专利名称：刀具更换装置及刀具清洁方法
技术领域：
本发明涉及一种用于机床上的刀具更换装置以及一种清洁被刀具更换装置上的刀具转塔或刀具箱所夹持的刀具的方法。
背景技术：
当机床更换刀具时，工件的加工精度是通过将刀具恰当地安装和连接于机床主轴来维持的。然而，在一台具有刀具更换装置的机床中，由一刀具转塔或一刀具箱夹持的刀具被设置于接近被切削工件的加工区域。因此，切削工件所产生的切屑很有可能会粘附于被刀具转塔或刀具箱夹持的刀具上。如果杂质，例如切屑，粘附于刀具与主轴的接触面上，刀具固定夹将无法正确地安装于主轴，从而影响加工精度。由于这一原因，通常采用的一种方法是在作为与机床主轴相互接触的接触表面的刀具的锥形部和法兰部上通过使用流体，例如空气和冷却液，来去除切屑和类似杂质以完成清洁。
例如，一种公知的方法是在刀具被从主轴分离并存储于一刀具箱内后，该刀具箱的旋转盘是可被转动的。一刀具夹持部夹持着被分离的刀具移动到设置有刀具清洁工具的位置，并在该处通过清洁液清洁刀具(如专利号为JP2001-198761A的日本专利)。
还有一种为公众所熟知的清洁装置，该装置是在刀具更换过程中当刀具被安装于主轴时，将冷却液喷注于刀具上与主轴锥形面紧密配合的锥形处，从而去除和清洗掉所粘附的切屑和类似物(如专利号为JP2002-273640A的日本专利)。
此外，另一种公知的装置是在当刀具的法兰面开始接触主轴的端面，并且同时利用一个可将其刀柄部装配于主轴的配合孔内的双配合型刀具时，一个用于清洁主轴端面的工具被提供和固定到主轴上，且使主轴端面和刀具的法兰面之间留有一定的空间距离以利于对主轴端面的清洁。当清洗液被供给到所述空间时，清洗液将从主轴端面除去杂质，例如切屑，以完成对主轴端面的清洁(如专利号为JP2001-18144A的日本专利)。
另一种更加被公众所知的装置是在主轴的锥形部设置有一空气喷嘴开口，该空气喷嘴被安装于刀具固定夹的锥形部。当刀具固定夹从主轴的锥形部分离或当新的刀具被连接于主轴时，加压的空气从一加压空气供给装置被供给到刀具固定夹和主轴锥形孔的接触面，在主轴和空气喷嘴处形成一贯通的空气孔。从而，使得粘附于刀具固定夹与主轴配和面的锥形部上的切屑和类似物被所使用的空气去除和清洁干净(如专利号为JP52-49579A的日本专利)。
所述刀具更换装置的刀具转塔或刀具箱被设置于切削区域附近。因此，在加工工程中所散布的切屑被粘附在容纳和夹持于刀具转塔或刀具箱内的刀具的锥形部和法兰部上。所以，尽管作为与主轴相互接触的接触面的刀具的锥形部和法兰部在刀具使用后经过清洁，但是杂质，例如切屑，在刀具的备用期间内仍然会粘附在那里。如果粘附有杂质的刀具被连接到主轴并投入使用，将会产生的问题是使加工精度降低以及导致主轴和刀具的锥形部及法兰部出现刮伤。如日本专利JP2001-198761A和JP52-49579B中记述的刀具，其接触面，也就是其与主轴相互接触的锥形部和法兰部只有在该刀具在使用前得以彻底地清洗，上述的问题才有可能被认为得以解决。
倘若加工中使用了冷却液，然而，粘附于刀具转塔或刀具箱中备用刀具上的切屑由于浓缩的高粘性的冷却液的作用，最后会持久地粘附在刀具的锥形部或法兰部上。即使使用冷却液或类似的清洁方法也不能完全去除这样的切屑。
同样地，如果是干加工或是使用了空气的加工方式，粘附于刀具转塔或刀具箱中刀具上的切屑量会由于静电等的作用而增加，以致于无法通过使用空气的清洁方法完全地去除这些切屑。
发明内容
本发明提供了一种刀具更换装置以及一种刀具清洁方法，该方法可以有效地去除粘附在作为与主轴相互接触的接触面的刀具的锥形部和/或法兰部上的杂质，例如切屑。
本发明的刀具更换装置包括一用于夹持刀具以使刀具在机床中可被更换使用的刀具转塔或刀具箱；一个或者多个喷嘴，每个喷嘴用以向被刀具转塔或刀具箱所夹持的刀具随刀具转塔或刀具箱的转动而经过的区域喷注冷却液或者空气。
所述喷嘴可以被设置于机床主轴的两侧，喷嘴的位置和形态可令从每个喷嘴中喷出的冷却液或空气能够直接喷向被刀具转塔或刀具箱所夹持的刀具的锥形部随刀具转塔或刀具箱的转动所经过的区域。所述喷嘴还可以选择性地具有另外的位置和形态，以使得从每个喷嘴中喷出的冷却液或空气能够直接喷向被刀具转塔或刀具箱所夹持的刀具的锥形部也包括法兰部随刀具转塔或刀具箱的转动而经过的区域。
本发明的刀具清洁方法包括提供一个或者多个喷嘴，每个喷嘴用以向被刀具更换装置的刀具转塔或刀具箱所夹持的刀具随刀具转塔或刀具箱的转动而经过的区域喷注冷却液或者空气；以及当刀具转塔或刀具箱被转动时从喷嘴中喷出冷却液或空气，以使刀具的锥形部在当支配刀具向着冷却液或空气被喷出的区域经过时得以被冷却液或空气清洁干净。所述冷却液或空气的喷出也可选择性地被实施为，以使刀具的锥形部也包括法兰部在当支配刀具向着冷却液或空气被喷出的区域经过时得以被冷却液或空气清洁干净。如此，像切屑这样粘附于刀具锥形部或者粘附于刀具锥形部也包括法兰部在内的杂质得以被去除。
所述冷却液或空气的喷出可以被实施为，当刀具转塔或刀具箱被转动用以选择一被使用刀具时，喷出的冷却液或空气可以在每次进行刀具选择时对刀具转塔或刀具箱所夹持的刀具进行清洁。
当刀具转塔或刀具箱被转动时，通过支配被刀具转塔或刀具箱夹持的刀具到达从喷嘴中喷出的冷却液或空气处，使得像切屑这样粘附于刀具锥形部和/或法兰部的杂质在刀具的备用状态得以被可靠地去除。如此导致了更加可靠地将作为与机床主轴相互接触的接触面的刀具的锥形部和/或法兰部上的杂质去除掉。
图1a和图1b分别为本发明第一种具体实施方式
中所示机床的正视图和侧视图；图2a和图2b分别为本发明第一种具体实施方式
中刀具更换装置的正面放大示意图和右视图；图3a和图3b分别为本发明第二种具体实施方式
中一主要部件的正面放大示意图和侧视图；图4a和图4b为本发明第三种具体实施方式
中一主要部件的说明示意图；图5a至图5h所显示的加工流体喷注图形说明了本发明具体实施方式
中所使用的刀具清洁喷嘴的冷却液喷注形状。
具体实施例方式
图1a为使用了本发明第一种具体实施方式
中的刀具更换装置的机床在去掉前盖7后的正视图。图1b为该机床的侧视图。图2a和图2b分别为图1a和图1b中所示的刀具更换装置的正面放大示意图和侧面放大示意图。
一臂形构件2延水平方向被安装固定于机床一柱体1上，用以夹持刀具3的刀具转塔4被可旋转地连接于臂形构件2上。一可延垂直方向运动的主轴头5被柱体1支撑且与主轴6连接。一刀具3被安装于主轴6上用于对放置于工作台11上的工件进行切削加工。刀具冷却喷嘴8a、8b用于向加工区域提供冷却液以冷却固定于主轴头5上的刀具。在更换刀具3时，主轴6被升高以将刀具3从主轴6分离，并由刀具转塔4夹持被分离的刀具3。此后，刀具转塔4被转动以选择一把要连接于主轴6的刀具3，并将刀具3安装固定于主轴6上。随后，主轴6被降低开始对放置于工作台11上的工件进行切削加工。与此同时，冷却液通过一根冷却液供给管10a供给到所述刀具冷却喷嘴8a、8b，并从中喷出到达加工区域。
上述的构造和运行方式与具有传统的刀具更换装置的机床的构造和运行方式是相同的。而本发明第一种具体实施方式
中的刀具更换装置与现有技术的区别之处在于用于清洁与主轴6相互接触的且被刀具转塔4夹持的刀具3的接触面的刀具清洁喷嘴9a、9b，被设置于主轴6两侧并被固定于主轴头5上，并且设置有用于向所述刀具清洁喷嘴9a、9b供应冷却液的冷却液供给管10b。
参考图2a和图2b所示的第一种具体实施方式
，刀具清洁喷嘴9a、9b的设置使得通过冷却液供给管10b所供应的且从刀具清洁喷嘴9a、9b中喷出的冷却液30的喷射流，在刀具转塔4被转动以选择刀具3时，该喷射流可在被刀具转塔4夹持的刀具3的移动路线上形成交叉。
所述刀具3具有一个可被配合和连接于主轴6的锥形孔内的锥形部3a。对于一个双配合型刀具来说，刀具3上还设有一个法兰部3b，该法兰部3b具有与主轴6的端面相互接触的表面。因此，该刀具3被装配于主轴6时，刀具的锥形部3a被配合安装于主轴6的锥形孔内，并且主轴6的端面与法兰部3b的表面相互接触。本发明的第一种具体实施方式
其设计目的是通过冷却液清洁上述的锥形部和法兰部。
参考第一种具体实施方式
，被固定于主轴头5上的刀具清洁喷嘴9a、9b，其位置和形态使得从喷嘴中喷出的冷却液能够喷向被所述刀具转塔4所夹持的刀具的锥形部3a和法兰部3b在所述刀具转塔4被转动时所经过的区域。
每一次转动刀具转塔4选择刀具时，冷却液会从刀具清洁喷嘴9a、9b中喷出。作为与主轴6相互接触的接触面的刀具3的锥形部3a和法兰部3b，将经过喷出的冷却液30处。因此，无论刀具选择何时开始进行，刀具转塔4都会被转动，同时清洁被刀具转塔4夹持的刀具3。
参照第一种具体实施方式
，不仅马上要被使用的刀具3的锥形部3a和法兰部3b，而且其它备用刀具3的锥形部3a和法兰部3b，只要其经过当马上要被使用的刀具3移动到主轴6的位置处时冷却液被喷出的区域，都会在刀具转塔4转动的同时被清洁干净。
在第一种具体实施方式
中，刀具清洁喷嘴9a、9b被固定于主轴头5上并可随主轴头5做垂直运动。另外，由于刀具转塔4是在一预定位置上被旋转来进行刀具选择，因此刀具清洁喷嘴9a、9b可以被固定于一固定构件上，用以对着被转动的刀具转塔4所夹持的刀具3的锥形部3a和法兰部3b的移动路线喷注冷却液。
图3a和图3b显示了本发明第二种具体实施方式
中的一主要部件，其中刀具清洁喷嘴被紧固于一固定位置处。图3a为第二种具体实施方式
中的刀具更换装置的正面放大示意图，图3b为该刀具更换装置的侧视图。
参考第二种具体实施方式
，其中所示的两个刀具清洁喷嘴9a、9b被固定于机床的柱体1上，且位于主轴6的两侧而将主轴6夹在中间，由此对着被刀具转塔4所夹持的刀具3的锥形部3a和法兰部3b所经过的区域喷注冷却液30。
同样在第二种具体实施方式
中，当刀具转塔4被转动以进行刀具选择或类似工作时，刀具清洁喷嘴9a、9b喷出由冷却液供给管10b所供给的冷却液30，并且被刀具转塔4夹持的刀具3经过喷出的冷却液30的清洗而得以清洁。其中显而易见的是被选择的刀具3同样也要经过喷出的冷却液30的清洗。因此，在刀具被正确固定于主轴之前，所述喷出的冷却液30能够对刀具的锥形部3a和法兰部3b进行清洗并且除去类似于切屑的杂质。
图4a和图4b为本发明第三种具体实施方式
中一主要部件的说明示意图。在第三种具体实施方式
中，本发明所涉及的刀具更换装置，其通过使用一刀具箱20来容纳刀具的方法取代了用刀具转塔装持刀具。图4a为第三种具体实施方式
中刀具箱20的侧视图，图4b是该刀具箱20的正视图。所示的刀具箱20包含有大量的通过链条彼此连接的罐体23，刀具3被装持在这些罐体中。如图4a和图4b所示，两个刀具清洁喷嘴9a、9b被固定于刀具箱20的箱体24等处。该刀具清洁喷嘴9a、9b的位置使得喷出的冷却液30能够喷向作为与主轴相互接触的接触面的被相应罐体23装持的刀具3的锥形部3a和法兰部3b所经过的区域。
同样地，在第三种具体实施方式
中的刀具选择期间，冷却液30是从刀具清洁喷嘴9a、9b中被喷出的。此外，链轮22被驱动以使链条21转动后，链条上的罐体23和装持于相应罐体23内的刀具3随之被转动，从而实现刀具的选择工作。在这一点，刀具3经过从刀具清洁喷嘴9a、9b中喷出的冷却液30处，冷却液对作为与主轴6相互接触的接触面的刀具3的锥形部3a和法兰部3b进行冲洗。因此，无论刀具选择何时进行，以及无论链条21何时被转动，装持于刀具箱20内的刀具3都会被清洁干净。
图5a至图5h显示了根据第一种、第二种和第三种具体实施方式
中所使用的刀具清洁喷嘴9a、9b的不同的冷却液喷注形状所绘制的加工流体喷注图形。图5a和图5b分别显示了一刀具清洁喷嘴所喷出的冷却液30的形状为一扇锥体(椭圆形锥体)。如图5a所示的喷嘴为一实心扇锥形喷嘴，其所喷出的冷却液30可使其扇锥形轮廓线的内部充满液体，而图5b所示的一扇锥形喷嘴，其所形成的冷却液的扇锥形轮廓线的内部是中空的。图5c显示了一实心圆锥形喷嘴，其所喷出的冷却液形状为一圆锥形并可使得其圆锥体的内部充满液体，而图5d所示的一圆锥形喷嘴，其所形成的冷却液的圆锥体内部是中空的。如图5e所示的喷嘴为一实心四棱锥形喷嘴，其所喷出的冷却液形状为一四棱锥形并可使得其四棱锥体的内部充满液体，而图5f所示的一四棱锥形喷嘴，其所形成的冷却液的四棱锥体的内部是中空的。图5g所示的喷嘴为一实心的柱形喷嘴，其所喷出的冷却液可使得其柱状体的内部充满液体，而图5h所示的一柱形喷嘴，其所形成的冷却液的柱状体的内部是中空的。
对于第一种、第二种和第三种具体实施方式
中所使用的刀具清洁喷嘴9a、9b来说，如图5a至5h中所示的任何一种可形成冷却液30的不同喷注形状的刀具清洁喷嘴都可以被应用到该具体实施方式
中。
参照每一个具体实施方式
，为了响应刀具选择命令，冷却液30可在刀具转塔4或刀具箱20转动的同时从刀具清洁喷嘴9a、9b中喷注出来。此外，冷却液30也可以在刀具选择命令输出之前被选择性地从刀具清洁喷嘴9a、9b中喷注出来，然后再输出刀具选择命令以使刀具转塔4或刀具箱20转动。当刀具3被选择后，装持在刀具转塔4或刀具箱20内的刀具3会经过一个从刀具清洁喷嘴9a、9b中喷注出来的冷却液30所形成的薄雾区。当经过该薄雾区时，刀具3的锥形部3a和法兰部3b会被喷出的冷却液30加以清洗，从而除去粘附在锥形部3a和法兰部3b上的类似于切屑的杂质。随后，刀具被选择，并且在刀具转塔4或刀具箱20转动后冷却液的喷注被终止。
如上所述，当冷却液30随着用于刀具选择的刀具转塔4或刀具箱20的转动而一同从刀具清洁喷嘴9a、9b中喷注出来时，清洁程序就会在每次刀具被选择时被执行。因此，不仅要被使用的刀具3，而且装持于刀具转塔4或者刀具箱20中的备用刀具3都会被执行清洁程序。所以，在备用阶段，粘附在刀具转塔4或刀具箱20内锥形部3a和法兰部3b上切屑等杂质，会在其粘结强度增加前被清洗和去除掉。
此外，刀具转塔4或刀具箱20的转动可以不必在刀具选择阶段被执行。相反地，刀具3可以通过定期或自动地转动刀具转塔4或刀具箱20以从刀具清洁喷嘴9a、9b中喷出冷却液30，而被定期或自动地清洁。尽管在上述具体实施方式
中，被从刀具清洁喷嘴9a、9b中喷出的是冷却液30，但是其他流体，如空气，也可以取代冷却液30被喷出。另外，刀具清洁喷嘴9a、9b可以被设置于主轴两侧而将主轴夹在中间，并且向从主轴下方经过的刀具喷注冷却液或者空气。也可以只在主轴的一侧设置一个刀具清洁喷嘴而不是在主轴两侧设置喷嘴，但是这样的清洁效果会比在主轴两侧设置喷嘴时的清洁效果差。
权利要求
1.一种机床的刀具更换装置，其包括一刀具转塔或刀具箱，用于夹持刀具以使刀具在机床中可被更换使用；以及一个或者多个喷嘴，每个喷嘴用以向被所述刀具转塔或刀具箱所夹持的刀具随所述刀具转塔或刀具箱的转动而经过的区域喷注冷却液或者空气。
2.根据权利要求1所述的一种机床的刀具更换装置，其中，所述的喷嘴被设置于机床主轴的两侧，喷嘴的位置和形态可使从每个喷嘴中喷出的冷却液或空气能够直接喷向被所述刀具转塔或刀具箱所夹持的刀具的锥形部随所述刀具转塔或刀具箱的转动而经过的区域。
3.根据权利要求2所述的一种机床的刀具更换装置，其中，所述喷嘴所具有的位置和形态可使得从每个喷嘴中喷出的冷却液或空气能够直接喷向被所述刀具转塔或刀具箱所夹持的刀具的锥形部以及法兰部随所述刀具转塔或刀具箱的转动而经过的区域。
4.一种用于对刀具更换装置中的刀具转塔或刀具箱所夹持的刀具进行清洁的刀具清洁方法，其包括提供一个或者多个喷嘴，每个喷嘴用以向被刀具转塔或刀具箱所夹持的刀具随刀具转塔或刀具箱的转动而经过的区域喷注冷却液或者空气；以及当刀具转塔或刀具箱被转动时从所述喷嘴中喷出冷却液或空气，以使通过当刀具经过冷却液或者空气所喷向的区域时，使刀具置于冷却液或空气之中而将刀具的锥形部清洁干净。
5.根据权利要求4所述的一种刀具清洁方法，其中，执行喷出所述冷却液或空气，以使通过当刀具经过冷却液或者空气所喷向的区域时，使刀具置于冷却液或空气之中而将刀具的锥形部以及法兰部清洁干净。
6.根据权利要求4所述的一种刀具清洁方法，其中，当刀具转塔或刀具箱被转动以选择一将要使用的刀具时，喷注所述冷却液或空气。
全文摘要
一种刀具更换装置和一种刀具清洁方法，该方法可以有效地去除像切屑这样粘附于作为与机床主轴相互接触的接触面的刀具的锥形部和/或法兰部上的杂质。本发明在刀具转塔转动位置处的主轴两侧设置有用于喷注冷却液的刀具清洁喷嘴，该刀具清洁喷嘴的位置和形态使得喷嘴中喷出的冷却液可以对着被刀具转塔夹持的刀具的锥形部和/或法兰部冲洗。冷却液会随着刀具选择时刀具转塔的转动从刀具清洁喷嘴中喷出，每次刀具转塔转动时，被刀具转塔夹持的刀具的锥形部和/或法兰部都会被冷却液清洗干净。因此，尽管像切屑这样的杂质会粘附在被刀具转塔夹持的备用刀具上，但是由于所述刀具在刀具转塔转动期间得到清洗，所述的杂质，例如切屑，可以有效地被除去。
文档编号B23Q3/155GK1579703SQ20041005840
公开日2005年2月16日 申请日期2004年8月6日 优先权日2003年8月6日
发明者佐藤直树, 藤元明彦 申请人:发那科株式会社