用于刀具更换装置的抓手开闭机构的制作方法

专利名称：用于刀具更换装置的抓手开闭机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于机床上刀具更换装置的抓手开闭机构，特别是涉及一用于机床上这样一种刀具更换装置的抓手开闭机构，该刀具更换装置用于交换装在机床主轴和刀库上的刀具。
一种能够在主轴和刀库之间交换刀具的机床已为人们习知。根据这种机床，它装有用于更换刀具的刀具更换装置的抓手开闭机构，分别装在主轴和刀库上的刀具由安装在其主体上的抓手对所抓住，接着改变刀具的位置，然后通过枢转一个刀具更换臂而更换刀具。
这种类型的抓手开闭机构公开在日本专利JP-A-3-92238和美国专利4,883,772上，其中一个装有抓手驱动凸轮的中心轴分开地安装在一个中空的枢转轴的内侧用以枢转一个刀具更换臂，该中心轴具有比较简单的构造，它精确地调整抓手的活动，这样，抓手对通过将中心轴枢转一个预定的角度而被打开和闭合。


图1显示一个传统的抓手开闭机构。当一个刀具更换装置驱动轴(下文中简称为ATC驱动轴)118由一个刀具更换驱动电动机115所驱动而转动时，设置在ATC驱动轴118上的一个圆筒凹槽凸轮123的转动动作通过一根枢转杆140转变成圆筒件136的一个垂直的往复动作，从而使一个刀具更换臂主体116随着配置在圆筒件136上的中空主轴125作垂直的往复运动。
另外，设置在ATC驱动轴118下部的平行凸轮121的转动通过从动辊138转变成一根花键次轴137的枢转，由此使与花键次轴137相啮合的中空主轴125枢转从而使刀具更换臂主体116枢转。
与此同时，安装在ATC驱动轴118最高位置处的一个平面凹槽凸轮124的转动通过一个枢轴135转变成一个扇形齿轮134的枢转从而使一个与扇形齿轮134啮合并固定地配置在一个支承件129上的臂中心轴131也枢转。在此时刻，一个在臂中心轴131下部处装在臂中心轴131上的中空凸轮轴151作枢转，而该枢转力被传递给抓手对117的从动部分117c，从而使在抓手对117前端的夹持钳或抓爪部分被打开和闭合。
然而，根据这样一种抓手开闭结构，枢转轴必须被制成中空形因而制造成本就增加了。另外，用于打开和关闭在抓手对前端的抓爪部分的中心轴要求有一个细长的形状，因为它是结合在枢转轴里面的。因此该轴的抗扭强度较小，还可以想象到即使设定了中心轴的枢转角度，在抓手对前端抓爪部分的开闭角度也不会达到预定的数值。因此，考虑到扭转问题，中心轴需要额外多枢转一些。
还有，中心轴的使用寿命也可能会因扭转等问题而缩短。可能要施加一个大的平面压力，因为对其相配的直径小因而不可能获得大的扭矩。
本发明的目的是提供一种解决上述问题的抓手开闭机构，它的抗扭强度较传统机构的大并能传递大的扭矩。
为了解决上述的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种机床上刀具更换装置的抓手开闭机构，在其中多组抓手对被装在一个在第一轴向线上具有一个枢转轴的刀具更换臂主体上，用于朝着关闭或打开抓爪部分的方向对抓手对前端的抓爪部分施加偏压的偏压结构装在相应的抓手对上，用于绕着第一轴线往复枢转一个预定角度的多个抓手驱动凸轮被安装着，用于通过接受凸轮的操动在开启抓手或关闭抓手的方向上对抗偏压结构的推压力被枢转的从动部分装在抓手对上，从一个ATC驱动轴来的驱动力被传递至刀具更换臂和抓手对上，设置在机床的主轴和刀库上的刀具通过使用抓手对的抓紧动作和刀具更换臂主体的枢转动作而被交换，其中抓手驱动凸轮装在一个抓手驱动凸轮轴上以便在第一轴线上往复地枢转一个预定的角度，和其中设置在刀具更换臂主体的枢转轴外侧的一个中空外轴齿轮的下端与凸轮轴的一个上端配合，由此从ATC驱动轴来的驱动力通过外轴齿轮被传递至凸轮轴上。
另外，抓手开闭机构可以有这样的特点，即外轴齿轮在轴向上的长度通过将ATC驱动轴的驱动力传递部分和外轴齿轮装在靠近刀具更换臂主体处而加以减短。
根据本发明的抓手开闭机构，将在传统刀具更换装置上抓手对前端的用于打开和关闭抓爪部分的外轴齿轮装在刀具更换臂主体的枢转轴的外侧。因此，外轴齿轮的直径增大了而轴向上的长度减短了。因而抗扭强度增大了，而额外的枢转动作就不需要了。所以，刀具的更换时间可以缩短。此外，装配的直径大，因而平面压力减小了，并且可以获得一个大的扭矩。
下面将参照附图对本发明的优选实施例予以详述，其中图1是有关类型的刀具更换装置的垂直截面图；图2是本发明一个实施例的刀具更换装置的透视图；图3是本发明刀具更换装置的垂直截面图；图4是本发明抓手开闲机构下部的截面图；图5是截自图4中5-5线的截面图，显示出本发明的一个外轴齿轮和一个抓手驱动凸轮轴的装配部分；图6是截自图4中6-6线的截面图；图7是截自图4中7-7线的截面图；图8是本发明刀具更换臂的底视图。
下面将对本发明的优选实施例参照附图予以说明以便进一步理解本发明的实施例。附带一说，本发明的实施并不仅限于下述的实施例，本发明可以自然地由不同的实施例予以实施只要它们是属于本发明的技术范畴。
首先，应说明其中装有一个实施例的刀具更换装置TC的加工中心的基本构造。
如图2中所示，根据该加工中心，一个头架3支承在一个竖立和固定在一个基座1上的主柱2上。头架3由一个直线导轨4所导引通过一个Z轴进给电动机5和一个进给螺杆6在上下方向上移动。一个工作台7安装在基座1上并能在一个水平平面上的方向移动。一个主轴电动机8，一根主轴9和一个旋转式刀库10安装在头架3上。附带一说，主轴9和刀库10与通过引用结合在本文中的日本专利JP-A-63-123646或美国专利第4,833,772号中公开的主轴和刀库相似。
主轴9配置有一个能够可拆卸地固定住一个刀具T的刀具固定部分11和一个用于拆卸刀具T的刀具释放销(未显示)，拆卸时通过一根拉杆(未显示)将释放销连接在刀具固定部分11上，然后将释放销推下。
刀库10配置有多个用以在一个旋转盘的周围部分可拆卸地夹持刀具T的夹持口，夹持口平常以水平的状态悬置着。只有在最低位置处的一个夹持口向下旋转90度从而处于一个直立的状态，从而造成一个能够用本实施例的刀具更换装置TC更换刀具的状态。选择刀具T(安排至最低位置)是通过转动一个刀库电动机14进行的。
此外，一个用于在刀库10和主轴9之间交换刀具T的本实施例刀具更换装置TC与头架3形成整体。刀具更换装置TC由一个刀具更换驱动电动机15，一个刀具更换臂A等构成。
本实施例的刀具更换臂A主要由一个刀具更换臂主体16(下文中简称为“臂主体”)和两组抓手对17组成，该两组抓手对能够开启和关闭并且从臂主体16以相对于其中心轴线彼此对称的位置向外伸展。设置在主轴9和刀库10上的刀具T是通过利用抓手对17的抓住动作以及臂主体16的枢转动作和上下移动予以交换的。
图3显示出促使刀具更换臂A移动的刀具更换装置TC的总体构造，而图4显示出相应于本发明其它部分的抓手开闭机构下部部分的截面图。
如图3所示，刀具更换装置TC的一个ATC驱动轴18耦合在刀具更换驱动电动机15上。该ATC驱动轴18安置成在垂直的方向并通过轴承19和10可转动地由头架3所支承。四个凸轮21，22，23和24安装在ATC驱动轴18上。
同时，一根枢转轴25垂直地设置在ATC驱动轴18的一侧。在枢轴25的上部设置有花键25A，一个凸缘25B设置在其最下端，而一个臂主体16固定在凸缘25B上。
一个具有预定深度的阶梯孔32沿着枢转轴25的轴向中心开在枢转轴25的上端，而一个其外径小于阶梯孔32的内径的长轴形状的支承件31被插入到位于头架3的一个上机架28处的一个通孔28A内。支承件31固定在上机架28上并通过一个设在阶梯孔32的上阶段处的衬套33插入阶梯孔32内，这样，枢转轴25的上部被轴向地支承住。
同时，如图4中所示，枢转轴25的下端穿入到一个其孔径大于枢转轴25的直径的基本上为圆筒形的外轴齿轮29中，并由外轴齿轮29通过一个衬套30所支承，从而使其可以绕着中心轴作枢转和在轴向上来回移动。
一个孔26A设在头架3的下机架26处，外轴齿轮29通过一个衬套27穿入孔26A中并被支承从而使其可以独立于枢转轴25的枢转而绕中心轴枢转。
另外，如图3中所示，枢转轴25上配置有一个圆筒件36，该圆筒件具有一个定位在中央部分附近在上下方向上的圆筒凹槽，枢转轴25通过将圆筒件36向上和向下移动而垂直地来回移动。此外，枢转轴25根据与绕轴上部的花键25A相配的花键次轴37的转动而转动。附带一说，从动于凸轮21的从动辊38的轴固定在凸缘部分37A的上和下面上，凸缘部分37A形成在花键次轴37的外周边上。
如图4中所示，在外轴齿轮29的上端部分的外周边上加工出一个齿轮29A，该齿轮29A与侧边的一个扇形齿轮34相啮合。扇形齿轮34配置有一个枢轴35，而枢轴35从动于凸轮24。另外，外轴齿轮29在轴向上以其下部装配在一个抓手驱动凸轮轴51上。
图5显示出截自图4中5-5线的截面图，也就是，显示出外轴齿轮29和抓手驱动凸轮轴51的配合部分的截面图。
其下部是敞开的凹口71A和71B设置在圆筒形外轴齿轮29的下端部分的两个位置处，该两个位置相互隔开180度，而向上突出的突出体72A和72B相对地装置在抓手驱动凸轮轴51上端部分的两个位置处，而相应的凹口就配合在相应的突出体上(参看图4)。
图6显示出截自图4中6-6线的一个截面图。如图4和图6中所示，用于连接枢转轴25和臂主体16的凸缘25B设置成其形状为一个圆形盘其两个相对部分被平行地切去(图6)，而上表面的中央部分耦合在枢轴25的下表面上。还有，关于凸缘25B，两个圆弧形部分的下表面用销钉76耦合在臂主体16的上表面上。突出体72A和72B在向上稍许离开凸缘25B的上表面的位置处与凹口71A和71B相配合。如下面所述的，枢转轴25和臂主体16的转动动作是枢转轴25和臂主体16向下移动的状态下进行的因而配合部分的配合就松开了，而外轴齿轮29和抓手驱动凸轮轴51的转动动作是在枢转轴25和臂主体16在向上的方向被拉起的状态下进行的，而外轴齿轮29和抓手驱动凸轮轴51就在配合部分处相互配合。在此时刻，配合部分只是以一个预定的角度在凸缘25B的侧边部分的一个空间73处转动。因此，枢转不会受到凸缘25B的阻碍。
图8显示本实施例的刀具更换臂A的底视图。如图4和图8中所示，刀具更换臂A的臂主体16相对于抓手驱动凸轮轴51上是对称的，抓手驱动凸轮轴51穿过其中心孔并在中心孔中独立于臂主体16作枢转。
抓手驱动凸轮轴51连成整体地配置有一个凸缘形状的抓手驱动凸轮51A，凸缘在一个直立方向的中央部分附近与一块水平方向延伸的垫片S(图4)相接触。当从底部观察时抓手驱动凸轮5A时(参看图8)，它的形状是一个圆的两个部分在对称的位置处被切去。两个被切去的部分51B是相同形状的。
两组成对的通孔(参看图4)相对于抓手驱动凸轮轴51对称地贯穿在臂主体16的上表面上。两组成对的具有同样的构造的抓手17通过螺栓54和螺母55由臂主体支承着。
如图8中所示，在靠近抓手驱动凸轮轴51的一侧的每对抓手17中的一个抓手FA是由一个圆筒部分17A整体地形成的，在圆筒部分处螺栓54插入穿过一个抓手主体部分17B，抓手主体部分从其延伸至臂主体16的外侧并在其前端具有一个夹持钳或抓爪G。抓手FA还包括一个从圆筒部分17A朝着基本上与抓手主体部分17B相反的方向延伸的从动部分17C和一个基本上垂直于抓手主体部分17B和从动部分17C而突出的突出部分17D。另一个抓手FB基本上与抓手FA相对称。然而，它们之间的不同在于一个相当于从动部分17C的相应从动部分17X略小于从动部分17C，和一个相当于突出部分17D的突出部分17Y(下文中称作接合部分)的位置不同于突出部分17D的位置。
相应的抓手FA和FB被置于这样一种状态，即它们可以绕着与刀具更换臂A的抓手驱动凸轮轴51的轴线(第一轴线)平行的轴线(第二轴线)作枢转，突出部分17D和接合部分17Y被置于这样一种状态，在这状态中它们是彼此相对的，并且抓手FA的从动部分17C被安置在切去部分51B中。附带一说明，上述支承是在这样一种状态中实现的，其中一个衬套56被置于圆筒部分17A的内表面和螺栓54的外表面之间，而一个轮环57被置于臂主体16和圆筒部分17A的上端面之间(参看图4)。
一个弹簧58由一个设置在从动部分17C和相应抓手的对应的从动部分17X之间的弹簧架59装置在臂主体16上。
弹簧58在使从动部分17C和对应的从动部分17X打开的方向(向外侧的方向)上受到推动。因此，抓手对17的两上抓手主体部分17B以固定的圆筒部分17A作为支点在闭合的方向上受到推动。然而，对于抓手FA，从动部分17C与抓手驱动凸轮51A相接触而使抓手处在离闭合还有一定量或更多一点的状态。与此同时，关于抓手FB，接合部分17Y与抓手FA的突出部分17D相接合，从而使抓手离闭合还有一定程度或更大一点。
当从动部件17C受到弹簧58的推压力，抓手FA就以圆筒部分17A作为支点枢转而打开，抓手FB也枢转而打开，因为接合部分17Y受到突出部分17D的推压。抓手对17的打开是通过使抓手驱动凸轮51A绕着一根中央轴枢转一个预定的角度由抓手驱动凸轮51A施加一个压力给从动部分17C而实现的。
另外，从图4可以明白，刀具更换臂A配置有一个中心轴座62和一个臂主体座63等。抓手驱动凸轮轴51的下部通过一个衬套64插入在中心轴座62的一个中心孔中，而圆筒部分17A插入到与臂主体16相耦合的臂主体座63的一个孔内。根据中心轴座62和臂主体座63，抓手对17的驱动机构(弹簧58或类似物)在一个由中心轴座62，臂主体座63和臂主体16所包围的空间内相结合。橡胶的密封件65设置来闭合各抓手FA和FB的圆筒部分17A和臂主体座63插入其中的孔之间的间隙。以这种方式，包括有刀具更换臂A的驱动部分的空间被紧密地包封住。附带一说，抓手驱动凸轮轴座62接合在臂主体座63上并由其支承。还有，抓手驱动凸轮轴座62的中心孔由一个接合在周围的圆盘66所闭合。
如上所述，刀具更换装置的整个构造已予以描述，下文将说明本实施例的刀具更换装置TC的活动。
在更换刀具时，抓手对17分别抓住安装在主轴9上的用过的刀具T和装在刀库10上的新刀具T(参看图2)。当抓住操作完成后，刀具更换臂A被降下并枢转180度，从而交换刀具的位置。之后，刀具更换臂A抬起，新刀具T装到主轴9上，而之后，刀具T的抓住被松开而用过的刀具T贮存在刀库10中。
下文将参照图3和图4对相应步骤的操作予以说明。
如上所述，刀具更换臂A在枢转轴25的轴向上作往复移动。这是为了从主轴9或刀库10拉取或夹住刀具T。形成在围绕着ATC驱动轴18的圆筒件39周边面上部的圆筒凹槽凸轮23控制着这动作。以支承点44作支点而枢转的一根枢转杆40通过一个装在中央部分附近的接合件43与圆筒凹槽凸轮23相接合，而一个装在枢转杆40前端的接触件41与固定在枢转轴25上的圆筒件36的圆形凹槽相接合。因此，当ATC驱动轴18转动一圈时，枢转杆40就枢转从而使枢转轴25和固定在其上的刀具更换臂A在轴向上作往复运动一个来回。根据图3，接触件41和圆筒件36之间的接合关系作了概念上的显示。
另外，如图3中所示，本实施例的刀具更换装置TC上配置有一个用以从主轴9上接取用过的刀具T的机构。也就是，圆筒凹槽凸轮22形成在ATC驱动轴18外侧边上的圆筒件39周边上部。当从主轴9拉取刀具T时，刀具T可以通过将一个刀具释放销(未显示)按压和推下而卸下，刀具释放销通过一个枢转件42连接在主轴9的刀具拆卸装置的一个拉杆(未显示)上，枢转件42通过从动于圆筒凹槽凸轮22而枢转。
还有，刀具更换臂A是在水平方向上枢转的。这是为了交换主轴9和刀库10上的刀具T。装在ATC驱动轴18最高部分处的平行凸轮21控制着这动作。这个动作与日本专利JP-A-63-123646和美国专利第4,833,772号所公开的装置的相应部分的动作是相似的，因此这里仅提供简单的说明。平行凸轮21构成一个复合凸轮，它包括两块平板凸轮21A和21B，平板凸轮与从动于花键次轴37的从动辊38相接触。基于这个结构，当ATC驱动轴18转动一圈，花键次轴37，枢转轴25和刀具更换臂A转动180度。
还有，刀具更换臂A的抓手对17可以开和关闭。绕着ATC驱动轴18的圆筒件39底面处的平面凹槽凸轮24控制这动作。
图7显示线截自图4中7-7线的截面图。如图中所示，平面凹槽凸轮24的一条凹槽是一个封闭环的形状并配有都是圆弧形状的一个大直径部分24A和一个小直径部分24B，圆弧形状的中心在凸轮轴上，还配有一个连接着连接部分24A和24B的部分24C。抓手对17的成为闭合状态，开放状态和开放和闭合状态取决于枢轴35结合到转动的平面凹槽凸轮24中的大直径部分24A，小直径部分24B和连接部分24C中的一个上。
也就是说，在枢轴35从平面凹槽凸轮24的大直径部分24A脱开和枢轴35从大直径部分24A经过连接部分24C至小直径部分24B的期间内当ATC驱动轴18转动和到达一个预定的角度时，枢轴35就以扇形齿轮34的轴作中心在一个方向上枢转。另外，在枢轴35从小直径部分24B脱开并从小直径部分24B经过连接部分24C至大直径部分24A的期间内，枢轴35就以相反于上述方向的方向作枢转。
通过枢转该枢轴35，该从动于枢轴35的扇形齿轮34也枢转，因而通过一个齿轮29a与扇形齿轮3相啮合的外轴齿轮29也发生枢转。通过枢转外轴齿轮29，与其啮合的刀具更换臂A的抓手驱动凸轮轴51也开始枢转，于是，在抓手驱动凸轮轴51外侧的抓手驱凸轮51A开始朝着图8中箭头M的方向转动，即朝着抓手FA不受压的方向转动。因此，抓手FA通过弹簧58的推压力开始闭合。此外，抓手FA可以通过将上述步骤反向进行而被打开。
虽然本发明的实施例已如上述给予说明，但本发明全然不受限于这些实施例，本发明可以具有这样一各结构，在该结构内一个弹簧装在每对抓手之间以推动打开其前端的抓爪部分，而相应的抓手对则通过在从动部分上操动抓手驱动凸轮而被向着关闭方向移动。此外，虽然使用了一个电动机作驱动源，但是也可以使用旋转式气缸，齿条小齿轮机构或类似物。再有，虽然根据实施例，外轴齿轮是由凸轮机构操动，但它也可以由其它的驱动源，例如，一个气缸或一个单独安装的并不直接连在ATC驱动轴上的电动机或其它类似物来驱动。
根据本发明的抓手开闭机构，在传统的刀具更换装置上将装在抓手对前端用以打开和关闭抓爪部分的外轴齿轮安置在刀具更换臂主体的枢转轴的外侧。因此，外轴齿轮的直径增大了而轴向上长度减短了，因而抗扭强度增大了而额外的枢转就不需要了，由此刀具更换时间可以缩短。还有，装配的直径大了因而平面压力减小了而得到一个大的扭矩。
权利要求
1.一种用于在机床的主轴和刀库之间交换刀具的刀具更换装置的抓手开闭机构，所述抓手开闭机构包括一个平行于主轴的枢转轴；一个连接在枢转轴下端部分的刀具更换臂；至少一对可放开地抓住一个刀具的抓手对，所述抓手对连接在刀具更换臂上；一个打开和关闭该抓手对的抓手驱动凸轮；一个固定着抓手驱动凸轮的抓手驱动凸轮轴；一个设置在转动抓手驱动凸轮轴的枢转轴外周边上的外轴齿轮；和一个枢转该外轴齿轮的刀具更换驱动轴。
2.如权利要求1的抓手开闭机构，其特征在于，其中刀具更换驱动轴和外轴齿轮的驱动力传递部分设置在一个刀具更换臂主体的近旁。
3.如权利要求1的抓手开闭机构，其特征在于，其中该至少一对抓手对包括多个设置在刀具更换臂上的抓手对。
4.如权利要求1的抓手开闭机构，其特征在于，它还包括一个安装在每个抓手对上偏压件，该偏压件在夹持钳的关闭方向和开启方向中的一个方向上偏压着在每个抓手对前端的夹持钳。
5.如权利要求1的抓手开闭机构，其特征在于，它还包括一个设置在每个抓手对中每个相应的抓手的基部部分外的从动部分，该从动部分被促使与抓手驱动凸轮相接触以便开启和关闭每个抓手。
6.如权利要求1的抓手开闭机构，其特征在于，它还包括一个设置在每个抓手基部部分处的突出部分，在该处设置有每个从动部分，而在与每个突出部分相接触的其它抓手的基部部分处设置有一个接合部分。
7.如权利要求1的抓手开闭机构，其特征在于，它还包括将外轴齿轮和抓手驱动凸轮相连接和脱离连接的装配部分。
8.如权利要求1的抓手开闭机构，其特征在于，其中所述装配部分包括至少一个设置在外轴齿轮和抓手驱动凸轮轴中之一上的突出体和设置在该外轴齿轮和抓手驱动凸轮轴中的另一个上的至少一个凹口。
9.如权利要求8的抓手开闭机构，其特征在于，其中突出体和凹口可根据枢转轴的轴向位置而有选择地接合。
10.一种用于在机床的主轴和刀库之间交换刀具的机构，它包括一个具有一个上端和一个下端的枢转轴，下端上有一个第一接合件；一个在枢转轴下端上的刀具更换臂，该刀具更换臂包括至少一对可放开地抓住一个刀具的抓手对；和一个使该抓手对转动的抓手驱动凸轮轴，该抓手驱动凸轮轴具有一个在枢转轴的枢转动作期间与第一接合件相连系的第二接合件。
11.如权利要求10的机构，其特征在于，其中第一接合件是一个凹口而第二接合件是与凹口接合的突出体。
12.如权利要求10的机构，其特征在于，它还包括一个设置在枢转轴下端近旁处的外轴齿轮；和一个与使外轴齿轮转动的刀具更换驱动轴相连系的扇形齿轮。
13.如权利要求10的机构，其特征在于，它还包括一个在介于其上下端之间连接于枢转轴的装置，该装置使枢转轴在轴向上作往复移动。
全文摘要
一个装在一个用于使刀具更换臂主体作枢转的枢转轴外侧上的外轴齿轮被装配到一个抓手驱动凸轮轴上,一个来自ATC驱动轴的驱动力通过外轴齿轮被传递给装在抓手驱动凸轮轴上的一个抓手驱动凸轮,一个与抓手驱动凸轮相接触的从动部分被操动,通过该从动部分在抓手对前端的抓手FA和FB被打开。当抓手FA和FB未因抓手驱动凸轮的操动而受压时,抓手FA和FB则由弹簧的推动力关闭。
文档编号B23Q39/04GK1185365SQ9712317
公开日1998年6月24日 申请日期1997年11月19日 优先权日1996年11月19日
发明者马场春树 申请人:兄弟工业株式会社