KR20170127369A

KR20170127369A - 공작기계

Info

Publication number: KR20170127369A
Application number: KR1020170058047A
Authority: KR
Inventors: 쇼이치 모리무라
Original assignee: 오쿠마 가부시키가이샤
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2017-05-10
Publication date: 2017-11-21
Also published as: DE102017109360A1; CN107363838B; TWI686263B; JP2017202548A; US10307877B2; TW201808519A; KR102431825B1; US20170326700A1; JP6735149B2; CN107363838A

Abstract

공구(100)에 의해 공작물(110)을 가공하는 공작기계(10)는, 상기 공작물(110)을 규정의 공작물 회전축(Rw)을 중심으로 해서 회전가능하게 홀딩하는 공작물 주축장치(14)와, 1 이상의 기계 내 로봇(20)과, 상기 1 이상의 기계 내 로봇(20)이 상기 공작물 회전축(Rw)을 중심으로 해서 상기 공작물(110)과는 독립적으로 이동하도록, 상기 1 이상의 기계 내 로봇(20)을 상기 공작기계(10)에 장착하는 연결기구(40)를 구비한다.

Description

공작기계{MACHINE TOOL}

본 명세서에서는 공구에 의해 공작물을 가공하는 공작기계를 개시한다.

최근, 공작기계의 자동화나 고성능화에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다. 자동화를 실현시키기 위해서, 공구를 자동적으로 교환하기 위한 자동 공구 교환장치(ATC)나, 공작물이 탑재된 팰릿을 자동적으로 교환하는 자동 팰릿 교환장치(APC) 등과 같은 자동교환장치가 제안되고 있다. 또, 로더나 바 피더 등과 같은 공작물 공급장치 등의 주변 장치도 널리 알려져 있다. 또, 고성능화를 실현시키기 위해서 센서를 사용한 기계 내 계측이나 지능화 등이 수행되고 있다.

또, 공작기계의 자동화나 고성능화를 도모하기 위해서, 일부에서는 로봇을 이용하는 것이 제안되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는 공작기계의 외부에 설치된 로봇을 사용해서 공작기계로의 공작물의 착탈을 실시하는 기술이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 2에는 공작기계의 상부에 장착된 갠트리 레일 위로 주행하는 다관절 로봇을 설치하고, 당해 다관절 로봇으로 복수의 공작기계 사이의 공작물의 반송 등을 실시하는 기술이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 3, 4에는 파지기의 개폐 동작에 의해 공작물의 반송을 실시하는 공작물의 반송구가 개시되어 있다. 이 반송구는 암 형상이고, 본체 기능상자에 장착되어 있다. 또, 당해 본체 기능상자는 주축을 지지하는 주축 헤드의 우측부에 설치되어 있다. 반송구는 주축의 장축과 거의 직교하는 축 주위로 선회 가능하게 되어 있다. 그리고 반송구는 선회함으로써, 그 암이 거의 수평이 되는 상태와, 거의 수직이 되는 상태로 변화될 수 있도록 되어 있다.

일본 공개특허공보 2010-36285호 일본 공개특허공보 2010-64158호 일본 공개특허공보 H05-301141호 일본 공개특허공보 H05-301142호

그렇지만, 종래의 기술에서는 다양한 위치·자세로 공작물에 액세스할 수 있는 로봇은 얻을 수 없었다. 즉, 통상, 공작기계의 본체부는 안전성이나 환경성 등에 대한 대응으로 커버로 덮어진다. 따라서 특허문헌 1, 2와 같이, 공작기계의 본체부 이외의 부분에 설치된 로봇을 사용해서 가공실의 내부에 액세스하려고 하면, 가공실의 도어를 열 필요가 있다. 그 때문에 특허문헌 1, 2의 로봇에서는 공작물을 가공하지 않을 때에 공작물의 착탈 등을 실시할 수는 있다. 그러나, 가공 중, 즉, 가공실의 도어를 닫은 상태에 있어서는 로봇이 공작물에 액세스 할 수 없다. 그 결과, 특허문헌 1, 2의 기술에서는 로봇의 용도가 한정되고 있었다.

특허문헌 3, 4과 같이, 반송구 등의 로봇을 회전 공구를 자전 가능하게 홀딩하는 주축헤드에 고정하는 기술도 있다. 이러한 기술에 의하면, 가공실의 도어를 닫은 상태에서도 로봇이 공작물이나 공구에 액세스할 수 있다. 그러나, 특허문헌 3, 4의 반송구는 주축헤드에 고착되고 있기 때문에 공작물로의 액세스성이 나빴다.

공작물로의 액세스성을 높이기 위해서, 공작물의 근방에 로봇을 배치하는 것도 생각할 수 있다. 그러나 로봇을 공작물 근방에 고착한 것만의 구성의 경우에 있어서 여러 방향으로부터 공작물에 액세스 가능하게 하려고 하면, 로봇 그 자체의 가동 범위를 크게 하고, 또, 자유도를 크게 할 필요가 있다. 그러나, 그것을 위해서는 로봇의 관절 수를 늘리고, 또, 암을 길게 할 필요가 있다.

그래서, 본 명세서에서는 다른 부재와의 간섭을 방지하면서 여러 방향으부터 공작물에 액세스할 수 있는 로봇을 구비한 공작기계를 개시한다.

본 명세서에서 개시하는 공작기계는 공구에 의해 공작물을 가공하는 공작기계로써, 상기 공작물을 규정의 공작물 회전축을 중심으로 해서 회전가능하게 홀딩하는 회전장치와, 1 이상의 로봇과, 상기 1 이상의 로봇이 상기 공작물 회전축을 중심으로 해서 상기 공작물과는 독립적으로 이동하도록, 상기 1 이상의 로봇을 상기 공작기계에 장착하는 연결기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 로봇은 상기 공구에 의한 상기 공작물의 가공 실행 중에, 상기 공구 및 상기 공작물의 적어도 한쪽에 액세스 가능할 수도 있다.

상기 로봇은 상기 공구에 의한 상기 공작물의 가공 보조, 상기 가공 중에 있어서의 상기 공구 또는 상기 공작물에 관한 센싱, 및, 부가적인 가공의 적어도 하나를 수행할 수도 있다.

상기 로봇은 대상물에 작용하는 1 이상의 엔드 이펙터와, 상기 1 이상의 엔드 이펙터를 지지하는 1 이상의 암과, 상기 1 이상의 암의 단부에 설치되는 1 이상의 관절을 구비한 암 타입 로봇일 수도 있다

상기 공작기계는 선반 또는 원통 연삭기이고, 상기 회전장치는 상기 공작물을 자전 가능하게 홀딩하는 공작물 주축장치일 수도 있다.

상기 공작기계는 밀링 머신 또는 머시닝 센터이고, 상기 회전장치는 상기 공작물이 올려지는 회전 테이블일 수도 있다.

상기 로봇은 상기 연결기구를 통해서 상기 회전장치에 장착될 수도 있다.

상기 공작기계는 선반 또는 원통 연삭기인 경우, 상기 로봇은 상기 공작물 주축장치에 대향해서 배치된 심압대에 상기 연결기구를 통해서 장착될 수도 있다.

본 명세서에서 개시된 공작기계에 의하면, 로봇이 공작물 회전축을 중심으로 해서 이동 가능하게 장착되어 있다. 그 때문에 로봇을 소형화해도, 로봇의 위치 및 자세를 크게 변화시킬 수 있다. 결과적으로 본 명세서에서 개시된 공작기계에 의하면, 로봇과 다른 부재와의 간섭을 방지하면서, 로봇이 여러 방향으로부터 공작물에 액세스할 수 있다.

도 1은 공작기계의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 공작물 주축장치 주변의 확대도이다.
도 3은 공작물 주축장치 주변의 확대도이다.
도 4는 공작물 주축장치 주변의 확대도이다.
도 5는 공작물 주축장치 주변의 확대도이다.
도 6은 공작물 주축장치 주변의 확대도이다.
도 7은 종래의 공작기계에 있어서의 공작물 주축장치 주변의 확대도이다.

이하, 공작기계(10)의 구성에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 도 1은 공작기계(10)의 구성을 나타내는 도면이다. 이하의 설명에서는 공작물 주축(32)의 회전축방향을 Z축, 절삭 공구대(18)의 Z축과 직교하는 이동방향을 X축, X축 및 Z축에 직교하는 방향을 Y축이라 부른다. 또, Z축에 있어서는 공작물 주축(32)으로부터 심압대(16)에 근접하는 방향을 플러스 방향, X축에 있어서는 공작물 주축(32)으로부터 절삭 공구대(18)를 향하는 방향을 플러스 방향, Y축에 있어서는 공작물 주축(32)으로부터 위를 향하는 방향을 플러스 방향으로 한다.

이 공작기계(10)는 자전하는 공작물(110)에 절삭 공구대(18)로 홀딩한 공구(100)를 접촉함으로써, 공작물(110)을 가공하는 선반이다. 공작기계(10)는 NC제어되는 동시에, 복수의 공구(100)를 홀딩하는 터닝 센터라고 불리는 선반이다. 공작기계(10)의 본체부(12)의 주위는 커버(미도시)로 덮어져 있다. 이 커버로 구획되는 공간이 공작물(110)의 가공이 실시되는 가공실이 된다. 커버에는 적어도 하나의 개구부와, 당해 개구부를 개폐하는 도어(모두, 미도시)가 설치되어 있다. 오퍼레이터는 이 개구부를 통해서 공작기계(10)의 본체부(12)나 공작물(110) 등에 액세스한다. 가공 중, 개구부에 설치된 도어는 폐쇄된다. 이것은, 안전성이나 환경성 등을 담보하기 위해서이다.

본체부(12)는 공작물(110)의 일단을 자전 가능하게 홀딩하는 공작물 주축장치(14)와, 공구(100)를 홀딩하는 절삭 공구대(18)와, 공작물(110)의 타단을 지지하는 심압대(16)를 구비하고 있다. 공작물 주축장치(14)는 구동용 모터 등을 내장한 주축 베이스(30)와, 당해 주축 베이스(30)에 장착된 공작물 주축(32)을 구비하고 있다. 공작물 주축(32)은 공작물(110)을 착탈이 자유롭게 홀딩하는 척(33)이나 콜릿을 구비하고 있고, 홀딩하는 공작물(110)을 적당하게, 교환할 수 있다. 또, 공작물 주축(32) 및 척(33)은 수평방향(도 1에 있어서의 Z축 방향)으로 연장되는 공작물 회전축(Rw)을 중심으로 해서 자전한다.

이 공작물 주축장치(14)에는 연결기구(40)를 통해서 기계 내(in-machine) 로봇(20)이 장착되어 있다. 이 기계 내 로봇(20)은 가공의 보조나, 각종 센싱, 보조적 작업 등에 사용할 수 있다. 이 기계 내 로봇(20)의 구성이나 기능에 대해서는 이후에 상세하게 설명한다.

심압대(16)는 Z축방향으로 공작물 주축장치(14)와 대향해서 배치되어 있고, 공작물 주축장치(14)로 홀딩된 공작물(110)의 타단을 지지한다. 심압대(16)는 그 중심축이 공작물 회전축(Rw)과 일치하는 위치에 설치되어 있다. 심압대(16)에는 선단이 원추형으로 뾰족한 센터가 장착되어 있고, 가공 중에는 당해 센터의 선단을 공작물(110)의 중심점에 접촉시킨다. 심압대(16)는 공작물(110)에 대해서 근접/떨어질 수 있도록 Z축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

절삭 공구대(18)는 공구(100) 예를 들면, 바이트라 불리는 공구를 홀딩한다. 이 절삭 공구대(18)는 Z축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 또, 절삭 공구대(18)는 X축 방향으로 연장되는 가이드 레일에 올려져 있고, X축 방향으로도 진퇴 가능하게 되어 있다. 절삭 공구대(18)의 선단에는 복수의 공구(100)를 홀딩 가능하는 터릿(36)이 설치되고 있다. 이 터릿(36)은 Z축방향으로 연장되는 축을 중심으로 해서 회전 가능하게 되어 있다. 그리고 터릿(36)이 회전함으로써, 공작물(110)의 가공에 사용되는 공구(100)가 적당하게 변경될 수 있다. 절삭 공구대(18)를 Z축 방향으로 이동함으로써, 이 터릿(36)에 홀딩된 공구(100)는 Z축 방향으로 이동한다. 또, 절삭 공구대(18)를 X축 방향으로 이동시킴으로써, 이 터릿(36)에 홀딩된 공구(100)는 X축 방향으로 이동한다. 그리고 절삭 공구대(18)를 X축 방향으로 이동시킴으로써, 공구(100)에 의한 공작물(110)의 커팅량 등을 변경할 수 있다.

제어장치(34)는 오퍼레이터로부터의 지시에 따라서 공작기계(10)의 각부 구동을 제어한다. 이 제어장치(34)는, 예를 들면, 각종 연산을 실시하는 CPU와, 각종 제어프로그램이나 제어 파라미터를 기억하는 메모리로 구성된다. 또, 제어장치(34)는 통신기능을 가지고 있고, 다른 장치와의 사이에서 각종 데이터, 예를 들면, NC프로그램 데이터 등을 주고받을 수 있다. 이 제어장치(34)는 예를 들면, 공구(100)나 공작물(110)의 위치를 수시 연산하는 수치제어장치를 포함할 수도 있다. 또, 제어장치(34)는 단일 장치일 수도 있고, 복수의 연산장치를 조합시켜서 구성될 수도 있다.

다음에, 공작물 주축장치(14)에 장착된 기계 내 로봇(20)에 대해서 도 2∼도 6을 참조해서 설명한다. 도 2∼도 6은 기계 내 로봇(20)주변의 사시도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 기계 내 로봇(20)은 복수의 암(42a∼42d)과, 복수의 관절(44a∼44d)을 가진 암 타입 로봇이고, 다관절 로봇이다. 이 기계 내 로봇(20)은 상술한 바와 같이, 연결기구(40)를 통해서 주축 베이스(30)의 외주 주위에 장착되어 있다. 도 2에서는 주축 베이스(30)의 대부분은 하우징으로 숨겨져 있지만, 주축 베이스(30)는 Z축 방향으로 연장되는 거의 원통형이다. 연결기구(40)는 이 주축 베이스(30)의 외주 주위를 감싸는 것 같은 거의 환상체이다. 연결기구(40)는 베어링을 통해서 주축 베이스(30)에 장착된 중공 회전 관절을 구비하고 있다. 이 연결기구(40)는 주축 베이스(30)에 대해서 회전 가능하게 되어 있고, 그 회전 중심은 공작물 회전축(Rw)과 일치하고 있다. 연결기구(40)에는 추가로, 모터 등의 액추에이터가 장착되고 있고, 이 액추에이터의 구동은 제어장치(34)에 의해 제어된다.

기계 내 로봇(20)은 제1∼제4 암(42a∼42d) (이하, 제1∼제3을 구별하지 않는 경우에는, 수 표시의 알파벳을 생략하고 「암」이라고만 말한다. 다른 부재에 있어서도 동일하다.)과, 이것들의 단부에 설치된 제1∼제4 관절(44a∼44d)과, 엔드 이펙터(46)를 구비하고 있다. 제1 암(42a)의 기단은 제1 관절(44a)을 통해서 연결기구(40)에, 제2 암(42b)의 기단은 제2 관절(44b)을 통해서 제1 암(42a)의 선단에, 제3 암(42c)의 기단은 제3 관절(44c)을 통해서 제2 암(42b)의 선단에, 제4 암(42d)의 기단은 제4 관절(44d)을 통해서 제3 암(42c)의 선단에 각각 접속되어 있다. 제1∼제4 관절(44a∼44d)은 모두 소정의 요동축을 가지고 있고, 각 암(42)은 당해 요동축을 중심으로 해서 요동한다. 제1∼제4 관절(44a∼44d)에는 모터 등의 액추에이터가 장착되어 있고, 이 액추에이터의 구동은 제어장치(34)에 의해 제어된다. 제어장치(34)는 연결기구(40) 및 각 관절(44a∼44d)에 설치된 액추에이터의 구동량으로부터 후술하는 엔드 이펙터(46)의 위치를 산출한다.

제4 암(42d)의 선단에는 대상물에 작용하는 엔드 이펙터(46)가 설치되어 있다. 엔드 이펙터(46)는 약간의 효과를 발휘하는 것이라면, 특별하게 한정되지 않는다. 따라서 엔드 이펙터(46)는 예를 들면, 대상물이나 대상물의 주변환경에 관한 정보를 센싱하는 센서로 할 수 있다. 이 경우, 엔드 이펙터(46)는 예를 들면, 대상물으로의 접촉의 유무를 검지하는 접촉 센서나, 대상물까지의 거리를 검지하는 거리 센서, 대상물의 진동을 검지하는 진동 센서, 대상물로부터 부가되는 압력을 검지하는 압력센서, 대상물의 온도를 검지하는 센서 등으로 할 수 있다. 이것들 센서에서의 검지 결과는 연결기구(40) 및 관절(44a∼44d)의 구동량으로부터 산출되는 엔드 이펙터(46)의 위치정보와 관련되어 기억되고, 해석된다. 예를 들면, 엔드 이펙터(46)가 접촉 센서인 경우, 제어장치(34)는 대상물로의 접촉을 검지한 타이밍과, 그 때의 위치정보에 의거해서 대상물의 위치나 형상, 움직임을 해석한다.

또, 별도의 형태로서, 엔드 이펙터(46)는 대상물을 홀딩하는 홀딩 기구로 할 수도 있다. 홀딩의 형식은 한 쌍의 부재로 대상물을 파지하는 핸드 형식일 수도 있고, 대상물을 흡인 홀딩하는 형식일 수도 있고, 자력 등을 이용해서 홀딩하는 형식 등일 수도 있다. 도 2∼도 6에는 핸드 형식의 엔드 이펙터(46)를 예시하고 있다. 또, 별도의 형태로서 엔드 이펙터(46)는 대상물을 가압하는 가압기구일 수도 있다. 예를 들면, 엔드 이펙터(46)를 공작물(110)에 밀어 부쳐서 당해 공작물(110)의 진동을 억제하는 롤러 등 일 수도 있다.

또, 별도의 형태로서, 엔드 이펙터(46)는 가공을 보조하기 위한 유체를 출력하는 장치일 수도 있다. 구체적으로는 엔드 이펙터(46)는 절삭분을 불어 날려버리기 위한 에어나, 공구(100) 또는 공작물(110)을 냉각하기 위한 냉각용 유체(절삭유나 절삭수 등)을 방출하는 장치일 수도 있다. 또, 엔드 이펙터(46)는 공작물 조형을 위해서 에너지 또는 재료를 방출하는 장치일 수도 있다. 따라서 엔드 이펙터(46)는 예를 들면, 레이저나 아크를 방출하는 장치일 수도 있고, 적층 조형을 위해서 재료를 방출하는 장치일 수도 있다. 추가로 별도의 형태로서, 엔드 이펙터(46)는 대상물을 촬영하는 카메라일 수도 있다. 이 경우, 카메라에서 얻은 영상을 조작 패널 등에 표시할 수도 있다.

또, 엔드 이펙터(46)가 작용하는 대상물은 가공실 내에 있는 것이라면, 특별하게 한정되지 않는다. 따라서 대상물은 공작물 주축장치(14)에 홀딩되어 있는 공작물(110)일 수도 있고, 절삭 공구대(18)에 홀딩되는 공구(100)일 수도 있다. 또, 대상물은 공구(100) 및 공작물(110) 이외의 것, 예를 들면, 가공실 내로 비산한 절삭분이나, 공작물(110)에 조립되는 부품, 공작기계(10)의 구성부품(공작물 주축(32)의 척(33) 등)일 수도 있다.

또, 상술한 설명에서는 엔드 이펙터(46)의 개수를 하나로 하고 있지만, 엔드 이펙터(46)의 개수는 하나로 한정되지 않고, 복수일 수도 있다. 또, 엔드 이펙터(46)는 적어도, 기계 내 로봇(20)에 설치되어 있으면 좋고, 그 설치위치는 다관절 암의 선단에 한정되지 않고, 다관절 암의 도중에 설치되어서 있을 수도 있다.

다음에, 전술한 바와 같은 기계 내 로봇(20)의 움직임에 대해서 설명한다. 공작물(110)을 가공할 때는, 공작물 주축장치(14)로 공작물(110)을 자전시키면서, 당해 공작물(110)에 절삭 공구대(18)로 홀딩된 공구(100)를 댄다. 공작물 주축장치(14)에 장착된 기계 내 로봇(20)은 필요에 따라서, 가공의 보조나, 센싱, 보조적 작업 등을 실시한다. 이때, 기계 내 로봇(20)은 필요에 따라서, 연결기구(40) 및 각 관절(44)을 움직여서 엔드 이펙터(46)의 위치 및 자세를 변화시킨다. 특히, 도시예에서는 엔드 이펙터(46)가 대상물에 액세스할 때의 위치나 방향에 따라서, 기계 내 로봇(20)을 공작물 회전축(Rw)을 중심으로 해서 회전시킬 수 있다. 다른 표현을 하자면, 기계 내 로봇(20)은 공작물 회전축(Rw)을 중심으로 해서, 공작물 주축(32)의 주위를 이동할 수 있다. 또, 이하의 설명에 있어서, 「액세스한다」란 기계 내 로봇(20)이 기계 내 로봇(20)의 동작 목적을 달성할 수 있는 위치까지 대상물에 접근하는 것을 의미한다. 따라서 기계 내 로봇(20)의 엔드 이펙터(46)가 접촉해서 온도를 검지하는 온도센서인 경우, 「액세스한다」란 당해 엔드 이펙터(46)가 대상물에 접촉하는 위치까지 접근하는 것이다. 또, 엔드 이펙터(46)가 비접촉으로 온도를 검지하는 온도센서인 경우, 「액세스한다」란 당해 엔드 이펙터(46)가 대상물의 온도를 검지할 수 있는 위치까지 대상물에 접근하는 것이다.

엔드 이펙터(46)를 공작물 주축(32)의 근방에 위치하는 대상물(예를 들면 공작물(110))에, X축 방향 마이너스측으로부터 액세스시키고 싶은 경우, 도 2에 나타내고 있는 바와 같이 제1 암(42a)이 공작물 주축(32)보다도, X축 방향 마이너스측에 위치하도록, 연결기구(40)를 회전시킨다. 그리고 그 상태에서, 엔드 이펙터(46)가 대상물에 액세스하도록 각 관절(44)을 구동한다. 한편, 엔드 이펙터(46)를 공작물 주축(32)의 근방에 위치하는 대상물(예를 들면 공작물(110))에, 연직방향 상측으로부터 액세스시키고 싶은 경우, 도 3에 나타내고 바와 같이 제1 암(42a)이 공작물 주축(32)보다도, 연직방향 상측에 위치하도록 연결기구(40)를 회전시킨다. 그리고 그 상태에서 엔드 이펙터(46)가 대상물에 액세스하도록 각 관절(44)을 구동한다.

이러한 기계 내 로봇(20)은 여러 용도로 사용할 수 있다. 예를 들면, 기계 내 로봇(20)은 공작물(110)을 가공하고 있는 사이, 당해 가공을 보조할 수도 있다. 구체적으로는 도 2에 나타내고 있는 바와 같이, 예를 들면, 기계 내 로봇(20)은 가공 중, 공작물(110) 및 공구(100)의 적어도 한쪽을 지지한다. 또, 가공 중, 공작물(110)은 Z축 주위로 회전시키기 위해서, 가공 중에 공작물(110)을 엔드 이펙터(46)로 지지하는 경우에는 엔드 이펙터(46)를 공작물(110)의 회전을 저해하지 않는 롤러나, 롤러를 가진 핸드 등으로 하는 것이 바람직하다. 어떻든 간에, 엔드 이펙터(46)로 공작물(110) 또는 공구(100)를 지지함으로써, 저강성의 공작물(110)/공구(100)의 진동이나 휨 등을 억제할 수 있다. 또, 공작물(110)의 진동을 억제함으로서, 복잡한 공작물 형상에도 대응할 수 있다. 도 2는 기계 내 로봇(20)으로 공작물(110)을 지지하고 있는 상태를 나타내고 있다. 또, 별도의 형태로서 기계 내 로봇(20)은 가공 중, 공작물(110)이나 공구(100)에 진동을 부여하게 할 수도 있다. 이에 따라 진동을 부여하면서 절삭을 실시하는 특수한 가공이 가능하게 된다. 또, 별도의 형태로서, 기계 내 로봇(20)은 가공 중, 냉각용의 유체(절삭유, 절삭수）, 절삭분 제거를 위한 에어를 방출할 수도 있다. 그 위치나 자세를 자유로 변경할 수 있는 기계 내 로봇(20)으로 냉각용 유체 또는 에어를 방출하면, 공작물(110) 및 공구(100)의 절삭성이나 온도를 더욱 자유롭게 컨트롤할 수 있다.

또, 기계 내 로봇(20)은 예를 들면, 공작물(110)을 가공하고 있는 사이, 또는, 가공의 전후에 있어서, 각종 센싱을 수행할 수도 있다. 구체적으로는 예를 들면, 기계 내 로봇(20)으로 절삭 상태(가공면 정도나 절삭분의 상태)를 감시할 수도 있다. 또, 별도의 형태로서, 기계 내 로봇(20)은 가공 중에, 공작물(110)이나, 공구(100)의 상태, 예를 들면, 온도나 진동, 변형 등을 센싱 하고, 제어장치(34)에 출력할 수도 있다. 이 경우, 제어장치(34)는 기계 내 로봇(20)으로 검지된 정보에 의거해서 필요하다면, 각종 가공조건(이송속도나 회전속도 등)을 변경하는 것이 바람직하다. 또, 기계 내 로봇(20)은 가공의 개시 전, 또는, 종료 후에, 공작물(110)의 형상을 계측하는 구성일 수도 있다. 가공 개시 전에 공작물(110)의 형상을 계측함으로써, 공작물(110)의 오장착을 확실하게 방지할 수 있다. 또, 가공 개시 후에 공작물(110)의 형상을 계측함으로써, 가공 결과의 양부를 판정할 수 있다. 또, 별도의 형태로서, 기계 내 로봇(20)은 예를 들면, 가공의 개시 전, 또는, 종료 후에, 공구(100)의 상태(마모량 등)을 계측할 수도 있다.

또, 기계 내 로봇(20)은 예를 들면, 가공에 직접 관계없는 작업을 수행할 수도 있다. 구체적으로는 기계 내 로봇(20)은 가공 중, 또는 가공의 완료 후에, 가공실 내로 비산한 절삭분을 회수하는 청소 작업을 수행할 수도 있다. 또, 별도의 형태로서, 기계 내 로봇(20)은 가공을 하고 있지 않을 기간 동안에, 공구의 점검(마모의 유무 확인 등)이나, 공작기계(10)의 가동부 점검을 수행할 수도 있다.

또, 기계 내 로봇(20)은 종래, 기계 외 로봇이 수행하던 작업을 가공 중, 또는, 가공의 완료 후에 실시하도록 할 수 있다. 예를 들면, 기계 내 로봇(20)은 공작물(110)에 대해서 부가적인 가공(예를 들면, 버르 제거가공이나, 금형 연마가공과 같은 제거 가공, 표면개질, 부가가공 등)을 수행할 수도 있다. 또, 기계 내 로봇(20)은 공작물(110)이나 공구(100)의 반송이나, 교환, 어레인지 등을 수행할 수도 있다. 도 3은 기계 내 로봇(20)으로 공작물(110)을 반전시킨(공작물(110)을 X축 주위로 180도 회전시킨다) 상태를 나타내고 있다. 도 3의 예에서는 당해 반전을 용이하게 하기 위해서, 엔드 이펙터(46)를, 제4 암(42d)의 장축(제4 관절(44d)의 회전축에 직교하는 축) 주위로 자전 가능하게 되어 있다. 도 4는 기계 내 로봇(20)으로 공작물(110)을 기계 외로부터 받고, 또는, 배출하는 상태를 나타내고 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 모든 관절(44a∼44d)의 관절의 회전축을 연직이 되는 자세로 연결기구(40)를 브레이크 등으로 고정하면, 기계 내 로봇(20)은 스칼라 타입 로봇의 구성이 된다. 이 경우, 기계 내 로봇(20)의 관절(44a∼44d)의 구동에 필요한 토크가 작게 되고, 중량물을 멀리 운반하는 것이 용이하게 된다. 또, 도 5는 기계 내 로봇(20)으로 공구(100)를 교환하는 상태를 나타내고 있다. 또, 기계 내 로봇(20)을 이용해서 가공실의 내면 메인터넌스나 점검 등을 수행할 수도 있다. 도 6은 기계 내 로봇(20)으로 가공실의 내면 메인터넌스를 실시하는 상태를 나타내고 있다. 또, 기계 내 로봇(20)은 각종 부품의 검사나 조립 등을 수행할 수도 있다.

이상한 바와 같이, 기계 내 로봇(20)은 여러 용도로 사용할 수 있다. 기계 내 로봇(20)에 설치하는 엔드 이펙터(46)의 종류는 기계 내 로봇(20)에 요구되는 용도에 따라 선정할 수 있다. 그런데, 이러한 기계 내 로봇(20)을 사용하는 경우, 기계 내 로봇(20)은 가공에 사용되는 공작물(110) 및 공구(100)에 액세스할 수 있음이 바람직하다. 기계 내 로봇(20)의 액세스 범위를 넓히기 위해서, 기계 내 로봇(20) 그 자체의 가동 범위(즉, 연결기구(40)에 대한 엔드 이펙터(46)의 가동 범위)을 넓히려고 했을 경우, 기계 내 로봇(20)의 가동 기구가 커진다. 그 결과, 기계 내 로봇(20)의 대형화를 초래하고, 다른 부재와의 간섭 등의 문제를 초래한다. 또, 기계 내 로봇(20)이 대형화됨으로써, 이것을 구동하기 위한 모터 등의 액추에이터도 대형화되고, 기계 내 로봇(20) 전체로서의 대중량화, 비용상승 등의 문제도 초래한다.

상술한 바와 같이, 기계 내 로봇(20)을 공작물 주축장치(14)에 장착하고 있다. 공작물 주축장치(14)는 주지하는 바와 같이, 공작물(110)을 자전 가능하게 홀딩하고 있다. 그리고 통상, 공구(100)는 이 공작물(110)을 가공하기 위해서, 당해 공작물(110)에 접근한다. 따라서 이 공작물 주축장치(14)에 기계 내 로봇(20)을 장착하면, 기계 내 로봇(20) 그 자체의 가동 범위가 작아도, 기계 내 로봇(20)을 공작물(110) 및 공구(100)의 근방에, 위치시킬 수 있다. 그 결과, 가동 범위가 작은, 비교적 소형의 기계 내 로봇(20)이라고 해도 가공 중의 공구(100) 및 공작물(110)에 확실하게 액세스시킬 수 있다.

또, 기계 내 로봇(20)이 공작물 회전축(Rw)을 중심으로 해서 이동할 수 있도록, 기계 내 로봇(20)을 주축 베이스(30)에 장착하고 있다. 그 때문에 기계 내 로봇(20)의 가동 범위를 작게 해도 기계 내 로봇(20)의 액세스 방향이나 위치를 크게 변경할 수 있다. 이것에 대해서 도 7을 참조해서 설명한다. 도 7은 다관절형의 기계 내 로봇(20)을 공작물 주축(32)의 상측에 고착했을 경우, 즉, 기계 내 로봇(20)이 공작물 회전축(Rw) 주위로 회전 이동할 수 없는 경우를 나타내는 도면이다. 공작물 주축(32)보다도 연직방향 상측의 위치에 고착된 기계 내 로봇(20)으로 X축 방향 마이너스측으로부터 공작물(110)에 액세스하는 경우를 생각한다. 이 경우, 도 7에 나타내고 있는 바와 같이, 기계 내 로봇(20)은 공작물 주축(32)의 전방을 횡단하고, 공작물 주축(32)보다도 X축 방향 마이너스측 위치까지 연장될 필요가 있다. 이 때문에 이 기계 내 로봇(20)은 도 1∼도 6에 나타내는 기계 내 로봇(20)에 비해서, 각 암(42)의 길이, 나아가서는, 기계 내 로봇(20) 전체의 사이즈가 대폭 업하고 있다. 이 경우, 대형이고, 중량이 있는 암(42)을 구동하기 위한 토크가 증가하기 때문에, 각 관절(44)에 설치하는 모터 등의 액추에이터를 대형으로 할 필요가 있다. 또, 큰 암(42)은 다른 부재에 간섭하기 쉽다는 문제도 있다.

한편, 도 1∼도 6에 나타내는 기계 내 로봇(20)은 반복해서 기술한 바와 같이, 공작물 회전축(Rw) 주위로 회전할 수 있다. 그 때문에, 도 2∼도 6에 나타내고 있는 바와 같이, 비교적 소형의 기계 내 로봇(20)이라고 해도 그 액세스의 방향이나 엔드 이펙터(46)의 위치를 자유롭게 변경할 수 있고, 기계 내 로봇(20)의 돌출량을 작게 억제할 수 있다. 결과적으로, 기계 내 로봇(20)과 다른 부재와의 간섭을 효과적으로 방지할 수 있다. 또, 암(42)을 소형화시킬 수 있기 때문에, 각 암(42)을 구동하기 위한 토크도 저감시킬 수 있고, 각 관절(44)에 설치하는 모터 등의 액추에이터 소형화도 가능하게 된다.

또, 지금까지 설명한 기계 내 로봇(20)의 구성은 일례이다. 기계 내 로봇(20)은 공작물 회전축(Rw)을 중심으로 해서 이동할 수 있는 상태로 장착되고 있는 것이라면, 기타 구성은 한정되지 않는다. 따라서 기계 내 로봇(20)의 관절(44)이나 암(42)의 수, 요동의 방향 등은 적당하게 변경될 수도 있다.

예를 들면, 기계 내 로봇(20)은 1 이상의 암, 1 이상의 관절을 구비한 암 타입 로봇인 것이 바람직하지만, 다른 형식의 로봇일 수도 있다. 따라서 기계 내 로봇(20)은 예를 들면, 2축 또는 3축의 직교하는 슬라이드 축으로 구성되는 직교 로봇이나, 퍼럴렐 메커니즘을 사용한 패럴렐 링크 로봇 등일 수도 있다. 또, 기계 내 로봇(20)의 이동 중심축은 공작물 회전축(Rw)과 엄밀하게 일치할 필요는 없고, 약간의 차이가 있어도 된다. 또, 연결기구(40)는 기계 내 로봇(20)이 공작물 회전축(Rw)을 중심으로 해서 이동할 수 있도록 기계 내 로봇(20)을 공작기계(10)에 장착하는 것이라면, 다른 구성일 수도 있다. 예를 들면, 연결기구(40)는 공작물 주축(32)의 주위에 배치된 거의 환상 또는 거의 직사각형상의 레일을 구비한 구성일 수도 있다. 이 경우, 기계 내 로봇(20)은 레일을 따라서 이동 가능하게 구성된다. 또, 연결기구(40)는 기계 내 로봇(20)과 분리되어 있을 수 있고, 기계 내 로봇(20)과 일체화 되어 있을 수도 있다. 기계 내 로봇(20)의 주요한 부분이 공작물 회전축(Rw)을 중심으로 해서 이동할 수 있는 구성일 수도 있다.

또, 본 명세서에서 개시하는 공작기계로는 기계 내 로봇(20)을 공작물(110)을 자전 가능하게 홀딩하는 공작물 주축장치(14)에 장착했지만, 기계 내 로봇(20)은 공작물 회전축(Rw)을 중심으로 해서 이동할 수 있는 것이라면, 다른 부위에 장착될 수 있다. 예를 들면, 기계 내 로봇(20)은 연결기구(40)를 통해서 심압대(16)에 장착될 수도 있다. 심압대(16)도 공작물(110)을 지지하는 부재이다. 이러한 심압대(16)에 기계 내 로봇(20)을 장착함으로써 기계 내 로봇(20)이 확실하게 공작물(110)에 액세스할 수 있다.

또, 본 명세서에서 개시하는 공작기계(10)는 선반, 더욱 구체적으로, 터닝 센터이지만, 본 명세서에서 개시하는 기계 내 로봇(20) 및 연결기구(40)는 다른 종류의 공작기계에 사용할 수도 있다. 예를 들면, 기계 내 로봇(20) 및 연결기구(40)는 선반이나 원통 연삭기일 수도 있고, 이 경우, 기계 내 로봇(20)은 연결기구(40)를 통해서 공작물 주축장치 또는 심압대에 장착되는 것이 바람직하다. 또, 공작기계는 공작물(110)을 규정의 공작물 회전축(Rw)을 중심으로 해서 회전가능하게 홀딩하는 회전장치를 구비할 수 있고, 예를 들면, 공작물(110)이 올려지는 회전 테이블을 가진 밀링 머신, 특히, 머시닝 센터일 수도 있다. 이 경우, 기계 내 로봇(20)은 연결기구(40)를 통해서 회전 테이블에 장착되는 것이 바람직하다. 또, 장착되는 기계 내 로봇(20)은 하나로 한정되지 않고, 복수일 수도 있다. 예를 들면, 하나의 연결기구(40)에, 180도의 간격을 두고 2개의 기계 내 로봇(20) 예를 들면, 공작물 파지용의 로봇과, 센싱용의 로봇을 형성할 수도 있다.

10: 공작기계
14: 공작물 주축장치
16: 심압대
18: 절삭 공구대
20: 기계 내 로봇
30: 주축 베이스
40: 연결기구
42a∼42d: 제1 암∼제4 암
44a∼44d: 제1 관절∼제4 관절
46: 엔드 이펙터
100: 공구
110: 공작물

Claims

공구에 의해 공작물을 가공하는 공작기계로써,
상기 공작물을 규정의 공작물 회전축을 중심으로 해서 회전가능하게 홀딩하는 회전장치와,
1 이상의 로봇과,
상기 1 이상의 로봇이 상기 공작물 회전축을 중심으로 해서 상기 공작물과는 독립적으로 이동하도록, 상기 1 이상의 로봇을 상기 공작기계에 장착하는 연결기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 공작기계.
제1 항에 있어서,
상기 로봇은 상기 공구에 의한 상기 공작물의 가공 실행 중에, 상기 공구 및 상기 공작물의 적어도 한쪽에 액세스 가능한 것을 특징으로 하는 공작기계.
제1 항에 있어서,
상기 로봇은 상기 공구에 의한 상기 공작물의 가공 보조, 상기 가공 중에 있어서의 상기 공구 또는 상기 공작물에 관한 센싱, 및, 부가적인 가공의 적어도 하나를 실시하는 것을 특징으로 하는 공작기계.
제2 항에 있어서,
상기 로봇은 상기 공구에 의한 상기 공작물의 가공 보조, 상기 가공 중에 있어서의 상기 공구 또는 상기 공작물에 관한 센싱, 및, 부가적인 가공의 적어도 하나를 실시하는 것을 특징으로 하는 공작기계.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇은,
대상물에 작용하는 1 이상의 엔드 이펙터와,
상기 1 이상의 엔드 이펙터를 지지하는 1 이상의 암과,
상기 1 이상의 암의 단부에 설치되는 1 이상의 관절을 구비한 암 타입 로봇인 것을 특징으로 하는 공작기계.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공작기계는 선반 또는 원통 연삭기이고,
상기 회전장치는 상기 공작물을 자전 가능하게 홀딩하는 공작물 주축장치인 것을 특징으로 하는 공작기계.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공작기계는 밀링 머신 또는 머시닝 센터이고,
상기 회전장치는 상기 공작물이 올려지는 회전 테이블인 것을 특징으로 하는 공작기계.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇은 상기 연결기구를 통해서 상기 회전장치에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계.
제6 항에 있어서,
상기 로봇은 상기 공작물 주축장치에 대향해서 배치된 심압대에 상기 연결기구를 통해서 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계.