CN1287948C - 用于机床的自动更换刀具设备 - Google Patents

Abstract

一种自动更换刀具设备，能够用简单结构清洁主轴接触面，该主轴待与刀具夹接触。该设备包括旋转架，旋转架在外围上有多个夹具并通过夹具夹住刀具夹。在更换刀具时，夹具夹紧并拉出固定到主轴的刀具夹。主轴旋转引起旋转架通过主轴齿轮、旋转架齿轮和减速设备旋转，从而选择刀具。此时，冷却剂从管汇的喷嘴部分向主轴锥形孔喷出并清洗锥形孔，其中刀具夹吻合到锥形孔。由于主轴旋转，冷却剂喷到锥形孔的整个外围，待与刀具夹接触的表面得到清洗。因此，能够用简单结构执行清洁任务，在该简单结构中，喷嘴部分布置在主轴附近而不需要加工主轴和刀具夹。

Description

用于机床的自动更换刀具设备

技术领域

本发明涉及用于机床的自动更换刀具设备。

背景技术

在更换刀具的情况下，通过将刀具夹恰当地装配到机床主轴上来保持工件的加工精确度。但是，偶尔由于外部因素，如切屑，粘附到刀具夹和主轴的接触面，刀具夹可能没有恰当地装配到主轴上，这将影响加工精确度。为此，采用了一种清洁处理主轴的锥形孔表面和/或刀具夹的锥形部分的方法，该方法在更换刀具的操作中通过使用如空气这样的流体来去除切屑和类似物，从而清理接触面。

已知一种方法，其中在主轴的锥形孔中打开一个空气喷嘴，刀具夹的锥形部分嵌合到主轴的锥形孔。当刀具夹从主轴的锥形孔分开或者新的刀具装配到主轴时，来自气源的压缩空气通过主轴的通气孔和空气喷嘴被提供到刀具夹和主轴锥形孔的接触面。这样，粘附到刀具夹和主轴的接触面的锥形部分的切屑和类似物被空气除去并清理干净(参见JP52-49579B，JP47-46705B和JP2503170B)。

然而，上述公开文献描述的清洁方法需要主轴提供一个空气通道，来自主轴推形孔的空气通过空气通道吹出。由于需要在主轴形成空气通道使得主轴的制造变的复杂了。

已知另一种方法，其中执行了类似于更换刀具的操作，一个清洁工具，如刷子，被更换刀具臂夹住压向主轴的锥形孔来清洁主轴锥形孔(参见JP9-29577A)。在该方法中使用了额外的清洁工具，这样的清洁工具需要特别处理。同时，该方法还需要执行清洁操作，即通过在更换刀具的同时将清洁工具压向主轴锥形孔，其后将一个新刀具与更换刀具臂上的清洁工具交换。对每个更换刀具的操作而言该方法需要一个额外的清洁操作，从而相应地要花费较长时间来完成刀具的更换，因而降低了工作效率。

从JP3203598B已知一种更换刀具设备，其中一个空气通道在刀具夹内形成，在与主轴锥形孔接触的刀具夹的接触面上带有一个排气开口，更换刀具臂具有成对形式的刀具夹持部分。在更换刀具时，固定到主轴的刀具夹和固定到刀具库的刀具夹被更换刀具臂的两个刀具夹持部分夹住。当刀具夹被刀具夹持部分夹住时，形成在更换刀具臂上的空气通道和刀具夹的空气通道相互连通使空气流动。启动拔出刀具夹后，空气从一个在主轴锥形孔和刀具夹锥形部分之间的间隙吹出并将灰尘扫除干净。在该文献中描述的清洁方法需要一个形成在刀具夹中的空气通道，这使得刀具夹成本太高。而且，由于现有的刀具夹没有空气通道，前述方法不能应用到使用现有刀具夹的刀具更换上。

此外，已知一种自动更换刀具设备，其中工具分配装置通过旋转旋转架从多个刀具夹中分配一个刀具夹固定到主轴，这些刀具夹都被旋转架夹住，通过减速器将主轴的旋转传递到旋转架从而转动旋转架，并且利用主轴箱的上下移动将该刀具夹装配到主轴的锥形孔，正如JP2535479B公开的那样。

发明内容

本发明提供的自动更换刀具设备是对JP 2535479B中公开的自动更换刀具设备的改进，它有利用主轴旋转来分配刀具的刀具分配装置，并具有一种简单结构来清洁与刀具夹接触的主轴的接触面。

本发明的自动更换刀具设备包括：刀具分配装置，通过利用主轴旋转从多个刀具夹中分配一个刀具夹附着到主轴；和流体喷出装置，它从主轴外侧向待与刀具夹接触的主轴的接触面喷出流体，与此同时，所述刀具分配装置正在分配刀具夹，如此以便清洁主轴的整个接触面，其中，其中，所述流体喷出装置包括用来向待与主轴接触的刀具夹的接触面喷出流体的装置，所述刀具夹由所述刀具分配装置分配附着到主轴，以同时清洁主轴的接触面和刀具夹的接触面。

在刀具分配装置分配刀具期间，主轴旋转，以使从流体喷出装置喷出的流体冲洗并清洁主轴的整个接触面。

刀具分配装置可能不分配刀具夹，在主轴旋转时，流体喷出装置可以向没有附着刀具夹的主轴的接触面喷出流体。

自动更换刀具设备流体喷出装置可以进一步包括距离传感器，其用来测量距附着到主轴的刀具夹外围的距离，流体喷出装置可以包括用来向待清洁的刀具夹的外围喷出流体的装置。在这种布置下，距离传感器和刀具夹外围之间的距离得到精确测量，从而使得能够精确检测刀具夹是否恰当地附着到主轴上。

附图说明

图1是根据本发明的自动更换刀具设备的一个实施方式的主要部分的说明性示意图；

图2是根据实施方式的主轴末端、管汇和喷嘴部分的侧视图；

图3是朝向图2底部的底部视图；和

图4是一个根据本发明的说明性示意图，用来阐明这样刀具夹的锥形部分被清洗的情况

具体实施方式

图1是根据本发明的自动更换刀具设备的一个实施方式的主要部分的说明性示意图。该实施方式的设备与JP2535479B中描述的相同，但是根据实施方式，在上述公开文献中公布的自动更换刀具设备中，增加了用来作为流体喷出装置的管汇4和喷嘴5，和用来向作为流体喷出装置的管汇4提供流体，如冷却剂，的管道7。下面首先描述自动更换刀具设备的已知部分。

根据实施方式的自动更换刀具设备包括臂元件11；还包括旋转架2，在其外围上有多个夹具2b并通过夹具2b夹住刀具夹1a；曲柄12，固定到旋转架2背面上；第一和第二凸轮Cs和CL，固定到主轴箱；旋转辊子12a，安装在曲柄12上，和第一凸轮Cs一起旋转旋转架2；提升滑动块14，通过旋转轴13枢接到曲柄12；提升连杆15，枢接到提升滑动块14；提升杠杆18，它有两个通过销16固定到提升连杆15的臂元件18a，18b，提升杠杆18围绕旋转轴17旋转；提升辊子18c，安装在提升杠杆18的臂元件18b上，并与第二凸轮CL啮合；旋转架齿轮2a，位于旋转架2上并与主轴3上的主轴齿轮3b啮合；减速器9，位于旋转架2上，将旋转架齿轮2a的旋转减速并传递到旋转架2，以旋转旋转架2，等等。旋转架2、旋转架齿轮2a和减速器9组成了刀具分配装置。

根据更换刀具命令，主轴箱10向上移动并停止在Z轴原点位置，且主轴在该位置被定位。定位完成后，主轴箱再次向上移动。由于主轴箱10的向上运动，旋转辊子12a和第一凸轮Cs使旋转架2逆时针旋转，布置在旋转架2外围的夹具2b与刀具1的刀具夹1a的槽啮合，刀具1附着在主轴3上。主轴箱10的进一步提升将刀具夹1a从主轴3中拉出来，如图1所示。当主轴箱10的向上移动完成后，主轴齿轮3b和旋转架齿轮2a相互啮合在一起。在这种情况下，旋转主轴3来实现所需刀具1的分配。换句话说，主轴齿轮3b随着主轴旋转而旋转，并旋转与主轴齿轮3b啮合的旋转架齿轮2a。减速器9降低旋转速度来旋转旋转架2，从而决定旋转架的位置来获得所需刀具(刀具夹)1。图1显示了所需刀具夹1a被分配的情况。在以前述方式选择了所需刀具夹1a后，主轴箱10向下移动，主轴箱3b和旋转架齿轮2a之间的啮合被脱开，将刀具夹1a装配到主轴锥形孔3a，使夹具2b从刀具夹1a撤回。由于主轴箱10向下移动，主轴箱10向上移动的操作以相反的顺序实现。

上述内容是关于已知的自动更换刀具设备的结构和已知的更换刀具操作，这在JB2535479B中有详细描述，其公开内容在此全文引用以作参考。本发明是这样设计的，使得流体喷出装置在更换刀具时清洗主轴锥形孔3a，主轴锥形孔用作刀具夹1a和主轴3的相互吻合(interfitting)部分。根据图1所示的实施方式，提供了有喷嘴部分5的管汇4，其组成了附着到主轴箱10的流体喷出装置。来自喷嘴部分5的冷却剂经过管道7被喷到主轴锥形孔3a的接触面上，该接触面与刀具夹1a的锥形部分1b接触，从而通过自喷嘴部分5喷出的冷却剂来清洁接触面，清洗刀具夹1a的锥形部分1b。

图2是主轴3的末端、管汇4和喷嘴部分5的侧视图，图3是朝向图2底部的底视图。根据该实施方式，管汇4的喷嘴部分5包括：一对主轴锥形孔清洗喷嘴5c，用来清洗主轴锥形孔3a的接触面，该接触面与刀具夹1a的锥形部分1b接触；一对主轴端面清洗喷嘴5b，用来清洗主轴的端面，以便于使用双配合(double fit)刀具；距离传感器6，用来检测附着到主轴3的刀具夹1a的方向；一对刀具夹检测面清洗喷嘴5a，用来清洗检测面，也就是刀具夹1a的外围，它可通过距离传感器6来测量；一对刀具夹清洗喷嘴5d，用来清洗刀具夹1a的锥形部分1b。

通道开口8连接到喷嘴5a、5b、5c、5d，以便将经过管道7的冷却剂提供到每个喷嘴。如图2和3所示，这样设置喷嘴5c的方向，使得从主轴锥形孔清洗喷嘴5c喷出的冷却剂冲击主轴锥形孔3a的表面，该表面与刀具夹1a的锥形部分1b接触。这样确定主轴端面清洗喷嘴5b的方向，使得喷出的冷却剂冲击主轴3的端面，该端面与刀具夹1a的端面接触。

如图4所示，调整刀具夹清洗喷嘴5d，5d的方向，使得喷出的冷却剂在这样一种情况下冲击刀具夹1a的锥形部分1b，在该情况下，刀具夹1a从主轴3拉出，并且恰好在刀具夹1a被相互吻合到主轴3的锥形孔3a中之前。

在更换刀具命令时，主轴箱10向上移动，并如所述那样实现主轴3的定位和移位到Z轴原点。主轴箱10进一步向上移动，使得布置在旋转架2外围的夹具2b夹住附着到主轴3的刀具夹1a。刀具夹1a松开被拉出来，主轴齿轮3b和旋转架齿轮2a相互啮合在一起。随后，为了选择待附着到主轴3的刀具夹1a，可通过旋转主轴3来开始刀具选择操作，并开始释放冷却剂。

主轴3的旋转通过主轴齿轮3b、旋转架齿轮2a和减速器9使旋转架2开始旋转。由于旋转架2旋转的速度相对主轴3旋转的速度较低，即使通过旋转架2的最小单位的刀具选择旋转来选择刀具，主轴3都旋转一圈或更多圈。随着主轴3的旋转，冷却剂同时从每个喷嘴喷出，接着从主轴锥形孔清洗喷嘴5c和主轴端面清洗喷嘴5b喷出的冷却剂在整个圆周上冲击主轴锥形孔3a的锥形面和主轴的端面，从而清洗和清洁表面。

当旋转主轴3来选择刀具时，冷却剂同时提供到每个喷嘴。这样，对于从主轴3拉出的刀具夹1a和已选择但尚未插入到主轴锥形孔3a中的刀具夹1a而言，冷却剂将向刀具夹1a的锥形部分1b喷出，如图4所示，从而清洗和清洁锥形部分1b。换句话说，在容纳到旋转架2之前和附着到主轴3之前，刀具夹1a的锥形部分1b已经由冷却剂清洗过，以除去切屑和类似物。

一旦分配了刀具1，主轴3将停止旋转，主轴箱10将向下移动，松开主轴齿轮3b和旋转架齿轮2a之间的啮合。而且，刀具夹1a相互吻合到待夹住的主轴锥形孔3a中。此时冷却剂停止供应。此后，夹具2b从刀具夹1a撤回，刀具更换操作完成。

如上所述，在选择和附着新刀具1到主轴3之前，通过利用主轴3的旋转来选择刀具，喷出冷却剂冲击主轴锥形孔3a的接触面，该接触面将与刀具夹1a的锥形部分1b和主轴的端面接触，冷却剂在刀具夹1a的端面的整个圆周上集中在一起，从而清洗这些平面。另外，刀具夹1a的锥形部分1b的清洗是通过将冷却剂喷到刀具夹1a的锥形面上实现的，冷却剂的喷出是在刀具更换操作的过程中，更为具体地，是在将刀具夹1a从主轴3拉出来和将刀具夹1a附着到主轴3的步骤中。

结果，用来作为主轴3和刀具夹1a接触面的主轴锥形孔3a，以及刀具夹1a的锥形部分1b的表面用冷却剂冲洗和清洁，除去外来物，如切屑，在这之后，主轴3和刀具夹1a相互装配在一起，从而实现将刀具夹1a适当地附着到主轴3的结果。

当刀具夹1a附着到(和脱离开)主轴3后，从刀具夹检测面清洗喷嘴5a喷出的冷却剂还清洗刀具夹1a的外围，该外围可通过距离传感器6来测量。由于这个原因，主轴3旋转一圈，距离传感器6在刀具夹1a附着到主轴3之后精确地测量距离传感器6和刀具夹1a的检测面之间的距离，此时，测量检测面已经得到清洗而没有附着切屑和类似物，这使得精确测量成为可能。这样就能够检测刀具夹1a是否恰当地相互吻合到主轴锥形孔3a中。如果刀具夹1a没有恰当地安装到主轴锥形孔3a中，那么距离传感器6测量得到的到刀具夹1a的距离将随着主轴3的旋转而变化。因此，根据变化量可以确定刀具夹1a是否恰当地附着到主轴3。

根据上述实施方式，在更换刀具时，用冷却剂冲洗和清洁主轴3的锥形孔3a和刀具夹1a的锥形部分1b，主轴3的锥形孔3a用来作为主轴3和刀具夹1a的接触面。但是，主轴锥形孔和主轴端面还可能通过这样的方式得到冲洗和清洁，即在选择没有刀具的位置后，通过引起旋转架2执行刀具更换操作，在刀具夹1a没有安装到主轴3的锥形孔3a中的状态，高速旋转主轴3，同时从主轴锥形孔清洗喷嘴5c和主轴端面清洗喷嘴5b喷出冷却剂。在这种情况下，高速旋转的主轴在冷却剂和主轴之间产生速度差，并通过速度差获得高清洗性能。

虽然在前述每个实施方式中都使用了冷却剂来冲洗和清洁主轴锥形孔3a和刀具夹1a，但是也可使用流体或压缩空气来代替冷却剂。

根据本发明，在有刀具分配装置的自动更换刀具设备中，刀具分配装置利用主轴旋转执行刀具选择，流体喷出装置位于主轴附近，流体喷到主轴的接触面上，主轴在选择刀具时旋转，待与刀具夹接触。这样，喷出的流体撞击整个接触面，除去附着到面的外来物，如切屑，从而冲洗和清洁表面。仅仅需要提供流体喷出装置，就能够用简单廉价的结构来有效地冲洗和清洁主轴和刀具夹的接触面。

进一步地，由于主轴在没有刀具夹附着到主轴的情况下高速旋转，而且同时流体从流体喷出装置喷到主轴的待与刀具夹接触的表面上，喷出的流体和主轴之间的速度差使得能够有效地清洗主轴的待与刀具夹接触的表面，从而获得高清洗性能。

进一步地，还可以通过从流体喷出装置喷出流体来清洗刀具夹的待与主轴接触的接触面。其结果是，主轴和刀具夹的接触面能够得到更可靠的冲洗和清洁。

Claims (3)

1.一种用于机床的自动更换刀具设备，其具有附着刀具夹的主轴，该自动更换刀具设备包括：

刀具分配装置，通过利用主轴的旋转从多个刀具夹中分配一个刀具夹附着到主轴；和

流体喷出装置，在所述刀具分配装置分配刀具夹的同时，用于将流体从主轴外侧向着待与刀具夹接触的主轴的接触面喷出，以便清洁主轴的整个接触面；

其中，所述流体喷出装置包括用来向待与主轴接触的刀具夹的接触面喷出流体的装置，所述刀具夹由所述刀具分配装置分配附着到主轴，以同时清洁主轴的接触面和刀具夹的接触面。

2.根据权利要求1的自动更换刀具设备，其特征在于，在主轴旋转时，所述刀具分配装置不分配刀具夹，所述流体喷出装置向没有附着刀具夹的主轴的接触面喷出流体。

3.根据权利要求1的自动更换刀具设备，其特征在于，进一步包括距离传感器，用来测量距附着到主轴的刀具夹外围的距离，其中所述流体喷出装置包括用来向待清洁的刀具夹的外围喷出流体的装置。

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