CN104249265B - 机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机床，其能在工具更换时防止在主轴的旋转方向位置偏移时工具以偏移的状态与主轴嵌合，能高精度地进行加工。机床的控制部的CPU在工件的加工后利用Z轴马达使主轴上升至Z轴的原点位置。控制部利用主轴马达使主轴旋转，将主轴的旋转方向位置定位于原点，并将该位置作为基准位置存储于存储部。在主轴进一步上升而到达回旋位置时，CPU利用编码器获取主轴的旋转方向位置，并求出所获取的位置相对于所述基准位置的差分，在差分处于阈值以上时，使蜂鸣器响起以通知用户。

Description

机床

技术领域

本发明涉及一种机床，其对收纳于工具库的工具和加工工件的安装于主轴的工具进行更换。

背景技术

机床包括：安装工具的主轴；将主轴保持成能旋转的主轴头；支撑工件并能绕上下轴旋转的加工台；具有把持工具的多个工具把持部的工具库。工具包括与主轴一起旋转的旋转工具和固定于主轴头的非旋转工具。在将旋转工具安装于主轴时，固定于加工台的工件不绕上下轴旋转，通过旋转工具的旋转来进行切削。在将非旋转工具安装于主轴时，工件与加工台一起绕上下轴旋转，利用非旋转工具进行车削加工。

主轴在其下端部的内周面包括工具嵌合部，且在其下端面的径向相对的位置具有两个键。工具与工具嵌合部嵌合，并通过使键与工具的键槽卡合而安装于主轴(日本公开特许公报特开2012-213826号公报)。

在使主轴位于旋转方向的原点(基准点)的状态下，机床将工具从工具库交接至主轴。在执行旋转工具的更换之前，机床执行使主轴位于原点的处理(定向处理)。加工时，主轴头在使工具与主轴嵌合的状态下配置于比Z轴的原点位置Z₀靠下方的位置，加工后，主轴头上升至原点位置Z₀。此时，将主轴的旋转方向位置定位于原点。在主轴头进一步上升而到达工具把持部的把持位置Z_a时，工具把持部接近主轴，并从前方把持工具。主轴头在工具的把持完成后进一步上升。工具把持部把持的工具相对地朝下方移动而脱离主轴。在主轴头到达回旋位置Z_b时，工具库回旋，将把持着接下来使用的工具的工具把持部定位于主轴头前下方的更换位置。之后，主轴头下降，使工具与主轴的工具嵌合部嵌合。

在主轴头从原点位置Z₀上升到回旋位置Z_b时，有时主轴的旋转方向位置会从原点偏移。在主轴的旋转方向位置存在偏移时，主轴会在偏移的状态下安装接下来的工具，因此，加工精度会变差。在偏移的状态下更换工具时，会产生工具掉落的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机床，其能在工具更换时防止在主轴的旋转方向位置偏移的状态下将工具嵌合于主轴，能高精度地进行加工。

技术方案1的机床包括：主轴，该主轴在其下端部具有嵌合工具的工具嵌合部，且呈竖立姿势；主轴马达，该主轴马达驱动上述主轴旋转；主轴头，该主轴头将上述主轴保持成能旋转；工具库，该工具库具有保持上述工具并循环移动的多个工具保持部；升降马达，工具更换时，该升降马达在使上述工具与上述工具嵌合部嵌合的状态下使上述主轴头在机床原点即原点位置(Z₀)与回旋位置(Z_b)之间升降，上述回旋位置比上述原点位置靠上方，且上述工具库为使上述工具保持部循环移动而在上述回旋位置回旋；以及位置检测部，该位置检测部检测上述主轴的旋转方向位置，机床的特征在于，包括：存储部，该存储部从上述位置检测部获取上述原点位置处的上述主轴的旋转方向位置并加以存储；获取部，该获取部从上述位置检测部获取上述回旋位置处的上述主轴的旋转方向位置；以及判定部，该判定部对由上述获取部获取的上述旋转方向位置与存储于上述存储部的旋转方向位置之间的差分是否处于阈值以上进行判定。

由于在主轴头从原点位置上升至回旋位置的期间检测出主轴的旋转方向位置偏移了规定量，因此能调整工具保持部对工具的保持状态、主轴的偏移，从而能防止工具在偏移的状态下与主轴嵌合。

在技术方案2的机床中，在上述判定部判定为上述差分处于阈值以上时，通知部进行通知。

通知部将主轴的旋转方向位置产生了偏移通知用户，从而能促进偏移的调整。

在技术方案3的机床中，上述获取部在上述工具库回旋之前获取上述主轴的旋转方向位置。

机床能容易地识别产生偏移的工具并通知操作者，操作者通过调整工具保持部对工具的保持状态，能调整主轴的旋转方向位置。

根据本发明，工具更换时，在主轴的旋转方向位置偏移了规定量时检测出偏移，因此，能防止工具在偏移的状态下与主轴嵌合。因此，机床能高精度地加工工件，工具不会掉落而能平衡性良好地旋转，因此，不会对使主轴旋转的马达施加过量的负载。

附图说明

图1是机床的侧视图。

图2是在拆下工具的状态下的主轴头的前方侧立体图。

图3是工具保持件的背面侧立体图。

图4是工具保持件的正面侧立体图。

图5是简略表示控制装置的结构的框图。

图6是表示主轴和工具保持件的位置关系的示意图。

图7是表示由控制部进行的主轴旋转方向位置偏移的通知处理的流程图。

具体实施方式

下面，根据附图对本发明实施方式的机床进行详细说明。在以下说明中，使用图中箭头所示的上下、左右和前后。

机床100在基台10的上表面配置有Y方向移动装置(未图示)。Y方向移动装置将Y方向移动台11支撑成能沿Y方向移动。Y方向移动装置包括：与Y轴马达72(图5)的输出轴连接并沿前后方向延伸的进给丝杠；与进给丝杠螺合的Y轴螺母；以及沿前后方向延伸的导轨。

X方向移动装置(未图示)与Y轴螺母连接。X方向移动装置包括：与X轴马达71(图5)的输出轴连接并沿左右方向延伸的进给丝杠；与进给丝杠螺合的X轴螺母；以及沿左右方向延伸的导轨。X方向与Y方向及Z方向正交。X方向、Y方向、Z方向分别表示左右、前后、上下方向。

X方向移动装置将立柱12支撑成能沿X方向移动。立柱12在其前表面设置有Z方向移动装置(未图示)。Z方向移动装置在其前侧将主轴头3支撑成能沿Z方向移动。Z方向移动装置包括：与Z轴马达(升降马达)73(图5)的输出轴连接并沿上下方向延伸的进给丝杠；与进给丝杠螺合的Z轴螺母；在立柱12的前表面沿上下方向延伸的导轨；以及与导轨嵌合的块体。主轴头3固定于Z轴螺母和块体。

主轴头3对应进给丝杠在Z轴马达73的驱动下进行的旋转而升降。通过X轴马达71的驱动，X方向移动装置左右移动，主轴头3左右移动。通过Y轴马达72的驱动，Y方向移动装置前后移动，主轴头3前后移动。

机床100利用工件支撑装置15来支撑工件，并利用安装于主轴头3的工具7来加工工件。工件支撑装置15具有夹持工件的工件台16(工件加工台)。工件支撑装置15能使工件绕两根轴旋转。在使工件绕与使主轴头3移动的轴即X、Y、Z这各根轴平行的轴旋转时，工件的转轴与X轴、Y轴、Z轴对应地分别称作A轴、B轴、C轴。本实施方式的工件支撑装置15在绕A轴摆动的摆动体(未图示)上设置有工件台16。A轴马达61(图5)设于工件台16，通过A轴马达61的旋转，摆动体绕A轴摆动。通过摆动体的摆动，工件绕A轴旋转。C轴马达60固定于工件台16，且将输出轴与工件台16连接。C轴马达60使夹持于工件台16的工件绕C轴高速旋转。

主轴头3在其内部支撑着主轴34。主轴34与固定于主轴头3上部的主轴马达31连接。主轴34通过主轴马达31的驱动而绕上下方向的中心轴旋转。主轴34的下端部朝主轴头3的下方突出，以安装并保持工具7。工具7与主轴头3一起升降。

在工具库2内收纳有多个工具7。工具7包括钻头、丝锥、端铣刀等旋转工具和车刀等车削工具(非旋转工具)。工具库2包括支撑梁21、轨道22、链23、多个把持臂(工具保持部)24、库驱动部25。支撑梁21是以上侧为斜边而朝前下方倾斜的三角形状的板构件，其以悬臂方式固定于立柱12的左右。支撑梁21从固定于立柱12左右的部分朝下方倾斜地延伸至主轴头3的两侧部分。支撑梁21的上侧端面从前下方朝后上方相对于水平面倾斜大致30°。

轨道22是长圆形的环状构件，其以包围立柱12、主轴头3的方式固定于支撑梁21。链23将多个移动台连接成环状而构成。各移动台具有与轨道22嵌合并在轨道22上滚动的滚筒。各移动台具有把持臂24，把持臂24对保持工具7的工具保持件4进行把持。通过库驱动部25的驱动，链23沿轨道22循环。在更换工具时，库驱动部25在链23上循环，并将把持期望的工具7的把持臂24搬运至主轴头3前下方的更换位置(轨道22的前下端部)。

如图3、图4所示，工具保持件4包括：圆环状的基板41、锥状的安装部42、与安装部42的上端部连接的拉钉43。在基板41的厚度方向中央部具有保持槽44，在基板41的径向的相对位置具有两个键槽46。

工具7保持于工具保持件4。把持臂24将分岔成双叉的头端把持部24a插入工具保持件4的保持槽44，藉此，通过工具保持件4来把持工具7。

图1中，位于主轴头3前下方的更换位置的把持臂24处于如下状态：在将所把持的工具7安装于主轴34之后，从主轴34朝前方离开而待机。把持臂24在其上侧端部具有供臂轴(未图示)插入的臂轴孔(未图示)。臂轴的轴线方向在把持臂24位于主轴头3前下方的更换位置时与X轴方向平行。在把持臂24绕臂轴旋转时，头端把持部24a接近或离开主轴34。凸轮32固定于主轴头3的前侧侧面。凸轮32朝前方伸出，且沿上下方向延伸。把持臂24具有与凸轮32抵接的凸轮随动件(未图示)。

如图2所示，在主轴34的下端部具有内径朝下方变大的锥孔(工具嵌合部)35。工具保持件4通过使安装部42与锥孔35嵌合而安装于主轴34。主轴34下端部的周缘在径向相对的位置上具有两个键36，键36与工具保持件4的键槽46嵌合。

支撑主轴34的主轴头3在其下表面具有朝下方突出的卡合突起部5。卡合突起部5的基台50具有两个圆柱状的支撑台50a、连接各支撑台50a的板状的连接部50b。在卡合突起部5的下端部，销51的头端部突出。保持车削工具的工具保持件4具有止转凸缘。止转凸缘具有与销51卡合的槽。在将车削工具安装于主轴34时，销51的头端部与槽卡合，因此，工具不会绕中心轴旋转，且不会因径向上受到的力而移动。因此，机床能以较高的加工精度稳定地实施车削加工。

主轴头3在其下端部具有轴承盖33。轴承盖33对支撑主轴34的轴承进行保持。轴承盖33的后方与空气管、冷却剂管(未图示)连接。轴承盖33在其内部具有供空气流通的空气流路、供冷却液流通的冷却剂流路。空气防止切屑进入主轴34内部。轴承盖33的下端面具有喷嘴头6。喷嘴头6喷射对卡合突起51等进行清洗的冷却剂。冷却剂用于销51等的清洗。

在工具7为旋转工具时，工具保持件4不包括止转凸缘。因此，即使将工具7安装于主轴34，销51也不会限制主轴34的旋转，旋转工具通过主轴34的旋转而旋转。

如图5所示，机床100包括控制装置80、操作盘71b。控制装置80根据用户对操作盘71b进行操作，而对主轴头3、主轴34、工具库2、工件支撑装置15的驱动进行控制。控制装置80包括控制部81、X轴驱动控制部82、Y轴驱动控制部83、Z轴驱动控制部84、主轴驱动控制部85、A轴驱动控制部86、C轴驱动控制部87。控制部81包括通过总线而相互连接的CPU81a、临时存储信息的RAM81b、存储有加工程序且能改写的存储部81c、输入输出接口(输入输出I/F)81d、通信接口(通信I/F)81e。RAM81b具有寄存器81f(存储区域)。加工程序包括被依次读出的多个命令。

操作盘71b包括将错误等通知用户的蜂鸣器71c。作为通知用户的部件，除了蜂鸣器71c之外，例如还可设置闪烁的红灯。

CPU81a将加工程序从存储部81c读出至RAM81b，并对机床进行控制。控制部81朝上述各驱动控制部82～85输出各种指令，例如使马达驱动的驱动指令、使马达的驱动暂停的指令。各驱动控制部82～85将例如表示马达的驱动已结束、马达的暂停已完成的通知输出至控制部81。

控制部81通过输入输出I/F81d而在操作盘71b、各驱动控制部82～85之间进行信号的输入输出。操作盘71b具有启动开关、暂停开关，并将开关的接通/断开输入至控制部81。操作盘71b包括显示部(未图示)，显示部根据来自控制部81的显示信号来显示影像。

X轴驱动控制部82具有通过总线而相互连接的CPU82a、RAM82b、存储部82c、接口(未图示)。存储部82c存储控制程序，CPU82a将控制程序读入RAM82b以朝X轴马达71输出旋转指令，对X轴马达71的驱动进行控制。X轴马达71根据旋转指令而旋转。编码器71e与X轴马达71连接。编码器71e检测X轴马达71的旋转位置，并将检测出的位置输入X轴驱动控制部82。X轴驱动控制部82参照所输入的位置，对X轴马达71进行反馈控制，直至旋转位置到达目标位置。

Y轴驱动控制部83、Z轴驱动控制部84与X轴驱动控制部82同样地具有CPU、RAM、存储部、接口，各轴驱动控制部83、84的CPU(未图示)朝各轴马达72、73输出旋转指令。主轴驱动控制部85具有CPU85a、RAM85b、存储部85c、接口。CPU85a朝主轴马达31输出旋转指令，对主轴马达31的驱动进行控制。各马达72、73、31根据旋转指令而旋转。各编码器72e、73e、31e与各马达72、73、31连接。各驱动控制部83、84、85与X轴驱动控制部82同样地进行反馈控制。主轴驱动控制部85的存储部85c存储主轴34的原点位置(基准位置)。

控制部81通过通信I/F81e而与A轴驱动控制部86、C轴驱动控制部87之间进行通信。A轴驱动控制部86、C轴驱动控制部87与X轴驱动控制部82同样地具有CPU、RAM、存储部、接口。A轴驱动控制部86、C轴驱动控制部87朝A轴马达61、C轴马达60输出旋转指令、暂停指令等，对各马达61、60的驱动进行控制。各马达61、60根据旋转指令而旋转，并根据暂停指令而暂停。A轴驱动控制部86、C轴驱动控制部87将例如表示马达的驱动已结束、马达的暂停已完成的通知发送至控制部81。

马达61、60分别连接编码器(检测器)61e、60e。编码器61e、60e分别检测马达61、60的旋转位置并对其进行保持，但并不将其反馈给A轴驱动控制部86、C轴驱动控制部87。A轴驱动控制部86、C轴驱动控制部87对A轴马达61、C轴马达60进行开环控制。在各马达61、60完成了移动时，将表示移动已完成的信号输出至A轴驱动控制部86、C轴驱动控制部87。在A轴驱动控制部86、C轴驱动控制部87被输入了表示移动已完成的信号时，将表示A轴马达61、C轴马达60的移动已完成的完成响应发送至控制部81。

A轴驱动控制部86、C轴驱动控制部87构成为能对编码器61e、60e进行读取，在A轴驱动控制部86或C轴驱动控制部87从控制部81接收到参照A轴马达61或C轴马达60的旋转位置的指令时，将保持于编码器61e、60e的A轴马达61或C轴马达60的旋转位置发送至控制部81。

根据控制部81的CPU81a的指令，主轴34在加工时配置于比Z轴的原点位置Z₀靠下方的加工位置，在工件W的加工后根据工具更换指令而上升至原点位置Z₀。CPU81a驱动主轴马达31而使主轴34旋转，并通过上述反馈控制将主轴34的旋转方向位置定位(定向)于原点，将该位置作为基准位置存储于存储部85c。位于主轴头3前下方的更换位置的把持臂24追随主轴头3的升降而摆动。在主轴34进一步上升而到达工具保持件4的把持位置Z_a时，把持臂24的头端把持部24a接近主轴34，并从前方把持工具保持件4。主轴34在工具保持件4的把持完成后进一步上升。把持臂24把持的工具保持件4相对地朝下方移动，从而与工具7一起脱离主轴34。在主轴34到达回旋位置Z_b时，链23以此状态回旋，并将保持着接下来使用的工具7的把持臂24定位于主轴头3前下方的更换位置。

主轴头3下降，工具保持件4嵌入主轴34的下端部，藉此，工具7安装于主轴34。安装于主轴34的工具7通过主轴头3下降到原点位置Z₀而成为图1的状态，为进行加工而待机。

通过以上动作，能在主轴34与工具库2之间更换工具7。安装于主轴34的工具7与主轴头3一起从原点位置Z₀起下降，对工件台16上的工件W进行加工。

在工具7为旋转工具时，安装于主轴34的工具7通过主轴马达31的驱动而与主轴34一起旋转。工件绕A轴和C轴旋转并定位。与主轴34一起旋转的工具7同主轴头3一起上下、左右、前后移动，对工件进行加工。

在工具7为车削工具时，主轴34锁定于非旋转状态。工件通过利用C轴马达60驱动工件台16旋转而旋转。工具7与主轴头3一起下降，将头端压紧于旋转的工件，以对工件的表面进行车削加工。

本实施方式中，在工具7为旋转工具时，主轴34在加工后定向。此时，存储部85c将用编码器31e检测到的主轴34的旋转方向位置作为基准位置加以存储。在主轴34到达回旋位置Z_b时，编码器31e检测主轴34的旋转方向位置，控制部81求出相对于基准位置的偏移量(差分)，在差分为阈值以上时，使蜂鸣器71c响起以通知用户。

以下，对主轴34的旋转方向位置偏移的通知处理进行详细说明。

在图7中，从利用工具7进行的加工处理结束、实施工具更换指令的时刻起进行说明。

控制部81的CPU81a指令进行定向，通过主轴马达31的反馈控制将主轴34的旋转方向位置定位于作为目标的原点(S1)。

CPU81a发出指令，利用Z轴驱动控制部84驱动Z轴马达73，使主轴34朝原点位置Z₀移动(S2)。

CPU81a对主轴34的Z轴坐标是否是原点位置Z₀进行判定(S3)。CPU81a在判定为Z轴坐标不是原点位置Z₀时(S3：否)，反复进行该判定处理。

CPU81a在判定为Z轴坐标是原点位置Z₀时(S3：是)，对主轴34的定向是否完成进行判定(S4)。CPU81a在判定为定向未完成时(S4：否)，反复进行该判定处理。

CPU81a在判定为定向已完成时(S4：是)，利用编码器31e来获取主轴34的旋转方向位置，并将其作为基准位置存储于存储部85c，使主轴马达31的旋转停止(S5)。

CPU81a发出指令，利用Z轴驱动控制部84驱动Z轴马达73，使主轴34朝回旋位置Z_b移动(S6)。

CPU81a对主轴34的Z轴坐标是否是回旋位置Z_b进行判定(S7)。

CPU81a在判定为Z轴坐标不是回旋位置Z_b时(S7：否)，反复进行该判定处理。

CPU81a在判定为Z轴坐标是回旋位置Z_b时(S7：是)，利用编码器31e来获取主轴34的旋转方向位置(S8)。

CPU81a从存储部85c读出基准位置，并对在S8中获取的上述旋转方向位置与基准位置之间的差分是否处于阈值a以上进行判定(S9)。

CPU81a在判定为差分处于阈值a以上时(S9：是)，使工具更换动作停止(S14)，并使蜂鸣器71c响起，通知用户主轴34的偏移(S15)。用户能对位于把持位置Z_a的把持臂24的把持状态进行调整。

CPU81a在判定为差分未处于阈值a以上时(S9：否)，指令工具库2进行回旋(S10)。

CPU81a对回旋是否完成进行判定(S11)。在工具库2进行了回旋时，把持着接下来使用的工具7的把持臂24已完成朝更换位置的定位。CPU81a在判定为回旋未完成时(S11：否)，反复进行该判定处理。

CPU81a在判定为工具库2的回旋已完成时(S11：是)，朝Z轴驱动控制部84发出指令以驱动Z轴马达73，使主轴34朝原点位置Z₀移动(S12)。

CPU81a对主轴34的Z轴坐标是否是原点位置Z₀进行判定(S13)。CPU81a在判定为Z轴坐标不是原点位置Z₀时(S13：否)，反复进行该判定处理。

CPU81a在判定为Z轴坐标是原点位置Z₀时(S13：是)，结束工具7的更换处理。

本实施方式的机床如上所述那样构成，在工具更换时，在主轴34的旋转方向位置偏移了规定量时进行检测，并通知该偏移，因此，能防止主轴34在偏移的状态下与工具保持件4嵌合。因此，机床能高精度地进行加工，工具7不会掉落，能平衡性良好地使工具7旋转。因此，不会对主轴马达31施加过量的负载。

在本实施方式中，在工具库2回旋之前通知主轴34的旋转方向位置偏移，因此，容易识别产生偏移的工具7，通过调整把持臂24对工具7的把持状态，能调整主轴34的旋转方向位置。

基准位置可以在每次更换工具7时存储于存储部85c，一旦存储于存储部85c后，也可省略步骤S5。存储于存储部85c的基准位置也可使用至工具库2回旋一圈为止。

Claims (3)

1.一种机床(100)，包括：

主轴(34)，该主轴(34)在其下端部具有嵌合工具(7)的工具嵌合部(35)，且呈竖立姿势；

主轴马达(31)，该主轴马达(31)驱动所述主轴旋转；

主轴头(3)，该主轴头(3)将所述主轴保持成能旋转；

工具库(2)，该工具库(2)具有保持所述工具并循环移动的多个工具保持部(24)；

升降马达(73)，工具更换时，该升降马达(73)在使所述工具与所述工具嵌合部嵌合的状态下使所述主轴头在机床原点即原点位置(Z₀)与回旋位置(Z_b)之间升降，所述回旋位置比所述原点位置靠上方，且所述工具库为使所述工具保持部循环移动而在所述回旋位置回旋；以及

位置检测部(31e)，该位置检测部(31e)检测所述主轴的旋转方向位置，

其特征在于，

所述机床包括：

存储部(85c)，该存储部(85c)在所述主轴头到达所述原点位置时，从所述位置检测部获取的所述主轴的旋转方向位置并加以存储；

获取部(81a)，该获取部(81a)在所述主轴头到达所述回旋位置时，从所述位置检测部获取所述主轴的旋转方向位置；以及

判定部(81a)，该判定部(81a)对由所述获取部获取的所述旋转方向位置与存储于所述存储部的旋转方向位置之间的差分是否处于阈值以上进行判定。

2.如权利要求1所述的机床，其特征在于，所述机床包括通知部(71c)，该通知部(71c)在所述判定部判定为所述差分处于阈值以上时进行通知。

3.如权利要求1或2所述的机床，其特征在于，所述获取部在所述工具库回旋之前获取所述主轴的旋转方向位置。