CN111052013B - 机床 - Google Patents

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Abstract

在机床中，进行使用沿与X轴倾斜而交叉的方向(Ys轴)移动的工具台的叠加控制，机床(100)包括：具有主轴(111)的主轴台(110)和具有主轴(121)的主轴台(120)，所述主轴(121)具有与主轴(111)的轴心方向平行的Z3轴；转塔刀架(131)，其相对于主轴台(110、120)进行移动；以及控制装置(150)，其以转塔刀架(131)的动作为基准来对主轴台(120)进行叠加控制，转塔刀架(131)可分别沿分别与Z轴正交且互相以直角以外的角度相交的X轴的方向和Ys轴的方向移动，控制装置(150)通过沿Ys轴的方向的移动和沿X轴方向的移动的组合来使转塔刀架(131)沿与Ys轴和X轴不同的Y轴移动，并且叠加控制时进行控制而对主轴台(120)限制伴随沿Y轴方向的移动的沿X轴方向的移动。

Description

机床
技术领域
本发明涉及机床。
背景技术
在具有用于对加工对象物进行加工的多个主轴台的自动车床等的机床的情况下，与使用工具来对保持在规定的主轴台的主轴的加工对象物进行加工的工具台的移动相对应地，通过叠加控制来使其他的主轴台移动，据此能够使用工具台的工具来对保持在其他的主轴台的加工对象物同时进行加工(例如，参照专利文献1)。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1：日本特许第2800124号公报
发明内容
(发明所要解决的问题)
另一方面，在工具台分别沿X轴(例如，水平方向)和相对于X轴倾斜并不正交而交叉的方向的倾斜Y轴(称为Ys轴)移动的情况下，使工具台向与X轴方向正交的Y轴方向(例如，垂直方向)移动时，需要组合X轴方向和Ys轴方向的移动。
但是，在进行上述的叠加控制的情况下，因工具台伴随向Y轴方向的移动的向X轴方向的移动，被叠加控制的主轴台向X轴方向移动而可能会出现破坏工具台和主轴台的位置关系的情况。
鉴于上述情况，本发明的目的在于，提供一种具备朝向X轴方向和不与X轴方向正交而倾斜的方向的移动轴，并能够限制因叠加控制而发生的主轴台的移动的机床，此时的主轴台的移动为伴随因两个移动轴的组合而在Y轴方向上移动的工具台的向Y轴方向的移动的移动。
(解决问题所采用的措施)
本发明为机床具备：主轴台，其能够沿X轴方向移动；工具台，其具有所述X轴方向和与所述X轴方向倾斜而交叉的方向的移动轴，并能够相对于所述主轴台移动；以及控制部，其进行所述工具台和所述主轴台的移动的叠加控制，所述工具台通过沿两个所述移动轴的移动的组合而能够沿所述Y轴方向移动，所述控制部具有限制装置，所述限制装置限制在伴随所述工具台的所述Y轴方向的移动的、所述主轴台的基于所述叠加控制的移动的限制装置。
(发明的效果)
本发明涉及的机床具备沿X轴方向和不与X轴正交的倾斜的方向的移动轴，通过限制基于叠加控制的主轴台的移动来保持工具台和主轴台的位置关系，此时的基于叠加控制的主轴台的移动是与因两个移动轴的组合而沿Y轴方向移动的工具台的沿Y轴方向的移动相伴随的移动。
附图说明
图1为示出本发明的一实施方式的机床的俯视图。
图2为从Z3轴方向观察转塔刀架的侧视图。
图3为示出安装有工具的工具支架装配在转塔刀架上的状态的立体图。
图4为示出时间常数TX2相对较小且移动速度相对较快的X2轴移动装置和时间常数TYs相对较大且移动速度相对较慢的Ys轴移动装置的、移动速度的瞬态变化(transientchange)的图表。
图5为示出在将时间常数TX2设定为与时间常数TYs相同值的情况下的、X2轴移动装置和Ys轴移动装置的、移动速度的瞬态变化的图表。
具体实施方式
以下，对本发明的机床的实施方式进行说明。图1为示出本发明的一实施方式的机床100的俯视图。机床100为NC(数控)自动车床，如图1所示，具备两个主轴111、121。一个主轴111(以下称为第一主轴111)设置于固定的主轴台110。第一主轴111可将例如棒状的工件(加工对象物)为能够沿第一主轴111的轴心方向送出。
另一个主轴121(以下称为第二主轴121)以面向第一主轴111的朝向设置于主轴台120。第二主轴121被配置成作为轴心方向的Z3轴与第一主轴111的轴心方向Z1平行。主轴台120被设置成能够沿Z3轴方向移动，并且能够沿与Z3轴正交的水平方向(X3轴方向)移动。
机床100具备：Z3轴移动装置141，其使主轴台120沿Z3轴方向移动；以及X3轴移动装置142，其使主轴台120沿X3方向移动。Z3轴移动装置141和X3轴移动装置142均由电机和与电机的轴的同步旋转的滚珠丝杠构成。各个滚珠丝杠沿Z3轴方向、X3轴方向延伸。
第一主轴111和第二主轴121之间以能够自如地绕轴C旋转及定位的方式设置有转塔刀架工具台131(以下，称为转塔刀架(turret)131)。在形成在转塔刀架131的绕轴C旋转的周面的多个(在本实施例中，作为一个例子，为12个)转塔刀架面上保持车刀、钻头等的工具。如图2所示，转塔刀架131被设置成在转塔刀架移动装置147的作用下能够分别相对于第一主轴111和第二主轴121移动。
转塔刀架移动装置147具备：轨道146a，其沿与X3轴平行的X2轴方向延伸；基台146b，其搭载于轨道146a上而能够沿X2轴方向移动；中间台146c，其搭载于基台146b上而能够沿与Z1轴和与Z3轴平行的Z2轴方向移动；以及支承台146d，其搭载于中间台146c上而能够沿与Z2轴正交且不与X2轴正交的Ys轴方向移动。转塔刀架131以绕与Z2轴平行的轴C旋转自如的方式设置在支承台146d。此外，Ys轴沿相对于作为与Z2轴正交的铅直方向的Y轴方向倾斜的方向延伸，并与X轴方向倾斜而交叉。
此外，转塔刀架移动装置147具备：X2轴移动装置143，其使转塔刀架131沿X2轴方向移动；Z2轴移动装置144，其使转塔刀架131沿Z2轴方向移动；以及Ys轴移动装置145，其使转塔刀架131沿Ys轴方向移动。因此，转塔刀架131具有沿Z2轴方向、X2轴方向和Ys轴方向的三个移动轴，并能够相对于主轴台110、120沿各个移动轴移动。X2轴移动装置143、Z2轴移动装置144和Ys轴移动装置145均由电机和与电机的轴的同步旋转的滚珠丝杠构成。各滚珠丝杠沿X2轴方向、Z2轴方向、Ys轴方向延伸。
构成为这样的结构：在基台146b上搭载Z2轴移动装置144，在中间台146c上搭载Ys轴移动装置145，其中，所述基台146b可在X2轴移动装置143的作用下沿X2轴方向移动，所述中间台146c可在Z2轴移动装置144的作用下沿Z2轴方向移动。在支承台146d上搭载转塔刀架131，其中，所述支承台146d可在Ys轴移动装置145的作用下沿Ys轴方向移动。
此外，机床100具备控制装置150，该控制装置150不仅控制转塔刀架131的旋转驱动，还控制Z3轴移动装置141、X3轴移动装置142、X2轴移动装置143、Z2轴移动装置144、Ys轴移动装置145的各种动作等。与以往同样地，控制装置150进行控制而使得转塔刀架131转动至规定的旋转位置，使第二主轴121、转塔刀架131移动至特定的位置。
在机床100中，在控制装置150的控制下使转塔刀架131绕轴C旋转而选择保持在特定的转塔刀架面的工具，并使第二主轴121、转塔刀架131移动至特定的位置，由此，能够用被选择的工具来对保持在第一主轴111的工件或者保持在第二主轴121的工件进行加工。
可将两个工具配置为如下：将对保持在第一主轴111的工件进行加工的工具和对保持在第二主轴121的工件进行加工的工具安装于转塔刀架131，通过转塔刀架131的旋转而为对应的第一主轴111或者第二主轴121选择一个工具，据此将另一个工具选择作为针对第二主轴121或者第一主轴111的工具。
在机床100中，为了对保持在第一主轴111的工件进行预设的加工，在对转塔刀架131的移动进行控制时，控制装置150对转塔刀架131和第二主轴121的移动进行叠加控制而能够在对保持在第一主轴111的工件进行加工的同时，也对保持在第二主轴121的工件进行加工。
各工具通过工具支架(toolholder)160来安装于转塔刀架131。例如，如图3所示，工具支架160安装有对第一主轴111的工件进行加工的工具161、163以及对第二主轴121的工件进行加工的工具162、164。
在本实施方式中，工具161的刀尖和工具162的刀尖以及工具163的刀尖和工具164的刀尖分别在X轴方向(与X2轴和X3轴平行的方向)上的位置和在Y轴方向上的位置相同，在Z轴方向(与Z2轴和Z3轴的方向平行)上的位置不同。此外，工具163的刀尖相对于工具161的刀尖、以及工具164的刀尖相对于工具162的刀尖在X轴方向上的位置相同，而在Y轴方向上的位置不同。
在维持叠加控制进行的状态下将工具161变更为工具163的情况下，转塔刀架131将工具163的刀尖移动至工具161的刀尖的位置P2a。
由工具161到工具163的选择的变更可以通过使转塔刀架131沿Y轴方向移动来进行。通过由工具161到工具163的选择的变更，将选择从工具162变更为工具164。转塔刀架131的沿Y轴方向的移动可通过基于Ys轴移动装置145的沿Ys轴方向的移动和基于X2轴移动装置143的沿X2轴方向的移动的组合移动来进行。
在转塔刀架131沿Y轴方向移动时，X2轴移动装置143响应于Ys轴移动装置145的动作而动作，发生转塔刀架131的沿X2轴方向的移动。控制装置150进行这样的控制：维持叠加控制进行的状态，在使转塔刀架131沿Y轴方向移动的情况下，限制响应于叠加控制的基于X3轴移动装置142的第二主轴121的移动，所述的基于X3轴移动装置142的第二主轴121的移动与伴随转塔刀架131的Y轴方向的移动的X2轴移动装置143的动作相对应。
由此，在切换并排的Y轴方向的工具161、163的加工、切换工具162、164的加工的情况下，X3轴移动装置不会跟随该切换时的转塔刀架131的移动，因此可防止第二主轴121相对于切换并重新配置在基准位置的工具163发生错位的情况，可以利用叠加控制而使第二主轴121恰当地移动。如此，控制装置150作为限制装置来发挥作用，这种限制装置进行限制，使得在主轴台120的基于叠加控制的移动中不进行伴随转塔刀架131的沿Y轴方向的移动。
作为控制装置150作为限制装置来发挥作用时的控制，例如可构成为，在转塔刀架131沿Y轴方向移动时，以转塔刀架131的X轴方向的坐标位置为基准来进行第二主轴121的基于叠加控制的移动。由于工具164的刀尖的位置可相对于转塔刀架131而被预先确定，因此可将安装于转塔刀架131的工具164的刀尖位置设定为第二主轴121的基于叠加控制的移动的基准位置。通过将进行叠加控制的基准位置设定为工具164的刀尖位置，可简单地执行限制与转塔刀架131的Y轴方向的移动相伴随的第二主轴121的基于叠加控制的移动的控制。
控制装置150作为限制装置来发挥作用时的控制还可构成为：在与第二主轴121的基于叠加控制的沿X轴方向的移动的朝向相反的朝向加上基于叠加控制的沿X轴方向的移动的量(距离、坐标)，进行定位控制并使其移动，所述的第二主轴121的基于叠加控制的沿X轴方向的移动为伴随转塔刀架131的沿Y轴方向的移动的移动。在此情况下，成为在控制装置150内部的处理，并可通过与用于加工的相对于转塔刀架131的第二主轴121的相对移动相同的处理来实现，而不用中断叠加控制。
为了使移动装置快速移动，机床100的各个轴的移动装置的时间常数各自预设为小的值(最小值)。X2轴方向的时间常数TX2设定为比Ys轴方向的时间常数TYs小，沿X2轴方向的恒定的移动速度VX2设定为比沿Ys轴方向的恒定的移动速度VYs大。
在此，基于X2轴移动装置143的沿X2轴方向移动时的时间常数TX2为转塔刀架131的沿X2轴方向的移动速度从0到恒定的移动速度VX2的时间，时间常数TX2越小，则到达恒定的移动速度VX2所需要的时间越短，时间常数TX2越大，则到达恒定的移动速度VX2所需要的时间越长。
同样地，基于Ys轴移动装置145的沿Ys轴方向移动时的时间常数TYs为转塔刀架131的沿Ys轴方向的移动速度从0到恒定的移动速度VYs的时间，时间常数TYs越小，则到达恒定的移动速度VYs所需要的时间越短，时间常数TYs越大，则到达恒定的移动速度VYs所需要的时间越长。
因此，在以预设的时间常数(设定为比时间常数TYs小的值的时间常数TX2)使X2轴移动装置143和Ys轴移动装置145同时动作的情况下，如图4所示，基于X2轴移动装置143的沿X2轴方向的移动速度VX2比基于Ys轴移动装置145的沿Ys轴方向的移动速度VYs更快地到达移动速度VX2。
沿Ys轴方向的移动速度VYs比沿X2轴方向的移动速度VX2更慢地到达移动速度VYs。因此，在使两个轴同时动作的情况下，由沿X2轴方向的移动速度VX2和沿Ys轴方向的移动速度VYs所组合(矢量和)的Y轴方向的移动速度(在图4中用粗虚线表示)到时间t1为止为与X2轴方向的增加相对应的移动速度，到时间t2时到达恒定的移动速度V1。
于是，在本实施方式的机床100中，在组合沿X2轴方向的移动和沿Ys轴方向的移动来使转塔刀架131沿Y轴方向移动时，控制装置150将时间常数TX2和时间常数TYs设定为相同并调整两者的移动速度，以使基于X2轴移动装置143的沿X2轴方向的移动速度VX2和基于Ys轴移动装置145的X2轴方向分速度VYs(X2)的朝向相反且绝对值相同，从而使沿X2轴方向的移动被抵消而成为沿Y轴方向的移动。
具体地，增大时间常数TX2而使其与时间常数TYs一致，将时间常数TX2和时间常数TYs设定为相同，将基于X2轴移动装置143的沿X2轴方向的移动速度VX2调整为与基于Ys轴移动装置145的X2轴方向分速度VYs(X2)相同，以便将X2轴方向的移动抵消。
如上所述，两个时间常数TX2、时间常数TYs被设定为相同的值，调整两个轴的移动装置143、145的移动速度，以使沿两个移动轴的移动时的各自的移动速度通过同一时间的移动来抵消X2轴方向的移动，由此，在使X2轴移动装置143和Ys轴移动装置145同时动作的情况下，如图5所示，以时间t1和时间t2相同的时间到达移动速度VX2和移动速度VYs，沿Ys轴方向的移动和沿X2轴方向的移动的组合为顺着Y轴方向。
因此，本实施方式的机床100在组合沿X2轴方向的移动和沿Ys轴方向的移动而使转塔刀架131沿Y方向移动时，在沿Y轴方向的移动速度到达恒定的移动速度的时间内，以使沿Ys轴方向的移动速度和沿X2轴方向的移动的组合到达沿Y轴方向的恒定的移动速度V2的方式顺着Y轴方向，而不产生沿X2轴方向的移动分量。
在使Ys轴移动装置145和X2轴移动装置143独立动作而不使转塔刀架131沿Y轴方向移动的情况下，控制装置150能够将时间常数TX2设定为最小值的时间常数TX2，使其在短时间内到达移动速度VX2而加快X2轴移动装置143的移动。
在本实施方式的机床100中，虽然时间常数TX2设定为比时间常数TYs小的值，但也可以与之相反地，将时间常数TYs设定为比时间常数TX2小的值，在这样的机床中，沿Y轴方向移动时，控制装置150将时间常数TYs设定为与时间常数TX2相同的值，以便使相对较小的时间常数TYs与相对较大的时间常数TX2一致。
如本实施方式的机床100那样，X2轴方向移动时的时间常数TX2或Ys轴方向移动时的时间常数TYs、以及X2轴方向的移动速度VX2或Ys轴方向的移动速度VYs的切换除了可根据转塔刀架131是否存在沿Y轴方向移动的动作来进行之外，还可以根据加工的种类来进行。
例如，还可进行如下设定：在进行车削加工时，控制装置150将时间常数TX2设定为预设的最小值的时间常数，而使用旋转工具(例如，铣削加工)进行加工时，在调整各轴方向的移动速度的同时，将时间常数TX2设定为与时间常数TYs相同的值。
此外，还可进行如下设定：主轴旋转时，控制装置150将时间常数TX2设定为预设的最小值的时间常数，而在设置于转塔刀架131的旋转工具旋转而主轴不旋转时，在调整沿各轴方向的移动速度的同时，将时间常数TX2设定为与时间常数TYs相同的值。
此外，控制装置150还可根据表示用于保持安装于转塔刀架131的工具的支架的种类的信息来进行切换而将X2轴方向移动时的时间常数TX2设定为预设的最小值的时间常数，或者在将其设定为与时间常数TYs相同的值的同时调整沿各个轴方向的移动速度。
即，还可进行如下设定：由于工具支架的种类为表示外径车刀支架、内径车刀支架的信息时为车削加工，因此控制装置150将时间常数TX2设定为预设的最小值的时间常数，而表示旋转工具单元的信息时为如铣削加工般的使用旋转工具的加工，因此控制装置150在调整沿各轴方向的移动速度的同时，将时间常数TX2设定为与时间常数TYs相同的值。
此外，还可进行如下设定：根据表示加工动作的加工模式来判定是否为车削加工或者使用旋转工具的加工，被设定为表示车削加工的加工模式时，控制装置150将时间常数TX2设定为预设的最小值的时间常数，被设定为表示使用旋转工具的加工的加工模式时，控制装置150在调整沿各轴方向的移动速度的同时，将时间常数TX2设定为与时间常数TYs相同的值。
(相关申请的相交引用)
本专利申请主张基于2017年9月12日向日本专利局提出的日本专利申请第2017-174455的优先权，并且该申请的全部内容以引用的方式并入本申请的说明书中。

Claims (8)

1.一种机床，其特征在于，具备：
主轴台，其能够沿X轴方向移动；
工具台，其具有在所述X轴方向的移动轴和在与所述X轴方向倾斜而交叉的方向的移动轴，并能够相对于所述主轴台移动；以及
控制部，其进行所述工具台和所述主轴台的移动的叠加控制，
所述工具台通过沿两个所述移动轴的移动的组合而能够沿与所述X轴正交的Y轴方向移动，
所述控制部具有限制装置，所述限制装置限制在所述主轴台的伴随所述工具台的所述Y轴方向的移动的基于所述叠加控制的移动中与因所述工具台的所述Y轴方向的移动而产生的所述工具台的X轴方向的移动相对应的移动。
2.根据权利要求1所述的机床，其中：
所述限制装置通过向与基于所述叠加控制的移动的朝向相反的朝向移动基于所述叠加控制的移动的量，来限制所述主轴台的基于所述叠加控制的移动。
3.根据权利要求1所述的机床，其中：
所述限制装置通过将安装于基于所述叠加控制的移动的所述工具台的工具的刀尖位置设定为所述叠加控制中的所述主轴台的基准位置，来限制所述主轴台的基于所述叠加控制的移动。
4.根据权利要求1至3任一项所述的机床，其中：
所述工具台设置在移动装置的支持台上，所述移动装置具备：基台，其沿X轴的方向移动；中间台，其安装在所述基台并沿分别与所述X轴和所述Y轴正交的Z轴的方向移动；以及所述支持台，其安装在所述中间台之上并沿与所述X轴方向倾斜而交叉的方向移动。
5.根据权利要求1至3任一项所述的机床，其中：
在使所述工具台沿所述Y轴方向移动时，所述控制部将沿两个所述移动轴的各自的移动时的时间常数设定为相同，并且将沿着两个所述移动轴的移动时的各自的移动速度设定为在同一时间的移动作用下的向X轴方向的移动相抵消。
6.根据权利要求4所述的机床，其中：
在使所述工具台沿所述Y轴方向移动时，所述控制部将沿两个所述移动轴的各自的移动时的时间常数设定为相同，并且将沿着两个所述移动轴的移动时的各自的移动速度设定为在同一时间的移动作用下的向X轴方向的移动相抵消。
7.根据权利要求5所述的机床，其中：
在不沿所述Y轴方向移动时，所述控制部将两个所述移动轴的移动时的时间常数设定为互不相同的值。
8.根据权利要求6所述的机床，其中：
在不沿所述Y轴方向移动时，所述控制部将两个所述移动轴的移动时的时间常数设定为互不相同的值。
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