專利名稱：包含換刀裝置的機床的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機床，其包含刀具主軸并且通過設置在機床中的換刀裝置能夠將 至少一個加工刀具換入或裝入刀具主軸中或由刀具主軸中換出或取出，并且刀具主軸為了 加工目的使得加工刀具圍繞主軸軸線旋轉。
背景技術：
上述的機床長久以來是已知的，例如用于切削的材料加工。它們例如作為加工單 元或作為加工中心特別是在金屬加工領域內應用。這類機床的一個特征是，換刀過程應當 盡可能快地實施，以便使得機床的停工時間最小化。為了一方面確保在利用這類機床加工 時的高的可變性并且另外一方面相應加速換刀過程，已知在機床中設置刀庫，在該刀庫中 設置許多接納各單個加工刀具的存放位置。已知的換刀裝置將一體化的支承臂的線性運動 與被支承臂保持的刀架的旋轉運動組合起來，所述刀架通常具有兩個刀座。這種動力學布 置然而是不靈活的并且不允許或者僅僅在相當大的耗費的情況下才使得多部分構成的刀 庫有效地與刀具主軸協同作用，所述刀庫可以設置在機床內部的多個不同的位置上。
發明內容
因此，本發明的任務是提供這樣一種布置，據此改善設置在床身中的換刀裝置的 可運動性，以便由此開啟這樣的可能性，即從在機床中提供的較大的加工刀具庫存中快速 地且有效地將加工刀具在主軸上換入或換出。為了實現上述目的，本發明從開頭所述的機床出發并且建議，換刀裝置具有一個 由至少兩個鏈節構成的支承臂并且支承臂保持接納加工刀具的刀架，并且至少兩個鏈節通 過具有一個折疊軸線(Knickachse)的折疊關節(Knickgelenk)彼此鉸接連接。開頭所述的任務通過根據本發明的建議最佳地實現。通過至少兩個經由折疊關節 彼此鉸接連接的鏈節構成支承臂，允許顯著改善接納加工刀具的刀架的運動性和因此空間 定位。通過根據本發明的建議也可能的是，根據鏈節的構造或通過長度，利用換刀裝置也 達到離開工作主軸的實際工作空間相對較遠的刀庫。可能的是，因此將相對較大的刀具儲 備彼此遠隔地設置在機床中或有利地將刀具儲備分布在多個刀庫部分中，其中第一刀庫部 分離開刀具主軸較近并且一個例如較大構成的第二刀庫部分隔開較遠地布置。從而可能的 是，將經常需要的加工刀具設置在靠近刀具主軸的刀庫部分中，較少使用的加工刀具可以 較遠地存放在然而同樣能夠通過換刀裝置到達的第二刀庫部分中。在根據本發明的機床中在此規定，在換刀裝置上設置多個驅動裝置，其用于一個 或多個鏈節和刀架的運動。驅動裝置或至少其中一個驅動裝置在此有利地構成為旋轉驅動 裝置。這種類型的旋轉驅動裝置，其例如步進地或連續地驅動，能夠實現鏈節或刀架圍繞相 應的將各鏈節相連接的關節或軸線的完全旋轉，由此進一步提高支承臂的靈活性和作用范 圍以及在空間上定位接納加工刀具的刀架的可能性。旋轉驅動裝置在此特別是構成為受位 置控制的或數控控制的旋轉驅動裝置。這意味著在本發明的機床中設置單獨的或集成在機
4床控制裝置中的或與機床控制裝置耦合的數字控制裝置，其能夠讀取、在工作和運動過程 中轉換和依次執行控制指令(其例如依賴于工件加工的過程被定義)的數據庫記錄。支承 臂或換刀裝置的運動能夠通過所述的旋轉驅動裝置的所述實施形式在控制方面與機床中 的加工過程最佳地適配，由此能夠特別是通過優化換刀過程實現進一步改善生產時間。根據本發明的機床的一個優選的實施方式同樣有助于改善加工刀具或接納刀具 的刀架的可定位性，其中經由所述的(旋轉)驅動裝置能夠調節各鏈節關于折疊軸線的相 對角位置以及第一鏈節相對于換刀裝置的基體的角位置，并且刀架或刀座能夠垂直于主軸 軸線圍繞刀架軸線旋轉。根據本發明的機床的這種類型的構造允許根據例如主軸或加工刀 具的運動來調節和重新定位加工刀具或刀架。這允許換刀裝置或刀架的無碰撞的且特別是 順利的定位，這種定位與加工刀具的運動相協調并且因此同樣有助于改善在根據本發明的 機床中加工工件時的加工周期。根據本發明的機床的一個有利的實施方式的特征在于，設置加工空間和在空間上 與加工空間分離的用于換刀裝置的換刀空間。加工空間和換刀空間的這種空間上的分離特 別是通過設置一個隔板實現。為了換刀，刀具主軸或加工刀具能夠由加工空間運動到、特別 是被推入換刀空間中。這種機床的構造允許實現加工空間的特別緊湊的構造方式，因為所 有對于換刀所需要的機床構件保留在加工空間的外部。通過加工空間最后僅僅必須接納加 工刀具以及待加工的工件，加工空間可以較小地設計尺寸。這特別是在清潔或導出特別是 在加工時產生的切屑時產生優點，因為在此在相對少的清潔介質應用的情況下可以實現較 好的清潔效果。為了換刀，加工刀具完全由加工空間內移出，實施在空間上與加工空間分離 的換刀并且加工刀具而后重新被導入例如推入加工空間中。這種構造具有其它的優點，即 加工空間中的污物較少地或甚至完全不被帶入換刀空間中，由此能夠避免換刀裝置的強烈 的污染和可能避免提前磨損。根據本發明的機床優選具有一個刀具主軸，其例如為了加工目的平行于隔板特別 是至少沿著一個優選水平的空間軸線可移動。由此盡管存在隔板，仍然實現刀具主軸的運 動的附加的自由度。這由此實現，即在隔板中特別是設置一個穿孔，在該穿孔內部刀具主軸 平行于隔板移動。為了然而能夠實現加工空間相對于換刀空間的密封的封閉，規定在該穿 孔中設置柔性的元件，其雖然允許穿過隔板的刀具主軸或加工刀具的運動，然而仍然令人 滿意地將加工空間相對于換刀空間封閉。這種類型的柔性的元件能夠例如構成為卷軸式百 葉窗簾。出于工作原因或設備保護原因，為了實現降噪或為了也在加工位置或在加工過程 中覆蓋加工刀具或機床的其它的支承加工刀具的元件，根據本發明的機床優選具有一個蓋 板。蓋板構成為至少部分包圍換刀空間中的刀具主軸的、然而為了換刀而釋放刀具主軸的 罩。證明有利的是，這種蓋板能夠相對于主軸軸線移動，這意味著，為了換刀，蓋板例如可平 行于主軸軸線被拉回、被向前移動或翻出或偏轉，以便釋放加工刀具。在此為了換刀過程， 刀具主軸沿著主軸軸線被拉回，由此加工刀具從加工空間到達換刀空間。同樣存在這樣的 可能性，即蓋板與主軸一起或提前地或與主軸無關地(利用單獨的驅動裝置)沿著主軸軸 線可移動地構成并且當刀具主軸為了換刀而被拉回時，與該運動同時地或提前地被導回或 偏轉，以便釋放刀具主軸或加工刀具為了換刀。為了可實現隔板的封閉，在隔板上設置一個 止擋或接納部，蓋板與其密封地嵌接。這種蓋板不僅避免了污物或噪聲輻射的進入，而且保護刀具主軸例如也防止干擾引起的例如與刀具或刀架的碰撞。通過根據本發明的機床，也實現了這樣的任務，即通過能夠實現順利的換刀，減小 加工工件時的時間。在此與機床相關地設置非常短的換刀時間(從一個加工過程結束經 過刀具更換到新的加工過開始時的持續時間)直至例如3至5秒。為了實現該目標，證明 有利的是，配備刀具的刀架緊靠加工刀具或刀具主軸布置。此外規定，換刀裝置或刀架在加 工過程中保留在換刀空間中并且在此特別是能夠與在換刀空間中被移動的加工刀具相鄰 地定位。由于加工刀具、刀具主軸或換刀裝置的這種可運動性和上述的自由的可定位性，在 此特別是在加工刀具和換刀裝置或刀具之間能夠實現特別是恒定的間距，因為此外由于換 刀裝置的相應的驅動裝置的數控控制，即使在刀具主軸的位置變換時也能夠保持恒定的間 距。所述在換刀裝置或刀架和加工刀具或刀具主軸之間至少要保持的間距由用于換刀裝 置或刀架的運動的反應時間和刀具主軸在加工空間內(平行于隔板)移動或推動的線性速 度得出。如果直至一個反應(即實現換刀裝置或刀架的運動)所述間距小于運動的加工刀 具或刀具主軸走過的位移，那么兩個機床構件的碰撞是必然的。因此證明有利的是，這兩個 運動分量相應彼此協調并且這些元件之間的間隔由此出發被調節、保持和在此保持盡可能 小，以便為了換刀能夠順利地提供換刀裝置或刀架。由此能夠顯著減小換刀時間并且因此 能夠減小加工時的加工周期。由此也實現換刀裝置相對于刀具主軸或加工刀具的相鄰位置 的確定。同樣通過根據刀具主軸的運動跟蹤換刀裝置能夠實現，將用于將刀具主軸 返回到起始點用于加工的時間有效地用于換刀，如果加工的終點和起始點不重合 (auseinanderfallen)的話。通過追蹤換刀裝置或刀架，換刀過程能夠在加工步驟結束時隨 著主軸由加工空間中的返回而實現并且在該刀具主軸的移動過程中在換刀空間內繼續。通 過利用根據本發明的機床可實現的在定位換刀裝置以及刀具主軸時的靈活性，也能夠將移 動時間最佳地應用，以減小加工周期。特別是在此關聯中看成有利的是，刀具主軸相對于主軸軸線構成為特別是可水平 移動的。換刀裝置和/或刀架的運動而后借助于刀具主軸的運動可調節，由此能夠實現機 床的所述的有利效果并且確保加工刀具的始終最佳的定位。在此根據本發明的建議不是強制性地以此為前提，即根據本發明的機床必須配備 多部分的刀庫。即使在機床中正常的加工刀具庫存的情況下根據本發明的建議也提供優 點，因為通過兩個鏈節的折疊可以實現換刀裝置的特別節省空間的構造。這樣的節省空間 的構造利用根據現有技術的配備線性驅動裝置的支承臂不能實現。然而在機床的被床身定義的區域內的空間是有價值的且最終規定換刀空間或加 工空間的大小和因此規定利用根據本發明的機床加工的工件的最大尺寸，或根據本發明的 機床的構造尺寸。在此本發明的另外一個優點在于，換刀裝置由于其根據本發明的構造能夠由加工 區域、工作空間偏轉出來而不形成干擾，因為通過支承臂構成為至少兩個鏈節、必要時多個 鏈節且由于其鉸接的構造，支承臂能夠被折疊地節省空間地偏轉出來。有利地建議一個根據本發明的機床，其中設置一個刀具主軸。機床具有將其加固 的且支承機床的各個不同元件的床身，其也必要時稱為機床框架。就“床身”的概念而言， 在此床身通過外部的限定機床的機器棱邊確定并且刀具主軸位于通過這些棱邊定義的體
6積內。根據床身的該構造也包含機床鎧裝，其必要時可能也突出于床身的支承元件或也具 有自支承的特性。清楚的是，在機床內即在通過外棱邊定義的床身內部設置的刀具主軸可朝向工件 進給并且因此可圍繞至少一個、通常圍繞優選正交布置的多個軸線(兩個或三個軸線)運動。在根據本發明的一個優選的構造中設置，換刀裝置設置在床身中。如上所述，“床身”的概念定義屬于機床的外部尺寸。就該尺寸而言，在根據本發明 的方案中換刀裝置位于該尺寸內部。在此是本發明的一個方面，即換刀裝置事實上是機床 的構件并且在其中構成，由此也可實現非常緊湊的機床，因為不設置任何外部的換刀裝置。 同時該布置根據本發明是非常節省空間的，由此能夠實現相對較小的用于工件加工的工作 空間，因此在其中只需要安置加工刀具和工件，換刀裝置然而保留在加工空間或工作空間 的下方。除了換刀裝置設置在床身中的方案之外，本發明也包含這樣的方案，即換刀裝置 在床身的旁邊，必要時在自身的支架或軸承上，被懸掛和支承。在另外一個優選的本發明的構造中規定，換刀裝置被床身保持。通過這種構造達 到，自身具有相對大的重量的換刀裝置被最佳地支承并且對于機床的穩定性負責的元件也 相應地安裝。此外規定，在被刀具主軸保持的加工刀具的加工應用過程中，至少刀架保留在機 床中并且在此特別是保留在換刀空間中，必要時與刀具主軸或在加工過程中包圍刀具主軸 的蓋板相緊靠。通過這種構造達到，至少刀具保持相對靠近刀具主軸地定位并且因此在加工結束 后業已在短的時間間隔后能夠換出不再需要的加工刀具。根據本發明此外規定，換刀裝置具有一個基體，支承臂在一個具有基礎軸線的基 礎關節上鉸接地、特別是可旋轉地設置在該基體上。例如床身或機床框架的一個區域能夠 用作基體。在此然而也可以替代地設置一個單獨的元件作為基體，其以合適的方式可固定 或支承在機床或床身上。換刀裝置通過基體實現在機床中的固定或支承。在該基體上鉸接 地連接由多個鏈節構成的支承臂。為此存在一個具有基礎軸線的基礎關節。由此可能的是， 將整個支承臂(展開或折疊的)圍繞基礎軸線偏轉，其中為此設置特別是直至360度的偏 轉角度范圍。通過各單個鏈節一方面相對于折疊關節和/或另外一方面相對于折疊關節的 反向的偏轉運動，然而也可能的是，最后實施刀架的直線運動。僅僅一個與基體鄰接的鏈節 被偏轉，然而整個支承臂的其余的鏈節保留在基體的相同側上。有利地在換刀裝置上設置相應的驅動裝置，其用于鏈節的運動且用于刀架的運 動，特別是用于相應的關節上的偏轉運動。為了換刀裝置更高的靈活性，規定其基體沿著一個引導部至少在一個空間方向上 可運動和可定位。這個基體而后具有滑座的構造和任務，其可運動地可定位在一個引導路 徑或導軌上并且在機床內部或在機床上的相應位置上可移動，例如為了關于刀具閘、刀庫 或刀具主軸的裝載或卸載過程。設置驅動裝置用于滑座在引導部上的運動。在此這種布置不限于沿著一個軸線的定位，也可能例如實現一個十字滑座引導部 并且能夠實現換刀裝置或其基體沿著兩個軸線的可運動性。
當然也可能的是，基體在機床中固定構成，并且各單個元件、支承臂的各鏈節和相 對于基體的可運動性以及刀架的可運動性足以達到機床中的所有區域。證明有利的是，給刀架配備優選兩個刀座，其共同地圍繞一個旋轉軸線可偏轉。這 種構造在此如此實現，即在一個第一刀座中設置一個空的位置，以便接納由刀具主軸上待 換出的加工刀具并且在第二刀座中預先保持一個待換入的加工刀具。本發明的另外一個有利的構造在于，基礎軸線、折疊軸線、旋轉軸線和主軸軸線成 對地平行布置。然而本發明也包含這樣的方案，即上述四個軸線中的任意三個彼此平行布 置。特別有利的是，基礎軸線、折疊軸線、旋轉軸線和主軸軸線彼此分別平行，因為由此實現 相對簡單的動力學。就刀庫而言業已提及，它具有一個優點，即刀庫不是整體構成的，而是必要時由至 少兩個并排或亦可依次布置的刀庫部分構成。刀庫或刀庫部分例如構成為盤狀或鏈狀刀 庫。在此各單個加工刀具位于設置在刀庫或刀庫部分的邊緣區域中的存放位置中。為了能 夠存儲相對較多數量的加工刀具，刀庫或刀庫部分以相對較大的面積實現，其中優選被保 存的加工刀具的刀具軸線(和因此主軸軸線)平行于刀庫或刀庫部分的面狀構造的表面法 線。根據本發明現在可能的是，在根據本發明的機床中預先保持更多數量的加工刀具，當刀 庫劃分成多個刀庫部分時，其自身例如并排布置(如例如在圖1中所示)或者依次布置(如 例如在圖2a中所示)。在并排布置時，在表面法線的方向上看，兩個刀庫部分是可見的，在 依次布置時，前部的刀庫部分擋住后部的刀庫部分。當然也可以采用相應的混合形式，例如總共四個刀庫部分，它們劃分成兩個并排 布置的組，其分別具有兩個依次布置的刀庫部分。通過這種刀庫和刀庫部分的巧妙構造能 夠在機床中預先保持非常大量的加工刀具。在相對復雜構成的刀庫或刀庫部分中也有利的是，基體平行和/或垂直于主軸軸 線可運動和可定位，以便因此也達到刀庫或刀庫部分的較遠的區域。在此規定，基體特別是 沿著各刀庫部分的連接軸線可運動和可定位，以便由此縮短對刀庫部分的接近路徑或接近 時間并且因此進一步優化加工周期，以便因此確保無摩擦的選刀和換刀過程。優選追求刀架的盡可能直線的運動，用于將加工刀具嵌入刀庫的存放位置或由其 中取出。與換刀裝置的構造相對應，其具有多個構成一個支承臂的、彼此可彎曲或可折彎的 (和因此彼此可偏轉)的鏈節，當然各單個元件的偏轉運動占優勢。因此在驅動裝置的驅 動控制裝置中設置軸線變換(Achstranformation)，使得各單個鏈節的通過驅動裝置實現 的相對運動如此巧妙地疊加，使得實現期望的運動。軸線變換在此將刀架的期望的運動轉 換成各單個鏈節的各單個偏轉運動，它們而后彼此有利地疊加，使得實現期望的運動。在此 可能的是，例如不僅實現線性運動(例如在線性轉換的范圍內)而且實現彎曲的運動軌跡。 借助于軸線變換，將各單個鏈節的大量不同的自由度巧妙地轉換成刀架的必要時也是復雜 的運動。最后利用軸線變換實現笛卡爾運動坐標轉換成各單個鏈節的相應的參照系的運動 坐標，或反之。在本發明的一個優選的構造中規定，刀庫和換刀裝置設置在一個共同的支架上。 因此可能的是，將這個組合的構造單元單獨地預制并且模塊化地安裝到機床中。特別是可 能的是，選擇積木狀的結構，以便例如將大量預制的支架安裝到多個不同的刀庫中。通過將 換刀裝置在相對大的程度上與刀庫共同作用，這種在一個支架的共同布置在結構方面產生
8優點。通常換刀裝置的驅動裝置的驅動控制裝置是換刀裝置的控制裝置的一部分。根據 本發明建議，機床控制裝置包含集成的換刀裝置控制裝置并且因此在數據技術上使得刀具 的高的提供性和快速更換成為可能。
在附圖中示意地在一個實施例中闡述本發明。其中圖1根據本發明的機床的視圖；圖2a、2b、3a、3b以三維視圖(圖2a、3a)或視圖(2b、3b)中示出在換刀裝置的兩 個不同位置時根據本發明的機床的主要元件；圖4根據本發明的換刀裝置的三維視圖；以及圖5根據本發明的機床在換刀時的主要元件的側向剖視圖。
具體實施例方式在附圖中彼此相同的或相對應的元件分別利用相同的附圖標記表示并且因此如 果非必要的話，不再重新描述。在圖1中示意示出根據本發明的機床1。機床1的各個不同的元件被一個床身10 支承，如在此所示，機床外殼也算作該床身10。床身在此包圍這樣的空間，在該空間內部設 置機床的各個不同的元件。此外這些元件包含刀具主軸2、換刀裝置3以及刀庫6，其在此 實施例中由兩個刀庫部分61、62構成。在圖1中選擇的視圖中使得可以實現沿著主軸軸線20 (垂直于頁面平面延伸)從 前方觀察機床1。在主軸軸線20的右側旁邊和稍高地布置換刀裝置3。換刀裝置3包含一個基體35 (在圖1中被覆蓋)，在該基體上經由基礎關節37鉸 接地連接支承臂30。在支承臂3的背對基體35的端部上存在刀架5，其支承或保持待安裝 到刀具主軸2中的和待換出的加工刀具4。根據本發明建議，支承臂30至少由兩個通過折疊關節34彼此連接的鏈節31、32 構成。通過這樣構成折疊關節34，也定義一個折疊軸線33。可以很好地看出，在支承臂30 被拉出的視圖中，在支承臂30的第一鏈節和第二鏈節之間構成一個稍大于90度的折疊角度。刀具主軸2必要時可沿著多個軸線運動和定位。為了實際的加工過程，主軸特別 是加工刀具4能夠沿著主軸軸線20的方向朝向(未示出的)工件進給或返回。整個刀具主軸布置在一個滑座21上，該滑座在一個引導部22上可縱向移動和可 定位。引導部22的方向在此垂直于主軸軸線22(并且因此也垂直于折疊軸線33)。這樣 的可運動性在現有技術中是長久已知的。這種在引導部22上的可運動性允許將刀具主軸 2在機床1中向右移動并且因此將刀具主軸2置入刀架5的區域內。由此可以節省支承臂 30上的結構尺寸，支承臂30僅僅必須設計成能夠到達各單個刀庫部分61、62或刀庫6。圖1不僅僅示出支承臂30的一個位置，而且示出支承臂30'、30〃、30〃 ‘的其它 的替代的三個位置，它們利用較小的點化線寬度或利用點化線示出。支承臂30'示出這樣 的支承臂，其幾乎完全在其折疊關節中伸展地向下向右偏轉。在該區域內機床殼體11具有一個閘門14，通過該閘門能夠在使用者的高度上以簡單的方式將加工刀具4帶入機床1的 內部或者例如取出損傷的加工刀具。閘門14在此封閉機床1的換刀閘12，在其中設置至少 一個用于加工刀具4的保持位置13。支承臂位置30'描述了支承臂30的這樣的位置，以便例如將加工刀具由保持位 置13取出或放入該保持位置。此外可能的是，將支承臂30定位在等待位置，例如與支承臂位置30'對應的位 置，其中刀架5而后業已可以裝載待換入的加工刀具4，支承臂然而總體上離開加工空間足 夠遠并且因此在那兒也不干擾加工。支承臂位置30"示出了支承臂的第二位置方案，以便由較大的刀庫部分62裝載 或卸載刀具，所述刀庫部分基本上在刀具主軸2的上方且稍微偏左錯位布置。在此支承臂 30"幾乎是完全伸直的，類似于在第三支承臂位置30"‘，在此位置示出，換刀裝置與另外 的較小的刀庫部分61共同作用以裝載或卸載加工刀具。這個刀庫部分61也位于基礎關節37的上方，即位于換刀裝置3的上方，在顯著較 大的(因為具有較大直徑的)第二刀庫部分62右側旁邊。基礎關節37定義一個基礎軸線36，支承臂圍繞該基礎軸線30可圍繞基體35偏 轉。在圖2b中示出根據本發明的機床的簡化的示意圖。可見，刀庫6在此所示的附圖 中設置在刀具主軸2的旁邊。刀具主軸2自身基本上位于換刀裝置3的下方。刀庫6以及兩個刀庫部分61、62構成為盤式刀庫并且可圍繞一個中心軸線63旋 轉。中心軸線63平行于主軸軸線20。根據圖2b的構成為盤式刀庫的刀庫6在其圓周上具有許多用于各個不同的加工 刀具的存放位置60。通常不是所有的存放位置60都是被占據的，以便為接納從刀具主軸2 上換下來的加工刀具4或者新裝入機床中的加工刀具4提供空間。圖2a以立體圖示出根據圖2b的情形，其中由此清楚的是，刀庫6在此示出的實施 例中由兩個依次布置的刀庫部分61、62構成。兩個同樣構成為盤的刀庫部分61、62的相應 的中心軸線是重合的。刀庫部分61、62也具有存放位置60。在此兩個刀庫部分位于一個共同的接納中心軸線63的橫梁上，在該橫梁上一個 共同的支架64徑向地傾斜向上延伸，在該支架的外端部上連接換刀裝置3。刀庫6和換刀裝置3的整個集成的單元通過底座件65以合適的方式在機床1中 例如在其床身10或機床框架上連接。在圖2b中可很好看出支承臂30的各個不同的元件。刀架5具有兩個刀座51、52， 其中在第二刀座52中業已保持一個加工刀具4用于在刀具主軸上的更換過程。另外的刀座51是空的且用于接納夾緊在刀具主軸2上的待更換的加工刀具 4'(圖2a)。兩個刀座51、52在刀架軸線53的徑向上延伸。在此刀架5經由刀架關節54 連接在支承臂30的外端部上。兩個刀座51、52關于刀架軸線53的相對角位置是固定的， 一個驅動裝置50用于實現刀座51、52圍繞刀架軸線53的旋轉運動。驅動裝置導致在換入或換出過程中待換出的加工刀具在其裝入最初空的刀座51 之后被向外偏轉，以便同時將待換入的加工刀具4相對于刀具主軸2置入應用位置。如上述多次提及，支承臂30由多個鏈節31、32構成。在此所示的實施例中設置兩個鏈節31、32。兩個鏈節31、32經由折疊關節34彼此連接，這兩個鏈節31、32關于折疊軸 線33的相對角位置是可通過驅動裝置38進行調節或調整的。這種布置在此如此選擇，即 第二鏈節32 (其支承刀架5)以及第一鏈節31經由基礎關節37與基體35鉸接鏈節。在圖 2b或2a所覆蓋的背面上存在其它的驅動裝置，以便改變和調節第一鏈節31相對于基體35 的角位置。基體35在根據本發明的第一方案中在機床1中構成為固定的，在特別是在圖2a 中示出的實施例中然而基體35以滑座的形式實現并且在一個引導部39上能夠可縱向移動 地定位。在此引導部39的定向平行于中心軸線63或主軸軸線21或也平行于折疊軸線33 或基礎軸線36。通過一個驅動裝置300，基體35在引導部39上可運動和可定位。有利地，電機作為驅動裝置300、38、50，其必要時配備傳動裝置。在圖3a、3b中示出在稍晚的時刻在主軸2上的換刀過程。圖3a、3b與上述在圖 2a、2b中提及的相對應，在此不再重復。可以看出，支承臂30在根據圖3a、3b的位置上是幾乎完全伸直的并且刀架5的仍 然空的刀座51正好接納待換出的加工刀具4'。在加工刀具4'由刀具主軸2的主軸頭中 取出之后，刀架5在順時針方向圍繞刀架軸線53偏轉大約90度(對應于兩個刀座51、52 相對于刀架軸線53的角度間隔)，以便將被保持在第二刀座52中的加工刀具4裝入刀具主 軸2中。圖4以詳細放大視圖在此示出換刀裝置3，如其業已借助于圖2b或2a描述的。用于驅動電機38和50的電流傳輸裝置以及用于信息傳輸的數據信息導線設置在 所謂的能量鏈301中，以便允許無損的且可靠的運行。在此能量鏈301的應用是有利的，因 為支承臂由于其鏈節的可折彎性能夠占據多個空間位置，能量鏈301可以無問題地跟隨所 述位置。在圖5中示意示出根據本發明的機床1的局部視圖且以側向剖視圖示出。在此可 部分看到機床1的各個不同的元件，例如刀庫6的一部分，該部分具有設置在其上的用于加 工刀具的存放位置60，其被置入可被換刀裝置3到達的位置。這通過刀庫6的旋轉實現。在被保持在刀庫6中的加工刀具4下方，部分地可見換刀裝置3。該換刀裝置3具 有一個支承臂30，其由總共兩個鏈節31、32組合而成。換刀裝置3包含在圖5中被部分覆 蓋的基體35，在基體上經由在圖5中被覆蓋的基礎關節37鉸接連接支承臂30。在支承臂 30的背對基體35的端部上存在刀架5。刀架5在圖5中在加工刀具裝入刀具主軸2中時 示出。支承臂30在圖5的實施例中包含兩個通過折疊關節34彼此連接的鏈節31、32。 刀架5又經由刀架關節與支承臂30的第二關節32連接。在鉸鏈34上存在用于移動換刀 裝置3的驅動裝置38、50。它們在該實施例中直接在軸線(即支承臂30的折疊軸線33或 刀架5的刀架軸線53)上設置并且構成為旋轉驅動裝置38、50。旋轉驅動裝置38、50因此 允許刀架5或整個換刀裝置3相對于刀具主軸2始終最佳的定位。旋轉驅動裝置38、50同 樣確保刀架5的精確的且順利的定位。由此一方面能夠將加工刀具4由刀庫6中取出并且 另外一方面能夠高度精確地嵌入刀具主軸2中。刀具主軸2能夠沿著多個軸線20運動和定位。在圖5中僅僅示出其中的主軸軸 線20。為了加工過程，刀具主軸2或設置在其上的加工刀具4沿著主軸軸線20可被導入一
11個加工空間80中。該加工空間在圖5的實施例中在刀具更換空間70的左側鄰接。在刀具 更換空間70中發生實際的加工刀具4更換。為此，刀具主軸2沿著主軸軸線20相對于加 工空間80被往回拉并且被置入刀具更換空間70中。而后刀架5抓住設置在主軸2上的加 工刀具4，將其取出并且通過同樣經由刀架5領來的其它的加工刀具4替換。通過在圖5中 示出的機床1的構造，實現了刀具更換空間70與加工空間80的空間分離。換刀裝置3位 于刀具更換空間70中，由此能夠實現具有相對較小的體積的加工空間80。加工空間80僅 僅必須接納加工刀具4或刀具主軸2的支承加工刀具4的部分和待加工的工件(未示出)。 由此能夠實現機床1或加工空間80的特別緊湊的構造方式，這能夠實現一系列的優點，特 別是在清潔工件或排出在加工時產生的切屑或粉塵時。在加工狀態下在圖5中在刀具更換空間70內部示出的刀具主軸2的部分或加工 刀具4位于加工空間80內。為了能夠實施刀具主軸2相對于刀具更換空間70或定位在刀 具更換空間70中的換刀裝置3的空間封閉，設置蓋板90，其能夠被推入刀具更換空間70中 并且在此包圍刀具主軸2的在加工時位于刀具更換空間70內的部分。蓋板90能夠例如按 照罩的形式構成并且在刀具主軸2移動的同時沿著主軸軸線20被移動。在將刀具更換空 間70相對于加工空間80隔開的隔板72中設置接納部71，在該接納部中嵌入蓋板90的前 邊緣91，以便確保在蓋板90和隔板72之間的密封封閉。這種密封的封閉阻止例如沖洗流 體、切屑或粉塵由加工空間80進入刀具更換空間70中。總體上因此在加工期間達到加工 刀具4和加工空間80相對于刀具更換空間70和特別是設置在刀具更換空間70中的換刀 裝置3的封閉。在加工期間，換刀裝置3或設置在其上的刀架5定位在刀具更換空間70中。作為 用于刀架5的位置，在此選擇刀具主軸2的緊靠處或被拉入刀具更換空間70中的加工刀具 所處位置的緊靠處。通過刀架5和刀具主軸2的緊靠，能夠順利地實施刀具更換。由于特 別精確的可被操作的旋轉驅動裝置38、50，它們例如是步進的或連續的且設置在換刀裝置 3的支承臂30上并且與相應用于機床1的控制裝置相連接，刀架3能夠實施刀具主軸2的 運動，其不僅可沿著主軸軸線20的方向而且也可平行于隔板72運動。因此能夠實現刀架 5相對于刀具主軸2的最佳的定位，其允許在刀具更換時將刀架5順利地作用在刀具主軸2 上。在隔板72中設置用于加工刀具4或支承加工刀具4的刀具主軸2的貫通孔73，從 而加工刀具4能夠被無問題地推入加工空間80內。為了確保加工空間80相對于刀具更換 空間70的密封封閉，貫通孔73設有柔性的貫通元件(未示出)，其允許刀具主軸2或加工 刀具4平行于隔板的運動。現在的說明書和權利要求均為嘗試性撰寫，不妨礙獲得進一步保護。如果經詳細審查特別是相關的現有技術后，發現本發明的其中一項或另一項特征 對于本發明的目的盡管有益，但是并非十分重要，則現在當然要尋求一種在獨立權利要求 中不再具有這種特征的撰寫方式。從屬權利要求中所述的引用關系涉及通過相應從屬權利要求所述特征對獨立權 利要求內容的進一步發展，但不可將其理解為放棄針對相關從屬權利要求所述特征提出獨 立保護要求。凡是迄今僅在說明書中所公開的特征能夠在訴訟過程中作為本發明例如區別于現有技術的重要特征被要求權利。 僅在說明書中所公開的特征，或者包括多項特征的權利要求的各單個特征，均可 隨時將其納入獨立權利要求來區別于現有技術，則當這些特征連同其它的特征被一起提及 或者這些特征能夠連同其它特征實現特別有益的結果時。
權利要求
機床，其包含刀具主軸(2)并且通過設置在機床(1)內或上的換刀裝置(3)能夠將至少一個加工刀具(4)換入刀具主軸(2)中或由刀具主軸(2)中換出，并且刀具主軸(2)使加工刀具(4)為了加工目的而圍繞主軸軸線(20)旋轉，并且換刀裝置(3)具有一個由至少兩個鏈節(31，32)構成的支承臂(30)并且支承臂(30)經由連接在支承臂(30)的外端部上的刀架關節(54)保持刀架(5)，該刀架接納加工刀具(4)，并且至少兩個鏈節(31，32)通過一個具有折疊軸線(33)的折疊關節(34)彼此鉸接連接，其特征在于，換刀裝置(3)在相應的關節(34，37，54)上具有驅動裝置(38，50)，用于鏈節(31，32)或刀架(5)的運動。
2.如權利要求1所述的機床，其特征在于，其中至少一個驅動裝置(38，50)構成為旋轉 驅動裝置、特別是構成為受位置控制的或數控控制的旋轉驅動裝置(38，50)，和/或經由驅 動裝置(38，50)能夠調整或調節鏈節(31，32)關于折疊軸線(33)的相對角位置以及第一 鏈節(31)相對于基體(35)的角位置，并且刀架(5)或刀座(51，52)能夠垂直于主軸軸線 (20)圍繞刀架軸線(53)旋轉。
3.如上述權利要求一項或多項所述的機床，其特征在于，設置加工空間(80)和在空間 上與加工空間分離的、特別是通過隔板(72)分離的用于換刀裝置(3)的換刀空間(70)，其 中為了刀具更換，刀具主軸(2)和/或加工刀具(4)能夠由加工空間(80)運動到、特別是 被推入換刀空間(70)內。
4.如上述權利要求一項或多項所述的機床，其特征在于，刀具主軸(2)和/或加工刀 具(4)能夠平行于隔板(72)移動，特別是在隔板(72)中設置通過柔性的元件可封閉的穿 孔(74)，和/或設置蓋板(90)，其中蓋板(90)構成為至少部分包圍在換刀空間(70)中的 刀具主軸(2)的、為了換刀而釋放刀具主軸(2)的罩。
5.如上述權利要求一項或多項所述的機床，其特征在于，蓋板(90)構成為相對于刀具 軸線(20)可移動的，和/或在隔板(72)上設置止擋或接納部(71)用于密封連接蓋板(90)， 和/或在被刀具主軸(2)保持的加工刀具(4)的加工應用期間至少刀架(5)保留在機床(1) 中、特別是保留換刀空間(70)中，和/或換刀裝置(3)或刀架(5)在加工期間能夠定位在 換刀空間(70)中、特別是與在換刀空間(70)中被移動的加工刀具⑷或刀具主軸⑵相 鄰地定位，其中在加工刀具(4)與換刀裝置(3)或刀架(5)之間設置特別是恒定的間距。
6.如上述權利要求一項或多項所述的機床，其特征在于，刀具主軸(2)相對于主軸軸 線(20)構成為特別是可水平運動的，其中換刀裝置(3)和/或刀架的運動能夠根據刀具主 軸(2)的運動進行調節或調整，和/或換刀裝置(3)和/或刀具主軸(2)設置在床身(10) 中，和/或換刀裝置(3)被床身(10)保持。
7.如上述權利要求一項或多項所述的機床，其特征在于，換刀裝置(3)具有基體(35)， 支承臂(30)在具有基礎軸線(36)的基礎關節(37)上鉸接地或可旋轉地設置在所述基體 上。
8.如上述權利要求一項或多項所述的機床，其特征在于，設置鏈節(31，32)或刀架(5) 的偏轉運動，和/或基體(35)固定地構成在機床(1)中，和/或基體(35)沿著引導部(39) 能夠至少在一個空間方向上運動和定位。
9.如上述權利要求一項或多項所述的機床，其特征在于，刀架(5)具有多個共同圍繞 一個刀架軸線(53)可偏轉的刀座(51，52)。
10.如上述權利要求一項或多項所述的機床，其特征在于，在機床(1)的換刀狀態一個第一刀座(51)首先是空的，以接納待從刀具主軸(2)上換出的加工刀具(4')并且第二刀 座(52)帶有待更換到刀具主軸(2)上的加工刀具(4)，和/或至少成對地平行布置基礎軸 線(36)、折疊軸線(33)、刀架軸線(53)和主軸軸線(20)。
11.如上述權利要求一項或多項所述的機床，其特征在于，在機床(1)中設置具有多個 用于加工刀具(4)的存放位置(60)的刀庫(6)，和/或刀庫(6)由至少兩個并排或依次布 置的刀庫部分(61，62)構成，和/或刀庫(6)或刀庫部分(61，62)構成為盤式或鏈式刀庫。
12.如上述權利要求一項或多項所述的機床，其特征在于，基體(35)能夠平行于主軸 軸線(20)和/或與主軸軸線垂直地運動和定位，特別是基體能夠沿著各刀庫部分的連接軸 線運動和定位。
13.如上述權利要求一項或多項所述的機床，其特征在于，對驅動裝置(38)如此實施 驅動控制以實現軸線變換，使得刀架(5)的運動在空間上通過由驅動裝置(38)導致的鏈節 (31，32)的運動相應地疊加。
14.如上述權利要求一項或多項所述的機床，其特征在于，刀庫(6)和換刀裝置(5)設 置在一個共同的支架(64)上，和/或設置換刀裝置(5)的集成在機床(1)的機器控制裝置 中的控制裝置。
15.如上述權利要求一項或多項所述的機床，其特征在于，設置機床(1)的換刀閘 (12)，在該換刀閘中設置至少一個用于加工刀具(4)的保持位置(13)，并且為了刀具進閘 過程或出閘過程，支承臂(30)將刀架(5)移動到所述保持位置(13)。
全文摘要
本發明涉及一種機床，其包含刀具主軸(2)。在機床中設置用于至少一個加工刀具(4)的換刀裝置。刀具主軸包含具有至少兩個鏈節的支承臂，支承臂保持接納加工刀具的刀架。兩個鏈節通過具有折疊關節(34)彼此鉸接連接。
文檔編號B23Q39/02GK101934482SQ20101022072
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月29日 優先權日2009年6月29日
發明者B·格魯博 申請人:格魯博-工廠有限及兩合公司