CN1575922B

CN1575922B - 机床，以及在机床中探测刀具断裂的方法

Info

Publication number: CN1575922B
Application number: CN 200410063617
Authority: CN
Inventors: 杉原辰实; 栗林裕
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2024-07-07
Also published as: CN1575922A; DE102004032665B4; JP2005028522A; DE102004032665A1

Abstract

一种机床，其中容纳在刀具库(12)中多个刀具(8)之一被选择，使工件利用所选择的刀具(8)加工，其中接触传感器部分(32)包括探针(38)和转动探针(38)的驱动装置(37)，接触传感器部分(32)用被转动的探针(38)探测接触刀具(8)，线性促动器(36)在长度方向相对要求探测的刀具(8)移动接触传感器部分(32)，和断裂探测设备(27)控制线性促动器(36)使接触传感器部分(32)按照要求探测的刀具(8)移动到预定位置，使探针(38)从刀具(8)的一侧与刀具(8)接触，从而探测刀具(8)的断裂。

Description

机床,以及在机床中探测刀具断裂的方法

技术领域

本发明涉及机床，其中要求从多个设置在刀具库中的刀具中选出一件，以便工件使用该选出的工具进行加工，和一种在机床中探测刀具断裂的方法。

背景技术

在机床中，当工件使用刀具时刀具有时会断裂。相应地，在适当的间隙后刀具需要检查以便探测其是否断裂。当刀具被探测到已经断裂时，刀具需要更换为正常的刀具。JP-U-3-113740披露一种在机床中探测刀具断裂的设备。所披露的断裂探测设备设置在用于数控机床更换刀具的刀具库中。当刀具返回刀具库时，有一个接触器被电磁线圈旋转而紧靠刀具的远端。对于紧靠位置的旋转角度由一个旋转编码器测量，从而探测刀具的断裂。

不过，在上述造成接触器紧靠刀具远端的模式中，由于紧靠的冲击多少将损害刀具。因此，有可能刀具的尖端被断裂探测所折断。此外，由于接触器被促使与刀具的尖端接触，接触器也可能损坏。因此，重复的探测将损坏接触器本身。

发明内容

因此本发明目的是提供一种机床和一种探测机床刀具损坏的方法，在二者中均可实施探测刀具断裂，而对于刀具方面和传感器方面的损坏均可减少。

本发明提供一种机床，其中选择容纳在刀具库中的多件刀具中的一件，以使用该刀具加工工件，其中接触传感器部分包括探针及转动探针的驱动装置，接触传感器部分检测转动的探针与刀具的接触，线性促动器在长度方向相对于需要探测的刀具移动接触传感器部分，而断裂探测设备控制线性促动器使接触传感器部分按照需要探测的刀具移动到预定的位置，使探针从刀具一侧移动到与刀具接触，从而探测刀具的断裂。

在上述构造中，线性促动器对于需要探测的刀具在长度方向移动接触接触传感器部分。探针从刀具一侧被转动到与刀具接触。因此，由于探针从刀具一侧被移动与刀具接触，在这方面几乎没有尖锐部分，由于紧靠而引起冲击损坏可以尽可能减少。

断裂探测设备最好能够控制接触传感器部分探针的转动速度。由于在断裂探测设备中设置对于断裂探测最合适的转动速度，对于刀具和探针的损坏可以进一步减少。

断裂探测设备最好设置在使用所选择的刀具对工件进行加工的加工区域以外的地方。在这样的构造中，用刀具加工不受探测断裂所需时间的影响。因此，可以防止降低和维持加工效率。

接触传感器部分最好在需要探测的刀具到达探测断裂的位置以前移动到预定位置。这样构造的结果是断裂探测设备探测断裂所需时间可以缩短。

加工程序的指令是从接触传感器部分的探针开始转动到断裂探测操作完成的时期中实施的。一旦断裂探测开始，由更换后刀具的加工可以在操作者获得探测结果以前就开始。因此，可以用刀具有效地加工工件而因此机械加工时间可以缩短。

附图说明

本发明将仅通过例子予以描述，并参照附图，其中：

图1为按照本发明一个实施例的机床立体图；

图2为该机床正视图；

图3A及3B为刀具库各自的正视及侧视图；

图4为在机床中设置的断裂探测设备立体图；

图5A及5B各自为断裂探测设备的分解立体图和外罩拆除后断裂探测设备的正视图；

图6为显示控制数控机床的数字控制设备电气布置的方框图；

图7为主要显示在由数字控制设备CPU执行的机械加工程序中关于刀具断裂探测处理的流程图。

具体的实施方式

本发明的一个实施例将参照附图予以描述。参照图1及2，显示按照本发明的机床。机床包括底座1、安装在底座1上的X-轴线方向运送机构2、安装在X-轴线方向运送机构2上的Y-轴线方向运送机构3和安装在Y-轴线方向运送机构3上的Z-轴线方向运送机构4。

主轴5安装在Z-轴线方向运送机构4上，并且可旋转地支承在综合在主轴头6中的多个轴承(未示)上。主轴5由设置在驱动机构部分7中的主轴马达56(见图6)转动。主轴5在下端具有形成刀具插入孔(未示)，其中可以插入刀具。

刀具8配备刀具夹持器10，在该夹持器中可以固定例如钻头之类的刀具。刀具夹持器10具有柄部11。主轴5的刀具插入孔形成为具有对应于柄部11的锥度形状。主轴5包括夹持机构(未示)以便夹持插入在刀具插入孔中的刀具夹持器10。

工作台100设置在底座1上X-轴线方向运送机构2的前面。工作台100可以在水平平面内通过设置在底座内的马达(未示)旋转，使工作台100旋转安装在其上表面的卡盘101和在加工时固定在卡盘101上的工件(未示)。

刀具库12装在主轴头6的侧面并配置有多个如图3A所示刀具罐13。在固定于机床主体侧面的刀具库底座14内部设置运输机构15。刀具罐13固定于运输机构15。运输机构15包括一对可旋转安装在刀具库底座14内部的链轮16及17，循环链条18延伸在链轮16及17之间，而多个支架19固定在链条的外周。刀具罐13各自装在支架19上，使刀具罐13当链轮16被刀具库马达57旋转时(见图6)可以通过与链条一起的循环路线运输。

刀具罐13可旋转地装在各支架19上。基本上构成刀具库底座14外周边的内周边壁14a与刀具罐13接触。相应地，内周边壁14a限制刀具罐13的相对运动，从而使刀具罐13保持在这样的状态，即刀具8被引导趋向前方，如图3B所示。这样的状态将称作装入状态。

另一方面，在刀具库底座14的下端侧面形成标记开口14b。各刀具罐13容许在一个标记位置上旋转，在该位置上形成标记开口14b。结果，各刀具罐13如此旋转使刀具8向下。这样的刀具8状态在图3A中用双点划线表示并且将称作“可更换状态”。倾侧机构(未示)转动刀具罐13到装入状态或可更换状态并且如此设置使其可以对应于标记位置。

促动器罩壳20装在刀具库底座14的上部并封闭刀具库马达57(见图6)以便驱动链轮等，如以上所描述。日本专利No.3370906详细披露这些机构。

刀具更换机构25包括围绕平行于主轴5的轴线旋转的转臂26。转臂26夹住装在主轴5上的刀具夹持器10，和由刀具库12运送到预定位置的刀具夹持器10。刀具更换机构25然后降低转臂26以便刀具夹持器10从主轴5和刀具罐13各自分开。此后，刀具更换机构25旋转180°。刀具更换机构25然后移动转臂25向上安装另一刀具夹持器10到主轴5上并且返回以前的刀具夹持器10到刀具罐13。

断裂探测设备27安装在刀具库12中。断裂探测设备27包括封闭盖子30的罩壳28L及28R，盖子30还封装线性驱动马达29。小齿轮31装在线性驱动马达29的旋转轴上。小齿轮31适合于与齿条33啮合以便执行接触传感器部分32的线性位移。

夹持器34装在齿条33的侧面并向下延伸。接触传感器部分32装在夹持器34的远端。导杆支柱35结合在罩壳28L及28R的近端侧面。线性促动器36包括线性驱动马达29、小齿轮31和齿条33。当小齿轮31被线性驱动马达29转动时，接触传感器部分32在长度方向相对于断裂探测设备27、就是说在长度方向相对于夹持在装如状态的刀具罐13的刀具8与齿条33一起线性地移动。

接触传感器部分32包括探针转动马达37(驱动装置)，该马达具有安装探针的旋转轴，使探针38被探针转动马达37所旋转。刀具8的断裂探测依赖于接触传感器部分32是否紧靠刀具8。例如，当探针38转到最初或水平位置并且进而与刀具8(或钻头9之类)接触，从而中途停止旋转，接触传感器部分32的一个开关(未示)没有被开启。另一方面，当探针38转到最终位置而由于刀具8的断裂没有停止，接触传感器部分32的开关被开启，从而探测到刀具8的断裂。

图6为显示控制数控机床的数控设备40的电气布置的框图。数控设备40主要包括管理整个控制的主CPU 41(控制装置)和管理工件加工和更换刀具的从动CPU 42(控制装置)。主要部分ROM 43(只读存储器)和主要部分RAM 45(随机存储器)之类连接于主CPU 41。主要部分ROM 43储存用来操作控制设备本身的程序、常数等等。主要部分RAM45储存工件加工程序(数控程序)44和暂时记忆在控制下的变数、特征位等等。另一方面，从动部分ROM 46和从动部分RAM 47等等连接于主CPU41。从动部分ROM 46储存在控制下用于工件加工的马达驱动程序、常数、特征位等等。从动部分RAM 47暂时记忆在控制下用于工件加工的变数、特征位等等。

共用的RAM或CRAM(随机存取卡片存储器)48储存主CPU41给予从动CPU42 的指令和反向地从从动CPU 42传递到主CPU 41的信息。CRAM 48连接在主CPU41和从动CPU 42之间。主CPU 41和从动CPU 42二者均把信息写入CRAM 48或查询写入在CRAM 48上的信息。

连接在CPU 41上还有用于操作产生和输入加工程序等的键、用于启动一系列加工过程的启动开关和包括个别地操作确定在加工程序或其它目的中各步骤的手动开关的开关部分49。另外还有用于显示加工程序等的键盘50和阴极射线管51，以便查询所显示的加工程序等。

从动CPU 42连接于构成X-轴线方向运送机构2的X-轴线马达52、构成Y-轴线方向运送机构3的Y-轴线马达53和转动工作台101用的工作台转动马达54。从动CPU 42对这些马达52-54供给信号，使工件移动并使工件从机器的一侧变换到另一侧。从动CPU 42还连接于垂直移动(Z-轴线)马达55和主轴马达56以便对这些马达55、56提供信号，而使工件在一侧受到加工，和使其在决定实施加工的位置上由预定的刀具8加工。

从动CPU 42还在加工中当有要求时对刀具库马达57和刀具更换马达58供给信号，以便执行刀具的更换。此外，从动CPU 42驱动断裂探测设备27的线性驱动马达29，以便控制接触传感器部分32(要求对其实施位移)的位置。从动CPU 42还驱动接触传感器部分32的转动马达37以便转动探针38，从而实施对刀具8的断裂探测。

对工件加工的控制和更换刀具的控制，二者由从动CPU 42执行，均根据来自主CPU 41的指令。主CPU 41相继读取储存在主要部分RAM45的加工程序44，并在CRAM上写入关于工件加工的信息。从动CPU 42读取写入的信息以便控制上述工件的加工。

前面所说机床以如下方式运行。图7为主要显示由主CPU 41(和从动CPU 42)执行的加工程序中关于刀具断裂探测的流程图。主CPU 41读取并对于储存在主RAM 45中加工程序44的每一个方框解码(S1步)。根据包含在程序中的M码，主CPU 41然后决定命令是否说明探测到断裂(S2步)。当命令不说明探测到断裂(NO)时，主CPU 41决定命令是否说明需要更换刀具(S3步)。

当命令不说明需要更换刀具(NO)时，主CPU 41按照命令的内容执行加工或诸如此类(S4步)。主CPU 41然后决定加工程序是否结束(S5)。当加工程序并不结束(NO)，主CPU 41返回步骤S1。

另一方面，当命令说明探测到断裂(YES)时，例如，当命令为[M200]或[M201] 时，主CPU 41在主要RAM45的特征位储存区域设置探测特征位，以便在实施随后方框指明的更换刀具的命令(例如，[G100T01])后记住断裂探测的执行(S6步)。

按照当前用于加工的刀具8(按在程序中[T01]等的基础上决定)，主CPU 41然后从主要部分RAM45读取接触传感器部分32的移动位置(S7步)。移动位置P设置为对应于离开各刀具8远端向后在各刀具根部方向的位置，其精度以毫米计算。更具体地说，当L标志代表刀具的长度而D代表探测位置，以刀具8根部位置作为原点，断裂探测设备27对于位置P移动接触传感器部分32设置为(L-D)。主CPU 41通过从动CPU 42对断裂探测设备27的线性驱动马达29供给控制命令，移动接触传感器部分32到移动位置(断裂探测位置)P(S8步)并返回步骤S1。

当在步骤S1译出的命令为刀具更换命令(YES)时，主CPU 41执行实施刀具更换操作，在步骤S3通过从动CPU 42转动转臂20。主CPU 41然后决定探测特征位是否设定(S10步)。当决定探测特征位为没有设定(NO)时，主CPU41返回到步骤S1。当决定探测特征位设定(YES)时，主CPU 41确认接触传感器部分32已经移动到断裂探测位置P(在S11步为YES)，在刀具库12执行断裂探测(S12步)。更具体地说，主CPU 41通过从动CPU 42驱动探针转动马达37以便转动接触传感器部分32的探针38。

主CPU 41然后决定主CPU 41是否待命准备启动随后的加工直到得出探测结果(S13步)。例如，[M200]为待命准备启动随后的加工处理的命令。[M201]为不待命准备随后加工处理的命令。当命令说明不待命准备启动随后的加工时，在S14步骤已经待命准备启动随后的加工以后，主CPU 41重新设定探测特征位(S15步)。主CPU 41然后前进到步骤S1(第二模式)。另一方面，当命令说明为待命准备启动随后的加工时，主CPU 41前进到步骤S15(第一模式)。

更具体地说，无论断裂趋向于立即发生与否依赖于刀具8的类型。因此，当断裂并不趋向于立即发生时，极有可能主CPU 41可以解码并且执行加工程序44的随后命令。当断裂趋向于立即发生时，主CPU 41在探测结果得到确认以后就执行随后的命令。

在上述用于机床的断裂探测设备中，线性促动器36被驱动而使接触传感器部分32按照要求探测的刀具8移动到预定的位置。探针转动马达37被旋转而使探针38从刀具8的一侧与刀具8进行接触以便探测断裂。如此，由于探针38靠紧刀具8几乎没有尖端部分的一侧，由于靠紧引起的冲击造成的损坏将尽可能减少。

此外，断裂探测设备27设置在位于工件被所选择刀具8加工的加工区域以外的刀具库中。因此，为由断裂探测设备27的断裂探测所需要时间对于刀具8的加工处理没有影响，因此可以防止加工效率的降低并且可以保持加工效率。

在加工程序4中断裂探测命令处于刀具更换命令以前。如此，在要求探测的刀具8更换并到达断裂探测位置以前，接触传感器部分32是在刀具更换到断裂探测位置P上移动。虽然当线性促动器36移动接触传感器部分32产生震动，加工中的精度可以防止受到影响。此外，断裂探测设备探测断裂所需时间可以缩短。

此外，断裂探测位置P设置在各刀具8的长度L的基础上，或更具体地说，断裂探测位置P设置为对应于离开各刀具8远端向后在各刀具根部方向离开预定距离D的位置。因此，可以可靠地探测断裂即使当刀具具有不同的长度。此外，有一种情况，其中断裂探测位置P由于根据刀具8的类型的刀刃形状而受到限制。不过，这样的情况仍可以用上述断裂探测设备应付。

此外，断裂探测命令的描述可分为M码[M200]和[M201]。在前者[M200]情况中，随后的加工程序的命令在由接触传感器部分完成断裂探测操作后执行。在后者[M201]的情况中，随后的加工程序的命令是在从探针38的转动开始到断裂探测操作结束期间执行。相应地，由于选择适合按照刀具8类型的模式和使用刀具8的方式并予以执行，可以改进加工效率和缩短加工处理时间。

本发明不应该仅限于前面参照附图描述的实施例，还可以如下进行变型或扩充。断裂探测可以在每次刀具8变换到另一刀具时执行。

可以提供专用于控制断裂探测设备27的CPU(微处理器)。

当在步骤S8中接触传感器部分移动和在步骤S9完成变换刀具时间之间可以保证有足够时间长度时，在步骤S11的决定可以取消。

探针转动马达37的旋转速度可以调节，从而探针38的转动速度可以控制。由于设定最合适于断裂探测的转动速度，可以进一步减少对于刀具8和探针38的损坏。

主轴5可以只在Z-轴线方向移动，而工作台100方面可以在X-轴线和Y-轴线方向移动。

可以设置气缸作为转动探针的驱动源。或者[M200]或者[M201]可以用来作为在加工程序中的断裂探测命令。此外，当描述一种类型的断裂探测命令时，不论主CPU是否待命在断裂探测处理完成以前可以用开关输入之类设定。

在实施例中断裂探测设备设置在刀具库中。不过，断裂探测设备可以设置在由刀具8执行加工的加工区域以外的区域。

前面的描述和图纸仅仅为对于本发明原理的说明并不应理解为限制性的。各种变化和变型对普通本行业熟练人士是明显的。所有这些变化和变型均处于如所附权利要求定义的发明范围之中。

Claims

1.一种机床，其中选择容纳在刀具库(12)中的多个刀具(8)之一，以使用所选择的刀具(8)加工工件，其特征为：

接触传感器部分(32)，包括探针(38)和转动探针(38)的驱动装置(37)，接触传感器部分(32)检测转动的探针(38)与刀具(8)的接触；

线性促动器(36)，在长度方向相对要求探测的刀具(8)移动接触传感器部分(32)；和

断裂探测设备(27)，控制线性促动器(36)，使接触传感器部分(32)按照要求探测的刀具(8)移动到预定位置，使探针(38)从刀具(8)的一侧与该刀具(8)接触，从而探测刀具(8)的断裂。

2.按照权利要求1的机床，其特征为，断裂探测设备(27)能够控制接触传感器部分(32)的探针(38)的转动速度。

3.按照权利要求1或2的机床，其特征为，断裂探测设备(27)设置在使用所选择的刀具(8)对工件进行加工的加工区域以外的区域。

4.按照权利要求1或2的机床，其特征为，接触传感器部分(32)在要求探测的刀具(8)到达断裂被探测的位置以前移动到预定位置。

5.按照权利要求1或2的机床，其特征为，接触传感器部分(32)在刀具(8)更换为另一刀具时移动。

6.按照权利要求1或2的机床，其特征为，预定位置根据各刀具(8)的长度设定。

7.按照权利要求6的机床，其特征为，预定位置设置成从各刀具(8)的远端向各刀具(8)的根部一侧离开一预定尺寸。

8.按照权利要求1或2的机床，其特征为，加工程序(44)的命令在从接触传感器部分(32)的探针(38)开始转动时到断裂探测操作完成时为止的时期内执行。

9.按照权利要求8的机床，其特征为，第一模式，其中加工程序(44)的命令是在从接触传感器部分(32)的探针(38)开始转动时到断裂探测操作完成时之间的时期内执行，和第二模式，其中所述加工程序(44)的命令是在断裂探测已经完成后执行，第一或第二模式是可以选择的。

10.按照权利要求9的机床，其特征为，第一或第二模式可通过加工程序命令选择。

11.一种在机床中探测刀具断裂的方法，其中选择容纳在刀具库(12)中的多个刀具(8)之一，以使用所选择的刀具(8)加工工件，其特征为：

相对于要求探测的刀具(8)将接触传感器部分(32)移动至预定的长度方向位置，接触传感器部分(32)包括探针(38)和转动探针(38)的驱动装置(37)，并且检测转动的探针(38)与刀具(8)的接触；和

从刀具(8)一侧使探针(38)与刀具(8)进行接触，从而探测刀具(8)的断裂。

12.按照权利要求11的方法，其特征为，接触传感器部分(32)的探针(38)转动速度受到控制。

13.按照权利要求11或12的方法，其特征为，断裂探测设备(27)设置在使用所选择的刀具(8)对工件进行加工的加工区域以外的区域。

14.按照权利要求11或12的方法，其特征为，接触传感器部分(32)在要求探测的刀具(8)到达探测断裂的位置以前移动到所述预定的长度方向位置。

15.按照权利要求11或12的方法，其特征为，接触传感器部分(32)当刀具(8)更换为另一刀具时移动。

16.按照权利要求11或12的方法，其特征为，所述预定的长度方向位置根据各刀具(8)的长度设定。

17.按照权利要求16的方法，其特征为，所述预定的长度方向位置设置成从各刀具(8)的远端向各刀具(8)的根部一侧离开一预定尺寸。

18.按照权利要求11或12的方法，其特征为，加工程序(44)的命令在从接触传感器部分(32)的探针(38)开始转动时到断裂探测操作完成时为止的时期内执行。

19.按照权利要求18的方法，其特征为，第一模式，其中加工程序(44)的命令是在从接触传感器部分(32)的探针(38)开始转动时到断裂探测操作完成时为止的时期内执行，和第二模式，其中所述加工程序(44)的命令是在断裂探测操作已经完成后执行，第一或第二模式是可以选择的。

20.按照权利要求19的方法，其特征为，第一或第二模式是通过加工程序命令选择的。