刀具更换器的制作方法

本发明涉及一种用于机床的刀具更换器、配备有所述刀具更换器的机床以及这种刀具更换器的应用。机床能够是一台齿轮加工机，尤其是用于滚动加工。要更换的刀具尤其能够是齿轮车削刀具。

背景技术：

1、在机床中，经常需要用另一种刀具替换一种刀具，例如以便重新研磨已磨损的刀具。这尤其适用于齿轮加工机。例如，齿轮车削刀具具有有限的使用寿命从而必须定期更换。为了减少刀具更换的耗费和时间，在现有技术中已经提出了自动的刀具更换器。

2、例如，us20170232564a1公开了一种滚齿机上的刀具更换器。在刀具更换时，呈滚铣刀形式的刀具从滚齿机的刀具头中移除并且由悬挂设备接收。悬挂设备通过水平的运输轨道运输到中间位置并且在该处围绕竖直轴线转动到提取位置中，使得能够提取滚铣刀。这种刀具更换器受构型所决定只适用于刀具转动轴线水平地伸展的机器，并且只适用于在刀具头两侧安装的刀具。该刀具更换器尤其不适合于齿轮车削刀具。所述工件更换器还占用了大量的空间。

3、us2014106950a1公开了一种具有抓取器的刀具更换器，所述抓取器安装在具有三个滑块的滑块单元上。铣削刀具竖直地悬挂在循环库中。循环库中的循环在水平平面中进行。铣削刀具能够通过刀具更换器在循环库和加工头之间往复运输。这种刀具更换器受构型所决定也只适用于在刀具头两侧安装的刀具从而不适合齿轮车削刀具。此外，这种刀具更换器还占用大量的空间。

4、us2019070682a1公开了一种刀具更换器，所述刀具更换器借助于水平的滑块在循环库和加工头之间往复运输齿轮车削刀具。循环库的循环在此在竖直平面中进行。该刀具更换器也占用相对多的空间。

5、us2020130120a1公开了一种刀具更换器，通过所述刀具更换器同样能够交换齿轮车削刀具。刀具存放在鼓形的刀具库中。刀具更换器具有双臂，所述双臂可围绕水平轴线枢转。双臂通过抓取部段抓握夹紧在刀具转轴上的加工刀具以及从刀具库中弹出的刀具并且将这两种刀具相互交换。这种刀具更换器也占用了相对多的空间。

6、w02012027770a2公开了一种刀具库，其中多个弯曲刀具放在重叠地设置的刀具容纳部中。铰接臂机器人从刀具库中提取刀具并且将其转移到弯曲机上。未公开在齿轮加工机上的使用。

7、us2010173762a1公开了一种刀具更换器，所述刀具更换器具有可提升和降低以及可旋转的承载柱，在所述承载柱上安置有双抓取器。刀具更换器在刀具主轴和悬挂地容纳刀具的链库之间运输刀具。刀具更换器具有复杂的凸轮传动装置来产生提升和枢转运动。刀具更换器的构造是相对复杂的。在此也未公开在齿轮加工机上的使用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种刀具更换器，所述刀具更换器由于其结构能够构成为是尤其节省空间的。

2、该目的通过根据权利要求1所述的刀具更换器实现。其他的实施方式在从属权利要求中给出。

3、提出一种用于在机床，尤其是齿轮加工机中更换刀具的刀具更换器。该刀具更换器具有：

4、承载结构；

5、提升滑块，所述提升滑块沿着在空间中竖直地伸展的提升方向在承载结构上引导；

6、围绕在空间中竖直地伸展的枢转轴线可枢转地安置在提升滑块上的枢转臂；

7、安置在枢转臂上并且构成用于抓取刀具的刀具抓取器；和

8、刀具库，所述刀具库具有多个竖直地重叠设置的刀具容纳部，

9、其中刀具更换器构成用于通过枢转臂的组合的提升和枢转运动使由刀具抓取器抓握的刀具选择性地在刀具容纳部之一和机床的刀具主轴之间或在刀具库的两个不同的刀具抓取器之间运动。

10、通过由多个竖直地重叠设置的刀具容纳部形成刀具库的方式，对于刀具库而言产生非常小的空间需求。这样的刀具库能够非常容易地装载和卸载。为此，本发明提出可竖直地行进的提升滑块，具有刀具抓取器的水平地可枢转的枢转臂可枢转地安置在所述提升滑块上。这样的设置能够简单且低成本地实现并且同样占用非常少的空间。整体上，产生非常紧凑的刀具更换器，所述刀具更换器能够容易地直接集成到机床中，其方式是，承载结构与机床的床身连接。

11、承载结构尤其能够包括竖直的柱，所述柱构成用于通过下端部安置在机床的床身上。然后，提升滑块沿着提升方向在柱处引导。优选地，刀具容纳部也安置在该柱上。然而，在替选的设计方案中，也可考虑的是，将刀具容纳部固定在承载结构的另一元件上。

12、为了实现刀具库的简单的装载，刀具库的刀具容纳部之一能够可运动地安置在承载结构上，尤其沿着水平的装载方向可移动和/或围绕竖直的装载枢转轴线可枢转地安置在承载结构上。尤其地，刀具更换器能够具有外壁，所述外壁将刀具更换器的内部空间与外部空间分开。然后，外壁能够具有刀具装载开口，用于在内部空间和外部空间之间交换刀具。于是尤其有利的是，可运动的刀具容纳部可运动穿过刀具装载开口，以便可从外部空间触及可运动的刀具容纳部。其余的刀具容纳部能够固定式地与承载结构连接。

13、刀具更换器能够具有刀具装载门，所述刀具装载门构成用于选择性地关闭或释放刀具装载开口。刀具装载门能够具有状态通知器，以便向控制装置通知刀具装载开口的打开状态(打开或关闭)。控制装置能够构成用于，只要刀具装载开口打开，那么防止刀具更换器在内部空间中的运动，和/或只要在刀具更换器的内部空间中实施运动，那么防止刀具装载门的打开。

14、在优选的设计方案中，可运动的刀具容纳部如下构成：刀具更换器具有装载线性引导部和通过装载线性引导部沿着水平的装载方向可移动地引导的装载滑架。然后，可运动的刀具容纳部以围绕竖直的装载枢转轴线可枢转的方式安置在装载滑架上。通过可运动的刀具容纳部的可线性移动性和可枢转性的这种组合，在最小的空间需求的情况下产生刀具容纳部的尤其好的可接近性。

15、优选地，刀具更换器还具有隔板，所述隔板构成用于将刀具更换器的内部空间与机床的加工空间分开。然后，隔板具有隔板开口，并且刀具更换器具有隔板门，所述隔板门构成用于选择性地关闭或释放隔板开口。为此，隔板门能够具有相应的驱动器，例如气动的驱动器。隔板开口足够高，以便枢转臂与安置在其上刀具抓取器在提升滑块的至少一个位置中，优选在提升滑块的多个位置的特定区域中，能够运动穿过被释放的隔板开口。优选地，隔板开口也足够高，使得当枢转臂延伸穿过隔板开口时，提升滑块能够沿着提升方向运动一定距离。以这种方式，简化了刀具更换和接下来将详细描述的可选的夹紧机构更换和/或工件更换。

16、刀具更换器还能够具有读取站，其中读取站设置为，使得由刀具抓取器保持的刀具可通过枢转臂的组合的提升和枢转运动运动至读取站，以读取刀具上的机器可读的数据载体。数据载体例如能够是rfid应答器。读取站相应地能够是具有rfid收发器的rfid站。在其他实施方案中，数据载体能够是光学数据载体，例如条形码或二维码，然后读取站能够构成用于光学地读取这种光学数据载体。为此，读取站能够具有相应的读取设备，所述读取设备包括光学传感器，例如照相机，并且可选地包括光源，例如led光源。磁性数据载体或触觉上可读的数据载体也是可考虑的。

17、为了避免读取站的损坏，读取站能够装有弹簧地构成。为此，读取站能够具有底座，所述底座具有所提及的读取设备和设置在其间的弹簧元件，使得读取设备可相对于底座克服由弹簧元件产生的复位力竖直向下运动。由此避免了当刀具放置到读取站上时读取设备或相应的数据载体的损坏。如果使用不同长度的刀具并且相应的刀具的长度并非事先已知，那么这是尤其有利的。通过读取站装有弹簧地构成，无论刀具的长度如何，提升滑块总是能够运动到相同的位置中以读取刀具。刀具的不同长度于是通过弹簧元件来补偿。

18、刀具更换器也能够具有刀具清洁器。该刀具清洁器优选设置为，使得由刀具抓取器保持的刀具通过枢转臂的组合的提升和枢转运动可运动至刀具清洁器，以便清洁刀具的刀具保持器。尤其地，刀具清洁器能够设置在承载结构上，尤其在刀具容纳部的上方。如果承载结构成为柱，那么刀具清洁器能够设置在柱的上端上。

19、为了减少非生产性的辅助时间，刀具抓取器能够构成为具有至少两个抓取器爪对的多重抓取器，使得所述刀具抓取器能够抓握两个或更多个刀具。

20、刀具抓取器能够刚性地或可运动地安置在枢转臂上。尤其地，刀具抓取器能够可枢转地，例如围绕竖直或水平的抓取器枢转轴线可枢转地，和/或可移动地，尤其沿着水平的抓取器移动方向线性可移动地安置在枢转臂上。

21、通过刀具抓取器也能够抓握不同于刀具的对象，以便通过这些对象执行附加的功能。因此，刀具更换器例如能够包括锥式清洁器，其中锥式清洁器构成为，使得其可由刀具抓取器抓握。锥式清洁器能够通过枢转臂的组合的提升和枢转运动运动至刀具主轴，以便清洁其锥形容纳部。刀具更换器也能够包括测量探头，其中该测量探头例如能够构成用于测量机床的工件夹紧机构的径跳和端跳。然后，测量探头能够构成为，使得其可由刀具抓取器抓握，以便使其通过枢转臂的组合的提升和枢转运动运动到测量位置中。测量探头在测量位置上中继续由刀具抓取器保持，或者所述测量探头在测量位置中由机床的另一构件接收，例如夹紧在刀具主轴上。

22、刀具更换器能够构成用于不仅更换刀具而且更换工件。为此，刀具更换器附加地能够具有安置在枢转臂上的工件抓取器。工件抓取器能够与刀具抓取器以相同的方式通过枢转臂的组合的提升和枢转运动来运动。然后，工件抓取器能够构成用于从工件架接收工件并且将其转移给机床的工件主轴。

23、为了产生枢转臂的组合的提升和枢转运动，刀具更换器能够具有提升滑块驱动器，以便驱动提升滑块沿着提升方向进行提升运动，并且具有枢转驱动器，以便驱动枢转臂相对于提升滑块围绕枢转轴线进行枢转运动。此外，刀具更换器能够具有控制装置，所述控制装置构成用于操控提升滑块驱动器、枢转驱动器和抓取器，以及刀具更换器的可选地其他部件。控制装置能够是机床的机器控制装置的集成部分；但是也可考虑的是，提供独立的控制装置，所述控制装置仅操控刀具更换器的部件并且与实际的机床控制装置进行通信。控制装置尤其能够包括适当编程的控制计算机。该控制计算机能够与各个驱动器的适当的nc轴模块共同作用。

24、控制装置尤其能够构成用于控制以下过程中的至少一个：

25、a)用抓取器抓握刀具；

26、b)由抓取器抓握的刀具通过枢转臂的组合的提升和枢转运动在刀具容纳部之一和机床的刀具主轴之间运动；

27、c)由刀具抓取器抓握的刀具通过枢转臂的组合的提升和枢转运动在刀具库的两个不同的刀具容纳部之间运动；

28、d)打开和关闭隔板门；并且

29、e)由抓取器抓握的刀具通过枢转臂的组合的提升和枢转运动运动至读取站，并且读取被抓握的刀具上的数据载体；

30、f)由抓取器抓握的刀具通过枢转臂的组合的提升和枢转运动运动至刀具清洁器，并且用刀具清洁器清洁被抓握刀具的刀具容纳部；

31、g)刀具抓取器相对于枢转臂运动；以及

32、h)由抓取器抓握的锥式清洁器通过枢转臂的组合的提升和枢转运动运动至刀具主轴；

33、j)由刀具抓取器抓握的测量探头通过枢转臂的组合的提升和枢转运动运动到测量位置中；

34、k)用工件抓取器抓握工件，并且由工件抓取器抓握的工件通过枢转臂的组合的提升和枢转运动在机床的工件架和工件主轴之间运动。

35、就此而言，本发明还公开了一种用于运行上述类型的刀具更换器的方法，其中所述方法包括上述过程a)至k)中的至少一个的执行。

36、在优选的实施方式中，刀具更换器不仅用于更换刀具，而且还能够用于更换工件的夹紧装置。为此，刀具更换器具有附加臂，所述附加臂以围绕竖直伸展的附加枢转轴线可枢转的方式安置在枢转臂上，使得附加臂的附加枢转轴线和枢转臂的枢转轴线彼此平行并且间隔开地伸展。附加臂优选在静止位置中可以可脱开地与枢转臂锁定，以便防止附加臂围绕附加枢转轴线的枢转运动。附加臂构成用于在其处固定机床的工件夹紧机构。

37、为此，附加臂例如能够具有用于夹紧机构保持器的容纳部。例如，该容纳部能够设计为附加臂和夹紧机构保持器之间的卡口式连接。为此，容纳部能够是环形的，在内环周上具有可选的凹槽以建立卡口式连接。与之相应地，工件更换器也能够具有夹紧机构保持器，所夹紧机构保持器构成用于可脱开地与附加臂和工件夹紧机构连接，使得工件夹紧机构可经由夹紧机构保持器固定在附加臂上。尤其地，工件夹紧机构能够以悬挂方式固定在附加臂上。这实现：使用尤其简单和轻的夹紧机构保持器，因为其不承受扭转力或剪切力的负荷。

38、通过附加臂实现用于工件的夹紧机构的尤其简单的更换。外部的辅助机构，如现场起重机、移动式起重机下部台车、具有相应附加功能的专用抢险车等，都能够省去。由此能够节省显著的成本，并且省去外部辅助机构的空间需求。

39、在附加臂上能够设置有力传感器，以便检测附加臂在竖直方向上的负荷。例如，夹紧机构保持器的容纳部能够经由力传感器与附加臂连接。通过这种方式，能够识别由枢转臂和附加臂构成的系统的过载。

40、本发明还公开了上述类型的刀具更换器用于更换机床上的工件夹紧机构的应用。相应的方法包括以下步骤中的至少一个，优选所有，其中这些步骤不一定按所给出的顺序执行：

41、执行枢转臂的组合的提升和枢转运动并且使附加臂相对于枢转臂枢转，以便使附加臂进入如下位置中，在所述位置中所述附加臂可经由夹紧机构保持器与工件夹紧机构连接；

42、将夹紧机构保持器与附加臂和工件夹紧机构连接；

43、通过提升滑块的提升运动，抬起经由夹紧机构保持器固定在附加臂上的工件夹紧机构；

44、通过枢转臂的枢转将固定在夹紧机构保持器上的工件夹紧机构枢转到机床的外部空间中；以及

45、通过提升滑块的提升运动，将固定在夹紧机构保持器上的工件夹紧机构放置在夹紧机构架上。

46、本发明还涉及一种具有上述类型的刀具更换器的机床。机床能够是齿轮加工机，尤其用于滚动加工的齿轮加工机。机床具有床身和刀具主轴。刀具主轴用于驱动刀具围绕刀具轴线旋转。刀具主轴优选相对于床身可枢转地设置在机床中，使得所述刀具主轴能够进入如下位置中，以便进行刀具更换，在所述位置中刀具轴线在空间中竖直地伸展。然后，刀具更换器设置在床身上，使得由刀具抓取器抓握的刀具可通过枢转臂的组合的提升和枢转运动从刀具库的刀具容纳部之一运动至刀具主轴。

47、尤其地，刀具主轴能够沿着至少一个方向相对于床身行进，其中该方向横向于提升滑块的提升方向伸展，以便选择性地将刀具主轴带入如下位置，在所述位置中，由刀具抓取器抓握的刀具可夹紧在刀具主轴上，或者进入回退位置中，在所述回退位置中，刀具主轴与夹紧在其上的刀具处于枢转臂的旋转运动的碰撞轮廓之外。优选的是，该行进方向是水平的。刀具主轴也能够沿着平行于提升滑块的提升方向的方向行进。

48、机床优选还具有工件主轴，所述工件主轴具有工件夹紧机构。工件主轴驱动工件夹紧机构围绕工件轴线枢转。优选地，工件轴线在空间中竖直地伸展。如果机床是用于滚动加工的齿轮加工机，那么机床具有机器控制装置，所述机器控制装置在刀具主轴和工件主轴的旋转运动之间建立滚动耦合，也就是说，将这些运动耦合为，使得相应的转速彼此之间具有可预设的固定比例和相位关系。

49、工件主轴优选设置在床身上，使得当附加臂相对于枢转臂枢转离开静止位置时，工件夹紧机构能够固定在所述附加臂上。为此，工件主轴优选可沿着至少一个方向相对于床身行进，其中该方向横向于提升滑块的提升方向伸展，以便将刀具主轴带入如下位置中，在所述位置中附加臂上的容纳部竖直地设置在位于工件主轴上的工件夹紧机构之上。优选地，该方向又水平地伸展。优选地，该方向与水平方向正交地伸展，刀具主轴可沿着所述水平方向水平地行进。