CN112059679A - 用于更换刀具和/或工件的更换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于更换刀具和/或工件的更换装置，提供了一种用于更换或调换刀具(16)和/或工件的更换装置(15)。更换装置(15)具有夹持装置(20)，其具有至少一个夹持器臂(24)，该夹持器臂(24)远离旋转支撑体(22)延伸，该旋转支撑体(22)围绕旋转轴线(D)被可旋转地支撑，并且在其自由端具有分别用于一个刀具(16)或一个工件的保持器(21)。借助于带有旋转驱动马达(30)和旋转驱动变速器(28)的旋转动力传动系(23)，夹持装置(20)可以围绕旋转轴线(D)旋转。特别地，旋转驱动变速器(28)具有皮带传动机构(33)。第一旋转位置传感器(40)在不与旋转驱动变速器(28)互连的情况下直接或间接地与旋转支撑体(22)和/或旋转驱动变速器(28)的变速器输出端(28b)联接，以用于检测夹持装置(20)围绕旋转轴线(D)的旋转位置。

Description

用于更换刀具和/或工件的更换装置
技术领域
本发明涉及一种配置成更换刀具和/或工件的更换装置。更换装置被配置为与具有自动刀具更换或工件更换的机床一起使用，并且可以被集成在机床中，或者可以作为单独的单元布置在机床处或机床附近。
背景技术
这种更换装置例如从EP 1 525 945 B1或EP 1 013 373 B1中已知。更换装置包括夹持装置，该夹持装置具有用于待更换刀具的两个保持器。夹持器单元布置在沿着旋转轴线延伸的轴上。通过旋转驱动器，轴可以围绕旋转轴线移动。因此，夹持装置与轴一起围绕旋转轴线被旋转地支撑。
这种更换装置必须能够非常快速地执行刀具或工件的更换。因此，高旋转加速度或旋转速度是必要的。另一方面，由于动力传动系的配置，动态力是受限的。在旋转动力传动系中，在加速度过高的情况下由于弹性而会发生振荡或振动，使得夹持装置难以围绕旋转轴线定位在期望的旋转位置。困难增加了，因为夹持器的负载可能非常不同。在带有用于若干刀具或工件的若干保持器的夹持器的情况中，可以保持不同数量的工件或刀具。此外，由于至少一个被保持刀具或工件的重力，负载的重量会导致围绕旋转轴线的相对较大的扭矩。由夹持装置围绕旋转轴线产生的最终扭矩取决于保持器和旋转轴线之间的连接线相对于竖直或水平方向的相对位置，并且因此取决于在旋转运动过程中的变化。负载也可以是不对称的。为了控制更换装置，必须考虑这些影响。
必须考虑的更换装置的附加约束一方面是成本，另一方面是所需的空间。旋转动力传动系所需的空间不应限制刀具或工件的长度，该刀具或工件可以保持在保持器中，并且可以在机床中更换。此外，源自刚性支撑结构的机床主轴的悬臂延伸部(刀具或工件可插入其中)应尽可能短，以便实现机床的高刚性和因此高精度，这是设计旋转动力传动系时要考虑的另一个约束。由于这些原因，通常不可能将旋转动力传动系的旋转驱动马达直接布置在旋转轴线处和旋转轴线的延长部分中。
发明内容
因此，可以认为本发明的目的是提供一种更换装置，该更换装置在待更换的刀具或工件的高动态力和大质量的情况下也确保夹持装置围绕旋转轴线的旋转位置的高定位精度。
该目的通过具有权利要求1的特征的更换装置来解决。
更换装置被配置用于刀具和/或工件的更换或调换。它包括夹持装置，该夹持装置围绕旋转轴线旋转地支撑在旋转支撑体上。旋转支撑体可以由一个单一的整体部件组成，或者可以由彼此连接的多个部件组装而成。夹持装置具有与旋转轴线有一定距离的至少一个保持器，以及在优选实施例中具有相对于旋转轴线沿直径相对布置的两个保持器，每个保持器提供用于待夹持的刀具或工件。
旋转动力传动系被配置成围绕旋转轴线旋转夹持装置。旋转动力传动系包括旋转驱动马达和旋转驱动变速器，旋转驱动变速器具有变速器输入端和变速器输出端。旋转动力传动系通过旋转驱动变速器在旋转驱动马达和旋转支撑体之间建立驱动连接。旋转驱动马达与旋转驱动变速器的变速器输入端传动连接，并且旋转支撑体与旋转驱动变速器的变速器输出端驱动地连接。特别地，变速器输出端可以与旋转轴线对准，并且变速器输入端可以布置成与旋转轴线径向相隔一定距离。
更换装置的第一旋转位置传感器被配置成检测围绕夹持装置的旋转轴线的旋转位置，特别是围绕至少一个保持器的旋转轴线的旋转位置。可以向用于控制旋转驱动马达的控制装置提供相应的传感器信号，以便能够在自动更换期间精确定位设置在至少一个保持器中的刀具或工件。为了检测旋转支撑体围绕旋转轴线的实际旋转位置，第一旋转位置传感器与旋转支撑体联接，而不与旋转驱动变速器互连。第一旋转位置传感器的至少一个可旋转传感器部分与旋转支撑体可旋转移动地联接，并且在基本上无负载的情况下旋转，特别是独立于旋转动力传动系的负载，这非常精确地取决于旋转支撑体围绕旋转轴线的旋转运动。根据旋转驱动马达的出现的旋转加速度并且根据夹持装置的实际负载，以及旋转支撑体或夹持装置围绕旋转轴线的实际旋转位置，大的和变化的力和扭矩在旋转动力传动系中是有效的。由于旋转驱动变速器中的弹性，可能出现马达的实际旋转位置和夹持装置围绕旋转轴线的实际旋转位置之间的偏差。在更换过程中，在控制旋转驱动马达期间，必须消除或考虑这些偏差，以便能够精确地定位夹持装置，并避免损坏机床和刀具或工件。根据本发明，第一旋转位置传感器因此与旋转支撑体联接，用于通过绕过旋转驱动变速器来检测旋转位置，并且可以与旋转支撑体直接联接或者以不防扭矩的方式通过至少一个基本上无负载的联接元件与旋转支撑体间接地联接。因此，由第一旋转位置传感器检测的位置非常精确地对应于夹持装置围绕旋转轴线的实际旋转位置。因此，旋转位置检测独立于负载、夹持装置的旋转运动的加速度以及旋转动力传动系的其他外部影响。借助于第一旋转位置传感器，可以实现夹持装置围绕旋转轴线的旋转位置的精确控制。
由于旋转驱动变速器，旋转驱动马达可以布置成从旋转轴线轴向偏移，以便实现更换装置的更紧凑的构造。特别地，在旋转轴线的区域中所需的空间得以减小，使得在机床处的主轴悬臂延伸尽可能低，从而可以实现机床的高刚度和高精度。此外，待更换的刀具或工件的轴向长度不受限制。总体上，可以实现具有被优化的更换刀具的所需空间的紧凑配置。
在一个优选实施例中，第一旋转位置传感器的可旋转传感器部分与旋转支撑体直接且防扭矩地连接，使得可旋转支撑的传感器部分与旋转支撑体一起围绕旋转轴线旋转。在另一个实施例中，第一旋转位置传感器的可旋转支撑的传感器部分可以通过至少一个联接元件与旋转支撑体联接。该至少一个联接元件可以是传动机构，特别是例如具有皮带和两个皮带轮的皮带传动机构。在这种情况下，皮带传动机构不构成旋转驱动变速器的一部分，而是独立于旋转驱动变速器。
旋转驱动变速器尤其可以包括皮带传动机构。皮带传动机构具有围绕至少两个皮带轮引导的皮带。优选地，一个皮带轮与旋转轴线同轴对准，并且另一个皮带轮布置成与旋转轴线有径向距离。在最简单的情况下，旋转驱动变速器可以由一个皮带传动机构组成。这样，旋转驱动变速器被配置为皮带变速器。皮带传动机构很便宜，并且仅需要很小的空间。由于皮带变速器中的皮带传动机构，存在的弹性的影响在夹持装置围绕旋转轴线的旋转位置的控制或反馈控制期间被减小或消除，因为实际的旋转位置是通过第一旋转位置传感器检测的，与旋转驱动变速器的弹性无关。这样，即使提供了皮带传动机构，也可以实现精确的旋转位置反馈控制。
更换装置优选地包括控制装置，第一旋转位置传感器的传感器信号被提供给该控制装置，并且该控制装置被配置成控制旋转驱动马达。这样，可以实现用于夹持装置围绕旋转轴线的旋转位置的反馈控制的反馈回路。
在一个优选实施例中，旋转动力传动系包括附加传感器，该传感器检测旋转动力传动系中的在旋转驱动马达和变速器输入端或皮带传动机构之间的部件的实际旋转位置。根据一个实施例，在第一旋转位置传感器和附加传感器之间，旋转驱动变速器的皮带传动机构互连。特别地，附加传感器可以是布置在旋转驱动马达中或旋转驱动马达处的马达传感器，并且被配置成检测旋转驱动马达围绕马达轴线的实际旋转位置。表征旋转驱动马达的实际旋转位置的传感器信号可以被提供给控制装置。附加传感器也可以替代地布置在旋转驱动马达和旋转驱动变速器的变速器输入端之间的另一个位置处。可以确定旋转驱动变速器中的故障，因为在该实施例中，存在表征在变速器输入端处的旋转位置的传感器信号，并且提供表征在变速器输出端处或在旋转支撑体处的旋转位置的传感器信号。基于这两个传感器信号的量和/或时间相关进程，可以确定例如旋转驱动变速器中的皮带是否断裂，或者皮带状况是否不足以保证皮带轮之间的扭矩的无滑移传输。
此外，控制装置可以被配置成确定存在于夹持装置的至少一个保持器中的刀具或工件的重量。保持器中的刀具或工件的重量是在变速器输入端处的附加传感器的传感器信号和与旋转支撑体联接的至少一个旋转位置传感器的传感器信号的量和/或时间相关进程的差异的特征。通过比较这两个传感器信号，可以确定保持器中存在的刀具或工件的质量或重量。替代地或附加地，在包括两个保持器的夹持装置中，可以确定存在于两个保持器中的刀具或工件的重量差异。
如果除了旋转动力传动系之外，还提供移位动力传动系，这也是有利的。移位动力传动系被配置成产生夹持装置沿着或平行于旋转轴线的冲程或线性运动。这样，例如可以进行刀具或工件向机床的保持夹具或主轴中的插入或从保持夹具或主轴中的移除。
移位动力传动系可以包括具有变速器输入端和变速器输出端的移位驱动变速器。移位驱动变速器的变速器输入端与移位驱动马达驱动地联接，并且变速器输出端与螺纹主轴驱动地联接。在螺纹主轴处可以布置主轴螺母。在螺纹主轴旋转的情况下，可以进行主轴螺母沿着或平行于旋转轴线的运动。特别地，主轴螺母可以与旋转支撑体可移动地连接，或者可以是旋转支撑体的整体部分。主轴螺母优选地相对于旋转支撑体不可移动，既不沿着或平行于旋转轴线移动，也不围绕旋转轴线在周向方向上移动。关于旋转驱动变速器的传动输出端，主轴螺母优选地以防扭矩的方式被支撑，并且仅平行于或沿着旋转轴线可移位地被支撑。
类似于旋转动力传动系，移位动力传动系也可以包括至少一个传感器或旋转位置传感器。优选地，存在第二旋转位置传感器，该第二旋转位置传感器与螺纹主轴联接，而不与移位驱动变速器互连。第二旋转位置传感器被配置成检测螺纹主轴围绕旋转轴线的旋转运动和/或旋转位置并产生特征性传感器信号。该传感器信号可以被提交至控制装置。
此外，如果移位动力传动系包括例如可以被配置为马达传感器的附加传感器，则是有利的。该附加传感器被配置成产生传感器信号，该传感器信号是移位驱动变速器的变速器输入端的旋转位置的特征。传感器信号可以被提供给控制装置。
控制装置可以比较移位动力传动系的第二旋转位置传感器和附加传感器的传感器信号，并且可以以类似于旋转动力传动系的方式确定移位驱动变速器中的故障。如果移位驱动变速器包括例如皮带传动机构，则可以确定该皮带传动机构的皮带的断裂。
在一个优选实施例中，旋转驱动变速器包括变速器壳体。在变速器壳体中，可以布置第一旋转位置传感器和/或第二旋转位置传感器。这样，第一和/或第二旋转位置传感器就不会由于切屑或冷却介质而受到损坏和/或污染。
在一个优选实施例中，夹持装置包括多个保持器，特别是两个保持器，每个保持器被提供用于一个刀具或工件。夹持装置可以包括至少一个夹持器臂，该夹持器臂远离旋转支撑体并垂直于旋转轴线延伸。在每个夹持器臂的与旋转支撑体相对的自由端，可以设置一个保持器。在一个优选实施例中，夹持装置被配置为双夹持器，并且因此包括两个夹持器臂，这两个夹持器臂可以沿着共同的直线延伸，并且可以相对于旋转轴线沿直径布置。
附图说明
本发明的优选实施例来自从属权利要求、描述和附图。在下文中，参考附图详细地解释了本发明的优选实施例。在附图中：
图1示出了更换装置的一个实施例的透视图，
图2示出了更换装置的一个实施例的示意性类似框图的图示，
图3示出了更换装置的一个实施例的示意性类似框图的图示，
图4示出了旋转位置传感器的一个实施例的示意性类似框图的图示，和
图5-8各自示出了在刀具更换的执行期间处于不同状态的机床主轴和更换装置的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的更换装置15，其被配置成自动更换或调换刀具16(图5至图8)。在该实施例中，更换装置15被配置成将不同的刀具16插入机床的机床主轴18的主轴保持夹具17中或从其中移除。例如，待插入的刀具16可以从未示出的刀具库的存储位置19移除，并且可以插入到机床主轴18的主轴保持夹具17中。随后将根据图5至图8描述该过程。
在所描述的实施例中，更换装置15被配置用于刀具16的自动更换。替代地或附加地，更换装置15也可以被配置用于工件的更换。
在该实施例中，更换装置15具有夹持装置20，该夹持装置20具有至少一个并且根据该示例精确地为两个保持器21，每个保持器被配置用于保持或夹持一个刀具16。借助于夹持装置20，一个刀具16或两个刀具16可以被夹持或保持。
夹持装置20布置在旋转支撑体22处，该旋转支撑体22围绕旋转轴线D被旋转支撑。夹持装置20因此可以与旋转支撑体22一起围绕旋转轴线D旋转。为了执行夹持装置20的旋转运动，提供了旋转动力传动系23。在图2和图3的类似框图的图示中示出了夹持装置20的支撑和旋转动力传动系23的配置的实施例。
在该实施例中，夹持装置20被配置为双夹持器。它包括两个夹持器臂24，这两个夹持器臂24从旋转支撑体22开始沿相反方向延伸。每个夹持器臂24具有与旋转轴线D相对的径向外部自由端，在该径向外部自由端处设置有用于一个刀具16的保持器21。在该实施例中，夹持器臂24沿着公共直线延伸，该公共直线定向成垂直于旋转轴线D或者径向于旋转轴线D。在对该实施例的修改中，夹持器臂24的数量或者保持器21的数量可以更大或者更小。
旋转动力传动系23具有旋转驱动变速器28，该变速器具有变速器输入端28a和变速器输出端28b。在该实施例中，旋转驱动变速器28的变速器输出端28b以防扭矩的方式与旋转支撑体22连接。旋转驱动变速器28的变速器输入端28a以防扭矩的方式与第一驱动轴29连接，第一驱动轴29由旋转动力传动系23的旋转驱动马达30驱动。因此，旋转动力传动系23通过旋转驱动变速器28在旋转驱动马达30和旋转支撑体22之间建立驱动连接。
在该实施例中，旋转驱动变速器28包括第一皮带传动机构33，并且在该实施例中由第一皮带传动机构33形成。第一驱动皮带轮34以防扭矩的方式与第一驱动轴29连接，并形成旋转驱动变速器28的变速器输入端28a。第一输出皮带轮35以防扭矩的方式与旋转支撑体22连接，并形成旋转驱动变速器28的变速器输出端28b。第一皮带36以防扭矩的方式将第一驱动皮带轮34与第一输出皮带轮35连接。第一皮带36被配置为齿形皮带，因此第一驱动皮带轮34和第一输出皮带轮35被配置为齿形皮带盘。
第一皮带传动机构33可以提供可以小于1、大于1或等于1的任意传动比。
旋转驱动变速器28布置在变速器壳体37中。第一驱动轴29和旋转支撑体22从变速器壳体37延伸。第一驱动轴29沿着第一马达轴线M1延伸，并且可以借助于旋转驱动马达30围绕第一马达轴线M1被旋转驱动。在该实施例中，第一马达轴线M1距旋转轴线D一定距离延伸。优选地，在更换装置15的组装状态下，第一马达轴线M1竖直地布置在旋转轴线D上方。
夹持装置20或夹持器臂24围绕旋转轴线D的实际旋转位置由第一旋转位置传感器40检测，该第一旋转位置传感器40被配置成产生表征夹持装置20或夹持器臂24围绕旋转轴线D的实际旋转位置的第一传感器信号S1，并将第一传感器信号S1提交给控制装置41。控制装置41可以至少基于第一旋转位置传感器40的第一传感器信号S1产生用于控制旋转驱动马达30的第一控制信号A1。
第一旋转位置传感器40与变速器输出端28b和旋转支撑体22联接，而不与旋转驱动变速器28互连，并且至少不与皮带传动机构33互连。这样，夹持装置20围绕旋转轴线D的实际旋转位置可以被检测，并因此由控制装置41非常精确地控制。第一旋转位置传感器40可以与旋转驱动变速器28的变速器输出端28b和旋转支撑体22联接，用于以防扭矩的方式或间接地检测夹持装置20的旋转位置。
第一旋转位置传感器40布置在变速器壳体37中，并因此被保护免受外部影响，例如，免受由于机床中的冷却介质和/或切屑引起的干扰。
可以用作第一旋转位置传感器40的旋转位置传感器的配置在图4中高度示意性地示出。旋转位置传感器包括非旋转的固定传感器部分42，以及相对于固定传感器部分42可旋转地支撑的可旋转传感器部分43。可旋转传感器部分43与旋转支撑体22可旋转移动地联接。如图3中示意性地示出的，可旋转传感器部分43可以以防扭矩的方式与旋转支撑体22连接，并且可以与旋转支撑体22一起旋转。替代地，可旋转传感器部分43可以经由一个或多个联接元件间接地与旋转支撑体22联接。在图2所示的实施例中，可旋转传感器部分43和旋转支撑体22或变速器输出端28b之间的联接可以通过第一联接传动机构44实现。第一联接传动机构44具有以防扭矩方式与旋转支撑体22和变速器输出端28b联接的第一联接皮带轮45和以防扭矩方式与可旋转传感器部分43联接的第二联接皮带轮46。两个联接皮带轮45、46通过联接皮带47可旋转移动地联接。联接皮带47优选地被配置为齿形皮带。
独立于旋转动力传动系23所承受的负载，第一旋转位置传感器40与变速器输出端28b和/或旋转支撑体22的联接是基本上无负载的。这样，夹持装置20围绕旋转轴线D的实际旋转位置可以被非常精确地检测。
如图2和图3所示，旋转动力传动系23包括附加传感器50。附加传感器50被配置成产生传感器信号，该传感器信号表征第一驱动轴29或旋转驱动变速器28的变速器输入端28a的旋转位置或旋转运动，该信号在这里被称为第二传感器信号S2。第二传感器信号S2被提交至控制装置41。根据该示例，附加传感器50由检测旋转驱动马达30围绕第一马达轴线M1的旋转位置的第一马达传感器51形成。
因此，两个独立的传感器信号S1、S2被提供至控制装置41，它们至少在无故障的正常操作中彼此依赖。在正常操作中，在第一驱动轴29围绕第一马达轴线M1旋转期间，夹持装置20围绕旋转轴线D旋转。
在具有理想配置且没有游隙和弹性的旋转动力传动系中，第二传感器信号S2也表征夹持装置20围绕旋转轴线D的实际旋转位置。两个传感器信号S1、S2具有限定的固定关系或依赖性。在实际的旋转动力传动系23中，旋转驱动变速器28包括游隙和/或弹性。特别地，在根据具有第一皮带传动机构33的示例的配置中，第一传感器信号S1和第二传感器信号S2之间的关系可以根据时间的进程和/或根据取决于更换装置15或旋转动力传动系23的实际操作条件的量而变化。这尤其是由通过夹持装置20保持的一个或两个刀具16的重力引起的，其重力引起围绕旋转轴线D的扭矩。该扭矩取决于夹持器臂24相对于水平或垂直方向的位置，也取决于一个被保持刀具16的重量或两个被保持刀具16的重量差。根据围绕旋转轴线D的这个扭矩和在旋转驱动马达30处的扭矩，在旋转驱动变速器28中产生动态弹性，该动态弹性可以根据操作条件具有不同的量。因此，第二传感器信号S2不一定对应于夹持装置20围绕旋转轴线D的实际旋转位置。为此，第一旋转位置传感器40独立于旋转驱动变速器28与旋转支撑体22联接。
因为控制装置41被提供以第一传感器信号S1以及第二传感器信号S2，所以可以评估两个传感器信号S1、S2之间的关系以提供附加信息。例如，可以确定第一皮带36的断裂，因为在这种情况下第一传感器信号S1不再根据旋转驱动马达30的旋转而改变。夹持装置20的实际旋转位置可能不再受旋转驱动马达30的影响。例如，在第一皮带36断裂的情况下，夹持装置20可以围绕旋转轴线D自由移动，直到它处于平衡位置——至少在没有自锁效应阻碍自由移动时。
第一传感器信号S1和第二传感器信号S2可以附加地或替代地用于确定保持在夹持装置20中的刀具16的重量或两个刀具16的重量差。例如，夹持装置20可以围绕由第二传感器信号S2限定的旋转轴线D在限定的旋转位置移动。旋转动力传动系23中的弹性使得由第一传感器信号S1表征的实际旋转位置不一定对应于由第二传感器信号S2表征的限定的期望旋转位置。偏差越大，保持在夹持装置20中的刀具的重量越大。如果两个刀具16被保持在夹持装置20中，则可以确定重量差。优选地，夹持装置20水平定向以确定重量，即夹持器臂24平行于水平面延伸。为了校准由控制装置41进行的重量确定，一个或多个刀具16或其他物体可以一次布置在夹持装置20中。这样，可以确定并存储函数、特征曲线或特征图，使得随后也可以对于其他刀具16进行重量确定。
如果刀具16的重量或多个刀具16的重量是已知的，并且存储在机床的刀具库中，则可以由控制装置41考虑这些重量来控制旋转驱动马达30。因为在这种情况下由此产生的所得扭矩和围绕旋转轴线D的惯性矩也是已知的。旋转驱动马达30的扭矩可以根据时间相关进程来控制，以便尽可能快地实现夹持装置20围绕旋转轴线D的旋转位置的定位和反馈控制。这样，可以最小化机床中刀具更换所需的持续时间。此外，可以避免或最小化夹持装置20围绕旋转轴线D的旋转运动的振动和振荡。
在该实施例中，更换装置15还包括移位动力传动系55。移位动力传动系55被配置成沿着或平行于旋转轴线D移动夹持装置20，并且因此启动移位运动。在该实施例中，移位动力传动系55包括具有变速器输入端56a和变速器输出端56b的移位驱动变速器56。移位驱动变速器56的变速器输入端56a以防扭矩的方式与第二驱动轴57连接。第二驱动轴57可以由移位驱动马达58驱动。移位驱动变速器56的变速器输出端56b以防扭矩的方式与螺纹主轴59连接，主轴螺母60沿着螺纹主轴59可移位地被支撑。为此，主轴螺母60被锁定以防止围绕旋转轴线D的旋转运动。螺纹主轴59沿着旋转轴线D延伸。主轴螺母60与旋转支撑体22不可移动地连接，并且因此既不可以相对于旋转支撑体22旋转，也不可以相对于旋转支撑体22沿着旋转轴线D移动。主轴螺母60可以是旋转支撑体22的一部分，旋转支撑体22可以被配置为单个部件或多个部件的组件。
移位驱动变速器56包括被称为第二皮带传动机构61的皮带传动机构，以便区别于旋转驱动变速器28的第一皮带传动机构33。优选地，移位驱动变速器56由第二皮带传动机构61形成。第二皮带传动机构61具有形成变速器输入端56a的第二驱动皮带轮62和形成变速器输出端56b的第二输出皮带轮63。第二驱动皮带轮62和第二输出皮带轮63通过第二皮带64可旋转移动地联接。第二皮带64优选地被配置为齿形皮带。
第二驱动轴57可以由移位驱动马达58围绕第二马达轴线M2旋转驱动。第二马达轴线M2优选地平行于旋转轴线D和/或第一马达轴线M1，并且进一步优选地竖直地布置在旋转轴线D上方。第二马达轴线M2可以竖直地布置在第一马达轴线M1上方。控制装置41被配置成产生用于控制移位驱动马达58的第二控制信号A2。在该实施例中，第二马达传感器65被提供为类似于旋转动力传动系23，其中第二马达传感器65产生表征第二驱动轴57或移位驱动变速器56的变速器输入端56a的旋转位置的第三传感器信号S3，并将第三传感器信号S3提交至控制装置41。第三传感器信号S3是夹持装置20沿着旋转轴线D的移位位置的特征。因为由移位驱动变速器56的弹性引起的负载相关偏差并不重要或不具有决定性影响，所以夹持装置20沿着旋转轴线D的位置可以在移位驱动变速器56的变速器输入端56a处确定。
为了允许夹持装置20沿着旋转轴线D的移位运动，包括主轴螺母60的旋转支撑体22以防扭矩的方式与第一输出皮带轮35或旋转驱动变速器28的变速器输出端28b连接，并且可以平行于旋转轴线D移位。由于螺纹主轴59的旋转，可以引起移位运动。
移位动力传动系55还包括第二旋转位置传感器66，其被分配给移位驱动变速器56的变速器输出端56b并与其联接。第二旋转位置传感器66产生第四传感器信号S4，该信号是在移位驱动变速器56的变速器输出端56b处的旋转位置或旋转运动的特征，并且根据该示例，是螺纹主轴59和/或第二输出皮带轮63围绕旋转轴线D的旋转运动的特征。
因此，同样对于移位驱动变速器56或移位动力传动系55，表征在变速器输入端56a处的旋转运动的第三传感器信号S3和表征在变速器输出端56b处的旋转运动的第四传感器信号S4被提供给控制装置41。因此，控制装置41能够确定由于移位驱动变速器56中的故障而导致的偏差。例如，可以确定第二皮带传动机构61中的第二皮带64的皮带断裂。
第二旋转位置传感器66可以具有类似于第一旋转位置传感器40的图4所示的配置。
在图2所示的实施例中，第二旋转位置传感器66以类似于第一旋转位置传感器40与旋转支撑体22的联接的方式与螺纹主轴59联接。具体而言，为此设置了第二联接传动机构67，其具有第三联接皮带轮68，该第三联接皮带轮68以防扭矩的方式与第二旋转位置传感器66的可旋转传感器部分43联接。第四联接皮带轮69以防扭矩的方式与螺纹主轴59连接。第三联接皮带轮68和第四联接皮带轮69通过第二联接传动机构67的第二联接皮带70可移动地联接。第二联接皮带70优选地被配置为齿形皮带。
作为第二旋转位置传感器66与螺纹主轴59的这种联接的替代，第二旋转位置传感器66也可以布置在旋转轴线D的水平上。第二旋转位置传感器66的可旋转传感器部分43然后可以以防扭矩的方式间接地或直接地与螺纹主轴59或移位驱动变速器56的变速器输出端56b连接(图3)。
图2和图3所示的实施例可以彼此结合。例如，旋转位置传感器40、66中的一个可以分别通过相应的联接传动机构44或67联接，并且相应的另一个旋转位置传感器66或40可以布置在旋转轴线D的水平上，并且可以分别与旋转支撑体22或螺纹主轴59防扭矩地连接。
移位驱动变速器56布置在变速器壳体37中。变速器壳体37因此被配置为用于旋转驱动变速器28和移位驱动变速器56的公共变速器壳体。
必须注意的是，夹持装置20沿着或平行于旋转轴线D的移位运动以及夹持装置20围绕旋转轴线D的旋转运动也可以通过其他机械装置来实现。
至此描述的更换装置15可以执行自动刀具更换，如随后参考图5至图8描述的。
在图5中，示意性地示出了初始情况，其中刀具16存在于主轴保持夹具17中，该刀具将由布置在未示出的刀具库的存储位置19中的另一个刀具16更换。更换装置15定位在存储位置19和主轴保持夹具17之间，使得夹持装置20能够借助于围绕旋转轴线D的旋转运动来夹持设置在主轴保持夹具17中的刀具16以及设置在存储位置19处的刀具16(图5)。随后，通过夹持装置20沿着旋转轴线D的移位运动，刀具16从主轴保持夹具17被移除，并且待插入的刀具16从存储位置19被移除。由此产生的情况如图6所示。
由夹持装置20保持的刀具16被释放，并且夹持装置20可以围绕旋转轴线D旋转。随后，待插入的刀具16位于主轴保持夹具17的前面，并且被移除的刀具16位于存储位置19的前面。然后，通过夹持装置20沿着旋转轴线D的移位运动，被移除的刀具16可以布置在存储位置19，并且待插入的刀具16可以布置在主轴保持夹具17中(图7)。
在该刀具更换之后，刀具16被夹持装置20释放，并且夹持装置20可以围绕旋转轴线D旋转例如约90度的量(图8)。随后，更换装置15和/或刀具库或存储位置19可以被移开，使得机床的工作空间为机加工工件做好准备。
本发明涉及一种用于更换或调换刀具16和/或工件的更换装置15。更换装置15具有夹持装置20，该夹持装置20具有至少一个夹持器臂24，该夹持器臂24远离旋转支撑体22延伸，该旋转支撑体22围绕旋转轴线D被可旋转地支撑，并且在其自由端具有分别用于一个刀具16或一个工件的保持器21。借助于带有旋转驱动马达30和旋转驱动变速器28的旋转动力传动系23，夹持装置20可以围绕旋转轴线D旋转。特别地，旋转驱动变速器28具有皮带传动机构33。第一旋转位置传感器40在不与旋转驱动变速器28互连的情况下直接或间接地与旋转支撑体22和/或旋转驱动变速器28的变速器输出端28b联接，以用于检测夹持装置20围绕旋转轴线D的旋转位置。
附图标记列表：
15 更换装置
16 刀具
17 主轴保持夹具
18 机床主轴
19 存储位置
20 夹持装置
21 保持器
22 旋转支撑体
23 旋转动力传动系
24 夹持器臂
28 旋转驱动变速器
28a 旋转驱动变速器的变速器输入端
28b 旋转驱动变速器的变速器输出端
29 第一驱动轴
30 旋转驱动马达
33 第一皮带传动机构
34 第一驱动皮带轮
35 第一输出皮带轮
36 第一皮带
37 变速器壳体
40 第一旋转位置传感器
41 控制装置
42 固定传感器部分
43 可旋转传感器部分
44 联接传动机构
45 第一联接皮带轮
46 第二联接皮带轮
47 第一联接皮带
50 附加传感器
51 第一马达传感器
55 移位动力传动系
56 移位驱动变速器
56a 移位驱动变速器的变速器输入端
56b 移位驱动变速器的变速器输出端
57 第二驱动轴
58 移位驱动马达
59 螺纹主轴
60 主轴螺母
61 第二皮带传动机构
62 第二驱动皮带轮
63 第二输出皮带轮
64 第二皮带
65 第二马达传感器
66 第二旋转位置传感器
67 第二联接传动机构
68 第三联接皮带轮
69 第四联接皮带轮
70 第二联接皮带
A1 第一控制信号
A2 第二控制信号
D 旋转轴线
M1 第一马达轴线
M2 第二马达轴线
S1 第一传感器信号
S2 第二传感器信号
S3 第三传感器信号
S4 第四传感器信号

Claims (21)

1.一种配置成用于更换刀具(16)和/或工件的更换装置(15)，所述更换装置(15)
具有夹持装置(20)，所述夹持装置(20)在旋转支撑体(22)处围绕旋转轴线(D)被可旋转地支撑，并且具有用于待保持的所述刀具(16)和/或所述工件的至少一个保持器(21)，
具有旋转动力传动系(23)，所述旋转动力传动系(23)被配置成使所述夹持装置(20)围绕所述旋转轴线(D)旋转，
其中，所述旋转动力传动系(23)包括旋转驱动马达(30)和旋转驱动变速器(28)，其中，所述旋转驱动马达(30)与所述旋转驱动变速器(28)的变速器输入端(28a)驱动地联接，并且其中，所述旋转驱动变速器(28)的变速器输出端(28b)与所述旋转支撑体(22)驱动地连接，
具有第一旋转位置传感器(40)，所述第一旋转位置传感器(40)在不与所述旋转驱动变速器(28)互连的情况下与所述旋转支撑体(22)联接，其中，所述第一旋转位置传感器(40)被配置成检测夹持装置(20)围绕所述旋转轴线(D)的旋转位置。
2.根据权利要求1所述的更换装置，其特征在于，所述旋转驱动变速器(28)包括第一皮带传动机构(33)。
3.根据权利要求1或2所述的更换装置，其特征在于，所述第一旋转位置传感器(40)以防扭矩的方式与所述旋转支撑体(22)联接。
4.根据权利要求1或2所述的更换装置，其特征在于，所述第一旋转位置传感器(40)通过至少一个联接元件以非防扭矩的方式与所述旋转支撑体(22)联接。
5.根据权利要求4所述的更换装置，其特征在于，所述联接元件是联接皮带(47)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的更换装置，其特征在于，提供了控制装置(41)，所述第一旋转位置传感器(40)的传感器信号(S1)被提交至所述控制装置(41)，并且所述控制装置(41)被配置成控制所述旋转驱动马达(30)。
7.根据权利要求6所述的更换装置，其特征在于，所述旋转动力传动系(23)包括附加传感器(50)，所述附加传感器(50)被配置成产生表征所述变速器输入端(28a)的旋转位置的传感器信号(S2)并将所述传感器信号(S2)提交至所述控制装置(41)。
8.根据权利要求7所述的更换装置，其特征在于，所述附加传感器(50)是马达传感器(51)，所述马达传感器(51)被配置成：检测所述旋转驱动马达(30)围绕所述旋转驱动马达(30)的马达轴线(M1)的旋转位置，并且向所述控制装置(41)提交表征所述旋转驱动马达(30)的旋转位置的传感器信号(S2)。
9.根据权利要求7或8所述的更换装置，其特征在于，所述控制装置(41)被配置成确定保持在所述至少一个保持器(21)中的刀具(16)或工件的质量。
10.根据权利要求7至9中任一项和根据权利要求2所述的更换装置，其特征在于，所述控制装置(41)被配置成确定所述第一皮带传动机构(33)的皮带(36)的断裂。
11.根据前述权利要求中任一项所述的更换装置，其特征在于，提供了移位动力传动系(55)，所述移位动力传动系(55)被配置成沿着所述旋转轴线(D)移动所述夹持装置(20)。
12.根据权利要求11所述的移位装置，其特征在于，所述移位动力传动系(55)包括具有变速器输入端(56a)和变速器输出端(56b)的移位驱动变速器(56)、与所述变速器输入端(56a)驱动地联接的移位驱动马达(58)和具有主轴螺母(60)的螺纹主轴(59)，其中，所述螺纹主轴(59)与所述移位驱动变速器(56)的所述变速器输出端(56b)驱动地联接。
13.根据权利要求12和根据权利要求6至9中任一项所述的更换装置，其特征在于，提供了第二旋转位置传感器(66)，所述第二旋转位置传感器(66)在不与所述移位驱动变速器(56)互连的情况下与所述螺纹主轴(59)联接，并且被配置成：产生用于表征所述螺纹主轴(59)围绕所述旋转轴线(D)的旋转运动和/或旋转位置的传感器信号(S4)，并且将所述传感器信号(S4)提交至所述控制装置(41)。
14.根据权利要求12或13以及根据权利要求6至9中任一项所述的更换装置，其特征在于，所述移位动力传动系(55)包括马达传感器(65)，所述马达传感器(65)被配置成：产生表征所述移位驱动变速器(56)的所述变速器输入端(56a)的旋转位置的传感器信号(S3)，并且将所述传感器信号(S3)提交至所述控制装置(41)。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的更换装置，其特征在于，所述移位驱动变速器(56)包括第二皮带传动机构(61)。
16.根据权利要求13、14和15所述的更换装置，其特征在于，所述控制装置(41)被配置成确定所述第二皮带传动机构(61)的皮带(64)的断裂。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的更换装置，其特征在于，所述主轴螺母(60)与所述旋转支撑体(22)不可移动地连接，或者是所述旋转支撑体(22)的整体部分。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的更换装置，其特征在于，所述主轴螺母(60)相对于所述旋转驱动变速器(28)的所述变速器输出端(28b)以防扭矩的方式被支撑。
19.根据前述权利要求中任一项所述的更换装置，其特征在于，所述旋转驱动变速器(28)包括变速器壳体(37)，所述第一旋转位置传感器(40)布置在所述变速器壳体(37)中。
20.根据权利要求12和19所述的更换装置，其特征在于，所述第二旋转位置传感器(66)布置在所述变速器壳体(37)中。
21.根据前述权利要求中任一项所述的更换装置，其特征在于，所述夹持装置(20)包括至少一个夹持器臂(24)，所述夹持器臂(24)垂直于所述旋转轴线(D)延伸远离所述旋转支撑体(22)，其中，所述夹持器臂(24)在其与所述旋转支撑体(22)相对的自由端处具有用于所述刀具(16)和/或所述工件的保持器(21)。
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