(57)【要約】【課題】ワークの加工中に振動が発生しても機内ロボットの共振を抑制し得る技術を提供する。【解決手段】機内ロボット１の振動センサ７で機内ロボット１の振動を検出する。ワーク４の加工中に機内ロボット１の振動が閾値以上となった場合、制御装置１０は、機内ロボット１のエンドエフェクタ３を交換する、あるいは機内ロボット１の姿勢を変更することで機内ロボット１の固有振動数を変更し、機内ロボット１の共振を抑制する。【選択図】図１
2020059063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機内ロボットと、
切削中の前記機内ロボットの振動を検出する振動センサと、
検出された前記振動が閾値以上の場合に、前記機内ロボットの固有振動数を変更する処理を実行する制御装置と、
を備える工作機械。
【請求項２】
前記制御装置は、前記固有振動数を変更する処理として、前記機内ロボットのエンドエフェクタを質量の異なる別のエンドエフェクタに交換する処理を実行する
請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記制御装置は、前記固有振動数を変更する処理として、前記機内ロボットの姿勢を変更する処理を実行する
請求項１に記載の工作機械。
【請求項４】
前記制御装置は、前記固有振動数を変更する処理として、前記機内ロボットのエンドエフェクタを質量の異なる別のエンドエフェクタに交換する処理と、前記機内ロボットの姿勢を変更する処理のいずれか一方の処理を実行し、前記振動が閾値未満とならない場合に、さらにいずれか他方の処理を実行する
請求項１に記載の工作機械。
【請求項５】
前記制御装置は、前記閾値としての第１閾値以上の場合に、前記固有振動数を変更する処理として、前記機内ロボットのエンドエフェクタを質量の異なる別のエンドエフェクタに交換する処理と、前記機内ロボットの姿勢を変更する処理のいずれか一方の処理を実行し、前記閾値としての第２閾値（但し、第２閾値＞第１閾値）以上の場合に、いずれか他方の処理を実行する
請求項１に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は工作機械に関し、特に振動抑制技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の内部に、ワーク搬送等を行うための機内ロボットを設置する技術がある。工作機械の中でも旋盤で切り欠きのあるワークを旋削加工すると、断続的な力が発生するため振動が発生する。また、高負荷等で加工条件が厳しい場合には、連続的な旋削加工であってもびびりが発生して振動が生じる場合がある。
【０００３】
特許文献１には、機内ロボットに関するものではないが、ロボットアームに振動源を介してヘム刃を装着し、ワークの連続する被折曲加工部を振動源により駆動されるヘム刃で押圧して折り曲げ、そのままヘム刃を被折曲加工部に沿って横移動させて被折曲加工部を連続的に折り曲げるヘミング装置が記載されており、ヘム刃とその振動源の少なくとも一方に、ヘム刃の振動でロボットアームが共振するのを抑制する重りを脱着可能に取付けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２４９４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
工作機械において振動が発生すると、機内ロボットにも当該振動が伝搬し、機内ロボットが大きく振動する共振現象が生じる場合があり、かかる共振現象が生じると、ワークに振動の跡が残り製品不良となる場合や、振動が激しい場合には機内ロボット自体が損傷するおそれもある。
【０００６】
本発明は、ワークの加工中に振動が発生しても機内ロボットの共振を抑制し得る技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、機内ロボットと、切削中の前記機内ロボットの振動を検出する振動センサと、検出された前記振動が閾値以上の場合に、前記機内ロボットの固有振動数を変更する処理を実行する制御装置とを備える工作機械である。
【０００８】
本発明の１つの実施形態では、前記制御装置は、前記固有振動数を変更する処理として、前記機内ロボットのエンドエフェクタを質量の異なる別のエンドエフェクタに交換する処理を実行する。
【０００９】
本発明の他の実施形態では、前記制御装置は、前記固有振動数を変更する処理として、前記機内ロボットの姿勢を変更する処理を実行する。
【００１０】
本発明のさらに他の実施形態では、前記制御装置は、前記固有振動数を変更する処理として、前記機内ロボットのエンドエフェクタを質量の異なる別のエンドエフェクタに交換する処理と、前記機内ロボットの姿勢を変更する処理のいずれか一方の処理を実行し、前記振動が閾値未満とならない場合に、さらにいずれか他方の処理を実行する。
【００１１】
本発明のさらに他の実施形態では、前記制御装置は、前記閾値としての第１閾値以上の場合に、前記固有振動数を変更する処理として、前記機内ロボットのエンドエフェクタを質量の異なる別のエンドエフェクタに交換する処理と、前記機内ロボットの姿勢を変更する処理のいずれか一方の処理を実行し、前記閾値としての第２閾値（但し、第２閾値＞第１閾値）以上の場合に、いずれか他方の処理を実行する。  
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ワークの加工中に振動が発生して機内ロボットに共振現象が生じても、当該機内ロボットの固有振動数を変更することで共振現象を抑制することができる。これにより、製品不良や機内ロボットの破損等を防止できる。  
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の工作機械の構成図である。
【図２】実施形態のエンドエフェクタの交換説明図である。
【図３】実施形態の機内ロボットの姿勢変更説明図である。
【図４】実施形態の処理フローチャートである。
【図５】実施形態の他の処理フローチャートである。
【図６】実施形態のさらに他の処理フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
実施形態に係る工作機械は、ワーク４を回転させながら工具（旋削工具）６を当ててワーク４を切削する旋削機能と、回転工具でワーク４を切削する転削機能とを有した複合加工機である。工作機械の本体部の周囲は、カバー（図示せず）で覆われている。このカバーで区画される空間が、ワーク４の加工が行われる加工室となる。カバーには、少なくとも一つの開口部と、当該開口部を開閉するドア（いずれも図示せず）とが設けられている。オペレータは、この開口部を介して、工作機械の本体部やワーク４等にアクセスする。加工中、開口部に設けられたドアは、閉鎖される。これは、安全性や環境性等を担保するためである。
【００１６】
本体部は、ワーク４を自転可能に保持するワーク主軸装置と、回転工具を自転可能に保持する工具主軸装置と、工具６を保持する刃物台とを備えている。ワーク主軸装置は、基台に設置された主軸台と、当該主軸台に取り付けられたワーク主軸とを備えている。ワーク主軸は、ワーク４を着脱自在に保持するチャック５やコレットを備えており、保持するワーク４を適宜交換できる。ワーク主軸は、ワーク回転軸を中心として自転する。
【００１７】
工具主軸装置は、転削用の工具（回転工具）、例えば、フライスやエンドミルと呼ばれる工具を自転可能に保持するもので、その内部に駆動モータ等を内蔵した主軸ヘッドと、当該主軸ヘッドに取り付けられた工具主軸とを備えている。工具主軸は、回転工具を着脱自在に保持するクランパを備えており、必要に応じて保持する回転工具を交換できる。
【００１８】
また、基台には、ベース部２を介して機内ロボット１が取り付けられている。この機内ロボット１は、加工の補助や、各種センシング、補助的作業等に用いられる。本実施形態では、特に、機内ロボット１はワーク４を保持して搬送する、ワーク４を反転させる等の作業を行う。
【００１９】
制御装置１０は、オペレータからの指示に応じて、工作機械の各部の駆動を制御する。制御装置１０は、例えば、各種演算を行うＣＰＵと、各種制御プログラムや制御パラメータを記憶するメモリとで構成される。また、制御装置１０は、通信機能を有しており、他の装置との間で各種データ、例えば、ＮＣプログラムデータ等を授受できる。制御装置１０は、工具６やワーク４の位置、及び機内ロボット１の位置を随時演算する数値制御装置を含んでもよい。また、制御装置１０は、単一の装置でもよいし、複数の演算装置を組み合わせて構成されてもよい。
【００２０】
機内ロボット１は、例えば、複数のアームと複数の関節を有した多関節ロボットであり、その先端にエンドエフェクタ３が設けられる。機内ロボット１は、連結機構としてのベース部２を介して基台に取り付けられている。 連結機構は、ベアリングを介して基台に取り付けられており、基台に対して回転可能となっている。連結機構には、モータ等のアクチュエータが取り付けられており、このアクチュエータの駆動は、制御装置１０により制御される。また、機内ロボット１の複数の関節には、モータ等のアクチュエータが取り付けられており、このアクチュエータの駆動は、制御装置１０により制御される。制御装置１０は、連結機構および各関節に設けられたアクチュエータの駆動量から、エンドエフェクタ３の位置を算出する。エンドエフェクタ３は、対象物に対して何らかの働きかけを行う部材であり、本実施形態ではワーク４を把持する把持部等である。
【００２１】
機内ロボット１の所定位置、例えば複数のアームのいずれかの内部に振動センサ７が設けられる。振動センサ７は、機内ロボット１の振動を検出して制御装置１０に出力する。
制御装置１０は、振動センサ７で検出された振動を入力し、当該振動の大きさ（振幅）が閾値以上であるか否かを監視する。スプライン等の切り欠きがあるワーク４を工具６により切削加工すると、断続切削となるため加工点で加振力が発生し、ワーク４や工具６が振動する。この振動がベース部２を介して機内ロボット１に伝搬し、機内ロボット１が振動してしまう。例えば、主軸回転速度６００／ｍｉｎ、ワーク４の切り欠きが１周当たり６箇所あると、周波数６０Ｈｚの振動が発生する。そして、この振動周波数が機内ロボット１の固有振動数と一致した場合には、機内ロボット１が大きく振動する共振現象が生じる。機内ロボット１に共振現象が生じると、ワーク４に振動の跡が残り製品不良となるおそれが生じ、あるいは機内ロボット１が損傷するおそれも生じる。
【００２２】
そこで、制御装置１０は、検出された振動の振幅が閾値以上となると、機内ロボット１に共振現象が発生していると判別し、機内ロボット１の固有振動数を変更する処理を実行する。機内ロボット１の固有振動数ｆは、エンドエフェクタ３の質量をｍ、機内ロボット１の剛性をｋとすると、
ｆ＝１／２π・（ｋ／ｍ）１／２
で与えられる。従って、固有振動数ｆを変更するためには、エンドエフェクタ３の質量ｍを変更するか、あるいは剛性ｋを変更するか、あるいはエンドエフェクタ３の質量ｍと剛性ｋをともに変更するかのいずれかを実行すればよい。
【００２３】
エンドエフェクタ３の質量ｍを変更するためには、エンドエフェクタ３を質量の異なる別のエンドエフェクタに交換すればよい。例えば、機内ロボット１の剛性ｋが８×１０−３Ｎ／ｍ、エンドエフェクタ３の質量ｍが５．５ｋｇの場合、固有振動数ｆは６０Ｈｚであり、主軸回転速度６００／ｍｉｎ、ワーク４の切り欠きが１周当たり６箇所あると、上記したように６０Ｈｚの振動が生じるから機内ロボット１の固有振動数と一致して共振してしまう。そこで、エンドエフェクタ３を、その質量ｍが３ｋｇのエンドエフェクタに交換することで、機内ロボット１の固有振動数が８１Ｈｚとなり、共振を抑制することができる。
【００２４】
なお、エンドエフェクタ３の交換は、制御装置１０の制御の下で機内ロボット１が自動で行ってもよく、あるいは制御装置１０がオペレータに対してエンドエフェクタ３の交換を報知するメッセージを出力し、オペレータが手動でエンドエフェクタ３を交換してもよい。すなわち、制御装置１０での固有振動数の変更処理には、エンドエフェクタ３の自動交換の他、オペレータに対してエンドエフェクタ３の交換を促すメッセージ等の出力も含まれる。
【００２５】
また、剛性ｋを変更するためには、機内ロボット１の姿勢を変更すればよい。すなわち、機内ロボット１の剛性は、アームを伸ばした状態で剛性ｋが相対的に低く、アームを折り畳んだ状態で剛性ｋが相対的に高い。例えば、機内ロボット１のアームが伸びた状態の剛性ｋが８×１０−３Ｎ／ｍ、エンドエフェクタ３の質量ｍが５．５ｋｇの場合、固有振動数ｆは６０Ｈｚであり、主軸回転速度６００／ｍｉｎ、ワーク４の切り欠きが１周当たり６箇所あると、上記したように６０Ｈｚの振動が生じるから機内ロボット１の固有振動数と一致して共振してしまう。そこで、機内ロボット１のアームを折り畳んだ状態に変更することで剛性ｋを相対的に高くし、機内ロボット１の固有振動数を６０Ｈｚから変更して共振を抑制することができる。機内ロボット１の姿勢変更は、制御装置１０の制御の下で自動的に実行され得る。
【００２６】
図２は、エンドエフェクタ３の交換の様子を模式的に示す。エンドエフェクタ３を他のエンドエフェクタ３’に交換することでその質量ｍを変更し、機内ロボット１の固有振動数を変更する。なお、エンドエフェクタ３を交換する際に，ワーク４の加工に支障のない範囲内でエンドエフェクタ３を交換することは言うまでもない。
【００２７】
図３は、機内ロボット１の姿勢変更の様子を模式的に示す。アームを伸ばした状態から折り畳んだ状態に変更することでその剛性ｋを変更し、機内ロボット１の固有振動数を変更する。なお、姿勢を変更する際に，ワーク４の加工に支障のない範囲内で姿勢変更することは言うまでもない。
【００２８】
図４は、本実施形態の処理フローチャートを示す。機内ロボット１のエンドエフェクタ３を交換することで振動を抑制する処理フローチャートであり、制御装置１０によってワーク４の加工中に一定の制御周期で繰り返し実行される処理である。
【００２９】
制御装置１０は、振動センサ７で振動を検出すると（Ｓ１０１）、検出された振動データを制御装置１０に出力する。
【００３０】
制御装置１０は、振動データを入力し、振動の振幅を閾値と大小比較して閾値以上であるか否かを判別する（Ｓ１０２）。
【００３１】
振動の振幅が閾値以上である場合（Ｓ１０２でＹＥＳ）、制御装置１０は、次にエンドエフェクタ３の交換が可能であるか否かを判別する（Ｓ１０３）。ワーク４に対する加工の種類によっては現在使用しているエンドエフェクタ３以外にも別のエンドエフェクタを使用し得る場合があり、この場合には（Ｓ１０３でＹＥＳ）、質量の異なる別のエンドエフェクタに交換してワーク４の加工を続行する（Ｓ１０４）。エンドエフェクタ３を交換した結果、振動が閾値未満となれば（Ｓ１０２でＮＯ）、振動抑制処理は終了し、交換後のエンドエフェクタでそのままワーク４の加工を続行する。他方、エンドエフェクタ３を交換しても、依然として振動が閾値以上であれば（Ｓ１０２でＹＥＳ）、再びエンドエフェクタの交換処理を実行する（Ｓ１０３，Ｓ１０４）。交換できるエンドエフェクタ３が存在しない場合には、処理を終了する（Ｓ１０３でＮＯ）。この場合、制御装置１０はエラーメッセージを表示してオペレータに対策を促す。  
【００３２】
図５は、本実施形態の他の処理フローチャートを示す。機内ロボット１の姿勢を変更することで振動を抑制する処理フローチャートであり、制御装置１０によってワーク４の加工中に一定の制御周期で繰り返し実行される処理である。
【００３３】
制御装置１０は、振動センサ７で振動を検出すると（Ｓ２０１）、検出された振動データを制御装置１０に出力する。
【００３４】
制御装置１０は、振動データを入力し、振動の振幅を閾値と大小比較して閾値以上であるか否かを判別する（Ｓ２０２）。
【００３５】
振動の振幅が閾値以上である場合（Ｓ２０２でＹＥＳ）、制御装置１０は、次に機内ロボット１の姿勢変更が可能であるか否かを判別する（Ｓ２０３）。ワーク４に対する加工の種類によっては現在の姿勢を変更し得る場合があり、この場合には（Ｓ２０３でＹＥＳ）、姿勢を変更してワーク４の加工を続行する（Ｓ２０４）。姿勢を変更した結果、振動が閾値未満となれば（Ｓ２０２でＮＯ）、振動抑制処理は終了し、変更後の姿勢でそのままワーク４の加工を続行する。他方、姿勢を変更しても、依然として振動が閾値以上であれば（Ｓ２０２でＹＥＳ）、再び姿勢の変更処理を実行する（Ｓ２０３，Ｓ２０４）。機内ロボット１の姿勢を変更できない場合には、処理を終了する（Ｓ２０３でＮＯ）。この場合、制御装置１０はエラーメッセージを表示してオペレータに対策を促す。  
【００３６】
図６は、本実施形態のさらに他の処理フローチャートを示す。機内ロボット１の姿勢変更とエンドエフェクタ３の交換を組み合わせて振動を抑制する処理フローチャートであり、制御装置１０によってワーク４の加工中に一定の制御周期で繰り返し実行される処理である。
【００３７】
制御装置１０は、振動センサ７で振動を検出すると（Ｓ３０１）、検出された振動データを制御装置１０に出力する。
【００３８】
制御装置１０は、振動データを入力し、振動の振幅を閾値と大小比較して閾値以上であるか否かを判別する（Ｓ３０２）。
【００３９】
振動の振幅が閾値以上である場合（Ｓ３０２でＹＥＳ）、制御装置１０は、次に機内ロボット１の姿勢変更が可能であるか否かを判別する（Ｓ３０３）。ワーク４に対する加工の種類によっては現在の姿勢を変更し得る場合があり、この場合には（Ｓ３０３でＹＥＳ）、姿勢を変更してワーク４の加工を続行する（Ｓ３０４）。
【００４０】
他方、機内ロボット１の姿勢を変更することができない場合（Ｓ３０３）、次に、エンドエフェクタ３の交換が可能であるか否かを判別する（Ｓ３０５）。姿勢変更ができなくても、エンドエフェクタ３の交換は可能であれば（Ｓ３０５でＹＥＳ）、エンドエフェクタ３を質量の異なる別のエンドエフェクタに交換し（Ｓ３０６）、ワーク４の加工を続行する。姿勢変更もエンドエフェクタ３の交換も不可能であれば、制御装置１０はエラー表示を行ってオペレータに対策を促す（Ｓ３０７）。
【００４１】
この処理では、機内ロボット１の姿勢変更を優先させ、振動が閾値以上で共振が生じている場合に、まずは姿勢変更を優先的に実行し、姿勢変更できない場合にはエンドエフェクタ３の変更を実行することで共振を抑制するといえる。
【００４２】
図６の処理では、姿勢変更の方がエンドエフェクタ３の交換よりも容易に実行し得ることに鑑みて姿勢変更を優先的に実行しているが、エンドエフェクタ３の交換の方が姿勢変更よりも容易であれば、エンドエフェクタ３の交換を優先的に実行してもよい。要するに、エンドエフェクタ３の交換と姿勢変更のいずれか一方の処理を実行し、それでも振動が閾値未満とならない場合にいずれか他方の処理を実行してもよい。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。
【００４４】
例えば、本実施形態では旋盤の例で説明したが、マシニングセンサにおいても工具による断続切削で振動が発生する場合があるので、エンドエフェクタ３の交換と姿勢変更の少なくともいずれかを実行することで機内ロボット１の共振を抑制できる。
【００４５】
また、本実施形態では、機内ロボット１のアームに振動センサ７を設けているが、機内ロボット１のモータのエンコーダを振動センサ７として援用することもできる。
【００４６】
さらに、本実施形態では、検出された振動の振幅が閾値以上の場合に機内ロボット１に共振現象が生じているとみなしているが、閾値として第１閾値及び第２閾値（第１閾値＜第２閾値）を設定し、振動の振幅が第１閾値以上となった場合に共振のおそれありとして機内ロボット１の姿勢を変更し、振動の振幅が第２閾値以上となった場合に共振が生じているとしてエンドエフェクタ３を交換する処理を実行してもよい。要するに、振動の大きさに応じ、固有振動数を変更する処理を変えてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１  機内ロボット、２  ベース部、３  エンドエフェクタ、４  ワーク、５  チャック、６  工具、７  振動センサ、１０  制御装置。
【図１】
2020059063.tif 000003
【図２】
2020059063.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020059063.tif 000006
【図５】
2020059063.tif 000007
【図６】
2020059063.tif 000008