CN101213043A - 机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机床，含有固定在可回转主轴(42)下端的热压配夹(8)，和由高频感应加热热压配夹的高频感应加热装置(10)。高频感应加热装置通过Z轴托架(16)与V轴托架(18)，可在退避位置与热压配夹之间移动。退避位置为高频感应加热装置不影响加工程度地离开热压配夹的位置。供给冷却热压配夹的压缩空气的冷却装置(14)设置于高频感应加热装置上。并排有分别保持工具用的供给罐(20)与回收罐(21)。这些罐也可在其退避位置与热压配夹之间移动。

Description

机床

技术领域

本发明涉及一种具有自动工具更换装置的机床。特别是，本发明涉及一种使用热压配夹以可更换工具的机床。

背景技术

通常，安装工具的多个工具夹收纳于料箱中，机床的自动工具更换装置(ATC)将料箱中的工具夹有选择地输送至主轴箱中，自动地安装到回转主轴上。多数情况下，嵌入工具夹锥柄的锥座，形成于主轴的下端。主轴箱具有把持工具夹锥柄的旋钮的弹簧筒夹，和将弹簧筒夹向主轴中提升的拉杆。近年来，更多地使用通过热压配保持工具的工具夹(“热压配夹”)。热压配夹至少部分含有由与工具相比热膨胀率大的材料例如不锈钢或由奥氏体钢制作的筒部或环。筒部具有与工具的工具柄嵌合的中心孔或凹部。中心孔的直径在常温下比工具的工具柄稍小。因筒部的加热，在中心孔膨胀时，工具的工具柄容易插入中心孔中。筒部因冷却收缩时，热压配夹与工具牢固地结合。

日本特许公开2003-025158号公开了一种由高频感应加热产生的热压配装置。公开的装置可局部地加热热压配夹，能够成为在数秒加热下工具可插入热压配夹中的状态。因工具牢固地、高精度地安装到热压配夹中，高速转动区域的动态平衡优良。

日本特许公开2005-118888号公开了一种边自动地将工具安装到热压配夹上边可向料箱供给热压配夹的机床。该机床可使操作者省去将工具安装到热压配夹上花费的工夫，同时，可大幅度地缩短工具更换所需的总计时间。然而，该机床在将热压配夹安装到主轴上的精度与强度是有限的，不能适应加工精度或高速转动性能高的要求。

日本特许公开2000-343306号公开了一种通过热压配直接将工具安装到主轴上的主轴装置。该主轴装置不需要热压配夹，可缩短准备时间。此外，可将工具牢固地、高精度地安装到主轴上。但是，因该主轴反复、直接地加热、冷却，在主轴上会产生不能回复的热变形，会缩短主轴的寿命。

美国专利5140739号公开了一种热膨胀率低的凸状夹固定到主轴的下端，安装工具的凹状夹随着热压配安装到凸状夹中的夹紧装置。凹状夹用的高速加热装置及高速冷却装置设置于夹紧装置上。一旦利用该夹紧装置，就可缩短加热及冷却时间，同时，可牢固且正确地将工具夹安装到主轴上。可是，需要预先将工具安装到工具夹中的准备作业。

发明内容

本发明的目的是提供一种使热压配夹与主轴牢固地结合的、可更换工具的机床。

本发明的另一个目的是提供一种对主轴的热影响更小的、可更换工具的机床。

本发明的再一目的是提供一种具有紧凑的主轴箱的、可更换工具的机床。

根据本发明的一个方面，机床包含有可转动的主轴、固定在主轴下端的热压配夹、通过高频感应加热热压配夹的高频感应加热装置。高频感应加热装置可在热压配夹与离开热压配夹的退避位置之间移动。

退避位置为高频感应加热装置不影响加工程度地离开热压配夹的位置。

最好，机床还包含有使高频感应加热装置垂直移动的Z轴托架和使高频感应加热装置水平移动的V轴托架。

高频感应加热装置可包含有加热线圈和向加热线圈供给高频电流的高频电源装置。此外，加热线圈可具有能够包围热压配夹的环。

最好，机床包含有将设置于高频感应加热装置上的热压配夹冷却的冷却装置。冷却装置可作为向热压配夹供给压缩空气的装置。

根据本发明的另一方面，机床包含有可转动的主轴、固定在主轴下端的热压配夹、和分别保持工具的一对罐。一对罐并排设置，可在热压配夹与离开热压配夹的退避位置之间移动。

退避位置为一对罐不影响加工程度地离开热压配夹的位置。

最好，机床包含有使一对罐垂直移动的Z轴托架和使一对罐水平移动的V轴托架。

最好，机床包含有收纳工具的工具箱和把持工具的夹具，夹具可在工具箱与退避位置之间移动。

最好，机床包含有使夹具垂直移动的升降装置和使夹具水平移动的U轴托架。

根据本发明的再一方面，机床包含有可转动的主轴，具有可从下方插入工具的中心孔的、固定在主轴下端的热压配夹，将工具只向上方突出突出长度地保持的供给罐，和测定突出长度的测定装置。供给罐可在热压配夹与离开热压配夹的退避位置之间移动。

根据本发明的又一方面，机床包含具有贯通轴孔的可转动的主轴，固定在主轴下端的热压配夹，和吸引轴孔中空气的吸引装置。热压配夹具有与轴孔连通的中心孔，工具通过吸引装置容易插入中心孔中。

最好，吸引装置在将工具从热压配夹上卸下时可向轴孔中排出空气。

最好，机床包含有通过轴孔可下降至中心孔中的中心销。中心销可安装在可上下往复移动的主轴下端上。

其他的目的、优点及新的特征由以下的部分描述，对于本领域技术人员而言，根据发明的实施例可对其充分地理解。

附图说明

图1为示出本发明的机床的透视图。

图2为示出图1的自动工具更换装置的透视图。

图3为示出未安装工具的图1主轴箱的剖面图。

图4为示出安装了工具的图1主轴箱的剖面图。

图5为示出图2中的供给罐的侧面图。

发明的较佳实施例

以下参照图1～图5，详细地说明本发明的机床。图1示出的机床为可同时沿X、Y、Z这3个轴方向使立铣刀式工具相对被加工物移动的切削加工机。自动工具更换装置1装备于机床上。滑块4可在X轴方向移动地设置于静止横梁3的上部。具有可回转主轴42的主轴箱2固定到滑块4的下面。工作台5可在Y轴方向移动地设置于基座6上。使被加工物在Z轴方向往复移动的滑块7固定到工作台5上。滑块4因只在X轴方向移动，因此主轴箱2的振动小。结果，机床有利于高精度地维持主轴42的转动轴心的直线性。

如图2所示，自动工具更换装置1包含有保持工具70的一对罐，供给罐20和回收罐21。供给罐20和回收罐21并排地设置于Z轴托架26上。Z轴托架26可垂直往复移动地设置于V轴托架28上。V轴托架28可在水平的V轴方向上往复移动。供给罐20和回收罐21在Z轴托架26和V轴托架28的作用下可在退避位置与热压配夹8之间移动。退避位置为罐20、21不影响加工程度地离开热压配夹8的位置。自动工具更换装置1包含有齿条式工具箱32和把持工具的夹具34。工具箱32收纳有多个工具70。夹具34设置于可垂直移动的升降装置36上。升降装置36设置于U轴托架38上。U轴托架38可在V轴和垂直于水平面的U轴方向移动。夹具34通过升降装置36和U轴托架38，可在工具箱32与退避位置之间移动。夹具34从工具箱32中有选择地取出工具70，且在退避位置将工具70交付给供给罐20。供给罐20将工具70从退避位置向热压配夹8输送。回收罐21将工具70从热压配夹8向退避位置输送。夹具34在退避位置收取来自回收罐21的工具70，以将工具70返回工具箱32。1个罐可兼作供给罐20和回收罐21。然而，通过设有2个罐，能够使排出罐不向退避位置移动地连续地进行工具70的卸下和安装。因而，自动工具更换装置1有利于进一步缩短工具更换的时间。

此外，自动工具更换装置1还包含有高频感应加热装置10和冷却装置14，这些构件可在退避位置与热压配夹8之间移动。高频感应加热装置10局部加热不锈钢或奥氏体钢的热压配夹8。冷却装置14设置于高频感应加热装置10上，供给冷却热压配夹8的压缩空气。高频感应加热装置10含有加热线圈11和高频电源装置。加热线圈11的先端具有可包围热压配夹8的环12。高频电源装置备有发振器24，可向加热线圈11供给1MHz～3MHz的高频电流。取决于热压配夹的材质与大小，直径为Φ2mm～5mm的工具柄用的热压配夹8需要1.8MHz以上的高频电流。用1.2MHz以下频率的电流，热压配夹8不能充分地热膨胀。高频感应加热装置10使热压配夹8充分膨胀的加热时间仅数秒。因此，不会热影响主轴箱2中的其他部件。另外，由于加热时间短，热压配夹8的温度不会过高。从而，由于也能够缩短冷却时间，有利于可缩短工具更换所需要的时间。高频感应加热装置10设置于可在V轴方向上移动的V轴托架18上。V轴托架18设置于可垂直往复移动的Z轴托架16上。通过V轴托架18和Z轴托架16，高频感应加热装置10和冷却装置14可在其退避位置与热压配夹8之间移动。退避位置为使其不影响加工程度地离开热压配夹8的位置。加热热压配夹8时，高频感应加热装置10根据规定的控制顺序移动到加热线圈11可加热热压配夹8的位置。同样，冷却热压配夹8时，冷却装置14朝着可冷却热压配夹8的位置移动。

如图3及图4所示，主轴箱2为有主轴42的气动轴装置。主轴42有贯通的轴孔43且收纳于套46中。涡轮44与主轴42一体地形成。涡轮44与套46之间形成10μM左右的空气隙。导罐47形成在套46上。通过从导罐47导入压缩空气，使涡轮44转动，主轴42可回转。主轴42最好为轻质材质。热压配夹8同轴地固定到主轴42的下端。最好，在热压配夹8与主轴42之间设置隔热材料。热压配夹8具有工具70的工具柄72可从下方插入的中心孔82。如图3所示，形成从中心孔82的底面84向上方延伸的连通孔83。连通孔83将中心孔82与轴孔43连通。不能使用的热压配夹8从主轴42上卸下，更换为新的热压配夹8。活塞52设置于主轴42上。套46的上部作为活塞52滑动的缸体功能。前室54和后室56形成于套46中。导入压缩空气的罐55及57形成于套46中。压缩空气从罐55向前室54导入并从罐57排气时，活塞52下降。压缩空气从罐57向后室56导入并从罐55排气时，活塞52上升。中心销50安装在活塞52的下端，在轴孔43中向下方延伸。中心销50通过活塞52，可下降至稍超过中心孔82的底面84。在活塞52的下端设有将主轴42内气密的O型环。由于在涡轮44上实质上没有作用上滑动阻抗，因此即使来自导罐47的压缩空气停止供给，涡轮44也在惯性下继续回转。活塞52下推时，主轴42的锥形上端压接O型环，主轴42停止。活塞52作为使主轴42的回转停止的制动器功能。活塞52具有与主轴42的轴孔42连通的轴孔53。可排出及吸引空气的吸引装置40设置于活塞52的上端。如图4所示，活塞52压接主轴42时，轴孔42及53成气密状。

如图1所示，机床在离开被加工物的位置备有清洗装置9。清洗装置9将挥发性的清洗液向热压配夹8或工具70喷射。清洗热压配夹8时，随着主轴箱2的移动，使热压配夹8或工具70位于清洗装置9中。在热压配夹8或工具70转动规定转动数的状态下喷射清洗液。由于热压配夹8被加热到500℃左右的高温，切屑和油成分固着到热压配夹8上，工具70恐怕不能插入。为此，通过清洗使用后的工具70和热压配夹8，可避免必须中断自动工具更换的事态。此外，能够进一步延长热压配夹8的寿命。

详细地说明本发明机床的工具更换程序。夹具34从工具箱32中拔出新的工具70，向供给罐20的退避位置移动。供给罐20接收来自夹具34的新的工具70。如图5所示，供给罐20以工具柄72只向上方突出突出长度Δ的方式保持着工具70。设有测定突出长度Δ的测定装置。测定装置含有设置于夹具34侧面的限制器35，和检测出限制器35与工具70是否接触的接触检测器(未图示)。限制器35位于与热压配夹8下端同高处。工具柄72通过Z轴托架26上升至与限制器35接触。检测出工具柄72与限制器35接触时，检测出Z轴托架26的位置，根据检出位置求出突出长度Δ。工具柄72在尺寸方面，较大时具有毫米级工具柄的偏差。通过突出长度Δ的测定，能够不碰撞新的工具70地充分接近热压配夹8。

加工随着规定的控制顺序中断，通过活塞52停止主轴42的回转。下推活塞52，使中心销50下降。在退避位置与主轴箱2及被加工物间隔开的挡板29开放。使供给罐20、回收罐21、高频感应加热装置10及冷却装置14向热压配夹8移动。环12以包围热压配夹8的方式定位。回收罐21以将使用后的工具70的切刃进入回收罐21中的方式定位。热压配夹8、环12及回收罐21垂直地直列定位。高频感应加热装置10由高频感应加热热压配夹8，吸引装置40向中心孔82喷出压缩空气。使用后的工具70随着中心孔82的膨胀向回收罐21中落下。回收罐21通过Z轴托架26下降。供给罐20通过V轴托架28与Z轴托架16移动，与热压配夹8垂直地直列定位。此时，为了使新的工具70与热压配夹8之间的间隙成为设定值，基于突出长度Δ的测定值地确定供给罐20的位置。设定值为0.1～0.2mm。吸引装置40吸引轴孔42及53中的空气时，工具柄72被吸入到膨胀的中心孔82中。与吸引装置40的动作同时或随后地、供给罐20通过Z轴托架26下降。如图4所示，工具柄72的顶面74在中心孔82中与中心销50点接触。中心销50可使工具70从热压配夹8向下方突出的长度L一定。如果工具柄72的端面74与中心孔82的底面84面接触时，工具70容易倾倒。中心销50可将工具70垂直地定位于中心孔82中。

冷却装置14向热压配夹8喷射压缩空气直到热压配夹8与工具70牢固地结合。因热压配夹8为局部地加热，故不必过度地冷却。冷却装置14喷射常温的压缩空气即可。冷却装置14停止后，高频感应加热装置10直到环12从热压配夹8上拔出，再通过Z轴托架16下降。高频感应加热装置10进一步通过V轴托架18向退避位置返回。回收罐21也向退避位置返回。挡板29关闭。夹具34向回收罐21的退避位置移动。夹具34从回收罐21中拔出使用后的工具70，向工具箱32移动。使用后的工具70向工具箱32中的空置位置返回。活塞52可回转主轴42地上升。以上的程序进行数十秒。

实施例用于选定说明发明的本质及其实际的应用。可参照上述的描述进行各种改进。发明的范围由附加的权利要求的范围定义。

Claims (16)

1.一种机床，其特征在于，包含有可转动的主轴，固定在所述主轴下端的、保持工具的热压配夹，和通过高频感应加热所述热压配夹的高频感应加热装置，所述高频感应加热装置可在所述热压配夹与离开所述热压配夹的退避位置之间移动。

2.按照权利要求1所述的机床，其特征在于，含有使所述高频感应加热装置垂直移动的Z轴托架，和使所述高频感应加热装置水平移动的V轴托架。

3.按照权利要求1所述的机床，其特征在于，所述高频感应加热装置含有加热线圈与向所述加热线圈供给高频电流的高频电源装置。

4.按照权利要求3所述的机床，其特征在于，所述加热线圈具有可包围所述热压配夹的环。

5.按照权利要求1所述的机床，其特征在于，含有设置于所述高频感应加热装置上、冷却所述热压配夹的冷却装置。

6.按照权利要求5所述的机床，其特征在于，所述冷却装置向所述热压配夹供给压缩空气。

7.一种机床，其特征在于，含有可转动的主轴，固定在所述主轴下端的、保持工具的热压配夹，和分别保持工具的、并排设置的一对罐，所述一对罐可在所述热压配夹与离开所述热压配夹的退避位置之间移动。

8.按照权利要求7所述的机床，其特征在于，含有使所述一对罐垂直移动的Z轴托架，和使所述一对罐水平移动的V轴托架。

9.按照权利要求7所述的机床，其特征在于，含有收纳工具的工具箱和把持工具的夹具，所述夹具可在工具箱与所述退避位置之间移动。

10.按照权利要求9所述的机床，其特征在于，含有使所述夹具垂直移动的升降装置，和使所述夹具水平移动的U轴托架。

11.按照权利要求7所述的机床，其特征在于，含有由高频感应加热所述热压配夹的高频感应加热装置。

12.一种机床，其特征在于，含有可转动的主轴，具有可从下方插入工具的中心孔的、固定到所述主轴下端的热压配夹，将工具只向上方突出突出长度的方式保持的供给罐，和测定所述突出长度的测定装置，所述供给罐可在所述热压配夹与离开所述热压配夹的退避位置之间移动。

13.一种机床，其特征在于，含有带有贯通轴孔的可转动的主轴，有与所述轴孔连通的工具插入用的中心孔的、固定到所述主轴下端的热压配夹，和吸引所述轴孔中空气的吸引装置。

14.按照权利要求13所述的机床，其特征在于，所述吸引装置可向所述轴孔中排出空气。

15.按照权利要求13所述的机床，其特征在于，含有通过所述轴孔可下降至所述中心孔中的中心销。

16.按照权利要求15所述的机床，其特征在于，含有带有安装所述中心销的下端的、可上下往复移动的活塞。

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