專利名稱：具有機器人和刀庫的加工機床設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加工機床設(shè)備，它具有一個加工機床，該加工機床具有至少一個刀具軸和一個刀庫用于為用于工件加工的機床提供刀具，本發(fā)明還涉及一種使一種這樣的機床設(shè)備運行的方法。
背景技術(shù)：
對于切削加工機床來說，例如車床、銑床和/或鉆床來說已知都借助于鏈?zhǔn)降稁靵硖峁┑毒?，例如鉆具、車刀或類似刀具。若必需有許多刀具，例如對于復(fù)雜的工件加工和/或裝備有刀具的多軸加工機床來說，鏈?zhǔn)降稁毂仨毦哂写蟮娜萘?。因此使鏈條更長，在有些機床里將其布置成曲折形，以達到足夠的長度容量。大容量的鏈?zhǔn)降稁煨枰S多位置并且很重。此外，鏈條越長更換刀具的速度就下降。例如在一個雙向可運動的鏈條的相反的部段上存放了兩個必需的刀具的情況下，在更換刀具時鏈條走過的行程相當(dāng)于鏈條長度的一半。對于長鏈條來說這就使刀具提供時間有明顯的損失。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)是，在開頭所述類型的加工機床設(shè)備中改善刀具的更換。
為了解決該任務(wù)，在開頭所述型式的加工機床設(shè)備中規(guī)定使它包括一個機器人，該機器人具有一個多處鉸接的機器人臂用于將取自刀具儲備倉的刀具配備刀庫并從刀庫里取出用過的刀具，而且規(guī)定該刀庫具有至少一個交替地在用于機器人的刀具更換的機器人存取腔里和在一個用于至少一個刀具軸的刀具更換的刀具軸存取腔里可以運動的，尤其是可以擺動的刀具夾持部位，該刀具夾持部位具有至少一個刀夾用于夾持刀具。此外為了解決該任務(wù)按照另一項獨立的權(quán)利要求規(guī)定了一種用于使一個這樣的加工機床設(shè)備運行的方法。
對于加工機床來說適宜地是指一種用于對工件進行切削加工的機器，例如銑床、和/或鉆床和/或車床。刀具就是車刀、鉆具、銑削頭或類似工具。
本發(fā)明的基本思想在于將加工機床所必需的許多刀具都放在一個刀具儲備倉里。機器人用其多處鉸接機器人臂在儲備倉那里取出刀具并用對應(yīng)所需的刀具裝備該與儲備倉相比小得多的在加工機床上的刀庫。至少一個主軸(可能設(shè)有多個主軸)從刀庫里取出刀具用來加工工件。刀庫可以在一個機器人存取腔和一個主軸存取腔之間擺動，因此刀具夾持部位可以快速地在機器人的相應(yīng)存取腔里或者至少一個主軸里運動。小的緊湊的刀庫，此處也可以指一種小的鏈?zhǔn)降稁?、一種具有例如40至60個刀夾的盤狀刀庫、一種擺動臂裝置或類似裝置，它構(gòu)成一個小的快速的中間緩沖器或中間存儲器用于為主軸提供刀具。刀庫與儲備刀庫相比例如只有10-30％或者更少的存儲容量。按照本發(fā)明可擺動應(yīng)該也稱為“可轉(zhuǎn)動”，因此原則上不僅可以有來回往復(fù)運動，而且也有旋轉(zhuǎn)運動。
適宜地在刀具夾持部位里有多個刀夾，它們優(yōu)選成對布置。對于一種刀夾對來說首先有一個刀夾是空著的，因此機器人或者至少一個主軸可以在那里存放一個刀具并在機器人或者主軸在刀夾對的另一個準(zhǔn)備有刀具的刀夾的方向上相對運動之后可以將該刀具取下。至少一個主軸和機器人在空著的刀夾上存放一個刀具并從備有刀具的刀夾上取下另一個刀具。這兩個刀夾更為適宜地直接相互并排布置。對于多軸加工機床來說例如提出了一種設(shè)備，在該設(shè)備中交替地使一個刀夾空著，而一個刀夾裝有刀具。只是在機器人存取腔里或者主軸存取腔的范圍內(nèi)進行刀具更換的短時間內(nèi)一個刀夾對的兩個刀夾短時間地裝有刀具。
這個或這些刀夾對可以調(diào)整地設(shè)置在刀庫的一個基礎(chǔ)部件上，以便使空著的刀夾或者裝有刀具的刀夾相對于至少一個主軸定位。當(dāng)然，人們合適地利用了刀具主軸的可定位性，以便使空著的刀夾或者裝有刀具的準(zhǔn)備好的刀夾起動。
刀庫適宜地包含至少一個旋轉(zhuǎn)調(diào)整裝置用于轉(zhuǎn)動至少一個刀庫部位和/或包含至少一個線性調(diào)整裝置用于線性調(diào)整至少一個刀夾部位。因此可以進行一種順序的或者疊加的旋轉(zhuǎn)和平移調(diào)整。
刀夾部分適宜地布置在一個基本上形狀穩(wěn)定的基礎(chǔ)部件上。至少一個基礎(chǔ)部件適宜地包括至少一個擺動臂，在該擺動臂上布置了刀具夾持部位。擺動壁可以從機器人存取腔擺動至主軸存取腔里或者反過來擺動?；A(chǔ)部位有利地是可以旋轉(zhuǎn)的，這就是說也可以擺動地運動，以便使刀夾部位在機器人存取腔和主軸存取腔之間擺動。一種線性可活動性同樣也是適宜的。
刀庫適宜地包含至少兩個交替地在機器人存取腔和主軸存取腔里可以運動地具有一個或多個刀夾的刀具夾持部位。然后刀具主軸和機器人可以在它們相應(yīng)的存取腔里同時地或者至少基本上同時地更換刀具。因此加速了刀具的更換。
對于至少兩個交替地可以進入存取腔的刀具夾持部位建議了兩種變型方案，其中原則上可以有另外的結(jié)構(gòu)變型方案例如這兩個刀夾部位布置在第一和第二擺動臂上，這些擺動臂可以反時針方向在機器人-和主軸存取腔里擺動。適宜的是這兩個擺動臂可以相互相對地線性定位，使這兩個擺動臂在反時針方向擺動運動時能夠偏移避讓。至少一個擺動臂相對于另一個擺動臂實施一種線性的偏移運動，以便建立一個運動空間，使兩個擺動臂基本上具有同樣的旋轉(zhuǎn)位置時相互不會碰到。必須考慮到線性移動行程如此大，以至于必要時布置在擺動臂上的刀具并不與另外的擺動臂或與另外擺動臂上的刀具碰撞。
原則上可以使兩個擺動臂是可以線性運動的，其中一種簡單和適宜的變型方案是在這兩個擺動臂中只有一個是可以線性運動的。
兩個擺動臂的線性可活動性可以為了另外目的而有利地被利用擺動臂那么也就是可以在基本相同的刀具更換位置上例如對于刀具主軸來說在主軸存取腔之內(nèi)和/或?qū)τ跈C器人來說在機器人存取腔之內(nèi)開動。主軸或者多個主軸則可以分別在更換刀具時分別在同一位置上定位，而與那個擺動臂正好備有刀具無關(guān)。這按照意義同樣適合于機器人。因此當(dāng)然應(yīng)該說明機器人由于其比較自由的可定位性不一定必需有一種總是相同的刀具裝備位置。然而機器人的編程任務(wù)則由于在機器人存取腔里相同的刀具更換位置而得以簡化，因為機器人幾乎可以這樣說不必“操心”，哪個擺動臂正好在機器人存取腔里用于進行刀具更換。
第二擺動臂適宜地被彎曲。彎曲段在第一擺動臂的一個例如包含一個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)動軸承處經(jīng)過，因此第一和至少一個第二擺動臂的刀夾在旋轉(zhuǎn)軸線方向上可以占有基本同樣的刀具更換位置。彎曲段補償了一個受轉(zhuǎn)動軸承或者旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置所限制的線性偏移。兩個擺動臂可以具有同樣的旋轉(zhuǎn)軸線或者尤其是平行的相互緊靠在一起的旋轉(zhuǎn)軸線。
至少兩個可以進入機器人存取腔和主軸存取腔里的刀具夾持部位在本發(fā)明的另一種變型方案中可以是一個可旋轉(zhuǎn)的夾持裝置的不同部位，它們在旋轉(zhuǎn)運動或者擺動運動范圍內(nèi)可以同步地在機器人存取腔里或者在主軸存取腔里旋轉(zhuǎn)或者擺動。夾持裝置例如是一個盤或者一個盤狀基礎(chǔ)部位。夾持裝置例如具有一種多邊形的，適宜的是四邊形的外輪廓。這種變型方案尤其在多軸機床時是適宜的。但原則上基礎(chǔ)部位也可以具有圓形外輪廓，例如用在單主軸機床上。
刀庫適宜地布置在加工機床的一個刀架上。因此刀庫形成了加工機床的一個組成部分。
在本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的變型方案中加工機床是一種多軸機床，它具有至少兩個沿著一條線，尤其是一條線性相互并排布置的刀具主軸。刀具主軸例如在一個水平的或一個垂直軸線上并排地或者上下重疊地進行了編組。刀庫的刀具夾持部位具有刀夾，它們對應(yīng)于并排布置的刀具主軸的線進行了編組，從而使刀具主軸從刀夾里同時地取出并把刀具并存放在那里。因此加速了刀具的更換。顯而易見，刀具主軸例如可以沿著一條直線或者之字形線、一種弧形線、一種多邊形線或類似的線相互并排、上下重疊或者以其余方式進行編組。
在機器人上更有利地設(shè)置一個刀具支座，它對應(yīng)于刀具主軸的編組具有相互并排布置的刀夾。因此機器人可以同步地從刀庫的刀具夾中取出多把刀具并存放在那里。這加速了刀具更換。
儲備倉包含至少一個刀架，它適宜地具有一種柜狀結(jié)構(gòu)，使刀具存儲在那里。有利地將多個刀架或者刀具柜環(huán)狀圍繞機器人進行編組，從而使多處鉸接的機器人臂可以將刀具在刀架里抓住或者存放在那里。但是刀架也可以沿著至少一條串聯(lián)線并排地和/或依次地布置。
在刀架或多個刀架中有利地有多個刀夾組，其中刀夾對應(yīng)于多軸機床中的刀具軸的編組，例如對應(yīng)于相互并排布置的刀夾的線設(shè)置。機器人臂可以用其刀具支座同步地從一個刀夾組的刀夾里取出多個刀具或者存放在那里。因此應(yīng)該提到刀夾組同樣也可以適宜地具有相互并排布置的，尤其是相互交替地空著的位置和占用的位置，因此可以通過機器人用短的行程就實現(xiàn)刀具的存放或者取出。
機器人布置在一個機器人工作腔里，向著該工作腔有至少一個刀架在前面是敞開的并且機器人可以容易達到的。刀架適宜地背面封閉起來，從而使工人不能進入機器人工作腔里。儲備倉的刀架或者多個刀架有利地構(gòu)成機器人工作腔的擋板的組成部分。


以下根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。附圖所示為圖1一種按照本發(fā)明的加工機床設(shè)備，它具有一個機器人、一個具有水平布置的主軸的多軸加工機床以及一個在加工機床上的刀庫，所述加工機床從前面看去有一個擺動臂；圖2按圖1所示的加工機床設(shè)備的俯視圖；圖3a至3d按圖1和2所示加工機床設(shè)備的擺動臂的擺動過程；圖4a至4d按照本發(fā)明的具有兩個擺動臂的刀庫在一種反向的擺動過程時的第二實施例；圖5a，5b按照圖4a至4d所示刀庫的一種改進方案，它在一個機器人存取腔部位里具有用于按圖1，2所示機器人的附帶的線性移動運動；圖6一種按照本發(fā)明的具有一個盤狀或板狀車削刀庫的加工機床設(shè)備的第二實施例的傾斜從上面看去的視圖；圖6a圖6所示的一個截取部分S，圖7按照圖6的加工機床設(shè)備的傾斜從上面看去的另外一個透視圖。
具體實施例方式
一種加工機床11，例如銑床和/或鉆床和/或車床，用于對加工機床設(shè)備10里的尤其是金屬的工件進行切削加工，它用一個機器人12提供刀具13。機器人12在機器人工作腔14之內(nèi)是可以活動的，并用其多處鉸接的機器人臂15從儲備倉21的刀架16-20里取出刀具13，并將使用過的刀具13存放在刀架16-20里。用一個在實施例中具有四個刀夾23的刀具支座22，機器人12就同時地從刀架16-20其中一個里取出多把刀具13，這里最大為四把。那么機器人12就將接受的刀具13移動至加工機床11上的一個刀庫24。同時機器人使其機器人臂15運動并例如圍繞一個垂直的旋轉(zhuǎn)軸線25轉(zhuǎn)動，一直到它到達用虛線畫出的裝刀位置用于給刀庫24裝備上刀具13。
刀庫24的一個擺動臂27形狀的一個基礎(chǔ)部件26可以在一個機器人存取腔28和一個主軸存取腔29之間擺動，在機器人存取腔28里機器人12可以存取至擺動臂27，例如在圖2中用虛線所示的裝刀位置，而主軸存取腔29則用于在加工機床11的一個或多個刀具主軸30上更換刀具。刀庫24將由機器人12所提供的新的具有刀夾31的刀具13裝在擺動臂27的一個刀具夾持部位32上。刀夾31在此處設(shè)計成叉形，其中其它形式的容納座，例如夾持器、接收環(huán)或類似形式可以是容易的。然后該布置在刀夾34的一個向上突出的夾持部位76上的擺動驅(qū)動裝置33就使可旋轉(zhuǎn)地支承在刀夾34上的基礎(chǔ)部件26擺動進入主軸存取腔29里。擺動驅(qū)動裝置33是一種旋轉(zhuǎn)調(diào)整裝置。
在圖3a至3d中表示了不同的擺動位置，其中例如圖3a表示擺動臂27在機器人存取腔28的部位里，圖3b表示擺動臂在其在主軸存取腔29的方向上擺動運動時的情況，在主軸存取腔里在圖3c和3d中接著表示了擺動臂27。很顯然，當(dāng)存在對應(yīng)的運動腔時，那么一種完全的旋轉(zhuǎn)運動在本發(fā)明中也被視為一種擺動運動。在主軸存取腔29里主軸30首先將用過的，例如在圖1表面涂黑表示的刀具13存放在刀具夾持部位32上，并接收那里提供的新的在圖1中以輪廓表示的刀具13用于繼續(xù)對工件進行加工。
加工機床11是一種切削加工的多主軸加工機床，具有在具體情況下四個沿著一條線或者串聯(lián)軸線35水平地并排布置的刀具軸30。相對于機器床身36來說，整個構(gòu)成一個主軸裝置或者主軸組37的主軸30水平地在X方向上可以平行于線35運動，以及在Z方向上正交于線35以及垂直地在Y方向上可以運動。在機床床身36的導(dǎo)向件39上導(dǎo)向的一個水平滑座38可以在Z方向上運動并通過一個驅(qū)動裝置40，例如一種球循環(huán)驅(qū)動裝置或者一種線性直接驅(qū)動裝置而在Z-方向上向前和向后定位。在該Z滑座38上有一個在X-方向上可移動的水平滑座41在導(dǎo)向裝置42上導(dǎo)向。驅(qū)動裝置43通過一個傳動裝置44驅(qū)動X-滑座41。在X-滑座上又有一個垂直的或者Y-滑座45導(dǎo)向，該滑座夾持住主軸裝置或主軸組37。例如設(shè)計成塔狀的水平滑座41在本發(fā)明的一種有利變型方案中框形地包圍垂直滑座45。驅(qū)動裝置46通過傳動裝置47驅(qū)動Y-滑座45。
在主軸組37或機器機架48前面設(shè)有一個加工站49，它有一個工件更換裝置50。工件更換裝置50例如包含一個工件擺動支座51用來提供用于借助于主軸30進行加工的工件52。兩個在主軸30的串聯(lián)軸線或者線35的方向上取向的工件支座，例如工件托盤53可以旋轉(zhuǎn)地設(shè)置于擺動臂對54上。擺動臂對54本身又可擺動地支承在側(cè)面的擺動支座55上，支座55在底部框架或者機器床身36的前面部位里向上延伸。在工件托盤53或者在其中一個擺動支座55上的驅(qū)動裝置56使工件托盤53通過合適的擺動運動定位于主軸30前面，因此可以由該主軸對它們進行加工。在對應(yīng)沒有擺動到主軸30前面的工件托盤53上在通過主軸30進行加工時可以更換工件52。原則上可以使用機器人12來更換工件，此時機器人工作腔也布置在加工站49前面，例如在該工作站里應(yīng)用了一種類型的機器人，它不僅可以例如圍繞旋轉(zhuǎn)軸線25旋轉(zhuǎn)，而且也可以在其機器人工作腔里移動。
在加工機床11中主軸30沿著一條直線或者串聯(lián)軸線35相互并排地以相同的間距a相互相對布置。遵循這種布置網(wǎng)格或者模式，這就是說此處按一種同樣的串聯(lián)布置，儲備倉21、機器人12以及刀庫24的部件的設(shè)計應(yīng)該能夠保證同時地更換多把刀具。
刀夾31例如按照間距a并排地布置，使主軸30能同時地在刀庫24上更換刀具。刀具的更換按如下進行移動滑座38，41和45，使主軸30相對于擺動到主軸存取腔29里的擺動臂27這樣來定位，從而使主軸30首先能夠在空著的刀夾31f上(見圖3c)存放用過的刀具13。空著的刀夾31f布置在已占用的、提供刀具13的刀夾31b之間，從而使刀夾31交替地置空和占用，如在圖3a-3d中所見到的那樣。當(dāng)更換刀具時主軸30例如在圖1中用實線，圖2中用虛線表示的上部刀具更換位置上?？罩牡秺A31f和包含刀具13的刀夾31b分別相互間隔網(wǎng)格間距a。因此主軸組37可以首先將用過的刀具13成組地和同時地放在空著的刀夾31f上，例如鎖緊在上面，然后在X-方向上側(cè)向移動，以便相對于已占用的刀夾31定位并接收位于那里的刀具13。圖3c和3d表示了在取出新的、通過刀庫24提供的刀具13之前和之后時的擺動臂27。圖3d中用過的刀具13布置在從前空著的(圖3c)的刀夾31上。
然后擺動臂27以一種相反的對應(yīng)于圖3b和接著圖3a的運動又?jǐn)[動返回至機器人存取腔28里。擺動臂27的擺動范圍更為適宜地包括大約180°，在此處，例如更有利地大約270°。
在那里機器人12用刀具支座22同時地將所有用過的刀具13從刀庫24里取出，因為刀夾23按照主軸30的網(wǎng)格間距a布置于刀具支座22上。機器人12將用過的刀具13存放在儲備倉21里，例如在其中一個刀架16-20里。
對于刀架16-20來說同樣也考慮了網(wǎng)格間距a。例如刀架16-20具有刀夾組57用于存放刀具13，此處刀具13的存放位置相互間隔開網(wǎng)格間距a。若刀具13的寬度或直徑小于網(wǎng)格尺寸a的一半，那就可以使支座58相互間隔的間距例如為a/2。這對應(yīng)于刀夾31在刀庫24上的布置或者間距，因此使機器人12例如可以首先將用過的刀具13存放在空著的存放位置或者刀具支座58上，并在有些情況下可以在刀夾組57的相鄰的支座58中將直接位于其旁邊的刀具13裝入，如果其刀具類型剛好用過的話。
在刀架20里設(shè)置了具有較大寬度或者較大直徑的刀具13，因此在實施例中刀架20的刀夾組57’只能分別裝四個刀具13，因為刀夾組57’的支座58’比a/2的間距更寬。在這種情況下機器人12首先將刀具13放在第一刀夾組57’的空著的支座58’上并然后從其中一個刀架16-20里接收新的刀具13，以便使這些刀具接著在刀庫24里定位。
刀架16-20的前面對于機器人12來說容易靠近并且是敞開的，適宜地背面封閉上。在圖中為了一目了然起見刀架16-20的后壁未表示出來。但適宜的是在那里設(shè)有封閉裝置，那么刀架16-20可以從后面，這就是說在機器人工作腔14之外裝備新的刀具13。在打開其中一個封閉裝置時適宜地使整個的加工機床設(shè)備10斷開，以避免更換刀具13的工人受傷。此外作為保護措施規(guī)定了刀架16-20形成了限定機器人工作腔14的擋板59的組成部分。在刀架16-20之間設(shè)有壁板60，它們與刀架16-20共同作用形成一個總的封閉擋板59。為了簡化起見擋板59沒有完全表示出。不言而喻合適的是使擋板59完全包圍機器人工作部位或工作腔14，從而在加工機床設(shè)備10工作時阻止未經(jīng)準(zhǔn)許的進入。
一個在圖中只是局部表示的保護頂蓋63包圍加工機床11，其中在固定于機器機架48上的刀庫24部位里設(shè)有一個用于擺動臂27的開孔。此外在加工站49部位里和側(cè)面在頂蓋63里設(shè)有開孔64，使加工機床11的加工部位可以接近夠到。側(cè)面的開孔64可以借助于一種門部件65而關(guān)閉。
支座58，58’不必一定加工得很精密。尤其是刀夾組57，57’可以相對簡單地相對地裝在刀架16-20上或者焊在上面，因為機器人12在一種學(xué)習(xí)模式里可以獲得刀具13在刀架16-20里的相應(yīng)位置。機器人控制系統(tǒng)61“覺察記錄”下刀具13在刀架16-20里的位置用于以后的運行，這就是說用于更換刀具13。儲備倉21因此可以更簡單和更價廉地制成。
機器人控制系統(tǒng)61與一個用于控制加工機床11的控制系統(tǒng)62聯(lián)合作用，以協(xié)調(diào)一致地實現(xiàn)定位任務(wù)和刀具更換。對于控制系統(tǒng)61，62來說例如是指CNC(計算機數(shù)字控制)控制系統(tǒng)或者其它的計算機控制系統(tǒng)。顯然，機器人控制系統(tǒng)61和加工機床控制系統(tǒng)62也可以通過一個重疊的、在圖中未示出的控制系統(tǒng)相互耦合起來或者用一個唯一的控制系統(tǒng)來替代。
擺動臂27或者可以在機器人存取腔28里或者在主軸存取腔29里可供用于刀具更換，因此或者使機器人12或者使加工機床11可以進行刀具更換。在按照圖4a-4d，5a，5b所示的一種刀庫70里，無論是機器人12還是加工機床11都可以進行同時的刀具更換或者基本同時的刀具更換。刀庫70作為刀庫24的備選方案來說可以布置在加工機床11上，更準(zhǔn)確地說在其機器機架48上。為了簡化，以下的說明刀庫24和70的相同的和同樣的部件用同一附圖標(biāo)記，而為表明區(qū)別之處局部用一個上撇號“’”來表示。
擺動臂27’可以如擺動臂27那樣在機器人存取腔28和主軸存取腔29之間擺動。擺動臂27’可擺動地或者可轉(zhuǎn)動地支承于一個支架71上并通過一個旋轉(zhuǎn)-或擺動驅(qū)動裝置33’而驅(qū)動。擺動臂27沒有規(guī)定線性的可調(diào)整性。相反第二擺動臂72相對于支架71既可線性運動也可旋轉(zhuǎn)運動。擺動臂27’和72的夾持部位32’與夾持部位32是同樣的，因此機器人12，如同結(jié)合刀庫24所說明的那樣，可以同時地將多個刀具13存放在刀夾31上或者從那里接收這些刀具。
擺動臂72可擺動地設(shè)于一個滑座73上，該滑座在導(dǎo)向件74上線性地在支架71上導(dǎo)向。支架71設(shè)計成一種平臺，它具有一個例如水平的上表面，在該上表面上滑座73可以相對于擺動臂27’移動，在實施例中是在Z方向上。線性驅(qū)動裝置75、例如一種電動的和/或氣動的球循環(huán)驅(qū)動裝置、線性直接驅(qū)動裝置或者類似的驅(qū)動裝置驅(qū)動滑座73。線性驅(qū)動裝置75構(gòu)成一種線性調(diào)整裝置。擺動臂27’，72可擺動地支承于支架71的或者滑座73的向上面突出的夾持部段76上。
擺動臂27’的驅(qū)動裝置33’在滑座73的方向上，就是說在Z方向上向前伸出。用于轉(zhuǎn)動或者擺動轉(zhuǎn)動臂或擺動臂72的驅(qū)動裝置77也在相同方向上。擺動臂72是彎曲的。擺動臂72的彎曲段78在擺動臂27’的驅(qū)動裝置33旁經(jīng)過，例如平行于擺動-或旋轉(zhuǎn)軸線，因此擺動臂72相對于Z方向或者線性調(diào)整裝置占有基本上如同擺動臂27’同樣的更換位置，例如相對于主軸存取腔29來說，如同人們在圖4a和4d中可以看到的那樣。
擺動臂72相對于擺動臂27’的線性驅(qū)動裝置75或者線性可調(diào)整性可以使得在這兩個擺動臂27’，72反向地擺動到機器人存取腔28里或者主軸存取腔29里并相遇的時候，它們會進行偏離避讓運動。在運動學(xué)上更簡單的變型方案中按照圖4a-4d擺動臂72在更換刀具位置時在機器人存取腔28里與擺動臂27’間距開，在該圖中例如向前在驅(qū)動裝置75的方向上定位。然后兩個擺動臂27’，72相互反向地擺動經(jīng)過，其中擺動臂27’，72相互的直線間距為b，使兩個擺動臂27’，72以及布置在上面的刀具13’能夠不碰撞地相互擺動經(jīng)過。直線間距b考慮了例如刀具13的長度，它在實施例中在擺動臂72的方向上向前突出。若兩個擺動臂27’，72相互在旋轉(zhuǎn)運動時經(jīng)過的話，那么滑座73就在擺動臂27’的方向上按照箭頭c向后移動，使擺動臂72在刀具更換位置上相對于主軸存取腔29里的主軸30占有同一個位置如同以前(見圖4a)擺動臂27’那樣。
在圖4a中雖然見到已經(jīng)受到彎曲部位78的限制，擺動臂72的一個刀具夾持部位32’相對于Z方向占據(jù)了機器人存取腔28里的基本同一個位置，如同擺動臂27’的相應(yīng)的刀具夾持部位32’那樣，可見圖4d。但通過以下方法作了進一步改進如在圖5a中可見那樣，滑座73也為了機器人12的刀具更換被向著擺動臂27’移動，使機器人12與哪個擺動臂27’，72在機器人存取腔28里的刀具更換位置上無關(guān)地，能夠起動擺動臂27’，72的刀具夾持部位32’的刀夾31。因此使定位工作從機器人12方面來說更加容易。在這種運動學(xué)方面有點復(fù)雜，但很實用的變型方案中滑座73也由于通過機器人12更換刀具而在擺動臂27’的方向上移動，因此也使機器人12“舒適地”總是在同一個位置上遇到所要更換的刀具13(見圖5a)，并且在刀具更換之后通過機器人12在箭頭d的方向上(見圖5b)離開擺動臂27’，以避免在反向旋轉(zhuǎn)時擺動臂27’，72產(chǎn)生碰撞干涉。
按照圖6和7的一種加工機床設(shè)備100具有與加工機床設(shè)備10部分相同的構(gòu)成部分，例如同樣也有一個機器人12和一個儲備倉21。設(shè)有一個加工機床111替代加工機床11，其中為了簡化起見沒有表示出該加工機床111的保護頂蓋。
加工機床111同樣也是用于對工件52進行切削加工的多軸機床，更實用地是一種銑床、鉆床和/或車床。加工站149包含一個例如設(shè)計成旋轉(zhuǎn)臺的工作平臺150或者一種其它的用于準(zhǔn)備工件的裝置，例如固定在擺動臂上的工件平臺，它們可以交替地在加工機床111的刀具主軸130前面擺動。加工工件52時所產(chǎn)生的加工廢棄物，例如金屬屑或類似物可以在排出凹坑151里側(cè)面在工件平臺150旁邊的排屑通道152的方向上流出，那里可以布置一個在圖中未示出的排屑帶或者一個另外的除屑裝置。加工站臺159的一種保護罩為了簡化起見就沒有表示出來。
主軸130水平地上下重疊布置并能夠單獨地在Z方向上借助于導(dǎo)向裝置139和線性驅(qū)動裝置138，例如線性直接驅(qū)動裝置，球循環(huán)驅(qū)動裝置或類似裝置而相對于加工站149水平地移動。
另一種水平的可調(diào)整性，也就是在X-方向上通過一個水平滑座141引起，該滑座可以借助于導(dǎo)向裝置142在一個基礎(chǔ)機器機架148上移動。機器機架148為塔狀并且可以這樣說構(gòu)成了一個框架，X-滑座141就在該框架上導(dǎo)向。導(dǎo)向裝置142例如布置在機器機架148的前面上，該機器機架向上伸展布置在加工機床111的基本機架上或者機器床身136上。
在X-滑座141上有一個垂直滑座或Y-滑座145借助于導(dǎo)向裝置146進行導(dǎo)向，該滑座借助于未示出的驅(qū)動裝置可以垂直地調(diào)整。導(dǎo)向裝置146布置在側(cè)面，本例中在前面并在滑座141的一個開孔147旁邊，其中垂直滑座145的前側(cè)的側(cè)面部段覆蓋住導(dǎo)向裝置146。垂直滑座145可以這樣說插入孔147里，使水平滑座141成框架狀地包圍垂直滑座145。因此實現(xiàn)了高的抗扭穩(wěn)定性。
刀具主軸130交替地布置在垂直滑座145的一個開孔144的相互相反的側(cè)面上，因而實現(xiàn)了一種節(jié)省空間的布局，在該布局中主軸130的軸線垂直地緊靠在一起，但同時對于導(dǎo)向裝置139來說有一個相對寬的支承基礎(chǔ)。
機器人12用刀具13裝備一個刀庫124，如上面已經(jīng)聯(lián)系刀庫24所描述過的那樣。刀庫124借助于一個例如角形支架115固定在機器機架148的指向機器人12的面上。一種具有一個基礎(chǔ)部件117的夾持裝置116可旋轉(zhuǎn)地固定在支架115上并含有多個刀具夾持部位132，在該實施例中形成四個夾持部位132，它們通過盤狀或板狀基礎(chǔ)部件117的四個外側(cè)面構(gòu)成，該基礎(chǔ)部件具有一種基本上為四邊形的結(jié)構(gòu)。構(gòu)成一個旋轉(zhuǎn)調(diào)整裝置的驅(qū)動裝置119驅(qū)動基礎(chǔ)部件117。驅(qū)動裝置119分別將一個刀具夾持部位132旋入機器人存取腔28里并同時將另一個位于基礎(chǔ)部件117的一個對面上的刀具夾持部位132旋入主軸存取腔29里，在那里所有的主軸130可以同時地從相應(yīng)刀具夾持部位132取出刀具13或者可以將用過的刀具13存放在那里。
刀具夾持部位132的基本構(gòu)造相當(dāng)于擺動臂27的刀具夾持部位32的構(gòu)造，這就是說每個刀具軸130分別有兩個對應(yīng)于刀夾31的刀夾131。各有兩個刀夾131構(gòu)成一個刀夾對133，其中一個刀夾131在更換刀具時首先是空著的，因此配合的刀具軸130可以在那里存放一個刀具13并接著向刀夾對133的相鄰的刀夾131移動，以便在那里接收一個已經(jīng)調(diào)整的刀具13。
但也可以考慮一種變型方案，在該方案中每個刀具夾持部位設(shè)有少量刀夾131。若應(yīng)用了相應(yīng)大的刀具13，例如支承于刀架20里的刀具13，那么也可以只是裝備每第二個刀夾131。那么主軸130就可以在更換刀具時首先在一個空著的刀具夾持部位132上存放其當(dāng)前裝配的刀具13。然后基礎(chǔ)部件117例如繼續(xù)轉(zhuǎn)四分之一圈，例如使位于那里的大體積的刀具13可以被主軸130接收。
在圖6和7所示的設(shè)備中，其中刀庫124用相對小的刀具13裝備，機器人12就用刀具13裝備向著機器人擺動或者指向它的刀具夾持部位132，這些刀具在相應(yīng)再下一個刀具更換循環(huán)時在主軸130上是必需的。機器人12和主軸130可以同時地利用對應(yīng)指向它們的刀具夾持部位132用來進行刀具更換。
很顯然，可以設(shè)有具有另一種分組或者布局結(jié)構(gòu)的刀夾31，131的刀具夾持部位，它適宜地與主軸30，130的分組結(jié)構(gòu)互相有關(guān)系，例如具有一種之字形線、一種多邊形或類似形狀。此外設(shè)計成另外型式的多軸機床(必要時也可以是單軸機床)可以按照本發(fā)明的方式有效而快速地裝備上刀具。例如也可以用刀具13按上面所述的方式裝備一種兩主軸機床或者一種五軸機床。如果在用作中間緩沖器的刀庫24，124中希望有較大的容量，那么例如可以設(shè)有另外的擺動臂或者另外結(jié)構(gòu)形狀的基礎(chǔ)部件117，它具有另外的側(cè)面部位，這些部位適合于作為刀具夾持部位，例如一種六方形的基礎(chǔ)部件。
此外也可以在按照本發(fā)明用作刀具中間緩沖器的刀庫中存在復(fù)雜的運動。那么例如可以使擺動臂27’，72分別單獨地線性導(dǎo)向，因此相對于兩個擺動臂27’，72的線性可調(diào)整性給出其它的自由度。每個擺動臂27’，72就在一個單獨地線性在一個配合的對應(yīng)于支架71的支架上導(dǎo)向，并通過一個單獨的線性驅(qū)動裝置可以調(diào)整。人們甚至還可以繼續(xù)一個步驟，并設(shè)計一個或多個可以單獨地在Z-方向上附帶在X-方向可以調(diào)整的擺動臂，例如借助于附帶的滑座，它們布置在Z-滑座上。那么就可以除了擺動自由度之外還形成兩個相互正交取向的平移自由度。
此外可以考慮節(jié)省驅(qū)動裝置，方法是設(shè)有一個驅(qū)動裝置以替代多個驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置通過適合的傳動裝置來完成多種運動。例如驅(qū)動裝置77和/或75和/或33’可以用一個唯一的驅(qū)動裝置來替代，它通過合適的傳動裝置引起相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運動或者線性的調(diào)整運動。
權(quán)利要求
1.加工機床設(shè)備，具有一個加工機床(11；111)，該加工機床具有至少一個工具主軸(30；130)和一個刀庫(24；124)用于為加工機床(11；111)進行工件加工準(zhǔn)備提供刀具(13)，其特征在于，它包括一個機器人(12)，該機器人有一個多處鉸接的機器人臂(15)用于將刀具從一個刀具儲備倉(21)里裝備刀庫(24；124)并用于從刀庫(24；124)里取出用過的刀具(13)；而且刀庫(24；124)具有至少一個交替地在一個用于機器人(12)更換刀具的機器人存取腔(28)和在一個用于至少一個刀具主軸(30；130)更換刀具的主軸存取腔(29)里的刀具夾持部位(32，32’；132)，該刀具夾持部位具有至少一個刀夾(31，131)用于夾持刀具(13)。
2.按權(quán)利要求1所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，在至少一個刀具夾持部位(32，32’；132)上設(shè)有至少一個刀夾對(133)，其中在更換刀具時一個刀夾(31f)先是空著的可用于存放一個刀具，而另一個刀夾(31b)準(zhǔn)備提供一個刀具(13)用于通過至少一個刀具主軸(30；130)或者機器人(12)來取走。
3.按權(quán)利要求2所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，至少一個刀夾對(133)的兩個刀夾(31，131)直接相互并排著布置。
4.按權(quán)利要求2或3所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，至少一個刀夾對(133)相對于至少一個刀具主軸(30；130)是可以調(diào)整的，用于使空著的刀夾(31，131)定位，并使準(zhǔn)備提供刀具(13)的刀夾相對于至少一個刀具主軸(30；130)定位。
5.按權(quán)利要求2至4中之一所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，刀夾對(133)可以調(diào)整地布置在刀庫(24；124)的一個基礎(chǔ)部件(26)上，并且/或者至少一個刀具主軸(30；130)可以相對于刀夾對(133)進行調(diào)整。
6.按上述權(quán)利要求之一所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，刀庫(24；124)具有至少一個旋轉(zhuǎn)調(diào)整裝置(33)用于轉(zhuǎn)動至少一個刀具夾持部位(32，32’；132)，并且/或者具有至少一個線性調(diào)整裝置(75)用于線性調(diào)整至少一個刀具夾持部位(32，32’；132)。
7.按上述權(quán)利要求之一所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，在至少一個基本上形狀穩(wěn)定的基礎(chǔ)部件(26)上設(shè)有至少一個刀具夾持部位(32，32’，132)。
8.按上述權(quán)利要求之一所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，刀庫(24；124)包括至少一個擺動臂(27；27’，72)，在該擺動臂上設(shè)有至少一個刀具夾持部位(32，32’；132)，其中擺動臂可以從機器人存取腔(28)擺動到主軸存取腔(29)里或者反向擺動。
9.按上述權(quán)利要求之一所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，刀庫(24；124)具有至少兩個交替地在機器人存取腔(28)和主軸存取腔(29)里可以運動的刀具夾持部位(32’；132)，因此至少一個刀具主軸(30；130)和機器人(12)可以在各自一個刀具夾持部位(32’；132)上基本上同時地更換刀具(13)。
10.按權(quán)利要求9所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，至少兩個交替地可以進入機器人存取腔(28)里和主軸存取腔(29)里的刀具夾持部位(32’；132)布置在第一和至少一個第二擺動臂(27’，72)上，這些擺動臂可以反向地擺動到機器人存取腔(28)里和主軸存取腔(29)里。
11.按權(quán)利要求10所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，第一和至少一個第二擺動臂(27’，72)可以相互相對地線性定位，從而在擺動臂(27’，72)相遇時在反向擺動運動的范圍內(nèi)通過至少一個擺動臂(27’，72)的線性的偏移避讓運動而存在一個運動空間。
12.按權(quán)利要求10或11所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，第一擺動臂(27’)只可以擺動，而至少一個第二擺動臂(72)是可以擺動的并且相對于第一擺動臂(27’)可以線性運動。
13.按權(quán)利要求10至12中之一所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，第一擺動臂(27’)和至少一個第二擺動臂(72)在基本上相同的刀具更換的位置上對于至少一個刀具主軸(30；130)來說可以在主軸存取腔(29)之內(nèi)運動，而且/或者對于機器人(12)來說可以在機器人存取腔(28)之內(nèi)運動。
14.按權(quán)利要求10至13中之一所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，至少一個第二擺動臂(27；27’，72)被彎曲，其中彎曲部段在第一擺動臂(27；27’，72)的一個旋轉(zhuǎn)軸承，尤其是一個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置(33)旁邊經(jīng)過。
15.按權(quán)利要求9所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，至少兩個可以進入機器人存取腔(28)里和主軸存取腔(29)里的刀具夾持部位(32，32’；132)尤其是一個可旋轉(zhuǎn)的夾持裝置(116)的相互對著的部位，其中至少兩個刀具夾持部位(32，32’；132)可以通過旋轉(zhuǎn)運動或擺動運動同時地旋轉(zhuǎn)或擺動到機器人存取腔(28)里或者主軸存取腔(29)里。
16.按權(quán)利要求15所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，夾持裝置(116)具有一種基本為多邊形的、尤其是四邊形的或者圓形的外輪廓。
17.按上述權(quán)利要求之一所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，刀庫(24；124)布置在加工機床(11；111)的一個刀架(16-20)上。
18.按上述權(quán)利要求之一所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，加工機床(11；111)是一種多軸機床，它具有至少兩個沿著一條線并排布置的刀具主軸(30；130)；而且至少一個刀具夾持部位(32，32’；132)具有按照該線并排布置的刀夾(31，131)，從而使至少兩個刀具主軸(30；130)可以同時地從刀夾(31，131)里取出多把刀具(13)或者可以存放在那里。
19.按上述權(quán)利要求之一所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，所述線基本上是直的。
20.按上述權(quán)利要求之一所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，在機器人(12)的臂(15)上設(shè)有一個刀具支座，它具有對應(yīng)于設(shè)計成多軸機床的加工機床(11；111)的刀具主軸(30；130)的配置而布置的刀夾(23)，因此機器人(12)可以同時地從刀庫(24；124)的刀夾(31，131)里取出多個刀具或者存放在那里。
21.按上述權(quán)利要求之一所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，儲備倉具有至少一個尤其是柜狀的刀架(16-20)用于通過機器人(12)存放刀具(13)。
22.按權(quán)利要求21所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，多個刀架(16-20)成環(huán)狀圍繞機器人(12)布置在機器人臂(15)的存取范圍里。
23.按權(quán)利要求21或22所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，至少一個刀架(16-20)具有多個、尤其是垂直地相互重疊和/或水平地相互并排布置的刀夾組(57，57’)，它們具有對應(yīng)于設(shè)計成多軸機床的加工機床(11；111)的刀具主軸(30；130)的配置而布置的刀夾(31，131)。
24.按權(quán)利要求21至23中之一所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，機器人(12)布置在一個機器人工作腔(14)里，向著該工作腔該至少一個刀架(16-20)的前面是敞開的并且對于機器人(12)來說是可以接近的；而且至少一個，尤其是背面封住的刀架(16-20)構(gòu)成了機器人工作腔(14)的擋板(59)的組成部分。
25.按上述權(quán)利要求之一所述的加工機床設(shè)備，其特征在于，設(shè)有機器人(12)用于更換通過加工機床(11；111)所要加工的和已經(jīng)加工的工件。
26.用于使一種加工機床設(shè)備(10，100)運行的方法，所述設(shè)備具有一個加工機床(11；111)，該加工機床具有至少一個刀具主軸(30；130)和一個刀庫(24；124)用于為加工機床進行工件的加工準(zhǔn)備提供刀具(13)，其特征在于，-具有一個多處鉸接的機器人臂(15)的機器人將刀具(13)從一個刀具儲備倉(21)里裝備刀庫(24；124)，并從刀庫(24；124)里取出使用過的刀具，而且-刀庫(24；142)使至少一個具有至少一個用于夾持刀具(13)的刀夾(31，131)的刀具夾持部位(32，32’；132)交替地在一個用于機器人(12)更換刀具的機器人存取腔(28)里和一個用于至少一個刀具主軸(30；130)更換刀具的主軸存取腔(29)里運動，尤其是擺動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種加工機床設(shè)備(10，100)，它具有一個加工機床(11；111)，該加工機床具有至少一個刀具主軸(30；130)和一個刀庫(24；124)用于為加工機床進行工件加工提供刀具，本發(fā)明還涉及使一種這樣的加工機床設(shè)備運行的方法。在該加工機床設(shè)備中規(guī)定使它包括一個機器人，機器人具有一個多處鉸接的機器人臂用于為刀庫配備取自于刀具儲備倉的刀具并從刀庫里取走用過的刀具；還規(guī)定刀具庫具有至少一個交替地在用于機器人更換刀具的一個機器人存取腔里和在一個用于至少一個刀具軸的刀具更換的刀具軸存取腔里可以移動的，尤其是可以擺動的刀具夾持部位，該刀具夾持部位有至少一個刀夾用于夾持刀具。
文檔編號B23Q3/157GK1880010SQ20061009282
公開日2006年12月20日 申請日期2006年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月18日
發(fā)明者C·克羅斯塔, R·米爾納, S·漢施 申請人:阿爾馮·凱斯勒專用機械制造有限公司