CN1382079A - 手动刀具更换装置 - Google Patents

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Abstract

一种手工操作装置(35),用于从刀具床(10)的刀具座(12)中取出和插入刀具柄(20),该装置包括两个元件:一个多功能插入/取出工具(37)、和一个枢轴支架(38)。多功能工具大致包括一根细长杆(45),该细长杆的一端(47)具有一个刀具柄取出元件(40)、相反的一端(61)具有一个插入元件(50、48)。该取出元件能构成一个已知的撬动工具,其具有一个叉形部分(41),该叉形部分构造成便于插入该刀具座的凸缘(13)和该刀具柄的圆周法兰(23)的下侧之间。多功能插入/取出工具的插入元件包含一个枢轴块(48)和一个压板(50)。枢轴块包括一个从其上凸出的枢轴销(52),其可以和枢轴支架上形成的槽(56)枢轴接合。枢轴支架安装在刀具床的壳体(17)上相对于刀具座的手动可接近的位置,槽的敞开端背向刀具座。当多功能插入/取出工具的枢轴销安放在枢轴支架的槽内时,且当刀具柄活动地设置在刀具座内时,压板位于刀具柄的圆周法兰的一部分之上。刀具的细长杆可作为杠杆臂使用,围绕由枢轴销和枢轴支架形成的支点转动该刀具。通过操纵细长杆,压板向下转动,抵靠刀具柄的圆周法兰,以足够的力量克服作用于刀具柄的头部(21)的弹簧力。

Description

手动刀具更换装置
技术领域
本发明涉及一种用于更换安装在锥形刀具柄内的刀具的刀具更换装置。本发明特别适用于具有用于顺序机械加工操作的存放刀具的刀具床的自动机械加工中心。
背景技术
典型的数控机床系统包括一个机械加工中心，该中心具有一个刀具床和一个刀具更换机构。该机构从机械加工主轴上卸下一个特定的刀具，并用从刀具床中取出的另一个不同的刀具来替换它。利用这种类型的机械加工中心，可进行多种机械加工，这些加工需要相应数量的各种机械加工刀具。因而，刀具床或刀具架上存放着多种供随时使用的刀具。
在现代机械加工中心的开发中，相当的注意力都集中在刀具更换机构，即从刀具床取出特定的刀具，并把它放入机械加工位置的加工主轴位置的装置上。例如，Hague等人的美国专利3,844,028中所描述的自动刀具更换器，就是典型的自动刀具更换机构。
刀具床有各种形式。典型的是，将刀具安装在与机械加工中心的数字控制系统一体设置的该刀具床的可移动元件上。可以控制该刀具床，将所需的刀具移动到自动由刀具更换机构取出的预定位置。图1示出了一种典型的刀具床。具体说，刀具床10具有多个刀具座12，该刀具座12构造成牢固地抓住刀具柄。图1中的该刀具床10是转塔型的刀具床，其中各刀具座12被驱动链14或类似的座定位装置相互连接起来。该链围绕在套筒15上，并沿数控系统给定的方向由一马达驱动，在操作中，驱动链14可以被渐进地驱动，以把特定的刀具座12放置在刀具更换位置。该刀具床10还包括一个壳体17，该壳体17围绕并支撑刀具座12、驱动机构14和套筒15。
图2示出了一种典型的刀具座12。具体地说，该刀具座构造成支撑一锥形刀具柄。应当明白，该刀具柄20可以接合并支撑多种机械加工刀具，诸如钻头或铣刀。该刀具柄20是标准结构。具体地，该刀具柄20可以包括一个锥形体22，该锥形体22可以符合各种标准，诸如ANSI/DIN标准。例如，该锥体22可以是锥度为20、25、30、45、50或60度的锥体。刀具柄20的一端是一个加大的固定头21。在相反的一端，该柄上具有一个法兰23，自动刀具更换装置可以接合该法兰23，以从刀具座12中取出刀具柄20，并使该柄与机械加工主轴接合。
该刀具柄20用一个构造成接合固定头21的装置保持在刀具座12中。在一种典型的系统中，多个固定球27被保持在与该刀具座内部相交的多个径向孔内。更具体地说，固定球27与刀具柄20的固定头21相接触。每一定位球27用一个设置在该径向孔内的固定弹簧28保持到位。这些固定弹簧28均已被校准，以提供特定的弹力(沿箭头方向作用)，以支撑刀具柄20的固定头21。要从刀具座12中取出刀具柄20，必须克服该保持力。同样，要把刀具柄20推入刀具座并越过固定球27，必需克服该弹力。显然，当定头21把固定球27推向外侧时，推入或拉出该刀具柄所需的力是压缩固定弹簧28所需力的函数。
本发明所说明的正是这个推入/插入和拉出/取出力。更具体地，对于锥度较大的刀具柄20，例如45度锥度或者更大的情况下，由固定弹簧28产生的固定弹力大得无法用手克服。甚至较小的ANSI/DIN锥体也很难用手操作刀具柄20来克服其弹力。一个问题是刀具柄20自身会很重，有些情况下会重达35磅之多。因而，甚至在固定弹力可以用手克服时，刀具柄20的重量使它显得很笨重，难以操纵。
在一些机械加工中心设备中，刀具床内的特定刀具的更换相对来说不频繁。然而，在效率较高的生产设施中，机械加工操作员可能经常需要从刀具床中移出刀具柄、并插入一个新的刀具柄。例如，机械加工刀具自身可能会损坏，这显然需要更换。此外，数控的机械加工顺序的程序修改时也需要更换刀具。当使用较小的机器时，刀具床没有足够的空间以容纳完成一个特定的机械加工程序所需的各种刀具。在所有这些情况下，机械加工操作员必须能够容易地从刀具床10中更换出特定的刀具。
迄今为止还没有适当的装置能够轻松容易地更换或替换刀具床中的机械加工刀具。一般的做法是，机械加工操作员通过自动刀具更换操作简单地循环使用所需的刀具。用这种方法，操作员使用刀具更换器从刀具床10中取出目标刀具柄20，并将其搬到机械加工主轴处。然后操作员可以将刀具柄从主轴上移出，并用另外的刀具柄替换，然后自动刀具更换器将卸下的刀具柄送回刀具床。显然，因为刀具更换要占用机械的加工主轴而使机械加工中心不能生产，所以该过程需要相当的停机时间。
适宜的方法是能够在刀具床中用手工置换特定的刀具。更适宜的条件是能够在机械加工中心进行其加工操作时更换刀具。在大多数的数控的机床中，刀具床独立于机械加工位置之外，且被遮盖住，以便操作员接近刀具床时，能够保护该操作员，所以这种作业能同时进行。
发明内容
为实现这些要求，本发明旨在提出一种手工操作的装置，其用于从刀具床的刀具座取出刀具柄和将刀具柄插入刀具座中。按照本发明，刀具柄可以是标准锥度的刀具柄，具有与刀具座接合的带锥度的圆柱部分。刀具柄还包括一个加大的法兰，当刀具柄被安装在其内时，该法兰邻接刀具座的边缘。
本发明旨在提出两个元件：一个多功能插入/取出工具，和一个枢轴支架。该多功能插入/取出工具一般包括一根细长杆，该细长杆的一端具有一个刀具柄取出元件，另一端具有一个插入元件。在优选实施例中，取出元件可以构成一个已知的撬动工具，它有一叉形部分，用于和刀具柄的圆柱部分相接触，该叉形部分可以具有一带斜度的边，以便于插入刀具座的边缘和该刀具柄的圆周法兰的下侧之间，一旦叉形部分完全位于该法兰和刀具座之间时，该细长杆可以用作杠杆臂，以克服刀具座内固定球和弹簧机构的保持力，而把刀具柄撬出刀具座。优选地，该撬动工具倾斜地邻接于叉形部分，以在插入/取出工具和刀具床结构之间提供间隙。
多功能插入/取出刀具的插入元件包含一个枢轴块和一个压板。该枢轴块包括一个从其上凸出的枢轴销，该枢轴销被构造成用于转动地接合在枢轴支架中形成的一个槽内。按照本发明的另外一个方面，该枢轴支架相对于刀具座安装在刀具床壳体的手工容易接近的位置，该枢轴支架安装成使该槽的开口端背离刀具座。用这种构造，插入/取出刀具的枢轴销可以轻易地容纳在该槽内。
当插入/取出工具的枢轴销设置在枢轴支架的槽中时，压板位于刀具座的边缘之上。更具体地说，当刀具柄活动地设置在刀具座中时，压板的凸缘定位在刀具柄的圆周法兰的一部分上。当插入/取出工具位于该位置时，该工具的细长杆可以用作杠杆臂，以沿由枢轴销和枢轴支架限定的支点转动该工具。如此，当细长杆向外(离开刀具床)旋转时，压板向下转动，支靠圆周法兰。由具有支点的工具提供的杠杆臂将操作员施加的手动力放大到足以克服作用于刀具柄头部的固定弹簧力。
本发明的一个目的是提供一种可手工使用的工具，以实现从刀具座插入和取出刀具柄。另一个目的是提供一种工具，可轻易克服用于将刀具柄保持在刀具座中的相当大的弹簧力。
本发明的一个优点是能够用一个装置提供取下和插入两种功能。另一个显著的优点是该工具可以手工操作，从而不需要依赖机械加工中心的自动刀具更换器的现有方法。本发明可获得的另一个优点是，该装置可以和刀具床一起安装，与机械加工中心的工作台分开。
从下面的说明和附图中，可以容易地了解本发明的其他目的和优点。
附图说明
图1是一种用于自动机械加工中心的刀具床的侧视图。
图2是构成图1所示刀具床的一个元件的刀具座的局部剖视的侧视图。
图3是本发明的一个实施例的刀具插入/取出装置的局部剖视的侧视图。
图4是图3的所示装置的俯视图。
图5是图3和图4所示装置的枢轴支架元件的放大立体图。
图6是图3和图4所示装置的枢轴块元件的放大立体图。
图7是表示图3和图4所示的装置安装在刀具床中并用于从一个刀具座中取出刀具柄的立体示意图。
图8是插入/取出工具在从刀具座取出刀具柄的位置的配置侧视图。
图9是图2和图3所示的插入/取出装置在将刀具柄推入刀具座时的立体示意图。
图10是使用插入/取出装置将刀具柄推入刀具座的局部剖视的侧视图。
具体实施方式
为有助于理解本发明的原理，现在参考附图中所示的实施例，并且用特定的语言对其进行该描述。然而应被理解的是，这并不意味着对本发明范围的限制。本发明包括本发明所属领域中的技术技术人员可能正常想到的对图示的装置、叙述的方法及对本发明原理的其他应用的任何替换和进一步的修改。
本发明涉及一种特别适合于自动机械加工中心的刀具插入/取出装置。更具体地说，该装置包括安装在刀具床壳体上的多功能刀具和枢轴支架。该多功能工具是一根细长杆，在其第一端有一个取出元件，该取出元件构造成用于撬动工具柄使其脱离与刀具座的接合。该工具的另一端还具有一个插入元件，该插入元件构造成与安装在刀具床壳体上的枢轴支架相配合。可操纵该工具，使其绕枢轴支架转动，并对刀具柄施加一个回复力，将该刀具柄推入刀具床的刀具座中。虽然本发明的最大应用是与刀具床结合应用，但它同样适合作为一种插入和取出工具用于单刀具机床。
如图3和图4所示，按照本发明的第一个实施例，插入/取出装置35包括细长工具37和枢轴支架38。细长工具37优选由撬动工具40和杆臂45的结合形成。该撬动工具40可以是用于将刀具从刀具套筒中撬松的已知结构。优选地，该撬动工具40包括叉形部分41，该叉形部分41上形成个带斜度圆周边42。叉形部分41可以抵靠在刀具柄(例如刀具柄20)的圆柱部分上。优选地，该叉形部分41和带斜度的边42的形状和尺寸可做成适合于插入刀具座12的边缘13(参见图2)和刀具柄20的圆周法兰23的下侧之间。撬动工具40的叉形部分41相对于该工具的细长体44以一角度43定位。该角度的大小优选产生一间隙，即在撬动工具40和刀具床10的壳体17之间产生间隙(参见图1)。撬动工具40的这个角度使叉形部分41能与刀具柄20接合，并仍然留有空间，给操作员以便通过手动对撬动工具40施加杠杆作用，以将刀具柄20取出。
按照本发明的第一实施例，撬动工具40安装在细长杆臂45上。撬动工具40可以利用安装螺丝46与杆臂45相连接。邻近叉形部分41的杠杆臂45的端部47可以开有坡口或呈角度，相对于刀具座12和刀具床10的壳体17再次提供了间隙。这个间隙使杆臂45和撬动工具40能够充分地绕枢轴转动，以使刀具柄20能从刀具座12中取出。
如图4所示，杆臂或细长杆45包括连接在细长杆45端部61的该压板50。细长杆45包括位于于其端部61的相对的两侧边62、63。压板50形成了一个凸缘表面51，构造成其形状和尺寸可以和刀具柄20的圆周法兰23接合(参见图2)。该插入/取出工具37还包括一个枢轴块48，该枢轴块48具有一个基本上以垂直的角度从其上向外突出的枢轴销52。具体地说，压板50相对细长杆45的侧边62邻接地延伸，而枢轴销52从与细长杆45的侧边62相对的侧边63邻接地延伸。枢轴销52与在此所述的枢轴支架38相配合。
具体参照图5，枢轴支架38可以包括枢轴部分55和安装部分58，和图3、图4中所示的一样。该安装部分上设有多个供容纳安装螺丝60的螺丝孔59。安装螺丝可以拧入刀具床10的壳体17上攻有螺纹的孔内，以使安装部分58固定于壳体17上。在优选实施例中，枢轴支架38大体上是一个在枢轴部分55和安装部分58之间的L形。参照图4，可以看到枢轴支架38的枢轴部分55包括两个相对的侧面64、65。枢轴槽56位于侧面64上，而其相对的侧面65当枢轴支架38安装于壳体17上时被定向成朝向刀具座12(参见图10)。枢轴部分55还形成一槽56，它基本上平行于安装部分58的的纵轴。槽56的尺寸可以滑动和转动地接纳枢轴销52。优选地，枢轴销52具有圆形截面，而槽56在其封闭端所成的形状与销的截面相一致。这样，如图4的俯视图所示，枢轴销52就可以放置在枢轴部分55的槽56之内。
在该图示的实施例中，带有枢轴销52的枢轴块48可以分开地安装在细长杆45上。更具体地说，枢轴块48可以包括至少两个螺孔53，与在细长杆45的一端上形成的非螺纹孔相重合。安装螺丝49可供将枢轴块48安装在细长杆45的端部。枢轴销52可以是接合在枢轴块48上形成的一个孔内的一只单独的销子。该销子可以用压配合固定到位或用一个单独的固定螺丝(如图4中所示的螺丝54)锁定到位。优选地，压板50和枢轴块48是一体形成的，如图6中所示。此外，整个插入/取出工具37也可以是一体形成的。工具37必须用具有足够强度的材料制成，以在其用于插入或取出刀具柄时经受施加给它的弯曲力矩。工具37优选用钢制成。
现参照图7到图10来描述插入/取出装置35的使用。如图7、图8所示，插入/取出装置37用于从刀具座12中取出刀具柄20。以这种方式使用时，撬动工具40的叉形部分41处于刀具柄20的法兰23与刀具座12的边缘13之间，由于叉形部分41具有带斜度圆周边42，该斜度有助于将法兰23从刀具座的边缘13初始分离，直至叉形部分41的全部都处于两元件之间。然后可以按图8中箭头所示的方向简单地转动工具37而将刀具柄20取出。
为讨论装置35用于刀具柄的插入，参照图7能够最好地理解插入/取出装置35的枢轴支架38的定向。可以看到安装部分58最好是安装在刀具床10的壳体17上，使L形和壳体17的圆周相适合。在这种定向中，枢轴部分55向上突出、或离开壳体17。另外，枢轴部分55定向成使槽56背向刀具床10。
图9和图10示出了用本发明的插入/取出装置35来插入刀具柄20。可以看到插入/取出工具37的相对端部(即：与叉形部分41相对的端部)用于向刀具柄20施加压力，将其推入刀具座12中。更具体地说，枢轴销52容纳在枢轴支架38的槽56中。由于槽56从刀具床10向外敞开，操作员可以很容易地握持细长杆45，将销子导入槽中。
作为插入/取出装置35的进一步特征，枢轴支架38安装在壳体17上，偏离于刀具柄20的径向轴线A。更具体地说，该径向轴线A定向于刀具柄20的衬套上，并相交在法兰23上最靠近壳体17的一点。为获得最佳的机械性能，即支点臂——枢轴支架38偏离轴线A和法兰23的交叉点的一段距离d，如图9所示。这个距离d对应于从枢轴销52到压板50的距离。这个偏离间距d使取出工具37能保持支点的距离f，如图4所示。该支点距离f，与细长杆45的长度一起，可以提供将甚至大锥度的刀具柄20推入刀具座12的所需机械性能。
如图10所示，细长杆45的向上的移动导致取出工具37绕容纳在枢轴支架38内的枢轴销52转动。该细长杆45的向上移动，使压板50产生相称的向下移动，从而使凸缘表面51和刀具柄20的法兰23接触。该向下的移动使刀具柄20克服刀具座12中的保持机构27的保持力而向下移动。
在该示例性的实施例中，距离d在5～10mm的范围内。支点距离f的大小优选在大约3～5mm之间。细长杆45从叉形部分41到枢轴销52的轴线的测量长度优选为约250mm。细长杆的长度和支点距离f的比率，可供衡量由插入/取出工具37产生的机械性能。
根据前面的描述可知，本发明提供一种单一的多功能装置，便于用手动方式将刀具柄从刀具座中取出，以及用手动方式将刀具柄插入刀具座。插入/取出工具37上的枢轴支架38和枢轴块48的结合，使操作员在操作工具37时能用手支撑刀具柄。该工具的构造使得当操作员用一只手转动该工具时，能够通过压板50将足够大的力施加在刀具柄的圆周法兰上。
虽然用附图和上述描述详细地示出和说明了本发明，应该知道这些只是说明性的，而不是对特征进行限制。应该理解的是，以上示出和描述的只是示例性的实施例，根据本发明的精神所作的所有变化和修改，均是本发明要保护的内容。

Claims (14)

1.一种相对于支撑在机械加工中心的壳体(17)内的刀具座(12)取出和插入刀具柄(20)的装置(35)，其中该刀具柄形成一个圆周法兰(23)，该法兰设置成当刀具柄安装在刀具座内时该法兰邻近该刀具座，所述装置包含一个取出/插入工具(37)，该工具包括：一根具有二个相对端部(47、61)的细长杆(45)；一个安装在所述细长杆的一个端部(47)的撬动件(40)；其特征在于：
(a)当该刀具柄安装在刀具座内时，所述取出/插入工具的所述撬动件构造成可放置在刀具柄的法兰和刀具座之间，由此，手动操作所述细长杆，使所述撬动件将该刀具柄从该刀具座中分离出来；
(b)所述取出/插入工具包括一个安装在所述细长杆的所述相对端部(61)的压件(50)，所述压件的尺寸做成可适合于向刀具柄的圆周法兰施加力；以及
(c)所述取出/插入工刀具包括一个从所述细长杆上伸出的枢轴销(52)，其位于所述压件和所述细长杆的一个端部(61)之间；以及
(d)一个枢轴支架(38)，其上形成一个枢轴槽(56)，该槽构造成可移动地将所述枢轴销容纳在其内，其中所述枢轴支架的尺寸做成可安装在机械加工中心的壳体上，使得当该枢轴销设置在该枢轴槽内时，该所述压件与刀具柄的圆周法兰相接触，由此，所述枢轴销和所述枢轴支架形成一个支点，所述细长杆可用手动绕该支点转动，以从所述压件向刀具柄的圆周法兰施加力。
2.如权利要求1的取出和插入刀具柄的装置，其特征在于：所述撬动件(40)呈叉形，且包括一条与邻近法兰(23)的刀具柄的外型(22)互补的弓形边(42)。
3.如权利要求1的取出和插入刀具柄(20)的装置，其特征在于：所述细长杆(45)在所述相对的端部(61)上形成有二个相对的侧边(62、63)，并且所述压件(50)安装在邻近的一侧边(62)处，并且该枢轴销(52)从所述杆的相对的一侧边(63)伸出。
4.如权利要求1的取出和插入刀具柄(20)的装置，其特征在于：所述细长杆在所述一端(47)和所述相对的一端(61)之间形成一个纵轴，且所述压件(50)凸出于所述相对的一端(61)，基本上平行于所述纵轴。
5.如权利要求4的取出和插入刀具柄(20)的装置，其特征在于：所述细长杆(45)的所述相对的一端(61)上形成有两个相对的侧边(62、63)，且所述压件(50)安装于邻近的一个侧边(62)处，且枢轴销(52)从相对的一个侧边(63)伸出。
6.如权利要求1的取出和插入刀具柄(20)的装置，其特征在于：所述枢轴支架(38)包括一个安装部分(58)，其尺寸可供安装在壳体(17)上，和一个连接于所述安装部分的枢轴部分(55)以形成一个L型。
7.如权利要求6的取出和插入刀具柄(20)的装置，其特征在于：所述枢轴部分(55)形成有二个相对的侧面(64、65)，所述枢轴槽(56)形成在一个侧面(64)处，当所述枢轴支架安装在壳体上时，相对的侧面(65)设置成朝向刀具座(12)。
8.一种刀具更换组件(10)，用于支撑多个供在机械加工中心内取出和更换的刀具柄(20)，其中每个刀具柄都形成有一个圆周法兰(23)，所述刀具更换组件包含：多个刀具座(12)，每个刀具座都构造成可抓牢地容纳具有圆周法兰(23)的相应的刀具柄，该圆周法兰(23)设置成靠近刀具座；一个取出/插入工具(37)包括；一根具有二相对两端部(47、61)的细长杆(45)；一个安装在所述细长杆的一端的撬动件(40)；其特征在于：
(a)当刀具柄安装于刀具座内时，所述取出/插入工具的所述撬动件构造成可放置在该刀具柄的法兰和该刀具座之间，由此，手动操作所述细长杆，使所述撬动件将该刀具柄从该刀具座中分离出来；
(b)所述取出/插入工具包括一个安装在所述细长杆的一个相对端部(61)的压件(50)，所述压件的尺寸适合于向该刀具柄的圆周法兰施加个力；以及
(c)所述取出/插入工具包括一个从所述细长杆(45)上伸出的枢轴销(52)，其位于所述压件(50)和所述细长杆的一个端部(61)之间；以及
(d)一个枢轴支架(38)，其上形成一个枢轴槽(56)，该槽构造成将所述枢轴销(52)可移动地容纳在其内，其中所述枢轴支架(38)的尺寸可供安装在机械加工中心的壳体(17)上，使得当枢轴销设置在枢轴槽内时，该所述压件与刀具柄的圆周法兰相接触，由此，所述枢轴销和所述枢轴支架形成一个支点，绕该支点所述细长杆可用手动转动，以从所述压件(50)向该刀具柄(20)的圆周法兰(23)施加力。
9.如权利要求8的取出和插入刀具柄的装置，其特征在于：所述撬动件(40)呈叉形，且包括一条与邻近法兰(23)的刀具柄的外型(22)互补的弓形边(42)。
10.如权利要求8的取出和插入刀具柄(20)的装置，其特征在于：所述细长杆(45)的所述相对的端部(61)形成有二个相对的侧边(62、63)，并且所述压件(50)安装在邻近的一侧边(62)，并且该枢轴销(52)从所述杆的相对的一侧(63)伸出。
11.如权利要求8的取出和插入刀具柄(20)的装置，其特征在于：所述细长杆(45)在所述一端(47)和所述相对的一端(61)之间形成一个纵轴，且所述压件(50)凸出于所述相对的一端(61)，基本上平行于所述纵轴。
12.如权利要求11的取出和插入刀具柄(20)的装置，其特征在于：所述细长杆在所述相对的一端(61)上形成有相对的两侧边(62、63)，并且所述压件(50)安装在于邻近的一个侧边(62)，并且该枢轴销(52)从相对的一个侧边(63)伸出。
13.如权利要求8的取出和插入刀具柄(20)的装置，其特征在于：所述枢轴支架(38)包括一个安装部分(58)，其尺寸可供安装在壳体(17)上，和一个连接于所述安装部分的枢轴部分(55)以形成一个L型。
14.如权利要求13的取出和插入刀具柄(20)的装置，其特征在于：所述枢轴部分形成二个相对的侧面(64、65)，所述枢轴槽(56)形成于一个侧面(64)，当所述枢轴支架安装在壳体罩上时，相对的侧面(65)设置成朝着该刀具座(12)。
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