CN111002088A - 机床 - Google Patents

Abstract

公开了一种机床，其能够抑制机器内机器人的共振，即使在工件加工期间发生振动时也是如此。机器内机器人的振动由机器内机器人的振动传感器检测。当在加工工件期间机器内机器人的振动变得大于或等于阈值时，控制器通过更换机器内机器人的末端执行器或通过改变机器内机器人的方位来改变机器内机器人的固有频率，从而抑制机器内机器人的共振。

Description

机床

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年10月4日提交的日本专利申请第2018-189446号的优先权，其包括说明书、权利要求书、附图和摘要的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及一种机床，尤其涉及一种振动抑制技术。

背景技术

用于运输工件等的机器内机器人(in-machine robot)被放置在机床内部的技术是已知的。即使是在机床中，如果用车床对具有凹口的工件进行车床加工，由于力是间歇地产生的，因此引起振动。另外，当加工条件由于高负荷等而苛刻时，即使是在连续车床加工中，也可能引起颤振，并且因此可能引起振动。

与机器内机器人无关的JP H10-249455A公开了一种折边设备，其中折边刀片经由振动源安装在机器人臂上，连续的、工件的待弯曲加工的一部分被由振动源驱动的折边刀片压制和弯曲，然后折边刀片沿着待弯曲加工的该部分横向地移动，以连续地弯曲待弯曲加工的部件。JP H10-249455A进一步描述了用于抑制由于折边刀片振动而引起的机器人臂的共振的砝码被可拆卸地连接到折边刀片及其振动源中的至少一个。

当在机床中引起振动时，振动也传递到机器内机器人，并且可能引起机器内机器人剧烈振动的共振现象。当发生这种共振现象时，可能在工件上留下振动的痕迹，导致产品缺陷，或者在振动剧烈的情况下，机器人自身可能会损坏。

本公开的优点在于提供一种能够抑制机器内机器人的共振的技术，即使在工件加工期间引起振动时也是如此。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种机床，包括：机器内机器人；振动传感器，用于检测切割处理期间机器内机器人的振动；控制器，当检测到的振动大于或等于阈值时，执行改变机器内机器人的固有频率的处理。控制器可以被构建为包括一个或多个处理器(例如CPU)以及存储控制程序和控制参数的存储器。一个或多个处理器被配置为通过执行存储在存储器中的控制程序来执行改变机器内机器人的固有频率的处理。

根据本公开的另一方面，在机床中，作为改变固有频率的处理，控制器执行用具有不同质量的另一末端执行器来更换机器内机器人的末端执行器的处理。

根据本公开的另一方面，在机床中，作为改变固有频率的处理，控制器执行改变机器内机器人的方位的处理。

根据本公开的另一方面，在机床中，作为改变固有频率的处理，控制器执行用具有不同质量的另一末端执行器来更换机器内机器人的末端执行器的处理或改变机器内机器人的方位的处理中的一者，并且当振动没有变得低于阈值时，进一步执行这些处理中的另一者。

根据本公开的另一方面，在机床中，作为改变固有频率的处理，当检测到的振动大于或等于作为阈值的第一阈值时，控制器执行用具有不同质量的另一末端执行器来更换机器内机器人的末端执行器的处理或改变机器内机器人的方位的处理中的一者，并且当检测到的振动大于或等于作为阈值的第二阈值时，控制器执行这些处理中的另一者，第二阈值大于第一阈值。

根据本公开的各个方面，即使在工件加工期间发生振动并且因此在机器内机器人中引起共振现象时，也可以通过改变机器内机器人的固有频率来抑制共振现象。利用这种配置，可以防止机器内机器人的产品缺陷和损坏。

附图说明

将基于以下附图来描述本公开的实施例，其中：

图1是根据本公开的实施例的机床的结构图；

图2是根据本公开的实施例的末端执行器的更换的说明图；

图3是根据本公开的实施例的机器内机器人的方位的变化的说明图；

图4是本公开的实施例的处理流程图；

图5是本公开的实施例的另一处理流程图；和

图6是本公开的实施例的又一处理流程图。

具体实施方式

现在将参考附图描述本公开的实施例。

根据本实施例的机床是具有车削功能以及旋转切割功能的多任务机，该车削功能在工件4被旋转的同时使工具(车削车刀(lathe-turn tool))6与工件4接触，并切削工件4，所述旋转切割功能用旋转工具切割工件4。机床主体部分的周边由盖子(未示出)覆盖。由盖子分隔的空间是加工室，工件4在该加工室中加工。在盖子上，设置至少一个开口和打开和关闭该开口的门(均未示出)。操作者通过开口接触机床的主体部分和工件4等。在加工期间，设置在开口上的门是关闭的。这是为了安全和周围环境。

主体部分包括：工件主轴设备，其以允许自转的方式保持工件4；工具主轴设备，其以允许自转的方式保持旋转工具；以及工具柱，其保持工具6。工件主轴设备包括：安装在基座的机头，以及连接至所述机头的工件主轴。工件主轴具有可拆卸地保持工件4的卡盘5或夹头，并且要保持的工件4可以适当地更换。工件主轴围绕工件旋转轴自旋。

工具主轴设备保持用于铣削的工具(旋转工具)；例如，以允许自转的方式保持被称为铣刀和端铣刀的工具，并且所述工具主轴设备包括主轴头和连接到主轴头的工具主轴，所述主轴头内部构造有驱动电机等。工具主轴具有可拆卸地保持旋转工具的夹具，并且要保持的旋转工具可以根据需要更换。

另外，机器内机器人1经由基部2连接到基座。机器内机器人1用于支持加工、各种传感操作和各种支持任务。在本实施例中，机器人内部机器人1尤其执行诸如保持和运输工件4、翻转工件4等任务。

控制器10根据来自操作者的命令，控制对机床的各个部件的驱动。控制器10由例如执行各种计算的CPU和存储各种控制程序和控制参数的存储器形成。另外，控制器10具有通信功能，并且可以与其他设备交换各种数据，例如NC程序数据。控制器10可包括数字控制器，所述数字控制器连续地计算工具6和工件4的位置以及机器内机器人1的位置。控制器10可以是单个装置，或者可以通过组合多个计算装置而形成。

机器内机器人1例如是具有多个臂和多个关节的多关节机器人，并且末端执行器3设置在机器内机器人1的末端。机器内机器人1经由用作连接机构的基部2连接到基座。连接机构经由轴承连接到基座，并且可相对于基座旋转。致动器(例如电机)连接到连接机构，并且致动器的驱动由控制器10控制。此外，致动器(例如电机)连接到机器内机器人1的多个关节，并且这些致动器的驱动由控制器10控制。控制器10基于设置在连接机构上和关节上的致动器的驱动量来计算末端执行器3的位置。末端执行器3是对目标施加特定动作的构件，并且在本实施例中是夹持工件4的夹具等。

振动传感器7设置在机器内机器人1的预定位置；例如，在多个臂中的一个臂内。振动传感器7检测机器内机器人1的振动，并将检测到的振动输出到控制器10。控制器10接收振动传感器7检测到的振动的输入，并检测振动的幅度(振幅)是否大于或等于阈值。当通过工具6对具有凹口(例如花键)的工件4进行切割加工时，由于加工是间歇切割，因此在加工的时间点产生激振力，导致工件4或工具6的振动。该振动经由基部2传递到机器人1，引起机器内机器人1的振动。例如，当主轴转速为600转/分钟、且每一转在工件4中存在6个凹口时，引起频率为60Hz的振动。当该振动频率与机器内机器人1的固有频率一致时，引起机器内机器人1剧烈振动的共振现象。当在机器人1中发生共振现象时，可能在工件4上留下振动的痕迹，导致产品缺陷，或者可能损坏机器内机器人1。

考虑到这一点，当检测到的振动的幅度变得大于或等于阈值时，控制器10判断在机器人1中引起共振现象，并且执行改变机器内机器人1的固有频率的处理。当末端执行器3的质量为m并且机器内机器人1的刚度为k时，机器内机器人1的固有频率f可以由下式给出：

f＝1/2π·(k/m)^1/2

因此，为了改变固有频率f，可以改变末端执行器3的质量m，可以改变刚度k，或者可以改变末端执行器3的质量m和刚度k两者。

为了改变末端执行器3的质量m，末端执行器3可以与具有不同质量的另一个末端执行器更换。例如，当机器内机器人1的刚度k为8×10^-3N/m并且末端执行器3的质量m为5.5kg时，固有频率f为60Hz。当主轴转速为600转/min时，如上所述，每一转在工件4中存在6个凹口，引起60Hz的振动，这与机器内机器人1的固有频率一致，引起共振。因此，末端执行器3可以用质量m为3kg的末端执行器来更换，在机这种情况下，器内机器人1的固有频率变为81Hz，并且可以抑制共振。

末端执行器3的更换可以由机器内机器人1在控制器10的控制下自动执行，或者控制器10可以输出通知操作者更换末端执行器3的消息，并且操作者可以手动更换末端执行器3。也就是说，控制器10处固有频率的变化处理除了自动更换末端执行器3外，还包括将促使更换末端执行器3的信息输出给操作者等。

为了改变刚度k，可以改变机器内机器人1的方位。具体地，机器内机器人1的刚性使得在臂伸展的状态下刚度k相对较低，而在臂折叠的状态下刚度k相对较高。例如，当臂延伸的状态下，机器内机器人1的刚度k为8×10^-3N/m，末端执行器3的质量m为5.5kg时，固有频率f为60Hz。如上所述，当主轴转速为600转/min、且每一转在工件4上有6个凹口时，引起60Hz的振动，这与机器内机器人1的固有频率一致，引起共振。因此，机器内机器人1可以改变到臂被折叠的状态，使得刚度k增加，并且机器内机器人1的固有频率从60Hz变化，从而抑制共振。可以在控制器10的控制下自动执行机器内机器人1的方位的改变。

图2示意性地示出了末端执行器3的更换。末端执行器3用另一个末端执行器3'来更换，以改变质量m，并因此改变机器内机器人1的固有频率。毋庸置疑地，当更换末端执行器3时，在不影响工件4的加工的范围内更换末端执行器3。

图3示意性地示出了机器内机器人1的方位的变化。机器内机器人1从臂伸展的状态变为臂折叠的状态，以改变刚度k，并因此改变机器内机器人1的固有频率。毋庸置疑地，当改变方位时，在不影响工件4的加工的范围内改变方位。

图4示出了本实施例的处理流程图。该流程图用于通过更换机器人1的末端执行器3来抑制振动的处理，该处理在工件4的加工期间以预定的控制周期由控制器10重复执行。

当振动传感器7检测到振动时(S101)时，检测到的振动数据被输出到控制器10。

控制器10接收振动数据的输入，将振动的振幅与阈值进行比较，并判断振动的振幅是否大于或等于阈值(S102)。

当振动的幅度大于或等于阈值时(S102中的“是”)，控制器10然后判断是否可以更换末端执行器3(S103)。根据工件4的加工类型，可以使用与当前使用的末端执行器3不同的另一个末端执行器，在这种情况下(S103中的“是”)，末端执行器用具有不同质量的另一个末端执行器来更换，加工继续进行(S104)。如果由于末端执行器3的更换而振动变得低于阈值(S102中的“否”)，则振动抑制处理完成，并且用更换的末端执行器继续加工工件4。另一方面，即使更换末端执行器3之后，振动也仍然大于或等于阈值时(S102中的“是”)，再次执行末端执行器的更换处理(S103、S104)。当没有可以更换的末端执行器3时，处理完成(S103中的“否”)。在这种情况下，控制器10显示错误消息，并请求操作者采取对策。

图5是本实施例的另一处理流程图。该流程图用于通过改变机器人1的方位来抑制振动的处理，该处理在工件4的加工期间在预定的控制周期中由控制器10重复执行。

当振动传感器7检测到振动时(S201)时，检测到的振动数据被输出到控制器10。

控制器10接收振动数据的输入，将振动的振幅与阈值进行比较，并判断振动的振幅是否大于或等于阈值(S202)。

当振动的幅度大于或等于阈值时(S202中的“是”)，控制器10然后判断是否可以改变机器内机器人1的方位(S203)。根据工件4的加工类型，可以改变当前方位，在这种情况下(S203中的“是”)，改变方位并继续加工工件4(S204)。如果由于方位的改变而振动变得低于阈值(S202中的“否”)，则振动抑制处理完成，并且以改变的方位继续加工工件4。另一方面，即使方位改变之后，振动也保持大于或等于阈值时(S202中的“是”)，再次执行方位改变处理(S203、S204)。当不能改变机器内机器人1的方位时，处理完成(S203中的“否”)。在这种情况下，控制器10显示错误消息，并向操作者请求对策。

图6示出了本实施例的又一处理流程图。该流程图用于通过将机器内机器人1的方位变化和末端执行器3的更换相组合来抑制振动的处理，该处理在工件4的加工期间在预定的控制周期由控制器10重复执行。

当振动传感器7检测到振动时(S301)，检测到的振动数据被输出到控制器10。

控制器10接收振动数据的输入，将振动的振幅与阈值进行比较，并判断振动的振幅是否大于或等于阈值(S302)。

当振动的幅度大于或等于阈值时(S302中的“是”)，控制器10然后判断改变机器内机器人1的方位是否是可能的(S303)。根据工件4的加工类型，可以改变当前方位，在这种情况下(S303中的“是”)，改变方位并继续加工工件4(S304)。

另一方面，当不能改变机器内机器人1的方位时(S303)时，控制器10然后判断更换末端执行器3是否是可能的(S305)。如果在方位改变不可能的同时更换末端执行器3是可能的(S305中的“是”)，则将末端执行器3用具有不同质量的另一个末端执行器来更换(S306)，并继续加工工件4。如果改变方位和更换末端执行器3都是不可能的，则控制器10显示错误，并请求操作者采取对策(S307)。

在该处理中，优先考虑机器内机器人1的方位改变，并且当振动大于或等于阈值并引起共振时，首先，以更高的优先级执行方位改变。当不能改变方位时，执行末端执行器3的改变，以抑制共振。

在图6的处理中，方位改变以更高的优先级执行，因为方位改变可以比末端执行器3的更换更容易地执行。但是，如果末端执行器3的更换比方位改变更容易，则执行末端执行器3的更换可以以更高的优先级执行。换句话说，可以执行末端执行器3的更换和方位改变中的一种，然后，如果即使在该处理之后振动也没有变得低于阈值，则可以执行另一处理。

已经描述了本公开的实施例。然而，本公开不限于上述实施例，并且可以进行各种修改。

例如，在该实施例中，以车床为示例。替代性地，在加工中心中，振动也可以通过工具的间歇切割而引起，并且可以通过执行末端执行器3的更换或方位改变中的至少一种来抑制机器内机器人1的共振。

另外，在本实施例中，振动传感器7设置在机器内机器人1的臂上，但是替代性地，机器内机器人1的电动机的编码器可以用作振动传感器7。

此外，在该实施例中，当检测到的振动的幅度大于或等于阈值时，判断为在机器人1中发生了共振现象。替代性地，可以将第一阈值和第二阈值(处在第一阈值<第二阈值的关系)设定为阈值，当振动的幅度变得大于或等于第一阈值时，可以判断为存在共振的可能性，并且可以改变机器内机器人1的方位；而当振动的幅度变得大于或等于第二阈值时，可以判断为引起了共振，并且可以执行更换末端执行器3的处理。也就是说，改变固有频率的处理可以根据振动幅度而改变。

Claims (5)

1.一种机床，包括：

机器内机器人；

振动传感器，其检测切割处理期间机器内机器人的振动；和

控制器，当检测到的振动大于或等于阈值时，所述控制器执行改变机器内机器人的固有频率的处理。

2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

作为改变固有频率的处理，所述控制器执行用具有不同质量的另一末端执行器来更换所述机器内机器人的末端执行器的处理。

3.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

作为改变固有频率的处理，所述控制器执行改变机器内机器人的方位的处理。

4.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

作为改变固有频率的处理，所述控制器执行用具有不同质量的另一末端执行器来更换机器内机器人的末端执行器的处理或改变机器内机器人的方位的处理中的一者，并在振动没有变得低于阈值时进一步执行这些处理中的另一者。

5.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

作为改变固有频率的处理，当检测到的振动大于或等于用作阈值的第一阈值时，所述控制器执行用具有不同质量的另一末端执行器来更换所述机器内机器人的末端执行器的处理或改变所述机器内机器人的方位的处理中的一者，而当检测到的振动大于或等于作为阈值的第二阈值时，所述控制器执行这些处理中的另一者，所述第二阈值大于所述第一阈值。

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