机床的刀具更换装置制造方法

机床的刀具更换装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种机床的刀具更换装置。在转塔通过围绕摆动轴的摆动动作能够接近、离开主轴的刀具更换装置中，在转塔摆动动作时的各相位，计算对转塔机构部施加的力，与该计算结果对应地决定转塔的摆动动作模式。
【专利说明】机床的刀具更换装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过使转塔进行摆动动作来使其相对于主轴头接近、离开，从而进行刀具的装卸的机床的刀具更换装置。

【背景技术】
[0002]目前使用了自动更换安装在机床的主轴上的刀具的刀具更换装置。在该刀具更换装置中，预先在转塔圆周上的多个刀具抓持部分别设置作业所需要的多个刀具，自动地将安装在机床的主轴上的刀具更换为与加工状态对应地指定的刀具。
[0003]在这样的刀具更换装置中存在以下的刀具更换装置:在更换刀具时，通过转塔的旋转动作进行指定的刀具的分度，并且使转塔进行摆动动作使其相对于主轴头接近、离开，由此将分度的刀具与安装在主轴上的刀具进行更换。在此，转塔的旋转动作是指正面看转塔时转塔的旋转方向即图1的箭头方向，转塔的摆动动作是指从侧面看转塔时转塔的旋转方向即从图2A向图2B的移动方向、或相反方向的移动方向。
[0004]该方式的刀具更换装置具有在加工时使刀具抓持部远离主轴，因此能够扩大加工区域的优点。
[0005]作为与刀具更换装置的刀具更换有关的技术，在日本特开2007-290113号公报中公开了一种刀具更换装置，其在加工时使刀具抓持部从主轴远离的方式的刀具更换装置中，进行控制以使转塔向主轴接近时的摆动动作速度模式成为向摆动动作的摆动结束点平滑地减速的模式，另外使转塔从主轴离开时的摆动动作速度模式成为从摆动动作开始平滑地加速的模式，降低摆动动作时对转塔的冲击，防止转塔机构部向刀具抓持部施加高负荷，防止转塔部件的消耗和刀具脱落。
[0006]在日本特开平11-90752号公报中，公开了以下的刀具更换装置，与更换的刀具的重量对应地切换刀具更换的速度，由此缩短刀具更换时间。
[0007]在日本特开2006-272473号公报中，公开了一种刀具更换装置，在使主轴头在刀具更换区域内移动来进行刀具更换的方式的刀具更换装置中，通过与更换的刀具的重量对应地变更刀具的移动速度，来减小刀具更换时的机械碰撞的冲击，提高可靠性。
[0008]在日本特开2007-290113号公报所公开的刀具更换装置中，在使转塔摆动使其接近、离开主轴头来进行刀具更换的刀具更换装置中，控制向主轴头接近、离开时的速度，但其摆动动作模式与转塔上的刀具重量、刀具配置无关为相同的模式。因此，根据转塔摆动动作时的转塔上的刀具配置状态，在摆动动作时对转塔的冲击会超出需求以上地减小，有时摆动速度存在裕度。因此，摆动动作时间变长，有时刀具更换时间的缩短不充分。
[0009]日本特开平11-90752号公报以及日本特开2006-272473号公报所公开的刀具更换装置在刀具更换时与刀具的重量对应地变更动作的速度，因此能够在刀具更换时降低机械冲击，同时缩短刀具更换时间，但在刀具更换时并不使转塔进行摆动动作，因此并没有解决在更换刀具时使转塔进行摆动动作造成的问题。


【发明内容】

[0010]因此，本发明的目的在于，提供一种刀具更换装置，其在使转塔进行摆动动作来进行刀具更换的机床的刀具更换装置中，能够在刀具更换时的摆动动作时抑制对转塔的冲击，同时尽量提高摆动动作速度。
[0011]本发明的机床的刀具更换装置具备:配置有多个夹具且在所述夹具中能够保持刀具的转塔、能够保持刀具的主轴以及成为所述转塔摆动的轴的摆动轴，在所述转塔和所述主轴之间更换刀具，所述转塔通过围绕所述摆动轴的摆动动作，能够相对于所述主轴接近、离开，所述机床的刀具更换装置具备:计算单元，在所述转塔摆动动作时的各相位，根据所述转塔的重心位置、所述转塔全体的重量、所述转塔摆动动作时的角速度以及角加速度，计算由对转塔机构部施加的重力、离心力、加减速产生的惯性力的合力对所述转塔机构部施加的力；转塔摆动动作模式决定单元，预先设定对转塔机构部施加的力的极限值，决定所述转塔的摆动动作模式，以便在所述转塔摆动时对所述转塔机构部施加的力在所述极限值以下；以及控制装置，按照由所述转塔摆动动作模式决定单元决定的摆动动作模式，使所述转塔进行摆动动作。
[0012]由此，在转塔的摆动动作时，对转塔的每个相位计算由对转塔机构部施加的重力、离心力、惯性力的合力对转塔机构部施加的力，决定转塔的摆动动作模式使得该力为极限值以下，因此能够对转塔的每个相位决定最佳的转塔的摆动速度，并且能够进一步缩短刀具更换时间。
[0013]本发明的机床的刀具更换装置具备:配置有多个夹具且在所述夹具中能够保持刀具的转塔、能够保持刀具的主轴以及成为所述转塔摆动的轴的摆动轴，在所述转塔和所述主轴之间更换刀具，所述转塔通过围绕所述摆动轴的摆动动作，能够相对于主轴接近、离开，所述机床的刀具更换装置具备:计算单元，在所述转塔摆动动作时的各相位，根据在所述夹具中安装的刀具的刀具重量数据以及所述夹具中的所述刀具的刀具配置数据、所述转塔的摆动动作的角速度以及角加速度，计算由对各个所述刀具施加的重力、离心力、加减速产生的惯性力的合力对各个夹具施加的力；最大力计算单元，从所述计算单元计算出的对各个夹具施加的力中计算最大力；转塔摆动动作模式决定单元，预先设定对夹具施加的力的极限值，决定所述转塔的摆动动作模式，以便在所述转塔摆动时所述最大力计算单元计算出的最大力在所述极限值以下；以及控制装置，按照由所述转塔摆动动作模式决定单元决定的摆动动作模式，使所述转塔进行摆动动作。
[0014]由此，在转塔的摆动动作时，对转塔的每个相位计算由对刀具施加的重力、离心力、惯性力的合力对各夹具施加的力，决定转塔的摆动动作模式，使得该力成为极限值以下，因此能够对转塔的每个相位决定最佳的转塔的摆动速度，并且能够进一步缩短刀具更换时间。
[0015]本发明通过具备以上的结构，能够提供一种刀具更换装置，其在使转塔进行摆动动作来进行刀具更换的机床的刀具更换装置中，能够在刀具更换时的摆动动作时抑制对转塔的冲击，同时尽量提高摆动动作速度。

【专利附图】

【附图说明】
[0016]通过参照附图对以下的实施例进行说明，本发明的上述和其他目的和特征会变得明确。在这些附图中:
[0017]图1是在刀具更换装置中使用的转塔的正面视图的概要图。
[0018]图2A、图2B是从侧面看转塔的概要图。
[0019]图3是用于说明对刀具更换装置的转塔机构部或刀具施加的力的情况的概要图。
[0020]图4是表示第一实施方式的决定转塔的摆动动作模式的流程的流程图。
[0021]图5是表示第二实施方式的决定转塔的摆动动作模式的流程的流程图。
[0022]图6是表示转塔的摆动动作速度的与现有技术的比较的图表。

【具体实施方式】
[0023](第一实施方式)
[0024]图1是在本实施方式的刀具更换装置中使用的转塔的正面视图的概要图。I是转塔，在圆周上放射状地具备多个，在图1中为12个刀具抓持部3，在这些刀具抓持部3中的需要的部位抓持刀具2。在向机床的控制单元20指令了刀具更换时，使转塔I旋转从而到达刀具更换位置4。以下，有时将该动作称为“分度”。另外，在向主轴5装卸刀具时，使转塔I围绕摆动轴6进行摆动动作，从而使刀具更换位置4接近、离开主轴5来进行刀具2的装卸。
[0025]图2A、图2B是从侧面看转塔I的概要图，图2A表示动作位置，图2B表示刀具装卸位置。5是主轴，6是摆动轴，7是转塔支持部，8是凸轮，9是凸轮从动件，10是偏动弹簧，11是转塔机构部。安装转塔I使其能够围绕摆动轴6摆动，在图2A的动作位置和图2B的刀具装卸位置之间摆动。在转塔I从动作位置摆动到刀具装卸位置时，偏动弹簧10的偏置力起作用，转塔I摆动。伴随着转塔I的摆动动作，凸轮8和凸轮从动件9旋转，由此主轴5向上方移动。由此，抓持了刀具2的刀具抓持部3进入到空旷的空间，进行刀具2的装卸。
[0026]在本实施方式中，计算在转塔I的摆动时对转塔机构部11施加的力，根据计算出的力，决定转塔I的摆动动作的角速度、角加速度，以便将对转塔I的各部施加的力保持在极限值以下，同时能够缩短刀具更换时间。
[0027]根据图3，说明对转塔机构部11施加的力的计算、根据计算出的力决定转塔I的摆动动作的方法。16是转塔的重心，17是在转塔重心施加的重力，18是在转塔重心施加的离心力，19是在转塔重心施加的由于加减速造成的惯性力。另外，将转塔I整体的重量设为M，将从转塔重心16到转塔I的摆动轴6的距离设为r。并且，如果在转塔I摆动时，将从摆动轴6垂直下方方向与转塔重心16所成的角度设为Θ，将角速度设为ω，将角加速度设为α，则求出在转塔重心施加的重力17为Mg，在转塔重心施加的离心力18为Mr2co，在转塔重心施加的惯性力19为Mra。能够作为这些力的向量和求出对转塔机构部11施加的力F。
[0028]接着，根据对转塔机构部11施加的力F，决定转塔摆动动作模式。预先确定对转塔机构部11施加的力的极限值Flimit，通过从数据输入单元24的输入等，保存在重量数据存储单元22中。另外，确定转塔I的角速度、角加速度的模式，使得对转塔机构部11施加的力F始终为极限值Flimit以下，同时尽量缩短摆动动作整体的时间。以下说明具体的角速度、角加速度的决定方法。
[0029]图4是表示决定转塔I的摆动动作模式的流程的流程图。首先，将从摆动动作的起点到终点分割为若干个块，顺序地设为块1、2、……、n，决定各个块I?η的角速度ω?、角加速度ai。在图2中，作为一个例子表示出分为4个块BI?B4的例子。以下说明每个步骤。
[0030](步骤SAl)确定将转塔I的一连串的摆动动作进行划分后所得的块I?η的角速度ω--ωη的初始设定值。该初始设定值只不过是初始设定，以后进行修正成为最优值，因此适当地确定即可，但作为一个例子，设为与在现有方式中进行转塔I的摆动动作时的速度模式相同的值即可。
[0031](步骤SA2)将各块之间的角度设为dΘ，使用各块之间的移动时间d θ /ω i，将角加速度a i设为(ω i+Ι — ω i)/(d θ / ω i)，计算角加速度α I?α η — I。关于α η,设为与an — I相同的值。
[0032](步骤SA3)设定为i= I。
[0033](步骤SA4)根据ω1、a i，计算各块的对转塔机构部11施加的Fi。具体地说，作为各块位置的在转塔重心施加的重力17 Mg、在转塔重心施加的离心力18 Mr2co、在转塔重心施加的惯性力19 Mra的向量和来进行计算。
[0034](步骤SA5)判定计算出的对转塔机构部11施加的力Fi和对转塔机构部11施加的力的极限值Flimit之间的差是否比允许误差dF小。
[0035]在Flimit>Fi>Flimit — dF,即与对转塔机构部11施加的力的极限值Flimit的差比允许误差dF小的情况下(是)，前进到步骤SA9，在不满足任何一个不等号的情况下(否)，前进到步骤SA6。
[0036](步骤SA6)判定对转塔机构部11施加的力Fi是否比对转塔机构部11施加的力的极限值Flimit大。在大的情况下(是)，前进到步骤SA7，相反在小的情况下(否)，前进到步骤SA8。
[0037](步骤SA7)将角速度ωi减小角速度变更的步幅d ω，前进到步骤SA9。
[0038](步骤SA8)将角速度ωi增大角速度变更的步幅d ω，前进到步骤SA9。
[0039](步骤SA9)判定i的值是否等于η。在等于的情况下(是)，前进到步骤SA11，在不等于的情况下(否)，前进到步骤SA10。
[0040](步骤SA10)将i的值加1，返回步骤SA4。
[0041](步骤SA11)将角加速度ai设为(coi+l— ω i) / (d Θ / ω i)，计算角加速度a I ?an。
[0042](步骤SA12)根据ω1、a i,计算各块的对转塔机构部11施加的力Fl?Fn。
[0043](步骤SA13)判定在步骤SA12中求出的Fl?Fn和Flimit之间的差是否都小于dF。在都小于dF的情况下(是)，前进到步骤SA14，在任意一个在dF以上的情况下(否)，返回到步骤SA3。
[0044](步骤SA14)将ω1、a i的值设为相位Θ i的块i的角速度、角加速度，结束。
[0045](第二实施方式)
[0046]接着，根据【专利附图】

【附图说明】第二实施方式。在第一实施方式中，根据转塔I的重量、角速度、角加速度，计算对转塔机构部11施加的力，决定转塔I的摆动动作的摆动动作模式，但在本实施方式中，计算对转塔的刀具抓持部3施加的力，决定转塔I的摆动动作的摆动动作模式，这一点与第一实施方式不同。
[0047]首先，计算对刀具抓持部3施加的力。在图3中，12表示刀具的重心，13是对刀具施加的重力，14是对刀具施加的离心力，15是对刀具施加的加减速造成的惯性力。如果将转塔I的摆动时的从摆动轴6垂直下方方向与转塔重心16所成的角度设为Θ，将角速度设为ω，将角加速度设为α，将安装在刀具抓持部3的刀具2的重量设为m，将从转塔I的摆动轴6到刀具2的重心的距离设为rt，求出对刀具2施加的重力为mg，对刀具2施加的离心力为Mrt2 ω，对刀具2施加的加减速造成的惯性力为Mrt α。能够作为对刀具2施加的这些力的合力来求出对刀具抓持部3施加的力。
[0048]这样，能够计算出对刀具抓持部3施加的力F。针对被转塔I的刀具抓持部3抓持的全部刀具2进行计算，计算对各刀具抓持部3施加的力来作为Ftl?Ftm，将其中的最大的力设为最大力Ftmax。根据这样求出的刀具抓持部3的最大力Ftmax，决定转塔I的摆动动作模式。具体地说，预先确定对刀具抓持部3施加的力的极限值Ftlimit，确定转塔I的角速度、角加速度的模式，使得对刀具抓持部3的最大力Ftmax始终为极限值Flimit以下，同时尽量缩短摆动动作整体的时间。以下说明具体的角速度、角加速度的决定方法。
[0049]图5是表示转塔I的摆动动作模式的决定手段的流程的流程图。首先，将从摆动动作的起点到终点分割为若干个块，顺序地设为块1、2、……、n，决定各个块I?η的角速度《1、角加速度ai。在图2A中，作为一个例子表示出分为4个块BI?B4的例子。以下说明每个步骤。
[0050](步骤SBl)确定对转塔I的一连串的摆动动作进行划分所得的块I?η的角速度ω--ωη的初始设定值。该初始设定值只不过是初始设定，以后进行修正成为最佳值，因此适当地确定即可，但作为一个例子，设为与在现有方式中进行转塔I的摆动动作时的速度模式相同的值即可。
[0051](步骤SB2)将各块之间的角度设为dΘ，使用各块之间的移动时间d θ /ω i，将角加速度a i设为(ω i+Ι — ω i) / (d θ / ω i)，计算角加速度a I?a η — I。关于a η,设定为与a η — I相同的值。
[0052](步骤SB3)设定为i= I。
[0053](步骤SB4)根据ω1、a i，计算在各块对刀具抓持部3施加的Fti。具体地说，在将从转塔I的摆动轴6到刀具抓持部3的刀具2的重心的距离设为rt时，对各块位置的对各刀具抓持部3的刀具2施加的重力mg、对刀具2施加的离心力mrt2co、对刀具2施加的惯性力mrta进行向量合成来进行计算。另外，在计算出对各刀具抓持部3施加的力后，求出其中最大的力Ftmaxi。
[0054](步骤SB5)判定计算出的对刀具抓持部3施加的力的最大力Ftmaxi与对刀具抓持部3施加的力的极限值Flimit之间的差是否比允许误差dFt小。在Ftlimit>Ftmax>Ftlimit 一 dFt、即与对刀具抓持部3施加的力的极限值Ftlimit的差比允许误差dFt小的情况下(是)，前进到步骤SB9，在不满足任何一个不等号的情况下(否)，前进到步骤SB6。
[0055](步骤SB6)判定对刀具抓持部3施加的力的最大力Ftmaxi是否比对刀具抓持部3施加的力的极限值Ftlimit大。在大的情况下(是)，前进到步骤SB7，相反在小的情况下(否)，前进到步骤SB8。
[0056](步骤SB7)将角速度ωi减小角速度变更的步幅d ω，前进到步骤SB9。
[0057](步骤SB8)将角速度ωi增大角速度变更的步幅d ω，前进到步骤SB9。
[0058](步骤SB9)判定i的值是否等于η。在等于的情况下(是)，前进到步骤SB11，在不等于的情况下(否)，前进到步骤SB10。
[0059](步骤SB10)将i的值加1，返回到步骤SB4。
[0060](步骤SB11)将角加速度ai设为(coi+l— ω i) / (d Θ / ω i)，计算角加速度a I?an。关于a η,设定为与a η — I相同的值。
[0061](步骤SB12)根据ω?、ai，计算在各块对各刀具抓持部3施加的力Fi，求出其中最大的力Ftmaxi。
[0062](步骤SB13)判定在步骤SB12求出的Ftmaxl?Ftmaxn与Ftlimit之间的差是否都小于dFt。在都小于dFt的情况下(是)，前进到步骤SB14，在任意一个是dFt以上的情况下(否)，返回到步骤SB3。
[0063](步骤SB14)将ω1、a i的值设为相位Θ i的块i的角速度、角加速度的决定值，结束。
[0064]此外，在本实施方式中，计算出对抓持了刀具2的全部刀具抓持部3施加的力，但在计算花费时间的情况等下，也可以排除施加的力明显小的刀具抓持部3，仅计算对若干个刀具抓持部3的施加力，计算每个摆动相位的角速度和角加速度。在该情况下，需要正确地挑选不进行施加的力的计算的刀具抓持部3，但能够在更短时间进行角速度和角加速度的计算。
[0065]另外，在第一和第二实施方式中，在各个块中进行I度的角速度的调整后，判定在全部的块中与极限值的差是否小于允许误差dF，在任意一个比允许误差dF大的情况下，再次在全部块中重复进行调整，但在几次重复进行调整直到在每个块中与极限值的差比允许误差dF小后，还能够进入到下一个块的调整。
[0066]图6是表示一个实施方式的转塔I的摆动速度的变化的图表。在现有技术中，转塔I的摆动动作模式与转塔I的刀具抓持部3中的刀具2的配置无关为恒定。因此，例如在转塔I的刀具2的总重量小的情况等下，即使提高摆动的速度，有时对转塔I施加的冲击也足够小。在本实施方式中，对转塔I的每个摆动位置，在对刀具抓持部3施加的负荷为预先设定的极限值以下的范围内，决定转塔I的摆动动作使得摆动速度尽量快，因此如图6所示，与现有技术相比能够提高摆动速度，并且能够缩短刀具更换时间。
[0067]此外，图6表不出本实施方式的刀具更换时间缩短的情况,但对于第一实施方式的结果，也能够得到同样的结果。
【权利要求】
1.一种机床的刀具更换装置，其具备配置有多个夹具且在所述夹具中能够保持刀具的转塔、能够保持刀具的主轴以及成为所述转塔摆动的轴的摆动轴，在所述转塔和所述主轴之间更换刀具，该刀具更换装置的特征在于， 所述转塔通过围绕所述摆动轴的摆动动作，能够相对于主轴接近、离开， 所述机床的刀具更换装置具备: 计算单元，在所述转塔摆动动作时的各相位，根据所述转塔的重心位置、所述转塔全体的重量、所述转塔摆动动作时的角速度以及角加速度，计算由对转塔机构部施加的重力、离心力、加减速产生的惯性力的合力对所述转塔机构部施加的力； 转塔摆动动作模式决定单元，预先设定对转塔机构部施加的力的极限值，决定所述转塔的摆动动作模式，以便在所述转塔摆动时对所述转塔机构部施加的力在所述极限值以下；以及 控制装置，按照由所述转塔摆动动作模式决定单元决定的摆动动作模式，使所述转塔进行摆动动作。
2.一种机床的刀具更换装置，其具备配置有多个夹具且在所述夹具中能够保持刀具的转塔、能够保持刀具的主轴以及成为所述转塔摆动的轴的摆动轴，在所述转塔和所述主轴之间更换刀具，该刀具更换装置的特征在于， 所述转塔通过围绕所述摆动轴的摆动动作，能够相对于主轴接近、离开， 所述机床的刀具更换装置具备: 计算单元，在所述转塔摆动动作时的各相位，根据在所述夹具中安装的刀具的刀具重量数据以及所述夹具中的所述刀具的刀具配置数据、所述转塔的摆动动作的角速度以及角加速度，计算由对各个所述刀具施加的重力、离心力、加减速产生的惯性力的合力对各个夹具施加的力； 最大力计算单元，从所述计算单元计算出的对各个夹具施加的力中计算最大力； 转塔摆动动作模式决定单元，预先设定对夹具施加的力的极限值，决定所述转塔的摆动动作模式，以便在所述转塔摆动时所述最大力计算单元计算出的最大力在所述极限值以下；以及 控制装置，按照由所述转塔摆动动作模式决定单元决定的摆动动作模式，使所述转塔进行摆动动作。
【文档编号】B23Q3/157GK104416402SQ201410460748
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】室田真弘 申请人:发那科株式会社