JP2017202548A

JP2017202548A - 工作機械

Info

Publication number: JP2017202548A
Application number: JP2016095532A
Authority: JP
Inventors: 章一森村; Shoichi Morimura
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2016-05-11
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2036-05-11
Also published as: US20170326700A1; CN107363838A; KR20170127369A; TW201808519A; JP6735149B2; CN107363838B; DE102017109360A1; KR102431825B1; TWI686263B; US10307877B2

Abstract

【課題】他部材との干渉を防止しつつ様々な方向からワークにアクセスできるロボットを備えた工作機械を提供する。【解決手段】工具１００によりワーク１１０を加工する工作機械１０は、前記ワーク１１０を規定のワーク回転軸Ｒｗを中心として回転可能に保持するワーク主軸装置１４と、１以上の機内ロボット２０と、前記1以上の機内ロボット２０が前記ワーク回転軸Ｒｗを中心として前記ワーク１１０とは独立して移動するべく、前記１以上の機内ロボット２０を前記工作機械１０に取り付ける連結機構４０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、工具によりワークを加工する工作機械に関する。

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。自動化を実現するために、工具を自動的に交換するためのオートツールチェンジャ（ＡＴＣ）や、ワークが搭載されたパレットを自動的に交換するオートパレットチェンジャ（ＡＰＣ）などといった自動交換装置が提案されている。また、ローダやバーフィーダなどといったワーク供給装置などの周辺装置も広く知られている。また、高性能化を実現するために、センサを用いての機内計測や知能化などが行われている。

さらに、工作機械の自動化や高性能化を図るために、一部では、ロボットを利用することが提案されている。例えば、特許文献１には、工作機械の外に設置されたロボットを用いて、工作機械へのワークの着脱を行う技術が開示されている。また、特許文献２には、工作機械の上部に取り付けられたガントリレール上に走行する多関節ロボットを設け、当該多関節ロボットで、複数の工作機械間のワークの搬送等を行う技術が開示されている。さらに、特許文献３，４には、把持器の開閉動作によりワークの搬送を行う、ワークの搬送具が開示されている。この搬送具は、アーム状であり、本体機能箱に取り付けられている。また、当該本体機能箱は、主軸を支持する主軸頭の右側部に設けられている。搬送具は、主軸の長軸と略直交する軸回りに旋回可能となっている。そして、搬送具は、旋回することで、そのアームが略水平となる状態と、略垂直となる状態と、に変化できるようになっている。

特開２０１０−３６２８５号公報特開２０１０−６４１５８号公報特開平５−３０１１４１号公報特開平５−３０１１４２号公報

しかしながら、従来の技術では、様々な位置・姿勢でワークにアクセスできるロボットは、得られなかった。すなわち、通常、工作機械の本体部は、安全性や環境性などへの対応から、カバーで覆われる。したがって、特許文献１，２のように、工作機械の本体部以外の箇所に設けられたロボットを用いて、加工室の内部へアクセスしようとすると、加工室のドアを開く必要がある。そのため、特許文献１，２のロボットでは、ワークを加工していないときに、ワークの着脱等を行うことはできる。しかし、加工中、すなわち、加工室のドアを閉めた状態においては、ロボットが、ワークにアクセスすることができない。その結果、特許文献１，２の技術では、ロボットの用途が限られていた。

特許文献３，４のように、搬送具等のロボットを回転工具を自転可能に保持する主軸頭に固定する技術もある。かかる技術によれば、加工室のドアを閉めた状態でも、ロボットがワークや工具にアクセスできる。しかし、特許文献３，４の搬送具は、主軸頭に固着されているため、ワークへのアクセス性が悪かった。

ワークへのアクセス性を高めるために、ワークの近傍にロボットを配置することも考えられる。しかし、ロボットをワーク近傍に固着しただけの構成の場合において様々な方向からワークにアクセス可能にしようとすると、ロボットそのものの可動範囲を大きくし、また、自由度を大きくする必要がある。しかし、そのためには、ロボットの関節数を増やし、また、アームを長くする必要がある。

そこで、本実施形態では、他部材との干渉を防止しつつ様々な方向からワークにアクセスできるロボットを備えた工作機械を提供することを目的とする。

本発明の工作機械は、工具によりワークを加工する工作機械であって、前記ワークを規定のワーク回転軸を中心として回転可能に保持する回転装置と、１以上のロボットと、前記1以上のロボットが前記ワーク回転軸を中心として前記ワークとは独立して移動するべく、前記１以上のロボットを前記工作機械に取り付ける連結機構と、を備える、ことを特徴とする。

好適な態様では、前記ロボットは、前記工具による前記ワークの加工の実行中に、前記工具および前記ワークの少なくとも一方にアクセス可能である。

他の好適な態様では、前記ロボットは、前記工具による前記ワークの加工の補助、前記加工中における前記工具または前記ワークに関するセンシング、および、付加的な加工、の少なくとも一つを行う。

他の好適な態様では、前記ロボットは、対象物に働きかける１以上のエンドエフェクタと、前記１以上のエンドエフェクタを支持する１以上のアームと、前記１以上のアームの端部に設けられる１以上の関節と、を備えたアーム型ロボットである。

他の好適な態様では、前記工作機械は、旋盤または円筒研削盤であり、前記回転装置は、前記ワークを自転可能に保持するワーク主軸装置である。

他の好適な態様では、前記工作機械は、フライス盤またはマシニングセンタであり、前記回転装置は、前記ワークが載置される回転テーブルである。

他の好適な態様では、前記ロボットは、前記連結機構を介して前記回転装置に取り付けられている。

他の好適な態様では、前記工作機械は、旋盤または円筒研削盤の場合、前記ロボットは、前記ワーク主軸装置に対向して配置された心押台に前記連結機構を介して取り付けられている。

本発明によれば、ロボットが、ワーク回転軸を中心として移動可能に取り付けられている。そのため、ロボットを小型化しても、ロボットの位置および姿勢を大きく変化させることができる。結果として、本発明によれば、ロボットと他部材との干渉を防止しつつ、ロボットが、様々な方向からワークにアクセスできる。

本発明の実施形態である工作機械の構成を示す図である。ワーク主軸装置周辺の拡大図である。ワーク主軸装置周辺の拡大図である。ワーク主軸装置周辺の拡大図である。ワーク主軸装置周辺の拡大図である。ワーク主軸装置周辺の拡大図である。従来の工作機械におけるワーク主軸装置周辺の拡大図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である工作機械１０の構成を示す図である。以下の説明では、ワーク主軸３２の回転軸方向をＺ軸、刃物台１８のＺ軸と直交する移動方向をＸ軸、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向をＹ軸と呼ぶ。また、Ｚ軸においては、ワーク主軸３２から心押台１６に近づく方向をプラス方向、Ｘ軸においては、ワーク主軸３２から刃物台１８に向かう方向をプラス方向、Ｙ軸においては、ワーク主軸３２から上に向かう方向をプラス方向とする。

この工作機械１０は、自転するワーク１１０に刃物台１８で保持した工具１００を当てることで、ワーク１１０を加工する旋盤である。本実施形態の工作機械１０は、ＮＣ制御されるとともに、複数の工具１００を保持するターニングセンタと呼ばれる旋盤である。工作機械１０の本体部１２の周囲は、カバー（図示せず）で覆われている。このカバーで区画される空間が、ワーク１１０の加工が行われる加工室となる。カバーには、少なくとも一つの開口部と、当該開口部を開閉するドア（いずれも図示せず）と、が設けられている。オペレータは、この開口部を介して、工作機械１０の本体部１２やワーク１１０等にアクセスする。加工中、開口部に設けられたドアは、閉鎖される。これは、安全性や環境性等を担保するためである。

本体部１２は、ワーク１１０の一端を自転可能に保持するワーク主軸装置１４と、工具１００を保持する刃物台１８と、ワーク１１０の他端を支える心押台１６と、を備えている。ワーク主軸装置１４は、駆動用モータ等を内蔵した主軸台３０と、当該主軸台３０に取り付けられたワーク主軸３２と、を備えている。ワーク主軸３２は、ワーク１１０を着脱自在に保持するチャック３３やコレットを備えており、保持するワーク１１０を適宜、交換できる。また、ワーク主軸３２およびチャック３３は、水平方向（図１におけるＺ軸方向）に延びるワーク回転軸Ｒｗを中心として自転する。

このワーク主軸装置１４には、連結機構４０を介して機内ロボット２０が取り付けられている。この機内ロボット２０は、加工の補助や、各種センシング、補助的作業等に用いられる。この機内ロボット２０の構成や機能については、後に詳説する。

心押台１６は、Ｚ軸方向に、ワーク主軸装置１４と対向して配置されており、ワーク主軸装置１４で保持されたワーク１１０の他端を支える。心押台１６は、その中心軸が、ワーク回転軸Ｒｗと一致するような位置に設置されている。心押台１６には、先端が円錐形に尖ったセンタが取り付けられており、加工中は、当該センタの先端を、ワーク１１０の中心点に当接させる。心押台１６は、ワーク１１０に対して接離できるように、Ｚ軸方向に移動可能となっている。

刃物台１８は、工具１００、例えば、バイトと呼ばれる工具を保持する。この刃物台１８は、Ｚ軸方向に移動可能となっている。また、刃物台１８は、Ｘ軸方向に延びるガイドレールに載置されており、Ｘ軸方向にも進退できるようになっている。刃物台１８の先端には、複数の工具１００を保持可能なタレット３６が設けられている。このタレット３６は、Ｚ軸方向に延びる軸を中心として回転可能となっている。そして、タレット３６が回転することで、ワーク１１０の加工に用いられる工具１００が適宜、変更できる。刃物台１８を、Ｚ軸方向に移動することで、このタレット３６に保持された工具１００は、Ｚ軸方向に移動する。また、刃物台１８をＸ軸方向に移動させることで、タレット３６に保持された工具１００は、Ｘ軸方向に移動する。そして、刃物台１８をＸ軸方向に移動させることで、工具１００によるワーク１１０の切り込み量等が変更できる。

制御装置３４は、オペレータからの指示に応じて、工作機械１０の各部の駆動を制御する。この制御装置３４は、例えば、各種演算を行うＣＰＵと、各種制御プログラムや制御パラメータを記憶するメモリと、で構成される。また、制御装置３４は、通信機能を有しており、他の装置との間で各種データ、例えば、ＮＣプログラムデータ等を授受できる。この制御装置３４は、例えば、工具１００やワーク１１０の位置を随時演算する数値制御装置を含んでもよい。また、制御装置３４は、単一の装置でもよいし、複数の演算装置を組み合わせて構成されてもよい。

次に、ワーク主軸装置１４に取り付けられた機内ロボット２０について図２〜図６を参照して説明する。図２〜図６は、機内ロボット２０周辺の斜視図である。図２に示す通り、機内ロボット２０は、複数のアーム４２ａ〜４２ｄと、複数の関節４４ａ〜４４ｄを有したアーム型ロボットであり、多関節ロボットである。この機内ロボット２０は、既述した通り、連結機構４０を介して主軸台３０の外周囲に取り付けられている。図２では、主軸台３０の大部分は、筐体で隠れているが、主軸台３０は、Ｚ軸方向に延びる略円筒形である。連結機構４０は、この主軸台３０の外周囲を取り囲むような略環状体である。連結機構４０は、ベアリングを介して主軸台３０に取り付けられた中空回転関節を備えている。この連結機構４０は、主軸台３０に対して回転可能となっており、その回転中心は、ワーク回転軸Ｒｗと一致している。連結機構４０には、さらに、モータ等のアクチュエータが取り付けられており、このアクチュエータの駆動は、制御装置３４により制御される。

機内ロボット２０は、第一〜第四アーム４２ａ〜４２ｄ（以下、第一〜第三を区別しない場合は、添字のアルファベットを省略して「アーム」とのみ言う。他部材においても同じ）と、これらの端部に設けられた第一〜第四関節４４ａ〜４４ｄと、エンドエフェクタ４６と、を備えている。第一アーム４２ａの基端は、第一関節４４ａを介して連結機構４０に、第二アーム４２ｂの基端は、第二関節４４ｂを介して第一アーム４２ａの先端に、第三アーム４２ｃの基端は、第三関節４４ｃを介して第二アーム４２ｂの先端に、第四アーム４２ｄの基端は、第四関節４４ｄを介して第三アーム４２ｃの先端に、それぞれ接続されている。第一〜第四関節４４ａ〜４４ｄは、いずれも、所定の揺動軸を有しており、各アーム４２は、当該揺動軸を中心として揺動する。第一〜第四関節４４ａ〜４４ｄには、モータ等のアクチュエータが取り付けられており、このアクチュエータの駆動は、制御装置３４により制御される。制御装置３４は、連結機構４０および各関節４４ａ〜４４ｄに設けられたアクチュエータの駆動量から、後述するエンドエフェクタ４６の位置を算出する。

第四アーム４２ｄの先端には、対象物に働きかけるエンドエフェクタ４６が設けられている。エンドエフェクタ４６は、何らかの効果を発揮するものであれば、特に限定されない。したがって、エンドエフェクタ４６は、例えば、対象物や対象物の周辺環境に関する情報をセンシングするセンサとすることができる。この場合、エンドエフェクタ４６は、例えば、対象物への接触の有無を検知する接触センサや、対象物までの距離を検知する距離センサ、対象物の振動を検知する振動センサ、対象物から付加される圧力を検知する圧力センサ、対象物の温度を検知するセンサ等とすることができる。これらセンサでの検知結果は、連結機構４０および関節４４ａ〜４４ｄの駆動量から算出されるエンドエフェクタ４６の位置情報と関連付けて記憶され、解析される。例えば、エンドエフェクタ４６が、接触センサの場合、制御装置３４は、対象物への接触を検知したタイミングと、そのときの位置情報と、に基づいて、対象物の位置や形状、動きを解析する。

また、別の形態として、エンドエフェクタ４６は、対象物を保持する保持機構とすることもできる。保持の形式は、一対の部材で対象物を把持するハンド形式でもよいし、対象物を吸引保持する形式でもよいし、磁力等を利用して保持する形式等でもよい。図２〜図６には、ハンド形式のエンドエフェクタ４６を例示している。また、別の形態として、エンドエフェクタ４６は、対象物を押圧する押圧機構としてもよい。例えば、エンドエフェクタ４６を、ワーク１１０に押し当てられて、当該ワーク１１０の振動を抑制するローラ等としてもよい。

また、別の形態として、エンドエフェクタ４６は、加工を補助するための流体を出力する装置でもよい。具体的には、エンドエフェクタ４６は、切粉を吹き飛ばすためのエアや、工具１００またはワーク１１０を冷却するための冷却用流体（切削油や切削水等）を放出する装置でもよい。また、エンドエフェクタ４６は、ワーク造形のためエネルギまたは材料を放出する装置でもよい。したがって、エンドエフェクタ４６は、例えば、レーザやアークを放出する装置でもよいし、積層造形のために材料を放出する装置でもよい。さらに別の形態として、エンドエフェクタ４６は、対象物を撮影するカメラでもよい。この場合、カメラで得た映像を操作パネル等に表示してもよい。

また、エンドエフェクタ４６が働きかける対象物は、加工室内にあるものであれば、特に限定されない。したがって、対象物は、ワーク主軸装置１４に保持されているワーク１１０でもよいし、刃物台１８に保持される工具１００でもよい。また、対象物は、工具１００およびワーク１１０以外のもの、例えば、加工室内に飛散した切粉や、ワーク１１０に組み付けられる部品、工作機械１０の構成部品（ワーク主軸３２のチャック３３等）でもよい。

また、本実施形態では、エンドエフェクタ４６の個数を一つとしているが、エンドエフェクタ４６の個数は、一つに限らず、複数でもよい。また、エンドエフェクタ４６は、少なくとも、機内ロボット２０に設けられていればよく、その設置位置は、多関節アームの先端に限らず、多関節アームの途中に設けられていてもよい。

次に、上述したような機内ロボット２０の動きについて説明する。ワーク１１０を加工する際には、ワーク主軸装置１４でワーク１１０を自転させつつ、当該ワーク１１０に刃物台１８で保持された工具１００を当てる。ワーク主軸装置１４に取り付けられた機内ロボット２０は、必要に応じて、加工の補助や、センシング、補助的作業等を行う。このとき、機内ロボット２０は、必要に応じて、連結機構４０および各関節４４を動かして、エンドエフェクタ４６の位置および姿勢を変化させる。特に、本実施形態では、エンドエフェクタ４６が対象物にアクセスするときの位置や向きに応じて、機内ロボット２０を、ワーク回転軸Ｒｗを中心として回転させることができる。別の言い方をすれば、機内ロボット２０は、ワーク回転軸Ｒｗを中心として、ワーク主軸３２の周囲を移動できる。なお、以下の説明において、「アクセスする」とは、機内ロボット２０が、機内ロボット２０の動作の目的を達成できる位置まで対象物に接近することを意味する。したがって、機内ロボット２０のエンドエフェクタ４６が、接触して温度を検知する温度センサである場合、「アクセスする」とは、当該エンドエフェクタ４６が対象物に接触する位置まで接近することである。また、エンドエフェクタ４６が、非接触で温度を検知する温度センサである場合、「アクセスする」とは、当該エンドエフェクタ４６が対象物の温度が検知できる位置まで対象物に接近することである。

本実施形態では、エンドエフェクタ４６を、ワーク主軸３２の近傍に位置する対象物（例えばワーク１１０）に、Ｘ軸方向マイナス側から、アクセスさせたい場合、図２に示すように、第一アーム４２ａが、ワーク主軸３２よりも、Ｘ軸方向マイナス側に位置するように、連結機構４０を回転させる。そして、その状態で、エンドエフェクタ４６が、対象物にアクセスするように、各関節４４を駆動する。一方、エンドエフェクタ４６を、ワーク主軸３２の近傍に位置する対象物（例えばワーク１１０）に、鉛直方向上側からアクセスさせたい場合、図３に示すように、第一アーム４２ａが、ワーク主軸３２よりも、鉛直方向上側に位置するように、連結機構４０を回転させる。そして、その状態で、エンドエフェクタ４６が、対象物にアクセスするように、各関節４４を駆動する。

こうした機内ロボット２０は、種々の用途に用いることができる。例えば、機内ロボット２０は、ワーク１１０を加工している間、当該加工を補助してもよい。具体的には、図２に示すように、例えば、機内ロボット２０は、加工中、ワーク１１０および工具１００の少なくとも一方を、支持する。なお、加工中、ワーク１１０は、Ｚ軸回りに回転するため、加工中にワーク１１０をエンドエフェクタ４６で支持する場合は、エンドエフェクタ４６を、ワーク１１０の回転を阻害しないローラや、ローラを有したハンド等にすることが望ましい。いずれにしても、エンドエフェクタ４６でワーク１１０または工具１００を支持することで、低剛性のワーク１１０／工具１００の振動やたわみ等を抑制できる。また、ワーク１１０の振動を抑えることで、複雑なワーク形状にも対応できる。図２は、機内ロボット２０でワーク１１０を支持している様子を示している。また、別の形態として、機内ロボット２０は、加工中、ワーク１１０や工具１００に振動を付与するようにしてもよい。これにより、振動を付与しながら切削を行う特殊な加工が可能となる。さらに、別の形態として、機内ロボット２０は、加工中、冷却用の流体（切削油、切削水）や、切粉除去のためのエアを放出してもよい。その位置や姿勢を自由に変更できる機内ロボット２０で冷却用流体またはエアを放出すれば、ワーク１１０および工具１００の切削性や温度を、より自由にコントロールできる。

また、機内ロボット２０は、例えば、ワーク１１０を加工している間、または、加工の前後において、各種センシングを行ってもよい。具体的には、例えば、機内ロボット２０で、切削状態（加工面精度や切粉の状態）を監視してもよい。また、別の形態として、機内ロボット２０は、加工中に、ワーク１１０や、工具１００の状態、例えば、温度や振動、ひずみ等をセンシングし、制御装置３４に出力してもよい。この場合、制御装置３４は、機内ロボット２０で検知された情報に基づいて、必要であれば、各種加工条件（送り速度や回転速度等）を変更することが望ましい。また、機内ロボット２０は、加工の開始前、または、終了後に、ワーク１１０の形状を計測する構成としてもよい。加工開始前にワーク１１０の形状を計測することで、ワーク１１０の取付間違いを確実に防止できる。また、加工開始後にワーク１１０の形状を計測することで、加工結果の良否を判定することができる。また、別の形態として、機内ロボット２０は、例えば、加工の開始前、または、終了後に、工具１００の状態（摩耗量等）を計測してもよい。

さらに、機内ロボット２０は、例えば、加工に直接関係ない作業を行ってもよい。具体的には、機内ロボット２０は、加工中、または加工の完了後に、加工室内に飛散した切粉を回収する清掃作業を行ってもよい。また、別の形態として、機内ロボット２０は、加工を行っていない期間中に、工具の点検（摩耗の有無確認等）や、工作機械１０の可動部の点検を行ってもよい。

さらに、機内ロボット２０は、従来、機外ロボットが行っていた作業を、加工中、または、加工の完了後に行うようにしてもよい。例えば、機内ロボット２０は、ワーク１１０に対して付加的な加工（例えば、バリ取り加工や、金型磨き加工のような除去加工、表面改質、付加加工等）を行ってもよい。また、機内ロボット２０は、ワーク１１０や工具１００の搬送や、交換、段取等を行ってもよい。図３は、機内ロボット２０で、ワーク１１０を反転させる（ワーク１１０をＸ軸回りに１８０度回転させる）様子を示している。図３の例では、当該反転を容易にするため、エンドエフェクタ４６を、第四アーム４２ｄの長軸（第四関節４４ｄの回転軸に直交する軸）回りに自転可能にしている。図４は、機内ロボット２０で、ワーク１１０を機外から受け取り、または、排出する様子を示している。図４に示す通り、全ての関節４４ａ〜４４ｄの関節の回転軸を鉛直となる姿勢で、連結機構４０をブレーキ等で固定すると、機内ロボット２０は、スカラ型ロボットの構成となる。この場合、機内ロボット２０の関節４４ａ〜４４ｄの駆動に必要なトルクが小さく済み、重量物を遠くに運ぶことが容易となる。さらに、図５は、機内ロボット２０で工具１００を交換する様子を示している。また、機内ロボット２０を利用して、加工室の内面のメンテナンスや点検等を行ってもよい。図６は、機内ロボット２０で加工室の内面のメンテナンスをする様子を示している。また、機内ロボット２０は、各種部品の検査や組み立て等を行ってもよい。

以上の通り、機内ロボット２０は、種々の用途に用いることができる。機内ロボット２０に設けるエンドエフェクタ４６の種類は、機内ロボット２０に要求される用途に応じて選定されればよい。ところで、こうした機内ロボット２０を使用する場合、機内ロボット２０は、加工に用いられるワーク１１０および工具１００にアクセスできることが望ましい。機内ロボット２０のアクセス範囲を広げるために、機内ロボット２０そのものの可動範囲（すなわち、連結機構４０に対するエンドエフェクタ４６の可動範囲）を広げようとした場合、機内ロボット２０の可動機構が大きくなる。その結果、機内ロボット２０の大型化を招き、他部材との干渉等の問題を招く。また、機内ロボット２０が大型化することで、これを駆動するためのモータ等のアクチュエータも大型化し、機内ロボット２０全体としての大重量化、コストアップ等の問題も招く。

本実施形態では、既述した通り、機内ロボット２０をワーク主軸装置１４に取り付けている。ワーク主軸装置１４は、周知の通り、ワーク１１０を自転可能に保持している。そして、通常、工具１００は、このワーク１１０を加工するために、当該ワーク１１０に接近する。したがって、このワーク主軸装置１４に機内ロボット２０を取り付ければ、機内ロボット２０そのものの可動範囲が小さくても、機内ロボット２０を、ワーク１１０および工具１００の近傍に、位置させることができる。その結果、可動範囲の小さい、比較的小型の機内ロボット２０でも、加工中の工具１００およびワーク１１０に確実にアクセスさせることができる。

また、本実施形態では、機内ロボット２０がワーク回転軸Ｒｗを中心として移動できるように、機内ロボット２０を主軸台３０に取り付けている。そのため、機内ロボット２０の可動範囲を小さくしても、機内ロボット２０のアクセス方向や位置を大きく変更できる。これについて図７を参照して説明する。図７は、多関節型の機内ロボット２０を、ワーク主軸３２の上側に固着した場合、すなわち、機内ロボット２０が、ワーク回転軸Ｒｗ回りに回転移動できない場合を示す図である。ワーク主軸３２よりも鉛直方向上側の位置に固着された機内ロボット２０で、Ｘ軸方向マイナス側からワーク１１０にアクセスする場合を考える。この場合、図７に示すように、機内ロボット２０は、ワーク主軸３２の前方を横断して、ワーク主軸３２よりもＸ軸方向マイナス側位置まで延びる必要がある。そのため、この機内ロボット２０は、本実施形態の機内ロボット２０に比して、各アーム４２の長さ、ひいては、機内ロボット２０全体のサイズが大幅にアップしている。この場合、大型で重量のあるアーム４２を駆動するためのトルクが増加するため、各関節４４に設けるモータ等のアクチュエータを大型にする必要がある。また、大きなアーム４２は、他部材に干渉しやすいという問題もある。

一方、本実施形態の機内ロボット２０は、繰り返し述べたように、ワーク回転軸Ｒｗ回りに回転できる。そのため、図２〜図６に示すように、比較的小型の機内ロボット２０でも、そのアクセスの向きやエンドエフェクタ４６の位置を自由に変更でき、機内ロボット２０の突出量を小さく抑えることができる。結果として、機内ロボット２０と他部材との干渉を効果的に防止できる。また、アーム４２を小型化できるため、各アーム４２を駆動するためのトルクも低減でき、各関節４４に設けるモータ等のアクチュエータの小型化も可能となる。

なお、これまで説明した機内ロボット２０の構成は、一例である。機内ロボット２０は、ワーク回転軸Ｒｗを中心として移動できる状態で取り付けられているのであれば、その他の構成は、限定されない。したがって、機内ロボット２０の関節４４やアーム４２の数、揺動の方向等は、適宜、変更されてもよい。

例えば、機内ロボット２０は、１以上のアーム、１以上の関節を備えたアーム型ロボットであることが望ましいが、他の形式のロボットでもよい。したがって、機内ロボット２０は、例えば、２軸または３軸の直交するスライド軸により構成される直交ロボットや、パラレルメカニズムを用いたパラレルリンクロボット等でもよい。また、機内ロボット２０の移動の中心軸は、ワーク回転軸Ｒｗと厳密に一致している必要はなく、若干のズレがあってもよい。また、連結機構４０は、機内ロボット２０がワーク回転軸Ｒｗを中心として移動できるように、機内ロボット２０を工作機械１０に取り付けるのであれば、他の構成でもよい。例えば、連結機構４０は、ワーク主軸３２の周囲に配された略環状または略矩形状のレールを備えた構成でもよい。この場合、機内ロボット２０は、レールに沿って移動可能に構成される。また、連結機構４０は、機内ロボット２０と別体でもよいし、機内ロボット２０と一体化されていてもよい。機内ロボット２０の主要な部分が、ワーク回転軸Ｒｗを中心として移動できる構成であればよい。

また、本実施形態では、機内ロボット２０をワーク１１０を自転可能に保持するワーク主軸装置１４に取り付けたが、機内ロボット２０は、ワーク回転軸Ｒｗを中心として移動できるのであれば、他の部位に取り付けられてもよい。例えば、機内ロボット２０は、連結機構４０を介して心押台１６に取り付けられてもよい。心押台１６も、ワーク１１０を支える部材である。かかる心押台１６に機内ロボット２０を取り付けることで、機内ロボット２０が確実にワーク１１０にアクセスできる。

また、本実施形態の工作機械１０は、旋盤、より詳しくは、ターニングセンタであるが、本実施形態の機内ロボット２０および連結機構４０は、他の種類の工作機械に用いられてもよい。例えば、機内ロボット２０および連結機構４０は、旋盤や円筒研削盤でもよく、この場合、機内ロボット２０は、連結機構４０を介して、ワーク主軸装置または心押台に取り付けられることが望ましい。また、工作機械は、ワーク１１０を規定のワーク回転軸Ｒｗを中心として回転可能に保持する回転装置を備えていればよく、例えば、ワーク１１０が載置される回転テーブルを有したフライス盤、特に、マシニングセンタでもよい。この場合、機内ロボット２０は、連結機構４０を介して、回転テーブルに取り付けられることが望ましい。また、取り付けられる機内ロボット２０は、一つに限らず、複数でもよい。例えば、一つの連結機構４０に、１８０度の間隔を開けて二つの機内ロボット２０、例えば、ワーク把持用のロボットと、センシング用のロボットと、を設けてもよい。

１０工作機械、１２本体部、１４ワーク主軸装置、１６心押台、１８刃物台、２０機内ロボット、３０主軸台、３２ワーク主軸、３４制御装置、３６タレット、４０連結機構、４２アーム、４４関節、４６エンドエフェクタ、１００工具、１１０ワーク。

Claims

工具によりワークを加工する工作機械であって、
前記ワークを規定のワーク回転軸を中心として回転可能に保持する回転装置と、
１以上のロボットと、
前記1以上のロボットが前記ワーク回転軸を中心として前記ワークとは独立して移動するべく、前記１以上のロボットを前記工作機械に取り付ける連結機構と、
を備える、ことを特徴とする工作機械。
請求項１に記載の工作機械であって、
前記ロボットは、前記工具による前記ワークの加工の実行中に、前記工具および前記ワークの少なくとも一方にアクセス可能である、ことを特徴とする工作機械。
請求項１または２に記載の工作機械であって、
前記ロボットは、前記工具による前記ワークの加工の補助、前記加工中における前記工具または前記ワークに関するセンシング、および、付加的な加工の少なくとも一つを行う、ことを特徴とする工作機械。
請求項１から３のいずれか１項に記載の工作機械であって、
前記ロボットは、
対象物に働きかける１以上のエンドエフェクタと、
前記１以上のエンドエフェクタを支持する１以上のアームと、
前記１以上のアームの端部に設けられる１以上の関節と、
を備えたアーム型ロボットである、
ことを特徴とする工作機械。
請求項１から４のいずれか１項に記載の工作機械であって、
前記工作機械は、旋盤または円筒研削盤であり、
前記回転装置は、前記ワークを自転可能に保持するワーク主軸装置である、
ことを特徴とする工作機械。
請求項１から４のいずれか１項に記載の工作機械であって、
前記工作機械は、フライス盤またはマシニングセンタであり、
前記回転装置は、前記ワークが載置される回転テーブルである、
ことを特徴とする工作機械。
請求項１から６のいずれか１項に記載の工作機械であって、
前記ロボットは、前記連結機構を介して前記回転装置に取り付けられている、ことを特徴とする工作機械。
請求項５に記載の工作機械であって、
前記ロボットは、前記ワーク主軸装置に対向して配置された心押台に前記連結機構を介して取り付けられている、ことを特徴とする工作機械。