DE102018120554A1

DE102018120554A1 - Werkzeugmaschine, Werkzeug und Steuerprogramm

Info

Publication number: DE102018120554A1
Application number: DE102018120554.6A
Authority: DE
Inventors: Shoichi MORIMURA
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2018-08-23
Publication date: 2019-02-28
Also published as: CN109420901A; JP2019038067A; US20190061079A1

Abstract

Eine Werkzeugmaschine, die eine Werkzeughalteeinheit und eine Werkstückhalteeinheit enthält, enthält: eine Klemmeinrichtung (23), mit der ein Abschnitt eines Unterwerkzeugs (50a), das ein von einem Hauptwerkzeug, das durch die Werkzeughalteeinheit allein gehalten ist, separates Werkzeug ist, abnehmbar verbunden sein kann; eine Befestigungs-/Ablösungseinheit (32), mit der ein weiterer Abschnitt des Unterwerkzeugs (50a) abnehmbar verbunden sein kann; eine Werkzeugspindel (22), die die Klemmeinrichtung (23) bewegt; einen Roboter (30) innerhalb der Maschine, der die Befestigungs-/Ablösungseinheit (32) bewegt; und einen Controller, der das Antreiben der Werkzeugspindel (22) und des Roboters (30) innerhalb der Maschine steuert, um die Bearbeitung eines Werkstücks (110) durch das Unterwerkzeug (50a) auszuführen.

Description

Die Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-161966 , eingereicht am 25. August 2017, einschließlich der Beschreibung, der Ansprüche, der Zeichnungen und der Zusammenfassung.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine, ein in der Werkzeugmaschine verwendetes Werkzeug und ein Steuerprogramm, das die Werkzeugmaschine veranlasst, die Bearbeitung durch das Werkzeug auszuführen.
HINTERGRUND
Im Stand der Technik gibt es einen Bedarf an einer Werkzeugmaschine, die verschiedene Operationen ausführen kann. Insbesondere ist in den letzten Jahren der Bedarf an einer Produktion im geringen Umfang mit großer Variation stärker geworden, wobei die Ausführung verschiedener Bearbeitungsoperationen durch eine Werkzeugmaschine erwünscht ist.
Viele der Werkzeugmaschinen im Stand der Technik können jedoch nur eine oder zwei Bearbeitungsoperationen und Hilfsoperationen ausführen. Eine spanende Werkzeugmaschine kann z. B. nur eine spanende Rotationsbearbeitung und/oder eine Drehbank-Drehbearbeitung und Hilfsoperationen, wie z. B. eine Messoperation, ausführen. Es kann eine Konfiguration betrachtet werden, in der ein dedizierter Mechanismus für jede der anderen Bearbeitungsoperationen in einer Werkzeugmaschine vorgesehen ist, so dass verschiedene Bearbeitungsoperationen durch eine Werkzeugmaschine ausgeführt werden können. Wenn jedoch ein dedizierter Mechanismus für jede Bearbeitungsoperation vorgesehen ist, können sich andere Probleme ergeben, wie z. B. eine Zunahme der Größe der Werkzeugmaschine und eine Zunahme der Kosten.
In Anbetracht des Obigen liegt ein Vorteil der vorliegenden Offenbarung in der Schaffung einer Werkzeugmaschine, eines Werkzeugs und eines Steuerprogramms, die eine große Anzahl von Variationen der Bearbeitungsoperationen ermöglichen.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Werkzeugmaschine geschaffen, die eine Werkzeughalteeinheit und eine Werkstückhalteeinheit enthält, wobei die Werkzeugmaschine umfasst: eine erste Verbindungseinheit, mit der ein Abschnitt eines Unterwerkzeugs, das ein separates Werkzeug von einem Hauptwerkzeug, das durch die Werkzeughalteeinheit allein gehalten ist, ist, abnehmbar verbunden sein kann; eine zweite Verbindungseinheit, mit der ein weiterer Abschnitt des Unterwerkzeugs abnehmbar verbunden sein kann; ein erstes bewegliches Element, das die erste Verbindungseinheit bewegt; ein zweites bewegliches Element, das die zweite Verbindungseinheit bewegt; und einen Controller, der das Antreiben des ersten beweglichen Elements und des zweiten beweglichen Elements steuert, um die Bearbeitung eines Werkstücks durch das Unterwerkzeug auszuführen, das mit der ersten Verbindungseinheit und der zweiten Verbindungseinheit verbunden ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Controller eine Speichereinheit umfassen, die Unterwerkzeugdaten speichert, die eine Eigenschaft des Unterwerkzeugs enthalten, und kann der Controller die durch eine Bedienungsperson angewiesenen Bearbeitungsprogrammdaten interpretieren, um eine Bewegungstrajektorie des Unterwerkzeugs zu berechnen und um die Bewegungen des ersten beweglichen Elements und des zweiten beweglichen Elements basierend auf der Bewegungstrajektorie und den in der Speichereinheit gespeicherten Unterwerkzeugdaten zu steuern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann das erste bewegliche Element eine Werkzeughalteeinheit sein, die ein rotierendes Werkzeug oder einen Drehbank-Drehmeißel als das Hauptwerkzeug hält, und kann die erste Verbindungseinheit eine Befestigungseinheit des an der Werkzeughalteeinheit vorgesehenen Hauptwerkzeugs sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann das zweite bewegliche Element ein Roboter sein, der in einer Bearbeitungskammer der Werkzeugmaschine vorgesehen ist. In diesem Fall kann der Controller das erste bewegliche Element durch eine Positionssteuerung steuern, die eine Position als ein Steuerziel aufweist, während er das zweite bewegliche Element durch eine Kraftsteuerung steuern kann, die eine Kraft als ein Steuerziel aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Werkzeugmaschine eine erste Werkzeughalteeinheit und eine zweite Werkzeughalteeinheit umfassen, die ein rotierendes Werkzeug oder einen Drehbank-Drehmeißel als ein Hauptwerkzeug halten, wobei das erste bewegliche Element die erste Werkzeughalteeinheit sein kann und das zweite bewegliche Element die zweite Werkzeughalteeinheit sein kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Werkzeugmaschine ferner umfassen: eine Antriebskraftquelle, die eine Antriebskraft unabhängig von dem ersten beweglichen Element und dem zweiten beweglichen Element erzeugt; und einen Übertragungsmechanismus, der eine durch die Antriebskraftquelle erzeugte Antriebskraft zu einer Bearbeitungseinheit überträgt, die an dem Unterwerkzeug vorgesehen ist, das mit der ersten Verbindungseinheit und der zweiten Verbindungseinheit verbunden ist, wobei ein Werkstück durch die durch die Antriebskraft angetriebene Bearbeitungseinheit bearbeitet werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Werkzeug geschaffen, das mit einem ersten beweglichen Element und einem zweiten beweglichen Element, die in einer Werkzeugmaschine vorgesehen sind, abnehmbar zu verbinden ist, wobei das Werkzeug umfasst: eine erste verbundene Einheit, die abnehmbar mit dem ersten beweglichen Element zu verbinden ist; eine zweite verbundene Einheit, die abnehmbar mit dem zweiten beweglichen Element zu verbinden ist; und eine Bearbeitungseinheit, die mit einem Werkstück in Kontakt gelangt und das Werkstück bearbeitet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann das Werkzeug ferner ein Gelenk, das eine Orientierung der Bearbeitungseinheit bezüglich der ersten verbundenen Einheit und/oder der zweiten verbundenen Einheit ändert, zwischen der Bearbeitungseinheit und der ersten verbundenen Einheit und/oder zwischen der Bearbeitungseinheit und der zweiten verbundenen Einheit umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerprogramm einer Werkzeugmaschine geschaffen, die die Bearbeitung des Werkstücks durch ein Unterwerkzeug, das mit einem ersten beweglichen Element und einem zweiten beweglichen Element verbunden ist, ausführt, wobei das Programm, wenn es ausgeführt wird, veranlasst: dass eine in der Werkzeugmaschine vorgesehene Speichereinheit die Unterwerkzeugdaten speichert, die eine Eigenschaft des Unterwerkzeugs enthalten; und dass ein Controller, der in der Werkzeugmaschine vorgesehen ist, die durch eine Bedienungsperson angewiesenen Bearbeitungsprogrammdaten interpretiert, um eine Bewegungstrajektorie des Unterwerkzeugs zu berechnen und die Bewegungen des ersten beweglichen Elements und des zweiten beweglichen Elements basierend auf der berechneten Bewegungstrajektorie und den Unterwerkzeugdaten zu steuern.
Gemäß der Technik der vorliegenden Offenbarung kann eine Bearbeitungsoperation, die in der Werkzeugmaschine des Standes der Technik schwierig zu verwirklichen gewesen ist, ermöglicht werden, weil ein Unterwerkzeug mit zwei beweglichen Elementen verbunden ist, und kann eine große Anzahl von Variationen der Bearbeitung ermöglicht werden.
Figurenliste
Die Ausführungsform(en) der vorliegenden Offenbarung werden bezüglich der folgenden Figuren beschrieben, worin:

1 eine graphische Darstellung ist, die eine Struktur einer Werkzeugmaschine zeigt;
2 eine graphische Darstellung ist, die ein Beispiel eines Unterwerkzeugs zeigt;
3 eine graphische Darstellung ist, die das Unterwerkzeug nach 2 von einer Seite zeigt;
4 eine graphische Darstellung ist, die ein weiteres Beispiel eines Unterwerkzeugs zeigt;
5 eine graphische Darstellung ist, die eine Struktur einer Werkzeugspindel zeigt, die für die Verwendung des in 4 gezeigten Unterwerkzeugs geeignet ist;
6 eine graphische Darstellung ist, die ein weiteres Beispiel des Unterwerkzeugs zeigt;
7 eine graphische Darstellung ist, die ein weiteres Beispiel des Unterwerkzeugs zeigt;
8 eine graphische Darstellung ist, die ein weiteres Beispiel des Unterwerkzeugs zeigt; und
9 eine graphische Darstellung ist, die ein weiteres Beispiel des Unterwerkzeugs zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun wird eine Struktur einer Werkzeugmaschine 10 bezüglich der Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine schematische graphische Darstellung, die eine Struktur der Werkzeugmaschine 10 zeigt. Die Werkzeugmaschine 10 ist eine Werkzeugmaschine, die eine spanende Bearbeitung (eine spanende Rotationsbearbeitung und eine Drehbank-Drehbearbeitung) ausführt. Eine mechanische Struktur der Werkzeugmaschine 10 ist fast zu der einer Universal-Werkzeugmaschine völlig gleich, mit Ausnahme, dass die Werkzeugmaschine 10 einen Roboter 30 innerhalb der Maschine aufweist, der später beschrieben wird. Zusätzlich ist ein dediziertes Steuerprogramm zum Ermöglichen der Bearbeitung durch die Unterwerkzeuge 50a-50f (siehe die 2-9), das später beschrieben wird, in einer Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine 10 installiert. In der folgenden Beschreibung werden, wenn der Typ des Unterwerkzeugs nicht eingeschränkt werden soll, die Indizes a-f weggelassen, wobei das Unterwerkzeug einfach als ein „Unterwerkzeug 50“ bezeichnet wird.
Spezifischer ist die in 1 gezeigte Werkzeugmaschine eine Multitasking-Maschine, die eine Drehbank-Drehfunktion, um einen Drehbank-Drehmeißel 102 zu veranlassen, sich mit einem Werkstück 110 in Kontakt zu befinden, während das Werkstück 110 rotiert, und das Werkstück 110 spanend zu bearbeiten, und eine Drehzerspanungsfunktion, um das Werkstück 110 durch ein rotierendes Werkzeug 100 spanend zu bearbeiten, aufweist. Ein Umfang eines Hauptkörperabschnitts 12 der Werkzeugmaschine 10 ist durch eine (nicht gezeigte) Abdeckung abgedeckt. Ein durch die Abdeckung definierter Raum ist eine Bearbeitungskammer, in der das Werkstück 110 bearbeitet wird. In der Abdeckung sind wenigstens eine Öffnung und eine Tür, die die Öffnung öffnet und schließt, (wobei keine von diesen in der Figur gezeigt ist) vorgesehen. Eine Bedienungsperson greift auf den Hauptkörperabschnitt 12 der Werkzeugmaschine 10 und das Werkstück 110 oder dergleichen durch die Öffnung zu. Während der Bearbeitung ist die an der Öffnung vorgesehene Tür geschlossen. Dies geschieht für die Sicherstellung der Sicherheit und in Anbetracht der umgebenden Umwelt.
Der Hauptkörperabschnitt 12 umfasst eine Werkstück-Spindelvorrichtung 14, die das Werkstück 110 in einer Eigendrehungsweise hält, eine Werkzeug-Spindelvorrichtung 16, die das rotierende Werkzeug 100 in einer Eigendrehungsweise hält, und einen Werkzeughalter 18, der den Drehbank-Drehmeißel 102 hält. Die Werkstück-Spindelvorrichtung 14 arbeitet als eine Werkstückhalteeinheit, die das Werkstück 110 hält. Die Werkstück-Spindelvorrichtung 14 umfasst ein Spannfutter und eine Spannzange, die das Werkstück 110 abnehmbar hält, wobei das Werkstück 110, das gehalten ist, geeignet ausgetauscht werden kann. Die Werkstück-Spindelvorrichtung 14 dreht sich selbst um eine Werkstück-Rotationsachse Rw, die sich in einer horizontalen Richtung erstreckt.
Die Werkzeug-Spindelvorrichtung 16 hält das rotierende Werkzeug 100, z. B. ein Werkzeug, das als eine Bohrfräse oder ein Schaftfräser bezeichnet wird, in einer Eigendrehungsweise und umfasst einen Spindelkopf 20, der einen darin eingebauten Antriebsmotor oder dergleichen aufweist, und eine Werkzeugspindel 22, die an dem Spindelkopf 20 befestigt ist. Die Werkzeugspindel 22 kann sich in der horizontalen Richtung und in einer vertikalen Richtung linear bewegen und kann um eine vorgegebene Schwingachse St schwingen.
An einer Stirnfläche der Werkzeugspindel 22 ist eine Klemmeinrichtung 23 (siehe 2) ausgebildet, an der eine Werkzeughalterung, die das rotierende Werkzeug 100 hält, in einer einsetzbaren/abnehmbaren Weise befestigt sein kann. Im Allgemeinen sind die Werkzeughalterung, eine Form eines Schafts, der in die Klemmeinrichtung 23 eingesetzt ist, in den Standards definiert. Die Klemmeinrichtung 23 weist eine den Standards entsprechende Form auf.
Ein Werkzeughalter 18 hält den Drehbank-Drehmeißel 102, z. B. ein als ein Bohrmeißel bezeichnetes Werkzeug. Der Werkzeughalter 18 ist mit einem zweiachsigen Linearbewegungsmechanismus verbunden, wobei eine Position bezüglich des Werkstücks 110 geändert werden kann.
Hier arbeiten sowohl die Werkzeugspindel 22 als auch der Werkzeughalter 18 als eine Werkzeughalteeinheit, die ein Werkzeug (das rotierende Werkzeug 100 oder den Drehbank-Drehmeißel 102) hält. Im Folgenden wird ein Werkzeug (das rotierende Werkzeug 100 oder der Drehbank-Drehmeißel 102), das durch die Werkzeughalteeinheit allein gehalten ist, als ein „Hauptwerkzeug“ bezeichnet. Andererseits wird ein Werkzeug, das mit zwei beweglichen Elementen verbunden ist und durch zwei bewegliche Elemente gehalten ist, wie später beschrieben wird, als ein „Unterwerkzeug 50“ bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform arbeitet die Werkzeugspindel 22 außerdem als ein erstes bewegliches Element, das mit einem Abschnitt des Unterwerkzeugs 50 verbunden ist. Zusätzlich arbeitet die Klemmeinrichtung 23, an der das Hauptwerkzeug befestigt ist, außerdem als eine erste Verbindungseinheit, an der ein Abschnitt des Unterwerkzeugs 50 abnehmbar befestigt ist.
Ferner ist in der Bearbeitungskammer der Roboter 30 innerhalb der Maschine vorgesehen. Der Struktur des Roboters 30 innerhalb der Maschine ist keine spezielle Einschränkung auferlegt, solange wie der Roboter 30 innerhalb der Maschine wenigstens in der Bearbeitungskammer vorgesehen ist und eine Position oder eine Orientierung des Roboters 30 innerhalb der Maschine geändert werden kann. Deshalb kann der Roboter 30 innerhalb der Maschine ein mit Gelenken versehener Roboter sein, der mehrere über Gelenke verbundene Arme aufweist, (ein Roboter mit seriellen Gelenken), wie in 1 gezeigt ist. Als eine weitere Konfiguration kann der Roboter 30 innerhalb der Maschine ein Roboter mit parallelen Gelenken sein, bei dem eine Bewegung eines Punkts durch parallele Gelenke gesteuert ist. Im Folgenden wird ein Beispiel beschrieben, in dem der Roboter 30 innerhalb der Maschine ein mit Gelenken versehener Roboter ist. Der Roboter 30 innerhalb der Maschine kann sich unabhängig von der Werkzeugspindel 22 und dem Werkzeughalter 18 bewegen und arbeitet außerdem als ein zweites bewegliches Element, das mit dem Unterwerkzeug 50 verbunden ist, das später beschrieben wird.
Der Roboter 30 innerhalb der Maschine weist eine Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 auf, die als eine zweite Verbindungseinheit arbeitet, an der ein Abschnitt des Unterwerkzeugs 50 abnehmbar befestigt sein kann. Der Form der Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 ist keine spezielle Einschränkung auferlegt, solange wie ein Abschnitt des Unterwerkzeugs 50 abnehmbar ist, wobei in der vorliegenden Ausführungsform die Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 eine Klemmeinrichtung des Kegeltyps aufweist, wie in 2 gezeigt ist. Zusätzlich kann die Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 irgendwo an dem Roboter 30 innerhalb der Maschine vorgesehen sein, solange wie die Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 zusammen mit dem Antreiben des Roboters 30 innerhalb der Maschine verschoben werden kann, wobei sie z. B. an einer Spitze des Roboters 30 innerhalb der Maschine oder an einem zentralen Abschnitt des Roboters 30 innerhalb der Maschine vorgesehen sein kann. In der folgenden Beschreibung wird eine beispielhafte Konfiguration beschrieben, in der die Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 an der Spitze des Roboters 30 innerhalb der Maschine vorgesehen ist.
Eine Steuervorrichtung 34 steuert das Antreiben der verschiedenen Abschnitte der Werkzeugmaschine 10 gemäß den Anweisungen von der Bedienungsperson. Die Steuervorrichtung 34 umfasst z. B. eine CPU, die verschiedene Berechnungen ausführt, und einen Speicher, der verschiedene Steuerprogramme und Steuerparameter speichert. Die Steuervorrichtung 34 weist außerdem eine Kommunikationsfunktion auf und kann verschiedene Daten, z. B. NC-Programmdaten (Bearbeitungsprogrammdaten) oder dergleichen mit den anderen Vorrichtungen austauschen. Die Steuervorrichtung 34 kann z. B. eine numerische Steuervorrichtung enthalten, die die Positionen des Werkzeugs und des Werkstücks 110 kontinuierlich berechnet. Die Steuervorrichtung 34 kann als eine einzelne Vorrichtung oder als eine Kombination aus mehreren Berechnungsvorrichtungen ausgebildet sein.
Ein dediziertes Steuerprogramm zum Ausführen der Bearbeitung durch das Unterwerkzeug 50, das später beschrieben wird, ist in der Steuervorrichtung 34 installiert. Das Steuerprogramm speichert in dem Speicher die Unterwerkzeugdaten, die auf das Unterwerkzeug 50 bezogene Daten sind. Die Unterwerkzeugdaten sind Daten, die eine Eigenschaft des Unterwerkzeugs 50, die einen Werkzeugtyp und eine Größe des Unterwerkzeugs 50 enthält, enthalten. Die Unterwerkzeugdaten enthalten ferner die Identifikationsinformationen des ersten und des zweiten beweglichen Elements (der Werkzeugspindel 22 und des Roboters 30 innerhalb der Maschine in der vorliegenden Ausführungsform), mit denen das Unterwerkzeug 50 verbunden ist. Durch die Bedienungsperson können verschiedene Informationen, die die Unterwerkzeugdaten bilden, manuell eingegeben werden. Alternativ können als eine weitere Konfiguration die Unterwerkzeugdaten, die im Voraus vorbereitet werden, durch einen Draht oder drahtlos zu der Steuervorrichtung 34 übertragen werden. Ferner kann die Werkzeugmaschine eine Funktion aufweisen, um bei Bedarf die Unterwerkzeugdaten zu bearbeiten, die vormals gespeichert wurden.
Wenn die Bearbeitung unter Verwendung des Unterwerkzeugs 50 ausgeführt werden soll, gibt die Bedienungsperson die Bearbeitungsprogrammdaten (die NC-Programmdaten), die die Inhalte der Bearbeitung angeben, in die Steuervorrichtung 34 ein. Gemäß dem Steuerprogramm interpretiert die Steuervorrichtung 34 die Bearbeitungsprogrammdaten, die von der Bedienungsperson eingegeben werden, wobei sie die Bewegungstrajektorie des Unterwerkzeugs 50 berechnet. Zusätzlich steuert die Steuervorrichtung 34 die Bewegungen des ersten und des zweiten beweglichen Elements (der Werkzeugspindel 22 und des Roboters 30 innerhalb der Maschine in der vorliegenden Ausführungsform) basierend auf der berechneten Bewegungstrajektorie und den im Speicher gespeicherten Unterwerkzeugdaten.
Wie aus der obigen Beschreibung klar ist, ist in der Werkzeugmaschine 10 der vorliegenden Offenbarung ein Unterwerkzeug 50 mit zwei beweglichen Elementen verbunden, wobei das Werkstück 110 durch das Unterwerkzeug 50 bearbeitet wird. Bei einer derartigen Konfiguration kann eine größere Anzahl von Variationen der Bearbeitung ermöglicht sein.
Das heißt, viele der Werkzeugmaschinen des Standes der Technik können nur eine oder zwei Bearbeitungsoperationen und Hilfsoperationen ausführen. Eine spanende Werkzeugmaschine 10, wie in 1 gezeigt ist, kann z. B. nur die Drehzerspanungsbearbeitung und/oder die Drehbank-Drehbearbeitung und Hilfsoperationen, wie z. B. eine Messoperation, ausführen. Falls ein dedizierter Mechanismus für eine Bearbeitungsoperation, deren Ausführung erwünscht ist, in der Werkzeugmaschine 10 vorgesehen ist, können verschiedene Bearbeitungsoperationen durch die Werkzeugmaschine 10 ausgeführt werden. Wenn jedoch ein dedizierter Mechanismus für jede Bearbeitungsoperation vorgesehen ist, können sich andere Probleme ergeben, wie z. B. eine Zunahme der Größe der Werkzeugmaschine und eine Zunahme der Kosten.
In der Werkzeugmaschine 10 der vorliegenden Offenbarung ist in Anbetracht dieser Probleme eine Verbindungseinheit, mit der das Unterwerkzeug 50 abnehmbar verbunden sein kann, an jedem der beiden beweglichen Elemente vorgesehen, die im Voraus an der Werkzeugmaschine 10 vorgesehen werden, um eine Bearbeitungsoperation unter Verwendung des Unterwerkzeugs 50, das mit den beiden Verbindungseinheiten verbunden ist, zu ermöglichen.
Durch das Verbinden des Unterwerkzeugs 50 mit den beiden beweglichen Elementen über die beiden Verbindungseinheiten wird es möglich, das Unterwerkzeug 50 durch die beiden beweglichen Elemente zu bewegen. In diesem Fall kann ein Werkzeug mit einer großen Größe, einem schweren Gewicht, einer speziellen Form oder einer speziellen Bewegung, das durch ein einziges bewegliches Element allein nicht gehalten werden kann, gehandhabt werden. Im Ergebnis kann außerdem eine Bearbeitungsoperation, die durch die Werkzeugmaschine 10 des Standes der Technik schwierig auszuführen gewesen ist, außerdem ermöglicht sein.
Den beweglichen Elementen ist hier keine spezielle Einschränkung auferlegt, solange wie das bewegliche Element ein in der Werkzeugmaschine 10 vorgesehenes bewegliches Element ist und das bewegliche Element z. B. die Werkzeugspindel 22, die das rotierende Werkzeug 100 hält, der Werkzeughalter 18, der den Drehbank-Drehmeißel 101 hält, der Roboter 30 innerhalb der Maschine, der in der Werkzeugmaschine 10 vorgesehen ist, ein Gegenhalter, der das andere Ende des Werkstücks 110 hält, oder dergleichen ist. In dem Fall der spanenden Werkzeugmaschine 10 ist es jedoch erwünscht, dass wenigstens eines der beweglichen Elemente die Werkzeughalteeinheit, die das Schneidwerkzeug (das rotierende Werkzeug 100 oder den Drehbank-Drehmeißel 102) hält, z. B. die Werkzeugspindel 22 oder der Werkzeughalter 18, ist. Dies ist so, weil in vielen Fällen in der spanenden Werkzeugmaschine 10 die Werkzeughalteeinheit so entworfen ist, dass sie eine hohe Steifigkeit, eine hohe Leistung und eine hohe Genauigkeit aufweist, um eine spanende Bearbeitung mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen. Unter Verwendung der Werkzeughalteeinheit als eines der beweglichen Elemente zum Bewegen des Unterwerkzeugs 50 kann das Unterwerkzeug 50 genauer bewegt werden, wobei die Genauigkeit der Bearbeitung durch das Unterwerkzeug 50 verbessert werden kann.
Zusätzlich ist es erwünscht, dass wenigstens eines der beiden beweglichen Elemente der Roboter 30 innerhalb der Maschine ist. Der Roboter 30 innerhalb der Maschine weist in vielen Fällen im Vergleich zu der Werkzeughalteeinheit eine schlechtere Steifigkeit, aber einen höheren Freiheitsgrad der Bewegung auf. Unter Verwendung des Roboters 30 innerhalb der Maschine als eines der beweglichen Elemente zum Bewegen des Unterwerkzeugs 50 kann der Freiheitsgrad der Bewegung des Unterwerkzeugs 50 weiter verbessert werden.
Der Struktur der Verbindungseinheit sind keine speziellen Einschränkungen auferlegt, solange wie die Verbindungseinheit an dem beweglichen Element vorgesehen ist und das Unterwerkzeug 50 abnehmbar befestigen kann. An der Werkzeugspindel 22 und dem Werkzeughalter 18 ist z. B. die Klemmeinrichtung 23 zum Befestigen des Werkzeughalters, der das Schneidwerkzeug hält, ausgebildet. Normalerweise ist die Form der Klemmeinrichtung 23 durch die Standards definiert. Wenn die Werkzeugspindel 22 oder der Werkzeughalter 18 als das bewegliche Element verwendet wird, kann die Klemmeinrichtung 23 als die Verbindungseinheit verwendet werden. Alternativ kann als eine weitere Konfiguration eine dedizierte Verbindungseinheit an der Werkzeughalteeinheit getrennt von der Klemmeinrichtung 23 zum Befestigen des Unterwerkzeugs 50 vorgesehen sein.
Hier ist dem Typ des Unterwerkzeugs 50 keine besondere Einschränkung auferlegt, solange wie das Unterwerkzeug 50 ein von dem Werkzeug (dem rotierenden Werkzeug 100 oder dem Drehbank-Drehmeißel 102), das durch die Werkzeughalteeinheit (die Werkzeugspindel 22 oder den Werkzeughalter 18) allein gehalten ist, getrenntes Werkzeug ist und durch die beiden beweglichen Elemente gehalten ist. Deshalb kann das Unterwerkzeug 50 z. B. ein Werkzeug des Handsägetyps, das einen Sägezahn aufweist, ein Werkzeug, das einen Schneidklingenabschnitt aufweist, ein Werkzeug, das einen seilförmigen Körper aufweist, ein Werkzeug, das ein Stoffform-Element aufweist, das zur Polierbearbeitung verwendet wird, oder dergleichen sein. Es ist erwünscht, dass das Unterwerkzeug 50 eine Bearbeitungseinheit, die sich mit dem Werkstück 110 tatsächlich in Kontakt befindet und das Werkstück 110 bearbeitet, eine erste verbundene Einheit, die abnehmbar mit dem ersten beweglichen Element zu verbinden ist, und eine zweite verbundene Einheit, die abnehmbar mit dem zweiten beweglichen Element zu verbinden ist, umfasst. Den Strukturen und Bildungspositionen der ersten verbundenen Einheit und der zweiten verbundenen Einheit ist keine spezielle Einschränkung auferlegt, wobei die erste und die zweite verbundene Einheit an den Enden des Unterwerkzeugs 50 oder an einem zentralen Abschnitt des Unterwerkzeugs 50 vorgesehen sein können. Die Bearbeitungseinheit des Unterwerkzeugs 50 bearbeitet das Werkstück 110 durch das Ausführen einer Bearbeitungsbewegung, wie z. B. einer Rotation, einer Hin- und Herbewegung, einer Zufallsbewegung oder dergleichen. Die Bearbeitungsbewegung der Bearbeitungseinheit kann durch die Bewegungen des ersten und des zweiten beweglichen Elements verwirklicht werden oder kann durch eine Antriebskraft verwirklicht werden, die von einer Antriebskraftquelle übertragen wird, die eine Antriebskraft (wie z. B. einen Luftdruck, einen Hydraulikdruck, elektrische Leistung, magnetische Leistung oder dergleichen) unabhängig von dem ersten und dem zweiten beweglichen Element erzeugt. Deshalb kann das Unterwerkzeug 50 den Sägezahn oder den seilförmigen Körper aufweisen, der sich zusammen mit der Hin- und Herbewegung des ersten und des zweiten beweglichen Elements hin und her bewegt. Alternativ kann als eine weitere Konfiguration das Unterwerkzeug 50 mit einer Druckluftquelle verbunden sein und kann eine Schneidklinge (eine Bearbeitungseinheit) aufweisen, die sich durch einen von der Druckluftquelle zugeführten Luftdruck drehend bewegt.
Das Unterwerkzeug 50 weist zwei verbundene Einheiten auf, die mit den beiden Verbindungseinheiten zu verbinden sind. Der Struktur der verbundenen Einheit ist keine spezielle Einschränkung auferlegt, solange wie die verbundene Einheit abnehmbar mit der entsprechenden Verbindungseinheit verbunden werden kann. Es ist erwünscht. dass wenigstens eine der beiden verbundenen Einheiten ein Gelenk umfasst, das eine Orientierung der Bearbeitungseinheit bezüglich der verbundenen Einheit ändert. Es ist erwünscht, dass Gelenk zu wenigstens einer einer Linearbewegung, einer Rotation und einer Biegung imstande ist. Deshalb kann als das Gelenk z. B. ein Universalgelenk oder ein Kugelgelenk verwendet werden. Das in einer Werkzeugmaschine 10 verwendete Unterwerkzeug 50 ist nicht auf irgendeinen Typ eingeschränkt, wobei mehrere Typen der Unterwerkzeuge 50 verwendet werden können. Wie bereits beschrieben worden ist, speichert die Steuervorrichtung 34 der Werkzeugmaschine 10 die auf das Unterwerkzeug 50, dessen Verwendung geplant ist, bezogenen Daten, d. h., die Unterwerkzeugdaten 50.
Wenn die Bearbeitung unter Verwendung des Unterwerkzeugs 50 ausgeführt werden soll, erzeugt die Bedienungsperson ein Bearbeitungsprogramm, das die Bewegungstrajektorie und die Bearbeitungsbedingungen (wie z. B. eine Drehzahl, eine Vorschubgeschwindigkeit oder dergleichen) des Unterwerkzeugs 50 angibt, wobei sie das Bearbeitungsprogramm in die Steuervorrichtung 34 eingibt. Die Steuervorrichtung 34 interpretiert das Bearbeitungsprogramm blockweise und steuert das Antreiben des beweglichen Elements und die dedizierte Antriebsquelle des Unterwerkzeugs 50, um die angewiesene Bewegungstrajektorie zu verwirklichen. Hier ist es erwünscht, dass wenigstens eines der beiden beweglichen Elemente, die mit dem Unterwerkzeug 50 verbunden sind, durch eine Positionssteuerung gesteuert ist, die eine Position als ein Steuerziel aufweist. Weil in vielen Fällen die Werkzeughalteeinheit (die Werkzeugspindel 22 oder der Werkzeughalter 18) eine hohe Positionsgenauigkeit aufweist, wenn die Werkzeughalteeinheit als das bewegliche Element zum Bewegen des Unterwerkzeugs 50 verwendet wird, ist es insbesondere erwünscht, dass die Werkzeughalteeinheit positionsgesteuert ist. Wenn eines der beiden beweglichen Elemente positionsgesteuert ist, kann das andere bewegliche Element durch eine Kraftsteuerung gesteuert sein, die eine Kraft (ein Drehmoment) als ein Steuerziel aufweist. Durch das Verwenden der Kraftsteuerung kann eine geeignete Bearbeitung ermöglicht werden, selbst wenn ein bewegliches Element, das eine geringe Positionsgenauigkeit aufweist (z. B. der Roboter 30 innerhalb der Maschine, der eine schlechte Steifigkeit aufweist), oder dergleichen als das bewegliche Element verwendet wird.
Nun werden spezifische Beispiele des Unterwerkzeugs 50 bezüglich der Zeichnungen beschrieben. Die 2 und 3 sind graphische Darstellungen, die ein Beispiel des Unterwerkzeugs 50a zeigen. 2 ist eine graphische Darstellung, die das Unterwerkzeug 50a von vorn betrachtet, während 3 eine graphische Darstellung ist, die das Unterwerkzeug 50a von der Seite betrachtet. In den 2 und 3 ist das Unterwerkzeug 50a ein Werkzeug des Handsägetyps, das einen Sägezahn 52a als die Bearbeitungseinheit aufweist. Das Unterwerkzeug 50a umfasst den Sägezahn 52a, ein Paar verbundener Einheiten 54f und 54s (im Folgenden werden die Indizes f und s weggelassen, wenn die erste und die zweite nicht zu unterscheiden sind), die an den jeweiligen Enden des Unterwerkzeugs 50a vorgesehen sind, und ein Paar von Gelenken 56, das zwischen der verbundenen Einheit 54 und dem Sägezahn 52a vorhanden ist.
Das Unterwerkzeug 50a ist über die verbundenen Einheiten 54 mit der Werkzeugspindel 22 und dem Roboter 30 innerhalb der Maschine verbunden. Mit anderen Worten, in der beispielhaften Konfiguration nach 3 arbeiten die Werkzeugspindel 22 und der Roboter 30 innerhalb der Maschine als die beweglichen Elemente, die das Unterwerkzeug 50a bewegen. Zusätzlich arbeiten die an der Werkzeugspindel 22 vorgesehene Klemmeinrichtung 23 und die an der Spitze des Roboters 30 innerhalb der Maschine vorgesehene Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 als die Verbindungseinheiten. Die erste verbundene Einheit 54f, die in die Klemmeinrichtung 23 eingesetzt ist, weist die gleiche Form wie eine Einsetzeinheit (ein Abschnitt, der als ein Schaft bezeichnet wird) einer Universalwerkzeughalterung auf. Weil die Einsetzeinheit der Werkzeughalterung im Allgemeinen eine kegelförmige Form mit einer sich verjüngenden Spitze aufweist, weist die erste verbundene Einheit 54f außerdem eine kegelförmige Form mit einer sich verjüngenden Spitze auf. Der Form der zweiten verbundenen Einheit 54s ist keine besondere Einschränkung auferlegt, solange wie die zweite verbundene Einheit 54s abnehmbar mit der Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 des Roboters 30 innerhalb der Maschine verbunden werden kann, wobei in der in den Figuren gezeigten beispielhaften Konfiguration die zweite verbundene Einheit 54s außerdem eine kegelförmige Form mit einer sich verjüngenden Spitze aufweist.
Das Gelenk 56, das sich um eine Achse drehen kann, ist zwischen jeder der verbundenen Einheiten 54 und dem Sägezahn 52a vorgesehen. Die Gelenke 56 sind normalerweise frei und können sich gemäß den Endpositionen des Unterwerkzeugs 50a (den Positionen der beiden verbundenen Einheiten 54) drehen. Durch das Vorsehen der Gelenke 56 wird es möglich, die Orientierung des Unterwerkzeugs 50a in verschiedenen Weisen zu ändern.
Wenn die Bearbeitung unter Verwendung des Unterwerkzeugs 50 ausgeführt werden soll, berechnet die Steuervorrichtung 34 eine Bewegungstrajektorie des Unterwerkzeugs 50a basierend auf den Bearbeitungsprogrammdaten, wobei sie die Bewegungstrajektorien der Werkzeugspindel 22 und des Roboters 30 innerhalb der Maschine zum Ausführen der Bewegungstrajektorie berechnet. Spezifisch bewegt die Steuervorrichtung 34 das Unterwerkzeug 50a näher zu dem Werkstück 110, während sie den Sägezahn 52a in einer Längsrichtung hin und her bewegt, um das Werkstück 110 zu schneiden und zu bearbeiten. In diesem Prozess steuert die Steuervorrichtung 34 sowohl die Werkzeugspindel 22 als auch den Roboter 30 innerhalb der Maschine durch eine Positionssteuerung, die die Position als das Steuerziel aufweist.
In dieser Weise wird es durch das Verbinden des Unterwerkzeugs 50a mit der Werkzeugspindel 22 und dem Roboter 30 innerhalb der Maschine möglich, einen großen Teil des Gewichts des Unterwerkzeugs 50a durch die Werkzeugspindel 22 zu tragen und außerdem eine komplizierte Bewegung des Unterwerkzeugs 50a durch die Bewegung des Roboters 30 innerhalb der Maschine zu verwirklichen. Spezifisch weist in vielen Fällen die Werkzeugspindel 22 eine hohe Steifigkeit und eine hohe Leistung auf, wobei sie aber außerdem einen geringen Freiheitsgrad der Bewegung aufweist. Während der Roboter 30 innerhalb der Maschine andererseits eine schlechte Steifigkeit aufweist, ist der Freiheitsgrad der Bewegung hoch, wobei verschiedene Bewegungen verwirklicht werden können. Im Ergebnis wird es durch das Kombinieren der Werkzeughalteeinheit (der Werkzeugspindel 22) und des Roboters 30 innerhalb der Maschine möglich, ein Werkzeug mit großer Größe, wie z. B. eine Handsäge, handzuhaben, die schwierig zu handhaben gewesen ist.
Als Nächstes wird ein weiteres beispielhaftes Unterwerkzeug 50b bezüglich der 4 und 5 beschrieben. 4 ist eine graphische Darstellung, die einen Bearbeitungsprozess unter Verwendung eines weiteren Unterwerkzeugs 50b zeigt, während 5 eine schematische graphische Querschnittsdarstellung der für das Unterwerkzeug 50b geeigneten Werkzeugspindel 22 ist.
In 4 weist das Unterwerkzeug 50 eine Schneidklinge 52b als die Bearbeitungseinheit auf, die durch einen Luftdruck angetrieben ist. Die Schneidklinge 52b ist an einer Luftspindeleinheit 58 befestigt, die das Schneidwerkzeug drehbar hält. Wenn das Werkstück 110 spanend bearbeitet werden soll, wird der Luftspindeleinheit 58 Luft zugeführt, um die Schneidklinge 52b mit einer hohen Geschwindigkeit um eine vorgegebene Drehachse zu drehen.
Wenn das Unterwerkzeug 50b gehandhabt werden soll, ist es erwünscht, dass die Werkzeugmaschine 10 eine Antriebskraftquelle, die eine Antriebskraft unabhängig von dem ersten und dem zweiten beweglichen Element erzeugt, die mit dem Unterwerkzeug 50b verbunden sind, (der Werkzeugspindel 22 und dem Roboter 30 innerhalb der Maschine), und einen Übertragungsmechanismus, der die durch die Antriebskraftquelle erzeugte Antriebskraft zu der Bearbeitungseinheit des Unterwerkzeugs 50b (der Schneidklinge 52b) überträgt, umfasst. In der beispielhaften Konfiguration nach 5 wird die Druckluft, die die Antriebskraft ist, z. B. durch einen Luftweg 40 innerhalb der Werkzeugspindel 22 und ein Luftrohr 60, das den Luftweg 40 und die Luftspindeleinheit 58 weiterleitet, der Luftspindeleinheit 58 zugeführt.
Das heißt, der Luftweg 40, durch den die Druckluft hindurchgeht, ist innerhalb der Werkzeugspindel 22 ausgebildet, wie in 5 gezeigt ist. Zusätzlich ist an einer Oberseite der Werkzeugspindel 22 ein Adapter 42, der einen Kontakt herstellen und trennen kann, an einer oberen Stirnfläche der Werkzeugspindel 22 vorgesehen. Der Adapter 42 ist mit einer Druckluftquelle 44 verbunden, die die Antriebskraftquelle ist, wobei durch den Adapter 42, der sich mit der oberen Stirnfläche der Werkzeugspindel 22 luftdicht in Kontakt befindet, die Druckluft dem Luftweg 40 zugeführt wird. Wenn sich andererseits die Werkzeugspindel 22 mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, ist der Adapter 42 von der oberen Stirnfläche der Werkzeugspindel 22 getrennt. Eine derartige Bewegung des Adapters 42 und das Antreiben der Druckluftquelle 44 sind durch die Steuervorrichtung 34 gesteuert. Der hier beschriebene Übertragungsmechanismus der Druckluft ist nur beispielhaft, wobei der Übertragungsmechanismus der Druckluft geeignet geändert werden kann, solange wie die Druckluft der Luftspindeleinheit 58 am Ende zugeführt werden kann. Obwohl die durch den Luftdruck angetriebene Luftspindeleinheit 58 als Beispiel dient, kann alternativ eine Struktur verwendet werden, die durch eine andere Antriebskraft als den Luftdruck, wie z. B. einen Hydraulikdruck, elektrische Leistung oder magnetische Leistung, angetrieben ist.
Die Luftspindeleinheit 58 ist in der Nähe eines Endes einer langgestreckten Stieleinheit 62 befestigt. An einer ungefähren Mitte der Stieleinheit 42 ist die erste verbundene Einheit 54f über ein Gleitlager 64 und ein Kugelgelenk 66 (das Gelenk 56) befestigt. Zusätzlich ist an dem anderen Ende der Stieleinheit 62 die zweite verbundene Einheit 54s über das Gelenk 56 befestigt. Die erste verbundene Einheit 54f ist mit der Klemmeinrichtung 23 der Werkzeugspindel 22 verbunden, während die zweite verbundene Einheit 54s mit der Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 des Roboters 30 innerhalb der Maschine verbunden ist.
Wenn die Bearbeitung durch das Unterwerkzeug 50b ausgeführt werden soll, berechnet die Steuervorrichtung 34 eine Bewegungstrajektorie der Schneidklinge 52b basierend auf den Bearbeitungsprogrammdaten, wobei sie die Bewegungstrajektorien der Werkzeugspindel 22 und des Roboters 30 innerhalb der Maschine zum Ausführen der Bewegungstrajektorie berechnet. Die Steuervorrichtung 34 identifiziert außerdem die Drehzahl der Schneidklinge 52b oder dergleichen basierend auf den Bearbeitungsprogrammdaten und steuert das Antreiben der Druckluftquelle 44, um die Drehzahl zu verwirklichen. Wenn es erwünscht ist, einen Bearbeitungspunkt (einen Kontaktpunkt zwischen der Schneidklinge 52b und dem Werkstück 110) in einer axialen Richtung oder einer radialen Richtung des Werkstücks 110 zu bewegen, verschiebt die Steuervorrichtung 34 die Werkzeugspindel 22 und die Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 des Roboters 30 innerhalb der Maschine in der axialen Richtung oder der radialen Richtung. Wenn es erwünscht ist, den Bearbeitungspunkt in einer Umfangsrichtung des Werkstücks 110 zu bewegen, treibt die Steuervorrichtung 34 die Werkstück-Spindelvorrichtung 14 an, um das Werkstück 110 zu drehen. Wenn es ferner erwünscht ist, die Orientierung der Stieleinheit 62 zu ändern (die Stieleinheit 62 zu neigen), bewegt die Steuervorrichtung 34 die Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 des Roboters 30 innerhalb der Maschine bezüglich der Werkzeugspindel 22 aufwärts und abwärts. Durch das Kombinieren dieser Bewegungen wird es möglich, einen großen Anteil einer Innenfläche eines hohlen Werkstücks 110 durch das in 4 gezeigte Unterwerkzeug 50b zu bearbeiten.
Hier ist in der in 4 gezeigten Struktur das andere Ende des Unterwerkzeugs 50b durch den Roboter 30 innerhalb der Maschine gestützt, wobei der zentrale Abschnitt durch die Werkzeugspindel 22 gestützt ist. Mit anderen Worten, das Unterwerkzeug 50b ist durch die beiden beweglichen Elemente zweipunktgestützt. Durch die Zweipunktstützung des Unterwerkzeugs 50b mit den beiden beweglichen Elementen wird es möglich, ein Werkzeug handzuhaben, das eine lange Länge aufweist, in dem ein großes Moment erzeugt werden kann und das leicht abgelenkt wird. Im Ergebnis kann eine Oberfläche, auf die durch ein normales Werkzeug nicht leicht zugegriffen werden kann, wie z. B. die Innenfläche des hohlen Werkstücks 110, leicht bearbeitet werden. Weil zusätzlich in der in 4 gezeigten Struktur das Unterwerkzeug 50b unabhängig von den beweglichen Elementen mit der Antriebskraftquelle; spezifischer mit der Druckluftquelle 44 oder dergleichen verbunden ist, kann eine große Anzahl von Variationen der Bearbeitung verwirklicht werden.
Wenn überdies in der Struktur nach 4 die Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 des Roboters 30 innerhalb der Maschine aufwärts und abwärts bewegt wird, während die Werkzeugspindel 22 in einem stationären Zustand aufrechterhalten wird, schwingt die Stieleinheit 62 des Unterwerkzeugs 50b mit einem Mittelpunkt des Kugelgelenks 66 als eine Mitte. Mit anderen Worten, das Unterwerkzeug 50b funktioniert als ein Hebel, der die Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 des Roboters 30 innerhalb der Maschine als einen Arbeitspunkt, die Spitze der Schneidklinge 52b als einen Wirkungspunkt und einen Umfang des Kugelgelenks 66 als einen Drehpunkt aufweist. In diesem Fall kann durch das Hebelprinzip die Kraft des Roboters 30 innerhalb der Maschine mehrfach vervielfacht werden und auf das Werkstück 110 wirken. Zusätzlich kann ein Verhältnis zwischen einem Abstand von dem Arbeitspunkt bis zu dem Drehpunkt und einem Abstand von dem Drehpunkt bis zu dem Wirkungspunkt durch das Bewegen der Stieleinheit 62 in der axialen Richtung bezüglich des Gleitlagers 64 frei geändert werden, wobei folglich das Verhältnis der Kraft frei geändert werden kann.
Als Nächstes wird ein spezifisches Beispiel eines weiteren Unterwerkzeugs 50c bezüglich 6 beschrieben. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Bearbeitung durch ein weiteres Unterwerkzeug 50c zeigt. Das Unterwerkzeug 50c weist einen seilförmigen Körper 52c mit hoher Spannung, wie z. B. einen Sägedraht oder einen Diamantdraht, als eine Bearbeitungseinheit auf. An einer Spitze des seilförmigen Körpers 52 ist ein Eingriffsring 70, der mit einem Haken 68, der an der ersten verbundenen Einheit 54f vorgesehen ist, die später beschrieben wird, in Eingriff gelangen kann, befestigt.
Die Abschnitte des seilförmigen Körpers 52c, die nicht verwendet werden, sind in einer Drahtgehäuseeinheit 72 untergebracht. In der Drahtgehäuseeinheit 72 ist eine (nicht gezeigte) Wickelvorrichtung, die den seilförmigen Körper 52 aufwickelt, eingebaut. In der Wickelvorrichtung ist eine Feder zum Ausüben einer geeigneten Spannkraft auf den seilförmigen Körper 52c befestigt, wobei eine geeignete Spannkraft in dem seilförmigen Körper 52c erzeugt wird, der gegen die drängende Kraft der Feder herausgezogen wird. Die Drahtgehäuseeinheit 72 ist an einer Basisplatte 76 befestigt, wobei eine Riemenscheibe 74, an der der herausgezogene seilförmige Körper 52c angehakt sein kann, an der Basisplatte 76 vorgesehen ist. Der herausgezogene seilförmige Körper 52c ist mit der Riemenscheibe als eine Grenze gebogen.
Ein Ende der Basisplatte 76 ist mit der zweiten verbundenen Einheit 54s verbunden, die mit der Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 des Roboters 30 innerhalb der Maschine verbunden ist. Die erste verbundene Einheit 54f ist mit der Werkzeugspindel 22 verbunden, wobei der Haken 68, auf dem sich der Eingriffsring 70 in Eingriff befindet, an einer Spitze der ersten verbundenen Einheit 54f befestigt ist.
Wenn die Bearbeitung unter Verwendung des Unterwerkzeugs 50c ausgeführt werden soll, berechnet die Steuervorrichtung 34 eine Bewegungstrajektorie des seilförmigen Körpers 52c basierend auf den Bearbeitungsprogrammdaten, wobei sie die Beträge der Bewegung der Werkzeugspindel 22 und des Roboters 30 innerhalb der Maschine zum Ausführen der Bewegungstrajektorie berechnet. Wenn es spezifisch gewünscht ist, die Position des seilförmigen Körpers 52c zu verschieben, verschiebt die Steuervorrichtung 34 die Werkzeugspindel 22 und die Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 des Roboters 30 innerhalb der Maschine. Wenn es gewünscht ist, eine Orientierung (einen Neigungswinkel) des seilförmigen Körpers 52c zu ändern, kann die Werkzeugspindel 22 in einer Richtung bewegt werden, die zu einer axialen Richtung des seilförmigen Körpers 52c orthogonal oder bezüglich einer axialen Richtung des seilförmigen Körpers 52c geneigt ist (einer Aufwärts-und-abwärts-Richtung auf der Seite in 6). Wenn es ferner gewünscht ist, das Werkstück 110 durch den seilförmigen Körper 52c zu schneiden, wird der seilförmige Körper 52c in einem Zustand, in dem sich der seilförmige Körper 52c mit dem Werkstück 110 in Kontakt befindet, in seiner axialen Richtung hin und her bewegt. Die Hin- und Herbewegung des seilförmigen Körpers 52c kann durch das Hin- und Herbewegen der Werkzeugspindel 22 entlang der axialen Richtung des seilförmigen Körpers 52c verwirklicht werden. Durch das Kombinieren dieser Bewegungen wird es möglich, verschiedene Werkstücke 110 durch das Unterwerkzeug 50c zu schneiden.
Als Nächstes wird ein spezifisches Beispiel eines weiteren Unterwerkzeugs 50d bezüglich 7 beschrieben. 7 ist eine graphische Darstellung, die das Bearbeiten durch ein weiteres Unterwerkzeug 50d zeigt. Das Unterwerkzeug 50d weist ein Stoffform-Element 52d (z. B. ein Baumwollgewebe, ein Leinengewebe, ein Schleifpapier oder dergleichen) zum Polieren des Werkstücks 110 als die Bearbeitungseinheit auf. Das Stoffform-Element 52d ist an einem Befestigungsrahmen 78 befestigt, der über das Gelenk 56 mit der ersten verbundenen Einheit 54f und der zweiten verbundenen Einheit 54s verbunden ist. Die erste verbundene Einheit 54f ist mit der Klemmeinrichtung 23 der Werkzeugspindel 22 verbunden, während die zweite verbundene Einheit 54s mit der Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 des Roboters 30 innerhalb der Maschine verbunden ist.
Wenn die Bearbeitung unter Verwendung des Unterwerkzeugs 50d ausgeführt werden soll, berechnet die Steuervorrichtung 34 eine Bewegungstrajektorie des Stoffform-Elements 52d basierend auf den Bearbeitungsprogrammdaten, wobei sie die Bewegungstrajektorien der Werkzeugspindel 22 und des Roboters 30 innerhalb der Maschine zum Ausführen der Bewegungstrajektorie berechnet. Spezifisch bewegt die Steuervorrichtung 34 das Stoffform-Element 52d in einem Zustand, in dem das Stoffform-Element 52d gegen eine Oberfläche des Werkstücks 110 gepresst ist, zufällig in mehreren Richtungen, um die Oberfläche des Werkstücks 110 zu polieren. Bei einer derartigen Polierbearbeitung ist die Steuerung einer Andruckkraft des Stoffform-Elements 52d wichtig. Folglich ist es erwünscht, dass in diesem Fall die Steuervorrichtung 34 die Werkzeugspindel 22 durch eine Positionssteuerung steuert, die die Position als das Steuerziel aufweist, während sie den Roboter 30 innerhalb der Maschine durch die Kraftsteuerung steuert, die die Kraft als der Steuerziel aufweist. Bei einer derartigen Struktur wird es möglich, einen geeigneten Polierdruck auf das Werkstück 110 auszuüben, während das Stoffform-Element 52d geeignet positioniert ist.
Als Nächstes wird ein spezifisches Beispiel eines weiteren Unterwerkzeugs 50e, das in einer weiteren Werkzeugmaschine verwendet wird, beschrieben. In der obigen Beschreibung ist eine Multitasking-Maschine als Beispiel beschrieben worden, die die Werkstück-Spindelvorrichtung 14 und die Werkzeugspindel 22 aufweist. Alternativ kann die Technik der vorliegenden Offenbarung auf andere Werkzeugmaschinen angewendet werden. Die Technik der vorliegenden Offenbarung kann z. B. auf eine Werkzeugmaschine 10 (z. B. ein Bearbeitungszentrum oder dergleichen) angewendet werden, die anstelle der oder zusätzlich zu der Werkstück-Spindelvorrichtung 14 einen Tisch 46 aufweist, auf dem das Werkstück 110 positioniert und gehalten ist. 8 ist eine graphische Darstellung, die die Bearbeitung einer Innenfläche eines kreiszylinderförmigen Werkstücks 110, das auf dem Tisch 46 positioniert ist, durch das Unterwerkzeug 50e zeigt. Das Unterwerkzeug 50e umfasst ähnlich zu dem in 4 gezeigten Unterwerkzeug 50 eine Schneidklinge 52e, die als eine Bearbeitungseinheit arbeitet, eine Luftspindeleinheit 58, die die Schneidklinge 52e durch einen Luftdruck dreht, und eine Stieleinheit 52, an der die Luftspindeleinheit 58 befestigt ist. An den jeweiligen Enden der Stieleinheit 62 sind die erste und die zweite verbundene Einheit 54f und 54s über Universalgelenke 80 (die Gelenke 56) verbunden. Die erste verbundene Einheit 54f ist mit der Klemmeinrichtung 23 der Werkzeugspindel 22 verbunden, während die zweite verbundene Einheit 54s mit der Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 des Roboters 30 innerhalb der Maschine verbunden ist. In der Werkzeugmaschine 10 ist die Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 des Roboters 30 innerhalb der Maschine konfiguriert, so dass sie um ihre Achse Sr drehbar ist.
Wenn es gewünscht ist, einen Bearbeitungspunkt (einen Kontaktpunkt zwischen der Schneidklinge 52e und dem Werkstück 110) in einer axialen Richtung oder einer radialen Richtung des Werkstücks 110 zu bewegen, verschiebt die Steuervorrichtung 34 die Werkzeugspindel 22 und die Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 des Roboters 30 innerhalb der Maschine in der axialen Richtung oder der radialen Richtung des Werkstücks 110. Wenn es erwünscht ist, die Position des Bearbeitungspunkts in einer Umfangsrichtung des Werkstücks 110 zu bewegen, dreht die Steuervorrichtung 34 die Werkzeugspindel 22 und die Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 des Roboters 30 innerhalb der Maschine. Die Rotation der Werkzeugspindel 22 und der Spitze wird über das Universalgelenk 80 zu der Stieleinheit 62 übertragen, wobei sich der Bearbeitungspunkt (die Schneidklinge 52e) in der Umfangsrichtung des Werkstücks 110 bewegt. Wenn es gewünscht ist, die Orientierung der Stieleinheit 62 zu ändern (die Stieleinheit 62 zu neigen), bewegt die Steuereinheit 34 nur eine der Werkzeugspindel 22 und der Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 des Roboters 30 innerhalb der Maschine. Durch das Kombinieren dieser Bewegungen wird es möglich, einen großen Anteil der Innenfläche eines hohlen Werkstücks 110 zu bearbeiten.
Nun wird ein spezifisches Beispiel eines weiteren Unterwerkzeugs 50f bezüglich 9 beschrieben. In der obigen Beschreibung ist ein Abschnitt des Unterwerkzeugs 50 mit dem Roboter 30 innerhalb der Maschine verbunden, wobei aber alternativ der Abschnitt des Unterwerkzeugs 50 anstelle des Roboters 30 innerhalb der Maschine mit einem weiteren beweglichen Element verbunden sein kann. Von verschiedenen Werkzeugmaschinen gibt es z. B. eine Werkzeugmaschine (eine Drehbank), die einen oberen Werkzeughalter 18u und einen unteren Werkzeughalter 18d, der unter dem oberen Werkzeughalter 18u vorgesehen ist, aufweist. In einer derartigen Werkzeugmaschine kann ein Teil des Unterwerkzeugs 50f mit dem oberen Werkzeughalter 18u verbunden sein, während ein weiterer Teil des Unterwerkzeugs 50f mit dem unteren Werkzeughalter 18d verbunden sein kann, wie in 9 gezeigt ist. In 9 umfasst das Unterwerkzeug 50f einen seilförmigen Körper 52f als die Bearbeitungseinheit. In diesem Fall können der obere Werkzeughalter 18u und der untere Werkzeughalter 18d in einer axialen Richtung des seilförmigen Körpers 52f hin und her bewegt werden, um das Werkstück 110 mit dem seilförmigen Körper 52f zu schneiden.
Das Unterwerkzeug 50 kann konfiguriert sein, um unter Verwendung des Roboters 30 innerhalb der Maschine oder anderer Mechanismen automatisch befestigbar oder ablösbar zu sein. In dem Fall des in den 2-4 und 7 gezeigten Unterwerkzeugs kann ein in der Werkzeugmaschine 10 vorgesehener Mechanismus eines ATC (automatischen Werkzeugwechslers) verwendet werden, um die automatische Befestigung/Ablösung des Unterwerkzeugs 50 zu verwirklichen. In diesem Fall wird, wenn das Unterwerkzeug 50 befestigt werden soll, zuerst die erste verbundene Einheit 54f des Unterwerkzeugs 50 unter Verwendung des ATC mit der Werkzeugspindel 22 verbunden. Bei diesem Prozess wird das Unterwerkzeug 50 in einen Zustand gesetzt, in dem es von der Werkzeugspindel 22 herabhängt. In diesem Zustand kann der Roboter 30 innerhalb der Maschine in einen Bereich unter dem Unterwerkzeug 50 bewegt werden, wobei die zweite verbundene Einheit 54s in die Befestigungs-/Ablösungseinheit 32 des Roboters 30 innerhalb der Maschine eingesetzt werden kann. Als eine weitere Konfiguration kann das Unterwerkzeug 50, nachdem das Unterwerkzeug 50 zuerst durch den ATC an dem Roboter 30 innerhalb der Maschine befestigt worden ist, unter Verwendung des Roboters 30 innerhalb der Maschine zu einem Bereich in der Nähe der Werkstückspindel 22 transportiert werden. Wenn in diesem Fall das Unterwerkzeug 50 durch den Roboter 30 innerhalb der Maschine transportiert wird, ist es erwünscht, einen Mechanismus zum Verriegeln des Gelenks 56 zwischen der zweiten verbundenen Einheit 54s und der Bearbeitungseinheit vorzusehen, um eine Fluktuation des Unterwerkzeugs 50 zu verhindern.
Ferner sind alle oben beschriebenen Strukturen lediglich beispielhaft, wobei, solange wie ein Unterwerkzeug mit zwei in der Werkzeugmaschine vorgesehenen beweglichen Elemente verbunden ist und das Unterwerkzeug durch die beiden beweglichen Elemente gehalten ist und bewegt wird, andere Strukturen geeignet geändert werden können. In jedem Fall wird es durch das Verwenden einer Struktur, in der ein Unterwerkzeug mit zwei beweglichen Elementen verbunden ist, möglich, ein Werkzeug, das eine große Größe, ein schweres Gewicht, eine spezielle Form oder eine spezielle Bewegung aufweist, das durch die Werkzeugmaschine des Standes der Technik schwierig zu handhaben gewesen ist, zu handhaben. Im Ergebnis können die Bearbeitungsoperationen, die durch die Werkzeugmaschine des Standes der Technik schwierig zu verwirklichen sind, ermöglicht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017161966 [0001]

Claims

Werkzeugmaschine, die eine Werkzeughalteeinheit und eine Werkstückhalteeinheit enthält, wobei die Werkzeugmaschine umfasst: eine erste Verbindungseinheit, mit der ein Abschnitt eines Unterwerkzeugs, das ein separates Werkzeug von einem Hauptwerkzeug, das durch die Werkzeughalteeinheit allein gehalten ist, ist, abnehmbar verbunden sein kann; eine zweite Verbindungseinheit, mit der ein weiterer Abschnitt des Unterwerkzeugs abnehmbar verbunden sein kann; ein erstes bewegliches Element, das die erste Verbindungseinheit bewegt; ein zweites bewegliches Element, das die zweite Verbindungseinheit bewegt; und einen Controller, der das Antreiben des ersten beweglichen Elements und des zweiten beweglichen Elements steuert, um die Bearbeitung eines Werkstücks durch das Unterwerkzeug auszuführen, das mit der ersten Verbindungseinheit und der zweiten Verbindungseinheit verbunden ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, wobei der Controller eine Speichereinheit umfasst, die Unterwerkzeugdaten speichert, die eine Eigenschaft des Unterwerkzeugs enthalten, und der Controller die durch eine Bedienungsperson angewiesenen Bearbeitungsprogrammdaten interpretiert, um eine Bewegungstrajektorie des Unterwerkzeugs zu berechnen und um die Bewegungen des ersten beweglichen Elements und des zweiten beweglichen Elements basierend auf der Bewegungstrajektorie und den in der Speichereinheit gespeicherten Unterwerkzeugdaten zu steuern.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste bewegliche Element eine Werkzeughalteeinheit ist, die ein rotierendes Werkzeug oder einen Drehbank-Drehmeißel als das Hauptwerkzeug hält, und die erste Verbindungseinheit eine Befestigungseinheit des an der Werkzeughalteeinheit vorgesehenen Hauptwerkzeugs ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite bewegliche Element ein Roboter ist, der in einer Bearbeitungskammer der Werkzeugmaschine vorgesehen ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1-4, wobei der Controller das erste bewegliche Element durch eine Positionssteuerung steuert, die eine Position als ein Steuerziel aufweist, und das zweite bewegliche Element durch eine Kraftsteuerung steuert, die eine Kraft als ein Steuerziel aufweist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Werkzeugmaschine eine erste Werkzeughalteeinheit und eine zweite Werkzeughalteeinheit umfasst, die ein rotierendes Werkzeug oder einen Drehbank-Drehmeißel als ein Hauptwerkzeug halten, und das erste bewegliche Element die erste Werkzeughalteeinheit ist und das zweite bewegliche Element die zweite Werkzeughalteeinheit ist.
Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner umfasst: eine Antriebskraftquelle, die eine Antriebskraft unabhängig von dem ersten beweglichen Element und dem zweiten beweglichen Element erzeugt; und einen Übertragungsmechanismus, der eine durch die Antriebskraftquelle erzeugte Antriebskraft zu einer Bearbeitungseinheit überträgt, die an dem Unterwerkzeug vorgesehen ist, das mit der ersten Verbindungseinheit und der zweiten Verbindungseinheit verbunden ist, wobei ein Werkstück durch die durch die Antriebskraft angetriebene Bearbeitungseinheit bearbeitet wird.
Werkzeug, das mit einem ersten beweglichen Element und einem zweiten beweglichen Element, die in einer Werkzeugmaschine vorgesehen sind, abnehmbar zu verbinden ist, wobei das Werkzeug umfasst: eine erste verbundene Einheit, die abnehmbar mit dem ersten beweglichen Element zu verbinden ist; eine zweite verbundene Einheit, die abnehmbar mit dem zweiten beweglichen Element zu verbinden ist; und eine Bearbeitungseinheit, die mit einem Werkstück in Kontakt gelangt und das Werkstück bearbeitet.
Werkzeug nach Anspruch 8, das ferner ein Gelenk, das eine Orientierung der Bearbeitungseinheit bezüglich der ersten verbundenen Einheit und/oder der zweiten verbundenen Einheit ändert, zwischen der Bearbeitungseinheit und der ersten verbundenen Einheit und/oder zwischen der Bearbeitungseinheit und der zweiten verbundenen Einheit umfasst.
Steuerprogramm einer Werkzeugmaschine, die die Bearbeitung des Werkstücks durch ein Unterwerkzeug, das mit einem ersten beweglichen Element und einem zweiten beweglichen Element verbunden ist, ausführt, wobei das Programm, wenn es ausgeführt wird, veranlasst: dass eine in der Werkzeugmaschine vorgesehene Speichereinheit die Unterwerkzeugdaten speichert, die eine Eigenschaft des Unterwerkzeugs enthalten; und dass ein Controller, der in der Werkzeugmaschine vorgesehen ist, die durch eine Bedienungsperson angewiesenen Bearbeitungsprogrammdaten interpretiert, um eine Bewegungstrajektorie des Unterwerkzeugs zu berechnen und die Bewegungen des ersten beweglichen Elements und des zweiten beweglichen Elements basierend auf der berechneten Bewegungstrajektorie und den Unterwerkzeugdaten zu steuern.