专利名称：加工中心的制作方法
技术领域：
本发明涉及一边可适当地更换刀具一边可对工件进行加工的加工中心，更详细地说，涉及具备所谓的无臂式刀具自动更换装置的加工中心。
背景技术：
加工中心具有载置工件的工作台、驱动所支撑的刀具而加工工件的主轴、自动地更换该主轴上的刀具的刀具自动更换装置，从而被构成为可适当地更换刀具并对工件进行加工。作为该刀具自动更换装置，可以举例有由ATC臂或移动架或ATC臂驱动单元构成的(有臂式刀具自动更换装置)以及不用ATC臂而仅靠刀具库及主轴的移动定位动作来进行刀具更换的无臂式刀具自动更换装置。
后者的无臂式与前者的有臂式相比，其特征在于，不需要ATC臂或移动架或ATC臂驱动单元，从而相应程度地使结构简单，并能够随之而降低装置成本，降低刀具更换时的不良状况的发生率(例如，参照特开平06-218645号公报)。
下面，按照图8～10对这种无臂式刀具自动更换装置中的刀具更换动作进行说明。其中，这些图是表示以往的刀具更换方法的示意图，图8是说明将主轴上的刀具取下而收容在刀具库中的状态的示意图，图9是表示刀具库移动的状态的示意图，图10是表示将刀具装设在主轴上的状态的示意图。
在这些附图中，标号111表示为加工工件而驱动刀具的主轴，标号121表示收容各种刀具的刀具库，标号Ai表示从主轴111上取下而被收容在刀具库121中的刀具(以下称为“当前刀具”)，标号Ai+1表示要装在主轴111上的刀具(以下称为“下一刀具”)。
图8(a)是表示主轴111移动而将当前刀具Ai插入到刀具库121的空刀具套中的状态的示图。该当前刀具Ai在插入到空刀具套中的同时与主轴111的配合被解除(参照同图(b))。然后，主轴111在将刀具Ai保留在空刀具套中的状态下提升(参照同图(b)～(e)中标号U)，在其与刀具Ai之间形成的间隙为d的时刻停止(参照同图(f))。
其次，使刀具库121沿着下一刀具Ai+1的轴心CT3向主轴111的轴心CT1靠近的方向B转动(参照图9(a)～(c))，在所述的轴心CT1、CT3一致的时刻停止刀具库121的转动(参照图10(a))。在其转动位置使主轴111下降而进行下一刀具Ai+1的装设(参照同图(b)～(f)中的标号D)。
然后，使主轴111和刀具Ai+1自刀具库121脱离，再次开始进行工件的加工。
不过，在具有上述无臂式刀具自动更换装置的情况下，因为是将主轴111的移动U及停止(参照图8)、刀具库121移动B及停止(参照图9)、主轴111的移动D(参照图10)依次地进行，所以存在有导致刀具更换需要花费时间、且生产率低这样的问题。
发明内容
因此，希望有一种能够实现装置成本的降低以及刀具更换时的不良状况发生率的降低，同时能够迅速地进行刀具更换的加工中心。
本发明的加工中心，是具备驱动被装卸自如地支撑着的刀具而对工件进行加工的主轴、和具有用于收容从该主轴上拆卸下来的刀具的空的刀具套及收容着用于装设在该主轴上的其他的刀具的刀具套的刀具库的，可通过该刀具库适当更换刀具并且通过前述主轴驱动刀具、从而进行工件的加工的加工中心，其被构成为在前述主轴上形成有能够与前述刀具的锥柄部相配合而将该刀具保持在主轴上的、被形成为锥状的刀具装设部；设置有能够进行刀具拆卸工序及刀具装设工序中的至少某一工序的主轴驱动控制部，其中所述的刀具拆卸工序是在将刀具收容在上述刀具库的空的刀具套中之后、对前述主轴沿其轴心方向进行移动驱动而从前述主轴上将刀具拆卸的工序，所述的刀具装设工序是为了将被收容在前述刀具套中的刀具装设在前述主轴上而对前述主轴沿其轴心方向进行移动驱动的工序；设置有沿与前述主轴的轴心方向垂直的方向移动驱动前述刀具套而切换接近前述主轴的刀具套的刀具套驱动控制部；且设置有为了同时实施用于执行前述刀具拆卸工序或前述刀具装设工序的沿前述轴心方向的前述主轴的移动、和沿与该轴心方向垂直的方向的前述刀具套的移动，而对前述主轴驱动控制部及前述刀具套驱动控制部进行控制的同步控制部。
在这种情况下，因为是以同时实施用于执行前述刀具拆卸工序或前述刀具装设工序的沿前述轴心方向的前述主轴的移动、以及沿与该轴心方向垂直的方向的前述刀具套的移动的方式构成的，所以与在这些工序中不移动驱动该刀具套的情况相比，能够缩短刀具更换时间，提高生产率。
本发明的特征还在于，前述主轴驱动控制部在执行前述刀具拆卸工序后，执行使前述主轴停止在能够回避与被收容在前述刀具套中的刀具的干涉的位置上的主轴停止工序，然后再执行前述刀具装设工序。
在这种情况下，因为使前述主轴停止在能够回避与收容在前述刀具套中的刀具的干涉的位置上，所以能够防止该主轴从刀具库离开过多而超过必要距离，能够缩短刀具更换时间。
本发明的特征还在于，设置有保存关于前述刀具的形状的数据的刀具数据存储部和移动距离计算装置；该移动距离计算装置是根据前述主轴或前述刀具套的移动距离和前述刀具数据存储部所保存着的关于刀具的形状的数据，求取能够不使前述主轴及前述刀具相干涉地使前述刀具套或前述主轴移动的移动距离的移动距离计算装置；前述同步控制部一边按照前述移动距离计算装置所求得的移动距离使前述主轴或前述刀具套移动，一边执行前述各工序。
在这种情况下，即使是任何形状的刀具，都能够避免在刀具更换时主轴与刀具的干涉。
本发明的特征还在于，设置有移动速度存储部，该移动速度存储部存储着表示沿前述轴心方向的前述主轴的移动速度的主轴移动速度模式、和表示沿与前述轴心方向垂直的方向的前述刀具套的移动速度的刀具套移动速度模式；前述主轴驱动控制部按由前述移动速度存储部所存储的主轴移动速度模式移动驱动前述主轴；前述刀具套驱动控制部按由前述移动速度存储部所存储的刀具套移动速度模式移动驱动前述刀具套；前述同步控制部，控制开始由前述主轴驱动控制部执行的前述主轴的移动驱动的定时(タイミング)以及由前述刀具套驱动控制部执行的前述刀具套的移动驱动的定时。
在这种情况下，能够以简单的结构及控制，避免在刀具更换时主轴与刀具的干涉。
本发明的特征还在于，在前述主轴驱动控制部执行前述刀具拆卸工序、前述主轴停止工序以及前述刀具装设工序的期间，前述刀具套驱动控制部以沿与前述轴心方向垂直的一个方向连续移动驱动前述刀具套的方式进行控制。
在这种情况下，因为前述刀具套连续移动驱动，所以能缩短刀具更换时间，提高生产率。
图1是表示本发明的加工中心的构造的一例的侧视图。
图2是表示本发明的加工中心的构造的一例的俯视图。
图3是表示本发明的加工中心的控制装置的构造的一例的框图。
图4(a)～(e)是表示将主轴上的刀具取下而收容在刀具库中的状态的示意图。
图5(a)～(e)是表示刀具库的移动的状态的示意图。
图6(a)～(e)是表示将刀具装设在主轴上的状态的示意图。
图7是表示刀具更换的顺序的流程图。
图8是用于说明在以往的刀具更换方法中将主轴上的刀具取下而收容在刀具库中的状态的示意图。
图9是表示在以往的刀具更换方法中刀具库的移动的状态的示意图。
图10是表示在以往的刀具更换方法中将刀具装设在主轴上的状态的示意图。
具体实施例方式
图1是表示本发明中的加工中心的构造的一例的侧视图；图2是表示本发明中的加工中心的构造的一例的俯视图；图3是表示本发明中的加工中心的控制装置的构造的一例的框图；图4(a)～(e)是表示将主轴上的刀具取下而收容在刀具库中的状态的示意图；图5(a)～(e)是表示刀具库的移动的状态的示意图；图6(a)～(e)是表示将刀具装设在主轴上的状态的示意图。
如图1所示，本发明中的加工中心1具有装卸自如地支撑刀具Ai(仅示出上部分)的主轴11、和具有多个用于收容刀具Ai-1、Ai+1的刀具套的(参照图2中的标号21a、21b)的刀具库21。如图4(a)所示，在该刀具库21中，至少一个刀具套21a是处于并未收容有刀具的状态的空刀具套，是用于收容从前述主轴11上取下的刀具Ai的套(本说明书中称作“空刀具套”)，至少有一个刀具套21b是收容有装设在主轴11上的刀具之外的另一刀具Ai+1的套(以下，简称为“刀具套”)。因此本发明中的加工中心1，被构成为由该刀具库21适当地更换刀具、并由上述主轴11驱动刀具而对工件W进行加工，但这种刀具更换，不用刀具更换专用的臂，而仅靠刀具库21及主轴11的移动定位动作来进行。也就是说，使用的是所谓的无臂式的刀具自动更换装置。
本说明书中，为了便于说明，将处于收容在主轴11上的状态下的刀具称为“当前刀具Ai”；将从主轴11上取下的刀具称为“前一刀具Ai-1”；把将要替换当前刀具而装设在主轴11上的刀具称为“下一刀具Ai+1”。另外，在没有特别地加以区别或强调的必要时，简称“刀具A”。
在该加工中心1中所使用的刀具A，如图4(a)所示，具有对工件W进行加工的刀具部a1和大体呈圆锥形状的锥柄部a2，并以使锥柄部a2突出的状态收容在刀具套21a、21b中。并且，在前述主轴11上形成有被形成为锥状的刀具装设部11a，该刀具装设部11a是以可与前述刀具A的锥柄部a2配合而将该刀具A保持在主轴11上的方式构成的。该锥柄部a2由于上方比下方更细，所以能够如图4(d)、(e)的箭头B、U以及图6(b)、(c)的箭头B、D所示，同时驱动主轴11和刀具库21(并且是以主轴的移动方向与刀具套的移动方向垂直的方式)(后面详述)。
另外，前述主轴11，通过主轴箱12而被以可自由地旋转驱动的方式支撑，同时被构成为可由主轴马达(参照图3中标号M1)旋转驱动。另外，该主轴箱12被以能够沿主轴11的轴心CT1的方向(Z轴方向)自由移动的方式支撑在立柱部13上，在前述主轴箱12和前述立柱部13之间介设有第一驱动装置14，从而构成为能够将前述主轴箱12与前述主轴11一起在该方向上移动驱动。进而，前述立柱部13被以在水平方向(Y轴方向)上能够自由移动的方式支撑在基座部15上，在前述立柱部13和前述基座部15之间介设有第二驱动装置16，从而构成为能够使前述立柱部13及前述主轴箱12与前述刀具Ai一起在该方向上移动。并且，由主轴11支撑着的刀具Ai，可基于由所述的主轴马达M1、第一驱动装置14、第二驱动装置16进行的驱动而对工件W进行加工。在这种情况下，作为第一驱动装置14和第二驱动装置16，是由滚珠丝杠141、161和伺服马达142、162构成的，可以利用将旋转运动转换成直线运动那样的公知的驱动装置。
此外，工件W最好预先放置在配置于主轴11下侧的工作台31上。另外，该工作台31最好预先在以能够在水平面内自由移动的方式构成的同时，设定为能够由工作台驱动马达(参照图3中的标号M2)移动驱动。
另一方面，关于刀具库21，被构成为前述刀具套21a、21b可通过第三驱动装置22和第三驱动装置控制部(参照图3中的标号59)在与主轴轴心方向垂直的方向(对于“垂直的方向”也包括大致垂直的方向。在本说明书中均为如此)B上移动。具体来说，第三驱动装置22和第三驱动装置控制部59可在执行下述各工序时，移动驱动各刀具套21a、21b；所说的各工序是将空刀具套21a移动到基准位置(刀具更换位置)A0然后使之停止、并通过使主轴11移动到该位置A0而从主轴11上取下刀具Ai的工序(后述刀具拆卸工序)；以及将收容着下一刀具的刀具套21b移动到刀具更换位置A0然后停止、并通过使主轴11移动到该位置A0而将下一刀具Ai+1装设在该主轴11上的工序(后述刀具装设工序)。也就是说，第三驱动装置22和第三驱动装置控制部59构成了既使空刀具套21a向主轴11接近(参照图4(a)、(b))，又使刀具套21b(即收容有下一刀具Ai+1的刀具套)向主轴11接近(参照图6(a))，从而对接近前述主轴11的刀具套进行切换的刀具套驱动控制部。此外，该刀具库21，最好是设为被可围绕与主轴11的轴心CT1平行的轴心(参照图1中的标号CT2)自由旋转驱动地支撑，并由第三驱动装置22旋转驱动。并且，空刀具套21a和刀具套21b，在刀具库21中最好是沿着以前述轴心CT2为中心的一个同心圆(参照图2中标号24)而配置。此外，空刀具套21a的数量既可以是一个也可以是多个，刀具套21b的数量也同样既可以是一个也可以是多个。另外，作为刀具库，也可以采用用链条连结着空刀具套和刀具套的形式的刀具库。
此外，虽然为了刀具更换，有必要预先使空刀具套21a和刀具套21b停止在刀具更换位置A0，但为了在工件加工时避免干涉，最好预先刀具库21整体从刀具更换位置A0退避开。为此，最好是将该刀具库21以可与前述第三驱动装置22一起自由移动的方式构成，并由第四驱动装置(参照图3中的标号23)移动驱动，从而使得在与主轴11之间进行刀具的装设或更换时，其被移动到使任一刀具套21a、21b与上述刀具更换位置A0相一致的位置；在对工件W进行加工时，其被移动到不会与前述主轴11或其他工作(运转)部件相干涉的位置。此外，在图1所示的加工中心1中，虽然使刀具库21在与立柱部13相同的方向(即Y轴方向)上移动，但只要是在与Z轴大致垂直的方向上移动即可，因此也可以是在Y轴方向以外的方向(例如，垂直于纸面的方向)上移动。
但是，该加工中心1，如图3所示具有主控制部50，在该主控制部50上，经由总线51连接着加工程序存储部52、加工控制部53、主轴马达控制部54、刀具收容存储部55、第一驱动装置控制部56、第二驱动装置控制部57、同步控制部58、第三驱动装置控制部59、第四驱动装置控制部60、工作台移动控制部61、键盘62、显示器63、刀具数据存储部64。
在此，第一驱动装置控制部56是用于控制第一驱动装置14的驱动的部分，第二驱动装置控制部57是用于控制第二驱动装置16的驱动的部分，第三驱动装置控制部59是用于控制第三驱动装置22的驱动的部分，第四驱动装置控制部60是用于控制第四驱动装置23的驱动的部分。
另外，第一驱动装置控制部56和第一驱动装置14构成用于对前述主轴沿其轴心方向进行移动驱动的主轴驱动控制部；能够进行下述工序之中的至少某一种工序1.如图4(a)～(e)所示，在将刀具Ai收容在前述空刀具套21a之后，驱动前述主轴11在其轴心方向U上移动而将刀具从前述主轴11上取下的刀具拆卸工序；2.如图6(a)～(e)所示，为将被收容在前述刀具套21b中的下一刀具Ai+1装设在前述主轴11上而对前述主轴11沿其轴心方向D进行移动驱动的刀具装设工序。
另外，同步控制部58，是为了同时实施用于执行上述刀具拆下工序或上述刀具装设工序的向前述轴心方向U或D的前述主轴11的移动、和向与该轴心方向垂直的方向B的前述刀具套21a、21b的移动，而控制前述主轴驱动控制部和前述刀具套驱动控制部的部分。也就是说，本发明中的加工中心1，在刀具拆卸工序和刀具装设工序的至少任一工序中，在通过前述主轴驱动控制部56、14对前述主轴11向轴心方向U或D进行移动驱动的期间，进行由前述刀具套驱动控制部59、22执行的前述刀具套21a、21b的向方向B(与主轴轴心方向垂直的方向)的移动。
由此，与并未同时进行主轴的移动和刀具库的移动的情况(参照图8～图10)相比，能够缩短刀具更换时间，并能够提高生产性。此外，如果不是只在刀具拆卸工序及刀具装设工序的任意一方中而是在双方中都移动驱动刀具库21，则能够进一步缩短刀具更换时间。另外，在本发明的加工中心1中，因为采用的是无臂式刀具自动更换装置，所以能够得到无臂式所特有的效果。即，与有臂式相比能够使构造简单，与此相伴，能够实现成本的降低以及不良状况发生率的降低。
不过，在刀具拆卸工序中(在刀具库21停止状态下)，当主轴11沿轴心方向上升ΔU时(参照图4(d))，则会随之在主轴11和刀具Ai之间在B方向上产生间隙，而该间隙的大小可以根据刀具Ai的形状(具体来说，指锥柄部a2的斜度及高度)与主轴11的上升距离ΔU来求得。因此，如图3所示，最好是设置刀具数据存储部64和移动距离计算装置65，且同步控制部58一边使前述刀具套21a、21b按照由前述移动距离计算装置65所求得的移动距离移动一边执行前述工序；其中所说的刀具数据存储部64是对有关前述刀具A形状(具体来说，指锥柄部a2的斜度及高度)的数据进行保存的刀具数据存储部；所说的移动距离计算装置65，是根据前述主轴11的移动距离ΔU及前述刀具数据存储部64中的数据(即，前述刀具数据存储部64中所保存的有关刀具形状的数据)，求取能够以不会使前述主轴11及前述刀具Ai相干涉的方式使前述刀具套21a、21b移动的移动距离(即，能够以图4(d)所示的最低限度的间隙MG的形式移动的、B方向上的距离)的移动距离计算装置。这种控制不仅是在刀具拆卸工序中，而且在刀具装设工序中也可以实施。
此外，在上述实施例中，虽然是根据主轴11的轴心方向U或D的移动距离来计算对于刀具套21a、21b而言的B方向上的移动距离，但也可以根据刀具套21a、21b的B方向上的移动距离来计算主轴11的向轴心方向U或D的移动距离。也就是说，也可以是在移动距离计算装置65中，根据前述刀具库21的移动距离和前述刀具数据存储部64中的数据，求取为了不会使前述主轴11和前述刀具Ai相干涉地使前述主轴11移动所必需的移动距离(即，为了使其以维持最低限度的间隙MG的形式移动所必需的D方向上距离)，且前述同步控制部58一边使前述主轴11按照由前述移动距离计算装置65所求得的移动距离移动、一边执行前述工序。
另外，也可以不设置上述那样的移动距离计算装置，而是设置存储有向前述轴心方向U或D的前述主轴11的移动速度模式(表示主轴11应移动的速度的时间上的变化的数据，以下称为“主轴移动速度模式”)、以及向与前述轴心方向垂直的方向B的前述刀具套21a、21b的移动速度模式(表示刀具套应移动的速度的时间上的变化的数据，以下称为“刀具套移动速度模式”)的移动速度存储部66，从而使得前述主轴驱动控制部按照前述移动速度存储部66中所存储的主轴移动速度模式移动驱动前述主轴11，前述刀具套驱动控制部按照前述移动速度存储部66中所存储的刀具套移动速度模式移动驱动前述刀具套21a、21b。进而，为了避免前述主轴11和前述刀具Ai、Ai+1的干涉，前述同步控制部58最好是对开始由前述主轴驱动控制部执行的前述主轴11的移动驱动的定时、以及开始由前述刀具套驱动控制部执行的前述刀具套21a、21b的移动驱动的定时进行控制。
不过，由于刀具更换，是通过执行前述刀具拆卸工序、由前述刀具套驱动控制部切换接近前述主轴的刀具套的工序(以下称为“刀具套切换工序”)、以及前述刀具装设工序而实现的，所以，最好是将切换这些工序的定时、主轴及刀具套的移动速度等作为移动速度模式预先存储在移动速度存储部66中。在这种情况下，同步控制部58仅指示开始刀具更换的定时(即，在拆卸刀具工序中，在使主轴沿轴心方向开始移动后，使刀具套沿与该轴心方向垂直的方向开始移动的定时)，主轴及刀具套就可以根据各自的移动速度模式受到控制而完成刀具拆卸工序～刀具套切换工序～刀具装设工序。如果采用这种方法，就不需要移动过程中的烦杂的位置控制，而能够以简单的控制进行刀具更换动作。不过，在这种情况下，虽然是由主轴移动速度模式及刀具套移动速度模式来控制开始、结束刀具套切换工序的定时，但由于该定时根据“前述刀具拆卸工序中用于收容刀具的空刀具套”与“收容有在前述刀具装设工序中被装设的下一刀具的刀具套”的间隔距离而不同，所以，有必要在移动速度存储部66中预先准备与各间隔距离相对应的每一种类型的数据(主轴移动速度模式及刀具套移动速度模式)。并且，在实际进行刀具更换时，如果判明上述的间隔距离，就从移动速度存储部66中读出与其相对应的数据(主轴移动速度模式及刀具套移动速度模式)，根据该数据执行各工序。
其中，主轴移动速度模式、刀具套移动速度模式可以不具有切换各工序的定时这样的信息，而只具有关于各工序中的主轴、刀具套的移动速度的信息。在这种情况下，由于不是由主轴移动速度模式及刀具套移动速度模式来控制开始、结束刀具套切换工序的定时，所以没有必要如上述的那样，预先存储与“前述刀具拆卸工序中用于收容刀具的空刀具套”和“收容有在前述刀具装设工序中被装设的下一刀具的刀具套”的间隔距离相对应的每一种类型的数据，但同步控制部58则不仅要指示执行刀具拆卸工序的定时，而且还有必要指示执行刀具装设工序的定时(即结束刀具套切换工序的定时)。
但是，上述的主轴驱动控制部，也可以在执行前述刀具拆卸工序(参照图4(a)～(e))之后，执行使前述主轴停止在能够避免与收容在前述刀具套21a、21b中的刀具Ai、Ai+1的相互干涉的位置(箭头ZA、ZB方向上的适当的位置)上的主轴停止工序(参照图5)，然后再执行前述刀具装设工序(参照图6)。这种情况下，能够防止该主轴11从刀具库21向作为Z轴方向的图5的上方离开过远达到必要以上的程度。
此外，最好是以如下的方式进行控制，即，在如上述的那样主轴驱动控制部执行前述刀具拆卸工序、前述主轴停止工序以及前述刀具装设工序期间，前述刀具套驱动控制部沿着与前述主轴轴心方向垂直的方向B持续驱动移动前述刀具套21a、21b。在这种情况下，能够更进一步地缩短刀具更换时间，提高生产率。
下面，对本发明的一个实施例进行说明。
在本实施例中，制作结构如图1至图3所示的加工中心。
设定为在刀具拆卸工序中，驱动主轴11及刀具库21双方(参照图4(a)～(e)中的标号B、U)；随后使主轴11停止而只驱动刀具库21(参照图5(a)～(e)中标号B)；在刀具装载工序中，驱动主轴11和刀具库21双方(参照图6(a)～(e)中标号B、D)。
此外，在本实施例中，刀具A的锥柄部a2的倾斜角如图4(a)所示为θ。
下面，按照图1至图7的顺序，对本实施例中的加工中心的加工动作及刀具更换动作进行说明。
在加工工件W时，把欲加工的工件W放置在工作台31上，同时预先在主轴11上装设上用于加工的规定的刀具Ai。
在这种状态下，当操作者用键盘62输入加工开始的命令时，主控制部50就根据该命令从加工程序存储部52中读取加工程序，并对加工控制部53发出指示使其根据所读取的加工程序进行加工。于是，加工控制部53就根据该加工程序，经由主轴马达控制部54旋转驱动主轴马达M1，从而旋转驱动主轴11，经由第一驱动装置控制部56和第二驱动装置控制部57驱动第一驱动装置14和第二驱动装置16，使主轴11沿Z轴方向及Y轴方向适当移动，进而通过工作台移动控制部61驱动工作台驱动马达M2，使工作台31与工件W一起在水平面内移动，从而对工件W进行加工。
在这样的加工的过程中，当由加工程序中输出刀具更换指令时，则从图未示的存储器中读取图7所示刀具更换控制程序TCP，按照该刀具更换控制程序TCP，执行刀具更换动作的控制。主控制部50，当在图7所示的刀具更换控制程序TCP中的步骤S1中输出了刀具更换指令后，一边参照刀具收容存储部55中的数据，一边对用于收容当前刀具Ai的空刀具套21a、以及收容着下一刀具Ai+1的刀具套21b的所在位置进行确认(确认刀具库中哪一刀具套为空而能够收容当前刀具Ai，哪一刀具套中装有下一刀具Ai+1)(参照图7中的步骤S2)。在本实施例中，为了便于说明，设这些空刀具套21a和装刀具套21b相邻接(参照图4(a))。然后，主控制部50经由第四驱动装置控制部60驱动第四驱动装置23，使刀具库21沿Y轴方向(图1中的左方向)移动，使移动方向最前端的刀具套(根据刀具库21的旋转位置而不同，但可以是由标号21a、21b所表示的任一刀具套)与刀具更换位置A0一致。其次，主控制部50经由第三驱动装置控制部59驱动第三驱动装置22，使刀具库21旋转，从而使上述的空刀具套21a与刀具更换位置A0一致(参照图7中的步骤S3和图4(a))。然后，主控制部50经由第一驱动装置控制部56和第二驱动装置控制部57驱动第一驱动装置14和第二驱动装置16，将装设在主轴11上的当前刀具Ai(从刀具库21的侧方)插入到空刀具套21a中，设为非配合状态(参照图4(b)及图7中的步骤S4)。
并且，若设定为不使刀具库21移动而只使主轴11沿着轴心CT1上升ΔU的量，则刚刚解除了配合的刀具Ai与主轴11间的轴心方向上的间隙为主轴11的移动距离ΔU；与轴心方向垂直的方向上的间隙为ΔU/tanθ(其中θ是图4(a)中所示的锥柄部a2的倾斜角)；但在本实施例中，同步控制部58以规定的定时向第三驱动装置控制部59发送信号，驱动第三驱动装置22，使得在主轴11的移动过程中还使刀具库21沿B方向旋转(参照图7中的步骤S5。刀具拆卸工序)。
若以这种方式使主轴11上升，则如图5(a)所示，主轴11的下面会上升到刀具Ai上面之上，达到两者间在轴心方向上产生间隙d的位置。然后，在这样的产生了间隙d的时刻，停止由第一驱动装置14执行的主轴11的移动，仅使由第三驱动装置22执行的刀具库21的旋转继续进行(参照图5(a)～(e)中标号B及图7中的步骤S6、S7。主轴停止工序)。
然后，如图6(a)所示，在想要装设的下一刀具Ai+1被旋转到规定位置(指刀具轴心CT3与主轴轴心CT1相一致之前的位置，例如，下一刀具Ai+1的锥柄部的外形线e1来到主轴11的刀具装设部的线e2的延长线上的位置)的时刻，同步控制部58在使刀具库21的转动B继续进行的状态下，使主轴11沿主轴方向D降(参照图6(b)～(d)中标号B、D及图7中的步骤S8、S9)。并且，下一刀具Ai+1被插入配合到主轴11上(参照图6(e))，然后，使该主轴11和刀具Ai+1从刀具库21脱离(参照图7中的步骤S10)。
另外，在刀具Ai+1和刀具库21的干涉的危险性已经不存在的时刻，主控制部50经由第四驱动装置控制部60驱动第四驱动装置23，使刀具库21沿箭头YA方向退避。
然后，主控制部50根据加工程序再次展开对工件的加工。
本实施例中所使用的加工中心，在用图8至图10所示的方法进行刀具更换时需要1.02秒的刀具更换时间，而用图4至图6所示的方法进行刀具更换时则刀具更换时间缩短到0.56秒。
以上根据实施例对本发明进行了说明，但本发明中所记载的实施例仅仅是示例性的，而并不是限定性的。另外，发明的范围由所附的权利要求来揭示，不局限于实施例的记述。因此，附属于权利要求的变形及变更均应被包含在本发明的范围内。
权利要求
1.一种加工中心，它是具备驱动被装卸自如地支撑着的刀具而对工件进行加工的主轴、和具有用于收容从该主轴上拆卸下来的刀具的空的刀具套及收容着用于装设在该主轴上的其他的刀具的刀具套的刀具库的，可通过该刀具库适当更换刀具并通过前述主轴驱动刀具、从而进行工件的加工的加工中心，其被构成为在前述主轴上形成有能够与前述刀具的锥柄部相配合而将该刀具保持在主轴上的、被形成为锥状的刀具装设部；设置有能够进行刀具拆卸工序及刀具装设工序中的至少一个工序的主轴驱动控制部，其中所述的刀具拆卸工序是在将刀具收容在上述刀具库的空的刀具套中之后、对前述主轴沿其轴心方向进行移动驱动而从前述主轴上将刀具拆卸的工序，所述的刀具装设工序是为了将被收容在前述刀具套中的刀具装设在前述主轴上而对前述主轴沿其轴心方向进行移动驱动的工序；设置有沿与前述主轴的轴心方向垂直的方向移动驱动前述刀具套而切换接近前述主轴的刀具套的刀具套驱动控制部；且设置有为了同时实施用于执行前述刀具拆卸工序或前述刀具装设工序的沿前述轴心方向的前述主轴的移动、和沿与该轴心方向垂直的方向的前述刀具套的移动，而对前述主轴驱动控制部及前述刀具套驱动控制部进行控制的同步控制部。
2.根据权利要求1所述的加工中心，其中前述主轴驱动控制部在执行前述刀具拆卸工序后，执行使前述主轴停止在能够回避与被收容在前述刀具套中的刀具的干涉的位置上的主轴停止工序，然后再执行前述刀具装设工序。
3.根据权利要求1所述的加工中心，其特征在于，设置有保存关于前述刀具的形状的数据的刀具数据存储部和移动距离计算装置；该移动距离计算装置是根据前述主轴或前述刀具套的移动距离和前述刀具数据存储部所保存着的关于刀具的形状的数据，求取能够不使前述主轴及前述刀具相干涉地使前述刀具套或前述主轴移动的移动距离的移动距离计算装置；前述同步控制部一边按照前述移动距离计算装置所求得的移动距离使前述主轴或前述刀具套移动，一边执行前述各工序。
4.根据权利要求1所述的加工中心，其特征在于，设置有移动速度存储部，该移动速度存储部存储着表示沿前述轴心方向的前述主轴的移动速度的主轴移动速度模式、和表示沿与前述轴心方向垂直的方向的前述刀具套的移动速度的刀具套移动速度模式；前述主轴驱动控制部按由前述移动速度存储部所存储的主轴移动速度模式移动驱动前述主轴；前述刀具套驱动控制部按由前述移动速度存储部所存储的刀具套移动速度模式移动驱动前述刀具套；前述同步控制部，控制开始由前述主轴驱动控制部执行的前述主轴的移动驱动的定时以及由前述刀具套驱动控制部执行的前述刀具套的移动驱动的定时。
5.根据权利要求2所述的加工中心，其特征在于，在前述主轴驱动控制部执行前述刀具拆卸工序、前述主轴停止工序以及前述刀具装设工序的期间，前述刀具套驱动控制部以沿与前述轴心方向垂直的一个方向连续移动驱动前述刀具套的方式进行控制。
全文摘要
在更换刀具时，在将主轴上的刀具收容在刀具库中的空刀具套中之后，进行主轴的上升与刀具库的转动这两种运动。此时，实施主轴不与刀具等干涉那样的同步控制。在将下一刀具装设在主轴上的情况下也同样，一边进行同步控制一边进行主轴的下降与刀具库的转动这两种运动。这样，由于主轴的移动及刀具库的移动同时进行，所以与这些移动不同时进行的情况相比，能够实现刀具更换时间的缩短。
文档编号B23Q3/157GK1597245SQ20041009030
公开日2005年3月23日 申请日期2004年9月17日 优先权日2003年9月19日
发明者户冢美树夫, 乘松途夫, 小池治彦, 笼桥秀义 申请人:山崎马扎克株式会社