TWI771490B - 機床 - Google Patents

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篠原孝哲
山浦充瑠
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日商西鐵城精機股份有限公司
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Abstract

本發明所提供的機床係使用沿著與X軸傾斜交叉的方向(Ys軸)移動的工具台來進行重疊控制的機床(100)，其係具備：具有主軸(111)的主軸台(110)及具有與主軸(111)的軸心方向平行的Z3軸的主軸(121)之主軸台(120)；可相對於主軸台(110，120)進行移動之多角刀架(131)；以多角刀架(131)的移動當作基準來對於主軸台(120)進行重疊控制之控制裝置(150)；多角刀架(131)係可分別朝往與Z軸都形成正交，並且以直角以外的角度互相交叉的X軸方向以及Ys軸方向進行移動，而控制裝置(150)則是將朝往Ys軸方向的移動與朝往X軸方向的移動予以合成，藉此，以令多角刀架(131)朝往不同於Ys軸及X軸之Y軸方向進行移動，並且，在進行重疊控制時，係控制成：當多角刀架(131)朝往Y軸方向移動時，限制因多角刀架(131)朝往Y軸方向移動時所伴隨之主軸台(120)之朝往X軸方向的移動。

Description

機床
本發明係關於機床。
在具有對於加工對象物進行加工的複數個主軸台之自動車床之類的機床的情況下，係有：對應於以工具來針對於被保持在既定的主軸台的主軸上的加工對象物進行加工之工具台的移動，依據重疊控制來令其他的主軸台進行移動，藉此，來針對於被保持在其他的主軸台的加工對象物以工具台的工具同時進行加工的情事存在(例如：請參考專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特許第2800124號公報
然而，工具台若是設置成：可分別沿著X軸(例如：水平方向)以及對於X軸並未正交而是呈傾斜交叉 的方向之傾斜Y軸(稱為Ys軸)進行移動的情況下，在令工具台朝往與X軸方向正交的Y軸方向(例如：鉛直方向)移動時，則必須將X軸方向的移動與Ys軸方向的移動加以合成。
但是，在執行上述的重疊控制時，可能會有：隨著工具台之朝往Y軸方向的移動所衍生的朝往X軸方向的移動，而導致被執行重疊控制的主軸台朝往X軸方向移動，因而損及工具台與主軸台的位置關係之情事發生。
本發明係有鑒於上述情事而開發完成的，其目的是要提供：一種機床，其工具台係具有：朝往X軸方向的移動軸以及朝往與X軸並未正交之傾斜方向的移動軸，且可將兩個移動軸予以合成而使得工具台朝往Y軸方向移動，並且在工具台朝往Y軸方向移動時，可限制主軸台之依據重疊控制所致的移動。
本發明的機床，係具備：可朝往X軸方向移動的主軸台、具有前述X軸方向的移動軸以及與前述X軸方向傾斜交叉的方向的移動軸，且可相對於前述主軸台進行移動的工具台、用來執行前述工具台與前述主軸台的移動的重疊控制之控制部，前述工具台係藉由合成沿著兩個前述移動軸的移動，而可朝往Y軸方向移動，前述控制部係具有限制機構，而該限制機構，係當前述工具台朝往前 述Y軸方向移動時，用來限制隨著前述工具台朝往前述Y軸方向移動所伴隨之前述主軸台之依據前述重疊控制所致的移動。
根據本發明的機床，係具備朝往X軸方向的移動軸以及朝往未與X軸正交之傾斜方向的移動軸，藉由合成這兩個移動軸而可使工具台朝往Y軸方向移動，並且藉由限制：當工具台朝往Y軸方向移動時所伴隨之主軸台依據重疊控制所致的移動，而能夠維持工具台與主軸台的位置關係。
100:機床
110:主軸台
111:主軸
120:主軸台
121:主軸
131:多角刀架(多角刀架工具台)
141:Z3軸移動機構
142:X3軸移動機構
143:X2軸移動機構
144:Z2軸移動機構
145:Ys軸移動機構
146a:軌道
146b:基台
146c:中間台
146d:支承台
147:多角刀架移動機構
150:控制裝置
160:工具支架
161:工具
162:工具
163:工具
164:工具
第1圖係顯示：本發明的其中一種實施方式的機床之平面圖。
第2圖係從Z3軸方向觀察多角刀架時的側面圖。
第3圖係顯示：已裝設了工具後的工具支架被安裝在多角刀架上的狀態的立體圖。
第4圖係顯示：時間常數TX2相對性的比較小且移動速度相對性的比較快之X2軸移動機構、以及時間常數TYs相對性的比較大且移動速度相對性的比較慢的Ys軸移動機構之移動速度的過渡性變化之統計圖。
第5圖係顯示：將時間常數TX2與時間常數TYs設定成 相同值的情況下之X2軸移動機構與Ys軸移動機構的移動速度的過渡性變化之統計圖。
以下將說明本發明的機床的實施方式。第1圖係顯示本發明的其中一種實施方式的機床100之平面圖。機床100是NC自動車床，如第1圖所示，係具備兩個主軸111，121。其中一方的主軸111(以下，稱第1主軸111)係設置在被固定的主軸台110。第1主軸111，係可握持著例如：棒狀的工件(加工對象物)並且將其沿著第1主軸111的軸心方向予以給送出去。
另一方的主軸121(以下，稱第2主軸121)，係以與第1主軸111呈相對向的狀態設置在主軸台120。第2主軸121係配置成：使其軸心方向即Z3軸係與第1主軸111的軸心方向Z1保持平行。主軸台120係設置成：既可沿著Z3軸方向移動，又可朝往與Z3軸正交的水平方向(X3軸方向)移動。
機床100係具備：可令主軸台120朝往Z3軸方向移動的Z3軸移動機構141、以及可令主軸台120朝往X3軸方向移動的X3軸移動機構142。Z3軸移動機構141及X3軸移動機構142皆為利用電動馬達和可與電動馬達的軸的旋轉同步地進行旋轉的滾珠螺桿所構成的。各滾珠螺桿是分別朝往Z3軸方向、X3軸方向延伸。
多角刀架工具台131(以下，稱多角刀架131) 係設置成：可以軸C為中心進行旋轉，並且可自由的定位在第1主軸111與第2主軸121之間。多角刀架131，係在其形成於軸C的外圍上的複數個(本實施例係顯示具有12個)刀架面上，保持著車刀、鑽頭之類的工具。如第2圖所示，多角刀架131係設置成：可利用多角刀架移動機構147而分別在第1主軸111與第2主軸121上進行移動。
多角刀架移動機構147係具備：朝往與X3軸平行的X2軸方向延伸的軌道146a、載置在軌道146a上且可朝往X2軸方向移動的基台146b、載置在基台146b上且可朝往Z1軸及與Z3軸平行的Z2軸方向移動的中間台146c、載置在中間台146c上且可朝往與Z2軸正交但並未與X2軸正交之Ys軸方向移動的支承台146d。多角刀架131係設置在支承台146d上，並且能夠以與Z2軸平行的軸C為中心進行旋轉。此外，Ys軸係朝往對於與Z2軸正交的鉛直方向即Y軸方向呈傾斜的方向延伸，而與X軸方向傾斜交叉。
此外，多角刀架移動機構147係具備：可令多角刀架131朝往X2軸方向移動的X2軸移動機構143、可令多角刀架131朝往Z2軸方向移動的Z2軸移動機構144、可令多角刀架131朝往Ys軸方向移動的Ys軸移動機構145。從而，多角刀架131係具備：分別朝往Z2軸方向、X2軸方向及Ys軸方向的三個移動軸，係可相對於主軸台110，120沿著各移動軸進行移動。X2軸移動機構143、Z2軸移動機構144及Ys軸移動機構145都是利用電動馬達以及與電動馬達的軸的旋轉同步地旋轉的滾珠螺桿所構成的。各滾珠螺桿 分別朝往X2軸方向、Z2軸方向、Ys軸方向延伸。
在藉由X2軸移動機構143而朝往X2軸方向移動的基台146b上，是載置著Z2軸移動機構144，在藉由Z2軸移動機構144而朝往Z2軸方向移動的中間台146c上，則是載置著Ys軸移動機構145。在藉由Ys軸移動機構145而朝往Ys軸方向移動的支承台146d上，則是載置著多角刀架131。
又，機床100係具備：控制裝置150，其係除了控制多角刀架131的旋轉驅動之外，也用來控制Z3軸移動機構141、X3軸移動機構142、X2軸移動機構143、Z2軸移動機構144、Ys軸移動機構145的各種動作等。控制裝置150係與習知技術同樣地，可用來控制：將多角刀架131旋轉到既定的旋轉位置，將第2主軸121、多角刀架131移動到特定的位置。
機床100，係藉由控制裝置150的控制，而可令多角刀架131以軸C為中心進行旋轉，且選擇被保持在特定的多角刀架面上的工具，並且令第2主軸121、多角刀架131移動到特定的位置，利用所選擇的工具，來對於被保持在第1主軸111上的工件或被保持在第2主軸121上的工件進行加工。
在多角刀架131上係安裝著針對於被第1主軸111所保持的工件進行加工的工具、以及針對於被第2主軸121所保持的工件進行加工的工具，並可將兩個工具配置成：藉由旋轉多角刀架131來選擇與其中一方的工具對應 的第1主軸111或第2主軸121，而另一方的工具則是選擇第2主軸121或第1主軸111。
機床100，為了針對於第1主軸111所保持的工件執行預先設定的加工，在控制多角刀架131的移動時，控制裝置150是進行多角刀架131與第2主軸121的移動之重疊控制，如此一來，可在對於第1主軸111所保持的工件進行加工的同時，也對於第2主軸121所保持的工件進行加工。
在多角刀架131上，係藉由工具支架160來安裝著各種工具。第3圖所示的例子，是在工具支架160上安裝著針對於第1主軸111的工件進行加工的工具161，163和針對於第2主軸121的工件進行加工的工具162，164。
在本實施方式中，工具161的刀口與工具162的刀口、以及工具163的刀口與工具164的刀口，分別都是X軸方向(與X2軸及X3軸平行的方向)的位置及Y軸方向的位置是相同，但是Z軸方向(與Z2軸及Z3軸平行的方向)的位置是不同。又，相對於工具161的刀口之工具163的刀口以及相對於工具162的刀口之工具164的刀口，X軸方向的位置是相同，Y軸方向的位置是不同。
在維持著執行重疊控制的狀態下，想要將工具161變更為工具163的話，多角刀架131就將工具163的刀口移動到工具161的刀口的位置P2a。
從工具161選擇變更為工具163，係可藉由將多角刀架131移動到Y軸方向來執行。藉由從工具161選擇 變更為工具163，工具162也被選擇變更為工具164。多角刀架131之朝往Y軸方向的移動，係藉由將Ys軸移動機構145所執行的沿著Ys軸方向的移動以及X2軸移動機構143所執行的沿著X2軸方向的移動之兩種方向的移動予以合成而達成的。
當多角刀架131朝往Y軸方向移動時，因應Ys軸移動機構145的作動，X2軸移動機構143也進行作動，多角刀架131將會產生朝往X2軸方向的移動。控制裝置150，在維持著執行重疊控制的狀態下，欲使多角刀架131朝往Y軸方向移動的話，就必須進行限制第2主軸121的移動之控制，詳細地說，當依據重疊控制而促使多角刀架131朝往Y軸方向移動時，與X2軸移動機構143的作動相對應的X3軸移動機構142所致的第2主軸121的移動係受到限制。
如此一來，在將並排在Y軸方向上的工具161，163所執行的加工進行切換，而切換成以工具162，164來進行加工的情況下，當進行這種切換時，X3軸移動機構就不再追隨多角刀架131的移動，可以防止：相對於切換後被配置在新的基準位置上的工具163，第2主軸121產生位置偏離的現象，而可依據重疊控制來促使第2主軸121適切地移動。是以，控制裝置150就可以發揮作為限制機構的功能，該限制機構，係將多角刀架131朝往Y軸方向移動時所伴隨的主軸台120朝往X軸方向的移動，予以限制成：不要執行主軸台120依據重疊控制所致的移動。
在控制裝置150當作限制機構來發揮功能時的控制方式，係可採用例如：當多角刀架131朝往Y軸方向移動時，將第2主軸121之依據重疊控制所致的移動，是以多角刀架131之X軸方向的座標位置當作基準來進行控制。對於多角刀架131而言，工具164的刀口位置是預先設定好的，因此，安裝在多角刀架131上的工具164的刀口位置，係設定在第2主軸121之依據重疊控制所致的移動的基準位置。藉由將進行重疊控制的基準位置予以設定在工具164的刀口位置，即可很簡單地就控制成：限制多角刀架131之朝往Y軸方向移動所伴隨的第2主軸121之依據重疊控制所致的移動。
在控制裝置150當作限制機構來發揮功能時的控制方式，亦可採用例如：先在與多角刀架131朝往Y軸方向移動所伴隨的第2主軸121之依據重疊控制所致的朝往X軸方向移動的方向相反的方向上，加入依據重疊控制所致的第2主軸121之朝往X軸方向移動的量(距離或座標)，然後進行定位控制，促使第2主軸121進行移動的方式來進行控制。這種情況係屬於在控制裝置150內部所進行的處理，無需中斷重疊控制，只要利用與進行加工時之第2主軸121對於多角刀架131所做的相對性的移動相同的處理，即可達成。
機床100之各軸的移動機構的時間常數，為了迅速地令移動機構進行移動起見，分別都是預先設定在較小的值(最小值)。X2軸方向的時間常數TX2是小於Ys軸 方向的時間常數TYs，往X2軸方向之一定的移動速度VX2係設定成大於往Ys軸方向之一定的移動速度VYs。
此處所稱的「利用X2軸移動機構143來朝往X2軸方向移動時的時間常數TX2」係指：多角刀架131之朝往X2軸方向移動的速度從0起迄到達一定的移動速度VX2為止的時間，時間常數TX2愈小，即表示到達一定的移動速度VX2所需的時間愈短，時間常數TX2愈大，即表示到達一定的移動速度VX2所需的時間愈長。
同樣地，所稱的「利用Ys軸移動機構145來朝往Ys軸方向移動時的時間常數TYs」係指：多角刀架131之朝往Ys軸方向移動的速度從0起迄到達一定的移動速度VYs為止的時間，時間常數TYs愈小，即表示到達一定的移動速度VYs所需的時間愈短，時間常數TYs愈大，即表示到達一定的移動速度VYs所需的時間愈長。
從而，若是依照原本預設的時間常數(設定成較之時間常數TYs更小值的時間常數TX2)來促使X2軸移動機構143與Ys軸移動機構145同時作動的話，係如第4圖所示，利用X2軸移動機構143所達成之往X2軸方向的移動速度VX2將會較之利用Ys軸移動機構145所達成之往Ys軸方向的移動速度VYs更快到達移動速度VX2。
朝往Ys軸方向的移動速度VYs將會較之朝往X2軸方向的移動速度VX2更慢到達移動速度VYs。因此，若促使兩個軸同時作動的話，將朝往X2軸方向的移動速度VX2與朝往Ys軸方向的移動速度VYs加以合成(向量和)而 獲得的朝往Y軸方向的移動速度(在第4圖中以粗虛線表示)，在到達時間t1之前是對應於X2軸方向的增加之移動速度，在到達時間t2的時點就到達一定的移動速度V1。
因此，本實施方式的機床100，在將朝往X2軸方向的移動與朝往Ys軸方向的移動加以組合而促使多角刀架131朝往Y軸方向移動時，控制裝置150進行調整兩者的移動速度的方式如下：先將時間常數TX2與時間常數TYs設定為相同，而使得兩者之朝往X2軸方向的移動互相抵銷而成為沿著Y軸方向的移動，並且將利用X2軸移動機構143所達成的朝往X2軸方向的移動速度VX2與利用Ys軸移動機構145所達成的X2軸方向的分速度VYs(X2)之兩者，予以變成朝往相反方向且兩者的絕對值相同。
具體而言，係加大時間常數TX2來與時間常數TYs湊齊一致，而將時間常數TX2與時間常數TYs設定成相同，並且是以讓兩者在X2軸方向上的移動互相抵銷的方式，來將利用X2軸移動機構143所達成的朝往X2軸方向的移動速度VX2調整成與利用Ys軸移動機構145所達成的X2軸方向的分速度VYs(X2)相同。
以這種方式，將兩個時間常數TX2、時間常數TYs設定成相同值，並且將兩者之沿著兩個移動軸移動時之各自的移動速度，以藉由移動相同時間來使得兩者在X2軸方向上的移動互相抵銷的方式，來調整兩個軸的移動機構143，145之移動速度，藉此，來促使X2軸移動機構143與Ys軸移動機構145同時作動的情況下，係如第5圖所 示般地，時間t1與時間t2是以相同的時間到達移動速度VX2與移動速度VYs，朝往Ys軸方向的移動與朝往X2軸方向的移動合成之後係沿著Y軸方向。
從而，本實施方式的機床100，將朝往X2軸方向的移動與朝往Ys軸方向的移動組合在一起，來使多角刀架131朝往Y軸方向移動時，在朝往Y軸方向的移動速度到達一定的移動速度之前的期間，是不要讓它產生朝往X2軸方向的移動成分，而是以合成朝往Ys軸方向的移動速度與朝往X2軸方向的移動速度，來達成朝往Y軸方向的一定的移動速度V2的方式，使得多角刀架131沿著Y軸方向移動。
控制裝置150，若是不令多角刀架131朝往Y軸方向移動，而是促使Ys軸移動機構145與X2軸移動機構143獨立地作動的情況下，可將時間常數TX2設定在最小值的時間常數TX2，在短時間內就使其到達移動速度VX2而可加快X2軸移動機構143的移動。
本實施方式的機床100，雖然是將時間常數TX2設定在較之時間常數TYs更小的值，但是，如果是與這種設定相反地，將時間常數TYs設定在較之時間常數TX2更小值的話，欲使多角刀架131朝往Y軸方向移動時，控制裝置150只要以將相對性的較小的時間常數TYs來與相對性的較大的時間常數TX2湊齊一致的方式，來將時間常數TYs設定成與時間常數TX2相同的值即可。
關於朝往X2軸方向移動時的時間常數TX2或 朝往Ys軸方向移動時的時間常數TYs、及X2軸方向的移動速度VX2或Ys軸方向的移動速度VYs的切換，係可採用本實施方式的機床100所揭示的方式，係因應多角刀架131是否要朝往Y軸方向移動而來進行切換，除此之外，也可以因應加工的種類來進行切換。
例如：在進行車削加工時，控制裝置150將時間常數TX2設定在預設的最小值的時間常數，並且使用旋轉工具進行加工(例如：銑削加工)時，亦可先調整各軸方向的移動速度，並且將時間常數TX2設定成與時間常數TYs相同的值。
又，當主軸正在旋轉時，控制裝置150亦可將時間常數TX2設定在預設的最小值的時間常數，當主軸未旋轉而是設在多角刀架131上的旋轉工具正在旋轉時，亦可先調整各軸方向的移動速度，並且將時間常數TX2設定成與時間常數TYs相同的值。
此外，控制裝置150係可因應表示：用來保持被安裝在多角刀架131上的工具的保持具的種類的資訊，來進行切換成：將朝往X2軸方向移動時的時間常數TX2設定成預設的最小值的時間常數，或者，將朝往X2軸方向移動時的時間常數TX2設定成與時間常數TYs相同的值，並且調整朝往各軸方向的移動速度。
亦即，用來表示工具保持具的種類的資訊，是呈現出外徑車刀保持具或內徑車刀保持具的話，就是屬於車削加工，因此，控制裝置150就將時間常數TX2設定成 預設的最小值的時間常數。如果是呈現出旋轉工具單元的資訊時，則是銑削加工之類的使用旋轉工具來進行的加工，因此，控制裝置150亦可先調整朝往各軸方向的移動速度，並且將時間常數TX2設定成與時間常數TYs相同的值。
又，可對應於用來表示加工動作的加工模式，先判定出是車削加工或者是使用旋轉工具的加工，若是被設定在表示車削加工的加工模式時，控制裝置150就將時間常數TX2設定成預設的最小值的時間常數，若是被設定在表示使用旋轉工具的加工的加工模式時，控制裝置150亦可先調整朝往各軸方向的移動速度，並且將時間常數TX2設定成與時間常數TYs相同的值。
[與相關連的申請案的互相參照]
本申請案是依據在2017年9月12日向日本國特許廳提出申請的專利申請案之特願2017-174455來主張優先權，因此，該專利申請案的所有揭示內容都完全地被寫入本說明書中。
131‧‧‧多角刀架(多角刀架工具台)
143‧‧‧X2軸移動機構
144‧‧‧Z2軸移動機構
145‧‧‧Ys軸移動機構
146a‧‧‧軌道
146b‧‧‧基台
146c‧‧‧中間台
146d‧‧‧支承台
147‧‧‧多角刀架移動機構

Claims (6)

  1. 一種機床，其係具備： 　　可朝往X軸方向移動的主軸台； 　　具有前述X軸方向的移動軸以及與前述X軸方向傾斜交叉的方向的移動軸，並且可相對於前述主軸台進行移動的工具台； 　　執行前述工具台與前述主軸台的移動的重疊控制之控制部； 　　前述工具台，係藉由將沿著兩個前述移動軸的移動予以合成，而可朝往與前述X軸正交的Y軸方向進行移動， 　　前述控制部係具有限制機構，該限制機構係用來限制：當前述工具台在前述Y軸方向上的移動時所伴隨之前述主軸台之依據前述重疊控制所致的移動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的機床，其中，前述限制機構，係令前述主軸台朝往與依據前述重疊控制所致的移動的方向相反的方向，移動了與依據前述重疊控制所致的移動相同的移動量，藉此，來對於前述主軸台限制其依據前述重疊控制所致的移動。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的機床，其中，前述限制機構，係將裝設在被執行依據前述重疊控制所致的移動之前述工具台上的工具的刀口位置，當作前述重疊控制中的前述主軸台的基準位置來進行設定，藉此，來對於前述主軸台限制其依據前述重疊控制所致的移動。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項之任一項所述的機床，其中，前述工具台，係設置在具備：可朝往前述X軸方向移動的基台、設在前述基台上且可朝往與前述X軸及前述Y軸都正交的Z軸方向移動的中間台、設在前述中間台上之可朝往與前述X軸方向傾斜交叉的方向移動的支承台，之移動機構中的前述支承台上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的機床，其中，前述控制部，在令前述工具台朝前述Y軸方向移動時，係將分別沿著兩個移動軸移動時的時間常數設定為相同，並且將分別沿著兩個移動軸移動時的移動速度設定成：藉由移動相同的時間而使得兩者在X軸方向上的移動互相抵銷。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的機床，其中，前述控制部，在不令前述工具台朝往前述Y軸方向移動時，係將在前述兩個移動軸上移動時的時間常數設定成彼此不同的值。
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