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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Die gesamte Offenbarung der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-095531 , eingereicht am 11. Mai 2016.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine, die ein Werkstück schneidet und bearbeitet oder ein Werkstück durch Bestrahlung mit Energie oder einem Material formt.
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HINTERGRUND
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In letzter Zeit nehmen Anforderungen für Automatisierung und höhere Leistungen von Werkzeugmaschinen zu. Um eine Automatisierung zu verwirklichen, werden automatische Wechslergeräte vorgeschlagen, wie z. B. ein automatischer Werkzeugwechsler (ATC), der automatisch Werkzeuge wechselt, und ein automatischer Palettenwechsler (APC), der automatisch eine Palette wechselt, an der ein Werkstück montiert ist. Außerdem sind Peripheriegeräte wie z. B. ein Werkstückzufuhrgerät wie z. B. ein Lader und ein Stangenvorschub ebenfalls in großem Stil bekannt. Um eine höhere Leistung zu verwirklichen, werden auch eine Messung in der Maschine und ein intelligentes System unter Verwendung von Sensoren verwendet.
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Um Werkzeugmaschinen zu automatisieren oder deren Leistung zu verbessern, wird in einigen Fällen ferner die Verwendung eines Roboters vorgeschlagen.
JP 2010-36285 A offenbart beispielsweise eine Technik, in der ein Roboter, der außerhalb der Werkzeugmaschine vorgesehen ist, verwendet wird, um die Befestigung und das Lösen des Werkstücks an und von der Werkzeugmaschine auszuführen.
JP 2010-64158 A offenbart eine Technik, bei der ein gelenkiger Roboter, der sich an einer Portalschiene bewegt, die an einem oberen Teil der Werkzeugmaschine befestigt ist, vorgesehen ist, und der Transport des Werkstücks oder dergleichen unter den mehreren Werkzeugmaschinen durch den gelenkigen Roboter ausgeführt wird.
JP H5-301141 A und
JP H5-301142 A offenbaren ein Transportwerkzeug eines Werkstücks, das das Werkstück durch eine Öffnungs-/Schließ-Operation einer Greifeinheit transportiert. Das Transportwerkzeug weist eine Armform auf und ist an einem Körperfunktionskasten befestigt. Der Körperfunktionskasten ist auch auf einer rechten Seite eines Spindelkopfs vorgesehen, der eine Spindel abstützt. Das Transportwerkzeug kann um eine Achse schwenken, die zu einer Längsachse der Spindel ungefähr orthogonal ist. Das Transportwerkzeug kann durch die Schwenkvorrichtung zwischen einem Zustand, in dem der Arm ungefähr horizontal ist, und einem Zustand, in dem der Arm ungefähr vertikal ist, wechseln.
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Im Stand der Technik ist jedoch kein Roboter beschrieben, der auf das Werkstück und das Werkzeug mit verschiedenen Positionen und Orientierungen zugreifen kann. Insbesondere ist normalerweise ein Körperteil der Werkzeugmaschine mit einer Abdeckung angesichts von Sicherheit und Randumgebung abgedeckt. Wenn es erwünscht ist, in ein Inneres einer Bearbeitungskammer unter Verwendung eines Roboters zu gelangen, der an einem anderen Ort als dem Körperteil der Werkzeugmaschine vorgesehen ist, wie in
JP 2010-36285 A und
JP 2010-64158 A , muss daher eine Tür der Bearbeitungskammer geöffnet werden. Obwohl es mit den Robotern von
JP 2010-36285 A und
JP 2010-64158 A möglich ist, das Werkstück zu befestigen oder zu lösen, wenn das Werkstück nicht bearbeitet wird, ist es folglich nicht möglich, dass der Roboter auf das Werkstück oder das Werkzeug während der Bearbeitung zugreift; das heißt, wenn die Tür der Bearbeitungskammer geschlossen ist. Mit den Techniken von
JP 2010-36285 und
JP 2010-64158 A sind folglich die Verwendungen der Roboter begrenzt.
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Wie in
JP H5-301141 A und
JP H5-301142 A beschrieben, existieren Techniken, bei denen ein Roboter wie z. B. ein Transportwerkzeug an einem Spindelkopf befestigt ist. Gemäß solchen Techniken kann der Roboter auf das Werkstück und das Werkzeug selbst in dem Zustand zugreifen, in dem die Tür der Bearbeitungskammer geschlossen ist. In diesem Fall ist jedoch die Position des Roboters in Bezug auf den Spindelkopf fest und folglich muss, um einen Zugang zur entgegengesetzten Seite des Roboters mit dem Spindelkopf dazwischen zu ermöglichen, die Größe des Roboters erhöht werden. Wenn beispielsweise der Roboter ein gelenkiger Roboter ist, in dem mehrere Arme durch Gelenke verbunden sind, müssen die Längen der Arme verlängert werden. Wenn irgendeiner der Arme verlängert wird, tritt jedoch eine Störung von anderen Elementen gewöhnlich leichter auf und ein Drehmoment, das zum Bewegen der Gelenke erforderlich ist, wird auch erhöht.
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Ein Vorteil der vorliegenden Offenbarung liegt im Schaffen einer Werkzeugmaschine mit einem Roboter mit einer kleineren Größe, der auf ein Werkstück und ein Werkzeug in verschiedenen Positionen und Orientierungen zugreifen kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Werkzeugmaschine geschaffen, die ein Werkstück durch ein Werkzeug schneidet, wobei die Werkzeugmaschine umfasst: eine Werkzeugspindelvorrichtung, die das Werkzeug in einer Weise hält, um eine Selbstrotation mit einer vordefinierten Werkzeugrotationsachse als Zentrum zu ermöglichen; einen oder mehrere Roboter; und einen Verbindungsmechanismus, der den einen oder die mehreren Roboter an der Werkzeugspindelvorrichtung befestigt, so dass der eine oder die mehreren Roboter sich unabhängig vom Werkzeug an einem Umfang der Werkzeugspindelvorrichtung mit der Werkzeugrotationsachse als Zentrum bewegen.
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Der Roboter kann auf das Werkzeug und/oder das Werkstück während der Ausführung der Bearbeitung des Werkstücks durch das Werkzeug zugreifen können.
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Der Roboter kann eine Unterstützung der Bearbeitung des Werkstücks durch das Werkzeug, eine Erfassung in Bezug auf das Werkzeug oder das Werkstück während der Bearbeitung und/oder eine zusätzliche Bearbeitung ausführen.
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Der Roboter kann ein Roboter vom Armtyp sein, der umfasst: einen oder mehrere Endeffektoren, die auf ein Ziel wirken; einen oder mehrere Arme, die den einen oder die mehreren Endeffektoren abstützten; und ein oder mehrere Gelenke, die an Enden des einen oder der mehreren Arme vorgesehen sind.
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Die Werkzeugspindelvorrichtung kann mit einer Achse orthogonal zur Werkzeugrotationsachse als Zentrum schwenken können.
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Der Roboter kann eine Greifeinheit umfassen, die das Werkzeug oder das Werkstück greifen kann.
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Die Werkzeugmaschine kann eine Multitasking-Maschine mit einer Drehmaschinenfunktion, um das Werkstück zu drehen, sein und kann umfassen: eine Werkstückspindelvorrichtung, die das Werkstück in einer Weise hält, um eine Selbstrotation zu ermöglichen; und eine Werkzeugstütze, die ein Drehwerkzeug hält, das das selbst rotierende Werkstück dreht. In diesem Fall kann der Roboter auf das Werkstück und/oder das Drehwerkzeug während der Drehbearbeitung durch das Drehwerkzeug zugreifen können.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Werkzeugmaschine geschaffen, die Energie oder ein Material in einer vordefinierten Bestrahlungsachsenrichtung abstrahlt, um ein Werkstück zu formen, wobei die Werkzeugmaschine umfasst: einen Bestrahlungskopf, der die Energie oder das Material in der Bestrahlungsachsenrichtung abstrahlt; einen oder mehrere Roboter; und einen Verbindungsmechanismus, der den einen oder die mehreren Roboter am Bestrahlungskopf befestigt, so dass der eine oder die mehreren Roboter sich an einem Umfang des Bestrahlungskopfs mit der Bestrahlungsachse als Zentrum bewegen.
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VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Gemäß einer Werkzeugmaschine von verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung ist ein Roboter in einer rotationsfähigen Weise an einer Werkzeugspindelvorrichtung oder einem Bestrahlungskopf befestigt. Selbst wenn die Größe des Roboters verringert wird, können daher eine Position und eine Orientierung des Roboters signifikant geändert werden. Folglich kann der Roboter auf das Werkstück, das Werkzeug oder dergleichen in verschiedenen Positionen und Orientierungen zugreifen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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(Eine) Ausführungsform(en) der vorliegenden Offenbarung wird (werden) mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben; es zeigen:
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1 ein Diagramm, das eine Struktur einer Werkzeugmaschine zeigt;
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2 ein perspektivisches Diagramm eines Umfangs eines Roboters in der Maschine;
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3 ein perspektivisches Diagramm eines Umfangs eines Roboters in der Maschine;
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4 ein perspektivisches Diagramm eines Umfangs eines Roboters in der Maschine;
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5 ein perspektivisches Diagramm eines Umfangs eines Roboters in der Maschine;
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6 ein perspektivisches Diagramm, das ein anderes Beispiel eines Roboters in der Maschine zeigt;
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7 ein perspektivisches Diagramm, das ein anderes Beispiel eines Roboters in der Maschine zeigt;
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8 ein Diagramm, das einen Roboter in der Maschine zeigt, der an einer Werkzeugspindelvorrichtung befestigt ist; und
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9 ein Diagramm, das einen Roboter in der Maschine zeigt, der an einer Werkzeugspindelvorrichtung befestigt ist.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Struktur einer Werkzeugmaschine 10 wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das schematisch eine Struktur der Werkzeugmaschine 10 zeigt. In der folgenden Beschreibung wird eine Rotationsachsenrichtung einer Werkstückspindel 32 als Z-Achse bezeichnet, eine vertikal Richtung orthogonal zur Z-Achse wird als X-Achse bezeichnet und eine Richtung orthogonal zur Z-Achse und X-Achse wird als Y-Achse bezeichnet. Auf der Z-Achse wird eine Richtung von der Werkstückspindel 32 in Richtung einer Werkzeugstütze 18 als positive Richtung bezeichnet. Auf der X-Achse wird eine Richtung von der Werkstückspindel 32 in Richtung einer Werkzeugspindel 38 als positive Richtung bezeichnet und auf der Y-Achse wird eine Richtung von der Werkzeugspindel 38 in Richtung einer mittleren Basis 28 als positive Richtung bezeichnet.
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Die Werkzeugmaschine 10 ist eine Multitasking-Maschine mit einer Drehfunktion, um ein Werkstück 110 durch Kontakt mit einem Drehwerkzeug 102 zu schneiden, während das Werkstück 110 gedreht wird, und einer Rotationsschneidfunktion, um das Werkstück 110 mit einem Rotationswerkzeug 100 zu schneiden. Ein Umfang eines Körpers 12 der Werkzeugmaschine 10 ist mit einer Abdeckung (nicht dargestellt) bedeckt. Ein durch die Abdeckung definierter Raum ist eine Bearbeitungskammer, wo eine Bearbeitung des Werkstücks 110 stattfindet. An der Abdeckung sind mindestens eine Öffnung und eine Tür, die die Öffnung öffnet und schließt (die beide in der Figur nicht gezeigt sind), ausgebildet. Eine Bedienperson greift auf den Körper 12 der Werkzeugmaschine 10, das Werkstück 110 oder dergleichen durch die Öffnung zu. Während der Bearbeitung wird die an der Öffnung vorgesehene Tür geschlossen. Dies dient der Sicherheit und der Randumgebung.
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Der Körper 12 umfasst eine Werkstückspindelvorrichtung 14, die das Werkstück 110 in einer Weise hält, um eine Selbstrotation zu ermöglichen, eine Werkzeugspindelvorrichtung 16, die das Rotationswerkzeug 100 in einer Weise hält, um eine Selbstrotation zu ermöglichen, und die Werkzeugstütze 18, die das Drehwerkzeug 102 hält. Die Werkstückspindelvorrichtung 14 umfasst eine Spindelbasis 30, die an einer Basis 22 montiert ist, und die Werkstückspindel 32, die an der Spindelbasis 30 befestigt ist. Die Werkstückspindel 32 umfasst eine Aufspannvorrichtung 33 und eine Klemmhülse, die das Werkstück 110 in einer lösbaren Weise hält, und das zu haltende Werkstück 110 kann beliebig ausgetauscht werden. Die Werkstückspindel 32 rotiert auch selbst mit einer Werkstückrotationsachse Rw, die sich in der horizontalen Richtung (Z-Achsen-Richtung in 1) erstreckt, als Zentrum. Die Werkzeugspindelvorrichtung 16 hält ein Werkzeug für das Rotationsschneiden (das Rotationswerkzeug 100), beispielsweise ein Werkzeug, das Fräse und Schaftfräser genannt wird, in einer Weise, um eine Selbstrotation zu ermöglichen, und umfasst einen Spindelkopf 36 mit einem Antriebsmotor oder dergleichen darin, und die Werkzeugspindel 38, die am Spindelkopf 36 befestigt ist. Die Werkzeugspindel 38 umfasst eine Klemmvorrichtung, die das Rotationswerkzeug 100 in einer lösbaren Weise hält, und das zu haltende Rotationswerkzeug 100 kann nach Bedarf ausgetauscht werden. Die Werkzeugspindel 38 rotiert auch selbst mit einer Werkzeugrotationsachse Rt, die sich in der vertikalen Richtung (X-Achsen-Richtung in 1) erstreckt, als Zentrum.
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Am Spindelkopf 36 ist ein Roboter 20 in der Maschine über einen Verbindungsmechanismus 40 befestigt. Der Roboter 20 in der Maschine wird zum Unterstützen des Bearbeitungsprozesses, verschiedener Erfassungsprozesse, Hilfsarbeiten oder dergleichen verwendet. Eine Struktur und eine Funktion des Roboters 20 in der Maschine werden später im Einzelnen beschrieben.
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Ferner kann der Spindelkopf 36 um eine Schwenkachse St (siehe 2) schwenken, die durch den Spindelkopf 36 verläuft und sich in der Y-Achsen-Richtung erstreckt. Wenn der Spindelkopf 36 um die Schwenkachse St schwenkt, werden die Orientierungen des Rotationswerkzeugs 100 und des Roboters 20 in der Maschine geändert.
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Der Spindelkopf 36 ist an der mittleren Basis 28 befestigt. Die mittlere Basis 28 ist an einer Säule 26 über eine X-Achsen-Führungsschiene (nicht dargestellt) befestigt und kann in Bezug auf die Säule 26 nach oben und nach unten bewegt werden (kann in der X-Achsen-Richtung bewegt werden). Die Säule 26 ist an einem Sattel 24 über eine Y-Achsen-Führungsschiene befestigt und kann in der Y-Achsen-Richtung in Bezug auf den Sattel 24 bewegt werden. Ferner ist der Sattel 24 an der Basis 22 über eine Z-Achsen-Führungsschiene befestigt und kann in der Z-Achsen-Richtung in Bezug auf die Basis 22 bewegt werden. Der Sattel 24, die Säule 26 und die mittlere Basis 28 werden geeignet bewegt, so dass die Werkzeugspindelvorrichtung 16 und folglich das Rotationswerkzeug 100 und der Roboter 20 in der Maschine, der an der Werkzeugspindelvorrichtung 16 befestigt ist, linear in eine gewünschte Position bewegt werden kann.
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Die Werkzeugstütze 18 hält das Drehwerkzeug 102 wie beispielsweise ein Werkzeug, das ”Meißel” genannt wird. Die Werkzeugstütze 18 ist an einem unteren Sattel 19 über eine X-Achsen-Führungsschiene befestigt und kann in Bezug auf den unteren Sattel 19 nach oben und nach unten bewegt werden (kann in der X-Achsen-Richtung bewegt werden). Der untere Sattel 19 ist an der Basis 22 über eine Z-Achsen-Führungsschiene befestigt und kann in der Z-Achsen-Richtung bewegt werden. Folglich kann das Drehwerkzeug 102 in der X-Achsen-Richtung und in der Z-Achsen-Richtung bewegt werden.
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Eine Steuervorrichtung 34 steuert den Antrieb von verschiedenen Teilen der Werkzeugmaschine 10 in Reaktion auf einen Befehl von einer Bedienperson. Die Steuervorrichtung 34 ist beispielsweise aus einer CPU, die verschiedene Berechnungen ausführt, und einem Speicher, der verschiedene Steuerprogramme und Steuerparameter speichert, gebildet. Die Steuervorrichtung 34 weist ferner eine Kommunikationsfunktion auf und kann verschiedene Daten wie beispielsweise NC-Programmdaten mit anderen Vorrichtungen austauschen. Die Steuervorrichtung 34 kann beispielsweise eine numerische Steuervorrichtung umfassen, die, wenn erforderlich, Positionen der Werkzeuge 100 und 102 und des Werkstücks 110 berechnet. Die Steuervorrichtung 34 kann eine einzelne Vorrichtung oder eine Kombination von mehreren Rechenvorrichtungen sein.
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Als nächstes wird der Roboter 20 in der Maschine, der an der Werkzeugspindelvorrichtung 16 befestigt ist, mit Bezug auf 2–5 beschrieben. 2–5 sind perspektivische Diagramme eines Umfangs des Roboters 20 in der Maschine. Wie in 2 gezeigt, ist der Roboter 20 in der Maschine ein gelenkiger Roboter mit mehreren Armen 42a–42c und mehreren Gelenken 44a–44c. Wie bereits beschrieben, ist der Roboter 20 in der Maschine am Spindelkopf 36 über den Verbindungsmechanismus 40 befestigt. Der Spindelkopf 36 weist eine ungefähre kreisförmige Rohrform auf und weist eine Mittelachse auf, die mit der Werkzeugrotationsachse Rt übereinstimmt. Wie bereits beschrieben, kann sich der Spindelkopf 36 linear mit der Bewegung des Sattels 24, der Säule 26 und der mittleren Basis 28 bewegen. Ferner ist der Spindelkopf 36 in einer rotationsfähigen Weise an der mittleren Basis 28 befestigt und kann um die Schwenkachse St, die sich in der Y-Achsen-Richtung (horizontalen Richtung) erstreckt, als Zentrum schwenken.
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Der Verbindungsmechanismus 40 ist am Spindelkopf 36 über ein Lager (nicht dargestellt) befestigt und ist in Bezug auf den Spindelkopf 36 rotationsfähig. Eine Rotationsachse des Verbindungsmechanismus 40 stimmt mit der Werkzeugrotationsachse Rt überein. Ein Aktuator wie z. B. ein Motor ist am Verbindungsmechanismus 40 befestigt und der Antrieb des Aktuators wird durch die Steuervorrichtung 34 gesteuert.
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Der Roboter 20 in der Maschine umfasst einen ersten bis dritten Arm 42a–42c (wenn nachstehend ”erster” bis ”dritter” nicht unterschieden werden sollen, wird der Buchstabe im Bezugszeichen weggelassen und die Arme werden einfach als ”Arme” bezeichnet; dieselbe Konvention ist auf andere Bestandteilselemente anwendbar), ein erstes bis drittes Gelenk 44a–44c, die jeweils an Enden der Arme vorgesehen sind, und einen Endeffektor 46. Ein Basisende des ersten Arms 42a ist mit dem Verbindungsmechanismus 44 über das erste Gelenk 44a verbunden, ein Basisende des zweiten Arms 42b ist mit einem Spitzenende des ersten Arms 42a über das zweite Gelenk 44b verbunden und ein Basisende des dritten Arms 42c ist mit einem Spitzenende des zweiten Arms 42b über das dritte Gelenk 44c verbunden. Jedes des ersten bis dritten Gelenks 44a–44c weist eine Schwenkachse in der Y-Achsen-Richtung (Richtung orthogonal zur Werkzeugrotationsachse Rt) auf und jeder Arm 42 schwenkt um die Schwenkachse als Zentrum. Ein Aktuator wie z. B. ein Motor ist an jedem des ersten bis dritten Gelenks 44a–44c befestigt und der Antrieb des Aktuators wird durch die Steuervorrichtung 34 gesteuert. Die Steuervorrichtung 34 berechnet eine Position des später zu beschreibenden Endeffektors 46 auf der Basis eine Betrags an Antrieb des Aktuators, der am Verbindungsmechanismus 40 und an den Gelenken 44a–44c vorgesehen ist.
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An einem Spitzenende des dritten Arms 42c ist der Endeffektor 46, der auf ein Ziel wirkt, vorgesehen. Keine spezielle Begrenzung ist dem Endeffektor 46 auferlegt, solange der Endeffektor 46 einen gewissen Effekt verwirklicht. Daher kann der Endeffektor 46 beispielsweise ein Sensor sein, der Informationen in Bezug auf ein Ziel oder eine Randumgebung des Ziels erfasst. In diesem Fall kann der Endeffektor 46 beispielsweise ein Kontaktsensor, der die Anwesenheit/Abwesenheit des Kontakts mit dem Ziel detektiert; ein Abstandssensor, der einen Abstand zum Ziel detektiert; ein Vibrationssensor, der eine Vibration des Ziels detektiert; ein Drucksensor, der einen durch das Ziel aufgebrachten Druck detektiert; oder ein Sensor, der eine Temperatur des Ziels detektiert, sein. Ein Detektionsergebnis des Sensors wird in Korrelation mit Positionsinformationen des Endeffektors 46 gespeichert und analysiert, die auf der Basis der Beträge an Antrieb des Verbindungsmechanismus 40 und der Gelenke 44a–44c berechnet werden. Wenn beispielsweise der Endeffektor 46 ein Kontaktsensor ist, analysiert die Steuervorrichtung 34 eine Position, eine Form und eine Bewegung des Ziels auf der Basis des Zeitpunkts der Detektion des Kontakts mit dem Ziel und der Positionsinformationen, die zu diesem Zeitpunkt erfasst werden.
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Alternativ kann als andere Konfiguration der Endeffektor 46 ein Haltemechanismus sein, der das Ziel hält. Die Form des Haltens kann ein Handtyp, bei dem das Ziel durch ein Paar von Elementen gegriffen wird, ein Typ von Saugen und Halten des Ziels oder ein Typ, bei dem das Ziel unter Verwendung einer Magnetkraft oder dergleichen gehalten wird, sein.
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Als alternative Konfiguration kann der Endeffektor 46 eine Vorrichtung sein, die Fluid zum Unterstützen der Bearbeitung abgibt. Insbesondere kann der Endeffektor 46 eine Vorrichtung sein, die Luft zum Blasen von Spänen oder ein Kühlfluid (Schneidöl, Schneidwasser oder dergleichen) zum Kühlen der Werkzeuge 100 und 102 oder des Werkstücks 110 abgibt. Alternativ kann der Endeffektor 46 eine Vorrichtung sein, die Energie oder ein Material zum Formen eines Werkstücks abgibt. Daher kann der Endeffektor 46 beispielsweise eine Vorrichtung, die einen Laser oder Lichtbogen abgibt, oder eine Vorrichtung, die ein Material zum Schichten und Formen abgibt, sein. Als alternative Konfiguration kann der Endeffektor 46 ferner eine Kamera sein, die ein Bild des Ziels aufnimmt. In diesem Fall kann ein durch die Kamera erhaltenes Bild auf einem Bedienfeld oder dergleichen angezeigt werden.
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Keine spezielle Begrenzung wird dem Ziel auferlegt, auf das der Endeffektor 46 wirkt, solange das Ziel innerhalb der Bearbeitungskammer angeordnet ist. Daher kann das Ziel das Rotationswerkzeug 100, das an der Werkzeugspindel 38 gehalten wird, oder das Werkstück, das an der Werkstückspindelvorrichtung 14 gehalten wird, sein. Überdies kann das Ziel das Drehwerkzeug 102 sein, das an der Werkzeugstütze 18 gehalten wird. Außerdem kann das Ziel ein anderes Ziel als die Werkzeuge 100 und 102 und das Werkstück 110 sein und kann beispielsweise die Späne, die in der Bearbeitungskamer ausgebreitet werden, eine Komponente, die am Werkstück 110 montiert ist, oder eine Bestandteilskomponente der Werkzeugmaschine 10 (wie z. B. die Aufspannvorrichtung 33 der Werkstückspindel 32, eine Klemmhülse der Werkzeugspindel 38 oder dergleichen) sein.
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In der obigen Beschreibung ist die Anzahl des Endeffektors 46 als einer beschrieben, aber die Anzahl des Endeffektors 46 ist nicht auf einen begrenzt und kann mehrere sein. Ferner reicht es aus, dass der Endeffektor 46 zumindest am Roboter 20 in der Maschine vorgesehen ist, und die Bereitstellungsposition ist nicht auf die Spitze des Gelenkarms begrenzt und kann alternativ auf halbem Weg am Gelenkarm liegen.
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Als nächstes wird eine Bewegung des Roboters 20 in der Maschine, wie vorstehend beschrieben, beschrieben. Der Spindelkopf 36 bewegt sich und schwenkt, wie gemäß der Bearbeitungssituation geeignet. Der Roboter 20 in der Maschine, der am Spindelkopf 36 befestigt ist, führt eine Unterstützung der Bearbeitung, eine Erfassung, eine Unterstützungsarbeit oder dergleichen, wie erforderlich, aus. In diesem Prozess bewegt der Roboter 20 in der Maschine die Gelenke 44, wie erforderlich, um eine Position und eine Orientierung des Endeffektors 46 zu ändern. Insbesondere kann in den veranschaulichten Fällen der Roboter 20 in der Maschine um die Werkzeugrotationsachse Rt als Zentrum gemäß der Position und Orientierung des Endeffektors 46 gedreht werden, der auf das Ziel zugreift. Mit anderen Worten, der Roboter 20 in der Maschine kann sich am Umfang des Spindelkopfs 36 mit der Werkzeugrotationsachse Rt als Zentrum bewegen. In der folgenden Beschreibung bedeutet die Beschreibung ”zugreifen”, dass der Roboter 20 in der Maschine sich nahe an das Ziel in eine Position bewegt, in der die Aufgabe des Betriebs des Roboters 20 in der Maschine erreicht werden kann. Wenn der Endeffektor 46 des Roboters 20 in der Maschine ein Temperatursensor ist, der mit dem Ziel in Kontakt kommt und dessen Temperatur detektiert, bedeutet daher die Beschreibung ”zugreifen”, dass der Endeffektor 46 sich nahe an das Ziel in eine Position bewegt, in der der Endeffektor 46 mit dem Ziel in Kontakt kommt. Wenn der Endeffektor 46 ein Temperatursensor ist, der die Temperatur ohne Kontakt detektiert, bedeutet die Beschreibung ”zugreifen”, dass der Endeffektor 46 sich nahe an das Ziel in eine Position bewegt, in der die Temperatur des Ziels detektiert werden kann.
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Wenn es erwünscht ist, dass der Endeffektor 46 auf das Ziel (beispielsweise das Werkstück 110), das nahe dem Rotationswerkzeug 100 angeordnet ist, von einer positiven Seite in der Z-Achsen-Richtung zugreift, wie in 2 gezeigt, wird der Verbindungsmechanismus 40 rotiert, so dass der zweite Arm 42b in einer positiveren Seite in der Z-Achsen-Richtung angeordnet wird als der Spindelkopf 46. Wenn andererseits es erwünscht ist, dass der Endeffektor 46 auf das Ziel, das nahe dem Rotationswerkzeug 100 angeordnet ist, von der positiven Seite in der Y-Achsen-Richtung zugreift, wie in 3 gezeigt, wird der Verbindungsmechanismus rotiert, so dass der zweite Arm 42b in einer positiveren Seite in der Y-Achsen-Richtung angeordnet ist als der Spindelkopf 36. Wenn der Endeffektor 46 nicht verwendet werden soll, wie in 4 und 5 gezeigt, werden ferner das erste bis dritte Gelenk 44a–44c angetrieben, um den Endeffektor 46 in eine Position zu bewegen, in der der Endeffektor 46 das Werkstück 110 und die Werkzeuge 100 und 102 nicht stört.
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Der Roboter 20 in der Maschine kann für verschiedene Zwecke verwendet werden. Der Roboter 20 in der Maschine kann beispielsweise die Bearbeitung während der Bearbeitung des Werkstücks 110 unterstützen. Insbesondere unterstützt der Roboter 20 in der Maschine beispielsweise das Werkstück 110 und/oder die Werkzeuge 100 und 102 während der Bearbeitung. Mit einer solchen Konfiguration kann eine Vibration oder dergleichen des Werkstücks 110 oder der Werkzeuge 100 und 102 mit einer geringen Steifigkeit unterdrückt werden. Als alternative Konfiguration kann außerdem der Roboter 20 in der Maschine das Werkstück 110 an der Stelle der Werkstückspindelvorrichtung 14 während der Bearbeitung halten. Mit einer solchen Konfiguration kann die Orientierung des Werkstücks 110 während der Bearbeitung frei geändert werden und die Bearbeitung einer komplexen Form kann ermöglicht werden. Als alternative Konfiguration kann der Roboter 20 in der Maschine ferner eine Vibration auf das Werkstück 110 und die Werkzeuge 100 und 102 während der Bearbeitung aufbringen. Mit einer solchen Konfiguration kann ein spezieller Bearbeitungsprozess ermöglicht werden, in dem das Werkstück geschnitten wird, während eine Vibration aufgebracht wird. Als weitere alternative Konfiguration kann der Roboter 20 in der Maschine ein Kühlfluid (Schneidöl, Schneidwasser) oder Luft zum Entfernen von Spänen während der Bearbeitung abgeben. Durch Abgeben des Kühlfluids oder der Luft durch den Roboter 20 in der Maschine, dessen Position und Orientierung frei geändert werden können, wird es möglich, die Schneideigenschaft und die Temperatur des Werkstücks 110 und der Werkzeuge 100 und 102 freier zu steuern.
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Alternativ kann der Roboter 20 in der Maschine verschiedene Erfassungsprozesse ausführen, beispielsweise während der Bearbeitung des Werkstücks 110 oder vor oder nach der Bearbeitung. Insbesondere kann der Roboter 20 in der Maschine beispielsweise einen Schneidzustand (Präzision einer bearbeiteten Oberfläche und Zustand von Spänen) überwachen. Als alternative Konfiguration kann der Roboter 20 in der Maschine die Zustände des Werkstücks 110 und der Werkzeuge 100 und 102, beispielsweise die Temperatur, die Vibration, die Verzerrung oder dergleichen, während der Bearbeitung erfassen und das erfasste Ergebnis an die Steuervorrichtung 34 ausgeben. In diesem Fall ändert die Steuervorrichtung 34 wünschenswerterweise verschiedene Bearbeitungsbedingungen (Vorschubrate, Rotationsrate oder dergleichen), wie erforderlich, auf der Basis der durch den Roboter 20 in der Maschine detektierten Informationen. Alternativ kann der Roboter 20 in der Maschine eine Struktur aufweisen, in der die Form des Werkstücks 110 vor dem Start der Bearbeitung oder nach der Vollendung der Bearbeitung gemessen wird. Durch Messen der Form des Werkstücks vor dem Start der Bearbeitung ist es möglich, einen Fehler in der Befestigung des Werkstücks 110 zuverlässig zu verhindern. Durch Messen der Form des Werkstücks 110 nach der Vollendung der Bearbeitung ist es möglich, die Qualität des Bearbeitungsergebnisses zu beurteilen. Als alternative Konfiguration kann der Roboter 20 in der Maschine beispielsweise die Zustände der Werkzeuge 100 und 102 (Ausmaß an Verschleiß, Ausmaß an Überstand oder dergleichen) vor dem Start der Bearbeitung oder nach der Vollendung der Bearbeitung messen.
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Ferner kann der Roboter 20 in der Maschine eine Arbeit ausführen, die nicht direkt mit der Bearbeitung in Beziehung steht. Insbesondere kann der Roboter 20 in der Maschine eine Reinigungsarbeit zum Sammeln der Späne, die in der Bearbeitungskammer verteilt werden, während der Bearbeitung oder nach der Vollendung der Bearbeitung ausführen. Als alternative Konfiguration kann der Roboter 20 in der Maschine das Werkzeug prüfen (Prüfen der Anwesenheit/Abwesenheit von Verschleiß und eines Betrags an Überstand) oder bewegliche Teile der Werkzeugmaschine 10 während einer Periode untersuchen, in der die Bearbeitung nicht ausgeführt wird.
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Ferner kann der Roboter 20 in der Maschine die Arbeit, die durch einen Roboter außerhalb der Maschine im Stand der Technik ausgeführt wurde, während der Bearbeitung oder nach der Vollendung der Bearbeitung ausführen. Der Roboter 20 in der Maschine kann beispielsweise eine zusätzliche Bearbeitung (wie z. B. Entfernungsbearbeitung wie z. B. Zuschneiden und Formpolieren, Oberflächenumformung, Additionsbearbeitung oder dergleichen) am Werkstück 110 ausführen. Außerdem kann der Roboter 20 in der Maschine das Werkstück 110 und die Werkzeuge 100 und 102 transportierten, auswechseln oder anordnen. Ferner kann der Roboter 20 in der Maschine verschiedene Komponenten untersuchen oder montieren.
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Wie vorstehend beschrieben, kann der Roboter 20 in der Maschine für verschiedene Zwecke verwendet werden. Der Typ des Endeffektors 46, der am Roboter 20 in der Maschine vorgesehen ist, kann gemäß dem für den Roboter 20 in der Maschine gewünschten Zweck ausgewählt werden. Wenn ein solcher Roboter 20 in der Maschine verwendet wird, ist es erwünscht, dass der Roboter 20 in der Maschine zumindest auf das Werkstück 110 und das Rotationswerkzeug 100 zugreifen kann, das für die Bearbeitung verwendet wird, und es ist erwünschter, dass der Roboter 20 in der Maschine auf einen großen Abschnitt in der Bearbeitungskammer zugreifen kann. Wenn die Werkzeugmaschine eine Multitasking-Maschine mit der Rotationsschneidfunktion und der Drehfunktion ist, ist es überdies erwünscht, dass der Roboter 20 in der Maschine auch auf das Drehwerkzeug 102 zugreifen kann. Um den Zugriffsbereich des Roboters 20 in der Maschine zu erweitern, wenn der bewegliche Bereich des Roboters 20 in der Maschine selbst (das heißt der bewegliche Bereich des Endeffektors 46 in Bezug auf den Verbindungsmechanismus 40) erweitert werden soll, wird ein Bewegungsmechanismus des Roboters 20 in der Maschine groß. Folglich würde die Größe des Roboters 20 in der Maschine vergrößert werden, was möglicherweise ein Problem wie z. B. eine Störung von anderen Elementen verursacht. Mit der Vergrößerung der Größe des Roboters 20 in der Maschine wird außerdem auch eine Größe des Aktuators wie z. B. des Motors zum Antreiben des Roboters 20 in der Maschine erhöht, was zu einen Problem führt, in dem Gewicht und Kosten des Roboters 20 in der Maschine als Ganzes auch erhöht werden. Wie vorstehend beschrieben, ist der Roboter 20 in der Maschine an der Werkzeugspindelvorrichtung 16 befestigt. Die Werkzeugspindelvorrichtung 16 hält das Rotationswerkzeug 100 zur Bearbeitung des Werkstücks 110. Normalerweise kann, um die Bearbeitung des Werkstücks 110 durch das Rotationswerkzeug 100 zu verwirklichen, die Werkzeugspindelvorrichtung 16 relativ in Bezug auf die Werkstückspindelvorrichtung 14 bewegt werden, um zu ermöglichen, dass das Rotationswerkzeug 110 geeignet auf das Werkstück 110 zugreift. Durch Befestigen des Roboters 20 in der Maschine an der Werkzeugspindelvorrichtung 16 wird es daher möglich, den Roboter 20 in der Maschine nahe dem Rotationswerkzeug 100 und dem Werkstück 110 anzuordnen, selbst wenn der bewegliche Bereich des Roboters 20 in der Maschine selbst schmal ist. Folglich wird es möglich, sogar einen Roboter 20 in der Maschine mit einer relativ kleinen Größe und einem kleinen beweglichen Bereich zu ermöglichen, um auf das Rotationswerkzeug 100 und das Werkstück 110 während der Bearbeitung zuverlässig zuzugreifen. Durch Befestigen des Roboters 20 in der Maschine an der Werkzeugspindelvorrichtung 16 kann außerdem, selbst wenn der bewegliche Bereich des Roboters 20 in der Maschine selbst schmal ist, der bewegliche Bereich des Roboters 20 in der Maschine in Bezug auf das Werkstück 110 erhöht werden.
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Überdies kann die Werkzeugspindelvorrichtung 16 sich in der X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-Achsen-Richtung linear bewegen und kann auch um die Achse in der Y-Achsen-Richtung schwenken. Durch Befestigen des Roboters 20 in der Maschine an der Werkzeugspindelvorrichtung 16, die sich in der Bearbeitungskammer in dieser Weise bewegen kann, wird es möglich zu ermöglichen, dass der Roboter 20 in der Maschine nicht nur auf das Werkstück 110 und die Werkzeuge 100 und 102 sondern auch einen breiten Bereich innerhalb der Bearbeitungskammer zugreift. Folglich wird es möglich, verschiedene Arbeiten mit dem Roboter 20 in der Maschine wie z. B. Reinigung der Bearbeitungskammer, Transportieren des Werkstücks 110 in die und aus der Bearbeitungskammer oder dergleichen auszuführen. Durch Vorsehen der Vorrichtung zur Untersuchung und Reinigung des Roboters 20 in der Maschine in einer Position, die die Bearbeitung nicht blockiert, wie z. B. an einem Ende der Bearbeitungskammer, wird es ferner möglich, die Werkzeugspindelvorrichtung 16 zusammen mit dem Roboter 20 in der Maschine nach Bedarf zu bewegen, um den Roboter 20 in der Maschine zu untersuchen und zu reinigen.
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Der Roboter 20 in der Maschine ist am Spindelkopf 36 befestigt, so dass der Roboter 20 in der Maschine sich am Umfang des Spindelkopfs 36 mit der Werkzeugrotationsachse Rt als Zentrum bewegen kann. Aufgrund dessen können, selbst wenn der bewegliche Bereich des Roboters 20 in der Maschine klein ist, die Zugriffsrichtung und Position des Roboters 20 in der Maschine um ein großes Ausmaß geändert werden. Diese Eigenschaft wird nun mit Bezug auf 8 und 9 beschrieben. 8 und 9 sind Diagramme, die einen Fall zeigen, in dem der der gelenkige Roboter 20 in der Maschine an einer Seitenoberfläche des Spindelkopfs 36 auf der positiven Seite in der Z-Achsen-Richtung befestigt ist; das heißt einen Fall, in dem der Roboter 20 in der Maschine sich nicht rotatorisch um die Werkzeugrotationsachse Rt bewegen kann. Ein Fall wird betrachtet, in dem auf das Rotationswerkzeug 100 von der negativen Seite in der Z-Achsen-Richtung durch den Roboter 20 in der Maschine zugegriffen werden soll, der an der Seitenoberfläche des Spindelkopfs 36 auf der positiven Seite in der Z-Achsen-Richtung befestigt ist. In diesem Fall, wie in 8 gezeigt, muss sich der Roboter 20 in der Maschine über die Vorderseite des Spindelkopfs 36 und in eine Position auf einer negativeren Seite in der Z-Achsen-Richtung ausstrecken als der Spindelkopf 36. Aufgrund dessen sind im Roboter 20 in der Maschine im Vergleich zu dem in 1–7 gezeigten Roboter 20 in der Maschine die Längen der Arme 42 signifikant größer und folglich ist die Größe des Roboters 20 in der Maschine als Ganzes signifikant größer.
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Ein Fall wird betrachtet, in dem auf das Rotationswerkzeug 100 von der positiven Seite in der Z-Achsen-Richtung mit dem Roboter 20 in der Maschine zugegriffen werden soll. In diesem Fall, wie in 9 gezeigt, müssen der erste und der zweite Arm 42a und 42b des Roboters 20 in der Maschine eingeklappt werden, aber der erste und der zweite Arm 42a und 42b sind relativ lang. Aufgrund dessen ist, selbst wenn der erste und der zweite Arm 42a und 42b eingeklappt werden, das Ausmaß an Überstand zur positiven Seite in der Z-Achsen-Richtung immer noch groß. Wenn das Ausmaß an Überstand des Roboters 20 in der Maschine groß ist, tritt die Störung von anderen Elementen gewöhnlich häufiger auf. Um eine Störung zwischen dem signifikant vorstehenden Roboter 20 in der Maschine und den anderen Elementen zu vermeiden, muss außerdem der bewegliche Bereich der Werkzeugspindelvorrichtung 16 signifikant begrenzt werden. Da das Drehmoment zum Antreiben des Arms 42 mit einer großen Größe und einem schweren Gewicht erhöht wird, muss ferner die Größe des Aktuators wie z. B. des Motors, der an jedem Gelenk 44 vorgesehen ist, erhöht werden.
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Wie vorstehend wiederholt beschrieben, kann andererseits der in 1–7 gezeigte Roboter 20 in der Maschine um die Werkzeugrotationsachse Rt rotieren. Aufgrund dessen, wie in 2–5 gezeigt, können selbst mit dem Roboter 20 in der Maschine mit einer relativ kleinen Größe, die Zugriffsrichtung und die Position des Endeffektors 46 frei geändert werden und das Ausmaß an Überstand des Roboters 20 in der Maschine kann klein gehalten werden. Folglich kann die Störung zwischen dem Roboter 20 in der Maschine und den anderen Elementen effektiv verhindert werden und der bewegliche Bereich der Werkzeugspindelvorrichtung 16 kann erweitert werden. Da die Größe des Arms 42 verringert werden kann, kann außerdem das Drehmoment zum Antreiben jedes Arms 42 verringert werden und die Größe des Aktuators wie z. B. des Motors, der an jedem Gelenk 44 vorgesehen ist, kann verringert werden.
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Die vorstehend beschriebene Struktur des Roboters 20 in der Maschine ist lediglich beispielhaft. Keine spezielle Begrenzung wird der Struktur des Roboters 20 in der Maschine auferlegt, solange der Roboter 20 in der Maschine an der Werkzeugspindelvorrichtung 16 in einem Zustand befestigt ist, in dem der Roboter 20 in der Maschine sich um die Werkzeugspindelvorrichtung 16 mit der Werkzeugrotationsachse Rt als Zentrum bewegen kann. Daher können die Zahlen, Schwenkrichtungen oder dergleichen der Gelenke 44 und der Arme 42 des Roboters 20 in der Maschine geeignet geändert werden.
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Wenn beispielsweise das Werkstück 110 durch den Roboter 20 in der Maschine transportiert werden soll, wie in 6 und 7 gezeigt, kann eine Struktur mit dem ersten Arm 42a, einem Endeffektor 46 vom Handtyp und einem ersten Gelenk 44a verwendet werden. Wenn das Werkstück 110 transportiert werden soll, muss der Roboter 20 in der Maschine nicht verschiedene Orientierungen in Bezug auf die Werkzeugspindel 38 und das Rotationswerkzeug 100 annehmen und folglich kann die Anzahl von Gelenken 44 des Roboters 20 in der Maschine verringert werden. Insbesondere wenn der Spindelkopf 36 schwenken kann, ist der Freiheitsgrad des Spindelkopfs 36 selbst hoch. Folglich wird es möglich, den Freiheitsgrad des Endeffektors 46 zu erhöhen, selbst wenn die Anzahl von Gelenken 44 des Roboters 20 in der Maschine klein ist. Außerdem kann es beim Drehen viele Fälle geben, in denen es erwünscht ist, das Werkstück 110 während der Bearbeitung umzukehren. In der Multitasking-Maschine mit der Drehfunktion wird es, wenn der Roboter 20 mit dem Endeffektor 46 vom Handtyp vorgesehen ist, möglich, das Werkstück 110 während einer Umdrehungsbewegung des Roboters 20 in der Maschine leicht umzukehren.
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Der Roboter 20 in der Maschine ist wünschenswerterweise ein Roboter vom Armtyp mit einem oder mehreren Armen und einem oder mehreren Gelenken, der Roboter 20 in der Maschine kann jedoch alternativ von einem anderen Typ sein. Daher kann der Roboter 20 in der Maschine beispielsweise ein orthogonaler Roboter, der durch zwei oder drei orthogonale Gleitachsen gebildet ist, ein Roboter mit parallelem Gestänge, der einen parallelen Mechanismus verwendet, oder dergleichen sein. Ferner muss eine Mittelachse der Bewegung (Umdrehung) des Roboters 20 in der Maschine nicht streng mit der Werkzeugrotationsachse Rt übereinstimmen und es kann eine geringfügige Abweichung bestehen. Außerdem kann der Verbindungsmechanismus 40 andere Strukturen aufweisen, solange der Verbindungsmechanismus 40 den Roboter 20 in der Maschine an der Werkzeugspindelvorrichtung 16 befestigt, so dass der Roboter 20 in der Maschine sich am Umfang der Werkzeugspindelvorrichtung 16 mit der Werkzeugrotationsachse Rt als Zentrum bewegt. Der Verbindungsmechanismus kann beispielsweise eine Struktur mit einer ungefähren ringförmigen oder ungefähren rechteckigen Schiene, die um den Spindelkopf 36 angeordnet ist, anstelle des Lagers aufweisen. In diesem Fall ist der Roboter 20 in der Maschine so ausgebildet, dass er entlang der Schiene beweglich ist. Der Verbindungsmechanismus 40 kann ein separates Element vom Roboter 20 in der Maschine sein oder kann mit dem Roboter 20 in der Maschine integriert sein. Es reicht aus, dass die Struktur ermöglicht, dass die primären Abschnitte des Roboters 20 in der Maschine sich am Umfang der Werkzeugspindelvorrichtung 16 mit der Werkzeugrotationsachse Rt als Zentrum bewegen.
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In der obigen Beschreibung ist eine Multitasking-Maschine mit der Werkzeugspindelvorrichtung 16, die das Rotationswerkzeug 100 hält, veranschaulicht. Alternativ kann die vorliegende Technik auf andere Werkzeugmaschinen angewendet werden. Der hier beschriebene Roboter in der Maschine kann an einem Bearbeitungszentrum oder einer Fräsmaschine eingerichtet sein, die nicht die Werkzeugstütze oder die Werkstückspindelvorrichtung aufweist. Als alternative Konfiguration kann der hier beschriebene Roboter in der Maschine an einer Werkzeugmaschine vorgesehen sein, die Energie oder ein Material in einer vordefinierten Bestrahlungsachsenrichtung abstrahlt, um ein Werkstück zu formen. Als Werkzeugmaschine, die Energie abstrahlt, kann beispielsweise eine Wasserstrahlmaschine, eine Lasermaschine, eine Maschine mit elektrischer Entladung oder dergleichen veranschaulicht werden. Als Werkzeugmaschine, die ein Material abstrahlt, kann ein Schichtbildner wie z. B. ein 3D-Drucker veranschaulicht werden. In diesen Werkzeugmaschinen ist ein Bestrahlungskopf, der die Energie oder das Material in der vordefinierten Bestrahlungsachsenrichtung abstrahlt, vorgesehen. In diesem Fall befestigt der Verbindungsmechanismus den Roboter in der Maschine am Bestrahlungskopf, so dass der Roboter in der Maschine sich am Umfang des Bestrahlungskopfs mit der Bestrahlungsachse als Zentrum bewegen kann. Außerdem ist die Anzahl von Robotern in der Maschine, die an der Werkzeugspindelvorrichtung und am Bestrahlungskopf befestigt sind, nicht auf einen begrenzt und kann mehrere sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2016-095531 [0001]
- JP 2010-36285 A [0004, 0005, 0005]
- JP 2010-64158 A [0004, 0005, 0005, 0005]
- JP 5-301141 A [0004, 0006]
- JP 5-301142 A [0004, 0006]
- JP 2010-36285 [0005]
