CN112743349B - 旋转支承装置、机床以及刀具状态监视方法 - Google Patents

Abstract

旋转支承装置(10)包括：伺服电机(21)；输入轴(25)，其在外周形成有凸轮面，由伺服电机旋转驱动；输出轴(27)，其沿着周向排列地设有与凸轮面卡合的多个凸轮从动件，输入轴的旋转动力借助凸轮面和多个凸轮从动件向该输出轴传递而使该输出轴以比输入轴低的转速旋转；工件保持部(40)，其连接于输出轴，保持工件(W)，能够与输出轴一同旋转；控制部(50)，其在工件保持部由于对工件进行的加工而承受旋转方向的外力的状态下向伺服电机供给用于使工件保持部在旋转方向上旋转至设为目标的位置的电流；以及运算部(51)，其取得与加工工件时的电流相关的值而进行预定的运算。

Description

旋转支承装置、机床以及刀具状态监视方法

技术领域

本说明书涉及旋转支承装置、机床以及刀具状态监视方法。

背景技术

旋转支承装置例如搭载于加工中心等机床，保持作为加工对象物的工件。通常的旋转支承装置包括动力源、蜗轮等动力传递机构、保持工件的工作台(工件保持部)以及在工件加工时固定工作台的位置的制动器等。在工作台旋转时，在为了减小负载而解除制动器之后使工作台旋转。在将工件定位之后，通过使制动器工作而固定工作台和工件的位置。在该状态下对工件进行切削、磨削、开孔等各种加工。

发明内容

在采用开头说明那样的蜗轮和制动器机构的情况下，在将工件定位而进行加工这样的一连串的动作中进行制动器的ON/OFF动作，因此加工所需要的时间变长。在利用制动器固定了载置工件的工作台(工件保持部)的状态下，刀具在相对于停止的工件移动的同时进行加工。在该情况下，利用制动器固定工作台，因此不能在使工件旋转的同时对工件实施切削加工等。此外，也能够解除制动器而在使工件旋转的同时对工件实施切削加工等，但在蜗轮的情况下由齿隙引起的错位的影响不少，因此难以以较高的位置精度保持工件或使工件移动(特别是，在旋转方向反转时易于产生齿隙)，在高精度地加工工件这一点上蜗轮存在改善的余地。

此外，能够监视伺服控制时的负载电流，基于负载电流进行预定的运算(例如，推断刀具磨损的进行程度)，实施与运算结果相应的预定的处理(参照日本特开平08-323584号公报)。但是，在采用开头说明那样的蜗轮和制动器机构的情况下，能够利用制动器保持工作台(工件保持部)和工件的定位的状态，但不能对利用制动器固定的工作台实施伺服控制，也不能取得与伺服控制时的负载电流相关的信息。

本说明书的目的之一在于，公开一种旋转支承装置，该旋转支承装置具备通过不具备制动器而能够取得用于通过伺服控制而使工件保持部旋转至设为目标的位置的电流的结构。

基于本说明书的旋转支承装置包括：伺服电机；输入轴，其在外周形成有凸轮面，由上述伺服电机旋转驱动；输出轴，其沿着周向排列地设有与上述凸轮面卡合的多个凸轮从动件，上述输入轴的旋转动力借助上述凸轮面和多个上述凸轮从动件向该输出轴传递而使该输出轴以比上述输入轴低的转速旋转；工件保持部，其连接于上述输出轴，保持工件，能够与上述输出轴一同旋转；控制部，其在上述工件保持部由于对上述工件进行的加工而承受旋转方向的外力的状态下向上述伺服电机供给用于使上述工件保持部在旋转方向上旋转至设为目标的位置的电流；以及运算部，其取得与加工上述工件时的上述电流相关的值而进行预定的运算。

在上述旋转支承装置中，也可以是，上述控制部在上述工件保持部由于对上述工件进行的加工而承受旋转方向的外力的状态下向上述伺服电机供给上述电流以使上述工件保持部接近旋转方向上的一定的位置。

在上述旋转支承装置中，也可以是，上述运算部对预先存储的值和加工上述工件时的上述电流进行比较，输出比较结果作为与加工上述工件的刀具的状态相关的信息。

基于本说明书的机床包括用于加工工件的刀具和基于本说明书的上述的旋转支承装置。

基于本说明书的刀具状态监视方法监视用于加工保持于工件保持部的工件的刀具的状态，其中，上述工件保持部能够与输出轴一同旋转，在上述输出轴上，沿着周向排列地设有多个凸轮从动件，该多个凸轮从动件与在由伺服电机旋转驱动的输入轴的外周形成的凸轮面卡合，上述输入轴的旋转动力借助上述凸轮面和多个上述凸轮从动件向上述输出轴传递而使上述输出轴以比上述输入轴低的转速旋转，在上述工件保持部由于对上述工件进行的加工而承受旋转方向的外力的状态下向上述伺服电机供给用于使上述工件保持部在旋转方向上旋转至设为目标的位置的电流，上述刀具状态监视方法包括以下工序：对预定的值和加工上述工件时的上述电流进行比较，输出比较结果作为与上述刀具的状态相关的信息。

根据与附图关联地理解的与本发明相关的以下的详细的说明，能够明确本发明的上述和其他目的、特征、方案以及优点。

附图说明

图1是表示加工中心1(机床)的结构的图。

图2是表示旋转支承装置10、主轴4以及刀具6的图。

图3是表示分度工作台20的内部构造的图。

图4是表示旋转支承装置10的功能块的图。

图5是表示工件保持部40的安装部41配置于重力方向上的下方的状态的图。

图6是表示工件保持部40自图5所示的状态向顺时针方向旋转90°而成为的状态的图。

图7是表示加工时的绕A轴的转矩的随时间变化的图表。

具体实施方式

以下，参照附图，说明用于实施发明的方式。在以下的说明中，有时对于相同的部件和相当部件标注相同的附图标记，不反复进行重复的说明。

(加工中心1)

图1是表示加工中心1(机床)的结构的图。加工中心1包含主体部2、显示部3、主轴4、刀库5、刀具6以及旋转支承装置10。旋转支承装置10也能够称呼为分度装置，支承工件W(加工对象物)。主轴4能够保持刀具6、保持于刀库5的未图示的刀具。刀具6对支承于旋转支承装置10的工件W实施切削加工等。

(旋转支承装置10)

图2是表示旋转支承装置10、主轴4以及刀具6的图。旋转支承装置10包含分度工作台20、支承工作台30以及工件保持部40。分度工作台20和支承工作台30设于基座12上。工件保持部40配置于分度工作台20与支承工作台30之间，由上述的工作台支承为能够绕A轴旋转。

工件W固定于工件保持部40。工件保持部40包含安装部41和臂42、43，作为整体具有大致摇篮状的形状。工件W固定于安装部41。在从安装部41观察时，臂42设于分度工作台20的那一侧。在从安装部41观察时，臂43设于支承工作台30的那一侧。利用分度工作台20旋转的臂42的旋转中心轴线A与利用支承工作台30保持的臂43的旋转中心轴线A位于大致同一直线上。

工件W利用设于安装部41的多个夹持装置44、45固定于安装部41。液压借助分别设于分度工作台20和支承工作台30的旋转接头向夹持装置44、45供给，夹持装置44、45利用液压将工件W固定于安装部41。通过旋转工件保持部40，工件W借助工件保持部40被分度工作台20和支承工作台30支承为能够绕A轴旋转。

(分度工作台20)

图3是表示分度工作台20的内部构造的图。图4是表示包含分度工作台20的旋转支承装置10的功能块的图。如图2～图4所示，分度工作台20包括伺服电机21、位置检测器22、齿轮23、24、输入轴25、输出轴27以及旋转接头29等。

分度工作台20利用轴承将工件保持部40(臂42)支承为能够绕A轴旋转。在支承工作台30也设有与上述同样的旋转接头和轴承，将工件保持部40(臂43)支承为能够绕A轴旋转。

更具体而言，来自伺服电机21的动力借助齿轮23、24向输入轴25传递。齿轮24以比齿轮23低的转速与输入轴25一体地旋转。输入轴25借助齿轮23、24被伺服电机21间接地旋转驱动。在输入轴25的外表面形成有呈螺旋状延伸的凸轮面26。

在输出轴27沿着周向排列地设有与凸轮面26卡合的多个凸轮从动件28。输入轴25的旋转动力借助凸轮面26和多个凸轮从动件28向输出轴27传递，输出轴27以比输入轴25低的转速与工件保持部40(臂42)一体地旋转。由齿轮23、24构成一个减速机构，由输入轴25和输出轴27构成另一个减速机构。来自伺服电机21的转矩利用上述的减速机构增大而向输出轴27和工件保持部40传递，工件保持部40与输出轴27一同旋转。

在伺服电机21的动力向输出轴27传递时，多个凸轮从动件28中的几个凸轮从动件28与凸轮面26接触。例如，如箭头AR1、AR2(图3)所示，上述的几个凸轮从动件28中的在周向上位于一端侧的凸轮从动件28和在周向上位于另一端侧的凸轮从动件28按压凸轮面26。凸轮面26承受来自多个(在此为两个)凸轮从动件28的预负载，由此，抑制在输入轴25与输出轴27之间产生松动、产生齿隙等的情况。

在分度工作台20未设置摩擦制动器等用于停止臂42的旋转的制动部件。作为分度工作台20，通过使用能够不使用摩擦制动器而仅利用伺服电机21旋转支承工件保持部40的滚子齿轮型的分度工作台，从而削减制动时间，也能够有助于生产率的提高。

多个凸轮从动件28分别设为能够旋转，在旋转的同时将来自输入轴25的动力向输出轴27传递。由此，凸轮面26与多个凸轮从动件28之间的摩擦减小。包含凸轮面26和多个凸轮从动件28的滚子凸轮机构能够将来自输入轴25的动力高精度地向输出轴27传递，能够高精度地进行工件保持部40的定位。

如图4所示，旋转支承装置10包括控制部50、运算部51以及放大器52作为功能块。放大器52连接于控制部50，放大器52借助动力电缆和信号电缆分别连接于伺服电机21和位置检测器22。控制部50能够通过放大器52提取伺服电机21的电流值、来自位置检测器22的位置信息。控制部50和运算部51根据伺服电机21的提取的电流值来运算电机转矩值、外部负载数据、位置、速度信息。运算部51运算或比较其接收到的从控制部50输出的电机转矩值等信息，进行预定的处理。

例如，控制部50在工件保持部40由于对工件W进行的加工而承受旋转方向的外力的状态下向伺服电机21供给用于使工件保持部40在旋转方向上旋转至设为目标的位置的电流。例如，进行伺服控制以使工件保持部40接近(停止在)旋转方向上的一定的位置，由此向伺服电机21供给需要的电流。更具体而言，控制部50和伺服电机21对工件保持部40进行位置控制或姿态控制以使该工件保持部40例如不自某个预定的停止位置偏离。在对来自位置检测器22等的信号和控制部50所具有的目标值进行比较并判断出在上述的两者之间产生偏差的情况下，从控制部50(伺服驱动器等)作为电流值向伺服电机21供给用于要返回到停止位置(目标位置)的指令，产生转矩。自停止的位置偏离后才会产生作为负载的转矩。在连接于控制部50的放大器53、主轴4(进给轴)用的伺服电机54和位置检测器55中也适当进行同样的处理。

在进行伺服控制以使工件保持部40接近旋转方向上的一定的位置(换言之，保持在一定的位置实质上停止的状态)的状态下对工件W实施加工时，由于在凸轮从动件28与凸轮面26之间几乎不产生松动，因此能够抑制在工件保持部40产生不必要的微小的移位的状况，能够抑制工件保持部40的旋转方向上的位置自目标位置偏离的状况。即使在使工件保持部40连续地绕A轴旋转(进给工件W)的同时加工工件W的情况下也是，在凸轮从动件28与凸轮面26之间几乎不产生松动，因此能够抑制工件保持部40的旋转方向上的移动自目标的移动路径偏离的状况。

如图5所示，在工件保持部40的安装部41配置于重力方向上的下方的状态下，旋转中心轴线A的水平方向上的位置与工件保持部40的水平方向上的重心位置大致一致。可以说工件保持部40形成稳定的姿态。

另一方面，根据需要，如图6所示，工件保持部40自图5所示的状态向顺时针方向旋转90°。在该状态下，旋转中心轴线A的位置和工件保持部40的重心位置在水平方向上相互偏离，作用要使工件保持部40绕旋转中心轴线A旋转的力矩。

采用具备上述的滚子齿轮机构的旋转支承装置10，即使不具备用于保持工件保持部40的旋转位置的摩擦制动器机构，也能够仅通过伺服控制来充分地克服该力矩，例如能够在进行伺服控制以使工件保持部40接近旋转方向上的一定的位置或预定的加工路径的状态下对工件W容易地实施加工。

(运算部51)

再次参照图4，在本实施方式中，运算部51取得与加工工件W时的电流相关的值而进行预定的运算。例如，通过刀具6加工工件W，工件保持部40承受绕A轴的旋转方向的外力。控制部50在工件保持部40承受该外力的状态下向伺服电机21供给需要的电流以使工件保持部40接近绕A轴的旋转方向上的一定的位置或预定的加工路径。运算部51取得与向伺服电机21供给的电流相关的值。

如图7所示，在将与向伺服电机21供给的电流相关的值换算为绕A轴的转矩而测定与时间轴之间的关系时，其结果表示为图7所示的图表。可知每当利用刀具6实施切削加工时，绕A轴产生的转矩瞬间增大。在图7中，利用虚线(断续线)记载使用发生了磨损的刀具6(有磨损的刀具)的情况的转矩的随时间变化，利用实线(连续线)记载使用未发生磨损的刀具6(无磨损的刀具)的情况的转矩的随时间变化。

从图7看出，与使用无磨损的刀具6的情况相比，在使用有磨损的刀具6的情况下绕A轴产生的转矩较大。例如在加工工件W时，通过监视为了控制工件保持部40的姿态而向伺服电机21供给的电流，从而例如在该电流值自预定范围脱离的情况下，能够推断出磨损的进行程度超出阈值。

将在加工时为了使工件保持部40接近绕A轴的旋转方向上的一定的位置(保持相同的位置)而向伺服电机21供给的电流设为第1电流。将在加工时为了使工件保持部40的绕A轴的旋转方向上的移动成为目标的移动路径(沿着预定路径进给工件W)而向伺服电机21供给的电流设为第2电流。在该情况下，与工件W的进给动作所需要的第2电流相比，为了使工件W保持于一定位置所需要的第1电流足够小。

由于在加工时工件W的进给动作所需要的第2电流也根据磨损的影响而增大，因此也可以基于其增大量(自通常值变化的变化程度)来推断刀具6的磨损状态等。另一方面，在加工时，通过监视为了使工件保持部40接近绕A轴的旋转方向上的一定的位置(保持相同的位置)而向伺服电机21供给的第1电流，能够以较高的精度推断磨损的进行程度，还能够以较高的精度实施例如根据磨损的进行程度超出阈值的状况催促使用者进行更换的动作。运算部51不限于这样的监视动作，可以对预先存储的值和加工工件W时的上述电流进行比较，输出比较结果作为与加工工件W的刀具的状态相关的任意的信息(例如用于判断或决定、考量经济性切削条件的信息)。

另外，上述的实施方式着眼于所谓的滚子齿轮机构而进行了说明，但上述的实施方式的记载并非旨在自本说明书的技术方案的公开范围积极地排除蜗轮的使用。例如，若能够利用滚子齿轮以外的部件实现即使不设置摩擦制动器也不会产生(或者几乎不产生)松动、齿隙的机构，则能够将上述思想应用于那样的结构。虽然存在需要装置大型化等的可能性，但利用上述那样的无制动器结构监视伺服控制所需要的电流值这样的思想也容易适合于蜗轮、所谓的DD(直接驱动)电机的构造。

此外，在上述的实施方式中，与凸轮面26卡合的多个凸轮从动件28在输出轴27的外周沿着周向排列地设置。设有多个凸轮从动件28的周向上的范围在附图上跨及360°(整周)，但设有多个凸轮从动件28的周向上的范围也可以是输出轴27的外周的一部分，例如90°、180°等。

此外，在上述的实施方式中，多个凸轮从动件28以沿着输出轴27的旋转半径方向呈放射状延伸的方式设置。多个凸轮从动件28的旋转中心轴线沿着与输出轴27的旋转中心轴线正交的方向延伸。不限于这样的结构，多个凸轮从动件28也可以设于输出轴27的其他位置。多个凸轮从动件28也可以以构成例如日本特开2008-045662号公报所公开那样的筒形凸轮形式的方式设于输出轴27。在该情况下，多个凸轮从动件28的旋转中心轴线与输出轴27的旋转中心轴线平行地延伸。此外，多个凸轮从动件28也可以以构成该公报所公开那样的滚子齿轮形式与筒形凸轮形式之间的形式的方式设于输出轴27。在该情况下，多个凸轮从动件28的旋转中心轴线以相对于输出轴27的旋转中心轴线以例如约45°的角度交叉的方式延伸。不限于45°，也可以取为45°以外的任意的倾斜角度。

以上说明了本发明的实施方式，应理解为本次公开的实施方式在所有的方面均为例示而并非限制。本发明的范围由权利要求书表示，意图包含在与权利要求书均等的意思和范围内的所有的变更。

Claims (4)

1.一种旋转支承装置，其中，

该旋转支承装置包括：

伺服电机；

输入轴，其在外周形成有凸轮面，由所述伺服电机旋转驱动；

输出轴，其沿着周向排列地设有与所述凸轮面卡合的多个凸轮从动件，所述输入轴的旋转动力借助所述凸轮面和多个所述凸轮从动件向该输出轴传递而使该输出轴以比所述输入轴低的转速旋转；

工件保持部，其连接于所述输出轴，保持工件，能够与所述输出轴一同旋转；

控制部，其在所述工件保持部由于对所述工件进行的加工而承受旋转方向的外力的状态下向所述伺服电机供给用于使所述工件保持部在旋转方向上旋转至设为目标的位置的电流；以及

运算部，其取得与加工所述工件时的所述电流相关的值而进行预定的运算，

所述运算部对预先存储的值和加工所述工件时的所述电流进行比较，输出比较结果作为与加工所述工件的刀具的状态相关的信息。

2.根据权利要求1所述的旋转支承装置，其中，

所述控制部在所述工件保持部由于对所述工件进行的加工而承受旋转方向的外力的状态下向所述伺服电机供给所述电流以使所述工件保持部接近旋转方向上的一定的位置。

3.一种机床，其中，

该机床包括：

刀具，其用于加工工件；以及

权利要求1或2所述的旋转支承装置。

4.一种刀具状态监视方法，其监视用于加工保持于工件保持部的工件的刀具的状态，其中，

所述工件保持部能够与输出轴一同旋转，在所述输出轴上，沿着周向排列地设有多个凸轮从动件，该多个凸轮从动件与在由伺服电机旋转驱动的输入轴的外周形成的凸轮面卡合，所述输入轴的旋转动力借助所述凸轮面和多个所述凸轮从动件向所述输出轴传递而使所述输出轴以比所述输入轴低的转速旋转，

在所述工件保持部由于对所述工件进行的加工而承受旋转方向的外力的状态下向所述伺服电机供给用于使所述工件保持部在旋转方向上旋转至设为目标的位置的电流，

所述刀具状态监视方法包括以下工序：对预先存储的值和加工所述工件时的所述电流进行比较，输出比较结果作为与加工所述工件的刀具的状态相关的信息。

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