用于通过刀具加工工件的机床的制作方法

本发明涉及一种用于通过刀具加工工件的机床，其中机床被设计为在工作主轴上夹持工件以在加工程序中进行机械控制加工和在机床的机床工作台上夹持刀具。

背景技术

申请人的这种机床在欧洲专利ep2269770中被描述，在具有齿形刀头的五轴机床上加工齿轮(例如环形齿轮、小齿轮或伞齿轮)，其中齿形刀头固定在机床工作台上。该机床特别适用于在机床上进行多个工件的连续加工，其中单个工件的加工只需要一个刀具或者最多只需要几个刀具。为此，机床具有刀具夹持装置，该刀具夹持装置适用于将刀具夹持在机床的旋转工作台上，尤其是将刀具以防止旋转的方式固定夹持在旋转工作台上，旋转工作台被设计为以旋转的方式驱动被夹持装置夹持的刀具。因此，刀具的旋转运动是直接通过旋转台的运动实现的。夹持装置也可以被设计为一种刀具装置，该刀具装置包括用于加工工件的加工装置(即刀具)和用于驱动加工装置的驱动装置，这样可以进行铣削和钻孔作业。

上述引用的专利中描述的机床特别适用于通过现有技术中已知的方法加工齿轮，例如具有铣削/车削机床或通用加工中心的gleason或klingelnberg方法。

在当今机床控制的结构零件制造中，尤其是在具有复杂几何形状的机械零件的制造中，制造效率是关键因素。

技术实现要素：

本发明提出的要解决的问题是，提出一种用于在机床上加工工件的机床和方法，以此在制造效率上扩展上述的“工件和刀具的反向夹持”操作方法。

该问题通过具有权利要求1的特征的机床和具有权利要求11的特征的用于在机床上加工工件的方法得到了解决。

本发明的优选的实施例通过从属权利要求的主题得以表明。

本发明提供一种用于通过刀具加工工件的机床，该机床被设计为在工作主轴上夹持工件以在加工程序中进行机械控制加工和在机床的机床工作台上夹持刀具，这在上述现有技术中被视为通用机床。

根据本发明，机床的机床工作台上设有可被固定在机床工作台上的刀库，一刀具或者多个刀具以可替换的方式单个地在刀库上或刀库处。为此，根据本发明的刀库具有可用于分别夹持不同刀具的夹持装置。

通过这些夹持装置，可以在根据本发明的刀库上单独更换刀具，而不必从机床工作台上移走刀库。但与此同时，由于可以从机床工作台移走刀库并替换一个不同的刀库，所以根据本发明的刀库也能够进行多个刀具的联合替换。

换言之，本发明的本意不是简单地在机床工作台上提供一个可以夹持刀具的夹持装置，而是要修改刀具接口，使其一方面包括夹持装置，另一方面又包括储存室/承载架，可以被直接安装在机床工作台上，在机床的传统应用中夹持工件。以这种方式可以极大地扩大此扩展的刀具接口的功能，因为例如可以夹持多个刀具，也可以利用已有的工作台的驱动机构和/或集成在该刀具接口(刀库)的附加驱动机构。进一步，由于可以以不同于夹持刀具本身的方式在机床工作台上固定刀库(即扩展的刀具接口)，因此可以在扩展的接口(刀库)上预装刀具，使得提前夹持刀具成为可能。以这种方式，已知的(例如申请人的上述现有技术)工件和刀具的“反向夹持”概念可以得到显著的拓展，因为通过根据本发明的刀库，可以进一步联合地或者单独地并及时地提供多个不同的刀具至机床工作台。由于根据本发明的刀库，多个夹持装置使得在机床工作台上同时提供铣削、钻孔、车削和/或磨削刀具成为可能。以这种方式，夹持在工作主轴上的工件可以迅速接续地进行不同加工，例如钻孔、铣削、磨削和/或车削。这显著地增加了加工的可变性，尤其是在预设的时间段内。

根据本发明的刀库的一个明显优势在于，可以同时提供最多样化的刀具，由于不同的刀具是通过刀库联合提供的，所以要实现不同刀具的使用几乎不需要(额外的)行程。根据本发明的刀库的另一主要优势在于，夹持刀具可以与刀库同时放置在机床工作台上或者从机床工作台上取下。以这种方式，可以避免相对的以前在工作主轴上替换新刀具时所需要的典型的耗时的更换过程，所需的周期时间可以减少几个数量级。

根据本发明的刀库具有各种结构。最基础的示例为具有一个简单的托盘。一个优选的示例性实施例为，刀库被设计为使得不同刀具可以被夹持在刀库的不同方向上。当铣削、磨削、钻孔和/或车削刀具被联合夹持时，这是极其有利的，因为以这种方式，可以简单实现在不同的加工过程中所需要的刀具相对于夹持在工作主轴上的工件的必要的定位。为此，根据本发明的刀库可以例如具有大致呈长方体或立方体的基体，在基体的外表面，例如设有用于夹持刀具的夹持装置。基体的几何形状必然决定了不同刀具的不同定位，所述刀具可以通过夹持装置安装在基体的不同侧面上。当然，长方体或者立方体几何在这里只是示例，基体也可以具有其他任何的能够让根据本发明的夹持在刀库上的刀具定位最优化的几何形状。不过，长方体或者立方体几何是特别有利的，因为它们能够以简单的方式使刀具的纵轴以直角坐标系的方式进行定位，这会增加通过不同的夹持在根据本发明的刀库上的刀具分别加工工件的空间自由度，从而防止夹持在工作主轴上的工件与夹持在根据本发明的刀库上的刀具之间的可能的碰撞(尤其是存在多个大刀具时)。

机床工作台被设计为旋转转台对刀库安装在机床工作台的根据本发明的机床的实施例是格外有利的。以这种方式，刀具相对工件的定位也可以通过倾斜或者旋转工作台来改变，新的自由度引入刀具的可能性定位，特别是由此产生的行程可以变得更短，也显著扩展了刀具相对于工件的可能的定位范围。在加工复杂的微型几何体时，这在时效方面尤其具有决定性优势。很明显，特别是根据本发明的能够在不同方向上夹持刀具的刀库与旋转转台的结合，进一步极大地扩展了可能的定位和行程范围。特别是在全自动制造从工件储存室中取出的零件时，通过这种方式可以显著缩短加工时间，尤其是除了铣削还需要进行钻孔、磨削或者车削时。

在根据本发明的刀库的一个优选的实施例中，它包括一个能够独立于机床工作台的运动而驱动单个或者多个刀具的驱动装置。建议将该驱动装置设在根据本发明的刀库的基体内部，且通过例如皮带等工作。可以选择性地设置一可调齿轮，以便能适当地调整驱动器的传动比。在一个有利的实施例中，根据本发明的刀库被设计为例如旋转器，通过旋转器可以相应地驱动和/或改变刀具。以这种方式，除了通过机床工作台进行驱动外，还有其他的可能性，即在根据本发明的刀库中集成其他具有不同速度和传动比的驱动器。这也大大增加了不同刀具的应用可能性，因为自然不同的刀具需要不同的速度和扭矩。

驱动装置不一定仅用于驱动刀具，也可以被设计为改变刀具相对工件的相对位置，例如通过旋转器旋转，或者配置为长方体或者立方体的刀库旋转例如90°或者任意其他给定的角度，从而移动其他刀具至工作主轴的加工位置。

在根据本发明的刀库被集成在托盘上或者自身被设计成托盘形式的示例性实施例中，在根据本发明的机床的一个有利的示例性实施例中设有托盘交换器，通过托盘交换器，夹持在托盘上的刀具可以被其他也配备有根据本发明的刀库的托盘替换。更佳的，还使用圆形或者线性的存储库，以便在自动交换被预夹在托盘上的多个刀具的情况下交换托盘。以这种方式，可以在前所未有的短时间内交换根据本发明的机床中的多个刀具，使得在给定时间范围内工件加工的可能性被提升一个数量级，因为不需要更换刀具。

根据本发明的机床通过使用轮式存储库和更换机构(例如机械手等)使得在连续地加工几个工件时进一步缩短加工时间，所述轮式存储库可被设计为储存多个工件和/或刀具，通过所述更换机构可以将工件从轮式存储库换进或者换出至工作主轴和/或刀库。

实际上，本发明并不限于使用轮式存储库，如果可能的话，也可以使用链式存储库或者其他常见的存储库，不管怎样，重要的是这些存储库被设计为容纳工件。由于沿着轮式存储库的周围表面有着充足的空间，所以轮式存储库具有能够支持即便是大工件的优势。在这种情况下，当工件较大时，可以不用占用轮式存储库上的每个接收空间。

在根据本发明的机床的另一实施例中，轮式存储库也被配置为支持刀具，更换机构也被配置为不仅能将工件还能将刀具从轮式存储库换进或者换出至工作主轴。类似的，根据本发明的刀库和工作主轴也被设计为具有相应的能夹持刀具和工件的夹持装置。这可以是例如传统的刀具接口，比如hsk(空心锥柄)接口等。使用适当的刀具接口，工件也可以被以类似于刀具在工作主轴上的方式支持。通过这种方式保证了高度的可变性。

换言之，根据本发明的机床被优选设计为在机床工作台(通过根据本发明的刀库)和相应的存储库(例如上述的轮式存储库)上均提供刀具和工件。当从根据本发明的机床更换刀具和工件时，以这种方式可以在工件和刀具的行程最小化的情况下实现最大可能的变化。

本发明还涉及一种用于在机床上加工工件的方法，步骤如下：提供多个工件在存储库中，将其中一个工件交换至机床的工作主轴上，提供安装在机床的机床工作台上的具有单个刀具或者多个刀具的刀库，用储存在刀库中的其中一个刀具加工夹持在工作主轴上的工件。

根据本发明的方法能够以各种方式，在短的更换和行程时间内接续加工多个工件。根据本发明的方法的一个特殊好处是，也可以通过在刀库中夹持在一起的刀具进行不同的加工步骤，例如车削、磨削、钻孔和铣削。

这通过根据本发明的方法的一个实施例来实现，在该方法中，夹持在工作主轴上的工件被储存在刀库中的多个刀具加工，其中至少从铣削、磨削、车削和钻孔的组中使用两种刀具。

在根据本发明的方法的一个特别有利的实施例中，刀库中不仅夹持刀具还夹持工件，从而实现在刀具和工件交替出现在工作主轴或者刀库的机床配置中进行加工。

根据本发明的技术方案的主要益处在于，借助于根据本发明的刀库在机床工作台的区域提供刀具，实现通过不同刀具进行不同加工步骤，而不需要为了定位在工件的加工位置而进行相应的更换过程和/或高成本的刀具进程。

附图说明

下面将参照附图借助具体的示例性实施例进一步详细描述本发明，其中

图1a以空间表示法表示根据本发明的机床的第一示例性实施例，其具有根据本发明的刀库和轮式存储库；

图1b表示图1a的放大特征，示出固定在工作主轴上的工件和固定在刀库上的车刀；

图1c表示图1a所示的根据本发明的机床的一特征的侧视图；

图2a表示根据本发明的机床的另一种构造，其中固定在工作主轴上的工件受到垂直方向上的钻孔；

图2b表明根据本发明的机床的另一种构造，其中固定在工作主轴上的工件受到水平方向上的车削；

图2c表示根据本发明的机床的另一种构造，其中固定在工作主轴上的工件受到水平方向上的钻孔；

图3a表示根据本发明的机床的示例性实施例，其中根据本发明的刀库设置在由nc圆台承载的托盘上；

图3b表示根据本发明的机床的另一示例性实施例，其中机床工作台被设计为旋转转台，所示的旋转转台处于a＝0°的卧式位置；

图3c表示根据本发明的机床的另一示例性实施例，其中机床工作台被设计为旋转转台，所示的旋转转台处于a＝90°的卧式位置；

图4a表示根据本发明的机床的另一示例性实施例，其中刀库被安装在托盘上，并为其提供了托盘转换器；

图4b表示根据本发明的机床的用于保持多个托盘以进行交换的圆形存储库；

图5表示根据本发明的用于在机床上加工工件的方法的示例性实施例的流程图。

具体实施方式

图1a以透视表示法表示根据本发明的机床的示例性实施例。机床1包括机身2，机床工作台4被安装在导轨3上。根据本发明的机床1的机架进一步包括立柱5，立柱5上设有引导件6，工作主轴7可以通过引导件6在垂直方向上移动。工作主轴7包括主轴头8，hsk接口9(见图1b)被支撑在主轴头8中，工作主轴7通过hsk接口9夹持工件10。

机床工作台4上设有带有刀库12的托盘11，刀库12被以防止旋转的方式牢固地安装在托盘11上。刀库12具有长方体的基体13，基体13的侧面或表面13a，13b和13c(图1a)设置有在不同方向上夹持刀具15a的夹持装置14a，14b，14c，14d，14e和14f。

这里的刀具15b和15d是车刀，而刀具15a，15c，15e和15f被设计为钻刀。然而，本发明并不限于此，铣刀或者磨刀也都可以被保持在刀库12中。

根据本发明的机床1进一步包括具有双级联轮17a和17b的轮式存储库17，双级联轮17a和17b沿其圆周在相应的工件位19中提供多个工件10。为了将各个工件10从轮式存储库17的工件位19中换出并将它们替换至主轴头8上，提供了交换器形式的装卸装置。

图2a～2c表示通过hsk接口9夹持在主轴头8上的工件10的不同加工过程。这些图示表明，根据本发明的具有定位在不同方向的刀具15a～15e的刀库12可以进行不同种类的加工。例如，图2a表示在垂直方向上对工件钻孔，图2b表示在水平方向上用水平夹持刀具对工件车削，图2c表示通过刀具15对工件10钻孔。

图3a表示根据本发明的刀库12设置在nc圆台25上的示例。与此相对，图3b和图3c表示根据本发明的机床的构造，其中根据本发明的刀库12设置在旋转转台30上。图3b表示旋转转台处于0°的角度位置，即平行于机身，而在图3c中，旋转转台倾斜了90°。图3a，3b和3c的图示表明，只需要通过旋转转台30的90°旋转便可实现在工作主轴7的相同的相对定位下用不同的刀具15e(图3b)或15b(图1c)对夹持在工作主轴7上的工件10进行加工。

图4表示根据本发明的设有托盘交换器31的机床的示例性实施例，通过托盘交换器31可以交换更换托盘32。更换托盘32上设有夹持装置33，通过夹持装置33，可以安装其他刀库(类似于图中所示的刀库12)，或者通过对应的夹持装置，例如刀具接口(未示出)安装其他相应的刀具，以在该托盘32上直接夹持刀具。通过图4b所示的圆形存储库40，可以将其他托盘41相继地交换至根据本发明的机床中，以便实现通过托盘交换器31自动进给预装有刀具(未示出)的托盘。

当然，本发明不受限于托盘作为可互换的刀架，也可以使用传统的具有用于固定根据本发明的刀库的夹持装置的刀架。

图5表示根据本发明的方法的示例性实施例。步骤s1提供多个工件在存储库中，在步骤s2中，将其中一个工件交换至机床的工作主轴上，在步骤s3中，提供安装在机床的机床工作台上的具有多个刀具的刀库，步骤s4中，用储存在刀库中的其中一个刀具加工夹持在工作主轴上的工件。

以上大体描述了本发明，并借助于示例性实施例，根据刀具的定位可能性及同时缩减行程的工件，清楚地说明了在机床上五轴加工工件的概念是如何通过本发明得到显著性拓展的。这是通过结合所谓的“工作主轴上的工件和机床工作台上的刀具的反向夹持”和根据本发明的刀库实现的，刀库利用机床工作台区域的可用空间，使得在不同方向上提供不同刀具的设计前提成为可能。通过增加根据本发明的其他选项，包括具有夹持在托盘上的刀库的托盘转换器或者轮式存储库，进一步增加了通过缩短的进给路线进行有效加工的可能性，从而实现在根据本发明的机床上进行工业制造的加工时间的大幅减少。