CN110072680A - 机械加工用机器人以及机械加工方法 - Google Patents

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Abstract

实施方式所涉及的机器人的控制系统是如下机器人的控制系统，即，具有能够一边使刀具旋转一边对其进行保持、且使刀具至少在2维方向上移动的安装有刀具的旋转机构的臂，具有负荷获取部以及控制信号生成部。负荷获取部获取在通过一边使安装于臂的仿形引导件和设置于机械加工物侧的仿形模具接触，一边使臂移动而进行的利用所述刀具的所述机械加工物的外形仿形加工中，利用至少对从刀具施加于臂的力进行测定的力传感器测定出的力。控制信号生成部以如下方式对臂进行自动控制，即，基于由负荷获取部获取到的力、和外形仿形加工用的臂的控制信息，生成臂的控制信号并输出至臂。

Description

机械加工用机器人以及机械加工方法
技术领域
本发明的实施方式涉及机械加工用机器人、机械加工方法、机器人的控制系统、机器人的控制方法以及机器人的控制程序。
背景技术
当前，作为对由复合材料、金属构成的机械加工物(工件)进行外形修整加工的方法，已知如下方法，即，将仿形模具作为夹具而设置于工件侧，另一方面，和被称为立铣刀、铣刀的切削刀具一起将用于与仿形模具接触的引导件安装于铣床、镂铣加工装置等工作机械而进行仿形加工。
另一方面，提出了如下方法，即，利用机器人的臂保持刀具而进行倒角、飞边去除、研磨或者磨削等加工(例如参照专利文献1至5)。还特别提出了如下方法，即，将力传感器设置于多关节机器人的臂而对来自工件的反作用力进行检测，一边对工件施加恒定的力，一边进行倒角、飞边去除、研磨或者磨削等加工。
专利文献1：日本特开2002-370116号公报
专利文献2：日本特开2012-139789号公报
专利文献3：日本特开2014-40001号公报
专利文献4：日本特开2011-216050号公报
专利文献5：日本特开2010-253613号公报
发明内容
然而，与能够以0.01mm至0.001mm的间距进行刀具的定位的工作机械的定位精度相比，基于机器人的定位精度非常低。这是因为与加工中心、铣床等工作机械的主轴相比，机器人的臂的刚性更低。
因此，基于机器人的加工并不局限于倒角、飞边去除、研磨或者磨削等对加工精度要求较低的加工或者来自工件的反作用力较小的加工，在利用要求公差为±0.1mm至±1.0mm左右的加工精度的立铣刀进行工件的外形修整加工、兜孔加工等切削加工的情况下，不得不依赖与机器人相比而规模更大且更昂贵的工作机械。
另外，为了对工件的外形进行修整，在无法引入加工中心、铣床等大规模工作机械的情况下，通过利用带仿形引导件的手动镂铣机的作业者的手动作业进行仿形加工。具体而言，将仿形模具安装于工件，一边对保持有铣刀的手动镂铣机的仿形引导件进行按压、一边通过作业者的手动作业而进行工件的切断加工。
在基于作业者的手动作业的情况下，需要根据工件的板厚变化、工件的形状以及刀具的磨损状态等加工条件而对铣刀的移动速度进行增减。因此，存在如下问题，即，为了确保加工品质，如果不是掌握技能的熟练作业者，则无法进行工件的仿形加工。
因此，本发明的目的在于，能够利用机器人高精度地进行工件的外形修整加工、外形粗加工、外形精加工、槽加工、兜孔加工或者穿孔等来自工件的反作用力较大的切削机械加工。
本发明的实施方式所涉及的机器人的控制系统是如下机器人的控制系统，即，具有能够一边使刀具旋转一边对其进行保持、且使所述刀具至少在2维方向上移动的安装有所述刀具的旋转机构的臂，具有负荷获取部以及控制信号生成部。负荷获取部获取在通过一边使安装于所述臂的仿形引导件和设置于机械加工物侧的仿形模具接触一边使所述臂移动而进行的利用所述刀具的所述机械加工物的外形仿形加工中，利用至少对从所述刀具施加于所述臂的力进行测定的力传感器测定出的所述力。控制信号生成部以如下方式对所述臂进行自动控制，即，基于由所述负荷获取部获取到的所述力、和所述外形仿形加工用的所述臂的控制信息，生成所述外形仿形加工用的所述臂的控制信号，将所生成的所述控制信号输出至所述臂，由此实施所述外形仿形加工。
另外，本发明的实施方式所涉及的机械加工用机器人具有所述机器人的控制系统、所述臂以及所述力传感器。
另外，本发明的实施方式所涉及的机器人的控制方法是如下机器人的控制方法，即，具有能够一边使刀具旋转一边对其进行保持、且使所述刀具至少在2维方向上移动的安装有所述刀具的旋转机构的臂，所述机器人的控制方法具有如下步骤：获取在基于所述臂的移动进行的利用所述刀具的机械加工物的外形仿形加工中，利用对至少从所述刀具施加于所述臂的力进行测定的力传感器测定出的所述力；以及以如下方式对所述臂进行自动控制，即，基于获取到的所述力、和所述外形仿形加工用的所述臂的控制信息，生成所述外形仿形加工用的所述臂的控制信号，将所生成的所述控制信号输出至所述臂而实施所述外形仿形加工。
另外，本发明的实施方式所涉及的机器人的控制程序是如下机器人的控制程序，即，具有能够一边使刀具旋转一边对其进行保持、且使所述刀具至少在2维方向上移动的安装有所述刀具的旋转机构的臂，所述机器人的控制程序使所述机器人的控制系统执行如下步骤：获取在基于所述臂的移动而进行的利用所述刀具的机械加工物的外形仿形加工中，利用对至少从所述刀具施加于所述臂的力进行测定的力传感器测定出的所述力；以及以如下方式对所述臂进行自动控制，即，基于获取到的所述力、和所述外形仿形加工用的所述臂的控制信息，生成所述外形仿形加工用的所述臂的控制信号，将所生成的所述控制信号输出至所述臂，由此实施所述外形仿形加工。
另外，本发明的实施方式所涉及的机械加工方法具有如下步骤：将刀具、使所述刀具旋转的旋转机构以及用于与设置于机械加工物侧的仿形模具接触的仿形引导件安装于具有至少能够在2维方向上移动的臂的机器人的所述臂，一边使所述仿形引导件和所述仿形模具接触一边使所述臂移动，由此进行利用所述刀具的所述机械加工物的外形仿形加工，通过所述外形仿形加工而制造产品或者半成品；在所述外形仿形加工中利用力传感器至少对从所述刀具施加于所述臂的力进行测定；以及基于由所述力传感器测定出的所述力对所述臂的移动速度进行自动调整。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的机械加工用机器人的结构图。
图2是对将刀具安装于图1所示的机械加工用机器人而进行机械加工物的外形仿形加工的机械加工方法进行说明的图。
图3是图1所示的机械加工用机器人所具有的控制系统的功能框图。
图4是对在刀具的行进方向在利用图2所示的机械加工用机器人的外形仿形加工中变化的情况下求出刀具的行进方向的反作用力以及刀具径向的反作用力的方法进行说明的图。
图5是表示即使在刀具的行进方向在利用图2所示的机械加工用机器人的外形仿形加工中未变化的情况下力传感器的朝向也发生变化的情况下的例子的图。
图6是对图1所示的机械加工用机器人的臂的控制方法进行说明的曲线图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式所涉及的机械加工用机器人、机械加工方法、机器人的控制系统、机器人的控制方法以及机器人的控制程序进行说明。
(机械加工用机器人以及机器人的控制系统的结构以及功能)
图1是本发明的实施方式所涉及的机械加工用机器人的结构图，图2是对将刀具安装于图1所示的机械加工用机器人而进行机械加工物的外形仿形加工的机械加工方法进行说明的图。
机械加工用机器人1由机器人2以及机器人2的控制系统3构成。机器人2具有由多个接头将连杆连结的悬臂构造的臂4。安装夹具5设置于臂4的前端。进给机构6、旋转机构7、仿形引导件8以及刀具T安装于安装夹具5。
臂4具有能够使安装于安装夹具5的进给机构6、旋转机构7、仿形引导件8以及刀具T至少在2维方向上移动的构造。例如，如果由旋转轴平行的2个接头将3个连杆连结并配置于平面上，则能够构成可使安装于安装夹具5的进给机构6、旋转机构7、仿形引导件8以及刀具T在配置有3个连杆的平面上沿2维方向移动的臂4。
但是，如图1举例所示，典型的机器人2具有能够使安装于安装夹具5的进给机构6、旋转机构7、仿形引导件8以及刀具T在3维方向上移动的臂4。在图1所示的例子中，臂4具有由多个旋转机构将多个连杆连结的构造。因此，不仅能够使安装于安装夹具5的进给机构6、旋转机构7、仿形引导件8以及刀具T沿3维方向平行移动，还能够通过旋转移动而使它们在期望的方向上倾斜。
进给机构6是在刀具轴AX方向上对刀具T进行进给的装置。旋转机构7是对刀具T进行保持并使其旋转的装置。因此，进给机构6构成为，在刀具轴AX方向上对保持刀具T并使其旋转的旋转机构7进行进给，由此间接地在刀具轴AX方向上对刀具T施加进给动作。作为进给机构6以及旋转机构7，均可以使用通用的气压式、液压式或者电动式等的装置。图1所示的例子中，进给机构6以及旋转机构7这二者为气压式的装置。因此，内置有旋转机构7的进给机构6与压缩空气供给容器连接。当然，也可以将进给机构6以及旋转机构7的一者或二者设为电动式的装置。在该情况下，进给机构6以及旋转机构7的一者或二者所具有的电机与电源连接。
这样，机器人2一边利用旋转机构7使刀具T旋转一边对其进行保持，并具有能够使由旋转机构7间接保持的刀具T在2维方向或者3维方向上移动的臂4。因此，能够通过臂4的2维驱动或者3维驱动利用刀具T对工件(机械加工物)W进行机械加工。
作为由旋转机构7保持的刀具T，不仅能举出倒角刀具、飞边去除刀具，还能举出立铣刀、钻具以及铰刀等各种旋转式的机械加工刀具。因此，能够利用安装有旋转式的刀具T的机械加工用机器人1对工件W进行期望的切削加工。作为具体例，可以进行板状或者块状的工件W的切断加工、外形修整加工、外形粗加工、外形精加工、槽加工、形成由凸缘包围的凹部的兜孔加工、凸缘内表面的粗加工、凸缘内表面的精加工、穿孔、倒角加工以及飞边去除加工等多种多样的切削加工。
另外，作为工件W的材质，除了玻璃纤维强化塑料(GFRP：Glass fiber reinforcedplastics)、碳素纤维强化塑料(CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics)等复合材料、金属以外，只要是成为切削加工的对象的材质，可以将任意材质设为切削加工的对象。
仿形引导件8是为了与设置于工件W侧的仿形模具J1接触而安装于臂4侧的臂4侧的仿形加工用的夹具。对于仿形引导件8，不仅可以设置通过在刀具径向D上与仿形模具J1接触而进行刀具径向D上的刀具T的定位的引导件，还可以设置通过在刀具轴AX方向上与仿形模具J1接触而进行刀具轴AX方向上的刀具T的定位的引导件。
在图1及图2所示的例子中，在设置有用于使刀具T通过的贯通孔的圆板状的部件8A的一个面同轴状地形成有圆筒状的部分8B的仿形引导件8，固定于内置有旋转机构7的进给机构6的壳体6A。圆板状的部件8A作为通过在刀具轴AX方向上与仿形模具J1接触而进行刀具轴AX方向上的刀具T的定位的引导件起作用。另一方面，圆筒状的部分8B作为通过在刀具径向D上与仿形模具J1接触而进行刀具径向D上的刀具T的定位的引导件起作用。而且，构成为能够使刀具T从形成于仿形引导件8的中心轴上的贯通孔向工件W侧凸出。
此外，可以经由轴承等旋转机构将仿形引导件8可自由旋转地安装于臂4侧。但是，在工件W为CFRP的情况下，碳的粉尘有可能堵塞于轴承的间隙。因此，不经由轴承等旋转机构而将仿形引导件8固定于臂4侧，从而能够使得仿形引导件8的结构变得简单、且防止复合材料的粉尘向旋转机构混入。或者，可以利用具有防止粉尘向内部混入的构造的密封轴承将仿形引导件8可自由旋转地安装于臂4侧。
另外，仿形引导件8的形状以及向臂4的安装位置，可以根据工件W本身的形状和位置以及设置于工件W侧的仿形模具J1的形状和位置而自由地确定。
仿形模具J1是设置于工件W侧的仿形加工用的夹具。具体而言，仿形模具J1具有：在刀具径向D上与仿形引导件8接触的面；以及在刀具轴AX方向上与仿形引导件8接触的面。因此，通过使仿形模具J1在2个接触面与仿形引导件8接触，能够进行刀具径向D以及刀具轴AX方向这两个方向上的刀具T的定位。而且，通过一边使臂4侧的仿形引导件8和设置于工件W侧的仿形模具J1接触一边使臂4移动，能够利用刀具T进行工件W的外形仿形加工。
在图2所示的例子中，作为飞机零件之一的I型纵梁(纵向贯通件)为工件W。I型纵梁是横截面为I字型的纵梁。即，I型纵梁具有在腹板的两侧形成有2个凸缘的构造。而且，图2示出了通过将横截面为I字型的坯料的凸缘部分切断而制造I型纵梁的例子。
因此，工件W的处于下方的一个凸缘载置于在工作台J2上固定的板状的夹具J3。并且，板状的仿形模具J1载置于工件W的处于上方的另一个凸缘上。仿形模具J1的形状是相对于机械加工后的工件W的形状以仿形引导件8的相对于仿形模具J1的接触面盒刀具T的切削面之间的距离而偏移后的形状。即，相对于机械加工后的凸缘的端面的位置以与仿形引导件8的构造相应的恒定距离偏移后的端面形成于仿形模具J1。
作为具体例，如果在利用直径为10mm的刀具T进行外形加工的情况下，可以使仿形引导件8的圆筒状的部分8B的直径形成为14mm至15mm。在该情况下，仿形引导件8的圆筒状的部分8B的侧面与刀具T的切削面之间的距离为2mm至2.5mm。因此，仿形模具J1的端面与机械加工后的工件W的形状之间的偏移量为2mm至2.5mm。
另外，如果力作用于凸缘的板厚方向，则凸缘的前端有可能会发生形变。因此，如图2举例所示，优选将千斤顶J4配置于下方的凸缘与上方的凸缘之间而进行加强。
而且，通过一边使安装于臂4侧的带台阶的圆筒状的仿形引导件8与设置于工件W侧的板状的仿形模具J1接触一边使臂4移动，从而能够利用立铣刀、铣刀等刀具T进行将工件W的板状部分切断的外形修整仿形加工。
即，通过一边使仿形引导件8的圆筒状的部分8B的曲面与板状的仿形模具J1的端面接触一边使臂4移动，从而能够一边进行相对于刀具T的行进方向F以及刀具轴AX这二者垂直的刀具径向D上的刀具T的准确的定位，一边进行工件W的仿形加工。另一方面，通过一边使仿形引导件8的圆板状的部件8A的平面与板状的仿形模具J1的上表面接触一边使臂4移动，能够一边进行刀具轴AX方向上的刀具T的准确的定位，一边进行工件W的仿形加工。换言之，通过使仿形引导件8的构造形成为带台阶的圆筒状，从而能够使得外形仿形加工用的仿形模具J1的构造形成为简单的板状构造。
当然，并不局限于图2所示的例子，可以对具有期望的构造的零件进行仿形加工。例如，如果是飞机零件，则除了具有I型、T型或者帽型等各种横截面形状的纵梁以外，还可以将翼梁(桁架)、肋部(小骨)、面板(外板)或者它们的组装件设为成为仿形加工的对象的工件W。例如，可以进行面板的外形修整加工、凸缘的端面的修整加工、凸缘的内表面加工、凸缘的外表面加工等外形仿形加工。另外，并不局限于飞机零件，为了制造汽车零件、铁路车辆零件等期望的产品或者半成品，也可以利用机械加工用机器人1进行外形仿形加工。
因此，关于仿形模具J1的形状以及位置，也可以根据工件W的形状和位置以及安装于臂4侧的仿形引导件8的形状和位置而自由地确定。
另外，在臂4设置有用于对施加于臂4的力进行检测的力传感器9。力传感器9是用于至少对从刀具T施加于臂4的力进行检测的传感器。即，如果在利用形成于刀具T的侧面的切削刃进行工件W的外形加工的情况下，则以刀具T的行进方向F以及相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D上的力为主分量的反作用力从工件W作用于刀具T。另外，在如槽加工那样还利用刀具T的底刃进行切削加工的情况下、如基于倒角刀具、倒置倒角刀具的加工那样切削面与刀具轴AX方向不平行的情况下，不仅刀具T的行进方向F以及相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D，还具有刀具轴AX方向上的分量的加工反作用力也从工件W作用于刀具T。
进而，以刀具轴AX方向以及刀具径向D上的力为主分量的反作用力从仿形模具J1作用于仿形引导件8。其结果，作为来自工件W以及仿形模具J1的反作用力，以刀具T的行进方向F、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D以及刀具轴AX方向上的力为分量的3维的反作用力，通过刀具X、旋转机构7以及进给机构6而间接地施加于臂4。
因此，对于能够对彼此正交的3轴方向上的力进行检测的力传感器9，可以将其安装于臂4的前端的安装夹具5。在图1所示的例子中，安装夹具5经由带台阶的圆盘状的力传感器9而安装于臂4。由此，在一边使仿形引导件8与设置于工件W侧的仿形模具J1接触一边使臂4移动的、利用刀具T的工件W的外形仿形加工中，能够利用力传感器9对从刀具T施加于臂4的力进行检测。进而，在工件W的外形仿形加工中，利用力传感器9还能够对从仿形模具J1施加于臂4的力进行检测。
此外，在图1所示的例子中，内置有使刀具T旋转的旋转机构7的进给机构6的壳体6A安装成刀具轴AX与力传感器9的连接面垂直，但在图2所示的例子中，内置有使刀具T旋转的旋转机构7的进给机构6的壳体6A以刀具轴AX与力传感器9的连接面平行的方式安装于安装夹具5。这样，将刀具X、旋转机构7以及进给机构6安装于臂4的朝向，可以根据工件W、仿形引导件8以及仿形模具J1的各构造而自由地确定。
如果使得能够利用力传感器9对力进行检测的3轴方向与刀具T的行进方向F、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D以及刀具轴AX方向一致、或者建立关联，则能够利用力传感器9对刀具T的行进方向F、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D以及刀具轴AX方向上的反作用力的各分量进行检测。作为具体例，如图2所示，如果在能够利用力传感器9对彼此正交的X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上的力进行检测的情况下，则可以以刀具T的行进方向F与X轴方向平行、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D与Y轴方向平行、刀具轴AX方向与Z轴方向平行的方式将刀具T安装于臂4。
利用力传感器9检测出的力输出至控制系统3。而且，控制系统3构成为基于由力传感器9检测出的力而能够对臂4进行控制。
图3是图1所示的机械加工用机器人1所具有的控制系统3的功能框图。
控制系统3可以利用连接有输入装置10以及显示装置11的计算机12构成。计算机12的CPU(central processing unit)等运算装置读入并执行机器人2的控制程序，由此作为负荷获取部13、控制信号生成部14、控制信息保存部15以及警告信息生成部16而起作用。
控制系统3还具有臂控制部17以及刀具控制部18。臂控制部17可以起到计算机12的作用。即，可以使得读入用于构成臂控制部17的控制程序的处理电路类、和作为负荷获取部13、控制信号生成部14、控制信息保存部15以及警告信息生成部16起作用的处理电路类通用。
负荷获取部13具有获取由力传感器9检测出的力并向控制信号生成部14以及警告信息生成部16通知的功能。具体而言，在负荷获取部13从力传感器9获取作为分量而包含刀具T的行进方向F的力、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的力以及刀具轴AX方向的力的力，向控制信号生成部14以及警告信息生成部16通知获取到的具有3个方向上的分量的力。
控制信号生成部14具有基于作为控制信息而保存于控制信息保存部15的机械加工控制程序对臂4、进给机构6以及旋转机构7进行控制的功能。
为了利用对旋转式的刀具T进行保持的机械加工用机器人1进行工件W的切削加工，除了臂4的控制以外，还需要进行进给机构6以及旋转机构7的控制。因此，可以创建由臂4的控制程序、进给机构6的控制程序以及旋转机构7的控制程序构成的机械加工控制程序，将创建的机械加工控制程序作为机械加工用机器人1的控制信息而保存于控制信息保存部15。
而且，控制信号生成部14具有如下功能：参照控制信息保存部15中保存的机械加工控制程序，根据参照的机械加工控制程序而生成臂4、进给机构6以及旋转机构7的各控制信号的功能；以及通过臂控制部17将生成的臂4的控制信号输出至臂4的驱动部，另一方面，通过刀具控制部18将生成的进给机构6以及旋转机构7的控制信号分别输出至进给机构6以及旋转机构7的功能。
特别地，控制信号生成部14具有以如下方式对臂4进行自动控制的功能，即，基于从负荷获取部13通知的力、以及外形仿形加工用的臂4的控制程序而生成外形仿形加工用的臂4的控制信号，将生成的控制信号输出至臂4而实施外形仿形加工。
外形仿形加工用的臂4的控制程序是以使得仿形引导件8一边与仿形模具J1接触一边移动的方式示教臂4的轨道以及移动速度的程序。即，外形仿形加工用的控制程序是用于通过指定教导位置以及教导速度而示教臂4的移动方向以及移动速度的程序。因此，基于仿形模具J1的形状信息而创建外形仿形加工用的控制程序。
例如，如果在利用仿形模具J1进行直线状的机械加工的情况下，能够基于仿形模具J1相对于仿形引导件8的接触面的空间位置而创建示教臂4的空间位置以及移动方向的外形仿形加工用的控制程序。另外，如果在利用仿形模具J1进行伴随着曲线状的或者刀具轴AX方向上的变化的加工的情况下，能够基于仿形模具J1相对于仿形引导件8的接触面的2维的或者3维的形状信息而创建示教臂4的空间位置以及移动方向的外形仿形加工用的控制程序。
创建的外形仿形加工用的臂4的控制程序可以保存于控制信息保存部15，在进行工件W的外形仿形加工时可以由控制信号生成部14参照。但是，如上所述，控制信号生成部14构成为，在进行工件W的外形仿形加工情况下，不仅基于外形仿形加工用的臂4的控制程序，还基于通过负荷获取部13从力传感器9获取到的力而生成臂4的控制信号。
在控制信号生成部14中，可以通过负荷获取部13从力传感器9获取作为分量而包含刀具T的行进方向F的力、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的力以及刀具轴AX方向的力的力。如图2举例所示，在刀具T的行进方向F、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D以及刀具轴AX方向与能够利用力传感器9对力进行检测的X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向一致的情况下，能够基于包含通过负荷获取部13从力传感器9获取到的正交的3个分量的力而直接求出刀具T的行进方向F的力、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的力以及刀具轴AX方向的力。
另外，在刀具T的行进方向F、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D以及刀具轴AX方向、和能够利用力传感器9对力进行检测的X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向未以已知的角度变化而是倾斜或者旋转的情况下，能够通过坐标变换处理而求出刀具T的行进方向F的力、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的力以及刀具轴AX方向的力。
并且，即使在刀具T的行进方向F、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D以及刀具轴AX方向、和能够利用力传感器9对力进行测定的X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的几何的位置关系在仿形加工中发生变化的情况下，基于仿形模具J1以及加工后的工件W中的至少一者的形状信息也能够确定刀具T的行进方向F、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D以及刀具轴AX方向。因此，通过坐标变换处理能够求出刀具T的行进方向F的力、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的力以及刀具轴AX方向的力。
图4是对在刀具T的行进方向F在利用图2所示的机械加工用机器人1的外形仿形加工中变化的情况下求出刀具T的行进方向F的反作用力以及刀具径向D的反作用力的方法进行说明的图。
如图4所示，在通过利用仿形模具J1的仿形加工进行具有实施了R倒角的角部的外形的修整加工的情况下，刀具T的行进方向F在加工后的工件W的外形以及仿形模具J1的切线方向上变化。在该情况下，在刀具径向D上作用于仿形引导件8的反作用力的朝向，变为相对于工件W的切削面、即加工后的工件W的表面以及仿形模具J1的表面垂直的法线方向。
因此，如果不使力传感器9的朝向变化地将刀具轴AX方向设为Z轴方向而进行外形修整加工，则能够利用力传感器9对力进行检测的X轴方向以及Y轴方向、和刀具T的行进方向F以及仿形引导件8受到反作用力的刀具径向D的相对关系会发生变化。
在这种情况下，基于仿形模具J1或者加工后的工件W的2维形状，能够将相对于加工后的工件W的表面或者仿形模具J1的表面垂直的方向确定为刀具T以及仿形引导件8从工件W以及仿形模具J1分别受到反作用力的刀具径向D。或者，可以基于根据臂4的控制程序确定的刀具T的示教位置，将相对于工件W的表面以及仿形模具J1的表面垂直的方向确定为刀具T以及仿形引导件8从工件W以及仿形模具J1分别受到反作用力的刀具径向D。而且，可以基于X轴方向以及Y轴方向的力的各检测值通过矢量计算而计算出确定的刀具径向D的反作用力。
图5是表示即使在刀具T的行进方向F在利用图2所示的机械加工用机器人1的外形仿形加工中未变化的情况下，力传感器9的朝向也发生变化的情况下的例子的图。
即使在刀具T的行进方向F在外形仿形加工中未发生变化的情况下，如图5所示，力传感器9的朝向也根据臂4的驱动轴的位置而变化。即，在因臂4的驱动轴的制约而无法使力传感器9相对于刀具T的行进方向F进行平行移动的情况下，即使在刀具T的行进方向F并未呈直线状地变化的情况下，力传感器9的朝向也发生变化。即使在这种情况下，基于仿形模具J1的形状、加工后的工件W的形状或者刀具T的示教位置，也能够将相对于工件W的表面以及仿形模具J1的表面垂直的方向确定为刀具T以及仿形引导件8从工件W以及仿形模具J1分别受到反作用力的刀具径向D。这样，能够基于X轴方向以及Y轴方向的力的各检测值并通过矢量计算而计算出确定的刀具径向D的反作用力。
此外，可以基于作为矢量的3个分量而由力传感器9检测出的力的时间变化对刀具T的行进方向F、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D以及刀具轴AX方向进行检测。在该情况下，能够不利用仿形模具J1以及工件W的形状信息而求出刀具T的行进方向F的力、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的力以及刀具轴AX方向的力。
控制信号生成部14具有如下功能，即，通过如上所述的方法基于由力传感器9检测出的力而求出刀具T的行进方向F的力、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的力以及刀具轴AX方向的力。而且，在控制信号生成部14中，可以进行与施加于臂4的力的方向相应的臂4的控制。
例如，在工件W的切削加工中，刀具T朝向行进方向F的进给速度越快，切削阻力越增大，从工件W朝向刀具T的反作用力越增大。另外，即使刀具T朝向行进方向F的速度恒定，如果板状的工件W的厚度发生变化、或者工件W的切削余量较大，则从工件W朝向刀具T的反作用力也增大。并且，即使是在刀具T磨损、锋利度变差的情况下，从工件W朝向刀具T的反作用力也增大。
如果从工件W施加于刀具T的反作用力过大，则在刀具T会产生颤振等振动。如果在刀具T产生振动，则即使利用仿形引导件8以及仿形模具J1进行了外形仿形加工，加工面的表面粗糙度也会变粗，导致作为加工后的工件W而获得的产品或者半成品的品质变差。因此，为了确保产品或者半成品的要求品质，重要的是未使得过大的反作用力施加于刀具T。为了减小施加于刀具T的反作用力，只要减小刀具T的行进方向F的进给速度即可。
然而，如果过度减小刀具T的行进方向F的进给速度，则会导致工件W的加工时间的增多、即加工效率的下降。因此，根据提高工件W的加工效率的观点，优选在施加于刀具T的反作用力未变得过大的范围内增大刀具T的行进方向F的进给速度。
即，在要兼顾工件W的加工品质的确保以及加工效率的提高的情况下，刀具T的行进方向F的理想的进给速度根据工件W的加工条件而变化。与此相对，如果要在臂4的控制程序中根据加工条件而改变示教速度，则伴随着用于定义加工条件的多个参数的设定而需要非常复杂且不现实的处理。
因此，在控制信号生成部14中，基于由力传感器9直接测定出、或者利用力传感器9并随着坐标变换等处理而间接获取到的刀具T的行进方向F的力，能够以使得刀具T的行进速度达到规定的控制值的方式生成外形仿形加工用的臂4的控制信号。即，在外形仿形加工中能够以不使刀具T的行进方向F的反作用力变得过大的方式，对刀具T的行进速度进行自动调整。
作为对刀具T的行进速度进行自动调整的方法的具体例，能举出以使得刀具T的行进方向F的反作用力处于规定的范围内的方式，对刀具T的行进速度进行自动控制的方法。在该情况下，只要控制信号生成部14以使得利用力传感器9获取到的刀具T的行进方向F的力恒定或者处于规定的范围内的方式确定刀具T的行进速度的控制值，并以使得刀具T的行进速度达到确定的刀具T的行进速度的控制值的方式生成外形仿形加工用的臂4的控制信号即可。即，只要对刀具T的行进速度进行反馈控制以使得刀具T的行进方向F的力恒定或者处于规定的范围内即可。
此外，在实际中作为刀具T利用金刚石刀具或者超硬刀具而进行了由CFRP构成的工件W的外形修整加工试验。其结果，在作为刀具T而使用金刚石刀具的情况下，如果以使得针对金刚石刀具的反作用力大于或等于3kgf而小于或等于10kgf的方式对臂4的移动速度进行自动调整，另一方面，在作为刀具T而使用超硬刀具的情况下，如果以使得针对超硬刀具的反作用力大于或等于3kgf而小于或等于5kgf的方式对臂4的移动速度进行自动调整，则能够确认到在刀具T未产生极端的振动而获得了良好的切削面。因此，在对由CFRP构成的工件W进行外形修整仿形加工的情况下，优选通过在上述条件下进行工件W的外形修整加工而制造复合材料的产品或者半成品。
此外，超硬合金是对碳化钨粉末添加碳化钛、碳化钽等添加物质并利用钴进行烧结而成的材料。另一方面，金刚石刀具是使得金刚石的单晶体成型而成的刀具或者由对金刚石微粉添加钴等添加物质并进行烧结而成的多晶烧结体构成的刀具。
作为对刀具T的行进速度进行自动调整的方法的其他具体例，能举出使得刀具T的行进速度变化为根据刀具T的行进方向F的力而预先确定的速度的方法。
图6是对图1所示的机械加工用机器人1对臂4的控制方法进行说明的曲线图。
在图6中，横轴表示施加于刀具T的行进方向F的力(kgf)的检测值，纵轴表示刀具T的行进速度的控制值。如图6所示，可以预先准备使得从刀具T的行进方向F施加于臂4的力、和刀具T的行进速度的控制值建立关联的表或者函数。可以预先将创建的表或者函数保存于控制信息保存部15。
在图6所示的例子中，在刀具T的行进方向F的力小于或等于3.5kgf的情况下，来自工件W的反作用力较小，因此将刀具T的行进速度确定为作为控制程序内的参数而由用户设定的示教速度。另一方面，在刀具T的行进方向F的力大于或等于5.5kgf的情况下，来自工件W的反作用力较大，因此根据抑制刀具T的振动的观点而将刀具T的行进速度确定为示教速度的50％。另外，在刀具T的行进方向F的力大于或等于3.5kgf而小于或等于5.5kgf的情况下，将刀具T的行进速度确定为从示教速度的100％至50％呈现线性变化。即，在图6所示的例子中，在刀具T的行进方向F的力超过阈值的情况下，以使得刀具T的行进速度自动地逐渐减小至示教速度的50％的方式，创建刀具T的行进速度控制程序。
当然，并不局限于图6所示的例子，可以利用任意函数等使得根据切削试验等结果从刀具T的行进方向F施加于臂4的力、和刀具T的行进速度的控制值建立关联。例如，还能够随着来自刀具T的行进方向F的力的增大，以阶梯状减小刀具T的行进速度的控制值、或者以曲线状减小刀具T的行进速度的控制值。另外，可以准备使得从刀具T的行进方向F施加的力、和刀具T的行进速度的控制值的数值彼此建立关联的表。
这样，如果准备了使得从刀具T的行进方向F施加于臂4的力和刀具T的行进速度的控制值建立关联的表或者函数并保存于控制信息保存部15，则在控制信号生成部14能够基于保存于控制信息保存部15的表或者函数，确定与仿形加工中利用力传感器9实际获取到的刀具T的行进方向F的力对应的刀具T的行进速度的控制值。而且，在控制信号生成部14中，能够以使得刀具T的行进速度达到确定的刀具T的行进速度的控制值的方式生成外形仿形加工用的臂4的控制信号。
此外，在从刀具T的行进方向F施加于臂4的力极大的情况下，即使减小刀具T的行进速度，也有可能无法充分抑制刀具T的振动。因此，对于控制信号生成部14可以设置如下功能，即，在利用负荷获取部13获取到的刀具T的行进方向F的力大于或等于阈值或者超过阈值的情况下，通过使臂4的移动停止而中断外形仿形加工。即，对于控制信号生成部14可以设置如下功能，即，在利用负荷获取部13获取到的刀具T的行进方向F的力大于或等于阈值或者超过阈值的情况下，生成使臂4的移动停止的控制信号并输出至臂控制部17。
当然，根据避免因工件W、仿形模具J1的安装失误引起的与刀具T以及仿形引导件8的干扰等的观点，即使在相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的力以及刀具轴AX方向的力大于或等于阈值或者超过阈值的情况下，也能够进行使臂4的移动停止的控制。
如上所述，在控制信号生成部14中，不仅能够求出刀具T的行进方向F的反作用力，还能够求出相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的反作用力以及刀具轴AX方向的反作用力。因此，在控制信号生成部14中，不仅能够进行基于刀具T的行进方向F的反作用力的臂4的反馈控制，还能够进行基于相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的反作用力的臂4的反馈控制以及基于刀具轴AX方向的反作用力的臂4的反馈控制。
与工作机械的主轴的刚性相比，具有悬臂构造的臂4的刚性极小。因此，如果仅根据控制程序而对臂4进行控制，则因加工反作用力、自重等引起的臂4的挠曲而在刀具T的实际位置与由控制程序指示的刀具T的示教位置之间会产生误差。对于源自这种臂4的定位精度的误差，在要求公差为±0.1mm至±1.0mm左右的加工精度的工件W的加工中，成为无法忽略的误差。特别是在进行外形仿形加工的情况下，如果仅根据控制程序而对臂4进行控制，则仿形引导件8有可能无法可靠地与仿形模具J1接触。
因此，通过进行基于相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的反作用力的臂4的力控制以及基于刀具轴AX方向的反作用力的臂4的力控制，在仿形加工中能够利用适当的力将仿形引导件8可靠地按压于仿形模具J1。
具体而言，在控制信号生成部14中，可以以使得利用力传感器9获取到的相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的力恒定或者处于规定的范围内的方式，确定相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D上的位置的控制值。即，可以以使得相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的反作用力恒定或者处于规定的范围内的方式，利用控制程序进行使得刀具T的示教位置在相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D上偏移的校正，并将校正后的位置设定为相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D上的位置的控制值。而且，可以以使得相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D上的位置达到确定的相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D上的位置的控制值的方式，生成外形仿形加工用的臂4的控制信号并输出至臂控制部17。
即，可以以使得从仿形模具J1以及工件W施加于仿形引导件8以及刀具T的刀具径向D的反作用力恒定或者处于规定的范围内的方式对臂4进行反馈控制。由此，在仿形加工中能够利用恒定或者处于规定的范围内的适当的力，在刀具径向D上可靠地将仿形引导件8按压于仿形模具J1。
同样地，在控制信号生成部14中，可以以使得利用力传感器9获取到的刀具T的刀具轴AX方向的力恒定或者处于规定的范围内的方式，确定刀具T的刀具轴AX方向上的位置的控制值。即，可以以使得刀具轴AX方向的反作用力恒定或者处于规定的范围内的方式，利用控制程序进行使得刀具T的示教位置在刀具轴AX方向上偏移的校正，并将校正后的位置设定为刀具T的刀具轴AX方向上的位置的控制值。而且，可以以使得刀具T的刀具轴AX方向上的位置达到确定的刀具T的刀具轴AX方向上的位置的控制值的方式，生成外形仿形加工用的臂4的控制信号并输出至臂控制部17。
即，能够以使得从仿形模具J1施加于仿形引导件8的刀具轴AX方向的反作用力恒定或者处于规定的范围内的方式对臂4进行反馈控制。由此，在仿形加工中能够利用恒定或者处于规定的范围内的适当的力而在刀具轴AX方向上可靠地将仿形引导件8按压于仿形模具J1。
此外，在刀具径向D以及刀具轴AX方向中的至少一个方向上，进行以恒定或者处于规定的范围内的适当的力将仿形引导件8按压于仿形模具J1的力控制的情况下，对于仿形模具J1以及工件W需要不会因施加的力而使其变形的程度的强度。另外，即使通过力控制将力施加于仿形模具J1以及工件W，也需要以不会产生错位的方式进行固定。因此，需要将通过力控制而施加的力确定为不会产生仿形模具J1以及工件W的变形以及错位的力。
但是，刀具T的刀具轴AX方向上的定位并不局限于臂4的移动，还可以通过进给机构6的动作而进行。因此，在控制信号生成部14中，能够基于利用力传感器9获取的刀具T的刀具轴AX方向的反作用力对进给机构6进行自动控制。
作为通过进给机构6的动作进行刀具T的刀具轴AX方向上的定位的典型的例子，能举出穿孔。这是因为，在进行穿孔的情况下，通过进给机构6的直线状的动作进行刀具T的刀具轴AX方向上的定位的情况下的精度远优于通过伴随着插补处理的臂4的直线移动进行刀具T的刀具轴AX方向上的定位的情况下的精度。
因此，在控制信号生成部14中，在利用刀具T进行工件W的穿孔的情况下，能够以使得利用力传感器9获取的刀具T的刀具轴AX方向的力恒定或者处于规定的范围内的方式，确定进给机构6的进给速度的控制值，以达到确定的进给速度的控制值的方式，生成穿孔用的进给机构6的控制信号并输出至进给机构6。由此，在利用刀具T进行工件W的穿孔的情况下，能够尽量使刀具T的刀具轴AX方向的反作用力保持恒定而进行穿孔。
控制系统3的臂控制部17具有通过将利用控制信号生成部14生成的臂4的控制信号输出至臂4的驱动部而对臂4进行控制的功能。另一方面，刀具控制部18具有如下功能，即，将利用控制信号生成部14生成的进给机构6以及旋转机构7的控制信号分别输出至进给机构6以及旋转机构7，对进给机构6以及旋转机构7进行控制。如图1举例所示，如果进给机构6以及旋转机构7这二者是气压式的，则刀具控制部18具有如下功能，即，将利用控制信号生成部14生成的控制信号从电信号变换为空气信号，并分别输出至进给机构6以及旋转机构7。
警告信息生成部16具有如下功能，即，基于利用负荷获取部13获取到的力而获取刀具T的行进方向F的力，在刀具T的行进方向F的力大于或等于阈值或者超过阈值的情况下，作为警告消息而将警告信息输出至显示装置11。此外，作为基于光、警告音或者语音的消息，可以将警告信息输出至灯、扬声器等输出装置以代替显示装置11，或者可以在显示装置11的基础上将警告信息输出至灯、扬声器等输出装置。
即，如上所述，在从刀具T的行进方向F施加于臂4的力过大的情况下，刀具T有可能振动而导致加工品质变差。因此，能够在臂4停止之前将警告信息输出。当然，根据避免因工件W、仿形模具J1的安装失误而引起与刀具T以及仿形引导件8的干扰等的观点，即使在相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的力以及刀具轴AX方向的力大于或等于阈值或者超过阈值的情况下，也能够在臂4停止之前将警告信息输出。
用于在警告信息生成部16中判定是否应当将警告信息输出的阈值，适合设定为低于用于在控制信号生成部14中判定是否应当使臂4停止的阈值。即，能够进行如下控制，即，在利用负荷获取部13获取的力大于或等于第1阈值或者超过第1阈值的情况下，警告信息生成部16能够将警告信息输出，在利用负荷获取部13获取到的力大于或等于大于第1阈值的第2阈值或者超过第2阈值的情况下，控制信号生成部14使臂4的移动停止。
此外，在针对刀具T的行进方向F的力、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的力以及刀具轴AX方向的力分别进行阈值处理的情况下，第1阈值以及第2阈值分别对刀具T的行进方向F的力、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的力以及刀具轴AX方向的力进行设定。
用于实现上述控制系统3的功能的控制程序的全部或者一部分能够记录于信息记录介质并作为程序产品而流通。例如，对于使控制系统3执行如下步骤的控制程序可以作为程序产品而流通：获取在外形仿形加工中由力传感器9检测出的、施加于臂4的力的步骤；以及基于获取到的力、和外形仿形加工用的臂4的控制信息而生成外形仿形加工用的臂4的控制信号，以通过将生成的控制信号输出至臂4而实施外形仿形加工的方式对臂4进行自动控制的步骤。这样，通过将机器人2的控制程序读入至当前的机器人的控制系统，能够对当前的机器人赋予外形仿形加工用的控制功能。因此，通过将进给机构6、旋转机构7、仿形引导件8以及刀具T安装于当前的机器人而能够构成机械加工用机器人1。
(基于机械加工用机器人的机械加工方法以及基于机器人的控制系统的机器人的控制方法)
在对机器人2进行控制而进行工件W的外形仿形加工的情况下，除了安装工件W以外，还将仿形模具J1安装于工件W侧的规定的位置。作为具体例，如图2所示，将工件W固定于在工作台J2上固定的板状的夹具J3，将仿形模具J1固定于工件W的上方。另一方面，经由安装夹具5而将进给机构6、旋转机构7、仿形引导件8以及旋转式的刀具T安装于具有力传感器9的臂4。
另外，由用户创建以一边使仿形引导件8与仿形模具J1接触一边使其移动的方式示教臂4的轨道的控制程序。将创建的臂4的控制程序和进给机构6的控制程序以及旋转机构7的控制程序一起作为机械加工控制程序而通过输入装置10的操作写入至控制信息保存部15。
而且，根据保存于控制信息保存部15的臂4的控制程序，控制信号生成部14生成用于使刀具T沿着从仿形模具J1的端面以仿形引导件8的厚度偏移的路径移动的臂4的初始的控制信号。生成的臂4的初始的控制信号通过臂控制部17而输出至臂4的驱动部。
另外，根据保存于控制信息保存部15的进给机构6的控制程序以及旋转机构7的控制程序，控制信号生成部14以使得刀具T的前端在进给至所需的位置的状态下旋转的方式生成进给机构6以及旋转机构7的控制信号。生成的进给机构6以及旋转机构7的控制信号，通过刀具控制部18而分别输出至进给机构6以及旋转机构7。
因此，臂4移动，刀具T移动至初始的示教位置。另外，刀具T的前端进给至所需的位置而进行旋转。
控制信号生成部14继续根据控制程序而生成用于使刀具T沿示教轨道移动的臂4的控制信号。生成的臂4的控制信号通过臂控制部17而输出至臂4的驱动部。因此，臂4移动，仿形引导件8与仿形模具J1接触、且刀具T在由控制程序示教的方向上行进。由此，利用旋转的刀具T开始进行工件W的外形仿形加工。
如果刀具T行进并与工件W接触，则来自工件W的加工反作用力施加于刀具T。另外，从仿形模具J1也对仿形引导件8施加有与按压力对应的反作用力。施加于刀具T以及仿形引导件8的反作用力传递至臂4。其结果，力从刀具T以及仿形引导件8施加于臂4。
在外形仿形加工中从刀具T施加于臂4的力由安装于臂4的力传感器9进行检测。由力传感器9检测出的力输出至机器人2的控制系统3。这样，负荷获取部13获取从力传感器9输出的力的检测值并传递给控制信号生成部14。
如果控制信号生成部14获取到从力传感器9输出的力的检测值，则基于获取到的力的检测值而分别对刀具T的行进方向F的力、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的力以及刀具轴AX方向的力进行检测。而且，控制信号生成部14基于刀具T的行进方向F的力、相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的力以及刀具轴AX方向的力而对臂4进行自动控制。
即，控制信号生成部14不仅基于外形仿形加工用的臂4的控制程序，还基于从负荷获取部13获取到的力，生成外形仿形加工用的臂4的控制信号。生成的臂4的控制信号通过臂控制部17而输出至臂4的驱动部。由此，伴随着臂4的力控制而实施外形仿形加工。
具体而言，基于刀具T的行进方向F的力而对臂4以及刀具T的移动速度进行自动调整。例如，以使得刀具T的行进方向F的反作用力恒定或者处于规定的范围的方式对臂4以及刀具T的移动速度进行反馈控制。或者，在刀具T的行进方向F的反作用力过大的情况下，使刀具T的行进速度减速至比在臂4的控制程序中作为参数而指定的刀具T的示教速度慢的速度。
由此，能够避免过大的反作用力施加于刀具T，能够防止因刀具T的振动而导致加工品质变差。相反，通过避免刀具T的过度的减速而能够提高加工效率。
并且，基于相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的力以及刀具轴AX方向的力对臂4以及刀具T的位置进行自动调整。即，以使得相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D的力以及刀具轴AX方向的力恒定或者处于规定的范围的方式，对臂4以及刀具T的位置进行微调。由此，在外形仿形加工中，能够从仿形引导件8始终将适当的按压力施加于仿形模具J1。其结果，能够对具有更准确的尺寸的工件W进行加工。例如，能够以公差为±0.1mm至±1.0mm左右的加工精度对工件W进行加工。
而且，如果伴随着臂4的力控制的外形仿形加工完毕，则能够作为加工后的工件W而制造产品或者半成品。
(效果)
如上机械加工用机器人1以及机械加工方法使设置于工件W的仿形模具J1、和安装于机器人2的臂4侧的仿形引导件8接触而进行工件W的外形仿形加工，并且基于由力传感器9检测出的加工反作用力对臂4的移动进行控制。具体而言，以不使得刀具T的行进方向F的反作用力过大的方式对刀具T以及臂4的移动速度进行控制，另一方面，以使得相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D以及刀具轴AX方向的反作用力恒定或者处于规定的范围内的方式对臂4进行控制。另外，机器人2的控制系统3以及控制方法能够对用于进行上述外形仿形加工的机器人2的臂4进行控制。
因此，根据机械加工用机器人1、机械加工方法、机器人2的控制系统3、机器人2的控制方法以及机器人2的控制程序，能够高精度地进行利用机器人2的工件W的外形修整加工、外形粗加工、外形精加工、槽加工、兜孔加工或者穿孔等来自工件W的反作用力较大的重切削机械加工。其结果，不设置大规模的工作机械就能够使工件W的机械加工实现自动化。
即，通过使设置于工件W的仿形模具J1、和安装于机器人2的臂4侧的仿形引导件8接触的仿形加工，即使是与工作机械相比而定位精度更低的安装于机器人2的臂4的刀具T，也能够高精度地进行定位。因此，即使是要求公差为±0.1mm至±1.0mm左右的加工精度的工件W，也能够在公差范围内对工件W进行精加工。特别是通过将仿形模具J1设置于工件W，不仅能够进行直线加工，还能够进行曲线加工。因此，能够进行外形修整加工等用于形成期望的形状的工件W的切削加工。
进而，以使得相对于刀具T的行进方向F垂直的刀具径向D以及刀具轴AX方向的反作用力恒定或者处于规定的范围内的方式对臂4进行控制，由此能够始终以适当的按压力在刀具径向D以及刀具轴AX方向的两个方向上使仿形引导件8与仿形模具J1接触。因此，即使是外形修整加工等加工反作用力较大的重切削加工，也能够利用与工作机械的主轴的刚性相比而刚性更低的机器人2的臂4进行加工。即，当前，能够利用机器人2的臂4进行被认为难以利用刚性较低的机器人臂进行加工的、外形修整加工等反作用力较大的外形仿形加工。
并且，以不使刀具T的行进方向F的反作用力过大的方式对刀具T以及臂4的移动速度进行自动调整，因此能够抑制利用与工作机械的主轴的刚性相比而刚性更低的机器人2的臂4保持的刀具T的振动。其结果，利用与工作机械相比极其廉价的机器人2而能够获得与工作机械等同的加工品质。
另外，即使在工件W的板厚变化的情况下、因刀具T的磨损等而使得来自工件W的反作用力不恒定的情况下，也能够追随来自工件W的反作用力而适当地对刀具T以及臂4的移动速度进行自动调整。因此，能够兼顾避免刀具T的过度的减速而实现的加工效率的提高、以及伴随着过大的速度的刀具T的移动的不良情况的防止。
(其他实施方式)
以上对特定的实施方式进行了记载，但记载的实施方式不过是一个例子，并未对发明的范围进行限定。这里记载的新方法以及装置能够以各种其他方式而实现。另外，在这里记载的方法以及装置的方式中，在未脱离发明主旨的范围内，可以进行各种省略、置换以及变更。后附的权利要求书的保护范围及其等同范围包含于发明的范围以及主旨中，包含这样的各种方式以及变形例。
例如，在上述实施方式中，对经由旋转机构7将旋转式的刀具T安装于机器人2的臂4而进行工件W的机械加工的情况进行了说明，但也可以将并非旋转式的刀具安装于机器人2的臂4而进行工件W的加工。作为具体例，还可以将手锯、线锯等锯安装于机器人2的臂4而进行工件W的切断加工。即使在该情况下，将仿形模具设置于工件W侧，另一方面，将仿形引导件安装于臂4，也能够进行仿形加工。另外，还可以基于利用力传感器9测定的来自工件W以及仿形模具的反作用力而进行臂4的自动控制。

Claims (15)

1.一种机器人的控制系统，所述机器人具有能够一边使刀具旋转一边对其进行保持、且使所述刀具至少在2维方向上移动的安装有所述刀具的旋转机构的臂，其中，
所述机器人的控制系统具有：
负荷获取部，其获取在通过一边使安装于所述臂的仿形引导件和设置于机械加工物侧的仿形模具接触，一边使所述臂移动而进行的利用所述刀具的所述机械加工物的外形仿形加工中，利用至少对从所述刀具施加于所述臂的力进行测定的力传感器测定出的所述力；以及
控制信号生成部，其以如下方式对所述臂进行自动控制，即，基于由所述负荷获取部获取到的所述力、和所述外形仿形加工用的所述臂的控制信息，生成所述外形仿形加工用的所述臂的控制信号，将所生成的所述控制信号输出至所述臂，由此实施所述外形仿形加工。
2.根据权利要求1所述的机器人的控制系统，其中，
所述控制信号生成部构成为，基于所述刀具的行进方向的力，以使得所述刀具的行进速度达到规定的控制值的方式，生成所述外形仿形加工用的所述臂的控制信号。
3.根据权利要求1或2所述的机器人的控制系统，其中，
所述控制信号生成部构成为，基于将从所述刀具的行进方向施加于所述臂的力和所述刀具的行进速度的控制值相关联得到的表或者函数，确定与利用所述力传感器获取到的所述刀具的行进方向的力对应的所述刀具的行进速度的控制值，以使得所述刀具的行进速度达到所确定的所述刀具的行进速度的控制值的方式，生成所述外形仿形加工用的所述臂的控制信号。
4.根据权利要求1或2所述的机器人的控制系统，其中，
所述控制信号生成部构成为，以使得所述刀具的行进方向的力恒定或者处于规定的范围内的方式确定所述刀具的行进速度的控制值，以使得所述刀具的行进速度达到所确定的所述刀具的行进速度的控制值的方式，生成所述外形仿形加工用的所述臂的控制信号。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人的控制系统，其中，
所述控制信号生成部构成为，以使得相对于所述刀具的行进方向垂直的刀具径向的力恒定或者处于规定的范围内的方式确定所述刀具径向上的位置的控制值，以使得相对于所述刀具的行进方向垂直的刀具径向上的位置达到所确定的所述刀具径向上的位置的控制值的方式生成所述外形仿形加工用的所述臂的控制信号。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人的控制系统，其中，
所述机器人具有能够使所述刀具在3维方向上移动的安装有旋转机构的臂，
所述控制信号生成部构成为，以使得所述刀具的刀具轴向的力恒定或者处于规定的范围内的方式，确定所述刀具的刀具轴向上的位置的控制值，以使得所述刀具的刀具轴向上的位置达到所确定的所述刀具的刀具轴向上的位置的控制值的方式，生成所述外形仿形加工用的所述臂的控制信号。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的机器人的控制系统，其中，
所述控制信号生成部构成为，在由所述负荷获取部获取到的所述力大于或等于阈值或者超过阈值的情况下，通过使所述臂的移动停止而中断所述外形仿形加工。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的机器人的控制系统，其中，
还具有警告信息生成部，在由所述负荷获取部获取到的所述力大于或等于阈值或者超过阈值的情况下，所述警告信息生成部将警告信息输出至输出装置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的机器人的控制系统，其中，
所述机器人具有还安装有对所述刀具赋予刀具轴向上的进给的进给机构的臂，
所述控制信号生成部构成为，在利用所述刀具进行所述机械加工物的穿孔的情况下，以使得所述刀具的刀具轴向的力恒定或者处于规定的范围内的方式，确定所述进给机构的进给速度的控制值，以使得所述进给速度达到所确定的所述进给速度的控制值的方式，生成所述穿孔用的所述进给机构的控制信号，并输出至所述进给机构。
10.一种机械加工用机器人，其中，
所述机械加工用机器人具有：
权利要求1至9中任一项所述的机器人的控制系统；
所述臂；以及
所述力传感器。
11.一种机器人的控制方法，所述机器人具有能够一边使刀具旋转一边对其进行保持、且使所述刀具至少在2维方向上移动的安装有所述刀具的旋转机构的臂，其中，
所述机器人的控制方法具有如下步骤：
获取在基于所述臂的移动而进行的利用所述刀具的机械加工物的外形仿形加工中，利用对至少从所述刀具施加于所述臂的力进行测定的力传感器测定出的所述力；以及
以如下方式对所述臂进行自动控制，即，基于获取到的所述力、和所述外形仿形加工用的所述臂的控制信息，生成所述外形仿形加工用的所述臂的控制信号，将所生成的所述控制信号输出至所述臂，由此实施所述外形仿形加工。
12.一种机器人的控制程序，所述机器人具有能够一边使刀具旋转一边对其进行保持、且使所述刀具至少在2维方向上移动的安装有所述刀具的旋转机构的臂，其中，
所述机器人的控制程序使所述机器人的控制系统执行如下步骤：
获取在基于所述臂的移动而进行的利用所述刀具的机械加工物的外形仿形加工中，利用对至少从所述刀具施加于所述臂的力进行测定的力传感器测定出的所述力；以及
以如下方式对所述臂进行自动控制，即，基于获取到的所述力、和所述外形仿形加工用的所述臂的控制信息，生成所述外形仿形加工用的所述臂的控制信号，将所生成的所述控制信号输出至所述臂，由此实施所述外形仿形加工。
13.一种机械加工方法，其中，
所述机械加工方法具有如下步骤：
将刀具、使所述刀具旋转的旋转机构以及用于与设置于机械加工物侧的仿形模具接触的仿形引导件安装于具有至少能够在2维方向上移动的臂的机器人的所述臂，一边使所述仿形引导件和所述仿形模具接触一边使所述臂移动，由此进行利用所述刀具的所述机械加工物的外形仿形加工，通过所述外形仿形加工而制造产品或者半成品；
在所述外形仿形加工中利用力传感器至少对从所述刀具施加于所述臂的力进行测定；以及
基于由所述力传感器测定出的所述力对所述臂的移动速度进行自动调整。
14.根据权利要求13所述的机械加工方法，其中，
利用金刚石刀具或者超硬刀具作为所述刀具而对由碳素纤维强化塑料构成的机械加工物进行外形修整加工，由此制造复合材料的产品或者半成品。
15.根据权利要求14所述的机械加工方法，其中，
在使用所述金刚石刀具作为所述刀具的情况下，以使得针对所述金刚石刀具的反作用力大于或等于3kgf而小于或等于10kgf的方式对所述臂的移动速度进行自动调整，另一方面，在使用所述超硬刀具作为所述刀具的情况下，以使得针对所述超硬刀具的反作用力大于或等于3kgf而小于或等于5kgf的方式对所述臂的移动速度进行自动调整。
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