CN202862020U - 刀具及自动刀具更换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供刀具及自动刀具更换装置，以更简单的动作就能够使被自动更换的刀具相对于刀具轴进行装卸。特征在于，在刃部（砂轮或刀头）及与刀具轴结合的柄部之间或在刃部的与柄部相反的一侧，具备与在刀库的刀架设置的圆筒凹面或圆锥凹面嵌合的圆筒面或圆锥面。本实用新型的刀具以使刃部3侧朝下的铅直姿势安装于车床的刀具轴，在圆筒面或圆锥面与在刀库的刀架设置的圆筒凹面或圆锥凹面嵌合的状态下，将刀具以刃部朝下方的铅直姿势保持于刀库的刀架。

Description

刀具及自动刀具更换装置

技术领域

本实用新型涉及具备自动刀具更换装置（以下，称为“ATC”）的车床所使用的刀具、及这种车床的ATC。

背景技术

公知如下车床：其具备安装刀具并进行旋转的旋转刀具轴、和安装在该刀具轴的刀具的ATC。这种车床（以下，仅称为“车床”）所使用的刀具具备：被刀具轴把持的柄部；和用于加工工件的刃部（包括磨粒和砂轮）。此外，ATC具备：收纳多个刀具的刀库；以及在该刀库和刀具轴之间交接刀具的更换装置。

就刀具轴和刀具的结合而言，一般为利用开闭的卡盘对刀具的柄部进行把持的结构、和通过锥柄和锥孔的嵌合而形成的结构。前者的结构中，柄部为圆筒状的直柄，后者的结构中，柄部为刀尖侧粗的圆锥状的锥柄。图8是示意地示出具备锥柄21b的刀具2的以往的刀具更换动作的图，标号41是刀库的刀座（pot），标号7是在刀具轴1和刀座41之间进行刀具2的交接的更换装置。刀座41具备与刀具的锥柄21b嵌合的圆锥凹面42，刀具2以使锥柄21b嵌合于该圆锥凹面42的状态保持于刀座41。

图中的更换装置7为将两端具备指部72的回转臂73安装在进行180度回转及沿轴向往复移动的回转轴71的末端的结构。更换装置7用两端的指部72把持被刀座41保持的刀具的凸缘28和被刀具轴保持的刀具的凸缘28并向下移动，由此，将刀具2、2从刀具轴1及刀座41拔出。接下来，回转轴71进行180度回转并向上移动，由此，将刀具2、2的锥柄21b插入到刀具轴1及刀座41，从而在刀座41和刀具轴1之间进行刀具2、2的互换。

以往的ATC的刀库是通过用在刀库设置的刀座来保持被刀具轴把持的柄部的部分（刀座式）、或用在刀库设置的指部来保持在柄的根部设置的凸缘的部分（指式），从而收纳被更换的大量刀具。

然而，刀座式ATC需要在刀具轴和刀库之间交接刀具的更换装置。另一方面，指式ATC需要在设于刀库的大量刀架上设置指部，刀库的结构复杂，并且，在更换刀具时需要进行指部的开闭。因此，刀座式及指式都存在ATC的结构复杂、并且刀具更换动作复杂这样的问题。

实用新型内容

本实用新型的课题在于，获得能够以更简单的动作将被自动更换的刀具相对于刀具轴进行装卸的刀具、及用于自动更换这种刀具的ATC。

本实用新型的第一方面的刀具具备由旋转刀具轴把持的柄部，其特征在于，该刀具在柄部和刃部之间具备柄部侧直径大的圆锥面，该圆锥面具备与在刀库的刀架设置的圆锥凹面嵌合的形状精度及表面精度。

另外，本实用新型的第二方面的刀具具备由旋转刀具轴把持的柄部，其特征在于，该刀具在柄部和刃部之间具备：柄部侧直径大的圆锥面；与该圆锥面的刃部侧邻接的、比该圆锥面直径小且逆向的第2圆锥面；以及在该第2圆锥面的刃部侧以大径端与该第2圆锥面的大径端邻接的方式设置的、刃部侧直径小的第3圆锥面。

另外，本实用新型的第三方面的刀具具备由旋转刀具轴把持的柄部，其特征在于，该刀具在柄部和刃部之间具备圆筒面，该圆筒面与在刀库的刀架设有的圆筒凹面嵌合，该刀具保持于该刀架。

另外，本实用新型的第四方面的刀具具备由旋转刀具轴把持的柄部，其特征在于，该刀具在柄部和刃部之间具备：圆筒面；与该圆筒面的刃部侧邻接的、比该圆筒面直径小且刃部侧直径大的圆锥面；以及在该圆锥面的刃部侧以大径端与该圆锥面的大径端邻接的方式设置的、刃部侧直径小的第2圆锥面。

另外，本实用新型的第五方面的刀具具备由旋转刀具轴把持的柄部，其特征在于，在刃部的与柄部相反的一侧具备柄部侧直径大的圆锥面，该圆锥面具备与在刀库的刀架设置的圆锥凹面嵌合的形状精度及表面精度。

另外，本实用新型的第六方面的自动刀具更换装置的特征在于，该自动刀具更换装置在刀库具备多个刀架，各刀架具备：与第二方面所述的刀具的圆锥面嵌合的圆锥凹面；位于该圆锥凹面的小径侧、且比所述第2圆锥面靠刃部侧的部分能通过的开口；以及末端与所保持的刀具的第2圆锥面抵接并对该刀具朝其刃部侧施力的压接件，在使车床的刀具轴的轴心与多个刀架中的1个刀架的轴心一致位于同一轴线上的状态下，利用刀具轴朝向所述1个刀架的进退动作，在刀库和车床之间进行刀具的交接。

另外，本实用新型的第七方面的自动刀具更换装置的特征在于，该自动刀具更换装置在刀库具备多个刀架，各刀架具备：与第四方面所述的刀具的圆筒面嵌合的圆筒凹面；位于该圆筒凹面的进深侧、且比所述第1圆锥面靠刃部侧的部分能通过的开口；以及末端与所保持的刀具的第1圆锥面抵接并对该刀具朝其刃部侧施力的压接件，在使车床的刀具轴的轴心与多个刀架中的1个刀架的轴心一致位于同一轴线上的状态下，利用刀具轴朝向所述1个刀架的进退动作，在刀库和车床之间进行刀具的交接。

另外，本实用新型的第八方面的自动刀具更换装置的特征在于，该自动刀具更换装置在刀库具备多个刀架，各刀架具备：与第一至第五方面中的任一方面所述的刀具的圆筒面或圆锥面嵌合的圆筒凹面或圆锥凹面；以及对所保持的刀具朝其刃部侧施力的压接单元，在使车床的刀具轴的轴心与多个刀架中的1个刀架的轴心一致位于铅直方向的同一轴线上的状态下，利用刀具轴朝向所述1个刀架的进退动作，在刀库和车床之间进行刀具的交接。

本实用新型的刀具是具备刃部3（砂轮3a或刀头3b）以及与刀具轴结合的柄部21（直柄21a或锥柄21b）的、车床的自动更换用的刀具2（2a～2d）。本实用新型的刀具2的特征在于，在柄部21和刃部3之间，或者在刃部3的与柄部21相反的一侧，具备与在刀库的刀架4设有的圆筒凹面48或圆锥凹面42嵌合的圆筒面（以下，称为“保持圆筒面”）38、或柄部21侧直径大而刃部3侧直径小的圆锥面（以下，称为“保持圆锥面”）22。

本实用新型的刀具2的柄部21由刀具轴的卡盘（直柄的情况）把持、或与刀具轴的锥孔（锥柄的情况）嵌合，从而将刀具2以使刃部3侧朝下的铅直姿势安装于车床的刀具轴1。此外，本实用新型的刀具2，在保持圆筒面38或保持圆锥面22与在刀库5的刀架4设置的圆筒凹面48或圆锥凹面42嵌合的状态下，刀具2以使刃部3朝下的铅直姿势被保持于刀库的刀架4。在将保持圆筒面38或保持圆锥面22设于柄部21和刃部3之间时，刀架4在保持圆筒面38的下方或圆锥凹面42的小径侧，具备刃部3及保持该刃部的主体25的部分能通过的开口45。

在刀架4难以设置上述那样的开口45时，即，由于刀具的刃部大因而圆筒凹面、圆锥凹面的直径成为不实用程度的大径时，在刃部3的与柄部相反的一侧设置保持圆锥面，通过该保持圆锥面与刀架侧的圆锥凹面嵌合，将刀具保持于刀架。但是，该结构仅在刀具2的轴向长度短时能实用。

由于刀架4以使刀具2的轴线沿铅直方向的方式进行保持，因此，刀具2借助自重而与刀架4的圆筒凹面48或圆锥凹面42嵌合，刀具2在刀架4内的位置得到保持。为安全起见，优选在刀架4设置对刀具的保持圆筒面38或保持圆锥面22朝刀架的圆筒凹面48或圆锥凹面42施力的压接件6（6a、6b）。在想要提高被刀架保持的刀具的轴心的位置精度、倾斜精度时，优选通过保持圆锥面22和圆锥凹面42的嵌合来保持刀具。

本实用新型的ATC的特征在于，在使刀具轴1的刀具安装端11与刀架4的圆筒凹面48的开口端或圆锥凹面42的大径侧开口端对置的状态下，借助于刀具轴1的轴向的进退动作和其进出端处的刀具轴侧的卡盘或拉杆等刀具把持装置的开闭动作，在刀具轴1和刀库的刀架4之间直接（不经由更换装置）装卸本实用新型的刀具2。

本实用新型的ATC尤其适于刀具轴1在使其刀具安装端11朝下方的铅直姿势进行刀具更换的车床。这种车床中，刀具2以借助自重使其保持圆筒面38或保持圆锥面22与刀架的圆筒凹面48或圆锥凹面42嵌合的状态保持于刀库的刀架4，因此，即使保持圆筒面38或保持圆锥面22与圆筒凹面48或圆锥凹面42的刀具轴向的嵌合长度较短，也能够将刀具2以准确的铅直姿势从刀具轴1交接至刀架4。因此，由于将刀具2以准确的姿势保持至刀架4，因此，在接下来将该刀具安装至刀具轴1时，该刀具被准确地安装于刀具轴1。

本实用新型的ATC的刀具更换位置设定为：在刀具轴1的移动区域内该刀具轴的轴心和保持被更换的刀具的刀架的轴心准确地一致的位置。该刀具更换位置可设定在刀具轴的移动区域内的多个位置。在刀库设置大量刀架4时，与以往的ATC一样，设置使刀架从刀具更换位置退避的往复移动装置、回转装置即可。在使刀具轴沿铅直方向向下进行刀具更换的车床中，优选保持刀架的铅直方向向上的姿势地进行往复移动或回转移动的结构。

由于本实用新型的ATC在刀库的刀架4和车床的刀具轴1之间直接交接刀具，因此，能够避免由于设置更换装置所引起的设备的复杂化、及在与更换装置交接时发生的轴心位置误差的产生，因此，具有如下这样的效果：既能够使ATC的结构及刀具的更换动作简单化，又能够将被自动更换的刀具准确地安装于车床的刀具轴。

本实用新型的刀具通过在刀具设置的保持圆筒面38或保持圆锥面22与在刀库的刀架设置的圆筒凹面48或圆锥凹面42嵌合而被保持在刀库内。在柄部21和刃部3之间设置有保持圆筒面38或保持圆锥面22的刀具用比柄部21更靠近刃部3的位置进行保持，因此，与将锥柄与刀库的刀座嵌合而保持刀具的以往结构相比，在与嵌合部接近刃部3的程度对应地使刃部3的位置处于更准确的位置的状态下，将刀具保持于刀库。而且，该刀具未经由更换装置而被直接安装到刀具轴，因此，能够以更高的精度将刀具安装于刀具轴。

在刀具的保持圆锥面22和刀架的圆锥凹面42嵌合时，能够将刀具2以无轴心的偏差和倾斜的姿势保持于刀库的刀架4，而且，能够不经由更换装置而在刀具轴1和刀架4之间直接交接刀具。因此，能够在刀具轴1和刀架4之间高精度地交接刀具2，因此，具有能够进行使安装于刀具轴1的刀具2的轴心的偏差和倾斜为最小限度的、高精度的刀具安装的效果。该效果对难以使刀具轴1和刀具2相结合的结合部具有高的调心作用的直柄的刀具尤其有效。

附图说明

图1是本实用新型的刀具的第1实施例的侧视图。

图2是对图1的刀具进行保持的刀架的侧剖视图。

图3是本实用新型的ATC的第1实施例的局部侧视图。

图4是本实用新型的刀具的第2实施例的侧视图。

图5是对图4的刀具进行保持的刀架的侧剖视图。

图6是本实用新型的刀具和ATC的刀架的第3实施例的侧剖视图。

图7是本实用新型的刀具和ATC的刀架的第4实施例的侧剖视图。

图8是示出以往的刀具和ATC的一例的侧视图。

标号说明

1刀具轴

2（a～d）刀具

3刃部

3a砂轮（砥石）

3b刀头（chip）

4刀架

5刀库

6压接件

6a球塞

6b压块

11刀具安装端

21柄部

21a直柄

21b锥柄

22圆锥面（保持圆锥面）

23施力圆锥面

25主体（body）

28凸缘

30台阶部

38圆筒面（保持圆筒面）

42圆锥凹面

45开口

48圆筒凹面

61弹簧

62球

65螺旋弹簧

66支轴

67压接端

具体实施方式

以下，参照附图，对本实用新型的刀具及ATC进一步进行说明。图1是示出本实用新型的刀具的一例的图，是示出对玻璃板进行开孔及内周缘的加工的砂轮的例子的图。

对于图1所示的砂轮3a，基本形状为细的圆筒形，其末端面31形成为对玻璃板向砂轮轴向切入的磨削面，在该末端面设有直径方向的槽32，该槽32用于防止不发挥磨削作用的中心部与玻璃板接触，并用于使加工液流通。砂轮3a的末端部外周形成为末端侧直径小的圆锥面33，并具备与该圆锥面33连续的圆筒面34和鼓形部35。鼓形部35两侧的圆锥面36、37形成为，将钻通了的孔的周面的表背边缘倾斜地削落的、用于进行所谓的倒角的磨削面。

砂轮3a上一体设有砂轮轴26，砂轮轴26的末端侧形成为直柄21a。在砂轮轴26的柄部21a和成为刃部的砂轮3a之间，形成有柄部侧为大径而砂轮侧为小径的保持圆锥面22。而且，与该保持圆锥面22的小径端邻接地形成逆向的、即柄部21a侧为小径而砂轮3a侧为大径的施力圆锥面23。施力圆锥面23比保持圆锥面22直径小，在保持圆锥面22的小径端和施力圆锥面23的小径端之间的连接部，形成有保持圆锥面侧为大径的阶梯差27。此外，与施力圆锥面23的大径端相连接地形成有砂轮3a侧为小径的导向圆锥面（实用新型权利要求书中所说的第3圆锥面）24。

图2是保持该刀具2a的刀架4的侧剖视图。刀架4在其轴心具备与刀具2a的保持圆锥面22嵌合的圆锥凹面42，利用螺栓52将预定个数的刀架4以使该圆锥凹面42朝向上方的铅直姿势安装于刀库的工作台51。刀架4具备与圆锥凹面42的小径端连续地贯通的开口45，该开口为刀具2a的砂轮3a、导向圆锥面24及施力圆锥面23能够通过的大小。此外，刀架4具备球塞6a，该球塞6a具备球62，在保持圆锥面22嵌合于圆锥凹面42的状态下，在与被刀架4保持的刀具的施力圆锥面23对应的位置，该球62被弹簧61压接于施力圆锥面23。该球塞6a绕刀架4的轴线以120度的角度设有3个。

车床的旋转刀具轴1至少在更换刀具时朝着铅直方向，且其刀具安装端11朝下。在刀具轴1中内置有对刀具的柄部21进行把持的弹簧卡盘及其开闭装置。

以安装于刀具轴1的刀具2a朝着被定位在刀具更换位置的空的刀架4的方式使刀具轴1沿轴向进入，在保持圆锥面22即将与圆锥凹面42碰撞之前的进出（進出）端处停止，并打开弹簧卡盘，由此将刀具2a交接至刀架4。

此时，刀具的砂轮3a通过开口45，球塞6a在被导向圆锥面24压入且其大径端通过了的位置与施力圆锥面23对置。从刀具轴1释放的刀具2a在球塞6a按压施力圆锥面23而产生的楔固作用下，以保持圆锥面22与圆锥凹面42嵌合的状态保持于刀架4。在该保持状态下，借助于保持圆锥面22和圆锥凹面42之间的圆锥彼此的嵌合，刀架4的轴心与保持于刀架4的刀具2a的轴心被保持在无偏差和倾斜的状态。

接下来，将保持有要更换的刀具的刀架定位在刀具更换位置，使刀具轴1沿轴向进入，在刀具的柄部21a贯穿插入于刀具轴的状态下关闭弹簧卡盘，使刀具轴1上升，由此，将刀具2a交接至刀具轴1。此时，球塞6a在被施力圆锥面23压入而通过其大径端后，球塞6a被导向圆锥面24导向而复位到进出位置。刀具的砂轮3a通过开口45并上升。

图4及图5是示出上述第1实施例的变形例的图，图4是示出刀具2c的图，图5是示出对图4的刀具进行保持的刀架4的图。该第2实施例中，代替第1实施例的保持圆锥面22而设置了保持圆筒面38，并代替圆锥凹面42而设置了与保持圆筒面38嵌合的圆筒凹面48。圆筒凹面48具备与刀具侧的阶梯差27卡合的底缘49，借助于球塞6a的压接力，将刀具2c的保持圆筒面38在阶梯差27和底缘49抵接的状态下嵌合并保持于刀架4的圆筒凹面48。

把持柄部21a的刀具轴的卡盘通常具备对所插入的柄部的少许的轴偏差进行修正并把持的功能，通过精度良好地加工保持圆筒面38和圆筒凹面48，使保持圆筒面38和圆筒凹面48的径差在其允许的轴偏差的范围内，由此，能够利用保持圆筒面38和圆筒凹面48的嵌合将刀具2c以足够的实用精度保持在刀架4上。

图6是示出本实用新型的刀具和ATC的刀架的第3实施例的图，是将本实用新型应用于刀具2b的例子，该刀具2b具备：锥柄21b；和用于利用以往结构的更换装置的把持爪来把持刀具的凸缘28。第3实施例的刀具2b具备：与刀具轴的锥孔嵌合的锥柄21b；和卡定拉杆的钩部（フツク）29，该拉杆用于提起要安装的刀具而使锥柄21b和刀具轴的锥孔牢固地嵌合。此外，刀具2b具备由在刀具轴和刀库之间交接刀具的更换装置的指部保持的凸缘28，以便也能够利用以往结构的ATC。标号3b为作为刃部的刀头，标号25为固定刀头3b的主体。柄部21b侧为大径而刀头3b侧为小径的保持圆锥面22设在凸缘28和主体25之间。

在刀库的回转工作台51上安装的刀架4具备与刀具的保持圆锥面22嵌合的圆锥凹面42，在圆锥凹面42的小径侧，贯通形成有刀头3b和主体25能够通过的开口45。刀架4上设有压块6b，该压块6b被与圆锥凹面42的轴心交叉的支轴66轴支承，并且借助螺旋弹簧65对压接端67朝圆锥凹面42侧施力。该压块6b具备从支轴66朝与压接端相反的一侧延伸的杆68，在刀具更换位置处，在通过未图示的致动器（气缸等）压动杆68时，压接端67朝上方转动，避免了相对于刀架4插拔的刀具的凸缘28和压块6b干涉。

在刀具轴1和刀架4之间交接刀具2b时，是在压块6b的压接端67朝上方转动了的状态下进行的，更换动作结束后，所述致动器退避，压块6b的压接端67借助螺旋弹簧65的作用力，将被刀架4保持的刀具的凸缘28的上表面30向圆锥凹面42侧推压，防止刀具2b从刀架4脱落。在刀架4从刀具更换位置退避的状态下，压块6b借助螺旋弹簧65的作用力，始终以对所保持的刀具的保持圆锥面22朝刀架的圆锥凹面42施力的状态保持刀具。由此，能够防止刀具2b和刀架4的轴心的偏差和倾斜，并能够防止在将被刀架4保持的刀具再次安装于刀具轴1时的刀具轴1和刀具2b的轴心的偏差和倾斜。

图7是示出本实用新型的第4实施例的图，是示出由于刀具2d的刃部（砂轮）3a的直径大因而无法在刀架4上设置砂轮3a能够通过的圆筒凹面或圆锥凹面的例子的图。该例中，刀架4的结构为如图2中说明的那样的结构，刀具2d的与该刀架4的圆锥凹面42嵌合的保持圆锥面22、和施力圆锥面23及导向圆锥面24设置在砂轮3a的与柄部21a相反的一侧。保持圆锥面22、施力圆锥面23及导向圆锥面24的形状及作用如第1实施例说明的那样，刀具2d以保持圆锥面22被球塞6a朝刀架的圆锥凹面42施力的状态保持于保持架4。

Claims (5)

1.一种刀具，其具备由旋转刀具轴把持的柄部，其特征在于， 

该刀具在柄部和刃部之间具备柄部侧直径大的圆锥面，该圆锥面具备与在刀库的刀架设置的圆锥凹面嵌合的形状精度及表面精度。 

2.一种刀具，其具备由旋转刀具轴把持的柄部，其特征在于， 

该刀具在柄部和刃部之间具备：柄部侧直径大的圆锥面；与该圆锥面的刃部侧邻接的、比该圆锥面直径小且逆向的第2圆锥面；以及在该第2圆锥面的刃部侧以大径端与该第2圆锥面的大径端邻接的方式设置的、刃部侧直径小的第3圆锥面。 

3.一种刀具，其具备由旋转刀具轴把持的柄部，其特征在于， 

在刃部的与柄部相反的一侧具备柄部侧直径大的圆锥面，该圆锥面具备与在刀库的刀架设置的圆锥凹面嵌合的形状精度及表面精度。 

4.一种自动刀具更换装置，其特征在于， 

该自动刀具更换装置在刀库具备多个刀架，各刀架具备：与权利要求2所述的刀具的圆锥面嵌合的圆锥凹面；位于该圆锥凹面的小径侧、且比所述第2圆锥面靠刃部侧的部分能通过的开口；以及末端与所保持的刀具的第2圆锥面抵接并对该刀具朝其刃部侧施力的压接件， 

在使车床的刀具轴的轴心与多个刀架中的1个刀架的轴心一致位于同一轴线上的状态下，利用刀具轴朝向所述1个刀架的进退动作，在刀库和车床之间进行刀具的交接。 

5.一种自动刀具更换装置，其特征在于， 

该自动刀具更换装置在刀库具备多个刀架，各刀架具备：与权利要求1～3中任一项所述的刀具的圆锥面嵌合的圆锥凹面；以及对所保持的刀具朝其刃部侧施力的压接单元， 

在使车床的刀具轴的轴心与多个刀架中的1个刀架的轴心一致位于铅直方向的同一轴线上的状态下，利用刀具轴朝向所述1个刀架的进退动作，在刀库和车床之间进行刀具的交接。 

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