CN111791078B - 机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机床(1)，包括：电机(5a)，其使主轴(4a)旋转；工具库(7)，其对多个工具(T)进行保持；以及控制装置(40)，控制装置(40)的存储部中存储有显示电机(5a)为同步电机的电机信息，在进行用于将安装于主轴(4a)的工具(T)更换为工具库(7)的多个工具(T)中的一个工具的工具更换处理的过程中，当机床(1)因停电、停止按钮的操作、电机的驱动电流的值、或传感器的检测值而停止时，控制装置(40)基于电机信息，将同步电机用的命令用作用于机床(1)的恢复的一系列命令的一部分。

Description

机床

技术领域

本发明涉及一种机床。

背景技术

以往，已知一种机床，其包括用于保持多个工具的工具库，并将从该工具库的多个工具中选择的工具安装于主轴。例如，已知有专利文献1和专利文献2的装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-282518号公报

专利文献2：日本特开平6-170671号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，在工具库与主轴之间执行工具更换处理时，如果机床停止，则在之后的恢复处理中，机床的控制部对主轴电机的定子进行励磁，从而对主轴进行固定。但在主轴电机为同步电机的情况下，可能会出现主轴电机的转子因所述励磁而意外旋转的情况。因而存在该旋转导致机床的损坏、工具的损坏等的可能性。

鉴于上述实际情况，期望一种能够防止恢复处理时的机床的损坏、工具的损坏等的机床。

用于解决问题的手段

本发明的第一方面的机床包括：主轴；电机，其使主轴旋转；工具库，其对多个工具进行保持；以及控制装置；其中，所述控制装置的存储部中存储有显示所述电机为同步电机的电机信息，在进行用于将安装于所述主轴的工具更换为所述工具库的所述多个工具中的一个工具的工具更换处理的过程中，当所述机床停止时，所述控制装置基于所述电机信息，将所述同步电机用的命令用作用于所述机床的恢复的一系列命令的一部分。

本发明的第二方面的机床包括：主轴；电机，其使主轴旋转；工具库，其对多个工具进行保持；以及控制装置，其中，所述控制装置的存储部中存储有显示所述电机为同步电机的电机信息，在进行用于将安装于所述主轴的工具更换为所述工具库的所述多个工具中的一个工具的工具更换处理的过程中，当所述机床停止时，所述控制装置基于所述电机信息和未识别出所述电机的转子的旋转位置的情况，将所述同步电机用的命令用作用于所述机床的恢复的一系列命令的一部分。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施方式的机床的概要侧视图。

图2为本实施方式的机床的概要立体图。

图3为本实施方式的机床的工具保持部的俯视图。

图4为从侧面观察到的本实施方式的机床的工具保持部和主轴的图。

图5为本实施方式的机床的工具保持部的俯视图。

图6为从侧面观察到的本实施方式的机床的工具保持部和主轴的图。

图7为表示本实施方式的机床的工具库的内部构造的立体图。

图8为本实施方式的机床的控制装置的框图。

图9为表示本实施方式的机床的控制装置的处理的示例的流程图。

图10为表示本实施方式的机床的控制装置的处理的示例的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对根据一个实施方式的机床1进行说明。

如图2所示，根据本实施方式的机床1包括：机床主体1a，其具有基座2和从基座2朝向上方延伸的立柱部3；主轴单元4，其被立柱部3支承为能够沿上下方向移动；以及工作台单元5，其对工件W进行支承。另外，如图1所示，根据本实施方式的机床1设置有工具库7，工具库7用于自动更换安装于主轴单元4的主轴4a的工具T。主轴4a从工具库7收纳的多个工具T中选择其一进行保持。主轴单元4具有对主轴4a进行支承的主轴头4b。机床1具有在工具库7与主轴4a之间自动更换工具T的功能。

基座2例如使用调平螺栓、固定螺栓等而设置于机床1的使用场所。工作台单元5配置于基座2上，工件W经由夹具J、附加轴单元AU等而固定于工作台单元5的上表面。工作台单元5和工件W通过设置于基座2的输送电机(图示略)而相对于主轴4a沿水平方向移动。工具库7和主轴头4b被支承于立柱部3的上端部，工具库7、主轴4a以及主轴头4b配置于工作台单元5的上方。

如图1所示，工具T具有工具主体31和对工具主体31进行保持的工具保持件32。

工具主体31为与工件W接触并对工件W进行加工的部分，例如为钻头、丝锥或铣刀等任意种类的工具。

工具保持件32从基端侧到前端侧依次具有：由主轴4a保持的拉杆(Pull stud)33、锥形部34、由工具库7的工具保持部9保持的法兰部35、以及对工具主体31进行保持的筒夹部36。在筒夹部36内设置有用于保持工具主体31的筒夹，通过缩小筒夹的直径使得工具主体31被筒夹部36保持。

工具T的法兰部35为具有比锥形部34的外径大的外径的近似圆柱状。在法兰部35的外周面形成有沿上下方向供工具保持部9卡合的槽35a。

图6示出了工具库7的外观，图7示出了工具库7的内部构造。工具库7为近似圆形的箱状。工具库7包括：沿周向隔开间隔配置的多个工具保持部9；以及覆盖多个工具保持部9的前表面罩10和后表面罩11。此外，在本实施方式中，设置有工具库7的一侧为机床1的前表面侧，设置有立柱部3的一侧为机床1的后表面侧。

如图6所示，前表面罩10具有近似圆板状的前表面板10a和近似圆环状的侧面板10b，前表面板10a配置于工具库7的前表面侧，侧面板10b配置于工具库7的侧表面侧。后表面罩11为配置于工具库7的后表面侧的近似圆板状的面板。在侧面板10b的与各工具保持部9对应的位置设置有开口部10c。开口部10c使得由前表面罩10、后表面罩11形成的空间S与前表面罩10、后表面罩11的外侧沿径向连通，从而使各工具保持部9所保持的工具T穿过各开口部10c。

多个工具保持部9被保持基座9a支承，保持基座9a被设置于工具库7的后表面侧的支承部7a支承。例如，工具库7的支承部7a设置有沿水平方向贯通的孔7b，设置于立柱部3的未图示的轴贯穿于孔7b。由此，工具库7和保持基座9a以能够绕沿水平方向延伸的轴线摆动的方式被立柱部3支承。

另外，保持基座9a和前表面罩10能够绕前表面罩10的中心轴线旋转，通过伺服电机等的工具库电机9b(图8)，保持基座9a和前表面罩10旋转。

另外，如图1所示，在后表面罩11的下端部设置有用于在主轴4a的前端安装工具T的切口11a。

另外，通过保持基座9a的旋转，多个工具保持部9交替定位于工具库7的最下部。该最下部为工具更换位置，工具更换位置与所述切口11a的位置一致。机床1通过在工具更换位置处的工具保持部9与主轴4a之间更换工具T，从而替换主轴4a所保持工具T。在本实施方式中，在进行该更换时，工具库7的下端侧朝向机床1的后表面侧摆动。由此，工具保持部9所保持的工具T配置于主轴4a的正下方、或者工具保持部9与工具T的固定于主轴4a的法兰部35的槽35a卡合。

图7示出了工具保持部9的结构的示例。工具保持部9在工具主体31的前端朝向工具库7的径向外侧的状态下，对工具T的法兰部35进行保持。在工具保持部9中，沿着从工具库7的后表面侧向前表面侧的预定的安装方向Y1安装有工具T(图7)。

具体而言，如图3、图7等所示，各工具保持部9包括：近似半圆形的凹部12，其沿安装方向Y1收容法兰部35并对法兰部35的前表面侧进行支承；以及一对辊13a、13b，其支承被凹部12支承的法兰部35的后表面侧。另外，各工具保持部9还包括：一对能够摆动的机械臂15，其分别对一对辊13a、13b进行支承；以及弹簧等施力构件14，其向一对机械臂15施加使一对辊13a、13b相互接近的关闭方向的力。凹部12设置有与设置于法兰部35的键槽35b嵌合的突出部12a。

各辊13a、13b被机械臂15支承为：能够绕与被凹部12支承的工具T的中心轴线近似平行的中心轴线自由旋转。一对辊13a、13b嵌合于法兰部35的槽35a内，并在周向的两个部位支承法兰部35。另外，一对辊13a、13b能够抵抗由施力构件14施加的力，并沿相互分离的打开方向移动。

一对辊13a、13b通过沿安装方向Y1移动的法兰部35而一边旋转一边打开，从而使得法兰部35配置于凹部12内。当法兰部35配置于凹部12内时，突出部12a配置于键槽35b内，一对辊13a、13b在施力构件14施加的力的作用下相互接近。

另外，当凹部12内的法兰部35沿与安装方向Y1相反的方向移动时，一对辊13a、13b一边旋转一边打开，从而使得法兰部35从工具保持部9移除。

主轴头4b为沿垂直方向延伸的筒状的构件，并且被立柱部3支承为能够沿垂直方向移动。主轴4a在主轴头4b内沿垂直方向延伸，并被主轴头4b支承为能够绕主轴4a的中心轴线旋转。

立柱部3设置有沿垂直方向(Z轴向)延伸的多个导轨3a，主轴头4b被导轨3a支承为能够沿垂直方向移动。另外，立柱部3的上端部固定有伺服电机等Z轴电机3b，来自Z轴电机3b的输出轴的输出经由减速器3c等而传递至滚珠丝杠3d。滚珠丝杠3d沿导轨3a配置，并与固定于主轴头4b的后表面部4c的滚珠丝杠螺母螺合。通过该构成，主轴单元4利用Z轴电机3b的输出轴的旋转而沿垂直方向移动。

另外，主轴4a和工具T通过与主轴4a的上端部连接的主轴电机(电机)5a而绕主轴4a的中心轴线旋转。

机床1通过工作台单元5的水平方向的移动、主轴4a的垂直方向的移动等，从而一边使工件W与工具T相对移动，一边利用旋转的工具T的工具主体31对工件W进行加工。

如图1所示，拉杆33和锥形部34从主轴4a的下端侧插入至主轴4a内，拉杆33被主轴4a内的固定机构FM保持。固定机构FM包括：握持部4d，其能够相对于主轴4a而沿上下方向移动；以及液压气缸、气缸等致动器4e(图8)，其使握持部4d沿上下方向移动。除致动器4e以外，还可以使用弹簧。例如，当致动器4e动作时通过弹簧使握持部4d向上方移动，由此拉杆33相对于主轴4a而被朝向上方提起。即，工具T固定于主轴4a。

机床1设置有对机床1进行控制的控制装置40。如图8所示，控制装置40包括：CPU等处理器41；显示装置42；具有非易失性存储器、ROM等的存储部43；操作板等输入部44；具有天线、连接器等的发送接收部45；紧急停止按钮等的停止按钮46；以及用于检测机床1的动作的异常的传感器47。传感器47为用于检测各电机5a、3b、9b的驱动电流的值的异常的电流表、用于检测工作台单元5的异常负荷的力传感器等。存储部43存储有系统程序43a，系统程序43a负责控制装置40的基本功能。

另外，存储部43存储有加工程序43b和工具更换程序43c。控制装置40基于加工程序43b和工具更换程序43c而向所述各电机、所述致动器等发送控制指令，由此进行机床1的加工以及使用了工具库7的主轴4a的工具T的更换等。存储部43还存储有恢复程序43d。

以下说明在主轴4a安装有某工具T的状态下，将该工具更换为从工具库7的多个工具T中选择的工具T时的工具更换处理。

此外，主轴4a的下端部设置有一对突出部4f，所述一对突出部4f分别嵌合于设置于工具T的法兰部35的一对键槽35b。

首先，控制装置40在工具T的键槽35b朝向预定的方向的状态下，对主轴4a进行固定(步骤A)。通过向作为多极电机的主轴电机5a的各极供给直流电流，从而进行主轴4a的固定。

接下来，控制装置40使主轴4a向上方移动并配置于第一位置(步骤B)。此时，工具库7的下端侧向机床1的后表面侧摆动，如图1和图3所示，通过该摆动使工具库7的与切口11a对应的位置的工具保持部9开始与主轴4a的工具T的法兰部35的槽35a卡合。

在本实施方式中，工具库7的后表面的一部分与主轴单元4的前表面抵接部抵接，所述抵接位置随着主轴单元4的上升而相应地变化。因此，通过工具库7的自重或未图示的弹簧，工具库7的下端部随着主轴单元4的上下移动而相应地摆动。另外，也可以通过电机、气缸、连杆机构等进行所述的工具库7的摆动。

接着，控制装置40使主轴4a移动至比第一位置高的第二位置(步骤C)。在主轴4a向第二位置移动期间，工具库7的下端部进一步向机床1的后表面侧移动，由此，工具T被工具保持部9完全保持。另外，在第二位置解除固定机构FM对工具T的固定。由此，从主轴4a移除的工具T被工具保持部9保持(图5)。另外，工具保持部9的突出部12a嵌合于工具T的键槽35b。

接下来，如图4所示，控制装置40使主轴4a向比第二位置高的第三位置移动。此时，在第二位置与第三位置之间的第四位置，解除主轴4a的突出部4f与键槽35b的卡合。

接着，控制装置40对工具库电机9b进行控制，由此，工具库7中的被选择的工具T配置于与切口11a对应的位置(步骤D)。

接下来，控制装置40使主轴4a下降至第二位置(步骤E)。此时，控制装置40通过对固定机构FM的致动器4e进行控制，从而将被选择的工具T固定于主轴4a。

接下来，控制装置40使主轴4a移动至比第一位置低的位置(步骤F)。在该工序中，工具库7的下端部逐渐向机床1的前方移动，被选择的工具T从工具保持部9移除。然后，控制装置40执行使用固定于主轴4a的工具T的加工。

另外，在步骤C和E中，为了将工具保持部9设定为把持工具T的把持状态或非把持状态，也可以使工具保持部9相对于保持基座9a而向机床1的后表面侧移动。

在从上述的步骤A至步骤F的期间，可能出现由于停止按钮46的操作等而使机床1停止的情况。在各电机5a、3b、9b等的驱动电流的值为阈值以上的情况下，也可能出现控制装置40使机床1停止的情况。在传感器47的检测值为阈值以上的情况下，也可能出现控制装置40使机床1停止的情况。还可能出现机床1因停电而停止的情况。由于上述机床的停止，向主轴电机5a的电流供给也被停止。

在机床1如上述这样在从步骤A至步骤F的期间停止之后，如用户指示进行恢复处理，则控制装置40基于恢复程序43d进行恢复处理。参照图9的流程图对该恢复处理进行说明。

首先，控制装置40判断主轴4a是否处于高于预定高度的位置(步骤S1-1)。预定高度的一个示例为比所述第一高度稍低的位置，并且是表示开始工具更换的位置。预定高度也可以是所述第一位置或其附近的位置。

当步骤S1-1中判断为“是”时，控制装置40参照存储部43所存储的主轴电机5a的电机信息43e(步骤S1-2)。电机信息43e至少包含表示主轴电机5a是否为同步电机的信息。

控制装置40在主轴电机5a为同步电机的情况下，将同步电机用的命令用作该恢复处理的一部分。作为该命令的一个示例，控制装置40维持不向主轴电机5a的各极供给直流电流的状态(步骤S1-3)。即，如上述的步骤A至F那样，通常在向主轴电机5a的各极供给直流电流并对主轴4a进行了固定的状态下进行工具T的更换。然而，在同步电机用的恢复处理中，不向主轴电机5a的各极供给直流电流。

另外，控制装置40向Z轴电机3b发送控制指令以作为同步电机用的命令，由此将主轴4a配置于原点位置(步骤S1-4)。原点位置例如为低于所述预定高度的位置。

例如，当机床1在步骤C至步骤E的期间停止时，主轴4a经过第二位置而移动至原点位置。在进行该移动时，控制装置40向致动器4e输送控制指令，从而将配置于工具库7的与切口11a对应的位置的工具T固定于主轴4a。

当机床1在步骤A、B、F中停止时，控制装置40仅使主轴4a移动至原点位置。

另一方面，当步骤S1-1中判断为“否”时，控制装置40使主轴4a移动至原点位置(S1-4)。

此外，在主轴电机5a为同步电机的情况下，控制装置40也可以根据停止时的主轴4a的高度而改变恢复处理。参照图10的流程图来说明该情况下的基于恢复程序43d的控制装置40的处理。

首先，控制装置40判断主轴4a是否处于高于所述预定高度的位置(步骤S2-1)，与步骤S1-2同样地参照电机信息43e(步骤S2-2)。进一步地，控制装置40判断主轴4a是否配置于预定的高度范围(步骤S2-3)。基于内置于Z轴电机3b的编码器等的位置检测传感器3e的检测值，进行该判断。位置检测传感器3e也可以为，直接对主轴4a的上下方向的位置进行检测的距离传感器。位置检测传感器3e与控制装置40连接。

在一个示例中，在所述预定的高度范围内，工具T的键槽35b卡合于工具保持部9的突出部12a，工具T固定于主轴4a。

为了更加安全，在所述预定的高度范围内，使工具T与工具保持部9接触，并将工具T固定于主轴4a。

所述预定的高度范围的更具体的示例为第一位置与第四位置之间的范围。

接下来，在步骤S2-1中判断为“是”、步骤S2-2中识别出主轴电机5a为同步电机、并且步骤S2-3中判断为“否”时，控制装置40向主轴电机5a供给电流(步骤S2-4)。由此，控制装置40使主轴电机5a稍微旋转，从而掌握主轴电机5a的转子5c的旋转位置。

然后，与步骤A同样地，控制装置40在工具T的键槽35b朝向预定的方向的状态下，对主轴4a进行固定(步骤S2-5)。

接下来，与步骤S1-4同样地，控制装置40将主轴4a配置于原点位置(步骤S2-7)。

另一方面，在步骤S2-1中判断为“是”、步骤S2-2中识别出主轴电机5a为同步电机、并且步骤S2-3中判断为“是”时，控制装置40一边与步骤S1-3同样地维持不向主轴电机5a的各极供给直流电流的状态(步骤S2-6)，一边与步骤S1-4同样地将主轴4a配置于原点位置(步骤S2-7)。

另一方面，在步骤S2-1中判断为“否”时，控制装置40使主轴4a移动至原点位置(S2-7)。

此外，在步骤S1-3和步骤S2-6之前，控制装置40也可以判断是否掌握了主轴电机5a的转子5c的旋转位置。例如，在主轴电机5a设置有编码器等的旋转位置检测传感器5b的情况下，在所述停止之后，控制装置40能够识别主轴电机5a的转子5c的旋转位置。在控制装置40识别出主轴电机5a的转子5c的旋转位置的情况下，控制装置40代替步骤S1-3和步骤S2-6，而在工具T的键槽35b向预定的方向的状态下，对主轴4a进行固定。另一方面，在控制装置40未识别出主轴电机5a的转子5c的旋转位置的情况下，控制装置40执行步骤S1-3和步骤S2-6。

此外，该机床1还有可能安装感应电机以作为主轴电机5a。在某些情况下，机床1的购买者或使用者可以从多种感应电机和多种同步电机中选择主轴电机5a。存储部43存储的电机信息43e为与所选择的电机对应的信息。

当机床1安装有感应电机时，在步骤S1-2和S2-2中识别出该电机不是同步电机，并且不使用同步电机用的命令。即，不执行步骤S1-3之后的处理和步骤S2-3之后的处理，而在执行了用于对主轴电机5a的转子5c进行固定的定子5d的励磁后，使主轴4a向原点位置移动。

感应电机即使在转子5c的旋转位置不明的状态下，也能够通过定子5d的励磁将转子5c固定于当时的位置。另一方面，当在转子5c的旋转位置不明的状态下对定子5d进行励磁时，同步电机可能出现转子5c意外旋转的情况。

在上述实施方式中，在电机信息43e显示机床1停止且主轴电机5a为同步电机的情况下，控制装置40将同步电机用的命令用作用于恢复的一系列命令的一部分。在主轴电机5a为同步电机的情况下，当在主轴电机5a的转子5c的旋转位置不明的状态下对主轴电机5a的定子5d进行励磁时，可能出现转子5c意外旋转的情况。例如，在工具保持部9保持工具T且在主轴4a的突出部4f卡合于工具T的键槽35b的状态下，所述状况会导致机床1的结构部的损坏、工具T的损坏等。上述实施方式的结构有助于防止因转子5c的意外旋转而引起的所述损坏。

另外，在上述实施方式中，在电机信息43e显示机床1停止且主轴电机5a为同步电机、控制装置40未识别出主轴电机5a的转子5c的旋转位置的情况下，控制装置40将同步电机用的命令用作用于恢复的一系列命令的一部分。即使在该构成中，也可以防止因转子5c的意外旋转而引起的机床1的结构部的损坏、工具T的损坏等。另外，在该结构中，即使在主轴电机5a为同步电机的情况下，如果控制装置40识别出主轴电机5a的转子5c的旋转位置，则与感应电机的情况相同，在恢复处理中主轴4a被固定。

此外，也存在如下情况：工具库所保持的多个工具T中的被选择的工具T使用众所周知的其它机构而安装于主轴4a或从主轴4a拆卸的情况。即使在该情况下，如上所述，也使用同步电机用的命令，在不进行用于主轴电机5a的转子5c的固定的定子5d的励磁的状态下，执行向使用了致动器4e的主轴4a的工具T的安装以及主轴4a向原点位置的移动。

附图标记说明

1：机床

3b：Z轴电机

3e：位置检测传感器

4：主轴单元

4a：主轴

4b：主轴头

4f：突出部

5a：主轴电机(电机)

5c：转子

7：工具库

9：工具保持部

9a：保持基座

10：前表面罩

11：后表面罩

11a：切口

12：凹部

12a：突出部

13a、13b：辊

14：施力构件

15：机械臂

31：工具主体

32：工具保持件

35：法兰部

35a：槽

35b：键槽

T：工具

Claims (2)

1.一种机床，包括：

主轴；

电机，其使主轴旋转；

工具库，其对多个工具进行保持；以及

控制装置；

所述机床的特征在于，

所述控制装置的存储部中存储有显示所述电机为同步电机的电机信息，

在进行用于将安装于所述主轴的工具更换为所述工具库的所述多个工具中的一个工具的工具更换处理的过程中，当所述机床停止时，所述控制装置基于所述电机信息，将所述同步电机用的命令用作用于所述机床的恢复的一系列命令的一部分，其中，所述机床的恢复是指将所述主轴配置于原点位置，

所述同步电机用的命令为：在将所述多个工具中的一个工具安装于所述主轴时不进行定子的励磁，所述定子的励磁用于固定所述电机的转子。

2.一种机床，包括：

主轴；

电机，其使主轴旋转；

工具库，其对多个工具进行保持；以及

控制装置，

所述机床的特征在于，

所述控制装置的存储部中存储有显示所述电机为同步电机的电机信息，

在进行用于将安装于所述主轴的工具更换为所述工具库的所述多个工具中的一个工具的工具更换处理的过程中，当所述机床停止时，所述控制装置基于所述电机信息和未识别出所述电机的转子的旋转位置的情况，将所述同步电机用的命令用作用于所述机床的恢复的一系列命令的一部分,其中，所述机床的恢复是指将所述主轴配置于原点位置，

所述同步电机用的命令为：在将所述多个工具中的一个工具安装于所述主轴时不进行定子的励磁，所述定子的励磁用于固定所述电机的转子。