CN1290665C - 机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供的车床(1)，根据指定的形状信息(IFa)，计算把单一工具定位在若干工具刀尖方向的角度位置(βX)，加工时，根据该计算的角度位置(βX)，将工具保持体(22)在B轴方向分度定位，将该工具保持体(22)保持的工具(25)，依次定位在若干工具刀尖方向。可以用单一的工具进行若干种加工模式的加工。

Description

机床

本发明涉及车床等的机床，该机床能用较少种类的工具，进行包括端面加工、外径加工等的各种加工模式混合的加工。

现有技术中，利用车床进行端面加工、外径加工等各种加工模式的加工。通常，根据加工模式的不同，车刀刀尖接触工件的方向也不同，所以，要准备车刀刀尖方向不同的若干个工具，对每种加工模式要有选择地采用这些工具。即，每当加工模式变换时，必须更换工具。

近年来，提出了可以将保持工具的方向、以设定在刀架上的Y轴为中心而转动及定位的车床(例如日本特愿平10-328905号公报等)。但是，即使是这样的车床，也不能通过适当变更车刀刀尖相对于工件的方向，用单一的工具，进行若干加工模式的加工。

本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种机床，该机床能用单一的工具进行若干加工模式的加工，这样，可减少因更换工具产生的加工时间损失，另外，可减少应准备的工具数。

为了实现上述目的，本发明方案1记载的机床，备有工件保持机构、刀架和工具保持体；上述工件保持机构将工件以第1轴为中心可转动地保持着；上述刀架相对于该被保持着的工件可在具有第1轴及与该第1轴交叉的第2轴的平面内移动及定位；上述工具保持体，以与上述具有第1轴和第2轴的平面交叉的形态设定在上述刀架上的第3轴为中心可相对于该刀架转动及定位、并且将工具可装卸地保持在前端侧；其特征在于，还备有加工形状指定机构、角度位置计算部、工具转动位置定位机构、加工执行机构；上述加工形状指定机构指定工件的加工形状；上述角度位置计算部，根据上述指定的加工形状计算用于将单一的工具分别定位在若干工具刀尖方向的绕上述第3轴的角度位置；上述工具转动位置定位机构，在加工时，根据上述角度位置计算部计算的角度位置将上述工具保持体绕上述第3轴转动及定位，把保持在该工具保持体上的工具依次定位在与上述加工形状相应的若干工具刀尖方向；上述加工执行机构，在上述工具被定位在各工具刀尖方向的状态，执行与该工具刀尖方向对应的加工形状的加工，上述角度位置计算部具有：加工模式检测部，该加工模式检测部用于检测对上述被指定的加工形状进行加工的加工模式；角度位置初始值存储部，上述角度位置初始值存储部存储对各加工模式预先设定的角度位置初始值；以及干扰判断部，上述干扰判断部对上述加工模式检测部检测的各加工模式，判断把对该加工模式设定的上述角度位置初始值作为角度位置采用时工具与工件是否干扰；针对每种由上述加工模式检测部检测出的加工模式计算上述第3轴的角度位置；根据上述干扰判断部的判断结果，对于该加工模式的绕上述第3轴的角度位置采用上述角度位置初始值或变更了该角度位置初始值的值。

根据方案1，根据指定的加工形状，计算用于把单一工具分别定位在若干工具刀尖方向的绕第3轴的角度位置，加工时，根据该计算的角度位置，将工具保持体绕第3轴转动及定位，将该工具保持体保持的工具依次定位在与加工形状相应的若干工具刀尖方向。这样，可以用单一的工具进行若干工具刀尖方向的加工。即，根据本发明，可以减少因更换工具导致的加工时间损失，并可减少应准备的工具数目。

并且，用于将单一工具分别定位在若干工具刀尖方向的绕第3轴的角度位置，是针对各加工模式进行计算，所以，进行有若干同一加工模式的加工时，可减少上述角度位置的计算次数。这样，可缩短加工程序的完成时间，可缩短整个加工的作业时间。

并且，在计算各加工模式的角度位置时，先试着采用角度位置初始值，在工具与工件干扰时，变更该角度位置初始值，计算适当的角度位置。即，要求出的角度位置尽量采用角度位置初始值，极力避免了特意计算与该角度位置初始值不同角度位置的麻烦。这样，可缩短加工程序的制作时间，可缩短整个加工作业的时间。

本发明方案2记载的机床，其特征在于，上述角度位置计算部具有工具最小保持角度存储部和角度位置变更计算部；

上述工具最小保持角度存储部存储对于加工所使用的工具预先设定的、加工时工具与工件之间的工具最小保持角度；

上述角度位置变更计算部，在上述干扰判断部判断为工具与工件干扰时，以存储在上述工具最小保持角度存储器内的、上述工具的工具最小保持角度为基准，计算对该加工模式的绕第3轴的角度位置。

根据方案2，在判断为工具与工件干扰时，由于以工具最小保持角度为基准计算角度位置，所以，通过采用该计算求得的角度位置，可避免工具与工件的干扰。即，由于角度位置变更计算部计算的角度位置是可信赖的恰当值，所以，采用该角度位置变更计算部计算出的角度位置时，可不必判断工具与工件是否干扰。这样，不必为求出一个角度位置而反复进行判断，可缩短加工程序的制作时间，缩短整个加工作业的时间。

本发明方案3记载的机床，是在方案2记载的机床中，其特征在于，上述工具最小保持角度存储部，存储着加工所使用的多个工具的工具最小保持角度。

根据方案3，工具最小保持角度存储部由于对加工所使用的多个工具存储着工具最小保持角度，所以，例如可有选择地采用粗加工用工具或精加工用工具等的若干工具，而且，能得到上述方案1至2的效果。

图1是表示本实施例的车床整体的模式图。

图2是表示设在车床上的控制装置的框图。

图3是表示工件·刀尖角度信息的图。

图4是表示模式·B轴角度信息的图。

图5(a)是表示在端面加工中车刀刀尖与工件关系的图。(b)是表示在外径加工中车刀刀尖与工件关系的图。

图6是表示加工程序制作工序的流程图。

图7是表示加工工件状况的侧面图。

图8是表示加工程序的图。

图9是表示工具信息内容的图。

下面，参照附图说明本发明的实施例。图1是表示本实施例的车床整体的模式图。车床1如图1所示，备有设置在机架2上的工件保持装置10和刀架装置20。工件保持装置10具有卡盘11、驱动马达13和C轴驱动单元12。卡盘11将要加工的工件50可装卸地保持住，并且能以预定的Z轴为中心旋转。驱动马达13驱动卡盘11以Z轴为中心旋转。C轴驱动单元12在以Z轴为中心的C轴方向旋转。

刀架装置20具有本体21和X-Y轴驱动单元23。本体21可在X-Z轴平面(该X-Z轴平面具有上述Z轴和垂直于该Z轴的X轴)内自由移动。X-Y轴驱动单元23将本体21在上述X-Z平面内移动及定位。在本体21上设有与X轴交叉并垂直于X-Z轴平面的Y轴。在本体21上设有工件保持体22和B轴驱动单元24。工件保持体22能以Y轴为中心相对于本体21自由转动地连接在本体21上。B轴驱动单元24将工具保持体22相对于本体21、在以Y轴为中心的旋转方向即B轴方向转动及定位。在工具保持体22上保持着可装卸的各种工具25。

图2是表示设在车床上的控制装置的框图。车床1具有图2所示的控制装置55。控制装置55具有主控制部56、以及与其连接着的输入装置57、显示装置58、加工信息存储器59、加工路线制作部60、加工路线存储器61、工具信息设定部62、工具信息存储器63、程序编制部64、程序保存部65、加工控制部66、工具更换控制部67、X-Z轴控制部68、B轴控制部69等。另外，上述工具信息设定部62具有加工模式检测部62a、干扰判断部62b、角度位置变更计算部62c、信息保存部70等。

X-Z轴控制部68与上述X-Z轴驱动单元23连接，并可控制该X-Z轴驱动单元23。B轴控制部69与上述B轴驱动单元24连接，并可控制该B轴控制单元24。工具更换控制部67与图未示的工具库和图未示的自动工具更换装置连接，并可控制上述工具库和自动工具更换装置。即，借助该工具更换控制部67的控制，可从保持在工具库内的若干工具中有选择地取出所需的工具，通过上述自动工具更换装置，更换并安装在刀架装置20的工具保持体22上。

图3是表示对应于工件的刀尖角度信息的图。图4是表示模式及B轴角度信息的图。在工具信息设定部62的信息保存部70内预先保存着图3所示那样的对应于工件的刀尖角度信息30和图4所示那样的模式及B轴角度信息31。对应于工件的刀尖角度信息30是有关数据库文件，各记录r1、r2、r3...具有工具编号Ti(i＝1、2、3...)数据组以及最小限角度αi(i＝1、2、3...)数据组。工具编号Ti是识别保存在图未示工具库内的若干工具25的编号。关于最小限角度αi，将在图5中说明。

图5(a)是表示端面加工中的车刀刀尖与工件关系的图。图5(b)是表示在外径加工中车刀刀尖与工件关系的图。例如，如图5所示，对工件50进行切削时，在包含工具25的车刀刀尖25a的、与Y轴直交的平面T上，把连接该车刀刀尖25a和Y轴的直线，作为直线K，把与该车刀刀尖25a及工具25的车刀保持部25b(安装车刀的保持座部分)相切的直线、即与上述直线K的夹角γ为最大值时的直线作为直线M，把工件50中的车刀刀尖25a的切削时移动轨迹作为直线L。关于上述直线L、M所成的角度αx、把车刀保持部25b与工件50不干扰、能满足安全加工条件的最小角度αX设定为最小限角度αi。由于该最小限角度αi取决于工具25的形态，所以，对各工具编号Ti预先设定该最小限角度αi。

模式及B轴角度信息31是有关数据库文件。如图4所示，各记录rd1、rd2、rd3...具有加工模式Mm(m＝1、2、3...)数据组及缺席(デフォルト)角度βm(m＝1、2、3...)数据组。加工模式是端面加工M1、外径加工M2...等，例如，图5(a)的加工模式是端面加工M1，图5(b)的加工模式是外径加工M2。缺省角度βm是对上述各加工模式Mm设定的、车刀刀尖25a的B轴上的角度位置(方向)。关于缺省角度，用图5说明。

例如如图5所示，执行端面加工和外径加工等各加工模式的切削时，对各加工模式，决定车刀刀尖25a切入工件50的最适当切入角度(车刀刀尖方向)。形成该切入角度时的、车刀刀尖25a的B轴方向的角度位置是缺省角度βm。该缺省角度βm，因加工模式的不同而不同，所以对各加工模式预先设定。另外，如槽加工M3等那样，用车刀刀尖25a从若干方向切入工件50的加工模式Mm中，当然也要设定若干个缺省角度βm。

车床1如上述地构成，下面说明用该车床1对工件50的加工。工件50的加工由加工程序制作工序(工序KT1)和执行该加工程序的加工工序(工序KT2)构成。图6是表示加工程序制作工序的流程图。

①加工程序制作工序(工序KT1)

控制装置55的主控制部56，开始加工程序制作处理。首先，操作者通过输入装置57指定并输入由加工前的工件坯材形状及最终加工形状等构成的形状信息IFa。例如，一边用显示器等显示装置58显示输入的数据，一边用键盘或鼠标等的输入装置57适当地指定并输入上述形状信息IFa。另外，输入装置57除了键盘或鼠标等的手工输入装置外，也可以采用软盘驱动器等的媒体信息读取装置、从外部的计算机接收信息的网络接口等。指定输入的形状信息IFa，被送到加工信息存储器59存储起来(图6的步骤ST1)。

接着，主控制部56命令加工路线制作部60制作加工路线WP。按照该命令，加工路线制作部60从加工信息存储器59中读入上述存储的形状信息IFa，以该形状信息IFa为基础，利用公知的加工路线制作计算计算并制作包含若干加工模式的加工路线WP(图6的步骤ST2)。制作的加工路线WP存储在加工路线存储器61内。另外，加工路线制作部60，在制作该加工路线WP的同时，决定在该加工中使用工具25的种类。已往，是对各加工模式自动决定各自的工具，而本实施例中，是对若干加工模式只决定1种工具25。但是，为了用同一加工路线进行粗加工和精加工，决定了粗加工用的工具(工具编号T3)和精加工用的工具(工具编号T1)。另外，使用工具25的决定，除了用程序自动决定以外，也可以由操作者通过输入装置57手动地决定。

接着，主控制部56命令工具信息设定部62进行工具信息的设定。按照该命令，工具信息设定部62根据加工信息存储器59的形状信息IFa，用加工模式检测部62a检测加工时呈现的加工模式(图6的步骤ST3)。另外，除了下述的加工模式的自动检测以外，在形状信息IFa的输入时，也可以与其同时地由操作者输入加工模式。下面，用图7说明在这里检测出的加工模式。图7是表示对工件进行加工的状况的侧视图。加工形状包含若干种类模式化了的形状模式，根据这些形状模式，预先设定加工模式。因此，例如，工件50的最终加工形状是图7所示那样时，根据该最终加工形状包含的每个形状模式，分别检测出加工模式。即，加工模式是根据形状信息IFa检测出的。例如图7中，检测出了外径加工M2(工具位置25A、25B)、背面加工M4(工具位置25C)、端面加工M1(工具位置25D)、内径加工M5(工具位置25E)、槽加工M3(工具位置25F、25G)等。

然后，工具信息设定部62，对检测出(或输入)的各加工模式Mm(m＝1、2、...5)，依次进行B轴角度的设定(图6的步骤LP1)。下面参照图5(a)说明加工模式M1(端面加工)的情形。首先求出B轴角度βX采用基于模式·B轴角度信息31的针对该端面加工M1的缺省角度β1(＝30°如图4)时的、工具25与工件50之间的角度αX(图6的步骤ST4)。然后，分别对粗加工用工具(工具编号Y3)和精加工用工具(工具编号T1)进行判断和设定，进入图6的步骤LP2。

即，首先，对粗加工用工具(工具编号T3)，工具信息设定部62的干扰判断部62b判断在上述步骤ST4求出的角度αX是否在工具25与工件50不干扰的最小限角度α3以上(图6的步骤ST5)。根据工件·刀尖角度信息30得到最小限角度α3(＝3°，见图3)。本实施例中，由于αX＞α3，所以进入图6的步骤ST6，把该加工模式M1并且工具编号T3时的B轴角度βX，设定为缺省角度β1。同样地，对精加工用工具(工具编号T1)，也由干扰判断部62b判断上述角度αX是否在最小限角度α1以上(图6的步骤ST5)。本实施例中，由于αX＞α3，所以进入图6的步骤ST6，把该加工模式M1并且工具编号T1时的B轴角度βX设定为缺省角度β1。

这样，对加工模式M1的B轴角度的设定结束。然后，依次反复步骤LP1，进行对加工模式M2、M3、...M5的B轴角度的设定。即，加工模式Mm(m＝1、2...5)时，也求出在该加工模式Mm中，当B轴角度采用缺省角度βm时的、工具25与工件50之间的角度αX(步骤ST4)。然后进行步骤LP2。即，对工具编号Ti(i＝3、1)，判断上述角度αX是否在最小限角度αi以上(ST5)，当αX≥αi时，把该加工模式Mm且工具编号Ti时的B轴角度βX设定为缺省角度βm。

当在上述步骤ST5判断部62b判断为αX＜αi时，在该加工模式Mm且工具编号Ti中，把B轴角度βX设定缺省角度βm时，工具25与工件50则相互干扰。为此，角度位置变更计算部62c，把该加工模式Mm且工具编号Ti中的B轴角度βX从缺省角度βm进行变更。例如如图5(b)所示，把与该工具编号Ti对应的最小限角度αi代入角度αX。然后，算出这时的B轴角度βX，把算出的B轴角度βX作为该加工模式Mm且工具编号Ti中的B轴角度(图6的步骤ST7)。由于是把最小限角度αi代入角度αX而设定的B轴角度βX，所以，采用该B轴角度βX时，工具25与工件50不干扰。

如上所述，对加工模式Mm分别进行步骤LP1，分别求出各加工模式Mm中的各工具编号Ti的B轴角度βX，所以，工具信息设定部62根据这些数据和保存在加工路线存储器61内的加工路线WP等，制作图9所示那样的工具信息33，并保存在工具信息存储器63内(图6的步骤ST8)。图9是表示工具信息的图。即如图9所示，工具信息33是有关数据库文件。各记录re1、re2、re3...具有从加工路线得到的加工执行顺序(s＝1、2、3...)的数据组、加工模式(M1、M2...M5)数据组、使用工具编号(T3、T1)数据组、B轴角度(βX)数据组。与图4所示的缺省角度βm比较可知，在图9例中，加工模式为M4、工具编号为T3时，加工模式为M2、工具编号为T1时，B轴角度βX从缺省角度变更，其它情形缺省角度原样设定着。

如上所述，图6的步骤ST8结束时，主控制部56命令程序编制部64编制加工程序PR。按照该命令，程序编制部64读入存储在加工路线存储器61内的加工路线WP和存储在工具信息存储器63中的工具信息33，根据这些信息编制加工程序PR(图6的步骤ST9)。编制的加工程序PR保存在程序保存部65。

至此，加工程序制作工序KT1结束。图8是表示加工程序的图。在上述那样制作的加工程序PR中，如图8所示，关于基于工具信息33中的各记录re1、re2、re3...的B轴控制码以及这些B轴控制码，记载了基于加工路线WP的对应部分的X-Z轴控制码。该控制码的编制方法是公知技术，其详细说明从略。

②加工工序(工序KT2)

然后，根据通过输入装置57来的操作者的指示，开始加工。接受该指示后，主控制部56命令加工控制部66进行加工控制。按照该命令，加工控制部66读入保存在程序保存部65内的加工程序PR，依次解释记载在其中的驱动控制码(见图8)，发出指令。例如如图8所示的“001”中，按照基于记录re1内容的B轴控制码，加工控制部66命令B轴控制部69进行B轴角度60°(图9)的分度。接受该命令后，B轴控制部69驱动B轴驱动单元24，将工具保持体22转动到B轴角度60°的位置并定位(例如图7的工具位置25B)。另外，图7的各工具位置仅用于说明，并不表示各加工的正确加工位置和加工开始位置等。在“001”中，按照基于加工路线WP的X-Z轴控制码，加工控制部66命令X-Z轴控制部进行与该加工路线WP相应的移动。接受该命令，X-Z轴控制部68将本体21移动。这样，工具25的车刀刀尖25a，例如从图7的工具位置25B朝着工具位置25A移动，执行外径加工。

另外，例如在图8的“002”中，按照基于记录re2内容的B轴控制码，加工控制部66命令B轴控制部69进行B轴角度153°(图9)的分度。接受该命令，B轴控制部69驱动B轴驱动单元24，将工具保持体22转动到B轴角度153°的位置并定位(例如图7的工具位置25C)。即，X-Z轴控制部68使本体21移动，执行背面加工。这样，只用工具编号T3，不用更换工具25，就可以进行外径加工和背面加工。

同样地，图8的“003”以后，也是一边进行B轴控制及X-Z轴控制，一边如图7所示地进行若干种加工模式。途中工具25的更换，如图9所示，只有从工具编号T3(粗加工用)变到工具编号T1(精加工用)这样一次的更换，其余可用同一个工具加工若干种加工模式。即，根据本实施例的车床1，可以使工具25与工件50不相互干扰地、用同一个工具或种类比已往少的工具实现若干种加工模式的加工。这样，可减少因更换工具导致的加工作业时间的损失，并可减少应准备的工具种类。

图7中的工具位置25H是螺纹加工模式的例子。该加工模式也采用与上述实施例同样的方法，通过适当设定B轴角度，可采用在其它加工模式中使用的工具，进行加工。

上面，用实施例说明了本发明，但本发明并不受上述实施例限定。本发明的范围在权利要求书中阐明，不限于实施例的内容。因此，在权利要求书范围内的变型、修改都在本发明范围内。

Claims (3)

1.机床，备有工件保持机构、刀架和工具保持体；上述工件保持机构将工件以第1轴为中心可转动地保持着；上述刀架相对于该被保持着的工件可在具有第1轴及与该第1轴交叉的第2轴的平面内移动及定位；上述工具保持体，以与上述具有第1轴和第2轴的平面交叉的形态设定在上述刀架上的第3轴为中心可相对于该刀架转动及定位、并且将工具可装卸地保持在前端侧；其特征在于，还备有加工形状指定机构、角度位置计算部、工具转动位置定位机构、加工执行机构；

上述加工形状指定机构指定工件的加工形状；

上述角度位置计算部，根据上述指定的加工形状计算用于将单一的工具分别定位在若干工具刀尖方向的绕上述第3轴的角度位置；

上述工具转动位置定位机构，在加工时，根据上述角度位置计算部计算的角度位置将上述工具保持体绕上述第3轴转动及定位，把保持在该工具保持体上的工具依次定位在与上述加工形状相应的若干工具刀尖方向；

上述加工执行机构，在上述工具被定位在各工具刀尖方向的状态，执行与该工具刀尖方向对应的加工形状的加工，

上述角度位置计算部具有：加工模式检测部，该加工模式检测部用于检测对上述被指定的加工形状进行加工的加工模式；

角度位置初始值存储部，上述角度位置初始值存储部存储对各加工模式预先设定的角度位置初始值；以及

干扰判断部，上述干扰判断部对上述加工模式检测部检测的各加工模式，判断把对该加工模式设定的上述角度位置初始值作为角度位置采用时工具与工件是否干扰；

针对每种由上述加工模式检测部检测出的加工模式计算上述第3轴的角度位置；

根据上述干扰判断部的判断结果，对于该加工模式的绕上述第3轴的角度位置采用上述角度位置初始值或变更了该角度位置初始值的值。

2.如权利要求1所述的机床，其特征在于，上述角度位置计算部具有工具最小保持角度存储部和角度位置变更计算部；

上述工具最小保持角度存储部存储对加工所使用的工具预先设定的、加工时工具与工件之间的工具最小保持角度；

上述角度位置变更计算部，在上述干扰判断部判断为工具与工件干扰时，以存储在上述工具最小保持角度存储器内的上述工具的工具最小保持角度为基准，计算对应该加工模式的绕第3轴的角度位置。

3.如权利要求2所述的机床，其特征在于，上述工具最小保持角度存储部存储着加工所使用的若干工具的工具最小保持角度。

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