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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Die gesamte Offenbarung der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-098071 , eingereicht am 16. Mai 2016, einschließlich der Patentbeschreibung, der Ansprüche, der Zeichnungen und der Zusammenfassung, ist hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine mit einem oder mehreren Robotern.
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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 auch umfangreich bekannt. Um eine höhere Leistung zu verwirklichen, werden eine Messung in der Maschine und ein intelligentes System unter Verwendung von Sensoren auch 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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Bei der Technik des verwandten Gebiets weist jedoch aus Prinzip ein Roboter nur einen Endeffektor auf. Aufgrund dessen müssen, wenn es erwünscht ist, dass zwei oder mehr verschiedene Arbeiten durchgeführt werden, beispielsweise Erfassen und Gegenstandsgreifen, mehrere Roboter vorgesehen werden. Wenn jedoch mehrere Roboter vorgesehen sind, entstehen andere Probleme wie z. B. eine Erhöhung der Kosten und der Größe der Werkzeugmaschine.
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Ein Vorteil der vorliegenden Offenbarung liegt in der Schaffung einer Werkzeugmaschine, die verschiedene Arbeiten ausführen kann, während die Erhöhung der Kosten und der Größe unterdrückt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Werkzeugmaschine geschaffen, die umfasst: ein bewegliches Element, das sich in Bezug auf eine Montageoberfläche der Werkzeugmaschine bewegen kann; und einen oder mehrere Roboter vom Typ eines seriellen Manipulators, die am beweglichen Element befestigt sind, die sich mit dem beweglichen Element bewegen können und die zwei oder mehr Freiheitsgrade aufweisen, wobei der Roboter zwei oder mehr Endeffektoren umfasst, die in voneinander verschiedenen Positionen mit einem oder mehreren Gelenken dazwischen vorgesehen sind.
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Eine Gesamtzahl der Anzahl von Freiheitsgraden des beweglichen Elements und der Anzahl von Freiheitsgraden im Roboter von mindestens einem der anderen Endeffektoren als eines Endeffektors, der an der äußersten Spitzenseite angeordnet ist, unter den zwei oder mehr Endeffektoren kann größer als oder gleich drei sein.
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Ein Endeffektor kann ein höheres Ausgangsdrehmoment und/oder ein schwereres Gewicht aufweisen als ein Endeffektor, der auf einer Seite näher an der Spitze angeordnet ist als der eine Endeffektor.
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Mindestens einer der zwei oder mehr Endeffektoren kann eine Greifvorrichtung sein, die ein Paar von Greifeinheiten aufweist, die an zwei verschiedenen Armen vorgesehen sind, die über ein oder mehrere Gelenke verbunden sind, und die ein Objekt durch das Paar von Greifeinheiten einfügt.
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Das bewegliche Element kann in einer Bearbeitungskammer vorgesehen sein und kann in der Bearbeitungskammer beweglich sein. In diesem Fall kann das bewegliche Element eine Werkzeugspindel oder eine Werkzeugstütze sein, die ein Werkzeug hält, das ein Werkstück schneidet und bearbeitet. Mindestens einer der zwei oder mehr Endeffektoren kann auf das Werkstück oder das Werkzeug während der Bearbeitung des Werkstücks durch das Werkzeug zugreifen können.
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Da gemäß verschiedenen Aspekten der Werkzeugmaschine der vorliegenden Offenbarung der Roboter zwei oder mehr Endeffektoren aufweist, die in voneinander verschiedenen Positionen mit einem oder mehreren Gelenken dazwischen vorgesehen sind, können verschiedene Arbeiten ausgeführt werden, während eine Erhöhung der Kosten und der Größe unterdrückt wird. Da der Roboter am beweglichen Element montiert ist, kann außerdem, selbst wenn die Anzahl von Freiheitsgraden des Endeffektors im Roboter niedrig ist, ein ausreichender zugänglicher Bereich für den Endeffektor sichergestellt werden.
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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, in denen:
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1 ein Diagramm ist, das eine Struktur einer Werkzeugmaschine zeigt;
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2 ein perspektivisches Diagramm eines Umfangs eines Roboters in der Maschine ist;
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3 ein perspektivisches Diagramm eines Umfangs eines Roboters in der Maschine ist;
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4 ein perspektivisches Diagramm eines Umfangs eines anderen Roboters in der Maschine ist; und
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5 ein perspektivisches Diagramm eines Umfangs eines anderen Roboters in der Maschine 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. In der folgenden Beschreibung bedeutet außerdem die Beschreibung ”zugreifen”, dass ein Endeffektor 46 sich nahe an das Ziel in eine Position bewegt, in der die Aufgabe des Betriebs des Endeffektors 46 erreicht werden kann. Wenn der Endeffektor 46 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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Die Werkzeugmaschine 10 ist eine Maschine, die ein Werkstück 110 durch ein Werkzeug schneidet und bearbeitet. Insbesondere ist die Werkzeugmaschine 10 eine Multitasking-Maschine mit einer Drehfunktion, um das 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, die als Zentrum dient.
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Die Werkzeugspindelvorrichtung 16 funktioniert als bewegliches Element, das sich in Bezug auf eine Montageoberfläche der Werkzeugmaschine bewegen kann. 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 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 einer 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. Wie aus der obigen Beschreibung klar ist, kann die Werkzeugspindelvorrichtung 16 sich in drei Achsenrichtungen verlagern und kann auch um die Schwenkachse St rotieren und es kann gesagt werden, dass sie vier Freiheitsgrade aufweist.
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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 und 3 beschrieben. 2 und 3 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. Von einem anderen Blickpunkt kann gesagt werden, dass der Roboter 20 in der Maschine ein serieller Manipulator ist, in dem die mehreren Arme 42a–42c und die mehreren Gelenke 44a–44c kontinuierlich verbunden sind. Der Roboter 20 in der Maschine ist am Spindelkopf 36 über einen 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 vorstehend beschrieben, kann sich der Spindelkopf 36 in drei Achsenrichtungen verlagern und um die Schwenkachse St rotieren.
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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” 42 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 ersten und einen zweiten Endeffektor 46a und 46b. Ein Basisende des ersten Arms 42a ist mit dem Verbindungsmechanismus 40 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. Daher weist der Roboter 20 in der Maschine drei Gelenke auf, die jeweils die Rotation um eine Achse ermöglichen, und es kann gesagt werden, dass der Roboter 20 in der Maschine als Ganzes drei Freiheitsgrade aufweist.
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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 Positionen des später zu beschreibenden ersten und zweiten Endeffektors 46a und 46b auf der Basis eine Betrags an Antrieb des Aktuators, der an den Gelenken 44a–44c vorgesehen ist.
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Der erste Endeffektor 46a ist an einer Spitze des ersten Arms 42a vorgesehen und der zweite Endeffektor 46b ist an einer Spitze des dritten Arms 42c vorgesehen. Der erste Endeffektor 46a ist eine Haltevorrichtung, die ein Ziel hält. Die Haltevorrichtung kann ein Handmechanismus sein, der das Ziel mit einem Paar von Greifelementen einfügt, die miteinander in Kontakt kommen oder sich voneinander lösen können, oder kann ein Mechanismus sein, der das Ziel unter Verwendung einer Magnetkraft oder einer Saugkraft hält. In 2 ist eine Haltevorrichtung mit einem Handmechanismus als Beispiel des ersten Endeffektors 46a gezeigt.
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Der zweite Endeffektor 46b ist ein Sensor, der Informationen in Bezug auf ein Ziel oder eine Randumgebung des Ziels erfasst. Das Ziel kann beispielsweise ein Rotationsschneidwerkzeug 100, das durch die Werkzeugspindelvorrichtung 16 gehalten wird, das Werkstück 110, das durch die Werkstückspindelvorrichtung 14 gehalten wird, und ein Drehwerkzeug 102, das durch die Werkzeugstütze 18 gehalten wird, sein. Der zweite Endeffektor 46b ist 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, ein Sensor, der eine Temperatur des Ziels detektiert, oder dergleichen. Ein Detektionsergebnis dieser Sensoren wird in Korrelation mit Positionsinformationen des zweiten Endeffektors 46b gespeichert und analysiert, die auf der Basis der Beträge an Antrieb der Gelenke 44a–44c berechnet werden. Wenn beispielsweise der zweite Endeffektor 46b 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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Die hier beschriebene Struktur ist lediglich beispielhaft und die Position, die Struktur oder dergleichen jedes Endeffektors 46 kann geändert werden, solange zwei oder mehr Endeffektoren in voneinander verschiedenen Positionen mit einem oder mehreren Gelenken dazwischen vorgesehen sind.
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Der Endeffektor 46 kann beispielsweise zusätzlich zum vorstehend beschriebenen Sensor und zur Haltevorrichtung eine Rollenvorrichtung sein, die gegen das Werkstück 110 gepresst wird und eine Vibration des Werkstücks 110 unterdrückt. Als alternative Konfiguration kann der Endeffektor 46 eine Vorrichtung sein, die Fluid zum Unterstützen des Bearbeitungsprozesses ausgibt. 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.
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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 110, 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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Wünschenswerterweise ist hier mindestens einer der mehreren Endeffektoren 46 zum Werkstück 110 oder zu den Werkzeugen 100 und 102 während der Bearbeitung des Werkstücks 110 durch die Werkzeuge 100 und 102 zugänglich. Wie später beschrieben wird, kann mit einer solchen Konfiguration der Roboter 20 in der Maschine eine Unterstützung der Bearbeitung des Werkstücks 110 durch die Werkzeuge 100 und 102 und eine Erfassung in Bezug auf die Werkzeuge 100 und 102 oder das Werkstück 110 während der Bearbeitung ausführen.
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Keine Begrenzung wird der Anzahl der Endeffektoren auferlegt, die an einem Roboter 20 in der Maschine eingerichtet sind, solange die Anzahl zwei oder größer ist, und die Anzahl kann drei oder vier sein. Außerdem können die zwei oder mehr Endeffektoren alle von voneinander verschiedenen Typen sein oder können vom gleichen Typ für einen Teil oder alle der Endeffektoren sein. Daher können beispielsweise sowohl der erste Endeffektor 46a, der am Spitzenende des ersten Arms 42a vorgesehen ist, als auch der zweite Endeffektor 46b, der am Spitzenende des dritten Arms 42c vorgesehen ist, Haltevorrichtungen (oder Sensoren) sein. Alternativ kann zusätzlich zum ersten und zum zweiten Endeffektor 46a und 46b ein Endeffektor am zweiten Arm 42b vorgesehen sein. In der vorliegenden Offenbarung ist der Roboter ein Roboter mit drei Gelenken, drei Armen, alternativ können jedoch vier oder mehr Gelenke und Arme vorgesehen sein und vier oder mehr Endeffektoren 46 können vorgesehen sein.
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Alternativ kann ein Endeffektor 46 über zwei oder mehr Armen 42 vorgesehen sein. Wie in 4 und 5 gezeigt, kann beispielsweise der Endeffektor 46 eine Greifvorrichtung sein, die ein Objekt (in der in der Figur gezeigten Konfiguration das Werkstück 110) durch eine erste Greifeinheit 48a, die am ersten Arm 42a vorgesehen ist, und eine zweite Greifeinheit 48b, die am zweiten Arm vorgesehen ist, einfügt. In diesem Fall müssen zwei Arme 42, an denen die erste und die zweite Greifeinheit 48a und 48b vorgesehen sind, nicht zueinander benachbart sein, solange die zwei Arme 42 über ein oder mehrere Gelenke verbunden sind.
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Durch Vorsehen von zwei oder mehr Endeffektoren 46 an einem Roboter 20 in der Maschine wird es in beiden Fällen möglich, verschiedene Arbeiten auszuführen, während die Erhöhung der Kosten und der Größe unterdrückt wird. Wenn zwei oder mehr Endeffektoren 46 an einem Roboter 20 in der Maschine vorgesehen sind, würde ein Teil der Endeffektoren nahe einem Basisende angeordnet werden. In dem Bereich nahe dem Basisende des Roboters 20 in der Maschine ist der Freiheitsgrad unvermeidlich niedrig. Der erste Endeffektor 46a ist beispielsweise am ersten Arm 42a befestigt und weist einen geringen Freiheitsgrad im Roboter 20 in der Maschine auf. In diesem Fall besteht eine Möglichkeit, dass der zugängliche Bereich für den ersten Endeffektor 46a verschmälert wird. In der hier beschriebenen Werkzeugmaschine ist jedoch der Roboter 20 in der Maschine an der Werkzeugspindelvorrichtung 16 vorgesehen, die ein bewegliches Element ist. Aufgrund dessen wären die Anzahlen von Freiheitsgraden des ersten Endeffektors 46a ein Wert, bei dem die Anzahl von Freiheitsgraden (eins) des ersten Endeffektors 46a im Roboter 20 in der Maschine und die Anzahl von Freiheitsgraden (vier) der Werkzeugspindelvorrichtung 16 addiert werden, oder insgesamt fünf Freiheitsgrade. Mit anderen Worten, da der Roboter 20 in der Maschine am beweglichen Element befestigt ist, kann, selbst wenn ein Teil der Endeffektoren 46 nahe dem Basisende angeordnet ist, die Anzahl von Freiheitsgraden hoch gehalten werden und der zugängliche Bereich kann breit gehalten werden. Um einen ausreichenden Freiheitsgrad aufrechtzuerhalten, ist es erwünscht, dass eine Gesamtzahl der Anzahl von Freiheitsgraden im Roboter von mindestens einem der anderen Endeffektoren als des Endeffektors, der an der äußersten Spitzenseite angeordnet ist, unter den mehreren Endeffektoren 46 und die Anzahl von Freiheitsgraden des beweglichen Elements 3 oder mehr ist.
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Ferner wird dem beweglichen Element, an dem der Roboter 20 in der Maschine befestigt ist, keine Begrenzung auferlegt, solange das bewegliche Element ein bewegliches Element ist, das sich in Bezug auf eine Montageoberfläche der Werkzeugmaschine bewegen kann. In Anbetracht dessen, dass verschiedene Arbeiten in der Bearbeitungskammer ausgeführt werden sollen, ist jedoch das bewegliche Element, an dem der Roboter 20 in der Maschine befestigt ist, wünschenswerterweise ein bewegliches Element, das in der Bearbeitungskammer vorgesehen ist und das sich innerhalb der Bearbeitungskammer bewegen kann. Beispiele des beweglichen Elements umfassen beispielsweise einen automatischen Werkzeugwechsler, einen automatischen Palettenwechsler, eine Werkzeugspindelvorrichtung, die an einer Fräsmaschine oder einem Bearbeitungszentrum vorgesehen ist, eine Werkzeugstütze oder eine gegenüberliegende Spindelbasis, die in einer Drehmaschine vorgesehen ist. Wenn die Werkzeugmaschine beispielsweise eine Lasermaschine oder eine Maschine mit elektrischer Entladung ist, kann außerdem der Roboter 20 in der Maschine an einem Laserkopf der Lasermaschine oder einem Entladungskopf der Maschine mit elektrischer Entladung befestigt werden. Wenn die Werkzeugmaschine eine Schichtungs- und Formungsmaschine ist, die eine Form durch Abstrahlen eines Materials schichtet und formt, kann der Roboter 20 in der Maschine ferner an einem Bestrahlungskopf befestigt sein, der das Material abstrahlt, und wenn die Werkzeugmaschine eine Formmaschine wie z. B. eine Pressmaschine und eine Schmiedemaschine ist, kann der Roboter 20 in der Maschine an einem Bearbeitungskopf befestigt werden, der eine Pressform oder dergleichen in einer beweglichen Weise hält.
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Damit der Roboter 20 in der Maschine die Unterstützung der Bearbeitung des Werkstücks 110 durch die Werkzeuge 100 und 102 und eine Erfassung in Bezug auf die Werkzeuge 100 und 102 oder das Werkstück 110 während der Bearbeitung ausführt, ist der Roboter 20 in der Maschine wünschenswerterweise an der Werkzeugspindelvorrichtung 16 oder der Werkzeugstütze 18 befestigt. Die Werkzeugspindelvorrichtung 16 und die Werkzeugstütze 18 sind so ausgebildet, dass sie sich nahe an die Werkzeuge 100 und 102 und das Werkstück 110 bewegen können. Durch Vorsehen des Roboters 20 in der Maschine an der Werkzeugspindelvorrichtung 16 wird es folglich möglich, dass der Endeffektor 46 auf die Werkzeuge 100 und 102 oder das Werkstück 110 zugreift und die Unterstützung der Bearbeitung oder des Erfassungsprozesses ausführt.
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Wie aus der obigen Beschreibung klar ist, ist in der hier beschriebenen Werkzeugmaschine der erste Endeffektor 46a am ersten Arm 42a vorgesehen und der zweite Endeffektor 46b ist am dritten Arm 42c vorgesehen. Eine solche Anordnung wird verwendet, da der erste Endeffektor 46a ein höheres Ausgangsdrehmoment und ein schwereres Gewicht aufweist als der zweite Endeffektor 46b. Mit anderen Worten, normalerweise weist ein Endeffektor 46 mit einem höheren Ausgangsdrehmoment eine größere Größe und einen Antriebsmechanismus mit größerem Gewicht auf und eine Reaktionskraft, die vom Ziel während des Antriebs empfangen wird, ist auch größer. Aufgrund dessen wird der Endeffektor 46 mit einem größeren Ausgangsdrehmoment und/oder einem schwereren Gewicht wünschenswerterweise durch ein Element mit einer so hohen Steifigkeit wie möglich stabil gehalten. Wenn der Roboter 20 in der Maschine näher an der Basisendseite vorgesehen ist, kann der Arm dicker gemacht werden, um die Steifigkeit zu erhöhen, und kann stabilisiert werden, da das Moment kleiner ist. Durch Anordnen des ersten Endeffektors 46a mit einem höheren Ausgangsdrehmoment und einem schwereren Gewicht in einer Position nahe dem Basisende mit einer solchen Eigenschaft kann eine größere Kraft ausgegeben werden. Unterdessen ist der zweite Endeffektor 46b ein Sensor, das Ausgangsdrehmoment davon ist null und das Gewicht ist niedrig. Folglich besteht kein Problem, wenn der zweite Endeffektor 46b an der Spitze des Roboters 20 in der Maschine vorgesehen ist. Wenn die mehreren Endeffektoren 46 in einer Weise ähnlich zu jener der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen werden sollen, ist es erwünscht, dass ein Endeffektor ein höheres Ausgangsdrehmoment und/oder ein schwereres Gewicht aufweist als ein anderer Endeffektor, der in einer Position näher an der Spitzenseite angeordnet ist als der eine Endeffektor.
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Als nächstes wird ein Beispielbetrieb des vorstehend beschriebenen Roboters 20 in der Maschine beschrieben. Wie in 1 gezeigt, kann der Roboter 20 in der Maschine, der in 1 und 2 veranschaulicht ist, einen Zustand (beispielsweise eine Form) des Rotationswerkzeugs 100 mit dem zweiten Endeffektor 46b, der ein Sensor ist, erfassen. Wie in 2 gezeigt, kann der Roboter 20 in der Maschine ferner das Werkstück 110 durch den ersten Endeffektor 46a, der eine Haltevorrichtung ist, halten und transportieren.
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Der Roboter 20 in der Maschine kann durch Wechseln des Typs des einzurichtenden Endeffektors 46 für verschiedene Zwecke verwendet werden. Der Roboter 20 in der Maschine kann beispielsweise bei der Bearbeitung helfen, während das Werkstück 110 bearbeitet wird. Insbesondere stützt beispielsweise der Roboter 20 in der Maschine das Werkstück 110 und/oder die Werkzeuge 100 und 102 während der Bearbeitung ab. Mit einer solchen Konfiguration kann eine Vibration oder dergleichen des Werkstücks 110/der Werkzeuge 100 und 102 mit einer geringen Steifigkeit unterdrückt werden. Wenn das Werkstück 110/das Werkzeug 100, das rotatorisch gehalten wird, abgestützt werden soll, ist eine Rolle oder dergleichen wünschenswerterweise am Endeffektor 46 vorgesehen, um die Rotation nicht zu blockieren.
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Als alternative Konfiguration kann der Roboter 20 in der Maschine das Werkstück 110 an der Stelle der Werkstückspindelvorrichtung 14 während der Bearbeitung halten. Mit einer solchen Konfiguration wird es möglich, die Orientierung des Werkstücks 110 während der Bearbeitung frei zu ändern, was wiederum die Bearbeitung einer komplexen Form ermöglicht. 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 110 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.
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Wenn ein solcher Roboter 20 in der Maschine verwendet wird, ist es erwünscht, dass mindestens einer der mehreren Endeffektoren 46 zumindest auf das Werkstück 110 und das Rotationswerkzeug 100 zugreifen kann, das für die Bearbeitung verwendet wird, und es ist erwünschter, dass der Endeffektor 46 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, dass Gewicht und Kosten des Roboters 20 in der Maschine als Ganzes auch erhöht werden.
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Wie vorstehend beschrieben, ist der Roboter 20 in der Maschine an der Werkzeugspindelvorrichtung 16 befestigt. Wie bekannt ist, hält die Werkzeugspindelvorrichtung 16 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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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 zwei oder mehr Endeffektoren 46 aufweist. Daher können die Anzahl, die Schwenkrichtung oder dergleichen der Gelenke 44 und der Arme 42 des Roboters 20 in der Maschine geeignet geändert werden.
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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 ist der Roboter in der Maschine wünschenswerterweise am Bestrahlungskopf befestigt. 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 2016-098071 [0001]
- JP 2010-36285 A [0004]
- JP 2010-64158 A [0004]
- JP 5-301141 A [0004]
- JP 5-301142 A [0004]
