CN106994617B - 工件的加工方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种工件的加工方法。该工件的加工方法能够防止加工精度和制造效率的下降。该方法包括以下步骤：使夹持部压紧工件的第一部分，来将该工件夹持在夹持部与工件接受部之间；使夹持部以远离第一部分的方式移动，来解除由夹持部对工件进行的夹持；使机器人动作，通过机械手对工件的与第一部分不同的第二部分进行把持，以不改变工件的姿势的方式对工件相对于工件接受部的移动进行限制；以及在对工件相对于工件接受部的移动进行了限制的状态下，使机床动作来对第一部分进行加工。

Description

工件的加工方法
技术领域
本发明涉及一种通过机床与机器人之间的协作来对工件进行加工的方法。
背景技术
已知一种具备把持工件来进行输送并将该工件设置于治具的机器人的加工系统(例如日本特开2009-184055号公报)。另外，已知一种具备为了对设置于治具的工件进行加工而对该工件进行夹持的夹持机构的机床(例如日本特开平9-201742号公报)。
在由夹持机构对设置于治具的工件进行了按压情况下，无法对夹持机构与工件抵接的部分进行加工。因而，以往存在以下情况：为了进行该部分的加工，需要将工件重新设置于其它治具的作业等。在该情况下，存在导致加工精度和制造效率的下降的可能性。
发明内容
在本发明的一个方式中，提供一种通过机床与机器人之间的协作来对工件进行加工的方法，其中，该机床具有设置工件的工件接受部以及向工件接受部按压工件的夹持部，该机器人具有能够把持工件的机械手，该方法包括以下步骤：使夹持部压紧工件的第一部分，来将该工件夹持在夹持部与工件接受部之间。
另外，该方法还包括以下步骤：使夹持部以远离第一部分的方式移动，来解除由夹持部对工件进行的夹持；使机器人动作，通过机械手对工件的与第一部分不同的第二部分进行把持，以不改变工件的姿势的方式对工件相对于工件接受部的移动进行限制；以及在对工件相对于工件接受部的移动进行了限制的状态下，使机床动作来对第一部分进行加工。
机器人也可以具有用于对施加于机械手的力进行测量的力传感器。也可以是，在通过机械手把持第二部分时，基于力传感器测量出的力，以使机械手对第二部分进行按压的力变为预先决定的力的方式来对该进行按压的力进行控制。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的加工系统的框图。
图2是从图1中的z轴正方向这一侧观察图1所示的工件和工件接受部的图，用虚线示出了处于把持着工件的状态的机械手。
图3是表示图1所示的加工系统的动作流程的一例的流程图。
图4是表示图3中的步骤S5的流程的一例的流程图。
图5表示图3中的步骤S4结束时的加工系统。
图6表示在图4中的步骤S13中判定为“是”时的加工系统。
图7是本发明的其它实施方式所涉及的工件接受部的图。
图8是本发明的另一实施方式所涉及的工件接受部的图。
图9是本发明的其它实施方式所涉及的机械手的图。
图10是其它实施方式所涉及的加工系统的框图。
具体实施方式
下面，基于附图来详细地说明本发明的实施方式。首先，参照图1和图2来说明本发明的一个实施方式所涉及的加工系统10。加工系统10具备机器人系统12和机床14。
机器人系统12用于将工件W搬入到机床14的内部并设置于机床14内的工件接受部46、或者将设置于该工件接受部46的工件W从机床14取出。
机器人系统12具备机器人控制部16和机器人18。机器人控制部16例如具有CPU(中央运算处理装置)和存储部(均未图示)等，对机器人18的各结构要素直接或间接地进行控制。
机器人18例如是垂直多关节机器人，具备机器人基部20、回转主体22、机械臂24、机械手26以及力传感器38。机器人基部20固定于工作单元的台面。回转主体22以能够绕铅垂轴回转的方式安装于机器人基部20。
机械臂24具有以能够转动的方式安装于回转主体22的后臂部28以及以能够转动的方式安装在该后臂部28的前端的前臂部30。在前臂部30的前端设置有手腕部32，机械手26经由该手腕部32安装在前臂部30的前端。
机械手26具有安装于手腕部32的手基部34以及以能够打开和闭合的方式设置于该手基部34的多个指部36。指部36以能够向彼此相接近和远离的方向移动的方式设置于手基部34。
机器人控制部16向机器人18中内置的各伺服电动机(未图示)发送指令，来使机器人18动作，通过该机器人18的动作来使机械手26移动。另外，机器人控制部16向机械手26中内置的各伺服电动机(未图示)发送指令，来使指部36打开和闭合。
力传感器38例如具有应变计或位移计等传感器元件，并对施加于指部36的负荷进行检测。力传感器38将与检测出的负荷有关的数据发送到机器人控制部16。例如，力传感器38以预先决定的周期将与负荷有关的数据发送到机器人控制部16。
机床14具有机床控制部40、主轴42、工作台44、工件接受部46以及夹持机构48。机床控制部40具有CPU(中央运算处理装置)和存储部(均未图示)等，对机床14的各结构要素直接或间接地进行控制。
机床控制部40与机器人控制部16以能够进行通信的方式连接。机床控制部40和机器人控制部16一边相互进行通信一边对后述的工件W执行加工作业。
主轴42被设置为能够向相对于工件接受部46接近和远离的方向(即沿图中的z轴方向)移动，在主轴42的前端保持有工具50。机床控制部40向主轴42中内置的伺服电动机(未图示)发送指令，来使主轴42沿z轴方向移动。
保持于主轴42的工具50通过该主轴42的动作而向相对于工件接受部46接近和远离的方向(即沿图中的z轴方向)移动。另外，机床控制部40向主轴42中内置的伺服电动机(未图示)发送指令，来驱动工具50使之旋转以对工件W进行加工。
工作台44具有可动台44a以及使该可动台44a移动的移动机构44b。移动机构44b具有伺服电动机和滚珠丝杠机构，根据来自机床控制部40的指令来使可动台44a沿图1中的x轴方向和y轴方向移动。
工件接受部46固定在工作台44的可动台44a上，与可动台44a一体地移动。在工件接受部46上形成有用于对工件W进行定位的卡合部46a。
在本实施方式中，多个卡合部46a形成为从工件接受部46的顶面46b向z轴正方向突出，如图2所示那样配置为围绕在工件W的周围。卡合部46a与工件W的外周面S卡合，由此对工件W相对于工件接受部46沿x-y平面的移动进行限制。
夹持机构48具有夹持驱动部52、夹持臂54以及夹持部56。夹持驱动部52例如具有空压式或液压式的缸，根据来自机床控制部40的指令来将夹持臂54沿z轴方向进行驱动。
关于夹持臂54，其一端固定于夹持驱动部52，另一端保持有夹持部56。夹持部56配置在从形成于工件接受部46的卡合部46a向z轴正方向离开的位置处。夹持部56通过夹持驱动部52而与夹持臂54一体地沿z轴方向被驱动。
在本实施方式中，夹持部56配置为在通过夹持驱动部52向z轴负方向移动时，与工件接受部46上设置的工件W的第一部分P1抵接。第一部分P1为工件W的z轴正方向的端部，面向夹持部56。
接着，参照图3～图6来说明加工系统10的动作。在机器人控制部16或机床控制部40从使用者、上级控制器或加工程序接收到工件W的加工指令时，开始图3所示的动作流程。
在步骤S1中，机器人控制部16将工件W设置于工件接受部46。具体地说，机器人控制部16按照机器人程序来使机器人18动作，通过机械手26对设置于预先决定的场所的工件W进行把持。
接下来，机器人控制部16通过机器人18使工件W移动，将该工件W设置在工件接受部46上。此时，工件接受部46的卡合部46a与工件W的外周面S卡合。
在步骤S2中，机床控制部40使夹持机构48工作，通过该夹持机构48对设置在工件接受部46上的工件W进行夹持。具体地说，机床控制部40向夹持驱动部52发送指令，来使夹持部56向z轴负方向移动。
其结果，如图1所示，夹持部56与工件W的第一部分P1抵接并将该第一部分P1向z轴负方向按压，从而将工件W夹持在夹持部56与工件接受部46之间。
在步骤S3中，机床控制部40对工件W进行加工。具体地说，机床控制部40使主轴42移动，以使工具50与工件W中的除了第一部分P1以外的部分(例如外周面S)抵接。接下来，机床控制部40驱动工具50使之旋转。由此，对工件W进行加工。
在步骤S4中，机床控制部40使夹持部56以远离工件W的第一部分P1的方式移动，来解除由夹持机构48对工件W进行的夹持。
具体地说，机床控制部40向夹持驱动部52发送指令，来使夹持部56向z轴正方向移动。其结果，如图5所示，夹持部56从工件W的第一部分P1向z轴正方向离开。
在步骤S5中，机器人控制部16通过机械手26来把持工件W。参照图4来说明该步骤S5。
在步骤S11中，机器人控制部16使机械手26移动。具体地说，机器人控制部16按照机器人程序来使机器人18动作，使机械手26移动以将工件W配置在处于打开状态的指部36之间。
此时，机械手26以使指部36面向工件W的第二部分P2(图2、图5)的方式对工件W进行定位。该第二部分P2为工件W的与第一部分P1不同的部分(例如外周面S的一部分)，如后所述，该第二部分P2为工件W的机械手26所要把持的部分。
在步骤S12中，机器人控制部16使指部36向闭合方向移动。具体地说，机器人控制部16向机械手26中内置的伺服电动机发送指令，来使多个指部36向相互接近的方向移动。
在步骤S13中，机器人控制部16判定机械手26对工件W的第二部分P2进行按压的力是否达到预先决定的力。具体地说，机器人控制部16判定由力传感器38测量出的负荷检测值是否在预先决定的范围内。
如上所述，力传感器38对施加于指部36的负荷进行检测。该施加于指部36的负荷与指部36在对第二部分P2进行按压时施加于该指部36的反作用力相关。因而，能够根据由力传感器38检测出的负荷来估计机械手26对第二部分P2进行按压的力。
作为一例，根据试验或模拟的方法预先求出由力传感器38检测出的负荷检测值与机械手26对第二部分P2进行按压的力之间的关系，并将该关系存储于机器人控制部16中内置的存储部。
然后，使用者以包含机械手26对第二部分P2进行按压的力成为期望的大小时的力传感器38的负荷检测值的方式，设定上述预先决定的范围(例如负荷检测值±1％的范围)。
在该步骤S13中，机器人控制部16判定由力传感器38检测出的负荷检测值是否在预先决定的范围内。机器人控制部16在判定为负荷检测值在预先决定的范围内(即“是”)的情况下，进入到步骤S14。
另一方面，机器人控制部16在判定为由力传感器38检测出的负荷检测值在预先决定的范围外(即“否”)的情况下，循环进行步骤S13。
在该步骤S13中判定为“是”时，机械手26以期望的大小的力对工件W的第二部分P2进行按压。在图2和图6中示出该状态。此外，在图2中，出于容易理解的观点，用虚线表示机械手26。
如图2和图6所示，在步骤S13中判定为“是”的时间点，工件W的第二部分P2被机械手26的指部36沿y轴方向夹住并把持。
如图6所示，在本实施方式中，第二部分P2配置在从工件接受部46的卡合部46a向z轴正方向离开的、工件W的z轴正方向的端部附近。另一方面，工件接受部46的卡合部46a与工件W的z轴负方向的端部卡合。
这样，在本实施方式中，机械手26及卡合部46a与工件W的互不相同的部分(即工件W上作为彼此相反侧的端部附近)卡合。
由此，能够有效地对工件W相对于工件接受部46沿x-y平面的移动进行限制。另外，能够有效地对加工过程中因工件W的z轴正方向的端部摇动而导致工件W相对于x-y平面倾斜的情况进行限制。
在步骤S14中，机器人控制部16维持指部36的位置。例如，机器人控制部16对在步骤S13中判定为“是”的时间点的用于指部驱动的伺服电动机的负载转矩N进行测量，并对该伺服电动机进行反馈控制以使该伺服电动机的负载转矩变为测量出的负载转矩N。
通过该动作，能够维持指部36的位置，由此能够维持机械手26以期望的大小的力对第二部分P2进行按压的状态。
通过图4所示的步骤S5，机械手26将在步骤S4中被解除了夹持机构48的夹持的工件W以不改变步骤S3结束时的姿势的方式向工件接受部46进行按压。
再次参照图3，在步骤S6中，机床控制部40对工件W的第一部分P1进行加工。具体地说，机床控制部40使主轴42动作，来使工具50沿z轴负方向压紧工件W的第一部分P1。接着，机床控制部40驱动工具50使之旋转。由此，对工件W的第一部分P1进行加工。
如上所述，通过机械手26和卡合部46a来对工件W在x-y平面上的移动进行限制。在该状态下，工具50一边将第一部分P1向z轴负方向按压一边对该第一部分P1进行加工，由此能够有效地防止加工过程中工件W的位置偏移。
在步骤S7中，机器人控制部16将工件W从机床14取出。具体地说，机器人控制部16在由机械手26把持着工件W的状态下按照机器人程序使机器人18动作，来将工件W移动到预先决定的场所。然后，使机械手26的指部36向打开方向移动，来将工件W释放到该预先决定的场所。
在步骤S8中，机器人控制部16或机床控制部40判定对全部工件的加工是否已完成。机器人控制部16或机床控制部40在判定为全部工件的加工已完成(即“是”)的情况下，结束图3所示的流程。另一方面，机器人控制部16或机床控制部40在判定为存在要加工的工件(即“否”)的情况下，返回到步骤S1。
根据本实施方式，在解除了由夹持部56对工件W进行的夹持之后，通过机械手26以不改变工件W的姿势的方式将该工件向工件接受部46进行按压。
根据该结构，能够在步骤S3之后以不改变工件W的姿势的方式对与夹持部56抵接了的第一部分P1连续地进行加工。因而，能够省略在步骤S3之后变更工件W的姿势或将工件W重新设置于其它治具的作业，因此能够提高制造效率。
另外，在本实施方式中，通过机械手26来对工件W在x-y平面上的移动进行限制，另一方面，使工具50向z轴负方向压紧第一部分P1来进行加工。根据该结构，能够有效地防止在加工过程中工件W沿x轴方向、y轴方向以及z轴方向移动。
另外，在本实施方式中，通过用于向机床14搬入工件W和从机床14搬出工件W的机器人18来执行向工件接受部46按压工件W的动作。根据该结构，能够使系统的结构简化。
另外，机械手26通过步骤S5把持着工件W，因此能够在步骤S6结束之后在步骤S7中迅速地将加工完的工件W搬出。因而，能够提高作业效率。
此外，不限于上述实施方式所涉及的卡合部46a，而能够应用各种方式的卡合部。在图7中，示出其它实施方式所涉及的工件接受部46’。在该工件接受部46’中，形成有彼此相向地配置的两个卡合部46a’。
这两个卡合部46a’形成为对工件W沿x轴方向的移动进行限制。另一方面，在上述的步骤S5中，机器人控制部16使机械手26以对工件W沿y轴方向的移动进行限制的方式把持工件W的第二部分P2。
这样，在本实施方式中，机械手26和卡合部46a’分别对工件W沿y轴方向和x轴方向的移动进行限制。由此，能够对工件W沿x-y平面的移动进行限制。
在图8中，示出另一实施方式所涉及的工件接受部46”。在该工件接受部46”中，形成有彼此相向地配置的两个卡合部46a”。这两个卡合部46a”形成为对工件W向x轴正方向的移动进行限制。
在该实施方式中，在上述的步骤S5中，机器人控制部16使机械手26以对工件W沿y轴方向的移动进行限制的方式把持工件W的第二部分P2。
在该状态下，机器人控制部16使机械手26向x轴正方向移动，由此将工件W沿x轴正方向向卡合部46a”进行按压。在该实施方式中，也能够通过机械手26和卡合部46a”对工件W沿x-y平面的移动进行限制。
另外，也可以是，代替上述的力传感器38(或除了上述的力传感器38以外)，机器人18具备能够对施加于机械臂24的负荷进行检测的其它力传感器。这种其它力传感器能够安装于机械臂24或手腕部32。
在该情况下，也可以是，在上述的步骤S13中，机器人控制部16基于由其它力传感器测量出的负荷来执行机械手26对第二部分P2进行按压的力的判定。
在作为一例而应用了图8所示的工件接受部46”的情况下，也可以是，机器人控制部16通过上述的步骤S13，基于由其它力传感器测量出的负荷来控制机械手26对工件W沿x轴正方向向卡合部46a”进行按压的力。
另外，夹持驱动部52不限于具有空压式或液压式的缸，例如也可以具有伺服电动机。
另外，也能够是，不在工件接受部设置卡合部，而仅通过机械手将工件W按压于工件接受部。作为一例，在图9中示出其它实施方式所涉及的机械手26’。
该机械手26’具有手基部34和以能够打开和闭合的方式设置于该手基部34的多个指部36’。指部36’以能够沿彼此相接近和远离的方向移动的方式设置于手基部34。
在各个指部36’的与要把持的工件W’抵接的部分形成有把持部36a’。该把持部36a’具有与工件W’的第二部分P2’对应的形状。根据该实施方式，即使不在工件接受部46设置卡合部46a，也能够通过机械手26’对工件W在x-y平面上的移动进行限制。
另外，卡合部不仅可以是从工件接受部的表面突出的凸部，也可以是从工件接受部的表面向内侧凹陷的凹部(槽)。
另外，在上述的实施方式中，关于机床14具有一个夹持机构48的情况进行了记述。然而，不限于此，机床还可以具有多个夹持机构。
下面，参照图10来说明另一实施方式所涉及的加工系统10’。此外，在本实施方式中，对与上述的实施方式相同的要素标注相同的标记，并省略详细的说明。
加工系统10’与上述的加工系统10的不同之处在于机床14’的结构。具体地说，机床14’具有机床控制部40、主轴42、工作台44、工件接受部46、第一夹持机构48a以及第二夹持机构48b。
第一夹持机构48a具有第一夹持驱动部52a、第一夹持臂54a以及第一夹持部56a。另一方面，第二夹持机构48b具有第二夹持驱动部52b、第二夹持臂54b以及第二夹持部56b。
夹持驱动部52a、52b、夹持臂54a、54b、以及夹持部56a、56b分别具有与上述的夹持驱动部52、夹持臂54以及夹持部56同样的结构。
第一夹持部56a配置为与设置在工件接受部46上的工件W”的部分P1’抵接。另一方面，第二夹持部56b配置为与工件W”的部分P1”抵接。
接着，参照图3来说明本实施方式所涉及的加工系统10’的动作。加工系统10’的动作与上述的加工系统10的不同之处在于以下的处理。
具体地说，在步骤S4中，机床控制部40向第一夹持驱动部52a发送指令，使第一夹持部56a以远离工件W”的部分P1’的方式移动。
接着，在执行了上述的步骤S5后，在步骤S6中，机床控制部40使主轴42动作，来对工件W”的部分P1’进行加工。接着，机床控制部40向第二夹持驱动部52b发送指令，使第二夹持部56b以远离工件W”的部分P1”的方式移动。
接着，机床控制部40使主轴42动作，来对工件W”的部分P1”进行加工。根据本实施方式，能够以不改变工件W”的姿势的方式对与第一夹持部56a抵接了的部分P1’和与第二夹持部56b抵接了的部分P1”依次进行加工。
此外，关于加工系统10’的动作，也可以是，在步骤S4中，机床控制部40使第一夹持部56a和第二夹持部56b这两方均以远离工件W”的部分P1’、P1”的方式移动。
此外，在上述的实施方式中，关于将机器人控制部16与机床控制部40设置为相独立的要素的情况进行了记述。然而，不限于此，也可以设置对机器人18和机床14的各要素进行控制的单个的控制部。
以上，通过发明的实施方式说明了本发明，但是上述的实施方式并非对权利要求书所涉及的发明进行限定。另外，将本发明的实施方式中说明的特征进行组合所得的方式也能够包含在本发明的技术范围中，但是这些特征的组合的全部未必是发明的技术方案所必需的。并且，对于本领域技术人员而言显而易见的是，能够对上述的实施方式施以各种变更或改进。
另外，应该注意：权利要求书、说明书以及附图中示出的装置、系统、程序以及方法中的动作、过程、步骤、工序以及阶段等各处理的执行顺序没有特别注明“比…之前”、“…之前”等，而且，只要不是将之前的处理的输出用在之后的处理中，就能够以任意的顺序来实现。关于权利要求书、说明书以及附图中的动作流程，为了便于说明而使用“首先，”、“接着，”、“接下来”等来进行了说明，但是并不意味着必须以此顺序来实施。

Claims (2)

1.一种工件的加工方法，通过机床与机器人之间的协作来对工件进行加工，其中，该机床具有设置所述工件的工件接受部以及向所述工件接受部按压所述工件的夹持部，该机器人具有能够把持所述工件的机械手，该方法包括以下步骤：
使所述夹持部压紧所述工件的第一部分，来将该工件夹持在所述夹持部与所述工件接受部之间；
使所述夹持部以远离所述第一部分的方式移动，来解除由所述夹持部对所述工件进行的夹持；
使所述机器人动作，通过所述机械手对所述工件的与所述第一部分不同的第二部分进行把持，以不改变所述工件的姿势的方式对所述工件相对于所述工件接受部的移动进行限制；以及
在对所述工件相对于所述工件接受部的移动进行了限制的状态下，使所述机床动作来对所述第一部分进行加工。
2.根据权利要求1所述的工件的加工方法，其特征在于，
所述机器人具有用于对施加于所述机械手的力进行测量的力传感器，
在通过所述机械手把持所述第二部分时，基于所述力传感器测量出的所述力，以使所述机械手对所述第二部分进行按压的力变为预先决定的力的方式对该进行按压的力进行控制。
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