专利名称：用于一台机床的刀具更换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于一个机床的刀具更换装置，该刀具更换装置包括至少两个钳形的刀具卡爪(Werkzeuggreifer)，其侧腿用于嵌入到一个刀具锥柄(Werkzeugkegel)的较宽的端部上的环槽中；包括一个可用马达绕其中心轴线转动的支架，在其对置侧面上所述卡爪连同向外指的钳口轴线对称地安装；以及包括一种用于支架的支架结构，该支架结构具有用于移动该支架的传动机构。
换刀系统普遍地用在现代程控机床中，并且起到使刀具在刀具夹(Werkzeugmagazin)与机床的竖直的或者水平的工作主轴之间转移的作用。为了能够容纳所选取的和在预定的换刀位置中的刀具，刀具更换装置的某个构件包括其钳形卡爪在预定的轨道上运动，从而卡瓜可以连同其卡钳侧面地接合进入到位于刀具夹的换刀位置中的刀具锥柄的为此目的形成的环槽中。通过拉出运动把刀具从所述刀具夹中取出，并且通过转动或者摆动刀具更换装置而进入一个位置处，在该位置中可以把刀具换进到工作主轴中。将一个“用过了的”刀具从工作主轴更换到刀具夹的开放位置的过程沿相反的工作序列进行。
从DE35 31 160 A1已知一种用于一个机床的刀具更换装置，其卡爪侧面地在一个刀具锥柄的凸缘上移动过来并且包含两个可以彼此相反运动的侧腿，该侧腿可以在对于一个刀具锥柄进行包围作用之后借助于一种装置进行锁定，以确保在卡爪中的刀具锥柄不会脱出。在机床上设有一个连杆引导机构，当把刀具移动到刀具凹槽之前时该连杆引导机构把锁定元件从刀具锥柄上的凸缘区域中压出。
在DE42 15 697 A中说明了另一种机床的刀具更换装置，其卡爪布置在一个在刀具夹与工作主轴的刀具凹槽位置之间可移动的更换装置臂上。该更换装置臂具有两个互相并排布置的卡爪，该卡爪在其基准位置中为了固定刀具就设计为轴线平行于一个主轴轴线。这两个卡爪通过一个摆动机构与更换装置臂连接，并且可以相对于主轴轴线沿两个卡爪之间的连接线的方向同步平行地推移。
此外从DE37 17 201A已知一种用于机床的一个刀具的卡爪，该卡爪具有两个可运动的颚板，该颚板用于形状配合连接地接合进入到一个刀具锥柄的槽中。为了形状配合连接地接合进入到刀具锥柄的加厚的末端处的槽内，该卡爪包括一个可运动的操作元件，该操作元件使所述侧腿移动到展开的位置中，以便引入刀具锥柄；或者把该侧腿移动到闭合位置中，以便形状配合连接地接合刀具锥柄。该操作元件由机床的一个空间固定的止档操纵。此外该卡爪包括两个与所述两个卡爪侧腿同轴布置的颚板，并且这两个颚板都超出卡爪侧腿的端部。两个颚板过渡到一个共同的半圆形的凹槽中，在其中构成中心槽。使用可移动的卡爪侧腿和每卡爪一个附加的固定颚板，在技术上费事并且有功能失误的可能性。
在用于大批量生产工件的现代的铣削中心和镗钻中心中，用一个唯一的刀具进行单纯加工的时间经常在秒的时间范围内。因为在每个加工过程后进行一次刀具的更换并且每次更换刀具持续几秒钟，所以在整个加工时间与对于相应数量的刀具更换所需要的时间之间的比例较为不利，这当然对机器的生产率有不利的影响。这种切削至切削时间/工作时间之间的比例在采用高效主轴、即所谓的高速主轴时因为其较高的切削性能而更加不利。
本发明的任务是，用技术上简单的装置进一步地缩短更换刀具所需要的时间。
根据本发明如此来完成该任务使刀具更换装置的卡爪的至少一个钳形的侧腿延长成一个突出的固定销。
通过根据本发明的在新的刀具更换装置中所使用的钳形卡爪的设计使用于将钳形卡爪接合进入到刀具锥柄上的环槽中、以及将刀具锥柄从主轴凹槽中脱出来所需要的时间如此缩短可以比在用常规的卡爪的情况下早一些地使固定住刀具锥柄的弹簧卡具脱开。迄今为止，只有在钳形的卡爪完全地与刀具锥柄中的环槽相接合以后，将刀具锥柄固定在其圆锥形的主轴凹槽中的弹簧卡具才能够松开。过去不可能及早地松开弹簧卡具，因为通过松开刀具锥柄不能保证将钳形的卡爪可靠地接合进入到所述锥形环槽中。通过根据本发明将两个卡爪侧腿中的至少一个侧腿延长成突出的固定销，就可以使得其轮廓与环槽的截面匹配的固定销在侧面的接合运动过程时已经滑入到在此时刻还是固定夹紧的刀具锥柄的环槽中，并在这种情况下将刀具锥柄保持在圆锥形的凹槽中。这使得可以在卡爪还在向刀具运动时就较早地将弹簧卡具松开，这就是说松开弹簧卡具和通过钳形卡爪进行接合的两个过程在时间上至少部分地重叠，这导致将对于这两个过程所需要的总时间缩短了。尽管每个刀具更换过程所节省的时间都相对地小，并且在数十分之一至1-2秒的范围中，然而在大规模生产中在短时间加工的情况下却显著延长了机器的可能的切削时间，并且这是通过在技术上特别简单的延长一个卡钳侧腿的措施达到的。
根据本发明的刀具更换装置的其它优点和特征由下面对一个实施例的说明借助于附图得出，在附图中示意地示出带有根据本发明设计的刀具更换装置的机床。
如果在机器中通过使工作主轴或者刀具更换装置进行直线运动而实现刀具更换，并且此时把卡爪侧向地推进刀具锥柄的凹槽或者固定槽中，就直线地在卡爪侧腿中的一个侧腿上构成突出的固定销。
还有可能的是，在卡爪转动结束时卡爪接合进入到刀具锥柄的环槽中。在此情况下，在卡爪的一个侧腿上构成的突出的固定销是弧形的、优选是圆弧形的，从而使得在完全地触碰之前在一个圆弧形的运动轨道的末端处该固定销接合进入到刀具锥柄的容纳槽中。还是在这种情况下，最好提前松开集成在工作主轴中的弹簧卡具，因为通过固定销接合进入到锥体槽中而将刀具锥柄连同刀具进行了固定，直到卡爪随后的完全的接合。在这样的更换过程中，如果卡爪的至少一个侧腿过渡为弧形的固定元件(该元件分别在每个卡爪侧腿的末端的前面延伸，并且具有如前所述固定销的相同的可靠和固定功能)，就可以达到相似的可靠效果。最好把该固定元件设计为圆形段，并且固定在支架上。
通过本发明所达到的在换刀时刀具夹具的可靠效果也在这种卡爪中实现，即该卡爪的侧腿是刚性的，也就是它们不互相相对运动。在此情况下最好在固定销或固定段与卡爪的内部空间之间的过渡部分处设置一个安全固定器，该安全固定器应当具有一个突出的弹簧加载的固定构件，该固定构件使卡爪例如通过弹簧加载的偏移而达到接合进入到刀具锥柄的槽中，并且在进行了接合以后通过弹簧作用而返回到突出的安全位置中。
在一个共同的支架上具有四个成对地在直径上对置的卡爪的刀具更换装置使得可能进一步地加快刀具更换速度，由此可以把要换上的刀具固定在一个待用位置中，并且为了换出和换入刀具分别只需要90°的转动。
本发明的刀具更换装置的其它特征和优点由下面借助于附图对实施例的说明得出。附图示出
图1带有一个根据本发明的刀具更换装置的机床的示意性的透视图；图2至4所述刀具更换装置的其它方案的透视图。
在图1中示意地示出的机床涉及一种为大规模生产而设计的水平的加工中心，该加工中心具有水平的床身1，该床身作为可沿双箭头(Z座标轴)方向移动的工件台2的支架。该机床还有可以沿双箭头方向(X座标轴)移动的支柱3，该支柱3的两个的立柱4、5通过一个上部的在图中未示出的横梁相互牢固地连接。在两个立柱4、5之间的中间空间中布置一个可沿双箭头(Y座标轴)方向移动的滑架6，该滑架6具有一个前盖板7，并且支承一个水平的工作主轴9的主轴头8。
在图1中与所示的机床的基本元件横向并排地存在一个刀具更换装置10，该刀具更换装置10具有一个静止的基础11和用于一个支架13的一个支架结构12。如图所示，该支架结构12包含一个伸缩臂14，该伸缩臂14可以沿其纵轴线15的方向例如借助于压力介质缸伸出和收回。在该伸缩臂14的自由端上横向地安装有设计为平台结构的支架13，该支架13在其两个对置的侧面上分别有一个钳形的卡爪16，其中在附图中只示出了右卡爪。每个卡爪16各有两个对置的侧腿17、18，其中至少侧腿17为了嵌接而进行铰接支承，并且在标准化的刀具锥柄19的外部轴环22处嵌接时可以进行稍微的打开运动。为了可靠地固定刀具锥柄19，可以把该侧腿17锁定进其固定位置中。在图中所示的下侧腿18延长成一个突出的固定销20。该固定销20具有一个与刀具锥柄的轴环中的环槽的横截面相匹配的断面。
在上面描述为实施例的机器中，刀具更换如下地进行。在用图示的钻孔工具21进行的加工过程之后，支柱3沿X座标方向移动，并且竖直滑架6沿Y座标方向移动，从而使得工作主轴的中心轴线处于卡爪16也在其中的水平面上。在进给支柱3的水平运动结束前不久，卡爪16的延长的固定销20实现与在刀具锥柄19的外部轴环22上构成的环槽23相接合。因为该固定销20是刚性的，所以通过该接合可靠而且无倾翻地固定住刀具锥柄19，从而直接地在此后、但是在完全地接合卡爪16的两个侧腿17、18之前就可以使布置在工作主轴8内部的弹簧卡具进行松开过程。只要刀具锥柄19由钳形的卡爪16(在使上部的侧腿17的锁定脱开时)夹嵌，并且上部的侧腿17在其卡夹位置中通过锁定而进行固定，就立即使伸缩臂14进行收入运动，以便把此前由弹簧卡具松开的刀具19从主轴内部的圆锥形凹槽中拉出。然后支架13绕轴线15转动180°，从而具有新的刀具的卡爪达到以前的卡爪16的过渡位置中。新的刀具以其刀具锥柄装入到工作主轴18的凹槽中，这以相应的方式进行，其中可以在较早的时刻、也就是说在通过使支柱3移动而开始水平的拉出运动的时候通过弹簧卡具把刀具锥柄固定进其凹槽中，因为即使新的刀具也以其刀具锥柄19通过固定销20在环槽23中略微延长的接合而保持被固定住。
在图2至图4中示出的根据本发明的刀具更换装置的其它实施例是为用在图1中所示的机床而设计的。然而，根据图1至4中的刀具更换装置也可以用于其它的机床和加工中心。在下面的说明中与图1中所示的刀具更换装置相应的构件用相同的附图标记表示。在图2至图4所示的实施形式中刀具从刀具夹转移到刀具更换装置中，并且从该刀具更换装置分别通过支架13绕纵轴线15的转动进入到工作主轴中，而不是像根据图1所示的实施例一样通过工作主轴8的线性平移运动进入到工作主轴中。
图2所示的实施形式在很大的程度上相应于以上借助于图1所说明的刀具更换装置。其区别是两个卡爪26的构成，该卡爪26在径向外侧的卡爪侧腿25上具有一个延长的刚性的固定销27，该固定销在其圆弧形的内侧上承载有一个同样为圆弧形的引导板条28。该引导板条28的圆弧半径与绕旋主轴线15的飞圆(Flugkreis)相匹配，从而在支架14转动时，该引导板条18无碰撞地接合进入到刀具锥柄19的外部轴环22处的环槽中。固定销27的固定作用相应于根据图1所示的实施形式的直线形固定销20的固定作用。卡爪26与图1所示的实施形式相比另一个区别在于，两个卡爪侧腿24、25都是刚性的，也就是不可以相互相对运动，这意味着结构上的简化。为了确保被握紧的刀具锥柄19在相应的卡爪26中的位置，在此实施形式中在每个径向内侧的侧腿24处分别设有一个安全固定器29，该安全固定器29在此由一个突出的弹簧加载的辊组成，该辊在推入的过程中克服抗弹力地压回；并且一旦刀具锥柄安全地处在卡爪中时，所述辊就自动地返回其以前所示的位置中。这种安全固定器29可以通过一个电开关与程序控制机构或者机床的紧急停车机构相连接，以便在不完全接合时停机。还可以采用其它适当的元件、譬如可克服弹簧力运动的斜面来代替所示的辊作为安全固定器29。
取代图1和2所示实施形式的加长的固定销20或27，根据图3的实施形式每个卡爪包含一个弧形固定段30，该弧形固定段30构成径向内部的卡爪侧腿31的延续部分并且固定在支架13上。在此实施形式中两个卡爪侧腿17和31也是相互固定的。在每个固定段30上分别有一个引导板条31，该引导板条31在接合到刀具锥柄19的外部轴环22的环槽23中的进程中实现接合，并且以与加长的固定销20、27类似的方式在由卡爪17完全地接合刀具锥柄19之前完成引导和固定的功能。
图4所示的刀具更换装置与图3所示的实施形式的区别仅在于设有总共四个卡爪，它们成对地在直径上对置，就是说相互成直角错开地固定在支架13上。如图所示，四个卡爪17的结构性的设计相应于前面根据图3所说明的实施形式的设计。
上述的刀具更换装置可以用在不同类型的机床上，其中可以有结构上和功能上的变更以适合于各种机器。此外，以上说明的刀具更换装置实施形式的各种特征可以用在其它的刀具更换装置上，换言之，所说明的和所示的细节可以有其它的组合，例如可以在图4所示的实施形式的两个或者全部四个卡爪中设置固定销27。
本发明不限于所示出的和所说明的实施形式。更确切地说，根据本发明构成的刀具更换装置可以用于不同类型的机床，其中可以实现极短的换刀时间。例如其中对于刀具更换所需要的运动由刀具更换装置来完成的机床也属于此范围。
权利要求
1.用于一台机床的刀具更换装置，该装置包括-至少两个钳形的卡爪(16)，其侧腿(17、18)为了接合进入到一个刀具锥柄的较宽的端部处的环槽(23)中可以相互运动并可以锁定，-一个可绕其中心轴线(15)转动的支架(13)，在该支架对置的侧面上卡爪(16)连同向外指的钳口互相轴线对称地固定，以及-用于支架(13)的一个支架结构(11、12)，该支架结构具有使支架(13)沿着平行于工作主轴的轴线的中心轴线(15)运动的传动机构，其特征在于，卡爪(16)的至少一个侧腿(18)延长成为一个突出的固定销(20)。
2.如权利要求1所述的刀具更换装置，其特征在于，为了侧面接合刀具卡爪(16)，工作主轴(9)可以沿水平方向横向于主轴纵轴线运动。
3.如权利要求1所述的刀具更换装置，其特征在于，突出的固定销(27)至少在其径向内部的部位上是弧形的，并且具有一个弧形的固定和引导板条(28)。
4.如权利要求1所述的刀具更换装置，其特征在于，卡爪(33)的侧腿(32)过渡为一个弧形的固定段(30)，该固定段在其弧形面上承载一个引导板条(31)。
5.如权利要求4所述的刀具更换装置，其特征在于，卡爪(33)的固定段(30)固定在共同的支架(13)上。
6.如以上权利要求中任一项所述的刀具更换装置，其特征在于，卡爪(33)的两个侧腿(17、32)是刚性的，并且在至少一个侧腿(32)处设置一个安全固定器(29)。
7.如权利要求6所述的刀具更换装置，其特征在于，安全固定器(29)包含突出的弹簧加载的固定构件。
8.如以上权利要求中任一项所述的刀具更换装置，其特征在于，在一个共同的支架(13)上成对地在直径上对置地布置四个卡爪(33)。
全文摘要
本发明的主题是一种用于机床的刀具更换装置，该刀具更换装置包括至少两个钳形的刀具卡爪(16)，其侧腿(17、18)用于接合进入到一个刀具锥柄的较宽的端部处的环槽(23)中。卡爪(16)在一个可绕其中心轴线(15)转动的支架(13)处连同向外指的钳口互相轴线对称地固定。支架(13)固定在一个支架结构(11、12)处，该支架结构具有一个使支架运动的传动机构。为了较早地把刀具锥柄从工作主轴中的弹簧卡具松开，并且从而能够较快速度地进行刀具更换，把卡爪(16)的至少一个侧腿(18)延长成一个突出的固定销(20)。
文档编号B23Q3/157GK1585686SQ02822330
公开日2005年2月23日 申请日期2002年9月10日 优先权日2001年9月10日
发明者K·凯斯勒 申请人:德克尔·马霍盖雷茨里德有限责任公司