快速换刀机构、加工中心及用该加工中心的换刀方法与流程

1.本发明涉及换刀机构技术领域，尤其涉及快速换刀机构、加工中心及用该加工中心的换刀方法。


背景技术：

2.目前越来越多的数控机床配备有机械手刀库，以便一次装夹完成复杂零件的加工，从而提高加工效率，尤其对于卧式加工中心，刀库往往为标准配置。
3.现有的机械手刀库，其换刀臂设置在旋转轴端部，换刀时，旋转轴在伺服电机的驱动下带动换刀臂在一定范围内转动并完成换刀，而为了防止刀具滑落，换刀臂的扣刀部都带有自锁机构。但是换刀臂的旋转扣刀与自锁机构解锁不能同步进行，需要换刀臂在旋转过程中启停一次，来等待自锁机构的解锁步骤，从而延长了换刀动作的时间，导致换刀效率较低。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：提供一种快速换刀机构、加工中心及用该加工中心的换刀方法，有效解决背景技术中的问题。
5.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种快速换刀机构，包括：外套筒；及转动设置在所述外套筒内的旋转轴；及设置在所述旋转轴端部的换刀臂，并在所述换刀臂上设有用于控制扣刀部打开或锁紧的安全顶杆；松刀组件，设置在所述外套筒靠近所述换刀臂一端的外圆柱面上，包括气缸、及设置在所述气缸驱动端的松刀块；所述松刀块面向所述换刀臂的端面上设有平行于所述换刀臂的松刀区域、及沿所述松刀区域的边缘朝着圆周方向倾斜设置的导推面，且所述导推面远离所述松刀区域的端部低于完全伸出状态下所述安全顶杆的端部，所述安全顶杆能够沿所述导推面进入所述松刀区域，以使旋转过程中的换刀臂实现自动松刀。
6.进一步地，所述换刀臂包括旋转本体；所述扣刀部设置在所述旋转本体的两端，且所述扣刀部具有一侧开口，以供刀杆进出；所述换刀臂邻近所述扣刀部处设有抵接轴，所述抵接轴沿平行方向插入所述换刀臂，且在所述抵接轴上设有弹簧，以使所述抵接轴朝向所述扣刀部的方向移动；在所述抵接轴上设有定位条孔，所述换刀臂上设有穿入孔，销轴穿过销孔进入定位条孔。
7.进一步地，所述安全顶杆包括滑移轴段和抵接轴段，所述滑移轴段的直径大于所述抵接轴段；
所述滑移轴段置于所述换刀臂内，并在所述滑移轴段的端面设有容纳弹簧的凹槽，所述弹簧使所述抵接轴段伸出所述换刀臂的一端抵接在所述松刀区域上，以供刀具进入所述扣刀部。
8.进一步地，所述换刀臂与所述滑移轴段和所述抵接轴段的接触位置均设有自润滑轴承。
9.进一步地，所述导推面沿径向朝远离圆心的方向向下倾斜设置。
10.进一步地，所述松刀区域与所述导推面形成扇形松刀区域，且所述松刀区域与所述导推面的分界线沿径向设置。
11.进一步地，所述安全顶杆处在所述松刀区域与所述导推面的分界线时，所述安全顶杆位于所述刀具与所述旋转轴圆心连线的上方。
12.进一步地，所述旋转轴上设有原点感应开关，以使所述换刀臂从同一起始位置实现扣刀动作。
13.本发明提供了一种加工中心，其包括刀库、主轴和换刀装置，所述换刀装置用于所述刀库和所述主轴之间对换刀具，所述换刀装置采用所述的快速换刀机构，以对刀具进行快速扣刀。
14.本发明还提供了一种快速换刀机构的换刀方法，所述换刀方法包括以下步骤：将换刀臂转动至原点位置，并通过线性驱动平移至换刀位置，此时换刀臂的旋转截面与刀柄的扣刀介面重合；通过气缸驱动松刀块朝向换刀臂运动，直至到达设定顶推介面；伺服电机驱动旋转轴在外套筒内转动，从而带动换刀臂逆时针旋转扣刀，当换刀臂旋转至安全顶杆离开导推面进入松刀区域时，此时安全顶杆完全缩回，使扣刀部打开以供刀具进入；换刀臂继续转动至刀具完全进入扣刀部内，换刀臂停止转动，而气缸驱动松刀块朝着远离换刀臂的方向移动，直至安全顶杆安全伸出，此时扣刀部对刀具进行锁紧，换刀臂旋转以对主轴与刀库内的刀具进行对换。
15.本发明的有益效果为：本发明中在换刀臂进行旋转扣刀前，气缸驱动松刀块朝向换刀臂动作，提前运动至松刀位置，当换刀臂在进行扣刀时，倾斜设置的导推面起到引导作用，安全顶杆沿导推面进入松刀区域，以使换刀臂在不停转状态下实现扣刀部的开启，能够一次性进行扣刀作业的旋转，减少了扣刀等待时间，提高了换刀效率，达到了快速换刀的效果。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例中快速换刀机构的轴测示意图；图2为本发明实施例中快速换刀机构的正视图；图3为本发明实施例中安全顶杆在松刀块上的运动示意图；
图4为本发明实施例中安全顶杆在完全伸出状态时与松刀块的位置示意图；图5为本发明实施例中换刀臂转动至原点位置时安全顶杆与松刀块的位置示意图；图6为图5的a向视角下的换刀臂旋转松刀示意图；图7为本发明实施例中换刀臂位于抵接轴处的截面剖视图；图8为图7中c处局部放大图；图9为本发明实施例中安全顶杆运动至扣刀位置的结构示意图；图10为本发明实施例中松刀区域与导推面之间分界线的示意图；图11为本发明实施例中安全顶杆运动至分界线位置时扣刀部与刀具的位置关系图；图12为图2的b处局部放大图。
18.附图标记：10、旋转轴；20、换刀臂；21、安全顶杆；211、滑移轴段；212、抵接轴段；213、自润滑轴承；22、旋转本体；23、扣刀部；24、抵接轴；241、定位条孔；30、松刀组件；31、气缸；32、松刀块；32a、松刀区域；32b、导推面；h、分界线；40、原点感应开关。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
20.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
21.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
22.本发明提供了一种快速换刀机构，如图1~图4所示，快速换刀机构包括：外套筒、及转动设置在外套筒内的旋转轴10、及设置在旋转轴10端部的换刀臂20，并在换刀臂20上设有用于控制扣刀部23打开或锁紧的安全顶杆21，在安全顶杆21完全伸出状态时，扣刀部23处于锁紧状态，安全顶杆21完全缩回时，扣刀部23处于打开状态，另外，采用松刀组件30对安全顶杆21进行控制，松刀组件30设置在外套筒靠近换刀臂20一端的外圆柱面上，其包括气缸31、及设置在气缸31驱动端的松刀块32，此时松刀块32位于气缸31和换刀臂20之间，而安全顶杆21穿过换刀臂20伸向松刀组件30，松刀块32在气缸31作用下往复运动，以调节安全顶杆21的伸出距离，从而实现控制扣刀部23的打开或锁紧。
23.本发明优选地，松刀块32面向换刀臂20的端面上设有平行于换刀臂20的松刀区域32a、及沿松刀区域32a的边缘朝着圆周方向倾斜设置的导推面32b，且导推面32b远离松刀区域32a的端部低于完全伸出状态下安全顶杆21的端部，安全顶杆21能够沿导推面32b进入松刀区域32a，以使旋转过程中的换刀臂20实现自动松刀。
24.本发明实施过程中，在换刀臂20进行旋转扣刀前，气缸31驱动松刀块32朝向换刀
臂20动作，提前运动至松刀位置，当换刀臂20在进行扣刀时，倾斜设置的导推面32b起到引导作用，安全顶杆21沿导推面32b进入松刀区域32a，以使换刀臂20在不停转状态下实现扣刀部23的开启，能够一次性进行扣刀作业的旋转，减少了扣刀等待时间，提高了换刀效率，达到了快速换刀的效果。
25.如图5所示，本发明中换刀臂20包括旋转本体22；扣刀部23设置在旋转本体22的两端，且扣刀部23具有一侧开口，以供刀杆进出；换刀臂20邻近扣刀部23处设有抵接轴24，抵接轴24沿平行于换刀臂20的方向插入换刀臂20，且在抵接轴24上设有弹簧，以使抵接轴24朝向扣刀部23的方向移动。
26.由于弹簧对抵接轴24具有沿轴向的驱动力，为了避免抵接轴24脱离旋转本体22，在抵接轴24上设有定位条孔241，换刀臂20上设有穿入孔，销轴穿过销孔进入定位条孔241。
27.当安全顶杆21与松刀区域32a接触时，刀具的进入能够使抵接轴24的伸出端朝向安全顶杆21的方向缩回，以供刀具进入扣刀部23；当安全顶杆21完全伸出时，抵接轴24的伸出端与扣刀部23内的刀具接触，以使刀具固定在扣刀部23内部。
28.如图9所示，本发明中松刀块32与换刀臂20的扣刀位置一一对应，当刀库与主轴设置在换刀臂20的一侧时，其为同侧扣刀，则设置一个松刀组件30，而当换刀臂20设置在刀库与主轴之间，则需要两侧扣刀，以便提高换刀臂20的换刀效率。
29.本发明优选实施例中，如图7~8所示，安全顶杆21包括滑移轴段211和抵接轴段212，滑移轴段211的直径大于抵接轴段212；滑移轴段211置于换刀臂20内，并在滑移轴段211的端面设有容纳弹簧的凹槽，弹簧使抵接轴段212伸出换刀臂20的一端抵接在松刀区域32a上，以供刀具进入扣刀部23。
30.在上述实施例基础上，换刀臂20与滑移轴段211和抵接轴段212的接触位置均设有自润滑轴承213，且抵接轴段212的外圆柱面在靠近滑移轴段211的一端呈向内聚拢趋势，减少了与换刀臂20的接触面积，有效减少滑动摩擦。
31.本发明中在导推面32b沿圆周方向倾斜基础上，如图3~4所示，将导推面32b沿径向朝远离圆心的方向向下倾斜设置，使安全顶杆21在转动至导推面32b区域时，其端部球形触头与倾斜面接触，并利用径向的第二倾斜方向，使安全顶杆21在换刀臂20转动驱动力作用下能够产生圆周方向驱动力，从而使安全顶杆21围绕轴线产生自身转动，进一步将与导推面32b之间的滑动摩擦转换为滚动摩擦，减少了安全顶杆21对换刀臂20旋转时的摩擦阻力，有效减少换刀臂20的转动负载，延长了使用寿命，同时保证安全顶杆21具有足够的松刀行程， 避免了松刀不完全造成的撞刀现象。
32.如图10所示，本发明中松刀块32上松刀区域32a与导推面32b形成扇形松刀区域32a，且松刀区域32a与导推面32b的分界线h沿径向设置，将扇形松刀区域32a的圆心位于分界线h的延伸线上，当安全顶杆21经导推面32b进入松刀区域32a时，能够沿任意半径位置实现在同一转动角度对扣刀部23完全松刀保证了扣刀位置的唯一性和精准度，避免了因安全顶杆21在换刀臂20上位置差异造成的扣刀部23打开时所需转动角度不同的现象，减少了安装调试时间，提高了松刀块32的通用性。
33.本发明优选实施例中，如图11所示，安全顶杆21处在松刀区域32a与导推面32b的分界线h时，安全顶杆21位于刀具与旋转轴10圆心连线的上方。因此在扣刀部23预先进入扣刀状态时，其刀具接近于扣刀部23的开口处，当安全顶杆21越过分界线h进入松刀区域32a
时，刀具便开始进入扣刀部23，缩短了安全顶杆21在松刀区域32a内滑动摩擦距离。
34.如图12所示，本发明优选方案中旋转轴10上设有原点感应开关40，以使换刀臂20从同一起始位置实现扣刀动作，具体地在换刀臂20从原点开始扣刀之前，松刀块32通过气缸31移动至使安全顶杆21能够完全缩回的顶推介面，保证松刀区域32a与顶推介面共面，通过原点感应开关40的设置，能够使换刀臂20扣刀角度一定，降低了程序的出错率，在换刀臂20实施扣刀动作时，保证了安全顶杆21能够准确到达松刀区域32a，提高了扣刀的精准度和可靠性。
35.本发明还提供了一种加工中心，其包括刀库、主轴和换刀装置，换刀装置用于刀库和主轴之间对换刀具，换刀装置采用本发明中快速换刀机构，以对刀具进行快速扣刀，从而提高换刀效率。
36.本发明提供了一种快速换刀机构的换刀方法，换刀方法包括以下步骤：将换刀臂20转动至原点位置，并通过线性驱动平移至换刀位置，此时换刀臂20的旋转截面与刀柄的扣刀介面重合；通过气缸31驱动松刀块32朝向换刀臂20运动，直至到达设定顶推介面；伺服电机驱动旋转轴10在外套筒内转动，从而带动换刀臂20逆时针旋转扣刀，当换刀臂20旋转至安全顶杆21离开导推面32b进入松刀区域32a时，此时安全顶杆21完全缩回，使扣刀部23打开以供刀具进入；换刀臂20从原点旋转至扣刀位置，先通过导推面32b对安全顶杆21进行预顶，以使安全顶杆21的滑动面与换刀臂20之间的静摩擦转变为动摩擦，从而减少接触面之间的吸附力，以便更好的在安全顶杆21进入松刀区域32a后实现扣刀部23的开启；换刀臂20继续转动至刀具完全进入扣刀部23内，换刀臂20停止转动，而气缸31驱动松刀块32朝着远离换刀臂20的方向移动，直至安全顶杆21安全伸出，此时扣刀部23对刀具进行锁紧，换刀臂20旋转以对主轴与刀库内的刀具进行对换。
37.本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种快速换刀机构，其特征在于，包括：外套筒；及转动设置在所述外套筒内的旋转轴；及设置在所述旋转轴端部的换刀臂，并在所述换刀臂上设有用于控制扣刀部打开或锁紧的安全顶杆；松刀组件，设置在所述外套筒靠近所述换刀臂一端的外圆柱面上，包括气缸、及设置在所述气缸驱动端的松刀块；所述松刀块面向所述换刀臂的端面上设有平行于所述换刀臂的松刀区域、及沿所述松刀区域的边缘朝着圆周方向倾斜设置的导推面，且所述导推面远离所述松刀区域的端部低于完全伸出状态下所述安全顶杆的端部，所述安全顶杆能够沿所述导推面进入所述松刀区域，以使旋转过程中的换刀臂实现自动松刀。2.根据权利要求1所述的快速换刀机构，其特征在于，所述换刀臂包括旋转本体；所述扣刀部设置在所述旋转本体的两端，且所述扣刀部具有一侧开口，以供刀杆进出；所述换刀臂邻近所述扣刀部处设有抵接轴，所述抵接轴沿平行方向插入所述换刀臂，且在所述抵接轴上设有弹簧，以使所述抵接轴朝向所述扣刀部的方向移动；在所述抵接轴上设有定位条孔，所述换刀臂上设有穿入孔，销轴穿过销孔进入定位条孔。3.根据权利要求1所述的快速换刀机构，其特征在于，所述安全顶杆包括滑移轴段和抵接轴段，所述滑移轴段的直径大于所述抵接轴段；所述滑移轴段置于所述换刀臂内，并在所述滑移轴段的端面设有容纳弹簧的凹槽，所述弹簧使所述抵接轴段伸出所述换刀臂的一端抵接在所述松刀区域上，以供刀具进入所述扣刀部。4.根据权利要求3所述的快速换刀机构，其特征在于，所述换刀臂与所述滑移轴段和所述抵接轴段的接触位置均设有自润滑轴承。5.根据权利要求1所述的快速换刀机构，其特征在于，所述导推面沿径向朝远离圆心的方向向下倾斜设置。6.根据权利要求1所述的快速换刀机构，其特征在于，所述松刀区域与所述导推面形成扇形松刀区域，且所述松刀区域与所述导推面的分界线沿径向设置。7.根据权利要求1所述的快速换刀机构，其特征在于，所述安全顶杆处在所述松刀区域与所述导推面的分界线时，所述安全顶杆位于所述刀具与所述旋转轴圆心连线的上方。8.根据权利要求1所述的快速换刀机构，其特征在于，所述旋转轴上设有原点感应开关，以使所述换刀臂从同一起始位置实现扣刀动作。9.一种加工中心，其包括刀库、主轴和换刀装置，所述换刀装置用于所述刀库和所述主轴之间对换刀具，其特征在于，所述换刀装置采用如权利要求1-8中任一项所述的快速换刀机构，以对刀具进行快速扣刀。10.一种如权利要求1-8中任一项所述的快速换刀机构的换刀方法，其特征在于，所述换刀方法包括以下步骤：将换刀臂转动至原点位置，并通过线性驱动平移至换刀位置，此时换刀臂的旋转截面与刀柄的扣刀介面重合；
通过气缸驱动松刀块朝向换刀臂运动，直至到达设定顶推介面；伺服电机驱动旋转轴在外套筒内转动，从而带动换刀臂逆时针旋转扣刀，当换刀臂旋转至安全顶杆离开导推面进入松刀区域时，此时安全顶杆完全缩回，使扣刀部打开以供刀具进入；换刀臂继续转动至刀具完全进入扣刀部内，换刀臂停止转动，而气缸驱动松刀块朝着远离换刀臂的方向移动，直至安全顶杆安全伸出，此时扣刀部对刀具进行锁紧，换刀臂旋转以对主轴与刀库内的刀具进行对换。

技术总结
本发明涉及换刀机构技术领域，尤其涉及一种快速换刀机构、加工中心及用该加工中心的换刀方法，包括：外套筒、及转动设置在外套筒内的旋转轴、及设置在旋转轴端部的换刀臂，并在换刀臂上设有用于控制扣刀部打开或锁紧的安全顶杆；松刀组件设置在外套筒靠近换刀臂一端的外圆柱面上，包括气缸、及设置在气缸驱动端的松刀块，松刀块面向换刀臂的端面上设有平行于换刀臂的松刀区域、及沿松刀区域的边缘朝着圆周方向倾斜设置的导推面，且导推面远离松刀区域的端部低于完全伸出状态下安全顶杆的端部，安全顶杆能够沿导推面进入松刀区域，以使旋转过程中的换刀臂实现自动松刀，能够一次性进行扣刀作业的旋转，减少了扣刀等待时间，达到了快速换刀的效果。快速换刀的效果。快速换刀的效果。


技术研发人员：朱建国 夏康俊 戴云武 蔡丽娟 陈亮
受保护的技术使用者：冈田智能（江苏）股份有限公司
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/7/25