CN100351038C

CN100351038C - 工具搬送装置及工具搬送装置的动作速度确定方法

Info

Publication number: CN100351038C
Application number: CNB2005100059260A
Authority: CN
Inventors: 谷川修; 川那边祐
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2025-01-20
Also published as: JP2005205503A; JP4655477B2; TWI246447B; CN1644313A; TW200524703A

Abstract

本发明的工具搬送装置，具有：通过旋转运动将保持由机床所使用的工具的工具保持部搬送至规定位置的搬送部；其特征在于，具有：对作用于由上述搬送部搬送的工具上的离心力进行推定的离心力推定装置及依据由该离心力推定装置推定的离心力确定上述搬送部的旋转速度的速度确定装置。

Description

工具搬送装置及工具搬送装置的动作速度确定方法

技术领域

本发明涉及具有用于通过旋转运动搬送由机床所使用的工具的搬送部的工具搬送装置及该工具搬送装置的动作速度确定方法。

背景技术

在日本专利特开平3-60941号公报上，有关通过旋转运动搬送由机床所使用的工具的装置，揭示了对应于工具的重量矩使其搬送速度发生适当变化的技术。

但是，虽然由于重量矩对加速度产生影响的缘故，若依据重量矩确定搬送速度，即使在一定程度上具有妥当性，也未必可获得最适当的搬送速度。

发明内容

本发明是鉴于上述状况而作成的，其目的在于，提供可依据因旋转运动对工具产生的作用力适当地设定通过旋转运动搬送工具时的旋转速度的工具搬送装置及该工具搬送装置的动作速度确定方法。

本发明的工具搬送装置，具有：通过旋转运动将保持由机床所使用的工具的工具保持部搬送至规定位置的搬送部，其特征在于，具有：

对作用于由上述搬送部搬送的工具上的离心力进行推定的离心力推定装置、

及依据由该离心力推定装置推定的离心力确定上述搬送部的旋转速度的速度确定装置。

即，若规定了作用于工具上的离心力的大小，即可从物理学上确定具有规定质量的工具最大能以多大速度进行旋转。因而，可依据工具的质量，比以往更为合适地确定可进行动作的旋转速度。

此时，可将上述离心力推定装置构成为依据工具的质量与自上述旋转运动的旋转中心至该工具重心的公转半径的积，对离心力进行推定。即，假设作用于工具的离心力为F、工具的质量为m、重心公转半径为r、旋转速度(角速度)为ω，则其间的关系由下式确定。

F＝m·r·ω²

因而，通过计算m×r，在使工具以规定的旋转速度旋转的场合，可对作用于该工具上的离心力作出适当的推定。

另外，也可适用于将上述搬送部构成具有位于离旋转中心等距离位置的数个工具保持部的旋转式工具输送仓，采用如此构成，通过适当地确定工具输送仓的最高旋转速度，可缩短工具调换所需的时间。

此外，也可将上述搬送部构成可进行旋转以将保持于工具输送仓的数个工具中的任一个在机床的主轴的前端部进行替换、并设置于上述工具输送仓与上述主轴之间的工具调换装置，采用如此构成，通过适当地确定工具调换装置的最高旋转速度，可缩短工具调换所需的时间。

附图说明

图1表示本发明适用于具有转盘式工具输送仓构成的工具调换装置时的实施例1，为表示数值控制装置的主CPU对工具输送仓的旋转速度进行计算处理的流程的流程图。

图2(a)为表示工具输送仓的下侧的图，图2(b)为仅表示图2(a)中的内轴方向与铅垂方向一致的工具的图，图2(c)为图2(b)的工具的放大图。

图3(a)为将装入于工具调换装置的工具输送仓以取出的状态表示的立体图。图3(b)为工具输送仓的侧视图。

图4为表示夹臂的前端部的图。

图5为表示数值控制装置的电气构成的功能方框图。

图6表示本发明适用于链式工具输送仓时的实施例2，为概略地表示工具输送仓的构成图。

图7表示本发明适用于工具调换机构时的实施例3，为概略地表示工具调换机构的构成图。

具体实施方式

[实施例1]

以下，参照图1至图5，对本发明适用于具有转盘式工具输送仓的工具调换装置时的实施例1进行说明。本实施例中的工具调换装置的构造，例如与日本专利特公平7-80109号公报中揭示的相同，以下仅对本发明的主要部分进行说明。

图3(a)为将装入于工具调换装置中的工具输送仓(搬送部1)以取出状态表示的立体图。工具输送仓1大致由圆盘形的输送仓基部2的外周部上辐射状地安装着数根夹臂3构成。如图4所示，在夹臂3的前端部上，形成有U字形的保持部(工具保持部)5，用于夹持在下端侧安装着工具的工具支架4的上端侧。在保持部5的内侧前端部两侧，以由内藏的螺旋弹簧(未作图示)对之向内侧施力的状态安装着支承销6，6。且，支承销6，6通过将其自身插入设于工具支架4上的槽(未作图示)而对该工具支架4进行保持。

并且，输送仓基部2以其中心与工具输送仓电机27(参照图5)的旋转轴连接而获得旋转驱动。如图3(b)所示，其旋转轴相对水平面向仰角侧倾斜18度。此外，在以下的叙述中，将工具与工具支架视为实际上成为一体，故将这些构件称为工具4。

图5为对包括工具调换装置的机床进行数值控制的数值控制装置(离心力推定装置、速度确定装置)10的电气构成加以表示的功能方框图。数值控制装置10以主管控制全体的主CPU11及主管工件加工或工具调换的附属CPU12为中心来构成。

主CPU11连接着存储使控制装置自身动作的程序或常数等的主部ROM 13及对工件加工程序(数值控制程序)14进行存储并对控制执行中的变量或标志(flag)等进行暂时存储的主部RAM15。附属CPU12连接着存储用于工件加工的电机驱动程序或常数等的附属部ROM16及对工件加工控制执行中的变量、标志等进行暂时存储的附属部RAM17。

在主CPU11与附属CPU12之间，通过母线(bus)连接着C(common)RAM18。CRAM18通过写入或参照来自主CPU11及附属CPU12双方的信息，存储从主CPU11至附属CPU12的指令或其相反方向的信息等。

另外，主CPU11上还连接着：包括编写·输入加工程序等的键、用于开始一系列加工处理的起动开关、用于对加工程序的各步骤的处理进行确认等的可个别执行的手动开关等在内的开关部19；键盘20及用于显示、参照加工程序等的CRT(cathode ray tube)21。

附属CPU12与X轴电机22、Y轴电机23、及使工件台旋转的工件台旋转电机24连接，向这些设备送出控制信号以变更工件的被加工面等。此外，附属CPU12还与上下动(Z轴)电机25及主轴电机26连接，向这些设备送出控制信号，用规定的工具4对被加工面及被加工位置已确定的工件执行加工。另外，附属CPU12，对应加工工艺的需要，向工具输送仓电机27及工具调换电机28送出控制信号，执行工具调换。这些由附属CPU12执行的工件加工控制、工具调换控制是依据来自主CPU11的指示而执行的。

主CPU11对由键盘20输入的、存储于主部RAM15中的加工程序14以单动作分步读入，若为有关工件加工的信息，则写入CRAM18。附属CPU12读取该写入的信息并执行工件加工控制。另外，主部RAM15对由使用者输入的有关工具输送仓1的数据及设置于该工具输送仓1的各工具4的数据进行存储。

主CPU11还连接着软盘驱动器(FDD)40。并且，主CPU11可将保存在主部RAM 15的加工程序14转送、存储于软盘(记录媒体)41、或将用其他个人电脑等编写并存储于软盘41的加工程序14用FDD40读取、并能转送至主部RAM15侧。

图1为表示由主CPU11执行的、对工具输送仓1的旋转速度进行计算处理的流程的流程图。此外，该处理被安排作为工件加工程序14的一部分的处理。主CPU11，首先凭借主部RAM15读取设置于工具输送仓1的各工具4的质量m及工具长度L的数据(步骤S1)，然后，计算工具4的重心位置(步骤S2)。此处的对重心位置的计算，通过从工具长度L推定重心的公转半径r而进行，该推定中使用近似公式。例如，假设从输送仓基部2的旋转中心至夹臂3上的工具的保持位置的半径为r0，则，对工具4的重心公转半径r能以(1)式作为近似。

r＝r0+L/2 …(1)

接着，主CPU11对各工具4进行离心力的发生条件的计算(步骤S3)。即，假设作用于工具的离心力为F、工具的质量为m、重心公转半径为r、旋转速度为ω，则其间关系由(2)式确定。

F＝m·r·ω² …(2)

因而，通过计算质量m与重心公转半径r的积：m×r，在使工具以规定的旋转速度ω进行旋转的场合，可对作用于该工具上的离心力作出适宜的推定。此外，步骤S1～S3对应于离心力推定装置。且，对各工具中的积：m×r为最大者(m×r)max进行判定(步骤S4)。

接着，主CPU11进行由主部RAM15读取夹臂3上的工具的夹持力(保持力)FG的数据(步骤S5)、进行极限离心力Flimit的计算(步骤S6)。极限离心力Flimit可用(3)式近似地算出。

Flimit＝FG/sin18° …(3)

此处，图2(a)表示工具输送仓1的下侧部分，图2(b)仅表示这些内轴方向与铅垂方向一致的工具4。图2(c)对该工具4作进一步放大。图2(c)中，重力以铅垂方向作用于保持在夹臂3上的工具4，当工具输送仓1旋转时，离心力作用于相对铅垂方向向外侧倾斜18°的方向。且，由于在工具4的外周形成有使支承销6嵌合的保持用槽，因而，克服夹臂3的夹持力而使工具4向脱落方向的作用力，为作用于水平方向上的分力。因此，极限离心力Flimit可由(3)式计算。

且，主CPU11以(4)式计算不超出极限离心力Flimit的工具输送仓1的最高旋转速度ωmax(步骤S7)。

ωmax＝{Flimit/(m×r)max}^1/2 …(4)

即，最高旋转速度ωmax可通过将极限离心力Flimit除以m×r积的最大值(m×r)max后的平方根来获得。

此后，主CPU11从主部RAM15读取作为工具输送仓1的机构极限的旋转速度ωlimit，与最高旋转速度ωmax进行大小关系的比较(步骤S8)。且，若ωmax≤ωlimit(“NO”)，则将最高旋转速度ωmax确定为工具输送仓1的旋转速度，写入主部RAM15并存储(步骤S9)。

于是，在此后进行的被加工物的加工处理时进行主轴的工具调换的场合，附属CPU12使工具输送仓电机27、即输送仓基部2以最高旋转速度ωmax旋转的情形下，将保持于夹臂3的工具4的某一个作为调换对象进行选择。并且，由于最高旋转速度ωmax依据极限离心力Flimit而设定，故即使以速度ωmax旋转输送仓基部2，也能可靠地防止保持于夹臂3上的工具4脱落。

另一方面，在步骤S8中，若ωmax＞ωlimit(“YES”)，则将极限旋转速度ωlimit确定为工具输送仓1的旋转速度，写入主部RAM15并存储(步骤S10)。即，若超出极限旋转速度ωlimit地使输送仓基部2旋转则可能对机构部造成损伤，因而，对这样的事态要加以回避。此外，步骤S7～S10对应于速度确定装置。

如上所述，本实施例中，控制工具输送仓1的控制装置10，对作用于工具4的离心力进行推定，并依据该离心力对工具输送仓1的旋转速度进行确定。即，若规定了作用于工具4的离心力的大小，即可从物理学上确定具有规定质量m的工具4最大能以多大的速度进行旋转。因而，可依据工具4的质量，比以往更为合适地确定可进行动作的旋转速度。

另外，控制装置10，通过对工具4的质量m与从旋转运动的旋转中心至该工具4的重心公转半径r的积进行运算，可适当地推定作用于工具4上的离心力。另外，由于控制装置10将最高旋转速度ωmax确定为将依据夹臂3上的工具4的夹持力FG而设定的极限离心力Flimit除以m×r积的最大值(m×r)max后的平方根的值，因而，可在不使工具4从夹臂3脱落的范围内将旋转速度确定为最大。

此外，由于控制装置10将最高旋转速度ωmax确定为低于工具输送仓1的构造上所允许的最高旋转速度ωlimit，因而，可防止将速度设定为超出旋转机构的极限的速度。

另外，通过将本发明应用于在离输送仓基部2的旋转中心位于等距离位置的数个夹臂3的前端处利用保持部5对工具4进行保持的、使工具4旋转地进行搬送的构成的工具输送仓1，由于可适当地对工具输送仓1的最高旋转速度进行设定，从而可缩短工具调换所需的时间、提高作业效率。

[实施例2]

图6表示将本发明应用于工具调换时工具的卸除方向与重力方向(铅垂方向)一致的链式工具输送仓(搬送部)31时的实施例2，概略地表示工具输送仓31的构成。工具输送仓31，由配置于其上端侧及下端侧的未作图示的驱动机构驱动，使链32的链圈向垂直方向旋转。

在链32上等间隔地设置固定有数个用于保持工具支架的保持部(工具保持部)33，在保持部33上安装着工具支架(未作图示)的开口部位于链32的链圈外周方向。并且，在保持部33位于链32的最低点时的状态下，进行工具调换。当工具支架位于该调换位置时，沿铅垂方向被从保持部33拔出、卸除。

对于该种构成的工具输送仓31，在步骤S6中进行极限离心力Flimit计算时，在因链32旋转而作用于工具支架的离心力中加上重力作用后进行计算便可。

[实施例3]

图7表示将本发明应用于工具调换装置中的工具调换机构34时的实施例3，概略地表示工具调换机构(搬送部)34的构成。工具调换机构34，例如将设置于工具输送仓与机床主轴(均未作图示)之间的旋转臂35构成为在水平面内旋转。在旋转臂35的一端的保持部(工具保持部)36A处，保持着安装于主轴的被使用的工具(包括工具支架)37A，而在另一端的保持部(工具保持部)36B处保持着在已进行的加工中使用过的工具37A之后安装于主轴、从工具输送仓所选择的工具37B。

在具有该种构成的工具调换机构34中，也同样地，当旋转臂35的旋转速度上升时，因离心力的作用，被保持着的工具37会向外侧倾斜，因而存在对工具调换造成故障的担虑。为此，确定对本发明适用的最高旋转速度，以将旋转臂35旋转时的工具37的倾斜度控制在允许范围内。

如上所述，在实施例3中，由于将本发明应用于凭借旋转臂35将保持于工具输送仓的数个工具37中的某一个替换于机床的主轴的前端部的工具调换机构34中，故可通过适当地设定工具调换装置的最高旋转速度，来缩短工具调换所需时间，并可提高动作的可靠性。

本发明并不受在上文及附图中说明的各实施例的限定，可进行以下的变形或扩展。

对于预计不存在算出超过机构极限的最高旋转速度ωmax的可能性的场合，也可省略步骤S8、S10，始终采用仅由步骤S7算出的最高旋转速度ωmax。

在推定作用于工具的离心力的场合，也可将重心公转半径r设定为合适的定值，而仅对各工具的质量m分别设定以进行推定。

例如，也可适用于如特开平10-263971号公报所揭示的工具的旋转在水平面内进行的类型的工具输送仓。

记录媒体不限于软盘41，也可采用CD-ROM、DVD-ROM、存储卡等。

另外，本发明不限定使用于与机床相关的设备，只要具有通过旋转运动进行工具搬送的机构，都可适用。

Claims

1.一种工具搬送装置，具有通过旋转运动将保持由机床所使用的工具的工具保持部搬送至规定位置的搬送部，其特征在于，具有：

2.根据权利要求1所述的工具搬送装置，其特征在于，上述离心力推定装置，依据工具的质量与自上述旋转运动的旋转中心至该工具重心的公转半径的积，对离心力进行推定。

3.根据权利要求1所述的工具搬送装置，其特征在于，上述速度确定装置，依据由上述离心力推定装置推定的离心力及上述工具保持部保持工具的保持力，确定上述搬送部的旋转速度。

4.根据权利要求2所述的工具搬送装置，其特征在于，上述速度确定装置，依据由上述离心力推定装置推定的离心力及上述工具保持部保持工具的保持力，确定上述搬送部的旋转速度。

5.根据权利要求1所述的工具搬送装置，其特征在于，上述速度确定装置将旋转速度确定为上述搬送部构造上所允许的最高旋转速度以下。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的工具搬送装置，其特征在于，上述搬送部构成具有由位于离旋转中心等距离位置的数个工具保持部构成的旋转式工具输送仓。

7.根据权利要求6所述的工具搬送装置，其特征在于，上述搬送部构成可进行旋转以将保持于工具输送仓的数个工具中的任一个在机床的主轴的前端部进行替换、并设置于上述工具输送仓与上述主轴之间的工具调换装置。

8.一种工具搬送装置的动作速度确定方法，用于确定具有通过旋转运动将保持由机床所使用的工具的工具保持部搬送至规定位置的搬送部的工具搬送装置的上述搬送部的旋转速度，其特征在于，

对作用于由上述搬送部搬送的工具上的离心力进行推定，

依据所推定的离心力确定上述旋转速度。

9.根据权利要求8所述的工具搬送装置的动作速度确定方法，其特征在于，依据上述工具的质量与自上述旋转运动的旋转中心至该工具重心的公转半径的积，对离心力进行推定。

10.根据权利要求8或9所述的工具搬送装置的动作速度确定方法，其特征在于，依据所推定的离心力及上述工具保持部保持工具的保持力，确定旋转速度。

11.根据权利要求8所述的工具搬送装置的动作速度确定方法，其特征在于，将上述旋转速度确定为上述搬送部构造上所允许的最高旋转速度以下。