刀具转塔的制作方法

本发明涉及一种尤其是设置用于机床的刀具转塔，其具有一个可枢转的刀具盘，该刀具盘在外圆周侧具有多个用于设有加工刀具的刀具支座的容纳部，所述刀具支座通过固定装置以可更换的方式固定在刀具盘上并且它们可分别枢转到工作位置中，以允许借助驱动装置驱动相配的加工刀具，该驱动装置为此能借助联接装置与相应刀具支座的输出轴联接。

背景技术：

例如从de102005033890a1或de102014003336a1中已知这种刀具转塔。应使用的加工刀具主要是用于切削加工的刀具、如钻孔、车削或铣削刀具。为了适应各种不同的加工任务，应执行更换过程，在其中更换用于一种类型的加工刀具的、位于相关工作位置的刀具支座并以用于其它类型的加工刀具的刀具支座来代替。在特定制造任务中、如在小批量生产中，需要频繁更换所使用的不同刀具支座。这导致操作人员的工作量很大并由此提高了加工成本。

技术实现要素：

鉴于该问题，本发明所提出的任务是，实现以特别合理有效、低成本且可靠的方式更换刀具转塔上的刀具支座。

根据本发明，所述任务通过具有专利权利要求1的全部特征的刀具转塔解决。本发明的有利实施方式是从属权利要求的技术方案。

根据专利权利要求1的特征部分，根据本发明的刀具转塔的特征在于，当驱动装置脱开并且加工刀具静止时，能借助该驱动装置操作固定装置。在刀具转塔的正常运行中用于驱动容纳在相配支座中的加工刀具的驱动装置根据本发明也用于更换刀具支座和为此所需的固定装置的驱动。因此无需用于固定装置的单独的驱动装置。固定装置是用于刀具支座更换的中间组成部分并且根据本发明由刀具直接驱动装置来操作。

只需几步即可完成刀具支座更换，即脱开驱动装置以使加工刀具静止并且驱动固定装置以释放一个刀具支座并固定另一个刀具支座。由此可特别合理且低成本地以用于另一种类型的加工刀具的另一刀具支座替换用于一种类型的加工刀具的一个刀具支座。

集成到根据本发明构造的刀具转塔中的固定装置能实现自动的刀具支座更换和因此车床中心的平稳运行，同时在制造范围的宽度上具有很高的灵活性。优选机器控制地进行更换过程直到释放待更换刀具支座。如果借助操纵机器人取下待更换刀具支座并插入新的刀具支座，则可实现全自动的刀具支座更换，因此可实现整个设备的至少半自动运行。在根据本发明的刀具转塔运行时，自动的刀具支座更换降低了装配成本并相应减少了劳动时间和人工成本。

在根据本发明的刀具转塔的一种优选实施方式中，固定装置能借助驱动装置在工作位置和/或更换位置中被操作，所述更换位置不同于工作位置，优选在刀具盘上位于工作位置的相对置的一侧。在工作位置中更换刀具支座的优点在于良好的可接近性，以便取下待更换刀具支座和插入新的刀具支座，因为为此可一起使用用于相关工件的加工区域。不同于工作位置的更换位置允许，不受工件保持装置或类似物的干扰地取下一个刀具支座并插入另一个刀具支座。为此优选设置操纵系统、如机器人。与工作位置相对置的更换位置的优点在于：刀具驱动装置的驱动装置轴线与更换位置中的固定装置的驱动装置轴线平行地、优选同轴地定向并且可直接用于驱动该固定装置。如此可远离工作位置地以易于接近的方式进行用于带有和不带有加工刀具的刀具支座的更换过程。

此外有利的是，固定装置具有棘爪传动机构，其具有成对地彼此相配的控制棘爪和卡锁棘爪，所述控制棘爪和卡锁棘爪可由操作装置操控或在其卡锁位置中连接支座与刀具盘，并在其释放位置中释放该刀具支座。控制棘爪和卡锁棘爪可在一个操作步骤中通过与支座的相应卡锁或释放实现可靠且快速的刀具支座更换。此外，由此可在加工的范围中实现相应使用的刀具支座上的高的保持力。

在根据本发明的刀具转塔的一种优选实施方式中，所述操作装置借助驱动装置的旋转运动被转换成用于控制棘爪的平移运动，该平移运动在一个方向上使卡锁棘爪在其释放位置中落入控制棘爪的容纳空间中，并且在相反的方向上将卡锁棘爪从容纳空间向其卡锁位置排挤。由此产生如下优点，能以紧凑的设计实现棘爪传动机构连同相配的操作装置。

在根据本发明的刀具转塔的另一种优选实施方式中，在将卡锁棘爪引入其释放位置时，控制棘爪向支座运动并以可预定的释放力使其从支座在刀具盘上的座部上抬起。特别优选地，这样选择由棘爪组件引起的力，使得需要最小可能的释放力来将支座从刀具盘抬起。这能实现以小的操作力进行根据本发明的刀具转塔上的刀具支座更换。

在根据本发明的刀具转塔的另一种优选实施方式中，卡锁棘爪分别围绕枢转轴线可旋转地支承，并且控制棘爪是控制套筒的一体的组成部分，所述控制套筒沿容纳套筒可运动地被引导，所述容纳套筒包围用于相应加工刀具的输出轴的至少一部分。通过容纳套筒在运行中有效避免了：在至少部分被包围的用于加工刀具的输出轴和通过控制套筒操作的用于固定装置的棘爪传动机构之间的可能的阻碍并且实现了用于卡锁棘爪的均匀导入的操作力。

此外有利的是，操作装置在其一个自由端部的方向上通过螺纹段与控制套筒接合，并且在其另一自由端部的方向上具有携动件，用于驱动装置的驱动轴的带动件的作用。在该特别的实施方式中，以简单的方式实现驱动轴的旋转运动转换成作为操作装置的控制棘爪的平移运动。根据驱动轴的旋转方向，控制套筒在一个方向或另一个方向上运动。用于固定装置的操作速度可通过驱动装置的转速预定。

在根据本发明的刀具转塔的一种优选实施方式中，为了借助联接装置驱动加工刀具以及在工作位置中操控固定装置，驱动装置的驱动轴在刀具盘中可轴向移动地被引导，并且在驱动轴的最前面的联接位置中，在驱动轴以其带动件穿过携动件的情况下在不激活固定装置的情况下能驱动支座的加工刀具，而在相对于该最前面的联接位置缩回的位置中，在中断该驱动的情况下，设置在驱动轴上的带动件在激活固定装置的情况下与操作装置的携动件贴靠。轴向可移动性允许该驱动装置在加工刀具静止时用于更换刀具支座以及在更换刀具支座之前和之后在不操作固定装置的情况下无干扰的运行。

在根据本发明的刀具转塔的另一种优选实施方式中，为了在更换位置中操控固定装置，所述驱动轴在其与联接装置相对置的一侧上具有带动件。这带来了这样的优点，即在相配的更换位置中总是为刀具支座更换提供带动件。

优选，刀具支座是主轴头并且具有可由驱动轴驱动的刀具主轴。特别优选地，刀具支座构造为根据de10121694a1的主轴头。不言而喻，其它类型的加工刀具和输出轴也可容纳在支座中或设置在其上。此外，也可设置至少一个用于加工刀具的刀具支座，其不需要驱动装置。在这种情况下，驱动装置仅在更换刀具支座时用于操作固定装置。

附图说明

本发明的其它优点和特征由附图和下述附图说明给出。根据本发明，上述和下面提到的特征可在根据本发明的刀具转塔上单独或以任何组合实现。附图中所示的特征仅是示意性的并且不应理解为按比例绘制的。附图如下：

图1示出根据本发明的刀具转塔的一种实施例的纵剖视图，其具有设置在刀具盘上的一个工作位置中的刀具支座；

图2示出根据本发明的刀具转塔的另一种实施例的纵剖视图，其具有设置在刀具盘上的更换位置中的刀具支座；

图3a和3b部分以纵剖视图、部分以视图示出处于不同联接状态的用于根据图1和2的刀具转塔的联接装置；和

图4a和4b分别示出图1中所示的刀具盘纵剖视图的放大的局部区域，以说明固定装置的棘爪传动机构在卡锁位置和释放位置中的作用方式。

具体实施方式

图1示出一种示例性的根据本发明的刀具转塔的刀具盘10。刀具转塔尤其是设置用于机床中并且可与机床通过基体12连接。刀具盘10相对于转塔轴线可枢转地设置在基体12上并且在外圆周侧具有多个——在所示实施例中为十二个——容纳部14。在图1中刀具主轴16是构造为主轴头的刀具支座18的一部分。刀具支座18具有例如在de10121694a1中公开的主轴头的常规结构并且在附图中未示出容纳其中的加工刀具。容纳在容纳部14中的支座18位于刀具盘10的工作位置中，相对于图1的图纸在9点钟位置的定向。为每个容纳部14分配一个固定装置20，以便将相应支座18以可更换的方式固定在刀具盘10上。

刀具转塔具有集成到刀具盘10中的电动机形式的驱动装置22，其驱动多件式驱动轴24。驱动轴24不仅为旋转的加工刀具提供刀具驱动，而且也在更换刀具支座时为刀具支座18通过相应固定装置20的释放和固定提供驱动。为此可在转速、旋转方向和旋转角速度方面控制电动机22。通过联接装置26——其细节可在图3a和3b中更清楚地看到——驱动轴24可在脱开位置和接合位置之间轴向移动并且以此方式可与枢转到工作位置中的相应支座18的输出轴、在此为刀具主轴16联接。当驱动装置22脱开并且加工刀具静止时，可通过驱动装置22操作处于工作位置的支座18的固定装置20并且驱动轴24通过带动件34与固定装置20的操作装置38(图3a和3b)联接。

驱动装置22的驱动轴24和加工刀具的输出轴16围绕驱动装置轴线a可旋转地支承，驱动装置轴线a与可枢转的刀具盘10的转塔轴线垂直相交。联接装置26同轴于驱动装置轴线a构造和设置。在图1和2所示的实施例中，刀具支座18是主轴头并且用于将未详细示出的加工刀具容纳在刀具主轴16中，该刀具主轴通过驱动轴24进行环绕的旋转运动。

图2的视图在很大程度上相应于图1的视图并且与图1的不同之处在于：具有刀具主轴16的支座18枢转到更换位置，该位置不同于工作位置并且在所示实施例中在刀具盘10上位于工作位置的相对置的一侧，相对于图2的图纸在3点钟位置的定向。也可在更换位置中通过驱动装置22操作相配的固定装置20，相对于驱动装置轴线a可旋转地设置的驱动轴24可与操作装置38(图3a和3b)联接。图1中所示的刀具转塔与图2中所示的刀具转塔之间的主要区别在于带动件34在驱动轴24上的设置。为了根据图1在工作位置中更换刀具支座，带动件34设置在驱动轴24的分配给联接装置26的一侧上。为了在相对于工作位置侧向偏移180°的更换位置中更换刀具支座，带动件34设置在驱动轴24的与联接装置26相对置的一侧27上。

图3a和3b部分以纵剖视图，部分以示意图分别示出联接装置26。为了驱动未在图中更详细示出的加工刀具，驱动装置22的驱动轴24(图1和2)沿驱动装置轴线a可轴向移动地在刀具盘10(图1和2)中被引导并借助压缩弹簧28预张紧，以运动到图3a所示的接合位置中。联接装置26构造为滑动联接器并且具有用于液压操作的压力室30，当通过刀具转塔的液压系统供应压力时，该压力室将驱动轴24及其支承单元32一起在图中向右克服压缩弹簧28的力推入图3b中所示的脱开位置。在图3a中示出的驱动轴24的最前面的联接位置中，驱动轴与支承单元32一起相对于滑动联接套筒26的位置固定的部件被推出距离d并且以其前端部与刀具主轴16联接接合。在分配给刀具主轴16的前端部上，驱动轴24还具有二面体(zweiflach)形式的带动件34。在驱动轴24的用于刀具驱动的接合位置中，带动件34在环形空间36中自由旋转，该环形空间至少部分地被用于固定装置20的操作装置38包围。通过在环形空间36中的自由旋转，带动件34在驱动轴24驱动刀具主轴16时随之空转。操作装置38同轴于驱动装置轴线a设置并且至少在联接状态中分别部分地包围刀具主轴16和驱动轴24。

在图3b所示的后部联接位置中，通过对压力室30加压使驱动轴24与支承单元32一起被推入联接装置26距离d，并且驱动轴24在该位置中与刀具主轴16脱接，由此使加工刀具静止。在驱动轴24与刀具驱动装置的脱开位置中，带动件34从环形空间36移出并且为了驱动固定装置20而与携动件40(图4a、b)形锁合地接合，该携动件是相配的操作装置38的一部分。在图3b所示的驱动轴24位置中，当刀具主轴16的驱动中断时，设置在驱动轴24上的带动件34通过操作装置38上的携动件40激活固定装置20(图1和2)。

图3a和3b示出联接装置26的作用方式以及驱动轴24的不同联接状态，驱动轴不仅可与输出轴16而且也可与用于固定装置20(图1和2)的操作装置38连接。操作装置38在轴向方向上至少部分地包围输出轴16并且在其分配给驱动轴24的端部上具有携动件40，该携动件构造为操作装置38的携动套筒23(参见图4a、b)中的用于带动件34的接合狭槽。在刀具盘10的旋转运动中，操作装置38作为前刀具侧的联接部件沿导轨41(图1、2、4a和4b)被引导，所述导轨在刀具转塔基体12的外圆周上与转塔轴线同心地延伸。导轨41例如具有横截面为矩形的肋的形状并且在工作位置处通过间隙43中断。一旦驱动轴24不仅与输出轴16而且也与操作装置38脱接，则插入各个容纳部14中的刀具支座18可沿刀具盘10枢转，在此导轨41分别穿过操作装置38的罐状驱动装置侧端部上的通过部(图中未示出)。因此，刀具主轴16和操作装置38防旋转地固定在间隙43和45(图2)之外的刀具支座轨道上。

当在根据图2的更换位置中更换刀具支座时，二面体形式的带动件34设置在驱动轴24的相对置的一侧27上。在图3b所示的驱动轴24的脱开位置中，驱动轴24的相配端部27与可旋转地支承的、二面体形式的带动件34联接器接合，当驱动轴24占据根据图3a的联接位置时，端部27又与所述带动件脱接。在图2的实施例中，在导轨41上构造有另一间隙45，使得驱动轴24能借助带动件34与操作装置38接合。在此优选这样设置，使得相配的支座18的操作装置38上的携动件40平行于导轨41的通过部定向。此外，二面体34在导轨41的平面内定向，使得二面体34在刀具支座18转入时在没有驱动轴24的旋转运动的情况下通过沿驱动装置轴线a方向的联接与操作装置38上的携动件40接合。随后通过驱动轴24的旋转运动激活固定装置20以释放刀具支座38。

图4a和4b分别示出相对于其它附图放大显示的刀具转塔局部区域的纵剖视图，该刀具转塔具有容纳部14和刀具支座18。在图中右侧示出的刀具转塔基体12上，导轨41在径向外部环绕地延伸，该导轨在所示局部区域中被间隙43中断。驱动轴24围绕驱动装置轴线a可旋转地支承在基体12上。

此外，驱动轴24沿轴向方向平行于驱动装置轴线a地突出超过基体12并在此穿过导轨41中的间隙43。驱动轴24在前端部上具有带动件34，其构造为二面体并在所示剖面中在两侧径向突出于相连的驱动轴24主体。间隙43构造得大于驱动轴24前端部上的联接部件、尤其是带动件34的轴向延伸尺寸。驱动轴24可通过驱动装置22(参见图1)旋转驱动并通过在图3a和3b中详细描述的联接装置26沿驱动装置轴线a可轴向移动地保持。

在图4a和4b中间示出的容纳部14设置在刀具盘10上并且具有与刀具盘10固定连接的主体15。主体15相对于驱动装置轴线a设置在容纳部14的径向外部并且在内部具有阶梯状轮廓17。轮廓17限定安装空间19，固定装置20设置在其中。主体15、轮廓17和安装空间19相对于驱动装置轴线a旋转对称地构造。固定装置20包括操作装置38及至少一对控制棘爪42和卡锁棘爪44。

操作装置38设置在分配给驱动轴24的区域中(在图中右侧)并且可旋转地支承在在主体15径向内部延伸的凹槽21中。操作装置38在其朝向驱动轴24的端部上以携动套筒23突出于容纳部14的主体15。在携动套筒23中构造有狭槽形式的携动件40，该狭槽与驱动轴24上的带动件34相对应地构造。在相对置的、分配给棘爪42、44的端部上，操作装置38具有操作套筒50。相对于驱动装置轴线a旋转对称的操作装置38沿轴向方向在由容纳部14定义的刀具支座容纳空间25的大约1/3上延伸。在轴向邻接携动套筒23的区域中，操作装置38在径向方向上变细并且以此方式定义环形空间36作为刀具支座容纳空间25的子空间。环形空间36的径向延伸尺寸至少相应于驱动轴24上的带动件34的径向延伸尺寸。

分别成对设置的棘爪42、44设置在容纳部14的分配给刀具支座18的区域中(在图中左侧)。控制棘爪42相对于卡锁棘爪44设置在径向内部并且是控制套筒51的一体的组成部分，即代替多个单个的控制棘爪42这些控制棘爪在其功能上组合地通过作为整体的控制套筒51实现。控制套筒51设置在分配给操作装置38的端部上并且在那里具有内螺纹27。内螺纹27通过螺纹段48与操作装置38的操作套筒50上的相对应外螺纹29接合。相应控制棘爪42沿轴向方向延伸直到刀具支座容纳空间25的朝向刀具支座18的外端部。控制棘爪42的外轮廓从控制套筒51沿轴向方向变细直到控制表面31，该控制表面构造在控制棘爪42外端部上的加宽部33的径向外部上。

卡锁棘爪44分别可围绕枢转轴线s枢转地设置在容纳部14的主体15上。相应的枢转轴线s在阶梯状轮廓17的从外部数第二个阶梯的区域中设置在这样的区域中，在其中控制套筒51与操作套筒50接合。从分配给枢转轴线s的内端部开始，卡锁棘爪44的内轮廓沿轴向方向笔直地延伸直到另一控制表面37，该控制表面构造在相配的卡锁棘爪44外端部上的另一加宽部39的径向内部。在卡锁棘爪44的所述另一加宽部39的径向外部构造有贴靠面47，该贴靠面在卡锁棘爪44的外轮廓上倾斜延伸且具有从内向外增加的直径。贴靠面47与刀具支座18上的固定表面58相对应地构造。此外，在主体15的阶梯状轮廓17的从外部数第一个阶梯49上设有用于刀具支座18的座部60，该座部构造为轴向环形面。

刀具支座18包括同轴于驱动装置轴线a设置的刀具主轴16作为中间组成部分。刀具主轴16被插入容纳套筒46中并且与其一起被插入容纳部14的刀具支座容纳空间25中。刀具主轴16具有在图4a和4b中仅部分示出的、与驱动装置轴线a同心构造的刀具容纳空间53。刀具主轴16可旋转地支承在刀具支座18的基部55中。基部55贴靠在容纳部14主体15的外部并且在那里的端部区域中具有凹口，该凹口具有阶梯状内轮廓。固定部件57插入该凹口中，所述固定部件57具有u形轮廓，该u形轮廓具有阶梯状外轮廓。固定部件57沿轴向方向从刀具支座18基部55上的凹口延伸直到容纳部14主体15上的座部60。固定表面58与贴靠在座部60上的表面相对置地构造在固定部件57上。固定表面58与相应的卡锁棘爪44上的贴靠面47相对应地倾斜延伸地构造。

图4a示出通过控制棘爪42和卡锁棘爪44形成的棘爪传动机构的卡锁位置，在该位置中支座18与刀具盘10连接。在图4b中示出棘爪传动机构的释放位置，在其中控制棘爪42和卡锁棘爪44释放支座18。为了借助驱动装置22(图1和2)驱动操作装置38，驱动轴24沿轴向方向这样移动，使得带动件34与携动件40接合。在驱动轴24被旋转驱动时，固定装置20的操作装置38进行旋转运动。通过操作套筒50和控制套筒51之间的螺纹段48，力从操作装置38被传递到相应的控制棘爪42并且操作装置38的旋转运动转换成控制棘爪42的平移运动。

控制套筒51上的内螺纹27和操作套筒50上的外螺纹29这样构造，使得在从驱动轴24到操作装置38的观察方向上沿顺时针方向进行旋转运动的情况下，控制棘爪42从外向内朝向驱动轴24运动。在逆时针的驱动运动中，控制棘爪42从内向外沿相反的方向运动。

在图4a所示的卡锁位置中，成对地彼此相配的控制棘爪42和卡锁棘爪44沿轴向方向看与刀具支座容纳空间25的外端部齐平。两个彼此相对应的控制表面31、37相互贴靠并且卡锁棘爪44的贴靠面47贴靠在固定部件57上的固定表面58上。通过操作装置38施加到控制棘爪42上的拉力经由相互贴靠的表面31、37、47、58传递到固定部件57上并且通过该固定部件进一步传递到容纳部14主体15上的座部60上。总之，从驱动轴24经由操作装置38、棘爪42、44和刀具支座18的固定部件57到容纳部14的主体15存在力流。由于主体15与刀具盘10固定连接，因此刀具支座18通过在卡锁位置中作用在固定部件57上的棘爪传动机构与刀具盘10连接。由棘爪传动机构施加的拉力的方向通过第一箭头52表示。

为了释放刀具支座18，驱动轴24沿相反方向旋转并且控制套筒51通过操作套筒50从内向外、远离驱动轴24地进行平移运动。在沿控制表面31的滑动运动中，相应的卡锁棘爪44落入控制棘爪42与卡锁棘爪44之间的容纳空间54中。卡锁棘爪44围绕枢转轴线s枢转直到卡锁棘爪44以其内轮廓贴靠在相配的控制棘爪42的外轮廓上。通过该枢转运动，卡锁棘爪44的贴靠面47与固定部件57上的固定表面58脱接。因此，刀具支座18被释放并且可从容纳部14上的座部60取下。图4b示出，处于释放位置的卡锁棘爪44至少这样向控制棘爪42的方向枢转，使得刀具支座18的固定部件57可沿轴向方向无阻碍地越过卡锁棘爪44的所述另一加宽部39从容纳部14取下。通过将从操作装置38作用在控制棘爪42上的力传递到固定部件57的内表面62上，简化了刀具支座18从容纳部14的取下。借助以此方式预定的释放力，朝支座18运动的控制棘爪42将支座从其在刀具盘10上的座部60抬起。力作用方向以第二箭头56示出。

一旦通过固定装置20释放要从刀具盘10上取下的支座18，操纵系统、如机器人可优选在夹持沟槽上夹持支座18并将其从刀具盘10取下。然后，机器人(图中未示出)将支座18放置在刀库(图中未示出)中，在那里拾取待换上的支座18并将其定位在刀具盘10上的更换位置中。一旦新插入的支座18通过固定装置20固定在刀具盘10上，机器人就释放支座18。如果该刀具支座是在一个单独的更换位置中更换的，则新插入的支座18必要时将枢转到工作位置中。通常，这样设计刀具转塔，使得容纳在支座18中的加工刀具只能在工作位置中通过驱动轴24驱动。优选，在从刀具盘10上取下的支座18上取下、插入或更换加工刀具。但也可以在更换刀具支座之前或之后，在更换位置中将加工刀具固定在相配的刀具支座18上或从其取下。总之，在刀具转塔上提供了高度灵活的刀具支座更换，以满足各种要求。