加工中心 本发明涉及在移动立柱上备有换刀装置的一种加工中心。
这种类型的加工中心在1989年10月6日出版的号为Hei 1-149232及1995年7月12日出版的号为Hei 7-30260的日本专利公开文本中已作公开为公众所知。在前一加工中心内，一个刀具库设在固定框架上移动立柱的上面，在该移动立柱的顶上设置了一个换刀臂。刀库中，诸多刀具被水平地夹持着并由链机构在水平面上作分度。被分度至一个预备工位上的刀具由传送装置降至一个刀具传递位置，并由换刀臂使之替换主轴上的一个刀具。在后一种加工中心中，刀具是水平地夹持在一个主柱上方的刀库内。由一个旋转的刀库盘将刀具分度至垂直面内的一个预备位置上，用传送装置使之从预备位降至刀具传递位，再由固定于床身上的换刀臂使之替换主轴上的刀具。
在前面那种加工中心中，由传送装置把刀具降至刀库的底部，这会因为传送装置要有上下行程而增加加工中心地总高度。还因为要由链机构转动刀具，则需相当大的力才能分度它们，以致有要采用大刀库驱动马达的问题。不只于此，还因为换刀臂设在移动立柱之上，使移动立柱总高增加，使得必须高速移动。在后一种加工中心中，要上下传送刀具，而且刀具分度方向设在垂直面内，因此进一步加大了该装置的总高度。另一缺点则是在链分度系统中，由于是由刀库盘实现分度而需一个大的刀具驱动马达。
在普通加工中心中，由前后左右四根主柱支承的一个固定构架设置在一个移动立柱上方，而刀库被设在该固定构架(支承座)上。刀库分度的一把刀具被降至下方的一个刀具传递位置，并被用以替换设在移动床身主轴上的一把刀具。
在这种普通加工中心上，支承刀具库的固定构架由前后左右的四根立柱作自身的支撑，致使前方的左右立柱不可避免地要设在加工区的两侧或前方而妨碍加工区的操作完成，例如工件的更换或检测之类，造成加工区域受限的问题。
还有，在刀库中分度位置上的刀具以水平状态向下移动至换刀用的刀具传递位置，该刀库分度位置以下的区域构成正对着加工空间的一个大的敞口，切屑之类则会很容易地进入分度位置并造成事故等问题。为此需另加一个可开闭的门及清理装置，这会提高制造成本。
因此本发明的一个目的是提供一种有小巧换刀装置、能减小机床总高的加工中心。
本发明的另一个目的是提供一种可减小如刀库马达那样的分度驱动源尺寸的加工中心。
本发明进一步的目的是提供一种这样的加工中心，其中布置有刀具库的一个支承座由在后侧的支承柱以悬伸状态作稳定的支持，而支承构架的立柱从加工区的前方及两侧去除，从而在加工区域内的可加工性得有改善，而且刀库得以稳定地支撑，即使是在支承座以后侧支承柱以悬伸状态支撑下，也能可靠地完成换刀，该加工中心还降低了制造成本。
为使上述发明目的的实现，本发明的加工中心包括一个在立柱上方设置的换刀装置，此装置有用以转动诸多水平布置的刀具并分度刀具至一个预备位置用的刀具库；水平伸缩在预备位置刀具使之到达刀库外侧并传送该刀具至刀具传送位置用的一个传送机构；以及以在传送位置上刀具替换主轴上的一个刀具用的一个换刀臂。换句话说，为减小装置的总高，本发明在换刀之前水平状态下转动刀具且水平地传送它。
为降低立柱总高，本发明的加工中心还包括了一个于立柱间可自由移动的空间之上、用作支承该换刀装置用的支承座。
从套筒中突伸、被支承的水平刀具被分度时，刀具突伸部分会造成在套筒上的载荷偏移。为使刀具分度平稳则需对这种载荷偏移采取对策。为使确保平稳的刀具分度，本发明的加工中心包括许多容纳刀具部分的套筒，通过滚动件使套筒保持在水平状态的导向装置，使套筒沿循一个环形的路径被引导，以及用以移动该套筒循环形路径的驱动装置和用以移出套筒位于预备位置上给导向装置设置的一个移出口。另外，传送机构包括沿移出口与刀具递这位置之间的直线上作移动的一个转换器，转换器包括一个用于使在移出开口处从导向装置上接受的套筒保持在水平状态的夹持部分。
可使用链机构作为驱动装置，但链式系统因其伸长极易使分度程度劣化，并且大的驱动力要有一大尺寸系统。为了以小的驱动装置实现高精度的刀具分度，在本发明的加工中心中，该驱动装置包括了一个分度盘，其转轴也是该环形路径的轴心线；并且在分度盘的外边缘处设有槽口，靠这些槽口，套筒部分可沿分度盘的径向从该槽口上接触和离开。
另外，为在传送中抓住套筒，转换器还包括一个抓位套筒用的抓夹元件；而该移出口还包括从抓夹元件移开套筒用的松开装置。
该传送机构还包括一个位置确定装置，用以使套筒确定在刀具递送位置上。
在本发明的加工中心上，以悬伸状态用以支持支承座的一端基座上设置有立柱；并且传送装置还设置在支承座上，用以将由刀库分度的刀具从刀库中取出并将它们向前送至刀具传送位置。
在本发明的加工中心中，还于在移动柱可作移动的区域后部支承该支承座，刀库和传送机构则设置在该支承座上。
本发明的加工中心中还包括邻近该刀具传送位置、前后间隔设置的护板；其上设有通过窗口；而该传送装置以水平方式将刀具穿过通过窗孔以朝向前方传送。
在本发明的加工中心中，仅用一对左、右立柱，以悬伸状态支持该支承座的后端。
【附图说明】
图1为本发明第一实施例的加工中心正视图；
图2为该加工中心的右视图；
图3为图1中沿换刀装置III-III线的垂直剖视图；
图4为沿图3IV-IV线的剖视图；
图5为图3中换刀装置套筒布置的俯视图；和
图6为图1的基本元件的一幅放大图，用以说明旋转件的作用。
现将结合附图说明本发明的优选实施例。首先，参见图1和2介绍本发明的加工中心概貌。
该加工中心中，于床身1上方设置有能前后(图2中的自左向右)及左右(图1中的自左向右)移动的移动立柱2，而把换刀装置3设置在被固定于可动柱2上方的一个支承座8上。主轴头4是相对可动立柱工作上下移动的，主轴5由马达6驱动而绕水平轴回转。一对立柱7设在可动柱2移动区域的后方左右两侧。换刀装置3之支承座8的后端则又以水平方式固定到立柱7的顶端。支承座8用柱7以悬伸方式支撑。一个三角架7A于支承座8与立柱7间的接触部起加固作用。三角架7A位于可动立柱2活动区域的外侧以防干涉。
因为支承座8是由立柱7以悬伸臂方式支承，且支承于在可动柱2的后部，除了图2中所示的后侧、在支承座8前方该加工区的前方及两侧并无柱子，加工区周围区域则宽广地敞开。
换刀装置3包括一个刀具库9，一个传送装置10及一个换刀臂11。支承座8将整个换刀装置3支承在上方，而且与可动柱工作移动的那个空间分隔开。为减小加工中心的总高，换刀装置3还被设置成离得可动柱2极近，这样换刀臂11的底部与可动柱2的顶部间空间则只有、比如说，10毫米。
接下去将结合图3至6来解释换刀装置3的情况及操作。如图3示，一根垂直轴14立在被固定在支承座8上的支承台13上，刀库9的圆形主体12用固定环15装至垂轴14的顶部。从刀库主体12朝下突出一个环型轨道16，其上悬挂有诸多套筒17。各套筒17各夹持一处水平状态的刀具18。每个套筒17设置有孔20以放置刀具18的柄19一对内外悬臂21朝对轨道16的内外缘，而一系列滚动件22则装在悬臂21之上。滚动件22被装进设在轨道16内外凸缘和下表面的水平导槽23上。这些导槽23构成沿水平环状路径滚动的导向装置，并通过滚子或滚动件22保持套筒17于水平位置。
图5和6中，本例各套筒17有5个滚动件22。由在套筒17外侧上的悬臂21所支承的两个滚动件22A，装进导槽23A；由内侧的悬臂21所支承的一个滚动件22B装进内凸缘上的导槽23B；这三个滚动件22A和22B将套筒17把持在预定的垂直位置处确定的水平位置上。还有两个支承在悬臂21间的套筒17顶部的滚动件22c，装进轨道16下表面上的导槽23c之中；滚动件22c将套筒17把持在相对刀库径向的一个预定位置上。这样，对应于载荷偏置却仍使处于水平状态的刀具18在一个水平面内作分度时得有很好的解决办法，而套筒17遂可以转动方式导向，而且刀具18则可以比在滑动导向系统中小得多的摩擦被平稳地分度。
见图3和5，套筒17的驱动装置包括装于刀库主体12顶上的马达25，与环状路径同轴回转的一个分度盘26，及通过马达25使分度盘26转动的一个齿轮机构27。用轴承28支持分度盘26于垂轴14的下端，使之可绕该垂轴14转动。分度盘26的外缘有凹口30，自套筒17向下突起的结合销29遂可在径向与该凹口30结合和脱离。刀具库9用套筒17以水平方式把持诸多刀具18，而分度盘26平稳地用滚动件32水平转动套筒17，由此可依次将刀具18分度至预备位置A。刀库9中，立柱2被移至换刀位置后(见图1)预备位置A恰在主轴5上方，而套筒17的取出口31则就作在相应预备位置A的轨道16上。分度盘26驱动系统只需比链式系统小的驱动力。还因为套筒17是由滚动件导向的，可用小马达作分度驱动源，故可使换刀装置3小巧。
传送装置10的支承架33设在预备位置A上方，使之突伸至刀具库9的前方(即图3的左侧)，并通过支脚34以螺钉35将其近端固定安装在刀库9顶部。两根导杆37沿水平方向平行地设置，并且置于在支架33前后处的垂直板32间。移动套筒17用的移位器38设在导杆37上，用以在取出口31与取出口31前方处的一个递送位置B之间作直线的移动。移位器38基本上与轨道16的截面相同，并在其前方、后方和底部作有三个把持槽。当移位器38位处取出口31中时，把持槽39的位置与在轨道16上的导槽23位置相配匹(见图4)，而滚动件22可从导槽23被移换至把持槽39内，以便使移位器38通过滚动件22水平把持位套筒17。
在支架33上平面33A上水平设置有无杆缸36。连接块40作在移位器38的顶部并用销41接到无杆缸36的滑动件42上。传送机构10用无杆缸36驱动移位器38前后运动。移位器38向前即移至图3所示的左侧，预备位置A上的套筒17就被水平地拉至刀库9的外侧并移至传送位置B；而当移位器38回撤时，套筒17又从递送位置B移换至预备位置A。挡铁螺栓43用作使移位器38在取出口31固定位置处停止，件43被设置在支架33近侧面处的一个垂直板32上。
如图4所示，一个可摆动的夹紧件45用支架46装在移位器38的后部，夹紧件45可绕销47转动，一对夹紧臂48则由夹紧件45底部伸出。当套筒17由移位器38传送时，扭簧49移动夹紧件45至操作位置(图3中点划线所示)，夹紧臂48从套筒17内悬臂21上部两侧夹紧，而使套筒17相对位移器被把持于一个固定的位置上，从而防止滚动件22掉出把持槽39。在挡铁螺栓43下边，从垂直板32向前突伸出一个松开螺栓50。当移位器38回撤至取出口31时，松开螺栓50碰到夹紧件45，使件45克服扭簧49的力沿图3中逆时针方向摆动至非运作位置(图3实线示)，使夹紧臂48从悬臂21上松开，这样套筒17即可沿刀库9的回转分度方向从预备位置A被移动。由于是利用移动器38的移动使螺栓50抵靠扭簧49才使夹紧件45松开的，因而无需另外的动力执行器之类昂贵的驱动装置。
另外，每个套筒17自其外悬臂21突伸出一个定位销52，它可通过插入固定于支架33远端之垂直板32上的套53起定位作用，同时一个定位块54与接触销29相接合，定位块53被装在支承座8的前端上。就这样，当移位器38将套筒17移向前方后，元件52至54遂构成了可自动将套筒17确定在传送位置B处的一个定位装置。如图1所示，一个支承56所支承的换刀臂11固定到支承座8的下侧，其固定方式使换刀臂11能绕一个水平轴转动，且可沿该轴线移动。通过公知的转动和插入操作，传送位置B上的刀具18即可被替换在主轴5上的刀具。换刀臂11是由马达55来转动的。
前后都隔开一点的护板60可靠地固定到支承座8上和在递送位置B与预备位置A之间的刀库9的传送位置B附近的支撑架33上。护板66遮护着刀具库9的安装空间以及传送装置10，使它们与该加工区域上方的空间隔开，因此由于使这些构件从前方看不见，使加工中心的外观得以改善，还可防止切屑进入其内。一个透窗62设在对应于沿此传送机构10移换刀具18通道位置处的护板60上。窗口62包括一个通孔，它可以是圆形或多边形或类似形状，它只要能使刀具18的前后插拔就尽量作得小些。这可预防切屑进入透窗62并且不损害加工中心的外观。多个开闭用胶带或类似物件可作垂直布置以密封透窗62。透窗62紧靠由换刀臂11夹住的在传送位置B定位了的刀具18的那部分后面、且尽可能不造成护板60与换刀臂11干涉，因此可盖住送至前方的套筒17，同时防备切屑之类进入套筒17的孔20。
上述刀具库是以分度盘使套筒在水平面内转动的形式作了描述，可是以垂直方式由分度盘转动套筒的形式也同样是适用的。另外，该刀具库还可以制作成由旋转中作分度的一个旋转体把持着刀具的这种形式；在此情况下，分度位置上的刀具被抽出并向前被替换。还有的情况是相对该刀具传送位置，该刀具分度位置更靠后，在分度位置上的刀具不朝前时，该刀具的方向被改变，以便在该刀具向前送至该传送位置之前，该使其切削刃朝前。另外，虽然在后侧左右两边设置两个立柱是首选的，但不排斥采用三根或更多立柱，或是一根宽板形立柱。
不脱离本发明的范围，还可有下列的形状作改变的元件构成的实施例：
(1)图5中，许多滚动件22可作改变，例如可在轨道16内凸缘上有两个滚动件22B，在外凸缘上有一个滚动件22A；
(2)移位器38可由一种杆型气缸或马达驱动；和
(3)换刀臂可设置在立柱顶上；
如上所作的详述，依照本发明，该换刀装置通过转动水平状态的刀具来分度刀具，然后水平地移动它们至刀具递送位置并替换它们，因此换刀装置可作得小巧，以此令加工中心的总高降低。还由于由一个传送装置自刀库抽取刀具，水平传送刀具至刀具递送位置并将它们交给换刀臂，致使在转动时、甚至是当刀库的持刀步距作得小的时候，如在该换刀臂直接从刀库抽取刀具时的情形下，也无换刀臂与刀库刀具发生相碰的危险，而以有限尺寸的刀具库能把持多种刀具。
根据本发明的一个方面，该支承座是在立柱自由移动的空间之上并与该空间分开地支承换刀装置，由此使立柱总高降低，于加工过程中可以高速移动该立柱。
按本发明的再一个方面，该刀具库还包括用于以转动方式导引水平姿态的套筒的一个导向装置，而传送装置的移位器还包括把持水平姿态套筒用的一个把持部。因此，即使分度系统中被把持的刀具自套筒突伸，刀具的分度也能以低的驱动力平稳执行，由此能使组成由一个马达或类似物的分度驱动源尺寸减小。
按本发明的再一个方面，用分度盘驱动套筒，因此刀具用可比链式分度系统更小的驱动力和更高的精度进行分度。
按本发明的再一个方面，该移位器还包括于移位中抓住套筒用的一个夹紧件，套筒可把持在移位器的固定位置上，由此能可靠地防止该滚动件的脱落。
按本发明的再一个方面，备有定位装置以确保套筒被定位于该刀具传送位置上，因此换刀臂能可靠地在刀具传送位置处递送和接收刀具。
按本发明的再一个方面，支承座后端支承着刀库，支承座由设在床身上的立柱支撑，并且用以支撑该支承座的立柱已从该加工区域的前方及两侧去除。其结果是使在加工区域内的操作从不受立柱妨碍的前方或两侧中任何方向上很容易地得以完成，从而改善了可加工性并提高工作效率。另外，刀具库中分度到位的刀具被朝前传送至该刀具递送位置，因此可提供紧靠该支承座后端的刀具库。由刀具库重量作用在支承座上的力矩被减少，使刀具库可被可靠地支撑。因此，即使当支承座是以悬伸状态受支承时，也可可靠更换刀具，而且支承结构更易制造，因此使成本降低。
按本发明再一个方面，该支承座是由布局在床身上、可动立柱移动区域后部处的立柱以悬伸状态所支撑，因此可移动立柱可在不受立柱妨碍的情况下左右移动。还由于支承座以悬伸状态支撑，该可移动柱自左至右的运动区域可得以扩展。
按本发明的再一个方面，在刀具传送位置附近设置有分隔出的前后空间的护板，还有通透窗口设置在由该传送机构水平状态来回变换的刀具所面对的护板上。因此，移动刀具至刀具传送位置用的透窗尺寸可予减小，由此可防止加工切屑进入传送装置，而且刀库可采用简单的形状，刀库前面可用护板遮盖，因此改善了加工中心的外观及安全。
按本发明的最后一个方面，支承座的后端只用一对左右柱子支撑，所以支承座的支撑结构可以简化。
本发明虽已以优选实施例加以描述，但不难理解，还可对之做出各种修改，应该认为：由后附权利要求所涵盖的所有这样修改，均属于本发明的宗旨所包含的范围。