CN101811264A - 在机床上更换和插入或放置刀具的系统以及存放刀具的刀具库 - Google Patents

在机床上更换和插入或放置刀具的系统以及存放刀具的刀具库 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在机床上更换和插入或放置刀具的系统，其包括存放多个刀具的刀具库和从所述刀具库中取出刀具的操作装置，其中，所述刀具库如此形成使得刀具在所述刀具库中不同层级上以相互堆叠的方式存放，所述层级相互重叠以形成收容刀具的隔间，所述隔间在上述层级上以圆弧或圆弧段的方式设置，所述操作装置用于从所述隔间中沿径向向内和/或沿径向向外取出刀具。而且，本发明还涉及这种系统中的刀具库和具有这种系统的机床。

Description

在机床上更换和插入或放置刀具的系统以及存放刀具的刀具库
【技术领域】
本发明涉及在机床和存放刀具的刀具库上更换和插入或放置刀具的系统、存放刀具的刀具库以及加工工件的机床。
特别地，本发明涉及在机床上更换和插入或放置刀具的系统、存放多个刀具的刀具库以及加工工件的机床，上述系统具有存放多个刀具的刀具库和从刀具库中取出刀具的操作装置，上述机床具有更换机床上的刀具的换刀装置及在机床上更换和插入或放置刀具的系统，上述刀具库的操作装置用于从刀具库中供应刀具给换刀装置。
【背景技术】
现有技术揭露了以不同形式在机床上更换和插入或放置刀具的系统以存放刀具，尤其是存放机床的刀具的刀具库。
这种刀具库用于收容或存放多个刀具以储存刀具，且包括从刀具库中取出刀具的操作装置，从而可用在机床的换刀装置上。在此，现有技术的机床可进行换刀，将收容在机床的主轴上的刀具被换成另一刀具。这可通过程序控制完全自动完成。在机床加工工件的过程中，当前的加工阶段不需要的刀具可被保存在到刀具库中储存。
在这种情况下，现有技术中揭露了两种基本的刀具库设计，其不同之处在于，存放或收容刀具的隔间或刀具库不动，但操作装置可将其上的取出单元移动至隔间或收容装置以取出刀具，或者刀具库的操作装置不动，但存放或收容刀具的隔间或收容装置可被移动至操作装置的取出单元。
现有技术中，例如德国专利DE 39 05 780 C1和德国专利申请DE 10 2005052353 A1，揭露了机床用的链式刀具库，其包括不动的操作装置。这种链式刀具库包括具有在该过程中收容刀具的多个收容装置或收容部的链，链至少部分在导轨内被导引。
然而，为在现在的机床上灵活地加工工件，尤其需要在刀具库中提供或储备大量的不同的刀具，其中，上述链式刀具库也出现如下问题，必须提供许多链或链式刀具库或者巨大的刀具库来储存大量的刀具。这导致链式刀具可需要很大的占用面积，而且，如果将从链式刀具库中取出的刀具收纳在离操作装置有一定距离的链式刀具库的链上，也很可能需要很长的刀具供给时间。
此外，现有技术中，例如德国专利申请DE 10 334 346 A1，揭露了具有不动的收容装置或隔间及可被控制来取出刀具的取出单元的架式刀具库。
然而，现有技术中的架式刀具库存在以下问题，利用操作装置的取出单元来存放大量的不同刀具，根据刀具的储存量和控制可能性可能需要很长的刀具供给时间，而且架式刀具库尤其需要很大的占用面积。
在架式刀具库的操作系统的基础上，德国实用新型DE 299 02 127 U1揭露了一种旋转式刀具库，其中，6轴的关节型机器人作为操作装置，用于取出刀具或操作刀具。特别地，DE 299 02 127 U1揭露了一种旋转式刀具库，其中，机床的刀具被存放在看台似的层级上，前文所述的6轴的关节型机器人用于接收收纳在旋转型刀具库内的刀具，并将刀具供给给机床以通过程序控制进行换刀。
在上述具有看台形状层级的刀具库中，需要引导关节型机器人或关节型机器人的取出单元从上向着储存在旋转型刀具库内的刀具运动，从而抓住或取出刀具。然而，因为关节型机器人需要看台形状，这种旋转型刀具库存在以下问题，在这种旋转型刀具库中储存大量的刀具，需要大量阶梯或层级向下递增的空间或面积，从而旋转型刀具库需要特别大的占用面积。而且，控制这种6轴的关节型机器人，尤其是程序控制，技术上非常复杂。此外，由于看台的形状，操作者很难从外检查存放的刀具。
【发明内容】
因此，为了避免现有技术中的架式刀具库或旋转型刀具库所存在的上述问题，本发明提供一种在机床上更换和插入或放置刀具的系统、一种存放刀具的刀具库以及一种具有在机床上更换和插入或放置刀具的系统的加工工件的机床。
特别地，本发明提供一种在机床上更换和插入或放置刀具的系统、一种存放刀具的刀具库以及一种具有在机床上更换和插入或放置刀具的系统的机床，其中，大量的刀具可被收容以存放刀具，并能缩短被收容的刀具的刀具供给时间。
为了实现上述目的，本发明提供一种如权利要求1所述的在机床上更换和插入或放置刀具的系统、一种如权利要求11所述的存放刀具的刀具库以及一种如权利要求12所述的具有在机床上更换和插入或放置刀具的系统的机床。本发明的优选实施例在附属权利要求中进行描述。
本发明的在机床上更换和插入或放置刀具的系统包括存放许多刀具的刀具库和从刀具库中取出刀具的操作装置。依据本发明，上述在机床上更换和插入或放置刀具的系统的特征在于，上述刀具库如此形成使得刀具被存放在上述刀具库内的不同的层级上彼此的上方，上述层级相互重叠使得收容刀具的隔间被形成，刀具在上述层级上沿圆弧或圆弧段排列，而且上述操作装置用于从上述隔间内沿径向向内和/或沿径向向外取出刀具。
这提供以下优势，尤其是因为收容和/或存放刀具的隔间和/或收容装置在堆叠的层级和重叠的区域内在各层级上沿圆弧或圆弧段的几何排列，改善了空间的利用，大量的刀具可被存放，同时刀具的占用面积也小。这里，因为刀具和收容装置的几何排列，可有较短的刀具供给时间，甚至在大量存放刀具的情况下，方便地存放刀具确保刀具对操作装置的良好可及性。特别地，由于每一层级上的环形排列，上述操作系统中所有的刀具的移动距离相对较短。
上述刀具库的隔间和收容装置均不限于其实施例，只要刀具可被径向向内和/或径向向外取出，也可采用通用的收容装置、收容部或隔间存放刀具。例如，上述层级之间可有隔间，一个层级上相邻的隔间的一侧或两侧被横穿支撑隔开，上述支撑本质上上述层级正交。然而，上述隔间也可采用任何类型的存放刀具的通用收容装置，例如，收容刀具的钳。优选地，一个或多个顶部基本半开放的成型件可分别形成在上述隔间的底面，使其能适合地放置刀具。
优选地，上述操作装置包括取出单元以及移动上述取出单元的一个或多个线性轴和一个或多个转动轴。因此，利用上述操作装置的线性轴和转动轴，能移动上述隔间取出单元至被存放的刀具和上述隔间，以从上述隔间中取出刀具的取出单元。此外，优选地，利用拾取上述隔间中的刀具的上述取出单元可供给刀具给上述隔间。
为此，上述操作装置优选地包括沿径向移动上述取出单元的第一线性轴，可沿径向在一个层级上移动上述取出单元，尤其是沿径向向外和/或沿径向向内取出刀具。
此外，上述操作装置优选地包括用于将上述第一线性轴在上述刀具库的一个截面层级上对齐的第一转动轴。这具有以下优势，上述取出单元可利用上述第一线性轴在径向上移动，使得上述径向与一个层级的圆弧或圆弧段上存放的一个刀具对齐，从而取出刀具。
优选地，上述操作装置包括在不同的堆叠层级间移动上述取出单元的第二线性轴。这提供以下优势，上述取出单元可从一个层级移动至特定的另一层级，例如，当将被取出的刀具被存放在上述特定的另一层级上。
优选地，在不同的堆叠层级间移动上述取出单元的上述第二线性轴为伸缩轴，用于根据伸缩原理在垂直方向上和/或不同的层级之间移动上述取出单元。
这提供以下优势，由于上述操作装置的垂直轴为伸缩轴，运作和操作简单的上述操作装置可提供紧凑的结构。此外，为了上述刀具库的增加容量，可以为上述刀具库增加包含收容刀具的隔间的层级这种有利的方式进行，其中，上述操作装置可被进一步使用，而无需为更高的层级增加复杂的适配器，因为上述伸缩轴可移动上述取出单元至增加的层级。
特别地，上述操作装置包括上述第一线性轴、第二线性轴和第一转动轴，从而利用三个轴上述取出单元可被移动至被存放的特定刀具，以沿径向向内和/或沿径向向外取出特定的刀具。为此，利用上述第二线性轴移动上述取出单元至特定刀具所存放的层级，利用上述第一线性轴可取得特定的刀具或进入特定刀具所存放的隔间，从而第一线性轴与所存放的刀具的径向对齐，并利用上述第一线性轴在上述径向上将上述取出单元移动至刀具。
此外，上述操作装置优选地包括移动上述取出单元至换刀装置以更换机床上的刀具的第三线性轴。因此，本发明进一步提供线性轴，优选地与上述线性轴和转动轴结合，以一种有利的方式供给取出的刀具给换刀装置，从而刀具可被交换或更换到机床上。
优选地，上述操作装置用于供给从上述隔间中取出的刀具给换刀装置以交换或更换到机床(200)的主轴(220)上。这里，能直接从刀具库中交换或更换刀具至机床的主轴，例如，按照直接“拾取并放置”的方式。
优选地，上述刀具库包括本质上圆筒形的基架。优选地，上述基架为铸造或焊接结构。因此，由于上述基架的圆通形状，尤其是由于其环形截面，能为上述刀具库提供本质上而言适当坚硬的基架。
优选地，上述操作装置设置在上述圆筒形的基架内部。这具有以下优势，当取出刀具时，对上述取出单元而言，从所有的隔间取出刀具都具有适当短的移动距离，尤其是利用第一线性轴和/或第一转动轴的移动。在这种情况下，刀具优选沿径向向内从上述隔间中取出。
优选地，上述圆筒的内表面上形成有从上述隔间中取出刀具的取出开口。
优选地，上述刀具库的隔间的纵轴径向对齐，从而具有纵向延伸的刀具以径向对齐的方式收容在上述隔间内，并可从上述隔间中伸出。
这提供以下优势，不同长度的刀具可被存放在上述隔间内，因此，由于不同长度的刀具可被存放在相同的隔间中并能从上述隔间沿径向伸出，上述刀具的惊醒放置以一种特别有利的方式优化了空间的利用。
优选地，上述操作装置沿径向向内从上述隔间内取出刀具，从而收容在上述隔间内的刀具上用于加工工件的加工部从上述隔间沿径向向外伸出。
这提供以下优势，上述刀具的拾取部用于通过拾取部拾取刀具，例如，利用取出单元、换刀装置的拾取装置或机床的主轴上的特殊拾取装置，在存放时刀具的拾取部在上述刀具库内沿径向向内对齐，并因此在存放时用于加工工件的部分在上述刀具库内刀具上沿径向向外对齐。在这种情况下，可能被润滑剂或其它污物弄脏的上述刀具的加工部优选地从上述隔间内沿径向向外伸出，从而在上述刀具库内部的拾取部可保持清洁。
本发明的存放许多刀具的刀具库的特征在于，刀具库为上述在机床上更换和插入或放置刀具的系统其中之一的刀具库。
本发明的加工工件的机床包括更换机床上的刀具的换刀装置和上述在机床上更换和插入或放置刀具的系统其中之一，上述刀具库的操作装置用于从上述刀具库中供给刀具给上述换刀装置。
以上发明内容基本上描述存放在上述刀具库中的刀具的取出，并供给刀具给换刀装置，以分别在机床上交换和更换刀具。然而，本发明的在机床上更换和插入或放置刀具的系统、刀具库及机床也可用于通过控制和/或移动上述取出单元从上述刀具库或换刀装置中供给刀具给上述刀具库的隔间以存放，优选以与前文所述的取出和供给刀具的类似的方式。
【附图说明】
图1为本发明的更换和插入或放置刀具的系统的一个实施例的右视图。
图2为本发明的更换和插入或放置刀具的系统的一个实施例的主视图。
图3为本发明的更换和插入或放置刀具的系统的一个实施例的俯视图。
图4为本发明的更换和插入或放置刀具的系统的一个实施例的操作装置的侧视图。
图5为本发明的更换和插入或放置刀具的系统的一个实施例与机床组合后的侧视图。
【具体实施方式】
以下，将结合具体实施例和示例性附图对本发明进行详细地说明。
图1所示为本发明的在机床上更换和插入或放置刀具的系统的右视图，该系统具有存放许多刀具的刀具库110，该系统的基架111上各自相邻设置的隔间，例如隔间F1至F4，形成在不同的堆叠的层级上，例如层级E1至E4，隔间可收容机床的刀具以存放。
以示例的方式，图1中所示的刀具1a、1b及1c被容纳在刀具库110的基架111的下部的三个递增层级上的相互堆叠的隔间内存放。
在本发明的当前实施例中，刀具库110和基架111分别形成，从而刀具1a、1b及1c被存放在刀具库110内递增的不同层级上，这些层级相互重叠从而形成收容刀具的隔间。根据图1中本发明的实施例，每个隔间(例如F1至F4)与各自相邻的隔间在一侧被垂直的横穿支撑隔开，但另一侧没有垂直的横穿支撑。因此，依据本实施例，隔间总是成对形成，例如F1和F2或F3和F4，隔间对之间没有垂直的横穿支撑。然而，本发明并不限于这些实施例，也可是允许所存放的刀具以多层方式平放在虚拟的圆通空间内的隔间或收容装置的任何设计。
在本实施例中，可利用操作装置120的取出单元121沿径向向内从隔间中取出存放在刀具库的隔间中刀具，取出单元121包括三个线性轴L1、L2、L3和一个转动轴D1，还包括用于移动取出单元以从隔间中取出刀具或插入刀具的转动轴驱动123。线性轴L1、L2、L3分别允许从一个层级沿向径由操作装置取出的刀具的运动，例如，进出隔间的运动(沿第一线性轴L1)、在层级间沿垂直方向的运动(沿第二线性轴L2)及沿横向朝向机床的换刀装置的运动(沿第三线性轴L3)。转动轴D1允许第一线性轴L1沿径向与其中一个层级上的特定隔间对齐。因此，可利用三个线性轴L1、L2、L3和一个转动轴D1驱动取出单元向每个隔间运动，同时易于操作或技术运作。
此外，在图1所示的实施例中，刀具库的基架111的中间高度处开设有侧向开口，这使得可将从刀具库110内部取出的刀具2d在换刀装置210的高度上供应给机床200的换刀装置210(具体参阅图5)，利用取出单元121，例如，沿线性轴L3移动换刀装置210(具体参阅图5)。上述开口可用作进入刀具库的入口，例如，以保证如操作装置的工作。
这里，图1也表示设置在基架111外的操作装置120，其包括从刀具库110中取出刀具的取出单元及线性轴L3的驱动125。
图2所示为图1中的刀具库110的主视图。这里，刀具1a、1b、1c被容纳在该系统的插入单元的插入隔间131a、131b、131c，该系统用于收容被操作者插入到插入隔间131a、131b、131c的刀具，从而刀具可由取出单元121插入刀具库的空闲隔间中，或可被提供给取出单元121。
图1和图2以示例的方式表示在本发明的优选实施例，其中，最高的层级E4具有收容大型刀具2a、2b、2c的隔间，收容刀具2a、2b、2c的隔间以圆弧形排列在最高层级E4上。
特别地，图3所示为刀具库110的平面视图，说明最高层级E4的弧形排列和刀具2a、2b、2c以环形或弧形排列的过程。通过示例，图3进一步表示机床200的换刀装置210和主轴220。
图4中所示为本发明的本实施例中的操作装置120的侧视图(第三线性轴L3的驱动125未示出)。操作装置120包括用于在一个层级上沿径向L1移动取出单元121来收容刀具的第一线性轴L1。为垂直移动取出单元，尤其是在存放刀具的不同层级间移动，操作装置120进一步包括沿垂直方向L2在不同层级间移动取出单元121的第一线性轴L2。根据本发明的当前实施例，第二线性轴示例性地按照伸缩原理作用，但本发明并不限于利用伸缩原理的第二线性轴。而且，操作装置120包括转动轴D1，用于在同一层级内在转动方向D1上转动取出单元121，以在同一层级内转动第一线性轴L1或将第一线性轴L1与将被收容的刀具所存放的半径方向对齐。
如果存放在刀具库110内的刀具将被收容，操作装置120控制取出单元121使得取出单元121沿第二线性轴L2移动至将被收容的刀具所存放的特定层级，而且操作装置120进一步控制取出单元121使得转动轴D1与第一线性轴L1在径向上对齐，从而，为了从特定刀具所存放的特定的隔间中取出刀具，取出单元121利用第一线性轴L1被进一步沿径向向内移动至刀具以收容该刀具。为此，取出单元121包括，例如，取出刀具的刀具夹持元件。
根据本发明的上述实施例，刀具库110特别包括圆筒形的基架111，从而刀具库110不同层级上隔间的排列使得收容刀具的隔间到转动轴D1的距离相等。
图5所示图1中的本发明的更换和插入或放置刀具的系统的实施例的主视图，该系统用于交换或更换机床200的刀具，其中具有主轴220和换刀装置210的机床200也以示例的方式示出。例如，换刀装置210可能包括通用的旋转换刀器。
特别地，本发明的更换和插入或放置刀具的系统的实施例提供可存放大量刀具的刀具库，同时刀具库的占用面积小且刀具供给时间短。特别地，刀具库具有环形截面使同一层级上的所有刀具的移动距离相等。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种在机床(200)上更换和插入或放置刀具的系统，其包括：
存放多个刀具(1a-1c、2a-2d)的刀具库(110)；以及
从所述刀具库(110)中取出所述刀具(1a-1c、2a-2d)的操作装置(120)；
其特征在于：
所述刀具库(110)如此形成使得
所述刀具(1a-1c、2a-2d)以在彼此顶部的方式被存放在所述刀具库(110)内的不同层级(E1-E4)，
所述层级(E1-E4)相互重叠，隔间(F1-F4)用于容纳在所述层级(E1-E4)上按圆弧或圆弧段排列的刀具(1a-1c、2a-2d)，而且
所述操作装置(120)可用于沿径向向内和/或径向向外将刀具(1a-1c、2a-2d)从所述隔间(F1-F4)内取出。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述操作装置(120)包括取出单元(121)以及移动所述取出单元的一个或多个线性轴(L1、L2、L3)和一个或多个转动轴(D1)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述操作装置(120)包括沿径向移动所述取出单元(121)的第一线性轴(L1)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述操作装置(120)包括将所述第一线性轴(L1)在所述刀具库(110)的截平面上对齐的第一转动轴(D1)。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的系统，其特征在于：所述操作装置(120)包括在所述堆叠的不同层级(E1-E4)之间移动所述取出单元(121)的第二线性轴(L2)。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：在所述不同堆叠的层级(E1-E4)之间移动所述取出单元(121)的所述第二线性轴(L2)为伸缩轴。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的系统，其特征在于：所述操作装置(120)包括移动所述取出单元(121)至换刀装置(210)以更换所述机床(200)上的刀具的第三线性轴(L3)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于：所述操作装置(120)用于将从所述隔间(F1-F4)中取出的刀具直接交换或更换到机床(200)的主轴(220)上。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其特征在于：所述刀具库(110)包括本质上呈圆筒形的基架(111)。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：所述操作装置(120)设置在所述圆筒形的基架(111)内。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于：所述隔间的取出开口开设在所述圆筒的内表面。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统，其特征在于：所述刀具库(110)的所述隔间(F1-F4)的纵轴沿径向延伸，从而具有纵向延伸的刀具可沿径向收容在所述隔间内并可从所述隔间(F1-F4)内伸出。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于：所述操作装置(120)用于沿径向形内从所述隔间(F1-F4)内取出所述刀具(1a-1c、2a-2d)，所述刀具(1a-1c、2a-2d)被收容在所述隔间内从而所述刀具(1a-1c、2a-2d)上用于加工工件的加工部分从所述隔间(F1-F4)沿径向向外伸出。
14.一种存放刀具的刀具库，其特征在于：所述刀具库(110)为如权利要求1至13中任一项所述的在机床(200)上更换和插入或放置刀具的系统中的刀具库(110)。
15.一种加工工件的机床，包括更换在所述机床(200)上的刀具的换刀装置(210)以及如权利要求1至12中任一项所述的在机床(200)上更换和插入或放置刀具的系统，所述刀具库(110)的所述操作装置(210)用于从所述刀具库(110)中供应刀具给所述换刀装置(210)。
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