CN1004996B - 刀具自动变换装置 - Google Patents

Abstract

一种刀具的自动变换装置，安置在刀具库与机床主轴之间，该刀具库备有许多套住刀具的刀具筒，而机床主轴与刀具筒的轴线相垂直。该装置有工具夹持部分形成在变换用的臂的前端：臂支持装置有转动变换用的臂和在转轴方向进退移动的臂驱动机构：使臂支持装置旋转的装置；使臂支持装置在与转轴垂直相交的方向往复移动的装置及臂旋转装置，其包含装在臂支持装置背面的销和在装在刀具库上的油压缸活塞杆外端跟所述的销可活动地啮合钩形零件。

Description

刀具自动变换装置

本发明涉及机床上的刀具自动变换装置，特别是涉及在刀具主轴与在刀具筒内放有许多刀具的刀具库之间变换刀具的装置。

一般，在存放刀具的刀具库中，设置了许多存放刀具的刀具筒，刀具筒的轴线与机床的主轴相垂直，刀具筒设置在机床支柱的一侧，在这种情况下，为了避免相邻刀具的干涉，刀具库和机床之间的刀具变换采用中间臂和中间筒在刀具变换用的臂以外的位置来变换的方法（例如：日本专利公开昭55-144946），或采用在工具变换位置分配刀具筒，即刀具筒的轴线被旋转到与机床主轴平行的位置的方法。

刀具变换装置有多种形式。美国专利3822466公开了一种加工大尺寸零件的落地式水平镗床上用的刀具变换装置。它包括一个刀具库，装在床身的后侧并载在一个可沿床身滑动的滑座零件上（在床身的前侧设置了镗床的主轴头）;一个位于刀具库及主轴头之间装在镗床的前侧的刀具搬运支撑装置;以及可在所述的搬运支撑装置帮助下在刀具库及主轴之间来往移动的刀具变换装置。

美国专利4012830公开了一种用在水平钻铣两用床上的刀具变换装置。其目的是解决以前同类装置结构复杂，操作费时，及由于结构不合理而影响工件的加工精度。其结构特征是在刀具库近旁设置了导轨，其上安放了夹具拖板，用第一传动机构来导入及退出刀具，用第二传动机构来与不同尺寸的刀具配合;在夹具摇臂装置上，可旋转地安装着夹具臂，其上带有夹具叶，夹具轴固定在摇臂装置上并与摇臂装置的轴成直角;夹具摇臂装置及夹具臂是可转动的，以使夹具叶在刀具库位置时，夹钳的对称轴平行于刀具轴，而夹具叶在刀具主轴位置时，夹钳与摇臂装置和机床主轴间的连线成直角。

美国专利4126233公开了一种刀具变换装置，其目的是提供一种比以前使用的气动或液压夹紧机构更便宜的，且结构简单和工作可靠的刀具变换装置。其组成包括一个装在机架上可移动的刀具变换器的底座;一个可旋转地安装在底座上的变换器的臂，它有一对可旋转的并至少有一个头的夹钳，钳臂跟交换器臂的导向表面相啮合，并可在打开及闭合夹钳的位置之间活动;在刀具支撑件上的第一支撑面，对着钳臂，使其从打开位置移到闭合位置;而在支撑上的第二支撑面，对着钳臂，使其从闭合位置移到打开位置;具有同样结构的另一对夹钳安装在变换器臂上的另一端。

美国专利4459739提供了一种带有远离机床架设置的刀具库的刀具变换装置，以减轻工具库的振动传到机床而影响加工的精度。该刀具变换装置包括在远离机床架设置的刀具库;在前端带有夹持刀具装置的交换用的臂;导轨及在导轨上可滑动的拖架;以及转动及移动交换用的臂的驱动装置等。

美国专利4141134公开了一种多功能机床的刀具自动变换装置。其目的是提供一种结构简单的装置，并且减少机床及刀具库所承受的负荷。该装置包括有多个套住刀具的刀具筒的刀具库;一个与机床架分开安装的底座;沿刀具库与机床头之间所设的导轨上可来回移动的传送装置;安装在传送装置上的两端具有刀具夹持装置的刀具交换臂;和驱动刀具交换臂回转和前后移动的驱动机构。

这些现有技术的刀具变换方法的缺点是刀具变换装置的构造复杂;刀具交换动作过多;刀具交换时间增长。

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供构造简单并能缩短工具变换时间的刀具自动变换装置。

为达到本发明所采用的是一种刀具自动变换装置，位于刀具库和主轴之间，该刀具库具有多个安放刀具用的刀具筒，该主轴的轴线与所述的刀具筒的轴线相垂直，该刀具自动变换装置具有：一个两端具有刀具夹持装置的刀具交换臂;一个具有驱动刀具交换臂回转和使该交换臂朝向或离开为该臂支持装置设置的轴的臂的驱动机构的臂支持装置，一个将该臂支持装置绕所述迴转轴安装的拖板，一个沿所述刀具库和主轴之间导轨移动该拖板的驱动装置，一个具有油缸的臂的支持装置的迴转装置，本发明特殊之处在于：在臂支持装置背后装有一销;臂支持装置的迴转油缸通过一可使油缸摆动的销轴安装在刀具库上，并在该油缸活塞杆前端装有与所述销可活动啮合的钩形件。

最好，臂支持装置的回转的枢轴中心线垂直于刀具库上拔位至刀具变换位置的刀具筒的轴线。

以下参照附图，对本发明的实施例加以说明：

图1是表示本发明的刀具自动变换装置的第1实施例的正视图，图2是图1中的Ⅱ-Ⅱ剖视图，图3是图2Ⅲ-Ⅳ方向的剖视图，图4是图2Ⅳ-Ⅳ剖视图，图5是从图1箭头Ⅴ方向的向视图，图6（ⅰ）至（ⅹⅸ）是表示本发明的第1实施例的作用说明图，图7是表示本发明的第2实施例的主要部分的俯视图，图8是从图7箭头Ⅷ方向的向视图，图9（ⅰ）至（ⅹ）是表示本发明的第2实施例的作用说明图。

在图1中的件11是机床10的床身，在床身上的支柱能够沿垂直图1中纸面的方向移动。在支柱12的右侧部，装有主轴13的主轴头14，该主轴头14能升降自如。

在支柱12的左侧部，有刀具库20，该刀具库备有很多刀具筒，并且刀具库20是独立地设置在床身上。刀具筒21装在运输链22上，相对刀具变换位置能按顺序分配移送（参照图5）。这些刀具筒21的轴线是设置在与主轴13的轴线垂直的方向。

在支柱12的前臂面（安装主轴13的一侧），装有一对上下水平导轨31。同时也装有与水平导轨31相隔预定间隙的上下一对水平导轨32。这些导轨31，32是从主轴13的近旁位置开始，伸展到刀具库20的左侧端位置为止。

件号33是拖板，该拖板33的背面装在导轨31，32上，并能相对它们移动。件号40是支持装置，该支持装置使刀具变换用的臂41转动，而该臂41使刀具夹持部形成在支持装置的前端，同时，该支持装置能支持转轴在进退方向移动。通过转轴34，臂支持装置40的端部，能装在拖板33内并旋转。另外在臂支持装置40的背面，与导轨31，32的长度方向垂直相交，固定着一个销42，大致在上下一对导轨32的中间，如图3中所示。销42上朝转轴方向的切平部分能与钩35相配合。通过销36，油压缸37相对刀具库20能在水平方向摇动，钩35固定在油压缸37的活塞连杆38前端。

把转轴34的上、下端，支持在拖板33中并能相对拖板33转动。工具库20的刀具筒21，是在刀具变换位置分配的，而转轴34是装在刀具筒21的轴线延长线L上，如图2中所示。

图4是表示臂支持装置40的构造纵向断面图。在臂支持装置40的本体箱43内，固定轴44以一端突出的状态固定着，空心转轴45是相对固定轴44转动，以及能相对固定轴44进退移动地嵌接。而且，交换用的臂41相对空心转轴45是嵌合固定的。在空心转轴45和固定轴44之间，由于在空心转轴45内，产生活塞运动而构成两个密封空间46a、46b，穿过固定轴44的两个液压油通道47a、47b的一端分别对着空间46a、46b开口。在空心转轴45的后端部，直齿轮与空心转轴同轴地构成一体。

在本体箱43内，设置有驱动空心转轴45的机构，就是说，在空心转轴45前进的位置上（如图4中、左方向移动的位置），直齿轮48a和相啮合的齿条49，是能面对图4中的纸面垂直方向移动的。例如：通过油压驱动装置51的推动，齿条49移动，由于导向键53设置在导向小齿轮52中而构成导向作用。在空心转轴前进时，导向小齿轮52是为了让直齿轮48a和齿条49正确地结合而设置的，并相对本体箱43固定。在空心转轴45后退的位置上，与直齿轮48相啮合的摇动齿条54，能面对图4中的纸面垂直方向作微小移动，因为它相对导向小齿轮52装有碟式弹簧（图中未示出）。

在图1和图2中，件号55是让拖板作往复运动的油压缸。该油压缸使活塞连杆56与导轨31、32平行，并且朝主轴13方向移动，活塞连杆56的前端连接在拖板33的下端部。而油压缸安装固定在刀具库20中。

其次，参照图2和图6就本实施例的作用说明之。

首先，在图2和图6（ⅰ）表示的状态中，说明拔出装在主轴13中的刀具T₁，把贮存在刀具库20中的新刀具T₂装到主轴12中。装在主轴和工具库中的刀具有锥柄部，意味着持有被夹紧刀具的部位。但是，就变换刀具而言，意味着夹持刀具和变换刀具的夹具。

根据刀具变换指令，刀具库20内的刀具筒中，套住预定刀具T₂的刀具筒21被分配在刀具变换位置。在刀具变换位置分配的刀具筒21的轴心是与表示在图1中的主轴13的轴心，在同一水平面内。

其次，油压缸37开始动作的同时，推出活塞连杆38。由于这种动作，设置在臂支持装置40背面的销42是通过钩35推动的。臂支持置40，是绕转轴34的中心转到刀具库20的方向（图6（ⅱ）所示）。由于油压缸37通过销36能摇动，所以，使臂支持装置40旋转的活塞连杆38的推出动作是很平稳的。

臂支持装置40是朝刀具库20的方向转90°，变换用的臂41前端的刀具夹持部，是在刀具变换位置分配的刀具筒21上，该刀具筒21套住的刀具T₂是从横向直接插入而相配合（这种状态下的变换用的臂，以件号41a表示）。这种场合下，形成在空心转轴45上的直齿轮48是由于同摇动齿条54相啮合，使尽管变换用的臂41有微小的摇动运动，刀具夹持部和刀具T₂的配合仍是很平滑的（参照图4）。

刀具T₂是用变换用的臂夹持住，液压油通通47a接通空心转轴45内的密封空间46a，并且供给液压油，空心转轴45沿着固定轴44推出，变换用的臂41是在转轴的方向上前进（图6（ⅲ）所示）。由于这种变换用的臂41的前进动作，从刀具筒21中拔出刀具T₂（用件号41b表示）。

接着，油压缸37引进活塞连杆38，销42就拉动钩35，臂支持装置40绕图6（ⅳ）所示的转轴34的中心，再逆向转90°（件号41c所示）。

把油压通道47b连通空心转轴45内的密封空间46a，并且供给液压油，使空心转轴45和变换用的臂41后退移动（图6（ⅴ）所示）。

使油压缸55动作的同时，由于推动活塞连杆56，拖板33沿着导轨32、31朝主轴13的方向移动（为了能移动拖板33，支柱12必须在床身上移动到导轨31与工具库20侧的导轨32成一直线）。拖板33移动到主轴13的附近位置时（用件号33a表示示），变换用的臂41d的另一端（不夹持刀具T₂的一侧），是从横方向插到主轴13上的刀具T₁上（图6（ⅵ）所示）。

在这种状态下，使变换用的臂一前进，在主轴13上的刀具T₁被拔到变换用的臂的另一端夹持住（图6（ⅶ）所示）。

在油压驱动装置51动作的同时，齿条49对着图4中的底面垂直方向一移动，与齿条49相啮合的空心转轴45的直齿轮48a就被转动，变换用的臂41e绕固定轴44中心转动180°（图6（ⅷ）所示）。

然后，再让变换用的臂后退移动，夹持在变换用的臂41e的前端的新刀具T₂的锥度部，就被插入主轴13内，例如：由于臂41d夹持拉杆而固定在主轴13内（图6（ⅸ）所示）。

在油压缸55一动作的同时，活塞连杆56a就被引进，拖板33移动到刀具库20侧的同时，新刀具T₂和变换用的臂41的配合被松开，使安装新刀具T₂到主轴13中的动作完结（图6（ⅹ）所示）。

拖板33移动到刀具库20侧，并且完全移在导轨32上后，让支柱和主轴头14移动到所定的位置，用新刀具T₂能开始工件的加工。

拖板33一移动到刀具库20的所限定的位置时，设置在臂支持装置40背面的销41，从横向与钩35相配合。

由于下面的连续动作，构成在刀具库20里套住旧刀具T₁的操作。

首先使空心转轴45动作，同时让变换用的臂41前进（图6（ⅹⅰ）所示）。随之，让油压缸37动作，把臂支持装置40绕转轴34中心向刀具库20侧转动90°（图6（ⅹⅱ）所示）。当变换用的臂41一后退，夹持变换用的臂的先端刀具T₁的锥度部，就被插入刀具筒，并且用适当的方法夹紧（图6（ⅹⅲ）所示）。然后，再使油压缸37动作的同时，引进活塞连杆38，臂支持装置40就开始转动，恢复在图2所示的位置（图6（ⅹⅳ）所示）。此时，变换用的臂41和刀具T₁的配合被松开，使旧刀具T₁套住在刀具库20里的动作结束。

这些一连串的动作，一般采用程序控制技术执行。

臂转动驱动机构是用来转动臂支持装置40的，例如：把小齿轮嵌在转轴34上，用油压缸使齿条与小齿轮啮合并且驱动，因此，可以把转轴34看作是直接接受转动的机构。另外，对于拖板33的移动方法，由于有油压缸55的其它直接转动方法，例如：使用齿轮的啮合移动方式，调谐驱动方式等。当主轴头14设置在图1、图2中的支柱12左侧部的情况下，机床侧的导轨31能省略了。

在本实施例中，把拖板移动的导轨配置在刀具库的前壁和机床支柱的前壁上，利用臂支持装置的90°旋转，把刀具插入刀具筒上。但是，如果把导轨配置在刀具库或支柱的侧壁上，使拖板和臂支持装置沿与主轴平行移动，到支柱前壁位置时，利用臂支持装置的90°旋转，把刀具插入主轴内也是可以的。这种变化的实施例在主轴位于刀具库侧的情况，或有两根支柱的门型机床等情况中都是有效的。

图7和图8是表示本发明的第2实施例的图。本实施例与前述的第1实施例不同，主轴配置在接近刀具库的位置，适用于臂支持装置的往复直线移动距离很短的情况。在图中的符号70是臂支持装置，该装置转动带有刀具夹持部的刀具变换用的臂并能支持在转轴方向上进退移动，其刀具夹持部的半径方向前端是开口的。刀具变换用的臂71的转动驱动机构和进退移动机构是设置在臂支持装置70的内部，这些机构与第1实施例中的臂支持装置40中的机构相同，故此说明省略。

臂支持装置70相对支架部件72能保持作往复直线移动，该支架部件72的一部分是对着刀具库80，转轴73设置在与臂支持装置70的往复直线移动相垂直的方向上，由于转轴73的作用，该支架部件72能在90°范围内旋转。在支架部件72的一边，一对导轨74被平行地固定着，支持在导轨74中的臂支持装置70能在直线方向移动。在一对导轨74之间，配置了往复直线移动用的油压缸75，而活塞连杆（图未表示）是连接在臂支持装置70上。

在支架72的下端装有销76，油压缸77的活塞连杆78的前端，相对销76以活铰链式连接并能相对转动90°。油压缸77相对刀具库80的水平方向摇动。在图8中，件号79是探测臂支持装置70的位置的开关。

其次，用图9来说明本实施例的作用：

图9（ⅰ）至（ⅲ）是根据新刀具选择指令选择夹持新刀具，同时表示把新刀具移送到中间位置（待机位置）且一直在待机状态。首先，在图9（ⅰ）中，新刀具T₂的选择指令一发出，刀具库80就进行所定的分配移动，把新刀具T₂分配在变换位置上。接着臂支持装置70是在支架72中沿箭头方向移动，变换用的臂71的前端刀具夹持部被插入新刀具T₂并相配合（图9（ⅱ）所示）。变换用臂71是在转轴轴线方向前进，从刀具库80的刀具筒81中，拔出新刀具T₂。

接着，油压缸77的活塞连杆78作前进移动，同时，支架部件72绕转轴73的中心旋转45°（图9（ⅲ）所示）。变换用的臂71在转轴轴线方向后退，同时用图9（ⅲ）所示的状态夹持新刀具T₂处于待机状态。

一发出使用刀具（旧刀具）T₁的交换指令，油压缸77就动作，同时，使活塞连杆78前进，从待机位置使支架部件72旋转45°（图9（ⅳ）所示）。

接着，油压缸75的连杆75a（图8所示）动作，使臂支持装置70沿支架部件的导轨74，向主轴头方向直线移动。由于臂支持装置70的移动，变换用的71的前端刀具夹持部，对着装在主轴91上的旧刀具T₁，从横向插进并夹持刀具T₁（图9（ⅴ）所示示）。

在这个状态，让变换用的臂71前进，立即就把装在主轴91上的旧刀具T₁拔出。这样一来，把新刀具T₂和旧刀具T₁，夹持在变换用的臂71的两端，然后把变换用的臂71转动180°（图9（ⅳ）所示）。再使变换用的臂71后退移动，把新刀具T插入转轴91内，用主轴头90内的夹紧装置夹紧新刀具T₂后，使臂支持装置70沿支架部件72，背离主轴头90的方向直线移动（图9（ⅶ）所示）。

接着，让油压缸77动作，同时使支架部件72旋转45°，让变换用的臂71前进移动（图9（ⅷ）所示）。在这个阶段，安装新刀具T₂到主轴91的工序完毕，机床开始用新刀具T₂进行加工。

旧刀具T₁夹持在交换用的臂71a的一端，让支架部件72再旋转45°，使旧刀具T₁的轴线与刀具库80的刀具筒81的轴线相一致后，由于后退移动变换用的臂71a，旧刀具T₁被插入刀具库80的刀具筒81中（图9（ⅸ）所示）。接着，使臂支持装置70沿支架部件72、背离刀具库80的方向直线移动，把变换用的臂71的前端从旧刀具T₁的结合状态松开。

通过这样一连串的过程，完成了本实施例的刀具变换动作。

如果使用本实施例，因为臂支持装置70安装成相对旋转的支架部件往复直线移动，所以不需要上述第1实施例那样的导轨31、32。

本实施例在门型支柱的机床中，在主轴和刀具库处在接近的位置时特别适用。

虽然，在本实施例的说明中，作为刀具选择的方式，已经表示了采用固定地点方式的例子，但是，采用变动地点方式的情况，在说明本实施例的作用中，省略交换用的臂71的待机位置（图9（ⅲ）、49（ⅷ）所示）也能够直接变换刀具。

象以上说明的那样，如果使用本发明，刀具库的设置要使套住刀具的刀具筒的轴线向着与机床主轴垂直的方向，不像现有技术，或者在中间臂和中间筒之间、或者即使不设计成使刀具筒转90°的机构，只让变换用的臂旋转来变换刀具，而能进行刀具的直接夹持动作。从而，自动刀具变换装置的构造变得很简单，同时也能使刀具变换时间缩短，并且使变换动作比较单纯，还使变换动作的操作变得很简单。

Claims (10)

1、一种刀具自动变换装置，位于刀具库和主轴之间，该刀具库具有多个安放刀具用的刀具筒，该主轴的轴线与所述的刀具筒的轴线相垂直，该刀具自动变换装置具有：

一个两端具有刀具夹持装置的刀具交换臂;

一个具有驱动刀具交换臂回转和使该交换臂朝向或离开为该臂支持装置设置的轴的臂的驱动机构的臂支持装置;

一个将该臂支持装置绕所述回转轴安装的拖板;

一个沿所述刀具库和主轴之间导轨移动该拖板的驱动装置;

一个具有油缸的臂的支持装置的回转装置;

其特征在于：

在臂支持装置背后装有一销;

臂支持装置的迴转油缸通过一可使油缸摆动的销轴安装在刀具库上，并在该油缸活塞杆前端装有与所述销可活动啮合的构形件。

2、根据权利要求1的刀具自动变换装置，其特征在于：臂的支持装置的迴转的枢轴中心线垂直于刀具库上拨位至刀具变换位置的工具筒的轴线。

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