数控机床的自动换刀装置(数控机床的自动换刀装置有哪几种形式)

导语：数控机床自动化技术：应用机器人自动换刀及上下工件

简介

以往的应用机器人自动换刀装置，例如，有一种具备自动换刀装置的数控机床，其目的在于，实现 ATC 的动作的简单化且谋求刀具的更换时间的缩短化。在数控机床具有用于在刀具台上的转塔和刀库之间自动更换刀具的自动换刀装置。自动换刀装置具有一边把持刀具一边向主轴的轴线方向以及与主轴的轴线方向正交的方向移动的刀架。

另外，在一种具备刀具更换装置的机床，其目的在于，具备如下的清扫部件 ：其结构简单且能可靠地进行操作，在以直线往复移动自动更换刀架时，该清扫构件能迅速且容易地进行各引导面的清扫。

在机床具有用于在刀具台上的转塔头和刀库之间自动更换刀具的更换部件。更换部件具有用于把持刀具的夹具，并且设为能够在转塔头和刀库之间前进以及后退。另外，在有一种刀具更换装置，其目的在于，相对于安装于转塔的刀具保持件以与转塔的中心轴线平行的方式装卸刀具单元，或者以与转塔的中心轴线成直角的方式装卸刀具单元 。

在所公开的刀具更换装置中，在转塔的附近设有 X － Z 载物台，其以驱动箱能够沿与转塔的中心轴线成直角的方向以及与转塔的中心轴线平行的方向移动的方式保持驱动箱。在驱动箱中以能够旋转的方式设有刀具更换箱，该刀具更换箱具有用于夹持刀具单元的刀具把持部。

应用机器人自动换刀及上下工件

通过透视形成机床的外观的壳体来示出机床的内部。参照图 ，机床 100 是具有使用了固定刀具的车削功能和使用了旋转刀具的铣削功能的复合加工机械。首先，对机床 100 的整体结构进行说明，机床 100 具有机座 141、第 1主轴台 111、第 2 主轴台 116、刀具主轴 121 和下刀具台 131。机座 141 是用于支承第 1 主轴台 111、第 2 主轴台 116、刀具主轴 121 以及下刀具台 131 的基座构件，设于工厂等的安装面。第 1 主轴台 111 以及第 2 主轴台 116 在沿水平方向延伸的 Z 轴方向上以互相相对的方式设置。第 1 主轴台 111 具有用于在使用了固定刀具的车削加工时使工件 ( 加工物 )旋转的主轴 112，第 2 主轴台 116 具有用于在使用了固定刀具的车削加工时使工件 ( 加工物 ) 旋转的主轴 117。主轴 112 设为能够以与 Z 轴平行的中心轴线 201 为中心旋转，主轴117 设为能够以与 Z 轴平行的中心轴线 202 为中心旋转。在主轴 112 以及主轴 117 设有用于以能够装卸工件的方式保持工件的卡盘机构 ( 日文 ：チャック機構 )。刀具主轴 ( 上刀具台 )121 在使用了旋转刀具的铣削加工时使旋转刀具旋转。刀具主轴 121 设为能够以与沿铅垂方向延伸的 X 轴平行的中心轴线 203 为中心旋转。在刀具主轴 121 设有用于以能够装卸旋转刀具的方式保持旋转刀具的夹持机构 ( 日文 ：クランプ機構 )。刀具主轴 121 利用未图示的支柱等支承于机座 141 上。刀具主轴 121 利用设于支柱等的各种进给机构、引导机构、伺服电动机等设为能够沿 X 轴方向、Y 轴方向以及 Z 轴方向移动，该 Y 轴方向沿水平方向延伸且与 Z 轴方向正交。安装于刀具主轴 121 的旋转刀具所进行的加工位置三维移动。刀具主轴 121 还被设为能够以与 Y 轴平行的中心轴线为中心旋转。下刀具台 131 安装有多个用于车削加工的固定刀具。下刀具台 131 是所谓的转塔形，多个固定刀具呈放射状安装，进行旋转转位。更具体地说，下刀具台 131 具有旋转部 132。旋转部 132 设为能够以与 Z 轴平行的中心轴线 204 为中心旋转。以中心轴线 204 为中心，在其周向上隔开间隔的位置 ( 在方式中是 10 处 ) 安装有用于保持固定刀具的刀具保持件。通过旋转部 132 以中心轴线204 为中心旋转，保持于刀具保持件的固定刀具沿周向移动，用于车削加工的固定刀具被转位。下刀具台 131 利用未图示的床鞍等支承于机座 141 上。下刀具台 131 利用设于床鞍等的各种进给机构、引导机构、伺服电动机等设为能够沿 X 轴方向以及 Z 轴方向移动。在本实施方式中，下刀具台 131 内装有用于使旋转刀具旋转的马达。来自马达的旋转力传递到保持于刀具保持件的旋转刀具，从而能够使用下刀具台 131 中的旋转刀具。接着，对机床 100 所具有的自动换刀装置 (ATC ：Auto Tool Changer)10 的结构进行说明。机床 100 具有自动换刀装置 10 以及刀具存放部 151。自动换刀装置 10 对安装于下刀具台 131 的刀具进行自动更换。刀具存放部 151 被设为收纳安装于下刀具台 131 的、更换用的刀具的刀具收纳部。机床 100 具有 (ATC 用 ) 刀具保持件 136。刀具保持件 136 安装于下刀具台 131( 旋转部 132)。刀具保持件 136 内装有用于以能够装卸刀具的方式保持刀具的夹持机构。自动换刀装置 10 对多个安装于下刀具 131 的刀具中的保持于刀具保持件 136 的刀具和收纳于刀具存放部 151 的刀具进行自动更换。向下刀具台 131 安装刀具时，刀具沿与 Z 轴平行的方向插入刀具保持件 136。此外，虽然在图 1 中未示出，但是机床 100 在第 1 主轴台 111 周围具有 ：自动换刀装置，其用于对安装于刀具主轴 121 的刀具进行自动更换 ；以及刀库，其收纳安装于刀具主轴 121 的、更换用的刀具。机床 100 具有侧面壳 142。侧面壳 142 相对于第 2 主轴台 116 设于与第 1 主轴台111 相反的那一侧。利用侧面壳 142 分隔出加工区域 200 的内外。在侧面壳 142 设有能够开闭的活门 143。刀具存放部 151 设于加工区域外。

自动换刀装置 10 具有机器人手臂 31 以及移动机构部 21。机器人手臂 31 以能够把持刀具的方式设置。移动机构部 21 使机器人手臂 31 在加工区域 200 的内外之间移动。移动机构部21使机器人手臂31在加工区域内的刀具更换位置31A、加工区域外的待机位置31B 以及加工区域外的存放部位置 31C 之间移动。移动机构部21作为用于使机器人手臂31直线往复移动的机构，具有基座构件23、直线导轨 22、齿条齿轮 25、伺服电动机 ( 未图示 ) 以及支柱 24。基座构件 23 由板材形成，安装有机器人手臂 31 以及伺服电动机。直线导轨 22 以及齿条齿轮 25 利用支柱 24 设于距离机床 100 的安装面一定高度的位置。直线导轨 22 设为沿与 Z 轴平行的方向引导基座构件 23 的引导机构。齿条齿轮 25 将自伺服电动机输出的旋转变换为直线运动，使基座构件 23 沿 Z 轴方向移动。在工件的加工中，机器人手臂 31 以未把持刀具的状态在待机位置 31B 待机。当工件的加工结束，需要对安装于下刀具 131 的刀具进行更换时，活门 143 成为打开状态。机器人手臂 31 通过产生于侧面壳 142 的开口部进入加工区域内，移动到刀具更换位置 31A。机器人手臂 31 把持被保持于刀具保持件 136 的刀具。刀具保持件 136 在刀具被机器人手臂31 把持了的时刻解除对刀具的夹持。把持了刀具的机器人手臂 31 自刀具更换位置 31A 移动至存放部位置 31C( 输送刀具 )。机器人手臂 31 使自下刀具台 131 取出的刀具返回到刀具存放部 151。机器人手臂 31 把持在刀具存放部 151 中准备好的更换用的刀具，自存放部位置31C 移动至刀具更换位置 31A( 输送刀具 )。机器人手臂 31 将新的刀具插入到刀具保持件136。刀具保持件 136 在被机器人手臂 31 插入刀具了的时刻夹持刀具。机器人手臂 31 自刀具更换位置 31A 向准备位置 31B 移动，活门 143 成为关闭状态，从而完成自动换刀装置 10所进行的刀具更换。图 2 是表示图 1 中的机器人手臂的立体图。图 3 是表示图 2 中的机器人手臂的顶端部的侧视图。参照图 1 ～图 3，对机器人手臂 31 的结构进行更详细的说明，机器人手臂 31 具有基部 32、臂部 33 以及把持部 36。基部 32 与移动机构部 21 相连结。基部 32 具有自移动机构部 21 向铅垂下方向突出的形状。臂部 33 以能够以转动轴线 211 为中心转动的方式连结于基部 32。在图 2 中，转动轴线 211 沿与 Y 轴平行的方向延伸。把持部 36 设于臂部 33。把持部 36 以能够装卸的方式把持刀具。把持部 36 是能够同时把持一个刀具的单臂类型。臂部 33 具有自基部 32 向把持部 36 呈臂状延伸的形状。在臂部 33 的一端以及另一端分别设有基部 32 以及把持部 36。臂部 33 具有在与转动轴线 211 正交的平面内呈臂状延伸的形状。如图 2 中的箭头 221 所示，臂部 33 以转动轴线 211 为支点进行摆动。伴随着臂部 33 的摆动，把持于把持部 36 的刀具的位置在与转动轴线 211 正交的平面内移动。臂部 33 包括第 1 可动部 33L、第 2 可动部 33M 以及第 3 可动部 33N。第 1 可动部 33L 以能够以转动轴线 211( 第 1 转动轴线 ) 为中心转动的方式连结于基部 32。第 1 可动部 33L 具有自基部 32 向与转动轴线 211 正交的方向呈臂状延伸的形状。如图 2 中的箭头 221 所示，第 1 可动部 33L 以转动轴线 211 为支点进行摆动。第 2 可动部 33M 以能够以转动轴线 212( 第 2 转动轴线 ) 为中心转动的方式连结于第 1 可动部 33L。转动轴线 212 沿与转动轴线 211 平行的方向延伸。第 2 可动部 33M 连结于自基部 32 呈臂状延伸的第 1 可动部 33L 的顶端。第 2 可动部 33M 自第 1 可动部 33L沿与转动轴线 212 正交的方向呈臂状延伸。如图 2 中的箭头 222 所示，第 2 可动部 33M 以转动轴线 212 为支点进行摆动。第 3 可动部 33N 以能够以转动轴线 213( 第 3 转动轴线 ) 为中心转动的方式连结于第 2 可动部 33M。转动轴线 213 沿与转动轴线 211 以及转动轴线 212 平行的方向延伸。第 3 可动部 33N 连结于自第 1 可动部 33L 呈臂状延伸的第 2 可动部 33M 的顶端。第 3 可动部 33N 自第 2 可动部 33M 沿与转动轴线 213 正交的方向呈臂状延伸。如图 2 中的箭头 223所示，第 3 可动部 33N 以转动轴线 213 为支点进行摆动。如图 2 中的箭头 224 所示，基部 32 设为能够以旋转轴线 214( 第 1 旋转轴线 ) 为中心旋转。旋转轴线 214 沿与转动轴线 211 正交的方向延伸。旋转轴线 214 沿铅垂方向延伸。第 2 可动部 33M 沿旋转轴线 215( 第 2 旋转轴线 ) 的轴线方向呈臂状延伸。如图2 中的箭头 225 所示，第 2 可动部 33M 设为能够以旋转轴线 215 为中心旋转。旋转轴线 215沿与转动轴线 212 正交的方向延伸。第 3 可动部 33N 沿旋转轴线 216( 第 3 旋转轴线 ) 的轴线方向呈臂状延伸。如图 2 中的箭头 226 所示，第 3 可动部 33N 设为能够以旋转轴线 216为中心旋转。旋转轴线 216 沿与转动轴线 213 正交的方向延伸。根据这样的结构，机器人手臂 31 设为能够以互相独立的方式控制六根轴线 ( 转动轴线 211 ～ 213 以及旋转轴线 214 ～ 216) 的机器人手臂。把持部 36 设于旋转轴线 216 的延长线上，第 3 可动部 33N 沿该旋转轴线 216 呈臂状延伸。把持部 36 包括连结部 37 以及爪部 38。爪部 38 具有能够与刀具卡合的爪形状。爪部 38 设于延长旋转轴线 216 而成的轴线的外周上。连结部 37 设为用于将爪部 38 连结于臂部 33( 第 3 可动部 33N) 的连结机构。图 4 ～图 8 是表示在图 1 中的机床中自动更换安装于下刀具台的刀具时的、机器人手臂动作的侧视图。参照图 1 以及图 4，在自动更换安装于下刀具 131 的刀具 150 时，利用移动机构部21 使机器人手臂 31 沿 Z 轴方向移动，使机器人手臂 31 自待机位置 31B 进入加工区域内。在机器人手臂 31 自准备位置 31B 向加工区域内进入时，臂部 33 成为折叠状态。具体地说，臂部 33 的状态被控制为，第 1 可动部 33L 自基部 32 向斜上方向延伸，第 2 可动部 33M 自第 1 可动部 33L 向斜下方向延伸，第 3 可动部 33N 自第 2 可动部 33M 向斜上方向延伸。参照图 1、图 5 以及图 6，利用移动机构部 21 使机器人手臂 31 进一步沿 Z 轴方向移动，并且以使把持部 36 向保持于刀具保持件 136 的刀具 150 靠近的方式使臂部 33 摆动。在本实施方式中，使臂部 33( 第 1 可动部 33L) 以转动轴线 211 为支点摆动，使把持部 36 移动至与保持于刀具保持件 136 的刀具 150 相同高度的位置。此时，臂部 33 成为第 3 可动部 33N 的旋转轴线 216 沿与 Z 轴平行的方向延伸的姿势。保持于刀具保持件 136的刀具 150 被定位于第 3 可动部 33N 的旋转轴线 216 的延长线上。使第 3 可动部 33N 以旋转轴线 216 为中心旋转，从而使把持部 36 的爪部 38 的位置与保持于刀具保持件 136 的刀具 150 相对应。也可以在刀具设置记录了刀具 ID 的芯片，利用机器人手臂 31 读取芯片的数据来把握爪部 38 的与每个刀具相对应的不同的位置。参照图 1 以及图 7，在保持了臂部 33 的姿势的状态下，利用移动机构部 21 使机器人手臂 31 进一步沿 Z 轴方向移动。利用把持部 36 把持被保持于刀具保持件 136 的刀具150。参照图 1 以及图 8，在保持了臂部 33 的姿势的状态下，利用移动机构部 21 使机器人手臂 31 向沿着 Z 轴方向的相反方向移动。由此，使刀具 150 脱离下刀具台 131。在此，对卸下被安装于下刀具 131 的刀具 150 的工序进行了说明，然而，机器人手臂 31 在将更换用的刀具安装于下刀具台 131 的情况也进行同样的动作。参照图1，在存放部位置31C处进行刀具更换时，通过控制机器人手臂31的六根轴线 ( 转动轴线 211 ～ 213 以及旋转轴线 214 ～ 216)，相对于在刀具存放部 151 中所准备好的刀具对把持部 36 适当地进行定位，或者，使其姿势改变。

在本实施方式的自动换刀装置 10 中，利用能够在加工区域 200 的内外移动的机器人手臂 31 进行被安装于下刀具 131 的刀具的自动更换，因此，能够利用简单且紧凑的机构构成自动换刀装置 10。由此，能够防止机床 100 的过大化

本文内容由快快网络小春整理编辑！