CN101745834A - 自动工具交换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供复合加工机的自动工具交换装置。工具交换装置，包括：工具交换臂(100)，夹持或松开安装在工具库及机床主轴上的工具(T)；以及支撑台(78)，与工具交换臂协同工作，工具交换臂包括两个臂部分(106)，每个臂部分包括：工具夹持部(108)；推动销(116)，向平行于旋转轴(C)的第一方向及与此相反的第二方向做往复运动；弹簧(124)，向第一方向压迫推动销；杆(130)，在臂部分(106)内以正交于旋转轴的长度方向(L)被引导而做往复运动；以及连杆(136)，一端与杆末端(128)的相反侧端部连接，另一端与推动销连接，从而将推动销平行于旋转轴的往复运动转转为杆沿长度方向的往复运动。

Description

自动工具交换装置

技术领域

本发明涉及一般在复合加工机中在机床主轴与工具库之间能够自动交换工具的自动工具交换装置(Automatic Tools Changer)。

更具体来讲，本发明涉及当在两端部具有工具夹持结构的ATC臂为了交换工具而夹持工具时，不仅可以减少对工具的冲击，而且在ATC臂以夹持工具的状态进行前进、后退以及旋转运动的过程中能够确实防止工具掉落的自动工具交换装置。

背景技术

用于进行铣削及车削等复合机械加工的复合加工机已基本被公知。这种复合加工机当加工工件时，在保管于工具库中的多个工具与在之前加工阶段中所使用的机床主轴上的工具之间自动进行交换，并以此加工工件的各种形状及结构。就复合加工机而言，当交换工具时，利用例如在两端具有能够夹持工具的工具夹持结构的自动工具交换装置的臂(arm)(以下，称之为“ATC臂”)。

对此，参照表示了使用ATC臂的工具交换的概念的图7可知，当相互交换安装于工具库及机床主轴上的工具时，ATC臂为了握持工具首先朝安装于工具库及机床主轴上的工具做旋转运动。接着，ATC臂做后退运动以使工具从工具库及机床主轴分离，之后，再做反向旋转运动以从而在工具库与机床主轴之间完成工具交换。

图8示出了用于上述方式的工具交换的现有技术中的ATC臂的一种例子。在图8所示的ATC臂的场合，当ATC臂1从图7的阶段一向阶段二旋转时，销3接触到设在支撑台(参照图1)的接触面5并向容纳部7内后退。由此，在容纳部7内产生供夹持器9后退的空间，从而随着工具T进入夹持结构11内，夹持器9做后退运动。

但是，夹持器9由于弹簧13的作用始终向夹持工具的位置受压，因此当工具T与夹持器9刚开始接触时，夹持器9向工具施加冲击。而这种冲击会使设在工具上的夹持槽破损，从而可能导致夹持器9不能正常夹持工具的状态。而且这还能进一步破坏工具的水平状态。更加严重的是，这种冲击会对机床主轴的轴承产生影响，进而导致机床主轴的噪音以及对可靠性带来恶劣影响。

而且，就现有技术的ATC臂而言，夹持器9通过形成于内侧端部的倾斜面15与形成于销3上的倾斜面17接触而可以保持工具夹持状态。但是，这种倾斜面15、17之间的接触会产生压缩容纳于销3内的弹簧19的力。进而，当ATC臂以夹持工具的状态旋转时，若夹持器9受到过大的力或者只要弹簧19的力稍微降低，则弹簧19就被压缩而夹持器9后退到容纳部7内。由此，当ATC臂以夹持工具的状态进行旋转及直线运动时，会经常发生工具从ATC臂掉落的现象。因此，现有技术的ATC臂用于工具交换时其可靠性会降低。

发明内容

于是，本发明是鉴于上述现有技术中所存在的问题而做出的，其目的在于提供一种当ATC臂夹持工具时，能够防止向安装于工具库及机床主轴的工具施加冲击，同时当ATC臂以夹持工具的状态下做旋转及直线运动时，几乎不会发生工具掉落现象的自动工具交换装置。

为了解决如上所述问题的根据本发明实施例的自动工具交换装置包括：工具交换臂，通过夹持(clamping)或松开(un-clamping)安装在复合加工机的工具库及机床主轴上的工具而在工具库与机床主轴之间交换工具；以及支撑台，与工具交换臂协同工作而使所述工具交换臂夹持或松开工具，其中，所述工具交换臂包括以其旋转轴为中心设置成点对称的两个臂部分，所述每个臂部分包括：工具夹持部，在其外侧自由端部具有凹陷形状，以用于容纳工具；推动销，能够向平行于所述旋转轴的第一方向及与此相反的第二方向做往复运动；弹簧，用于向所述第一方向压迫所述推动销；杆，在所述臂部分内向正交于所述旋转轴的长度方向被引导而做往复运动；以及连杆，一端可旋转地与所述杆末端的相反侧端部连接，且另一端可旋转地与所述推动销连接，从而将所述推动销的平行于旋转轴的往复运动转转为所述杆的沿长度方向的往复运动，所述支撑台包括具有突出表面的导向环，该导向环在所述ATC臂为了夹持工具而旋转时使所述推动销向第二方向移动，就所述杆而言，当所述推动销向第一方向移动时，被所述连杆向工具夹持部推动并与所述工具夹持部协同工作，从而防止工具从所述工具夹持部脱离，当所述推动销向第二方向移动时，被所述连杆向推动销拉动，从而使工具能够出入工具夹持部。

而且，在本发明中，所述导向环还包括：使所述推动销向第一方向移动的后退表面；以及位于所述突出表面与后退表面之间的过渡表面。

而且，在推动销向第一方向移动的状态下，所述杆与所述连杆直线对齐。

本发明具有以下效果。

如上所述的根据本发明一实施例的自动工具交换装置，当ATC臂夹持工具时，不会向安装于工具库及机床主轴的工具施加冲击，因此可以防止工具的夹持槽受损，进而不会对机床主轴的轴承产生恶劣影响。

而且，根据本发明一实施例的自动工具交换装置，当ATC臂以夹持工具的状态做旋转或直线运动时，由于保持杆与连杆的对齐状态，从而能够确实防止工具的掉落。

附图说明

图1是利用根据本发明的自动工具交换装置的复合加工机的立体图。

图2是根据本发明的自动工具交换装置的ATC臂的俯视图。

图3是根据本发明的自动工具交换装置的ATC臂的主视图。

图4是沿图2的A-A线截取的ATC臂的剖视图。

图5是将沿图3的B-B线截取的ATC臂的剖视图与图6所示的根据本发明的导向环一起表示的图。

图6(a)表示根据本发明的导向环的主视图，图6(b)表示导向环的剖视图。

图7是表示复合加工机中工具交换装置的工具交换概念的图。

图8是表示根据现有技术的ATC臂的图。图中：

50-复合加工机      52-底座

54-机床主轴        56-上部输送台

70-自动工具交换装置72-机架

74-ATC凸轮箱       76-轴

78-支撑台                 80-导向环

82-第一导向面(突出表面)   84-第二导向面(后退表面)

86-第三导向面(过渡表面)   100-ATC臂

102-安装孔                104-臂中央部

106-臂部分                108-工具夹持部

110-夹持齿                112-容纳部

116-推动销                120-盖

124-压缩弹簧              126-导向孔

128-夹持器                130-杆

136-连杆

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。

首先，参照图1，图1表示利用根据本发明的自动工具交换装置的复合加工机50。复合加工机50大体包括底座52、主轴(未图示)、尾架(未图示)、机床主轴54、上部输送台56、工具库(未图示)以及根据本发明的自动工具交换装置70。

本发明的自动工具交换装置70包括：安装在底座52上的机架72；安装在机架72的一侧上部的ATC凸轮箱74；通过轴76与ATC凸轮箱74连接从而可根据ATC凸轮箱74内的凸轮曲线图做前进、后退及旋转运动的ATC臂100；以及从机架72的另一侧上部延长的支撑台78。

ATC臂100通过根据ATC凸轮箱74的前进、后退及旋转运动，对安装在工具库及机床主轴54的工具T进行夹持(clamping)或松开(un-clamping)，从而在工具库与机床主轴54之间进行工具交换。而且，支撑台78以安装在支撑台78上的导向环(具体图示于图5及图6)80为介质与ATC臂100协同工作，从而使ATC臂100能够夹持或松开工具。

以下，对有关本发明的ATC臂100及导向环80进行详细说明，而当对于其他相关的公知功能或结构的详细说明可能影响本发明的宗旨时，将省略其详细说明。

图2、图3、图4及图5表示根据本发明的自动工具交换装置70的ATC臂100的具体结构。本发明的ATC臂100包括：具有用于安装到轴76的安装孔102的臂中央部104；以及从臂中央部104向左右方向(以下，称之为“长度方向L”)延长的两个臂部分106。这些臂部分的形状及结构是以ATC臂100的旋转轴C为中心点对称的形状及结构，因此为了避免重复说明，只对一侧的臂部分106进行说明。

臂部分106在其自由端侧具有以半圆形凹陷部构成的工具夹持部108。该工具夹持部108为了防止工具T脱离而与下述的杆130协同工作。在工具夹持部108的内表面还形成有夹持齿(clamping tooth)110，以用于与形成在工具T上的夹持槽(参照图8)相吻合。

臂部分106还包括容纳部112，该容纳部112位于在长度方向L及相对于该长度方向的横向T从旋转轴C相隔间距的部位。该容纳部112贯通臂部分106而形成，推动销116容纳在该容纳部112，且通过平行于旋转轴C的往复运动能够相对于臂部分106突出(推动销116向第一方向的运动)及后退(推动销116向第二方向的运动)。

推动销116由管体部122构成，该管体部的上部能够通过容纳部112的开口114突出，而且下部可以在通过螺钉等固定于容纳部112的相反侧开口118的盖120内滑行。在盖120与管体部122之间设有压缩弹簧124。该压缩弹簧124朝突出方向持续压迫推动销116。

在臂部分106的容纳部112形成有朝工具夹持部108以长度方向L延长的导向孔126。在该导向孔126内容纳有杆130，使得杆130可以沿长度方向L做直线往复运动。杆130在朝向工具夹持部108的末端设有与工具夹持部108协同工作以防工具T脱离的夹持器128。在杆130朝向容纳部112的内侧端部通过销132可旋转地连接有连杆136的一端。而且，连杆136的另一端通过销134与推动销相连。

如上所述构成的容纳部112、推动销116、导向孔126、杆130以及连杆136形成一种滑动连接机构，从而可以将推动销116平行于旋转轴C的往复运动转转为杆130沿长度方向L的往复运动。

具体来讲，当推动销116后退时，导向孔126内的杆130被连杆136拉动，从而移动到能够使工具出入工具夹持部108的位置，即“工具松开位置”(图5的左侧)。换言之，当杆130位于工具松开位置时，设在杆130末端的夹持器128不会妨碍工具进入工具夹持部108内。进而，如同下面详述的内容，直至工具进入工具夹持部108内之前，杆130保持在工具松开位置，因此不会存在当夹持工具时冲击工具的现象。由此，不会发生破坏工具的夹持槽或者给机床主轴的轴承带来恶劣影响的情况。

另外，若推动销116突出，则杆130被连杆136向工具夹持部108推动，从而移动到与工具夹持部108协同工作的位置，即“工具夹持位置”(图5的右侧)，以用于防止工具脱离。当杆130位于工具夹持位置时，杆130与连杆136优选地处于对齐的状态，更加优选地沿长度方向L以直线状态对齐。由此，当在工具夹持部108与夹持器128之间夹持工具的状态下ATC臂100做前进、后退及旋转运动时，只要夹持器128不受到能破坏杆130与连杆136的水平对齐状态的程度的力，就不会发生杆130向容纳部112后退的情况。进而，不同于利用了倾斜面之间的接触的现有技术，本发明能够确实防止由于杆130的后退所导致的掉落工具的情况。

对于这种杆130的往复运动，以下结合导向环80的结构做进一步说明。

参照图1可知，在支撑台78上设有与ATC臂100协同工作的导向环80。如图6所示，该导向环80为圆环形状，通过螺栓等固定在支撑台78上。而且，导向环80具有导向面82、84、86，以用于控制ATC臂100的推动销116的突出及后退。

如图5所示，当推动销116与第一导向面82接触时，推动销116对抗压缩弹簧124而后退。当推动销116与第二导向面84接触时，推动销116受到压缩弹簧124的压迫而突出。第三导向面86为第一导向面82与第二导向面84的过渡部，即对应于推动销116从收缩状态向突出状态移动的部分。

以下，参照图5、图6及图7，说明根据本发明的ATC臂100及导向环80的相互动作关系。

在图7的阶段一，在推动销116与导向环80的第一导向面82接触的状态(图5的左侧)下，即杆130位于工具松开位置的状态下，向顺时针方向旋转。阶段二表示工具进入工具夹持部108的半圆形凹陷部内之前的状态。从此开始，随着ATC臂100继续向顺时针方向旋转，推动销116从与第一导向面82的接触过渡到与第三导向面86的接触。由此，推动销116通过压缩弹簧124的作用将逐渐突出，进而杆130及夹持器128移动到工具夹持位置。

此时，由于直至工具进入工具夹持部108的半圆形凹陷部内之前为止，推动销116与第一导向面82接触而处于后退的位置，因此如同前面所述，杆130保持在工具松开位置。所以，在工具与夹持器128不发生冲突的情况下，工具能够进入到工具夹持部108内。

接着，在使ATC臂100后退之前的图7的阶段三，推动销116与第二导向面84接触，从而推动销116完全突出。因此，杆130与连杆136处于对齐的状态，进而杆130完全夹持工具夹持部108内的工具。在此状态下，ATC臂100后退而远离导向环80，且向逆时针方向旋转后再前进。根据这种前进，推动销116与第一导向面82接触，从而可以分离夹持在工具夹持部108的工具。通过将工具夹持部108从工具分离，完成工具库与机床主轴之间的工具交换(阶段四)。

在此过程中，推动销116通过压缩弹簧124的作用而保持突出状态，从而如同前面所述，杆130与连杆136保持直线对齐状态，因此工具不会从工具夹持部108掉落，并完成工具交换。

以上，虽然参照附图对本发明的实施例做了说明，但是本发明所属技术领域的普通技术人员在不变更本发明的技术思想或必要特征的情况下，能够以其他具体的方式实施本发明。

因此，应当理解为以上所记载的实施例的所有内容只是示例性的，而非限定性的，本发明的保护范围将根据权利要求书来限定，而且应当解释为从权利要求书的含义、范围及其等同概念所推导出的所有变更或变形的方式包含在本发明的范围内。

产业上的可利用性如下。

根据本发明的自动工具交换装置，当ATC臂夹持工具时，不会向安装在工具库及机床主轴上的工具施加冲击，因此可以防止工具夹持槽的破损，进而不会对机床主轴的轴承产生恶劣影响。而且，当ATC臂在夹持工具的状态下作旋转或直线运动时，能够保持杆与连杆的对齐状态，从而能够确实防止工具的掉落。

Claims (4)

1.一种工具交换装置(70)，用于在复合加工机(50)中在工具库与机床主轴之间交换工具，其特征在于，包括：

工具交换臂(100)，通过夹持或松开安装在所述工具库及所述机床主轴上的工具(T)而在工具库与机床主轴之间交换工具；以及

支撑台(78)，与所述工具交换臂(100)协同工作而使所述工具交换臂(100)夹持或松开工具，

所述工具交换臂(100)包括以其旋转轴(C)为中心对称设置的两个臂部分(106)，

每个所述臂部分(106)包括：

工具夹持部(108)，在其外侧自由端部具有凹陷形状，以用于容纳工具(T)；

推动销(116)，向平行于所述旋转轴(C)的方向做往复运动；

弹簧(124)，用于使所述推动销(116)弹出伸长；

杆(130)，在所述臂部分(106)内向正交于所述旋转轴(C)的长度方向(L)被引导而做往复运动；以及

连杆(136)，一端可旋转地与所述杆(130)连接，另一端可旋转地与所述推动销(116)连接，从而将所述推动销(116)的平行于旋转轴(C)的往复运动转转为所述杆(130)的沿长度方向(L)的往复运动。

2.根据权利要求1所述的工具交换装置，其特征在于，

所述支撑台(78)包括具有突出表面(82)的导向环(80)，该导向环(80)在所述工具交换臂(100)为了夹持工具而旋转时使所述推动销(116)向第二方向移动，

就所述杆(130)而言，当所述推动销(116)向第一方向移动时，被所述连杆(136)向工具夹持部(108)推动并与所述工具夹持部(108)协同工作，从而防止工具从所述工具夹持部(108)脱离，当所述推动销(116)向第二方向移动时，被所述连杆(136)向推动销(116)拉动，从而使工具能够出入工具夹持部(108)。

3.根据权利要求2所述的工具交换装置，其特征在于，

所述导向环(80)还包括：使所述推动销(116)向第一方向移动的后退表面(84)；以及位于所述突出表面(82)与所述后退表面(84)之间的过渡表面(86)。

4.根据权利要求1或3所述的工具交换装置，其特征在于，

在所述推动销(116)向第一方向移动的状态下，所述杆(130)与所述连杆(136)直线对齐。

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