CN107000146A - 用于加工刀具的夹持设备、储存系统以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于容纳加工刀具的夹持设备以及一种储存系统。这种加工刀具例如使用在木材加工工业的加工机床或加工中心中。本发明还涉及一种具有上述的储存系统的加工机床。这种加工机床尤其用于加工细长的木材件。

Description

用于加工刀具的夹持设备、储存系统以及方法
技术领域
本发明涉及一种用于容纳加工刀具的夹持设备以及一种储存系统。这种加工刀具例如使用在木材加工工业的加工机床或加工中心中。本发明还涉及一种具有上述的储存系统的加工机床。这种加工机床尤其用于加工细长的木材件。
背景技术
在制造木质窗边框时，通常使用不同的加工刀具，因为在该工件处通常要构成不同的轮廓。这又导致：必须预备相对多的加工刀具或者加工套组(下面也称作为“刀具”)，所述加工刀具或加工设备根据需要能够换入到加工机床中。
在现有技术中已知用于储存刀具的不同手段，并且存在如下要求：优化刀具切换时间，进而完成用于与刀具的加工并行地提供刀具的准备时间。出于该理由，通常在刀库和刀具切换主轴之间使用多个转换器。
已知盘式切换器以及链式切换器作为刀库。盘式切换器由于其环周尺寸而具有相对高的空间需求，而在链式切换器中则不是这种情况，当然用于链式切换器的链式的制造成本是相对高的。因此，根据加工机床的具体的要求需要决定：是否使用盘式切换器或链式切换器。
例如，已知DE 10 2012 201 776 A1，其公开用于容纳加工设备的加工刀具和/或加工套组的盘式切换器。盘式切换器(库)包括第一容纳装置，所述第一容纳装置具有多个用于容纳加工刀具和/或加工套组的第一容纳部，其中所述容纳部设置在第一环周上。此外，设有具有多个第二容纳部的第二容纳装置，其中第二容纳部设置在第二环周上，所述第二环周小于第一环周。第一和第二容纳设备设置成，使得第二环周位于第一环周之内。
此外，已知EP 2 371 481 A1，其公开一种刀库。在切换刀具时，将主轴单元移入到转交位置中，并且臂的夹持元件执行刀具转交。为了从刀库中提取刀具，使用滑块，所述滑块将刀具从刀库中提取并且转交给夹持设备。夹持设备又将相应的刀具输送给主轴单元。
发明内容
本发明的目的是：提供一种夹持设备，借助所述夹持设备能够执行加工刀具的或加工套组(“刀具”)的更简单且更快速的切换。此外，根据本发明提出：紧凑地构成用于加工刀具的储存系统。
本发明的思想是：从刀具储存器/刀库中提取刀具，并且直接地换入到加工主轴的容纳部中。因此，由夹持设备容纳刀具，使得空出设置用于将刀具固定在加工主轴的容纳部中的区域(HSK锥体)。
权利要求1提供一种夹持设备，其实现至少一个或全部上述目的。相应的内容适用于权利要求9，其提供一种储存系统，以及适用于权利要求15，其涉及一种方法。从属权利要求的特征涉及其他优选的实施方式，所述实施方式能够分别与独立权利要求之一组合或彼此组合。
借助根据本发明的夹持设备，能够实现极其快速的刀具切换周期。夹持设备能够与生产时间并行地准备刀具切换，由此减少非生产时间。此外，可以通过夹持设备从固定的刀库或线性切换器调换到随刀具切换主轴一起移动的刀库，例如盘式切换器。夹持设备也能够构成为往返运输工具，进而从简单的、固定的刀库中输送刀具。
具有刀库的储存系统具有的优点是：能够以节约空间且成本低的方式储存大量的刀具，其中所述刀库具有多个层面。必要时，也能够从不同的刀库中装配不同的刀具。以与上述的夹持设备组合的方式，能够减少非工作时间。
本发明提供一种夹持设备，其用于容纳刀库中的刀具以及用于将刀具转交给加工单元，尤其加工主轴。夹持设备包括：基体以及与基体连接的夹持机构，其中夹持机构设计用于：建立与刀具容纳部的外环周的力配合的连接。除了力配合的连接之外，可建立形状配合的连接。刀具的刀具容纳部的外环周优选构成为是圆柱形的，并且优选连接到HSK锥体上。
以该方式可行的是：空出刀具的HSK锥体，进而刀具能够直接地换入到加工单元的，尤其加工主轴的容纳部中。刀具容纳部的外环周基本上圆柱形地构成，并且尤其包括HSK夹持凹槽，所述HSK夹持凹槽还设置用于将刀具容纳在刀库，尤其刀夹中。
在一个实施方式中，夹持机构具有两个夹持钳，所述夹持钳部段地包括用于夹持刀具容纳部的外环周的夹持部段。夹持钳优选能够分别借助于转动轴线相对于基体枢转，或者夹持钳能够朝向彼此平行地运动。根据一个修改方案，夹持钳能够具有共同的转动轴线。
夹持钳能够具有用于支撑栓的第一凹部和/或用于带动栓的定向区域，所述定向区域优选构成为凹部。优选地，将定向部段设置在夹持钳的端部部段处。经由带动栓可以将刀具定向。
夹持钳在端部部段的区域中具有减小的厚度。以该方式能够避免与容纳盘(盘式切换器)或链式切换器的容纳设备的碰撞。
在一个实施方式中，夹持机构包括支撑元件，所述支撑元件固定在基体上或者与基体整体地构成，所述支撑元件部段地具有凸出部。所述凸出部优选构成为，使得所述凸出部进入HSK夹持凹槽中，并且以该方式防止刀具倾斜。特别地，凸出部部段地沿着环周构成，并且在环周部段中进入到HSK夹持凹槽中，或者凸出部是栓(压力元件)，所述栓进入到刀具上的孔中。凸出部能够是刚性的或是可移动的。
在另一目的方向中，能够在刀具容纳部中设有可能的水平的孔，并且刀具能够在引入的或穿引的销上运动。
此外，本发明涉及一种用于加工刀具的储存系统，所述储存系统包括具有多个层面的刀库，尤其具有多个容纳盘的盘式刀库，以及具有至少一个夹持设备，所述夹持设备能够沿着优选竖直的引导装置相对于刀库运动。通过设置多个层面，刀库进而还有储存系统能够极其紧凑地构成。因此可行的是：储存系统集成到加工机床中。所提出的夹持设备能够通过之前描述的单独特征、尤其根据权利要求1，来构造。
将刀具保持在刀库的刀夹上或刀夹中，其中刀夹优选设置在容纳盘上。由此，刀具保持在刀库中，必要时以夹紧的方式保持在刀库中。
此外，能够将夹持设备设计成：建立与刀具的刀具容纳部的外环周的力配合的连接，或力配合且形状配合的连接。在该变型形式中，通过提供力配合的连接将刀具从刀夹中松开。
刀库的层面，优选盘式刀库的多个容纳盘，优选能够彼此独立地运动，尤其能够转动。因此，在刀库的另一层面运行的同时，可以例如手动地提取刀具。
在另一变型形式中设有转动机构，所述转动机构设计用于：围绕竖直轴线转动至少一个，优选两个夹持设备。以该方式能够进一步缩短非工作时间。优选地，将转动机构安置在可沿水平方向运动的第二滑块上。
此外，提供具有储存系统的加工机床。储存系统集成到加工机床中，并且包括具有多个层面的刀库，尤其包括具有多个容纳盘的盘式刀库。
用于将刀具转交给加工单元，尤其加工主轴的方法包括如下步骤：借助夹持设备在刀具的刀具容纳部的外环周处至少力配合地，或者力配合且形状配合地夹持刀具；从刀库中，尤其从容纳盘的刀夹中提取刀具；以及将刀具从夹持设备中转交到加工单元的，尤其加工主轴的容纳部中。
以该方式，能够借助于夹持设备直接地将刀具从刀库转交到加工单元中，尤其是因为在夹持设备在刀具容纳部的环周上建立与刀具的力配合的或力配合且形状配合的连接之后，HSK锥体相对于夹持设备突出。
优选利用之前描述的夹持设备或加工机床或之前描述的储存系统来执行该方法。
附图说明
图1示出根据本发明的一个实施方式的夹持设备的立体视图。
图2示出在容纳刀具之前的图1中示出的夹持设备。
图3示出根据图2的从另一视角观察的视图。
图4示出在转交到加工主轴之前的借助夹持设备夹持的刀具。
图5示出借助夹持设备夹持的刀具。
图6示出在由刀库的容纳盘接纳刀具时的夹持设备。
图7示出具有多个彼此并排设置的盘形的容纳盘的刀库。
图8示出多个彼此并排设置的，具有多个容纳盘的刀库。
具体实施方式
下面，详细地阐述本发明的实施方式。特定的单独特征的其他在本文中提出的修改形式能够分别彼此组合，以构成新的实施方式。
图1示出根据本发明的夹持设备10的一个实施方式。夹持设备10包括基体11，所述基体设有压缩空气接口12。通过压缩空气接口12输送用于操作夹持钳13的介质，由此能够以气动的方式打开和闭合夹持设备10的夹持钳13。
在本实施方式中，基体11包括压缩空气接口12，所述压缩空气接口操作用于枢转夹持钳13的气动机构。在一个替选的实施方式中，夹持钳13也能够以液压的方式操作。在另一变型形式中也可行的是：在基体11上设有电动马达，所述电动马达用于操作夹持钳13。
夹持钳13分别借助于转动铰链14与基体11连接，并且能够以该方式在打开的部位(图1)和闭合的部位(图5)之间枢转。
在本实施方式中，为每个夹持钳13设有转动铰链14，而根据本实施方式的一个修改形式夹持钳也能够安置在具有共同的转动轴线的共同的转动铰链上。夹持钳也能够构成为平行夹持钳。
在基体11上，在夹持钳13之间，安置有支撑元件15，所述支撑元件具有用于刀具20的刀具容纳部的支承面15a。支承面15a具有如下半径：使得所述支承面能够贴靠在刀具20的刀具容纳部的外环周上。此外，在支承面15a的区域中设有凸出部15b，所述凸出部在容纳刀具20的情况下进入到刀具20的HSK夹持凹槽23中。
尽管支撑元件15在本实施方式中构成为与基体分开的构件，但是支撑元件15也能够与基体11整体地构成。支撑元件15用于：支撑借助夹持设备10容纳的刀具20并且防止倾斜。
每个夹持钳13包括第一凹部13a，所述第一凹部对应于刀具20的支撑栓24a来设计尺寸，使得支撑栓24a能够引入凹部13a中。
此外，每个夹持钳13包括用于刀具20的刀具容纳部22的环周的夹持部段13c。在该区域中，也设有凸肩13b。夹持部段13c的半径对应于支撑元件15的支承面15a的半径。
在夹持钳13的远离基体11的端部区域中，在每个夹持钳13上设有第二凹部13d，所述第二凹部大致根据刀具20的带动栓24b的一半的周长来设计尺寸。在此，夹持钳13中的一个的第二凹部13d与第二夹持钳13的第二凹部共同作用，以便在夹持设备10闭合的状态下至少部段地包围相应的带动栓24b。在此，在本实施方式中，夹持钳13的尖部不彼此接触。
每个夹持钳13具有从第一凹部13a起朝向端部区域减少的厚度。以该方式，夹持钳13的所述区域能够经由刀库的容纳盘101引导。相反，夹持钳13的朝向基体11的部分具有更大的厚度，以便对夹持钳13在到基体11的安置区域中(转动铰链14)给予更高的稳定性。通过夹持钳13的所描述的厚度变化，构成阶梯13e，以便在从刀库中提取刀具时避免与该该刀具，尤其与容纳盘101的碰撞。
图2除了已经描述的夹持设备10之外示出刀具20的示意图。刀具20的视图故意保持为抽象的，并且仅刀具20的容纳区域在该视图中详细地示出并且在下面描述。纯示例地，所述刀具能够为铣削刀具、锯割刀具、钻孔刀具等，或者为多个刀具的套组。
在刀具20的容纳区域中存在HSK锥体21，所述HSK锥体用于将刀具20夹紧在加工主轴200(见图4)中。紧接着HSK锥体21，刀具容纳部22的包括HSK夹持凹槽23的环周延伸。
在刀具20的容纳区域中，以与HSK锥体21相邻或与刀具容纳部22的环周相邻的方式设有彼此分开设置的支撑栓24a以及带动栓24b。支撑栓和带动栓24a、24b沿围绕HSK容纳部21的环周方向彼此以成120°的角度设置。
在将刀具20以随后描述的方式换入到加工主轴200的容纳部中时，带动栓24b与所述加工主轴连接，并且经由支撑栓24a例如能够将介质传递到刀具20中。带动栓24b还用于：将加工主轴200的套组轴线的转矩传递到刀具20的内部部段上。
图6是示出具有容纳盘101的刀库的局部的视图。容纳盘101围绕沿竖直方向延伸的轴可转动地安装，所述轴引入到容纳盘101的居中设置的缺口102中。
在容纳盘101的外环周上以彼此间相同的角间距设有容纳部103，所述容纳部分别包括刀夹104。能够分别将刀具(加工刀具或加工套组)20引入所述容纳部103中，并且在那里以悬挂的方式保存。刀夹104用作为用于刀具20的HSK夹持凹槽23的支承件。
在图6中，纯示例地将两个刀具20设置在相应的容纳部103中。每个容纳部103以及安置在其上的刀夹104包括指向容纳盘101的中部的隆起部105，刀具20的带动栓24b移入到所述隆起部中。刀具的支撑栓24a在该状态下位于容纳部103之外。
在图7中示出具有刀库100的储存系统的第一实施方式。刀库100包括多个容纳盘101(在具体的实例中为四个容纳盘)，所述容纳盘经由共同的基座120彼此连接。容纳盘101在此同心地彼此上下重叠地设置。通过以同心的方式彼此上下重叠设置容纳盘101，能够提供极其紧凑的结构，所述结构能够集成到加工机床中。
尽管容纳盘101能够经由共同的转动轴驱动，但是根据本实施方式优选的是：每个容纳盘101与驱动马达125脱耦。替选地，每个容纳盘101也能够具有单独的驱动器。以该方式可行的是，使每个容纳盘101单独地运动。这能够用于进一步缩短非工作时间。
容纳盘101的基座120相对于支架130支撑，所述支架还容纳驱动马达125。
与刀库100相邻地，设有竖直定向的引导装置50，所述引导装置包括一对沿竖直方向伸展的平行的引导轨道51。第一滑块52沿着引导轨道51在竖直方向上可上下运动。第一滑块52本身具有两个沿水平方向伸展的引导轨道53，第二滑块54沿着所述引导轨道53以可移动的方式设置。
第二滑块54承载转动机构60，所述转动机构能够执行两个夹持设备10围绕沿竖直方向伸展的轴线的枢转运动。在此，夹持设备10沿不同的方向定向(在本实施例中沿相反的方向)。
在图8中示出另一实施方式。图8中示出的实施方式相对于图7中示出的实施方式的特征主要在于：设有多个库100’，所述库在此情况下仅包括两个彼此上下重叠设置的容纳盘101。该设置方式能够设置用于：与刀具20并行地输送多个加工主轴200。
在图7和8中示出的实施方式中可见：所示出的刀库100、100’不局限于特定数量的容纳盘101，而是能够设有两个、三个、四个或更多个容纳盘101。
此外，需要指出：为了夹持设备10的工作方式，也能够使用具有仅一个容纳盘101的刀库，或者替选地也能够使用链式切换器。
在图7和8中示出的实施方式中，两个夹持设备10成对地设置，所述夹持设备借助于共同的转动机构60转动。当然也可行的是：仅一个夹持设备、三个夹持设备或四个夹持设备安置在转动机构60上。
根据之前描述的实施方式的另一变型形式，仅一个夹持钳13可移动地安置在基体11上，相反另一夹持钳13固定在基体11上。
在另一修改形式中，夹持设备10不具有可枢转的夹持钳13。更确切地说，将夹持容纳部设置在夹持设备上，所述夹持容纳部类似于之前描述的刀库100、100’的容纳部103构成。根据该变型形式，夹持设备在容纳来自刀库100、100’的刀具20时移入到容纳部103的区域中，使得设置在刀库上的滑块将刀具20从容纳部103移入到夹持设备的夹持容纳部中。一个或多个凸出部(类似于凸出部15b)在该过程中进入HSK夹持凹槽23中，以便在转交给交给加工主轴200期间保持刀具20。
在本发明的另一修改形式中，在刀库的区域中设有滑块，所述滑块将刀具引入夹持设备中，使得夹持设备不必施加运动以施加用于保持刀具的力。纯示例地，弹簧元件根据该变型形式能够提供夹持设备和刀具容纳部22的环周面之间的力配合的连接。
替选地或附加地也能够提出：夹持设备接合到HSK锥体21中，进而在转交到加工主轴中时保持或至少固紧刀具。在转交期间，刀具因此能够附加地接合在HSK锥体中或者HSK锥体接合器从刀库中的刀夹中抽出刀具，并且在刀具从加工主轴提取之前将所述刀具推入夹持夹具中。在转交到加工主轴的容纳部中时，再次释放HSK锥体。
此外，刀库根据另一目标方向能够包括滑块，所述滑块将刀具从刀库的容纳部中移出，使得刀具在滑块的移出的位置中能够直接输送给加工主轴。
根据所描述的实施方式和修改形式，在刀具20上设有带动栓24，而在此处描述的夹持设备10不局限于用于具有带动栓24的刀具20的使用。此外，根据另一变型形式，能够转交具有仅一个带动栓的刀具。
用于将刀具20换出的切换过程如下描述。
首先，转动刀库100、100’的容纳盘101，使得将具有相应的刀具20的容纳部103枢转到转交位置中，所述刀具应当输送给加工主轴200。
第一滑块52沿着引导装置50的引导轨道51沿竖直方向移动，使得夹持设备10到达相应的容纳盘101的平面中。
随后，通过第二滑块54朝向要容纳的刀具20的运动，夹持设备10沿着引导轨道53移动。
在支撑元件15的支承面15a接触刀具容纳部22的环周且凸出部15b进入HSK夹持凹槽23之后，闭合夹持设备10的夹持钳13，并且夹持钳13的夹持部段13c在夹持钳13闭合时贴靠在刀具20的刀具容纳部22的环周上。同时，通过夹持钳13的第一凹部13a以及第二凹部13d部段地包围支撑栓24a。凹部13d用于定向，并且在夹持设备闭合时接触带动栓24b。
在凸出部15b进入到HSK夹持凹槽23中且夹持部段13c(和15b)贴靠刀具容纳部22的外环周上之后，通过夹持钳13的运动闭合夹持设备10引起形状配合和力配合组合。通过夹持钳13经由夹持部段13c建立力配合的连接。
在夹持设备10如图6中示出那样容纳刀具20之后，第二滑块54沿水平方向移动并且将刀具20从容纳部103中提取或者由刀库100的刀夹104取出。
通过转动机构60的随后的枢转运动，此时容纳刀具20的夹持设备10朝向加工主轴200转动，相反同样安装在转动机构60上的另一夹持设备10朝向刀库10枢转。在该另一夹持设备10中，必要时夹紧此时已从加工主轴200中提取的刀具。
通过沿竖直线方向的运动，将刀具20转交给加工主轴200。因为HSK锥体21设置成，使得所述HSK锥体高于夹持设备10的夹持钳13地延伸(换言之，在夹持设备的夹持状态下露出)，所以刀具20能够经由HSK锥体21夹紧在加工主轴200中。
随后，打开夹持钳13，并且将加工主轴200引入到加工机床的(未示出的)加工区域中。
在具有已换入的刀具20的加工主轴200进行加工期间，容纳在另一夹持设备10中的刀具20能够转交到刀库100中。为此，第二滑块54朝向刀库100移动，并且将刀具20引入到容纳部103中。在此，带动栓24b进入到隆起部105中。随后，打开夹持钳13，并且夹持设备10远离刀库100地运动。在此，通过使HSK夹持凹槽23进入刀夹104的相应的部段中的方式，将刀具悬挂在容纳盘101上。
随后，例如选择和容纳新的刀具20，所述刀具又能够转交给加工主轴200。在切换期间，加工主轴200在工件上进行加工。

Claims (15)

1.一种夹持设备(10)，其用于容纳刀库(100，100’)中的刀具(20)以及用于将所述刀具(20)转交给加工单元，尤其转交给加工主轴(200)，所述夹持设备具有：
基体(11)以及与所述基体连接的夹持机构(13，15)，
其中所述夹持机构(13，15)设计用于：建立与刀具(20)的刀具容纳部(22)的外环周的至少一个力配合的连接。
2.根据权利要求1所述的夹持设备(10)，其特征在于，所述夹持机构包括两个夹持钳(13)，所述夹持钳具有用于夹持刀具容纳部(22)的外环周的夹持部段(13c)，其中所述夹持钳(13)优选能够分别借助于转动轴线(14)或共同的转动轴线相对于所述基体(11)枢转，或者所述夹持钳能够朝向彼此平行地运动。
3.根据权利要求2所述的夹持设备(10)，其特征在于，所述夹持钳(13)以气动的方式操作。
4.根据权利要求2或3所述的夹持设备(10)，其特征在于，所述夹持钳(13)具有用于支撑栓(24a)的第一凹部(13a)和/或用于带动栓(24)的定向区域(13d)，所述定向区域尤其构成为凹部。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的夹持设备(10)，其特征在于，所述夹持钳(13)在端部部段的区域中具有减小的厚度。
6.根据上述权利要求中任一项所述的夹持设备(10)，其中所述夹持机构包括支撑元件(15)，所述支撑元件固定在所述基体(11)上或者与所述基体(11)整体地构成，所述支撑元件(15)尤其部段地包括凸出部(15b)，所述凸出部的尺寸确定为，使得所述凸出部(15b)能够进入刀具(20)的HSK夹持凹槽(23)中。
7.根据上述权利要求中任一项所述的夹持设备(10)，其中所述夹持设备(10)能够经由第一滑块(52)沿竖直方向运动，并且所述夹持设备(10)能够借助于安置在所述第一滑块(52)上的第二滑块(54)沿水平方向运动。
8.根据上述权利要求中任一项所述的夹持设备(10)，其中所述夹持机构(13，15)设计用于：建立与所述刀具(20)的，优选与刀具(20)的刀具容纳部(22)的外环周的附加的形状配合的连接。
9.一种用于刀具(20)的储存系统，所述储存系统包括具有多个层面的刀库(100，100’)，尤其具有多个容纳盘(101)的盘式刀库(100，100’)，以及至少一个夹持设备(10)，所述夹持设备能够沿着优选竖直的引导装置(50)相对于所述刀库(100，100’)运动，其中能够借助于所述刀库的刀夹(104)保持刀具，并且其中所述夹持设备(10)优选设计用于：建立与刀具(20)的刀具容纳部(22)的外环周的力配合的连接，或力配合且形状配合的连接。
10.根据权利要求9所述的储存系统，其特征在于，所述刀库(100，100’)的层面，优选所述盘式刀库(100，100’)的多个所述容纳盘(101)能够彼此独立地运动，尤其转动。
11.根据权利要求9或10所述的储存系统，其特征在于，所述储存系统具有能沿着所述引导装置(50)移动的第一滑块(52)以及能沿着所述第一滑块(52)运动的第二滑块(54)，其中所述第二滑块(54)承载所述夹持设备(10)。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的储存系统，其特征在于，所述储存系统包括转动机构(60)，所述转动机构设计用于：围绕竖直轴线转动至少一个，优选两个所述夹持设备(10)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的储存系统，其特征在于，所述储存系统具有多个刀库(100，100’)，所述刀库具有多个层面。
14.一种加工机床，其具有根据权利要求9至13中任一项所述的储存系统以及加工单元，尤其加工主轴(200)，其中所述储存系统集成到所述加工机床中。
15.一种用于将刀具(20)转交给加工单元的方法，所述加工单元尤其是加工主轴(200)，所述方法包括如下步骤：
借助夹持设备(10)将刀具(20)在所述刀具(20)的刀具容纳部(22)的外环周处至少力配合地、或者力配合且形状配合地夹持，
从刀库(100，100’)中，尤其从容纳盘(101)的刀夹(104)中提取所述刀具(20)，
将所述刀具(20)从所述夹持设备(10)中转交到所述加工单元的，尤其加工主轴(200)的容纳部中。
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