机床的制作方法

本发明涉及一种机床。

背景技术：

针对以往的机床而言，例如在日本特开平7-285046号公报中公开了一种加工中心，该加工中心具有主轴，在该主轴设有用于供刀具装卸自如地安装的主轴刀具安装部。在更换刀具(双面约束刀具)时，以在主轴刀具安装部的锥形面及端面和刀具的锥形面及端面之间设有间隙的方式使刀具停止，并在该期间内使清扫用空气经过该间隙，从而对刀具的锥形面和端面进行清扫。

另外，在日本特开2004-268177号公报中公开了一种具有刀具更换机构的机床。针对在日本特开2004-268177号公报中公开的机床而言，利用刀具更换机构所具有的驱动电机来使刀具振动，从而将附着于刀具的锥形部的切屑去除。

技术实现要素：

如上所述，提出了各种在自动更换刀具时将附着于刀具的切屑去除的方法。但是，由于附着于刀具的切屑的量、形态是各种各样的，因此即使使用日本特开平7-285046号公报和日本特开2004-268177号公报所公开的方法，也可能无法充分地将切屑自刀具去除。

于是，本发明的目的在于解决上述的问题，提供一种能够将附着于刀具的切屑有效地去除的机床。

依照本发明的机床包括：刀具安装部，其具有形成为供刀具的柄部插入的开口形状的刀具插入部，能够将刀具安装于该刀具安装部；刀具更换部，其用于在把持刀具的同时对安装于刀具安装部的刀具进行更换；空气供给部，其构成为能够在利用刀具更换部更换刀具时向刀具插入部与刀具的柄部之间的间隙供给空气；以及控制装置，其对刀具安装部和刀具更换部中的至少任一者的驱动进行控制，以使得在将刀具的柄部插入刀具插入部并且在刀具插入部与刀具的柄部之间设有间隙的状态下，使刀具和刀具插入部相互沿预定方向进行往复移动。

依照本发明，能够提供能将附着于刀具的切屑有效地去除的机床。

根据与附图相关联地理解的以下的涉及本发明的详细说明，应该可以清楚本发明的上述及其他的目的、特征、技术方案以及优点。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的机床的主视图。

图2是表示图1中的主轴箱的主轴端面侧的剖视图。

图3是表示在进行自动刀具更换时对刀具进行的空气吹扫工序的剖视图。

图4是表示在进行自动刀具更换时对刀具进行的空气吹扫工序的剖视图。

图5是表示自动刀具更换和空气吹扫的工序的流程的流程图。

图6是表示在进行自动刀具更换时刀具更换臂的动作(进退运动和转动运动)的图表。

图7是表示在自动刀具更换时刀具的速度变化的图表。

图8是表示使刀具和刀具插入部相互往复移动的形态的第1变形例的剖视图。

图9是表示使刀具和刀具插入部相互往复移动的形态的第2变形例的剖视图。

具体实施方式

参照附图说明本发明的实施方式。另外，在以下参照的附图中，对相同或相当于相同的构件标注相同的附图标记。

(实施方式1)

图1是表示本发明的实施方式1的机床的主视图。参照图1，机床10是立式加工中心。机床10包括机座12、立柱13、主轴箱41、工作台16、刀库21以及刀具更换部31。

机座12是用于搭载立柱13、主轴箱41以及工作台16等的基座构件，设置于车间等的装配面。

在机座12立起设置有立柱13。在立柱13安装有主轴箱41。主轴箱41设置为能够沿与铅垂方向平行的z轴方向滑移。在立柱13和主轴箱41恰当地设有用于使主轴箱41能够沿z轴方向滑移的进给机构、引导机构以及作为驱动源的伺服电机等。

主轴箱41具有主轴筒42和主轴43。主轴筒42具有沿z轴方向呈筒状延伸的形状。利用主轴筒42将主轴43支承为能够旋转。通过电机驱动使主轴43以与z轴平行的中心轴线101为中心进行旋转。在主轴43安装有用于对作为加工对象的工件进行加工的刀具200。将主轴43设置为能够供刀具200安装的刀具安装部。

工作台16是用于固定工件的装置。工作台16借助滑鞍(未图示)安装于机座12。

滑鞍设置为能够相对于机座12沿与水平方向平行且与z轴方向正交的y轴方向(前后方向)滑移。工作台16设置为能够相对于滑鞍沿与水平方向平行且与z轴和y轴正交的x轴方向(左右方向)滑移。在机座12、滑鞍以及工作台16恰当地设有用于使滑鞍能沿y轴方向滑移以及用于使工作台16能沿x轴方向滑移的进给机构、引导机构以及作为驱动源的伺服电机等。

刀库21是为了与加工目的相应地向加工区域依次供给刀具而收纳有多个刀具的装置。在刀库21内收纳有能安装于主轴43的钻头、端铣刀以及铣削刀等刀具200。

刀库21具有支承板23、罩体24以及多个刀套22。

在多个刀套22分别能装卸地保持有刀具200。支承板23沿环状的输送路径以一定间隔支承多个刀套22。罩体24设置为包围支承板23和多个刀套22。在罩体24设有开口部25。通过对支承板23进行驱动而使其旋转，从而沿周向输送刀套22。

刀具更换部31是自动换刀装置(atc：automatictoolchanger)。刀具更换部31用于在把持刀具200的同时对安装于主轴43的刀具200进行更换。刀具更换部31在主轴43与刀库21(刀套22)之间对刀具200进行更换。

刀具更换部31包括刀具更换臂32、进退用伺服电机33以及旋转用伺服电机34。

进退用伺服电机33和旋转用伺服电机34是用于驱动刀具更换臂32的装置。进退用伺服电机33的输出轴借助将旋转运动转换为直线运动的运动转换机构(未图示)连接于刀具更换臂32。通过将来自进退用伺服电机33的动力向刀具更换臂32传递，从而使刀具更换臂32沿与z轴平行的中心轴线102进行滑移(上升和下降)。旋转用伺服电机34的输出轴借助传动机构(未图示)连接于刀具更换臂32。通过将来自旋转用伺服电机34的动力向刀具更换臂32传递，从而使刀具更换臂32以中心轴线102为中心进行转动。

刀具更换臂32具有把持部32p和把持部32q来作为其构成部位。把持部32p和把持部32q隔着中心轴线102对称地设置。刀具更换臂32具有在把持部32p与把持部32q之间呈臂状延伸的形状。把持部32p和把持部32q分别构成为能够把持刀具200。刀具更换臂32是能够同时把持两个刀具200的双臂型刀具更换臂。

在进行自动刀具更换时，通过使刀具更换臂32下降，从而将被刀具更换臂32把持的刀具200自主轴43和刀套22拔出。通过使刀具更换臂32转动180°，从而将被刀具更换臂32的把持部32p把持的刀具200的位置和被刀具更换臂32的把持部32q把持的刀具200的位置对调。通过使刀具更换臂32上升，从而将被刀具更换臂32把持的刀具200插入主轴43和刀套22。

图2是表示图1中的主轴箱的主轴端面侧的剖视图。参照图1和图2，利用多个轴承46在主轴筒42处将主轴43支承为能够旋转。在图2中，刀具200以夹持状态安装于主轴43。

主轴43具有刀具插入部44。刀具插入部44形成为供后述的刀具200的柄部201(锥形柄部201s)插入的开口形状。刀具插入部44具有在加工区域内开口的开口面，并且形成为自该开口面沿中心轴线101的轴线方向呈筒状延伸的开口形状。刀具插入部44朝向下方开口。

刀具插入部44具有约束面45。约束面45由以中心轴线101为中心而沿其轴线方向延伸的圆筒形的内周面形成。约束面45具有在中心轴线101的轴线方向上直径发生变化的锥形形状。

主轴43还具有刀具夹持装置48。刀具夹持装置48构成为能够将刀具200夹持于主轴43。通过使刀具夹持装置48进行夹持动作，从而将刀具200夹持于主轴43，通过使刀具夹持装置48进行松开动作，从而自主轴43松开刀具200。

作为一个例子，能够使用包括夹头、牵引杆、碟形弹簧以及液压机构的刀具夹持装置48，上述夹头能够把持刀具200，上述牵引杆能沿中心轴线101的轴线方向前后移动从而使夹头进行开闭动作，上述碟形弹簧嵌装于牵引杆，上述液压机构用于使液压作用于牵引杆。在该情况下，在碟形弹簧的弹力的作用下获得夹持刀具200的夹持力，在由液压机构产生的液压的作用下获得松开刀具200的松开力。

刀具200包括柄部201、拉钉部202以及刀部203。柄部201由锥形柄部201s和凸缘柄部201t形成。

锥形柄部201s具有在中心轴线101的轴线方向上直径发生变化的锥形形状。在夹持刀具200时，锥形柄部201s与刀具插入部44的约束面45面接触。由此，刀具200相对于主轴43被面约束。凸缘柄部201t具有自锥形柄部201s的在中心轴线101的轴线方向上的一端呈凸缘状扩展的形状。在进行刀具200的自动刀具更换时，利用刀具更换臂32的把持部32p和把持部32q来把持凸缘柄部201t。

拉钉部202与锥形柄部201s的在中心轴线101的轴线方向上的另一端相连接。在夹持刀具200时，利用刀具夹持装置48(夹头)沿中心轴线101的轴线方向将拉钉部202向主轴43内拉拽。

机床10是利用由计算机实现的数值控制来使工件加工用的各种动作自动化的nc(numericallycontrol，数控)机床。

机床10还具有控制装置51。控制装置51装配于机床10，是用于对机床10的各种动作进行控制的控制板。控制装置51例如对各种构造体的在彼此正交的3条轴线(x轴、y轴以及z轴)上的滑移、刀库21和刀具更换部31的动作以及由后述的空气供给部61进行的空气吹扫动作进行控制。

图3和图4是表示在进行自动刀具更换时对刀具进行的空气吹扫工序的剖视图。在图3和图4中放大表示图2中的由双点划线iii圈画的范围。

参照图1～图4，机床10还具有空气供给部61。空气供给部61构成为能够在进行刀具自动更换时向主轴43的刀具插入部44与刀具200的柄部201之间的间隙210供给空气。

空气供给部61包括空气压缩机63、空气流通孔62以及阀(未图示)。空气流通孔62设于主轴43。空气流通孔62在约束面45处开口。空气流通孔62也可以在约束面45的多个部位处开口。空气压缩机63构成为能够供给压缩空气。将来自空气压缩机63的空气向空气流通孔62供给。阀设于自空气压缩机63供给的空气的路径上。

在使阀成为打开状态时，自空气流通孔62朝向间隙210喷射空气。空气朝向主轴端面侧地经过间隙210，从而将附着于刀具200的切屑去除。在使阀成为关闭状态时，停止空气的自空气流通孔62朝向间隙210的喷射。

图5是表示自动刀具更换和空气吹扫的工序的流程的流程图。图6是表示刀具更换臂在自动刀具更换时的动作(进退运动和转动运动)的图表。图7是表示刀具在自动刀具更换时的速度变化的图表。在图7中，刀具200的上升时的速度用负数表示，刀具200的下降时的速度用正数表示。

参照图1～图7，说明安装于主轴43的刀具200的自动刀具更换的工序以及与该自动刀具更换相伴地在主轴43处执行的针对刀具200的空气吹扫工序。

首先，在图5中的步骤s101中，使刀库21内的刀具200移动至待机位置，并且使主轴43移动至刀具更换位置。

在刀库21中，将安装有接下来的工件加工所使用的刀具200k的刀套22输送至在罩体24设置的开口部25的位置(分度位置)。利用未图示的转动机构使刀套22转动90°，从而使刀套22自分度位置向待机位置移动。在刀套22位于待机位置时，被刀套22保持的刀具200k的中心轴线成为与中心轴线101和中心轴线102平行的方向(z轴方向)。

在使用刀具200j进行的工件加工结束后，使安装有刀具200j的主轴43移动至与上述的刀套22的待机位置相邻的刀具更换位置。

接着，在图5中的步骤s102中，在打开了对加工区域内和加工区域外之间进行遮挡的遮板(未图示)的状态下，使刀具更换臂32自原位置(刀具更换臂32沿y轴方向呈臂状延伸的位置)转动90°。

此时，把持部32p对安装于主轴43的刀具200j进行把持，把持部32q对被位于待机位置的刀套22保持的刀具200k进行把持(图1所示的状态)。在利用把持部32p将刀具200j把持的时刻，解除在主轴43处的对刀具200j的夹持。

接着，在图5中的步骤s103中，使刀具更换臂32下降，并且使刀具更换臂32转动180°(与图6中的位置a→位置b相对应)。

由此，自主轴43拔出刀具200j，自刀套22拔出刀具200k，并且使刀具200j移动至在z轴方向上与刀套22相对的位置，使刀具200k移动至在z轴方向上与主轴43相对的位置。

接着，在图5中的步骤s104中，使刀具更换臂32上升从而移动至送风下端位置(与图6中的位置b→位置c、图7中的时间t1→时间t2相对应)。

此时，使刀具更换臂32以v2的速度移动。在图3中示出了使刀具更换臂32移动至送风下端位置(图6中的位置c)时的刀具200。刀具200的锥形柄部201s插入刀具插入部44。在锥形柄部201s与刀具插入部44的约束面45之间设有间隙210(210c)。经由空气流通孔62向间隙210(210c)喷射空气。

接着，在图5中的步骤s105中，使刀具更换臂32上升从而移动至送风上端位置(与图6中的位置c→位置d、图7中的时间t2→时间t3相对应)。

此时，使刀具更换臂32以比之前的步骤的v2低的v1的速度进行移动。在图4中示出了使刀具更换臂32移动至送风上端位置(图6中的位置d)时的刀具200。在锥形柄部201s与刀具插入部44的约束面45之间设有间隙210(210d)。

在利用与中心轴线101正交的平面进行剖切的情况下，间隙210形成为以中心轴线101为中心的环形。间隙210形成为在中心轴线101的径向上的环宽恒定的环形。

如图3和图4所示，间隙210d的大小小于间隙210c的大小。在利用与中心轴线101正交的任意的平面220进行剖切的情况下所获得的间隙210d的面积小于在利用相同的平面220进行剖切的情况下所获得的间隙210c的面积。在平面220上，间隙210d的在中心轴线101的径向上的长度(环宽)r1小于间隙210c的在中心轴线101的径向上的长度(环宽)r2。

接着，在图5中的步骤s106中，使刀具更换臂32在送风上端位置处停止一定时间(与图7中的时间t3→时间t4相对应)。

接着，在图5中的步骤s107中，使刀具更换臂32在送风上端位置与送风下端位置之间反复上升和下降(与图6中的位置d→位置c→位置d→位置c→……、图7中的时间t4～时间t9相对应)。

此时，使刀具更换臂32以v1的速度反复上升和下降。在将刀具200k的柄部201插入刀具插入部44并且在刀具插入部44与刀具200k的柄部201之间设有间隙210的状态下，使刀具200k相对于刀具插入部44沿z轴方向进行往复移动。

在上述步骤中，优选将送风上端位置(位置d)与送风下端位置(位置c)之间的距离和使刀具200k进行往复移动的周期设定为能够得到刀具200k在z轴方向上轻微地振动的现象。

送风上端位置(位置d)与送风下端位置(位置c)之间的距离没有特别限定，例如可以为0.5mm以上且5mm以下的范围，也可以为1mm以上且3mm以下的范围。

接着，在图5中的步骤s108中，使刀具更换臂32在送风上端位置处停止一定时间(与图7中的时间t9→时间t10相对应)。

接着，在图5中的步骤s109中，使刀具更换臂32上升从而移动至插入完毕位置(与图6中的位置d→位置e、图7中的时间t10→时间t11相对应)。此时，使刀具更换臂32以v1的速度上升。在主轴43处夹持刀具200k。

接着，在图5中的步骤s110中，使刀具更换臂32转动90°从而返回到原位置。利用以上的工序来完成安装于主轴43的刀具200的自动刀具更换。

针对本实施方式的机床10而言，控制装置51对刀具更换部31的驱动进行控制以使得在将刀具200的柄部201插入刀具插入部44并且在刀具插入部44与刀具200的柄部201之间设有间隙210的状态下，使刀具200相对于刀具插入部44沿预定方向进行往复移动。

采用上述那样的结构，间隙210的大小随着刀具200的往复运动而反复增减，从而使间隙210内的空气流的速度时刻变化。由此，能够使间隙210内的空气流产生混乱，从而将附着于刀具200的切屑有效地去除。

另外，刀具200相对于刀具插入部44进行往复运动的预定方向是刀具200的柄部201相对于刀具插入部44的插入方向(z轴方向)。

采用上述那样的结构，在以中心轴线101为中心的周向上，间隙210的在中心轴线101的径向上的长度(环宽)均匀，因此刀具插入部44的约束面45和刀具200的锥形柄部201s不容易相互干扰。另外，能够在以中心轴线101为中心的周向上均匀地起到将附着于刀具200的切屑有效地去除的效果。

另外，控制装置51对刀具更换部31的驱动进行控制从而执行如下步骤：沿一个方向将刀具200的柄部201插入刀具插入部44并且在刀具插入部44与刀具200的柄部201之间产生有间隙210的第1位置(图6中的位置d)处使刀具200的柄部201相对于刀具插入部44的插入停止的步骤(与s105相对应)；以及使刀具200相对于刀具插入部44在第1位置(图6中的位置d)与第2位置(图6中的位置c)之间进行往复移动的步骤(与s107相对应)，自第1位置(图6中的位置d)观察，上述第2位置(图6中的位置c)位于与刀具200的柄部201的插入方向相反的方向。

采用上述那样的结构，在利用步骤s105使刀具插入部44停止在产生有间隙210的第1位置后，利用步骤s107使刀具200在第1位置与第2位置之间进行往复移动，自第1位置观察，上述第2位置位于间隙210变大的方向。因此，刀具插入部44的约束面45和刀具200的锥形柄部201s更不容易相互干扰。

另外，在步骤s107中，在使刀具200相对于刀具插入部44进行往复移动时，也可以使主轴43(主轴箱41)上升和下降。另外，也可以通过同时执行刀具更换臂32的上升和下降以及主轴43(主轴箱41)的上升和下降，从而使刀具200和刀具插入部44相互沿上下方向进行往复移动。

适用本发明的机床不限定于立式加工中心，例如也可以是卧式加工中心或者具有车削功能和铣削功能的复合加工机床。

(实施方式2)

在本实施方式中，说明在图5中的步骤s107中使刀具200和刀具插入部44相互进行往复移动的形态的各种变形例。

图8是表示使刀具和刀具插入部相互进行往复移动的形态的第1变形例的剖视图。在图8中示意性地示出了利用与中心轴线101正交的平面进行剖切而得到的主轴箱41的截面。

参照图1和图8，在图5中的步骤s107中，使刀具更换臂32沿着以中心轴线102为中心的正向和反向交替地转动。由此，使刀具200相对于刀具插入部44在刀具中心位置p与刀具中心位置q之间沿着以中心轴线102为中心的周向进行往复移动。

图9是表示使刀具和刀具插入部相互进行往复移动的形态的第2变形例的剖视图。在图9中示意性地示出了利用与中心轴线101正交的平面进行剖切而得到的主轴箱41的截面。另外，在本变形例中，主轴箱41构成为能够在水平面(x轴-y轴平面)内移动。

参照图1和图9，在图5中的步骤s107中，使主轴43(主轴箱41)在水平面(x轴-y轴平面)内以将刀具200的刀具中心p作为中心而描画圆周的方式进行移动。由此，使刀具插入部44相对于刀具200在主轴中心位置101a与主轴中心位置101b之间沿着以刀具中心p为中心的周向进行往复运动。

在图8和图9中所示的变形例中，刀具200和刀具插入部44相互进行往复运动的预定方向是平行于与刀具200的柄部201相对于刀具插入部44的插入方向正交的平面(x轴-y轴平面)的方向。

采用那样构成的本发明的实施方式2的机床，能够同样地起到实施方式1所记载的效果。

以下，总结说明本发明的结构和由本发明起到的作用效果。

依照本发明的机床包括：刀具安装部，其具有形成为供刀具的柄部插入的开口形状的刀具插入部，能够将刀具安装于该刀具安装部；刀具更换部，其用于在把持刀具的同时对安装于刀具安装部的刀具进行更换；空气供给部，其构成为能够在利用刀具更换部更换刀具时向刀具插入部与刀具的柄部之间的间隙供给空气；以及控制装置，其对刀具安装部和刀具更换部中的至少任一者的驱动进行控制，以使得在将刀具的柄部插入刀具插入部并且在刀具插入部与刀具的柄部之间设有间隙的状态下，使刀具和刀具插入部相互沿预定方向进行往复移动。

采用那样构成的机床，通过使刀具和刀具插入部相互沿预定方向进行往复移动，从而能够使在刀具插入部与刀具的柄部之间的间隙内流动的空气流产生混乱。由此，能够将附着于刀具的切屑有效地去除。

另外，优选的是，将刀具的柄部自一个方向插入刀具插入部。预定方向是刀具的柄部的插入方向。

采用那样构成的机床，在使刀具和刀具插入部相互沿预定方向进行往复移动时，刀具安装部和刀具的柄部不容易相互干扰。

另外，优选的是，控制装置对刀具安装部和刀具更换部中的至少任一者的驱动进行控制从而执行如下步骤：沿一个方向将刀具的柄部插入刀具插入部并且在刀具插入部与刀具的柄部之间产生有间隙的第1位置处使刀具的柄部相对于刀具插入部的插入停止的步骤；以及使刀具和刀具插入部在第1位置与第2位置之间相互进行往复移动的步骤，自第1位置观察，上述第2位置位于与刀具的柄部的插入方向相反的方向。

采用那样构成的机床，在使刀具和刀具插入部相互沿预定方向进行往复移动时，刀具安装部和刀具的柄部更不容易相互干扰。

另外，优选的是，将刀具的柄部自一个方向插入刀具插入部。预定方向是平行于与刀具的柄部的插入方向正交的平面的方向。

采用那样构成的机床，能够在与刀具的柄部的插入方向正交的平面内改变刀具插入部与刀具的柄部之间的间隙的大小。由此，能够使在该间隙内流动的空气流产生混乱。

本发明适用于具有对自动刀具更换时的刀具进行空气吹扫的空气吹扫机构的机床。

以上说明了本发明的实施方式，但应认为本次公开的实施方式在所有方面均为例示，不是限制性的描述。本发明的范围利用权利要求书表示，意在包含与权利要求书均等的含义和范围内的所有变更。