CN101980811B - 用于机床的刀具紧密接触状态检测器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于机床的刀具紧密接触状态检测器，其能够精确并稳定地检测刀具或具有连接有刀具的刀架是否以与主轴紧密接触的方式安装至主轴。当主轴(13)的旋转停止时，液压力从液压供给单元(28)供给至圆筒形部分(20)，以使活塞构件(21)克服来自O形环(22)的偏压力而与主轴箱(11)和主轴(13)接触。由此允许通过活塞构件(21)从主轴箱(11)侧将空气供给至形成在主轴(13)的前端面(13a)中喷气孔(27a，27b，27c)。随后，基于由空气压力检测传感器(25a，25b，25c)进行关于从喷气孔(27a，27b，27c)喷出的空气的压力变化的检测，判断刀具(2)的端面(41)和主轴(13)的前端面(13a)是否紧密接触。

Description

用于机床的刀具紧密接触状态检测器
技术领域
本发明涉及一种用于机床的刀具紧密接触状态检测器，该刀具紧密接触状态检测器检测刀具或具有连接有刀具的刀架是否以与主轴紧密接触的方式安装至主轴。
背景技术
已经广泛使用了机床，其在刀库和主轴进行自动刀具更换的同时进行机械加工。在这种机床中，机械加工期间产生的金属屑可能粘附至刀具或具有连接有刀具的刀架的锥形部，和/或粘附至主轴的在上面安装锥形部的定位面。当在金属屑存在于锥形部和定位面之间的同时采用所述安装至主轴的刀具或刀架进行机械加工时，锥形部可能不能正确地紧密接触主轴的定位面。因此不能精确地定位刀具。这可能不利地影响机械加工精度，并且在一些情况中，损坏刀具和/或主轴。
为了解决这个问题，常规机床设置有刀具紧密接触状态检测器，其检测检测刀具或刀架是否以与主轴紧密接触的方式安装至主轴。在专利文献1和2中披露了这种用于机床的刀具紧密接触状态检测器的例子。
专利文献1：日本专利申请公开No.Hei 10-225845
专利文献2：日本专利申请公开No.2001-259906
发明内容
要解决的技术问题
在上述常规刀具紧密接触状态检测器中，当刀具或刀架的锥形部安装在主轴的定位面上时，用于检查紧密接触状态的空气通过主轴的定位面注入。随后，根据对空气压力变化的检测，作出刀具或刀架是否以与主轴紧密接触的方式安装至主轴的判断。
然而，根据专利文献1中的结构，用于检查紧密接触状态的空气通过回转接头供给到主轴内部。因此，固定的回转接头和旋转的主轴之间的滑动部磨损，从而导致出现空气泄漏。这使得难以稳定地将空气供给至主轴的定位面。因此，特别是当涉及微小的金属屑时，存在不能进行精确检测的可能性。
此外，根据专利文献2中的结构，滑阀(spool)以沿径向方向可滑动的方式设置在壳体侧的空气通道和主轴侧的空气通道之间。供给的用于检查紧密接触状态的空气使滑阀克服来自弹簧的偏压力移动，由此使两侧的空气通道相互连通。然而，这要求将空气压力设置到高至足以使滑阀克服来自弹簧的偏压力而移动的水平。因此，空气压力需要设置为比需要的高。
已经为了解决上述问题作出了本发明，因此本发明的目标是提供一种用于机床的刀具紧密接触状态检测器，其能够精确稳定地检测刀具或具有连接有刀具的刀架是否以与主轴紧密接触的方式安装至主轴。
技术方案
根据本发明的用于解决上述问题的用于机床的刀具紧密接触状态检测器的特征在于，包括：主轴，所述主轴可被主轴箱可旋转地支撑，并具有定位面，用于对加工对象执行一定机械加工的刀具和具有刀具的刀架中的任一个可以拆卸的方式安装在定位面上，刀具连接到所述刀具架；圆筒形部分，所述圆筒形部分形成在主轴箱中，并且活塞构件可滑动地容纳在圆筒形部分中；弹性装置，所述弹性装置用于偏压活塞构件；流体供应装置，所述流体供应装置用于在主轴的旋转停止时，将流体供给至圆筒形部分，从而使活塞构件克服来自弹性装置的偏压力而与主轴箱和主轴接触；气体供应装置，所述气体供应装置用于在流体供应装置将流体供给至圆筒形部分从而使活塞构件克服来自弹性装置的偏压力而与主轴箱和主轴接触时，通过活塞构件从主轴箱将气体供给至主轴；多个喷气孔，所述多个喷气孔形成在定位面中，并将从气体供应装置供给的气体喷出；和刀具紧密接触判断装置，所述刀具紧密接触判断装置用于在刀具和刀架中的任一个安装至定位面时，通过检测从喷气孔喷出的气体的气体压力来判断刀具和刀架中的任一个是否与定位面紧密接触。
根据第二个发明的用于解决上述问题的用于机床的刀具紧密接触状态检测器的特征在于，以环形形状形成的活塞构件容纳在以环形形状围绕主轴形成的圆筒形部分的内部。
根据第三个发明的用于解决上述问题的用于机床的刀具紧密接触状态检测器的特征在于，气体供应装置包括：主轴箱侧气体通道，气体供给至所述主轴箱侧气体通道；主轴侧气体通道，其形成在主轴中并连接至喷气孔；和活塞侧气体通道，其形成在活塞构件中，并允许主轴箱侧气体通道和主轴侧气体通道相互连通。
根据第四个发明的用于解决上述问题的用于机床的刀具紧密接触状态检测器的特征在于，流体供应装置包括：流体储存器，其以环形形状围绕主轴形成，并且流体供给至所述流体储存器；和流体通道，其连接至流体储存器和圆筒形部分，并位于所述流体储存器和所述圆筒形部分之间。
根据第五个发明的用于解决上述问题的用于机床的刀具紧密接触状态检测器的特征在于，流体供应装置和气体供应装置沿主轴的圆周方向以相同的相位设置。
根据第六个发明的用于解决上述问题的用于机床的刀具紧密接触状态检测器的特征在于，流体供应装置沿主轴的径向方向设置在气体供应装置之外。
根据第七个发明的用于解决上述问题的用于机床的刀具紧密接触状态检测器的特征在于，喷气孔沿主轴的圆周方向以相等的间隔角形成。
有益效果
因此，在根据本发明的用于机床的刀具紧密接触状态检测器中，用于将气体供给至喷气孔的气体供应装置可以在主轴旋转期间以非接触状态设置在主轴箱和主轴之间。因此，可以防止气体供应装置磨损。因此，这允许当在主轴的旋转停止之后从气体供应装置供给气体时稳定地供给气体，而没有任何气体泄漏。因此，能够精确地检测刀具或刀架是否以与主轴紧密接触的方式安装至主轴。此外，由于主轴很少被处理，因此可以增加主轴的刚性。此外，由于活塞构件在里面滑动的圆筒形部分设置在主轴箱的内部，因此不需要至主轴箱或主轴外部的连接，从而可以改进刀具或刀架的设计自由度。
附图说明
图1为包括根据本发明的实施方式的刀具紧密接触状态检测器的机床的主轴装置的前端侧的剖视图；
图2为主轴箱的正视图；和
图3为示出松开刀具的状态的视图。
具体实施方式
以下将采用附图详细描述根据本发明的用于机床的刀具紧密接触状态检测器。图1为包括根据本发明的实施方式的刀具紧密接触状态检测器的机床的主轴装置的前端侧的剖视图。图2为主轴箱的正视图。图3为示出松开刀具的状态的视图。
用于图1中示出的机床的主轴装置1为与用于在未图示的工件(加工对象)上进行某种机械加工的刀具2可连接和可拆卸地安装的装置。
如图1和图2所示，主轴装置1包括圆筒形主轴箱11。主轴箱11包括可旋转地支撑在其中的主轴13，且在所述主轴箱与所述主轴之间具有多个轴承12。主轴13包括沿着主轴13的轴向中心连续形成的锥形孔(定位面)13b和主轴孔13c。锥形孔13b被形成为使得其内径向着主轴的后端逐渐变小。锥形孔13b的前端在前端面(定位面)13a处开口，而所述锥形孔的后端与主轴孔13c连通。
杆14以可沿轴向方向滑动的方式支撑在主轴13的主轴孔13c中。杆14与主轴13一起旋转，并也处于由未图示的偏压装置压向主轴的后端的状态中。未图示的液压缸允许杆14克服偏压力朝向主轴的前端移动。
装配构件15设置到杆14的前端，并且装配孔15a形成在装配构件15的前端中。此外，支撑构件16设置到杆14的外圆周部。通过支撑构件16，挤压构件17被支撑成使得可沿主轴13的轴向方向滑动。此外，弹簧构件18在压缩状态下置于支撑构件16和挤压构件17之间。也就是说，挤压构件17处于朝向主轴的前端被偏压的状态中。
夹头19沿装配构件15的径向方向放置在装配构件15之外。接合部19a形成在夹头19的前端处，而倾斜面19b形成在所述夹头19的后端处。夹头19的后端容纳在主轴13的壳体部13d内，并且倾斜面19b能够与形成在挤压构件17的前端处的倾斜面17a滑动接触。也就是说，夹头19可沿主轴13的径向方向滑动。
此外，环形圆筒形部分20形成在主轴箱11的前端侧。环形活塞构件21以可沿主轴箱11(主轴12)的轴向方向滑动的方式容纳在圆筒形部分20中。空气通道(活塞侧气体通道)21a、21b和21c形成在活塞构件21中。空气通道21a、21b和21c分别沿活塞构件21的径向方向延伸，并沿所述活塞构件的圆周方向以相等的间隔角设置。空气通道21a、21b和21c中的每一个的两端在活塞构件21的位于靠近主轴的后端的一侧的外壁处开口。此外，为弹性体的O形圈(弹性装置)22以置于空气通道21a、21b和21c中的每一个的两端之间的方式设置到圆筒形部分20的位于靠近主轴的后端的一侧的内壁。也就是说，活塞构件21处于朝向主轴的前端被偏压的状态中。
空气通道(主轴箱侧气体通道)24a、24b和24c通过圆筒形部分20的位于靠近主轴的后端的一侧的内壁与圆筒形部分20连通，所述内壁沿其径向方向位于O形圈22之外。空气通道24a、24b和24c每一个都沿主轴箱11(主轴12)的轴向方向延伸，并沿其圆周方向以相等的间隔角设置。空气通道24a、24b和24c中的每一个的一个端部以面向活塞构件21的空气通道21a、21b和21c的相对应的一个空气通道的一个端部的方式开口。空气通道24a、24b和24c的另一个端部都连接至供给空气的空气供给单元23，并且在所述空气通道与所述供给单元之间分别具有检测空气压力的空气压力检测传感器25a、25b和25c。
同时，喷气孔27a、27b和27c形成在主轴13的前端面13a中。喷气孔27a、27b和27c在沿主轴13的圆周方向的相等间隔角处开口。喷气孔27a、27b和27c连接至分别沿主轴13的径向方向延伸的空气通道(主轴侧气体通道)26a、26b和26c。空气通道26a、26b和26c通过圆筒形部分20的位于靠近主轴的后端的一侧的内壁与圆筒形部分20连通，且内壁沿所述圆筒形部分的径向方向位于O形环22之内。空气通道26a、26b和26c的一个端部以面向活塞构件21的各个空气通道21a、21b和21c的另一个端部的方式开口。
此外，环形油储存器(流体储存器)29在主轴箱11的前端侧沿圆筒形部分20的径向方向形成在圆筒形部分20之外的位置处。液压通道(流体通道)30a、30b和30c连接至油储存器29的主轴的前端侧，而供给液压力的液压供给单元28连接至油储存器29的主轴的后端侧。液压通道30a、30b和30c分别沿主轴箱11(主轴12)的径向方向延伸，并沿所述主轴箱的圆周方向以相等的间隔角设置。此外，液压通道30a、30b和30c分别以与喷气孔27a、27b和27c相同的相位设置，并通过圆筒形部分20的靠近主轴的前端的一侧的内壁与圆筒形部分20连通。
因此，通过在主轴13的旋转停止时经由油储存器29以及液压通道30a、30b和30c将液压力从液压供给单元28供给至圆筒形部分20，使活塞构件21克服来自O形环22的偏压力朝向主轴的后端移动。因此，空气通道21a、21b和21c分别与空气通道24a、24b和24c以及空气通道26a、26b和26c连通(参见图1)。因此，从空气供给单元23供给的空气分别通过空气通道21a、21b和21c、空气通道24a、24b和24c、以及空气通道26a、26b和6c从喷气孔27a、27b和27c喷出。
此外，通过在主轴13旋转时停止从液压供给单元28供给液压力，使得活塞构件21由于来自O形环22的偏压力而朝向主轴的前端移动。这将空气通道21a、21b和21c分别与空气通道24a、24b和24c以及空气通道26a、26b和26c分开(参见图3)。由于在此期间连续驱动空气供给单元23，因此空气从空气通道24a、24b和24c泄漏。
注意到，空气通道21a、21b和21c、空气通道24a、24b和24c、空气通道26a、26b和26c、空气供给单元23、喷气孔27a、27b和27c和类似部件构成气体供应装置，而液压供给单元28、油储存器29、液压通道30a、30b和30c或类似部件构成流体供应装置。
同时，如图1所示，刀具2属于双装配型刀具，并具有作为紧密接触面的端面41和锥形部42。端面41将与主轴13的前端面13a紧密接触。此外，锥形部42将与主轴13的锥形孔13b紧密接触，并被形成为使得所述锥形部的外径朝向主轴的后端逐渐变小。隆起部42a在锥形部42的前端处形成在锥形部42的内圆周表面上。隆起部42a将与夹头19的接合部接合。此外，装配轴部43设置在锥形部42内的底部上。装配轴部43将装配到装配构件15的装配孔15a中。
因此，在更换刀具时，在对工件的机械加工完成之后，主轴13的旋转停止，并且液压缸克服来自偏压装置的偏压力使杆14朝向主轴的前端移动。从而，装配构件15挤压刀具2的装配轴部43。由这种动作引起的是，主轴13的壳体部13c的内壁、装配构件15的后端、挤压构件17的倾斜面17a相互协作，使得夹头19沿主轴13的径向方向向内移动。这释放了接合部19a和锥形部42的隆起部42a之间的接合。因此，刀具2相对于主轴13进入松开状态，如图3所示。处于这种松开状态中的刀具2随后从主轴13上卸下，并被另一个刀具2更换。
随后，被更换的刀具2由自动刀具更换单元传递至主轴13。然后，在装配轴部43装配(安装)到装配构件15的装配孔15a中之后，刀具2的锥形部42开始装配(安装)到主轴13的锥形孔13b中。之后，杆14由来自偏压装置的偏压力朝向主轴的后端移动。由这种动作引起的是，主轴13的壳体部13c的内壁、装配构件15的后端、以及挤压构件17的倾斜面17a相互协作，使得夹头19沿主轴13的径向方向向外移动。这使得接合部19a与锥形部42的隆起部42a接合。因此，刀具2被拉入并夹紧至主轴13，如图1所示。
在这里，在上述刀具更换期间，液压供给单元28被驱动，因此液压力通过油储存器29以及液压通道30a、30b和30c供给至圆筒形部分20。因此，如图1所示，活塞构件21克服O形环22的偏压力朝向主轴的后端移动。最终，活塞构件21使O形环22弹性变形，并与圆筒形部分20的位于靠近主轴的后端的一侧的内壁紧密接触。因此，空气通道21a、21b和21c进入分别与空气通道24a、24b和24c以及空气通道26a、26b和26c连通的状态。
在此期间，空气供给单元23被连续驱动。因此，空气通道21a、21b和21c一与空气通道24a、24b和24c以及空气通道26a、26b和26c分别连通，从空气供给单元23供应的空气就通过空气通道21a、21b和21c、空气通道24a、24b和24c、以及空气通道26a、26b和26c供给至主轴13的前端侧，并从喷气孔27a、27b和27c喷出。
随后，当刀具2的端面41安装到主轴13的前端面13a上时，已经从喷气孔27a、27b和27c喷出的空气变得不再能够从所述喷气孔喷出。因而，空气通道24a、24b和24c内部的空气压力上升。空气压力检测传感器25a、25b和25c连续检测各个空气压力。因此，当检测到所有空气压力已经达到预定空气压力时，空气压力检测传感器25a、25b和25c分别输出关于所述检测的信号。通过这样做，可以(刀具紧密接触状态判断装置)判定刀具2的端面41和锥形部42分别与主轴13的前端面13a和锥形孔13b紧密接触。随后恢复对工件的机械加工。
另一方面，如果在刀具更换期间，诸如金属屑的杂质已经进入端面41和前端面13a之间和/或锥形部42和锥形部13b之间，则从喷气孔27a、27b和27c喷出的空气从端面41和前端面13a之间的间隙泄漏。因此，空气压力检测传感器25a、25b和25c中的至少一个不能检测到预定空气压力。随后，不能检测到预定空气压力的空气压力检测传感器25a、25b和25c不会输出检测信号。因此，可以(刀具紧密接触状态判断装置)判定刀具2的端面41和锥形部42没有与主轴13的前端面13a和锥形孔13b紧密接触。随后停止对工件的机械加工。
由于如上所述空气供给单元23被连续驱动，因此在液压供给单元28未被驱动时，空气从空气通道24a、24b和24c泄漏。这不仅导致杂质进入空气供给单元23和空气通道24a、24b和25c，而且还防止杂质进入主轴箱11和主轴13的内部，因为由此泄漏的空气从主轴箱11和主轴13之间的间隙流向主轴的前端。此外，由于空气供给单元23被连续驱动，则不必在每次检测空气压力时驱动空气供给单元23。这缩短了升高空气压力所要求的时间，并因此缩短了空气压力检测传感器25a、25b和25c检测空气压力所要求的时间。
应当注意到，在上述实施方式中，根据本发明的刀具紧密接触状态检测器应用于其中刀具2直接安装至主轴13的主轴装置1；然而，刀具紧密接触状态检测器也可以应用于其中具有连接有刀具的刀架安装至主轴的主轴装置。此外，同样地，喷出空气的喷气孔27a、27b和27c形成在主轴13的前端面13a中；然而，喷气孔27a、27b和27c可以形成在也可用作定位面的锥形孔13b中。此外，可以设置四个或更多个喷气孔。此外，虽然空气压力检测传感器25a、25b和25c设置到从空气供给单元23分支出来的各个空气通道24a、24b和24c，但在分支之前，可以将单个空气压力检测传感器设置至空气通道。
因此，在根据本发明的用于机床的刀具紧密接触状态检测器中，在主轴13旋转时，活塞构件21由来自O形环22的偏压力移动离开。因此活塞构件21不接触主轴13，因此不会磨损。因此，在主轴13的旋转停止后的供应空气的时间期间，甚至在液压供给单元28使活塞构件21与主轴箱11和主轴13接触时，空气也不可能泄漏，从而使空气通道21a、21b和21c分别与空气通道24a、24b和24c以及空气通道26a、26b和26c连通。因此，可以将空气稳定地供给至喷气孔27a、27b和27c；因此，能够精确并稳定地检测刀具2是否以与主轴13紧密接触的方式安装至所述主轴13。此外，紧密接触状态检测(判断)可以在从安装下一个刀具2直到刀具更换操作完成的时间期间内进行。因此，可以在现有刀具更换时间期间完成所述检测。此外，由于整个检测器的结构集中在主轴13的前端侧上，因此可以容易地进行维护。
工业应用性
本发明适用于机床的主轴装置，所述主轴装置可以防止其刀具或具有连接有刀具的刀架脱离或松开。

Claims (6)

1.一种用于机床的刀具紧密接触状态检测器，其特征在于，包括：
主轴，所述主轴能够被主轴箱可旋转地支撑，并具有定位面，用于对加工对象执行一定机械加工的刀具和连接有所述刀具的刀架中的任一个能够以拆卸的方式安装在所述定位面上；
圆筒形部分，所述圆筒形部分形成在所述主轴箱中，并且活塞构件能够滑动地容纳在所述圆筒形部分中；
弹性装置，所述弹性装置用于偏压所述活塞构件；
流体供应装置，所述流体供应装置用于在所述主轴的旋转停止时，将流体供给至所述圆筒形部分，从而使所述活塞构件克服来自所述弹性装置的偏压力而与所述主轴箱和所述主轴接触；
气体供应装置，所述气体供应装置用于在所述流体供应装置将流体供给至所述圆筒形部分从而使所述活塞构件克服来自所述弹性装置的偏压力而与所述主轴箱和所述主轴接触时，通过所述活塞构件从所述主轴箱将气体供给至所述主轴；
多个喷气孔，所述多个喷气孔形成在所述定位面中，并将从所述气体供应装置供给的气体喷出；和
刀具紧密接触判断装置，所述刀具紧密接触判断装置用于在所述刀具和所述刀架中的任一个安装至所述定位面时，通过检测从所述喷气孔喷出的气体的气体压力来判断所述刀具和所述刀架中的任一个是否与所述定位面紧密接触，
其中所述气体供应装置包括：
主轴箱侧气体通道，所述气体供给至所述主轴箱侧气体通道；
主轴侧气体通道，所述主轴侧气体通道形成在所述主轴中，并且连接至所述喷气孔；和
活塞侧气体通道，所述活塞侧气体通道形成在所述活塞构件中，并且允许所述主轴箱侧气体通道和所述主轴侧气体通道相互连通。
2.根据权利要求1所述的用于机床的刀具紧密接触状态检测器，其特征在于，以环形形状形成的所述活塞构件容纳在以环形形状围绕所述主轴而形成的圆筒形部分的内部。
3.根据权利要求1所述的用于机床的刀具紧密接触状态检测器，其特征在于，
所述流体供应装置包括：
流体储存器，所述流体储存器形成为环形形状以围绕所述主轴，并且所述流体供给至所述流体储存器；和
流体通道，所述流体通道连接至所述流体储存器和所述圆筒形部分，并位于所述流体储存器和所述圆筒形部分之间。
4.根据权利要求1所述的用于机床的刀具紧密接触状态检测器，其特征在于，所述流体供应装置和所述气体供应装置沿所述主轴的圆周方向以相同的相位设置。
5.根据权利要求1所述的用于机床的刀具紧密接触状态检测器，其特征在于，所述流体供应装置沿所述主轴的径向方向设置在所述气体供应装置之外。
6.根据权利要求1所述的用于机床的刀具紧密接触状态检测器，其特征在于，所述喷气孔沿所述主轴的圆周方向以相等的间隔角形成。
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