CN107685251B

CN107685251B - 机床

Info

Publication number: CN107685251B
Application number: CN201710656869.5A
Authority: CN
Inventors: 森村章一
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2021-09-24
Anticipated expiration: 2037-08-03
Also published as: JP2018020402A; JP6756539B2; CN107685251A; DE102017117462A1; US20180126567A1; US10889012B2

Abstract

一种机床，所述机床通过工具（100）对工件进行去除加工，所述机床包括：机内机器人（20）以及清洁机构（52），所述机内机器人（20）设置在加工室中，所述清洁机构（52）通过去除粘附至机内机器人（20）的粘附物来清洁所述机内机器人（20）。其中，当清洁所述机内机器人（20）时，所述机内机器人（20）相对于清洁机构（52）移动并置于所述清洁机构（52）的附近。

Description

机床

相关申请的交叉引用

将2016年8月4日提交的、申请号为2016-153336的日本专利申请的全部公开内容，包括说明书、权利要求书、附图和摘要，通过引用的方式整体并入本文。

技术领域

本申请涉及一种通过工具对工件进行去除加工的机床。

背景技术

在现有技术中，已知有通过工具对工件进行去除加工的机床。在这样的机床中，对自动化和较高的性能的需求正在增加，并且为了实现自动化，一些人提出设置机器人。例如，JP 2010-36285A公开了一种使用设置在机床外部的机器人将工件附接至机床和从机床拆卸工件的技术。JP 2010-64158A公开了一种技术，其中提供了一种铰接式机器人，该铰接式机器人在附接于机床上部上的台架轨道上行进，并且工件通过铰接式机器人在多台机床之间运输等。然而，考虑到安全性和周围环境，通常用盖覆盖机床的主体部分。因此，使用除了在如JP2007-36285A和JP2010-64158A所述的机床的主体部位之外的位置处设置的机器人，在接近加工室内部时，加工室的门必须打开。因此，利用JP 2010-36285A和JP 2010-64158A的机器人，当工件未被加工但处于加工期间时，可以附接或拆卸工件；也就是说，在加工室的门闭合的状态下，机器人不能接近工件或工具。结果，机器人的用途受限于JP2010-36285A和JP 2010-64158A的技术。

考虑到上述情况，还提出在加工室中设置机器人。例如，JP H5-301141A和JPH5-301142A公开了一种通过夹紧单元的打开/闭合操作来运输工件的工件运输工具。运输工具具有臂形，并且附接在主体功能箱上。此外，主体功能箱设置在支撑主轴的主轴头部的右侧部分处。运输工具可以围绕与所述主轴的长轴大致正交的轴转动。运送工具进一步被配置成通过转动在手臂近似水平的状态和手臂近似竖直的状态之间变化。

当通过工具对工件进行去除加工时，例如，当对工件进行切削加工时，屑末如切削屑将散落在工具周围。当机械人(运输工具)设置在如在JP H5-301141A和JPH5-301142A中所述的加工室中时，存在散落的屑末粘附至机器人的问题。当屑末粘附在机器人的接头等上时，存在阻碍驱动机器人的可能性。此外，在屑末保持粘附至机器人的状态下，当机器人接近工具或工件时，存在损坏工具或工件或降低机器人的工作精度的可能性。因此，在现有技术中，即使机器人设置在加工室中，也不能适当地保持其功能。

本发明的优点在于提供一种能适当地保持位于加工室中的机器人的功能的机床。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种机床，其通过工具对工件进行去除加工，所述机床包括：机器人以及清洁机构，所述机器人设置在加工室中，所述清洁机构通过去除粘附至机器人的粘附物来清洁所述机器人，其中，当清洁所述机器人时，所述机器人相对于所述清洁机构移动并置于所述清洁机构的附近。

根据本申请的另一方面，所述清洁机构可以固定地放置在所述加工室中，所述机器人可以移动并改变其在所述加工室中的方位，并且当清洁所述机器人时，所述机器人可以移动并改变所述方位从而改变所述清洁机构要清洁的所述机器人的位置。

根据本申请的另一方面，所述清洁机构可以包括喷射机构，所述喷射机构相对于所述机器人喷射流体，以去除粘附物。

根据本申请的另一方面，所述清洁机构可以包括接触去除机构，所述接触去除机构接触所述机器人和所述粘附物中的至少一个，以去除粘附物。

根据本申请的另一方面，所述清洁机构可以包括切削机构，所述切削机构切削并分离所述粘附物。

根据本申请的另一方面，所述机床还可以包括盖，所述盖覆盖所述加工室的内部。

根据本公开的各个方面的机床，由于设置了清洁机构，所以可以清洁设置在加工室中的机器人，并且可以适当地保持机器人的能力。

附图说明

参考以下附图，描述本申请的实施例，其中：

图1为所述机床的透视图；

图2为展示在一个方位上的机内机器人的清洁的图；

图3为展示在另一个方位上的机内机器人的清洁的图；

图4为展示在又一个方位上的机内机器人的清洁的图；

图5为另一机床的透视图；以及

图6为放大了图5的机床的相关部分的图。

具体实施方式

现在将参考附图，描述机床10的结构。图1为示意性展示机床10的结构的图。在下面的说明中，将工件主轴32的旋转轴方向称为Z轴，与Z轴正交的竖直方向称为X轴，与Z轴和X轴正交的方向称为Y轴。在下面的描述中，“接近(access)”的描述是指这样的动作：端部执行器46靠近一目标或区域移动，并移动至可以实现端部执行器46的操作目标的位置。因此，当端部执行器46是通过接触目标来检测温度的温度传感器时，“接近”这一描述意味着端部执行器46靠近目标移动，并移动至与目标接触的位置。可替换地，当端部执行器46为在不接触的情况下检测温度的温度传感器时，“接近”这一描述意味着端部执行器46靠近目标移动，并移动至端部执行器46可检测到目标的温度的位置。

机床10为通过工具对工件进行切削加工的机器。更具体地，所述机床为复合机，具有车床车削功能和旋转切削功能，所述车床车削功能通过在旋转工件的同时使车床车削工具(未展示)接触所述工件来切削工件；所述旋转切削功能用旋转工具来切削工件。在图1中，通过斜线划线的部分展示了加工区域50，在加工区域50中通过工具100执行工件的加工。机床10中的加工区域50大致等于可由工件主轴装置14保持的工件中尺寸最大的工件的占用面积。机床10的外周被盖(未展示)覆盖。由盖隔开的空间为加工室，所述加工室执行工件的加工。通过设置这样的盖，防止了切削屑等扩散至外部。在盖上设有至少一个开口和门(二者均未展示)，所述门打开和闭合所述开口。操作者通过所述开口接近机床10的内部和工件等。在加工过程中，设在所述开口处的门是闭合的。这是为了安全和周围的环境。

机床10包括工件主轴装置14、工具主轴装置16和刀架(未展示)，工件主轴装置14以允许自转的方式保持工件，工具主轴装置16以允许自转的方式保持工具100，刀架保持车床车削工具。工件主轴装置14包括设置在基座22上的头座(未展示)和安装在头座上的工件主轴32。工件主轴32具有可拆卸地保持工件的卡盘33和/或夹头，并且可以适当地更换要保持的工件。工件主轴32围绕沿水平方向(图1中的Z轴方向)延伸的工件旋转轴作为中心进行自转。

工具主轴装置16用作可相对于机床的接地表面移动的可移动结构。工具主轴装置16以允许自转的方式保持工具100，例如，旋转工具(比如，铣床或立铣刀)，或用于车床车削的工具(比如，刨刀)；工具主轴装置16包括主轴头36和工具主轴38，主轴头36具有内置驱动电机等，工具主轴38附接至主轴头36。工具主轴38具有可拆卸地保持工具100的夹持器，并且待保持的工具100可以根据需要更换。工具主轴38以与后述的摆动轴St(参见图2)大致正交的工具旋转轴Rt为中心进行自转。

此外，机内机器人20附接至主轴头36。机内机器人20用于支持加工、各种感测操作和附加工作等。稍后将详细描述机内机器人20的结构和功能。

主轴头36也可以围绕穿过主轴头36并沿Y轴方向延伸的摆动轴St(参见图2)摆动。通过主轴头36围绕摆动轴St摆动，改变工具100和机内机器人20的方位。此外，主轴头36可以通过驱动机构(未展示)沿X轴、Y轴和Z轴方向线性移动，因此，工具100和机内机器人20也可以沿X轴、Y轴和Z轴方向线性移动。

刀架保持车床车削工具，例如，称为刨刀的工具。刀架和刨刀可以通过驱动机构(未展示)沿X轴和Z轴方向线性移动。

在加工室的底部，设有排出机构(未展示)，该排出机构回收并排出在切削加工期间扩散的切削屑。可以考虑各种形式的排出机构。例如，排出机构由使因重力落下的切削屑运输至外部的输送机等形成。此外，在加工室的侧表面固定有用于清洁机内机器人20的清洁机构52。稍后将描述清洁机构52的具体结构。

机床10还包括执行各种计算的控制装置。机床10中的控制装置也称为数控装置，并响应来自操作者的指令，控制机床10的各种部件的驱动。例如，该控制装置包括执行各种计算的CPU以及存储各种控制程序和控制参数的存储器。此外，该控制装置具有通信功能，并且可以与其它装置交换各种数据，例如，NC程序数据等。该控制装置可以包括例如计算工具100和工件在所有时间的位置的数控装置。此外，该控制装置可以是单个装置，或者可以通过组合多个计算装置来形成。

接着，参见图2–4，描述附接至工具主轴装置16的机内机器人20。图2–4为机内机器人20的外周的透视图。如图2所示，机内机器人20为铰接式机器人，该铰接式机器人具有多个臂42a-42d和多个接头44a-44d。在另一视图中，机内机器人20可以视为串联操纵器，其中多个臂42a-42d和多个接头44a-44d连续地连接。机内机器人20附接至主轴头36。主轴头36为大致圆形管状，其中心轴与工具旋转轴Rt重合。如前所述，主轴头36可以在三个轴方向上平移并围绕摆动轴St旋转。

机内机器人20包括第一至第四臂42a-42d(以下，当不区分“第一”至“第四”时，省略附图标记中的字母，并且所述臂将简称为“臂”；相同的规定适用于其它构成元件)，设置在各个臂的端部处的第一至第四接头44a-44d以及端部执行器46。第一臂42a的基端经由第一接头44a连接至工具主轴装置16；第二臂42b的基端经由第二接头44b连接至第一臂42a的尖端；第三臂42c的基端经由第三接头44c连接至第二臂42b的尖端；并且第四臂42d的基端经由第四接头44d连接至第三臂42c的尖端。第一接头44a具有与摆动轴St和工具旋转轴Rt正交的第一旋转轴，第二至第四接头44b～44d分别在与第一旋转轴正交的方向上具有第二至第四旋转轴。臂42围绕相应的旋转轴作为中心摆动。因此，机内机器人20具有四个接头，每个接头能够围绕一个轴旋转，并且可以说机内机器人20作为整体具有4个自由度。

在第一至第四接头44a-44d中的每一个接头上附接执行机构，比如电机，并且通过控制装置来控制执行机构的驱动。该控制装置基于设置在接头44a-44d中的每个接头上的执行机构的驱动量来计算端部执行器46的位置。

在第四臂42d的尖端处，提供作用在目标上的端部执行器46。不对末端执行器46施加特别的限制，只要端部执行器46达到某些效果即可。因此，端部执行器46可以为，例如，感测与目标或目标的外周环境相关的信息的传感器。在该情况下，端部执行器46可以为，例如，感测目标存在或不存在或与目标接触的接触传感器、检查与目标的距离的距离传感器、检测目标的振动的振动传感器、检测由目标施加的压力的压力传感器、检测目标的温度的传感器等。存储这些传感器的检测结果，并与基于接头44a-44d的驱动量计算出的端部执行器46的位置信息相关地进行分析。例如，当端部执行器46为接触传感器时，控制装置基于与目标的接触的检测时机和该时机处的位置信息来分析目标的位置、形状和运动。

作为可替换的配置，端部执行器46可以为保持目标的保持机构。保持的形式可以为，例如，用成对元件夹持目标的手形，吸引且保持目标的形式，或使用磁力等保持目标的形式。

作为可替换的配置，端部执行器46可以为输出流体以帮助加工的装置。特别地，端部执行器46可以为排出用于吹除切削屑的空气或用于冷却工具100或工件的冷却流体(切削油或切削水等)的装置。可替换地，端部执行器46可以为排出用于形成工件的能量的装置或材料。因此，端部执行器46可以为，例如，放出激光或电弧的装置，或排出用于形成分层的材料的装置。此外，作为可替换配置，端部执行器46可以为捕获目标图像的照相机。在这种情况下，可以将通过照相机获得的图像显示在操作面板等上。

对端部执行器46作用的目标不施加特别限制，只要目标在加工室中即可；特别地，在加工区域50中即可。因此，目标可以为保持在工具主轴38上的工具100或保持在工件主轴装置14上的工件。此外，目标可以为保持在刀架上的车床车削工具。另外，目标可以是除了工具100和工件之外的目标，例如，在加工室中扩散的切削屑、组装至工件的部件、机床10的构成部件(比如，工件主轴32的卡盘33、工具主轴38的夹头)等。

在上面的描述中，端部执行器46的数量描述为一个，但端部执行器46的数量并不限于一个，且可以是多个。另外，端部执行器46至少设置在机内机器人20上就足够了，并且设置位置不限于铰接式臂的尖端，而可以可替换地位于铰接式臂的中途。

在上述说明中，机内机器人20为具有多个接头44的铰接式机器人，但是机内机器人20也可以可替换地为其它形式，例如，并联机器人等，只要可以改变端部执行器46的位置和机器人的方位即可。

机内机器人20可以用于各种用途。例如，机内机器人20可以在工件加工期间帮助加工。具体地，例如，机内机器人20在加工期间支撑工件和工具100中的至少一个。通过这样的配置，可以抑制低刚性的工件/工具100的振动。作为可替换配置，机内机器人20可以在加工期间使工件保持在工件主轴装置14的合适位置。通过这样的配置，可以在加工期间自由地改变工件的方位，且能够对复杂形状进行加工。作为另一可替换的配置，机内机器人20可以在加工期间对工件或工具100施加振动。这样的配置能够在施加振动的同时进行特殊加工，在该特殊加工中执行切削。此外，作为可替换配置，机内机器人20可以在加工期间排出冷却流体(切削油，切割水)或用于去除切削屑的空气。通过利用其位置和方位可以自由改变的机内机器人20排出冷却流体或空气，可以更自由地控制工件和工具100的切削特征和温度。

机内机器人20还可以，例如，在工件加工期间或在加工之前或之后，执行各种感测过程。具体地，例如，可以通过机内机器人20监测切削状态(表面加工精密度和切削屑状态)。作为可替换配置，机内机器人20可以感测工件和工具100的状态，例如，加工期间的温度、振动、变形等，并将感测结果输出至控制装置。在这种情况下，该控制装置根据需要基于机内机器人20检测出的信息来理想地改变各种加工条件(比如，进给速度和旋转速度)。可替换地，机内机器人20可以具有在加工开始之前或加工完成之后测量工件的形状的结构。通过在加工开始之前测量工件的形状，可以可靠地防止工件的附接误差。通过在加工完成后测量工件的形状，可以判断加工结果的质量。作为可替换配置，机内机器人20可以在加工开始之前或加工完成之后测量，例如，工具100的状态(例如，磨损量和突出量)。

此外，机内机器人20可以执行例如与加工不直接相关的工作。具体地，机内机器人20可以执行清理工作以回收在加工期间或加工完成之后扩散在加工室中的切削屑。作为可替换配置，机内机器人20可以在未执行加工期间执行工具的检查(检查磨损的存在或不存在和突出量)或机床10的可移动零件的检查。

此外，机内机器人20可以在加工期间或加工完成之后执行相关技术中由机外机器人执行的作业。例如，机内机器人20可以对工件执行另外的加工(比如去除加工，如修整和模具抛光、表面改质、加成加工等)的。此外，机内机器人20可以运输、更换或设置工件和工具100。此外，机内机器人20可以检查或组装各种部件。

如上所述，机内机器人20可以用于各种用途。可以根据机内机器人20的所需用途来选择设置在机内机器人20上的端部执行器46的类型。机内机器人20设置在加工室中。特别地，靠近加工区域50(例如，在工具主轴头36上)设置执行加工支撑的机内机器人20。在这种情况下，由于工件的去除加工而产生的屑末，即，切削屑，倾向于粘附至机内机器人20。当切削屑粘附至机内机器人20的接头44等时，存在阻碍机内机器人20的适当驱动可能性。此外，在接近目标(工件、工具100等)，同时切削屑继续粘附至端部执行器46等时，可能损坏该目标或可能降低各种作业的精密度。

因此，在本申请的机床10中，清洁机构52固定在加工室的壁面上。如上所述，清洁机构52为去除粘附至机内机器人20的切削屑从而清洁机内机器人20的机构。没有对清洁机构52的结构施加特别限制，只要可以去除切削屑即可，并且例如清洁机构52可以包括喷射机构，该喷射机构喷射流体比如空气和水以去除切削屑。作为可替换配置，清洁机构52可以包括接触去除机构，该接触去除机构通过使包括旋转刷、刮刀、海绵、包层、洗涤器等的接触单元与机内机器人20和切削屑中的至少一个接触去除切削屑。此外，作为可替换配置，清洁机构52可以包括切削机构，该切削机构适当地切削并分离卷绕机内机器人20的切削屑。对于切削机构，例如，可以考虑切割器(旋转切割器)和破碎机(比如粉碎机)。当切削屑被切削时，机内机器人20可以移动，使得切割器或粉碎机追踪机内机器人20的表面。可替换地，清洁机构52可以是这些的组合。例如，清洁机构52可以包括捕获切削屑的旋转刷和吹除细切削屑的空气喷射器。

在机内机器人20的可移动范围内，清洁机构52设置在远离加工区域50的位置，更具体地，在加工室中的壁表面上。该配置用于防止切削屑粘附在清洁机构52上。如上所述，清洁机构52也固定在加工室中的壁表面上，并且不可以改变其位置。这是因为当清洁机构52可移动时，需要专用的驱动机构，这会导致整个装置的尺寸和成本的增加。

清洁机内机器人20时，移动机内机器人20所附接的工具主轴装置16，以使机内机器人20靠近清洁机构52移动。如图2至图4所示，在机内机器人20相对于清洁机构52的位置和方位循序变化时，清洁整个机器人20。在图2～4的示例性配置中，如图2至图4所示，首先，机内机器人20的第一接头44a靠近清洁机构52移动，并且去除第一接头44a周围的切削屑。然后，工具主轴装置16从清洁机构52逐渐移开，第一臂42a至端部执行器46的单元循序靠近清洁机构52移动，并且去除这些单元中的切削屑。图2展示了第二臂42b的切削屑的去除。图3展示了第四接头44d的切削屑的去除。图4展示了端部执行器46的切削屑的去除。如图2至图4所示，适当地改变机内机器人20的方位，从而可以清洁机内机器人20的整个外周。以这种方式，在清洁中，由于机内机器人20的方位和位置改变，即使清洁机构52采用位置不可移动的简单结构，也可以适当清洁机内机器人20的整个周边。

由清洁机构52去除的切削屑主要落在加工室的底部。在加工室的底部处，设有用于将切削屑排出至外部的输送机。输送机收集的切削屑收集至切削屑处理器并处理。

对机内机器人20的这种清洁的执行时机没有施加特别限制。因此，例如，可以根据来自用户的指令执行清洁，或者可以根据预定的时间表周期性地执行清洁。可替换地，可以结合特定事件执行清洁。例如，可以在每次用工具100完成工件的加工时执行清洁。可替换地，可以单独设置传感器，比如照相机，可以监测切削屑的粘附情况，并且可以确定执行清洁的可能性。

在上述任何一种配置中，通过设置以去除粘附至机内机器人20上的切削屑来清洁机内机器人20的清洁机构52，可以使机内机器人20保持在适当的状态。上述结构仅仅是示例性的，并且可以适当地修改该结构，只要该装置包括机内机器人20和清洁机内机器人20的清洁机构52即可。

例如，在上述配置中，机内机器人20附接至工具主轴装置16，但是机内机器人20可以可替换地附接至其它位置，例如，靠近工件主轴装置14的位置。图5为展示设置成靠近工件主轴装置14的机内机器人20的实例配置的透视图，图6为图5的相关部分的放大图。如图5和图6所示，在机床10中，机器内机器人20经由连接机构40附接至工件主轴32的外周。连接机构40为围绕工件主轴装置32的外周的环形结构。连接机构40具有附接至工件主轴32的中空旋转接头。连接机构40可以相对于工件主轴32旋转，并且其旋转中心与工件旋转轴重合。机内机器人20为具有多个接头和臂的铰接式机器人。

在这样的机床中，也可以设置用于机内机器人20的清洁机构52。与工具主轴装置16不同，工件主轴32不能线性移动，因此与工件主轴32连接的机内机器人20的可移动范围趋于变窄。因此，在这种情况下，清洁机构52理想地设置成靠近机内机器人20。然而，当清洁机构52靠近机内机器人20进行附接，且因此直接附接在靠近工件主轴32的壁表面上时，切削屑也可能粘附在清洁机构52上。因此，在这种情况下，如图5和图6所示，可以在机内机器人20附近的壁表面上设置凹部54，并且清洁机构52可以设置在凹部54中。在这种情况下，凹部54的底表面理想地为倾斜的表面，使切削屑可以轻易落下。当清洁机内机器人20时，如图6所示，机内机器人20可以进入凹部54，使得机内机器人20靠近清洁机构52移动。

在上面的描述中，清洁机构52被描述为其位置不可改变，但是可选地，清洁机构52可以是可移动的。另外，机内机器人20不限于铰接式串联操纵器，也可以可替换地为具有多个连杆的并联机器人。此外，机内机器人20可以设置在除了工具主轴装置16和工件主轴32之外的位置，例如，在刀架和尾座上，只要机内机器人20设置在加工室中即可。

Claims

1.一种机床，其通过工具对工件进行去除加工，所述机床包括：

机器人，所述机器人设置在加工室中；以及

清洁机构，所述清洁机构布置在凹部内并通过去除粘附至机器人的粘附物来清洁所述机器人，所述凹部设置在远离加工区域的位置，其中，所述凹部的尺寸允许所述机器人的至少一部分进入以清洁所述机器人，所述机器人整体相对于所述清洁机构移动并且所述机器人的所述至少一部分进入所述凹部，且

所述清洁机构清洁进入所述凹部的所述机器人的所述至少一部分。

2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

所述清洁机构固定地放置在所述加工室中，

所述机器人能移动并改变其在所述加工室中的方位，并且

当清洁所述机器人时，所述机器人移动并改变所述方位，从而改变所述清洁机构待清洁的所述机器人的位置。

3.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

所述清洁机构包括喷射机构，所述喷射机构相对于所述机器人喷射流体，以去除粘附物。

4.根据权利要求2所述的机床，其特征在于，

5.根据权利要求1至4中任何一项所述的机床，其特征在于，

所述清洁机构包括接触去除机构，所述接触去除机构接触所述机器人和所述粘附物中的至少一个，以去除粘附物。

6.根据权利要求1至4中任何一项所述的机床，其特征在于，

所述清洁机构包括切削机构，所述切削机构切削并分离粘附物。

7.根据权利要求5所述的机床，其特征在于，

8.根据权利要求1至4中任何一项所述的机床，其特征在于，

所述机床还包括盖，所述盖覆盖所述加工室的内部。

9.根据权利要求5所述的机床，其特征在于，

所述机床还包括盖，所述盖覆盖所述加工室的内部。

10.根据权利要求6所述的机床，其特征在于，

所述机床还包括盖，所述盖覆盖所述加工室的内部。

11.根据权利要求7所述的机床，其特征在于，

所述机床还包括盖，所述盖覆盖所述加工室的内部。