专利名称:在加工设备中更换刀夹加工工件的方法和布局的制作方法
本发明是在加工设备中更换刀夹来加工工件的一种方法和一种布局。根据本发明，刀夹从加工位置上移开，而由另一刀夹来更换。
把刀夹设计成带有可更换装置的多边形安装底座是人所共知的。该多边形安装底座的侧向有限面积上有许多刀夹来安装刀具。安装底座绕着中心轴作周期性的转动，从而把各个刀夹带入加工位置。
这种方法和布局的缺点是，为了把另一个有其它刀夹的安装底座带入加工位置，必须把整个沉重而又复杂的大型带刀夹的安装底座从工作机床上卸下来，运回去存放在收集器里，然后，把另一个带刀夹的安装底座运到工作机床处并安装起来。因此，当需要用另一个带刀夹的安装底座去更换带有全部刀夹的安装底座时，必须把后者整个运走，所以该系统中的安装周期或非生产时间较长。
最后，装在同一安装底座上的刀夹数目，例如钻头数目，从结构上就受到限制。从结构上来说，安装底座必须以很高的精度放置在工作机床中，因而那些不在加工位置上的刀夹必须以很高的精度定位，这也是一个缺点。
因此，本发明的一个目标是提供可以在加工设备中更换刀夹来加工工件的一种方法和一种布局，它避免了以前技术的缺点。
特别是，本发明的一个目标是提供一种方法，根据这种方法，在加工中心或加工设备上，无论多少刀夹都能处在准备位置，不经长运输线路就可以畅通无阻地快速更换刀夹，而且只有刀夹及其加工刀具是要按照所需的精度与驱动装置相互固定、拉紧和联接，这样，刀具就位于所要求的加工位置上了。
本发明的另一目标是提供一种能够实施本发明方法的布局。
遵循这些目标以及在下文中将明确的目标，简单地说，本发明的一个特征存在于由下列几个步骤构成的方法中当一个刀夹处于加工位置时，把以预定形式位于驱动装置周围的另一个刀夹和(或者)起码一个刀座处在准备位置;
把在加工位置上的刀夹和驱动装置一起向准备好的刀夹处作直线运动;
先前处在加工位置的刀夹自动整个地与驱动装置脱开，并保持在这个位置上，同时把驱动装置进一步移到终端位置，然后使其停止;
在刀夹脱开之后和在驱动装置作进一步运动期间或以后，使脱开的刀夹和准备的刀夹作相对于驱动装置的行程;
行程运动结束后，使移动了的刀夹绕垂直转轴作转动，这样该刀夹就被带到在驱动装置之前的安装位置;
相反行程的刀夹转动结束后，把刀夹带到存放位置;
使驱动装置以相反方向向处在安装位置的准备刀夹运动，而在进一步运动期间，把它们联接起来，固定并拉紧。
如果按照申请人的本发明来实施这种方法，只须在快速而有效的阶段中移动较少的质量。而且可以根据需要提供任何数量的刀夹。
本发明方法的一个突出优点是重装刀夹的速度很快。在一个实施例中，刀夹的重装时间举例来说只有5秒钟或更短，同时还不需要化费劳力。重装是指另一刀夹进入驱动装置上安装位置的时间间隔。例如可以自动地使刀夹定位并完成整个重装工作。
除了辅助时间短和材料切削率高外，本发明方法还可以不用人力来换挡。本发明方法适合于所有刀夹，如多轴头钻削头，铣头，修平转动头，转动头，带切削修正的精密转头，测量头，试验头，角铣刀头和定位铣削头，深孔钻削头等等。本发明方法不限于预先确定好的系统和预先确实好的切削头数目。该方法可用数字计算机控制。
根据本发明的另一特征，提出了一种布局，它包括一个由刀架导轨和刀架组成的刀架组件用马达驱动的多个更换刀夹和一个驱动所有刀夹的驱动装置。为了更换刀夹，在驱动装置上装了一个可转动的更换环。具有上述可转更换环的上述驱动装置与上述刀架导轨上的上述刀架一起在加工位置到径向位置或反向位置上是可移动的。
本发明布局适应不同要求的加工目的，工件系列和年产量。它可装可卸，这对机床及其控制与联动机构都是如此。本发明布局可以组装成单一的机床或组装在联动系统内，或者可以组装成一个如在自动生产线内的结构件。
与所谓加工中心相比，本发明布局的主要原理是在加工设备中没有更换不同刀具的单个主轴。整个刀夹都要更换，其设计与加工任务相适应。例如，带电源和用于切削头的刚性刀具安装构件的铣头，或者修平转动头，其中一个主轴，修平转动头，修平圆盘驱动和行程测量都包括在这个转动头里。同时，自动更换单个刀具的单个主轴头也能用在本发明的布局中。
刀夹可以在加工周期内自动更换或在重装时半自动或手动更换，视各自的要求而定。系统不限制刀夹的数量。更换系统与刀夹的尺寸及其数量无关，在这方面是开放的或不受限制的。重要的是在所有情况下它的特点是更换时间短和切削时间短。
除了对维修来说有良好的可接近性，对于刀夹更换来说，良好的可接近性也是一个优点。
由于总是只有一个刀夹处于加工位置，所以只有处于加工位置上的刀夹要求提供动力和传动。
一般而言，本发明布局可以造得很紧凑，而且也可作出在X轴和Y轴上加工时的布局。在本发明布局中，甚至可能进行深孔钻操作，平面转动操作和试验操作。
与先前的技术相比，更换系统没有很高的精度要求，因为只有一个处在加工位置上预先确定的刀夹由驱动装置带动和联接。因此，仅仅在这一位置上必须提供所需的精度，而对处在存放位置，如在驱动装置周围的刀夹就不必提供精度。
在后面的权项中已特别指出作为本发明特征的新颖特点。然而，从下面专门实施例的介绍和有关附图中，我们将能更好地了解本发明的本身，包括其构造和工作方法这两方面以及补充的目的和优点。
图1是根据本发明作出的加工设备侧视图;
图2是图1加工设备的平面图;
图3是图1加工设备沿箭头D方向看过去的正视图;
图4～26是表示本发明进一步实施例。
在图1～3的实施例中，一个水平安放的刀架导轨用参考数字1表示，它引导刀架2沿D或E方向作纵向运动。刀架导轨1和刀架2一起组成了刀架组件。一辅助刀架用参考数字62表示，它在沿纵向作相对于刀架2的运动。
在图3的实施例中有一稳定底座，在它上面安放了刀架导轨1。
参考数字4，5和6表示安放在底座3上的三个刀夹存放构件。正如从图2中可看到的，刀夹存放构件5是安放在刀架导轨1的一端，而刀夹存放构件4和6均经向相对地安放在刀架导轨1的两侧，更确切地说，它们在刀架2垂直投影的旁边，但与刀架很靠近。
在图1～3的实施例中，刀夹7和8安放在刀夹存放构件5和刀夹存放构件6上，而在该实施例中刀夹存放构件4上没有安放刀夹，这从图中可以看出。但是这儿也可以安放刀夹50。
还有一个刀夹9位于驱动装置10的工作位置上，在该实施例中，驱动装置10与直流电驱动装置11连在一起。刀夹9和带直流电驱动装置11的驱动装置10一起形成一个可运动的组件。
在图1～3的实施例中，点划线分别表示用参考数字12，13和14代表的刀具。例如，这些刀具可以是钻头或铣刀。无论多少这种刀具都可以提供，因而刀夹7，8，9和50可以组成多轴头装置，例如，多轴钻头装置。从图中还可以看出刀夹7、8、9和50是块状的，形成可更换结构件，它们在平面图上是一个长方形，实际上也可以是正方体或其它形状，如多面体。
带有垂直转轴16的更换环15安装在驱动装置10和刀夹7，8，9和50的下面。在图1-3的实施例中，更换环15上有安装夹17，18，19和20，它们与环连成一体，并垂直向上伸出，与转动轴16相平行。在这个实施例中，安装夹17，18，19和20在平面图中有点象三角形，而实际上一直伸到驱动装置10的外缘。安装夹17，18，19和20具有安装联接器，它们安放在相互偏置90°的平面上，并向外伸展。联接器用参考数字21～31表示。从图1～3中可清楚地看出，在每一安装夹17，18，19的不同高度距离上放置了若干个成对的联接器。
安装联接器21～31的放置与在刀夹7，8，9和50上的适当支座相一致。在图1里，为了看得更清楚些，所有支座中只表示出了支座32。刀夹的其它支座可以相应地形成，这样它们可以与有关的安装联接器21～31进行接合，或者与其分开。
从图3中我们可以看到，驱动装置10有一个中央动力装置，通过它，位于加工位置的刀夹，即刀夹9及其刀具14能得到驱动能。而且，驱动装置10为刀夹准备了安装和夹紧构件34，35，36和37。因此，可对处在加工位置上的刀夹，如刀夹9加以固定，夹紧和驱动。
参考数字38表示更换环15的马达驱动装置。马达驱动装置38驱动一个在图中未详细表示出来的小齿轮。小齿轮与更换环15形成一体的齿圈39相啮合，这样可在两个转动方向上都不加限制地驱动更换环15。
更换环15由导轮在其周边上导向。在这个实施例中，是沿着垂直转轴方向导向。图1表示出了导轮40和41。在更换环15的周边上，可以一个接一个地安放好几个这样的导轮。
图1中参考数字42表示具有一个拉杆臂的角形杠杆，它支承在刀架2的轴43上，可在垂直平面中转动。联杆44通过轴45与角形杠杆相联，也可在垂直平面中转动。联杆44在其远离角形杠杆42的一端通过转轴46与联接器47相连，后者与辅助刀架62相连。
在图1～3表示的实施例中，由角形杠杆42，联杆44，转轴46和联接器47一起形成的这种布局只装在设备的一侧上，然而也可能在设备的另一侧提供这种布局。
安装在角形杠杆42的一端，而且伸出刀架2的导轮用参考数字49表示。导向槽48和48a沿45°的角度倾斜，它们安放在辅助刀架62的两侧，并在每侧与安放在刀架2上的弧形导轮相接合。图1仅标出弧形导轮60和61。参考数字63表示向下弯曲的入口增大的控制弧线。导轮49可在弧线中运行。
角形杠杆42和控制弧线63及导向槽48、49a一起可产生刀夹与驱动装置10间相互接近的运动，或者借助于更换环15把刀夹存放到存放位置。当导轮49运行到控制弧线63中，一旦到达向下的曲线部分，它就转向下面，而通过角形杠杆42、联杆44、辅助刀架62相对于刀架工作与运动方向E相反的移动。
在水平弧线部分，更换环15开始作水平运动，而当达到导向槽48、48a的倾斜弧线部分时，更换环沿A向运动。这种布局是这样来设计的，当运行到倾斜弧线部分时，该实施例在45°下倾斜，相对于刀夹的存放处来说，更换环15保持不动。
图1～3实施例的操作如下为了使图1～3所示实施例的操作更清楚，可以认为图中点划线示出的、参考数字为50的刀夹存放在刀夹存放构件4上。
开始工作的位置如图1所示，其中刀夹9位于加工位置上。
为了更换刀夹9，进行下面的操作程序1、刀夹7，8和50位于刀夹存放构件4，5和6的存放位置。
2、刀架的刀具和辅助刀架62和刀夹9、驱动装置10及更换环15一起用马达沿图1E向退回。
3、在到达终端位置之前，刀夹9自动脱离驱动装置10，而与更换环15的安装支撑17～20相接。在刀架2沿E向运动时，导轮49在控制弧线63中运行，而角形杠杆42沿C向下转动。结果使联杆44沿D向作相应的位移，从而使辅助刀架62沿D向上作相应的位移。由于辅助刀架62与更换环15相连，所以这些相对的运动使得更换环15相对于刀架2的运动来说是保持不动的。结果，更换环沿A向上升，而在其行程A中，通过联接器21～31，更换环15获取了在刀夹存放构件4～6上存放的刀夹7，8和50，并把它们带动起来。这样，刀夹7、8和50就离开了刀夹存放构件4，5，6。
4、然后，包括刀夹7，8，9和50在内的更换环15用马达驱动转90°。
5、在此以后，刀架2用马达驱动沿D向移动。在此运动期间，更换环沿刀架2的D向作向下的行程。例如，刀夹7，8，9落到刀夹存放构件4，5和6上，而降下刀夹50以便使用。刀架2与更换环15在D向进一步移动，刀夹50被驱动装置10获取。换句话说，刀夹50被固定、拉紧和联接。这样，刀夹50就处在加工位置上了。
6、在图4-12的实施例中，那些具有同样功能的部件采用与第一实施例中一样的参考数字表示。
图4-6的实施例与图1实施例的最大不同处在于该实施例的布局提供了Y轴向的工作。为此，一垂直导轨51与驱动装置10相连。图4表示转动位置，从中可以看到，包括刀架2和驱动装置10在内的加工设备沿D向相对于更换环15向前推进了例如100毫米。然后，把刀架7，8和50降落到它们的刀夹存放构件4，5和6上，而刀夹9被驱动装置获取，换句话说，被固定、拉紧和联接。
图6表示了加工位置，其中包括刀架2，更换环15，驱动装置10，驱动系统11和刀夹9的加工设备进一步沿D向向前移动。
图1～3的实施例和图4～6的实施例均可在布局范围内用外部贮存器加以扩大。
在图7～12的实施例中提供了所谓刀座，其中存放着备用的刀夹。例如，图7实施例表示这种刀座的增设部分。对于一个附加的刀夹，要有二个附加的刀座位置，一个在左边，另一个在右边。
图7中单个的工作刀头或刀夹用参考数字K1～K6表示。
在图8的实施例中，其刀夹的刀座是不能轮换的，刀夹或刀头也用参考数字K1～K9表示。
在图10的实施例中，与图2的布局相对应的二种布局相互链接。刀夹仍是用参考数字K1～K6表示。
图8实施例还表示了一种在布局范围内带有一个外部贮存器的变化方式，而刀夹仍用参考数字K1～K8表示。
图9表示有刀座56和57的一种实施例，其中刀座56是一块闲置的板，而刀座57则有数块闲置板。
在图11的实施例中，刀座58是按本发明布局来安排的，其中刀夹K3～K9准备使用，而刀夹K1和K2位于有一个加工位置和一个存放位置的布局上。在图12的实施例中，对于刀夹K1～K8提供一个刀夹座59。
在图13～15的实施例中，起同样作用的部件用同样的参考数字表示。在此实施例中，为了沿子轴向加工，提供了一个灵活的多轴加工设备，而在图16～18的实施例里，可在Y轴和子轴上加工。
图19～21表示一种可在三轴，即X轴、Y轴和子轴方向加工的实施例。在图22～24的实施例中可在X轴和子轴方向加工。
在图21中，所示更换环15是处在升高位置和转动位置，而图20表示更换环15已降低的加工位置，其中前刀夹联接、固定并拉紧在驱动装置10上。
可以推断，上述每一个，或二个或更多个的单元也可以应用在不同于上述类型的其它构造中。
虽然我们在一个加工工件的加工设备中，用更换一个刀夹的方法和布局来具体说明了本发明，但我们不打算限制在所示的细节里，因为可以作出各种不同的修改型式和结构变化，它们都不违背本发明的精神。
无须作进一步分析，上文已充分揭示出本发明的要点。采用现有的知识，其它人只要不忽略其特点，可以很容易地采纳到不同的用途中，而这些特点从以前技术的观点来看充分构成了本发明通用或专用方面的根本特性。
在后面的权项中将提出新的和希望得到专利证书保护的申报内容。
权利要求
1.为加工工件而在加工设备中更换刀夹的一种方法。在这种方法中，一刀夹从加工位置上移开，而由另一刀夹来替换，该方法由下列步骤组成当一刀夹处于加工位置时，把以预定形式位于驱动装置周围的另一个刀夹和(或者)起码一个刀座处在准备位置；把在加工位置上的刀夹和驱动装置一起向准备好的刀夹处作直线运动；先前处在加工位置的刀夹自动整个地与驱动装置脱开，并保持在这个位置上。同时把驱动装置进一步移到终端位置，然后使其停止；在刀夹脱开之后和在驱动装置作进一步运动期间或以后，使脱开的刀夹和准备的刀夹作相对于驱动装置的行程；行程运动结束后，使移动了的刀夹绕垂直转轴作转动，这样该刀夹就被带到在驱动装置之前的安装位置；相反行程的刀夹转动结束后，把刀夹带到存放位置；使驱动装置以相反方向向处在安装位置的准备刀夹运动，而在进一步运动期间，把它们联接起来，固定并拉紧。
2.根据权项1规定的方法，其中所述的准备步骤包括预定形状的周边上准备好几个刀夹;上述运动步骤指把处在加工位置上的刀夹和用于所有刀夹的驱动装置一起移动;上述产生行程的步骤指使已准备好的刀夹相对于驱动装置产生一个行程;上述带入安装位置步骤指带入所有的刀夹;上述转动结束后的带入步骤指把所有刀夹带入存放位置。
3.根据权项1规定的方法，其中，上述准备步骤包括在一个圆弧周边上准备好其它刀夹。
4.根据权项1规定的方法，其中，上述准备步骤包括在一个多边形周边上准备好其它刀夹。
5.为加工工件而在加工设备中更换刀夹的一种布局，它由包括刀架导轨和刀架这两部分的刀架组件、马达驱动的多个更换刀夹和一个驱动所有刀夹的驱动装置组成，它为更换刀夹提供了一个可转动的更换环。具有上述可转更换环的上述驱动装置可与上述刀架导轨上的上述刀架一起从加工位置移到准备位置或刀座位置。
6.根据权项5规定的布局，还至少包括带有一个导轮的一个角形杠杆，它们安放在上述更换环下面，并装有一个与上述刀架联在一起的联杆，该杆与纵向可动的辅助刀架相连。上述导轮沿控制弧线方向运行到终端位置，这样，在上述辅助刀架预定终端位置上，依靠上述辅助刀架和上述更换环的相反运动，上述更换环在相对于刀架位移的方向保持不动。因为上述各自成形的辅助弧线，上述更换环在两个相反方向上进行一个行程移动，其中，上述辅助刀架装有成形元件，该元件至少有部分长度是相互平行地伸展的。
7.根据权项6规定的布局，其中，上述辅助刀架的成形元件形成槽形弧线。
8.根据权项6规定的布局，其中，上述辅助刀架的上述成形元件形成了导轮。
9.根据权项6规定的布局，其中，上述辅助刀架的上述成形元件成45°伸展。
10.根据权项5规定的布局，其中，上述更换环的周边上装有齿圈;而且还包括一个马达驱动的小齿轮，它与上述齿圈是传动连接。
11.根据权项5规定的布局，其中，上述驱动装置具有可供位于加工位置的所有刀夹使用的动力。
12.根据权项5规定的布局，其中，上述驱动装置具有数个安装和夹紧构件可供位于加工位置的刀夹使用。
13.根据权项5规定的布局，其中，上述更换环具有数个突出来的带联接器的安装夹，用来安装和运送刀夹。
14.根据权项5规定的布局，还包括一个Y轴的垂直导轨，并与上述驱动装置相连。
15.根据权项5规定的布局，其中，上述更换环由安装夹形成，安装夹的高度在两个相反运动的方向上是可调的。
16.根据权项5规定的布局，还包括一个动力系统和用于更换、固定和联接的安装夹紧构件，它们安装在各个刀夹的相对一侧。上述刀夹具有主轴，而上述动力系统和安装夹紧构件则位于与上述主轴相对的侧面。
17.根据权项5规定的布局，还包括用于更换、固定和联接刀夹的安装和夹紧构件，它们在上述更换环以及刀座里用来安装刀夹。
18.根据权项5规定的布局，其中，刀夹的安放使得它们只要在重力的作用下就能保持在上述更换环里。
19.根据权项5规定的布局，其中，上述刀夹至少可在互相垂直的两个方向上从上述更换环上离开。
专利摘要
本发明是关于一种为加工工件而在加工设备中更换刀夹的方法和布局。在这种由若干步骤组成的方法中，刀夹从加工位置上移开而由另一刀夹来替换。这种布局由包括刀架导轨和刀架的刀架组件、更换刀夹和驱动装置组成。它还为更换刀夹提供了一个更换环。具有上述可转动更换环的驱动装置可与刀架导轨上的刀架一起从工作位置移到准备位置或刀座位置。
文档编号B23Q3/00GK85101126SQ85101126
公开日1987年1月17日 申请日期1985年4月1日
发明者汉斯·乌尔里希·耶斯勒, 曼弗雷德·霍夫曼, 迪特里希·盖格 申请人:胡勒·希勒有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan