專利名稱：用于機床的自動更換刀具設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于機床的自動更換刀具設備。
背景技術：
在更換刀具的情況下，通過將刀具夾恰當地裝配到機床主軸上來保持工件的加工精確度。但是，偶爾由于外部因素，如切屑，粘附到刀具夾和主軸的接觸面，刀具夾可能沒有恰當地裝配到主軸上，這將影響加工精確度。為此，采用了一種清潔處理主軸的錐形孔表面和/或刀具夾的錐形部分的方法，該方法在更換刀具的操作中通過使用如空氣這樣的流體來去除切屑和類似物，從而清理接觸面。
已知一種方法，其中在主軸的錐形孔中打開一個空氣噴嘴，刀具夾的錐形部分嵌合到主軸的錐形孔。當刀具夾從主軸的錐形孔分開或者新的刀具裝配到主軸時，來自氣源的壓縮空氣通過主軸的通氣孔和空氣噴嘴被提供到刀具夾和主軸錐形孔的接觸面。這樣，粘附到刀具夾和主軸的接觸面的錐形部分的切屑和類似物被空氣除去并清理干凈(參見JP52-49579B，JP47-46705B和JP2503170B)。
然而，上述公開文獻描述的清潔方法需要主軸提供一個空氣通道，來自主軸錐形孔的空氣通過空氣通道吹出。由于需要在主軸形成空氣通道使得主軸的制造變的復雜了。
已知另一種方法，其中執行了類似于更換刀具的操作，一個清潔工具，如刷子，被更換刀具臂夾住壓向主軸的錐形孔來清潔主軸錐形孔(參見JP9-29577A)。在該方法中使用了額外的清潔工具，這樣的清潔工具需要特別處理。同時，該方法還需要執行清潔操作，即通過在更換刀具的同時將清潔工具壓向主軸錐形孔，其后將一個新刀具與更換刀具臂上的清潔工具交換。對每個更換刀具的操作而言該方法需要一個額外的清潔操作，從而相應地要花費較長時間來完成刀具的更換，因而降低了工作效率。
從JP3203598B已知一種更換刀具設備，其中一個空氣通道在刀具夾內形成，在與主軸錐形孔接觸的刀具夾的接觸面上帶有一個排氣開口，更換刀具臂具有成對形式的刀具夾持部分。在更換刀具時，固定到主軸的刀具夾和固定到刀具庫的刀具夾被更換刀具臂的兩個刀具夾持部分夾住。當刀具夾被刀具夾持部分夾住時，形成在更換刀具臂上的空氣通道和刀具夾的空氣通道相互連通使空氣流動。啟動拔出刀具夾后，空氣從一個在主軸錐形孔和刀具夾錐形部分之間的間隙吹出并將灰塵掃除干凈。在該文獻中描述的清潔方法需要一個形成在刀具夾中的空氣通道，這使得刀具夾成本太高。而且，由于現有的刀具夾沒有空氣通道，前述方法不能應用到使用現有刀具夾的刀具更換上。
此外，已知一種自動更換刀具設備，其中工具分配裝置通過旋轉旋轉架從多個刀具夾中分配一個刀具夾固定到主軸，這些刀具夾都被旋轉架夾住，通過減速器將主軸的旋轉傳遞到旋轉架從而轉動旋轉架，并且利用主軸箱的上下移動將該刀具夾裝配到主軸的錐形孔，正如JP2535479B公開的那樣。
發明內容
本發明提供的自動更換刀具設備是對JP 2535479B中公開的自動更換刀具設備的改進，它有利用主軸旋轉來分配刀具的刀具分配裝置，并具有一種簡單結構來清潔與刀具夾接觸的主軸的接觸面。
本發明的自動更換刀具設備包括刀具分配裝置，通過利用主軸旋轉從多個刀具夾中分配一個刀具夾附著到主軸；和流體噴出裝置，它從主軸外側向待與刀具夾接觸的主軸的接觸面噴出流體，與此同時，所述刀具分配裝置正在分配刀具夾，如此以便清潔主軸的整個接觸面。
在刀具分配裝置分配刀具期間，主軸旋轉，以使從流體噴出裝置噴出的流體沖洗并清潔主軸的整個接觸面。
刀具分配裝置可能不分配刀具夾，在主軸旋轉時，流體噴出裝置可以向沒有附著刀具夾的主軸的接觸面噴出流體。
流體噴出裝置可以包括有用來向待與主軸接觸的刀具夾的接觸面噴出流體的裝置，從而清潔刀具夾的接觸面和主軸的接觸面，其中刀具夾由刀具分配裝置分配附著到主軸。
自動更換刀具設備流體噴出裝置可以進一步包括距離傳感器，其用來測量距附著到主軸的刀具夾外圍的距離，流體噴出裝置可以包括用來向待清潔的刀具夾的外圍噴出流體的裝置。在這種布置下，距離傳感器和刀具夾外圍之間的距離得到精確測量，從而使得能夠精確檢測刀具夾是否恰當地附著到主軸上。
圖1是根據本發明的自動更換刀具設備的一個實施方式的主要部分的說明性示意圖；圖2是根據實施方式的主軸末端、管匯和噴嘴部分的側視圖；圖3是朝向圖2底部的底部視圖；和圖4是一個根據本發明的說明性示意圖，用來闡明這樣刀具夾的錐形部分被清洗的情況具體實施方式
圖1是根據本發明的自動更換刀具設備的一個實施方式的主要部分的說明性示意圖。該實施方式的設備與JP2535479B中描述的相同，但是根據實施方式，在上述公開文獻中公布的自動更換刀具設備中，增加了用來作為流體噴出裝置的管匯4和噴嘴5，和用來向作為流體噴出裝置的管匯4提供流體，如冷卻劑，的管道7。下面首先描述自動更換刀具設備的已知部分。
根據實施方式的自動更換刀具設備包括臂元件11；還包括旋轉架2，在其外圍上有多個夾具2b并通過夾具2b夾住刀具夾1a；曲柄12，固定到旋轉架2背面上；第一和第二凸輪Cs和CL，固定到主軸箱；旋轉輥子12a，安裝在曲柄12上，和第一凸輪Cs一起旋轉旋轉架2；提升滑動塊14，通過旋轉軸13樞接到曲柄12；提升連桿15，樞接到提升滑動塊14；提升杠桿18，它有兩個通過銷16固定到提升連桿15的臂元件18a，18b，提升杠桿18圍繞旋轉軸17旋轉；提升輥子18c，安裝在提升杠桿18的臂元件18b上，并與第二凸輪CL嚙合；旋轉架齒輪2a，位于旋轉架2上并與主軸3上的主軸齒輪3b嚙合；減速器9，位于旋轉架2上，將旋轉架齒輪2a的旋轉減速并傳遞到旋轉架2，以旋轉旋轉架2，等等。旋轉架2、旋轉架齒輪2a和減速器9組成了刀具分配裝置。
根據更換刀具命令，主軸箱10向上移動并停止在Z軸原點位置，且主軸在該位置被定位。定位完成后，主軸箱再次向上移動。由于主軸箱10的向上運動，旋轉輥子12a和第一凸輪Cs使旋轉架2逆時針旋轉，布置在旋轉架2外圍的夾具2b與刀具1的刀具夾1a的槽嚙合，刀具1附著在主軸3上。主軸箱10的進一步提升將刀具夾1a從主軸3中拉出來，如圖1所示。當主軸箱10的向上移動完成后，主軸齒輪3b和旋轉架齒輪2a相互嚙合在一起。在這種情況下，旋轉主軸3來實現所需刀具1的分配。換句話說，主軸齒輪3b隨著主軸旋轉而旋轉，并旋轉與主軸齒輪3b嚙合的旋轉架齒輪2a。減速器9降低旋轉速度來旋轉旋轉架2，從而決定旋轉架的位置來獲得所需刀具(刀具夾)1。圖1顯示了所需刀具夾1a被分配的情況。在以前述方式選擇了所需刀具夾1a后，主軸箱10向下移動，主軸箱3b和旋轉架齒輪2a之間的嚙合被脫開，將刀具夾1a裝配到主軸錐形孔3a，使夾具2b從刀具夾1a撤回。由于主軸箱10向下移動，主軸箱10向上移動的操作以相反的順序實現。
上述內容是關于已知的自動更換刀具設備的結構和已知的更換刀具操作，這在JB2535479B中有詳細描述，其公開內容在此全文引用以作參考。本發明是這樣設計的，使得流體噴出裝置在更換刀具時清洗主軸錐形孔3a，主軸錐形孔用作刀具夾1a和主軸3的相互吻合(interfitting)部分。根據圖1所示的實施方式，提供了有噴嘴部分5的管匯4，其組成了附著到主軸箱10的流體噴出裝置。來自噴嘴部分5的冷卻劑經過管道7被噴到主軸錐形孔3a的接觸面上，該接觸面與刀具夾1a的錐形部分1b接觸，從而通過自噴嘴部分5噴出的冷卻劑來清潔接觸面，清洗刀具夾1a的錐形部分1b。
圖2是主軸3的末端、管匯4和噴嘴部分5的側視圖，圖3是朝向圖2底部的底視圖。根據該實施方式，管匯4的噴嘴部分5包括一對主軸錐形孔清洗噴嘴5c，用來清洗主軸錐形孔3a的接觸面，該接觸面與刀具夾1a的錐形部分1b接觸；一對主軸端面清洗噴嘴5b，用來清洗主軸的端面，以便于使用雙配合(double fit)刀具；距離傳感器6，用來檢測附著到主軸3的刀具夾1a的方向；一對刀具夾檢測面清洗噴嘴5a，用來清洗檢測面，也就是刀具夾1a的外圍，它可通過距離傳感器6來測量；一對刀具夾清洗噴嘴5d，用來清洗刀具夾1a的錐形部分1b。
通道開口8連接到噴嘴5a、5b、5c、5d，以便將經過管道7的冷卻劑提供到每個噴嘴。如圖2和3所示，這樣設置噴嘴5c的方向，使得從主軸錐形孔清洗噴嘴5c噴出的冷卻劑沖擊主軸錐形孔3a的表面，該表面與刀具夾1a的錐形部分1b接觸。這樣確定主軸端面清洗噴嘴5b的方向，使得噴出的冷卻劑沖擊主軸3的端面，該端面與刀具夾1a的端面接觸。
如圖4所示，調整刀具夾清洗噴嘴5d，5d的方向，使得噴出的冷卻劑在這樣一種情況下沖擊刀具夾1a的錐形部分1b，在該情況下，刀具夾1a從主軸3拉出，并且恰好在刀具夾1a被相互吻合到主軸3的錐形孔3a中之前。
在更換刀具命令時，主軸箱10向上移動，并如所述那樣實現主軸3的定位和移位到Z軸原點。主軸箱10進一步向上移動，使得布置在旋轉架2外圍的夾具2b夾住附著到主軸3的刀具夾1a。刀具夾1a松開被拉出來，主軸齒輪3b和旋轉架齒輪2a相互嚙合在一起。隨后，為了選擇待附著到主軸3的刀具夾1a，可通過旋轉主軸3來開始刀具選擇操作，并開始釋放冷卻劑。
主軸3的旋轉通過主軸齒輪3b、旋轉架齒輪2a和減速器9使旋轉架2開始旋轉。由于旋轉架2旋轉的速度相對主軸3旋轉的速度較低，即使通過旋轉架2的最小單位的刀具選擇旋轉來選擇刀具，主軸3都旋轉一圈或更多圈。隨著主軸3的旋轉，冷卻劑同時從每個噴嘴噴出，接著從主軸錐形孔清洗噴嘴5c和主軸端面清洗噴嘴5b噴出的冷卻劑在整個圓周上沖擊主軸錐形孔3a的錐形面和主軸的端面，從而清洗和清潔表面。
當旋轉主軸3來選擇刀具時，冷卻劑同時提供到每個噴嘴。這樣，對于從主軸3拉出的刀具夾1a和已選擇但尚未插入到主軸錐形孔3a中的刀具夾1a而言，冷卻劑將向刀具夾1a的錐形部分1b噴出，如圖4所示，從而清洗和清潔錐形部分1b。換句話說，在容納到旋轉架2之前和附著到主軸3之前，刀具夾1a的錐形部分1b已經由冷卻劑清洗過，以除去切屑和類似物。
一旦分配了刀具1，主軸3將停止旋轉，主軸箱10將向下移動，松開主軸齒輪3b和旋轉架齒輪2a之間的嚙合。而且，刀具夾1a相互吻合到待夾住的主軸錐形孔3a中。此時冷卻劑停止供應。此后，夾具2b從刀具夾1a撤回，刀具更換操作完成。
如上所述，在選擇和附著新刀具1到主軸3之前，通過利用主軸3的旋轉來選擇刀具，噴出冷卻劑沖擊主軸錐形孔3a的接觸面，該接觸面將與刀具夾1a的錐形部分1b和主軸的端面接觸，冷卻劑在刀具夾1a的端面的整個圓周上集中在一起，從而清洗這些平面。另外，刀具夾1a的錐形部分1b的清洗是通過將冷卻劑噴到刀具夾1a的錐形面上實現的，冷卻劑的噴出是在刀具更換操作的過程中，更為具體地，是在將刀具夾1a從主軸3拉出來和將刀具夾1a附著到主軸3的步驟中。
結果，用來作為主軸3和刀具夾1a接觸面的主軸錐形孔3a，以及刀具夾1a的錐形部分1b的表面用冷卻劑沖洗和清潔，除去外來物，如切屑，在這之后，主軸3和刀具夾1a相互裝配在一起，從而實現將刀具夾1a適當地附著到主軸3的結果。
當刀具夾1a附著到(和脫離開)主軸3后，從刀具夾檢測面清洗噴嘴5a噴出的冷卻劑還清洗刀具夾1a的外圍，該外圍可通過距離傳感器6來測量。由于這個原因，主軸3旋轉一圈，距離傳感器6在刀具夾1a附著到主軸3之后精確地測量距離傳感器6和刀具夾1a的檢測面之間的距離，此時，測量檢測面已經得到清洗而沒有附著切屑和類似物，這使得精確測量成為可能。這樣就能夠檢測刀具夾1a是否恰當地相互吻合到主軸錐形孔3a中。如果刀具夾1a沒有恰當地安裝到主軸錐形孔3a中，那么距離傳感器6測量得到的到刀具夾1a的距離將隨著主軸3的旋轉而變化。因此，根據變化量可以確定刀具夾1a是否恰當地附著到主軸3。
根據上述實施方式，在更換刀具時，用冷卻劑沖洗和清潔主軸3的錐形孔3a和刀具夾1a的錐形部分1b，主軸3的錐形孔3a用來作為主軸3和刀具夾1a的接觸面。但是，主軸錐形孔和主軸端面還可能通過這樣的方式得到沖洗和清潔，即在選擇沒有刀具的位置后，通過引起旋轉架2執行刀具更換操作，在刀具夾1a沒有安裝到主軸3的錐形孔3a中的狀態，高速旋轉主軸3，同時從主軸錐形孔清洗噴嘴5c和主軸端面清洗噴嘴5b噴出冷卻劑。在這種情況下，高速旋轉的主軸在冷卻劑和主軸之間產生速度差，并通過速度差獲得高清洗性能。
雖然在前述每個實施方式中都使用了冷卻劑來沖洗和清潔主軸錐形孔3a和刀具夾1a，但是也可使用流體或壓縮空氣來代替冷卻劑。
根據本發明，在有刀具分配裝置的自動更換刀具設備中，刀具分配裝置利用主軸旋轉執行刀具選擇，流體噴出裝置位于主軸附近，流體噴到主軸的接觸面上，主軸在選擇刀具時旋轉，待與刀具夾接觸。這樣，噴出的流體撞擊整個接觸面，除去附著到面的外來物，如切屑，從而沖洗和清潔表面。僅僅需要提供流體噴出裝置，就能夠用簡單廉價的結構來有效地沖洗和清潔主軸和刀具夾的接觸面。
進一步地，由于主軸在沒有刀具夾附著到主軸的情況下高速旋轉，而且同時流體從流體噴出裝置噴到主軸的待與刀具夾接觸的表面上，噴出的流體和主軸之間的速度差使得能夠有效地清洗主軸的待與刀具夾接觸的表面，從而獲得高清洗性能。
進一步地，還可以通過從流體噴出裝置噴出流體來清洗刀具夾的待與主軸接觸的接觸面。其結果是，主軸和刀具夾的接觸面能夠得到更可靠的沖洗和清潔。
權利要求
1.一種用于機床的自動更換刀具設備，其具有附著刀具夾的主軸，該自動更換刀具設備包括刀具分配裝置，通過利用主軸的旋轉從多個刀具夾中分配一個刀具夾附著到主軸；和流體噴出裝置，在所述刀具分配裝置分配刀具夾的同時，用于將流體從主軸外側向著待與刀具夾接觸的主軸的接觸面噴出，以便清潔主軸的整個接觸面。
2.根據權利要求1的自動更換刀具設備，其特征在于，在主軸旋轉時，所述刀具分配裝置不分配刀具夾，所述流體噴出裝置向沒有附著刀具夾的主軸的接觸面噴出流體。
3.根據權利要求1的自動更換刀具設備，其特征在于，所述流體噴出裝置包括用來向待與主軸接觸的刀具夾的接觸面噴出流體的裝置，所述刀具夾由所述刀具分配裝置分配附著到主軸。
4.根據權利要求1的自動更換刀具設備，其特征在于，進一步包括距離傳感器，用來測量距附著到主軸的刀具夾外圍的距離，其中所述流體噴出裝置包括用來向待清潔的刀具夾的外圍噴出流體的裝置。
全文摘要
一種自動更換刀具設備，能夠用簡單結構清潔主軸接觸面，該主軸待與刀具夾接觸。該設備包括旋轉架，旋轉架在外圍上有多個夾具并通過夾具夾住刀具夾。在更換刀具時，夾具夾緊并拉出固定到主軸的刀具夾。主軸旋轉引起旋轉架通過主軸齒輪、旋轉架齒輪和減速設備旋轉，從而選擇刀具。此時，冷卻劑從管匯的噴嘴部分向主軸錐形孔噴出并清洗錐形孔，其中刀具夾吻合到錐形孔。由于主軸旋轉，冷卻劑噴到錐形孔的整個外圍，待與刀具夾接觸的表面得到清洗。因此，能夠用簡單結構執行清潔任務，在該簡單結構中，噴嘴部分布置在主軸附近而不需要加工主軸和刀具夾。
文檔編號B23Q3/157GK1575917SQ200410062430
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月7日 優先權日2003年7月7日
發明者藤元明彥, 佐藤直樹, 渡邊訓夫 申請人:發那科株式會社