KR20210095574A

KR20210095574A - 공작기계

Info

Publication number: KR20210095574A
Application number: KR1020210008405A
Authority: KR
Inventors: 모리무라 시오치
Original assignee: 오쿠마 가부시키가이샤
Priority date: 2020-01-23
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2021-08-02
Also published as: CN113146326A; CN113146326B; US20210229226A1; JP2021115652A; TWI862777B; TW202140172A; JP7364478B2; DE102021101142A1; KR102662204B1; US11602811B2

Abstract

공작기계는 공작 대상물(100)을 지탱하는 주축대(20)와, 공작 대상물 회전축에 평행한 제1 축(A1) 방향 및 상기 제1 축(A1)에 직교하는 제2 축(A2) 방향으로 이동 가능하고, 공구를 지탱하는 공구대(30)와, 기내 로봇(40)과, 가공실의 내외를 연통하는 개구부(16)와, 상기 개구부(16)를 개폐 가능하게 덮는 도어(18)를 구비하고, 상기 로봇(50)은 상기 가공실 내에 고정되는 근본 관절(42)과, 상기 근본 관절(42)보다 선단측에 위치하는 링크 유닛(58)을 구비하고, 상기 근본 관절 (42)은 상기 공작 대상물 회전축에 직교하는 방향으로 신축 가능한 직동관절이고, 상기 링크 유닛(58) 전체를 상기 가공실 내에 위치시키는 길이와, 상기 링크 유닛(58 )전체를 가공실 외에 위치시키는 길이 사이에서 신축 가능한 직동관절이다.

Description

공작기계{MACHINE TOOL}

본 명세서에서는 수평방향으로 평행한 공작 대상물(workpiece) 회전축 주위에 회전 가능하게 공작 대상물을 지탱하는 주축대와, 공구를 지탱하는 공구대를 가지는 공작기계를 개시한다.

최근, 공작기계의 자동화에 대한 요구가 높아지고 있다. 이러한 요구에 대응하기 위해서, 종래부터, 로봇의 이용이 제안되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는 공작기계의 측부에, 공작 대상물의 공급ㆍ배출장소인 팰릿을 설치한 가공장치가 개시되어 있다. 특허문헌 1에서는, 추가로 이 공작기계 및 팰릿의 상부에 배치된 갠트리 레일과, 당해 갠트리 레일을 따라서 주행하는 다관절 로봇을 설치하고 있다. 그리고 이 다관절 로봇을 이용해서 팰릿과 공작기계의 내부 사이에서, 공작 대상물을 반송한다. 또, 특허문헌 2에는 공작기계, 구체적으로는 수평 선반의 가공실 내에 로봇을 배치하고, 당해 로봇을 사용해서 가공의 보조나 공작 대상물의 반송 등의 작업을 실시하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 2에서, 로봇은 주축대의 공작 대상물 회전축과 평행한 축 주위로 회전 가능한 기초관절과, 기초관절의 회전축에 직교하는 축 주위로 회전하는 세개의 평행관절을 가지고 있다.

일본 공개특허공보 2010-64158호 일본 공개특허공보 2019-098479

그렇지만, 특허문헌 1의 기술에서는 공작기계 및 팰릿에 걸쳐서 연장되는 갠트리 레일을 설치할 필요가 있기 때문에, 가공장치 전체의 사이즈가 커지고, 또, 코스트가 높아진다. 또, 특허문헌 1에서는 로봇은 공작 대상물의 반송에만 이용되고 있고, 로봇을 가공실의 내부에서 가공의 보조나 가공정보의 취득과 같은 작업에 이용하는 것은 상정되지 않고 있다.

또, 특허문헌 2의 기술에서는 특허문헌 1의 기술에 비교해서, 로봇을 포함하는 공작기계 전체를, 비교적, 소형으로 구성할 수 있다. 그러나 가공실의 외부에 설치된 공작 대상물 스토커(workpiece stocker)와, 주축대 사이에 공작 대상물을 반송하기 위해서는 특허문헌 2의 기술은 추가적인 개선의 여지가 있었다. 즉, 특허문헌 2의 로봇의 경우, 당해 로봇으로 지탱되는 공작 대상물의 축 방향은 항상 수평방향과 평행하게 된다. 그 때문에 공작 대상물은 그 축 방향이 수평방향과 평행하게 되는 수평 자세로, 공작 대상물 스토커에 마운트되게 된다. 수평(가로)자세의 경우, 공작 대상물의 축 방향이 연직방향이 되는 수직(세로)자세에 비해서, 공작 대상물 스토커에 마운트할 수 있는 공작 대상물의 개수가 한정된다. 그 때문에 특허문헌 2에서는 다수의 공작 대상물을 자동으로 교환 가능하게 하기 위해서는 공작 대상물 스토커의 주변에, 공작 대상물을 구동하기 위한 어떠한 구동부를 설치할 필요가 있다. 결과적으로, 특허문헌 2에서도 비용상승의 문제가 남는다.

그래서, 본 명세서에서는 코스트를 억제하면서, 가공실의 내외에서 다양한 작업이 가능한 로봇을 가진 공작기계를 개시한다.

본 명세서에서 개시하는 공작기계는, 가공실 내에 배치되고, 공작 대상물을 수평방향으로 평행한 공작 대상물 회전축 주위에 회전 가능하게 지탱하는 주축대와, 상기 가공실 내에 배치되고, 상기 공작 대상물 회전축에 평행한 제1 축 방향 및 상기 제1 축으로 직교하는 제2 축 방향으로 이동 가능하고, 공구를 지탱하는 공구대와, 상기 가공실 내에 배치되는 로봇과, 상기 가공실의 주위를 둘러싸는 커버와, 상기 커버에 설치되고, 상기 가공실의 내외를 연통하는 개구부와, 상기 개구부를 개폐 가능하게 덮는 도어를 구비하고, 상기 로봇은 상기 가공실 내에 고정되는 근본 관절과, 상기 근본 관절보다 선단측에 위치하는 동시에 서로 관절 연결된 복수의 링크를 가지는 링크 유닛을 구비하고,상기 근본 관절은 상기 공작 대상물 회전축에 직교하는 방향으로 신축 가능한 직동관절이고, 상기 링크 유닛 전체를 상기 가공실 내에 위치시키는 길이와, 상기 링크 유닛 전체를 가공실 외에 위치시키는 길이 사이에 신축 가능한 직동관절인 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 복수의 링크는 모두 상기 근본 관절의 신축 방향과 평행한 축 주위로 회전 가능할 수도 있다.

또, 상기 링크 유닛은, 근본 관절에 연결된 제1 링크와, 제2 관절을 통해서 상기 제1 링크에 연결된 제2 링크와, 제3 관절을 통해서 상기 제2 링크에 연결된 제3 링크와, 제4 관절을 통해서 상기 제3 링크에 연결된 엔드 이펙터를 포함하고, 제2 관절, 제3 관절, 및 제4 관절은 모두 상기 근본 관절의 신축 방향과 평행한 축 주위로 회전하는 회전관절일 수도 있다.

또, 상기 제2 축은 상기 회전축에 근접함에 따라서 아래쪽으로 진행되도록, 수평면에 대하여 각도 θ만큼 경사져 있고, 상기 근본 관절의 신축 방향과 상기 제2 축이 이루는 각도는 θ/2 미만일 수도 있다. 이 경우, 상기 근본 관절의 신축 방향은 상기 제2 축과 평행방향일 수도 있다.

또, 상기 공작기계는 수평 선반일 수도 있고, 원통 연삭기일 수도 있다.

본 명세서에 개시의 공작기계에 의하면, 로봇의 근본 관절을 신축시킴으로써, 링크 유닛을 가공실의 내외로 이동시킬 수 있다. 그리고 이것에 의해, 코스트를 억제하면서, 가공실의 내외에서 로봇이 다양하는 작업을 실시할 수 있다.

도 1은 공작기계의 사시도이다.
도 2는 일부의 커버를 떼어낸 공작기계의 사시도이다.
도 3은 기내 로봇에서 공작 대상물을 교환하는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 기내 로봇에 의한 공작 대상물 교환의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 5는 기내 로봇에 의한 공작 대상물 교환의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 6은 기내 로봇에 의한 공작 대상물 교환의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 7은 기내 로봇에 의한 공작 대상물 교환의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 8은 기내 로봇으로 공작 대상물을 교환하는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 9는 기내 로봇으로 공작 대상물을 교환하는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 10은 기내 로봇으로 공작 대상물을 교환하는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 11은 엔드 이펙터 주변의 확대 사시도이다.
도 12는 제3 축이 수평한 기내 로봇의 움직임의 1예를 나타내는 도면이다.
도 13은 제3 축이 수평한 기내 로봇의 움직임의 1예를 나타내는 도면이다.
도 14는 제3 축이 경사진 기내 로봇의 움직임의 1예를 나타내는 도면이다.
도 15는 제3 축이 경사진 기내 로봇의 움직임의 1예를 나타내는 도면이다.

이하, 공작기계(10)에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 도 1은 공작기계(10)의 사시도이다. 또, 도 2는 일부의 커버(14)의 도시를 생략한 공작기계(10)의 사시도이다. 이하의 설명에서는, 주축대(20)의 회전축과 평행한 방향을 Z축, 공구대(30)의 Z축과 직교하는 이동방향과 평행한 방향을 X축, X축 및 Z축에 직교하는 방향을 Y축이라고 한다. 또, Z축에서는 주축대(20)로부터 심압대(36)에 근접하는 방향을 플러스 방향, X축에서는 공작 대상물 회전축(Rw)으로부터 공구대(30)에 근접하는 방향을 플러스 방향, Y축에서는 주축대(20)로부터 위로 향하는 방향을 플러스 방향으로 한다.

이 공작기계(10)는 공작 대상물(100)을 수평축 주위로 회전 지탱하는 주축대(20)를 가지는 수평 선반이다. 더 구체적으로는, 본 예의 공작기계(10)는 복수 종류의 공구(110)를 지탱하는 터릿(32)을 가지는 터닝 센터이다.

공작기계(10)의 가공실(12)의 주위는 커버(14)로 덮어져 있다. 가공실(12)의 전면에는 큰 개구부(16)가 형성되고 있고, 이 개구부(16)는 도어(18)에 의해 개폐된다. 본예에서는 도어(18)는 좌우방향으로 슬라이드 이동함으로써 개구부(16)를 개폐하는 슬라이드 도어이다. 물론, 도어(18)는 슬라이드 도어를 대신해서, 다른 형태의 도어, 예를 들면, 문이나, 폴딩 도어 타입의 도어일 수도 있다. 오퍼레이터는, 이 개구부(16)를 통해서 가공실(12) 내의 각부에 액세스한다. 가공 중, 개구부(16)에 설치된 도어(18)는 폐쇄된다. 이것은 안전성이나 환경성 등을 담보하기 위해서이다.

공작기계(10)는 공작 대상물(100)의 한쪽 끝을 자전 가능하게 지탱하는 주축대(20)와, 공구를 지탱하는 공구대(30)와, 공작 대상물(100)의 다른쪽 끝을 지지하는 심압대(36)를 구비하고 있다. 주축대(20)는 구동원으로서 모터(미도시)를 가지고 있고, 주축대(20)의 끝면(주축단(21))에는, 공작 대상물(100)을 착탈 자유롭게 지탱하는 척(26)이 설치되어 있다. 모터가 구동함으로써, 공작 대상물(100)은 척(26)과 함께, 수평방향으로 평행한 공작 대상물 회전축(Rw)을 중심으로 해서 자전한다.

심압대(36)는 주축대(20)와 Z축 방향으로 대향해서 배치되어 있고, 주축대(20)로 지탱된 공작 대상물(100)의 다른쪽 끝을 지지한다. 심압대(36)는 공작 대상물(100)에 대하여 연결/분리할 수 있도록, Z축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

공구대(30)는 공구를 지탱한다. 이 공구대(30)는 Z축, 즉, 주축대(20)로 지탱된 공작 대상물(100)의 축과 평행한 축인 제1 축(A1) 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 또, 공구대(30는 X축과 평행한 제2 축(A2), 바꾸어 말하면, 공작 대상물(100)의 직경 방향으로 평행한 제2 축(A2) 방향으로도 진퇴할 수 있게 되어 있다. 또, 도면으로부터 분명한 바와 같이, 제2 축(A2)(X축)은 가공실(12)의 전면에서 보아, 안쪽으로 진행됨에 따라서 위쪽에 진행되도록, 수평방향에 대하여 기울어져 있다.

공구대(30)의 Z방향 끝면에는 복수의 공구를 지탱 가능한 터릿(32)이 설치되어 있다. 터릿(32)은 Z축 방향에서 보았을 때 다각형을 하고 있고, Z축에 평행한 축을 중심으로 해서 회전 가능하게 되어 있다. 이 터릿(32)의 둘레면에는 공구를 장착할 수 있는 공구 장착부(미도시)가 복수 설치되어 있다. 그리고 터릿(32)을 회전시킴으로써, 가공에 사용하는 공구를 변경될 수 있도록 되어 있다.

가공실(12) 내에는 추가로, 기내 로봇(40)이 설치되고 있다. 기내 로봇(40)은 가공실(12)의 내외에서 여러 가지 작업을 실시한다. 이 기내 로봇(40)은 관절로 연결된 복수의 링크를 가진 다관절 로봇이다. 더 구체적으로는 기내 로봇(40)은 가공실(12) 내에 고정된 근본 관절(42)과, 근본 관절(42)에 연결된 제1 링크(50)와, 제2 관절(44)을 통해서 제1 링크(50)에 연결된 제2 링크(52)와, 제3 관절(46)을 통해서 제2 링크(52)에 연결된 제3 링크(54)와, 제4 관절(48)을 통해서 제3 링크(54)에 연결된 엔드 이펙터(56)를 가진다. 이하에서는, 근본 관절(42)보다도 선단측에 위치하는 제2 링크(52)로부터 엔드 이펙터(56)까지의 부분을 링크 유닛(58)이라고 부른다.

근본 관절(42)은 가공실(12)의 벽면 가운데, 개구부(16)와의 대향면에 고착되어 있다. 이 근본 관절(42)은 특정한 방향으로 신축 가능한 직동관절이다. 본 예에서는 근본 관절(42)은 수평방향으로 평행, 동시에 공작 대상물 회전축(Rw)에 직교하는 방향으로 신축한다. 이하에서는, 이 근본 관절(42)의 신축 방향의 축을 제3 축(A3)이라고 부른다. 근본 관절(42)이 가장 수축한 상태에서는 당해 근본 관절(42)의 말단은 가공실(12) 내에 위치하고 있고, 링크 유닛(58) 전체도 가공실(12) 내에 위치한다. 한편, 근본 관절(42)이 최대한까지 신장한 상태에서는, 당해 근본 관절(42)의 말단은 가공실(12)의 외부에 위치하고 있고, 링크 유닛(58) 전체도 가공실(12)의 외부에 위치한다. 도 3은 근본 관절(42)을 신장시켜서, 링크 유닛(58)을 가공실(12)의 외부에 위치시킨 상태를 나타내는 사시도이다.

제2∼제4 관절(44, 46, 48)은 모두 제3 축(A3)과 평행한 축 주위로 회전 가능한 회전관절이다. 제2∼제4 관절(44, 46, 48)을 전부, 서로 평행한 축 주위로 회전하는 회전관절로 함으로써, 엔드 이펙터(56)의 위치연산을 간이화할 수 있다. 즉, 상기 구성으로 했을 경우, 엔드 이펙터(56)는 제3 축(A3)에 직교하는 면내에서만 이동한다. 이 직교하는 면의 제3 축(A3) 방향의 위치는 근본 관절(42)의 신장량으로부터 용이하게 산출할 수 있다. 또, 당해 직교하는 면내에서의 엔드 이펙터(56)의 위치연산은 이차원적인 위치연산이 되기 때문에, 삼차원적인 위치연산을 할 경우와 비교하고, 연산량을 저감시킬 수 있다.

엔드 이펙터(56)는 대상물에 액세스해서 어떠한 작용을 발휘하는 것이라면 특별하게 한정되지 않는다. 엔드 이펙터(56)는 기내 로봇(40) 가운데, 관절의 구동에 따라서 변위하는 위치라면, 어디에 장착되어도 좋다. 단, 다른 부재와의 간섭을 피하면서 대상물에 액세스하기 위해서는 엔드 이펙터(56)는 기내 로봇(40)의 선단(제3 링크(54)의 선단)에 장착될 수 있다.

또, 엔드 이펙터(56)는 기내 로봇(40)에 분리 불가능으로 장착될 수 있지만, 기내 로봇(40)의 범용성을 향상하기 위해서, 엔드 이펙터(56)는 기내 로봇(40)에 착탈 자유롭게 장착될 수도 있다. 따라서 기내 로봇(40)의 일부(도시예에서는, 제3 링크(54)의 선단)에는 엔드 이펙터(56)를 착탈 자유롭게 지탱하는 툴 체인저가 설치될 수 있다. 또, 기내 로봇(40)에 장착되는 엔드 이펙터(56)의 개수는 하나로 한정되지 않고, 복수일 수도 있다.

또, 엔드 이펙터(56)는 전술한 바와 같이, 어떠한 작용을 발휘하는 것이라면, 특별하게 한정되지 않는다. 따라서 엔드 이펙터(56)는 예를 들면, 대상물을 지탱하는 지탱장치일 수도 있다. 지탱장치에서의 지탱 형식은, 한 쌍의 부재로 대상물을 파지하는 핸드 형식일 수도, 대상물을 흡인 지탱하는 형식일 수도, 자력 등을 이용해서 지탱하는 형식 등일 수도 있다. 도 1, 도 2의 도시예에서는 엔드 이펙터(56)는 한 쌍의 암으로 공작 대상물(100)을 협지 가능한 그리퍼이다.

또, 별도의 형태로서, 엔드 이펙터(56)는 예를 들면, 대상물이나 대상물의 주변환경에 관한 정보를 센싱하는 센서일 수도 있다. 센서로서는 예를 들면, 대상물에 대한 접촉의 유무를 검지하는 접촉 센서나, 대상물까지의 거리를 검지하는 거리 센서, 대상물의 진동을 검지하는 진동 센서, 대상물로부터 부가되는 압력을 검지하는 압력 센서, 대상물의 온도를 검지하는 온도 센서 등으로 할 수 있다. 이것들 센서에서의 검지 결과는 관절의 구동량으로부터 산출되는 엔드 이펙터(56)의 위치정보와 관련되어 기억되고, 해석된다. 예를 들면, 엔드 이펙터(56)가 접촉 센서인 경우, 컨트롤러(59)는 대상물에의 접촉을 검지한 타이밍과, 그 때의 위치정보에 의거하여 대상물의 위치나 형상, 움직임을 해석한다.

또, 별도의 형태로서 예를 들면, 엔드 이펙터(56)는 대상물을 누르는 누름기구일 수도 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 엔드 이펙터(56)는 공작 대상물(100)에 눌려서 당해 공작 대상물(100)의 진동을 억제하는 롤러 등일 수도 있다. 또, 별도의 형태로서, 엔드 이펙터(56)는 가공을 보조하기 위한 유체를 출력하는 장치일 수도 있다. 구체적으로는, 엔드 이펙터(56)는 절삭분을 비산시키기 위한 에어나, 공구 또는 공작 대상물(100)을 냉각시키기 위한 냉각용 유체(절삭유나 절삭수 등)을 방출하는 장치일 수도 있다. 또, 엔드 이펙터(56)는 공작 대상물 조형을 위한 에너지 또는 재료를 방출하는 장치일 수도 있다. 따라서 엔드 이펙터(56)는 예를 들면, 레이저나 아크를 방출하는 장치일 수도, 적층 조형을 위해서 재료를 방출하는 장치일 수도 있다. 또 별도의 형태로서, 엔드 이펙터(56)는 대상물을 촬영하는 카메라일 수도 있다. 이 경우, 카메라에서 얻은 영상을 조작 패널 등에 표시할 수도 있다.

여기에서, 이 엔드 이펙터(56)는 회전관절인 제4 관절(48)을 통해서 제3 링크(54)에 연결되어 있다. 이 때문에 엔드 이펙터(56)의 자세는 적당하게 변경 가능하다. 따라서 예를 들면, 엔드 이펙터(56)가 공작 대상물(100)을 지탱하는 그리퍼인 경우, 엔드 이펙터(56)로 지탱된 공작 대상물(100)의 자세를, 공작 대상물(100)의 축 방향이 수평이 되는 수평자세와, 공작 대상물(100)의 축 방향이 연직이 되는 수직자세로 변경 가능하게 된다.

공작기계(10)에는 추가로, 컨트롤러(59)가 설치되어 있다. 컨트롤러(59)는 오퍼레이터의 지시에 따라서 공작기계(10)의 각부 구동을 제어한다. 이 컨트롤러(59)는 예를 들면, 각종 연산을 실시하는 프로세서와, 각종 제어프로그램이나 제어 파라미터를 기억하는 메모리로 구성된다. 또, 컨트롤러(59)는 통신기능을 가지고 있어, 다른 장치와의 사이에서 각종 데이터, 예를 들면, NC 프로그램 데이터 등을 수수할 수 있다. 이 컨트롤러(59)는 예를 들면, 공구나 공작 대상물(100)의 위치를 수시 연산하는 수치 제어장치를 포함할 수 있다. 또, 컨트롤러(59)는 단일 장치일 수도, 복수의 연산장치를 조합시켜서 구성될 수도 있다.

다음에, 이러한 공작기계(10)에서의 기내 로봇(40)의 움직임에 대해서 설명한다. 기내 로봇(40)은 전술한 바와 같이, 그 말단이 가공실(12) 내에 위치하는 상태와, 그 말단이 가공실(12)의 외부에 위치하는 상태로 신축 가능한 직동관절인 근본 관절(42)을 가진다. 이러한 구성으로 함으로써, 기내 로봇(40)은 가공실(12)의 내부 및 외부의 쌍방에 있어서, 여러 가지 작업을 실시할 수 있다. 예를 들면, 엔드 이펙터(56)가 공작 대상물(100)을 지탱 가능한 그리퍼인 경우, 기내 로봇(40)은 공작 대상물(100)의 교환작업을 실시할 수 있다.

기내 로봇(40)을 사용해서 공작 대상물(100)을 교환하는 경우, 도 3에 나타나 있는 바와 같이 공작기계(10)의 외부, 그리고 개구부(16)의 근방에, 공작 대상물 스토커(60)를 배치한다. 공작 대상물 스토커(60)는 복수의 원주상의 공작 대상물(100)이 수용 가능하다면, 그 구성은 한정되지 않는다. 따라서 공작 대상물 스토커(60)는 원주상의 공작 대상물(100)을 수평자세로 마운트할 수 있는 보통 테이블일 수도 있다. 단, 수평자세의 경우, 원주상의 공작 대상물(100)의 안정성이 나빠서, 마운트된 공작 대상물(100)이 구르기 쉽다. 또, 수평자세의 경우, 공작 대상물(100)의 평면 스페이스가 커지기 쉽기 때문에, 일정한 면적 내에 마운트할 수 있는 공작 대상물(100)의 개수가 적다. 그래서, 공작 대상물 스토커(60)는 도 3에 나타나 있는 바와 같이 원주상의 공작 대상물(100)을 수직자세로 마운트하는 구성일 수 있다. 구체적으로는 도 3의 공작 대상물 스토커(60)는 계단상으로 복수의 마운트면이 형성되어 있고, 각 마운트면에는 원주상의 공작 대상물(100)의 하단이 삽입되는 지지구멍이 복수 형성되어 있다. 이 공작 대상물 스토커(60)는 수직자세에서의 자립이 곤란한 작은 직경 장축의 공작 대상물(100)의 마운트에 적합하다.

도 4∼도 7은 주축대(20)로 지탱된 가공완료의 공작 대상물(100)을 공작 대상물 스토커(60)에 마운트하는 경우의 기내 로봇(40)이 움직임이는 모식도이다. 주축대(20)로 지탱된 가공완료의 공작 대상물(100)을 공작 대상물 스토커(60)에 마운트하는 경우, 컨트롤러(59)는 도 4에 나타나 있는 바와 같이 엔드 이펙터(56)가 공작 대상물(100)의 제3 축(A3) 방향 개구부(16) 측에 위치하도록 근본 관절(42) 및 제2, 제3 관절(44, 46)을 구동한다. 또, 컨트롤러(59)는 그리퍼를 구성하는 한 쌍의 암(57)이 연직방향으로 늘어서도록 제4 관절(48)을 구동한다.

도 5에 나타내는 상태가 되면, 계속되고, 컨트롤러(59)는 공작 대상물(100)의 상하 양측에 암(57)이 위치할 때까지, 근본 관절(42)을 수축시키고, 엔드 이펙터(56)를 제3 축(A3) 방향 안쪽으로 이동시킨다. 그 후에 컨트롤러(59)는 암(57)의 간격을 좁히고, 도 5에 나타나 있는 바와 같이, 한 쌍의 암(57)으로 공작 대상물(100)을 협지시킨다. 또, 컨트롤러(59)는 척(26)을 해제한다. 이 상태가 되면, 컨트롤러(59)는 기내 로봇(40)을 구동하고, 공작 대상물(100)이 척(26) 및 주축대(20)와 간섭하지 않는 위치까지 반송한다.

다음에, 컨트롤러(59)는 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 제4 관절(48)을 90도 회전시킨다. 이것에 의해, 엔드 이펙터(56)로 지탱되고 있는 공작 대상물(100)의 자세가 수평자세에서 수직자세로 변화된다. 계속해서, 컨트롤러(59)는 도 7에 나타나 있는 바와 같이, 링크 유닛(58) 전체가 가공실(12)의 외부에 위치할 때까지, 근본 관절(42)을 신장시킨다. 그 후에 컨트롤러(59)는 제2 관절(44), 제3 관절(46)을 구동하고, 공작 대상물(100)을, 공작 대상물 스토커(60)의 지지구멍에 삽입한다. 이것으로, 가공완료의 공작 대상물(100)의 반송 작업은 완료가 된다. 공작 대상물 스토커(60)에 마운트되어 있는 가공 전의 공작 대상물(100)을 주축대(20)로 반송하는 경우에는 역순의 스텝으로 실시한다.

이렇게, 본 예에서는 링크 유닛(58)이 가공실(12)의 내부 및 외부의 쌍방으로 이동할 수 있기 때문에, 공작 대상물(100)을 가공실(12)의 내외로 용이하게 반송할 수 있다. 또, 본 예에서는 엔드 이펙터(56)로 지탱한 공작 대상물의 자세를, 수평자세에서 수직자세로 변경할 수 있다. 이것에 의해, 공작 대상물 스토커(60) 측에 복잡한 기구를 설치하지 않아도, 공작 대상물(100)을 수직자세로 마운트할 수 있다.

또, 공작 대상물 스토커(60)의 형태는 취급하는 공작 대상물(100)의 형상이나, 엔드 이펙터(56)의 방향 등에 따라서, 적당하게 변경될 수도 있다. 예를 들면, 공작 대상물(100) 중에는, 수직자세로도 자립 가능한 정도로 큰 직경 단축의 것도 있다. 이 경우, 도 8에 나타나 있는 바와 같이, 복수의 공작 대상물(100)을, 그 축 방향으로 겹쳐 쌓을 수 있다. 또, 겹쳐 쌓인 공작 대상물(100)의 낙하를 방지하기 위해서, 공작 대상물 스토커(60)에는 공작 대상물(100)의 주위를 둘러싸는 복수의 지주(62)를 형성할 수도 있다.

또, 지금까지의 설명에서는, 엔드 이펙터(56)는 그 암(57)이 제3 축(A3)과 평행하게 되는 자세로 제3 링크(54)에 장착되어 있고, 공작 대상물 스토커(60)의 단차면은 제3 축(A3)과 평행한 방향으로 늘어서 있다. 그러나 엔드 이펙터(56)의 장착 방향은 적당하게 변경될 수도 있다. 예를 들면, 도 9에 나타나 있는 바와 같이, 그 암의 방향이 제3 축(A3)에 직교하는 자세로 엔드 이펙터(56)가 제3 링크(54)에 장착될 수 있다. 이 경우, 공작 대상물 스토커(60)의 단차면은 제3 축(A3)에 직교하는 방향, 즉, 암의 축 방향과 평행한 방향을 늘어설 수 있다. 또, 공작 대상물 스토커(60)는 도 10에 나타나 있는 바와 같이, 단차면을 가지지 않는 것일 수도 있다. 또, 지금까지의 설명에서는 모두 공작 대상물을 수직자세로 마운트하고 있었지만, 수평자세나 기울어진 자세로 마운트해도 좋다.

또, 기내 로봇(40)은 가공실(12)의 내외에 걸치는 작업에 한정되지 않고, 가공실(12)의 내부에서 완결하는 작업도 실행 가능하다. 예를 들면, 도 11에 나타나 있는 바와 같이, 그리퍼의 옆에, 추가의 엔드 이펙터(70)로서, 절삭 수 노즐을 설치했을 경우를 생각할 수 있다. 이 경우, 기내 로봇(40)의 자세를 적당하게 변경함으로써, 가공실(12) 내부의 다양한 부분에 절삭수를 분사할 수 있다.

여기에서, 지금까지의 설명에 의해 분명한 바와 같이, 기내 로봇(40)은 근본 관절(42)의 신축량에 따라서는 그 전체가 가공실(12)의 내부에 수습된다. 그 때문에 공작 대상물(100)의 가공을 실시하는 기간 동안, 즉, 도어(18)가 폐쇄되어 있는 기간 동안에도, 기내 로봇(40)은 가공실(12) 내에 머물고 있을 수 있다. 그 때문에 기내 로봇(40)은 주축대(20) 및 공구대(30)에서 실행되는 가공의 보조작업이나, 가공에 관한 정보 취득작업 등도 실행할 수 있다. 예를 들면, 선삭 가공 시에는 길게 연결된 유동형(Flow type)의 절삭분(부스러기)가 발생하고, 당해 절삭분이 공작 대상물 등에 달라붙는 경우가 있다. 이 경우에는, 기내 로봇(40)에 장착된 절삭수 노즐을 사용해서 가공점, 즉 공구의 선단을 겨냥해서 절삭수를 분사할 수도 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 절삭분의 움직임을 억제하고, 달라붙음을 방지할 수 있다. 또, 가공점의 위치는 가공의 진행에 따라 서서히 변화되지만, 기내 로봇(40)에 장착된 엔드 이펙터(56, 70)는 네 개의 관절(42∼48)을 구동함으로써 3차원적으로 변위 가능하기 때문에 가공점의 이동에 추종할 수 있다.

또, 그리퍼를 대신해서, 또는, 부가해서, 롤러 등을 엔드 이펙터(56)로서 설치하고, 당해 롤러 등을 선삭가공 중의 공작 대상물(100)에 접촉시킬 수도 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 공작 대상물(100)의 체터 진동을 억제할 수 있다. 또, 그리퍼를 대신해서, 또는 부가해서, 엔드 이펙터(56)로서 온도센서를 설치하고, 선삭가공 중의 공작 대상물(100)의 온도를 측정할 수도 있다.

또, 지금까지의 설명에서는, 근본 관절(42)의 신축 방향(즉 제3 축(A3))을, 공구대(30)의 이동방향인 제2 축(A2)에 대하여 비평행으로 하고 있다. 그러나 제3 축(A3)이 제2 축(A2)과 평행하게 되도록 할 수도 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 기내 로봇(40)을 소형화할 수 있고, 또, 엔드 이펙터(56)를 공구에 용이하게 추종시킬 수 있다. 이것에 대해서, 도 12∼도 15를 참조해서 설명한다. 도 12∼도 15는 공구대(30) 및 기내 로봇(40)의 개략적인 측면도이다. 지금까지 설명한 바와 같이, 제2 축(A2) 및 제3 축(A3)은 모두 공작 대상물 회전축(Rw)에 직교하는 방향이다. 여기에서, 도 12, 도 13에 나타내는 바와 같이, 제2 축(A2)이 개구부(16)에 근접함에 따라서 아래쪽으로 진행되도록 경사져 있고, 제3 축(A3)이 수평방향과 평행한 경우를 생각한다. 이 경우, 링크 유닛(58)의 자세가 일정한 경우, 공구대(30)가 Z축 마이너스측으로 진행됨에 따라서, 엔드 이펙터(56)와 공구와의 거리가 넓어진다. 그 때문에 엔드 이펙터(56)를 공구의 근방에 유지하기 위해서는 근본 관절(42)의 신장과 병행해서, 링크 유닛(58)의 자세를 변경하고, 엔드 이펙터(56)를 아래쪽으로 이동시킬 필요가 있다. 이러한 제어는 복잡하고, 연산량의 증가를 초래한다.

또, 공구대(30)가 X방향 마이너스측의 단부에 도달했을 때도, 엔드 이펙터(56)를 공구의 근방에 위치시키기 위해서는, 각 링크(50, 52, 54)를 충분하게 길게 할 필요가 있어, 기내 로봇(40) 전체가 대형화되기 쉽다.

한편, 도 14, 도 15에 나타내는 바와 같이, 제3 축(A3)이 제2 축(A2)과 평행하게 되도록 경사져 있는 경우, 공구대(30)의 제2 축(A2)을 따른 이동에 연동해서 근본 관절(42)을 신장시키면, 엔드 이펙터(56)를 공구의 근방으로 유지할 수 있다. 그 결과, 엔드 이펙터(56)를 용이하게, 공구에 추종시킬 수 있다. 또, 공구대(30)가 X방향 마이너스측의 단부에 도달했을 때에도, 기내 로봇(40)과 공구대(30)와의 거리를 짧게 억제할 수 있기 때문에, 각 링크(50, 52, 54)를 비교적 짧게 할 수 있고, 기내 로봇(40) 전체를 소형화할 수 있다. 또, 근본 관절(42)의 신축 방향(즉 제3 축(A3))은 제2 축(A2)에 완전하게 평행하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 도 15에 나타내는 바와 같이, 제2 축(A2)과 수평면이 이루는 각도가 θ라고 가정한다. 이 경우, 제3 축(A3)과 제2 축(A2)이 이루는 각도를 θ/2 미만으로 억제하면, 제3 축(A3)을 수평으로 하는 경우와 비교해서, 기내 로봇(40) 전체를 소형화할 수 있다.

또, 지금까지 설명한 구성은 모두 일례이고, 적어도, 수평한 축 주위 회전 가능하게 공작 대상물(100)을 지탱하는 주축대(20)와, 공구를 지탱하는 공구대(30)와, 가공실(12) 내에 설치된 기내 로봇(40)을 구비하고, 기내 로봇(40)이 링크 유닛(58)와, 당해 링크 유닛(58)을 가공실(12)의 내외로 이동시키는 직동관절(즉 근본 관절(42))를 가지는 것이라면, 기타의 구성은 적당하게 변경될 수도 있다. 따라서 링크 유닛(58)은 상기의 구성으로 한정되지 않고, 적당하게 변경될 수도 있다. 또, 본 명세서에서 개시된 기술은 공작 대상물(100)을 회전 지탱하는 주축대(20)와, 공구(미도시)를 지탱하는 공구대(30)를 가지는 것이라면, 다른 형태의 공작기계에 적용될 수 있다. 예를 들면, 본 명세서에서 개시하는 기술은 선반과 밀링 머신을 조합한 복합 가공기에 적용될 수 있고, 원통 연삭기에 적용될 수도 있다.

10: 공작기계
12: 가공실
14: 커버
16: 개구부
18: 도어
20: 주축대
21: 주축단
26: 척
30: 공구대
32: 터릿
36: 심압대
40: 기내 로봇
42: 근본 관절
44: 제2 관절
46: 제3 관절
48: 제4 관절
50: 제1 링크
52: 제2 링크
54: 제3 링크
56: 엔드 이펙터
57: 암
58: 링크 유닛
59: 컨트롤러
60: 공작 대상물 스토커
62: 지주
70: 추가의 엔드 이펙터
100: 공작 대상물
110: 공구
A1: 제1 축
A2: 제2 축
A3: 제3 축
Rw: 공작 대상물 회전축.

Claims

가공실 내에 배치되고, 공작 대상물을 수평방향으로 평행한 공작 대상물 회전축 주위에 회전 가능하게 지탱하는 주축대와,
상기 가공실 내에 배치되고, 상기 공작 대상물 회전축에 평행한 제1 축 방향 및 상기 제1 축으로 직교하는 제2 축 방향으로 이동 가능하고, 공구를 지탱하는 공구대와,
상기 가공실 내에 배치되는 로봇과,
상기 가공실의 주위를 둘러싸는 커버와,
상기 커버에 설치되고, 상기 가공실의 내외를 연통하는 개구부와,
상기 개구부를 개폐 가능하게 덮는 도어를 구비하고,
상기 로봇은 상기 가공실 내에 고정되는 근본 관절과, 상기 근본 관절보다 선단측에 위치하는 동시에 서로 관절 연결된 복수의 링크를 가지는 링크 유닛을 구비하고,
상기 근본 관절은 상기 공작 대상물 회전축에 직교하는 방향으로 신축 가능한 직동관절이고, 상기 링크 유닛 전체를 상기 가공실 내에 위치시키는 길이와, 상기 링크 유닛 전체를 가공실 외에 위치시키는 길이 사이에 신축 가능한 직동관절인 것을 특징으로 하는 공작기계.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 링크는 모두 상기 근본 관절의 신축 방향과 평행한 축 주위로 회전 가능한 것을 특징으로 하는 공작기계.
제2 항에 있어서,
상기 링크 유닛은,
근본 관절에 연결된 제1 링크와,
제2 관절을 통해서 상기 제1 링크에 연결된 제2 링크와,
제3 관절을 통해서 상기 제2 링크에 연결된 제3 링크와,
제4 관절을 통해서 상기 제3 링크에 연결된 엔드 이펙터를 포함하고,
제2 관절, 제3 관절, 및 제4 관절은 모두 상기 근본 관절의 신축 방향과 평행한 축 주위로 회전하는 회전관절인 것을 특징으로 하는 공작기계.
제1 항에 있어서,
상기 제2 축은 상기 회전축에 근접함에 따라서 아래쪽으로 진행되도록, 수평면에 대하여 각도 θ만큼 경사져 있고, 상기 근본 관절의 신축 방향과 상기 제2 축이 이루는 각도는 θ/2 미만인 것을 특징으로 하는 공작기계.
제4 항에 있어서,
상기 근본 관절의 신축 방향은 상기 제2 축과 평행방향인 것을 특징으로 하는 공작기계.
제1 항에 있어서,
상기 공작기계가 수평 선반인 것을 특징으로 하는 공작기계.
제1 항에 있어서,
상기 공작기계가 원통 연삭기인 것을 특징으로 하는 공작기계.