机床的喷嘴控制装置的制作方法

本发明涉及机床的喷嘴控制装置。

背景技术：

目前，已知一种在机床的切削加工中在加工的过程中冷却加热后的刀具的装置。通过冷却刀具来防止由热造成的刀具膨胀和劣化，从而进行稳定的切削加工。

作为有效地冷却机床的刀具的装置，已知一种对刀具的前端喷射冷却液等流体的装置(专利文献1)。在该结构中，从安装在刀具周围的喷嘴向刀具提供冷却液。具备一种为了将冷却液提供给刀具的前端，使喷嘴的前端朝向刀具的前端的喷嘴控制装置。

专利文献

专利文献1：日本特开平8-25171号公报

技术实现要素：

但是，在专利文献1的结构中，当如孔加工那样刀具的前端进入工件的内部时，没有对刀具前端喷射冷却液。即，即使向刀具的前端方向喷射冷却液，冷却液也会被工件阻挡而不能到达刀具前端。这样，存在由于加工种类而不能冷却刀具前端的问题。

本发明的目的为提供一种能够始终冷却机床的刀具的喷嘴控制装置。

技术方案(1)：本发明的机床(例如后述的机床60)的喷嘴控制装置(例如后述的喷嘴控制装置10)具备：刀具(例如后述的刀具12)，其被把持在机床的主轴(例如后述的主轴18)上；喷嘴(例如后述的喷嘴14)，其相对于上述刀具的角度和/或位置是可变的，并对上述刀具喷射流体；喷嘴驱动部(例如后述的喷嘴驱动部64)，其驱动上述喷嘴的角度和/或位置；接触取得部，其取得上述刀具与工件(例如后述的工件30)的接触；以及控制部(例如后述的控制部66)，其控制上述喷嘴驱动部，其中，在上述接触取得部取得上述接触时，上述控制部根据上述刀具的长度以及进给轴向上述主轴方向的移动量来计算上述喷嘴的角度和/或位置，使得从上述喷嘴喷射的上述流体接触到上述刀具的侧面，并且根据上述计算结果来控制上述喷嘴驱动部。

技术方案(2)：也可以是，在技术方案(1)的机床的喷嘴控制装置中，上述接触取得部根据上述主轴和/或上述进给轴的负荷或者三维加工模拟的结果来取得上述刀具与工件的接触，上述控制部将检测出上述接触时的上述主轴方向的坐标作为上述工件的表面坐标进行存储，上述喷嘴驱动部根据上述表面坐标来驱动上述喷嘴的角度和/或位置，使得上述喷嘴的喷射口朝向上述表面坐标。

技术方案(3)：也可以是，在技术方案(1)的机床的喷嘴控制装置中，上述接触取得部取得上述刀具与工件的接触，上述控制部将检测出上述接触时的上述主轴方向的坐标作为上述工件的表面坐标进行存储，在检测出上述接触后进给轴向上述主轴方向的移动量增减了时，且没有产生向与上述主轴方向正交的方向的移动量时，上述控制部判定为上述刀具处于升降状态，上述喷嘴驱动部保持为上述喷嘴的喷射口朝向上述表面坐标。

技术方案(4)：也可以是，在技术方案(3)的机床的喷嘴控制装置中，在上述控制部判定为上述刀具处于升降状态时、且在上述刀具的前端部位于比上述工件的表面更上方的位置时，上述控制部计算使上述流体接触到上述刀具的侧面的、主轴方向的上述喷嘴的角度范围和/或位置范围，上述喷嘴驱动部根据上述角度范围和/或位置范围来驱动上述喷嘴。

技术方案(5)：也可以是，在技术方案(1)～技术方案(4)中任意一项的机床的喷嘴控制装置中，上述控制部根据上述刀具的直径来修正所计算出的上述喷嘴的角度和/或位置。

技术方案(6)：也可以是，在技术方案(1)～技术方案(5)中任意一项的机床的喷嘴控制装置中，上述控制部与生成上述机床的加工程序的加工程序生成装置和/或上述机床的数值控制装置(例如后述的cnc62)独立设置。

技术方案(7)：也可以是，在技术方案(1)～技术方案(6)中任意一项的机床的喷嘴控制装置中，上述控制部与上述机床独立设置，控制多个上述机床的上述喷嘴驱动部。

根据本发明，可以提供一种能够始终冷却机床的刀具的喷嘴控制装置。

附图说明

图1是本发明第一实施方式所涉及的喷嘴控制装置的外观图。

图2是本发明第一实施方式所涉及的喷嘴控制装置的功能框图。

图3a是本发明第一实施方式所涉及的喷嘴前端部以及刀具的示意图。

图3b是本发明第一实施方式所涉及的喷嘴前端部以及刀具的示意图。

图3c是本发明第一实施方式所涉及的喷嘴前端部以及刀具的示意图。

图4a是本发明第二实施方式所涉及的喷嘴前端部以及刀具的示意图。

图4b是本发明第二实施方式所涉及的喷嘴前端部以及刀具的示意图。

图4c是本发明第二实施方式所涉及的喷嘴前端部以及刀具的示意图。

图5a是本发明第三实施方式所涉及的喷嘴前端部以及刀具的示意图。

图5b是本发明第三实施方式所涉及的喷嘴前端部以及刀具的示意图。

图5c是本发明第三实施方式所涉及的喷嘴前端部以及刀具的示意图。

图6是本发明第四实施方式所涉及的喷嘴前端部以及刀具的示意图。

图7是本发明第五实施方式所涉及的喷嘴控制装置的功能框图。

图8是本发明第六实施方式所涉及的喷嘴控制装置的功能框图。

图9是本发明第七实施方式所涉及的喷嘴控制装置的功能框图。

附图标记的说明

10：喷嘴控制装置；12：刀具；14：喷嘴；18：主轴；64：喷嘴驱动部；66：控制部。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1是第一实施方式所涉及的喷嘴控制装置10的外观图。喷嘴控制装置10具备：后述的控制部、喷嘴驱动部、刀具12、以及安装在刀具12周围的喷嘴14。

刀具12被把持在刀具架16上。刀具架16经由主轴18被固定在主轴头20上。将主轴方向设为z轴，将主轴头20的初始位置的z轴坐标值设为0。主轴头20随着进给轴的移动而被抽出。即，相对于主轴头20而被固定的刀具12根据进给轴的移动量而被抽出到下方。主轴头20被抽出，随着刀具12进入下方，z轴的坐标值减少。z轴方向的坐标值根据进给轴的移动量而增减。刀具12的刀具前端部13的下方载置有工件(未图示)。

喷嘴14对刀具12喷射流体。喷嘴14经由喷嘴基部22被安装在喷嘴支撑部24上。喷嘴14相对于刀具12的角度是可变的。喷嘴14通过后述的喷嘴驱动部使喷嘴基部22的喷嘴安装端26在支点摇动。随着摇动，喷嘴14的喷射口以描绘将喷嘴安装端26设为中心的圆弧的方式进行移动。喷嘴14的喷射口的朝向由瞄准角度α来决定。瞄准角度α是由喷嘴支撑部24的水平面与喷嘴14的纵向面形成的角。在后述的控制部中决定瞄准角度α。

喷嘴支撑部24与主轴头20一体地形成。喷嘴14的喷嘴安装端26的位置被相对地固定在喷嘴支撑部24上。即，主轴头20与喷嘴安装端26的z轴坐标联动。

图2是第一实施方式所涉及的喷嘴控制装置10的功能框图。控制部66与cnc(数值控制装置)62独立设置。cnc62将向z轴方向的进给轴的移动量信息发送给控制部66。控制部66根据移动量以及作为偏移数据而保持的刀具长度信息来计算瞄准角度。

如以下详细描述那样，瞄准角度是冷却液被适当喷射到刀具12(参照图1)的侧面或前端的角度。控制部66将与瞄准角度对应的指令发送给喷嘴驱动部64。喷嘴驱动部64根据指令驱动喷嘴14，修正瞄准角度。

图3是第一实施方式的喷嘴前端部28以及刀具12的示意图。在第一实施方式中，检测刀具前端部13与工件30之间的接触。根据有无接触来修正瞄准角度。

图3a表示加工开始前的状态。加工开始前，刀具前端部13没有到达工件30。喷嘴前端部28的喷射口面向刀具前端部30。此时的瞄准角度是β。箭头表示出自喷嘴前端部28的喷射口的冷却液的喷射方向。

图3b表示加工开始时的状态。加工开始时，刀具前端部13达到工件30。控制部66(参照图2)根据刀具12的长度以及向z轴方向的进给轴的移动量，将检测出检测时的z轴坐标作为工件30的表面坐标进行存储。根据主轴和/或进给轴的电动机的负荷或者三维加工模拟的结果进行接触检测。例如在cnc62(参照图2)中执行三维加工模拟。

图3c表示加工中的状态。加工中，刀具前端部13进入工件30的内部。此时，如果维持使喷嘴前端部28的喷射口朝向刀具前端部13的瞄准角度β，则冷却液没有喷射到刀具前端部13而是喷射到工件30(参照虚线)。

因此，控制部66(参照图2)根据所存储的表面坐标对使喷嘴前端部28的喷射口在z轴方向朝向刀具12的侧面的修正角度β’进行计算。喷嘴驱动部64根据计算出的修正角度β’来修正喷嘴前端部28的角度。修正角度β’例如如图示那样可以是冷却液喷射到表面坐标的角度。

这样，在第一实施方式中，在检测出接触时，通过修正瞄准角度，即使在加工中冷却液也会喷射到刀具12的侧面。喷射到侧面的冷却液沿着侧面到达刀具前端部13。由此，能够始终冷却刀具12。另外，由于冷却液不会被浪费地喷射到刀具12，因此削减冷却液的使用量。进一步地，提高刀具寿命以及加工面质量。

图4是第二实施方式所涉及的喷嘴前端部28以及刀具12的示意图。在第二实施方式中，在第一实施方式1的基础上，判定刀具12的升降动作。根据有无升降动作来修正瞄准角度。

图4a表示加工中的状态。加工中的动作如上述图3c说明的那样。这里，将喷嘴前端部28的喷射口设为朝向工件30的表面坐标。此时的瞄准角度是γ。冷却液被喷射到刀具12的侧面。

图4b表示加工结束且刀具12上升的状态。控制部66(参照图2)在检测出接触后在使向z轴方向的进给轴移动量进行了增减时，检测到刀具12到达穿孔40的底部42后上升的情况。接着，控制部66如果根据所存储的表面坐标判定为刀具前端部13上升到比工件30的表面更上方时，则发送将瞄准角度修正为β的指令，使得喷嘴前端部28的喷射口朝向刀具前端部13。在接收到指令的喷嘴驱动部64以使瞄准角度从γ成为β的方式驱动喷嘴时，冷却液被喷射到刀具前端部13。

图4c表示刀具12再次进入相同的穿孔40的状态。控制部66(参照图2)在检测出接触后在使向z轴方向的进给轴移动量进行了增减时、且在与z轴方向正交的方向没有产生移动量时，判定为刀具12处于升降状态。此时，喷嘴驱动部64(参照图2)保持为喷嘴前端部28的喷射口朝向表面坐标的瞄准角度。图示的瞄准角度γ’例示刀具12下降中的一个通过点。由此，冷却液被喷射到刀具12的侧面。

这样，在第二实施方式中，除了第一实施方式的效果，在刀具12上升以及下降时，例如在进行屑粉排出时也能够始终冷却刀具12。

图5是第三实施方式所涉及的喷嘴前端部28以及刀具12的示意图。与第二实施方式的不同点在于，通过喷嘴前端部28的摇动来清洗刀具12。

图5a～b所示的动作与图4a～b所示的动作相同。图5c是说明清洗的动作的图。在控制部66(参照图2)判定为刀具12处于升降的状态且刀具前端部13位于比工件30的表面更上方的位置时进行清洗动作。控制部66计算摇动的角度范围。控制部66计算摇动的角度范围。角度范围也可以根据刀具12的长度来决定。这里，角度范围在β到δ之间。喷嘴驱动部64使喷嘴前端部28在瞄准角度从β到δ之间摇动驱动。由此能够去除附着在刀具12上的屑粉。

这样，在实施方式3中，去除附着在刀具12上的屑粉。由此，除了第二实施方式的效果，还得到能够始终维持加工精度的效果。

图6是第四实施方式的喷嘴前端部以及刀具的示意图。图6是表示所谓的螺旋加工的图。第一～第三实施方式的不同点在于，刀具12被更换为刀具32。

刀具32例如是被称为前端平坦的平端铣刀的刀具。刀具32一边在与z轴正交的xy平面上旋转一边进入工件30的z轴方向。由前端面34切削工件30的表面，并且由刀具32的侧面36切削工件30的内部，由此形成穿孔50。

喷嘴前端部28跟踪刀具32的移动。在第四实施方式中，第一～第三实施方式的控制部66将刀具前端部13的z轴坐标置换为刀具32的前端面34的z轴坐标，计算瞄准角度ε。即，与第一～第三实施方式同样地进行刀具32的接触检测、升降动作的判定以及清洗动作。因此，即使在第四实施方式中，在从加工前到加工结束为止的期间，由于对刀具32的前端面34或侧面36喷射冷却液，所以刀具32始终被冷却。

图7是第五实施方式所涉及的喷嘴控制装置的功能框图。控制部66(参照图2)被组装到机床的cnc62中。cnc62控制向z轴方向的进给轴的移动量。cnc62根据向z轴方向的移动量以及作为偏移数据而保持的刀具12(参照图1)的刀具长度信息来决定瞄准信息，并对喷嘴驱动部64发送与瞄准角度对应的指令。接收到指令的喷嘴驱动部64驱动喷嘴14并修正瞄准角度。根据第五实施方式，在接触检测中应用在cnc62中执行的三维加工模拟的结果。

图8是第六实施方式所涉及的喷嘴控制装置的功能框图。在第六实施方式中，控制部66独立于cnc(数值控制装置)62和/或生成机床的加工程序的加工程序生成装置(未图示)。控制部66从位置传感器68取得向z轴方向的进给轴移动量，该位置传感器68由作为偏移数据而保持的刀具12(参照图1)的刀具长度以及安装在进给轴上的伺服电动机等组成。控制部66根据移动量来决定瞄准角度，并将基于瞄准角度的指令发送给喷嘴驱动部64。喷嘴驱动部64根据指令修正瞄准角度。根据该结构，对于具有已有的cnc62的机床60附加喷嘴控制装置

图9是第七实施方式所涉及的喷嘴控制装置的功能框图。在第七实施方式中，控制部66与各个机床60独立设置。控制部66从设置在各个机床60上的位置传感器68取得向z轴方向的进给轴移动量。控制部66根据基于各个机床60的移动量以及刀具长度而决定的瞄准角度，将指令发送给每个机床60的喷嘴驱动部64。喷嘴驱动部64根据指令来修正瞄准角度。

这样，在第七实施方式中，能够通过一个控制部66来控制多个机床60的瞄准角度。由此，控制部66的数量减少，机床60的生产成本下降。

另外，也可以根据主轴附近的声压变化或机床60的振动来检测上述的接触检测。另外，在上述实施方式中，理想地将刀具直径设为0来决定瞄准角度，但是此时冷却液会被喷射到比考虑了实际的直径时的位置更上方的位置。控制部66为了决定更加准确的瞄准角度，进一步使用刀具12(参照图1)的直径的信息。

在上述实施方式中，图1所示的主轴头20与喷嘴支撑部24一体形成，但是也可以不固定主轴头20与喷嘴支撑部24之间的相对位置。换言之，刀具12与喷嘴14可以不联动地升降。此时，主轴头20的z轴坐标与喷嘴安装端26的z轴坐标不联动。因此，控制部66(参照图2)根据刀具的长度以及向z轴方向的进给轴移动量来决定喷嘴前端部28的瞄准角度以及z轴上的位置或位置范围。