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JP2611037B2 - 機械加工ロボット用のフライス加工ヘッド及び該フライス加工ヘッドを使用するロボットで機械加工を行うための方法 - Google Patents

機械加工ロボット用のフライス加工ヘッド及び該フライス加工ヘッドを使用するロボットで機械加工を行うための方法

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JP2611037B2
JP2611037B2 JP2266167A JP26616790A JP2611037B2 JP 2611037 B2 JP2611037 B2 JP 2611037B2 JP 2266167 A JP2266167 A JP 2266167A JP 26616790 A JP26616790 A JP 26616790A JP 2611037 B2 JP2611037 B2 JP 2611037B2
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Japan
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support
milling head
machining
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torsion bar
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ジヤツク・ドウラバル
ギイ・リエンハール
ジヤン―イブ・マリ・ニオシユ
ジヤン―マリ・ポンテイエ
Original Assignee
ソシエテ・ナシオナル・デテユード・エ・ドウ・コンストリユクシオン・ドウ・モトール・ダヴイアシオン、“エス．エヌ．ウ．セ．エム．アー．”
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、固定用支持体により機械加工ロボットの可
動アーム先端に接続されるところの機械加工アセンブリ
を有するフライス加工ヘッドに関し、特に、部品上に面
取り加工を行うためのフライス加工ヘッドに関する。
本発明は又、上記フライス加工ヘッドを使用するロボ
ットで機械加工を行う方法にも関する。
［従来の技術］ フランス特許公開第２ 639 573号は、ロボットアー
ムへの工具ホルダの取付け、特に機械加工部品としては
複数の自由度を有する剛性又は可撓性の結合部に関して
本発明に関係する分野での技術内容を引用している。フ
ランス特許公開第２ 639 573号は、二つのフランジか
らなりかつロボットアームの端部に対する工具ホルダの
移動に関して単一の自由度を有する可撓性支持体を説明
している。この公知の方法により、特に一定の作用力で
機械加工工具を働かせるように調整することができた。
これにより、機械加工される部品において各縁部で画定
される幾何学的外形への適合性が決定される。
自動加工ロボットへの適用としては更に、ロボットの
操作アーム上に固定された送り台へカルダン継手を装着
する例がフランス特許公開第２ 555 083号により知ら
れている。
［本発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、フランス特許公開第２ 639 573号
及びフランス特許公開第２ 555 083号に記載されてい
る上述のような構成及び方法を大幅に改善した機械加工
ロボット用のフライス加工ヘッド、並びに該フライス加
工ヘッドを使用するロボットで機械加工を行うための方
法を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、前述の目的の一方は、固定用支持体
により機械加工ロボットの可動アーム先端に接続される
ところの機械加工アンブリを有するフライス加工ヘッド
であって、支持体が、ロボットのアームの先端に固定さ
れると共に二つの翼部をもつヨーク形状の第１の部分
と、機械加工アセンブリを囲い込むべく第１の部分の内
側に配置されると共に、少なくとも一つのねじり棒要素
により第１の部分に連結されて第１の部分に対して一つ
の自由度を有する第２の部分とを備えていることを特徴
とするフライス加工ヘッドによって達成される。
本発明のフライス加工ヘッドによれば、滑りあるいは
転がり軸受部がなく、部品点数の少ない単純構造である
ため、加工部品に対して一定の作用力を維持しつつ高精
度で安定した加工を行うための機械加工ロボット用フラ
イス加工ヘッドの小型軽量化を図り得ると共に容易かつ
安価に製造でき、メンテナンスも簡単である。しかも、
このフライス加工ヘッドの質量配分を改善して可動部分
の重心位置を最適化できるため、動力学的障害のない高
速加工、並びに複数箇所での同時加工を可能にする。従
って、高い精度が要求される機械部品、例えば航空機部
品の面取り等に使用されるロボット加工の生産性を大幅
に向上させ得る。
本発明によるフライス加工ヘッドの好ましい特徴によ
れば、ねじり棒要素が二つであり、捩り棒要素の夫々
は、一方が支持体の第１の部分に設けられた収容部に、
他方が支持体の第２の部分に設けられた収納部に配置か
つ固定される二つの端部と、該二つの端部を結合する断
面積の小さい短尺部とを備えており、支持体の第１及び
第２の部分間において幾何学的共通軸Ａを有する二つの
ねじりばねを形成しているのがよい。
本発明によるフライス加工ヘッドの他の好ましい特徴
によれば、ねじり棒要素の夫々の二つの端部が互いに同
一の直径Ｄを有する円柱形であり、短尺部がD/7〜D/10
の直径ｄを有する円柱形であるのがよい。
本発明によるフライス加工ヘッドの更に他の好ましい
特徴によれば、支持体の第１の部分が空洞部及び翼部の
くりぬきを含むと共に、支持体の第２の部分は、第１の
部分の翼部における内面に夫々対向して配置されている
横方向相対翼部の二つの外面を含んでおり、支持体及び
機械加工アセンブリを合わせた質量は、ロボットアーム
が支持可能である許容最大質量の大部分が可動の第２の
部分によって占められるように配分されているのがよ
い。
本発明によるフライス加工ヘッドの更に他の好ましい
特徴によれば、可動部である支持体の第２の部分及び機
械加工アセンブリの質量は、重心がねじり棒要素の軸上
に位置するように配分されているのがよい。
本発明によるフライス加工ヘッドの更に他の好ましい
特徴によれば、少なくとも一つの機械的ストッパが、支
持体における第１の部分に対する可動の第２の部分の変
位幅を制限しており、機械加工中の切削工具に対する作
用力がないときにねじり棒要素による予応力をもたらす
ように支持体の二つの部分間にストッパが設けられてい
るのがよい。
本発明によるフライス加工ヘッドの更に他の好ましい
特徴によれば、寸法測定センサが、支持体における固定
の第１の部分と可動の第２の部分との間に配置されてい
るのがよい。
本発明によるフライス加工ヘッドの更に他の好ましい
特徴によれば、支持体の第１の部分が、フライス加工ヘ
ッドを保管棚に支持するための溝を周辺部に有している
ロボットアーム接続部材を含んでいるのがよい。
本発明によれば、前述の目的の他方は、固定用支持体
に装着された工具をもつ機械加工アセンブリを含んでい
る上述のいずれかに記載のフライス加工ヘッドを使用す
るロボットで機械加工を行うための方法であって、ロボ
ットアームの先端へ固定される固定用支持体の接続部材
に対する工具の位置並びに工具の作用力を調整する段階
が機械加工する段階の前に実行され、アセンブリが支持
体に固定されたフランス加工ヘッドを取付用支持部材を
有するフレームを含んでいる調整ベンチに設置した後、
取付用支持部材に対して位置調整可能な可能往復台によ
り担持された心出し部品に設けられた穴に工具の先端を
保持することによって位置調整が行われると共に、支持
体の第１の部分及び第２の部分間の相対位置を変化させ
てねじり棒要素をねじった状態で保持することによって
予応力が調整されることを特徴とする方法によって達成
される。
本発明の方法によれば、フライス加工ヘッドにおい
て、ロボットアームの先端に対する機械加工アセンブリ
の工具の先端位置及び加工部品に対する工具の作用力を
実際の加工作業の前に容易かつ正確に調整し得、しか
も、ねじり棒要素に予応力を与えて工具に所望の作用力
を発生させることができる。従って、高い精度が要求さ
れる機械部品、例えば航空機部品の面取り等に使用され
るロボット加工の生産性を大幅に向上させ得る。
［実施例］ 以下、本発明を図面に示す好ましい実施例を用いて詳
述する。
機械部品、特に航空機に使用される機械部品に対して
寸法形状の正確な面取り部をフライス削り加工するのに
使用される公知型のロボット（図示せず）は可動アーム
を備えており、該アームの端部には本発明の対象物であ
り、第１図に概略的に示される加工ヘッドが取り付けら
れている。該加工ヘッドは主に、二つの部分からなる固
定用支持体２により担持される機械加工アセンブリ１か
ら構成されている。公知型の機械加工アセンブリ１は、
第２図に概略的に示すように、特に切削工具、例えばフ
ライス５を担持する主軸４の回転駆動モータを備えたボ
ディ３を含んでいる。ボディ３は工具５とは反対側の端
部が電源接続用部品3aに接続されている。
機械加工アセンブリ１をロボットの可動アームに固定
接続するための支持体２は主に、互いに結合された二つ
の部分からなっている。固定の第１の部分６はヨーク型
の全体形状を有する。図示する実施例では、ヨークの各
翼部７は、支持体２の剛性及び所要機能のための質量の
適切な配分、並びに特に第１の部分６の軽量化を可能と
する正面くりぬき部８又は第３図に示すような側方くり
ぬき部９により穴明けされた部分を含んでいる。支持体
２の第１の部分６の上部10は好ましくは傾斜した上面11
を備えており、該上面には、ロボットの可動アームの端
部に加工ヘッドを接続及び固定するための公知の構成を
有するロボットアーム接続部材12が固定されている。支
持体２の第１の部分６は、ヨークの翼部７と上部10との
間に軽量化のための空洞部13を備えている。
接続部材12は、ロボットアームへ固定される前の待機
時に加工ヘッドを保管棚又はマガジン上で支持するため
の溝12aをその周辺部に備えている。機械加工用設備の
これらの付属品は図示していない。
固定用支持体２の可動の第２の部分14は該支持体の第
１の部分６の各翼部７の間に配置されている。第２の部
分14は、機械加工アセンブリ１のボディ３が嵌合される
穴部15を含む閉鎖されたヨーク型の全体形状を有する。
ヨーク型の第２の部分14は、例えば該ヨークの翼部18の
下方端部17を結合するボルト1,6を使用して閉鎖されて
いる。
固定用支持体２の第１の部分６の各翼部７には貫通穴
19が設けられており、第２の部分14の各翼部18に設けら
れた同一直径の盲穴20がこの貫通穴19に対応している。
ねじり棒ばね型の接続要素21がこれらの穴19、20に嵌合
されている。
第４図に詳細に示す各要素21は、その収納部を構成す
る支持体２における第１の部分６の穴19内に配置される
第１の円柱形部分22と、同一直径Ｄを有して支持体２に
おけるの第２の部分14の穴20内に配置される第２の円筒
形部分23とを備えている。これら二つの部分22、23は、
該部分より短くかつ小直径ｄの第３の円筒形部分24で結
合されている。ｄの値は好ましくはD/7〜D/10であり、
又、要素21の材料は、該要素がねじり棒ばねを構成し得
るような剛性及び弾性変形の機械的特性を示すように選
択される。各要素21は夫々支持体２の第２の部分６及び
第２の部分14に対して、例えば少なくとも一つの固定ね
じ25により収納部である穴19、20内に固定されている。
ロボットアームの端部と連動する支持体２の第１の部
分６はこのようにして該ロボットアームに対して固定さ
れている。機械加工アセンブリ１を担持しかつねじり棒
ばね21により担持されている支持体２の第２の部分14は
単一の移動自由度に従って、特に機械加工中の切削工具
５に対する作用力下で、ねじり棒ばね21のねじりによっ
て該ねじり棒ばねの幾何学的共通軸Ａのまわりに回動さ
せられる。
第１図から第４図を参照して説明してきた本発明の加
工ヘッドは、以下で説明する複数の補助部品が追加され
る場合、後述する原理に従う。
加工ヘッドの質量は、ロボットアームが支持可能であ
る許容最大質量のうちのかなりの部分が第２の可動部分
14により所有されるように配分されており、そのために
第１の部分６は軽量化されている。
更に、可動部分である支持体２の第２の部分14と機械
加工アセンブリ１との重心は、ねじり棒ばね21に共通な
幾何学的軸Ａ上に置かれている。これらの質量配分によ
って、機械加工中、切削面にひっかき傷を形成するとこ
ろの振動作用を回避できる。ねじり棒ばね21の特性を示
す応答曲線は、本発明の加工ヘッド使用時において工作
物に加工すべき面取りの値及び工作物縁部の位置精度に
応じて決定される。
第５図に詳しく示すように、支持体２の第１の部分６
における前面及び背面にはプレート26がねじ26aで固定
されている。プレート26は、一方では支持体２の第２の
部分14に当接してねじり棒ばね21をねじり、これによっ
て予応力をかけ得る機械的ストッパ27を、他方では工具
５の変動に対応する支持体２の第１の部分６と第２の部
分14との相対位置の変動を圧力測定によりチェックし得
る寸法測定センサ27aを担持している。該センサ27aは試
運転軌道プログラミング操作時にも使用される。ストッ
パ27により加えられるべき予応力の値も、加工すべき面
取りの寸法及び面取り加工される工作物の縁部位置の精
度に応じて決定される。
前述した構造上の特徴及び適用される調整上の特性
は、特に以下の技術面を考慮して得られる。
ねじり棒ばね21に予応力ｐを加えると、第６図に示す
工具へ作用力ｆ対工具変位量ａの特性曲線Ｃが得られ
る。予応力ｐにより小さな変位量ａでも高い作用力ｆで
の動作が可能となる。高い値での応力ｆにより工具５の
動作が安定する。
第７図に示す工具への作用力ｆ対面取り値ｃ及び送り
速度v1,v2,v3の特性曲線により以下の二つの事実が導か
れる。
面取り寸法ｃは作用力ｆの小さな変動にはほとんど影
響を受けない。
高い作用力ｆの選択はより高い送り速度ｖの適用を包
含している。
その結果、以下の操作上の特徴が得られる。
ばね21の剛性は一般に、作用力ｆの小さな変動を生じ
るように決定される。
ほとんど一定の作用力ｆでの作業により「プロフィー
ルモニタ」タイプの工具軌道が得られる。この作業方法
により工作物の寸法形状及びプログラミングされた軌道
に関して大きな公差を認めることができる。
軌道のプログラミングは「位置決め学習」モードを使
用して簡略化され、又、測定センサ27aにより各学習位
置における工具の変位量ａを正確に調整することができ
る。
測定センサ27aは更に、ロボットの軌道に工具５の作
用力ｆを働かせる制御装置として使用される。
第８図はプログラミングされた変位量a1内での工具５
の作動範囲ｅを明示している。
特にねじり棒ばね21の偶発的損傷を避けるために、支
持対２における第１の部分６と第２の部分14との間にも
機械的ストッパが配置されている。ストッパの実施例を
第１図に示す。支持体２の第１の部分６及び第２の部分
14にある翼部７、18は対応する穴を備えている。一方の
穴28は翼部７を貫通しかつねじ切りされており、他方の
穴29は翼部18においてねじ切りされていない盲穴であ
る。これらの穴28、29に取り付けられる止めねじ30は、
支持体２の第１の部分６に対する第２の部分14の遊びを
制限し、従って支持体２の二つの部分６及び14を接続す
るねじり棒ばね21に生じる応力を制限する両側のストッ
パを構成している。
約0.5mmの面取り加工を含む航空部品、特にエンジン
用超合金部品における加工作業への本発明による加工ヘ
ッドの適用例では、工具に加えられる１〜4Nの作用力が
得られ、その結果、加工ロボットに適用されるパラメー
タ、特に支持体２の第１の部分６に対する第２の部分14
の所定値の変倚が得られる。10〜100mm/秒の工具５の移
動速度が使用される。工具５の軸は常に部品縁部の二等
分面に垂直な位置にあり、支持体２の第２の部分14の幾
何学的回転軸Ａは工具端部によって描かれる軌道の接線
に常に平行である。面取り値は、各場合について測定さ
れると共に、所定工具及び所定材料について使用パラメ
ータ、送り速度及び付加作用力を選択して得られる。面
取りの所定値に対するこれらのパラメータの選択によ
り、約±0.1mmの良好な寸法精度及び値が3.2μmCLA未満
の良好な表面状態が得られ得る。
第９図は第１図から第５図を参照して説明した本発明
の固定用支持体２上に装着された機械加工アセンブリ１
を含む加工ヘッドの使用例を示している。該加工ヘッド
を使用する加工方法は第９図に示す予調整段階を必要と
する。
これらの調整を実施するために、工具５を装着した機
械加工アセンブリ１を担持する固定用支持体２が、取付
用支持体33を担持するフレーム32を備えた調整ベンチ31
上に配置されている。支持体２はローレット付保持装置
35を用いて支持板34を介して取付用支持体33上に固定さ
れている。調整ベンチ31は更に可動往復台36を備えてお
り、該往復台の位置は、例えば調節シム37又はバーニヤ
による公知の滑動位置調整手段により調整及び固定され
ている。往復台36は、締付けねじ40を備える保持リング
39が取り付けられた心出しサパート38を担持している。
第10図に詳細に示すように、サポート38には工具５の先
端を当接させて保持するための穴42が設けられている。
支持体２を支持板34に固定した後、往復台36を移動して
工具５の先端を穴42に保持して位置決めし、この位置で
ねじり棒ばね21を支持体２の第１の部分６及び第２の部
分14に対して夫々固定することにより、ロボットアーム
の先端に固定される接続部材12に対する工具５の先端位
置、すなわち支持体２の幾何学的共通軸Ａに対する工具
５の先端位置を予め調整することができる。又、支持体
２の第２の部分14を第１の部分６に対して回転変位させ
て位置決めし、ねじり棒ばね21をねじった状態で機械的
ストッパ27を使って固定することにより、ねじり棒ばね
21に予応力を与えて工具５に所望の作用力を発生させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の加工ヘッドの平面図、第２図は第１図
に示す加工ヘッドに組み込まれる機械加工アセンブリの
側面図、第３図は第１図に示す加工ヘッドにおける支持
体の固定部分の側面図、第４図は第１図及び第３図に示
す加工ヘッド内に貫入されるねじり棒ばねの詳細図、第
５図は第１図及び第３図に示す加工ヘッド上に装着され
る追加部品を示す詳細図、第６図から第８図は工具の作
用力を表す特性曲線を概略的に示した図、第９図は本発
明の加工ヘッドによる加工方法に使用される調整ベンチ
の概略図、第10図は第９図のＸ部分の詳細図である。 １……機械加工アセンブリ、６……第１の部分、７、18
……翼部、14……第２の部分、21……ねじり棒ばね、27
a……寸法測定センサ、31……調整ベンチ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヤン―イブ・マリ・ニオシユ フランス国、91530・サン・モーリス・ モンクロンヌ、リユ・デ・ゾルム・12 (72)発明者 ジヤン―マリ・ポンテイエ フランス国、91000・イブリイ、リユ・ アレクシス・カレル・１

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】固定用支持体（２）により機械加工ロボッ
    トの可動アーム先端に接続されるところの機械加工アセ
    ンブリ（１）を有するフライス加工ヘッドであって、 前記支持体（２）が、前記ロボットのアームの先端に固
    定されると共に二つの翼部（７）をもつヨーク形状の第
    １の部分（６）と、前記機械加工アセンブリ（１）を囲
    い込むべく該第１の部分の内側に配置されると共に、少
    なくとも一つのねじり棒要素（21）により前記第１の部
    分（６）に連結されて該第１の部分（６）に対して一つ
    の自由度を有する第２の部分（14）とを備えていること
    を特徴とするフライス加工ヘッド。
  2. 【請求項２】前記ねじり棒要素（21）が二つであり、該
    捩り棒要素の夫々は、一方が前記支持体の第１の部分
    （６）に設けられた収容部（19）に、他方が前記支持体
    の第２の部分（14）に設けられた収納部（20）に配置か
    つ固定される二つの端部（22、23）と、該二つの端部
    （22、23）を結合する断面積の小さい短尺部（24）とを
    備えており、前記支持体の第１及び第２の部分（６、1
    4）間において幾何学的共通軸Ａを有する二つのねじり
    ばねを形成していることを特徴とする請求項１に記載の
    フライス加工ヘッド。
  3. 【請求項３】前記ねじり棒要素（21）の夫々の二つの端
    部（22、23）が互いに同一の直径Ｄを有する円柱形であ
    り、前記短尺部がD/7〜D/10の直径ｄを有する円柱形で
    あることを特徴とする請求項２に記載のフライス加工ヘ
    ッド。
  4. 【請求項４】前記支持体の第１の部分（６）が空洞部
    （13）及び前記翼部（７）のくりぬき（８）を含むと共
    に、前記支持体の第２の部分（14）は、前記第１の部分
    の翼部（７）における内面に夫々対向して配置されてい
    る横方向相対翼部（18）の二つの外面を含んでおり、前
    記支持体（２）及び前記機械加工アセンブリ（１）を合
    わせた質量は、前記ロボットアームが支持可能である許
    容最大質量の大部分が可動の前記第２の部分（14）によ
    って占められるように配分されていることを特徴とする
    請求項１から３のいずれか一項に記載のフライス加工ヘ
    ッド。
  5. 【請求項５】可動部である前記支持体の第２の部分（1
    4）及び前記機械加工アセンブリ（１）の質量は、重心
    が前記ねじり棒要素（21）の軸Ａ上に位置するように配
    分されていることを特徴とする請求項４に記載のフライ
    ス加工ヘッド。
  6. 【請求項６】少なくとも一つの機械的ストッパ（30）
    が、前記支持体（２）における前記第１の部分（６）に
    対する可動の前記第２の部分（14）の変位幅を制限して
    おり、機械加工中の切削工具（５）に対する作用力がな
    いときに前記ねじり棒要素（21）による予応力をもたら
    すように前記支持体の二つの部分（６、14）間にストッ
    パ（27）が設けられていることを特徴とする請求項１か
    ら５のいずれか一項に記載のフライス加工ヘッド。
  7. 【請求項７】寸法測定センサ（27a）が、前記支持体
    （２）における固定の第１の部分（６）と可動の第２の
    部分（14）との間に配置されていることを特徴とする請
    求項１から６のいずれか一項に記載のフライス加工ヘッ
    ド。
  8. 【請求項８】前記支持体の第１の部分（６）が、フライ
    ス加工ヘッドを保管棚に支持するための溝（12a）を周
    辺部に有しているロボットアーム接続部材（12）を含ん
    でいることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項
    に記載のフライス加工ヘッド。
  9. 【請求項９】固定用支持体（２）に装着された工具
    （５）をもつ機械加工アセンブリ（１）を含んでいる請
    求項１から８のいずれか一項に記載のフライス加工ヘッ
    ドを使用するロボットで機械加工を行うための方法であ
    って、前記ロボットアームの先端へ固定される前記固定
    用支持体（２）の接続部材（12）に対する前記工具
    （５）の位置並びに該工具の作用力を調整する段階が機
    械加工する段階の前に実行され、前記アセンブリ（１）
    が前記支持体（２）に固定されたフライス加工ヘッドを
    取付用支持部材（33）を有するフレーム（32）を含んで
    いる調整ベンチ（31）に設置した後、該取付用支持部材
    （33）に対して位置調整可能な可動往復台により担持さ
    れた心出し部品に設けられた穴に前記工具（５）の先端
    を保持することによって位置調整が行われると共に、前
    記支持体の第１の部分（６）及び第２の部分（14）間の
    相対位置を変化させてねじり棒要素（21）をねじった状
    態で保持することによって予応力が調整されることを特
    徴とする方法。
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