CN100453262C - 搬送装置、搬送装置的搬送加速度决定方法 - Google Patents

Abstract

本发明的搬送装置包括搬送部，该搬送部由电动机驱动、使搬送对象物旋转运动而向规定位置进行搬送，所述搬送装置还包括惯量推定装置及加速度决定装置，所述惯量推定装置使用下式推定所述搬送部的惯量I，I＝I0+I1+m·r²，其中，I0为未装有搬送对象物的搬送部的惯量，I1为搬送对象物的围绕重心的惯量，m为搬送对象物的质量，r为搬送对象物的重心公转半径，所述加速度决定装置对保持于所述搬送部的多个搬送对象物的分布状态进行检测，并根据所述分布状态算出所述搬送部起动或停止时作用于该搬送部的不平衡转矩，且根据所述惯量推定装置推定的惯量以及所述电动机的最大输出转矩与所述不平衡转矩加减的结果来决定所述搬送部的最大旋转角加速度。

Description

搬送装置、搬送装置的搬送加速度决定方法

技术领域

本发明涉及具有通过使搬送对象物旋转运动来进行搬送用的搬送部所构成的搬送装置、以及该搬送装置的搬送加速度设定方法。

背景技术

在日本专利特开平3-60941号公报中，公开了一种在通过使机床所使用的工具旋转运动来进行搬送的装置中、根据工具的重量力矩使其搬送速度适当变化的技术。

然而，本来，重量力矩对加速度会有影响，故在根据重量力矩决定了搬送速度时，即使具有某种程度的合理性，也未必能得到最佳的搬送速度。

又，若将搬送速度设定为高速，与其说是维持该速度，不如说得到了赋于到达该速度的加速度，故需要有更大的电动机的输出转矩(参照图7)。因此，在装置的设计阶段选定电动机时，在搬送部方面，需要选定所设定的最大惯量、可得到所要求的回转加速度的输出转矩特性。其结果，在一般性的使用状况下，有时会出现选定了不必要大的电动机的情况，不仅增加了成本，而且成为装置整体大型化的主要原因。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的在于，提供能根据由搬送部进行搬送的对象物的状态来适当设定该旋转动作的搬送装置、以及该搬送装置的搬送加速度决定方法。

本发明的搬送装置包括搬送部，该搬送部由电动机驱动、使搬送对象物旋转运动而向规定位置进行搬送，所述搬送装置的特征在于，包括惯量推定装置及加速度决定装置，所述惯量推定装置使用下式推定所述搬送部的惯量I，I＝I0+I1+m·r²，I1＝m(D²/16+L²/12)，其中，I0为未装有搬送对象物的搬送部的惯量，I1为搬送对象物的围绕重心的惯量，m为搬送对象物的质量，r为搬送对象物的重心公转半径，D是将搬送对象物看成圆筒时的直径，L是搬送对象物的长度，所述加速度决定装置对保持于所述搬送部的多个搬送对象物的分布状态进行检测，并根据所述分布状态算出所述搬送部起动或停止时作用于该搬送部的不平衡转矩，且根据所述惯量推定装置推定的惯量以及所述电动机的最大输出转矩与所述不平衡转矩加减的结果来决定所述搬送部的最大旋转角加速度。

采用如此结构，由于搬送部的最大旋转角加速度，根据搬送部实际搬送的对象物状态和电动机的规格来适当决定，因此，利用该加速度，可进一步缩短搬送部的搬送速度到达规定值的时间，可最大地提高包含电动机和搬送部在内的驱动系统的控制响应性。

附图说明

图1为本发明适用于具有回转头型工具料盘(日文：マガジン)场合的第1实施例，表示数值控制装置的主CPU执行的、工具料盘的最大旋转角加速度的算出处理的流程图。

图2(a)表示将工具料盘取出的立体图，(b)表示侧视图。

图3为表示对机床进行数值控制的数值控制装置的电气结构的功能方框图。

图4为表示本发明的第2实施例，(a)表示料盘基座使搬送对象的工具移动的状态，(b)表示随着(a)的移动而变化的料盘基座的不平衡位置。

图5为与图1相当的图。

图6的(a)表示初始状态，(b)表示从(a)开始将工具下降2节距的状态，(c)表示从(a)开始将工具上升2节距的状态图。

图7为表示电动机的速度变化与对应于该变化的输出转矩的关系图。

具体实施方式

(第1实施例)

下面参照图1～图3说明本发明适用于具有回转头型料盘所构成的工具调换装置的场合的第1实施例。另外，本实施例中的工具调换装置的构造与例如日本专利特公平7-80109号公报所公开的构造相同，以下只对有关本发明的主要部分作出说明。

图2(a)表示将组装在工具调换装置中的工具料盘(搬送部)1取出的立体图。工具料盘1被安装在大致圆盘状的料盘基座2的外周部，形成了多个夹臂3呈放射状的形态。如图4所示，在夹臂3的前端部，为了将下端侧安装着工具的工具夹具(搬送对象物)4的上端侧夹持，保持部5形成U字状，在保持部5的内侧前端部两侧，以利用内装的螺旋弹簧向内侧施力的状态配置着支承销。并且，通过将支承销插入设于工具夹具4侧的槽(均未图示)中来将工具夹具4保持。

料盘基座2，通过将其中心与料盘电动机27(参照图3)的旋转轴结合来进行回转驱动，如图2(b)所示，该旋转轴相对水平面朝仰角侧倾斜18度。其后，因工具和工具夹具看上去实质上是一体状，故将其称为工具4。

图3为表示对包含工具调换装置的机床进行数值控制的数值控制装置(惯量推定装置、加速度决定装置)10的电气结构的功能方框图。数值控制装置10以针对整体控制的主CPU11、以及针对工件加工和控制工具调换的从属CPU12为中心而构成。

主CPU11与主体部ROM13及主体部RAM15连接，在主体部ROM13中，存放着使控制装置本身动作的程序及常数等，在主体部RAM15中，临时性存储工件加工程序(数值控制程序、计算机程序)14以及控制执行中的变数和标志等。从属CPU12与从属部ROM16及从属部RAM17连接，在从属部ROM16中，存放着用于工件加工的电动机驱动程序及常数等，在从属部RAM17中，临时性存储工件加工控制执行中的变数和标志等。

在主CPU11与从属CPU12之间连接着C(Common)RAM18，在CRAM18中，从主CPU11及从属CPU12的双方写入或参照信息，存放着从主CPU11向从属CPU12发出的指令或其相反方向的信息等。

主CPU11与以下构件连接：作成·输入加工程序等的键、用于开始一连串的加工处理的起动开关、用于确认加工程序的各步骤处理等的可单个地实施的手动用开关等的开关部19；键盘20；用于显示·参照加工程序等的CRT(CathodeRay Tube)21。

从属CPU12与X轴电动机22、Y轴电动机23、使工件台旋转的工作台旋转电动机24连接，将控制信号向这些构件送出，以变更工件的被加工面等。并且，从属CPU12与上下运动(Z轴)电动机25及主轴电动机26连接，通过将控制信号向这些构件送出，对决定了被加工面、被加工位置的工件执行规定工具4的加工。

在加工过程中，从属CPU12根据需要将控制信号送出到料盘电动机27及工具调换电动机28，以执行工具调换。这样，从属CPU12的工件加工控制和工具调换控制是根据来自主CPU11的指示来执行。

主CPU11按照每一动作，将从键盘20输入的、存放于主体部RAM15的加工程序14读入，若读入的内容属于有关工件加工的信息，则写入CRAM18。从属CPU12将该写入的信息读出来执行工件加工控制。在主体部RAM15中，用户也可输入·存储有关工具料盘1的数据和有关放置在该工具料盘1上的各工具4方面的数据。

主CPU11还与软盘驱动器(FDD)40连接。并且，主CPU11，将存储于主体部RAM15的加工程序14转送·存储在软盘(记录媒体)41中，或者，通过FDD40将由其它个人电脑等作成的、被存储于软盘41的加工程序14读出，也可转送至主体部RAM15侧。

图1为表示由主CPU11所执行的、工具料盘1的最大旋转角加速度的算出处理的流程图。该项处理是作为工件加工程序14的一部分而被装入的处理。主CPU11，首先从主体部RAM15读出放置在工具料盘1上的各工具4的质量m及工具长度L的数据(步骤S1)，算出工具4的重心位置(步骤S2)。此时的重心位置的算出，通过从工具长度L中推定重心的公转半径r来进行，在该推定中使用了近似式。例如，若将r0设定为从料盘基座2的回转中心至夹臂3上的工具保持位置的半径，则工具4的重心公转半径r，例如可近似于：

r＝r0+L/2            …(1)

其次，主CPU11对料盘1的总惯量I进行推定(步骤S3、惯量推定装置)。即，总惯量I，若将I0设定为未装有工具的工具料盘的惯量，将I1设定为工具的围绕重心的惯量，则可用下式表示。

I＝I0+I1+m·r²         …(2)

式中，对于「工具的围绕重心的惯量I1」，例如可采用下列近似式等。

I 1＝m(D²/16+L²/12)    …(3)

另外，D是将工具看成圆筒时的直径。实际上，对于各工具来讲，D的值是不同的，但也可考虑采用代表值(例如D＝0.03m)来近似。

接着，主CPU11从主体部RAM15中读出由料盘电动机27的规格规定的最大转矩Tmax的数据(步骤S4)，算出料盘1的最大角加速度Amax(步骤S5)。其中，最大转矩Tmax是非驱动轴换算的转矩，具体来讲，是由料盘基座2的旋转轴可发生的转矩。又，最大角加速度Amax可用公式(4)算出。

Amax＝Tmax/I    …(4)

并且，主CPU11，从主体部RAM15中读出工具料盘1的机构界限、即角加速度Alimit，与由步骤5算出的最大角加速度Amax的大小关系作一比较(步骤S6)。然后，当Amax≤Alimit时(「NO」)，将最大角加速度Amax决定成工具料盘1的最大旋转角加速度，写入·存储在主体部RAM15中(步骤S8)。

这样，其后所执行的被加工物的加工处理中，在执行主轴的工具调换时，从属CPU12，以最大角加速度Amax使料盘电动机27、即料盘基座2进行回转，将保持于夹臂3的工具4的某1个作为调换对象来进行选择。

另一方面，步骤S6中，当Amax＞Alimit时(「YES」)，将界限角加速度Alimit决定成工具料盘1的最大角加速度，写入·存储在主体部RAM15中(步骤S7)。即，这是由于当料盘基座2超出界限角加速度Alimit进行旋转时机构部有可能受损伤、而为了避免这种事态的发生的缘故。另外，步骤S5～S8与加速度决定装置相对应。

图1的流程图中，例如，对于数值控制装置10，可以在将搭载·配置于工具料盘1上的工具4的登录数据变更之后进行，或者可以在变更了登录数据之后、执行最初对机床的数值控制时进行。

如上所述，采用本实施例，主CPU11，对由料盘电动机27所驱动的、使工具4进行旋转运动而向规定位置搬送的工具料盘1的总惯量I进行推定，根据被推定的总惯量I和料盘电动机27的最大输出转矩Tmax来决定工具料盘1的最大旋转角加速度Amax。

这样，由于能根据实际搬送工具料盘1的工具4的配置状态以及料盘电动机27的规格来适当决定该最大旋转角加速度Amax，因此可利用该加速度进一步缩短工具料盘1的搬送速度到达规定值的时间，可最大地提高工具料盘1的控制响应性。并且，因可最大地发挥料盘电动机27的输出特性，故在设计阶段中，可避免出现选定不必要的大型电动机的现象。

当工具料盘1进行旋转时，主CPU11采用近似式来推定工具4的自转对惯量起作用的部分，故能简单地在现实中不产生影响的范围内推定工具料盘1的总惯量I。并且，主CPU11，按照低于工具料盘1结构上所容许的最大值Alimit的形态来决定最大旋转角加速度Amax，故可避免设定成超出驱动系统的机构界限那样的加速度。

(第2实施例)

图4～图6表示本发明的第2实施例，与第1实施例的相同部分标记同一符号，省略其说明，以下只对不同部分作出说明。第2实施例中，数值控制装置10的主CPU11，还考虑了配置于工具料盘1的工具4的分布状态来决定最大旋转角加速度Amax。

图4说明料盘基座2旋转时对工具4的分布平衡性的影响。图4中的下方成为了重力作用的方向。如图4(a)所示，在料盘基座2上，若将处于(A)位置的工具4移动到工具调换用的(B)位置，则位置(A)的附近成为了旋转运动的加速区域，位置(B)的附近成为了旋转运动的减速区域。两者之间成为了恒速区域。

工具4处于位置(A)时，如图4(b)所示，当料盘基座2上正在发生的不平衡位置(即、工具4的分布平衡性发生了大变化的位置)处于(C)时，工具4一旦向位置(B)移动，则图4(b)所示的不平衡位置移动至(D)。因料盘基座2旋转，故加速时的所需转矩与减速时所需的转矩不同。又，所需的转矩，也根据不平衡位置分别对应于移动对象工具4的初始位置与移动目标位置而存在于哪一处而有所不同。图4中，视觉上未表现出已发生了不平衡。

在此，第2实施例执行的是以下的处理。在表示流程的图5中，主CPU11，若与第1实施例一样执行步骤S1～S4时，则算出料盘基座2上的工具4的不平衡量及不平衡位置(步骤S11)。

即，主CPU11，从存储在主体部RAM15中的工具4的信息以及该时刻的料盘基座2的回转位置、或者安装在当时的主轴上正在使用的工具4等的信息中，把握着各工具4的重量以及料盘基座2上的工具4的配置分布状态。并且，在加上了料盘基座2的旋转轴倾斜角等的基础上，主CPU11根据这些条件来算出不平衡量及不平衡位置。

接着，主CPU11将不平衡转矩T0算出(步骤S12)。根据由步骤S11算出的不平衡量及不平衡位置、料盘基座2的回转方向以及移动对象工具的移动量等来算出不平衡转矩T0。然后，对该不平衡转矩T0是否处于预先规定的容许范围内作出判断(步骤S13)。

步骤S13中，若不平衡转矩T0处于容许范围内(「YES」)，则主CPU11将有效驱动转矩T算出(步骤S14)。另一方面，若不平衡转矩T0超出容许范围(步骤S13中的「NO」)，则主CPU11例如在CRT21中显示「不平衡异常」的信息，将处理中止，促使作业者对工具配置进行修正(步骤S15)。

步骤S14中，主CPU11，可由公式(5)算出有效驱动转矩T。

T＝Tmax±T0         …(5)

公式(5)中，对于将不平衡转矩T0是加上还是减去，若不平衡转矩T0的作用方向相对于料盘基座2起动时或停止时的驱动转矩方向(旋转方向)属于相同时则是加上，若与该作用方向相反时则是减去。即，这是因为前者的场合处于可输出更大的旋转角加速度的状态、而后者的场合需要设定更小的旋转角加速度的缘故。其后，与第1实施例一样执行步骤S5～S8。另外，在这些步骤S5～S8中，加上了步骤S11、S12、S14后的情况与加速度决定装置相对应。

图6中，表示由公式(5)来决定有效驱动转矩T的场合的具体例。在初始状态下，工具料盘1上的工具的分布状态是图6(a)所示的状态。该场合，工具的总重量W的重心位置处于图6(a)中的W所示的位置附近。若将重心的公转半径设定为R，则因工具分布的不平衡性所发生的转矩T0成为了T0＝W·R。

此时，从图6(a)所示的状态，如图6(b)所示，设想为将工具朝下降2节距的方向移动的情况。该场合，工具料盘1的驱动系统所发生的最大转矩Tmax和不平衡转矩T0在同一方向上发生。因此，可以实际使用于驱动工具料盘1的有效驱动转矩T变成了如下公式。

T＝Tmax+T0＝Tmax+W·R

又，从图6(a)所示的状态，如图6(c)所示，设想为将工具朝上升2节距的方向移动的情况。该场合，相对于工具料盘1的驱动系统所发生的最大转矩Tmax，不平衡转矩T0在相反方向上发生。因此，可以实际使用于驱动工具料盘1的有效驱动转矩T变成了如下公式。

T＝Tmax-T0＝Tmax-W·R

如上所述，采用第2实施例，对于具有相对于铅垂方向倾斜的旋转轴、通过使多个工具4旋转进行搬送的工具料盘1来讲，主CPU11，对被保持的多个工具4的分布状态进行检测，根据其分布状态算出作用于料盘基座2起动或停止时的不平衡转矩T0，根据最大输出转矩Tmax与不平衡转矩T0的加减结果来决定最大旋转角加速度Amax。这样，考虑到实际使用的工具4的配置状态对料盘基座2的旋转运动的影响，可以决定出最大旋转角加速度Amax。

当算出的不平衡转矩T0超出了容许范围时，主CPU11执行报知动作，在CRT21中显示「不平衡异常」的信息，由此，可防止在原状态下继续搬送动作，可促使作业者实施使工具4的分布平衡适当化的作业。

本发明不限定于上述说明以及附图所记载的实施例，可以作出以下那样的变形或扩张。

步骤S3中，在推定工具料盘1的总惯量I的场合，也可以忽略工具4的自转所起作用的部分，或者将该作用的部分看作一定来进行推定。该场合，也能在对现实不造成影响的范围内简单地推定出总惯量I。

当设想为不可能算出超出机构界限的最大旋转角加速度Amax的场合，也可省略步骤S6、S7，始终采用由步骤S5算出的最大角加速度Amax。

如第2实施例所示，例如也可在采用第1实施例的方式来算出最大旋转角加速度Amax的过程中，使其具有预定的规定界限来决定最大旋转角加速度Amax，以取代不平衡转矩T0的算出方式。即，如第2实施例中的公式(5)所示，有时会出现对于最大输出转矩Tmax减去不平衡转矩T0的情况，因此，也可将与该不平衡转矩T0相当的部分定为规定值，根据将该规定值减去后的转矩来算出最大旋转角加速度Amax，或者从算出的最大旋转角加速度Amax中减去规定值。该场合，也可考虑重力的影响来设定最大旋转角加速度Amax。

料盘基座2的旋转轴既可是水平，也可是垂直。

并且，由于适用于如下结构的工具调换装置：能使保持在工具料盘1上的多个工具4中的某1个旋转成换移至机床的主轴前端部的形态，被配置于工具料盘1与主轴之间，因此，可缩短工具调换所需的时间。

记录媒体不限定于软盘41，也可是CD-ROM、DVD-ROM、DVD-RAM、存储器插件板等。

又，不限定于对工具的搬送，只要是采用旋转运动来进行对象物搬送的装置，即可广泛地应用。

Claims (10)

1.一种搬送装置，包括搬送部，该搬送部由电动机驱动、使搬送对象物旋转运动而向规定位置进行搬送，所述搬送装置的特征在于，包括惯量推定装置及加速度决定装置，

所述惯量推定装置使用下式推定所述搬送部的惯量I，

I＝I0+I1+m·r²

I1＝m(D²/16+L²/12)

其中，I0为未装有搬送对象物的搬送部的惯量，I1为搬送对象物的围绕自身重心的惯量，m为搬送对象物的质量，r为搬送对象物的重心公转半径，D是将搬送对象物看成圆筒时的直径，L是搬送对象物的长度，

所述加速度决定装置对保持于所述搬送部的多个搬送对象物的分布状态进行检测，并根据所述分布状态算出所述搬送部起动或停止时作用于该搬送部的不平衡转矩，且根据所述惯量推定装置推定的所述惯量I以及所述电动机的最大输出转矩与所述不平衡转矩加减的结果来决定所述搬送部的最大旋转角加速度。

2.如权利要求1所述的搬送装置，其特征在于，当由所述加速度决定装置算出的不平衡转矩超出容许范围时执行报知动作。

3.如权利要求1所述的搬送装置，其特征在于，所述加速度决定装置，按照低于所述搬送部结构上所容许的最大角加速度值来决定最大旋转角加速度。

4.如权利要求1～3中任一项所述的搬送装置，其特征在于，将所述搬送对象物作为工具，所述搬送部构成工具料盘，该工具料盘能使所保持的多个工具中的某1个旋转以换移至机床的主轴前端部。

5.如权利要求1～3中任一项所述的搬送装置，其特征在于，所述搬送部将所述搬送对象物作为工具，且该搬送部具有相对于铅垂方向倾斜的旋转轴，使多个工具旋转进行搬送。

6.一种搬送装置的搬送加速度决定方法，该搬送装置包括搬送部，该搬送部由电动机驱动、使搬送对象物旋转运动而向规定位置进行搬送，所述搬送加速度决定方法的特征在于，

使用下式推定所述搬送部的惯量I，

I＝I0+I1+m·r²

I1＝m(D²/16+L²/12)

其中，I0为未装有搬送对象物的搬送部的惯量，I1为搬送对象物的围绕自身重心的惯量，m为搬送对象物的质量，r为搬送对象物的重心公转半径，D是将搬送对象物看成圆筒时的直径，L是搬送对象物的长度，

对保持于所述搬送部的多个搬送对象物的分布状态进行检测，

根据所述分布状态算出所述搬送部起动或停止时作用于该搬送部的不平衡转矩，

根据推定的所述惯量I以及所述电动机的最大输出转矩与所述不平衡转矩加减的结果来决定所述搬送部的最大旋转角加速度。

7.如权利要求6所述的搬送装置的搬送加速度决定方法，其特征在于，当算出的不平衡转矩超出容许范围时执行报知动作。

8.如权利要求6所述的搬送装置的搬送加速度决定方法，其特征在于，为低于所述搬送部结构上所容许的最大角加速度值来决定最大旋转角加速度。

9.如权利要求6～8中任一项所述的搬送装置的搬送加速度决定方法，其特征在于，将所述搬送对象物作为工具，所述搬送部构成工具料盘，该工具料盘能使所保持的多个工具中的某1个旋转以换移至机床的主轴前端部。

10.如权利要求6～8中任一项所述的搬送装置的搬送加速度决定方法，其特征在于，所述搬送部将所述搬送对象物作为工具，且该搬送部具有相对于铅垂方向倾斜的旋转轴，使多个工具旋转进行搬送。

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