JP2024504278A - 機械部品を機械加工するためのアセンブリ及び装置 - Google Patents

Abstract

アセンブリ（１００）は、パラレルロボット（１０１）とサーボ主軸（１０２）を備える。パラレルロボット（１０１）は、関節ロボット（３０）の端部フランジ（３０１）に取り付けられ、１つ又は複数の軸を備える。サーボ主軸（１０２）は、パラレルロボット（１０１）に取り付けられ、機械加工工具（１０３）を回転駆動するように構成されている。パラレルロボット（１０１）は、サーボ主軸（１０２）を駆動して、１つ又は複数の軸に沿ってパラレルロボット（１０１）に対して平行移動させるように構成されている。機械加工中、関節ロボット（３０）を特定の位置で静止したままとすることができ、パラレルロボット（１０１）だけがサーボ主軸（１０２）を駆動して１つ又は複数の軸に沿って平行移動させる。このように、機械加工精度の条件を満たす状況において、機械加工の柔軟性と剛性を向上させることができる。本開示は、機械部品を機械加工するための装置も開示する。【選択図】図１

Description

本開示の例示的な実施形態は、概して、機械部品の機械加工の分野に関し、より具体的には、機械部品を機械加工するためのアセンブリ及び装置に関する。

フライス加工は、部品を機械加工するための一般的なプロセスである。従来のフライス加工モードでは、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）のフライス盤又はマシニングセンターを用いて機械部品を加工する。フライス加工の間、まず機械部品のブランク品をＣＮＣのフライス盤又はマシニングセンターに固定する。その後、高速回転フライスカッターを用いて、ブランク品において必要な形状及び特徴を切削する。

現在、最も普及しているフライス加工のモードは、フライス加工のマシニングセンターを使用するものである。フライス加工のマシニングセンターは高精度の機械加工を実現することができるが、同時にいくつかの欠点がある。まず、フライス加工のマシニングセンターは操作範囲が限られているため、小・中型の機械部品の加工にしか用いられることができず、アルミワークのような大型の機械部品を加工することができない。第二に、５軸を有するマシニングセンターを使用しない限り、複雑な曲面を有する機械部品を容易に加工することができないが、これは加工効率の低下を招く。第三に、より大きなサイズの機械部品の加工をサポートするには、通常、大規模なマシニングセンター、あるいは門形マシニングセンターが必要になるが、その結果、マシニングセンターのコストが相対的に高くなる。第四に、マシニングセンターは大きな面積を占めるため、他の自動化設備と連携して自動化の生産ラインを実現することが難しい。第５に、マシニングセンターでは、様々な機械部品を加工するために、特別に専用の又はカスタマイズされた治具（fixture tooling）が必要になる。したがって、マシニングセンターの柔軟性は満足できるレベルではない。

もうひとつの一般的なフライス加工モードは、機械部品を切削するために、産業用ロボット（例えば、６軸の関節ロボット）を用いてフライスカッターを保持するというものである。しかし、６軸の関節ロボットには複数の関節が含まれるため、フライス加工中に６軸の関節ロボットの軸が移動又は回転すると、６軸の関節ロボットの剛性が低下することになる。この場合、６軸の関節ロボットによるフライス加工の精度に悪影響を及ぼす。

このため、機械部品のフライス加工のための改良された解決手段が必要とされている。

上述の問題に鑑み、本開示の例示的な実施形態は、機械部品を機械加工するためのアセンブリ及び装置を提供して、部品の機械加工プロセスの難しさ及びコストを低減し、部品の機械加工プロセスの効率、柔軟性及び剛性を向上させる。

第１の態様において、本開示の例示的な実施形態は、機械部品を機械加工するためのアセンブリを提供する。当該アセンブリは、関節ロボットの端部フランジに取り付けられ、１つ又は複数の軸を備えるパラレルロボットと、パラレルロボットに取り付けられ、機械加工工具を回転駆動するように構成されたサーボ主軸と、を備える。パラレルロボットは、サーボ主軸を駆動して、前記１つ又は複数の軸に沿ってパラレルロボットに対して平行移動させるように構成されている。これらの実施形態では、関節ロボットは、機械部品の機械加工中、機械部品の特定の機械加工位置に対して静止を保持できるとともに、パラレルロボットだけがサーボ主軸を駆動して前記１つ又は複数の軸に沿って平行移動させる。その後、機械加工工具は、機械部品の特定の機械加工位置で必要な形状及び特徴を切削することができる。このように、機械加工精度が要求を満たす状況において、高い柔軟性と剛性で機械部品を加工することができる。

いくつかの実施形態において、パラレルロボットは単軸ロボットである。単軸ロボットは、サーボ主軸を駆動して、パラレルロボットに対して所定の軸に沿って平行移動させるように構成されている。これらの実施形態では、機械部品に対して必要な形状及び特徴を切削するために、パラレルロボットは、関節ロボットが静止したままの状態で、サーボ主軸を駆動して所定の軸に沿って平行移動させることができる。

いくつかの実施形態において、パラレルロボットは直交ロボットである。直交ロボットは、サーボ主軸を駆動して、互いに垂直な３つの軸に沿ってパラレルロボットに対して平行移動させるように構成されている。これらの実施形態では、機械部品に対して必要な形状及び特徴を切削するために、パラレルロボットは、関節ロボットが静止したままの状態で、サーボ主軸を駆動して、３軸のうちの１つ又は複数に沿って平行移動させることができる。

いくつかの実施形態において、当該アセンブリは機械加工工具をさらに備える。当該機械加工工具は、サーボ主軸によって保持され、サーボ主軸の駆動により回転するように構成されている。

いくつかの実施形態において、機械加工工具は、穴あけ工具又はフライス工具を備える。これらの実施形態では、機械加工の精度が要求を満たす状況において、高い柔軟性と剛性で機械部品のフライス加工又は穴あけ加工をすることができる。

第２の態様において、本開示の例示的な実施形態は、機械部品を機械加工するための装置を提供する。当該装置は、端部フランジを備える関節ロボットと、本開示の第１の態様にかかるアセンブリとを備え、パラレルロボットは、端部フランジに配置されている。本開示の第２の態様にかかる装置は、本開示の第１の態様にかかるアセンブリと同様の利点を提供し得る。

いくつかの実施形態において、関節ロボットは６軸の関節ロボットである。

いくつかの実施形態において、当該装置は位置決め装置をさらに備える。当該位置決め装置は、関節ロボットの近くに配置されており、機械加工される機械部品を保持し、機械部品の向きを調整するように構成されている。これらの実施形態では、機械部品を固定する位置決め装置を用いることにより、関節ロボットのアクセス性を高めることができる。

いくつかの実施形態において、当該装置は工具交換装置をさらに備える。当該工具交換装置は、サーボ主軸によって保持される機械加工工具を交換するように構成されている。これらの実施形態では、サーボ主軸によって保持される機械加工工具は、異なる用途のために、又は異なるタイプの穴に対して、自動的に交換されることができる。

いくつかの実施形態において、当該装置は潤滑装置をさらに備える。当該潤滑装置は、機械加工工具に潤滑剤を供給するように構成されている。これらの実施形態では、潤滑装置によって供給される潤滑剤は、機械加工工具を摩耗から保護することができるだけでなく、機械加工工具の過熱を防止することができる。

本明細書に記載された図面は、本開示をさらに説明するために提供され、本開示の一部を構成する。本開示の例示的な実施形態及びその説明は、本開示を説明するためのものであり、本開示を不当に限定するものではない。

本開示の実施形態にかかる、機械部品を機械加工するための装置の透視図を示す。 図１に示す機械部品を機械加工するための装置の部分的な概略図を示す。 本開示の実施形態にかかる、機械部品を機械加工するための装置のブロック図を示す。 本開示の実施形態にかかる、機械部品を固定するための位置決め装置の模式図を示す。

添付図面全体を通して、同一又は類似の参照符号は、同一又は類似の構成要素を示すために用いられている。

次に、図面に示されたいくつかの例示的実施形態を参照して、本開示の原理を説明する。図面には本開示の例示的な実施形態が示されているが、これらの実施形態の記述は、当業者がより適切に理解することで本開示を実現しやすくするためのものにすぎず、本開示の範囲をいかなる形でも限定するものではないことを理解されたい。

用語「備える」（comprise）又は「含む」（include）及びその変形は、「…を含むが、これらに限定されない」という意味の開放式の用語であると解釈される。用語「又は」は、文脈で明確に示される場合を除き、「及び／又は」と解釈される。用語「…に基づいて」は、「少なくとも部分的に基づく」と解釈される。用語「操作可能」とは、機能、動作、動き、又は状態が、ユーザ又は外部機構による操作によって実現可能であることを指す。用語「１つの実施形態」及び「一実施形態」は、「少なくとも１つの実施形態」と解釈される。用語「別の実施形態」は、「少なくとも１つの他の実施形態」と解釈される。用語「第１」、「第２」等は、異なるか又は同一の対象を示してもよい。以下の文中では、その他の明確な定義及び暗黙の定義が含まれ得る。用語の定義は、文脈で明確に示される場合を除き、明細書全体を通して一貫している。

本開示の実施形態では、マシニングセンターの典型的な欠点と、６軸の産業用ロボットを独立して用いた場合の限界を打破するために、機械部品を機械加工するためのアセンブリ及び装置を提供して、部品の機械加工プロセスの難しさ及びコストを低減し、部品の機械加工プロセスの効率、柔軟性及び剛性を向上させる。以下の段落で詳しく説明するように、上述の構想は、様々な方法で実施することができる。

以下では、図１乃至図４を参照して、本開示の原理を詳細に説明する。

まず図１及び図２を参照すると、図１は、本開示の実施形態にかかる、機械部品を機械加工するための装置２００の透視図を示す。また、図２は、図１に示す機械部品を機械加工するための装置２００の部分的な概略図を示す。図１と図２に示すように、本明細書に記載された装置２００は、通常、関節ロボット３０と、機械部品を機械加工するためのアセンブリ１００とを備える。アセンブリ１００は関節ロボット３０の端部フランジ３０１に取り付けられる。

いくつかの実施形態において、関節ロボット３０は６軸の関節ロボットである。６軸の関節ロボットは６つの自由度を提供し得る。アセンブリ１００は、６軸の関節ロボットの端部フランジ３０１に取り付けられる。６軸の関節ロボットは、関節ロボット３０の例示的な実施形態にすぎず、本開示の範囲に関するいかなる限定も示唆しないことを理解されたい。他の実施形態では、他のタイプの関節ロボット３０を用いることが可能である。

いくつかの実施形態において、図１と図２に示すように、アセンブリ１００は、パラレルロボット１０１、サーボ主軸１０２、及び機械加工工具１０３を備える。パラレルロボット１０１は関節ロボット３０の端部フランジ３０１に取り付けられている。パラレルロボット１０１は１つ又は複数の軸を備え、それによって前記１つ又は複数の軸に沿った平行移動を可能にする。サーボ主軸１０２は、パラレルロボット１０１に取り付けられ、パラレルロボット１０１に対して（すなわち、関節ロボット３０の端部フランジ３０１に対して）前記１つ又は複数の軸に沿って平行移動するように、パラレルロボット１０１によって駆動されてもよい。機械加工工具１０３は、サーボ主軸１０２によって保持され、サーボ主軸１０２の駆動により回転することができる。

本開示の実施形態によれば、関節ロボット３０は、機械部品の機械加工中、機械部品の特定の機械加工位置に対して静止を保持できるとともに、パラレルロボット１０１だけがサーボ主軸１０２を駆動して前記１つ又は複数の軸に沿って平行移動させる。この解決手段は、反作用力の副作用をもたらす外力が装置２００の伝達機構に与える動的な影響を理想的に低減した。その後、機械加工工具１０３は、機械部品の特定の機械加工位置で必要な形状及び特徴を切削することができる。このようにして、機械部品を高い柔軟性と剛性で加工することができる。

また、関節ロボット３０をアセンブリ１００と共に使用することにより、装置２００は、フライス加工や穴あけ加工等、複雑な曲面又は異なる厚さを有する機械部品の加工に適している。

さらに、装置２００では、機械部品の従来の機械加工プロセスにおけるカスタマイズされた装置の複雑さと高コストに関する問題が解決される。したがって、適用性、汎用性、及び経済性がより高く、操作の難しさとコストが大幅に低減される。

さらに、装置２００の機械加工の精度は要求を満たし得る。例えば、装置２００を用いてねじ穴をあける場合、ねじ穴の穴あけの精度は約－０．１ｍｍ～＋０．１ｍｍである。

いくつかの実施形態において、図２に示すように、パラレルロボット１０１は単軸ロボットであり、サーボ主軸１０２を駆動して、パラレルロボット１０１に対して所定の軸Ｘに沿って平行移動させるように構成されている。これらの実施形態では、機械部品に対して円形穴又はねじ穴等の必要な形状及び特徴を切削するために、パラレルロボット１０１は、関節ロボット３０が静止したままの状態で、サーボ主軸１０２を駆動して所定の軸Ｘに沿って平行移動させることができる。

いくつかの実施形態において、パラレルロボット１０１は直交ロボットであり、サーボ主軸１０２を駆動して、互いに垂直な３つの軸に沿ってパラレルロボット１０１に対して平行移動させるように構成されている。これらの実施形態では、機械部品に対してウエスト形状の穴等の必要な形状及び特徴を切削するために、パラレルロボット１０１は、関節ロボット３０が静止したままの状態で、サーボ主軸１０２を駆動して、これら３軸のうちの１つ又は複数に沿って平行移動させることができる。

単軸ロボット及び直交ロボットはパラレルロボット１０１の例示的な実施形態にすぎず、本開示の範囲に対するいかなる限定も示唆しないことを理解されたい。他の実施形態では、パラレルロボット１０１は、例えば、互いに直交する２つの軸を備える他のタイプのものであってもよい。

本開示の実施形態によれば、サーボ主軸１０２は、機械部品に対して必要な形状及び特徴を切削するために、機械加工工具１０３を高速で回転するように駆動することができる。サーボ主軸１０２は、従来の、又は将来的に利用可能な様々な構造であってもよい。本開示の範囲がこの点で限定されることは意図していない。

実施形態において、機械加工工具１０３は、機械部品に対しフライスプロセスを実施するためにフライス工具を備える。別の実施形態では、機械加工工具１０３は、機械部品に対し穴あけプロセスを実施するために穴あけ工具を備える。フライス工具及び穴あけ工具は、機械加工工具１０３の例示的な実施態様にすぎず、本開示の範囲に対するいかなる限定も示唆するものではないことを理解されたい。他の実施形態では、機械加工工具１０３は他のタイプであってもよい。

いくつかの実施形態では、アセンブリ１００は、関節ロボット３０に取り付けられるのではなく、別体として提供されてもよいことを理解されたい。すなわち、アセンブリ１００は、独立して製造又は販売されてもよいが、機械部品に対し機械加工プロセスを実施する必要がある場合に、当該アセンブリを関節ロボット３０の端部フランジ３０１に取り付けることができる。また、アセンブリ１００の製造時又は販売時には、機械加工工具１０３をアセンブリ１００に設けなくてもよいが、ユーザが実際の必要に応じて、対応する機械加工工具１０３をサーボ主軸１０２に取り付けることができることを理解されたい。

図３は、本開示の実施形態にかかる、機械部品を機械加工するための装置２００のブロック図を示す。図３に示すように、図１と図２を参照して上述した関節ロボット３０及びアセンブリ１００以外に、装置２００は、以下で詳細に説明するように、いくつかの他の装置／要素をさらに備える。

いくつかの実施形態において、図３に示すように、装置２００は、機械加工される機械部品３３を保持するように構成された位置決め装置３４をさらに備える。位置決め装置３４は、機械加工工具１０３が機械部品３３に達することができるように、関節ロボット３０の近くに配置することができる。位置決め装置３４は、機械加工プロセス中に機械部品３３の向きを調整することができる。例えば、機械部品３３は、その一方側の機械加工が完了すると、位置決め装置３４により回転して、他方側を機械加工工具１０３により加工することができる。これらの実施形態では、機械部品３３を固定し機械部品３３の向きを調整する位置決め装置３４を用いることにより、関節ロボット３０のアクセス性を高めることができる。

図４は、本開示の実施形態にかかる、機械部品３３を固定するための位置決め装置３４の模式図を示す。図４に示すように、位置決め装置３４は、機械部品３３の両側から機械部品３３を挟持することができる。他の実施形態では、位置決め装置３４が機械部品３３を他の方法で支持してもよいことを理解されたい。本開示の範囲がこの点で限定されることは意図していない。

いくつかの実施形態では、装置２００は、２つの関節ロボット３０と、この２つの関節ロボット３０の端部フランジ３０１に取り付けられた対応するアセンブリ１００とを備えてもよい。このような配置の場合、関節ロボット３０及び対応するアセンブリ１００のうちの一方を、機械部品３３の一方側を加工するために用い、関節ロボット３０及び対応するアセンブリ１００のうちの他方を、機械部品３３の他方側を加工するために用いることができる。他の実施形態では、装置２００は、２つ以上の関節ロボット３０及び対応するアセンブリ１００を備えてもよいことを理解されたい。本開示の範囲がこの点で限定されることは意図していない。

いくつかの実施形態において、図３に示すように、装置２００は工具交換装置３６をさらに備える。当該工具交換装置は、サーボ主軸１０２によって保持される機械加工工具１０３を交換するように構成されている。工具交換装置には、サーボ主軸１０２で使用されるために、異なる種類の機械加工工具を配置してもよい。これらの実施形態では、サーボ主軸１０２によって保持される機械加工工具１０３は、異なる用途のために、又は異なるタイプの穴に対して、自動的に交換されることができる。

いくつかの実施形態において、図３に示すように、装置２００は潤滑装置３５をさらに備え、当該潤滑装置は、機械加工工具１０３に潤滑剤を供給するように構成されている。例えば、潤滑装置３５は、微少量潤滑（ＭＱＬ：minimal quantity lubrication）装置を備えてもよい。機械部品の機械加工プロセスの間、潤滑剤を機械加工工具１０３に噴射することができる。これらの実施形態では、潤滑装置３５によって供給される潤滑剤は、機械加工工具１０３を摩耗から保護することができるだけでなく、機械加工工具１０３の過熱を防止することができる。また、潤滑剤を供給することで、機械部品の機械加工速度を上げることができる。

いくつかの実施形態において、図３に示すように、装置２００は、関節ロボット３０と通信するロボットコントローラ３１をさらに備える。関節ロボット３０のアームの動きは、運動学的及び動力学的な制御を含めロボットコントローラ３１によって制御される。例えば、ロボットコントローラ３１は、関節ロボット３０のアームの移動速度、位置、加速度を制御することができる。

いくつかの実施形態において、図３に示すように、装置２００は、ロボットコントローラ３１と通信するプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）３２をさらに備える。機械加工のプロセスの全体がＰＬＣ３２によって制御される。具体的には、関節ロボット３０、パラレルロボット１０１、サーボ主軸１０２、潤滑装置３５、及びその他の電気又は電子機器の操作は、ＰＬＣ３２によって制御される。

理解すべき点として、上記で詳述した本開示の実施形態は、本開示の原理の例示・説明又は解釈を目的としており、本開示を限定するためのものではない。したがって、本開示の精神及び範囲から逸脱しない状況でのいかなる修正、均等置換、改良等、いずれも、本開示の保護範囲に含まれるものとする。また、本開示の添付の特許請求の範囲は、特許請求の範囲及び境界、又は範囲及び境界の均等物に属する全ての変形及び修正を網羅するものである。

Claims (10)

1. 関節ロボット（３０）の端部フランジ（３０１）に取り付けられ、１つ又は複数の軸を備えるパラレルロボット（１０１）と、
   前記パラレルロボット（１０１）に取り付けられ、機械加工工具（１０３）を回転駆動するように構成されたサーボ主軸（１０２）と、
   を備え、
   前記パラレルロボット（１０１）は、前記サーボ主軸（１０２）を駆動して、前記１つ又は複数の軸に沿って前記パラレルロボット（１０１）に対して平行移動させるように構成されている、
   機械部品（３３）を機械加工するためのアセンブリ（１００）。
2. 前記パラレルロボット（１０１）は単軸ロボットであり、
   前記単軸ロボットは、前記サーボ主軸（１０２）を駆動して、所定の軸に沿って前記パラレルロボット（１０１）に対して平行移動させるように構成されている、
   請求項１に記載のアセンブリ（１００）。
3. 前記パラレルロボット（１０１）は直交ロボットであり、
   前記直交ロボットは、前記サーボ主軸（１０２）を駆動して、互いに垂直な３つの軸に沿って前記パラレルロボット（１０１）に対して平行移動させるように構成されている、
   請求項１に記載のアセンブリ（１００）。
4. 前記機械加工工具（１０３）をさらに備え、
   前記機械加工工具は、前記サーボ主軸（１０２）によって保持され、前記サーボ主軸（１０２）の駆動により回転するように構成されている、
   請求項１に記載のアセンブリ（１００）。
5. 前記機械加工工具（１０３）は、穴あけ工具又はフライス工具を備える、
   請求項４に記載のアセンブリ（１００）。
6. 端部フランジ（３０１）を備える関節ロボット（３０）と、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のアセンブリ（１００）と、
   を備え、
   前記パラレルロボット（１０１）は、前記端部フランジ（３０１）に配置されている、
   機械部品（３３）を機械加工するための装置（２００）。
7. 前記関節ロボット（３０）は６軸の関節ロボットである、
   請求項６に記載の装置（２００）。
8. 前記関節ロボット（３０）の近くに配置された位置決め装置（３４）をさらに備え、
   前記位置決め装置（３４）は、機械加工される前記機械部品（３３）を保持し、前記機械部品（３３）の向きを調整するように構成されている、
   請求項６に記載の装置（２００）。
9. 前記サーボ主軸（１０２）によって保持される前記機械加工工具（１０３）を交換するように構成された工具交換装置（３６）をさらに備える、
   請求項６に記載の装置（２００）。
10. 前記機械加工工具（１０３）に潤滑剤を供給するように構成された潤滑装置（３５）をさらに備える、
    請求項６に記載の装置（２００）。