CN102729085B - 换刀装置和包括换刀装置的机床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在机床的主轴和刀库之间换刀的换刀装置和机床。换刀装置具有包括多个用于保持刀柄的夹持臂的环状的刀库。刀库以围绕立柱的外周的方式支承于立柱，该立柱以能够使包括主轴的主轴头上下移动的方式支承该主轴头。换刀装置因为能够使安装有刀库的状态下的立柱的重心位置靠近没有安装刀库的状态下的立柱的重心位置，所以会抑制立柱的重量平衡的偏差，从而防止立柱的移动过程中的定位控制的精度下降。

Description

换刀装置和包括换刀装置的机床
技术领域
本发明涉及一种用于在机床的主轴和刀库之间换刀的换刀装置和机床。
背景技术
机床根据工件的加工形状等在单一的装置中进行铣削加工、螺纹切削加工等各种各样的加工。机床具有用于保持钻头、端铣刀、丝锥等多把刀具的刀库和ATC(换刀装置)。ATC在该刀库和主轴之间自动地进行换刀(例如参照日本特开昭63-312038号公报)。
以往的换刀装置以使刀库与底座相邻的方式设置刀库。换刀装置通过使支承主轴头的立柱移动至刀库的固定位置来进行换刀。
因为以往的机床需要进行立柱移动的动作，所以换刀所需的时间(换刀时间)增加。
将刀库安装在立柱上的换刀装置能够缩短换刀时间。但是，因为刀库保持多把刀具，所以重量变大。在上述的情况下，根据刀库在立柱上的安装位置，立柱的重量平衡会变差。因此，存在立柱的定位控制的精度下降的问题。
发明内容
本发明的目的在于防止立柱的定位控制的精度下降，并且防止换刀所需时间的增加。
技术方案1的换刀装置用于机床，该机床包括：立柱，其以能够移动的方式设在机床的底座上；主轴头，其以能够升降的方式设在上述立柱上；以及主轴，其以能够旋转的方式被上述主轴头支承，并且以能够装卸刀具的方式保持刀具，该换刀装置包括：多个夹持臂，其具有用于把持上述刀具的把持部；以及刀库主体，其以能够以一轴线为中心进行旋转的方式被上述立柱支承，上述多个夹持臂设于该刀库主体的外周，该换刀装置作为机床的换刀装置，利用上述刀库主体的旋转将上述多个夹持臂的上述把持部所把持的上述刀具定位于能够将上述刀具安装在上述主轴的下端部的位置，其中，上述刀库主体形成为围绕上述立柱的外周的环状。
环状的刀库主体以围绕立柱的外周的方式被立柱支承。换刀装置能够使安装有刀库的状态下的立柱的重心位置靠近没有安装刀库的状态下的立柱的重心位置。换刀装置能抑制因向立柱安装刀库而产生的立柱的重量平衡的偏差。因此，换刀装置能够防止立柱的移动过程中的定位控制的精度下降。
技术方案2的换刀装置的上述主轴头以能够在上述刀库主体的内侧升降的方式设在上述立柱上，该刀库主体以围绕上述立柱的外周的方式固定于上述立柱。
因为环状的刀库主体以围绕设于立柱的主轴头的外周的方式被立柱支承，所以换刀装置能够使刀库主体的外周的长度变长，从而能够保持较多的刀具。
技术方案3的换刀装置的上述刀库主体以上述轴线相对于铅垂线向上述主轴头侧倾斜的状态被固定在上述立柱上。
刀库主体的旋转轴线相对于铅垂线向主轴头侧倾斜。即，立柱以使刀库主体相对于水平面倾斜的状态支承刀库主体。借助夹持臂而保持于刀库主体的刀具在向主轴安装的安装位置上呈沿与水平面垂直的方向延伸的姿势。通过使刀库主体的旋转轴线相对于铅垂线向主轴头侧倾斜，夹持臂所把持的刀具的前端位于比刀库主体的外周靠外侧的位置。夹持臂的刀具的把持位置位于刀库主体的外周的铅垂方向下方。因此，换刀装置能够保持更多的刀具。
技术方案4的上述多个夹持臂的上述把持部位于上述刀库主体的外周的铅垂方向下方。
因为多个夹持臂的把持部位于刀库主体的外周的铅垂方向下方，所以夹持臂向刀库主体安装的各安装位置之间的间隔不会变宽。因此，换刀装置能够保持更多的刀具。
技术方案5的上述刀库主体的上述轴线相对于铅垂线向上述主轴头侧倾斜的倾斜角为20°～50°。
以倾斜的状态被立柱所支承的刀库主体能够保持更多的刀具。可是，如果倾斜角过大，则存在立柱的重量平衡产生偏差的问题。换刀装置能够考虑到立柱的重量平衡，并且能够保持较多的刀具。另外，刀库主体的旋转轴线相对于铅垂线的倾斜角为20°～50°即可，优选为30°～40°。
技术方案6的机床包括技术方案1～5中任意一项所述的换刀装置。
因为采用考虑到在立柱上的安装位置的换刀装置，所以机床能够抑制立柱的重量平衡的偏差，从而能够精度良好地进行立柱的定位控制。
附图说明
图1是表示机床的整体结构的立体图。
图2是表示机床的整体结构的主视图。
图3是表示机床的整体结构的右视图。
图4是主轴头的局部剖视图。
图5是夹持臂的放大立体图。
图6是表示变形例的机床的整体结构的立体图。
图7的(a)是表示构成换刀装置的刀库和夹持臂的右视图；图7的(b)是其俯视图。
图8的(a)是表示构成变形例的换刀装置的刀库和夹持臂的右视图；图8的(b)是其俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明实施方式。
参照图1～图3，对包括换刀装置10的机床12进行说明。在本实施方式中，图2的左侧、右侧、正面侧、反面侧、上侧、下侧分别为机床12的左方、右方、前方、后方、上方、下方。机床12的左右方向、前后方向、上下方向分别为X方向、Y方向、Z方向。
机床12包括：底座20，其设置在地面上；移动台24，其借助Y方向移动装置22而设在底座20上；立柱28，其借助X方向移动装置26而设在移动台24上；以及主轴头32，其借助Z方向移动装置30而设于立柱28的前表面。
Y方向移动装置22包括：一对Y方向导轨34，其在底座20的上表面沿Y方向延伸；以及多个Y方向滑动构件36，其以能够与该一对Y方向导轨34嵌合的方式设于移动台24的下表面。Y方向移动装置22利用Y方向马达(省略图示)的驱动将移动台24移动至Y方向上的任意位置。
X方向移动装置26包括：一对X方向导轨38，其在移动台24的上表面沿X方向延伸；以及多个X方向滑动构件40，其以能够与该一对X方向导轨38嵌合的方式设于立柱28的下表面。X方向移动装置26利用X方向马达(省略图示)的驱动将立柱28移动至X方向上的任意位置。
Z方向移动装置30包括：一对Z方向导轨42，其在立柱28的前表面沿Z方向延伸；以及多个Z方向滑动构件44，其以能够与该一对Z方向导轨42嵌合的方式设于主轴头32的后表面。Z方向移动装置30利用Z方向马达(省略图示)的驱动将主轴头32移动至Z方向上的任意位置。
3个移动装置22、26、30通过控制X、Y、Z方向的各马达的驱动，而使主轴头32移动至底座20上的任意位置。
如图4所示，主轴头32以能够使沿Z方向延伸的主轴46旋转的方式将主轴46保持在主轴头32的前方侧的内部。主轴46以能够装卸安装有刀具51的刀柄50的方式将刀柄50保持在主轴46的下端部。主轴46为空心形状。主轴46在其空心状的内周的下端部呈随着朝向下方内径变大的锥形孔48的形状。在锥形孔48中能够安装形成在刀柄50的上方的锥形安装部52。
主轴46在其内部且在锥形孔48的上方具有牵引杆54。牵引杆54能够沿主轴46的轴向移动。卡簧56配置在牵引杆54的周围。卡簧56基于弹性力对牵引杆54向上方施力。弹性夹头58设于牵引杆54的下端部。在将刀柄50的锥形安装部52安装在主轴46的锥形孔48中时，弹性夹头58夹持从锥形安装部52向上方突出的拉钉60。
推压机构(省略图示)设于牵引杆54的上方，能够向下方推压牵引杆54。通过推压机构克服卡簧56的弹性力而向下方推压牵引杆54，弹性夹头58解除对拉钉60的夹持。通过弹性夹头58解除对拉钉60的夹持，刀柄50离开主轴46。
主轴46与设于主轴头32的上端的主轴马达62相连接。主轴46由主轴马达62的驱动而绕轴心旋转。主轴46通过以将刀柄50安装于主轴46的下端的状态绕轴心旋转，而对固定在底座20上的工件(省略图示)进行加工。在底座20的前方配置有一对工作台支承台64，工件固定在支承于该一对工作台支承台64的工作台(图示略)上。
如图1～图3所示，换刀装置10包括用于保持刀柄50的环状的刀库75和用于旋转驱动刀库75的刀库马达(图示略)。刀库75包括多个(例如23个)用于把持刀柄50的夹持臂70(参照图5)、用于等间隔地保持多个夹持臂70的环状的保持链72和用于保持保持链72的环状的链箱(图示略)。环状的链箱以使保持链72围绕立柱28和主轴头32的外周面的方式配置。链箱固定于立柱28。主轴头32位于环状的刀库75的内侧，且能够沿Z方向移动。
保持链72在保持于链箱的状态下能够以保持链72的轴心74为中心进行旋转。轴心74相对于铅垂线76(参照图3)向主轴头32侧倾斜30°。即，保持链72相对于水平面逆时针(图3中)倾斜30°。刀库马达旋转驱动保持链72。换刀装置10利用刀库马达的驱动，将保持于保持链72的多个夹持臂70中的任意夹持臂定位至主轴46下方的换刀位置。
如图5所示，夹持臂70包括弯曲为大致L字形的手臂主体80和与手臂主体80的一端部相连续的、用于把持刀柄50的Y字形的把持部82。把持部82把持形成于刀柄50的外径部的槽部(省略图示)。保持链72借助支承轴84以能够使夹持臂70摆动的方式保持夹持臂70。在夹持臂70的手臂主体80的支承轴84附近设有凸轮从动件86。如图4所示，凸轮从动件86在设于主轴头32的前表面下端部的凸轮面88上滑动。随着主轴头32在Z方向上的升降移动，已定位于换刀位置的夹持臂70的凸轮从动件86沿凸轮面88滑动。通过该滑动，换刀位置的夹持臂70以支承轴84为中心进行摆动。
具体而言，凸轮面88呈越朝向下方去从主轴头32的前表面突出的突出量越多的形状。因此，主轴头32向上方移动时，供凸轮从动件86滑动的凸轮面88的突出量变多。主轴头32向上方移动时，凸轮面88对凸轮从动件86向沿着凸轮面88离开主轴头32的方向施力。因此，夹持臂70以支承轴84为中心进行摆动而使把持部82接近主轴头32。把持部82把持主轴46所安装的刀柄50。主轴46利用上述的推压机构解除刀柄50的安装。此后，在主轴头32移动至最上方时，夹持臂70的把持部82位于主轴46的下端部的正下方。因此，夹持臂70的把持部82能够把持安装于主轴46的刀柄50。
主轴头32向下方移动时，供凸轮从动件86进行滑动的凸轮面88的突出量变少。因此，凸轮面88对凸轮从动件86向接近主轴头32的方向施力，所以，夹持臂70以支承轴84为中心进行摆动而使把持部82离开主轴头32。主轴46安装夹持臂70所把持的刀柄50。把持部82解除对刀柄50的把持。在向下方移动主轴头32时，夹持臂70不与主轴头32等干涉。
利用上述的构造，换刀装置10能够在刀库75和主轴46之间交换刀柄50。因为将刀库75安装在立柱28上，所以换刀装置10能够缩短换刀所需的时间，从而效率良好地交换刀柄50。
用于保持多个刀柄50的刀库75的保持链72形成为环状。保持链72以围绕立柱28、主轴头32的外周的方式安装在立柱28上。因此，换刀装置10能够使安装有刀库75的状态下的立柱28的重心位置靠近没有安装刀库75的状态下的立柱28的重心位置。换刀装置10能抑制因向立柱28安装刀库75而产生的立柱28的重量平衡的偏差。因此，换刀装置10能够防止在立柱移动型的机床12上安装有换刀装置10时立柱28的移动过程中的定位控制的精度下降。
换刀装置10以使保持链72围绕设于立柱28的主轴头32的外周的方式配置。因此，换刀装置10能够使保持链72的长度变长，所以，能够安装多个夹持臂70，从而能够保持较多的刀柄50。
刀库75以使保持链72相对于水平面逆时针(图3中)倾斜30°的状态安装在立柱28上。本发明并不限定于此，例如也可以以水平状态将刀库安装在立柱上。
参照图6，对变形例的换刀装置100进行说明。包括变形例的换刀装置100的机床102与上述机床12相比，除了刀库104之外，具有与上述机床12大致相同的结构。因此，以刀库104为中心对换刀装置100进行说明，对其他的结构使用相同的附图标记而简化说明。
换刀装置100包括刀库104。刀库104包括多个(例如22个)用于把持刀柄50的夹持臂70、用于等间隔地保持多个夹持臂70的环状的保持链106和用于保持保持链106的环状的链箱(图示略)。保持链106在保持于链箱的状态下能够以保持链106的轴心108为中心进行旋转。环状的链箱以使保持链106围绕立柱28和主轴头32的外周面的方式配置。链箱固定于立柱28。因为保持链106的轴心108沿铅垂方向延伸，所以保持链106呈水平状态。
刀库104的保持链106形成为环状。保持链106以围绕立柱28和主轴头32的外周的方式安装在立柱28上。因此，换刀装置100能够抑制立柱28的重量平衡的偏差。
但是，换刀装置10的刀库75能够保持的刀柄50的数量比换刀装置100的刀库104能够保持的刀柄50的数量多。
第一实施方式的刀库75以保持链72相对于水平面逆时针(图3中)倾斜30°的状态安装在立柱28上。刀库75以使刀具51在换刀位置上沿与水平面垂直的方向延伸的方式将夹持臂70设于保持链72。如图7的(a)所示，因为保持链72倾斜，所以刀具51的前端位于保持链72的外侧。因此，在俯视时夹持臂70的把持部82的位置与保持链72的位置大致一致(参照图7的(b))。即，夹持臂70的把持部82的位置位于保持链72的外周的铅垂方向的下方。变形例的刀库104以使保持链106水平的方式将保持链106安装在立柱28上。刀库104以使刀具51在换刀位置上沿与水平面垂直的方向延伸的方式将夹持臂70设于保持链106。如图8的(a)所示，因为夹持臂70以使刀具51在保持链106的内侧向垂直方向延伸的方式把持刀具51，所以在俯视时夹持臂70的把持部82的位置位于比保持链106靠内侧的位置(参照图8的(b))。因为刀库104的把持部82的位置位于比保持链106靠内侧的位置，所以，为了避免各把持部82在安装于保持链106上之后彼此干涉，必须使各把持部82的安装位置之间的间隔变大。因为刀库75的把持部82的位置位于保持链72的外周的铅垂方向的下方，所以上述安装位置之间的间隔比刀库104的该间隔窄。因此，刀库75能够在保持链72上设置更多的夹持臂70。刀库75能够保持23个刀柄50，而刀库104能够保持22个刀柄50。
如图7的(b)、图8的(b)所示，刀库75比变形例的刀库104小，但刀库75能够保持比变形例的刀库104所保持的刀柄50多的刀柄50。换刀装置10通过使刀库75倾斜地将刀库75安装在立柱28上，能够实现小型化，并且能够保持较多的刀具。
虽然采用保持链72、106作为上述刀库主体，但例如也可以采用圆环状的构件作为刀库主体。刀库主体也可以构成为使圆环状的构件绕轴心旋转。另外，保持链72、106可以采用橡胶链、金属链等由各种材料形成的链。
保持链72的轴线74从铅垂线76向主轴头32侧倾斜的倾斜角为30°。本发明并不限定于该角度，设定为多大的倾斜角都可以。倾斜角度越大，在90°以内的范围内越大，能够保持的刀具越多。但是，如果倾斜角过大，则支承刀库75的立柱的重量平衡会产生偏差，所以优选将倾斜角设定为20°～50°，特别优选将倾斜角设定为30°～40°。

Claims (5)

1.一种换刀装置，其用于机床，该机床包括：
立柱，其以能够移动的方式设在机床的底座上；
主轴头，其以能够升降的方式设在上述立柱上；以及
主轴，其以能够旋转的方式被上述主轴头支承，并且以能够装卸刀具的方式保持刀具，
该换刀装置包括：
多个夹持臂，其具有用于把持上述刀具的把持部；以及
刀库主体，其以能够以一轴线为中心进行旋转的方式被上述立柱支承，上述多个夹持臂设于该刀库主体的外周，
其作为机床的换刀装置，利用上述刀库主体的旋转将上述多个夹持臂的上述把持部所把持的上述刀具定位于能够将该刀具安装在上述主轴的下端部的位置，其特征在于，
上述刀库主体形成为围绕上述立柱的外周的环状，
上述刀库主体由保持上述多个夹持臂的保持链构成，
上述刀库主体以上述轴线相对于铅垂线向上述主轴头侧倾斜的状态固定于上述立柱。
2.根据权利要求1所述的换刀装置，其中，
上述主轴头以能够在上述刀库主体的内侧升降的方式设在上述立柱上，该刀库主体以围绕上述立柱的外周的方式固定于上述立柱。
3.根据权利要求1所述的换刀装置，其中，
设于上述倾斜的状态下的上述刀库主体的上述多个夹持臂的上述把持部位于上述刀库主体的外周的铅垂方向下方。
4.根据权利要求1所述的换刀装置，其中，
上述刀库主体的上述轴线相对于铅垂线向上述主轴头侧倾斜的倾斜角为20°～50°。
5.一种机床，其特征在于，
包括权利要求1至4中任意一项所述的换刀装置。
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