專利名稱：換刀裝置及用于機(jī)床的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及裝在機(jī)床主軸和機(jī)床刀具庫上的刀具相互交換的換刀裝置及方法。
更換機(jī)床主軸和刀具庫上的刀具的機(jī)床有一種換刀裝置。在這類機(jī)床中，形成于構(gòu)成刀具抓取機(jī)構(gòu)的一換刀臂一端上的抓取部分可抓住裝在主軸上的一刀具及刀具庫中的一刀具。然后換刀臂就旋轉(zhuǎn)，通過改變這兩種刀具的位置來使它們相互交換。
根據(jù)抓取刀具的方式將刀具抓取機(jī)構(gòu)分成兩類。在一類刀具抓取機(jī)構(gòu)中，刀具由刀具抓取機(jī)構(gòu)的刀具抓取部分夾住。在另一類刀具抓取機(jī)構(gòu)中，刀具的一側(cè)被刀具抓取部分抓住，然后被以壓力方式鎖定在一刀具安裝部分中。
后一類刀具抓取機(jī)構(gòu)公開在公開號為5-13469的日本實用新型公告中。在此日本公開公告中公開的刀具抓取機(jī)構(gòu)之換刀臂的運動過程首先使換刀臂從換刀劈等待位置轉(zhuǎn)動一預(yù)定角度而到達(dá)換刀位置，使得形成在換刀臂端上的刀具抓取部分抓取安裝在主軸上的、已用過的一刀具及抓取安裝在刀具庫上的一新刀具。然后使換刀臂沿軸向運動，并使它在離開換刀位置的一預(yù)定位置處旋轉(zhuǎn)180°，使兩刀具有位置相互交換。然后再使換刀臂沿軸向運動到換刀位置，以使換刀臂將新刀具插入主軸上，并將用過的刀具從刀具抓取部分上松開，以使之安置于刀具庫中。最后，使換刀臂沿相反方向轉(zhuǎn)動，以使之又返回?fù)Q刀臂等待位置。
在這一過程中，換刀臂必須在換刀臂等待位置和換刀位置之間的空間中被沿相反方向驅(qū)動，而且換刀臂必須被精確地定位，以便精確地將一刀具插入主軸中。因此，必須使用一種復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，通常采用昂貴的其上制有凸輪槽的滾子齒輪凸輪，或者通過驅(qū)動多個齒輪來控制換刀臂的轉(zhuǎn)換方向。
本發(fā)明的目的是提供一種避免上述缺陷的換刀裝置。
根據(jù)本發(fā)明，一種換刀機(jī)構(gòu)包括一有一臂支承件的換刀臂，此支承件有一沿其軸線延伸的臂中心軸，以及一臂主體，此臂主體由臂支承件支承，從而使臂主體可環(huán)繞該臂中心軸轉(zhuǎn)動，而且有一刀具抓取機(jī)構(gòu)。此外，換刀(arm)裝置還包括一個用于將臂主體相對臂中心軸鎖定或松開的臂鎖緊機(jī)構(gòu)。臂鎖緊機(jī)構(gòu)可將換刀臂主體鎖定于臂支承件上，并且可限制、換刀臂主體相對臂支承件的轉(zhuǎn)動，從而使換刀臂與轉(zhuǎn)動軸一起轉(zhuǎn)動。
換刀臂最好具有一個刀具鎖定機(jī)構(gòu)，以用于將一夾緊件鎖緊或松開，而夾緊件附加于臂鎖定機(jī)構(gòu)中。換刀臂的刀具抓取部分有一夾緊件，該夾緊件在一彈簧推力作用下可伸出一預(yù)定長度。當(dāng)因換刀臂轉(zhuǎn)動而使夾緊件接觸刀具時，夾緊件就在外力作用下克服彈簧的推力被壓向換刀臂主體的中央部位。在刀具通過夾緊件的導(dǎo)引端部并插入刀具抓取部分中刀具時，此夾緊件被推力作用而突出來，因而以壓力將刀具夾緊在刀具抓取部分中。
這樣，當(dāng)外力大于加于夾緊件上的推力時，夾緊件就被壓向換刀臂主體的中心部分。這樣，當(dāng)因換刀臂轉(zhuǎn)動而有一離心力施加于夾緊件上時，很可能出現(xiàn)刀具不能被夾緊件夾持。但是，由于臂鎖緊機(jī)構(gòu)可防止夾緊件的滑動，故臂鎖緊機(jī)構(gòu)仍靠近此夾緊件將刀具保持夾緊。因此，即使換刀臂以能有一大離心力施加于夾緊件的高角速度轉(zhuǎn)動時，刀具也可以被可靠地夾持在抓取位置上。
從下面參照附圖進(jìn)行詳細(xì)介紹后，本發(fā)明的其它目的、特點及優(yōu)點會變得更加清楚。各附圖為

圖1是采用本發(fā)明一實施例換刀裝置的一機(jī)床的立體圖；圖2是沿一垂直方向剖視圖，它展示了本發(fā)明實施例的換刀裝置；圖3是一局部剖放大圖，它展示本實施例之一個工具-抓取機(jī)構(gòu)；圖4是沿圖3之Ⅳ-Ⅳ線剖切的水平剖視圖；圖5是展示本實施例換刀臂主體的水平方向剖視圖；圖6是沿圖3之Ⅵ-Ⅵ線剖切的水平方向剖視圖；圖7A-7C是展示本實施例的臂鎖緊機(jī)構(gòu)和刀具鎖緊機(jī)構(gòu)運作的剖視圖；圖8是一平面圖，展示本實施例中的換刀臂在換刀臂等待位置與工具抓取位置之間的轉(zhuǎn)擺運動。
先參看圖1，本發(fā)明一實施例換刀裝置TC安裝在一機(jī)床即加工中心上。
在此加工中心中，如在本領(lǐng)域中公知的，例如象轉(zhuǎn)讓給與本申請同一受讓人的美國專利USP4833772那樣，主軸頭3支承在垂直地豎立并固定在機(jī)座1的立柱2上。主軸頭3通過與Z軸送進(jìn)馬達(dá)5連接的送進(jìn)絲杠6的轉(zhuǎn)動，沿一對直線導(dǎo)軌4可作垂直運動。安裝在機(jī)座1上的工作臺7以可運動方式夾持在一水平面中。在主軸頭3上安裝有一主軸馬達(dá)8、主軸9，及回轉(zhuǎn)刀庫10。
主軸9具有一個以能夠拆卸方式夾持一刀具(T)的刀具安裝部分11；及一刀具松開銷11(未示出)，銷11通過一未示出的拉桿與刀具安裝部分11連接；當(dāng)松開銷被向下壓時，使刀具(T)從刀具安裝部分11中松開。
刀具庫10以可取下方式在回轉(zhuǎn)圓盤的周面上設(shè)有一組夾持槽以夾持著刀具，而夾持槽通常是沿水平方向設(shè)置的。只是置于此圓盤最下位置處的夾持槽被朝下轉(zhuǎn)過90°以使夾持槽到達(dá)一垂直位置，從而使換刀裝置TC能夠換刀具(T)。刀具(T)的選定，即安置在回轉(zhuǎn)圓盤最下位置處的刀具(T)的定位是由刀具庫馬達(dá)14的轉(zhuǎn)動來進(jìn)行的。
主軸頭3與換刀裝置TC配合作用以使主軸9上的刀具(T)與刀具庫10上的刀具(T)相互交換。換刀裝置TC具有換刀驅(qū)動馬達(dá)15及換刀臂(A)。
換刀臂(A)詳細(xì)地展示于圖2中，工具抓取機(jī)構(gòu)則詳細(xì)地展示于圖3中。換刀臂(A)具有一臂支承件16，件16有一與換刀臂(A)的轉(zhuǎn)擺軸25同軸延伸的臂中心軸62；以及還有一臂主體12。臂主體12由臂支承件16支承，使之可在臂中心軸62上轉(zhuǎn)動。臂主體12有一刀具抓取部分17，部分17形成于臂主體12的兩端、用于支承刀具(T)。為了使裝在主軸9上的刀具(T)與裝在刀具庫10上的刀具(T)相互替換，在刀具抓取部分17抓取刀具(T)后，換刀臂(A)轉(zhuǎn)動并向上、向下運動。
如圖2所示，沿垂直方向延伸的換刀裝置TC自動換刀(ATC)驅(qū)動軸18與換刀驅(qū)動馬達(dá)15連接，并通過軸承19，20以可轉(zhuǎn)動方式支承在主軸頭3上。四個凸輪21，22，23及24設(shè)置在ATC驅(qū)動軸18上。
轉(zhuǎn)軸25沿垂直方向安置在ATC驅(qū)動軸18的一側(cè)?；ㄦI25a制作在轉(zhuǎn)軸25的上部。凸緣25b制作在轉(zhuǎn)軸25的最下端。換刀臂(A)固定于凸緣25b上。
在轉(zhuǎn)軸25的上端置有一階梯孔32，孔32有一預(yù)定深度并沿轉(zhuǎn)軸25的軸向延伸。具有比階梯孔32內(nèi)徑小的直徑的一圓柱支承件31被插入到制作在主軸頭3的上機(jī)架28內(nèi)的通孔28a中，支承件31固定于上機(jī)架28并插入到階梯孔32，并穿過設(shè)置在階梯孔32的上階梯孔的一套筒33，從而支承著轉(zhuǎn)軸25的上部分。
如圖3所示，轉(zhuǎn)軸25的下端穿過環(huán)狀外齒輪29，齒輪29的直徑比轉(zhuǎn)軸25的大。轉(zhuǎn)軸25被支承得使之能環(huán)繞其軸線轉(zhuǎn)動，并能在套筒30和外齒輪29的導(dǎo)向下沿自身軸線作往復(fù)直線運動。
在主軸頭3的一下機(jī)架26上制有一孔26a，從而使外齒輪29通過套筒27穿過孔26a，并且可環(huán)繞其軸線作獨立于轉(zhuǎn)軸25轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動。
如圖2所示，轉(zhuǎn)軸25有一沿垂直方向固定于轉(zhuǎn)軸25中心附近的一圓柱形件36，件36上制有周向溝槽。轉(zhuǎn)軸25由于圓柱形件36的上、下運動而沿垂直方向往復(fù)運動。此外，轉(zhuǎn)軸25還由于與形成于其上部的花鍵25a相接合的一輔助花鍵軸37而環(huán)繞自身的軸線轉(zhuǎn)動。用作凸輪21的凸輪從動件的一從動件滾子38的軸固定于一凸緣37a的上、下表面上；凸緣37a制作于輔助花鍵軸37的外周面上。
如圖3所示，制作在外齒輪29之圓周上端的一齒輪29a與安置在齒鏈29旁邊的扇形齒輪34嚙合。固定于扇齒輪34上的一擺動臂35可沿凸輪24擺動。
槽71a和71b在下部開口，彼此相隔180°，它們被制作在外齒輪29的下端部。外齒輪29通過槽71a和71b與換刀臂(A)的臂轉(zhuǎn)動軸51相接合。
臂支承件16有與臂中心軸62之上部一件構(gòu)成的上凸緣61，凸緣61沿軸62的周向延伸；還有一個配裝在臂中心軸62下端的盤狀下凸緣63。臂主體可被夾持在上、下凸緣61、63之間轉(zhuǎn)動。
臂主體12除了具有環(huán)狀的臂回轉(zhuǎn)軸51外(臂中心軸62穿過環(huán)狀軸51)，還具有一轉(zhuǎn)臂52，轉(zhuǎn)臂52的中心部分被裝配入臂回轉(zhuǎn)軸51的下部，轉(zhuǎn)臂52的兩端各有一刀具抓取部分17。在臂回轉(zhuǎn)軸51的上部有一凸緣51a。在臂回轉(zhuǎn)軸51的上端部有突起72a、72b，這些突起朝上突伸至與在外齒輪29下端部形成的槽71a、71b相遇。轉(zhuǎn)臂52的中心部位有一槽。在此槽的中心部位有一通孔。換言之，轉(zhuǎn)臂52具有一實心凸緣52a，突緣52a從其槽側(cè)表面延伸至中心部位。與臂主體12構(gòu)成一體的凸緣522a與凸緣51a連接，使臂主體12與凸緣51a形成一體。臂回轉(zhuǎn)軸51與轉(zhuǎn)臂52也可以用整體模壓成形法構(gòu)成。
通過將形成在臂主體12上端部的突起72a和72b配裝在分別形成于外齒輪29下端部的槽71a、71b中，外齒輪29和臂主體12就能一起轉(zhuǎn)動。
如圖5所示，轉(zhuǎn)臂52對稱于臂中心軸62，且在其兩端各制有一抓取部份17，刀具抓取部分17各有沿相反方向相對的刀具接觸部分56。
兩個相對轉(zhuǎn)臂52中心對稱的弧形通孔55形成于突緣52a的外周面上，凸緣52a則形成于轉(zhuǎn)臂52的中心部位。一刀具鎖緊銷91及一臂鎖緊銷92被沿垂直方向插入每個通孔55中，使返兩個鎖緊銷91，92能被分別在各自通孔55的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動一預(yù)定角度。
在臂主體12內(nèi)部設(shè)有一階梯形插入孔58，孔58與臂主體12的(外)側(cè)表面(在圖5中的下側(cè))鄰近，在此表面處安置有刀具接觸部分56，而且此側(cè)表面在通孔55與刀具抓取部分55之間延伸。階梯形孔58的階梯部分從臂主體12中央部位朝該通孔側(cè)變小。用作刀具壓緊件的一滾子軸80插入階梯形孔58中。滾子軸80的一端部具有一將刀具(T)鎖緊在刀具接觸部分56上的滾子81，在刀具(T)與部分56接觸時，滾子81則將刀具(T)壓到刀具接觸部分56上。滾子軸80是圓柱形桿，在其中心處有一階梯部分，此階梯部分朝向通孔55處較??；同時，滾子軸80以可滑動方式穿過孔58。在滾子軸80的中心部分處制作一橢圓形槽83。一固定于轉(zhuǎn)臂52的垂直銷59插入槽83中以防止?jié)L子軸80環(huán)繞其軸線轉(zhuǎn)動。一彈簧58以彈性方式安插在階梯形孔58的階梯部分與滾子軸80的部分之間，于是就將滾子軸80推向抓取部分的定位側(cè)。
如從圖3，4中理解到的，將轉(zhuǎn)軸25和臂支承件16相互連接的凸緣25b的形狀是通過平行地切除一圓盤相對部分而形成的。凸緣25b上表面的中央部位與轉(zhuǎn)軸25的下表面連接。凸緣25b的下表面與臂支承件16的上表面，用安置在臂支承件16和凸緣25b圓周附近的兩個位置上的銷子76相連接。突出部分72a，72b被配裝在槽71a，71b中的位置分別置于從凸緣25b上表面略微朝上一點的地方。如在下面會介紹的，轉(zhuǎn)軸25的回轉(zhuǎn)運動及臂支承件16的轉(zhuǎn)動部是通過使兩者向下的運動產(chǎn)生的，同時突出部分72a，72b則不與每個槽71a、71b配合。從另一方面講，臂回轉(zhuǎn)軸51的轉(zhuǎn)動及外齒輪29的轉(zhuǎn)動是靠使轉(zhuǎn)軸25及臂支承件16朝上運動來產(chǎn)生的，同時，臂回轉(zhuǎn)軸51通過突出部分72a、72b與外齒輪29接合。
參看展示在臂等待位置(由雙點劃線表示的)及刀具替換位置(用實線表示的)由臂主體12的圖8，突出部分72a，72b只在弧形通孔73內(nèi)的預(yù)定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動，孔73被制作成貫通臂支承部分16的上凸緣61，以使通孔73定位在突緣25b一側(cè)。因此，凸緣25b并不能制止突出部分72a，72b的轉(zhuǎn)動。
再參看圖3，臂支承件16有一對用于鎖定滾子軸80的滑動的軸向?qū)ΨQ的刀具鎖緊機(jī)構(gòu)TL，以便用壓力方式借助配置在滾子軸80端部的滾子81將刀具(T)鎖緊在刀具接觸部分56上；還有一對軸向?qū)ΨQ的臂鎖緊機(jī)構(gòu)AL，以用于將臂主體12鎖緊于臂中心軸62上或?qū)⑵鋸妮S62上松開。雖然在圖3中刀具鎖緊機(jī)構(gòu)TL是安置在右側(cè)，臂鎖緊機(jī)構(gòu)AL安置在左側(cè)，同時，臂中心軸62安置在中央部分，但刀具鎖緊機(jī)構(gòu)TL之一及臂鎖緊機(jī)構(gòu)AL之間也可以如圖5所示那樣彼此接近。
在圖3和圖4特別展示的刀具鎖緊機(jī)構(gòu)TL中，相對中心軸62對稱的通孔65被制作得穿過臂支承件16的上凸緣61。階梯形插入孔68朝下變得較小，它們被制作在下凸緣63上，從而使得在一側(cè)的階梯形插入孔68與在一側(cè)的通孔65共軸線；在另一側(cè)的階梯形插入孔68與在另一側(cè)的通孔65共軸線。刀具鎖緊銷91沿垂直方向插入通孔55之一中，以使銷91的上部從通孔65朝上突出，其下部則從通孔65向下伸出并置于階梯形插入孔68中。有一向上成錐形部分的凸緣91a制作在刀具鎖緊銷91縱軸中心部位附近處。一彈簧以彈性方式插置在階梯形插入孔68的階梯部分上表面與凸緣91a的底面之間，因而將刀具鎖緊銷91朝上推壓。在刀具鎖緊銷91朝上運動時，凸緣91a的錐形表面就擠壓從轉(zhuǎn)臂52之通孔55中伸出的滾子軸80的一端部，從而防止?jié)L子軸80朝通孔55的滑動。
在臂鎖緊機(jī)構(gòu)AL中，相對臂中心軸62對稱的通孔67制作在臂支承件16的上凸緣61上。階梯形插入孔69朝下變得較小，它們被制作在下凸緣63上，從而使此孔69在一側(cè)與通孔67共軸線，在另一側(cè)的此孔69與在另一側(cè)的通孔67共軸線。如前所述，臂鎖緊銷92沿垂直方向插入通孔55之一中，從而使臂鎖緊銷92的上端從通孔67向上突出，其下部則置于階梯形插入孔69中。有一朝上的錐形部分的凸緣92a制作在接近臂鎖緊銷91的縱長方向的中心部位處。一彈簧95以彈性方式插置在階梯形通孔69的階梯部分之上表面與凸緣92a的底表面之間，因而將臂鎖緊銷92朝上推壓。當(dāng)臂鎖緊銷92朝上運動時，此鎖緊銷92的錐形表面配入到制作在臂回轉(zhuǎn)軸51的圓周表面上的圓環(huán)槽51b中(見圖5)。從而將臂主體12相對臂支承件16的轉(zhuǎn)動鎖住。
根據(jù)此換刀裝置，在通過臂主體12的轉(zhuǎn)動使刀具接觸部分56與刀具(T)接觸之后，刀具(T)就被鎖緊在接觸部分56上。換刀過程包括使換刀臂(A)從在轉(zhuǎn)動平面內(nèi)相隔一預(yù)定的角度的臂等待位置轉(zhuǎn)到換刀位置的步驟，從而使制作在換刀臂(A)兩端上的刀具抓取部分17抓取使用過的、裝在主軸9上的刀具(T)和裝在刀庫10上的新刀具(T)(見圖1)；使換刀臂(A)向下運動并使之轉(zhuǎn)動180°的步驟，從而使兩刀具(T)的位置交換；使換刀臂(A)向上運動將新刀具(T)安裝在主軸9上、然后松開在刀具抓取部分17中的使用過的刀具(T)、使之安置在刀具庫10中的步驟；以及使換刀臂(A)沿相反方向轉(zhuǎn)動、返回到臂等待位置的步驟。
下面詳細(xì)地介紹每一步驟的運行。
如上所述，根據(jù)此換刀裝置，使換刀臂(A)轉(zhuǎn)過一預(yù)定角度，以使其從臂等待位置移動到刀具抓取位置。在抓取位置上，換刀臂(A)抓取刀具(T)并將安裝在主軸9和刀庫10上的各刀具(T)相互交換；然后使換刀臂(A)沿相反方向轉(zhuǎn)動，以使其從換刀位置返回臂等待位置。正是由于這種抓刀機(jī)構(gòu)，使換刀臂(A)的刀具接觸部分56與刀具(T)一側(cè)接觸。與這種運作有關(guān)的構(gòu)件是平面槽形凸輪24(見圖2及3)，凸輪24被制作在位于ATC驅(qū)動軸18周面上的圓柱形件39的下表面上。
如圖6所示，平面槽形凸輪24是一閉合的環(huán)狀，而且有一凸輪軸。凸輪24包括一圓柱弧形大直徑部分24a，一小直徑部分24b，以及一將大、小直徑部分24a、24b相互連接的連接部分24c。換刀臂(A)或處于臂等待位置，或處于換刀位置，或處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)要取決于轉(zhuǎn)臂35的位置。在平面槽形凸輪轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)臂35分別與大、小直徑部分24a、24b及連接部分24c接合。
這樣，當(dāng)ATC驅(qū)動軸18轉(zhuǎn)動一預(yù)定角度時，轉(zhuǎn)臂35與平面槽形凸輪24的大直徑部分24a脫開。在轉(zhuǎn)臂35從大直徑部分24a經(jīng)連接部分24c到達(dá)小直徑部分24b時，轉(zhuǎn)臂35沿一方向在扇形齒輪34的軸上轉(zhuǎn)動。在另一方面，在轉(zhuǎn)臂35經(jīng)連接部分24c從小直徑部分24b轉(zhuǎn)到大直徑部分24a時，轉(zhuǎn)臂35沿相反的方向轉(zhuǎn)動。
由于轉(zhuǎn)臂35的轉(zhuǎn)動，跟隨轉(zhuǎn)臂35轉(zhuǎn)動的扇形齒輪34就轉(zhuǎn)動。因此，經(jīng)齒輪29a與扇形齒輪34嚙合的外齒輪29也就轉(zhuǎn)動。外齒輪29轉(zhuǎn)動的結(jié)果，使換刀臂(A)從臂等待位置轉(zhuǎn)到換刀位置，或者從換刀位置轉(zhuǎn)回臂等待位置，這是因為回轉(zhuǎn)軸51的上端部與外齒輪29的下端部嚙合的緣故。
換刀臂(A)沿轉(zhuǎn)軸25的軸線方向往復(fù)運動，使刀具(T)從主軸9或刀具庫中縮回并將其夾緊。與此運作有關(guān)的構(gòu)件是圓柱狀槽形凸輪23，凸輪23制作在位于ATC驅(qū)動軸18外周面上的圓柱形件39的外周面上部(見圖2)。在支軸44或一支承點上擺動的擺桿40通過接合件43與圓柱狀槽形凸輪23接合，接合件23制作在鄰近擺桿40中心部位處。制作在擺桿40的導(dǎo)引端上的一接觸件41與固定在轉(zhuǎn)軸25的圓柱形件36的外周面溝槽相接合。因此，當(dāng)ATC驅(qū)動軸18轉(zhuǎn)動時，擺桿40就擺動。結(jié)果，使轉(zhuǎn)軸25和固定于其上的換刀臂(A)沿轉(zhuǎn)軸25軸線方向往復(fù)運動。
如圖2所示，換刀裝置TC具有一個將用過的刀具(T)從主軸9中撤回的機(jī)構(gòu)。亦即，安置在ATC驅(qū)動軸18外周面上的圓柱形件39之周表面上部制有一槽形凸輪22。為了從主軸9中撤回刀具(T)，通過用一個擺動件42壓一個與主軸9的刀具安裝／拆卸機(jī)構(gòu)的(未示出)拉桿相連接的一刀具松開銷(未示出)，可以使刀具(T)處于松開狀態(tài)；而擺動件42可追隨圓柱狀槽形凸輪22的轉(zhuǎn)動。
換刀臂(A)水平地轉(zhuǎn)動，以使裝在主軸9中的和裝在刀具庫10中的刀具(T)相互交換。與這次運作有關(guān)的構(gòu)件是平行凸輪21，凸輪21制作在ATC驅(qū)動軸18的最上部位。由于通過平行凸輪21實施的過作相似于在美國專利4833772公開的裝置相應(yīng)部分的運作，故由平行凸輪21實施的此運作簡要介紹如下。平行凸輪21是有平板凸輪21a和21b的一種復(fù)合凸輪，于是，凸輪21與制作在軸向花鍵軸37上的從動滾子38相接觸。根據(jù)這一結(jié)構(gòu)，ATC驅(qū)動軸18的每次轉(zhuǎn)動，花鍵軸37，轉(zhuǎn)軸25及換刀臂(A)均回轉(zhuǎn)180°。
如圖7A-7C所示，該公知的筒夾控制方法可適用于通過臂主體12的刀具抓取部分17，將一具有其上制有錐柄的刀桿Ta的刀具(T)抓住并插入安置在主軸9下端的刀具安裝部分11中，并將刀具鎖緊在部份11上。刀具安裝部分11有一個通常的錐孔，以允許刀桿Ta插入其內(nèi)并使刀桿Ta與其緊密接觸。
在圖7A中展示了一種狀態(tài)，在此狀態(tài)中，由于刀具鎖緊銷91和臂鎖緊銷92的上端部是自由的，故兩銷91，92分別被彈簧93和95的推力向上推，故換刀臂(A)朝下運動。因而，刀具鎖緊臂TL及臂鎖緊臂AL變成可操作的。亦即，隨著刀具鎖緊銷91向上運動，其錐形表面則壓推滾子軸80從轉(zhuǎn)臂52之通孔55(向上)突伸的一端部。這樣就防止?jié)L子軸80朝轉(zhuǎn)臂52的通孔55滑動。隨著臂鎖緊銷92朝上運動，其錐形表面就配入到制作在臂回轉(zhuǎn)軸51外周面上的圓環(huán)槽51b中(見圖5)，因而阻止了臂主體12相對臂支承件16的轉(zhuǎn)動。由刀具鎖緊機(jī)構(gòu)TL抓取的刀具(T)就被牢固地鎖緊在抓取部分上，因而臂鎖緊機(jī)構(gòu)AL容許臂主體12與臂支承件16一起運作。亦即，臂鎖緊機(jī)構(gòu)AL允許臂主體12和轉(zhuǎn)軸25一起運作。在此狀態(tài)下，換刀臂(A)轉(zhuǎn)動180°，以使刀具(T)的位置互相交換。
之后，換刀臂(A)如圖7B所示那樣向上運動。結(jié)果使刀具鎖緊銷91和臂鎖緊銷92兩者的上端表面與下機(jī)架26的下表面接觸。在彼此之間接觸的同時，亦即，刀具鎖緊機(jī)構(gòu)TL及臂鎖緊機(jī)構(gòu)AL在刀具(T)的刀桿Ta已經(jīng)被插入刀具安裝部分11中預(yù)定深度時，就變得不可操作。亦即是說，在刀具(T)的刀具Ta被鎖緊在刀具安裝部分11之前，刀具鎖緊機(jī)構(gòu)TL及臂鎖緊機(jī)構(gòu)AL成為不可操作的。
亦即是說，刀具鎖緊銷91和臂鎖緊銷92的上端部表面被壓在下機(jī)架26的下表面上。因此，兩銷91，92被克服各自彈簧93，95的推力向下壓。因此，刀具鎖緊機(jī)構(gòu)TL及臂鎖緊機(jī)構(gòu)AL成為不可操作的。亦即是說，隨著刀具鎖緊銷91向下運動，銷91的錐形表面與從轉(zhuǎn)臂52的通孔55伸出的滾子軸80的一端彼此脫開，其情況如圖7c所示，這樣就允許滾子軸80朝通孔55滑動。隨著臂鎖緊銷92朝下運動，銷92的錐形表面在形成于臂回轉(zhuǎn)軸51之圓周表面上的圓環(huán)槽51b(圖5)的配合被脫開，因而允許臂主體12相對臂支承件16轉(zhuǎn)動。
當(dāng)臂鎖緊機(jī)構(gòu)AL成為不可操作時，臂主體12可以在轉(zhuǎn)軸25的軸上轉(zhuǎn)動，此轉(zhuǎn)動與轉(zhuǎn)軸25的運作無關(guān)。因此，臂主體12根據(jù)沿著刀具安裝部分11的錐表面插入主軸9的刀具安裝部分11中的刀具(T)的運動而擺動。
在圖7c所示的狀態(tài)中，換刀臂(A)位于頂部固定中心處。由于在此狀態(tài)下的外齒輪29的轉(zhuǎn)動，臂主件12在臂等待位置與換刀位置之間的來回轉(zhuǎn)動以獨立于轉(zhuǎn)軸25運作的方式完成。
在上述的刀具抓取機(jī)構(gòu)中，由于換刀臂(A)向下運動使刀具鎖緊機(jī)構(gòu)TL及臂鎖緊機(jī)構(gòu)AL可被操作，由于換刀臂(A)的向上運動而成為不可操作。此外，使用這種具有簡單結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)，使ATC驅(qū)動軸18的回轉(zhuǎn)運動通過平面槽凸輪24及外齒輪29轉(zhuǎn)換成臂主體12在臂等待位置和換刀位置之間的來回轉(zhuǎn)動，從而使安裝在主軸9上的及安裝在刀具庫10上的刀具(T)相互交換。此外，即使以低的定位精度將刀具(T)插入刀具安裝部分11，這種情況也可以通過臂主體12的轉(zhuǎn)動來補償。因此，無需對刀具(T)和刀具安裝部分11加載，就可以將刀具(T)精確地插入刀具安裝部分11中。故其制造成本要比采用昂貴的滾子凸輪齒輪并有相同的允許刀具(T)以高精度插入刀具安裝部分11的裝置低。
應(yīng)該注意本發(fā)明并不受限于上述的實施例。例如，為代替在本實施例中用作驅(qū)動動力源的馬達(dá)，也可采用一種旋轉(zhuǎn)油缸或齒條／齒輪機(jī)構(gòu)。雖然凸輪機(jī)構(gòu)被用來操作外齒輪，但是別的驅(qū)動動力源，例如不直接與ATC驅(qū)動軸連接的氣動工作缸或馬達(dá)也可以用來運作該外齒輪。
權(quán)利要求
1．一種用于機(jī)床的換刀裝置包括一具有一臂中心軸的臂支承件；一由臂支承件以可環(huán)繞臂中心軸轉(zhuǎn)動的方式支承著的臂主體；臂主體的兩端各有一刀具抓取機(jī)構(gòu)，刀具抓取機(jī)構(gòu)具有一刀具抓取部分及一可動的刀具夾緊件；一個用于有選擇地將臂主體鎖緊于臂中心軸和將其從臂中心軸上松開的臂鎖緊機(jī)構(gòu)。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括一用于有選擇地鎖緊和松開刀具夾緊件的刀具鎖緊機(jī)構(gòu)。
3．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括一臂轉(zhuǎn)動軸，此軸沿臂中心軸軸線延伸，而且可以用操作方式連接于臂主體，從而將機(jī)床的一驅(qū)動軸的驅(qū)動力傳遞到刀具抓取機(jī)構(gòu)，以使裝在機(jī)床-主軸上的和一刀具庫上的刀具，通過利用刀具抓取機(jī)構(gòu)的抓取刀具、臂主體的轉(zhuǎn)動及上、下運動來相互交換；以及一臂鎖緊操作機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)用來借助由一彈簧推壓的臂鎖緊銷之上、下運動并根據(jù)臂主體的下和下運動，操作臂鎖緊機(jī)構(gòu)。
4．如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，還包括一安置于臂轉(zhuǎn)動軸外周面上的環(huán)狀外齒輪，此齒輪有一個可與臂主體的上端部接合的下端部，以用于將驅(qū)動軸的驅(qū)動力傳遞至臂主體及將一種來回轉(zhuǎn)動傳遞給臂主體。
5．如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，還包括一沿臂中心軸軸線延伸的臂轉(zhuǎn)動軸，此軸以可操作方式連接于臂主體，以便將機(jī)床-驅(qū)動軸的驅(qū)動力傳遞到刀具抓取機(jī)構(gòu)，從而使機(jī)床主軸上安裝的一刀具和安裝在刀庫上的一刀具，通過刀具抓取機(jī)構(gòu)的抓取工作及臂主體的轉(zhuǎn)動和上、下運動而相互交換；以及一刀具鎖緊操作機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)用于利用一彈簧推壓的工具鎖緊銷之上、下運動并根據(jù)臂主體之上和下運動操作刀具鎖緊機(jī)構(gòu)。
6．如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，還包括一安裝在臂回轉(zhuǎn)軸外周面上的環(huán)狀外齒輪，此齒輪有一可與臂主體上端部接合的下端部以便將驅(qū)動軸的驅(qū)動力傳送給臂主體及將一種往復(fù)轉(zhuǎn)動傳遞給臂主體。
7．一種具有帶一刀具安裝部分的主軸的機(jī)床用的換刀裝置，包括一可轉(zhuǎn)動的并可垂直方向運動的轉(zhuǎn)軸；一換刀臂主體，在其至少一端上有一刀具抓取部分，此主體被安裝得可環(huán)繞所述轉(zhuǎn)軸的軸線轉(zhuǎn)動，以便根據(jù)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動和垂直運動將一由刀具抓取部分抓取的刀具裝入主軸的刀具安裝部分并可將此刀具從刀具安裝部分中取出，一用于將臂主體鎖緊于轉(zhuǎn)軸的臂鎖緊機(jī)構(gòu)；以及一鎖緊／松開控制機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)用于借助一臂鎖緊機(jī)構(gòu)，控制臂主體與轉(zhuǎn)軸之間的鎖緊和松開，此用于控制臂鎖緊機(jī)構(gòu)的控制機(jī)構(gòu)當(dāng)?shù)毒弑徊迦牍ぞ甙惭b部分中一預(yù)定深度時則成為不可操作的。
8．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，各刀具及刀具安裝部分各有一個錐面，從而使刀具沿著錐面插入刀具安裝部分中并在其中定位。
9．通過環(huán)繞一回轉(zhuǎn)軸軸線或沿此軸線的運動來安裝機(jī)加工刀具的換刀方法，一至少在其一端有一刀具抓取部分的換刀臂主體，用于將由刀具抓取部分抓取的一刀具插入主軸的刀具安裝部分并將刀具安裝在刀具安裝部分中，還可將刀具從該刀具安裝部分取出，此換刀方法有下列步驟使臂鎖緊機(jī)構(gòu)運作以將臂主體鎖緊于轉(zhuǎn)軸上；將抓取的工具插入刀具安裝部分中預(yù)定深度上；防止臂鎖緊機(jī)構(gòu)運作，從而使臂主體當(dāng)?shù)毒卟迦氲毒甙惭b部分到一預(yù)定深度時環(huán)繞轉(zhuǎn)軸作與轉(zhuǎn)軸無關(guān)的轉(zhuǎn)動；以及將刀具利用臂主體環(huán)繞轉(zhuǎn)軸軸線作的獨立運動插入并安裝在刀具安裝部分內(nèi)。
10．如權(quán)利要求9所述的換刀方法，其特征在于把刀具及刀具安裝部分有一錐面，從而使得刀具插入刀具安裝部分并沿此錐面安裝在刀具安裝部分中。
11．一種換刀裝置，其用于具有一安裝一刀具的主軸及一用于貯存刀具刀庫的機(jī)床，此裝置包括一轉(zhuǎn)軸，其被安裝得可環(huán)繞其軸線轉(zhuǎn)動和可沿其軸線運動；一臂主體，其以操作方式與轉(zhuǎn)軸連接并被與轉(zhuǎn)軸軸線相垂直地安裝，在臂主體的一端有一刀具抓取部分；一個可運動地安裝在臂主體內(nèi)的夾緊件，此件用于將刀具夾緊在抓取部分中并被一彈簧沿與轉(zhuǎn)軸軸線垂直的方向推壓著；一臂鎖緊銷，它以可運動方式安裝著且被一彈簧沿與臂主體垂直的方向推壓著，此銷有一可與臂主體接合的凸緣，用以根據(jù)轉(zhuǎn)軸沿自身軸線的運動，使臂主體與轉(zhuǎn)軸鎖緊和松開；及一刀具鎖緊銷，它被以可運動方式安裝在臂主體內(nèi)，并被一彈簧沿與臂主體垂直的方向推壓著，此銷有一可與夾緊件相接合的凸緣，用以根據(jù)轉(zhuǎn)軸沿其自身軸線的運動使刀具鎖緊在抓取部分或兩者松開。
全文摘要
在一機(jī)床的換刀裝置(TC)中,一刀具鎖緊銷(91)和臂鎖緊銷(92)配置在換刀臂(A)中并被向上推壓。在此臂被一轉(zhuǎn)軸(25)向下運動時,兩銷被各自的彈簧(93,35)推著向上運動,銷(91)的錐面(91a)就壓住從換刀臂一通孔(55)伸出的一滾子軸(80)的一端部,從而防止軸(80)朝孔(55)滑動,銷(92)的錐面(92a)就配入與轉(zhuǎn)軸(25)連接的一臂中心軸(62)外圓周上的環(huán)槽(55)中,從而防止臂(A)相對臂支承件(16)轉(zhuǎn)動。當(dāng)一刀具(T)安裝入一刀具安裝部分時,臂的鎖緊被松開,從而使臂(A)可作與轉(zhuǎn)軸無關(guān)的運動。
文檔編號B23Q3/157GK1206645SQ9811668
公開日1999年2月3日 申請日期1998年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月30日
發(fā)明者橋本成彥 申請人:兄弟工業(yè)株式會社