专利名称：具有至少一个工作主轴的机床的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有至少两个分别携带和驱动一可更换的加工刀具的工作主轴以及至少一个可绕一旋转轴旋转的盘形刀库的机床，该刀库具有用来夹住加工刀具的刀夹，其中在盘形刀库和工作主轴之间可以相对运动，以使加工刀具装在加工主轴上或从主轴中拔出。
背景技术：
很早就知道所谓的多轴机床。其中在一台机床上保持至少两个工作主轴。这类机床常常用于工件的切削加工。这种机床的优点是，它具有高的切削效率。
对于加工刀具在工作主轴上的插入或拔出用到称作“拾取技术(Pick-Up-Technik)的方法。对于换刀过程众所周知，刀库保持不动，而工作主轴向刀库运动。为此对于刀具的插入或拔出需要在盘形刀库和工作主轴之间的相对运动，它例如由工作主轴的运动引出。
上述类型的机床例如做成带两个盘状刀库的双主轴机床。这里提供这样的机床，即其中在机座上设置两个分别带一工作主轴的主轴箱，它们可相互独立地沿垂直和水平方向移动，在机座顶面上有一刀库，它由两个相互独立、紧靠在一起并排设置的盘形或蝶形刀库组成。为了夹住刀该盘形或蝶形刀库具有夹钳形刀夹。
由现有技术已知另一种用来加工工件的装置。此装置具有一机座，在它上面可沿至少一个方向调整地支承至少一个带一工作主轴的主轴头。此装置还具有至少一个换刀库，可以从刀库中取出刀具，并将刀具放入刀库内。
由现有技术已知一种机床，在带有尤其是可在三个轴线方向移动的用来安装刀具的单主轴或多主轴单元以及一个刀库的这种机床上，刀库和单主轴或多主轴单元为了换刀至少有时可同时相互相对运动。
为了尽可能有效地使用机床已知存在一种刀库，它装有备用刀具，以便例如在刀具磨损时尽可能不中断加工。但是当然该刀库也用来提供许多用于工作主轴不同加工的不同加工刀具。
因此这种类型的机床必须设计成这样，即提供尽可能多数量的加工刀具。
发明内容
本发明的目的是，提供一种开头所述的机床，它在其刀库内具有尽可能高的刀具密度。
这个目的通过如下所述的机床实现，其中设想，刀夹的轴线径向设置在相应的盘形刀库上，或者刀夹轴线与在盘形刀库的旋转轴线和装在刀夹内的加工刀具的刀具轴线之间的连线夹一锐角α。
刀夹由一与加工刀具的柄部共同作用的套构成。此外设有相应地设计的固定装置，它确保，加工刀具可靠地固定在刀夹内，不会无意掉出。这里刀夹不一定非有两个相互共同作用的夹爪不可，刀夹的概念而是可理解成上位概念，它表示将加工刀具安装和固定在这一类型机床的盘形刀库内的任何可能性。
刀夹具有一定的纵向尺寸。这个纵向尺寸常常也是刀夹的对称轴线。因此这个纵向尺寸的主方向被看作刀夹轴线，在本发明的一种特殊方案中，它和刀夹的对称轴线重合。但是刀夹轴线也可以这样确定，即刀具轴线，也就是说加工刀具的旋转轴线和刀夹的重心，是刀夹轴线的一部分。
刀夹设计成这样的细长形，使它向内、背离加工刀具相应地变小，从而使加工刀具在盘形刀库圆周上的布置尽可能高密度地进行，因为提供大量的刀夹当然也可以在盘形刀库上储存大量的加工刀具。
刀夹轴线与在盘形刀库旋转轴线和装在刀夹内的加工刀具的刀具轴线之间的连线夹一锐角，这种布局同样也是有利的。向相应切线方向一定程度的倾斜(相对于旋转轴线)略微减少在盘形刀库上刀具的储存能力，但是在刀具装入主轴或从主轴上取下方面提供一定的优点。特点是如果主轴相互布置紧密的话，用这种布局也可以同时更换多个主轴上的刀具。
这里本发明允许推荐不同的结构。首先本发明的机床可以为至少两个工作主轴设置两个(或更多)盘形刀库，其中适宜于将工作主轴分成相应数量的工作主轴组，其中这些组的数量相当于盘形刀库的数量。
这里每一组工作主轴的数量是相同还是不同，在本发明的意义上是无关紧要的，这里两种方案都可以。
与由现有技术已知的方案相比本发明提供这样的优点，即通过在刀库内特殊方式方法的布局，特别是通过在特殊设计和特殊设置的刀库内的储存明显地便于换刀。这时在短得多的时间内进行换刀并提供这样的优点，即真正不易产生故障。在由现有技术已知的方案中刀套要不仅仅设计成夹钳形，要不具有这样的夹钳，即它们不便于换刀，或者本身具有这样的结构，即只有在一定的位置才能换刀。这种方法非常复杂并常常导致故障。此外由于这种方法造成的时间损失也不是可以忽略不计的。本发明通过将刀夹轴线径向设置在相应的盘形刀库上，或者刀夹轴线与在盘形刀库旋转轴线和装在刀夹内的加工刀具的刀具轴线的连线夹一锐角，排除了上述缺点。由现有技术已知的方案的特征是刀夹或刀套角度不合理的布局。
按照本发明可能的其他结构方案是这样的结构，即其中设有一用于许多主轴或主轴组或者用于机床全部工作主轴的盘。按本发明的目的由此按各种方式得以实现。这里本发明达到，提供大量的加工刀具，而不使机床加大其安装面积。
如果在本发明的一种方案中设想，盘形刀库设置在工作主轴上方，则这种效果还会扩大。通常没有利用机床上方的空间，但是厂房面积对于机床数量起很大的限制作用，特别是它们需要联线的话。因此盘形刀库设置在工作主轴上方是有利的，在必要时移到工作主轴处。
但是如上所述，本发明的目的也可以通过只配备一个工作主轴以及一个刀库的机床实现，工作主轴携带和驱动可更换的加工刀具，刀库具有用来安装加工刀具的刀夹，在这种可供选择的机床上在刀库和工作主轴之间也可以作相对运动，以便将加工刀具装入工作主轴或从主轴上拆下。为了实现本发明的目的，这里建议，将刀库分成至少两个分刀库。最终重要的是，在尽可能减小刀库面积或尺寸的情况下优化可供使用的圆周。因此将刀库分成两个分刀库比整个面积在一个刀库内实现更有利。这造成小得多的分单元，它们容易操作，并可更经济地制造。此建议显著优化可供使用的刀夹数。
这里在一种方案中建议，将分刀库设计成可绕一旋转轴旋转的盘形刀库。按照这种方案这里建议，以同样的方法将盘形刀库用作在本发明这一部分意义上的分刀库。
这里仅仅一个工作主轴可以设计得可这样地运动，以便可以分别达到相互离开一定距离安装的分刀库。这里在本发明的意义上分刀库既可以设计成盘形刀库，也可以设计成链式刀库等等。这里例如再次充分利用在相应机床厂本来就可供使用的在换刀时的大的行程，以便能够到达离得远的分刀库。
作为另一种选择，分刀库当然也可以是可移动的并可移到工作主轴处，以便进行换刀。
分刀库设置在工作主轴上方是有利的。但是它也可以设置在工作主轴侧面旁边或下面。本发明在这方面没有限制。此处对于本发明的这一部分所有其他的引用和所有其他可能的特征组合都具有有效性；特别是刀夹可以径向或成一定角度设置在做成盘形刀库的分刀库上。
在本发明一种优选的方案中设想，机床具有两个盘形刀库，它们至少在换刀位置相互离得很近。
这里进行换刀的位置，亦即盘形刀库位于相应的工作主轴旁，以便更换刀具的位置，理解为换刀位置。
至少在换刀期间盘形刀库相互近距离布置，这允许用两个盘形刀库在两个也相互靠得很近的工作主轴或工作主轴组上同时更换刀具。由此提高了效率，因为对于所有工作主轴同时进行换刀过程。
这方面本发明的这种方案还允许多种结构。首先两个盘形刀库可以基本上平行地移动，从而本身在整个时间内，和在换刀期间一样，相互距离比较近地设置。通过这种结构例如可以，对于盘形刀库设置一共同的驱动装置。
在另一种方案中盘形刀库可以保持在加工空间之外的相互离得较远的等待位置上，只有为了换刀才移到所述换刀位置上。这种方案允许在等待位置经济合理地进行刀具更换，因为例如盘形刀库相应地向外移，在那里操作人员可以很好地接近刀库。
在本发明的一种优选方案中设想，两个盘形刀库的两个旋转轴平行布置，和/或两个盘形刀库位于一个平面内，通过这种结构使结构简化，因为工作主轴在空间内也同样地支承并常常同样地运动。由此相应地简化本发明的整个机床的控制。通过这种布局还达到，刀具轴线与(主轴)轴线平行，因此可以方便地插入或拔出刀具。同样如果两个盘形刀库位于一个平面内也是有利的。尤其是如果工作主轴设计和安装得一样，那么由此建立一种简单的几何关系，特别是便于共同换刀，这促使相应地节省时间。
这里本发明不排除不存在上述几何关系的方案。当然旋转轴相互不平行或盘形刀库相互倾斜或设置在平行平面内的布局都属于本发明。
这里有利的是，本发明设想，第一个盘形刀库配设于第一工作主轴或第一组工作主轴，第二个盘形刀库配设于第二工作主轴或第二组工作主轴。这种布局当然在两个以上盘形刀库时也可以毫无问题地实现。然后这些分系统可以相互匹配，并在某些情况下同样留有备份。
如果为盘形刀库设置一导轨，盘形刀库可沿此导轨直线运动，并可移动到工作主轴旁的换刀位置，那么是有利的。对于导轨的结构可以有不同的方案。这样的布局特别地提供这样的优点，即盘形刀库可移动到加工区以外的等待位置，并不受干扰地停放在那里。当然作为另一种选择也可以不移动盘形刀库，而是使工作主轴向盘形刀库运动。这种运动学方面的不同方案也属于本发明。这里还设想，直线运动还用来实现用于加工刀具插入或拔出的相对运动。特别是将不同的运动轴分成不同的元件节省了费用，因为元件的正交运动，例如用于工作主轴的十字工作台，相当昂贵。
这里在结构方面设想，一滑板在导轨上移动，而盘形刀库装在滑板上。此外在本发明的另一种结构中可以使多个盘形刀库可在一共同的导轨上同样地运动。例如设置一滑板箱，它可以在导轨上移动，并且滑板箱携带两个或多个盘形刀库。例如如果两个盘形刀库为了装/拔刀过程同时趋近，便可以采用这种布局。这种驱动费用减半。
除了盘形刀库的这种关联运动外，按照本发明在另一种方案中设想，多个盘形刀库可相互独立地运动。为此便相应地设置自己的驱劝装置、导轨或导向元件以及滑板。这里还应该指出，不管工作主轴相同地还是独立地运动同样都属于本发明。
此外按照本发明除设置多个盘形刀库的一条平行导轨外，多个盘形刀库中的每一个都具有一自身的导轨，并且各自的运动方向相互夹一角度，特别是一钝角或锐角，例如如图6或图8中所示。这种结构使得，对于换刀过程盘形刀库可以相互移近并可以操作相互靠得很近的工作主轴，但是对于等待位置相互可以离得较远，因此使操作人员容易接近，以便例如进行刀具维护。但是这种不同导轨的倾斜布置对于刀具插入和拔出本身也是有利的，如后面还要说明的那样，特别是如果主轴之间的距离相对于盘形刀库的直径较小的话。即使盘形刀库径向相对，亦即相互夹180°角沿垂直、水平或倾斜方向分布的方案也属于本发明的范畴。
在本发明的一种优选方案中设想，盘形刀库设计成环形，并具有一旋转驱动装置。这时旋转驱动装置装在环的孔内是有利的，这样便实现一种尽可能平衡的驱动。此外也可以将盘形刀库做成实际上碟形的连贯的盘，并且驱动装置安装在形成旋转轴的轴上。
按照本发明用于每个盘形刀库的旋转驱动装置可以设计成单独的，由此多个盘形刀库可以分别相互独立地定位。作为另一种选择也可以，将这些旋转驱动装置按意义联接，以便由此优化旋转驱动。
在本发明的一种方案中设想，盘形刀库设计成多角形。显然按照本发明的这种方案，在盘形刀库的表述方面不一定要规定成圆形结构，而是这个盘完全可以设计成多角形，这种结构提供制造方面的优点。按照本发明的一个大的优点是，刀夹同心地围绕旋转轴设置在一个圆上。通过这种布局达到在盘形刀库上高的刀具密度。各个刀夹位置节省地并排设置，并且在盘形刀库相同地定位时所有刀夹理想地分别位于相同的位置上，如果要插入加工刀具的话。
在本发明的一种优选方案中设想，在换刀位置工作主轴的轴线和旋转轴线构成一条平行于直线运动的直线。在本发明的这种优选情况下盘形刀库的直线运动用来或者使加工刀具从刀夹中取出或者装入刀夹，特别是如果盘形刀库的导轨是倾斜的，例如如图6中所示，那么这种结构特别合适。这里采取这样的布局，即一尽管采用比较大的盘形刀库-仍然可以直接充分利用盘形刀库的运动，以取出加工刀具或放入。
此外作为另一种方案设想，在换刀位置工作主轴轴线和旋转轴的连线与直线运动(方向)构成一锐角。在这种不同于上述情况的建议时甚至还可以，将刀具直接从刀夹中取出或放入刀夹内。通过刀夹与此相匹配的结构更有利于此。例如在图8中表示了一种这样的结构，其中如果应该通过一个盘形刀库给两个主轴同时装刀或卸刀，那么特别可以考虑这种方案。
在本发明的另一种方案中建议，相对运动由至少两个运动，例如盘形刀库和/或工作主轴的运动叠加合成。按照本发明不仅设想，用于插入和拔出加工刀具的相对运动仅仅由例如盘形刀库或工作主轴的一个运动引出，而且按照本发明利用两个运动的叠加和由此造成的二者择一的运动。也就是说这里通过这两个运动合适的叠加达到一个合运动，它位于这两个单独运动的正交区内。通过选择单个运动各自的速度可以调整合运动的方位。这里在本发明的意义上甚至可以在同一个元件，例如盘形刀库上，叠加不同的运动。
在本发明的另一种方案中在上述建议的特殊结构方面设想，相对运动由盘形刀库的直线运动和工作主轴的直线运动的叠加合成。当然在这种结构时需要工作主轴相应地运动的可能性；这种运动可能性应该例如平行于盘形刀库所在的平面。
但是如果可以放弃用于主轴的单独的运动或定位驱动装置，例如如在工件运动的结构中可以的那样，那么本发明另一种方案建议，相对运动由盘形刀库的直线运动和盘形刀库绕其旋转轴的旋转的叠加合成。这样再一次令人惊讶地有利利用本来已经提供和必要的驱动装置。因此再一次利用了唯独和仅仅用相当小的编程费用相互联接的、对于盘形刀库的趋近反正需要的直线运动，以及用于带有所希望的加工刀具的所希望的刀夹的选择和定位的旋转驱动装置。
按照本发明另一种方案设想，多个工作主轴合并成一个工作主轴组，并且在某些情况下支承在一共同的主轴箱内。特别是设想，工作主轴分成两个主轴组，第一组和第二组工作主轴，这些工作主轴组既可相互独立、相互关联也可相互同样地运动。这里按照本发明可以使得对于两个或所有工作主轴组采用一中央驱动装置，由此便造成这两个组各自相互关联的运动。当然这时它可以分别沿不同的方向进行，例如借助于相应的传动装置。但是在这里运动也可以是同样方式的，例如不同的工作主轴组设置在一共同的主轴箱上，并且这个主轴箱共同地集中驱动。当然作为另一种选择也可以是，两个工作主轴组分别具有自身的独立的驱动装置，工作主轴可通过它分别相互独立地以任意的方式控制、运动和定位。
在所有上述方案中当然很清楚，将工作主轴或主轴箱设计成滑板式并可在一导轨上运动。当然这种原则上的运动可能性也允许例如用于加工或在加工期间的工作主轴的定位。
按照本发明还建议，一个盘形刀库给一个、两个或多个工作主轴供给加工刀具。因此按照本发明设想，一个盘形刀库也可以给一组工作主轴供给刀具。由于本发明的功效，亦即可以维持高密度的加工刀具，现在用本发明可以使较大数量的工作主轴只带一个盘形刀库，例如一个盘形刀库用于一组两个、三个或更多的工作主轴。然后例如可在一台按本发明的机床中对称地双重设置这种单元。按本发明的这种机床显著提高了柔性和效率，其中这里达到，在本发明中否则相互矛盾的性能效率和柔性的良好的相互结合，本发明用大量可不同地采用的加工刀具达到高的切削效率。这里刀夹设置在盘形刀库的两个或多个圆周上证明是有利的，通过这种通常是同心圆(绕旋转轴同心)的灵巧的布局进一步提高了刀具或刀夹的装储密度。
在本发明另一种方案中有利地建议，一个圆周上的刀夹配设于一个特定的工作主轴。当然工作主轴也可以这样地设置在相应的主轴组或主轴箱内，使它们为了换刀过程分别设置在同一圆周线上。但是因为通过刀夹的多行布局可以提高可供使用的加工刀具的数量，相应地选择工作主轴的布局是有利的，由此便可以例如相互并排地水平布置工作主轴。但是本发明也允许用于此的任何其他方案。
这里特别是还设想，盘形刀库在位于内部和/或位于外部的刀夹区域内具有一开口，当刀具装入或从盘形刀库取出时，加工刀具可以穿过此开口。这里该开口选择得大于刀夹的刀套，并且这时加工刀具基本上平行于旋转轴线主轴轴线运动，但是这可以例如通过反正存在的刀具主轴沿Z方向的套筒驱动装置或用于盘形刀库的单独的Z轴方便地在机床控制装置的范围内实现。
当然刀夹在盘形刀库圆周上的布局应这样选择，使得保证加工刀具能通畅地接近刀夹，在某些情况下在盘形刀库上设置相应的凹坑或缺口或者孔。
本发明另一个重要的优点特别在于，用相对运动可以同时更换两个或多个工作主轴的加工刀具。按照本发明设想，至少一个盘形刀库同时更换多个工作主轴上的加工刀具。除了高的加工刀具密度、高的可变性以外，由于加工刀具大的数量，通过同时换刀对于换刀只花费少的时间。
有利地设想，相对运动定位在相对于相应的工作主轴处于换刀位置的刀夹的刀夹轴线之间的空间内。这里如上所述，加工刀具取出或装入刀夹沿一条与直线运动构成一锐角的直线进行，但是各自的偏差对于所参与的、通常是相邻的刀夹是相同的。这里采用(沿)相应刀夹轴线的夹角的角平分线进行相对运动是有利的。
在按本发明的另一种方案中设想，机床只具有一个盘形刀库，它给至少两个工作主轴供给加工刀具。例如在图1和图3中表示这种结构。这里刀夹轴线与在盘形刀库的旋转轴线和装在刀夹内的加工刀具的刀具轴线之间的连线构成一锐角。这个锐角并没有妨碍，因为特别是刀夹在其后部区域也做得足够可靠，因此相互不干扰。按照本发明即使在角度α相当小时也可以提供很高数量的加工刀具。
在本发明的另一种方案中发现，刀夹所在圆周的直径大于主轴轴线之间的距离。这个尺寸比最好大于5。这就是说，直径大于主轴轴线间距的5倍，亦即按照本发明推荐比较大的盘形刀库，它由于其巨大的圆周附加地用来容纳大量的加工刀具。这种尺寸比的有利区间为6至12。如果采用主轴间距约为9至10倍的直径，那么便达到非常好的位置利用，因为这样便能最佳地利用机床的整个宽度。除了这里能够设置的加工刀具数量大以外，各个刀夹相对于旋转轴线和刀具轴线的连线的倾斜也较小。这里例如参照图1。
在本发明另一种优选的结构中建议，装在相应刀夹内并适合于同时换入工作主轴内的两个加工刀具的刀具轴线的连线与相应刀夹的刀夹轴线成直角。由此可以理想地通过盘形刀库的直线运动为多个刀夹进行卸刀和装刀过程。由此也得到安装加工刀具的多种可能性。例如它们可以按以下顺序安装ababcdcdefef，其中各个相同字母的加工刀库涉及不同的主轴，这些刀具装在盘形刀库上并可以分别同时换入或换出。这里上述结构允许，两个主轴相互比较近地以一小的间距设置(见图1)。
作为另一种选择也可以像abcdefgh abcdefgh这样布置，这里各属于同一刀具对之间的平均距离大得多。由此也造成两个主轴轴线之间较大的距离。这里应该补充地参照图3。
按照本发明这样选择布局，即这样地选择主轴轴线的间距，即在盘形刀库上在各供给一次换刀过程的刀夹之间设置一个或多个其他刀夹。由此相对于存在的工作主轴最佳地使用在盘形刀库上可供使用的位置。
在本发明另一种方案中设想，机床具有两个盘形刀库，第一盘形刀库用于第一组的几个工作主轴，第二盘形刀库用于第二组的几个工作主轴，并且盘形刀库的刀夹设置在不同的圆周上，并且刀夹轴线与在盘形刀库的回转轴线和装在刀夹中的加工刀具的刀具轴线之间的连线夹一锐角。例如在图4中表示了按本发明的这种方案。这个建议实现了刀夹在盘形刀库上两个或多个圆周上的布局。由此原则上可以安装较多数量的刀具。参考这种特征的特殊优点。此外在这种结构时还得到，安装在相应刀夹内并适合于同时装入(两个)工作主轴内的两把加工刀具的刀夹的连线与相应刀夹的轴线成直角。这种结构允许非常方便地换刀，因为相对运动可以由盘形刀库的直线运动导出。
由图可以很好看到，两个主轴箱之间的距离小于盘形刀库相应的旋转轴线之间的距离。刀夹轴线略微倾斜的布局允许，在两个盘形刀库的一个直线运动中更换总共四个相互比较紧密定位的主轴上的刀具。在换刀过程中的时间优点是明显的。
主轴轴线平行于旋转轴线定向是有利的。由此得到比较简单的几何关系，对于按本发明的另一种方案也一样，按照这种方案，固定在刀夹中的加工刀具的刀具轴线平行于旋转轴线。
在待讨论的实施例中表示，盘形刀库安装在机座上，机座还支承工作主轴。当然也可以是其他结构，亦即主轴固定在一位于相反的、亦即对置的立柱上。在一种方案中也可以设想，盘形刀库潜在工作主轴下方一等待位置上。但是如果像在本发明的另一种方案中设想的那样，盘形刀库设置在工作主轴的上方是有利的，因为由此改善其可接近性。
在本发明的另一个方面中发现，可以通过刀夹的一种优良结构提高加工刀具的密度。
已知的刀夹设计成这样，即它们具有至少一个弯曲成半圆形的镰形装置(Anlagesichel)，它与待安装的加工刀具在其旋转对称的柄部区域内共同作用，此外刀夹具有一用来固定加工刀具的固定装置。为了实现本发明的目的，亦即为了实现在刀库或者该盘形刀库内尽可能高的装刀密度而建议，镰形装置的末端区域相对于柄部的半圆后缩。这里这个唯一可能的装刀和卸刀方向同时相当于在已知刀夹中刀夹轴线的取向。
已知镰形装置在一180°的角度区域内包围一安装缺口，加工刀具柄部区域的一半埋入此缺口内。由此造成刀夹安装和拆卸加工刀具所述的唯一的方向，亦即与其直径垂直的方向。为了也能够提供复杂工作主轴结构中的加工刀具，这种结构受到阻碍，或者已知刀夹需要旋转一大的角度。
但是现在按照本发明的这种方案镰形装置的末端区域后缩，因此得到许多不同的方向，可以将刀具装入或拆下刀夹。除了与刀夹轴线重合的固定的方向外开辟了一个完整的角度区，根据镰形装置末端区域结构的不同，刀夹可以在这个角度区内可靠地装刀或卸刀。
这里这种建议不仅提供在补偿相对运动的不同方向方面的优点。同时这种结构还允许补偿误差，因此这里不再取决于加工刀具的精确导向和定位。因此本发明的结构允许，在这方面花费少的费用，因为这种结构能够补偿加工误差，而这里不必考虑可实践性。
在本发明一种优选的结构中设想，固定装置做成固定钩，并且固定钩紧靠在刀柄上。如果加工刀具应固定在刀夹内，那么通常便采用固定装置。这里固定装置可以设计成机械作用的活门(Klappe)，在此它便具有一种固定钩的结构，但是在本发明的另一种结构中它可以设计成例如机械作用的结构或者带有锁紧销等等。
本发明一种优选方案设想，在固定钩的末端区域上设有固定凸起部，它固定地嵌入在加工刀具上设置的凹槽内。这种结构在机械方面可以很好掌握，并带来小的费用。
为了不限制在相对运动方位方面大的可变性，固定钩的末端区域相对于柄部的半圆后缩是有利的。这个建议在原则上遵循和镰形装置的结构相同的构想。这里加工刀具上的凹槽具有一相应的尺寸是有利的，以便尽管如此确保，末端区域上的固定凸起部即使在固定钩末端区域后缩的情况下仍能可靠地嵌入凹槽内。
此外如果固定钩可以绕一翻转轴翻转，特别是设计成弹簧支承的可翻转的固定钩，是有利的。这种结构在机械方面非常可靠，并且可方便地制造。
在本发明的另一种结构中设想，在镰形装置上设置一特别是削平的定向销，它和加工刀具上的定向槽共同作用。这种在定向槽内的定向销的结构用作防转结构，以便确保加工刀具正确地定向，特别是关于一种点对称或镜像对称，由刀夹固定。
定向销的削平考虑了相对运动的可能方向的大的范围，并且对此没有妨碍。
如果镰形装置或固定钩覆盖一40°至170°，尤其是120°至160°，特别是135°至145°的角度区，是有利的。根据加工刀具贴合在镰形装置上的角度区是设计成怎样的不同，最终确定，加工刀具可以在这个其内装入或卸下刀夹的角度区域。这里力求一种对称的结构是有利的，由此使相应末端区的后缩均匀分布，并且每一侧可以在5°至70°之间。在角度为约10°至30°，特别是约20°时达到良好的结果，因为这里在一侧可以实现良好的固定可能性，而在另一侧提供对于刀夹装刀和卸刀方向很大的可变性。如上所述，在一种方案中固定钩还具有一种有意义的结构，其中它不必非要遵循镰形装置的结构不可，而是可以可选择地看待。特别是可翻转的固定钩可以设计成这样，使它不同于镰形装置的结构，但是它没有妨碍，因为在装刀和卸刀过程中固定钩可以转开。
对于固定钩末端区域的结构可以设想不同的方案。例如末端区域可以突然终止，但是也可以像在本发明另一种方案中所实现的那样，与装在刀夹内的加工刀具的刀具轴线相切地延伸。在这种结构时这条在一定区域内伸展的切线有助于加工刀具插入或从刀夹拔出。
在这种情况下当然此切线可一直伸展到超过半圆周，这也属于本发明。但是因为如果刀具被刀夹固定的话，这个切向延伸区不再和刀柄会合，这种方案和镰形装置的贴紧区后缩的结构效果相同，因此不再提供贴紧的可能性。
在附图中示意表示本发明，附图表示图1至8本发明机床不同方案的各个正视图，图9按本发明的刀夹的俯视图。
具体实施例方式
图1中表示本发明机床1的第一种方案。机床1由一床身10构成，立柱11在床身上向上延伸。工作主轴2安装在床身10上。在这里所示的实施例中示出两个工作主轴，第一主轴21和第二主轴22。两个主轴21、22装在一个主轴箱23内，并可通过滑板24在导轨25上沿X方向移动。
用20表示工作主轴2的主轴轴线。
在这里所示的实施例中设置一个盘形刀库3，它安装在工作主轴2上方。
盘形刀库3设计成可沿所示的Y轴、这里是垂直方向移动，是有利的。从而可以节省在工作主轴上的相当复杂的十字滑板导轨。为了实现盘形刀库的Y运动，设置一导轨，盘形刀库3可以在该导轨上相应地运动和定位。由此得到，盘形刀库3设置在工作主轴2上方，并且用于加工刀具5装上和卸下的相对运动由这个直线运动引出。
在盘形刀库上安装大量在这里成对分组的刀夹4。这些刀夹4基本上沿径向朝向刀库3的旋转轴线30布置。刀夹4的轴线40具有一定的倾角α。这个倾角α一方面在刀夹轴线40之间延伸，另一方面一直延伸到在盘形刀库3的旋转轴线30和装在刀夹4内的加工刀具的刀具轴线之间的连线。
可以分别清楚地看到大量刀夹，它们用来装换刀。这里采取这样的布局，即装在相应刀夹4′和4″内的两把加工刀具的刀具轴线的连线33与相应刀夹4′、4″的相应刀夹轴线成直角。在这种布局的情况下，刀夹轴线40平行于盘形刀库的运动方向Y，还可以清楚看到，在参与的刀夹4′、4″内的刀具轴线的间距正好相当于主轴轴线20、20′的间距。
在本发明一种优选的结构中设想，刀夹轴线和旋转轴线30-刀具轴线50-的连线之间的夹角α是锐角，特别是介于0.1°至35°的区间内，尤其是在5°至35°的区间内。例如图1、图3、图4表示不同的方案，如何实现此锐角。但是在任何情况下在盘形刀库3上可以安装大量的刀夹。
图2中表示一带有径向设置的刀夹4的盘形刀库3，它例如用在图5中，也可以用在一种非常简单的机床上，亦即作为仅仅一个主轴的刀库。这里此刀库仅仅由此一个盘形刀库构成。
和图1中的结构不同，在图3中倾角α较大而且各不相同。这最终是由于这样的原因造成的，即在图3中所示的本发明的方案用一个盘形刀库给两个具有较大间距的主轴2、2′供刀。
两个主轴2、2′又可以在一共同的滑板24上移动。但是因为两个主轴2、2′之间的距离大得多，在平行布置的刀夹4′、4″之间可以设置较大数量的其他加工刀具。最后盘形刀库刀3像现在在图3中所示的那样定位，亦即相应地选择的刀具对精确地定位于相应主轴的上方，以便在盘形刀库3沿Y方向下降后通过相对运动装刀或取刀。
因为按照不同图形中所示的方案的不同刀具的结构基本上都是一样的，下面对于各个相同的构件不再重复，而着重于主要的区别。
图4中表示本发明的另一种方案。在这里所示的实施例中设置两套双主轴。机床的结构基本上是对称的，总共四个主轴(也称为四主轴机床)合并成各两个工作主轴2的两个主轴组。
四个主轴或者说各带两个工作主轴的两个主轴组位于一共同的滑板24上，并同样可以沿X方向运动。
在这种结构中设想，设置两个盘形刀库3，左刀库用35、右刀库用图形标记36表示。其中左主轴组与盘形刀库35、右主轴组与盘形刀库36相配。
两个盘形刀库35、36可借助于一条或两条导轨垂直移动。由此使盘形刀库35、36向工作主轴2开动。其中在一次换刀过程中总共可以换入及换出最多4把刀具。
为了实现这一点，各共同作用的刀夹对4、4′，类似于按图3的方案，相互平行布置。
因为同时给两个主轴2供刀，最终刀夹4、4位于两个不同的圆周37、38上。其中圆周37、38绕旋转轴30同心设置。其中布局这样选择，即外圆周37维持用于主轴2a的刀夹4，此主轴离旋转轴线30具有比位于旁边的主轴2b大的距离。主轴2b由内圆周38上的刀夹供刀。这种布局原则上当然也可以扩展到每个主轴组不是设置两个而是三个、四个或更多主轴的布局。
如果说在图1至4中相对运动R与相应盘形刀库的直线运动Y平行，那么在按图5的方案中关系则不同。
在按图5中所示的例子中设有两个盘形刀库3，其中它们表示在两个不同的位置，这里位于等待位置的布局用3′表示，盘形刀库在下面的换刀位置时的位置用3表示。为了使盘形刀库3定位，盘形刀库3分别位于一导轨32上。盘形刀库可共同或相互独立地定位，在这里所示的例子中一个盘形刀库3分别只配设一个工作主轴2。因此这里所有必要的刀具或刀夹位于一个同心圆上。
与例如按图2的结构相反，旋转轴线30、刀具轴线40和主轴轴线20形成一垂直分布并平行于盘形刀库的直线运动的直线，这里这两个方位之间有一个角度。
换言之，相对运动R不平行于直线运动Y，先前在按图1至4的方案中借助于此直线运动导出相对运动R。
这通过这样的方法实现，即工作主轴2不再定位在旋转轴线30下方，而是分别朝向机床内部。
但是现在在本发明的一种方案中建议，相对运动由至少两个运动，例如盘形刀库3和工作主轴2的运动的叠加合成，在这里所示的实施例中主轴2分别装在自身的滑板24、24′上，并可在导轨25上沿X方向运动。盘形刀库3的直线运动Y与此垂直分布。在这两个运动合适地叠加时合成一所示的相对运动R。亦即刀夹轴线40同样平行于这个相对运动R，尽管不再提供平行于相对运动R的运动分量。由此可以用简单的方法和特别是在双重利用已经存在的元件的情况下使工作主轴2近距离设置，而尽管为此在相应盘形刀库内仍可提供大量刀具5。
和图5类似，图6也表示这样的布局，即两个盘形刀库3(同样用两个位置表示)只给两个主轴2供刀。但是这里直线运动Y重新平行于相对运动R。但是由此造成导轨的V形结构或者左右盘形刀库3的相应直线运动Y和Y′。它们夹一锐角β。不需要运动的叠加，因此主轴2同样安装在一共同的滑板24上。
在本发明一种优良的结构中设想，工作主轴2设置在机床的加工区内，并设置一刀库门6，它可以开启，以进行换刀，以便使盘形刀库可以进入工作主轴2的区域。为此在图5和图6中表示了两种方案。图5中表示，刀库门6悬挂地，特别是可移动地设置在机床立柱11上。导轨60用于刀库门的移动。而图6中表示另一种方案，其中刀库门设计成龙门式地支承在机床工作台10上，此外在某些情况下在机床工作台10上设有导轨61。在图5中刀库门6的结构是沟槽形的，在图6中是跨接主轴的龙门形。
为了使刀库门6不设计得太大，从而太不便于操作，在本发明的另一种方案中设想，刀库门6伸缩式地由许多门元件组成，但是它们同样做得可悬挂地或支承地运动。
在图7中所示状态与在图5中已经介绍过的本发明的方案类似。为了避免重复这里也只强调其区别。与按图5的方案不同这里设置各两个主轴的两个主轴组，这些主轴组分别通过一个盘形刀库3供刀。
在两个盘形刀库的中间设一中心直线驱动装置，它使得可以沿Y方向(这里是垂直方向)作直线运动。对于每个主轴组同样设一自己的滑板24、24′。
现在得到，径向朝旋转轴30取向的刀夹轴线40在图7中所示的实施形式中不再平行于相对运动R。而是相对运动R这样地取向，即它例如作为角平分线分布在两个刀夹轴线40、40′之间，最终在一组主轴的主轴2上成一定的偏差角同时将刀具装入或取出刀夹4，并必须采取预防措施，以便补偿这个偏差角，亦即相对运动R的方位相对于刀夹40、40′的偏差。刀夹5上的一种特殊结构用于这种补偿，它特别是在图9中加以讨论。
为了由相互垂直布置的直线运动Y和主轴运动X同样实现相对它们倾斜分布的相对运动R，相对运动由两个运动分量以合适的方式叠加产生。尽管如此仍然保留的偏差角由于以角平分线作为相对运动方向而是很小并且相等的。
在按本发明的另一种方案中建议，相对运动R通过直线运动Y和盘形刀库3的旋转运动的叠加实施，以达到其旋转轴30。由此形成，相对于关键点，亦即相关的刀夹40，40′，一与直线运动Y正交的运动分量，它可以以合适的方式这样组合，使得形成倾斜分布的相对运动R。可以清楚看到，通过这种布局既可以使单个主轴也可以使主轴组在其独立的滑板24，24′上保持比较窄的距离。以合适的方法充分利用两个盘形刀库3之间的中间空间。最终这造成本发明机床较小的结构宽度。
如果图7和图5的结构非常相似，那么图6和8的结构也比较相似。在图8中两个盘形刀库的直线运动Y、Y′同样相互V形布置。它们在相应的盘形刀库下方相互夹一角度β。在工作主轴2的轴线20的连线和旋转轴线30之间同样形成一偏差角σ。这个偏差角通过刀夹的优良结构补偿。和图6中一样，在图8中相对运动R也由直线运动Y引出。
在图9中表示同样属于本发明固有的刀夹。刀夹4具有一弯曲的镰形装置41，它与所要安装的加工刀具5在其旋转对称的柄部区域52共同作用。此外刀夹4具有一固定装置，它确保加工刀具不从刀夹中掉出。在这里所示的实施例中固定装置设计成固定钩43。在所选择的视图中镰形装置41被固定钩43遮盖。因此镰形装置41用虚线表示。
为了特别是在按图7和8的结构中毫无问题地进行装刀和卸刀，必须考虑相对运动R和刀夹轴线40之间的距离。在已知的刀夹中刀具平行于刀具轴线40装入或取出刀夹。为了补偿这个“误差”按照本发明建议，镰形装置的末端区域42相对于柄部52的半圆周后缩。这个角后缩量用图形标记46表示。在本实施例中它约为20°。
此外本发明设想，固定装置设计成固定钩43，并且固定钩43紧贴在柄部52上。
加工刀具5具有径向相对设置的凹槽51，设置在固定钩43末端区域44上的固定凸起部47固定地嵌入这些凹槽内。
固定钩43的末端区域44也相对于柄部52的半圆周后缩。其后缩量相当于像镰价装置41末端区域42一样的角后缩量46。但是此外在本发明中还设想，固定钩43的末端区域沿固定在刀夹内的加工刀具5的刀具轴线50的切向分布。在图9的视图中该切线470的方位这样地延长，直至它和刀夹轴线40相交。用45表示切线470和刀夹轴线40之间形成的偏差角。直至在这样的偏差角45之内都可以通过本发明的刀夹毫无问题地装刀和卸刀，因此这种刀夹应用在按图7和8的结构中允许补偿在那里造成的偏差角，并达到在本发明的机床上可靠、有效和快速地换刀。
固定钩43设计得可绕翻转轴49翻转。
这里所实现的偏差角区45例如约为25°，应该注意，由于结构的对称性实际偏差角区为±25°。当然根据角后缩量46的不同，这个偏差角45是可以调整的。
为了不致由于已知的定向销妨碍加工刀具5任意地插入刀夹4，定向销48被削平，从而嵌入加工刀具5上的定向槽53内。
如果说到主轴，那么它就是工作主轴。
这里的说明和后面提出的权利要求试图没有偏见地表述，以达到全面的权利保护。
如果这里在对特别是有关现有技术进一步审查时可以得到虽然对于本发明的目的有利、但是不是特别重要的一个或其他的特征，那么当然现在力求这样地表述，使它特别是在独立权利要求中不再具有这种特征。
在从属权利要求中采用的回引关系通过相应从属权利要求的特征指出独立权利要求对象的其他结构。但是这不应理解为对达到相关从属权利要求特征的独立、具体的权利保护的放弃。
至此仅仅在说明书中公布的特征可以在审查过程中作为本发明重要的含义，例如用来相对于现有技术划界，要求权利保护。
仅仅在说明书中公布的特征或权利要求中的包括许多特征的各个特征可以在任何时候归纳到第一权利要求中，以确定与现有技术划界，而且即使这些特征和其他特征一起提到，或者和其他特征一起达到特别有利的结果的话。
权利要求
1.机床，具有至少两个各携带和驱动一个可更换的加工刀具的工作主轴、以及至少一个绕一旋转轴旋转的具有用来安装加工刀具的刀夹的盘形刀库，其中在盘形刀库和工作主轴之间有一用来在工作主轴上插入或拔出加工刀具的相对运动，其特征为刀夹(4)的刀夹轴线(40)径向设置在相应的盘形刀库(3)上，或者刀夹轴线(40)与在盘形刀库(4)的旋转轴线(30)和安装在刀夹(4)内的加工刀具(5)的刀具轴线(50)之间的连线夹一锐角α。
2.机床，具有仅仅一个携带和驱动一个可更换的加工刀具的工作主轴、以及一个具有用来安装加工刀具的刀夹的刀库，其中刀库和工作主轴之间有一用来在工作主轴上插入或拔出加工刀具的相对运动，其特征为刀库分成至少两个分刀库。
3.按权利要求2的机床，其特征为分刀库设计成(可)绕一旋转轴线(30)旋转的盘形刀库(3)。
4.按上述权利要求2和3之一或两项的机床，其特征为工作主轴设计得可这样运动，以便移动到相应的分刀库，和/或使分刀库可以移动，以及，特别是为了换刀可移动到工作主轴旁，和/或分刀库设置在工作主轴上方。
5.按上述权利要求之一项或几项的机床，其特征为刀夹的刀夹轴线径向设置在相应的盘形刀库上，或者刀夹轴线与在盘形刀库的旋转轴线和安装在刀夹内的加工刀具的刀具轴线之间的连线夹一锐角α。
6.按上述权利要求之一项或几项的机床，其特征为机床具有两个盘形刀库(3)，它们至少在换刀位置相互靠近，和/或这两个盘形刀库(3)的两旋转轴线(30)平行布置，和/或这两个盘形刀库(3)位于一个平面内。
7.按上述权利要求之一项或几项的机床，其特征为第一盘形刀库(3)配设于第一工作主轴(2)或第一组工作主轴(2)，第二盘形刀库(3)配设于第二工作主轴(2)或第二组工作主轴(2)，和/或为盘形刀库(3)设置一导轨(32)，盘形刀库(3)可沿此导轨在一直线运动(y)方向上直线运动，并可移动到工作主轴(2)旁一个换刀位置，和/或多个盘形刀库(3)可在一共同的导轨(32)中以同样方式运动，和/或多个盘形刀库(3)可相互独立地运动。
8.按上述权利要求之一项或几项的机床，其特征为多个盘形刀库(3)中的每一个分别具有一自己的导轨(32)，相应的运动方向相互夹一角度β，特别是一钝角或锐角β，和/或盘形刀库(3)设计成环形并具有一旋转驱动装置，和/或盘形刀库(3)设计成多角形。
9.按上述权利要求之一项或几项的机床，其特征为刀夹(4)设置在一以旋转轴线(30)为圆心的圆周上。
10.按上述权利要求之一项或几项的机床，其特征为在换刀位置上工作主轴(2)的主轴轴线(20)和旋转轴线(30)形成一平行于直线运动的直线，和/或在换刀位置上工作主轴(2)的主轴轴线(20)和旋转轴线(30)的连线与直线运动构成一锐角σ。
11.按上述权利要求之一项或多项的机床，其特征为相对运动(R)由至少两个运动，例如盘形刀库(3)和/或工作主轴(2)的运动叠加合成，和/或相对运动(R)由盘形刀库(3)的直线运动(y)和工作主轴(2)的主轴直线运动(x)的叠加合成，和/或相对运动(R)由盘形刀库(3)的直线运动和盘形刀库(3)绕其旋转轴线(30)的旋转运动的叠加合成。
12.按上述权利要求之一项或几项的机床，其特征为在一个主轴箱内支承一个或多个工作主轴(2)，和/或第一工作主轴(2)或第一组工作主轴(2)支承在一第一主轴箱内，第二工作主轴(2)或第二组工作主轴支承一第二主轴箱内，和/或工作主轴(2)或工作主轴组特别是可借助于主轴箱沿一导轨(24)在主轴直线运动(x)方向运动和定位，和/或第一工作主轴(2)或第一组工作主轴可与第二工作主轴或第二组工作主轴独立地、相互关联地或者同样方式地运动。
13.按上述权利要求之一项或几项的机床，其特征为一个盘形刀库(3)给一个、两个或多个工作主轴供给加工刀具，和/或盘形刀库(3)上的刀夹(4)设置在两个或多个圆周(37、38)上，和/或一个圆周上的刀夹(4)配设于一个特定的工作主轴(2)。
14.按上述权利要求之一项或几项的机床，其特征为通过相对运动可以同时进行两个或多个工作主轴(2)的加工刀具(5)的更换，和/或相对运动(R)定位在相对于相应的工作主轴处在换刀位置的刀夹(4)的刀夹轴线(40)之间的空间内。
15.按上述权利要求之一项或几项的机床，其特征为工作主轴(2)设置在机床加工区内，并设有一刀库门(6)，对于换刀过程它可以打开，以便使盘形刀库(3)可以进入工作主轴(2)区域内，和/或刀库门(6)可特别是在一机床立柱(11)上可移动地悬挂式设置，和/或刀库门(6)设计成龙门式地特别是支承在机床工作台上，和/或刀库门(6)可基本上平行于旋转轴线(30)运动，以便打开或关闭，和/或刀库门(6)伸缩式地由多个门元件组成。
16.按上述权利要求之一项或多项的机床，其特征在于，该机床只具有一个盘形刀库(3)，它为至少两个工作主轴供给加工刀具，和/或在其上设置刀夹(4)的圆周的直径大于主轴轴线(2)的间距。
17.按上述权利要求之一项或几项的机床，其特征为两个安装在相应刀夹(4)内的并适合于同时装入工作主轴的刀具(5)的刀具轴线(50)的连线与相应刀夹(4)的刀夹轴线(40)垂直，和/或主轴轴线(20)的间距这样选择，使得在盘形刀库(3)上在各用于换刀过程的刀夹(4)之间设置一个或多个另外的刀夹(4)，和/或锐角α在0.1°至35°的区间内，优选在5°至35°之间。
18.按上述权利要求之一项或几项的机床，其特征为机床具有两个盘形刀库(3)，第一盘形刀库用于第一组的多个工作主轴，第二盘形刀库用于第二组的多个工作主轴，并且盘形刀库上的刀夹设置在不同的圆周上，并且刀夹轴线与在盘形刀库的旋转轴线和装在刀夹内的加工刀具的刀具轴线之间的连线夹一锐角α。
19.按上述权利要求之一项或几项的机床，其特征为主轴轴线(20)平行于旋转轴线(30)布置，和/或固定于刀夹(4)中的加工刀具(5)的刀具轴线(50)平行于旋转轴线(30)，和/或盘形刀库(3)设置在工作主轴(2)上方。
20.特别是用于按上述权利要求之一项或几项的机床上的盘形刀库的刀夹，其中刀夹具有至少一个弯曲的镰形装置，它与待要装的加工刀具在其旋转对称的柄部区域内共同作用，此外刀夹具有一用来将加工刀具固定在刀夹中的固定装置，其特征为镰形装置(41)的末端区域(42)相对于刀柄的半圆后缩。
21.按权利要求20的刀夹，其特征为固定装置设计成固定钩(43)，此固定钩(43)紧贴在刀柄(52)上，和/或在固定钩(43)的末端区域(44)上设有固定凸起部(47)，它们固定地嵌入在加工刀具(5)上设置的凹槽(51)内，和/或固定钩(43)的末端区域(44)相对于刀柄(52)的半圆后缩。
22.按上述权利要求20和21之一项或两项的刀夹，其特征为固定钩(43)设计得可绕一翻转轴(49)翻转，特别是可弹簧支承地翻转，和/或翻转轴(49)垂直于刀夹轴线(40)布置。
23.按上述权利要求20至22之一项或几项的刀夹，其特征为在镰形装置(41)上设置一特别是削平的定向销(48)，它和加工刀具(5)上的一定向槽(53)共同作用，和/或镰形装置(41)或固定钩(43)覆盖一40°至170°，尤其是120°至160°，特别是135°至145°的角度区，和/或镰形装置(41)和固定钩(43)的末端区域设计成一样，或者镰形装置或固定钩对称于刀夹轴线(40)，和/或固定钩(43)的末端区域(44)与固定在刀夹内的加工刀具(5)的刀具轴线(50)相切(470)地延伸。
24.按上述权利要求20至23之一项或几项的刀夹，其特征为加工刀具(5)可以在直至40°，特别是25°的偏差角(45)的角度区间内插入刀夹(4)或从刀夹(4)中取出。
全文摘要
本发明涉及一种具有至少一个工作主轴的机床，工作主轴分别携带和驱动一可更换的加工刀具。此外设置至少一个可绕一旋转轴线旋转的盘形刀库，它携带用来安装加工刀具的刀夹。为了装刀和卸刀规定一相对运动。在此建议，刀夹的刀夹轴线径向设置在盘形刀库上，或者刀夹轴线与它成一锐角地倾斜设置。
文档编号B23Q3/155GK1663740SQ20051005187
公开日2005年9月7日 申请日期2005年3月3日 优先权日2004年3月3日
发明者海因里希·卢茨, 安东·金勒 申请人:格鲁博-工厂布克哈特格鲁博E.K.