CN119278112A - 机床以及操作该机床的方法 - Google Patents

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Abstract

一种机床，其包括工具组件(1)，该工具组件(1)包括工具承载支承件(11)和工具库(12)。工具组件(1)能够平行于X轴移位。工具承载支承件支承用于驱动工具的工具承载件(101)。工具组件(1)的工具库(12)构造成用于支承多个工具。工具库(12)附接至工具承载支承件(11、11A)以用于与工具承载支承件平行于X轴移动。工具组件(1)包括驱动装置(13)，驱动装置(13)用于使工具库(12)相对于工具承载支承件(11)在第一位置与第二位置之间移位，在第一位置中，工具库(12)不面向工具承载件(101)，在第二位置中，工具库(12)面向工具承载件(101)，以允许工具替换。

Description

机床以及操作该机床的方法
技术领域
本发明涉及机床，其用于对需要在不同位置、比如在X-Y平面中的不同位置处机械加工的工件执行诸如钻削、镗削、磨削、倒角、铣削、拉削之类的机械加工操作。
背景技术
在本领域中已知的是，对具有沿着至少一个轴线、例如沿着X轴的相当大的延伸的部件进行机械加工。许多结构部件、例如用于诸如乘用车和卡车之类的机动车辆的结构部件、用于飞行器或用于火车的结构部件需要在沿着部件和横跨部件的多个位置处进行机械加工。例如，在机动车辆、飞行器或火车中所使用的梁可能具有沿着至少一个轴线的相当大的延伸，例如，在梁或类似物的情况下，可能具有沿着其纵向轴线的相当大的延伸。这种梁的示例是用于支承、定位并保持电动车辆中的电池的所谓电池盒的梁。
为了对具有沿着至少一个轴线(比如X轴)的相当大的延伸的工件进行机械加工，通常使一个或更多个工具必须平行于X轴移位，以用于在沿着工件的不同位置处与工件相互作用。另外，工具可能必须能够平行于至少另一轴线、比如平行于Y轴移位，以便能够在X-Y平面中的工件的不同位置处、即在X-Y平面中的不同坐标处与工件相互作用。通常，工具也能够布置成平行于Z轴移位，以便朝向或远离工件移动。X轴、Y轴和Z轴通常是正交轴，每个轴均垂直于其他两个轴。
每个工具通常布置在例如保持并驱动工具的工具承载件中，以便使工具例如围绕与Z轴平行的轴线旋转。在一些机床中，存在在工件的机械加工期间与一个工件相互作用的若干个工具承载件，并且这些工具承载件可以设置有适于相同或不同机械加工操作的工具。在一些机床中，存在与不同工件相互作用以用于同时对多个工件进行机械加工的若干个工具承载件。
通常，在工件的机械加工期间执行工具更换，由此使至少一个工具承载件沿着X轴移位至支承多个不同工具的工具库，并且至少一个工具承载件与工具库相互作用使得由工具承载件承载的工具被另一工具替换。有时，在机床中的工件的机械加工终止之前，工具承载件必须执行多于一次的工具更换。
尽管在现代机床中可以相当快速地执行自动工具更换，但是工具更换仍然意味着一定的停机时间，在该停机时间期间，相应的工具承载件不执行机械加工操作。停机时间的一部分是由于工具替换操作本身，而另一部分是由于工具承载件在执行对工件的最后一次机械加工操作的位置与工具库的位置之间移动并且然后返回至要执行下一次机械加工操作(使用新工具)的位置所花费的时间。如果存在若干次工具更换，则工具承载件到工具库并返回的这些移位可能总计达相当长的时间。尽管工具承载件可以——例如沿着X轴——快速移动，但是已经发现的是，期望通过进一步减少整个工具更换操作所需的时间来提高效率，包括减少由于工具承载件到工具库并返回的移位而导致的停机时间。
在本领域中还认为已知的是，提供一种专用装置、比如机械臂，以在工具承载件与工具库之间传送工具。这种专用装置的结合可能增加复杂性。此外，当若干个工具承载件(例如，布置在一个工具承载件支承柱上以用于同时对相应的多个工件进行机械加工的多个工具承载件)必须执行工具更换时，专用装置可能必须在可以重新启动机械加工之前执行一系列后续工具更换，这可能意味着相当长的停机时间。替代性地，可以使用附加的专用装置，比如每个工具承载件都有一个专用装置。然而，这可能增加复杂性和成本。
DE-10225143-A1公开了一种机床，该机床具有用于接纳工具的工具主轴、其中储存工具的后台库、以及用于在后台库与传送位置之间传送工具的传送装置。机床还设置有用于接纳工具的机械库，并且工具可以从该机械库与工具主轴进行交换。机械库能够平行于水平Y轴在用于与后台库交换工具的位置和用于与工具主轴交换工具的位置之间移位。
US-2021/0060666-A1公开了一种具有可旋转工具库的机床，该可旋转工具库可选地也能够沿着水平轴线移位。
发明内容
本发明的第一方面涉及一种机床，该机床包括用于支承至少一个工件以允许对工件进行机械加工的工件支承件。在一些实施方式中，工件支承件被设计成用于支承平行于机床的X轴延伸的长形工件、比如具有大于1米、2米或3米的长度的工件。机床对于长形工件的机械加工可能特别有利，长形工件比如为金属工件、比如金属型材或梁、例如铝型材或梁，例如意在形成车辆——比如电动车辆的电池盒——的一部分的型材或梁。这种型材或梁可以具有相当长的长度，比如大于1米、1.5米、2米或3米的长度。
对于每个工件，工件支承件可以包括长形支承构件，相应的工件可以夹持至长形支承构件。支承构件可以布置成使得其可以围绕与X轴平行的轴线枢转(例如，执行完整的360度旋转或者更有限的旋转、比如高达270度、180度或90度的旋转)，以便在工件与工具之间设定合适的迎角，并且/或者将工件从用于分别将工件装载到工件支承件上和将工件从工件支承件卸载的位置传送至用于对工件进行机械加工的位置，在该位置中，工件面向相应的工具，使得工具能够对工件执行机械加工操作。在一些实施方式中，长形支承构件可以布置在两个柱之间、比如两个竖向柱之间，这两个柱可以彼此间隔开例如大于1米、1.5米、2米或3米的距离。当存在若干个长形支承构件时，它们可以沿着与机床的Y轴平行的轴线一个接一个地平行布置，比如当Y轴是竖向轴线时一个在另一个上方平行地布置。
机床还包括工具组件，工具组件包括工具承载支承件和工具库，工具组件能够平行于X轴移位。也可以被称为系统的“第一轴线”的X轴例如可以是水平的或竖向的。在一些实施方式中，机床包括能够平行于X轴移位的多于一个的工具组件。
工具承载支承件支承工具承载件(在许多实施方式中，多于一个的工具承载件)，工具承载件构造成用于承载并驱动用于对由工件支承件支承的工件进行机械加工的工具(在一些实施方式中，多于一个的工具)。例如，如本领域中已知的，每个工具承载件可以包括用于使一个或更多个工具旋转的一个或更多个主轴。工具承载件被支承在工具承载支承件上(比如在工具承载支承件的一侧)，以用于与工具承载支承件一起平行于X轴移动。
工具组件的工具库构造成用于支承多个工具。工具库附接至工具承载支承件，以用于与工具承载支承件一起平行于X轴移动。
工具组件包括驱动装置，该驱动装置用于使工具库相对于工具承载支承件在第一位置与第二位置之间移位，在第一位置中，工具库不面向工具承载件，在第二位置中，工具库面向工具承载件，以允许由工具库支承的另一工具替换由工具承载件承载的工具。
术语“面向”应被解释为工具库相对于工具承载件以允许执行工具更换操作的方式放置，其中，先前由工具承载件承载的工具被由工具库支承的工具替换。例如，在许多实施方式中，工具库通过例如沿着Z轴放置在工具承载件的前面而“面向”工具承载件，Z轴可以对应于由工具承载件承载的工具的旋转轴线。由工具承载件承载的工具通常由形成工具承载件的一部分的卡盘或其他保持装置保持，其方式允许形成工具承载件的一部分的工具驱动装置将扭矩传递至工具来使工具旋转以用于进行机械加工操作。
工具库附接至相应的工具承载支承件以与工具承载支承件平行于X轴移动的事实意味着工具库可以保持定位成相对靠近一个或多个工具承载件，而不管工具承载支承件和一个或多个工具承载件沿着X轴的位置如何。这可以用于使停机时间最小化，该停机时间对应于与工具更换相对应的工具承载件与工具库之间的相对移位。例如，在许多现有技术的机床中，工具库处于固定位置，通常不面向工件而是超出工件的端部，因此取决于在启动工具更换操作时工具承载件沿着X轴的位置，工具承载件可能必须沿着X轴行进对应于工件的长度的大部分的距离或者行进甚至更远的距离。在工具库附接至工具承载支承件使得工具库与工具承载支承件一起平行于X轴移动的情况下，工具更换操作所需的工具承载件与工具库之间的相对运动(沿着X轴)的幅度可以显著减小并且可以保持相同，而与在启动工具更换操作时工具承载件相对于X轴的位置无关。这在工件具有沿着X轴的相当大的延伸、比如超过一米或两米的延伸的情况下显然是特别有利的。另一方面，工具库从第一位置到第二位置并返回的行程可以用作工具更换操作的一部分。特别地，在一些实施方式中，工具库可以构造成(例如，由于形成工具库的一部分的工具抓持器的构型和布置)朝向行程结束、即当工具库接近其第二位置时或多或少地自动地接合由工具承载件保持的工具。类似地，工具库可以构造成(例如，由于形成工具库的一部分的工具抓持器的构型和布置)在工具库远离其第二位置移动时释放已经变成被工具承载件接合的工具。因此，工具库从其第一位置到其第二位置并返回的运动不仅可以用以将工具库定位在合适的位置中以用于工具更换，而且还有助于通过例如工具库的工具抓持器接合并释放工具。这可以消除或减少对专用于在工具更换操作期间在工具库与工具承载件之间传送工具的附加装置的需要。
对例如“工具组件”和“工具承载件”的引用不应被解释为排除机床包括如所描述的多于一个的工具组件的可能性，并且不应排除工具承载支承件支承多于一个的工具承载件的可能性。实际上，通常可能优选的是，工具承载支承件支承沿着Y轴、例如竖向Y轴一个接一个地布置的两个或更多个工具承载件，使得工具组件可以用于同时对沿着Y轴一个接一个地平行布置、例如在Y轴竖向的情况下一个在另一个上方平行地布置的若干个工件进行机械加工。也就是说，在这种情况下，每个工具承载件可以与工件中的相应的一个工件相互作用，使得工件被同时机械加工。
在本发明的一些实施方式中，用于使工具库相对于工具承载支承件在第一位置与第二位置之间移位的驱动装置布置成以小于500mm的行程操作，比如以在250mm与450mm之间、比如在350mm与425mm之间的行程操作。优选的是，驱动装置的行程相对有限，以便使由于工具库与工具承载件之间的相对移位的时间而导致的工具更换的停机时间最小化。无论工具承载支承件沿着X轴的位置如何，行程优选地是相同的。
在本发明的一些实施方式中，工具库以可滑动的方式附接至工具承载支承件，使得用于使工具库相对于工具承载支承件移位的驱动装置使工具库在第一位置与第二位置之间滑动。工具库可以例如包括由布置在工具承载支承件上并且平行于X轴延伸的导引轨道或导引凹槽或类似物导引的构件，或者工具承载支承件可以例如包括由布置在工具库上并且平行于X轴延伸的导引轨道或导引凹槽或类似物导引的构件。
在本发明的一些实施方式中，工具库以可滑动的方式附接至工具承载支承件的在机械加工期间面向工件支承件的一侧。这种布置可能是优选的，因为这种布置有助于将工具库定位在至少一个工具承载件的前面、面向承载工具的工具承载件的端部，例如工具承载件的卡盘端部。这可以用于促进工具更换操作。
在本发明的一些实施方式中，用于使工具库相对于工具承载支承件移位的驱动装置包括电动马达和滚珠丝杠机构或者电动马达和齿条及小齿轮机构。其他选项是例如液压驱动装置或气动驱动装置。
在本发明的一些实施方式中，工具承载件被支承在工具承载支承件上，使得工具承载件能够相对于工具承载支承件平行于与X轴垂直的Z轴移位。平行于Z轴的运动可以用于例如使由工具承载件承载的工具与相应的工件接触以进行机械加工，或者将工具从工件中抽出，或者用于在工具更换操作期间使工具承载件朝向工具库移动和远离工具库移动，作为工具与工具承载件之间的联接和断开联接的过程的一部分。
在本发明的一些实施方式中，工具承载件被支承在工具承载支承件上，使得工具承载件能够相对于工具承载支承件平行于与X轴和Z轴垂直的Y轴移位。因此，通常，工具承载件平行于X轴和Y轴的运动用于将工具带到X-Y平面中的正确位置中，以在期望的位置处与工件相互作用，而平行于Z轴的运动用于使工具与工件接触或者使工具远离工件，或者在工具更换操作期间使工具承载件朝向工具库移动和远离工具库移动。在许多实施方式中，X轴和Z轴是水平轴线并且Y轴是竖向轴线。
在本发明的一些实施方式中，工具库包括壳体，壳体至少部分地封围包括工具抓持器的工具支承系统，工具抓持器能够移位至工具库内的工具更换位置和远离工具库内的工具更换位置移位，以与工具承载件相互作用，其中，壳体包括与工具更换位置对应的至少一个开口，使得由工具承载件承载的第一工具可以与工具抓持器接触，并且使得支承在另一工具抓持器中的第二工具可以变成在工具更换操作期间联接至工具承载件并且从另一个工具抓持器中抽出。由于工具承载件与工具库之间的距离较小，因此壳体可以用于防止在机械加工期间从工件移除的材料到达工具库的敏感部分、比如工具抓持器和与工具抓持器在工具库内的移位相关的装置，由此使卡住的风险最小化。一个或多个开口用于提供通向工具抓持器的必要通道，使得工具承载件可以在工具更换操作期间将工具放置在一个工具抓持器中并且从另一工具抓持器中抽出工具。工具抓持器可以以与自动工具更换操作兼容的任何合适的方式、例如以弹性夹持件的形式构造，弹性夹持件可以用于接纳工具并抓持工具，并且还允许工具例如通过在工具承载件与工具抓持器和工具库之间沿着X轴的相对移位而被工具承载件抽出。工具抓持器可以例如布置在被支承在轮或小齿轮或类似物上的旋转带或类似物上，如本领域中已知的，例如，轮或小齿轮或类似物形成工具库的壳体内的工具抓持器的环。工具库可选地包括用于选择性地使至少一个开口封闭的至少一个遮板。由于在机械加工期间工具库将被定位成相对靠近工具承载件，因此可能优选的是，某种类型的遮板是可用的，以便允许封闭至少一个开口，从而防止从工件移除的材料、比如金属碎屑进入工具库。由此，降低了工具库被卡住的风险。
在本发明的一些实施方式中，工具库包括构造成接合相应的工具的多个工具抓持器，所述多个工具抓持器中的每个工具抓持器能够选择性地移位至工具库内的工具更换位置。所述多个工具抓持器中的每一个工具抓持器可以构造成使得当该工具抓持器处于工具更换位置时，
由于工具库移动至第二位置，可以使该工具抓持器接合由相应的工具承载件保持的工具，
以及
由于工具库从第二位置移动，可以使该工具抓持器释放由相应的工具承载件保持的工具。
也就是说，在这些实施方式中，工具库的运动是使工具抓持器与工具接合的运动或者是使工具从与工具抓持器的接合中释放的运动。也就是说，在工具承载件沿着Z轴正确定位以进行工具更换操作并且工具库朝向第二位置移动的情况下，工具抓持器可以与由工具承载件保持的工具接合(通常在工具库朝向第二位置的行程结束时)。类似地，当工具抓持器例如在工具更换结束时接合由工具承载件保持的工具时，工具库远离第二位置朝向第一位置的运动将导致工具抓持器释放工具。以这种方式，整个工具更换操作可以仅通过工具抓持器在工具库内的移位(将从工具承载件接纳的工具带离工具更换位置并且将新工具带到工具更换位置)、通过工具库从第一位置移位至第二位置并返回至第一位置、通过相应的工具承载件沿着Z轴移动(向后移动——即远离工具盒——以用于释放先前由工具承载件接合的工具，并且向前移动以用于接合待联接至工具承载件的新工具)并且通过工具承载件的工具保持装置(比如离合器)的必要操作来执行。特别地，这种布置允许在无需任何附加装置、特别是无需任何专用工具更换装置的情况下进行工具更换。例如，在本领域中已知的是，使用某种机械臂或类似物在工具承载件与工具库之间传送工具。借助于如上所述的工具库和工具抓持器可以避免对这种布置的需要。工具抓持器可以例如具有允许它们由于工具抓持器平行于X轴的运动而接合和释放由工具承载件保持的工具的任何合适的构型。例如，工具抓持器可以是构造成通过卡扣配合或类似方式接合工具的可弹性变形的装置。工具抓持器可以包括将工具抓持器朝向抓持构型偏置的弹簧装置，或者工具抓持器可以由定形状成能够接合工具和释放工具的可弹性变形本体构成。例如，工具抓持器可以具有用于在工具抓持器处于工具库内的工具更换位置时接纳面向沿着X轴的工具的开口。
当工具组件包括沿着Y轴布置的多个工具承载件时，由不同的工具承载件保持的工具可以同时更换，每个工具承载件在工具库内的相应工具更换位置处与相应的第一工具抓持器相互作用并且第一工具抓持器从工具承载件接纳工具，并且每个工具承载件随后在相应的工具更换位置处与相应的第二工具抓持器相互作用并且第二工具抓持器将工具递送至相应的工具承载件，如上面所描述的。
在本发明的一些实施方式中，工件支承件布置成用于支承至少一个工件并且用于使至少一个工件围绕与X轴平行的轴线枢转。这种枢转可以用于例如将工件从用于分别将工件装载到工件支承件上和将工件从工件支承件卸载的位置转移，并且还可以用于调整工件相对于相应的一个或多个工具承载件的取向，以便在工具与工件之间设定期望的迎角，而不需要使工具承载件或工具承载支承件枢转。
在本发明的一些实施方式中，工件支承件布置成用于支承至少两个工件使得它们平行地延伸，并且其中，工具承载支承件支承布置成用于同时对至少两个工件中的相应的一个工件进行机械加工的至少两个工具承载件。由此，可以同时机械加工若干个工件，从而提高生产率。两个或更多个工具承载件、比如三个工具承载件或四个工具承载件可以布置成由于工具承载支承件沿着X轴的运动而平行于X轴共同地移动，并且它们可以布置在共用的滑架构件或类似物上，以便沿着垂直于X轴的Y轴、比如竖向Y轴共同地移动，滑架构件布置成例如沿着工具承载支承件的一侧滑动。沿着X轴和Y轴的这些运动可以用于将工具承载件定位在X-Y平面中，以用于在工件的适当位置处进行机械加工。工具承载件可以布置成平行于Z轴独立地被驱动，该Z轴垂直于X轴和Y轴，并且Z轴可以平行于工具的旋转轴线。因此，每个工具承载件可以设置有其自己的驱动装置，以用于沿着Z轴“向前”和“向后”移位、即朝向工件支承件移位和远离工件支承件移位。因此，如果需要，工具承载件中的一个工具承载件可以参与机械加工操作，而另一工具承载件可以是空闲的。然而，当然，所有工具承载件也可以同时执行机械加工操作。
在本发明的一些实施方式中，机床包括至少两个工具组件，每个工具组件包括工具承载支承件和工具库。因此，可以通过由两个不同工具组件支承的工具同时对工件进行机械加工，并且一个工具组件可以执行工件的机械加工，而另一工具组件正在执行工具更换操作或者停机维护等。与同一工件相互作用的两个工具组件的工具承载件可以承载不同种类的工具。这些可能性用于提高生产率、可靠性和效率。此外，如果两个工具组件中的一个工具组件发生故障，则工件有时仍然可以使用另一个工具组件完全进行机械加工，由此防止机械加工的工件的生产完全中断。
本发明的另一方面涉及一种操作如上所述的机床的方法。该方法包括：
使包括工具承载支承件和工具库的至少一个工具组件平行于X轴移位，
利用由工具承载件承载的第一工具对工件执行至少一次机械加工操作；
使工具承载件远离工件移位；
启用驱动装置以便使工具库从第一位置移位至第二位置；
通过将由工具承载件承载的第一工具释放在工具库中，并且随后将由工具库内的工具抓持器支承的第二工具联接至工具承载件来执行工具更换(该操作可以通过例如工具承载件平行于Z轴的一系列运动以及通过操作工具承载件的卡盘或类似物以释放第一工具并接合第二工具，使得第二工具变成联接至工具承载件来执行)；
启用驱动装置，以便使工具库从第二位置移位至第一位置；
利用第二工具对工件执行至少一次机械加工操作。
在本发明的一些实施方式中，该方法包括：
在工具库从第一位置移位至第二位置期间，使由工具承载件承载的第一工具变成由工具库的工具抓持器接合(也就是说，由于工具库平行于X轴朝向第二位置的运动，工具抓持器可以与工具接触以接合至工具)；
使工具承载件在远离工具库的方向上平行于Z轴移位，以便从工具承载件释放第一工具；
将由工具库的工具抓持器保持的第二工具定位在工具承载件的前面；
使工具承载件在朝向工具库的方向上平行于Z轴移位，以便接合第二工具；
通过使工具库从第二位置朝向第一位置移位而使第二工具变成从工具抓持器释放。当然，工具承载件对工具的释放和接合可以涉及形成工具承载件的一部分的卡盘或类似物的对应操作。
在本发明的一些实施方式中，该方法包括同时对多个工件进行机械加工，每个工件是平行于X轴延伸的长形工件，其中，工件平行地布置在工件支承件中，并且其中，该方法可选地包括使工件围绕与X轴平行的轴线枢转。
在本发明的一些实施方式中，工具承载支承件可以在工具更换操作的至少一部分期间沿着X轴移位，以便将工具承载件(或多个工具承载件)定位在沿着X轴的下述位置中：该位置适合于在工具更换操作之后迅速继续进行机械加工，即用新工具(或多个工具)继续对工件(或多个工件)进行机械加工。
附图说明
为了完成描述并且为了提供对本发明的更好的理解，提供了一组附图。所述附图形成了说明书的整体部分并图示了本发明的实施方式，这些实施方式不应被解释为限制本发明的范围，而是仅作为可以如何实施本发明的示例。附图包括以下图：
图1至图8是根据本发明的第一实施方式的机床在其操作的不同时刻、包括工具更换的示意性立体图。
图9和图10是根据本发明的另一实施方式的机床的立体图。
具体实施方式
图1至图8图示出了本发明的第一实施方式，其中，机床包括用于支承平行于机床的X轴延伸的长形工件2001、2002、2003的工件支承件1000。工件可以例如是长度大于1米、比如长度大于1.5米、2米或3米的金属梁或型材。
对于每个工件，工件支承件包括长形支承构件1001、1002、1003，相应的工件可以被夹持至长形支承构件1001、1002、1003。每个支承构件布置成使得其可以围绕与X轴平行的轴线枢转，以便在工件与工具之间(例如，在最上面的工件2001的情况下，在该工件与图1中所示的工具101A之间)设定合适的迎角并且将工件从用于装载和卸载的位置(例如，工件背离工具承载件的位置)传送至用于对工件进行机械加工的位置，在该位置中，该工件面向相应的工具，使得工具可以对工件执行机械加工操作。长形支承构件1001、1002、1003布置在两个竖向柱1000A、1000B之间。如图1中所示，长形支承构件1001、1002和1003沿着机床的竖向Y轴一个接一个地、即一个在另一个上方平行地布置。
机床还包括工具组件1，工具组件1能够平行于X轴移位，并且由平行于X轴延伸的导引装置、比如导引轨道110或类似物导引。也就是说，工具组件1能够平行于长形支承构件1001、1002和1003移位。工具组件可以由任何合适的驱动装置驱动、比如由电动马达驱动。例如，工具组件1可以由安装在工具组件上的一个或更多个电动马达驱动，以用于例如借助于通过与齿条相互作用的相应的马达驱动的一个或更多个小齿轮来平行于X轴驱动工具组件。也就是说，工具组件能够通过电动操作的小齿轮-齿条驱动器沿着X轴以可控的方式移位。在其他实施方式中，可以使用其他类型的驱动装置。为了减小小齿轮与齿条之间的游隙，每个工具组件使用两个马达可能是优选的。马达在图1中未示出，但是它们可以类似于图9的实施方式的马达111布置，马达111布置成与齿条112相互作用。
工具组件包括工具承载支承件11和工具库12。在该实施方式中，工具承载支承件是柱或托架，马达(比如图9的实施方式的马达111)附接至该柱或托架，并且该柱或托架被支承在机床上并且沿着X轴驱动，如上所述。工具库12附接至柱或工具承载支承件11，如将在下面更详细地描述的。工具承载支承件11具有面向X轴方向的一侧(即，X轴与柱的该侧正交)，三个工具承载件101、102、103被支承在该侧，这三个工具承载件101、102、103承载用于对工件进行机械加工的相应工具(图1中仅示出了最上面的工具承载件101的工具101A)。工具承载件101、102、103中的每一个工具承载件意在对工件2001、2002、2003中的相应的一个工件执行机械加工操作。如本领域中已知的，每个工具承载件包括用于使相应工具旋转的主轴。工具承载件安装在能够平行于竖向Y轴移位、由对应的驱动装置115驱动的滑架构件114上。驱动装置可以包括可以操作例如滚珠丝杠机构或任何其他合适的机构、比如小齿轮-齿条机构的一个或更多个电动马达。
在所图示的实施方式中，每个工具承载件101、102和103能够平行于水平Z轴移位，并且工具101A围绕与Z轴平行的轴线旋转。在该实施方式中，工具承载件的平行于Z轴的移位由对应的电动马达161、162、163产生，在该实施方式中，电动马达161、162、163驱动相应的滚珠丝杠机构以使相应的工具承载件平行于Z轴移位。然而，显然可以使用任何其他类型的合适的驱动系统。Z方向上的运动可以用于使由相应的工具承载件101、102、103承载的一个或多个工具与相应的工件2001、2002、2003接触和远离工件。在该实施方式中，每个工具承载件的平行于Z轴的运动独立于其他工具承载件的平行于Z轴的运动：如图1中所示，每个工具承载件具有其自己的驱动装置161、162、163。Z方向上的运动也与工具更换操作相关，如下面将要描述的。
工具库12以可滑动的方式附接至工具承载支承件11的另一侧，即附接至工具承载支承件11的面向Z方向、即面向工件支承件1000的“前”侧。工具库包括壳体121，壳体121包括通常由遮板124(例如参见图1)封闭以防止在机械加工期间产生的碎片或其他碎屑进入壳体的多个开口123(例如参见图2)。在壳体121内，工件库12包括用于抓持相应的工具、即用于将工具支承在工具库内的多个工具抓持器122。如本领域中已知的，工具抓持器布置在由轮或小齿轮或类似物驱动的带或类似物上，使得所选定的工具抓持器可以移位至与开口123中的一个开口对应的工具更换位置，以用于接合由工具承载件保持的工具或用于定位由工具抓持器支承的工具，使得工具可以由工具承载件拾取。工具抓持器可以被实施为弹性夹持装置、比如基本上C形或U形的夹持件，使得它们的弹性性能用作接纳和接合并可靠地保持由于工具抓持器相对于工具承载件的运动而插入到工具抓持器中的工具，并且允许由工具抓持器接合的工具由于工具库远离接合工具的工具承载件的运动而从工具抓持器释放。
工具库12通常与工具库12所附接的工具承载支承件11一起沿着X轴移动。然而，工具库12另外能够相对于工具承载支承件11平行于X轴移位，也就是说，工具库12也能够相对于工具承载支承件11移动。更具体地，在该实施方式中，工具库12以可滑动的方式附接至工具承载支承件11，使得工具库12可以由驱动装置13(图1中未示出；然而，它们可以如图9和图10中所示布置)驱动而相对于工具承载支承件11移位，在该实施方式中，驱动装置13被实施为驱动滚珠丝杠机构的电动马达。因此，工具库12可以通过驱动装置13相对于工具承载支承件11在第一位置(例如，在图1中所示)与第二位置(例如，在图4中所示)之间移位，在第一位置中，工具库12不面向工具承载件101、102、103，在第二位置中，工具库12面向工具承载件101、102、103，以便允许工具更换。工具库12可以附接至滑架构件171，滑架构件171以可滑动的方式布置在形成工具承载支承件的一部分的支承构件172上，如在图10中示意性地图示出的实施方式中那样。在该实施方式中，工具库在第一位置与第二位置之间的行程大约小于500mm，比如在250mm与450mm之间，比如在350mm与425mm之间。
图1图示出了根据本发明的第一实施方式的机床，其处于已经使用一组第一工具101A完成对三个工件2001、2002、2003的第一序列的机械加工操作的时刻，其中，第一工具101A中的一个第一工具在图1中示出。在此，工具承载件101、102和103仍然面向工件，并且工具库12处于其第一位置(相对于工具承载支承件11)，也就是说，工具库12远离工具承载件101、102、103，即不面向工具承载件101、102、103。
图2图示出了操作的后续阶段、即工具更换操作的开始阶段。在此，工具承载件101、102、103沿着Z轴远离工件2001、2002、2003缩回，以便允许工具库12移动至其第二位置。在它们根据图2的位置中，工具承载件101、102和103处于沿着Z轴的位置，在该位置中，工具承载件101、102和103不再阻挡工具库12移动至其第二位置。在图2中，用作防止诸如碎片之类的碎屑在机械加工期间进入工具库12的遮板124(在图1中示出)已经被打开，由此提供经由壳体中的开口123进入工具库的内部的通道。对于每个工具承载件101、102、103，存在一个这样的开口。在所图示的实施方式中，开口沿着壳体的两个侧部的至少一部分延伸。
在图3中，工具库12已经启动其朝向第二位置的运动。如从图3可以容易地理解的，在此第一工具101A和102A接近工具抓持器122中的相应的工具抓持器。附加地，工具承载支承件11已经沿着X轴朝向沿着X轴的意在进行下一机械加工操作的位置移动。工具承载支承件11沿着X轴的这种运动可以与工具库12和工具承载件101、102、103之间平行于X轴的相对运动同时进行，从而有助于减少循环时间。
在图4中，工具库12已经到达其第二位置并且现在面向工具承载件101、102和103，并且第一工具101A、102A已经插入到相应的工具抓持器中，使得相应的工具抓持器(实施为可弹性变形的夹持件)接合工件。随后，工具承载件101、102、103在释放第一工具101A、102A之后沿着Z轴向后移位。
在图5中，现在由相应的工具抓持器支承的第一工具101A向下移位，远离X-Y平面中的与工具承载件101的离合器的位置相匹配的位置。由其他工具承载件102、103保持的第一工具也发生相同的情况。同时，一组第二工具(图5中未示出)由于带的旋转而在工具库内移位，使得第二工具将面向工具承载件101、102、103的卡盘。然后，工具承载件可以向前移动，使得它们的卡盘接合新工具。
在图6中，工具更换操作已经完成，并且工具库12已经移回至其第一位置。在沿着X轴的运动期间，由于工具库远离第二位置的运动，该组第二工具(包括图6中所示的工具101B、102B)从相应的工具抓持器释放。
在图7中，遮板124已经再次封闭。机床现在准备好使用新工具101B、102B对工件2001、2002、2003启动新的机械加工操作序列。
在图8中，工具承载件101、102、103沿着Z轴向前移动，从而接近工件以进行机械加工。
图9和图10示出了本发明的第二实施方式(与第一实施方式的元件对应的元件使用相同的附图标记表示)，第二实施方式与第一实施方式的不同之处尤其在于存在包括第二工具承载支承件11A和第二工具库12A的第二工具组件1A。关于第一实施方式的工具组件所解释的内容也适用于第二工具组件。
在本文中，术语“包括”及其派生词(比如“包含”等)不应以排他性的含义理解，也就是说，这些术语不应解释为排除所描述和所限定的内容可能包括其他元件、步骤等的可能性。
本发明显然不限于本文所描述的具体实施方式，而是还包括在根据权利要求中限定的本发明的总体范围内本领域技术人员可以考虑到的任何变型(例如，关于对材料、尺寸、部件、构型等的选择)。

Claims (23)

1.一种机床，包括：
工件支承件(1000)，所述工件支承件(1000)用于支承至少一个工件以允许对所述工件进行机械加工；以及
工具组件(1)，所述工具组件(1)包括工具承载支承件(11)和工具库(12)，所述工具组件(1)能够平行于X轴移位；
其中，所述工具承载支承件支承工具承载件(101)，所述工具承载件构造成用于承载并驱动用于对由所述工件支承件(1000)支承的工件进行机械加工的工具，其中，所述工具承载件(101)被支承在所述工具承载支承件(11)上，以用于与所述工具承载支承件(11)平行于所述X轴移动；
其中，所述工具组件(1)的所述工具库(12)构造成用于支承多个工具；
其中，所述工具库(12)附接至所述工具承载支承件(11、11A)，以用于与所述工具承载支承件平行于所述X轴移动；
并且其中，所述工具组件(1)包括驱动装置(13)，所述驱动装置(13)用于使所述工具库(12)相对于所述工具承载支承件(11)在第一位置与第二位置之间移位，在所述第一位置中，所述工具库(12)不面向所述工具承载件(101)，在所述第二位置中，所述工具库(12)面向所述工具承载件(101)，以允许由所述工具库(12)支承的另一工具(101B)替换由所述工具承载件(101)承载的工具(101A)。
2.根据权利要求1所述的机床，其中，所述驱动装置(13)是用于使所述工具库(12)相对于所述工具承载支承件(11)平行于所述X轴在所述第一位置与所述第二位置之间移位的驱动装置(13)。
3.根据权利要求1或2所述的机床，其中，用于使所述工具库(12)相对于所述工具承载支承件(11)在所述第一位置与所述第二位置之间移位的所述驱动装置布置成以小于500mm的行程操作，比如以在250mm与450mm之间、比如在350mm与425mm之间的行程操作。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的机床，其中，所述工具库(12)以可滑动的方式附接至所述工具承载支承件(11)，使得用于使所述工具库(12)相对于所述工具承载支承件(11)移位的所述驱动装置使所述工具库(12)在所述第一位置与所述第二位置之间滑动。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的机床，其中，所述工具库(12)以可滑动的方式附接至所述工具承载支承件(11)，使得用于使所述工具库(12)相对于所述工具承载支承件(11)移位的所述驱动装置使所述工具库(12)平行于所述X轴在所述第一位置与所述第二位置之间滑动。
6.根据权利要求4或5所述的机床，其中，所述工具库(12)以可滑动的方式附接至所述工具承载支承件(11)的在机械加工期间面向所述工件支承件(1000)的一侧。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的机床，其中，用于使所述工具库(12)相对于所述工具承载支承件(11)移位的所述驱动装置(13)包括电动马达和滚珠丝杠机构或者电动马达和齿条及小齿轮机构。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的机床，其中，所述工具承载件(101)被支承在所述工具承载支承件(11)上，使得所述工具承载件(101)能够相对于所述工具承载支承件(11)平行于与所述X轴垂直的Z轴移位。
9.根据权利要求8所述的机床，其中，所述工具承载件(101)被支承在所述工具承载支承件(11)上，使得所述工具承载件(101)能够相对于所述工具承载支承件(11)平行于与所述X轴和所述Z轴垂直的Y轴移位。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的机床，其中，所述工具库(12)包括壳体(121)，所述壳体(121)至少部分地封围包括工具抓持器(122)的工具支承系统，所述工具抓持器(122)能够移位至所述工具库(12、12A)内的工具更换位置并且远离所述工具库(12、12A)内的工具更换位置移位，以与所述工具承载件(101)相互作用，其中，所述壳体包括与所述工具更换位置对应的至少一个开口(123)，使得由所述工具承载件(101)承载的第一工具(101A)能够与工具抓持器(122)接触，并且使得支承在另一工具抓持器(122)中的第二工具(101B)能够在工具更换操作期间变成联接至所述工具承载件(101)并从所述另一工具抓持器(122)中抽出。
11.根据权利要求10所述的机床，其中，所述工具库(12)包括用于选择性地使所述至少一个开口(123)封闭的至少一个遮板(124)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的机床，其中，所述工具库包括构造成接合相应的工具(101A、101B、102A、102B)的多个工具抓持器(122)，所述多个工具抓持器中的每个工具抓持器能够选择性地移位至所述工具库内的工具更换位置，其中，所述多个工具抓持器(122)中的每一个工具抓持器构造成使得当所述每一个工具抓持器处于工具更换位置时，
由于所述工具库(12)移动至所述第二位置，能够使所述每一个工具抓持器接合由相应的工具承载件(101、102、103)保持的工具(101A、102A)，
以及
由于所述工具库(12)从所述第二位置移动，能够使所述每一个工具抓持器释放由相应的工具承载件(101、102)保持的工具(101B、102B)。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的机床，其中，所述工件支承件(1000)布置成用于支承至少一个工件(2001、2002、2003)并且用于使所述至少一个工件(2001、2002、2003)围绕与所述X轴平行的轴线枢转。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的机床，其中，所述工件支承件(1000)布置成用于支承至少两个工件(2001、2002、2003)，使得所述至少两个工件(2001、2002、2003)平行地延伸，并且其中，所述工具承载支承件(11)支承布置成用于同时对所述至少两个工件(2001、2002、2003)中的相应的一个工件进行机械加工的至少两个工具承载件(101、102、103)。
15.根据权利要求8所述的机床，其中，所述工件支承件(1000)布置成用于支承至少两个工件(2001、2002、2003)，使得所述至少两个工件(2001、2002、2003)平行于所述X轴延伸，并且使得工件沿着与所述Y轴平行的轴线一个接一个地布置，所述Y轴垂直于所述X轴和所述Z轴，并且其中，所述工具承载支承件(11)支承布置成用于同时对所述至少两个工件(2001、2002、2003)中的相应的一个工件进行机械加工的至少两个工具承载件(101、102、103)，所述至少两个工具承载件(101、102、103)沿着与所述Y轴平行的轴线一个接一个地布置。
16.根据权利要求15所述的机床，其中，所述Y轴是竖向轴线，使得所述至少两个工件(2001、2002、2003)布置成一个在另一个上方，并且使得所述至少两个工具承载件(101、102、103)布置成一个在另一个上方。
17.根据权利要求15或16所述的机床，其中，所述工件支承件(1000)布置成用于使所述至少两个工件(2001、2002、2003)中的每个工件围绕与所述X轴平行的轴线枢转。
18.根据权利要求14至17中的任一项所述的机床，其中，所述工件支承件布置成用于支承至少两个工件，每个工件具有大于2m的长度。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的机床，包括至少两个工具组件(1、1A)，每个工具组件包括工具承载支承件(11、11A)和工具库(12、12A)。
20.一种操作根据前述权利要求中的任一项所述的机床的方法，所述方法包括：
使包括所述工具承载支承件(11)和所述工具库(12)的至少一个所述工具组件(1)平行于所述X轴移位，
利用由所述工具承载件(101)承载的第一工具(101A)对工件(2001)执行至少一次机械加工操作；
使所述工具承载件(101)远离所述工件(2001)移位；
启用所述驱动装置(13)以便使所述工具库(12)从所述第一位置移位至所述第二位置；
通过将由所述工具承载件(101)承载的第一工具(101A)释放在所述工具库(12)中，并且随后将由所述工具库(12)内的工具抓持器(122)支承的第二工具(101B)联接至所述工具承载件(101)来执行工具更换；
启用所述驱动装置(13)，以便使所述工具库(12)从所述第二位置移位至所述第一位置；
利用所述第二工具(101B)对所述工件(2001)执行至少一次机械加工操作。
21.根据权利要求20所述的方法，包括：
在所述工具库从所述第一位置移位至所述第二位置期间，使由所述工具承载件(101)承载的所述第一工具(101A)变成由所述工具库(12)的工具抓持器(122)接合；
使所述工具承载件(101)在远离所述工具库(12)的方向上平行于Z轴移位，以便从所述工具承载件(101)释放所述第一工具(101A)；
将由所述工具库(12)的工具抓持器(122)保持的所述第二工具(101B)定位在所述工具承载件(101)的前面；
使所述工具承载件(101)在朝向所述工具库(12)的方向上平行于Z轴移位，以便接合所述第二工具(101B)；
通过将所述工具库(12)从所述第二位置朝向所述第一位置移位而使所述第二工具(101B)变成从所述工具抓持器释放。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其中，所述方法包括同时对多个工件(2001、2002、2003)进行机械加工，每个工件是平行于所述X轴延伸的长形工件，其中，所述工件平行地布置在所述工件支承件(1000)中，并且其中，所述方法可选地包括使所述工件围绕与所述X轴平行的轴线枢转。
23.根据权利要求20至22中的任一项所述的方法，其中，
启用所述驱动装置(13)以便使所述工具库(12)从所述第一位置移位至所述第二位置的步骤包括：启用所述驱动装置(13)以便使所述工具库(12)平行于所述X轴从所述第一位置移位至所述第二位置，
并且其中，启用所述驱动装置(13)以便使所述工具库(12)从所述第二位置移位至所述第一位置的步骤包括：启用所述驱动装置(13)以便使所述工具库(12)平行于所述X轴从所述第二位置移位至所述第一位置。
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