CN111376106A - 机床和工具库的原点检测方法 - Google Patents

机床和工具库的原点检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机床，包括：工具库，其具有旋转部和被测量部(11b)，旋转部能够保持多个工具并绕预定的旋转轴旋转，被测量部(11b)设置于旋转部；传感器(21)，其沿与旋转轴正交的径向配置于旋转部的外侧，并对被测量部(11b)进行检测；以及控制部(22)，其基于传感器(21)的检测结果检测旋转部的原点位置。

Description

机床和工具库的原点检测方法
技术领域
本发明涉及一种机床和工具库的原点检测方法。
背景技术
以往，已知一种机床，包括收纳有多个工具的工具库，并具有自动更换安装于主轴的工具的功能(例如，参照专利文献1～3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开平05-49307号公报
专利文献2：日本实开昭63-154145号公报特表号公报
专利文献3：日本特开2003-334742号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在使多个工具绕旋转轴旋转的回转式的工具库中，在对工具库的旋转用的电机进行更换后或对工具库进行修理后等，为了使工具库的旋转位置与电机的旋转位置相互建立关联，需要进行检测工具库的原点位置的操作。为了进行该操作，在工具库上设置有基准平面。操作者使用千分表(dial gauge)对基准平面的倾斜进行测量，检测基准平面的倾斜呈预定角度(例如，水平)时的工具库的旋转位置以作为原点位置。为了进行工具库的原点位置的检测，需要例如0.1°或0.01°的高精度。这样的要求高精度的操作成为操作者的负担。
用于解决问题的方案
本发明的一个方面为一种机床，包括：工具库，其具有旋转部和被测量，所述旋转部能够保持多个工具并绕预定的旋转轴旋转，所述被测量部设置于所述旋转部；传感器，其沿与所述旋转轴正交的径向配置于所述旋转部的外侧，并对所述被测量部进行检测；以及控制部，其基于所述传感器的检测结果检测所述旋转部的原点位置。
附图说明
图1为本发明的一个实施方式所涉及的机床的概要主视图。
图2为图1的机床的概要侧视图。
图3为图1的机床的工具库的旋转部的概要主视图。
图4为图3的旋转部的测量面附近的放大图。
图5为图1的机床所具备的原点检测装置的结构图。
图6为表示测量面的变形例的旋转板的局部主视图。
图7为表示图5的原点检测装置的变形例中的距离传感器的配置的图。
图8为表示测量面的其他变形例的旋转板的主视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式所涉及的机床1进行说明。
如图1及图2所示，根据本实施方式的机床1包括：回转式的工具库(toolmagazine)3，其收纳有多个工具2；以及主轴4，其在工具库3收纳的多个工具2中选择其一进行保持。主轴4和工具库3被支承于立柱6的上端部，立柱6被固定于底座5并从底座5朝向垂直方上方延伸。工件W被固定于工作台7，工作台7被载置于底座5。
机床1一边通过主轴电机(图示略)使主轴4绕该主轴4的长边轴旋转，一边通过输送电机(图示略)使工作台7和主轴4相对移动。由此，工件W与旋转的工具2相对移动，从而利用旋转工具2对工件W进行加工。
另外，机床1具有在工具库3与主轴4之间自动更换工具2的功能。
工具库3包括：旋转部8(参照图3)，其对多个工具2进行保持并绕旋转轴A旋转；固定部9，其被固定于立柱6并将旋转部8支承为可进行旋转；以及旋转电机10，其被设置于旋转部8并使旋转部8旋转。旋转电机10能够使旋转部8绕旋转轴A的两个方向(顺时针方向和逆时针方向)旋转。
如图3所示，旋转部8包括：圆形的旋转板11；以及多个工具保持部12，其被固定于旋转板11并分别对工具2进行保持。旋转轴A沿与垂直方向交叉的方向延伸，并与旋转板11的中心轴一致。多个工具保持部12排列于绕旋转轴A的周向。通过旋转部8的旋转，多个工具保持部12择一地定位于预定的工具更换位置。机床1通过在工具更换位置的工具保持部12与主轴4之间更换工具2，从而对主轴4所保持的工具2进行更换。
旋转板11具有朝向半径方向外侧的环状的外周面。外周面由曲面11a和平坦的测量面(被测量部)11b构成，所述曲面11a以旋转轴A为曲率中心并且具有恒定的曲率半径，所述测量面11b对曲面11a的两端进行连接。在沿着旋转轴A的方向观察旋转板11的主视图中，测量面11b沿着以旋转轴A为中心的圆的弦配置，从测量面11b到旋转轴A的距离在绕旋转轴A的周向上逐渐变化。
在旋转部8被配置于原点位置时，测量面11b在预定的一侧沿着预定的方向配置。原点位置为绕旋转轴A的预定的旋转位置，当旋转部8配置于原点位置时，旋转部8绕旋转轴A的旋转角度被定义为0°。在本实施方式中，如图3及图4所示，在旋转部8配置于原点位置时，测量面11被水平地配置于下侧。
此外，旋转部8被配置于原点位置时的测量面11b的位置和朝向可以进行适当地改变。例如，在旋转部8被配置于原点位置时，测量面11b也可以水平地配置于上侧，也可以垂直地配置于水平方向的任一侧。
另外，如图5所示，机床1具有对旋转部8的原点位置进行检测的原点检测装置20。原点检测装置20包括：单个传感器21，其配置于旋转部8的半径方向外侧，并对测量面11b进行检测；以及控制部22，其对旋转部8和传感器21进行控制。原点检测装置20可以始终设置于机床1，也可以仅在旋转部8进行原点检测操作时安装于机床1。
传感器21为测量到测量面11b的距离的距离传感器。距离传感器21例如为光学式的距离传感器，该光学式的距离传感器朝向测量面11b射出激光，并基于直到被测量面11b反射的激光返回为止的时间来计算距离。也可以使用其他方式的距离传感器21。距离传感器21被定位于与配置在原点位置的旋转部8的测量面11b对置的位置，并且被固定于在通过旋转电机10使旋转部8旋转的过程中不移动的构造物。构造物例如为固定部9、立柱6、或设置有机床1的地板等。
原点检测装置20还包括夹具23，夹具23可以安装于工具库3或从工具库3拆卸，也可以通过夹具23将距离传感器21以预定的姿势安装于相对于工具库3的旋转部8的预定位置。夹具23例如在配置于旋转部8的下方的构造物上进行装拆。
由距离传感器21测量的距离根据旋转部8的旋转位置而变化。即，在曲面11a与距离传感器21对置时，被测量的距离成为预定的恒定值。在测量面11b与距离传感器21对置时，被测量的距离比所述预定的恒定值大，并且根据旋转部8的旋转位置而连续地变化。然后，当旋转部8的旋转位置处于原点位置时，被测量的距离最大。因而，距离传感器21能够基于被测量的距离来检测测量面11b。进一步地，可以根据由距离传感器21测量的到测量面11b的距离来确定旋转部8的旋转位置。
控制部22具有处理器22a以及RAM、ROM等的存储装置22b。存储装置22b中存储有原点检测程序22c。控制部22的处理器22a按照原点检测程序22c执行对旋转电机10、距离传感器21的控制以及运算处理，由此执行旋转部8的原点检测操作。原点检测操作例如在旋转电机10的更换后或工具库3的修理后基于操作者的指示而执行。
此外，原点检测装置20的控制部22可以是对整个机床1进行控制的控制装置(图示略)，也可以是独立于机床1的控制装置而另外设置的控制装置。
接着，针对控制部22对工具库3的原点检测操作(原点检测方法)进行说明。
控制部22一边通过对旋转电机10控制使旋转部8旋转，一边使距离传感器21执行距离的测量。控制部22根据由距离传感器21测量的距离随时间的变化来控制旋转部8的旋转方向。具体而言，控制部22在被测量距离未随时间变化的情况下，将旋转部8的旋转方向维持为顺时针方向。另外，控制部22在被测量的距离随时间增加的情况下，将旋转部8的旋转方向维持为顺时针方向。另一方面，控制部22在被测量的距离随时间减少的情况下，将旋转部8的旋转方向翻转为逆时针方向。由此，旋转部8的旋转方向被控制为沿着旋转部8的旋转位置接近原点位置的方向。
控制部22在由距离传感器21测量的距离为预定的阈值以上(预定的范围内)时，检测该时间点的旋转部8的旋转位置并将其作为原点位置。预定的阈值是稍小于旋转部8的旋转位置与原点位置一致时所测量的距离的值，并且是根据所需的原点位置的检测精度而设定的。
接着，控制部22使旋转部8停止于检测到的原点位置，由此将旋转部8复位至原点位置。
在旋转部8复位至原点位置的状态下，旋转部8的旋转角度与旋转电机10的旋转角度之间的对应关系被存储于机床1的控制装置。控制装置基于被存储的对应关系，通过旋转电机10对旋转部8的旋转角度进行控制。
如上所述，根据本实施方式，基于由距离传感器21测量的到旋转部8的测量面11b的距离，自动检测旋转部8的原点位置，旋转部8自动复位至原点位置。因此，具有能够使以往依赖于操作者的手动操作的旋转部8的繁琐的原点检测操作自动化这样的优点。
另外，由于测量面11b为平坦的表面，因而随着旋转部8的旋转位置接近原点位置，被测量的距离逐渐增大，在旋转部8的旋转位置与原点位置一致时，被测量的距离最大。因而，具有能够基于由距离传感器21测量的距离，以较高的精度检测旋转部8的原点位置这样的优点。
另外，在旋转部8进行旋转的过程中，由距离传感器21测量的距离逐渐发生变化，并且根据测量的到测量面11b的距离随时间的变化，可以获知旋转部8是沿着接近原点位置的方向旋转、还是沿着远离原点位置的方向旋转。因而，控制部22能够根据在旋转部8进行旋转的过程中测量的距离随时间的变化，控制旋转部8的旋转方向并使其沿着旋转部8接近原点位置的方向旋转，从而能够使旋转部8的旋转位置迅速且可靠地到达原点位置。
在上述实施方式中，测量面11b也可以具有如下形状：当旋转部8配置于原点位置时，由距离传感器21测量的距离最小。例如，如图6所示，测量面11b也可以为朝向半径方向外侧突出的V字状。
在该情况下，由距离传感器21测量的距离随着旋转部8的旋转位置接近原点位置而逐渐减少，在旋转部8的旋转位置与原点位置一致时成为最小。因而，控制部22在被测量的距离随时间减少的情况下维持旋转部8的旋转方向，在被测量的距离随时间增加的情况下翻转旋转部8的旋转方向。并且，控制部22在由距离传感器21测量的距离为预定的阈值以下(预定的范围内)时，检测该时间点的旋转部8的旋转位置并将其作为原点位置。
在上述实施方式中，原点检测装置20仅具有一个距离传感器21，但取而代之地，如图7所示，也可以配置于旋转板11的周围。在图7中，作为一例示出了具有两个距离传感器21A、21B的情况。两个距离传感器21A、21B沿与正交于旋转轴A的径向平行的方向配置且相互隔开间隔。原点检测装置20也可以具有三个以上的距离传感器21。
两个距离传感器21A、21B以如下方式沿水平方向排列，即沿着与旋转部8配置于原点位置时的测量面11b平行的方向排列。因而，在旋转部8配置于原点位置时，由两个距离传感器21A、21B测量的距离彼此相等。
控制部22检测由两个距离传感器21A、21B测量的距离分别为预定的阈值以上时的旋转部8的旋转位置，并将其作为原点位置。
如上所述，通过使用由两个距离传感器21A、21B测量的距离，从而能够以高精度检测旋转部8的原点位置。
控制部22在由两个距离传感器21A、21B测量的距离之差为预定值以下时，优选检测距离之差为零(即，由两个距离传感器21A、21B测量的距离彼此相等)时的旋转部8的旋转位置并将其作为原点位置。
即便如此，也能够以高精度检测旋转部8的原点位置。
或者，控制部22也可以检测由两个距离传感器21A、21B测量的距离分别为预定的阈值以上且由两个距离传感器21A、21B测量的距离之差为预定值以下时的旋转部8的旋转位置并将其作为原点位置。
如上所述，通过检测由两个距离传感器21A、21B测量的距离满足两个条件时的旋转部8的旋转位置并将其作为原点位置，从而能够以更高的精度检测原点位置。
在图7的变形例中，控制部22也可以根据由两个距离传感器21A、21B测量的距离来检测旋转部8的原点位置。
控制部22根据由距离传感器21A、21B测量到的距离之差以及距离传感器21A、21B间的水平方向的距离，计算测量面11b相对于水平方向的倾斜角度。距离传感器21A、21B间的距离为已知的值，并且被预先存储于控制部22的存储装置22b。测量面11b的倾斜角度根据旋转部8的旋转位置与原点位置之间的偏移角度而变化。因而，控制部22能够根据计算出的倾斜角度检测旋转部8的原点位置。控制部22计算旋转部8相对于原点位置的偏移角度，并使旋转部8沿接近原点位置的方向旋转与计算出的偏移角度对应的量，从而将旋转部8复位至原点位置。
如上所述，仅使用在一个旋转位置测量到的两个距离，就能够检测出旋转部8的原点位置，并将旋转部8复位至原点位置。因而，与一边使旋转部8旋转一边在许多旋转位置测量距离的情况相比，能够以更简单的处理而更迅速地进行旋转部8的原点位置的检测以及向原点位置的复位。
在原点检测装置20具有两个距离传感器21A、21B的情况下，如图8所示，在旋转部8的周向的两个部位设置有测量面11c、11d。
各测量面11c、11d与测量面11b相同，都是在旋转部8配置于原点位置时沿水平方向配置的平坦的表面。两个距离传感器21A、21B以如下方式相对于旋转部8被定位，即在旋转部8配置于原点位置时，一方的距离传感器21A与一方的测量面11c对置，并且另一方的距离传感器21B与另一方的测量面11d对置。
在旋转部8配置于原点位置时，两个测量面11c、11d的垂直方向的高度可以彼此相同，也可以彼此不相同。
在两个测量面11c、11d的垂直方向的高度彼此相同的情况下，控制部22在由两个距离传感器21A、21B测量的距离分别为预定的阈值以上时、或/且在由两个距离传感器21测量的距离之差为预定值以下时，检测旋转部8的旋转位置并将其作为原点位置。
另一方面，在两个测量面11c、11d的垂直方向的高度彼此不相同的情况下，控制部22能够在由两个距离传感器21A、21B测量的距离分别为预定的阈值以上时，检测旋转部8的旋转位置并将其作为原点位置。其中，针对一方的距离传感器21A测量的距离的预定的阈值、与针对另一方的距离传感器21B测量的距离的预定的阈值为互不相同的值。
在上述实施方式中，测量面11b被设置于旋转板11，但取而代之地，也可以设置于构成旋转部8的其他构件。例如，测量面11b也可以设置于任意一个工具保持部12，或者也可以设置于固定于旋转板11的任意的构件。另外，也可以根据测量面11b的位置而改变距离传感器21的位置。
在上述实施方式中，被测量部为设置于旋转部8的测量面11b，传感器为测量到测量面11b的距离的距离传感器21，但被测量部和传感器的具体构成并不限定于此。
例如，被测量部也可以是设置于旋转部8的标记，传感器也可以是检测标记的接近传感器。标记在从旋转轴A沿径向分离的位置固定于旋转部8。因而，根据旋转部8的旋转位置，围绕旋转轴A的周向的标记的位置发生变化。接近传感器被构成为：在旋转部8配置于预定的旋转位置(例如，原点位置)时，检测与该接近传感器最接近的标记。预定的旋转位置与原点位置的关系是已知的。控制部22能够根据由接近传感器检测到标记时的旋转部8的旋转位置来检测原点位置。
附图标记说明
1：机床
2：工具
3：工具库
8：旋转部
9：固定部
11b、11c、11d：测量面(被测量部)
12：工具保持部
21：距离传感器(传感器)
22：控制部
23：夹具
A：旋转轴

Claims (11)

1.一种机床，其特征在于，包括：
工具库，其具有旋转部和被测量部，所述旋转部能够保持多个工具并绕预定的旋转轴旋转，所述被测量部设置于所述旋转部；
传感器，其沿与所述旋转轴正交的径向配置于所述旋转部的外侧，并对所述被测量部进行检测；以及
控制部，其基于所述传感器的检测结果检测所述旋转部的原点位置。
2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，
所述被测量部为相对于所述旋转轴而朝向所述径向的外侧的测量面，所述测量面具有到所述预定的旋转轴的距离沿着绕所述预定的旋转轴的周向而逐渐变化的形状，
所述传感器为测量到所述测量面的距离的距离传感器。
3.根据权利要求2所述的机床，其特征在于，
所述控制部一边使所述旋转部旋转，一边使所述距离传感器测量到所述测量面的距离，并检测测量到的距离处于预定的范围内的所述旋转部的绕所述旋转轴的旋转位置以作为所述原点位置。
4.根据权利要求3所述的机床，其特征在于，
所述控制部根据所述测量到的距离随时间的变化来控制所述旋转部的旋转方向。
5.根据权利要求4所述的机床，其特征在于，
所述测量面具有在所述旋转部配置于所述原点位置时由所述距离传感器测量的距离最小的形状，
在所述控制部被构成为：
在所述测量到的距离随时间减少的情况下维持所述旋转部的旋转方向，
在所述测量到的距离随时间增加的情况下翻转所述旋转部的旋转方向。
6.根据权利要求4所述的机床，其特征在于，
所述测量面具有在所述旋转部配置于所述原点位置时由所述距离传感器测量的距离最大的形状，
在所述控制部被构成为：
在所述测量到的距离随时间增加的情况下维持所述旋转部的旋转方向，
在所述测量到的距离随时间减少的情况下翻转所述旋转部的旋转方向。
7.根据权利要求3所述的机床，其特征在于，
包括两个所述距离传感器，所述两个距离传感器沿与所述径向平行的方向配置且相互隔开间隔，
所述控制部检测由所述两个距离传感器测量到的所述距离分别处于所述预定的范围内的所述旋转部的旋转位置以作为所述原点位置。
8.根据权利要求7所述的机床，其特征在于，
所述测量面为沿着以所述预定的旋转轴为中心的圆的弦配置的平坦的表面，
所述两个距离传感器被配置为，沿着与所述旋转部配置于所述原点位置时的所述测量面平行的方向排列，
在所述控制部被构成为：
根据由所述两个距离传感器测量的到所述测量面的距离，计算出所述旋转部相对于所述原点位置的偏移角度，并使所述旋转部旋转与计算出的所述偏移角度对应的量。
9.根据权利要求7所述的机床，其特征在于，
所述测量面为沿着以所述预定的旋转轴为中心的圆的弦配置的平坦的表面，
所述两个距离传感器被配置为，沿着与所述旋转部配置于所述原点位置时的所述测量面平行的方向排列，
所述控制部检测由所述两个距离传感器测量的距离彼此相等的位置以作为所述原点位置。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的机床，其特征在于，
包括夹具，所述夹具能够安装于所述工具库或从所述工具库拆卸，
所述传感器通过所述夹具而以预定的姿势安装于相对于所述工具库的预定位置。
11.一种工具库的原点检测方法，用于对机床的回转式的工具库的原点位置进行检测，其特征在于，
所述工具库包括旋转部和被测量部，所述旋转部能够保持多个工具并绕预定的旋转轴旋转，所述被测量部设置于所述旋转部，
在所述工具库的原点检测方法中：
通过传感器对所述被测量部进行检测，基于所述传感器的检测结果检测所述旋转部的原点位置，其中，所述传感器沿与所述旋转轴正交的径向配置于所述旋转部的外侧。
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