专利名称：带主轴卡盘更换功能的机床的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带主轴卡盘更换功能的机床，例如，涉及不必使轴电机停止而能够进行工件的拆装的技术。
背景技术：
在车床等的机床上，将握持在主轴卡盘上的加工完成的工件通过装填器等更换成新的工件时，停止主轴的旋转，通过装填器接受加工完成的工件，再将新的工件从装填器交至主轴卡盘。然后，使主轴电机旋转，将主轴提速至加工所需的旋转速度。因此，在主轴卡盘的工件更换过程中，主轴的减速.停止时间、工件的接交时间、以及主轴旋转的提速时间是必要的，该工件更换时间成为加工的作业周期拉长的主要原因。尤其是，对于工具与工件接触、进行实际加工的时间较短的加工，工件更换的时间占了作业周期的大部分。
作为将这样的工件更换的时间缩短的机床，提出了以下的方案(例如，专利文献l)，即，在主轴台上，以能够进行位置变更的方式在加工位置和待机位置设置两才艮主轴，在以加工位置的主轴进行加工的期间，对待机位置的主轴进行工件的更换。为进行主轴的驱动，采用一台主轴电4几，对位于加工位置的主轴传递动力。
此外，还提出了以下方案(例如，专利文献2),即，将主轴以及支承主轴电机的主轴台相对于一台刀具台设置在两侧，在以 一个主轴进行加工的期间，对另 一 主轴进行工件的更换以及主轴旋转的提速。
专利文献1:日本特开昭58-196904号^^才艮专利文献2:日本特开2001-341001号公报
发明内容
上述具有两根主轴、以共同的主轴电机使其旋转的提案例，利 用加工时间来进行对主轴卡盘的加工完成的工件与新工件的接交。
但是，主轴旋转的起动必须要在待机位置的主轴到达加工位置之后
进行。因此，无法将工件更换时间中的、主轴旋转的起动所需的时
间缩短。
上述的具有两根主轴以及两台主轴电机的提案例，在更换时间 的缩短这一方面效果显著。但是，由于主轴、主轴电机以及主轴台
都需要设置两个，因此设备大型化，设备成本高。
本发明的目的在于提供一种带主轴卡盘更换功能的机床，能够 以简单的结构缩短工件更换的时间。
本发明的另 一 目的在于提供一种带主轴卡盘更换功能的机床， 在将主轴卡盘结合到主轴上时不会产生强迫的力。
本发明的又一 目的在于提供一种带主轴卡盘更换功能的机床， 能够进一步缩短对主轴电机的旋转速度进行控制的时间。
本发明的带主轴卡盘更换功能的机床，具有主轴，在该主轴 的顶端具有供主轴卡盘以能够自由更换的方式结合的卡盘结合部， 该主轴以能够自由旋转的方式支承在主轴支承部件上；主轴电机， 该主轴电机旋转驱动所述主轴；多个主轴卡盘，该多个主轴卡盘具 有保持工件的功能，以能够自由更换的方式结合在所述主轴的所述
卡盘结合部上；主轴卡盘更换机构，该主轴卡盘更换机构以能够自 由旋转的方式保持所述多个主轴卡盘，并将任意的主轴卡盘在主轴 正对位置与对主轴卡盘进行工件的更换的工件更换位置之间进行调 换，将该任意的主轴卡盘相对于所述主轴的所述卡盘结合部进行接 交；预旋转用电机，该预旋转用电机在使被保持在所述主轴卡盘更 换机构上的、处于所述工件更换位置的主轴卡盘位于主轴正对位置 之前使该主轴卡盘旋转；旋转速度检测装置，该旋转速度检测装置 对由所述预旋转用电机而旋转的主轴卡盘的旋转速度进行检测；更 换时主轴电机速度控制装置，该更换时主轴电机速度控制装置在通过所述主轴卡盘更换机构将所述主轴正对位置的主轴卡盘交至所述主轴的所述卡盘结合部时，按照所述旋转速度检测装置的检测速度对所述主轴电机的旋转速度进行控制，使得主轴的旋转速度与主轴正对位置的主轴卡盘的旋转速度同步。
通过采用该构成，在工件的加工过程中，通过预旋转用电机使保持着接下来要加工的工件的其他的主轴卡盘旋转。在一个主轴卡盘上的工件的加工完成后，主轴卡盘更换机构将处于工件更换位置的其他的主轴卡盘调换至主轴正对位置，对主轴的卡盘结合部进行接交。此时，旋转速度检测装置对由预旋转用电机而旋转的另一主轴的旋转速度进行检测。
更换时主轴电机速度控制装置在将处于主轴正对位置的所述其他的主轴卡盘交至主轴时，按照所述旋转速度检测装置的检测速度对所述主轴电机的旋转速度进行控制，使得主轴的旋转速度与主轴正对位置的主轴卡盘的旋转速度同步。由此，由于旋转速度同步因而能够使主轴卡盘顺畅地结合到主轴上。接着，通过主轴电机使结合了其他的主轴卡盘的主轴成为适于加工的旋转速度。由此，对保持在其他的主轴卡盘上的工件进行加工。然后，重复进行该动作。
这样，不需要使为进行加减速需要耗费时间的主轴的旋转停止，便能够使位于主轴正对位置的主轴卡盘结合到主轴的卡盘结合部上。因此，通过采用该机床，在更换工件进行加工时，可以马上开始加工，能够谋求加工作业周期的缩短。另外，只要使多个主轴卡盘在主轴正对位置与工件更换位置之间调换即可，不必使预旋转用电机等与主轴卡盘一同移动。因此，能够谋求包括多个主轴卡盘在内的可动部件的小型化以及轻量化。通过采用该机床，由于能够通过一根主轴以及一台主轴电机谋求工件更换时间的缩短，因此，与具有两根主轴以及两台主轴电机的机床相比，能够使构成简单，能够谋求设备成本的降低。
还可以设置预旋转用电机动力切断装置，该预旋转用电机动力切断装置使得被保持在所述主轴卡盘更换机构上的、由所述预旋转用电机被旋转驱动的主轴卡盘在通过所述主轴卡盘更换机构被交至 所述主轴的卡盘结合部这一动作之前，处于旋转状态。在此情况下， 通过预旋转用电机使用与接下来的加工的主轴卡盘旋转，接着，通 过预旋转用电机动力切断装置使该主轴卡盘处于惯性旋转状态。由 此，通过使用于接下来的加工的主轴卡盘处于惯性旋转状态，因而 在将该主轴卡盘结合到主轴上时不会产生强迫的力。另外，预旋转 用电机只要使用于接下来的加工的主轴卡盘预备地惯性旋转即可， 不必确保主轴电机那样的加工所必需的输出。因此，与具有两根主 轴以及两台主轴电机的机床相比，能够谋求机床的制造成本的降低。 还可以设置旋转力传递装置，该旋转力传递装置将所述预旋转 用电机所产生的旋转驱动力传递至所述多个主轴卡盘。在此情况下， 在通过预旋转用电机对用于接下来的加工的主轴卡盘进行旋转驱动 后，对主轴电机的旋转速度进行同步控制。然后能够马上使主轴卡 盘顺畅地结合到主轴上。 (发明的效果)
本发明的带主轴卡盘更换功能的机床，由于具有主轴，在该
主轴的顶端具有供主轴卡盘以能够自由更换的方式结合的卡盘结合
部，该主轴以能够自由旋转的方式支承在主轴支承部件上；主轴电 才几，该主轴电才几旋转驱动所述主轴；多个主轴卡盘，该主轴卡盘具 有保持工件的功能，以能够自由更换的方式结合在所述主轴的所述
卡盘结合部上；主轴卡盘更换机构，该主轴卡盘更换机构以能够自 由旋转的方式保持所述多个主轴卡盘，并将任意的主轴卡盘在主轴 正对位置与对主轴卡盘进行工件的更换的工件更换位置之间进行调 换，将该任意的主轴卡盘相对于所述主轴的所述卡盘结合部进行接 交；预旋转用电机，该预旋转用电机在使被保持在所述主轴卡盘更 换机构上的、处于所述工件更换位置的主轴卡盘位于主轴正对位置 之前使该主轴卡盘旋转；旋转速度检测装置，该旋转速度检测装置 对因所述预旋转用电机而旋转的主轴卡盘的旋转速度进行检测；更 换时主轴电机速度控制装置，该更换时主轴电机速度控制装置在通过所述主轴卡盘更换机构将所述主轴正对位置的主轴卡盘交至所述主轴的所述卡盘结合部时，按照所述旋转速度检测装置的检测速度对所述主轴电机的旋转速度进行控制，使得主轴的旋转速度与主轴正对位置的主轴卡盘的旋转速度同步，因而能够以简单的构成缩短工件更换的时间。
在设置使得被保持在所述主轴卡盘更换机构上的、由所述预旋转用电机被旋转驱动的主轴卡盘在通过所述主轴卡盘更换机构被交至所述主轴的卡盘结合部这一动作之前处于旋转状态的预旋转用电机动力切断装置的情况下，能够使得在将主轴卡盘结合到主轴上时不会产生强迫的力。
在设置将所述预旋转用电机所产生的旋转驱动力传递至多个主轴卡盘的旋转力传递装置的情况下，能够进一步缩短对主轴电机的旋转速度进行控制的时间。
图1是本发明的第一实施方式的带主轴卡盘更换功能的机床的主视图。
图2是表示该机床的主轴卡盘等的立体图。
图3是该机床的概略图，(a)是该机床的侧视图，(b)是该
机床的主一见图。
图4是该机床的主轴卡盘更换时的概略侧视图。
图5是该机床的主轴卡盘更换机构的主要部位剖视图。
图6表示该机床的分离机构的结构的剖视图。
图7是该机床的卡盘卡合机构的主要部位剖视图。
图8是主轴卡盘从卡盘结合部脱离的状态的卡盘卡合机构的主
要部位剖视图。
图9是该主轴卡盘的工件保持机构等的剖视图。
图10是表示该工件保持机构的主要部位结构的放大剖视图。
图11是表示预旋转用电机周边结构的侧视图。图12是该机床的控制系统的框图。
图13是本发明的第二实施方式的带主轴卡盘更换功能的机床的 剖视图。
图14是该机床的主要部位的放大剖视图。 (符号说明)
1、 ia…-机床
2- …主轴支承部件
3- -主轴 3a-…卡盘结合部
4- --主轴电才几
5- —-主轴卡盘 7-…预旋转用电机
lO----主轴卡盘更换才几构
13——预旋转用电机动力切断装置
14…-旋转速度检测装置
21 更换时主轴电机速度控制装置
59——单向离合器
63--旋转力传递装置 Pl一—主轴正对位置
P2——工件更换位置
w——工件
具体实施例方式
参照图l至图12对本发明的第一实施方式进行说明。
如图1 ~图5所示，该第一实施方式的带主轴卡盘更换功能的机
床1，是转台式车床，具有主轴支承部件2、主轴3、主轴电机4、
两个主轴卡盘5、 5、卡盘装填器6、预旋转用电机7、更换时主轴电
机速度控制装置21 (图12)、以及刀具台T。
主轴支承部件2由设置在台座(未图示)上的主轴台构成，在该主轴支承部件2上，主轴3以能够绕轴线Ll自由旋转的方式被主轴轴承支承。该主轴3在轴向顶端具有卡盘结合部3a,在该卡盘结合部3a上以能够自由更换的方式结合有两个主轴卡盘5、 5。主轴电机4设置在主轴支承部件2上，能够旋转驱动主轴3。如图l所示，刀具台T由转台构成。刀具台T被配置在主轴3附近，且能够绕平行于主轴3的轴心L3分度旋转。通过安装在该刀具台T上的工具Tl，对图2、图4中所示的结合在卡盘结合部3a上的主轴卡盘5所保持的工件W进行加工。刀具台T中，在外周的周向上并列的各工具位置上安装有工具Tl。各工具Tl既可以是车刀等的固定工具，也可以是铣刀或钻头等的旋转工具。另外，刀具台T的分度旋转通过图示以外的分度驱动装置进行。
两个主轴卡盘5、 5隔开规定距离互不干涉地设置在转动部件8上，并且互相平行地配置。这些主轴卡盘5例如具有卡盘爪9，具有使该卡盘爪9在半径方向内侧、外侧位移，对工件W进行保持的功能。所谓的"主轴卡盘"意味着，不需要具有产生高握持力的主轴的全规格，也包括临时进行握持的夹具性质的主轴卡盘。如图6所示，卡盘装填器6具有主轴卡盘更换机构10、转动驱动电机ll、前后驱动源12、以及后述的旋转速度检测装置。
对主轴卡盘更换4几构10进4于说明。
如图3~图5所示，主轴卡盘更换机构IO是将任意的主轴卡盘5在主轴正对位置Pl与工件更换位置P2之间进行调换、将该主轴卡盘5相对于主轴3的卡盘结合部3a进行接交的机构。
如图4所示，上述主轴正对位置P1，是主轴3的卡盘结合部3a的轴心与主轴卡盘5的轴心为同一轴心、并且主轴卡盘5相对于上述卡盘结合部3a隔开规定的小距离而与其正对的位置。如该图4所示，上述工件更换位置P2，是对主轴卡盘5进行工件W的更换的位置。
如图5所示，主轴卡盘更换机构10具有外壳30、滑动机构31、前后驱动源12、滚珠丝杠32、转动轴33、轴承34、转动驱动电机11、动力传递部GR、以及卡盘卡合机构35 (图4等)。滑动机构 31具有直动轴承36和滑轨37。
在主轴支承部件2的上部敷设有滑轨37,在外壳30的下部固定 安装有多个直动轴承36。这些直动轴承36被沿着滑轨37引导，由 此，使外壳30能够在主轴轴向上移动。在主轴支承部件2上，经由 托架38，设有由电机构成的前后驱动源12。在托架38等上，滚J朱 丝杠32的丝杠轴32a被支承为能够自由旋转、且与滑轨37的长度 方向平行，该丝杠轴32a通过上述电才几被旋转驱动。另外，滚J朱丝 杠32的螺母部件(未图示)在外壳30的下部设有多个。丝杠轴32a 螺合在这些螺母上，通过电机的旋转使外壳30在主轴轴向上移动。
在外壳30内，经由多个轴承34、 34以能够自由旋转的方式支 承有转动轴33。该转动轴33的一端以及另一端从外壳30突出。转 动部件8的长度方向中间部固定安装在转动轴33的一端上。在外壳 30的上部设有转动驱动电机11。通过该转动驱动电机11的驱动， 经由动力传递部GR、使转动轴33绕其轴心正转或反转，从而能够 使转动部件8进行180度转动。动力传递部GR具有固定在转动驱 动电机11的电机轴上的小齿轮39、和设置在转动轴33的另一端、 与小齿轮39啮合的齿轮40。因此，通过转动驱动电机11的驱动， 动力从小齿轮39传递至齿轮40,转动轴33经由多个轴承34、 34 进行180度旋转。由此，设在转动部件8的长度方向一端部或另一 端部的任意的主轴卡盘5能够在主轴正对位置Pl与工件更换位置 P2之间实现定位。
如图4、图5所示，将握持着工件W的任意的主轴卡盘5定位 在主轴正对位置Pl之后，通过前后驱动源12的驱动使外壳30向轴 向一侧移动，使该主轴卡盘5接近主轴3的卡盘结合部3a。在该状 态下，通过卡盘卡合机构35，将上述主轴卡盘5接交至卡盘结合部 3a。
如图6 图8所示，卡盘卡合机构35具有能够从转动部件8 将任意的主轴卡盘5分离脱离的分离机构41、 41;用于将主轴卡盘5保持在卡盘结合部3a上的保持机构42。分离机构41、 41设置在转动部件8的一端部以及另一端部。这些分离^U勾41、 41是相同的结构，因而仅对转动部件8的一端部侧的分离机构41进行说明。
如图6所示，分离机构41具有其大部分从转动部件8的顶端突出的握持部件43、多个轴承44、弹簧部件45、杠杆部件46、液压缸47等。弹簧部件45、杠杆部件46、以及液压缸47装备在转动部件8内。握持部件43具有一分为二的环部43a、 43a。这些环部43a、 43a经由销48等以能够开闭的方式支承在转动部件8上。多个轴承44沿着环部43a、 43a的内周、在周向上隔开一定间隔地配置。使这些轴承44的外圈与环部43a、 43a的内周缘相比位于半径方向内侧，通过多个外圏以能够旋转的方式握持主轴卡盘5的外周部。
在环部43a、 43a的基端部43b、 43b，夹设有由压縮螺旋弹簧构成的弹簧部件45。通过该弹簧部件45的弹簧力，基端部43b、 43b被左右隔离开，环部43a、 43a被向着半径方向内侧弹压，以能够旋转的方式握持主轴卡盘5的外周部。
杠杆部件46以能够自由摆动的方式设置。在液压缸47的杆部上，连结着杠杆部件46的一端，在该杠杆部件46的另一端连结着环部43a中的一个的基端部43b。当对液压缸47的杆部进行退入驱动时，杠杆部件46摆动，抵抗弹簧部件45的弹簧力而接近基端部43b、 43b,环部43a、 43a向半径方向外侧打开。由此，能够使任意的主轴卡盘5 >^人转动部件8分离脱离。
如图7、图8所示，保持^U勾42具有例如由电^f兹线圏等构成的促动器49和多个爪50。促动器49设置在卡盘结合部3a内，在其驱动部上连结有多个爪50。这些爪50例如120度等分地配置在圆周方向上的三处。通过促动器49的驱动，这些多个爪50能够向半径方向内侧以及外侧位移。在主轴卡盘5上，形成有供这些多个爪50嵌入的嵌合孔5a。
此外，在卡盘结合部3a内，形成有将主轴卡盘5定位于主轴3的同心位置上的凹部3aa。在主轴卡盘5上，形成有能够嵌合于该凹部3aa的凸部5b。在凹部3aa与凸部5b嵌合的状态下，通过使各个 爪50从半径方向外侧向内侧位移，从而能够将主轴卡盘5以不能随 动转动的方式保持在卡盘结合部3a上。
对主轴卡盘5的工件保持功能进行说明。
如图7 图10所示，主轴卡盘5具有卡盘爪9、工件保持机构15、 以及外壳16。在大致圆筒形状的外壳16内，容纳着工件保持机构 15。该工件保持机构15具有可动部17、 17、 一对工作杆18、 18、 以及拉伸螺旋弹簧19。用于使工作杆18、 18动作的可动部17、 17, 以在箭头符号Al、 A2 (图10)所示的半径方向上稍微离开间隔地 相对的方式配置在外壳16内的底部。在这些可动部17、 17的相对 的顶端部分，装备有拉伸螺旋弹簧19。
在可动部17、 17的顶端部分，以能够自由摆动的方式连结有工 作杆18、 18的基端部。 一对工作杆18、 18的顶端附近部交叉，而 且在这些顶端附近部的交叉部设有构成摆动支点的销20等。在一对 工作杆18、 18的顶端部固定安装有卡盘爪9。通过拉伸螺旋弹簧19 的弹簧力，对可动部17、 17的顶端部分以使其接近的方式向箭头符 号A1的方向弹压。由此， 一对工作杆18、 18以摆动支点为中心摆 动，使工作杆18、 18的顶端附近部的交叉角度a变小。因此，能够 使卡盘爪9向半径方向内侧位移、保持工件W。
当抵抗拉伸螺旋弹簧19的弹簧力、使可动部17、 17的顶端部 分向箭头符号A2的方向离开间隔，使一对工作杆18、 18与上述情 况向反方向摆动。由此，能够扩大工作杆18、 18的顶端附近部的交 叉角度a,使卡盘爪9向半径方向外侧位移、使工件W脱离。作为 使可动部17、 17的顶端部分离开间隔的驱动源，可以适用图示以外 的液压缸等。
对预旋转用电机7等进行说明。
如图4所示，预旋转用电机7是在使位于工件更换位置P2的主 轴卡盘5变成位于主轴正对位置Pl之前、使该主轴卡盘5旋转的电 机。该预旋转用电机7构成为能够在主轴轴向上移动驱动。即，如图11所示，在该机床1的框架51上敷设有滑轨52。在支承预旋转用电机7的板体53的下部固定安装有多个直动轴承54、 54，这些直动轴承54、 54被沿着滑轨52引导。在框架51上，经由安装部件55设置有液压缸56。在板体53的上部安装有托架57,在该托架57上连结有液压缸56的杆。通过液压缸56的驱动使杆进退，从而使板体53以及预旋转用电机56能够在主轴轴向上移动。
如图4、图11所示，位于主轴正对位置Pl的主轴卡盘5结合在卡盘结合部3a上，在上述主轴卡盘5能够通过主轴电机4进行旋转的状态下，位于工件更换位置P2的主轴卡盘5构成为能够通过预旋转用电机7被旋转驱动，以备接下来的加工。换言之，在位于主轴正对位置Pl的工件W的加工过程中，位于工件更换位置P2的主轴卡盘5构成为能够预备地进行旋转驱动。
通过液压缸56的杆的进出，能够通过作为预旋转用电机动力切断装置13的离合器实现动力传递。作为该离合器，例如，使用圆锥离合器等，具有预旋转用电机侧的动力传递部13a和主轴卡盘5侧的被动力传递部13b。通过上述杆的进出，这些动力传递部13a、 一皮动力传递部13b在嵌合的状态下抵接，通过该抵接面上的摩擦力等，^L动力传递部13b相对于动力传递部13a的圆周方向的相对位移邱皮阻止。由此，上述主轴卡盘5能够被预旋转用电机7旋转驱动。通过杆的退入，当动力传递部13a与^^动力传递部13b离开间隔时，主轴卡盘5不能被预旋转用电机7旋转驱动。不过，在主轴卡盘5被预旋转用电机7旋转驱动的状态下，当通过杆的退入使动力传递部13a与被动力传递部13b离开间隔，则上述主轴卡盘5获得惯性旋转状态。
对旋转速度检测装置14进行说明。
旋转速度检测装置14由例如光反射式的编码器等构成。旋转速度检测装置14是检测绝对位置的相位检测装置。上述编码器具有光源、受光元件、以及反射板。例如，如图4所示，在转动轴33的顶端部，设有光源14a和受光元件14b，沿着各主轴卡盘5的外周部设有反射板14c。从光源14a发出的光反射到旋转的反射板14c上，成 为光的明暗的重复图案，并返回受光元件14b。编码器将向该受光元 件14b的返回光的明暗转换成脉沖信号。根据单位时间内的脉沖信 号的前沿、后沿数量等的运算式，求得主轴卡盘5的旋转速度。不 过，旋转速度检测装置14不限于光反射式的编码器，还可以适用各 种的编码器、光电断续器(photo interrupter)等。
主要参照图12，对更换时主轴电机速度控制装置21进行说明。
更换时主轴电机速度控制装置21具有计算机式的数值控制装置 以及可编程控制器。更换时主轴电机速度控制装置21,在通过主轴 卡盘更换机构IO将主轴正对位置Pl的主轴卡盘5交至卡盘结合部 3a时，按照旋转速度检测装置14的检测速度来控制主轴电机4的旋 转速度，使得主轴3的旋转速度与主轴正对位置Pl的主轴卡盘5的 旋转速度同步。该更换时主轴电机速度控制装置21是相位同步装置。
即，更换时主轴电机速度控制装置21主要具有主轴卡盘旋转 速度运算部22、主轴电机旋转速度控制部23、以及通过上述计算机 的输出对卡盘装填器6的前后驱动源12以及主轴电机4进行驱动的 驱动电路24。主轴卡盘旋转速度运算部22电连接在上述编码器的受 光元件14b上。主轴电机旋转速度控制部23经由驱动电路24电连 接在卡盘装填器6的前后驱动源12、主轴电机4上。
在主轴卡盘旋转速度运算部22中，存储有根据单位时间内的脉 沖信号的前沿、后沿数量等运算得到的运算程序。该运算程序通常 是能够执行运算的。在通过预旋转用电机7旋转驱动位于工件更换 位置P 2的主轴卡盘5的状态下，当通过杆部的伸动使动力传递部13 a 和-波动力传递部13b离开间隔时，该主轴卡盘5成为惯性旋转状态。
主轴卡盘旋转速度运算部22根据上述脉沖信号求出处于惯性旋 转状态的主轴卡盘5的旋转速度。主轴电机旋转速度控制部23将主 轴电机4的旋转速度控制为这一求出的旋转速度，使得该主轴电机4 的旋转速度与主轴3的旋转速度同步。在此，主轴电机旋转速度控 制部23对所求出的主轴卡盘5的旋转速度是否与主轴3的旋转速度同步进行判断。在判断为"否"的情况下，主轴电机旋转速度控制部23重复进行主轴电机4的旋转速度的同步控制。
当主轴电机旋转速度控制部23判断出所求出的旋转速度与主轴3的旋转速度同步后，该主轴电机旋转速度控制部23对卡盘装填器6的各驱动源执行驱动指令。此后，主轴电机旋转速度控制部23通过未图示的传感器等，对上述主轴卡盘5是否结合在卡盘结合部3a上进行判断。当主轴电机旋转速度控制部23判断出该主轴卡盘5已结合时，该主轴电机旋转速度控制部23将主轴电机4从当前的旋转速度加速或减速至希望的能够加工的旋转速度。
对上述构成的动作进行说明。
在使刀具台T分度旋转至希望位置后，通过主轴电机4，对一个主轴卡盘5结合在卡盘结合部3a上的主轴3进行旋转驱动。由此，对保持在这一主轴卡盘5上的工件W进行加工。在该工件W的加工过程中，通过预旋转用电机7使保持着接下来要被加工的工件W的另一主轴卡盘5旋转。然后，通过液压缸56,使动力传递部13a与被动力传递部13b离开间隔，使上述另一主轴卡盘5成为惯性旋转状态。
当一个主轴卡盘5上的工件W的加工完成后，利用分离机构41将这一主轴卡盘5握持在转动部件8的一端部侧的握持部件43上。接着，通过保持机构42,使这一主轴卡盘5从卡盘结合部3a脱离。由此，主轴电机4与上述这一主轴卡盘5的结合被解除。然后，驱动前后驱动源12，使上述这一主轴卡盘5相对于卡盘结合部3a隔开-见定距离。
处于惯性旋转状态的另一主轴卡盘5的旋转速度通过编码器被检测。根据编码器的检测速度对主轴电机4的旋转速度进行控制，使其与该检测到的旋转速度同步。通过转动驱动电机11的驱动使转动部件8转动180度，将保持着工件W的另一主轴卡盘5定位在主轴正对位置Pl。接着，通过前后驱动源12、卡盘卡合机构35等的驱动，使上述另一主轴卡盘5结合在卡盘结合部3a上。与此同时，将该另一主轴卡盘5从转动部件8的握持部件43分离脱离。然后， 对保持在该另一主轴卡盘5上的工件W进行加工。此后，重复进行 上述动作。
通过采用以上说明的带主轴卡盘更换功能的机床1,不需要使为 进行加减速需要耗费时间的主轴3的旋转停止，便能够使位于主轴 正对位置Pl的主轴卡盘5顺畅地结合到主轴3的卡盘结合部3a上。 因此，通过采用该机床l,在更换工件W进行加工时，可以马上开 始加工，能够谋求加工作业周期的缩短。另外，只要使两个主轴卡 盘5、 5在主轴正对位置Pl与工件更换位置P2之间调换即可，不必 使预旋转用电机7等与主轴卡盘5—同转动。因此，能够谋求包括 两个主轴卡盘5、 5、转动部件8等的可动部件的小型化以及轻量化。 由于通过采用该机床1,能够通过一根主轴3以及一台主轴电机4 谋求工件更换时间的缩短，因此，与具有两根主轴以及两台主轴电 机的机床相比，能够使构成简单，能够谋求设备成本的降低。
因此，能够使转动驱动电机11实现低输出化，能够谋求制造成 本的降低。另外，能够谋求机床l的小型化，能够降低设备费用。
另外，设有预旋转用电机动力切断装置13,该预旋转用电机动 力切断装置13使被预旋转用电机7旋转驱动的主轴卡盘5在被交至 主轴3的卡盘结合部3a的动作之前处于惯性旋转状态。通过使用于 接下来的加工的主轴卡盘5通过该预旋转用电机动力切断装置13 获得惯性旋转状态，在将该主轴卡盘5结合到主轴3上时不会产生 强迫的力。另外，预旋转用电机7只要使用于接下来的加工的主轴 卡盘5预备地惯性旋转即可，不必确保主轴电机4那样的加工所必 需的输出。因此，与具有两根主轴以及两台主轴电机的机床相比， 能够谋求机床1的制造成本的降低。
接下来，对本发明的其他实施方式进行说明。
在以下的说明中，对于与第一实施方式中所说明的事项相对应 的部分标注同一符号，并省略重复说明。在仅对构成的一部分进行 说明的情况下，即是构成的其他部分与先前说明的方式相同。不限于在各实施方式中具体说明的部分的组合、只要是对组合不产生障 碍，就可以对各实施方式之间进行部分的组合。
结合图13、图14对本发明的第二实施方式进行说明。 该第二实施方式的带主轴卡盘更换功能的机床1A，尤其设有旋 转力传递装置63。该旋转力传递装置63具有轴部件26、离合器 27、单向离合器59、皮带轮60、 61、以及皮带28。即，在转动臂 25内贯通轴部件26，在该轴部件26的基端部，经由离合器27设有 预旋转用电机7。轴部件26经由多个轴承58、 58被以能够自由旋转 的方式支承。作为离合器27,例如，适用爪式离合器、齿轮离合器 等各种离合器。
在轴部件26的顶端部，在轴向上邻接设有单向离合器59、 59。 各单项离合器59的外周上外嵌有皮带轮60、 60。在各主轴卡盘5、 5的外周部上也外嵌有皮带轮61、 61。在这些皮带轮60、 61之间张 紧设置皮带28。上述单向离合器59是只能够传递预旋转用电机7 所产生的一个方向的旋转驱动力的部件，不能传递主轴电机4所产 生的其他方向的旋转驱动力。另外，主轴卡盘5在转动臂25内，经 由多个轴承62、 62被以能够自由旋转的方式支承。
如图13所示，转动臂25通过多个轴承29被支承为能够绕该转 动臂25的轴线L2自由转动。另外，图5所示的齿轮40、小齿轮39、 外壳30、滑动^L构31、前后驱动源12、滚J朱丝杠32、轴承34、转 动驱动电机11以与图5大致相同的方式设置。
作为旋转速度检测装置14，在转动臂25的顶端部设有光源14a 和受光元件14b,沿着各主轴卡盘5的外周部设有反射板14c。更换 时主轴电机速度控制装置21适用与第一实施方式中所说明的图12 相同的装置。
对上述构成的动作进行说明。
在保持在一个主轴卡盘5上的工件W的加工过程中，另 一主轴 卡盘5通过单向离合器59空转。在该状态下，通过预旋转用电机7 使得保持着接下来要加工的工件W的另 一主轴卡盘5经由单向离合器59、皮带28等旋转。然后，通过液压缸56，使离合器27的动力 传递部27a和被动力传递部27b离开间隔，使上述另一主轴卡盘5 成为惯性旋转状态。
这一主轴卡盘5上的工件W的加工完成后，通过保持机构，使 这一主轴卡盘5从卡盘结合部3a脱离。由此，主轴电机4与上述这 一主轴卡盘5之间的结合被解除。然后，驱动前后驱动源12，使上 述这一主轴卡盘5相对于卡盘结合部3a隔开规定距离。处于惯性旋 转状态的另一主轴卡盘5的旋转速度通过编码器进行检测。根据编 码器的检测速度对主轴电机4的旋转速度进行控制，使主轴电机4 的旋转速度与该检测到的旋转速度同步。通过转动驱动电机11的驱 动使转动臂25转动180度，将保持着工件W的另一主轴卡盘5定 位在主轴正对位置P1上。接下来，通过前后驱动源12、卡盘卡合机 构35等的驱动，使上述另一主轴卡盘5结合在卡盘结合部3a上。 然后，对保持在另一主轴卡盘5上的工件W进行加工。然后，重复 进行上述动作。
通过采用该构成，在主轴卡盘5上的工件W的加工过程中，通 过单向离合器59使处于工件更换位置P2的主轴卡盘5成为所谓的 空转状态。由此，能够使工件W相对于该工件更换位置P2的主轴 卡盘5实现装拆。在通过预旋转用电机7使处于工件更换位置P2的 用于接下来加工的主轴卡盘5旋转时，能够通过单向离合器59切实 地对该主轴卡盘5进行旋转驱动。尤其是，在通过预旋转用电机7 使用于接下来加工的主轴卡盘5经由旋转力传递装置63旋转驱动 后，在使动力传递部27a与被动力传递部27b离开间隔等动作之后， 同步控制主轴电机4的旋转速度。然后能够马上使主轴卡盘5顺畅 地结合到主轴3上。另外，能够实现与第一实施方式相同的作用效 果。
作为本发明的第三实施方式，还可以采用从第一实施方式中省 略图6所示的分离机构41的结构。在此情况下，在转动部件8上一 体地设有各主轴卡盘5。因此，能够降低机床的零件个数、使结构简单化，谋求制造成本的降低。另外，能够实现与第一实施方式相同 的作用效果。
作为其他实施方式，还可以采用设有三个以上的主轴卡盘的构 成。主轴卡盘的工件保持结构不限于图9、图IO所示的结构。例如，
可以取代拉伸螺旋弹簧19而适用压缩螺旋弹簧，通过该压缩螺旋弹 簧的弹簧力使卡盘爪9向半径方向外侧位移，从而能够保持筒状工 件的内径面。
还可以省略拉伸螺旋弹簧、压缩螺旋弹簧等，而通过液压缸的 液压来保持工件。
权利要求
1. 一种带主轴卡盘更换功能的机床，其特征在于，具有主轴，在该主轴的顶端具有供主轴卡盘以能够自由更换的方式结合的卡盘结合部，该主轴以能够自由旋转的方式支承在主轴支承部件上；主轴电机，该主轴电机旋转驱动所述主轴；多个主轴卡盘，该多个主轴卡盘具有保持工件的功能，以能够自由更换的方式结合在所述主轴的所述卡盘结合部上；主轴卡盘更换机构，该主轴卡盘更换机构以能够自由旋转的方式保持所述多个主轴卡盘，并将任意的主轴卡盘在主轴正对位置与对主轴卡盘进行工件的更换的工件更换位置之间进行调换，将该任意的主轴卡盘相对于所述主轴的所述卡盘结合部进行接交；预旋转用电机，该预旋转用电机在使被保持在所述主轴卡盘更换机构上的、处于所述工件更换位置的主轴卡盘位于主轴正对位置之前使该主轴卡盘旋转；旋转速度检测装置，该旋转速度检测装置对由所述预旋转用电机而旋转的主轴卡盘的旋转速度进行检测；更换时主轴电机速度控制装置，该更换时主轴电机速度控制装置在通过所述主轴卡盘更换机构将所述主轴正对位置的主轴卡盘交至所述主轴的所述卡盘结合部时，按照所述旋转速度检测装置的检测速度对所述主轴电机的旋转速度进行控制，使得主轴的旋转速度与主轴正对位置的主轴卡盘的旋转速度同步。
2. 如权利要求1所述的带主轴卡盘更换功能的机床，其特征在 于，设置预旋转用电机动力切断装置，该预旋转用电机动力切断装 置使得被保持在所述主轴卡盘更换机构上的、由所述预旋转用电机 被旋转驱动的主轴卡盘在通过所述主轴卡盘更换机构被交至所述主 轴的卡盘结合部这一动作之前，处于旋转状态。
3. 如权利要求1所述的带主轴卡盘更换功能的机床，其特征在于，设置旋转力传递装置，该旋转力传递装置将所述预旋转用电机 所产生的旋转驱动力传递至所述多个主轴卡盘。
全文摘要
本发明提供一种能够以简单的构成缩短工件更换的时间的带主轴卡盘更换功能的机床。该机床具有主轴(3)、主轴电机(4)、多个主轴卡盘(5、5)、主轴卡盘更换机构(10)、预旋转用电机(7)、旋转速度检测装置、以及更换时主轴电机速度控制装置，该更换时主轴电机速度控制装置在通过主轴卡盘更换机构(10)将主轴正对位置(P1)的主轴卡盘(5)交至主轴(3)的卡盘结合部(3a)时，按照旋转速度检测装置的检测速度对主轴电机(4)的旋转速度进行控制，使得主轴(3)的旋转速度与主轴正对位置(P1)的主轴卡盘(5)的旋转速度同步。
文档编号B23B31/02GK101530927SQ20091012890
公开日2009年9月16日 申请日期2009年3月13日 优先权日2008年3月14日
发明者小泽治明, 河合秀贡 申请人:村田机械株式会社