專利名稱：帶主軸卡盤更換功能的機床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶主軸卡盤更換功能的機床，例如，涉及不必使軸電機停止而能夠進行工件的拆裝的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在車床等的機床上，將握持在主軸卡盤上的加工完成的工件通過裝填器等更換成新的工件時，停止主軸的旋轉(zhuǎn)，通過裝填器接受加工完成的工件，再將新的工件從裝填器交至主軸卡盤。然后，使主軸電機旋轉(zhuǎn)，將主軸提速至加工所需的旋轉(zhuǎn)速度。因此，在主軸卡盤的工件更換過程中，主軸的減速.停止時間、工件的接交時間、以及主軸旋轉(zhuǎn)的提速時間是必要的，該工件更換時間成為加工的作業(yè)周期拉長的主要原因。尤其是，對于工具與工件接觸、進行實際加工的時間較短的加工，工件更換的時間占了作業(yè)周期的大部分。
作為將這樣的工件更換的時間縮短的機床，提出了以下的方案(例如，專利文獻l)，即，在主軸臺上，以能夠進行位置變更的方式在加工位置和待機位置設置兩才艮主軸，在以加工位置的主軸進行加工的期間，對待機位置的主軸進行工件的更換。為進行主軸的驅(qū)動，采用一臺主軸電4幾，對位于加工位置的主軸傳遞動力。
此外，還提出了以下方案(例如，專利文獻2),即，將主軸以及支承主軸電機的主軸臺相對于一臺刀具臺設置在兩側(cè)，在以 一個主軸進行加工的期間，對另 一 主軸進行工件的更換以及主軸旋轉(zhuǎn)的提速。
專利文獻1:日本特開昭58-196904號^^才艮專利文獻2:日本特開2001-341001號公報

發(fā)明內(nèi)容
上述具有兩根主軸、以共同的主軸電機使其旋轉(zhuǎn)的提案例，利 用加工時間來進行對主軸卡盤的加工完成的工件與新工件的接交。
但是，主軸旋轉(zhuǎn)的起動必須要在待機位置的主軸到達加工位置之后
進行。因此，無法將工件更換時間中的、主軸旋轉(zhuǎn)的起動所需的時
間縮短。
上述的具有兩根主軸以及兩臺主軸電機的提案例，在更換時間 的縮短這一方面效果顯著。但是，由于主軸、主軸電機以及主軸臺
都需要設置兩個，因此設備大型化，設備成本高。
本發(fā)明的目的在于提供一種帶主軸卡盤更換功能的機床，能夠 以簡單的結(jié)構(gòu)縮短工件更換的時間。
本發(fā)明的另 一 目的在于提供一種帶主軸卡盤更換功能的機床， 在將主軸卡盤結(jié)合到主軸上時不會產(chǎn)生強迫的力。
本發(fā)明的又一 目的在于提供一種帶主軸卡盤更換功能的機床， 能夠進一步縮短對主軸電機的旋轉(zhuǎn)速度進行控制的時間。
本發(fā)明的帶主軸卡盤更換功能的機床，具有主軸，在該主軸 的頂端具有供主軸卡盤以能夠自由更換的方式結(jié)合的卡盤結(jié)合部， 該主軸以能夠自由旋轉(zhuǎn)的方式支承在主軸支承部件上；主軸電機， 該主軸電機旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述主軸；多個主軸卡盤，該多個主軸卡盤具 有保持工件的功能，以能夠自由更換的方式結(jié)合在所述主軸的所述
卡盤結(jié)合部上；主軸卡盤更換機構(gòu)，該主軸卡盤更換機構(gòu)以能夠自 由旋轉(zhuǎn)的方式保持所述多個主軸卡盤，并將任意的主軸卡盤在主軸 正對位置與對主軸卡盤進行工件的更換的工件更換位置之間進行調(diào) 換，將該任意的主軸卡盤相對于所述主軸的所述卡盤結(jié)合部進行接 交；預旋轉(zhuǎn)用電機，該預旋轉(zhuǎn)用電機在使被保持在所述主軸卡盤更 換機構(gòu)上的、處于所述工件更換位置的主軸卡盤位于主軸正對位置 之前使該主軸卡盤旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置，該旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置 對由所述預旋轉(zhuǎn)用電機而旋轉(zhuǎn)的主軸卡盤的旋轉(zhuǎn)速度進行檢測；更 換時主軸電機速度控制裝置，該更換時主軸電機速度控制裝置在通過所述主軸卡盤更換機構(gòu)將所述主軸正對位置的主軸卡盤交至所述主軸的所述卡盤結(jié)合部時，按照所述旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置的檢測速度對所述主軸電機的旋轉(zhuǎn)速度進行控制，使得主軸的旋轉(zhuǎn)速度與主軸正對位置的主軸卡盤的旋轉(zhuǎn)速度同步。
通過采用該構(gòu)成，在工件的加工過程中，通過預旋轉(zhuǎn)用電機使保持著接下來要加工的工件的其他的主軸卡盤旋轉(zhuǎn)。在一個主軸卡盤上的工件的加工完成后，主軸卡盤更換機構(gòu)將處于工件更換位置的其他的主軸卡盤調(diào)換至主軸正對位置，對主軸的卡盤結(jié)合部進行接交。此時，旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置對由預旋轉(zhuǎn)用電機而旋轉(zhuǎn)的另一主軸的旋轉(zhuǎn)速度進行檢測。
更換時主軸電機速度控制裝置在將處于主軸正對位置的所述其他的主軸卡盤交至主軸時，按照所述旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置的檢測速度對所述主軸電機的旋轉(zhuǎn)速度進行控制，使得主軸的旋轉(zhuǎn)速度與主軸正對位置的主軸卡盤的旋轉(zhuǎn)速度同步。由此，由于旋轉(zhuǎn)速度同步因而能夠使主軸卡盤順暢地結(jié)合到主軸上。接著，通過主軸電機使結(jié)合了其他的主軸卡盤的主軸成為適于加工的旋轉(zhuǎn)速度。由此，對保持在其他的主軸卡盤上的工件進行加工。然后，重復進行該動作。
這樣，不需要使為進行加減速需要耗費時間的主軸的旋轉(zhuǎn)停止，便能夠使位于主軸正對位置的主軸卡盤結(jié)合到主軸的卡盤結(jié)合部上。因此，通過采用該機床，在更換工件進行加工時，可以馬上開始加工，能夠謀求加工作業(yè)周期的縮短。另外，只要使多個主軸卡盤在主軸正對位置與工件更換位置之間調(diào)換即可，不必使預旋轉(zhuǎn)用電機等與主軸卡盤一同移動。因此，能夠謀求包括多個主軸卡盤在內(nèi)的可動部件的小型化以及輕量化。通過采用該機床，由于能夠通過一根主軸以及一臺主軸電機謀求工件更換時間的縮短，因此，與具有兩根主軸以及兩臺主軸電機的機床相比，能夠使構(gòu)成簡單，能夠謀求設備成本的降低。
還可以設置預旋轉(zhuǎn)用電機動力切斷裝置，該預旋轉(zhuǎn)用電機動力切斷裝置使得被保持在所述主軸卡盤更換機構(gòu)上的、由所述預旋轉(zhuǎn)用電機被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的主軸卡盤在通過所述主軸卡盤更換機構(gòu)被交至 所述主軸的卡盤結(jié)合部這一動作之前，處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。在此情況下， 通過預旋轉(zhuǎn)用電機使用與接下來的加工的主軸卡盤旋轉(zhuǎn)，接著，通 過預旋轉(zhuǎn)用電機動力切斷裝置使該主軸卡盤處于慣性旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。由 此，通過使用于接下來的加工的主軸卡盤處于慣性旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，因而 在將該主軸卡盤結(jié)合到主軸上時不會產(chǎn)生強迫的力。另外，預旋轉(zhuǎn) 用電機只要使用于接下來的加工的主軸卡盤預備地慣性旋轉(zhuǎn)即可， 不必確保主軸電機那樣的加工所必需的輸出。因此，與具有兩根主 軸以及兩臺主軸電機的機床相比，能夠謀求機床的制造成本的降低。 還可以設置旋轉(zhuǎn)力傳遞裝置，該旋轉(zhuǎn)力傳遞裝置將所述預旋轉(zhuǎn) 用電機所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力傳遞至所述多個主軸卡盤。在此情況下， 在通過預旋轉(zhuǎn)用電機對用于接下來的加工的主軸卡盤進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動 后，對主軸電機的旋轉(zhuǎn)速度進行同步控制。然后能夠馬上使主軸卡 盤順暢地結(jié)合到主軸上。 (發(fā)明的效果)
本發(fā)明的帶主軸卡盤更換功能的機床，由于具有主軸，在該
主軸的頂端具有供主軸卡盤以能夠自由更換的方式結(jié)合的卡盤結(jié)合
部，該主軸以能夠自由旋轉(zhuǎn)的方式支承在主軸支承部件上；主軸電 才幾，該主軸電才幾旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述主軸；多個主軸卡盤，該主軸卡盤具 有保持工件的功能，以能夠自由更換的方式結(jié)合在所述主軸的所述
卡盤結(jié)合部上；主軸卡盤更換機構(gòu)，該主軸卡盤更換機構(gòu)以能夠自 由旋轉(zhuǎn)的方式保持所述多個主軸卡盤，并將任意的主軸卡盤在主軸 正對位置與對主軸卡盤進行工件的更換的工件更換位置之間進行調(diào) 換，將該任意的主軸卡盤相對于所述主軸的所述卡盤結(jié)合部進行接 交；預旋轉(zhuǎn)用電機，該預旋轉(zhuǎn)用電機在使被保持在所述主軸卡盤更 換機構(gòu)上的、處于所述工件更換位置的主軸卡盤位于主軸正對位置 之前使該主軸卡盤旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置，該旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置 對因所述預旋轉(zhuǎn)用電機而旋轉(zhuǎn)的主軸卡盤的旋轉(zhuǎn)速度進行檢測；更 換時主軸電機速度控制裝置，該更換時主軸電機速度控制裝置在通過所述主軸卡盤更換機構(gòu)將所述主軸正對位置的主軸卡盤交至所述主軸的所述卡盤結(jié)合部時，按照所述旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置的檢測速度對所述主軸電機的旋轉(zhuǎn)速度進行控制，使得主軸的旋轉(zhuǎn)速度與主軸正對位置的主軸卡盤的旋轉(zhuǎn)速度同步，因而能夠以簡單的構(gòu)成縮短工件更換的時間。
在設置使得被保持在所述主軸卡盤更換機構(gòu)上的、由所述預旋轉(zhuǎn)用電機被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的主軸卡盤在通過所述主軸卡盤更換機構(gòu)被交至所述主軸的卡盤結(jié)合部這一動作之前處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的預旋轉(zhuǎn)用電機動力切斷裝置的情況下，能夠使得在將主軸卡盤結(jié)合到主軸上時不會產(chǎn)生強迫的力。
在設置將所述預旋轉(zhuǎn)用電機所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力傳遞至多個主軸卡盤的旋轉(zhuǎn)力傳遞裝置的情況下，能夠進一步縮短對主軸電機的旋轉(zhuǎn)速度進行控制的時間。


圖1是本發(fā)明的第一實施方式的帶主軸卡盤更換功能的機床的主視圖。
圖2是表示該機床的主軸卡盤等的立體圖。
圖3是該機床的概略圖，(a)是該機床的側(cè)視圖，(b)是該
機床的主一見圖。
圖4是該機床的主軸卡盤更換時的概略側(cè)視圖。
圖5是該機床的主軸卡盤更換機構(gòu)的主要部位剖視圖。
圖6表示該機床的分離機構(gòu)的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖7是該機床的卡盤卡合機構(gòu)的主要部位剖視圖。
圖8是主軸卡盤從卡盤結(jié)合部脫離的狀態(tài)的卡盤卡合機構(gòu)的主
要部位剖視圖。
圖9是該主軸卡盤的工件保持機構(gòu)等的剖視圖。
圖10是表示該工件保持機構(gòu)的主要部位結(jié)構(gòu)的放大剖視圖。
圖11是表示預旋轉(zhuǎn)用電機周邊結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖12是該機床的控制系統(tǒng)的框圖。
圖13是本發(fā)明的第二實施方式的帶主軸卡盤更換功能的機床的 剖視圖。
圖14是該機床的主要部位的放大剖視圖。 (符號說明)
1、 ia…-機床
2- …主軸支承部件
3- -主軸 3a-…卡盤結(jié)合部
4- --主軸電才幾
5- —-主軸卡盤 7-…預旋轉(zhuǎn)用電機
lO----主軸卡盤更換才幾構(gòu)
13——預旋轉(zhuǎn)用電機動力切斷裝置
14…-旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置
21 更換時主軸電機速度控制裝置
59——單向離合器
63--旋轉(zhuǎn)力傳遞裝置 Pl一—主軸正對位置
P2——工件更換位置
w——工件
具體實施例方式
參照圖l至圖12對本發(fā)明的第一實施方式進行說明。
如圖1 ~圖5所示，該第一實施方式的帶主軸卡盤更換功能的機
床1，是轉(zhuǎn)臺式車床，具有主軸支承部件2、主軸3、主軸電機4、
兩個主軸卡盤5、 5、卡盤裝填器6、預旋轉(zhuǎn)用電機7、更換時主軸電
機速度控制裝置21 (圖12)、以及刀具臺T。
主軸支承部件2由設置在臺座(未圖示)上的主軸臺構(gòu)成，在該主軸支承部件2上，主軸3以能夠繞軸線Ll自由旋轉(zhuǎn)的方式被主軸軸承支承。該主軸3在軸向頂端具有卡盤結(jié)合部3a,在該卡盤結(jié)合部3a上以能夠自由更換的方式結(jié)合有兩個主軸卡盤5、 5。主軸電機4設置在主軸支承部件2上，能夠旋轉(zhuǎn)驅(qū)動主軸3。如圖l所示，刀具臺T由轉(zhuǎn)臺構(gòu)成。刀具臺T被配置在主軸3附近，且能夠繞平行于主軸3的軸心L3分度旋轉(zhuǎn)。通過安裝在該刀具臺T上的工具Tl，對圖2、圖4中所示的結(jié)合在卡盤結(jié)合部3a上的主軸卡盤5所保持的工件W進行加工。刀具臺T中，在外周的周向上并列的各工具位置上安裝有工具Tl。各工具Tl既可以是車刀等的固定工具，也可以是銑刀或鉆頭等的旋轉(zhuǎn)工具。另外，刀具臺T的分度旋轉(zhuǎn)通過圖示以外的分度驅(qū)動裝置進行。
兩個主軸卡盤5、 5隔開規(guī)定距離互不干涉地設置在轉(zhuǎn)動部件8上，并且互相平行地配置。這些主軸卡盤5例如具有卡盤爪9，具有使該卡盤爪9在半徑方向內(nèi)側(cè)、外側(cè)位移，對工件W進行保持的功能。所謂的"主軸卡盤"意味著，不需要具有產(chǎn)生高握持力的主軸的全規(guī)格，也包括臨時進行握持的夾具性質(zhì)的主軸卡盤。如圖6所示，卡盤裝填器6具有主軸卡盤更換機構(gòu)10、轉(zhuǎn)動驅(qū)動電機ll、前后驅(qū)動源12、以及后述的旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置。
對主軸卡盤更換4幾構(gòu)10進4于說明。
如圖3~圖5所示，主軸卡盤更換機構(gòu)IO是將任意的主軸卡盤5在主軸正對位置Pl與工件更換位置P2之間進行調(diào)換、將該主軸卡盤5相對于主軸3的卡盤結(jié)合部3a進行接交的機構(gòu)。
如圖4所示，上述主軸正對位置P1，是主軸3的卡盤結(jié)合部3a的軸心與主軸卡盤5的軸心為同一軸心、并且主軸卡盤5相對于上述卡盤結(jié)合部3a隔開規(guī)定的小距離而與其正對的位置。如該圖4所示，上述工件更換位置P2，是對主軸卡盤5進行工件W的更換的位置。
如圖5所示，主軸卡盤更換機構(gòu)10具有外殼30、滑動機構(gòu)31、前后驅(qū)動源12、滾珠絲杠32、轉(zhuǎn)動軸33、軸承34、轉(zhuǎn)動驅(qū)動電機11、動力傳遞部GR、以及卡盤卡合機構(gòu)35 (圖4等)?；瑒訖C構(gòu) 31具有直動軸承36和滑軌37。
在主軸支承部件2的上部敷設有滑軌37,在外殼30的下部固定 安裝有多個直動軸承36。這些直動軸承36被沿著滑軌37引導，由 此，使外殼30能夠在主軸軸向上移動。在主軸支承部件2上，經(jīng)由 托架38，設有由電機構(gòu)成的前后驅(qū)動源12。在托架38等上，滾J朱 絲杠32的絲杠軸32a被支承為能夠自由旋轉(zhuǎn)、且與滑軌37的長度 方向平行，該絲杠軸32a通過上述電才幾被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。另外，滾J朱絲 杠32的螺母部件(未圖示)在外殼30的下部設有多個。絲杠軸32a 螺合在這些螺母上，通過電機的旋轉(zhuǎn)使外殼30在主軸軸向上移動。
在外殼30內(nèi)，經(jīng)由多個軸承34、 34以能夠自由旋轉(zhuǎn)的方式支 承有轉(zhuǎn)動軸33。該轉(zhuǎn)動軸33的一端以及另一端從外殼30突出。轉(zhuǎn) 動部件8的長度方向中間部固定安裝在轉(zhuǎn)動軸33的一端上。在外殼 30的上部設有轉(zhuǎn)動驅(qū)動電機11。通過該轉(zhuǎn)動驅(qū)動電機11的驅(qū)動， 經(jīng)由動力傳遞部GR、使轉(zhuǎn)動軸33繞其軸心正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而能夠 使轉(zhuǎn)動部件8進行180度轉(zhuǎn)動。動力傳遞部GR具有固定在轉(zhuǎn)動驅(qū) 動電機11的電機軸上的小齒輪39、和設置在轉(zhuǎn)動軸33的另一端、 與小齒輪39嚙合的齒輪40。因此，通過轉(zhuǎn)動驅(qū)動電機11的驅(qū)動， 動力從小齒輪39傳遞至齒輪40,轉(zhuǎn)動軸33經(jīng)由多個軸承34、 34 進行180度旋轉(zhuǎn)。由此，設在轉(zhuǎn)動部件8的長度方向一端部或另一 端部的任意的主軸卡盤5能夠在主軸正對位置Pl與工件更換位置 P2之間實現(xiàn)定位。
如圖4、圖5所示，將握持著工件W的任意的主軸卡盤5定位 在主軸正對位置Pl之后，通過前后驅(qū)動源12的驅(qū)動使外殼30向軸 向一側(cè)移動，使該主軸卡盤5接近主軸3的卡盤結(jié)合部3a。在該狀 態(tài)下，通過卡盤卡合機構(gòu)35，將上述主軸卡盤5接交至卡盤結(jié)合部 3a。
如圖6 圖8所示，卡盤卡合機構(gòu)35具有能夠從轉(zhuǎn)動部件8 將任意的主軸卡盤5分離脫離的分離機構(gòu)41、 41;用于將主軸卡盤5保持在卡盤結(jié)合部3a上的保持機構(gòu)42。分離機構(gòu)41、 41設置在轉(zhuǎn)動部件8的一端部以及另一端部。這些分離^U勾41、 41是相同的結(jié)構(gòu)，因而僅對轉(zhuǎn)動部件8的一端部側(cè)的分離機構(gòu)41進行說明。
如圖6所示，分離機構(gòu)41具有其大部分從轉(zhuǎn)動部件8的頂端突出的握持部件43、多個軸承44、彈簧部件45、杠桿部件46、液壓缸47等。彈簧部件45、杠桿部件46、以及液壓缸47裝備在轉(zhuǎn)動部件8內(nèi)。握持部件43具有一分為二的環(huán)部43a、 43a。這些環(huán)部43a、 43a經(jīng)由銷48等以能夠開閉的方式支承在轉(zhuǎn)動部件8上。多個軸承44沿著環(huán)部43a、 43a的內(nèi)周、在周向上隔開一定間隔地配置。使這些軸承44的外圈與環(huán)部43a、 43a的內(nèi)周緣相比位于半徑方向內(nèi)側(cè)，通過多個外圏以能夠旋轉(zhuǎn)的方式握持主軸卡盤5的外周部。
在環(huán)部43a、 43a的基端部43b、 43b，夾設有由壓縮螺旋彈簧構(gòu)成的彈簧部件45。通過該彈簧部件45的彈簧力，基端部43b、 43b被左右隔離開，環(huán)部43a、 43a被向著半徑方向內(nèi)側(cè)彈壓，以能夠旋轉(zhuǎn)的方式握持主軸卡盤5的外周部。
杠桿部件46以能夠自由擺動的方式設置。在液壓缸47的桿部上，連結(jié)著杠桿部件46的一端，在該杠桿部件46的另一端連結(jié)著環(huán)部43a中的一個的基端部43b。當對液壓缸47的桿部進行退入驅(qū)動時，杠桿部件46擺動，抵抗彈簧部件45的彈簧力而接近基端部43b、 43b,環(huán)部43a、 43a向半徑方向外側(cè)打開。由此，能夠使任意的主軸卡盤5 >^人轉(zhuǎn)動部件8分離脫離。
如圖7、圖8所示，保持^U勾42具有例如由電^f茲線圏等構(gòu)成的促動器49和多個爪50。促動器49設置在卡盤結(jié)合部3a內(nèi)，在其驅(qū)動部上連結(jié)有多個爪50。這些爪50例如120度等分地配置在圓周方向上的三處。通過促動器49的驅(qū)動，這些多個爪50能夠向半徑方向內(nèi)側(cè)以及外側(cè)位移。在主軸卡盤5上，形成有供這些多個爪50嵌入的嵌合孔5a。
此外，在卡盤結(jié)合部3a內(nèi)，形成有將主軸卡盤5定位于主軸3的同心位置上的凹部3aa。在主軸卡盤5上，形成有能夠嵌合于該凹部3aa的凸部5b。在凹部3aa與凸部5b嵌合的狀態(tài)下，通過使各個 爪50從半徑方向外側(cè)向內(nèi)側(cè)位移，從而能夠?qū)⒅鬏S卡盤5以不能隨 動轉(zhuǎn)動的方式保持在卡盤結(jié)合部3a上。
對主軸卡盤5的工件保持功能進行說明。
如圖7 圖10所示，主軸卡盤5具有卡盤爪9、工件保持機構(gòu)15、 以及外殼16。在大致圓筒形狀的外殼16內(nèi)，容納著工件保持機構(gòu) 15。該工件保持機構(gòu)15具有可動部17、 17、 一對工作桿18、 18、 以及拉伸螺旋彈簧19。用于使工作桿18、 18動作的可動部17、 17, 以在箭頭符號Al、 A2 (圖10)所示的半徑方向上稍微離開間隔地 相對的方式配置在外殼16內(nèi)的底部。在這些可動部17、 17的相對 的頂端部分，裝備有拉伸螺旋彈簧19。
在可動部17、 17的頂端部分，以能夠自由擺動的方式連結(jié)有工 作桿18、 18的基端部。 一對工作桿18、 18的頂端附近部交叉，而 且在這些頂端附近部的交叉部設有構(gòu)成擺動支點的銷20等。在一對 工作桿18、 18的頂端部固定安裝有卡盤爪9。通過拉伸螺旋彈簧19 的彈簧力，對可動部17、 17的頂端部分以使其接近的方式向箭頭符 號A1的方向彈壓。由此， 一對工作桿18、 18以擺動支點為中心擺 動，使工作桿18、 18的頂端附近部的交叉角度a變小。因此，能夠 使卡盤爪9向半徑方向內(nèi)側(cè)位移、保持工件W。
當?shù)挚估炻菪龔椈?9的彈簧力、使可動部17、 17的頂端部 分向箭頭符號A2的方向離開間隔，使一對工作桿18、 18與上述情 況向反方向擺動。由此，能夠擴大工作桿18、 18的頂端附近部的交 叉角度a,使卡盤爪9向半徑方向外側(cè)位移、使工件W脫離。作為 使可動部17、 17的頂端部分離開間隔的驅(qū)動源，可以適用圖示以外 的液壓缸等。
對預旋轉(zhuǎn)用電機7等進行說明。
如圖4所示，預旋轉(zhuǎn)用電機7是在使位于工件更換位置P2的主 軸卡盤5變成位于主軸正對位置Pl之前、使該主軸卡盤5旋轉(zhuǎn)的電 機。該預旋轉(zhuǎn)用電機7構(gòu)成為能夠在主軸軸向上移動驅(qū)動。即，如圖11所示，在該機床1的框架51上敷設有滑軌52。在支承預旋轉(zhuǎn)用電機7的板體53的下部固定安裝有多個直動軸承54、 54，這些直動軸承54、 54被沿著滑軌52引導。在框架51上，經(jīng)由安裝部件55設置有液壓缸56。在板體53的上部安裝有托架57,在該托架57上連結(jié)有液壓缸56的桿。通過液壓缸56的驅(qū)動使桿進退，從而使板體53以及預旋轉(zhuǎn)用電機56能夠在主軸軸向上移動。
如圖4、圖11所示，位于主軸正對位置Pl的主軸卡盤5結(jié)合在卡盤結(jié)合部3a上，在上述主軸卡盤5能夠通過主軸電機4進行旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，位于工件更換位置P2的主軸卡盤5構(gòu)成為能夠通過預旋轉(zhuǎn)用電機7被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，以備接下來的加工。換言之，在位于主軸正對位置Pl的工件W的加工過程中，位于工件更換位置P2的主軸卡盤5構(gòu)成為能夠預備地進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
通過液壓缸56的桿的進出，能夠通過作為預旋轉(zhuǎn)用電機動力切斷裝置13的離合器實現(xiàn)動力傳遞。作為該離合器，例如，使用圓錐離合器等，具有預旋轉(zhuǎn)用電機側(cè)的動力傳遞部13a和主軸卡盤5側(cè)的被動力傳遞部13b。通過上述桿的進出，這些動力傳遞部13a、 一皮動力傳遞部13b在嵌合的狀態(tài)下抵接，通過該抵接面上的摩擦力等，^L動力傳遞部13b相對于動力傳遞部13a的圓周方向的相對位移邱皮阻止。由此，上述主軸卡盤5能夠被預旋轉(zhuǎn)用電機7旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。通過桿的退入，當動力傳遞部13a與^^動力傳遞部13b離開間隔時，主軸卡盤5不能被預旋轉(zhuǎn)用電機7旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。不過，在主軸卡盤5被預旋轉(zhuǎn)用電機7旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的狀態(tài)下，當通過桿的退入使動力傳遞部13a與被動力傳遞部13b離開間隔，則上述主軸卡盤5獲得慣性旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
對旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置14進行說明。
旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置14由例如光反射式的編碼器等構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置14是檢測絕對位置的相位檢測裝置。上述編碼器具有光源、受光元件、以及反射板。例如，如圖4所示，在轉(zhuǎn)動軸33的頂端部，設有光源14a和受光元件14b，沿著各主軸卡盤5的外周部設有反射板14c。從光源14a發(fā)出的光反射到旋轉(zhuǎn)的反射板14c上，成 為光的明暗的重復圖案，并返回受光元件14b。編碼器將向該受光元 件14b的返回光的明暗轉(zhuǎn)換成脈沖信號。根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖信 號的前沿、后沿數(shù)量等的運算式，求得主軸卡盤5的旋轉(zhuǎn)速度。不 過，旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置14不限于光反射式的編碼器，還可以適用各 種的編碼器、光電斷續(xù)器(photo interrupter)等。
主要參照圖12，對更換時主軸電機速度控制裝置21進行說明。
更換時主軸電機速度控制裝置21具有計算機式的數(shù)值控制裝置 以及可編程控制器。更換時主軸電機速度控制裝置21,在通過主軸 卡盤更換機構(gòu)IO將主軸正對位置Pl的主軸卡盤5交至卡盤結(jié)合部 3a時，按照旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置14的檢測速度來控制主軸電機4的旋 轉(zhuǎn)速度，使得主軸3的旋轉(zhuǎn)速度與主軸正對位置Pl的主軸卡盤5的 旋轉(zhuǎn)速度同步。該更換時主軸電機速度控制裝置21是相位同步裝置。
即，更換時主軸電機速度控制裝置21主要具有主軸卡盤旋轉(zhuǎn) 速度運算部22、主軸電機旋轉(zhuǎn)速度控制部23、以及通過上述計算機 的輸出對卡盤裝填器6的前后驅(qū)動源12以及主軸電機4進行驅(qū)動的 驅(qū)動電路24。主軸卡盤旋轉(zhuǎn)速度運算部22電連接在上述編碼器的受 光元件14b上。主軸電機旋轉(zhuǎn)速度控制部23經(jīng)由驅(qū)動電路24電連 接在卡盤裝填器6的前后驅(qū)動源12、主軸電機4上。
在主軸卡盤旋轉(zhuǎn)速度運算部22中，存儲有根據(jù)單位時間內(nèi)的脈 沖信號的前沿、后沿數(shù)量等運算得到的運算程序。該運算程序通常 是能夠執(zhí)行運算的。在通過預旋轉(zhuǎn)用電機7旋轉(zhuǎn)驅(qū)動位于工件更換 位置P 2的主軸卡盤5的狀態(tài)下，當通過桿部的伸動使動力傳遞部13 a 和-波動力傳遞部13b離開間隔時，該主軸卡盤5成為慣性旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
主軸卡盤旋轉(zhuǎn)速度運算部22根據(jù)上述脈沖信號求出處于慣性旋 轉(zhuǎn)狀態(tài)的主軸卡盤5的旋轉(zhuǎn)速度。主軸電機旋轉(zhuǎn)速度控制部23將主 軸電機4的旋轉(zhuǎn)速度控制為這一求出的旋轉(zhuǎn)速度，使得該主軸電機4 的旋轉(zhuǎn)速度與主軸3的旋轉(zhuǎn)速度同步。在此，主軸電機旋轉(zhuǎn)速度控 制部23對所求出的主軸卡盤5的旋轉(zhuǎn)速度是否與主軸3的旋轉(zhuǎn)速度同步進行判斷。在判斷為"否"的情況下，主軸電機旋轉(zhuǎn)速度控制部23重復進行主軸電機4的旋轉(zhuǎn)速度的同步控制。
當主軸電機旋轉(zhuǎn)速度控制部23判斷出所求出的旋轉(zhuǎn)速度與主軸3的旋轉(zhuǎn)速度同步后，該主軸電機旋轉(zhuǎn)速度控制部23對卡盤裝填器6的各驅(qū)動源執(zhí)行驅(qū)動指令。此后，主軸電機旋轉(zhuǎn)速度控制部23通過未圖示的傳感器等，對上述主軸卡盤5是否結(jié)合在卡盤結(jié)合部3a上進行判斷。當主軸電機旋轉(zhuǎn)速度控制部23判斷出該主軸卡盤5已結(jié)合時，該主軸電機旋轉(zhuǎn)速度控制部23將主軸電機4從當前的旋轉(zhuǎn)速度加速或減速至希望的能夠加工的旋轉(zhuǎn)速度。
對上述構(gòu)成的動作進行說明。
在使刀具臺T分度旋轉(zhuǎn)至希望位置后，通過主軸電機4，對一個主軸卡盤5結(jié)合在卡盤結(jié)合部3a上的主軸3進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。由此，對保持在這一主軸卡盤5上的工件W進行加工。在該工件W的加工過程中，通過預旋轉(zhuǎn)用電機7使保持著接下來要被加工的工件W的另一主軸卡盤5旋轉(zhuǎn)。然后，通過液壓缸56,使動力傳遞部13a與被動力傳遞部13b離開間隔，使上述另一主軸卡盤5成為慣性旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
當一個主軸卡盤5上的工件W的加工完成后，利用分離機構(gòu)41將這一主軸卡盤5握持在轉(zhuǎn)動部件8的一端部側(cè)的握持部件43上。接著，通過保持機構(gòu)42,使這一主軸卡盤5從卡盤結(jié)合部3a脫離。由此，主軸電機4與上述這一主軸卡盤5的結(jié)合被解除。然后，驅(qū)動前后驅(qū)動源12，使上述這一主軸卡盤5相對于卡盤結(jié)合部3a隔開-見定距離。
處于慣性旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的另一主軸卡盤5的旋轉(zhuǎn)速度通過編碼器被檢測。根據(jù)編碼器的檢測速度對主軸電機4的旋轉(zhuǎn)速度進行控制，使其與該檢測到的旋轉(zhuǎn)速度同步。通過轉(zhuǎn)動驅(qū)動電機11的驅(qū)動使轉(zhuǎn)動部件8轉(zhuǎn)動180度，將保持著工件W的另一主軸卡盤5定位在主軸正對位置Pl。接著，通過前后驅(qū)動源12、卡盤卡合機構(gòu)35等的驅(qū)動，使上述另一主軸卡盤5結(jié)合在卡盤結(jié)合部3a上。與此同時，將該另一主軸卡盤5從轉(zhuǎn)動部件8的握持部件43分離脫離。然后， 對保持在該另一主軸卡盤5上的工件W進行加工。此后，重復進行 上述動作。
通過采用以上說明的帶主軸卡盤更換功能的機床1,不需要使為 進行加減速需要耗費時間的主軸3的旋轉(zhuǎn)停止，便能夠使位于主軸 正對位置Pl的主軸卡盤5順暢地結(jié)合到主軸3的卡盤結(jié)合部3a上。 因此，通過采用該機床l,在更換工件W進行加工時，可以馬上開 始加工，能夠謀求加工作業(yè)周期的縮短。另外，只要使兩個主軸卡 盤5、 5在主軸正對位置Pl與工件更換位置P2之間調(diào)換即可，不必 使預旋轉(zhuǎn)用電機7等與主軸卡盤5—同轉(zhuǎn)動。因此，能夠謀求包括 兩個主軸卡盤5、 5、轉(zhuǎn)動部件8等的可動部件的小型化以及輕量化。 由于通過采用該機床1,能夠通過一根主軸3以及一臺主軸電機4 謀求工件更換時間的縮短，因此，與具有兩根主軸以及兩臺主軸電 機的機床相比，能夠使構(gòu)成簡單，能夠謀求設備成本的降低。
因此，能夠使轉(zhuǎn)動驅(qū)動電機11實現(xiàn)低輸出化，能夠謀求制造成 本的降低。另外，能夠謀求機床l的小型化，能夠降低設備費用。
另外，設有預旋轉(zhuǎn)用電機動力切斷裝置13,該預旋轉(zhuǎn)用電機動 力切斷裝置13使被預旋轉(zhuǎn)用電機7旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的主軸卡盤5在被交至 主軸3的卡盤結(jié)合部3a的動作之前處于慣性旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。通過使用于 接下來的加工的主軸卡盤5通過該預旋轉(zhuǎn)用電機動力切斷裝置13 獲得慣性旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，在將該主軸卡盤5結(jié)合到主軸3上時不會產(chǎn)生 強迫的力。另外，預旋轉(zhuǎn)用電機7只要使用于接下來的加工的主軸 卡盤5預備地慣性旋轉(zhuǎn)即可，不必確保主軸電機4那樣的加工所必 需的輸出。因此，與具有兩根主軸以及兩臺主軸電機的機床相比， 能夠謀求機床1的制造成本的降低。
接下來，對本發(fā)明的其他實施方式進行說明。
在以下的說明中，對于與第一實施方式中所說明的事項相對應 的部分標注同一符號，并省略重復說明。在僅對構(gòu)成的一部分進行 說明的情況下，即是構(gòu)成的其他部分與先前說明的方式相同。不限于在各實施方式中具體說明的部分的組合、只要是對組合不產(chǎn)生障 礙，就可以對各實施方式之間進行部分的組合。
結(jié)合圖13、圖14對本發(fā)明的第二實施方式進行說明。 該第二實施方式的帶主軸卡盤更換功能的機床1A，尤其設有旋 轉(zhuǎn)力傳遞裝置63。該旋轉(zhuǎn)力傳遞裝置63具有軸部件26、離合器 27、單向離合器59、皮帶輪60、 61、以及皮帶28。即，在轉(zhuǎn)動臂 25內(nèi)貫通軸部件26，在該軸部件26的基端部，經(jīng)由離合器27設有 預旋轉(zhuǎn)用電機7。軸部件26經(jīng)由多個軸承58、 58被以能夠自由旋轉(zhuǎn) 的方式支承。作為離合器27,例如，適用爪式離合器、齒輪離合器 等各種離合器。
在軸部件26的頂端部，在軸向上鄰接設有單向離合器59、 59。 各單項離合器59的外周上外嵌有皮帶輪60、 60。在各主軸卡盤5、 5的外周部上也外嵌有皮帶輪61、 61。在這些皮帶輪60、 61之間張 緊設置皮帶28。上述單向離合器59是只能夠傳遞預旋轉(zhuǎn)用電機7 所產(chǎn)生的一個方向的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力的部件，不能傳遞主軸電機4所產(chǎn) 生的其他方向的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力。另外，主軸卡盤5在轉(zhuǎn)動臂25內(nèi)，經(jīng) 由多個軸承62、 62被以能夠自由旋轉(zhuǎn)的方式支承。
如圖13所示，轉(zhuǎn)動臂25通過多個軸承29被支承為能夠繞該轉(zhuǎn) 動臂25的軸線L2自由轉(zhuǎn)動。另外，圖5所示的齒輪40、小齒輪39、 外殼30、滑動^L構(gòu)31、前后驅(qū)動源12、滾J朱絲杠32、軸承34、轉(zhuǎn) 動驅(qū)動電機11以與圖5大致相同的方式設置。
作為旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置14，在轉(zhuǎn)動臂25的頂端部設有光源14a 和受光元件14b,沿著各主軸卡盤5的外周部設有反射板14c。更換 時主軸電機速度控制裝置21適用與第一實施方式中所說明的圖12 相同的裝置。
對上述構(gòu)成的動作進行說明。
在保持在一個主軸卡盤5上的工件W的加工過程中，另 一主軸 卡盤5通過單向離合器59空轉(zhuǎn)。在該狀態(tài)下，通過預旋轉(zhuǎn)用電機7 使得保持著接下來要加工的工件W的另 一主軸卡盤5經(jīng)由單向離合器59、皮帶28等旋轉(zhuǎn)。然后，通過液壓缸56，使離合器27的動力 傳遞部27a和被動力傳遞部27b離開間隔，使上述另一主軸卡盤5 成為慣性旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
這一主軸卡盤5上的工件W的加工完成后，通過保持機構(gòu)，使 這一主軸卡盤5從卡盤結(jié)合部3a脫離。由此，主軸電機4與上述這 一主軸卡盤5之間的結(jié)合被解除。然后，驅(qū)動前后驅(qū)動源12，使上 述這一主軸卡盤5相對于卡盤結(jié)合部3a隔開規(guī)定距離。處于慣性旋 轉(zhuǎn)狀態(tài)的另一主軸卡盤5的旋轉(zhuǎn)速度通過編碼器進行檢測。根據(jù)編 碼器的檢測速度對主軸電機4的旋轉(zhuǎn)速度進行控制，使主軸電機4 的旋轉(zhuǎn)速度與該檢測到的旋轉(zhuǎn)速度同步。通過轉(zhuǎn)動驅(qū)動電機11的驅(qū) 動使轉(zhuǎn)動臂25轉(zhuǎn)動180度，將保持著工件W的另一主軸卡盤5定 位在主軸正對位置P1上。接下來，通過前后驅(qū)動源12、卡盤卡合機 構(gòu)35等的驅(qū)動，使上述另一主軸卡盤5結(jié)合在卡盤結(jié)合部3a上。 然后，對保持在另一主軸卡盤5上的工件W進行加工。然后，重復 進行上述動作。
通過采用該構(gòu)成，在主軸卡盤5上的工件W的加工過程中，通 過單向離合器59使處于工件更換位置P2的主軸卡盤5成為所謂的 空轉(zhuǎn)狀態(tài)。由此，能夠使工件W相對于該工件更換位置P2的主軸 卡盤5實現(xiàn)裝拆。在通過預旋轉(zhuǎn)用電機7使處于工件更換位置P2的 用于接下來加工的主軸卡盤5旋轉(zhuǎn)時，能夠通過單向離合器59切實 地對該主軸卡盤5進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。尤其是，在通過預旋轉(zhuǎn)用電機7 使用于接下來加工的主軸卡盤5經(jīng)由旋轉(zhuǎn)力傳遞裝置63旋轉(zhuǎn)驅(qū)動 后，在使動力傳遞部27a與被動力傳遞部27b離開間隔等動作之后， 同步控制主軸電機4的旋轉(zhuǎn)速度。然后能夠馬上使主軸卡盤5順暢 地結(jié)合到主軸3上。另外，能夠?qū)崿F(xiàn)與第一實施方式相同的作用效 果。
作為本發(fā)明的第三實施方式，還可以采用從第一實施方式中省 略圖6所示的分離機構(gòu)41的結(jié)構(gòu)。在此情況下，在轉(zhuǎn)動部件8上一 體地設有各主軸卡盤5。因此，能夠降低機床的零件個數(shù)、使結(jié)構(gòu)簡單化，謀求制造成本的降低。另外，能夠?qū)崿F(xiàn)與第一實施方式相同 的作用效果。
作為其他實施方式，還可以采用設有三個以上的主軸卡盤的構(gòu) 成。主軸卡盤的工件保持結(jié)構(gòu)不限于圖9、圖IO所示的結(jié)構(gòu)。例如，
可以取代拉伸螺旋彈簧19而適用壓縮螺旋彈簧，通過該壓縮螺旋彈 簧的彈簧力使卡盤爪9向半徑方向外側(cè)位移，從而能夠保持筒狀工 件的內(nèi)徑面。
還可以省略拉伸螺旋彈簧、壓縮螺旋彈簧等，而通過液壓缸的 液壓來保持工件。
權(quán)利要求
1. 一種帶主軸卡盤更換功能的機床，其特征在于，具有主軸，在該主軸的頂端具有供主軸卡盤以能夠自由更換的方式結(jié)合的卡盤結(jié)合部，該主軸以能夠自由旋轉(zhuǎn)的方式支承在主軸支承部件上；主軸電機，該主軸電機旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述主軸；多個主軸卡盤，該多個主軸卡盤具有保持工件的功能，以能夠自由更換的方式結(jié)合在所述主軸的所述卡盤結(jié)合部上；主軸卡盤更換機構(gòu)，該主軸卡盤更換機構(gòu)以能夠自由旋轉(zhuǎn)的方式保持所述多個主軸卡盤，并將任意的主軸卡盤在主軸正對位置與對主軸卡盤進行工件的更換的工件更換位置之間進行調(diào)換，將該任意的主軸卡盤相對于所述主軸的所述卡盤結(jié)合部進行接交；預旋轉(zhuǎn)用電機，該預旋轉(zhuǎn)用電機在使被保持在所述主軸卡盤更換機構(gòu)上的、處于所述工件更換位置的主軸卡盤位于主軸正對位置之前使該主軸卡盤旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置，該旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置對由所述預旋轉(zhuǎn)用電機而旋轉(zhuǎn)的主軸卡盤的旋轉(zhuǎn)速度進行檢測；更換時主軸電機速度控制裝置，該更換時主軸電機速度控制裝置在通過所述主軸卡盤更換機構(gòu)將所述主軸正對位置的主軸卡盤交至所述主軸的所述卡盤結(jié)合部時，按照所述旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置的檢測速度對所述主軸電機的旋轉(zhuǎn)速度進行控制，使得主軸的旋轉(zhuǎn)速度與主軸正對位置的主軸卡盤的旋轉(zhuǎn)速度同步。
2. 如權(quán)利要求1所述的帶主軸卡盤更換功能的機床，其特征在 于，設置預旋轉(zhuǎn)用電機動力切斷裝置，該預旋轉(zhuǎn)用電機動力切斷裝 置使得被保持在所述主軸卡盤更換機構(gòu)上的、由所述預旋轉(zhuǎn)用電機 被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的主軸卡盤在通過所述主軸卡盤更換機構(gòu)被交至所述主 軸的卡盤結(jié)合部這一動作之前，處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
3. 如權(quán)利要求1所述的帶主軸卡盤更換功能的機床，其特征在于，設置旋轉(zhuǎn)力傳遞裝置，該旋轉(zhuǎn)力傳遞裝置將所述預旋轉(zhuǎn)用電機 所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力傳遞至所述多個主軸卡盤。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠以簡單的構(gòu)成縮短工件更換的時間的帶主軸卡盤更換功能的機床。該機床具有主軸(3)、主軸電機(4)、多個主軸卡盤(5、5)、主軸卡盤更換機構(gòu)(10)、預旋轉(zhuǎn)用電機(7)、旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置、以及更換時主軸電機速度控制裝置，該更換時主軸電機速度控制裝置在通過主軸卡盤更換機構(gòu)(10)將主軸正對位置(P1)的主軸卡盤(5)交至主軸(3)的卡盤結(jié)合部(3a)時，按照旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置的檢測速度對主軸電機(4)的旋轉(zhuǎn)速度進行控制，使得主軸(3)的旋轉(zhuǎn)速度與主軸正對位置(P1)的主軸卡盤(5)的旋轉(zhuǎn)速度同步。
文檔編號B23B31/02GK101530927SQ20091012890
公開日2009年9月16日 申請日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者小澤治明, 河合秀貢 申請人:村田機械株式會社