(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械フレーム（５）と、
機械フレームに対して、複数の軸に沿ってまたは複数の軸の周りに、調節可能な工具（３）と、
軸に沿うまたは軸の周りの調節を実施するアクチュエータ（６，７，８）と、
アクチュエータを制御する制御システム（２０）と、
複合工作機械側の支持体（１１）と、工具側の保持体（１２）と、保持体を支持体に対する規定位置へと押す押圧装置（１０）とを含む、多軸複合工作機械の工具用の接続部品（１）であって、
押圧装置が、電磁式または空気圧式または油圧式手段を含み、
押圧装置の押圧力が、複合工作機械の動作中に、可変である接続部品（１）とを含む多軸複合工作機械（２）であって、
制御システム（２０）は、接続部品の押圧装置を制御するように構成され、
制御システム（２０）は、
工具の加速度、および
工具の角度位置
のパラメータのうちの１つ以上に応じて、複合工作機械の動作中に、押圧装置の押圧力を調節するように設計されていることを特徴とする複合工作機械。
【請求項２】
接続部品が、予め設定された力で保持体を支持体に対する規定位置へと弾性的に押す締め付け装置（１３）を有することを特徴とする請求項１に記載の複合工作機械。
【請求項３】
押圧装置が、支持体に向う保持体の軸の方向に、保持体を押すことを特徴とする請求項１または２に記載の複合工作機械。
【請求項４】
押圧装置が保持体の中心に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の複合工作機械。
【請求項５】
接続部品が、レーザビームの通路（１４）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合工作機械。
【請求項６】
接続部品が、保持体および支持体の互いに対する位置を規定するための位置合わせ装置（１５）を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合工作機械。
【請求項７】
接続部品が、接続部品に制御信号または押圧装置用の媒体を供給する端子を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合工作機械。
【請求項８】
接続部品が、保持体（１２）および支持体（１１）の互いに対する規定相対位置からの離脱を検出する１つ以上の離脱センサ（１８ａ〜１８ｃ）を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の複合工作機械。
【請求項９】
工具がレーザ処理ヘッドを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の複合工作機械。
【請求項１０】
工具と多軸複合工作機械との接続の弾性を制御する方法であって、
複合工作機械側の支持体（１１）と、工具側の保持体（１２）と、保持体を支持体に対する規定位置へと押す押圧装置（１０）とを含む、多軸複合工作機械の工具用の接続部品（１）であって、
押圧装置が、電磁式または空気圧式または油圧式手段を含み、
押圧装置の押圧力が、複合工作機械の動作中に、可変である接続部品を準備する工程と、
工具の加速度、および
工具の角度位置
のパラメータのうちの１つ以上に応じて押圧装置のための押圧力を決定する工程と、
接続部品における決定された押圧力を調節する工程とを含み、
押圧力が、複合工作機械の動作中に変更されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
押圧力が、予め決定されて、加工プログラムの一部として記憶されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
押圧力が複合工作機械の動作中に決定されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の前提部に従う接続部品を含む多軸複合工作機械および弾性制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械の工具と他の機械部品または加工対象物とが衝突する場合に、システムに弾性を持たせるために、接続部品が使用され、したがって、剛性部品による損傷が回避されている。ここで、「弾性」という用語は、必ずしもばね定数に類似した線形の弾性を意味するものではない。むしろ、明確な条件下での一般的な可撓性を意味するものである。
【０００３】
既知の接続部品は、複合工作機械側の支持体と、工具側の保持体と、支持体に対して定められた位置へと保持体を弾性的に押す締め付け装置とを含む。締め付け装置は、複数の圧縮ばねと引っ張りばねとを含み、その張力は、ばねプレロードを手動で設定することで調節することができる。
【０００４】
既知の接続部品に関して不都合なことは、それによって提供されるシステム弾性が、変更に苦労を要し、また、動作中は実質的に変更できないことである。たとえば、工具ヘッドは、それぞれ異なる重量を有し得るので、同一の加速度で異なる慣性力を示す。これはまた、手動介入によってのみ達成することが可能な、異なる取付け力を必要とする。取付け力を動作モードに応じて調節することも望まれ得る。たとえば、複合工作機械がプログラムされる際には、後続の動作におけるよりも衝突がより起こり易く、したがって、プログラミングのためには、後続の加工の間よりも低いシステム剛性が望まれ得る。加工ヘッドまたは工具の速度または加速度の調節に応じて、剛性を調節することも望ましい。工具の位置も、異なるトルクおよび力を生じさせ得、したがって、接続部品の反応に関して異なる条件を生じさせ得る。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、接続部品における弾性の迅速かつ自動的な適応を可能にする接続部品を含む多軸複合工作機械、および弾性制御方法を提供することにある。
【０００６】
この目的は、独立請求項の特徴によって達成される。従属請求項は、本発明の好ましい実施形態に向けられている。
【０００７】
多軸複合工作機械の工具のための接続部品は、機械側の支持体と、工具側の保持体（１２）と、支持体に対して定められた位置まで保持体を弾性的に押す押圧装置（１０）とを含む。押圧装置の押圧力は、複合工作機械の動作中に変えることが可能である。押圧装置は、空気圧式および／または油圧式および／またはばね弾性式および／または電磁式手段を含み得る。好ましくは、押圧装置は空気圧式のものである。
【０００８】
押圧装置には、従来の締め付け装置に加えて、支持体に対して定められた位置まで保持体を予め定められた力で弾性的に押す保持具を備えることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の各実施形態について説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】接続部品の断面図および模式的平面図である。
【図２】接続部品を含む多軸複合工作機械を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面において、同一の符号は同一の構成要素を表す。特徴は、相互に組み合わせることが可能であり、明示的に示されない場合でも、技術的理由で特徴の組み合せが排除されない限り、組み合わせ可能であると考えるべきである。
【００１１】
図において、符号１は接続部品を、符号２は複合工作機械を、符号３は工具たとえばレーザヘッドを、符号４は加工対象物テーブルを、符号５は機械フレームを、符号６，７および８は加工対象物および工具ヘッドの互いに対する並進および回転の相対的調節のためのアクチュエータを、符号９は加工対象物を、符号１０は押圧装置を、符号１１は機械側支持体を、符号１２は工具側保持体を、符号１３は締め付け装置を、符号１４はレーザビーム通路を、符号１５は位置合わせ手段を、符号１６は力伝達領域を、符号１８は離脱検出器を、符号１９は軸を表す。
【００１２】
図１は、その上部に、接続部品１の側面断面図を模式的に示し、その下部に、関連構成要素の配置の平面図を模式的に示す。機械側の支持体１１は、機械側（フレーム側）要素、たとえばフレームまたはアクチュエータ７に取り付け可能な機械側プレート１１ｃを有し得る。支持プレート１１ｃに対向して、中央孔１１ｄを有するプレートとして設計することが可能な支持領域１１ａが存在する。要素１１ａおよび１１ｃは、接続領域１１ｂを介して互いに接続され得る。機械側支持体１１は、（開口１１ｄを除き）閉鎖筐体として設計することができる。工具側保持体１２は、保持プレート１２ａおよびそれと接続された接続パイプ１２ｂを有し得る。接続パイプ１２ｂは、支持領域１１ａの開口１１ｄを貫通し得る。保持プレート１２ａは、開口１１ｄよりも大きく設計することができる。パイプ１２ｂの自由端には、工具ヘッド側要素、たとえば１つ以上のアクチュエータ８を、固定することが可能である。
【００１３】
支持体１１および保持体１２は、互いに対して、固定的にではなく、弾性的に接続されている。位置合わせ手段１５は、１方向（たとえば、図１における下方）に圧力が働く場合に、機械側支持体１１および工具側保持体１２が、互いに対して規定された位置に達するのを、確実にすることができる。複数の位置合わせ手段１５を備えることが可能であり、これらは、ある領域において、ポジティブロック個別部分、たとえば、保持体側の凸部１５ａおよび支持体側の対応する凹部１５ｂを有し得る。このような位置合わせ手段１５を２つ備えることが可能である。３点支持を確保するために、第３の位置合わせ手段を備えることも可能である。位置合わせ手段１５は、開口１１ｄの周りに、たとえば１２０°毎に分布させることが可能である。
【００１４】
符号１０は、支持体１１に対して定められた位置まで保持体１２を弾性的に押す押圧装置を示している。押圧装置の押圧力は、複合工作機械の動作中に変えることが可能である。押圧装置の押圧力は、そのための操作者の手動介入を必要とすることなく、自動的に変えることが可能である。その変更は、相対的に迅速に、たとえば１秒未満の期間内に、好ましくは０．５秒未満の期間内に、達成することが可能である。
【００１５】
押圧装置１０は、空気圧式押圧装置および／または油圧式および／またはばね弾性式および／または電磁式押圧装置であり得る。好ましくは、押圧装置１０は、空気圧式のものであり、たとえば、ガス圧の下で保持体１２を支持体１１に向けて押す、空気圧動作のシリンダである。ガス圧を調節することによって、押圧力を自動的に設定することができる。ガスが圧縮可能であることによって、押圧装置１０の、したがって接続部品１の弾性が保証される。しかし、電磁石によって所望の態様で押圧力を生成する電磁式手段も備えることができる。電磁石もまた剛性ではなく、衝突の際に、電磁的に生成された力が克服され得、これにより、システムに弾性がもたらされる。
【００１６】
押圧装置１０と工具側保持体１２および／または機械側支持体１１との接続は、固定的／剛性的とする必要はなく、１方向において力が固定されるのみとすることも可能である。ここでも、何らかの方法で、要素１５に類似のポジティブロック力伝達領域１６ａ，１６ｂを備えることができる。
【００１７】
動作中、押圧装置１０は保持体１２を支持体１１に対して規定の位置へと押す。そうすると、間接的または直接的に保持体１２に固定されている工具もまた、制御システムにおいて想定されている位置をとる。押圧力は、通常は動作中に生じる力（慣性力、反応力、加重力、トルク・・・）が吸収され得るように、特に、支持体１１に対する規定位置からの保持体１２の離脱を招かないように、調節され得る。しかしながら、押圧装置１０の押圧力は調節可能である。押圧装置１０の押圧力は、個別に発揮される押圧力が、保持体が規定位置から離脱する前に、規定のかつおそらく略一定の過剰力を生成するように、調節することが可能である。図１に示すように、支持プレート１１ｃと保持プレート１２ａとの間の押圧装置１０は、必然的に、保持プレートが機械フレームから工具へ向けて支持領域１１ａに押しやられるような、押圧効果を有し得る。規定位置からの離脱が、たとえば衝突の場合、保持プレート１２ａの機械フレームに向けての移動によって、必然的に生じる。
【００１８】
押圧装置１０に加えて、１つ以上の従来の締め付け装置１３を備えることができる。これらは、機能的には、押圧装置１０と同様に、保持体を支持体に対する規定位置に押す、圧力ばねであり得る。しかし、これらの従来の締め付け装置は、それらの力に関して、動作中に、または手動介入なしに自動的に、調節することができない。ただし、それらの力は、あらゆる場合に望まれる最小の押圧力を生成するように、全体として調節することが可能である。さらに、押圧装置１０は、特定のパラメータに依存して生成される可変部分を生成することができる。
【００１９】
工具はレーザヘッドであり得る。したがって、接続部品１はレーザビーム通路１４を有し得る。最後に、この通路は、レーザビームを通過させて、接続部品１、特に、支持体１１および／または保持体１２の一部分を貫通させる、位置合わせされた開口１４ｃ，１４ｄおよび／またはパイプ部分１４ａ，１４ｂであり得る。光導波路を設けることも可能であるが、必ずしも設ける必要はない。
【００２０】
図１下部の模式平面図は、特定の実施形態における個々の要素の配置を示している。外側の円１１ｅは、支持領域１１ａの外縁を表している。符合１１ｆは、開口１１ｄの縁である。符号１２ｃは、プレート１２ａの外縁である。
位置合わせ手段１５は、プレート１２ａの縁１２ｃと孔１１ｄの縁１１ｆとの間に位置し得る。位置合わせ手段１５の３つは、好ましくは、円の周に沿って等間隔で設けられる。ただし、それらが同一の構造である必要はない。それらは、押圧力が充分に発揮されるときに、位置の規定において過剰決定を招くことなく規定位置に達するように、設計することができる。
【００２１】
従来の締め付け装置１３をいくつか備えることも可能である。たとえば、締め付け装置１３の３つを、円の全周にわたって均等に分布させることができる。押圧装置１０は、中央に、かつ単一の部材として、位置させることが可能である。符号１４は、レーザビームの通路を模式的に表す。通路１４は、パイプ１２ｂの開口内に達する。
【００２２】
図示したものとは異なり、押圧装置１０は、複数の個別の押圧手段から構成することも可能である。たとえば、複数の油圧式または空気圧式または電磁式ユニットであり、これらも均等に配置することが可能である。図示したものと異なり、従来の締め付け装置１３を単一の部材として備えることも可能であり、軸１９に対して対称的に中心に配置することができる。
【００２３】
模式的に示したものとは異なり、工具側保持体１２をいくぶん閉鎖された筐体として設計し、機械側支持体１１を筐体から突出する要素として設計することが可能である。支持体１１および保持体１２を、比較的開放された構造として設計することも可能である。
【００２４】
図２は、多軸複合工作機械２を模式的に示している。多軸複合工作機械２は、複数の軸に沿ってまたはそれらの軸の周りに互いに対して調節可能な工具３および加工対象物９の、相対的な調節を可能にする。特に、３つの並進軸および２つの回転軸が提供される。
【００２５】
調節可能であることは、加工対象物テーブル４と機械フレーム５との間に位置するアクチュエータ６によって、および／または機械フレーム５と接続部品１との間に位置するアクチュエータ７によって、および／または接続部品１と工具３との間に位置するアクチュエータ８によって、達成される。特に、１つまたは２つの回転アクチュエータが接続部品１と工具３との間に備えられ、残余のアクチュエータが接続部品１の他方側に備えられる構成とすることが可能である。
【００２６】
非常に多様な加工機能を、中でもとりわけ押圧装置１０の押圧力を制御する制御システム２０が備えられている。制御システムは、ガスシリンダのガス圧を制御する空気圧式のもの、あるいは、電磁石によって電流を制御する電磁式制御システムであり得る。制御システム２０は、種々のセンサ信号を受信することができる。制御システム２０は、押圧装置を、センサ信号に応じて、および／または内的に既知のパラメータ（たとえば、加工対象物の位置、工具の位置、アクチュエータによる工具の速度または加速度、加工モード）に応じて、制御することが可能である。こうして、制御システム２０は、接続部品１における押圧力を、個別に考慮され望まれるパラメータに基づいて、迅速に調節することができる。
【００２７】
接続部品１には、保持体および支持体の互いに対する規定の相対位置からの離脱を検出する１つ以上の離脱センサ１８を備えることが可能である。
【００２８】
たとえば、３つの離脱センサ１８ａ〜１８ｃを、好ましくは保持体プレートの全周にわたって均等に分布するように、備えることができる。これらは、離脱の量についての、定性的なまたは定量的でもある測定値を生成し得る。これらは、たとえば容量型であり、キャパシタとして機能する２枚のプレートの距離の変化を通じて、電気的に評価することができる量を生成し得る。そして、制御システムは、たとえば、押圧装置１０の押圧力をこれらの離脱センサ１８にも応じて、たとえば、特に、離脱が検出された場合には押圧力が最小（ゼロ）になるように、制御することが可能である。複合工作機械の緊急停止を、離脱センサからの信号に応じて行うこともできる。離脱センサ１８は、接続部品１内に設けることが可能である。ただし、離脱センサ１８を、複合工作機械５の適所に備えられる衝突検出器として、設計することも可能である。
【００２９】
接続部品１は、必要な端子（不図示）、特に、必要に応じて、電気信号または電力、空気圧式システム、油圧式システムなどのための端子を含む。機械は、押圧装置１０に応じて、適当な空気圧源または油圧源（ポンプ）を有し得る。
【００３０】
接続部品１の押圧装置１０の押圧力は、プログラミングの一部であり得、予め定め得る。しかし、他方で、押圧装置１０の押圧力は、個別に考慮すべきパラメータ（工具の重量、工具位置、速度、加速度、動作段階、動作モード、・・・）から、随時計算することも可能である。その計算のために、適切なアルゴリズムを予め定めまたは入力することが可能であり、それに基づいて個々の押圧力を計算する。状態に関する考慮に加えて、動的効果も考慮に入れることができる。プログラミングの間、個々の押圧力がアルゴリズムによって計算され、次いで、プログラムの一部として記憶されるように、動作モードをすることも可能である。
【図１】
0005670735.tif 000002
【図２】
0005670735.tif 000003