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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Die gesamte Offenbarung der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-153336 , eingereicht am 4. August 2016, einschließlich der Patentbeschreibung, der Ansprüche, der Zeichnungen und der Zusammenfassung, ist hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine, die ein Werkstück mittels eines Werkzeugs durch Abtragen bearbeitet.
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HINTERGRUND
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In Stand der Technik sind Werkzeugmaschinen, die ein Werkstück mittels eines Werkzeugs durch Abtragung bearbeiten, bekannt. Bei solchen Werkzeugmaschinen nehmen die Anforderungen für Automatisierung und höhere Leistung zu, und um die Automatisierung zu verwirklichen, schlagen einige die Bereitstellung eines Roboters vor.
JP 2010-36285 A offenbart beispielsweise eine Technik zum Befestigen und Lösen eines Werkstücks an und von einer Werkzeugmaschine unter Verwendung eines Roboters, der außerhalb der Werkzeugmaschine vorgesehen ist.
JP 2010-64158 A offenbart eine Technik, bei der ein gelenkiger Roboter vorgesehen ist, der an einer Portalschiene läuft, die an einem oberen Teil der Werkzeugmaschine befestigt ist, und das Werkstück unter mehreren Werkzeugmaschinen durch den gelenkigen Roboter transportiert oder dergleichen wird. Im Allgemeinen ist jedoch ein Körperteil der Werkzeugmaschine mit einer Abdeckung in Anbetracht von Sicherheit und der Randumgebung bedeckt. Wenn in einen Innenraum einer Bearbeitungskammer unter Verwendung eines Roboters gelangt werden soll, der an einem anderen Ort als am Körperteil der Werkzeugmaschine vorgesehen ist, wie in
JP 2010-36285 A und
JP 2010-64158 A , muss daher eine Tür der Bearbeitungskammer geöffnet werden. Mit den Robotern von
JP 2010-36285 A und
JP 2010-64158 A ist es folglich möglich, ein Werkstück zu befestigen oder zu lösen, wenn das Werkstück nicht bearbeitet wird, aber während der Bearbeitung; das heißt in einem Zustand, in dem die Tür der Bearbeitungskammer geschlossen ist, kann der Roboter nicht auf das Werkstück oder das Werkzeug zugreifen. Folglich sind die Verwendungen des Roboters bei den Techniken von
JP 2010-36285 A und
JP 2010-64158 A begrenzt.
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In Anbetracht des Obigen wurde auch die Bereitstellung des Roboters in der Bearbeitungskammer vorgeschlagen.
JP H5-301141 A und
JP H5-301142 A offenbaren beispielsweise ein Werkstücktransportwerkzeug, das das Werkstück durch einen Öffnungs-/Schließ-Vorgang einer Greifeinheit transportiert. Das Transportwerkzeug weist eine Armform auf und ist an einem Körperfunktionskasten befestigt. Ferner ist der Körperfunktionskasten an einem rechten Seitenteil eines Spindelkopfs vorgesehen, der eine Spindel abstützt. Das Transportwerkzeug kann sich um eine Achse drehen, die zu einer Hauptachse der Spindel ungefähr orthogonal ist. Das Transportwerkzeug ist ferner dazu konfiguriert, durch die Drehung zwischen einem Zustand, in dem der Arm ungefähr horizontal ist, und einem Zustand, in dem der Arm ungefähr vertikal ist, zu wechseln.
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Wenn das Werkstück mittels eines Werkzeugs durch Abtragung bearbeitet werden soll, wenn beispielsweise das Werkstück zerspant werden soll, würde entfernter Staub wie z. B. Späne um das Werkzeug verteilt werden. Wenn der Roboter (Transportwerkzeug) in der Bearbeitungskammer vorgesehen ist, wie in
JP H5-301141 A und
JP H5-301142 A , bestand insofern ein Problem, dass der verteilte entfernte Staub am Roboter anhaftet. Wenn der entfernte Staub am Gelenk des Roboters oder dergleichen anhaftet, besteht eine Möglichkeit, dass der Antrieb des Roboters behindert wird. Wenn der Roboter auf das Werkzeug oder das Werkstück in einem Zustand zugreift, in dem der entfernte Staub am Roboter haften bleibt, besteht außerdem eine Möglichkeit, dass das Werkzeug oder das Werkstück beschädigt wird oder die Präzision der Arbeit durch den Roboter verringert wird. In der Technik des Standes der Technik können folglich, selbst wenn ein Roboter in der Bearbeitungskammer vorgesehen ist, die Fähigkeiten davon nicht geeignet aufrechterhalten werden.
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Ein Vorteil der vorliegenden Offenbarung liegt im Schaffen einer Werkzeugmaschine, die die Fähigkeiten des Roboters in der Bearbeitungskammer geeignet aufrechterhalten kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Werkzeugmaschine geschaffen, die ein Werkstück mittels eines Werkzeugs durch Abtragung bearbeitet, die umfasst: einen Roboter, der in einer Bearbeitungskammer vorgesehen ist; und einen Reinigungsmechanismus, der den Roboter durch Entfernen einer anhaftenden Substanz, die am Roboter anhaftet, reinigt, wobei, wenn der Roboter gereinigt wird, der Roboter sich relativ zum Reinigungsmechanismus bewegt und sich in der Nähe des Reinigungsmechanismus positioniert.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Reinigungsmechanismus fest in der Bearbeitungskammer angeordnet sein, der Roboter kann sich in der Bearbeitungskammer bewegen und seine Orientierung ändern, und wenn der Roboter gereinigt wird, kann der Roboter sich bewegen und die Orientierung ändern, um einen Ort des durch den Reinigungsmechanismus zu reinigenden Roboters zu ändern.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Reinigungsmechanismus einen Ausstoßmechanismus umfassen, der Fluid in Bezug auf den Roboter ausstößt, um die anhaftende Substanz zu entfernen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Reinigungsmechanismus einen Kontaktreinigungsmechanismus umfassen, der den Roboter und/oder die anhaftende Substanz kontaktiert, um die anhaftende Substanz zu entfernen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Reinigungsmechanismus einen Schneidmechanismus umfassen, der die anhaftende Substanz schneidet und fraktioniert.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Werkzeugmaschine ferner eine Abdeckung umfassen, die einen Innenraum der Bearbeitungskammer abdeckt.
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Da gemäß der Werkzeugmaschine von verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung ein Reinigungsmechanismus vorgesehen ist, kann ein in einer Bearbeitungskammer vorgesehener Roboter gereinigt werden und die Fähigkeiten des Roboters können geeignet aufrechterhalten werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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(Eine) Ausführungsform(en) der vorliegenden Offenbarung wird (werden) mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben; es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine;
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2 ein Diagramm, das die Reinigung eines Roboters in der Maschine zeigt;
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3 ein Diagramm, das die Reinigung eines Roboters in der Maschine zeigt;
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4 ein Diagramm, das die Reinigung eines Roboters in der Maschine zeigt;
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5 eine perspektivische Ansicht einer anderen Werkzeugmaschine; und
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6 ein Diagramm, das relevante Abschnitte der Werkzeugmaschine von 5 vergrößert.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun wird mit Bezug auf die Zeichnungen eine Struktur einer Werkzeugmaschine 10 beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das schematisch eine Struktur der Werkzeugmaschine 10 zeigt. In der folgenden Beschreibung wird eine Rotationsachsenrichtung einer Werkstückspindel 32 als Z-Achse bezeichnet, eine zur Z-Achse orthogonale vertikale Richtung wird als X-Achse bezeichnet und eine zur Z-Achse und zur X-Achse orthogonale Richtung wird als Y-Achse bezeichnet. In der folgenden Beschreibung bezieht sich die Beschreibung von ”Zugriff” auf eine Handlung, dass ein Endeffektor 46 sich nahe an ein Ziel oder einen Bereich, in eine Position bewegt, in der eine Aufgabe einer Operation des Endeffektors 46 erreicht werden kann. Wenn der Endeffektor 46 ein Temperatursensor ist, der die Temperatur durch Kontakt mit einem Ziel detektiert, bedeutet daher die Beschreibung ”Zugriff”, dass sich der Endeffektor 46 nahe an das Ziel, in eine Position bewegt, um das Ziel zu kontaktieren. Wenn der Endeffektor 46 ein Temperatursensor ist, der die Temperatur ohne Kontakt detektiert, bedeutet die Beschreibung ”Zugriff” alternativ, dass sich der Endeffektor 46 nahe an das Ziel, in eine Position bewegt, in der die Temperatur des Ziels durch den Endeffektor 46 detektiert werden kann.
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Die Werkzeugmaschine 10 ist eine Maschine, die ein Werkstück mittels eines Werkzeugs zerspant. Insbesondere ist die Werkzeugmaschine eine Verbundmaschine mit einer Drehmaschinendrehfunktion, um das Werkstück durch Bewirken, dass ein Drehmaschinendrehwerkzeug (nicht dargestellt) mit dem Werkstück in Kontakt kommt, während das Werkstück rotiert wird, zu schneiden, und einer Rotationsschneidfunktion, um das Werkstück mit einem Rotationswerkzeug zu schneiden. In 1 zeigt ein durch schräge Linien schraffierter Abschnitt einen Bearbeitungsbereich 50, in dem die Bearbeitung des Werkstücks durch ein Werkzeug 100 ausgeführt wird. Der Bearbeitungsbereich 50 in der Werkzeugmaschine 10 ist ungefähr gleich einem belegten Bereich eines Werkstücks einer maximalen Größe unter Werkstücken, die durch eine Werkstückspindelvorrichtung 14 gehalten werden können. Ein Umfang der Werkzeugmaschine 10 ist durch eine Abdeckung (nicht dargestellt) bedeckt. Ein Raum, der durch die Abdeckung unterteilt wird, ist eine Bearbeitungskammer, in der die Bearbeitung des Werkstücks ausgeführt wird. Durch die Bereitstellung einer solchen Abdeckung wird eine Verteilung von Spänen oder dergleichen nach außen verhindert. An der Abdeckung sind mindestens eine Öffnung und eine Tür, die die Öffnung öffnet und schließt (die beide nicht gezeigt sind), vorgesehen. Eine Bedienperson greift auf das Innere der Werkzeugmaschine 10 und das Werkstück oder dergleichen durch die Öffnung zu. Während der Bearbeitung ist die an der Öffnung vorgesehene Tür geschlossen. Dies dient der Sicherheit und der Randumgebung.
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Die Werkzeugmaschine 10 umfasst die Werkstückspindelvorrichtung 14, die ein Werkstück in einer Weise hält, um eine Selbstrotation zu ermöglichen, eine Werkzeugspindelvorrichtung 16, die das Werkzeug 100 in einer Weise hält, um eine Selbstrotation zu ermöglichen, und eine Werkzeugstütze (nicht dargestellt), die ein Drehmaschinendrehwerkzeug hält. Die Werkstückspindelvorrichtung 14 umfasst einen Spindelstock (nicht dargestellt), der an einer Basis 22 vorgesehen ist, und die Werkstückspindel 32, die am Spindelstock befestigt ist. Die Werkstückspindel 32 weist eine Aufspannvorrichtung 33 und/oder eine Klemmhülse auf, die das Werkstück lösbar hält, und ein zu haltendes Werkstück kann geeignet ausgewechselt werden. Die Werkstückspindel 32 rotiert selbst um eine Werkstückrotationsachse, die sich in der horizontalen Richtung (Z-Achsen-Richtung in 1) erstreckt, als Zentrum.
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Die Werkzeugspindelvorrichtung 16 fungiert als bewegliche Struktur, die sich in Bezug auf eine Bodenkontaktoberfläche der Werkzeugmaschine bewegen kann. Die Werkzeugspindelvorrichtung 16 hält das Werkzeug 100, beispielsweise ein Rotationswerkzeug wie z. B. eine Fräse oder einen Schaftfräser, oder ein Werkzeug zum Drehen wie z. B. einen Bohreinsatz in einer Weise, um eine Selbstrotation zu ermöglichen, und umfasst einen Spindelkopf 36 mit einem Antriebsmotor oder dergleichen, der darin eingebaut ist, und eine Werkzeugspindel 38, die am Spindelkopf 36 befestigt ist. Die Werkzeugspindel 38 weist eine Klemmeinrichtung auf, die das Werkzeug 100 lösbar hält, und das zu haltende Werkzeug 100 kann nach Bedarf ausgewechselt werden. Die Werkzeugspindel 38 rotiert selbst mit einer Werkzeugrotationsachse Rt, die ungefähr orthogonal zu einer später zu beschreibenden Schwenkachse St (siehe 2) ist, als Zentrum.
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Außerdem ist ein Roboter 20 in der Maschine am Spindelkopf 36 befestigt. Der Roboter 20 in der Maschine wird für eine Unterstützung der Bearbeitung, verschiedene Erfassungsoperationen und eine zusätzliche Arbeit oder dergleichen verwendet. Eine Struktur und eine Funktion des Roboters 20 in der Maschine werden später im Einzelnen beschrieben.
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Der Spindelkopf 36 kann auch um die Schwenkachse St (siehe 2) schwenken, die durch den Spindelkopf 36 verläuft und die sich in der Y-Achsen-Richtung erstreckt. Durch den Spindelkopf 36, der um die Schwenkachse St schwenkt, werden die Orientierungen des Werkzeugs 100 und des Roboters 20 in der Maschine geändert. Ferner kann sich der Spindelkopf 36 linear in der X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-Achsen-Richtung durch einen Antriebsmechanismus (nicht dargestellt) bewegen und folglich können sich das Werkzeug 100 und der Roboter 20 in der Maschine auch linear in der X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-Achsen-Richtung bewegen.
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Die Werkzeugstütze hält ein Drehmaschinendrehwerkzeug, beispielsweise ein Werkzeug, das Bohreinsatz genannt wird. Die Werkzeugstütze und der Bohreinsatz können sich linear in der X-Achsen- und Z-Achsen-Richtung durch einen Antriebsmechanismus (nicht dargestellt) bewegen.
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An einem unteren Teil in der Bearbeitungskammer ist ein Abführungsmechanismus (nicht dargestellt), der Späne zurückgewinnt und abführt, die während der Zerspanung verteilt werden, vorgesehen. Als Abführungsmechanismus können verschiedene Formen in Betracht gezogen werden. Der Abführungsmechanismus ist beispielsweise mit einer Fördereinrichtung oder dergleichen ausgebildet, die die Späne, die aufgrund der Schwerkraft gefallen sind, nach außen transportiert. Ferner ist an einer Seitenoberfläche der Bearbeitungskammer ein Reinigungsmechanismus 52 zum Reinigen des Roboters 20 in der Maschine befestigt. Eine spezielle Struktur des Reinigungsmechanismus 52 wird später beschrieben.
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Die Werkzeugmaschine 10 umfasst ferner eine Steuervorrichtung, die verschiedene Berechnungen ausführt. Die Steuervorrichtung in der Werkzeugmaschine 10 wird auch numerische Steuervorrichtung genannt und steuert den Antrieb von verschiedenen Teilen der Werkzeugmaschine 10 in Reaktion auf einen Befehl von der Bedienperson. Die Steuervorrichtung umfasst beispielsweise eine CPU, die verschiedene Berechnungen ausführt, und einen Speicher, der verschiedene Steuerprogramme und Steuerparameter speichert. Außerdem weist die Steuervorrichtung eine Kommunikationsfunktion auf und kann verschiedene Daten wie beispielsweise NC-Programmdaten oder dergleichen mit anderen Vorrichtungen austauschen. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise eine numerische Steuervorrichtung umfassen, die jederzeit Positionen des Werkzeugs 100 und des Werkstücks berechnet. Ferner kann die Steuervorrichtung eine einzelne Vorrichtung sein oder kann durch Kombinieren von mehreren Rechenvorrichtungen gebildet sein.
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Als nächstes wird der Roboter 20 in der Maschine, der an der Werkzeugspindelvorrichtung 16 befestigt ist, mit Bezug auf 2–4 beschrieben. 2–4 sind perspektivische Ansichten des Umfangs des Roboters 20 in der Maschine. Wie in 2 gezeigt, ist der Roboter 20 in der Maschine ein gelenkiger Roboter, der mehrere Arme 42a–42d und mehrere Gelenke 44a–44d aufweist. In einer anderen Auffassung kann der Roboter 20 in der Maschine als serieller Manipulator betrachtet werden, in dem die mehreren Arme 42a–42d und die mehreren Gelenke 44a–44d kontinuierlich verbunden sind. Der Roboter 20 in der Maschine ist am Spindelkopf 36 befestigt. Der Spindelkopf 36 weist eine ungefähre kreisförmige Rohrform auf und eine Mittelachse davon stimmt mit der Werkzeugrotationsachse Rt überein. Wie vorher beschrieben, kann sich der Spindelkopf 36 in Richtungen von 3 Achsen verschieben und sich um die Schwenkachse St drehen.
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Der Roboter 20 in der Maschine umfasst den ersten bis vierten Arm 42a–42d (wenn nachstehend ”erster” bis ”vierter” nicht unterschieden werden sollen, wird der Buchstabe im Bezugszeichen weggelassen und die Arme werden einfach als ”Arme” bezeichnet; dieselbe Konvention ist auf andere Bestandteilselemente anwendbar), das erste bis vierte Gelenk 44a–44d, die an Enden der jeweiligen Arme vorgesehen sind, und den Endeffektor 46. Ein Basisende des ersten Arms 42a ist über das erste Gelenk 44a mit der Werkzeugspindelvorrichtung 16 verbunden; ein Basisende des zweiten Arms 42b ist über das zweite Gelenk 44b mit einer Spitze des ersten Arms 42a verbunden; ein Basisende des dritten Arms 42c ist über das dritte Gelenk 44c mit einer Spitze des zweiten Arms 42b verbunden; und ein Basisende des vierten Arms 42d ist über das vierte Gelenk 44d mit einer Spitze des dritten Arms 42c verbunden. Das erste Gelenk 44a weist eine erste Rotationsachse auf, die zur Schwenkachse St und zur Werkzeugrotationsachse Rt orthogonal ist, und das zweite bis vierte Gelenk 44b–44d weisen jeweils eine zweite bis vierte Rotationsachse in einer zur ersten Rotationsachse orthogonalen Richtung auf. Die Arme 42 schwenken um entsprechende Rotationsachsen als Zentrum. Daher weist der Roboter 20 in der Maschine vier Gelenke auf, die jeweils eine Rotation um eine Achse ermöglichen, und von dem Roboter 20 in der Maschine kann als Ganzes gesagt werden, dass er 4 Freiheitsgrade aufweist.
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An jedem des ersten bis vierten Gelenks 44a–44d ist ein Aktuator wie z. B. ein Motor befestigt und der Antrieb des Aktuators wird durch die Steuervorrichtung gesteuert. Die Steuervorrichtung berechnet die Position des Endeffektors 46 auf der Basis eines Betrags des Antriebs des Aktuators, der an jedem der Gelenke 44a–44d vorgesehen ist.
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An einer Spitze des vierten Arms 42d ist der Endeffektor 46, der auf ein Ziel einwirkt, vorgesehen. Keine spezielle Begrenzung wird dem Endeffektor 46 auferlegt, solange der Endeffektor 46 einen gewissen Effekt erreicht. Daher kann der Endeffektor 46 beispielsweise ein Sensor sein, der Informationen in Bezug auf das Ziel oder die Randumgebung des Ziels erfasst. In diesem Fall kann der Endeffektor 46 beispielsweise ein Kontaktsensor, der die Anwesenheit oder Abwesenheit oder den Kontakt mit dem Ziel detektiert, ein Abstandssensor, der einen Abstand zum Ziel detektiert, ein Vibrationssensor, der die Vibration des Ziels detektiert, ein Drucksensor, der einen durch das Ziel aufgebrachten Druck detektiert, ein Sensor, der die Temperatur des Ziels detektiert oder dergleichen sein. Ein Detektionsergebnis dieser Sensoren wird in Korrelation mit Positionsinformationen des Endeffektors 46, die auf der Basis der Beträge des Antriebs der Gelenke 44a–44d berechnet werden, gespeichert und analysiert. Wenn beispielsweise der Endeffektor 46 ein Kontaktsensor ist, analysiert die Steuervorrichtung eine Position, eine Form und eine Bewegung des Ziels auf der Basis des Zeitpunkts der Detektion des Kontakts mit dem Ziel und der Positionsinformationen zu diesem Zeitpunkt.
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Als alternative Konfiguration kann der Endeffektor 46 ein Haltemechanismus sein, der das Ziel hält. Die Form des Haltens kann beispielsweise eine Handform, in der das Ziel mit einem Paar von Elementen ergriffen wird, eine Form, bei der das Ziel angesaugt und gehalten wird, oder eine Form, bei der das Ziel unter Verwendung einer Magnetkraft oder dergleichen gehalten wird, sein.
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Als alternative Konfiguration kann der Endeffektor 46 eine Vorrichtung sein, die Fluid ausgibt, um die Bearbeitung zu unterstützen. Insbesondere kann der Endeffektor 46 eine Vorrichtung sein, die Luft zum Blasen von Spänen oder Kühlfluid (Schneidöl oder Schneidwasser oder dergleichen) zum Kühlen des Werkzeugs 100 oder des Werkstücks abgibt. Alternativ kann der Endeffektor 46 eine Vorrichtung sein, die Energie oder ein Material für die Werkstückformung abgibt. Daher kann der Endeffektor 46 beispielsweise eine Vorrichtung, die einen Laser oder einen Lichtbogen abgibt, oder eine Vorrichtung, die ein Material für die Schichtungsbildung abgibt, sein. Als alternative Konfiguration kann der Endeffektor 46 ferner eine Kamera sein, die ein Bild des Ziels aufnimmt. In diesem Fall kann das durch die Kamera erhaltene Bild auf einem Bedienfeld oder dergleichen angezeigt werden.
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Keine spezielle Begrenzung wird dem Ziel auferlegt, auf das der Endeffektor 46 einwirkt, solange das Ziel sich in der Bearbeitungskammer befindet, insbesondere im Bearbeitungsbereich 50. Daher kann das Ziel das Werkzeug 100, das an der Werkzeugspindel 38 gehalten wird, oder das Werkstück, das an der Werkstückspindelvorrichtung 14 gehalten wird, sein. Ferner kann das Ziel das Drehmaschinendrehwerkzeug sein, das an der Werkzeugstütze gehalten wird. Außerdem kann das Ziel anders sein als das Werkzeug 100 und das Werkstück, beispielsweise die Späne, die in der Bearbeitungskammer verteilt sind, eine Komponente, die am Werkstück montiert ist, eine Bestandteilskomponente der Werkzeugmaschine 10 (wie z. B. die Aufspannvorrichtung 33 der Werkstückspindel 32, die Klemmhülse der Werkzeugspindel 38) oder dergleichen.
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In der obigen Beschreibung ist die Anzahl des Endeffektors 46 als einer beschrieben, aber die Anzahl von Endeffektoren 46 ist nicht auf einen begrenzt und kann mehrere sein. Außerdem reicht es aus, dass der Endeffektor 46 zumindest am Roboter 20 in der Maschine vorgesehen ist, und die Bereitstellungsposition ist nicht auf die Spitze des Gelenkarms begrenzt und kann alternativ auf halbem Wege am Gelenkarm sein.
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In der obigen Beschreibung ist der Roboter 20 in der Maschine ein gelenkiger Roboter mit mehreren Gelenken 44, aber der Roboter 20 in der Maschine kann alternativ in anderen Formen vorliegen, wie beispielsweise ein Roboter mit parallelem Gestänge oder dergleichen, solange die Position des Endeffektors 46 und die Orientierung des Roboters geändert werden können.
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Der Roboter 20 in der Maschine kann in verschiedenen Verwendungen verwendet werden. Der Roboter 20 in der Maschine kann beispielsweise die Bearbeitung während der Bearbeitung des Werkstücks unterstützen. Insbesondere stützt der Roboter 20 in der Maschine beispielsweise das Werkstück und/oder das Werkzeug 100 während der Bearbeitung ab. Mit einer solchen Konfiguration kann eine Vibration des Werkstücks/Werkzeugs 100 mit einer niedrigen Steifigkeit unterdrückt werden. Als alternative Konfiguration kann der Roboter 20 in der Maschine während der Bearbeitung das Werkstück an der Stelle der Werkstückspindelvorrichtung 14 halten. Mit einer solchen Konfiguration kann die Orientierung des Werkstücks während der Bearbeitung frei geändert werden und die Bearbeitung einer komplexen Form kann ermöglicht werden. Als weitere alternative Konfiguration kann der Roboter 20 in der Maschine eine Vibration auf das Werkstück oder das Werkzeug 100 während der Bearbeitung aufbringen. Eine solche Konfiguration ermöglicht eine spezielle Bearbeitung, bei der das Schneiden ausgeführt wird, während eine Vibration aufgebracht wird. Als alternative Konfiguration kann der Roboter 20 in der Maschine ferner Kühlfluid (Schneidöl, Schneidwasser) oder Luft zum Entfernen von Spänen während der Bearbeitung abgeben. Durch Abgeben des Kühlfluids oder der Luft mit dem Roboter 20 in der Maschine, wobei die Position und Orientierung davon frei geändert werden können, wird es möglich, die Schneidcharakteristik und die Temperatur des Werkstücks und des Werkzeugs 100 freier zu steuern.
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Der Roboter 20 in der Maschine kann auch verschiedene Erfassungsprozesse ausführen, beispielsweise während der Bearbeitung des Werkstücks oder vor oder nach der Bearbeitung. Insbesondere kann beispielsweise ein Schneidzustand (eine Bearbeitungsoberflächenpräzision und ein Zustand von Spänen) durch den Roboter 20 in der Maschine überwacht werden. Als alternative Konfiguration kann der Roboter 20 in der Maschine einen Zustand des Werkstücks und des Werkzeugs 100, beispielsweise die Temperatur, Vibration, Verzerrung oder dergleichen, während der Bearbeitung erfassen und das erfasste Ergebnis an die Steuervorrichtung ausgeben. In diesem Fall ändert die Steuervorrichtung wünschenswerterweise verschiedene Bearbeitungsbedingungen (wie z. B. die Vorschubrate und die Drehgeschwindigkeit) auf der Basis von Informationen, die durch den Roboter 20 in der Maschine detektiert werden, wie erforderlich. Alternativ kann der Roboter 20 in der Maschine eine Struktur aufweisen, um eine Form des Werkstücks vor dem Start der Bearbeitung oder nach der Vollendung der Bearbeitung zu messen. Durch Messen der Form des Werkstücks vor dem Start der Bearbeitung kann ein Befestigungsfehler des Werkstücks zuverlässig verhindert werden. Durch Messen der Form des Werkstücks nach der Vollendung der Bearbeitung kann die Qualität des Bearbeitungsergebnisses beurteilt werden. Als alternative Konfiguration kann der Roboter 20 in der Maschine beispielsweise den Zustand des Werkzeugs 100 (wie z. B. ein Ausmaß an Verschleiß und ein Ausmaß an Überstand) vor dem Start der Bearbeitung oder nach der Vollendung der Bearbeitung messen.
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Ferner kann der Roboter 20 in der Maschine beispielsweise Arbeiten ausführen, die nicht direkt mit der Bearbeitung in Beziehung stehen. Insbesondere kann der Roboter 20 in der Maschine eine Reinigungsarbeit, um die Späne zurückzugewinnen, die in der Bearbeitungskammer verteilt werden, während der Bearbeitung oder nach der Vollendung der Bearbeitung ausführen. Als alternative Konfiguration kann der Roboter 20 in der Maschine die Untersuchung des Werkzeugs (Prüfen der Anwesenheit oder Anwesenheit von Verschleiß und eines Ausmaßes an Überstand) oder die Untersuchung von beweglichen Teilen der Werkzeugmaschine 10 während einer Periode ausführen, in der die Bearbeitung nicht ausgeführt wird.
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Ferner kann der Roboter 20 in der Maschine Arbeiten, die durch einen Roboter außerhalb der Maschine im Stand der Technik ausgeführt werden, während der Bearbeitung oder nach der Vollendung der Bearbeitung ausführen. Der Roboter 20 in der Maschine kann beispielsweise eine zusätzliche Bearbeitung (wie z. B. Abtragungsbearbeitung wie z. B. Zuschneiden und Formpolieren, Oberflächenumformung, Additionsbearbeitung oder dergleichen) am Werkstück ausführen. Ferner kann der Roboter 20 in der Maschine das Werkstück und das Werkzeug 100 transportieren, auswechseln oder einrichten. Außerdem kann der Roboter 20 in der Maschine verschiedene Komponenten untersuchen oder montieren.
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Wie beschrieben, kann der Roboter 20 in der Maschine in verschiedenen Verwendungen verwendet werden. Der Typ des Endeffektors 46, der am Roboter 20 in der Maschine vorgesehen ist, kann gemäß der für den Roboter 20 in der Maschine verlangten Verwendung ausgewählt werden. Der Roboter 20 in der Maschine ist in der Bearbeitungskammer vorgesehen. Insbesondere ist der Roboter 20 in der Maschine, der eine Bearbeitungsunterstützung ausführt, in der Nähe des Bearbeitungsbereichs 50 (beispielsweise am Werkzeugspindelkopf 36) vorgesehen. In diesem Fall haftet entfernter Staub, der aufgrund einer Abtragungsbearbeitung des Werkstücks erzeugt wird; d. h. Späne, gewöhnlich am Roboter 20 in der Maschine. Wenn die Späne an dem Gelenk 44 oder dergleichen des Roboters 20 in der Maschine haften, besteht eine Möglichkeit, dass ein geeigneter Antrieb des Roboters 20 in der Maschine behindert wird. Wenn auf das Ziel (das Werkstück, das Werkzeug 100 oder dergleichen) zugegriffen wird, während die Späne weiterhin an dem Endeffektr 46 oder dergleichen haften, kann außerdem das Ziel beschädigt werden oder die Präzision von verschiedenen Arbeiten kann verringert werden.
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In der Werkzeugmaschine 10 der vorliegenden Offenbarung ist folglich der Reinigungsmechanismus 52 an einer Wandoberfläche der Bearbeitungskammer befestigt. Wie vorher beschrieben, ist der Reinigungsmechanismus 52 ein Mechanismus, der die Späne entfernt, die am Roboter 20 in der Maschine haften, um dadurch den Roboter 20 in der Maschine zu reinigen. Keine spezielle Begrenzung wird einer Struktur des Reinigungsmechanismus 52 auferlegt, solange die Späne entfernt werden können, und beispielsweise kann der Reinigungsmechanismus 52 einen Ausstoßmechanismus umfassen, der Fluid wie z. B. Luft und Wasser ausstößt, um die Späne zu entfernen. Als alternative Konfiguration kann der Reinigungsmechanismus 52 einen Kontaktabtragungsmechanismus umfassen, der die Späne durch Bewirken, dass eine Kontakteinheit mit einer Rotationsbürste, einer Spachtel, einem Schwamm, einem Tuch, einem Kratzer oder dergleichen mit dem Roboter 20 in der Maschine und/oder den Spänen in Kontakt kommt, entfernt. Als alternative Konfiguration kann der Reinigungsmechanismus 52 ferner einen Schneidmechanismus umfassen, der die Späne, die um den Roboter 20 in der Maschine gewickelt sind, geeignet schneidet und fraktioniert. Als Schneidmechanismus kann beispielsweise ein Schneider wie z. B. ein Rotationsschneider und ein Brechwerk wie z. B. ein Häcksler in Betracht gezogen werden. Wenn die Späne geschnitten werden sollen, kann der Roboter 20 in der Maschine so bewegt werden, dass der Schneider oder der Häcksler die Oberfläche des Roboters 20 in der Maschine verfolgt. Alternativ kann der Reinigungsmechanismus 52 eine Kombination dieser sein. Der Reinigungsmechanismus 52 kann beispielsweise sowohl eine Rotationsbürste, die die Späne einfängt, als auch einen Luftejektor, der feine Späne wegbläst, umfassen.
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Vom beweglichen Bereich des Roboters 20 in der Maschine ist der Reinigungsmechanismus 52 in einer Position, die vom Bearbeitungsbereich 50 beabstandet ist; spezieller an einer Wandoberfläche in der Bearbeitungskammer vorgesehen. Die Konfiguration dient zum Verhindern der Anhaftung der Späne am Reinigungsmechanismus 52. Der Reinigungsmechanismus 52 ist auch an der Wandoberfläche in der Bearbeitungskammer befestigt, wie vorher beschrieben, und die Position davon kann nicht geändert werden. Dies liegt daran, dass, wenn der Reinigungsmechanismus 52 beweglich gemacht wird, ein zweckgebundener Antriebsmechanismus erforderlich wäre, was zu einer Erhöhung der Größe und der Kosten der gesamten Vorrichtung führen würde.
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Wenn der Roboter 20 in der Maschine gereinigt wird, wird die Werkzeugspindelvorrichtung 16, an der der Roboter 20 in der Maschine befestigt ist, bewegt, um den Roboter 20 in der Maschine nahe den Reinigungsmechanismus 52 zu bewegen. Wie in 2–4 gezeigt, wird, während die Position und die Orientierung des Roboters 20 in der Maschine in Bezug auf den Reinigungsmechanismus 52 sequentiell geändert werden, die Gesamtheit des Roboters 20 in der Maschine gereinigt. In der Beispielkonfiguration von 2–4 wird zuerst das erste Gelenk 44a des Roboters 20 in der Maschine nahe den Reinigungsmechanismus 52 bewegt und die Späne um das erste Gelenk 44a werden entfernt. Dann wird die Werkzeugspindelvorrichtung 16 allmählich vom Reinigungsmechanismus 52 weg bewegt, die Einheiten vom ersten Arm 42a bis zum Endeffektor 46 werden nacheinander nahe den Reinigungsmechanismus 52 bewegt und die Späne in diesen Einheiten werden entfernt. 2 zeigt die Abtragung der Späne des zweiten Arms 42b. 3 zeigt die Abtragung der Späne des vierten Gelenks 44d. 4 zeigt die Abtragung der Späne des Endeffektors 46. Wie in 2–4 gezeigt, wird die Orientierung des Roboters 20 in der Maschine geeignet geändert, so dass der ganze Umfang des Roboters 20 in der Maschine gereinigt werden kann. In dieser Weise kann bei der Reinigung, da die Orientierung und die Position des Roboters 20 in der Maschine geändert werden, selbst wenn eine einfache Struktur mit einer unbeweglichen Position für den Reinigungsmechanismus 52 verwendet wird, der ganze Umfang des Roboters 20 in der Maschine geeignet gereinigt werden.
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Die durch den Reinigungsmechanismus 52 entfernten Späne fallen hauptsächlich zum unteren Teil in der Bearbeitungskammer. Am unteren Teil der Bearbeitungskammer ist eine Fördereinrichtung zum Abführen der Späne nach außen vorgesehen. Die durch die Fördereinrichtung gesammelten Späne werden für einen Spanprozessor gesammelt und verarbeitet.
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Keine spezielle Begrenzung wird einem Ausführungszeitpunkt einer solchen Reinigung des Roboters 20 in der Maschine auferlegt. Daher kann die Reinigung beispielsweise gemäß einem Befehl von einem Benutzer ausgeführt werden oder die Reinigung kann periodisch gemäß einem vordefinierten Zeitplan ausgeführt werden. Alternativ kann die Reinigung in Verbindung mit einem speziellen Ereignis ausgeführt werden. Die Reinigung kann beispielsweise jedes Mal ausgeführt werden, wenn die Bearbeitung des Werkstücks durch das Werkzeug 100 vollendet ist. Alternativ kann ein Sensor wie z. B. eine Kamera separat vorgesehen sein, die Haftungssituation der Späne kann überwacht werden und die Möglichkeit der Ausführung der Reinigung kann bestimmt werden.
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In irgendeiner der obigen Konfigurationen ist es durch Vorsehen des Reinigungsmechanismus 52 zum Reinigen des Roboters 20 in der Maschine durch Entfernen der Späne, die am Roboter 20 in der Maschine anhaften, möglich, den Roboter 20 in der Maschine in einem geeigneten Zustand zu halten. Die vorstehend beschriebenen Strukturen sind lediglich beispielhaft und die Strukturen können geeignet modifiziert werden, solange die Vorrichtung den Roboter 20 in der Maschine und den Reinigungsmechanismus 52, der den Roboter 20 in der Maschine reinigt, umfasst.
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In der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist der Roboter 20 in der Maschine beispielsweise an der Werkstückspindelvorrichtung 16 befestigt, aber der Roboter 20 in der Maschine kann alternativ an anderen Stellen befestigt sein, beispielsweise einer Stelle in der Nähe der Werkstückspindelvorrichtung 14. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Beispielkonfiguration zeigt, in der der Roboter 20 in der Maschine in der Nähe der Werkstückspindelvorrichtung 14 vorgesehen ist, und 6 ist eine vergrößerte Ansicht der relevanten Teile von 5. Wie in 5 und 6 gezeigt, ist in der Werkzeugmaschine 10 der Roboter 20 in der Maschine an einem äußeren Umfang der Werkstückspindel 32 über einen Verbindungsmechanismus 40 befestigt. Der Verbindungsmechanismus 40 ist eine ungefähre ringförmige Struktur, die den äußeren Umfang der Werkstückspindelvorrichtung 32 umgibt. Der Verbindungsmechanismus 40 weist ein hohles Drehgelenk auf, das an der Werkstückspindel 32 befestigt ist. Der Verbindungsmechanismus 40 kann sich in Bezug auf die Werkstückspindel 32 drehen und das Rotationszentrum davon fällt mit der Werkstückrotationsachse zusammen. Der Roboter 20 in der Maschine ist ein gelenkiger Roboter mit mehreren Gelenken und Armen.
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In einer solchen Werkzeugmaschine kann auch der Reinigungsmechanismus 52 für den Roboter 20 in der Maschine vorgesehen sein. Im Gegensatz zur Werkzeugspindelvorrichtung 16 kann sich die Werkstückspindel 32 nicht linear bewegen und folglich ist der bewegliche Bereich des Roboters 20 in der Maschine, der mit der Werkstückspindel 32 verbunden ist, gewöhnlich schmal. Aufgrund dessen ist in diesem Fall der Reinigungsmechanismus 52 wünschenswerterweise in der Nähe des Roboters 20 in der Maschine vorgesehen. Wenn jedoch der Reinigungsmechanismus 52 in der Nähe des Roboters 20 in der Maschine und folglich direkt an der Wandoberfläche in der Nähe der Werkstückspindel 32 befestigt ist, besteht eine Möglichkeit, dass die Späne auch am Reinigungsmechanismus 52 anhaften. In diesem Fall, wie in 5 und 6 gezeigt, kann daher eine Aussparung 54 an der Wandoberfläche nahe dem Roboter 20 in der Maschine vorgesehen sein und der Reinigungsmechanismus 52 kann in der Aussparung 54 vorgesehen sein. In diesem Fall ist eine Bodenoberfläche der Aussparung 54 wünschenswerterweise eine geneigte Oberfläche, so dass die Späne leicht nach unten fallen können. Wenn der Roboter 20 in der Maschine gereinigt wird, wie in 6 gezeigt, kann der Roboter 20 in der Maschine in die Aussparung 54 eintreten, so dass sich der Roboter 20 in der Maschine nahe an den Reinigungsmechanismus 52 bewegt.
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In der obigen Beschreibung ist der Reinigungsmechanismus 52 so beschrieben, dass seine Position unveränderlich ist, aber alternativ kann der Reinigungsmechanismus 52 beweglich sein. Außerdem ist der Roboter 20 in der Maschine nicht auf den gelenkigen seriellen Manipulator begrenzt und kann alternativ ein Roboter mit parallelem Gestänge mit mehreren Gestängen sein. Ferner kann der Roboter 20 in der Maschine an einer anderen Stelle als der Werkzeugspindelvorrichtung 16 und der Werkstückspindel 32 vorgesehen sein, wie beispielsweise an der Werkzeugstütze und einem Reitstock, solange der Roboter 20 in der Maschine in der Bearbeitungskammer vorgesehen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2016-153336 [0001]
- JP 2010-36285 A [0003, 0003, 0003, 0003]
- JP 2010-64158 A [0003, 0003, 0003, 0003]
- JP 5-301141 A [0004, 0005]
- JP 5-301142 A [0004, 0005]
