CN1071618C - 可编程序机床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可程序控制能自动换刀具的机床，该机床由一个可至少在一个坐标轴线上用电机驱动的带有工作轴(13)的加工部件(12)、一个可至少在一个坐标轴线上用电机驱动工件台(5)、至少一个刀具箱(16、17)、以及一个可编程序的控制部分组成。为了使刀具更换者不用辅助装置，特别是不用刀具更换者在短时间内实现换刀，本发明的刀具箱(16、17)在加工部件(12)的工作区内是如此设置，即在工作轴(13)的变换位置可以直接进行刀具更换。

Description

可编程序机床
本发明涉及可自动换刀的可编程序机床，该机床包括一个固定的机床立架、一个安装在该立架上的可在两个水平坐标轴线上移动的纵横导轨、一个在纵横导轨前设置的可在垂直坐标轴线上移动的垂直铣头、一个在该立架上安装的工件台、一个安装垂直排列的刀具的刀具箱和一个设置在所说铣头的工作区内的换刀台，以及一个可编程序控制部分。
对于传统的机床，为了自动更换不同的刀具，通常需要特殊的换刀装置，其从刀具箱中取出各种刀具，传送到在工作轴前的预定位置，并转送到轴上，然后返回。由于不同的控制及运动过程，这种换刀装置费用昂贵，此外，该装置在机床上还需要一个附加位置，以及巨大的控制技术费用，该位置对驱动成本及移动时间产生不利的影响。
EP-A-0060638公开了一种机床的自动换刀系统，其中，带有仅仅能从上面装入的刀具支架的刀具箱被设置在工件台的一侧或两侧，该工件台可以在底座上水平移动。每个刀具箱具有一个单独的旋转驱动装置，并且与工件台一起被如此可移动地安装在底座上，即其换刀台可处于一可垂直移动的工作轴的轴线上。通过工作轴的向下移动，一个用过的刀具被放在一空的刀具支架上，并且根据刀具支架的相应的旋转运动，一个新的预定的刀具被放在工作轴上，在这种公知的换刀系统中，虽然不需提供特别的换刀装置，但是其存在换刀时间长及使用空间受到限制的缺陷。
此外，DE-U-9305653.2公开了一种类似的机床，即移动立架机构，在该机床中，一工件台和一个由电机驱动可以在两个水平坐标轴线上移动的纵横导轨被安装在一固定机身上，在该机身前面在垂直坐标轴线上安装一个可由电机驱动移动的垂直铣头。一带有垂直刀具支架的链式刀具箱被安装在处于机身纵向的可移动导轨上，该链式刀具箱在该导轨周围，并且在该导轨前侧，由可移动防护盖的至少一个部分所覆盖。为了变换刀具，移动立架需在导轨上沿横向(Y轴)移动，直到工作轴的轴线刚好越过处于中心的刀具箱的换刀台。在打开防护盖以后，通过使铣头向下移动，一用过的刀具在换刀台上被放在一个空的刀具支架上。在铣头轴垂直向上移动后，该链式刀具箱被如此移动，即直到下一个刀具处于刀具变换位置。紧接着，通过装有工作轴的铣头向下的垂直移动，新的刀具被安装在工作轴上并被固定夹紧。接着，通过较短的水平移动，在工作轴上固定的新刀具被从刀具箱的刀具支架上抽出，为此，用新的刀具开始加工。显而易见，上述的刀具更换过程需要较长的时间。因此，在这种已知的刀具变换系统中需要很多部件，致使其结构成本较大。
本发明的目的提供一种可自动更换刀具的可编程序机床，该机床仅需较少的结构及控制费用即可迅速更换刀具。
本发明的目的是这样实现的，该刀具箱包括两个盘状箱，这两个盘状箱被一起安装在靠近工件台的工作区的一侧，并且是安装在在一个固定在机床立架上的支架结构上，其中，两盘状箱中的一个用于接受来自工作轴上的已用过的刀具，另一个被用来在工作轴上换新刀具。
利用两个特别的盘状箱可保证刀具的足够存贮量，其中，两个盘状箱在工件台的一侧设置使换刀时间缩短，因为两刀具箱紧靠在一起构成并排的换刀站，并且由工作轴在短时间内一个接一个的移动。利用两个盘状箱可在一个换刀过程开始以前，使一个空的刀具支架处于一个刀具箱的换刀台中，同时使带有新的已换过的刀具的刀具支架处在另一个刀具箱的换刀台中。这使得在现有刀具箱中在一个换刀过程所必需的移动被避免，因此，换刀时间被大大减少，并且结构或者控制成本被减少到最低程度。
为了更换一个已用过的刀具，工作轴被水平移动到一个刀具箱的换刀台前，然后，一个空的刀具支架处在该换刀台中。在这种移动前或移动过程中，刀具的高度由工作轴的相应的轴向移动调节，即该刀具被在径向上推入该刀具箱的空的刀具支架上。在轴线上的固定装置被松开后，工作轴向上进行较短的移动，由此，已用过的刀具的移动过程与刀具箱相连接。这样，工作轴在安装有新刀具的第二刀具箱的换刀台方向上移动，直到其轴线与刀具支架在其换刀台上的轴线，或者刀具锥的轴线相对齐。通过工作轴垂直向下的移动，刀具锥与轴向的锥形接受部分相配合，其固定装置被加强。通过工作轴一较小的垂直移动以便松开，以及随后的在刀具箱的径向的水平移动，该第二刀具箱的新刀具被松开，由此，在一个工件上的一个加工过程被完成。
本发明的一个基本的驱动技术方案是，由工作轴依次在短的行程上移动可使两盘状箱构成的相对紧靠的并排设置的换刀得以运转，因此，可以在一个刀具箱中备出一个空的刀具支架，并且在换刀前在另一个刀具箱中准备要换的新刀具。由此，对于换刀过程并不需要带有夹具的独立的换刀装置。
虽然两并列设置的盘状箱可以在轴向，即垂直方向上由电机驱动而移动，但其他结构简单的方案也是适合的，这些结构应使得在刀具锥配合及松开时，工作轴能在所要求的轴向方向上移动。
本发明的相应的结构是，两盘状箱由各自的特别的驱动装置驱动绕一个由刀具支架的数目决定的旋转角一步一步地转动，其中，该驱动装置包括一个步进电机、一个马氏间歇传动机构或者一种其他适合的步进引导装置(Schrittmacher)。利用由简单和便宜的部件组成的马氏间歇传动机械，可以使用成本低的电机，该电机，或许与一蜗轮传动装置可以是大量生产的汽车刮水器传动机构。
本发明的机床的实质优点是，用简单的结构及最低的程序控制费用就可实现刀具更换，并且操作人员不必掌握牢固的程序设计知识。
此外，由于盘状箱结构的设置，特别是由于在固定支架结构对面设置的可转动支柱，使本发明具有这样的优点，即，支架结构大约处于与工件台对齐的水平高度上，同时，箱盘处于足够的高度，以便接受大的刀具和保持较小的从工作轴中抽出刀具的垂直移动。
本发明的机床的其他长处及特点通过下面结合附图进行的实施例描述来体现，在附图中：
图1是一机床的简略侧视图；
图2是一俯视图，表示机床轴的工作区上的工件台和两个刀具箱，由箭头表示在一个换刀过程中工作轴的移动途径；
图3A、3B分别表示一刀具箱的轴向剖面图和在该刀具箱内的马氏间歇传动机构的具有部分剖面的俯视图。
在图1中简略表示的机床包括一个作为底座的立架1，一个在其正面的托架2绕一个45°斜线3可旋转地安装在一个凹陷区4内。在该托架2的侧向突出部分上安装一个可旋转的圆台5。在该立架1的上部，一滑架6在图1所示的垂直方向上可移动地安装在导轨7中。该在断面上成U形的长滑架6包括在图1的平面中延伸的导轨8，在该导轨8上，一横轨9借助于导轨座10可水平移动。在图1中没有表示使向前伸出的部件能够移动的驱动电机和传动机构。在横轨9的前面设置一个导向机构11，该导向机构11由导轨和导轨座组成，以固定和移动一个垂直的铣头12，在该导向机构上安装一个工作轴13和一带有传动机构的工作电机。借助于导向装置7、10和11，工作轴可由电机驱动在三个轴向上移动，即在水平方向上和垂直方向上移动。
在图1中，在工件台5的后面，在立架上固定一个从后向前伸出的水平支架15，在其上安装盘状刀具箱16、17。每个盘状刀具箱，特别是如图3A所示的刀具箱具有一个安装在支柱20上端的转盘式供刀装置21，在供刀装置21的外周边上按一定距离有规律地开有刀具支架22(参见图2)。该支架22用于夹持在图3中以虚线表示的刀具23，支架22是靠向上伸出的刀具锥24夹持刀具23的。每个圆形支架22有三个向内突起的突缘25，该突缘25在刀具锥较宽的端部以常规的方式形成环形托架，在突缘25的区域内还设有用于使刀具锥对中及旋转的其它装置26。
其中，每个盘状箱16、17的变换位置处于一径向束线上，该束线与两个盘状箱的中心之间的连线总是成45°角。
在图3A所示的实施例中，一垂直杆28可旋转地安装在圆筒形支柱20的底部，该圆柱25的底端被可旋转地固定在水平支架15上。此外，在支柱20的底端，由垂直的外缘形成圆锥形盘29，在该盘29的内部用例如螺钉固定一个环形圆盘30，在圆盘30的内部具有一些与刀具支架的数量相适应的短的径向缝31和在各缝之间的半圆形凹槽32(参见图3B)。该环形圆盘30构成名为马氏间歇传动机构的一部分，以使支柱20带动刀具支架22一步一步地转动。在图3A中所示的曲柄33构成马氏间歇传动机构的驱动部分，曲柄33的轴34安装在水平支架15上，并且在支架15的上端具有一个圆盘35，在圆盘35上固定一个端侧轴颈37以及一个大体为半圆形的驱动构件36，当轴34转动时，曲柄33交替与径向缝31或者半圆形凹槽32相啮合，并由此实现环形盘30的步进旋转。该曲柄33的轴34由安装在水平支架15上的电机38经蜗轮传动装置39传动。
下面根据图2描述全部换刀的过程，在该图中，机床的工作区通过刀具23的四个最终位置来表示。如前述的那样，当一个在工件台5上紧固的工件完成一个加工过程后，已使用后的刀具23a将由另一个刀具23b取代。对于该变换过程，铣头12以箭头40的方向进入第一刀具箱16的尚还空着的刀具支架变换位置，该位置大体为图中所示位置。在该变换过程中，或者在刀具到达所示位置时，通过一铣头12的垂直移动，该工作轴到达高的位置，在该位置，在刀具锥上形成的环形支架与刀具支架22处于同样的高度。然后，是在虚线所示的在径向缝中的插入移动，直到在刀具锥上的环形支架与在刀具支架22内形成的支座突缘接触，以及使部件对中和保证有效的旋转。根据相应的控制指令，该刀具锥的内轴式钳头被松开，并且工作轴13与垂直铣头12一起进行垂直移动，其最终位置已在图1中被表示。为了接受新的刀具23b，工作轴按箭头41的方向水平移动，直到工作轴的轴线正好越过刀具23b的轴线。在铣头垂直向下移动反钳头被旋紧后，新刀具23b的刀具锥被固定在工作轴上。经过一短的垂直松开移动后，工作轴与新的刀具一起沿箭头的方向移动到第二刀具箱17的径向缝上，并且与此同时，刀具23b的刀具锥从其刀具支架上被径向拉出。由此，一个刀具变换被完成，并且工作轴可以常规方式移到新的工作位置。
本发明并不局限于所描述的实施例。例如，为了代替两个盘状刀具箱16、17，可以仅使用单一的刀具箱，例如链式刀具箱(Kettenmagazin)。在该箱中，仅仅是第二刀具支架携带工件，这有可能使在刀具箱内靠近一新刀具的所需要的刀具，在一个换刀过程中让工作轴的移动尽可能地短。对此，可能还有许多其它的实施例或者变换方式。例如，为了替代在本发明所使用的马氏间歇传动机构，还可以利用其它的传动方式来实现刀具箱的间歇的或者连续的旋转运动式传递运动。

Claims (7)

1．一种可自动换刀的可编程序机床，包括：
一个固定的机床立架(1)；
一个安装在所说立架上的可在两个水平坐标轴线上移动的纵横导轨(6、9)；
一个紧靠所说纵横导轨(6、9)设置的可在垂直坐标轴线上移动的垂直铣头(12)；
一个在所说立架上安装的工件台(5)；
一个安装垂直排列的刀具的刀具箱(16,17)；
一个设置在所说铣头(12)的工作区内的换刀台；
一个可编程序的控制部分；
其特征在于：
所说刀具箱包括两个盘状箱(16,17)，这两个盘状箱(16,17)被一起安装在靠近工件台(5)的工作区的一侧，并且是安装在一个固定在机床立架(1)上的支架结构(15)上；
其中，所说两盘状箱(16或17)中的一个用于接受来自工作轴(13)上已用过的刀具，另一个被用来在工作轴上换新刀具。
2．根据权利要求1的机床，其特征在于，每个盘状箱(16、17)的变换位置处于一径向束线上，该束线与两个盘状箱的中心之间的连线总是成45°角。
3．根据权利要求1或2的机床，其特征在于，所说支架结构(15)是一个刚性固定在所说立架(1)前面的向前突出、形状固定的水平支架(15)，所说的两个盘状箱(16、17)相互间隔开地并可旋转地安装在该水平支架(15)上。
4．根据权利要求1的机床，其特征在于，每个盘状箱(16、17)具有一个支柱(20)，在该支柱(20)的上端固定一个刀具箱供给装置(21)，在该支柱(20)的下端部分设置一个驱动组件(30-38)，该组件布置在支架结构(15)上，并使所说刀具箱供给装置(21)绕一个由刀具支架(22)的数目决定的预定旋转角转动。
5．根据权利要求4的机床，其特征在于，圆筒形支柱(20)可旋转地安装在一筒形垂直杆(28)上，该杆(28)用其底端固定在支架结构(15)上。
6．根据权利要求4或5的机床，其特征在于，所说驱动组件包括一个马氏间歇传动机构(30、36、7)，该传动机构的环形盘(30)固定在支柱(20)的加宽底部(29)上，并且其驱动曲柄(33)与一电机(38)一起被安装在所说支架结构(15)上。
7．根据权利要求1的机床，其特征在于，所说工件台(5)被安装在一托架(2)上，所说托架(2)绕一45°轴线(3)由电机驱动可旋转地安装在一以45°角倾斜的斜面上，所说斜面是在立架(1)前面的在凹陷(4)上形成的斜面。
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