CN106041591B - 用于车床的刀具更换装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于选择性提供用于车床的第一刀具或至少一个第二刀具的装置(160)，具有：第一刀具提供系统(100a)和至少一个第二刀具提供系统(100b,100c,100d)，该第一刀具提供系统(100a)和至少一个第二刀具提供系统分别具有：保持元件(101)和杆(113)，该保持元件(101)设计用于保持各个用于借助车床加工工件的刀具(165)，该杆(113)与保持元件(101)机械地相连，用于在杆(113)被驱动时将分别被保持的刀具(165)选择性地移动至工作位置或等待位置。

Description

用于车床的刀具更换装置和方法
技术领域
车床可以作为一种用于通过切削制造工艺车削或也通过切削和/或铣削制造大多旋转对称的工件的机床。借助车床和与期望的加工相对应的安装的刀具可以制造各种旋转体。例如，通过使用车床和相应选择的加工刀具可以由半成品，尤其是厚壁的塑料管制造塑料密封件。在此，密封装置例如由塑料管切削出或切断或车削出。为了车削加工一个产品或多个产品，根据期望的最终产品会需要不同的加工刀具，例如用于切削、铣削、切断，所述不同的刀具为了加工必须移近车削中的半成品。在此切削刀具例如移近半成品并且可以通过半成品的旋转实施切削加工。在半成品旋转过程中，切削刀具(或者任意其他形式的刀具)相对半成品位移，用于实现期望的形状或加工。
背景技术
在CNC车床中为了制造期望的产品需要更换多个车削刀具，用于实现期望的旋转轮廓。为了实现较高的加工生产力，应该尽可能快地进行这种刀具更换。在传统的系统中，对于在CNC车床上的更换过程使用刀具转轮，其中车削刀具被固定在刀具转轮的圆盘上。为了选择期望的刀具用于加工，在刀具转轮上的圆盘例如借助电机围绕轴线转动并且卡锁在用于期望选择的切削刀具的工作位置中。在现有技术中作为用于快速车削刀具更换的另外的可行方案使用所谓的线性滑块，其中车削刀具相继固定地布置。为了使用所选择的刀具，线性滑块借助车床的坐标台朝向刀具移动。这种线性滑块的缺点在于，它仅适用于很小的旋转直径，因为必须考虑作为一个刀具相对另一个刀具的间距以及防止碰撞的安全间距的旋转直径，以避免碰撞。
在具有刀具转轮的系统以及具有线性滑块的系统中，用于加工的自由区域都被刀具的几何形状或布局限制。因此，在传统的系统中仅能使用一定数量、也就是有限数量的刀具，并且尽管如此始终还存在碰撞危险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于车床刀具更换系统和刀具更换方法，其允许多个切削刀具或加工刀具的更换，避免了碰撞危险并且可以可靠地和安全地实施。
所述技术问题通过一种用于选择性提供用于车床的第一刀具或至少一个第二刀具的装置解决，该装置具有第一刀具提供系统和至少一个第二刀具提供系统，该第一刀具提供系统和至少一个第二刀具提供系统分别具有保持元件和杆，该保持元件设计用于保持各个用于借助车床加工工件的刀具；该杆与保持元件机械地相连，用于在杆被驱动时将分别被保持的刀具选择性地移动至工作位置或等待位置。
按照本发明的一种实施形式提供一种用于选择性提供用于车床(尤其CNC车床)的第一刀具或至少一个第二刀具(或者多个其他刀具)的装置，其中所述装置具有第一或至少一个第二刀具提供系统(或者多个刀具提供系统)。在此，刀具提供系统分别具有保持元件(尤其夹持元件)，该保持元件设计用于保持(尤其夹持、固定，因此在工件旋转是各个刀具保持其位置)各个用于借助车床加工工件的刀具(车削刀具或切削刀具或铣削刀具)。此外，所述装置具有杆，该杆与保持元件机械地(尤其通过多个可转动地相连的杠杆)相连，用于在杆被驱动时(因此其尤其沿纵向移动)将分别被保持的刀具选择性地移动至工作位置(其中各个刀具实施工件的加工)或等待位置(在等待位置中各刀具从工件移开或缩回，使得不进行工件的加工)，这尤其包含纯粹的平动，但是其中也可以进行部分的转动。
各个刀具可以例如通过夹持和/或螺栓固定或可固定在保持元件上。所述装置例如可以包含2至10个刀具提供系统，因此通过该装置可以实现利用例如2至10个不同的车削刀具选择性地加工一个或多个工件。所述杆可以(通过一个或多个机械中间元件)使保持元件线性地、也就是沿直线平动，用于使各个刀具靠近工件或远离工件。
为了加工工件，刀具提供系统之一正好可以在工作位置运行模式中，而所有其他刀具提供系统可以处于等待位置运行模式中。在等待位置运行模式中，安装在或保持在其他刀具提供系统上的刀具处于从工件缩回的位置中，因此可以避免碰撞。此外，用于加工的自由区域更少地被刀具的几何形状或其布局限定。由此，也可以使用比传统系统更多数量的刀具。
按照本发明的实施形式，车削刀具可以上下叠置(或并排地)无间距地可移动装配在车床的坐标台上，并且可以借助杠杆系统和例如气缸向前和向后移动。由此仅被移动或需要的或选出的刀具向前(朝向工件)移动，而所有其他的都从工件移开，也就是位于后方或缩回。因此不会出现碰撞。本发明实施形式的另外的优点在于节省空间，并且相比传统系统可以将更多刀具安置在更小的空间中。
按照本发明的实施形式，所述装置还包含具有活塞和活塞杆的缸体，其中所述杆设计为活塞的活塞杆，所述活塞在缸体中被气动或液压驱动地往复运动。所述缸体例如具有一个(或两个)压缩空气接头，用于向缸体输入压缩空气，进而用于沿缸体的纵向、从而也沿活塞杆的纵向移动活塞和活塞杆。为了提供压缩空气还可以设置压缩机，以及带有通向刀具提供系统的各个缸体的压缩空气软管的压缩空气分配系统。此外在压缩空气软管中设置阀，该阀能够被用户控制，以便驱动被选择的刀具提供系统的活塞杆。由此可以实现用于选择性提供不同刀具(具有传统可获得的部件)的装置。
按照本发明一种实施形式，所述装置还包含第一铰链(实现了围绕轴线的转动的转动铰链)、第一杠杆、第二铰链、第二杠杆和第三铰链，其中第一铰链将杆与第一杠杆可转动地(围绕轴线可转动)相连，其中第二铰链将第一杠杆与第二杠杆可转动地(围绕轴线可转动)相连，其中，第三铰链将第二杠杆与保持元件可转动地(围绕轴线可转动)相连。因此构成有力的铰链-杠杆-链，该铰链-杠杆-链在驱动杆时实现了保持元件的线性的滑移，而杆无需例如在工作位置中承受沿纵向的增大的力。所述铰链-杠杆-链例如可以构成并且这样与杆相连，使得力沿着保持元件的滑移方向、在工作位置中横向于、尤其垂直于杆的纵向作用(例如由于与工件的接触)。因此杆沿其纵向(当刀具提供系统在工作位置运行模式中时)以有利地方式仅承受很小的负载。因此不向气缸或液压缸提出特殊的功率要求，从而可以实现具有廉价的和节省空间的部件的所述装置。
此外，所述装置具有尤其抗扭曲的导轨，保持元件能够沿该导轨滑移并且其尤其垂直于滑移方向是固定的。因此可以实现精确定义的滑移并且保证移出的刀具在加工过程中位置的保持。
第一杠杆可以围绕杠杆转轴旋转，该杠杆转轴尤其相对导轨是固定的。因此实现了杠杆铰链系统的负载保护的构造。
在工作位置中(在各个刀具提供系统的工作位置运行模式中)，第二铰链、第三铰链的平行的转动轴线(尤其还有第一铰链的转动轴线)和与之平行的杠杆转轴布置成，使得通过它们可以形成与之垂直延伸的直线，所述直线沿着滑移方向延伸。因此，沿着滑移方向作用的力(在工作位置中)可以作用在(固定的)杠杆转轴上，而不会直接作用在杆上。因此，可以避免杆和驱动它的缸体或驱动缸体的活塞的机械负载。
在工作位置中，杆的纵向垂直于沿滑移方向延伸的直线延伸。因此可以有利地将杆的负载减至最小。
所述装置还可以具有能够横向于、尤其垂直于保持元件的滑移方向移动的工作台，第一和第二(以及可能更多的其他)刀具提供系统并列地安装在工作台上。因此可以实现的是，被选择的车削加工刀具(其由确定刀具提供系统保持)靠近工件以便加工。此外，为此可以使用传统上可获得的可移动的工作台，这减小了装置的成本。
保持元件可以从工作位置以20mm至50mm、尤其30mm至40mm的行程、沿直线移动到等待位置中。因此多个不同的车削加工刀具可以通过所述装置带到各个工作位置中用于选择性地加工工件。此外，由此可以支持传统上可利用的车削刀具的主要部分。
所述装置还具有控制装置，该控制装置设计用于将第一刀具提供系统的第一刀具带至等待位置中，横向于第一刀具提供系统的保持元件的滑移方向移动工作台，并且将第二刀具提供系统的第二刀具带至工作位置中。因此刀具的滑移一方面借助保持元件的滑移，另一方面借助工作台的滑移以相互协调的方式实施，用于减少或避免碰撞。为了控制，例如使用具有编程可能性的电子控制装置，并且在处理器中载入和实施适合的控制程序。
单个的车削刀具可以安装在稳固使用的导轨上。与气缸的连接可以借助两个杠杆和三个铰链进行。所述机构可以借助气压缸控制。所述机构可以设置成，使得刀具在移出状态中被锁定。单个的刀具可以并排地布置在导轨上。在移入状态中(等待位置)，车削刀具可以远离工件，并且在移出状态中(工作位置)车削刀具可以接近工件并且准备用于车削(例如用于车削加工)。按照本发明的实施形式，可以实现刀具更换的廉价的可行方案。在此，刀具转轮免于碰撞的优点与线性滑块的简单构造集为一体。
附图说明
以下参照附图阐述本发明的实施形式。本发明不局限于显示或描述的实施形式。在附图中：
图1a至1d是按照本发明的实施形式、以正视图、俯视图、左侧的侧视图以及立体视图示出刀具提供系统，其在一种装置中被用于选择性地提供按照本发明的实施形式的各个刀具；
图2是按照本发明一种实施形式的、用于选择性提供各种刀具的装置的立体示意图，其具有多个如图1a至1d所示的刀具提供系统；和
图3a至3d是刀具提供系统的正视图、俯视图、左侧的侧视图以及立体视图，其按照本发明的实施形式被包含在用于选择性提供各种刀具的装置中。
具体实施方式
图1示出刀具提供系统100的立体示意图，其被包含在用于选择性提供各种用于车床的刀具的装置中，并且图1a、1b、1c示出该刀具提供系统100的正视图、俯视图以及左侧的侧视图。该刀具提供系统100包含保持元件101，该保持元件101设计用于保持各个用于借助车床加工工件的刀具。保持元件101设计为具有夹持板103和夹持螺栓105的夹持元件，因此在图1a至1d中未示出的刀具通过夹持或挤压(通过拧紧螺栓105)保持在容纳空间107中。容纳空间107可以设计成用于常见车削刀具的标准尺寸或标准形状。
夹持元件或保持元件101在导轨109上可以沿滑移方向111滑动，尤其以20mm至50mm的滑动路程滑动。导轨109可以固定地安装在可位移的工作台上，因此保持元件101不能垂直于滑移方向111滑移，尤其是当保持在保持元件101中的刀具位于用于加工工件的工作位置中时。
刀具提供系统100还包含活塞杆113，该活塞杆113通过一组杠杆和铰链与保持元件101机械地相连，用于使分别被保持的刀具在活塞杆113被驱动时选择性地移动到工作位置中或等待位置中。在图1a至1d示出的工作状态对应的状态是，刀具位于等待位置中，因此其中保持元件101位于回缩的位置中。为了将刀具移动到工作位置中，活塞杆113沿纵向115借助活塞(在图中未示出)位移，该活塞在气压缸117内部通过压缩空气(其通过压缩空气软管119或120输入)移动。
刀具提供系统100还具有第一铰链121，该第一铰链121安设在活塞杆113的上端部。第一杠杆123借助该铰链121围绕铰链轴线125转动。系统100还具有第二铰链127，第二杠杆129借助第二铰链127能够围绕铰链轴线131(相对第一杠杆123)转动。第二杠杆通过第三铰链133能够围绕旋转轴线135(相对固定的块)转动地与保持元件101相连。此外第一杠杆123能够围绕转动轴承138的杠杆转动轴线137转动。在此，铰链轴线或转动轴线125、131、135和137全部相互平行。转动轴线135和137在此位于一条线139上，该线139是直的并且平行于滑移方向111。在等待位置中仅转动轴线135和137位于直线139上。然而当位于保持元件101中的刀具位于工作位置(移出位置)中时，则全部转动轴线或铰链轴线125、131、135和137位于平行于滑移方向111的直线139上。
为了将系统100置于工作位置-运行模式中，活塞杆113在图1d中向下移动，直至第一杠杆123和第二杠杆129平行于滑移方向111定向。为了将活塞杆113上移和下移，空气缸117在上端与压缩空气软管120相连并且在下端与压缩空气软管119相连。向压缩空气软管120输入压缩空气导致了活塞杆113向下移动，因此保持在保持元件101中的刀具滑移到工作位置中。通过压缩空气软管119输入压缩空气导致了活塞杆113向上移动，因此保持在保持元件101中的刀具移动到等待位置中。第二杠杆129具有两个弓臂，这两个弓臂将第一杠杆123的一个端部容纳在其间，其中形成了第二铰链127。保持元件101包含同样具有两个弓臂143的连接件141，所述两个弓臂将第二杠杆129的端部容纳在其间，其中形成了第三铰链133。
所述系统100通过多个螺栓145可安装在(可移动的)工作台上。在块体147中设置缸体支座，用于支承缸体117。缓冲器149可以设置在块体147的上侧。在活塞杆113的上端可以设置叉头151。压缩空气软管119、120可以通过快速联轴节153与缸体117相连。杠杆123和129也可以称为曲柄杠杆。在铰链133、127上可以设置滑动衬套。
图2以示意立体图示出用于选择性提供各种车床的刀具的装置160，该装置160包含多个刀具提供系统100，如在图1a至1d所示。多个刀具提供系统100a、100b、100c、100d…并列地、也就是垂直于滑移方向111相互错开地安装在可移动的工作台163上，尤其借助螺栓145。在图2所示的运行模式中，刀具165a(其由刀具提供系统100a的夹持元件或保持元件101a保持)位于工作位置中，而所有其他刀具提供系统100b、100c、100d…位于等待状态中。如图2所示，在工作位置中保持元件101a的前棱边以滑移行程H相对保持元件101b、101c和101d沿滑移方向111向前移动。在刀具提供系统100a的工作位置运行模式中，所有的转动轴线或旋转轴线125、137、127和133穿过平行于滑移方向111的直线139。
图3a至3d示出刀具提供系统300的备选的实施例，该刀具提供系统300按照本发明的实施形式包含在用于选择性提供刀具的装置160(参照图2)中。在功能和/或结构方面相似或相同的元件在图1a至1d和3a至3d中借助相同的附图标记表示，它们的区别仅在于第一个数字。图3a至3d示出的刀具提供系统300的视图对应图1a至1d示出的刀具提供系统100的视图。在图1a至1d或图3a至3d中示出的系统100或300具有一些共同的特征，但是主要区别在于气缸117或317的定向和紧固装置或布置。在图1a至1d所示的系统100中，气缸117几乎垂直于滑移方向111定向。但是在图3a至3d所示的系统300中，气缸317几乎平行于滑移方向311但是以回缩的形态布置，由此可以减小系统300沿滑移方向311的尺寸。气缸317的一个端部与导轨或导轨309的支座310相连。刀具365位于等待位置中。在工作位置中，转动轴线337、331和335位于平行于滑移方向311的直线339上。然而，第一铰链121的转动轴线325不位于直线339上，也不位于工作位置中。第一杠杆323在转动轴线325处具有90°拐角。
附图标记清单
100,300 刀具提供系统
101 保持元件
103 夹持块体
105 夹持螺栓
107 刀具容纳空间
109 导轨
111 滑移方向
113 活塞杆
115 活塞杆的纵向或滑移方向
117 气缸
119,120 压缩空气软管
121 第一铰链
123 第一杠杆
125 铰链轴线
127 第二铰链
129 第二杠杆
130 弓臂
131 铰链轴线
133 第三铰链
135 铰链轴线
137 转动轴线
139 直线
141 连接件
143 弓臂
145 固定螺栓
147 块体
149 缓冲器
151 叉头
310 基座
365 刀具
H 滑移行程
165 刀具
100a，100b，100c，100d 刀具提供系统
160 用于选择性提供各种刀具的装置

Claims (12)

1.一种用于选择性提供用于车床的第一刀具或至少一个第二刀具的装置(160)，具有：
第一刀具提供系统(100a)和至少一个第二刀具提供系统(100b,100c,100d)，所述第一刀具提供系统(100a)和至少一个第二刀具提供系统(100b,100c,100d)分别具有：
保持元件(101)，所述保持元件(101)设计用于保持各个用于借助车床加工工件的刀具(165)；和
杆，所述杆与保持元件(101)机械地相连，用于在杆被驱动时将分别被保持的刀具(165)选择性地移动至工作位置或等待位置，
能够横向于保持元件(101)的滑移方向(111)移动的工作台(163)，第一刀具提供系统(100a)和第二刀具提供系统(100b,100c,100d)并列地安装在所述工作台上。
2.按照权利要求1所述的装置，还具有：
带有活塞和活塞杆的缸体(117)，其中，所述杆设计为活塞的活塞杆，所述活塞能在缸体中气动或液压驱动地往复运动。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其中所述刀具提供系统分别还具有：
第一铰链(121)，
第一杠杆(123)，
第二铰链(127)，
第二杠杆(129)，和
第三铰链(133)，其中第一铰链(121)将杆与第一杠杆(123)可转动地相连，其中第二铰链(127)将第一杠杆(123)与第二杠杆(129)可转动地相连，其中，第三铰链(133)将第二杠杆(129)与保持元件(101)可转动地相连。
4.按照权利要求3所述的装置，还具有：
抗扭曲的导轨(109)，保持元件(101)能够沿所述导轨(109)滑移并且所述导轨(109)垂直于滑移方向(111)是固定的。
5.按照权利要求4所述的装置，其中，第一杠杆(123)能够围绕杠杆转轴(137)旋转。
6.按照权利要求3所述的装置，其中，第二铰链(127)的、第三铰链(133)的、还有第一铰链(121)平行的转动轴线(131,135；331,335)和与之平行的杠杆转轴(137,337)布置成，使得通过它们能形成与之垂直延伸的直线(139,339)，所述直线沿着滑移方向(111)延伸。
7.按照权利要求1所述的装置，其中，在工作位置中杆的纵向(115)垂直于沿着滑移方向(111)延伸的直线(139,339)。
8.按照权利要求1所述的装置，其中，保持元件(101)能够从工作位置以20mm至50mm的行程(H)沿直线移动到等待位置中。
9.按照权利要求1所述的装置，还具有：
控制装置，所述控制装置设计用于将第一刀具提供系统(100a)的第一刀具(165a)带至等待位置中；将工作台(163)横向于第一刀具提供系统的保持元件的滑移方向移动；并且将第二刀具提供系统(100b)的第二刀具(165b)带至工作位置中。
10.按照权利要求5所述的装置，其中，所述杠杆转轴(137)相对所述导轨(109)是固定的。
11.按照权利要求1所述的装置，还具有：
能够垂直于保持元件(101)的滑移方向(111)移动的工作台(163)，第一(100a)和第二刀具提供系统(100b,100c,100d)并列地安装在所述工作台上。
12.按照权利要求1所述的装置，其中，保持元件(101)能够从工作位置以30mm至40mm的行程(H)沿直线移动到等待位置中。
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