机床和工具更换方法
【专利摘要】本发明涉及一种对收纳于收纳部的工具和安装于主轴的工具进行更换的机床和工具更换方法。机床计算同主轴的绕轴目标位置与当前位置之间的差相应的值，并计算所计算出的差分值的累积值。切换部在根据差分值和累积值这两者进行的主轴马达的旋转控制与在不使用累积值的情况下根据差分值进行的主轴马达的旋转控制之间切换。从加工位置到切换位置，机床的切换部根据差分值和累积值进行主轴马达的旋转控制，从切换位置到更换位置，机床的切换部根据差分值进行旋转控制。即使在将非旋转工具安装于主轴的情况下执行工具更换，机床也能避免过量的负载作用于使主轴旋转的马达等。
【专利说明】
机床和工具更换方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对收纳于收纳部的工具和安装于主轴的工具进行更换的机床和工具更换方法。
【背景技术】
[0002]机床包括主轴、支撑部和工具库。主轴用于安装工具。支撑部支撑工件，并能绕上下轴旋转。工具库收纳安装于主轴的工具。工具包括旋转工具和非旋转工具。旋转工具与主轴一起旋转。非旋转工具固定于支撑主轴的主轴头，因此不旋转。在将旋转工具安装于主轴时，工件不绕上下轴旋转。通过将工件固定于支撑部并使主轴旋转，机床对工件进行加工。在将非旋转工具安装于主轴时，工件与支撑部一起绕上下轴旋转，机床对工件进行车削加工。
[0003]主轴具有键。旋转工具和非旋转工具具有与键卡合的键槽。通过键与键槽卡合，将旋转工具和非旋转工具安装于主轴。日本专利特许第4543746号的机床在支撑主轴的主轴头上形成有突出部，在非旋转工具上形成有与上述突出部卡合的槽。通过非旋转工具的槽与突出部卡合，非旋转工具固定于主轴头而不绕主轴的轴旋转。
[0004]工具库以将主轴位于原点作为前提的朝向收纳工具。因此，在执行工具更换之前，机床执行使主轴位于原点的处理。在为更换工具而使主轴朝原点的位置(下面称为原点位置)旋转时，机床根据原点位置和主轴的绕轴当前位置之间的差分，对使主轴旋转的马达进行反馈控制。反馈控制计算出原点位置与当前位置之间的差分的累积值。通过进行考虑了累积值的反馈控制，机床能使主轴朝原点位置的旋转高速化、高精度化等。
[0005]在主轴上安装有非旋转工具时，机床也进行主轴的原点对位。在主轴上安装有非旋转工具时，如上所述，主轴不能旋转。因此，非旋转工具和主轴的位置是一致的，没有问题。但是，安装有非旋转工具的主轴有时会在稍微偏离原点位置的位置固定。原因是非旋转工具的形状误差或非旋转工具的安装动作误差等。在上述情况下，在进行主轴的原点对位时，由于非旋转工具不绕主轴的轴旋转，因此有时会对使主轴旋转的马达施加不需要的负载。此外，在根据主轴的原点位置与当前位置之间的差分的累积值进行反馈控制时，存在会对马达施加过大负载的问题。这是因为，即使是主轴从原点位置稍微偏移，也会在偏移累积的情况下对马达进行控制。在对马达施加过大负载的状态下将非旋转工具从主轴拆下而使主轴处于能旋转状态时，马达会使主轴旋转。因此，存在主轴的位置会大幅度偏离原点位置的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种即使在将非旋转工具安装于主轴的情况下执行工具更换，也能避免过量的负载作用于使主轴旋转的马达等的机床和工具更换方法。
[0007]技术方案I的机床包括主轴、收纳部和控制装置，上述主轴供工具安装以对工件进行加工，上述收纳部收纳安装于上述主轴的工具，上述控制装置对安装于上述主轴的工具与收纳于上述收纳部的工具之间的更换进行控制，上述控制装置具有第一位置控制部和第二位置控制部，上述第一位置控制部在进行工具的更换之前使上述主轴旋转至绕轴的特定位置，上述第二位置控制部使上述主轴从工件的加工位置移动至进行工具更换的更换位置，上述第一位置控制部包括:第一计算部，该第一计算部计算同上述主轴的绕轴位置与上述特定位置之间的差相应的值；第二计算部，该第二计算部计算上述第一计算部计算出的值的累积值；以及切换部，该切换部在根据上述第一计算部计算出的值进行上述主轴的旋转控制与根据上述第一计算部计算出的值和上述第二计算部计算出的累积值进行上述主轴的旋转控制之间切换。
[0008]在技术方案2的机床中，上述切换部进行控制的切换，以在通过上述第二位置控制部而移动的上述主轴的位置处在从上述加工位置到该加工位置与上述更换位置之间的规定位置的范围内时，根据上述第一计算部计算出的值和上述第二计算部计算出的累积值进行上述主轴的旋转控制，而在通过上述第二位置控制部而移动的上述主轴的位置处在从上述规定位置到上述更换位置的范围内时，根据上述第一计算部计算出的值进行上述主轴的旋转控制。
[0009]在技术方案3的机床中，在通过工具更换将工具从上述主轴拆下之前，上述切换部从根据上述第一计算部计算出的值和上述第二计算部计算出的累积值进行上述主轴的旋转控制朝根据上述第一计算部计算出的值进行上述主轴的旋转控制切换。
[0010]在技术方案4的机床中，上述主轴能安装通过该主轴的旋转进行加工的旋转工具和在不旋转的情况下进行加工的非旋转工具，上述机床包括工具判定部，该工具判定部对安装于上述主轴的工具是上述旋转工具还是上述非旋转工具进行判定，在上述工具判定部判定为是上述旋转工具时，上述切换部切换成根据上述第一计算部计算出的值和上述第二计算部计算出的累积值进行上述主轴的旋转控制，在上述工具判定部判定为是上述非旋转工具时，上述切换部切换成根据上述第一计算部计算出的值进行上述主轴的旋转控制。
[0011]技术方案5的工具更换方法对安装于主轴的工具和收纳部所收纳的工具进行更换，在执行工具的更换之前，使上述主轴旋转到绕轴的特定位置，并使上述主轴从轴向的对工件进行加工的加工位置移动至进行工具更换的更换位置，上述工具更换方法计算同上述主轴的绕轴位置与上述特定位置之间的差相应的值即差分值，计算所计算出的差分值的累积值，在使上述主轴旋转至绕轴的特定位置时，在根据计算出的差分值进行上述主轴的旋转控制与根据计算出的差分值和上述累积值进行上述主轴的旋转控制之间切换。
[0012]机床计算同绕轴的主轴的当前位置与特定位置的差相应的值，并计算所计算出的值的累积值。特定位置例如是主轴的原点位置，且是更换工具时主轴应处的位置。机床在根据与差相应的值进行的主轴的旋转控制和根据与差相应的值及其累积值进行的主轴的旋转控制之间切换。机床能根据需要来切换主轴的旋转控制方法，以不根据累积值进行主轴的旋转控制。即机床能防止因根据累积值进行旋转控制而对安装有非旋转工具的主轴施加过大负载。
[0013]机床在主轴的轴向上的、对工件进行加工的加工位置与进行工具更换的更换位置之间的规定位置对主轴的旋转控制进行切换。从加工位置到规定位置，机床根据与差分相应的值及其累积值进行旋转控制。从规定位置到更换位置，机床根据与差分相应的值进行旋转控制。规定位置可设定成以下位置:在该位置，例如在同时进行安装有旋转工具的主轴的绕轴对位和主轴沿轴向从加工位置朝更换位置的移动时，能充分完成主轴的绕轴对位。
[0014]在进行安装有旋转工具的主轴的对位时，机床根据累积值进行旋转控制，因此，能实现高速且高精度的对位。在主轴的对位完毕后，机床切换控制方法，以不根据累积值进行旋转控制。因此，即使在主轴上安装有非旋转工具，也不会对主轴施加因累积值引起的过大负载。
[0015]在规定位置切换控制时，无论是旋转工具还是非旋转工具，机床只需通过相同的方法进行切换即可。因此，机床不必对安装于主轴的工具是旋转工具还是非旋转工具进行判定。
[0016]机床至少在为更换工具而将工具从主轴拆下之前进行旋转控制的切换。机床从根据与差相应的值及其累积值进行旋转控制朝根据与差相应的值进行旋转控制切换。因此，在将工具拆下时，不根据累积值进行控制。在为更换而将非旋转工具拆下时，机床能防止因主轴位置相对于特定位置的误差的累积而导致主轴朝大幅度偏离特定位置的位置旋转。
[0017]机床对安装于主轴的工具是旋转工具还是非旋转工具进行判定。在安装的工具是旋转工具时，机床根据同当前位置与特定位置之间的差相应的值及其累积值进行主轴的旋转控制，使主轴与特定位置对位。在安装的工具是非旋转工具时，机床不根据累积值进行旋转控制。机床根据同主轴的当前位置与特定位置之间的差相应的值进行旋转控制。在将非旋转工具安装于主轴时，机床能防止因根据累积值进行旋转控制而对主轴施加过大负载。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是机床的侧视图。
[0019]图2是在安装有工具的状态下的主轴头的背面侧立体图。
[0020]图3是在拆下工具的状态下的主轴头的前方侧立体图。
[0021]图4是车削工具和工具保持件的背面侧立体图。
[0022]图5是卡合突起部的背面侧立体图。
[0023]图6是旋转工具和工具保持件的背面侧立体图。
[0024]图7是表示控制装置的结构的框图。
[0025]图8是说明主轴驱动控制部执行的主轴的旋转控制概要的示意图。
[0026]图9是说明主轴驱动控制部执行的是否进行使用累积值的控制的切换控制的示意图。
[0027]图10是表示工具更换处理的步骤的流程图。
[0028]图11是表示存储于存储部的加工程序的一例的图。
[0029]图12是表示变形例2的机床进行的主轴旋转控制的切换处理的步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0030]下面，参照附图对表示本发明的实施方式的机床100进行说明。在以下说明中，使用图中箭头所示的上下、左右和前后。
[0031]如图1所示，机床100在基台10的上表面配置有Y方向移动装置(未图示)。Y方向移动装置将Y方向移动台11支撑成能沿Y方向移动。Y方向移动装置与Y轴马达72 (参照后述的图7)的输出轴连接。Y方向移动装置包括进给丝杠、螺母以及导轨。进给丝杠沿前后方向(Y方向)延伸。螺母与进给丝杠螺合。导轨沿前后方向延伸。
[0032]X方向移动装置(未图示)设于Y方向移动装置的螺母。X方向移动装置与X轴马达71 (参照后述的图7)的输出轴连接。X方向移动装置包括进给丝杠、螺母以及导轨。进给丝杠沿左右方向(X方向)延伸。螺母与进给丝杠螺合。导轨沿左右方向延伸。
[0033]X方向移动装置将立柱12支撑成能沿X方向移动。Z方向移动装置(未图示)设于立柱12前表面。Z方向移动装置在其前侧将主轴头3支承成能沿Z方向移动。Z方向移动装置与Z轴马达73 (参照后述的图7)的输出轴连接。Z方向移动装置包括进给丝杠、螺母、导轨以及块体。进给丝杠沿上下方向(Z方向)延伸。螺母与进给丝杠螺合。导轨在立柱12的前表面沿上下方向延伸。块体与该导轨嵌合。主轴头3固定于上述螺母和上述块体。
[0034]主轴头3对应上述进给丝杠在Z轴马达73的驱动下进行的旋转而上升、下降。通过X轴马达71的驱动，X方向移动装置左右移动。因此，主轴头3左右移动。通过Y轴马达72的驱动，Y方向移动装置前后移动。因此，主轴头3前后移动。
[0035]工件支撑装置15支撑工件。机床100利用安装于主轴头3的工具4来加工工件。工件支撑装置15具有夹持工件的工件台16。工件支承装置15能使工件绕两根轴旋转。一般而言，在使工件绕与主轴头3移动所经过的轴即X、Y、Z这各根轴平行的轴旋转时，工件的转轴与X、Y、Z轴对应地称作A、B、C轴。工件支撑装置15在绕A轴摆动的摆动体(未图示)上设置有工件台16。A轴马达61 (参照后述的图7)设于工件支撑装置15。A轴马达61使摆动体(未图示)绕A轴摆动。通过摆动体的摆动，工件能绕A轴旋转。工件台16与固定于摆动体的C轴马达60的输出轴连接。工件台16上的工件能绕C轴高速旋转。
[0036]主轴头3在其内部支撑着主轴34。主轴马达31固定于主轴头3的上部，且与主轴34连接。主轴马达31使主轴34绕上下方向的中心轴旋转。主轴34的下端部朝主轴头3的下方突出。主轴34保持工具4，工具4与主轴头3 —起上升、下降。
[0037]工具库2收纳多个工具4。工具4包括钻头、丝锥、端铣刀等旋转工具和车刀等车削工具(非旋转工具)。工具库2包括支撑梁21、轨道22、链23、多个把持臂24、库驱动部25等。支撑梁21是呈以上侧为斜边而朝前下方倾斜的三角形状的板状构件。支撑梁21以悬臂方式固定于立柱12的左右。支撑梁21从固定于立柱12左右的部分延伸设置至主轴头3的两侧部分。支撑梁21的上侧端面从前下方朝后上方相对于水平面倾斜大致30°。
[0038]轨道22是长圆形的环状构件。轨道22包围立柱12和主轴头3并固定于支撑梁
21。链23将多个移动台连接成环状。多个移动台具有与轨道22嵌合的滚筒(未图示)。滚筒在轨道22上滚动。各移动台安装有把持臂24。把持臂24对保持工具4的工具保持件40进行把持。库驱动部25使链23沿轨道22循环。在更换工具时，库驱动部25使链23循环。机床100将把持期望的工具4的把持臂24搬运到主轴头3前下方的臂摆动位置(轨道22的前下端部)。
[0039]工具4由公知的工具保持件40保持。把持臂24将分岔成双叉的头端把持部24a压入工具保持件40外周的保持槽44 (参照图4)。把持臂24通过工具保持件40把持工具4。
[0040]在图1中，把持臂24位于臂摆动位置。把持臂24在将所把持的工具4安装于主轴34之后，从主轴34朝前方离开而成为待机姿势。把持臂24在其上侧端部具有供臂轴(未图示)插入的臂轴孔(未图示)。臂轴的轴线方向在把持臂24位于臂摆动位置时与X轴方向平行。把持臂24绕臂轴旋转，使头端把持部24a接近或离开主轴34。凸轮32固定于主轴头3的前侧面。凸轮32朝前方伸出并沿上下方向延伸。把持臂24具有与凸轮32抵接的凸轮随动件(未图示)。
[0041]主轴头3在加工时从原点位置(参照图1)下降。主轴头3在更换工具时从原点位置上升。位于臂摆动位置的把持臂24追随主轴头3的上升、下降而摆动。在主轴头3上升时，把持臂24的头端把持部24a接近主轴34，以从前方把持工具保持件40。主轴头3在工具保持件40的把持完成后进一步上升。把持臂24把持的工具保持件40相对地朝下方移动，从而与工具4 一起脱离主轴34。链23在此状态下进行旋转。链23将保持着接下来使用的工具4的把持臂24朝臂摆动位置搬运。
[0042]主轴头3下降，将工具保持件40嵌入主轴34的下端部，藉此，将工具4安装于主轴34。安装于主轴34的工具4通过主轴头3下降到原点位置而成为图1所示的状态。
[0043]通过以上动作，在主轴34与工具库2之间更换工具4。安装于主轴34的工具4与主轴头3 —起从原点位置下降。工具4对工件台16上的工件进行加工。
[0044]在工具4为旋转工具时，安装于主轴34的工具4通过主轴马达31的驱动而与主轴34 —起旋转。工件绕A轴和C轴旋转并定位。与主轴34 —起旋转的工具4同主轴头3一起上下、左右、前后移动，从而对工件进行加工。
[0045]在工具4为车削工具时，主轴34如后面所述那样固定于主轴头3。工件通过C轴马达60旋转而与工件台16 —起旋转。工具4与主轴头3 —起下降。机床100将工具4的头端压紧于旋转的工件，从而对工件的表面进行车削加工。
[0046]图2表示在主轴34上安装有车削工具即工具4的状态。工具4的工具保持件40包括朝后方伸出的止转凸缘41。止转凸缘41在其后部两端具有卡合孔43。主轴头3在其下表面的靠主轴34后方的位置具有朝下方突出的卡合突起部5。在卡合突起部5下端部突起形成有销51。止转凸缘41的各卡合孔43与各销51通过将工具4安装于主轴34而如图所示那样卡合。止转凸缘41防止工具因在工具4的绕中心轴的旋转方向和径向上施加的力而移动。因此，机床100能以较高的加工精度稳定地实施车削加工。
[0047]如图2所示，主轴头3在其下端部具有轴承盖33。轴承盖33对支撑主轴34的轴承进行保持，并且在其后方连接空气管101和清洗液管102。轴承盖33的内部具有空气流路和清洗液流路。空气流路供空气流通。清洗液流路供清洗液流通。空气防止切屑进入主轴34内部。清洗液对各销51、后面所述的键36等进行清洗。
[0048]图3是表示未安装工具4的主轴。主轴34下端部形成有内径朝下方变大的锥孔35。工具保持件40通过在其上部形成的锥形安装部42 (参照图4)与锥孔35嵌合而安装于主轴34。主轴34的下端部周缘在径向相对的位置突出设置有两个键36。各键36与工具保持件40侧的键槽(未图示)嵌合。轴承盖33下端面突出设置有喷嘴头部6。喷嘴头部6喷射对各卡合突起51等进行清洗的清洗液。
[0049]下面，对止转凸缘41和卡合突起部5的结构进行说明。
[0050]如图4所示,止转凸缘41具有基板41a和卡合板41b。基板41a呈圆环状。卡合板41b在基板41a外周的大约半周部分以朝径向外侧扩大宽度的方式突出设置，呈大致梯形。基板41a利用多条固定螺栓45固定于工具保持件40的下表面。卡合板41b具有卡合孔43，该卡合孔43在与工具保持件40同轴的圆周上分别形成于卡合板41b的两个顶部。卡合孔43呈将一侧切除的长孔，且朝卡合板41b的外周开口。但是，该开口不是必须的。卡合孔43也可是卡合板41b内的封闭的长孔或圆孔。
[0051]各卡合孔43设于由基板41的中心与各卡合孔43的中心的连线形成的内角的角度(张角)为大致90°的位置。另外，该角度并不局限于90°。该角度可在止转凸缘41的形成范围内适当设定。即张角只要大于0°且小于180°即可。但较为理想的是张角为85。以上且小于100。。
[0052]如图5所示，卡合突起部5由基台50、两个销51等构成。基台50包括两个支撑台50a、连接部50b。各支撑台50a呈柱状。各支撑台50a上端面与主轴头3的下端面抵接。连接部50b呈板状且连接各支撑台50a的侧面。各支撑台50a上端部设有上下方向的通孔。在通孔内插通螺钉并与设于主轴头3下端面的螺孔(未图示)螺合，使卡合突起部5固定于主轴头3。在各支撑台50a上端面形成有销孔。定位销51插入销孔。
[0053]卡合突起部5在安装于主轴头3下端面的状态下具有贯穿孔50c(参照图2)。与轴承盖33连接的空气管101及清洗液管102等插通贯穿孔50c。
[0054]各销51的头端部朝各支撑台50a下端面的下方突起。各销51的突出设置位置与将工具保持件40安装于主轴34时止转凸缘41的卡合孔43的位置对应。因此，各销51与止转凸缘41的各卡合孔43卡合(参照图2)。
[0055]安装有卡合突起部5的主轴头3限制包括止转凸缘41的工具4的旋转。因此，包括止转凸缘41的工具保持件40和车削工具(车削加工用的工具4)不会因加工中受到的周向作用力而旋转。另外，还可在主轴34上设置使主轴34的旋转停止的电磁式制动器(未图示)。
[0056]如图6所示,旋转工具(旋转用的工具4)与车削工具不同,其不包括卡合板41b。在将旋转工具安装于主轴34时，各销51不限制主轴34的旋转。因此，旋转工具通过主轴34的旋转而旋转。
[0057]如图7所示，机床100包括控制装置80。控制装置80对主轴头3、主轴34、工具库2、工件支撑装置15等的驱动进行控制。控制装置80包括控制部81、X轴驱动控制部82、Y轴驱动控制部83、Ζ轴驱动控制部84、主轴驱动控制部85、Α轴驱动控制部86和C轴驱动控制部87。控制部81包括CPU81a、RAM81b、存储部81c、输入输出接口(输入输出I/F)81d、通信接口(通信I/F)81e。这些部件通过总线而相互连接。RAM81b临时存储信息。可改写的存储部81c存储控制程序。RAM81b具有寄存器81f (存储区域)。控制程序具有CPU81a依次读出的多个命令。
[0058]CPU81a将控制程序从存储部81c读出至RAM81b，从而对机床进行控制。控制部81朝各驱动控制部82?85输出各种指令。指令例如是使马达驱动的驱动指令、使马达的驱动暂停的指令。各驱动控制部82?85将各种通知输出至控制部81。通知例如是表示马达的驱动已结束、马达的暂停已完成的通知。
[0059]控制部81通过输入输出I/F81d而在操作盘71b、各驱动控制部82?85之间进行信号的输入输出。操作盘71b具有启动开关、暂停开关等。操作盘71b将开关的接通/断开输入至控制部81。操作盘71b的显示部根据来自控制部81的显示信号来显示影像。
[0060]主轴驱动控制部85具有通过总线而相互连接的CPU85a、RAM85b、存储部85c和接口(未图示)。存储部85c存储控制程序。CPU85a将控制程序读入RAM85b，朝主轴马达31输出旋转指令。CPU85a对主轴马达31的驱动进行控制。主轴马达31根据旋转指令而旋转。主轴马达31与编码器31e连接。编码器31e检测主轴马达31的旋转位置。编码器31e将检测出的位置输入主轴驱动控制部85。主轴驱动控制部85参照所输入的位置来对主轴马达31进行反馈控制，直至旋转位置到达目标位置。主轴驱动控制部85的存储部85c存储主轴34的原点位置(特定位置)。
[0061]X轴驱动控制部82、Y轴驱动控制部83、Z轴驱动控制部84分别与主轴驱动控制部85同样，具有CPU、RAM、存储部、接口等。X轴驱动控制部82、Y轴驱动控制部83、Z轴驱动控制部84分别朝X轴马达71、Y轴马达72、Z轴马达73输出旋转指令，控制马达71?73各自的驱动。各马达71?73根据旋转指令而旋转。马达71?73分别与编码器71e?73e连接。马达71?73的旋转位置分别由编码器71e?73e检测出。编码器71e?73e将检测出的位置分别输入驱动控制部82?84。驱动控制部82?84分别参照所输入的位置来对马达71?73进行反馈控制，直至旋转位置到达目标位置。
[0062]控制部81通过通信I/F81e而与A轴驱动控制部86及C轴驱动控制部87之间进行通信。A轴驱动控制部86和C轴驱动控制部87分别与X轴驱动控制部82同样，具有CPU、RAM、存储部、接口等。A轴驱动控制部86和C轴驱动控制部87分别朝A轴马达61和C轴马达60输出旋转指令、暂停指令等，从而对各马达61、60的驱动进行控制。各马达61、60根据旋转指令而旋转。各马达61、60根据暂停指令而暂停。A轴驱动控制部86和C轴驱动控制部87将各种通知发送至控制部81。通知例如是表示马达的驱动已结束、马达的暂停已完成的通知。
[0063]各马达61、60与编码器61e、60e连接。各马达61、60的旋转位置由编码器61e、60e进行检测并保持。但是，编码器61e、60e不将旋转位置反馈给A轴驱动控制部86和C轴驱动控制部87。A轴驱动控制部86和C轴驱动控制部87对A轴马达61和C轴马达60进行开环控制。在各马达61、60完成了移动时，将表示移动已完成的信号输出至A轴驱动控制部86和C轴驱动控制部87。A轴驱动控制部86和C轴驱动控制部87在接收到表示移动已完成的信号时，将表示A轴马达61和C轴马达60的移动完成的完成响应发送至控制部81。
[0064]A轴驱动控制部86和C轴驱动控制部87构成为能访问编码器61e、60e。在A轴驱动控制部86或C轴驱动控制部87从控制部81接收到参照A轴马达61或C轴马达60的旋转位置的指令时，A轴驱动控制部86或C轴驱动控制部87将编码器61e、60e保持的A轴马达61或C轴马达60的旋转位置发送至控制部81。
[0065]如图8所示，主轴驱动控制部85确定主轴34的绕轴的目标位置。目标位置例如在进行工具更换时设定为主轴34的原点位置(特定位置)。主轴驱动控制部85设定好的目标位置被向减法器90输入。目标位置和位置转换部97所输出的主轴马达31的检测位置被输入减法器90。减法器90进行目标位置一检测位置的运算。减法器90使作为运算结果的差分值朝速度转换部91输出。
[0066]速度转换部91将差分值转换成速度，并将转换得到的速度作为目标速度朝减法器92输出。主轴驱动控制部85周期性地朝主轴马达31输出指令，从而对旋转进行控制。速度转换部91按照每个上述周期根据差分值和指令来计算目标速度并将其输出。
[0067]编码器31e朝主轴驱动控制部85输出信号。该信号是与主轴马达31的绕轴位置相应的信号。速度转换部96将该信号转换成主轴马达31的速度，并作为检测速度朝减法器92输出。位置转换部97将来自编码器31e的信号转换成主轴马达31的位置，并作为检测位置朝减法器90输出。减法器92进行目标速度一检测速度的运算。减法器92输出作为运算结果的差分。减法器92计算出的差分成为同主轴马达31的目标位置与当前位置之间的差分相应的值。
[0068]减法器92输出的差分朝累积部93和加法器94输出。累积部93通过将减法器92计算出的目标速度与检测速度之间的差分反复相加，来计算累积值。累积部93将计算出的累积值朝加法器94输出。但是，主轴驱动控制部85对是否将累积部93计算出的累积值输入加法器94进行切换控制。在切换为不将累积值输入加法器94时，累积部93将累积值复位(清零)。
[0069]加法器94将减法器92计算出的差分和累积部93计算出的累积值相加。加法器94将总计值作为速度指令朝比例控制部95输出。在进行了不将累积部93的累积值朝加法器94输出的切换控制时，加法器94将减法器92计算出的差分作为速度指令朝比例控制部95输出。比例控制部95计算与该速度指令成比例的转矩。比例控制部95将计算出的转矩作为转矩指令朝主轴马达31输出。
[0070]主轴驱动控制部85进行如上所述的主轴马达31的反馈控制。因此，主轴驱动控制部85能在更换工具时使主轴34朝绕轴的原点位置旋转。
[0071]但是，当在相对于主轴34的原点位置产生偏移的状态下安装了车削工具(非旋转工具)时，在设定好的目标位置与位置转换部97输出的检测位置之间会产生差异。因此，减法器90输出不为零的差分值，累积部93对该差分值进行累积。本实施方式的机床100在这种时候能防止累积部93的累积值对主轴34的旋转控制造成负面影响。机床100进行是否使用累积值的切换控制。
[0072]如图9所示，在进行工件W的加工时，控制装置80通过Z轴驱动控制部84使主轴34朝Z方向(上下方向)的加工位置移动。在主轴34所安装的工具4的加工完毕时，控制装置80为进行工具更换而使主轴34从加工位置上升至更换位置。控制装置80通过Z轴驱动控制部84使主轴头3上升。其间，主轴驱动控制部85进行使主轴34的绕轴位置与原点位置相一致的对位。更换位置表示即使搬运把持臂24也不会与主轴34发生碰撞的位置。
[0073]在主轴34从加工位置到达规定的切换位置期间，控制装置80使主轴驱动控制部85使用累积部93的累积值来进行主轴马达31的旋转控制。切换位置是在加工位置与更换位置之间预先确定的位置，其存储于存储部81c。切换位置是主轴34的绕轴对位完成后的Z方向位置，其在机床100的设计阶段等被预先计算出并加以设定。例如，切换位置根据主轴34在Z轴驱动控制部84控制下的Z方向移动速度和移动时间等、主轴34在主轴驱动控制部85控制下对位所需的时间等进行设定。切换位置的上限位置是销51与卡合孔43的卡合即将解除之前。
[0074]在主轴头3到达切换位置时，控制装置80进行切换，以使主轴驱动控制部85执行的主轴马达31的旋转控制不使用累积部93的累积值。即在主轴头3位于切换位置与更换位置之间时(或位于切换位置的上方时)，主轴驱动控制部85在不使用累积部93的累积值的情况下进行主轴马达31的旋转控制。在主轴头3到达更换位置时，控制装置80驱动工具库2。在更换工具时，主轴驱动控制部85在不使用累积值的情况下进行主轴34的旋转控制。
[0075]控制装置80为进行工件W的加工而通过Z轴驱动控制部84使主轴34从更换位置下降至加工位置。在主轴34从更换位置到达切换位置期间，控制部80使主轴驱动控制部85在不使用累积部93的累积值的情况下进行主轴马达31的旋转控制。在主轴头3到达切换位置时，控制装置80进行切换，以使主轴驱动控制部85使用累积部93的累积值来进行主轴马达31的旋转控制。
[0076]控制装置80与安装于主轴34的工具是旋转工具还是车削工具(非旋转工具)无关地进行在旋转控制中是否使用累积值的切换。在本实施方式中，将使主轴34上升时的切换位置和使主轴34下降时的切换位置设为同一位置，但也可以是不同的位置。
[0077]图10所示的流程图是从对工件的加工完毕的时刻起的处理。在此时刻，主轴驱动控制部85使用累积部93的累积值来进行主轴马达31的旋转控制。
[0078]控制装置80的控制部81在安装于主轴34的工具4执行的加工完毕之后开始进行工具更换。控制部81通过Z轴驱动控制部84来驱动Z轴马达73，主轴头3上升(步骤SI)。主轴34开始从加工位置朝Z轴方向上方的移动。控制部81开始通过主轴驱动控制部85使主轴34的绕轴位置与原点位置相一致的对位处理(步骤S2)。
[0079]控制部81对主轴34的Z方向位置是否到达规定的切换位置进行判定(步骤S3)。在主轴34未到达切换位置时(S3:否)，控制部81使主轴34的上升和对位等继续进行，直至到达切换位置。在主轴34到达了切换位置时(S3:是)，控制部81朝主轴驱动控制部85输出切换指示。控制部81进行切换，以使主轴驱动控制部85在不使用累积部93的累积值的情况下进行主轴马达31的旋转控制(步骤S4)。
[0080]控制部81对主轴34的位置是否到达更换位置进行判定(步骤S5)。在主轴34未到达更换位置时(S5:否)，控制部81使主轴34的上升继续进行，直至到达更换位置。在主轴34到达了更换位置时(S5:是)，控制部81停止主轴头3在Z轴驱动控制部84控制下朝上方的移动(步骤S6)。控制部81将把持着接下来使用的工具4的把持臂24朝臂摆动位置搬运(步骤S7)。
[0081]在将把持臂24朝臂摆动位置搬运后，控制部81通过Z轴驱动控制部84来驱动Z轴马达73，主轴头3下降(步骤S8)。控制部81对主轴34是否到达切换位置进行判定(步骤S9)。在主轴34未到达切换位置时(S9:否)，控制部81使主轴34的下降继续进行，直至到达切换位置。在主轴34到达了切换位置时(S9:是)，控制部81朝主轴驱动控制部85输出切换指示，主轴驱动控制部85使用累积部93的累积值进行主轴马达31的旋转控制(步骤S10)。之后，机床100使主轴34下降至加工位置，开始对工件进行加工。
[0082]上面，机床100利用减法器92计算出同主轴34的绕轴目标位置(特定位置)与当前位置之间的差相应的值。机床100利用累积部93计算出差分值的累积值。目标位置例如是主轴34的原点位置等。目标位置是在更换工具时主轴34应处的位置。机床100在根据减法器92计算出的差分值和累积部93计算出的累积值这两者进行的主轴马达31的旋转控制与在不使用累积值的情况下根据差分值进行的主轴马达31的旋转控制之间切换，从而进行主轴34的旋转控制。因此，机床100能根据需要来切换主轴34的旋转控制方法，以不根据累积值进行旋转控制。
[0083]机床100在加工工件的加工位置与进行工具更换的更换位置之间的规定切换位置对主轴34的旋转控制方法进行切换。从加工位置到切换位置，机床100根据差分值和累积值进行主轴马达31的旋转控制，从切换位置到更换位置，机床100根据差分值进行旋转控制。切换位置可设定成以下位置:在该位置，例如在同时进行安装有旋转工具的主轴34的绕轴对位和主轴34在Z方向上从加工位置朝更换位置的上升时，能充分完成主轴34的对位。
[0084]因此，机床100在进行安装有旋转工具的主轴34的对位时能根据累积值进行旋转控制，从而实现高速且高精度的对位。机床100在主轴34的对位完毕后能切换控制方法，以在不使用累积值的情况下根据差分值进行旋转控制。机床100在主轴34安装有车削工具(非旋转工具)时能防止对主轴马达31施加因累积值引起的过大负载。由于是在规定的切换位置切换控制方法的结构，因此，无论是对旋转工具还是对车削工具，机床100只需通过相同的方法进行切换即可。机床100不必对在主轴34上安装有哪一工具进行判定。
[0085]本实施方式的机床100以在Z方向上的主轴34的位置是否是规定的切换位置为条件来切换主轴马达31的旋转控制方法。但是，机床100例如也可按照以下的变形例I或变形例2等的条件来进行旋转控制的切换。
[0086](变形例I)
[0087]变形例I的机床100至少在为更换工具而从主轴34拆下工具4之前，将主轴马达31的控制方法从根据差分值和累积值进行的旋转控制朝在不使用累积值的情况下根据差分值进行的旋转控制切换。在将工具4从主轴34拆下时，机床100不根据累积值进行旋转控制。因此，在为更换而拆下车削工具(非旋转工具)时，能防止因主轴34相对于原点位置的误差的累积而导致主轴34朝大幅度偏离原点位置的位置旋转。
[0088](变形例2)
[0089]变形例2的机床100对安装于主轴34的工具4是旋转工具还是车削工具(非旋转工具)进行判定。机床100根据判定结果来切换主轴马达31的旋转控制方法。机床100将例如记载了工件的加工条件、加工内容或加工指令等的加工程序存储于控制装置80的存储部81c。控制装置80的控制部81根据存储于存储部81c的加工程序来控制X轴驱动控制部82?C轴驱动控制部87等，从而对工件进行加工。机床100根据加工程序的内容等，对安装于主轴34的工具是旋转工具还是车削工具进行判定。
[0090]控制装置80的控制部81从加工程序的第一行起依次读取指令。控制部81依次进行与读取的指令相应的处理。如图11所示，M6是表示更换工具的指令。Tl?T3表示安装于主轴34的工具。例如，第一行的M6T1意指将一号工具4安装于主轴34。M141是设定使主轴34旋转(下面称为主轴旋转模式)的指令。M142是设定使工件台16绕C轴旋转(下面称为C轴旋转模式)的指令。主轴旋转模式能指令主轴34旋转，但不能指令工件台16旋转。C轴旋转模式不能指令主轴34旋转，但能指令工件台16旋转。M30是表示处理结束的指令。
[0091]在设定了主轴旋转模式时，认为主轴34安装有旋转工具。在设定了 C轴旋转模式时，认为主轴34安装有车削工具(非旋转工具)。控制装置80的控制部81根据加工程序中的工具更换指令M6后的模式设定指令是M141还是M142，来对安装于主轴34的工具是旋转工具还是车削工具(非旋转工具)进行判定。
[0092]如图12所示，变形例2的控制部81从存储于存储部81c的加工程序读取一行指令(步骤S31)。控制部81对该指令是否是工具更换指令M6进行判定(步骤S32)。在该指令不是工具更换指令M6时(S32:否)，控制部81进行与该指令相应的处理(步骤S33)，然后使处理返回步骤S31。
[0093]在该指令是工具更换指令M6时(S32:是)，控制部81进行工具更换(步骤S34)。控制部81从加工程序读取接下来的指令(步骤S35)。控制部81根据读取的指令，对安装于主轴34的工具4是否是旋转工具进行判定(步骤S36)。控制部81在读取的指令是M141时判定为是旋转工具，而在读取的指令是M142时判定为是车削工具。在判定为安装于主轴34的工具4是旋转工具时(S36:是)，控制部81使主轴驱动控制部85进行控制的切换，以使用累积部93的累积值进行主轴马达31的旋转控制(步骤S37)，然后使处理返回步骤S31。在判定为安装于主轴34的工具4不是旋转工具时(S36:否)，控制部81使主轴驱动控制部85进行控制的切换，以在不使用累积值的情况下根据差分值进行主轴马达31的旋转控制(步骤S38)，然后使处理返回步骤S31。
[0094]变形例2的机床100对安装于主轴34的工具4是旋转工具还是车削工具进行判定。在安装的工具4是旋转工具时，机床100根据减法器92的差分值和累积部93的累积值进行主轴马达31的旋转控制。在安装的工具4是车削工具时，机床100不根据累积值进行旋转控制，而根据差分值进行旋转控制。因此，在将车削工具安装于主轴34时，能防止因根据累积值进行旋转控制而对主轴马达31施加过大负载。
[0095]变形例2的机床100根据记载于加工程序的指令来对工具4是旋转工具还是车削工具进行判定。但是，机床100例如也可包括对安装于主轴34的工具4的类别进行识别的传感器。机床100根据传感器的输出来对工具4是旋转工具还是车削工具进行判定。例如，机床100也可在加工程序之外预先在存储部80c中录入各工具是旋转工具还是车削工具，并利用该信息。
【权利要求】
1.一种机床(100)，包括主轴(34)、收纳部(2)和控制装置(80)，所述主轴(34)供工具(4)安装以对工件进行加工，所述收纳部(2)收纳安装于所述主轴的工具，所述控制装置(80)对安装于所述主轴的工具与收纳于所述收纳部的工具之间的更换进行控制，所述控制装置具有第一位置控制部(85)和第二位置控制部(84)，所述第一位置控制部(85)在进行工具的更换之前使所述主轴旋转至绕轴的特定位置，所述第二位置控制部(84)使所述主轴从工件的加工位置移动至进行工具更换的更换位置，其特征在于， 所述第一位置控制部包括: 第一计算部(92)，该第一计算部(92)计算同所述主轴的绕轴位置与所述特定位置之间的差相应的值； 第二计算部(93)，该第二计算部(93)计算所述第一计算部计算出的值的累积值；以及 切换部(81)，该切换部(81)在根据所述第一计算部计算出的值进行所述主轴的旋转控制与根据所述第一计算部计算出的值和所述第二计算部计算出的累积值进行所述主轴的旋转控制之间切换。
2.如权利要求1所述的机床，其特征在于，所述切换部进行控制的切换，以在通过所述第二位置控制部而移动的所述主轴的位置处在从所述加工位置到该加工位置与所述更换位置之间的规定位置的范围内时，根据所述第一计算部计算出的值和所述第二计算部计算出的累积值进行所述主轴的旋转控制，而在通过所述第二位置控制部而移动的所述主轴的位置处在从所述规定位置到所述更换位置的范围内时，根据所述第一计算部计算出的值进行所述主轴的旋转控制。
3.如权利要求1所述的机床，其特征在于，在通过工具更换而将工具从所述主轴拆下之前，所述切换部从根据所述第一计算部计算出的值和所述第二计算部计算出的累积值进行所述主轴的旋转控制朝根据所述第一计算部计算出的值进行所述主轴的旋转控制切换。
4.如权利要求1所述的机床，其特征在于， 所述主轴能安装通过该主轴的旋转进行加工的旋转工具和在不旋转的情况下进行加工的非旋转工具， 所述机床包括工具判定部(81)，该工具判定部(81)对安装于所述主轴的工具是所述旋转工具还是所述非旋转工具进行判定， 在所述工具判定部判定为是所述旋转工具时，所述切换部切换成根据所述第一计算部计算出的值和所述第二计算部计算出的累积值进行所述主轴的旋转控制， 在所述工具判定部判定为是所述非旋转工具时，所述切换部切换成根据所述第一计算部计算出的值进行所述主轴的旋转控制。
5.一种工具更换方法，对安装于主轴的工具和收纳部所收纳的工具进行更换，在执行工具的更换之前，使所述主轴旋转到绕轴的特定位置，并使所述主轴从轴向的对工件进行加工的加工位置移动至进行工具更换的更换位置，其特征在于， 计算同所述主轴的绕轴位置与所述特定位置之间的差相应的值即差分值， 计算所计算出的差分值的累积值， 在使所述主轴旋转至绕轴的特定位置时，在根据计算出的差分值进行所述主轴的旋转控制与根据计算出的差分值和所述累积值进行所述主轴的旋转控制之间切换。
【文档编号】B23Q3/155GK104416399SQ201410386496
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】寺田弦 申请人:兄弟工业株式会社