CN1891401A - 刀具自动更换装置及加工机械 - Google Patents

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Abstract

本发明的刀具自动更换装置具备：收纳多种刀具(T)的刀具收纳装置(31)、以能够在刀具收纳装置(31)到刀具更换位置(P2)之间进退的方式设置的刀具装卡组件(41)及刀具装卡解除组件(51)、和刀具交接机构(61)。在刀具装卡组件(41)上设有紧固刀具装卡机构(24)的刀具紧固机构(42)、在刀具装卡解除组件(51)上具备将刀具装卡机构(24)放松的刀具放松机构(52)。刀具交接机构(61)使定位在交接位置上的刀具从刀具收纳装置保持到刀具装卡组件的刀具紧固机构内，并且，将回收到刀具装卡解除组件上的刀具从刀具装卡解除组件回收到刀具收纳装置中。

Description

刀具自动更换装置及加工机械
技术领域
本发明涉及刀具自动更换装置及加工机械。详细地讲，涉及相对于主轴自动更换刀具的刀具自动更换装置及加工机械。
背景技术
作为相对于工作机械等的主轴自动更换刀具的刀具自动更换装置，已知有例如特开2000-84777号公报中所示的刀具自动更换装置等。
这种刀具自动更换装置具备：收纳多种刀具并可将其定位在规定的交接位置上的刀库、可旋转地设置在该刀库的交接位置与刀具更换位置之间并且在两端具有刀具把持部的旋转臂、和控制该旋转臂的旋转动作及向旋转轴方向进退的进退动作的控制装置。
在刀具更换时，从刀库中选择指定刀具，将该指定刀具定位在交接位置上，并且将主轴定位在刀具更换位置。在此状态下，使旋转臂旋转，将刀具(定位于交接位置上的刀具、和安装在主轴上的刀具)把持在两端的刀具把持部上。接着，使旋转臂向轴向滑动，其次使其进行180度旋转动作，然后使旋转臂向轴向滑动，原本定位于交接位置上的刀具被安装到主轴上，而原本安装在主轴上的刀具被回收到交接位置。由此，自动进行刀具更换。
在以往的刀具自动更换装置中，在刀具更换时，必须将主轴移动并定位到旋转臂的旋转区域内，所以在主轴的移动行程较小的情况下，则只能将主轴的加工区域与刀具自动更换装置接近地设置。
若采用这种构造，则例如在利用主轴进行加工时大量使用冷却液的加工环境下、或者产生大量切屑的加工环境下，冷却液或切屑会附着在刀具自动更换装置上，容易导致故障的发生。
如果鉴于这一点而要使主轴的加工区域与刀具自动更换装置远离地进行设定，则必须增大主轴的移动行程，所以会使加工机械本身的构造大型化、复杂化，在经济性方面是不利的。
发明内容
本发明的主要目的是消除这种以往的缺点，提供一种即使不增大主轴的移动行程也能够将主轴的加工区域与刀具自动更换装置远离设置的、刀具自动更换装置及加工机械。
本发明的刀具自动更换装置，相对于定位在刀具更换位置上并且在末端具有刀具装卡机构的主轴进行刀具更换，其特征在于，具备：刀具收纳装置，收纳多种刀具，并且可将刀具定位在规定的交接位置上；刀具装卡组件，设置成可在上述刀具收纳装置到上述刀具更换位置之间进退，并具有在上述刀具更换位置上将上述刀具装卡机构紧固的刀具紧固机构；刀具装卡解除组件，设置成可在上述刀具收纳装置到上述刀具更换位置之间进退，具有在上述刀具更换位置上将上述刀具装卡机构放松的刀具放松机构；刀具交接机构，在上述刀具装卡组件后退到上述刀具紧固机构与上述交接位置相对应的位置的状态下，使定位于上述交接位置的刀具从上述刀具收纳装置保持到上述刀具装卡组件的刀具紧固机构内，并且，在上述刀具装卡解除组件后退到上述刀具放松机构与上述交接位置相对应的位置的状态下，将回收到上述刀具装卡解除组件上的刀具从上述刀具装卡解除组件回收到上述刀具收纳装置中。
(刀具装卡解除动作)
现在，在主轴上安装有刀具。从该状态开始，将主轴移动到刀具更换位置并定位，刀具装卡解除组件也前进到刀具更换位置。然后，使主轴朝向刀具装卡解除组件移动，主轴的刀具装卡机构保持到刀具装卡解除组件的刀具放松机构上，通过该刀具放松机构将刀具装卡机构放松。然后，使主轴向离开刀具装卡解除组件的方向移动，刀具被从刀具装卡机构拔下，并保持到刀具装卡解除组件上。保持在刀具装卡解除组件上的刀具经过刀具装卡解除组件的后退动作及刀具交接机构的交接动作，被回收到刀具收纳装置中。
(刀具装卡动作)
首先，从刀具收纳装置中选择指定的刀具，将该指定刀具定位在交接位置上。于是，被定位在交接位置上的刀具通过刀具交接机构被从刀具收纳装置保持到刀具装卡组件的刀具紧固机构内。接着，使刀具装卡组件前进。接着，使主轴朝向刀具装卡组件移动，主轴的刀具装卡机构被保持于刀具装卡组件的刀具紧固机构中，由该刀具紧固机构将刀具装卡机构紧固。即，由刀具装卡机构保持指定刀具。然后，使主轴向离开刀具装卡组件的方向移动，并使刀具装卡组件后退动作。由此，将新的刀具安装在主轴上，由此进行加工。
如上所述，在刀具更换时，刀具装卡组件及刀具装卡解除组件一边在刀具收纳装置到刀具更换位置之间进退一边进行刀具更换，所以即使不增大主轴的移动行程，也能够将主轴的加工区域与刀具自动更换装置远离设置。因而，能够消除加工区域与刀具自动更换装置接近设置时的缺点、即冷却液或切屑附着在刀具自动更换装置上而容易导致故障的缺点。
在本发明的刀具自动更换装置中，优选的是，上述刀具收纳装置包括：刀具收纳转塔，每隔一定角度以可拆装的方式收纳一个刀筒，所述刀筒收纳着刀具；和旋转驱动机构，使该刀具收纳转塔旋转并可将指定刀具定位在上述交接位置上。
根据该结构，刀具收纳装置包括刀具收纳转塔和使该刀具收纳转塔旋转的旋转驱动机构，所以能够以较简单的结构制作，并且能够高精度地定位，所以还能够减少故障。
此外，在本发明的刀具自动更换装置中，优选的是，上述刀具装卡组件设置成，上述刀具紧固机构能够后退到与上述刀具收纳转塔的旋转轴线平行且对应于上述交接位置的位置；上述刀具装卡解除组件设置成，上述刀具放松机构能够后退到与上述刀具收纳转塔的旋转轴线平行且对应于上述交接位置的位置；上述刀具交接机构包括：以能够沿着与上述刀具收纳转塔的旋转轴线平行且对应于上述交接位置的轴线移动的方式设置的刀具交接杆、和使该刀具交接杆沿着轴线移动的进退机构。
根据该结构，在与刀具收纳转塔的旋转轴线平行且对应于交接位置的轴线上配置有刀具装卡组件及刀具装卡解除组件、还有进退机构的刀具交接杆，所以整体能够细长地构成。并且，由于进退机构的刀具交接杆也只要沿与刀具收纳转塔的旋转轴线平行且对应于交接位置的轴线方向动作就可以，所以能够使动作平滑。
此外，在本发明的刀具自动更换装置中，优选的是，上述刀具装卡组件及刀具装卡解除组件，向与上述刀具收纳转塔的旋转轴线平行且对应于上述交接位置的轴线方向错开地配置，并且，设置成能够向相对于上述轴线正交而且彼此相同的方向进退。
根据该结构，刀具装卡组件及刀具装卡解除组件向轴线方向错开地配置，并且设置成可向相对于轴线正交且彼此相同的方向进退，所以能够减小宽度尺寸。因而，整体上能够紧凑地构成。
此外，在本发明的刀具自动更换装置中，优选的是，上述刀具装卡机构包括安装在上述主轴上的弹簧夹头、和将该弹簧夹头紧固的螺母部件；上述刀具紧固机构具备使前述螺母向紧固方向旋转的旋转机构；上述刀具放松机构具备使上述螺母向放松方向旋转的旋转机构。
根据该结构，刀具装卡机构是通过螺母部件的转动操作来紧固或放松弹簧夹头的结构，所以能够简单地构成。
本发明的加工机械，具备上述刀具自动更换装置、和具有加工区域空间的加工机主体，上述主轴能够在所述加工区域空间中移动，其特征在于，在上述刀具自动更换装置所邻接的上述加工区域空间的壁面上形成有窗，上述刀具自动更换装置的刀具装卡组件及刀具装卡解除组件能够从所述窗突出到上述加工区域空间内，在该窗上可开闭地安装有活门。
根据该结构，在刀具自动更换装置所相邻的加工区域空间的壁面上形成有窗，在该窗上可开闭地安装有活门，所以如果关闭活门，则来自加工区域空间的冷却液或切屑不会附着到刀具自动更换装置上。并且，如果打开活门，则能够使刀具装卡组件及刀具装卡解除组件从窗突出到加工区域空间内，所以还能够无障碍地进行刀具更换。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的加工机械的主视图。
图2是在上述实施方式中表示主轴头的剖视图。
图3是在上述实施方式中表示刀具自动更换装置的分解立体图。
图4是在上述实施方式中表示刀具自动更换装置的刀具紧固装置的剖视图。
图5是在上述实施方式中表示刀具自动更换装置的刀具装卡解除动作的图。
图6是在上述实施方式中表示刀具自动更换装置的刀具装卡动作的图。
具体实施方式
下面根据附图说明本发明的实施方式。
(图1的说明)
图1表示应用了本发明的刀具自动更换装置的加工机械。该加工机械1具备加工机主体10、和与该加工机主体10邻接地设置的刀具自动更换装置30。
在加工机主体10上，在内部设有载置工件的工作台12，并且设有加工区域空间13，主轴头21能够在该加工区域空间13中相对地向三维方向(前后、左右、上下方向)移动。此外，在正面设有透视窗14，透过所述透视窗14可对内部的加工区域空间13内进行目视辨认，并且在左侧侧壁(刀具自动更换装置30所邻接的侧壁)上设有窗15，后述的刀具自动更换装置30的刀具装卡组件41及刀具装卡解除组件51能从所述窗15突出到加工区域空间13内，在右侧侧壁上设有操作板16。
在窗15上，经由导轨19以能够滑动的方式设置有借助压力缸17而滑动的活门18。即，窗15以可由活门(shutter)18开闭的方式构成。
(图2的说明)
图2表示主轴头21。主轴头21具备：轴承部件22、经由空气静压轴承(省略图示)而以能够旋转的方式支承在该轴承部件22中的主轴23、和设在该主轴23的末端的刀具装卡机构24。
刀具装卡机构24包括：形成在主轴23的末端面上的锥孔25、安装在该锥孔25内的弹簧夹头26、和紧固、放松该弹簧夹头26的螺母部件27。螺母部件27具备：螺母部27A，拧合到阳螺纹部28上，所述阳螺纹部28形成在位于主轴23的末端且位于锥孔25的外周的部位上；和限制部27B，袋状地设置在该螺母部27A的一端，从下方限制弹簧夹头26。因而，如果拧合(向右旋转)螺母部件27，则弹簧夹头26***到锥孔25内，所以能够保持刀具T。反之，如果反向旋转螺母部件27，则由弹簧夹头26进行的紧固被放松，所以能够将刀具T拆下。另外，虽然没有图示，但设有在刀具装卡机构24的紧固、解除操作时限制主轴23的旋转的主轴旋转限制机构。
(图3～图4的说明)
图3表示刀具自动更换装置30。该刀具自动更换装置30具备：收纳多种刀具T且可将其定位在规定的交接位置上的刀具收纳装置31、刀具装卡组件41、刀具装卡解除组件51、和刀具交接机构61。
刀具收纳装置31包括：刀具收纳转塔32，每隔一定角度以可拆装的方式收纳一个刀筒34，所述刀筒34收纳着刀具T；旋转驱动机构35，使该刀具收纳转塔32旋转并可将指定刀具T定位在交接位置上。在刀具收纳转塔32上，在同一圆周上的规定角度位置上形成有收纳孔33，在这些收纳孔33内以可拆装的方式收纳有收纳着刀具T的刀筒34。旋转驱动机构35包括马达36、和卷挂在该马达36的输出轴与刀具收纳转塔32的轴上的带37。
刀具装卡组件41设置成，可在省略图示的压力缸的作用下穿过窗15在刀具收纳装置31的刀具交接位置P1到加工区域空间13内的刀具更换位置P2之间进退，并且，具有在刀具更换位置P2上紧固刀具装卡机构24的刀具紧固机构42。即，刀具紧固机构42设置成，能够在与刀具收纳转塔32的旋转轴线平行且与交接位置P1对应的位置到刀具更换位置P2之间进退。
刀具紧固机构42如图4所示，沿上下具备使螺母部件27向紧固方向旋转的旋转机构43、和对收纳着刀具T的刀筒34进行保持的保持部件47。旋转机构43包括：容纳保持螺母部件27并以可旋转的方式设置的螺母容纳部件44、使该螺母容纳部件44仅向一个方向(紧固螺母部件27的方向)旋转的棘轮机构等单向旋转机构(省略图示)、和经由杆45连结在上述螺母容纳部件44上并使螺母部件27向一个方向旋转的压力缸46。保持部件47由橡胶等弹性部件构成以便能够弹性地保持刀筒34，在中心具备保持刀筒34的保持孔。
刀具装卡解除组件51设置成，可在省略图示的压力缸的作用下穿过窗15在刀具收纳装置31的交接位置P1到加工区域空间13内的刀具更换位置P2之间进退，并且具有在刀具更换位置P2上将刀具装卡机构24放松的刀具放松机构52。即，刀具放松机构52设置成，能够在与刀具收纳转塔32的旋转轴线平行且对应于交接位置P1的位置到刀具更换位置P2之间进退。
虽没有图示，但刀具放松机构52具备使螺母部件27向放松方向旋转的旋转机构及单向旋转机构、和保持回收后的刀具T的保持部件。旋转机构与图4基本上相同，所以省略说明。
另外，这些刀具装卡组件41及刀具装卡解除组件51，向与刀具收纳转塔32的旋转轴线平行且对应于交接位置P1的轴线方向错开地配置，并且，设置成能够向相对于轴线正交而且彼此相同的方向进退。
刀具交接机构61具有如下功能：在刀具装卡组件41后退到刀具紧固机构42与交接位置P1相对应的位置的状态下，使原本定位在交接位置P1上的刀具T从刀具收纳装置31保持到刀具装卡组件41的刀具紧固机构42内，并且，在刀具装卡解除组件51后退到刀具放松机构52与交接位置P1相对应的位置的状态下，将回收到刀具装卡解除组件51上的刀具T从刀具装卡解除组件51回收到刀具收纳装置31中。
具体而言，刀具交接机构61包括：以能够沿着与刀具收纳转塔32的旋转轴线平行且对应于交接位置P1的轴线移动的方式设置的刀具交接杆62、和使该刀具交接杆62沿着轴线移动的进退机构63。进退机构63包括：活塞杆经由连结板64连结在刀具交接杆62上的第1压力缸65、和活塞杆经由连结板66连结在该第1压力缸65上的第2压力缸67。
(图5的说明)
(刀具装卡解除动作)
现在，在主轴23上安装有刀具T。从该状态开始，使主轴头21(即主轴23)移动到刀具更换位置P2并定位后，刀具装卡解除组件51也前进到刀具更换位置P2。接着，使主轴头21(主轴23)朝向刀具装卡解除组件51移动，主轴头21(主轴23)的刀具装卡机构24被保持在刀具装卡解除组件51的刀具放松机构52内，借助该刀具放松机构52将刀具装卡机构24放松。然后，使主轴头21(主轴23)向离开刀具装卡解除组件51的方向移动，刀具T被从刀具装卡机构24拔下，并保持到刀具装卡解除组件51上。
保持在刀具装卡解除组件51上的刀具T，经过刀具装卡解除组件51的后退动作及刀具交接机构61的交接动作，而被回收到刀具收纳装置31中。
首先，使刀具装卡解除组件51后退动作到原位置。与此同时，使刀具收纳装置31的刀具收纳转塔32旋转，将使用完刀具用刀筒34定位在交接位置P1。接着，通过刀具交接机构61的第1、第2压力缸65、67的驱动，刀具交接杆62上升。于是，借助该工具交接杆62的上升，将使用完刀具用刀筒34从刀具收纳装置31送入到刀具装卡解除组件51的刀具放松机构52内。
由此，将使用完刀具T回收到被送入刀具放松机构52内的使用完刀具用刀筒34内。然后，通过刀具交接机构61的第1、第2压力缸65、67的驱动，刀具交接杆62下降，收纳有使用完刀具T的使用完刀具用刀筒34被保持在刀具收纳装置31的刀具收纳转塔32上。由此，刀具装卡解除动作结束。
(图6的说明)
(刀具装卡动作)
首先，从刀具收纳装置31中选择指定刀具T后，通过刀具收纳转塔32的旋转将指定刀具T定位到交接位置P1上。于是，被定位在交接位置P1上的刀具T通过刀具交接机构61被从刀具收纳装置31保持到刀具装卡组件41的刀具紧固机构42内。即，通过刀具交接机构61的第2压力缸67的驱动，刀具交接杆62上升。于是，通过该刀具交接杆62的上升，指定刀具T被从刀具收纳装置31保持到刀具装卡组件41的刀具紧固机构42内。然后，通过刀具交接机构61的第2压力缸67的驱动，刀具交接杆62下降。
接着，使主轴头21(主轴23)向刀具更换位置P2移动，然后定位，同时使刀具装卡组件41前进，定位在主轴23的正下方。接着，使主轴头21(主轴23)向刀具装卡组件41移动，主轴23的刀具装卡机构24保持到刀具装卡组件41的刀具紧固机构42内，通过该刀具紧固机构42将刀具装卡机构24紧固。即，指定刀具T被刀具装卡机构24保持。然后，使主轴23向离开刀具装卡组件41的方向移动。由此，将新的刀具T安装在主轴23上，利用该新的刀具T进行加工。
保持在刀具装卡组件41上的刀筒34，经过刀具装卡组件41的后退动作及刀具交接机构61的交接动作，被回收到刀具收纳装置31中。
首先，刀具装卡组件41后退动作到原位置。接着，通过刀具交接机构61的第2压力缸67的驱动，刀具交接杆62上升。于是，通过该刀具交接杆62的上升，将空的刀筒34回收到刀具交接杆62上。然后，如果通过刀具交接机构61的第2压力缸67的驱动，刀具交接杆62下降，则空的刀筒34被保持到刀具收纳装置31的刀具收纳转塔32上。由此，刀具装卡动作结束。
在本实施方式中，在刀具更换时，刀具装卡组件41及刀具装卡解除组件51一边在刀具收纳装置31到刀具更换位置P2之间进退一边进行刀具更换，所以即使不增大主轴23的移动行程，也能够将主轴23的加工区域与刀具自动更换装置30远离地设置。因而，能够消除将加工区域与刀具自动更换装置30接近地设置时的缺点、即冷却液或切屑附着在刀具自动更换装置上而容易导致故障的缺点。
此外，对于具有主轴(弹簧夹头型主轴等)的加工机械，几乎不改变主轴23及加工机主体10的基本构造便能够实施，所以应用范围较广。特别是，由于在加工机主体10的主轴23上没有用来应用刀具自动更换装置的机构，所以能够原样维持主轴23的性能。对于最近的高速主轴、超高速主轴(100，000rpm以上)，从防止主轴的振动的观点出发其效果很明显，优点不言而喻。
(变形例)
本发明并不限于上述实施方式，能够达到本发明目的的范围内的变形、改良等都包含在本发明中。
例如，在上述实施方式中，是采用了弹簧夹头26作为将刀具T保持在主轴23上的刀具装卡机构24的构造，但并不限于此，也可以是其他构造。总之，只要是能够容易地相对于主轴23更换刀具T的构造即可，也可以是其他形式、构造。在此情况下，对于设在刀具装卡组件41及刀具装卡解除组件51上的刀具紧固机构42及刀具放松机构52，也只要采用与刀具装卡机构24的构造对应的构造就可以。

Claims (6)

1、一种刀具自动更换装置，相对于定位在刀具更换位置上并且在末端具有刀具装卡机构的主轴进行刀具更换，其特征在于，具备：
刀具收纳装置，收纳多种刀具，并且可将刀具定位在规定的交接位置上；
刀具装卡组件，设置成可在上述刀具收纳装置到上述刀具更换位置之间进退，并具有在上述刀具更换位置上将上述刀具装卡机构紧固的刀具紧固机构；
刀具装卡解除组件，设置成可在上述刀具收纳装置到上述刀具更换位置之间进退，具有在上述刀具更换位置上将上述刀具装卡机构放松的刀具放松机构；
刀具交接机构，在上述刀具装卡组件后退到上述刀具紧固机构与上述交接位置相对应的位置的状态下，使定位于上述交接位置的刀具从上述刀具收纳装置保持到上述刀具装卡组件的刀具紧固机构内，并且，在上述刀具装卡解除组件后退到上述刀具放松机构与上述交接位置相对应的位置的状态下，将回收到上述刀具装卡解除组件上的刀具从上述刀具装卡解除组件回收到上述刀具收纳装置中。
2、如权利要求1所述的刀具自动更换装置，其特征在于，
上述刀具收纳装置包括：刀具收纳转塔，每隔一定角度以可拆装的方式收纳一个刀筒，所述刀筒收纳着刀具；和旋转驱动机构，使该刀具收纳转塔旋转并可将指定刀具定位在上述交接位置上。
3、如权利要求2所述的刀具自动更换装置，其特征在于，
上述刀具装卡组件设置成，上述刀具紧固机构能够后退到与上述刀具收纳转塔的旋转轴线平行且对应于上述交接位置的位置；
上述刀具装卡解除组件设置成，上述刀具放松机构能够后退到与上述刀具收纳转塔的旋转轴线平行且对应于上述交接位置的位置；
上述刀具交接机构包括：以能够沿着与上述刀具收纳转塔的旋转轴线平行且对应于上述交接位置的轴线移动的方式设置的刀具交接杆、和使该刀具交接杆沿着轴线移动的进退机构。
4、如权利要求3所述的刀具自动更换装置，其特征在于，
上述刀具装卡组件及刀具装卡解除组件，向与上述刀具收纳转塔的旋转轴线平行且对应于上述交接位置的轴线方向错开地配置，并且，设置成能够向相对于上述轴线正交而且彼此相同的方向进退。
5、如权利要求1～4中任一项所述的刀具自动更换装置，其特征在于，
上述刀具装卡机构包括安装在上述主轴上的弹簧夹头、和将该弹簧夹头紧固的螺母部件；
上述刀具紧固机构具备使前述螺母向紧固方向旋转的旋转机构；
上述刀具放松机构具备使上述螺母向放松方向旋转的旋转机构。
6、一种加工机械，具备权利要求1～5中任一项所述的刀具自动更换装置、和具有加工区域空间的加工机主体，上述主轴能够在所述加工区域空间中移动，其特征在于，
在上述刀具自动更换装置所邻接的上述加工区域空间的壁面上形成有窗，上述刀具自动更换装置的刀具装卡组件及刀具装卡解除组件能够从所述窗突出到上述加工区域空间内，在该窗上可开闭地安装有活门。
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