CN104057354A - 具有伺服自动开关门的加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具备伺服自动开关门的加工系统，该系统包括：加工机，其具有加工时关闭，非加工时开放的门；自动更换装置，其被设置为能够经由门进退到加工机的内部，并对加工对象物和/或刀具进行更换；致动器，其对门进行开关。致动器为门开关专用的伺服电动机。

Description

具有伺服自动开关门的加工系统

技术领域

本发明涉及一种具有伺服自动开关门的加工系统。

背景技术

现有的机床等加工机中设置有在加工过程中关闭，在非加工时（例如工件更换时等）开放的门。此类门，作为通过气缸（air cylinder）的驱动进行开关动作的装置，已知有例如在日本实开平5-74744号公报（JP5-74744U）以及日本特开2008-207270号公报（JP2008-207270A）中记载的装置。

在JP5-74744U以及JP2008-207270A记载的装置中，通过气缸的驱动进行门的开关。因此，无法控制门的开关速度，但为了降低门开关时的冲击，不得不减慢开关速度。

发明内容

本发明的一方式的加工系统，具备：加工机，其具有加工时关闭，非加工时开放的门；自动更换装置，其被设置成能够经由门进出加工机的内部，并进行加工对象物和/或刀具的更换；致动器，其对门进行开关。并且，致动器为门开关专用的伺服电动机。

附图说明

通过与附图相关的以下的实施方式说明，使本发明的目的、特征以及优点更加明确。附图中，

图1为表示本发明的实施方式的加工系统的结构的图。

图2A为表示图1的门的开关机构的主视图。

图2B为图2A的IIB矢向视图。

图3为表示本发明的第一实施方式的加工系统的控制结构的框图。

图4为表示图3的变形例的框图。

图5为表示图4的机器人控制装置中的处理的一例的流程图。

图6为表示本发明的第二实施方式涉及的加工系统的控制结构的框图。

图7为表示图6的加工系统中的处理的一例的流程图。

图8为表示本发明的第三实施方式的加工系统的控制结构的框图。

图9为表示图8的加工系统中的处理的一例的流程图。

图10为表示图2的变形例的图。

具体实施方式

（第一实施方式）

下面，参照图1至图5，对本发明的第一实施方式进行说明。图1为表示本发明的实施方式的加工系统100的结构的图。该加工系统100包括加工机10和与加工机10相邻配置的工业用机器人20。

加工机10，例如为加工工件的机床，为了防止加工中切削液等飞溅到外部用罩11对整体进行了包围。面向机器人20的罩11的一面（开关面11a）上，设置有大致矩形状的开口部12，并且为了挡住该开口部12，沿着开关面11a安装了可以滑动的大致矩形状的门13。门13，通过伺服电动机15的驱动经由开关机构14进行开关。以下，有时将伺服电动机15称为门开关用电动机。将伺服电动机15固定在例如开口部12外侧的罩11的端部（上端侧角部的附近）。

图2A为表示门13的开关机构14的主视图，图2B为图2A的IIB矢向视图。如图2A、图2B所示，开关机构14向水平方向（门13的开关方向）延伸，并具有滚珠丝杠142，其以能够旋转的方式支撑在罩11上。滚珠丝杠142，经由联轴器141与门开关用电动机15的输出轴相连接。滚珠丝杠142上螺纹拧合有螺母143，门13经由托架144被一体地固定在螺母143上。罩11上设置有用于限制门13的移动方向的导向部145。滚珠丝杠142通过门开关用电动机15的旋转而旋转时，螺母143沿着滚珠丝杠142移动，作为门13的一部分的可动部131沿着导向部145在水平方向滑动。其结果，门13以与门开关用电动机15的旋转相对应的速度，开关图1所示的开口部12。

图1所示的机器人20，例如为垂直多关节型机器人，具有固定在地面上的底座21、以可转动的方式与底座21连接的机器人的机械臂22、设置在机器人的机械臂22的前端部的机械手23。机器人20的机械手23，把持工件或者刀具，经由开口部12进出加工机10内。由此，能够自动更换作为加工对象物的工件或者安装在加工机10的刀具等。即，机器人20作为更换工件或者刀具的自动更换装置发挥作用。

当机器人20（机械手23）进入加工机10内时开放门13，当机器人20从加工机10退出后，进行工件加工时关闭门13。因此，有必要联动地进行门13的开关动作和机器人20的进出动作。

图3为表示本发明的第一实施方式的加工系统100的控制结构的框图。如图3所示，加工系统100具有：加工机控制装置31，其向除了设置在加工机10上的门开关用电动机15以外的各种致动器10a输出控制信号从而对加工机10进行控制；机器人控制装置32，其向设置在机器人20上的各种致动器20a输出控制信号从而对机器人20进行控制。致动器10a例如是伺服电动机（加工机用电动机），致动器20a例如也是伺服电动机（机器人用电动机）。

加工机控制装置31由演算处理装置和伺服放大器构成，其中演算处理装置具有CPU、ROM、RAM以及其他周边电路。机器人控制装置32同样由演算处理装置和伺服放大器构成，其中演算处理装置具有CPU、ROM、RAM以及其他周边电路。机器人控制装置32还具有对门开关用电动机15进行控制的电动机控制部33。

电动机控制部33向门开关用电动机15输出门开放信号或者门关闭信号。由此门开关用电动机15进行驱动，并经由开关机构14开放或者关闭门13。此时，通过伺服电动机15的驱动对门13进行开关，因此容易调整门13的移动速度。例如，当高速地开关门13且门13接近开放位置或者关闭位置时，使门13的移动速度减速。由此，不仅可以降低门13移动停止时的冲击，而且还可以在短时间内进行门13的开关动作。

机器人控制装置32，可以通过来自内置在门开关用电动机15的旋转检出器的信号掌握门13的开关位置。另外，也可以通过其他检出器检测出门13的开关位置，机器人控制装置32读入来自该检出器的信号，从而掌握门13的开关位置。机器人控制装置32，根据门13的开关位置向机器人用致动器（机器人用电动机）20a输出控制信号，从而控制机器人20的动作。例如，在门13刚刚到达开放位置后，使机器人20进入加工机10内。

机器人控制装置32，例如能够通过来自内置在机器人用电动机20a的旋转检出器的信号来掌握机器人20的位置以及姿势。此外，也可以通过其他检出器检测出机器人20的位置以及姿势，机器人控制装置32读入来自该检出器的信号，从而掌握机器人20的位置以及姿势。机器人控制装置32（电动机控制部33），根据该机器人20的位置以及姿势向门开关用电动机15输出控制信号。例如，在机器人20刚刚退让到加工机10的外侧后，使门13从开放位置移动到关闭位置。

如上所述，通过机器人控制装置32控制门13的开关，能够根据机器人20的位置以及姿势和门13的位置对机器人用电动机20a和门开关用电动机15进行同步控制。由此，使机器人20动作的同时使门13进行开关动作。例如，在门13到达开放位置前，机器人20开始执行进入加工机10的动作，或者在机器人20的退让动作结束前开始门13的关闭动作，从而能够实现高效率的加工。

此外，在本实施方式中，作为自动更换装置使用了通用的机器人20，因此可以以廉价的结构实现工件或者刀具的装卸等动作。

图4为表示图3的变形例的框图。图4与图3的不同点在于，机器人控制装置32除了电动机控制部33还具有判定部36。判定部36，对门13的开放动作是否为必要，以及是否可以使机器人20进入加工机10内进行判定。

图5为图4的机器人控制装置32中执行的处理的一例，特别是表示更换加工机10内的工件的工件更换处理的一例的流程图。在步骤S1中，判定部36判定门13的开放动作是否必要。例如，当加工机10中的工件加工结束时，加工机控制装置31向机器人控制装置32输出加工结束信号，在步骤1中，当输入了该加工结束信号时，判定需要开放动作。肯定步骤S1时进入步骤S2。

在步骤S2中，电动机控制部33向门开关用电动机15输出门开放信号。由此门开关用电动机15进行驱动，门13开始从关闭位置向开放位置的开放动作。步骤S3中，判定部36根据来自门开关用电动机15（伺服电动机）的位置信息，即来自检测伺服电动机的旋转量的检出器的信息，判定门13是否开放到预先设定的预定位置。在此，预定位置是指机器人20的机械手23能够经由门13进入加工机10内的位置（机器人可进入位置），例如是门13的全开位置。此外，也可以将预定位置设为相对于门13的全开位置只打开预定比例的位置。肯定步骤S3时进入步骤S4，否定步骤S3时返回到步骤S2。在步骤S4中，向机器人用电动机20a输出控制信号，使机器人20的机械手23经由门13进入加工机10内。

如上所述，判断为门13开放到机器人可进入位置后使机器人20的机械手23进入加工机10内，因此可以根据门13的开关位置使机器人20定时准确地动作，还可以使机器人20和门13互不干扰地高效进行工件或者刀具的更换作业。

（第二实施方式）

参照图6、图7，对本发明的第二实施方式进行说明。与图1至图5的相同的地方用相同的符号表示，下面主要对与第一实施方式的不同点进行说明。第一实施方式中采用通过机器人控制装置32控制门开关用电动机15，但在第二实施方式中采用加工机控制装置31进行上述动作。图6为表示本发明的第二实施方式的加工系统100的控制结构的一例的框图。如图6所示，加工机控制装置31具有：电动机控制部34，其对门开关用电动机15进行控制；判定部37，其对是否可以使机器人20进入加工机10内进行判定。另外，可以将判定部37设置在机器人控制装置32中，也可以省略判定部37。

加工机控制装置31，根据门开关用电动机15的位置信息掌握门13的位置，并且根据来自机器人控制装置32的信号掌握机器人20的位置以及姿势。另一方面，机器人控制装置32根据来自加工机控制装置31的信号掌握门13的位置。另外，加工机控制装置31可以不经由机器人控制装置32读入来自检测机器人20的位置以及姿势的检出器的信号，机器人控制装置32也可以不经由加工机控制装置31读入来自检测门13的开关位置的检出器的信号。

加工机控制装置31，根据机器人20的位置以及姿势向门开关用电动机15输出控制信号。由此，可以对门13的开关动作进行最佳控制。并且，机器人控制装置32根据门13的开关位置向机器人用致动器20a输出控制信号。由此，可以对机器人20的进退动作进行最佳控制。

图7是表示图6的加工系统中的处理的一例，特别工件更换处理的一例的流程图。在图中对加工机控制装置31中的处理（加工机用处理）和机器人控制装置32中的处理（机器人用处理）分开进行了表示。首先，作为加工机用处理，在步骤S11中，判定部37判定门13的开放动作是否必要。例如，当结束加工机10中的工件加工时，判定为开放动作是必要的，进入步骤S12。

在步骤S12中，电动机控制部34向门开关用电动机15输出开放信号，并开始门13的开放动作。在步骤S13中，判定部37根据来自门开关用电动机15的位置信息判定门13是否已开放到机器人可进入位置。肯定步骤S13时进入步骤S14，否定步骤S13时返回到步骤S12。在步骤S14中，加工控制装置31对机器人控制装置32输出允许机器人20进入加工机10内的指令（进入许可指令）。

接下来，作为机器人用处理，在步骤S15中判定是否从加工机控制装置31输出了进入许可指令。肯定步骤S15时进入步骤S16，向机器人用电动机20a输出控制信号，并使机器人20的机械手23经由门13进入加工机10内。

如上所述，在第二实施方式中，通过加工机控制装置31控制门开关用电动机15，因此可以根据加工状况使门13进行开关动作，还可以高精度地控制门13的开关定时。此外，加工机控制装置31（判定部37）判定为门13开放到了机器人可进入位置后，通过机器人控制装置32使机器人20的机械手23进入加工机10内，因此可以使机器人20和门13互不干扰地高效进行工件或者刀具的更换作业。

（第三实施方式）

参照图8、图9，对本发明的第三实施方式进行说明。与图1至图5相同的地方用相同的符号表示，下面主要对与第一实施方式的不同点进行说明。在第三实施方式中，将控制门开关用电动机15的控制装置与加工机控制装置31以及机器人控制装置32分开设置。图8为表示本发明的第三实施方式的加工系统100的控制结构的一例的框图。如图8所示，加工系统100具有加工机控制装置31、机器人控制装置32以及门开关控制装置35。门开关控制装置35具有判定部38，其对是否可以使机器人20进入加工机10内进行判定。此外，可以将判定部38设置在加工机控制装置31或者机器人控制装置32中，也可以省略判定部38。

门开关控制装置35，根据来自机器人控制装置32的信号掌握机器人20的位置以及姿势，并且机器人控制装置32根据来自门开关控制装置35的信号掌握门13的开关位置。门开关控制装置35根据机器人20的位置以及姿势向门开关用电动机15输出控制信号。由此，可以对门13的开关动作进行最佳控制。此外，机器人控制装置32根据门13的开关位置向机器人用致动器20a输出控制信号。由此，可以对机器人20的进退动作进行最佳控制。

图9为表示图8的加工系统中的处理的一例，特别是工件更换处理的一例的流程图。在图中对加工机控制装置31中的处理（加工机用处理）、机器人控制装置32中的处理（机器人用处理）以及门开关控制装置35中的处理（门开关用处理）进行分开表示。首先，作为加工机用处理，在步骤S21中，对门13的开放动作是否必要进行判定。例如，当结束加工机10中的工件加工时，判定为开放动作是必要的，进入步骤S22。在步骤S22中，对门开关控制装置35输出门13的开放指令。

接下来，作为门开关用处理，在步骤S23中判定是否从加工机控制装置31输出了开放指令。肯定步骤S23时进入步骤S24，向门开关用电动机15输出开放信号，并开始门13的开放动作。在步骤S25中，判定部38根据来自门开关用电动机15的位置信息，判定门13是否开放到了机器人可进入位置。肯定步骤S25时进入步骤S26，否定步骤S25时返回到步骤S24。步骤S26中，对机器人控制装置32输出进入许可指令。

接下来，作为机器人用处理，在步骤S27中判断是否从门开关控制装置35输出了进入许可指令。肯定步骤S27时进入步骤S28，向机器人用电动机20a输出控制信号，并使机器人20的机械手23经由门13进入加工机10内。

如上所述，在第三实施方式中，通过与加工机控制装置31以及机器人控制装置32不同的专用控制装置35控制门13的开关，因此容易应用于已有的加工系统。此外，门开关控制装置35（判定部38）判定为门13开放到了机器人可进入位置后，通过机器人控制装置32使机器人20机械手23进入加工机10内，因此可以使机器人20和门13互不干扰地高效地进行工件或者刀具的更换作业。

（变形例）

在上述实施方式中，由滚珠丝杠142和螺母143等构成了开关机构14，但开关机构14的结构并不限于此。图10为表示由齿条和齿轮（rack and pinion）构成开关机构14时的一例的图。图10中，门开关用的伺服电动机15经由固定部151固定在罩11的端部（上端部），门开关用电动机15的输出轴与齿轮152（齿轮传动装置（pinion gear））相连接。在门13的上端部，齿条153（齿条传动装置（rack gear））在水平方向（门13的开关方向）延伸，齿条153和齿轮152相啮合。罩11上设有用于限制门13的移动方向的导向部154。由此，通过门开关用电动机15的旋转而齿轮152旋转时，齿条153在水平方向移动。其结果，门13被导向部154导向而在水平方向移动，并以与门开关用电动机15的旋转相应的速度对开口部12进行开关。

此外，上述实施方式（图2）中，将伺服电动机15、滚珠丝杠142以及导向部145固定在罩11上，在上述变形例（图10）中，虽然将伺服电动机15和导向部154固定在罩11上，但是如果是固定在加工机10的本体上，则也可以将这些固定在罩11以外上。如果将伺服电动机15的旋转运动转换为直线运动，则开关机构14的结构还可以采用图2、图10以外的结构。

在上述实施方式中，作为加工机10使用了机床，但同样可以将本发明应用在具有加工时关闭、非加工时开放的门13的其他加工机中。在上述实施方式中，机床的罩11上安装了可以滑动的门13，但门的结构并不限于此。在上述实施方式中，作为自动更换装置使用了机器人20，但如果是设置为可经由门13进出加工机10内部，并进行加工对象物和/或刀具更换，则自动更换装置可以采用机器人以外的结构。因此，控制自动更换装置的自动更换控制装置可以采用机器人控制装置32以外的结构。

也可以采用上述实施方式和变形例的一个或者多个的任意组合。

根据本发明，采用了通过伺服电动机的驱动对设置在加工机上的门进行开关的方式，因此可以控制门的开关速度，还可以在短时间内完成开关动作。

以上，关联了最佳的实施方式对本发明进行了说明，但本领域技术人员能够理解在不脱离权利要求范围的情况下进行各种修改以及变更。

Claims (10)

1.一种加工系统，其特征在于，

具备：

加工机（10），其具有加工时关闭，非加工时开放的门（13）；

自动更换装置（20），其被设置为能够经由所述门进出加工机的内部，并进行加工对象物和/或刀具的更换；

致动器（15），其对所述门进行开关，

所述致动器为门开关专用的伺服电动机（15）。

2.根据权利要求1所述的加工系统，其特征在于，

所述自动更换装置为机器人（20）。

3.根据权利要求1或2所述的加工系统，其特征在于，

所述加工系统还具备对所述自动更换装置进行控制的自动更换控制装置（32），

所述自动更换控制装置具有对所述伺服电动机进行控制的电动机控制部（33）。

4.根据权利要求3所述的加工系统，其特征在于，

所述自动更换控制装置具有：判定部（36），其根据所述伺服电动机的位置信息判定所述自动更换装置是否能够进入所述加工机内，当该判定部判定为所述自动更换装置能够进入所述加工机内时，使所述自动更换装置进入所述加工机内。

5.根据权利要求1或2所述的加工系统，其特征在于，

所述加工系统还具备对所述加工机进行控制的加工机控制装置（31），

所述加工机控制装置具有对所述伺服电动机进行控制的电动机控制部（34）。

6.根据权利要求5所述的加工系统，其特征在于，

所述加工系统还具备对所述自动更换装置进行控制的自动更换控制装置（32），

所述加工机控制装置或者所述自动更换控制装置具有：判定部（36；37），其根据所述伺服电动机的位置信息判定所述自动更换装置是否能够进入所述加工机内，

当所述判定部判定为所述自动更换装置能够进入所述加工机内时，所述自动更换控制装置使所述自动更换装置进入所述加工机内。

7.根据权利要求1或2所述的加工系统，其特征在于，

所述加工系统还具备：

自动更换控制装置（32），其对所述自动更换装置进行控制；

加工机控制装置（31），其对所述加工机进行控制；

门开关控制装置（35），其对所述伺服电动机进行控制。

8.根据权利要求7所述的加工系统，其特征在于，

所述自动更换控制装置、所述加工机控制装置或者门开关控制装置具有：判定部(38)，其根据所述伺服电动机的位置信息判定所述自动更换装置是否能够进入所述加工机内，

当所述判定部判定为所述自动更换装置能够进入所述加工机内时，所述自动更换控制装置使所述自动更换装置进入所述加工机内。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的加工系统，其特征在于，

所述加工系统还具备对所述门进行开关的开关机构（14），

所述伺服电动机固定在所述加工机的本体（11）上，

所述开关机构具有：

滚珠丝杠（142），其以能够旋转的方式支撑在所述加工机的本体上，向所述门的开关方向延伸，并与所述伺服电动机相连接，

螺母（143），其与所述滚珠丝杠进行螺纹拧合，并设置成与所述门成为一体，

导向部（145），其固定在所述加工机的本体上，并限制所述门的移动方向。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的加工系统，其特征在于，

所述加工系统还具备对所述门进行开关的开关机构（14），

所述伺服电动机固定在所述加工机的本体（11）上，

所述开关机构具有：

齿条传动装置（153），其向所述门的开关方向延伸，并固定在所述门上；

齿轮传动装置（152），其与所述伺服电动机相连接，并与所述齿条传动装置相齿合；

导向部（154），其固定在所述加工机的本体上，并限制所述门的移动方向。