JP2021030318A

JP2021030318A - 工作機械システム

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Publication number: JP2021030318A
Application number: JP2019148876A
Authority: JP
Inventors: 章一森村; Shoichi Morimura
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2021-03-01
Anticipated expiration: 2039-08-14
Also published as: DE102020121086A1; US20210046599A1; CN112387992A; JP7288367B2

Abstract

【課題】工作機内の機内ロボットを容易に着脱可能とし、さらにはロボットを用途に応じて容易に交換し得る技術を提供する。【解決手段】工作機械システムは、加工空間を覆うカバーを備える工作機械１０と、多関節ロボット１６を搭載するロボットユニット１４とを備える。工作機械１０のカバーの一部に開口部１２が設けられ、ロボットユニット１４の多関節ロボット１６を開口部１２から加工空間に挿入可能であり、ロボットユニット１４は、多関節ロボット１６を挿入すると共に開口部１２を蓋２０で塞ぐ。【選択図】図１

Description

本発明は工作機械システムに関し、特に機内ロボットを使用する工作機械システムに関する。

工作機械は、さらなる自動化が求められている。その１つの解決策として、工作機械の機内にロボットを用いることが挙げられる。ロボットを用いることで、工具・ワークの着脱、機内・工具・ワーク等の清掃、切粉の巻き付き防止、ワークのビビリ防止等、多種多様な作業を行うことができる。

ロボットの構成に関し、特許文献１には、相対向する各縁部にロボットアームの動きを可能とする大きさの凹部を備え、駆動機構によりロボットアームの挿入口を開閉するよう互いに開閉動する一対の主シャッタのそれぞれに、凹部を覆う副シャッタを上下動及び左右動自在に取り付ける構成が記載されている。

また、特許文献２には、ロボットアームの動作を過度に制限することなく、作業者とロボットアームとの干渉を防ぐことを課題として、基台と、ワークを把持可能なワーク把持部を有し、基台と一体に設けられ、ワーク把持部に把持したワークを移動させるロボットアームと、基台と一体に設けられ、ロボットアームの動作領域を外部から隔離するカバー体とを備えるワーク搬送装置が記載されている。

実開平３−８２１５５号公報特開２０１９−２５５５５号公報

工作機械の機内にロボットを設けることで多種多様な作業を行うことができるが、何時如何なるときにもロボットが必要なわけではなく、加工ワークによってはロボットが不要な場合もある。また、作業内容によっては、ロボット自体を別のものとしたい場合もあり得る。例えば、高速ロボットと可搬重量大ロボットを使い分ける場合等である。このような場合において、工作機械の機内に設けられたロボットでは、適宜、つけ外しすることは容易ではない。

本発明は、工作機内の機内ロボットを容易に着脱可能とし、さらにはロボットを用途に応じて容易に交換し得る技術を提供することを目的とする。

本発明の工作機械システムは、加工空間を覆うカバーを備える工作機械と、多関節ロボットを搭載するロボットユニットとを備え、前記工作機械の前記カバーの一部に開口部が設けられ、前記ロボットユニットの前記多関節ロボットを前記開口部から前記加工空間に挿入可能であり、前記ロボットユニットは、前記多関節ロボットを挿入した後に前記開口部を塞ぐ閉塞手段を備えることを特徴とする。

本発明では、工作機械とロボットユニットとを別個の構成とし、必要に応じて工作機械とロボットユニットを接続してロボットユニットの多関節ロボットを工作機械の開口部から加工室内に挿入する。多関節ロボットを加工室内に挿入した状態では、当該多関節ロボットは、工作機械の機内ロボットとして動作し得る。多関節ロボットを工作機械から離脱させる、あるいは用途に応じて交換する場合には、ロボットユニットを工作機械から取り外せばよい。

本発明の１つの実施形態では、前記ロボットユニットは、前記多関節ロボットを固定する土台と、ストッカとを備える。これにより、多関節ロボットとストッカを一度に工作機械に接続し得る。

本発明の他の実施形態では、前記ロボットユニットは、さらに、工作機械のクーラントタンクと一体化する。これにより、工作機械の床への切削水の漏洩を容易に防止し得る。

本発明のさらに他の実施形態では、前記ロボットユニットは、さらに、前記工作機械との位置決め機構を備える。これにより、ロボットユニットを工作機械に確実に接続し得る。

本発明のさらに他の実施形態では、前記ロボットユニットは、前記多関節ロボットを複数種類搭載する。これにより、適切なロボットユニットを選んで工作機械に接続することで、複数の用途に対応し得る。

本発明のさらに他の実施形態では、前記工作機械は、前記工作機械の動作を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記ロボットユニットが前記工作機械に接続された場合に前記多関節ロボットを制御する。これにより、工作機械の制御装置は、工作機械の動作とともに多関節ロボットの動作を統合して制御し得る。

本発明のさらに他の実施形態では、前記制御装置は、前記ロボットユニットが前記工作機械に接続された場合に、接続された旨を報知する。これにより、作業者は多関節ロボットを機内ロボットとして使用できることを認識し得る。

本発明のさらに他の実施形態では、前記制御装置は、前記多関節ロボットを前記工作機械の外に延在させる。これにより、多関節ロボットを用いて工作機械の外にある部材、例えばツールやワークのストッカにアクセスし得る。

本発明によれば、工作機械の機内ロボットを容易に着脱することができる。また、ロボットを用途に応じて容易に交換することができる。

実施形態の工作機械システムの構成図である。実施形態のロボットユニットの接続状態説明図（その１）である。実施形態のロボットユニットの接続状態説明図（その２）である。実施形態の多関節ロボットの動作状態説明図である。他の実施形態の工作機械システムの構成図である。他の実施形態のロボットユニットの接続状態説明図（その１）である。他の実施形態のロボットユニットの接続状態説明図（その２）である。他の実施形態のロボットユニットの接続状態説明図（その３）である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における工作機械システムの構成を示す。工作機械システムは、工作機械１０と、ロボットユニット１４から構成される。

工作機械１０は、自転するワークに刃物台で保持した工具を当てることで、ワークを加工する旋盤である。より具体的には、工作機械１０は、ＮＣ（Numerical Control）制御されるとともに、複数の工具を保持するタレットを備えたターニングセンタである。工作機械１０の加工室の周囲はカバーで覆われており、カバーの一部には開口部１２が形成されている。なお、工作機械を使用中は、この開口部１２は後述するユニットの蓋若しくは図示しない蓋で塞がれる。

工作機械１０は、公知の構成を備える。すなわち、ワークの一端を自転可能に保持するワーク主軸装置と、工具を保持する刃物台と、ワークの他端を支える心押台とを備える。ワーク主軸装置は、駆動用モータ等を内蔵した主軸台と、当該主軸台に取り付けられたワーク主軸を備えている。ワーク主軸は、ワークを着脱自在に保持するチャックやコレットを備えており、保持するワークを適宜、交換できる。また、ワーク主軸およびチャックは、ワーク回転軸を中心として自転する。

心押台は、ワーク主軸と対向して配置され、ワーク主軸で保持されたワークの他端を支える。心押台は、その中心軸が、ワーク回転軸と一致するような位置に設置される。心押台には、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、ワークの中心点に当接させる。

刃物台は、工具、例えば、バイトと呼ばれる工具を保持する。この刃物台は、ワークの軸と平行な方向に移動可能である。また、刃物台は、ワークの径方向に延びるガイドレールに載置されて進退自在である。

刃物台の先端には、複数の工具を保持可能なタレットが設けられる。タレットが回転することで、ワークの加工に用いられる工具が適宜、変更される。刃物台を移動させることで、工具によるワークの切り込み量等が変更される。

工作機械１０の動作は、制御装置１３により制御される。制御装置１３は、工作機械１０の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。制御装置１３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を含んで構成される。また、制御装置１３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。制御装置１３は、例えば、工具やワーク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１３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。工作機械１０の動作状態は、適宜、操作パネル１１に表示される。

他方で、ロボットユニット１４は、多関節ロボット１６と、土台１８と、蓋２０と、キャスタ２２とを備える。多関節ロボット１６及び蓋２０は土台１８に設けられ、土台の底部にキャスタ２２が設けられる。なお、キャスタ２２は必須ではなく、土台１８をクレーン等で移動してもよい。

工作機械１０のカバーの開口部１２が開いた状態で、ロボットユニット１４を工作機械１０の方に移動させ、多関節ロボット１６を開口部から工作機械の加工室内に挿入させる。そして、ロボットユニット１４の蓋２０を開口部１２の縁部に当接させ、開口部１２を塞ぐ。蓋２０は、パッキンやラビリンス構造等により開口部１２を閉塞し、加工中の切削水の漏洩を防止する。

多関節ロボット１６は、複数のリンクと、各リンクを連結する複数の関節を備える。各関節には、モータ等のアクチュエータが取り付けられ、アクチュエータの駆動は、制御装置１３からの制御信号により制御される。すなわち、ロボットユニット１４が移動して多関節ロボット１６が加工室内に挿入された後、多関節ロボット１６と工作機械１０は電気的に接続され、多関節ロボット１６は工作機械の制御装置１３からの指令により動作する。制御装置１３は、各関節に設けられたアクチュエータの駆動量から、多関節ロボット１６の先端の位置を算出する。

多関節ロボット１６の先端にはエンドエフェクタが設けられる。エンドエフェクタは、対象物にアクセスして何らかの作用を発揮するものである。エンドエフェクタは、多関節ロボットに離脱不能に取り付けられてもよいが、多関節ロボットの汎用性を向上するために、エンドエフェクタは、多関節ロボット１６に着脱自在に取り付けられることが望ましい。

エンドエフェクタは、何らかの作用を発揮するものであれば、特に限定されない。したがって、エンドエフェクタは、例えば、対象物を保持する保持装置であってもよい。保持装置における保持の形式は、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。

また、エンドエフェクタは、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でもよい。センサとしては、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温度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、関節の駆動量から算出されるエンドエフェクタの位置情報と関連付けて記憶され、解析される。例えば、エンドエフェクタが、接触センサの場合、工作機械１０の制御装置１３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、エンドエフェクタは、対象物を押圧する押圧機構としてもよい。具体的には、例えば、エンドエフェクタは、ワークに押し当てられて、当該ワークの振動を抑制するローラ等でもよい。また、エンドエフェクタは、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、エンドエフェクタは、切粉を吹き飛ばすためのエアや、工具またはワーク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。

図２は、多関節ロボット１６を加工室内に挿入し、開口部１２をロボットユニット１４の蓋２０で塞いだ状態を示す。ロボットユニット１４を位置決めすることで開口部１２の縁部と蓋２０が係合し、開口部１２が蓋２０により閉塞される。この後、多関節ロボット１６の電気的接点と工作機械側の電気的接点を接続することで、多関節ロボット１６と工作機械１０の制御装置１３が電気的に接続される。

ロボットユニット１４の位置決め機構は任意であり、例えば土台１８の所定位置に形成された係合部が工作機械の対応部位に形成された係合部と係合することで位置決めされる機構でもよい。また、蓋２０の係合部が工作機械１０のカバーの係合部と係合することで位置決めされる機構でもよい。位置決め機構が電気的接続機構を備え、ロボットユニット１４が位置決めされることでロボットユニット１４と工作機械１０が機械的にも電気的にも接続される構成でもよい。機械的接続には、ロック機構によるロック状態も含まれ得る。

工作機械１０の制御装置１３は、ロボットユニット１４の工作機械１０への接続を検知すると、ロボットユニット１４が接続された旨、あるいは多関節ロボット１６が接続された旨を工作機械１０の操作パネルに表示して作業者に報知してもよい。例えば、
「ロボットが接続されました。」
等のメッセージを操作パネルに表示する等である。多関節ロボット１６を示すアイコンを操作パネルに表示してもよい。また、これとともに、多関節ロボット１６を利用可能である旨を操作パネルに表示してもよい。例えば、
「ロボットを使用することができます。」
等のメッセージを操作パネルに表示する等である。

また、ロボットユニット１４が接続されていない場合に、制御装置１３はロボットユニット１４の非接続状態を検知してこれを操作パネルに表示してロボットユニット１４の接続を作業者に促してもよい。例えば、
「ロボットが接続されておりません。」
等のメッセージを操作パネルに表示する等である。

図３は、工作機械１０のカバーの一部を非表示として、加工室内を外部から視認し得るようにした構成図である。ロボットユニット１４の多関節ロボット１６が制御装置１３からの指令により加工室内で移動し、ワークの把持や温度センサによる切削点の温度検出、カメラによる切削点の撮像、切削水の供給等を実行する。

なお、多関節ロボット１６は、例えば、最も根本側に位置する基礎関節と、基礎関節よりも先端側に隣接して位置する複数の平行関節を備え、平行関節は、互いに平行な軸回りに回転し、基礎関節の回転軸と直交する回転軸を有することができるが、これに限定されず、軸構成や関節の数も任意である。また、多関節ロボット１６の先端には、末端の平行関節及びリンクを介してツールチェンジャが取り付けられ、このツールチェンジャにエンドエフェクタが着脱自在に取り付けられる構成とし得る。ワークの加工中は、ロボットユニット１４の蓋２０により工作機械１０のカバーは塞がれているので、切粉や切削水等が外部に漏洩することはない。

多関節ロボット１６は、基本的には加工室内で移動するが、必要に応じ、手動又は自動で開閉する全面ドア部を介して工作機械１０の外部まで延在してもよい。

図４は、工作機械１０のドア部を介して多関節ロボット１６を工作機械１０の外部まで延在させた（多関節ロボット１６のアームを機外まで伸ばした）状態を示す。制御装置１３は、多関節ロボット１６の各関節を回転駆動することで、多関節ロボット１６の先端部を含む少なくともその一部を工作機械１０の外部に延在させる。これにより、ロボットユニット１４にツールやワークを設置するためのストッカを設け、多関節ロボット１６により当該ストッカにアクセスすることが可能となる。このことは、ロボットユニット１４を工作機械１０に接続することで、多関節ロボット１６とツールやワークのストッカとを工作機械１０に一度に接続できることを意味する。

図５は、他の実施形態における工作機械システムの構成図である。図１と同様に、ロボットユニット１４は、多関節ロボット１６と、土台１８と、蓋２０と、キャスタ２２とを備えるが、さらに、工作機械のクーラントタンク２４と一体になっている。

図１の構成では、多関節ロボット１６は土台１８から水平方向に突出するように設けられているが、図５では多関節ロボット１６は土台１８から垂直方向に突出するように設けられ、多関節ロボット１６の真下に重量物の土台１８が存在するため、多関節ロボット１６をより安定した状態で工作機械１０に設置できる。

図６は、ロボットユニット１４を工作機械１０に接続した状態を示す。また、図７及び図８は、図６においてカバーの一部を非表示とした状態を示す。図７，図８に示すように、ロボットユニット１４を工作機械１０に接続すると、土台１８と一体化したクーラントタンク２４も工作機械１０の下部に位置決めされることになり、加工中の切削水をクーラントタンク２４に受けることができる。クーラントタンク２４と一体化せずにロボットユニット１４の土台を工作機械１０の下部に挿入した場合には、切削水が床に漏洩するリスクが生じるところ、本実施形態のようにロボットユニット１４とクーラントタンク２４を一体化することで、切削水が床に漏洩するリスクを解消し得る。

このように、本実施形態では、工作機械１０とロボットユニット１４を別個に構成したので、必要に応じて多関節ロボット１６の工作機械１０からの着脱が容易となる。また、工作機械１０での用途が変更した場合にも、変更後の用途に応じた多関節ロボット１６として工作機械１０に接続すればよく、容易に用途変更に対応し得る。さらに、工作機械１０が複数存在する場合には、同一ロボットユニット１４を複数の工作機械１０で共用することも可能であり、工作機械１０の数だけ多関節ロボット１６を用意する必要もなくなりコスト低減を図ることができる。

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。

例えば、本実施形態では、ロボットユニット１４に１つの多関節ロボット１６を設けているが、必要に応じて複数種類の多関節ロボット１６を設けてもよい。複数種類の多関節ロボット１６には、１つの多関節ロボット１６の先端に複数のツールチェンジャを取り付け、複数のツールチェンジャにそれぞれ異なるエンドエフェクタを取り付ける場合も含まれる。

１０工作機械、１１操作パネル、１２開口部、１３制御装置、１４ロボットユニット、１６多関節ロボット、１８土台、２０蓋、２２キャスタ。

Claims

加工空間を覆うカバーを備える工作機械と、
多関節ロボットを搭載するロボットユニットと、
を備え、
前記工作機械の前記カバーの一部に開口部が設けられ、
前記ロボットユニットの前記多関節ロボットを前記開口部から前記加工空間に挿入可能であり、
前記ロボットユニットは、前記多関節ロボットを挿入した後に前記開口部を塞ぐ閉塞手段を備えることを特徴とする工作機械システム。
前記ロボットユニットは、
前記多関節ロボットを固定する土台と、
ストッカと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の工作機械システム。
前記ロボットユニットは、さらに、クーラントタンクと一体化される
請求項１，２のいずれかに記載の工作機械システム。
前記ロボットユニットは、さらに、前記工作機械との位置決め機構を備える
請求項１〜３のいずれかに記載の工作機械システム。
前記ロボットユニットは、前記多関節ロボットを複数種類搭載する
請求項１〜４のいずれかに記載の工作機械システム。
前記工作機械は、前記工作機械の動作を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記ロボットユニットが前記工作機械に接続された場合に前記多関節ロボットを制御する
請求項１〜５のいずれかに記載の工作機械システム。
前記制御装置は、前記ロボットユニットが前記工作機械に接続された場合に、接続された旨を報知する
請求項６に記載の工作機械システム。
前記制御装置は、前記多関節ロボットを前記工作機械の外に延在させる
請求項６に記載の工作機械システム。