットを縦列で、あるいは単一ローディングシステムで用いることにより、どのタイプの組立製品の生産者も次のような利益を得ています。

  • 生産速度の上昇 –– 一般的にロボットはロード、アンロードを速く行います。また、オペレータが疲労したりシフトの合間に装置を停止したりせずに済みます。  
  • 怪我の低減 –– 最もシビアな環境であってもロボットは働くので、オペレータは危険から回避できます。   
  • フレキシビリティの付加 –– ロボットは連続して、あるいは間欠サイクルで働き、さまざまな形状、大きさのコンポーネントをハンドリングするようにプログラムできます。
  • 投資の早期回収 – 省力化、生産性の増加、仕掛り在庫の削減、部品損傷の低減にペイできます。

プレスおよびスタンピングにおける成長

自動車業界では、ロボット式アプリケーションの50%以上が溶接作業です。2番目のアプリケーション領域はプレスとスタンピングであり、資材のハンドリングを行うロボットが板状のブランクをプレス機に運び、成型したフード、デッキ、フェンダー、バンパー、さまざまなボディ下コンポーネントを取り外します。  

プレス機からプレス機への操作では、それぞれのアプリケーションで、部品をグリップするのに異なるアレンジが必要です。ほとんどのグリッパは空気圧で作動する吸引カップで、機械式のグリッパもあります。ジャストインタイム製造に伴い、プレスラインは1シフトにつき4、5回も変わる場合があります。ツールチェンジャは、明らかに、システムの肝要な部分です。

日本の車メーカは、プレス機からプレス機へのスタンピングアプリケーションに自動および手動の両方のチェンジャを用いることで得られる安全、フレキシビリティ、メンテナンスの利点に投資した第一人者でした。1990年代初めに日産とマツダがその先頭を切り、かなりの投資をしてスタンピング作業をフレキシブルにしました。それと同時に、比較的危険があるプレス作業から人員を遠ざけました。他の日本の生産者も、すぐにそれに倣いました。そこには、建設業や農業を対象とする製品の企業も含まれます。

その後すぐに、オーストラリアのゼネラルモーターズがプレスおよびスタンピング作業にプログラム可能なロボットを設置し始めました。今や米国のほとんどのスタンピング工場がフレキシブルなツーリングの利用に切り替えるか、少なくとも検討をしています。

安全面の利点に加え、ロボットは数分で生産を切り替えるフレキシビリティをもたらします。以前は、切り替えの段取りに専用のツーリングを用いており、貴重な生産時間が割かれていました。それは、ツーリングを一度に変えられたらという願望になります。今日のスタンピング加工は、軽トラックのフェンダーからマッスルカーのバンパーにまで用いられており、数分で起動、稼働できます。

メンテナンスに利点があるのは明らかです。自動ツールチェンジャを用いて、摩耗したツールを数秒で取り外して交換できるため、スタンピング生産ラインの稼働を維持できます。

スタンピングおよびプレスのラインに自動ツール交換を導入するのに必要な設備投資は相当のものです。しかしながら、仲間たちの自動金型交換への傾向は、米国メーカの意志決定プロセスを加速するのに役立っているかもしれません。自動資材ハンドリング、ツール交換、生産金型交換の組み合わせは、生産に莫大なメリットを約束します。

ロボット式の展開

ロボット式システムが一企業の製造および組立プロセスに対して現実的であると思われる場合、残されている重大な決定のひとつはその企業がシステムの購入と導入をどのように選択するかです。多くの場合、プログラム可能なロジックコントローラ、安全装置、他の周辺機器を企業が導入できるのであれば、ロボット、グリッパ、制御ステーションは必要に迫られなければ購入しないものかもしれません。  

市場にはさまざまなツールチェンジャがあります。ツールチェンジャによりシステムのコストが3~10%増す場合がありますから、その選択プロセスは極めて重要です。得られる価値には多機能性やフレキシビリティが必ず含まれ、ロボットの繰り返し性、積載物、可動能力、動作寿命などに影響します。

どのような決定を行ったとしても、最終結果は電気、機械、制御コンポーネントが一緒に機能するよう設計された包括的なロボットパッケージであるはずです。究極の選択は、製造業者の競争力を向上させるものです。 MF

ロボット式ツールチェンジャの選び方

ツールチェンジャの仕様を念入りに調査してください。ツールチェンジャのメーカによって、安全余裕度の係数が異なります。
計算方法:

ロボット式ツールチェンジャの強度はモーメント容量に基づきます。次の方法を用いて、最悪なケースのシナリオを概算してください。

  • 取り扱う最も重いエンドエフェクタについて、おおよその重心(CG)を調べてください。
  • CGからツールプレートの底面までの距離(D)を計算してください。
  • 最も重いエンドエフェクタの重量(W)を計算してください。
  • (W)と(D)を掛け算すると、おおよその静的モーメント(M)または1Gの慣性に基づくモーメントが得られます。
  • (M)に等しい、あるいはそれ以上の値の静的モーメント容量であるクイック・チェンジャ(QC)を見付けてください。

ロボットは高い加速力を発揮する潜在能力があるため、静的モーメントの2倍から5倍のモーメントを生み出す場合があります。QC仕様の静的および動的モーメント容量を確認してください。

エアと電気:
必要なエアと電気の接点について、数量と大きさを求めます。クイック・チェンジャが大きいほど、エアポートと電気接点が大きく、個数も多くなります。
温度と薬品:
ほとんどのQCはニトリルOリングを用いています。ニトリルは、-20°Fから+150°Fの範囲で扱うことができ、ほとんどの薬品に耐性があります。温度がこの範囲外である場合、あるいは薬品の耐性が不確かである場合には、QC製造元にお問い合わせください。
精密なアプリケーション:
高度な繰り返し性が求められるアプリケーションを扱う場合には、メーカの繰り返し性仕様を確認してください。また、百万サイクルの繰り返し性を試験したかどうか問い合わせてください。  

ツールチェンジャはお使いのロボットのモーメント容量、積載物、摩耗、サイズ、繰り返し性に影響することを覚えておいてください。お使いのロボットより容量の大きいクイック・チェンジャを選択してください。




   
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