将2017年4月21日提交的第2017-084712号日本专利申请的全部公开内容，包括说明书、权利要求书、附图和摘要，以引用的方式整体并入本文中。
本说明书描述了一种机械工具，其包括保持工件的工件保持件和加工由工件保持件保持的工件的加工头。
背景技术
加工工件的机械工具是众所周知的。在使用这样的工具进行加工时，在被加工的部分或其周围会产生特定的不必要副产物，例如废料或定向能量。特定的不必要副产物包括：例如从被加工的工件上移除的加工废料、从磨石分离出的磨粒、供应到工件上及其周围以进行加工的切削液或磨料、以及从工件偏离和泄漏的激光辐射。这种特定的不必要副产物如果单独存在，将妨碍机械工具的正常操作并且使得收集的材料不能被再利用。例如，在多任务机器或具有内置在车床中的抛光头的机械工具中，如果磨料在抛光过程中飞散和泄漏，则磨料可能进入机械工具的移动机构并磨损滑动构件或其他构件。这会导致水漏到滑动部分并使加工精度恶化。同时，在具有保护移动机构的可动盖(例如伸缩盖)的机械工具中，磨料会磨损伸缩盖的滑动部分。这会导致漏水或切屑堆积在滑动表面上。此外，伸缩盖的滑动阻力可能会增加，并且如果产生阻塞，则阻塞会破坏伸缩盖。此外，如果磨料漏出，则磨料可能会混入切削液中，导致切削液不能被再利用。
鉴于上述情况，已经存在防止由切割加工产生的切屑飞散的常规技术。例如，专利文献1(jp2002-160139a)描述了一种装置，其具有围绕工具形成的盖并在靠近待加工的物体的位置具有开口。这种装置可以在一定程度上防止切屑飞散，因为切屑不太可能会溢出到盖外。专利文献2(jp2003-211341a)公开了一种类似的装置。
专利文献3(jp2005-125472a)公开了一种具有与吸入管道连通的圆柱形头部的切屑吸入头。头部主体具有沿其轴线形成的第一开口和在其圆周表面上形成的第二开口，其中第一开口用于工具穿过其中，第二开口用于工件穿过其中。通过在第二开口中的工件和在第一开口中的工具执行车削加工。这种结构也可以在一定程度上防止切屑飞散，因为切屑不太可能会溢出到头部外。
如在专利文献1和专利文献2中，在具有围绕工具形成的盖的工具的情况下，盖受限于改变其相对于工具或工件的位置和姿势，因为盖与工具共同移动。结果是盖不能完全防止切屑飞散。而且，在工具周围形成盖会使工具大型化。这限制了工具的移动，减少了加工的自由度。
在专利文献3中，需要从工件的尖端将工件插入形成于头部主体的圆周表面中的圆形开口(第二开口)中。该需求使得头部主体不适用于其上具有大的突起和/或凹陷的工件。例如，假设尖端部分具有小的直径并且在轴向上的中间部分具有大的直径的工件。为了加工这种工件，第二开口(圆形开口)的直径应大于工件在其轴向上的中间部分的直径。当第二开口具有较大直径时，相对于工件的轴向上的尖端部(具有小直径的部分)会产生较大的间隙，这可能会产生切屑。即，如专利文献3所述那样成形的头部主体受到可以由头部主体加工的工件的形状的限制。
如上所述，迄今为止，还没有传统技术能够有效地防止由加工导致的特定的不必要副产物的泄漏，而没有损失加工性能。本说明书公开了一种机械工具，其能够有效地防止由加工导致的特定的不必要副产物的泄漏，而没有损失加工性能。
技术实现要素：
在本说明书中描述的机械工具包括：工件保持件，其用于保持工件；加工头，其用于加工由工件保持件保持的工件；以及不必要副产物泄漏防止单元，其用于防止特定的不必要副产物泄漏，该特定的不必要副产物是在被加工的工件的一部分处或其周围进行加工而产生的废料或定向能量，并且其中不必要副产物泄漏防止单元包括：盖，其与加工头分开设置，盖具有在三个方向上敞开并且在另外三个方向上具有壁的结构，从而限定保持工件的保护空间，盖用于接收特定的不必要副产物；以及移动机构，其用于移动盖以在工件没有被加工时使盖与工件分离，并且在工件被加工时使工件的一部分保持在保护空间中。
移动机构可以包括驱动源，该驱动源不同于工件的驱动源和加工头的驱动源，并且在工件被加工时与加工头的移动联动地移动盖。
工件保持件可以保持工件在工件的轴向上的一个或两个端部，加工头可以在工件的径向上大致接近工件，并且移动机构可以使盖在工件的径向上大致接近工件，以使得盖隔着工件与加工头大致相对配置。
盖可以具有大致u型的横截面、大致v型的横截面或大致倒c型的横截面。
不必要副产物泄漏防止单元可以具有设置在盖上并且紧密地粘附到工件的一部分的弹性构件，所述部分被保持在保护空间中。
特定的不必要副产物可以包括从被加工的工件中移除的加工废料和被供应至工件及其附近以进行加工的加工助剂中的至少一种，该加工助剂为液体或粉末颗粒。在这种情况下，不必要副产物泄漏防止单元还可以包括注入机构，该注入机构用于将液体从盖与工件之间的空间或盖与加工头之间的空间注入保护空间内，由此防止特定的不必要副产物从空间泄漏。特定的不必要副产物可以是液体或混合在液体中的粉末颗粒，并且不必要副产物泄漏防止单元还可以包括用于收集由盖接收到的液体的液体收集机构。
机械工具可以是多任务机器，该多任务机器包括内置在车床中的加工头、用于抛光或磨削工件的加工头、用于车削工件的车床，加工头可以是用于保持用于抛光工件的抛光工具的抛光头或用于保持用于磨削工件的磨石的磨头，并且特定的不必要副产物可以是用于抛光的磨料或从磨石中移除的磨粒。在这种情况下，移动机构可以以至少四个自由度移动盖，包括：在与工件主轴平行的z轴方向、与z轴方向正交的x轴方向、与z轴方向以及x轴方向正交的y轴方向上的直线运动；和绕与x轴方向、y轴方向以及z轴方向中的至少一个方向平行的轴的旋转运动。
移动机构可以是安装在加工室内的多关节机器人。
本发明具有以下有益效果：
根据本说明书中描述的机械工具，用于接收特定的不必要副产物的盖与加工头分开设置。这防止工具变得大型化并且提高工具的移动自由度。此外，由于盖在三个方向上敞开，所以盖可以适用于各种形状的工件。结果是能够有效地防止由加工导致的特定的不必要副产物的泄漏，而没有损失加工性能。
附图说明
将参照以下附图描述本发明的实施例，其中：
图1是机械工具的主要部分的透视图；
图2示出了沿z轴方向观察的机械工具的主要部分；
图3是盖、抛光工具和工件的透视图；
图4是用于说明磨料飞散的方向的图；
图5示出了其大直径部分保持在由盖限定的保护空间中的工件；
图6示出了其小直径部分保持在由盖限定的保护空间中的工件；
图7示出了盖的另一个示例；
图8示出了不必要副产物泄漏防止单元的一个示例；
图9示出了不必要副产物泄漏防止单元的另一个示例；
图10示出了不必要副产物泄漏防止单元的又一个示例。
具体实施方式
以下参照附图描述机械工具的结构。图1是机械工具的主要部分的透视图。图2示出了沿z轴方向观察的机械工具的主要部分。图3是后面将要描述的盖32、抛光工具24和工件100的透视图。在以下的描述中，z轴方向是与工件主轴20的旋转轴平行的方向，与z轴方向正交的两个方向分别是x轴方向和y轴方向。
图1和图2示出了作为具有用于抛光的抛光头14(加工头)的多任务机器的机械工具，抛光头14内置在车床中。该机械工具具有用于保持工件100的主轴单元12，用于保持车削工具的工具架(未图示)；用于保持抛光工具24的抛光头14；以及用于防止由抛光过程产生的特定的不必要副产物的泄漏的不必要副产物泄漏防止单元16。主轴单元12用作工件保持件。主轴单元12具有结合驱动电机等的头座18和安装在头座18上的工件主轴20。工件主轴20具有夹头或卡盘22，该夹头或卡盘22用于可拆卸地保持工件100的一端，使得要被保持的工件100可以被适当改变。工件主轴20和卡盘22绕在水平方向(图1中的z轴方向)上延伸的旋转轴自行旋转。除了主轴单元12之外，工件保持件还可以具有用于保持工件100的另一端的尾座等。
工具架保持称为切削工具或者刨刀(bite)的车削工具。在被驱动电机驱动时，工具架可以在相应的z轴和x轴方向上移动。在车削工件100时，工件100通过主轴单元12保持旋转，并且由工具架保持的车削工具与工件100接触并车削工件100。
抛光头14保持用于抛光工件100的抛光工具24。抛光头14也具有驱动电机，并且可独立于工具架在相应的z轴和x轴方向上移动。在车削过程中，抛光头14移动到不干扰工具架和工件100的位置并停留在那里。在抛光过程中，工具架移动到不干扰与抛光头14和工件100的位置并停留在那里。
抛光头14可以使被保持的抛光工具24绕其纵轴旋转。具体而言，如图3所示，抛光工具24具有形状像大致圆形板的抛光部26和连接到抛光部26的工具轴28。在抛光工件100时，工件100被抛光部26的端面保持，抛光部26的端面压在工件100的圆周表面上，然后由主轴单元12转动，并且抛光工具24也由抛光头14转动。在上面，预先或在抛光过程中向工件100供应磨料以使磨料存在于工件100和抛光工具24之间。磨料是一种添加了油的高硬度颗粒或粉末的糊状物。
当工件100和抛光工具24旋转时，工件100或抛光工具24上的磨料可飞散并泄漏。这种磨料泄漏如果不加处理，将导致加工精度恶化并且妨碍切削液的再利用。具体而言，使工具架或抛光头14移动的移动机构(引导构件(如滑动部分或直线导轨等)、滚珠丝杆和用于支撑滚珠丝杆的滚动轴承)典型地安装在与执行加工的加工区域不同的、并且通过伸缩盖与加工区域分离的区域(以下称为“移动机构区域”)。尽管伸缩盖通常不会让由切削过程产生的碎屑等通过，但伸缩盖可能会让非常精细的磨料颗粒通过。已经通过伸缩盖的磨粒可能会落在滑动构件上并磨损滑动构件的一部分，这会降低移动的准确性和加工的精度。即使不通过伸缩盖，磨料也会磨损伸缩盖的滑动构件，这会导致漏水和/或碎屑落在滑动表面上。另外，会增加伸缩盖的滑动阻力，如果产生阻塞，则阻塞会破坏伸缩盖。
这里，供应于车削过程中的切削液被收集在机械工具的下部以根据需要再次使用。如果仍然存在磨料泄漏，磨料会混合到收集的切削液中。磨料一旦混入切削液中，那么很难从切削液中分离出磨料，因此使得收集到的切削液不能被再利用。
为了解决上述问题，本说明书中描述的机械工具具有用于防止磨料或加工产生的特定的不必要副产物泄漏的单元，或不必要副产物泄漏防止单元16。不必要副产物泄漏防止单元16包括配置在工件100附近(靠近被加工的部分)的盖32、以及移动盖32的移动机构30。在没有执行抛光加工的非加工期间，移动机构30保持盖32与工件100分离。另一方面，在抛光过程中，移动机构30将盖32移动到靠近工件100的位置。虽然可以将盖32移动到所期望的位置的任何机器可用作为移动机构30而不被限制，但是优选地，移动机构30不仅能够移动盖32，而且还能够改变盖32的姿势。即，优选地，移动机构30能够在三个单独的轴向上直线移动并绕至少一个轴线旋转。换句话说，优选地，移动机构30具有至少四个自由度。在图1和图2中，移动机构30是多关节机器人，该多关节机器人具有多个臂，这些臂通过关节彼此连接并安装在加工室(图示的示例中的头座18)中。可选地，移动机构30可以是其他类型的机构，例如包括xyz工作台和协同的旋转工作台的机构或者平行连杆机构，而不是多关节机器人。
如图2和3所示，盖32是具有大致u型的构件。即，盖32是在三个方向上敞开并且在另外三个方向上具有壁的构件。换句话说，盖32具有类似于对半分开的圆筒的形状。由在三个方向上的壁限定的空间形成了要被保持的工件100的一部分的保护空间33。
如图2所示，在抛光过程中，移动机构30使盖32移动到工件100附近，以使工件100的一部分保持在保护空间33内。在上述中，盖32隔着工件100与抛光工具24大致相对放置。这种布置使得构成盖32的壁存在于磨料将飞散的方向上，以使得盖32能够可靠地接收飞散的磨料。这将在下面参考图4来描述。
图4示出了沿抛光工具24的轴向观察的盖32或其他部件，以解释磨料飞散的方向。在用抛光部26的端面抛光工件100的外周面时，抛光部26在与工件100的轴线平行的直线部p上与工件100接触。磨料主要在该线性部分p的切线方向上飞散。即，当抛光工具24沿图4中的箭头a所示的方向旋转时，磨料将沿箭头b所示的方向飞散。换言之，磨料主要在与工件100的轴线以及抛光部26的端面平行的方向上飞散。如从图4中可知的那样，在隔着工件将盖32配置在与抛光工具24大致相对的位置的情况下，构成盖32的一对壁隔着工件100分别存在于磨料将飞散的方向上。这有效地防止了磨料泄漏到盖32之外。
在抛光过程中，抛光工具24的位置和姿势被逐渐改变。移动机构30改变盖32的位置和姿势，以使得尽管抛光工具24的位置和姿势被逐渐改变，盖32也能够适当地接收飞散的磨料。这种布置更有效地防止了磨料泄漏到盖32之外。另外，这种盖32随着抛光工具24的移动而移动的布置允许使用较小的盖43。
从以上描述可知，本说明书中公开的不必要副产物泄漏防止单元16具有与抛光工具24分开设置的盖32。因此，与设置在抛光工具24或抛光头14上的盖32相比，能够更自由地设定盖32相对于抛光工具24的位置和姿势。此外，连接至抛光工具24或抛光头14的盖32使抛光头14大型化，因此可能会限制抛光工具24的移动等。结果是这会使抛光过程中的自由度恶化。同时，根据本说明书的不必要副产物泄漏防止单元16不会使抛光工具24大型化，因为盖32与抛光工具24分开设置。这种布置提高了抛光工具24的移动自由度。
从以上描述可知，盖32具有在三个方向上敞开的形状。这种结构允许盖32在工件100的径向上(从侧面)接近工件100，以将工件100的一部分保持在保护空间33中。这种接近使得该设备适用于各种形状的工件。另外，如后面所述的，与传统技术相比，这种接近允许盖32具有较小的尺寸。专利文献3描述了工件的一部分被保持在圆柱形头部主体中以防止切屑飞散。在专利文献3中，工件从该工件的轴向上的尖端插入形成于头部主体的圆周表面中的圆形开口中。在这种结构中，工件要插入的圆形开口当然必须具有比工件的最大直径大的直径。因此，例如，为了加工具有不同直径的形状的工件，例如，端部具有小的直径而在轴向上的中间部分具有大的直径的工件，形成于头部主体中的圆形开口需要具有大的直径。具有这种大的直径的圆形开口的头部主体倾向于具有较大的尺寸。另外，虽然具有大的直径的圆形开口的头部主体能够适当地加工工件在轴向上的大直径的中间部分，但是，在加工工件的小直径的尖端部分时，这种头部主体相对于工件将留有大的间隙。结果是不能有效地防止飞散物(切屑等)的泄漏。
同时，本说明书中公开的盖32在三个方向上敞开并且可以在工件100的径向方向上接近工件100。由此，盖32能够位于与具有阶梯状的工件的大直径部分和小直径部分中的任一个部分接近的位置。图5示出了其大直径部分保持在盖32的保护空间33中的工件100，图6示出了其小直径部分保持在盖32的保护空间33中的工件100。如图5和图6所示，在盖32在三个方向敞开的情况下，根据待加工的工件100的直径，盖32可以布置在不同的位置。也就是说，盖32可以放置得足够接近工件100，在盖32和工件100之间仅留下小的间隙。结果，在加工具有突起和/或凹陷的工件时，也能够有效地防止磨料泄漏到盖32之外。另外，与具有大直径的圆形开口形成于圆筒体的圆周表面的情况相比，在三个方向上敞开的盖32可以具有更小的尺寸。
请注意，上述结构仅仅是示例。可以根据需要改变除了在三个方向上敞开的盖32以及移动盖32的移动机构30之外的结构。例如，虽然上面仅提到用于抛光过程的磨料，但是除了磨料之外，被防止泄漏的特定的不必要副产物泄漏可以是在被处理的工件100的一部分处或周围产生的任何废料或定向能量。例如，特定的不必要副产物可以是在切削过程或磨削过程中从工件分离的加工废料(例如切屑或金属粉末)。在这种情况下，与盖32相对放置的加工头是保持用于切削的工具的主工具轴或工具架，或保持用于磨削的工具(磨石)的磨头。可选地，由盖32接收的特定的不必要副产物可以是供应给工件及其周围用于加工的物质(加工助剂)。加工助剂可以包括例如用于抛光过程中的磨料、在磨削过程中与磨石分离的磨粒、在喷丸处理过程中供应的丸粒(喷丸材料)、在选择性激光烧结中供应至工件的粉末、或在切削过程或磨削过程中供应的冷却液等。请注意，喷丸处理是一种将被称为丸粒(喷丸材料)的金属粒子推向(即碰撞)工件100的加工方法，换句话说，是一种将小的有色金属球以高速推向金属表面的加工方法，以硬化工件或改变金属结构。选择性激光烧结是一种通过激光或放电熔化烧结热塑性树脂粉末或合金粉末从而形成固体结构的加工方法。仍然可选地，由盖32接收的特定的不必要副产物可以是在加工中使用的定向能量。例如，由盖32接收的特定的不必要副产物可以是在激光过程中从工件100偏离和泄漏的激光束。
上述具有大致u型横截面的盖32可以具有在三个方向上敞开的任何其他形状。例如，盖32可以具有大致v型或倒c型横截面。可选地，如图7所示，盖32可以具有从底部到上部不断或逐步变宽的形状。
在由盖32接收的特定的不必要副产物是液体或液体中的颗粒的情况下，不必要副产物泄漏防止装置16可以具有液体收集机构36，该液体收集机构36将积聚在盖32的底部的液体排放到盖32之外以收集液体。液体收集机构36可以包括例如与盖32的底部连通的收集软管和与收集软管连通的储存箱(未图示)。造成特定的不必要副产物的液体可以是例如在切削过程中供应的冷却剂。其中含有颗粒的液体可以是例如液体磨料或用清洗液将工件100等上的糊状磨料洗掉而产生的废液。
在由盖32接收的特定的不必要副产物包含在加工过程中通过工具从工件上移除的废料和供应到工件上及其周围以进行加工的加工助剂(该加工助剂为液体或粉末颗粒)中的至少一种的情况下，不必要副产物泄漏防止装置16可以包括流体注入机构38，该流体注入机构38将流体从盖32的端部注入到保护空间33内，从而防止特定的不必要副产物从盖32的端部泄漏。注入的流体可以包括气体(例如空气)或者液体(例如清洗液)。为了注入液体，优选地还设置有上述液体收集机构36。注入流体的喷嘴可以与盖21一起移动或独立于盖21移动。将流体注入到保护空间33内的流体注入机构38的设置可以更有效地防止特定的不必要副产物泄漏到盖32之外。
如图10所示，不必要副产物泄漏防止装置16可以额外包括设置在盖32和工件100之间的弹性构件40。优选地，弹性构件40由在与其他构件接触时容易变形的材料(例如，软橡胶或海绵)制成。在图10所示的示例中，弹性构件40具有类似于大致平板的形状并且布置在盖32的轴向上的各端部上。当与工件100的圆周表面接触时，弹性构件40根据圆周表面的形状而变形以填充到工件100的保护空间33中。弹性构件40的设置可以防止磨料从工件100与盖32的轴向上的各端部之间的空间泄漏。这更可靠地防止磨料泄漏。