刀具更换装置的制作方法

本发明涉及一种刀具更换装置，尤其涉及一种通过转塔(turret)的旋转来进行刀具分度的机床的刀具更换装置。

背景技术：

以往，使用自动更换安装于机床主轴的刀具的刀具更换装置。在该刀具更换装置中，预先设置作业所需要的多个刀具，根据加工工序，将安装于机床主轴的刀具自动更换成被指定的刀具。

在具备以往的刀具更换装置的机床中，一般，机床的控制装置仅识别转塔驱动源的位置和相位，而不直接识别转塔实际的位置。因此，当机床的控制装置识别的转塔相位与实际的转塔相位之间产生差异时，无法正常地进行刀具更换，因此需要进行消除该差异的作业。

为了解决上述问题，在日本特开2015-139842号公报所公开的技术中实现了具有如下功能的机床：检测因转塔旋转而周期性产生的负荷的变动，根据检测结果，设定转塔分度的基准相位，由此，自动进行消除该差异的作业。

然而，在日本特开2015-139842号公报所公开的方法中存在如下问题：因异物侵入进行转塔分度的机构部而导致在转塔旋转时周期性产生的负荷变动的发生位置产生了变化的情况下，以该变化的负荷变动为基础来设定基准相位的基准相位误检测的问题。此外，因在转塔机构部件中发生磨损，转塔旋转时周期性产生的负荷变动变小，因此存在难以检测基准相位的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种能够检测异物侵入转塔机构部或转塔机构部件的磨损的刀具更换装置。

在本发明的机床的刀具更换装置中，该刀具更换装置通过用于传递转塔驱动源的输出的传递机构使转塔旋转来进行刀具分度，其特征在于，该刀具更换装置具有：负荷变动机构，其在上述转塔的旋转中，使上述转塔驱动源的负荷在预先决定的相位变动；转塔驱动源的负荷检测部，其检测基于上述负荷变动机构的上述转塔驱动源的负荷；转塔旋转动作基准负荷存储部，其存储机床的控制装置识别的转塔的相位与实际的转塔的相位没有差异的情况下的、转塔旋转动作中的转塔驱动源的负荷；负荷的差值运算部，其获取上述检测的负荷与上述存储的基准负荷之间的差值；阈值设定部，其设定阈值；以及基准相位误检出检测部，其在由上述差值运算部求出的差值超过了阈值时，判定为有可能对基准相位进行了误检测。

在本发明的机床的刀具更换装置中，该刀具更换装置通过用于传递转塔驱动源的输出的传递机构使转塔旋转来进行刀具分度，其特征在于，该刀具更换装置具有：负荷变动机构，其在上述转塔的旋转中，使上述转塔驱动源的负荷在预先决定的相位变动；转塔驱动源的负荷检测部，其检测基于上述负荷变动机构的上述转塔驱动源的负荷；转塔旋转动作基准负荷存储部，其存储机床的控制装置识别的转塔的相位与实际的转塔的相位没有差异的情况下的、转塔旋转动作中的转塔驱动源的负荷；负荷的差值运算部，其获取上述检测的负荷与上述存储的基准负荷之间的差值；差值的积分值运算部，其对该差值的值进行积分；阈值设定部，其设定阈值；以及基准相位误检出检测部，其在由上述差值的积分值运算部求出的积分值超过了阈值时，判定为有可能对基准相位进行了误检测。

根据本发明，在异物侵入了转塔分度机构部的情况下，差(＝变动的检测值－通常时的变动值)的值变动得大，因此，在检测到差值值超过了阈值的情况下，能够判断为异物侵入了转塔机构部，不根据该判断后检测出的变动设定基准相位，而是停止刀具更换动作，从而能够防止基准相位误测。

此外，当转塔机构部件发生磨损时，刀具更换时的变动方式变化，存在无法检测出基于变动的基准相位的情况，但通过对差值的积分值进行运算，并检测超过了与该积分值相关的阈值，由此，能够检测出正在发生转塔机构部件磨损，不根据检测后检测出的变动设定基准相位，而是停止刀具更换动作，从而能够防止基准相位误检测。

附图说明

参照附图对以下实施例进行说明，从而使本发明的上述以及其他目的和特征变得更加明确。这些图中，

图1a是表示本发明的一实施方式的刀具更换装置的转塔驱动源与转塔的关系的图。

图1b是表示从转塔驱动源侧的箭头a侧观察到的转塔的图。

图2是表示通过图1的转塔驱动源使转塔旋转时的转塔驱动源的负荷的变动的图。

图3是表示本发明的第1负荷变动检测方法涉及的刀具更换装置的控制部的功能的概要框图。

图4是对与基准负荷的临时相位匹配处理进行说明的图。

图5a是对第1负荷变动检测方法进行说明的图，是转塔驱动源和转塔的侧视图。

图5b是表示从转塔驱动源侧的箭头a侧观察到的图5a的转塔的图。

图6a是表示第1负荷变动检测方法中的在转塔驱动源发生的负荷变动与负荷的差值的图(异物侵入到转塔机构部的情况)。

图6b是表示第1负荷变动检测方法中的在转塔驱动源发生的负荷变动与负荷的差值的图(异物未侵入转塔机构部的通常的情况)。

图6c是表示第1负荷变动检测方法中的在转塔驱动源发生的负荷变动与负荷的差值、阈值thd的关系的图。

图7是表示通过图3的刀具更换装置的控制部执行的第1负荷变动检测方法的流程图的图。

图8是表示本发明的第2负荷变动检测方法涉及的刀具更换装置的控制部的功能的概要框图。

图9a是对第2负荷变动检测方法进行说明的图。

图9b是表示从转塔驱动源侧的箭头a侧观察到的转塔的图。

图10a是表示在第2负荷变动检测方法中的转塔驱动源发生的负荷变动与负荷的差的绝对值的积分值的图(转塔发生了磨损的状态下)。

图10b是表示在第2负荷变动检测方法中的转塔驱动源发生的负荷变动与负荷的差的绝对值的积分值的图(转塔未磨损的通常情况)。

图10c是表示在第2负荷变动检测方法中的转塔驱动源发生的负荷变动与负荷的差值、阈值thi的关系的图。

图11是表示通过图8的刀具更换装置的控制部执行的第2负荷变动检测方法的流程图的图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式和附图进行说明。

在本发明的刀具更换装置中，在设置了在转塔旋转时以预定的相位产生负荷的变动的机构的基础上，能够检测出与通常时的负荷变动不同的情形，在与通常时的负荷变动不同的情况下，不进行以检测出的该负荷的变动为基准的相位设定处理，而是通过使刀具更换动作停止或通知警报，来防止基准相位误检测。

在本发明的刀具更换装置的与通常时的负荷变动不同的负荷变动的第1检测方法中，刀具更换装置具备：存储通常时的变动的功能、运算刀具更换时检测到的变动与该存储的变动之间的差的功能、能够设定针对该差值的阈值的功能、以及能够检测该差值超过了该阈值这一情况的功能，通过这些功能来检测异物进入了转塔分度的机构部等。

在本发明的刀具更换装置的与通常时的负荷变动不同的负荷变动的第2检测方法中，具备：存储通常时的变动的功能、对刀具更换时检测到的变动与该存储的变动之间的差的绝对值进行积分的运算功能、能够设定针对该积分值的阈值的功能、以及能够检测该积分值超过了该阈值这一情况的功能，通过这些功能来检测转塔机构部件的磨损等。

＜转塔旋转时的负荷变动机构以及负荷检测部＞

图1a、图1b是表示本发明的一实施方式的刀具更换装置的转塔驱动源与转塔之间的关系的图，图1a为侧视图，图1b为从转塔驱动源侧的箭头a侧观察转塔的向视图。在图1a、图1b中，1为转塔，2为驱动转塔1的转塔驱动源，隔着固定部4经由传递机构与转塔1连接。转塔1能够以旋转中心8为中心向左方向、右方向的某一种而回转，t1、t2、t3…表示在主轴和转塔1之间可交接(交换)刀具的相位。

在转塔1的转塔驱动源2侧的面，通过将端部固定于固定部4的弹簧5而将球6按压至转塔1侧，通过转塔1回转，将球6按压至转塔1的被虚线围住的双重圆周的某个位置。此外，在转塔1上的球6所移动的圆周路径上例如设有槽3，以便在主轴与转塔1之间以能够对刀具进行交接的相位的数进行等分(在图1b中为8等分)。

当通过转塔驱动源2的动力进行转塔1的旋转动作时，球6一边按压转塔1一边通过圆周路径，此时通过槽3。当球6通过槽3以外的部位时，因作用于球6和转塔1之间的摩擦力，导致会向转塔驱动源2施加固定的负荷。

当球6在槽3上通过时，最初，球6进入槽3而弹簧5以伸长的方式变化。当球6与槽3重叠时，球6与槽3的形状对应地移动，在弹簧5以伸长的方式变化后，弹簧5以收缩的方式变化。当球从槽3出来时，弹簧5以收缩的方式变化。在该一连串的移动中，在弹簧5延伸时，球6对转塔1向与转塔1的旋转方向相同的方向施加力，对转塔驱动源2施加的负荷降低。相反，在弹簧5收缩时，用于使弹簧5缩短的力从转塔1经由球6施加至弹簧5，因此，作为其相反作用的力朝向对转塔1的旋转成为阻力的方向而作用。因此，向转塔驱动源2施加的负荷增加。

由此，当通过转塔驱动源2使转塔1旋转时，如图2所示，在球6与槽3重叠的位置，转塔驱动源2的负荷变动。通过检测该转塔驱动源2的负荷的变动，能够检测出实际的转塔1的位置。

接着，说明检测基于使转塔驱动源2的负荷变动的机构的转塔驱动源2的负荷检测方法。

转塔驱动源2通过机床的控制装置控制在机床的控制装置中预先设定的要输出的动力，以便以决定的速度使转塔1旋转。例如，旋转比所决定的速度慢的情况下输出变大，旋转比所决定的速度快的情况下，以抑制输出的方式进行控制，从而控制装置将转塔1的旋转速度控制成所决定的速度。因此，在阻力相对于转塔1的旋转动作而变小的情况下，转塔驱动源2的输出变小，在阻力变大的情况下，转塔驱动源2的输出变大。

在图1a、图1b所示的机构的情况下，因球6通过转塔1的旋转动作而进出槽3，在转塔1的旋转动作中向转塔驱动源2的负荷变动，因此，根据该变动，从机床的控制装置向转塔驱动源2的指令值变化，向转塔驱动源2供给的电流值也变化。通过检测该指令值、向转塔驱动源2输入的电流值的变化，能够检测出基于槽3的向转塔驱动源2的负荷的变动。

＜第1负荷变动检测方法＞

以下，对第1负荷变动检测方法进行说明。

图3是表示本发明的一实施方式的刀具更换装置的控制部的功能的概略框图。本实施方式的刀具更换装置100所具备的转塔驱动源2的驱动由控制部20控制。此外，控制部20具备刀具更换控制部21、差值运算部22、基准相位误检出检测部23、转塔旋转动作基准负荷存储部30、阈值设定部31。

刀具更换控制部21根据从未图示的存储器中读出并执行的程序的程序块的指令或信号的指令，来进行刀具更换的控制。在刀具更换控制中，根据在控制部20侧识别的转塔1的相位、与能够对成为更换对象的刀具进行更换的转塔1的相位之间的差，对转塔驱动源2进行控制，以便使转塔1回转。此外，刀具更换控制部21根据设置于转塔驱动源2的负荷检测部检测出的负荷，对转塔驱动源2的负荷的变动进行检测，根据检测出的结果，进行调整或修正转塔1的相位与转塔驱动源2的相位之间的差的控制。基于刀具更换控制部21的转塔驱动源2的控制方法与专利文献1所公开的控制方法相同。

在刀具更换控制部21对转塔驱动源2进行驱动控制而使转塔进行旋转动作时，差值运算部22取得由负荷检测部9检测出的转塔驱动源2的负荷，计算与记录于转塔旋转动作基准负荷存储部30的基准负荷之间的差，并输出到基准相位误检出检测部23。记录于转塔旋转动作基准负荷存储部30的基准负荷为，测定在控制部20识别的转塔1的相位与实际的转塔的相位之间没有差的状态下的转塔旋转动作中的转塔驱动源的负荷而得的。在转塔驱动源2的每个回转方向(顺时针旋转、逆时针旋转)测量基准负荷，以各自能够区别的方式存储于转塔旋转动作基准负荷存储部30中。差值运算部22与转塔驱动源2的回转方向相匹配地，使用在转塔旋转动作基准负荷存储部30中记录的某个基准负荷。

差值运算部22在计算由负荷检测部9检测出的转塔驱动源2的负荷与基准负荷之间的差时，首先，进行负荷检测部9检测出的转塔驱动源2的负荷与基准负荷之间的“临时相位匹配”处理。作为“临时相位匹配”处理的例子，如图4所示，选择由负荷检测部9检测出的表示转塔驱动源2的负荷的最大值的相位prmax，以该相位prmax与表示最近的基准负荷的最大值的相位psmax成为相同相位的方式，使由负荷检测部9检测出的转塔驱动源2的负荷整体的相位偏移。作为“临时相位匹配”处理的另外一例，以使由负荷检测部9检测出的转塔驱动源2的负荷与基准负荷的各相位的差的合计值(积分值)成为最小的方式，使由负荷检测部9检测出的转塔驱动源2的负荷整体的相位偏移。

差值运算部22执行上述的“临时相位匹配”处理后，计算出由负荷检测部9检测出的转塔驱动源2的负荷与基准负荷的各相位的差，并将该结果输出到基准相位误检出检测部23。另外，针对转塔驱动源2的回转开始后立即进行加速时的负荷、以及转塔驱动源2的回转即将停止之前的进行减速时的负荷，差值运算部22并不将与基准负荷的差作为要运算的对象。这样，能够防止基于加速时以及减速时的不稳定的负荷变动而进行的异物等的误检测。

基准相位误检出检测部23接受由差值运算部22输出的、由负荷检测部9检测出的转塔驱动源2的负荷与基准负荷的各相位的差，在各个相位比较差与在阈值设定部31中设定的阈值thd。然后，在某个相位由负荷检测部9检测出的转塔驱动源2的负荷与基准负荷的差超过了阈值thd的情况下，判定为刀具更换控制部21有可能误检测基准相位，对刀具更换控制部21指令不进行基准相位的修正或调整等，并且指令停止刀具更换控制。此时，基准相位误检出检测部23对未图示的显示装置或警报装置通知有可能误检测基准相位，而使操作员知道。

图5a、图5b中示出了异物进入了转塔分度的机构部的情况的一例。此外，图6a表示在图5a、图5b的状态时，所检测出的转塔驱动源的负荷变动的方式。

转塔1进行回转，球6一边按压转塔1一边在转塔1被虚线围住的双重圆周之间移动时，如图5所示那样侵入了转塔机构部的异物10被夹在球6与转塔1的被虚线围住的双重圆周之间的情况下，以按压弹簧5的方式作用，因此，对于转塔驱动源2使转塔旋转的情形，产生成为阻力的方向的力。因此，如图6a所示那样，在由负荷检测部9检测出的转塔驱动源2的负荷中发生了因侵入转塔机构部的异物10而导致的负荷变动11。在将这些检测为分度基准的相位时，因侵入了转塔机构部的异物10导致的负荷变动11的相位被误检测为转塔的分度基准相位。

在图6b中示出了通常时的转塔驱动源2的负荷变动的方式即基准负荷。此外，在图6c中示出了差值运算部22算出的、由负荷检测部9检测出的转塔驱动源2的负荷与基准负荷之间的差。如图6c所示，在差超过了阈值thd的情况下，通过检测该情况而能够检测出异物侵入了转塔机构部，能够不进行基准相位的修正或调整等地防止基准相位的误检测。

图7是本实施方式的刀具更换控制处理的流程图。

[步骤sa01]刀具更换控制部21根据指令对转塔1的旋转动作进行控制。

[步骤sa02]基准相位误检出检测部23根据由差值运算部22计算出的旋转时的负荷与基准负荷的差(差值)，来判定是否检测到异物侵入了转塔机构部。检测到的情况下向步骤sa03的处理转移，没有检测到的情况下向步骤sa01的处理转移。

[步骤sa03]基准相位误检出检测部23对刀具更换控制部21指令不将检测出的转塔的分度基准相位设定为转塔的分度基准的相位。

[步骤sa04]刀具更换控制部21进行停止刀具更换动作的控制。

这样，在异物侵入了转塔分度的机构部的情况下，差(＝变动的检测值－通常时的变动值)的值变动得大，因此通过上述的结构检测到差值超过了阈值的情况下，能够判断为异物侵入了转塔机构部，不根据该判断后检测出的变动设定基准相位，而是停止刀具更换动作，从而能够防止基准相位误检测。

＜第2负荷变动检测方法＞

以下，对上述的第2负荷变动检测方法进行说明。

图8是表示本发明的一实施方式的刀具更换装置的控制部的功能的概要框图。本实施方式的刀具更换装置100所具备的转塔驱动源2的驱动由控制部20控制。此外，控制部20除了具备刀具更换控制部21、差值运算部22、基准相位误检出检测部23、转塔旋转动作基准负荷存储部30、阈值设定部31外，还具备积分值运算部24。另外，积分值运算部24和基准相位误检出检测部23以外的功能单元的动作与图3中说明的功能单元的动作相同。

积分值运算部24对差值运算部22计算出的、负荷检测部9检测出的转塔驱动源2的负荷与基准负荷的差的绝对值，计算转塔1的旋转动作开始之后的积分值。

本实施方式的基准相位误检出检测部23接受由积分值运算部24输出的、由负荷检测部9检测出的转塔驱动源2的负荷与基准负荷之间的差的绝对值的积分值，在各个相位，比较积分值与在阈值设定部31中设定的阈值thi。然后，在某个相位积分值超过了阈值thi的情况下，判定为可能转塔机构部有磨损，对刀具更换控制部21指令不进行基准相位的修正或调整等，并且指令停止刀具更换控制。此时，基准相位误检出检测部23对未图示的显示装置或警报装置通知可能转塔机构部有磨损，而使操作员知道。

图9a、图9b中示出了转塔分度的机构部件发生了磨损的情况的一例。转塔1和球6因转塔1反复旋转而相互摩擦，而发生磨损，以转塔1旋转的回转动作的中心8为中心而发生的磨损，导致生成槽12。

图10a表示在图9a、图9b的状态时，所检测出的转塔驱动源的负荷变动的情形。转塔1回转，球6在转塔1的被虚线围住的双重圆周之间，一边按压转塔1一边移动时，存在因有磨损而产生的槽12的情况下，与产生磨损前相比，弹簧5成为伸长的状态，因此由球6产生的摩擦力变小。此外，球6通过槽3时，弹簧伸缩的变化量与产生磨损前相比变小，因此所检测的变动的变化量也变小。因此，无法检测出基于变动的基准相位。

图10b表示通常时的转塔驱动源2的负荷变动的情形。此外，图10c表示积分值运算部24对差值运算部22运算的、由负荷检测部9检测出的转塔驱动源2的负荷与基准负荷之间的差的绝对值进行积分而得的积分值的变动的情形。通过检测图10c所示的、超过针对差的绝对值的积分值的变动的阈值thi这一情况，能够检测在转塔机构部中发生的磨损，能够防止基准相位的误检测。

图11是本实施方式的刀具更换控制处理的流程图。

[步骤sb01]刀具更换控制部21根据指令对转塔1的旋转动作进行控制。

[步骤sb02]基准相位误检出检测部23根据由积分值运算部24计算出的旋转时的负荷与基准负荷之间的差的绝对值的积分值，来判定是否检测到转塔机构部中发生的磨损。检测到的情况下向sb03的处理转移，没有检测到的情况下向步骤sb01的处理转移。

[步骤sb03]基准相位误检出检测部23对刀具更换控制部21指令不将检测出的转塔的分度基准相位设定为转塔的分度基准的相位。

[步骤sb04]刀具更换控制部21进行停止刀具更换动作的控制。

这样，当转塔机构部件发生磨损时，刀具更换时的变动的方式变化，存在无法检测出基于变动的基准相位的情况，通过上述结构，对差值的积分值进行运算，检测出超过了与该积分值相关的阈值这一情况，由此，能够检测转塔机构部件正在发生磨损这一情况，不根据检测后检测出的变动设定基准相位，而是停止刀具更换动作，从而能够防止基准相位误检测。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式的例子，通过进行适当的变更能够以各种方式实施。

例如，在上述实施方式中设置于转塔的圆周路径上的槽3的生成方法仅为一例，并不一定必须在圆周上以等间隔地生成槽，也可以以不同的间隔生成槽。此外，在上述实施方式中，槽3的深度、形状均相同，但也可以对每个槽3改变深度、形状、数量等，由此能够区别地检测出可进行刀具的交接的多个相位。并且，为了将槽3的一部分的摩擦系数设为与其他部分不同的值，改变槽3的一部分的面的粗糙度，或改变槽3的一部分和其他部分的素材，或改变槽3的一部分和其他部分的表面处理，由此能够改变向转塔驱动源2施加的负荷的变动的方式(情形)。

此外，可以代替槽3而设置成山型那样的凸形状，而使转塔驱动源2的负荷变动。此外，代替球6而使用辊(roller)，或也可以代替弹簧5和球6，通过向同心圆上部分地按压在固定部侧具有支持端的悬臂梁的方法，使转塔驱动源2的负荷变动。

并且，也可以通过控制部同时执行上述的第1负荷变动检测方法和第2负荷变动检测方法。在该情况下，预先在阈值设定部31中设定并存储阈值thd和阈值thi这两者，基准相位误检出检测部23将差值运算部22输出的差值和积分值运算部24计算出的积分值这两者与各个阈值进行比较，从而能够检测异物向转塔机构部的侵入和转塔机构部件的磨损这两者。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式的例子，通过进行适当的变更，也可以以其他方式实施。