CN118123143A - 用于电火花机床的工具更换器以及电火花机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电火花机床的工具更换器，特别用于装载和卸载至少一个工具电极保持器，其将被安装在电火花机床的卡盘中用于加工工件。工具更换器包括：具有后壁和两个侧壁的基座，其中在每个侧壁上水平地设置线性引导件；保持板，其联接到线性引导件以允许保持板在线性引导件上沿其纵向方向在水平平面上移位，纵向方向被定义为延伸方向；用于接收工具电极保持器的多个叉，其安装在保持板上；驱动单元，其连接到保持板以使保持板能在缩回位置和延伸位置之间移动，其中在缩回位置中保持板靠近后壁定位，且在延伸位置中保持板移动远离后壁，其中驱动单元包括第一致动器和第二致动器，每个致动器的纵向轴线布置成与工具更换器的延伸方向成一限定角度。

Description

用于电火花机床的工具更换器以及电火花机床

技术领域

本发明涉及一种电火花机床的工具更换器。另外，本发明涉及一种其上安装有该工具更换器的电火花机床。

背景技术

众所周知，电动沉模加工机床广泛用于生产模具、复杂形状的型腔以及很难用传统的加工工艺来加工的应用。通常，对于生产一个部件而言，需要多个成形电极以获得期望的型腔并且完成不同的加工步骤，以获得高的表面质量。沉模加工(DS)工艺相对较慢。为了提高生产效率，自动化起到关键作用。因此，与许多其它类型的机床一样，电火花机床通常配备有一些自动化装置，用于无人值守操作。这种自动化装置之一是工具更换器，其使得能够自动更换工具电极。

在本领域中存在许多自动工具更换器。由于客户的要求非常不同，因此存在用于管理少到几个电极直至数百个电极的工具更换器。如果需要大量的电极，则通常将单独的机器人装置放置在一个或多个电火花机床旁边。中等数量(在例如10和25之间)的电极有时通过使用旋转式或链式电极更换器来管理。少量的电极有时通过使用放置在加工区域内的固定支架来管理，其中，头部移动到电极更换位置而没有工具更换器的辅助移动。更典型地，线性工具更换器用作DS电火花机床的基本自动化解决方案。一些线性更换器需要加工区域的一些空间。一些线性工具更换器突出到机床的外部。已知的工具更换器的共同缺点是在安装位置处需要增加的地面空间。问题在于，在机床内部、在机床的加工区域中的可用空间非常有限，特别是在线性工具更换器必须不能从机床外壳突出并且在加工区域内使用最小空间的情况下。

因此，难以将这种需要空间的工具更换器安装在机床中，并且同样在安装位置需要最小的空间。

传统的线性工具更换器，例如EP887148A中所示的线性工具更换器，具有线性引导件和平行于延伸方向的气动缸。如果需要高行程，则线性工具更换的尺寸必须增加，并且在加工区域必须有更多的安装空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种紧凑的用于电火花机床的工具更换器。特别地，目的在于提供一种用于电火花机床的工具更换器，其能够完全集成在机床中。此外，目的在于提供一种用于电火花机床的工具更换器，其能够在机床的加工区域内操作。

根据本发明，这些目的通过独立权利要求的特征来实现。此外，根据从属权利要求和说明书，可以得到其它有利的实施例。

在本发明中，提供了一种用于电火花机床的工具更换器，特别是用于装载和卸载至少一个工具电极保持器的工具更换器，所述工具电极保持器安装在电火花机床的卡盘中，用于加工工件。工具更换器包括基座、保持板、用于接收安装在保持板上的工具电极保持器的多个叉、以及连接到保持板以移动保持板从而使得保持板能够在缩回位置和延伸位置之间移动的驱动单元。特别地，这种运动通过在水平平面中的线性运动来实现。

该基座具有后壁和两个侧壁。在每个侧壁上，提供了线性引导件。特别地，线性引导件水平布置，并且借助于保持板彼此连接。此外，保持板具有前端和后端。后端比前端更靠近基座的后壁。多个叉附接或形成在保持板的前端处。

保持板联接到线性引导件的移动部分，以允许保持板在线性引导件上沿其纵向方向在水平平面上移位，所述纵向方向被定义为延伸方向。另外，保持板可以在缩回位置和延伸位置之间移动。在缩回位置中，保持板靠近后壁定位，并且在延伸位置中，保持板移动远离后壁。该线性运动是借助于第一和第二致动器实现的。第一致动器是具有第一活塞的第一缸，第二致动器是具有第二活塞的第二缸。对于这种应用，气动缸是优选的。然而，液压缸或电动线性致动器也可以被应用作为致动器。每个缸的纵向轴线被布置成与延伸方向成一限定角度。这意味着缸的纵向轴线不平行于工具更换器的延伸方向。缸的这种布置提供了这样的优点，即，工具更换器在延伸方向上的尺寸可以最小化，而不会损害工具更换器在该方向上的行程。

第一缸和第二缸可以相对于工具更换器的延伸方向对称地布置，特别地，第一缸或第二缸与延伸方向之间的角度在10度和80度的范围内。在缩回位置，缸和延伸方向之间的角度例如为60°，而在延伸位置，所述角度例如为30°。

优选地，第一和第二缸相交(在俯视图中)，即，以交叉方式或以V形方式(具有公共的固定元件)布置，或者根本不相交。通常，在相交的缸的情况下以及在公共的固定元件的情况下，第一缸和第二缸位于不同的平面上。

优选地，每个缸的末端可旋转地安装在静止部件上，例如基座的后壁或相邻部件，并且每个活塞的末端可旋转地安装在移动部件上，例如保持板或相邻部件上。

设计这种工具更换器的一个主要挑战是在不增加机床尺寸的情况下机床中的有限空间。因此，工具更换器在延伸方向上的尺寸必须非常紧凑，从而使得舱室能够围绕加工区域并且在线性工具更换器后面封闭，并且机床的总体尺寸不会增加。传统的线性工具更换器在延伸方向上的尺寸由致动器的纵向尺寸确定。在本发明中，缸被放置成使得其纵向方向不平行于工具更换器的延伸方向而是与其成一限定角度。尽管缸不平行于工具更换器的延伸方向，但是在延伸方向上仍然存在力分量，其中，所述力取决于所述角度。通过成对地、对称地安装缸，例如以V形方式，正交的力分量基本上彼此抵消。特别地，通过借助于保持板连接两个线性引导件的移动部件，合成的正交力为零。与传统的工具更换器相比，这种设计在停置位置需要较少的空间，但仍能在延伸方向上提供足够的行程。由此，与更换操作所需的工具更换器的行程相比，工具更换器在延伸方向上的尺寸较小。因此，本发明提供一种紧凑的工具更换器，特别是线性工具更换器，其可以安装在机床的加工区域附近。其可以在延伸方向(即，朝向加工区域的方向)上以最小的空间完全地集成在机床中。在工具更换器安装在机床中的情况下，工具更换器不会从机床的周边突出。此外，根据本发明的线性工具更换器是可靠的并且是相对便宜的。

为了进一步减小工具更换器在延伸方向上的尺寸并增加在延伸方向上的行程，应用了伸缩式线性引导件。例如，通过连接各自的托架，两个引导滑动件在纵向方向上串联连接。伸缩式线性引导件可以具有两级或更多级。伸缩式线性引导件(或伸缩式滑动件)可以部分地或完全地在纵向方向延伸。以这种方式，能够增大工具更换器在延伸方向的行程。

在优选的变型中，缸是伸缩式缸。活塞嵌套在一系列中空级内以允许更长的行程。

在一个变型中，后壁比侧壁更长，以减小工具更换器在延伸方向上的尺寸，并增加存储工具电极的能力。

如果不需要更换电极，则保持板停置在缩回位置。在该位置，保持板靠近基座的后壁定位。当必须更换电极时，保持板沿着延伸方向在朝向加工区域的方向上移动。在该位置，保持板远离基座的后壁定位，但是被放置在加工区域中，在那里，其可以被机床的加工头获得，以便更换工具电极。例如，当前安装在加工头上的电极可以从卡盘拆卸并存储在工具更换器的一个自由位置中，和/或存储在工具更换器的叉中的另一电极可以安装到卡盘中。加工暂停，并且加工头根据需要在C、Z、Y然后X上移动到工具更换器的自由位置前面的预存储的工具更换位置。工具更换器从缩回位置移动到延伸位置(X方向)，使得叉与当前工具保持器接合。然后，卡盘被打开，加工头在Z方向上升高，将实际的电极保持器留在叉中，然后加工头在Y方向上移动到另一更换位置。在这里，加工头在Z方向上降低以抓持新的电极保持器。卡盘被关闭，工具更换器被缩回。最后，加工头移动到工作位置并且恢复加工。

在一些实施例中，基座是U形框架。第一引导托架和第二引导托架被布置在基座的两个侧壁的内表面上，并且第一导轨和第二导轨被布置在保持板的侧壁的外表面上。每个导轨与一个引导托架联接，用于沿着导轨引导保持板。缩回位置类似于闲置位置，其中，保持板几乎完全布置在U形框架内。在延伸位置，保持板在水平平面中从U形框架向外突出。在俯视图中，U形框架至少部分地限定工具更换器的外部，特别是三个侧面的外部。

此外，基座由刚性材料制成，以承载多个工具电极、保持板和驱动单元的重量。在一些实施例中，工具更换器的基座借助于支腿安装在框架基座上。该框架基座还用于支撑机床基座。优选地，工具更换器的基座安装在机床基座上或框架基座上，位于工作槽的外部和机床外壳的内部。这意味着基座的下部和/或支腿相对较细。

缸可以利用一个端部固定在基座的后壁上，例如在其内表面上。活塞被接收在缸中，并被气动地驱动以进行往复运动。由于活塞的一个端部连接到保持板，所以活塞可以将保持板从缩回位置推到延伸位置，以及将保持板从延伸位置拉回到缩回位置。

特别地，缸的一个端部通过第一固定元件(例如，在竖直方向上定向的销)连接到基座，缸的该端部在该第一固定元件上枢转。缸的该端部具有轴承，该轴承被装配在所述销形的第一固定元件上。因此，在缸的运动期间，缸的该端部能够绕第一固定元件的轴向轴线枢转。

此外，活塞的端部具有轴承，活塞通过该轴承在第二固定元件上枢转，该第二固定元件安装在保持板上。第二固定元件被附接在保持板的顶表面上并从顶表面突出，使得缸不会直接在保持板的顶表面上滑动。因此，在缸的运动期间，活塞的一个端部可绕第二固定元件的指向竖直方向的轴向轴线枢转。

为了以简单的方式将工具更换器装配到机床中，支撑元件固定地安装在基座的底表面上。特别地，支撑元件和基座形成为一件。

在一个变型中，支撑元件具有在竖直方向上延伸的细长主体，特别地，支撑元件包括安装到框架基座的两个支腿。该框架基座形成用于电火花机床的机床主体和其它模块(例如电介质单元)的基座。

具有支撑元件的整个工具更换器可以作为预组装件提供，以便安装在机床中。

根据另一方面，本发明涉及一种用于电火花加工的机床，包括机床主体、具有竖直滑动门的机床外壳、具有侧壁的工作槽，其中，工具更换器的基座安装在机床主体上或安装在框架基座轴承上，并且所述基座位于工作槽的侧壁和竖直滑动门之间。

本发明涉及一种线性工具更换器，其安装在电火花机床的基座处。

附图说明

下面，进一步描述本发明的更具体的描述。参考附图详细描述和解释实施例，附图中示出：

图1a、图1b分别是处于缩回位置和延伸位置的工具更换器的俯视图；

图2是处于延伸位置的工具更换器的局部截面侧视图；

图3和图4是处于缩回位置的工具更换器的透视图；

图5是其中安装有处于延伸位置的工具更换器的电火花机床的正视图；

图6a、图6b示出了具有工具更换器的电火花机床；

图7a、图7b示出了处于缩回位置和延伸位置的包括支撑元件的线性工具更换器。

具体实施方式

图1a和图1b分别示出了处于缩回位置和延伸位置的工具更换器1的俯视图。工具更换器的盖5被省略以示出该系统。如图1a和图1b所示，工具更换器包括基座2，其是U形框架。基座由平行布置的两个侧壁3a、3b和后壁3c组成。在与后壁相对的位置上，U形的开口端朝向加工区域延伸。侧壁和后壁为矩形板。在图1a和图1b所示的实施例中，后壁比侧壁更长。然而，在另一实施例中，侧壁比后壁更长。

此外，工具更换器包括保持板7，用于在其上安装多个叉9。每个叉可以接收和保持具有电极40的电极保持器41。叉可以是弹性叉，或者可以包括用于保持电极保持器41的其它装置。保持板是刚性元件，因为它必须承载多个电极的所有重量。保持板具有矩形形状，并且当工具更换器安装在机床中时，保持板在面向加工区域的一个端部处设置有多个叉。保持板可移动地容置于基座的侧壁之间。第一导轨6a和第二导轨6b安装在保持板7的两个相对端部上。第一导轨和第二导轨平行地延伸并且彼此间隔开。第一引导托架固定在基座的一个侧壁的内表面上。第二引导托架固定在另一侧壁的内表面上。两个引导托架可操作地连接到两个导轨，以允许保持板在缩回位置和延伸位置之间移动，反之亦然。在缩回位置，保持板停置在基座中。在延伸位置，保持板朝向基座的开口端伸出。特别地，保持板能够在水平平面(即，图1b所示的X-Y平面)中以及在平行于基座的侧壁的方向(即，Y方向)上移动。

工具更换器还包括驱动单元，以使得其上具有叉的保持板能够在缩回位置和延伸位置之间移动。驱动单元包括第一致动器单元和第二致动器单元。它们被构造成同步地操作。每个致动器单元设置有其内具有活塞23a、23b的缸22a、22b。当活塞缩回到缸中时，保持板移动到缩回位置。当活塞伸出缸时，保持板移动到延伸位置。特别地，两个缸都相对于保持板的移动方向倾斜地布置。此外，第一缸单元和第二缸单元以对称的方式布置，特别是在水平平面中。第一缸的一个端部枢转地布置在第一固定元件21a上，该第一固定元件21a安装在基座的后壁上。第一缸的相对的端部具有开口以接收第一活塞23a。第一活塞具有两个端部。第一端部可移动地定位在第一缸内，并且第二端部可延伸出缸外。第一活塞的第二端部枢转地布置在第三固定元件24a上，该第三固定元件24a固定在保持板上。第二缸22b的一个端部枢转地布置在第二固定元件21b上，该第二固定元件21b安装在基座的后壁上。第二缸的相对的端部具有开口以接收第二活塞。第二活塞具有两个端部。第一端部可移动地定位在第二缸中，并且第二端部可延伸出第二缸外。第二活塞的第二端部枢转地布置在第四固定元件24b上，该第四固定元件24b固定在保持板上。固定元件21a、21b、24a和24b各自包括在竖直方向(Z)上定向的销。所述销与设置在缸和活塞的端部处的轴承协作。如图1a和图1b所示，第一固定元件21a和第二固定元件21b可以重叠，然而这不是强制性的。

图2示出了处于延伸位置的工具更换器的局部截面侧视图。固定元件24a安装在保持板7上。活塞23a的端部处的轴承部分与固定元件24a的销联接。

图3和图4示出了具有支撑元件的工具更换器的三维视图。图3示出了等距投影，并且图4从侧面示出了工具更换器。在这两个图中，多个电极保持器41被接收在叉9中。为了将工具更换器安装在机床中，支撑元件11被布置在基座2下方。图3和图4示出了支撑元件被连接到基座的侧壁3a、3b的底表面的实施例。图5、图6a和图6b示出了具有工具更换器的沉模加工电火花机床。该机床包括安装在机床基座上的静止的机床工作台30并包括工作槽31，特别是围绕机床工作台的3侧的敞开的自动工作槽。加工头能够在水平方向X和Y以及在竖直方向Z上移位。通常，C轴被集成在加工头34中，并且用于夹持工具电极保持器的卡盘35安装在所述C轴的底部处。以这种方式，电极可以在加工期间以一定角度定位或者可以旋转。工作槽接收电火花加工工艺所需的电介质液体。在机床工作台30上，设置有固定装置以将工件或托盘夹持在其上。

如图5中清楚地示出，基座2的后侧不从机床外壳突出，使得自动门50可以不受阻碍地在机床主体旁边升高和降低。在安装位置所需的空间不因工具更换器而增加。此外，工具更换器在加工区域内占据的空间非常有限，并且基本上由电极确定。电极悬挂在工作槽内，使得在工具更换器的任何位置，电极都不会与工作槽的侧壁33碰撞。

在某些实施例中，机床基座和电火花机床的其它模块(例如电柜、电介质单元、电线收集箱等)安装在框架基座(未示出)上，该框架基座用作整个设备的公共基座。工具更换器借助于图6a和图6b所示的支腿12被布置在机床基座上或被直接布置到所述框架基座。

替代地，可以将工具更换器布置在机床工作台上，或者在工作区域的后壁的区域中布置在机床主体上。

根据本发明的工具更换器特别适合于例如3至10个、典型地4至6个电极保持器的自动工具更换。工具更换器可以安装在工作区域的左侧、右侧或两侧处。

附图标记列表

1 工具更换器

2 基座

3a、3b 基座的侧壁

3c 基座的后壁

4a、4b 第一引导托架、第二引导托架

5 盖

6a、6b 第一导轨、第二导轨

7 保持板

9 叉

11 支撑元件

12 支腿

21a、21b 第一固定元件、第二固定元件

22a、22b 第一缸、第二缸

23a、23b 第一活塞、第二活塞

24a、24b 第三固定元件、第四固定元件

30 机床工作台

31 工作槽

32 工作槽的前壁

33 工作槽的侧壁

34 加工头或主轴(quill)

35 卡盘

40 电极

41 电极保持器

50 自动门

100 机床

Claims (15)

1.一种用于电火花机床(100)的工具更换器，特别用于装载和卸载至少一个工具电极保持器，所述工具电极保持器将要被安装在所述电火花机床的卡盘中以用于加工工件，所述工具更换器包括：

a.具有后壁(3c)和两个侧壁(3a、3b)的基座(2)，其中，在每个侧壁上水平地设置线性引导件；

b.保持板(7)，所述保持板(7)联接到所述线性引导件以允许所述保持板在所述线性引导件上沿其纵向方向在水平平面上移位，所述纵向方向被定义为延伸方向；

c.用于接收所述工具电极保持器(41)的多个叉(9)，所述多个叉(9)安装在所述保持板上；

d.驱动单元，所述驱动单元连接到所述保持板以使得所述保持板能够在缩回位置和延伸位置之间移动，其中，在所述缩回位置中，所述保持板靠近所述后壁定位，并且在所述延伸位置中，所述保持板移动远离所述后壁，其中，所述驱动单元包括第一致动器和第二致动器，每个致动器的纵向轴线被布置成与所述工具更换器的所述延伸方向成一限定角度。

2.根据权利要求1所述的工具更换器，其中，所述第一致动器是具有第一活塞的第一缸(22a)，所述第二致动器是具有第二活塞的第二缸(22b)。

3.根据权利要求1或2所述的工具更换器，其中，所述第一缸和所述第二缸相对于所述工具更换器的所述延伸方向对称地布置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的工具更换器，其中，所述第一缸和所述延伸方向之间的角度，或者所述第二缸和所述延伸方向之间的角度在10度和80度的范围内。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的工具更换器，其中，所述第一缸和所述第二缸以如下方式布置：

a.以交叉方式，或

b.以V形方式，具有公共的固定元件。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的工具更换器，其中，所述基座(2)是U形框架，其中，第一引导托架(4a)和第二引导托架(4b)平行地布置在所述基座的两个侧壁的内表面上，并且第一导轨(6a)和第二导轨(6b)布置在所述保持板(7)的侧壁的外表面上，其中，每个所述导轨与一个引导托架联接，用于沿着所述导轨引导所述保持板。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的工具更换器，其中，所述线性引导件是伸缩式线性引导件。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的工具更换器，其中，所述缸是伸缩式缸。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的工具更换器，其中，所述缸的一个端部安装在所述基座的后壁上，并且所述活塞的一个端部连接到所述保持板。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的工具更换器，其中，所述缸的所述一个端部在固定元件上枢转，所述固定元件固定安装在所述基座的后壁上，特别地，所述缸的所述一个端部绕在竖直方向(Z方向)上的旋转轴线枢转。

11.根据权利要求2至10中任一项所述的工具更换器，其中，所述活塞在固定元件上枢转，所述固定元件固定安装在保持板上，特别地，所述活塞的所述一个端部绕在竖直方向(z方向)上的旋转轴线枢转。

12.根据权利要求2至11中任一项所述的工具更换器，其中，所述缸是气动驱动的或液压驱动的或电驱动的。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的工具更换器，其中，支撑元件(11)固定地安装在所述基座(2)的底表面上，特别地，所述支撑元件和所述基座形成为一件。

14.根据权利要求13所述的工具更换器，其中，所述支撑元件具有在所述竖直方向上延伸的细长主体，特别地，所述支撑元件包括两个支腿(12)，所述工具更换器通过所述两个支腿安装到框架基座。

15.一种用于电火花加工的机床(100)，包括机床主体、具有竖直滑动门的机床外壳、具有侧壁的工作槽，其中，所述工具更换器的所述基座安装在所述机床主体上或安装在框架基座轴承上，并且所述基座位于所述工作槽的侧壁和所述竖直滑动门之间。