專利名稱：數(shù)控裝置和數(shù)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在具有用夾持彈簧的彈力將工具保持件保持在主軸上的 拉桿(drawbar)的機床中對工具保持件的安裝狀態(tài)進行檢測的數(shù)控裝置和數(shù) 控方法。
背景技術(shù)：
以往，機床包括拉桿和松開操作機構(gòu)。拉桿可沿軸向移動地設(shè)置在機床的 主軸上。拉桿用夾持彈簧的彈力將工具保持件保持在主軸上。松開操作機構(gòu)克 服夾持彈簧的彈力將拉桿朝下推壓。通過松開操作機構(gòu)將拉桿朝下推壓，拉桿 下部的保持部變成可以張開的形態(tài)，從而被保持的工具保持件脫開。在拉桿被 朝下推壓的狀態(tài)下將要更換的工具保持件的上部插入保持部后，中止拉桿的朝 下推壓。拉桿通過夾持彈簧的彈力(恢復(fù)力)的作用而朝上方移動。因此，保 持部夾著工具保持件的上部而將其拉入，對工具保持件予以保持。
機床一旦在工具更換出現(xiàn)失敗時便無法正常進行加工。例如，有時會出現(xiàn) 在未加工出螺紋底孔的狀態(tài)下攻螺紋的情況。在上述情況下，存在攻螺紋工具 與工件碰撞、使攻螺紋工具折斷的問題。為了應(yīng)對上述問題，在例如日本特許 公開2004年第169869號公報中公開了一種對主軸上是否安裝了工具保持件進 行判定的控制裝置。該控制裝置用位置傳感器來檢測拉桿的移動位置，并對是 否安裝了工具保持件進行判斷。
由于以往的控制裝置是通過檢測拉桿的位置來判斷工具保持件的安裝、未 安裝的，因此需要設(shè)置位置傳感器。在以往的控制裝置中， 一旦位置傳感器的 安裝產(chǎn)生誤差，便會在判斷工具保持件的安裝、未安裝時產(chǎn)生誤差，因此，存 在判斷的可靠性差的缺點。
以往的控制裝置只能判斷工具保持件的安裝和未安裝這兩種狀態(tài)，存在當工具保持件以不完全的狀態(tài)進行了安裝時也會判斷為以完全的狀態(tài)進行了安 裝的問題。尤其是在工具保持件以不完全的狀態(tài)進行了安裝時，存在螺紋底孔 的深度不同的問題。在工具保持件以不完全的狀態(tài)進行了安裝時，主軸與工具 保持件之間產(chǎn)生間隙，加工在工具傾斜了的狀態(tài)下進行，因此，存在孔徑精度 變差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可提高對工具保持件安裝狀態(tài)的判斷的可靠 性、并可高精度地判斷工具保持件的安裝、未安裝和不完全安裝這些各種形態(tài) 的機床的數(shù)控裝置和數(shù)控方法。
已經(jīng)知道，可使用作用于松開操作機構(gòu)的力來檢測主軸頭部上是否安裝了 工具保持件。另外，還己經(jīng)知道，除了工具保持件的安裝和未安裝之外，通過 檢測作用于松開操作機構(gòu)的力還可判斷工具保持件的不完全安裝。
著眼于上述方面的技術(shù)方案1的數(shù)控裝置是一種機床的數(shù)控裝置，所述機 床包括可旋轉(zhuǎn)地設(shè)于主軸頭部的主軸；具有夾持彈簧、并用該夾持彈簧的彈 力將工具保持件保持在所述主軸上的拉桿；以及克服所述夾持彈簧的彈力來解
除被所述拉桿保持在所述主軸上的所述工具保持件的保持狀態(tài)的松開操作機 構(gòu)，所述數(shù)控裝置設(shè)有對作用于所述松開操作機構(gòu)的力的至少一部分進行檢 測的檢測部；以及根據(jù)所述檢測部檢測出的力來判斷在所述主軸上是否正常安 裝了所述工具保持件的判斷部。
在松開操作機構(gòu)操作拉桿時，夾持彈簧的彈力產(chǎn)生變化。在主軸上正常 安裝了工具保持件時、不完全地安裝了工具保持件時(不完全安裝)、以 及沒有安裝工具保持件時(未安裝)，力對松開操作機構(gòu)的作用形態(tài)不同。
在上述技術(shù)方案1的數(shù)控裝置中，檢測部對作用于松開操作機構(gòu)的力的至 少一部分進行檢測。判斷部根據(jù)檢測部檢測出的力來判斷在所述主軸上是否正 常安裝了工具保持件、或不完全地安裝了工具保持件、或沒有安裝工具保持件。 與使用檢測拉桿位置用的位置傳感器時不同，可提高對工具保持件安裝狀 態(tài)的判斷的可靠性。數(shù)控裝置不僅可高精度地判斷工具保持件的安裝、未安裝，還可高精度地判斷不完全安裝。
在技術(shù)方案2的數(shù)控裝置中，在所述判斷部判斷為在所述主軸上未正常安 裝所述工具保持件時，所述機床的加工動作因停止控制部的作用而停止。
因此，數(shù)控裝置可防止加工不良的發(fā)生。在沒有安裝工具保持件時，不會 執(zhí)行機床的加工動作。因此，數(shù)控裝置可防止在沒有工具的狀態(tài)下無效地執(zhí)行 加工動作。反過來說，數(shù)控裝置僅在正常安裝了工具保持件的狀態(tài)下執(zhí)行 加工動作。
在技術(shù)方案3的數(shù)控裝置中，還包括用于使所述主軸頭部移動的致動器， 該致動器兼作使所述松開操作機構(gòu)動作的驅(qū)動機構(gòu)，所述檢測部使用在所述致 動器使所述松開操作機構(gòu)動作時作用于所述致動器的負載來檢測出所述力的
至少一部分。
在致動器使松開操作機構(gòu)動作時，夾持彈簧的彈力等力作為負載而作用在 致動器上。因此，若檢測出作用于致動器的負載，則可簡單地檢測出作用于松 開操作機構(gòu)的力。由于數(shù)控裝置可利用已有的致動器來檢測出作用于松開操 作機構(gòu)的力，因此可簡化結(jié)構(gòu)。
在技術(shù)方案4的數(shù)控裝置中，還包括用于使所述主軸頭部移動的致動器、 以及用于使所述松開操作機構(gòu)動作的驅(qū)動機構(gòu)，所述檢測部使用在所述驅(qū)動機 構(gòu)使所述松開操作機構(gòu)動作時作用于所述驅(qū)動機構(gòu)的負載來檢測出所述力的 至少一部分。
數(shù)控裝置使用作用于使松開操作機構(gòu)直接動作的驅(qū)動機構(gòu)的負載，來直接 檢測出作用于松開操作機構(gòu)的力的至少一部分。因此，數(shù)控裝置可利用松開操 作機構(gòu)的驅(qū)動機構(gòu)來檢測出力，因此，可簡化結(jié)構(gòu)，且檢測精度也變得良 好。
在技術(shù)方案5的數(shù)控裝置中，所述致動器由使所述主軸頭部進行升降的伺 服馬達構(gòu)成，所述檢測部使用對所述伺服馬達進行驅(qū)動的驅(qū)動電流值來判定所 述負載的大小。
該驅(qū)動電流值可使用針對伺服馬達的電流指令值進行判定。因此，數(shù)控裝 置可利用伺服馬達的控制系統(tǒng)來檢測出作用于松開操作機構(gòu)的力，可簡化結(jié)構(gòu)。
在技術(shù)方案6的數(shù)控裝置中，所述機床還包括將所述主軸頭部可升降地 支撐的柱、以及用于使所述柱在水平面內(nèi)沿彼此垂直的方向移動的柱驅(qū)動機 構(gòu)，所述檢測部使用作用于所述柱驅(qū)動機構(gòu)的負載來檢測出所述力的至少一部 分。
檢測部使用作用于柱驅(qū)動機構(gòu)的負載來檢測出作用于松開操作機構(gòu)的夾 持彈簧的彈力的水平方向上的力。由于數(shù)控裝置在松開操作機構(gòu)作用的期間內(nèi) 可始終檢測出力，因此可減小檢測誤差。
技術(shù)方案7的數(shù)控方法是一種機床的數(shù)控方法，所述機床包括可旋轉(zhuǎn)地 設(shè)于主軸頭部的主軸；具有夾持彈簧、并用該夾持彈簧的彈力將工具保持件保 持在所述主軸上的拉桿；以及克服所述夾持彈簧的彈力來解除被所述拉桿保持 在所述主軸上的所述工具保持件的保持狀態(tài)的松開操作機構(gòu)，所述數(shù)控方法設(shè) 有對作用于所述松開操作機構(gòu)的力的至少一部分進行檢測的檢測步驟；以及 根據(jù)所述檢測步驟檢測出的力來判斷在所述主軸上是否正常安裝了所述工具 保持件的判斷步驟。
在檢測步驟中，對作用于松開操作機構(gòu)的力的至少一部分進行檢測。在判 斷步驟中，根據(jù)檢測步驟檢測出的力來判斷在所述主軸上是否正常安裝了工具 保持件、或不完全地安裝了工具保持件、或沒有安裝工具保持件。與使用檢 測拉桿位置用的位置傳感器的方法不同，可提高對工具保持件安裝狀態(tài)的 判斷的可靠性。而且，不僅可高精度地判斷工具保持件的安裝、未安裝， 還可高精度地判斷工具保持件的不完全安裝。


圖1是表示本發(fā)明的一實施例的機床的縱剖側(cè)視圖。
圖2是工具保持件處于未安裝狀態(tài)時主軸和夾持彈簧部分的縱剖側(cè)視圖。 圖3是工具保持件處于安裝狀態(tài)時主軸和夾持彈簧部分的縱剖側(cè)視圖。 圖4是松開凸輪和松開滾筒部分的側(cè)視圖。 圖5是表示電氣結(jié)構(gòu)的方框圖。圖6是表示工具保持件處于未安裝、正常安裝、不完全安裝時拉桿和松開 銷的狀態(tài)的圖。
圖7是表示主軸頭部的高度位置的變化和驅(qū)動電流值的變化的圖。 圖8是表示工具保持件處于未安裝、正常安裝、不完全安裝時驅(qū)動電流值 的變化的圖。
圖9是表示控制內(nèi)容的流程圖。
圖10是表示松開滾筒與夾持彈簧的傾斜面抵接時彈力作用的情況的圖。 圖11是表示松開滾筒與夾持彈簧的垂直面抵接時彈力作用的情況的圖。 圖12表示的是本發(fā)明的第2實施例，是與圖4相當?shù)膱D。 圖13表示的是本發(fā)明的第3實施例，是推測干擾負載轉(zhuǎn)矩的方框圖。
具體實施例方式
下面參照圖1至圖11來說明本發(fā)明的第1實施例。如圖l所示，機床 1包括柱2、機架3、主軸頭部4、以及工具庫6。柱2豎立設(shè)置在基座(未 圖示)上。機架3是水平配設(shè)并固定在柱2前面的箱形中空外殼。機架3 在其內(nèi)部具有可升降的主軸頭部4。在機架3上通過庫支撐臺5設(shè)有可進行 旋轉(zhuǎn)定位的工具庫6。
柱2在鉛垂方向上具有導(dǎo)軌7。在導(dǎo)軌7上通過滑動塊體8可沿上下 (Z軸)方向自由升降地設(shè)有主軸頭部4。在柱2上沿導(dǎo)軌7平行地設(shè)有可 自由旋轉(zhuǎn)的滾珠絲杠9。滾珠絲杠9擰入并插通螺母10，該螺母10固定在 主軸頭部4的背面上。滾珠絲杠9在配設(shè)于柱2上部的Z軸馬達11的驅(qū)動 下朝正反兩個方向旋轉(zhuǎn)。主軸頭部4在Z軸馬達11的驅(qū)動下通過滾珠絲杠 9和螺母10沿導(dǎo)軌7在上下方向上移動。Z軸馬達11例如由伺服馬達構(gòu)成。 Z軸馬達11相當于用于使主軸頭部4移動的致動器。
如圖1和圖2所示，主軸頭部4在其內(nèi)部具有可自由旋轉(zhuǎn)的、沿鉛垂 方向的主軸12。主軸12通過聯(lián)軸器12a與配設(shè)于主軸頭部4上部的主軸馬 達13連結(jié)。主軸12通過主軸馬達13的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。
主軸12是中空的，在其內(nèi)部插入有可沿軸向移動的拉桿14。主軸12在其下端部具有用于安裝工具保持件的工具保持件安裝孔
12c。主軸12具有與工具保持件安裝孔12c的上部連續(xù)的空間部12d。主軸 12具有與空間部12d的上部連續(xù)、且寬度比空間部12d狹窄的下部滑動孔 12b。
夾持彈簧15對拉桿14朝上方施力。拉桿14在其前端部(下端部)具 有夾筒(collet chuck) 16，該夾筒16具有多個鋼球16a等。在拉桿14 克服夾持彈簧15的彈力而朝下方移動后，位于下部滑動孔12b的鋼球16a 從下部滑動孔12b進入空間部12d。其結(jié)果是，對工具保持件17的提拉雙 頭螺柱(pull stud) 17a的保持被解除。在拉桿14從下方位置朝上移動后， 鋼球16a從空間部12d進入下部滑動孔12b，因此，夾筒16保持提拉雙頭 螺柱17a。
圖1所示的松開操作機構(gòu)18將拉桿14朝下推壓。 一旦松開操作機構(gòu) 18解除拉桿14的朝下推壓動作，拉桿14便會通過夾持彈簧15的彈力來進 行上述保持(夾持)。
松開操作機構(gòu)18克服夾持彈簧15的彈力，解除拉桿14的夾持狀態(tài)。 松開操作機構(gòu)18具有松開銷19、松開柄20、松開凸輪21、松開滾筒22、 以及作為驅(qū)動機構(gòu)的Z軸馬達11。
松開銷19固接在拉桿14上部的、以拉桿14的軸心為中心的左右對稱 的位置上，朝徑向突出。主軸12在以拉桿14的軸心為中心的對稱位置上 具有長直徑沿軸向的兩個長孔12e。松幵銷19從主軸12的長孔12e朝外側(cè) 突出。
松開柄20通過支軸23可擺動地設(shè)置在主軸頭部4上。松開柄20是大 致呈L字狀的部件。松開柄20的較短的分支部20a的前端部在俯視時呈雙 叉狀。分支部20a的前端部下表面與松開銷19抵接。在松開柄20的較長 的分支部20b的右側(cè)面(圖1中)上固定有例如作為板凸輪的松開凸輪21。 彈簧24對松開柄20朝箭頭A方向施力。
如圖4所示，松開凸輪21具有傾斜的傾斜面21a和沿鉛垂方向延伸的 垂直面21b。松開滾筒22固定在Z軸馬達11的馬達架上。松開滾筒22可與松開凸輪21的傾斜面21a和垂直面21b分別相對滑動接觸。在松開滾筒22依次與傾斜面21a和垂直面21b滑動接觸時，松開柄20朝與箭頭A方向相反的方向擺動(前進)，將松開銷19朝下推壓。 一旦將松開銷19朝下推壓，拉桿14便朝下方移動，夾筒16解除對工具保持件17的提拉雙頭螺柱17a的保持。工具保持件17上安裝有工具40。
具有后述的控制裝置25的馬達控制部控制Z軸馬達11，以使主軸頭部4以一定速度移動。在作用于Z軸馬達11的負載較大時，需要較大的轉(zhuǎn)矩，因此，馬達控制部增大電流指令值(轉(zhuǎn)矩指令值)并將其輸出給后述的伺服放大器lla。在負載變小時，所需轉(zhuǎn)矩減小，因此，馬達控制部減小電流指令值(轉(zhuǎn)矩指令值)并將其輸出給伺服放大器lla。
控制裝置25包括微型計算機，包括輸入輸出接口 26; CPU28; R0M29;RAM30;軸控制回路31、 32、 33、 34、 35;伺服放大器lla、 13a、 36a、 37a;微分器lld、 13d、 36d、 37d;以及電流檢測器lle、 13e、 36e、 37e。伺服放大器lla、 13a、 36a、 37a分別與Z軸馬達11、主軸馬達13、 X軸馬達36、 Y軸馬達37連接。軸控制回路35與庫馬達38連接。
加工工作臺(未圖示)通過X軸馬達36、 Y軸馬達37的作用沿X軸方向、Y軸方向移動。工具庫6通過庫馬達38的作用而正反地旋轉(zhuǎn)移動。Z軸馬達ll、主軸馬達13、 X軸馬達36、 Y軸馬達37分別具有編碼器llc、13c、 36c、 37c。
軸控制回路31 34接收來自CPU28的移動指令量，將電流指令值(轉(zhuǎn)矩指令值)輸出給伺服放大器lla、 13a、 36a、 37a。伺服放大器lla、 13a、36a、 37a接收電流指令值，將驅(qū)動電流輸出給馬達11、 13、 36、 37。軸控制回路31 34從編碼器llc、 13c、 36c、 37c接收位置反饋信號，進行位置的反饋控制。微分器lld、 13d、 36d、 37d對從編碼器llc、 13c、 36c、37c接收到的位置反饋信號進行微分而將其轉(zhuǎn)換成速度反饋信號，并將速度反饋信號輸出給軸控制回路31 34。
軸控制回路31 34從微分器lld、 13d、 36d、 37d接收速度反饋信號，
10進行速度反饋的控制。伺服放大器lla、 13a、 36a、 37a輸出給馬達11、 13、36、 37的驅(qū)動電流由電流檢測器lle、 13e、 36e、 37e來檢測。電流檢測器lle、 13e、 36e、 37e將檢測出的驅(qū)動電流反饋給軸控制回路31 34。軸控制回路31 34以電流檢測器lle、 13e、 36e、 37e反饋來的驅(qū)動電流進行電流(轉(zhuǎn)矩)控制。 一般而言，流經(jīng)馬達的驅(qū)動電流與作用于馬達的負載轉(zhuǎn)矩大致一致。因此，在本實施形態(tài)中，用對流經(jīng)馬達ll、 13、 36、 37的驅(qū)動電流進行檢測的電流檢測器lle、 13e、 36e、 37e來檢測作用于馬達11、13、 36、 37的負載轉(zhuǎn)矩。軸控制回路35接收來自CPU28的移動指令量，對庫馬達38進行驅(qū)動。
控制裝置25與作為報知機構(gòu)的顯示器39和具有操作鍵等的操作輸入部41連接。
控制裝置25作為檢測部、判斷部、停止控制部發(fā)揮作用。本實施形態(tài)的控制裝置25使用作用于Z軸馬達11的負載來檢測作用于松開操作機構(gòu)18的夾持彈簧15的彈力。
在Z軸馬達11上作用來自外部的負載時，會產(chǎn)生速度變化。軸控制回路31 34使用位置反饋信號、速度反饋信號來檢測速度變化。軸控制回路31 34為了消除檢測出的速度變化而對驅(qū)動電流進行控制。在反饋控制時，隨著Z軸馬達11的負載的增大，Z軸馬達11的驅(qū)動電流值也增大，因此，控制裝置25用負載相關(guān)的驅(qū)動電流值來檢測彈力。
下面對與工具更換動作相關(guān)的上述驅(qū)動電流值的變化進行說明。如圖l和圖2所示，在安裝了工具保持件17的狀態(tài)下，松開銷19的軸心位于高度位置Ps。圖7的實線表示了工具保持件17被正常拆下且已被安裝上時Z軸馬達11的驅(qū)動電流值的變化以及主軸頭部4的Z軸坐標。
在安裝了工具保持件17的狀態(tài)下，當Z軸馬達11朝規(guī)定方向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動、使主軸頭部4朝圖1的箭頭U方向上升時，松開凸輪21也上升，傾斜面21a與松開滾筒22相碰。通過松開凸輪21與松開滾筒22滑動接觸，松開柄20克服夾持彈簧15的彈力而朝與箭頭A方向相反的方向擺動。擺動后的松開柄20將松開銷19朝下推壓。如圖IO所示，推壓松開銷19的松開柄20從夾持彈簧15受到力Fc(夾持彈簧15的恢復(fù)力)。在力Fc的作用下，松開柄20以支軸23為支點朝箭頭A方向施力，以力Ff推壓松開滾筒22。作為反作用力，松開滾筒22以力Fb推壓松開柄20。由于力Fb的垂直分力Fa作為將主軸頭部4朝下推壓的力起作用，因此Z軸馬達11的負載增大。彈簧24的彈力(恢復(fù)力)雖然會使Z軸馬達11的負載增加，但與夾持彈簧15相比，該彈力很小，可以忽略。因此，可以認為Z軸馬達11的負載增加量主要是由夾持彈簧15的彈力引起的。
驅(qū)動電流值隨著負載的增加而增加(參照圖7中的部分R1)。
隨著松開柄20將松開銷19朝下推壓，拉桿14一體地朝下方移動。隨著拉桿14朝下方移動，夾筒16的鋼球16a從主軸12的下部滑動孔12b進入空間部12d。 一旦鋼球16a進入空間部12d，對工具保持件17的提拉雙頭螺柱17a的保持便會被解除。如圖11所示，松開凸輪21的垂直面21b與松開滾筒22滑動接觸，松開凸輪21因夾持彈簧15的彈力作用而以力Fd推壓松開滾筒22。松開凸輪21受到力Fd的反作用力Fg。由于力Fd、 Fg朝水平方向作用，其垂直分力成為零，因此，Z軸馬達ll的負載減小(參照圖7中的部分R2)。
主軸頭部4上升至工具更換原點(圖7中的工具更換原點位置Zd)而結(jié)束上升(拉桿14的狀態(tài)參照圖3)。在此狀態(tài)下，工具庫6對安裝在主軸12上的工具保持件17予以保持，主軸12沒有安裝工具保持件17。松開銷19的軸心位置為位置Pd (參照圖3)。鋼球16a的中心位置為位置Pd'(參照圖6(a))。之后，控制裝置25對工具庫6進行控制，以使期望的工具保持件17朝工具保持件安裝孔12c的正下方移動。松開凸輪21的垂直面21b與松開滾筒22滑動接觸。
在主軸頭部4位于工具更換原點位置Zd的狀態(tài)下，當Z軸馬達11朝反方向旋轉(zhuǎn)、主軸頭部4下降時，松開凸輪21與松開滾筒22的接觸位置從垂直面21b朝傾斜面21a移動，松開柄20通過彈簧24的施力作用而朝箭頭A方向擺動(后退)。在主軸頭部4繼續(xù)下降時，松開凸輪21與松開
12滾筒22分離。由于松開柄20不會將松開銷19朝下方推壓，因此拉桿14 通過夾持彈簧15的彈力作用而從下方位置朝上移動。因此，鋼球16a從空 間部12d進入下部滑動孔12b，對提拉雙頭螺柱17a予以保持。此時，夾持 彈簧15的恢復(fù)力作為負載增加而作用在Z軸馬達11上。因此，控制裝置 25控制成使驅(qū)動電流值增加(參照圖7中的部分R3)。
一旦鋼球16a將工具保持件17正常保持，松開銷19的軸心便會停止 在上述高度位置Ps (參照圖2、圖6 (b))(鋼球16a的中心停止在高度 位置Ps')。 一旦將工具保持件17保持，夾持彈簧15的恢復(fù)力便不再作為 Z軸馬達11的負載起作用，驅(qū)動電流值也下降，成為大致沒有變化的狀態(tài) (參照圖7中的部分R4、圖8 (b))。
當在要安裝的工具保持件17與工具保持件安裝孔12c之間夾有切屑等 時，有時工具保持件17的安裝并不完全。在成為不完全安裝時，如圖6 (c) 所示，鋼球16a的中心位置會成為高度位置Pf'，松開銷19的軸心的高度 位置成為高度位置Pf。在以不完全的狀態(tài)安裝了工具保持件17后，夾持彈 簧15的恢復(fù)力不再作為Z軸馬達11的負載起作用，驅(qū)動電流值下降，成 為大致沒有變化的狀態(tài)(參照圖8 (c))。
在沒有要安裝的工具保持件17時或工具保持件17在更換前已經(jīng)掉落 時，松開銷19的軸心位置成為圖3和圖6 (a)的高度位置Pn (鋼球16a 的中心位置成為高度位置Pn')。在松開銷19的軸心位置成為高度位置Pn 后，夾持彈簧15的恢復(fù)力不再作為Z軸馬達11的負載起作用，驅(qū)動電流 值下降，成為大致沒有變化的狀態(tài)(參照圖8 (a))。
控制裝置25為工具更換而始終對主軸頭部4的高度位置進行識別。如 圖8和圖7所示，將松開銷19的軸心位置位于高度位置Pf與高度位置Ps 之間的規(guī)定位置時主軸頭部4的高度位置作為第一基準位置Zkl。將松開銷 19的軸心位于高度位置Ps與高度位置Pn之間的規(guī)定位置時主軸頭部4的 高度位置作為第二基準位置Zk2。將驅(qū)動電流值的判定基準值設(shè)為Tk。
如圖9所示，控制裝置25作為檢測部、判斷部和停止控制部發(fā)揮作用。 圖9所示的處理由控制裝置25的CPU28來執(zhí)行。在步驟Sl中，判斷主軸
13頭部4是否開始從工具更換原點位置Zd下降。在步驟S2中，獲取驅(qū)動電 流值和主軸頭部4的高度位置。在步驟S3中，判斷主軸頭部4是否已到達 第一基準位置Zkl。若判斷為主軸頭部4已到達第一基準位置Zkl (若為 "是")，則朝步驟S4轉(zhuǎn)移，判定驅(qū)動電流值是否等于判定基準值Tk或 小于判定基準值Tk。若驅(qū)動電流值等于定基準值Tk或小于判定基準值Tk, 則朝步驟S5轉(zhuǎn)移，判斷為不完全安裝，在步驟S6中停止加工動作。
在步驟S3中，在判斷為主軸頭部4的高度位置不是第一基準值位置 Zkl時，朝步驟S7轉(zhuǎn)移，判斷是否已到達第二基準位置Zk2。在判斷為已 到達第二基準位置Zk2時，在步驟S8中，判定驅(qū)動電流值是否等于判定基 準值Tk或小于判定基準值Tk。若驅(qū)動電流值等于判定基準值Tk或小于判 定基準值Tk，則朝步驟S9轉(zhuǎn)移，判斷為正常安裝。
在步驟S8中，在判斷為驅(qū)動電流值超過判定基準值Tk時(若為"否")， 朝步驟S10轉(zhuǎn)移而判斷為未安裝，在步驟Sll中停止加工動作。
如上所述，在本實施例中，在松開操作機構(gòu)18將拉桿14朝夾持方向 操作時，夾持彈簧15的彈力產(chǎn)生變化。如圖8所示，夾持彈簧15的彈力 對松開操作機構(gòu)18的作用形態(tài)在主軸12上正常安裝了工具保持件17時(圖 8 (b))、不完全地安裝了工具保持件時(圖8 (c))、以及沒有安裝工 具保持件時(圖8 (a))不同。
根據(jù)上述本實施例，控制裝置25對作用于松開操作機構(gòu)18的上述夾 持彈簧15的彈力進行檢測?？刂蒲b置25根據(jù)檢測出的彈力來判斷是否在 主軸12上正常安裝了工具保持件17、不完全安裝了工具保持件17、或者 沒有安裝工具保持件17。本實施例與使用檢測拉桿位置用的位置傳感器時 不同，可提高對工具保持件安裝狀態(tài)的判斷的可靠性。本實施例不僅可高 精度地判斷工具保持件17的安裝、未安裝，還可高精度地判斷工具保持件 17的不完全安裝。
根據(jù)本實施例，在判斷為工具保持件17被不完全安裝時，機床的加工 動作停止。因此，不會在工具保持件17的不完全安裝狀態(tài)、即工具的不完 全安裝狀態(tài)下執(zhí)行加工動作。本實施例可防止加工不良的發(fā)生。在控制裝置25判斷為沒有安裝工具保持件17時，加工動作也停止。本實施例可防
止在沒有工具保持件17的狀態(tài)、即沒有工具的狀態(tài)下無效地執(zhí)行加工動作。 反過來說，僅在正常安裝了工具保持件17的狀態(tài)下執(zhí)行加工動作。
在松開操作機構(gòu)18動作時，夾持彈簧15的彈力作為負載作用在兼作 松開操作機構(gòu)18的驅(qū)動機構(gòu)的Z軸馬達11上。因此，本實施例通過找出 作用于Z軸馬達11的負載，可簡單地檢測出作用在松開操作機構(gòu)18上的 夾持彈簧15的彈力。
在著眼于上述方面的本實施例中，Z軸馬達11兼作使主軸頭部4移動 的致動器和使松開操作機構(gòu)18動作的驅(qū)動機構(gòu)。本實施例可使用Z軸馬達 11使松開操作機構(gòu)18動作時作用于Z軸馬達11的負載，來檢測出夾持彈 簧15的彈力。由于本實施例可利用已有的驅(qū)動主軸頭部4用的Z軸馬達11 來檢測出夾持彈簧15的彈力，因此可簡化結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本實施例，主軸頭部4通過作為致動器的Z軸馬達11的作用進行 升降。由于用伺服馬達來構(gòu)成Z軸馬達ll，因此負載的大小可使用對伺服 馬達進行驅(qū)動的驅(qū)動電流值來判定。因此，可利用伺服馬達的控制系統(tǒng)來 檢測出夾持彈簧15的彈力，從而本實施例可簡化結(jié)構(gòu)。
在本實施例中，將判斷工具保持件的安裝狀態(tài)的條件設(shè)為主軸頭部4 到達第一基準位置Zkl和第二基準位置Zk2的時間。不過，由于主軸頭部4 的升降速度一定時，從工具更換原點位置Zd出發(fā)到達第一基準位置Zkl和 第二基準位置Zk2的時間可以進行運算，因此可以將判斷的條件設(shè)定為時 間。
也可通過檢測驅(qū)動電流值的下降變化(參照圖7和圖8的Tda、 Tdb、 Tdc的部分)、使用檢測出變化時主軸頭部4的高度位置或檢測出的時間來 判斷工具保持件17的正常安裝、不完全安裝、未安裝。
本發(fā)明并不局限于上述實施例，也可如下地變更后實施。 在上述實施例中，使松開操作機構(gòu)18動作的驅(qū)動機構(gòu)是使主軸頭部4 移動的Z軸馬達ll。不過，也可分開設(shè)置使主軸頭部移動的致動器和使松 開操作機構(gòu)動作的驅(qū)動機構(gòu)。這種情況下，檢測部也可使用驅(qū)動機構(gòu)使松開操作機構(gòu)動作時作用于驅(qū)動機構(gòu)的負載，來檢測出夾持彈簧的彈力(技 術(shù)方案4的發(fā)明)。即，用作用于使松開操作機構(gòu)直接動作的驅(qū)動機構(gòu)的 負載，來直接檢測夾持彈簧的彈力。因此，可利用松開操作機構(gòu)的驅(qū)動機 構(gòu)來檢測出夾持彈簧的彈力，從而可簡化結(jié)構(gòu)，且檢測精度也會變好。
松開凸輪21的凸輪面也可像表示本發(fā)明的第2實施例的圖12那樣， 包括第一傾斜面121a、第一垂直面121b、第二傾斜面121c和第二垂直面 121d。
另外，也可將松開凸輪21設(shè)置在固定側(cè)(Z軸馬達11或柱2側(cè))， 將松開滾筒22設(shè)置在松開柄20側(cè)。在判斷為工具保持件不完全安裝、未 安裝時，既可使表示不完全安裝或未安裝的信息在作為報知機構(gòu)的顯示器 39中顯示(報知)，也可將其輸出給蜂鳴器、聲音輸出裝置等報知機構(gòu)。
不僅在主軸頭部4下降的夾持時，即使在主軸頭部4上升的松開時也 可判斷工具保持件的安裝狀態(tài)。可判斷工具保持件在前一次的工具更換中 是正常安裝、不完全安裝、還是沒有安裝。
也可將夾持彈簧的彈力作用于Z軸馬達11的力視為干擾，將推測干擾 負載轉(zhuǎn)矩得到的電流值作為夾持彈簧15的彈力進行檢測。干擾負載轉(zhuǎn)矩的 推測方法在下面進行說明。
表示本發(fā)明的第3實施例的圖13是通過比較加速度來推測干擾負載轉(zhuǎn) 矩時的方框圖。圖13僅表示了與Z軸馬達ll相關(guān)的部分，是僅抽取了圖5 的與軸控制回路31相關(guān)的部分的圖。
微分器lld對來自編碼器llc的輸出進行微分，將速度輸出給微分器 lle。微分器lle對微分器lld輸出的速度進行微分，將加速度朝運算單元 llg輸出。
運算單元llf在軸控制回路31輸出的電流指令值的基礎(chǔ)上乘上參數(shù)a (將馬達的轉(zhuǎn)矩常數(shù)Kt除以Z軸整體的慣量J而得到的值)后輸出給運算 單元llg。運算單元llh將運算單元llg運算出的結(jié)果除以上述參數(shù)a ，并 將除法運算的結(jié)果輸出給軸控制回路31。運算單元llh運算出的值以電流 值形式表示干擾負載轉(zhuǎn)矩的推測值。使用該電流值來代替驅(qū)動電流值，由此檢測出作用于松開操作機構(gòu)18的彈力。
在本實施例中，對作用于松開操作機構(gòu)18的夾持彈簧的彈力進行檢測 的檢測部使用Z軸馬達的驅(qū)動電流來檢測作用于松開操作機構(gòu)18的垂直分 力，從而檢測出彈力。不過，也可使用其它馬達的驅(qū)動電流來檢測作用于 松開操作機構(gòu)18的水平分力，從而檢測出彈力。例如，將柱2構(gòu)成為可沿 圖1的左右方向移動，并設(shè)置使柱2沿左右方向移動的馬達(圖5所示的X 軸馬達36或Y軸馬達37)。使用X軸馬達36或Y軸馬達37的驅(qū)動電流來
檢測水平分力，從而檢測出夾持彈簧的彈力。
柱2因該水平分力而欲移動，但為了使柱2維持當前的停止位置，控 制裝置朝X軸馬達36或Y軸馬達37輸出驅(qū)動電流。因此，可通過上述方 法來檢測出彈力。只要松開凸輪21的傾斜面21a和垂直面21b中的任一個 與松開滾筒22接觸，則均會產(chǎn)生水平分力。因此，可在比檢測垂直分力的 方法長的期間內(nèi)檢測出彈力。在上述方法中，X軸馬達36或Y軸馬達37 相當于柱驅(qū)動機構(gòu)。
在工具保持件17的夾持時或松開時，對松開操作機構(gòu)18產(chǎn)生反力。 在本實施例的松開操作機構(gòu)18中，該反力相對于主軸方向傾斜，因此，反 力由主軸方向的分力和與主軸正交的方向的分力構(gòu)成。在本實施例中，著 眼于上述分力中的任一個，通過檢測夾持時或松開時該分力的作用方向上 的驅(qū)動馬達的驅(qū)動電流值，來辨別工具保持件17的不完全安裝、未安裝或 安裝。
根據(jù)松開操作機構(gòu)18的構(gòu)造不同，夾持時或松開時作用的反力有時處 在主軸方向上。這種情況下不產(chǎn)生上述分力，因此，通過檢測上述反力作 用時驅(qū)動馬達的驅(qū)動電流值的變動，來辨別工具的不完全安裝、未安裝或 安裝。
本發(fā)明的技術(shù)方案中的"作用于所述松開操作機構(gòu)的力的至少一部分" 相當于上述分力或反力。
在本實施例中，用夾持彈簧15的彈力來夾持工具保持件17，由上述 反力引起夾持彈簧15的彈力(施力)。另外，也可在主軸12上安裝氣缸來代替夾持彈簧15，并用氣缸使拉桿14朝上方移動。在采用氣缸時，由上 述反力引起氣缸的施力。應(yīng)當注意，技術(shù)方案中的"作用于…力"不限于 因彈力而引起的力。
18
權(quán)利要求
1. 一種數(shù)控裝置，是機床的數(shù)控裝置，所述機床包括主軸，該主軸可旋轉(zhuǎn)地設(shè)于主軸頭部；拉桿，該拉桿具有夾持彈簧，并用該夾持彈簧的彈力將工具保持件保持在所述主軸上；以及松開操作機構(gòu)，該松開操作機構(gòu)克服所述夾持彈簧的彈力來解除被所述拉桿保持在所述主軸上的所述工具保持件的保持狀態(tài)，所述數(shù)控裝置的特征在于，設(shè)有檢測部，該檢測部對作用于所述松開操作機構(gòu)的力的至少一部分進行檢測；以及判斷部，該判斷部根據(jù)所述檢測部檢測出的力來判斷在所述主軸上是否正常安裝了所述工具保持件。
2. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)控裝置，其特征在于，設(shè)有停止控制部，在所述 判斷部判斷為在所述主軸上未正常安裝所述工具保持件時，所述停止控制部使 所述機床的加工動作停止。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的數(shù)控裝置，其特征在于，還包括用于使所述主 軸頭部移動的致動器，該致動器兼作使所述松開操作機構(gòu)動作的驅(qū)動機構(gòu)，所述檢測部使用在所述致動器使所述松開操作機構(gòu)動作時作用于所述致 動器的負載來檢測出所述力的至少一部分。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的數(shù)控裝置，其特征在于，還包括用于使所述主軸頭部移動的致動器、以及 用于使所述松開操作機構(gòu)動作的驅(qū)動機構(gòu)，所述檢測部使用在所述驅(qū)動機構(gòu)使所述松開操作機構(gòu)動作時作用于所述 驅(qū)動機構(gòu)的負載來檢測出所述力的至少一部分。
5. 如權(quán)利要求3所述的數(shù)控裝置，其特征在于， 所述致動器是使所述主軸頭部進行升降的伺服馬達，所述檢測部使用對所述伺服馬達進行驅(qū)動的驅(qū)動電流值來判定所述負載的大小。
6. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)控裝置，其特征在于，所述機床還包括將所述主軸頭部可升降地支撐的柱、以及用于使所述柱 在水平面內(nèi)沿彼此垂直的方向移動的柱驅(qū)動機構(gòu)，所述檢測部使用作用于所述柱驅(qū)動機構(gòu)的負載來檢測出所述力的至少一 部分。
7. —種數(shù)控方法，是機床的數(shù)控方法，所述機床包括 主軸，該主軸可旋轉(zhuǎn)地設(shè)于主軸頭部；拉桿，該拉桿具有夾持彈簧，并用該夾持彈簧的彈力將工具保持件保持在 所述主軸上；以及松開操作機構(gòu)，該松開操作機構(gòu)克服所述夾持彈簧的彈力來解除被所述拉 桿保持在所述主軸上的所述工具保持件的保持狀態(tài)，所述數(shù)控方法的特征在于，設(shè)有對作用于所述松開操作機構(gòu)的力的至少一部分進行檢測的檢測步驟；以及根據(jù)所述檢測步驟檢測出的力來判斷在所述主軸上是否正常安裝了所述 工具保持件的判斷步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種數(shù)控裝置和數(shù)控方法，可高精度地判斷工具保持件的安裝、未安裝和不完全安裝這些各種形態(tài)。設(shè)置在主軸上的拉桿具有夾持彈簧，并用夾持彈簧的彈力將工具保持件保持在主軸上。松開操作機構(gòu)克服夾持彈簧的彈力來解除被拉桿保持在主軸上的工具保持件的保持狀態(tài)。檢測部對作用于松開操作機構(gòu)的夾持彈簧的彈力進行檢測。判斷部根據(jù)檢測部檢測出的彈力來判斷是否在主軸上正常安裝了工具保持件、或不完全地安裝了工具保持件、或沒有安裝工具保持件。
文檔編號B23Q3/00GK101497168SQ20091000989
公開日2009年8月5日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者一柳聰 申請人:兄弟工業(yè)株式會社