立式机床以及工具更换方法与流程

1.本发明涉及一种立式机床以及工具更换方法。


背景技术：

2.在机床的工具更换装置中，为了保持工具而利用工具套(日本专利特许第4028782号公报)。另外，为了把持工具而利用夹持器(日本专利特许第2761813号公报)。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种能够使工具更换装置小型化的立式机床以及工具更换方法。
4.本发明的第一方面为，一种立式机床，其具备：
5.框架；
6.主轴，所述主轴具有能够安装工具的主轴孔；
7.移动装置，所述移动装置设置于所述框架，使所述主轴相对于所述框架相对地移动；
8.工具库，所述工具库具有：
9.工具套保持体，所述工具套保持体具有多个工具套保持孔；和
10.多个工具套，所述多个工具套分别贯通所述工具套保持孔，并收纳所述工具，所述多个工具套能够在上升位置和交接位置升降；
11.工具套升降机，所述工具套升降机设置于所述框架，使位于工具套工具更换位置的所述工具套升降；
12.直动引导件，所述直动引导件设置于所述框架；
13.中间臂组合体，所述中间臂组合体设置于所述直动引导件，所述中间臂组合体具有：
14.臂，所述臂具有第一夹持器和第二夹持器；和
15.臂旋转装置，所述臂旋转装置将所述第一夹持器和所述第二夹持器中的任一个分度到工具套相位和主轴相位中的任一个；以及
16.中间臂进给装置，所述中间臂进给装置使所述中间臂组合体在所述工具库侧的工具库位置、所述主轴侧的主轴位置、位于所述工具库位置与所述主轴位置之间的中间位置之间移动。
17.本发明的第二方面为，一种工具更换方法，其包括：
18.停止主轴的旋转，
19.所述主轴移动到主轴工具更换位置，
20.臂将第一夹持器分度到主轴相位，
21.所述臂从工具库与主轴之间的中间位置移动到所述主轴工具更换位置，所述第一夹持器把持安装于所述主轴的第一工具，
22.所述主轴松开所述第一工具，所述第一工具上升到离开所述主轴的位置，
23.所述臂将把持着第二工具的第二夹持器分度到所述主轴相位，
24.所述主轴下降，夹紧所述第二工具，
25.所述臂移动到工具库位置，所述第二夹持器释放所述第二工具，
26.将所述第一夹持器分度到工具库相位，
27.所述臂移动到所述工具库位置，所述第一工具位于空的第一工具套的下方，
28.工具套升降机下降，将所述第一工具收纳于所述第一工具套，
29.所述臂退避至退避位置，所述第一夹持器释放所述第一工具，
30.工具套保持体将安装有第三工具的第二工具套分度到工具套工具更换位置，
31.所述臂将所述第二夹持器分度到所述工具库相位，
32.所述臂移动到所述工具库位置，所述第二夹持器把持所述第三工具，
33.所述工具套升降机使所述第二工具套上升，将所述第三工具交接到所述第二夹持器，
34.所述臂移动到所述中间位置。
35.立式机床是进行切削加工的机床。切削加工通过安装于主轴头的刃具来进行。
36.主轴具有主轴孔和工具夹紧装置。
37.工具套保持体例如是工具库盘、工具库链。
38.工具套具有工具保持部、工具保持孔以及工具夹紧装置。
39.与工具套升降机连接的直动引导件例如是直线引导件、滚珠花键、引导衬套和在引导衬套上滑动的引导件的组合。
40.引导工具套的升降的直动引导件例如是直线引导件、滚珠花键、引导衬套和在引导衬套内滑动的引导件的组合。
41.另外，直动引导件可以具有固定于框架的引导框架和在引导框架上沿着铅垂方向上下的引导件。例如，也可以是，引导框架具有沿铅垂方向设置的引导槽，引导件是与工具套连接，能够贯通引导槽而沿着引导槽移动的销。
42.工具可以分别收纳于分配的特定的工具套。此时，可以将工具套编号作为收纳的工具的工具编号。另外，工具也可以不收纳于特定的工具套，而收纳于空的工具套中的任一个。此时，所收纳的工具的工具编号与工具套编号相关联地存储。
43.臂例如为l字形状或者直线形状。臂的前端具有把持工具的夹持器。也可以具有多个(例如2～4条)臂。如果是三条臂，也可以是t字形形状。如果是四条臂，也可以是十字形状。
44.臂旋转装置是伺服马达、步进马达、马达和凸轮装置的组合。
45.中间臂进给装置例如是齿条/齿轮机构、伺服马达、滚珠丝杠机构。
46.优选地，立式机床具有数值控制装置。移动装置被数值控制。移动装置是3～5轴的移动装置。移动装置例如从正面观察具有左右方向(x轴)、前后方向(y轴)、上下方向(z轴)的平动轴。移动装置可以具有以左右方向为中心旋转的旋转轴(a轴)、以上下方向为中心旋转的旋转轴(c轴)、以前后方向为中心旋转的旋转轴(b轴)。上述的平动轴以及旋转轴也可以配置于主轴头和工作台中的任一个。
47.也可以在主轴与中间臂组合体之间设置活动遮板，使得因切削加工而产生的切屑
不会进入工具库侧。
48.发明效果
49.根据本发明的立式机床以及工具更换方法，能够使工具更换装置小型化。
附图说明
50.图1是第一实施方式的立式机床的立体图。
51.图2是第一实施方式的工具套升降机的纵截面图。
52.图3是第一实施方式的中间臂组合体的俯视图。
53.图4是中间臂组合体的截面图。
54.图5是表示工具更换方法的流程图。
55.图6是表示工具更换状态的立体图。
56.图7是表示工具更换状态的立体图。
57.图8是表示工具更换状态的立体图。
58.图9是表示工具更换状态的立体图。
59.图10是表示工具更换方法的追加方式的流程图。
60.图11是第二实施方式的工具套升降机的截面图。
61.符号说明
[0062]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
机床(立式机床)
[0063]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
框架
[0064]
10
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主轴
[0065]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
移动装置
[0066]
12、12a、12b、12c
ꢀꢀ
工具
[0067]
20
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工具库
[0068]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
工具库盘
[0069]
22
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工具套保持孔
[0070]
30
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
工具套
[0071]
40
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
工具套升降机
[0072]
50
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
中间臂组合体
[0073]
51
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一夹持器
[0074]
52
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第二夹持器
[0075]
59
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
臂旋转装置
[0076]
60
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
直动引导件
具体实施方式
[0077]
(第一实施方式)
[0078]
如图1所示，机床具有框架2、主轴头14、主轴10、移动装置11、工具库20、工具套30、工具套升降机40、中间臂组合体50、直动引导件60以及中间臂进给装置70。
[0079]
如图1以及图7所示，移动装置11设置于框架2。主轴头14设置于移动装置11。主轴10具有主轴孔10a，能够旋转地支撑于主轴头14。主轴10铅垂向下延伸。主轴10通过移动装
置11而相对于框架2自如地移动。
[0080]
如图1以及图2所示，工具库20具有工具库盘(工具库保持体)21、工具套30、顶板33、引导衬套23和引导件36。工具库盘21具有工具套保持孔22。工具库盘21为圆板状，水平地配置。工具套保持孔22是通孔，以一定角度配置在工具库盘21的外周。工具库盘21被支撑为能够以回转轴21a为中心旋转。工具库盘21例如由伺服马达、凸轮(均未图示)驱动。工具库盘21将任意的工具套30分度到工具套工具更换位置h。
[0081]
图2是以zx平面切断上升位置j处的工具套30以及工具套升降机40的截面图。但是，主要是以引导件36的中心轴位于切断面上的方式旋转而加以显示。
[0082]
引导衬套23以贯通工具库盘21的方式配置在工具套30的两侧。
[0083]
多个工具套30分别沿铅垂方向贯通工具套保持孔22而配置。工具套30设置为能够升降。工具套30具有保持工具的工具保持孔35和作为外周面的圆筒面31。圆筒面31也可以在工具套保持孔22中滑动。
[0084]
顶板33分别设置在工具套30的上方。顶板33例如为菱形状。顶板33比圆筒面31的外径大。
[0085]
引导件36向顶板33的下方延伸，设置在工具套30的两侧。引导件36贯通引导衬套23，在引导衬套23内沿上下方向滑动。在工具套30升降时，引导件36以及引导衬套23对工具套30进行引导。
[0086]
把手34具有圆筒轴部34a和圆板部34b。圆筒轴部34a与工具套30同轴地紧固于顶板33。圆板部34b与工具套30同轴地配置在圆筒轴部34a的上方。
[0087]
工具套30、顶板33、把手34以及引导件36成为一体而在上升位置j(参照图6)与交接位置k(参照图1)之间升降。
[0088]
在此，交接位置k是指顶板33下降至顶板33载置于工具库盘21的位置。在交接位置k，工具套30将工具12交接到第一夹持器51或者第二夹持器52(均在后面叙述)。而且，在工具套30位于交接位置k时，工具库盘21旋转。
[0089]
上升位置j是第一夹持器51或者第二夹持器52把持的工具12与工具套30完全分离的位置。当工具套30位于上升位置j时，把持工具12的第一夹持器51或者第二夹持器52能够使工具12与工具套30不发生干涉地穿过工具套30的下方而前后移动。在保持于工具库盘21的多个工具套30的间隔空出的情况下，第一夹持器51或者第二夹持器52也可以旋转。
[0090]
在工具套工具更换位置h，工具套30的中心轴39位于更换工具的相位。
[0091]
工具套升降机40设置在处于工具套工具更换位置h的工具套30的中心轴39上。工具套升降机40具有气缸41和钩挂部件42。工具套升降机40固定于框架2。
[0092]
气缸41是带引导件的气缸。例如，气缸41具有主体45、活塞杆43、板46以及引导轴44。板46和引导轴44与活塞杆43一体地升降。气缸41的中心轴与中心轴39同轴。也可以设置双作用气缸和直动引导件来代替带引导件的气缸。
[0093]
钩挂部件42配置于板46。钩挂部件42具有爪47和通过孔48。通过孔48沿工具库盘21的圆周方向延伸，并贯通钩挂部件42。通过孔48具有t字状的横截面。在工具套升降机40下降到交接位置k时，若工具库盘21旋转，则设置于顶板33的把手34通过通过孔48。爪47在通过孔48的下方从左右朝向中央延伸。爪47通过把手34的下方。在气缸41升降时，爪47钩挂于把手34，工具套30进行升降。
[0094]
如图4所示，直动引导件60具有导轨60a和引导块体60b。导轨60a沿y轴方向延伸并固定于框架2。
[0095]
如图1所示，中间臂组合体50在主轴10与工具库盘21之间能够往复地设置于直动引导件60。
[0096]
如图4所示，中间臂组合体50具有主体62、臂53、臂旋转轴58以及臂旋转装置59。主体62设置为能够相对于引导块体60b移动。通过中间臂进给装置(未图示)，主体62在交接工具的工具库位置a、中间位置b、主轴位置c往复移动。
[0097]
臂旋转轴58经由轴承61支撑于主体62。臂旋转轴58沿铅垂方向延伸。
[0098]
臂旋转装置59配置于主体62，旋转驱动臂旋转轴58。臂旋转装置59具有伺服马达59a、主动带轮59b、从动带轮59c以及环形齿形带59d。主动带轮59b紧固于伺服马达59a的输出轴。从动带轮59c紧固于臂旋转轴58。环形齿形带59d架设于主动带轮59b与从动带轮59c之间。
[0099]
此外，并不限于本实施方式的结构，也可以将马达、减速机以及臂加以组合，还可以将马达直接连接于臂。
[0100]
臂53紧固于臂旋转轴58。如图3所示，臂53例如是双臂，两个臂53a、53b从臂旋转轴58延伸。例如，两个臂53a、53b以90度的角度配置而呈l字状。臂53与臂旋转轴58成为一体地旋转。
[0101]
第一夹持器51和第二夹持器52分别配置于臂53的前端部。第一夹持器51将安装于主轴10的工具12拆下，并使其返回到工具库20。第二夹持器52将工具12从工具库20拆下，并安装于主轴10。
[0102]
第一夹持器51具有一对把持爪54、支撑销55、弹性部件56以及键57。把持爪54具有爪部54a和容纳部54b。
[0103]
爪部54a配置在支撑销55的前端侧。爪部54a与工具12的凸缘15的圆周的大致一半抵接。容纳部54b是有底的圆筒孔。容纳部54b配置在支撑销55的基端侧的端部的内侧。在此，将从臂旋转轴58的中心连结第一夹持器51的中心的线设为中心线53a1。将与中心线53a1和中心轴39正交的线设为中心线53a2。容纳部54b相对于中心线53a1垂直地延伸，相对于中心线53a2平行地延伸。
[0104]
支撑销55与臂旋转轴58平行地固定。另外，支撑销55在臂53a的前端部与臂53a的中心线53a1对称地配置。一对把持爪54与中心线53a1对称地配置。各把持爪54在其中央部被支撑销55转动自如地支撑。容纳部54b彼此相对地配置。
[0105]
弹性部件56例如是压缩螺旋弹簧。弹性部件56配置在一对容纳部54b的内部。弹性部件56向把持爪54关闭的方向施力。
[0106]
键57在一对把持爪54的中间部配置于臂53a的前端。键57作为把持爪54以及工具12的止转件发挥作用。键57是把持爪54的关闭方向的机械止动件。另外，在第一夹持器51把持工具12时，键57嵌入工具12的键槽13。
[0107]
第二夹持器52是与第一夹持器51相同的构造。
[0108]
中间臂进给装置70固定于框架2。中间臂进给装置70例如是伺服马达/滚珠丝杠机构、齿条/齿轮机构气缸。中间臂进给装置70使中间臂组合体50往复。
[0109]
参照图1以及图5～图8，对本实施方式的基于记忆随机方式的工具更换方法加以
说明。
[0110]
主轴10旋转至原点，主轴10移动至主轴工具更换位置d(参照图6)(s1)。
[0111]
臂旋转装置59将第一夹持器51分度到主轴相位e(参照图6)(s2)。
[0112]
如图6所示，中间臂组合体50从工具库盘21与主轴10之间的中间位置b(参照图1)向主轴位置c移动(s3)。于是，第一夹持器51把持安装于主轴10的第一工具12a。此时，设置于第一夹持器51的键57插入键槽13，通过弹性部件56的弹性力，把持爪54把持第一工具12a。
[0113]
在此，中间位置b是中间臂组合体50待机的位置。例如，中间位置b是中间臂组合体50在活动遮板(未图示)的内侧不与活动遮板干涉的位置。另外，主轴位置c是在第一夹持器51或者第二夹持器52处于主轴相位e时，第一夹持器51或者第二夹持器52能够在与主轴10之间更换工具12的中间臂组合体50的位置。此时的主轴10的位置为主轴工具更换位置d。
[0114]
步骤s2以及s3可以同时执行。
[0115]
接着，如图7所示，主轴10松开第一工具12a。然后，通过移动装置11使主轴10上升至第一工具12a从主轴10离开的位置(s4)。此时，第一工具12a从主轴10脱离，并被交给第一夹持器51。
[0116]
接下来，臂旋转装置59将把持着第二工具12b的第二夹持器52分度到主轴相位e(s5)。在图7中，第二夹持器52从上方观察逆时针旋转90度。于是，第二工具12b在主轴10的轴线上位于下方。
[0117]
通过移动装置11，主轴10下降，夹紧第二工具12b(s6)。
[0118]
接着，中间臂组合体50移动至工具库位置a(s7)。在中间臂组合体50开始移动时，把持爪54被凸缘推开，第二夹持器52释放第二工具12b。然后，第二夹持器52变空。
[0119]
使主轴10旋转(s16)。主轴10对工件进行加工(s17)。
[0120]
接下来，如图8所示，臂旋转装置59将第一夹持器51分度到工具库相位g(s8)。于是，第一工具12a在空的第一工具套30a的下方位于工具套30的轴线上。即，工具库相位g是指，在中间臂组合体50位于工具库位置a时，第一夹持器51或者第二夹持器52所把持的工具12位于工具套30的中心轴39上的臂53的相位。
[0121]
步骤s7以及s8可以同时执行。在此，优选地，在步骤s8结束之后，步骤s7结束。即，优选地，在第一夹持器51被分度到工具库相位g之后，中间臂组合体50到达工具库位置a。
[0122]
接下来，气缸41伸长，工具套升降机40使工具套30a下降(s9)。此时，钩挂部件42下降，爪47按压把手34，工具套30下降到交接位置k(参照图1)。于是，第一工具12a被收纳于第一工具套30a。
[0123]
接着，如图9所示，臂53退避至退避位置f(s10)。于是，第一夹持器51释放第一工具12a(s10)。在此，退避位置f是在工具库20回转时，第一夹持器51以不与工具套30以及收纳在工具套30中的工具12干涉的程度从工具库20分离的中间臂组合体50的位置。此外，退避位置f也可以是与中间位置b相同的位置。
[0124]
工具库20将安装有第三工具12c的第二工具套30b分度到工具套工具更换位置h(s11)。
[0125]
臂旋转装置59将第二夹持器52分度到工具库相位g(s12)。步骤s12可以与步骤s11同时执行。
[0126]
接着，中间臂组合体50移动至工具库位置a(s13)。于是，第二夹持器52把持第三工具12c。
[0127]
接着，气缸41使活塞杆43上升(s14)。于是，爪47钩挂把手34，第二工具套30b上升。然后，第三工具12c从第二工具套30b脱离，第二工具套30b将第三工具12c交接给第二夹持器52。
[0128]
接着，中间臂组合体50移动到中间位置b(s15)。由此，工具更换结束。在工具更换结束的时刻，第一夹持器51变空，第二夹持器52把持接下来要更换的第三工具12c。步骤s8～s15与步骤s16、s17并行地执行。在接下来进行工具更换之前，中间臂组合体50在中间位置b待机。
[0129]
图10是固定地址方式中的步骤s21～s24的流程图。步骤s21～s24被插入到步骤s14与s15之间。
[0130]
在实施了步骤s14之后，臂53向退避位置f退避(s21)。工具套升降机40使工具套30下降(s22)。工具库20回转，将与第二工具12b对应的第三工具套30c分度到工具套工具更换位置h(s23)。工具套升降机40使第三工具套30c上升(s24)。
[0131]
(第二实施方式)
[0132]
图11是第二实施方式的工具套升降机80的yz轴面的截面图。如图11所示，本实施方式的工具套升降机80具有气缸81、杆82、钩挂部件83以及直动引导件89。
[0133]
钩挂部件83为沿前后方向延伸的平板状，具有爪47、通过孔48、耳轴部84和引导销92。爪47配置在钩挂部件83的中央部下侧。引导销92设置在钩挂部件83的两端部。
[0134]
气缸81具有杆88。气缸81例如配置在工具库盘21的回转轴上。气缸81使杆88沿上下方向升降。
[0135]
杆82具有支点87、作用点85和力点86。支点87位于杆82的中央部。作用点85位于杆82的工具套30侧的第一端。力点86位于杆82的气缸81侧的第二端。支点87固定于框架2。杆82以支点87为中心转动。耳轴部84能够转动地连接于作用点85。杆88能够转动地连接于力点86。
[0136]
直动引导件89具有引导板93、引导槽94以及引导销92。引导板93呈倒u字状，沿yz方向延伸。引导板93固定于框架2。引导槽94配置于引导板93的两端，沿上下方向延伸。引导槽94也可以贯通引导板93。设置于钩挂部件83的引导销92在引导槽94中滑动。直动引导件89在钩挂部件83升降时引导钩挂部件83，将钩挂部件83的姿势保持为水平方向。此外，直动引导件89例如也可以是滚珠花键、直线引导件、引导衬套与引导销的组合。
[0137]
根据工具套升降机80，杆88升降，经由杆82，以杠杆原理使钩挂部件83升降。例如，当杆88下降时，与杆88连接的力点86下降，与作用点85连接的钩挂部件83上升。与此相反，当杆88上升时，钩挂部件83下降。
[0138]
本发明不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变形，记载在权利要求书中的技术思想所包含的全部技术事项全部作为本发明的对象。所述实施方式示出了优选的例子，但对于本领域技术人员来说，能够根据本说明书公开的内容实现各种替换例、修正例、变形例或者改良例，这些包含在附件的权利要求书所记载的技术范围内。