CN1013484B - 带刀库和刀具更换器的机床 - Google Patents

Abstract

在一个这样的机床中，在具有工作主轴(4)的可以动的主轴箱(7)上还安置着一个刀具更换器(12)，该刀具更换器具有两个可独立运行的夹钳(13)。该夹钳(13)可以处在距主轴(4)的刀架(5)一定距离的一个摆动位置上和处在刀库(10)的更换台(11)上的一个更换位置上，此外，该夹钳支承在一个可转动180度的直线导向装置(14)上。

为了简化刀具更换和加速度更换过程，这两个夹钳(13)借助于其结构为具有不同行程和不同转动比的曲柄(17,26)的齿轮-曲柄传动装置(16),强制地同时通过一个在主轴(4)的刀架(5)的摆动位置和接受位置之间的较短的路程以及通过一个在刀库(10)的上的摆动位置和更换位置之间的较长的路程。

Description

本发明涉及一种带有可相对于作业空间运行的主轴箱的机床，在该主轴箱上装有一个带有刀架的工作主轴和一个带有两个夹钳的刀具更换器，此两夹钳彼此相对设置，并可从主轴刀架端平面前方一定距离处的共同的摆动位置起轴向平行于工作主轴彼此分开运行，此外，在主轴箱上还装有一个从作业空间偏离主轴（4）刀架端平面设置的刀库，该刀库具有一个可从夹钳向更换位置运行的更换台，同时，夹钳支承在一个直线导向装置上，该直线导向装置每次可在夹钳的摆动位置内转动180度，在其摆动最终位置上，夹钳一方面与工作主轴、另一方面与刀库更换台（11）作同轴对准。

这种类型的机床早已在市场上出现。其中的刀具更换器的两个夹钳仅仅在两个平面之间可相互独立地运行，其中的一个径向于直线导向装置的平面是在摆动位置高度上的一个摆动面，另一与此平行的平面位于刀库的更换台高度上。这一总是为主轴的刀架而配置的夹钳，其操作过程仅仅是把刀具从刀库的更换台输送到距主轴刀架的端平面前一定距离的位置上，在该位置刀具更换器翻转180度。同样，在这种已知的机床中，刀具的更换是通过刀具更换器的夹钳的操作过程中，把刀具放入主轴的刀架内或从该处取出;在已知的结构中更多的是把工作主轴的刀架安置在一个可轴向运行的顶尖座套筒上，该顶尖座套筒实现刀具转向至总是与刀具轴向相对的夹钳的摆动位置。一方面为了通过在刀库的更换台上调准的夹钳实现对刀具的输送，另一方面为了在工作主轴上调准的夹钳上实现刀具的更换需要分别的传动，其运动过程必须通过相应的控制装置而相互加以校准。为此，在已知的机床中，对于夹钳的操作过程应用了螺旋主轴以及在螺旋主轴上安置的夹紧螺母，在该夹紧螺母上连接着总是调准在刀库的更换台上的夹钳。这样，对于快速的刀具更换就存在一个明显的缺点，因为，质量惯性肯定会干扰复杂的传动。

因此，本发明的任务在于，提出一种上述类型的机床，该机床的刀具更换装置能快速更换刀具，并且该机床具有一种可靠的、按比例的、结构简单的刀具更换装置的传动装置。

为了实现上述任务，按照本发明的机床，两个夹钳在摆动位置内始终是在进入摆动最终位置上与两个通过齿轮-曲柄传动装置传动的曲柄连接，其中，第一个较短的曲柄在直线导向装置内的行程相当于摆动位置和其中一个夹钳在主轴刀架端平面高度上的接受位置之间的较短行程，而第二个较长的曲柄在直线导向装置内的行程相当于摆动位置和其中另一个夹钳在刀库更换台高度上的更换位置之间的较长行程，因此，齿轮-曲柄传动装置对两个曲柄的同步传动使其具有与其不同行程相应的传动比，而所述的曲柄支承在偏心销上，该偏心销与所述传动装置的同步传动的轴体连接，并且相对于轴体的轴线偏心地安置，在所述的偏心销上支承着与所述的曲柄固定连接着的传动装置的齿轮，该齿轮直接或间接地在框架固定的齿轮上滚动。

按照本发明的机床，其特别的优点在于，通过总是位于更换位置与接受位置之间的两个夹钳的操作过程直接在刀架上实现刀具更换，以及这两个夹 具在同一时刻一个位于刀库的更换台的一个停留位置上，另一个位于工作主轴的刀架上，由此可实现快速的刀具接受或刀具转移，以及同时保证了在同一时间内经过在接受位置与摆动位置之间的和在更换位置与摆动位置之间的不同长度的路程。因为，对于刀具的进入行程和退出行程来说，通常刀具的夹紧锥的高度是标准的，而在摆动位置与更换位置之间的夹钳的运行路程必须根据刀库内存放的刀具的长度而定，这一与主轴箱一起运行的刀库虽然应当尽可能与运行主轴的刀架保持微小的距离，但不允许伸入到机床的作业空间中。

在一个有利的结构中，是如此实现这两个夹钳经过接受位置与摆动位置之间的较短路程的操作过程的，即一个直线导向装置在其纵轴方向是移动的，并且与具有较小行程的曲柄连接。同时与工作主轴同轴调准的夹钳与直线导向装置作轴向固定连接。与此相反，在刀库更换台上调准的夹钳轴向松动地配置在直线导向装置上，并与具有较长行程的曲柄连接。

当具有曲柄的两倍有效长度的偏心销的行程相加总是形成一个总行程时，就具有特殊的优点。为此，在曲柄的偏心销上固定支承着齿轮，该齿轮直接地或间接地在框架固定的齿轮上滚动，这样，使曲柄强制地围绕偏心销的轴线摆动。人们可以如此适当地调整有关齿轮的传动比，即当轴体转动180度时，该曲柄围绕每一个偏心销同样也摆动180度。

按照本发明另外有利的是，这两个夹钳各有一个夹紧装置，该夹紧装置由一个共同的传动装置同时操纵。为此，该夹钳的夹紧装置总是配置有一个与直线导向装置平行的离合轮，以及配置有与直线导向装置轴平行的并径向分布的两上控制杆，这两个控制杆的一端各有离合器。这些离合器的位置，特别是控制杆的长度是如此选择的，即一个夹钳夹紧装置的离合轮在接受位置与较长的控制杆处于啮合，而位于更换位置的第二个夹钳夹紧装置的离合轮与较短的控制杆处于啮合。由此得知，从远离主轴的刀架或者刀库的更换台的一侧起实现了这两个控制杆的驱动。

本发明的其它结构特征由从属权利要求和下述的说明书中给出。

下面按照附图的实施例进一步说明本发明。

图1.具有垂直工作主轴，在主轴箱上配置了一个刀具库和一个刀具更换器的机床的概略侧视图。

图2.按照图1的用于传动机床的刀具更换器的两个夹钳的齿轮-偏心传动装置的部分剖视图;

图3.按照图2的齿轮-偏心传动装置在不同位置的概略表示;

图4.在与图2所示的大致垂直平面上刀具更换器的两个夹钳的导向装置的部分剖视图;

图5.一个按照图4中的Ⅴ-Ⅴ线通过导向装置的断面;

图6.刀具更换器的两个夹钳的正视图。

由图1表示的机床可以逐一地看出工件台1，在其上夹紧一个工件2，例如该工件2由一个底板3支承着。在该工件台1上面运行着一个垂直的主轴4，同时工件台1和工作主轴4一起可以彼此在三个移动的、彼此成直角的轴上运动。在其下端，运行的主轴4支承着一个刀架5，在该刀架内夹紧着一个旋转的切削刀具6，例如一个铣刀或者一个钻头。基于工作主轴4和工件台1彼此相对的运行性，可以利用在刀架5内夹紧的切削刀具6的运行所经过的一个运行空间，当加工过程进行时，工件2必须位于该运行空间内。该工作主轴支承在主轴箱7上或内部，该主轴箱7通过一个或多个导向装置8在立柱9上可垂直运行。同时，导向装置8与工作主轴4在垂直方向上是平行的。

与主轴箱7一起运行的有刀具库10，该刀具库已准备好放入工作主轴4的刀架5中的切削刀具6。由一个没有在图中详细表示的输送装置可以把单个的已准备好的刀具6输送到刀具库10的更换台11上，在更换台上这些刀具调准成与主轴4平行。

在刀库10的更换台11与工作主轴4的刀架5之间更换有关的刀具是通过一个刀具更换器12实现的，该刀具更换器12具有两个在径向彼此相对配置的夹钳13。钳夹13沿着一个升降式的直线导向装置14彼此独立地垂直运行。整个刀具更换器12能翻转180度，以便使两个夹钳13中的每个夹钳一方面能瞬间与工作主轴4或其刀架5调准，另一方面与刀库10的刀具更换台11调准。

一个传动装置15用于刀具更换器12的摆 动，该传动装置作用到直线导向装置14上。为了运行刀具更换器12的两个夹钳13，配置了一个机械的齿轮-偏心轮传动装置，该齿轮偏心轮传动装置的细节将在下面说明。原则上不局限于在垂直主轴的机床上使用该传动装置，也可以用于水平主轴的机床，这时，这一主要的机组相对于垂直主轴仅仅转动90度安置。

这两种夹钳13的机械传动装置的细节可以由图2中得知。延伸线表示了总是处于其上端部位置的两个夹钳13。在图2中的上夹钳13位于刀具库的更换台上的更换位置，而在图2中再次给出的下夹钳13位于工作主轴的接受位置。再次用点划线表示出了摆动位置，在该摆动位置上两个夹钳13彼此调准成在同一高度的一个下平面上，并且距工作主轴的刀架的端平面前一定距离。这一用点划线表示的两个夹钳之间的以及在图2的下方用延伸线表示的距离是短行程，该短行程连接夹钳13的摆动位置与接受位置。同时，第二个夹钳13总是运行通过一个实质上较大的行程，该行程相应于在图2中用点划线表示的下夹钳13与用延伸线表示的上夹钳13之间的距离。

夹钳13的摆动位置与接受位置之间的较短行程通过移动直线导向装置14来达到。构成直线导向装置的异型条钢在其下端部具有一个挡板法兰48，在重力作用下有关的夹钳13紧靠在该挡板法兰上。在这里还可以配置一个在直线导向装置14的两个轴向作用的刚性连接，在卧式机床中特别需要这种刚性连接。用于两个夹钳13的垂直运行的齿轮传动装置16的细节如下：

在垂直移动的直线导向装置14的上端部有一个随动件19，与该随动件啮合着一个随动销18，该随动销突出地安置在曲柄17上并垂直于摆动平面。该曲柄17在一个偏心销20上并与齿轮21固定连接，该齿轮21与曲柄17一起支承在一个偏心销20上。该随动件18与偏心销20成轴平行，同时随动件18与偏心销20之间的轴向距离大于偏心销20的偏心行程。这一与随动销固定连接的齿轮21滚压在一个框架固定的中空齿轮22的内齿23上，该中空齿轮23具有一个通孔32，在该通孔中支承着一个轴体24。在该轴体24的一个偏心孔中插入一个偏心销20，这样，当轴体24旋转时，与曲柄17固定连接的齿轮21在中空齿轮22的内齿23上滚动。在轴体24旋转180度后，到达第二个用点划线表示的随动销18的端部位置，同时曲柄18同样也围绕偏心销20摆动180度，这样，就从偏心销20连同该曲柄17的两倍有效长度而形成总的行程。

总是在刀具库的更换台上调准的夹钳13可沿直线导向装置14移动，为此，夹钳13总是与一个滑台28连接，该滑台经过滑动或滚动轴承而在直线导向装置14上运行。靠近它的下端部该滑台28有一个位于直线导向装置14的径向面的具有切槽结构的连杆44，该切槽经过一个小于180度的圆形弧而延伸。该夹钳13总是在其上侧具有一个配置弹簧型的离合器45，该离合器当两个夹钳13摆动时转入滑台28的连杆44中或从该连杆44中脱离出来。以这样的方式总是使得在刀库的更换台上调准的夹钳13与滑台28连接。

该滑台28使直线导向装置14转动，而夹钳13不随之摆动。由于，可垂直移动的直线导向装置14不能支承在它的下端部，因此，该滑台28还附加地承担一个导向任务。此外，它还有一个纵侧的导向件43，该导向件43与一个直的导向条42相一致，该导向条42与直线导向装置14轴平行的框架固定地安配着。

在导向件43相对侧，第二个随动销27与滑台28啮合，该随动销27突出地位于与曲柄平面垂直的第二个较长的曲柄26上。该曲柄26与一个偏心销29无转动地连接，该偏心销29支承在一个第二个轴体31的径向突出的法兰30上。齿轮33固定地支承在偏心销29上，该齿轮33与一个中间齿轮34啮合，该中间齿轮34利用一个轴销35也支承在轴体31的法兰30上。这一中间齿轮34与一个框架固定的中心齿轮36啮合，该中心齿轮36也构成具有通孔38的一个中空轮，在通孔38中支承着第二个轴体31，如果该轴体31转动，那么它通过法兰30带动偏心销29转动，同时使得曲柄26围绕偏心销29摆动一个与轴体31的转动角一致的角度。这一点是通过中间齿轮34在中心齿轮36的外轮上间接滚动的齿轮33实现的。

在轴体31转动180度以后，产生了一种在图2中用点划线给出的齿轮33、34的以及具有曲柄26的偏心销29的位置。这里，与滑台28啮合的 随动销27的总行程由该曲柄26的双倍有效长度和偏心销29的偏心行程组成。

该两个轴体24和31强制连接。该两个轴体24和31经过一个轴25而传动，该曲25与第一个轴体24固定连接，第一平面齿轮39位于轴25上，该平面齿轮与第二个平面齿轮41对准，第二平面齿轮41利用凸缘连接在第二个轴体31上。通过这两个平面齿轮39和41运行着一个带齿皮带40，并且整个带齿皮带传动具有传动比1∶1，由此，两个轴体24和31总是沿着同一方向转动相同的角度。当给出两个曲轴17和26的长度比以及整个齿轮传动装置16的传动比时，两个随动销18和27彼此的行程比大约为1∶4，因此，与直线导向装置14有关的随动件19的与曲柄26连接的滑台28在同样时间间隔内沿直线导向装置14的轴向走过了大约几倍的路程，上述随动件19与较短的曲柄17连接。

齿轮21、22;33、34、36以及曲柄17和26和轴体24和31，它们的旋转轴或摆动轴相互平行，这样，整个传动装置16结构简单并节省空间。

图3清楚地表示了齿轮传动装置16的运动学。当然，这里这两个随动销18和27的行程比不完全与在图2中表示的相符，然而，图3特别形象地说明了这两个随动件18和27同时沿着一条直线的运动以及在同一时间内经过总是在其上与下端部位置之间的行程。图3中的图a和e再次表示了这两个随动销18和27的上和下端部位置，而图b、c则表示了其中间位置，由这些图可清楚地看出，曲柄17和26的摆动方向与齿轮21和33的旋转方向是相反的，这两个齿轮总是与偏心销20和29无旋转地连接。由此，在小的传动尺寸下就达到随动销18和27的相当大的行程，此外，在随动销17和27的两个行程的中点总是不会产生死点。

图4表示了这两个夹钳13的导向装置的其它细节，每一个夹钳13都装备有没有详细表示出的夹紧装置，该夹紧装置用于有关的刀具6在一个随动带的区域内夹紧或松开。在图4的左下方可以看到，夹钳13位于接受位置，该位置在刀具6传动时通过工作主轴而保持着，然后打开夹紧装置，为的是通过该夹钳13而松开刀具。与此同时，在图4中右上方表示的夹钳13位于刀具库的更换台上的更换位置，这里，可以用同样方式由夹钳13夹紧或松开刀具6。

在图4中用点划线表示的两个夹钳可在它们的摆动位置的第二个平面上运行，以及在该平面内该夹钳13径向相互对置在直线导向装置14的同一高度上。通过由图2和图3说明的传动装置如此产生一个运动循环，即一方面具有在沿导向装置14的轴向固定在该导向装置上的夹钳13和另一方面具有沿导向装置14的轴向在该导向装置上固定的第二个夹钳同时到达下端位置。在这两个摆动位置该直线导向装置14围绕本身的轴线转动180度，为此需要一个在图1提到的传动装置15，该传动装置15抓住一个轴承主体47，在该轴承主体47中安装着用于直线导向装置14旋转的传动装置。相对该轴承主体47的直线导向装置可轴向移动，此外，该直线导向装置向上配置在一个具有正方形截面的延伸物46上，该延伸物46穿过轴承主体47。相对于这个延伸物46的由一个异型条钢构成的直线导向装置14在纵向可以移动。

在延伸物46上可旋转地支承着具有外齿的套筒49，在该外齿上啮合着一个齿条50，该齿条清楚地表示在图5中。此外，该套筒的外齿与两个径向相对的齿轮51和52啮合，而齿轮51和52配置在控制杆53和54的上端部，通过这些控制杆使夹钳13的夹紧装置打开或闭合。此外，正如由图4和6清楚表达的那样，该夹钳13具有离合齿轮55和56，这些离合齿轮55和56与位于控制杆53和54下端的离合器57和58啮合。较长一些、进一步向下延伸的控制杆54仅仅出现在这样一种情况下，即该控制杆位于主轴4上调准的夹钳13和在相对于摆动位置提高的接受位置上，而在径向相对侧有关的夹钳13的离合齿轮55与较短的控制杆53的离合器57之间的离合仅仅在夹钳13的更换位置。在其它位置，该夹钳13的夹紧装置都关闭，以便在该夹紧装置上可靠地夹住随动的刀具。

从图5中还可以看出，通过套筒49而传动的控制杆53和54的齿条50是活塞59的一部分，该活塞安置在一个缸体60中。由此，可以液压地或气动地操纵齿条50，同时它的换向运动引起套筒49的转向的改变。

此外，图4和图6清楚地表示了构成轴的直线导向装置14的横截面形状，这种直线导向装置是根据键槽轴而构成的，其目的是使这两个夹钳13产生旋转随动。在实施例中涉及到一个大体上为正方形横截面的直线导向装置14，在其与纵轴平行的通过夹钳13的侧面上加工出附加的纵向导向唇61，以便消除在夹钳13翻转时所出现的径向力。

Claims (13)

1、一种带有可相对于作业空间运行的主轴箱(7)的机床，在该主轴箱上装有一个带有刀架(5)的工作主轴(4)和一个带有两个夹钳(13)的刀具更换器(12)，此两夹钳彼此相对设置，并可从主轴(4)刀架(5)端平面前方一定距离处的共同的摆动位置起轴向平行于工作主轴彼此分开运行，此外，在主轴箱上还装有一个从作业空间偏离主轴(4)刀架(5)端平面设置的刀库(10)，该刀库具有一个可从夹钳(13)向更换位置运行的更换台(11)，同时，夹钳(13)支承在一个直线导向装置(14)上，该直线导向装置每次可在夹钳(13)的摆动位置内转动180度，在其摆动最终位置上，夹钳(13)一方面与工作主轴(4)，另一方面与刀库更换台(11)作同轴对准，其特征在于：两个夹钳(13)在摆动位置内始终是在进入摆动最终位置上与两个通过齿轮-曲柄传动装置(16)传动的曲柄(17、26)连接，其中，第一个较短的曲柄(17)在直线导向装置(14)内的行程相当于摆动位置和其中一个夹钳(13)在主轴(4)刀架(5)端平面高度上的接受位置之间的较短行程，而第二个较长的曲柄(26)在直线导向装置(14)内的行程相当于摆动位置和其中另一个夹钳(13)在刀库更换台(11)高度上的更换位置之间的较长行程，因此，齿轮--曲柄传动装置(16)对两个曲柄(17、26)的同步传动使其具有与其不同行程相应的传动比，而所述的曲柄支承在偏心销(20、29)上，该偏心销与所述传动装置的同步传动的轴体(24、31)连接，并且相对于轴体的轴线偏心地安置，在所述的偏心销(20、29)上支承着与所述的曲柄(17、26)固定连接着的传动装置的齿轮(21、33)，该齿轮直接或间接地在框架固定的齿轮(22、36)上滚动。

2、按照权利要求1的机床，其特征在于：直线导向装置（14）在其纵轴方向是移动的，并且与具有较短行程的曲柄（17）连接，同时与工作主轴（4）总是同轴调准的夹钳（13）与直线导向装置（14）作轴向固定连接，以及在刀库的更换台（11）上调准的夹钳（13）在其轴向是松开的，并且与具有较长行程的曲柄（26）连接。

3、按照权利要求1的机床，其特征在于，齿轮（21、22;33、36）的传动比是这样的，即当轴体（24、31）转动180度时曲柄（17、26）围绕每个偏心销（20、29）同样摆动180度，这样，偏心销（20、29）的行程与曲柄（17、26）的两倍的有效长度之和形成总的行程。

4、按照权利要求1或3的机床，其特征在于，与具有较短外程的曲柄（17）固定连接的齿轮（21）与框架固定的配对齿轮（22）的内齿（23）啮合，该配对齿轮有一个中心通孔（32），在该通孔中支承着所属的轴体（24）。

5、按照权利要求1或3的机床，其特征在于，与具有较长行程的曲柄（26）固定连接的齿轮（33）与一个中间齿轮（34）啮合，该中间齿轮支承在一个与所属的轴体（31）固定连接的法兰（30）上，并且与一个框架固定的中心齿轮（36）啮合，该中心齿轮（36）有一个中心通孔（38），在该中心通孔中支承着轴体。（31）。

6、按照权利要求4的机床，其特征在于，齿轮（21、22;33、34、36）和两个曲柄（17、26）的轴体（24、31）彼此成轴平行，并且轴体（24、31）在其远离齿轮侧利用平面齿轮（39、41）和一个在其上运行的带齿皮带（40）彼此连接。

7、按照权利要求2的机床，其特征在于，在曲柄（17、26）的端部安置有随动销（18、27），该随动销一方面啮合在一个与直线导向装置（14）轴向固定的随动件（19）中，另一方面啮合在一个在直线导向装置（14）上移动的具有用于夹钳（13）的随动连杆（44）的滑台（28）中。

8、按照权利要求7的机床，其特征在于，该滑台（28）支承在一个平行于直线导向装置（14）的框架固定的导向条（42）上，以及该连杆（44）沿圆周方向经过小于180度的弧面安置在滑台（28）上，同时，在夹钳（13）上有利用这种连杆（44）而连接的离合器（45），该离合器当每一个夹钳（13）与工作主轴（4）轴向调准时与滑台（28）的连杆（44）不啮合。

9、按照权利要求8的机床，其特征在于，在直线导向装置（14）的这样一个区域内，即在与滑台（28）的连杆（44）的摆动位置径向对置着的区域内，安置与夹钳（13）的离合器（45）共同作用的随动件。

10、按照权利要求1的机床，其特征在于，每个夹钳（13）具有一个带有与直线导向装置（14）轴平行的离合齿轮（55、56）的夹紧装置，以及与直线导向装置（14）轴平行地和径向地支承着两个其每个端部具有离合器（57、58）的控制杆（53、54），该离合器（57、58）中的具有夹钳（13）的离合齿轮（56）的这一离合器在接受位置处于啮合状态，而具有另一个夹钳（13）的离合器（55）的第二个离合器在更换位置处于啮合状态。

11、按照权利要求10的机床，其特征在于，该控制杆（53、54）在其远离离合器（57、58）的端部各具有一个传动齿轮（51、52），该传动齿轮与在一个直线导向装置（14）的轴向延长物（46）上支承的带外齿的旋转套筒（49）啮合，而在该外齿上啮合着一个齿条（50）。

12、按照权利要求2的机床，其特征在于，直线导向装置（14）由一个健槽类型的成型条钢组成，该条钢在一个轴承主体（47）内沿轴向可松动地运行，并且在旋转方向上与一个摆动传动装置固定连接。

13、按照权利要求12的机床，其特征在于，该直线导向装置（14）凸出地安置在轴承主体（47）上，并通过一个在其上移动的滑台（28）而在框架固定的导向条（42）上运行。

Images