CN102958632B

CN102958632B - 尾架装置

Info

Publication number: CN102958632B
Application number: CN201080020188.6A
Authority: CN
Inventors: 鬼岛哲也; 胁海道丰; 后藤久夫; 胁田三喜雄
Original assignee: Yamazaki Mazak Corp
Current assignee: Yamazaki Mazak Corp
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2030-01-28
Also published as: JPWO2011092820A1; CN102958632A; EP2529863A1; JP4805427B2; US20120011972A1; EP2529863A4; US8677869B2; EP2529863B1; WO2011092820A1

Abstract

本发明提供了一种尾架装置。在控制面板21上设有显示画面22。工作人员打开显示在显示画面22上的功能菜单键组26的低推力按压键28。在该状态下，工作人员旋转操作手动脉冲产生器31的操作度盘32，使编码器34产生脉冲。从编码器34输出脉冲信号作为指令信号，根据该指令信号驱动伺服电动机17，从而使尾架前进。在使尾架顶尖的前端与工件的中心孔相接触的状态下，工作人员转动操作度盘32，细微调整伺服电动机的驱动转矩。由此，细微调整尾架顶尖的推力，因此尾架顶尖被以低推力推压向工件。

Description

尾架装置

技术领域

本发明涉及一种向支承在机床的头架上的工件推压尾架的尾架顶尖来支承工件的尾架装置，特别是涉及一种能够利用较低的尾架推力来支承工件的尾架装置。

背景技术

进行车削加工的机床例如具有头架，该头架具有能够夹紧凸轮轴等工件的端部的卡盘。另外，机床具有能够以与头架相对的往返移动而配置的、并且被推压向工件的自由端的中心孔的尾架。尾架借助进给丝杠机构而往返移动。进给丝杠机构借助伺服电动机而工作。尾架借助伺服电动机经由丝杠轴而前进。当尾架的尾架顶尖被推压向工件的中心孔时，工件被卡盘与尾架顶尖以规定的尾架推力支承。

在专利文献1中，公开了一种设定尾架顶尖的尾架推力的方法。在该设定方法中，考虑到驱动系统的变速比、由参数设定部设定的尾架滑动面阻力、进给丝杠的承受部的摩擦转矩、丝杠的效率，由尾架推力设定部预先设定的尾架推力被转矩指令转换部换算为伺服电动机的驱动转矩。当操作尾架指令部时，尾架控制部起动。然后，借助伺服电动机控制部及功率放大部控制伺服电动机的转矩，从而驱动并控制尾架。尾架控制部使由转矩指令转换部换算得到的驱动转矩存储到转矩限制值存储部中，向伺服电动机控制部送出转矩限制值。伺服电动机控制部以转矩限制值(驱动转矩)为上限进行伺服电动机的转矩限制控制。由此，设定尾架顶尖的尾架推力。

但是，在上述以往的尾架装置的设定尾架推力的方法中，在向工件推压尾架顶尖之前，限制伺服电动机的转矩值(电流值)，之后，向工件推压尾架顶尖。因此，在与尾架的滑动面阻力等阻力相同的转矩值或比其小的转矩限制值的设定中，尾架不能动作。因而，当工件由合成树脂等强度低的材料形成时，有可能尾架顶尖的推力过大，使工件变形，并降低了工具加工的工件的加工精度。

专利文献1：日本特开2006-346754号公报

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明在于提供一种能够以克服诸如滑动面阻力等的阻力以使尾架移动所需的推力以下的推力来支承工件的尾架装置。

解决技术问题的手段

为了解决上述问题，根据本发明的第1方式，提供一种将借助伺服电动机经由进给丝杠机构往返移动的尾架的尾架顶尖推压在工件上来支承工件的尾架装置。尾架装置包括：正常尾架推力设定部件，其将支承工件所需的尾架推力设定为伺服电动机的转矩限制值；低尾架推力设定部件，其通过手动操作对尾架顶尖施加比上述正常尾架推力低的尾架推力，以向上述工件推压所述尾架顶尖的前端的方式发挥作用；显示部件，其显示施加到上述工件上的尾架顶尖的尾架推力；无效化部件，其在上述显示部件的画面切换为低推力模式的状态下，当上述顶尖套的实际推力超过最大推力值时，使上述手动操作无效；上述无效化部件还当所述尾架顶尖的实际推力在最大推力值及以下且在容许范围外时，不使上述手动操作无效，当所述尾架顶尖的实际推力在最大推力值以下且在容许范围内时，使上述手动操作无效。

采用该结构，利用手动操作的低推力设定部件，能够一边目视显示在显示部件的画面上的尾架推力一边以低于正常尾架推力的尾架推力使尾架顶尖推压工件。因而，能够以使尾架移动所需的推力以下的低推力将尾架顶尖推压在工件上，能够适当地支承低强度的工件。因此，即使是低强度的工件，也能够实现高精度加工。

在上述尾架装置中，上述低尾架推力设定部件优选地包括：低尾架推力按压键，其将显示部件的画面设定为低推力模式；手动脉冲产生器，其通过手动操作产生用于驱动伺服电动机的脉冲；通过将上述尾架顶尖推压在工件上并使上述尾架及上述尾架顶尖停止动作，在上述伺服电动机的旋转转矩未受到尾架的滑动阻力影响的状态下，根据从上述伺服电动机的编码器输出的反馈信号和由上述手动脉冲产生器产生的指令信号之间的偏差使上述伺服电动机旋转，从而使上述进给丝杠机构弹性变形，在此时的上述进给丝杠机构的弹性反力的作用下，应使尾架顶尖以低推力推压上述工件。

在上述尾架装置中，优选具有用于改变由上述手动脉冲产生器产生的每1脉冲的指令信号的量的倍率设定部件。

附图说明

图1是表示具体实现了本发明的尾架装置的一实施方式的操作面板的主视图；

图2是控制装置的电路框图；

图3是构成机床的主要装置的简略主视图；

图4是用于说明调整尾架的低推力的操作的流程图；

图5是表示来自手动脉冲产生器的进给丝杠机构的进给量与实际测量到的尾架顶尖的尾架推力的关系的曲线。

具体实施方式

如图3所示，在机床的机器底座11上固定有具有电动机10的头架12。在电动机10的旋转轴上连接有用于夹紧工件W的端部的夹头13。在机器底座11上设有导轨14。尾架15在导轨14上沿水平方向往返移动。在尾架15上安装有尾架顶尖16。尾架顶尖16被推压入形成在工件W的自由端的中心孔(未图示)。由此，工件W的自由端被支承。

在机器底座11上设置有伺服电动机17。在伺服电动机17的旋转轴上连结有丝杠18。丝杠18的前端拧入安装在尾架15上的内螺纹体19内。利用丝杠18及内螺纹体19构成尾架15的进给丝杠机构(又称丝杆机构)K。在伺服电动机17上设有检测伺服电动机17的旋转轴的旋转角度的编码器20。编码器20向偏差计数器46输出与旋转轴的旋转角度成比例的脉冲信号作为反馈信号Pf。

如图1所示，控制面板21设置在机器底座11的前表面。在控制面板 21的上部设有具有触摸面板功能、并且具有作为显示部件的显示画面22的显示部22A。在控制面板21的中间部设有用于设定尾架顶尖16的推力的推力输入键23。在显示部22A上设有显示施加到工件W上的尾架顶尖16的推力的值的推力显示部24。

在控制面板21的下部设有前进/后退开关25。在下面所述的正常推力推压模式的情况下，当前进/后退开关25从中间位置切换为前进位置时，图3所示的伺服电动机17旋转，尾架15向靠近工件W的方向前进。尾架顶尖16被推压在工件W上，当推力达到由推力输入键23设定的正常设定值(例如1～5kN(千牛顿))时，尾架15在维持伺服电动机17的转矩输出的状态下停止移动。当前进/后退开关25从中间位置切换为后退位置时，伺服电动机17反向旋转，尾架15向远离工件W的方向后退。

在显示画面22上设有功能菜单键组26。在功能菜单键组26上设有正常推力按压键27及低推力按压键28。当正常推力按压键27打开时，由于选择为正常推力推压模式，因此显示画面22从菜单画面切换为示出正常推力推压模式。另外，当低推力按压键28打开时，由于选择为低推力推压模式，因此显示画面22切换为图1所示的示出低推力推压模式。

在控制面板21上设有手动脉冲产生器31。手动脉冲产生器31包括具有旋钮32a的操作度盘32和借助轴33与操作度盘32相连接的编码器34。操作度盘32设置在控制面板21的表面上，编码器34安装在控制面板21的背面。当手动转动操作度盘32时，从编码器34输出与操作度盘32的旋转角度成比例数量的脉冲信号。该脉冲信号经由CPU 42作为指令信号Pc输出到偏差计数器46。在控制面板21上设有作为移动量调整部件的第1至第4倍率设定键35A至35D。第1至第4倍率设定键35A至35D用于将由手动脉冲产生器31输出的每个脉冲的尾架15的移动量变更为原始值的1倍、10倍、100倍或1000倍。每个脉冲的移动量例如为0.0001mm。在显示画面22上设有用于显示由第1至第4倍率设定键35A至35D选择的倍率的值的倍率显示部36。在显示画面22的上部设有用于显示警报的警报显示部37。在控制面板21的下部设有蜂鸣器38。

接着，参考图2说明用于进行各种控制过程的控制系统。

如图2所示，在控制装置41中，设有用于根据各种类型的数据执行预定的计算处理的CPU 42。在控制装置41中，设有存储用于执行各种操作的控制程序的只读存储器(ROM)43，并且设有用于临时存储各种类型的数据的随机存储器(RAM)44。在控制装置41上连接有推力输入键23、前进/后退开关25、编码器34及第1至第4倍率设定键35A至35D。在控制装置41上还连接有显示部22A。在显示部22A的显示画面22上显示有正常推力按压键27及低推力按压键28。另外，在控制装置41上，经由伺服电动机放大器45(功率放大部)连接有伺服电动机17，以及连接有蜂鸣器38。

在控制装置41上连接有伺服电动机放大器45的位置偏差计数器46。在偏差计数器46中，被输入从伺服电动机17的编码器20输出的脉冲信号构成的反馈信号Pf。另外，在偏差计数器46中，经由CPU 42被输入命令信号Pc，其为从手动脉冲产生器31的编码器34输出的脉冲信号。偏差计数器46计算反馈信号Pf与指令信号Pc之间的偏差(ΔP＝Pf-Pc：也称作累计脉冲)。偏差ΔP在电流放大部47中被放大。根据被放大的偏差ΔP驱动伺服电动机17。

当CPU 42被起动时，控制装置41根据按照存储在ROM 43中的计算机程序由CPU 42执行的各种计算处理，执行控制尾架操作所需的各种处理。CPU 42不是将计算机程序存储在内置于控制装置41的ROM 43中，而是存储在具有计算机可读存储介质的外部存储装置中。而且，CPU 42根据需要从该外部存储装置读出计算机程序。

控制装置41、CPU 42及第1至第4倍率设定键35A至35D构成倍率设定部件。另外，控制面板21的推力输入键23、推力显示部24、以及正常推力按压键27和控制装置41构成正常尾架推力设定部件。而且，控制面板21的推力显示部24、低推力按压键28、手动脉冲产生器31、控制装置41及具有偏差计数器46的伺服电动机放大器45构成低尾架推力设定部件。

接着，主要参考图4所示的流程图说明上述尾架装置的操作。在工件W的端部被夹头13夹紧的状态下，通过操作控制面板21的各种键、开关来进行工件W的尾架顶尖16的推压操作。

那么，当工件W为由金属棒等一般的高强度材质构成时，在正常模式下，利用推力输入键23输入所需的推力、例如1kN至5kN之间的值，并存储在RAM 44的规定的区域中。在该状态下，当将前进/后退开关25切换为前进位置时，具有尾架顶尖16的尾架15朝向工件W移动。而且，工件W被正常推力(1至5kN)保持在夹头13与尾架顶尖16之间。尾架顶尖16的正常推力如背景技术中所述，通过进行伺服电动机17的转矩限制控制来设定。

在以正常推力保持工件W的状态下，能够针对工件W实施例如切削等加工。在加工结束后，若将前进/后退开关25向上述相反的方向切换，即切换至后退位置，则尾架15后退，从而尾架顶尖16离开工件W。

如下进行例如合成树脂等低强度的工件W的加工。步骤S1至步骤S18表示以与低强度的工件W对应的低推力进行的尾架顶尖16的推压动作及其相关动作。以下，将步骤S1至步骤S18简称为S1至S18。

图3表示尾架顶尖16从工件W离开的状态。在该状态下，如图4所示，在S1中，当图1所示的低推力按压键28打开时，显示画面22切换为低推力模式画面的同时，在S2中，低推力按压键28从非照明状态切换为闪烁状态。在S3中，推力显示部24的读数从正常模式下的设定值(正常推力：例如1～5kN)切换为低推力模式下的实际的推力显示(在初始状态下为0.0kN)。该推力显示的读数的背景被改变颜色，使得工作人员易于识别。

在S4中，当工作人员手动使操作度盘32向负(-)方向旋转时，从编码器34向控制装置41发送与操作度盘32的旋转角度对应数量的脉冲。然后，向偏差计数器46输出将该脉冲的数量乘以由第1至第4倍率设定键35A至35D中任一个设定的倍率得到的值，来作为指令信号Pc。伺服电动机17按照输入到偏差计数器46中的指令信号Pc进行旋转。

这样，当从编码器34经由CPU 42向偏差计数器46输出指令信号Pc时，偏差计数器46计算指令信号Pc与来自编码器20的反馈信号Pf之间的偏差ΔP(累计脉冲)。当偏差ΔP输入到电流放大部47中时，伺服电动机17按照从电流放大部47输出并且根据偏差ΔP计算出的驱动电流进行旋转。伴随着伺服电动机17的旋转，尾架15朝向工件W前进。

借助于手动旋转操作度盘32，尾架顶尖16从退避位置前进至马上与工件W相接触的位置。此时，工作人员预先适当地选择设定第1至第4倍率设定键35A至35D中的一个，从而能够调整每一脉冲的尾架顶尖16的移动量。因此，通过根据工件W与尾架顶尖16之间的距离来改变倍率，能够迅速且安全地使尾架顶尖16与工件W适当地接触，而不使尾架顶尖16与工件W误撞。即，当距工件W的距离较长时，可通过使用高倍率使尾架顶尖16快速移动，随着距工件W的距离变短，可通过使用更低的倍率使尾架顶尖16更慢速移动。

当尾架顶尖16的前端被推压向工件W并且尾架15及尾架顶尖16停止前进时，工作人员暂时中止手动脉冲产生器31的手动旋转。通过该动作，伺服电动机17停止旋转，来自编码器20的反馈信号Pf成为0。在该状态下，当再次手动旋转操作度盘32时，从编码器34输出脉冲作为指令信号Pc，因此计算出反馈信号Pf与指令信号Pc之间的偏差ΔP。然后，与该偏差ΔP对应的驱动电流从电流放大部47供给到伺服电动机17。由此，在使尾架15及尾架顶尖16停止动作的状态下，伺服电动机17微微转动，因此进给丝杠机构K的丝杠18及内螺纹体19弹性(弯曲)变形。然后，在进给丝杠机构K的弹性反力的作用下，尾架顶尖16被以较低的推力推压向工件W。

在使尾架15及尾架顶尖16停止动作的状态下，伺服电动机17的旋转转矩未受到尾架15的滑动阻力的影响。因此，作为伺服电动机17的旋转转矩，不需要设定为大于所需值。因此，能够将尾架顶尖16的尾架推力设定为低推力。

如上设置，尾架顶尖16被以由基于进给丝杠机构K的弹性变形的推力引起的低推力推压向工件W。此时的推力的数值显示在推力显示部24上。当显示在推力显示部24上的数值成为目标数值(例如0.8kN)时，工作人员停止手动旋转操作度盘32。当操作度盘32的手动旋转停止时，由于从编码器34不会重新产生指令信号Pc，使得反馈信号Pf与指令信号 Pc之间的偏差ΔP变为0，因此伺服电动机17的旋转被伺服电动机放大器控制，成为所谓的伺服锁定状态。此时，在伺服电动机17上，即使受到进给丝杠机构K的弹性反力，由于将偏差ΔP保持为0，即保持伺服电动机17的旋转角位置，因此也继续供给伺服电动机17所需的驱动电流。其结果，对进给丝杠机构K的丝杠18施加所需的旋转转矩的同时，在进给丝杠机构K的弹性反力的作用下，对尾架顶尖16施加所需的推力。

如图5所示可知，当由来自基于手动脉冲产生器31的操作的编码器34的指令信号Pc产生的伺服电动机17的旋转量、即指示的进给丝杠机构K的进给量(μm)向负方向增加时，实际测量到的尾架顶尖16的推力与此大致成正比地增加。实际测量了多次尾架顶尖16的推力，并且得到了大致相同的结果。

在S5中，CPU 42判断实际的推力Fx是否等于或小于预先设定的最大推力值Fmax(例如10kN)。例如，出于某些原因，当尾架顶尖16与机器底座11的一部分相接触时，在伺服电动机17或传输系统上有可能作用有过大的负荷。因此，当实际的推力Fx超过最大推力值Fmax时，在S6中，CPU 42在警报显示部37中显示警报，使蜂鸣器38工作。由此，向工作人员通知在尾架顶尖16中产生有异常。在S7中，作为无效化部件的CPU 42使操作度盘32朝向负方向手动旋转无效。接着，在S8中，工作人员向正方向手动操作操作度盘32，使尾架15向远离工件W的方向移动。由此，实际的推力Fx减少。当实际的推力Fx成为最大推力值Fmax及以下时，在S9中，CPU 42解除警报(包括蜂鸣器)，之后返回S4。这样，工作人员通过向正方向手动旋转操作度盘32来使尾架15后退，从而能够消除在尾架顶尖16中产生的异常。

另一方面，当实际的推力Fx为最大推力值Fmax及以下时，在S10中，当工作人员再度打开低推力按压键28时，在S11中，CPU 42判断实际的推力Fx是否在容许范围(例如在0.5kN至1.0kN之间，包括端点)内。当实际的推力Fx在容许范围外时，在S12中，CPU 42在警报显示部37中显示警报。在S13中，当工作人员使表示警报的标志复位时，在S14中，CPU 42解除警报(包括蜂鸣器)，之后返回S4。在此，由于实际的推力Fx在容许范围外，因此产生了警报，通知工作人员该状态。但是，由于该状态绝不是危险的状态，因此CPU 42不使操作度盘32的手动旋转无效。

在S11中，当实际的推力Fx在容许范围内时，在S15中，CPU 42将低推力按压键28从闪烁状态切换为点亮状态。与此同时，CPU 42使由操作度盘32的手动旋转产生的推力的调整无效。其结果，尾架顶尖16的实际的推力Fx被设定为目标推力。接着，在S16中，开始加工工件W。在S17中，CPU 42判断加工中的工件W上是否没有作用有异常的过大推力，即实际的推力Fx相对于所设定的推力是否在容许范围(例如±0.2kN)内。只要实际的推力Fx相对于所设定的推力在容许范围内，CPU 42就判断为加工正常进行，直至最后完成加工工件W。当实际的推力Fx相对于所设定的推力在容许范围外时，在S18中，CPU 42使控制装置41向伺服电动机17输出紧急停止信号，使用于加工工件W的操作紧急停止。

采用本实施方式，能够获得如下所述的作用效果。

(1)在控制面板21的显示画面22上显示功能菜单键组26。通过打开这些功能菜单键组26中的低推力按压键28，工作人员将显示画面22切换为表示低推力推压模式的显示。另外，在控制面板21上设有包括操作度盘32的手动脉冲产生器31。工作人员手动旋转操作度盘32，从而从编码器34产生用于驱动伺服电动机17的脉冲。偏差计数器46计算来自伺服电动机17的编码器20的反馈信号Pf与来自手动脉冲产生器31的编码器34的指令信号Pc之间的偏差ΔP。进一步，向工件W推压尾架顶尖16，使尾架15及尾架顶尖16停止在所需的位置，从而设为伺服电动机17的旋转转矩未受到尾架15的滑动阻力影响的状态。在该状态下，通过手动旋转操作度盘32并从编码器34输出指令信号Pc，偏差计数器46计算反馈信号Pf与指令信号Pc之间的偏差ΔP。根据该偏差ΔP，伺服电动机17微微转动，从而进给丝杠机构K弹性变形。在此时产生的进给丝杠机构K的弹性反力的作用下，尾架顶尖16被推压向工件W。因此，在将尾架顶尖16推压到工件W上之后，借助于操作度盘32的手动旋转，能够容易地在小推力范围内细微调整尾架顶尖16的推力。

(2)利用第1至第4倍率设定键35A至35D能够改变从编码器34输出的指令信号Pc的每个脉冲的量。因此，在直至尾架顶尖16接触工件W的期间，能够容易地将尾架15的进给速度调整为适当的速度，而且，也能够细微调整推力值。因而，工作人员能够选择适合于操作的进给速度，而且，也能够快速地将推力调整为适当值。甚至能够改进操作的效率及有助于操作。

(3)在尾架顶尖16与工件W相卡合之后，工作人员一边目视显示在推力显示部24上的实际的推力值一边手动旋转操作度盘32。如此设置，能够获得适合于低强度的工件W的低推力的尾架压力。因而，能够以较高的精度加工低强度的工件W。

(4)即使工件W接收来自尾架的低推力，若推力值在容许范围外，则CPU 42也在警报显示部37中显示警报，使操作度盘32的手动旋转无效。因而，工作人员通过再次操作度盘32，能够实现适当的低推力的尾架操作。

另外，上述实施方式也可以如下所述进行变形。

在上述实施方式中，也可以取代触摸面板将功能菜单键组26变更为机械按键。在该情况下，优选地与各个键相对应地显示有无操作等。

也可以利用压力传感器来检测由尾架顶尖16对工件W施加的实际的推力。在该情况下，压力传感器夹设在尾架15与安装在尾架15上的尾架顶尖16之间。

附图标记说明

K、丝杠机构；W、工件；ΔP、偏差；Fx、推力；Pc、指令信号；Pf、反馈信号；15、尾架；16、尾架顶尖；17、伺服电动机；20、34、编码器；28、低推力按压键；31、手动脉冲产生器。

Claims

1.一种尾架装置，其将借助伺服电动机经由进给丝杠机构往返移动的尾架的尾架顶尖推压在工件上来支承所述工件，其特征在于，该尾架装置包括：

正常尾架推力设定部件，其将支承所述工件所需的尾架推力设定为所述伺服电动机的转矩限制值；

低尾架推力设定部件，其通过手动操作对所述尾架顶尖施加比上述正常尾架推力低的尾架推力，以向上述工件推压所述尾架顶尖的前端的方式发挥作用；

显示部件，其显示施加到上述工件上的所述尾架顶尖的尾架推力；

无效化部件，其在上述显示部件的画面切换为低推力模式的状态下，当上述尾架顶尖的实际推力超过最大推力值时，使上述手动操作无效；当所述尾架顶尖的实际推力在最大推力值及以下且在容许范围外时，不使上述手动操作无效，当所述尾架顶尖的实际推力在最大推力值及以下且在容许范围内时，使上述手动操作无效。

2.根据权利要求1所述的尾架装置，其特征在于，

上述低尾架推力设定部件包括：

低尾架推力按压键，其将显示部件的画面设定为低推力模式；

手动脉冲产生器，其通过手动操作产生用于驱动所述伺服电动机的脉冲，

通过将上述尾架顶尖推压在工件上并使上述尾架及上述尾架顶尖停止动作，在上述伺服电动机的旋转转矩未受到所述尾架的滑动阻力影响的状态下，根据从上述伺服电动机的编码器输出的反馈信号和由上述手动脉冲产生器产生的指令信号的之间偏差，使上述伺服电动机旋转，从而使上述进给丝杠机构弹性变形，在此时的上述进给丝杠机构的弹性反力的作用下，使尾架顶尖以低推力推压上述工件。

3.根据权利要求2所述的尾架装置，其特征在于，

该尾架装置还包括用于改变由上述手动脉冲产生器产生的每个脉冲的指令信号的量的倍率设定部件。