TW202228901A

TW202228901A - 換刀裝置

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Publication number: TW202228901A
Application number: TW110143211A
Authority: TW
Inventors: 米歇爾穆勒; 埃爾溫森海賽爾; 奧利佛費爾曼; 普敏艾瑞克克雷爾
Original assignee: 瑞士商瑞絲浩爾公司
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2022-08-01
Also published as: EP4259377A2; MX2023006761A; US20240058880A1; WO2022122443A2; CH716713B1; JP2023552780A; WO2022122443A3; CN116600937A; KR20230113617A

Abstract

本發明提供一種換刀裝置（200），其用於更換一工具機（100）中之刀具（500）。該換刀裝置具有一支撐結構（210），在該支撐結構上，一升降托架（240）沿著一豎直升降方向（Z3）導引。一樞轉臂（250）繞一豎直支樞軸（C3）可樞轉地安裝至該升降托架（240）。以一者在另一者上方之方式豎直地配置的複數個刀架（221、222、223、230）形成一刀具庫（220）。一刀具抓持器（260）附接至該樞轉臂（250）。該刀具抓持器抓持一刀具（500）。該刀具隨後藉由該樞轉臂（250）之一組合式升降及樞轉移動在該等刀架中之一者與該工具機之刀具主軸之間移動。視情況，一輔助臂（252）可樞轉地附接至該樞轉臂（250）。該輔助臂（252）可用以更換該工具機之一工件夾持部件。

Description

換刀裝置

本發明係關於一種用於一工具機之換刀裝置、一種裝備有該換刀裝置之工具機，及此換刀裝置之用途。該工具機可為一切齒機（gear cutting machine），特別用於齒輪產生加工。特定而言，待更換的刀具可為一齒輪切削刀具。

在工具機中，常常有必要用另一刀具替換一個刀具，例如以重磨（resharpen）被磨損的刀具。此亦特別適用於切齒機。舉例而言，齒輪切削刀具的使用壽命有限且因此必須定期替換。為了減少換刀所需的工作量及時間，在目前先進技術中已提議自動換刀裝置。

舉例而言，US20170232564A1揭示滾齒機上之換刀裝置。在換刀期間，自滾齒機之刀頭移除呈滾刀形式之刀具且由懸掛裝置拾取該刀具。該懸掛裝置藉助於水平輸送軌道輸送至中間位置且在中間位置處，繞豎直軸線旋轉至移除位置使得可移除滾刀。此換刀裝置由於其設計而僅適合於刀具旋轉軸線水平的機器且僅適合於安裝在刀頭兩側的刀具。特定而言，該換刀裝置不適合於齒輪切削刀具。其亦佔用大量空間。

US2014106950A1揭示一種換刀裝置，其具有安裝在具有三個托架之托架單元上的抓持器（gripper）。銑刀豎直地懸掛於旋轉刀庫中。旋轉刀庫中之旋轉發生在水平面中。銑刀可藉由換刀裝置在旋轉刀庫與加工頭之間來回輸送。此換刀裝置由於其設計而亦僅適合於安裝在刀頭兩側的刀具，且因此不適合於齒輪切削刀具。此外，此換刀裝置亦需要大量空間。

US2019070682A1揭示一種換刀裝置，其藉助於水平托架在旋轉刀庫與加工頭之間來回輸送齒輪切削刀具。此處，循環刀庫之循環發生在豎直平面中。此換刀裝置亦需要相對大量的空間。

US2020130120A1揭示一種換刀裝置，其亦可用以更換齒輪切削刀具。該等刀具儲存於鼓形刀具庫中。該換刀裝置具有可繞水平軸線樞轉的雙臂。抓持區段形成於雙臂之自由末端中之每一者處。該雙臂藉由抓持區段抓持夾持在刀具主軸上之加工刀具及已自刀具庫彈出之刀具兩者，且將此等兩個刀具彼此交換。此換刀裝置亦佔用相對大量的空間。

WO2012027770A2揭示一種刀具庫，在該刀具庫中，複數個彎曲刀具儲存於以一者在另一者上方之方式配置的刀架中。鉸接臂機器人自刀庫移除刀具且將刀具轉移至彎曲機。未揭示在切齒機上的使用。

US2010173762A1揭示一種換刀裝置，其具有可升降以及可旋轉的支撐柱，雙抓持器附接至該支撐柱。該換刀裝置在刀具主軸與懸掛刀具之鏈式刀庫之間輸送刀具。該換刀裝置具有複雜的凸輪機構以產生升降及旋轉移動。該換刀裝置之設計為相對複雜的。此處亦未揭示在切齒機上的使用。

本發明之目標為揭示一種換刀裝置，該換刀裝置由於其構造而可經組態為特別節省空間。

此目標係藉由如技術方案1之換刀裝置來達成。附屬技術方案中規定了其他具體實例。

揭示一種換刀裝置，其用於更換工具機中，特別係切齒機中之刀具。該換刀裝置包含：支撐結構；升降托架，其在支撐結構上沿著在空間中豎直地延行的升降方向導引；樞轉臂，其可樞轉地安裝至升降托架使得其可繞在空間中豎直地延伸之支樞軸樞轉；刀具抓持器，其安裝於樞轉臂上且經組態以抓持刀具；及刀具庫，其具有以一者在另一者上方之方式豎直地配置的複數個刀架，其中該換刀裝置經組態以藉由樞轉臂之組合式升降及樞轉移動使由刀具抓持器抓持之刀具選擇性地在刀架中之一者與工具機之刀具主軸之間或在刀具庫之兩個不同刀架之間移動。

由於該刀具庫係藉由以一者在另一者上方之方式豎直地配置之若干刀架形成，因此刀具庫所需之空間極小。可極易裝載及卸載此刀具庫。出於此目的，本發明提議一種可豎直移動之升降托架，具有刀具抓持器之可水平樞轉之樞轉臂可樞轉地安裝至該升降托架。此配置可簡單且低成本地實施，且亦需要極小空間。總之，結果為一種極緊密的換刀裝置，其可藉由將支撐結構連接至工具機之工具機床台而容易地直接整合至工具機中。

特定而言，該支撐結構可包含經組態以在下端處安裝至工具機之工具機床台的豎直柱。該升降托架接著在柱上沿著升降方向導引。較佳地，該等刀架亦安裝至此柱。然而，在替代具體實例中，亦可設想到將刀架附接至支撐結構之另一元件。

為了使得能夠對刀具庫進行特別簡單的裝載，刀具庫中之一個刀架可移動地安裝至支撐結構，特別係可沿著水平裝載方向移位及/或可繞豎直裝載支樞軸樞轉。特定而言，該換刀裝置可包含將換刀裝置之內部空間與外部空間分離的外壁。該外壁可接著包含用於在內部空間與外部空間之間交換刀具的刀具裝載開口。若可移動刀架可移動穿過刀具裝載開口以使得可自外部空間接近可移動刀架，則特別有利。剩餘刀架可固定地連接至支撐結構。

該換刀裝置可包含經組態以選擇性地關閉或打開刀具裝載開口之刀具裝載門。該刀具裝載門可包含用以向控制裝置報告刀具裝載開口之打開狀態（打開或關閉）的狀態指示器。該控制裝置可經組態以：只要刀具裝載開口打開，便防止換刀裝置之內部中的移動；及/或只要在換刀裝置之內部中執行移動，便防止打開刀具裝載門。

在較佳具體實例中，如下實施可移動換刀裝置：該換刀裝置具有裝載線性導引件及由裝載線性導引件導引之裝載托架，以便可沿著水平裝載方向移位。該可移動刀架接著安裝於裝載托架上以便可繞豎直裝載支樞軸樞轉。可移動刀架之線性可移位性及可樞轉性的組合導致此刀架之特別良好的可接近性，且所需空間最小。

較佳地，該換刀裝置進一步包含經組態以將換刀裝置之內部空間與工具機之加工空間分離的隔板。該隔板接著包含隔板開口，且該換刀裝置包含經組態以選擇性地關閉或打開隔板開口之隔板門。出於此目的，該隔板門可包含對應驅動器，例如氣動驅動器。該隔板開口足夠高使得安裝有刀具抓持器之樞轉臂可在升降托架之至少一個位置，較佳在升降托架之某一位置範圍中移動穿過打開的隔板開口。較佳地，該隔板開口亦足夠高使得當樞轉臂延伸穿過隔板開口時，升降托架可沿著升降方向移動一定量。以此方式，促進下文更詳細描述之刀具更換及可選的夾持部件更換及/或工件更換。

該換刀裝置可進一步包含讀取站，其中該讀取站經配置，其方式為使得由刀具抓持器固持之刀具可藉由樞轉臂之組合式升降及樞轉移動而移動至讀取站，從而讀取刀具上之機器可讀資料載體。舉例而言，該資料載體可為RFID應答器（RFID transponder）。因此，該讀取站可為具有RFID收發器之RFID站。在其他具體實例中，該資料載體可為光學資料載體，例如條形碼或QR碼，且該讀取站可接著經組態為以光學方式讀取此光學資料載體。出於此目的，該讀取站可包含對應讀取裝置，該對應讀取裝置包含光學感測器，例如攝影機，且視情況包含光源，例如LED光源。亦可設想到磁性資料載體或觸覺可讀取資料載體。

為了避免損壞讀取站，該讀取站可具有彈簧加載設計。出於此目的，該讀取站可包含底座、前述讀取裝置及配置於其間的彈簧元件，配置方式為使得該讀取裝置可抵抗由彈簧元件產生之回復力而相對於底座豎直地向下移動。此防止在刀具置放於讀取站上時損壞讀取裝置或對應資料載體。此情形在使用不同長度之刀具且預先並不知曉各別刀具之長度時為特別有利的。藉由使讀取站經彈簧加載，升降托架可始終移動至同一位置以用於讀取刀具，而無關於刀具之長度。接著藉由彈簧元件補償刀具之不同長度。

該換刀裝置可進一步包含刀具清潔器。該刀具清潔器較佳經配置，其方式為使得由刀具抓持器固持之刀具可藉由樞轉臂之組合式升降及樞轉移動而朝向刀具清潔器移動，以便清潔刀具之刀具支援件。特定而言，該刀具清潔器可配置於支撐結構上，特別係配置於刀架上方。若支撐結構形成為柱，則刀具清潔器可配置於柱之上端處。

為了減少非生產性閒置時間，該刀具抓持器可經組態為具有至少兩對夾爪之多抓持器，使得其可抓持兩個或多於兩個刀具。

該刀具抓持器可剛性地或可移動地安裝至樞轉臂。特定而言，該刀具抓持器可安裝於樞轉臂上以便可樞轉，例如可繞豎直或水平抓持器支樞軸樞轉，及/或可移位，特別係可沿著水平抓持器移位方向線性地移位。

除刀具以外的物件亦可由刀具抓持器抓持，以便藉由此等物件執行額外功能。舉例而言，該換刀裝置可包含錐形清潔器，該錐形清潔器經組態以由刀具抓持器抓持。該錐形清潔器可藉由樞轉臂之組合式升降及樞轉移動而朝向刀具主軸移動，以便清潔其錐形容座。又，該換刀裝置可包含量測探針，其中該量測探針可經組態以用於例如工具機之工件夾持部件的徑向及軸向偏擺（runout）量測。該量測探針接著又可經組態以可由刀具抓持器抓持，以便藉由樞轉臂之組合式升降及樞轉移動將其移動至量測位置。該量測探針可繼續藉由刀具抓持器固持於量測位置，或其可藉由工具機之另一組件收納於量測位置，例如夾持於刀具主軸上。

該換刀裝置可經組態以不僅更換刀具，而且更換工件。出於此目的，該換刀裝置可另外包含安裝至樞轉臂之工件抓持器。該工件抓持器可藉由樞轉臂之組合式升降及樞轉移動以與刀具抓持器相同的方式移動。該工件抓持器可接著經組態以自工件支架拾取工件且將工件轉移至工具機之工件主軸。

為了產生樞轉臂之組合式升降及樞轉移動，該換刀裝置可包含用於驅動升降托架以沿著升降方向執行升降移動的升降托架驅動器，及用於驅動樞轉臂以相對於升降托架繞支樞軸執行樞轉移動的樞轉驅動器。此外，該換刀裝置可包含經組態以控制升降托架驅動器、樞轉驅動器及抓持器且視情況控制換刀裝置之其他組件的控制裝置。該控制裝置可為工具機之機器控制件的整體部分；然而，亦可設想到提供僅控制換刀裝置之組件且與實際機器控制件通信的獨立控制裝置。特定而言，該控制裝置可包含經合適程式化之控制電腦。該控制電腦可與個別驅動器之合適NC軸模組互動。

特定而言，該控制裝置可經組態以控制以下操作中之至少一者： a）用刀具抓持器抓持刀具； b）藉由樞轉臂之組合式升降及樞轉移動使由刀具抓持器抓持之刀具在刀架中之一者與工具機之刀具主軸之間移動； c）藉由樞轉臂之組合式升降及樞轉移動使由刀具抓持器抓持之刀具在刀具庫之兩個不同刀架之間移動； d）打開及關閉隔板門；及 e）藉由樞轉臂之組合式升降及樞轉移動將由刀具抓持器抓持之刀具移動至讀取站且讀取抓持刀具上之資料載體； f）藉由樞轉臂之組合式升降及樞轉運動將由刀具抓持器抓持之刀具移動至刀具清潔器且用刀具清潔器清潔所抓持刀具之刀具支撐件； g）相對於樞轉臂移動刀具抓持器；及 h）藉由樞轉臂之組合式升降及樞轉運動將由刀具抓持器抓持之錐形清潔器移動至刀具主軸； j）藉由樞轉臂之組合式升降及樞轉運動將由刀具抓持器抓持之量測探針移動至量測位置； k）用工件抓持器抓持工件且藉由樞轉臂之組合式升降及樞轉運動使由工件抓持器抓持之工件在工件支架與工具機之工件主軸之間移動。

在此態樣中，本發明亦揭示一種操作前述類型之換刀裝置的方法，該方法包含執行前述操作a）至k）中之至少一者。

在較佳具體實例中，該換刀裝置不僅用以更換刀具，而且可用以更換工件之夾持部件。出於此目的，該換刀裝置具有輔助臂，該輔助臂安裝至樞轉臂以便可繞豎直地延伸之輔助支樞軸樞轉，其方式為使得輔助臂之輔助支樞軸及樞轉臂之支樞軸平行且彼此間隔開。較佳地，該輔助臂在靜止位置可釋放地鎖定至樞轉臂，以防止輔助臂繞輔助支樞軸之樞轉移動。該輔助臂經組態以具有附接至其的工具機之工件夾持部件。

出於此目的，該輔助臂可例如具有用於夾持部件固持器之容座。此容座可例如經組態為輔助臂與夾持部件固持器之間的卡口型連接件。出於此目的，該容座可為環形，其中在內部圓周上具有可選凹槽以用於進行卡口連接。因此，工件更換器亦可包含夾持部件固持器，該夾持部件固持器經組態以可拆卸地連接至輔助臂及工件夾持部件，使得工件夾持部件可經由夾持部件固持器附接至輔助臂。特定而言，該工件夾持部件可以懸掛方式附接至輔助臂。此使得可使用特別簡單且輕的夾持部件固持器，此係因為該夾持部件固持器不受扭轉或剪切力的負載。

該輔助臂使得特別容易更換用於工件之夾持部件。可省去外部輔助件，諸如現場起重機、行動起重機小車、具有對應額外功能之特殊設置小車等。此可節省相當大的成本且消除對外部輔助件的空間要求。

力傳感器（transducer）可配置於輔助臂上以便偵測豎直方向上輔助臂上之負載。舉例而言，用於夾持部件固持器之容座可經由力傳感器連接至輔助臂。以此方式，可偵測樞轉臂及輔助臂之系統的過載。

本發明亦揭示上述類型之換刀裝置用於更換工具機上之工件夾持部件的用途。對應方法包含以下步驟中之至少一者，較佳全部，此等步驟未必以所指示之次序進行：執行樞轉臂之組合式升降及樞轉移動，且使輔助臂相對於樞轉臂樞轉以便將輔助臂置於其可經由夾持部件固持器連接至工件夾持部件的位置；將夾持部件固持器與輔助臂及與工件夾持部件連接；藉由升降托架之升降移動來升降經由夾持部件固持器附接至輔助臂之工件夾持部件；藉由使樞轉臂樞轉來將附接至夾持部件固持器之工件夾持部件樞轉至工具機之外部空間中；及藉由升降托架之升降移動將附接至夾持部件固持器之工件夾持部件置於夾持部件支架上。

本發明進一步關於一種包含上文所提及類型之換刀裝置的工具機。該工具機可為切齒機，特別係用於齒輪產生加工之切齒機。該工具機包含工具機床台及刀具主軸。該刀具主軸用以驅動刀具繞刀具軸線旋轉。較佳地，該刀具主軸相對於工具機床台可樞轉地配置於工具機中，使得其可置於刀具軸線在空間中豎直地延伸以便執行刀具更換的位置。該換刀裝置接著配置於工具機床台上，其方式為使得由刀具抓持器抓持之刀具可藉由樞轉臂之組合式升降及樞轉移動自刀具庫中之一個刀架移動至刀具主軸。

特定而言，該刀具主軸可相對於工具機床台沿著至少一個行進方向移動，此行進方向橫向於升降托架之升降方向延伸，以便將刀具主軸選擇性地置於抓持於刀具抓持器上之刀具可夾持於刀具主軸上的位置，或置於上面夾持有刀具之刀具主軸位於樞轉臂之樞轉移動的碰撞輪廓外部的迴縮位置。較佳地，此行進方向為水平方向。此外，該刀具主軸可沿著平行於升降托架之升降方向的方向移動。

該工具機較佳進一步包含具有工件夾持部件之工件主軸。該工件主軸驅動工件夾持部件以繞工件軸線旋轉。較佳地，該工件軸線在空間中為豎直的。若工具機為用於齒輪產生加工之切齒機，則該工具機具有機器控制件，該機器控制件在刀具主軸及工件主軸之旋轉移動之間建立齒輪耦接，亦即，以使得對應旋轉速度彼此處於可預定的固定比率及可預定的相位關係的方式耦接此等移動。

該工件主軸較佳配置於工具機床台上，其方式為使得當輔助臂相對於樞轉臂樞轉離開靜止位置時，該工件夾持部件可附接至輔助臂。出於此目的，該工件主軸較佳可相對於工具機床台沿著至少一個方向移動，此方向橫向於升降托架之升降方向延伸，以便將刀具主軸置於輔助臂上之容座豎直地配置於工件夾持部件上方的位置，該工件夾持部件位於工件主軸上。較佳地，此方向同樣水平地延伸。較佳地，其正交於刀具主軸可水平地移動所沿的水平方向。

定義

切齒機 ：經組態以在工件上產生或加工齒輪齒之機器，特別係齒輪上之內部或外部齒輪齒。舉例而言，切齒機可為對預齒工件進行加工之精細加工機，特別係根據硬化製程對預齒工件進行加工之硬整理機。

齒輪產生加工 ：一種類型之齒輪加工，其中刀具在工件上滾動，從而產生切割運動。已知各種齒輪產生加工程序，由此區分具有幾何學上未定義之刀刃的程序，諸如產生齒輪磨削或齒輪搪磨，以及具有幾何學上定義之刀刃的程序，諸如齒輪滾削、齒輪切削、齒輪刮光或齒輪塑形。

齒輪切削或滾刀剝離 ：齒輪切削程序為用於產生軸向對稱週期性結構之連續晶片移除程序，其中使用齒輪塑形刀具。齒輪切削刀具（「切削輪」（skiving wheel））在其面上具有大量刀刃。刀具及工件安裝於旋轉主軸上。刀具及工件之旋轉軸線彼此成角度配置。典型的滾動係藉由耦合刀具及工件繞旋轉軸線之旋轉移動來達成。此滾動以及刀具或工件沿著工件軸線之軸向饋入運動在齒輪切削期間產生切割運動。外部齒輪及內部齒輪兩者可用此程序進行加工。

樞轉臂之組合式升降及樞轉移動 ：此術語意欲表達發生樞轉臂之升降移動（藉助於升降托架）及樞轉移動兩者。此等移動可以但不必同時發生。必要時，在交替的升降及樞轉移動之若干反覆中，該等移動亦可一個接一個地執行。具有根據第一具體實例之換刀裝置的工具機

圖1展示工具機100之實例，該工具機具有根據本發明之第一具體實例的換刀裝置200。

所展示之工具機100為特別適合於齒輪切削程序之切齒機。然而，亦可用此機器進行其他類型之加工，特定而言，其他齒輪產生加工程序。在圖1中，僅以高度示意性方式展示機器。對於機器之可能特定具體實例的細節，參考文件CH715794B1，其揭示內容以全文引用之方式併入本發明中。在下文中，僅將解釋機器之一些基本特徵以便促進理解隨後解釋之換刀裝置200的操作。

該機器具有工具機床台110。工具機床台110在側視圖上為大致L形的，其具有水平區段111及豎直區段112。Y形托架120配置於水平區段111上。該水平區段可藉助於圖中未示之驅動器相對於工具機床台110沿著Y方向移位。該Y方向在空間中水平地延行。

Y形托架120承載具有工件夾持部件140之工件主軸130，藉由該工件夾持部件，圖中未示之工件可夾持於工件主軸130上。Y形托架120因此充當工件載體。

夾持部件140附接至工件主軸130，其方式為使得其可藉由工件主軸130驅動以繞工件軸線（所謂的C軸）旋轉。C軸在空間中豎直地延伸，亦即，沿著重力方向。C軸及Y方向一起橫跨機器之中心平面。中心平面含有C軸，而無關於Y形托架120沿著Y方向之位置。

Z形托架150配置於工具機床台110之豎直區段112上。該Z形托架可藉助於圖中未示之驅動器相對於工具機床台110沿著Z方向移位。此處，Z方向在空間中豎直地延行，平行於C軸且垂直於Y方向。

在Z形托架150上，配置有承載刀具主軸170且因此形成刀具載體之X形托架160。X形托架160可藉助於圖中未示之驅動器相對於Z形托架150沿著X方向移位。此處，X方向在空間中水平地延行，垂直於Z方向及Y方向，且因此垂直於中心平面。Z形托架150及X形托架160一起形成交叉托架，該交叉托架准許安裝於其上之刀具主軸170沿著相互垂直的Z方向及X方向移位。

刀具主軸170驅動安裝於其上的刀具500，例如齒輪切削刀具，以繞刀具軸線（所謂的B軸）旋轉。出於此目的，刀具500具備刀具支撐件，該刀具支撐件可具有例如根據DIN 698931:2011-04或DIN 69893-6:2003-05之中空錐形柄以用於連接至刀具主軸。藉助於刀具支撐件，刀具500夾持於刀具主軸170之夾持部件中。

刀具主軸170可藉助於圖中未示之驅動器相對於X形托架160繞所謂的A軸樞轉。A軸垂直於B軸，平行於X軸且垂直於中心平面。A軸與B軸相交。B軸樞轉之樞轉平面平行於中心平面。

控制裝置180用以控制機器。特定而言，控制裝置180控制繞軸線A之樞轉驅動、用於刀具軸線B及工件軸線C之主軸驅動，及用於沿著方向X、Y及Z之線性移位的驅動。控制裝置180與圖中未示之控制面板互動，該控制面板允許操作者將控制命令鍵入至控制裝置180中且接收狀態訊息。

對於用於Y形托架120、Z形托架150及X形托架160之移動及用於刀具主軸170繞Z軸之樞轉移動的驅動器及導引件之可能組態以及對於其他構造細節，參考文件CH715794B1。工件之加工

為了用根據圖1之機器對工件進行加工，首先相對於Y方向將Y形托架120置於工件更換位置。在此位置，手動地或藉助於圖中未示之工件裝載器自夾持部件140移除最新成品工件，且將待加工之毛坯工件置放於夾持部件140上且夾持。此後，沿著Y方向將Y形托架120移動至加工位置。若毛坯工件為預齒工件，則圖中未示之嚙合裝置用以量測毛坯工件之齒隙，以便判定此等齒隙之角度位置。隨後，將Z形托架150及X形托架160置於刀具500嚙合毛坯工件之位置。同時，刀具主軸170處於圍繞A軸之角度位置，該角度位置尤其取決於工件之螺旋角。現在，以常見方式進行毛坯工件之齒輪產生加工。刀具500及工件以所定義的旋轉速度比率旋轉。此強制耦合由控制裝置180以電子方式實現。藉由Z形托架150之移動，實現沿著工件軸線之軸向饋入。藉由X形及/或Y形托架之移動，可改變刀具相對於工件軸線之徑向進給。此等移動亦由控制裝置180控制。

在一段時間之後，刀具500之刀刃磨損至使得必須用新重磨的刀具替換刀具500的程度。出於此目的使用下文所描述之換刀裝置200。換刀裝置之結構 刀具庫及刀具裝載站

機器100之換刀裝置200在圖2中單獨地展示。其具有呈豎直柱210之形式的支撐結構，複數個（此處，三個）刀架221、222、223以一者在另一者上方之方式剛性地配置。此等不可移動刀架在下文中亦被稱作「刀具儲存位置」。

另一刀架230配置於最低不可移動刀架223下方。此刀架可相對於柱210水平地移動，特定而言，可水平地移位且可繞豎直軸線樞轉。可移動刀架230用於在換刀裝置200之內部與外部轉移刀具。其在下文中亦將被稱作「刀具裝載站」。下文將結合圖7、圖8及圖9A至圖9D更詳細地解釋刀具裝載站之結構及功能。當然，刀具裝載站亦可配置於不可移動刀架之間的位置處，使得其處於操作者之人體工學高度。

刀架221、222、223及230中之每一者經組態以收納各別刀具500。出於此目的，刀架具有與刀具之對應部分之形狀互補的形狀。在本實例中，刀架形成為具有大致半圓形凹槽之水平板。此凹槽收納具有減小直徑之圓柱形刀具部分。以較大直徑配置於上方之刀具支撐件的套環形成環形支承表面，藉由該環形支承表面，刀具擱置於板之包圍凹槽的區域上。然而，當然亦可設想到另一形式之刀架。

圖中未示的在每一刀架221、222、223及230處之位置感測器偵測刀具500是否已存放於相關刀架中且將此報告給控制裝置180。舉例而言，位置感測器可為簡單的機械開關，該機械開關由存放於相關刀架中之刀具致動。在圖2之實例中，三個不可移動刀架（刀具儲存位置）各自由刀具500佔用，而可移動刀架230（刀具裝載站）未被佔用。

刀架221、222、223及230形成刀具庫220，該刀具庫用於使有限數目個刀具（此處，最多四個刀具）在機器100中直接可用。隔板

隔板300將換刀裝置200與工具機100之加工空間分離。隔板300用以將換刀裝置200之內部與工具機100之加工空間分離，藉此保護換刀裝置200之內部免受冷卻潤滑劑及/或切屑之污染。

隔板300包含豎直地延伸的隔板壁310。以一定角度向下突出至工具機100之加工空間中的擋板340鄰近於隔板壁310之下端，冷卻潤滑劑及/或切屑可經由擋板朝向工具機床台110之下側的切屑輸送帶（未圖示）排出。隔板開口320形成於豎直隔板310中，該隔板開口可藉由可豎直滑動的隔板門330關閉。圖中未示的致動器，例如先前技術中熟知的氣動致動器，用以產生打開及關閉移動。此驅動器由控制裝置180控制。

安全開關向控制裝置180發信隔板門330之狀態（打開/關閉），從而防止在隔板門330打開時在工具機中對工件進行加工且防止在隔板門330關閉時擺臂250移動穿過隔板開口320。 具有刀具裝載門之外壁

在刀具庫的與隔板300相對之一側，外壁400經配置以將換刀裝置200與外部空間側向地分離。刀具裝載開口410形成於外壁400中，該外壁可由刀具裝載門420關閉。在本實例中，刀具裝載門420可樞轉地安裝於外壁400上。在本實例中，可手動地打開及關閉該刀具裝載門。

外壁400將機器100側向地限定至外部空間。刀具裝載門420用以保護機器100之操作者免受換刀裝置200之移動零件的傷害。特定而言，刀具裝載門420可配備有狀態指示器，該狀態指示器向控制裝置180報告刀具裝載門420之狀態（打開或關閉）。只要刀具裝載門420打開，控制裝置180便確保工件更換器之移動零件不執行任何移動，否則防止刀具裝載門420打開。 RFID 站

RFID站600位於隔板300與外壁400之間區域中，被保護免受冷卻潤滑劑及切屑的影響。下文將結合圖10及圖11更詳細地解釋RFID站600之結構及功能。 Z3 托架上之樞轉臂

在圖3中，展示無隔板300之換刀裝置200。在此圖中，可見在圖2中被隔板310隱藏的換刀裝置之其他組件。

特定而言，吾人可見在柱210上以可移位方式豎直地導引的升降托架240。此升降托架在下文中亦被稱作「Z3托架」。Z3托架240承載樞轉臂250，該樞轉臂可經由樞轉軸承251繞豎直軸線樞轉。此軸線在本文中亦被稱作「C3軸」。C3軸在位於柱210與機器100之加工空間之間或柱210與隔板300之間的區域中與柱210相距一段距離延伸。

僅示意性地展示之刀具抓持器260經安裝至樞轉臂250之自由末端。刀具抓持器使得能夠抓持存放於刀架221、222、223、230中之一者中的刀具500且將其移動至另一位置。出於此目的，刀具抓持器包含兩個夾爪，該兩個夾爪在圖3中未個別地展示且可朝向彼此移動，且刀具抓持器在其套環處藉由該兩個夾爪抓持刀具500之刀具支撐件。

輔助臂252處於樞轉臂250下方，下文結合圖19至圖22更詳細地解釋該輔助臂之功能。輔助臂252在正常操作中不起作用且在靜止位置鎖定至樞轉臂250。換刀裝置之操作

現參看圖1至圖13，將更詳細地解釋換刀裝置200之操作。 中間位置（圖 1 ）

在圖1中，Z3托架240及樞轉臂250處於中間位置，諸如典型地可在換刀裝置之操作期間假定的。在此位置，樞轉臂250及抓持器260完全在換刀裝置之內部，該內部由隔板300及外壁400定界。隔板門330在此位置可關閉以在工具機100上之工件的加工期間保護換刀裝置免受污染。 自刀具庫移除刀具 （圖 2 至圖 4 ）

為了自刀架221、222、223或230中之一者移除刀具，藉助於樞轉臂250及Z3托架240使刀具抓持器260朝向所討論之刀具500移動。圖2至圖4中針對最低不可移動刀架說明此情形。刀具抓持器260抓持所討論之刀具。樞轉臂250接著稍微提昇且朝向隔板310向外樞轉，直至刀具豎直地位於RFID站600上方。在此位置，具有刀具抓持器260及固持於其中之刀具的樞轉臂250可藉由Z3托架240之移動沿著Z3方向無碰撞地上下移動。同時，隔板門330可保持關閉。

可接著藉由Z3托架240及樞轉臂250之適當移動將刀具存放於另一刀架中，移動至RFID站600或移動至刀具主軸170。 轉移至刀具主軸（圖 5 及圖 6 ）

為了將刀具500移動至刀具主軸170，自如先前所描述之刀架中之一者移除所討論之刀具且使用Z3托架240將其移動至在隔板門330正後方的位置。隔板門330打開，且樞轉臂250穿過隔板開口320樞轉至工具機100之加工空間中，直至固持於樞轉臂250上之刀具500位於刀具主軸170正下方。出於此目的，刀具主軸170先前已藉助於Z形托架150及X形托架160置於適當位置，且繞A軸傾斜至豎直定向上。圖5及圖6中示出刀具主軸170、Z3托架240及樞轉臂250之所得位置。其在下文中亦將被稱作「夾持位置」。

藉由移動Z形托架150及/或Z3托架240，刀具500現相對於刀具主軸170定位，其方式為使得刀具可藉助於圖中未示之刀具夾持部件夾持於刀具主軸170上。

在刀具已夾持於刀具主軸170上之後，刀具抓持器260打開且樞轉臂250朝向機器後部樞轉。刀具主軸170現與X形托架160一起自與樞轉臂250之碰撞區域移除。樞轉臂250現可無碰撞地樞轉回至換刀裝置200之內部中。隔板門330接著再次關閉。工件現可藉由新夾持刀具500進行加工。

為了再次自刀具主軸170移除刀具500且將刀具移動至刀具庫220中，以相反次序執行此操作。 向刀具庫裝載新刀具 （圖 7 、圖 8 及圖 9A 至圖 9D ）

圖7、圖8及圖9A至圖9D示出將刀具轉移至機器之外部空間及將新刀具裝載至刀具庫中。為了將刀具500自換刀裝置200之內部轉移至機器之外部，藉由Z3托架240及樞轉臂250之適當移動將所討論之刀具存放於可移動刀架230（刀具裝載站）上。同時，關閉刀具裝載門420。圖7中示出此情形。Z形托架240及樞轉臂250之對應位置在下文中亦被稱作「轉移位置」。

刀具抓持器260現打開，且樞轉臂250樞轉遠離相關刀具500。可移動刀架230處於其原始位置，其中該可移動刀架豎直地配置於不可移動刀架221、222、223正下方。圖8中示出此情形。樞轉臂250及刀架230之當前位置亦充當停放位置，換刀裝置在操作中斷期間採用該位置。

圖9A至圖9D示出可移動刀架230如何自此原始位置移動至裝載位置。在此等圖式中之每一者中，展示換刀裝置之同一區段。

在圖9A中，可移動刀架230處於其原始位置，且刀具裝載門420關閉。

刀具裝載門420現打開以曝露刀具裝載開口410。可移動刀架230仍處於其原始位置。圖9B中示出此情況。在此圖中，亦可見可移動刀架230可相對於柱210移動的方式。經由固持器235（參見圖9C），線性導引件231剛性地連接至柱210。此線性導引件在下文中亦被稱作裝載線性導引件或X4線性導引件。在X4線性導引件231中，行駛軌232（running rail）沿著水平方向X4可滑動地導引。板233安裝於行駛軌232上。行駛軌232及板233一起形成托架，該托架可滑動地在X4線性導引件231中導引且在下文中將被稱作裝載托架。可移動刀架230經由樞轉軸承234可樞轉地安裝至板233。樞轉軸承234界定在空間中豎直地延伸的支樞軸C4（參見圖9C）。因此，該軸承亦被稱作裝載樞轉軸承。裝載樞轉軸承234允許可移動刀架230在水平樞轉平面中相對於裝載托架樞轉。

附接有可移動刀架230且具有刀具500的裝載托架現穿過刀具裝載開口410被手動地拉動至工具機之外部空間中。圖9C中示出可移動刀架230之所得中間位置。在此中間位置，可移動刀架230中之凹槽的開放側面向工具機之內部。

最終，可移動刀架230另外繞裝載支樞軸C4手動地樞轉，使得可移動刀架230中之凹槽的開放側面向操作者。圖9D中示出刀架230之所得刀具裝載位置。在此位置，操作者可易於移除刀具500且將新刀具置於刀架230中。

為了向換刀裝置裝載新刀具，以相反次序進行上文所描述之步驟。為了確保刀具以繞其旋轉軸線之預定定向收納於換刀裝置中，定位元件可存在於可移動刀架230上，該定位元件與刀具上之互補結構相互作用。舉例而言，刀具可具有根據DIN 69893-1:2011-4的定向凹口（「德國角（German corner）」），且互補定位銷可設置於可移動刀架230上。

在已將具有新刀具之可移動刀架230推送至換刀裝置之內部中之後，可以先前所描述之方式將新刀具轉移至不可移動刀架221、222、223中之一者。較佳地，先前在RFID站600處偵測刀具，如下文將進一步詳細地描述。

在以上實例中，手動地執行可移動刀架230之移動。然而，亦可設想到藉助於適當驅動器以受控方式進行此等移動。特定而言，可設想到在可移動刀架230與外部刀庫之間進行刀具的自動交換。出於此目的，外部操控器可自可移動刀架230移除刀具且向刀架裝載新刀具。在此狀況下，可省略刀具裝載門420。

亦可設想到以與上文所描述之實例不同的方式設計可移動刀架230。舉例而言，可設想到將可移動刀架230安裝至樞轉臂且藉助於樞轉臂穿過刀具裝載開口410將其樞轉至外部空間中。

若提供，則刀具裝載門420可為滑動門而非擺動門。用 RFID 站偵測刀具 （圖 10 及圖 11 ）

刀具500可具備RFID應答器，如圖10中所示出。圖10展示例示性刀具500。刀具500包含刀具支撐件510。在上端處，刀具支撐件510具備根據DIN 69893-1:2011-04之形狀A或根據DIN 69893-6:2003-05之形狀F的中空錐形柄（HSK） 511。在外圓周處，刀具支撐件510具有根據DIN 69893-1:2011-4的前述定向凹口513（「德國角」）。在下端處，具有末端刀刃521之切削輪520連接至刀具支撐件510。刀具支撐件510及切削輪520一起形成在本發明之含義內的刀具500。

切削輪520具備RFID應答器522（RFID標籤）。該應答器居中地位於切削輪之下側，徑向地位於配置有切削輪之刀刃521的區域內。藉由此RFID標籤，可唯一地識別切削輪，且視情況可將切削輪之其他性質儲存於此標籤中。

為了用RFID站600讀取RFID應答器522，Z3托架240向下移動直至由刀具抓持器260固持之刀具500接觸RFID站600之頂部。圖11中示出此情形。Z3托架240及樞轉臂250之此位置在下文中亦被稱作「感測位置」。

RFID站600在其頂表面上承載RFID收發器630（在圖4中可見，在圖11中被刀具隱藏），該收發器讀取RFID應答器522。RFID應答器522儲存切削輪520之唯一識別符。此唯一識別符由RFID收發器630讀取且傳輸至控制裝置180。使用唯一識別符，控制裝置180自資料庫擷取切削輪520之程序相關性質且使用此等性質來控制加工程序。舉例而言，此等性質可包括：刀具結構及幾何資料，以及關於刀具之先前使用的資料，諸如所執行的重磨次數及自最後一次重磨以來加工的工件數目。替代地，此資料可直接儲存於RFID應答器522中且亦可由RFID收發器630讀取。RFID收發器630可經進一步組態以將資訊寫入至RFID應答器522。

為了防止損壞RFID收發器630及相關聯之RFID應答器522，RFID站600具有彈簧加載設計。為此目的，RFID收發器630安裝於收發器安裝台620上，該收發器安裝台經由導軌611在底座610上以可豎直滑動之方式導引。底座610固定地連接至工具機床台110。彈簧元件640在收發器安裝台620與底座610之間起作用，隨著收發器安裝台620沿著導軌611向下移動而壓縮。藉此，彈簧元件640在收發器安裝台620上產生回復力。較佳地，收發器安裝台620相對於底座610之移動被阻尼以防止振動。舉例而言，彈簧元件640可為本身已知的氣體彈簧，其產生回復力及阻尼效應兩者。RFID站600之彈簧加載設計使得可使用RFID站600讀取不同長度之刀具而不損壞RFID收發器630或相關聯之RFID應答器522，即使刀具之長度未知亦如此。

較佳地，緊接在將刀具裝載至換刀裝置中之後，藉由RFID站600偵測刀具500。替代地，此偵測亦可在刀具轉移至刀具主軸170時進行。

另一RFID應答器512配置於刀具支撐件510之周邊區中。此RFID應答器位於資料載體之裝設空間中，如DIN 69893-1:2011-04中所定義。此RFID應答器可用以唯一地識別刀具支撐件，且刀具支撐件之其他性質視情況可儲存於此應答器中。圖中未示的第二RFID收發器可用以讀取刀具支撐件510中之RFID應答器512。此收發器可整合至刀具抓持器260中或鄰近刀具抓持器而定位，諸如位於刀具抓持器下方。

自兩個RFID應答器512及522讀取的資訊可唯一地識別刀具500，且驗證存在切削輪520與刀具支撐件510之正確組合。

替代RFID應答器512、522，另一類型之機器可讀資料載體可設置於刀具支撐件510及/或切削輪520上，例如光學可讀碼。因此，替代RFID站，可提供經合適組態的讀取站，例如包含用於資料載體而非RFID收發器之光學讀取裝置。 用於其他物件（圖 12 及圖 13 ）之用途

參看圖12及圖13，示出除刀具500以外的物件可收納於刀具抓持器260中。

舉例而言，在圖12之實例中，錐形清潔器530收納於刀具抓持器260中以用於刀具主軸170中之錐形容座171。此可為市售錐形清潔器，該錐形清潔器安裝在與刀具抓持器260之合適界面上。錐形清潔器530由刀具抓持器260抓持並藉由樞轉臂250及Z3托架240移動至刀具主軸170，且插入至緩慢旋轉的錐形容座中。替代錐形清潔器，例如可使用刷子。

在圖13之實例中，量測探針540收納於刀具抓持器260中。此量測探針可執行一般量測及檢測功能。其可配備有用於無線信號傳輸之部件。舉例而言，量測探針540可用以執行工件夾持部件140之偏擺及軸向偏擺量測。出於此目的，量測探針540藉助於樞轉臂250及Z3托架240移動至工件夾持部件140。替代地，量測探針540可插入至刀具主軸170中或工具機100上之另一位置處。

替代錐形清潔器530或量測探針540，其他物件可由刀具抓持器260抓持。在不使用時，其可置放於刀具托盤中之一者中。 Z3 托架之導引及驅動 ； 樞轉臂、刀具抓持器之驅動 ； 輔助臂之鎖定 （圖 14 及圖 15 ）

為了清楚起見，在圖1至圖13中未示出換刀裝置之一些組件。圖14及圖15示出此等組件。

Z3托架240以本身已知的方式藉由剛性地連接至柱210之兩個平行導軌241導引。Z3托架由升降托架驅動器242驅動，該升降托架驅動器產生旋轉運動，該旋轉運動藉由本身已知的滾珠螺桿243轉換成Z3托架240之升降運動。

樞轉臂250繞C3軸的樞轉移動藉助於本身已知的樞轉致動器256執行，該樞轉致動器附接至Z3托架240。

閂鎖257將輔助臂252緊固至樞轉臂250。此閂鎖可組態為例如彈簧加載銷，該彈簧加載銷在閂鎖位置穿過樞轉臂250延伸至輔助臂252中之開口中，且在釋放位置被拉出足夠遠以允許輔助臂252相對於樞轉臂250樞轉。

刀具抓持器260更詳細地可見於圖15中。刀具抓持器260為本身已知的雙爪抓持器，該雙爪抓持器具有可以氣動或電氣方式朝向彼此移動以抓持刀具的一對夾爪261、262。藉此，夾爪261、262之形狀適合於待由刀具抓持器拾取之刀具區域的外部形狀。特定而言，夾爪261、262可經塑形使得由其抓持之刀具以形狀配合之方式緊固，以防掉落。舉例而言，刀具支撐件510可具備根據DIN 69893-1:2011-04之形狀A或根據DIN 69893-6:2003-05之形狀F的中空錐形柄（HSK）。此中空錐形柄具有套環，該套環具有圓周抓持溝槽。夾爪可接著具有嚙合於此抓持溝槽中之向內突出的突起。

升降托架驅動器242、樞轉驅動器255及刀具抓持器260由控制裝置180（參見圖1）控制。

當然，亦可設想到與本實例中不同的其他類型之導引件、驅動器、抓持器及閂鎖。第二具體實例（圖16）

圖16中示出換刀裝置之第二具體實例。第二具體實例之換刀裝置僅在刀具抓持器260之設計及其安裝至樞轉臂250之方式上不同於第一具體實例之換刀裝置。

在第二具體實例中，刀具抓持器260經組態為雙抓持器。出於此目的，刀具抓持器260包含兩對夾爪261、262或261'、262'。該對夾爪261'、262'與該對夾爪261、262在相反方向上延伸。刀具抓持器260在樞轉臂250之自由末端處安裝至樞轉主體263，樞轉驅動器整合於該樞轉主體中。此樞轉主體263允許刀具抓持器繞豎直軸線C6在0°與360°之間樞轉。此允許兩對夾爪261、262及261'、262'之位置互換。

藉由將刀具抓持器260設計為雙抓持器，變得有可能自刀具主軸170移除磨損的刀具500'且用新重磨的刀具500替換磨損的刀具，而不必多次移動樞轉臂250穿過隔板開口320。為此目的，該對夾爪261、262以先前所描述之方式自刀具庫移除新重磨的刀具500。該對夾爪261'、262'保持為空。刀具500現藉由樞轉臂250以先前所描述之方式穿過隔板開口320轉移至刀具主軸170。該對夾爪261'、262'現自刀具主軸170拾取磨損的刀具500'。刀具抓持器260樞轉180°，且該對夾爪261、262將新重磨的刀具500轉移至刀具主軸170。樞轉臂250現樞轉回至換刀裝置200之內部中。

以此方式，可減少刀具更換期間的非生產性停工時間。

該對夾爪亦可與圖16中不同地配置，且刀具抓持器可與圖16中不同地連接至樞轉臂250。舉例而言，該對夾爪可並排地配置於刀具抓持器260之同一側上。亦可提供多於兩對夾爪。第三具體實例（圖17）

圖17中示出換刀裝置之第三具體實例。在第三具體實例中，刀具抓持器260如第二具體實例中經組態為雙抓持器，且可相對於樞轉臂250繞豎直支樞軸C6樞轉。不可移動刀架221、222、223現經組態為雙容座，亦即，其可各自收納彼此靠近的兩個刀具。為了將刀具存放於此等刀架中之一者中或自此等刀架中之一者拾取刀具，可將刀具抓持器260置於對應樞轉位置。以此方式，刀具庫220之容量可在需要最少額外空間的情況下加倍。

此外，第三具體實例之換刀裝置視情況進一步包含工件抓持器270，該工件抓持器經組態以自工件支架280拾取工件800且在樞轉臂250之對應位置將該等工件轉移至工件主軸130之工件夾持部件140。出於此目的，控制器180可具有對應控制程式。

在本實例中，工件抓持器270亦經組態為雙抓持器，以便最少化工件更換期間的非生產性閒置時間。然而，工件抓持器270當然亦可經組態為單個抓持器。該工件抓持器亦可與用於刀具之單個抓持器組合。

可選刀具清潔器700配置於柱201之上端處。此刀具清潔器用以清潔來自刀具500之刀具支撐件510之中空錐形柄511的冷卻劑及切屑（參見圖10）。因此，該清潔器亦被稱作錐形清潔器。刀具清潔器700經配置以使得由抓持器260固持之刀具500可藉助於Z3托架240及樞轉臂250容易地移動至刀具清潔器。在本實例中，刀具清潔器700配置於不可移動刀架221、222、223上方，但此並非強制性的。

當然，亦可在本文中所描述之其他具體實例中之任一者中提供刀具清潔器。合適的刀具清潔器自先前技術已知且可在市面上購得。第四具體實例（圖18）

圖18中示出換刀裝置之第四具體實例。在此具體實例中，刀具抓持器260可沿著方向Y3相對於樞轉臂250線性地移位。出於此目的，刀具抓持器260安裝於抓持器托架265上，該抓持器托架可藉助於抓持器托架驅動器266相對於樞轉臂250沿著方向Y3以受控方式移位。

在本實例中，方向Y3實質上平行於樞轉臂250之縱向方向，但可與彼方向成任何角度。

在此具體實例中，刀具抓持器亦可為如在第二及第三具體實例之上下文中所描述的雙抓持器。刀具抓持器可接著經由樞轉主體安裝於抓持器托架265上。然而，舉例而言，若並排地配置該等對夾爪，則亦可省略樞轉主體。第五具體實例（圖19及圖20）

圖19及圖20中示出換刀裝置之第五具體實例。在此具體實例中，刀具抓持器260藉由一體式驅動器附接至樞轉主體267，該一體式驅動器允許刀具抓持器260相對於樞轉臂250以受控方式繞水平支樞軸C8樞轉90°。結果，刀具500可以水平定向而非豎直定向存放於刀架221、222、223、224及230中。因此，刀架各自經組態以收納呈刀具軸線水平之定向的刀具500。藉由水平地存放刀具，明顯地減少長刀具所需的空間。更換夾持部件（圖21至圖23）

換刀裝置200不僅允許在刀具主軸170上自動更換刀具，而且允許輔助操作者更換工件夾持部件140。此情形在圖21至圖23參考第一具體實例示出。

為了更換夾持部件，前述輔助臂252經由樞轉軸承253可樞轉地安裝於樞轉臂250之自由末端處，處於刀具抓持器260下方。在正常操作中，輔助臂252在靜止位置鎖定至樞轉臂250。出於此目的，使用上文所描述之閂鎖257。藉由感測器（未圖示）監測靜止位置，以便防止在正常操作期間損壞機器。可將輔助臂252解除鎖定以用於更換夾持部件，使得其可在水平面中相對於樞轉臂250之自由末端繞豎直輔助支樞軸C5手動地樞轉。輔助支樞軸C5經配置成與樞轉臂250之支樞軸C3相距一定距離。在輔助臂252之自由末端處，存在用於夾持部件固持器255之卡口型容座254。

為了執行夾持部件更換，Z形托架150首先沿著正Z方向一直向上移動，且X形托架160沿著負X方向一直向左移動，亦即，遠離換刀裝置200，以避免與樞轉臂250及輔助臂252碰撞。Y形托架120沿著負Y方向一直先前移動以使操作者儘可能接近該托架。隨後，將Z3托架240及樞轉臂250移動至圖21及圖22中所示出的位置。操作者現釋放輔助臂252之閂鎖且手動地將輔助臂252樞轉出靜止位置。操作者將夾持部件固持器255附接至容座254且手動地將輔助臂252置於圖21及圖22中所示出的位置。夾持部件固持器255現處於夾持部件140正上方。此位置亦被稱作夾持部件更換位置。

藉由Z3托架之向下移動，夾持部件固持器255現置放於夾持部件140上。夾持部件固持器255接著例如藉由螺紋連接而連接至夾持部件140，且自工件主軸130釋放。藉由Z3托架240之向上移動，夾持部件140自工件主軸130提昇且藉助於輔助臂252向前樞轉出工具機100之加工空間。圖23中示出所得移除位置。夾持部件140現可藉由Z3托架240之向下移動存放於圖中未示的夾持部件支架上，例如托架。

為了防止輔助臂252進行不希望的樞轉移動，掣止裝置可設置於樞轉軸承253上以將輔助臂252鎖定於一或多個選定掣止位置。此掣止裝置可經組態以允許輔助臂252僅在克服繞輔助支樞軸C5之某一釋放扭矩之後樞轉出此等掣止位置。出於此目的，掣止裝置可包含例如彈簧止推件，該彈簧止推件在掣止位置嚙合於樞轉軸承之控制板中的各別凹槽中。替代地，可提供可手動操作的夾持部件以使得輔助臂252能夠固定於任何樞轉位置，或樞轉軸承253可經組態以提供一定程度的摩擦力來抵抗樞轉移動，以便防止輔助臂252之無意樞轉。

為了防止在夾持部件固持器255置放於夾持部件140上時損壞夾持部件140，夾持部件固持器255可形成為沿著Z方向經彈簧壓縮加載。

雖然已參考第一具體實例解釋夾持部件之更換，但亦可在所有其他具體實例中以極類似方式執行夾持部件之更換。具有力傳感器之變體（圖24）

用於夾持部件固持器255之容座254可經由力傳感器258附接至輔助臂252。圖24中示出此情形。力傳感器258量測由自安裝台253懸掛之夾持部件140之重量產生的力。力傳感器258將指示所判定力之信號傳輸至控制裝置180，藉此使得控制裝置180能夠偵測包含樞轉臂250及輔助臂252之系統的過度負載，從而相應地警告操作者且在必要時停止換刀裝置之其他操作。亦可在例如尚未正確地釋放夾持部件140與工件主軸130之間的連接的情況下發出警告，使得無法提起夾持部件140。

合適的力傳感器在先前技術已知且可在市面上購得。

雖然結合第四具體實例說明了圖24中之力傳感器，但可在任何其他具體實例使用力傳感器。其他變化

當然，在不脫離如在申請專利範圍中所定義之本發明之範圍的情況下，上文所描述之換刀裝置的各種其他變化為可能的。

舉例而言，可設想到以與上文所展示不同之方式設計支撐結構。舉例而言，可設想到提供兩個平行柱而非單個柱210作為支撐結構，其中刀架附接至此等柱中之一者，而另一柱用以導引Z3托架。

100:工具機/機器 110:工具機床台 111:水平區段 112:豎直區段 120:Y形托架 130:工件主軸 140:工件夾持部件 150:Z形托架 160:X形托架 170:刀具主軸 171:錐形容座 180:控制裝置 200:換刀裝置 210:豎直柱 220:刀具庫 221:不可移動刀架（刀具儲存位置） 222:不可移動刀架（刀具儲存位置） 223:不可移動刀架（刀具儲存位置） 224:不可移動刀架（刀具儲存位置） 230:可移動刀架（刀具裝載站） 231:X4線性導引件 232:X4行駛軌 233:板 234:樞轉軸承 235:固持器 240:升降托架（Z3托架） 241:導軌 242:升降托架驅動器 243:滾珠螺桿 250:樞轉臂 251:樞轉軸承 252:輔助臂 253:樞轉軸承 254:容座 255:夾持部件固持器 256:樞轉驅動器 257:輔助臂之閂鎖 258:力傳感器 260:刀具抓持器 261:夾爪 261':夾爪 262:夾爪 262':夾爪 263:具有驅動器之樞轉軸承 265:抓持器托架 266:抓持器托架驅動器 267:具有驅動器之樞轉主體 270:工件抓持器 280:工件支架 300:隔板 310:隔板壁 320:隔板開口 330:隔板門 340:擋板 400:外壁 410:刀具裝載開口 420:刀具裝載門 500:刀具 500':刀具 510:刀具支撐件 511:中空錐形柄 512:RFID應答器 513:定向凹口（「德國角」） 520:切削輪 521:末端刀刃 522:RFID應答器 530:錐形清潔器 540:量測探針 600:RFID站 610:底座 611:導軌 620:豎直小車 630:RFID收發器 640:彈簧元件 700:刀具清潔器 800:工件 X:工具機之線性軸線 Y:工具機之線性軸線 Z:工具機之線性軸線 A:刀具主軸之軸線 B:刀具軸線 C:工件軸線 C3:樞轉臂之支樞軸 C4:移動刀架之支樞軸/豎直裝載支樞軸 C5:輔助臂之輔助支樞軸/豎直輔助支樞軸 C6:刀具抓持器之豎直支樞軸 C7:工件抓持器之豎直支樞軸 C8:刀具抓持器之水平支樞軸 X4:可移動刀架之移位方向/水平方向 Y3:抓持器托架之線性軸線方向/水平抓持器移位方向 Z3:Z3托架之線性軸線

下文參看圖式描述本發明之較佳具體實例，該等圖式僅用於解釋性目的且並不限制性地進行解釋。該等圖式在每一狀況下以示意性透視圖展示： [圖1]為工具機，該工具機具有處於停放位置之根據本發明之第一具體實例的換刀裝置，為清楚起見，以高度簡化形式展示該工具機及該換刀裝置； [圖2]為單獨的圖1之換刀裝置； [圖3]為根據圖2之換刀裝置，為清楚起見已省略圖1及圖2之隔板； [圖4]為自另一視角之無隔板的換刀裝置； [圖5]為處於夾持位置之無隔板的換刀裝置； [圖6]為具有處於夾持位置、無隔板之換刀裝置的圖1之工具機； [圖7]為處於轉移位置、無隔板之換刀裝置； [圖8]為處於就緒位置、無隔板之換刀裝置； [圖9A]至[圖9D]為示出刀具裝載站之移動的換刀裝置之一部分的四個視圖； [圖10]為具有刀架及RFID應答器之刀具； [圖11]為處於抓持位置、無隔板之換刀裝置； [圖12]為圖1之工具機的區段，其中錐形清潔器收納於刀具抓持器中； [圖13]為圖1之工具機的另一區段，其中量測探針容納於刀具抓持器中； [圖14]為對應於圖3之視圖中的第一具體實例之換刀裝置，但展示為清楚起見在圖1至圖13中已省略的額外組件； [圖15]為區域XV中之圖14的詳細視圖； [圖16]為根據第二具體實例之換刀裝置的區段； [圖17]為根據第三具體實例之無隔板的換刀裝置； [圖18]為根據第四具體實例之換刀裝置的區段； [圖19]為處於第一位置之根據第五具體實例的換刀裝置之區段； [圖20]為處於第二位置之第五具體實例的換刀裝置之區段； [圖21]為具有第一具體實例之換刀裝置的圖1之工具機，其中該換刀裝置處於夾持部件更換位置； [圖22]為處於夾持部件更換位置之第一具體實例的換刀裝置； [圖23]為圖21之工具機，其中夾持部件旋出機器；及 [圖24]為第四具體實例之換刀裝置的區段，其中夾持部件向外樞轉。

210:豎直柱

220:刀具庫

221:不可移動刀架(刀具儲存位置)

222:不可移動刀架(刀具儲存位置)

223:不可移動刀架(刀具儲存位置)

230:可移動刀架(刀具裝載站)

240:升降托架(Z3托架)

250:樞轉臂

251:樞轉軸承

260:刀具抓持器

400:外壁

420:刀具裝載門

500:刀具

600:RFID站

C3:樞轉臂之支樞軸

Z3:Z3托架之線性軸線

Claims

一種換刀裝置（200），其用於更換一工具機（100）中，特別係一切齒機中之刀具（500），該換刀裝置包含：一支撐結構（210）；一升降托架（240），其在該支撐結構（210）上沿著在空間中豎直地延伸的一升降方向（Z3）導引；一樞轉臂（250），其可樞轉地安裝至該升降托架（240）使得其可繞在空間中豎直地延伸之一支樞軸（C3）樞轉；一刀具抓持器（260），其安裝於該樞轉臂（250）上且經組態以抓持一刀具（500）；及一刀具庫（220），其具有以一者在另一者上方之方式豎直地配置的複數個刀架（221、222、223、230），其中該換刀裝置（200）經組態以藉由該樞轉臂（250）之一組合式升降及樞轉移動使由該刀具抓持器（260）抓持之一刀具（500）選擇性地在該等刀架（221、222、223、230）中之一者與該工具機（100）之一刀具主軸（170）之間或在該刀具庫（200）之兩個不同刀架（221、222、223、230）之間移動。
如請求項1之換刀裝置（200），其中該支撐結構（210）包含經組態以在一下端處安裝於該工具機（100）之一工具機床台（110）上的一豎直柱，其中該升降托架（240）在該柱上沿著該升降方向（Z3）受導引，且其中該等刀架（221、222、223、230）較佳安裝至該柱。
如請求項1或2之換刀裝置（200），其中該等刀架中之一者（230）可移動地，特別係可沿著一水平裝載方向（X4）移位地及/或可繞一豎直裝載支樞軸（C4）樞轉地，安裝至該支撐結構（210）以促進該刀具庫（220）之裝載。
如請求項3之換刀裝置（200），其包含將該換刀裝置（200）之一內部空間與一外部空間分離的一外壁（400），其中該外壁具有用於在該內部空間與該外部空間之間交換刀具（500）的一刀具裝載開口（410），其中可移動刀架（230）可移動穿過該刀具裝載開口（410），且其中該換刀裝置（200）較佳包含經組態以選擇性地關閉或打開該刀具裝載開口（410）之一刀具裝載門（420）。
如請求項3或4之換刀裝置（200），其包含：一裝載線性導引件（231）；及一裝載托架（232、233），其在該裝載線性導引件（231）上沿著該水平裝載方向（X4）可移位地受導引，其中該可移動刀架（230）安裝於該裝載托架（232、233）上以便可繞該豎直裝載支樞軸（C4）樞轉。
如請求項1至5中任一項之換刀裝置（200），其進一步包含經組態以將該換刀裝置（200）之一內部空間與該工具機（100）之一加工空間分離的一隔板（300），其中該隔板（300）包含一隔板開口（320），其中該換刀裝置（200）包含經組態以選擇性地關閉或打開該隔板開口（320）之一隔板門（330），且其中安裝有該刀具抓持器（260）之該樞轉臂（250）可在該升降托架（240）之至少一個位置移動穿過該隔板開口（320）。
如請求項1至6中任一項之換刀裝置（200），其進一步包含用於讀取該刀具（500）上之一機器可讀資料載體（521）的一讀取站（600），其中該讀取站（600）經配置以使得由該刀具抓持器（260）固持之一刀具（500）可藉由該樞轉臂（250）之一組合式升降及樞轉移動而移動至該讀取站（600），以便讀取該刀具（500）上之該資料載體（521）。
如請求項7之換刀裝置（200），其中該讀取站（600）包含一底座（610）、用於讀取該資料載體（521）之一讀取裝置（630）及配置於其間的一彈簧元件（640），使得該讀取裝置（630）可抵抗由該彈簧元件（640）產生之一回復力相對於該底座（610）豎直地向下移動。
如請求項1至8中任一項之換刀裝置（200），其進一步包含一刀具清潔器（700），其中該刀具清潔器（700）經配置以使得由該刀具抓持器（260）固持之一刀具（500）可藉由該樞轉臂（250）之一組合式升降及樞轉移動而朝向該刀具清潔器（700）移動，以清潔該刀具（500）之一刀具支撐件（510）。
如請求項1至9中任一項之換刀裝置（200），其中該刀具抓持器（260）經組態為一多抓持器，該多抓持器具有至少兩對夾爪（261、262；261'、262'）以用於抓持兩個或多於兩個刀具（500、500'）。
如請求項1至10中任一項之換刀裝置（200），其中該刀具抓持器（260）可移動地附接至該樞轉臂（250），特別係可樞轉地附接，例如可繞一豎直抓持器支樞軸（C6）或繞一水平抓持器支樞軸（C8）樞轉，及/或可移位地附接，特別係可沿著一水平抓持器移位方向（Y3）線性地移位。
如請求項1至11中任一項之換刀裝置（200），其進一步包含：一錐形清潔器（530），其用於清潔該刀具主軸（170）之一錐形容座（171），該錐形清潔器（530）可由該刀具抓持器（260）抓持以便可藉由該樞轉臂（250）之一組合式升降及樞轉移動而朝向該刀具主軸（170）移動；及/或一量測探針（540），其特別用於該工具機（100）之一工件夾持部件（140）的一徑向及軸向偏擺量測，其中該量測探針（540）可由該刀具抓持器（260）抓持使得其可藉由該樞轉臂（250）之一組合式升降及樞轉移動而移動至一量測位置。
如請求項1至12中任一項之換刀裝置（200），其進一步包含一工件抓持器（270），該工件抓持器安裝於該樞轉臂（250）上且經組態以自一工件支架（280）拾取工件（800）並將工件轉移至該工具機（100）之一工件主軸（130）。
如請求項1至12中任一項之換刀裝置（200），其進一步包含：一升降托架驅動器（242），其用於驅動該升降托架（240）以沿著該升降方向（Z3）執行一升降移動；一樞轉驅動器（256），其用於驅動該樞轉臂（250）以相對於該升降托架（240）繞該支樞軸（C3）執行一樞轉移動；及一控制裝置（180），其經組態以控制該升降托架驅動器（242）、該樞轉驅動器（256）及該刀具抓持器（260）。
如請求項13之換刀裝置（200），其中控制裝置（180）經組態以實行以下操作中之至少一者： a）用該刀具抓持器（260）抓持一刀具（500）； b）藉由該樞轉臂（250）之一組合式升降及樞轉移動使由該刀具抓持器（260）抓持之一刀具（500）在該等刀架（221、222、223、230）中之一者與該工具機（100）之一刀具主軸（170）之間移動； c）藉由該樞轉臂（250）之一組合式升降及樞轉移動使由該刀具抓持器（260）抓持之一刀具（500）在該刀具庫（220）之兩個不同刀架（221、222、223、230）之間移動； d）打開及關閉該隔板門（330），其限制條件為該換刀裝置係如請求項6進行組態； e）藉由該樞轉臂（250）之一組合式升降及樞轉移動將由該刀具抓持器（260）抓持之一刀具（500）移動至該讀取站（600）且讀取該所抓持刀具（500）上之一資料載體（521），其限制條件為該換刀裝置係如請求項7或8進行組態； f）藉由該樞轉臂（250）之一組合式升降及樞轉運動將由該刀具抓持器（260）抓持之一刀具（500）移動至該刀具清潔器（700）且用該刀具清潔器（700）清潔該所抓持刀具（500）之一刀具支撐件（510），其限制條件為該換刀裝置係如請求項9進行組態； g）若該換刀裝置係如請求項11進行組態，則相對於該樞轉臂（250）移動該刀具抓持器（260）； h）藉由該樞轉臂（250）之一組合式升降及樞轉運動將由該刀具抓持器（260）抓持之該錐形清潔器（530）移動至該刀具主軸（170），其限制條件為該換刀裝置係如請求項12進行組態； j）藉由該樞轉臂（250）之一組合式升降及樞轉移動將由該刀具抓持器（260）抓持之該量測探針（540）移動至一量測位置，其限制條件為該換刀裝置係如請求項12進行組態；及 k）用該工件抓持器（270）抓持一工件（800）且藉由該樞轉臂（250）之一組合式升降及樞轉移動使由該工件抓持器（270）抓持之一工件（800）在一工件支架（280）與該工具機（100）之一工件主軸（130）之間移動，其限制條件為該換刀裝置係如請求項13進行組態。
如請求項1至15中任一項之換刀裝置（200），其進一步包含：一輔助臂（252），其繞一豎直延伸之輔助支樞軸（C5）可樞轉地安裝至該樞轉臂（250），使得該輔助臂（252）之該輔助支樞軸（C5）與該樞轉臂（250）之該支樞軸（C3）平行且彼此間隔開，其中該輔助臂（252）較佳在一靜止位置可鎖定至該樞轉臂（250），以防止該輔助臂（252）繞該輔助支樞軸（C5）之一樞轉移動，且其中該輔助臂（252）經組態以具有附接至其的該工具機（100）之一工件夾持部件（140）。
如請求項16之換刀裝置（200），其進一步包含：一夾持部件固持器（255），其經組態以可拆卸地連接至該輔助臂（252）及該工件夾持部件（140），使得該工件夾持部件（140）經由該夾持部件固持器（255）附接至該輔助臂（252），特別係懸掛至該輔助臂。
如請求項16或17之換刀裝置（200），其中一力傳感器（258）配置於該輔助臂（252）上以偵測在豎直方向上該輔助臂（252）上之一負載。
一種工具機（100），其包含：一工具機床台（110）；一刀具主軸（170），其用於驅動一刀具（500）以繞一刀具軸線（B）旋轉，該刀具主軸（170）較佳可樞轉地配置於該工具機（100）中，使得其可置於該刀具軸線（B）在空間中豎直地延伸的一位置；及如請求項1至18中任一項之一換刀裝置（200），其中該換刀裝置（200）配置於該工具機床台（110）上，使得由該刀具抓持器（260）抓持之一刀具（500）可藉由該樞轉臂（250）之一組合式升降及樞轉移動自該等刀架（221、222、223、230）中之一者移動至該刀具主軸（170）。
如請求項19之工具機（100），其進一步包含具有一工件夾持部件（140）之一工件主軸（130），其中該換刀裝置（200）係如請求項16至19中任一項而形成，且其中該工件主軸（130）配置於該工具機床台（110）上，使得當該輔助臂（252）相對於該樞轉臂（250）樞轉出該靜止位置時，該工件夾持部件（140）可附接至該輔助臂。
一種如請求項16至19中任一項之一換刀裝置（200）用於更換一工具機（100）上之一工件夾持部件（140）的用途。