專利名稱：用于一臺(tái)機(jī)床的刀具更換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于一個(gè)機(jī)床的刀具更換裝置，該刀具更換裝置包括至少兩個(gè)鉗形的刀具卡爪(Werkzeuggreifer)，其側(cè)腿用于嵌入到一個(gè)刀具錐柄(Werkzeugkegel)的較寬的端部上的環(huán)槽中；包括一個(gè)可用馬達(dá)繞其中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的支架，在其對(duì)置側(cè)面上所述卡爪連同向外指的鉗口軸線對(duì)稱地安裝；以及包括一種用于支架的支架結(jié)構(gòu)，該支架結(jié)構(gòu)具有用于移動(dòng)該支架的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
換刀系統(tǒng)普遍地用在現(xiàn)代程控機(jī)床中，并且起到使刀具在刀具夾(Werkzeugmagazin)與機(jī)床的豎直的或者水平的工作主軸之間轉(zhuǎn)移的作用。為了能夠容納所選取的和在預(yù)定的換刀位置中的刀具，刀具更換裝置的某個(gè)構(gòu)件包括其鉗形卡爪在預(yù)定的軌道上運(yùn)動(dòng)，從而卡瓜可以連同其卡鉗側(cè)面地接合進(jìn)入到位于刀具夾的換刀位置中的刀具錐柄的為此目的形成的環(huán)槽中。通過拉出運(yùn)動(dòng)把刀具從所述刀具夾中取出，并且通過轉(zhuǎn)動(dòng)或者擺動(dòng)刀具更換裝置而進(jìn)入一個(gè)位置處，在該位置中可以把刀具換進(jìn)到工作主軸中。將一個(gè)“用過了的”刀具從工作主軸更換到刀具夾的開放位置的過程沿相反的工作序列進(jìn)行。
從DE35 31 160 A1已知一種用于一個(gè)機(jī)床的刀具更換裝置，其卡爪側(cè)面地在一個(gè)刀具錐柄的凸緣上移動(dòng)過來并且包含兩個(gè)可以彼此相反運(yùn)動(dòng)的側(cè)腿，該側(cè)腿可以在對(duì)于一個(gè)刀具錐柄進(jìn)行包圍作用之后借助于一種裝置進(jìn)行鎖定，以確保在卡爪中的刀具錐柄不會(huì)脫出。在機(jī)床上設(shè)有一個(gè)連桿引導(dǎo)機(jī)構(gòu)，當(dāng)把刀具移動(dòng)到刀具凹槽之前時(shí)該連桿引導(dǎo)機(jī)構(gòu)把鎖定元件從刀具錐柄上的凸緣區(qū)域中壓出。
在DE42 15 697 A中說明了另一種機(jī)床的刀具更換裝置，其卡爪布置在一個(gè)在刀具夾與工作主軸的刀具凹槽位置之間可移動(dòng)的更換裝置臂上。該更換裝置臂具有兩個(gè)互相并排布置的卡爪，該卡爪在其基準(zhǔn)位置中為了固定刀具就設(shè)計(jì)為軸線平行于一個(gè)主軸軸線。這兩個(gè)卡爪通過一個(gè)擺動(dòng)機(jī)構(gòu)與更換裝置臂連接，并且可以相對(duì)于主軸軸線沿兩個(gè)卡爪之間的連接線的方向同步平行地推移。
此外從DE37 17 201A已知一種用于機(jī)床的一個(gè)刀具的卡爪，該卡爪具有兩個(gè)可運(yùn)動(dòng)的顎板，該顎板用于形狀配合連接地接合進(jìn)入到一個(gè)刀具錐柄的槽中。為了形狀配合連接地接合進(jìn)入到刀具錐柄的加厚的末端處的槽內(nèi)，該卡爪包括一個(gè)可運(yùn)動(dòng)的操作元件，該操作元件使所述側(cè)腿移動(dòng)到展開的位置中，以便引入刀具錐柄；或者把該側(cè)腿移動(dòng)到閉合位置中，以便形狀配合連接地接合刀具錐柄。該操作元件由機(jī)床的一個(gè)空間固定的止檔操縱。此外該卡爪包括兩個(gè)與所述兩個(gè)卡爪側(cè)腿同軸布置的顎板，并且這兩個(gè)顎板都超出卡爪側(cè)腿的端部。兩個(gè)顎板過渡到一個(gè)共同的半圓形的凹槽中，在其中構(gòu)成中心槽。使用可移動(dòng)的卡爪側(cè)腿和每卡爪一個(gè)附加的固定顎板，在技術(shù)上費(fèi)事并且有功能失誤的可能性。
在用于大批量生產(chǎn)工件的現(xiàn)代的銑削中心和鏜鉆中心中，用一個(gè)唯一的刀具進(jìn)行單純加工的時(shí)間經(jīng)常在秒的時(shí)間范圍內(nèi)。因?yàn)樵诿總€(gè)加工過程后進(jìn)行一次刀具的更換并且每次更換刀具持續(xù)幾秒鐘，所以在整個(gè)加工時(shí)間與對(duì)于相應(yīng)數(shù)量的刀具更換所需要的時(shí)間之間的比例較為不利，這當(dāng)然對(duì)機(jī)器的生產(chǎn)率有不利的影響。這種切削至切削時(shí)間/工作時(shí)間之間的比例在采用高效主軸、即所謂的高速主軸時(shí)因?yàn)槠漭^高的切削性能而更加不利。
本發(fā)明的任務(wù)是，用技術(shù)上簡(jiǎn)單的裝置進(jìn)一步地縮短更換刀具所需要的時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明如此來完成該任務(wù)使刀具更換裝置的卡爪的至少一個(gè)鉗形的側(cè)腿延長(zhǎng)成一個(gè)突出的固定銷。
通過根據(jù)本發(fā)明的在新的刀具更換裝置中所使用的鉗形卡爪的設(shè)計(jì)使用于將鉗形卡爪接合進(jìn)入到刀具錐柄上的環(huán)槽中、以及將刀具錐柄從主軸凹槽中脫出來所需要的時(shí)間如此縮短可以比在用常規(guī)的卡爪的情況下早一些地使固定住刀具錐柄的彈簧卡具脫開。迄今為止，只有在鉗形的卡爪完全地與刀具錐柄中的環(huán)槽相接合以后，將刀具錐柄固定在其圓錐形的主軸凹槽中的彈簧卡具才能夠松開。過去不可能及早地松開彈簧卡具，因?yàn)橥ㄟ^松開刀具錐柄不能保證將鉗形的卡爪可靠地接合進(jìn)入到所述錐形環(huán)槽中。通過根據(jù)本發(fā)明將兩個(gè)卡爪側(cè)腿中的至少一個(gè)側(cè)腿延長(zhǎng)成突出的固定銷，就可以使得其輪廓與環(huán)槽的截面匹配的固定銷在側(cè)面的接合運(yùn)動(dòng)過程時(shí)已經(jīng)滑入到在此時(shí)刻還是固定夾緊的刀具錐柄的環(huán)槽中，并在這種情況下將刀具錐柄保持在圓錐形的凹槽中。這使得可以在卡爪還在向刀具運(yùn)動(dòng)時(shí)就較早地將彈簧卡具松開，這就是說松開彈簧卡具和通過鉗形卡爪進(jìn)行接合的兩個(gè)過程在時(shí)間上至少部分地重疊，這導(dǎo)致將對(duì)于這兩個(gè)過程所需要的總時(shí)間縮短了。盡管每個(gè)刀具更換過程所節(jié)省的時(shí)間都相對(duì)地小，并且在數(shù)十分之一至1-2秒的范圍中，然而在大規(guī)模生產(chǎn)中在短時(shí)間加工的情況下卻顯著延長(zhǎng)了機(jī)器的可能的切削時(shí)間，并且這是通過在技術(shù)上特別簡(jiǎn)單的延長(zhǎng)一個(gè)卡鉗側(cè)腿的措施達(dá)到的。
根據(jù)本發(fā)明的刀具更換裝置的其它優(yōu)點(diǎn)和特征由下面對(duì)一個(gè)實(shí)施例的說明借助于附圖得出，在附圖中示意地示出帶有根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的刀具更換裝置的機(jī)床。
如果在機(jī)器中通過使工作主軸或者刀具更換裝置進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)刀具更換，并且此時(shí)把卡爪側(cè)向地推進(jìn)刀具錐柄的凹槽或者固定槽中，就直線地在卡爪側(cè)腿中的一個(gè)側(cè)腿上構(gòu)成突出的固定銷。
還有可能的是，在卡爪轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)束時(shí)卡爪接合進(jìn)入到刀具錐柄的環(huán)槽中。在此情況下，在卡爪的一個(gè)側(cè)腿上構(gòu)成的突出的固定銷是弧形的、優(yōu)選是圓弧形的，從而使得在完全地觸碰之前在一個(gè)圓弧形的運(yùn)動(dòng)軌道的末端處該固定銷接合進(jìn)入到刀具錐柄的容納槽中。還是在這種情況下，最好提前松開集成在工作主軸中的彈簧卡具，因?yàn)橥ㄟ^固定銷接合進(jìn)入到錐體槽中而將刀具錐柄連同刀具進(jìn)行了固定，直到卡爪隨后的完全的接合。在這樣的更換過程中，如果卡爪的至少一個(gè)側(cè)腿過渡為弧形的固定元件(該元件分別在每個(gè)卡爪側(cè)腿的末端的前面延伸，并且具有如前所述固定銷的相同的可靠和固定功能)，就可以達(dá)到相似的可靠效果。最好把該固定元件設(shè)計(jì)為圓形段，并且固定在支架上。
通過本發(fā)明所達(dá)到的在換刀時(shí)刀具夾具的可靠效果也在這種卡爪中實(shí)現(xiàn)，即該卡爪的側(cè)腿是剛性的，也就是它們不互相相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在此情況下最好在固定銷或固定段與卡爪的內(nèi)部空間之間的過渡部分處設(shè)置一個(gè)安全固定器，該安全固定器應(yīng)當(dāng)具有一個(gè)突出的彈簧加載的固定構(gòu)件，該固定構(gòu)件使卡爪例如通過彈簧加載的偏移而達(dá)到接合進(jìn)入到刀具錐柄的槽中，并且在進(jìn)行了接合以后通過彈簧作用而返回到突出的安全位置中。
在一個(gè)共同的支架上具有四個(gè)成對(duì)地在直徑上對(duì)置的卡爪的刀具更換裝置使得可能進(jìn)一步地加快刀具更換速度，由此可以把要換上的刀具固定在一個(gè)待用位置中，并且為了換出和換入刀具分別只需要90°的轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明的刀具更換裝置的其它特征和優(yōu)點(diǎn)由下面借助于附圖對(duì)實(shí)施例的說明得出。附圖示出

圖1帶有一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的刀具更換裝置的機(jī)床的示意性的透視圖；圖2至4所述刀具更換裝置的其它方案的透視圖。
在圖1中示意地示出的機(jī)床涉及一種為大規(guī)模生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的水平的加工中心，該加工中心具有水平的床身1，該床身作為可沿雙箭頭(Z座標(biāo)軸)方向移動(dòng)的工件臺(tái)2的支架。該機(jī)床還有可以沿雙箭頭方向(X座標(biāo)軸)移動(dòng)的支柱3，該支柱3的兩個(gè)的立柱4、5通過一個(gè)上部的在圖中未示出的橫梁相互牢固地連接。在兩個(gè)立柱4、5之間的中間空間中布置一個(gè)可沿雙箭頭(Y座標(biāo)軸)方向移動(dòng)的滑架6，該滑架6具有一個(gè)前蓋板7，并且支承一個(gè)水平的工作主軸9的主軸頭8。
在圖1中與所示的機(jī)床的基本元件橫向并排地存在一個(gè)刀具更換裝置10，該刀具更換裝置10具有一個(gè)靜止的基礎(chǔ)11和用于一個(gè)支架13的一個(gè)支架結(jié)構(gòu)12。如圖所示，該支架結(jié)構(gòu)12包含一個(gè)伸縮臂14，該伸縮臂14可以沿其縱軸線15的方向例如借助于壓力介質(zhì)缸伸出和收回。在該伸縮臂14的自由端上橫向地安裝有設(shè)計(jì)為平臺(tái)結(jié)構(gòu)的支架13，該支架13在其兩個(gè)對(duì)置的側(cè)面上分別有一個(gè)鉗形的卡爪16，其中在附圖中只示出了右卡爪。每個(gè)卡爪16各有兩個(gè)對(duì)置的側(cè)腿17、18，其中至少側(cè)腿17為了嵌接而進(jìn)行鉸接支承，并且在標(biāo)準(zhǔn)化的刀具錐柄19的外部軸環(huán)22處嵌接時(shí)可以進(jìn)行稍微的打開運(yùn)動(dòng)。為了可靠地固定刀具錐柄19，可以把該側(cè)腿17鎖定進(jìn)其固定位置中。在圖中所示的下側(cè)腿18延長(zhǎng)成一個(gè)突出的固定銷20。該固定銷20具有一個(gè)與刀具錐柄的軸環(huán)中的環(huán)槽的橫截面相匹配的斷面。
在上面描述為實(shí)施例的機(jī)器中，刀具更換如下地進(jìn)行。在用圖示的鉆孔工具21進(jìn)行的加工過程之后，支柱3沿X座標(biāo)方向移動(dòng)，并且豎直滑架6沿Y座標(biāo)方向移動(dòng)，從而使得工作主軸的中心軸線處于卡爪16也在其中的水平面上。在進(jìn)給支柱3的水平運(yùn)動(dòng)結(jié)束前不久，卡爪16的延長(zhǎng)的固定銷20實(shí)現(xiàn)與在刀具錐柄19的外部軸環(huán)22上構(gòu)成的環(huán)槽23相接合。因?yàn)樵摴潭ㄤN20是剛性的，所以通過該接合可靠而且無傾翻地固定住刀具錐柄19，從而直接地在此后、但是在完全地接合卡爪16的兩個(gè)側(cè)腿17、18之前就可以使布置在工作主軸8內(nèi)部的彈簧卡具進(jìn)行松開過程。只要刀具錐柄19由鉗形的卡爪16(在使上部的側(cè)腿17的鎖定脫開時(shí))夾嵌，并且上部的側(cè)腿17在其卡夾位置中通過鎖定而進(jìn)行固定，就立即使伸縮臂14進(jìn)行收入運(yùn)動(dòng)，以便把此前由彈簧卡具松開的刀具19從主軸內(nèi)部的圓錐形凹槽中拉出。然后支架13繞軸線15轉(zhuǎn)動(dòng)180°，從而具有新的刀具的卡爪達(dá)到以前的卡爪16的過渡位置中。新的刀具以其刀具錐柄裝入到工作主軸18的凹槽中，這以相應(yīng)的方式進(jìn)行，其中可以在較早的時(shí)刻、也就是說在通過使支柱3移動(dòng)而開始水平的拉出運(yùn)動(dòng)的時(shí)候通過彈簧卡具把刀具錐柄固定進(jìn)其凹槽中，因?yàn)榧词剐碌牡毒咭惨云涞毒咤F柄19通過固定銷20在環(huán)槽23中略微延長(zhǎng)的接合而保持被固定住。
在圖2至圖4中示出的根據(jù)本發(fā)明的刀具更換裝置的其它實(shí)施例是為用在圖1中所示的機(jī)床而設(shè)計(jì)的。然而，根據(jù)圖1至4中的刀具更換裝置也可以用于其它的機(jī)床和加工中心。在下面的說明中與圖1中所示的刀具更換裝置相應(yīng)的構(gòu)件用相同的附圖標(biāo)記表示。在圖2至圖4所示的實(shí)施形式中刀具從刀具夾轉(zhuǎn)移到刀具更換裝置中，并且從該刀具更換裝置分別通過支架13繞縱軸線15的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入到工作主軸中，而不是像根據(jù)圖1所示的實(shí)施例一樣通過工作主軸8的線性平移運(yùn)動(dòng)進(jìn)入到工作主軸中。
圖2所示的實(shí)施形式在很大的程度上相應(yīng)于以上借助于圖1所說明的刀具更換裝置。其區(qū)別是兩個(gè)卡爪26的構(gòu)成，該卡爪26在徑向外側(cè)的卡爪側(cè)腿25上具有一個(gè)延長(zhǎng)的剛性的固定銷27，該固定銷在其圓弧形的內(nèi)側(cè)上承載有一個(gè)同樣為圓弧形的引導(dǎo)板條28。該引導(dǎo)板條28的圓弧半徑與繞旋主軸線15的飛圓(Flugkreis)相匹配，從而在支架14轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該引導(dǎo)板條18無碰撞地接合進(jìn)入到刀具錐柄19的外部軸環(huán)22處的環(huán)槽中。固定銷27的固定作用相應(yīng)于根據(jù)圖1所示的實(shí)施形式的直線形固定銷20的固定作用。卡爪26與圖1所示的實(shí)施形式相比另一個(gè)區(qū)別在于，兩個(gè)卡爪側(cè)腿24、25都是剛性的，也就是不可以相互相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這意味著結(jié)構(gòu)上的簡(jiǎn)化。為了確保被握緊的刀具錐柄19在相應(yīng)的卡爪26中的位置，在此實(shí)施形式中在每個(gè)徑向內(nèi)側(cè)的側(cè)腿24處分別設(shè)有一個(gè)安全固定器29，該安全固定器29在此由一個(gè)突出的彈簧加載的輥組成，該輥在推入的過程中克服抗彈力地壓回；并且一旦刀具錐柄安全地處在卡爪中時(shí)，所述輥就自動(dòng)地返回其以前所示的位置中。這種安全固定器29可以通過一個(gè)電開關(guān)與程序控制機(jī)構(gòu)或者機(jī)床的緊急停車機(jī)構(gòu)相連接，以便在不完全接合時(shí)停機(jī)。還可以采用其它適當(dāng)?shù)脑?、譬如可克服彈簧力運(yùn)動(dòng)的斜面來代替所示的輥?zhàn)鳛榘踩潭ㄆ?9。
取代圖1和2所示實(shí)施形式的加長(zhǎng)的固定銷20或27，根據(jù)圖3的實(shí)施形式每個(gè)卡爪包含一個(gè)弧形固定段30，該弧形固定段30構(gòu)成徑向內(nèi)部的卡爪側(cè)腿31的延續(xù)部分并且固定在支架13上。在此實(shí)施形式中兩個(gè)卡爪側(cè)腿17和31也是相互固定的。在每個(gè)固定段30上分別有一個(gè)引導(dǎo)板條31，該引導(dǎo)板條31在接合到刀具錐柄19的外部軸環(huán)22的環(huán)槽23中的進(jìn)程中實(shí)現(xiàn)接合，并且以與加長(zhǎng)的固定銷20、27類似的方式在由卡爪17完全地接合刀具錐柄19之前完成引導(dǎo)和固定的功能。
圖4所示的刀具更換裝置與圖3所示的實(shí)施形式的區(qū)別僅在于設(shè)有總共四個(gè)卡爪，它們成對(duì)地在直徑上對(duì)置，就是說相互成直角錯(cuò)開地固定在支架13上。如圖所示，四個(gè)卡爪17的結(jié)構(gòu)性的設(shè)計(jì)相應(yīng)于前面根據(jù)圖3所說明的實(shí)施形式的設(shè)計(jì)。
上述的刀具更換裝置可以用在不同類型的機(jī)床上，其中可以有結(jié)構(gòu)上和功能上的變更以適合于各種機(jī)器。此外，以上說明的刀具更換裝置實(shí)施形式的各種特征可以用在其它的刀具更換裝置上，換言之，所說明的和所示的細(xì)節(jié)可以有其它的組合，例如可以在圖4所示的實(shí)施形式的兩個(gè)或者全部四個(gè)卡爪中設(shè)置固定銷27。
本發(fā)明不限于所示出的和所說明的實(shí)施形式。更確切地說，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的刀具更換裝置可以用于不同類型的機(jī)床，其中可以實(shí)現(xiàn)極短的換刀時(shí)間。例如其中對(duì)于刀具更換所需要的運(yùn)動(dòng)由刀具更換裝置來完成的機(jī)床也屬于此范圍。
權(quán)利要求
1.用于一臺(tái)機(jī)床的刀具更換裝置，該裝置包括-至少兩個(gè)鉗形的卡爪(16)，其側(cè)腿(17、18)為了接合進(jìn)入到一個(gè)刀具錐柄的較寬的端部處的環(huán)槽(23)中可以相互運(yùn)動(dòng)并可以鎖定，-一個(gè)可繞其中心軸線(15)轉(zhuǎn)動(dòng)的支架(13)，在該支架對(duì)置的側(cè)面上卡爪(16)連同向外指的鉗口互相軸線對(duì)稱地固定，以及-用于支架(13)的一個(gè)支架結(jié)構(gòu)(11、12)，該支架結(jié)構(gòu)具有使支架(13)沿著平行于工作主軸的軸線的中心軸線(15)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于，卡爪(16)的至少一個(gè)側(cè)腿(18)延長(zhǎng)成為一個(gè)突出的固定銷(20)。
2.如權(quán)利要求1所述的刀具更換裝置，其特征在于，為了側(cè)面接合刀具卡爪(16)，工作主軸(9)可以沿水平方向橫向于主軸縱軸線運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的刀具更換裝置，其特征在于，突出的固定銷(27)至少在其徑向內(nèi)部的部位上是弧形的，并且具有一個(gè)弧形的固定和引導(dǎo)板條(28)。
4.如權(quán)利要求1所述的刀具更換裝置，其特征在于，卡爪(33)的側(cè)腿(32)過渡為一個(gè)弧形的固定段(30)，該固定段在其弧形面上承載一個(gè)引導(dǎo)板條(31)。
5.如權(quán)利要求4所述的刀具更換裝置，其特征在于，卡爪(33)的固定段(30)固定在共同的支架(13)上。
6.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的刀具更換裝置，其特征在于，卡爪(33)的兩個(gè)側(cè)腿(17、32)是剛性的，并且在至少一個(gè)側(cè)腿(32)處設(shè)置一個(gè)安全固定器(29)。
7.如權(quán)利要求6所述的刀具更換裝置，其特征在于，安全固定器(29)包含突出的彈簧加載的固定構(gòu)件。
8.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的刀具更換裝置，其特征在于，在一個(gè)共同的支架(13)上成對(duì)地在直徑上對(duì)置地布置四個(gè)卡爪(33)。
全文摘要
本發(fā)明的主題是一種用于機(jī)床的刀具更換裝置，該刀具更換裝置包括至少兩個(gè)鉗形的刀具卡爪(16)，其側(cè)腿(17、18)用于接合進(jìn)入到一個(gè)刀具錐柄的較寬的端部處的環(huán)槽(23)中。卡爪(16)在一個(gè)可繞其中心軸線(15)轉(zhuǎn)動(dòng)的支架(13)處連同向外指的鉗口互相軸線對(duì)稱地固定。支架(13)固定在一個(gè)支架結(jié)構(gòu)(11、12)處，該支架結(jié)構(gòu)具有一個(gè)使支架運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。為了較早地把刀具錐柄從工作主軸中的彈簧卡具松開，并且從而能夠較快速度地進(jìn)行刀具更換，把卡爪(16)的至少一個(gè)側(cè)腿(18)延長(zhǎng)成一個(gè)突出的固定銷(20)。
文檔編號(hào)B23Q3/157GK1585686SQ02822330
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2002年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月10日
發(fā)明者K·凱斯勒 申請(qǐng)人:德克爾·馬霍蓋雷茨里德有限責(zé)任公司