CN110520245B - 在设有机械化的工具库的加工中心中装载和更换工具的方法以及使用该方法的加工中心 - Google Patents

Abstract

在设有机械化的工具库(32)和至少一个能够接近工具库(32)的能移动的工具保持主轴(18、20)的加工中心中，通过一个独立于工具库(32)的专用自动传送装置(34)从工具保持主轴(18、20)上拾取工具并将其传送到工具更换区域(38)。在用新工具替换了传送装置(34)中的工具之后，通过传送装置(34)将新工具返回到工具保持主轴(18、20)。

Description

在设有机械化的工具库的加工中心中装载和更换工具的方法 以及使用该方法的加工中心

技术领域

本发明涉及一种在设有机械化的工具库的加工中心中装载和更换工具的方法，以及使用该方法的加工中心。

背景技术

已知的，一般的加工中心通常可以包括多个机动化的(motorized)工具保持主轴，例如两个、三个或四个主轴，这些主轴安装在加工头上，各个主轴的轴线被布置为水平或垂直且彼此平行。主轴可以沿与各自的待加工零件相关的两个或多个轴线移动，以便实现同时对多个零件进行多种连续的加工，例如铣削、钻孔、攻丝等。

待加工零件可以被固定在机动化的零件保持筒上，该零件保持筒安置于主轴与视线平齐的前方，其轴线水平且垂直于主轴的轴线。零件保持筒通常在沿直径相对的位置上支撑两个系列的零件，并且以180°的步幅旋转，以将两个系列的零件中的一个交替地移动到主轴前进行加工，另一个系列的零件在机器前面的安全外部区域内，以便允许操作者用未加工的零件替换已加工完成的零件。

为了最大化生产率，上述类型的加工中心通常具有机械化的工具库，主轴利用加工头在空间上的移动性从机械化的工具库中自动拾取在不同的加工阶段使用的工具。

一种类型的已知工具库，由机械化的工具保持筒组成，因其可靠性而受到赞赏。至于带有水平轴线的主轴的加工中心，其工具保持筒也布置在零件保持筒上方的主轴前，工具保持筒的轴线水平且垂直于主轴的轴线，但是相对于机器的周长位于更靠内的位置。

工具的装载以及磨损工具的定期更换都是手动进行的。为此，操作者目前必须爬上梯子，该梯子设置在机器前侧且斜靠在工具保持筒上。

这种操作很笨拙，有时甚至有危险，特别是在较大的加工中心中，工具保持筒被布置在相对于机器的前部非常凹陷的位置，也要考虑到工具的重量在某些情况下可能超过10公斤。

一般来说，加工中心越大，更换工具就越困难；对于较大的加工中心，有必要准备非常笨重和昂贵的结构，以便允许用户从前部接近工具保持筒以更换磨损的工具。

上述系统的另一个缺点出现在经常发生的情况中，在该情况下，装载/卸载零件的操作是由同时为多台机器服务的一个机器人自动执行的。实际上，就像装载/更换工具的操作员一样，装载/卸载零件的机器人也必须接近机器的前侧。因此，出于安全原因，在操作人员工作时，必须停止机器人，因此不仅是有关的机器停产，而且朝向彼此并由同一机器人服务的所有其它机器也可能停产。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种在设有机械化的工具库的加工中心中装载和更换工具的方法，以及使用该方法的加工中心，使得工具的更换操作更快、更容易，更符合人体工程学以及更安全。

本发明的权利要求1中方法和权利要求7中加工中心所达到的目的和实现的其它目标，将在下文的描述中变得更加明显。尽管是次要的，从属权利要求同时限定了本发明的其它有益特征。

附图说明

现在，下面根据一些优选的但非排他的实施例更详细地描述本发明，这些实施例通过附图中的非限制性示例示出，其中：

图1是应用了本发明的方法的加工中心的立体图；

图2是图1中所示加工中心的示意性侧视图；

图3是在第一操作步骤中图1所示的加工中心的一部分的立体图；

图4是在第二操作步骤中图1所示的加工中心的一部分的立体图；

图5是在第五操作步骤中图1所示的加工中心的一部分的立体图；

图6和图7是在第三操作步骤中来自两个不同角度的图1的加工中心的一部分的两幅立体图；

图8和图9是在第四操作步骤中来自两个不同角度的图1的加工中心的一部分的两幅立体图。

具体实施方式

首先参考图1和图2，加工中心10包括由底座14支撑的结构12。

框架12支撑本身已知的加工头16。在这里描述的实施例中，加工头16支撑两个机动化的工具保持主轴18、20，两个机动化的工具保持主轴18、20被布置为其各自的轴线水平且相互平行。加工头16可以在驱动装置(附图未示出)的控制下以本身现有的方式沿三个直角坐标轴的方向运动。

待加工零件被安装在机动化的零件保持筒26上，机动化的零件保持筒26被布置在主轴18、20与视线平齐的前方，其轴线水平且平行于主轴18、20的轴线。零件保持筒26在沿直径相对的位置支撑两个零件保持横向部件28、30，并以180°的步幅旋转，以使交替移动两个零件固定横向部件中的一个(图2中的28)至主轴18、20前以便机加工，两个零件固定横向部件中的另一个(图2中的30)在机器前部的安全外部区域。这允许操作员(未示出)在机器运行时用未完成的零件替换已经被加工的零件。

进一步地，加工中心10设置有机械化的工具库，主轴18、20从该机械化的工具库中自动拾取在不同的加工阶段使用的工具。

在这里描述的实施例中，工具库包括本身已知的机动化的工具保持筒32，该机动化的工具保持筒32也被布置在位于零件保持筒26上方的主轴18、20的前面。工具保持筒32的轴线是水平的并且平行于主轴的轴线，但是相对于零件保持筒26位于更内部的位置。

各种加工以及换刀操作均由控制单元(未示出)以全自动的方式进行管理。

根据本发明，由于加工中心10设有专用自动传送装置34，为了装载和定期更换工具，操作者不直接接近工具保持筒32，自动传送装置34独立于工具库32，并且由控制单元控制以从主轴18、20上取下磨损的工具并将其传送到方便用户取用的工具装载/更换区域38(图1)，反之亦然，以存储新工具。

在实践中，为了更换已磨损的工具，主轴18、20从工具保持筒32上拾取已磨损的工具T，且优选地将其移动到传送装置34能够接近的预设工具拾取区域39(图2)。然后，传送装置34将两个磨损的工具同时移到工具更换区域38中，在这里描述的实施例中，工具更换区域38优选地设置在机器自由侧的与眼睛高度(eye level)处(图1)。一旦操作员将磨损的工具替换为新工具后，传送装置34返回新工具到主轴18、20，主轴18、20根据工作循环将其存储在工具保持筒32中或使用这些主轴。

当然，如果在更换工具时，要更换的工具已经被安装在主轴18、20上，则传送装置34将直接从主轴上拾取工具。

但是，显然地，为了装载工具保持筒32，上面列出的步骤中只有一些是必要的。

现在特别参照图3-图9，在这里描述的实施例中，传送装置34包括铰接臂40，铰接臂40在装有滚珠丝杠传动装置46的电动机44的控制下，可以沿着竖直导向件42在上方的静止位置(图3)和下方的工作位置(图4-图9)之间移动。

铰接臂40设置有上侧近端部分48，上侧近端部分48可滑动地联接到竖直轨道42，铰接臂40还具有下侧远端部分50，下侧远端部分50相对于近端部分48围绕平行于主轴18、20的轴线的枢轴P枢转。远端部分50在其相对两端支撑一对工具保持夹具52、54，工具保持夹具52、54以与主轴18、20相对应的方式相互间隔排列。

在可选的实施例(未示出)中，例如，远端部分50可配置为可伸缩的结构，夹具之间的距离因而可以改变，以便操作员更容易将工具在零件上。

在第一驱动装置55的控制下，远端部分50可以绕枢轴P在第一位置与第二水平位置(图5-图7)之间旋转90°，第一位置垂直向下延伸(图3、图4、图8和图9)，其中工具保持夹具52、54接合工具更换区域38，在第二水平位置工具保持夹具52、54同轴地朝向主轴18、20。有利地，第一驱动装置包括液压致动器，但是可以提供机电或气动解决方案等作为替代。

在第二驱动装置58(图5和图6)的驱动下，远端部分50还可以绕其自身的轴线在与主轴对接(interfacing)的位置(图3-图5)和与用户对接的位置(图6-图9)之间旋转180°，在与主轴对接的位置时，工具保持夹具52、54相对于接头朝向内，并支撑多个工具T使其各自的柄部朝向主轴18、20，在与用户对接的位置时，当铰接臂40位于工具更换位置38时，用户容易接近工具保持夹具52、54。

有利地，与用户对接的位置相对于与主轴对接的位置旋转大致180°，工具保持夹具52、54相对于接头向外，并支撑多个工具使其各自的柄部朝向与主轴18、20相反的方向。同样在这种情况下，第二驱动装置58也有利地包括液压致动器，但是，机电或气动等解决方案可以作为替代。

此外，传送装置34对每个工具保持夹具52、54有利地设置有读/写装置(未示出)，读/写装置适于与工具上的芯片(未示出)相连接，用于读、写和/或保存与几何形状、磨损等相关的数据，以达到过程监控的目的。

在操作中，铰接臂40执行下文所述运动。

主轴18、20从工具保持筒32上拾取待更换的工具并将其移动到工具拾取区域39。同时，铰接臂40从图3所示的上方的静止位置下降到如图4所示下方的工作位置。然后，在图5所示的水平位置，铰接臂40的远端部分50旋转90°，以便从主轴18、20上拾取工具。

如图6和图7所示，一旦工具被主轴拾取后，远端部分50绕其自身的水平轴线旋转180°。此处，远端部分50返回如图8和图9所示的竖直位置，从而在机器的自由侧的工具更换区域38中移动工具T；如图9所示，工具T朝向外侧使得用户可以轻松处理。

一旦用户手动更换了工具，铰接臂40就以相反的顺序执行上述运动，以将新工具返回到主轴上。

本领域技术人员可以理解的是，描述的方法和加工中心充分实现了预期的目的和目标，为用户提供了更快、更容易、更符合人体工程学且更安全的工具更换操作。

特别是，用户不再从位于难以接近的尴尬位置的工具库中直接拾取/存储工具，而是在不影响机器前端的方便位置执行这些操作。在这种方式下，任何用于卸载/装载零件的机器人都可以没有风险地连续操作。

已经描述了基于本发明的优选实施例，但是本领域技术人员当然可以在所附权利要求的范围内进行不同的修改和变化。

例如，尽管在本发明所述的实施例中，库是筒型的，但本发明当然适用于设置有不同类型的库的加工中心，例如链式库或盘式库。例如在链式库的情况下，本发明可用于创建链式路径，该路径回旋较少或能增加工具的存储能力。

此外，在本发明的实施例中，铰接臂必须执行三个运动(近端部分48的上升/下降；弯曲90°；远端部分50的旋转180°)以适应布局和机器的占用空间。特别地，铰链臂必须上升到静止位置以便在加工操作期间(附图1)从侧窗F可以看到工作区域，且机器的一侧与其它设备接合。但是，根据机器的类型，可能去除铰接臂的一个或多个运动。例如，如果从相对侧的窗户可以看到工作区域，则无需升高到静止位置。然而，根据机器的布局和占用空间，铰接臂40还可以在静止位置与工作位置之间水平或是倾斜地滑动，而非垂直滑动。

在此，本申请通过引用的方式要求意大利专利申请序列号102017000042590中公开内容的优先权。

在任何权利要求中的技术特征后带有附图标记的情况下，这些附图标记仅为了便于权利要求的理解，因此，这些附图标记对于所标记的每个技术特征的解释并不起到限制作用，仅用于参考作用。

Claims (12)

1.一种用于在加工中心中装载和更换工具的方法，所述加工中心设置有机械化的工具库(32)和至少两个能移动的工具保持主轴(18、20)，所述工具保持主轴横向并列设置，被能沿至少一个轴线移动的加工头(16)支撑，且能够接近所述工具库(32)，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

从至少两个工具保持主轴(18、20)上同时拾取相应的工具，并通过独立于所述工具库(32)的专用自动传送装置(34)将所述工具传送到工具更换区域(38)；以及

在所述传送装置(34)中将所述工具替换为相应的新工具后，通过所述传送装置(34)将所述相应的新工具同时返回到所述至少两个工具保持主轴(18、20)，所述传送装置(34)在不工作时停在静止位置，以使所述传送装置(34)不接合所述工具更换区域(38)，所述传送装置(34)包括铰接臂(40)，所述铰接臂(40)的远端部分(50)适于在第一驱动装置(56)的控制下围绕平行于所述工具保持主轴(18、20)的枢轴(P)在竖直向下延伸的第一位置与水平的第二位置之间旋转，在所述第一位置时，所述传送装置(34)的工具夹持装置(52、54)接合所述工具更换区域(38)，在所述第二位置时，所述工具夹持装置(52、54)面向所述主轴(18、20)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤之前和之后，所述至少两个工具保持主轴(18、20)分别地从所述工具库(32)中拾取工具和向所述工具库返回工具。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传送装置(34)在预设拾取/返回位置从所述至少两个工具保持主轴(18、20)处拾取相应的工具和向所述至少两个工具保持主轴返回相应的工具。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述传送装置(34)在预设拾取/返回位置从所述至少两个工具保持主轴(18、20)处拾取相应的工具和向所述至少两个工具保持主轴返回相应的工具。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述传送装置(34)的移动由控制单元以自动化的方式控制。

6.一种加工中心，其设有机械化的工具库(32)和至少两个能移动的工具保持主轴(18、20)，所述工具保持主轴横向并列设置，被能沿至少一个轴线移动的加工头(16)支撑，且能够接近所述工具库(32)，其特征在于，所述加工中心包括：专用自动传送装置(34)，所述传送装置独立于所述工具库(32)，被控制为从至少两个工具保持主轴(18、20)上拾取相应的至少两个工具并将所述工具传送到工具更换区域(38)，以及在所述传送装置(34)中替换工具之后，返回相应的新工具到所述至少两个工具保持主轴(18、20)，所述传送装置(34)在不工作时停在静止位置，以使所述传送装置(34)不接合所述工具更换区域(38)，所述传送装置(34)包括铰接臂(40)，所述铰接臂(40)的远端部分(50)适于在第一驱动装置(56)的控制下围绕平行于所述工具保持主轴(18、20)的枢轴(P)在竖直向下延伸的第一位置与水平的第二位置之间旋转，在所述第一位置时，所述传送装置(34)的工具夹持装置(52、54)接合所述工具更换区域(38)，在所述第二位置时，所述工具夹持装置(52、54)面向所述主轴(18、20)。

7.根据权利要求6所述的加工中心，其特征在于，所述工具夹持装置(52、54)以对应于所述至少两个工具保持主轴(18、20)的方式相互间隔开，以便同时拾取和返回相应的工具。

8.根据权利要求6所述的加工中心，其特征在于，所述远端部分(50)相对于近端部分(48)枢转，所述近端部分在第二电动机装置(44、46)的控制下在所述静止位置与工作位置之间移动。

9.根据权利要求7所述的加工中心，其特征在于，所述远端部分(50)相对于近端部分(48)枢转，所述近端部分在第二电动机装置(44、46)的控制下在所述静止位置与工作位置之间移动。

10.根据权利要求8所述的加工中心，其特征在于，所述静止位置和所述工作位置竖直间隔开。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的加工中心，其特征在于，所述远端部分(50)被连接为，能围绕自身轴线相对于所述近端部分(48)旋转，以便在另一驱动装置(58)的控制下，在与主轴对接的位置和与用户对接的位置之间旋转，在所述与主轴对接的位置，所述工具夹持装置(52、54)支撑所述工具，使得所述工具的相应的柄部朝向所述工具保持主轴(18、20)，在所述与用户对接的位置，当所述铰接臂(40)在所述工具更换区域(38)中时，所述工具夹持装置(52、54)能容易地被用户接近。

12.根据权利要求6至10中任一项所述的加工中心，其特征在于，所述传送装置(34)设置有读/写装置，所述读/写装置适于与工具上的芯片相接，以便读、写和/或保存与几何形状和磨损有关的数据。

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