CN100464266C - 数控机床 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种数控机床。加工中心的数控装置具有用于在手动换刀时在其中存储与刀具相关的更换历史记录和数据的数据存储器。在更新与刀具相关的数据时，该数据存储器还存储更新历史记录。主控制单元根据更换历史记录和更新历史记录中的至少任意一个来确定刀具是否变化。根据确定结果，主控制单元控制主轴头运动单元以使刀具停止，并使得在显示单元上显示与刀具相关的警告。

Description

数控机床
技术领域
本发明涉及一种数控机床，具体地，涉及一种能够通过操作者防止换刀错误的数控机床。
背景技术
传统上，已经存在具有自动换刀功能的数控机床。例如，日本特开专利公报No.11-33867公开了一种技术，该技术通过传感器检测加工程序的变化、换刀、数据校正量的变化，为刀具与机器干涉的情况做准备，并且降低刀具的快进速度(rapid transverse speed)，以进行机床的自动操作。然而，该技术用于减少由于刀具与机器的干涉而导致的损坏，而不用于防止发生换刀错误。为此，即使在抑制了由于刀具与机器的干涉而导致的损坏时，刀具和机器也可能损坏或者机床的操作可能停止，从而导致生产率降低。
日本特开专利公报No.07-223148提出了一种防止由于换刀错误而导致的事故的技术。根据该技术，在数控机床自动操作时，通过利用光学传感器检测所安装刀具的形状来确定实际上是否安装了正确的刀具。然而，该技术的缺点在于构造用于识别刀具形状并确定换刀错误的结构需要很高的成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够根据机床的内部数据，通过引起操作者的注意来防止换刀错误的数控机床。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种数控机床，该数控机床使安装有刀具的刀架与工件彼此相对运动，从而使用该刀具来加工该工件，该数控机床的特征在于：更换历史记录存储装置，用于在手动更换所述刀具时存储更换历史记录；数据存储装置，用于存储与所述刀具相关的数据；更新历史记录存储装置，用于在更新所述数据时存储更新历史记录；确定装置，用于根据所述更换历史记录和更新历史记录来确定是否存在与所述刀具相关的变化；控制装置，用于根据所述确定装置的确定结果停止所述刀具的运动；报警装置，用于根据所述确定装置的确定结果发出与所述刀具相关的警告；以及检测装置，用于检测已经手动换刀；其中所述检测装置设置在用于容纳刀具的刀具库中的刀具选取位置处，通过所述刀具选取位置，操作者从所述刀具库中选取刀具或将刀具放回所述刀具库中，其中当来自所述检测装置的输出信号从OFF变为ON时，所述控制装置确定已经手动换刀。
附图说明
图1是根据一实施例的加工中心的正视图；
图2(A)是加工中心的侧视图；
图2(B)是刀具选取部分附近的局部放大说明图；
图3是换刀装置的局部放大侧视图；
图4是换刀装置的局部放大侧视图；
图5是表示加工中心的数控装置的电路的框图；
图6是由主控制单元执行的流程图；
图7是显示单元的显示屏的说明图；
图8是显示单元的显示屏的说明图；
图9是显示单元的显示屏的说明图；以及
图10是由主控制单元执行的流程图。
具体实施方式
下面将参照图1至10描述通过立式加工中心实施的本发明的数控机床的实施例。
如图1、2(A)和2(B)所示，加工中心1具有主单元2。工作台3由主单元2支承，从而能够沿水平方向(X轴方向、Y轴方向)运动。主单元2的柱2a设置有主轴头5。主轴头5设置在工作台3上方。主轴头5被支承为能够相对于工作台3沿垂直方向(Z轴方向)运动。
工作台3和主轴头5保持在加工中心1中，从而能够沿着互相垂直的三个轴线(X、Y、Z)相对运动。在加工中心1中，通过数控装置100来控制工作台3和主轴头5的运动量，并使用安装在主轴头5上的刀具K来加工设置在工作台3上的工件。
刀具K可以安装在主轴头5的主轴5a上或者从主轴头5的主轴5a拆下。换刀器6形成在主轴头5的一侧。如图2(A)所示，盘状刀具库7由主单元2可转动地支承。在刀具库7的周边上设置有用于容纳刀具9的多个槽(pocket)7a。刀具9可以安装在槽7a上或者从槽7a拆下。遮盖刀具库7的周边的柱形盖2b形成在主单元2上。刀具选取口2c形成在盖2b上。刀具选取口2c与刀具选取位置A相对应。
如图2(B)所示，在刀具库7转动时，各个刀具槽7a被设置在刀具选取位置A处。操作者可以手动地更换被设置在刀具选取位置A处的刀具槽7a中的刀具。作为用于检测各个刀具槽7a中是否存在刀具9的检测器的传感器40设置在刀具库7中的刀具选取位置A处。传感器40连接到数控装置100的主控制单元130(参见图5)，并通过主控制单元130读取从传感器40输出的信号。当来自传感器40的输出信号从OFF变为ON时，主控制单元130确定已经手动换刀。为刀具库7中的各个刀具槽7a赋予唯一的槽编号“TNo.”。
备用刀具9位于刀具库7中。换刀器6具有向下伸出的旋转臂6a，夹持器6b由旋转臂6a的下端可转动地支承。当旋转臂6a转动时，使用由夹持器6b夹持的刀具9替换安装在主轴5a上的刀具K。当刀具库7转动时，刀具槽7a中的刀具9(例如端铣刀和钻头)被连续地设置在刀具选取位置A处。
下面将参照图5来描述加工中心1中的数控装置100。
如图5所示，数控装置100具有包括键盘的输入单元110、包括诸如液晶显示器的显示装置和报警装置的显示单元120、作为控制器的主控制单元130、各种存储器150至170、加工控制单元200和换刀控制单元300。主控制单元130经由总线140连接到输入单元110、显示单元120、各种存储器150至170、加工控制单元200和换刀控制单元300。
加工程序存储器150存储用于加工工件的加工程序。作为数据存储装置的数据存储器160中存储有与在加工中心1中使用的刀具相关的数据(下文称为刀具数据)。刀具数据包括TNo.、刀具名称、公称直径(diameter)、后缀(suffix)、刀具直径、刀具长度、切削刃校正、使用寿命、工作时间、组号、直径校正量和长度校正量。
“后缀”表示用于在具有相同公称直径的刀具之间进行识别的代码。“切削刃校正”表示基于加工消耗量的刀具端部位置的校正量。“使用寿命”表示刀具的使用寿命。“工作时间”表示刀具的工作时间。“组号”表示刀具组的编号(在具有相同形状和尺寸的一组刀具中，当一个刀具已使用了超出使用寿命的时间段时，将该组号赋予备用刀具)。“ID号”表示刀具的ID号。“直径校正量”表示刀具直径的校正量。“长度校正量”表示刀具长度的校正量。
当刀具设置在刀具槽7a中时，通过键盘从输入单元110输入刀具数据并将其存储在数据存储器160的预定区域中。此时，刀具数据与刀具槽7a相关联并存储在数据存储器160中。“直径校正量”、“长度校正量”、“刀具直径”、“刀具长度”和“切削刃校正”是用于执行加工程序的作为待检验数据的刀具数据。
系统程序存储器170存储用于控制主控制单元130、加工控制单元200和换刀控制单元300的各种程序。加工控制单元200经由总线140连接到主轴控制单元210、刀具夹持器控制单元220和工作台控制单元230。主轴控制单元210连接到主轴头运动单元215。主轴头运动单元215控制主轴头5沿Z方向的运动。主轴控制单元210控制用于使主轴头5的主轴5a转动的电机(未示出)的驱动。工作台控制单元230控制工作台3沿X方向和Y方向的运动。换刀控制单元300连接到刀具库7和换刀器6。主控制单元130经由总线140连接到驱动电路46。主控制单元130通过驱动电路46控制作为报警装置的报警灯45的点亮。
输入单元110设置有作为检测器的松开开关42和作为选择器的循环启动按钮43。当松开开关42接通时，根据来自加工控制单元200的控制命令，刀具夹持器控制单元220打开主轴头5中的未示出的刀具夹持器。从而，可以将刀具从刀具夹持器手动地卸下。当松开开关42断开时，根据来自加工控制单元200的控制命令，刀具夹持器控制单元220闭合主轴头5中的刀具夹持器。从而，通过刀具夹持器夹持刀具。基于来自松开开关42的输出信号，主控制单元130将安装到刀具夹持器上的刀具的刀具数据与换刀标记相关联，并将该标记设置在数据储存器160中。
当来自传感器40的输出信号从OFF切换到ON时，主控制单元130将具有“TNo.”的刀具槽7a中的刀具的刀具数据与换刀标记相关联，并将该标记设置在数据储存器160中。在本实施例中，当手动换刀时，数据存储器160用作其中存储更换历史记录的第一存储装置，而在更新刀具数据时，数据存储器160用作其中存储更新历史记录的第三存储装置。
下面将说明上述加工中心1的操作。
图6是在刀具数据变化时由主控制单元130执行的流程图。当从输入单元110输入刀具数据的显示命令时，主控制单元130使得刀具数据画面显示在显示单元120上(参照图1)(S10)。图7表示其上显示有刀具数据的显示单元120的屏幕120a。与“TNo.”、“刀具名称”和“公称直径”项相对应的数据显示在用于示出刀具列表的显示区120b上。通过使用未示出的指示器(pointer)等选择的诸如刀具的“刀具名称”、“公称直径”、“后缀”的数据显示在显示区120c上。显示区120c设置有与各个项相对应的显示和输入部分120d。存储在数据存储器160中的数据显示在显示和输入部分120d中。可以将新数据输入到显示和输入部分120d。
当从输入单元110输入了新数据(S20为是)时，主控制单元130确定该输入数据是否是待检验的数据(S30)。在未输入用于确定该数据是否是待检验数据的数据时，主控制单元130使刀具数据画面保持显示在显示单元120上(S10)。
当该输入数据不是待检验的数据(S30为否)时，主控制单元130暂时终止该流程。当该输入数据是待检验的数据(S30为是)时，主控制单元130作为计算器在S40计算在作为校正值的输入数据(下文中称为输入值)与在输入该输入值之前存储在数据储存器160中的值(下文中称为设定值)之间的差值作为变化量(variation)。
主控制单元130作为比较器通过将该变化量的绝对值与阈值进行比较来确定输入值是否合适(S50)。在这种情况下，根据待检验数据的类型预先设定阈值。当变化量的绝对值等于该阈值或更小时，主控制单元130确定该输入值合适并暂时终止该处理(S50为否)。当变化量的绝对值超过该阈值时，主控制单元130在屏幕120a上弹出确认显示区域120e，以使操作者确认该输入值(参见图8)。
图8表示其中与“刀具长度”相关的确认画面120e显示在显示单元120上的示例。与刀具长度相关的“当前设定值”、“输入值”和“变化量”作为确认画面120e显示，并且显示“确定(OK)”作为确认按钮。输入值显示在“输入值”的显示部分120f中，并且可以输入新数据。如图9所示，主控制单元130使得消息120g“请确认输入数据”显示在显示单元120的屏幕120a上。因为当变化量的绝对值超过阈值时可能产生了数据输入错误，所以主控制单元130使得显示该信息120g，从而提示操作者确认输入值。
接着，当通过鼠标点击了“确定”按钮(S70的是)时，主控制单元130确定输入值已确认并设定输入值确认标记(S80)。在将新数据输入到显示部分120f(S70为否)时，主控制单元130执行在S40处的一系列处理和针对输入数据的后续步骤。
在设定输入值确认标记之后，主控制单元130将输入值存储在数据存储器160中(S90)。换句话说，主控制单元130将存储在数据存储器160中的刀具数据重写为新输入的数据。在更新数据时，将输入值确认标记与所更新的刀具数据相关联，并将关联标记存储在数据存储器160中。主控制单元130设定与刀具相关的更新数据标记，更新该刀具的待检验数据(S100)，并终止该处理。
下面将参照图5和图10描述在自动操作中进行的变化检验过程。
主控制单元130从加工程序存储器150读取加工程序。当开始加工工件时，主控制单元130从数据存储器160读取与安装在主轴头5上的刀具K相关的数据。对于安装在主轴头5上的刀具K(参照图3)，主控制单元130作为确定装置根据数据存储器160确定是否设定或重设了更新数据标记和换刀标记(S200、S220、S280)。根据加工程序和刀具数据，主控制单元130确定哪一个刀具槽7a容纳了安装在主轴头5上的刀具K。
当重设了更新数据标记和换刀标记(S200为是)时，主控制单元130进行自动操作(S210)。当S200的结果为否时，主控制单元130确定是否设定了更新数据标记并重设了换刀标记(S220)。
当S220的结果为是时，主控制单元130确定是否为在执行该过程时读取的刀具数据设定了输入值确认标记(S230)。当设定了输入值确认标记(S230为是)时，主控制单元130确定操作者已经确认了设定值与输入值之间的变化量的绝对值超过阈值，并且操作前进至S240。另一方面，当没有为刀具数据设定输入值确认标记(S230为否)时，因为如图6的流程图中明显看出的那样，输入值的变化量为阈值或更小，所以主控制单元130确定不会发生刀具与机器的干涉。即，主控制单元130作为无效装置使S220的“是”的确定无效，并且操作前进至S210。
在S240，主控制单元130在显示单元120上显示“仅刀具数据的输入值发生了变化”并执行进给保持以暂停由主轴头5进行的刀具K的进给。为了提示操作者确认刀具数据的输入值，主控制单元130打开报警灯45。这里，进给保持和打开报警灯45的处理将在下面将作为通用动作进行描述。
当S220的结果为否时，主控制单元130确定是否重设了更新数据标记并且设定了换刀标记(S280)。当S280的结果为是时，为了提示操作者确认刀具K和刀具数据的输入值，主控制单元130在显示单元120上显示“换刀，刀具数据未输入，需要确认”，并执行上述通用动作(S290)。
当S280的结果为否时，主控制单元130确定设定了更新数据标记和换刀标记，并且操作前进至S300。为了提示操作者确认刀具K和刀具数据的输入值，主控制单元130在显示单元120上显示“新刀具，确认刀具数据的输入值”，并执行上述通用动作(S300)。主控制单元130提示操作者确认刀具K以及刀具数据的输入值，然后操作前进至S250。
在S250，主控制单元130确定操作者是否接通了输入单元110的循环启动按钮43。在接通了循环启动按钮43(S250为是)时，主控制单元130进行至S260。主控制单元130将刀具K的快进调节量(rapid traverseoverride)降低至预定值(％)并终止该过程(S260)。这时的快进调节量被设置为比正常快进调节量慢的速度。当在执行加工程序时命令下一切削进给时，主控制单元130使改变后的快进调节量恢复为正常值。当没有接通循环启动按钮43(S250为否)时，主控制单元130基于另一输入单元110的操作来执行另一处理(S270)并终止该过程。
如上所述，该实施例获得了以下优点。
在本实施例中，在手动更换刀具K时，在自动加工期间通过执行进给保持使刀具的运动停止。因此，可以提示操作者确认换刀，从而防止发生换刀错误。在刀具数据更新时，在显示单元120上显示与刀具相关的警告。因此，可以提示操作者确认刀具数据更新，从而防止发生刀具数据更新错误。
在本实施例中，当传感器40检测槽7a中是否存在刀具时，并且当松开开关42检测到已从主轴头5上去除刀具时，将换刀标记存储在数据存储器160中。因此，可以提示操作者基于存储在数据存储器160中的数据来确认换刀。另外，在显示单元120上显示换刀和刀具数据更新使得操作者能够对它们进行确认。
在本实施例中，在设定了换刀标记而没有设定更新数据标记时，在显示单元120上显示刀具数据未更新的事实。因此，可以提示操作者确认更换的刀具正确容纳在刀具槽中或者没有忽略对刀具数据的输入并采取适当步骤。通过仅显示刀具数据的输入值是否正确，可以引起操作者的注意，从而防止操作者的输入错误。另外，通过在显示单元120上显示刀具数据和输入值以及它们之间的差值，可以提示操作者确认输入值。
在本实施例中，当变化量的绝对值大于阈值时，通过在显示单元120上显示该变化量，可以提示操作者确认输入值。另外，因为在进行快进调节时将刀具K的进给设定为比正常值慢，所以可以使由于刀具K与机器的干涉而引起的冲击最小化。
在本实施例中，当输入值的变化量为阈值或更小时，主控制单元130使得与更新数据标记和换刀标记相关的确定无效。例如，为了在切削工件之后提高加工精度，操作者可以在下一次切削时重写刀具数据。在这种情况下，主控制单元130确定刀具数据与校正值之间的差值小于阈值并且是合适的，并使得与更新数据标记和换刀标记相关的确定无效。这样，可以在不停止刀具的运动的情况下进行对下一工件的切削。
可如下修改本实施例。
在本实施例中，尽管所有输入值、当前设定值和变化量都显示在显示单元120上，如图8所示，但可以仅显示输入值，或者输入值和变化量。
尽管本发明在立式加工中心中实施，但本发明也可以在其它数控机床中实施，例如卧式加工中心和组合加工机床。

Claims (9)

1.一种数控机床，该数控机床使安装有刀具的刀架与工件彼此相对运动，从而使用该刀具来加工该工件，该数控机床的特征在于：
更换历史记录存储装置，用于在手动更换所述刀具时存储更换历史记录；
数据存储装置，用于存储与所述刀具相关的数据；
更新历史记录存储装置，用于在更新所述数据时存储更新历史记录；
确定装置，用于根据所述更换历史记录和更新历史记录来确定是否存在与所述刀具相关的变化；
控制装置，用于根据所述确定装置的确定结果停止所述刀具的运动；
报警装置，用于根据所述确定装置的确定结果发出与所述刀具相关的警告；
以及
检测装置，用于检测已经手动换刀；
其中所述检测装置设置在用于容纳刀具的刀具库中的刀具选取位置处，通过所述刀具选取位置，操作者从所述刀具库中选取刀具或将刀具放回所述刀具库中，
其中当来自所述检测装置的输出信号从OFF变为ON时，所述控制装置确定已经手动换刀。
2.根据权利要求1所述的数控机床，其中根据来自所述检测装置的输出信号将所述更换历史记录存储在所述更换历史记录存储装置中。
3.根据权利要求1或2所述的数控机床，该数控机床的特征在于，所述报警装置是显示装置，
其中，当所述刀具的运动停止时，所述控制装置使得根据所述更换历史记录和更新历史记录将与所述刀具相关的消息显示在所述显示装置上。
4.根据权利要求3所述的数控机床，该数控机床的特征在于，当对于安装在所述刀架上的所述刀具存在更换历史记录而不存在更新历史记录时，所述控制装置使得在所述显示装置上显示数据未更新的事实。
5.根据权利要求3所述的数控机床，该数控机床的特征在于，包括输入单元，用于输入所述数据的校正值，
其中当从所述输入单元输入校正值时，所述控制装置使得在所述显示装置上显示存储在所述数据存储装置中的数据和所输入的校正值。
6.根据权利要求5所述的数控机床，该数控机床的特征在于，包括计算装置，用于计算所述数据与所述校正值之间的差值，
其中所述计算装置使得在所述显示装置上显示所述数据与校正值之间的差值。
7.根据权利要求6所述的数控机床，该数控机床的特征在于，包括比较装置，用于将所述数据和所述校正值之间的差值与一阈值进行比较，
其中所述比较装置根据所述差值是否大于该阈值来使得在所述显示装置上显示所述差值。
8.根据权利要求5所述的数控机床，该数控机床的特征在于，所述输入单元根据外部操作输出确认信号，
其中所述控制装置根据来自所述输入单元的确认信号将所述数据更新为所述校正值。
9.根据权利要求7所述的数控机床，该数控机床的特征在于，包括无效装置，用于在所述差值等于该阈值或更小时使所述确定装置的确定结果无效。
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