旋轉進給軸的安全裝置製造方法
2023-10-08 15:06:34 2
旋轉進給軸的安全裝置製造方法
【專利摘要】提供一種旋轉進給軸的安全裝置，其防止旋轉進給軸的異常旋轉，並具備：旋轉部件（102，202），其在旋轉進給軸的動力傳遞機構的任一旋轉軸（50，80）上設置，並在周向上形成有多個開口部（102a，202a）；至少2個插入銷（104、106：204，206），其在旋轉進給軸套（54，62）上沿旋轉部件的周向分離地配置，且設置為能夠進退以被收置於旋轉部件的開口部內，即使旋轉軸被分度到任意的旋轉位置，插入銷中的至少1個插入銷也被收置於開口部內。
【專利說明】旋轉進給軸的安全裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及旋轉進給軸的安全裝置，該旋轉進給軸的安全裝置防止工業用機械、特別是工具機的旋轉進給軸的異常旋轉。
【背景技術】
[0002]近年來在工具機的領域中要求更高的效率。作為提高效率的I個方法，可考慮提高工具機的各進給軸的驅動馬達和/或主軸的驅動馬達的輸出，使加工高速化以縮短加工時間的方法。但是，為此，就需要提高工具機的各構成部件的強度，存在工具機大型化的問題和和刀具壽命變短的問題。
[0003]另外，為了提高工具機的效率，也需要縮短更換加工完成工件和未加工工件所需要的時間。在加工完成工件和未加工工件的更換中，特別是在小型的工具機中，作業者需要屢次直接接觸工具機。需要確保此時作業者的安全性。
[0004]另一方面，在工具機的領域中，加工工藝也複雜化，不僅使工件和刀具沿相對垂直三軸方向移動並加工還增加了 I個或者多個旋轉進給軸、具有4軸以上的進給軸的工具機也在增加。在這樣的具有4軸以上的進給軸的工具機中，工件被直接安裝於旋轉工作檯上，或者被安裝於在旋轉工作檯上固定的旋轉搖盤(rotary work head)或者角鐵等工件安裝部件。由此，在作業者進行將加工完成工件從工件安裝部件上卸下、將未加工工件安裝到工件安裝部件上的準備作業(段取>0作業)期間，若旋轉工作檯出人意料地旋轉，則準備作業受阻礙，作業者的安全性下降。由此，開發了將旋轉工作檯固定住以使其不會旋轉的裝置。
[0005]現有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻I日本特許第2918732號公報
[0008]專利文獻2 W02008/029486號公報
【發明內容】
[0009]在專利文獻I中，公開了將旋轉進給軸在任意的旋轉位置固定的夾緊裝置。專利文獻I的夾緊裝置具備設置於工作檯底座的內周面側且在與工作相對的對面部具有夾緊託塊(clamp shoe)的薄壁部的夾緊單元，從設置於加工部的液壓源將壓力液供給到夾緊單元，使薄壁部壓緊於工作檯而將工作檯固定。
[0010]另外，在專利文獻2中，公開了在突出到底板(subplate)載置臺的下方的軸部的圓周上的4個部位形成有分度孔、從橫向將分度銷插入某I個部位的該分度孔中的工件調整位置。分度銷鏈路連接於在底座的下方部設置的踏板，當作業者踩踏踏板時分度銷和分度孔的卡合分開，底板載置臺通過手動而自由旋轉。
[0011]在專利文獻I的夾緊裝置中需要夾緊託塊，構造複雜，不適於小型的工具機。
[0012]另外，在專利文獻2的工件調整位置中，根據底板載置臺的旋轉位置有時分度銷也無法插入分度孔中，無法將底板載置臺在任意的旋轉位置固定。[0013]本發明以解決這樣的現有技術中的問題為技術課題，其目的在於提供旋轉進給軸的安全裝置，該裝置將工具機的旋轉進給軸固定在任意的旋轉位置從而防止意料不到的旋轉進給軸的旋轉。
[0014]根據本發明提供如下的旋轉進給軸的安全裝置，其防止旋轉進給軸的異常旋轉，具備:旋轉部件，其設置在所述旋轉進給軸的動力傳遞機構的任一旋轉軸上，並沿周向形成有多個開口部；以及至少2個插入銷，其在所述旋轉進給軸套上沿所述旋轉部件的周向分離地配置，且設置為能夠進退以被收置於所述旋轉部件的開口部內，即使所述旋轉軸被分度到任意的旋轉位置，所述插入銷中的至少I個插入銷也被收置於所述開口部內。
[0015]根據本發明，因為即使旋轉進給軸的旋轉軸被分度到任意的旋轉位置，插入銷中的至少I個插入銷也被收置於旋轉部件的開口部內，所以能夠在任意旋轉位置阻止旋轉軸的旋轉。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是具備本發明的第一實施方式的旋轉進給軸的安全裝置的加工中心的簡略側視圖。
[0017]圖2是和第一實施方式的安全裝置一起示出的、圖1的加工中心的B軸旋轉工作檯的剖視圖。
[0018]圖3是圖2的安全裝置的環狀部件的俯視圖。
[0019]圖4是用於說明本發明的原理的示意圖。
[0020]圖4A是用於說明本發明的原理的示意圖。
[0021]圖4B是用於說明本發明的原理的示意圖。
[0022]圖5是和第二實施方式的安全裝置一起示出的、旋轉工作檯的側視圖。
【具體實施方式】
[0023]以下，參照圖1?圖5，對本發明的加工中心的實施方式進行說明。圖1是示出本發明的實施方式涉及的加工中心的概略構成的側視圖，為了方便如圖示那樣定義前後方向以及上下方向，按照此定義說明各部分的結構。此外，將與紙面垂直的方向定義為左右方向，將紙面的裡側設為左，將紙面的跟前側設為右。
[0024]參照圖1，圖示了加工中心10，其作為具備本發明的第一實施方式的旋轉進給軸的安全裝置的工具機。加工中心10具備:床身12，其固定於工廠的地板面；上下移動體14，其經由直線進給機構能夠沿上下方向(Y軸向)移動地安裝於該床身12的後面；左右移動體16，其經由直線進給機構能夠沿左右方向(X軸向)移動地安裝於該上下移動體14的上面；和前後移動體18，其經由直線進給機構能夠沿前後方向(Z軸向)移動地安裝於該左右移動體16的上面。在前後移動體18的前部安裝有主軸頭20，該主軸頭20支撐主軸22且主軸22能夠以前後方向的旋轉軸線為中心旋轉，在主軸22的頂端部安裝有刀具T。
[0025]上下方向、左右方向以及前後方向的直線進給機構能夠包括:由例如導軌和導塊構成的導向裝置；以及由滾珠絲槓和旋轉驅動滾珠絲槓的伺服馬達構成的驅動裝置。刀具T和主軸22 —起由設置於主軸頭20內的主軸馬達旋轉驅動。
[0026]在床身12的上面安裝有旋轉工作檯26，該旋轉工作檯26形成適用本發明的旋轉進給軸，並能夠以豎直方向的軸線(B軸)為中心旋轉。在旋轉工作檯26的上面安裝有在兩面具有工件安裝面的角鐵28，在該角鐵28的各面安裝有工件W、W'。根據該結構，刀具T能夠相對於工件W沿垂直3軸方向(X、Y、Z軸向)以及旋轉I軸方向(B軸)相對地移動，能夠將工件W加工成所期望的形狀。
[0027]在床身12的左右側方立起設置有左右一對支柱30，在該支柱30的上端部設置有刀具更換裝置32。刀具更換裝置32具有架設於左右的支柱30的上端部的刀具庫底座34和能夠旋轉地被支撐於刀具庫底座34的刀具庫36。刀具庫底座34傾斜設置使得前側高且後側低，刀具庫36也同樣地傾斜設置。
[0028]加工中心10的整體由大致長方體形狀的殼體38包圍。殼體38在其正面設置有開口部40，該開口部40通過通道門(access door)42開閉。在通道門42上設置有門鎖42a，在加工期間通道門42不打開。
[0029]在殼體38內，在床身12的上方配設有水平的分隔壁44和設置為能夠沿水平方向進退的閘門46，由此，殼體38內的空間被分隔為分隔壁44以及閘門46的上方的收置刀具庫36的空間和分隔壁44以及閘門46的下方的配置工件W的空間。閘門46在刀具更換時打開、能夠進行刀具更換。當刀具更換完成時，閘門46關閉，防止在加工期間產生的加工屑和加工液向刀具庫36飛散。
[0030]在該分隔壁44以及閘門46的下側的配置工件W的空間中，進一步將比B軸中心靠通道門42側的部分稱作工件調整位置WS，將比B軸中心靠刀具T側的部分稱作加工空間MS0
[0031]另外，在移動體14、16、18的前方立起設置有主軸頭蓋48。在主軸頭蓋48上設置有開口部48a，主軸22以及刀具T穿過該開口部48a突出到加工空間MS內。主軸頭蓋48能夠沿上下方向以及左右方向伸縮，伴隨主軸頭20的上下移動以及左右移動，開口部48a也向上下、左右地移動。
[0032]參照圖2，旋轉工作檯26固定於軸50，該軸50通過軸承、優選是交叉滾珠軸承52以B軸為中心能夠旋轉地被支撐於軸套54。軸套54固定於床身12的上面。在軸套54的內周面54a上固定有定子56，在軸50的外周面50a上固定有轉子58，定子56以及轉子58形成B軸進給馬達。
[0033]圖2所示的第一實施方式的旋轉進給軸的安全裝置100具備:環狀部件102，其固定於旋轉工作檯26的下面；第一和第二插入銷(飛込? >)104、106，其固定於軸套54;以及第一和第二致動器108、110,其結合於第一和第二插入銷104、106的下端部104a(第二插入銷106的下端部未圖示)。在旋轉工作檯26中，形成有收置環狀部件102的環狀的凹部26a。在軸套54中形成有收置第一和第二插入銷104、106的並與B軸平行的開口部或者在B軸方向上開口的開口部54b (在圖2中僅圖示了用於第一插入銷104的開口部54b)。在本實施方式中，旋轉工作檯26、軸50以及環狀部件102形成旋轉部件，該旋轉部件設置在B軸的旋轉進給軸的動力傳遞機構的旋轉軸上。
[0034]因為第一和第二致動器108、110是相同的致動器，所以以下僅對第一致動器108進行說明。第一致動器108在本實施方式中是流體壓缸、特別地說是空壓缸，具有:缸108a ；活塞108b，其能夠滑動地配設於該缸108a內；活塞杆108c，其安裝於該活塞108b且從缸108a突出；以及第一和第二埠 108d、108e，其用於將作為工作流體的壓縮空氣向缸108a內導入、從缸108a內排氣。在致動器108上安裝有位置傳感器(未圖示)，該傳感器用於檢測活塞108b或者活塞杆108c的位置、即插入銷104的軸向的位置。
[0035]參照圖3，在環狀部件102上形成有多個開口部102a，該多個開口部102a形成為能夠收置第一和第二插入銷104、106的上端部104c、106c(參照圖4)。多個開口部102a配置為沿環狀部件102的周向等間隔，且配設為遍及能夠覆蓋以B軸為中心的旋轉工作檯26的旋轉工作範圍。另外，在優選使旋轉工作檯26以B軸為中心遍及360°旋轉的情況下，如圖4所示，也可以遍及環狀部件102的全周配設開口部102a。開口部102a不限於圓形的孔，也可以是朝向環狀部件102的外周開放的U形的缺口形狀。
[0036]參照圖4、4A、4B，對本發明的原理進行說明。此外，圖4是以說明本發明的原理為目的的示意圖，與環狀部件102以及開口部102a的實際的比例尺不同，另外，開口部102a的個數也和實際的裝置不同。
[0037]在本發明中，其特徵在於以下方面:不管旋轉工作檯26以B軸為中心在任何旋轉位置停止，第一和第二插入銷104、106中的任一方或者雙方都與環狀部件102的開口部102a卡合。由此，在插入銷104、106的中心位於開口部102a的節圓(子円)上的情況下，需要滿足以下的不等式。
[0038]θ ρ< Θ h+2 ((SirT1 (Rh/R) - (sin-1 (Rp/R))...(I)
[0039]Θ h-2 ((SirT1 (Rh/R) - (sin-1 (Rp/R))〈 Θ p...(2)
[0040]此處，
[0041]R:在環狀部件102中配置有開口部102a的節圓的半徑
[0042]Rh:開口部102a的半徑
[0043]Rp:第一和第二插入銷104、106的頂端部104c、106c的半徑
[0044]Θ h:連接相鄰的2個開口部102a的中心和環狀部件102的中心O的直線所形成的角度
[0045]Θ P:連接第一和第二插入銷104、106的中心和環狀部件102的中心O的直線所形
成的角度。
[0046]不等式(I)是圖4A所示情況，即從環狀部件102的中心O向第一和第二插入銷104,106的各自的側面引出的各2根切線中的外側的切線所形成的角度小於從環狀部件102的中心O向相鄰的2個開口部102a的各自的側面引出的各2根切線中的外側的切線所形成的角度。
[0047]不等式(2)是圖4B所示情況，即從環狀部件102的中心O向第一和第二插入銷104,106的各自的側面引出的各2根切線中的內側的切線所形成的角度大於從環狀部件102的中心O向相鄰的2個開口部102a的各自的側面弓I出的各2根切線中的內側的切線所形成的角度。
[0048]此外，不等式(I)、(2)能夠更加一般地表示為
[0049]η Θ h-2 ((sirf1 (Rh/R) - (sirf1 (Rp/R)) < θ p<n Θ h+2 ((sirf1 (Rh/R) - (sirf1(Rp/R))...(3)。
[0050]此處，n是I以上的整數。
[0051]以下，對本實施方式的作用進行說明。
[0052]在標準的加工工藝中，若加工空間MS側的工件W的加工結束，則旋轉工作檯26以B軸為中心旋轉180°，加工完成工件W和未加工工件W'交換。由此，加工完成工件W被配置於工件調整位置WS，未加工工件Wi被配置為在加工空間MS內面對刀具T。此時，旋轉工作檯26通過B軸進給馬達56、58的轉矩被保持於期望的旋轉位置。接著，作業者打開通道門42，將加工完成工件W從角鐵28上卸下，將新的未加工工件安裝到角鐵28上。接著，若作業者關閉通道門42則成為可加工狀態，按照加工程序開始工件W的加工。在加工期間，因門鎖42a、通道門42打不開。
[0053]根據本實施方式，通過作業者在加工程序執行期間中的不伴隨B軸工作的時間帶例如使用M碼送出中斷指令或者準備指令，從而即使在加工期間作業者也能夠安全地接近工件調整位置WS。通過中斷指令或者準備指令，第一和第二致動器的雙方起動。在如本實施方式那樣第一和第二致動器是空壓缸108、110的情況下，向第一埠 108d供給壓縮空氣。由此，第一和第二插入銷104、106從軸套54向上方突出。如已敘述那樣，根據本實施方式，第一和第二插入銷104、106中的任一方或者雙方的頂端部104c、106c進入環狀部件102的開口部102a內，防止旋轉工作檯26的意料不到的旋轉。此時，若用於插入銷104、106的位置傳感器檢測出插入銷104、106中的任一方或者雙方從軸套54充分地突出，則門鎖42a解鎖，能夠打開通道門42。
[0054]此外，在檢測出只有插入銷104、106中的一方從軸套54充分地突出的情況下，為了使沒有充分地突出的插入銷立即後退，而切換空壓迴路以向第二埠 IOSe供給壓縮空氣。這是為了插入銷的致動器將環狀部件102朝向上方按壓、即不使偏的力作用於旋轉工作檯26而導致其移位的措施。若在只有插入銷104、106中的一方進入環狀部件102的開口部102a內的情況下、旋轉工作檯26意料不到地旋轉，則旋轉工作檯26按開口部102a的直徑與插入銷104的上端部104c的直徑差量或者與插入銷106的上端部106c的直徑差量旋轉。通常該直徑差量是在安全上不成為問題的尺寸，在本發明中是允許的。
[0055]在加工空間MS側加工工件期間，打開通道門42，在工件調整位置WS進行工件的卸下、安裝作業。接著，關閉通道門42，通過用M碼將中斷或者準備的解除情況送出從而鎖上門鎖42a，執行伴隨B軸工作的加工工藝。通過安全裝置100這樣地工作，在工件的加工期間作業者能夠安全地進行準備作業，並且在作業者將加工完成工件從角鐵28上卸下，將新的未加工工件安裝於角鐵28期間也能夠進行工件W的加工，能夠縮短加工時間。
[0056]接著，參照圖5對本發明的第二實施方式進行說明。在圖5中，旋轉搖盤60是一種旋轉工作檯，具備固定於圖1的旋轉工作檯26上的主體62。主體62形成外殼，在該主體62內的上方部分，軸64被支撐為能夠繞與Z軸平行的中心軸線(C軸)旋轉。在形成C軸的軸64的兩端部安裝有工件安裝面板66、68。旋轉搖盤60還具備:渦輪70，其安裝於軸64 ;蝸杆72，其與渦輪70卡合；帶輪74，其安裝於蝸杆72且和該蝸杆72 —起旋轉；帶76，其卡合於該帶輪74 ;和驅動帶輪78，其在帶輪74的相反側卡合與帶76，安裝於C軸驅動馬達(未圖示)的輸出軸80。
[0057]第二實施方式的安全裝置200具備旋轉部件202，該旋轉部件202安裝於上述C軸驅動馬達的輸出軸80，並與該輸出軸80 —起旋轉。在該旋轉部件202上，形成有向半徑方向外側開口的多個開口部202a。安全裝置200還具備:第一和第二插入銷204、206，其沿輸出軸80的半徑方向延伸以能夠卡合於開口部202a ；以及第一和第二致動器208、210，其固定於主體62內並使該第一和第二插入銷204、206沿半徑方向進退。第一和第二致動器208、210和第一實施方式同樣地是流體壓缸特別是空壓缸。
[0058]第一和第二插入銷204、206以及開口部202a,與第一實施方式同樣,定位為不管旋轉部件202停止於任何旋轉位置，第一和第二插入銷204、206中的任一方或者雙方都能夠卡合與開口部202a。
[0059]在本實施方式中，若將渦輪70和蝸杆72之間的減速比設為例如1/60，則旋轉部件202的旋轉量的1/60成為工件安裝面板66、68的旋轉量。因此，可以在旋轉部件202上稀疏地形成開口部202a。另外，即使在只有I個插入銷204或者206被收置於開口部202a內的情況下，因為未直接按壓工件安裝面板66、68，所以也不是必須進行使沒有被收置的插入銷後退的控制。
[0060]在將形成第一實施方式的B軸的旋轉工作檯26的驅動方式設為在第二實施方式中示出的渦輪和蝸杆方式的情況下，能夠將安全裝置設為沿第二實施方式的旋轉部件的半徑方向配置插入銷的方式。另外，也能夠將形成第二實施方式的C軸的旋轉搖盤60的安全裝置設為取代旋轉部件202以及插入銷204、206、而由內置於工件安裝面板66或者68的主體62側的與第一實施方式相當的環狀部件和插入銷構成的方式。
[0061]這樣根據本發明的旋轉進給軸的安全裝置，通過具有多個開口部的旋轉部件和至少2個插入銷這一簡單的結構，不管旋轉進給軸停止於任何旋轉位置，至少I個插入銷都肯定卡合與某個開口部，能夠防止旋轉進給軸的異常旋轉。因此，即使在工件的加工期間，也能夠安全地對於在旋轉工作檯上安裝的工件安裝部件進行工件的準備作業。
[0062]附圖標記說明
[0063]26旋轉工作檯；60旋轉搖盤； 100安全裝置；
[0064]102環狀部件； 102a開口部； 104第一插入銷；
[0065]106第二插入銷；108第一致動器；110第二致動器；
[0066]200安全裝置； 202旋轉部件； 202a開口部；
[0067]204第一插入銷；206第二插入銷；208第一致動器；
[0068]210第二致動器
【權利要求】
1.一種旋轉進給軸的安全裝置，其防止旋轉進給軸的異常旋轉，其特徵在於，具備: 旋轉部件，其設置在所述旋轉進給軸的動力傳遞機構的任一旋轉軸上，並沿周向形成有多個開口部；以及 至少2個插入銷，其在所述旋轉進給軸套上沿所述旋轉部件的周向分離地配置，且設置為能夠進退以被收置於所述旋轉部件的開口部內， 即使所述旋轉軸被分度到任意的旋轉位置，所述插入銷中的至少I個插入銷也被收置於所述開口部內。
2.根據權利要求1所述的旋轉進給軸的安全裝置，其中， 所述旋轉部件具備:旋轉工作檯，其安裝工具機的工件；以及環狀部件，其相對於該旋轉工作檯一體地且同心地安裝， 形成於所述環狀部件的所述開口部形成為在所述旋轉工作檯的旋轉軸線方向上開口。
3.根據權利要求1所述的旋轉進給軸的安全裝置，其中， 所述旋轉部件安裝在驅動馬達的輸出軸上使得其與該輸出軸一併旋轉，該驅動馬達經由動力傳遞機構對安裝工具機的工件的旋轉工作檯進行驅動， 所述開口部向所述輸出軸的半徑方向外側開口。
4.根據權利要求1至3的任一項所述的旋轉進給軸的安全裝置，其中， 在使所述插入銷朝向所述開口部進入時，使沒有被收置於所述開口部內的插入銷後退。
【文檔編號】B23Q5/54GK103547410SQ201180071010
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2011年5月20日 優先權日:2011年5月20日
【發明者】鈴木敏弘, 寺川慎二 申請人:株式會社牧野銑床製作所