DE102016117855A1

DE102016117855A1 - Verfahren zur Werkstückbearbeitung durch Zusammenwirken von Werkzeugmaschine und Roboter

Info

Publication number: DE102016117855A1
Application number: DE102016117855.1A
Authority: DE
Inventors: Kazuyoshi Matake
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2016-09-22
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2036-09-23
Also published as: US9937594B2; JP6250900B2; US20170087676A1; CN106994617B; CN106994617A; DE102016117855B4; JP2017064839A

Abstract

Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks, das eine Verringerung bei der Bearbeitungsgenauigkeit und Produktionseffizienz verhindern kann. Das Verfahren umfasst das Drücken eines Klemmteils gegen einen ersten Abschnitt des Werkstücks, um das Werkstück zusammenwirkend mit einem Werkstück-Aufnahmeteil zu klemmen, das Bewirken, dass der Klemmteil sich von dem ersten Abschnitt weg bewegt, um das Werkstück zu lösen, das durch den Klemmteil geklemmt wurde, das Betätigen des Roboters, um zu bewirken, dass die Roboterhand einen zweiten Abschnitt des Werkstücks greift, der sich von dem ersten Abschnitt unterscheidet, um die Bewegung des Werkstücks in Bezug auf den Werkstück-Aufnahmeteil ohne eine Änderung bei der Stellung des Werkstücks einzuschränken, und das Betätigen der Werkzeugmaschine zum Bearbeiten des ersten Abschnitts bei gleichzeitigem Einschränken der Bewegung des Werkstücks in Bezug auf den Werkstück-Aufnahmeteil.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks durch Zusammenwirken einer Werkzeugmaschine und eines Roboters.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein Bearbeitungssystem, das mit einem Roboter versehen ist, der ein Werkstück greift und transportiert und das Werkstück auf einer Werkstück-Spannvorrichtung platziert, ist bekannt (siehe zum Beispiel Ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2009-184055 ). Ferner ist eine Werkzeugmaschine bekannt, die mit einem Klemmmechanismus zum Klemmen eines Werkstücks versehen ist, um das auf einer Werkstück-Spannvorrichtung platzierte Werkstück zu bearbeiten (siehe zum Beispiel Ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 9-201742 ).
Wenn ein Klemmmechanismus ein Werkstück, das auf einer Werkstück-Spannvorrichtung platziert wurde, gegen einen Klemmmechanismus drückt, kann der Abschnitt des Werkstücks, der an dem Klemmmechanismus anliegt, nicht bearbeitet werden. So ist herkömmlicherweise in einigen Fällen zur Bearbeitung dieses Abschnitts ein weiterer Arbeitsvorgang, zum Beispiel das Platzieren des Werkstücks auf einer anderen Werkstück-Spannvorrichtung, erforderlich. In dieser Hinsicht kann es zu einer Verringerung der Bearbeitungsgenauigkeit und der Produktionseffizienz kommen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In einem Gesichtspunkt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks durch Zusammenwirken einer Werkzeugmaschine, die einen Werkstück-Aufnahmeabschnitt, auf dem das Werkstück platziert wird, und einen das Werkstück gegen den Werkstück-Aufnahmeabschnitt drückenden Klemmteil umfasst, und eines Roboters, der eine Roboterhand umfasst, die in der Lage, ist das Werkstück zu greifen, das Drücken des Klemmteils gegen einen ersten Abschnitt des Werkstücks und das Klemmen des Werkstücks zwischen dem Klemmteil und dem Werkstück-Aufnahmeteil.
Das Verfahren umfasst das Bewegen des Klemmteils, um es von dem ersten Abschnitt weg zu bewegen, und das Lösen des Werkstücks von dem Klemmteil, das Betätigen des Roboters, um einen zweiten Abschnitt des Werkstücks, der sich von dem ersten Abschnitt unterscheidet, durch die Roboterhand zu greifen und das Einschränken einer Bewegung des Werkstücks in Bezug auf den Werkstück-Aufnahmeabschnitt, ohne eine Stellung des Werkstücks zu ändern, und das Betätigen der Werkzeugmaschine, um den ersten Abschnitt beim Einschränken der Bewegung des Werkstücks in Bezug auf den Werkstück-Aufnahmeteil zu bearbeiten.
Der Roboter kann einen Kraftsensor umfassen, der die auf die Roboterhand angewandte Kraft misst. Wenn der zweite Abschnitt durch die Roboterhand gegriffen wird, kann eine Drückkraft, mit der die Roboterhand den zweiten Abschnitt drückt, basierend auf der durch den Kraftsensor gemessenen Kraft auf einen vorbestimmten Wert gesteuert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorhergehend erwähnten oder andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen deutlicher ersichtlich; es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Bearbeitungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Ansicht des in 1 gezeigten Werkstücks und Werkstück-Aufnahmeteils aus der positiven Z-Achsenrichtung in 1 betrachtet, in der eine Roboterhand, die das Werkstück greift, durch eine punktierte Linie angegeben ist;
3 ein Ablaufdiagramm eines Beispiels eines Arbeitsablaufs des in 1 gezeigten Bearbeitungssystems;
4 ein Ablaufdiagramm eines Beispiels des Ablaufs von Schritt S5 in 3;
5 das Bearbeitungssystem am Ende von Schritt S4 in 3;
6 das Bearbeitungssystem an dem Zeitpunkt, an dem in Schritt S13 in 4 „JA” bestimmt wird;
7 eine Ansicht eines Werkstück-Aufnahmeteils gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
8 eine Ansicht eines Werkstück-Aufnahmeteils gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
9 eine Ansicht einer Roboterhand gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung; und
10 ein Blockdiagramm eines Bearbeitungssystems gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der Erfindung werden in der Folge unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Zuerst wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 ein Bearbeitungssystem 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Das Bearbeitungssystem 10 umfasst ein Robotersystem 12 und eine Werkzeugmaschine 14.
Das Robotersystem 12 ist zum Tragen eines Werkstücks W in die Werkzeugmaschine 14, um es auf einem Werkstück-Aufnahmeteil 46 der Werkzeugmaschine 14 zu platzieren, und zum Entfernen des Werkstücks W, das auf dem Werkstück-Aufnahmeteil 46 platziert ist, von der Werkzeugmaschine 14 bestimmt.
Das Robotersystem 12 umfasst eine Robotersteuereinrichtung 16 und einen Roboter 18. Die Robotersteuereinrichtung 16 umfasst z. B. eine Zentraleinheit (Central Processing Unit – CPU) und einen Speicher (beide sind nicht gezeigt) und steuert jedes Bauelement des Roboters 18 direkt oder indirekt.
Der Roboter 18 ist z. B. ein vertikaler Gelenkroboter und umfasst eine Roboterbasis 20, eine Drehtrommel 22, einen Roboterarm 24, eine Roboterhand 26 und einen Kraftsensor 38. Die Roboterbasis 20 ist an einem Boden einer Fertigungszelle befestigt. Die Drehtrommel 22 ist an der Roboterbasis 20 angebracht, um sich um eine vertikale Achse zu drehen.
Der Roboterarm 24 umfasst einen Oberarm 28, der drehbar an der Drehtrommel 22 angebracht ist, und einen Vorderarm 30, der drehbar an einem distalen Ende des Oberarms 28 angebracht ist. Ein Handgelenk 32 ist an einem distalen Ende des Unterarms 30 bereitgestellt. Die Roboterhand 26 ist am distalen Ende des Unterarms 30 über das Handgelenk 32 angebracht.
Die Roboterhand 26 umfasst eine Handbasis 34, die an dem Handgelenk 32 angebracht ist, und mehrere Finger 36, die an der Handbasis 34 angebracht sind, um in der Lage zu sein, sich zu öffnen und zu schließen. Die Finger 36 sind an der Handbasis 34 bereitgestellt, derart, dass sie in Richtungen aufeinander zu und voneinander weg beweglich sind.
Die Robotersteuereinrichtung 16 sendet einen Befehl an jeden Servomotor (nicht gezeigt), der in den Roboter 18 eingebaut ist, um den Roboter 18 zu betätigen, wodurch die Roboterhand 26 bewegt wird. Ferner sendet die Robotersteuereinrichtung 16 einen Befehl an jeden Servomotor (nicht gezeigt), der in der Roboterhand 26 eingebaut ist, um die Finger 36 zu öffnen und zu schließen.
Der Kraftsensor 38 umfasst z. B. ein Sensorelement, wie beispielsweise einen Dehnungsmesser oder Wegaufnehmer, und detektiert eine Last, die auf den Finger 36 angewandt wird. Der Kraftsensor 38 sendet Daten der detektierten Last an die Robotersteuereinrichtung 16. Zum Beispiel sendet der Kraftsensor 38 innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums Daten der Last an die Robotersteuereinrichtung 16.
Die Werkzeugmaschine 14 umfasst eine Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40, eine Hauptspindel 42, einen Tisch 44, den Werkstück-Aufnahmeteil 46 und einen Klemmmechanismus 48. Die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 umfasst z. B. eine Zentraleinheit (Central Processing Unit – CPU) und einen Speicher (beide sind nicht gezeigt) und steuert jedes Bauelement der Werkzeugmaschine 14 direkt oder indirekt.
Die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 ist mit der Robotersteuereinrichtung 16 verbunden, um damit zu kommunizieren. Die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 und die Robotersteuereinrichtung 16 führen ein Bearbeitungsverfahren auf dem Werkstück W durch und kommunizieren gleichzeitig miteinander. Es sei erwähnt, dass dieses Bearbeitungsverfahren in der Folge beschrieben wird.
Die Hauptspindel 42 ist bereitgestellt, um in Richtungen auf den Werkstück-Aufnahmeteil 46 zu und davon weg (d. h. in der Z-Achsenrichtung in den Figuren) beweglich zu sein. Die Hauptspindel 42 hält an ihrem distalen Ende ein Werkzeug 50. Die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 sendet einen Befehl an einen Servomotor (nicht gezeigt), der in der Hauptspindel 42 eingebaut ist, um die Hauptspindel 42 in die Z-Achsenrichtung zu bewegen.
Durch diesen Arbeitsvorgang der Hauptspindel 42 wird das Werkzeug 50, das durch die Hauptspindel 42 gehalten wird, auch in die Richtungen auf den Werkstück-Aufnahmeteil 46 zu und davon weg (d. h. in die Z-Achsenrichtung in den Figuren) bewegt. Ferner sendet die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 einen Befehl an einen Servomotor (nicht gezeigt), der in der Hauptspindel 42 eingebaut ist, um das Werkzeug 50 zu drehen, um das Werkstück W zu bearbeiten.
Der Tisch 44 umfasst eine bewegliche Tafel 44a und einen Bewegungsmechanismus 44b, der die bewegliche Tafel 44a bewegt. Der Bewegungsmechanismus 44b umfasst einen Servomotor und einen Kugelgewindemechanismus und bewegt die bewegliche Tafel 44a gemäß einem Befehl von der Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 in die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung in 1.
Der Werkstück-Aufnahmeteil 46 ist an der beweglichen Tafel 44a des Tischs 44 befestigt und bewegt sich einteilig mit der beweglichen Tafel 44a. Der Werkstück-Aufnahmeteil 46 ist mit Eingriffsteilen 46a zum Positionieren des Werkstücks W gebildet.
In dieser Ausführungsform sind mehrere Eingriffsteile 46a gebildet, um von einer oberen Fläche 46b des Werkstück-Aufnahmeteils 46 in der positiven Z-Achsenrichtung hervorzustehen, und sind derart angeordnet, dass sie das Werkstück W umgeben, wie in 2 gezeigt. Die Eingriffsteile 46a greifen mit einer äußeren Umfangsfläche S des Werkstücks W ein, derart, dass die Bewegung des Werkstücks W in Bezug auf den Werkstück-Aufnahmeteil 46 entlang der X-Y-Ebene eingeschränkt ist.
Der Klemmmechanismus 48 umfasst einen Klemmantriebsteil 52, einen Klemmarm 54 und einen Klemmteil 56. Der Klemmantriebsteil 52 umfasst z. B. einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder und treibt den Klemmarm 54 gemäß einem Befehl von der Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 in die Z-Achsenrichtung an.
Ein Ende des Klemmarms 54 ist an dem Klemmantriebsteil 52 befestigt, während das andere Ende des Klemmarms 54 den Klemmteil 56 hält. Der Klemmteil 56 ist derart angeordnet, um weg von den Eingriffsteilen 46a, die an dem Werkstück-Aufnahmeteil 46 gebildet sein, in der positiven Z-Achsenrichtung getrennt zu sein. Der Klemmteil 56 wird durch den Klemmantriebsteil 52 in der Z-Achsenrichtung einteilig mit dem Klemmarm 54 angetrieben.
In dieser Ausführungsform ist der Klemmteil 56 angeordnet, um einen ersten Teil P₁ des Werkstücks W zu berühren, der am Werkstück-Aufnahmeteil 46 angeordnet ist, wenn der Klemmteil 56 durch den Klemmantriebsteil 52 in die negative Z-Achsenrichtung bewegt wird. Der erste Teil P₁ ist ein Ende des Werkstücks W in der positiven Z-Achsenrichtung und ist dem Klemmteil 56 zugewandt.
Als Nächstes wird ein Betrieb des Bearbeitungssystems 10 unter Bezugnahme auf 3 bis 6 beschrieben. Der in 3 gezeigte Betriebsablauf beginnt, wenn die Roboter-Steuereinrichtung 16 oder die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 einen Bearbeitungsbefehl zum Bearbeiten des Werkstücks W von einem Benutzer, einer Host-Steuereinrichtung oder einem Bearbeitungsprogramm empfängt.
Im Schritt S1 platziert die Robotersteuereinrichtung 16 das Werkstück W auf dem Werkstück-Aufnahmeteil 46. Insbesondere betreibt die Robotersteuereinrichtung 16 den Roboter 18 gemäß einem Roboterprogramm, um das Werkstück W, das an einer vorbestimmten Stelle platziert ist, durch die Roboterhand 26 zu greifen.
Dann bewegt die Robotersteuereinrichtung 16 das Werkstück W durch den Roboter 18 und platziert es auf dem Werkstück-Aufnahmeteil 46. Zu diesem Zeitpunkt greifen die Eingriffsteile 46a des Werkstück-Aufnahmeteils 46 mit der äußeren Umfangsfläche S des Werkstücks W ein.
Im Schritt S2 betätigt die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 den Klemmmechanismus 48, um das Werkstück W, das auf dem Werkstück-Aufnahmeabschnitt 46 platziert ist, durch den Klemmmechanismus 48 zu klemmen. Insbesondere sendet die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 einen Befehl an das Klemmantriebsteil 52, um den Klemmteil 56 in die negative Z-Achsenrichtung zu bewegen.
Folglich berührt, wie in 1 gezeigt, der Klemmteil 56 den ersten Teil P₁ des Werkstücks W, um den ersten Teil P₁ in die negative Z-Achsenrichtung zu drücken, wodurch das Werkstück W zwischen den Klemmteil 56 und den Werkstück-Aufnahmeteil 46 geklemmt wird.
Im Schritt S3 bearbeitet die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 das Werkstück W. Insbesondere bewegt die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 die Hauptspindel 42, um das Werkzeug 50 mit einem Abschnitt des Werkstücks W in Berührung zu bringen, der sich von dem ersten Teil P₁ unterscheidet (z. B. die äußere Umfangsfläche S). Dann dreht die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 das Werkzeug 50, wodurch das Werkstück W bearbeitet wird.
Im Schritt S4 bewegt die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 den Klemmteil 56 derart, dass er von dem ersten Teil P₁ des Werkstücks W weg getrennt wird, um das Werkstück W von dem Klemmmechanismus 48 zu lösen.
Insbesondere sendet die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 einen Befehl an das Klemmantriebsteil 52, um den Klemmteil 56 in die positive Z-Achsenrichtung zu bewegen. Folglich ist, wie in 5 gezeigt, der Klemmteil 56 von dem ersten Teil P₁ des Werkstücks W in der positiven Z-Achsenrichtung getrennt.
Im Schritt S5 greift die Robotersteuereinrichtung 16 das Werkstück W durch die Roboterhand 26. Dieser Schritt S5 wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Im Schritt S11 bewegt die Robotersteuereinrichtung 16 die Roboterhand 26. Insbesondere betätigt die Robotersteuereinrichtung 16 den Roboter 18 gemäß einem Roboterprogramm, um die Roboterhand 26 derart zu bewegen, dass das Werkstück W zwischen den geöffneten Fingern 36 angeordnet ist.
An diesem Zeitpunkt ist die Roboterhand 26 derart in Bezug auf das Werkstück W positioniert, dass die Finger 36 einem zweiten Teil P (2, 5) des Werkstücks W zugewandt sind. Der zweite Teil P₂ ist ein Teil des Werkstücks W, der sich von dem ersten Teil P₁ unterscheidet (z. B. die äußere Umfangsfläche S) und dieser zweite Teil P₂ ist durch die Roboterhand 26 zu greifen, wie in der Folge beschrieben.
Im Schritt S12 bewegt die Robotersteuereinrichtung 16 die Finger 36 in Schließrichtungen. Insbesondere sendet die Robotersteuereinrichtung 16 einen Befehl an den Servomotor, der in der Roboterhand 26 eingebaut ist, um die Finger 36 in die Richtung aufeinander zu zu bewegen.
Im Schritt S13 bestimmt die Robotersteuereinrichtung 16, ob eine Drückkraft, durch die die Roboterhand 26 das zweite Teil P₂ des Werkstücks W drückt, einen vorbestimmten Wert erreicht. Insbesondere bestimmt die Robotersteuereinrichtung 16, ob der detektierte Lastwert, der durch den Kraftsensor 38 gemessen wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Wie vorhergehend beschrieben, ermittelt der Kraftsensor 38 die auf den Finger 36 angewandte Last. Die auf den Finger 36 angewandte Last ist mit einer Reaktionskraft korreliert, die auf den Finger 36 angewandt wird, wenn die Finger 36 die zweiten Teile P₂ drücken. Dementsprechend kann die Drückkraft, durch die die Roboterhand 26 den zweiten Teil P₂ drückt, von der Last geschätzt werden, die durch den Kraftsensor 38 detektiert wird.
Als ein Beispiel wird ein Verhältnis zwischen dem Lastwert, der durch den Kraftsensor 38 detektiert wird, und der Drückkraft, mit der die Roboterhand 26 die zweiten Teile P₂ drückt, im Voraus mittels eines Versuchs- oder Simulationsverfahrens erhalten und wird im Voraus im Speicher gespeichert, der in die Robotersteuereinrichtung 16 aufgenommen ist.
Dann stellt ein Benutzer den vorhergehend erwähnten vorbestimmten Bereich ein, um den detektierten Lastwert des Kraftsensors 38 einzubeziehen, wenn die Drückkraft, mit der die Roboterhand 26 die zweiten Teile P₂ drückt, ein gewünschter Wert ist (z. B. ein Bereich von ±1% des detektierten Lastwerts, der der gewünschten Drückkraft entspricht).
In diesem Schritt S13 bestimmt die Robotersteuereinrichtung 16, ob der Lastwert, der durch den Kraftsensor 38 detektiert wurde, innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt. Wenn die Robotersteuereinrichtung 16 bestimmt, dass der detektierte Lastwert innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt (d. h. „JA” bestimmt), fährt er mit Schritt S14 fort.
Wenn die Robotersteuereinrichtung 16 hingegen bestimmt, dass der Lastwert, der durch den Kraftsensor 38 detektiert wird, außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt (d. h. „NEIN” bestimmt), wiederholt sie Schritt S13 Wenn in Schritt S13 „JA” bestimmt wird, drückt die Roboterhand 26 die zweiten Teile P₂ des Werkstücks W mit einer gewünschten Kraftgröße. Dieser Zustand ist in 2 und 6 gezeigt. Es sei erwähnt, dass in Schritt 2 die Roboterhand 26 der Einfachheit des Verständnisses halber durch eine punktierte Linie angegeben ist.
Wie in 2 und 6 gezeigt, werden, wenn im Schritt S13 „JA” bestimmt wird, die zweiten Teile P des Werkstücks W zwischen den Fingern 36 der Roboterhand 26 in der Y-Achsenrichtung gehalten und durch sie gegriffen.
Wie in 6 gezeigt, sind in dieser Ausführungsform die zweiten Teile P₂ in der Nähe des Endes des Werkstücks W in der positiven Z-Achsenrichtung angeordnet, um von den Eingriffsteilen 46a des Werkstück-Aufnahmeteils 46 in der positiven Z-Achsenrichtung beabstandet zu sein. Andererseits greifen die Eingriffsteile 46a des Werkstück-Aufnahmeteils 46 in den Endteil des Werkstücks W in der negativen Z-Achsenrichtung ein.
So greifen in dieser Ausführungsform die Roboterhand 26 und jeder Eingriffsteil 46a in verschiedene Teile des Werkstücks W ein (d. h. die Roboterhand 26 greift in der Nähe des oberen Endes des Werkstücks W ein, während jeder Eingriffsteil 46a in der Nähe des unteren Endes des Werkstücks W eingreift).
Deswegen ist es möglich, die Bewegung des Werkstücks W in Bezug auf den Werkstück-Aufnahmeteil 46 entlang der X-Y-Ebene wirksam einzuschränken. Ferner ist es möglich, wirksam zu verhindern, dass der Endteil des Werkstücks W in der positiven Z-Achsenrichtung schwingt, wodurch es möglich ist, zu verhindern, dass das Werkstück W während des Bearbeitungsverfahrens in Bezug auf die X-Y-Ebene geneigt wird.
Im Schritt S14 behält die Robotersteuereinrichtung 16 die Position der Finger 36 bei. Zum Beispiel misst die Robotersteuereinrichtung 16 ein Lastmoment N des Servomotors zum Antreiben der Finger 36 an dem Zeitpunkt, an dem im Schritt S13 „JA” bestimmt wird, und steuert den Servomotor mit einem Regelkreis, derart dass sein Lastmoment das gemessene Lastmoment N ist.
Durch diese Betätigung kann die Position der Finger 36 beibehalten werden, wodurch die Roboterhand 26 die zweiten Teile P₂ weiterhin mit der gewünschten Kraftgröße greifen kann.
Durch den Schritt S5, der in 4 gezeigt ist, drückt die Roboterhand 26 das Werkstück W, das von dem Klemmmechanismus 48 im Schritt S4 gelöst wurde, gegen den Werkstück-Aufnahmeteil 46, ohne die Stellung des Werkstücks W am Ende von Schritt S3 zu ändern.
Erneut unter Bezugnahme auf 3 bearbeitet in Schritt 56 die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 den ersten Teil P₁ des Werkstücks W. Insbesondere betätigt die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 die Hauptspindel 42, um das Werkzeug 50 gegen den ersten Teil P₁ des Werkstücks W in der negativen Z-Achsenrichtung zu drücken. Dann dreht die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 das Werkzeug 50, wodurch der erste Teil P₁ des Werkstücks W bearbeitet wird.
Wie vorhergehend beschrieben, ist die Bewegung des Werkstücks W in der X-Y-Ebene durch die Roboterhand 26 und die Eingriffsteile 46a eingeschränkt. In diesem Zustand bearbeitet das Werkzeug 50 den ersten Teil P₁ gemeinsam mit dem Drücken des ersten Teils P₁ in die negative Z-Achsenrichtung, wodurch es möglich wird, wirksam zu verhindern, dass die Position des Werkstücks W während der Bearbeitung abweicht.
Im Schritt S7 entfernt die Robotersteuereinrichtung 16 das Werkstück W von der Werkzeugmaschine 14. Insbesondere betätigt, während die Robotersteuereinrichtung 16 das Werkstück W weiterhin durch die Roboterhand 26 greift, die Robotersteuereinrichtung 16 den Roboter 18 gemäß einem Roboterprogramm, um das Werkstück W an eine vorbestimmte Stelle zu bewegen. Dann bewegt die Robotersteuereinrichtung 16 die Finger 36 der Roboterhand 26 in die Öffnungsrichtung, um das Werkstück W an der vorbestimmten Stelle zu lösen.
Im Schritt S8 bestimmt die Robotersteuereinrichtung 16 oder die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40, ob alle Werkstücke bearbeitet wurden. Wenn die Robotersteuereinrichtung 16 oder die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 bestimmt, dass alle Werkstücke bearbeitet wurden (d. h. „JA” bestimmt), beendet sie den in 3 gezeigten Ablauf. Wenn hingegen die Robotersteuereinrichtung 16 oder die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 bestimmt, dass noch ein zu bearbeitendes Werkstück übrig ist (d. h. „NEIN” bestimmt), kehrt sie zu Schritt S1 zurück.
In dieser Ausführungsform drückt, nachdem das Werkstück W von dem Klemmteil 56 gelöst wurde, die Roboterhand 26 das Werkstück W gegen den Werkstück-Aufnahmeteil 46, ohne die Stellung des Werkstücks W zu ändern.
Gemäß dieser Ausgestaltung kann nach dem Schritt S3 das erste Teil P₁, gegen das der Klemmteil 56 in Schritt S3 anlag, der Reihe nach bearbeitet werden, ohne die Stellung des Werkstücks W zu ändern. Dementsprechend ist es möglich, die Arbeitsvorgänge z. B. zum Ändern der Stellung des Werkstücks W oder Einstellen des Werkstücks W auf einer anderen Werkstück-Spannvorrichtung nach Schritt S3 wegzulassen, wodurch die Produktionseffizienz verbessert werden kann.
Ferner wird in dieser Ausführungsform, während die Bewegung des Werkstücks W in der X-Y-Ebene durch die Roboterhand 26 eingeschränkt wird, das Werkzeug 50 gegen den ersten Teil P₁ in der negativen Z-Achsenrichtung zur Bearbeitung gedrückt werden. Gemäß dieser Ausgestaltung ist es möglich, die Bewegung des Werkstücks W in die X-Achsen-, die Y-Achsen- und die Z-Achsenrichtungen während der Bearbeitung wirksam zu verhindern.
Ferner wird in dieser Ausführungsform das Werkstück W gegen den Werkstück-Aufnahmeteil 46 durch den Roboter 18 gedrückt, um das Werkstück W in die Werkzeugmaschine 14 zu tragen und daraus zu entfernen. Deswegen kann die Ausgestaltung des Systems vereinfacht werden.
Ferner kann, da die Roboterhand 26 das Werkstück W bei Schritt S5 greift, das bearbeitete Werkstück W schnell bei Schritt S7 durch den Roboter 18 nach dem Ende des Schrittes S6 entfernt werden. Dementsprechend kann die Arbeitseffizienz verbessert werden.
Es sei erwähnt, dass neben den Eingriffsteilen 46a der vorhergehend erwähnten Ausführungsform verschiedene Typen von Eingriffsteilen angewandt werden können. 7 zeigt einen Werkstück-Aufnahmeteil 46' gemäß einer anderen Ausführungsform.
Der Werkstück-Aufnahmeteil 46' ist mit zwei Eingriffsteilen 46a' gebildet, die angeordnet sind, um einander gegenüberzustehen.
Diese Eingriffsteile 46a' sind gebildet, um die Bewegung des Werkstücks W in die X-Achsenrichtung einzuschränken. In diesem Fall bewirkt am vorhergehend erwähnten Schritt S5 die Robotersteuereinrichtung 16, dass die Roboterhand 26 die zweiten Teile P₂ des Werkstücks W greift, um die Bewegung des Werkstücks W in die Y-Achsenrichtung zu beschränken, wie in 7 gezeigt.
So schränken in dieser Ausführungsform die Roboterhand 26 beziehungsweise die Eingriffsteile 46a' die Bewegungen des Werkstücks W in die Y-Achsenrichtung und die X-Achsenrichtung ein. Deswegen ist es möglich, die Bewegung des Werkstücks W entlang der X-Y-Ebene einzuschränken.
8 zeigt einen Werkstück-Aufnahmeteil 46'' gemäß noch einer anderen Ausführungsform. Der Werkstück-Aufnahmeteil 46'' ist mit zwei Eingriffsteilen 46a' gebildet, die angeordnet sind, um einander gegenüberzustehen. Diese Eingriffsteile 46a'' sind gebildet, um die Bewegung des Werkstücks W in die positive X-Achsenrichtung einzuschränken.
In dieser Ausführungsform bewirkt am vorhergehend erwähnten Schritt S5 die Robotersteuereinrichtung 16, dass die Roboterhand 26 die zweiten Teile P₂ des Werkstücks W greift, um die Bewegung des Werkstücks W in die Y-Achsenrichtung zu beschränken.
In diesem Zustand bewegt die Robotersteuereinrichtung 16 die Roboterhand 26 in die positive X-Achsenrichtung, derart, dass das Werkstück W gegen die Eingriffsteile 46a'' in der positiven X-Achsenrichtung gedrückt wird. Gemäß dieser Ausführungsform ist es auch möglich, die Bewegung des Werkstücks W entlang der X-Y-Ebene durch die Roboterhand 26 und die Eingriffsteile 46a'' einzuschränken.
Ferner kann der Roboter 18 mit einem anderen Kraftsensor, der in der Lage ist, eine Last zu detektieren, die auf den Roboterarm 24 angewandt wird, anstatt (oder zusätzlich zu) dem Kraftsensor 38 versehen sein. Der andere Kraftsensor kann an dem Roboterarm 24 oder dem Handgelenk 32 angebracht sein.
In diesem Fall kann in dem vorhergehend erwähnten Schritt S13 die Robotersteuereinrichtung 16, basierend auf der durch den anderen Kraftsensor gemessenen Last bestimmen, ob eine Kraft, mit der die Roboterhand 26 die zweiten Teile P₂ drückt, einen vorbestimmten Wert erreicht.
Wenn als ein Beispiel der in 8 gezeigte Werkstück-Aufnahmeteil 46'' angewandt wird, kann am vorhergehend erwähnten Schritt S13 die Robotersteuereinrichtung 16 eine Kraft, mit der die Roboterhand 26 das Werkstück W gegen die Eingriffsteile 46a'' in der positiven X-Achsenrichtung drückt, basierend auf der durch den anderen Kraftsensor gemessenen Last steuern.
Ferner kann der Klemmantriebsteil 52 neben dem Pneumatik- oder Hydraulikzylinder z. B. einen Servomotor umfassen.
Ferner kann das Werkstück W gegen den Werkstück-Aufnahmeteil lediglich durch die Roboterhand gedrückt werden, ohne einen Eingriffsteil auf dem Werkstück-Aufnahmeteil bereitzustellen. Als ein Beispiel zeigt 9 eine Roboterhand 26' gemäß einer anderen Ausführungsform.
Die Roboterhand 26' umfasst eine Handbasis 34 und mehrere Finger 36', die an der Handbasis 34 angebracht sind, um sich zu öffnen und zu schließen. Die Finger 36' sind an der Handbasis 34 bereitgestellt, derart, dass sie sich aufeinander zu und voneinander weg bewegen.
Ein Greifteil 36a' ist an einem Abschnitt von jedem Finger 36' gebildet, gegen den das zu greifende Werkstück W' anliegt. Jeder Greifteil 36a' weist eine Form auf, die den zweiten Teilen P₂' des Werkstücks W' entspricht. Gemäß dieser Ausführungsform ist es, sogar wenn die Eingriffsteile 46a nicht an dem Werkstück-Aufnahmeteil 46 bereitgestellt sind, möglich, die Bewegung des Werkstücks W' in die X-Y-Ebene durch die Roboterhand 26' einzuschränken.
Ferner kann der Eingriffsteil nicht nur ein hervorstehender Teil, der von der Fläche des Werkstück-Aufnahmeteils hervorsteht, wie die vorhergehend erwähnten Eingriffsteile 46a, 46a' und 46'', sondern auch ein vertiefter Teil (z. B. eine Rille) sein, der von der Fläche des Werkstück-Aufnahmeteils nach innen vertieft ist.
Ferner umfasst in den vorhergehend erwähnten Ausführungsformen die Werkzeugmaschine 14 einen einzigen Klemmmechanismus 48. Die Werkzeugmaschine kann indes mehrere Klemmmechanismen umfassen.
Unten wird ein Bearbeitungssystem 10' gemäß noch einer weiteren Ausführungsform unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Es sei erwähnt, dass in dieser Ausführungsform Elementen, die denjenigen in den vorhergehend erwähnten Ausführungsformen ähnlich sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen sind und auf ihre detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
Das Bearbeitungssystem 10' weicht von dem Bearbeitungssystem 10 in der Ausgestaltung der Werkzeugmaschine 14' ab. Insbesondere umfasst die Werkzeugmaschine 14' die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40, die Hauptspindel 42, den Tisch 44, den Werkstück-Aufnahmeteil 46, einen ersten Klemmmechanismus 48a und einen zweiten Klemmmechanismus 48b.
Der erste Klemmmechanismus 48a umfasst einen ersten Klemmantriebsteil 52a, einen ersten Klemmarm 54a und einen ersten Klemmteil 56a. Der zweite Klemmmechanismus 48b umfasst einen zweiten Klemmantriebsteil 52b, einen zweiten Klemmarm 54b und einen zweiten Klemmteil 56b.
Die Ausgestaltungen der Klemmantriebsteile 52a, 52b, der Klemmarme 54a, 54b und der Klemmteile 56a, 56b sind jeweils denjenigen des Klemmantriebsteils 52, des Klemmarms 54 beziehungsweise des Klemmteils 56 ähnlich.
Der erste Klemmteil 56a ist angeordnet, um einen Abschnitt P₁' eines Werkstücks W'' zu berühren, das auf dem Werkstück-Aufnahmeteil 46 platziert ist. Andererseits ist der zweite Klemmteil 56b angeordnet, um einen Abschnitt P₁'' des Werkstücks W'' zu berühren.
Als Nächstes wird der Betrieb des Bearbeitungssystems 10' gemäß dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Der Betrieb des Bearbeitungssystems 10' unterscheidet sich von demjenigen des Bearbeitungssystems 10 in den folgenden Prozessen.
Insbesondere sendet im Schritt S4 die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 einen Befehl an den ersten Klemmantriebsteil 52a, um den ersten Klemmteil 56a vom Abschnitt P₁' des Werkstücks W weg zu bewegen.
Dann betätigt nach der Ausführung von Schritt S5 die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 im Schritt S6 die Hauptspindel 42, um den Abschnitt P₁' des Werkstücks W zu bearbeiten. Dann sendet die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 einen Befehl an den zweiten Klemmantriebsteil 52b, um den zweiten Klemmteil 56b vom Abschnitt P₁'' des Werkstücks W weg zu bewegen.
Dann betätigt die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 die Hauptspindel 42, um den Abschnitt P₁'' des Werkstücks W zu bearbeiten. Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, den Abschnitt P₁', gegen den der erste Klemmteil 56a im Schritt S3 anlag, und den Abschnitt P₁'', gegen den der zweite Klemmteil 56b im Schritt S3 anlag, der Reihe nach zu bearbeiten, ohne die Stellung des Werkstücks W'' zu ändern.
Es sei erwähnt, dass, was den Betrieb des Bearbeitungssystems 10' betrifft, die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 sowohl den ersten Klemmteil 56a als auch den zweiten Klemmteil 56b von den Abschnitten P₁' und P₁'' des Werkstücks W im Schritt S4 gleichzeitig weg bewegen kann.
Es sei erwähnt, dass in den vorhergehend erwähnten Ausführungsformen die Roboter-Steuereinrichtung 16 und die Werkzeugmaschinen-Steuereinrichtung 40 als unabhängige Elemente getrennt voneinander bereitgestellt werden. Es kann indes eine einzige Steuereinrichtung bereitgestellt werden, die jedes Bauelement des Roboters 18 und der Werkzeugmaschine 14 steuert.
Obgleich die Erfindung vorhergehend durch verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurde, schränken die Ausführungsformen die Erfindungen gemäß den Ansprüchen nicht ein. Ferner kann eine Ausgestaltung, die durch Kombinieren der in den Ausführungsformen der Erfindung beschriebenen Merkmale erhalten wird, in dem technischen Schutzbereich der Erfindung enthalten sein. Es sind indes nicht notwendigerweise alle Kombinationen dieser Merkmale zu Lösungszwecken der Erfindung wesentlich. Ferner ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Abwandlungen oder Verbesserungen bei den Ausführungsformen angewandt werden können.
Was die Reihenfolge der Arbeitsvorgänge, wie beispielsweise Vorgänge, Folgen, Schritte, Prozesse und Stufen in den Vorrichtungen, Systemen, Programmen und Verfahren betrifft, die in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben sind, sei erwähnt, dass die Begriffe „vor”, „davor” usw. nicht ausdrücklich beschrieben sind und jede beliebige Reihenfolge ausgeführt werden kann, solange der Ausgang eines vorhergehenden Arbeitsvorgangs in dem darauf folgenden Arbeitsvorgang verwendet wird. Was die Verarbeitung in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen betrifft, ist, sogar wenn die Reihenfolge der Arbeitsvorgänge der Einfachheit halber unter Verwendung der Begriffe „erster”, „nächster”, „darauf folgender”, „dann” usw. beschrieben wird, diese Reihenfolge nicht notwendigerweise für das Funktionieren der Erfindungen wesentlich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-184055 [0002]
JP 9-201742 [0002]

Claims

Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (W) durch Zusammenwirken einer Werkzeugmaschine (14), die einen Werkstück-Aufnahmeteil (46), auf dem das Werkstück platziert wird, und einen das Werkstück gegen den Werkstück-Aufnahmeteil drückenden Klemmteil (56) umfasst, und eines Roboters (18), der eine Roboterhand (26) umfasst, die in der Lage ist, das Werkstück zu greifen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Drücken des Klemmteils gegen einen ersten Abschnitt (P₁) des Werkstücks und Klemmen des Werkstücks zwischen dem Klemmteil und dem Werkstück-Aufnahmeteil; Bewegen des Klemmteils zum Trennen weg von dem ersten Abschnitt und Lösen des Werkstücks von dem Klemmteil; Betätigen des Roboters, um einen zweiten Abschnitt (P₂) des Werkstücks, der sich von dem ersten Abschnitt unterscheidet, durch die Roboterhand zu greifen, und Einschränken einer Bewegung des Werkstücks in Bezug auf den Werkstück-Aufnahmeteil, ohne eine Stellung des Werkstücks zu ändern; und Betätigen der Werkzeugmaschine, um den ersten Abschnitt zu bearbeiten, wenn die Bewegung des Werkstücks in Bezug auf den Werkstück-Aufnahmeteil eingeschränkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Roboter einen Kraftsensor (38) umfasst, der die auf die Roboterhand angewandte Kraft misst, wobei, wenn der zweite Abschnitt durch die Roboterhand gegriffen wird, eine Drückkraft, mit der die Roboterhand den zweiten Abschnitt drückt, basierend auf der durch den Kraftsensor gemessenen Kraft auf einen vorbestimmten Wert gesteuert wird.