專利名稱：加工中心的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一邊可適當(dāng)?shù)馗鼡Q刀具一邊可對(duì)工件進(jìn)行加工的加工中心，更詳細(xì)地說(shuō)，涉及具備所謂的無(wú)臂式刀具自動(dòng)更換裝置的加工中心。
背景技術(shù)：
加工中心具有載置工件的工作臺(tái)、驅(qū)動(dòng)所支撐的刀具而加工工件的主軸、自動(dòng)地更換該主軸上的刀具的刀具自動(dòng)更換裝置，從而被構(gòu)成為可適當(dāng)?shù)馗鼡Q刀具并對(duì)工件進(jìn)行加工。作為該刀具自動(dòng)更換裝置，可以舉例有由ATC臂或移動(dòng)架或ATC臂驅(qū)動(dòng)單元構(gòu)成的(有臂式刀具自動(dòng)更換裝置)以及不用ATC臂而僅靠刀具庫(kù)及主軸的移動(dòng)定位動(dòng)作來(lái)進(jìn)行刀具更換的無(wú)臂式刀具自動(dòng)更換裝置。
后者的無(wú)臂式與前者的有臂式相比，其特征在于，不需要ATC臂或移動(dòng)架或ATC臂驅(qū)動(dòng)單元，從而相應(yīng)程度地使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并能夠隨之而降低裝置成本，降低刀具更換時(shí)的不良狀況的發(fā)生率(例如，參照特開(kāi)平06-218645號(hào)公報(bào))。
下面，按照?qǐng)D8～10對(duì)這種無(wú)臂式刀具自動(dòng)更換裝置中的刀具更換動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。其中，這些圖是表示以往的刀具更換方法的示意圖，圖8是說(shuō)明將主軸上的刀具取下而收容在刀具庫(kù)中的狀態(tài)的示意圖，圖9是表示刀具庫(kù)移動(dòng)的狀態(tài)的示意圖，圖10是表示將刀具裝設(shè)在主軸上的狀態(tài)的示意圖。
在這些附圖中，標(biāo)號(hào)111表示為加工工件而驅(qū)動(dòng)刀具的主軸，標(biāo)號(hào)121表示收容各種刀具的刀具庫(kù)，標(biāo)號(hào)Ai表示從主軸111上取下而被收容在刀具庫(kù)121中的刀具(以下稱為“當(dāng)前刀具”)，標(biāo)號(hào)Ai+1表示要裝在主軸111上的刀具(以下稱為“下一刀具”)。
圖8(a)是表示主軸111移動(dòng)而將當(dāng)前刀具Ai插入到刀具庫(kù)121的空刀具套中的狀態(tài)的示圖。該當(dāng)前刀具Ai在插入到空刀具套中的同時(shí)與主軸111的配合被解除(參照同圖(b))。然后，主軸111在將刀具Ai保留在空刀具套中的狀態(tài)下提升(參照同圖(b)～(e)中標(biāo)號(hào)U)，在其與刀具Ai之間形成的間隙為d的時(shí)刻停止(參照同圖(f))。
其次，使刀具庫(kù)121沿著下一刀具Ai+1的軸心CT3向主軸111的軸心CT1靠近的方向B轉(zhuǎn)動(dòng)(參照?qǐng)D9(a)～(c))，在所述的軸心CT1、CT3一致的時(shí)刻停止刀具庫(kù)121的轉(zhuǎn)動(dòng)(參照?qǐng)D10(a))。在其轉(zhuǎn)動(dòng)位置使主軸111下降而進(jìn)行下一刀具Ai+1的裝設(shè)(參照同圖(b)～(f)中的標(biāo)號(hào)D)。
然后，使主軸111和刀具Ai+1自刀具庫(kù)121脫離，再次開(kāi)始進(jìn)行工件的加工。
不過(guò)，在具有上述無(wú)臂式刀具自動(dòng)更換裝置的情況下，因?yàn)槭菍⒅鬏S111的移動(dòng)U及停止(參照?qǐng)D8)、刀具庫(kù)121移動(dòng)B及停止(參照?qǐng)D9)、主軸111的移動(dòng)D(參照?qǐng)D10)依次地進(jìn)行，所以存在有導(dǎo)致刀具更換需要花費(fèi)時(shí)間、且生產(chǎn)率低這樣的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，希望有一種能夠?qū)崿F(xiàn)裝置成本的降低以及刀具更換時(shí)的不良狀況發(fā)生率的降低，同時(shí)能夠迅速地進(jìn)行刀具更換的加工中心。
本發(fā)明的加工中心，是具備驅(qū)動(dòng)被裝卸自如地支撐著的刀具而對(duì)工件進(jìn)行加工的主軸、和具有用于收容從該主軸上拆卸下來(lái)的刀具的空的刀具套及收容著用于裝設(shè)在該主軸上的其他的刀具的刀具套的刀具庫(kù)的，可通過(guò)該刀具庫(kù)適當(dāng)更換刀具并且通過(guò)前述主軸驅(qū)動(dòng)刀具、從而進(jìn)行工件的加工的加工中心，其被構(gòu)成為在前述主軸上形成有能夠與前述刀具的錐柄部相配合而將該刀具保持在主軸上的、被形成為錐狀的刀具裝設(shè)部；設(shè)置有能夠進(jìn)行刀具拆卸工序及刀具裝設(shè)工序中的至少某一工序的主軸驅(qū)動(dòng)控制部，其中所述的刀具拆卸工序是在將刀具收容在上述刀具庫(kù)的空的刀具套中之后、對(duì)前述主軸沿其軸心方向進(jìn)行移動(dòng)驅(qū)動(dòng)而從前述主軸上將刀具拆卸的工序，所述的刀具裝設(shè)工序是為了將被收容在前述刀具套中的刀具裝設(shè)在前述主軸上而對(duì)前述主軸沿其軸心方向進(jìn)行移動(dòng)驅(qū)動(dòng)的工序；設(shè)置有沿與前述主軸的軸心方向垂直的方向移動(dòng)驅(qū)動(dòng)前述刀具套而切換接近前述主軸的刀具套的刀具套驅(qū)動(dòng)控制部；且設(shè)置有為了同時(shí)實(shí)施用于執(zhí)行前述刀具拆卸工序或前述刀具裝設(shè)工序的沿前述軸心方向的前述主軸的移動(dòng)、和沿與該軸心方向垂直的方向的前述刀具套的移動(dòng)，而對(duì)前述主軸驅(qū)動(dòng)控制部及前述刀具套驅(qū)動(dòng)控制部進(jìn)行控制的同步控制部。
在這種情況下，因?yàn)槭且酝瑫r(shí)實(shí)施用于執(zhí)行前述刀具拆卸工序或前述刀具裝設(shè)工序的沿前述軸心方向的前述主軸的移動(dòng)、以及沿與該軸心方向垂直的方向的前述刀具套的移動(dòng)的方式構(gòu)成的，所以與在這些工序中不移動(dòng)驅(qū)動(dòng)該刀具套的情況相比，能夠縮短刀具更換時(shí)間，提高生產(chǎn)率。
本發(fā)明的特征還在于，前述主軸驅(qū)動(dòng)控制部在執(zhí)行前述刀具拆卸工序后，執(zhí)行使前述主軸停止在能夠回避與被收容在前述刀具套中的刀具的干涉的位置上的主軸停止工序，然后再執(zhí)行前述刀具裝設(shè)工序。
在這種情況下，因?yàn)槭骨笆鲋鬏S停止在能夠回避與收容在前述刀具套中的刀具的干涉的位置上，所以能夠防止該主軸從刀具庫(kù)離開(kāi)過(guò)多而超過(guò)必要距離，能夠縮短刀具更換時(shí)間。
本發(fā)明的特征還在于，設(shè)置有保存關(guān)于前述刀具的形狀的數(shù)據(jù)的刀具數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部和移動(dòng)距離計(jì)算裝置；該移動(dòng)距離計(jì)算裝置是根據(jù)前述主軸或前述刀具套的移動(dòng)距離和前述刀具數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部所保存著的關(guān)于刀具的形狀的數(shù)據(jù)，求取能夠不使前述主軸及前述刀具相干涉地使前述刀具套或前述主軸移動(dòng)的移動(dòng)距離的移動(dòng)距離計(jì)算裝置；前述同步控制部一邊按照前述移動(dòng)距離計(jì)算裝置所求得的移動(dòng)距離使前述主軸或前述刀具套移動(dòng)，一邊執(zhí)行前述各工序。
在這種情況下，即使是任何形狀的刀具，都能夠避免在刀具更換時(shí)主軸與刀具的干涉。
本發(fā)明的特征還在于，設(shè)置有移動(dòng)速度存儲(chǔ)部，該移動(dòng)速度存儲(chǔ)部存儲(chǔ)著表示沿前述軸心方向的前述主軸的移動(dòng)速度的主軸移動(dòng)速度模式、和表示沿與前述軸心方向垂直的方向的前述刀具套的移動(dòng)速度的刀具套移動(dòng)速度模式；前述主軸驅(qū)動(dòng)控制部按由前述移動(dòng)速度存儲(chǔ)部所存儲(chǔ)的主軸移動(dòng)速度模式移動(dòng)驅(qū)動(dòng)前述主軸；前述刀具套驅(qū)動(dòng)控制部按由前述移動(dòng)速度存儲(chǔ)部所存儲(chǔ)的刀具套移動(dòng)速度模式移動(dòng)驅(qū)動(dòng)前述刀具套；前述同步控制部，控制開(kāi)始由前述主軸驅(qū)動(dòng)控制部執(zhí)行的前述主軸的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)的定時(shí)(タイミング)以及由前述刀具套驅(qū)動(dòng)控制部執(zhí)行的前述刀具套的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)的定時(shí)。
在這種情況下，能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)及控制，避免在刀具更換時(shí)主軸與刀具的干涉。
本發(fā)明的特征還在于，在前述主軸驅(qū)動(dòng)控制部執(zhí)行前述刀具拆卸工序、前述主軸停止工序以及前述刀具裝設(shè)工序的期間，前述刀具套驅(qū)動(dòng)控制部以沿與前述軸心方向垂直的一個(gè)方向連續(xù)移動(dòng)驅(qū)動(dòng)前述刀具套的方式進(jìn)行控制。
在這種情況下，因?yàn)榍笆龅毒咛走B續(xù)移動(dòng)驅(qū)動(dòng)，所以能縮短刀具更換時(shí)間，提高生產(chǎn)率。


圖1是表示本發(fā)明的加工中心的構(gòu)造的一例的側(cè)視圖。
圖2是表示本發(fā)明的加工中心的構(gòu)造的一例的俯視圖。
圖3是表示本發(fā)明的加工中心的控制裝置的構(gòu)造的一例的框圖。
圖4(a)～(e)是表示將主軸上的刀具取下而收容在刀具庫(kù)中的狀態(tài)的示意圖。
圖5(a)～(e)是表示刀具庫(kù)的移動(dòng)的狀態(tài)的示意圖。
圖6(a)～(e)是表示將刀具裝設(shè)在主軸上的狀態(tài)的示意圖。
圖7是表示刀具更換的順序的流程圖。
圖8是用于說(shuō)明在以往的刀具更換方法中將主軸上的刀具取下而收容在刀具庫(kù)中的狀態(tài)的示意圖。
圖9是表示在以往的刀具更換方法中刀具庫(kù)的移動(dòng)的狀態(tài)的示意圖。
圖10是表示在以往的刀具更換方法中將刀具裝設(shè)在主軸上的狀態(tài)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是表示本發(fā)明中的加工中心的構(gòu)造的一例的側(cè)視圖；圖2是表示本發(fā)明中的加工中心的構(gòu)造的一例的俯視圖；圖3是表示本發(fā)明中的加工中心的控制裝置的構(gòu)造的一例的框圖；圖4(a)～(e)是表示將主軸上的刀具取下而收容在刀具庫(kù)中的狀態(tài)的示意圖；圖5(a)～(e)是表示刀具庫(kù)的移動(dòng)的狀態(tài)的示意圖；圖6(a)～(e)是表示將刀具裝設(shè)在主軸上的狀態(tài)的示意圖。
如圖1所示，本發(fā)明中的加工中心1具有裝卸自如地支撐刀具Ai(僅示出上部分)的主軸11、和具有多個(gè)用于收容刀具Ai-1、Ai+1的刀具套的(參照?qǐng)D2中的標(biāo)號(hào)21a、21b)的刀具庫(kù)21。如圖4(a)所示，在該刀具庫(kù)21中，至少一個(gè)刀具套21a是處于并未收容有刀具的狀態(tài)的空刀具套，是用于收容從前述主軸11上取下的刀具Ai的套(本說(shuō)明書(shū)中稱作“空刀具套”)，至少有一個(gè)刀具套21b是收容有裝設(shè)在主軸11上的刀具之外的另一刀具Ai+1的套(以下，簡(jiǎn)稱為“刀具套”)。因此本發(fā)明中的加工中心1，被構(gòu)成為由該刀具庫(kù)21適當(dāng)?shù)馗鼡Q刀具、并由上述主軸11驅(qū)動(dòng)刀具而對(duì)工件W進(jìn)行加工，但這種刀具更換，不用刀具更換專用的臂，而僅靠刀具庫(kù)21及主軸11的移動(dòng)定位動(dòng)作來(lái)進(jìn)行。也就是說(shuō)，使用的是所謂的無(wú)臂式的刀具自動(dòng)更換裝置。
本說(shuō)明書(shū)中，為了便于說(shuō)明，將處于收容在主軸11上的狀態(tài)下的刀具稱為“當(dāng)前刀具Ai”；將從主軸11上取下的刀具稱為“前一刀具Ai-1”；把將要替換當(dāng)前刀具而裝設(shè)在主軸11上的刀具稱為“下一刀具Ai+1”。另外，在沒(méi)有特別地加以區(qū)別或強(qiáng)調(diào)的必要時(shí)，簡(jiǎn)稱“刀具A”。
在該加工中心1中所使用的刀具A，如圖4(a)所示，具有對(duì)工件W進(jìn)行加工的刀具部a1和大體呈圓錐形狀的錐柄部a2，并以使錐柄部a2突出的狀態(tài)收容在刀具套21a、21b中。并且，在前述主軸11上形成有被形成為錐狀的刀具裝設(shè)部11a，該刀具裝設(shè)部11a是以可與前述刀具A的錐柄部a2配合而將該刀具A保持在主軸11上的方式構(gòu)成的。該錐柄部a2由于上方比下方更細(xì)，所以能夠如圖4(d)、(e)的箭頭B、U以及圖6(b)、(c)的箭頭B、D所示，同時(shí)驅(qū)動(dòng)主軸11和刀具庫(kù)21(并且是以主軸的移動(dòng)方向與刀具套的移動(dòng)方向垂直的方式)(后面詳述)。
另外，前述主軸11，通過(guò)主軸箱12而被以可自由地旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的方式支撐，同時(shí)被構(gòu)成為可由主軸馬達(dá)(參照?qǐng)D3中標(biāo)號(hào)M1)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。另外，該主軸箱12被以能夠沿主軸11的軸心CT1的方向(Z軸方向)自由移動(dòng)的方式支撐在立柱部13上，在前述主軸箱12和前述立柱部13之間介設(shè)有第一驅(qū)動(dòng)裝置14，從而構(gòu)成為能夠?qū)⑶笆鲋鬏S箱12與前述主軸11一起在該方向上移動(dòng)驅(qū)動(dòng)。進(jìn)而，前述立柱部13被以在水平方向(Y軸方向)上能夠自由移動(dòng)的方式支撐在基座部15上，在前述立柱部13和前述基座部15之間介設(shè)有第二驅(qū)動(dòng)裝置16，從而構(gòu)成為能夠使前述立柱部13及前述主軸箱12與前述刀具Ai一起在該方向上移動(dòng)。并且，由主軸11支撐著的刀具Ai，可基于由所述的主軸馬達(dá)M1、第一驅(qū)動(dòng)裝置14、第二驅(qū)動(dòng)裝置16進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)而對(duì)工件W進(jìn)行加工。在這種情況下，作為第一驅(qū)動(dòng)裝置14和第二驅(qū)動(dòng)裝置16，是由滾珠絲杠141、161和伺服馬達(dá)142、162構(gòu)成的，可以利用將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)那樣的公知的驅(qū)動(dòng)裝置。
此外，工件W最好預(yù)先放置在配置于主軸11下側(cè)的工作臺(tái)31上。另外，該工作臺(tái)31最好預(yù)先在以能夠在水平面內(nèi)自由移動(dòng)的方式構(gòu)成的同時(shí)，設(shè)定為能夠由工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(參照?qǐng)D3中的標(biāo)號(hào)M2)移動(dòng)驅(qū)動(dòng)。
另一方面，關(guān)于刀具庫(kù)21，被構(gòu)成為前述刀具套21a、21b可通過(guò)第三驅(qū)動(dòng)裝置22和第三驅(qū)動(dòng)裝置控制部(參照?qǐng)D3中的標(biāo)號(hào)59)在與主軸軸心方向垂直的方向(對(duì)于“垂直的方向”也包括大致垂直的方向。在本說(shuō)明書(shū)中均為如此)B上移動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)，第三驅(qū)動(dòng)裝置22和第三驅(qū)動(dòng)裝置控制部59可在執(zhí)行下述各工序時(shí)，移動(dòng)驅(qū)動(dòng)各刀具套21a、21b；所說(shuō)的各工序是將空刀具套21a移動(dòng)到基準(zhǔn)位置(刀具更換位置)A0然后使之停止、并通過(guò)使主軸11移動(dòng)到該位置A0而從主軸11上取下刀具Ai的工序(后述刀具拆卸工序)；以及將收容著下一刀具的刀具套21b移動(dòng)到刀具更換位置A0然后停止、并通過(guò)使主軸11移動(dòng)到該位置A0而將下一刀具Ai+1裝設(shè)在該主軸11上的工序(后述刀具裝設(shè)工序)。也就是說(shuō)，第三驅(qū)動(dòng)裝置22和第三驅(qū)動(dòng)裝置控制部59構(gòu)成了既使空刀具套21a向主軸11接近(參照?qǐng)D4(a)、(b))，又使刀具套21b(即收容有下一刀具Ai+1的刀具套)向主軸11接近(參照?qǐng)D6(a))，從而對(duì)接近前述主軸11的刀具套進(jìn)行切換的刀具套驅(qū)動(dòng)控制部。此外，該刀具庫(kù)21，最好是設(shè)為被可圍繞與主軸11的軸心CT1平行的軸心(參照?qǐng)D1中的標(biāo)號(hào)CT2)自由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)地支撐，并由第三驅(qū)動(dòng)裝置22旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。并且，空刀具套21a和刀具套21b，在刀具庫(kù)21中最好是沿著以前述軸心CT2為中心的一個(gè)同心圓(參照?qǐng)D2中標(biāo)號(hào)24)而配置。此外，空刀具套21a的數(shù)量既可以是一個(gè)也可以是多個(gè)，刀具套21b的數(shù)量也同樣既可以是一個(gè)也可以是多個(gè)。另外，作為刀具庫(kù)，也可以采用用鏈條連結(jié)著空刀具套和刀具套的形式的刀具庫(kù)。
此外，雖然為了刀具更換，有必要預(yù)先使空刀具套21a和刀具套21b停止在刀具更換位置A0，但為了在工件加工時(shí)避免干涉，最好預(yù)先刀具庫(kù)21整體從刀具更換位置A0退避開(kāi)。為此，最好是將該刀具庫(kù)21以可與前述第三驅(qū)動(dòng)裝置22一起自由移動(dòng)的方式構(gòu)成，并由第四驅(qū)動(dòng)裝置(參照?qǐng)D3中的標(biāo)號(hào)23)移動(dòng)驅(qū)動(dòng)，從而使得在與主軸11之間進(jìn)行刀具的裝設(shè)或更換時(shí)，其被移動(dòng)到使任一刀具套21a、21b與上述刀具更換位置A0相一致的位置；在對(duì)工件W進(jìn)行加工時(shí)，其被移動(dòng)到不會(huì)與前述主軸11或其他工作(運(yùn)轉(zhuǎn))部件相干涉的位置。此外，在圖1所示的加工中心1中，雖然使刀具庫(kù)21在與立柱部13相同的方向(即Y軸方向)上移動(dòng)，但只要是在與Z軸大致垂直的方向上移動(dòng)即可，因此也可以是在Y軸方向以外的方向(例如，垂直于紙面的方向)上移動(dòng)。
但是，該加工中心1，如圖3所示具有主控制部50，在該主控制部50上，經(jīng)由總線51連接著加工程序存儲(chǔ)部52、加工控制部53、主軸馬達(dá)控制部54、刀具收容存儲(chǔ)部55、第一驅(qū)動(dòng)裝置控制部56、第二驅(qū)動(dòng)裝置控制部57、同步控制部58、第三驅(qū)動(dòng)裝置控制部59、第四驅(qū)動(dòng)裝置控制部60、工作臺(tái)移動(dòng)控制部61、鍵盤(pán)62、顯示器63、刀具數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部64。
在此，第一驅(qū)動(dòng)裝置控制部56是用于控制第一驅(qū)動(dòng)裝置14的驅(qū)動(dòng)的部分，第二驅(qū)動(dòng)裝置控制部57是用于控制第二驅(qū)動(dòng)裝置16的驅(qū)動(dòng)的部分，第三驅(qū)動(dòng)裝置控制部59是用于控制第三驅(qū)動(dòng)裝置22的驅(qū)動(dòng)的部分，第四驅(qū)動(dòng)裝置控制部60是用于控制第四驅(qū)動(dòng)裝置23的驅(qū)動(dòng)的部分。
另外，第一驅(qū)動(dòng)裝置控制部56和第一驅(qū)動(dòng)裝置14構(gòu)成用于對(duì)前述主軸沿其軸心方向進(jìn)行移動(dòng)驅(qū)動(dòng)的主軸驅(qū)動(dòng)控制部；能夠進(jìn)行下述工序之中的至少某一種工序1.如圖4(a)～(e)所示，在將刀具Ai收容在前述空刀具套21a之后，驅(qū)動(dòng)前述主軸11在其軸心方向U上移動(dòng)而將刀具從前述主軸11上取下的刀具拆卸工序；2.如圖6(a)～(e)所示，為將被收容在前述刀具套21b中的下一刀具Ai+1裝設(shè)在前述主軸11上而對(duì)前述主軸11沿其軸心方向D進(jìn)行移動(dòng)驅(qū)動(dòng)的刀具裝設(shè)工序。
另外，同步控制部58，是為了同時(shí)實(shí)施用于執(zhí)行上述刀具拆下工序或上述刀具裝設(shè)工序的向前述軸心方向U或D的前述主軸11的移動(dòng)、和向與該軸心方向垂直的方向B的前述刀具套21a、21b的移動(dòng)，而控制前述主軸驅(qū)動(dòng)控制部和前述刀具套驅(qū)動(dòng)控制部的部分。也就是說(shuō)，本發(fā)明中的加工中心1，在刀具拆卸工序和刀具裝設(shè)工序的至少任一工序中，在通過(guò)前述主軸驅(qū)動(dòng)控制部56、14對(duì)前述主軸11向軸心方向U或D進(jìn)行移動(dòng)驅(qū)動(dòng)的期間，進(jìn)行由前述刀具套驅(qū)動(dòng)控制部59、22執(zhí)行的前述刀具套21a、21b的向方向B(與主軸軸心方向垂直的方向)的移動(dòng)。
由此，與并未同時(shí)進(jìn)行主軸的移動(dòng)和刀具庫(kù)的移動(dòng)的情況(參照?qǐng)D8～圖10)相比，能夠縮短刀具更換時(shí)間，并能夠提高生產(chǎn)性。此外，如果不是只在刀具拆卸工序及刀具裝設(shè)工序的任意一方中而是在雙方中都移動(dòng)驅(qū)動(dòng)刀具庫(kù)21，則能夠進(jìn)一步縮短刀具更換時(shí)間。另外，在本發(fā)明的加工中心1中，因?yàn)椴捎玫氖菬o(wú)臂式刀具自動(dòng)更換裝置，所以能夠得到無(wú)臂式所特有的效果。即，與有臂式相比能夠使構(gòu)造簡(jiǎn)單，與此相伴，能夠?qū)崿F(xiàn)成本的降低以及不良狀況發(fā)生率的降低。
不過(guò)，在刀具拆卸工序中(在刀具庫(kù)21停止?fàn)顟B(tài)下)，當(dāng)主軸11沿軸心方向上升ΔU時(shí)(參照?qǐng)D4(d))，則會(huì)隨之在主軸11和刀具Ai之間在B方向上產(chǎn)生間隙，而該間隙的大小可以根據(jù)刀具Ai的形狀(具體來(lái)說(shuō)，指錐柄部a2的斜度及高度)與主軸11的上升距離ΔU來(lái)求得。因此，如圖3所示，最好是設(shè)置刀具數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部64和移動(dòng)距離計(jì)算裝置65，且同步控制部58一邊使前述刀具套21a、21b按照由前述移動(dòng)距離計(jì)算裝置65所求得的移動(dòng)距離移動(dòng)一邊執(zhí)行前述工序；其中所說(shuō)的刀具數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部64是對(duì)有關(guān)前述刀具A形狀(具體來(lái)說(shuō)，指錐柄部a2的斜度及高度)的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存的刀具數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部；所說(shuō)的移動(dòng)距離計(jì)算裝置65，是根據(jù)前述主軸11的移動(dòng)距離ΔU及前述刀具數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部64中的數(shù)據(jù)(即，前述刀具數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部64中所保存的有關(guān)刀具形狀的數(shù)據(jù))，求取能夠以不會(huì)使前述主軸11及前述刀具Ai相干涉的方式使前述刀具套21a、21b移動(dòng)的移動(dòng)距離(即，能夠以圖4(d)所示的最低限度的間隙MG的形式移動(dòng)的、B方向上的距離)的移動(dòng)距離計(jì)算裝置。這種控制不僅是在刀具拆卸工序中，而且在刀具裝設(shè)工序中也可以實(shí)施。
此外，在上述實(shí)施例中，雖然是根據(jù)主軸11的軸心方向U或D的移動(dòng)距離來(lái)計(jì)算對(duì)于刀具套21a、21b而言的B方向上的移動(dòng)距離，但也可以根據(jù)刀具套21a、21b的B方向上的移動(dòng)距離來(lái)計(jì)算主軸11的向軸心方向U或D的移動(dòng)距離。也就是說(shuō)，也可以是在移動(dòng)距離計(jì)算裝置65中，根據(jù)前述刀具庫(kù)21的移動(dòng)距離和前述刀具數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部64中的數(shù)據(jù)，求取為了不會(huì)使前述主軸11和前述刀具Ai相干涉地使前述主軸11移動(dòng)所必需的移動(dòng)距離(即，為了使其以維持最低限度的間隙MG的形式移動(dòng)所必需的D方向上距離)，且前述同步控制部58一邊使前述主軸11按照由前述移動(dòng)距離計(jì)算裝置65所求得的移動(dòng)距離移動(dòng)、一邊執(zhí)行前述工序。
另外，也可以不設(shè)置上述那樣的移動(dòng)距離計(jì)算裝置，而是設(shè)置存儲(chǔ)有向前述軸心方向U或D的前述主軸11的移動(dòng)速度模式(表示主軸11應(yīng)移動(dòng)的速度的時(shí)間上的變化的數(shù)據(jù)，以下稱為“主軸移動(dòng)速度模式”)、以及向與前述軸心方向垂直的方向B的前述刀具套21a、21b的移動(dòng)速度模式(表示刀具套應(yīng)移動(dòng)的速度的時(shí)間上的變化的數(shù)據(jù)，以下稱為“刀具套移動(dòng)速度模式”)的移動(dòng)速度存儲(chǔ)部66，從而使得前述主軸驅(qū)動(dòng)控制部按照前述移動(dòng)速度存儲(chǔ)部66中所存儲(chǔ)的主軸移動(dòng)速度模式移動(dòng)驅(qū)動(dòng)前述主軸11，前述刀具套驅(qū)動(dòng)控制部按照前述移動(dòng)速度存儲(chǔ)部66中所存儲(chǔ)的刀具套移動(dòng)速度模式移動(dòng)驅(qū)動(dòng)前述刀具套21a、21b。進(jìn)而，為了避免前述主軸11和前述刀具Ai、Ai+1的干涉，前述同步控制部58最好是對(duì)開(kāi)始由前述主軸驅(qū)動(dòng)控制部執(zhí)行的前述主軸11的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)的定時(shí)、以及開(kāi)始由前述刀具套驅(qū)動(dòng)控制部執(zhí)行的前述刀具套21a、21b的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)的定時(shí)進(jìn)行控制。
不過(guò)，由于刀具更換，是通過(guò)執(zhí)行前述刀具拆卸工序、由前述刀具套驅(qū)動(dòng)控制部切換接近前述主軸的刀具套的工序(以下稱為“刀具套切換工序”)、以及前述刀具裝設(shè)工序而實(shí)現(xiàn)的，所以，最好是將切換這些工序的定時(shí)、主軸及刀具套的移動(dòng)速度等作為移動(dòng)速度模式預(yù)先存儲(chǔ)在移動(dòng)速度存儲(chǔ)部66中。在這種情況下，同步控制部58僅指示開(kāi)始刀具更換的定時(shí)(即，在拆卸刀具工序中，在使主軸沿軸心方向開(kāi)始移動(dòng)后，使刀具套沿與該軸心方向垂直的方向開(kāi)始移動(dòng)的定時(shí))，主軸及刀具套就可以根據(jù)各自的移動(dòng)速度模式受到控制而完成刀具拆卸工序～刀具套切換工序～刀具裝設(shè)工序。如果采用這種方法，就不需要移動(dòng)過(guò)程中的煩雜的位置控制，而能夠以簡(jiǎn)單的控制進(jìn)行刀具更換動(dòng)作。不過(guò)，在這種情況下，雖然是由主軸移動(dòng)速度模式及刀具套移動(dòng)速度模式來(lái)控制開(kāi)始、結(jié)束刀具套切換工序的定時(shí)，但由于該定時(shí)根據(jù)“前述刀具拆卸工序中用于收容刀具的空刀具套”與“收容有在前述刀具裝設(shè)工序中被裝設(shè)的下一刀具的刀具套”的間隔距離而不同，所以，有必要在移動(dòng)速度存儲(chǔ)部66中預(yù)先準(zhǔn)備與各間隔距離相對(duì)應(yīng)的每一種類型的數(shù)據(jù)(主軸移動(dòng)速度模式及刀具套移動(dòng)速度模式)。并且，在實(shí)際進(jìn)行刀具更換時(shí)，如果判明上述的間隔距離，就從移動(dòng)速度存儲(chǔ)部66中讀出與其相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)(主軸移動(dòng)速度模式及刀具套移動(dòng)速度模式)，根據(jù)該數(shù)據(jù)執(zhí)行各工序。
其中，主軸移動(dòng)速度模式、刀具套移動(dòng)速度模式可以不具有切換各工序的定時(shí)這樣的信息，而只具有關(guān)于各工序中的主軸、刀具套的移動(dòng)速度的信息。在這種情況下，由于不是由主軸移動(dòng)速度模式及刀具套移動(dòng)速度模式來(lái)控制開(kāi)始、結(jié)束刀具套切換工序的定時(shí)，所以沒(méi)有必要如上述的那樣，預(yù)先存儲(chǔ)與“前述刀具拆卸工序中用于收容刀具的空刀具套”和“收容有在前述刀具裝設(shè)工序中被裝設(shè)的下一刀具的刀具套”的間隔距離相對(duì)應(yīng)的每一種類型的數(shù)據(jù)，但同步控制部58則不僅要指示執(zhí)行刀具拆卸工序的定時(shí)，而且還有必要指示執(zhí)行刀具裝設(shè)工序的定時(shí)(即結(jié)束刀具套切換工序的定時(shí))。
但是，上述的主軸驅(qū)動(dòng)控制部，也可以在執(zhí)行前述刀具拆卸工序(參照?qǐng)D4(a)～(e))之后，執(zhí)行使前述主軸停止在能夠避免與收容在前述刀具套21a、21b中的刀具Ai、Ai+1的相互干涉的位置(箭頭ZA、ZB方向上的適當(dāng)?shù)奈恢?上的主軸停止工序(參照?qǐng)D5)，然后再執(zhí)行前述刀具裝設(shè)工序(參照?qǐng)D6)。這種情況下，能夠防止該主軸11從刀具庫(kù)21向作為Z軸方向的圖5的上方離開(kāi)過(guò)遠(yuǎn)達(dá)到必要以上的程度。
此外，最好是以如下的方式進(jìn)行控制，即，在如上述的那樣主軸驅(qū)動(dòng)控制部執(zhí)行前述刀具拆卸工序、前述主軸停止工序以及前述刀具裝設(shè)工序期間，前述刀具套驅(qū)動(dòng)控制部沿著與前述主軸軸心方向垂直的方向B持續(xù)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)前述刀具套21a、21b。在這種情況下，能夠更進(jìn)一步地縮短刀具更換時(shí)間，提高生產(chǎn)率。
下面，對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
在本實(shí)施例中，制作結(jié)構(gòu)如圖1至圖3所示的加工中心。
設(shè)定為在刀具拆卸工序中，驅(qū)動(dòng)主軸11及刀具庫(kù)21雙方(參照?qǐng)D4(a)～(e)中的標(biāo)號(hào)B、U)；隨后使主軸11停止而只驅(qū)動(dòng)刀具庫(kù)21(參照?qǐng)D5(a)～(e)中標(biāo)號(hào)B)；在刀具裝載工序中，驅(qū)動(dòng)主軸11和刀具庫(kù)21雙方(參照?qǐng)D6(a)～(e)中標(biāo)號(hào)B、D)。
此外，在本實(shí)施例中，刀具A的錐柄部a2的傾斜角如圖4(a)所示為θ。
下面，按照?qǐng)D1至圖7的順序，對(duì)本實(shí)施例中的加工中心的加工動(dòng)作及刀具更換動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
在加工工件W時(shí)，把欲加工的工件W放置在工作臺(tái)31上，同時(shí)預(yù)先在主軸11上裝設(shè)上用于加工的規(guī)定的刀具Ai。
在這種狀態(tài)下，當(dāng)操作者用鍵盤(pán)62輸入加工開(kāi)始的命令時(shí)，主控制部50就根據(jù)該命令從加工程序存儲(chǔ)部52中讀取加工程序，并對(duì)加工控制部53發(fā)出指示使其根據(jù)所讀取的加工程序進(jìn)行加工。于是，加工控制部53就根據(jù)該加工程序，經(jīng)由主軸馬達(dá)控制部54旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)主軸馬達(dá)M1，從而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)主軸11，經(jīng)由第一驅(qū)動(dòng)裝置控制部56和第二驅(qū)動(dòng)裝置控制部57驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)裝置14和第二驅(qū)動(dòng)裝置16，使主軸11沿Z軸方向及Y軸方向適當(dāng)移動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)工作臺(tái)移動(dòng)控制部61驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)M2，使工作臺(tái)31與工件W一起在水平面內(nèi)移動(dòng)，從而對(duì)工件W進(jìn)行加工。
在這樣的加工的過(guò)程中，當(dāng)由加工程序中輸出刀具更換指令時(shí)，則從圖未示的存儲(chǔ)器中讀取圖7所示刀具更換控制程序TCP，按照該刀具更換控制程序TCP，執(zhí)行刀具更換動(dòng)作的控制。主控制部50，當(dāng)在圖7所示的刀具更換控制程序TCP中的步驟S1中輸出了刀具更換指令后，一邊參照刀具收容存儲(chǔ)部55中的數(shù)據(jù)，一邊對(duì)用于收容當(dāng)前刀具Ai的空刀具套21a、以及收容著下一刀具Ai+1的刀具套21b的所在位置進(jìn)行確認(rèn)(確認(rèn)刀具庫(kù)中哪一刀具套為空而能夠收容當(dāng)前刀具Ai，哪一刀具套中裝有下一刀具Ai+1)(參照?qǐng)D7中的步驟S2)。在本實(shí)施例中，為了便于說(shuō)明，設(shè)這些空刀具套21a和裝刀具套21b相鄰接(參照?qǐng)D4(a))。然后，主控制部50經(jīng)由第四驅(qū)動(dòng)裝置控制部60驅(qū)動(dòng)第四驅(qū)動(dòng)裝置23，使刀具庫(kù)21沿Y軸方向(圖1中的左方向)移動(dòng)，使移動(dòng)方向最前端的刀具套(根據(jù)刀具庫(kù)21的旋轉(zhuǎn)位置而不同，但可以是由標(biāo)號(hào)21a、21b所表示的任一刀具套)與刀具更換位置A0一致。其次，主控制部50經(jīng)由第三驅(qū)動(dòng)裝置控制部59驅(qū)動(dòng)第三驅(qū)動(dòng)裝置22，使刀具庫(kù)21旋轉(zhuǎn)，從而使上述的空刀具套21a與刀具更換位置A0一致(參照?qǐng)D7中的步驟S3和圖4(a))。然后，主控制部50經(jīng)由第一驅(qū)動(dòng)裝置控制部56和第二驅(qū)動(dòng)裝置控制部57驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)裝置14和第二驅(qū)動(dòng)裝置16，將裝設(shè)在主軸11上的當(dāng)前刀具Ai(從刀具庫(kù)21的側(cè)方)插入到空刀具套21a中，設(shè)為非配合狀態(tài)(參照?qǐng)D4(b)及圖7中的步驟S4)。
并且，若設(shè)定為不使刀具庫(kù)21移動(dòng)而只使主軸11沿著軸心CT1上升ΔU的量，則剛剛解除了配合的刀具Ai與主軸11間的軸心方向上的間隙為主軸11的移動(dòng)距離ΔU；與軸心方向垂直的方向上的間隙為ΔU/tanθ(其中θ是圖4(a)中所示的錐柄部a2的傾斜角)；但在本實(shí)施例中，同步控制部58以規(guī)定的定時(shí)向第三驅(qū)動(dòng)裝置控制部59發(fā)送信號(hào)，驅(qū)動(dòng)第三驅(qū)動(dòng)裝置22，使得在主軸11的移動(dòng)過(guò)程中還使刀具庫(kù)21沿B方向旋轉(zhuǎn)(參照?qǐng)D7中的步驟S5。刀具拆卸工序)。
若以這種方式使主軸11上升，則如圖5(a)所示，主軸11的下面會(huì)上升到刀具Ai上面之上，達(dá)到兩者間在軸心方向上產(chǎn)生間隙d的位置。然后，在這樣的產(chǎn)生了間隙d的時(shí)刻，停止由第一驅(qū)動(dòng)裝置14執(zhí)行的主軸11的移動(dòng)，僅使由第三驅(qū)動(dòng)裝置22執(zhí)行的刀具庫(kù)21的旋轉(zhuǎn)繼續(xù)進(jìn)行(參照?qǐng)D5(a)～(e)中標(biāo)號(hào)B及圖7中的步驟S6、S7。主軸停止工序)。
然后，如圖6(a)所示，在想要裝設(shè)的下一刀具Ai+1被旋轉(zhuǎn)到規(guī)定位置(指刀具軸心CT3與主軸軸心CT1相一致之前的位置，例如，下一刀具Ai+1的錐柄部的外形線e1來(lái)到主軸11的刀具裝設(shè)部的線e2的延長(zhǎng)線上的位置)的時(shí)刻，同步控制部58在使刀具庫(kù)21的轉(zhuǎn)動(dòng)B繼續(xù)進(jìn)行的狀態(tài)下，使主軸11沿主軸方向D降(參照?qǐng)D6(b)～(d)中標(biāo)號(hào)B、D及圖7中的步驟S8、S9)。并且，下一刀具Ai+1被插入配合到主軸11上(參照?qǐng)D6(e))，然后，使該主軸11和刀具Ai+1從刀具庫(kù)21脫離(參照?qǐng)D7中的步驟S10)。
另外，在刀具Ai+1和刀具庫(kù)21的干涉的危險(xiǎn)性已經(jīng)不存在的時(shí)刻，主控制部50經(jīng)由第四驅(qū)動(dòng)裝置控制部60驅(qū)動(dòng)第四驅(qū)動(dòng)裝置23，使刀具庫(kù)21沿箭頭YA方向退避。
然后，主控制部50根據(jù)加工程序再次展開(kāi)對(duì)工件的加工。
本實(shí)施例中所使用的加工中心，在用圖8至圖10所示的方法進(jìn)行刀具更換時(shí)需要1.02秒的刀具更換時(shí)間，而用圖4至圖6所示的方法進(jìn)行刀具更換時(shí)則刀具更換時(shí)間縮短到0.56秒。
以上根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明中所記載的實(shí)施例僅僅是示例性的，而并不是限定性的。另外，發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求來(lái)揭示，不局限于實(shí)施例的記述。因此，附屬于權(quán)利要求的變形及變更均應(yīng)被包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種加工中心，它是具備驅(qū)動(dòng)被裝卸自如地支撐著的刀具而對(duì)工件進(jìn)行加工的主軸、和具有用于收容從該主軸上拆卸下來(lái)的刀具的空的刀具套及收容著用于裝設(shè)在該主軸上的其他的刀具的刀具套的刀具庫(kù)的，可通過(guò)該刀具庫(kù)適當(dāng)更換刀具并通過(guò)前述主軸驅(qū)動(dòng)刀具、從而進(jìn)行工件的加工的加工中心，其被構(gòu)成為在前述主軸上形成有能夠與前述刀具的錐柄部相配合而將該刀具保持在主軸上的、被形成為錐狀的刀具裝設(shè)部；設(shè)置有能夠進(jìn)行刀具拆卸工序及刀具裝設(shè)工序中的至少一個(gè)工序的主軸驅(qū)動(dòng)控制部，其中所述的刀具拆卸工序是在將刀具收容在上述刀具庫(kù)的空的刀具套中之后、對(duì)前述主軸沿其軸心方向進(jìn)行移動(dòng)驅(qū)動(dòng)而從前述主軸上將刀具拆卸的工序，所述的刀具裝設(shè)工序是為了將被收容在前述刀具套中的刀具裝設(shè)在前述主軸上而對(duì)前述主軸沿其軸心方向進(jìn)行移動(dòng)驅(qū)動(dòng)的工序；設(shè)置有沿與前述主軸的軸心方向垂直的方向移動(dòng)驅(qū)動(dòng)前述刀具套而切換接近前述主軸的刀具套的刀具套驅(qū)動(dòng)控制部；且設(shè)置有為了同時(shí)實(shí)施用于執(zhí)行前述刀具拆卸工序或前述刀具裝設(shè)工序的沿前述軸心方向的前述主軸的移動(dòng)、和沿與該軸心方向垂直的方向的前述刀具套的移動(dòng)，而對(duì)前述主軸驅(qū)動(dòng)控制部及前述刀具套驅(qū)動(dòng)控制部進(jìn)行控制的同步控制部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工中心，其中前述主軸驅(qū)動(dòng)控制部在執(zhí)行前述刀具拆卸工序后，執(zhí)行使前述主軸停止在能夠回避與被收容在前述刀具套中的刀具的干涉的位置上的主軸停止工序，然后再執(zhí)行前述刀具裝設(shè)工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工中心，其特征在于，設(shè)置有保存關(guān)于前述刀具的形狀的數(shù)據(jù)的刀具數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部和移動(dòng)距離計(jì)算裝置；該移動(dòng)距離計(jì)算裝置是根據(jù)前述主軸或前述刀具套的移動(dòng)距離和前述刀具數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部所保存著的關(guān)于刀具的形狀的數(shù)據(jù)，求取能夠不使前述主軸及前述刀具相干涉地使前述刀具套或前述主軸移動(dòng)的移動(dòng)距離的移動(dòng)距離計(jì)算裝置；前述同步控制部一邊按照前述移動(dòng)距離計(jì)算裝置所求得的移動(dòng)距離使前述主軸或前述刀具套移動(dòng)，一邊執(zhí)行前述各工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工中心，其特征在于，設(shè)置有移動(dòng)速度存儲(chǔ)部，該移動(dòng)速度存儲(chǔ)部存儲(chǔ)著表示沿前述軸心方向的前述主軸的移動(dòng)速度的主軸移動(dòng)速度模式、和表示沿與前述軸心方向垂直的方向的前述刀具套的移動(dòng)速度的刀具套移動(dòng)速度模式；前述主軸驅(qū)動(dòng)控制部按由前述移動(dòng)速度存儲(chǔ)部所存儲(chǔ)的主軸移動(dòng)速度模式移動(dòng)驅(qū)動(dòng)前述主軸；前述刀具套驅(qū)動(dòng)控制部按由前述移動(dòng)速度存儲(chǔ)部所存儲(chǔ)的刀具套移動(dòng)速度模式移動(dòng)驅(qū)動(dòng)前述刀具套；前述同步控制部，控制開(kāi)始由前述主軸驅(qū)動(dòng)控制部執(zhí)行的前述主軸的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)的定時(shí)以及由前述刀具套驅(qū)動(dòng)控制部執(zhí)行的前述刀具套的移動(dòng)驅(qū)動(dòng)的定時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加工中心，其特征在于，在前述主軸驅(qū)動(dòng)控制部執(zhí)行前述刀具拆卸工序、前述主軸停止工序以及前述刀具裝設(shè)工序的期間，前述刀具套驅(qū)動(dòng)控制部以沿與前述軸心方向垂直的一個(gè)方向連續(xù)移動(dòng)驅(qū)動(dòng)前述刀具套的方式進(jìn)行控制。
全文摘要
在更換刀具時(shí)，在將主軸上的刀具收容在刀具庫(kù)中的空刀具套中之后，進(jìn)行主軸的上升與刀具庫(kù)的轉(zhuǎn)動(dòng)這兩種運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，實(shí)施主軸不與刀具等干涉那樣的同步控制。在將下一刀具裝設(shè)在主軸上的情況下也同樣，一邊進(jìn)行同步控制一邊進(jìn)行主軸的下降與刀具庫(kù)的轉(zhuǎn)動(dòng)這兩種運(yùn)動(dòng)。這樣，由于主軸的移動(dòng)及刀具庫(kù)的移動(dòng)同時(shí)進(jìn)行，所以與這些移動(dòng)不同時(shí)進(jìn)行的情況相比，能夠?qū)崿F(xiàn)刀具更換時(shí)間的縮短。
文檔編號(hào)B23Q3/157GK1597245SQ20041009030
公開(kāi)日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月19日
發(fā)明者戶冢美樹(shù)夫, 乘松途夫, 小池治彥, 籠橋秀義 申請(qǐng)人:山崎馬扎克株式會(huì)社